JP2003525373A - ねじ継手および削岩機構成要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、洗浄水が使用される衝撃削岩用の鋼のねじ継手およびドリル構成要素に関し、このねじ継手およびドリル構成要素は、少なくとも１つの実質的に円筒形の雄ねじ（１４）と、実質的に円筒形の雌ねじ（１２）とを含む。雄ねじは、第１のドリル延長構成部の一体化部分を構成しているスピゴット（１３）上に設けられている。ねじ（１２）は、ねじ斜面（１６、１７、１８、１９）と、斜面の間に設けられているねじ谷底（２０、２１）とを含む。円筒形の雄ねじのねじ谷底（２０）は、円筒形雌ねじ（１２）の協働する頂き（２２）から離間して設けられている。円筒形雄ねじのねじ谷底（２０）を、ニッケル、クロム、銅、錫、コバルト、チタン、または、これらの合金のような、下地の鋼よりも電極電位が高い材料の少なくとも１つの層で被覆することによって、ねじ込み連結部に関する寿命長さの増大が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は、添付した独立請求項の前段による削岩機用のねじ継手およびドリル
構成要素に関する。

【０００２】 従来の技術 衝撃削岩中に、ドリル構成要素、すなわち、ビット、ロッド、チューブ、スリ
ーブ、および、シャンクアダプタが腐食作用を受ける。このことは、特に、水が
洗浄媒体として使用され且つ環境が多湿である地下穿孔に当てはまる。この腐食
作用は、最大の応力が加えられる部品、すなわち、ねじ谷底とねじ山とにおいて
特に深刻である。衝撃波と曲げ荷重とを原因とする脈動応力との組合せで、いわ
ゆる腐食疲労が生じる。これが、ドリル構成要素の故障の一般的な原因である。

【０００３】 今日では、低合金肌焼鋼が一般的にドリル構成要素に使用されている。この理
由は、一般的にねじ部分の摩耗と摩損とが寿命長さを限定しているということで
ある。しかし、ドリル機械とドリル構成要素とがますます高効率になるにつれて
、これらの問題は低減しているが、腐食疲労が寿命に対する限定要因となってい
る。

【０００４】 表面硬化が表面に圧縮応力を与え、この圧縮応力が疲労機械部品に対して所定
の効果を与える。しかし、低合金鋼の耐食性は不十分であり、この理由から腐食
疲労が依然として容易に生じる。

【０００５】 米国特許第Ａ−４，８７２，５１５号または５，０６４，００４号では、ドリ
ル構成要素の鋼よりも柔らかい金属材料をねじ部分が備えているドリル構成要素
が示されている。それによって、ねじ込み連結部の他の部分と協働するドリル構
成要素のねじ山の少なくとも一部分を覆うことによって、ねじ山の点腐食という
問題を解決することを意図している。

【０００６】 発明の目的 本発明の目的の１つは、衝撃削岩用のドリル構成要素の腐食疲労に対する耐久
性を大きく改善することである。

【０００７】 本発明の別の目的は、衝撃削岩のためのドリル構成要素における横断面縮小部
分における腐食疲労に対する耐久性を大きく改善することである。

【０００８】 本発明のさらに別の目的は、衝撃削岩のためのドリル構成要素におけるねじ込
み部分内のねじ谷底の腐食疲労に対する耐久性を大きく改善することである。

【０００９】 これらの目的と他の目的とが、添付図面に示されている通りの、添付されてい
る独立請求項の特徴部分にしたがった特徴を得ているねじ継手およびドリル構成
要素によって実現されている。

【００１０】 発明の詳細な説明 図１から図４に示されている衝撃穿孔用のドリル構成要素、すなわち第１のド
リル延長構成部１０はドリルチューブであり、このドリルチューブの片方の端部
には、円筒形雌ねじすなわち円筒形内側ねじ１２を有するスリーブ部分すなわち
雌部分１１が備えられている。この雌部分１１はドリルチューブ１０の一体化部
分を構成する。ドリルチューブ１０は、もう一方の端部に、円筒形雄ねじすなわ
ち円筒形外側ねじ１４を備えている本発明によるスピゴットすなわち雄部分１３
が形成されている。図に示されているねじはいわゆる台形ねじであるが、例えば
ロープねじ(rope thread)のような他のねじ形状も使用可能である。さらに、ド
リル構成要素は貫通洗浄流路１５を有し、この流路１５の中を通して通常は空気
または水である洗浄媒体が移送される。雄ねじ１４は、ねじ斜面１６、１７と、
これらの斜面の間に配置されているねじ谷底２０とを含む。雌ねじ１２は、ねじ
斜面１８、１９と、これらの斜面の間に配置されているねじ谷底２１とを含む。
図４による締付け継手では、雄ねじ１４のねじ谷底２０は、雌ねじの協働する頂
き２２から離間して設けられている。

【００１１】 本発明では、雄部分のドリル構成要素のねじ谷底２０は、少なくとも１つの表
面変更腐食保護層から成る被膜を備えている。ねじ谷底２０と絞り(restriction
)２４と隙間とのような横断面縮小部分である最大露出部分が被覆されている。
最大の層厚さは０．００２〜５ｍｍであり、好ましくは０．０２〜２ｍｍである
。ねじ谷底は第１の幅Ｗ１を有し、ねじ頂き２３とねじ斜面１６、１７の非被覆
部分であるねじ山は第２の幅Ｗ２（図３）を有し、ここで比率Ｗ１／Ｗ２は０．
０２〜１．２であり、好ましくは０．３〜０．８である。例えば、ロープねじ（
Ｒ３５）が５ｍｍ厚の被膜（Ｗ１）で覆われた。ねじピッチが１２．７ｍｍであ
り、このことがＷ２＝１２．７−５＝７．７と比率Ｗ１／Ｗ２＝０．６５とを与
えた。

【００１２】 本発明によるドリル構成要素の被膜における前記腐食保護層は、その保護層を
支持する鋼すなわちその保護層の下にある鋼よりも電気陽性度が高く、すなわち
、その保護層は、実際の環境においては、鋼よりも少なくとも５０ｍＶ、好まし
くは少なくとも１００ｍＶ、最も好ましくは少なくとも２５０ｍＶ高い正の電極
電位を有し、したがって腐食作用に対するより高い耐久性を有する。こうした保
護材料の例は、ニッケル、クロム、銅、錫、コバルト、チタン、および、これら
の合金であり、好ましくは耐食鋼すなわちＣｏまたはＮｉベースの合金である。
その他の層は、被膜と鋼との間の結合を増加させるための結合剤層から構成され
ることが可能である。

【００１３】 例えば溶融めっき、化学めっき、電解めっき、溶射、および、溶接、好ましく
はレーザによる溶接のような幾つかの異なる被覆方法が、保護層を施すために使
用可能である。被覆工程が、ねじ谷底や絞りや隙間のような横断面縮小部分の幾
つかのより多くを覆う被膜を与える場合には、被膜のこの部分が、使用前の機械
加工によって、または、短い使用期間後の摩耗によって取り除かれる。後者の場
合には、衝撃伝達表面の被膜が有利ではないということが意味されている。した
がって、独立請求項では、「横断面縮小部分の少なくとも１つが、電極電位がよ
り高い材料の層を部分的に含む」ということが指摘されており、ここで術語「部
分的に」は、さらに、衝撃伝達表面上の採用可能な層が非常に急速に摩耗させら
れる場合も含む。

【００１４】 実施例 長い穴のいわゆる生産穿孔(production drilling)の際には、長い延長部に延
ばされる約２ｍの長さのドリルチューブが使用される（図１）。このドリルチュ
ーブの重要部分は外側ねじ１４（図２）の谷底２０である。洗浄水と脈動引張応
力とが、破損を招く場合が多い腐食疲労を生じさせる。

【００１５】 低合金鋼の６個のチューブを伴う、図３による外側ねじのねじ谷底を、レーザ
溶接によって、最大厚さ０．６〜０．９ｍｍの層によって被覆した。次の通りの
電極電位と組成とを有する２つの異なる合金を使用した。

【００１６】 %C %C %Ni %Mo %Fe %Co 電極電位(mV)＊ 試験１〜４ 0.25 26 2.5 6 1 残部 ＋200 試験５、６ 0.03 21.5 5 2.7 残部 - ＋100 ＊１０℃における海水中での近似値。低合金鋼における相当する値は−５００
ｍＶである。

【００１７】 ６個のチューブを同一のドリル内の１４個の従来通りのチューブと共に地下生
産穿孔用リグにおいて使用し、破損またはチューブが摩耗して使えなくなるまで
穿孔した。穿孔メートルで測定した寿命長さを、本発明による個々のチューブに
関して次の通りに得た。

【００１８】 試験１ 751m 試験２ 881m 試験３ >1003m 試験４ >1003m 試験５ 892m 試験６ 1193m 試験３と試験４の場合には、あらゆる破壊が生じる前にドリル延長部が岩石内
に突き刺さってしまったので、破損のせいで寿命長さに達しなかった。したがっ
て、上述の試験に関する平均の寿命長さは９５４ｍになった。従来のドリルチュ
ーブの場合の通常の寿命長さは約５００ｍであり、このことは、本発明によるド
リル構成要素の被膜が、顕著な改善、すなわち、約２倍の寿命長さをもたらした
ということを意味する。

【００１９】 本発明によるねじ継手の別の実施形態でも、雌部分１１′のねじ山１２′が鋼
よりも電極電位が高い材料の層で被膜されている（図５）。したがって、雌部分
１１′の横断面縮小部分は、少なくとも１つの表面変更腐食保護層から成る被膜
が施されている。ねじ谷底２１′と絞りと隙間のような横断面縮小部分である最
大露出部分だけが被覆されている。被膜に関して上述されている事柄は、被膜が
雌部分１１′に施される場合にも当てはまる。

【００２０】 本発明によるドリル構成要素の別の実施形態では、例えばねじ谷底から台形ね
じの斜面への（図６における右側の）１つの移行部分または（左側の）両方の移
行部分のような、ねじ谷底の最大応力が加えられる部分、すなわち、ドリル構成
要素が最小半径を有する場所（図６）だけが被覆されている。

【００２１】 したがって、本発明は、腐食疲労に対する耐久性を著しく改善するために腐食
保護層によって被覆されている細まった部分を有する衝撃削岩用のねじ継手およ
びドリル構成要素に関する。この層が、ねじ斜面の溶着と軟化とを防止するため
に軸方向に不連続であることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明によるドリル構成要素を部分断面側面図の形で示す。

【図２】 図２は、ドリル構成要素の一方の端部を側面図の形で示す。

【図３】 図３は、その端部の軸方向断面を示す。

【図４】 図４は、本発明によるねじ継手の実施形態の軸方向の断面を示す。

【図５】 図５は、本発明によるねじ継手の別の実施形態の軸方向の断面を示す。

【図６】 図６は、本発明によるドリル構成要素の別の実施形態の軸方向の断面を示す。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗浄水が使用される衝撃削岩用の鋼のねじ継手であって、 横断面縮小部分（２０、２１′、２４）と、少なくとも１つの実質的に円筒形
   の雄ねじ（１４）と、実質的に円筒形の雌ねじ（１２）とを含み、前記雄ねじ（
   １４）は、第１のドリル延長構成部（１０）の一体化部分を構成しているスピゴ
   ット（１３）上に設けられており、前記ねじ（１２、１４）は、ねじ斜面（１６
   、１７、１８、１９）と、前記斜面の間に設けられているねじ谷底（２０、２１
   、２１′）とを含み、前記円筒形の雄ねじ（１４）の前記ねじ谷底（２０）は、
   前記円筒形雌ねじ（１２）の協働する頂き（２２）から離間して設けられる鋼の
   ねじ継手において、 前記横断面縮小部分（２０、２１′、２４）の少なくとも１つは、鋼よりも電
   極電位が高い材料の層を部分的に含み、前記層はニッケル、クロム、銅、錫、コ
   バルト、チタン、または、これらの合金から作られていることを特徴とするねじ
   継手。
2. 【請求項２】 前記層は前記ねじ（１４、１２′）の前記ねじ谷底（２０、
   ２１′）内だけに実質的に施されおり、前記ねじ谷底は第１の幅Ｗ１を有し、前
   記ねじの前記頂きは第２の幅Ｗ２を有し、比率Ｗ１／Ｗ２は０．０２〜１．２で
   あり、好ましくは０．３〜０．８である請求項１に記載の鋼のねじ継手。
3. 【請求項３】 前記層の材料は鋼よりも少なくとも５０ｍＶ高い電極電位を
   有し、好ましくは鋼よりも少なくとも１００ｍＶ高い電極電位を有し、さらに、
   より好ましくは鋼よりも少なくとも２５０ｍＶ高い電極電位を有する請求項１ま
   たは２に記載のねじ継手。
4. 【請求項４】 前記層の最大厚さは０．００２〜５ｍｍであり、好ましくは
   ０．０２〜２ｍｍである請求項１から３のいずれか一項に記載のねじ継手。
5. 【請求項５】 溶融めっき、化学めっき、電解めっき、溶射、および、溶接
   、好ましくはレーザによる溶接という被覆方法の１つが、前記層を施すために使
   用されている請求項１から４のいずれか一項に記載のねじ継手。
6. 【請求項６】 洗浄水が使用され、および、横断面縮小部分（２０、２１′
   、２４）と、少なくとも１つの実質的に円筒形の雄ねじ（１４）とを含む、請求
   項１に記載されているタイプの衝撃削岩のためのねじ継手のためのドリル構成要
   素であって、 前記雄ねじ（１４）は、第１のドリル延長構成部（１０）の一体化部分を構成
   しているスピゴット（１３）上に設けられており、前記ねじ（１２、１４）は、
   ねじ斜面（１６、１７、１８、１９）と前記斜面の間に設けられているねじ谷底
   （２０、２１、２１′）とを含み、前記円筒形の雄ねじ（１４）の前記ねじ谷底
   （２０）は、前記円筒形雌ねじ（１２）の協働する頂き（２２）から実質的に離
   間しているドリル構成要素において、 前記横断面縮小部分（２０、２１′、２４）の少なくとも１つは、鋼よりも電
   極電位が高い材料の層を部分的に含み、前記層はニッケル、クロム、銅、錫、コ
   バルト、チタン、または、これらの合金から作られていることを特徴とするドリ
   ル構成要素。
7. 【請求項７】 前記層は前記ねじ（１４、１２′）の前記ねじ谷底（２０、
   ２１′）内だけに実質的に施されており、前記ねじ谷底は第１の幅Ｗ１を有し、
   前記ねじの前記頂きは第２の幅Ｗ２を有し、比率Ｗ１／Ｗ２は０．０２〜１．２
   であり、好ましくは０．３〜０．８である請求項６に記載のドリル構成要素。
8. 【請求項８】 前記層の材料は鋼よりも少なくとも５０ｍＶ高い電極電位を
   有し、好ましくは鋼よりも少なくとも１００ｍＶ高い電極電位を有し、より好ま
   しくは鋼よりも少なくとも２５０ｍＶ高い電極電位を有する請求項６または７に
   記載のドリル構成要素。
9. 【請求項９】 前記最大層厚さは０．００２〜５ｍｍであり、好ましくは０
   ．０２〜２ｍｍである請求項６、７または８のいずれか一項に記載のドリル構成
   要素。
10. 【請求項１０】 溶融めっき、化学めっき、電解めっき、溶射、および、溶
    接、好ましくはレーザによる溶接という被覆方法の１つが前記層を施すために使
    用されている請求項６、７、８または９のいずれか一項に記載のドリル構成要素
    。