JP2545628Y2 - 衝撃ドリルストリング用ドリル部材 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は衝撃ドリルストリングの
構成部材であって、相互に連結するための内側円筒ねじ
と外側円筒ねじを夫々備えた２種の部材要素から成る斯
ゝるドリル部材に関するもので、具体的にはこのドリル
部材のねじ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記型式のねじ構造は米国特許第３６４
５５７０号に記載されている。そのねじ構造において
は、いわゆるピッチング（金属面の腐食）を生じる事態
となる原因の接触面に摩擦マルテンサイトが形成される
傾向が強い。これは特に、接触面の冷却作用が、比較的
乏しい結果となるフラッシュ媒体として圧縮空気の用い
られる場合やこの接触面積が浸炭処理されている場合に
生起する。これらのいわゆるピッチングがねじ山の側面
部（フランク）上に生じた時は、このピッチングは比較
的無害である。しかし、応力集中が高い外側ねじの谷部
においては、この種の表面の欠陥が、迅速にドリル要素
の疲労衰弱をもたらす大きな原因となる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】本考案の目的は、繰返
し衝撃に耐えるドリル部材のためのねじが摩耗した時内
側ねじの山部分と外側ねじの谷部分との間に実質的に接
触が生じないことを保証する特定条件の上記型式のねじ
構造を提供することにある。特に本考案は、１の部材要
素が外側にねじが切られ他の部材要素が内側にねじが切
られ、この内側のねじがスリーブ形状部分の中に設けら
れている斯ゝる両部材要素から成るドリルロッドにおけ
る、改良された連結ねじ構造を提供しようとするもので
ある。この型式のドリルロッドは米国特許第３５３７７
３８号に記載されている。本考案の他の目的は、その全
長にわたって同じ曲げ抵抗を有している米国特許第３５
３７７３８号に記載されている型式のドリルロッドを提
供し、フラッシュ（溢流）媒体がねじの摩耗を減少させ
るためにその間に流れるようねじに到達するのを保証す
ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】説明の便宜に供するため
に、添付図面の参照番号を付して記述すると、課題を解
決しようとする手段は以下の構成となる。即ち、衝撃ド
リルストリング用のドリル部材であって、１対の第１、
第２部材要素から成り、両要素が内側円筒ねじ（１２）
と外側円筒ねじ（１３）を夫々具備し、両ねじ（１２，
１３）が当接する真直な側面部、即ちフランク（１９，
２０）を有する、斯ゝるドリル部材において、該外側ね
じ（１３）の谷部（２２）と該内側ねじ（１２）の山部
（２４）との間の間隙（ａ）が該外側ねじ（１３）の外
径（Ｄｙ）の１％よりも大きく、当該間隙（ａ）が該内
側ねじ（１２）の谷部（２３）と該外側ねじ（１３）の
山部（２１）との間隙（ｂ）の少くとも４倍であり、且
つ該内側ねじ（１２）がその内径（Ｄｉ）の５％より小
さい高さ（ｈ）を有していることを特徴とする構成であ
る。

【０００５】

【作用】間隙（ａ）、間隙（ｂ）、外側ねじの外径（Ｄ
ｙ）、内側ねじの内径（Ｄｉ）及び内側ねじの高（ｈ）
が上記関係に設定されることにより、従来から存在する
ねじ構造に係るドリル部材に比較して、過酷な繰返し衝
撃に抗して寿命が格段に延長される。それは、結果とし
て上記条件で設計されたねじ構造を有する本考案のドリ
ル部材では、長期の過酷な衝撃の繰返し条件下での使用
において、従前に生じていたような外側ねじの谷部（２
２）と内側ねじの山部（２４）の間の接触による不都合
なピッチング現象の発生が有効に回避出来るからであ
る。

【０００６】

【実施例】図１及び図２に示されるドリルロッド１０は
第１、第２のロッド要素を有し、第１ロッド要素の一端
にスリーブ形状部分１１が設けられ、このスリーブ形状
部分に内側円筒ねじ１２が形成されている。第２ロッド
要素はその他端に外側円筒ねじ１３が設けられている。
さらにドリルロッド１０は長手方向に両要素を貫通する
フラッシュ通路１４を有し、この通路を通って圧縮空気
又は水のようなフラッシュ媒体が案内される。スリーブ
形状部分１１の底は環状接触端面１５を形成し、この接
触端面１５は、２つのドリルロッド要素が相互に螺結さ
れた時に第２ロッド要素の外側ねじの自由端部分におけ
る対応する環状接触端面１６に対し当接するようになっ
ている。図示の実施態様においてはドリルロッド１０は
その断面が円形であり、そのロッド要素にレンチ把持部
１７，１８が設けられていて、これにより両ロッド要素
の連結及び分離時にロッド要素を保持することができる
ようにしてある。

【０００７】内側ねじ１２はその長手方向の断面におい
て真直ぐな側面部（フランク）１９を有し、また外側ね
じ１３は対応する真直ぐな側面部（フランク）２０を有
している。これらのねじ１２，１３に関しては、外側ね
じについては２１，２２でそれぞれ表示され、内側ねじ
については２３，２４でそれぞれ表示されている、真直
ぐな形状の山部と谷部とを有している。真直ぐな山部と
谷部とは外側ねじ上の曲部２５，２６と内側ねじ上の曲
部２７，２８とを介して、真直ぐな側面部１９，２０に
方向を変える。

【０００８】従来の方法においては、これらのねじ１
２，１３は、共に螺結された時真直ぐな側面部１９，２
０の間でもっぱら接触が生じるようにし、それにより曲
部の間又は山部と谷部との間では接触が生じないように
設計されている。したがって、ドリルの軸線に対してほ
んの僅か傾斜している部分の間では接触が避けられる
が、上記接触がある限り両ねじは楔状に相互連結するこ
とになる。

【０００９】本出願人の米国特許第３，６４５，５７０
号において、ある種の目的のためにはロッドねじ底部
（即ち、外側ねじの谷部）とスリーブねじ頂部（即ち、
内側ねじの山部）との間隙（即ち、ａ）がロッドねじの
頂部（即ち、外側ねじの山部）とスリーブねじの底部
（即ち、内側ねじの谷部）との間隙（即ち、ｂ）より大
きくなるような関係のねじ構造にするのが良いと教示し
ている。しかし、「ある種の目的」が何か不明であるこ
と、並びにこの関係（即ち、ａ＞ｂ）を満足するだけで
は、過酷な繰返し衝撃を蒙る内側と外側のねじの大きな
摩耗に対し、これを克服して充分なドリル部材強度を維
持することは到底出来ない。即ち、衝撃ドリルに係るね
じ構造の問題はそれ程単純なものではない。

【００１０】そこで、前記のように本考案の目的の１つ
として、ねじが摩耗した時にも内側ねじ１２の山部２４
と外側ねじ１３の谷部２２との間で接触が生じないこと
を保証するものでなければならない。ところで、現実に
はねじの摩耗に際してのねじ断面の非対称の摩耗のため
に内側ねじ山部２４と外側ねじ谷部２２との間の間隙は
その対向側の内１方の側においてますます小さくなる傾
向があり、１方の側の接触側面部１９，２０に最も近い
部分において正にそのとおりとなる。

【００１１】この型式のねじ構造においては、螺結され
たドリル部材の中に掘さく粉末が入り込むのを阻止する
ために両ねじの間の間隔を出来る限り小さくすることが
要求される。しかし、１方ではドリル部材の寿命は両ね
じの間隙が拡大されると延長する可能性がある。但し、
この場合、ねじが高度に摩耗された時でさえ外側ねじ谷
部２２と内側ねじ山部２４との間で接触の生じないこと
の保証がなければならない。内側ねじ谷部２３と外側ね
じ山部２１との間隙ｂが通常採用されている程度の大き
さである限り、外側ねじ山部２１と内側ねじ谷部２３で
は接触が生じる。しかしこの場合の、いわゆるピッチン
グをもたらす接触は疲労衰弱を起こすことは非常に稀で
あり、従ってこの接触によるピッチングは無視すること
が許される。その理由は内側ねじ１２を有する部分が外
側ねじを有する部分より著しく高い曲げ抵抗を有し、こ
れが最初に述べた部分における曲げ応力を低下させるこ
とになるからである。

【００１２】本考案者は種々研究の結果、間隙ａを外側
ねじ１３の外径Ｄｙの１％より大きくし、且つ間隙ｂの
少くとも４倍にすることがピッチングによる疲労衰弱を
起こす外側ねじ谷部２２と内側ねじ山部２４の間での望
ましくない接触を回避するために必要であることを発見
した。更に、本考案者はこの回避を確実に保証するには
内側ねじ１２がその内径Ｄｉの５％より小さい高さｈを
有するようにすれば良いことも併せて発見した。内側ね
じ１２が５５mmより小さい内径Ｄｉを有する場合には、
この高さｈは内径Ｄｉの４．５％より小さい値であるこ
とが好ましいことも判明している。

【００１３】公知の方法においては、ねじは１つの導入
端、即ち入口を有し、これらのねじのピッチ角αは５．
５°と８°との間である。このピッチ角αは次の公式か
ら計算される。

【００１４】米国特許第３６４５５７０号のねじ構造の
ものに比べ若干増加された本考案に係るピッチ角は油圧
で作動される岩石掘さく機械に適しており、これに対し
米国特許第３６４５５７０号のねじ構造のピッチ角は空
圧で作動される岩石掘さく機械に適しているという事実
に基づくものである。衝撃波空圧式岩石掘さく機械の性
質に基づき、このねじ連結は油圧式岩石掘さく機械より
も一層固く締めつけられる。ピッチ角が減少したなら
ば、分解トルクが増大するので、ねじ連結が油圧式岩石
掘さく機械によって掘さく中十分に固く締めつけられる
ために、比較的小さなピッチ角が選択される。好適な実
施態様においては、ピッチ角αは、ねじ１２，１３の直
径が１０mm増加した時０．４°−０．８°減少すべきで
あり、この場合ピッチ角αは、外径略３８mmを有する外
側ねじ１３について略７．２°である。

【００１５】公知の方法においては、衝撃ドリルストリ
ングの長手方向軸線に対する側面部１９，２０の傾斜角
βは２５°−４０°、好ましくは３５°のオーダーの値
である。上記の接触は、もっぱら側面部１９，２０上に
生じるものである。したがって、側面部１９，２０と反
対側の側面部は、隣の曲がり部分及び山部と谷部と共
に、むしろ広い範囲の値で任意に構成することができ
る。しかし、この側面部の傾斜に関して実質的に対称な
２つの対向側面部を有することが適当であることがわか
っている。さらに、ねじの山部と谷部が真直ぐでありか
つドリルストリングの長手方向軸線に実質的に平行であ
ることが適当であることもわかっている。しかし、山部
と谷部は他の方法、例えば凹面に構成することができ、
この場合には間隙ａは、その距離が山部と谷部との間で
最も小さくかつ高さｈがねじの最大高さである個所で測
られる。

【００１６】下記の表は、本考案に係る上記の内側、外
側円筒ねじの構造に関し、内側ねじの内径Ｄｉと外側ね
じの外径Ｄｙの異なった値に対して間隙ａ、内側ねじの
高さｈ及びピッチ角αの適切な値を示している。 Ｄｉ（mm） Ｄｙ（mm） ａ（mm） ｈ（mm） α ３５．２０ ３８．２０ ０．４５ １．６０ ７．１７° ４０．６０ ４４．２０ ０．５５ １．９０ ６．７２° ４６．６０ ５０．８０ ０．６５ ２．２０ ６．３１° ５４．７０ ５７．８０ ０．７０ ２．６５ ５．９７° 間隙ｂは一定の値０．１mmに設定されているので、比
ａ：ｂは例示したねじにとっては４．５から７の範囲で
ある。図２から明らかなように、フラッシュ溝２９が接
触端面１６に設けられている。この溝２９は接触端面１
６全体を横切って延在しフラッシュ通路１４と連通し、
それによりフラッシュ媒体がねじを洗い且つ冷却するた
めに両ねじ１２，１３に供給される。これに代えてフラ
ッシュ溝２９は接触端面１５に形成することもできる。
上記のように、本考案はさらに、ドリルロッドがその全
長にわたって同じ曲げ抵抗を有するようにし、それによ
りロッドの破損割合を減少させ得るようにして、このド
リルロッド１０を構成しようとするものである。この目
的のため、外側ねじ１３の直ぐ近くのドリルロッド１０
の縮径部分３０が、ドリルロッドの残り部分と同じ直径
を有している。本考案に係るドリル部材１０の１の部材
要素ではその一端の外側にねじが切られ、他の部材要素
はその他端の内側にねじが切られている斯ゝるドリルロ
ッドに関して説明しているが、このねじ構造は、衝撃ド
リルストリングにおけるドリル部材、例えば両端の外側
にねじの切られたドリルロッド、このような２つのドリ
ルロッドを相互に連結する連結スリーブ、ドリルロッド
に連結されるようにしているドリルビット等の種々の型
式のドリルストリング部材に対して適用し得ることは理
解されるべきである。

【００１７】

【考案の効果】本考案の衝撃ドリルストリング用ドリル
部材は過酷な繰返し衝撃に耐えるべき工具寿命が従来品
に較べ大幅に長くなる。本出願人の所有する米国特許第
３，６４５，５７０号において示唆はしているが、具体
例としては開示していないａ＞ｂ＞０の関係にある従来
の衝撃ドリルストリング用ドリル部材として、例えばＤ
ｙ＝３８ｃｍ、ｂ＝０．１ｃｍ、ａ＝０．３０ｃｍ、ａ
／ｂ＝３ の関係にあるドリル部材を本出願人は具体的
に使用していたが、例えばａ＝０．４５ｃｍに変更した
結果として本考案の登録請求の範囲の条件を満たしてい
るａ／ｂ＝４．５の関係になり、且つａ＝０．４５ｃｍ
＞Ｄｙ×１％＝３８ｃｍ×１％＝０．３８ｃｍの関係に
なる本考案に係る衝撃式ドリル部材は、上記従来の衝撃
式ドリル部材とは他の設計条件は本質的に同じであるが
唯一外側ねじ（１３）の谷部（２２）と内側ねじ（１
２）の 山部（２４）の間隙（ａ）を僅かに外側ねじの
外径（Ｄｙ）の０．３９％だけ増加させることにより、
ドリル部材の寿命が２０％以上も延びるという驚異的な
「優れた効果」が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る衝撃ドリルストリングを構成する
１型式の部材であるドリルロッドにおける第１部材要素
の１端部を示す縦断面図である。

【図２】図１のドリルロッドにおける第２部材要素の１
端部を示す側面図である。

【図３】図１と図２の部材要素を螺結して成るドリルロ
ッドを示す１部縦断面側面図である。

【図４】本考案に係るドリル部材の第１部材要素のねじ
構造を示す説明図である。

【図５】本考案に係るドリル部材の第２部材要素のねじ
構造を示す説明図である。

【図６】本考案に係るドリル部材の第１、第２部材要素
の歯合状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…ドリル部材 １１…第１部材要素のスリーブ形状部分 １２…内側円筒ねじ １３…外側円筒ねじ １４…フラッシュ通路 １５，１６…環状接触端面 １９，２０…ねじ側面部（フランク） ２１…外側ねじ山部 ２２…外側ねじ谷部 ２３…内側ねじ谷部 ２４…内側ねじ山部 ２５，２６…ねじ曲部（外側ねじ側面部の両端におけ
る） ２７，２８…ねじ曲部（内側ねじ側面部の両端におけ
る） ２９…フラッシュ溝 ａ，ｂ…山部と谷部の間隙 ｈ…内側ねじの高さ Ｄｉ…内側ねじの内径 Ｄｙ…外側ねじの外径 Ｄｍ…ねじの有効直径

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 衝撃ドリルストリング用のドリル部材で
   あって、１対の第１、第２部材要素から成り、両要素が
   互いに螺結されるための内側円筒ねじ（１２）と外側円
   筒ねじ（１３）を夫々具備し、両ねじ（１２、１３）が
   互いに当接する真直な側面部（１９、２０）を有する、
   斯ゝるドリル部材において、（１） 該ねじ側面部（１９、２０）がドリルストリン
   グの長手方向軸線に対し２５°−４０°の範囲で傾斜し
   ており； （２）両ねじ（１２、１３）のピッチ角（α）が５．５
   °−８°の範囲にあり、当該ピッチ角（α）は両ねじの
   直径が１０mm増加するに従って０．４°−０．８°の範
   囲の値だけ減少しており；そして （３） 該外側ねじ（１３）の谷部（２２）と該内側ねじ
   （１２）の山部（２４）との間隙（ａ）が該外側ねじ
   （１３）の外径（Ｄｙ）の１％よりも大きく、当該間隙
   （ａ）が該内側ねじ（１２）の谷部（２３）と該外側ね
   じ（１３）の山部（２１）との間隙（ｂ）の少くとも４
   倍であり、且つ該内側ねじ（１２）がその内径（Ｄｉ）
   の５％より小さい高さ（ｈ）を有していることを特徴と
   する、衝撃ドリルストリング用ドリル部材。
2. 【請求項２】 該外側ねじ（１３）が略３８mmの外径
   （Ｄｙ）を有し、該ピッチ角（α）が略７．２°であ
   る、請求項１に記載のドリル部材。
3. 【請求項３】 該内側ねじ（１２）が５５mmより小さい
   内径（Ｄｉ）を有し、且つ当該内径の４．５％より小さ
   い高さ（ｈ）を有している、請求項１に記載のドリル部
   材。
4. 【請求項４】 ドリル部材（１０）がドリルロッドであ
   って、第１、第２の両部材要素が両者を貫通するフラッ
   シュ通路（１４）を有し、第１部材要素は該内側ねじ
   （１２）を備え且つ自由端において開口したスリーブ形
   状部分（１１）を有していて、当該スリーブ形状部分
   （１１）に対し該外側ねじ（１３）を備えた第２部材要
   素の自由端部分が前記開端から挿入することにより螺結
   されるようになっており、第１部材要素における該スリ
   ーブ形状部分（１１）の底と第２部材要素における該自
   由端部分の先端には互いに当接すべき環状接触端面（１
   ５，１６）が夫々形成されており、当該両接触端面（１
   ５，１６）のいづれか１方には該フラッシュ通路（１
   ４）に連通するフラッシュ溝（２９）が形成されてい
   て、当該溝（２９）を通じてフラッシュ媒体により両ね
   じ（１２，１３）を洗い且つ冷却するようにした、請求
   項１−３のいづれか１項に記載のドリル部材。