JP3450335B2 - ロックドリルビッドと切削インサート - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はセメンテッドカーバイド体のインサートとロ
ックドリルビット、好ましくは衝撃式ロック穿削用のド
リルビットに関する。

US−Ａ−4,598,779には、複数のチゼル形切削インサ
ートを具備したロックドリルビットが示されている。各
インサートは切刃に相対的に鋭く接続された案内面を露
呈している。相対的に鋭い接続部分はセメンテッドカー
バイドを用いるときには不利である。即ち、フレーキン
グが厳しいロック穿削の際に接続部分における張力に起
因して生起するので、長期操業において直線穴を達成出
来ない。既知インサートの形状は最大摩耗量に対して最
適化されない。US−Ａ−4,607,712は複数の切削インサ
ートを有するロックドリルビットを開示している。各イ
ンサートの作業部は半球基本形を有し、これに余分の量
のセメンテッドカーバイドが付加されている。しかし、
先行技術のインサートでは、ボアの壁に対する支承具合
は直線穴工作を達成出来ない程のものである。更に、作
業部におけるその要素間の接続部分が比較的鋭いので、
硬いセメンテッドカーバイドにとって有害な上述の張力
を生み出す。それに加えて、半球基本形は比較的小容量
のセメンテッドカーバイドを保有している。

発明の目的と要旨 本発明の目的は先行技術の問題点を解消することにあ
る。本発明の１つの目的はロック穿削と鉱石穿削の工具
に使用すると有利になるように、セメンテッドカーバイ
ド体の摩耗抵抗を高めることにある。セメンテッドカー
バイド体の摩耗抵抗は摩耗に晒される面域の容量を増や
すことによって増大させられる。摩耗抵抗を明確に高め
るためには、摩耗に晒される面域の容量を増大させるこ
とが必須である。摩耗抵抗の明確な向上は工具稼働時に
摩耗に晒される外位領域の容量を少なくとも50％、多分
に100％かそれ以上増やしたときに達成される。衝撃式
ドリルビットにおけるインサートは穴壁と接触する面域
並びにロックを破壊させなければならないインサート頂
部の大半で磨耗する。インサートの摩耗抵抗を高めるた
めには、外位領域の容量は壁と接触する前期面域並びに
頂部で増加させなければならない。先行技術の工具は通
常はインサート頂部が軸対称に設計（図12の左部分）さ
れている斯ゝるインサートを有している。摩耗に晒され
る外位領域の増大は、しばしば軸対称頂部を非軸対称頂
部にしてしまう。ロック物性と穿削条件に依存する摩耗
の性質により、摩耗は壁と接触することになる面域とロ
ックを破壊する頂部面域とに明白に出現する。この事実
に留意し、インサートが最も摩耗する外位領域の容量を
最大限に増大させることが重要である。

最適の外形的（ジオメトリック）構造が素早く破壊さ
れることがなくなるので、相対的に寿命は伸び且つ進入
速度が高まる。本発明の重要な、利点は材料をドリルビ
ットで使用すると精密度が高まることである。拡大容量
の摩耗抵抗材料は、それ故に摩耗に晒される面域におけ
る外位領域の高摩耗抵抗は穿削穴の直径公差を格段と良
好にすると共に一層直線度の高まった穴をもたらす。再
研磨の間隔は延ばされ、これが穿削作業者の努力と危険
度を低下させる結果となる。

多結晶ダイヤモンド被覆物を少なくともインサート作
業部に設けることになる従属請求項に係る本発明のもう
１つ別の目的は、このPCD被覆物にクラックやフレーク
が生じることになったとしても、インサート寿命を延ば
すことにある。

本発明の目的は添付の請求項の構成が付与されている
インサートとロックドリルビットによって実現される。

図面の簡単な説明 図１〜５のインサートの摩耗が壁近傍の面域に集中し
ている条件下での穿削に適したインサートを示してい
る。図１は本発明に係るインサートを側面視で示してい
る。図２はインサートを別の側面視で示している。図３
はインサートを頂面視で示している。図４は図２におけ
る矢印Ｂの方向に見たインサートを示している。図５は
ラインＣにおいて見たインサートの拡大断面を示してい
る。

図６〜10はインサートの摩耗が壁近傍の面域と頂部面
域とに分散している条件下での穿削に適したインサート
を示している。図６は本発明のインサートを側面視で示
している。図７はインサートを別の側面視で示してい
る。図８はインサートを頂面視で示している。図９は図
２における矢印Ｂの方向に見たインサートを示してい
る。図10はラインＣにおいて見たインサートの拡大断面
を示している。

図11は本発明に係るドリルヘッドを斜視で示す。

図12は弾道形状（バリスチック）インサートと本発明
に係るインサートとを備えた、軸穴における略図示ドリ
ルヘッドの部分断面側面図である。

図13〜18は２種の切削インサートの中心軸線を通る断
面図である。

発明の好適態様の詳細な説明 図１は本発明に係るインサートの好適例の拡大側面図
である。このインサートは４〜20mm、好ましくは７〜18
mmの範囲に入る直径Ｄを有している概して円筒形のシャ
ンク部20を有している。このインサート14の取付け端部
21は好ましくはドリルヘッド前面の穴に入るようになっ
ている円錐台の形状を有している（図11参照）。好まし
くは、この穴は前面並びにジャケット面の両方に出現す
る。図において、インサートの縦中心軸線Ａと２種の直
交する法線N1,N2が示されている。線Ｙは作業部22の基
礎、即ちベースとして規定されている。この基線は明確
なものであっても、滑らかなものであっても良い。

インサート14の作業部22は７つの滑らかに接続する実
質的凸状部分として周方向に凸状になり且つ軸方向に凸
状になっている斯ゝる凸状部分に分割されている。以下
の記述において「滑らか」や「滑らかに」の表現によ
り、接続部分の真近で夫々別の側に配位した２種の接線
であって側面視において中心軸線Ａに対し直角をなす斯
ゝる両接線が135゜〜180゜、好ましくは160゜〜175゜
（図５）の挟角τをなすことを意味する。第１部分23は
概して弾道形状を描き、法線N1の両側に対称的に延在し
ている。この第１部分はその周囲が対称的に配位した半
径領域線24、25で終端になる。特定の軸方向断面（軸線
を直角に切削した場合の断面）Ｃにおける第１部分の半
径はR1で指定されている。弾道形の数学的構造は以下の
通りである： 第１部分23の基準面Ｘは図２の基線Ｙの下に配位して
いる。第１部分23の凸曲率はシャンク部20の包絡面の近
傍に中心Ｚを有する半径Ｒから定まる。中心Ｚは包絡面
の外側に距離１となり且つ軸方向の最先点の下に距離ｈ
となる箇所に配位するのが好ましい。距離ｈは距離１の
４〜８倍であるが、半径Ｒより小さい。基準面Ｘと半径
Ｒは10゜と75゜の真の角度εをなす。

各半径領域線24、25は夫々、頂面視において法線N1と
の間で45゜〜85゜の範囲の角度αをなす。弾道形状凸曲
率を有する半径方向最外部位はシャンク部20の包絡面に
は接続されていると理解される。

半径領域線24或いは25は第１部分23と第２部分26或い
は27との間の滑らかな遷移を表している。第２部分26或
いは27は第１部分との接続局部を除き、弾道基本形（図
１、２、４の破線で描く）の概して外側に配位してい
る。断面Ｃにおける第２部分の半径R2は第１部分の半径
R1より大きい。第２部分は中心軸線Ａの前方向に実質的
に先き細っている。第２部分26、27は第１部分23の方へ
先き細って、鋭角βをなしている。

第２部分26或いは27は更に第３部分28或いは29に接続
している。第３部分の両者は併合状態からインサート前
位部分において軸線Ａから半径外方向に進に従って離合
している。第３部分は概して外周方向にロックを工作す
る山頂状の強力エッジである。第３部分の断面Ｃの交差
点における接線はシャンク部の包絡面に対し、第１、２
部分の対応するものよりも大きな内角φ１をなす。内角
φ１の大きさは全体的弾道形態の場合と比べて摩耗対象
の材料を増大させ、従ってインサートの摩耗抵抗をたか
める原因となる。第３部分は、断面Ｃにおいて第１部分
の半径R1と第２部分の半径R2のいずれの値よりも小さい
半径R3によって規定されている（図５参照）。第３部分
の幅は実質的に一定である。

第３部分は穿削穴の壁と主として合致し且つ主として
面一に配位するように企図された第４部分と滑らかに接
続している。この第４部分はボア（穿削穴）の壁を滑動
するように設けた案内面を規定している。第４部分は断
面Ｃにおいて上記半径R1,R3のいずれのものよりも格段
に大きい半径R4を有する。断面Ｃ−Ｃにおける第４部分
30の接線はシャンク部20の包絡面に対して内角φをな
す。この角φはその他の部分23〜27のいずれの対応する
角度よりも小さい。

第１部分23に接続した基線Ｙの第１部は中心軸線Ａに
対して実質的に直角に延在している。第２部分24或いは
25に接続した基線Ｙの第２部は少なくとも部分的に第１
部分に対して鋭角δで立ち上がる。第３部分28或いは29
に接続した基線Ｙの第３部は基線全体の軸方向最先端を
表し、概して半径R6によって規定されている。第３部は
凸状である。第４部分に接続した基線Ｙの第４部は半径
R6より大きい半径R5によって概して規定されている。こ
の第４部は凹状であり、その最後位点が第１部に対し軸
方向前位にある。

第５部分31は部分23、24、25、26、27が合流した丸い
頂点である。第４部分はこの頂点に対し軸方向後位にお
いて終端になっている。第３部分28或いは29の軸方向最
前位部は頂点に接続してはいるが、主として頂点の１部
ではない。

基線Ｙにおいて頂視投影図上に上記半径R1,R2,R3,R4
は等しい、即ちD/2に等しいことに留意すべきである。

ある種の採鉱条件の下ではドリルインサートは一方の
側で他方の側より多量に摩耗されるが故に、この種の条
件下で使用するインサートとして、即ち法線N1に関して
非対称に設けられた塊材物を備えたインサートとして、
発展してきた。即ち、この塊材物は法線N1の風上側に配
位し、増大した逃げ面が風下側に出現する。図６は本発
明に係るインサートの好適例の拡大側面図である。この
インサートは４〜20mmの範囲、好ましくは７〜18mmの範
囲の直径Ｄを有する概して円筒形のシャンク部20を有し
ている。インサート14′の取付け端部21′はドリルヘッ
ド前面にある穴（図示省略）に入るように企図された、
好ましくは円錐台の形状を有している。好ましくは、こ
の穴は前面並びにジャケット面の両方に出現する。この
図には、インサートの縦中心軸線と直交する２本の法線
N1,N2とが図示されている。線Ｙ′は作業部22′の基線
として規定されている。

インサート14′の作業部22′は実質的に周方向並びに
軸方向に凸状になる滑らかに接続した多数の凸状部分に
分割されている。第１部分23′は概して弾道形を表し、
法線N1の両側に非対称に延在する。この第１部分は非対
称的に配位した半径領域線24′、25′までの外周で終端
になっている。特定の軸方向を横断する断面Ｃ′におけ
る第１部分の半径はR1と指定されている。弾道形の数学
的構造は以下の通りである： 半径領域線24′或いは25′は第１部分23′と第２部分
26′、27′との間の滑らかな遷移を表している。第２部
分26′は３つの滑らかに接続した局部から成る。第２部
分26′の第１局部26′Ａと第２部分27′は第１部分との
接続局部を除き、弾道基本形の概して外側に配位してお
り（図６、７、10に破線で描かれた）、そして断面Ｃ′
において互いに概して直角になっている。断面Ｃ′にお
ける第１局部26′Ａと第２部分27′の半径は第１部分の
半径Ｒ′１より大きく、且つ上記半径R2と同じ大きさで
ある。第１局部26′と第２部分27′は中心軸線Ａの軸方
向前方に実質的に先細り、断面Ｃ′において概して直角
の角度β′をなしている。

第２部分26′の第２局部26′Ｂは弾道基本形の半径外
側に配位している。断面Ｃ′における第２局部の半径
Ｒ′２は第１部分の半径Ｒ′１より大きいが、半径R2よ
り小さい。この第２局部は中心軸線Ａの前方向に実質的
に先細っている。

第２部分26′の第３局部26′Ｃもインサートの法線N1
の風上側Ｗで弾道基本形の半径外側に配位している。断
面Ｃ′における第３局部の半径Ｒ′2Cは第１部分の半径
Ｒ′１より大きい。この第３局部は中心軸線Ａの前方向
に実質的に先細っている。風上側Ｗはロック材の工作の
際に最も摩耗するインサート部分である。

第３局部26′Ｃと第２部分27′は更に夫々第３部分2
8′、29′に接続している。第３部分の両者は併合状態
からインサート前位部分において軸線Ａから半径外方向
に進に従って離合している。第３部分29′は別の第３部
分28′より格段に大きい、少なくとも２倍大きい。第３
部分28′の断面Ｃ′の交点における接線はシャンク部の
包絡面に対して、第１部分23′と第３部分29′の対応す
る内角よりも大きな内角φ′１をなす。この内角φ′１
は、全体的に弾道形態の場合に比べて材料摩耗量を増大
させるので、インサートの摩耗抵抗を向上させることに
なる。第３部分29′は法線N1の風下側に形成され、断面
Ｃ′における第１部分の半径Ｒ′１と第２部分の半径
Ｒ′２のいずれの値よりも小さい半径Ｒ′３によって規
定されている（図10参照）。第３部分28′の幅は実質的
に一定であるが、他方の第３部分29′は軸前方向に著し
く先細っている。第３部分29′は山頂状の強力な切刃を
規定している。両第三部分28′、29′は切削穴の壁と主
として合致し且つ主として面一に配位するように企図さ
れた第４部分30′と滑らかに接続している。この第４部
分は壁を滑動するように設けた案内面を規定している。
第４部分は断面Ｃにおいて上記半径Ｒ′1,R′３のいず
れの値よりも格段に大きい半径Ｒ′４を有する。断面
Ｃ′における第４部分30′の中央接線はシャンク部20の
包絡面に対して内角φ′をなす。この角φ′はその他の
部分23′〜27′のいずれの対応する角度よりも小さい。

第１部分23′に接続した基線Ｙ′の第１部は中心軸線
Ａに対して実質的に直角に延在している。部分26′と2
7′に接続した基線Ｙ′の第２部は少なくとも部分的に
第１部分に対して鋭角δ′で立ち上がる。第３局部26′
Ｃと第３部分29′に接続した基線の第３部は基線全体の
軸方向最先端を表している。第３部29′と接続する基線
の第３部の１つは側面視で凸状であるが、第３局部26′
Ｃに接続した他の第３部は主として真直ぐである。第４
部分30′に接続した基線Ｙ′の第４部は半径Ｒ′１と略
同じ半径Ｒ′５（側面視）によって概して設定されてい
る。この第４部は凹状であり、その最後位点が第１部に
対し軸方向前位にある。

第５部分31点は部分23′、26′Ａ、26′Ｂ、26′Ｃ、
27′が合流した丸い頂点である。第４部分30′はこの頂
点31′に対し軸方向後位において終端になっている。第
３部分28或いは29の軸方向最前位部は頂点に接続しては
いるが、主として頂点の１部ではない。

基線Ｙ′において頂視投影図上に上記半径Ｒ′1,R′2
B,R′2C、Ｒ′3,R′４は等しい、即ちD/2に等しいこと
に留意すべきである。

図11の斜視図に示す実施例では、衝撃（インパクト）
式ロックドリルビットは全体的に10で指定されていて、
ドリルヘッド11、シャフト12、複数の固定されたカーバ
イドインサート14或いは14′を具備した前面13を含む前
端を有している。ロックドリルビット10のジャケット面
16は円筒形状或いは円錐台形状を有していて、図11では
ドリルヘッドにおいて規定されている。ジャケット面は
ドリルビット体のスチール部分の最大直径において規定
されている。インサート14、14′はその半径方向の最外
位面30、30′がドリルビットのジャケット面と実質的に
一致するようにドリルビット体にある穴に挿入される。
この場合の用語「実質的」はドリルビットのジャケット
面16に対して半径方向の−0.2〜0.5mm、好ましくは＋0.
2〜＋0.5mmの偏差を含むものと解される。インサート1
4、14′はスチール体が過剰に摩耗されず、従ってボア1
5（穿削穴）の直径が全穿削工程において実質的に一定
に維持されるように配設される。前面13は適宜形状の、
例えばドリルビットの中心線CLに一層近い箇所のロック
材を砕く半球形になるインサートとして、数多くの一層
中央に配位された斯ゝるインサート群（図示省略）を有
することが出来る。

図12においては、先行技術の解決策が左に、そして本
発明に斯ゝるインサートが右に部分的に断面において示
されている。弾道形作業部を備えたインサートは対応す
る半球形作業部よりも50％大きい体積を有している。イ
ンサート14或いは14′の体積は弾道形よりも少なくとも
50％は大きく、これと同等に延びた寿命を有している。
図12には、ジャケット面16の仮想延長面が２種のインサ
ートの体積の違いを表現するように破線で描かれてい
る。

上記の２種のインサートに共通なことは少なくとも外
位部22、23が多結晶ダイヤモンド被覆物（コーティン
グ）を具備し得ることである。このPCD被覆物にクラッ
クが生じたり、フレーク剥離が生じるとはいえ、この被
覆物はインサートの少なくとも作業部にインサートの延
命のために設けられる。

従って、上述の発明が好適例に限定されず、添付の請
求の範囲において自由に変更可能であることは、指摘さ
れるべきものである。例えば、穿削すべきロックが極端
に硬いもの（例えば、砕かれた層状の磁鉄鉱＋珪岩系の
ロック）であれば、頂点と基線Ｙ、Ｙ′の間の高さを低
減することによって作業部22、22′の平均肉厚を増加さ
せ、それにより摩耗抵抗を高めることが必要になる。こ
の種の変形は弾道形面を概して球形にすることになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3640175（ＵＳ，Ａ) 米国特許4607712（ＵＳ，Ａ) 米国特許5588497（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 10/46

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】概して円筒形の取付け部（20、20′）と、
   ロックドリルビット（10）の前端（13）に配置される外
   位部（22、22′）とを有する衝撃式穿削に適したセメン
   テッドカーバイドの切削インサートであって、 該外位部が該取付け部から当該インサートの前端に向う
   方向に延在する比較的平坦な面（30、30′）を含み、該
   取付け部が中心軸線（Ａ）を有し且つ半径（D/2）を有
   する切削インサートにおいて、 該外位部（22、22′）の丸味が付いた区域（23、23′）
   が、断面（Ｃ）の仮想円（Ｏ、Ｏ′）と一致し、該仮想
   円の比較的外側には該外位部の主要部分が突出している
   こと、そして該比較的平坦な面（30、30′）、該外位部
   の少なくとも１つの山頂状切刃（28、29;28′、29′）
   に遷移することを特徴とする切削インサート。
2. 【請求項２】該比較的平坦な面（30、30′）の半径（R
   4、Ｒ′４）が、該取付け部（20、20′）の該半径（D/
   2）より大きく、且つ該半径（R4、Ｒ′４）が、該中心
   軸線（Ａ）に対して直角を成す断面に含まれることを特
   徴とする請求項１に係る切削インサート。
3. 【請求項３】該取付け部（20、20′）と該外位部（22、
   22′）との接合部が、該比較的平坦な面（30、30′）で
   の側面図から見て凹状である基本線（Ｙ、Ｙ′）を形成
   することによって、軸方向の最後位点を規定し、且つ該
   最後位点が、該丸味が付いた区域で該基本線の軸方向前
   方に配位しているが、該基本線の軸方向最前部の軸方向
   後方に配位していることを特徴とする請求項１或いは２
   に係る切削インサート。
4. 【請求項４】少なくとも該外位部（22、22′）が、多結
   晶ダイヤモンド被覆物を具備していることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれか１項に係る切削インサート。
5. 【請求項５】シャフト（12）と、 該シャフトの前端に配位し且つ第１縦軸線（CL）を規定
   し、そして前面（13）を含む概して前方に向いた前端を
   含むボーリングヘッド（11）と、 概して縦方向に延在して該ボーリングヘッドの外周を規
   定しているジャケット面（16）と、 該前端に形成された概して円筒基本形を有する複数の穴
   であり、且つセメンテッドカーバイドのインサート（1
   4、14′）を収容する前記複数の穴と、 を含んで成る衝撃式のロックドリルビットであって、 中心軸線（Ａ）を有する概して円筒形の取付け部（20、
   20′）と、該穴から延出する外位部（22、22′）とを含
   んで成る各インサートを収める衝撃式のロックドリルビ
   ットにおいて、 該外位部（22、22′）の丸味が付いた区域（23、23′）
   が、断面（Ｃ）の仮想円（Ｏ、Ｏ′）と一致し、該仮想
   円の比較的外側には該外位部の主要部分が突出している
   こと、そして該比較的平坦な面（30、30′）が、該外位
   部の少なくとも１つの山頂状切刃（28、29;28′、2
   9′）に遷移することを特徴とする衝撃式のロックドリ
   ルビット。
6. 【請求項６】該比較的平坦な面（30、30′）の半径（R
   4、Ｒ′４）が、該取付け部（20、20′）の該半径（D/
   2）より大きく、且つ該半径（R4、Ｒ′４）が、該中心
   軸線（Ａ）に対して直角を成す断面に含まれることを特
   徴とする請求項５に係るロックドリルビット。
7. 【請求項７】少なくとも該外位部（22、22′）が、多結
   晶ダイヤモンド被覆物を具備していることを特徴とする
   請求項５或いは６に係るロックドリルビット。