JP4116572B2 - 打撃ドリルビットおよび打撃ドリルビット用ボタン - Google Patents

Description

本発明は、岩盤に穴を開けるための打撃ドリルビットに関する。典型的な打撃ドリルビットは、鋼鉄製ドリルボディと、ドリルボディの一方の端部においてジャックハンマまたはダウンザホールハンマ用のドリルストリングのような打撃ユニットにビットを連結するための手段と、ドリルボディの他方の端部に埋め込まれた複数のボタンとを具備する。さらに、本発明は、ドリルビットで使用する再研磨可能なボタンに関する。

各ボタンは、ドリルボディ内に埋め込まれた後方取付部分とドリルボディから突出する前端部とを有する超硬ボディを具備する。

特許文献１に開示されたような非強化の超硬ボタンが設けられた公知のドリルビットは、早期に摩耗すると共に浸透率が低いという欠点を有する。さらに、従来のボタンの再研磨は安定していない。別の公知のドリルビットが特許文献２および特許文献３に開示されている。

欧州特許出願公開第８８６７１５号明細書 米国特許第３７８８４０９号明細書 米国特許第６２２０３７６号明細書

本発明の目的は、ビットの寿命が長い打撃穿孔用のドリルビットを提供することにある。

本発明の別の目的は、浸透率の高い打撃穿孔用のドリルビットを提供することにある。

本発明の更なる別の目的は、プレス工具の耐久性が高くなるような打撃ドリル用の再研磨可能な超硬ボタンを提供することにある。

本発明の更なる別の目的は、安定して再研磨されることができる、打撃ドリル用の再研磨可能な超硬ボタンを提供することにある。

添付の図面を参照した好適な実施形態の詳細な説明から本発明の目的および利点が明らかになるであろう。なお、同様な構成要素には同じ参照番号が付される。

図１Ａおよび図１Ｂには、岩盤用ドリルビットが示されており、通常の形態においてボディと超硬ボタンとを具備する。ボディは、ほぼ円筒上のヘッド部分１とそれよりも細いシャフト２とを具備する。ドリルビットのボディは鋼鉄で形成される。ヘッド部分１は参照番号３で指し示された前面または前側部を具備し、その内部に複数のボタンが取付けられる。前面はほぼ平坦である。ヘッド部分の前面３と周囲との間に配置された第一表面部分６は円錐形状である。この円錐表面６上には、ヘッド部分上に周囲リングを形成する複数の第一ボタンまたは標準列ボタン（gauge row button）７が設けられる。本ケースの場合、ドリル中に実際のヘッド部分よりも幾分直径が大きい孔を機械加工するために、ボタン７はヘッド部分の周囲の幾分外側に突出している。隣り合った周囲ボタン７の間の領域にチップウェイまたは凹部８が設けられ、これらチップウェイ８を介して洗浄媒体が通過せしめられる。周囲ボタン７の内側に位置する領域に複数の前方ボタンが設けられ、これら前方ボタンはその位置に応じてそれぞれ参照番号９および１０で示される。岩盤用ドリルビットはネジ結合によりドリルストリング内のドリルチューブまたはドリルロッドに連結されるか（図示せず）、ダウンザホールハンマのドライバサブ（driver sub）に連結される（図示せず）ので、通常の形態で回転運動を伝達させる。チューブまたはロッドは、洗浄媒体を搬送するためのチャネルを有する。洗浄媒体用の主要チャネル１１はドリルビットの内部に設けられる。この主要チャネルは前方端部において複数のブランチチャネル１２に連通し、前面３の凹部４内および戻し溝５で終端する。なお、一つまたはそれ以上の洗浄媒体用チャネルはチップウェイ８で終端してもよい。洗浄媒体は実際には水または空気である。

ドリルボディの円錐表面６および前面３には複数の非コートボタン７、９および１０が設けられる。ボタンは完全に超硬合金から形成され、好ましくは圧入により穴内に繋止される。ビット１０の周囲に複数のボタン７が位置決めされ、これらの径方向外側の部分はビットの直径を画定し、従ってドリルで開けられる穴の直径を画定する。少なくとも各列ボタンは、取付けられると、ビットボディ２の関連するリム面２３から最大距離Ｌ２だけ突出する（図２）。距離Ｌ２は図２に破線で示されたような従来のボタンに比べて長く、すなわち従来のボタンにおけるボタン直径Ｄの約４９％に比べて本発明ではボタン直径Ｄの約５３％である。換言すると、本願においては、距離Ｌ２はボタン直径Ｄの５０％以上であり、好ましくは５２％以上である。

ボタン７は、各ボタン７の長手中央ライン（中央軸線）ＣＬ２がビットの前方方向においてドリルビットの長手中央軸線から好ましくは鋭角に分岐するように、傾斜している。

全てのボタン７、９および１０はドリルボディの前面に埋め込まれる。各ボタンは非強化の超硬ボディを具備し、このボディはドリルボディに埋め込まれた円筒状グリップまたは取付部分２０と、ドリルボディから突出した前方集中端部１８とを有する。半径Ｒ１は取付部分２０の包囲表面２５を画定する。各超硬ボタンの集中端部はボタンの掘削端部１８を画成する。掘削端部１８の表面１８Ａは実質的に図２に示した平面Ｐ上の縁部２２から始まる。縁部２２は超硬ボタンの円錐中間表面２１と円筒状の包囲表面２５との間の結合部に配置せしめられるのが好ましい。円錐中間表面２１は、図２の断面において後方取付部分２０の包囲表面２５に対して約１３〜１９°、好ましくは約１５°の鋭角αを成す。カーバイドおよび接着粉を圧縮するときのプレス加工のために円錐中間表面が存在し、プレス工具の上方または下方パンチの耐久性を高める。縁部２２は関連するリム表面２３と平行であり、これらは距離Ｌ１だけ離間せしめられ、この距離Ｌ１の長さは０．５〜２ｍｍである。

ドリルビットの長手中央ラインＣＬ１とボタン７の長手中央ラインＣＬ２との間は所定角度がつけられる。この所定角度は約１３°〜１６３°であり、好ましくは２０°〜５５°である。

ボタンの掘削端部１８の表面１８Ａはほぼ半球状に湾曲せしめられており、中央軸線ＣＬ２上に配置された半径Ｒ２で画定され、半径Ｒ２の原点Ｃは平面Ｐの軸線方向後方に位置決めされる。平面Ｐは所定地点において中央軸線ＣＬ２と交差する。この地点と半径の原点Ｃとの間の距離Ａは半径Ｒ１の５％〜１０％である。半径Ｒ２は後方取付部分２０の半径Ｒ１の約８５％〜１１５％である。

半球状の超硬前方端部の半径Ｒ２はこれまで知られていたボタンよりも短いので、本発明の新しいドリルビットは再研磨（regrind）が必要になる前に従来のドリルビットよりも長く穿孔することができ、すなわち本発明の超硬ボタンの掘削端部１８は（図２の破線に比べて）より硬質である。さらに、ドリルビットは、各ボタンがボア穴内のロック表面に及ぼす接触圧が高いので大きな浸透率を達成する。加えて、ボタンが通常よりも鋼鉄ビットから突出し、研磨カップの研磨凹部が従来のカップよりも深く形成されるので、本発明の超硬ボタンは安定して再研磨される。したがって、研磨カップは、ボタンを研磨するのに適するほぼ半球状の凹部を有し、この凹部の深さは凹部の最大直径の５０％以上であり、好ましくは５２％以上である。半球状の凹部の半径は後方取付部分２０の半径Ｒ１の約８５％〜１１５％である。用語「再研磨」は、ボタン端部上で回転および旋回する単一の研磨カップが実質的にボタン端部の初期形状に戻すことを意味する。

テストにおいて、打撃穿孔中に、本発明のビットの寿命が従来のビットの二倍になった。本発明のビットのボタンの直径は、直径が最大のボタン７が周囲に配置され、その内側ボタン９の直径がそれよりも小さくされ、最も内側のボタン１０の直径が最小になるように設定される。リム表面２３からの突出量も同様に異なっており、すなわちそれぞれ９．４ｍｍ、８．６ｍｍおよび７．６ｍｍとなっている。

さらに、ビットの軸線ＣＬ１に対して約１３°から開始する約１５０°のインターバルで本発明のボタンが傾斜した角度でドリルビットに取付けられるので、本発明のボタンの形状はドリルビットのデザイナーに自由度を与える。

本発明のボタンの幾何形状は、寿命延長、浸透率向上および再研磨の安定等、従来のボタンに比べて複数の利点を提供する。

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の精神および特許請求の範囲に定義された発明の範囲を逸脱することなく、明示的に記載されていない付加、削除、修正および代用が可能であることは当業者には明らかである。

本発明のドリルビットを示す部分斜視図である。 ラインＩ−Ｉに沿った図１Ａのドリルビットの断面図である。 ドリルビットボディに関する本発明のボタンの断面図であり、従来技術の幾何形状が破線で示されている。 長手断面における本発明のボタンを示している。 本発明のボタンの側面図である。 従来技術のボタンの側面図である。

Claims (8)

1. 穿孔するための打撃ドリルビットであって、
   打撃ユニットに連結するために後端部に連結部分を有すると共に当該ドリルビットの回転軸線（ＣＬ１）を画定するドリルボディと、該ドリルボディの前端部内に埋め込まれる再研磨可能な複数の超硬ボタン（７、９、１０）とを具備し、上記前端部は連結部分に対して固定されており、各ボタンは上記ドリルボディに埋め込まれた後方取付部分（２０）を有する超硬ボディを具備し、その前端（１８）はドリルボディから突出しており、上記超硬ボタンの前端はほぼ半球状に湾曲していると共に半径（Ｒ２）によって画定され、該半径（Ｒ２）の原点（Ｃ）は実質的に縁部（２２）を含む平面（Ｐ）の軸線方向後方に配置され、上記前端は上記縁部（２２）から開始する表面（１８Ａ）を有するドリルビットにおいて、
   上記ボタン（７、９、１０）は該ボタンの直径（Ｄ）の５０％以上である距離（Ｌ２）だけ上記ドリルビットボディから突出し、上記表面（１８Ａ）と上記縁部（２２）との間の円錐中間表面（２１）は断面において上記後方取付部分（２０）の包囲表面（２５）に対して約１３°〜１９°の鋭角（α）を成すことを特徴とする打撃ドリルビット。
2. 上記距離（Ｌ２）は上記ボタンの直径（Ｄ）の５２％以上である請求項１のドリルビット。
3. 上記超硬ボタンの湾曲した前方端部（１８）は、円錐表面（２２）に連絡し、次に上記ボタンの最大の直径（Ｄ）を画定する平面（Ｐ）を含む位置において上記ボタン（７、９、１０）の包囲表面（２５）に連絡する請求項２に記載のドリルビット。
4. 上記半径（Ｒ２）は上記後方取付部分（２０）の半径（Ｒ１）の約８５％〜１１５％である請求項１に記載のドリルビット。
5. ドリルボディに埋め込まれる後方取付部分（２０）と、前記ドリルボディから突出する前端（１８）とを有する、打撃岩盤ドリルビット用の再研磨可能な超硬ボタンであって、
   当該超硬ボタンの前端（１８）はほぼ半球状に湾曲し且つ半径（Ｒ２）により画定され、該半径（Ｒ２）の原点（Ｃ）は実質的に縁部（２２）を含む平面（Ｐ）の軸線方向後方に配置され、上記前端は上記縁部（２２）から開始する表面（１８Ａ）を有する再研磨可能なボタンにおいて、
   当該ボタンは該ボタンの直径（Ｄ）の５０％以上の距離（Ｌ２）だけドリルビットボディから突出するのに適しており、上記表面（１８Ａ）と上記縁部（２２）との間の円錐中間表面（２１）が断面において上記後方取付部分（２０）の包囲表面（２５）に対して約１３°〜１９°の鋭角を成すことを特徴とする再研磨可能なボタン。
6. 上記距離（Ｌ２）は上記ボタンの直径（Ｄ）の５２％以上である請求項５に記載の再研磨可能なボタン。
7. 当該超硬ボタンの湾曲した前方端部（１８）は、円錐表面（２２）に連結し、次に上記ボタンの最大の直径（Ｄ）を画定する平面（Ｐ）を含む位置において上記ボタン（７、９、１０）の包囲表面（２５）に連絡する請求項６に記載の再研磨可能なボタン。
8. 上記半径（Ｒ２）は上記後方取付部分（２０）の半径（Ｒ１）の約８５％〜１１５％である請求項５に記載の再研磨可能なボタン。

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