JPH0376988A - 回転ドリル用の回転可能なクラウン及び基層穿孔方法 - Google Patents

回転ドリル用の回転可能なクラウン及び基層穿孔方法

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JPH0376988A
JPH0376988A JP2091339A JP9133990A JPH0376988A JP H0376988 A JPH0376988 A JP H0376988A JP 2091339 A JP2091339 A JP 2091339A JP 9133990 A JP9133990 A JP 9133990A JP H0376988 A JPH0376988 A JP H0376988A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は穿孔、ドリルビット及び該ビットで用いる研磨
材要素に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題回転ドリル
は、ドリルロッド、ストリンガ又はアダプタ継手での係
合のためにねじ山を形成された一端を有する回転可能な
クラウンと、他端にある作業部分又は切削面とを備える
。作業部分は適当な接合マトリックスで強固に保持され
た複数個の切削要素を備える。接合マトリックスは炭化
タングステン、鉄又はタングステンのような硬質粒子を
一緒に結合する青銅のような合金を含むことができる。
切削要素は、ダイヤモンド、焼結炭化物及び研磨材成形
体のような種々の硬質材料で作られることができる。
研磨材成形体は、当業界で知られるように、主として硬
質の団塊中へ接合された圧縮体のｉｌｌで少なくとも７
０パーセント、好ましくは８０〜９０パーセントの伍で
存在する研磨材粒子の量からなる。成形体はかなりの量
の直接粒子対粒子接合を含む多結晶質椀体である。成形
体の研磨材粒子は必ずダイヤモンド及び立方格子窒化ホ
ウ素のような超硬質研磨材である。ダイヤモンド成形体
は多結晶質ダイヤモンド又はＰＣＤとして当業界で知ら
れている。
約７００℃の温度で熱的に安定であるダイヤモンド成形
体は当業界で知られており且つ例えば回転ドリルでの切
削要素として使用されている。そのような成形体の例は
米国特許明ａＳ第４．５３４．７７３号、同第４，７９
３，８２８号及び同第４，２２４，３８０＠に記載され
ている。そのような切削要素は一般に切削点又は縁を与
えるようにドリルの回転可能なクラウンの切削面に適当
に取付けられた立方体又は等辺三角形体の形で設けられ
る。
欧州特許公告第０１５６２３５号は、複数個の熱的に安
定な多結晶質ダイヤモンドの切削要素を備え、そのそれ
ぞれが長手方向軸線によって特徴とされ且つ要素の長手
方向軸線が概ね相互に平行であるようにマトリックス林
料中に保持されているドリルビットで用いるダイヤモン
ドカッタインサートを説明し且つ請求している。カッタ
インサートはドリルビット本体中へ挿入し得るようにス
タッドの端に取付けられることができる。代替的に、カ
ッタインサートはドリルビットの切削面に直接に接合さ
れることができる。個々の多結晶質ダイヤモンド切削要
素は１０ｍｇ＋までの長さを有することができると言わ
れている。
欧州特許第０１０１０９６号は、ドリル又はドリルビッ
トに通ずる複数個のインサートを製作する方法であって
、円板形状にされた研磨材成形体を準備すること及びイ
ンサートを製作するために円板の平坦な表面に対して横
断方向にある平面に沿って成形体を切断することのステ
ップを含む方法を説明している。
米国特許箱４．１９０．１２６号は、ビットの作業面の
接合マトリックス中に保持された複数個の切削要素を備
え、各要素が湾曲した切削縁を７与える焼結炭化タング
ステンの棒状本体を備える回転研磨材穿孔ビットを説明
している。ドリルビットは比較的軟質の累居又１１半硬
質の累層を有する岩石を穿孔するのにイ」効であると言
われている。
ドリルビットは硬質岩石の累層を穿孔するには適してい
ない。
課題を解決するための手段および作用 本発明によれば、作業端と、ドリルロッド、ストリンガ
又はアダプタ継手での係合のための他端とを備え、作業
端が切削面と、切削面に配置された複数個の不連続の離
間した細長い切削要素とを有し、且つ切削要素が、 （１）　　正方形又は矩形横断面を有し、（′２Ｊ　　
要素の角によって画成された切削点を与え、（３）　　
切削面の後ろに延びる長手方向軸線を有し、且つ （４）　　熱的に安定な研磨材成形体で作られている、
回転ドリル用回転可能なクラウンが提供される。
長手方向軸線は切削面に対して実質的に垂直にあり又は
それに対して正又は負のレーキ角にあることができる。
更に本発明によれば、少なくとも１８０ＭＰａの圧縮強
さを有する基層を穿孔する方法は、上述したような回転
可能なクラウンを準備すること、クラウンを回転するこ
と、の削要素の切削点が基層を研磨するように回転する
クラウンを基層に接触させること、及び回転するクラウ
ンを基層中へ前進させることのステップを含む。
上述した回転可能なクラウンで使用される切削要素は、
その両側のそれぞれに主平坦表面を有する円板形状にさ
れた成形体を準備すること、各要素が主平坦表面にあり
又は該主平坦表面と平行にある平面にある長ず方向軸線
を有する複数個の棒状要素が製作されるように研磨材成
形体を平面に沿って切断すること、及び各棒状要素を２
つまたはそれ以上の短い要素に随意に切断することのス
テップを含む７］法によって作られることができる。
実施例 細長い切削要素の研磨材成形体は熱的に安定なダイヤモ
ンド成形体である。熱的に安定なダイヤモンド成形体は
、真空又は不活性又は還元雰囲気中で１２００℃のオー
ダーの温度にｉｌｌ呈された時に重大な程度に劣化しな
いダイヤモンド成形体である。特に適当な熱的に安定な
ダイヤモンド成形体の例は米国特許明Ｉｔ癩第４．７９
３．８２８号に記載されている成形体である。
切削要素は典型的には少なくとも４顛の長さを有する。
該要素は１０ａｗを越える長さを有することができる。
そのような要素、即ち１０ａｍより大きい長さを有する
要素は新製品であると考えられる。
切削要素の横断面は正方形又は矩形である。更に、要素
は要素の角によって画成された切削点を備える。この点
は一般的には作業端の切削面より僅かにＬへ突出する。
切削点は細長い切削縁、平らな切削表面、湾曲した切削
縁又は湾曲した切削表面よりも良好な切削作用をクラウ
ンに与えることは判明している。要素の横断面はできる
だけ小さくすべきである。好ましくは、正方形又は矩形
の最長直線寸法は２．５ｍｍを越えず、且つ一層好まし
くは１．５ｍを越えない。
ドリルクラウンの作業端は好ましくは複数個のセグメン
トを備え、各セグメントは湾曲した内方表面及び湾曲し
た外方表面及びこれら２つの湾曲表面を結合する頂部切
削面を有し、頂部切削面はその中に配置された上述した
ような複数個の不連続の１１間した細長い切削要素を有
し、外方湾曲表面はその中に配置された上述した形式の
複数個の不連続の離間した切削要素を有し、この切削要
素はゲージ石として作用し且つこの外方表面に配置され
た切削要素の少なくとも幾つかは下方切削縁を与える。
切削ゲージ石として作用する切削要素は平らな頂部切削
面から下方切削縁まで延びることができる。
本発明のドリルクラウンは硬い基層、特に少なくとも１
８０ＭＰａ、好ましくは少なくとも２２０ＭＰａの圧縮
強さを有する基層の穿孔のために利用される。そのよう
な基層の例はパール花崗岩（Ｐａａｒｌ　ｇｒａｎｉｔ
ｅ）　、ノーライト斑れい岩（Ｎｏｒ　ｉ　ｔｅＧａｂ
ｂｒｏ）及びリーフ珪岩（１！ｅｅｆ　Ｑｕａｒｔｚｉ
ｔｅ）である。
本発明の実施例は次に添付図面を参照して説明される。
第１図は両側のそれぞれに主平坦表面１２．１４を有す
る円板形状にされた熱的に安定な研磨材成形体１０を例
示する。研磨材成形体は平坦表面１２．１４に対して垂
直な一連の離間した平面１６に沿って切断されて複数個
の棒状単体要素１８を作る。各棒状要素は２つまたはそ
れ以上の短い要素に切断されることができる。
円板の切断は各要素の長手方鋤軸線が主平坦表面の平面
中にあるようにすることは注目されよう。
５８ａｗ＋まで又はそれ以、ヒの直径を有する研磨材成
形体を作ることは可能である。その結果、この方法によ
って５８ａｌｔまで又はそれ以上の長さの棒状要素を作
ることは可能である。
成形体の切断はレーザー又は火花浸食切断のような当業
界で知られた方法で行われることができる。
上述したようにして作られた複数個の棒状要素は第２図
に例示されるようにドリルクラウンの作業端に取付けら
れることができる。第２図を参照すると、回転ドリルロ
ッド、ストリンガ又はアダプタ継手と結合するに適当な
回転可能なクラウン３０が図示されている。クラウン３
０は、作業端３２と、回転ドリルロッド、ストリンガ又
はアダプタ継手で係合し得る他端（図示せず）とを有す
る。回転ドリルロッド、ストリンガ又は７ダブタと係合
する他端は標準的な形状であり且つ例えばねじ山を形成
されることができる。作業端３２はクラウンの端３６へ
付着された複数個のセグメント３４を備える。各セグメ
ントは湾曲した内方表面３８と湾曲した外方表面４０と
平坦な頂部表面４２とを有する。また、各セグメントに
下方の平坦な谷部４４がある。溝４６が隣接するセグメ
ント間に設けられ且つ冷却又は洗浄のための液体又は空
気をクラウンの中空な中心４８から外側へ通過させ又は
その逆に通過させる。
１つの拡大したセグメントから理解され得るように、の
田面を提供する平坦な表Ｕ！６４２中に多数の細長い切
削要素５０が一部埋設されており、該切削要素のそれぞ
れは長手方向軸線を有する。各要素はそれが露出した実
質的に平坦な矩形表面５２を備え且つ長手方向軸線が平
坦な表面４２に対して実質的に垂直になるように表面４
２中に即設されている。矩形表面５２の角５４は切削面
のための従ってドリルクラウンのための切削縁を形成す
る。内方及び外方湾曲表面３８及び４０中に配置された
切削要素５０は２つの作用をし、即ちそれらはケージ石
として並びに切削Ｈａとして作用する。要素の平坦な細
長い面は湾曲表面４０中にあること及びこの縁要素につ
いて切削縁５８が与えられることは注目されよう。湾曲
表面３８．４０の間の切削要素は切削点５４を与える。
　ドリルクラウンは当業界でよく知られる通常の熱圧プ
レス又は浸透技術によって製作されることができる。
使用中、ドリルクラウンは第２図で例示される矢印の方
向へ回転される。このため、切削作用を提供するものは
角５４であり、これは特に少なくとも１８０ＭＰａの圧
縮強さを有する硬い基層を穿孔する時に有利であること
は判明している。
第３図及び第４図は第２図のドリルクラウンと共に用い
るためのセグメントの代替的実施例を例示し且つ同様な
部分は同じ符号を有する。第３図の実施例で、外方湾曲
表面４０中に配置された切ｍ要素５０は切削面４２から
下方谷部４４まで延びる。このため、この実施例では、
この外方表面中のゲージ石は基層中へのドリルクラウン
の前進のための切削要素及びゲージ石として作用するの
みならず、ドリルクラウンを基層から引出す際のリーマ
として作用する。必要な切削及びリーマ作用を提供する
のはこれら外方要素の下方切削縁５６である。
第４図の実施例は、外方湾曲表面４０中に配置された切
削要素が切削面４２からＦ方唇部４４まで延びていない
ことを除けば、第３図の実施例と同じである。この実施
例において、外方表面４０中の切削要素は千鳥配列で設
けられ、１つのグループはドリルクラウンのり−マ作用
能力を提供する下方切削縁５６を与える。
第２図で説明され且つ４濁の長さをそれぞれ有しかつ米
国特許明細舎弟４．７９３．８２８号で説明されている
形式の熱的に安定なダイヤモンド成形体で作られた回転
可能なクラウンを使用する回転ドリルがノーライト花崗
岩の穿孔で試験された。侵入速度は花崗岩中で穿孔され
た距離と関連して決定された。得られた結果は第５図に
図式的に示した。次の点はこれらの結果で得られること
ができる。
１、　　ドリルは最初に１５５０〜２１００Ｎｇの間で
変化された負荷で且つ９００　ｒｐｍの１１転速度で鉱
山で使用された。平均侵入速度は３５．４α／ｓｉｎで
あった。
２、　その後、負荷及び回転速度のようなパラメータが
変化された。この実験は最適負荷が１６８０Ｋｇであり
且つ１ｌ１００ｒｐの回転速度であることを示した。
３、　その後、ノーライト花崗岩は実験室で更に６１メ
ートルの深さまで穿孔され５３．２９α／ｓｉｎの平均
侵入速度を得た。この侵入速度は；Ｉｌ常に良好であり
且つ穿孔の早期段階中に得た速度よりも相当に高い。
４、　実験の終了時のファーの目視検査は個々の要素が
およそ２ｊＩｌ＋の長さまで摩耗したことを示した。こ
れは９６．５メートルの全穿孔距離を留意すると小さな
摩耗を示す。
同様な試験が硬い花崗岩であるパール花崗岩で行われ、
３０ｃｍ／ｗｉｎの平均侵入速度であった。
重ねて、実際の侵入速度は時間と共に増加した。
発明の効果 細長い切削要素は過去に使用されていた立方体及び三角
形体にまさる幾つかの利益を有する。これらの利益は次
のとおりである。
１、　立方体又は三角形体では、切削要素はそれがその
最初の寸法の半分に摩耗されるまで有効な寿命を有する
。細長い切削要素では、穿孔は事実上ビン全体が消耗さ
れるまで続けられることができる。
２、　細長い切削要素では、ビットの耐用１１間を通し
て、即ち穿孔される基層との要素の接触面積が一定のま
まであるので、ビット負荷は一定である。立方体及び二
角形体の両方の接触面積は摩耗と共に増加し、それ故穿
孔に要する力は時間と共に増加する。
３、　細長い切削要素はゲージ石及び切削要素の両方の
作用を同時にすることができ、キツカー石及び焼結炭化
物の摩耗ストリップの必要を排除することができ、それ
によりコストを下げることができる。
４、　細長い切削要素は切削面から上への要素突出が少
ないのでより丈夫であり、それ紋穴へ落としても又は手
荒く扱っても要素への損傷の可能性は少ない。
５、　含浸されたビット並びに表面硬化されたビットに
まざる向上した性能。表向硬化されたビットの「一定の
」露出を得ながら、含浸されたビットの寿命時間の利益
を得ることが可能である。
第６図は、７１．６メートルの穿孔距離にわたる２つの
回転可能なドリルクラウンの侵入速度プロフィルを図式
的に示す。ビットＡは第１図に従うクラウンであるのに
対して、ビットＢは２つの湾曲した表面３８．４０の間
の矩形体５２の角に対向した細長い側が切削のために与
えられることを除いて同じ切削要素を有する同様なクラ
ウンである。プロフィルが同様であることは注目されよ
う。しかしながら、ビットＡでは、１６８ＯＮｙだけの
負荷を必要とし、ビットＢで必要とされた１９３３　Ｋ
ｆＪの負荷と比較される。より高い負荷は切削要素のよ
り多くの摩耗を生じ且つより多くの動力を消費する。
【図面の簡単な説明】
第１図は複数個の棒状要素に切断される円板形状にされ
た研磨材成形体を示し、第２図は本発明の回転可能なク
ラウンの斜視図を示し、第３図は本発明の回転可能なク
ラウンのためのセグメントの第２の形式を示し、第４図
は本発明の回転可能なクラウンのための第３の形式を示
し、第５図は本発明の実施例における侵入速度（ＲＯＰ
）を穿孔距離の関数として示すグラフであり、第６図は
回転可能なクラウンの２つの形式の侵入速度を示すグラ
フである。 １０・・・円板形状にされた熱的に安定な研磨材成形体
、１２．１３・・・主平坦表面、１６・・・一連の離間
した平面、１８・・・棒状単体要素、３０・・・回転可
能なクラウン、３２・・・作業端、３４・・・セグメン
ト、３６・・・クラウンの端、３８・・・湾曲した内方
表面、４０−・・湾曲した外方表面、４２・・・平坦な
頂部表面、４４・・・下方の平坦な谷部、４６・・・溝
、４８・・・中空中心、５０・・・細長い切削要素、５
２・・・矩形表面、５４・・・角、５８・・・切削縁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）作業端と、ドリルロッド、ストリンガ又はアダプ
    タ継手での係合のための他端とを備え、作業端が切削面
    と、切削面に配置された複数個の不連続の離間した細長
    い切削要素とを有し、且つ切削要素が、 （１）正方形又は矩形横断面を有し、 （２）要素の角によって画成された切削点を与え、 （３）切削面の後ろに延びる長手方向軸線を有し、且つ （４）熱的に安定な研磨材成形体で作られている、回転
    ドリル用回転可能なクラウン。 （２）切削要素が少なくとも４ｍｍの長さを有する特許
    請求の範囲第１項に記載の回転可能なクラウン。 （３）切削要素が１０ｍｍを越える長さを有する特許請
    求の範囲第１項又は第２項に記載の回転可能なクラウン
    。 （４）要素の横断面の正方形又は矩形の最長直線寸法が
    ２．５ｍｍを越えない特許請求の範囲第１項から第３項
    までのいずれかの１項に記載の回転可能なクラウン。 （５）要素の横断面の正方形又は矩形の最長直線寸法が
    １．５ｍｍを越えない特許請求の範囲第１項から第４項
    までのいずれかの１項に記載の回転可能なクラウン。 （６）作業端が複数個のセグメントを備え、各セグメン
    トが湾曲した内方表面及び湾曲した外方表面及びこれら
    ２つの湾曲した表面を結合する頂部切削面を有し、頂部
    切削面が特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれ
    かの１項に記載されたような複数個の不連続の離間した
    細長い切削要素をその中に配置して有し、外方湾曲表面
    がその中に配置された複数個の不連続の離間した切削要
    素を有し、この切削要素が正方形又は矩形の横断面を有
    し且つゲージ石として作用し、且つ外方表面中に配置さ
    れた切削要素の少なくとも若干が下方切削縁を与える特
    許請求の範囲第１項から第５項までのいずれかの１項に
    記載の回転可能なクラウン。 （７）ゲージ石として作用する切削要素が頂部切削面か
    ら下方切削縁まで延びている特許請求の範囲第６項に記
    載の回転可能なクラウン。 （８）少なくとも１８０ＭＰａの圧縮強さを有する基層
    を穿孔する方法であつて、特許請求の範囲第１項から第
    ７項のいずれかの１項に記載された回転可能なクラウン
    の準備すること、クラウンを回転させること、切削要素
    の切削点が基層を研磨するように回転するクラウンを基
    層に接触させること、及び回転するクラウンを基層中へ
    前進させることのステップを含む基層の穿孔方法。
JP2091339A 1989-04-05 1990-04-05 回転ドリル用の回転可能なクラウン及び基層穿孔方法 Expired - Lifetime JP2510324B2 (ja)

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CA (1) CA2013804C (ja)
DE (1) DE69024691T2 (ja)
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