JPH0742837B2 - ドリルビツトのカツタ−用回転軸封装置 - Google Patents
ドリルビツトのカツタ−用回転軸封装置Info
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- JPH0742837B2 JPH0742837B2 JP61137888A JP13788886A JPH0742837B2 JP H0742837 B2 JPH0742837 B2 JP H0742837B2 JP 61137888 A JP61137888 A JP 61137888A JP 13788886 A JP13788886 A JP 13788886A JP H0742837 B2 JPH0742837 B2 JP H0742837B2
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/08—Roller bits
- E21B10/22—Roller bits characterised by bearing, lubrication or sealing details
- E21B10/25—Roller bits characterised by bearing, lubrication or sealing details characterised by sealing details
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3436—Pressing means
- F16J15/344—Pressing means the pressing force being applied by means of an elastic ring supporting the slip-ring
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の技術分野 本発明は石油井、地熱井等の掘削に用いるドリルビツト
のカツター部のための回転軸封装置に関するものであ
る。
のカツター部のための回転軸封装置に関するものであ
る。
従来の技術 ドリルビツトのコーンカツターと軸受ピンとの間の軸封
には、米国特許第3,397,928号におけるＯ−リング型式
のもの、同第3,761,145号、同第4,176,848号、同第4,51
6,641号の金属面シール（metel face seals）型式のも
のなどが挙げられる。
には、米国特許第3,397,928号におけるＯ−リング型式
のもの、同第3,761,145号、同第4,176,848号、同第4,51
6,641号の金属面シール（metel face seals）型式のも
のなどが挙げられる。
発明が解決しようとする問題点 近年石油井、地熱井等の掘削に用いられるドリルビツト
は深い掘削深度、硬い岩質層で高温、高圧下に稼動する
必要性が益々高まり、このため耐摩耗性と耐熱性を兼備
した回転カツター部の封止技術の実現が待望されてき
た。この封止技術の一では耐熱弾性ゴムのＯ−リングを
用いるが、これはＯ−リングとカツター又はＯ−リング
と軸受部との間の相対運動によりシール性は良好である
が高温下に相対運動に伴う反復衝撃を継続的に受けるた
め弾性ゴムのＯ−リングの劣化が加速され回転シール部
の早期破壊が避け難かつた。こうした弾性ゴムの劣化に
よるＯ−リング型式のものの問題を解消するため、回転
シール部に高硬度、耐熱・耐摩耗性の金属シールを用い
これを耐熱弾性ゴムシールで支持してカツターのゴマス
リ運動（conical movement）に耐える封止機構を作つて
いた。この後者は金属面シール（metal face seal）型
式と称されるが、これは組み込むシール部品点数が比較
的多く又これらを組立てたシール構造も複雑であり、高
いシール性を確保し得る期間も高硬度の金属同士のカジ
リ及びこうした高硬度金属材料と軟質の弾性ゴムとの組
合せによりそれほど長くなかつた。
は深い掘削深度、硬い岩質層で高温、高圧下に稼動する
必要性が益々高まり、このため耐摩耗性と耐熱性を兼備
した回転カツター部の封止技術の実現が待望されてき
た。この封止技術の一では耐熱弾性ゴムのＯ−リングを
用いるが、これはＯ−リングとカツター又はＯ−リング
と軸受部との間の相対運動によりシール性は良好である
が高温下に相対運動に伴う反復衝撃を継続的に受けるた
め弾性ゴムのＯ−リングの劣化が加速され回転シール部
の早期破壊が避け難かつた。こうした弾性ゴムの劣化に
よるＯ−リング型式のものの問題を解消するため、回転
シール部に高硬度、耐熱・耐摩耗性の金属シールを用い
これを耐熱弾性ゴムシールで支持してカツターのゴマス
リ運動（conical movement）に耐える封止機構を作つて
いた。この後者は金属面シール（metal face seal）型
式と称されるが、これは組み込むシール部品点数が比較
的多く又これらを組立てたシール構造も複雑であり、高
いシール性を確保し得る期間も高硬度の金属同士のカジ
リ及びこうした高硬度金属材料と軟質の弾性ゴムとの組
合せによりそれほど長くなかつた。
本発明は上述の二型式の回転シール構造の問題点を同時
に解決して、長寿命かつ簡単な構造の回転シール部を具
体化しようとするものである。
に解決して、長寿命かつ簡単な構造の回転シール部を具
体化しようとするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は上記課題の解決のため多面的に研究を継続して
完成されたものであり、その構成がドリルビツトのボデ
イーに形設した軸受部に回転自在に軸支してなるカツタ
ーのための回転軸封装置にして、カッター部に嵌合固定
されるとともに端面にテーパ面をそなえた固定シールリ
ングと、固定シールリングのテーパ面に対向する端面に
テーパ面を有するとともに湾曲状内側面をそなえた浮動
シールリングと、浮動シールリングの湾曲状内側面と軸
受部との間に挾設してなる弾性Ｏ−リングとを具備する
ことを特色とする。
完成されたものであり、その構成がドリルビツトのボデ
イーに形設した軸受部に回転自在に軸支してなるカツタ
ーのための回転軸封装置にして、カッター部に嵌合固定
されるとともに端面にテーパ面をそなえた固定シールリ
ングと、固定シールリングのテーパ面に対向する端面に
テーパ面を有するとともに湾曲状内側面をそなえた浮動
シールリングと、浮動シールリングの湾曲状内側面と軸
受部との間に挾設してなる弾性Ｏ−リングとを具備する
ことを特色とする。
さらに、上記構成に際し固定シールリングと浮動シール
リングとは対になるが、これらはドリルビツトの過酷な
使用条件から耐熱・耐摩耗性金属材料で又弾性Ｏ−リン
グは耐熱ゴム材料で作られることが必要である。これと
ともに、本発明において固定シールリングと浮動シール
リングとは表面層と内質との間に硬度差があると高温高
圧下に変形が著しく助長されるので金属材料の表面処理
（浸炭、窒化など）をしないものが適していること、さ
らに又耐摩耗性を高めるにはＣ％の含有率の高い材料が
すぐれていることに着目して、上記固定シールリング及
び浮動シールリングをいずれも白銑系鋳鉄で作ることを
特色とするものである。
リングとは対になるが、これらはドリルビツトの過酷な
使用条件から耐熱・耐摩耗性金属材料で又弾性Ｏ−リン
グは耐熱ゴム材料で作られることが必要である。これと
ともに、本発明において固定シールリングと浮動シール
リングとは表面層と内質との間に硬度差があると高温高
圧下に変形が著しく助長されるので金属材料の表面処理
（浸炭、窒化など）をしないものが適していること、さ
らに又耐摩耗性を高めるにはＣ％の含有率の高い材料が
すぐれていることに着目して、上記固定シールリング及
び浮動シールリングをいずれも白銑系鋳鉄で作ることを
特色とするものである。
作用 上記構成によれば、対になつた金属面シールの一方即ち
固定シールリングはカツターに焼嵌め等で固定され又他
方の金属面シール即ち浮動シールリングは弾性ゴム材料
製のＯ−リングに支持されているので浮動シールリング
は固定シールリングにこのＯ−リングの弾力で圧触して
いる。この場合、浮動シールリングと固定シールリング
とはその対向する端面の径方向内側にテーパ面が形成さ
れ、径方向外側に平坦な対向端面部分が圧触した状態が
生ずる。かくして、上記テーパ面同士の間に径方向に楔
形の空隙が形成され、カツターのゴマスリ運動中この楔
形空隙が潤滑油をシールリングの平坦な圧触端面部分に
絶えず円滑に供給する小形貯油室となる。こうしてカツ
ターのゴマスリ運動中弾性Ｏ−リングの弾力で浮動シー
ルリングの不均等な変形を受入れその固定シールリング
に対するすぐれた追随性が発揮され、両シールリングの
平坦面圧触部分における金属面シールは長期にわたり安
定に維持される。
固定シールリングはカツターに焼嵌め等で固定され又他
方の金属面シール即ち浮動シールリングは弾性ゴム材料
製のＯ−リングに支持されているので浮動シールリング
は固定シールリングにこのＯ−リングの弾力で圧触して
いる。この場合、浮動シールリングと固定シールリング
とはその対向する端面の径方向内側にテーパ面が形成さ
れ、径方向外側に平坦な対向端面部分が圧触した状態が
生ずる。かくして、上記テーパ面同士の間に径方向に楔
形の空隙が形成され、カツターのゴマスリ運動中この楔
形空隙が潤滑油をシールリングの平坦な圧触端面部分に
絶えず円滑に供給する小形貯油室となる。こうしてカツ
ターのゴマスリ運動中弾性Ｏ−リングの弾力で浮動シー
ルリングの不均等な変形を受入れその固定シールリング
に対するすぐれた追随性が発揮され、両シールリングの
平坦面圧触部分における金属面シールは長期にわたり安
定に維持される。
上記カツターのゴマスリ運動中、ビツト内部の潤滑油の
内圧が外圧即ち掘削井中の流体圧にうち克つと潤滑油は
軸封部から漏出し、外圧の方が内圧よりも上まわるとき
浮動シールリングと固定シールリングの平坦面圧触部分
をさらに圧迫して封止を増強し岩石屑がカツターの軸封
部に侵入することが防止される。
内圧が外圧即ち掘削井中の流体圧にうち克つと潤滑油は
軸封部から漏出し、外圧の方が内圧よりも上まわるとき
浮動シールリングと固定シールリングの平坦面圧触部分
をさらに圧迫して封止を増強し岩石屑がカツターの軸封
部に侵入することが防止される。
実施例 本発明による回転軸封装置を組み込んだドリルビツト又
はロツクビットは添付第２図に示されている。ドリルビ
ツト１は上部にねじを有し下方に３つのビツトレツグ２
が延びている。ビツトレツグ２の端部に固着された支軸
にボールベアリング６を介して回転カツター４が設けら
れている。支軸の内部にはグリース等の潤滑油を充填し
た圧力補償装置５につながつた潤滑油通路８が延びこの
通路の終端のカツター部貯油室を経て支軸基部の回転軸
封装置７に潤滑油が供給されている。
はロツクビットは添付第２図に示されている。ドリルビ
ツト１は上部にねじを有し下方に３つのビツトレツグ２
が延びている。ビツトレツグ２の端部に固着された支軸
にボールベアリング６を介して回転カツター４が設けら
れている。支軸の内部にはグリース等の潤滑油を充填し
た圧力補償装置５につながつた潤滑油通路８が延びこの
通路の終端のカツター部貯油室を経て支軸基部の回転軸
封装置７に潤滑油が供給されている。
本発明による回転軸封装置７はカツター４とビツトレツ
グ２の一部をなす支軸との間に挾設された固定シールリ
ング10、湾曲状内面の浮動シールリング14、弾性Ｏ−リ
ング20の三要素をそなえる。固定シールリング10は、カ
ツターの内面に形設した環状段部にその頂面11及び外周
面13を当接して焼嵌めで嵌合固定されている。弾性Ｏ−
リング20は支軸基部に嵌挿され、この弾性Ｏ−リング20
を押し潰すとともにつかみ止めるように内面が湾曲した
浮動シールリング14が弾性Ｏ−リング20によつて支持さ
れている。固定シールリング10の浮動シールリング14と
の対向面は平坦面11′とテーパ面11″とからなつてい
る。又、浮動シールリング14の固定シールリング10との
対向面は平坦面18′とテーパ面18″とからなつている。
かくして、平坦面11′,18′が弾性Ｏ−リング20の弾力
でたがいに圧触状態におかれ、金属面シールを形成す
る。ビツト内部のグリース30はテーパ面11″,18″の作
る楔状の空隙の先の金属面シール部分及び浮動シールリ
ング14と弾性Ｏ−リング20、弾性Ｏ−リング20と支軸基
部との間に供給される。ビツト外部からの掘削泥水はカ
ツター回転時矢印の様に回転軸封装置に侵入して浮動シ
ールリング14を固定シールリング10に対して圧迫する。
金属面シールを形作る両シールリングの対向する平坦面
部分11′,18′はカツター回転時に侵入した泥水の封止
面を与える。
グ２の一部をなす支軸との間に挾設された固定シールリ
ング10、湾曲状内面の浮動シールリング14、弾性Ｏ−リ
ング20の三要素をそなえる。固定シールリング10は、カ
ツターの内面に形設した環状段部にその頂面11及び外周
面13を当接して焼嵌めで嵌合固定されている。弾性Ｏ−
リング20は支軸基部に嵌挿され、この弾性Ｏ−リング20
を押し潰すとともにつかみ止めるように内面が湾曲した
浮動シールリング14が弾性Ｏ−リング20によつて支持さ
れている。固定シールリング10の浮動シールリング14と
の対向面は平坦面11′とテーパ面11″とからなつてい
る。又、浮動シールリング14の固定シールリング10との
対向面は平坦面18′とテーパ面18″とからなつている。
かくして、平坦面11′,18′が弾性Ｏ−リング20の弾力
でたがいに圧触状態におかれ、金属面シールを形成す
る。ビツト内部のグリース30はテーパ面11″,18″の作
る楔状の空隙の先の金属面シール部分及び浮動シールリ
ング14と弾性Ｏ−リング20、弾性Ｏ−リング20と支軸基
部との間に供給される。ビツト外部からの掘削泥水はカ
ツター回転時矢印の様に回転軸封装置に侵入して浮動シ
ールリング14を固定シールリング10に対して圧迫する。
金属面シールを形作る両シールリングの対向する平坦面
部分11′,18′はカツター回転時に侵入した泥水の封止
面を与える。
上記回転軸装置７の各要素の実施例は第３図の断面図に
示されている。第３図（ｂ）の固定シールリング10は平
坦な上面11、同様の周側面13、底面12を有し、この底面
12は前述の如く平坦面11′と径方向のテーパ面11″を有
している。第３図（ａ）の浮動シールリング14は、上面
18が前述の様に平坦面18′と径方向のテーパ面18″を有
し、外周側面17が平坦である。又、上面18の外周縁は凹
縁19となり、内周縁は径方向の隆起19′を形成して内周
面16が湾曲状をなしている。底面15は平坦である。上記
固定シールリング10及び浮動シールリング14は耐摩耗
性、耐熱性を十分に高めたしかも硬度が高く熱処理性も
優れた金属材料で作られる。例えばこれは下記の組成の
白銑系鋳鉄Ａ又はＢが好適である（数値は重量％）。
示されている。第３図（ｂ）の固定シールリング10は平
坦な上面11、同様の周側面13、底面12を有し、この底面
12は前述の如く平坦面11′と径方向のテーパ面11″を有
している。第３図（ａ）の浮動シールリング14は、上面
18が前述の様に平坦面18′と径方向のテーパ面18″を有
し、外周側面17が平坦である。又、上面18の外周縁は凹
縁19となり、内周縁は径方向の隆起19′を形成して内周
面16が湾曲状をなしている。底面15は平坦である。上記
固定シールリング10及び浮動シールリング14は耐摩耗
性、耐熱性を十分に高めたしかも硬度が高く熱処理性も
優れた金属材料で作られる。例えばこれは下記の組成の
白銑系鋳鉄Ａ又はＢが好適である（数値は重量％）。
金属シールリングの表面はラツピング加工を行い表面粗
さRmax＝0.1〜0.5μｍに仕上げておくことが好ましい。
さRmax＝0.1〜0.5μｍに仕上げておくことが好ましい。
第３図（Ｃ）の弾性Ｏ−リング20は、弾性ゴム特に耐熱
・耐油性の弾性ゴムで作られ断面が円形をしている。こ
れは前述した浮動シールリング14の湾曲状内周面16に適
合して最良の密圧封止作用を与える形状をそなえていれ
ば円形以外の形状でもよい。
・耐油性の弾性ゴムで作られ断面が円形をしている。こ
れは前述した浮動シールリング14の湾曲状内周面16に適
合して最良の密圧封止作用を与える形状をそなえていれ
ば円形以外の形状でもよい。
発明の効果 本発明によるドリルビツトのカツター用回転軸封装置
は、従来の金属面シール型式の回転軸封装置に比して少
点数のシール部品と簡単な構造をもち、高硬度加工を施
こさないシール要素を使つてカツターのゴマスリ運動に
対し極めて追従性に優れた金属面シールを実現し、これ
によつてより一層深い掘削深度でより過酷な高温高圧条
件下にこれ迄に比べて遥かに長期間の耐久性を実現し得
るものであり、ドリルビツトの耐用期間を例えば深掘削
や高地熱地帯においても十分に長期化し得る等顕著な効
用を有するものである。
は、従来の金属面シール型式の回転軸封装置に比して少
点数のシール部品と簡単な構造をもち、高硬度加工を施
こさないシール要素を使つてカツターのゴマスリ運動に
対し極めて追従性に優れた金属面シールを実現し、これ
によつてより一層深い掘削深度でより過酷な高温高圧条
件下にこれ迄に比べて遥かに長期間の耐久性を実現し得
るものであり、ドリルビツトの耐用期間を例えば深掘削
や高地熱地帯においても十分に長期化し得る等顕著な効
用を有するものである。
添付第１図は本発明によるカツター部の回転軸封装置の
実施例の部分拡大断面図、第２図は第１図装置を組み込
んだドリルビツトの部分破断側面図、第３図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は第１図装置に用いられるシールリング
及びＯ−リングの縦断面図を示す。 １……ドリルビツトのボデイー、２……ビツドレツグ、
４……カツター、７……回転軸封装置、10……固定シー
ルリング、11″……テーパ面、14……浮動シールリン
グ、16……湾曲状内側面、18″……テーパ面、20……弾
性Ｏ−リング。
実施例の部分拡大断面図、第２図は第１図装置を組み込
んだドリルビツトの部分破断側面図、第３図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は第１図装置に用いられるシールリング
及びＯ−リングの縦断面図を示す。 １……ドリルビツトのボデイー、２……ビツドレツグ、
４……カツター、７……回転軸封装置、10……固定シー
ルリング、11″……テーパ面、14……浮動シールリン
グ、16……湾曲状内側面、18″……テーパ面、20……弾
性Ｏ−リング。
Claims (4)
- 【請求項１】ボデイーに形設した軸受部に回転自在に軸
支してなるドリルビツトのカツターのための回転軸封装
置であつて、カツター部に嵌合固定されるとともに端面
にテーパ面をそなえた固定シールリングと、該固定シー
ルリングの前記テーパ面に対向する端面にテーパ面を有
するとともに湾曲状内側面をそなえた浮動シールリング
と、該浮動シールリングの前記湾曲状内側面と前記軸受
部との間に挾設してなる弾性Ｏ−リングと、を具備する
ことを特徴とするドリルビツトのカツターのための回転
軸封装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の回転軸封装置
において、前記固定シールリング及び前記浮動シールリ
ングが耐熱・耐摩耗性金属材料によつて形成されてなる
ことを特徴とするドリルビツトのカツターのための回転
軸封装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の回転軸封装置
において、前記弾性Ｏ−リングが耐熱ゴム材料によつて
形成されてなることを特徴とするドリルビツトのカツタ
ーのための回転軸封装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項又は第２項記載の回
転軸封装置において、前記固定シールリング及び前記浮
動シールリングが白銑系鋳鉄により形成されてなること
を特徴とするドリルビツトのカツターのための回転軸封
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61137888A JPH0742837B2 (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | ドリルビツトのカツタ−用回転軸封装置 |
| US06/909,113 US4747604A (en) | 1986-06-13 | 1986-09-18 | Rotary shaft seal for drill bit cutters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61137888A JPH0742837B2 (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | ドリルビツトのカツタ−用回転軸封装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62296090A JPS62296090A (ja) | 1987-12-23 |
| JPH0742837B2 true JPH0742837B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=15209021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61137888A Expired - Fee Related JPH0742837B2 (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | ドリルビツトのカツタ−用回転軸封装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4747604A (ja) |
| JP (1) | JPH0742837B2 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE36452E (en) * | 1992-10-21 | 1999-12-21 | Smith International, Inc. | Composite seal for rotary cone rock bits |
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