JPH0743667U - 衝撃ドリルストリング用ドリル部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 衝撃ドリルストリングを構成するためのドリ
ル部材の相互に螺結される内側円筒ねじと外側円筒ねじ
を夫々具備した第１、第２部材要素に関し、ドリル部材
が繰返し衝撃に耐える強化ねじ構造を実現すること。 【構成】 外側ねじ（１３）の谷部（２２）と内側ねじ
（１２）の山部（２４）との間の間隙（ａ）が外側ねじ
の外径（Ｄｙ）の１％よりも大きく、当該間隙（ａ）が
内側ねじの谷部（２３）と外側ねじの山部（２１）との
間隙（ｂ）の少くとも４倍であり、且つ内側ねじ（１
２）がその内径（Ｄｉ）の５％より小さい高さ（ｈ）を
有している。

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３６４５５７０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３５３７７３８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３５３７７３８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（１９，２ ０）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（Ｄｙ）、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（２２）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１２，１３は、共に螺結された時真直ぐ な側面部１９，２０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。 Ｓ ｔａｎα＝ ────── Ｄｍ・π ここで Ｓ＝ピッチ Ｄｍ＝有効又は平均直径

【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１ ２，１３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、内径３８mmを有する内側ねじ１２について７．２°のオーダ ーである。

【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１６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】

本考案のドリル部材により具現される衝撃ドリルストリングの繰返し衝撃に耐 える工具寿命を大巾に長くするので、従来のねじ構造に係る対応するドリル部材 に較べ有益である。

【提出日】平成７年１月２６日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【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１ ２，１３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。

【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

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【手続補正書】

【提出日】平成７年１月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (6)

【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
   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、 該外側ねじ（１３）の谷部（２２）と該内側ねじ（１
   ２）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、衝撃ドリルストリング用ドリル部材。
2. 【請求項２】 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
   傾斜している、請求項１に記載のドリル部材。
3. 【請求項３】 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
   両ねじが１０mm進むに従って０．４°−０．８°の範囲
   の値だけ減少している、請求項２に記載のドリル部材。
4. 【請求項４】 該内側ねじが３８mmの内径（Ｄｉ）を有
   し、該ピッチ角（α）が略７．２°である、請求項３に
   記載のドリル部材。
5. 【請求項５】 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３に記載のドリル部
   材。
6. 【請求項６】 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口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１−５のいづれか１項に記載のドリル部材。