JPH11502001A - ロック・ドリルビット並びにこれを硬質化する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はロックの回転破砕工作用のロック・ドリルビットに関する。このロック・ドリルビットはインサート或いはチゼルを具えた回転可能ローラにおいて軸受素子を介して軸受軌道輪と協同する軸受面（２７、２８、３４）を具備したジャーナル（１１）を各脚部が担持している斯ゝる複数の脚部（１０）を含んで成る。各脚部は実質的に均質な硬度を有する親材料から作られていて、そして軸受へのドリル繰粉の進入に抵抗するために設けた脚尾（３０）を含んで成る。軸受面（２７、２８、３４）は該親材料よりも高い摩耗抵抗を有し、脚尾（３０）は少なくとも部分的に軸受面と同じ材料条件のものである。本発明は更にロック・ドリルビットの製造方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 ロック・ドリルビット並びにこれを硬質化する方法 本発明はロックを回転破砕工作するためのロック・ドリルビットであって、こ れが破砕手段を具備した回転可能ローラの軸受軌道輪（ベアリング・レース）と 軸受素子を介して協同するための軸受軌道輪を具備しているジャーナルを担持し た少なくとも１つの脚部を含んで成る斯ゝるロック・ドリルビットに関する。こ の脚部は実質的に均質硬度を有する親材料から作られ、ドリル繰粉、即ち破砕岩 片が軸受に進入するのに抵抗するために設けた脚尾を含んで成る。 ローラ・ドリルビット脚端を、これに保護インサート及び／或いは硬質表面外 装を具備せしめることによって摩耗から保護することは既に知られている。この 硬質表面外装は保護インサートを取付ける余地のない場合に、特に脚尾において 必要である。脚尾が摩耗すれば、ドリル繰粉は軸受軌道輪、即ちレースに素早く 進入し、これが軸受の破損や詰まりをもたらす。ローラ・ドリルビットの脚部は 十分なケース深さと軸受軌道輪の約６０ＨＲＣの硬度を達成するために浸炭処理 して硬質化させられる。他方のコア硬度は適当なタフネスを維持し且つクラック と破損の危険を減じるために、約３０ＨＲＣにする。しかしながら、脚部が低硬 度であれば、保護インサートと硬質表面外装とが使用されない限り、その鋼材は 極めて迅速に摩滅させられる。 ローラ・ドリルビットを製造するときに、硬質表面外装がもたらす前記問題と 増大する製作費を回避するために、本発明はビットの熱処理の際に脚部を選択的 に硬質化する簡単な方法を提供することにある。 本発明のもう１つの目的は良好な摩耗抵抗を有する硬質化部分を備えたローラ ・ドリルビットを提供することにある。 両目的並びにその他の目的は添付の請求項における以下の図面を参照した事項 と特徴に従ったロックドリル・ビットと方法を提供することによって達成される 。 図１は本発明に係るローラ・ドリルビットを示している。 図２は図１のII−IIに係る側面図である。 図３は図１のIII−IIIに係る断面視で脚部を示す。 図４は別に採り得る実施例における本発明に係るドリルビットの１部を断面視 で示す。 図１には本発明に係るロック・ドリルビットとして、回転破砕並びに穿削する ための所謂ローラ・ドリルビットと称されるものが示されている。このドリルビ ットは１本が断面で図示されている、ジャーナル１１の配設された３本の脚部１ ０を含んで成る。ドリルビット構成体の或る種のものにおいては、１本或いは２ 本の脚部を設けたものも可能である。インサート１３を装備したローラ１２は各 ジャーナルに、ローラベアリング１４、ボールベアリング１５のシステム、ラジ アルベアリング１６、及びアキシャルベアリング１７を介して回転可能に装着さ れている。インサートはローラと一体成形されたチゼル歯等の別の破砕手段によ って置き換えることが出来る。脚部１０はビットの周辺に１２０°の区分で均等 に分散配置されている。ジャーナル１１はボール１５を導入するチャンネル１８ を具備していて、その中には個々のボール１５を保留するためにプラグ１９が受 容される。ボールベアリング１５の目的はジャーナル１１にローラ１２を保留す ることにあるが、円筒形のローラベアリング１４はロック、即ち岩石からの反力 の大部分を受け止めるものである。ローラ１２はジャーナルの軸方向上の端面２ ５と協同する 支持ディスク２２によっては受け止められない軸方向力を受け止めるために、ジ ャーナル上に配設したカラー２１に対して当接するための肩部２０を有している 。ビットは軸受システムの冷却と洗浄のための水とそれに加えた圧縮空気等のフ ラッシュ媒体用のチャンネル２３、２４を具備している。上述の軸受、即ちベア リングはシールされ、そしてビットと一体化された潤滑システムによって滑らか にされる。摩擦ベアリング１４’はローラベアリングに代え、図４に係る実質的 に対応する位置に配設することが出来る。 脚尾は穿削の際、即ちドリル工作の際に摩滅し、ドリル繰粉が最終的には軸受 軌道輪に進入して、これらを摩耗によって破壊する。 図２と図３（基本的には）には、図１に係る摩擦ベアリング１６をローラベア リング用の軸受軌道輪、即ちレースによって置換してある斯ゝる構成のジャーナ ル１１が示されている。このジャーナル１１は中心線２６を有し、これに関して ローラ１２とベアリング１４、１５が回動する。ローラベアリング１４は軸受軌 道輪２７に沿って回動し、ボール１５は軸受軌道輪２８に沿って回動する。ボー ルは好ましくはローラベアリングの半径方向上の外位点がライン２６に平行なラ イン２９に接する斯ゝるローラベアリング１４より大きな直径を有している。図 ３に係る脚尾３０はジャケット面３１、尾面３２、及びローラベアリング１４を 軸方向上で制止させるための能動的軸方向制止面３４に接続された受動的未硬質 化内面３３を含んで成る。尾面３２はジャケット面３１に鈍いコーナ３５を介し て接続している。このコーナは脚尾においてジャーナル１１の最大半径より大き な半径Ｒの円或いは楕円の孤形、即ち弓形の曲線を描く。コーナは常にライン２ ９の半径外方に配位している。保護インサート３７はプラグ１８を保留する溶接 部分を保護するために、常にジャケット面３１に配設される。 軸受軌道輪は、肌焼（ケース・ハードニング）によって硬質化された領域を指 定している図３において暗く描かれている。この暗い領域を硬質化する方法は以 下の基本的工程、即ち： 摩耗抵抗を高めるべき面にマスクを施し、即ちマスキングし；親材料のタフネ スを有することになる他の面に塗装や銅メッキを施し；マスクを剥離し；浸炭処 理を施し；焼き入れを行い；そして焼きなましを行う、即ちアニーリング処理を 施す、諸工程を含んで成る。硬質化領域は隣の未浸炭領域よりも高い硬度と摩耗 抵抗を有している。浸炭回避のために、元々のカーボンをそのまま保持させるべ き脚部領域に塗装を施したり、銅メッキを施したりする方法がある。当該塗装や 銅メッキを始める前に、コーナ３５をテープ等のマスクによってコーナから実質 的に軸後方へ２〜６mmに亘り円弧に沿って覆う。軸受軌道輪と脚尾をマスクして から、塗装や銅メッキがこれらの面を覆わないように施す。それ故、カーボンは 塗装された面に達することが出来なくなる。 次に、ドリルビット脚部を軸受軌道輪並びに可能なシール面の浸炭のために炭 素雰囲気の炉に約２４時間に亘り挿置する。次いで、焼き入れはその後の脚部冷 却により、好ましくはオイル浴における冷却によって実施し、それによって、コ ア硬度が約３０ＨＲＣであるのに対し、軸受軌道輪は約６５ＨＲＣの硬度となる 。次いで、ビットを約２００〜２５０°Ｃの炉において約２時間に亘り焼きなま しを行い、それによって軸受軌道輪の硬度が当該輪の材料のクラック感度が低下 するように約６０ＨＲＣにまで低減し、それによってコアの硬度が実質的に変わ ることなく維持され、そしてそれによって脚尾がコーナ３５から軸後方へ実質的 に２〜６mmに亘り延在している面域３６において高い硬度を達成する。面域３６ は弧形の半径中心点に関して約４０°から約１６０°まで延在しており、図２で はこの面域はロック・ドリルビットの先行端縁、即ち脚部の摩滅する側を構成す る端縁の１部分に沿って延在している。 脚部の風下側は通常は摩耗抵抗の増大を必要としない。保護インサート３７は 増大した摩耗抵抗を有する面域３６より軸後方にある親材料に配設され、それ故 に保護インサートを固定確保するために硬質化された材料を工作することは必要 ではない。面域３６は尾面３２と保護インサート３７の間に実質的に延在してお り、そして好ましくはライン２９はこの面域の軸方向上の後位境界線である。受 動的内面３３の硬質化を回避する目的は脚尾コアと内側のタフネスを、脚尾が穿 削の際に破砕しないように、維持することにある。また、摩擦装着され、且つシ ールされたビットにおいては、図４にあるに脚尾を保護することが重要である。 軸受面２７、２８、３４はビットの親材料であるスチールより高い摩耗抵抗を有 しており、脚尾３０は少なくとも部分的には軸受面の少なくとも１つと同じ材料 条件を有している。用語の「実質的」は、例えば表面に任意に増加させられた窒 素含有量等のような、表面に含有される他の元素の違いが相対的に小さいことを 更に意味している。 脚部は熱処理の後で個別に工作され、そしてロール・ドリルビットの最終組立 の際に１体に溶接される。 本発明に係る別に採り得る実施態様として、そこでは摩擦ベアリング１４がロ ーラベアリングの代わりに配設されている斯ゝる実施態様が図４に示されている 。軸受面２７’はシール面３４’の近傍に配設されている。受動的面３３は実質 的に変化しないままである。シール手段は繰粉を軸受システムに進入させないた めに、ローラ１２’と能動的軸方向制止面或いはジャーナルのシール面３４’と の間に配設される。面域３６は摩擦ベアリング１４’の延長線２９’の軸後方へ は延在しない。更に、図１〜３に関して記述された実 施例に関する諸事実は図４に斯ゝる実施例の為にも真実である。 本発明に係るロック・ドリルビットと方法によって、軸受の寿命は硬質化させ ていない脚尾を備えたビットと比較して、実質的に延命させることが出来るし、 こゝで別に採り得る硬質表面外装と比べれば、軸受面の硬質化と同時に脚尾ジャ ケット面の面域を硬質化することによって単純になる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．破砕手段（１３）を具備した回転可能ローラ（１２；１２’）において軸 受素子（１４；１４’、１５）を介して軸受軌道輪と協同する軸受面（２７：２ ７’、２８、３４）を備えたジャーナル（１１；１１’）を担持した少なくとも １本の脚部（１０）として、当該脚部が実質的に均質な硬度を有する親材料か作 られていて、軸受へのドリル繰粉の進入に抵抗するために配設された脚尾（３０ ）を含んで成り、軸受面（２７：２７’、２８、３４）が該親材料より高い摩耗 抵抗を有している斯ゝる少なくとも１本の脚部を含んで成る、ロックを回転破砕 工作するためのロック・ドリルビットにおいて、 脚尾（３０）が少なくとも部分的に軸受面の少なくとも１つの面と実質的に同 じ材料条件のものになっていることを特徴とするロック・ドリルビット。 ２．脚尾（３０）がジャケット面（３１）と、尾面（３２）と、軸受素子（１ ４）或いはシールを軸方向上で制止させるための能動的軸方向制止面（３４；３ ４’）に接続された受動的内面（３３）とを含んで成り、尾面の１部分とジャケ ット面の１部分とが軸受面と実質的に同じ材料条件のものになっており、そして 保護インサート（３７）が脚尾（３０）における増大した摩擦抵抗を有する部分 （３６）の軸後方の箇所で親材料に配設されており、そして受動的内面（３３） が親材料と実質的に同じ材料条件のものになっていることを特徴とする請求項１ に係るロック・ドリルビット。 ３．尾面（３２）がジャケット面（３１）に鈍いコーナ（３５）を介して接続 しており、当該コーナがジャーナル（１１；１１’）の最大半径（ｒ）より大き な半径（Ｒ）で以って脚尾において弧形 を描き、軸受素子（１４；１４’）の半径方向上の外点がジャーナル（１１；１ １’）の中心線（２６）と平行なライン（２９；２９’）に接し、該コーナがラ イン（２９；２９’）の外側に常に配位し、そして脚尾がコーナ（３５）からジ ャケット面（３１）に沿って軸後方へ延在する面域（３６）において増大した摩 擦抵抗を有していることを特徴とする請求項１或いは２に係るロック・ドリルビ ット。 ４．面域（３６）は前記弧形の半径中心に関して約４０°から約１６０°まで 延在し、それ故に当該面域はロック・ドリルビットの先行端縁の１部分に沿って 延在しており、そして面域（３６）と能動的軸方向制止面（３４；３４’）の間 の受動的内面（３３）が実質的に親材料の摩耗抵抗を有していることを特徴とす る請求項１或いは２に係るロック・ドリルビット。 ５．面域（３６）は尾面（３２）と保護インサート（３７）の間に延在し、そ して好ましくはライン（２９；２９’）が当該面域の軸後方の境界線を構成し、 そして軸受素子がローラベアリング（１４）、ボールベアリング（１５）及び／ 或いは摩擦ベアリング（１４’）から成ることを特徴とする先行請求項のいずれ か１項に係るロック・ドリルビット。 ６．破砕手段（１３）を具備した回転可能ローラ（１２；１２’）において軸 受素子（１４；１４’、１５）を介して軸受軌道輪と協同する軸受面（２７：２ ７’、２８、３４）を備えたジャーナル（１１；１１’）を担持した少なくとも １本の脚部（１０）として、当該脚部が実質的に均質な硬度を有する親材料か作 られていて、軸受へのドリル繰粉の進入に抵抗するために配設された脚尾（３０ ）を含んで成り、軸受面（２７：２７’、２８、３４）が該親材料より高い摩耗 抵抗を有している斯ゝる少なくとも１本の脚部を含ん で成る、ロックを回転破砕工作するためのロック・ドリルビットの硬質化方法に おいて、 脚尾（３０）のジャケット面（３６）における１面域（３６）を軸受面の硬質 化と同時に硬質化すること、及び硬質化すべきジャケット面（３６）の面域（３ ６）に塗装或いは銅メッキが固着しないように当該塗装或いは銅メッキを施す前 に当該面域にマスクすることを特徴とするロック・ドリルビットの硬質化方法。 ７．基本工程として、摩耗抵抗を高める予定の面に対しマスクを被せ、親材料 のタフネスを有するものにする予定の他の面には塗装或いは銅メッキを施し、マ スクを外し、浸炭処理し、焼き入れを行い、そして焼きなましを行う諸工程を含 んで成ることを特徴とする、請求項６に係る方法。