JPS60102493A - アースボーリングビツト - Google Patents

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】 発明の費用 本発明（よ、ヒツトの内側の１ｌＶＪ清流体の内圧をド
リリング中にピッ１〜を取巻くドリリング流体の静圧ど
釣合けるように静圧補ｆｉｔ器を含むシステムににり潤
滑されるアースホーリングビットに係る。

この組合口で、特別な改良は、潤滑システム内に潤滑流
すホを閉込め利潤？１゛１システムが１３汚れをＩｊｌ
除づる各］Ｊフッタ軸受ｉ抽との間のシール組立体に係
る。

公９４１技術の説明 じツ１〜が大地を破砕りるにつれ−Ｃ、ピッ［・（よＪ
、ダまづ高い圧〕Ｊ及び温石に呟され、取巻く研Ｉｎ剤
が４ＵＩｉに破壊的な条１′１ヲ作る。１１ｏｗａｒ＋
ＪＩＩ、ｌ−１ｕ（Ｊ１＋ａｓ、Ｓｒ、は１９０９年に
最初に商業的に成功した片）うされた１」−リングツノ
ツタピッｔ〜を光明したが、このビットはシールを右し
ｃＪｊらす°、小７１グリースを連続的に潤滑システム
から軸受へ又Ｆ。

終的にポーリング穴へ押出Ｊ−ピストン形式圧力潤清器
を有していたく米田特ｉ′１第９３０．７５９号）。こ
のピッ１へはグリースを急速に消費した／Ｊ’ｉ、成功
を収めるには十分であった。このヒラＩ−は比較的容易
に硬い岩もを通し【掘削することができるの（゛、グレ
ード又は″ノイッシニ２−テール”ピットを置換しｌこ
。このピッ１〜（よ回転）人にＪ、る油料の掘削の凹及
に通づ゛る“岩６ヒツト”であった。１−１１＋ｇｂＩ
Ｊｓが」ニ記の’７”ｒＬ＋ピッＩ−を試験し次い（゛
商品化して以来殆ど継続的に設訓右は軸受の、！ｉ命を
長くし１；）るシールを聞光りるべく努力しＣさた。過
去に於ケル幾−）カ（７）努力の例はｔｈｅＩ）ｃｐａ
＋″ｔｍｃｎｔｏｆＦ＋＋ｃｒｇｙに対しく用意された
−１９７５年１０月１／１日のＷｉｌｌｉａｍＣ、Ｍａ
ｔｕ゛ｅｒ（ｌに！ｉ古Ｌｊ示され（いる。

ジ１Ｔ−ナル軸受ヒツトをシールするこれまＣの努力の
制限された成功はシールされ（いないボール及びローフ
ヒラ１〜の開発の鍵であった。このじット又（まぞれか
ら発生した多（の変形ｔ；ｔ１９４０年代及び１９５０
年代の支配的なピッ１〜（゛あった、そして、Ｑｅｒａ
ｌｄＯ，ΔｔｋｉｎｓｏｎＩｌ！Ｉが新しいアンチフレ
クションビッ１〜のベアリングの内側の句）；７流体を
長＋１１Ｊ１１υに刀りシールづることかぐきる最初の
シール（米国特、ｉ″１第３，０７５，７８１号）を完
成した１９６０イ「代にわｃいｌＪ。

個々のボール及び（又１．１）ローラへのまたレースウ
ェイへの人きな１１５中伺重は割れ及び疲労破１（）を
生じた。時にに−）でｉＪ、、ＩＩｊｌＬｔがジャーナ
ル４Ｆ−２に戻った。Δｔｋｉｎｓｏ＋＋のシールはこ
のＬ″１ｊれ作用を冗らぜることにより岩Ｌ１ピッ１〜
内のボール及びローラ軸受のノｊ命を打！’ｉＩ’ｉに
１（＜シた。

もしジャーナルｑ１１１受がシールされ？！′？だなら
ば、でれはアンチショックィ・１１１受Ｊ、りも人きな
強度及び荷重能力をイｇＪるはり”（ある。△１１≦而
Ｓ（月１のシールは５ｐ均的にｄ３イら＜５０又は６０
時時間、すｂ長い時間に亙−）Ｃヒラ１への内側の潤滑
流体をシールしなかった。Ｉｈｌ受内のシールの近くの
潤滑流イホ内の急速又は動的な汗カリーシは潤８１流体
に妬洩を・惹起した。汁カリーージはｊ・リリンク中の
軸受軸上のカッタの急速な運動により惹起され、製造中
のビットの組立体に対し一〇軸受部分の間に若干の間隙
を与える必要性から小１１避ぐあった。運動はｆｆｉ＋
線方向であり得るが、少雑ぐあり１１動揺的である。

ジャーフル軸受の潜在用能性は、西デキリスのハード且
ス１」−なドリリングで−１０００，１ｉ間よりし長く
持続しｊ！またＯリングシト−ナル＋’！ｉｌ＋受を’
ＬＮイア４Ｌ。

た「ｃ１ｗａｒ＋ＪＭ、Ｑａｌｌｅにより顕在化された
。Ｇａ１１０のＯリングシールされたシ１シーナル軸受
ピッ１へ（米国特δ′１第３，３９７，９２８号）は市
ｉ９’１：支配的なじツ１〜どな・〕たが、この０リン
クシールのみにＪζつで岩ｂヒツトの＋１Ｉｌｈ受のシ
ーリングの問題＋Ａｉが解消したｉＪ？−（”ＩＪない
金属面シールがトラック形式１ヘラクタのｌ〜ンック１
」−ラのような（ｌｌ＋磨環」意で作動しな（Ｊればな
らない軸受をシールするのに数年間に］味り成功裡に使
用されＣきた。一つはＣａＬｅｒｌｌ：ｌｆａｒ’ｌ−
ａｌ’ａｃｔ。

ｒＣ０１ｎｌｌｉｌｌｌｙニＨＩＣ受された［３ｃｒｎ
ａｒｄＦ、Ｋｕｐｆｃｒｔ他の米田特８１第３．１．３
０，６１１８号に１７ｉ１示されている。このシールは
商業的にへ手可能ひあり、ＣａｌｅｒｌＮｌｌａｌ”’
ＤＬＩＯ−Ｃ０１ｌｅ”−、／−ルと呼ばれている。Ｃ
ａｔｅｒｐｉｌｔａｒシールのこの形式はＣａｔａｒｐ
ｔｌｌａｒｌ〕ａｌ”ｔｓ［３００ｋ、ＩＪ１０−１−
ｒａｃｔｏｒＩ−）ｏｗｃｒｅｄｌＪｙ［）３４８［ｏ
ｇｉｎｅ、ｒｅｖｉｓｉｏｎ１＋ｕ旧１ｃａｔｉｏｎ、
１９７８イ［′１１月に示されてＪ３す、多くの形式で
利用ｉｊｌ’１１ヒであり、第１７３及び１７／ｉ員に
示されている）Ｌにされた配ＩＮを含ん（いる。

”□ｕｏ−Ｃｏｎｅ”シール１４１−ンネルホ−’）’
、ｙ’）又はレーズドリリンク内のｌ＼アリンクをシー
ルづるのに成功裡に用いらｌ’してさた、一つの形式は
ＲｌＪ、Ｉ’＜ｏｂｂｉ＋＋ｓ他の米１．Ｌｌ１−１ｉ
訂第３，２１６．５１３号に開示されている。このシー
ルの他の形式（よ他のＱａｔｅｒｌｌｉｌｌａｒ米１ｊ
、ｌ１Ｇ’ｌ第３．／ｌＥ５２．９９５ｇに開示されて
、１３す、これはｌＴ１１１受の軸線り向シフ１−の実
質的な大きさを補！／’（Ｌ＋！７る軸線ｌｊ向に１１
ンバクｌ−な形式である。

金属面シールは、［ｎｇｃｌｋｔｎｇの米１１０４ｒ：
ｉ’ｌ第３゜４５２．９９５月明細古延引用されている
ＷｉｌｌｉａｍＣ、ｆｖｌａｕｒａｒの報告書、前出、
第８４〜８５頁に示され−Ｃいるよう（ご、岩石ヒツ］
〜内のＯリングシールに代替するしのとして示唆されＣ
いる。

岩石ピッ１へ内に使用された一つの金属面シールのシ（
験の結果はｔｌ＋ｅＱｅＬ）ａｒｊｍｏｌｌｊＯｆｌｌ
１ｅｌ’（１ｙにより光行された１セ、ｌ’（、ｉｉ０
１１ｄｌ’１ＣｋＳ（Ｉｌ＋他の報告４１の第６５−６
８頁にポされている。ＰｅｒｃｙＷ、Ｓｅｔ＋ｕｍａｃ
ｌ＋ｅｒ、Ｊｒ、の米国１＋Ｅ’ＩごＬ７６’ｌ、１４
５号による斑屈ＩＩ！１シールの試験の間に、１−１ｃ
＋λｄｒｉｃｌ呪５０１１は、カッタの運動及び揺動に
よりｆ７Ｊｔｌ’）流体内に発生される圧力サージが金
属リンクを位ＩＮ決めづ−るのに使用され（いるＯリン
グをリングの後側に押出り１車内となることを１１１摘
した。史に、０リンクの保持を改良りるためになされた
ｒ３＞ｉｌｌｌｌ変歪成功であったことが指摘された。

！■力補ＩｎＯ’）ングシールか、Ｑｅｏｒｇｃ［、Ｉ
）０１ｃｚａｌの米田特五１Ｗ’＋４．０１１，５９５
号及び１ｅ。

ロ［３、ＳＬｉｎ５ｏｎ（１！！の米１〕５ロ’７９′
１第１．０１９，７８５号に示されているように、ピッ
１〜の設ｈ１を簡ｌｉｊ化しｆ４．ｌｉＪ撓タイ＼２フ
ラム補償器を置換りるべく以１）ηに試みられてきた。

Ｂ明の概東 本発明の一般的仕口的（Ｊ、静圧油＋ｒｉ器を右づるド
リルピッ１−に於て、カッタが掘削中に軸線方向に運ｖ
）し叉は揺動づる０１にシールのイ」近の潤滑流体の圧
力の動的変化を最小化づるｌ＼く軸線り向に運動する剛
固’Ｊ：Ｏｒましく（よ金属の面シールを提供りること
である。シール組立イホの好ましい実施例は、予め定め
られた力と」（に半径ｙｊ向シール面Ｊｌｔ力を有し月
面の傘！（１１の係合されない部分の間の葉間を）百し
て潤滑される一対の環状金工がリングを有りる。ｌＩｆ
力は一対の弾１′１イ・Ｊ勢：１３シール、りＩ’Ｊ、
しくＩＪＩＯリング、によりノｊえられ、イの各々は反
対１！Ｉ１１の金属シールリンクのＩＱ−＋Ｃられた又
ＩＪ、Ｉ’Ｊｆｌｔ状の輪郭された部分及０カツタと輔
との間の溝内の１頃ｔノ１３れた又は円６゛１Ｌ状の輪
郭された部分と接ｔ’ｒｌりる。

ｌＦ＋及びシール組立体は、１〜リリンク中にカッタの
連動により惹起されるシールの両側の動的ｆＪｇノＪＨ
−を最小化するへく組立体の予め定められた軸ＦＡｌ７
：向苅！肋をｉｆｌすＪ、うなＮ１２人にされ（いる。

）ｔのｍ小軸線方向幅は、金属リングの拘束されない運
動を訂づ−べく軸受軸上のカッタの軸線ノ゛ノ向の遊び
及びシール及び溝のジオメトリに関Ｌ’Ａ（＝ＪｉＪら
れる距１ｉ１１ｆｋ（〕係合される金属リンクのＩＮｌ
線り向の幅よりも人さくな【Ｊればならない。本発明の
他の目的、特徴及び利点は以下の詳細な説明の中ぐ明ら
かになろう。

第１図には潤滑される回転ｉｆｌ能な−１−ン又はカッ
タ形式ツアースポーリングビットが８照旬号１′１をイ
］シて示され−（−いる。このアースポーリングヒラ１
へのボディは三つの頭部又は脚′１３の中に形成されて
Ｊ３す、イれらのうら一つが図示されている。

各脚１３は斜めに片持された１１１１＋受６１１１１５
を含／υでおり、この軸受軸は大地破砕歯１９を右りる
回転ｎＪ能シカツタ７を支持するべく内方及び下））に
延び−Ｃいる。潤滑流体通路２１は軸受１’ｌｌｌ１５
とカッタ１７との間の軸受表面に潤滑流体を供給りる。

シール組立体２３（よ潤滑流体を軸受内に保持し、また
ポーリング穴流体が１１＋受内に入るのを阻止する。静
圧補は器は軸受の内側の潤）（°１流１本の圧力を０リ
ング穴内の流体の静圧と等しくづるべく潤滑流体通路２
１と接続され【いるＨＶＪ渭シスフーム２５の一部分′
Ｃ：ある。好ましい補償器システムは３ｔｕａｒｔＣ９
Ｍｔｌｌｓａｐｐｓ、Ｊｒ、の米１ｊＪ’Ｉ！ｊ許第４
，２７６．９４６月に示されＣいる。

軸１５上及びカッタ１７内の１１１１受の幾何学的形状
は公知の形態であり、玉軸受保持器２７０使用を含んで
Ｊ３す、この保１；ｌｉＨ３は、Ｒｏｂｅｒｔ△、Ｃｕ
ｎｎ１＋＋ｇｈａｍの米国’４：ｉ５’ｌり′目’−ｅ
−２ｄ＋６２Ｊ号に示されているＪ：うに、２８て汗γ
接されたフラグ２６にＪ：り軸受軸」−にカッタを保持
器る。

特に第３３図を参ＩＩ、ｊ、（ｔｌるど、刀ツタ及（ｊ
ｌｌｌｌｏよ軸線方向に間隔を置いた（Ｊは数的状の端
へλ２９，３１並ひに内側及び外側周壁３３３、３ｂを
イｊりる環状シールｆｆ’ｓを含／υている。端壁３１
及び周壁３３はｌｌ１Ｉｌ受軸１ｊ５上に成句（プられ
たシールｎｔ・インリート３６」ニに形成されＣいる。

シール組立体は反λ・１向ｅＯ）敢ｑｊ状１ｆｌｌｉ４
１’、４３をイＪづる一対の環状Ｎす性リング３７．３
９を含ん（゛いる。剛固な、好ましくは金属の、環か）
１４の内壁３３ど外壁３５との間の環状間隔よりも小さ
い（反対方向に測つ７ｊ）厚みと溝の端壁２９ど端壁３
１との間の幅又は距離よりし小さい（軸線ブＪ向に測っ
たン幅とを４１覆る（後（−一層５丁細（ご説明Ｊる〉
。

一対の弾性的ｆ４勢）：：）リング４５又は／１７の各
々（よ金属リンク３７又は３９の一つの上のシール座４
９又は５１ど内側又は外側周壁３３．３５の−１−の反
３＝Ｉ向きのシール座５３又は５５との間を延ひＣいる
。各シール座は、相合され−Ｃいる付勢器リング及び金
属リングを位置決めし且保持づるｌ＼く１、’；４１：
満及び形態を石する。金属リンク（Ｊ５、スラス１へ而
３２か接触Ｊる峙に間隙Ｃ１及びＣ７を残づＪ、うに周
壁３３．ご３５と端壁２９，３１との中間の溝の中に懸
垂されているａｉ５３及び５５の与に相対的な位置は、
組立て１１４に各座半部のその！ｆｉｌ：ｉ壁２８又は
３′１に対して相り・ｊ的な初ｌす」振れが間隙ＣＩ及
びＣ２よりム′１されるシール運動の全範囲を通じ−Ｃ
シール組立体の要素の全ての間のシール接ｍ１どカッタ
と情との間の遊びとを保つように敢用状面４１と４３と
の十分なｊ＆触圧を生ずるように選定されＣいる。Ｃａ
ｔｅｒｐｉｌｆａｒ−１’ｒａｃｔｏｒＣ０１１１ｐａ
ｌｌＶの円錐状”ｌ）ｕｏ−Ｃｏｇｌｅ”シール配置の
以前のＩＭ造を説明している米国特ム′１第３３．１８
０．Ｃ３４８号と、このようなシールの改良に量器る米
国時、Ｉ［第３，４０３．’９１６号及び第３．５２４
゜６５４号及び第４，０７７、６３ｓｓ：３とを参照さ
／れだい。

疼１３図から解るＪ：うに、金属リンク３７．３９の一
方は他方に対して逆にされており、シール絹＼７−（小
が溝の中に直径方向に拡がり］」両側の周壁３３．３５
と接触づることを許している。間隙０１及びＣ２は）を
−の端ｒｉ！２９．３１の各々とそれと係合されるＭｌ
ｌ性リング３７．３９との間に生しくいる。１〜リリン
グ流体は空間５７を’＋Ｄ’ａたし、■シール組立体２
３の最も外側に作用し、まｌζ８ＶＩ滑流体は空間５９
を満たし且シール組立体２３の最も内側に作用づる。剛
性リング３７．３９は、空間６１を郭定し月潤滑流体を
係合された放剣状面４１゜４３に供給Ｊるべく、シール
組立体の潤滑流体側に４！型の実質的に円＆ｌｌ状の部
分を右づる。これらは使用中に摩耗するにつれて内りに
再生Ｊる。このようなシール面の一つの形態を説明して
いる米国特許第３，１８０，６４．８号を参照されＩζ
い。

下記の１法【よ本発明の最初のフィールドテス］・に使
用されたピッ１〜、”ＩＩｕｇｂｅｓ”１２−１／４ｉ
ｎｃｈ（３１，１ｃｍ）、Ｊ２２形式ビットに関するｂ
のである。１ｈに第４図及び第５図を参照η−るど、三
つの金属リング３７の各々の半径り向厚み１−Ｇｔｏ、
２００ｉｌＥｌｌ（Ｑ、５１ｃｍ）であり、＋１１１１
線り向ｌＮ＋ｔｌＡＮａｌｌｉ’Ｊ２７０ｉ＋＋ｃｌ＋
（０、６９ｃｍ）ｔ’あり、Ｊ、たり目Ｙは約３□４／
’ｌＯｉ＋＋ｃｌ＋（８、７Ｇｃａｎ）であった。

角度αは約２０°、また・ＩＬ均半径［＜！及び１＜２
イれぞれ０．０４８ｉｕｃｌ＋（０，１２ｃ口１）及び
０．０８Ｑｉ＋＋ｃｂ（０、２０ｃｍ）であり、Ｒ１は
円鉗状去面６３ど正接している。Ｔｈｈ線方線方向平均
法Ｙ及びＺはそれぞれ０．０５０ｉｎｃｌ＋（Ｑ、４２
７ＣＩ１１）及ｔＦｏ、１４９ｉｎａｌ＋（０，３７８
ｃｍ＞’？：あった。リップ６７の上側のポジショナｔ
ｆｉ７Ｇ５の平均深さ１〕は、組立（中に相合わされて
いるｆ＝Ｊ勢器リング４５の位置決め及び郭定を助４Ｊ
るように０．００９ｉｎｃｌ＋（０、０２２９ＣＩｌ＋
＞であった。半径り向シール面４１の半径方向厚みＸは
約０、０５０１ｎｃｈ（０，１２５ｃ＋ｎ）であり約１
又は２ＲＭＳの表面仕上げを右し、また７−パ（＝Ｊき
表面６８が約２又は３Ｒ〜ＩＳの表面仕上げを有する約
８０１ｎｃｂ＜２０３ＣＩＩｌ）の球面半径１＜３によ
り郭定されている。

逆にされた反対向きの金属リンク３９の半径方向厚みＴ
は約Ｑ、１９９ｉｎｃｌ＋（０，５０５５ｃｍ）、半径
り同幅Ｗは約０．２４７ｉｎｃｌ＋（０，６２７Ｃｍ）
、外径は約３．／′５０ｉｎｃｌ＋（８，７６ｃｍ）で
あった。角度σは約１９°、半径Ｒ１及びＲ２は伺れｂ
約０．０７５ｉ＋＋ｃｌ＋（０，１９１ｃｍ＞であった
。

軸線方向ス」法Ｙ及び／は約０．０２３ｉｎｃｈ（０゜
０５８４ｃｍ）、ボジシＪす）ト１の深さＤは約０．０
１（３ｉｎｃｌ＋（０，０４０（うｃｍ）であった。リ
ング３９１にその全厚み１−を横切って延びる平なシー
ル面が存在し、その表面什−１−げ；よりング３７のそ
れと類似であった。

リングご３７はＣａｔｃｒｌ＋１ｌｌａｒＩ−ｒａｃＬ
ｏｒＣｏ＋ｎｌ＋ａ＋１ｙから購入され、イの標準硬質
金属合金リングの一つである。リング３９は空気硬化１
貝鋼から本発明の／、−めに特別にｌ−１ｕｕｌ＋ｅｓ
１−ｏｏｌＣｏｍｐａｎｙにより製作された。

ピッ１〜のカッタ１７内のシール座の形態は第５図に小
され−Ｃいる。シール座は約１９．５°の角度６貫を右
する円ｔｉｔ状表ｉｎｕ７０と端２２９か一５約０．１
２９ｉｎｃｈ（０，３２８ｃｍ＞のＶｌｉｍｌｆ１）２
に配置賀された約Ｑ、Ｑ６ＱｉｌＩＣ１１（０，＋５２
０ｍ＞の才径）（４と約０．００８ｉｎｃｌ＋（０，０
２０３ｃｍ）の深さＤｌとをイ”ｈづるポジショナｆｆ
ｉ５３とにより郭定された。円ｔｉｔ状表面７０は表向
３５から１′−を方向に約０．０２１１ｎｃｈ＜０．０
５３３ｃｍ）のＶＪｊ１１１１に配置面されに点７２で
満５Ｊと交わった。

類似の形態が軸受Ｑ＋１１５十のシール川に対して用い
られた。このシール座（よ０．１０Ｅ）ｉｎｃｌ＋（Ｑ
。

２６７ｃｍ）の軸ワ；）ノ″ノ向厚み「１をイ］づる第
６図中に示され（いるシール座インリーｈ３６により郭
定された。ポジショナｉｒｌ冒ま約０．０１１１ｉｎｃ
ｌ＋（０，０２７９ｃロ１）の深さＤ３を有し、端壁３
１から約０．１４０ｉｎｃｈ（０，３５５１３Ｃｍ）の
距離１）４に配置された約Ｑ、Ｑ（３Ｑｉｎｃｌ＋（０
，１５２ｃｍ）の半径１＜６により形成された。０２は
第５図の円１（１状表面７０と１３１似の仕方で配置さ
た約２０°の円錐角であった。

使用後のＯリング又は（ｑ勢器り、ング４５．４７ｆヨ
約０．１６８ｉｎｃｈ（０，４２６７ｃｍ）の［Ｄｉ而
面みと、約５９ｄ１１１’（ＩＩＩＩＯＬＯＩ’、３１
＋０１”（ｊ△の硬度と、それぞれ約３．０５７１＋ｃ
ｌ＋（７，７６５ｃｍ＞及び２、７００ｉ＋＋ｃｌ＋（
７，０１ｃｍ＞の内径と上記のＯリング及び３１＋ｏｒ
ｅＲｃｓｉｌｉｏｍｅｔｅｒ、ＭｏｄｅｌＳ１’＜−１
により測定し′（約４３％の跳返り係数の高い弾性とを
有した。シールｆｊＳの放ａ」状端壁２９．３１は軸受
スラス１へ入面３２と相Ｈ接ｍ；シて約０５８０ｉｎｃ
ｌ＋（−１，４７３ｃｍ＞の幅に配置された。

」上記の構成数ス・−を用い−（、剛性リンクの面への
組立（４−何重（よ、負倚振れ曲線から測定して、約４
０乃至６０１ｂ（１８〜２７ｋｇ）であった１間隙Ｃ１
及びＣ２は、最小溝幅を郭定づるようにスラスト宍面３
２と接触して組立てられた状態でそれぞれ約０．０３５
ｉｎｃｈ（０，０８８９ｃｍ＞及び０．０２９ｉｎｃｌ
＋（０，０７３７ｃｎ＋＞Ｃ８ｊつた。周壁３３．３５
の直径はそれぞれ約２．ｇ６ｇｉｎｃｌ＋（７，５４１
ｃＩ１１）及び３．５２９ｉｎｃｌ＋（８，９Ｃ３４ｃ
ｍ）であった。

試験された最初のごツ１−に対し−Ｃ１カッタの各々の
軸線方向軸受遊びは試験後に下記の通りであつｌこ： 軸線方向の）■び［１ｎｃｔ＋］（ａｍ）ＮＯｌｌカッ
タ０．０１２（０，０３０５＞ＮＯ１２カッタ０．０１
５＜０．０３８′１）ＮＯ１３カッタ０．０１２（０，
０３０５）作ヴｊの仕方について説明づるど、流体で満
ノこされている油井内のドリリングの間、捕（Ｌ″１ｆ
ｉ３２５は浦月内の流体の静圧を軸受内の潤滑流体の圧
力と平衡さけるように作用りる。しかし、カッタに１１
１１えｌうれる複雑な力により惹起されるドリリング中
のカッタ運動ど部品の組立を組曲にηるために必然的に
用いられる間隙とが空間５９にＪ、すｉ＞ｌｉ定される
体積に急速な変化を」−ザる。潤：１゛Ｉ流体の粘疫ど
空間５９と静圧補償器２５との間の流れの較りどが空間
５９の捧債変七を、イれが生ずるのど同じ速さで補（Ａ
’ｔづることをｒ］さない。それにし拘らづ゛、シール
組立体２３は必要な体積変化を生り゛るべく十分に運動
し、それにより、さもな（）れぼ潤滑流体の供給を急速
に枯渇さｌ！また軸受内にポーリング穴流体を侵入さし
て軸受及びシールの損傷を惹起りるであろうシールの受
（）る圧力変化を最小比重る。

静辻補償２））を含むビット内に上記のシール組立体２
３を使用ジることにより、静圧補償器の其＋ｐ１１作用
関係とシール組”ｒ’ｌＩＡの動圧？１ｉ償能力とを通
じてシール組立体が１１３４される圧力差が最小化され
る。

シール組立体７）ｉｆユシール満を直径ＩＪ＋ｒｕｒコ
広げて、弾性ｆζ］勢器リングの一つがカッタの壁と係
合し、まＩこ他方の（＝Ｊ勢器リンクか＋１１１の壁と
係合Ｊるようにりる。こうして、ｆ」勢器リングの各々
の最す外側の部分はボーリンク穴内の流体に１屋され、
他方ｆ：」勢器リングの各々の最し内側の部分は軸受内
の潤滑）スし休に１■される。４１つで、各圧力若はそ
れににり動かされるシール組Ｓｊ体にＪｚり検出される
。圧力差により動かされ得ないシール組立体は空間５９
の体積内の動的変化を自効に補償し得ない。りｆＪ、シ
フは、付勢器リング４７及び剛性リング３９からなるシ
ール半部は、係合される成用状面４１及び４３に圧力差
により生ずる荷重の増大を平衡ト１最小化Ｊるへく、（
＝Ｊ９Ａ器リンク４５及び剛性リング３７からなる１１
１１．Ａｄｉｔ結合半部ど同一の軸線ブｊ向負荷振れ特
性をイｊづるべき−（ある。

満足なシール組立体とそれが配置される漏の他の必要条
件は、検出された圧力差に応答しＣ）１への■７の１８
１の剛性リングが拘束されずに軸線り向に運動づること
をＪ１ターＪ、うに）ｊうの☆；；：壁の間にシール組
立体が配置されることである。しし軸受潤ｔｌ’を流体
がカッタの連動による’ｊ２ＲＸｌ５９の１７１１積の
変化につれて自由に空間５５９に出入りすることができ
るならば、シールに作用Ｊる圧力差は無視円曲ｒｂす、
剛性リングの運動はカッタの運動より６小さいぐあろう
。更に、もし各半部の負イ５ｉ特１１が所望のように等
しければ、剛性リングの運動１．Ｌカッタの運動の１／
２であろう。しかし、１ｆｆＪｔｉ“１流体の運動（よ
制限されているので、一層大きな剛性リングの運動が（
）われなりればならない。所要の間隙０貫及びＣ２は、
シール、カッタ及び軸組立体のモデルを製作し、例えば
シュミレ〜１−されたカッタ及び軸の軸受表面の間の通
″畠のＯリングシールにＪ：２リブロツクされた空間５
９からの出口でカッタ運動に応答する剛イ１１リンクの
運動を、１１ｑ定ジることにより決定された。剛性リン
グの正１１イ「な運動がモデル内で行われることを＋＋
ｉｒかめるためには、空気又は蒸気ボケッ１への存在し
ない非圧縮性流１ホで完全に満たされた空間５９を右り
ることが川Ｕ（ある。

更に、幾つかの場合には、端ｖ３１から離隔Ｊる端壁２
９の運動に応６りる完全な剛性リングの運動を補（ｄす
るように空気で空間５７を加圧づることか必要て゛ある
。

」二記の七−ｊルは、最Ｗの試験ピッ１〜に用いられた
軸、カッタ及Ｏ・シールに対づるカッタ運動に応答りる
剛性リングの運動を測定づるのに用いられた。空間５７
内の空気圧力はこの試験に対しては必要とされなかった
。１ｉＩＩ故ならば、空間５９内の圧力がこの空間を満
た１のに用いられた流体の上記ＬＬ力以下に低下しなか
ったからである。剛＋！ｌリングの運動とカッタの連動
との比は１．８８：１ど測定されＩＣ０この比は空間５
９の幾何学的形状ど（＝Ｊ９！Ｊ器リングの＼」法、形
状及び弾１１Ｉ的性質とイ」ｙｊ器プリング剛性リング
及びシール満の檗により変形される仕方とにより影響さ
れる。従って、これらのパラメータの何れかの変化が所
要の間隙ＣＩ及びＣ２の変化を１しさＵるぐあろう。

剛性リングの運動とカッタの運動との比が上記のよ）に
決定された後に、Ｃ＋及びＣ３に対Ｊる１１２小舶か旧
のされ得る。軸受ｌｌ１１口ごス・ｊづる最大のシール
又は剛Ｉ１１リングの運動はカッタと１１１１との間の
軸線方向遊びに剛性リングの運動とカッタの運動との比
を乗Ｈ−ｙることによりシＩＱされる。り１１１受スラ
スト表面３２が接触しているとき、ｔａｌｌ性リンプリ
ング３フ内ｈ″！２９との間の第一の輔に：ｉｉｌｊ向
間隙Ｃ１はカッタとｆｆ＋ｂどの間の軸線方向遊びより
も小さい最大の剛性リングの運動Ｊ、すし人さくなりれ
ばならない。スラスト表面３２と接触している状態で測
った剛性リング３３９と）１４の外側端Ｕ！３１との１
７ｔｌの第二のｌ１ｌＩｌ島り）向間隙Ｃ２は、端壁２
９と３１の間の間隔がその最小長さからシールの両端の
圧力差の存イ１一時の最大長さへ軸線り向遊びにより増
加された時に剛性リング３７及び３９が生ずる変位より
も小さい上記の最大の剛性リンク弘運動に等しいｆ１７
（よりも大きくなＵればならない。圧力ｔの存在１１．
’ＩＯ）Ｍｌｌ竹リンク３７及び３９のこの変位は、も
し空１’ａ３９がベン１−されるならばモデルで決定さ
れｊ！Ｉるし、又はこの変位はシール半部にλ・１づる
負前振れ曲線からｆｌｔＥｉされ得る。

Ｊズ＋にＩ？１１示された本発明の実ＭＩＩ例は最初の
試験に用いられたしので（６るか、商業的な実施例は第
７図に示されているしのに近いと１υＪｔ７ｉされる。

脚１０１は斜めの片持された軸受軸１０３を含んでＪ３
す、この軸受軸は第−破砕歯１０７をイ」づる回転可能
なカッタ１０５を支持づ−るべく内力及び下刃に延びて
いる。ｆｆＴｌｔｒｉ流体通路１０９ｆＪ、軸受軸１０
３どカッタ１０５どの間の軸受表面に潤）１°１流体を
供給覆る。米国特ｄ１負′Ｓ４、３４４、６５８号に示
されているものと類似のスナップリング保持；；３′１
０Ｇが第１図中に示され（いる」ユクワ１１受の代りに
用いられている。

シール組立体１１１はｉｌｌｌｌ体流体持し、ポーリン
グ穴流体を排除Ｊる。このシール組立体は第３図のシー
ル組立体２３と同一の形態を右するが、最も内側の付勢
？ｊｈリング１１３１ｃＬシール座インリ−１−３６で
はなくジ１Ｔ−ナル軸受円「；）表面−１′）ｂと直接
に係合している。シール座の形態は第３３坪１の実施例
中のシールｙＪｒ、５５及び内側周壁３３ど類似してい
る。これは第３図中のシール座のｌｉ径と比較して第７
図のシール座の直管￥を減する。シト−ナル軸受円１１
１表面１１５の直径に対りるシール座の直径のこの減少
は剛性リングの運動とカッタ運動との比を減り“る。第
７図の師１受形態を用いることを例外として第３図の実
施例で説明したものと類似のモデルを製作りることにＪ
、り決定されたこの比は１．２８＋１である。シール州
立体の種々の構成要素の４Δ籾（Ｊｌ、両用性リンクが
好ましくはリング３７と１ｒｊｌ−の硬ｖ１金属合金（
・製作されることを例外どして、第１図乃至第４図の実
施例に用いられＣいる拐料と同一である。

本発明を二つの実施例について説明してきたが、本発明
がこれらの実施例により制限されるものぐはなく、本Ｒ
明のイセ回内で種々の変形が行われｔ９ることは当業者
にＩ！ｌｊ解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はアースポーリングどツ１〜の一部分の縦断面図
であり、補１（″（８：４システム、軸受ｉ）ｉ＋、カ
ッタ及びシール州立体のフィールドゲストされた実施例
を示１図である。 第２図はシール州立ｆホを一層即醒し易く示づように第
′１図に比べ（１１八人してピッ１−の下側部分を部分
的に切欠い（小υＩｊｍ１而図である。 第３図は７Ｊツタ及び軸受軸の他の部分を部分的に切欠
いて示Ｊ縦１ｉ面図ぐあり、ＷＳ２図に比べ−（拡大し
Ｃ軸受シールｌ１ｉ１＼°Ｌ体を示１図℃ある。 第４図はシールＩＡｌｆｔ、（ホの剛性リングの一つの
拡大縦断面図である。 第５図はカッタ内のシール座及び円Ｉ’ｌ１表面シール
溝を部分的に切欠いて示？Ｉ縦ｒＢｉ面図である。 第６図はシール組立体を受入れＦ１位置決めηる円錐状
の輪郭された表面を形成覆るべく軸受軸上に用いられる
シールｔ゛（１環状インリートの縦断面図（ある。 第７図は本発明の代替的４「実施例の゛ト側部分４部分
的に切欠いＣ示′ＩＪ縦ＩＵｉ面図である。 １１・・・アースボーリングヒット、１３・・・脚、１
５・・・軸受軸、１７・・・カッタ、１９・・・第一破
砕歯、２１・・・潤清流体通路、２３・・・シール組立
体、２５・・・潤滑シスフーム、２７・・・玉軸受保持
器、２９，３１・・・端壁、３３、３５・・・周壁、３
６・・・シール座インサート、３７、３９・・・剛性リ
ング、４１．４３・・・放射状面、４５．４７・・・不
勢器リング、４９〜５５・・・シール座、５７〜６１・
・・空間、５３・・・ポジショナ溝、７０・・・円錐状
表面、 Ｑ：＋ｒｉ’ｌ出贋１人ヒ゛２−ズ・ツール・カンパニ
ー・二Ｉ−・」ス・土− 代理人弁理士明（ｉ昌毅 ｈ舒４ Ｌ決５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）改良された圧力補償する面シール手段を有するア
   ースホーリングビットに於て、前記ピッ］・が、 ボディど、 ボディから斜め（口内方及び十ツノに延びる片持された
   軸受軸と、 軸受軸の回りに回転するべく取付けられており、間隙に
   Ｊ、る軸線及び半径方向逅びを右りるカッタど、 静圧補償器を含んでいるボディ内の潤滑システムと、 一方はカッタ［にまた他方は軸受軸上に配置されてＪｊ
   りそれぞれ一般的に放射状の端壁と交わる一対の反対向
   きの周壁を含んでいるシール溝と、反対向きのシール面
   を有Ｊるようにシール溝内に配置されている一対の剛性
   リングと、端壁とシール溝との間に配置されたシール層
   １立体を郭定りるべくそれぞれ剛性リングの一つとシー
   ル溝の反対向きの周壁の一つとにイれぞれシール係合す
   る一対の弾性ｆζＪ勢器リングと、旬滑流体と周囲トリ
   リンク流１本との間の動圧ｔ’ｓに曝されてＪｊり且そ
   れによりｆｆｌ＋線）ｊ向に動かされるシール組立体と
   を含んでｄ３す、 カッタが軸受軸にλ＝ＩＬで相対的に動く時に溝の６；
   ４１壁の間の剛性リンクの拘東されない軸線ノ“ｊ’Ｉ
   ｊＵｉ型動を訂１べく少なくとし一つのｆｑｂ胚）力面
   間隙を９１（定りるよ・）に、係合された剛性リングの
   １１１ｂ線方向の幅かシール溝の軸に！ｊ）方向最小幅
   よりし小ざいことを１ｈ徴とするアースポーリングピッ
   ｔ−。 く２）改良されたシール手段及びＩｊＥ力補１ｔ′（シ
   スブムをイｉ７するアースポーリングピッ１〜に於て、
   前記ビットが、 ボディと、 ボディから斜めに内り及び１一方に延びる片持された軸
   受軸と、 軸受軸の周りに回転りるべく取（＝Ｊ’４〕られでおり
   間隙により軸線及び半径方向遊びを’ｈりるカッタと、 静圧補償器を含んでいるボディ内のｉｆ′Ｉ′Ｊ滑シス
   テムと、 一方はカッタ上にＪ、た他方（よ軸受軸上に配置されて
   おりそれぞれ一般的に放射状の端壁と交わる一対の傾り
   られｆ１輸Ｉ；ｌｌ（された反対向きの周壁を含んでい
   るシール溝と、 シール組立体に配置されてＪ５す、反対向きのシール面
   ど傾（］られ月軸輪；Ｉｌ！された部分とをイＪし、カ
   ッタ及び軸上の周壁と向合つ−ＣＪ３す、但しそれから
   半径方向に間隔を置かれている一タ・ｊの金属リングと
   、 シール）ｊへの端壁の間に配置されたシ−ル組立イホを
   郭定するｌ＼く、シール溝の明りられ且輸郭された壁の
   それぞれ一つど金属リンクの一つの反対向きの傾けられ
   且輪郭された部分とにそれぞれシール係合Ｊる一対の弾
   （’Ｌ＜＝Ｊ勢３）リングと、潤滑流体と周囲ドリリン
   グ流体との間の動圧差に喧されておりＪ」それにより軸
   線方向にバイアスされるシール用立体とを含んでおり、 カッタが軸受軸に幻して相対的に動く時に）１４の端壁
   の間の剛性リンクの拘束されない運動をｒｌづべく少な
   くとも一つの間隙を郭定づるように、係合される剛性リ
   ングの軸線方向の幅がシール１１へのＩＪｔｌｊ線方向
   最線方向最小巾さいことを特徴とＪるアースボーリング
   ビット。 （３３）改良されたシール手段及び圧力補償システムを
   有Ｊるアースホーリングビットに於て、前記ピッ１〜が
   、 ボディと、 ボディから斜めに内ツノ及び下方に延びているｊ１持さ
   れた軸受軸と、 軸受ｎ１ｌｌの周りに取ｆ＝ＪＧノられてａ３り間隙に
   よる軸線及び半径り向遊びをイｊりるカッタと、静圧？
   ｉｌｉ償器を含んでいるボディ内の潤滑システムと、 一方は７Ｊツタ上にまた他りは軸受軸上に配置されてｄ
   ５リイれぞれ一般的に放ＤＪ状の端壁と交わる一対の一
   般的に円ｆＵ状の輪郭され２じ反対向きの周壁を含んＣ
   いるシール溝と、 シール溝内に配置されてＪ３す、それぞれ放ＱＪ状の係
   合された部分及びペーパー状の潤滑部分を右づるシール
   をイ’ｇＬ／−ＣｉＪ３す、ｌＪ［＋えてカッタ及び１
   ｌｑｌ＋−１の周壁と向合ってＪ５り但しそれから半径
   方向に間１；θを首かれている反対向きの一般的に円錐
   状の輪郭された周囲部分を右づ゛る一対の金属リングと
   、シールｉｆＩ＋ｉの端壁の間に配置されたシール１４
   立体をＩｔ（定づるべくシールｆｊｌｉの円ｔｉＬ状の
   輪郭された壁のぞれぞれ一つと金属リンクの一つの反λ
   ・１向さの円錐状の輪郭された部分とにそれぞれシール
   係合ジ“る一対の弾性イ」勢：：；；リングと、潤滑流
   １本と周囲１−リリング流１本との間のＥｈ江差に曝さ
   れ−Ｃおり月それによりバイアスされるシール組立体と
   を含／ｖ′ｃＡ３す、 カッタが軸受軸に対しＣ相対的に動く時に溝の！Ｉｇｉ
   壁の間の剛性リングの拘束されない１１１線方向運動を
   ５′１づべく少なくとも一つの軸線り向間隙を郭定づる
   ように、係合された剛性リングの軸線方向の幅がシール
   溝の軸線方向最小幅Ｊ：りも小さいことを特ｉｆｌ’Ｊ
   るアースポーリングピッ１へ。