JPS61261596A

JPS61261596A - ア−スボ−リングビツト

Info

Publication number: JPS61261596A
Application number: JP61106537A
Authority: JP
Inventors: ブルース・ホーリー・バー
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1985-05-13
Filing date: 1986-05-09
Publication date: 1986-11-19
Also published as: US4666001A; EP0202190B1; JPH0327719B2; EP0202190A1; BR8602160A; DE3686440D1; DE3686440T2; CA1244400A

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】発皿■宜見 ■）主班Ω豆！本発明は、ドリリングの間にビットを取り囲むトリリン
グ液の静圧によりビットの内側の潤滑剤の内部圧力を平
衡させる静圧補償器を含むシステムにより、ｆＪ滑され
るアースボーリングビットに係る。この組合わせで、特
別な改良は、潤滑システム内に潤滑剤を閉じ込め且つ潤
滑システムから汚染物を排除する、各カッタと軸受軸と
の間のシール組立体に係る。

２）宜１債■ 背景情報及び従来技術は、本発明を理解するのに有益な
“圧力補償型の剛固面シールを有するアースボーリング
ビット”という名称の１９８５年５月１４日付は米国特
許第４．５１６．６４１号明細書に記載されている。上
記明細書に開示されている好ましい実施例はシール溝内
に置かれた一対の剛固な面シールを利用しており、好ま
しくは０リングの形式の一対の弾性的な加力体（ｅｎｅ
ｒｇｉｚｅｒ）リングを含んでいる。シーリング要素及
び溝の寸法関係により、組合わされたカッタの軸線方向
運動よりも大きな剛固面シールの軸線方向運動が生ずる
ビットがドリリングの間に回転するにつれて、そのカッ
タは間隙及び通常の製造許容差のために軸受軸上を軸線
方向に又は揺れ運動を伴って運動する。多少の間隙はカ
ッタを軸上に組立てるために必要である。カッタと軸と
の間の間隙に起因する軸線方向及び半径方向のカッタ運
動は潤滑剤に急速な圧力変動、一層正確には、各シール
の近傍の潤滑剤に体積変化を生じさせる。上記特許の好
１．８８対■の比により軸線方向のカッタ運動よりも大
きい距離を軸線方向に運動し得る。

ｌ」坐里皿本発明の一般的な目的は、組合わされたカッタがドリリ
ングの間に運動する時にシール組立体の近傍の圧力又は
体積変化に曝される形式のロックビット内の改良された
剛固面シール組立体を提供することである。この改良は
、剛固面シールの運動が軸線方向のカッタ運動にくらべ
て減ぜられるように軸受表面に関係してシール溝及びシ
ール組立体を置くことによりシール組立体の近傍の圧力
又は体積変化を減する。好ましい実施例では、軸に対す
る剛固面シールの軸線方向運動はカッタのそれの約半分
であり、また軸受表面をシール組立体溝の半径方向厚み
の中間にすることにより達成されている。すなわち、溝
の一部分はカッタ内にあり、他の部分は軸受軸内にある
。シール運動とカッタ運動との関係は、本発明に対して
導き出された下記の式と一致する寸法選定により確立さ
れｓ＝　（２Ｇ−Ｃ）／　（Ｈ十Ｃ＋２Ａ）ここで、Ｓ
−軸に対して相対的なユニットコーン運動に対するシー
ル運動Ｈ＝軸加力体の有効環状面積Ｃ＝カッタ加力体の有効環状面積Ａ＝剛固リングの有効環状面積Ｇ＝シール溝の有効環状面積好ましい組立方法は、溝の一方の半分をカッタ内に、ま
た他方の半分を軸内に形成する過程と、一方の剛固リン
グ及び加力体リングを軸のシール領域内に組立てる過程
と、スリーブ及び次いで他方の剛固リング及び雌雄結合
する加力体リングをカッタ内に組立てる過程と、次いで
カッタ及びスリーブを軸上に組立て、スリーブを締まり
ばめで軸と係合させる過程とを含んでいる。

本発明の追加的な目的、特徴及び利点は以下の説明から
明らかになろう。

しい　　１の一日第１図で参照符号１１を付されているのは、三つの頭部
又は脚１３のなかに形成されたボディを有する潤滑され
る回転可能なコーン又はカッタ形式のアースボーリング
ビットであり、脚１３はただ一つが図示されている。各
脚１３は、掘削歯１９を有する回転可能なカッタ１７を
支持するべく内方及び下方に延びている斜めに片持ちさ
れた軸受軸１５を含んでいる。潤滑材通路２１は潤滑材
を軸受軸１５とカッタ１７との間の軸受表面に供給する
。シール組立体２３は潤滑材を軸受内に保ち、またボア
ホール内の流体が軸受内に入るを阻止する。静圧補償器
は、軸受の内側の液体潤滑材の圧力をボアホール内の流
体の静圧と等しくするべく潤滑材通路２１と接続されて
いる潤滑システムの部分である。好ましい補償器は米国
特許第４゜２７６、９４６号明細書に示されている。

軸１５上及びカッタ１７内の軸受のジオメトリは、好ま
しくは米国特許第Ｒｅ、２８，６２５号明細書に示され
ているように、参照符号２８を付されている個所で溶接
されたプラグにより軸受軸上にカッタを保持する玉軸受
保持器２７の使用を含む公知の構成と同様である。

特に第３図を参照すると、カッタ及び軸は、軸線方向に
間隔をかれたほぼ放射状の端壁２９．３１と内側及び外
側周囲壁３３．３５とを有する環状シール溝又はグラン
ドを含んでいる。端壁３１及び周囲壁３３は軸受軸１５
に固定されたシールシートインサート３６の上に形成さ
れている。

シール組立体は向かい合う放射状の面４１．４３を有す
る一対の剛固な環状のリング３７．３９を含んでいる。

剛固な、好ましくは金属のリングの対は、後で一層完全
に説明されるように、内側の壁３３と外側の壁３５との
間の環状空間よりも小さい（半径方向に測った）厚みと
溝の端壁２９と端壁３１との間の幅たは距離よりも小さ
い（軸線方向に測った）幅とを有する。

一対の弾性的な加力体リング４５又は４７の各々は金属
リング３７又は３９の一つの上のシールシート４９又は
５１と内側又は外側周縁壁３３．３５の上の向かい合う
シールシート５３又は５５との間を延びている。各シー
ルシートは、組合わ時に存在する間隙Ｃ１及びＣ２を注
するべく周縁壁３３．３５及び端壁２９．３１の中間の
溝のなかに吊られている金属リングとを位置決めし且つ
保持するべく環状の溝及び構成を有する。シート５３及
び５５の互いに相対的な位置は、隣接する端壁２９又は
３１に対して相対的な各シール半部の初期たわみが、間
隙Ｃ１及びＣ２とカッタと軸との間の遊びとにより許さ
れるシール運動の全範囲を通じてシール組立体の要素の
すべての間のシ＋　ＩＪソング触を保つべく放射状面４
１と４３との間に十分な接触圧力を生ずるように選定さ
れている。キャタピラ・トラクタ・カンパニーの円＆（
Ｍ“デュオ−コーン”シール配置の以前の構造が説明さ
れている米国特許第３．１８０．６４８号明細書及びこ
のようなシールの改良が説明されている米国特許第３．
４０３．９１６号、第３．５２４，６５４号及び第４，
０７７．６３４号明細書を参照されたい。

第３図から、金属リング３．７．３９の一方が他方に対
して逆にされており、それによりシール組、３５と係合
し得ることは理解されよう。間隙Ｃ１及びＣ２は溝の端
壁２９．３１の各々と係合される剛固なリング３７．３
９との間の間隙である。ドリリング流体は空間５７を満
たし、またシール組泣体２３の最も外側に作用し、また
潤滑材は空間５９を満たし、またシール組立体２３の最
も内側に作用する。剛固なリング３７又は３９は、係合
された放射状面４１．４３に潤滑材を供給する空間を郭
定するべくシール組立体の潤滑材側に傘形の実質的に円
錐状の部分を有し、放射状面４１．４３は使用中に摩耗
するにつれて内方に再生する。このようなシール面の一
つの構成が説明されている米国特許第３．１８０．６４
８号明細書を参照されたい。

下記の寸法は本発明の第一のフィールドテストに使用さ
れたビットである“ヒユーズ（ｌｌｕｇｈｅｓ）１２−
１／４ｉｎ、（３１，１ｃｍ）、Ｊ２２型ビットに係る
。特に第４図及び第５図を参照すると、三つの金属リン
グ３７の各々の半径方向厚みＴは０．２００　ｉ　ｎ、
　　（０，５０８ｃｍ）　、軸線方向径は約３．４４９
　ｉｎ、　　（８，７６０ｃｍ）である。

角度αは約２０°、また半径Ｒ１及びＲ２はそれぞれ平
均０．０４８及び０．０８０ｉｎ、（０，１２２及び０
．２０３ｃｍ）であり、Ｒ１は円錐表面６３と正接して
いる。Ｙ及びＺの軸線方向寸法はそれぞれ平均ｏ、ｏｓ
ｏ及び０．１４９ｉｎ、　　（０，１２７及び０．３７
８ｃｍ）である。リップ６７の下のポジショナ溝６５の
深さＤは組立の間に組合わされた加力体リング４５の位
置決め及び閉じ込めを助けるべく平均０．００９　ｉｎ
、（０，０２２９ｃｍ）である。放射状シール面４１の
半径方向厚みＸは約０．０５０ｉｎ、（０，１２７ｃｍ
）であり、約１又は２ＲＭＳの表面仕上げを有し、また
テーパ付き表面６８は約２又は３ＲＭＳの表面仕上げを
有する約８０ｉｎ、（２０３ｃｍ）の球面半径Ｒ３によ
り郭定されている。

逆にされて向かい合う金属リング３９は約０．１９９　
ｉ　ｎ、　　（０，５０５ｃｍ）の半径方向厚みＴ１約
０．２４７　ｉ　ｎ、　　（０，６２７ｃｍ）の半径方
向幅Ｗ及び約３．４５０ｉｎ、（８，７６３ｃｍ）の外
径を有する。角度αは約１９°、また半径Ｒ１及びＲ２
はいずれも約０．０７５ｉｎ、　　（０，１９１ｃｍ）
である。軸線方向寸法Ｙ及びＺは約０．０２３及び０．
１５４ｉｎ、（０，０５８４及び０．３９１ｃｍ）であ
り、またポジショナ溝の深さＤは約０．０１６ｉｎ、（
０，０４０６ｃｍ）である。リング３７の表面仕上げと
類似の表面仕上げを有するリング３９の全厚みを横切っ
て延びている平坦なシーリング面がリング３９の上に存
在する。

リング３７はキャタピラ・トラクタ・カンパニー製の標
準硬金属合金リングの一つである。リング３９はヒユー
ズ・ツール・カンパニーにより空気硬化工具鋼から本発
明のために特別に製造されたものである。

ビットのカッタ１７内のシールシートの構成は第５図に
示されている。シールシートは約１９．５°の角度θを
有する円錐表面７０により郭定されており、またポジシ
ョナ溝又はシールシート５３）の距ｉ’ｌｔ　Ｄ　２に
位置する約０．０６０　ｉ　ｎ、　　（０，１５２ｃｍ
）の半径Ｒ４及び約０．００８ｉｎ、（０゜０２０３ｃ
ｍ）の深さＤｌを有する。円錐表面７０は表面３５から
半径方向に約０．０２１ｉｎ、（０，０５３３ｃｍ）の
距離に位置する点７２で溝５３と交わる。

類似の構成が、０．１０５ｉｎ、（０，２６７ｃｍ）の
軸線方向厚みＴ１を有する第６図に示されているシール
シートインサート３６により郭定される軸受軸１５上の
シールシートに対して用いられた。ポジショナ溝は端壁
３１から約０．１４０ｉｎ、　　（０，３５６ｃｍ）の
距離Ｄ４に位置する約０６０６０ｉｎ、　　（０，１５
２ｃｍ）の半径Ｒ５により形成される約０．０１１　ｉ
　ｎ、　　（０，０２７９ｃｍ）の深さＤ３を有する。

θ２は第５図の円錐表面７０と類似の仕方で位置する約
２０°の円錐角度である。

使用後の０リング又は加力体リング４５．４７は約０．
１６８ｉｎ、　　（０，４２７ｃｍ）の横断面厚ぞれ約
３．０５７及び２．７６０ｉｎ、　　（７，７６５及び
７．０１０ｃｍ）の内径を有し、また上記のＯリング及
びショア・レジロメータ、モデル５Ｒ−１を使用して約
４３％のはね返りであると測定される高い弾性を有する
。シール溝の放射状端壁２９．３１は軸受推力表面が相
互接触する状態で約０゜５８０ｉｎ、（１，４７３ｃｍ
）の幅を離して置かれた。上記の構成要素を使用して、
剛固なリングの面への組立体の負荷は、負荷−振れ曲線
から決定されるように、約４０〜６（ｌｂ　（１８〜２
７ｋｇ）である。間隙ＣＩ及びＣ２は、組立体が最小溝
幅を郭定するべく推力表面３２と接触している状態で、
それぞれ約０．０３５及び０．０２９ｉｎ、（０，０８
９及び０．０７４ｃｍ）であり、また周縁壁３３．３５
の直径はそれぞれ約２．９６９及び３．５２９ｉｎ、（
７，５４１及び８．９６４ｃｍ）である。

テストされた第一のビットに対して、カッタの各々の軸
線方向の軸受遊びはテスト後に下記のとおりであった。

Ｎｏ、１カンタ　０．０１２　（０，０３０）Ｎｏ、２
カフタ　０．０１５　（０，０３８）ＮＯ８３カフタ　
０．０１２　（０，０３０）作動中に、液体で満たされ
た井戸穴内のドリリングの間、補償器２５は井戸穴内の
液体の静圧を軸受の内側の液体潤滑材の圧力により平衡
させべく作用する。しかし、カッタに加えられる複雑な
力に起因するドリリング中のカッタの運動と構成部品の
組立を可能にするために必然的に用いられる間隙とが、
空間５９により郭定される体積に急速な変化を生ずる。

潤滑材の粘性と空間５９と静圧補償器との間の流れに対
する絞り作用とは、体積変化が生ずる速さのように急速
な速さで体積変化を補償することを許さない。それにも
かかわらず、シール組立体２３は必要とされる体積変化
を生ずるのに十分に運動し、それによりシールが受ける
（さもなければ潤滑材供給の急速な欠乏又は軸受内への
ボアホール流体の流入を惹起して軸受及びシールの損傷
の原因となる）圧力変化を最小化する。

静圧補償器を含むビット内の上記のシール組立体の使用
は、静圧補償器とシール組立体の動圧補償能力との共同
作用関係を通じてシール組立体が曝される圧力差を最小
化する。シール組立体は、一方の弾性的加力体リングが
カッタの壁と係合し、他方の加力体リングが軸の壁と係
合するようにシール溝を対角線状に渡っている。こうし
て、加力体リングの各々の最も外側の部分はボアホール
内の流体に曝されており、加力体リングの各々の最も内
側の部分は軸受の内側の潤滑材に曝されている。従って
、各圧力差は、このような各圧力差により動かされるシ
ール組立体により検出される。差圧により動かされ得な
いシール組立体は空間５９の体積の動的変化を有効に補
償し得ない、好ましくは、加力体リング４７及び剛固リ
ング３９から成るシール半部は、係合する放射状面４１
及び４３に圧力差により生ずる負荷の増大を平衡させ且
つ最小化するべく、加力体リング４５及び開開−の軸線
方向負荷−振れ特性を有するべきである。

満足なシール組立体及びそのなかに置かれる溝の他の必
要条件は、検出された圧力差に応答して溝の壁の間の剛
固リングの絞られない軸線方向運動を許すべくシール組
立体が溝の端壁の間に置かれることである。もし、空間
５９の体積がカッタ運動により変化させられるにつれて
、軸受潤滑材が自由に空間５９に流入し且つそこから流
出することができるならば、シールに作用する圧力差は
無視することができ、また剛固リングの運動はカッタ運
動よりも小さいであろう。さらに、好ましいように、も
し各半部の負荷−振れ特性が等しいならば、上記の実施
例で剛固リングの運動はカッタ運動の半分であろう。し
かし、潤滑材の運動が絞られているので、より大きな剛
固リングの運動が行われなければならない。必要とされ
る間隙Ｃ１及びＣ２は、シール、カッタ及び軸組立体の
モデルを作り且つ、出口が空間５９がら閉塞されてび軸
の軸受表面の間の通常の０リングによりカッタ運動に応
答して剛固リングの運動を測定することにより決定され
た。正確な剛固リングの運動がモデル内で行われること
を保証するため、空気又は蒸気ポケットが皆無であり非
圧縮静流体で完全に満たされた空間５９を有することが
重要である。さらに、場合によっては、端壁３１から離
れる端壁２９の運動に応答して完全な剛固リングの運動
を保証するべく空間５７を空気で加圧することが必要で
あり得る。

上記のようなモデルが第一のテストビット内に使用され
た軸、カッタ及びシールに対してカッタ運動に応答する
剛固リングの運動を測定するのに使用された。空間５７
内の空気圧力はこのテストに対しては、空間５９内の圧
力が空間を満たすのに使用された流体の蒸気圧力以下に
低下しなかったので、必要とされなかった。剛固リング
の運動とカッタ運動との比は測定から１．８８：１と決
定された。この比は空間５９のジオメトリと、加力体リ
ングの寸法、形状及び弾性特性と、加力体すれる仕方と
により影響される。こうして、これらのパラメータのい
ずれかが変更されると、必要とされる間隙ＣＩ及びＣ２
も変更されなければならない。

剛固リングの運動とカッタ運動との比が上記のよ′うに
決定された後、Ｃ１及びＣ２に対する最小値が計算され
得る。軸受軸に対するシール又は剛固リングの最大運動
はカッタと軸との間の軸線方向遊びに剛固リングの運動
とカッタ運動との比を乗算することにより計算される。

軸受推力表面３２が接触している時、剛固リング３７と
溝の内壁２９との間の第一の間隙Ｃ７１は剛固リングの
最大運動よりも大きく、また力フタと軸との間の軸線方
向遊びよりも小さくなければならない。剛固リング３９
と溝の外側端壁３１との間の第二の間隙Ｃ２は、推力表
面３２が接触している状態で測定して、上記のように計
算された剛固リングの最大運動に等しい値よりも大きく
、また端壁２９と３１との間の空間がシールの両端に圧
力差が存在しない時に軸線方向遊びの最小長さから最大
長さへの増大により剛固リング３７及び３９が経る変位
よりも小さくなければならない。圧力差が存在しない時
の剛固リング３７及び３９のこの変位は、もし空間５９
がベントされるならば、又はシール半部に対する負荷−
振れ曲線を用いて計算され得るならば、モデルにより決
定され得る。

以上に開示された本発明の実施例は初期テストに供され
たものであったが、商業的な実施例は第７図に示されて
いるものに近いと期待される。脚１０１は掘削′歯１０
７を有する回転可能なカッタを支持するべく内方及び下
方に延びている斜めに片持ちされた軸受軸１０３を含ん
でいる。潤滑材通路１０９は軸受軸１０３とカッタ１０
５との間の軸受表面に潤滑材を供給する。米国特許第４
，３４４．６５８号明細書に示されているものと類似の
スナップリング保持器１０６が第１図中に示されている
ボール保持器の代わりに使用されている。

シール組立体１１１は潤滑材を保持し、またポアホール
流体を排除する。このシール組立体は第３図の組立体２
３と同一の構成を有するが、最も内側の加力体リング１
１３はシールシートインサート３６ではなくジャーナル
軸受の円筒状表面１１５と直接に係合する。シールシー
トの構成は第３図の実施例中のシールシート５５及び内
側周縁壁３３と類似である。これは第３図中のシールシ
ートの直径と比較して第７図のシールシートの直径を減
する。ジャーナル軸受の円筒状表面１１５の直径に対し
てシールシートの直径のこの減少は剛固リングの運動と
カッタの運動との比を減する、第７図の軸受構成の使用
を除いて、第３図の実施例と結びつけて説明されたもの
と類似のモデルを作ることにより決定されるこの比は１
．２８：１である。シール組立体の種々の構成要素の材
料は、両剛固リングが好ましくはリング３７と同一の硬
金属合金から成ることを除いて、第１図〜第４図の実施
例に使用される材料と同一である。

上記の実施例に対する代替例が第８図及び第９図に示さ
れている。第８図で参照符号１２１を付されているのは
、ねじを切られた上端又はシャンり１２３と前記の形式
の？ａｖｖｋシステム１２５とを有するロックピントの
一つの部分であり、潤滑システム１２５は通路１２７と
部分１２１に溶接１３３により固定されたボールプラグ
１３１内に形成された通路１２９とに潤滑材を供給する
。追加的な通路手段１３４は、内側の片持ちされた端に
パイロットピン１３７及び玉軸受レースウェー１３９を
有する軸受軸１３５との潤滑材の連通を可能にする。

ボールプラグ１３１はカッタ１４７内の玉軸受レースウ
ェー１３９内及び雌雄結合するレースウェー１４５内に
複数個の玉軸受１４３を保持する。軸受スリーブ１４９
は、軸受軸１３５上の離職結合部分と締まりばめで保合
する内側表面１５１を有する。環状の外側軸受表面１７
５はカッタ内の雌雄結合する円筒状軸受表面と係合する
。これらの軸受要素は、掘削歯１５３がドリリングの間
に地質生成物、と係合し且つ掘削するようにカッタの回
転を可能にする。

上記の軸受表面の潤滑のため潤滑材をカンタ１ているシ
ール組立体１５５が設けられている。

シール組立体１５５は、第９図に最も良く示されている
ように、放射状端壁１５７及び周縁端壁１５９を有する
軸１３５内のほぼＬ字形の溝のなかに部分的に置かれて
いる。他の溝はカッタ１４７内に置かれており、放射状
端壁１６１及び周縁端壁１６３を有する。

一対の加力体リング１６５．１６７及び剛固な環状リン
グ１６９．１７１が溝のなかに閉じ込められている。こ
こに示されている溝表面、加力体リング及び環状リング
のジオメトリは先の実施例で説明されたものと同一であ
る。しかし、軸受表面１７５は実質的に周縁壁１５９．
１６３の間の中間に置かれており、また肩部１７７に当
接して軸１３５上に締まりばめにより保持されている環
状表面１５１を有する軸受スリーブにより郭定されてい
る。

第８図及び第９図の改良は、剛固面シールの運動とカッ
タの運動との比が約０．５：１であるようにシール溝及
びシール組立体を軸受表面に対して位置決めすることに
より、シール組立体の近傍の潤滑材圧力及び体積の変化
を減する。このことは、軸受表面１７５をシール組立体
溝の半径方向厚み又は周縁表面１５９．１６３の間の距
離の中間にすることにより達成される。すなわち、溝の
一部分はカッタ内にあり、他の部分は軸受軸内にある。

シール運動とカッタ運動との関係は、本発明に対して導
き出された下記の式と一致する寸法選定により確立され
ている。

Ｓ＝　（２Ｇ−Ｃ）／　（Ｈ＋ｃ＋２Ａ）ここで、Ｓ＝
軸に対して相対的なユニットコーン運動に対するシール
運動Ｈ＝軸のＱ　ＩＪソング６５の有効環状面積Ｃ＝カッタ
のＯリング１６７の有効環状面積Ａ＝剛固リングの有効環状面積Ｇ＝シール溝の有効環状面積シール運動とコーン運動との約０．５：１の比は周縁壁
１５９の直径と、下記の環状面積とを用いて達成される
。

Ｈ＝０．９４５　ｉ　ｎ、　　２（６，０９７ｃｍ２）
Ｃ＝１．０４２　ｉ　ｎ、　　２（６，７１６ｃｍ２）
Ａ＝０．５８７　ｉ　ｎ、’　　（３，７８７ａｍ２）
Ｇ＝１．３１１　ｉ　ｎ、　　２（８，４５８ｃｍ２）
上記の式は、半径方向の軸受間隙が存在しないこと、シ
ール組立体への又はそれからの潤滑材の流れが存在しな
いこと、環状面積Ｈ，Ｃ，Ａ及びＧの変化が存在しない
又は相殺されること、加力体リング１６５．１６７が滑
動せずにローリング運動をすることを仮定している。

好ましい組立方法は、溝の一方の半分をカッタ１４７内
に、また他方の半分を軸１３５内に形成する過程と、一
方の剛固リング１６９及び加力体リング１６５を軸１３
５のシール領域内に組立てる過程と、スリーブ１４９及
び次いで他方の剛固リング１７１及び雌雄結合する加力
体リング１６７をカッタ１４７内に組立てる過程と、次
いで力１．力Ｉ　Ｊ　７　ｐ＋　ｙＫ　−Ｉ　Ｉ＋−イ
ｊ　Ｊ　ｎ　ｉＷｆ！Ｉ＋　１　”７　’７１ｙ３ｇ接
させて軸１３５上に組立て、スリーブ１４９を締まりば
めで軸１３５と係合させる過程とを含んでいる。

第８図及び第９図に示されている実施例によるドリリン
グの間、カッタ１４７は複雑に揺れ動いて軸１３５上を
運動する。上記の式はそれよりも簡単なカッタの軸線方
向運動を仮定しているが、ｉ及びシール組立体のジオメ
トリに対する設計パラメータを確立するのに十分に正確
であると考えられる。

第１図ないし第７図の実施例にくらべて第８図及び第９
図の実施例の利点は、（１）　　ドリリングの間のカッ
タ運動の結果らしてのシール組立体に隣接する潤滑材の
圧力変化が大幅に減ぜられ、理想的には消去されること
、（２）剛固リング１６９．１７１の面への負荷の変化
が最小化されること、（３）加力体リング１６５．１６
７のローリング運動が一層等しく等化されること、（４
）シール組立体の軸線方向運動がカッタの軸線方向運動
よりも小さいので、端壁１５７．１６１との間以上に於
ては本発明を特定の好ましい実施例について説明してき
たが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はアースボーリングビットの一部分の長手方向断
面図であり、補償器システムと軸受軸とシール組立体の
フィールドテストされた実施例とを示している。第２図はビットの下側部分の長手方向断面の部分図であ
り、シール組立体を一層わかりやすく示すため第１図に
くらべて拡大されている。第３図はカッタ及び軸受軸の長手方向断面の部分図であ
り、第２図にくらべて拡大して軸受シール組立体を示し
ている。第４図はシール組立体の剛固なリングの一つの拡大され
た長手方向断面図である。第５図はカッタ内のシールシート及び円錐状シール表面
の部分的な長手方向断面図である。第６図はシール組立体を受入れ且つ位置決めする円錐状
の輪郭面を形成するべく軸受軸上に使用される環状のシ
ールシートインサートの長手方向断面図である。第７図は第１図中に示されている本発明の代替的な実施
例の下側部分の長手方向断面の部分図である。第８図はドリリングの間にカッタの運動に対して相対的
なシールの運動の大きさを減するべく改良された剛固面
シール組立体を有するアースボーリングビットの一部分
の長手方向断面図である。第９図は第８図中に示されている好ましいシール組立体
及び溝の実施例の長手方向断面の拡大された部分図であ
る。１１・・・アースボーリングビット、１３・・・脚、１
５・・・軸受軸、１７・・・カッタ、工９・・・掘削歯
、２１・・・潤滑材通路、２３・・・シール組立体、２
５・・・潤滑システム、２７・・・玉軸受保持器、２９
．３１・・・端壁シールシートインサート、３７．３９
・・・剛固リング、４１．４３・・・放射状面、４５．
４７・・・加力体リング（０リング）、４９．５１・・
・シールシート、５３．５５・・・シート、５７．５９
．６１・・・空間、６３・・・円錐状表面、６５・・・
ポジショナ溝、６７・・・リップ、７０・・・円錐状表
面、１０１・・・脚、１０３・・・軸受軸、１０５・・
・カッタ、１０７・・・掘削歯、１０９・・・潤滑材通
路、１１１・・・シール組立体、ＩＩ３・・・加力体リ
ング（０リング）、１１５・・・円錐状表面、１２１・
・・ロックビット、１２３・・・シャンク、１２５・・
・潤滑システム、１２７．１２９・・・潤滑材通路、１
３１・・・ボールプラグ、１３５・・・軸受軸、１３７
・・・パイロットピン、１３９・・・玉軸受レースウェ
ー、１４３・・・玉！［［１受、１４５・・・レースウ
ェー、１４７・・・カッタ、１４９・・・軸受スリーブ
、１５１・・・内側表面、１５３・・・掘削歯、１５５
・・・シール組立体、１５７・・・端壁、１５９・・・
周縁壁、１６１・・・端壁、１６３・・・周縁壁、１６
５．１６７・・・加力体リング（０リング）、１６９．
１７１・・・剛［ＥＩＩ’ｔ）１’１７Ｑ１７ｃ、、、
、Ｃ＋ｈ声ｔｔ１７；’；１７Ｑ、−−肩部特許出願人　　ヒユーズ・ツール・カンパニー・ニー・
ニス・ニー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸受軸により担持された剛固なリングによるシー
リング面とカッタにより担持された向かい合うシーリン
グ面とを含んでいる改良された圧力補償型の面シール組
立体を有するアースボーリングビットに於いて、ボディ（１３）と、ボディから斜めに内方且つ下方に延びているほぼ円筒状
のジャーナル軸受を有する片持ちされた軸受軸（１５）
と、内部に形成されたほぼ円筒状の軸受を有し、軸のジャー
ナル軸受の回りを回転するように取付けられているカッ
タ（１７）と、前記軸受を潤滑するべく静圧補償器を含んでいる、ボデ
ィ内の潤滑システム（２５）と、ほぼ円筒状の周縁壁を有するようにカッタ内の円筒状軸
受の最も外側の領域の付近に形成されたカッタシール溝
（３１、３５）と、ほぼ円筒状の周縁壁を有し、カッタシール溝と向かい合
う軸シール溝（２９、３５）と、シール面が軸及びカッタの選択された一つにより担持さ
れた向かい合うシール面と係合する状態で軸シール溝と
カッタシール溝との間に置かれた少なくとも一つの剛固
なリング（３７又は３９）と、カッタシール溝及び軸シール溝の選択された周縁壁とシ
ーリング係合し且つ剛固なリング（３７又は３９）とシ
ーリング係合する少なくとも一つの弾性的加力体リング
（４５又は４７）とを含んでおり、ドリリングの間に軸線方向のカッタ運動に対して剛固な
リングの軸線方向運動を減するべく、ジャーナル軸受の
直径がカッタシール溝及び軸シール溝の周縁壁の中間で
あることを特徴とするアースボーリングビット。
（２）改良された圧力補償型の面シール手段を有するア
ースボーリングビットに於いて、ボディと、ボディから斜めに内方且つ下方に延びている片持ちされ
た軸受軸と、間隙により軸線方向及び半径方向の遊びを有し、軸受軸
の回りを回転するように取付けられているカッタと、静圧補償器を含んでいる、ボディ内の潤滑システムと、一方はカッタ上に他方は軸受軸上に配置されており各々
ほぼ放射状の端壁と交わる一対の向かい合う周縁壁を含
んでいるシール溝と、向かい合い且つ係合するシーリング面を有するようにシ
ール溝内に置かれた一対の剛固なリングと、剛固なリングのそれぞれ一つとシール溝の端壁の間に置
かれたシール組立体を郭定するべくシール溝の向かい合
う周縁壁の一つとに各々がシーリング係合する一対の弾
性的加力体リングとを含んでおり、シール組立体が潤滑剤と周囲のドリリング液との間の動
圧の差に曝され且つそれにより軸線方向に動かされ、カッタがドリリングの間に軸受軸上を軸線方向に運動す
る時に剛固なリングの軸線方向運動を減するべく、軸受
軸の直径がシール溝の周縁壁の中間であることを特徴と
するアースボーリングビット。