JPS6361471B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的には土中穿孔ドリルビツトに
係り、更に詳細にはガス状流体穿孔に於て使用さ
れる土中穿孔ドリルビツトのための改良された軸
受に係る。

採鉱によつては、爆薬を装入するための約50ft
（15.2ｍ）の浅い孔が穿孔される。典型的には米
国特許第3921735号に記載されている如く、三つ
の回転可能な円錘形のカツタを有し、各カツタは
土を掻き崩す歯を有する型式のロータリロツクビ
ツトが使用される。各カツタは軸受ピンに装着す
るためのキヤビテイを有している。キヤビテイの
底部には軸受ピンに沿つて軸線方向のスラスト荷
重を伝達するためのスラスト軸受が配着されてい
る。またキヤビテイの下方部即ちノーズ部には一
つの半径方向荷重担持軸受が配置されており、ま
たキヤビテイの外方部即ち入口には他の一つの半
径方向荷重担持軸受が配置されており、これによ
り半径方向に作用する力を軸受ピン軸へ伝達する
ようになつている。半径方向荷重担持軸受は円筒
型のローラ軸受を含んでいる。

これらのローラ軸受を冷却しまたそれらを清浄
に維持すべく、空気がドリルパイプ及び軸受ピン
に形成された通路を経てローラ軸受へポンプ送り
されるようになつている。空気はアウタローラ軸
受を充分に冷却するが、空気による冷却はドリル
ビツトのノーズ領域に於ては充分ではない。スラ
スト軸受は転動接触型の軸受ではなく摩擦軸受で
ある。またノーズ領域に於ける空気が通過する空
間は小さい。従つてノーズ領域に於ける軸受面は
過熱され易く、その結果軸受が過度に摩耗しまた
早期に破損してしまう。

深い孔を穿孔する場合には、軸受はシールさ
れ、グリースにより潤滑される。掘削孔内へ吐出
される穿孔流体は液体である。ドリルビツトに設
けられた圧力補償装置により、シールされた軸受
領域と掘削孔との間の差圧が低減される。かかる
型式のドリルビツトは穿孔流体として空気を使用
する穿孔には不適当である。

本発明は従来技術のドリルビツトに於ける上述
の如き不具合に鑑み、この点に関し改良された土
中穿孔ドリルビツトを提供することを目的として
いる。

本発明によれば、カツタと軸受ピンとの間の軸
受は、インナ軸受領域又はノーズ領域とアウタ軸
受領域又はローラ軸受領域との二つの領域に分割
されている。インナ軸受領域は液体潤滑剤にて充
填されており且シールされている。。他方アウタ
軸受領域はローラ軸受を冷却すべくそれらを通し
て空気を吐出するための空気通路を有している。
ノーズ領域は潤滑剤室（キヤビイテイ）を連通し
ている。潤滑剤室は、ドリルビツトを経てポンプ
送りされる圧縮空気により作動されるピストンに
より加圧される。潤滑剤室内の圧力は、その圧力
が熱によつて或る選択された最大値以上に上昇し
たとき圧力解除弁により解除されるようになつて
いる。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を好まし
い実施例について詳細に説明する。

添付の第１図に於て、土中穿孔ドリルビツト１
１は三つのヘツドセクシヨン１３（そのうちの一
つのみが図示されている）を有しており、各ヘツ
ドセクシヨンは一つの軸受ピン１５を有してい
る。それぞれの軸受ピン１５には一つのほぼ円錘
状のシエル又はカツタ１７が装着されている。三
つのヘツドセクシヨン１３は、カツタ１７がそれ
ぞれの軸受ピン１５に組付けられた後、互に溶接
される。土中穿孔ドリルビツト１１の上端部に
は、一連のドリルパイプ（図示せず）の下端部に
ドリルビツトを固定するためのねじ１９が切られ
ている。

ドリルビツト１１は軸線方向通路２１を有して
いる。ノズル（図示せず）がこの軸線方向通路２
１の下端部と流体的に連通しており、これにより
地表よりポンプ送りされるガス状流体（通常圧縮
空気）を掘削孔内へ吐出するようになつている。
圧縮空気の一部は、軸受ピン１５とカツタ１７と
の間の軸受部へ空気を供給する空気通路手段へ分
流される。この空気通路手段は、軸線方向通路２
１に接続され空気を濾過して粒子を除去するフイ
ルタ２４を含む傾斜通路２３含んでいる。軸線方
向通路２１の上端には、空気より不純物や水分を
分離する脱水装置（図示せず）が配置されてい
る。かかる脱水装置の一例が、Dolezal等により
1973年７月３日付にて出願され、本願出願人と同
一の譲受人に譲渡された米国特許第921700号に記
載されている。

また空気通路手段はヘツドセクシヨン１３を貫
通して延在し傾斜通路２３と交差する垂直通路２
５を含んでいる。この垂直通路２５の上端部はプ
ラグ２７によりシールされている。またこの垂直
通路２５は、軸受ピン１５の軸線と同軸状に形成
された通路２９と交差している。この通路２９は
潤滑剤室として機能し、軸受ピン１５のノーズ端
部３１まで延在している。更に一つ又はそれ以上
の通路３３が、通路２９と垂直通路２５とが交差
する部分より軸受ピン１５の筒状部まで延在して
いる。軸受ピン１５の円形のノーズ端部３１には
スラストボタン３５が装着されている。このスラ
ストボタン３５は耐摩耗性を有する硬質金属にて
形成されている。また第２図に示されている如
く、このスラストボタン３５は円形であり、該ス
ラストボタンを貫通し潤滑剤室２９より潤滑剤を
通過させる孔３７を有している。スラストボタン
３５の外面には直線状のチヤンネル又はスロツト
３９が形成されており、このスロツトは潤滑剤が
スラストボタン３５の外側へ流出するのを許すよ
うになつている。また第２図に示されている如
く、銀合金にて充填され且スラストボタン３５内
に配置されたほぼ半円状の溝４１によつて追加の
耐摩耗性が与えられるようになつている。

第１図に於て、軸受ピン１５のノーズ端部３１
には、半径方向荷重担持軸受を受けるためのレー
スを有する直径の小さい筒状部が配置されてい
る。この実施例に於ては、半径方向荷重担持軸受
は複数個の円筒状のローラ軸受４３を含んでい
る。この軸受としては、米国特許第4194794号に
記載されたブツシング又は他の型式の減摩軸受で
あつてもよい。ローラ軸受４３はその外端部に於
て円形の肩部４４と当接している。円形の肩部４
４は耐摩耗性を有する硬質金属、好ましくはステ
ライトシリーズのコバルト基合金を含む溝４５を
有している。円形のスナツプリング４７が、溝４
５を含む円形の肩部に間近に近接して軸受ピン１
５の筒状部に形成された浅い溝４８内に配置され
ている。このスナツプリング４７は、それが軸受
ピン１５を締付けてそれに圧縮力を与えるような
大きさに選定されている。円形の肩部４４の外縁
部にはテーパ部４９が形成されており、このテー
パ部によつてスナツプリング４７を軸受ピン１５
に容易に装着し得るようになつている。スナツプ
リング４７はカツタ１７を軸受ピン１５上に保持
するための保持手段として機能するものであり、
Galleにより1979年１月26日付にて出願され本願
出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許第
006706号に記載された型式のものである。

軸受ピン１５に形成されたスナツプリング４７
を受せる溝４８は、第１図に示されている如く、
その横断面で見た場合円の1/4よりも僅かに大き
なものである。このスナツプリング４７のための
溝４８の外縁部は、断面長方形であり且軸受ピン
１５の軸線に垂直な平面内にて該軸受ピンに形成
された円形のチヤンネル５１に繋つている。チヤ
ンネル５１にはＯリング５３が配置されている。
Ｏリング５３はネオプレンの如くゴムの如き性質
を有する可撓性有機材料にて形成された従来のト
ロイド形のリングである。チヤンネル５１の深さ
及び幅、及びＯリング５３の寸法は、カツタ１７
が組立てられたときＯリング５３が約17％圧縮に
より断面が低減されるよう選定されている。完全
にシールされたドリルビツトの軸受のためのシー
ルとしてＯリングを使用することは米国特許第
3397928号に記載されている。

チヤンネル５１より半径方向外側の位置には、
複数個の円筒型ローラ軸受５５を受ける円筒型の
軸受レースが形成されている。軸受ピン１５とヘ
ツドセクシヨン１３との交点の上側には円弧状ス
ロツト５７が形成されている。またヘツドセクシ
ヨン１３の外側の下端部にはワイシヤツの裾の如
き突起５９が下方へ延在するよう形成されてい
る。

カツタ１７は、複数個の切断要素或いは切歯を
装着されたほぼ円錘状の外面を有している。好ま
しい実施例に於ては、切断要素は、カツタ１７の
外面に形成されたインサート装着孔６０に締りば
め状態にて固定された焼結タングステンカーバイ
ドインサート６１である。カツタ１７は軸受ピン
１５を受けるべくその内面に窪み或いはキヤビテ
イ６３が形成されている。キヤビテイ６３の底部
には耐摩耗性を有する硬質金属よりなるスラスト
ボタン６５が配置されており、このスラストボタ
ンは軸受ピン１５の軸線に垂直であり且スラスト
ボタン３５の表面と摩擦接触する表面を有してい
る。キヤビテイ６３には円形のレース６７が形成
されている。またキヤビテイ６３には、軸受ピン
１５の軸線に垂直な平面内にて、円形の肩部４４
の溝４５と摩擦接触する肩部６９が形成されてい
る。

またキヤビテイ６３にはスナツプリング４７に
対向する位置にスナツプリング４７を受ける溝７
１が形成されている。この溝７１はカツタ１７が
軸受ピン１５に対し押し付けられるようスナツプ
リング４７の直径と等しいか或いはそれよりも深
く形成されている。また前述の米国特許出願第
006706号に記載されている如く、溝７１の外側部
は、カツタ１７に作用する内向きのスラスト荷重
を伝達し得るよう、溝７１の内側に対し15゜の角
度にて傾斜されている。キヤビテイ６３はＯリン
グ５３と摺動接触し且前述の如くＯリング５３を
圧縮する筒状部７３を有している。キヤビテイ６
３の外方部に形成された溝にはレース７５が形成
されている。カツタ１７は、円形であり且キヤビ
テイ６３への入口を囲繞し且スロツト５７より或
る選択された距離だけ内方へ隔離された裏面７７
を有している。キヤビテイ６３の入口部は軸受ピ
ン１５よりも直径が大きく、これにより空気を吐
出するための間隙が形成されている。このスロツ
ト５７と裏面７７との間の間隙は、突起５９の内
面と裏面７７との間の間隙よりも大きい。かかる
間隙の大きさの差により、内方へのスラスト荷重
による摩耗によつて裏面７７が突起５９の内面と
接触せしめられた場合であつても、空気はスロツ
ト５７を経て外部へ流出することができる。

潤滑剤室２９内にはピストン７９が摺動可能に
担持されている。ピストン７９は円筒状をなして
おり、穿孔流体より潤滑剤をシールするＯリング
８１を有している。ピストン７９の外端部には頚
部８３が形成されており、該頚部は図示の如くピ
ストン７９がその最も外側の位置に位置するとき
潤滑剤室２９の外端部と接触し得るよう外方へ延
在している。ピストン７９は潤滑剤室２９に大気
圧以上の圧力を与えるための加圧手段として機能
する。

第４図に於て、リリーフ通路８５が円形の肩部
４４よりヘツドセクシヨン１３の外部まで延在し
ている。このリリーフ通路８５の外端部にはねじ
によつて圧力解除弁８７が固定されている。この
圧力解除弁８７は潤滑剤室２９内の圧力が約
275psi（19.3Kg／cm²）以上となつたとき、潤滑剤
を放出して圧力を解除し得る型式のものである。
リリーフ通路８５は空気通路２３，２５，３３の
何れとも交差しておらず、また潤滑剤室２９とも
交差していない。

ドリルビツト１１を組立てる場合には、スナツ
プリング４７がその溝７１内に配置され、ローラ
軸受４３及び５５がそれぞれレース６７及び７５
内に配置され、Ｏリング５３がそのチヤンネル５
１内に配置される。次いでカツタ１７が、スナツ
プリング４７が軸受ピン１５に形成された溝４８
内に入り込むまで、軸受ピン１５上に押し込まれ
る。このときスラストボタン３５及び６５は互に
接触した状態になる。かくして三つのヘツドセク
シヨン１３のそれぞれが組立てられると、それら
は互に溶接され、ねじ１９が形成される。

次いで圧力解除弁８７がリリーフ通路８５内に
配置される前に、ノズル（図示せず）がリリーフ
通路８５と接続される。ノズルはＯリング５３よ
り内側の軸受内の領域の実質的に全ての空気及び
ガスを排出する真空ポンプに接続される。次いで
ピストン９がスラストボタン３５と接触する最も
内側の位置へ押し下げられる。真空状態を維持し
たまま、脱ガスされた潤滑剤がノズルを経て導入
され、潤滑剤室２９内を完全に充填し得るよう或
る選択された圧力にて軸受内の領域へポンプ送り
される。このことによりピストン７９は第１図に
示されている如くその最も外側の位置へ駆動され
る。次いで真空ポンプのノズルが取り外され、潤
滑剤の圧力が大気圧の状態にて圧力解除弁８７が
挿入される。

かくして組立てられると、Ｏリング５３は軸受
領域を、潤滑剤を貯容するインナ領域又はノーズ
軸受領域と、ローラ軸受を収納し空気にて冷却さ
れるアウタ軸受領域との分割する。またこのＯリ
ング５３は地表よりポンプ送りされる空気がノー
ズ軸受領域内の潤滑剤と接触するのを阻止するシ
ール装置として機能する。

作動に於ては、ドリルビツト１１がドリルパイ
プ部材（図示せず）にねじ込まれ、次いでパイロ
ツト孔内に下降される。次いでドリルパイプが回
転されて、各カツタがそれぞれの軸受ピン１５の
軸線の周りに回転せしめられる。崩された土など
を地表へ取出すべく、軸線方向通路２１及びノズ
ル（図示せず）を経て空気が約30〜45psi（2.11〜
3.16Kg／cm²）の圧力にてドリルパイプ内へポンプ
送りされる。この空気の一部はフイルタ２４及び
空気通路２３，２５，３３を経て流れる。空気通
路３３はレース７５へ空気を吐出し、その空気は
ローラ５５間を通過して、キヤビテイ６３の入口
部と軸受ピン１５との間の間隙を経て外部へ流出
する。

また圧縮空気はピストン７９に作用して潤滑剤
室２９及びノーズ軸受領域内の潤滑剤を加圧す
る。カツタ１７の回転により発生される熱によつ
て潤滑剤の温度が上昇される。従つてカツタ内に
捕捉されたガスは膨脹し、その圧力が増大する。
ピストン７９はその頚部８３が潤滑剤室２９の外
端部と接触すると、もはやそれ以上外方へ移動し
て潤滑剤室２９の容積を増大することができなく
なる。もしガスの圧力が275psi（19.3Kg／cm²）の
如く充分に高い値に到達すると、潤滑剤はＯリン
グ５３が破損するのを回避すべく圧力解除弁８７
より放出される。かくして過剰の潤滑剤が放出さ
れると、ピストン７９はスラストボタン３５へ向
けて内方へ移動し、潤滑剤室の容積を低下してノ
ーズ軸受領域内に正圧を維持する。この場合ピス
トン７９の反対側（外側）に作用する空気圧によ
つてピストンが駆動される。かくしてピストン７
９はそれを横切る差圧（カツタの軸線方向の運
動、温度の上昇、及び空気圧の変化によつて変化
する）に従つて軸線方向に移動する。即ちピスト
ン７９は空気通路と潤滑剤室２９との間の差圧を
制限する補償手段として機能する。

本発明による土中穿孔ドリルビツトは種々の利
点を有している。アウタローラ軸受は圧縮空気に
よつて効率良く冷却され、ノーズ軸受領域に於け
る半径方向荷重担持軸受及びスラスト軸受は液体
潤滑剤により潤滑される。従つて軸受の種々の領
域が良好に潤滑される。また潤滑剤が正圧状態に
維持されるので、温度の上昇により潤滑剤がより
軽量の成分に分解する傾向が低減される。更にＯ
リングシールがアウタローラ軸受の内側に配置さ
れているので、Ｏリングシールは切崩された土な
どや突起５９の破損より保護される。

以上に於ては本発明をその特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の修正並びに省略が可能であることは当業者にと
つて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて構成された土中穿孔ビ
ツトの一部を示す解図的縦断面図である。第２図
は第１図の線−によるドリルビツトの解図的
部分断面図である。第３図は第１図の線−に
よるドリルビツトの解図的部分断面図である。第
４図は第３図の線−によるドリルビツトの解
図的部分断面図である。 １１……土中穿孔ドリルビツト、１３……ヘツ
ドセクシヨン、１５……軸受ピン、１７……カツ
タ、１９……ねじ、２１……軸線方向通路、２３
……傾斜通路、２４……フイルタ、２５……垂直
通路、２７……プラグ、２９……通路、３１……
ノーズ端部、３３……通路、３５……スラストボ
タン、３７……孔、３９……スロツト、４１……
溝、４３……ローラ軸受、４４……円形の肩部、
４５……溝、４７……スナツプリング、４８……
溝、４９……テーパ部、５１……チヤンネル、５
３……Ｏリング、５５……ローラ軸受、５７……
スロツト、５９……突起、６０……インサート装
着孔、６１……インサート、６３……キヤビテ
イ、６５……スラストボタン、６７……レース、
６９……肩部、７１……溝、７３……筒状部、７
５……レース、７７……裏面、７９……ピスト
ン、８１……Ｏリング、８３……頚部、８５……
リリーフ通路、８７……圧力解除弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸受ピン上に装着されるためのキヤビテイを
   有する少なくとも一つの回転可能なカツタを有
   し、前記カツタ及び前記軸受ピンは前記キヤビテ
   イの内方部分にあるインナ軸受領域と前記キヤビ
   テイの外方部分にあるローラ軸受を受入れるアウ
   タ軸受領域とを有する型式の土中穿孔ドリルビツ
   トのための軸受構造にして、地表よりポンプ送り
   されるガス状流体を前記アウタ軸受領域を経て放
   出するための空気通路手段と、前記アウタ軸受領
   域内の前記ガス状流体より前記インナ軸受領域を
   シールするためのシール手段とを有し、前記イン
   ナ軸受領域は液体潤滑剤にて充填されていること
   を特徴とする軸受構造。 ２ 特許請求の範囲第１項の軸受構造にして、前
   記カツタ及び前記軸受ピンは前記キヤビテイの内
   方部分に設けられたスラスト軸受と、前記キヤビ
   テイの外方部分に設けられた一組のローラ軸受と
   を有し、前記シール手段は前記ガス状流体が前記
   スラスト軸受に到達するのを阻止すべく前記軸受
   ピンと前記カツタとの間に装着されており、潤滑
   剤を貯容する潤滑剤室であつて前記スラスト軸受
   と連通した状態にて前記軸受ピン内に形成された
   潤滑剤室が設けられており、前記潤滑剤室内に大
   気圧よりも高い圧力を与える加圧手段が設けられ
   ていることを特徴とする軸受構造。 ３ 特許請求の範囲第２項の軸受構造にして、前
   記潤滑剤室は空気通路手段と連通した状態にて前
   記軸受ピン内に形成されており、前記ガス状流体
   を前記潤滑剤より分離すべく前記潤滑剤室内に装
   着された補償手段であつて前記空気通路手段と前
   記潤滑剤室との間の差圧を制限するよう運動し得
   る補償手段が設けられていることを特徴とする軸
   受構造。 ４ 特許請求の範囲第３項の軸受構造にして、前
   記補償手段は前記ガス状流体を前記潤滑剤より分
   離すべく前記潤滑剤室内に摺動可能に装着された
   ピストンであつて前記空気通路手段と前記潤滑剤
   室との間の差圧に応答して運動し得るピストンと
   を含んでいることを特徴とする軸受構造。 ５ 特許請求の範囲第４項の軸受構造にして、前
   記潤滑剤室内の圧力が或る選択された最大値を越
   えた場合に前記潤滑剤を前記ドリルビツトの外部
   へ放出する圧力解除手段が設けられていることを
   特徴とする軸受構造。 ６ 特許請求の範囲第１項の軸受構造にして、三
   つの回転可能なカツタを有し、各カツタは軸受ピ
   ン上に差込まれるキヤビテイを有し、各カツタ及
   び軸受ピンは前記キヤビテイの底部に係合スラス
   トボタンを有しており、前記カツタは前記スラス
   トボタンの外側にそれに間近に近接して設けられ
   た半径方向荷重担持軸受と前記キヤビテイの入口
   に設けられた一組のローラ軸受とを有し、更に圧
   縮空気を吐出するための軸線方向通路を有する型
   式の土中穿孔ドリルビツトに於て、前記軸線方向
   通路より前記ローラ軸受まで延在し前記ローラ軸
   受を経て前記キヤビテイの入口に於て外部へ圧縮
   空気を通す空気通路と、潤滑剤を貯容する潤滑剤
   室であつて、前記潤滑剤を前記スラスト軸受及び
   前記半径方向荷重担持軸受へ供給すべく前記空気
   通路より前記スラストボタンまで延在する潤滑剤
   室と、前記潤滑剤室内に担持されて前記潤滑剤を
   前記圧縮空気より分離し且前記圧縮空気と前記潤
   滑剤との間の差圧を制限する摺動ピストンと、前
   記ローラ軸受と前記半径方向荷重担持軸受との間
   に配置され前記スラスト軸受及び前記半径方向荷
   重担持軸受の領域内の前記潤滑剤をシールするＯ
   リングシールと、前記潤滑剤室と連通する状態に
   て前記軸受ピン内に形成され前記ドリルビツトの
   外部まで延在するリリーフ通路と、前記リリーフ
   通路内に装着され前記潤滑剤室内の圧力が或る選
   択された最大値を越えた場合に前記潤滑剤を前記
   ドリルビツトの外部へ放出する圧力解除弁とを含
   んでいることを特徴とする軸受構造。