KR20070086145A

KR20070086145A - 착암 드릴 비트

Info

Publication number: KR20070086145A
Application number: KR1020077013349A
Authority: KR
Inventors: 페르-올라 하딘
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-08-27
Also published as: EP1815103B1; JP2008520870A; US20060162965A1; CN101061290A; WO2006054933A1; SE530602C2; SE0402806D0; SE0402806L; CA2585564A1; EP1815103A1; AU2005307146B2; AU2005307146A1; US7281594B2; RU2378480C2; KR101240763B1; EP1815103A4; RU2007122508A; CA2585564C; JP4709226B2; ZA200703953B

Abstract

본 발명은 충격식 드릴링에 이용되는 착암 드릴 비트 (1) 에 관한 것이다. 상기 드릴 비트는 길이방향 중심축 (CL) 을 규정하는 드릴 헤드 (3) 및 비트 본체 (2) 를 포함한다. 상기 드릴 헤드 (3) 는 축방향으로 전방에 암석 분쇄면 (8) 및 상기 암섬 분쇄면 (8) 으로부터 축방향 후방으로 연장된 스커트 (5) 를 포함한다. 상기 암석 분쇄면은 여러 암석 분쇄 수단 (4, 6) 을 포함한다. 상기 스커트의 외주면은 그 사이에 랜드 (15) 를 형성하는 홈 (11) 과 이격되어 둘레방향으로 형성된다. 상기 홈 및 상기 랜드는 일반적으로 축방향으로 연장된다. 상기 랜드 (15) 의 축방향 후방부에는 안내면 (19, 20) 이 제공된다. 상기 안내면 (19, 20) 은 반경방향 외측을 향한다. 상기 안내면은 하나 이상의 계단부 (22) 또는 경사면을 포함하여 직경의 치수를 각각 단계적으로 또는 연속적으로 감소시킨다. 상기 안내면은 상기 허리부 (15A) 의 가상 연장선 (21) 의 반경방향 외측에 위치한 제 1 안내부 (19) 및 제 2 안내부 (20) 를 포함한다. 상기 제 1 안내부 (19) 는 상기 드릴 비트의 상기 중심축 (CL) 에 대하여 상기 제 2 안내부 (20) 보다 반경방향 외측으로 더 멀리 돌출한다.

드릴, 드릴 비트, 착암기, 암석

Description

착암 드릴 비트{ROCK DRILL BIT}

본 발명은, 독립항의 전제부에 따른 충격식 드릴링, 특히 톱 해머 드릴링 (top hammer drilling) 에 이용되는 착암 드릴 비트에 관한 것이다.

US-A-5,890,551을 통해, 부속 드릴 로드를 갖는 착암 드릴 비트가 이미 공지되었다. 이 착암 드릴 비트의 전면 (front face) 에는, 동시 회전시에 암석을 충격함으로써 작용하는 초경합금 버튼이 제공된다. 전면에는 공동이 형성되며, 공동으로 플러싱 유체 (flushing fluid) 를 제공하기 위하여 유체 채널이 드릴 비트를 통해 연장된다. 공동은 무한 랜드에 의해 완전히 포위된다. 버튼 중 몇몇은 상기 랜드에 장착된다. 나머지 버튼은 공동에 장착되어, 그 공동에 형성된 플러싱 유체의 쿠션 (cushion) 에 의해 냉각 및 플러싱된다. US-A-4,598,779에는 직선형 구멍을 드릴링하기 위한, 또 다른 충격식 착암 드릴 비트가 나타나 있다. US-B2-6,494,275에는 충격식 드릴링용 착암 드릴 비트가 개시되어 있다. 이 착암 드릴 비트는, 전방 암석 분쇄용 버튼 및 스커트가 제공된 비트 헤드를 포함한다. 비트 헤드에는, 스커트의 외부에 형성되어 드릴 비트의 축방향으로 연장된 다수의 홈이 제공된다. 홈 사이에는, 역시 축방향으로 연장된 돌출 랜드가 형성된다. 랜드의 축방향 후방 단부에는, 돌출된, 부분 원통형 안내면이 제공된다.

본 발명의 목적은, 도입부에 규정된 종류의, 수명이 연장된 착암 드릴 비트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 직선형 구멍을 천공하는 착암 드릴 비트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 양호한 암석 제거가 가능한 착암 드릴 비트를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 첨부된 독립항의 특징부에 규정된 특징을 갖는 착암 드릴 비트에 의해 실현된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 착암 드릴 비트의 실시형태를 설명한다.

도 1a 는 본 발명에 따른 착암 드릴 비트의 전방 사시도이며,

도 1b 는 착암 드릴 비트의 전방 단부를 나타내며,

도 1c 는 착암 드릴 비트의 전방부의 측면도이며,

도 1d 는 도 1b 의 D-D 라인을 따라 취한 착암 드릴 비트의 단면도이며,

도 2a 는 도 1a 에 도시된 착암 드릴 비트의 측면도이며,

도 2b 는 도 1b 의 E-E 라인을 따라 취한 착암 드릴 비트의 단면도이며,

도 2c 는 도 1a 에 도시된 착암 드릴 비트의 후방 단부를 나타낸다.

도 1a ~ 1d 및 도 2a ~ 2c 에 도시된 충격식 착암 드릴 비트 (1) 는, 헤드부 또는 드릴 헤드 (3) 를 갖는 비트 본체 (2) 및 섕크 또는 스커트 (5) 를 포함한다. 드릴 헤드 (3) 및 스커트 (5) 는 서로 강하게 일체화되어 있다. 드릴 로드 (미도시) 는 나사 커플링을 통해 착암 드릴 비트 (1) 에 연결된다. 드릴 로드에는, 관통 (through-going) 플러시 덕트가 기존 방식으로 배치된다. 도 1d 및 도 2b 에는, 착암 드릴 비트 (1) 의 길이방향 중심축 (CL) 이 도시되어 있다. 착암 드릴 비트 (1) 에는, 로드 또는 튜브 등의 긴 드릴 요소의 일 단부에서 외부 수나사 (미도시) 를 수용하는 내부 암나사 (16) 가 제공된다.

본 발명에 따른 착암 드릴 비트 (1) 의 드릴 헤드 (3) 에는, 바람직하게는 초경합금 버튼 형태의, 예컨대 전방 버튼 (4) 및 주변 버튼 (6) 등의 암석 제거 부재가 제공된다. 대안으로, 암석 제거 부재는 치젤 인서트 (chisel insert) 로 구성될 수 있다. 하나 이상의 냉각 매체 채널 (7) 은, 착암 드릴 비트 (1) 의 내부 공간과 드릴 헤드 (3) 의 암석 분쇄면 (8) 사이에서 연장되며, 상기 내부 공간은 내부 암나사 (16) 사이에 형성된다. 전면 (8) 은 중심축 (CL) 에 실질적으로 수직한 평면 (P) 을 형성한다. 상기 내부공간에서는, 소위 바닥 스톱이라 불리는, 드릴 로드의 자유 단부를 위하여 제 1 스톱면 (17) 이 배치되는 것이 바람직하다. 다수의 리트랙 에지 (9) 가 착암 드릴 비트 (1) 의 후방 단부에 배치되는 것이 바람직하다.

도 1a 및 도 2a 에서 가장 명확히 보이는 바와 같이, 착암 드릴 비트 (1) 에 는 실질적으로 직선형인, 착암 드릴 비트 (1) 의 축방향으로 연장된, 절삭을 위한 다수의 외부 전방 홈 (10) 및 후방 홈 (11) 이 제공된다. 각 전방 홈 (10) 은, 관련된 후방 홈 (11) 으로 연결되어, 드릴 비트 (1) 의 전체 길이에 걸쳐 연장된 절삭 홈을 제공한다. 각 전방 절삭 홈 (10) 은 중심축 (CL) 과 평행하게 대칭으로 배치된다. 전방 홈 (10) 은, 비트 본체의 각 주변 버튼 (6) 의 짝 사이에 제공된다. 대안으로, 본 발명에 따른 또 다른 드릴 비트에는 5 ~ 10개의 버튼이 배치될 수 있지만, 각 주변 버튼 (6) 은 드릴 헤드 (3) 에 장착된다. 각 주변 버튼 (6) 은 중심축 (CL) 에 대하여 외측으로 기울어져, 드릴 비트의 최대 직경을 형성한다. 주변 버튼 (6) 의 직경은 전방 버튼 (4) 의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 각 주변 버튼 (6) 은 드릴 비트의 축 방향으로 평면 (P) 에 대해 적어도 부분적으로 돌출한 상승부 (12) 또는 강재 (steel) 부분에 배치된다. 각 상승부는 일반적으로 전방을 향하여, 즉 드릴 비트의 작업 이송 방향으로 본체 (2) 와 일체화된다. 상승부에는 구멍 (미도시) 이 형성되어, 하나의 주변 버튼 (6) 을 수용한다. 대안으로, 각 상승부에 위치한 2개의 버튼이 있을 수 있다. 각 상승부 (12) 는, 전면 (8) 또는 추가 전방 홈 (13) 에 의해 인접한 또 다른 상승부로부터 주변 버튼의 외부 또는 리스 (wreath) 형태로 이격된다. 외부는 다수의 둘레방향으로 이격된, 주변 버튼 (6) 과 동수의 상승부 (12) 를 포함하며, 다시 말해 각 상승부 (12) 는 주변 버튼 (6) 한 개를 수반한다. 각 주변 버튼 (6) 은 모든 전방 버튼 (4) 외곽에서 축방향으로 전방을 향해 돌출한다. 전방 버튼 (4) 의 공통의 평면형, 축방향 최외각 높이는, 주변 버튼 (6) 의 공통의 평면 형, 축방향 최외각 높이에 대해 후방으로 이격된다. 따라서, 주변 버튼 (6) 의 리스를 전면 (8) 및 전방 버튼 (4) 보다 높아지게 상승시킴으로써, 더 큰 안내 모멘트가 얻어진다. 상승부 (12) 는 전면 (8) 의 부분 (14) 또는 반경방향 통로에 의해 이격되어, 그 사이에서 플러싱 매체의 유동을 방해하지 않을 수 있다.

주변 버튼 (6) 은, 일반적으로 드릴 비트 (1) 의 중심축 (CL) 주변에 환형으로 배치된 2개 이상의 플러싱 채널 (7) 및 2개 이상의 전방 버튼 (4) 을 관통하는, 드릴 헤드 (3) 의 가상의 원 (C) 의 반경방향 외측에 장착된다. 전방 버튼 (12) 은 주변 버튼 (6) 의 반경방향 내측으로 전면 (8) 에 장착된다. 유체 채널 (7) 의 오리피스는 상승부 (12) 아래의 평면 (P) 에 배치된다. 상승부 (12) 는, 일반적으로 드릴 비트 (1) 의 중심축 (CL) 주변에 환형으로 배치된 2개 이상의 또는 4개의 플러싱 채널 (7) 및 2개 이상의 또는 4개의 전방 버튼 (4) 을 관통하는 가상의 원 (C) 의 반경방향 외측에 장착된다. 전면 (8) 은 비트 본체 (2) 의 주변 홈 (10) 에서 종결된다. 유체 채널 (7) 을 관통하는 가상의 원 (C) 은 동수의 전방 버튼 (4) 을 또한 관통한다. 통상 5 ~ 10 개 정도인 주변 버튼 (6) 의 주요 부분은, 가상의 원 (C) 의 반경방향 외측으로 전면 (8) 에 장착된다. 각 전방 홈 (10) 과 전면 (8) 사이에는, 전방 홈이 추가로 형성된다. 전방 홈은, 길이방향 중심축 (CL) 에 대하여 외측으로, 전면에 대하여 후방으로 기울어진 경사 (13, bevel) 이다. 대안으로, 전방 홈은, 일반적으로 중심축 (CL) 에 대하여 외측 및 후방으로 기울어진 커브를 이룰 수 있다.

실제로, 모든 버튼은 초경합금, 가능하다면 다이아몬드 처리된 것으로 제조 되는 것이 유리하다. 버튼의 형상은 구형, 원추형, 탄도형 (ballistic), 반탄도형 또는 치젤형이 될 수 있다.

드릴 비트의 후방 단부는, 일반적으로 착암 드릴 비트의 암석 제거 단부의 반대편 (facing away from) 단부에서, 드릴 비트의 최대 직경에 위치하고, 그로부터 반경방향 내측으로 연장된 리트랙 치형 (9, retrac teeth) 을 포함한다. 드릴 비트의 후방 단부의 목적은, 보어 구멍에서의 드릴 비트 (1) 의 안내가 착암 드릴 비트 (1) 의 단부와 관련되어 위치한 부분에 의해 실행되도록 하여, 절삭 분진 (cutting dust) 의 방출에 대한 저항성을 감소시키는 데 있다. 절삭홈 (10, 11) 은 착암 드릴 비트 (1) 의 전방에서 생성된 드릴 분진을 멀리 치우는 것을 목적으로 한다. 스커트의 외주면은, 그 사이에서 랜드 (15) 를 형성하는 홈 (11) 과 둘레방향으로 이격되어 형성된다. 드릴 비트 (1) 는 그 중간부분에 허리부 (15A) 를 갖는다. 허리부 (15A) 의 치수는, 드릴 비트가 안내되는 후방부 (1A) 보다 작다. 허리부 (15A) 는 후방 홈 (11) 또는 실질적으로 매끄러운, 원통형상이 될 수 있다. 홈과 랜드는 일반적으로 축방향으로 연장된다. 하나 이상의 랜드 (15) 의 축방향 후방부에는, 반경방향 외측을 향하는 안내면이 제공된다. 안내면은, 허리부 (15A) 의 가상 연장선 (21) 의 반경방향 외측에 위치한, 제 1 안내부 (19) 및 제 2 안내부 (20) 를 포함한다. 제 1 안내부 (19) 는, 드릴 비트의 중심축 (CL) 에 대하여 제 2 안내부 (20) 보다 반경방향 외측으로 더 멀리 돌출한다. 각 안내부 (19, 20) 는 부분 원통형이다. 제 1 안내부 (19) 는 제 1 직경 (DG1) 에 의해 형성되며, 제 2 안내부 (20) 는 제 2 직경 (DG2) 에 의해 형성된다. 헤드부 (3) 의 직경은, 제 1 안내부 (19) 의 제 1 직경 (DG1) 보다 3 ~ 6 %, 바람직하게는 약 4 % 크다. 안내부 (19, 20) 의 연장선은 주변 버튼 (6) 을 통과한다.

후방부 (1A) 또는 안내부의 안내 직경은 종래 기술의 드릴 비트 (예컨대, US-B2-6,494,275) 에서 더욱 마모되는데, 환언하면 상기 비트가 안내부의 제 1 직경 (DG1) 과 공칭 직경 (DN1) 사이에서 본 발명에 따른 드릴 비트보다 더 큰 틈이 생긴다는 것이다. 본 발명에 따른 드릴 비트 (1) 의 안내부의 제 1 직경 (DG1) 과 공칭 직경 (DN1) 사이의 틈 (23) 은, 2.5 mm 초과가 바람직하며, 약 4 mm 미만이 바람직하고, 약 3 mm 미만이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 드릴 비트의 안내부 (1A) 의 구성은, 버튼 형상이 더욱 장기간의 드릴링동안 유지되도록 하는데, 이는 본 발명에 따른 드릴 비트가 재연마가 용이하며, 수명이 증가하고, 직선으로 드릴링하는지의 이유를 설명해 준다. 본 발명에 따른 드릴 비트의 바람직한 실시형태에 따른 드릴 비트에서는, 8개의 랜드 모두가 안내면이 되었으며, 이를 원 (circle) 으로 설명할 수 있다. 이는, 구멍의 직진성, 공구 수명 및 재연마의 단순성에 이점을 제공한다.

안내부 (19, 20) 는 랜드 (15) 의 반경방향 외측 계단부 (step) 에 제공된다. 각 안내부의 축방향 길이는 20 ~ 30 mm 이다. 안내부의 수는 2개 이상이 되어, 각각 본 발명에 따른 드릴 비트의 후방부 (1A) 에서, 마모를 최적화하고 공칭 직경 (DN1, DN2, 도 2b 에 도시됨) 및 직경 (DG1, DG2) 사이의 정확한 틈을 유지할 수 있다. DN1 은 드릴 비트 헤드부 (3) 의 공칭 직경을 표시한 것으로, 주변 버튼 (6) 의 반경방향 외부에 형성된 최대 직경이 된다. DN2 는, 버튼 (6) 이 재연마 되었을 때의 드릴 비트 헤드부의 직경을 나타낸다. DG1 은, 지적한 바와 같이, 드릴 비트 후방부 (1A) 에서의 제 1 직경을 표시한 것으로, 제 1 안내부 (19) 의 반경방향 외부에 형성된 최대 직경이 된다. DG2 는, 지적한 바와 같이, 드릴 비트 후방부 (1A) 에서의 제 2 직경을 표시한 것으로, 제 1 안내부 (20) 의 반경방향 외부에 형성된 최대 직경이 된다. 랜드 (15) 에 의해 형성된 직경은 DG1 및 DG2 보다 작다. 안내부 (19, 20) 를 연결하는 (bridging) 계단부 (22) 의 높이는 드릴 비트의 반경방향으로 2 ~ 3 mm 가 되어, 균형있는 마모를 허용한다. 이러한 특히 "기밀한" 안내부는, 그 수명동안 더욱 직선형 구멍을 드릴링하는 드릴 비트를 제공한다. 대안으로, 계단부 (22) 대신에, 바람직하게는 볼록형 또는 원추형인 경사면이 제공되어, 제 1 직경 (DG1) 으로부터 허리부 (15A) 의 직경까지, 직경의 치수가 축방향 전방으로 헤드부 (3) 를 향해 연속적으로 감소될 수 있다.

드릴 헤드를 기계가공 또는 밀링하여, 전면 (8) 및 상승부 (12) 를 형성하는 것이 바람직하다. 밀링 시험을 통해, 본 발명에 따른 드릴 비트의 전방의 밀링에 소요되는 시간이 종래의 드릴 비트에 비하여 약 20 % 감소할 수 있음을 알게 되었다.

본 발명에 따른 드릴 비트에는 많은 장점이 있다. 이 드릴 비트는, 재연마가 용이하고, 수명이 증가하며, 직선 드릴링이 가능하다. 추가적인 장점은, 본 발명에 따른 드릴 비트의 계단식 구성이 드릴 비트의 더 작은 스톡 (stock) 을 허용한다는 것인데, 이는 계단식 구성이 단단한 암석용 비트 및 강하지 않은 암석용 비트 모두에 이용될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 드릴 비트의 바람직한 실시형태에서는, 전면 (8) 이 상대적으로 개방되어, 상승부 (12) 사이에서의 플러싱 매체 (공기 및/또는 물) 의 유동이 방해받지 않을 것이다. 이는, 전면 (8) 의 플러싱이 효율적임을 의미한다. 전방 버튼보다 멀리 돌출하는 주변 버튼을 가짐으로써, 드릴링시에 안내 암석 중심설정이 향상되어, 더욱 직선형 구멍을 얻을 수 있을 것이다. 전면의 상대적 대칭성은, 각각 상부 해머 드릴링 및 다운홀 드릴링의 경우에, 전면 (8) 을 오른손 드릴링 및 왼손 드릴링 모두에 사용되는 드릴 비트에 적합하게 하여준다. 나아가, 본 발명에 따른 드릴 비트의 전방의 기계가공 시간을 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 드릴 비트는 종래 기술의 드릴 비트와 비교할 때, 적어도 다음과 같은 장점을 갖는다. 드릴 비트의 수명이 연장되고, 더 직선형 구멍을 드릴링할 수 있다.

Claims

충격식 드릴링에 적합한 착암 드릴 비트로서, 길이방향 중심축 (CL) 을 규정하는 드릴 헤드 (3) 및 비트 본체 (2) 를 포함하며, 상기 드릴 헤드 (3) 는 축방향으로 전방에 암석 분쇄면 (8) 및 상기 암섬 분쇄면 (8) 으로부터 축방향 후방으로 연장된 스커트 (5) 를 포함하며, 상기 암석 분쇄면은 여러 암석 분쇄 수단 (4, 6) 을 포함하며, 상기 스커트의 외주면은 그 사이에 랜드 (15) 를 형성하는 홈 (11) 과 이격되어 둘레방향으로 형성되며, 상기 홈 및 상기 랜드는 일반적으로 축방향으로 연장되며, 상기 랜드 (15) 의 축방향 후방부에는 안내면 (19, 20) 이 제공되며, 상기 안내면 (19, 20) 은 반경방향 외측을 향하며, 상기 드릴 비트 (1) 는 중간부에 허리부 (15A) 를 갖는 드릴 비트에 있어서,

상기 안내면은 하나 이상의 계단부 (22) 또는 경사면을 포함하여 직경의 치수를 각각 단계적으로 또는 연속적으로 감소시키며, 상기 안내면은 상기 허리부 (15A) 의 가상 연장선 (21) 의 반경방향 외측에 위치한 제 1 안내부 (19) 및 제 2 안내부 (20) 를 포함하며, 상기 제 1 안내부 (19) 는 상기 드릴 비트의 상기 중심축 (CL) 에 대하여 상기 제 2 안내부 (20) 보다 반경방향 외측으로 더 멀리 돌출하는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항에 있어서,

상기 각 안내부 (19, 20) 는 부분 원통형상이며, 상기 제 1 안내부 (19) 는 제 1 직경 (DG1) 에 의해 형성되며, 상기 제 2 안내부 (20) 는 제 2 직경 (DG2) 에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 드릴 비트의 공칭 직경 (DN1) 은 상기 제 1 안내부 (19) 의 제 1 직경 (DG1) 보다 3 ~ 6 %, 바람직하게는 약 4 % 큰 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 몇 개의 랜드의 축방향 후방부 (1A) 는 구멍에서 비트를 철수하는 동안 암석을 분쇄하는 리트랙 치형을 형성하며, 하나 이상의 유체 채널 (7) 이 상기 헤드부를 통해 연장되어 플러싱 매체의 전달을 위하여 상기 전면 (8) 과 소통하는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 헤드부 (3) 는 외부를 포함하며, 상기 외부는 다수의 둘레방향으로 이격된 강재의 상승부 (12) 를 포함하며, 상기 각 상승부 (12) 는 최대 2개의 주변 버튼 (6) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 상승부 (12) 는 하나 이상의 주변 버튼 (6) 을 수반하며, 상기 안내 부 (19, 20) 의 연장선은 주변 버튼 (6) 을 관통하는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상승부 (12) 는 전면 (8) 의 반경방향 통로 (14) 에 의해 이격되어, 그 사이에서 플러싱 매체의 유동을 방해하지 않는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전면 (8) 은 상기 비트 본체의 주변 홈 (10) 에서 종결되는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

각 전방 홈 (10) 과 전면 (8) 사이에 전방 홈이 추가로 형성되며, 상기 전방 홈은 일반적으로 외측 및 후방으로 경사지는 것을 특징으로 하는 드릴 비트.