KR20160117441A - 플러싱 그루브를 갖는 충격식 암석 드릴 비트 - Google Patents

Abstract

복수의 플러싱 그루브들이 전방면으로부터 축선방향 후방으로 그리고 반경방향 외측으로 연장되는, 헤드 및 섕크를 갖는 충격식 암석 드릴 비트. 플러싱 그루브들은 플러싱 유체에 동반된 암석 입자들 및 미립자들의 축선방향 후방 유동을 최적화하도록 구성된다. 특히, 각 그루브는 드릴 비트의 길이방향 축선에 대해 일반적으로 볼록하고, 제 1 그루브 단부로부터 제 2 그루브 단부로 축선에 대해 연속적으로 감소한다.

Description

플러싱 그루브를 갖는 충격식 암석 드릴 비트{PERCUSSIVE ROCK DRILL BIT WITH FLUSHING GROOVES}

본 발명은 충격식 암석 드릴 비트에 관한 것이고, 배타적이지 않게 특히, 암석면으로부터 절삭된 파편 및 미립자 (fines) 의 축선방향 후방 플러싱을 매우 촉진하는, 비트의 축선에 대한 배향을 통해 최적화된 복수의 플러싱 그루브들을 갖는 헤드를 구비하는 드릴 비트에 관한 것이다.

충격 드릴 비트는 경암 (hard rock) 에 비교적 좁은 보어를 드릴링하기 위해 그리고 깊은 보어구멍을 형성하기 위해 널리 사용된다. 후자의 적용의 경우, 구멍의 깊이가 증가하므로, 스레디드 조인트를 통해 복수의 로드들이 단부끼리 연결되어 있는 드릴 스트링이 통상적으로 사용된다. 하단부에 위치된 드릴 비트가 암석을 분쇄하여 보어구멍을 형성하도록 작동하는 동안, 터레스트리얼 기계는 조합된 임팩트 및 로터리 드라이브 운동을 드릴 스트링의 상단부에 전달하도록 작동한다. WO 2006/033606 은, 보통 버튼으로 불리는 복수의 경질 코팅 인서트가 장착되는 드릴 헤드를 포함하는 전형적인 드릴 비트를 개시한다. 그러한 버튼은 드릴 비트의 수명을 강화하기 위해 카바이드계 재료를 포함한다.

암석 커팅을 보어형성 영역으로부터 플러싱하여 드릴 스트링의 외측 주위에서 보어를 통해 그리고 뒤쪽으로 운반되도록, 유체가 일반적으로 드릴 스트링을 통해 플러싱되고, 드릴 헤드의 개구들을 통해 보어구멍의 베이스에서 빠져나온다. 충격식 드릴 비트의 추가 예들이 DE 3519592; US 3,388,756; GB 692,373; RU 2019674; US 2002/0153174; US 3,357,507, US 2008/0087473; WO 2009/067073 및 WO 2013/068262 에 개시되어 있다.

전형적으로, 파쇄 재료가 플러싱 유체를 통해 드릴 비트로부터 뒤쪽으로 운송될 수 있도록, 복수의 플러싱 그루브들이 드릴 헤드에 형성된다. US 5,794,728 은, 전방면의 플러싱 그루브에서 나타나도록 비트의 중앙 보어로부터 연장되는 복수의 유체 통로를 구비하는 충격 암석 드릴 비트를 개시하고 있다. 그렇지만, 종래의 비트는 여러 이유로 불리하다. 특히, 종래의 플러싱 그루브는 전방면으로부터 축선방향 뒤쪽으로 유체 유동을 촉진하기에 최적화되어 있지 않으며, 따라서 이는 드릴링 성능을 감소시키고 특히 비트의 침투 속도를 감소시킨다. 게다가, 플러싱 유체 통로의 축선방향 최전방 부분이 암석과의 접촉으로 인해 손상되는 것이 드물지 않으며, 이는 전방면으로의 유체의 전달을 감소시키고 또한 암석면으로부터 절삭된 미립자 및 부스러기의 후방 플러싱의 효율을 감소시킨다. 그러므로, 요구되는 것은 상기한 문제점들을 처리하는 드릴 비트이다.

본 발명의 일 목적은 드릴링 효율을 위해 최적화된 충격식 암석 드릴 비트를 제공하는 것이고, 특히 강화된 드릴링 침투 속도를 제공하는 것이다. 다른 구체적인 목적은 암석면으로부터 절삭된 암석 부스러기 및 미립자의 축선방향 후방 플러싱을 최적화하기에 효과적인 드릴 비트를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 구체적인 목적은 절삭 중에 암석면과의 접촉으로 인한 유체 플러싱 통로의 손상을 가능한 한 줄이는 것이다.

상기 목적들은 최적화된 유체 유동 경로 길이들을 갖는, 비트 헤드로부터 비트 섕크로 축선방향 후방으로 그리고 비트의 중심 축선으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 플러싱 그루브들을 갖는 드릴 비트를 제공함으로써 달성된다. 그루브들 내의 유체 유동 경로 길이 (섕크의 영역에서 헤드의 축선방향 최전방 영역으로부터 헤드의 반경방향 외측 주변까지) 는 리지 또는 날카로운 각진 (angled) 천이부가 없으므로 (그렇지 않으면 유체 유동을 교란시키고 따라서 (플러싱 유체에 동반된) 절삭 파편 및 미립자가 그루브들을 통해 축선방향 후방으로 유동하는 효율을 감소시킨다), 최적화가 달성된다. 게다가, 본 비트는 플러싱 그루브들 내에서 통로가 나타나는 위치를 통해 암셕면에 의한 손상으로부터 유체 유동 통로의 축선방향 최전방 영역을 보호하도록 최적화되어 있다. 즉, 플러싱 통로의 (전방면의 근처에서) 출구 개구를 규정하는 환형 선두 에지는, 이 개구 에지가 전방면으로부터 축선방향 후방에 위치결정되어서 암석과의 마찰 접촉 손상을 방지하도록 절삭 동안에 암석면으로부터 멀찍이 위치되도록 각 개별 플러싱 그루브의 트로프 영역에 위치결정된다. 따라서, 통로 출구 개구의 형상 프로파일이 보존되고, 오랜 사용이 뒤따른다. 따라서, 통로에 의해 전달되는 유체의 의도된 유체 유동 통로는 드릴 헤드의 사용에 의해 그리고 특히 전방면에서의 손상이나 마모에 의해 영향받지 않은 채로 유지된다.

유리하게는, 플러싱 그루브들은, 축선방향 후방 유동을 촉진하기 위해 비트의 축선에 대해 일반적으로 볼록하고 (축선에 대해) 전방면으로부터 멀어지게 후방으로 연속적으로 각진 유체 유동 경로를 갖는다. 따라서, 본 플러싱 그루브들은 유체 유동 길이에 축선에 수직하다고 간주될 수 있는 어떠한 영역도 없고, 그렇지 않다면 유체 유동을 반경방향 외측으로 편향시킬 것이다. 그러한 배치는 기존 비트 구성에 보통이고, 입자 및 미립자가 축선으로부터 반경방향 외측으로 그리고 비트면으로부터 축선방향 후방으로 이동할 때 이들을 방해함으로써 축선방향 후방 유체 유동을 방해하는 영향을 미친다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 충격식 암석 드릴 비트가 제공되며, 이 드릴 비트는, 세장형 (elongate) 섕크의 일 단부에 제공되는 헤드로서, 상기 섕크의 일 단부로부터 상기 헤드를 향해 축선방향으로 연장되는 내부 보어를 갖고, 상기 헤드는 전방면, 및 상기 비트의 길이방향 축선 주위에 주변방향으로 이격되고 상기 전방면의 주변부에 위치결정된 복수의 칼라 세그먼트들 (collar segments) 을 구비하고, 상기 전방면은 대체로 돔형상인, 상기 헤드; 상기 전방면에 제공된 복수의 전방 절삭 버튼들과 상기 칼라 세그먼트들에 제공된 복수의 게이지 버튼들; 상기 전방면에서 상기 축선으로부터 반경방향 외측 방향으로 연장되고, 상기 칼라 세그먼트들을 규정하고 주변방향으로 분리하도록 축선방향 후방 방향으로 계속되는 복수의 플러싱 그루브들로서, 상기 그루브들의 각각은 상기 섕크의 근처에서 종료되는, 상기 복수의 플러싱 그루브들; 및 상기 보어에 연결되고 상기 플러싱 그루브들의 적어도 하나 내에 상기 전방면의 근처에서 개구로서 나타나는 적어도 하나의 유체 통로로서, 상기 개구는 적어도 하나의 그루브 내에 상기 전방면으로부터 축선방향으로 우묵 형성되는 (recessed), 상기 적어도 하나의 유체 통로를 포함하고, 각 플러싱 그루브의 유동 경로 길이가 상기 비트의 축선에 대해 상기 전방면으로부터 상기 섕크로의 방향으로 일반적으로 볼록하고, 상기 유동 경로 길이는 상기 개구의 영역으로부터 상기 섕크를 향해 연속적으로 축선방향 후방으로 연장되도록 정렬되어서, 유체가 상기 개구로부터 상기 섕크를 향해 그리고 상기 칼라 세그먼트들 사이에서 유동하기 위한 방해받지 않는 축선방향 후방 유동 경로를 제공하도록 상기 유동 경로 길이의 어느 부분도 상기 비트의 상기 축선에 수직하게 정렬되지 않는다.

본 발명은, 각 그루브의 세장형 주된 길이에 수직하게 정렬되고 헤드의 일반적으로 축선방향으로 연장되는 후방 영역과 일반적으로 반경방향으로 연장되는 전방면 사이의 천이부에 위치된 리지, 숄더부 또는 비교적 날카로운 각진 천이부를 일반적으로 포함하는 기존의 드릴 비트와 대조되어야 한다. 따라서, 본 발명은 플러싱 유체 내의 들어오는 암석 입자의 방해받지 않은 축선방향 후방 유동을 허용하기 위해 유리하다. 특히, 그리고 바람직하게는, 각 그루브는 대체로 전방면에 위치결정된 제 1 영역 및 대체로 칼라 세그먼트들의 각각의 사이에 위치결정된 제 2 영역을 포함하고, 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 천이부는 심리스 (seamless) 이고, 각 그루브의 유체 유동 경로에 수직하게 정렬된 임의의 리지나 에지가 없다. 헤드의 축선방향 전방 영역과 헤드의 축선방향 후방 영역 사이의 천이 영역은, 유체 유동을 반경방향 외측으로 향하게 하지 않으며 축선방향 후방으로 유체를 채널링 또는 퓨넬링 (funnelling) 하는 효과를 갖도록, 본 발명에 따라 최적화된다. 따라서, 플러싱 유체는 각 그루브 내에 유지되고, 이는 절삭된 암석 파편들의 축선방향 후방 운송의 최적화를 제공하고, 이는 드릴 비트의 침투 속도를 증가시켜서 주어진 깊이에 대해 전체 드릴링 시간을 감소시킨다.

바람직하게는, 각 그루브는 축선방향 전방으로 각 개구를 너머 연장된다. 그러한 배치는 드릴 헤드의 최전방 영역에서 절삭된 암석 입자를 포획하기에 유리하다.

바람직하게는, 개구의 축선방향 전방으로 그리고 축선방향 후방으로 제 1 영역에서 각 그루브의 유동 경로 길이의 정렬 각도가 실질적으로 동일하다. 개구의 영역에서의 각 그루브의 상대 배향은 유체의 방해받지 않는 유동 및 그루브들의 제 1 (축선방향 전방) 단부로부터 제 2 (축선방향 후방) 단부로 암석 입자의 효율적인 운송을 제공한다. 본 그루브들은 유체 유동에 최소 중단을 제공하도록, 따라서 그루브 영역에서의 암석 입자들의 원하지 않는 '모임' 또는 축적을 위해 구성되며, 그렇지 않으면 축선방향 후방 유동을 방해할 수도 있다. 바람직하게는, 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 천이부에서 각 그루브는 축선에 대해 유동 경로 길이에서 볼록 곡선을 포함한다. 천이 영역에서의 곡률은 헤드 및/또는 원통형 섕크의 반경에 대략 상응하는 단일 반경을 갖는 원의 호 (arc) 에 의해 표현될 수도 있다.

선택적으로, 제 1 영역에서의 유동 경로 길이는 축선에 대해 40 내지 80°, 45 내지 65°, 또는 50 내지 60°의 각도로 축선을 향해 경사지게 감소하도록 정렬된다. 선택적으로, 제 2 영역에서의 유동 경로 길이는 축선에 대해 5 내지 30°, 10 내지 25°, 또는 10 내지 20°의 각도로 축선을 향해 경사지게 감소하도록 정렬된다. 경사 각도는 드릴 비트의 축선방향 단면을 통해 각 그루브의 트로프 영역과 축선 사이에 연장되는 각도에 상응한다. 그루브 트로프 영역을 이등분하는 축선방향 평면에서 각 그루브를 통한 단면에서 보았을 때, 각 그루브는 일반적으로 돔형상 프로파일을 갖는 축선에 대해 일반적으로 볼록한 형상 프로파일을 포함한다. 각 그루브를 규정하는 측벽들은 유동 경로 깊이에 수직한 그루브의 폭이 일반적으로 V자형 또는 U자형 프로파일을 따라 증가하도록 축선 주위의 주변 방향에서 곡선일 수도 있다. 그러한 배치는 유체 유동을 그루브 내에 유지하기에 그리고 각 그루브 내에서 입자들의 축선방향 후방 유동을 최적화하기에 유리하다.

바람직하게는, 전방면은 일반적으로 돔 형상이고, 축선에 대해 실질적으로 수직한 영역이 없다. 그렇지 않으면, 축선에 수직하게 정렬된 그러한 영역은 암석 입자들의 축선방향 후방 운송을 상당히 방해할 수도 있다.

바람직하게는, 각 칼라 세그먼트는 게이지 버튼들을 포함하고, 전방면은 전방 버튼들을 포함한다. 선택적으로, 드릴 비트는 3 개의 전방 버튼들 및 6 개의 게이지 버튼들을 포함한다. 선택적으로, 2 개의 게이지 버튼들이 각 칼라 세그먼트에 제공되고, 주변방향으로 각 그루브들 사이에 위치결정된다. 동일한 개수의 그루브들 및 전방 버튼들을 갖는 것이, 파쇄된 입자가 축선방향 후방으로 운송되는 속도에 대해 암석 파쇄의 속도를 최적화하는 것으로 밝혀졌다. 유사하게, 본 발명은 파쇄된 부스러기 재료의 축선방향 후방 운송을 양보함이 없이 절삭을 최적화하기 위해 그루브의 개수에 대해 2 배 개수의 게이지 버튼들을 포함한다.

바람직하게는, 각 그루브의 깊이는 일반적으로 전방면으로부터 섕크를 향해 증가한다. 그루브 깊이는 게이지 버튼들의 영역으로부터 그루브로 전달되는 증가하는 체적의 부스러기 입자를 수용하기 위해 각 그루브의 축선방향 후방 단부를 향해 더 큰 체적을 제공하도록 최적화된다. 다시, 그러한 배치는 암석 입자들의 플러싱 및 절삭을 최적화하기에 유리하다.

바람직하게는, 디바이스는, 전방면에 축선방향으로 우묵 형성되고 축선 주위에 주변방향으로 연장되며 그루브들에 수직한 트렌치를 더 포함하고, 각 개구의 근처에서 각 그루브 및 트렌치의 축선방향 깊이가 실질적으로 동일하도록 각 개구가 트렌치의 주변방향 경로에 위치결정된다. 트렌치는 통로의 각 개구를 위해 우묵 영역을 제공하기에 효과적이다. 특히, 트렌치의 반경방향 내측 부분은 암석면 및 부스러기 물질로부터 (개구를 규정하는) 환형 에지를 편향시키고 보호하도록 작용하는 숄더부에 의해 규정된다.

선택적으로, 드릴 비트는 3 개의 플러싱 통로들 및 3 개의 그루브들을 포함한다. 따라서, 각 그루브에는 자신의 개별 유체 유동이 제공된다. 알 수 있는 바와 같이, 전방 버튼, 게이지 버튼 및 그루브의 특정 개수와 구성은 절삭된 물질의 축선방향 후방 운송을 양보하거나 해롭게 함이 없이 절삭 효율을 고려하여 본 발명의 범위 내에서 달라질 수 있다.

이제, 본 발명의 구체적인 실시예가 단지 예로써 그리고 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1 은 헤드 및 섕크를 갖는 충격식 암석 드릴 비트의 외부 사시도이며, 본 발명의 특정 실시예에 따라 복수의 플러싱 그루브들이 헤드에 걸쳐 연장되어 있다.
도 2 는 도 1 의 드릴 비트의 헤드의 외부 단부도 (external end view) 이다.
도 3 은 도 1 의 비트 헤드의 추가의 외부 사시도이다.
도 4 는 도 1 의 충격식 드릴 비트의 축선방향 단면도이다.
도 5 는 도 4 의 비트 헤드의 확대 사시 단면도이다.
도 6 은 도 4 의 비트 헤드의 추가의 확대 사시 단면도이다.

도 1 내지 도 3 을 참조하면, 충격식 암석 드릴 비트는 비트 헤드 (100) 및 헤드 (100) 로부터 후방으로 돌출하는 섕크 (101) 를 포함한다. 헤드 (100) 및 섕크 (101) 쌍방은 세장형 비트 축선 (102) 에 중심맞춤된다. 헤드 (100) 는 복수의 경화 절삭 인서트 (여기서는 절삭 버튼이라 함) 를 포함한다. 특히, 버튼은 전방 버튼 (105) 과 게이지 버튼 (106) 으로 분류될 수 있다. 헤드 (100) 는, 헤드 (100) 의 전방을 향하는 표면을 나타내는 전방면 (103) 의 축선방향 최전방 영역을 나타내는 정점 영역 (112) 을 갖는 대체로 돔 형상이다. 전방면 (103) 은 축선 (102) 으로부터 후방 방향으로 기울어지도록 각도를 갖고, 그의 주변에서 복수의 칼라 세그먼트 (104) 에 접한다. 칼라 세그먼트들 (104) 은, 축선 (102) 주위에 주변방향으로 분포되고 일반적으로 헤드 (100) 와 섕크 (101) 사이의 연결부에 형성된 주변 섬들 (peripheral islands) 을 나타낸다.

전방 버튼들 (105) 은 정점 (112) 및 축선 (102) 에 인접하게 전방면 (103) 에 위치된다. 반경방향 외측의 게이지 버튼들 (106) 이 칼라 세그먼트들 (104) 에 제공된다. 구체적인 실시형태에 따르면, 헤드 (100) 는 3 개의 전방 버튼들 (105) 및 6 개의 게이지 버튼들 (106) 을 포함하고, 각 칼라 세그먼트 (104) 가 2 개의 게이지 버튼들 (106) 을 포함한다. 전방면 (103) 은 칼라 세그먼트들 (104) 의 전방을 향하는 표면 (116) 을 포함하고, 축선방향 후방으로 정점 (112) 으로부터 헤드 (100) 의 최대 외부 직경을 나타내는 헤드 주변 에지 (115) 까지 일반적으로 연속적으로 테이퍼링되어 있다 (tapered).

복수의 플러싱 그루브들 (107) 이 헤드 (100) 에 걸쳐 배치되어 있다. 제 1 그루브 영역 (109) 이 축선 (102) 으로부터 일반적으로 반경방향 외측으로 연장되고, 제 2 그루브 영역 (100) 이 전방면 (103), 특히 정점 (112) 으로부터 일반적으로 축선방향 후방으로 연장된다. 각 그루브 (107) 는 헤드 (100) 내로 우묵 형성되어서, 각 그루브 (107) 의 트로프 영역 (117) 이 전방면 (103) 의 축선방향 후방으로 우묵 형성된다. 각 그루브 (107) 는 그루브 트로프 영역 (117) 및 칼라 세그먼트 표면 (116) 으로부터 대체로 매끄러운 천이부를 제공하는 경사진 측면들 (200) 에 의해 또한 규정된다. 그루브들 (107) 은 벽 표면들 (200) 과 트로프 (117) 에 의해 규정되는 것처럼 대체로 V자형 프로파일과 구성을 을 포함한다. V자형 프로파일은 일반적으로, 섕크 (101) 와 헤드 (100) 사이의 천이 영역 (113) 및 정점 (112) 근처의 각 그루브 (107) 의 전체 길이를 따라 연장된다.

드릴 비트는 전방면 (103) 그리고 특히 각 그루브 (107) 트로프 영역 (117) 에 위치된 복수의 개구들 (108) 을 더 포함한다. 각 개구 (108) 는 절삭 버튼들 (105, 106) 의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 실질적으로 원형 에지 (114) 에 의해 규정된다. 구체적인 실시예에 따르면, 드릴 비트는, 개별 그루브 (107) 에 각각 위치되고 반경방향으로 전방 버튼들 (105) 과 게이지 버튼들 (106) 사이에 위치된 3 개의 개구들 (108) 을 포함한다. 그렇지만, 개구들 (108) 은 전방 버튼들 (105) 과 게이지 버튼들 (106) 의 각각을 통해 연장되는 가상의 반경방향 스포크의 일 측에 또는 오프셋 위치된다. 즉, 개구 (108) 로부터 반경방향 내측 및 반경방향 외측의 헤드 (100) 의 영역은 각각 절삭 버튼 (105, 106) 이 없다.

헤드 (100) 는 헤드 주변 에지 (115) 와 천이 영역 (113) 사이의 축선방향 거리에 대략 상당하는 축선방향 길이를 갖는 칼라 세그먼트 (104) 의 외주부 내에 축선방향으로 연장되는 복수의 채널들 (111) 을 더 포함한다. 구체적인 실시예에 따르면, 헤드 (100) 는 3 개의 칼라 세그먼트들 (104) 의 각각에 개별적으로 위치된 3 개의 채널들 (111) 을 포함한다. 구체적인 실시예에 따르면, 채널들 (11) 의 (반경방향) 깊이는 그루브들 (107) 의 대응 깊이보다 훨씬 작다. 부가적으로, 채널들 (111) 은 반경방향 내측으로 칼라 세그먼트 표면 (116) 및 게이지 버튼들 (106) 을 너머 연장되지 않는다.

도 3 을 참조하면, 각 그루브 (107) 는 정점 영역 (112) 으로부터 천이 영역 (113) 까지 반경 및 축선 방향 쌍방으로 연장되도록 배향된 주된 길이 (300) 를 포함한다. 그루브의 주된 길이 (300) 는 플러싱 유체가 각 개구 (108) 로부터 반경방향 외측으로 그리고 축선방향 후방으로 전방면 (103) 으로부터 천이 영역 (113) 을 향해 (그리고 후속하여 축선방향 후방으로 섕크 (101) 를 따라) 유동하도록 구성된 유체 유동 경로 길이를 나타낸다. 특히, 유동 경로 길이 (300) 는 정점 (112) 으로부터 일반적으로 반경방향 외측으로 칼라 세그먼트들 (104) 사이의 영역까지 연장되는 제 1 영역 (300a) 을 포함한다. 그리고 나서, 경로 길이는 중간 곡선 영역 (300c) 에서 중심 축선 (102) 을 향해 뒤로 구부러진다. 그리고 나서, 그루브 (107) 는 곡선 영역 (300c) 과 천이 영역 (113) 사이에 연장되는 경로 길이 제 2 영역 (300b) 에서 일반적으로 축선방향 후방 방향으로 계속된다. 따라서, 유체 유동 경로 길이 (300) 는 제 1 및 제 2 영역들 (300a, 300b) 과 곡선 중간 영역 (300c) 쌍방에 걸쳐 축선 (102) 을 향해 연속적으로 기울어진다. 부가적으로, 영역들 (300a, 300b, 300c) 에서의 경로 길이 (300) 는 유체 유동 경로 길이 (300) 에 수직으로 또는 횡으로 정렬된 어떠한 리지, 에지, 날카로운 천이부, 숄더부 또는 다른 장애물이 없고, 그렇지 않으면 개구 (108) 로부터 천이 영역 (113) 으로 유동하는 유체에 방해를 나타낸다. 그러한 배치는 암석 표면으로부터 분리된 암석 입자 및 미립자의 후방 플러싱을 최적화하기에 유리하다. 또한, 본 배치는 유체 및 암석 입자가 그루브 (107) 내에 유지되고 전방면 영역 (103) 에 "쏟아지지 (spill)" 않는 것을 보장한다.

도 4 내지 도 6 을 참조하면, 절삭 비트는 길이방향 연장 내부 중심 보어 (400) 를 포함한다. 보어 (400) 는 섕크 (101) 의 일 단부 (401) 로부터 연장되고, 복수의 유체 유동 통로들 (402) 에 의해 헤드 (100) 에서 종료된다. 통로들 (402) 은 보어 (400) 와 유체 연통하게 연결된 제 1 단부 (403) 및 (에지 (114) 에 의해 규정되는) 개구 (108) 로서 전방면 (103) 에서 종료되는 제 2 단부 (404) 를 각각 포함한다. 전방면 (103) 에서의 개구들 (108) 의 상대 위치결정으로 인해, 각 통로 (402) 는 축선 (102) 으로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 암석면과의 접촉에 의해 야기되는 손상으로부터 개구 에지 (114) 를 보호하기 위해, 각 에지 (114) 는 각 그루브 (107) 의 트로프 영역 (117) 에서의 위치결정에 의해 전방면 (103) 으로부터 축선방향 후방으로 우묵 형성된다. 각 개구 (108) 는 천이 영역 (113) 에 비해 정점 (112) 에 축선방향으로 더 가깝게 위치결정된다. 특히, 각 그루브 (107) 는 정점 (112) 근처에 위치결정된 제 1 단부 (405) 및 천이 영역 (113) 근처에 위치결정된 제 2 단부 (406) 를 포함한다. 각 개구 (108) 는 그루브 제 2 단부 (406) 에 비해 그루브 제 1 단부 (405) 로부터 상대적으로 더 짧은 거리에 위치결정된다.

도 5 를 참조하면, 각 그루브 (107) 는 제 1 부분 (501a, 501b) 및 제 2 부분 (500) 을 포함한다. 축선방향으로 제 1 및 제 2 영역들 (501a, 501b, 500) 사이에 중간 곡선 영역 (502) 이 위치결정된다. 제 1 그루브 영역 (501a, 501b) 은 축선방향 후방으로 경사지도록 그리고 전방면 (103) 에 비해 우묵 형성되도록 그루브 제 1 단부 (405) 로부터 연속적으로 기울어져 있다. 제 1 영역 (501a, 501b) 은 최내측 영역 (501a) 과 최외측 영역 (501b) 으로 더 분할될 수도 있다. 영역 (501a) 은 반경방향으로 개구 (108) 와 그루브 단부 (405) 사이에 연장되는 한편, 영역 (501b) 은 반경방향으로 개구 (108) 와 곡선 영역 (502) 사이에 연장된다. 내부 및 외부 영역들 (501a, 501b) 쌍방은 서로 동일한 경사각으로 정렬되어서, 각 영역 (501a, 501b) 에서의 트로프 (117) 가 개구 (108) 의 각 반경방향 측에서 동일 평면상에 있다. 그리고, 그루브 트로프 (117) 는 제 1 영역 (501a, 501b) 으로부터 반경방향 외부의 (그리고 일반적으로 축선방향으로 연장되는) 제 2 영역 (500) 으로 매끄러운 천이부를 나타내는 곡선 영역 (502) 에 걸쳐 연장된다. 곡선 영역 (502) 은 연속적으로 축선방향 후방으로 축선 (102) 을 향해 테이퍼 (taper) 지도록 또한 정렬되고, 축선 (102) 에 수직하게 정렬되는 어떠한 플래토 (plateau) 또는 숄더 영역이 없다. 묘사된 것처럼, 각 그루브 (107) 의 깊이는 일반적으로 제 1 단부 (405) 로부터 축선방향 연장되는 제 2 영역 (500) 의 근처까지 증가한다. 그루브 (107) 의 깊이는 일반적으로 그루브 제 2 영역 (500) 을 따라 축선방향 후방 방향으로 감소하여 제 2 단부 (406) 에서 종료된다.

도 6 을 참조하면, 그루브 제 1 영역 (501a, 501b) 이 축선 (102) 에 대해 축선방향 후방으로 경사진 각도를 일반적으로 각도 α 로 나타낸다. 유사하게, 그루브 제 2 영역 (500) 이 축선 (102) 에 대해 후방으로 경사진 각도를 각도 β 로 나타낸다. 구체적인 실시예에 따르면, 각도 α 는 실질적으로 55°이고, 각도 β 는 실질적으로 15°이다. 따라서, 반경방향 내부 제 1 영역 (501a, 501b) 은 제 1 영역 (501a, 501b) 에 대조적으로 반경방향보다 축선 방향에서 더 정렬된 유동 경로 길이를 갖는 제 2 그루브 영역 (500) 보다 더 적은 정도로 축선방향 후방으로 경사진다. 지적된 것처럼, 중간 곡선 영역 (502) 은 영역 (501b) (반경 방향으로 개구 (108) 와 곡선 영역 (502) 사이에 연장됨) 이 축선방향 후방 방향으로 연속적으로 경사지도록 매끄러운 천이부로서 형성된다. 영역 (501b, 502, 500) 의 구체적인 형상 프로파일 및 구성은 플러싱 유체 내에 동반된 암석 입자와 미립자가 비트 개구 (108) 로부터 섕크 (101) 로 효율적으로 운송되는 것을 보장한다. 파쇄된 암석 물질의 효율적인 축선방향 후방 운송에 의해 회전 및 축선방향 전방 절삭이 최적화되므로, 이는 드릴 비트의 침투 속도를 상당히 증가시킨다. 구체적으로 그루브 트로프 (117) 에서 개구 에지 (114) 를 우묵 형성하는 것은 플러싱 유체의 원하는 전달 및 유동을 각 그루브 (107) 내에 유지하도록 에지 (114) 의 손상을 방지한다. 알 수 있는 바와 같이, 에지 (114) 가 손상되거나 마모되어 기형으로 된다면, 유체 전달 경로가 영향을 받을 것이고 세척 성능이 저하될 것이다. 전방 버튼들 (105) 과 게이지 버튼들 (106) 의 반경방향 위치들의 반경방향 중간의 각 개구 (108) 의 특정 반경방향 위치결정은 절삭 중에 손상으로부터 에지 (114) 의 보호를 더 최적화한다. 에지 (114) 의 보호는 반경방향으로 전방 버튼들 (105) 과 게이지 버튼들 (106) 사이에 위치결정되는, 일반적으로 주변방향으로 연장되는 트렌치 (118) 에 의해 더 강화된다. 특히, 각 개구 (108) 는 각 트렌치 (118) 의 트로프 영역에 위치된다. 더욱이, 일반적으로 주변방향으로 연장되는 숄더부 (119) 가 암석 부스러기를 대략 그루브 (107) 내로 편향시키거나 안내함으로써 에지 (114) 를 위한 실드를 제공하는 효과를 갖는 트렌치 (118) 의 반경방향 내부 영역을 규정한다.

Claims (13)

1. 충격식 암석 드릴 비트로서,
   세장형 (elongate) 섕크 (101) 의 일 단부에 제공되는 헤드 (100) 로서, 상기 섕크 (101) 의 일 단부 (401) 로부터 상기 헤드 (100) 를 향해 축선방향으로 연장되는 내부 보어 (400) 를 갖고, 상기 헤드 (100) 는 전방면 (103), 및 상기 비트의 길이방향 축선 (102) 주위에 주변방향으로 이격되고 상기 전방면 (103) 의 주변부 (115) 에 위치결정된 복수의 칼라 세그먼트들 (collar segments; 104) 을 구비하고, 상기 전방면은 대체로 돔형상인, 상기 헤드 (100);
   상기 전방면 (103) 에 제공된 복수의 전방 절삭 버튼들 (105) 과 상기 칼라 세그먼트들 (104) 에 제공된 복수의 게이지 버튼들 (106);
   상기 전방면 (103) 에서 상기 축선 (102) 으로부터 반경방향 외측 방향으로 연장되고, 상기 칼라 세그먼트들 (104) 을 규정하고 주변방향으로 분리하도록 축선방향 후방 방향으로 계속되는 복수의 플러싱 그루브들 (107) 로서, 상기 그루브들 (107) 의 각각은 상기 섕크 (101) 의 근처에서 종료되는, 상기 복수의 플러싱 그루브들 (107); 및
   상기 보어 (400) 에 연결되고 상기 플러싱 그루브들 (107) 의 적어도 하나 내에 상기 전방면 (103) 의 근처에서 개구 (108) 로서 나타나는 적어도 하나의 유체 통로 (402) 로서, 상기 개구 (108) 는 적어도 하나의 그루브 (107) 내에 상기 전방면 (103) 으로부터 축선방향으로 우묵 형성되는 (recessed), 상기 적어도 하나의 유체 통로 (402)
   를 포함하고,
   각 플러싱 그루브 (107) 의 유동 경로 길이 (300) 가 상기 비트의 축선 (102) 에 대해 상기 전방면 (103) 으로부터 상기 섕크 (101) 로의 방향으로 일반적으로 볼록하고,
   상기 유동 경로 길이 (300) 는 상기 개구 (108) 의 영역으로부터 상기 섕크 (101) 를 향해 연속적으로 축선방향 후방으로 연장되도록 정렬되어서, 유체가 상기 개구 (108) 로부터 상기 섕크 (101) 를 향해 그리고 상기 칼라 세그먼트들 (104) 사이에서 유동하기 위한 방해받지 않는 축선방향 후방 유동 경로를 제공하도록 상기 유동 경로 길이 (300) 의 어느 부분도 상기 비트의 상기 축선 (102) 에 수직하게 정렬되지 않는, 충격식 암석 드릴 비트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 그루브들 (107) 의 각각은, 대체로 상기 전방면 (103) 에 위치결정된 제 1 영역 (501a, 501b) 및 대체로 상기 칼라 세그먼트들 (104) 의 각각의 사이에 위치결정된 제 2 영역 (500) 을 포함하고,
   상기 제 1 영역 (501a, 501b) 과 상기 제 2 영역 (500) 사이의 천이부 (502) 는 심리스 (seamless) 이고, 각 그루브 (107) 의 유체 유동 경로에 수직하게 정렬된 임의의 리지나 에지가 없는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
3. 제 2 항에 있어서,
   각 그루브 (107) 는 축선방향 전방으로 각 개구 (108) 를 너머 연장되는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 개구 (108) 의 축선방향 전방으로 그리고 축선방향 후방으로 상기 제 1 영역 (501a, 501b) 에서 각 그루브 (107) 의 상기 유동 경로 길이 (300) 의 정렬 각도가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 영역 (501a, 501b) 과 제 2 영역 (500) 사이의 상기 천이부 (502) 에서 각 그루브 (107) 는 상기 축선 (102) 에 대해 상기 유동 경로 길이 (300) 에서 볼록 곡선을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 영역 (501a, 501b) 에서의 상기 유동 경로 길이 (300) 는 상기 축선 (102) 에 대해 40 내지 80°의 각도 (α) 로 상기 축선 (102) 을 향해 경사지게 감소하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제 2 영역 (500) 에서의 상기 유동 경로 길이 (300) 는 상기 축선 (102) 에 대해 5 내지 30°의 각도 (β) 로 상기 축선 (102) 을 향해 경사지게 감소하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 그루브 (107) 는 상기 전방 절삭 버튼들 (105) 사이에서 반경 방향 및 축선 방향으로 연장되는 축선방향 최전방 영역 (501a) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 그루브 (107) 는, 상기 전방면 (103) 의 축선방향 최전방 영역 (112) 의 근처에 위치결정된 제 1 단부 (405), 및 상기 섕크 (101) 의 근처에 위치결정된 제 2 단부 (406) 를 포함하고,
   상기 개구 (108) 는 상기 제 2 단부 (406) 보다 상기 제 1 단부 (405) 에 더 가깝게 위치결정되는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 그루브 (107) 는 각 그루브 (107) 의 상기 유동 경로 길이 (300) 에 수직한 평면에서 대체로 V자형 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
11. 제 10 항에 있어서,
    각 그루브 (107) 의 깊이가 일반적으로 상기 전방면 (103) 으로부터 상기 섕크 (101) 를 향해 증가하는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방면 (103) 에 축선방향으로 우묵 형성되고 상기 축선 (102) 주위에 주변방향으로 연장되며 상기 그루브들 (107) 에 수직한 트렌치 (118) 를 더 포함하고, 각 개구 (108) 의 근처에서 각 그루브 (107) 및 상기 트렌치 (118) 의 축선방향 깊이가 실질적으로 동일하도록 각 개구 (108) 가 상기 트렌치 (118) 의 주변방향 경로에 위치결정되는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    3 개의 플러싱 통로들 (402) 및 3 개의 그루브들 (107) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격식 암석 드릴 비트.

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