KR20220027078A - 드릴 비트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 충격식 드릴링용 드릴 비트 (100) 에 관한 것으로, 상기 드릴 비트는, 축선 (A) 을 따라 연장되도록 의도되며 전방 표면 (105) 을 포함하는 드릴 비트 보디 (101) 로서, 상기 전방 표면은, 축선 (A) 에 횡방향으로 그리고 동축으로 배치된 원형의 제 1 영역 표면 (110), 상기 제 1 영역 표면 (110) 을 둘러싸는 제 2 영역 표면 (111), 및 상기 제 2 영역 표면 (111) 을 둘러싸는 제 3 영역 표면 (112) 을 포함하고, 상기 제 2 영역 표면 (111) 은 축선 (A) 에 횡방향인 평면에 관하여 각도 α 로 연장되며, 상기 제 3 영역 표면 (112) 은 축선 (A) 에 횡방향인 평면에 관하여 각도 β 로 연장되어서, 전방 표면 (105) 은 실질적으로 볼록한 형상을 갖는, 상기 드릴 비트 보디 (101); 및 상기 제 2 영역 표면 (111) 및 제 3 영역 표면 (112) 에 배치된 다수 (n 개) 의 버튼들 (200) 로서, 상기 버튼들 (200) 은 축선 (B) 을 따른 길이 (L) 및 축선 (B) 을 따라 연장되는 버튼 보디 (201) 를 갖고, 상기 버튼 보디 (201) 는 축선 (B) 에 횡방향의 원형 단면 형상, 후방 단부 표면 (203) 및 전방 단부 표면 (204) 을 갖는, 상기 버튼들 (200) 을 포함하고, 각도 α 는 5 내지 15°이고, 각도 β 는 30 내지 45°이며, 버튼들 (200) 은 제 2 영역 표면 (111) 과 제 3 영역 표면 (112) 으로부터 드릴 비트 보디 (101) 내로 실질적으로 횡방향으로 연장되는 원형 리세스들 (120) 내에 배치되고, 상기 리세스들 (120) 은 버튼 보디 반경 (Rb) 에 대응하는 반경 및 버튼 보디 (201) 의 길이 (L) 에 대응하는 깊이를 가져서, 제 2 영역 표면 (111) 과 제 3 영역 표면 (112) 에서 전방 단부 표면 (204) 이 노출된 상태로, 버튼 보디들 (201) 이 드릴 비트 보디 (101) 내에 끼워 맞춰진다.
Description
본 발명은 일반적으로 충격식 드릴링용 드릴 비트 및 상기 드릴 비트를 포함하는 드릴 배열체에 관한 것이다.
건설 작업 섹터 및 광업에서, 충격식 드릴링, 즉 탑 해머 드릴링이 세장형 드릴 스트링 또는 케이블의 전방 단부에 배열된 드릴 비트를 이용하여 수직 보어 홀을 드릴링하기 위한 확립된 방법이다. 드릴링 동안, 유압 구동 피스톤으로부터의 해머링 충격이 드릴 스트링에 작용하여, 암석을 파괴하고 보어 홀을 생성하기 위해 필요한 힘을 가한다.
상이한 유형의 암반에서 원하는 보어 홀을 생성하기에 알맞은 다수의 상이한 크기 및 유형의 드릴 비트가 존재한다. 그러나, 드릴 비트의 개선에 의해 수행될 수 있는 드릴링 성능을 향상시킬 필요가 항상 존재한다.
위에서 언급한 요구 중 적어도 일부를 충족시키는 드릴 비트를 달성하는 것이 유리할 것이다. 이러한 관심사 중 하나 이상을 더 잘 다루기 위해, 독립 청구항에 규정된 바와 같은 드릴 비트가 제공된다. 드릴 비트의 바람직한 실시형태들은 종속 청구항들에서 규정된다.
본 발명에 따른 충격식 드릴링용 드릴 비트는,
축선 (A) 을 따라 연장되도록 의도되며 전방 표면을 포함하는 드릴 비트 보디로서, 상기 전방 표면은, 축선 (A) 에 횡방향으로 그리고 동축으로 배치된 원형의 제 1 영역 표면, 상기 제 1 영역 표면을 둘러싸는 제 2 영역 표면, 및 상기 제 2 영역 표면을 둘러싸는 제 3 영역 표면을 포함하고, 상기 제 2 영역 표면은 축선 (A) 에 횡방향인 평면에 관하여 각도 α 로 연장되며, 상기 제 3 영역 표면은 축선 (A) 에 횡방향인 평면에 관하여 각도 β 로 연장되어서, 전방 표면은 실질적으로 볼록한 형상을 갖는, 상기 드릴 비트 보디; 및
상기 제 2 및 제 3 영역 표면에 배치된 다수 (n 개) 의 버튼들로서, 상기 버튼들은 축선 (B) 을 따른 길이 (L) 및 축선 (B) 을 따라 연장되는 버튼 보디를 갖고, 상기 버튼 보디는 축선 (B) 에 횡방향의 원형 단면 형상, 후방 단부 표면 및 전방 단부 표면을 갖는, 상기 버튼들을 포함하고,
각도 α 는 5 내지 15°의 범위 내에 있고, 각도 β 는 30 내지 45°의 범위 내에 있으며, 버튼들은 제 2 및 제 3 영역 표면으로부터 드릴 비트 보디 내로 실질적으로 횡방향으로 연장되는 원형 리세스들 내에 배치되고, 상기 리세스들은 버튼 보디 반경에 대응하는 반경 및 버튼 보디의 길이 (L) 에 대응하는 깊이를 가져서, 버튼 보디들이 드릴 비트 보디 내에 끼워 맞춰진다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 전방 표면의 특징적인 디자인은 제 2 및 제 3 영역 표면의 각도들이 버튼들이 끼워 맞춰지는 리세스들의 내측 단부들 사이의 거리를 증가시킬 것이므로 매우 유리하다. 증가된 거리는 드릴 비트의 강도를 향상시키고, 드릴 비트 보디의 파손으로 인해 드릴링 동안에 버튼들이 드릴 비트로부터 우연히 제거되는 것을 방지한다.
대안적으로, 본 발명에 따른 드릴 비트는 드릴 비트의 강도를 감소시킴이 없이 제 2 및 제 3 영역 표면에 배치된 버튼의 개수 및/또는 반경을 증가시키는 데 사용될 수 있고, 이는 드릴 성능에 긍정적인 영향을 미칠 것이고 드릴 비트의 수명을 연장시킬 것이다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 원형의 제 1 영역 표면은 제 1 반경을 갖고, 제 2 영역 표면은 제 1 영역 표면의 주변부로부터 제 2 반경까지 연장되며, 제 3 영역 표면은 제 2 영역 표면의 주변부로부터 제 3 반경까지 연장되고, 상기 제 1 반경은 제 3 반경의 25 내지 65% 의 범위 내에 있고, 상기 제 2 반경은 제 3 반경의 60 내지 80% 의 범위 내에 있다. 이러한 비율을 갖는 드릴 비트 전방 표면은 제 2 및 제 3 영역들에 원하는 개수의 버튼들을 끼워 맞출 수 있게 할 것이고 인접한 리세스들 사이의 거리의 원하는 증가를 제공할 것이다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 반경은 30 내지 65 mm 의 범위 내에 있다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 영역 표면에 배치된 버튼들은 제 2 영역 표면에 배치된 버튼들의 버튼 보디 반경보다 더 큰 버튼 보디 반경을 갖는다. 제 3 영역 표면의 더 큰 버튼은 축선 (A) 으로부터 더 큰 거리에 위치된 버튼들이 더 높은 속도로 회전하여 마모를 증가시킬 것이므로 유리하다. 더 큰 반경의 효과는 제 2 및 제 3 층의 버튼들이 대략 동시에 마모되어 드릴 비트의 수명이 연장되거나 최적화된다는 것이다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 드릴 비트 보디는 드릴 비트 보디의 리세스 내에 배치되도록 의도된 원통형 섹션을 포함하고, 드릴 비트 보디의 길이 (L) 는 단부 표면으로부터 드릴 비트 보디의 원통형 섹션의 반대편 단부에 배치된 축선 (B) 에 횡방향인 평면까지 축선 (B) 을 따라 측정된다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 버튼들의 전방 단부 표면은 반구형 또는 볼록한 형상을 가져서, 전방 단부 표면이 드릴 비트 보디의 제 2 영역 표면 및 제 3 영역 표면으로부터 연장된다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 영역에 배치된 버튼 개수가 8 내지 12 의 간격 내에 있고, 바람직하게는 9 내지 11 의 범위 내에 있다. 이러한 드릴 비트 구성은 우수한 드릴링 특성을 제공하며, 제 1 및 제 2 영역의 버튼들의 마모가 거의 동일하게 된다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 영역 표면의 버튼들이 5 내지 9 mm 의 범위, 바람직하게는 6 내지 8 mm 의 범위 내의 버튼 보디 반경을 갖는다. 이러한 드릴 비트 구성은 우수한 드릴링 특성을 제공하며, 제 1 및 제 2 영역 표면의 버튼들의 마모가 거의 동일하게 된다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 반경과 제 3 영역에 배치된 버튼 개수 * (제 3 영역 내의 버튼의 버튼 보디 반경) 사이의 비가 0.6 내지 0.8 의 범위 내에 있고, 즉 비 = R3 / (n3 * Rb3) 가 0.6 내지 0.8 의 범위 내에 있다. 이러한 드릴 비트 구성은 우수한 드릴링 특성을 제공한다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 2 영역 표면에 배치된 버튼 개수가 5 내지 10 의 간격 내에 있다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 영역 표면의 버튼의 버튼 보디 길이와 버튼 보디 반경 사이의 비, 즉 비 = L3 / Rb, 및 제 2 영역 표면의 버튼의 버튼 보디 길이와 버튼 보디 반경 사이의 비, 즉 비 = L2 / Rb2 둘 다가 1.8 내지 2.2 의 범위 내에 있다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 영역 표면의 원형 리세스들 및 제 2 영역 표면의 원형 리세스들은 인접한 원형 리스세들의 내측 단부 사이의 거리가 서로 가장 가까운 상이한 이웃 리세스들에 하나씩 2 개의 대응 지점들에서 외경으로부터 측정될 때 적어도 2.5 mm 이도록 배치된다. 드릴 비트 전방 표면의 특징적인 디자인은 제 2 및 제 3 영역에서 인접한 리세스들 사이의 거리를 증가시키며, 이는 인접한 홀들 사이에 항상 적어도 2.5 mm 의 거리를 가질 수 있게 한다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 전방 표면에 적어도 2 개의 플러싱 매체 출구가 배치되고, 개별 출구로부터 축선 (A) 으로부터 외향으로 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 리세스가 전방 표면에 형성된다. 플러싱 매체 출구를 통해 플러싱 매체를 안내함으로써, 드릴링 동안 입자 및 자갈이 드릴링 영역으로부터 플러싱된다. 이는 드릴 비트의 마모를 감소시키고, 드릴 비트와 암반 사이의 양호한 접촉을 가능하게 하여서, 드릴링 성능을 최적화한다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 플러싱 매체 출구는 제 1 및/또는 제 2 영역 표면에 배치된다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 제 3 영역 표면의 버튼들은 축선 (A) 으로부터 실질적으로 동일한 거리에 그리고 제 3 영역 표면 주위에 서로로부터 동일한 거리에 배치된다. 제 3 영역 표면의 버튼들의 대칭적 위치는 오랜 기간 동안 신뢰 가능한 드릴링을 보장한다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일 실시형태에서, 드릴 비트 보디는 전방 표면의 주변부로부터 드릴 비트의 후방 단부를 향해 연장되는 주변 측면 표면을 포함하고, 주변 측면 표면 및 전방 표면에 다수의 그루브가 형성되며, 상기 그루브는 제 3 영역 표면의 인접한 버튼들 사이에 배치되고 제 3 영역 표면으로부터 축선 (A) 에 실질적으로 평행하게 드릴 비트의 후방 단부를 향해 연장된다. 그루브는 드릴링 영역으로부터 자유 입자 및 자갈의 운송을 용이하게 한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시형태들에 대한 아래의 예시적이고 비제한적인 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.
도 1 은 드릴 스트링 로드 및 드릴 비트를 포함하는 드릴 배열체의 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 드릴 비트의 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 드릴 비트의 측면도이다.
도 4 는 전방 표면의 특징적인 디자인을 더 명확하게 보여주기 위한 드릴 비트의 개략 측면도이다.
도 5 는 축선 (A) 에 따른 드릴 비트의 단면도 및 드릴 스트링의 전방 단부를 보여준다.
도 6 은 도 5 의 선 Z-Z 를 따른 드릴 비트의 단면도이다.
도 7 은 도 5 의 선 Y-Y 를 따른 드릴 비트의 단면도이다.
모든 도면은 개략적이고 반드시 일정한 비율은 아니며, 일반적으로 본 발명을 설명하는데 필요한 부분들만 보여주며 다른 부분들은 생략되거나 단지 암시될 수 있다.
도 1 은 드릴 스트링 로드 및 드릴 비트를 포함하는 드릴 배열체의 사시도이다.
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도 4 는 전방 표면의 특징적인 디자인을 더 명확하게 보여주기 위한 드릴 비트의 개략 측면도이다.
도 5 는 축선 (A) 에 따른 드릴 비트의 단면도 및 드릴 스트링의 전방 단부를 보여준다.
도 6 은 도 5 의 선 Z-Z 를 따른 드릴 비트의 단면도이다.
도 7 은 도 5 의 선 Y-Y 를 따른 드릴 비트의 단면도이다.
모든 도면은 개략적이고 반드시 일정한 비율은 아니며, 일반적으로 본 발명을 설명하는데 필요한 부분들만 보여주며 다른 부분들은 생략되거나 단지 암시될 수 있다.
도 1 에는 충격식 드릴링용 드릴 배열체의 사시도가 도시되어 있다. 드릴 배열체는 드릴 스트링 로드 (10) 및 드릴 비트 (100) 를 포함한다. 드릴 스트링 로드 (10) 는 종방향 축선 (A) (도 2, 4 및 5 에 도시됨) 을 따라 연장되는 세장형 중간 섹션 (11) 을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 중간 섹션의 일 단부에 수형 커플링 (12) 이 배치되고, 반대편 단부에 암형 커플링 (13) 이 배치된다. 수형 및 암형 커플링은 드릴 스트링 로드 (10) 의 전방 단부에서 드릴 비트 (100) 를 연결할 수 있게 하기 위한 것이고, 드릴 스트링 로드의 후방 단부에서 암형 커플링은 동일한 드릴 스트링 로드의 수형 커플링을 인접한 드릴 스트링 로드의 암형 커플링에 연결함으로써 원하는 길이를 갖는 드릴 스트링을 형성하도록 추가의 드릴 스트링 로드들을 연결하기 위한 것이다. 드릴링 동안, 보어 홀의 깊이가 증가함에 따라 드릴 스트링 (100) 의 길이를 연장하도록 추가의 드릴 스트링 로드들 (10) 이 연결된다. 도시된 실시형태에서, 수형/암형 커플링이 예시되지만, 상이한 요구에 장치를 적응시키기 위해 다른 커플링 장치가 사용될 수도 있다.
드릴링 동안, 드릴 스트링 (10) 의 후방 단부는, 충격식 드릴링을 수행하기 위해 드릴 스트링, 가이드 어댑터 및 드릴 비트의 원하는 축방향 힘 및 회전을 제공하도록 배열된 유압 구동 피스톤 (미도시) 에 연결된다. 드릴 스트링 로드, 가이드 어댑터 및 드릴 비트의 디자인은 드릴링될 원하는 보어 홀 직경 및 상이한 타입의 암반 재료에 의존하는 특정 요구에 맞게 조정된다. 보어 홀 직경이 커질수록, 드릴링 동안 하중을 견딜 수 있도록 상이한 컴포넌트들의 치수가 커져야 한다. 드릴 스트링 로드는 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 예를 들어, 요구되는 강도가 보장되는 한, 중간 섹션 (10) 은 원형, 직사각형, 오각형 또는 육각형 단면 형상을 가질 수 있다. 중간 섹션은 드릴 스트링 로드를 통해 중간 섹션의 중앙에서 연장하는 통로를 포함하여, 드릴 스트링의 전방 단부에 배치된 드릴 비트까지 드릴 스트링을 통해 플러싱 매체를 지향시켜, 드릴링 동안 보어 홀로부터 입자 및 자갈을 제거한다. 플러싱 매체는 예를 들어 공기, 물, 또는 공기와 물의 혼합물이다.
도 2 및 도 3 은 본 발명에 따른 드릴 비트 (100) 의 사시도 및 측면도이다. 드릴 비트는 축선 (A) 을 따라 연장되도록 의도된 드릴 비트 보디 (101) 를 포함한다. 드릴 비트 보디는 축선 (A) 을 가로지르는 원형 단면을 갖는 실질적으로 원통형 형상을 갖는다.
드릴 비트 (100) 의 전방 단부 (102) 에서, 약간 더 큰 반경을 갖는 전방 보디 섹션 (103) 이 전방 표면 (105) 을 지지하도록 배치되고, 후방 단부 (106) 에서 드릴 비트 보디는 실질적으로 평평한 후방 표면 (107) 에 의해 종료된다. 후방 표면 (107) 에는, 드릴 비트 보디 (101) 내에 축선 (A) 에 동축으로 연장하는 암형 커플링 (108) 이 배치된다. 암형 커플링 (108) 은 도 2 또는 도 3 에서는 보이지 않고, 도 5 에 도시되어 있다.
전방 표면 (105) 은 매우 특징적인 디자인을 가지며, 축선 (A) 에 대해 횡방향으로 그리고 동축으로 배치된 제 1 원형 영역 표면 (110) 을 포함한다. 제 1 원형 영역은 제 1 반경 (R1) 을 갖는다. 제 1 영역 표면 (110) 은 제 1 영역의 주변부로부터 제 2 반경 (R2) 까지 축선 (A) 을 가로지르는 평면에 대해 각도 α 로 연장되는 제 2 영역 표면 (111) 에 의해 둘러싸인다. 또한, 전방 표면은 상기 제 2 영역을 둘러싸는 제 3 영역 표면 (112) 을 포함한다. 제 3 영역 표면 (112) 은 제 2 영역 표면 (111) 의 주변부로부터 축선 (A) 을 가로지르는 평면에 대해 각도 β 로 제 3 반경 (R3) 까지 연장된다. 제 1 영역 표면 (110), 제 2 영역 표면 (111) 및 제 3 영역 표면 (112) 은 서로 동축이어서, 전방 표면 (105) 은 실질적으로 볼록한 형상을 가질 것이다.
드릴 비트의 원하는 특성을 달성하기 위해, 각도 α 는 5 내지 15°의 범위 내에 있고, 6, 8, 10, 12 또는 14°와 같이 그 사이의 특정 각도일 수 있다. 그리고, 각도 β 는 30 내지 45°의 범위 내에 있고, 32, 34, 36, 38, 40, 42 또는 44°와 같이 그 사이의 특정 각도일 수 있다.
또한, 제 1 반경 (R1) 은 제 3 반경 (R3) 의 25 내지 65 %의 범위 내에 있고, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60 또는 63% 와 같이 그 사이의 특정 양일 수 있다. 그리고 상기 제 2 반경 (R2) 은 제 3 반경 (R3) 의 60 내지 80% 의 범위 내에 있고, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 또는 78% 와 같이 그 사이의 특정 양일 수 있다. 이로써, 제 2 영역 및 제 3 영역에서 다수의 버튼을 신뢰성 있게 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 드릴 비트 (100) 는 상이한 크기로 구현될 수 있지만, 제 3 반경 (R3) 은 드릴 비트 보디의 최대 반경을 규정하고, 드릴 비트 (100) 의 바람직한 실시형태에서 30 내지 65 mm 의 범위 내에 있고, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60 또는 63 mm 와 같은 그 사이의 특정 범위일 수 있다.
드릴 비트 전방 표면 (105) 에는 다수 (n 개) 의 버튼 (200) 이 배치된다. 버튼 (200) 은 암반에 보어 홀을 형성하기 위한 것이며, 오랜 기간 동안 원하는 드릴링 작용을 보장하기 위해 내마모성인 재료로 제조된다.
버튼 (200) 은 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 버튼의 예가 도 2 내지 도 7 에 상이한 시각으로 도시되어 있다. 모든 실시형태는 축선 (B) 을 따라 연장되도록 의도된 버튼 보디 (201) 를 포함한다. 버튼 보디 (201; 도 6 및 도 7 참조) 는 버튼 보디를 따라 실질적으로 일정한 반경 (Rb) 으로 축선 (B) 을 가로지르는 원형 단면 형상, 즉 원통형 섹션 (202) 을 갖는다. 버튼 보디 (201) 는 후방 단부 표면 (203) 및 전방 단부 표면 (204) 을 갖는다. 후방 단부 표면 (203) 은 실질적으로 평평하거나 도 5 내지 도 7 에 도시된 버튼과 같이 볼록하며, 전방 단부 표면 (204) 은 반구형 또는 볼록한 형상을 갖는다. 반구형 또는 볼록한 형상은 전방 단부 표면 (204) 이 드릴 비트 보디 (101) 의 전방 표면 (105) 으로부터 연장되어서 전방 단부 표면 (204) 이 드릴 비트 보디의 전방 표면 (105) 대신에 보어 홀의 바닥과 접촉하게 되는 것을 보장한다. 리세스의 내측 단부는 리세스 내에 배치된 버튼의 후방 단부 표면 (203) 에 대응한다.
제 3 영역 표면 (112) 에 배치된 버튼 (200) 은, 버튼의 전방 단부 표면이 적어도 제 3 반경 (R3) 과 동일한 반경방향 연장부를 가지며 바람직하게는 버튼 (200) 이 보어 홀을 형성하고 드릴 비트 보디 (101) 의 주변부가 보어 홀의 측벽과 접촉하는 것이 방지되는 것을 보장하기 위해 제 3 반경 (R3) 의 반경방향 연장부를 초과하도록 선택된 전방 단부 표면 형상 및 치수를 갖는다.
버튼 보디의 길이 (L) 는 축선 (B) 을 따라 측정되고, 버튼이 조합되어 사용되도록 의도된 드릴 비트의 크기에 의존한다. 버튼 보디의 길이는 후방 단부 표면 (203) 으로부터 버튼 보디의 원통형 섹션의 반대편 단부에 배치된 축선 (B) 을 가로지르는 평면까지 측정되고, 드릴 비트의 전방 표면의 제 1, 제 2 또는 제 3 영역과 실질적으로 일렬로 배치되도록 의도된다. 제 2 및 제 3 영역 표면 (111, 112) 에 배치된 버튼의 길이 (L2, L3) 는 각각 도 6 및 도 7 에서 이 길이를 나타낸다.
버튼의 원통형 섹션은 드릴 비트 (100) 의 전방 표면 (105) 의 대응하는 리세스 (120) 에 끼워 맞춰진다. 리세스 (120) 는 드릴 비트의 전방 표면 (105) 내의 그들의 개별 위치로부터 실질적으로 횡방향으로, 즉 제 1 영역 표면 (110), 제 2 영역 표면 (111) 또는 제 3 영역 표면 (112) 으로부터 드릴 비트 보디 내로 횡방향으로 연장된다. 리세스 (120) 는 버튼 보디 반경에 대응하는 반경 및 버튼 보디의 길이 (L) 에 대응하는 깊이를 가져서, 버튼 보디의 원형 단면이 드릴 비트 보디 내에 끼워 맞춰지고 드릴 비트 보디에 신뢰성 있게 고정된다.
리세스 (120) 의 중심은 제 3 또는 제 2 영역 표면의 중심에 가깝게 배치되는 것이 바람직하며, 즉 각각의 영역 표면 내의 리세스 (120) 및 버튼 (220) 은 축선 (A) 으로부터 실질적으로 동일한 거리에 배치되어, 드릴 비트 보디 내에 버튼이 고정되기에 충분한 강도를 보장하기 위해 충분한 드릴 비트 보디 재료가 리세스 주위에 남는다.
버튼 (200), 및 결과적으로 또한 드릴 비트 보디에 형성된 리세스 (120) 는 모든 버튼 피팅의 동일한 강도 및 특징을 보장하기 위해 제 3 영역 표면 (112) 및 제 2 영역 표면 (111) 에 걸쳐 서로로부터 실질적으로 일정한 거리에 배치된다.
본 발명에 따른 드릴 비트의 일반적인 아이디어는 드릴링 동안 발생되는 높은 하중을 견딜 수 있는 드릴 비트를 제공하는 것이므로, 제 2 영역 표면의 원형 리세스는 제 3 영역 표면 (112) 의 원형 리세스들 사이의 실질적으로 중심에 배치되어, 인접한 리세스들 사이의 최대 거리가 달성되는 것을 보장한다. 본 발명에 따른 드릴 비트에서, 인접한 원형 리세스들의 내부 단부 사이의 거리는 적어도 2.5 mm 이다.
바람직하게는, 제 3 영역 표면 (112) 에 배치된 버튼 (200) 은 드릴링 동안 더 빠른 속도로 회전하는 제 3 영역 내의 버튼의 수명을 증가시키기 위해 제 2 영역에 배치된 버튼의 버튼 보디 반경 (Rb2) 보다 큰 버튼 보디 반경 (Rb3) 을 갖는다. 드릴 비트의 바람직한 실시형태에서, 제 3 영역 내의 버튼은 5 내지 9 mm 의 범위, 바람직하게는 6 내지 8 mm 의 범위 내의 버튼 보디 반경 (Rb3) 을 가지며, 또한 7 mm 일 수 있다.
드릴 비트의 전방 표면의 버튼 개수 (n) 는 드릴 비트의 크기에 의존한다. 드릴 비트의 바람직한 실시형태에서, 제 3 영역에 배치된 버튼 개수 (n3) 는 8 내지 12 의 간격 이내에 있고, 바람직하게는 9, 10 또는 11 이고, 제 2 영역에 배치된 버튼 개수 (n2) 는 5 내지 10 의 간격 이내에 있고, 바람직하게는 6, 7, 8 또는 9 이다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 드릴 비트 (100) 는 드릴 비트의 모든 바람직한 실시형태에 대해 많은 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 제 3 반경 (R3) 과 제 3 영역에 배치된 버튼 개수 (n3) * (제 3 영역 내의 버튼의 버튼 보디 반경 (Rb3)) 사이의 비는 0.6 내지 0.8 의 범위 내에 있고, 즉 비 = R3 / (n3 * Rb3) 는 0.6 내지 0.8 의 범위 내에 있고, 바람직하게는 0.65, 0.70 또는 0.75 이다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이, 제 3 영역 표면 (112) 의 버튼은 제 2 영역의 버튼보다 더 큰 반경을 갖지만, 제 3 영역의 버튼의 버튼 보디 길이 (L3) 와 버튼 보디 반경 (Rb3) 사이의 비, 즉 비 = L3 / Rb, 및 제 2 영역의 버튼의 버튼 보디 길이 (L2) 와 버튼 보디 반경 (Rb2) 사이의 비, 즉 비 = L2 / Rb2 둘 다는 1.8 내지 2.2 의 범위 내에 있고, 바람직하게는 1.9, 2.0 또는 2.1 이다.
도면에 도시된 드릴 비트는 또한 제 1 영역 표면에 배치된 일부 버튼 (200) 을 포함한다. 제 1 영역 표면 (110) 의 버튼들은 바람직하게는 제 2 영역 표면 (111) 에 배치된 버튼들과 동일한 치수를 갖는데, 그 이유는 이들이 축선 (A) 에 가까운 위치의 결과로서 드릴링 동안 더 낮은 속도로 이동할 것이기 때문이다. 제 1 영역 표면 (110) 에 배치된 버튼들은 제 2 영역 표면 (111) 및 제 3 영역 표면 (112) 에 있는 버튼들과 동일한 디자인을 갖고, 제 1 영역으로부터 드릴 비트 보디 내로 실질적으로 수직으로 연장되는 제 1 영역에 있는 대응하는 리세스들에 끼워 맞춰진다. 제 1 영역의 버튼 개수는 드릴 비트의 크기에 맞게 조정되지만, 바람직하게는 2 내지 5 의 개수의 범위 내에 있다. 드릴 비트가 회전할 때 제 1 영역의 전방에 배치된 보어 홀의 전체 영역이 커버되도록 제 1 영역 표면의 버튼들은 제 1 영역 내의 선택된 위치들에 위치된다. 이는 버튼들이 제 1 영역에 비대칭적으로 배치될 수 있음을 의미한다.
드릴 비트는 전방 표면 (105) 에 배치된 적어도 2 개의 플러싱 매체 출구 (130) 를 또한 포함한다. 드릴링 동안 보어 홀로부터 잔류물 및 자갈을 플러싱하고 원하는 드릴링 성능을 유지하기 위해, 플러싱 매체가 드릴 스트링 (10) 을 통해 드릴 비트 (100) 에 제공된다. 도시된 플러싱 매체 출구 (130) 는 제 1 영역 표면 (110) 및/또는 제 2 영역 표면 (111) 에 배치되고, 각각의 출구 (130) 로부터 축선 (A) 으로부터 외향으로 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 리세스 (132) 가 전방 표면 (105) 에 형성되어, 플러싱 매체 및 플러싱된 재료를 드릴 비트 전방 표면 (105) 으로부터 멀어지게 지향시킨다.
드릴 비트 보디 (101) 는 전방 표면 (105) 의 제 3 영역 표면 (112) 의 주변부로부터 연장되는 주변 측면 표면 (115) 을 더 포함하고, 다수의 그루브 (134) 가 주변 측면 표면 (115) 및 전방 표면 (105) 에 형성된다. 그루브 (134) 는 제 3 영역 표면 (112) 에서 인접한 버튼들 (200) 사이에 배치되고, 제 3 영역으로부터 드릴 비트의 후방 단부를 향해 축선 (A) 에 실질적으로 평행하게 연장되어, 보어 홀의 드릴링 영역으로부터 잔류물 및 입자와 함께 플러싱 재료의 운송을 용이하게 한다.
도면 및 이상의 설명에서 본 발명을 상세히 도시하고 설명하였지만, 이러한 도시 및 설명은 실례이거나 모범적인 것이며 제한적이지 않다고 고려되어야 하며; 본 발명은 개시된 실시형태로 제한되지 않는다. 당업자는 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같은 범위 내에서 많은 수정, 변형 및 변경을 생각할 수 있다는 것을 이해한다.
부가적으로, 당업자는 청구된 발명을 실시함에 있어 도면, 개시 내용 및 첨부된 청구항들의 검토로부터, 개시된 실시형태에 대한 변형을 이해하고 수행할 수 있다. 청구항에서, 단어 "포함하는" 은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수 표현은 복수를 배제하지 않는다. 특정 조치들이 서로 다른 종속항들에서 언급된다는 단순한 사실이, 이 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구항에서의 임의의 도면 부호는 청구항의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (16)
- 충격식 드릴링용 드릴 비트 (100) 로서, 상기 드릴 비트는,
축선 (A) 을 따라 연장되도록 의도되며 전방 표면 (105) 을 포함하는 드릴 비트 보디 (101) 로서, 상기 전방 표면은, 축선 (A) 에 횡방향으로 그리고 동축으로 배치된 원형의 제 1 영역 표면 (110), 상기 제 1 영역 표면 (110) 을 둘러싸는 제 2 영역 표면 (111), 및 상기 제 2 영역 표면 (111) 을 둘러싸는 제 3 영역 표면 (112) 을 포함하고, 상기 제 2 영역 표면 (111) 은 축선 (A) 에 횡방향인 평면에 관하여 각도 α 로 연장되며, 상기 제 3 영역 표면 (112) 은 축선 (A) 에 횡방향인 평면에 관하여 각도 β 로 연장되어서, 상기 전방 표면 (105) 은 실질적으로 볼록한 형상을 갖는, 상기 드릴 비트 보디 (101); 및
상기 제 2 영역 표면 (111) 및 제 3 영역 표면 (112) 에 배치된 다수 (n 개) 의 버튼들 (200) 로서, 상기 버튼들 (200) 은 축선 (B) 을 따른 길이 (L) 및 축선 (B) 을 따라 연장되는 버튼 보디 (201) 를 갖고, 상기 버튼 보디 (201) 는 축선 (B) 에 횡방향의 원형 단면 형상, 후방 단부 표면 (203) 및 전방 단부 표면 (204) 을 갖는, 상기 버튼들 (200) 을 포함하고,
상기 각도 α 는 5 내지 15°의 범위 내에 있고, 상기 각도 β 는 30 내지 45°의 범위 내에 있으며, 상기 버튼들 (200) 은 상기 제 2 영역 표면 (111) 과 제 3 영역 표면 (112) 으로부터 상기 드릴 비트 보디 (101) 내로 실질적으로 횡방향으로 연장되는 원형 리세스들 (120) 내에 배치되고, 상기 리세스들 (120) 은 버튼 보디 반경 (Rb) 에 대응하는 반경 및 상기 버튼 보디 (201) 의 길이 (L) 에 대응하는 깊이를 가져서, 상기 제 2 영역 표면 (111) 과 제 3 영역 표면 (112) 에서 상기 전방 단부 표면 (204) 이 노출된 상태로, 버튼 보디들 (201) 이 상기 드릴 비트 보디 (101) 내에 끼워 맞춰지는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항에 있어서,
상기 원형의 제 1 영역 표면 (110) 은 제 1 반경 (R1) 을 갖고, 상기 제 2 영역 표면 (111) 은 상기 제 1 영역 표면 (110) 의 주변부로부터 제 2 반경 (R2) 까지 연장되며, 상기 제 3 영역 표면 (112) 은 상기 제 2 영역 표면 (111) 의 주변부로부터 제 3 반경 (R3) 까지 연장되고, 상기 제 1 반경 (R1) 은 상기 제 3 반경 (R3) 의 25 내지 65% 의 범위 내에 있고, 상기 제 2 반경 (R2) 은 상기 제 3 반경 (R3) 의 60 내지 80% 의 범위 내에 있는, 드릴 비트 (100). - 제 2 항에 있어서,
상기 제 3 반경 (R3) 은 30 내지 65 mm 의 범위 내에 있는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 영역 표면 (112) 에 배치된 버튼들 (200) 은 상기 제 2 영역 표면 (111) 에 배치된 버튼들의 버튼 보디 반경 (Rb2) 보다 더 큰 버튼 보디 반경 (Rb3) 을 갖는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버튼 보디 (201) 는 상기 드릴 비트 보디 (101) 의 리세스 (120) 내에 배치되도록 의도된 원통형 섹션 (202) 을 포함하고, 상기 버튼 보디 (201) 의 길이 (L) 는 상기 후방 단부 표면 (203) 으로부터 상기 드릴 비트 보디의 원통형 섹션 (202) 의 반대편 단부에 배치된 축선 (B) 에 횡방향인 평면까지 축선 (B) 을 따라 측정되는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버튼들 (200) 의 전방 단부 표면 (204) 은 반구형 또는 볼록한 형상을 가져서, 상기 전방 단부 표면 (204) 이 상기 드릴 비트 보디 (101) 의 제 2 영역 표면 (111) 및 제 3 영역 표면 (112) 으로부터 연장되는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 3 영역에 배치된 버튼 개수 (n3) 가 8 내지 12 의 간격 내에 있고, 바람직하게는 9 내지 11 의 범위 내에 있는, 드릴 비트 (100). - 제 7 항에 있어서,
상기 제 3 영역 표면 (12) 의 버튼들 (200) 이 5 내지 9 mm 의 범위, 바람직하게는 6 내지 8 mm 의 범위 내의 버튼 보디 반경 (Rb3) 을 갖는, 드릴 비트 (100). - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
제 3 반경 (R3) 과 제 3 영역에 배치된 버튼 개수 (n3) * (제 3 영역 내의 버튼의 버튼 보디 반경 (Rb3)) 사이의 비가 0.6 내지 0.8 의 범위 내에 있는, 즉 비 = R3 / (n3 * Rb3) 가 0.6 내지 0.8 의 범위 내에 있는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 영역에 배치된 버튼 개수 (n2) 가 5 내지 10 의 간격 내에 있는, 드릴 비트 (100). - 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 3 영역의 버튼의 버튼 보디 길이 (L3) 와 버튼 보디 반경 (Rb3) 사이의 비, 즉 비 = L3 / Rb, 및 제 2 영역의 버튼의 버튼 보디 길이 (L2) 와 버튼 보디 반경 (Rb2) 사이의 비, 즉 비 = L2 / Rb2 둘 다가 1.8 내지 2.2 의 범위 내에 있는, 드릴 비트 (100). - 제 4 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 3 영역의 원형 리세스들 및 제 2 영역의 원형 리세스들은 인접한 원형 리스세들의 내측 단부 사이의 거리가 적어도 2.5 mm 이도록 배치되는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전방 표면 (105) 에 적어도 2 개의 플러싱 매체 출구 (130) 가 배치되고, 개별 출구 (130) 로부터 축선 (A) 으로부터 외향으로 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 리세스 (132) 가 상기 전방 표면 (105) 에 형성되는, 드릴 비트 (100). - 제 11 항에 있어서,
상기 플러싱 매체 출구 (130) 는 상기 제 1 영역 표면 (110) 및/또는 제 2 영역 표면 (111) 에 배치되는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 영역 표면 (112) 의 버튼들 (200) 은 축선 (A) 으로부터 실질적으로 동일한 거리에 그리고 상기 제 3 영역 표면 (112) 에 걸쳐 서로로부터 동일한 거리에 배치되는, 드릴 비트 (100). - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드릴 비트 보디 (101) 는 상기 전방 표면 (105) 의 주변부로부터 상기 드릴 비트 (100) 의 후방 단부를 향해 연장되는 주변 측면 표면 (115) 을 포함하고, 상기 주변 측면 표면 (115) 및 상기 전방 표면 (105) 에 다수의 그루브 (134) 가 형성되며, 상기 그루브 (132) 는 상기 제 3 영역 표면 (112) 의 인접한 버튼들 (200) 사이에 배치되고 상기 제 3 영역 표면 (112) 으로부터 축선 (A) 에 실질적으로 평행하게 상기 드릴 비트의 후방 단부를 향해 연장되는, 드릴 비트 (100).
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