(57)【要約】本発明によれば、縮減断面積の部分を備えている衝撃式削岩用の雄型部（１０）が提供され、少なくとも一つの衝撃式削岩用のねじ山が雄型部の一端部のある部分（１６）に設けられている。雄型部の端部は、衝撃波を伝達するための当接面（１４）を備えている。前記部分（１６）の長さ（Ｌ）は、ねじ山の外径（Ｄｙ）に接する円筒（Ｃ）の衝撃伝達面平面（Ｐ）からの長さとして定義される。前記の長さ（Ｌ）を円筒の外径で割った値は１〜２の範囲内にある。本発明は、さらに、ドリル・ビット及びねじ込み継手に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮減断面積の部分を備えている衝撃式削岩用の雄型部であって、衝撃式削岩用の少なくとも一つのねじ山（１２）が前記雄型部の一端部にある部分（１６）に設けられており、前記雄型部の前記端部が衝撃波を伝達するための当接面（１４）を備え、前記雄型部が、前記ねじ山が全輪郭を持つ領域に第一の断面積を有する、衝撃式削岩用の雄型部において、
前記部分（１６）の長さ（Ｌ）が前記衝撃伝達面の平面（Ｐ）からの円筒（Ｃ）の長さとして定義され、前記円筒の直径が前記ねじ山の外径（Ｄｙ）に一致し、前記長さ（Ｌ）を前記ねじ山の前記外径（Ｄｙ）で割った値が１〜２の範囲内にあり、前記雄型部は、前記領域を僅かに越えたところに第二の断面積を有し、前記第二の断面積が前記第一の断面積より大きいことを特徴とする衝撃式削岩用の雄型部。
【請求項２】
前記雄型部の最小断面積が前記ねじ山が全輪郭を有する領域に設けられており、前記第二の断面積の領域が前記第一の断面積の領域から１〜５ｍｍの間隔内にあることを特徴とする請求項１に記載の雄型部。
【請求項３】
前記値の範囲が１．２〜１．９であり、最も望ましくは１．３〜１．６であり、前記円筒（Ｃ）の前記外径（Ｄｙ）が望ましくは３７ｍｍより小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の雄型部。
【請求項４】
前記雄型部が鋼製のロッド又はチューブの一端にしっかりと接続されてドリル・ロッドを構成し、前記ドリル・ロッドが貫通フラッシュ・チャネル（１３）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の雄型部。
【請求項５】
縮減断面積の部分を備えている衝撃式削岩用のドリル・ビットであり、前記ドリル・ビット（２０）は中央凹部（２３）を備え、前記凹部（２３）は、前記凹部（２３）にある部分（２９）に設けられている衝撃式削岩用の内側雌ねじ部（２４）を備えており、前記凹部が当接面（３０）を備えた、ドリル・ビットにおいて、
前記部分（２９）の長さ（Ｌ’）が前記衝撃伝達面（３０）の平面（Ｐ’）からの直立円筒（Ｃ’）の長さとして定義され、前記円筒の直径が前記ねじ山の内径（Ｄｉ）に一致し、前記長さ（Ｌ’）を前記ねじ山の内径（Ｄｉ）で割った値が１〜２の範囲内にあることを特徴とするドリル・ビット。
【請求項６】
前記値の範囲が１．２〜１．９であり、最も望ましくは１．３〜１．６であり、前記円筒（Ｃ）の内径（Ｄｉ）が望ましくは３６ｍｍより小さいことを特徴とする請求項５に記載のドリル・ビット。
【請求項７】
前記ドリル・ビットが鋼製のロッド又はチューブの一端にしっかりと接続されてドリル・ロッド（２５）を構成し、前記ドリル・ロッドが貫通フラッシュ・チャネル（２０）を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載のドリル・ビット。
【請求項８】
衝撃式削岩用の雄型部とドリル・ビットとの間のねじ込み継手であり、前記雄型部が縮減断面積の部分を備え、衝撃式削岩用の少なくとも一つのねじ山（１２）が前記雄型部の一端部の第一の部分（１６）に設けられており、前記雄型部の前記端部が衝撃波を伝達するための当接面（１４）を備え、前記雄型部が前記ねじ山が全輪郭を有する領域において第一の断面積を有し、前記ドリル・ビットが縮減断面積の部分を備え、前記ドリル・ビット（２０）が中央凹部（２３）を備え、前記凹部（２３）が前記凹部の他の部分（２９）において衝撃式削岩用の内側雌ねじ部（２４）を備え、前記凹部が当接面（３０）を備えている、衝撃式削岩用の雄型部とドリル・ビットとの間のねじ込み継手において、
前記第一の部分（１６）の長さ（Ｌ）が前記衝撃伝達面の平面（Ｐ）からの円筒（Ｃ）の長さとして定義され、前記円筒が前記ねじ山の外径（Ｄｙ）に接し、前記長さ（Ｌ）を前記ねじ山の前記外径（Ｄｙ）で割った値が１〜２の範囲内にあり、前記第二の部分（２９）の長さ（Ｌ’）が直立円筒（Ｃ’）の前記衝撃伝達面（３０）の平面（Ｐ’）からの長さとして定義され、前記円筒が前記ねじ山の内径（Ｄｉ）に接し、前記長さ（Ｌ’）を前記ねじ山の前記内径（Ｄ’）で割った値が１〜２の範囲内にあることを特徴とする衝撃式削岩用の雄型部とドリル・ビットとの間のねじ込み継手。
【請求項９】
前記値の範囲は、１．２〜１．９であり、最も望ましくは１．３〜１．６であり、前記円筒（Ｃ；Ｃ’）の直径（Ｄｙ；Ｄｉ）が望ましくは３７ｍｍより小さいことを特徴とする請求項８に記載のねじ込み接続部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前文による衝撃式削岩用の雄型部、ドリル・ビット及びねじ込み継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衝撃式トップ・ハンマ削岩において、ドリル・ストリングは、ロッド又はチューブの一方の端面を通じて削岩機のシャンク・アダプタにしっかりと留められることが意図されている。ロッド又はチューブの他方の端部は別のロッド又は別のチューブに又は衝撃式削岩用のドリル・ビットにねじ込まれている。ロッド又はチューブはねじ付きスリーブによってシャンク・アダプタ又は別の部品に留めることもできる。フラッシュ媒体をドリル・ビットまで導いてドリル切粉を取り除くためにドリル・ストリング全体にフラッシュ・チャネルが通っている。
【０００３】
削岩時、ドリル・ストリング、すなわち、クラウン、ロッド、チューブ、スリーブ及びシャンク・アダプタは機械的な侵食を受ける。これは、特にフラッシュ媒体として水が使用され環境が湿っている地下で削岩される場合に当てはまる。この侵食は、特に最も応力の大きい部分、すなわち、ねじ底、及びその他の減少部すなわち断面積の小さい部分において特に深刻である。削岩具は、岩石の空洞の斜曲壁にドリル・ビットが達する際に曲げモーメントを受けることが多い。曲げ応力及び衝撃波によって生じる脈動ひずみと組み合わさって、疲労又は破損が生じてしまう。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的は、衝撃式削岩用のドリル素子の耐疲労性を大幅に改良することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、衝撃式削岩用のドリル素子の縮減断面積の部分における耐疲労性を大幅に改良することである。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、衝撃式削岩用のドリル素子のねじ部におけるねじ底の耐疲労性を大幅に改良することである。
【０００７】
上記の目的及びその他の目的は、下記の図面を参照にして、特許請求の範囲の独立請求項の特徴部分による特性を得た雄型部、ドリル・ビット及びねじ込み継手によって、達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１及び２に示す衝撃式削岩用のロッド１、２は、各々、その一端部におけるねじ付き雄型部３と、他方の端部における図には示されていないが同様の雄型部又は内側に雌ねじ部が付けられたスリーブ形の雌型部とを備える。雄型部３は、この場合には丸いロッド４に、望ましくは摩擦溶接によって接続されている。雄型部の最も弱い断面は、最も小さい断面部分であり、例えばねじクリアランス５及び最終ねじターン６である。
【０００９】
有限要素法（ＦＥＭ）を使用して行われた模擬屈曲試験において、雄型部の最も弱い断面での負荷を大幅に下げることによって、雄型部の耐用寿命を長くすることができることが分かった。
【００１０】
図３Ａ〜３Ｄに示す衝撃式削岩用ドリル・ロッド１０の端部には、雄ねじ部１２を備える本発明によるスピゴット又は雄型部１１が形成されている。このドリル・ロッドは、貫通フラッシュ・チャネル１３をさらに有している。フラッシュ媒体、一般には空気又は水がこのチャネル１３を通って導かれる。雄型部１１の端面は、リング形の当接面１４を形成しており、この当接面１４は、ドリル・ビットに接続される時にドリル・ビットの中央凹部の底における対応する環状当接面に接するためのものである。雄型部１１のねじ山の全輪郭を持つ領域は、最も小さい第一の断面積の領域Ｘを有する（図３Ｂにおいて示される破線領域を参照のこと）。雄型部１１は、ねじ山の全輪郭の領域に比較して大きな第二の断面積を持つ最終ねじターン１５又はねじ出口を備えている（図３Ｃにおいて示される破線領域Ｙを参照のこと）。雄型部の最も小さい断面積の領域は、ねじ山が全輪郭を持つ領域にあり、第二の断面積の領域は、第一の断面積の領域から１〜５ｍｍの間隔内にある。ねじ山１２は、雄型部の端部における第一部分１６に設けられている。第一部分１６の長さＬは、ねじ山の外周又は外径Ｄｙに接する想像上の直立円筒Ｃの衝撃伝達面１４の平面Ｐからの長さである（図３Ｄを参照のこと）。円筒Ｃの外径Ｄｙは、３７ｍｍより小さいことが望ましい。平面Ｐは中心線ＣＬに対して直角である。長さＬを円筒の直径Ｄｙによって割った値は、１〜２の範囲である。この値の範囲は、１．２〜１．９であることが望ましく、１．３〜１．６であることが最も望ましい。例として、長さＬ＝５７ｍｍ、Ｄｙ＝３２．８５ｍｍの雄型部の場合、商は約１．７となり、長さＬ＝４４．３ｍｍ、Ｄｙ＝３２．８５ｍｍの雄型部の場合、商は約１．３となる。当接面１４は、面取り部を通じて円筒形又は円錐形のスピゴット１７に繋がっている。スピゴット１７にはねじ山がなく、場合によっては、スピゴットは、接続部が取り付けられた後にドリル・ビットの凹部に向かうことが意図されている。スピゴット１７はねじ山１２に繋がっている。
【００１１】
図４に示す衝撃式削岩用のドリル・ビット２０は、ドリル・ヘッド２１及びシャンク又はスカート２２を備えている。ドリル・ヘッド２１及びスカート２２は、一体として実施される。ドリル・ビット２０と雄型部１０の共通の長手中心線ＣＬが図に示されている。ドリル・ビット２０は、内側雌ねじ部２４を備えている凹部２３を備え、この雌ねじ部２４が雄型部１０の雄ねじ部１２を受け入れる。本発明によるドリル・ビットのドリル・ヘッド２１は、図に示される実施態様において、超硬合金インサートの形を有する削岩手段を通常の方法で備えている。この削岩手段の中、環状に配置されている複数の周縁インサート２５及び２つのフロント・ボタン２６が図に示されている。複数のフラッシュ・チャネル２７がドリル・ビットの凹部２３とドリル・ヘッドの前面との間に軸線方向に延びている。当接面３０、いわゆるボトム当接面は、雄型部１０の当接面１４のために前記の凹部２３の底に設けられている。
【００１２】
ねじ山２４は、縮減断面積領域のねじクリアランス２８を備えている。ねじ山２４は凹部２３の第二の部分２９に設けられている。第二部分２９の長さＬ’は、ねじ山の内周Ｄｉに接する想像上の直立円筒Ｃ’の衝撃伝達面３０の平面Ｐ’からの長さである。円筒Ｃ’の内径Ｄｉは３７ｍｍより小さいことが望ましく、３６ｍｍ未満であることが望ましい。平面Ｐ’は中心線ＣＬに対して直角である。長さＬ’を円筒の直径Ｄｉで割った値は１〜２の範囲である。この値の範囲は、１．２〜１．９であることが望ましく、１．３〜１．９であることが最も望ましい。当接面３０は、肩部を介してねじクリアランス２８に繋がっている。ねじクリアランスはねじ山２４に繋がっている。例として、長さＬ’＝３９．７ｍｍ、Ｄｉ＝２９．５ｍｍのドリル・ビットの場合、商は約１．４となり、長さＬ’＝５２．５ｍｍ、Ｄｉ＝２９．５のドリル・ビットの場合、商は約１．８となる。
【００１３】
長さＬ、Ｌ’は、平面Ｐ、Ｐ’からねじ山が全輪郭を持つところまで計算される。言い換えると、直立円筒は、円筒がねじ山に接しなくなるか厚くなったねじ山の端部に接するまで、滑り嵌めによって平面Ｐ、Ｐ’からＬ、Ｌ’の距離又は長さ、雄型部１０を覆うか又は凹部２３の中で移動できなければならない。
【００１４】
図５においては、雄型部１０及びドリル・ビット２０を備えている本発明のねじ込み継手が示されている。雄型部１０は、衝撃伝達面１４と衝撃伝達面３０がぶつかるまでドリル・ビットにねじ込まれている。雄型部１０上の縮減断面積の部分が継手４０の自由端から比較的短い距離に設けられるので、この部分での曲げ応力は、てこがかなり長い従来の継手よりも小さい。雄型部及びドリル・ビットは、取り付け時に相互に滑り嵌めするために軸線方向にねじ山を越えてねじ山の半径方向外側に設けられている円筒形表面を備えている。
【００１５】
本発明は、ねじ山が短くなると曲げ応力が小さくなるという原理に基づいている。最終ねじターン又はねじクリアランスでの張力は、既知の継手と比較して約３０％低くなる。一般的に言って、各部品は、数回転例えば２回転のねじターンだけで、図３Ａ、４及び５から結論付けられるように、他方の部品と係合している。従来のねじ込み継手の場合、通常の工具寿命は約８５０ｍであるのに対して、新しい雄型部は継手が摩滅したと見なされるまでに約２０５０ｍに達した。
【００１６】
本願がその優先権を主張するスウェーデン国特許出願第０２０１９８９−１号における開示を参照することにより本願に組み込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のロッドの雄型部の側面図である。
【図２】従来のロッドの別の雄型部の側面図である。
【図３Ａ】ロッドの本発明に従った雄型部の側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの線Ｂ−Ｂに従った断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの線Ｃ−Ｃに従った断面図である。
【図３Ｄ】雄型部の斜視図である。
【図４】本発明によるドリル・ビットの軸方向断面図である。
【図５】本発明によるねじ込み継手の部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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