(57)【要約】【課題】  シール部材の内周面側の横断面形状を台形状に形成することにより、シール部材の内周面と軸受けシャフトの外周面との間に形成される隙間を小さくして該隙間に掘削泥水が巻き込みにくくすると共に、軸受けシャフトの外周面に対して摺動する内周面の面積（摺動幅）を大きくし、もって、シール部材の内周面及び軸受けシャフトの外周面の摩耗を低減させてシール寿命を大幅に延ばすことができるシール部材及びこれを用いた掘削用ビット装置を得る。【解決手段】  内周面３１と外周面３２とを備えた環状のシール部材３０であって、シール部材３０の横断面形状が、内周面３１側と外周面３２側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面と外周面とを備えた環状のシール部材であって、
前記シール部材の横断面形状が、前記内周面側と前記外周面側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されていることを特徴とするシール部材。
【請求項２】
請求項１に記載のシール部材において、
前記横断面形状にあって前記内周面側が台形状に形成されている場合、該内周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上であることを特徴とするシール部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシール部材において、
前記横断面形状にあって前記外周面側が台形状に形成されている場合、該外周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上であることを特徴とするシール部材。
【請求項４】
カッター部材と、
前記カッター部材を回転可能に支承する軸受けシャフトと、
前記カッター部材と前記軸受けシャフトとの隙間に設けられた、該隙間を通って外部から内部に向かって泥水が浸入するのを防止するための環状のシール部材とを備え、
前記シール部材は、内周面と外周面とを有し、該シール部材の横断面形状が該内周面側と該外周面側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されていることを特徴とする掘削用ビット装置。
【請求項５】
請求項４に記載の掘削用ビット装置において、
前記横断面形状にあって前記内周面側が台形状に形成されている場合、該内周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上であることを特徴とする掘削用ビット装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の掘削用ビット装置において、
前記横断面形状にあって前記外周面側が台形状に形成されている場合、該外周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上であることを特徴とする掘削用ビット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール部材及びこれを用いた掘削用ビット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油井戸、ガス井戸、温泉井戸、水井戸等の掘削に使用される掘削用ビット装置は、例えば、３個の軸受けシャフトが設けられており、この各軸受けシャフトにカッター部材が回転可能に支承されている。
【０００３】
その軸受けシャフトにはカッター部材が滑らかに回転するようにグリースが充填され、軸受けシャフトの摩擦防止が図られている。軸受けシャフトとカッター部材との隙間には、ゴム製の環状シール部材が設けられている。このシール部材は、軸受けシャフトの内部から外部に向かってグリースが流出するのを防止すると共に、坑井戸の掘削泥水が軸受け内部に侵入するのを防止するためのものである（例えば、特許文献１参照。））。
【特許文献１】米国特許第６５３６５４２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５（ａ）には、従来のシール部材６０の横断面を示し、（ｂ）はその部分拡大横断面を示している。また、図６（ａ）（ｂ）には、軸受けシャフト４０とカッター部材５０との隙間に設けられた従来のシール部材６０の横断面を示している。図５及び図６に示すように、従来のシール部材６０は、内周面６１及び外周面６２共に横断面形状がＲ形状に形成されている。図６によく示すように、シール部材６０は、その内周面６１が軸受けシャフト４０の外周面４１を摺動するようになっており、シール部材６０の内周面６１と軸受けシャフト４０の外周面４１との間には、二つの大きな隙間が形成されている。この隙間の一つである内周面６１の外側部分６３には、掘削泥水が侵入しており、シール部材６０は、内周面６１の外側部分６３に掘削泥水が侵入している（巻き込んでいる）状態で、軸受けシャフト４０に対して摺動している。
【０００５】
従って、内周面６１の外側部分６３に侵入している掘削泥水によって、シール部材６０の内周面６１、特に内周面６１の外側面６１ａが摩耗すると共に、シール部材６０の内周面６１が摺動する軸受けシャフト４０の外周面４１が摩耗してしまう。特に、掘削泥水が大きな粒度の削り屑を有している場合などには、その摩耗量も大きくなる。
【０００６】
従来のシール部材６０は、上述のように内周面６１の横断面形状がＲ形状に形成されているため、軸受けシャフト４０の外周面４１に対して摺動する内周面６１の面積（摺動幅）が小さく、内周面６１の外側部分６３が大きくなっている。従って、内周面６１の外側部分６３に掘削泥水が巻き込みやすく、その結果、シール部材６０の内周面６１及び内周面６１が摺動する軸受けシャフト４０の外周面４１が非常に摩耗しやすいと問題があった。シール部材６０の内周面６１及び軸受けシャフト４０の外周面４１の摩耗が進むと、シール締め代が減り、掘削に伴うカッター部材５０の揺動によって軸受けシャフト４０内のグリースが流出すると共に、掘削泥水が軸受け内部に侵入してしまい、その結果、軸受けの急速な摩耗を引き起こし使用不可能となり、ビット装置の寿命を短縮したり、補修による稼働効率の低下を招来してしまう。
【０００７】
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、シール部材の内周面側の横断面形状を台形状に形成することにより、シール部材の内周面と軸受けシャフトの外周面との間に形成される隙間を小さくして該隙間に掘削泥水が巻き込みにくくすると共に、軸受けシャフトの外周面に対して摺動する内周面の面積（摺動幅）を大きくし、もって、シール部材の内周面及び軸受けシャフトの外周面の摩耗を低減させてシール寿命を大幅に延ばすことができるシール部材及びこれを用いた掘削用ビット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内周面と外周面とを備えた環状のシール部材であって、前記シール部材の横断面形状が、前記内周面側と前記外周面側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されていることを特徴とするシール部材を提供する。
【０００９】
また、前記横断面形状にあって前記内周面側が台形状に形成されている場合、該内周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上にする方が好ましい。また、前記横断面形状にあって前記外周面側が台形状に形成されている場合、該外周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上にする方が好ましい。
【００１０】
また、本発明は、カッター部材と、前記カッター部材を回転可能に支承する軸受けシャフトと、前記カッター部材と前記軸受けシャフトとの隙間に設けられた、該隙間を通って外部から内部に向かって泥水が浸入するのを防止するための環状のシール部材とを備え、前記シール部材は、内周面と外周面とを有し、該シール部材の横断面形状が該内周面側と該外周面側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されていることを特徴とする掘削用ビット装置を提供する。
【００１１】
また、前記横断面形状にあって前記内周面側が台形状に形成されている場合、該内周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上にする方が好ましい。また、前記横断面形状にあって前記外周面側が台形状に形成されている場合、該外周面の幅寸法は、前記シール部材の幅寸法の６０％以上にする方が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、内周面と外周面とを備えた環状のシール部材であって、前記シール部材の横断面形状が、前記内周面側と前記外周面側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されているため、摩耗を低減させてシール寿命を大幅に延ばすことができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、カッター部材と、前記カッター部材を回転可能に支承する軸受けシャフトと、前記カッター部材と前記軸受けシャフトとの隙間に設けられた、該隙間を通って外部から内部に向かって泥水が浸入するのを防止するための環状のシール部材とを備え、前記シール部材は、内周面と外周面とを有し、該シール部材の横断面形状が該内周面側と該外周面側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されているため、摩耗を低減させてシール寿命を大幅に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかるシール部材及びこれを用いた掘削用ビット装置を実施するための最良の形態について図面を参照しながら述べる。図１には、本発明にかかるシール部材３０が用いられた掘削用ビット装置としてのロックビット装置１の横断面を示している。図１に示すように、ロックビット装置１は、軸受けシャフト２と圧力バランス機構３とが設けられている。圧力バランス機構３は、ダイヤフラム４を有している。ダイヤフラム４は、外圧Ｐ２と内圧Ｐ１との圧力バランスを保つ役割を果たしている。
【００１５】
軸受けシャフト２には、カッター部材５が回転可能に支承され、その軸受けシャフト２にはボールベアリング６等の軸受部品が配設されている。そのボールベアリング６等の軸受部品には、ロックビット装置１の本体部７に形成された通路８及び軸受けシャフト２に形成された通路９を通ってグリースが供給されている。
【００１６】
図２に拡大して示すように、カッター部材５にはゴム製の環状シール部材３０が配設されている。このシール部材３０は、軸受けシャフト２とカッター部材５との隙間１１に設けられており、この隙間１１を通って外部から内部に向かって泥水が浸入するのを防止すると共に坑井戸の掘削泥水が軸受け内部に侵入するのを防止する役割を果たしている。
【００１７】
図３（ａ）には、環状のシール部材３０の横断面を示し、（ｂ）はその部分拡大横断面を示している。また、図４（ａ）（ｂ）には、軸受けシャフト２とカッター部材５との隙間１１に設けられたシール部材３０の横断面を示している。図３及び図４に示すように、シール部材３０は、内周面３１と外周面３２を有しており、シール部材３０の横断面形状が内周面３１側と外周面３２側のうち少なくともいずれか一方側が台形状に形成されている。図示のものは、シール部材３０の横断面形状が内周面３１側のみ台形状に形成されており、外周面３２側はＲ形状に形成されている。図４によく示すように、シール部材３０は、その内周面３１が軸受けシャフト２の外周面２１を摺動するようになっており、シール部材３０の内周面３１と軸受けシャフト２の外周面２１との間には、二つの小さな隙間が形成されている。この隙間の一つであるシール部材３０の内周面３１の外側部分７１には、掘削泥水が僅かに侵入しており、シール部材３０は、内周面３１の外側部分７１に掘削泥水が僅かに侵入している（僅かに巻き込んでいる）状態で、軸受けシャフト２に対して摺動している。
【００１８】
しかしながら、シール部材３０の内周面３１の横断面形状が台形状に形成されているため、内周面３１の外側部分７１の隙間が非常に小さく、該隙間に掘削泥水が巻き込みにくくなっていると共に、軸受けシャフト２の外周面２１に対して摺動する内周面２１の面積（摺動幅）を大きくすることができ、シール部材３０の内周面３１及び軸受けシャフト２の外周面２１の摩耗を低減させてシール寿命を大幅に延ばすことができる。
【００１９】
内周面の横断面形状がＲ形状である従来のシール部材と、内周面３１の横断面形状が台形状に形成された本発明のシール部材３０との摩耗量の比較実験を行い、表１にはそのときの実験データを示している。また、図４（ａ）にはシール部材３０の内周面３１の摩耗量を示し、図４（ｂ）には軸受けシャフト２の外周面２１の摩耗量を示している。また、図６（ａ）には従来のシール部材６０の内周面６１の摩耗量を示し、図６（ｂ）には従来における軸受けシャフト４０の外周面４１の摩耗量を示している。この実験は、ビット装置の軸受けをシミュレートしたローター・ステーター試験機を用いて行い、ローター・ステーターは適当な温度に加熱された掘り屑を含む、加圧された掘削泥水中に配置されている。また、シール部材の内側には圧力（内圧）が維持されたグリースが充填されており、シール部材の外側には圧力（外圧）が維持された泥水が存在しており、外圧と内圧との圧力差は２ｋｇ／ｃｍ2である。また、温度は１００℃、回転数は５００ｒｐｍ、試験時間は４０時間である。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１及び図４、５に示すように、本発明に係るシール部材３０の内周面３１と従来のシール部材６０の内周面６１との摩耗量を比較すると、従来のシール部材６０よりも本発明に係るシール部材３０の方が内周面の摩耗量が小さいことがわかる。より具体的に説明すると、本発明に係るシール部材３０を用いた場合、シール部材３０の内周面３１の摩耗量が０．２０ｍｍ、軸受けシャフト２の外周面２１の摩耗量が０．１７ｍｍで、摩耗率が５３％となっている。一方、従来のシール部材６０を用いた場合、シール部材６０の内周面６１の摩耗量が０．２２ｍｍ、軸受けシャフト４０の外周面４１の摩耗量が０．３９ｍｍで、摩耗率が８７％となっている。従って、本発明のシール部材３０の内周面３１の摩耗率が、従来のシール部材６０の内周面６１の摩耗率に比べて３４％も低くなっているのがわかる。
【００２２】
以上のように、本発明によれば、シール部材３０の内周面３１側の横断面形状を台形状に形成して、シール部材３０の内周面３１と軸受けシャフト２の外周面２１との間に形成される隙間を小さくして該隙間に掘削泥水が巻き込みにくくすると共に、軸受けシャフト２の外周面２１に対して摺動するシール部材３０の内周面３１の面積（摺動幅）を大きくしているため、シール部材３０の内周面３１及び軸受けシャフト２の外周面２１の摩耗を低減させてシール寿命を大幅に延ばすことができる。また、シール部材３０の内周面３１側が台形状に形成されている場合、該内周面３１の幅寸法を、シール部材３０の幅寸法の６０％以上にする方が、シール部材３０の内周面３１の面積（摺動幅）をより大きくすることができ、摩耗をより低減させてシール寿命をさらに延ばすことができるため好ましい。
【００２３】
また、上記実施の形態では、内周面３１の外側部分７１に侵入している掘削泥水による摩耗を低減させるために、シール部材３０の内周面３１の横断面形状を台形状に形成しているが、シール部材の外周面の摩耗を低減させる場合には、外周面の横断面形状を台形状に形成すればよい。外周面側が台形状に形成されている場合、該外周面の幅寸法を、シール部材３０の幅寸法の６０％以上にする方が、シール部材３０の外周面の面積をより大きくすることができ、摩耗をより低減させてシール寿命をさらに延ばすことができるため好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明にかかるシール部材及びこれを用いた掘削用ビット装置の実施の形態を示す横断面図である。
【図２】図２は、上記実施の形態を示す部分拡大横断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明に係るシール部材の一例を示す横断面図、（ｂ）はその部分拡大横断面図である。
【図４】図４は、本発明に係るシール部材の摩耗量を示す概略図である。
【図５】図５（ａ）は従来のシール部材の一例を示す横断面図、（ｂ）はその部分拡大横断面図である。
【図６】図６は、従来のシール部材の摩耗量を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    ロックビット装置                        ２    軸受けシャフト
３    圧力バランス機構                        ４    ダイヤフラム
５    カッター部材                            ６    ボールベアリング
７    本体部                                  ８    通路
９    通路                                  １１    隙間
２１    外周面                                ３０    シール部材
３１    内周面                                ３２    外周面
７１    外側部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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