(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁リングに設けられた複数のインサート（７）と、これらの周縁のインサート（７）の半径方向の内側に配置された複数の前面インサート（９、１０）と、周囲の第２の面部（５）よりも凹んだ少なくとも第１の凹み面部（４）と、有する前面部（３）、
インサートを冷却すること及びドリルビットと孔壁との間でドリル掘り屑を運び去ることを目的とし、フラッシュ材を供給する少なくとも一つのフラッシュ材チャネル（１２）であって前記前面部の前記第１の凹み面部（４）で終結する前記フラッシュ材チャネル（１２）、及び
前記インサートをフラッシュし且つ冷却する目的と共に凹みスペース内にフラッシュ材のクッションを維持するために、前記第１の凹み面部（４）で規定された凹みスペース（１４）に接し且つ全体的に周囲を囲むエンドレスランド部（１３）の一部を構成する前記第２の面部（５）、
を有する先端部（１）を含む衝撃穿孔用の岩石ドリルビットであって、
一つまたは二つ以上の前記前面インサート（１０）が、前記凹みスペース（１４）の底を形成する前記第１の凹み面部（４）に設けられ、且つ前記前面インサート（１０）の少なくとも一つが、前記底から前記凹みスペース（１４）の深さより大きな距離突出すること、
を特徴とする衝撃穿孔用の岩石ドリルビット。
【請求項２】
前記第１の凹み面部（４）に固定される前記前面インサート（１０）が、前記第２の面部（５）に固定される前記前面インサート（９）の対応レベルから離れたレベルに突出することを特徴とする請求項１記載の岩石ドリルビット。
【請求項３】
前記凹みスペース（１４）の周囲を囲む前記エンドレスランド部（１３）が、前記ランド部と部分的に交わり且つ前記フラッシュ材チャネル（１２）が少なくとも部分的に終結する関連スペース（１５）で少なくとも凹むことを特徴とする請求項１または２記載の岩石ドリルビット。
【請求項４】
複数の例えば４つの等距離に隔たった前記関連スペース（１５）が前記エンドレスランド部（１３）に設けられ、且つ前記フラッシュ材チャネル（１２）が前記関連スペースの各々で終結することを特徴とする請求項３記載の岩石ドリルビット。
【請求項５】
前記第１の凹み面部（４）及び前記第２の面部（５）が、実質的に平らであり且つ互いに平行であり、前記ドリルビットの長さ方向中心軸に本質的に直角に広がることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の岩石ドリルビット。
【請求項６】
前記第１の凹み面部（４）の面積が、前記前面部（３）の総面積の３０〜６５、適切には４０〜５５％に達することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の岩石ドリルビット。
【請求項７】
ねじ接続部によって協動するドリルビット及びドリルチューブ、
雄ねじと雌ねじを含んでなる前記接続部、
前面部（３）を有し、且つ周縁リングに設けられる複数のインサート（７）と、前記周縁インサート（７）の半径方向内側に配置され且つ周囲の第２の面部（５）よりも凹んだ少なくとも第１の凹み面部（４）に形成される複数の前面インサート（９、１０）と、を含む先端部（１）を備える前記ドリルビット、
インサートを冷却すること及びドリルビットと孔壁との間でドリル掘り屑を運び去ることを目的とし、フラッシュ材を供給する少なくとも一つのフラッシュ材チャネル（１２）であって前記前面部の前記第１の凹み面部（４）で終結する前記フラッシュ材チャネル（１２）、及び
前記インサートをフラッシュし且つ冷却する目的と共に凹みスペース内にフラッシュ材のクッションを保持するために、前記第１の凹み面部（４）に規定された凹みスペース（１４）と接し且つ全体的に周囲を囲むエンドレスランド部（１３）の一部を構成する前記第２の面部（５）、
からなる衝撃穿孔用の岩石穿孔工具であって、
一つまたは二つ以上の前記前面インサート（１０）が前記凹みスペース（１４）の底を形成する前記第１の凹み面部（４）に設けられ、且つ前記前面インサート（１０）の少なくとも一つが前記底から前記凹みスペース（１４）の深さより大きな距離突出すること、
を特徴とする衝撃穿孔用の岩石穿孔工具。
【請求項８】
前記第１の凹み面部（４）に固定される前面インサート（１０）が、第２の面部（５）に固定される前面インサート（９）に対する対応レベルから離れたレベルにまで突出することを特徴とする請求項７記載の岩石穿孔工具。
【請求項９】
前記凹みスペース（１４）の周囲を囲むエンドレスランド部（１３）が、前記ランド部と部分的に交わり且つフラッシュ材チャネル（１２）が少なくとも部分的に集中する関連スペース（１５）で少なくとも凹ませられることを特徴とする請求項７または８記載の岩石穿孔工具。
【請求項１０】
複数の、例えば４つの、等距離に隔たった関連スペース（１５）が、エンドレスランド部（１３）に設けられ、且つフラッシュ材チャネル（１２）が前記関連スペースの各々に集中することを特徴とする請求項９記載の岩石穿孔工具。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、周縁リングに設けられた複数のインサートと、これらの周縁のインサートの半径方向の内側に配置された複数の前面インサートと、周囲の第２の面部よりも凹んだ少なくとも第１の面部と、有する前面部、
インサートを冷却すること及びドリルビットと孔壁との間で前面部の凹み面部に終結するドリル掘り屑を運び去ることを目的とし、フラッシュ材（flush medium）を供給する少なくとも一つのチャネル、及び
上記インサートをフラッシュし且つ冷却する目的と共に凹みスペース内にフラッシュ材のクッションを維持するために、第１の面部で規定された凹みスペースに接し且つ全体的に周囲を囲むエンドレスランド部の一部を構成する上記第２の面部、
を有する先端部を含む衝撃穿孔用の岩石ドリルビットに関する。また、本発明は衝撃穿孔用の岩石穿孔工具に関する。
先行技術
例えば、スウェーデン特許第３５９，３５０号、米国特許第３，３８８，７５６号、カナダ特許第１，３００，１２４号にる既知の各々のドリルビットは、ドリルビット自体の凹部と実質的に同じ深さである溝を介して、先端部の周囲部分と連絡するフラッシュ材チャネルと協動する凹みスペースを有する。この溝の目的は、ドリル掘り屑の素早い効果的な除去を保証することを主目的とするために、先端部とその周囲を囲む孔壁との間のリング形状スペースまで、フラッシュ材の有効な供給を保証することを主としている。しかしながら、排出溝が先端部の環状外側面に向かう方向への素早いフラッシュ材の排液を可能にする周囲環境は、前面インサート特に中央前面インサートの冷却を不足させることを同時にもたらす。前面インサートのサブスタンダード冷却がインサート上に爬虫類状の外皮（reptile skin）と呼ばれる採鉱の決定的な原因を構成することを、本発明に関する調査が示した。爬虫類状の外皮は、断続的な衝撃運動に関する最高温度と最低温度との大きな変動より、超硬合金を含むインサートにおいて連続して発達する微細割れの模様から成る。実際には、検討したタイプの岩石ドリルビットは、例えば５０Hz（３０００衝撃／分）の衝撃周波数及び例えば８０回転／分の回転速度で操作される。たとえフラッシュ材の圧力がかなり高くても（例えば水で８バール）、特に個々のインサートが衝撃を完逐する場合、冷却効率が、その瞬間の跳躍によって温度上昇を示す何かを不足させる。高温度に関する問題は、鉱物含有岩石例えばマグネタイトの穿孔に関して特に知らされている。微細割れにより形成された爬虫類上外皮が相当短時間の研削により除去されないならば（例えば１００ｍの穿孔後）、微細割れが深い割れに発達し、個々のインサート破壊をかなり早める。これは回転中にドリルビット全体の破壊をもたらす。
回転ドリルビットのインサートの冷却及び洗浄に関して米国特許第４７７，４１１号は、ドリルビットの前面部に複数のエンドレスランド部を設けることを提案し、このランド部が枠にはめられ且つフラッシュ材の供給用のチャネルが終結する凹みスペースを全体的に周囲を囲む。フラッシュ材がこのオリフィスを通って供給される場合、クッションがフラッシュ材によりこの凹みスペースに形成される。しかしながら、ドリルビットの前面インサートの全てが、ただ単にランド部に設けられる。これは、フラッシュ材の冷却効果は限定した寸法のみが改良されることを意味する。なぜなら、中央部インサートを含む全てのインサートが環状に広がって形成されるフラッシュ材クッションから隔てられるために、各インサートがエンドレスランド部によって境が作られる。
同様の回転穿孔用のドリルビットが米国特許第３，３２２，２１８号及びヨーロッパ特許第０，３２５，２７１号に記載される。
発明の目的及び特徴
本発明は初期に既知の上記岩石ドリルビットの欠点を回避し、且つ衝撃穿孔用に改良されたドリルビットを創作することを意図する。すなわち、本発明の第１の目的は、ドリルビット及び岩石穿孔工具を創作する。前面インサートは、インサートに爬虫類状の外皮の発達を抑制するために、初期に既知のドリルビットの対応インサートよりさらに効果的に冷却され、主目的全てがドリルビットと岩石穿孔工具との使用寿命を増加させる。冷却能力の改良及び工具寿命の増加に代え、製造価格の実質的増加を生じさせないような構造単純性を維持するドリルビットと岩石穿孔工具とを創作することも目的である。
本発明にしたがう主目的の一つは、独立請求項の特徴部分に記載される特性によって達成される。本発明の有利な実施態様は従属請求項にさらに定義される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明にしたがうドリルビットの先端部を説明する部分斜視図であり、
図２は、図１にしたがう先端部の平面図であり、
図３は、図２のＡ−Ａ断面であり、且つ
図４は、図２のＢ−Ｂ断面である。
本発明の好ましい実施例の詳細な説明
実質的に環状の先端部１及びさらに細いシャフト２を通常の状態で含むドリルビットを図に示す。先端部１は３で示された前面部または前側部を構成し、そこに複数のインサートが設けられる。さらに明確には、前面部は周囲を囲む第２の面部５に対して所定の深さまで凹ませた第１の面部４を有する。面部５と先端部周辺との間の第３の面部６は円錐形状である。この円錐面上で先端部の周縁リングに複数のインサート７が設けられる。例えば、図２から明確にされるように、真の先端部よりいくぶん大きい直径を穿孔する際に孔を機械加工するために、この場合のインサート７は先端部周囲の外側にいくぶん突き出る。凹部（recess）８が、隣合う周縁インサート７の間のフラッシュ材（flush medium）が通過できる領域に設けられる。それらの位置に依存してそれぞれ９及び１０で示される複数の前面インサートが、周縁インサート７の内側領域に設けられる。岩石ドリルビットは、例えばねじ接続部によって、ドリル側桁内の図示してないドリルチューブに連結される。このチューブは流体を運搬するためのチャネルを備える。ねじ接続部は、図示してない雌ねじと雄ねじを有する。組み立てたときに、岩石ドリルビットとドリルチューブとが岩石穿孔工具を構成する。
図３と４から明らかなように、フラッシュ材用の主チャネル１１がドリルビット内に設けられる。この主チャネルが、この前方端部で凹み面部４にまず終結する複数の枝チャネル１２の前方端部に達する。この接続部において、一つまたは二つ以上のフラッシュ材チャネルが上記凹部８に終結できることに注目される。フラッシュ材は、実際には水または空気からなる。
第２の面部５が、エンドレスランド部または材料部分１３の一部を構成し、実施例においては実質的に環状リング形状である。エンドレス及びリング形状とすることによって、このランド部１３が第１の面部４に接する凹みスペース１４を完全に取り囲む。換言すれば、ランド部１３は、この実施例においては主に環状で浅いスペース１４であるけれども、第１の面部４からなる底に接する円周縁を形成する。示された実施例において、面部４、５の双方が実質的に平面であり且つ互いに平行である。この面部は、ドリルビットの長手中心軸に直行して実質的に延在する。エンドレスランド部１３を有することによって、すなわち、排出溝の形状の各崩壊が不足し、チャネル１２を通って送りだされるフラッシュ材が、エンドレスランド部によって常時保持されるクッションまたはプールを形成できる。
９で示される４つの前面インサートが、リング形状の平らな面部５に固定される。実施例においては、これらの前面インサートは等距離の間隔に配置される。１０で示す残りの４つの前面インサートは、凹み面部または底４に、さらに厳密には不規則なパターンで固定される。図３と４から明らかなように、これらの前面インサート１０は、周囲を囲むリング状の面部５に対して凹まされたこの面の深さよりもさらに面部４から突出している。示された実施例において、前面インサート１０は、前面インサート９の高さと実質的に等しい高さを有する。これは、インサート１０が、前面インサート９の共通平面レベルと隔たった共通平面レベルにまで突出していることを意味する。換言すれば、中央前面インサート１０が、取り囲んださらにその周縁前面インサート９に対しいくぶん凹んでいる。
実際に、全てのインサートは、超硬合金から都合良く作られる。インサートの形状はかなり変化させることができる。すなわち、その形状は、球形状、円錐状、弾道状またはセミ弾道状にすることができる。
図２から明らかなように、複数の協動スペース１５が、上記ランド部を部分的に交わるエンドレスのリング形状ランド部１３に凹ませて作られる。さらに正確には、４つの等距離に隔たった協動スペース１５がランド部に設けられる。個々の協動スペース１５の各々は実質的に半円形である。フラッシュ材用の個々の枝チャネル１２が、この協動スペース１５の各々の平らな底に、少なくとも部分的に終結する。また、個々の協動スペース１５のそれぞれが二つの隣接する外側前面インサート９の間のほぼ中間に配置させることが注目される。すなわち、スペース１４に形成されるフラッシュ材のクッションは、４つの等距離の分割チャネルを介してフラッシュ材で連続的に充満され、スペースの全ての部分へのフラッシュ材の均一放出を保証する。
実際に、第１の領域すなわち凹み面部４が、円錐面６と面部５とが接する環状縁１６内側に存在する平らな面の全領域の３０〜６５適切には４０〜５５％に達することができる。換言すれば、スペース１４が、前面部全体の相対的に大きな部分を占める。スペース１４の深さは、かなり広い限定内で、例えば、通常の直径のドリルビットに対しては１〜７ｍｍの範囲で変化する。示された実施例においては、ドリルビットが約１００ｍｍの外側作用直径を有する場合、プール状スペース１４の深さが約２．５ｍｍに達する。それに関連して、インサート９、１０の高さが、６〜１２適切には８〜１０ｍｍの範囲にある。
エンドレスリング状ランド部１３が連続的に維持されるフラッシュ材のクッション、例えば水のクッションの形成をスペース１４内に保証するので、特に、中央に位置する前面インサート１０が、ドリルビットの全作用段階におけるインサートの能率的な冷却の際、すなわち、各部分の個々の衝撃運動並びに各部分の復帰運動の際、フラッシュ材を多用途状態且つ集中的にフラッシュされる。それぞれの衝撃がフラッシュ材で前面インサートをさらに浸す。エンドレスランド部が深い排出溝を十分に持っていないので、実質的に均等に分布する半径方向に向かう流れの中で、凹みスペース１４から、孔壁と先端部の表面との間のリング状スペースまで、さらに正確には、ランド部の平らな面部５を介して、フラッシュ材がクッションから流れ去ることができる。また、これはインサート７と９が実質的に均等に分布する冷却を施される。
本発明の変更
本発明は記載した実施態様及び添付図面には限定されない。したがって、先端部の前面部は、二つまたはそれ以上のスペースに凹ませることができる。さらにそのうえに、凹みスペース内の連続底と、周囲を囲むエンドレスランド部上の連続面とはそれぞれのレベルで隔てられ、それぞれの部分面は平面にする必要はない。例えば、この底は凹みスペース内でいくぶんドーム状の形を有することができる。さらにその上に、エンドレスランド上の周囲を囲む面部は、完全に平らな形状と異なる構造を有することができる。例えば、後者の面部は粗くすることが可能である。本発明の本質的な特徴は、プール状の凹みスペースと接するエンドレスランド部が、フラッシュ材の集中排出を可能とする深い溝を持たないことである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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