JP2012197667A - ロックビット - Google Patents

Abstract

【課題】坑壁からの面圧を低減、かつ振動発生を抑制することができるロックビットを提供する。
【解決手段】ジャーナル部２を有するビットボディ４と、前記ビットボディ４に対して回転可能なコーン部６と、前記コーン部６とジャーナル部２の間の軸受部８と、前記コーン部６とジャーナル部２の間に設けられ、前記軸受部８を密封するためのシール１０とを備えるトリコンビットと、前記トリコンビットの外周に固定され、先端に坑井の側壁と接触するリングビット３２が設けられている円筒形のリング部３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はロックビットに関するものである。

坑井掘削用のロックビットとして、従来からトリコンビットが用いられている。
トリコンビットは、図２に示すようにジャーナル部２を有するビットボディ４と、ビットボディ４に対して回転可能なコーン部６と、コーン部６とジャーナル部２の間の軸受部８と、コーン部６とジャーナル部２の間に設けられ、軸受部８を密封するためのシール１０を備える。コーン部６には多数の超硬チップ１２、１４が埋め込まれている。この超硬チップは坑井の底部と接触する超硬チップ１２と、坑井の側壁と接触するゲージチップ１４を含む。コーン部６には、ゲージチップ１４の内側（ビットボディ４とジャーナル部２の方向）に坑井の側壁と接触するゲージサーフェイス１６が形成され、このゲージサーフェイス１６にも超硬チップ（ゲージサーフェイスチップ）１８が配置されている。ゲージサーフェイス１６に配置されている超硬チップ１８は、超耐摩耗性を有するが、坑壁を研削しないでチッピング、圧壊させている。図２に示すように軸受部８にはボールベアリング８ａとメタルベアリング８ｂが設けられている。

特許文献１ではゲージチップ及びゲージサーフェイスチップの耐摩耗性強化のため、天然または人造ダイヤの超高圧手法での検討が示され、特許文献２ではゲージサーフェイスに多結晶ダイヤと超硬合金チップを配して耐摩耗性を強化している。特許文献１も特許文献２もチップが積極的に坑壁を削るようには設定していない。

特許文献３には坑井の掘削径を一定にするためにゲージサーフェイスを維持する試みが開示されている。特許文献３においては、多結晶ダイヤ（ＰＤＣ、ＴＳＰ）、ＣＢＮなどを超硬合金と複雑に組み合わせて、かつチップ形状を整えて坑壁を切削する試みを示しているが、これらはゲージサーフェイスの耐摩耗性を目的とした強化策であり、応力、振動を抑制するためのものではなく、従って、軸受部８やシール１０を保護する目的のものではない。

シール１０に関しては、その構造に関する研究（特許文献４では２重シールについての強化策が提案されている。）と、シール材料の研究（例えば特許文献５ではＯリングの表面改質が提案されている。）に重点が置かれている。

米国特許第５１１９７１４号明細書 米国特許第４９４００９９号明細書 米国特許第５３４６０２６号明細書 米国特許第６４３１２９３号明細書 米国特許第５４５６３２７号明細書 米国特許第６８３７３１７号明細書 国際公開２００６／０８０３０２号公報 （米国特許第６３７９８１号明細書） 日本国特願第２００９−１４２８３７号

坑井掘削用ロックビットの懸案の一つに、泥水がシール１０を通過して軸受部８に進入し、この泥水が研磨材になってシール１０、ベアリング８ａ、８ｂを摩滅させることがある。ベアリング８ａ、８ｂを摩滅すると、コーン部６の回転が歪み、超硬チップ１２、１４が岩石と滑りを生じて磨耗が促進する。さらには、ジャーナル部２からコーン部６が抜け落ちる重大な事故を引き起こすおそれがある。

掘削中のビットに掛る坑井側壁からの圧力（図２のＦ）はコーン部６が抜け落ちる方向（水平方向）に働く。この坑壁からの圧力は全てベアリング８ａ、８ｂが受け止めている。ロックビットにおいては、ゲージサーフェイス１６の摩耗防止のためにゲージサーフェイス１６に超硬チップ（時にはＰＣＤチップ）１８等を配置している。この超硬チップ１８等は１mmほど頭出し状態で圧入され、コーン部６の回転に伴い坑壁岩盤を砕き、押し潰している。無理やりに側壁を押し潰す事によってコーン部６は坑壁から極めて大きな圧力を受ける。これらの水平方向の圧力Fは全てベアリング８ａ、８ｂが受け止めるため、ベアリング８ａ、８ｂには急激に摩耗、疲労を引き起こされる。

また、ビットボディ４は長く伸びた先端部にジャーナル部２を形成してコーン部６を支える仕組みになっているが、見掛けほど頑丈ではなく、ビットボディ４の先端部には過大な力の集中があり、坑壁からの圧力でたわみを生じコーン部６の回転を歪ませて超硬チップ１４、１６の磨耗を促進する。まれにはビットボディ４の破損を引き起こす事例もある。

コーン部６の回転に伴いゲージサーフェイス１６に埋め込まれた超硬チップ１８の凸部が坑壁を接線方向に叩き、岩盤にチッピングを起こして掘削するが、この時コーン部６は激しい振動を発生する。この振動の方向は水平であるため、シール１０への土砂噛み込みを助長している。これはシール１０の摩滅と、土砂の軸受部８への進入、そしてその土砂が研摩材となって軸受けおよびベアリングを摩滅させる。

本発明の主な目的は、坑壁からの面圧を低減、かつ振動発生を抑制することができるロックビットを提供することにある。

本発明は、ジャーナル部２を有するビットボディ４と、ビットボディに対して回転可能なコーン部６と、コーン部とジャーナル部の間の軸受部８と、コーン部とジャーナル部の間に設けられ、軸受部を密封するためのシール１０とを備えるトリコンビットと、このトリコンビットの外周に固定され、先端に坑井の側壁と接触するリングビット３２が設けられている円筒形のリング部３０と、を備える、ロックビットである。トリコンビットのコーン部６には、従来例と異なり、坑井の側壁と接触するゲージチップ１４が設けられておらず、坑井の底部と接触する超硬チップ１２のみが設けられている。
リングビットにダイヤモンド複合材料を設置、好ましくは広く滑らかに設置することができる。
リングビットに超硬合金或いは鉄系金属などと積層した文献７，８記載のダイヤモンド複合材料を設置、好ましくは広く滑らかに設置することができる。

本発明によれば、掘削坑の外周部を円筒状のリング部３０のビット３２で研削して、残った中央部の円柱状岩石を通常のトリコンビットで掘削するとすれば、トリコンビットのゲージサーフェイスに坑壁からの圧力は掛からない。

ビット外周部は回転スピードが速く、リングビットの研削条件にマッチングするが、中央部は回転速度が遅いために、従来例によるトリコンビットで砕きながら掘削すると理想的である。また、円筒状のリング部３０は、掘削屑がシール１０への侵入することを防ぎ、さらに冷却効率が高まることで、地熱などの高温からシールを保護する。この場合トリコンビットは掘削径を維持する役目を必要とせず、（リングビットに役目を移管する）ゲージサーフェイス磨耗などの心配は不要である。

さらにシールには平行方向の圧力と振動は掛からず、ビットコーン部は理想的な環境で回転できる。

本発明の一実施例によるロックビットの断面図である。 従来例によるロックビットの断面図である。

図１に基づいて、本発明の実施例によるロックビットを説明する。このトリコンビットは、ジャーナル部２を有するビットボディ４と、ビットボディ４に対して回転可能なコーン部６と、コーン部６とジャーナル部２の間の軸受部８を有する。軸受部８はボールベアリング８ａとメタルベアリング８ｂを備える。ロックビットは更に、コーン部６とジャーナル部２の間に設けられ、軸受部８を密封するためのシール１０を備える。

ビッドボディ４の外周部にリング部３０が設けられている。このリング部３０の先端にはリングビット３２が設けられている。また、トリコンビットのコーン部６には坑井の側壁と接触するゲージチップ、ゲージサーフェイスチップが設けられておらず、坑井の底部と接触する超硬チップ１２のみが設けられている。

リングビット３２には、ダイヤモンド複合材料（図示せず）が設置、好ましくは広く滑らかに設置されている。
このダイヤモンド複合材料としては前述した製造方法で製造した特許文献７或いは特許文献８に記載のダイヤモンド複合材料を用いることができる。特に、特許文献８に記載のダイヤモンド複合材料を超硬合金、鉄系金属などと積層させてリングビット３２に設置、好ましくは広く滑らかに設置することができる。この複合材料の厚さはリングビット３２の厚さ（例えば１〜５ｃｍ）とほぼ同じにすることができる。

この実施例のロックビットによれば、掘削坑の外周部を円筒状のリング部３０の先端のリングビット３２で研削して、残った中央部の円柱状岩石を通常のリング部３０の内側のトリコンビットで掘削するとすれば、トリコンビットのゲージサーフェイス１６に坑壁からの圧力は掛からない。

ビット外周部は回転スピードが速く、リングビットの研削条件にマッチングするが、中央部は回転速度が遅いために、従来例によるトリコンビットで砕きながら掘削すると理想的である。また、円筒状のリング部３０は、掘削屑がシール１０への侵入することを防ぎ、さらに冷却効率が高まることで、地熱などの高温からシール１０を保護する。

この事から、トリコンビットの外周部にリングビットを設置して、リングビット３２とトリコンビットを融合した形状も有効である。（以後：融合ビット）
この場合トリコンビットは掘削径を維持する役目を必要とせず、（リングビットに役目を移管する）ゲージサーフェイス磨耗などの心配は不要である。
さらにシール１０には平行方向の圧力と振動は掛からず、リング部３０は理想的な環境で回転できる。

２ ジャーナル部
４ ビットボディ
６ コーン部
８ 軸受部
８ａ ボールベアリング
８ｂ メタルベアリング
１０ シール
１２、１４ 超硬チップ
１４ ゲージチップ
１６ ゲージサーフェイス
１８ ゲージサーフェイスチップ
２０ ダイヤモンド複合材料
３０ リング部
３２ リングビット

Claims (4)

1. ジャーナル部を有するビットボディと、
   前記ビットボディに対して回転可能なコーン部と、
   前記コーン部とジャーナル部の間の軸受部と、
   前記コーン部とジャーナル部の間に設けられ、前記軸受部を密封するためのシールとを備えるトリコンビットと、
   前記トリコンビットの外周に固定され、先端に坑井の側壁と接触するリングビットが設けられている円筒形のリング部と、を備える、ロックビット。
2. 前記リングビットにダイヤモンド複合材料を設置した、請求項１記載のロックビット。
3. 前記ダイヤモンド複合材料は、超硬合金と積層して設置されている、請求項１または２に記載のロックビット。
4. 前記ダイヤモンド複合材料は、鉄系金属と積層して設置されている、請求項１または２に記載のロックビット。