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▶ サンドヴィック マイニング アンド コンストラクション ツールズ アクティエボラーグの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-18
(54)【発明の名称】ドリルビットを円錐接続するための低応力キャビティ
(51)【国際特許分類】
E21B 10/00 20060101AFI20231011BHJP
B28D 1/14 20060101ALI20231011BHJP
B25D 17/02 20060101ALI20231011BHJP
【ＦＩ】
E21B10/00 B
B28D1/14
B25D17/02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023519718
(86)(22)【出願日】2021-09-30
(85)【翻訳文提出日】2023-05-22
(86)【国際出願番号】 EP2021076976
(87)【国際公開番号】W WO2022069653
(87)【国際公開日】2022-04-07
(31)【優先権主張番号】20199285.6
(32)【優先日】2020-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520344785
【氏名又は名称】サンドヴィック マイニング アンド コンストラクション ツールズ アクティエボラーグ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】クラフト， コニー
(72)【発明者】
【氏名】ヤンソン， トマス
【テーマコード（参考）】
2D058
2D129
3C069
【Ｆターム（参考）】
2D058AA17
2D058BA08
2D129AA04
2D129AB14
2D129BA09
2D129BA19
2D129GA00
3C069AA04
3C069AA05
3C069BA09
3C069BB01
3C069BB03
3C069CA01
3C069EA01
3C069EA03
(57)【要約】
スリーブセクションと、ビットセクションとを備え、長手方向軸を有する打撃ドリルビットであって、スリーブセクションは、ビットセクションと比較して、ドリルビットの対向する端部に軸方向端部を有し、軸方向端部から、略円錐形状の内部キャビティが円錐形状のドリルロッドを受け入れて円錐摩擦接続を形成するために延在し、キャビティは、軸方向端部に最も近い円錐形領域と、ビットセクションに最も近い円筒形領域とを有し、円錐形領域を円筒形領域に接合する接続セクションが存在し、円錐形領域は、接続領域に隣接する開始点を有する直線テーパ領域を有し、接続セクションは、第１の半径ＣＲ１を有する第１の湾曲接続セクションを有し、第１の湾曲接続セクションに沿った中心点に対するその接線ＣＴ１は、テーパ領域開始点から第１の距離ＣＤ１に位置決めされることを特徴とする。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スリーブセクション（４）と、ビットセクション（６）とを備え、長手方向軸（３０）を有する打撃ドリルビット（２）であって、前記スリーブセクション（４）は、前記ビットセクション（６）と比較して、前記ドリルビット（２）の対向する端部に軸方向端部（１８）を有し、前記軸方向端部（１８）から、略円錐形状の内部キャビティ（８）が円錐形状のドリルロッドを受け入れて円錐摩擦接続を形成するために延在し、
前記キャビティ（８）は、前記軸方向端部（１８）に最も近い円錐形領域（１４）と、前記ビットセクション（６）に最も近い円筒形領域（１６）とを有し、
前記円錐形領域（１４）を前記円筒形領域（１６）に接合する接続セクション（４０）が存在し、
前記円錐形領域（１４）は、前記接続セクション（４０）に隣接する開始点（４８）を有する直線テーパ領域（２６）を有し、
前記接続セクション（４０）は、第１の半径（ＣＲ１）を有する第１の湾曲接続領域（４２）を有し、前記第１の湾曲接続領域（４２）に沿った中心点に対するその接線（ＣＴ１）は、前記テーパ領域開始点（４８）から第１の距離（ＣＤ１）に位置決めされる
ことを特徴とする、打撃ドリルビット（２）。
【請求項2】
前記接続セクション（４０）は、第２の半径（ＣＲ２）を有する第２の湾曲接続領域（４４）をさらに有し、前記第２の湾曲移行領域（４４）に沿った中心点に対するその接線（ＣＴ２）は、前記テーパ領域開始点（４８）から第２の距離（ＣＤ２）に位置決めされ、ＣＤ２＜ＣＤ１、およびＣＲ２＞ＣＲ１である、
請求項１に記載の打撃ドリルビット（２）。
【請求項3】
ＣＲ１は、１～１６０ｍｍである、請求項１～２のいずれか一項に記載の打撃ドリルビット（２）。
【請求項4】
ＣＲ１は、５～１２０ｍｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載の打撃ドリルビット（２）。
【請求項5】
前記第１の湾曲接続領域（４２）は、前記第２の湾曲接続領域（４４）に直接接続する、請求項１～４のいずれか一項に記載の打撃ドリルビット（２）。
【請求項6】
前記第１の湾曲領域（４２）は、中間直線セクション（３４）を介して前記第２の湾曲領域（４４）に接続する、請求項１～４のいずれか一項に記載の打撃ドリルビット（２）。
【請求項7】
前記接続セクション（４０）は、第３の半径（ＣＲ３）を有する第３の湾曲接続領域（４６）をさらに備え、前記第３の湾曲接続領域（４６）に沿った中心点に対するその接線（ＣＴ３）は、前記テーパ領域開始点（４８）から第３の距離（ＣＤ３）に位置決めされ、ＣＤ３＜ＣＤ２、およびＣＲ３＞ＣＲ２である、請求項１～６のいずれか一項に記載の打撃ドリルビット（２）。
【請求項8】
前記ドリルビット（２）の前記軸方向端部（１８）と前記円錐形領域（１４）の前記直線テーパ領域（２６）との間に位置決めされた湾曲移行セクション（３２）がさらに存在する、請求項１～７のいずれか一項に記載の打撃ドリルビット（２）。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、削岩機に関し、より詳細には、第１の円錐形表面を有するドリルビットを備え、このドリルビットは対応する第２の円錐形表面を有するドリルロッドに接続するように適合されている、打撃削岩に使用するための削岩機に関する。
【背景技術】
【0002】
打撃穿孔では、穿孔中、ドリルビットは、ねじ接続または円錐摩擦接続に対する手段によってドリルロッドに接続される。テーパ継手としても知られる円錐摩擦接続の場合、ドリルビットは、カップ形状の円筒形領域によって終端する略円錐形のキャビティを有し、キャビティ内に受け入れられるべきドリルロッドの端部は、略円錐形である。
【0003】
既知の設計では、キャビティの円錐形セクションは、円筒形領域に直接接続する。この鋭い接続に伴う問題は、高い応力がドリルビットの内側に位置することになり、この応力が領域内のドリルビットの破損のリスクを高め、その結果、ドリルビットの寿命を短くしてしまうことである。ドリルビットが破損した場合、打撃衝撃波力はもはや岩石に伝達されなくなり得るが、代わりにドリルビットとドリルロッドとの間の堅固な接続を緩めてしまう場合があり、その結果ドリルビットが空回りしたり、ドリル穴内で外れて失われたりする可能性さえある。
【0004】
ＵＳ２００７０１７５６７１Ａ１、ＧＢ－６５８６３１Ａ、およびＧＢ－８６０７６８Ａは、従来技術で知られている従来の円錐摩擦接続を示している。
【0005】
したがって、解決すべき問題は、ドリルビットのキャビティにおける応力をどのように低減するかである。
【発明の概要】
【0006】
本発明の目的は、テーパ継手において円錐形キャビティの出口の領域におけるドリルビットの応力を低減する新規かつ改善された設計を提供することである。この目的は、スリーブセクションと、ビットセクションとを備え、長手方向軸を有する打撃ドリルビットであって、スリーブセクションは、ビットセクションと比較して、ドリルビットの対向する端部に軸方向端部を有し、軸方向端部から、略円錐形状の内部キャビティが円錐形状のドリルロッドを受け入れて円錐摩擦接続を形成するために延在し、キャビティは、軸方向端部に最も近い円錐形領域と、ビットセクションに最も近い円筒形領域とを有し、円錐形領域を円筒形領域に接合する接続セクションが存在し、円錐形領域は、接続領域に隣接する開始点を有する直線テーパ領域を有し、接続セクションは、第１の半径ＣＲ１を有する第１の湾曲接続領域を有し、第１の湾曲接続領域に沿った中心点に対するその接線ＣＴ１は、テーパ領域開始点から第１の距離ＣＤ１に位置決めされることを特徴とする、打撃ドリルビットを提供することによって達成される。
【0007】
有利には、湾曲移行セクションを含むことにより、ドリルビットの円錐形キャビティにおける応力を低減する。これは、ドリルビットが破損しにくく、したがって摩擦接続が緩んでしまうリスクを低減することを意味する。その結果、ドリルビットの寿命が長くなり、ドリルロッドに対してビットが空回りしたり、ドリルロッドから外れたりするリスクが低減される。
【0008】
任意選択で、接続セクションは、第２の半径ＣＲ２を有する第２の湾曲接続領域をさらに有し、第２の湾曲接続領域に沿った中心点に対するその接線ＣＴ２は、テーパ領域開始点から第２の距離ＣＤ２に位置決めされ、ＣＤ２＜ＣＤ１、およびＣＲ２＞ＣＲ１である。有利には、２つの異なる半径を含むことにより、ドリルビット内の円錐形ロッドと円錐形キャビティとの間の十分な接触を維持しながら応力を低減することが可能である。
【0009】
好ましくは、ＣＲ１は、１～１６０ｍｍ、より好ましくは５～１２０ｍｍである。有利には、これは、ドリルビットの円錐形ロッドと円錐形キャビティとの間の緊密な接続を提供することと、応力の低減を達成することとの間の最適なバランスを提供する。
【0010】
任意選択で、第１の湾曲接続領域は、第２の湾曲接続領域に直接接続する。有利には、この設計は、ドリルビットの円錐形キャビティの出口の領域において低レベルの応力を有する。
【0011】
あるいは、第１の湾曲領域は、中間直線セクションを介して第２の湾曲領域に接続する。有利には、この設計は、ドリルビットの円錐形キャビティの出口の領域において低レベルの応力を有する。
【0012】
任意選択で、接続セクションは、第３の半径ＣＲ３を有するを有する第３の湾曲接続領域をさらに備え、第３の湾曲接続セクションに沿った中心点に対するその接線ＣＴ３は、テーパ領域開始点から第３の距離ＣＤ３に位置決めされ、ＣＤ３＜ＣＤ２、およびＣＲ３＞ＣＲ２である。有利には、この設計は、ドリルビットの円錐形キャビティの出口の領域において低レベルの応力を有する。
【0013】
任意選択で、ドリルビットの軸方向端部と円錐形領域の直線テーパ領域との間に位置決めされた湾曲移行セクションがさらに存在する。
【0014】
ここで、本発明の具体的な実施態様を、単なる例として、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】円錐形状の内部キャビティを有するドリルビットの断面図である。
【図2】接続セクションが単一の半径を有する、一実施形態による接続セクションの断面の拡大図である。
【図3】接続セクションが２つの半径を有し、第１の湾曲接続領域および第２の湾曲接続領域が直接接続されている、一実施形態による接続セクションの断面の拡大図である。
【図4】接続セクションが２つの半径を有し、接続セクションの第１の湾曲接続領域および第２の湾曲接続領域が中間直線セクションを介して接続されている、一実施形態による接続セクションの断面図である。
【図5】接続セクション内に第３の湾曲接続領域がさらに存在する、一実施形態による接続セクションの断面の拡大図である。
【図6】直線テーパ領域と円筒形領域との間に湾曲移行セクションがさらに存在する、一実施形態による接続セクションの断面図である。
【図7】従来技術のドリルビットの円錐形領域の応力画像を示す図である。
【図8】本発明のドリルビットの円錐形領域の応力画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図１は、一体化されたスリーブセクション４およびビットセクション６を備えるドリルビット２の断面図を示す。スリーブセクション４は、略円錐形状を有し、円錐形状のドリルロッド（図示せず）を受け入れるための内部キャビティ８を有する。ドリルビット２は、長手方向軸３０を有する。キャビティ８は、ビットセクション６から最も遠い、ドリルビット２の軸方向端部１８から開口している。キャビティ８は、ドリルビット２の軸方向端部１８において最大の断面直径を有する。キャビティ８は、直線テーパ領域２６に沿って開口軸方向端部１８から、キャビティ８を終端し、ビットセクション６に隣接して位置決めされたカップ形状の円筒形領域１６まで内向きに先細になる円錐形領域１４を備える。接続セクション４０は、円錐形領域１４を円筒形領域１６に接合する。テーパ領域２６は、接続セクション４０に隣接するテーパ領域開始点４８を有する。
【0017】
図２は、本発明の一実施形態による接続セクション４０のエリアにおけるドリルビット２の拡大図を示す。この実施形態では、接続セクション４０の内部表面１０は、第１の半径ＣＲ１を有する第１の湾曲接続領域４２を有し、第１の湾曲接続領域４２に沿った中心点に対するその接線ＣＴ１は、テーパ領域開始点４８から第１の距離ＣＤ１に位置決めされる。
【0018】
図３は、代替の実施形態を示し、接続セクション４０の内部表面１０は、第１の半径ＣＲ１を有する第１の湾曲接続領域４２であって、第１の湾曲接続領域４２に沿った中心点に対するその接線ＣＴ１は、テーパ領域開始点４８から第１の距離ＣＤ１に位置決めされる第１の湾曲接続領域４２と、第２の半径ＣＲ２を有する第２の湾曲接続領域４４であって、第２の湾曲接続セクション４４に沿った中心点に対するその接線ＣＴ２は、テーパ領域開始点４８から第２の距離ＣＤ２に位置決めされる第２の湾曲接続領域４４とを有する。本発明では、ＣＤ２＜ＣＤ１、およびＣＲ２＞ＣＲ１であり、言い換えれば、より小さい半径を有する湾曲接続セクションが円筒形領域１６に隣接する。ＣＲ１は、１～１６０ｍｍ、好ましくは５～１２０ｍｍである。ＣＲ２は、＞１～１６０ｍｍ、好ましくは５～１２０ｍｍである。この実施形態では、第１の湾曲接続領域４２は、第２の湾曲接続領域４４に直接接続され、第２の接続領域４４は、直線テーパ領域２６に直接接続される。
【0019】
図４は、代替の実施形態を示し、第１の湾曲接続領域４２は、中間直線セクション３４を介して第２の湾曲接続領域４４に接続される。
【0020】
図５は、代替の実施形態を示し、接続セクション４０は、第３の湾曲接続領域４６をさらに備える。第３の湾曲接続領域４６は、第３の半径ＣＲ３を有し、第１の湾曲接続領域４６に沿った中心点に対するその接線ＣＴ３は、テーパ領域開始点４８から第３の距離ＣＤ３に位置決めされ、ＣＤ３＜ＣＤ２である。ＣＲ３は、ＣＲ１およびＣＲ２とは異なり、好ましくはＣＲ３＞ＣＲ２である。任意選択で、接続セクション４０はまた、各々が異なる半径を有する、４つ以上の湾曲接続セクションを備えることができる。湾曲接続セクションの各々は、互いに直接接続することができ、中間直線セクション３４を介して互いに接続することができる。
【0021】
図６は、代替の実施形態を示し、ドリルビット２の軸方向端部１８と直線テーパ領域２６との間に位置決めされた湾曲移行セクション３２がさらに存在する。
【0022】
図７は、湾曲接続領域が存在しない、従来技術のドリルビットの円錐形領域１４で取られたフォンミーゼス相当応力を示す。図８は、第１の湾曲接続領域が存在する、本発明のドリルビットについて円錐形領域１４で取られたフォンミーゼス相当応力を示す。モデルには、１つのロッドおよび１つのビットが含まれ、モデルは軸対称である。１９０ｋＮの軸方向負荷がロッドの端部に加えられ、ビット面は完全に支持されている。ヤング率２０６ＧＰａ、ポアソン比０．３、および体積質量密度７８００ｋｇ／ｍ３の弾性材料を使用した。ＬＳ－Ｄｙｎａ Ｒ１０の陰解法を使用してモデルを解き、フォンミーゼス相当応力の画像を最大負荷で取得し、ＨｙｐｅｒＶｉｅｗ ２０１９を後処理として使用した。ドリルビット２のキャビティ８における応力は、従来技術のドリルビットと比較して、本発明のドリルビットについて低減されることが分かる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】