JPH0258433B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、土中穿光ドリルビツトに係り、更に
詳細にはその切削要素の配列に係る。 油井やガス井のための最も一般的な型式の土中
穿孔ドリルビツトは、軸線の周りに回転し且ビツ
トが回転するとその経路又は切り目に沿つて掘削
孔の底部の周りに転動するカツタである。カツタ
は該カツタに与えられる力により地層を切崩す数
列の歯を有している。歯は数列にて隔置されてお
り、また一回の回転によつて掘削孔底部のできる
だけ多量の土などを掻き崩すよう隔置されてい
る。従来技術による土中穿孔ドリルビツトは、
「トラツキング」として知られている問題を回避
するよう設計された種々の特徴を含んでいる。こ
のトラツキングの問題は、各歯が前の歯によつて
土に与えられた痕跡を繰返し通過するよう、回転
可能なカツタ上に各歯が隔置された場合に発生す
る。従つて土に畝や峰が形成されることがあり、
その結果カツタはその摩耗や促進される。従つて
各歯は早期に且不均等に摩耗される。ドリル孔内
に締りばめにて保持された硬質金属インサートの
歯を設けられたビツトに於ては、その支持金属は
早朝に摩耗し、インサートが抜け落ちてしまうこ
とがある。 かかるトラツキングの解決策が、1973年４月10
日付にてR.C.O.Pessierに付与された米国特許第
3726350号及び1979年５月29日付にて同一人によ
り出願された米国特許出願第043533号に記載され
ている。またかかるトラツキングの問題の他の一
つの解決策が1980年２月12日付にてF.F.Phelpsに
付与された米国特許第4187922号に於て提案され
ている。 上述の本発明に於ては、インサートは環状列に
て配列されており、各インサート間の間隔はトラ
ツキングの発生を阻止すべく変化されている。こ
れら従来技術に於けるインサートは幾くかの群に
て配列されており、一つの群に於ては各インサー
トは同様に隔壁されているが、他の群に於てはそ
れとは異つた間隔にて隔置されており、又は各列
に於けるインサートの間隔は最小値より最大値ま
で徐々に増大しまた最小値に減少するようになつ
ており、又は各対のインサートがその列内の他の
全ての対のインサート間の間隔とは異つた間隔に
て分離されるようインサートの間隔が各列毎に変
化されている。 上述の従来技術によるそれぞれの解決策に於て
は、各インサートは環状列にて配列されている。
それぞれの列はインサートに充分な支持金属を与
えるよう最小間隔により分離されている。各列間
に畝が発生するのを阻止すべく、同一の切り目又
は経路に配置された他の一つのカツタは、さもな
ければ畝が発生する領域の土を除去するよう配列
された互違いの列を有している。他の一つの方法
は、前述の米国特許出願第043533号に記載されて
いる如く、カツタそれ自身を切り目内の他のカツ
タよりオフセツトして配置することである。この
場合ビツトは中心がずれた状態にて回転すること
があり、このことはビツトの回転軸線が穿孔中掘
削孔の中心軸線より変位せしめられることを意味
する。かかる現象の一つの結果は種々のカツタの
互違いの列間に於ても畝が発生するということで
ある。 従来技術によるカツタに於ては、両者の間に空
間が存在することなくオーバラツプする環状列を
有する領域が存在する。前述の米国特許第
3726350号に於ては、カツタは互にオフセツトさ
れた半分ずつのインサート列を有している。米国
特許第2774571号に於ては、かくしてインサート
が配列されたそれぞれのカツタの内端部又はノー
ズ領域を使用することが開示されている。また米
国特許第2230569号に於ては、螺旋状列の歯の如
く、フライス加工された歯を有するカツタのため
の多数の配列数が記載されている。また螺旋状の
列を有するたて坑カツタは従来より使用されてい
る。 歯又はインサートは従来技術に於ては全て幾つ
かの列にて配列されている。列は周縁方向に延在
すものであつてもよく、またカツタの軸線に垂直
に延在するものであつてもよく、列内の各インサ
ートはカツタの周りに部分的にのみ延在するもの
であつてもよい。列はカツタの軸線を平行であつ
てもよく、また上述の如く螺旋状であつてもよ
い。しかしこれら全てのインサートの配列は完全
にトラツキングの問題を排除することができず、
また一つのカツタにて一つの切り目内の底部を完
全にカバーすることはできない。 本発明の目的は、或る選択された切り目に於て
一つのカツタのみが使用されるようカツタの表面
に分散されたインサートを有し且より効率良く岩
石を破砕することができ切削要素がバランスのと
れた摩耗を受けるよう構成されたカツタを有する
土中穿孔ドリルビツトを提供することである。 本発明の他の一つの目的は、中心がずれた運転
条件下に於てもトラツキングの発生を回避し、ま
た環状畝が発生するのを排除することのできる土
中穿孔ドリルビツトを提供することである。 これらの目的は、好ましい実施例に於て、列で
はなく間隔が大きく変化する分散パターンにてイ
ンサートを隔置することにより達成される。イン
サートを支持する金具に充分な強度を付与するた
めには、インサート間の最小距離はインサートの
間隔に一つの拘束が与えられるよう各インサート
の周りに郭定される。また掘削孔の底部に於ける
互に隣接する痕跡同士が一部重なり合ることを確
保するために、最大距離が各インサートの周りに
確定される。この最大距離は岩石の性質及びイン
サートの大きさの関数である。かくして境界領域
が各インサートの周りに確定され、その境界領域
内にインサートが分散される。 好ましい方法にてインサートの位置を選定する
に際しては、先ず一つのインサートがカツタシエ
ルの選択された領域内の任意の点に随意に配置さ
れる。次いで第二のインサートの位置が、好まし
い方法に於ては乱数発生器を使用いて、第一のイ
ンサートの周りの境界領域内に選定される。更に
第三のインサートが同様の要領にて第二のインサ
ートの周りの境界領域内に配置される。しかし第
三のインサートはインサート間の最小所要距離よ
りも第一のインサートに近い位置に配置されなく
てもよい。かくして同様の要領にて後続のインサ
ートの位置が選定される。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を好まし
い実施例について詳細に説明する。 添付の第１図に於て、上昇ドリルビツト又はリ
ーマ１１がたて坑１３を穿孔している状態にて示
されている。この上昇ドリルビツト１１は前以つ
て穿孔されたパイロツト孔１５内を上方へ引上げ
られるようになつている。上昇ドリルビツト１１
は円筒状ステム１９に垂直に固定されたカツタ支
持部材或いはカツタ支持プレート１７を含んでい
る。ステム１９はドリルパイプ（図示せず）に固
定されており、カツタ支持プレート１７の軸線と
同心の長手方向軸線又は回転軸線を有している。 カツタ支持プレート１７にはカツタマウント２
３により複数個のカツタ組立体２１が装着されて
いる。各カツタマウントは互に隔置され且カツタ
支持プレート１７より離れる方向へ面した二つの
アーム２５を有している。アーム２５はカツタ組
立体２１を受ける鞍状部を郭定している。 カツタ組立体２１は一つのインナカツタ２７
と、幾つかの中間カツタ２９と、幾つかのアウタ
カツタ又はゲージカツタ３１とを含んでいる。イ
ンナカツタ２７及びゲージカツタ３１は同一であ
るのが好ましい。また好ましい実施例に於けるイ
ンナカツタ２７及びゲージカツタ３１の切削構造
部の幅は、中間カツタ２９の切削構造部の幅より
も小さい。 各カツタ組立体２１は、前述の米国特許出願第
043533号に開示されている如く、軸受に装着され
たカツタシエルを含んでいる。中間カツタ２９の
ためのカツタシエル３３が第４図に断面にて示さ
れている。各カツタシエル３３はほぼ円錐形をな
しており、土と転動接触する円錐台状の外面を構
成するよう回転軸線３５に垂直に切除されてい
る。カツタシエル３３の内側部３７はステム１９
に近接しており（第１図参照）、その外側部３９
よりも外径が小さくされている。 各カツタシエル３３はノーズ領域４１と中間領
域４５とゲージ領域４３とを有している。ノーズ
領域４１は内側部３７の縁部に形成された環状円
錐台面である。このノーズ領域４１の表面は回転
軸線３５に対し54゜の角度にて形成されている。
ゲージ領域４３は外縁部３９の縁部に形成された
円錐台状面である。このゲージ領域４３の表面は
回転軸線３５に対し60゜の角度にて形成されてい
る。中間領域４５は、円筒形であり且回転軸線３
５と平行な環状面４５ａをゲージ領域４３に隣接
して含んでいる。円錐台状面４５ｂが環状面４５
ａと接続されており、好ましい実施例に於ては回
転軸線３５に対し7.5゜の角度にて形成されてい
る。円錐台状面４５ｂとノーズ領域４１との間に
は他の一つの円錐台状面４５ｃが形成されてお
り、この円錐台状面は回転軸線３５に対し12.5゜
の角度にて形成されている。本明細書に於てノー
ズ領域及びゲージ領域はそれぞれ中間カツタによ
り分離され且中間カツタよりも回転軸線に対し実
質的に大きな角度にて形成された内側部及び外側
部に直接接続された表面をいうものとして定義さ
れている。 中間領域４５はその表面に垂直に穿孔された孔
であつて、好ましくは焼結タングステンカーバイ
ドにて構成された硬質金属インサート４９（第１
図参照）を収納する複数個の孔４７（そのうちの
一つのみが図示されている）を含んでいる。中間
カツタ２９にとつて好ましい実施例に於ては、ノ
ーズ領域４１又はゲージ領域４３にはインサート
は配置されていない。一つのカツタが一回転され
る場合に於ける切削孔の底部の外観を示す第２図
に、インサート孔４７の孔底パターンが解面図に
示されている。第２図の左側は、円錐台状面４５
ｃのノーズ領域４１との交点に於ける中間領域４
５の内側を示している。また第２図の右側は、環
状面４５ａのゲージ領域４３との交点に於ける中
間領域４５の外側を示している。 中間領域４５に於けるインサートは、環状列を
なさないよう境界領域の限界内に於て分散され又
は不規則に配置されている。中間領域４５に於け
る各インサート孔４７はインサートを囲繞する境
界領域を有している。第一の選択されたインサー
ト孔４７′の境界領域が第５図に於て破線にて解
図的に示されており、インサートの中心線間の最
小所要距離に対応する第一のループ５３と、イン
サートの中心線間の最大所要距離に対応する第二
のループ５５とよりなつている。好ましい方法及
び装置に於ては、これら第一のループ５３及び第
二のループ５５は同心円であり、中間領域４５に
配置された各インサート孔４７については互に同
一である。 前記最小所要距離はインサートを保持するに必
要とされるカツタシエル金属により経験的に決定
される。また前記最大所要距離は典型的な地層が
一つのインサートによつて掻き崩される程度によ
つて決定される。またこれらの最小所要距離及び
最大所要距離は、カツタの円周、インサートの形
状及び大きさ、インサートのカツタシエルよりの
突出量に依存する。円錐台状面４５ｃの内側に於
けるカツタ直径が34.279cmであり、環状面４５ａ
に於けるカツタ直径が39.471cmであり、インサー
ト孔４７の直径が1.5875cmであり、インサート孔
47の深さが1.270cmである好ましい実施例の於て
は、インサートの中心線間の最小要距離は2.0664
cmである。従つて第一のループ５３の半径は
2.064cmである。またインサートの中心線間の最
大所要距離は3.483cmであり、従つて第二のルー
プ５５の半径は3.483cmである。 インサートの位置を選定する好ましい方法に於
ては、第一のインサート孔４７′の位置は中間領
域４５に於ける任意の点に随意に選定される。次
いで第５図の例に於て、第二のインサート孔４
７″の中心線の位置が、典型的なコンピユータ位
置決め乱数発生器による如く、第一のインサート
孔４７′の第一のループ５３と第二のループ５５
との間の領域内に無作為に選定される。「無作為」
という言葉は特定の境界領域内に特定のパターン
を有しない不規則なインサート位置選定を意味す
るものである。 次いで第５図に於て点線にて示されている如
く、境界領域の第一のループ５３′及び第二のル
ープ５５′が第二のインサート４７″の中心線の周
りに形成される。そして第三のインサート孔４７
の中心線が第二のインサート孔４７″の境界領
域内に無作為に配置される。しかしこの第三のイ
ンサート孔４７はインサート間の最小所要距離
よりも第一のインサート孔４７′に近接した位置
に配置されなくてもよい。第５図に於ては、第一
のインサート孔４７′に近接し過ぎた第二のイン
サート孔４７″の境界領域の部分がハツチングに
て示されている。かかるインサート孔の位置決め
手続は、それぞれの後続のインサート位置が前の
インサートの境界領域内に無作為に選定される
が、インサート間の最小所要距離よりも前に選定
された任意のインサートにより近接することがな
いよう行われる。そしてこの手続は中間領域４５
の全てについてインサートの位置が決定されるま
で繰返される。中間領域４５の空間的制限のため
に、インサートからの距離が最大所要距離よりも
大きいが、既存のインサートに近接し過ぎること
なく追加のインサートを配置するには不充分な幾
つかの空間が存在することがあるが、このことは
許容される。しかし前記最小所要距離は常に順守
されなければならない。 上述の如くインサート位置選定手続はマニユア
ル式に行われてもよくまたコンピユータにより行
われてもよい。コンピユータによる方法に於て
は、境界領域限界内にインサート位置を選定する
のに乱数発生器が使用される。純粋に数学的な意
味に於ては、真の無作為選定に於ては繰返しが発
生することがないので、プログラムは無作為的な
ものではない。プログラムとの関連で使用される
乱数発生器は数の繰り返しを生じる前に約50000
の数を発生する。このことは擬似無作為選定と呼
ばれることがある。フオートラン言語に於けるコ
ンピユータプログラムが本明細書の最後に掲げら
れている。このプログラムに於ては、中間領域４
５は環状面４５ａ、円錐台状面４５ｂ及び４５ｃ
に複数の角度を有するものではなく一つの角度を
有する円錐面と仮定された。 インサート位置の選定に於ては、インサート孔
４７の幾つかは中間領域４５の縁部に近接した位
置となる。このことは、インサート孔４７の筒状
面が中間領域４５の縁部よりの約0.0396cmよりも
近接していない限り許容される。それ以前のイン
サートの境界領域が中間領域４５の縁部を横切る
場合には、中間領域の内側に於ける境界領域の部
分のみにインサートが配置されてよい。 以上の手続によれば、中間領域４５に於てはイ
ンサートが列状に配置されることが意識的に回避
されたカツタが得られる。インサート間の間隔
は、インサートの中心線とカツタ面とが交差する
点が一つの平面内に存在する三つの隣接するイン
サートの群が存在することがないよう分散されて
いる。好ましい実施例に於て一つ或いはそれ以上
の群発生することがあり得るが、かかる群の発生
は稀であると考えられる。第３図は切削構造部を
ほぼ一様にカバーしていることを示すグラフであ
る。このグラフはノーズ領域４１より開始して各
インサートの位置がゲージ領域４３へ向けて半径
方向外方へ連続する場合のインサートの相対密度
をプロツトすることにより描かれたものである。
このインサートの相対密度は、或る選択された平
面を通過するインサートの直線距離の合計を、そ
の選択された平面に於けるカツタシエルの円周長
さにて除算した値を示している。この場合選択さ
れる平面はカツタシエル３３の回転軸線３５に垂
直でなれければならない。例えばノーズ領域４１
より0.5inch（1.27cm）の位置に於て円錐台状面４
５ｃを通過し且回転軸線３５に垂直な平面は多数
のインサート４９を通過する。この平面は幾つか
のインサートを通過しまたそれを二つに分割し、
また他のインサートの一部のみを通過する。この
平面がカツタシエル３３と同一の位置の点に於て
各インサートを通過する場合には、その通過長さ
が前記直線距離に加算される。かくして直線距離
が加算されると、これらの距離が関連する位置に
於けるカツタシエルの円周長さにより除算され
て、ノーズ領域４１から1.274cmの点に於ては約
0.28の値となる。もしインサートがかかる点に於
て環状列にて隔置され、それらの間にカツタ金属
がないならば、インサートの相対密度は1.0又は
100％となる。 中間領域４５の両側縁部に於ける最初の
0.25inch（0.635cm）以外の部分については、相対
密度は約0.15と0.28との間にて変化し、好ましく
は0.10以下に低下することはないので、インサー
トの分布はかなり一様なものになることに留意さ
れたい。このことは、回転軸線３５に垂直に延在
する全ての可能な平面が少なくとも一つのインサ
ートの一部を分割することを示している。もし環
状列が存在すれば、これらの点に於ける平面は何
れのインサートをも通過することがないので、第
３図のグラフ各環状列間に於て０の値となる筈で
ある。 添付の表１は、上述の如き寸法を有するカツタ
の中間領域４５に於けるインサート孔４７内の各
インサート４９の正確な位置を示している。「Ａ」
にて示された欄は外側部３９からインサートが配
置された点までの回転軸線３５に沿う距離を示し
ている。また角度αは、任意の第一の点から測定
した場合のカツタシエル３３の回転軸線３５の周
りの角度である。任意の角度α間の距離は、回転
軸線３５に垂直な平面に於けるカツタの中間領域
４５に沿う周縁方向距離に比例している。本発明
に於て必ずしも必須ではないが、各インサート孔
４７は、外側部３９からの距離が他の全てのイン
サート孔とは小数点第三位まで異つた位置に配置
されている。また各インサート孔４７は小数点第
三位まで他の全てのインサート孔とは異つた平面
内に配置されている。 インサートの位置はコンピユータにより選定さ
れたが、その場合表１に示された数字の順番にて
選定された訳ではない。即ち、コンピユータによ
り選定された第二のインサートの位置は必ずしも
表１に示されたインサートナンバーの順に対応し
ている訳ではない。表１のインサートNo.３は表１
のインサートNo.２の境界領域内には存在していな
い。むしろ表１は角度αの増大する順にて各イン
サートを適宜にリストしたものである。インサー
トNo.292から294までは第３図が表１と対応するよ
う第３図に示されている。全てのインサート孔４
７は、環状面４５ａと円錐台状面４５ｂとの交点
及び円錐台状面４５ｂと円錐台状面４５ｃとの交
点を通るインサート孔を除き、それらが位置する
表面に垂直に穿孔されている。後者の各孔を通過
するインサート孔については、それらはインサー
ト孔の直径の半分以上を含む表面に垂直に穿孔さ
れている。 第６図はインナカツタ２７又はゲージカツタ３
１（第１図参照）の断面図を示している。これら
のカツタは互に同一であるが、中間カツタ２９と
はかなりは異つている。このところ一つの理由
は、ゲージカツタ３１はたて坑１３の側壁を切崩
し得るよう、その外縁部に非常に高い密度のイン
サートを必要とするということである。またイン
ナカツタ２７はパイロツト孔１５の縁部を切崩し
得るよう、そのノーズ領域に一列のインサートを
必要とする。互換性を持たせるためには、インナ
カツタ２７及びゲージカツタ３１は互に同一に形
成されなければならず、幾つかの列のインサート
はノーズ領域及びゲージカツタ領域近傍の両方に
配置される。 インナカツタ２７又はゲージカツタ３１は、ほ
ぼ円錐形であり且その回転軸線５４に垂直に切除
されたカツタシエル５３ａを含んでいる。カツタ
シエル５３ａのための軸受は前述の中間カツタ２
９に使用されているものと同一の構造をなしてい
る。カツタシエル５３ａはその外側部５７よりも
ステム１９（第１図参照）により近傍した内側部
５５ａを有している。各カツタシエル５３ａは、
前述の中間カツタ２９と同様、ノーズ領域と中間
領域とゲージ領域とを有している。ノーズ領域５
９は内側部５５ａの縁部に於て回転軸線５４に対
し35゜の角度にて形成された円環状の円錐台状面
である。ゲージ領域６１は外側部５７の縁部に於
て回転軸線５４に対し60゜の角度にて形成された
円環状の円錐台状面である。中間領域６３は回転
軸線５４に対し5゜の角度にて形成された環状面６
３ａをそのゲージ領域６１に隣接して含んでい
る。環状面６３ａは円錐台状面６３ｂが接続され
ており、この円錐台状面６３ｂは第一のループ５
４に対し7.5゜の角度にて形成されている。ノーズ
領域５９と円錐台状面６３ｂとの間には他の一の
円錐台状面６３ｃが、回転軸線５４に対し20゜の
角度にて形成されている。 ノーズ領域５９はインサート４９（第１図参
照）を挿入すべく穿孔されリーマ加工されたイン
サート孔の列６５を含んでいる。列６５は外側部
５７より等距離だけ隔置された37個のインサート
孔を含んでいる。本明細書に於てピツチとは、カ
ツタシエル５３の表面に於けるインサートの中心
線間を距離をいうものとして定義されている。ピ
ツチは前述の米国特許出願第043533号に記載され
ていうところに従つてトラツキングを回避すべ
く、列６５内にて変化されている。第７図に於
て、列６５は反時計廻り方向にピツチが増大する
群（にて示されている）とピツチが減少する群
（Ｄにて示されている）とに分割されている。ピ
ツチはそれが増大する群に於ては徐々に増大し、
それが減少する群に於ては徐々に減少している。
星印を付されたインサートは、列６５内の最後の
群の最後のインサートと最初の群の最初のインサ
ートとの間に空間に配置されている。 ピツチの増大量はピツチの増大と共に減少して
おり、各群内のインサートの数は幾つかの基準に
従つて選定されている。先ずインサートを所定の
位置に保持するに必要な所要のカツタシエル金属
によつて最小ピツチが決定される。ピツチの増大
量は典型的な地層が一つのインサートによつて掻
き崩される程度により決定される。この値はイン
サート４９の直径よりも大きく、カツタシエル５
３の円周長さ、インサートの大きさ及び形状、及
びインサートのカツタシエルよりの突出部に依存
する。 一つの群内のインサートの数はインサート毎の
所要の変化に依存する。一つのインサートからそ
の隣接するインサートまでのピツチの差が明確に
なるようにするために、一般に各群には３〜７個
のインサートが分配される。インサートの正確な
位置を計算するためには、一つの群内のインサー
ト間の空間の数より１少ない数にて全ピツチ増大
量をまかなう一定数が算出される。ピツチが増大
する群に於ては、インサートの中心線間の任意の
空間にその群内の前の空間に前記定数を加算した
値と等しい。逆にピツチが減少する群に於ては、
インサート中心線間の任意の空間は前の空間より
前記定数を減算した値と等しい。一つの列内の各
群について使用される最大空間及び最小空間はそ
れぞれ同一であるのが好ましい。 第７図に於て、列６５は五つのピツチが増大す
る群と四つのピツチが減少する群よりなる９個の
インサート群を有している。二つのピツチが増大
する群と二つのピツチが減少する群とが交互に配
置されている。各インサート群は５個のインサー
トを含んでおり、各群のインサート間にはピツチ
の異る４つの空間が郭定されている。また一つの
ピツチが増大する群の後に一つのピツチが減少す
る群が配置される部分に於ては、それらの群は互
に重なり合つており、ピツチが増大する群の最後
の空間はピツチが減少する群の最初に空間でもあ
る。 第７図は表２に示されている如く、列６５内の
インサートの相対的角方向位置を示している。カ
ツタシエル５３（第６図参照）はカツタシエル３
３（第３図参照）と同一の大きさのインサート４
９（第４図参照）を使用している。しかしカツタ
シエル５３は寸法が異つており、その内側部５５
ａから外側部５７までの長さは13.970cmであり、
ゲージカツタ６１の内縁部に於ける直径は36.626
cmであり、ノーズ領域59の外縁部に於ける直径は
36.225cmである。第７図に於ける角度α（単位゜）
は図示の垂直軸線６７に於ける０にて始まつてい
る。軸線６７上に配置されたインサート孔６５′
は表２に於てはインサートNo.２として示されてお
り特定のカツタ寸法についての列６５内の全ての
インサートは、表２に於てＡ欄（単位cm）に示さ
れている如く外側部５７から13.256cmである。列
６５内の次のインサート孔６５″は、第一のイン
サート孔６５′の中心線、即ち軸線６７より1.560
反時計廻り方向へ回動した位置に配置された表２
のインサートNo.７のインサートのためのものであ
る。また第三のインサート孔６５は、軸線６７
より17.940゜の位置、即ちインサート孔６５′の中
心線より9.430位置に配置された表２のインサー
トNo.13インサートのためのものである。 ピツチの漸次増減及びインサートの位置はかか
る要領にて表２を用いて決定されてよい。表２に
示された他の数は後に説明するカツタシエル５３
上に配置される他のインサートのための位置を示
している。 第６図に於て、互違いの列６９のインサートが
円錐台状面６３ｂにその環状面６３ａとの縁部近
傍に配置されている。第８図は第７図と同様のイ
ンサートの配置状態を示す解図であり、列６９と
列７１との相対的位置関係を示している。列６９
のインサート中心線の全ては外側部５７より
4.760cmの位置に配置されており、他方側７１の
インサート中心線の全ては外側部５７より4.015
cm位置に配置されている。従つて列６９及び列７
１のインサート孔の中心線は回転軸線５４に沿つ
て0.744cm互に隔置されている。これらのインサ
ート孔の直径は1.587cmであるので、インサート
の直径の約半分が互に重なり合つている。或る程
度重なり合うのを確保するためには、列６７及び
列７１のインサート中心線間の軸線方向距離はイ
ンサートの直径を越えてはならない。 列６９の18個のインサートは６個づつのインサ
ートの三つの群に分割されている。列６９の各群
は反時計廻り方向に見た場合ピツチが低下する群
である。これらのインサートの位置は列６５につ
いて上述した如く選定されており、表２に示され
ている。列６９の各群は列７１の各群と交互に配
置されており、また列７１の各群によつて周縁方
向に分離されている。列６９の第一のインサート
孔６９′は表２に於てインサートNo.38して示され
ており、軸線６７と同一の軸線である軸線７３よ
り54.290゜の位置に配置されている。第二のイン
サート孔６９″は軸線７３より63.430゜の位置に配
置されたインサートNo.46として示されている。 列７１の21個のインサート孔は四つの群に分割
されており、そのうちの三つは５個のインサート
を有しており、他の一つの群は６個のインサート
を有している。列７１の群は各インサート間に一
様なピツチを有している。列７１の第一のインサ
ート孔７１′は軸線７３より4.940゜の位置に配置
されたインサートNo.５として表２に示されてい
る。列７１の第二のインサート孔７１″は、軸線
７３より14.810゜の位置に配置されたインサート
No.12として表２に示されている。 第６図に於て、第四の列７５のインサートは環
状面６３ａに配置されている。この列７５の全て
のインサート孔の中心線は外側部５７より5.319
cm隔置されている。列７５には40個のインサート
孔が配列されており、それらのインサート孔は７
個のインサートよりなる三つのピツチが増大する
群に分割されており、各インサート間には六つの
空間が郭定されている。これらの群のピツチは列
６５について上述したのと同様の要領にて計算さ
れている。各インサートこれら三つの群間に於て
は均等に隔置されている。インサートの正確な位
置は表２に示されており、列７５の全てのインサ
ート孔は距離2.578cmの下で欄Ａに示されている。 直径1.587cmのインサートについては、列７５
は互違いの列７１と1.437cmしか軸線方向に隔置
されていないので、列７１のインサートとオーバ
ラツプしている。かかるオーバラツプを許すた
め、互違の列７１の各インサートは列７５の二つ
のインサートの間に隔置されている。かかるオー
バラツプは列７５と互違いの列７１との干渉を阻
止する。 第６図に於て、インサートの列７７はゲージ領
域６１に配置されている。これらのインサート
（図示せず）は、それらが平坦な上面を有してい
る点でインサート４９（第１図参照）と異つてい
る。これらのインサートはそれらの上面がゲージ
領域６１の表面と同一高さの状態にて装着され
る。列７７には39個の均等に隔置されたインサー
トが配置されるのが好ましく、これらのインサー
トは表２には示されていない。 第６図に於て円錐台状面６３ｂ及び６３ｃには
複数個のインサート孔７９（そのうちの一つのみ
が図示されている）が分散配置されている。イン
サート孔７９の位置はノーズ領域５９と列５９及
び７１の境界領域との間の領域内に選定されてい
る。またインサート孔７９は中間カツタ２９につ
いて上述したのと同一の境界領域の最大限界及び
最小限界以内に選定されている。このインサート
孔７９の位置を選定するのに上述したのと同一の
コンピユータプログラムが使用され、中間カツタ
の寸法とは異つて数字が使用される。カツタシエ
ル５３に於ける全ての無作為に選定されたインサ
ートの位置が表２に示されている。カツタシエル
３３についてのコンピユータプログラムとカツタ
シエル５３についてのコンピユータプログラムと
の間の数字の相違はライン00620、00630、00640、
00650のみである。それらの相違は以下の通りで
ある。 ライン カツタシエル33 カツタシエル５ 00620 7.074 7.473 00620 8.020 8.024 00620 395 274 00630 169 96 00630 ０ 21 00640 ０ 21 00640 9.893 11.0 00650 5.506 2.894 00650 6.561 4.498 00650 ０ 18 またライン00660Cから00720Cまではそれらの
表示に「Ｃ」は含まれていない。 列69と列71とにより与えられる境界領域は不規
則であるので、列６９及び７１と分散配置された
インサート孔７９との間には周縁方向の空間は存
在しない。即ち中間カツタ６３に於ける回転軸線
５４に垂直な任意の平面は必ず少なくとも一つの
インサートの一部を通過する。互違いの列６９及
び７１は周縁方向の空間がこれらの列と列７５と
の間に存在するのを阻止するので、中間カツタ６
３には、回転軸線５４に垂直な平面が少なくとも
一つのインサートの一部を通過することなく延在
し得るような空間は存在しない。周縁方向の空間
は列６５より半径方向内方のノーズ領域５９に存
在する。カツタシエル５３を横切るインサートの
相対密度はかなり一様なものであり、カツタシエ
ル３３について上述した如く0.10以下に低下しな
いのが好ましい。 作動に於ては、ステム１９（第１図参照）が時
計廻り方向へ回転され且上方へ上昇される。この
ことによりカツタ組立体２１が回転され、掘削孔
面５１の周りに環状通路が形成される。インサー
ト４９は地層を掻き崩し、たて坑１３を形成す
る。 本発明による土中穿孔ドリルビツトは種々の利
点を有している。掘削孔の中間部分、即ちゲージ
カツタとインナカツタとの間に於ては、掘削孔面
の環状部をカバーするのに一つのカツタしか必要
とされない。何故ならば、上述の如きインサート
の配置によれば、従来技術に於ては各列間に発生
することがあつたインサート孔列の干渉が起り得
ないからである。カツタをオーバラツプして配置
したり互違いに配置したりしなくても、より高い
圧力が各インサートに及ぼされることが許容され
る。何故ならば、ビツトに及ぼされる力を伝達す
るカツタはより少なくなるからである。かくして
カツタの数が少なくて済むことにより、たて坑の
穿孔に於て必要とされる保守が低減される。たて
坑の面は均等にカバーされ、これにより破砕効率
が高くなり、また中心がずれた運転条件により掘
削不充分となることが回避される。中間領域に於
てはカツタをオーバラツプして配置する必要がな
いので、各カツタ間のトラツキングが回避され
る。 数列のインサートにてインサートを分散配置す
ることと、ゲージカツタ及びインナカツタのピツ
チを変化することとの組合せにより、掘削孔面が
均等にカバーされる。インサートを数列にて配置
することにより、パイロツト孔及び掘削孔の側壁
領域に於けるカーバイト密度が高くされる。更に
これらの列に於けるインサートのピツチを変化す
ることにより、トラツキングが回避される。 以上に於ては本発明を幾つかの実施例について
詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の修正並びに省略が可能であることは当業者にと
つて明らかであろう。

【表】

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【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて構成されたカツタ組立
体を有する上昇ドリルビツトを一部断面にて示す
解図的正面図であり、特に各カツタ組立体はそれ
らの相対的半径方向位置を示すべく断面の平面に
仮想線にて示されている。第２図は第１図に示さ
れた中間カツタのうちの一つの中間カツタのイン
サート位置を示す解図である。第３図は第１図に
示された中間カツタのうちの一つの中間カツタの
インサート密度を示すグラフである。第４図は第
１図に示された中間カツタのうちの中間カツタの
一つのカツタシエルを示す解図的断面図である。
第５図は本発明に従つてインサートを位置決めす
る方法を示す解図である。第６図は第１図に示さ
れたインナカツタ又はゲージカツタの一つのカツ
タシエルを示す第４図と同様の解図的断面図であ
る。第７図は第１図に示されたゲージカツタ又は
インナカツタの一つに於ける一つのインサート列
の配合状態を示す解図である。第８図は第１図に
示されたゲージカツタ又はインナカツタの一つに
於ける二つのインサート列の配列状態を示す第８
図と同様の解図である。 １１……上昇ドリルビツト、１３……たて坑、
１５……パイロツト孔、１７……カツタ支持プレ
ート、１９……ステム、２１……カツタ組立体、
２３……カツタマウント、２５……アーム、２７
……インナカツタ、２９……中間カツタ、３１…
…ゲージカツタ、３３……カツタシエル、３５…
…回転軸線、３７……内側部、３９……外側部、
４１……ノーズ領域、４３……ゲージ領域、４５
……中間領域、４５ａ……環状面、４５ｂ，４５
ｃ……円錐台状面、４７……インサート孔、４９
……インサート、５１……掘削孔面、５３……第
一のループ、５３ａ……カツタシエル、５４……
回転軸線、５５……第二のループ、５５ａ……内
側部、５７……外側部、５９……ノーズ領域、６
１……ゲージ領域、６３……中間領域、６３ａ…
…環状面、６３ｂ，６３ｃ……円錐台状面、６５
……列、６７……軸線、６９，７１……列、７３
……軸線、７５，７７……列、７９……インサー
ト孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 土中穿孔ドリルビツトに回転可能に装着され
   掘削されるべき地層の表面に沿つて転動されるよ
   うに構成された円錐台形状のカツタシエル３３，
   ５３と、前記カツタシエルの外周面に沿つた環状
   帯部分４５に設けられた複数の孔４７，７９の
   各々に固定されたインサート４９とを有するカツ
   タにして、前記インサートの各々は前記環状帯部
   分内で如何なる方向及び形状の列をも形成しない
   ように幅方向及び円周方向に互いに異る間隔にて
   隔置され、前記インサートの各々は、そのインサ
   ートが隣接する最も近くのインサートとの間の距
   離が最小所要距離と最大所要距離との間にあるよ
   うに配置され、前記最小所要距離と最大所要距離
   はカツタの条件と地層の条件とによつて定めら
   れ、これによつて前記インサートが前記カツタシ
   エルの外周面上に強固に保持され、各インサート
   によつて地層が有効に掘削されるように構成され
   ていることを特徴とするカツタ。