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WO2015119407A1 - 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트 - Google Patents

다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트 Download PDF

Info

Publication number
WO2015119407A1
WO2015119407A1 PCT/KR2015/001078 KR2015001078W WO2015119407A1 WO 2015119407 A1 WO2015119407 A1 WO 2015119407A1 KR 2015001078 W KR2015001078 W KR 2015001078W WO 2015119407 A1 WO2015119407 A1 WO 2015119407A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polycrystalline diamond
clamp
diamond compact
fixed extension
fixing member
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/001078
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최동익
Original Assignee
일진다이아몬드 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 일진다이아몬드 주식회사 filed Critical 일진다이아몬드 주식회사
Publication of WO2015119407A1 publication Critical patent/WO2015119407A1/ko

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/573—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/62—Drill bits characterised by parts, e.g. cutting elements, which are detachable or adjustable
    • E21B10/627—Drill bits characterised by parts, e.g. cutting elements, which are detachable or adjustable with plural detachable cutting elements
    • E21B10/633—Drill bits characterised by parts, e.g. cutting elements, which are detachable or adjustable with plural detachable cutting elements independently detachable
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/62—Drill bits characterised by parts, e.g. cutting elements, which are detachable or adjustable

Definitions

  • the present invention relates to a drill bit for drilling having a polycrystalline diamond compact, and more particularly to a drill bit having a polycrystalline diamond compact and a coupling structure thereof used for drilling oil or gas.
  • a cutting tool 1 As shown in FIG. 1, it is common to use a diamond sintered body 2 so that wear resistance can be sufficiently ensured despite friction with the ground.
  • the polycrystalline diamond compact includes a polycrystalline diamond sintered body 3 sintered using a diamond powder on the cemented carbide layer 4 and the cemented carbide substrate 4.
  • the cemented carbide substrate 4 functions to support the polycrystalline diamond compact 2 so that the polycrystalline diamond compact 2 can be attached to various tools and the like in the state in which the polycrystalline diamond sintered body 3 is attached.
  • the conventional polycrystalline diamond compact is a structure that is mounted to the bit body (Bit Body) by using a welding (Brazing) can be thermally damaged during tool manufacturing.
  • a welding Brazing
  • replacing the worn polycrystalline diamond compact or reattaching the edges requires remelting the welded brazing alloy, which is complex and can affect the performance of the drill bit. have.
  • the present invention provides a drill bit having a polycrystalline diamond compact that is essentially free of the cause of thermal damage and is easily removable.
  • the present invention also provides a drill bit with improved space placement efficiency of the configuration for fixing the polycrystalline diamond compact.
  • Drilling drill bit having a polycrystalline diamond compact comprises a plurality of polycrystalline diamond compact is formed with a fixed extension receiving portion is formed in a predetermined space along the central axis direction; A seating portion on which at least a portion of the polycrystalline diamond compact is seated, a clamp accommodating portion formed in a hole shape adjacent to the seating portion, and a fixing member accommodating portion formed in a stepped shape from the seating portion to communicate with the clamp accommodating portion A bit body formed; A fixed extension part accommodated in the fixed extension part receiving part when the polycrystalline diamond compact is seated in the seating part, extending in a direction perpendicular to the fixed extension part and received in the fixing member receiving part and at least a part of the A fixing member including a pressing extension exposed in the clamp receiving portion; And a clamp inserted into the clamp accommodating part in a screw fastening manner, and a pressing groove formed on the outer circumferential surface to receive an end of at least a portion of the pressing extension part.
  • each fixing member receiving portion formed in the pair of seating portion may include a polycrystalline diamond compact in communication with a single clamp receiving portion Can be.
  • each holding member accommodated in each holding member may be provided with a polycrystalline diamond compact that is received in the pressing groove of the single clamp is pressed.
  • the polycrystalline diamond compact the hollow cylindrical carbide substrate formed with a fixed extension receiving portion penetrated in the direction of the center axis; And a polycrystalline diamond sintered layer provided on at least a portion around the upper outer edge of the cemented carbide substrate.
  • the fixed extension receiving portion formed along the central axis of the cemented carbide substrate may be formed by a process after the polycrystalline diamond sintered layer is formed by sintering.
  • an expansion communication portion having a diameter of the hole further extended may be further formed in an area in which the fixing member receiving portion and the clamp receiving portion communicate with each other.
  • the end portion of the pressing extension of the fixing member may be provided with a polycrystalline diamond compact having a curved surface to be pressurized surface having a curvature corresponding to the upper surface of the pressing groove.
  • the upper surface of the pressing groove presses the pressurized surface
  • the fixed extension presses the polycrystalline diamond compact as the pressurized surface is pressed. It can be fixed on the side of the seat.
  • the fixed extension part receiving part may be formed in any one of a shape of a through hole formed along a central axis of the polycrystalline diamond compact or a groove shape formed at a predetermined depth along a central axis from a lower part of the polycrystalline diamond compact.
  • the fixing structure of the polycrystalline diamond compact of the lock lock type is provided, thereby making it easy to attach and detach the polycrystalline diamond compact.
  • the process of detaching the polycrystalline diamond compact for installing, recycling, or replacing the bit body can be carried out efficiently, and at the same time, minimizing thermal damage by welding, thereby minimizing the lifetime of the polycrystalline diamond compact.
  • the effect is to maintain maximum performance at.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a drill bit as a cutting tool using a polycrystalline diamond compact.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state of a conventional polycrystalline diamond compact.
  • FIG 3 is a perspective view showing a drill bit having a diamond compact according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating a portion of a bit body part according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a portion of the bit body of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a fixing member according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a clamp according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a coupling relationship between a bit body part, a fixing member, and a clamp of FIG. 4.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a coupling relationship between the bit body portion and the fixing member and the clamp of FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state of a polycrystalline diamond compact according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a polycrystalline diamond compact of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the state in which the polycrystalline diamond compact is fixed to the bit body portion.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating a bit body part according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view illustrating a coupling state of the bit body part, the fixing member, and the clamp of FIG. 13.
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating a coupling state of the bit body part, the fixing member, and the clamp of FIG. 14.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view illustrating a connection relationship between a fixing member and a clamp of FIG. 14.
  • Drilling drill bit having a polycrystalline diamond compact comprises a plurality of polycrystalline diamond compact is formed with a fixed extension receiving portion is formed in a predetermined space along the central axis direction; A seating portion on which at least a portion of the polycrystalline diamond compact is seated, a clamp accommodating portion formed in a hole shape adjacent to the seating portion, and a fixing member accommodating portion formed in a stepped shape from the seating portion to communicate with the clamp accommodating portion A bit body formed; A fixed extension part accommodated in the fixed extension part receiving part when the polycrystalline diamond compact is seated in the seating part, extending in a direction perpendicular to the fixed extension part and received in the fixing member receiving part and at least a part of the A fixing member including a pressing extension exposed in the clamp receiving portion; And a clamp inserted into the clamp accommodating part in a screw fastening manner, and a pressing groove formed on the outer circumferential surface to receive an end of at least a portion of the pressing extension part.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a drill bit having a diamond compact according to an embodiment of the present invention.
  • Drilling drill 10 having a polycrystalline diamond compact includes a bit body 11, polycrystalline diamond compact 20, clamp receiving portion 113 and seating portion 111.
  • the polycrystalline diamond compact 20 is a component that acts as a cutting edge during cutting operations such as drilling to directly cut a rock or the like.
  • the bit body 11 is a component that supports the polycrystalline diamond compact 20 to be fixed at a predetermined position.
  • the seating portion 111 is formed in the bit body portion 11 as a groove shape in which the polycrystalline diamond compact 20 is seated.
  • the clamp accommodating part 113 is a groove
  • FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating a portion of the bit body portion according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a portion of the bit body portion of FIG. 4.
  • the bit body portion 11 is provided with a groove-shaped seating portion 111 corresponding to some external shape of the polycrystalline diamond compact described above.
  • the clamp receiving portion 113 is formed in a groove shape adjacent to the seating portion 111.
  • the bottom of the seating portion 111 is formed with a fixing member receiving portion 112 of the stepped shape.
  • the fixing member accommodating part 112 is formed in a groove shape further deeply recessed from a bottom of the seating part 111 and penetrates through the bit body part 11 to clamp the accommodating part 113. ), And the fixing member accommodating part 112 and the clamp accommodating part 113 communicate with each other.
  • the upper portion of the area where the fixing member receiving portion 112 and the clamp receiving portion communicate with each other is formed with an expansion communicating portion 115 having a larger diameter of the hole to facilitate insertion of the fixing member to be described later.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a fixing member according to an embodiment.
  • the fixing member 30 is formed in a bar shape bent at a right angle as a whole. That is, the fixing member 30 includes a fixed extension part 31 having a length in the first direction and a pressing extension part 32 having a constant length in a second direction perpendicular to the fixed extension part 31.
  • the fixed extension part 31 may be formed to have various cross-sectional shapes, but in the present embodiment, the fixed extension part 31 may be inserted in the direction of the center axis of the polycrystalline diamond compact, which will be described later, to form a maximum contact area with the inner circumferential surface of the polycrystalline diamond compact. It is preferably formed to have a cross-sectional shape.
  • the pressurizing extension part 32 is formed as an inclined surface in which the bottom surface 323 protrudes downward, and a pressurized surface having a concave curved shape is formed at an upper end portion.
  • the longitudinal cross-sectional shape of the pressing extension 32 is not particularly limited.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a clamp according to an embodiment.
  • the clamp 40 is formed in a bar shape having a constant length as a whole. Hexagonal grooves or the like may be formed on the upper surface of the clamp 40 so as to rotate using various tools, for example, a hexagon wrench.
  • a male screw portion 41 is formed on the upper outer circumferential surface of the clamp 40 and may be fastened in a screw fastening manner when inserted into the clamp receiving portion described above.
  • a pressing groove 45 having a predetermined depth step in the direction of the central axis is formed.
  • the upper surface 43 of the pressing groove 45 is formed to have a constant inclination so that the end of the fixing member described above can be easily received toward the pressing groove 45 by the inclined surface.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a coupling relationship between the bit body portion, the fixing member, and the clamp of FIG. 4
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a coupling relationship between the bit body portion, the fixing member, and the clamp of FIG. 4.
  • the clamp 40 is inserted into the clamp receiving portion 113 and fastened in a screw fastening manner, and the fixing member 30 is received by the fixing member receiving portion 112. At this time, the bent bar-shaped fixing member 30 can be easily accommodated into the fixing member receiving portion 112 due to the free space provided by the expansion communication portion 115.
  • the fixing member 30 is accommodated inside the fixing member accommodating part 112
  • the pressurized surface 321 of the fixing member 30 is exposed to the inside of the clamp accommodating part 113, and the pressing groove of the clamp 40 ( 45) are accepted into.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a polycrystalline diamond compact according to an exemplary embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the polycrystalline diamond compact of FIG. 10.
  • the polycrystalline diamond compact 20 includes a cemented carbide substrate 21 and a polycrystalline diamond sintered layer 23.
  • the cemented carbide substrate 21 is formed in a hollow cylindrical shape in which a fixed extension portion receiving portion penetrated in the direction of the central axis is formed, and the edge portion of the upper end portion is cut to form a stepped shape.
  • the cemented carbide substrate 21 is a substrate made of cemented carbide and functions to support the polycrystalline diamond compact 20 to be attachable to the bit body portion in the state in which the polycrystalline diamond sintered layer 23 is attached.
  • Cemented carbide is an ultrahard alloy used in tools and the like and is a very hard alloy made by firing metal carbide powder.
  • the upper edge side of the cemented carbide substrate 21 of the polycrystalline diamond sintered layer 23 is formed by the sintering method.
  • the polycrystalline diamond sintered layer 23 is formed by sintering after mixing the polycrystalline diamond powder and the metal catalyst (binder) powder, or is formed as a sintered body using a metal catalyst eluted from the cemented carbide substrate during sintering.
  • the polycrystalline diamond sintered layer 23 acts as a cutting edge in the cutting operation to cut the workpiece in direct contact with the workpiece.
  • the fixed extension receiving portion 25 may be formed through the center axis of the cemented carbide substrate 21 or have a groove shape formed to a certain depth from below. That is, the upper surface of the fixed extension receiver 25 may be opened or closed as needed.
  • the fixed extension portion 25 is preferably formed after the polycrystalline diamond sintered layer is formed by sintering.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the state in which the polycrystalline diamond compact is fixed to the bit body portion.
  • the polycrystalline diamond compact 20 is seated on the seating portion 111 with a fixed extension 31 inserted therein.
  • the fixed extension part 31 moves toward the clamp 40 so that the polycrystalline diamond compact 20 ) Is pressed into the clamp 40 from the inside of the polycrystalline diamond compact (20).
  • the fixed extension part 31 may adjust the force for pressing and fixing the polycrystalline diamond compact 20.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating a bit body part according to another exemplary embodiment
  • FIG. 14 is a plan view illustrating a combined state of the bit body part, the fixing member, and the clamp of FIG. 13.
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating a coupling of the bit body part, the fixing member, and the clamp of FIG. 14, and
  • FIG. 16 is a schematic perspective view illustrating a connection relationship between the fixing member and the clamp of FIG. 14.
  • the bit body portion 11 is in a state in which the spatial margin is somewhat insufficient because a plurality of polycrystalline diamond compacts 20 are to be attached within a relatively small surface area.
  • the clamp accommodating part 113 is formed in a groove shape, when a large number of clamp accommodating parts 113 are required, the durability and structural stability of the drill bit itself are deteriorated.
  • one clamp accommodating part 113 may be formed to correspond to the plurality of seating parts 111.
  • one clamp is corresponding to two seating parts 111 as shown in FIG. 13.
  • the receiving portion 113 is formed.
  • each fixing member receiving portion 112 formed in the two mounting portion 111 is formed to communicate with the corresponding one clamp receiving portion 113.
  • the configuration and the fastening method of the fixing member 30, the polycrystalline diamond compact 20, the clamp 40, and the like are similar. That is, in the state where the clamp 40 is accommodated in the clamp receiving portion 113, the fixing member 30 is accommodated in the fixing member receiving portion 112.
  • both of the pressurized surfaces 321 of the two fixing members 30 are pressed by the upper surface 43 of the pressurizing groove in a state accommodated in the pressurizing groove 45.
  • the method and function of the fixing members 30 by being pressed by the clamp 40 are the same as in the above-described embodiment.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트는 중심축 방향을 따라 일정 공간으로 형성되는 고정 연장부 수용부가 형성되는 복수의 다결정 다이아몬드 컴팩트; 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 적어도 일부가 안착되는 안착부와, 상기 안착부에 인접한 홀 형상으로 형성되는 클램프 수용부와, 상기 안착부로부터 단차진 형상으로 형성되어 상기 클램프 수용부까지 연통되는 고정부재 수용부가 형성되는 비트 몸체부; 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트가 상기 안착부에 안착되는 경우 상기 고정 연장부 수용부에 수용되는 고정 연장부와, 상기 고정 연장부에 직각 방향으로 연장되고 상기 고정부재 수용부에 수용되고 적어도 일부의 단부가 상기 클램프 수용부 내에 노출되는 가압 연장부를 포함하는 고정부재; 및 상기 클램프 수용부에 나사 체결방식으로 삽입되고, 외주면 상에 상기 가압 연장부의 적어도 일부의 단부를 수용하는 가압홈이 형성되는 클램프;를 포함한다. 본 발명에 따르면 레버락 타입의 다결정 다이아몬드 컴팩트의 고정 구조를 구비함으로써 다결정 다이아몬드 컴팩트의 부착 및 탈착이 용이하게 하는 효과가 있다.

Description

다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트
본 발명은 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석유나 가스의 시추에 이용되는 다결정 다이아몬드 컴팩트 및 이의 결합구조를 구비하는 드릴 비트에 관한 것이다.
금속/목공 절삭 가공 등에는 다양한 절삭 공구가 이용된다. 특히 석유, 가스 시추 분야에서는 지반을 절삭 및 굴착하여야 하므로 내마모성이 최대한 보장될 수 있는 시굴, 굴착 장비가 이용된다.
이러한 장비의 말단에는 도 1에 도시된 바와 같은 절삭 공구(1)가 구비된다. 절삭 공구(1)의 단부에는 다이아몬드 소결체(2)를 이용하여 지반과의 마찰에도 불구하고 내마모성이 충분히 보장될 수 있도록 하는 것이 일반적이다.
도 2에 일반적인 다결정 다이아몬드 컴팩트(2)의 모습을 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 다결정 다이아몬드 컴팩트는 초경층(4)과 초경기판(4) 상에 다이아몬드 분말을 이용하여 소결된 다결정 다이아몬드 소결체(3)를 포함한다. 초경기판(4)은 다결정 다이아몬드 소결체(3)가 부착된 상태에서 다결정 다이아몬드 컴팩트(2)가 다양한 공구 등에 부착 가능하도록 지지하는 기능을 한다.
한편, 종래의 다결정 다이아몬드 컴팩트(PDC)는 용접(Brazing)을 이용하여 비트 몸체부(Bit Body)에 장착하는 구조로서 공구 제작시에 열적 손상을 받을 수 있다. 또한 마모된 다결정 다이아몬드 컴팩트를 교체하거나 인선부(Edge)를 돌려서 재부착 하기 위해서는 융착된 용접 합금(Brazing Alloy)을 다시 녹이는 과정이 필요하나, 이러한 과정은 복잡하고 드릴 비트의 성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 열적 손상의 원인을 원천적으로 없애고 탈부착이 용이한 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 드릴 비트를 제공한다.
또한 본 발명은 다결정 다이아몬드 컴팩트의 고정을 위한 구성의 공간 배치효율이 향상된 드릴 비트를 제공한다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트는 중심축 방향을 따라 일정 공간으로 형성되는 고정 연장부 수용부가 형성되는 복수의 다결정 다이아몬드 컴팩트; 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 적어도 일부가 안착되는 안착부와, 상기 안착부에 인접한 홀 형상으로 형성되는 클램프 수용부와, 상기 안착부로부터 단차진 형상으로 형성되어 상기 클램프 수용부까지 연통되는 고정부재 수용부가 형성되는 비트 몸체부; 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트가 상기 안착부에 안착되는 경우 상기 고정 연장부 수용부에 수용되는 고정 연장부와, 상기 고정 연장부에 직각 방향으로 연장되고 상기 고정부재 수용부에 수용되고 적어도 일부의 단부가 상기 클램프 수용부 내에 노출되는 가압 연장부를 포함하는 고정부재; 및 상기 클램프 수용부에 나사 체결방식으로 삽입되고, 외주면 상에 상기 가압 연장부의 적어도 일부의 단부를 수용하는 가압홈이 형성되는 클램프;를 포함한다.
또한 상기 비트 몸체부에 형성되는 클램프 수용부는 안착부 한 쌍에 대하여 하나가 형성되고, 상기 안착부 한 쌍에 형성되는 각각의 고정부재 수용부는 단일의 클램프 수용부와 연통되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비할 수 있다.
또한 상기 각각의 고정부재에 수용되는 각 고정부재의 단부들은 단일의 클램프의 가압홈에 수용되어 가압되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비할 수 있다.
또한 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트는, 중심축 방향으로 관통된 고정 연장부 수용부가 형성된 중공의 원통형 형상의 초경 기판; 및 상기 초경 기판의 상부 외측 모서리 둘레측 적어도 일부에 구비되는 다결정 다이아몬드 소결층;을 포함할 수 있다.
또한 상기 초경 기판의 중심축을 따라 형성되는 고정 연장부 수용부는 상기 다결정 다이아몬드 소결층이 소결되어 형성된 이후의 가공에 의하여 형성될 수 있다.
또한 상기 고정부재 수용부와 상기 클램프 수용부를 연통하는 영역에는 상기 고정부재의 삽입이 용이하도록 구멍의 직경이 더 확장된 확장 연통부가 더 형성될 수 있다.
또한 상기 고정부재의 가압 연장부의 단부에는 상기 가압홈의 상면에 대응하는 곡률을 갖는 곡면 형상의 피가압면이 형성되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비할 수 있다.
또한 상기 클램프가 나사 체결방식에 의하여 상기 클램프 수용부 내로 삽입되는 경우 상기 가압홈의 상면은 상기 피가압면을 가압하고, 상기 피가압면이 가압됨에 따라 상기 고정 연장부가 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트를 가압하여 상기 안착부의 측면상에 고정시킬 수 있다.
또한 상기 고정 연장부 수용부는 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 중심축을 따라 형성되는 관통구멍의 형상 또는 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 하부로부터 중심축을 따라 일정 깊이 형성되는 홈 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 레버락 타입의 다결정 다이아몬드 컴팩트의 고정 구조를 구비함으로써 다결정 다이아몬드 컴팩트의 부착 및 탈착이 용이하게 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 열을 이용하지 않거나 최소한의 열만을 가함으로써 다결정 다이아몬드 컴팩트의 탈부착 과정에서 열손상이 발생하는 것을 최대한 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 탈부착 구조에 의하여 비트 몸체부에 다결정 다이아몬드 컴팩트의 설치하거나 재활용 또는 교체를 위하여 탈착하는 과정이 효율적으로 진행될 수 있으며 동시에 용접에 의한 열 손상을 최소화하여 다결정 다이아몬드 컴팩트의 수명 기간 내에서 최대한의 성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 다결정 다이아몬드 컴팩트를 이용한 절삭공구인 드릴 비트의 모습을 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 다결정 다이아몬드 컴팩트의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 드릴 비트를 나타내는 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 비트 몸체부의 일부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 비트 몸체부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 고정부재를 나타내는 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 클램프를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 4의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합관계를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 4의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합관계를 나타내는 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 컴팩트의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 다결정 다이아몬드 컴팩트의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 12는 비트 몸체부에 다결정 다이아몬드 컴팩트가 고정되는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 비트 몸체부를 나타내는 평면도이다.
도 14는 도 13의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합모습을 나타내는 평면도이다.
도 15는 도 14의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합모습을 나타내는 사시도이다.
도 16은 도 14의 고정부재 및 클램프의 연결 관계를 나타내는 개략적인 사시도이다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트는 중심축 방향을 따라 일정 공간으로 형성되는 고정 연장부 수용부가 형성되는 복수의 다결정 다이아몬드 컴팩트; 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 적어도 일부가 안착되는 안착부와, 상기 안착부에 인접한 홀 형상으로 형성되는 클램프 수용부와, 상기 안착부로부터 단차진 형상으로 형성되어 상기 클램프 수용부까지 연통되는 고정부재 수용부가 형성되는 비트 몸체부; 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트가 상기 안착부에 안착되는 경우 상기 고정 연장부 수용부에 수용되는 고정 연장부와, 상기 고정 연장부에 직각 방향으로 연장되고 상기 고정부재 수용부에 수용되고 적어도 일부의 단부가 상기 클램프 수용부 내에 노출되는 가압 연장부를 포함하는 고정부재; 및 상기 클램프 수용부에 나사 체결방식으로 삽입되고, 외주면 상에 상기 가압 연장부의 적어도 일부의 단부를 수용하는 가압홈이 형성되는 클램프;를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 비트 몸체부(11)를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 드릴 비트를 나타내는 사시도이다.
본 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트(10)는 비트 몸체부(11), 다결정 다이아몬드 컴팩트(20), 클램프 수용부(113) 및 안착부(111)를 포함한다.
다결정 다이아몬드 컴팩트(20)는 시추 등의 절삭 작업 중 인선부로 작용하여 직접 암반 등의 절삭을 수행하는 구성부이다. 비트 몸체부(11)는 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)가 일정 위치에 고정될 수 있도록 지지하는 구성부이다. 안착부(111)는 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)가 안착되는 홈 형상으로서 비트 몸체부(11)에 형성된다. 클램프 수용부(113)는 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)를 비트 몸체부(11)에 고정시키는 클램프가 수용되는 홈이다.
이하에서는 각 구성부에 대하여 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 비트 몸체부(11)의 상세 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 일 실시예에 따른 비트 몸체부의 일부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 비트 몸체부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
비트 몸체부(11)에는 앞서 설명한 다결정 다이아몬드 컴팩트의 일부 외부형상에 대응하는 홈 형상의 안착부(111)가 형성된다.
클램프 수용부(113)는 안착부(111)에 인접하는 홈형상으로 형성된다. 안착부(111)의 저면에는 단차진 형상의 고정부재 수용부(112)가 형성된다.
구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이 고정부재 수용부(112)는 안착부(111)의 저면으로부터 일정 깊이 더 파여진 홈 형상으로 형성되며, 비트 몸체부(11)를 관통하여 클램프 수용부(113)에 이르도록 연장되고, 고정부재 수용부(112)와 클램프 수용부(113)가 연통된다.
또한 고정부재 수용부(112)와 클램프 수용부(113)가 연통되는 영역의 상부에는 후술할 고정부재의 삽입이 용이하도록 구멍의 직경이 더 확장된 확장 연통부(115)가 형성되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하여 고정부재를 설명한다. 도 6은 일 실시예에 따른 고정부재를 나타내는 사시도이다.
고정부재(30)는 전체적으로 직각으로 꺽여진 바 형상으로 형성된다. 즉, 고정부재(30)는 제1 방향으로 길이를 갖는 고정 연장부(31)와 고정 연장부(31)에 직각방향인 제2 방향으로 일정한 길이를 갖는 가압 연장부(32)를 포함한다.
고정 연장부(31)는 다양한 횡단면 형상을 갖도록 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 후술할 다결정 다이아몬드 컴팩트의 중심축 방향으로 삽입되어 다결정 다이아몬드 컴팩트의 내주면과 최대의 접촉면적을 형성할 수 있도록 원형의 횡단면 형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
가압 연장부(32)는 바닥면(323)이 하향 돌출된 경사면으로 형성되며, 단부측 상부에는 오목한 곡면 형상의 피가압면이 형성된다. 가압 연장부(32)의 종단면 형상은 특별한 제한이 없다.
도 7을 참조하여 클램프를 설명한다. 도 7은 일 실시예에 따른 클램프를 나타내는 사시도이다.
클램프(40)는 전체적으로 일정한 길이를 갖는 바 형상으로 형성된다. 클램프(40)의 상단면에는 각종 도구, 예를 들면 육각 렌치를 이용하여 회전시킬 수 있도록 육각의 홈 등이 형성될 수 있다.
클램프(40)의 상부 외주면에는 수나사부(41)가 형성되어 앞서 설명한 클램프 수용부에 삽입되는 경우 나사 체결방식으로 체결될 수 있다.
수나사부(41)의 하부측 외주면에는 중심축 방향으로 일정 깊이 단차가 형성된 가압홈(45)이 형성된다. 이 때 가압홈(45)의 상면(43)은 일정한 경사가 형성됨으로써 앞서 설명한 고정부재의 단부가 경사면에 의하여 용이하게 가압홈(45) 측으로 수용될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 8 및 도 9를 참조하여 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프 간의 결합관계를 설명한다. 도 8은 도 4의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합관계를 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 4의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합관계를 나타내는 단면도이다.
클램프(40)는 클램프 수용부(113) 내로 삽입되어 나사체결방식으로 체결되며, 고정부재(30)는 고정부재 수용부(112)로 수용된다. 이 때 꺽여진 바 형상의 고정부재(30)는 확장 연통부(115)가 제공하는 여유 공간으로 인하여 용이하게 고정부재 수용부(112) 내로 수용될 수 있다. 고정부재(30)가 고정부재 수용부(112) 내측에 수용되는 경우 고정부재(30)의 피가압면(321)은 클램프 수용부(113) 내측으로 노출되고, 클램프(40)의 가압홈(45) 내로 수용된다.
이러한 상태에서 클램프가 나사 체결방식에 의하여 상기 클램프 수용부 내로 더 삽입되면 가압홈(45)의 상면(43)은 피가압면(321)을 제3 방향(D1)으로 가압하게 되고, 피가압면(321)이 제3 방향(D1)으로 가압됨에 따라 고정 연장부(31)는 제3 방향(D1)에 대하여 직각방향(D2), 즉 도면상으로 보아 우측 방향으로 움직이게 된다.
도 10 및 도 11을 참조하여 본 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 컴팩트를 설명한다. 도 10은 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 컴팩트의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 11은 도 10의 다결정 다이아몬드 컴팩트의 모습을 나타내는 단면도이다.
다결정 다이아몬드 컴팩트(20)는 초경 기판(21) 및 다결정 다이아몬드 소결층(23)을 포함한다.
초경 기판(21)은 중심축 방향으로 관통된 형상의 고정 연장부 수용부가 형성된 중공의 원통형 형상으로 형성되며, 또한 상단부의 모서리 부분이 깍여 단차진 형상으로 형성된다.
초경기판(21)은 초경합금으로 만들어진 기판으로서 다결정 다이아몬드 소결층(23)이 부착된 상태에서 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)가 비트 몸체부에 부착가능하도록 지지하는 기능을 한다. 초경합금은 공구 등에 사용되는 초경질 합금으로 금속의 탄화물 분말을 소성해서 만든 경도가 대단히 높은 합금이다.
다결정 다이아몬드 소결층(23)의 초경기판(21)의 상부 모서리 측에 소결 방법에 의하여 형성된다. 다결정 다이아몬드 소결층(23)은 다결정 다이아몬드 분말과 금속 촉매(바인더) 분말을 혼합한 후 소결하여 형성되거나, 소결시 초경기판으로부터 용출되는 금속 촉매를 이용하여 소결체로서 형성된다. 다결정 다이아몬드 소결층(23)은 절삭 작업 시에 인선부로서 작용하여 가공 대상물과 직접적으로 맞닿은 상태로 가공 대상물을 절삭한다.
한편, 고정 연장부 수용부(25)는 초경 기판(21)의 중심축을 따라 관통되거나, 아래로부터 일정 깊이 형성된 홈 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 고정 연장부 수용부(25)의 상부면은 필요에 따라 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 또한 고정 연장부 수용부(25)는 다결정 다이아몬드 소결층이 소결에 의하여 형성된 이후에 가공 형성되는 것이 바람직하다.
도 12를 참조하여 다결정 다이아몬드 컴팩트와 비트 몸체부의 결합구조를 설명한다. 도 12는 비트 몸체부에 다결정 다이아몬드 컴팩트가 고정되는 모습을 나타내는 단면도이다.
다결정 다이아몬드 컴팩트(20)는 내측에 고정 연장부(31)가 삽입된 상태로 안착부(111)에 안착된다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이 클램프(40)의 가압홈(45) 상면(43)이 피가압면(321)을 가압하는 경우 고정 연장부(31)가 클램프(40) 측으로 이동하여 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)를 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)의 내측에서 클램프(40) 측으로 가압하게 된다. 클램프(40)가 클램프 수용부(113) 내로 삽입되는 정도에 따라 고정 연장부(31)가 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)를 압박하여 고정하는 힘을 조절할 수 있다.
도 13 내지 도 16을 참조하여 다른 실시예에 따른 비트 몸체부의 결합 구조를 설명한다. 도 13은 다른 실시예에 따른 비트 몸체부를 나타내는 평면도이고, 도 14는 도 13의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합모습을 나타내는 평면도이다. 또한 도 15는 도 14의 비트 몸체부와 고정부재 및 클램프의 결합모습을 나타내는 사시도이고, 도 16은 도 14의 고정부재 및 클램프의 연결 관계를 나타내는 개략적인 사시도이다.
비트 몸체부(11)는 상대적으로 작은 표면적 내에 다수의 다결정 다이아몬드 컴팩트(20)가 부착되어야 함으로써 공간적인 여유가 다소 부족한 상태가 된다. 또한 클램프 수용부(113)는 홈 형상으로 형성되기 때문에 필요 이상의 클램프 수용부(113)가 다수 형성되는 경우에는 드릴 비트 자체의 내구성 및 구조적 안정성이 저하된다.
이러한 이유로 클램프 수용부(113) 하나가 복수개의 안착부(111)에 대응하도록 형성될 수 있으며, 본 실시예의 경우에는 도 13에 도시된 바와 같이 2개의 안착부(111)에 대응하여 하나의 클램프 수용부(113)가 형성되도록 한다. 이 때 두 안착부(111)에 형성된 각각의 고정부재 수용부(112)들은 대응하는 하나의 클램프 수용부(113)와 연통되도록 형성된다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 이외의 고정부재(30), 다결정 다이아몬드 컴팩트(20) 및 클램프(40) 등의 구성 및 체결 방법은 대동소이하다. 즉, 클램프(40)가 클램프 수용부(113)에 수용된 상태에서 고정부재(30)가 고정부재 수용부(112)에 수용된다.
이 때 도 16에 도시된 바와 같이 두 개의 고정부재(30)의 피가압면(321)들은 모두 가압홈(45)에 수용된 상태에서 가압홈의 상면(43)에 의하여 가압된다. 클램프(40)에 의하여 가압됨으로써 고정부재(30)들이 작동하는 방법 및 그 기능은 앞서 설명한 실시예의 경우와 동일하다.
다만, 본 실시예에 따른 드릴 비트의 경우 고정부재(30) 둘에 대하여 하나의 클램프만을 이용하여 고정함으로써 비트 몸체부의 공간 효율성을 향상시키고 구조적인 안정성 및 내구성을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.

Claims (9)

  1. 중심축 방향을 따라 일정 공간으로 형성되는 고정 연장부 수용부가 형성되는 복수의 다결정 다이아몬드 컴팩트;
    상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 적어도 일부가 안착되는 안착부와, 상기 안착부에 인접한 홀 형상으로 형성되는 클램프 수용부와, 상기 안착부로부터 단차진 형상으로 형성되어 상기 클램프 수용부까지 연통되는 고정부재 수용부가 형성되는 비트 몸체부;
    상기 다결정 다이아몬드 컴팩트가 상기 안착부에 안착되는 경우 상기 고정 연장부 수용부에 수용되는 고정 연장부와, 상기 고정 연장부에 직각 방향으로 연장되고 상기 고정부재 수용부에 수용되고 적어도 일부의 단부가 상기 클램프 수용부 내에 노출되는 가압 연장부를 포함하는 고정부재; 및
    상기 클램프 수용부에 나사 체결방식으로 삽입되고, 외주면 상에 상기 가압 연장부의 적어도 일부의 단부를 수용하는 가압홈이 형성되는 클램프;를 포함하는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비트 몸체부에 형성되는 클램프 수용부는 안착부 한 쌍에 대하여 하나가 형성되고, 상기 안착부 한 쌍에 형성되는 각각의 고정부재 수용부는 단일의 클램프 수용부와 연통되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 고정부재에 수용되는 각 고정부재의 단부들은 단일의 클램프의 가압홈에 수용되어 가압되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다결정 다이아몬드 컴팩트는,
    중심축 방향으로 관통된 고정 연장부 수용부가 형성된 중공의 원통형 형상의 초경 기판; 및
    상기 초경 기판의 상부 외측 모서리 둘레측 적어도 일부에 구비되는 다결정 다이아몬드 소결층;을 포함하는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 초경 기판의 중심축을 따라 형성되는 고정 연장부 수용부는 상기 다결정 다이아몬드 소결층이 소결되어 형성된 이후의 가공에 의하여 형성되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재 수용부와 상기 클램프 수용부를 연통하는 영역에는 상기 고정부재의 삽입이 용이하도록 구멍의 직경이 더 확장된 확장 연통부가 더 형성되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재의 가압 연장부의 단부에는 상기 가압홈의 상면에 대응하는 곡률을 갖는 곡면 형상의 피가압면이 형성되는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 클램프가 나사 체결방식에 의하여 상기 클램프 수용부 내로 삽입되는 경우 상기 가압홈의 상면은 상기 피가압면을 가압하고, 상기 피가압면이 가압됨에 따라 상기 고정 연장부가 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트를 가압하여 상기 안착부의 측면상에 고정시키는 다결정 다이아몬드 컴팩트를 구비하는 시추용 드릴 비트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고정 연장부 수용부는 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 중심축을 따라 형성되는 관통구멍의 형상 또는 상기 다결정 다이아몬드 컴팩트의 하부로부터 중심축을 따라 일정 깊이 형성되는 홈 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 시추용 드릴 비트.
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