專利名稱：磨料及采用該磨料的鉆孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在筒狀型芯上配備有金剛石片的巖心鉆頭在瀝青及水泥等被切削材料上進行鉆孔時使用的金剛石片的修整材料及采用它的鉆孔方法。
現(xiàn)有技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中，在對瀝青及水泥等被切削材料進行鉆孔時，已知通過一面用馬達等驅(qū)動源使得在筒狀型芯的開口部的前端上固定有由金剛石磨粒等構(gòu)成的金剛石片形成的巖心鉆頭旋轉(zhuǎn)，一面將該鉆頭壓緊到被切削材料上，在被切削材料上鉆出圓環(huán)狀槽的鉆孔加工方法。
這里，金剛石片是在燒結(jié)金屬粘合劑等粘接劑制成的結(jié)合體中分散配置金剛石磨粒等形成的，為了維持良好的鉆孔狀態(tài)，當最外面的金剛石磨粒作為切削刃的作用結(jié)束耗損或脫落之后，要求適當?shù)啬p粘接劑，依次使內(nèi)部新的金剛石磨粒顯現(xiàn)出來，促進其所謂的自生作用或修整作用。
圖4是這種結(jié)構(gòu)的巖心鉆頭的一個例子，該圖是將其前端部分斷開的透視圖。圖中，110是柄，310是金剛石片。如圖4所示，將多個金剛石片310，…，310從柄110的前端突出，沿周向按規(guī)定的間隔例如借助釬焊或激光焊接等固定到作為繞軸線旋轉(zhuǎn)的圓筒狀的柄110的開口端的前端部110a上，進而，在柄110的徑向方向，金剛石片310的厚度比柄110的厚度、即柄110的內(nèi)周面與外周面之間的距離大。此外，金剛石片310，…，310是通過在燒結(jié)金屬粘合劑等結(jié)合體分散配置金剛石磨粒W等形成的。
不過，當被切削材料是硬質(zhì)材料的情況下，由于切屑是微粒，所以不僅不能獲得金剛石片的修整作用，而且在切屑緊貼在粘合劑材料上，并將金剛石磨粒包裹，形成表面致密的光滑的陶瓷狀，由于所謂的堵塞導致摩擦熱增加。因此，例如，如特開平4-319408號公報中所公開的那樣，采用一種如下面所述的鉆孔加工方法，即，一面對被切削材料鉆孔，一面向鉆孔部位供應(yīng)氧化鋁、碳化硅或者型砂及研磨粉等進行金剛石片修整用的作為切削材料的磨粒，與此同時，向鉆孔部位供應(yīng)作為冷卻流體的空氣等氣體的干式加工方法，或者，向鉆孔部分供應(yīng)水等液體的濕式加工方法，以便冷卻金剛石片，降低因為鉆孔時產(chǎn)生的熱量造成的金剛石片的磨損。

發(fā)明內(nèi)容
在實際鉆孔作業(yè)中，除比較淺的鉆孔作業(yè)之外，主要用水等濕式方法。特別是對原子能發(fā)電站的墻壁進行鉆孔通以配管、對建筑物的橫梁等厚的被切削材料進行鉆孔等需要鉆1米以上的深孔時，到目前為止主要必須依賴于濕式加工方法。這是因為，利用干式加工方法鉆深孔時，即使把壓縮空氣等冷卻流體和磨料一起送往巖心鉆頭的前端，由于受到巖心鉆頭的內(nèi)周面與所鉆孔的槽的內(nèi)周壁之間的狹小的間隙的阻礙，壓縮空氣和磨料不能被充分地供應(yīng)凹前端的金剛石片處的緣故。特別是，在用干式加工方法鉆孔時，存在著磨料到達巖心鉆頭的前端時滯留在該處的問題，結(jié)果，在不能充分進行金剛石片的修整的同時，還在金剛石片的金剛石磨粒之間，或者從金剛石片向軸線方向的上方延伸的區(qū)域內(nèi)等在圖4中斜線所示的部分(圖中R所示的部分)上，產(chǎn)生因切屑造成的堵塞，巖心鉆頭發(fā)熱，鉆孔速度下降，或者，在對硬質(zhì)的鋼筋混凝土等被切削材料鉆孔時，會產(chǎn)生只能鉆孔鉆到一半的問題。從而，當采用干式加工方法時，在鉆孔速度降低時，必須中斷作業(yè)把巖心鉆頭拉到外部進行冷卻，或者通過清理對金剛石進行修整，或者更換巖心鉆頭，顯著地增加勞力和時間。
由于這些原因，到目前為止主要用濕式加工方法進行鉆孔，但另一方面，這種鉆孔作業(yè)在絕大多數(shù)情況下，作為施工對象的建筑物都是有人居住的，用水等濕式加工方法，由于混合切屑的污泥，以及這種污泥干燥時所產(chǎn)生的粉塵會惡化居住環(huán)境，所以在很大情況下都希望避免使用這種方法。這是因為，如果采用利用空氣等的干式加工方法等的話，所產(chǎn)生的粉塵等可以用集塵裝置進行回收的緣故。
這樣，微粒不污染周圍環(huán)境，也強烈地希望用干式方法鉆深孔，另一方面，當采用干式加工方法時，目前還存在著鉆孔作業(yè)的工作量及時間顯著增加的問題。
本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的是提供一種在利用干式方法鉆孔時能夠降低因鉆孔造成的巖心鉆頭所發(fā)出的熱量，可保持鉆孔速度并且能夠鉆深孔用的磨料以及用該材料進行鉆孔的方法。
技術(shù)方案1所述的發(fā)明為一種磨料，其被供應(yīng)給將用粘合劑材料保持金剛石磨粒的金剛石片固定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端、和被前述前端頂壓并被鉆孔的被切削材料之間，對前述金剛石片進行修整，其特征為，包含有其表面上具有硅烷醇基、粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅。
在本發(fā)明中，磨料通過把表面上存在硅烷醇基(Si-OH)、粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅添加到進行金剛石片修整用的、由氧化鋁及碳化硅，或者鑄型砂及研磨粉或者它們的混合物構(gòu)成的磨粒中形成。借此，磨料的流動性增高，即使在鉆深孔時，也能夠向巖心鉆頭前端的金剛石片供應(yīng)足夠的磨粒，可高效地進行金剛石片的修整，防止因切屑造成的金剛石片的堵塞，降低因巖心鉆頭鉆孔所發(fā)出的熱量。此外，由于利用超微細粉末的無水二氧化硅同樣也提高切屑的流動性，所以能夠在不堵塞巖心鉆頭前端的情況下有效地將切屑排出，降低切屑與被切削材料之間的摩擦熱，從而可降低巖心鉆頭的發(fā)熱量。這樣，可以在降低鉆頭的發(fā)熱量、保持鉆孔速度不降低的情況下用干式方法進行深孔的鉆孔。
這里，超微細粉末的無水二氧化硅是將四氯化硅在氫氧焰中的1000℃以上的高溫下水解，例如通過下面所述的反應(yīng)而生成的。
此外，由于超微細粉末的無水二氧化硅是無害的，而且是非活性的，所以，即使以高的濃度充滿到空氣中也不會著火爆炸，可以安全地進行鉆孔作業(yè)。
技術(shù)方案2所述的發(fā)明為一種磨料，其被供應(yīng)給將用粘合劑材料保持金剛石磨粒的金剛石片固定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端、和被前述前端頂壓并被鉆孔的被切削材料之間，對前述金剛石片進行修整，其特征為，包含有通過前述金剛石片擠壓而滲出水分，或者因溫度上升而放出水分的含水樹脂。
根據(jù)本發(fā)明，通過因金剛石片擠壓而滲出水分或由于溫度上升而放出水分的含水樹脂的添加到進行金剛石片修整用的氧化鋁及碳化硅、或者鑄型砂及研磨粉或者它們的混合物等構(gòu)成的磨粒中，能夠可靠地向金剛石片提供水分，通過在這種水分蒸發(fā)時奪取蒸發(fā)熱，可以高效率地冷卻金剛石片。而且，假如含水樹脂未受到金剛石片的擠壓而被傳送到鉆孔部位的下游側(cè)時，例如，當它與集塵裝置的內(nèi)部及被切削材料碰撞時，不會因這種碰撞力而滲出水分，所以不會沾濕集塵裝置的內(nèi)部和被切削材料及其周邊部等。此外，與濕式方法不同，由于這種方法可以集中地只向金剛石片上供應(yīng)水分，所以可以更有效地對金剛石片進行冷卻，所以即使為了降低摩擦熱的增大而加大含水樹脂的供應(yīng)量時，也不會沾濕金剛石片附近以外的部位。從而，即使在用干法鉆孔時，也可以降低因巖心鉆頭鉆孔所發(fā)出的熱量，保持鉆孔速度不下降，利用干式方法進行深孔鉆孔。
這里，含水樹脂例如是以苯乙烯系的磺酸基(-SO3-)作為交換基的樹脂，它易于含浸水、流動性高，使用含水時膨潤狀態(tài)下水分占40～60重量％的材料。
技術(shù)方案3所述的發(fā)明特征為在技術(shù)方案2所述的磨料中，包含有表面上具有硅烷醇基、粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅。
在本發(fā)明中，借助超微細粉末的無水二氧化硅提高磨料的流動性，向巖心鉆頭的前端金剛石片供應(yīng)足夠的磨料。特別是，可以高效地向金剛石片供應(yīng)磨料中的含水樹脂，對金剛石片進行冷卻。這樣，降低因巖心鉆頭鉆孔發(fā)出的熱量，可以保持鉆孔速度不被降低，利用干式方法進行深孔的鉆孔。
技術(shù)方案4所述的粉發(fā)明為一種磨料，其被供應(yīng)給將用粘合劑材料保持金剛石磨粒的金剛石片規(guī)定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端、和被前述前端頂壓并被鉆孔的被切削材料之間，對前述金剛石片進行修整用，其特征為，包含有升華材料。
在本發(fā)明中，通過把升華材料添加到由進行金剛石片的修整用的氧化鋁及碳化硅、或鑄型砂及研磨粉、或者它們的混合物構(gòu)成的磨料中，并可靠地向金剛石片供應(yīng)，在升華時，通過奪取氣化熱可更有效地冷卻金剛石片。而且，與利用水分冷卻不同，可以不必沾濕集塵裝置的內(nèi)部及被切削材料及其周邊部位等。此外，與濕式方法不同，由于可以集中地只對金剛石片進行冷卻，所以可以更有效地冷卻金剛石片，完全不會沾濕裝置的內(nèi)部和外部。這樣，即使在用干式方法鉆深孔時，也可以降低巖心鉆頭因鉆孔發(fā)出的熱量，可以在保持鉆孔速度不降低的情況下用干式方法進行深孔的鉆孔。
這里，作為升華材料，可以利用對二氯苯(升華溫度170℃)，氯化銨(升華溫度338℃)等。這種升華材料的升華溫度，考慮到其操作性能，優(yōu)選地在常溫(20℃)以上，同時優(yōu)選地低于金剛石磨粒的惡化溫度以及固定金剛石片的結(jié)合溫度的700℃以下。此外，從一般情況下在鉆孔時發(fā)熱的溫度出發(fā)，更優(yōu)選地在400℃以下進行升華。
技術(shù)方案5所述的發(fā)明特征為在技術(shù)方案4所述的發(fā)明中，含有通過金剛石片擠壓滲出水分或由于溫度上升而放出水分的樹脂。
在本發(fā)明中，借助磨料中的含水樹脂及升華材料，不必沾濕集塵裝置的內(nèi)部及被切削材料及其周邊部等，可高效地冷卻金剛石片，降低巖心鉆頭因鉆孔引起的發(fā)熱，可以在維持鉆孔速度不降低的情況下，利用干式方法進行深孔的鉆孔。
技術(shù)方案6所述的發(fā)明特征為在技術(shù)方案4或5所述的磨料中，包含有表面上具有硅烷醇基、粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅。
在本發(fā)明中，借助超微細粉末的無水二氧化硅，提高磨料的流動性，把更充分的磨料提供給巖心鉆頭前端的金剛石片。特別是，可以高效率地把磨料中的含水樹脂和升華材料供應(yīng)給金剛石片，對金剛石片進行冷卻。這樣，可降低因巖心鉆頭鉆孔引起的發(fā)熱，保持不降低鉆孔速度，利用干式方法進行深孔的鉆孔。
技術(shù)方案7所述的發(fā)明為一種鉆孔方法，繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動在筒狀型芯的前端上固定有用粘接材料保持的金剛石磨粒的金剛石片構(gòu)成的巖心鉆頭，并推頂前述前端對被切削材料進行鉆孔的同時，向前述前端與前述被切削材料之間供應(yīng)進行前述金剛石片的修整用的磨料，其特征為，對于前述磨料，使用技術(shù)方案1至技術(shù)方案6任何一個中所述的磨料。
在本發(fā)明中，可以有效地降低因鉆頭鉆孔放出的熱量，保持鉆孔速度不降低，可用干式方法進行深孔的鉆孔。
本發(fā)明具有以下效果。
采用技術(shù)方案1所述的發(fā)明，由于在供應(yīng)給把金剛石片固定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭的前端以及該前端推壓鉆孔的被切削材料之間的、進行金剛石片的修整用的磨料中，包含有其表面上有硅烷醇基、粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅，所以能夠有高效率地把磨料供應(yīng)給金剛石片，在可以進行金剛石片的修整、防止由于切屑造成的金剛石片的堵塞的同時，還可以提高切屑的排出性能，可以降低因鉆孔造成的巖心鉆頭的發(fā)熱，保持鉆孔速度進行深孔的鉆孔。
此外，采用技術(shù)方案2所述的發(fā)明，由于在供應(yīng)給把金剛石片固定到筒狀柄的前端構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端與該前端推壓鉆孔的被切削材料之間的、進行金剛石片的修整的磨料中包含有借助金剛石片的壓緊力滲出水分或因溫度上升放出水分的含水樹脂，所以向鉆孔的金剛石片集中地供應(yīng)水分，而且由于蒸發(fā)熱可高效率地冷卻金剛石片，可以降低因鉆孔造成的巖心鉆頭的發(fā)熱，保持鉆孔速度進行深孔的鉆孔。
此外，采用技術(shù)方案3所述的發(fā)明，由于在技術(shù)方案2所述的磨料中含有表面上具有硅烷醇基，粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅，所以可以把磨料中的含水樹脂高效率地供應(yīng)給金剛石片，降低由巖心鉆頭的鉆孔發(fā)出的熱量，保持鉆孔速度不降低，可以用干式方法進行深孔的鉆孔。
此外，采用技術(shù)方案4所述的發(fā)明，由于在供應(yīng)給把金剛石片固定到筒狀柄的前端構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端與該前端推壓鉆孔的被切削材料之間的、進行金剛石片的修整的磨料中包含有升華材料，所以，可以利用汽化熱有效地冷卻供鉆孔的金剛石片，降低因鉆孔造成的巖心鉆頭的發(fā)熱，可維持鉆孔速度，進行深孔鉆孔。
此外，采用技術(shù)方案5所述的發(fā)明，由于在技術(shù)方案4所述的磨料中包含有利用金剛石片的壓緊滲出水分或因溫度上升而放出水分的含水樹脂，所以由升華材料和含水樹脂集中地向供鉆孔用的金剛石片供應(yīng)水分，而且可利用蒸發(fā)熱高效率地冷卻金剛石片，可以降低因鉆孔引起的巖心鉆頭的發(fā)熱，可以保持鉆孔速度進行深孔鉆孔。
此外，采用技術(shù)方案6所述的發(fā)明，由于在技術(shù)方案4或5中所述的磨料中含有表面具有硅烷醇基、粒徑為5nm至50nm超微細粉末的無水二氧化硅，所以可高效率地把磨料中的升華材料和含水樹脂供應(yīng)給金剛石片，有效地利用汽化熱冷卻供鉆孔的金剛石片，進而可以進行金剛石片的修整防止切屑造成的金剛石片的堵塞，同時，可提高切屑的排出性能，降低因鉆孔造成的巖心鉆頭的發(fā)熱，維持鉆孔速度，進行深孔鉆孔。
此外，采用技術(shù)方案7所述的發(fā)明，在把筒狀型芯的前端上固定有金剛石片構(gòu)成的巖心鉆頭繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，推壓前述前端并將被切削材料鉆孔的同時，在前端與被切削材料之間供應(yīng)進行金剛石片修整的磨料的鉆孔方法中，由于采用技術(shù)方案1至技術(shù)方案6中任何一個所述的磨料，所以可以降低因鉆孔造成的巖心鉆頭的發(fā)熱量，保持鉆孔速度，進行深孔鉆孔。


圖1是表示采用根據(jù)本發(fā)明的磨料的鉆孔裝置一例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示圖1所示的鉆孔裝置的筒狀巖心鉆頭附近的主要部分的側(cè)視剖面圖。
圖3是圖1所示的磨料供應(yīng)裝置的側(cè)視剖面圖。
圖4是把巖心鉆頭的前端部分斷開的透視圖，是表示利用現(xiàn)有技術(shù)的干式鉆孔造成的切屑附著狀態(tài)的圖示。
具體實施形式下面參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的磨料及利用該磨料的鉆孔方法進行說明。
圖1是表示利用根據(jù)本發(fā)明的磨料的鉆孔裝置的一個例子的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖1所示的鉆孔裝置10的筒狀巖心鉆頭附近的主要部分的側(cè)視剖面圖。
在圖中，鉆孔裝置10由以下部分構(gòu)成具有巖心鉆頭11的裝置主體10a，收集切屑等用的例如旋風式集塵裝置12，向鉆孔部位供應(yīng)空氣的例如空氣壓縮機等空氣供應(yīng)裝置13，供應(yīng)冷卻鉆孔部位的磨料51的磨料供應(yīng)裝置14。
這里，磨料供應(yīng)裝置14由容納磨料51的磨料箱52以及中間經(jīng)由閥53與供應(yīng)管44連通的磨料供應(yīng)管54構(gòu)成。此外，如圖3所示，磨料51通過向氧化鋁及碳化硅或者鑄型砂及研磨粉等的磨粒51a添加超微細粉末的無水二氧化硅51b及含水樹脂51c構(gòu)成。超微細粉末無水二氧化硅為表面存在有硅烷醇基(Si-OH)的5nm至50nm的微粒。此外，含水樹脂是以苯乙烯系磺酸基(-SO3-)作為交換基的樹脂，它容易含浸水，流動性高，采用在含水后膨潤狀態(tài)下含水量為40～60重量％的離子交換樹脂。
如圖1所示，裝置主體10a由以下部分構(gòu)成用固定器固定到水泥及瀝青等構(gòu)成的被切削材料20的表面上的底座21，固定到底座21上沿垂直方向延伸的支軸22，借助手柄的旋轉(zhuǎn)等可自由進退地安裝到該支軸22上的支持部23，以及在支持在該支持部23上的同時旋轉(zhuǎn)驅(qū)動巖心鉆頭11的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置24。
如圖2所示，在作為利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置24圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的圓筒狀巖心鉆頭11的開口端的前端部11a上，以從筒狀柄11b的前端突出的，沿周向以一定的間隔例如通過釬焊固定有多個金剛石片31，…，31，進而，在巖心鉆頭的徑向方向，金剛石片31的厚度大于巖心鉆頭11的厚度，也就是說，大于巖心鉆頭11的內(nèi)周面11B與外周面11A之間的距離。
此外，金剛石片31，…，31是在金屬粘接劑等結(jié)合材料的燒結(jié)構(gòu)成的結(jié)合體中，例如分散配置金剛石磨粒等形成的?？紤]到由于粘接劑的硬度低造成的鉆孔時的變形以及原料成本等條件，在金屬粘接劑中添加5～15％的提高熱傳導性能的Ag。
在巖心鉆頭11的基端側(cè)，與軸線O同軸地連接把從旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置24來的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力傳遞到巖心鉆頭11上的驅(qū)動軸41。
在該驅(qū)動軸41上，與巖心鉆頭11的中空部連通與軸線O同軸地貫穿設(shè)置例如把從空氣壓縮機等構(gòu)成的空氣供應(yīng)裝置13來的空氣以及從磨料供應(yīng)裝置14來的磨料51供應(yīng)給巖心鉆頭11的中空部的供應(yīng)通路43。同時，在該供應(yīng)通路43上連接有中間經(jīng)由油封42與空氣供應(yīng)裝置13和磨料供應(yīng)裝置14連接的供應(yīng)管44。
在巖心鉆頭11的外周上配置有其內(nèi)徑大于巖心鉆頭11的外徑的圓筒狀沖頭導向卸料板(パツト)45。作為該沖頭導向卸料板45的前端的開口端的前端部45a與被切削材料20的表面接觸，沖頭導向卸料板45的基端部45b在把沖頭導向卸料板45的基端側(cè)開口端閉塞的同時，形成具有巖心鉆頭11穿過的巖心鉆頭貫通孔45c的大致環(huán)形板狀。同時，借助沖頭導向卸料板45將巖心鉆頭11的外周面11A和形成于被切削材料20上的環(huán)形槽20a覆蓋，在防止鉆孔時產(chǎn)生的粉塵及切屑等飛散的同時，也可降低鉆孔的噪音的泄漏。
此外，在沖頭導向卸料板45的外周面上，從巖心鉆頭11的中空部經(jīng)由金剛石片31附近的鉆部位連接有包括把從被切削材料20的槽20a排出的切屑及粉塵等的空氣和磨料51向集塵裝置12排放的排放管46。
在把磨料51用到這樣構(gòu)成的鉆孔裝置10中進行鉆孔的鉆孔加工方法中，以如下方式進行鉆孔作業(yè)。
首先，用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置24使巖心鉆頭11繞軸線O旋轉(zhuǎn)。在這種狀態(tài)下，使支持部23相對于支軸22前進，將固定到巖心鉆頭11的前端部11a上的金剛石片31壓緊到被切屑材料20上，以環(huán)狀的形狀進行槽20a的鉆孔。
這時，從空氣供應(yīng)裝置13例如把壓縮空氣供應(yīng)給供應(yīng)管44，從磨料供應(yīng)裝置14中間經(jīng)由閥53向供應(yīng)管44供應(yīng)適量的磨料1。同時，當含有磨料的空氣流α從供應(yīng)管44中間經(jīng)由驅(qū)動軸41的供應(yīng)通路43流入到巖心鉆頭11的中空部時，空氣流α用力吹到被切削材料20的表面上，并推壓該表面。
然后，空氣流α通過巖心鉆頭11的內(nèi)周面11B與槽20a的內(nèi)周壁20A之間的間隙被送入巖心鉆頭11的前端，即，送往金剛石片31。即使在鉆深孔的情況下，由于磨料51含有超微細粉末的無水二氧化硅51b，所以磨料51的流動性大，不會被堵塞在巖心鉆頭11的內(nèi)周面11B與槽20a的內(nèi)周壁20A之間的狹窄的間隙內(nèi)，磨料51和空氣流α一起被送到金剛石片31處。
含在被空氣流α輸送的、進入金剛石片31與被切削材料20之間的磨料51中的磨粒51a對金剛石片31進行修整，在防止金剛石片被堵塞的同時，也研磨被切削的材料20，在鉆孔作業(yè)中，維持良好的鉆孔狀態(tài)。此外，無水二氧化硅51b也提高切屑的流動性，促進切屑從鉆孔部位的排出，防止切屑堵塞。另一方面，含在磨料51中的含水樹脂51c被金剛石片31擠壓而滲出水分，在水分蒸發(fā)時從金剛石片31附近的鉆孔部位奪取蒸發(fā)熱，可高效率地將其冷卻。
這樣，在鉆深孔時，在降低因堵塞等引起的摩擦熱的同時，通過冷卻鉆孔部位，減少巖心鉆頭的發(fā)熱量，保持鉆孔速度不變。
供金剛石片31的修整、冷卻及被切削材料20的研磨用的磨料51被送往槽20a的外周壁20B一側(cè)，通過槽20a的外周壁20B和巖心鉆頭11的外周面11A之間的間隙，被輸送到巖心鉆頭11的基端一側(cè)，即，槽20a的開口部。同時，含有在磨料51、金剛石片31與被切削材料20相互接觸的鉆孔部位處產(chǎn)生粉塵及切屑等的空氣流β，從槽20a的開口部排放到由巖心鉆頭11的外周面11A及沖頭卸料導向板45包圍起來的空間內(nèi)，中間經(jīng)由排放管46被集塵裝置12收集。
下面，根據(jù)驗證實驗數(shù)據(jù)詳細描述在配備有上述結(jié)構(gòu)的利用干式方法的鉆孔裝置10中，作為磨料51，在使用把作為超微細粉末的無水二氧化硅的無水二氧化硅51b及含水樹脂51c添加到磨粒51a中的磨料時，實際上降低巖心鉆頭11的發(fā)熱量，并保持鉆孔速度不下降、可鉆深孔的情況。
為了測定對被切削材料的鉆孔速度，作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，采用120V20A的馬達，以每分鐘400轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)一面旋轉(zhuǎn)驅(qū)動巖心鉆頭，一面進行被切削材料的鉆孔。這里，作為巖心鉆頭，使用如下的鉆頭，即，筒狀柄的厚度3mm，內(nèi)徑102mm，外徑108mm，在金剛石片的位置處的內(nèi)徑100mm，外徑110mm，金剛石片的周向長度20mm，金剛石片的徑向方向的長度5mm，金剛石片的軸線方向的長度7mm，沿周向方向安裝幾十個金剛石片，作為金剛石片，用30/40目的高等級的金剛石磨粒，以1.32ct/cc的密度分散到粘接材料(加有5～15％Ag的鐵系粘接劑)中形成。此外，粘接劑中的Ag添加到導熱性高粘接劑的硬度不降低為止。在鉆孔時，利用空氣供應(yīng)裝置供應(yīng)每分鐘90升的空氣，另外，作為磨料中的磨粒，供應(yīng)每分鐘6～10g的40～60目的碳化硅(SiC)。
此外，作為被切削材料，采用兩種鋼筋混凝土，一種是在骨料的粒徑比較小的軟質(zhì)水泥中以水泥中心側(cè)面的面積比表示的鋼筋1.2％左右均勻地埋設(shè)直徑32cm的鋼筋混凝土(下面簡稱軟質(zhì)鋼筋混凝土)，以及在作為骨料含有熱改性的石英質(zhì)的碎石等的硬質(zhì)水泥中以0.8％左右的鋼筋比均勻地埋設(shè)直徑為25cm的鋼筋的鋼筋混凝土(下面簡稱為硬質(zhì)鋼筋混凝土)。
在實驗中，將巖心鉆頭的轉(zhuǎn)速維持在400rpm的狀態(tài)，測定將上述被切削材料鉆30cm的孔所需的時間，從測得的所需時間求出每分鐘的鉆孔速度，將它作為鉆孔速度進行比較。
在表1中，列出了對于上述兩種被切削材料分別利用濕式加工方法所進行的鉆孔(表中簡記為濕式鉆孔)，用磨料中只含磨粒的現(xiàn)有技術(shù)的干式加工方法的鉆孔(標中簡記為干式鉆孔)，以及，以各種不同濃度(單位為重量％)在磨料中含有超微細粉末的無水二氧化硅時，利用干式加工方法進行鉆孔時，各種情況下的鉆孔速度值(單位為cm/min)。此外，無水二氧化硅微細粉末用粒徑為12nm的親水性的材料。
表1

在磨料含有無水二氧化硅微細粉末的情況下，可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)中用干式加工方法鉆孔相比，鉆孔速度增加，進而，在磨料中含有0.5～1.5重量％無水二氧化硅微細粉末時，比濕式加工方法的鉆孔速度還快。此外，可以確認，在使用含有無水二氧化硅的磨料時，巖心鉆頭上切屑的附著量少，排出的切屑明顯增加。因此，也抑制了由于切屑的堵塞產(chǎn)生的摩擦熱所放出的熱量，在巖心鉆頭前端的金剛石片軸線方向的緊后側(cè)處在剛剛鉆完孔之后測定的巖心鉆頭的溫度，與利用現(xiàn)有技術(shù)的干式加工方法鉆孔時的約80℃相比，在磨料中含有1.0重量％的無水二氧化硅時，降低到大約50℃。此外，未看出磨粒向巖心鉆頭上的附著，從而可以判斷，磨粒不會滯留地供應(yīng)給金剛石片。
如該實驗結(jié)果所示，通過使磨料中含有超微細粉末的無水二氧化硅，提高磨料的流動性，即使在鉆深孔的場合，也可以向巖心鉆頭的前端的金剛石片供應(yīng)充足的磨粒。同時，可有效地進行金剛石的修整，防止由切屑造成的金剛石片的堵塞，減少因巖心鉆頭鉆孔所發(fā)出的熱量。同時，由于借助超微細粉末的無水二氧化硅，同樣也提高切屑的流動性，所以可以不堵塞巖心鉆頭前端，有效地將切屑排出，能夠降低切屑與被切削材料之間的摩擦熱，減少巖心鉆頭的發(fā)熱量。
這樣，可以進行降低巖心鉆頭的發(fā)熱量、保持鉆孔速度不降低，用干式方法進行深孔的鉆孔。
此外，作為磨料中超微細粉末的無水二氧化硅的量，優(yōu)選地為0.5～1.5重量％。如從表1中可以看出的，當無水二氧化硅的量超過2.0重量％時，由于只有無水二氧化硅被供應(yīng)給金剛石片，磨粒供應(yīng)不足，所以鉆孔速度反而下降。
其次，在表2中分別列出了對于上述硬度不同的軟質(zhì)鋼筋混凝土和硬質(zhì)鋼筋混凝土兩種被切削材料在利用濕式加工方法鉆孔(表中簡略記述為濕式鉆孔)，磨料中只含有磨粒的現(xiàn)有技術(shù)的干式方法鉆孔(表中簡略記述為干式鉆孔)，在磨料中含有各種不同濃度(單位為重量％)的含水樹脂時的干式方法鉆孔，以及在加有含水樹脂之外，在磨料中還含有各種不同濃度(單位為重量％)的超微細粉末的無水二氧化硅進行干式方法鉆孔時，各種情況之下的鉆孔速度(單位為cm/min)值。其中，作為含水樹脂，為以苯乙烯系的磺酸基(-SO3-)作為交換基的樹脂中的凝膠型樹脂，其交聯(lián)度為4％，含水率為56～67％。此外，無水二氧化硅微細粉末使用粒徑約為12nm的親水性粉末材料。
表2

在磨料含有含水樹脂的情況下，可以看出，與利用現(xiàn)有技術(shù)的干式加工法鉆孔相比，鉆孔速度增加，進而，在磨料中含有20重量％的含水樹脂時，鉆孔速度比濕式加工法時的鉆孔速度還大。這是由于從含水樹脂中滲出的水分將金剛石片冷卻的緣故。在巖心鉆頭前端的金剛石片的軸線方向的緊靠后端側(cè)的部位處，在剛剛鉆完孔之后測定的巖心鉆頭的溫度，與現(xiàn)有技術(shù)中的干式加工法鉆孔時的大約80℃相比，在含有20重量％的含水樹脂的磨料的情況下，降低到大約40℃。不過，如從表2可以看出的，當含水樹脂量過多時，由于磨料的流動性變差，不能向金剛石片充分地供應(yīng)磨粒，金剛石片發(fā)熱甚至磨壞，因此發(fā)生堵塞。從而，磨料中的含水樹脂的量最好不要超過30重量％，最優(yōu)選地為20重量％左右。
如實驗結(jié)果所示，通過用金剛石片的推壓使含水樹脂滲出水分，可靠地把水分供應(yīng)給金剛石片，在該水分蒸發(fā)時奪取蒸發(fā)熱，可更加有效地冷卻金剛石片。此外，與濕式加工法不同，由于可以只把水分集中地供應(yīng)給金剛石片，從而可高效率地進行冷卻，即使降低摩擦熱用的含水樹脂的供應(yīng)量增加，也不會沾濕金剛石片附近以外的場所。
這樣，即使在用干式方法鉆深孔時，可以借助冷卻抑制因巖心鉆頭鉆孔發(fā)出的熱量，保持鉆孔速度不變，可以用干式方法進行深孔的鉆孔。
然而，當磨料中只含有含水樹脂時，由于磨料的流動性差，其含量當然有一定的限量。因此，盡管通過金剛石片的冷卻能夠獲得鉆孔速度增加的某種效果，但不能期望進一步的改善。因而，為提高磨料的流動性，在表2中列出了除含水樹脂之外還含有超微細粉末的無水二氧化硅時的鉆孔速度。即，把為了獲得高的鉆孔速度，使磨料中含有20重量％的含水樹脂，進而再加入0.5重量％的無水二氧化硅微細粉末時，以及加入2.0重量％的無水二氧化硅微細粉末時的鉆孔速度值列于表2中。
在任何一種情況下，與磨料中只含有含水樹脂的情況相比，其鉆孔速度增加，與濕式方法鉆孔時相比也獲得高的速度值。這是由于借助超微細粉末的無水二氧化硅提高磨料的流動性，有足夠的磨料被供應(yīng)到巖心鉆頭的金剛石片上的緣故。特別是，可以高效率地把磨料中的含水樹脂供應(yīng)給金剛石片，對金剛石片進行冷卻。
這樣，可以降低由巖心鉆頭鉆孔發(fā)出的熱量，保持鉆孔速度不下降，用干式方法進行深孔的鉆孔。
此外，可以確認，對于硬質(zhì)鋼筋混凝土，用現(xiàn)有技術(shù)的干式方法進行鉆孔時，只能連續(xù)鉆孔20cm左右，而用含有無水二氧化硅微細粉末和含水樹脂的磨料時，可以連續(xù)進行70cm的鉆孔。
下面對于作為磨料用把升華材料添加到磨粒51a中的磨料時的情況，根據(jù)下面的驗證實驗數(shù)據(jù)進行詳細描述。
為測定對被切削材料的鉆孔速度，作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，使用120V3400W的交流馬達，以每防止300轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速驅(qū)動旋轉(zhuǎn)巖心鉆頭對被切削材料進行鉆孔。作為巖心鉆頭，使用如下的鉆頭，即，筒狀柄的厚度3mm，內(nèi)徑102mm，外徑108mm，在金剛石片的位置處的內(nèi)徑100mm，外徑110mm，金剛石片的周向長度20mm，金剛石片的徑向方向的長度5mm，金剛石片的軸線方向的長度7mm，沿周向方向安裝幾十個金剛石片，巖心鉆頭的全長為鉆孔有效長度600mm作為金剛石片，用30/40目的高等級的金剛石磨粒，以1.32ct/cc的密度分散到粘接材料(加有5～15％Ag的鐵系粘接劑)中形成。在鉆孔時，利用空氣供應(yīng)裝置供應(yīng)每分鐘90升的空氣，另外，作為磨料中的磨粒，供應(yīng)每分鐘6～10g的40～60目的碳化硅(SiC)。
此外，作為被切削材料，使用壓縮強度50N/mm2無鋼筋混凝土。
在實驗中。把巖心鉆頭的轉(zhuǎn)速保持在300rpm的狀態(tài)，測定沿橫向方向?qū)⑸鲜霰磺邢鞑牧香@300mm的孔時所需要的時間，根據(jù)測定出來的所需時間求出每1分鐘的鉆孔深度，以此作為鉆孔速度進行比較。同時，測定工具溫度及鉆孔裝置10所受到的反作用力。
在表3中，分別列出了對于上述被切削材料，在不添加升華材料只含有磨粒的現(xiàn)有技術(shù)的干式方法進行鉆孔時，以及作為升華材料使用氯化銨(升華溫度338℃)以各種添加量(單位為重量％)包含在磨料中時的干式方法進行鉆孔時的鉆孔速度(單位為cm/min)，發(fā)熱溫度，以及反作用力(單位為Kg/cm2)。
表3

在磨料含有升華材料的情況下，可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)的干式方法相比，鉆孔速度增加，發(fā)熱也被抑制。可以確認，只要升華材料添加量在5％以下時，反作用力比現(xiàn)有干式方法鉆孔時小。
如該實驗結(jié)果所示，通過使磨料中含有升華材料可以降低巖心鉆頭的發(fā)熱量。
此外，作為磨料中升華材料的含量，優(yōu)選地為3～7重量％。如從表3可以看出的，當升華材料超過5.0％時，由于升華材料的升華造成的巖心鉆頭前端的磨料的體積減小得更多，磨料不足，反而使反作用力增大。
此外，作為升華材料的升華溫度，優(yōu)選地在20～700℃，更優(yōu)選地在20～400℃。當升華溫度過低時，操作困難，作業(yè)性能差，當升華溫度過高時，存在著使金剛石磨粒惡化，以及金剛石片的結(jié)合破損等危險。
利用上面所述的本實施形式，在利用干式方法鉆孔時，可降低因鉆頭造成的巖心鉆頭的發(fā)熱量，并保持鉆孔速度，進行深孔的鉆孔。
此外，在本實施形式中，作為磨料，與磨粒一起預(yù)先包含有超微細粉末的二氧化硅以及/或者含水樹脂，但也可以使用相對于磨粒分開供應(yīng)的超微細粉末的無水二氧化硅，含水樹脂，在供應(yīng)過程中進行混合。在本實施形式中，只不過列舉了在進行鉆孔作業(yè)時效率最高的情況的一個例子、對于超微細粉末的二氧化硅，含水樹脂和升華材料分別如何供應(yīng)，并未加以限定。
權(quán)利要求
1.一種磨料，所述磨料被供應(yīng)給將用粘合劑材料保持金剛石磨粒的金剛石片固定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端、和被前述前端頂壓而被鉆孔的被切削材料之間，對前述金剛石片進行修整，其特征為，包含有表面上具有硅烷醇基、其粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅。
2.一種磨料，所述磨料被供應(yīng)給將用粘合劑材料保持金剛石磨粒的金剛石片固定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端、和被前述前端頂壓而被鉆孔的被切削材料之間，對前述金剛石片進行修整，其特征為，包含有通過前述金剛石片擠壓而滲出水分，或者因溫度上升而放出水分的含水樹脂。
3.如權(quán)利要求2所述的磨料，其特征為，包含有表面上具有硅烷醇基、粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅。
4.一種磨料，所述磨料被供應(yīng)給將用粘合劑材料保持金剛石磨粒的金剛石片規(guī)定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭的前述前端、和被前述前端頂壓而被鉆孔的被切削材料之間，對前述金剛石片進行修整，其特征為，包含有升華材料。
5.如權(quán)利要求4所述的磨料，其特征為，包含有通過前述金剛石片擠壓而滲出水分，或者因溫度上升而放出水分的樹脂。
6.如權(quán)利要求4或5所述的磨料，其特征為，包含有表面上具有硅烷醇基、粒徑為5nm至50nm的超微細粉末的無水二氧化硅。
7.一種鉆孔方法，在繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動在筒狀型芯的前端上固定有用粘接材料保持的金剛石磨粒的金剛石片構(gòu)成的巖心鉆頭，并推頂前述前端對被切削材料進行鉆孔的同時，向前述前端與前述被切削材料之間供應(yīng)進行前述金剛石片的修整用的磨料的鉆孔方法中，其特征為，對于前述磨料，使用權(quán)利要求1至權(quán)利要求6任何一項中所述的磨料。
全文摘要
提供一種在利用干式方法鉆深孔時可降低因鉆孔引起的巖心鉆頭的發(fā)熱,保持鉆孔速度不降低,并且能夠鉆深孔的磨料以及利用該磨料的鉆孔加工方法。作為供應(yīng)給把金剛石片(31)固定到繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的筒狀柄的前端上構(gòu)成的巖心鉆頭(11)的前端與被前述前端推頂而被鉆孔的被切削材料(20)之間進行金剛石片(31)的修整用的磨料,采用在進行金剛石片(31)的修整的磨粒中添加了超微細粉末的無水二氧化硅和含水樹脂的材料。
文檔編號C09K3/14GK1380483SQ0210595
公開日2002年11月20日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者真崎繁, 川原剛 申請人:三菱綜合材料株式會社, 日本金剛石株式會社