专利名称：磨料及采用该磨料的钻孔方法
技术领域：
本发明涉及用在筒状型芯上配备有金刚石片的岩心钻头在沥青及水泥等被切削材料上进行钻孔时使用的金刚石片的修整材料及采用它的钻孔方法。
现有技术在现有技术中，在对沥青及水泥等被切削材料进行钻孔时，已知通过一面用马达等驱动源使得在筒状型芯的开口部的前端上固定有由金刚石磨粒等构成的金刚石片形成的岩心钻头旋转，一面将该钻头压紧到被切削材料上，在被切削材料上钻出圆环状槽的钻孔加工方法。
这里，金刚石片是在烧结金属粘合剂等粘接剂制成的结合体中分散配置金刚石磨粒等形成的，为了维持良好的钻孔状态，当最外面的金刚石磨粒作为切削刃的作用结束耗损或脱落之后，要求适当地磨损粘接剂，依次使内部新的金刚石磨粒显现出来，促进其所谓的自生作用或修整作用。
图4是这种结构的岩心钻头的一个例子，该图是将其前端部分断开的透视图。图中，110是柄，310是金刚石片。如图4所示，将多个金刚石片310，…，310从柄110的前端突出，沿周向按规定的间隔例如借助钎焊或激光焊接等固定到作为绕轴线旋转的圆筒状的柄110的开口端的前端部110a上，进而，在柄110的径向方向，金刚石片310的厚度比柄110的厚度、即柄110的内周面与外周面之间的距离大。此外，金刚石片310，…，310是通过在烧结金属粘合剂等结合体分散配置金刚石磨粒W等形成的。
不过，当被切削材料是硬质材料的情况下，由于切屑是微粒，所以不仅不能获得金刚石片的修整作用，而且在切屑紧贴在粘合剂材料上，并将金刚石磨粒包裹，形成表面致密的光滑的陶瓷状，由于所谓的堵塞导致摩擦热增加。因此，例如，如特开平4-319408号公报中所公开的那样，采用一种如下面所述的钻孔加工方法，即，一面对被切削材料钻孔，一面向钻孔部位供应氧化铝、碳化硅或者型砂及研磨粉等进行金刚石片修整用的作为切削材料的磨粒，与此同时，向钻孔部位供应作为冷却流体的空气等气体的干式加工方法，或者，向钻孔部分供应水等液体的湿式加工方法，以便冷却金刚石片，降低因为钻孔时产生的热量造成的金刚石片的磨损。
发明内容
在实际钻孔作业中，除比较浅的钻孔作业之外，主要用水等湿式方法。特别是对原子能发电站的墙壁进行钻孔通以配管、对建筑物的横梁等厚的被切削材料进行钻孔等需要钻1米以上的深孔时，到目前为止主要必须依赖于湿式加工方法。这是因为，利用干式加工方法钻深孔时，即使把压缩空气等冷却流体和磨料一起送往岩心钻头的前端，由于受到岩心钻头的内周面与所钻孔的槽的内周壁之间的狭小的间隙的阻碍，压缩空气和磨料不能被充分地供应凹前端的金刚石片处的缘故。特别是，在用干式加工方法钻孔时，存在着磨料到达岩心钻头的前端时滞留在该处的问题，结果，在不能充分进行金刚石片的修整的同时，还在金刚石片的金刚石磨粒之间，或者从金刚石片向轴线方向的上方延伸的区域内等在图4中斜线所示的部分(图中R所示的部分)上，产生因切屑造成的堵塞，岩心钻头发热，钻孔速度下降，或者，在对硬质的钢筋混凝土等被切削材料钻孔时，会产生只能钻孔钻到一半的问题。从而，当采用干式加工方法时，在钻孔速度降低时，必须中断作业把岩心钻头拉到外部进行冷却，或者通过清理对金刚石进行修整，或者更换岩心钻头，显著地增加劳力和时间。
由于这些原因，到目前为止主要用湿式加工方法进行钻孔，但另一方面，这种钻孔作业在绝大多数情况下，作为施工对象的建筑物都是有人居住的，用水等湿式加工方法，由于混合切屑的污泥，以及这种污泥干燥时所产生的粉尘会恶化居住环境，所以在很大情况下都希望避免使用这种方法。这是因为，如果采用利用空气等的干式加工方法等的话，所产生的粉尘等可以用集尘装置进行回收的缘故。
这样，微粒不污染周围环境，也强烈地希望用干式方法钻深孔，另一方面，当采用干式加工方法时，目前还存在着钻孔作业的工作量及时间显著增加的问题。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种在利用干式方法钻孔时能够降低因钻孔造成的岩心钻头所发出的热量，可保持钻孔速度并且能够钻深孔用的磨料以及用该材料进行钻孔的方法。
技术方案1所述的发明为一种磨料，其被供应给将用粘合剂材料保持金刚石磨粒的金刚石片固定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头的前述前端、和被前述前端顶压并被钻孔的被切削材料之间，对前述金刚石片进行修整，其特征为，包含有其表面上具有硅烷醇基、粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅。
在本发明中，磨料通过把表面上存在硅烷醇基(Si-OH)、粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅添加到进行金刚石片修整用的、由氧化铝及碳化硅，或者铸型砂及研磨粉或者它们的混合物构成的磨粒中形成。借此，磨料的流动性增高，即使在钻深孔时，也能够向岩心钻头前端的金刚石片供应足够的磨粒，可高效地进行金刚石片的修整，防止因切屑造成的金刚石片的堵塞，降低因岩心钻头钻孔所发出的热量。此外，由于利用超微细粉末的无水二氧化硅同样也提高切屑的流动性，所以能够在不堵塞岩心钻头前端的情况下有效地将切屑排出，降低切屑与被切削材料之间的摩擦热，从而可降低岩心钻头的发热量。这样，可以在降低钻头的发热量、保持钻孔速度不降低的情况下用干式方法进行深孔的钻孔。
这里，超微细粉末的无水二氧化硅是将四氯化硅在氢氧焰中的1000℃以上的高温下水解，例如通过下面所述的反应而生成的。
此外，由于超微细粉末的无水二氧化硅是无害的，而且是非活性的，所以，即使以高的浓度充满到空气中也不会着火爆炸，可以安全地进行钻孔作业。
技术方案2所述的发明为一种磨料，其被供应给将用粘合剂材料保持金刚石磨粒的金刚石片固定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头的前述前端、和被前述前端顶压并被钻孔的被切削材料之间，对前述金刚石片进行修整，其特征为，包含有通过前述金刚石片挤压而渗出水分，或者因温度上升而放出水分的含水树脂。
根据本发明，通过因金刚石片挤压而渗出水分或由于温度上升而放出水分的含水树脂的添加到进行金刚石片修整用的氧化铝及碳化硅、或者铸型砂及研磨粉或者它们的混合物等构成的磨粒中，能够可靠地向金刚石片提供水分，通过在这种水分蒸发时夺取蒸发热，可以高效率地冷却金刚石片。而且，假如含水树脂未受到金刚石片的挤压而被传送到钻孔部位的下游侧时，例如，当它与集尘装置的内部及被切削材料碰撞时，不会因这种碰撞力而渗出水分，所以不会沾湿集尘装置的内部和被切削材料及其周边部等。此外，与湿式方法不同，由于这种方法可以集中地只向金刚石片上供应水分，所以可以更有效地对金刚石片进行冷却，所以即使为了降低摩擦热的增大而加大含水树脂的供应量时，也不会沾湿金刚石片附近以外的部位。从而，即使在用干法钻孔时，也可以降低因岩心钻头钻孔所发出的热量，保持钻孔速度不下降，利用干式方法进行深孔钻孔。
这里，含水树脂例如是以苯乙烯系的磺酸基(-SO3-)作为交换基的树脂，它易于含浸水、流动性高，使用含水时膨润状态下水分占40～60重量％的材料。
技术方案3所述的发明特征为在技术方案2所述的磨料中，包含有表面上具有硅烷醇基、粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅。
在本发明中，借助超微细粉末的无水二氧化硅提高磨料的流动性，向岩心钻头的前端金刚石片供应足够的磨料。特别是，可以高效地向金刚石片供应磨料中的含水树脂，对金刚石片进行冷却。这样，降低因岩心钻头钻孔发出的热量，可以保持钻孔速度不被降低，利用干式方法进行深孔的钻孔。
技术方案4所述的粉发明为一种磨料，其被供应给将用粘合剂材料保持金刚石磨粒的金刚石片规定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头的前述前端、和被前述前端顶压并被钻孔的被切削材料之间，对前述金刚石片进行修整用，其特征为，包含有升华材料。
在本发明中，通过把升华材料添加到由进行金刚石片的修整用的氧化铝及碳化硅、或铸型砂及研磨粉、或者它们的混合物构成的磨料中，并可靠地向金刚石片供应，在升华时，通过夺取气化热可更有效地冷却金刚石片。而且，与利用水分冷却不同，可以不必沾湿集尘装置的内部及被切削材料及其周边部位等。此外，与湿式方法不同，由于可以集中地只对金刚石片进行冷却，所以可以更有效地冷却金刚石片，完全不会沾湿装置的内部和外部。这样，即使在用干式方法钻深孔时，也可以降低岩心钻头因钻孔发出的热量，可以在保持钻孔速度不降低的情况下用干式方法进行深孔的钻孔。
这里，作为升华材料，可以利用对二氯苯(升华温度170℃)，氯化铵(升华温度338℃)等。这种升华材料的升华温度，考虑到其操作性能，优选地在常温(20℃)以上，同时优选地低于金刚石磨粒的恶化温度以及固定金刚石片的结合温度的700℃以下。此外，从一般情况下在钻孔时发热的温度出发，更优选地在400℃以下进行升华。
技术方案5所述的发明特征为在技术方案4所述的发明中，含有通过金刚石片挤压渗出水分或由于温度上升而放出水分的树脂。
在本发明中，借助磨料中的含水树脂及升华材料，不必沾湿集尘装置的内部及被切削材料及其周边部等，可高效地冷却金刚石片，降低岩心钻头因钻孔引起的发热，可以在维持钻孔速度不降低的情况下，利用干式方法进行深孔的钻孔。
技术方案6所述的发明特征为在技术方案4或5所述的磨料中，包含有表面上具有硅烷醇基、粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅。
在本发明中，借助超微细粉末的无水二氧化硅，提高磨料的流动性，把更充分的磨料提供给岩心钻头前端的金刚石片。特别是，可以高效率地把磨料中的含水树脂和升华材料供应给金刚石片，对金刚石片进行冷却。这样，可降低因岩心钻头钻孔引起的发热，保持不降低钻孔速度，利用干式方法进行深孔的钻孔。
技术方案7所述的发明为一种钻孔方法，绕轴线旋转驱动在筒状型芯的前端上固定有用粘接材料保持的金刚石磨粒的金刚石片构成的岩心钻头，并推顶前述前端对被切削材料进行钻孔的同时，向前述前端与前述被切削材料之间供应进行前述金刚石片的修整用的磨料，其特征为，对于前述磨料，使用技术方案1至技术方案6任何一个中所述的磨料。
在本发明中，可以有效地降低因钻头钻孔放出的热量，保持钻孔速度不降低，可用干式方法进行深孔的钻孔。
本发明具有以下效果。
采用技术方案1所述的发明，由于在供应给把金刚石片固定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头的前端以及该前端推压钻孔的被切削材料之间的、进行金刚石片的修整用的磨料中，包含有其表面上有硅烷醇基、粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅，所以能够有高效率地把磨料供应给金刚石片，在可以进行金刚石片的修整、防止由于切屑造成的金刚石片的堵塞的同时，还可以提高切屑的排出性能，可以降低因钻孔造成的岩心钻头的发热，保持钻孔速度进行深孔的钻孔。
此外，采用技术方案2所述的发明，由于在供应给把金刚石片固定到筒状柄的前端构成的岩心钻头的前述前端与该前端推压钻孔的被切削材料之间的、进行金刚石片的修整的磨料中包含有借助金刚石片的压紧力渗出水分或因温度上升放出水分的含水树脂，所以向钻孔的金刚石片集中地供应水分，而且由于蒸发热可高效率地冷却金刚石片，可以降低因钻孔造成的岩心钻头的发热，保持钻孔速度进行深孔的钻孔。
此外，采用技术方案3所述的发明，由于在技术方案2所述的磨料中含有表面上具有硅烷醇基，粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅，所以可以把磨料中的含水树脂高效率地供应给金刚石片，降低由岩心钻头的钻孔发出的热量，保持钻孔速度不降低，可以用干式方法进行深孔的钻孔。
此外，采用技术方案4所述的发明，由于在供应给把金刚石片固定到筒状柄的前端构成的岩心钻头的前述前端与该前端推压钻孔的被切削材料之间的、进行金刚石片的修整的磨料中包含有升华材料，所以，可以利用汽化热有效地冷却供钻孔的金刚石片，降低因钻孔造成的岩心钻头的发热，可维持钻孔速度，进行深孔钻孔。
此外，采用技术方案5所述的发明，由于在技术方案4所述的磨料中包含有利用金刚石片的压紧渗出水分或因温度上升而放出水分的含水树脂，所以由升华材料和含水树脂集中地向供钻孔用的金刚石片供应水分，而且可利用蒸发热高效率地冷却金刚石片，可以降低因钻孔引起的岩心钻头的发热，可以保持钻孔速度进行深孔钻孔。
此外，采用技术方案6所述的发明，由于在技术方案4或5中所述的磨料中含有表面具有硅烷醇基、粒径为5nm至50nm超微细粉末的无水二氧化硅，所以可高效率地把磨料中的升华材料和含水树脂供应给金刚石片，有效地利用汽化热冷却供钻孔的金刚石片，进而可以进行金刚石片的修整防止切屑造成的金刚石片的堵塞，同时，可提高切屑的排出性能，降低因钻孔造成的岩心钻头的发热，维持钻孔速度，进行深孔钻孔。
此外，采用技术方案7所述的发明，在把筒状型芯的前端上固定有金刚石片构成的岩心钻头绕轴线旋转驱动，推压前述前端并将被切削材料钻孔的同时，在前端与被切削材料之间供应进行金刚石片修整的磨料的钻孔方法中，由于采用技术方案1至技术方案6中任何一个所述的磨料，所以可以降低因钻孔造成的岩心钻头的发热量，保持钻孔速度，进行深孔钻孔。
图1是表示采用根据本发明的磨料的钻孔装置一例的结构图。
图2是表示图1所示的钻孔装置的筒状岩心钻头附近的主要部分的侧视剖面图。
图3是图1所示的磨料供应装置的侧视剖面图。
图4是把岩心钻头的前端部分断开的透视图，是表示利用现有技术的干式钻孔造成的切屑附着状态的图示。
具体实施形式下面参照附图对根据本发明的磨料及利用该磨料的钻孔方法进行说明。
图1是表示利用根据本发明的磨料的钻孔装置的一个例子的结构图。图2是表示图1所示的钻孔装置10的筒状岩心钻头附近的主要部分的侧视剖面图。
在图中，钻孔装置10由以下部分构成具有岩心钻头11的装置主体10a，收集切屑等用的例如旋风式集尘装置12，向钻孔部位供应空气的例如空气压缩机等空气供应装置13，供应冷却钻孔部位的磨料51的磨料供应装置14。
这里，磨料供应装置14由容纳磨料51的磨料箱52以及中间经由阀53与供应管44连通的磨料供应管54构成。此外，如图3所示，磨料51通过向氧化铝及碳化硅或者铸型砂及研磨粉等的磨粒51a添加超微细粉末的无水二氧化硅51b及含水树脂51c构成。超微细粉末无水二氧化硅为表面存在有硅烷醇基(Si-OH)的5nm至50nm的微粒。此外，含水树脂是以苯乙烯系磺酸基(-SO3-)作为交换基的树脂，它容易含浸水，流动性高，采用在含水后膨润状态下含水量为40～60重量％的离子交换树脂。
如图1所示，装置主体10a由以下部分构成用固定器固定到水泥及沥青等构成的被切削材料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轴22，借助手柄的旋转等可自由进退地安装到该支轴22上的支持部23，以及在支持在该支持部23上的同时旋转驱动岩心钻头11的旋转驱动装置24。
如图2所示，在作为利用旋转驱动装置24围绕轴线旋转的圆筒状岩心钻头11的开口端的前端部11a上，以从筒状柄11b的前端突出的，沿周向以一定的间隔例如通过钎焊固定有多个金刚石片31，…，31，进而，在岩心钻头的径向方向，金刚石片31的厚度大于岩心钻头11的厚度，也就是说，大于岩心钻头11的内周面11B与外周面11A之间的距离。
此外，金刚石片31，…，31是在金属粘接剂等结合材料的烧结构成的结合体中，例如分散配置金刚石磨粒等形成的。考虑到由于粘接剂的硬度低造成的钻孔时的变形以及原料成本等条件，在金属粘接剂中添加5～15％的提高热传导性能的Ag。
在岩心钻头11的基端侧，与轴线O同轴地连接把从旋转驱动装置24来的旋转驱动力传递到岩心钻头11上的驱动轴41。
在该驱动轴41上，与岩心钻头11的中空部连通与轴线O同轴地贯穿设置例如把从空气压缩机等构成的空气供应装置13来的空气以及从磨料供应装置14来的磨料51供应给岩心钻头11的中空部的供应通路43。同时，在该供应通路43上连接有中间经由油封42与空气供应装置13和磨料供应装置14连接的供应管44。
在岩心钻头11的外周上配置有其内径大于岩心钻头11的外径的圆筒状冲头导向卸料板(パツト)45。作为该冲头导向卸料板45的前端的开口端的前端部45a与被切削材料20的表面接触，冲头导向卸料板45的基端部45b在把冲头导向卸料板45的基端侧开口端闭塞的同时，形成具有岩心钻头11穿过的岩心钻头贯通孔45c的大致环形板状。同时，借助冲头导向卸料板45将岩心钻头11的外周面11A和形成于被切削材料20上的环形槽20a覆盖，在防止钻孔时产生的粉尘及切屑等飞散的同时，也可降低钻孔的噪音的泄漏。
此外，在冲头导向卸料板45的外周面上，从岩心钻头11的中空部经由金刚石片31附近的钻部位连接有包括把从被切削材料20的槽20a排出的切屑及粉尘等的空气和磨料51向集尘装置12排放的排放管46。
在把磨料51用到这样构成的钻孔装置10中进行钻孔的钻孔加工方法中，以如下方式进行钻孔作业。
首先，用旋转驱动装置24使岩心钻头11绕轴线O旋转。在这种状态下，使支持部23相对于支轴22前进，将固定到岩心钻头11的前端部11a上的金刚石片31压紧到被切屑材料20上，以环状的形状进行槽20a的钻孔。
这时，从空气供应装置13例如把压缩空气供应给供应管44，从磨料供应装置14中间经由阀53向供应管44供应适量的磨料1。同时，当含有磨料的空气流α从供应管44中间经由驱动轴41的供应通路43流入到岩心钻头11的中空部时，空气流α用力吹到被切削材料20的表面上，并推压该表面。
然后，空气流α通过岩心钻头11的内周面11B与槽20a的内周壁20A之间的间隙被送入岩心钻头11的前端，即，送往金刚石片31。即使在钻深孔的情况下，由于磨料51含有超微细粉末的无水二氧化硅51b，所以磨料51的流动性大，不会被堵塞在岩心钻头11的内周面11B与槽20a的内周壁20A之间的狭窄的间隙内，磨料51和空气流α一起被送到金刚石片31处。
含在被空气流α输送的、进入金刚石片31与被切削材料20之间的磨料51中的磨粒51a对金刚石片31进行修整，在防止金刚石片被堵塞的同时，也研磨被切削的材料20，在钻孔作业中，维持良好的钻孔状态。此外，无水二氧化硅51b也提高切屑的流动性，促进切屑从钻孔部位的排出，防止切屑堵塞。另一方面，含在磨料51中的含水树脂51c被金刚石片31挤压而渗出水分，在水分蒸发时从金刚石片31附近的钻孔部位夺取蒸发热，可高效率地将其冷却。
这样，在钻深孔时，在降低因堵塞等引起的摩擦热的同时，通过冷却钻孔部位，减少岩心钻头的发热量，保持钻孔速度不变。
供金刚石片31的修整、冷却及被切削材料20的研磨用的磨料51被送往槽20a的外周壁20B一侧，通过槽20a的外周壁20B和岩心钻头11的外周面11A之间的间隙，被输送到岩心钻头11的基端一侧，即，槽20a的开口部。同时，含有在磨料51、金刚石片31与被切削材料20相互接触的钻孔部位处产生粉尘及切屑等的空气流β，从槽20a的开口部排放到由岩心钻头11的外周面11A及冲头卸料导向板45包围起来的空间内，中间经由排放管46被集尘装置12收集。
下面，根据验证实验数据详细描述在配备有上述结构的利用干式方法的钻孔装置10中，作为磨料51，在使用把作为超微细粉末的无水二氧化硅的无水二氧化硅51b及含水树脂51c添加到磨粒51a中的磨料时，实际上降低岩心钻头11的发热量，并保持钻孔速度不下降、可钻深孔的情况。
为了测定对被切削材料的钻孔速度，作为旋转驱动装置，采用120V20A的马达，以每分钟400转的转数一面旋转驱动岩心钻头，一面进行被切削材料的钻孔。这里，作为岩心钻头，使用如下的钻头，即，筒状柄的厚度3mm，内径102mm，外径108mm，在金刚石片的位置处的内径100mm，外径110mm，金刚石片的周向长度20mm，金刚石片的径向方向的长度5mm，金刚石片的轴线方向的长度7mm，沿周向方向安装几十个金刚石片，作为金刚石片，用30/40目的高等级的金刚石磨粒，以1.32ct/cc的密度分散到粘接材料(加有5～15％Ag的铁系粘接剂)中形成。此外，粘接剂中的Ag添加到导热性高粘接剂的硬度不降低为止。在钻孔时，利用空气供应装置供应每分钟90升的空气，另外，作为磨料中的磨粒，供应每分钟6～10g的40～60目的碳化硅(SiC)。
此外，作为被切削材料，采用两种钢筋混凝土，一种是在骨料的粒径比较小的软质水泥中以水泥中心侧面的面积比表示的钢筋1.2％左右均匀地埋设直径32cm的钢筋混凝土(下面简称软质钢筋混凝土)，以及在作为骨料含有热改性的石英质的碎石等的硬质水泥中以0.8％左右的钢筋比均匀地埋设直径为25cm的钢筋的钢筋混凝土(下面简称为硬质钢筋混凝土)。
在实验中，将岩心钻头的转速维持在400rpm的状态，测定将上述被切削材料钻30cm的孔所需的时间，从测得的所需时间求出每分钟的钻孔速度，将它作为钻孔速度进行比较。
在表1中，列出了对于上述两种被切削材料分别利用湿式加工方法所进行的钻孔(表中简记为湿式钻孔)，用磨料中只含磨粒的现有技术的干式加工方法的钻孔(标中简记为干式钻孔)，以及，以各种不同浓度(单位为重量％)在磨料中含有超微细粉末的无水二氧化硅时，利用干式加工方法进行钻孔时，各种情况下的钻孔速度值(单位为cm/min)。此外，无水二氧化硅微细粉末用粒径为12nm的亲水性的材料。
表1
在磨料含有无水二氧化硅微细粉末的情况下，可以看出，与现有技术中用干式加工方法钻孔相比，钻孔速度增加，进而，在磨料中含有0.5～1.5重量％无水二氧化硅微细粉末时，比湿式加工方法的钻孔速度还快。此外，可以确认，在使用含有无水二氧化硅的磨料时，岩心钻头上切屑的附着量少，排出的切屑明显增加。因此，也抑制了由于切屑的堵塞产生的摩擦热所放出的热量，在岩心钻头前端的金刚石片轴线方向的紧后侧处在刚刚钻完孔之后测定的岩心钻头的温度，与利用现有技术的干式加工方法钻孔时的约80℃相比，在磨料中含有1.0重量％的无水二氧化硅时，降低到大约50℃。此外，未看出磨粒向岩心钻头上的附着，从而可以判断，磨粒不会滞留地供应给金刚石片。
如该实验结果所示，通过使磨料中含有超微细粉末的无水二氧化硅，提高磨料的流动性，即使在钻深孔的场合，也可以向岩心钻头的前端的金刚石片供应充足的磨粒。同时，可有效地进行金刚石的修整，防止由切屑造成的金刚石片的堵塞，减少因岩心钻头钻孔所发出的热量。同时，由于借助超微细粉末的无水二氧化硅，同样也提高切屑的流动性，所以可以不堵塞岩心钻头前端，有效地将切屑排出，能够降低切屑与被切削材料之间的摩擦热，减少岩心钻头的发热量。
这样，可以进行降低岩心钻头的发热量、保持钻孔速度不降低，用干式方法进行深孔的钻孔。
此外，作为磨料中超微细粉末的无水二氧化硅的量，优选地为0.5～1.5重量％。如从表1中可以看出的，当无水二氧化硅的量超过2.0重量％时，由于只有无水二氧化硅被供应给金刚石片，磨粒供应不足，所以钻孔速度反而下降。
其次，在表2中分别列出了对于上述硬度不同的软质钢筋混凝土和硬质钢筋混凝土两种被切削材料在利用湿式加工方法钻孔(表中简略记述为湿式钻孔)，磨料中只含有磨粒的现有技术的干式方法钻孔(表中简略记述为干式钻孔)，在磨料中含有各种不同浓度(单位为重量％)的含水树脂时的干式方法钻孔，以及在加有含水树脂之外，在磨料中还含有各种不同浓度(单位为重量％)的超微细粉末的无水二氧化硅进行干式方法钻孔时，各种情况之下的钻孔速度(单位为cm/min)值。其中，作为含水树脂，为以苯乙烯系的磺酸基(-SO3-)作为交换基的树脂中的凝胶型树脂，其交联度为4％，含水率为56～67％。此外，无水二氧化硅微细粉末使用粒径约为12nm的亲水性粉末材料。
表2
在磨料含有含水树脂的情况下，可以看出，与利用现有技术的干式加工法钻孔相比，钻孔速度增加，进而，在磨料中含有20重量％的含水树脂时，钻孔速度比湿式加工法时的钻孔速度还大。这是由于从含水树脂中渗出的水分将金刚石片冷却的缘故。在岩心钻头前端的金刚石片的轴线方向的紧靠后端侧的部位处，在刚刚钻完孔之后测定的岩心钻头的温度，与现有技术中的干式加工法钻孔时的大约80℃相比，在含有20重量％的含水树脂的磨料的情况下，降低到大约40℃。不过，如从表2可以看出的，当含水树脂量过多时，由于磨料的流动性变差，不能向金刚石片充分地供应磨粒，金刚石片发热甚至磨坏，因此发生堵塞。从而，磨料中的含水树脂的量最好不要超过30重量％，最优选地为20重量％左右。
如实验结果所示，通过用金刚石片的推压使含水树脂渗出水分，可靠地把水分供应给金刚石片，在该水分蒸发时夺取蒸发热，可更加有效地冷却金刚石片。此外，与湿式加工法不同，由于可以只把水分集中地供应给金刚石片，从而可高效率地进行冷却，即使降低摩擦热用的含水树脂的供应量增加，也不会沾湿金刚石片附近以外的场所。
这样，即使在用干式方法钻深孔时，可以借助冷却抑制因岩心钻头钻孔发出的热量，保持钻孔速度不变，可以用干式方法进行深孔的钻孔。
然而，当磨料中只含有含水树脂时，由于磨料的流动性差，其含量当然有一定的限量。因此，尽管通过金刚石片的冷却能够获得钻孔速度增加的某种效果，但不能期望进一步的改善。因而，为提高磨料的流动性，在表2中列出了除含水树脂之外还含有超微细粉末的无水二氧化硅时的钻孔速度。即，把为了获得高的钻孔速度，使磨料中含有20重量％的含水树脂，进而再加入0.5重量％的无水二氧化硅微细粉末时，以及加入2.0重量％的无水二氧化硅微细粉末时的钻孔速度值列于表2中。
在任何一种情况下，与磨料中只含有含水树脂的情况相比，其钻孔速度增加，与湿式方法钻孔时相比也获得高的速度值。这是由于借助超微细粉末的无水二氧化硅提高磨料的流动性，有足够的磨料被供应到岩心钻头的金刚石片上的缘故。特别是，可以高效率地把磨料中的含水树脂供应给金刚石片，对金刚石片进行冷却。
这样，可以降低由岩心钻头钻孔发出的热量，保持钻孔速度不下降，用干式方法进行深孔的钻孔。
此外，可以确认，对于硬质钢筋混凝土，用现有技术的干式方法进行钻孔时，只能连续钻孔20cm左右，而用含有无水二氧化硅微细粉末和含水树脂的磨料时，可以连续进行70cm的钻孔。
下面对于作为磨料用把升华材料添加到磨粒51a中的磨料时的情况，根据下面的验证实验数据进行详细描述。
为测定对被切削材料的钻孔速度，作为旋转驱动装置，使用120V3400W的交流马达，以每防止300转的转速驱动旋转岩心钻头对被切削材料进行钻孔。作为岩心钻头，使用如下的钻头，即，筒状柄的厚度3mm，内径102mm，外径108mm，在金刚石片的位置处的内径100mm，外径110mm，金刚石片的周向长度20mm，金刚石片的径向方向的长度5mm，金刚石片的轴线方向的长度7mm，沿周向方向安装几十个金刚石片，岩心钻头的全长为钻孔有效长度600mm作为金刚石片，用30/40目的高等级的金刚石磨粒，以1.32ct/cc的密度分散到粘接材料(加有5～15％Ag的铁系粘接剂)中形成。在钻孔时，利用空气供应装置供应每分钟90升的空气，另外，作为磨料中的磨粒，供应每分钟6～10g的40～60目的碳化硅(SiC)。
此外，作为被切削材料，使用压缩强度50N/mm2无钢筋混凝土。
在实验中。把岩心钻头的转速保持在300rpm的状态，测定沿横向方向将上述被切削材料钻300mm的孔时所需要的时间，根据测定出来的所需时间求出每1分钟的钻孔深度，以此作为钻孔速度进行比较。同时，测定工具温度及钻孔装置10所受到的反作用力。
在表3中，分别列出了对于上述被切削材料，在不添加升华材料只含有磨粒的现有技术的干式方法进行钻孔时，以及作为升华材料使用氯化铵(升华温度338℃)以各种添加量(单位为重量％)包含在磨料中时的干式方法进行钻孔时的钻孔速度(单位为cm/min)，发热温度，以及反作用力(单位为Kg/cm2)。
表3
在磨料含有升华材料的情况下，可以看出，与现有技术的干式方法相比，钻孔速度增加，发热也被抑制。可以确认，只要升华材料添加量在5％以下时，反作用力比现有干式方法钻孔时小。
如该实验结果所示，通过使磨料中含有升华材料可以降低岩心钻头的发热量。
此外，作为磨料中升华材料的含量，优选地为3～7重量％。如从表3可以看出的，当升华材料超过5.0％时，由于升华材料的升华造成的岩心钻头前端的磨料的体积减小得更多，磨料不足，反而使反作用力增大。
此外，作为升华材料的升华温度，优选地在20～700℃，更优选地在20～400℃。当升华温度过低时，操作困难，作业性能差，当升华温度过高时，存在着使金刚石磨粒恶化，以及金刚石片的结合破损等危险。
利用上面所述的本实施形式，在利用干式方法钻孔时，可降低因钻头造成的岩心钻头的发热量，并保持钻孔速度，进行深孔的钻孔。
此外，在本实施形式中，作为磨料，与磨粒一起预先包含有超微细粉末的二氧化硅以及/或者含水树脂，但也可以使用相对于磨粒分开供应的超微细粉末的无水二氧化硅，含水树脂，在供应过程中进行混合。在本实施形式中，只不过列举了在进行钻孔作业时效率最高的情况的一个例子、对于超微细粉末的二氧化硅，含水树脂和升华材料分别如何供应，并未加以限定。
权利要求
1.一种磨料，所述磨料被供应给将用粘合剂材料保持金刚石磨粒的金刚石片固定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头的前述前端、和被前述前端顶压而被钻孔的被切削材料之间，对前述金刚石片进行修整，其特征为，包含有表面上具有硅烷醇基、其粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅。
2.一种磨料，所述磨料被供应给将用粘合剂材料保持金刚石磨粒的金刚石片固定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头的前述前端、和被前述前端顶压而被钻孔的被切削材料之间，对前述金刚石片进行修整，其特征为，包含有通过前述金刚石片挤压而渗出水分，或者因温度上升而放出水分的含水树脂。
3.如权利要求2所述的磨料，其特征为，包含有表面上具有硅烷醇基、粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅。
4.一种磨料，所述磨料被供应给将用粘合剂材料保持金刚石磨粒的金刚石片规定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头的前述前端、和被前述前端顶压而被钻孔的被切削材料之间，对前述金刚石片进行修整，其特征为，包含有升华材料。
5.如权利要求4所述的磨料，其特征为，包含有通过前述金刚石片挤压而渗出水分，或者因温度上升而放出水分的树脂。
6.如权利要求4或5所述的磨料，其特征为，包含有表面上具有硅烷醇基、粒径为5nm至50nm的超微细粉末的无水二氧化硅。
7.一种钻孔方法，在绕轴线旋转驱动在筒状型芯的前端上固定有用粘接材料保持的金刚石磨粒的金刚石片构成的岩心钻头，并推顶前述前端对被切削材料进行钻孔的同时，向前述前端与前述被切削材料之间供应进行前述金刚石片的修整用的磨料的钻孔方法中，其特征为，对于前述磨料，使用权利要求1至权利要求6任何一项中所述的磨料。
全文摘要
提供一种在利用干式方法钻深孔时可降低因钻孔引起的岩心钻头的发热,保持钻孔速度不降低,并且能够钻深孔的磨料以及利用该磨料的钻孔加工方法。作为供应给把金刚石片(31)固定到绕轴线旋转驱动的筒状柄的前端上构成的岩心钻头(11)的前端与被前述前端推顶而被钻孔的被切削材料(20)之间进行金刚石片(31)的修整用的磨料,采用在进行金刚石片(31)的修整的磨粒中添加了超微细粉末的无水二氧化硅和含水树脂的材料。
文档编号C09K3/14GK1380483SQ0210595
公开日2002年11月20日 申请日期2002年4月11日 优先权日2001年4月11日
发明者真崎繁, 川原刚 申请人:三菱综合材料株式会社, 日本金刚石株式会社