JP2000000686A - 切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具 - Google Patents
切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具Info
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- JP2000000686A JP2000000686A JP16939098A JP16939098A JP2000000686A JP 2000000686 A JP2000000686 A JP 2000000686A JP 16939098 A JP16939098 A JP 16939098A JP 16939098 A JP16939098 A JP 16939098A JP 2000000686 A JP2000000686 A JP 2000000686A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有
する掘削工具を提供する。 【解決手段】 合金鋼製ビット本体の先端面に複数の炭
化タングステン基超硬合金製ポストが所定の配列で固着
され、前記ポストの先方側面のそれぞれに焼結ダイヤモ
ンド製切刃片が直接ろう付けされた構造の掘削工具にお
いて、上記切刃片の上記ポストへのろう付け用ろう材
を、重量％で、Ｃｕ：２０〜４０％、Ｔｉ：０．５〜１
０％、を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組
成を有するＡｕ合金ろう材で構成する。
する掘削工具を提供する。 【解決手段】 合金鋼製ビット本体の先端面に複数の炭
化タングステン基超硬合金製ポストが所定の配列で固着
され、前記ポストの先方側面のそれぞれに焼結ダイヤモ
ンド製切刃片が直接ろう付けされた構造の掘削工具にお
いて、上記切刃片の上記ポストへのろう付け用ろう材
を、重量％で、Ｃｕ：２０〜４０％、Ｔｉ：０．５〜１
０％、を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組
成を有するＡｕ合金ろう材で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、焼結ダイヤモン
ド製切刃片（以下、ダイヤ切刃片と云う）の炭化タング
ステン基超硬合金製ポスト（以下、超硬ポストと云う）
に対するろう付け部がすぐれた破断強度を有し、したが
って高速掘削などの苛酷な条件下での掘削に際しても前
記ダイヤ切刃片のろう付け部に破断の発生なく、長期に
亘ってすぐれた掘削性能を発揮する掘削工具に関するも
のである。
ド製切刃片（以下、ダイヤ切刃片と云う）の炭化タング
ステン基超硬合金製ポスト（以下、超硬ポストと云う）
に対するろう付け部がすぐれた破断強度を有し、したが
って高速掘削などの苛酷な条件下での掘削に際しても前
記ダイヤ切刃片のろう付け部に破断の発生なく、長期に
亘ってすぐれた掘削性能を発揮する掘削工具に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、例えば石油などの掘削
に、図１（ａ）および（ｂ）にそれぞれ概略斜視図およ
び概略正面図で示される通り、合金鋼製ビット本体の先
端面に、複数の超硬ポストが所定の配列でろう付けや焼
きばめなどの手段で固着され、前記超硬ポストの先方側
面のそれぞれにダイヤ切刃片が、例えば特開平９−１１
０５４１号公報および特開平９−１１０５４２号公報に
記載される通り、重量％で（以下、％は重量％を示
す）、Ａｇ−１０〜３０％Ｃｕ−２〜８％Ｔｉ−０．５
〜４％Ｚｒの組成を有するＡｇ合金ろう材や、Ｃｕ−
０．５〜１０％Ｔｉの組成を有するＣｕ合金ろう材を用
いて直接ろう付けされた構造の掘削工具が用いられてい
ることは良く知られるところである。
に、図１（ａ）および（ｂ）にそれぞれ概略斜視図およ
び概略正面図で示される通り、合金鋼製ビット本体の先
端面に、複数の超硬ポストが所定の配列でろう付けや焼
きばめなどの手段で固着され、前記超硬ポストの先方側
面のそれぞれにダイヤ切刃片が、例えば特開平９−１１
０５４１号公報および特開平９−１１０５４２号公報に
記載される通り、重量％で（以下、％は重量％を示
す）、Ａｇ−１０〜３０％Ｃｕ−２〜８％Ｔｉ−０．５
〜４％Ｚｒの組成を有するＡｇ合金ろう材や、Ｃｕ−
０．５〜１０％Ｔｉの組成を有するＣｕ合金ろう材を用
いて直接ろう付けされた構造の掘削工具が用いられてい
ることは良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の石油はじ
め、各種の掘削装置の高性能化および高出力化はめざま
しく、かつ掘削作業の省エネ化および省力化に対する要
求も強く、これに伴ない、掘削作業は、高速化の傾向に
あるが、上記の従来掘削工具はじめ、多くの掘削工具の
場合、特にこれを構成するダイヤ切刃片の超硬ポストに
対するろう付け部の破断強度が不十分であるために、前
記ダイヤ切刃片に断続的高負荷が速いピッチでかかる高
速掘削では前記ダイヤ切刃片のろう付け部が破断し易
く、この部分で剥離が発生し、比較的短時間で使用寿命
に至るものである。
め、各種の掘削装置の高性能化および高出力化はめざま
しく、かつ掘削作業の省エネ化および省力化に対する要
求も強く、これに伴ない、掘削作業は、高速化の傾向に
あるが、上記の従来掘削工具はじめ、多くの掘削工具の
場合、特にこれを構成するダイヤ切刃片の超硬ポストに
対するろう付け部の破断強度が不十分であるために、前
記ダイヤ切刃片に断続的高負荷が速いピッチでかかる高
速掘削では前記ダイヤ切刃片のろう付け部が破断し易
く、この部分で剥離が発生し、比較的短時間で使用寿命
に至るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来掘削工具に着目し、
ダイヤ切刃片の超硬ポストに対するろう付け部の破断強
度の向上をはかるべく研究を行なった結果、ダイヤ切刃
片を、Ｃｕ：２０〜４０％、 Ｔｉ：０．５〜１０
％、を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成
を有するＡｕ合金ろう材を用いて、超硬ポストに直接ろ
う付けすると、前記ダイヤ切刃片と前記超硬ポストのろ
う付け部は著しく高い破断強度をもつようになり、した
がってこの結果の掘削工具は、これを高速掘削に用いて
も前記ダイヤ切刃片と前記超硬ポストのろう付け部が破
断するすることはなく、すぐれた掘削性能を長期に亘っ
て発揮するという研究結果を得たのである。
上述のような観点から、上記の従来掘削工具に着目し、
ダイヤ切刃片の超硬ポストに対するろう付け部の破断強
度の向上をはかるべく研究を行なった結果、ダイヤ切刃
片を、Ｃｕ：２０〜４０％、 Ｔｉ：０．５〜１０
％、を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成
を有するＡｕ合金ろう材を用いて、超硬ポストに直接ろ
う付けすると、前記ダイヤ切刃片と前記超硬ポストのろ
う付け部は著しく高い破断強度をもつようになり、した
がってこの結果の掘削工具は、これを高速掘削に用いて
も前記ダイヤ切刃片と前記超硬ポストのろう付け部が破
断するすることはなく、すぐれた掘削性能を長期に亘っ
て発揮するという研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、合金鋼製ビット本体の先端面に
複数の超硬ポストが所定の配列で固着され、前記超硬ポ
ストの先方側面のそれぞれにダイヤ切刃片が直接ろう付
けされた構造の掘削工具において、上記ダイヤ切刃片の
上記超硬ポストへのろう付け用ろう材を、Ｃｕ：２０〜
４０％、 Ｔｉ：０．５〜１０％、を含有し、残りが
Ａｕと不可避不純物からなる組成を有するＡｕ合金ろう
材で構成してなる、ダイヤ切刃片のろう付け部がすぐれ
た破断強度を有する掘削工具に特徴を有するものであ
る。
なされたものであって、合金鋼製ビット本体の先端面に
複数の超硬ポストが所定の配列で固着され、前記超硬ポ
ストの先方側面のそれぞれにダイヤ切刃片が直接ろう付
けされた構造の掘削工具において、上記ダイヤ切刃片の
上記超硬ポストへのろう付け用ろう材を、Ｃｕ：２０〜
４０％、 Ｔｉ：０．５〜１０％、を含有し、残りが
Ａｕと不可避不純物からなる組成を有するＡｕ合金ろう
材で構成してなる、ダイヤ切刃片のろう付け部がすぐれ
た破断強度を有する掘削工具に特徴を有するものであ
る。
【０００６】つぎに、この発明の掘削工具において、こ
れを構成するＡｕ合金ろう材の成分組成を上記の通りに
限定した理由を説明する。 （ａ） Ｃｕ Ｃｕ成分には、ろう付け部の破断強度を著しく向上させ
るほか、ろう材の融点を下げ、もって流動性を増して、
ろう付け性を向上させる作用があるが、その含有量が２
０％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の含有量が４０％を越えると、ろう付け部の破断強度に
低下傾向が現れるようになることから、その含有量を２
０〜４０％、望ましくは２５〜３５％と定めた。
れを構成するＡｕ合金ろう材の成分組成を上記の通りに
限定した理由を説明する。 （ａ） Ｃｕ Ｃｕ成分には、ろう付け部の破断強度を著しく向上させ
るほか、ろう材の融点を下げ、もって流動性を増して、
ろう付け性を向上させる作用があるが、その含有量が２
０％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の含有量が４０％を越えると、ろう付け部の破断強度に
低下傾向が現れるようになることから、その含有量を２
０〜４０％、望ましくは２５〜３５％と定めた。
【０００７】（ｂ） Ｔｉ Ｔｉ成分には、特にダイヤ切刃片に対するぬれ性を一段
と向上させ、もってダイヤ切刃片と超硬ポストの接合強
度を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
量が１０％を越えると、特にダイヤ切刃片側に炭化チタ
ン層およびＴｉ合金層を形成し、この部分での接合強度
が低下するようになることから、その含有量を０．５〜
１０％、望ましくは１〜５％と定めた。
と向上させ、もってダイヤ切刃片と超硬ポストの接合強
度を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
量が１０％を越えると、特にダイヤ切刃片側に炭化チタ
ン層およびＴｉ合金層を形成し、この部分での接合強度
が低下するようになることから、その含有量を０．５〜
１０％、望ましくは１〜５％と定めた。
【０００８】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の掘削工具を実
施例により具体的に説明する。原料粉末として、いずれ
も２〜３０μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するダイ
ヤモンド粉末および各種の焼結助剤粉末を用意し、これ
ら原料粉末を表１に示される配合割合に配合し、ボール
ミル中で７２時間混合した後、この混合粉末を１ｔｏｎ
／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を
Ｔａカプセルに封入した状態で通常のベルト式超高圧焼
結装置に装填し、圧力：８ＧＰａ、温度：２２００℃、
保持時間：３０分の条件で焼結して、いずれも直径：１
０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった円形チップ形
状の焼結体をそれぞれ１６個づつ形成し、これらの焼結
体の表面をダイヤモンド砥石を用いて鏡面研磨した後、
レーザーを用いて直径：８ｍｍに加工してダイヤ切刃片
Ａ−１〜Ａ−１２をそれぞれ製造した。
施例により具体的に説明する。原料粉末として、いずれ
も２〜３０μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するダイ
ヤモンド粉末および各種の焼結助剤粉末を用意し、これ
ら原料粉末を表１に示される配合割合に配合し、ボール
ミル中で７２時間混合した後、この混合粉末を１ｔｏｎ
／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を
Ｔａカプセルに封入した状態で通常のベルト式超高圧焼
結装置に装填し、圧力：８ＧＰａ、温度：２２００℃、
保持時間：３０分の条件で焼結して、いずれも直径：１
０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった円形チップ形
状の焼結体をそれぞれ１６個づつ形成し、これらの焼結
体の表面をダイヤモンド砥石を用いて鏡面研磨した後、
レーザーを用いて直径：８ｍｍに加工してダイヤ切刃片
Ａ−１〜Ａ−１２をそれぞれ製造した。
【０００９】また、原料粉末として、いずれも１〜３μ
ｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉
末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉
末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意
し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合
し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、
１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、
この圧粉体を真空中、温度：１４００℃に１時間保持の
条件で焼結することにより、いずれも最大径：１５ｍｍ
×底面径：１３ｍｍ×長さ：２４ｍｍの寸法並びに図１
に示す形状を有する、それぞれが１６個の超硬ポストＢ
−１〜Ｂ−１２を製造した。
ｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉
末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉
末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意
し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合
し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、
１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、
この圧粉体を真空中、温度：１４００℃に１時間保持の
条件で焼結することにより、いずれも最大径：１５ｍｍ
×底面径：１３ｍｍ×長さ：２４ｍｍの寸法並びに図１
に示す形状を有する、それぞれが１６個の超硬ポストＢ
−１〜Ｂ−１２を製造した。
【００１０】さらに、通常の溶解法を用いて表３に示さ
れる成分組成をもった合金溶湯を調製し、いずれも通常
の条件で、インゴットに鋳造し、熱間圧延と冷間圧延を
施して厚さ：０．３５ｍｍの本発明掘削工具用ろう材Ｃ
−１〜Ｃ−１２、および従来掘削工具用ろう材Ｃ−１３
をそれぞれ製造した。
れる成分組成をもった合金溶湯を調製し、いずれも通常
の条件で、インゴットに鋳造し、熱間圧延と冷間圧延を
施して厚さ：０．３５ｍｍの本発明掘削工具用ろう材Ｃ
−１〜Ｃ−１２、および従来掘削工具用ろう材Ｃ−１３
をそれぞれ製造した。
【００１１】ついで、上記の１６個を１組としたダイヤ
切刃片Ａ−１〜Ａ−１２のそれぞれを表４に示される組
み合わせにおいて上記ろう材Ｃ−１〜Ｃ−１２を介して
同じく１６個を１組とした超硬ポストＢ−１〜Ｂ−１２
のそれぞれにセットし、１×１０-3ｔｏｒｒの真空中、
９５０℃に５分間保持の条件でろう付け接合し、さらに
このようにダイヤ切刃片をろう付けした１６個の超硬ポ
ストを、図１に示される通りＪＩＳ・ＳＣＨ４１５に規
定される合金鋼で構成されたビット本体の直径：２４０
ｍｍの先端面に十字状に配列形成された深さ：８ｍｍの
合計１６個の凹みのそれぞれに、Ｃｕ−４０％Ａｇ−６
％Ｓｎ−２％Ｎｉからなる組成および０．３５ｍｍの厚
さをもったろう材を挟んで嵌着し、Ａｒガス雰囲気中、
８００℃に５分間保持の条件でろう付けすることにより
本発明掘削工具１〜１２および従来掘削工具をそれぞれ
製造した。
切刃片Ａ−１〜Ａ−１２のそれぞれを表４に示される組
み合わせにおいて上記ろう材Ｃ−１〜Ｃ−１２を介して
同じく１６個を１組とした超硬ポストＢ−１〜Ｂ−１２
のそれぞれにセットし、１×１０-3ｔｏｒｒの真空中、
９５０℃に５分間保持の条件でろう付け接合し、さらに
このようにダイヤ切刃片をろう付けした１６個の超硬ポ
ストを、図１に示される通りＪＩＳ・ＳＣＨ４１５に規
定される合金鋼で構成されたビット本体の直径：２４０
ｍｍの先端面に十字状に配列形成された深さ：８ｍｍの
合計１６個の凹みのそれぞれに、Ｃｕ−４０％Ａｇ−６
％Ｓｎ−２％Ｎｉからなる組成および０．３５ｍｍの厚
さをもったろう材を挟んで嵌着し、Ａｒガス雰囲気中、
８００℃に５分間保持の条件でろう付けすることにより
本発明掘削工具１〜１２および従来掘削工具をそれぞれ
製造した。
【００１２】つぎに、この結果得られた各種の掘削工具
について、 掘削材：１０１０ｋｇ／ｃｍ2 の圧縮強度および７５の
ショア硬さを有する安山岩、 掘削速度：４５ｃｍ／ｍｉｎ、 給水量：９０ｌ／ｍｉｎ、 回転速度：１５０ｒ．ｐ．ｍ．、 給圧：５００ｋｇ／ビット、 の条件で高速掘削試験を行ない、使用寿命に至るまでの
掘削長をそれぞれ測定した。これらの測定結果を表４に
示した。また、表４にはダイヤ切刃片と超硬ポストのろ
う付け部の破断強度（超硬ポスト：１６個の平均値）を
示した。
について、 掘削材：１０１０ｋｇ／ｃｍ2 の圧縮強度および７５の
ショア硬さを有する安山岩、 掘削速度：４５ｃｍ／ｍｉｎ、 給水量：９０ｌ／ｍｉｎ、 回転速度：１５０ｒ．ｐ．ｍ．、 給圧：５００ｋｇ／ビット、 の条件で高速掘削試験を行ない、使用寿命に至るまでの
掘削長をそれぞれ測定した。これらの測定結果を表４に
示した。また、表４にはダイヤ切刃片と超硬ポストのろ
う付け部の破断強度（超硬ポスト：１６個の平均値）を
示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【表４】
【００１７】
【発明の効果】表４に示される結果から、本発明掘削工
具１〜１２は、いずれもダイヤ切刃片と超硬ポストのろ
う付け部が上記組成のＡｕ合金ろう材の使用によって著
しく高い破断強度をもつようになるので、苛酷な条件で
の掘削作業となる高速掘削でも、前記ろう付け部に破断
の発生なく、すぐれた掘削性能を長期に亘って発揮する
のに対して、従来掘削工具は、前記ろう付け部の破断強
度が相対的に低いために掘削開始後短時間で前記ろう付
け部に破断が発生し、使用寿命に至ることが明らかであ
る。上述のように、この発明の掘削工具は、ダイヤ切刃
片と超硬ポストのろう付け部が高い破断強度を有するの
で、通常の条件での掘削作業は勿論のこと、これを高速
で行ってもダイヤ切刃片は超硬ポストに強固に接合し、
長期に亘ってすぐれた掘削性能を発揮するものであり、
掘削作業の省エネ化および省力化に十分満足に対応する
ものである。
具１〜１２は、いずれもダイヤ切刃片と超硬ポストのろ
う付け部が上記組成のＡｕ合金ろう材の使用によって著
しく高い破断強度をもつようになるので、苛酷な条件で
の掘削作業となる高速掘削でも、前記ろう付け部に破断
の発生なく、すぐれた掘削性能を長期に亘って発揮する
のに対して、従来掘削工具は、前記ろう付け部の破断強
度が相対的に低いために掘削開始後短時間で前記ろう付
け部に破断が発生し、使用寿命に至ることが明らかであ
る。上述のように、この発明の掘削工具は、ダイヤ切刃
片と超硬ポストのろう付け部が高い破断強度を有するの
で、通常の条件での掘削作業は勿論のこと、これを高速
で行ってもダイヤ切刃片は超硬ポストに強固に接合し、
長期に亘ってすぐれた掘削性能を発揮するものであり、
掘削作業の省エネ化および省力化に十分満足に対応する
ものである。
【図１】掘削工具を示す概略斜視図（ａ）およびダイヤ
切刃片付き超硬ポストの概略正面図（ｂ）である。
切刃片付き超硬ポストの概略正面図（ｂ）である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ２１Ｂ 10/52 Ｅ２１Ｂ 10/52
Claims (1)
- 【請求項１】 合金鋼製ビット本体の先端面に複数の炭
化タングステン基超硬合金製ポストが所定の配列で固着
され、前記ポストの先方側面のそれぞれに焼結ダイヤモ
ンド製切刃片が直接ろう付けされた構造の掘削工具にお
いて、 上記切刃片の上記ポストへのろう付け用ろう材を、重量
％で、 Ｃｕ：２０〜４０％、 Ｔｉ：０．５〜１０％、 を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成を有
するＡｕ合金ろう材で構成したことを特徴とする切刃片
のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16939098A JP3942127B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | 切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16939098A JP3942127B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | 切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000000686A true JP2000000686A (ja) | 2000-01-07 |
| JP3942127B2 JP3942127B2 (ja) | 2007-07-11 |
Family
ID=15885720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16939098A Expired - Fee Related JP3942127B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | 切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3942127B2 (ja) |
Cited By (7)
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| CN101200998A (zh) * | 2002-07-26 | 2008-06-18 | 三菱麻铁里亚尔株式会社 | 硬质合金和金刚石件的熔合结构和方法及钻具与其切削件 |
| US8360176B2 (en) | 2009-01-29 | 2013-01-29 | Smith International, Inc. | Brazing methods for PDC cutters |
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-
1998
- 1998-06-17 JP JP16939098A patent/JP3942127B2/ja not_active Expired - Fee Related
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