JP2003533618A - 切削工具及びその使用方法 - Google Patents
切削工具及びその使用方法Info
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Abstract
Description
リング又は鋸引きに用いられる切削工具の改良に関し、特に、ダイヤモンド複合
チップをそれぞれ含むピック、鋸及びドリル並びにその使用方法に関する。
もしくはドリリングに使用する機械は、いろいろな工具を用いており、以下、総
称して「切削工具」という。一般に、ピック、鋸及びドリルの3つの種類の切削
工具がある。
工具として使用される。”ピック”という用語(または「ドラッグツール」とも
いう)は、代表的には、尖った又はのみ形に形成された岩切削工具であって、岩
の表面に食い込み、表面に沿って擦り取ることにより岩を切削する岩切削工具を
意味している。ピックは、代表的には、切削チップを形成するタングステンカー
バイド-コバルト材を備えた鋼鉄のシャンクからなっている。この方法によると
、ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンド複合物(PDC)からなるチップを有す
る工具を用いた場合にできる細かな切削くずに比べ、相対的に大きな岩破片(ま
たは切削くず)が生じる。
に望ましい角度(アタック角度、迎え角)で切削工具を方向付けるために、多く
の工具ホルダーが備えられている。切削工具はレース模様のような食い違い状又
は千鳥状に配置され、すなわち解放された切削をもたらすように設計されたパタ
ーンに配列されており、切削ヘッドが回転している時、各切削工具の仕事は、先
行している工具の働きによって負担軽減され、同様に、後続の工具の仕事の負担
を軽減するようになっている。この方法によると、損傷していない岩を、各工具
が解放されていない切削によって掘削しなければならない場合の必要エネルギー
に比べ、少ないエネルギーで岩破片を遊離状態に破砕することができる。
ルト複合物ででできた切削チップを有している。これらのピックは、多くの欠点
を抱えている。
早く摩耗する。先の尖ったタングステンカーバイドチップは、摩耗が均等化する
ように、使用中、それらのホルダー内で回転するように設計されている。実際問
題としては、チップの殆どは回転せず、摩耗の形態が平らになってしまっている
。点というよりも直線状に岩の表面に接触して円錐形に摩耗するように回転する
チップであっても、結局、チップが新品だった時に比べると、岩を破砕するため
に非常に大きな力が必要になる。この摩耗の理由は、タングステンカーバイドチ
ップが、石炭又は軟らかい岩を切削するためにのみ効果的に用いることができる
からである。したがって、タングステンカーバイドチップの平均的な寿命は短く
、しばしば交換しなければならない。
に硬い岩を切削するのに十分な強度及び耐摩耗性を維持できるピックの必要性は
はっきりとしている。
として含浸ダイヤモンドソーホイール及びロックホイールで構成されている。
わゆる”ドラッグビット”を有する大きなホイールであり、チッピング作用で岩
を切除する。タングステンカーバイドチップの摩耗特性のため、ロックホイール
は、砂岩のように、おおよそ100〜120MPaの強度限界を有する岩への使
用に制限されている。したがって、ロックホイールは、軟らかい岩に対しては全
く問題なく使用できるが、花崗岩のように、より硬い岩に対しては使用すること
ができない。
入った金属マトリックス複合材の外周セグメントを備えている。鋸引き作用は、
小さく突き出したダイヤモンド粒子で岩を擦り、微小割れ目を生じさせることに
より達成される。鋸が通過する毎に、非常に少量の、たとえば数ミクロンの岩が
、非常に小さな破片として切除される。このような鋸は硬い岩を切削するのに使
用できるが、鋸引き工程では、非常に強いエネルギーが必要になると共に非常に
遅い。
ドロックホイールよりも摩耗率が遅く、従来技術の含浸ダイヤモンドソーホイー
ルよりも速く、エネルギー効率良く鋸引きすることができる鋸の必要性ははっき
りとしている。
た又はのみ形のタングステンカーバイド切削要素を組み込んだドリルビットを用
いて行なわれている。このような形状の切削要素は、当技術においては”ドラッ
グビット”と呼ばれている。これらドラッグビットは、”チッピング”作用を利
用し、各通過毎に、破片として比較的多量の岩を切除し、そして、迅速にドリリ
ングを行なう。しかしながら、タングステンカーバイドが早く摩耗するため、こ
れらのドリルビットを花崗岩のような硬い岩をドリリングするのに用いることは
実用的でない。
ステンカーバイド工具チップを製造することが試みられた。しかしながら、その
ような試みは、タングステンカーバイドのゆがみ又は高温下におけるダイヤモン
ドの変質のために、巧くいかなかった。
モンド又は多結晶ダイヤモンドコンパクト(PDC)、を組み込んだドリルビッ
トを使用することにより行なわれている。
と嵌め込まれたダイヤモンドの破片から構成されている。ダイヤモンドセットビ
ットは、MMCに取り付けられた比較的大きな天然ダイヤモンドから構成されて
いる。
クト(PDC)または熱安定性のPDCを組み入れたドリルビットを使用するこ
ともある。これらのドリルビットは、タングステンカーバイド-コバルト複合物
に取り付けられたPDCのディスクで構成されており、上記ディスクのエッジで
岩を擦るようになっている。
ビットにおいて、岩の切削は、岩の表面を横切るように切削要素で擦ることによ
り実施されている。通過する毎に微小の切除を行うが、非常に少ない量、通常、
一回の通過で1/10mmより少ない量を切除している。岩は小さい破片として切
除されるが、その工程にはかなりのエネルギー集中が要求される。したがって、
ドリリング工程は、遅くて、各通過毎に少ない量の岩しか切除できず、その結果
、1時間でほんの1m程度のドリリング率となる。
来のビットを備えたダイヤモンド又はPDCよりも速くかつ効率良く作用する硬
い岩をドリル孔明けするためのドリルビットが必要とされるのは、明かである。
を有する切削工具を生産する試みは数多くあったが、殆ど成功していない。
が、当該技術で”ドラッグビット”と呼ばれる先の尖った又はのみ形の切削ボデ
ィの形態のような材料を備えていないことに起因していることを認識した。先の
尖ったボディは岩表面を圧迫して、比較的大きな破片として岩を切除することが
でき、岩の表面を擦って非常に小さな破片を生じさせる従来のドラッグビットが
必要とする一回当たりのエネルギーよりも、少ないエネルギーで済む。さらに、
先の尖ったボディは、各通過時により多くの岩を切除し、その結果、より迅速な
切削工程を行なうことができる。
工程に限界があるため、一般的に、非常に限定された範囲の形状のみで活用され
ていた。それらの形状は、三角形、正方形、長方形、及びディスク及び円筒をレ
ーザー切断又は放電加工(EDM)で切断したような半円筒形である。直接合成
によって、円錐のような、先の尖ったボディを生産することはいままで不可能で
あった。
歩した。このような材料は、アドヴァンスト ダイヤモンド コンポジッツ(A
DC)と呼ばれており、たとえば、WO088/07409及びWO090/0
1986に記載されており、それら公報の開示は参照によってここに組み入れら
れている。
とにより形成されるが、上記高圧高温での混合により、ダイヤモンドの炭素と反
応するシリコンを溶融させ、該シリコンをダイヤモンド粒子間に浸透させてシリ
コンンカーバイドを形成する。シリコンカーバイドはダイヤモンド結晶間の強い
結合を形成する。
反応の間は、シリコンボディに隣接位置しているかもしれない。この改良は、W
O088/07409の要旨であり、有害な間隙率及び微小クラックを最小化す
ると共に、密度を増大させ、そしてそれによりADCの機械的特性を向上させて
いる。
又は燐が、反応の前に、ダイヤモンドシリコン混合物及び/又はシリコンボディ
(もし使用されるなら)に導入され、それにより、ADC内のシリコンカーバイ
ド結合材は、窒素及び/又は燐を、限界値より多量に含む結果になる。この限界
値は通常100万分の500(ppm)である。ADC生成物は、低い電気抵抗−通
常、0.2ohm cmより少ない−を有している。低い電気抵抗は、放電加工−ワイ
ヤカッティングや火花エロージョンとも呼ばれている−によるADCボディの形
削り、加工及び機械加工において有益である。EDMは、レーザー切断のような
従来の成形技術よりも、加工されるボディの寸法及び生産できる形状の範囲に関
しては、はるかに用途が広い。
状に型加工及び/又は機械加工できることが分かった。
らなる問題に出くわした。すなわち、ADCボディを工具ボディに効果的に取り
付ける手段である。工具ボディは、通常、鋼鉄で造られるが、それらはタングス
テンカーバイド成分を含んでいる場合がある。本発明者は、真空ろう付方法のよ
うな、工具ボディに切削チップを取り付けるための従来方法が、常には、強くて
十分な結合を提供せず、そのためにチップが使用中に決裂することがあることが
分かった。本発明者は、金属マトリックス複合物を、切削チップを切削ボディに
結合するのに用いると、非常に強くて効果的な結合を作り出すというおどろくべ
き発見をした。
削工具は、先端の尖った又はのみ形のボディからなる1つ又はそれ以上の切削要
素からできており、前記ボディは、シリコンカーバイドマトリックスによって互
いに結合されたダイヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、その1つ又
は各々の切削要素は、尖った又はのみ形の先端が前記マトリックスから突出する
ように、金属マトリックス複合材からなる支持マトリックス内に取り付けられて
いる。
記ピックは、先端の尖った又はのみ形のボディからなる1つ又はそれ以上の切削
要素からできており、前記ボディは、シリコンカーバイドマトリックスによって
互いに結合されたダイヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、その1つ
又は各々の切削要素は、尖った又はのみ形の先端が前記マトリックスから突出す
るように、金属マトリックス複合材からなる支持マトリックス内に取り付けられ
ている。
鋸は、金属複合材の支持マトリックスに取り付けられた複数の切削要素でできて
おり、各々の切削要素は、先端の尖った又はのみ形のボディからなり、前記ボデ
ィは、シリコンカーバイドマトリックスによって互いに結合されたダイヤモンド
結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、各々の切削要素は、尖った又はのみ形の
先端が前記マトリックスから突出するように、金属複合材内に取り付けられてい
る。
て、前記ドリルビットは、金属複合材の支持マトリックスに取り付けられた複数
の切削要素でできており、各々の切削要素は、先端の尖った又はのみ形のボディ
からなり、前記ボディは、シリコンカーバイドマトリックスによって互いに結合
されたダイヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、各々の切削要素は、
尖った又はのみ形の先端が前記マトリックスから突出するように、金属複合材内
に取り付けられている。
削要素を組み込んだ切削工具を開発した。切削要素は、ピックボディ内又は表面
に取り付けるための取付部と、ピックボディから突出すると共に切削面を携えた
切削部を備えている。切削部の形状は円錐、裁頭円錐、くさび、のみ、弾丸、丸
い先端部、平らな板、ピラミッド、三角錐、正方形の角部、四面体、オウムの嘴
又は雪かき機の形になっている。
ボディに取り付けられているのに対し、本発明者は、WCもしくは鋼鉄ベースの
いずれにADCチップをろう付けしても、十分に強く結合できないことを認識し
た。その代わり、本発明者は、金属マトリックス複合物を使用してWC又は鋼鉄
の支持層にADCチップを結合すると、非常に強くかつ耐久性のある結合を提供
することを見出した。さらに、金属マトリックス複合材は、ADC要素をマトリ
ックス内に嵌め込むのに非常に適したマトリクスを提供することも見出した。
銀及びすずを含んでいるが、それらを除いては、多様に変えることができる。複
合物はまたタングステンカーバイドを含むこともできる。そのような金属マトリ
ックス複合物は、ケンナメタル(Kennametal)からマトリックスパウダーズ(Mat
rix Powders)として販売されているような、金属パウダーを使用して適切に形
成することができる。そのような適切なパウダーの1つとして、P-75S型マ
トリックスパウダーがある。金属パウダーは加圧下の燒結によって固体金属複合
物に変化する。発明の1つの形態では、溶融工程によって複合物を形成しており
、前記溶融工程では、金属パウダーが部分的に融け、集められて圧搾されると共
に濃縮される。別の形態として、複合物を溶浸方法によって形成しており、溶浸
方法では、溶融金属を加圧下で金属パウダーに添加して、溶融金属をパウダー粒
子間の隙間に充填する。
たアーチ形に形成されると共に、切削チップを形成する頂部を有している。好ま
しくは、切削要素は、テーパー形の伸長ボディと切削チップから構成される。あ
らゆる形状の切削要素は、22口径ライフル弾に似ている。弾丸形の切削チップ
は、本質的に、より強くかつ壊れ難い円錐形チップが好ましい。
行くに従い細くなるテーパー形である。すなわち、取付部は円筒形ではなく、裁
頭円錐形が好ましい。なぜなら、裁頭円錐形は、本質的に、円筒形よりも強度が
大きいからである。
礎とした、二重円錐形である。円錐の1つは取付部を形成し、工具ボディ及び/
又は金属マトリックス複合物に設けられた凹部内に受け入れられ、一方、他の円
錐は切削部を形成し、掘削される岩に接触するために工具ボディから突出してい
る。2つの円錐は高さが異なり、細長い方の円錐は凹部及び又はMMC内に受け
入れられ、ずんぐりした方の円錐は、切削チップを形成している。二重円錐形は
、最低量のダイヤモンド複合材のみを必要とするので、比較的安い製造費とする
のに有利である。切削部を形成する円錐は、弾丸形又は先の尖ったアーチ形とす
るのが有利であり、前述のように、円錐形のものより強い切削チップを提供する
。
製シャンクが設けられ、他端部に切削要素が設けられる。
に受け入れられ、それにより、切削部が十分に長く突出して効果的に切削できる
ように、十分に細長く形成されることが必要となる。好ましくは、取付部と凹部
の内周面の間に間隙を設け、該隙間は、切削要素を所定の個所に結合するのに十
分な金属マトリックス複合材を収納できるようになっている。切削要素を凹部に
取り付けることにより、結果として飛躍的に強く結合できる。
成されている。したがって、取付部が裁頭円錐形である場合は、凹部も、また、
好ましくは、裁頭円錐形に形成され、取付部が円錐である場合には、好ましくは
凹部も円錐形に形成される。
切削要素をピックボディに結合している。
んでいる。このような実施の形態では、鋼鉄成分は、好ましくは、前記鋼鉄成分
に溶融されると共に切削要素を受け入れる凹部を形成するタングステンカーバイ
ド成分と共に、少なくともシャンク部分を形成している。ここでもまた、MMC
が切削チップをピックボディに結合するために用いられる。
することは、ピック全体の強度を向上させる。さらに、MMCもまた、鋼鉄とA
DCの中間の弾性率を有しており、タングステンカーバイドが現に介在しない場
合でも、同様に、全体の強度を向上させる。
角度と異なった迎え角で使用することにより、優れた切削効果がえられることを
認識した。
表面とピックの軸芯との為す角度が、おおよそ40°〜60°になるように工具
ホルダー内で方向付けられている。このような角度は、従来、機能的に優れたW
C−Co切削チップの独特の摩耗特性のために必要であった。
60°の高い迎え角で非常に優れた結果が得られることが分かった。好ましくは
、迎え角は60°〜80°の範囲であり、より好ましくは、65°〜75°の範
囲であり、最も好ましくは、略70°である。この急勾配の迎え角は、従来技術
の切削要素よりも遥かに硬くて異なった摩耗パターンを生じる切削要素であるこ
とにより、造ることができるものである。また、本発明の幾つかの実施の形態の
ピックを、従来の低い迎え角で使用すると、幾らかの条件においては、ピックボ
ディから切削要素が取れるという結果がでる。ところが、迎え角を略60°まで
高くすることによって、切削チップに掛る力がピックの回転軸芯に可能な限り近
付き、それによって、切削要素の脱落の原因となる切削チップにかかる曲げムー
ブメントを最小にする。
込むために好適なマトリックスであることを見出した。本発明の鋸は、好ましく
は、実質的に円形の鋸ボディからなり、該鋸ボディは、その外周端に取り付けら
れて切削面を形成する複数の切削要素を有している。
いて複数の弓形の切削セグメントを備えている。各々の切削セグメントは、代表
的には、各切削セグメントが共同して切削面を作り上げるように、MMC内に取
り付けられた複数の切削要素から構成されている。
又は窓孔内に、切削要素を直接に取り付けることにより造られている。切削要素
は、各穴に供給されたMMCを使用して所定の位置に固定されている。
配置(are laced)される。すなわち、解放された切削を効果的にもたらすために
設計されたパターンに配列されており、鋸が回転すると、各切削要素は、これら
に先行する切削要素の活動によって自らの仕事が軽減され、同様に、後に続く各
切削要素の仕事も軽減する。この方法によると、解放されない切削によって無傷
の岩を各工具で掘削しなければならない場合に比べ、少ないエネルギーで岩破片
を遊離状態に破壊することができる。注意すべきことは、従来技術のタングステ
ンカーバイド切削要素を、レース模様のような食い違い状又は千鳥状に配置する
ことは不可能であったことである。なぜなら、それらは比較的大きくする必要が
あり、しかも、同一の溝内に一方と他方の切削要素を互いに追従させなければな
らないからである。本発明の鋸を使用すると、各通過毎に、1mmという驚くべき
割合で岩を切除することが可能となる。
とドラッグビットの軸芯との為す角度が、使用中に、おおよそ40°〜60°と
なるように方向付けられていた。そのような角度は、WC-Co切削チップの独
特の摩耗特性のために以前から必要であった。
え角が60°〜80°の範囲に入るように、切削要素が鋸ボディ及び/又は支持
マトリックス内に取りつけられる場合に、遥かにすばらしい結果が得られること
を見出した。より好ましくは、迎え角は65°〜75°の範囲内であり、最も好
ましくは、70°である。この急な迎え角は、切削要素が、従来のものよりもか
なり硬くてそれにより摩耗特性が異なることから、可能となる。
のいずれの鋸よりも遥かに優れた切削機能を提供する。本発明の鋸は、非常に高
速で硬い岩を切り通すことができ、各通過毎に1mm進み、回転速度1000rpm
では毎分1mとなる。この切削率は、溶侵ダイヤモンド鋸よりも何倍も高速であ
り、先の尖った切削要素による圧痕工程及びクラックの広がり形態におおいに帰
することができる。このような工程は、現存するいかなる鋸の切削作用とも顕著
に相違する。さらに、本発明の鋸は、従来のロックホイールによりできるスロッ
トよりもはるかに小さい幅のスロットで岩を切削することができ、これは、岩の
消失が少ないことを意味する。
、本願の鋸では切削することができる。
は異なり、クラックの広がり工程及びチップ形態によって、微細な破片を造り出
す切削がより速くなる。
寸法が大きくて切削中は同じ溝内を互いが通過しなければならないことから、ド
ラッグビットを、レース模様のような食い違い状又は千鳥状に配置することは不
可能であったが、本願のドラッグビットでは、ドラッグビットをレース模様のよ
うな食い違い状又は千鳥状に配置する有利性を活用することができる。
定の掘削率に要する力は軽くなる。
して、所定の適切な力による掘削率は高くなる。
削エネルギーで掘削することができる。
る先の尖った複数の切削要素から構成されている。各々の切削要素は、金属マト
リックス複合材内に取り付けるための取付部と、支持マトリックスから突出する
と共に切削面を携えた切削部を備えている。
コアドリルビットから構成されている。コアドリルビットは環状に形成され、回
収可能に構成されて、穴が通過した岩の地質情報が調査できるように造られてい
る。
泥からなるドリリング流体の流れは、一般的には、ドリルビットを冷却するため
にドリリング中は循環しており、そしてまた、岩切削くずを表面まで運ぶのに利
用される。在来型の循環では、ドリリング流体は、ドリルビットに結合された一
連のパイプの内側を穴底まで流下する。逆転循環では、一連のパイプは、一方の
パイプが他方のパイプの内側に設けられた二重壁構造となっており、ドリリング
流体は、一連のパイプの外周側を流下すると共に一連のパイプの内側を上昇する
。すなわち、ドリリング流体は、内外両パイプ間の環状スペース内を流下すると
共に、中央側のパイプ内を上昇する。
逆転循環コアドリリングに用いられることである。ドリルビットは、コアドリリ
ング作業が進むに伴い、コアを短い長さに破壊するために、コアブレーカーを備
えている。各長さのコアは、それからドリリング流体によって中央パイプの表面
まで上昇する。
ルビットボディから構成されており、各切削要素はボディの一端部においてMM
C内に取り付けられ、切削面を形成している。環状又は円筒状のドリルビットボ
ディは、内壁と外壁を有しており、好ましくは、使用中にドリリング流体が流れ
るように形成されたドリリング流体通路を備えている。
模様のような食い違い状又は千鳥状に配置される。すなわち、解放された切削を
効果的にもたらすように設計されたパターンに配列されており、ドリルビットが
回転すると、各切削要素は、これらに先行する切削要素の活動によって、自らの
仕事が軽減され、同様に、後に続く各切削要素の仕事も軽減する。この方法によ
ると、解放されない切削によって無傷の岩を各工具で掘削しなければならない場
合に比べ、少ないエネルギーで岩破片を遊離状態に破壊することができる。注意
すべきことは、従来技術のタングステンカーバイド切削要素をレース模様のよう
な食い違い状又は千鳥状に配置することは不可能であったことである。なぜなら
、それらは比較的大きくなければならず、しかも、1つの溝内で互いに追従する
ようにしなければならないからである。
岩を切除することが可能となる。
とドラッグビットの軸芯との為す角度が、使用中に、おおよそ40°〜60°と
なるように、方向付けられていた。そのような角度は、WC-Co切削チップの
独特の摩耗特性のために以前から必要であった。
削要素の迎え角が60°〜80°の範囲に入るように、切削要素がドリルビット
ボディ及び/又は支持マトリックス内に取りつけられる場合に、遥かにすばらし
い結果が得られることを見出した。より好ましくは、迎え角は65°〜75°の
範囲内であり、最も好ましくは、70°である。この急な迎え角は、切削要素が
、従来のものよりもかなり硬くてそれにより摩耗特性が異なることから、可能な
らしめることができる。
な強い岩を、本願のドリルビットでは切削することができる。
砕工程とは異なり、クラックの広がり工程及びチップフォーメイションによって
、微細な破片を造り出す切削がより速くなる。
寸法が大きくて切削中は同じ溝内を互いが通過しなければならないことから、ド
ラッグビットをレース模様のように食い違い状又は千鳥状に設けることは不可能
であったが、本発明のドラッグビットでは、ドラッグビットをレース模様のよう
に食い違い状又は千鳥状に設ける有利性を活用することができる。
較して、所定の掘削率に要する力は軽くなる。
ットと比較して、所定の適当な力による掘削率は高くなる。
に比べて、はるかに限定された掘削エネルギーで掘削することができる。
してここで説明する。
は同じ符号を付してある。
示している。切削要素10は、ベース13、細長い取付部16及び切削部18で
構成されており、前記取付部16は工具ボディ(図示せず)の支持マトリックス
内に受け入れられるようになっている。前記切削部18は切削面又は切削点20
を備えている。前記取付部16の両側部24a,24bがベース13から切削部
18の方へ行くにしたがい細くなるテーパー形であるのに対して、前記切削部1
8は尖ったアーチ形または弾丸形になっている。
鋼鉄のピックボディ14内に取り付けられたADCからなるボディ12で構成さ
れている。切削要素10は、ここでの再説明は避けるが、図1で説明したような
特徴を有している。伸長取付部16はピックボディ14の凹部17に取り付けら
れており、切削部18は凹部17から突出すると共にその上端に切削面又は切削
点20を携えている。
クボディ14に結合されている。
に十分な隙間を確保することにより、取付部16の形状を補足できるように形成
されている。鋼鉄とADCとでは弾性係数が大きく相違しているため、切削要素
10とピックボディ14とを直に接触させないことが望ましく、そのために、M
MC22の介在層によって完全に2つに隔離している。
有している。
ディ230の外周端には、切削面234を形成するための複数の切削セグメント
232が間隔を置いて設けられている。鋸ボディ230は、モータ駆動軸(図示
せず)に連動連結して軸X−X回りに回転できるように、中央窓236を有して
いる。
、鋸ボディの外周端縁に嵌着される内側円周溝233を有している。切削セグメ
ント232は、複数の切削要素10(図1に示されているように)を備えており
、各切削要素10は切削面234を構成するように支持マトリックス238に設
けられている。支持マトリックス238は金属マトリックス複合材からなってお
り、該金属マトリックス複合材は、ケンナメタル(Kennametal)社からマトリッ
クスパウダーズ(Matrix Powders)として販売されている金属パウダーを用いて
適切に形成されており、そのような適切なパウダーの1つとして、P-75Sマ
トリックスパウダーがある。
すなわち、鋸210が回転する時、各切削要素10が、該切削要素10に先行す
る他の切削要素10から解放された切削を開拓し、そして次には、各切削要素1
0が、後に従う他の切削要素10のために解放された切削機会を提供するように
、切削要素10は切削面240に配列されている。さらに、各切削要素10は、
使用時、切削される岩の表面と切削要素18の軸芯との間の角度が、60°から
80°の範囲に入るようになっている。
図4と図3の各鋸の実施の形態の主な相違は、図4では切削面234’が鋸ボデ
ィ230’と一体に形成されると共に鋸ボディ230’の外周回りに円周状に連
なっている。図4の鋸210’は、鋸ボディ230’に開口231’を直接ドリ
ル加工することによって組み立てられている。図4aは鋸ボディ210’の部分
切欠き図であり、開口231’を示している。切削要素10は開口231’内に
配置され、所定の方向に向けられると共にMMCを用いて所定の位置に結合され
ている。
有する環状のドリルビットボディ350と、該ドリルビットボディ350に取り
付けられる複数の切削要素又はドラックビット10を備えている。切削要素10
は図1に示されている。ドリルビットボディ350は先導端(前端)358に切
削面356を有すると共に、後端360にドリルストリング(図示せず)に装着
するための手段を備えている。切削要素10は、切削面356に設けられた支持
マトリックス361内に設けられている。マトリックスは金属マトリックス複合
材で構成されている。該金属マトリックス複合材は、ケンナメタル社からマトリ
ックスパウダーズとして販売されている金属パウダーを用いて適切に形成されて
おり、そのような適切なパウダーの1つとして、P-75Sマトリックスパウダ
ーがある。
て、ドリリング流体溝362をドリルビットボディ350の内外両壁面352、
354に形成してある。
状に配置されている。すなわち、ドリルビット310が回転する時、各切削要素
10が、該切削要素10に先行する他の切削要素10から解放された切削を開拓
し、そして次には、各切削要素10が、後に続く切削要素10のために解放され
た切削機会を提供するように、切削要素10は切削面356に配列されている。
注意すべきことは、各切削要素が異なった方向性を有するにも拘わらず、各切削
要素10の先端を通る軸芯Aはドリルビット310の回転軸芯X−Xに対して概
ね70°の角度になっている。
れることなく、前述のような部品の構成又は配列に導かれることが理解できる。
る。
Claims (47)
- 【請求項1】 硬い岩を切削するための切削工具であって、 先の尖った又はのみ形のボディからなる1つ又はそれ以上の切削要素から構成
されており、 前記ボディは、シリコンカーバイドマトリックスによって互いに結合されたダ
イヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、 前記1つ又は各々の切削要素は、金属マトリックス複合材からなる支持マトリ
ックス内に取り付けられ、各々の切削要素の尖った又はのみ形の先端部が前記マ
トリックスから突出している切削工具。 - 【請求項2】 前記切削工具はピック、鋸又はドリルからなるグループから
選択されている請求項1記載の切削工具。 - 【請求項3】 前記ダイヤモンド複合材は、アドバンストダイヤモンドコン
ポジットである請求項1又は2記載の切削工具。 - 【請求項4】 先の尖ったボディからなる各々の切削要素は、好ましくは、
切削要素の切削部が、円錐形、弾丸形又は尖ったアーチ形、より好ましくは、弾
丸形又は尖ったアーチ形である請求項1乃至3のいずれかに記載の切削工具。 - 【請求項5】 前記切削要素は、さらにテーパ状の伸長ボディと前記切削部
を形成するヘッドを含んでおり、前記テーパー状伸長ボディは、前記切削要素を
前記支持マトリックスに取り付けるための取付部を形成している請求項4記載の
切削工具。 - 【請求項6】 前記伸長ボディは、切削部の方へ行くに従い小径となるテー
パー形に形成され、好ましくは裁頭円錐形である請求項5記載の切削工具。 - 【請求項7】 前記テーパー形の伸長ボディは、切削部から離れるに従い小
径となるテーパー形に形成され、前記切削部は好ましくは円錐形である請求項5
記載の切削工具。 - 【請求項8】 金属マトリックス複合材は、主たる成分として、銅、亜鉛、
銀及びすずを含んでおり、好ましくは、上記金属マトリックス複合材はさらにタ
ングステンカーバイドグレインを含み、さらに好ましくは溶融によって形成され
た請求項1乃至7のいずれかに記載の切削工具。 - 【請求項9】 1つ又は各々の前記切削要素は、該切削要素の迎え角が60
°より大きく、好ましくは60°〜80°の範囲内に、さらに好ましくは65°
〜75°の範囲内に、さらに好ましくは略70°になるように、前記支持マトリ
ックス内に取り付けられている請求項1乃至8のいずれかに記載の切削工具。 - 【請求項10】 硬い岩を切削するためのピックであって、 先の尖った又はのみ形のボディからなる1つ又はそれ以上の切削要素から構成
されており、 前記ボディは、シリコンカーバイドマトリックスによって互いに結合されたダ
イヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、 前記1つ又は各々の切削要素は、金属マトリックス複合材からなる支持マトリ
ックス内に取り付けられ、各々の切削要素の尖った又はのみ形の先端部が前記マ
トリックスから突出しているピック。 - 【請求項11】 前記ダイヤモンド複合材は、アドバンストダイヤモンドコ
ンポジットである請求項10記載のピック。 - 【請求項12】 先の尖ったボディからなる各々の切削要素は、好ましくは
、切削要素の切削部が、円錐形、弾丸形又は尖ったアーチ形、より好ましくは、
弾丸形又は尖ったアーチ形である請求項10又は11記載のピック。 - 【請求項13】 前記切削要素は、さらにテーパ形の伸長ボディと前記切削
部を形成するヘッドを含んでおり、前記テーパー形伸長ボディは、前記切削要素
を前記支持マトリックス内に取り付けるための取付部を形成している請求項10
乃至12のいずれかに記載のピック。 - 【請求項14】 前記伸長ボディは、切削部の方へ行くに従い小径となるテ
ーパー形に形成され、好ましくは裁頭円錐形である請求項10乃至13のいずれ
かに記載のピック。 - 【請求項15】 前記テーパー形の伸長ボディは、切削部から離れるに従い
小径となるテーパー形に形成され、好ましくは円錐形である請求項10乃至14
のいずれかに記載のピック。 - 【請求項16】 金属マトリックス複合材は、主たる成分として、銅、亜鉛
、銀及びすずを含んでおり、好ましくは、上記金属マトリックス複合材はさらに
タングステンカーバイドグレインを含んでいる請求項10乃至15のいずれかに
記載のピック。 - 【請求項17】 ピックボディを備え、該ピックボディの一端部には、工具
ホルダーに着脱するためにシャンクを設け、他端部には切削要素を備えている請
求項10乃至16のいずれかに記載のピック。 - 【請求項18】 切削要素の前記取付部は、ピックボディ内に設けられた凹
部に、少なくとも部分的に受け入れられると共に前記金属マトリックス複合材に
よって所定の場所に結合されている請求項17記載のピック。 - 【請求項19】 前記凹部は、取付部の形状を補完する形状となっている請
求項10記載のピック。 - 【請求項20】 前記シャンクは、少なくとも一部は鋼鉄でできており、ピ
ックボディは、好ましくはさらに前記凹部を囲むタングステンカーバイド成分を
含んでいる請求項17乃至19のいずれかに記載のピック。 - 【請求項21】 迎え角が60°より大きくなるように前記ピックを方向付
ける手段を含んでいる請求項10乃至20のいずれかに記載のピックを使用する
方法。 - 【請求項22】 前記迎え角が60°と80°の間であり、好ましくは65
°と75°の間であり、より好ましくは略70°である請求項21記載の方法。 - 【請求項23】 硬い岩を切削するための鋸であって、金属複合材の支持マ
トリックス内に取り付けられた複数の切削要素を含む鋸において、 各々の切削要素は、先の尖った又はのみ形のボディから構成されており、 前記ボディは、シリコンカーバイドマトリックスによって互いに結合されたダ
イヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、 各々の切削要素は、各々の切削要素の尖った又はのみ形の先端部が前記マトリ
ックスから突出するように、金属複合材内に取り付けられている鋸。 - 【請求項24】 前記ダイヤモンド複合材は、アドバンストダイヤモンドコ
ンポジットである請求項23記載の鋸。 - 【請求項25】 先の尖ったボディからなる各々の切削要素は、好ましくは
、切削要素の切削部が、円錐形、弾丸形又は尖ったアーチ形、より好ましくは、
弾丸形又は尖ったアーチ形である請求項23又は24に記載の鋸。 - 【請求項26】 前記切削要素は、さらにテーパ形の伸長ボディと前記切削
部を形成するヘッドを含んでおり、前記テーパー形伸長ボディは、前記切削要素
を前記支持マトリックスに取り付けるための取付部を形成している請求項23乃
至25のいずれかに記載の鋸。 - 【請求項27】 前記伸長ボディは、切削部の方へ行くに従い小径となるテ
ーパー形に形成され、好ましくは裁頭円錐形であることを特徴とする請求項26
記載の鋸。 - 【請求項28】 前記テーパー形の伸長ボディは、切削部から離れるに従い
小径となるテーパー形に形成され、前記切削部は好ましくは円錐形である請求項
26記載の鋸。 - 【請求項29】 金属マトリックス複合材は、主たる成分として、銅、亜鉛
、銀及びすずを含んでおり、好ましくは、上記金属マトリックス複合材はさらに
タングステンカーバイドグレインを含んでいる請求項23乃至28のいずれかに
記載の鋸。 - 【請求項30】 実質的に円形の鋸ボディを備え、該鋸ボディの外周には前
記複数の切削要素がぐるりと囲む様に取り付けられ、それにより切削面が形成さ
れている請求項23乃至29のいずれかに記載の鋸。 - 【請求項31】 前記切削要素は、鋸ボディの外周をぐるりと囲む様に設け
られた窓孔内に取り付けられると共に金属マトリックス複合材を用いて所定位置
に結合されている請求項30記載の鋸。 - 【請求項32】 前記切削要素は、レース模様のような食い違い状又は千鳥
状に配置されている請求項23乃至31のいずれかに記載の鋸。 - 【請求項33】 各々の切削要素は、使用時に、前記切削要素の軸芯と切削
される岩の表面との為す角度が60°より大きく、好ましくは60°〜80°の
範囲内に、さらに好ましくは65°〜75°の範囲内に、さらに好ましくは略7
0°になるように、前記支持マトリックス内で方向付けられている請求項23乃
至32のいずれかに記載の鋸。 - 【請求項34】 硬い岩を切削するためのドリルビットであって、金属複合
材の支持マトリックス内に取り付けられた複数の切削要素を含むドリルビットに
おいて、 各々の切削要素は、先の尖った又はのみ形のボディから構成されており、 前記ボディは、シリコンカーバイドマトリックスによって互いに結合されたダ
イヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、 各々の切削要素は、各々の切削要素の尖った又はのみ形の先端部が前記マトリ
ックスから突出するように、金属複合材内に取り付けられているドリルビット。 - 【請求項35】 前記ダイヤモンド複合材は、アドバンストダイヤモンドコ
ンポジットである請求項34記載のドリルビット。 - 【請求項36】 先の尖ったボディからなる各々の切削要素は、好ましくは
、切削要素の切削部が、円錐形、弾丸形又は尖ったアーチ形、より好ましくは、
弾丸形又は尖ったアーチ形である請求項34又は35に記載のドリルビット。 - 【請求項37】 前記切削要素は、さらにテーパ形の伸長ボディと前記切削
部を形成するヘッドを含んでおり、前記テーパー形伸長ボディは、前記切削要素
を前記支持マトリックスに取り付けるための取付部を形成している請求項34乃
至36のいずれかに記載のドリルビット。 - 【請求項38】 前記伸長ボディは、切削部の方へ行くに従い小径となるテ
ーパー形に形成され、好ましくは裁頭円錐形であることを特徴とする請求項37
記載のドリルビット。 - 【請求項39】 前記テーパー形の伸長ボディは、切削部から離れるに従い
小径となるテーパー形に形成され、前記切削部は好ましくは円錐形である請求項
37記載のドリルビット。 - 【請求項40】 金属マトリックス複合材は、主たる成分として、銅、亜鉛
、銀及びすずを含んでおり、好ましくは、上記金属マトリックス複合材はさらに
タングステンカーバイドグレインを含んでいる請求項34乃至39のいずれかに
記載のドリルビット。 - 【請求項41】 コアドリルビットから構成されている請求項34乃至40
のいずれかに記載のドリルビット。 - 【請求項42】 環状又は円筒形のドリルビットボディを備え、該ドリルビ
ットボディは、一端部において複数の前記切削要素を前記支持マトリックス内に
取り付け、それにより切削面を形成している請求項41記載のドリルビット。 - 【請求項43】 前記切削要素は、レース模様のような食い違い状又は千鳥
状に配置されている請求項42記載のドリルビット。 - 【請求項44】 各々の切削要素は、使用時に、前記切削要素の軸芯と切削
される岩の表面との為す角度が60°より大きく、好ましくは60°〜80°の
範囲内に、さらに好ましくは65°〜75°の範囲内に、さらに好ましくは略7
0°になるように、前記支持マトリックス内で方向付けられている請求項42又
は43に記載のドリルビット。 - 【請求項45】 前記環状のドリルビットボディは、使用中にドリリング流
体を流通させるためのドリリング流体通路を有する内壁と外壁を有している請求
項42乃至44のいずれかに記載のドリルビット。 - 【請求項46】 シリコンカーバイドマトリックスによって互いに結合され
たダイヤモンド結晶を含むダイヤモンド複合材を含み、先の尖った又はのみ形の
ボディからなる1つ又はそれ以上の切削要素から構成されている請求項1乃至9
のいずれかに記載の切削工具において用いる切削要素。 - 【請求項47】 添付図面に基づいて説明したような切削工具。
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