JP5888565B2 - Pdc、pcbn、または他の高硬度もしくは超高硬度のインサート材のための音響放射靱性試験 - Google Patents

Pdc、pcbn、または他の高硬度もしくは超高硬度のインサート材のための音響放射靱性試験 Download PDF

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Description

関連出願
本出願は、2010年4月6日付けで出願された米国特許出願第12/754,738号(発明の名称:Acoustic emission toughness testing for PDC,PCBN,or other hard or superhard material inserts)に関連する出願である。なお、この出願の開示内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。
本発明は、概して、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関し、特に、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を、音響放射を用いて試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関する。
図1は、本発明の例示的実施形態に係る超高硬度のコンポーネント100を示しており、該コンポーネント100は、例えばドリルビットまたはリーマーのような穴開け工具(図示せず)内に挿入可能である。超硬コンポーネント100の一例としては、図1に示すように、ロックビット用の切断要素100(または、カッター、もしくはインサート)がある。しかしながら、超硬コンポーネント100は、該コンポーネントが用いられるアプリケーションに基づいて、他の構造となるように形成され得る。切断要素100は、典型的には、接触面115を有する基部110と、切断テーブル120とを備える。切断テーブル120は、極高硬度の層を用いて製造される。この極高硬度の層は、一実施例に係る焼結プロセスによって、接触面115に接合される。ある実施例によれば、基部110は、一般的に、炭化タングステン−コバルト、または、炭化タングステンから作製される。一方、切断テーブル120は、例えば、多結晶ダイアモンド(PCD)、または多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)のような、多結晶超硬材層(polycrystalline ultrahard material layer)を用いて形成される。これらの切断要素100は、当業者に公知であるプロセスおよび材料に従って、製造される。切断テーブル120は、実質平らな外面を有するように示されているが、他の実施形態においては、切断テーブル120は、例えば、ドーム状、凹状、または他の非平面状の外面のような、代替的な形状の外面を有し得る。切断要素100用の例示的定式が提供されてきたが、当業者に公知である他の定式および構造が、アプリケーションに依って用いられ得る。削岩は、超硬コンポーネント100が用いられる1つのアプリケーションである(これに関しては、後述する)。しかしながら、超硬コンポーネント100は、機械加工、木材加工、および石材加工を非限定的に含む、他の様々なアプリケーションに用いることができる。
PCD,PCBN、高硬材、および超硬材の異なるグレードが、様々なアプリケーションに用いられるカッター100において、利用可能である。ここで、様々なアプリケーションとは、例えば、異なるドリルビット構成を用いて、異なる岩石層を掘削する、または、異なる金属もしくは材料を機械加工するようなアプリケーションである。これらカッター100に関する共通の課題は、使用時における切断テーブル120の欠け、剥離、部分的な破砕、亀裂、および/またはフレーキングを含む。これら課題は、結果的に、切断テーブル120および/または基部110の早期故障に繋がる。典型的には、切断テーブル120が土層と接触する領域において、掘削中に切断テーブル120上に負荷される大きなストレスによって、これら課題が引き起こされることとなる。これら課題は、修復、生産休止、および労働コストに関連するコストのために、掘削コストを増大させてしまう。したがって、例えばビット設計者またはフィールドアプリケーション技師のようなエンドユーザは、これら共通の課題が発生してしまうのを減らすために、いずれの掘削または機械加工の業務に対しても、最良性能のグレードのカッター100を選ぶ。例えば、エンドユーザは、従来の方法を用いて決定されるように、カッター100の磨耗耐性と衝撃耐性のバランスをとることによって、適切なカッター100を選択する。典型的には、特定のアプリケーションに対して適切なグレードのカッター100を選択するために、エンドユーザにとって利用可能な情報は、過去のデータ、および/または実験的機能試験から引き出される。ここで、過去のデータは、特定の領域における、異なるグレードのPCD、PCBN、高硬材、または、超硬材の性能を示す。また、実験的機能試験は、様々な掘削または機械加工の条件を模するように試みるものである。現在、掘削産業において利用されている実験的機能試験に関して、2つの主なカテゴリーがある。これら試験は、磨耗試験と衝撃試験である。
超硬コンポーネント100は、多結晶ダイアモンドコンパクト(PDC)カッター100を備えており、2つの従来の試験方法を使用することを通して、耐磨耗性に関して試験されてきた。PDCカッター100は、PCDから作製された切断テーブル120を備える。図2は、従来の花崗岩ログ試験(granite log test)を用いて耐磨耗性を試験するための旋盤200を示す。一つの例示的な旋盤200用の装置構成が提示されているが、当業者に公知である他の装置構成も、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられ得る。
図2を参照して、旋盤200は、チャック210と、芯押し台220と、チャック210と芯押し台220との間に配置された工具ポスト230とを備える。対象シリンダ250は、第1の端部252と、第2の端部254と、第1の端部252から第2の端部254まで延在する側壁258とを備える。従来の花崗岩ログ試験によれば、側壁258は、露出面259であり、該露出面259は、試験中に超硬コンポーネント100と当接する。第1の端部252は、チャック210に連結される一方、第2の端部254は、芯押し台220に連結される。チャック210は、回転するように構成され、これにより、対象シリンダ250を、該対象シリンダ250の中心軸256に沿って回転させる。芯押し台220は、対象シリンダ250が回転する間に第2の端部254を適切な位置に保持するように構成される。対象シリンダ250は、均一な単一材料から作製され、該材料は、典型的には花崗岩である。しかしながら、他の種類の岩石材も、対象シリンダ250用に用いられてきた。このような岩石材としては、非限定的ではあるが、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩、ジョージア灰色花崗岩が含まれる。
PDCカッター100は、該PDCカッター100が対象シリンダ250の露出面259に当接し、露出面259に亘って往復動するように、旋盤の工具ポスト230に嵌め込まれる。工具ポスト230は、対象シリンダ250に対して、所定の内部フィード量を有する。PDCカッター100の耐磨耗性は、磨耗率として定義され、該磨耗率は、除去されたPDCカッター100の体積に対する、除去された対象シリンダ250の体積として、定義される。代替的には、体積を計測する代わりに、PDCカッター100が対象シリンダ250内を進んだ距離を計測し、該距離を、PDCカッター100の磨耗率を定量化するために用い得る。また、代替的には、当業者に公知である他の方法が、花崗岩ログ試験を使用して耐磨耗性を求めるために用いられ得る。旋盤200の動作および構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験は、1975年5月の石油技術ジャーナルに刊行された、Eaton,B.A.,Bower,Jr.,A.B.,およびMartis,J.A.による「Manufactured diamond cutters used in drilling bits(石油技術ジャーナル、1975年5月、543−551、石油工学会誌5047−PA)」、および、Maurer,William C.による「先進掘削技術」の第22章(石油出版社、1980年、pp.541−591)に記載されている。なお、これらの記載内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。
図3は、縦中ぐりフライス盤(vertical boring mill)300を示しており、該縦中ぐりフライス盤300は、縦中ぐりフライス盤(VBM)試験、または縦型タレット旋盤(VTL)試験を用いる耐磨耗性試験用の装置である。VBM300に関する一例示的装置構成が提示されているが、他の装置構成も、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられ得る。VBM300は、回転テーブル310と、該回転テーブル310の上方に位置決めされた工具ホルダ320とを備える。対象シリンダ350は、第1の端部352と、第2の端部354と、第1の端部352から第2の端部354まで延在する側壁358とを備える。従来のVBM試験によれば、第2の端部354は、露出面359であり、該露出面359は、試験中に超硬コンポーネント100と当接する。対象シリンダ350は、典型的には、その直径が約762mm(30インチ)〜約1524mm(60インチ)である。しかしながら、この直径は、それ以上またはそれ以下となり得る。
第1の端部352は、VBM300の下側回転テーブル310上に設置されており、露出面359は、工具ホルダ320に面している。PDCカッター100は、対象シリンダの露出面359の上方において、工具ホルダ320内に設置されており、露出面359と当接する。工具ホルダ320が、PDCカッター100を、対象シリンダの露出面359の中心部からその端部、そして再度中心部へと巡回させるにつれて、対象シリンダ350が回転される。工具ホルダ320は、予め定められたフィード量で、下方へと送られる。VBM法によって、PDCカッター100上に高荷重を負荷することが可能となり、より大型の対象シリンダ350によって、PDCカッター100が作用する岩石の体積を、より大きくすることができる。対象シリンダ350は、典型的には、花崗岩から作製される。しかしながら、対象シリンダは、他の材料から作製され得る。他の材料としては、非限定的ではあるが、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩、ジョージア灰色花崗岩が含まれる。
PDCカッター100の耐磨耗性は、磨耗率として定義され、該磨耗率は、除去されたPDCカッター100の体積に対する、除去された対象シリンダ350の体積として、定義される。代替的には、体積を計測する代わりに、PDCカッター100が対象シリンダ350内を進んだ距離を計測し、該距離を、PDCカッター100の磨耗率を定量化するために用い得る。代替的には、当業者に公知である他の方法が、VBM試験を使用して耐磨耗性を求めるために用いられ得る。VBM300の動作および構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験は、Bertagnolli,KenおよびVale,Rogerによる、「Understanding and controlling residual stresses in thick polycrystalline diamond cutters for enhanced durability(US Syinthetic Corporation、2000年)」に記載されている。なお、これらの記載内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。
耐磨耗性試験に加えて、PDCカッター100は、衝撃荷重に関しても試験され得る。図4は、落下タワー装置400を示しており、該落下タワー装置400は、「落下ハンマー」試験を用いて、超硬コンポーネントの耐衝撃性を試験するためのものである。この試験においては、金属錘450が、上方に吊るされ、カッター100上に落とされる。「落下ハンマー」試験は、以下のタイプの荷重を模するように試みるものである。すなわち、この荷重とは、PDCカッター100が、1つの地層から他の地層へ移行する場合、または、横方向および軸方向の振動を受ける場合に、PDCカッター100に負荷される荷重である。衝撃試験の結果によって、異なるカッターを、それらの衝撃強度に基づいて、ランク付けすることが可能となる。しかしながら、これらのランキングは、実際の現場においてカッター100が如何に振る舞うかに依って、挙動予測を行うことを可能とするものではない。
図4を参照して、落下タワー装置400は、例えばPDCカッターのような超硬コンポーネント100と、対象固定具420と、超硬コンポーネントの上方に位置決めされた打撃板450とを備える。PDCカッター100は、対象固定具420内にロックされる。打撃板450(または、錘)は、典型的には、鉄から作製され、PDCカッター100の上方に位置決めされている。しかしながら、打撃板450は、当業者に公知である代替的な材料から作製され得る。PDCカッター100は、典型的には、バックすくい角415で保持されており、このとき、PDCカッター100のダイアモンドテーブル120は、打撃板450に向かって上方側に傾斜されている。バックすくい角415の範囲は、当業者に公知である。
打撃板450は、PDCカッター100の端部上に、該PDCカッター100の端部が破断または粉砕するまで、繰り返し落下される。これらの試験は、「側面衝撃」試験とも言われる。何故ならば、打撃板450が、ダイアモンドテーブル120の露出端に対して衝突するからである。典型的には、欠損が、ダイアモンドテーブル120、またはダイアモンドテーブル120と炭化基部110との間の接触面115に生じる。「落下ハンマー」試験は、ダイアモンドテーブル120の端部形状による影響を特に受け易い。テーブル120が僅かでも面取りされていると、試験の結果は、大きく変化してしまう可能性がある。最初にダイアモンドテーブル120に破砕を引き起こすのに消費された総エネルギー(ジュールによって示される)が、記録される。より高い耐衝撃性を有するカッター100に関しては、カッター100上により大きなエネルギーを与えて欠損を引き起こすために、打撃板450は、予め設定された計画に従って、さらに高い位置から落下され得る。しかしながら、この「落下ハンマー」試験は、以下のように欠点を呈する。すなわち、この方法は、有効な統計的サンプリングを達成するために、多くのカッター100を試験することを要する。ここで、この統計的サンプリングによって、1つのカッタータイプの相対的な耐衝撃性を、他のカッタータイプと比較することが可能となる。この試験は、カッター100が下方孔内環境において衝撃荷重を受ける場合の、カッター100全体の真正な耐衝撃性を反映した結果を提供するのには、不適である。この試験は、静的な衝撃効果を示すが、実際の衝撃は、動的である。単位秒当たりの衝撃回数は、100Hz程にも高くなる。また、カッターに対する損傷量は、専門の職員によって主観的に評価され、他のカッターによって引き起こされた損傷と比較される。
市場で利用可能な、異なる磨耗試験に関する結果は、一般的に、実際の現場での性能と一致する程度に合理的なものである一方、従来の衝撃試験の結果に関しては、同様ではない。従来の衝撃試験の結果と、実際の現場での性能との間には、ある程度の相関性があるが、データの分散は、通常、大変大きくなってしまい、したがって、カッターが実際の現場動作において如何に振る舞うかを予測することが、困難となり、および/または不正確となってしまう。また、カッター内で生じる多くの破砕は、これら従来の試験を用いて検出されるものではないので、カッターの靭性を評価するときに、未検出となってしまう。
本発明の例示的実施形態に係る、穴開け工具内に挿入可能な超硬コンポーネントを示す。 従来の花崗岩ログ試験を用いて耐磨耗性を試験するため旋盤を示す。 縦中ぐりフライス盤試験、または縦型タレット旋盤試験を用いて耐磨耗性を試験するための縦中ぐりフライス盤300を示す。 「落下ハンマー」試験を用いて、超硬コンポーネントの耐衝撃性を試験するための落下タワー装置400を示す。 本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の斜視図である。 図5に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の断面図を示す。 図5に示されている、本発明の一例示的実施形態に係るカッターホルダの斜視図である。 図5に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の斜視図であって、カッターホルダから圧子が取り除かれた状態を示す。 本発明の代替的な例示的実施形態に係る音響放射試験装置の図を示す。 本発明の一例示的実施形態に係る、図5のデータレコーダのブロック図を示す。 約2kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約5kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約30kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約40kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約45kNまでの荷重を受けている、製造者#1のカッターサンプル#1のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 約30kNまでの荷重を受けている、製造者#2のカッターサンプル#2のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。 音響センサから受信したデータポイントを分析するための方法のフローチャートを示しており、該方法は、本発明の一例示的実施形態に係るループ1の方法と、ループ2の方法とを備える。 本発明の一例示的実施形態に係る図16のループ1の方法の詳細なフローチャートを示す。 本発明の一例示的実施形態に係る図16のループ2の方法の詳細なフローチャートを示す。 所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフである。 所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフの部分拡大図である。 実際の音響事象の各々を示す、本発明の一例示的実施形態に係る累積分布グラフである。 図10に示す、本発明の一例示的実施形態に係るプロセッサのブロック図を示す。
上述の、および他の特徴と本発明の態様は、添付の図面とともに、例示的実施形態の以下の説明を参照して、さらに理解されるであろう。
図面は、本発明の一例示的実施形態を図示しているのみであり、それ故に、同等に効果的である他の実施形態として本発明が認め得る範囲を限定するものと考えられるべきではない。
本発明は、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を、音響放射を用いて試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関するものである。本例示的実施形態は、PDCカッターに関連して説明されているが、本発明の代替的な実施形態も、他のタイプの高硬または超硬コンポーネントに適用可能である。ここで、他のタイプの高硬または超硬コンポーネントとしては、非限定的ではあるが、PCBNカッター、または、当業者に公知である他の高硬または超硬コンポーネントを含む。例えば、高硬または超硬コンポーネントは、超硬炭化タングステン、炭化珪素、炭化タングステン マトリクス クーポン、セラミック、または化学蒸着(CVD)でコーティングされたインサートを含む。
本発明は、添付の図面とともに、非限定的な例示的実施形態に係る以下の説明を参照することによって、より理解されるであろう。添付の図面においては、各図面における類似の部材が、類似の参照符号によって示されている。これら図面は、以下のように簡単に説明される。図5は、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験システム500の斜視図である。図6は、図5に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置505の断面図を示す。図5および図6を参照して、音響放射試験システム500は、データレコーダ590に通信可能に接続された音響放射試験装置505を備える。音響放射試験装置505は、カッターホルダ510と、カッター100と、圧子550と、音響センサ570とを有する。しかしながら、ある実施形態においては、カッターホルダ510は、任意であってもよい。
図7は、本発明の一例示的実施形態に係るカッターホルダ510の斜視図である。図5〜図7を参照して、カッターホルダ510は、第1の面712と、第2の面714と、側面716とを含む。第1の面712は、第2の面714が配置されている平面に実質平行である平面に配置されている。側面716は、第1の面712から第2の面714まで延びている。ある例示的実施形態によれば、側面716は、第1の面712および第2の面714の少なくとも一方と、実質直交している。代替的な例示的実施形態によれば、側面716は、第1の面712および第2の面714のいずれか一方と、実質直交していなくてもよい。カッターホルダ510は、鉄から作製される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、カッターホルダ510は、いずれかの金属、木材、または、負荷されるべき荷重580に耐え得る、当業者に公知な他の適当な材料から作製される。なお、荷重580については、後述する。荷重580は、約0kN〜約70kNの範囲となり得る。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、機械加工または成形することができ、且つ、音波を伝搬させることができる。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、約1km/秒、またはそれ以上の速度で、音波を伝搬することができる。
カッターホルダ510は、実質円筒状に成形される。ここで、第1の面712および第2の面714は、実質円形であり、且つ、側面716は、実質円弧状である。しかしながら、側面716は、接続部730を含み、該接続部730は、実質平面または平らな面であって、第1の面712から第2の面714まで延びている。接続部730は、音響センサ570をカッターホルダ510に接続するための面を提供する。ある例示的実施形態においては、接続部730は、第1の面712から第2の面714までの全長に亘って延びていなくてもよい。ある例示的実施形態においては、音響センサ570は、該音響センサ570が円弧状の側面716に接続可能となるように形成される。このように、接続部730は、これら例示的実施形態においては任意である。一例示的実施形態には、カッターホルダ510が設けられているが、該カッターホルダ510は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、例えば、四角形のシリンダ、または三角形のシリンダといった、他の如何なる幾何学的または非幾何学的形状に成形されてもよい。
キャビティー720は、カッターホルダ510内に形成され、カッター100を受容する大きさに形成されている。なお、カッター100については、後述する。キャビティー720は、その直径が、カッター100の直径よりも僅かに大きくなるように形成される。これにより、カッター100は、キャビティー720内に容易且つ自在に嵌合することが可能となる。キャビティー720は、第1の面712から第2の面714へ向かって延びているが、第2の面714に達していない。他の例示的実施形態においては、キャビティー720は、第1の面712から第2の面714まで延び、カッターホルダ510を貫通し、これにより、カッターホルダ510内に孔を形成してもよい。キャビティー720は、円形状であるが、他の例示的実施形態において、他のいずれの幾何学的または非幾何学的形状であってもよい。キャビティー720は、カッターホルダ510を機械加工すること、または、カッターホルダ510内に形成されたキャビティー720を有するようにカッターホルダ510を成形することによって、形成される。代替的には、キャビティー720は、当業者に公知である他の方法を用いて、形成されてもよい。ある例示的実施形態においては、キャビティー720は、以下のことを保証する方法で、形成される。すなわち、カッター100がキャビティー720内に挿入される毎に、カッター100が、同じ方法で適切に配列される。
カッター100は、図1を参照して上記に説明しており、本例示的実施形態も同様である。簡単に述べると、カッター100は、基部110と、該基部110の頂部に形成(または、接合)されたカッターテーブル120とを備える。例示的実施形態においては、カッターテーブル120は、PCDから形成されているが、代替的な例示的実施形態は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、例えばPCBNのような他の高硬材または超硬材から作製されたカッターテーブル120を備えてもよい。カッター100は、平面状(または、平らな面)のカッターテーブル120を有しているが、カッターテーブル120は、ドーム状、凹状、または、当業者に公知である他の如何なる形状であってもよい。
カッター100は、仕上げカッター(finished cutter)、および/または、研磨カッター(grounded cutter)と、「ロウ(raw)」カッターとを含む。「ロウ」カッターは、仕上げ加工が施されていないものであって、典型的には、プレスセルから取り出された直後に利用可能なカッターである。本発明の実施形態によって、これらカッタータイプのいずれも試験可能となる。カッター製造者は、本発明の実施形態に従って、「ロウ」カッターを試験することができるので、カッター製造者は、該カッターの製造工程の早期に、これらカッターが仕様を満足していることを確証することができる。カッター製造者は、「ロウ」カッター100が適正な仕様を満足していないと判断した場合、カッター製造者は、「良好な」カッターを得るために、カッター製造工程を継続する前に、作業パラメータにおいて必要な変更を施すことができる。さらに、「ロウ」カッターが、所定の荷重の下で亀裂を生じないことを保証するために、「ロウ」カッターを、より小さな力のレベル(kNレベル)または荷重で、試験することができる。「ロウ」カッターの試験中に亀裂が生じた場合、カッター製造者は、これら「ロウ」カッターを仕上げおよび研磨することに関連する追加の費用を省くことができる。これにより、不必要なコストの消費を抑えることができる。何故ならば、それぞれの「ロウ」カッターは、カッター100が「良好な」カッターであることを保障するために、より低い荷重レベルを用いつつ、音響放射試験システム500を介して試験することができるからである。
図6を参照して、カッター100は、カッターホルダ510のキャビティー720内に挿入される。カッターテーブル120が、第1の面712に面する、または第2の面714の反対側に向けて面するように、カッター100の向きが、キャビティー720内において配置される。本例示的実施形態によれば、カッター100の全体が、キャビティー720内に挿入されている。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、カッター100の一部(基部110の全体を含む)が、キャビティー720内に完全に挿入されてもよい。このように、これら代替的な例示的実施形態においては、カッターテーブル120の少なくとも一部は、キャビティー720内に挿入されなくてもよい。一旦、カッター100がキャビティー720内に挿入されると、カッター100の外周と、キャビティー720の外面との間に、空隙610が形成される。ある例示的実施形態によれば、潤滑剤620が、カッター100の外周に塗布され、または、キャビティー720内に配置される。これらの例示的実施形態においては、一旦、カッター100がキャビティー720内に配置されると、潤滑剤620が、空隙610の少なくとも一部を埋める。これにより、潤滑剤620は、キャビティー720の外面と、カッター100の外周の双方に接着し、その間において空隙610の一部を埋めることになる。他の例示的実施形態においては、潤滑剤620は、少なくとも、キャビティー720の底面と、カッター100の底部との間に、配置される。潤滑剤620は、カッター100と音響センサ570との間の音響放射を改善する。ある例示的実施形態によれば、潤滑剤620は、例えば超音波ジェルのようなジェルである。しかしながら、代替的な例示的実施形態において、潤滑剤620として、他の材料を用いてもよい。この他の材料としては、非限定的ではあるが、オイル、グリース、およびローションを含む。これら材料は、拡散し、表面に接着することができ、且つ、急速に乾燥することがないものである。カッター100が、本例示的実施形態に用いられるものとして説明されたが、靭性試験を要する他の高硬材または超硬材が、カッター100の代わりとして適用されてもよい。
図5および図6を参照して、圧子550は、第1の端部650においてドーム状の形状を有し、第2の端部652において平面を有する。圧子550は、カッター100よりも高い靭性を有するように作製される。したがって、一旦、荷重580が圧子550に負荷されると、圧子550ではなく、カッター100が損傷することになる。例えば、圧子550は、炭化タングステン−コバルトから作製される。しかしながら、当業者に公知である他の材料を、圧子550を作製するために用いてもよい。ある例示的実施形態においては、圧子550におけるコバルト含有量は、約6%〜約20%の範囲である。ある例示的実施形態においては、圧子550におけるコバルト含有量は、カッター100のカッターテーブル120におけるコバルト含有量よりも多い。さらに、ある例示的実施形態においては、PCD層が、圧子550の第1の端部650上に形成され、または取り付けられる。これらの例示的実施形態においては、圧子550のPCD層におけるコバルト含有量は、カッター100のカッターテーブル120におけるコバルト含有量よりも多い。また、これらの例示的実施形態においては、圧子550のPCD層におけるコバルト含有量は、約6%〜約20%の範囲である。コバルトは、圧子をカッター100よりも高靭性とするために、これらの実施形態に用いられている。しかしながら、当業者に公知である他のコンポーネントを、代替的な例示的実施形態に用いてもよい。
圧子550は、キャビティー720内に嵌合する大きさとなるように形成され、これにより、カッター100と当接する。ある例示的実施形態においては、圧子550の周囲長は、キャビティー720の周囲長と実質同じとなるように、形成される。しかしながら、カッターテーブル120の少なくとも一部がキャビティー720内に収容されない例示的実施形態においては、圧子550の寸法は、圧子550の周囲長がキャビティー720の周囲長よりも大きくなるように、設定されてもよい。圧子550の向きは、第1の端部650がカッター100と当接するように、方向付けられる。このように、本実施形態においては、圧子550のPDC層は、カッター100のPDC層またはカッターテーブル120と当接する。荷重580は、第2の端部652に負荷され、該第2の端部652は、荷重580をカッター100に伝達する。ドーム状の圧子550がこれら例示的実施形態に用いられているが、他の例示的実施形態は、他の形状を有する圧子を用いてもよい。また、第2の端部652を、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、非平面である他の形状に形成してもよい。
音響センサ570は、カッターホルダ510の接続部730に沿って位置決めされた圧電センサである。しかしながら、音響センサ570は、当業者に公知である、音波の放射を検知可能な他の装置であってもよい。音響センサ570は、カッター100内で形成された弾性波信号を検知し、次いで、該弾性波信号を、電圧信号に変換する。これにより、データを記録し、該データを実質的に分析することが可能となる。ある例示的実施形態においては、潤滑剤620は、接続部730と音響センサ570との間の接触領域に配置される。上述したように、潤滑剤620は、カッター100から音響センサ570への弾性波の伝達を検知することを改善する。ある代替的な例示的実施形態によれば、音響センサ570は、側面716の円弧部分の上に設置可能となるように、形成される。音響センサ570は、データレコーダ590に通信可能に接続される。これにより、カッター100内で発生する弾性波信号に由来する電圧信号は、記録され、実質的に分析され得る。音響センサ570は、ケーブル592を用いて、データレコーダ590に接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、音響センサ570は、無線技術を利用して、無線によって、データレコーダ590に通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。
データレコーダ590は、音響センサ570から送信されたデータを記録し、該データを、その内部に格納する。ある例示的実施形態においては、荷重580を与える装置(図示せず)または機械が、ケーブル582を用いて、データレコーダ590に接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、荷重580を与える装置は、無線技術を利用して、無線によって、データレコーダ590に通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。また、データレコーダ590は、受信したデータの処理および分析を実行する。データレコーダ590は、データを記録し、格納し、処理し、分析するが、ある例示的実施形態によれば、データレコーダ590は、データを格納することなく、データを記録し、処理し、分析してもよい。代替的には、他の例示的実施形態において、データレコーダ590は、データを格納するが、データを処理または分析しない構成であっても良い。ある例示的実施形態においては、追加的な装置(図示せず)が、データを処理および分析するために用いられる。
図10は、本発明の一例示的実施形態に係る、図5のデータレコーダ590のブロック図を示す。図5および図10を参照して、データレコーダ590は、コンピュータシステムである。データレコーダ590は、記録媒体1040と、ユーザインターフェース1030と、プロセッサ1020と、ディスプレイ1010とを備える。
記録媒体1040は、音響センサ570(図5)から情報を受信し、該情報を記録する。一例示的実施形態によれば、記録媒体1040は、ハードドライブである。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、記録媒体1040は、ハードドライブ、ポータブルハードドライブ、USBドライブ、DVD、CD、または、データおよび/またはソフトウェアを記録可能な他のいずれかの装置の少なくとも1つを含む。また、ある例示的実施形態においては、記録媒体1040は、ソフトウェアを有してもよく、該ソフトウェアは、音響センサ570(図5)から受信したデータまたは情報を処理する方法に係る命令を提供する。
ユーザインターフェース1030によって、ユーザは、データレコーダ590とインターフェースを介して、相互にやり取りすることが可能となり、データレコーダ590を操作するための命令を提供することができる。ある例示的実施形態によれば、ユーザインターフェースは、キーボードを含む。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、ユーザインターフェースは、キーボード、マウス、ディスプレイ1010の一部となり得るタッチスクリーン、または、当業者に公知である他のいずれかのユーザインターフェースのうち、少なくとも1つを含む。
プロセッサ1020は、ユーザインターフェース1030からの命令を受信し、記録媒体1040内に格納された情報にアクセスし、記録媒体1040に情報を送信し、且つ、ディスプレイ1010に情報を送信することができる。ある例示的実施形態においては、プロセッサ1020は、記録媒体1040に格納されたソフトウェアにアクセスし、該ソフトウェアによって提供される一連の命令を実行する。これら命令の詳細については、後述する。ある例示的実施形態においては、プロセッサ1020は、プロセッサエンジン2200を有する。なお、プロセッサエンジン2200については、図16〜図18、および図22を参照して、後述する。
ディスプレイ1010は、プロセッサから情報を受信し、この情報をユーザと通信する。一例示的実施形態によれば、ディスプレイ1010は、モニターまたはスクリーンを有する。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、ディスプレイ1010は、スクリーン、タッチスクリーン、プリンタ、または、ユーザと情報を通信することができる他のいずれかの装置のうちの、少なくとも1つを有する。
図10には図示されていないが、データレコーダ590は、内部ネットワークに、有線または無線によって、通信可能に接続される。ここで、この内部ネットワークにおいては、音響センサ570(図5)からのソフトウェアおよび/またはデータは、中央サーバ(図示せず)内に格納される。さらに、ある代替的な例示的実施形態によれば、データレコーダ590は、モデム(図示せず)に、有線または無線によって、通信可能に接続される。ここで、モデムは、ワールドワイドウェブに通信可能に接続される。ある代替的な例示的実施形態においては、音響センサ570(図5)からのソフトウェアおよび/またはデータは、ワールドワイドウェブを介してアクセス可能な遠隔地に格納されてもよい。
図8は、図5に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置505の斜視図であって、カッターホルダ510から圧子550が取り除かれた状態を示す。図8を参照して、カッター100は、カッターホルダ510のキャビティー720内に、全体的に挿入されている。上述したように、カッター100の直径は、キャビティー720の直径よりも小さく、これにより、空隙610が形成される。また、PDC層、またはカッターテーブル120の向きは、PCD層が第1の面712に面するように、キャビティー720内において方向付けられる。圧子550のいくつかの特徴を説明するために、圧子550がキャビティー720から取り除かれている。この例示的実施形態によれば、圧子550は、基部808と、該基部808の頂部に形成(または、接合)される硬い面810とを有する。例示的実施形態においては、硬い面810は、PCDから形成される。しかしながら、代替的な例示的実施形態は、その範囲および概念を逸脱することなく、例えばPCBNのような、他の高硬材または超硬材から作製された硬い面を有してもよい。圧子550は、ドーム状の硬い面810を有しているが、硬い面810は、平面、または当業者に公知である他の形状であってもよい。図示されているように、本例示的実施形態においては、圧子550は、キャビティー720と実質同じ直径を有する。
代替的な例示的実施形態においては、圧子550は、第1の面712に向かって面する硬い面810を有しつつ、キャビティー720内に位置決めされている。試験対象のカッター100は、圧子550の頂部上に位置決めされ、このとき、カッターテーブル120は、硬い面810と当接する。荷重580は、試験カッター100の基部110の背面上において、下方に向けて負荷される。試験カッター100内で発生および/または伝搬する、亀裂に係る音響放射は、圧子550を介して、音響センサ570へと放射される。この代替的な例示的実施形態においては、カッターホルダ510は、任意である。
図9は、本発明の代替的な例示的実施形態に係る音響放射試験システム900の図を示す。図9を参照して、音響放射試験システム900は、音響放射試験装置905を備え、該音響放射試験装置905は、データレコーダ507に通信可能に接続されている。音響放射試験装置905は、以下の構成を除いて、図5の音響放射試験装置505と同様である。すなわち、音響放射試験装置905においては、音響センサ570が、カッター100に直接接続されており、且つ、図5のカッターホルダ510が、省略されている。カッター100、圧子550、荷重580、音響センサ570、およびデータレコーダ590は、図5〜図8、および図10を参照して、上記に説明したものである。また、ある例示的実施形態によれば、潤滑剤620(図6)は、音響センサ570とカッター100との間に配置される。
音響放射試験システム500の動作について、図5〜図8を参照して説明する。試験対象のカッター100(または、高硬材もしくは超硬材)は、カッターホルダ510のキャビティー720内に配置される。カッター100の底部または底面と、キャビティー720の底部との間の当接面を横断する弾性波の伝搬を向上させるために、ジェル620を基とするミネラルオイルが、カッター100の底面と、キャビティー720の底部との間に塗布される。音響センサ570は、カッター100内で発生した弾性波を検知するために、カッターホルダ510の接続部730に対して位置決めされる。音響センサ570と、接続部730との間の当接面を横断する弾性波の伝搬を向上させるために、ジェル620を基とするミネラルオイルが、音響センサ570と接続部730との間にも、塗布される。圧子550は、カッター100のPCD層120の頂部上に配置され、荷重580を用いてPCD層120に対して押圧される。荷重580は、100kN 8500シリーズ Instron machineを用いて、圧子550上に負荷される。この機械(図示せず)は、圧子550上に負荷される荷重量を制御することができる。この機械は、データレコーダ590に接続され、荷重と時間とが計測される。荷重580を与えることができる、一実施例に係る機械が開示されているが、計測可能な荷重を圧子550に与えることができるシステムのいずれも、本発明に係る例示的実施形態の範囲に含まれる。例えば、計測可能な荷重580を与えるための機械または装置は、手持ちハンマーから、完全に装置化された衝撃機械、または、安定的なランプもしくは周期的負荷の履歴のための負荷制御油圧機まで、広範囲に亘るものである。
荷重580は、圧子550上に負荷され、所望の荷重レベルまで、一定の比率で増加される。一旦、所望の荷重レベルに達すると、荷重レベルは、数秒から数分の範囲となり得る所望期間だけ維持され、次いで、増加比率よりも速い比率で減少される。頂部のダイアモンド層130内において、新たな亀裂が形成され、または、既にある亀裂が成長する度に、ある量の弾性エネルギーが、PCD層120、基部110、およびカッターホルダ510を伝搬する一連の弾性波の形態として、同時に放出される。音響センサ570は、これら弾性波を検知し、受信した信号を電圧信号に変換する。音響センサ570は、データレコーダ590に通信可能に接続されており、音響放射(またはデータ)を時間に対して記録する。これら音響放射は、バックグランドノイズと、音響事象を含む。音響放射履歴と荷重履歴が、データレコーダ590に記録されるので、ユーザは、どの荷重580で音響事象が発生したのかを判断することができる。音響事象は、PDC層120において新たな亀裂が形成された場合、または、既にある亀裂が成長したときに生じる事象である。一例示的実施形態によれば、音響センサ570は、5000データポイント/秒で、データをデータレコーダ590に提供する。しかしながら、単位秒あたりのデータポイント数は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、増加または減少されてもよい。
図11は、約2kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ1100である。図11を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ1100は、時間軸1110と、荷重軸1120と、音響放射軸1130とを有する。時間軸1110は、x軸に示されており、5000倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸1110における数値を、5000で除算する必要がある。時間軸1110は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸1120は、y軸に示されており、kNの単位として与えられている。また、音響放射軸1130も、y軸に示されており、10倍のmVの単位として与えられている。したがって、mV単位の電圧を得るためには、音響放射軸1130における数値を、10で除算する必要がある。荷重曲線1140と音響放射曲線1160の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ1100上に図示されている。荷重曲線1140によれば、荷重は、0kNから2kNまで、一定の比率1142(または増加率)で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル1143(本実施例においては2kN)に保持され、次いで、減少率1144で減少している。ここで、減少率1144は、増加率1142よりも高速となっている。音響放射曲線1160は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線1160によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ1162のみである。ここでは、音響事象は検知されていない。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ1162も、増加している。
図12は、約5kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ1200である。図12を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ1200は、時間軸1210と、荷重軸1220と、音響放射軸1230とを有する。時間軸1210は、x軸に示されており、5000倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸1210における数値を、5000で除算する必要がある。時間軸1210は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸1220は、y軸に示されており、kNの単位として与えられている。また、音響放射軸1230も、y軸に示されており、10倍のmVの単位として与えられている。したがって、mV単位の電圧を得るためには、音響放射軸1230における数値を、10で除算する必要がある。荷重曲線1240と音響放射曲線1260の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ1200上に図示されている。荷重曲線1240によれば、荷重は、0kNから5kNまで、一定の比率1242(または増加率)で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル1243(本実施例においては5kN)に保持され、次いで、減少率1244で減少している。ここで、減少率1244は、増加率1242よりも高速となっている。音響放射曲線1260は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線1260によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ1262のみである。ここでは、音響事象は検知されていない。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ1262も、増加している。
図13は、約30kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ1300である。図13を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ1300は、時間軸1310と、荷重軸1320と、音響放射軸1330とを有する。時間軸1310は、x軸に示されており、5000倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸1310における数値を、5000で除算する必要がある。時間軸1310は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸1320は、y軸に示されており、kNの単位として与えられている。また、音響放射軸1330も、y軸に示されており、10倍のmVの単位として与えられている。したがって、mV単位の電圧を得るためには、音響放射軸1330における数値を、10で除算する必要がある。荷重曲線1340と音響放射曲線1360の双方が図2、カッター音響放射と荷重のグラフ1300上に図示されている。荷重曲線1340によれば、荷重は、0kNから30kNまで、一定の比率1342(または増加率)で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル1343(本実施例においては30kN)に保持され、次いで、減少率1344で減少している。ここで、減少率1344は、増加率1342よりも高速となっている。音響放射曲線1360は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線1360によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ1362と、1以上の音響事象1364とを含む。バックグランドノイズ1362は、試験中に記録されたデータの大部分を構成している。音響事象1364は、細い垂直線として示されており、該垂直線は、バックグランドノイズ1362から上方に大きく延びている。バックグランドノイズ1362の上方の、各音響事象1364の高さは、校正定数を用いて、亀裂の形成および/または進行の各々によって放出された弾性エネルギー量に比例する。音響事象1364の各々は、全て、平均して約50ミリ秒間、継続している。本例示的実施形態によれば、音響センサは、約5000データポイント/秒でサンプリングしており、これにより、これら音響事象1364を検知することが可能となる。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ1362も増加している。この試験を完了した後に、カッターを視覚的に検査した。カッターの頂部のPCD表面上には、いずれの損傷の視覚的形跡も見られなかったが、音響センサは、カッター内で発生した音響事象を検知したのである。このように、音響センサは、例え損傷が視認不可能であったとしても、一旦荷重に曝されたカッターにて発生した最小の損傷を検知することができる。
図14は、約40kNまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。図13に示す試験にて用いられたものと同じカッター試料が、図14に示す試験にも用いられている。図14を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ1400は、時間軸1410と、荷重軸1420と、音響放射軸1430とを有する。時間軸1410は、x軸に示されており、5000倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸1410における数値を、5000で除算する必要がある。時間軸1410は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸1420は、y軸に示されており、kNの単位として与えられている。また、音響放射軸1430も、y軸に示されており、10倍のmVの単位として与えられている。したがって、mV単位の電圧を得るためには、音響放射軸1430における数値を、10で除算する必要がある。荷重曲線1440と音響放射曲線1460の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ1400上に図示されている。荷重曲線1440によれば、荷重は、0kNから40kNまで、一定の比率1442(または増加率)で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル1443(本実施例においては40kN)に保持され、次いで、減少率1444で減少している。ここで、減少率1444は、増加率1442よりも高速となっている。音響放射曲線1460は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線1460によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ1462と、1以上の音響事象1464とを含む。音響事象1464は、細い垂直線として示されており、該垂直線は、バックグランドノイズ1462から上方に大きく延びている。バックグランドノイズ1462の上方の、各音響事象1464の高さは、校正定数を用いて、亀裂の形成および/または進行の各々によって放出された弾性エネルギー量に比例する。図14に示されているように、音響事象1464は、このカッターに負荷された上述の荷重に達する、またはその荷重を超えるまで、カッター内にて発生しなかった。例えば、このカッターは、上記においては、図13において説明したように、30kNまでの荷重を受けた。このように、新たな試験に係る音響事象1464は、閾値1466に達する、または超えるまで、発生しなかった。ここで、この閾値1466は、本実施例では約30kNであって、上述の試験でカッターに負荷された荷重である。この実験に基づいて、カッターにおいて、以前の試験にて形成された亀裂を新たに発生させ、または、既にある亀裂を成長させるためには、最大荷重レベル1343と同等、またはそれ以上の荷重レベルを負荷する必要があるものと考えられる。
図15Aは、約45kNまでの荷重を受けている、製造者#1のサンプル#1のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ1500を示す。図15Bは、約30kNまでの荷重を受けている、製造者#2のサンプル#2のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ1550を示す。図15Aおよび図15Bを参照して、カッター音響放射と荷重を示すグラフ1500は、音響放射曲線1510を有し、該音響放射曲線1510は、製造者#1のカッターサンプル#1のタイプのカッター内にて発生した1以上の音響事象1520を示している。その一方、カッター音響放射と荷重を示すグラフ1550は、音響放射曲線1560を有し、該音響放射曲線1560は、製造者#2のカッターサンプル#2のタイプのカッター内にて発生した1以上の音響事象1570を示している。ここで、製造者#2のカッターサンプル#2のタイプのカッター内で発生した音響事象1570は、製造者#1のカッターサンプル#1のタイプのカッター内で発生した音響事象1520よりも、多く発生している。このように、異なるカッタータイプは、それらの音響放射曲線の各々において、異なる音響パターンを示す。これら結果に基づいて、ユーザは、いずれのカッタータイプが他のカッタータイプよりも高い靭性を有するかを判断することができ、その結果、それら靭性に従って、カッターをランク付けすることができる。本実施例の場合、製造者#1のカッターサンプル#1のカッタータイプのほうが、製造者#2のカッターサンプル#2のカッタータイプよりも、高い靭性を有している。
図11〜図15に示された実験結果に基づいて、少なくともいくつかの見解が得られる。第1に、音響センサは、圧子に荷重が掛けられたときに、ダイアモンドテーブル内において生じる亀裂の形成と亀裂の成長を、検知することができる。そして、音響センサは、その後に分析可能な信号を送信することができる。第2に、異なるカッタータイプは、異なる音響事象パターンを示し、他のカッターと比較した場合、ユーザは、カッターの靭性をランク付けすることができる。第3に、試験後に、カッターのPDCテーブルの表面上において検知することができる、如何なる視認可能な損傷も存在しないが、音響センサは、カッターに発生する如何なる視認不可能な損傷も、検知することができる。
図16は、音響センサから受信したデータポイントを分析するための方法1600のフローチャートを示しており、該方法は、本発明の一例示的実施形態に係るループ1の方法1680と、ループ2の方法1690とを備える。特定の順序で進行するものとして特定のステップが示されているが、ステップのシーケンスは、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、変更されてもよい。また、1以上のステップにおいて特定の機能が実行されているが、該機能を実行するためのステップの数は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、増加または減少されてもよい。
図16を参照して、ステップ1605において、方法1600は開始する。ステップ1605から、方法1600は、ステップ1610へ進む。ステップ1610において、データポイントを可能性のある音響事象として認定するための、バックグランドノイズを上回る1以上の最小閾値が、決定される。ステップ1610が完了すると、方法1600は、ステップ1615およびステップ1625へ進む。ここで、ある例示的実施形態においては、ステップ1615およびステップ1625は、同時に実行することができる。ステップ1615において、バックグランドノイズの外側包絡線を画定するバックグランドポイントが、決定される。ステップ1625において、ステップ1610にて決定された1以上の閾値に基づいて、可能性のある音響事象ポイントが決定される。ステップ1615およびステップ1625は、ループ1の方法1680に含まれている。なお、このループ1の方法1680については、図17を参照して後に詳述する。
ステップ1615から、方法1600は、ステップ1620へ進む。ステップ1620において、ステップ1615にて決定されたバックグランドポイントは、バックグランドノイズ関数曲線を生成するために、補間される。ステップ1620およびステップ1625から、方法1600は、ステップ1630へ進む。ステップ1630において、実際の音響事象ポイントが、ステップ1680で決定された可能性のある音響事象ポイントと、ステップ1620で決定されたバックグランドノイズ関数曲線を用いて、決定される。ステップ1630から、方法1600は、ステップ1635へ進む。ステップ1635において、実際の音響事象ポイントの各々の振幅および継続期間が、決定される。ステップ1635から、方法1600は、ステップ1640へ進む。ステップ1640において、それぞれの音響事象ポイントの下方の領域が計算される。ステップ1640から、方法1600は、ステップ1645へ進む。ステップ1645において、それぞれの音響事象ポイントに関して、領域の累積分布が、実際の試験荷重と比較される。ユーザは、この比較を、一方のカッターの他方のカッターに対する相対的靭性を判断するために、用いることができる。この比較によって、定量的且つ客観的な方法を用いて、判断を下すことが可能となる。音響事象ポイントの継続期間、振幅、および周波数と、試料に与えられた対応するエネルギー(または荷重)レベルとは、試験されたPCD(または、他の高硬材もしくは超硬材)のフィールド衝撃性能と、直接的に関連付けられる。方法1600は、ある損傷を発生させるのに要する外部の仕事または荷重の最小量を計測可能とするのみならず、損傷レベルを増大させるために要する追加的な仕事または荷重をも計測可能とする。ステップ1645の後に、方法1600は、ステップ1650へ進み、該ステップ1650において、方法1600は停止する。
図19は、所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフ1900である。図20は、所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフ2000の部分拡大図である。図21は、実際の音響事象の各々を示す、本発明の一例示的実施形態に係る累積分布グラフ2100である。図19〜図21は、図16の方法1600にて説明されたステップの大部分を示す。
図19を参照して、カッター音響放射グラフ1900は、時間軸1910と、音響放射軸1930とを有する。時間軸1910は、x軸に示されており、5000倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸1910における数値を、5000で除算する必要がある。音響放射軸1930は、y軸に示されており、10倍のmVの単位として与えられている。したがって、mV単位の電圧を得るためには、音響放射軸1930における数値を、10で除算する必要がある。音響放射曲線1960が、カッター音響放射グラフ1900上に図示されている。音響放射データ1960は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射データ1960によれば、記録された音響放射データは、1以上のバックグランドポイント1962と、1以上の可能性のある音響事象ポイント1964とを有する。図16および図19を参照し、図16のステップ1615およびステップ1625によれば、音響放射データ1960は、バックグランドポイント1962と音響事象ポイント1964とを含むように、分類される。一例示的実施形態によれば、音響放射データ1960の分類は、データレコーダ590(図5)内に格納されたアルゴリズムを用いて、実行される。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、アルゴリズムは、他の装置に格納されてもよいし、手動で実行されてもよい。代替的には、本開示の利益を享受する当業者に公知な他の方法が、音響放射データ1960を分類するために用いられてもよい。図19に示されているように、バックグランドポイント1962の各々は、円印によって示され、可能性のある音響事象ポイント1964の各々は、四角印によって示されている。バックグランドポイント1962、または可能性のある音響事象ポイント1964として定義されていない、複数のポイントが存在している。これら目印は、理解の容易の観点から付けられたものであり、本発明の例示的実施形態の範囲を限定するものではない。
図16および図19を参照して、図16のステップ1620によれば、バックグランドノイズ関数曲線1970は、決定されたバックグランドポイント1962を用いて補間される。一例示的実施形態によれば、バックグランドノイズ関数曲線1970は、4次多項式(fourth degree polynominal)を用いて補間される。しかしながら、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、バックグランドポイント1962を補間するために、他の次数の多項式が、用いられてもよい。
図20を参照して、カッター音響放射を示すグラフ2000の部分拡大図が提示されている。このグラフによれば、音響放射データ1960の各々は、実際の音響事象ポイント2010を含んでおり、該音響事象が発生している期間2020を有する。また、実際の音響事象ポイント2010の各々は、振幅2030を有しており、該振幅2030は、バックグランドノイズ関数曲線1970から、実際の音響事象ポイント2010が存在している位置まで、垂直方向に計測されている。図16および図20を参照して、図16のステップ1635によれば、実際の音響事象ポイント2010の振幅2030および期間2020が、計算される。一旦、振幅2030および期間2020が決定されると、実際の音響事象ポイント2010の各々の下側の領域2040が、振幅2030を期間2020に乗算することによって計算される。このステップは、図16のステップ1640において実行される。ある例示的実施形態によれば、領域2040の単位は、ミリボルト時間(mV・秒)の5000倍である。しかしながら、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、他の単位が用いられてもよい。
図21を参照して、実際の音響事象に係る累積分布グラフ2100が、提示されている。このグラフによれば、累積分布グラフ2100は、荷重軸2110と、音響放射領域軸2130とを有する。荷重軸2110は、x軸に示されており、kN単位として与えられている。音響放射領域軸2130は、y軸に示されており、50000倍のmV・秒単位として与えられている。これは、実際の音響事象ポイントの下側に存在するものとして決定された領域である。したがって、mV・秒単位の領域を取得するためには、音響放射領域軸2130の数値を、50000で除算する必要がある。図16および図21を参照して、図16のステップ1645によれば、音響放射領域軸2130に沿ってプロットされた、領域の累積分布が、荷重軸2110に沿ってプロットされた、実際の試験荷重と、実際の音響事象のそれぞれに関して、比較される。累積分布グラフ2100は、カッター製造者#1のカッターサンプル#1のカッタープロット2150と、カッター製造者#2のカッターサンプル#2のカッタープロット2160との比較を提供する。
例えば、3つのカッター製造者#1のカッターサンプル#1のカッタープロット2150のうちの1つにおいて、ポイントA2152として表示されているように、約28kNで、約3550 mV×秒×50000の実際の音響事象がある。これは、以下のことを意味している。すなわち、ここでは3550 mV×秒×50000の累積領域が存在しており、これは、上述した実際の音響事象ポイントの下側で発生していたものであって、約28kNの荷重で発生した実際の音響事象ポイントに係る領域を含むものである。次の実際の音響事象ポイントは、同曲線上のポイントB2154であって、約32.5kNで発生している。実際の音響事象ポイントの下側の領域は、約650 mV×秒×50000であり、これは、累積分布グラフ2100に直接示されてはいない。しかしながら、約32.5kNにおいて、約4200 mV×秒×50000の累積領域が示されている。このように、約4200 mV×秒×50000から約3550mV×秒×50000を減算した値が、約650 mV×秒×50000を等しくなる。より高硬度のカッター(または、本質的に、より高靭性なもの)は、与えられた荷重に対して、より小さな累積領域を有する曲線を提供する。高振幅である実際の音響事象ポイントを多く含む、急峻な曲線を有するカッターは、高振幅である実際の音響事象ポイントを少数だけ含む、急峻でない曲線を有するカッターよりも、本質的に靭性が低い。したがって、累積分布グラフ2100によれば、カッター製造者#1のカッターサンプル#1のカッタープロット2150と、カッター製造者#2のカッターサンプル#2のカッタープロット2160との間の比較は、カッター製造者#1のカッターサンプル#1は、カッター製造者#2のカッターサンプル#2より、本質的に靭性が高いということを示している。また、図21によれば、カッター製造者#1のカッターサンプル#1のカッタープロット2150を示す3本の曲線と、カッター製造者#2のカッターサンプル#2のカッタープロット2160を示す2本の曲線とが、図示されている。これらプロット2150および2160は、以下のことを示している。すなわち、方法1600(図16)は、同じグループのサンプル内における変動性が検知可能となるような、高次の解決手段を有している。図16に提示された方法は、客観的方法で、他の複数のカッター内においてカッターの靭性をランク付けするために、使用者に情報を提供する。
図17は、本発明の一例示的実施形態に係る図16のループ1の方法1680の詳細なフローチャートを示す。図17を参照して、ステップ1705において、ループ1の方法1680が開始する。ステップ1705から、ループ1の方法1680は、ステップ1710へ進む。ステップ1710において、第1のデータポイントが読み取られる。ステップ1710が完了すると、ループ1の方法1680は、ステップ1715へ進む。このステップ1715において、次のデータポイントが読み取られる。ステップ1715の後に、ループ1の方法1680は、ステップ1720へ進む。ステップ1720において、2つのデータポイントの差が計算され、第1の公差値と比較される。この第1の公差値は、音響事象を定義するために用いられる値である。一例示的実施形態によれば、第1の公差値は、約0.5mVである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第1の公差値は、それ以上またはそれ以下の値であってもよい。2つのデータポイントの差が第1の公差値よりも小さくない場合、ループ1の方法1680は、ステップ1725へ進む。ステップ1725において、2つのデータポイントのうちの2つ目が、可能性のある音響事象ポイントとして定義される。ステップ1725から、ループ1の方法1680は、ステップ1745へ進む。このステップ1745において、ループ1の方法1680は、他のデータポイントがあるか否かを判断する。このステップ1745において、他のデータポイントが無いと判断されると、ループ1の方法1680は、ステップ1750へ進む。このステップ1750において、ループ1の方法1680は停止する。しかしながら、ステップ1745において、他のデータポイントが有ると判断されると、ループ1の方法1680は、ステップ1715へ戻る。
ステップ1720において、2つのデータポイントの差が第1の公差値よりも小さいと判断された場合、ループ1の方法1680は、ステップ1730へ進む。ステップ1730において、2つのデータポイントの差が、第2の公差値と比較される。一例示的実施例によれば、第2の公差値は、約0.01mVである。しかしながら、他の例示的実施例においては、第2の公差値は、それ以上またはそれ以下であってもよい。2つのデータポイントの差が第2の公差値よりも小さくない場合、ループ1の方法1680は、ステップ1715へ戻り、第2のデータポイントは、決定されない。しかしながら、2つのデータポイントの差が第2の公差値よりも小さい場合、ループ1の方法1680は、ステップ1735へ進む。
ステップ1735において、2つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、「z」回よりも小さい間だけ連続で負であったか否かが判断される。または、2つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、「u」回よりも小さい間だけ連続で正であったか否かが判断される。一例示的実施形態によれば、「z」は、2であり、「u」は、3である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、「u」値および「z」値のいずれか一方、または双方は、それ以上またはそれ以下であってもよい。2つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、「z」回よりも小さい間だけ連続して負であることが真でない場合、または、2つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、「u」回よりも小さい間だけ連続で正であることが真でない場合、ループ1の方法1680は、次いで、ステップ1715へ戻り、第2のデータポイントは、決定されない。しかしながら、2つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、z回よりも小さい間だけ連続で負であった場合、または、2つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、u回よりも小さい間だけ連続で正であった場合、ループ1の方法1680は、次いで、ステップ1740へ進む。
ステップ1740において、2つのデータポイントのうちの2つ目は、バックグランド境界ポイントとして定義される。ステップ1740から、ループ1の方法1680は、ステップ1745へ進む。このステップ1745において、他のデータポイントがあるか否かが判断される。ループ1の方法1680は、上述したステップに従ってステップ1750に達するまで、継続される。このように、ループ1の方法1680は、いずれのデータポイントが、可能性のある音響事象ポイント、バックグランド境界ポイントとして定義されるべきか、または、いずれかのタイプのポイントとして定義されるべきでないかを判断するための方法を提供する。
図18は、本発明の一例示的実施形態に係る図16のループ2の方法1690の詳細なフローチャートを示す。図18を参照して、ステップ1805において、ループ2の方法1690は開始する。ステップ1805から、ループ2の方法1690は、ステップ1810へ進む。ステップ1810において、バックグランド境界ポイントを用いて、バックグランドノイズ関数曲線が生成される。ステップ1810が完了すると、ループ1の方法1690は、ステップ1815へ進む。このステップ1815において、第1の可能性のある音響事象ポイントが読み込まれる。ステップ1815の後に、ループ1の方法1690は、ステップ1820へ進む。ステップ1820において、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が計算され、この差が、第3の公差値よりも大きいか否かが判断される。なお、この第3の公差値は、実際の音響事象ポイントを定義するために用いられる値である。一例示的実施形態によれば、第3の公差値は、約0.08mVである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第3の公差値は、それ以上またはそれ以下の値であってもよい。可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が、第3の公差値よりも大きくない場合、ループ2の方法1690は、ステップ1825へ進む。ステップ1825において、次の可能性のある音響事象ポイントが読み込まれ、ループ2の方法1690は、ステップ1820へ戻る。しかしながら、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が、第3の公差値よりも大きい場合、ループ2の方法1690は、ステップ1830へ進む。
ステップ1830において、振幅、期間、および、実際の音響事象ポイントとバックグランドノイズ関数曲線との間の領域が、計算される。ステップ1830から、ループ2の方法1690は、ステップ1840へ進む。ステップ1840において、他の可能性のある音響事象ポイントがあるか否かが判断される。他の可能性のある音響事象ポイントがある場合、ループ2の方法1690は、ステップ1825へ戻る。このステップ1825において、ループ2の方法1690は継続される。しかしながら、ステップ1840において、他の可能性のある音響事象ポイントがない場合、ループ2の方法1690は、ステップ1845へ進む。このステップ1845において、ループ2の方法1690は停止する。このように、ループ2の方法1690は、いずれのデータポイントが、実際の音響事象ポイントとして定義されるべきかを判断するための方法を提供し、次いで、定義された音響事象ポイントの各々に係る領域を計算する。
図22は、図10に示す、本発明の一例示的実施形態に係るプロセッサ1020のブロック図を示す。上述したように、図16〜図18に示された1以上のステップを実行するための方法は、プロセッサ1020内で実行される。しかしながら、他の例示的実施形態においては、これらの方法は、手動で、または手動とプロセッサ内の処理との組み合わせとして実行されてもよい。プロセッサ1020は、データレコーダ590、またはコンピュータシステム内に設置されている。1つのプロセッサ1020が図示されているが、複数のプロセッサが、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられてもよい。プロセッサ1020は、1以上のプロセッサエンジン2200を有する。
プロセッサエンジン2200は、音響データを収集するエンジン2210と、バックグランドポイントを決定するエンジン2220と、可能性のある音響事象ポイントを決定するエンジン2230と、バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン2240と、実際の音響事象ポイントを決定するエンジン2250と、実際の音響事象領域を計算するエンジン2260と、累積領域および荷重曲線エンジン2270とを含む。7つのエンジンが、プロセッサエンジン2200内に含まれているが、他の例示的実施形態においては、エンジンの数は、それ以上またはそれ以下であってもよい。また、1以上の、上述したこれらプロセッサエンジン2200が、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、より少数のプロセッサエンジン2200内に組み込まれてもよいし、または、追加のプロセッサエンジン2200に分割されてもよい。
音響データを収集するエンジン2210は、少なくとも音響センサからデータを収集する。このデータは、バックグランドポイントと、可能性のある音響事象ポイントを含む。ある例示的実施形態においては、音響データを収集するエンジン2210は、荷重からのデータも収集する。これにより、対応するバックグランドポイントと、対応する、可能性のある音響事象ポイントとは、与えられた荷重と関連付けられる。バックグランドポイントを決定するエンジン2220は、音響センサから取得されたデータを評価し、該データポイントがバックグランドポイントであるか否かを判断する。バックグランドポイントを決定するエンジン2220は、図16のステップ1615を実行する。可能のある音響事象ポイントを決定するエンジン2230は、音響センサから取得されたデータを評価し、該データポイントが可能性のある音響事象ポイントであるか否かを判断する。可能性のある音響事象ポイントを決定するエンジン2230は、図16のステップ1625を実行する。バックグランドポイントを決定するエンジン2220と、可能のある音響事象ポイントを決定するエンジン2230は、互いに同時に動作する。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、互いに独立して動作してもよい。
バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン2240は、予め決定されたバックグランドポイントを用いて、バックグランドノイズ関数曲線を生成する。バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン2240は、図16のステップ1620を実行する。実際の音響事象ポイントを決定するエンジン2250は、予め決定された、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線とを用いて、実際の音響事象ポイントを決定する。実際の音響事象ポイントを決定するエンジン2250は、図16のステップ1630を実行する。一旦、実際の音響事象ポイントが決定されると、実際の音響事象領域を計算するエンジン2260は、実際の音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との間に形成される領域を決定する。実際の音響事象領域を計算するエンジン2260は、図16のステップ1635およびステップ1640を実行する。累積領域および荷重曲線エンジン2270は、領域の累積分布を、実際の音響事象の各々に関して実際の試験荷重と比較する。累積領域および荷重曲線エンジン2270は、図16のステップ1645を実行する。ある例示的実施形態においては、プロセッサエンジン2200は、プロセッサ1020内に配置されているが、プロセッサエンジン2200は、記録媒体内に設置されてもよい。なお、この記録媒体は、非限定的ではあるが、1以上のハードドライブ、USBドライブ、CD、デジタルビデオディスク、または当業者に公知もしくは未知である、他のいずれかの装置を含む。
プロセッサエンジン2200が、例示的実施形態において説明されてきたが、カッターの靭性を決定するための命令は、記録媒体1040(図10)内に格納されたソフトウェアにて提供されてもよい。このソフトウェアは、上述したプロセッサエンジン2200と同様のモジュールおよび/またはコードを含む。
本発明のいくつかの例示的実施形態が、説明されてきた。しかしながら、代替的な例示的実施形態は、高硬または超硬コンポーネント100の加熱の使用を含んでもよい。この高硬または超硬コンポーネント100の加熱は、高硬または超硬コンポーネント100上への荷重の負荷の前、負荷の間、および/または負荷の後のいずれか(または、それらの組み合わせ)において、行われる。熱は、当業者に公知の複数の方法のいずれかによって、供給される。例えば、この方法は、非限定的ではあるが、火、レーザ、赤外線、および/または加熱液体を含む。
各例示的実施形態の詳細について説明してきた。しかしながら、一実施形態に適用可能な特徴および修正のいずれも、他の実施形態にも適用可能であるものと解釈すべきである。さらに、本発明は、特定の実施形態を参照して説明されてきた。しかしながら、これらの記載は、限定的な意義に解釈することを意図したものではない。開示された実施形態の種々の修正や、本発明の代替的な実施形態が、例示的実施形態の説明を参照して、当業者に明らかとなるであろう。開示された概念および特定の実施形態は、本発明の同様の目的を実現するための他の構造または方法を修正または設計するための基本として、容易に実用化され得るものであることは、当業者に理解されるべきである。また、このような同等の構造は、添付の特許請求の範囲に記載されているような本発明の範囲および概念を逸脱するものではないことが、当業者によって理解されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の範囲に属する、このような修正または実施形態のいずれも包含するものであることが、考慮されるべきである。

Claims (28)

  1. 硬い面を有する試料と、
    前記試料と通信可能に接続される音響センサと、
    前記硬い面に着脱可能に連結され、前記試料よりも高い靭性を有する圧子と、
    前記圧子上に負荷され、前記圧子によって前記硬い面上に伝達される荷重と、
    前記音響センサと前記試料との間に配置された潤滑剤と、
    を備え、
    前記荷重は、所定の増加率で最大荷重まで増加され、該最大荷重は、所定の期間保持され、前記荷重は、所定の減少率で減少され、
    前記音響センサは、前記試料内で発生した音響事象を検知する、音響放射試験装置。
  2. 前記減少率は、前記増加率よりも大きい、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  3. 前記音響センサは、前記試料に接続される、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  4. キャビティーを内部に有する試料ホルダを備え、
    前記試料は、前記キャビティー内に位置決めされ、
    前記音響センサは、前記試料ホルダに接続される、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  5. 前記キャビティーの直径は、前記試料の直径よりも大きく、前記キャビティーの外面と、前記試料の外面との間に、空隙が形成される、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  6. 前記潤滑剤は前記空隙内に配置されており、
    該潤滑剤は、前記キャビティーの外面、前記試料の外面、および、前記キャビティーの外面と前記試料の外面との間の前記空隙の少なくとも一部と接触する、請求項5に記載の音響放射試験装置。
  7. 前記試料は、カッターテーブルを含むカッターを有し、
    前記圧子は、前記カッターテーブルよりも高いコバルト濃度を有する、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  8. 前記試料は、PDCカッターテーブルを含むカッターを有し、
    前記圧子は、前記PDCカッターテーブルと当接するPDC端部を有する、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  9. 前記圧子は、6〜20%の範囲のコバルト濃度を有する、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  10. 前記圧子は、前記試料と当接する第1の端部を有し、該第1の端部は、ドーム状である、請求項1に記載の音響放射試験装置。
  11. カッターテーブルを含むカッターを有する試料と、
    前記試料と通信可能に接続される音響センサと、
    第1の端部を有する圧子であって、前記第1の端部は前記カッターテーブルに着脱可能に連結され、前記第1の端部のコバルト濃度は、前記カッターテーブルのコバルト濃度よりも高い、前記試料よりも高い靭性を有する圧子と、
    前記圧子上に負荷され、前記圧子によって前記カッターテーブル上に伝達される荷重と、を有する音響放射試験装置と、
    前記音響放射試験装置と通信可能に接続され、該音響放射試験装置からのデータを受信するデータレコーダと、を備え、
    前記荷重は、所定の増加率で最大荷重まで増加され、該最大荷重は、所定の期間保持され、前記荷重は、所定の減少率で減少され、
    前記音響センサは、前記試料内で発生した音響事象を検知する、音響放射試験システム。
  12. 前記減少率は、前記増加率よりも大きい、請求項11に記載の音響放射試験システム。
  13. 前記音響センサは、前記試料に接続される、請求項11に記載の音響放射試験システム。
  14. キャビティーを内部に有する試料ホルダを備え、
    前記試料は、前記キャビティー内に位置決めされ、
    前記音響センサは、前記試料ホルダに接続される、請求項11に記載の音響放射試験システム。
  15. 前記キャビティーの直径は、前記試料の直径よりも大きく、前記キャビティーの外面と、前記試料の外面との間に、空隙が形成される、請求項11に記載の音響放射試験システム。
  16. 前記カッターテーブルはPDCを含み、前記第1の端部はPDCを含む、請求項11に記載の音響放射試験システム。
  17. 記第1の端部は、6〜20%の範囲のコバルト濃度を有する、請求項11に記載の音響放射試験システム。
  18. 前記第1の端部は、ドーム状である、請求項11に記載の音響放射試験システム。
  19. 試料の靭性を求めるための方法であって、
    PDCカッターテーブルを含むカッターを有する試料と、
    前記試料と通信可能に接続される音響センサと、
    前記PDCカッターテーブルに着脱可能に連結され、前記試料よりも高い靭性を有し、前記PDC端部を有する圧子と、
    前記圧子上に負荷され、前記圧子によって前記PDCカッターテーブル上に伝達される荷重と、を有する音響放射試験装置と、
    前記音響放射試験装置と通信可能に接続され、該音響放射試験装置からのデータを受信するデータレコーダと、を備える音響放射試験システムを準備するステップと、
    前記圧子上に荷重を負荷し、前記圧子が該荷重を前記試料上に伝達するステップと、
    前記音響放射試験装置からデータを取得するステップと、
    前記試料内で発生した音響事象を検知するステップと、
    前記試料の靭性を客観的に計算するステップと、を備える、方法。
  20. 前記圧子上に荷重を負荷するステップは、
    前記荷重を所定の増加率で最大荷重まで増加すること、
    前記最大荷重を所定の期間だけ保持すること、および、
    前記荷重を所定の減少率で減少すること、を含む、請求項19に記載の方法。
  21. 前記減少率は、前記増加率よりも大きい、請求項20に記載の方法。
  22. 前記音響放射試験装置からデータを取得するステップは、前記音響センサおよび前記荷重からデータを取得することを含む、請求項19に記載の方法。
  23. 前記音響センサは、前記試料に接続される、請求項19に記載の方法。
  24. 前記音響放射試験装置は、キャビティーを内部に含む試料ホルダを有し、
    前記試料は、前記キャビティー内に位置決めされ、
    前記音響センサは、前記試料ホルダに接続される、請求項19に記載の方法。
  25. 前記PDC端部のコバルト濃度は、前記PDCカッターテーブルのコバルト濃度よりも高い、請求項19に記載の方法。
  26. 前記PDC端部は、6〜20%の範囲のコバルト濃度を有する、請求項19に記載の方法。
  27. 前記PDC端部は、ドーム状である、請求項19に記載の方法。
  28. 前記試料を加熱するステップをさらに備える、請求項19に記載の方法。
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