JPH0368198B2 - - Google Patents
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- JPH0368198B2 JPH0368198B2 JP56181954A JP18195481A JPH0368198B2 JP H0368198 B2 JPH0368198 B2 JP H0368198B2 JP 56181954 A JP56181954 A JP 56181954A JP 18195481 A JP18195481 A JP 18195481A JP H0368198 B2 JPH0368198 B2 JP H0368198B2
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Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は岩石等の地層の掘削に用いられるドリ
ルビツトで、焼結ダイヤモンドを刃先に用いるも
のの新規な構成を開示するものである。微細なダ
イヤモンド粒子をCo等の鉄族金属を結合材とし
てダイヤモンドが安定な超高圧、高温下で焼結し
て得られるダイヤモンド焼結体はその優れた耐耗
性と強度を生かして切削工具、伸線ダイス等に用
いられている。近年これを岩石を掘削するドリル
ビツトの刃先として用いることが検討されている
が、この用途に対しては、未だ充分な成果は得ら
れていないようである。焼結ダイヤモンドのドリ
ルビツトへの応用例としては米国特許第4098362
号に示されているように円板状の焼結体を多数ビ
ツトクラウンに埋め込み岩石を削りとる作用をな
す刃部として用いるものがある。第１図はこれに
用いられるダイヤモンド焼結体の例で１はダイヤ
モンド焼結体の薄層で、２はこれに接合された超
硬合金製の母材である。この円板状の焼結体をド
リルクラウンの円周上に多数埋め込んで、ビツト
を回転させることにより掘進していく。第２図は
その一枚の刃の岩石を削りとる作用を模式的に示
したものである。図の１，２は第１図と同じで、
これがビツトボデイ３にロウ付け等の方法により
固定されている。４は掘削される岩石である。こ
のときダイヤモンド焼結部１には図のσ1，σ2で示
した応力が作用している。ドリルビツトの掘削作
用としては超硬合金インサートを使用したトリコ
ーンビツトの場合の如く岩石を圧砕して掘進する
作用と第２図の如く削りとる作用を主体とするも
のがある。この後者の形式で焼結ダイヤモンドを
刃先として用いた場合、刃部の寿命の形態は殆ん
どの場合、第３図に示した如くダイヤモンド焼結
体の岩石に当る部分がはくり状の欠損（図の１′0
１，２は第１図と同じ）を起すことである。特に
砂岩等の比較的削り易い柔らかい岩石の場合は欠
損も少ないが、火成岩等の中・硬質岩を掘進する
と大部分の刃先が第３図の如く欠損してしまう。
ルビツトで、焼結ダイヤモンドを刃先に用いるも
のの新規な構成を開示するものである。微細なダ
イヤモンド粒子をCo等の鉄族金属を結合材とし
てダイヤモンドが安定な超高圧、高温下で焼結し
て得られるダイヤモンド焼結体はその優れた耐耗
性と強度を生かして切削工具、伸線ダイス等に用
いられている。近年これを岩石を掘削するドリル
ビツトの刃先として用いることが検討されている
が、この用途に対しては、未だ充分な成果は得ら
れていないようである。焼結ダイヤモンドのドリ
ルビツトへの応用例としては米国特許第4098362
号に示されているように円板状の焼結体を多数ビ
ツトクラウンに埋め込み岩石を削りとる作用をな
す刃部として用いるものがある。第１図はこれに
用いられるダイヤモンド焼結体の例で１はダイヤ
モンド焼結体の薄層で、２はこれに接合された超
硬合金製の母材である。この円板状の焼結体をド
リルクラウンの円周上に多数埋め込んで、ビツト
を回転させることにより掘進していく。第２図は
その一枚の刃の岩石を削りとる作用を模式的に示
したものである。図の１，２は第１図と同じで、
これがビツトボデイ３にロウ付け等の方法により
固定されている。４は掘削される岩石である。こ
のときダイヤモンド焼結部１には図のσ1，σ2で示
した応力が作用している。ドリルビツトの掘削作
用としては超硬合金インサートを使用したトリコ
ーンビツトの場合の如く岩石を圧砕して掘進する
作用と第２図の如く削りとる作用を主体とするも
のがある。この後者の形式で焼結ダイヤモンドを
刃先として用いた場合、刃部の寿命の形態は殆ん
どの場合、第３図に示した如くダイヤモンド焼結
体の岩石に当る部分がはくり状の欠損（図の１′0
１，２は第１図と同じ）を起すことである。特に
砂岩等の比較的削り易い柔らかい岩石の場合は欠
損も少ないが、火成岩等の中・硬質岩を掘進する
と大部分の刃先が第３図の如く欠損してしまう。
本発明はこのような従来のダイヤモンド焼結体
を刃部として用いたドリルビツトの欠点を解消す
べく鋭意研究を重ねた結果、焼結体の形状と、ビ
ツト上における配置を工夫することによりこのよ
うな欠損を著しく軽減することに成功したもので
ある。
を刃部として用いたドリルビツトの欠点を解消す
べく鋭意研究を重ねた結果、焼結体の形状と、ビ
ツト上における配置を工夫することによりこのよ
うな欠損を著しく軽減することに成功したもので
ある。
焼結ダイヤモンドをドリルビツトに使用する場
合、従来は第１図の如き円板状の焼結体を第５図
に模式的に示した如く、ドリルクラウンの円周上
に多数配置して用いていた。このときの１刃当り
の掘削断面積は第４図イに示される如くになる。
図は同一直径を有する相隣る３枚の刃による掘削
状態を示したもので５で示した第１の刃が通過後
一刃当りの送り量に相当するｆだけ突き出した第
２の刃が６の位置を掘削し、第３の刃が７の位置
を掘削する。第２、第３の刃の掘削断面積は図示
した如く三日月状の領域である。この場合は掘進
方向の刃の先端部（第４図イのＡ）が最も刃に加
わる応力が大となり、第３図に示したようなダイ
ヤモンド焼結体部のはくりがこの部分で生じるの
である。
合、従来は第１図の如き円板状の焼結体を第５図
に模式的に示した如く、ドリルクラウンの円周上
に多数配置して用いていた。このときの１刃当り
の掘削断面積は第４図イに示される如くになる。
図は同一直径を有する相隣る３枚の刃による掘削
状態を示したもので５で示した第１の刃が通過後
一刃当りの送り量に相当するｆだけ突き出した第
２の刃が６の位置を掘削し、第３の刃が７の位置
を掘削する。第２、第３の刃の掘削断面積は図示
した如く三日月状の領域である。この場合は掘進
方向の刃の先端部（第４図イのＡ）が最も刃に加
わる応力が大となり、第３図に示したようなダイ
ヤモンド焼結体部のはくりがこの部分で生じるの
である。
本発明のドリルビツトでは円板状ダイヤモンド
焼結体ではなく多角形状の平面を有する焼結体を
用いることが特徴である。典型的な例として正六
角形状の焼結体について説明する。これは第７図
ロに示した如くダイヤモンド焼結体部１３及び母
材１４からなるもので、正六角形状の平面を有し
ている。これを第６図の如くビツトクラウンの円
周上に配置する。このとき120度の頂角をなす刃
先と直線状の刃先とが交互に来るように配置す
る。この場合の一刃当りの掘削断面積の状態を示
したものが第４図ロである。即ち円板状焼結体を
使用したイの場合と異なり、掘進方向に直角に直
線状の切刃を有する第２の刃ではＢ、B′の領域
で主として掘削しており、120°の頂角を掘進方向
に有する第３の刃はＣ、C′、Ｄの領域で主とし掘
削していることが分る。即ちいずれも六角形の２
ないし３ケの120°の頂角を有する刃先によつて主
として掘削が行なわれる。
焼結体ではなく多角形状の平面を有する焼結体を
用いることが特徴である。典型的な例として正六
角形状の焼結体について説明する。これは第７図
ロに示した如くダイヤモンド焼結体部１３及び母
材１４からなるもので、正六角形状の平面を有し
ている。これを第６図の如くビツトクラウンの円
周上に配置する。このとき120度の頂角をなす刃
先と直線状の刃先とが交互に来るように配置す
る。この場合の一刃当りの掘削断面積の状態を示
したものが第４図ロである。即ち円板状焼結体を
使用したイの場合と異なり、掘進方向に直角に直
線状の切刃を有する第２の刃ではＢ、B′の領域
で主として掘削しており、120°の頂角を掘進方向
に有する第３の刃はＣ、C′、Ｄの領域で主とし掘
削していることが分る。即ちいずれも六角形の２
ないし３ケの120°の頂角を有する刃先によつて主
として掘削が行なわれる。
本発明によるドリルビツトの特徴は上記した如
く先ず刃部の掘削に作用する領域が円弧で形成さ
れておらず、円弧よりは鋭い形状を有しているこ
と。これにより岩石に喰い込み易く、掘削応力は
減少する。次に主として複数の頂角部で掘削する
ことにより焼結体刃部の応力が分散されることで
ある。これにより中・硬質岩に対しても充分適用
でき、かつ刃先の欠損を大巾に軽減することが可
能となつた。
く先ず刃部の掘削に作用する領域が円弧で形成さ
れておらず、円弧よりは鋭い形状を有しているこ
と。これにより岩石に喰い込み易く、掘削応力は
減少する。次に主として複数の頂角部で掘削する
ことにより焼結体刃部の応力が分散されることで
ある。これにより中・硬質岩に対しても充分適用
でき、かつ刃先の欠損を大巾に軽減することが可
能となつた。
従来ドリルビツトに適用されたダイヤモンド焼
結体が円板状であつたのはその製造上の理由にも
よると考えられる。即ち超高圧・高温装置を用い
て焼結を行なうため装置の超高圧、高温発生領域
を最も有効に利用できる焼結体の形状が円板状で
あることによるものと思われる。本発明の多角形
状の平面を有する焼結体の製造に当つては大型の
超高圧・高温発生装置を用いて大きな円板状焼結
体１１を製造し、これを例えば第７図イに示した
如くに分割、切断して第７図ロの如き多数の焼結
体を得ることができる。この場合も正六角形形状
に切断することが最も経済的である。また多角形
状と従来の円板状の焼結体を組合せても類似の効
果が得られる。またビツトクラウンでの配置はそ
の円周上で相隣る焼結体が鋭角又は鈍角の刃先と
直線状の刃先とで１枚毎に異なるように配置する
ことが望ましいが、いずれかを２枚又は３枚毎に
配置するか、又は厳密に同一円周上ではなく、ビ
ツト中心軸からの距離を適宣変えながら配置する
等の変更は本発明の主旨を損わない範囲で実施す
ることができる。
結体が円板状であつたのはその製造上の理由にも
よると考えられる。即ち超高圧・高温装置を用い
て焼結を行なうため装置の超高圧、高温発生領域
を最も有効に利用できる焼結体の形状が円板状で
あることによるものと思われる。本発明の多角形
状の平面を有する焼結体の製造に当つては大型の
超高圧・高温発生装置を用いて大きな円板状焼結
体１１を製造し、これを例えば第７図イに示した
如くに分割、切断して第７図ロの如き多数の焼結
体を得ることができる。この場合も正六角形形状
に切断することが最も経済的である。また多角形
状と従来の円板状の焼結体を組合せても類似の効
果が得られる。またビツトクラウンでの配置はそ
の円周上で相隣る焼結体が鋭角又は鈍角の刃先と
直線状の刃先とで１枚毎に異なるように配置する
ことが望ましいが、いずれかを２枚又は３枚毎に
配置するか、又は厳密に同一円周上ではなく、ビ
ツト中心軸からの距離を適宣変えながら配置する
等の変更は本発明の主旨を損わない範囲で実施す
ることができる。
本発明で用いるダイヤモンド焼結体は500μ以
下のダイヤモンド粉末を結合材を用いてダイヤモ
ンドが安定な超高圧・高温下で焼結して製造され
る。結合材としては鉄族金属、更に周期律表第
4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、硼化物、
硅化物もしくはこれ等の固溶体または混合物の他
にSiC、B4C等を含んでもよい。ダイヤモンドの
含有量は50体積％以上である。それ以下ではビツ
ト刃先としての耐摩耗性が充分でない。尚第７図
ロに示した如く多角形状のダイヤモンド焼結体部
１３は同一多角形を有する母材１４に接合されて
いる。母材は周期律表の第4a、5a、6a族金属の
炭化物、窒化物等の硬質化合物を鉄族金属で結合
した硬質焼結合金を用いる。尚この母材とダイヤ
モンド焼結体部は超高圧・高温下での焼結時に直
接又は特開昭56−55506号に記されているような
中間層を介して接合する。このようなダイヤモン
ド焼結体を刃部に用いてドリルビツトを製造する
には鋼製のビツトボデイ先頭部にロウ材を用いて
焼結体の母材部をロウ付け接合するか、予めビツ
トボデイ先頭部に凹所を設けておき、これに母材
部を圧入する等の方法で行なう。又電子ビーム等
の細い高エネルギービームにより母材端部と鋼ビ
ツトボデイを溶解接合しても良い。刃の数はダイ
ヤモンド焼結体の大きさ、ビツトの寸法等により
適宜選択するが、一般には合計で４枚以上とする
方が好ましい。
下のダイヤモンド粉末を結合材を用いてダイヤモ
ンドが安定な超高圧・高温下で焼結して製造され
る。結合材としては鉄族金属、更に周期律表第
4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、硼化物、
硅化物もしくはこれ等の固溶体または混合物の他
にSiC、B4C等を含んでもよい。ダイヤモンドの
含有量は50体積％以上である。それ以下ではビツ
ト刃先としての耐摩耗性が充分でない。尚第７図
ロに示した如く多角形状のダイヤモンド焼結体部
１３は同一多角形を有する母材１４に接合されて
いる。母材は周期律表の第4a、5a、6a族金属の
炭化物、窒化物等の硬質化合物を鉄族金属で結合
した硬質焼結合金を用いる。尚この母材とダイヤ
モンド焼結体部は超高圧・高温下での焼結時に直
接又は特開昭56−55506号に記されているような
中間層を介して接合する。このようなダイヤモン
ド焼結体を刃部に用いてドリルビツトを製造する
には鋼製のビツトボデイ先頭部にロウ材を用いて
焼結体の母材部をロウ付け接合するか、予めビツ
トボデイ先頭部に凹所を設けておき、これに母材
部を圧入する等の方法で行なう。又電子ビーム等
の細い高エネルギービームにより母材端部と鋼ビ
ツトボデイを溶解接合しても良い。刃の数はダイ
ヤモンド焼結体の大きさ、ビツトの寸法等により
適宜選択するが、一般には合計で４枚以上とする
方が好ましい。
以下実施例により具体的に述べる。
実施例 １
外接円径13.3φの正六角形状平面を有するダイ
ヤモンド焼結体を作成した。ダイヤモンド焼結体
部の厚みは0.5mmで、３mmの厚さを有するWC−12
％Co合金からなる母材に焼結体の製造時に接合
されている。この焼結体６ケを外径65mmの鋼製の
コアビツトボデイにBAg−１相当の銀ロウを用
いて接合した。このときビツトクラウンの先頭部
でその軸方向に正六角形の120度の頂角が一致す
るように３ケの焼結体を円周上で120°間隔に配置
した。その中間の位置にビツト軸方向に直角に正
六角形の一辺である直線がくるように残り３ケの
焼結体を配置した。
ヤモンド焼結体を作成した。ダイヤモンド焼結体
部の厚みは0.5mmで、３mmの厚さを有するWC−12
％Co合金からなる母材に焼結体の製造時に接合
されている。この焼結体６ケを外径65mmの鋼製の
コアビツトボデイにBAg−１相当の銀ロウを用
いて接合した。このときビツトクラウンの先頭部
でその軸方向に正六角形の120度の頂角が一致す
るように３ケの焼結体を円周上で120°間隔に配置
した。その中間の位置にビツト軸方向に直角に正
六角形の一辺である直線がくるように残り３ケの
焼結体を配置した。
このコアビツトで一軸圧縮強度1400Kg／cm2の安
山岩を掘削した。ビツト回転数は120回転／分で、
ビツト荷重を一定にして掘進速度を測定したとこ
ろ、平均15cm／分で20ｍ掘進可能であつた。
山岩を掘削した。ビツト回転数は120回転／分で、
ビツト荷重を一定にして掘進速度を測定したとこ
ろ、平均15cm／分で20ｍ掘進可能であつた。
比較の為、同一組成のダイヤモンド焼結体で第
１図の如き外径13.3mmの円板状のものを６ケ用い
て同一寸法のコアビツトを製作した。試験条件を
同一にして安山岩を掘削したところ平均掘進速度
は10cm／分で、1.6ｍ掘進した時点で３枚の刃に
第３図で示したような刃先の欠損が生じた。
１図の如き外径13.3mmの円板状のものを６ケ用い
て同一寸法のコアビツトを製作した。試験条件を
同一にして安山岩を掘削したところ平均掘進速度
は10cm／分で、1.6ｍ掘進した時点で３枚の刃に
第３図で示したような刃先の欠損が生じた。
第１図は従来のドリルビツトに使用されるダイ
ヤモンド焼結体の斜視図である。第２図は第１図
の如き焼結体を用いて岩石を掘削する状況を模式
的に示したものである。第３図は第１図の如き焼
結体を使用したドリルビツトで生じる欠損の状態
を示したものである。第４図は本発明のドリルビ
ツトの特徴を従来のものと比較して説明するため
の図で相隣る３ケの刃による掘削断面積を示す。
イは従来のもの、ロは本発明の場合である。第５
図、第６図はダイヤモンド焼結体のビツトクラウ
ンへの配置を説明するものであり、第５図は従来
の場合、第６図は本発明の例を示す。第７図は本
発明で用いるダイヤモンド焼結体の製造方法を説
明するものであり、イは上面図、ロは斜視図であ
る。 １，１３：ダイヤモンド焼結体、１′：欠損部、
２，１４：母材、３：ビツトボデイ、４：岩石、
５，８：第１刃、６，９：第２刃、７，１０：第
３刃、１１：円板状焼結体。
ヤモンド焼結体の斜視図である。第２図は第１図
の如き焼結体を用いて岩石を掘削する状況を模式
的に示したものである。第３図は第１図の如き焼
結体を使用したドリルビツトで生じる欠損の状態
を示したものである。第４図は本発明のドリルビ
ツトの特徴を従来のものと比較して説明するため
の図で相隣る３ケの刃による掘削断面積を示す。
イは従来のもの、ロは本発明の場合である。第５
図、第６図はダイヤモンド焼結体のビツトクラウ
ンへの配置を説明するものであり、第５図は従来
の場合、第６図は本発明の例を示す。第７図は本
発明で用いるダイヤモンド焼結体の製造方法を説
明するものであり、イは上面図、ロは斜視図であ
る。 １，１３：ダイヤモンド焼結体、１′：欠損部、
２，１４：母材、３：ビツトボデイ、４：岩石、
５，８：第１刃、６，９：第２刃、７，１０：第
３刃、１１：円板状焼結体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 体積で50％以上のダイヤモンドを含有する正
六角形状のダイヤモンド焼結体が形成する鈍角の
刃先と直線状の刃先とが、ビツトの円周上におい
て交互に配置され、ダイヤモンド焼結体の母材部
で固定されていることを特徴とするドリルビツ
ト。 ２ 体積で50％以上のダイヤモンドを含有する正
六角形状のダイヤモンド焼結体と円板状のダイヤ
モンド焼結体からなる刃先がビツトの円周上にお
いて交互に配置され、ダイヤモンド焼結体の母材
部で固定されていることを特徴とするドリルビツ
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18195481A JPS5883790A (ja) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | ドリルビット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18195481A JPS5883790A (ja) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | ドリルビット |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1737991A Division JPH04213691A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | ダイヤモンド焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5883790A JPS5883790A (ja) | 1983-05-19 |
| JPH0368198B2 true JPH0368198B2 (ja) | 1991-10-25 |
Family
ID=16109771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18195481A Granted JPS5883790A (ja) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | ドリルビット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5883790A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE8500590U1 (de) * | 1984-01-31 | 1985-04-04 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Ltd., Johannesburg, Transvaal | Rohling eines werkzeugs zum ziehen von draehten |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50157202A (ja) * | 1974-06-10 | 1975-12-19 | ||
| JPS566546U (ja) * | 1979-06-22 | 1981-01-21 |
-
1981
- 1981-11-12 JP JP18195481A patent/JPS5883790A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50157202A (ja) * | 1974-06-10 | 1975-12-19 | ||
| JPS566546U (ja) * | 1979-06-22 | 1981-01-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5883790A (ja) | 1983-05-19 |
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