JPS59210185A - 回転ビツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は地中押開装置に関し、より詳しくはダイヤモン
ド切削部材を組込んだ回転ビットに関する。

先行技術の説明 掘削装置にダイヤモンドを使用することはよく知られて
いる。最近、単結晶ダイヤモンド（ＳＣＤ）及び多結晶
ダイヤモンド（ＰＣＤ　）ともに合成ダイヤモンドが種
々の会社から商業的に入手可能になってきており、種々
の利点が認識されて掘削装置等に使用されるようになっ
てきている。例えば、天然のダイヤモンドビットはロー
ラコーンピットの場合の圧壊作用と比べるとむしろ引掻
（ｐｌｏｗ　）作用で掘削を行うものであシ、一方、合
成ダイヤモンドは剪断作用により切削する傾向にある。

岩盤掘削の場合には、例えば圧壊よりも剪断の方が岩に
作用するのにより小さいエネルギーでよいと考えられて
いる。

最近、種々の合成ダイヤモンドが商業的に入手可能にな
ってきておシ、その中には多結晶ダイヤモンドがある。

結晶ダイヤモンドは（１１−１）　。

（１１０）　、　（１００）平面で優先的に破断し、多
結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）は等方性があって微小なス
ケールでこの同じ破断を示し、従って大きなスケールの
激しい破断に至らないようになっている。その結果、耐
研摩性を備えた切削を促進する鋭角性を保持することが
できる。このようなダイヤモンドは例えば米国特許第３
，９１３，２８０号。

同第３．７４５．６２３号、同第３，８１６，０８５号
。

同第４，１０４，３４４号、同第４．２２４．３８０号
に記載されている。

概して、ＰＣＤ製品は合成の及び／又は適切な寸法の天
然のダイヤモンド結晶から熱及び圧力をかけて溶剤又は
触媒の下で作られて多結晶構造を形成する。ＰＣＤ製品
の一形体においては、多結晶構造は隣接の結晶が相互に
固着されていない空間内に本質的に分布された焼結補助
剤を含んでいる。

他の形体においては、例えば米国特許第３．７４５，６
２３号、同第３，８１６，０８５号。

同第３．９１．３．２８０号、同第４．１．０４．２２
３号。

同第４，２２４，３８０号に記載されているように、合
成ダイヤモンド焼結製品は多孔性であり、そのような多
孔は非ダイヤモンド材又は少くともその一部を溶解させ
るようにして得られ、これについては前述の米国特許第
３．７４５，６２３号、同第４．１０４，３４４号、同
第４，２２４，３８０号に記載されている。簡便のため
に、そのような素材は米国特許第４，２２４．３８０号
に参照されているように多孔性ＰＣＤ　と呼ばれること
ができる。

多結晶ダイヤモンドは単個のコンノくクトな部材として
又は固められた炭化タングステン（ＷＣ）支持部に支持
された薄いＰＣＤ片として掘削製品に使用されている。

−形体においては、ＰＣＤ片は直径約１３．３Ｍ、長さ
約３１＋ｌＩｌの円筒スラップに支持されたカッター面
の断面が約０．５から０．６　ｆｉのものである。他の
形体においては、スタッド力（７） ツタ−としてＰＣＤ片が直径約３繭から１３．３ｍｍ、
全長２６ｒ１ｍの炭化タングステン物質に支持されたも
のである。カッターに面するこれらのＰＣＤ片は掘削装
置において軟いものから中棚の岩盤に使用する目的の掘
削装置に使用されている。

種々の幾何学的形状のＰＣＤ部材が天然ダイヤモンドに
代って掘削装置のある応用例で使用されている。しかし
ながら、所定のカラットの寸法又は重音のダイヤモンド
片として使用されるＰＣＤ部材には幾つかの問題点があ
る。概して、種々の形状や等級で入手される天然ダイヤ
モンドは型内の予め定められた位置に配置され、そして
工具の製造は従来公知のいろいろの技術を駆使して行わ
れる。その結果、ダイヤモンドを所定の位置に保持する
炭化金属母材が形成され、この母材はしばしばクラウン
と呼ばれ、これは金属母材形成工程中に形成される金属
的及び機誠的な固着によって鋼ブランクに取付けられる
。天然ダイヤモンドは金属母材形成時の加熱処理に十分
堪えられるほどに熱的に安定である。

（８） 上記処理において、天然ダイヤモンドは予め定められた
単一の向きに表面を設定され、又は含浸即ちダイヤモン
ドがＰＪ利中に粒状又は微粒子形体で分布されるように
することもできる。

初期のＰＣＩ）部材については、ＰＣＤ部材特に炭素バ
ッキング上のＰＣＤ片が母材となるビットのクラウンを
焼成するのに使用される温度において熱的に不安定とガ
りがちであり、天然ダイヤモンドと同じような処理を行
うとＰＣＤ部材が激変する結果になるという掘削装置製
造上の問題があった。

熱的に不安定なＰＣＤ製品を用いて掘削装置を作るため
に、カッターを形成するＰＣＤ片を母材に固定するため
にろう付は技術が使用された。そのような掘削装置の製
造の際に、ろう付は材及び処理は温度がＰＣＤ部材を激
変させないようにすることが必要であった。その結果、
ＰＣＤ部材が金属母材から分離し、掘削部材の性能に悪
影響を与えていた。

熱的に安定彦例えば多孔性のＰＯＤ部材の出現により、
そのようなＰＣＤ部材を天然ダイヤモンドと同じような
処理で母材中に表面設定するととが可能になると信じら
れ、よって掘削工具の製造が簡単になり、さらにＰＣＤ
部材は天然ダイヤモンドと比べて研摩しにくく且つ固有
の弱い破断面がないと信じられたので掘削工具の性能が
改善されることになる。

最近の多孔性ＰＣＤ部材に関する文献はＰＣＤ部材が表
面設定されることを示唆している。多孔性ＰＣＤ部材及
び約１２００℃まで安定であると言われるそのようなも
のは筒状や三角形等の種々の形状で入手可能となってい
る。例えば三角形状のものは重さ約０．３カラツト、−
辺４鵡、厚さ約２．６−である。先行技術においては、
三角形状多孔性ＰＣＤ部材はその尖端がビット母材面か
られずかに露出されて、即ち隣接のピット母材面から０
．５關より少く突出させて表面設定されることができる
ことが示唆されている。もっとカラットの大きい三角形
状合成ダイヤモンド、例えば−辺が６１で厚さ３．７調
のものも入手可能であるが、そのようなダイヤモンドは
上述の露出度に対してはすすめられるものではない。も
ろい岩の場合には、先行技術は三角形状ＰＣＤ部材が金
属母材よりも完全に中のほうに設定されるべきであると
している。軟〈てもろくない岩の場合には、先行技術は
三角形状ＰＣＤ部材がその基部を母材のほぼレベル面に
おいて半径方向の向きで設定されるべきであるとしてい
る。このように示唆される露出の程度は切削すべき岩盤
のタイプに従うものである。

しかしながら、実際にそのような配置を行うのは困難な
場合が多い。掘削作用の動態を考えればそのような困難
が理解されよう。通常の掘削作用においては、それが鉱
業であれ、コアリングであれ、又は油井掘削であれ、水
や空気や掘削泥のような流体が工具の中を通ってポンプ
で給送され、工具面を貫して放射状に吐出され、外面（
ゲージ）の回りに放射状に流れて穴内を上昇して戻るよ
うになっている。掘削流体は工具切削面を清浄にすると
ともに切削面をいくらか冷却するものである。

切削された穴壁とビット本体との間のクリアランスが十
分でないと切削片は、特に岩盤が軟くてもろい場合には
切削面から除去されることができなくなる。従って、切
削された穴壁面と工具本体面との間のクリアランスが相
対的に小さくて且つチップ清浄化のための方策が施こさ
れていないと、ビットの清浄化の問題が起る。

考慮すべき他の要因はドリルビットにかかる重量、普通
はドリルストリングの重量及び原理的にはドリルカラー
の重量、並びにビットを穴底から持上げようとする流体
の作用である。例えば、ダイヤモンドビットの下方の圧
力はビット上方の圧力よ’）　１．０００　ｐｓｉも高
くなって流体圧リフトを生じさせるというレポートがあ
り、この流体圧リフトは掘削時に加えられた負荷の５０
チを越えることもあると言われている。

熱的に安定なＰＣＤ部材を表面にセットしたドリルビッ
トの観、察から驚くべき次のことが明らかになった。即
ち、ドリルビットを穴内で運転して切削面が十分に露出
された後で、且つ金属母材の表面の一部が摩耗した後に
おいてさえ、ビットの進入速度が度々低下することがあ
る。ドリルビットを調べてみるとＰＣＤ部材が期待した
以上に摩耗している。ビットの進入速度は普通ドリルス
トリングの重量を増加するかビットを交換するかして増
大できるものである。ドリルストリングの重量を付加す
るととは応力を増加させてドリルリグを摩耗させるので
あまシ好ましくない。さらに、ビットを交換することは
、通常の掘削の経済性が単位進入深さ当シの価格で評価
されるので高くつくことになる。価格計算はビットの価
格プラス掘削したフィート数で割ったトリップ時間及び
掘削時間を含むリグ価格を考慮したものである。

明らかに、熱的に安定なＰＣＤ部材を有し、合理的な画
側で製造されることができ、且つビットの寿命中延命し
且つ進入速度の優れた性能の掘削工具を得ることが望ま
しいことである。

さらに、熱的に安定なＰＣＤ部材を有し、該部材が長い
ランイン時間々しに切削を行うことができるように工具
面に配置され、切削部材と岩盤との間に十分なりリアラ
ンスを提供して掘削流体を有効に流し且つ片削片を除去
することができるようにした掘削装置を得ることが望ま
しい。

ダイヤモンドビットのランインは有効な切削が始る前に
三角形カッターのチップ又はポイントを露顕させるため
に必要なことである。チップのロス量は天然ダイヤモン
ドの全露出とほぼ等しい。

従って、天然ダイヤモンドと比べると、合成ダイヤモン
ドにはかなり大きな初期露出が必要である。

従って、掘削中の予期される摩耗を収容するため、ラン
イン時にチップ除去を許容するため、及び必要な流れの
クリアランスを得るために、実質的々初期クリアランス
が必要である。

さらに、熱的に安定なＰＣＤ部材がドリルビットの重量
、ビットトルク又は掘削流体の流れ又は圧力を実質的に
大きく増加させることなく特定の岩盤に使用できるよう
に工具に取付けられ、且つ同様の掘削条件下で従来のも
のより高い進入速度で掘削することのできる掘削工具を
得ることが望ましい。

発明の開示 本発明による回転ビットは複数の歯を備えて成シ、歯の
各々はダイヤモンド切削部材を含んでいる。本発明によ
る改善は回転ビットに配置される隣接された歯の傾斜が
変化することにある。各歯は平均的な垂直負荷力及び平
均的なウエノジカを受ける。これらの垂直負荷力及びウ
エノジカはベクトル的に加えられて歯にかかる合力を形
成する。

歯は歯肉のダイヤモンド切削部材に負荷されたその合力
がダイヤモンド切削部材にかかる合力による剪断力を小
さくするように予め定められた向きにあるよう々角度で
傾斜される。

より特定すれば、ダイヤモンド切削部材が三角柱形状を
有し、この三角柱形状は三角形の二辺により形成される
尖端を含み、この部材はこの尖端が部材の最も外方の切
削部分を形成するように延びてビット面に配置される。

歯は合力がダイヤモンド切削部材の上記尖端によって規
定される二面角のほぼ二等分線に沿っであるようにビッ
ト上で傾斜している。

ダイヤモンド切削部材はさらに、これが配置される対応
する歯の先行面を形成する平坦な先行面を有することを
特徴とする。このダイヤモンド切削部材は歯の長手方向
に沿っである持上げ角度だけ歯肉で後方にレーキがつけ
られる。ダイヤモンド切削部材の先行面は通常の切削作
動中に岩盤による反作用切削力を受ける。この切削力及
び垂直負荷力はベクトル的に加えられて歯にかかる合力
を形成する。ダイヤモンド切削部材の角度レーキは平均
的合力がダイヤモンド切削部材の先行面にほぼ直角とな
るように選ばれる。

実施例の説明 本発明はダイヤモンド切削部材を用いた歯のデザインの
改善に係り、通常の切削又は掘削作業中にダイヤモンド
切削部材にかかる剪断力が消滅され若しくは実質的に非
常に小さくなるようにしたものである。そのようなダイ
ヤモンド切削部材は回転ビットのビット面に埋め込まれ
てそこに保持され、ダイヤモンド切削部材に大きな力が
加えられるにもかかわらず確実に保持されるようになっ
ている。工具ビット面へのダイヤモンド切削部材の保持
はさらに、ダイヤモンド切削部材をビット面に保持させ
るだめに使用されるビット面と一体的な母材の量ができ
るだけ少いようにして達成され、そのような母材は切削
又は掘削作動中に巻込まれて露出され、そして摩耗して
いくものである。

このようにして、ダイヤモンド切削部材はビット面に確
実に取付けられ、一方ダイヤモンド切削部材による切削
がそのような支持母材との干渉をできるだけ小さくしつ
つ行われる。

多結晶合成ダイヤモンドは種々の形状及び寸法のものが
商業的に入手可能である。その−例としては、ジェネラ
ルエレクトリック社によりほぼ三角柱体形状のエレメン
トが登録商標Ｇ　Ｅ　ＯＳ　Ｅ　Ｔ２１０２及びＧＥＯ
８ＥＴ２１０３として製造販売されている。ＧＥＯ８Ｅ
Ｔ２１０２は一辺約４．０關及び厚さ約２．６ｒＩｒｍ
の二等辺三角柱体形状をしている。ＧＥＯ８ＥＴ　２１
０３は類似形状であるがとれよシ大きくて一辺約６．０
市及び厚さ約３．７＃ＯＬ＋である。これらのダイヤモ
ンド切削部材は従来の粉体金属溶浸法により形成される
炭化夕／ゲステンの炉処理及び製造の際に遭遇する温度
では十分に熱的に安定であるように進歩している。

第１図には、そのような三角柱形状ダイヤモンド切削部
材１０がその長手対称軸線に直角な平面に沿った断面で
示されている。この平面は工具ビットが回転されるとき
にその工具ビットの回転によって規定されるダイヤモン
ド切削部材１０の運動の方向にもほぼ直角である。これ
は第４図から第８図に示される本発明による石油掘削工
具ビットによセさらに説明される。多結晶ダイヤモンド
（ＰＣＤ）切削部材１０は公知の粉体金属技術により回
転工具ビットのクラウン及びビットを一体的に形成する
母材１２中に埋設される。第１図に示される歯形状にお
いては、ダイヤモンド角度１４は６０度であシ、これは
三角柱状ＰＣＤ部材１０の二等辺三角形断面に固有の特
徴である。参照記号１８で示される歯の尖端二面角１６
はダイヤモンド角１４より大きく、図示の例においては
尖端二面角１６は約７０度である。この１０度分は母材
１２から一体的に延長されて補強アーム２０を形成し、
これが歯１８の外方露出側となる。

ベクトル２２は歯１８又はＰＣＤ部材１０に例えばビッ
トを取付けたドリルストリングの電解によって加えられ
る力の＊直成分を表ず力Ｆ１を示す。

ベクトル２４は例えば第８図に示されるようなタイプの
工具ピントの傾斜面又は円錐面に対してウェッジ作用か
ら生じる力Ｆ３を示す。即ぢ、歯１８に対接する穴の側
面又は岩壁の圧力が歯１８又はＰＣＤ　部材１０にベク
トル２４方向の力Ｆ３を及ぼすことになる。

本発明により、歯１８は工具ビットの水平軸線に対して
次のように傾斜しており、即ち、力Ｆ１と力Ｆ３とのベ
クトル和がＰＣＤ部材１０のダイヤモンド頂角１４の垂
直二等分線に沿ってほぼ延びるようにされる。概して、
各ＰＣＤ部材１０の傾斜の角度はこれがビット面に取付
けられる位置及び歯１８が位置する地点におけるビット
面の傾斜に従って定まるものである。各位置における歯
１８の傾斜は時間平均的なベクトル合力Ｆ４がダイヤモ
ンド頂角１４の垂直二等分線上又は近くにあるように選
択される。このようにして定められたビット輪郭をもつ
本発明の実施例が第４図から第８図を参照して以下詳細
に説明される。

さらに第１図において、ＰＣＤ部材１０は工具ビットの
表面即ちビット面２８に対して上述したような目標に従
て捷ず角度が付けられる。概してＰＣＤ　部材１０は一
方の角３０がビット面２８より下方に埋設されよってＰ
ＣＴ）部材１０が母材１２中によりよ〈保持係止される
ようにしてビット面２８に対して角度が付けられる。さ
らに、補強アーム２０はベクトル２２、力Ｆ、によって
表わされる垂直負荷に対する支持を与え、ベクトル２２
若しくは力Ｆ、はドリルビットが穴内に最初に配置され
て掘削を始めようとするときに特に歯１８にもたらされ
る一次的な力であることが多い。

接線方向の力Ｆ３は歯１８が岩壁に十分に掘削係合され
るまでは十分大きなものとはならない。従って、掘削作
動中に、ＰＣＤ部制御０にかかるベクトル合力２６、Ｆ
４がダイヤモンド頂角１４の垂直二等分線上又は近くに
なくてむしろベクトル２２に近い垂直方向にあるような
時間が存在することにガる。補強又は支持アーム２０は
このような場合にＰＣＤ部材１０を補強及び機械的に支
持してＰＣＤ　部材１０を歯１８内に確実に保持させる
ものである。

第２図は第１図の線２−２に沿った断面図であり、ＰＣ
Ｄ部材１０がさらにベクトル３２　＋　Ｆ２によって表
わされた切削力を受けることが分る。垂直負荷Ｆ１及び
ベクトル３２　＊　Ｆ２によって表わされる力は結合さ
れてベクトル３４によって表わされるベクトル合力Ｆ５
を生成する。本発明により、ＰＣＤ　部材１０は切削作
用中の歯１８の普通の運動によって定義される後方向に
傾斜又はレーキが付けられてベクトル合力Ｆ５がＰＣＤ
部材１０の先行面３６に垂直に沿って又は近くにあるよ
うにされる。

図示の実施例においては、レーキ角は回転ビットの垂直
又は長手軸線に対して約１５度であシ、第２図に持上げ
角３８として示されている。母材１２はＰＣＤ部材１０
の後方に延びて後方支持部４０を形成し、レーキ角を規
定するとともに切削力Ｆ２を受けるようになっている。

ベクトル合力３４１　Ｆ５は垂直負荷Ｆ１の大きさ及び
ベクトル３２゜Ｆ２によって表わされる抵抗即ち切削力
に従うものであることは明らかである。所定の岩壁を掘
削するのに必要なドリルストリングの重量及び切削力は
応用の度毎に変化し、且つ一つの穴の掘削工程でもかな
り変動する。しかしながら、その相対的な比は合力３４
の方向を定めるものであり、合力３４が持上げ角３８に
より先行面３６に対して概ね直角に延びるようにされて
おり、よって剪断応力を避は若しくは実質的に最小化す
るようにしている。

上述の説明では持上げ角３８は平均１５度として説明さ
れたが、遭遇する岩壁に対して推定される平均的な垂直
負荷及び切削力に応じて本発明により最適な持上げ角度
となるようなその他の角度が選択できるこけ理解される
であろう。従って、本発明により、定められたドリルス
トリングの重量及び岩壁のタイプ毎にドリルビットが設
計され、剪断力が最小化されることができる。工具ピン
トは種々の応用に対して本発明により適切な多様な持上
げ角を持つことができることは当然である。

第３図は第１図及び第２図を参照して説明した歯１８を
製造する手段を説明するための型の断面図である。従来
のグラファイト型材４２が歯の二面角１６とほぼ等しい
二面角を有する工具を使用して加工され、グラファイト
型材４２には適切な形状の切込み４４が形成される。こ
の工具は型材４２内に埋設されていて切込み４４を形成
し、この切込み４４は第１図の歯の部分に相当する断面
を有し、そしてこの工具は第３図の平面内で下方にそし
て外方に引抜かれて第２図に示される傾斜した後方支持
部４０を形成することができる。それから、ＰＣＤ部材
１０がその一側面４６を型材の対応する表面に当接させ
て切込み４４内に配置若しくは接着され、ＰＣＤ部材１
ｏの他方の側面とこれに対する切込み４４の壁面との間
には所定の角度４８を有する空間が残される。この型に
は公知のようにて金属粉体が満され、そして従来の溶浸
法によって焼成されて第１図及び第２図に説明されたよ
うな形状の歯１８を有するドリルビットが形成される。

第４図は石油掘削用ドリルビット５２の平面図である。

ドリルビット５２は隆起した多数のパッド５４を有し、
パッド５４には中央のノズル５８に通じる水路５６が形
成される。図示しない軸方向マニホルドからドリルビッ
トの中を供給される圧力流体がノズル５８から排出され
て水路５６を通ってビット５２の周囲又はゲージ６０に
至シ、パッド５４を横断してコレクタ６２に流れてこれ
もゲージ６０に至る。パッド５４には多数の歯６４が単
列で又は複列で配置されておシ、これらの歯６４け第１
図及び第２図を参照して説明された形状をもつものであ
る。この場合には、ビット而２８はパッド５４の上面で
ある。

第８図は第４図のビットの略斜視図であシ、パッド５４
の上面に配置された歯６４及びゲージ６０、水路５６、
コレクタ６２との関係を分シ易く示したものである。歯
６４はビット５２上ゲージ６０近くから始ってビット５
２の中心に向かって内方に延び、ビットの肩部、腹部、
ノーズ、頂部を通っている。

第５図にはビット５２０部分輪郭が略図的に示されてお
り、これは第４図の第１のタイプのパッド上の歯の配置
、タイプ■を示すものである。第５図は歯列がゲージ６
０の下方から始って肩部６８、ノーズ７０を横切って頂
部７２に達することを示している。頂部７２は図示の実
施例においてパッドがビットの正確な幾例学的中心まで
延びるものを除けばビットの中心部ノズル５８の領域で
終端する。

第５図に示されるパッドタイプエの肩部６８内の歯につ
いて考えると、第３図に示されるよう々歯の全頂角１６
の二等分線の傾斜は切込み４４を形成する工具が型材４
２内に向けられる角度である。歯の角度１６の垂直二等
分線はＰＣＤ部材１０が第３図に示されるように切込み
４４内に配置されるときにＰＣＤ部材１０の垂直二等分
線と一致せずに、ビットの垂直又は長手軸線即ちビット
を形状すべき型の同等の軸線に対する工具の進入角７４
によシ形成される。肩部６８の歯の場合には、工具進入
角７４は肩部の歯の各々に対して約４５度である。図示
例のように工具が歯の頂角１６のために７０度開かれて
いると、そのような肩部の歯肉に含まれる歯の各々の上
方に１０度の肩又はアーム２０が形成されることになる
。

しかしながら、ビット５２のノーズ７０は肩部６８を形
成するほぼ一様な円錐状傾斜とは違って曲面をなしてお
り、これが隣接する頂部につながって再び一様に傾斜す
るようになる。頂部７２内に含まれる歯６４は従って肩
部６８内に含まれる歯６４と同様に形成される。ビット
５２のノーズ７０部分に含まれる歯６４は肩部６８内の
歯と頂部７２内の歯との間で円滑な転移を備えるべくそ
の傾斜角度が変動している。この手段によシ、ノーズ７
０を横切って加えられる応力はノーズに平均的に負荷さ
れてそのような予防措置を講じなかった場合に生じるで
あろうノーズのチップの損傷を避けることができるよう
になっている。例えば、第５図に示されるタイプ■のパ
ッドの場合には、ノーズ７０上の肩部６８に隣接する第
１の歯は第３図に示されるタイプの切込み４４だけ開放
された工具によ多形成され、垂直７６に対して約５２度
だけ傾斜したものである。ノーズの歯のだめの切込み４
４を形成するのに使用される工具は歯角１６が６０度開
放されたものであり、これは第１図に示されるＰＣＤ部
材１０の頂角に相当するダイヤモンド角Ｉ４と全く等し
い。従って、ノーズ７０領域の歯は第１図で説明した補
強アーム２０を備えていない。何となれば、ノーズの歯
に加えられるほとんど全ての負荷は垂直方向のものであ
って補強の機能があるとしてもそのような母材の付加は
ほとんど実際の役に立つものではなく却ってＰＣＤ部材
の有効な切削作用を妨げるだけだからである。

次の歯は第３図に示される垂直７６に対して工具進入角
７４が４０度で形成される。それから次々にノーズ７０
の中心に向かって工具進入角は減少し、そしてそれから
再び増加して頂部７２の歯を形成するのに使用される４
５度の工具進入角の工具位置へ滑らかに転移される。こ
のようにして、第５図にタイプ■として示されるように
、５２度、４０度、２８度、１６度、４度、８度、２０
度、３２度、４４度というような進入角７４で工具を型
に入れることによりＰＣＤ部材の角度が肩部６８から頂
部７２まで次々と変えられる。

第６図及び第７図は第４図に示されるパッドのタイプｎ
１タイプｍをそれぞれ示すものである。

ここでも肩部６８及び頂部７２は垂直７６に対して進入
角７４が４５度で保持された工具により形成されて歯角
１６が７０度の歯を備えている。両図ともに、ノーズ部
分７０内の歯は図に示された角度で保持された６０度の
工具で開放される。即ち、第６図に示されるタイプ■の
パッドでは、肩部６８に最も近いものから始ってノーズ
７０を横切って頂部７２の第１歯に続くものの進入角７
４は６０度、４８度、３６度、２４度、１２度、０度、
１２度、２４度、３６度、４８度、６０度となっている
。同様に第７図に示されるパッド■では進入角７４が４
４度、３２度、２０度、８度、度、１６度、２８度、４
０度、５０度となっている。

パッドのタイプＩ、ＩＩ、ＩＴＩにより角度を変えるこ
とは、パッド上の歯の配置が他の隣接パッドの対応する
歯からビット表面上でずれているためである。言い換え
れば、タイプ■のパッドの肩部６８に隣接する第１の歯
はタイプ■、■のパッドの肩部６８に隣接する第１の歯
よりノーズ７０の曲線上の異った位置にあることである
。第６図に示されるタイプ■のパッドのみがノーズ７０
の中心にある歯を有している。タイプＩ、■のパッドの
最も中心に近い歯はそれぞれ第５図及び第７図に示され
るように真の中心位置かられずかに左及び右にずれてお
シ、よって工具進入角も異っている。第６図によく見ら
れるように、ノーズ上の各歯は隣接の歯に対して次々に
１２度ずつ異った工具進入角を有している。このように
して、切削作用の滑らかな転移及び応力の分布の滑らか
力転移がノーズ部の歯の一様に変化する傾斜によってノ
ーズ７０を横切って得ることができる。

タイプ１１ｍのパッドの各隣接歯間の角度の差も１２度
であり、タイプＨのパッドとは歯列の始点が異っている
のみである。従って、ビット５２が回転するときに３タ
イプのパッドが単一タイプのものよシもより効率的な歯
列の密度でより一様な切削跡を得る切削を行うことが理
解されるであろう。例えば、上述した工具進入角を使用
すると、ビット５２が回転するときに穴の環状カットの
セグメントを横断する第１の歯は簡便を目的として第６
図に示されるタイプ■のパッドの０度の進入角を有する
歯としてとらえることができる。次の歯は第７図に示さ
れるタイプ■の隣接パッドの進入角４度を有する歯であ
シ、さらにその次の歯は第５図に示されるタイプ■の進
入角８度の歯である。さらに４度後に、再びタイプ■の
１２度の進入角を有する歯が穴の次の環状線を切ること
になる。とのようにして進入角で４度毎の歯列が続き、
歯が次々と通って滑らかな密度の切跡を切進む。

肩部６８及び頂部７２の歯も同様にこれらの歯が各パッ
ドのノーズの歯と対応するようにパッド間で相対的にず
らして配置されるようにしてあれば隣接バンド間でずら
したパターンの切削を行う。

しかしながら、理解されるべきは上述の実施例は例とし
て発明を簡明に説明するためになされたものであって限
定するだめのものではないということである。例えば、
第５図から第７図を参照して説明された角度はその他の
角度とすることができるのはもちろんである。ノーズ部
の歯間の傾斜角度の変動は上述の工具進入角で計測した
１２度ばかりでなく歯１８、ＰＣＤ部材１０又はパッド
上の歯の密度等に対するノーズ７０の大きさや曲率に応
じて例えば１５度というようなその他の適切な値とする
ことができる。さらに、第４図から第８図を参照して説
明したビットは本発明を説明するために数多くあるタイ
プのビットの中から選ばれたものの一つである。例えば
、本発明は説明した石油掘削用ビットばかりでなくその
他の穴あけビットにも適用されるものである。

本発明の精神及び範囲から離れることなく数多くの変化
態様や変形を作ることができることが理解されるべきで
ある。上述の実施例は例として説明するためになされた
ものであって特許請求の範囲に記載された本発明を限定
若しくは定義するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は普通の切削又は掘削時の歯の運動方向に直角な
平面を通る本発明による歯の断面図、第２図は第１図の
歯の線２−２に沿つ′た断面図、第３図は第１図及び第
２図に示される歯を形成する型の一部の断面図、第４図
は第１図及び第２図の歯を備えた回転ビットの平面略図
、第５図は第４図の回転ビットの第１タイプのパッドの
輪郭を示す略断面図、第６図は同じく第２タイプのパッ
ドの略断面図、第７図は同じく第３タイプのパッドの略
断面図、第８図は第４図のビットの縮小斜視図である。 １０・・・ダイヤモンド切削部制、１２・・・母材、１
４・・・部材の頂角、　　　１６・・・歯の頂角、１８
・・・歯、　２０・・・補強アーム、　２２・・・垂直
力、２４・・・ウェッジ力、２６・・・合力、２８・・
・ビット面、３２・・・切削力、　３４・・・合力、　
３６・・・先行面、３８・・・ビット面、４２・・・切
込み、５２・・・ビット、６４・・・歯。 特許出願人 ツートン　クリステンセン。 インコーホレイティド 特許出願代理人 弁理士　　青　木　　　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　中山恭介 弁理士　　山　口　昭　之 弁理士　西山雅也 ｈす・４ ２り ｈ４・Ｉ 手続補正書（方式） 昭和５９年６月／（日 特許庁長官　若　杉和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願　第４２２１４号 ２、発明の名称 回転ビット ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　ツートン　クリステンセン。 インコーホレイティド ４、代理人 （外　４　名） ６、補正の対象 （１）願書の「出願人の代表者」の欄 （２）委　圧　状 （３１図　　面 （４）明　細　書 ７、補正の内容 （１＋（２＋別紙の通ジ （３）図面の浄書（内容（二変更なし）（４）明細書の
浄書（） ８、添附書類の目録 （］）訂正願書　　　　１通 （２）委任状及び訳文　　　　　　　各１通（３）浄書
図面　　　　１通 （４１浄書明細書　　　　　　１通 （２） ５５１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の歯を備えて成シ、該歯の各々はダイヤモンド
   切削部材を含み、回転ビットに配置される隣接する歯の
   傾斜が変化し、各歯は平均的な垂直負荷力及び平均的な
   ウェッジ力を受け、該垂直負荷力及びウェッジ力はベク
   トル的に加えられて上記歯にかかる合力を形成し、上記
   歯の傾斜は歯肉に含まれる上記ダイヤモンド切削部材に
   負荷された上記合力が該合力によるダイヤモンド切削部
   材にかかる剪断力を小さくするように予め定められた方
   向になるように上記歯の向きを配列したことを特徴とす
   る回転ビット。 ２、上記ダイヤモンド切削部材は三角柱形状を有し、該
   三角柱形状は上記ビットから延びてダイヤモンド切削部
   材の最も外方の切削部分を形成する尖端を含み、上記歯
   は上記合力が上記ダイヤモンド切削部材の上記尖端の角
   度のほぼ二等分線の（１）　　　　　　　　　　　　　
   、ｓ方向に沿っであるように回転ビット上で傾斜してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転ビ
   ット。 ３、上記歯は上記ダイヤモンド切削部材の上記尖端に対
   応し且つ上記ダイヤモンド切削部材の上記尖端を含む尖
   端を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の回転ビット。 ４、上記歯の上記尖端の二面角は上記ダイヤモンド切削
   部材の上記尖端の二面角より大きいことを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の回転ピッ　ト。 ５、回転ビットは長手軸線を有し、上記ダイヤモンド切
   削部材は上記歯肉に配置されて上記ビットの上記長手軸
   線により規定される下面を形成し、回転ビットは一体的
   に延長されて上記歯の残りの部分を形成しよって上記ダ
   イヤモンド切削部材の上方に補強アームを形成し、該補
   強アームはダイヤモンド切削部材に加えられた上記垂直
   負荷力に対してダイヤモンド切削部材を支持することを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の回転ビット。 （２） ６、上記ダイヤモンド切削部制は対応する歯の先行面を
   形成する平坦な先行面を有し、ダイヤモンド切削部材の
   上記先行面はある持上げ角度だけ後方にレーキがつけら
   れ、ダイヤモンド切削部材の一ヒ紀先行面は通常の切削
   作動中に切削力を受け、該切削力及び垂直負荷力はベク
   トル的に加えられて上記歯にかかる合力を形成し、上記
   持上げ角は該合力がダイヤモンド切削部材の上記先行面
   にほぼ直角となるように選ばれることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の回転ビット。 ７、回転ビットは一体的延長されてダイヤモンド切削部
   材に隣接密合する後方支持部を形成し、該後方支持部は
   回転ビットの上記長手軸線に対する曲りで定戎される上
   記持上げ角だけ上記ビット面に対してテーパーが付けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
   回転ビット。 ８、回転ビットには上記歯が複数列として配置され、数
   列の各々は少くとも一つの平」ｌな部分と曲った部分と
   を有し、上記歯の傾斜が核間った部分を横切って一様に
   変化し、そこにかかる剪断力（３） を小さくするようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の回転ビット。 ９、回転ビットはビット面を有し、上記複数の列は隣接
   する列の隣接する複数の歯から上記ビット面に沿って予
   め定められた距離だけずらされて回転ビットが回転する
   時にその回転ビットにより切削される穴内の各点におい
   て測定した歯の密度が有効に増大するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第８項記蝦の回転ビット。 １０、複数の歯を備えて成り、該歯の各々はほぼ三角柱
   形状のＰＣＤ切削部材を含み、回転ビット上の各々の歯
   が予め定められた傾斜を有し、上記三角柱形状ダイヤモ
   ンド部材は上記歯肉に接線状に取付けられて外方に延び
   る尖端を有し、上記予め定められた傾斜は上記ダイヤモ
   ンド切削部材の上記尖端により形成される二面角のほぼ
   二等分線と上記ダイヤモンド切削部材に加えられる垂直
   負荷力及び上記ダイヤモンド切削部材に加えられる半径
   方向ウエソジ力のベクトル合力の方向とをほぼ整列させ
   、よって各ダイヤモンド切削部材にか（４） かる剪断力が実質的に小さく々っで避けられるようにし
   たことを特徴とする回転ビット。