JPS6016691A - 特定形状の歯を有する回転ビツト - 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】 く技術分野〉 本発明は地中ダーリングビット、よシ詳しくはダイヤモ
ンド回転ビットに関する。

〈先行技術〉 掘削用製品にダイヤモンドを用いることは周知である。

最近単結晶ダイヤモンド（ＳＣＤ）及び多結晶質ダイヤ
モンド（ＰＣＤ）の両者を含む合成ダイヤモンドが種々
のメーカから販売されてドリル用製品すなわち掘削用製
品に用いられ成果を挙げている。たとえば天然ダイヤモ
ンドビットはローラコーンビットの場合のような破砕で
はなくむしろゾラウ作用による掘削をもたらし、一方合
成ダイヤモンドは剪断作用によるカットを行なう。たと
えば岩石層の場合には剪断の方が圧縮よりも岩石を砕く
のに少ないエネルギですむと信じられている。

更に最近においては、腫々の合成ダイヤモンド製品が市
販され、その中のいくつかのものは多結晶質製品として
入手可能である。

結晶質ダイヤモンドは（１１１）、（１１０）及び（１
００）の面上で優先的に破壊し易く、一方ＰＣＤは等方
性を有するので、これと同じへき（臂）開を呈するが微
細な規模においてであって、したがって破局的な大規模
なへき（４Ｉ）開破壊に対して抵抗性を有する。この結
果鏡層が防がれ鋭利性が保持されるのでカッティングが
容易となる。このような製品はたとえば米国特許３，９
１３，２８０：３．７４５，１６３　：３，８１６，０
８５　：４，１０４，３４４および４，２２４，３８０
に記載されている。

一般的にＰＣＤ製品は合成ダイヤモンド及び／又は適宜
な大きさの天然ダイヤモンド結晶を溶剤／触媒を用いて
熱と圧力の下で多結晶質構造となすことによって製造さ
れる。その一つの形態におりては、多結晶質構造は隣接
する結晶が相互に結合されてない間隙に基本的に分布さ
れた焼結補助物質を含む。

たとえば米国特許３，７４５，６２３：３，８１６．０
８５：３．９１３，２８０　：４，１０４，２２３およ
び４，２２４，３８０に記載されたもう一つの形態にお
いては、得られたダイヤモンド焼結製品は多孔質であシ
、この多孔性は例えば米国特許３，７４５，６２３　：
　４，１０４，３４４および４，２２４，３８０に開示
されたように非ダイヤモンド物質又は少なくともその一
部を溶解することによって得られる。便宜上これらの物
質を米国特許４，２２４，３８０において呼称されてい
るように多孔性ＰＣＤと称する。

多結晶質ダイヤモンドはドリル製品の中に個りの機素と
して又は接合されたタングステンカーパイ）　（ＷＣ）
の支持体上に支持された比較的薄いＰＣＤテーブルとし
て用いられている。そのＰＣＤ材料は一つの態様として
直径約１３．３覇、長さ約３謹の円筒状スリング上に約
０．５〜０，６酵の断面を有する、カッタの面上のＰＣ
Ｄテーブルによって支持されている。もう一つの態様の
柱状カッタにおいては、ＰＣＩ）テーブルは直径１３．
３ｍｍ、全長２６Ｗｍの約３ｍのタングステンカーバイ
ドの円筒状支持体によって支持されている。これらの円
筒状ＰＣＤテーブルを具えたカッタは軽弱乃至は中程度
の硬さの地層用のドリル製品に用いられる。

ドリル製品の成る分野においては天然ダイヤモンドの代
りに種りの幾何学形状をした個りのＰＣＤ機素が用いら
れる。しかしながら特定のカラット又は重量の個々の片
として用いられるＰＯＤ機素には成る問題があった。一
般的に、入手し得る種々の形状とグレードの天然ダイヤ
モンドは成型鋳型の所定位置に配置され、種々の公知技
術によって工具の製造が行なわれる。この結果ダイヤモ
ンドを所定の個所に保持した金属カーバイドのマトリッ
クスが形成される。このマトリックスはクラウンと称せ
られ、この金属マ）ＩＪワックス形成工程の間に行なわ
れる冶金的及び機械的結合によってスチール片に固定さ
れる。天然ダイヤモンドは熱的に充分に安定であって、
金属マトリックス形成の際の加熱工程に耐え得る。

前記の処理において、天然ダイヤモンドは所定の配列に
従って表面にセットされるか又は埋入される。即ちダイ
ヤモンドは破片又は細かい粒子の形でマトリックス中に
分布せしめられる。

初期のＰＣＤ機素においては、ドリル製品の製造の際に
問題が起った。何故ならばＰＣＤ機素特にカー／４イト
支持体上のＰＣＤテーブルは金属マトリックスビットク
ラウンの焼成に用いられる温度において熱的に不安定と
なる傾向があシ、その結果天然ダイヤモンドに対して行
なわれていたのと同じ処理を行なった場合このＰＣＤ機
素は破局的な破壊をきたすからである。この破局的な破
壊はＰＣＤ機素の形成の際に焼結補助剤として用いられ
る金属又は合金の膨張による熱応力クラックのためと信
じられている。

熱的に不安定なＰＣＤ製品を用いるマ）　ＩＪワックス
円筒状ＰＣＤテーブルを具えたカッタを固定するのにろ
う付は技術が用いられた。ろう付は材料と処理工程はド
リル用工具の製造の際にＰＣＤ機素の破局的破壊をきた
すような温度に達しないように用いられた。しかしその
結果はＰＣＤ材料が金属マトリックスからしばしば分離
し、このドリル用工具の性能に悪影響を与えた。

熱的に安定なＰＣＤ機素、特に多孔性ＰＣＤ機素の出現
によって、天然ダイヤモンドと殆んど同じやり方で前記
機素を金属−＝ｒトリックスの表面にセットすることが
でき、これによってドリル工具の製造工程を簡単化でき
且つ性能の向上ができるものと信じられている。々ぜな
らばＰＣＤ機素は鏡層し難く又天然ダイヤモンドに比し
固有の脆弱な臂開面が少ないと云う利点を有しているも
のと信じられているからである。

多孔性ＰＣＤ材料に関する最近の文献によればＰＣＤ機
素は表面に取付けられることを示唆している。約１２０
０′ｃまでの温度に安定と称されている円筒状及び三角
形状などの種々の形状の多孔性ＰＣＤ材料が入手可能で
ある。三角形の材料は代表的には約０．３カシツトの重
量で一辺の長さが４咽厚さが約２．６ｍの寸法を有して
いる。先行技術によれば、この三角形状の多孔性ＰＣＤ
材料は岩石ドリル用として、最小の点露出、即ち隣接す
る金属マ）　ＩＪソックス上に０．５ｍｍ以下の露出で
表面上にセットされることが示唆されている。−辺の長
さが６ｍ、厚さが３．７簡の１力ラツト以上の大きな三
角形状合成ダイヤモンドもまた入手可能となった。しか
しこのダイヤモンドの露出度について何等の好適条件も
示されてない。カッタの摩耗の大きい岩石に対してはこ
の三角形状機素は金属マトリックスの下に完全に埋め込
みされるべきことが先行技術によって示唆されている。

一方軟かい非摩耗性の岩石に対してはこの三角形状機素
ははソ金属マトリックスの高さにペースと共に半径方向
に配列されるべきことが先行技術によって示唆されてい
る。このように好ましい露出度は掘削されるべき岩石層
のタイプによって異なる。

これらの機素の設置に伴ういくつかの困難性が存在する
。この困難性は掘削作業の力学を考察することによって
理解できるであろう。鉱道掘進、鉱石採取又は油井掘削
などの通常の掘削作業においては、水、空気又は掘削泥
土等の流体が工具の中心を通って圧入され、工具の前面
を放射状に貞通してその外周面（ゲージ）の周囲に放射
状に吹き出しそして孔を上昇して戻る。この掘削液は掘
削屑を工具面から清掃し、又成る程度カッタ面を冷却す
る。掘削される地層とビットとの間の間隙が不充分の場
合、特に地層が軟かいが脆い場合には掘削屑は工具面か
ら清掃されない。したがってもし切６０面と地層との界
面と工具本体の面との間の間隙が比較的小さく、そして
チップの清掃のために伺等の手段も設けられていないな
らばビット清掃の問題が生ずる。

考慮すべきその他の因子としてドリルビット上の重量、
すなわち通常はドリルス）　ＩＪングの重量及び主とし
てドリルカラーの重量、並びにドリルビットを底から押
上げようとする液の影響がある。

たとえば、ダイヤモンドビットの下の圧力はビット上の
圧力に比べて１０００　ｐａ１程度高く、これによって
水力的上昇が生じ、成る場合にはこの水力的上昇力は掘
削中に加えられる荷重の５０％を越えることが報告され
ている。

表面にセットされた熱的に安定なＰＣＤ機素を有するド
リルビットにおいては孔の中でビットを稼動することに
よって金属マトリックスの表面部分が摩耗して切削面が
充分に露出した後であっても、掘進速度が往々にして減
少すると云う驚くべき事実が観察される。ビットの検査
の結果、ＰＣＤ機素の予期しない摩損が見られる。普通
掘進速度（ＲＯＰ）はドリルストリングに重量を加えた
シビットを交換することによって増加することが可能で
ある。

ドリルストリングに重量を加えることは掘削リグの応力
と摩耗を増加させるので一般的には好ましくない。更に
普通の場Ｊ合掘削の経済性は掘進１フイート当シのコス
トで表わされるのでビットの取外し又は交換は高価なも
のとなる。このコスト計算はビットのコストに取外し時
間及び掘削時間を含むリグのコストを加えたものを掘削
フィート数で割った値をめる。

以上の説明から明らかなように熱的に安定なＰＣＤ機素
を具え、納得のゆくコストで作られ、そしてビットの寿
命が長く又掘進速度の充分に大きい掘削工具を提供する
ことが望まれている。

工具の表面に配置され、長いならし運転時間を要せずし
て切削を行なうことができる熱的に安定なＰＣＤ機素を
具えた掘削工具、及び掘削機素と地層との間に効果的な
掘削液の流れのためと切削屑のｌ〃掃のための充分な間
隙を提供する前述の工具を提供することも望まれている
・ ＰＣＤダイヤモンドビットにおけるならし運転は有効な
掘削が始まる前に三角形状のカッタの先端すなわちポイ
ントを破壊するのに必要である。この先端の損失量は天
然ダイヤモンドの全露出とは譬等しい。従って合成ダイ
ヤモンドの場合には天然ダイヤモンドに比し非常に大き
い初期露出が必要である。それ故、掘削作業中の予定さ
れた摩耗を考慮し、ならし運転中の先端部の除去を可能
にし、更に必要な流れの間隙を提供するために実質的な
初期間隙が必要となる。

もう一つの利点は所定の幾伺学形状をなす熱的に安定な
ＰＣＤ機素が金属マドＩＪックス中に効果的に固定され
るように配置され且つ支持され、これによって通常の摩
耗による以外のＰＣＤ機素の損失を防止することによっ
て充分に寿命の長い掘削工具を提供することである。

ドリルストリングの重量、ビットのトルクの有意な増加
又は掘削液流又は圧力の有意な増加をもたらすことを要
しないで特定の地層において使用可能でアシ、且つ同一
の掘削条件の下で従来のビットよシも高いＲＯＰ　（掘
進速度）で掘削可能であるように工具に取付は固定され
た熱的に安定なＰＣＤ機素を具えた掘削工具を提供する
ことが望まれる。

本発明はマトリックス材料から構成され、ビットの面上
に配置された複数の分離した個々の歯を有する回転ビッ
トの改良である。それぞれの歯はビットの面から延びて
いる突出部分から成る。歯が長手軸線、すなわちビット
が回された時の移動方向に歯のそれぞれの地点において
実質的に平行な頂点の尾根を有することを特徴とする。

歯は又ビット面の平面において前記歯の長手軸に沿った
それぞれの地点で一般的に三角形の垂直断面を有するこ
とを特徴とする。歯は歯の中に配置されて同様の形状に
作られた三角形の多結晶質ダイヤモンド機素を有し、こ
のダイヤモンド機素は突出部分の三角断面に実質的に一
致した断面を有する。

多結晶質ダイヤモンド機素はビットの面における歯のペ
ースから歯の頂点へ少なくとも一部分延びる・多結晶質
ダイヤモンド機素の先導面は文面の先導端縁部の後方で
あって且つ歯の中心点よシ前で歯の中に配置される。直
截のダイヤモンドがこのように組合されているために、
多結晶質ダイヤモンド機素は歯を形成し且つビットと一
体であるマトリックス材料によって機素の先導面上とそ
の反対側の後方面上で支えられる。それによって多結晶
質機素を含んでいる全体の歯は先導前方・やラド、ダイ
ヤモンドカッティング機素および実質的に長い後方支持
部とを形成している。前記前方ノヤッドと後方支持部は
多結晶質ダイヤモンドのそれぞれの端部上に配置される
。

〈実施例ン 本発明およびその複数の実施例は添付図面を参照した下
記記載によシよシ良く理解することができる。

合成多結晶質ダイヤモンドは工業用品質の同様に特定の
大きさに作られた天然ダイヤモンドに比しコスト的に耐
抗し得る点で容易に利用可能であり、且つよシ良くはな
いが同程度の耐摩耗性を有し、一般的に脆砕性は少ない
。ｆｇνえて、合成ダイヤモンドは均−且つ規則的な形
状で作られている特殊の利点を有し、その事はカッティ
ング効率を最大限にするために利用される。しかしなが
ら、熱的に安定な多結晶質ダイヤモンド（ＰＣＤ　）機
素は、ドリルビットの面上へのその保存が通常程度では
ないような大きさに製造される。

現在、商標ゲオセッｌ−（ＧＥＯ８Ｅ’ｒ　）の名でゼ
ネラルエレクトリック社によって製造されているＰＣＤ
機素は三角柱であシ、その三角柱は三角柱形状の長手軸
に垂直な等辺土角断面を有する。現在利用可能なこのよ
うなＰＣＤの代表的寸法は長さで２．６覇であシ、幅で
４．０＋ｍｎである。幅で６．０＋ｎ＋ｎで厚さ３．７
圏のよシ大きい寸法の熱的に安定なｒオセットも又現在
利用可能でおる。

本発明によシ、このようなＰＣＤ機素は、それぞれのＰ
ＣＤの突出部分が前方・やラドと後方支持部を形成する
ために回転ビット面から延びている一体のマトリックス
材料によって支えられるように設けられた回転ビットの
面上に保持されることができる。前記前方・母、ドと後
方支持部は相互に一致した三角断面を有し、且つＰＣＤ
機素と共にＶ形状の歯を形成し、このＶ形状歯は歯の尾
根のトップを規定する一般的に弧状の頂部端縁部を有す
る。

このような歯が形成される方法および採鉱ビット中にお
けるその形態は添附図面を参照することによってより良
く理解されるだろう。

第１図は採鉱ビット１０の斜視図である。採鉱ビット１
０はスチール製の柄１２を有し、柄１２にはドリルス）
　ＩＪソングの連結に用いられた標準的なビンとゼック
スねじに適合するために通常のねじ切シあるいは保合手
段（図示せず）が設けられている。ビット１０は又総括
的に番号１４が付されたビットクラウンを含み、ビット
クラウンには外側ゲージ１６、端部面１８および内側ｒ
−ジ２０を有する。本発明の歯の構成およびその配置は
説明の目的のためにのみ第１図に示したような簡略化し
た採鉱ビットに関して示されている。したがってこのよ
うな歯はこ＼に図示されたもの以外の採鉱ビットおよび
採油ビットを含む多くの他のビットにおいて用いること
ができることを理解するべきである。ビット面１８は又
内側ケ９−ジ２０と外側ゲージ１６との間でビット面に
半径方向に設けられた複数の収集部すなわち水路２２を
有する。

ビット面１８はビット面から突出してその上に設けられ
た複数の歯２４を有することによって特に特徴づけられ
る。加えて内側ケ゛−ノ２０と外側ゲージ１６には、そ
れぞれのｒ−ジ用のカッティング表面および摩滅表面を
提供するためにゲージに実質的に平らにセットされた複
数のＰＣＤ機素が設けられる。第２図は第１図の線２−
２にょる略示拡大断面図であって、総括的に番号２４が
付された単一の歯が示されている。歯２４はＰＣＤ機累
３Ｚのそれぞれの側面上に前方・ンッド部分２８と後方
支持部分３０を有することによって特に特徴づけられる
。前方ノット２８および後方支持部３０はビット１００
ビット面１８を形成する通常のマトリックス材料と一体
に形成される。ビット１００代表的なマ）　ＩＪワック
ス料は少量のバインダ合金と混合された炭化タングステ
ン注型によって通常に形成されたものである。

歯２４の平面図が第３図に示されビットの長手軸線３６
を中心として弧状に配置されている頂部尾根３４を明瞭
に示す。前方パッド２８はＰＣＤ機素３２の先導面３８
上でｐｃＤ機素３２に隣接して接触している。同様に後
方支持部３０はＰＣＤ機素３２の後方面に隣接して接触
し、それによって回転ビット１０がビットの長手軸線３
６を中心として回転する際のＰＣＤ機素３２への全面的
な接線支持を与える組合せになっている。回転ビット１
０が回転するときには、ドリルされることになる岩盤へ
の歯２４の最初の衝撃は前方・母ツド２８で行なわれる
。かくして前方・２ツド２８はＰＣＤ機素３２を歯２４
内に固定するのに役立つ。歯２４が摩耗されるにつれて
、前方・母ツド２８はよシ高い硬度のＰＣＤ機素３２に
よって規定された摩耗量だけ摩耗して取去られる。第２
図の端縁部４２は前方・にラド２８の先導端縁部を示し
、その端縁部はＰＣＤ機素３２の先導面３８の部分を露
出しておシ、その状態は実際のカッティング工程でのど
の瞬間においても含まれている。

同様に、第２図および第３図に示された長い後方支持部
３０はドリル作業中の応力下の機素の破損を防ぐだめの
機械的裏打ち機構を提供する。好ましい実施例において
、機素３２の後方支持面４０は、後方支持部３０が歯２
４の全長の約１／２を構成するように歯２４の中央点４
４上にあるいはその近くの位置で歯２４内に配置される
。例えば第２図に示した好ましい実施例を参照すると、
後方支持部３０は、長手軸線３６を中心とした弧状線で
測定したときに約２．６　ｍ＋ｎ　（ゼネラルエレクト
リック社によって製造されたゲオセッ）２１０２の場合
）である機素３２の厚さ４８に対応した直線寸法４６を
有し、そして前方・９ノド部２Ｂの厚さ５０け、成型に
よる入シ込みにおいて機械的に可能な限ヤ前方にＰＣＤ
機素３２をセットすることによって、最小になるように
される。もし機素３２が支持されていなければ起きるで
あろうＰＣＤ機素の破損と損失を防ぐために機素３２の
後方支持回４０への確実且つ充分な支持を果すためには
、後方支持部に十分な材料が提求されなければならない
。

破損を防ぐために、機素３２への支持を提供するのに加
えて、前方、４１ツド２８と後方支持部３０は併せてビ
ット面１８上に機素３２の確実な配置を行なう手段とし
て役立つ。本発明によって提供される手段のない場合で
は、ビット破損の最も共通した原因はＰＣＤ機素の損失
すなわち破断によるものである。前方・母ッド２８およ
び後方支持部３０は併せて接線方向で機素３２に前方お
よび後方の接触した機械的係合を与えることによって歯
２４内に機素３２の配置を確実にするのに役立つ。

例えば、約４．０■の厚さ４８と約３．５ｍの高さ５２
を有する三角柱形状のＰＣＤ機素３２は約１．５簡の深
さ５４だけビット面１８の下方に埋没させることができ
、それによって有効なカッティング作用用にビット面１
８上に最高約２＋ｍの高さだけ機素が露出されている。

この仕様の目的のために、前記ＰＣＤ機素３２の高さは
歯の配置された点てビット面１８に垂直な方向で測定さ
れる。ＰＣＤ機素３２の約２．０ｍが摩耗しつくされる
迄は機素全体の損失の高い確率は発生し得ないことが定
められている。このようにして、歯２４が実質的に摩耗
しつくされる、すなわちビット面１８とほぼ同一平面に
なるやいなや、歯の損失の高い確高が発生する前にＰＣ
Ｄ機素３２の最大量がカッティングエ　−穆中に有効に
用いられたことになる。ＰＣＤ機素３２がビット面１８
に埋没される最適深さは本発明の教えることにしたがっ
て作られた歯肉の配置に対するどのような大きさの機素
に対しても経験的に定めることができる。しかしながら
よシ好ましい実施例での割合が図示されている。換ｄす
れば、ＰＣＤ機素３２はその全体の高さの約３５〜４５
ｔ１６迄ピツト面１８の下方に埋め込まれ、ＰＣＤ機素
３２の縦方向の長さよシも少なくとも２培は長い歯の中
に配置されて、歯の一部分を形成する。

そして前記歯は前方パッドと後方支持部を含んでいる。

第４図には、通常の採鉱ビット１００ビット面１８に本
発明の複数の歯が配置されている状態を概略的に平面図
で示されている。ビット面１８は２つのタイプの６つの
部分に扇形に分割され、それぞれの部分はビット面１８
の６０°角の扇形を囲んでいる。最初の扇形５６には５
個の歯２４ｂ。

２４ｄ、２４ｆ　、２４ｈおよび２４ｊが図示され、２
番目の６０°部分５８は複数の歯２４　ｍ　＋　２４　
ｅ　ａ２４ｅ　、２４ｇ、２４１および２４ｋから成る
２番目のパターンを含む。ビット１０において、扇形５
６および５８のそれぞれは半径方向の水路６０によって
分けられている。複数の歯２４ａ〜２４ｋを図解した半
径方向位置は第５図を参照することによってよシ良く理
解される。第５図は複数の歯２４ａ〜２４にの半径方向
の配置を重ね合せた状態で第４図の線５−５による拡大
断面図で示す・複数の歯２４ｅ〜２４１は一連の内側歯
を形成し、それぞれの歯は実質的に垂直にビット面１８
にセットされ、部分５６と部分５８にカッティング機素
の交互に異るシリーズを形成するために隣接して配置さ
れた複数の歯に関して半径方向に間隔が設けられている
。例えば歯２４ｃは内側セットの最も外側の歯であって
部分５８に配置され、半径方向に次に隣接する歯は部分
５６の歯２４ｄとなっている。同様に、部分５６の歯２
４ｄの半径方向に次に隣接する歯は部分５８の歯２４ｅ
である。この連続−複数の歯の内側セットの最も内側の
歯、すなわち歯２４ｉに到達する迄部分５６と部分５８
複数の歯間で交互に選択される。

端の複数の歯２４＆　、２４にはビット１０のデージを
規定する。歯２４ｍは部分５８上での半径方向量も外側
の歯であり、歯２４にも又部分５′８から出て、ビット
１００半径方向最も内側の歯である。歯２４ａと２４に
はビット面１８の垂線に対して傾いておシ、それらの対
応する頂点の尾根２４ａおよび２４にはゲージ寸法を規
定するために可能な限シ外側に離れて配置される。好ま
しい実施例において、歯２４ｍの最も外側の表面６２と
歯２４にの最も内側の表面６４はビット面１８の実質的
垂線であるようにセットされる。

部分５６からの歯２４ｂと歯２４ｊは、歯２４ｂの場合
では歯２４ａと歯２４ｃ間の半径方向に隣接した位置に
おいて、歯２４ｊの場合では歯２４にと歯２４１間の半
径方向に隣接した位置において、それぞれビット面１８
から突出するように配置される。歯２４ｂと歯２４ｊは
又ビット１０のゲージへカッティングの集中を与えるた
めに傾けられる。しかしながら、外側表面６２がビット
面１８に垂直であるように歯２４ａと歯２４ｋが３０°
傾けられている代シに、歯２４ｂと歯２４ｊは、カッテ
ィング歯２４ａ〜２４１の内側ナツトに向けて外側およ
び内側ゲージから円滑且つよシ平らなカッティング作用
を与えるために、垂直線から約１５°傾けられている。

多くの変更や修正が本発明の技術思想および範囲から逸
脱すること無しに当業者によって行なわれて良い。ゼネ
ラルエレク）　１７２２社から商標ゲオセット２１０３
の名で販売されている幅６．０＋ａｍ。

厚さ３．７朝のような大きさの寸法の三角柱ダイヤモン
ドも同様な容易さで用いることができる。例えば、第２
図および第３図においては、前方パッド２８の先導端縁
６６と後方支持部３０の後方端縁６８は垂直に対して僅
かに傾斜するように示され、第３図には一般的に円形の
平面外形線を持つように示される。適当な設備を用いて
歯２４に平たくすなわち截形の実質的に垂直な面６６お
よび６８を形成させることができる。好ましい実施例に
おいて図示された形状は製造の便宜上から歯２４の成型
工程のみを考慮して示したものであシ、設計上の臨界的
な限定を示したものではない。さら元本発明の多結晶質
ダイヤモンドカッティング機素は簡単化された設備にお
ける採鉱コアービットに用いられるものとして示されて
いる。勿論同じ歯をよシ複雑な設計の採鉱ビットや採油
ビットに本発明の技術思想と範囲を逸脱することなしに
用いることは可能である。

第６図は本発明により改良された歯が組合された採油ビ
ット、すなわち石油ビットの斜視図である。第１図から
第５図を基に図示された採鉱ビット１０の場合と同様に
、採油ビット７０はスチール裏柄７２とドリルストリン
グと組合すために柄７２の端部に設けられた通常のねじ
部７４を有する。ピノ）７０はその反対側端部に、総括
的に番号７６が付されたビット面を有する。ビット面７
６は頂点７７と番号７８が付されたノーズ部分と番号８
１が付された肩部分と、番号８０が付された側面部分と
、番号８２が付されたゲージ部分から成ることを特徴と
する。ビット面７６は頂点７７、ノーズ部７８、側面部
８１およびゲージ部８゛２を一般的に放射方向に横切る
パターンで配置された複数の・′９ｙド部８４を含む。

複数の・そラド部８４はビット面７６の複数の水路を規
定する複数の対応するチャンネル８６によって分離され
る。

ドリルされた泥は通常の方法でビット７０の長手軸と本
体の内側に輪郭を定められた中央導管（図示せず）から
ビット面７６の水路へ提供される。

第６図の斜視図に図示されるように、それぞれの・ンツ
ド部８４はその上に複数の歯８８を有し、歯の長手軸は
パッド部の幅方向に沿って置かれ且つビット７０の回転
によって規定された一般的にアズミタル方向に配列され
る。ＰＣＤ機素９０はＰＣＤ機素９０の先導面と接触す
る前方・やラド９２を具備した歯８８内に含まれ、且つ
その後方には後方支持部９４が設けられて支えられてい
る。前述の前方／ｌｌラド　２　、　ＰＣＤ機素９０お
よび後方支持部９４は歯８８を構成する単体の幾何学ゼ
ディを形成している。第６図に図示されたように、ＰＣ
Ｄ機素９０はそれぞれの・やラド部８４の先導端縁近く
に配置され、それぞれの場合における前方パッド９２は
その対応する・ぐラド部８４の先導端縁に近接している
。かくして第６図に示されたビット７０は、第６図にお
いて時計方向に回転された時にカッティング作用をする
ように設計される。

第６図に示された採油ビット７０の特定の設計は例とし
て任意に選ばれたものであシ、本発明によシ改良された
歯の設計は本発明の教示する処にしたがい他のパターン
、あるいは他のタイプの採油具、あるいは他のタイプの
ドリルビットの何れにも適用することができる。

したがって、図示した実施例は本発明の例を示して明確
にする一目的のために記載されたものであリ、特許請求
の範囲とその応用を限定するものと取るべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づき作られた連数の歯を有する採鉱
ビットの面を示す斜視図である。第２図は第１図の曲線
２−２によシ取られた拡大縦断Ｌｉ１１図である。第３
図は第２図に示された歯の平面図である。第４図は第１
図に示された採鉱ビットの略示平面図である。第５図は
第１図の回転ビットの面に配置されたカッティング歯の
位置と方向を示す第４図の線５−５による略示正面図で
ある。 第６図は本発明によシ作られた連数の歯を具備する採油
ビットの斜視図である。 １０・・・採鉱ビット、１８・・・ビット面、２２・・
・水路、２４・・・歯、２８・・・前方・卆ッド、３０
・・・後方支持部、３２・・・ＰＣＤ機素、３６・・・
ビットの長手軸線、３８・・・ＰＣＤ機素の先導面、４
０・・・ＰＣＤ機素の後方支持面。 以下余白 図面の浄書（内容に変更なし） μ、！ メｄ ンル ／埜、ｆ 手続補正書　（方式） 昭和５９年７月穀日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年　特許願　＄４７２６６号 ２、発明の名称 特定形状の歯を有する回転ビット ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ６、補正の対象 （１）願書の「出願人の代表者」の欄 （２）委任状 （３）図　面 ７、　補正の内容 （１）　、　（２＋　別紙の通シ （３）図面の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 （１）　訂正願書　１通 （２）委任状及び訳文　各１通 （３）　浄書図面　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マトリックス材料から構成され且つその面上に複数
   の独立したカッティング歯が配置されている回転ピ、）
   において、 前記歯が前記回転ビットから延びている突出セグメント
   を含んで構成され、該突出セグメントがその配置されて
   いるそれぞれの地点における回転ビットが回転する際の
   前記地点の移動方向に実質的に平行な長手軸線を有し且
   つ該長手軸線のそれぞれの地点で長手軸線に垂直な一般
   的に円錐形の断面を有し、前記突出セグメントはその円
   錐形断面に実質的に一致する断面を有し且つ少なくとも
   前記突出セグメントのペースからその頂点に延びている
   ＰＣＤ機素セットを含んでおシ、前記ＰＣＤ機素が前記
   突出セグメントの先導端縁部の後方であってその中心点
   よシ前方で突出セグメントに配置された先導面を有し、
   それによって前記ＰＣＤ機素が前記ビットと一体の前記
   マトリックス材料によって前記先導面上と反対側の後方
   面上とで支えられて、前記突出セグメントが前記ＰＣＤ
   機素のそれぞれの端部上の先導前方パッドと実質的に長
   い後方支持部を形成していることを特徴とする回転ビッ
   ト。 ２、マトリックス材料から構成され且つその面上に複数
   の独立したカッティング歯が配置されている回転ビット
   において、 前記歯が前記回転ビットから延びている突出セグメント
   を含んで構成され、該突出セグメントがその配置されて
   いるそれぞれの地点における回転ビットが回転する際の
   前記地点の移動方向に実質的に平行な長手軸線を有し且
   つ該長手軸線のそれぞれの地点で長手軸線に垂直な一般
   的に三角形の断面を有し、前記突出セグメントはその三
   角形断面に実質的に一致する断面を有し且つ少なくとも
   前記突出セグメントのペースからその頂点に延びている
   三角形ＰＣＤ機素セットを含んでおシ、前記ＰＣＤ機素
   が前記突出セグメントの先導端縁部の後方であってその
   中央点よシ前方で突出セグメントに配置された先導面を
   有し、それによって前記ＰＣＤ機素が前記ビットと一体
   の前記マトリ；クス材料によって前記先導面上と反対側
   の後方面上とで支えられて、前記突出セグメントが前記
   ＰＯＤ機素のそれぞれの端部上の先導前方パッドと実質
   的に長め後方支持部を形成していることを特徴とする回
   転ビット。 ３、前記それぞれの歯の前記突出セグメントが弧状であ
   シ且つ前記ビットの回転中心を一般的に中心とした曲ぶ
   半径を有する特許請求の範囲第２項記載の回転ビット。 ４、ＰＣＤ機素を含む複数の独立した歯を具備した面を
   有するマトリックス材料から作られた改良回転ビットに
   おいて； 前記改良回転ビットがそれぞれの歯用の一般的に円錐断
   面を有する前方・ヤツドと、後方支持部とを含んでなり
   ； 前記前方・９ツドは前記ビットのマトリックス材料と一
   体となシ且つ前方ノ４′ツドのペースを前記回転ビット
   の面に接触させて配置されて数面から延び、前記一般的
   に円錐断面を有する・ｆラドのベースの反対側の頂点が
   頂点の軸線を規定しておυ：前記ＰＯＤ機素が三角柱の
   形状であシ、該ＰＣＤ機素の三角断面の少なくとも一部
   が前記パッドの断面と実質的に同じ大きさと形状を有し
   、前記ＰＣＤ機素が前記回転ビットの面から延びる前記
   前方パッドの上方部分と共に前記マ）　ＩＪソックス料
   の中にセットされ、前記ＰＣＤ機素の片方の端面が前記
   前方パッドの後方面に少なくとも部分的に接触して実質
   的に前方パッドと一直線に並んで前記前方ノヤツドとＰ
   ＣＤ機素が前記面から一般的に単独の幾何学外形を形成
   しておシ： 前記後方支持部が前記回転ビットの面から延びて、前記
   前方・奢ッドと前記ビットの前記面から延びている前記
   ＰＣＤ機素の部分と形状および大きさで実質的に同じで
   ある一般的に三角の断面を有し、前記後方支持部が前記
   面のマトリックス材料と一体となってマトリ、ックス材
   料から延びて前記ＰＯＤ機素の反対側端部と実質的に接
   触し、前記前方パッド、前記ＰＣＤ機素および後方支持
   部がまとまって前記ビットの前記面から一般的に単独の
   幾何学突出部分を形成し、前記ビットが前記単独の幾何
   学突出部分の全長に沿って実質的に延びる頂点の尾根に
   よって特徴づけられておシ、それによって前記ＰＣＤ機
   素が前記ビットの前記面に確実に固定され且つそれから
   最適の突出部分を有することを特徴とする改良回転ビッ
   ト。 ５、前記多結晶質ダイヤモンド機素が前記ビットの前記
   面内に部分的に埋め込められ、前記多結晶質ダイヤモン
   ド機素のそれぞれの側面から延びている前記前方パッド
   と後方支持部が前記ビット面から延びている前記多結晶
   質ダイヤモンド機素の部分と一致しておシ、前記ビット
   面に埋没された前記多結晶質ダイヤモンドの深さが所定
   の長さに規定され、前記ビット面内の前記多結晶質ダイ
   ヤモンド機素の埋没の深さが前記南向に含まれたときに
   おける前記ビット面に前記多結晶質ダイヤモンド機素を
   保持するのに最低必要であるような深さであるように前
   記所定の長さが定められている特許請求の範囲第４項記
   載の改良回転ビット。 ６、前記ビットが前記ビット面上に設けられた複数のノ
   Ｑツド部を有し、それぞれの・卆ツド部が該ノ９ツド部
   に配置された複数の歯を有し、前記・２ツド部が前記ビ
   ットの回転によって定められた先導端縁部を有し、少な
   くとも１個の歯が前記ノ母ツド部の前記先導端縁部に隣
   接した位置に配置される特許請求の範囲第４項記載の改
   良回転ビット。 ７、前記歯によって形成された前記一般的に単独の幾何
   学形状の突起部分が長手軸線を有することによって特徴
   とされ、前記歯の前記長手軸線が前記ビットの中心に関
   して一般的にアズミタルである特許請求の範囲第６項記
   載の改良回転ビット。 ８、前記ビットが採鉱ビットであシ、前記採鉱ビットに
   配置された前記複数の歯が複数の歯から成る内側セット
   と外側セットにグループ分けされ、前記内側セットの歯
   が前記ビット面に対して実質的に対称であるように前記
   ビット面上に実質的に垂直に配置された前記多結晶質ダ
   イヤモンド機素を前記内側セットが有し、前記外側セッ
   トの複数の歯が前記採鉱ビットに対応する豫め輪郭が定
   められたゲージに接するために前記ビット面に対して傾
   斜している特許請求の範囲第４項記載の改良回転ビット
   。 ９、複数の歯から成る前記外側セットの最も外側の歯が
   、前記外側の歯の１つの表面が前記ビットの前記デージ
   に一般的に平行で且つ前記ゲージに隣接するように向け
   られ、前記１つの歯の前記一般的に平行且つ隣接した１
   つの表面が前記ケ゛−ジの表面の平面の延長部に置かれ
   ておシ、それによってゲージの連続部分を形成しておシ
   且っ前記ビットによってドリルされる孔の直径を定めて
   いる特許請求の範囲第８項記載の改良回転ビット１１０
   、複数の歯をその上に具備するビット面を有する改良回
   転ビットにおいて、 前記それぞれの歯が、前記ビット面に部分的に埋没され
   てビット面から延び且つ前記ビット面と一体に形成され
   た前記菌内にある多結晶質ダイヤモンド機素を含んでな
   り、前記ビットと一体に形成された前記歯の部分が前記
   ビット面から延びている前記ＰＣＤ機素の部分と実質的
   に一致しておシ、それによって実質的に単独の幾何学デ
   ディがそれぞれの歯のために形成され、前記ＰＣＤ機素
   の周囲に配置されて前記歯の一部を構成している部分が
   ない場合における前記ビット面に前記ＰＣＤ機素を保持
   するのに必要とされる深さよシ浅い深さに、且つ前記Ｐ
   ＣＤ機素の周囲に配置されて前記歯の一部を構成してい
   る部分を具備した前記ビット面に前記歯の寿命の摩耗の
   期間を通して前記歯が前記ビット表面に実質的に平にな
   る迄摩耗する迄前記ＰＣＤ機素を保持するのに必要とさ
   れる深さより大きい深さに、前記ＰＣＤ機素が前記ビッ
   ト面の下方で前記ビットに埋め込まれていることを特徴
   とする改良回転ビット。 １１、前記ＰＣＤ機素の周囲に配置されて前記歯のヤ＼
   ゛ 一部を構成している部分かつ前記ＰＣＤ機素の前側に配
   置された前方／４’ツドと前記ＰＣＤ機素の後方に配置
   された後方支持部とを含み、前記前方・ｇウドと前記後
   方支持部が前記ＰＣＤ機素と接触し、且つ前記ＰＣＤ機
   素と前記前方パッドと前記後方支持部との間の近隣平面
   で前記ＰＣＤ機素と実質的に一致しており、前記ビット
   が回転する時の前記歯の線運動で見て前記前方・９ツド
   が前記歯の先導部分を形成し、前記後方支持部が前記歯
   の後方部分を形成している特許請求の範囲第１０項記載
   の改良回転ビット。 １２、前記ＰＣＤ機素が、前記歯の配置点における前記
   ビット面に垂直な方向で測定して全体の高さの約３５〜
   ４５％の深さだけ、前記ビット面の下方に埋め込まれて
   いる特許請求の範囲第１１項記載の改良回転ビット。 １３、前記ＰＣＤ機素の形状が三角柱であシ、且つ等辺
   土角形の垂直断面を有し、該等辺三角形が一辺で約４．
   ０ｍｍであシ、前記ＰＣＤ機素が前記ビット面に埋没さ
   れる深さが１．５解にはソ等しく、前記ビット面を越え
   て上方にＰＣＤ機素の２，０覇が延びている特許請求の
   範囲第１２項記載の改良回転ビット・　以下余白