JPS60212588A - ドリルビツトのダイヤモンドカツター - 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】

〔産業上の利用分野］ 本発明は地中掘削（ポーリング）Ｉ具、より詳しくは合
成ダイヤモンド切削要素（累月）を有するダイヤモンド
ドリルビットに関する。 〔従来技術の説明〕 掘削（ドリル）製品におけるダイヤモンドの使用は公知
である。最近では、単結晶ダイヤモンド（８ＣＤ）およ
び多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ　）の両方の合成ダイヤ
モンドがいろいろな供給源から上布され、掘削製品に使
用され、有利であることが認められている。例えば、天
然ダイヤモンドビットは、ロールコーンビットの場合の
破砕に比較して、すき作用を伴なう掘削を行なう、一方
、合成ダイヤモンドは剪断作用で切断する傾向がある。 例えば、地層の場合、岩石を砕くのに必要なエネルギー
は、圧縮よりも剪断の方がより少ないと考えられる。 最近では、いろいろな合成ダイヤモンド製品が（７） 上布されるようになり、そのうちの一部は多結晶製品と
して入手可能である。ダイヤモンド結晶は主として（１
１１）、（１１０）および（１００）面で破断するが、
ＰＣＤは等方的である傾向があり、上記と同じ開裂を示
すがそれは微視的なスケールにおいてだけであり、従っ
て非常に大きなスケールでの開裂破断には抵抗性がある
。その結果、形状が保持され、摩耗（ポリシング）に耐
性があり、切削を有利にする。このような製品は、例え
ば、米国特許第３，９１３，２８０号、第３，７４５，
６２３号、第３，８１６，０８５号、第４，１０４，３
４４号および第４．２２４，３８０号に記載されている
。 一般的には、ＰＣＤ製品は高熱高圧下で溶剤／触媒の存
在において合成ダイヤモンドおよび（または）適当な粒
度の天然ダイヤモンド結晶から多結晶構造を形成して製
造される。ある種類の製品では、多結晶構造は焼結助剤
を本質的に間隙に分散して含み、その付近では結晶は結
合していない。 例えば、米国特許第３，７４５，６２３号、第３．８１
６，０８５号、第３，９１３，２８０号、第（８） ４．１０４，２２３号および第４，２２４．：３８０号
に記載されているようなもう１つの形では、得られるダ
イヤモンド焼結製品は多孔性であり、その多孔性は、例
えば、米国特許第３，７４５，６２３号、第４．１０４
，３４４号および第４，２２４，３８０号に記載されて
いるように、非ダイヤモンド材料またはその少なくとも
一部を溶出させて達成される。簡単化のために、このよ
う々材料は米国特許第４．２２４，３８０号に記載され
ているように多孔性ＰＣＤとして記載する。 多結晶ダイヤモンドは掘削製品におい

【独立のとして用
いられる。１つの形では、ＰＯＤコンノｊクトは直径約
１３．３閣、長さ約３簡の円柱状スラグに支持され、カ
ッターの面に横断面約０．５〜０．６■のＰＣＤ座を有
する。別の態様の点在形カッターでは、ＰＣＤ座は径約
３ｗ＋Ｘ１３．３−１全長２６ｍｍのタングステンカー
バイド製円柱基材によって支持される。これらの円柱状
ＰＣＤ座面カッターは柔質ないし中硬質の地層に用いる
ことを意図した掘削製品に用いられている。 いろいろな幾何学的形状の独立ＰＣＤ要素が掘削製品の
特定の用途における天然ダイヤモンドの代用物として用
いられている。しかしながら、所定のカラノドサイズま
たは重量の独立片として用いるＰＣＤ要素では特定の問
題がある。一般的に、広範囲の形状と等級で入手可能な
天然ダイヤモンドは型の所定の位置に置かれ、いろいろ
な慣用手法で工具の製造が行なわれた。その結果、金属
カーバイド母材が形成され、ダイヤモンドが所定の位置
に保持され（この母材はクラウンと呼ばれることがある
）、このクラウンは母材金属を形成する処理の間に形成
された冶金的機械的結合によって鋼製クラウンに取付け
られる。天然ダイヤモンドは母材金属形成の加熱処理に
耐えるのに充分な熱的安定性がある。 この上記の処理において、天然ダイヤモンドは所定の配
向に表面固定されてもよいし、または埋設、すなわち、
ダイヤモンドがグリッドまたは微粒子の形で母相全体に
分布されても、１こい。 初期のＰＣＤ累拐１は掘削製品の製造において問題があ
った。というのは、ＰＣＤ累拐１はにカーバイド基材上
のＰＣＤ座は金属１け材ビットクラウンの炉内処理に用
いる温度に対して熱的に不安定であり、そのために天然
ダイヤモンドに用いたのと同じ処理を行なうとＰＣＤが
急激に破損してしまうからである。この急激な破損はＰ
ＣＤの製造に焼結助剤として用いた金属または合金の残
留物が膨張して熱的応力により亀裂ができることによる
と考えられる。 熱不安定なＰＣＤ製品を用いる円柱状ＰＣＤ座面カッタ
ーを母材に固定するために、ろう付技術が利用された。 ろう付けの材料および手順は掘削工具の製作中にＰＣＤ
の急激な破損が起きるよう々温度に達することがないも
のが用いられた。その結果は、ＰＣＤが屡々金属同月か
ら分離１２、掘削工具の性能に逆効果を与えた。 熱的安定ＰＣＤ　（典型的には多孔性ＰＣＤ　）の出現
とともに、ＰＣＤは天然ダイヤモンドと比べて長い（１
１） 固有に弱い開裂面がなくかつ摩杷の傾向が少ないという
利点を有すると考えられたので、このようなＰＣＤは天
然ダイヤモンドとかなりに同じ仕方で金属母材中に表面
固定され得て、掘削工具の製造方法を簡単にし、かつよ
り良好な性能を提供すると考えられた。 意味ありげに、多孔性ＰＣＤコンパクトに関する現在の
文献は多孔性ＰＣＤが表面固定されることを支持してい
る。多孔性ＰＣＤおよび約１２００℃まで高温安定であ
ると言われる多孔性ＰＣＤがいろいろな形状、例えば、
円柱状、三角形状で入手可能である。三角形状素材は、
典型的には、約０．３カラツトの重量であり、−面が４
ｍあり、約２．６調の厚さである。従来技術では、三角
形有孔ＰＣＤコン・９クトは岩石用ドリルの金属母材面
上に最小限、即ち、０．５霧より少なく露出して、表面
固定されることが主張される。カラット当りより大きく
て、−面が６咽、厚さが３．７　ｍの合成三角形ダイヤ
モンドが入手可能になったが、このようなダイヤモンド
をどの程度露出すればよいかということに関（１２） して何ら推奨はなされていない。研摩性岩石の場合、従
来技術では、三角形状素材は完全に金属母材の下に固定
することが主張される。柔かい非研摩性岩石の場合には
、従来技術では、三角形状素材は底辺を金属母材の高さ
くレベル）の付近にして放射方向に固定することが主張
される。こうして、推奨される露出の程度は切削すべき
岩石地層の種類に依存する。 このような配置にはいくつかの困難がある。その困難は
掘削操作のダイナミズムを考慮することによって理解き
れる。普通の掘削操作、例えば、採鉱、芯抜き（ｃｏｒ
ｌｎｇ　）あるいは油井掘削では、水、空気または掘削
泥水などの流体がボン！で送られて工具の中央を通り、
工具面を半径方向外方へ横切り、外側表面（ｒ−））付
近を半径方向に通り、そして穴へ戻る。掘削流体は刃物
の工具面を清浄化し、またある程度工共面を冷却する。 切削される地１−とビット本体の間に充分な間隙がない
場合、特に、地層が柔軟あるいは粘着性であるとき、切
屑は工具面から除去されないことがある。 従って、切削面一地層界面と工具本体の間の間隙が比較
的小さく、かつ切屑除去のための対策がとられていない
場合、ビットの清浄化に関して問題がある。 考慮すべきその他の因子は、ドリルビットにかかる重量
、普通、ドリルストリングの１緻および特にドリルカラ
ーの重量、ならびにビットを底部から持ち上げようとす
る流体の作用である。例えば、ダイヤモンドビット付近
の圧力はビット上方の圧力より大きい１０００ｐｓｉ程
度であることがあり、流体圧的な持ち上げを生じ、場合
によってはその流体圧による持ち上げる力は掘削の際に
加えた負荷の５０係を越えると報告されている。 熱安定ＰＣＤダイヤモンドを表面に固定したドリルビッ
トにおいて予想外のことが観察された。それは、穴の中
でビットを動かして切削面を充分に露出させた後、そし
て金属母材の表面の一部が摩損した後でも、穿孔速度が
屡々低下することである。ビットを調べると予期に反し
てＰＣＤが摩耗しＣいる。普通、ＲＯＰはドリルストリ
ングに対する荷重を追加するかビットを交換することに
よって増加し得る。ドリルストリングに対する荷重の追
加はドリルリグにかかる応力と摩耗を増加する。 また、ビットの取り外しあるいは交換は、通常、掘削の
経済性は穿孔フィート当りのコストで表わされるので、
高価になる。コストの割算は取り外しの時間と掘削の時
間を掘削した距離で割ったものを含めたビットのコスト
とリグのコストを考慮する。 熱安定Ｐｃｔ）を用いた掘削工具であって、妥当なコス
トで製造でき、しかもビット寿命の長さと穿孔速度に関
して良好な性能を有するものを提供することが望′まし
いことは明らかである。 同様に、長いならし運転（ｒｕｎ−１ｎ）期間がいらな
い切削を提供し、かつ切削要素と地層の間に掘削流体の
有効な流れと切屑の除去のために充分な間隙を提供する
°ように、熱安定ＰＣＤを工具面に配置した掘削工具を
提供することが望ましい。 ＰＯＤダイヤモンドビットの初期なら１２運転は三角形
状のカッターの先端（チップ）を折り取るこ（１５） とが屡々ある。従って、合成ダイヤモンドには極めて大
きい初期露出が必要である。掘削中の所期の摩耗を調整
し、ならし運転中の先端（チップ）の除去を許容し、ま
た必要な流れのための間隙を提供するために、実質的な
初期間隙が必要である。 もう１つの利点は、正常な摩耗以外によるＰＣＤの損失
を防止することによって工具の適当に長い寿命を提供す
るために金属母材中に有効に拘止（固定）する如く、所
定の形状の熱安定ＰＣＤを母材中に配置し支持した掘削
工具を提供することである。 同様に、ドリルストリング重量やビットトルクを著しく
増加したりあるいは掘削流体の流れや圧力を著しく増加
する必要なく特定の地層に使用することが可能であり、
かつ同じ掘削条件下において慣用のビットより高いＲＯ
Ｐで掘削し得る如く、熱安定ＰＣＤを工具に固定した掘
削工具を提供することが望ましい。 以下余白 （１６） 〔発明の概要〕 本発明は、母材からなるドリルビットのカッターであっ
て、ドリルビットの母祠中に配設されかつドリルビット
の表面外に露出したダイヤモンド（ｄｉａｍｏｎｄ　ｂ
ｏｄｙ　）を有するカッターにある。ダイヤモンドは所
定の幾何学的形状を有し、ダイヤモンドと母材間に少な
くとも２つの拘止点（固定点）を形成する仕方で母ｌ中
に配されている。ダイヤモンドを母材中に配設する仕方
は一部分はダイヤモンドの幾何学的形状に依存する。特
に、ダイヤモンドは、ダイヤモンドの少なくとも１つの
表面または表面の一部分がダイヤモンドの位置における
母材の表面に対する法線（ｎｏｒｍａｌ　）に関して鍜
１に傾斜する如く母材中に配向する。こうして、母材は
、ビットのダイヤモンドの位置において母材表面に対す
る法線に関して鋭角に傾余１しているダイヤモンドの一
部で拘市楔を形成する。 以下、本発明を、三角プリズム状累材、ノリズム状直方
体累々オ、円柱状木材、卵形木材、板状素材を含む複数
の幾何形状について説明する。さらに、本発明は母材の
表面あるいはビット面の下に延長して配されて唇状部ま
たは台座を形成する負の曲面を含む自由な形状でもよい
。ダイヤモンドに対してダイヤモンドと母材の間で形成
される離間した拘止点のために、ダイヤモンドはドリル
ビットの母材表面上にダイヤモンドの実質的な露出を許
容しながらドリルビット中に確固に保持される。 同様の部分は同様の数字で示す添付図面およびそれらを
参照した以下の説明によって本発明の以上およびその他
の利点ならびにいろいろな態様がさらに理解される。 〔好ましい態様の具体的説明〕 本発明は硬質切削要素のビット本体中への埋設および拘
止（固定）にある。さらに詳しく述べると、本発明は、
ダイヤモンドが母材表面上に実質的に露出するように、
多結晶合成ダイヤモンド（ＰＣＤ　）を母材ビットに埋
設および拘止することにある。ダイヤモンドの埋設およ
び拘止は、以下に更に詳しく説明されるように、ダイヤ
モンドの幾何形状と３Ｍ股によって、ダイヤモンドと母
材の間で少なくとも２つの拘止点が提供されるようにに
行なう。拘止点は、特に母材表面に垂直な方向を含む実
質的にすべての方向におけるダイヤモンドの移動または
変位を防上するために、ダイヤモンドを母材中に拘止（
固定）する手段を提供する。 本発明はいろいろな態様に例示することができるので、
以下の図面を参照した態様の説明によってよりよく理解
される。 第１図は毎月ドリルの斜視図である。ビット面１７はダ
ーツ１９、肩部２１、フランク２３、ノーズ２５および
頂点（アペックス）２７によって特徴付けられる。ビッ
ト面１７のこれらの部分には、ＭＷに、軸クロウフット
（図示亡ず）と連通した慣用のジャンクスロット２９お
よびコ１／クタ兼水路３１が設けられている。水路兼コ
レクタ３１の間にはランドまたはノ９ッド３３があり、
そこに本発明に従って複数のダイヤモンド３５が配置さ
れている。ランド３３の表面は母材の表面を（１９） 成し、各ダイヤモンドの局在領域において概して平坦で
ある。 第２図に目を転すると、全体を１０で示した三角プリズ
ム状ＰＣＤの斜視図が描かれている。この素材１０は２
つの対向する三角形端面１２（第２図では１つだけが示
されている）と３つの相隣接する側面１４（再び第２図
では１つだけが示されている）によって形状が規定され
ている。素材１０はプリズム状（すなわち、素材１０の
形状は１つの三角形端面１２を長軸１６で規定される線
形方向に平行に移動することによって形成される）であ
る。このようなＰＣＤ素材は業界においてよく知られて
おり、ゼネラルエレクトリック社から商品名”　ＧＥＯ
８ＥＴ”として製造されている。 以下余白 （２０） 本発明によると、素材１０は第１図のビット１１の母材
１８に埋設され拘止されている。従来技術の教示とは対
照的に、ＰＣＤ　１０は母材１８の表面２０上に充分に
、典型的には素材１０の高さ２２の３０ｑ６以上が出る
ようにする。例えば、等側面三角プリズム状素材である
２１０３”　ＧＥＯ８ＥＴ　”の場合、素材１０は母材
１８中に配して表面上忙０．０６３インチ（１，７３ｍ
）以上が露出することができる。そのような場合、高さ
２２は０．３５インチ（５，２０ｗｒ　）である。一般
的に、本発明によれば、幾何形状にかかわりなく、母材
表面にほぼ垂直な線形方向の３分の１以上が露出する。 素材１０は頂部時（稜）２４を規定する２面角に対向す
る底面１４ｍを成す】側面１４を有することによって母
材１８に取り付は拘止される。底面１４ｍは高さ２２の
３０チより小さい〔例えば、２１０３＠（ＪＯ８ＥＴ　
”　の場合０．０６１インチ（１，５６１１Ｉりより小
さい〕距離だけ母材１８中に表面２０よｐ下に配される
。頂部時２４は素材１０の最も外側に延在した部分を成
し、また素材１０は本発明を逸脱しない範囲内で所望の
どの方向においても母材ビットの面２０に固定されるこ
とが可能である。例えば、頂部１１４２４はビット１１
の回転で規定される素材１００角度運動に平行な方向に
横たわるように固定してもよい。代りに、頂部峰２４は
ビットの回転で規定される素材１０の進行方向に垂直な
方向に固定してもよい。このとき、この固定は正接固定
として定義される。両方の場合、素材１０の長軸１０は
素材１０を母材１８に暇付けた位置の母材１８の表面２
０と略平行である。 これらのとの配向においても三角プリズム状素材１０は
母材１８中に少なくとも２つの拘止点２６（第２図には
そのうちの１つだけが示されている）で拘止される。拘
止点は表面２０の下方の母材１８中に埋まっている。三
角プリズム状素材１０の場合には、拘止点２６は実際に
は表面全体である。第２の拘止点は相隣接表面１４（第
２図に図示せず）の同様の部分である。これらの２つの
表面は接合して素材１０の頂部峰２４を形成する二面角
を成１−ている。こうして、第２ν１の態様では、拘止
点２６は表面２０の下の傾斜表面部分である。素材１０
は慣用のｕ■設手法で母材ビット中に組み付ける（モー
ルディングする）。その結果、母材１８が拘＋ｈ点２６
の斜面に対して拘止接合を成し、それによって素材１０
に楔形拘止（固定）を行なう。別首すると、表面１４の
埋め込まれた部分は表面２００法細から傾斜１〜かつ離
間して存在する。母材１８は一体的に覆いかぶさった楔
を成すので素材ｌＯはすべての方向に関して母材１８中
に拘止される。すなわち、拘止点２６は表面２０から素
材１０を動かそうとするすべての方向の力に抵抗する。 第２図の態様では、端面１２は長軸１６に垂直な表面で
あるので表面２０下の対向表面１４だけに拘止点２６が
形成されると仮定された。１−かしながら、端面１２が
長軸１６に関して１１η斜することによって２つの離間
した拘止点がｉｌｌ加され、それらが拘止点２６と共に
対角関係を成す２対の拘止点（第２図の場合には拘止表
面）を形成すると（２３） とも完全に本発明の範囲内である。 次に、第３図を参照すると、本発明が全体を２８で指示
された矩形プリズム素材の例が説明されている。簡単の
ために矩形プリズム素材２８は立方体ダイヤモンド素材
として示されており、それは天然の立方体素材でも合成
素材でもよい。いずれの場合でも、素材２８は、少なく
とも２つの拘止点３０，３２が提供されるような仕方で
表面２０下の母材１８中に配される。拘止点３０が立方
体素材２８０１つの角部３４に形成されると共に、拘止
点３２がその隣りの角部３６（一方だけが第３図に図示
されている）に形成される。素材２８は母材２８中に角
度を持って配され、その法線方向の対称軸３８が素材２
８の母材ビットへの取付位置の表面２０に関して傾斜し
ている。軸３８の傾斜は４つの底部角部のうち少なくと
も１つ（この場合、角部３４）をある角度で持ち上げて
、母材中に立方体素材２８の少なくとも１つの他の角部
より浅い深さに配置させる。最も一般的な場合には、軸
３８の傾斜は立方体素材２８のど（２４） の面も表面２０に対して垂直にしないようなものである
。第３図に図示した態様では、軸３８の傾斜は角部３４
を最も高い位置にし、隣りの角部３６がそれに続き、そ
して最後に対向する角部４０を最も低くしている。こう
して軸３８の角度配向は角部３４に隣接する稜４２を母
材１８の表面２０を通り」二向きに鋭角をなして傾斜さ
せる。 こうして、母材１８は角部３４の上に存在して覆いかぶ
さる楔部を形成し、それが角部３４をビットの母材中に
拘止し、素材２８の堆付位１ｄにおける法線方向の動き
を阻止する。こうして、第３図の態様では、角部３４の
拘止点３０は、両者で二面角４６と稜４２を形成する隣
接する側面４４０角部３４０近くの表面部分である。実
際、拘止点３０．３２は角部３４から隣の角部３６まで
の底部稜４８の近くにそれと隣接する側面４４の下部表
面部分を含むように広がっている。換酊すれば、立方体
２８が表面２０から垂直な方向に持ち上げられる場合、
隣接稜４８およびそれと対称に位置する隣接稜（図示さ
れず）の角部３４，３６の間の拘止点と接触する母材１
８が立方体素材２８を母材１８中に保持しようとする拘
止表面を提供する。 明らかに、母材１８中の立方体素材２８の態様もまた、
表面２０に平行な方向に素材２８に加わるすべての力に
対して抵抗する手段を提供する。 立方体素材２８は軸３８の方向にだけ母材１８中に拘止
されない。素材２８に加わるこれらの平行または方位角
方向の力に対する抵抗は、対称軸３８が表面２０に対し
て実質的に垂直であれば提供されるであろう。しかしな
がら、この最後の場合、拘止点３０は消失し、そして素
材２８を母材１８に保持または固定する、素材２８と母
材１８の間の接着、微視的な機械的結合あるいはその他
の結合以外には何らの機椋的結合手段が存在しなくなる
。 次に第４図を参照すると、本発明のさらにもう１つの態
様が説明されている。第４図の態様では、全体を５０で
指示される正円柱形素材が示されている。円柱形素材５
０は対称軸（長軸）５２によりて特徴付けられる。素材
５０は表面２０下の母材１８中に軸５２が表面２０に対
して鋭角に傾斜するように配される。円柱状素材５００
角度配向のために、拘止点あるいはより厳格に言えば複
数の拘止点が素材５０の底面５６近くの下部表面に形成
される。作図の便宜上、底面５６は平坦な円形の底面と
して示す一方、円柱形素材５０の対向する端面は略ドー
ム状に描いである。対向する端面５８の形状が任意に選
択し得ることは明らかである。 円柱形素材５００角度配向のために、母材１８の表面２
０下の円柱形素材の傾斜（〜だ表面部分に拘止点５４が
形成される。母材１８は円柱形素材５０の埋設部分の周
りに成形され、それによって鋭角的に傾斜した表面部分
に対する拘止楔を形成する。従って、この態様では、母
材１８中の素材５０の機械的拘止力が表面２０に平行な
方位角方向の力と表面２０に垂直な法線方向の力の両方
に対して積極的に抵抗する。 次に第５図を参照すると、もう１つの態様が示（２７） され、これは第２図に関連して図示および説明した三角
プリズム状素材１０が母材１８中の表面２０下に配され
た斜視図である。この三角形プリズム状素材１０は長軸
１６が表面２０の法線に関して実際に傾斜しており、第
２図に示したもののようにそれと垂直ではない。こうし
て少なくとも１つの角部６０が母材１８中に埋設した素
材１０の最も高い位置にある角部を成すものとして規定
される。隣の角部６２は母材１８中に素材１００寸法と
表面の法線に関する長軸１６の角度配向とで決まるより
大きい深さに配される。すると、少なくとも１つの拘止
点６４と実際に複数の拘止点が、表面２００近くに配さ
れた側面１４のその部分に形成される。第５図の態様で
は、拘止点６４は二面角の稜２４を形成する２つの隣接
する側面１４上に形成される。母材１８が表面１４の周
りに成形されて再び素材１０を表面２０に拘止する覆い
かぶさる楔が形成されると、これは素材１０に加わって
それを表面２０から動かそうとする実質的にすべての方
向の力に対して抵抗する。 （２８） 第１〜５図の態様は三角形状、立方体あるいは円柱状で
あったが、第６図の態様は全体／ｌ、６６で示した任意
の卵形（ｏｖｕｌａｔｅ　）ダイヤモンド素材を含むよ
うに一般化されている。図示の態様では、卵形素材６６
は優先的あるいは最大の長さの方向を規定する主長軸６
８によって特徴付けられる。 素材６６の主軸６８の角度配向は表面２０の法線に関し
て充分に傾斜しているので、少なくとも２つの拘止点（
１＃ｆび表面部分は複数の拘止点７０を規定する）を素
材６６の表面２（）下に形成する。 卵形素材６６０曲線は、付近から表面２０に近ずくに従
って表面２００法線との距離が短かくなるようなもので
ある。換旨すると、母材１８をその上に成形すると、再
び楔による機械的拘ＩＬ点金行なって素材６６を母材１
８中に保持する。拘正による抵抗力は主軸６８の方向だ
けを除いて全ての方向に存在する。 以上説明した第２〜６図の態様は、夫々、一般的に、素
材の主軸の方向または少なくとも第３図の立方体素材２
８の場合のように等軸の方向に沿って存在する長軸を有
するダイヤモンド素材によって特徴付けられる。次に第
７図を参照すると、全体を７２で指示された正円形ダイ
ヤモンド円板が本発明により母材１８中に埋設されかつ
表面２０上に露出している。図示の素材７２は対称軸７
４によって特徴付けられる。再び軸７４は表面２０の法
線に関して鋭角に配されているので、ｌ端部７６は母材
表面２０上に充分に露出すると共に対角的に対向する端
部７８は表面２０下の母材１８中に埋設される。少なく
とも２つの拘止点（再び複数の拘止点）８０が端部７８
付近かつ表面２０下の円板７２の上部表面の部分に形成
される。換言すると、円板７２は母材ビットの表面２０
に傾斜角で埋設されて、先端が充分に露出すると共に後
尾端が充分に埋設され、対角点７６゜７８間の円板７２
の端部の部分がそれぞれ対角点７６．７８からの近さに
依存して小さくあるいは大きく露出または埋設される。 従って、円板７２は母材１８中に表面２０に対する法線
方向の力および方位角方向の力の両方に対して確実に固
定（拘止）される。 本発明を第８図の態様について更に説明ｊるが、第４図
の態様と関連して述べた正円形円柱体素材５０が表面２
０下の心材１８中に配されている。 再び、円柱体５０の露出端部５８はドーム形に描いであ
るが、便宜のためであり、本発明を限定するものではな
い。対向する端部または底部５６は少なくとも１部分が
１υ材１８中に配されて、少なくとも２つ、実際には複
数の拘止点８２がその上に形成される。換言すると、円
柱体５０の少なくとも１部分は、軸５２に垂直な横断面
の１１径が表面２０より下になる如く充分に深く埋設さ
れる。 底部５６の一部分が表面２０上に露出する場合でも、表
面２０下に配された底部５６の中心点８４より上の部分
に複数の拘止点が形成される。円柱・棒素材５００表面
は表面２０に近づく方向において母１’１Ｂの表面２０
０法線から鋭角において遠ざかる。こうして、母材１８
は円柱体表面５０の拘止点８２上に成形され、拘止喫を
形成し、それによって素材５０を母材１８中に保持する
。 （３１） 本発明を第９図の態様についてさらに説明する。 第９図を参照すると、全体を８６で指示した三角ノリズ
ム状素材が母材１８の表面２０下に配されて、複数の拘
止点８８が素材８６の表面に形成されている。素材８６
は第２図、第５図に関連して説明したものと類似してい
るが、但し長軸９０に沿って長い。しかしながら、第９
図の態様は第２図、第５図の態様も同様に含むものと解
されるべきである。第８図の円柱体の態様のように、第
９図の三角プリズム状素材８６は母材１８の表面２０下
に埋設された部分を含む。側面９２の埋設部分上の各点
は、側面９２の傾斜は表面２０に下から近ずくにつれて
、表面２００法線から遠ざかる。再び、母材１８を側面
９２上に成形することによって、側面９２の埋設部分の
上の楔形の拘止、および従って、複数の拘止点８８を形
成する。一方、素材８６の実質的な前方部分は完全に母
材１８の表面２０上に露出する。実際、後尾の角部９４
は第９図に示すように表面２０と同一の高さである必要
はない。それよりも、後尾の角部９４（３２） は表面２０より上方に配することができる。拘止点８８
は、隣接側面９２のどこかの部分が表面２０下の母相１
８中に配されている限り形成されている。 次に第１０図を参照すると、全体を９６で指示した長い
矩形ゾリズム状累祠が示されている。第９図の態様では
、素材９６は表面２０下の母材１８中に埋設され、対向
する側面９８が表面２００法紳に略平行である。［７か
Ｉ−ながら、ｌ端面１００が表面２０上に実質的または
完全に露出し、対向する端面１０２（その端部だけが第
１０図に示姑れている）は表面２０の下に配されている
。 こうして、母材１８は素材９６の１端面の少なくとも１
部分の上に配され、複数の拘止点１０４を形成する。母
相１８の楔形の延長部が埋められた端面１０２上に一体
的に形成され、それによって素材９６が表面２０からす
べての方向に実質的に移動することを防止する機械的拘
止全提供する。 再び、素材９６は実質的に長い長軸１０６′１ｉｌ−有
するように図示されているが、綱材９６のプロポ−シ日
ンは任意に決められて第３図の態様（立方体）を含むよ
うに選ぶことができることが理解されるべきである。 本発明をさらに第１１図の態様について説明するが、第
１１図は全体を１０８で指示された平たい三角形の素材
が母材１８中に配された斜視図である。三角形状素材１
０８は平行かつ対向する端面１１２に垂直な方向の長軸
１１０によって特徴刊けられる。素材１０８の厚さすな
わち対向端面１１２間の距離は三角形状素材１０８の側
面間の距離すなわち高さより小さいので、平たい板状の
三角形素材が得られる。本発明によれば、素材１０８は
母材１８の表面２０上に実質的に露出し、複数の拘止点
１１４によってそこに拘止される。 拘止点１１４は、素材１８およびその長軸１１０の法線
からの鋭角の配向のために、表面２０下に配されている
端面１１２の下方部分に形成される。 母材１８は素材１０８のこの下方部分の上に一体的な端
部を形成し、それによって拘止点１１４を規定（形成）
する。 次に第１２図の態様に移ると、全体を１１６で指示され
た台形プリズム状素材が表面２０下に即設された斜視図
である。素材１１６は少なくとも２つの対向する平行表
面１１８（第１２図にはその上方の平面が示されている
）を含む。対向平行表面１１８面には２つの対向対１２
０，１２２をなす４つの側面があり、その対のうちの少
なくとも１方の対１２０は台形状である。第１２図のｌ
“　様では、側面１２０はＵ形であるが、側面１２２は
第２図の三角プリズム状素祠１０を底面１４ａに平行な
面で切って得られるような略矩形である。 従って、第１２図の態様では、第２図の態様において素
材１０に関して拘止点２６が形成されるのと同じ仕方で
側面１２２の下方端部に沿って複数の拘止点が形成され
る。こうして、素材１１６は母材１８中に実質的に同じ
仕方で拘止される。 しかしながら、次に第１３図、第１４図に示した本発明
のｌ１１Ｍ様を参照すると、台形プリズム状素材１２６
が母材１８中に傾斜配向して即設され、表面２０下の部
分を有することによって母材中に（３５） 拘止されている。さらに詳しく述べると、第１２゜１３
図に図示した態様では、素材１２６は、平行な矩形表面
１２８が対向する対で形成される４つの隣接台形状側面
、すなわち、面１３０．１３２とつながっているという
意味で完全に台形状である。しかしながら、第１２図の
いくらか単純な台形素材１１６は本発明により適尚に変
形することによって第１３．１４図と関連して図示し述
べたと実質的に類似の態様で用いることができることが
理解されるべきである。 続けて第１３．１４図を参照すると、素材１２６は母材
１８の傾斜部分１３４中に配されている。 母材１８の部分１３４は素材１２６が埋設および拘止さ
れる傾斜面または支持体を成している。第１３．１４図
の態様はビット面に傾斜部（ランド）を伴なっている。 支持されるカッターまたは歯の構造は区別できるもので
あり、下記の米国特許出願（譲受人は同一である）にさ
らに詳しく述べられている。 以下余白 （３６） 図示の態様では、第１３．１４図に示した１端面１３２
は完全に露出しかつ表面２０と略同一平面である。これ
に加えて、上方平行矩形面１２８も完全に露出している
。しかしながら、３つの残りの側面１３０および対向端
面１３２の夫々は表面２０下の母材中に埋設されている
。これらの」■膜表面の夫々において、母Ｉが面１３０
．１３２上に一体的に延在することによって複数の拘止
点１３６が形成される。こうして、少なくとも側面１３
０に沿って、そして素材１２６０局所表面の法線に関す
る角度配向に依存１７て場合により対向下方面１３２に
沿って、複数の拘止点１３６が形成され、それによって
素材１２６の動きが表面２０を横ぎるすべての方位角方
向のみならず垂直方向においても阻止される。 こうして、第１〜１４図に関連して説明した態様はそれ
ぞれ規則的な幾何形状に関係していた。 本発明は以上において図示および説明したもの以外の多
くの幾何形状にも以上の教示に従って適用し得ることは
明らかである。例えば、規則的な幾何形状の他に、特別
のあるいは自由な形状であっても、ダイヤモンド切削素
材を母材上に露出させて有利に用いることが可能である
。次に第１５図を参照すると、そうした１つの態様が示
されている。図示の態様の素材１３８は滑らかな頂部表
面１４０とドリルビットの回転によって定まる切削方向
に配向することができる丸いノーズ部１４２とによって
特徴付けられる長尺状素材である。頂部表面１４０から
、素材１３８の側面は下方に傾斜し、そして外側に延び
て、略平坦な底面１４４と周囲唇状部１４６を形成する
。素材１３８の側面と唇状部１４０が接合する表面はセ
グメント１４８によって明らかな如く負の曲率によって
特徴付けられる。従って、素材１３８は表面２０下の母
材１８中に配されて、唇状部１４６は伯曲率の表面１４
８の少なくとも一部分を含めて実質的にまたは完全に母
材中に囲設される。従って、母材１８は唇状部１４６の
周りおよびその上に成形され、ＰＪ利１８中に埋設され
た台座部を成す。こうして、唇状部１４６の全周囲に沿
って複数の拘止点が形成されて、ダイヤモンド累月１３
８を表面２０の上下に機械的に拘Ｉ卜する手段が提供さ
れる。明らかに、ここに任意に選択して第１５図の態様
として説明したもの以夕１の多くの自由な形状のものが
、本発明の教示から逸脱することなく同様に利用し得る
。 当業者は以上開示した本発明の教示全逸脱することなく
多くの変形および変更を為すことができる。説明した態
様は単に例示であり、限定的なものではない。本発明の
範囲は特許請求の範囲に規定されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は母Ｉ表面の面より上に露出したダイヤ（３９） モンド素子を有するドリルビットの一部断面斜視図、 第２図は第１図の母材ビット中に本発明により三角プリ
ズム状素材を埋設しかつビットの表面上に実質的に露出
せしめた一部断面斜視図、第３図は本発明による母材ビ
ットに取付けた立方体部材の一部断面斜視図、 第４図は母材中に埋設した正円形円柱体の一部断面斜視
図、 第５図は母材ビット中に略軸方向に埋設した三角プリズ
ム状素材の一部断面斜視図、 第６図は本発明により母材ビット中に埋設した一般的な
卵形ダイヤモンドの一部断面斜視図、第７図は母材ビッ
ト中に本発明により埋設した正円形円板の一部断面斜視
図、 第８図は本発明によシ母材ピット中に略正接方向に埋設
した正円形円柱状ダイヤモンドの一部断面斜視図、 第９図は略正接方向に埋設した三角プリズム状素材の一
部断面斜視図、 （４０） 第１０図は母材ビット中に略１Ｅ接方向に埋設した略矩
形プリズム状素拐の一部断面斜視図、第１１図は本発明
により母材ビット中に略正接方向に埋設置−だ三角形枚
状素拐の一部断面斜視図、第１２図は母材ビット中に略
正接方向に埋設した台形プリズム状素材の一部断面斜視
図、第１３図はｌυ材ビットの基材すなわち傾斜支持体
に略軸方向に埋設置〜た台形プリズム状素材の断面図、 第１４図は第１３図に示した台形プリズム状素材の平面
図、 第１５図は本発明により母材ビット中に埋設した自由形
状ダイヤモンド説明する図である。 ｌＯ・・・三角プリズム状ダイヤモンド素材、１１・・
・ビット、１２・・・端面、１４・・・側面、１６・・
・長軸、１８・・・母材、２０・・・母相の表面、２６
・・・拘止点、２８・・・矩形プリズム状素材、３０・
・・拘止点、５０・・・円柱体素材、５２・・・対称長
軸、６６・・・卵形素材、６８・・・主軸、７０・・・
拘止点、７２・・・円板状素材、７４・・・軸、８０・
・・拘止点、８６・・・三角プリズム状素材、８８・・
・拘止点、９６・・・矩形プリズム状素材、１０６・・
・長軸、１０８・・・三角形状素材、１１４・・・拘止
点、１１６，１２６・・・台形プリズム状素材、１３８
・・・自由形状素材、１４０・・・頂部表面、１４２・
・・ノーズ部、１４４・・・底面、１４６・・・唇状部
、１４８・・・負曲率表面。 特許出願人 ノートンクリステンセン、インコーボレイティｒ特許出
願代理人 弁理士　背　木　朗 升埋士西舘和之 弁理士古賀哲次 弁理士　山　口　昭　之 弁理士西山雅也 （４３） −＼ ′ぐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、母材からなるドリルビットのカッターであって、前
   記ドリルビットの前記母材に配設されかつ前記ドリルビ
   ットの表面外に実質的に露出したダイヤモンドを有し、
   該ダイヤモンドは所定の形状を有し、該ダイヤモンドは
   前記母材中に該ダイヤモンドと該母材の間で少なくとも
   ２つの拘止点を形成する如く配設され、それによって該
   ダイヤモンドは前記ドリルビットに強固に保持されると
   共に前記ドリルビットの表面外への該ダイヤモンドの実
   質的な露出を許容することを特徴とするカッター。 ２、前記ダイヤモンドが前記ドリルビットの前記母材中
   に複数の拘束点を形成する如く配設される特許請求の範
   囲第１項記載のカッター。 ３、前記の少なくとも２つの拘止点が前記ダイヤモンド
   の正反対に対向する点に位置する特許請求の範囲第１項
   記載のカッター。 ４、前記複数の拘止点が６１■記ダイヤモンドの正反対
   に対向する拘止点を少なくとも２組含む特許請求の範囲
   第２項記載のカッター。 ５、前記ダイヤモンドが前記母材中に配設され、かつ核
   ダイヤモンドの少なくとも１つの線形径の３分の１以上
   が前記ドリルビットの表面外に露出し延在している特許
   請求の範囲第１項記載のカッター。 ６、前記ダイヤモンドが三角ノリズム駄素材であり、該
   三角ノリズム状素材の高さの３　Ｑ　／Ｒ−セント以上
   が前記ドリルビットの表面外に露出している特Ｗｆｌｌ
   ｆ求の範囲第１項記載のカッター。 ７、前記三角！リズム状素材が２つの対向する三角形平
   面とそれらの間を結ぶ相隣接する３側面によって特徴付
   けられ、かつ、該三角ノリズム状累材が前記ドリルビッ
   トの前記母材中に、咳３側面のうち１つが前記母月中に
   配されて底面を成し、そして残りの相隣する２側面が前
   記母材の表面外に露出する如く配設された特１ｒＩ−請
   求の範囲第６項記載のカッター。 ８．前記母材の前記表面が前記ダイヤモンド上において
   局所的に平坦であり、それによって前記ダイヤモンドの
   前記母材の表面外に露出した部分を非支持状態にした特
   許請求の範囲第１項記載のカッター。 ９、前記ダイヤモンドが直方体であり、該直方体状ダイ
   ヤモンドが少なくとも１つの完全に露出した平面と前記
   母材の前記表面より下に少なくとも１部分配されたそれ
   と対向する平面とによって特徴付けられ、該直方体状ダ
   イヤモンドの該露出平面および該対向平面が前記カッタ
   ーの位置において前記表面の法線に関して傾いており、
   それによって前記直方体状ダイヤモンドの少なくとも１
   つの角部が少なくとも１つの他の角部より上方に位置し
   、該高い方の該角部に前記拘止点が形成された特許請求
   の範囲第２項記載のカッター。 １０、前記ダイヤモンドが略円柱状でありかつ対称長軸
   によって特徴付けられ、該ダイヤモンドが少なくとも１
   部分前記母材中に配されて前記対称長軸が該ダイヤモン
   ドの位置における前記同月の前記表面の法線に関して傾
   馴し、前記母旧中に配された該円柱状ダイヤモンドのよ
   り高い方の傾斜側面によって前記複数の拘止点が形成さ
   れた特許請求の範囲第２項記載のカッター。 １１、前記ダイヤモンドが２つの対向する三角形平面と
   それらの間の相隣接する３側面で％機付けられかつ該側
   面の各々と略平行な長袖によって史に特徴付けられ、前
   記ダイヤモンドが一部前記母材中に配され、前記長軸が
   該ダイヤモンドの位置で前記母材の前記表面の法線に関
   し【傾馴ｌ〜、前記母材中に配された前記三角形平面の
   少なくとも１つのより高い位置の角部に前記の複数の拘
   止点が形成された特ＷｆｉＩＩｖ求の範囲第２項記載の
   カッタ０ １２、前記ダイヤモンドが略卵形でありかつ主軸によっ
   て特徴刊けられ、該卵形ダイヤモンドが一部分前記母材
   中に配され、該主軸が前記卵形ダイヤモンドの位置で前
   記母材の前記表面の法線に関して傾斜し、前記母材の前
   記表面に関して鋭角に（３） 傾斜した該卵形ダイヤモンドの位置の近くの該表面の近
   くに前記の複数の拘止点が形成された特許請求の範囲第
   １２項記載のカッター。 １３、前記ダイヤモンドが板状体であり、該板状体に関
   する法線で規定され、該板状体の該法線が前記ダイヤモ
   ンドの位置で前記母材の前記表面の法線に関して傾斜し
   、前記表面下に配された前記板状体の位置に前記の複数
   の拘止点が形成された特許請求の範囲第２項記載のカッ
   ター。 １４、前記板状体が円板状である特許請求の範囲第１３
   項記載のカッター。 １５、前記板状体が三角形状ダイヤモンドスラブである
   特許請求の範囲第１３項記載のカッター。 １６、前記板状体が長い三角プリズム状である特ｒＦ−
   請求の範囲第１３項記載のカッター。 １７、前記板状体が長い矩形プリズム状である特許請求
   の範囲第１３項記載のカッター。 １８、前記板状体が台形！リズム状である特許請求の範
   囲第１３項記載のカッター。 １９、前記板状体が長円柱状である特許請求の範（４） 囲第１３項記載のカッター。 ２０、回転式ドリルビットに用いるダイヤモンドカッタ
   ーであって、前記ドリルピノｌ−がｆｆｌ、、Ｕからな
   り、該母材が前記ドリルビットの表面を規定し、前記カ
   ッターが所定の形式を有１〜かつ所定の形で前記ドリル
   ピノ）の前記母材中ｆ配された多結晶ダイヤモンドから
   なり、前記母材中の前記配置の形が前記ダイヤモンドの
   前記形状によって決められて、前記ダイヤモンドと前記
   母材の間で前記ダイヤモンドに関する複数の拘止点が形
   成され、それによって前記ダイヤモンドカッターが前記
   ドリルビットに強固に固定されると共に前記ドリルビッ
   トの前記表面外に実質的に非支持状態で露出することを
   特徴とするダイヤモンドカッター。 ２１、複数のダイヤモンドカッターを含み、各ダイヤモ
   ンドカッターがドリルビットに取り付けたダイヤモンド
   を含み、該ドリルビットが母材からなり、そして該母材
   が前記ドリルビットの表面を形成するダイヤモンドドリ
   ルビットにおいて、前記トリルビ、トの各カッターの各
   ダイヤモンドを前記母材中に所定の如く非支持状態に配
   して、各ダイヤモンドに各ダイヤモンドと前記母材の間
   で少なくとも２つの拘止点を形成し、それによって前記
   ダイヤモンドを前記ドリルビットに強固に保持すると共
   に前記母材の前記表面外における前記ダイヤモンドの実
   質的な露出を許容することを特徴とするダイヤモンドド
   リルビット。 ２２、ドリルビット面を規定する母材ドリルビットに用
   いたダイヤモンドカッターであって、前記母材ドリルビ
   ット中に配され前記ドリルビット面外に延在する多結晶
   ダイヤモンドを有し、前記ダイヤモンドが該ダイヤモン
   ドの位置において前記ドリルビット面の法線に関して前
   記ダイヤモンドの少なくとも１つの表面が鋭角に傾斜す
   るように配向してそこの上に前記母材の拘止楔を形成し
   、それによって前記ドリルビット面外に実質的に露出し
   た非支持状態のダイヤモンドカッターが提供されたこと
   を特徴とするダイヤモンドカッター。 以下余白