JPH0228676B2 - - Google Patents

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JPH0228676B2
JPH0228676B2 JP60162782A JP16278285A JPH0228676B2 JP H0228676 B2 JPH0228676 B2 JP H0228676B2 JP 60162782 A JP60162782 A JP 60162782A JP 16278285 A JP16278285 A JP 16278285A JP H0228676 B2 JPH0228676 B2 JP H0228676B2
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core
insert
layer
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cutter
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Emu Iisaa Juunsu
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SHII DEII PII Ltd
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Publication of JPH0228676B2 publication Critical patent/JPH0228676B2/ja
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/08—Roller bits
    • E21B10/22—Roller bits characterised by bearing, lubrication or sealing details
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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  • Earth Drilling (AREA)
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  • Drilling Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は油井のさく井及び鉱業目的の孔あけに
使用されるローラービツトの円錐カツタ、通称コ
ーンに関する。本発明は更に円錐カツタを集成複
合構造として最も簡易に製造する方法、並びに新
しいカツタとカツタ部品構造及びその組成に関
し、カツタ各部に組合せて重要な特性とする。 従来の技術 円錐カツタは苛酷な外囲条件下で作動する必要
があり、外囲との各種のビツト寿命を減少させる
相互作用に耐える必要がある。この作用にはさく
囲する岩石の摩耗浸蝕作用があり、衝撃、圧縮及
び振動の力がビツト上の重量を受けながら遂行さ
れるビツトの回転によつて生じ、コーンの回転す
るジヤーナルピンの滑動摩耗及び衝撃作用が生ず
る。円錐カツタに作用する寿命減少の作用が著し
く大きく種々であるため、カツタは効率の良い孔
底寿命とするためには均等な性質の簡単な材料で
は製造できない。コーン各部の局部的性質はその
部分に作用する局部的力に耐える必要がある。 タングステンカーバイドインサート（TCI）を
使用する既知のコーンは通常は鍜造品から製造す
る。鍛造カツタ本体外面に複数の孔を設けて硬い
切削素子例えばコバルトセメントとしたタングス
テンカーバイドインサート（TCI）を孔に圧入し
て取付ける。TCIの形状は孔の形状と等しくする
必要があり、平行側壁とする。 コーン本体は通常は表面硬化して岩石のさく井
間の浸蝕摩耗効果に耐える。このためには広く使
用される表面変性又は被覆技法、例えば変態焼
入、滲炭、窒化、表面焼入、硬金属被覆、ろう付
硬質金属着せ等がある。 更に、コーンの内面は相当部分を硬化し、耐摩
耗耐衝撃として推力及びラジアル方向の両負荷に
適合する。ジヤーナルピンの軸線方向に関して称
する。それ故、この面も表面硬化技法によつて硬
化する。ジヤーナル側ではピン面は推力軸受面に
接触し通常は硬い面であり、焼入したコーン又は
コーン内の焼入した頂部ボタンインサート又は滲
炭工具鋼プツシユに接触して相対滑動する。大部
分のローラーコーンでは１列のキヤツプのないボ
ールが、ノーズピンとローラー又はジヤーナル軸
受との間のレース内を回転する。このボールは推
力負荷の一部を支持するが、主機能はコーンが孔
底に押圧されない時にコーンをジヤーナルピン上
に保持する。 主負荷はラジアル負荷であり、全部を鉱業で主
として使用する円筒ローラー、又は油井掘削に使
用するシールしたジヤーナル軸受によつて支持す
る。ジヤーナル軸受は通常グリース潤滑で作動
し、別の支持部材を使用して軸受寿命を長くす
る。即ち自己潤滑多孔浮動リング（文献(1)）、ベ
リリウム銅合金軸受に軟金属潤滑膜被膜（文献(2)
(3)）、軟金属インレイ付き軸受で潤滑及び熱伝達
（文献(4)）又はアルミニウムブロンズインレイ
（文献(5)）をコーン内に設けてジヤーナル軸受付
コーンの軟い潤滑部材とする。 現在のTCIビツト付きの円錐カツタ即ちコーン
の製造は長時間の精密な工作を必要とする。孔の
寸法及び形状はTCIと合致して緊密な嵌入とする
必要がある。この嵌合が過度に強ければ孔内周又
はインサート自体に圧入過程間に損傷を生ずる。
嵌合が限界公差以下であれば、インサートはさく
井間に弛んで脱落し、ビツトに大きな損傷を生
じ、ビツトを過早にさく井孔から引上げる必要が
あり、大きな費用がかゝる。これは軟質岩石地層
の掘削間に生ずる。これがインサート延長部の長
さを制限してインサートの抜け出しを防ぐ理由と
なる。コーンからのインサートの突出長が短くな
れば掘削間の地層内への侵徹速度が遅くなり、ビ
ツト性能に悪影響を生ずる。 コーン面は処理して所要の局部的性質を与える
必要がある。この処理は通常長時間を必要とする
滲炭を行ない、不十分な時は硬質被覆をスプレー
又はめつきする。しかしコーンの全性質に対する
悪影響があり、溶接クラツドによる硬い面の形成
は熱の影響を受けた部分が劣化する。 更に、上述の各作業は事前の準備、熟練作業
者、多数回の検査により、寸法材質について所要
精度であることを確認する必要がある。即ち、現
在のコーン製造は長時間の精密な熟練者の必要な
作業である。 発明の解決しようとする問題点 本発明の主目的は円錐カツタの製造方法を提供
し、各コーン面に対する個別の表面硬化又は変質
処理を除去し、極めて簡単な低温での塗装、スラ
リー浸漬又はスプレー作業に代えるようにするこ
とである。所要の局部特性は選択された粉末又は
成形インサートの施興によつて得られ、熱処理を
少なくし、かくして外部の摩耗衝撃、負荷の要求
に合致する精密な手段に対する特性選択を広く行
なう。 問題点を解決するための手段 本発明の方法にはほゞ等静圧の高温プレスを低
温形成粉末に対して行なう。米国特許3356496号、
3689258号参照。本発明の方法はほゞ近い形状を
数分間で等静圧高温プレスを行ない、通常の高温
等静圧プレスHIP過程で製造したと同程度の特性
を得られ、HIP法のような長い熱サイクルを必要
としない。 本発明によるローラービツトカツタは、中空内
部を有し軸線を形成する強靭金属製且つ破断抵抗
性のほゞ円錐形のコアと、コア内面に取付け軸線
を中心として延長しコアを回転支持する環状金属
のラジアル軸受層と、コア内面の軸線方向推力軸
受を形成する耐衝撃耐摩耗金属内層と、アンカー
部をコアに支持されて一部コア内に埋込まれコア
外面から外方に突出してカツタを形成し少なくと
も一部が軸線を中心として互に離れた硬質金属イ
ンサートと、コア外面の耐摩耗金属外層とを備え
る。 本発明の実施例によれば、インサートはタング
ステンカーバイド製とする。コアにはインサート
のアンカ部を受ける複数の凹みを形成し、金属外
層は凹み内のコアとインサートアンカー部との間
に延長する。少なくとも１層、好適にはすべての
３層を圧縮強化粉末金属とする。インサートのア
ンカー部に非平行側面を設け、外層の非平行側部
がインサート端を凹み内に圧縮係合する。 他の実施例によれば、コアは鋼にＣ，Mn，Si，
Ni，Cr，Mo，Cuを含む元素を加えて合金とす
る。又はコアを鋳造合金鋼又は超高強度鋼製とす
る。外層は耐火材料粒子をバインダ金属内とした
複合混合物とし、粒子はミクロン硬度100Kg／mm2
以上、溶融点1600℃以上とする。更に、耐火材料
粒子はTi，Ｗ，Al，Ｖ，Zr，Cr，Mo，Ta，
Nb，Hf及びその炭化物、酸化物、窒化物、硼化
物から成る群から選択する。他の例として、外層
は最初は粉末状の工具鋼又は硬質面合金、又は耐
摩耗金属間レーブス相（Laves phase）とする。 本発明の目的と利点を明らかにするための例示
とした実施例並びに図面について説明する。 実施例 第１図に示す本発明ローラービツトカツタ１０
には強靭な金属のほゞ円錐形の破断に耐えるコア
１１を有する。コアは中空内部１２を有し、回転
中空軸線を形成する。コアの底部にテーパ部１４
を設け、更に軸線１３に同心の複数の部分１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有する。環状の金
属の半径方向のスリーブ型軸受層１５をコアの内
面部分１２ａに取付けてコアの回転支持とする。
層１５はコアの環状面１１ａに取付け、軸線１３
を中心として延長する。層１５は後述の通り軸受
合金とする。 耐衝撃耐摩耗金属内層１６をコアの内面部分１
２ｂ〜１２ｅに取付け端面１６ａ等を推力軸受と
する。複数の硬質金属インサート１７を例えばタ
ングステンカーバイドとし、内方アンカー部１７
ａをコアによつて支持して、コア凹み１８内に一
部が埋込まれる。インサートの一部１７ｂは図示
の通り外方に突出し、第４，５ａ，５ｂ図に示す
通りカツタを形成する。少なくとも一部のインサ
ートは軸線１３の外周に離間する。１個のインサ
ート１７′は軸線１３に沿つてコアの外方端の位
置とする。 耐摩耗外側金属皮層１９はコア外面に取付け、
凹み１８を形成する部分を含むコア全外面に延長
し、インサートは実際上凹みの皮層１９ａに取付
けられる。 本発明によつて、層１５，１６，１９の少なく
とも一層は強化粉末金属とし、好適な例ではすべ
ての層を強化焼結金属とする。各種の高温プレス
技法によつて第１図に示す表面層を施すことがで
きる。上述した通り、表面層１５，１６，１９は
コア１１の内面部分とは全く異なる特性とする必
要がある。同様に層１６，１９は層１５とは異な
り、層１６は層１９とは異なる。各層とコア部材
とは別々に製造し粉末混合物として施した後に冷
間プレスする。従つて第３図の矢印で示す通り、
各種の処理過程がある。第３図の円内の数字は第
１表に示す処理工程の番号に対応する。図中の各
連続経路は工程１から始まり工程15で終り、個別
の処理経路を示し、これに従つて一体強化複合円
錐カツタを生産できる。 第１表 （処理過程内に含まれる主処理工程の表） １ 粉末を混合調製。 ２ 予じめ成形したまゝの未処理コア部材１１内
面に粉末を冷間プレス。第１図に示す。 ３ 予じめ成形したコア部材１１に所要密度より
低い密度で粉末を冷間プレス後焼結又は高温プ
レスし、温度範囲1800〜1240〓（約982℃〜666
℃） ４ 所要密度コア部材１１を鍛造又は鋳造 ５ コア部材１１の盲孔又は凹み内にTCIを置
く。 ６ 粉末硬質金属混合物皮膜１９を施す。塗装ス
ラリー浸漬又は冷間スプレーとし、硬質金属粉
と、焼失有機バインダと揮発性溶剤の混合物を
使用する。 ７ 推力軸受合金粉末層１６を施す。塗装、スラ
リー浸漬又は冷間スプレーとし、推力軸受合金
粉末と、焼失有機バインダと揮発性材料の混合
物を使用する。 ８ 鍛造、鋳造又は焼結粉末金属推力軸受部材１
６をコア部材１１内に置く。 ９ 粉末ラジアル軸受合金１５をコア部材内に置
く。塗装、スラリー浸漬又は冷間スプレーと
し、軸受合金粉末と焼失有機バインダと揮発性
溶剤の混合物を使用する。 10 鍛造鋳造又は焼結粉末金属ラジアル軸受合金
１５をコア部材内に置く。 11 乾燥又はベークによつて粉末層１９，１６又
は１５からバインダを除去する。乾燥温度は60
〜300〓（約15〜150℃）とし、室温又は室温附
近での乾燥以外は中立又は還元雰囲気内とす
る。 12 高温プレスし、複合物を所要密度即ち理論密
度の99％プラスに圧縮して円錐カツタとする。
高温プレスは2100〓±200〓（約1149℃±110
℃）の温度、20〜50ton／in2（約３〜8ton／cm2）
の圧力とする。 13 推力軸受合金を層１６の所要位置に、所要密
度のコアに溶接する。 14 ラジアル軸受合金を所要密度のコアに溶接固
着する。 15 最終仕上、即ち内径プロフイルの研削又は加
工、軸受の仕上研削、シールの座の仕上加工、
検査等。 上述の処理工程は処理作業流れの要部のみを示
す。同種の製品製造の際の処理過程で通常行なう
二次作業は簡単のために記述しない。この作業に
は、滑掃、小欠陥の手作業による補修、酸化物等
を除去するサンドブラスト、寸法構造の検査等が
ある。 上述の処理工程は粉末金属合金の当業者にとつ
て新奇である。各工程は処理の点から多くの利点
があり一部を以下に記す。 (1) 複合カツタ構造を第１表の工程12の高温プレ
ス作業を行なう準備としての組立作業、即ち塗
装、スプレー、取付等はすべて室温又は室温附
近で行なう。それ故高温圧縮前の複合円錐部材
の低強度未圧縮状態の輩的特性差に基く問題は
生じない。修理作業、寸法制御、工程間の取扱
は著しく簡単である。 (2) 揮発性バインダ、例えば酢酸セルローズ、コ
ンスターチ、各種蒸留製品を使用して粉末金属
又は合金又は金属混合物面層を形成すること
は、結合剤によつて強固に保持された強い粉末
層となり、全体の未強化円錐構造物の強度を大
とする。これによつて表面層厚さの制御は容易
であり、工程間の組立物の取扱は容易であり、
TCIの機械的支持となる。 (3) 上述の表面層を低温で施すことは粉末の高温
スプレーに伴なう孔の形成を避ける。文献(6)ネ
ーダーベーン参照。周知の通り、高温スプレー
金属粉にはスプレーした層内に酸化物を含む。
表面層内の酸化物粒子は構造的不連続又はノツ
チとなり、部品を弱くする。 (4) 第３図に示す過程は実物に近い形状の製品を
何れの場合にも形成し、既知の円錐カツタ製造
の場合に必要な長時間の加工は著しく減少す
る。 (5) 円錐部材の各部分の粉末附着又はインサート
としての施工後は第５ｂ図に示す通り非平行側
面を有するインサートの使用を可能にし、図の
インサート３７０は底部３７０ａを円錐の凹み
内に入れる。これによつて最終製品は各インサ
ートに対する大きな支持となり、使用間の抜け
出しを防ぐ。更に、インサートの構造的一体性
によつて、インサート延長部は他の場合より大
きくできる。更にインサートの摩耗モードに際
しての利点は、岩石地層、の浸徹速度が大とな
り、インサートの一部が他部分より大となる。
第５ｂ図に示す通り、A′B′はABより長い。 好適な円錐材料について説明する。 円錐断面の各部は第１図に示し、夫々の部分が
使用上の最良の機能を得るためには異なる特性を
必要とする。それ故各部の材料を適切に選択する
必要がある。 コア部材１１ 内部コア部材１１は高強度高靭性の合金製と
し、熱処理は1700〓（約927℃）より下とし、冷
却応力による損傷を防ぎ、所要の機械的特性を得
る材料とする。この制限に合格する材料は次の材
料がある。 (1) 低合金鋼、鉄ベースとし、C0.1〜0.65％、
Mu0.01〜2.0％、Si0.01〜2.2％、Ni0.4〜3.75
％、Cr0.01〜1.2％、Mo0.15〜0.40％、Cu0.3以
下、残部鉄、他の元素は重量％で１％以下の焼
入可能材料。 (2) 合金元素が全量８％以下の鋳造可能合金鋼、
例えばASTM−A148−80 (3) 超高強度鋼として次の各種がある。 Ｄ−6A，Ｈ−11，9Ni−4Co，18Niマレージ
ング、300M，4130，4330V，4340これらの鋼
は規格的にＣ，Mu，Siが上述の(1)に記載した
鋼と同じ値である。しかし、他の合金元素の含
有量は高く、Cr5％以下、Ni19％以下、Mo5％
以下、V1％以下、Co8％以下残部鉄、他の元
素合計１％以下である。 (4) 鉄粉末合金鋼で規格組成は、79〜98％Fe、
０〜20％Cu、0.4〜1.0％Ｃ、０〜４％Ni (5) 時効硬化性マルテンサイトステンレス鋼と
し、組成は上述の(3)と同様であるが、Cr20％
以下、Al25％以下、Ti1.5％以下、Cu4.0％以
下、コロンビウムとタンタラムの合計0.5％以
下とする。 何れの場合にもコア部材の機械的性質は次の値
以上とする。 抗張力 130Ksi 降状強度 80Ksi 伸 び ５％ 絞 り 15％ 衝撃強度（アイゾツド） 10ft−lb 耐摩耗外面皮層１９ 皮層１９の厚さ範囲は0.01〜0.20in（約0.25〜0.5
mm）の範囲とし、均等とする必要はない。この層
は硬い耐摩耗材料とし、インサート用の凹みを有
し、厚さ組成形状は他の皮層と著しく異なること
もできる。皮層１９用の材料の例は： (1) 耐火硬質材料粒子をバインダ金属又は合金内
とした複合混合物とし、ミクロ硬度1000Kg／mm2
以上（試験負荷50〜100g）とし、市販純純物
で融点1600℃以上とし、バインダ金属又は合金
はFe，Ni，Co又はCuベースとする。この硬質
耐火材料の例はTi，Ｗ，Al，Ｖ，Zr，Cr，
Mo，Ta，Nb，Hfの炭化物、酸化物、窒化
物、硼化物がある。 (2) 粉末状で得られる特別工具鋼であつて、Ti，
Ｖ，Nb，Mo，Ｗ，Cr等の大量の強い炭化物
形成材料を有し、Ｃを重量％で２％以上とす
る。 (3) 遷移素子Fe，Ni又はCoベースの表面硬化合
金であつて次の組成とする。（重量％）
【表】 (4) 耐摩耗金属間材料であつて、Co又はNiを主
構成材とし、Mo25〜35％、Cr8〜18％、Si2〜
４％、C0.08％以下 推力軸受１６ 外面皮層１９の組成と同様とし得る。更に、イ
ンサートとして円錐部材に組込む時は、インサー
トは予じめ成形した別個に処理した鋳造、鍜造又
は粉末金属成形部材とし、硬度35Rc以上の金属
又は合金製とし得る。この場合の組成は例えば複
合構造として構造物の一部が潤滑材料、例えば二
硫化モリブデン、錫、銅、銀、鉛又はその合金、
又はグラハイトとすることができる。 コバルトセメントのタングステンカーバイドイン
サート（TCI）１７ これは市販のコバルトタングステンカーバイド
組成物を使用し、コバルト含有量５〜18％の範囲
とする。 軸受合金１５ これは別に製造したインサートとして円錐部材
内に組込む時は、焼入、炭化、窒化又は硼化鋼又
は市販の非鉄軸受合金例えばブロンズとする。軸
受を溶接沈着する時は、材料はブロンズが好適で
ある。予じめ粉末を附着させた後に軸受を一体に
高温プレスする時、又はインサートを既知の粉末
冶金技法で製造する時は、複合構造として内部に
軸受に潤滑特性を附与する位相を分散させた構造
とする。 円錐部材はジヤーナルピン型と共働して円錐が
同じビツトの他の円錐と相互作用させる。形状は
変化しても、円錐部材に組合せる部材１１，１
５，１６，１７，１９は著しく有利であり、下に
記す。 (1) 耐摩耗合金皮層１９の延長部がコア部材１１
の盲孔又は凹みの壁部間の間隙内に延長し、更
に第４図に示すインサート１７０内に延長して
平行でないアンカー部１７０ａを形成する。 (2) TCIの非平行側部のインサートは第５ｂ図に
示すＡ−A′断面部分がTCI３７０の底部断面積
より小さい。アンカー部３７ａ参照。更に、
TCIの底面に平行の面の断面積は通常の円とす
る必要がなく、円以外の他の形状即ち楕円、不
整形、多角度とすることができ、側部も同じ長
さとする必要がない。 (3) 推力軸受層１６は一体のインサート又は連続
附着粉末金属層とすることもしないこともでき
る。この層は第６ａ図に示す通り数個の円形イ
ンサート１６０〜１６２とすることができ、又
は第６ｂ図に示す通り、インサートと粉末金属
層４０との組合せとすることもできる。 実施の例 標準の処理経路は第１表第３図の工程１，３，
５，６，７，10，11，12，15である。低合金鋼組
成を混入してコアに適切な組成の粉末混合物を形
成する。ある例では、この混合物の形成する合金
の組成は、Mn0.22％、Mo0.23％、Ni1.84％、
C0.27％残部鉄とする。この粉末を冷間圧縮して
予備成形し、焼結は2050〓（約1121℃）１時間、
還元炉雰囲気とする。カーバイドインサートを予
備成形で形成した盲孔内に置き、円錐部材外面に
硬い面金属粉、ステライト＃１、を含むスラリー
を塗布し、スラリーがカーバイドインサートと成
形品の間のすべての間隙スペース内に確実に充填
されるようにする。 スラリーはステライト粉に３％の酢酸セルロー
ズ粉末を混合し、十分な量のアセトンを加えて所
要のスラリー流動性を得る。ステライト＃１合金
粉末の分析値重量％は、Cr30％、C25％、Si1％、
W1.25％、Mn及びMo各１％以下、Fe及びNi各
３％以下、残部Coとする。塗布後、コア部材に
形成された外皮は室温で短時間で乾燥する。 推力軸受合金の薄い層を第１図の層１６の面に
同様に塗布する。この層の組成はコア部材面上の
外皮と同様とした。ラジアル軸受合金管セグメン
トを第１図の円筒部１５に嵌合する。AISI1055
炭素鋼管厚さ0.1in（約2.5mm）をコア部材合金鋼粉
に塗布したスラリーの薄い層上に嵌合して取付け
る。 形成した予備成形組立体をオーブン内で100〓
（約38℃）で一夜乾燥し、スラリー内のすべての
揮発成分を除去する。次に2250〓（約1232℃）で
誘導加熱４分以下とし、高温セラミツク粒の温度
2250〓（約1232℃）内で円筒形ダイス内に収容す
る。圧力40ton／in2（約6ton／cm2）を作用し、液
圧プレスを使用し、セラミツク粒に作用する圧力
は予備成形品のすべての方向に圧力を作用する。
ピークプレス圧力40ton／in2（約6ton／cm2）は４
〜５秒内に到達し、ピーク圧力を少なくとも２秒
作用して圧力を除く。ダイスの内容物を抜き出
し、セラミツク粒と強化円錐カツタとに分ける。
部品が1600〓（約482℃）以下に冷却する前に
1565〓（約850℃）の炉内に移し、１時間保持し
た後に油冷する。酸化を防ぐためと炉雰囲気を調
整して還元雰囲気、例えば分解アンモニアとす
る。焼入部品は1000〓（約538℃）で１時間焼戻
し、空気放冷して強靭なコアを得る。 同様に処理した引張試験棒を引張試験し、抗張
力152Ksi、降伏点141Ksi、伸び12％、絞り39％
を得た。同様に処理した他の試験棒は焼戻450〓
（約232℃）とし、抗張力215Ksi、降伏点185Ksi、
伸び７％、絞り21％を得た。焼戻温度を変えて所
要機械的性質の強化コア部材を得る。 他の例として、耐摩耗外皮及び推力軸受面用の
粉末スラリーを、1.5％重量の酢酸セルローズと
ステライト＃１粉末の混合物とした。この予備成
形部材を250〓（約121℃）で２時間乾燥し、100
〓の一夜の乾燥に代え、他の処理過程は上述と同
様とした。両試験で製造した部材間には差はなか
つた。 別の例として、ラジアル軸受合金をコアの内壁
に固着し、同様に準備したニツケル粉スラリーを
介して取付けた。ラジアル軸受合金とコア部材と
の間の接着は著しく強く、別の接合実験によつて
確かめた。 他の関連情報を述べる。 明細書に記した複合とは顕微鏡構造上の、及び
工業上の見地から共に使用し適切な場合に使用し
た。微細相が他の相内に分散した時に複合相と称
し、別の比較的大きな部分が何かの手段によつて
接合又は組合された時も複合と称する。コバルト
内にカーバイド粒子の混合物から成る合金層は顕
微鏡構造上複合層であり、各種の別の層、TCI、
他のインサートから成る円錐カツタは複合部材と
する。 第１表の未圧縮とは粉末金属部品が完全に圧縮
されないが取扱上の十分な強度であり、破損しな
いものと称する。焼結とは粉末材料を処理して密
に接触させ、加熱して材料間の冶金的結合となつ
たものと称する。 発明の効果 本発明はタングステンカーバイドインサート
（TCI）ドリルビツト円錐部材に対して始めて下
記の新しい特徴を得た。 (1) 複合円錐部材を強化したほゞ完成した製品と
するための高温度の短い加熱サイクルの手段は
著しく作業時間を節約し、多種の材料を局部的
要求に応じて特性に合せて使用可能とした。 (2) 各種材料層の被覆は室温又は室温附近の温度
で行ない、熱的活性化工程を使用した時に生ず
る損傷を防ぐ。 (3) オートクレーブ内でのガス加圧の高温等静圧
加圧（HIP）に比較して、高い強化温度を短時
間必要とするだけである。急速加熱技法は高温
プレスには好適に使用できるが、オートクレー
ブ内加熱には不適当であることも理由となる。
この点は高温プレス工程の主要な利点であり、
個々の粒子の接合は急速即ち数分間で行なわ
れ、不時の拡散反作用も生じない。かくして、
複合部品例えば円錐カツタの圧縮強化は副作用
なく行なわれる。これに対してHIP法は処理サ
イクルは高温で20〜30時間を必要とする。これ
はカーバイドからの炭素の拡散等によつて構造
的一体性の冶金上の問題点を生ずる。本発明の
方法では拡散の問題は生ぜず、円錐カツタは優
れた特性であり、使用上の性能は良く、更に、
カーバイドと円錐材料との間の拡散防止層の必
要はない。 (4) 非平行側壁のインサートを使用できる。 (5) 硬い耐摩耗外面層を使用し、室温で塗布でき
る。同じ硬い層がTCIを囲み、高温圧縮強化後
は所定位置にロツクする。この特性は外面層の
被着を著しく簡単にする。 (6) 潤滑性インサートと粉末金属層が推力軸受面
の層を形成する。 (7) 滲炭等の長時間の表面硬化工程は省略され
る。 (8) 使用材料の選択上著しく大きな自由度とな
る。 (9) 岩石の切削効率を良くするために、タングス
テンカーバイドインサート（TCI）を更に外方
に延長することが可能となる。 第２図は本発明円錐ビツトカツタ１０をねじこ
みステム５２付きのビツト本体５１のジヤーナル
ピン５０に取付ける図を示す。ピン５０の球軸受
レース５３を部分１２ｂのレース面２０に一致さ
せジヤーナル軸受５４は層１５に取付ける。 第１表に示す過程の工程３を第７ａ図に示し、
矢印１００，１０１はコア部材１１の内外面に対
する等静圧加圧を示す。圧力作用は例えばコア外
面に充填したゴムモールド又はセラミツク粒を使
用して加圧する。盲孔１０３を示す。第１表の過
程の工程５〜10は第７ｂ図に示す。工程11の誘導
加熱は第７ｃ図に示す。 第７ｄ図は高温部品即ち円錐部材９９を高温セ
ラミツク粒１０６内にシヤトルダイス１０７内で
埋込む。ダイス１０７を第７ｅ図に示すプレスダ
イス１０８内に入れ、シヤトルダイス１０７の外
壁１０７ａは上方に取除く。ダイス１０８は円筒
壁１０８ａと底壁１０８ｂとを有する。第７ｆ図
はプランジヤ１０９が粒子１０６に力を作用し、
アクチユエータシリンダ１１１によつて液圧１１
０をプランジヤ１０９に作用する。これは第１表
の工程12に相当する。第７ｇ図では第２のプラン
ジヤ１１２が底壁１０７を上げて部品９９と粒子
１０６とを上方に排出する。第７ｇ図で粒子を部
品９９から除き、粒子は工程第７ｄ図に戻す。圧
縮強化された部品はサンドブラスト等で清掃し、
仕上加工と研削を行ない検査して第１表の最終工
程15とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は３円錐ロツクビツトに使用する円錐カ
ツタの縦断面図、第２図は３円錐回転ビツトの各
部を示す斜視図、第３図は円錐カツタの製造過程
の各工程を示す流れ線図、第４図はカツタの耐摩
耗皮層がタングステンカーバイドインサートの取
付となる部分拡大断面図、第５ａ図第５ｂ図はイ
ンサートの例を示す拡大側面図、第６ａ図第６ｂ
図はカツタの変型例を示す断面図、第７ａ図ない
し第７ｈ図は第３図の過程の一部の工程を示す図
である。 １０……カツタ、１１，９９……コア部材、１
２ａ〜１２ｆ……内面部分、１５……ラジアル軸
受層、１６，２０，１６０，１６１，１６２……
内層、１７，１７′，１７０，２７０，３７０…
…インサート（TDI）、１８……凹み、１９……
外面皮層、１０６……セラミツク粒、１０７，１
０８……ダイス、１０９，１１２……プランジ
ヤ、１１１……アクチユエータ シリンダ。 参考文献 (1) 米国特許 3984158号、1976年10月５日 (2) 米国特許 4074922号、1978年２月21日 (3) 米国特許 3721307号、1971年３月20日 (4) 米国特許 3235316号、1966年２月15日 (5) 米国特許 3995915号、1976年12月７日 (6) 米国特許 4365679号、1982年12月28日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ローラービツトカツターであつて、 (a) 内部を中空とされ軸線を形成する強靭金属製
    且つ破断抵抗性のほゞ円錐形のコアと、 (b) コア内面に取付け軸線を中心として延長しコ
    アを回転支持する環状金属のラジアル軸受層
    と、 (c) コア内面の軸線方向推力軸受を形成する耐衝
    撃耐摩耗金属内層と、 (d) アンカー部をコアに支持されて一部コア内に
    埋込まれ、コア外面から外方に突出してカツタ
    を形成し、少なくとも一部が軸線を中心として
    互に離れた硬質金属インサートと、 (e) コア外面の耐摩耗金属外層を有し、 (f) 前記コアは前記インサートのアンカ部を受け
    る複数の凹みを形成し、前記金属外層は前記凹
    みの内と該コアとインサートのアンカ部との間
    に伸び、 (g) 前記外層は、前記凹部の中のインサートのア
    ンカ部及びその周辺にその場で圧力を加えられ
    て圧縮され固着され、インサートのアンカ部は
    凹部の外側の方向へテーパーを有し、該外層は
    該インサートアンカ部のテーパーと対応するテ
    ーパーを有するように、前記テーパーを有する
    アンカ部と結合されて、 (h) 前記コアは重量％で以下の組成を有する圧縮
    鉄粉末合金鋼であり、 鉄 79〜98％ 銅 ０〜20％ 炭 素 0.4〜1.0％ ニツケル ０〜4.0％ (i) 前記外層はバインダ金属中の耐火材粒子の複
    合混合物である。 ローラービツトカツタ。 ２ 前記インサートは本質的にタングステンカー
    バイドよりなることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載のカツタ。 ３ 前記コアはほぼ円錐形であり、先端部を有
    し、前記凹部のひとつと、ひとつのインサートが
    コーンの先端部に位置する特許請求の範囲第１項
    記載のカツタ。 ４ 前記層の少なくとも１層は本質的に圧縮粉末
    金属製とすることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項又は第２項記載のカツタ。 ５ 前記層の少なくとも２層は圧縮粉末金属製と
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項から
    第３項のいずれか１項記載のカツタ。 ６ 前記軸受層と内層とが圧縮粉末金属層である
    特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項
    記載のカツタ。 ７ 前記インサートのアンカ部は非対称底開き端
    部を有し、前記外層には凹み内でインサートの底
    開き端に圧縮係合する部分を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第３項記載のカツタ。 ８ 前記コアの機械的性質は次の最低限を超える 抗張力 130Ksi 降伏点 80Ksi 引張伸び ５％ 絞 り 15％ 衝撃値（アイゾツド） 10ft−lb ことを特徴とする特許請求の範囲第３項又は第７
    項記載のカツタ。 ９ 前記耐火材料粒子はミクロ硬度1000Kg／mm2以
    上、溶融点1600℃以上とすることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載のカツタ。 １０ 前記耐火材料粒子はTi，Ｗ，Al，Ｖ，Zr，
    Cr，Mo，Ta，Nb，Hf及びその炭化物、酸化
    物、窒化物、硼化物から成る群から選択すること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカツ
    タ。 １１ 前記内層は最初は粉末状の工具鋼から成る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカ
    ツタ。 １２ 前記内層は次の群の何れかから選択された
    重量％組成を有する表面硬化合金から成る 【表】 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカ
    ツタ。 １３ 前記内層は耐摩耗性金属間レーブス位相材
    料とし主成分はCo，Niから成る群から選択し次
    の重量％で示す合金素子を有する Mo 25〜35 Cr ８〜18 Si ２〜４ Ｃ ０〜0.08 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカ
    ツタ。 １４ 前記コア及び軸受層を孔あけ作業間回転支
    持する取付構造を備えることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載のカツタ。 １５ 前記アンカ部がコアの外面に向けて開くこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカツ
    タ。 １６ (a) 内部を中空とされ軸線を形成する強靭
    金属製且つ破断抵抗性のほゞ円錐形のコアを設
    け、 (b) コア内面に取付け、軸線を中心として延長し
    コアを回転支持する環状金属のラジアル軸受層
    を設け、 (c) コア内面の軸線方向推力軸受を形成する耐衝
    撃耐摩耗金属内層を設け、 (d) アンカー部をコアに支持されて一部コア内に
    埋込まれ、コア外面から外方に突出してカツタ
    を形成し、少なくとも一部が軸線を中心として
    互に離れた硬質金属インサートを設け、 (e) コア外面の耐摩耗金属外層を設け、 (f) 前記金属外層を収容しかつ前記インサートア
    ンカー部を収容するための複数の凹部を前記コ
    アに設け、これにより前記凹部内でアンカー部
    が前記金属外層によつて取り囲まれるように
    し、 (g) 前記外層はバインダー金属中の耐火材粒子の
    複合混合物からなり、該外層をインサート部と
    外層に加えられた圧力下で圧縮し、前記アンカ
    ー部に固着させる工程に含み、 (h) 前記コアは重量％で以下の組成からなる圧縮
    鉄粉末合金鋼である、 鉄 79〜98％ 銅 ０〜20％ 炭 素 0.4〜1.0％ ニツケル ０〜4.0％ ローラービツトカツターの製造方法。 １７ 前記インサートは本質的にタングステンカ
    ーバイドよりなることを特徴とする特許請求の範
    囲第１６項記載の方法。 １８ 前記圧力が該インサートと該外層とに同時
    に加えられることを特徴とする特許請求の範囲第
    １６項記載の方法。 １９ 前記層の少なくとも一層は圧縮粉末金属製
    とすることを特徴とする特許請求の範囲第１６項
    から第１８項のいずれか１項記載の方法。 ２０ 前記層の少なくとも２層は圧縮粉末金属製
    であり、圧力は両層に加えられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１６項から第１８項のいずれ
    か１項記載の方法。 ２１ 前記軸受層と内層とが圧縮粉末金属製であ
    り、圧力は３層すべてに加えられることを特徴と
    する特許請求の範囲第１６項から第１８項のいず
    れか１項記載の方法。 ２２ 前記インサートのアンカ部に非対称形底開
    き端を設け、前記外層は凹み内でインサートの底
    開き端部に圧縮係合する部分を設け、圧力はイン
    サートの底開き端部を介して該凹み内の外層に加
    えられることを特徴とする特許請求の範囲第１８
    項記載の方法。 ２３ 前記コアの機械的性質は次の最低値を超え
    る 抗張力 130Ksi 降伏点 80Ksi 引張伸び ５％ 絞 り 15％ 衝撃値（アイゾツド） 10ft−lb ことを特徴とする特許請求の範囲第１８又は２２
    項記載の方法。 ２４ 前記外層は耐火材料粒子がバインダ金属内
    とした複合混合物から成ることを特徴とする特許
    請求の範囲第１６項記載の方法。 ２５ 前記耐火材料粒子はミクロ硬度1000Kg／mm2
    以上溶融点1600℃以上とすることを特徴とする特
    許請求の範囲第２４項記載の方法。 ２６ 前記耐火材料粒子はTi，Ｗ，Al，Ｖ，Zr，
    Cr，Mo，Ta，Nb，Hf及びその炭化物、酸化
    物、窒化物、硼化物から成る群から選択すること
    を特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の方
    法。 ２７ 前記外層は最初は粉末状の工具鋼から成る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の
    方法。
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