JPH04213691A - ダイヤモンド焼結体 - Google Patents
ダイヤモンド焼結体Info
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- JPH04213691A JPH04213691A JP1737991A JP1737991A JPH04213691A JP H04213691 A JPH04213691 A JP H04213691A JP 1737991 A JP1737991 A JP 1737991A JP 1737991 A JP1737991 A JP 1737991A JP H04213691 A JPH04213691 A JP H04213691A
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Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は岩石等の地層の掘削に用
いられるドリルビットで、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。
いられるドリルビットで、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。
【０００２】
【従来の技術】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ットの
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
。
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ットの
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
。
【０００３】焼結ダイヤモンドのドリルビットヘの応用
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ッ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
。図７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、ビットを回転させ
ることにより掘進していく。
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ッ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
。図７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、ビットを回転させ
ることにより掘進していく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図２はその一枚の刃の
岩石を削りとる作用を摸式的に示したものである。図中
の１、２は図７と同じで、これがビットボディ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。ドリルビットの掘
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
ンビットの場合の如く岩石を圧砕して掘進する作用と図
２の如く削りとる作用を主体とするものがある。
岩石を削りとる作用を摸式的に示したものである。図中
の１、２は図７と同じで、これがビットボディ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。ドリルビットの掘
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
ンビットの場合の如く岩石を圧砕して掘進する作用と図
２の如く削りとる作用を主体とするものがある。
【０００５】この後者の形式て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、
図３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´１、２は図７と同じ）を起
こすことである。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図３の如く欠損してしまう。
として用いた場合、刃部の寿命の形態は殆んどの場合、
図３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´１、２は図７と同じ）を起
こすことである。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図３の如く欠損してしまう。
【０００６】焼結ダイヤモンドをドリルビットに使用す
る場合、従来は図７の如き円板状の焼結体を図５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図４
（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（図４（イ）のＡ）が最も刃に加わる応力が大
となり、図３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。
る場合、従来は図７の如き円板状の焼結体を図５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図４
（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（図４（イ）のＡ）が最も刃に加わる応力が大
となり、図３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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】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ット
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、ビッ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
。
のダイヤモンド焼結体を刃部として用いたドリルビット
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、ビッ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
。
【０００８】本発明のドリルビットでは円板状ダイヤモ
ンド焼結体ではなく正六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。これは図１（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。これを図６の如く
ビッ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。この場合の一刃当たり掘削断面積の状態を示
したものが図４（ロ）である。
ンド焼結体ではなく正六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。これは図１（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。これを図６の如く
ビッ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。この場合の一刃当たり掘削断面積の状態を示
したものが図４（ロ）である。
【０００９】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、１２
０゜の頂角を掘進方向に有する第３の刃はＣ，Ｃ´，Ｄ
の領域で主として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
によって主として掘削が行なわれる。
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、１２
０゜の頂角を掘進方向に有する第３の刃はＣ，Ｃ´，Ｄ
の領域で主として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
によって主として掘削が行なわれる。
【００１０】
【作用】本発明によるドリルビッ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孤で形成されてお
らず、円孤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
ことが可能となった。
く先ず刃部の掘削に作用する領域が円孤で形成されてお
らず、円孤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
ことが可能となった。
【００１１】従来ドリルビットに適用されたダイヤモン
ド焼結体が円板状であっ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
造に当っては大型の超高圧・高温発生装置を用いて大き
な円板状焼結体１１を製造し、これを例えば図１（イ）
に示した如くに分割、切断して図１（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状に切
断することが最も経済的である。
ド焼結体が円板状であっ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
造に当っては大型の超高圧・高温発生装置を用いて大き
な円板状焼結体１１を製造し、これを例えば図１（イ）
に示した如くに分割、切断して図１（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状に切
断することが最も経済的である。
【００１２】本発明で用いるダイヤモンド焼結体は５０
０μｍ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。それ以下ではビット刃先としての耐摩耗性が充
分でない。尚図１（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
続されている。
０μｍ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。それ以下ではビット刃先としての耐摩耗性が充
分でない。尚図１（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
続されている。
【００１３】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５
６−５５５０６号に記載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
いてドリルビットを製造するには鋼製のビットボデイ先
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、予めビッ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。
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５
６−５５５０６号に記載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
いてドリルビットを製造するには鋼製のビットボデイ先
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、予めビッ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。
【００１４】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ッ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、ビットの寸
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。
ムにより母材端部と鋼ビッ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、ビットの寸
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。
【００１５】
【実施例】外接円径１３３φ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−１
２％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
ットボデイにＢＡｇ―１相当の銀ロウを用いて接合した
。このときビッ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
ッ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。
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−１
２％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
ットボデイにＢＡｇ―１相当の銀ロウを用いて接合した
。このときビッ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
ッ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。
【００１６】このコアビットで一軸圧縮強度１４００Ｋ
ｇ／ｃｍ２の安山岩を掘削した。ビット回転数は１２０
回転／分で、ビッ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掘進可能であった
。比較の偽、同一組成のダイヤモンド焼結体で図７の如
き外径１３３ｍｍの円板状のものを６ケ用いて同一寸法
のコアビットを製作した。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枚の刃に図３で示したような刃先
の欠損が生じた。
ｇ／ｃｍ２の安山岩を掘削した。ビット回転数は１２０
回転／分で、ビッ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掘進可能であった
。比較の偽、同一組成のダイヤモンド焼結体で図７の如
き外径１３３ｍｍの円板状のものを６ケ用いて同一寸法
のコアビットを製作した。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枚の刃に図３で示したような刃先
の欠損が生じた。
【図１】従来のドリルビットに使用されるダイヤモンド
焼結体の斜視図である。
焼結体の斜視図である。
【図２】図１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。
を模式的に示したものである。
【図３】図１の如き焼結体を使用したドリルビットで生
じる欠損の状態を示したものである。
じる欠損の状態を示したものである。
【図４】本発明のドリルビッ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。
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。
【図５】ダイヤモンド焼結体のビットクラウンヘの配置
を説明する従来の例。
を説明する従来の例。
【図６】本発明の例を示す。
【図７】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。
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：ビットボデイ
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)
- 【請求項１】 ５００μｍ以下のダイヤモンド粉末と
鉄族金属、または鉄族金属に更に同期律表第４ａ，５ａ
，６ａ族金属の炭化物、窒化物、硼化物、硅化物もしく
はこれらの固溶体、またはこれらの混合物とを超高圧下
で焼結したダイヤモンド焼結体であって、その母材が周
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からな
り、該ダイヤモンド焼結体と母材が接合され、かつその
形状が正六角形状であることを特徴とするダイヤモンド
焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1737991A JPH04213691A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | ダイヤモンド焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1737991A JPH04213691A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | ダイヤモンド焼結体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18195481A Division JPS5883790A (ja) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | ドリルビット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04213691A true JPH04213691A (ja) | 1992-08-04 |
| JPH0581714B2 JPH0581714B2 (ja) | 1993-11-15 |
Family
ID=11942378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1737991A Granted JPH04213691A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | ダイヤモンド焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04213691A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012025516A3 (en) * | 2010-08-24 | 2014-12-31 | Element Six Abrasives S.A. | Bonding of a super-hard wear part to a tool component |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP1737991A patent/JPH04213691A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012025516A3 (en) * | 2010-08-24 | 2014-12-31 | Element Six Abrasives S.A. | Bonding of a super-hard wear part to a tool component |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0581714B2 (ja) | 1993-11-15 |
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