JPS5883790A - ドリルビット - 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】 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。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。焼結ダイヤモンドのドリルビットへの応用
例としては米国特許第４０９８．８６２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。第１図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理め込んで、ビットを回転
させることにより掘進していく。第２図はその一枚の刃
の岩石を削りとる作用を模式的に示゛したものである。

図の１，２は第１図と同じで、これがビットボディ８に
ロウ付は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
σ、、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
と第２図の如く削りとる作用を主体とするものがある。

この後者の形式で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、第８図に示し
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は第１図と同じ”）を起すことである。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、火成岩等の巾・硬質岩を掘進すると大部分の刃先が
第８図の如く欠損してしまう。

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。

焼結ダイヤモンドをドリルビットに使用する場合、従来
は第１図の如き円板状の焼結体を第５図に模式的に示し
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第４図（イ）
に示される如くになる。

図は同一直径を有する相隣る８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−刀当りの送
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８の刃が７の位置を掘削する。第２、第８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（第４図（イ）のＡ）
が最も刃に加わる応力が大となり、第８図に示したよう
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。

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
はなく多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。典型的な例として正六角形状の焼結体につい
て説明する。これは第７図（ロ）に示した如くダイヤモ
ンド焼結体部１８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。これを第６図の如くビットク
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
。

この場合の一刀当りの掘削断面積の状態を示したものが
第４図（ロ）である。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
ゼおり、１２０°の頂角を掘進方向に有する第８の刃は
Ｃ，Ｃ’、Ｄの領域で主とし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８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。

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弧で形成されておらず、円
弧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。

従来ドリルビットに適用されたダイヤモンド悔結体が円
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唯の製造に当っては
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ｌｌを製造し、これを例えば第７図０）に示した如く
に分割、切断して第７図（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形状に切断するこ
とが最も経済的である。しかし本発明の特徴は他の多角
形状でも失なわれることはない。また多角形状と従来の
円板状の焼結体を組合せても類似の効果が得られる。ま
たビットクラウンでの配置はその円周上で相隣る焼結体
が鋭角又は鈍角の刃先と直線状の刃先とで１枚毎に異な
るように配置することが望ましいが、いずれかを２枚又
は８枚毎に配置する等の変更は本発明の主旨を損わない
範囲で実施することができる。

本発明で用いるダイヤモンド焼結体は５００μ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４ｍ、５ａｅ６ａ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Ｓ　＊　Ｃｅ　Ｂ　ａＣ等を含んで
もよい。ダイヤモンドの釡有量は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。伺第７図（ロ）に示した如く多角形状のダイヤモ
ンド焼結体部１８は同一多角形を有する毎材１４に接合
されている。母材は周期律表の第４　ａ　ｍ　５　ａ　
ｅ　６　ａ属で結合した硬質焼結合金を用いる。伺この
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５６−５５５０６号に記されている
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
製のビットボディ先頭部にロウ材を用いて焼結体の母材
部をロウ材は接合するか、予めビットボディ先頭部に凹
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。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ィ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。

実施例１゜ 外接円径１＆８＊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
．５鵡　で、８鎮の厚さを有する籠−１２９６ＣＯ合金
からなる母材に焼結体の製造時にζ接合されている。こ
の焼結体６ケを外径６５ＪＩＪＬの鋼製のコアビットボ
ディにＢＡ／−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８ケの焼結体を円周上
で１２０’　間隔をテ装置した。その中間の位置にビッ
ト軸方向ンζ直角に正六角形の一辺である直線がくるよ
うに残り８ケの焼結体を配置した。

このコアビットで一軸圧縮強度１４００Ｋｆ／ｍ”　（
７）安山岩を掘削した。ビット回転数は１２０　　回転
７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１５譚／分で２０ｍ掘進可能であった。

比較の為、同一組成のダイヤモンド焼結体で第１図の如
き外径１８．８ＪＬｔの円板状のものを６ケ用ｂ）て同
一寸法のコアピットを製作した。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ｌｏｃｍ／分で
、１．６ｆＦＩ　　掘進した時点で８枚の刃に第８図で
示したような刃先の欠損が生じた。

実施例２゜ 外接円径１３，３ａｔの正八角形状のダイヤモンド焼結
体８ケと外径１＆８ＪＬＩＬの円板状焼結体８ケを用し
１で実施例１と同様のコアピットを製作した。正八角形
の頂角がビット軸方向に一致するように；ビットクラウ
ンの円周上でｉｇｏｏ　間隔に配置し、その間に８ケの
円板状焼結体を固定した。実施例１と同一の掘削試験を
行なったところ掘進速度は１８儒／分であったが、１０
ｍ掘進した時点で円板状焼結体１ケに欠損が生じた。

【図面の簡単な説明】

第１図は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。 第２図は第１図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。 第８図は第１図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。 第４図は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。 第５図、第６図はダイヤモンド焼結体のビットクラウン
への配置を説明するものであり、第５図は従来の場合、
第６図は本発明の例を示す。 第７図は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、←）は斜視図
である。 １％　１８：ダイヤモンド焼結体、１′；欠損部、２．
１４：母材１．８：ビットボディ、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。 ヤ１図 ヤ２図 卑３図 手続補正書（方式） 昭和５７年４月／、Ｘ日 特許庁長官　島田春樹　　殿 １、事件の表示 昭和５６年特　　　許願第１８１９５４号２、発明の名
称 ドリルビット ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　　大阪市東区北浜５丁目１５番地名称０１８
）住友電気工業株式会社 代表者社長　　亀　井　正　夫 表代理人 住所　　　　大阪市此花区島屋１丁目１番８号住友電気
工業株式会社内 ６、補正の対象 明細豊中発明の名称の欄 ７、補正の内容 明細豊中発明の名称を「ドリルビット」と訂正します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）体積で５０９６以上のダイヤモンドを含有するダ
   イヤモンド焼結体であり、かつ多角形形状の平面を有す
   る複数個の刃部がビットボディに固定されてなるドリル
   ビット。 （２、特許請求の範囲第１ｍに於て、多角形が形成する
   鋭角または鈍角の刃先と直線状の刃先とがビットの円周
   状において交互に配置されていることを特徴とするドリ
   ルビット。 （３）特許請求の範囲第１項、第２項記載のビットにお
   いて、多角形形状の平面を有する刃部が正六角形形状の
   平面を有する刃部であることを特徴とするドリルビット
   。 （４）体積で５０９６以上のダイヤモンドを含有するダ
   イヤモンド焼結体であって、多角形形状の鋭角または鈍
   角の刃先と、円板状の平面を有する該焼結体の円孤状の
   刃先とがビットの円周状において交互に配置さ７れて・
   いることを特徴とするドリルビット。