JPS59173479A - 掘削用ビツト及びその製造方法 - 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】 発明の利用分野 本発明１／Ｊｉ削用ビツト及びその製造方法に関するも
のである。

従来技術 通常さく岩用ビットの製造方法として、次の如き方法か
ある。即ち、カーボンモールドの中に超硬合金刃先を植
付け、モールド内面に表面硬装部形成用のスケルトン粉
末を展着させた後、モールド内にマトリックス合金部形
成用のスケルトン粉末を充填する。次いでこのモールド
内に、バインダー合金の溶湯な浸透させて全体として焼
結させるものである。

第１ｍはこのようにして製造されたビットの刃先部の断
面図であって、超硬合金チップ１０がマトリックス合金
部１２に植え付けられており、このマトリックス合金部
１２の表面が表面硬装部（硬質層）１４によって被装さ
れている。なお、これら表面硬装部１４及びマトリック
ス合金部１２は、それぞれのスケルトン粉末にバインダ
ー合金が溶浸されて構成されている。

しかるに、このようにして製造された従来のビットにお
いては、重荷重掘削の使用時に超硬チップの欠損が生ず
る傾向が認められ、耐衝撃性が低いという問題かあった
。

発明の目的を 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、超硬
チップ欠損のおそれが解消され、耐衝繋特性の優れた掘
削用ビット及びその製造方法を提供することにある。

発明の概要 本発明はこの目的を達成するために次を要旨とするもの
である。

即ち第１の発明はビット本体を構成するマトリックス合
金に超硬チップが植設されてなり、かつマトリックス合
金の表面が硬質層で被装された掘削用ビットにおいて、
前記超硬チップの側周面と硬質層及びマトリックス合金
との間には、マトリックス合金よりも軟質の物質からな
る層が設けられていることを特徴とする掘削用ビット、
である。

また第２の発明はモールド中忙超硬チップを配置する第
１の工程と、モールド内面に硬質層形成用スケルトン粉
末を貼着する第２の工程と、モールド中にマトリックス
合金形成用スケルトン粉末を充填する第３の工程と、モ
ールド内の粉末粒子間隙に金属溶湯を浸透せしめて焼結
させマトリックス合金及び表面硬質層を形成する第４の
工程と、を有する掘削用ビットの製造方法において、前
記第３の工程よりも以前に、前記超硬チップの側周部位
に、焼結工程後にマトリックス合金よりも軟質となる物
質を存在せしめる工程を設けることを特徴とする掘削用
ビットの製造方法、である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

第２図は本発明の実施例に係るビットの刃先部の断面図
である。この実施例においては、超硬チップｌＯ側周面
の表面硬装部（硬質層）１４とマトリックス合金部１２
との間にはマトリックス合金よりも軟質の物質からなる
軟質層１６が形成されている。このような軟質層１６を
設けると、チップに作用するせん断力が小さくなり、チ
ップの欠損が解消されるのである。この理由については
次の様に推察される。即ち、チップに対して横方向の荷
重Ｍが作用すると、表面硬装部及びマ）　ＩＪは、上記
従来技術の項で説明した如（、溶浸法が採用される。こ
の溶浸法に基（製造においては、バインダー合金の溶湯
を粉末間隙に流し込んで凝固させるに際し、マトリック
ス合金部１２及び表面硬装部１４には収縮が生じ、この
収縮によって超硬チップ１０が強く締め付けられて保持
される。

しかして表面硬装部１４の硬度はマトリックス合金１２
の硬度よりも高いところから、超硬チップ１０に荷重Ｍ
（第３図参照）が作用すると、表面硬装部１４における
上記反力Ｆが太き（なり、これによりチップ１０の先端
部分に大きなせん断力が住じ、これが所定限度以上にな
るとチップをして欠損に到らしめる。

しかるに、本発明の如（チップｌＯの周囲に、マトリッ
クス合金よりも軟質の物質からなる軟質層１６を投げる
ようにすると、この軟質層１６の硬度が小さいところか
ら、チップｌＯに対して横方向荷重Ｍが作用した際の表
層部における反力Ｆはそれ程大きなものとはならず、従
ってチップに生ずるせん断力も小さなものとなって欠損
が防止されるようになるのである。

マトリックス合金よりも軟質の物質としては各種のもの
が採用可能であり、各種の軟質の金属又は合金、炭素な
どの他、石綿、マイカなど非金属質のものも採用可能で
ある。またアルミナ（Ａｎ。

Ｕｓ）、ジルコ＝７　（ＺｒＯ，）、蟹化珪素（Ｓｉ３
Ｎ４）などセラミックスの粉末をチップの周囲に介在せ
しめるようにしても良い。さらにこの軟質の物質として
炭素を用いる場合は、加熱により炭化する物質（例えは
、紙片、木、竹、熱硬化性向）」ａなど）′（！１′チ
ップ周囲に巻装しておき、ビット製造工程の焼結時に炭
化させることにより形成させるようにしても良い。

このような軟質層１６の＠を及び深さ℃についての好適
な値について次に説明する。まず幅ｔについては発明者
らが鋭意研究を重ねた結果、４０〜４００μｍとりわけ
８０〜３２０μ扉とすると好適であることが見出された
。第４図はこのａｆ究結果の一例暑示すグラフであり、
型式大きさ等の異なる多数のチップについて荷重Ｍを加
えたときの曲げ強度を測定したものの一例である。この
第４図より、ｔが４０・〜４００μｍとりわけ８０〜３
２０μｍであるときに、極めて優れた結果を与えること
が明瞭に認められる。

次に深さ℃については超硬チップ植え込み深さＬに対し
Ｂ、／Ｌ　Ｘ　１００　（％）値が３０〜８５％とりわ
け４０〜８０％となるようにするのが好適である。第５
図はλ／ＬＸ１００（％）値を種々変更した場合につい
て荷重Ｍ）２加えたときの曲げ強度を測定したものの一
例である。この第５図より１／Ｌ×１００（％）値とし
ては３０〜８５とりわけ４０〜８０（％）が好適である
ことが認められる。

このような第１の発明に係るピットは第２の発明に係る
方法に従って製造することができる。第６図は第２の発
明の実施例を示す断面図である。

即ち、１８はモールドであり、このモールド１８内面に
超硬チップ１０Ｚ配置した後、モールド内壁面に衣面硬
装部形成用のスケルトン粉末２２をン欠ミ１１７＋＋ 貼着し、中マトリックス合金部形成用のスケルトン粉末
２４を充填する。しかる後、湯道２６より溶湯を注入す
るのである。なお、スケルトン粉末２４を充填するに先
立って、超硬チップｌＯの周囲に軟質層形成物質ン存在
せしめるようにする。

この第２の発明において、硬質層形成用スケルトン粉末
としては、各種のものか採用可能であり、各種の硬質の
金属（合金！含む）、硬質の金属炭化物、これらを組み
合わせたものなどが好適である。具体的には例えば、Ｗ
Ｃとｃｏ　との混合粉末、Ｗ、　Ｗ　Ｃ、Ｗ２Ｃ，、Ｃ
ｒ、　Ｃ，、Ｍ、２ｄ　、などが挙げられる。

この硬質粉末をモールド内面に鮎層させるに際しては、
水溶性高分子樹脂などの接着剤を用いるようにしても良
い。

マトリックス合金形成用スケルトン粉末としても、各棟
の金属（合金を含む）、金属、炭化物、金属複炭化物、
これらヶ組み合わせたもの、などが採用可能であり、さ
らにこれらに炭素な加えるようにしても良い。例えば、
Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、Ｗ、炭素鋼、ステアＶ７鋼、Ｆ
ｅ＊Ｍｎ合金、ｗｃ、ｗｔｃ。

Ｃｒ、Ｃ，、Ｔ、ＩＣ，Ｔｉｃ、　ＶＣ，ＮｂＣなどを
単独でもしくは組み合わせて用いることができる。

バインダー合金としては、スケルトン粉末よりも低い融
点を有しており、機械的強度、耐摩耗性、耐食性に優れ
、筒温における強度低下の小さいものが好適である。具
体的にはＭｎ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｍｎ−Ｎ　１−Ｃｕ
−８ｉ系合金、アルミニウム青銅、高力黄銅、Ｍｎ、Ｃ
ｏ−Ｃｕ系合金、Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ−８ｉ−Ｌｉ系合金
、Ｎｉ−８ｎ−Ｃｕ系合金、Ｎｉ−８ｉ合金、Ｎｉ−Ｂ
ｅ合金、Ｎ１−Ｂ−８ｉ−Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｐｄ−Ｎｉ
−Ｍｎ系合金、Ｍｎ−Ｎｉ系合金、Ｍｎ−Ｎ１−ｃｏｏ
合金、Ｎｉ−Ｃｒ−８ｉ系合金、Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃ
ｏ糸金合金どが挙げられる。

また、本発明においては超硬チップもその形状材質、大
きさなどに制限はな（、例えば、ボタン型、コニカル型
、チゼル型など各抽形状のものが採用可能である。

なおマトリックス合金よりも軟質の物質としては、前述
した通り各種のものが採用可能であり、再言すれば、軟
質の金属又は合金、炭素、石綿、マイカ、セラミック粉
末などがご（−例として挙げられる。また前述のように
、加熱により炭化１−る物質をチップ周囲に巻装してお
き、ビット製造工程の焼結時に炭化させるようにしても
良い。

発明の実施例 実施例１ 第６図に示されるモールド１８を用いて掘削用ビットを
製造した。まず超硬チップ１０の周囲に紙を巻き、次い
でこれをモールド１８内に配置した。次いで、モールド
１８の内壁面に表面硬装°部（硬質層）形成用のスケル
トン粉末として、Ｗ粉末（鵜ｄ；３２５メツシュ以上２
００メツシュ以下）５０重量部とＷＣ粉末（粒径；３０
０メツシュ以上１５０メツシュ以下）５０重量部との混
合粉末を用い、これをモールド１８内壁面２０に貼着し
た。なお、この貼着に際しては水溶性高分子樹脂からな
る接着剤を少量使用した。

次い゛でマトリックス合金部形成用のスケルトン粉末と
して、Ｆｅ粉末（粒径；１００メツシユ以下）８５重量
部とＮｉ粉末−（粒径；２００メツシユ以下）１５重量
部との混合粉末をモールド１８内に装入した。

しかる後、バインダー合金の溶湯を湯道２６からモール
ド１８内に流し込み凝固させた。バインダー合金の組成
は、Ｍｎ２５ｗｔ％、Ｉ’１１１５ｗｔ％、Ｃｕ　６０
　ｗｔ％である。

その結果第２図に示す如き刃先部を有するピントが製造
された。がお超硬合金チップ１０の材質はＷＣ−Ｃｏ系
超硬合金であり、直径ｄ＝１２ｔｔａｎ、植え込み深さ
Ｌ　＝　９　ｍｍである。またチップ１０の周囲には炭
素層が形成されていた。この炭素層の厚さｔが０〜５０
０４ｍとなるように紙の巻量を変えた。さらに、炭素層
の深さ２がθ〜９咽となるように紙の幅員を種々変えて
製造を行った。

このようにして製造されたビットについて、第３図に示
す如き荷重Ｍを超硬チップ１０に加え、欠損に到るまで
の曲げ強・度を測定した。その結果。

の−例が第４図及び第５図に示されている。第４図は、
炭素層の深さ１−６膚と一定にし、その厚さを０〜５０
０４ｍの範囲θ〜４２％で変えた場合の曲げ強度を示し
ている。第５図は、炭素層の厚さｔ＝２ＱＯμｍと一定
にし、その深さβヲ。

〜９咽の範囲（１！、／Ｌ　Ｘ　１００　（％）テｏ　
〜ｉｏ。

％）で変えた場合の曲げ強度を示している。なおマトリ
ックス合金部の硬度（ＨＲＢ）は８８，４、表面硬装部
の硬度（ＨＲＣ）は３４．０であった。

実施例２ マトリックス合金部形成用スケルトン粉末として、Ｆｅ
粉末（粒径；ｌｏＯメツシュ以下）７０重量部とＣｏ扮
木（粒径１１００メツシュ以下゛３２５メツシュ以上）
との混合粉末を用いると共に、バインダー合金としてＭ
ｎ４０ｗｔ％、Ｎ１３０ｗｔ％、Ｃｕ３０ｗｔ％のもの
を用いた以外は実施例１と同４水にし又試験を行なった
ところ、実施例１と同様の結果が得られた。なお、マト
リックス合金部の硬度（ＨＲＢ）は９２．’５、表面硬
装部の硬度（ＨＲ（，１）は４２．７であった。

：失透ト例−二 実施例ＩＫよって製造されたビット２備えたトリコンビ
ット（７−インチ、ＩＪ−１０メタルインサート型トリ
コンピツト）ｙａ？用いて岩石掘削試験を行なった。ビ
ット荷重を種々変えて掘削速度を求めた。結果を第６図
に示す。なおビット回転数は５０Ｒ，Ｐ、Ｍ、、送水は
清水を用い、８００　Ｉｔ／ｍｉｎの送水量とした。岩
石は甲府安山岩及び塩山花崗岩である。

比較例として従来品トリコーンビット（第１図の構成の
もの）を用いて同様の掘削試験を行なった。その結果を
併せて第７図に示す。第７図より、本発明品が従来品に
比べて、特に強い衝撃の加えられる高ビツト荷重領域に
おける掘削性に優れていることが認められる。

発明の効果 以上の通り、本発明によれば、超硬チップ欠損のおそれ
などのない、耐衝撃特性に優れた掘削用ビットが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のビット刃先部の断面図、第２図は本発明
の実施例に係るピット刃先部の断面図、第３図はチップ
に加えられる外力を示す図、第４図は軟質層の幅員とチ
ップの曲げ強度との関係を示すグラフ、第５図は軟質層
の深さとチップ曲げ強度との関係を示すグラフ、第６図
は本発明の製造方法を示すモールド断面図、第７図はで
ット荷重と掘削速度との関係Ｚ示すグラフである。 １０・・・超硬チップ、１２・・・マトリックス合金、
１４・・・表面硬装部（硬質層）、１６・・・軟質層、
１８・・・モールド。 代理人　　鵜　沼　辰　之 ノ （ほか２名） 第６図 第７図 こソト右！　（七〇ｎ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ビット本体を構成するマトリックス合金に超
   硬チップが植設されてなり、かつマトリックス合金の表
   面が硬質層で被装された掘削用ビットにおいて、前記超
   硬チップの側周面と硬質層及びマトリックス合金との間
   には、マトリックス合金よりも軟質の物質からなる層が
   設けられていることを特徴とする掘削用ビット。
2. （２）前記軟質の物質は炭素であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のビット。
3. （３）　　前記軟質の物質は軟質の金属又は合金である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のビット。
4. （４）　前記軟質の物質はセラミックスの粉末であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のビット。
5. （５）　　前記軟質の物質は石綿又はマイカであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のビット。
6. （６）　　モールド中に超硬チップを配置する第１の工
   程と、モールド内面に硬質層形成用スケルトン粉、ｖを
   貼着する第２の工程と、モールド中にマトリックス合金
   形成用スケルトン粉末を充填する第３の工程と、モール
   ド内の粉末粒子間隙に金属溶湯な浸透せしめて焼結させ
   マトリックス合金及び表面硬質層を形成する第４の工程
   と、を有する掘削用ビットの製造方法において、前記第
   ３の工程よりも以前に、前記超硬チップの側周部位に、
   焼結工程後にマトリックス合金よりも軟質となる物質を
   存在せしめる工程を設けることを特徴とする掘削用ビッ
   トの製造方法。
7. （７）　　マトリックス合金よりも軟質となる物質は、
   加熱により炭化する物質であることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項記載の方法。