JPS6160988A - ドリルビツト用円錐カツタ並びに製造方法 - 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】 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
るローラービットの円錐カッタ、通称コーンに関する。

本発明は更に円錐カッタを集成複合構造として最も簡易
に製造する方法、並びに新しいカッタとカッタ部品構造
及びその組成に関し、カッタ各部に組合せて重要な特性
とする。

従来の技術 円錐カッタは苛酷な外囲条件下で作動する必要があり、
外囲との各種のビット寿命を減少させる相互作用に耐え
る必要がある。この作用にはさく井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ット上の重量
を受けながら遂行されるビットの回転によって生じ、コ
ーンの回転するジャーナルピンの滑動摩耗及び衝撃作用
が生ずる。円錐カッ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、カッ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鍛造品から製造する。鍛造１カ
ッタ本体外面釦複数の孔？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１インサ
ート（ＴＣＩ）ｋ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シ、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弁間の浸蝕
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で硬化し、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。ジャ
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って硬化する。ジャーナル側ではピ
ン面は推力軸受面に接触し通常は硬い面であシ、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
又は滲炭工具鋼ブツシュ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列のキャップのないボールが
、ノーズピンとローラー又はジャ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
ンをジャ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
たジャーナル軸受によって支持する。ジャーナル軸受は
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
（１１）、ベリリウム鋼合金軸受に軟金属潤滑膜被覆（
文献（２１（３１）、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））全コーン内に設けてジャーナル軸受
付コーンの軟い潤滑部材とする。

現在のＴＣＩビット付きの円錐カッ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用又はインサート自体に正大
過程間に損傷を生ずる。嵌合が限界公差以下であれば、
インサートはさく弁間に弛んで脱落し、ビットに大きな
損傷？生じ、ビットｔ−過早にさく井孔から引上げる必
要がちシ、大きな費用がか＼る。これは軟質岩２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は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Ｊ−
内への侵微速度が遅くなり、ビット性能に悪影響？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亜影響があり、溶接クラット
１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
の検査によシ、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ッ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一
作業に代えるようにすることである。所要の局部特性は
選択きれた粉末又は成形インサートの施興によって得ら
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。

問題点上解決するための手段 本発明の方法にははソ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、３６８
９２５８号参照。本発明の方法ははｙ近い形状を数分間
で等静圧高温プレス全行ない、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、）
（ＩＰ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ットカッタは、中空内部を有し
軸線全形成する強靭金属腰囲り破断抵抗性のほゞ円錐形
のコアと、コア内面に取付は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ッタを形成し少なくと
も一部が軸線全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、インサートはタンゲステンカ
ーバイト１製とする。コアＶｃＩＩｉ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、好適には丁べての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Ｋ０．Ｍｎ、Ｓｉ。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ　　ｆ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、粒子はミクロ硬度１０００ｋｇ／−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（Ｌａｖａ
ｓ　ｐｈａｓｅ）とする。

本発明の目的と利点を明らかＫ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ットカッタ１０には強靭
な金属のはソ円錐形の破断忙耐えるコアＩｎ有する。コ
アは中空内部１２を有し、回転中実軸線を形成する。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１２α。

１２ｂ、１２１：’、１２ｄｔ有する。環状の金属の半
径方向のスリーブ型軸受層１ｓｔコアの内面部分１２α
に取付けてコアの回転支持とする。層１５はコアの環状
面１１（Ｚに取付け、軸線１３を中心として延長する。

層１５は後述の通）軸受合金とする。

耐衝撃耐摩耗金属内層１６’にコアの内面部分１２ｂ〜
１２ｇに取付は端面１６α等全推力軸受とする。

複数の硬質金属インサート１７ｔ−例えばタングステン
カーバイドとし、内方アンカー部１７Ｗｉコアによって
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４，５
α、５層図に示す通シカツタを形成する。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に沿っ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
會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１９αに取付けられる。

本発明によって、層１５，１６．１９の少なくとも一層
は強化粉末金属とし、好適な例では丁べての層上強化焼
結金属とする。各種の高温プレス技法によって第１図に
示す表面層を施すことができる。

上述した通シ、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１
９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。

従って第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１
５で終シ、個別の処理経路全示し、これに従って一体強
化複合円錐カツタｌｔＥ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＼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に所要密度よシ低い密
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下（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ＴＣＩｉ置く。

６、粉末硬質金属混合物皮膜１９を施工。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全使用する。

７、　推力軸受合金粉末層１１−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全使用する。

８、鍛造、鋳造又は焼結粉末金属推力軸受部材１６をコ
ア部材１１内に置く。

９、粉末ラジアル軸受合金１５全コア部材内に置く。塗
装、スラリー浸漬又は冷間スプレーとし、軸受台金粉末
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
１５１Ｆ！：コア部材内に置く。

１１、　　乾燥又は（−りによって粉末層１９．１６又
は１５からバインダを除去する。乾燥温度は６０〜３０
０下（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、複合物上所要密度即ち理論密
度の９９６プラスに圧縮して円錐カッタとする。高温プ
レスは２１００下±２００下（約１１４９℃±１１０℃
）の温度、２０〜５０ｔＯΩ／１Ω２（約３〜８ｔｏｎ
／＋１）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？所要密度のコアに溶接固
着する。

１５最終仕上、即ち内径プロフィルの研削又は加工、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、清掃、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って新奇で
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）複合カッタ構造を第１表の工程１２の高温プレス
作業上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での輩的
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？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、結合剤によって強固
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。

これによって表面層厚さの制御は容易であシ、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）ネーグーベ
ー／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、既知の円錐カッ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耐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３７０αを円錐の凹み内に入れる。これによって最終
製品は各インサートに対する大きな支持となシ、使用間
の抜は出しを防ぐ。

更に、インサートの構造的一体性によって、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、岩石地層への浸微速度が
大となり、インサートの一部が他部分よ）大となる。第
５ｂ図に示す通り、ＡｌＢ２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全必要とする。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下（約９２７℃）よυ下とし、冷却応力によ
る損傷全防ぎ、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、Ｇ０．１〜０．６５釜
。

Ｍｕ　０．０１〜２．０％、　　Ｓｉ　０．０１〜２．
２％、　Ｎｉ　０．４〜３．７５４゜Ｃｒ　０．０１〜
１．２４．　Ｍｏ　０．１５〜０．４０％、　　Ｃｕ　
０．３以下、残部鉄、他の元素は重量係で１チ以下の焼
入可能材料。

（２）合金元素が全量８幅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わる。

Ｄ−６Ａ、Ｈ−１１，９Ｎｉ−４Ｃｏ、１８Ｎｉ　−ｒ
ｖ−ジンク。

３００Ｍ、４１３０，４３３ＱＶ、４３４０　　　これ
Ｃ）（Ｄｆ１４は規格的にＣ，Ｍｕ、Ｓｉが上述の（１
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、Ｃｒ　５％以下、Ｎｉ　１９９６以下
、Ｍｏ　５　ｔｌＪ以下、Ｖ１％以下、Ｇｏ　８４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チＦｅ、
　０〜２　Ｑ　％Ｃａ、０．４〜１．ＣＩＣ：％０〜４
ＡＮｉ（５）時効硬化性マルテンサイトステンレス鋼と
し１組成は上述の（３）と同様であるが、Ｃｒ２０１以
下、Ａ１２．５％以下、Ｔｉ１．５％以下、　Ｃｕ４．
０チ以下、コロンビウムとジンクラムの合計０５嗟以下
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　　　１３０Ｋａｉ 降伏強度　　　８０Ｋｓｉ 伸び　　５幅 絞シ　　１５憾 衝撃強度（アイゾツト）　　　１０　ｆｔ−１ｈ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震）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ｔ
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：＋１１　　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１０００に９７ｍ”以上（試験負荷５０〜
ｔｏｏＩりとし、市販純綿物で融点１６００℃以上とし
、バインダ金属又は合金はＦｅ、Ｎｉ、Ｇｏ又はＣｕベ
ースとする。この硬質耐火材料の例はＴｉ　、Ｗ、　Ａ
ｌ　、Ｖ　、　Ｚｒ　、Ｃｒ　、Ｍｏ　、Ｔａ　、Ｎｂ
　、Ｈｆの炭化物、ば化物、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って、Ｔｉ　、
Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ　、Ｗ、Ｃｒ等の大量の強い炭化物形成
材料金有し、Ｏｆ重量多で２％以上とする。

＜３１　　！＄素子Ｆｅ、Ｎｉ又はＧｏベースの表面硬
化合金であって次の組成とする。（重量％）Ｃｏベース
　　　Ｎｉベース　　　　　ＦｅベースＣｒ　　　　２
５〜３０　　　１０〜３０　　　　０〜２７Ｇ　　　　
　　０．１〜３．５　　　０．４〜３．０　　　　０．
１〜４．ＯＷ　　　　　　４〜１３　　　　０〜５．０
−Ｍｏ　　　　　　０〜５　　　　　０〜１７０　　　
０〜１１Ｂｏ　　　　　　０〜２．５　　　　０〜５．
０−Ｔｅ　　　（１−３，０３〜２９　　　残部Ｎｉ　
　　ｏ〜３，０　　　残部　　　０〜１．７５Ｇｏ　　
　残部　　０〜１２− ３ｉ　　　　　　ｏ〜２．．０　　　　０〜４．５　　
　　０〜１．５Ｍｎ　　　　　　０〜１．Ｏ０〜１０　
　　　０〜１，０（４）耐４粍金属間材料であって、Ｇ
ｏ又はＮｉを主構成材とし、Ｍｏ２５〜３５９１、Ｃｒ
８〜１８憾、Ｓｉ２〜４％、ｃｏ、ｏａ％以下 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、鍛造又は粉末金属成形部材と
し、硬度３５　Ｒｃ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、例えば二硫化モリ少デン、錫、銅、銀、鉛又は
その合金、又はグラハイドとすることができる。

これは市販のコバルトタングステンカーバイド組成物全
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。予じめ粉末を耐着させ
た後に軸受？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。

円錐部材はジャーナルピン型と共働して円錐が同じビッ
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　、１５　。

１６．１７．１９は著しく有利でおシ、下に起工。

（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
ｘ’ｙｏＬＬ６形成する。

（２１ＴＣＩ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３７α参照。更に、Ｔｅ工の底面に平
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耐着
粉末金属層とすることもしないこともてきる。この層は
第６α図に示す通り数個の円形インサート１６０〜１６
２　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Ｌλ５へ７、１０
，１１．’１２．１５でおる。低合金鋼組成ケ混入して
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。

Ｍｎ　０．２２％、ＭＯｏ、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５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？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は−ス内
に確実に充填されるようＫする。

スラリーはステライト粉に３憾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
動性金得る。ステライト＋１合金粉末の分析値重量％は
、０ｒ３０％、Ｃ２，５％。

Ｓｉ１％、Ｗ１２．５％、Ｍｎ及びＭｏ各１％以下、Ｆ
ｅ及びＮｉ各３壬以下、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上第１図の円筒部１
５に嵌合する。Ａｌ５１１０５５炭素鋼管厚さく１．１
　ｉｎ、　（約２．５　ｍ　）　’（：Ｉア部材合金銅
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全オープン内で１００下（約３
８℃）で−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下（約１２３２℃）で誘導加熱
４分以下とし、高温セラミック粒の温度２２５０下（約
１２３２℃）内で円筒形ダイス内に収容する。圧力４０
切口／１ｎ２（約６　ｔｏｏ々）全作用し、液圧プレス
全使用し、セラミック粒に作用する圧力は予備成形品の
丁べての方向に圧力全作用する。ピークプレス圧力４０
切Ω／１０２（約６　ｔｏｏ／ｃＪ）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、セラミック粒と強化円錐
カッタとに分ける。部品が１６００下（約４８２℃）以
下に冷却する前に１５６５下（約８５０℃）の炉内に移
し、１時間保持した後に油冷する。酸化全防ぐためと炉
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下（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１５２
　Ｋｓｉ、降伏点１４１Ｋｓｉ．伸び１２％。

絞＃）３９％を得た。同様に処理した他の試験棒は焼戻
４５０下（約２３２℃）とし、抗張力２１５Ｋａｉ　、
降伏点１８５Ｋｓｉ．伸び７％、絞シ２１％を得た。焼
戻温度を変えて所要機械的上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
ＩＪ−に、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下
（約１２１℃）で２時間乾燥し、ＩＱＯ下の一夜の乾燥
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った。

別の例として、ラジアル軸受合金をコアの内壁に固着し
、同様に準備したニッ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、別の接合実験によって確かめた。

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
の相同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っ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ッタは複合部材
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、破損しないものを称する
。焼結とは粉末材料全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ったもの七称する。

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）
）”リルビット円錐部材に対して始めて下記の新しい特
徴を得た。

（１）複合円錐部材上強化したはソ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、多種の材料全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
でめシ、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
えば円錐カッ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２０〜３
０時間を必要とする。これはカーバイト９からの炭素の
拡散等によって構造的一体性の冶金上の問題点七生ずる
。本発明の方法では拡散の問題は生ぜず、円錐カッタは
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金使用できる。

（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＝ｉ囲み、高温圧縮強化後は所定位
置にロックする。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９インサー）　（ＴＣＩ）ｋ更に外方に延長
することが可能となる。

第２図は本発明円錐ビットカッタ１０金ねじこみステム
５２付きのビット本体５１のジャーナルピン５０に取付
ける図を示す。ピン５０の球軸受レース５３ＴｒｌｉＪ
分１２ｂのレース面２０に一致させジャーナル軸受５４
は層１５に取付ける。

第１表に示す過程の工程３ｒ第７α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？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ック粒全使用して加圧する。盲
孔１０３ｔ−示す。第１表の過程の工程５〜ｌＯは第７
ｂ図に示す。工程１１の誘導加熱は第７Ｃ図〈示す。

第７ｄ図は高温部品即ち円錐部材９９全高温セラミック
粒１０６内にシャトルダイス１０７内で埋込む。ダイス
１０７ｔ−第７ｅ図に示すプレスダイス１０８内に入れ
、シャトルダイス１０７の外壁１０７αけ上方に取除く
。ダイス１０８は円筒壁１０８αと底壁１０８ｂとを有
する。第７ｆ図はプランジャ１０９が粒子１０６に力を
作用し、アクチュエータシリング１１１によって液圧１
１０をプランジャ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のプランジャ１１
２が底壁１０７ｔ−上げて部品９９と粒子１０６と全上
方に排出する。第７！１図では粒子上部品９９から除き
、粒子は工程第７ｃＬ図に戻丁。圧縮強化された部品は
サンドブラスト等で清掃し、仕上加工と研削上行ない検
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円錐ロックピッ）Ｋ使用する円錐カッタの縦
断面図、第２図は３円錐回転ビットの各部を示す斜視図
、第３図は円錐カッタの製造過程の各工程を示す流れ線
図、第４図はカッタの耐摩耗皮層が夕／ゲステンカーバ
イどインサートの取付となる部分拡大断面図、第５ａ図
第５ｈ図はインサートの例を示す拡大側面図、第６α図
第６ｈ図はカッタの変を例を示す断面図、第７α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　カッタ １１．９９　　コア部材 １２α〜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　　セラミック粒 １０７．１０８　　ダイス １０９．１１２　　プランジャ １１１　アクチュエータ　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、１９
６６年２月１５日（５）米国特許　３９９５９１５号、
１９７６年１２月　７日（６）米国特許　４３６５６７
９号、１９８２年１２月２８日（外５名） 図面の浄凹（内容に変更なし） Ｊ□６，３゜ 必Ｑ、６Ｑ、　　　　　　　ｌｒｃ、・６ｂ・手続補正
書 １．事件の表示 昭和ｔρ年特許Ｒ第１Ａ２７１／２号 ２６発明の名称 ドリル６′ット用円４に／７．・、７’ＪｊＬびｒ；５
１’！友〉友６、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 多λ不　　レーア１−ビー・リミテッド４、代　埋　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ローラービットカッタであつて、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、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ッタを形成し少なく
   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ことを特
   徴とするローラービットカッタ。 ２、前記インサートはタングステンカーバイド製とする
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカッタ。 ３、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コアとイン
   サートのアンカ部との間に入ることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のカッタ。 ４、前記層の少なくとも１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項ないし第３項の１
   項記載のカッタ。 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項ないし第３項の１
   項記載のカッタ。 ６、前記３層はすべて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項ないし第３項の１項記載の
   カッタ。 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項記載のカッタ。 ８、前記コアは鋼合金とし、構成元素はＣ、Ｍｎ、Ｓｉ
   、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕから選択することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のカッタ。 ９、前記元素は次の重量％を有する Ｃ　０．０〜０．６５ Ｍｎ　０．０１〜２．０ Ｓｉ　０．０１〜２．２ Ｎｉ　０．４０〜３．７５ Ｃｒ　０．０１〜１．２ Ｍｏ　０．１５〜０．４０ Ｃｕ　０〜０．３ ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のカッタ。 １０、前記コアは鋳造合金鋼製とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のカッタ。 １１、前記コアは超高強度鋼製とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のカッタ。 １２、前記鋼はＤ−６Ａ、Ｈ−１１、９Ｎｉ−４Ｃｏ、
   １８−Ｎｉマレージング、３００−Ｍ、４１３４、４３
   ３０Ｖ、４３４０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１１項記載のカッタ。 １３、前記コアは次の重量％組成を有する圧縮強化鉄系
   粉末金属鋼から成る Ｆｅ　７９〜９８ Ｃｕ　０〜２０ Ｃ　０．４〜１．０ Ｎｉ　０〜４．０ ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカッタ。 １４、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、７、８、９項の
   １項記載のカッタ。 １５、前記外層は耐火材料粒子とバインダ金属との複合
   構造とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のカッタ。 １６、前記耐火材料粒子はミクロ硬度１０００ｋｇ／ｍ
   ｍ＾２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１５項記載のカッタ。 １７、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１５項記載のカッタ。 １８、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１項記載のカッタ。 １９、前記外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 Ｃｏベース　Ｎｉベース　Ｆｅベース Ｃｒ　２５〜３０　１０〜３０　０〜２７ Ｃ　０．１〜３．５　０．４〜３．０　０．１〜４．０
   Ｗ　４〜１３　０〜５．０　− Ｍｏ　０〜５　０〜１７．０　０〜１１ Ｂｏ　０〜２．５　０〜５．０　− Ｆｅ　０〜３．０　３〜２９　残部 Ｎｉ　０〜３．０　残部　０〜１．７５ Ｃｏ　残部　０〜１２　− Ｓｉ　０〜２．０　０〜４．５　０〜１．５Ｍｎ　０〜
   １．０　０〜１．０　０〜１．０ことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のカッタ。 ２０、前記外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項記載のカッタ。 ２１、前記内層が特許請求の範囲第１８項ないし第２０
   項の１項記載の組成から成ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のカッタ。 ２２、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
   項記載のカッタ。 ２３、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項記載のカッタ。 ２４、ローラービットカッタの製造方法であつて、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
   ほゞ円錐形のコアを準備し、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、コア内面に軸線方向推力軸受を形成する
   耐衝撃耐摩粍金属内層を設け、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
   てカッ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、コア外面に耐摩耗
   金属外層を設けることを特徴とするローラービットカッ
   タの製造方法。 ２５、前記インサートはタングステンカーバイド製とす
   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、前記コアに複数の凹みを設けてインサートのアン
   カー部を収容し、前記金属外層は凹み内のコアとインサ
   ートアンカ部との間に入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２４項ないし第２６
   項の１項記載の方法。 ２８、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２４項ないし第２６
   項の１項記載の方法。 ２９、前記３層はすべて圧縮粉末合金製とすることを特
   徴とする特許請求の範囲第２４項ないし第２６項の１項
   記載の方法。 ３０、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ることを特徴とする特許請求の範
   囲第２６項記載の方法。 ３１、前記コアは鋼製としてＣ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃ
   ｒ、Ｍｏ、Ｃｕから選択した元素を合金とすることを特
   徴とする特許請求の範囲第２４項記載の方法。 ３２、前記元素は次の重量％とする Ｃ　０．１〜０．６５ Ｍｎ　０．０１〜２．０ Ｓｉ　０．０１〜２．２ Ｎｉ　０．４０〜３．７５ Ｃｒ　０．０１〜１．２ Ｍｏ　０．１５〜０．４０ Ｃｕ　０〜０．３ ことを特徴とする特許請求の範囲第３１項記載の方法。 ３３、前記コアのインサートを鋳造合金鋼とすることを
   特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の方法。 ３４、前記コアを超高強度鋼製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。 ３５、前記鋼はＤ−６Ａ、Ｈ−１１、９Ｎｉ−４Ｃｏ、
   １８Ｎｉマレージング、３００−Ｍ、４１３４、４３３
   ０Ｖ、４３４０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３４項記載の方法。 ３６、前記コアは次の重量％組成を有する鉄系圧縮粉末
   金属銅製とする Ｆｅ　７９〜９８ Ｃｕ　０〜２０ Ｃ　０．４〜１．０ Ｎｉ　０〜４．０ ことを特徴とする特許請求の範囲第２５項記載の方法。 ３７、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 伸び　５％ 絞り　１５％ 衝撃強度（アイゾツド）　１０ｆｔ−ｌｂ ことを特徴とする特許請求の範囲第２６、３０、３１、
   ３２項の１項記載の方法。 ３８、前記外層は耐火材料粒子がバイング金属内とした
   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
   ２４項記載の方法。 ３９、前記耐火材料粒子はミクロ硬度１０００ｋｇ／ｍ
   ｍ＾２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３８項記載の方法。 ４０、前記耐火材料粒子はＴｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｚｒ、
   Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ及びその炭火物、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３８項記載の方法。 ４１、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２４項記載の方法。