JPS635548B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は掘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〕

通常さく岩用ビツトの製造方法として、次の如
き方法がある。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
ド内にマトリツ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
ダー合金の溶湯を浸透させて全体として焼結させ
るものである。

第１図はこのようにして製造されたビツトの刃
先部の断面図であつて、超硬合金チツプ１０がマ
トリツクス合金部１２に植え付けられており、こ
のマトリツクス合金部１２の表面が表面硬装部
（硬質層）１４によつて被装されている。なお、
これら表面硬装部１４及びマトリツクス合金部１
２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
ツトにおいては、重荷重掘削の使用時に超硬チツ
プの欠損が生ずる傾向が認められ、耐衝撃性が低
いという問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、超硬チツプ欠損のおそれが解消され、耐衝撃
特性の優れた掘削用ビツ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、 ビツト本体を構成するマトリツクス合金に超硬
チツプが植設されてなり、かつマトリツクス合金
の表面が硬質層で被装された掘削用ビツトにおい
て、前記マトリツクス合金表面の超硬チツプ周囲
に、硬質層で被装されていない非被硬装帯を設け
たことを特徴とする掘削用ビツト、 である。

また第２の発明は、 モールド中に超硬チツプを配置する第１の工程
と、モールド内面に該超硬チツプ周囲を除いて硬
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ツ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
る第４の工程と、を有することを特徴とする掘削
用ビツトの製造方法、 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ツトの刃先部
の断面図である。この実施例においては、超硬チ
ツプ１０の周囲に表面硬装部（硬質層）が被装さ
れていない非被硬装帯１６が形成されている。こ
のような非被硬帯１６を設けると、チツプに作用
するせん断力が小さくなり、チツプの欠損が解消
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、第３図の如くチツプに対して横
方向の荷重Ｍが作用すると、表面硬装部及びマト
リツクス合金から反作用としてチツプに対して反
力が加えられる。ところで、ビツト製造に際して
は、上記従来技術の項で説明した如く、溶浸法が
採用される。この溶浸法に基く製造においては、
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、マトリツクス合金部１２及び表
面硬装部１４には収縮が生じ、この収縮によつて
超硬チツプ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の硬度はマトリツク
ス合金１２の硬度よりも高いところから、超硬チ
ツプ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が大きくな
り、これによりチツプ１０の先端部分に大きなせ
ん断力が生じ、これが所定限度以上になるとチツ
プをして欠損に到らしめる。

しかるに、本発明の如くチツプ周囲に表面硬装
部のない非被硬装帯１６を設け、チツプ周囲をす
べてマトリツクス合金部１２で包むようにする
と、このマトリツクス合金部１２の硬度は表面硬
装部１４の硬度よりも低いところから、チツプ１
０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
つてチツプに生ずるせん断力も小さなものとなつ
て欠損が防止されるようになるのである。

このような非被硬装帯１６の幅ｔについては、
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、チツプの直
径ｄに対して、ｔ／ｄ×100（％）値が７〜25％程
度とすると好適であることが見出された。第４図
はこの研究結果の一例を示すグラフであり、型
式、大きさ等の異なる多数のチツプについて荷重
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／ｄ×100（％）値が
７〜25％、とりわけ10〜20％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。

このような第１の発明に係るビツトは第２の発
明に係る方法に従つて製造することができる。第
５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
内面に超硬チツプ１０を配置し、モールド内壁面
に表面硬装部形成用のスケルトン粉末２２を貼着
した後、マトリツ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２
２は、チツプ１０の周囲部分を残して貼着する。

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、各種のものが採用可能であ
り、各種の硬質の金属（合金を含む）、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、WCとCoとの混合粉
末、Ｗ、WC、W₂C、Cr₃C₂、Mo₂Cなどが挙げら
れる。

この硬質粉末をモールド内面に貼着させるに際
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。

マトリツクス合金形成用スケルトン粉末として
も、各種の金属（合金を含む）、金属炭化物、金
属・金属複炭化物（ダブルカーバイト）、これら
を組み合わせたもの、などが採用可能であり、さ
らにこれらに炭素を加えるようにしても良い。例
えば、Fe、Ni、Co、Ｗ、炭素鋼、ステンレス
鋼、Fe・Mn合金、WC、W₂C、Cr₃C₂、TaC、
TiC、VC、NbC、Mo₂C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、高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−Ni−Cu−Si系合金、アルミニウム青
銅、高力黄銅、Mn−Co−Cu系合金、Mn−Ni−
Cu−Si−Li系合金、Ni−Sn−Cu系合金、Ni−Si
合金、Ni−Be合金、Cu−Be合金、Ni−Ｂ−Si
−Fe−Ｃ系合金、Pd−Ni−Mn系合金、Mn−Ni
系合金、Mn−Ni−Co系合金、Ni−Cr−Si系合
金、Mn−Ni−Cu−Co系合金などが挙げられる。

なお、本発明においては超硬チツプもその形
状、材質、大きさなどに制限はなく、例えば、ボ
タン型、コニカル型、チゼル型など各種形状のも
のが採用可能である。

〔発明の実施例〕

実施例 １ 第５図に示されるモールド１８を用いて掘削用
ビツトを製造した。即ち、モールド１８内に超硬
チツプ１０（直径ｄ＝12mm）（材質WC−Co系超
硬合金）を配置した。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（粒径；325メツシユ以上200
メツシユ以下）50重量部とWC粉末（粒径；300
メツシユ以上150メツシユ以下）50重量部との混
合粉末を用い、これを超硬チツプ１０の周囲部分
以外のモールド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。

次いでマトリツ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％、Ni15wt％、
Cu60wt％である。

このようにして製造されたビツトについて、第
３図に示す如き荷重Ｍを超硬チツプ１０に加え、
欠損に到るまでの曲げ強度を測定した。超硬チツ
プ１０周囲の非被装帯１６の幅が種々変更される
ように、表面硬装部形成用スケルトン粉末のチツ
プ１０周囲のモールド内壁面２０への非貼着部分
の面積を変えて、繰り返し試験した。

その結果、第４図に示す結果が得られた。な
お、マトリツクス合金部の硬度（H_RＢ）は88.4、
表面硬装部の硬度（H_RＣ）は34.0であつた。

実施例 ２ マトリツクス合金部形成用スケルトン粉末とし
て、Fe粉末（粒径；100メツシユ以下）70重量部
とCo粉末（粒径；100メツシユ以下325メツシユ
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Mn40wt％、Ni30wt％、Cu30wt％の
ものを用いた以外は実施例１と同様にして試験を
行なつたところ、実施例１と同様の結果が得られ
た。なお、マトリツクス合金部の硬度（H_RＢ）
は95.2、表面硬装部の硬度（H_RＣ）は42.7であつ
た。

実施例１によつて製造されたビツトを備えたト
リコンビツト（７ 5/8インチ、IJ−10メタルイン
サート型トリコンビツト）を用いて岩石掘削試験
を行なつた。ビツ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。なおビツト回転数
は50R.P.M.、送水は清水を用い、800／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ツト（第１図
の構成のもの）を用いて同様の掘削試験を行なつ
た。その結果を併せて第６図に示す。第６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、超硬チツプ欠損
のおそれなどのない、耐衝撃特性に優れた掘削用
ビツトが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のビツト刃先部の断面図、第２図
は本発明の実施例に係るビツト刃先部の断面図、
第３図はチツプに加えられる外力を示す図、第４
図は非被硬装帯の幅員とチツプ曲げ強度との関係
を示すグラフ、第５図は本発明の製造方法を示す
モールド断面図、第６図はビツト荷重と掘削速度
との関係を示すグラフである。 １０……超硬チツプ、１２……マトリツクス合
金、１４……表面硬装部（硬質層）、１６……非
被装帯、１８……モールド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビツト本体を構成するマトリツクス合金に超
   硬チツプが植設されてなり、かつマトリツクス合
   金の表面が硬質層で被装された掘削用ビツトにお
   いて、前記マトリツクス合金表面の超硬チツプ周
   囲に、硬質層で被装されていない非被硬装帯を設
   けたことを特徴とする掘削用ビツト。 ２ モールド中に超硬チツプを配置する第１の工
   程と、モールド内面に該超硬チツプ周囲を除いて
   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ツ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
   せる第４の工程と、を有することを特徴とする掘
   削用ビツトの製造方法。