(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金鋼製ビット本体の先端面に複数の炭化タングステン基超硬合金製ポストが所定の配列で固着され、前記ポストの先方側面のそれぞれに焼結ダイヤモンド製切刃片が直接ろう付けされた構造の掘削工具において、
上記切刃片の上記ポストへのろう付け用ろう材を、重量％で、
Ｃｕ：２０〜４０％、    Ｔｉ：０．５〜１０％、
を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成を有するＡｕ合金ろう材で構成したことを特徴とする切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼結ダイヤモンド製切刃片（以下、ダイヤ切刃片と云う）の炭化タングステン基超硬合金製ポスト（以下、超硬ポストと云う）に対するろう付け部がすぐれた破断強度を有し、したがって高速掘削などの苛酷な条件下での掘削に際しても前記ダイヤ切刃片のろう付け部に破断の発生なく、長期に亘ってすぐれた掘削性能を発揮する掘削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、例えば石油などの掘削に、図１（ａ）および（ｂ）にそれぞれ概略斜視図および概略正面図で示される通り、合金鋼製ビット本体の先端面に、複数の超硬ポストが所定の配列でろう付けや焼きばめなどの手段で固着され、前記超硬ポストの先方側面のそれぞれにダイヤ切刃片が、例えば特開平９−１１０５４１号公報および特開平９−１１０５４２号公報に記載される通り、重量％で（以下、％は重量％を示す）、Ａｇ−１０〜３０％Ｃｕ−２〜８％Ｔｉ−０．５〜４％Ｚｒの組成を有するＡｇ合金ろう材や、Ｃｕ−０．５〜１０％Ｔｉの組成を有するＣｕ合金ろう材を用いて直接ろう付けされた構造の掘削工具が用いられていることは良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の石油はじめ、各種の掘削装置の高性能化および高出力化はめざましく、かつ掘削作業の省エネ化および省力化に対する要求も強く、これに伴ない、掘削作業は、高速化の傾向にあるが、上記の従来掘削工具はじめ、多くの掘削工具の場合、特にこれを構成するダイヤ切刃片の超硬ポストに対するろう付け部の破断強度が不十分であるために、前記ダイヤ切刃片に断続的高負荷が速いピッチでかかる高速掘削では前記ダイヤ切刃片のろう付け部が破断し易く、この部分で剥離が発生し、比較的短時間で使用寿命に至るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の従来掘削工具に着目し、ダイヤ切刃片の超硬ポストに対するろう付け部の破断強度の向上をはかるべく研究を行なった結果、ダイヤ切刃片を、
Ｃｕ：２０〜４０％、    Ｔｉ：０．５〜１０％、
を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成を有するＡｕ合金ろう材を用いて、超硬ポストに直接ろう付けすると、前記ダイヤ切刃片と前記超硬ポストのろう付け部は著しく高い破断強度をもつようになり、したがってこの結果の掘削工具は、これを高速掘削に用いても前記ダイヤ切刃片と前記超硬ポストのろう付け部が破断するすることはなく、すぐれた掘削性能を長期に亘って発揮するという研究結果を得たのである。
【０００５】
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたものであって、合金鋼製ビット本体の先端面に複数の超硬ポストが所定の配列で固着され、前記超硬ポストの先方側面のそれぞれにダイヤ切刃片が直接ろう付けされた構造の掘削工具において、
上記ダイヤ切刃片の上記超硬ポストへのろう付け用ろう材を、
Ｃｕ：２０〜４０％、    Ｔｉ：０．５〜１０％、
を含有し、残りがＡｕと不可避不純物からなる組成を有するＡｕ合金ろう材で構成してなる、ダイヤ切刃片のろう付け部がすぐれた破断強度を有する掘削工具に特徴を有するものである。
【０００６】
つぎに、この発明の掘削工具において、これを構成するＡｕ合金ろう材の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）  Ｃｕ
Ｃｕ成分には、ろう付け部の破断強度を著しく向上させるほか、ろう材の融点を下げ、もって流動性を増して、ろう付け性を向上させる作用があるが、その含有量が２０％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が４０％を越えると、ろう付け部の破断強度に低下傾向が現れるようになることから、その含有量を２０〜４０％、望ましくは２５〜３５％と定めた。
【０００７】
（ｂ）  Ｔｉ
Ｔｉ成分には、特にダイヤ切刃片に対するぬれ性を一段と向上させ、もってダイヤ切刃片と超硬ポストの接合強度を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が１０％を越えると、特にダイヤ切刃片側に炭化チタン層およびＴｉ合金層を形成し、この部分での接合強度が低下するようになることから、その含有量を０．５〜１０％、望ましくは１〜５％と定めた。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の掘削工具を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも２〜３０μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するダイヤモンド粉末および各種の焼結助剤粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合割合に配合し、ボールミル中で７２時間混合した後、この混合粉末を１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体をＴａカプセルに封入した状態で通常のベルト式超高圧焼結装置に装填し、圧力：８ＧＰａ、温度：２２００℃、保持時間：３０分の条件で焼結して、いずれも直径：１０ｍｍ×厚さ：１．５ｍｍの寸法をもった円形チップ形状の焼結体をそれぞれ１６個づつ形成し、これらの焼結体の表面をダイヤモンド砥石を用いて鏡面研磨した後、レーザーを用いて直径：８ｍｍに加工してダイヤ切刃片Ａ−１〜Ａ−１２をそれぞれ製造した。
【０００９】
また、原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結することにより、いずれも最大径：１５ｍｍ×底面径：１３ｍｍ×長さ：２４ｍｍの寸法並びに図１に示す形状を有する、それぞれが１６個の超硬ポストＢ−１〜Ｂ−１２を製造した。
【００１０】
さらに、通常の溶解法を用いて表３に示される成分組成をもった合金溶湯を調製し、いずれも通常の条件で、インゴットに鋳造し、熱間圧延と冷間圧延を施して厚さ：０．３５ｍｍの本発明掘削工具用ろう材Ｃ−１〜Ｃ−１２、および従来掘削工具用ろう材Ｃ−１３をそれぞれ製造した。
【００１１】
ついで、上記の１６個を１組としたダイヤ切刃片Ａ−１〜Ａ−１２のそれぞれを表４に示される組み合わせにおいて上記ろう材Ｃ−１〜Ｃ−１２を介して同じく１６個を１組とした超硬ポストＢ−１〜Ｂ−１２のそれぞれにセットし、１×１０-3ｔｏｒｒの真空中、９５０℃に５分間保持の条件でろう付け接合し、さらにこのようにダイヤ切刃片をろう付けした１６個の超硬ポストを、図１に示される通りＪＩＳ・ＳＣＨ４１５に規定される合金鋼で構成されたビット本体の直径：２４０ｍｍの先端面に十字状に配列形成された深さ：８ｍｍの合計１６個の凹みのそれぞれに、Ｃｕ−４０％Ａｇ−６％Ｓｎ−２％Ｎｉからなる組成および０．３５ｍｍの厚さをもったろう材を挟んで嵌着し、Ａｒガス雰囲気中、８００℃に５分間保持の条件でろう付けすることにより本発明掘削工具１〜１２および従来掘削工具をそれぞれ製造した。
【００１２】
つぎに、この結果得られた各種の掘削工具について、
掘削材：１０１０ｋｇ／ｃｍ2 の圧縮強度および７５のショア硬さを有する安山岩、
掘削速度：４５ｃｍ／ｍｉｎ、
給水量：９０ｌ／ｍｉｎ、
回転速度：１５０ｒ．ｐ．ｍ．、
給圧：５００ｋｇ／ビット、
の条件で高速掘削試験を行ない、使用寿命に至るまでの掘削長をそれぞれ測定した。これらの測定結果を表４に示した。また、表４にはダイヤ切刃片と超硬ポストのろう付け部の破断強度（超硬ポスト：１６個の平均値）を示した。
【００１３】
【表１】
0003942127.tif 000002
【００１４】
【表２】
0003942127.tif 000003
【００１５】
【表３】
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【００１６】
【表４】
0003942127.tif 000005
【００１７】
【発明の効果】
表４に示される結果から、本発明掘削工具１〜１２は、いずれもダイヤ切刃片と超硬ポストのろう付け部が上記組成のＡｕ合金ろう材の使用によって著しく高い破断強度をもつようになるので、苛酷な条件での掘削作業となる高速掘削でも、前記ろう付け部に破断の発生なく、すぐれた掘削性能を長期に亘って発揮するのに対して、従来掘削工具は、前記ろう付け部の破断強度が相対的に低いために掘削開始後短時間で前記ろう付け部に破断が発生し、使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の掘削工具は、ダイヤ切刃片と超硬ポストのろう付け部が高い破断強度を有するので、通常の条件での掘削作業は勿論のこと、これを高速で行ってもダイヤ切刃片は超硬ポストに強固に接合し、長期に亘ってすぐれた掘削性能を発揮するものであり、掘削作業の省エネ化および省力化に十分満足に対応するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】掘削工具を示す概略斜視図（ａ）およびダイヤ切刃片付き超硬ポストの概略正面図（ｂ）である。
【図１】
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