(57)【要約】  音響放射試験装置は、第１の表面を含む試験カッタと、音響センサと、第１の表面に結合された圧子と、荷重とを含む。荷重が圧子に及ぼされ、圧子はこの荷重を第１の表面上に伝達する。音響センサは、試験カッタに対し通信可能な形で結合されており、試験カッタ内で発生する一つ以上の音響事象を検出する。音響放射試験システムは、試験装置に結合されているデータレコーダを有する。データレコーダは、試験装置からのデータを記録する。受けたデータに基づいて、試験カッタの靱性が、客観的に決定され、他の試験カッタと比較してランク付けすることができる。負荷はランプアップさせられ、ピーク荷重まで一定の時限だけ保持され、ランプダウンさせられる。試験カッタと同じカッタタイプのカッタは、類似の靱性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の靱性を有する少なくとも１つの試験カッタから決定される第１の靱性を有する第１のカッタにおいて、第２の靱性が、
第１の表面を含む試験カッタと、
試験カッタに対し通信可能な形で結合された音響センサと、
第１の表面に対し解除可能な形で結合され、試験カッタの靱性よりも高い靱性を有する圧子と、
圧子に及ぼされる荷重とを含み、圧子はこの荷重を第１の表面上に伝達する、音響放射試験装置を提供するステップと、
圧子上に荷重を適用し、圧子は荷重を試験カッタに伝達するステップと、
音響放射試験装置からデータを得るステップと、
試験カッタ内で発生する音響事象を検出するステップと、
音響事象及びデータに基づいて試験カッタの第２の靱性を客観的に計算するステップと、を含む方法を用いて決定され、第１のカッタ及び少なくとも１つの試験カッタが同じカッタタイプに由来している、第１のカッタ。
【請求項２】
圧子上に荷重を適用するステップが、
荷重をランプアップ速度でピーク荷重まで増大させるステップと、
ピーク荷重を一定の時限だけ保持するステップと、
荷重をランプダウン速度で減少させるステップと、を含む、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項３】
ランプダウン速度がランプアップ速度よりも高い、請求項２に記載の第１のカッタ。
【請求項４】
音響放射試験装置からデータを得るステップが、音響センサ及び荷重からデータを得るステップを含む、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項５】
音響放射試験装置が、試験カッタに結合された音響センサを含む、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項６】
音響放射試験装置がさらに、音響センサと試験カッタの間に位置付けされた潤滑剤を含む、請求項５に記載の第１のカッタ。
【請求項７】
音響放射試験装置がさらに、内部にキャビティを含むホルダを含み、試験カッタがキャビティ内に位置付けされており、音響センサがホルダに結合されている、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項８】
キャビティの直径が試験カッタの直径よりも大きく、こうしてキャビティの外側表面と試験カッタの外側表面の間に空隙が形成される、請求項７に記載の第１のカッタ。
【請求項９】
音響放射試験装置がさらに、空隙内部に位置付けされた潤滑剤を含み、潤滑剤は、キャビティの外側表面、試験カッタの外側表面及びその間の空隙の少なくとも一部分と接触している、請求項８に記載の第１のカッタ。
【請求項１０】
方法にはさらに、試験カッタを加熱するステップが含まれている、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項１１】
方法にはさらに、試験カッタを加圧するステップが含まれている、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項１２】
圧子がＰＤＣ端部を含み、ＰＤＣ端部が試験カッタの第１の表面と接触している、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項１３】
圧子が、約６パーセントから約１２パーセントの範囲内にあるコバルト濃度を含む、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項１４】
圧子が第１の端部を含み、第１の端部が試験カッタと接触し、第１の端部がドーム形状である、請求項１に記載の第１のカッタ。
【請求項１５】
第２の靱性を有する少なくとも１つの試験カッタから決定される第１の靱性を有する第１のカッタにおいて、第２の靱性が、
荷重が試験カッタに付された時点で音響センサから音響データを収集するため音響データ収集エンジンにより収集を行なうステップであって、前記音響センサは試験カッタに対し通信可能な形で結合されている、ステップと、
１つ以上のバックグラウンドポイントを決定するためバックグラウンドポイント決定エンジンによる決定を行なうステップと、
１つ以上の可能性のある音響事象ポイントを決定するため可能性のある音響事象ポイント決定エンジンにより決定を行なうステップと、
バックグラウンドポイントを用いてバックグラウンドノイズ関数曲線を補間するためバックグラウンドノイズ関数曲線補間エンジンにより補間を行なうステップと、
可能性のある音響事象ポイント及びバックグラウンドノイズ関数曲線を用いて１つ以上の実際の音響事象ポイントを決定するため実際の音響事象ポイント決定エンジンにより決定を行なうステップと、
実際の音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間に境界のある音響事象領域を計算するため実際の音響事象領域計算エンジンにより計算を行なうステップと、
を含むコンピュータにより実現される方法を用いて決定され、第１のカッタ及び少なくとも１つの試験カッタが同じカッタタイプに由来している、第１のカッタ。
【請求項１６】
バックグラウンドポイント決定エンジンにより決定を行なうステップ及び可能性のある音響事象ポイント決定エンジンにより決定を行なうステップが同時に実施される、請求項１５に記載の第１のカッタ。
【請求項１７】
２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より小さい場合にバックグラウンドポイントが決定され、２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より大きい場合に、可能性のある音響事象ポイントが決定される、請求項１６に記載の第１のカッタ。
【請求項１８】
２つの順次データポイント間の差が第２の閾値より小さい場合にバックグラウンドポイントが決定され、２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より大きい場合に、可能性のある音響事象ポイントが決定される、請求項１６に記載の第１のカッタ。
【請求項１９】
２つの順次データポイント間の差が第２の閾値より小さく負であり、かつｚ未満の回数の間連続して負であった場合、又は２つの順次データポイント間の差が第２の閾値より小さく正でかつｕ未満の回数の間連続して正であった場合に、バックグラウンドポイントが決定され、２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より大きい場合に可能性のある音響事象ポイントが決定される、請求項１６に記載の第１のカッタ。
【請求項２０】
可能性のある音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間の差が第３の閾値より大きい場合に、実際の音響事象ポイントが決定される、請求項１５に記載の第１のカッタ。
【請求項２１】
各々の音響事象領域が、各々の実際の音響事象ポイントのそれぞれの持続時間に対してバックグラウンドノイズ関数曲線由来の各々の実際の音響事象ポイントの振幅を乗じることによって計算される、請求項１５に記載の第１のカッタ。
【請求項２２】
方法にはさらに、各々の実際の音響事象ポイントについて、実際の音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間に境のある累積領域を用いて、累積領域及び荷重曲線を生成するため、累積領域及び荷重曲線エンジンより生成を行なうステップが含まれている、請求項１５に記載の第１のカッタ。
【請求項２３】
累積領域及び荷重曲線が、対応する実際の音響ポイントについての荷重及び対応する実際のポイントについての累積領域を用いて各々の実際の音響事象ポイントをプロットすることによって生成され、累積領域が対応する実際の音響ポイントの下及び全ての先行する実際の音響ポイントの下の合計領域を含んでいる、請求項２２に記載の第１のカッタ。
【請求項２４】
ユーザーが、累積領域及び荷重曲線を用いて試験カッタについての第２の靱性を客観的に決定する、請求項２２に記載の第１のカッタ。
【請求項２５】
方法にはさらに、試験カッタを加圧するステップが含まれている、請求項１５に記載の第１のカッタ。
【請求項２６】
第２の靱性を有する少なくとも１つの試験カッタから決定される第１の靱性を有しかつ接触面を含む基体と第１の表面及び第２の表面を含む切断テーブルとを含む第１のカッタであって、前記第２の表面は接触面において基体に結合されている、第１のカッタを含むダウンホール工具において、試験カッタの第２の靱性が、
試験カッタと、
試験カッタに対し通信可能な形で結合された音響センサと、
第１の表面に対し解除可能な形で結合され、試験カッタよりも高い靱性を有する圧子と、
圧子に及ぼされる荷重とを含み、前記圧子はこの荷重を第１の表面上に伝達する、音響放射試験装置を提供するステップと、
圧子上に荷重を適用し、圧子は荷重を試験カッタに伝達するステップと、
音響放射試験装置からデータを得るステップと、
試験カッタ内で発生する音響事象を検出するステップと、
試験カッタの第２の靱性を客観的に計算するステップと、を含む方法を用いて決定され、第１のカッタ及び少なくとも１つの試験カッタが同じカッタタイプに由来している、ダウンホール工具。
【請求項２７】
圧子上に荷重を適用するステップが、
荷重をランプアップ速度でピーク荷重まで増大させるステップと、
ピーク荷重を一定の時限だけ保持するステップと、
荷重をランプダウン速度で減少させるステップと、を含む、請求項２６に記載の第１のダウンホール工具。
【請求項２８】
ランプダウン速度がランプアップ速度よりも高い、請求項２７に記載の第１のダウンホール工具。
【請求項２９】
音響放射試験装置からデータを得るステップが、音響センサ及び荷重からデータを得るステップを含む、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項３０】
音響放射試験装置が、試験カッタに結合された音響センサを含む、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項３１】
音響放射試験装置がさらに、音響センサと試験カッタの間に位置付けされた潤滑剤を含む、請求項３０に記載のダウンホール工具。
【請求項３２】
音響放射試験装置がさらに、内部にキャビティを含むホルダを含み、試験カッタがキャビティ内に位置付けされており、音響センサがホルダに結合されている、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項３３】
キャビティの直径が試験カッタの直径よりも大きく、こうしてキャビティの外側表面と試験カッタの外側表面の間に空隙が形成される、請求項３２に記載のダウンホール工具。
【請求項３４】
音響放射試験装置がさらに、空隙内部に位置付けされた潤滑剤を含み、潤滑剤は、キャビティの外側表面、試験カッタの外側表面及びその間の空隙の少なくとも一部分と接触している、請求項３３に記載のダウンホール工具。
【請求項３５】
方法にはさらに、試験カッタを加熱するステップが含まれている、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項３６】
方法にはさらに、試験カッタを加圧するステップが含まれている、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項３７】
圧子がＰＤＣ端部を含み、ＰＤＣ端部が試験カッタの第１の表面と接触している、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項３８】
圧子が、約６パーセントから約１２パーセントの範囲内にあるコバルト濃度を含む、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項３９】
圧子が第１の端部を含み、第１の端部が試験カッタと接触し、第１の端部がドーム形状である、請求項２６に記載のダウンホール工具。
【請求項４０】
第２の靱性を有する少なくとも１つの試験カッタから決定される第１の靱性を有しかつ接触面を含む基体と第１の表面及び第２の表面を含む切断テーブルとを含む第１のカッタであって、第２の表面は接触面において基体に結合されている、第１のカッタを含むダウンホール工具において、試験カッタの第２の靱性が、
荷重が試験カッタに付された時点で音響センサから音響データを収集するため音響データ収集エンジンにより収集を行なうステップであって、前記音響センサは試験カッタに対し通信可能な形で結合されている、ステップと、
１つ以上のバックグラウンドポイントを決定するためバックグラウンドポイント決定エンジンによる決定を行なうステップと、
１つ以上の可能性のある音響事象ポイントを決定するため可能性のある音響事象ポイント決定エンジンにより決定を行なうステップと、
バックグラウンドポイントを用いてバックグラウンドノイズ関数曲線を補間するためバックグラウンドノイズ関数曲線補間エンジンにより補間を行なうステップと、
可能性のある音響事象ポイント及びバックグラウンドノイズ関数曲線を用いて１つ以上の実際の音響事象ポイントを決定するため実際の音響事象ポイント決定エンジンにより決定を行なうステップと、
実際の音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間に境界のある音響事象領域を計算するため実際の音響事象領域計算エンジンにより計算を行なうステップと、
を含むコンピュータにより実現される方法を用いて決定され、第１のカッタ及び少なくとも１つの試験カッタが同じカッタタイプに由来している、
ダウンホール工具。
【請求項４１】
バックグラウンドポイント決定エンジンにより決定を行なうステップ及び可能性のある音響事象ポイント決定エンジンにより決定を行なうステップが同時に実施される、請求項４０に記載のダウンホール工具。
【請求項４２】
２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より小さい場合にバックグラウンドポイントが決定され、２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より大きい場合に、可能性のある音響事象ポイントが決定される、請求項４１に記載のダウンホール工具。
【請求項４３】
２つの順次データポイント間の差が第２の閾値より小さい場合にバックグラウンドポイントが決定され、２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より大きい場合に、可能性のある音響事象ポイントが決定される、請求項４１に記載のダウンホール工具。
【請求項４４】
２つの順次データポイント間の差が第２の閾値より小さく負であり、かつｚ未満の回数の間連続して負であった場合、又は２つの順次データポイント間の差が第２の閾値より小さく正であり、かつｕ未満の回数の間連続して正であった場合に、バックグラウンドポイントが決定され、２つの順次データポイント間の差が第１の閾値より大きい場合に可能性のある音響事象ポイントが決定される、請求項４１に記載のダウンホール工具。
【請求項４５】
可能性のある音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間の差が第３の閾値より大きい場合に、実際の音響事象ポイントが決定される、請求項４０に記載のダウンホール工具。
【請求項４６】
各々の音響事象領域が、各々の実際の音響事象ポイントのそれぞれの持続時間に対してバックグラウンドノイズ関数曲線由来の各々の実際の音響事象ポイントの振幅を乗じることによって計算される、請求項４０に記載のダウンホール工具。
【請求項４７】
方法にはさらに、各々の実際の音響事象ポイントについて、実際の音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間に境のある累積領域を用いて、累積領域及び荷重曲線を生成するため、累積領域及び荷重曲線エンジンより生成を行なうステップが含まれている、請求項４０に記載のダウンホール工具。
【請求項４８】
累積領域及び荷重曲線が、対応する実際の音響ポイントについての荷重及び対応する実際のポイントについての累積領域を用いて各々の実際の音響事象ポイントをプロットすることによって生成され、累積領域が対応する実際の音響ポイントの下及び全ての先行する実際の音響ポイントの下の合計領域を含んでいる、請求項４７に記載のダウンホール工具。
【請求項４９】
ユーザーが、累積領域及び荷重曲線を用いて試験カッタについての第２の靱性を客観的に決定する、請求項４７に記載のダウンホール工具。
【請求項５０】
方法にはさらに、試験カッタを加圧するステップが含まれている、請求項４０に記載のダウンホール工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に援用されている２０１０年４月６日に出願された「ＰＤＣ、ＰＣＢＮ又は他の高硬又は超硬材料インサート用の音響放射靱性試験」という名称の米国特許出願第１２／７５４，８３８号の一部継続出願である。
【０００２】
本出願は、参照により本明細書に援用されている、現在米国特許第８，３２２，２１７号として発行されている２０１０年４月６日出願で「ＰＤＣ、ＰＣＢＮ、又は他の高硬又は超硬材料インサート用の音響放射靱性試験」という名称の米国特許出願第１２／７５４，７８４号、２０１０年４月２８日出願で「ＰＤＣ、ＰＣＢＮ、又は他の高硬又は超硬材料用の音響放射靱性試験」という名称の米国特許出願第１２／７６９，２２１号、２０１０年１２月９日出願で「ＰＤＣ、ＰＣＢＮ、又は他の高硬又は超硬材料用の音響放射靱性試験」という名称の米国特許出願第１２／９６３，９１３号、２０１０年７月２９日出願で「ダウンホール音響放射形成サンプリング」という名称の米国特許出願第１３／１９４，２０５号、及び２０１１年６月２日出願で「より小さいノイズ比を有する音響放射靱性試験」という名称の米国特許出願第１３／１５２，１２６号に関連している。
【０００３】
本発明は、概して、高硬又は超硬材料の固有強度又は靱性を試験するための方法、装置及びソフトウェアに関し、より詳細には、音響放射を用いて高硬又は超硬材料の固有強度又は靱性を試験するための方法、装置及びソフトウェアに関する。
【背景技術】
【０００４】
図１は、発明の一例示的実施形態に係る、ドリルビット又はリーマーなどのダウンホール工具（図示せず）の内部に挿入可能である超硬材料１００を示す。超硬材料１００の一例としては、図１に示されている通りのロックビット用の切断要素１００、又はカッタ又はインサートがある。しかしながら、超硬材料１００は、それが使用される予定の利用分野に基づいて他の構造へと形成することができる。切断要素１００は典型的には、接触面１１５を有する基体１１０と切断テーブル１２０とを含む。切断テーブル１２０は、一実施例に係る焼結プロセスにより接触面１１５に接合される超硬層を用いて製造される。一部の実施例によると、基体１１０は概して、炭化タングステンコバルト又は炭化タングステンから製造されており、一方切断テーブル１２０は、多結晶ダイヤモンド（「ＰＣＤ」）又は多結晶立方晶窒化ホウ素（「ＰＣＢＮ」）などの多結晶超硬材料層を用いて形成される。これらの切断要素１００は、当業者にとっては公知のプロセス及び材料にしたがって製造される。切断テーブル１２０は、実質的に平面の外側表面を有するものとして図示されているが、切断テーブルは、他の実施形態においてドーム形状、凹形状又は他の非平面的形状の外側表面などの代替的形状の外側表面を有することができる。切断要素１００用のいくつかの調合物が提供されているものの、利用分野に応じて、当業者にとって公知の他の調合物及び構造を使用することが可能である。削岩は超硬材料１００を使用でき以下で記述されている１つの利用分野であるが、機械加工、木材加工及び採石を含めた（ただしこれらに限定されない）様々な他の利用分野において、超硬材料１００を使用することができる。
【０００５】
異なるドリルビット設計を使用した異なる岩石層の掘削又は異なる金属又は材料の機械加工などの様々な利用分野において使用されるべきカッタ１００のためには、ＰＣＤ、ＰＣＢＮ、高硬及び超硬材料の異なるグレードが利用可能である。これらのカッタ１００に付随する共通の問題としては、使用中の切断テーブル１２０の欠け、剥離、部分的破壊、亀裂及び／又はフレーキングが含まれる。これらの問題の結果、切断テーブル１２０及び／又は基体１１０に早期不具合が発生する。典型的に、切断テーブル１２０が切断中に土層群と接触する領域において切断テーブル１２０上に生成される高い応力が、これらの問題の原因となり得る。これらの問題は、修復、生産休止時間及び人件費に付随するコストに起因して、掘削コストを増大させる。こうして、エンドユーザー、例えばビット設計者又は現場応用技師は、これらの一般的問題の発生を削減するために所与のあらゆる切削又は機械加工タスクについても最良の性能を示すカッタ１００のグレードを選択する。例えば、エンドユーザーは、従来の方法を用いて決定される通り、カッタ１００の耐摩耗性と耐衝撃性をバランスすることによって、適切なカッタ１００を選択する。典型的には、特定の利用分野に適切なグレードのカッタ１００を選択するためにエンドユーザーが利用可能な情報は、特定の領域内での異なるグレードのＰＣＤ、ＰＣＢＮ、高硬又は超硬材料の性能を示す過去のデータ記録及び／又は、異なるカッタ１００を試験している間に様々な掘削又は機械加工条件を模倣しようとする実験室機能試験に由来するものである。現在、掘削業界において使用される実験室機能試験の主要なカテゴリが２つ存在する。つまり、摩耗アブレーション試験と衝撃試験である。
【０００６】
多結晶ダイヤモンドコンパクト（「ＰＤＣ」）カッタ１００を含む超硬材料１００が、２つの従来の試験方法の使用を通してアブレシブ摩耗耐性について試験された。ＰＤＣカッタ１００は、ＰＣＤで製造された切断テーブル１２０を含む。図２は、従来の花崗岩ログ試験を用いてアブレシブ摩耗耐性を試験するための旋盤２００を示す。旋盤２００のための１つの例示的装置構成が提供されているが例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく当業者にとって公知の他の装置構成を使用することも可能である。
【０００７】
図２を参照すると、旋盤２００は、チャック２１０、心押し台２２０及びチャック２１０と心押し台２２０の間に位置付けされた工具ポスト２３０を含んでいる。対象シリンダ２５０は、第１の端部２５２、第２の端部２５４及び第１の端部２５２から第２の端部２５４まで延在する側壁２５８を有する。従来の花崗岩ログ試験によると、側壁２５８は、試験中超硬コンポーネント１００と接触する露出表面２５９である。第１の端部２５２はチャック２１０に結合され、一方第２の端部２５４は心押し台２２０に結合されている。チャック２１０は回転して、対象シリンダ２５０を対象シリンダの中心軸２５６に沿って同様に回転させるように構成されている。心押し台２２０は、対象シリンダ２５０が回転する一方で第２の端部２５４を所定の場所に保持するように構成されている。対象シリンダ２５０は、典型的には花崗岩である単一の均一材料から製造される。しかしながら、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩及びジョージア灰色花崗岩を含む（ただしこれらに限定されない）他のタイプの岩石も対象シリンダ２５０のために使用されてきている。
【０００８】
ＰＤＣカッタ１００は、旋盤のツールポスト２３０に嵌合され、ＰＤＣカッタ１００が対象シリンダ２５０の露出表面２５９と接触し、露出表面２５９を横断して往復動するようになっている。ツールポスト２３０は、対象シリンダ２５０上で内向きの送り速度を有する。ＰＤＣカッタ１００のアブレシブ摩耗耐性は、除去されるＰＣＤカッタ１００の体積に対する除去される対象シリンダ２５０の体積の比である摩耗率として定義される。代替的には、体積を測定する代りに、対象シリンダ２５０を横断してＰＤＣカッタ１００が走行する距離を測定し、ＰＤＣカッタ１００のアブレシブ摩耗耐性を定量化するために使用することができる。代替的には、当業者にとって公知のほかの方法を使用して、花崗岩ログ試験を用いて耐摩耗性を決定することが可能である。旋盤２００の動作及び構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験についての記載は、１９７５年５月にＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの中で公開された非特許文献（例えば、非特許文献１参照。）と同様、参照により本明細書に援用されている非特許文献（例えば、非特許文献２参照。）中にも見い出される。
【０００９】
図３は、縦中ぐりフライス盤（「ＶＢＭ」）試験又は縦型タレット旋盤（「ＶＴＬ」）試験によってアブレシブ摩耗耐性を試験するための縦中ぐりフライス盤３００を示している。ＶＢＭ３００についての１つの例示的装置構成が提供されているが、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、他の装置構成を使用することも可能である。縦中ぐりフライス盤３００は回転テーブル３１０及び回転テーブル３１０の上方に位置付けされた工具ホルダ３２０を含む。対象シリンダ３５０は、第１の端部３５２、第２の端部３５４及び第１の端部３５２から第２の端部３５４まで延在する側壁３５８を有する。従来のＶＢＭ試験によると、第２の端部３５４は、試験中超硬材料１００と接触する露出表面３５９である。対象シリンダ３５０の直径は、典型的には約７６ｃｍ（約３０インチ）から約１５２ｃｍ（約６０インチ）である。ただしこの直径はこれより大きいか又は小さいものであり得る。
【００１０】
第１の端部３５２は、ＶＢＭ３００の下部回転テーブル３１０上に組付けられ、こうして、露出表面３５９を工具ホルダ３２０に対面させている。ＰＤＣカッタ１００は、工具ホルダ３２０内で対象シリンダ３５９の露出表面３５９の上方に組付けられ、露出表面３５９と接触する。工具ホルダ３２０がＰＤＣカッタ１００を対象シリンダの露出表面３５９の中心から外へその縁部までそして再び対象シリンダの露出表面３５９の中心に戻るまで循環させるにつれて、対象シリンダ３５０は回転させられる。工具ホルダ３２０は、既定の下向き送り速度を有する。ＶＢＭ方法はより高い荷重をＰＤＣカッタ１００に加えることを可能にし、より大きい対象シリンダ３５０は、ＰＤＣカッタ１００がより大きい岩石体積に作用できるようにする。対象シリンダ３５０は典型的に花崗岩から製造される。しかしながら、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩、及びジョージア灰色花崗岩を含む（ただしこれらに限定されない）他の材料で対象シリンダを製造することが可能である。
【００１１】
ＰＤＣカッタ１００のアブレシブ摩耗耐性は、除去されるＰＣＤカッタ１００の体積に対する除去される対象シリンダ３５０の体積の比である摩耗比として定義される。代替的には、体積を測定する代りに、対象シリンダ２５０を横断してＰＤＣカッタ１００が走行する距離を測定し、ＰＤＣカッタ１００のアブレシブ摩耗耐性を定量化するために使用することができる。代替的には、当業者にとって公知のほかの方法を使用して、ＶＢＭ試験を用いて耐摩耗性を決定することが可能である。ＶＢＭ３００の動作及び構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験についての記載は、その全体が参照により本明細書に援用されている非特許文献（例えば、非特許文献３参照。）中に見い出すことができる。
【００１２】
アブレシブ摩耗耐性についての試験に加えて、ＰＤＣカッタ１００は、衝撃載荷に対する耐性についても試験され得る。図４は、金属錘４５０がカッタ１００の上方に懸垂されカッタ上に落下させられる「落下ハンマー」試験を用いて超硬コンポーネントの耐衝撃性を試験するための落下タワー装置４００を示している。「落下ハンマー」試験は、ＰＤＣカッタ１００が１つの層群から別の層群へと移行するか又は側方及び軸方向振動を受けた時に遭遇し得るタイプの載荷の模倣を試みるものである。衝撃試験の結果は、異なるカッタを、その衝撃強度に基づいてランク付けすることを可能にする。しかしながら、これらのランク付けは、カッタ１００が実際の現場においていかなる性能を示すかによって予測を立てることを可能にするものではない。
【００１３】
図４を参照すると、落下タワー装置４００は、ＰＤＣカッタなどの超硬材料１００、対象固定具４２０及び、超硬材料１００上に位置付けされた打撃板４５０を含む。ＰＤＣカッタ１００は対象固定具４２０内にロックされる。打撃板４５０又は錘は、典型的に鋼製であり、ＰＤＣカッタ１００の上方に位置付けされている。しかしながら打撃板４５０を、当業者にとって公知である代替材料から製造することも可能である。ＰＤＣカッタ１００は典型的に、ＰＤＣカッタ１００のダイヤモンドテーブル１２０が打撃板４５０に向かって上向きに曲げられた状態の、バックすくい角４１５で保持される。バックすくい角４１５の範囲は、当業者にとって公知である。
【００１４】
打撃板４５０は、ＰＤＣカッタ１００の縁部が破断するか又は粉砕するまで、ＰＤＣカッタ１００の縁部上にくり返し落下させられる。これらの試験は、打撃板４５０がダイヤモンドテーブル１２０の露出した縁部の上に衝撃を加えることから、「側面衝撃」試験とも呼ばれる。破損は典型的に、ダイヤモンドテーブル１２０内か又はダイヤモンドテーブル１２０とカーバイト基体１１０の間の接触面１１５のいずれかに出現する。「落下ハンマー」試験は、ダイヤモンドテーブル１２０の縁部の幾何形状に対し非常に敏感である。テーブル１２０がわずかに面取りされている場合、試験結果は著しく改変され得る。ダイヤモンドテーブル１２０内に最初の破壊を行なうために費やされたジュール単位の総エネルギーが記録される。より耐衝撃性の高いカッタ１００については、破損を引き起こすためにカッタ１００に対してより大きい衝撃エネルギーを付与するべく予め設定された計画にしたがって漸増的高さから打撃板４５０を落下させることができる。しかしながら、この「落下ハンマー」試験には、１つのカッタタイプの相対的耐衝撃性を別のカッタタイプと比較することのできる有効な統計的サンプリングを達成するのに多くのカッタ１００を試験する必要があるという意味で欠点がある。この試験は、ダウンホール環境内での衝撃荷重を考慮すると考えらえるため、カッタ１００全体の真の耐衝撃性を反映する結果を提供する上では不適切である。真の衝撃が動的なものであるのに対して、この試験は静的衝撃効果を示す。毎秒の衝撃数は１００ヘルツ（「Ｈｚ」）という高いものであり得る。同様に、カッタに対する損傷の量は、熟練した者により主観的に評価され、他のカッタに発生した損傷と比較される。
【００１５】
市場において利用可能な異なる摩耗試験についての結果は、概して実際の現場での実施と妥当な一致を示すものの、従来の衝撃試験の結果について、これはあてはまらない。従来の衝撃試験の結果と実際の現場での性能の間には、一定程度の相関性が存在するものの、データの分散は通常非常に大きいものであり、こうして、実際の現場での性能に関していかにカッタが挙動するかについての予測は困難かつ／又は不正確なものとなる。同様に、カッタ内部に発生する多くの破壊は、これらの従来の試験を使用しては検出されず、したがってカッタの靱性を評価する場合に未検出のままとなる。
【００１６】
さらに、ビットの選択は、非常に重大なプロセスであることから、ビットが掘削することになる異なる岩盤の機械的特性を知ることが重要である。ビット選択のために現在使用されている最も重要なパラメータの１つは、コア試料について直接測定するか又はログデータから間接的に評価することのできる、岩盤の一軸圧縮強度（「ＵＣＳ」）である。しかしながら、岩盤のＵＣＳは、特に岩盤のＵＣＳが１５０００ｐｓｉより大きく脆弱であり、そのため低い破壊靱性Ｋ1Cを有する場合に、誤解を招く恐れがあり得ることから、ビットを選択する場合にはこの方法単独に依存すべきではない。こうして、適切なドリルビットを選択する場合、岩盤の破壊靱性も同様に考慮すべきである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｅａｔｏｎ、Ｂ．Ａ．、Ｂｏｗｅｒ、Ｊｒ．、Ａ．Ｂ．及びＭａｒｔｉｓ、Ｊ．Ａ．「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｃｕｔｔｅｒｓ  Ｕｓｅｄ  Ｉｎ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｂｉｔｓ．」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９７５年５月、５４３〜５５１、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  ｐａｐｅｒ  ５０７４−ＰＡ
【非特許文献２】Ｍａｕｒｅｒ、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｃ、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、Ｃｈａｐｔｅｒ  ２２、Ｔｈｅ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１９８０、ｐｐ．５４１〜５９１
【非特許文献３】Ｂｅｒｔａｇｎｏｌｌｉ、Ｋｅｎ及びＶａｌｅ、Ｒｏｇｅｒ、「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｒｅｓｉｄｕａｌ  Ｓｔｒｅｓｓｅｓ  ｉｎ  Ｔｈｉｃｋ  Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｃｕｔｔｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ．」、ＵＳ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、２０００
【発明の概要】
【００１８】
本発明は、音響放射を用いて高硬又は超硬材料の固有強度又は靱性を試験するための方法、装置及びソフトウェアに関する。本発明は同様に、音響放射を用いた試験を受けた関連する高硬又は超硬材料から決定されるその固有強度又は靱性を有する、例えば高硬又は超硬材料を使用するドリルビット又はリーマーなどのダウンホール工具などの装置及び／又は工具にも向けられている。例示的実施形態の記述は以下でＰＤＣカッタに関連して提供されているものの、本発明の代替的実施形態は、ＰＣＢＮカッタ、岩石試料又は当業者にとって公知の又はまだ未知である他の高硬材料又は超硬材料を含めた（ただしこれらに限定されない）他のタイプの高硬材料又は超硬材料にも適用可能であるかもしれない。例えば、高硬材料又は超硬材料には、硬結炭化タングステン、炭化珪素、炭化タングステンマトリクスクーポン、セラミクス、又は化学蒸着（「ＣＶＤ」）でコーティングされたインサートが含まれる。高硬材料又は超硬材料には同様に、ドリル穴から得た高硬岩石試料及び／又は硬結岩石試料も含まれるが、これに限定されない。
【００１９】
本発明の以上の及び他の特徴は、添付図面と併せて読んだ場合に、一部の例示的実施形態についての以下の説明を参照することで最も良く理解することができる。
【００２０】
本発明は他の同等に有効な実施形態も認める可能性があることから、図面は本発明の例示的な実施形態を図示しているにすぎず、したがって、発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一例示的実施形態に係るダウンホール工具の内部に挿入可能な超硬材料を示す。
【図２】従来の花崗岩ログ試験を用いてアブレシブ摩耗耐性を試験するための旋盤を示す。
【図３】縦中ぐりフライス盤又は縦型タレット旋盤を用いてアブレシブ摩耗耐性を試験するための縦中ぐりフライス盤を示す。
【図４】「落下ハンマー」試験を用いた超硬コンポーネントの耐衝撃性を試験するための落下タワー装置を示す。
【図５】本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験システムの斜視図を示す。
【図６】本発明の一例示的実施形態に係る図５の音響放射試験装置の横断面図を示す。
【図７】本発明の一例示的実施形態に係る図５に示されているカッタホルダの斜視図を示す。
【図８】本発明の一例示的実施形態に係るカッタホルダから圧子が除去された状態の、図５の音響放射試験装置の斜視図を示す。
【図９】本発明の代替的な例示的実施形態に係る音響放射試験システムの斜視図を示す。
【図１０】一例示的実施形態に係る図５のデータレコーダの概略的ブロック図を示す。
【図１１】本発明の一例示的実施形態に係る最高約２キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び載荷のグラフ表現を示す。
【図１２】本発明の一例示的実施形態に係る最高約５キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び荷重のグラフ表現を示す。
【図１３】本発明の一例示的実施形態に係る最高約３０キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び荷重のグラフ表現を示す。
【図１４】本発明の一例示的実施形態に係る最高約４０キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び荷重のグラフ表現を示す。
【図１５Ａ】本発明の一例示的実施形態に係る最高約４５キロニュートンの荷重を受けるカッタ製造者♯１のカッタ試料＃１のカッタタイプについてのカッタ音響放射及び荷重のグラフ表現を示す。
【図１５Ｂ】本発明の一例示的実施形態に係る最高約３０キロニュートンの荷重を受けるカッタ製造者♯２のカッタ試料＃２のカッタタイプについてのカッタ音響放射及び荷重のグラフ表現を示す。
【図１６】本発明の一例示的実施形態に係るループ１の方法及びループ２の方法を含む、音響センサから受信したデータポイントを分析する方法の流れ図を示す。
【図１７】本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ１の方法の詳細な流れ図を示す。
【図１８】本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ２の方法の詳細な流れ図を示す。
【図１９】本発明の一例示的実施形態に係る荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射のグラフ表現を示す。
【図２０】本発明の一例示的実施形態に係る荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射のグラフ表現の一部分の拡大図を示す。
【図２１】本発明の一例示的実施形態に係る各々の実際の音響事象についての累積的分布表現を示す。
【図２２】一例示的実施形態に係る図１０のプロセッサのブロック図を示す。
【図２３】一例示的実施形態に係る図１のカッタに代って、それぞれ図５及び９の音響放射試験システムの内部で試験可能である岩盤試料を示す。
【図２４】一例示的実施形態に係る加圧可能なチャンバの内部に挿入された図５の音響放射試験装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、各図の同じ部品を同じ参照番号で識別し以下の通りに簡単に説明される添付図面を参照しながら、非限定的な例示的実施形態についての以下の説明を読むことによって、より良く理解できるものである。図５は、本発明の例示的実施形態に係る音響放射試験システム５００の斜視図を示す。図６は、本発明の例示的実施形態に係る図５の音響放射試験装置５０５の断面図を示す。図５および６を参照すると、音響放射試験システム５００は、データレコーダ５９０に対して通信可能な形で結合された音響放射試験装置５０５を含む。音響放射試験装置５０５は、カッタホルダ５１０、カッタ１００、圧子５５０及び音響センサ５７０を含む。しかしながら、一部の実施形態においては、カッタホルダ５１０は任意である。例示的実施形態においては、カッタ１００が描かれているが、代替的な例示的実施形態においては、岩石試料２３００（図２３）がカッタ１００に置換する。
【００２３】
図７は、本発明の例示的実施形態に係るカッタホルダ５１０の斜視図を示す。図５、６及び７を参照すると、カッタホルダ５１０は、第１の表面７１２、第２の表面７１４及び側方表面７１６を含む。第１の表面７１２は、第２の表面７１４が配置されている平面に対して実質的に平行な平面内に配置されている。側方表面７１６は第１の表面７１２から第２の表面７１４まで延在する。一部の例示的実施形態によると、側方表面７１６は第１の表面７１２及び第２の表面７１４の少なくとも一方に実質的に直交している。代替的な例示的実施形態によると、側方表面７１６は、第１の表面７１２又は第２の表面７１４のいずれにも実質的に直交していない。カッタホルダ５１０は、鋼で製造されている。ただし、他の例示的実施形態によると、カッタホルダ５１０は、適用されるべき（以下さらに詳述される）荷重５８０に耐えることのできる、当業者にとって公知の任意の金属、木材又は他の好適な材料で製造される。荷重５８０は、約ゼロキロニュートンから約７０キロニュートンまでの範囲内にあり得る。一部の例示的実施形態において、好適な材料は、機械加工又は成形され得、音を伝播することができる。一部の例示的実施形態において、好適な材料は、毎秒約１キロメートル以上の速度で音を伝播することができる。
【００２４】
カッタホルダ５１０は、実質的に円筒形状に整形され、ここで第１の表面７１２は実質的に円形、第２の表面は実質的に円形、そして側方表面７１６は実質的に円弧の形状を有する。しかしながら、側方表面７１６は、実質的に平面つまり平担な表面を有し第１の表面７１２から第２の表面７１４まで延在する結合部分７３０を含む。結合部分７３０は、音響センサ５７０をカッタホルダ５１０に結合するための表面を提供する。一部の例示的実施形態において、結合部分７３０は、第１の表面７１２から第２の表面７１４までの全長に延在していない。一部の例示的実施形態において、音響センサ５７０は、それが、円弧形状を有する側方表面７１６に結合され得るような形でサイズ決定されている。したがって、結合部分７３０はこれらの例示的実施形態においては任意である。１つの例示的形状がカッタホルダ５１０について提供されているが、カッタホルダ５１０は、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、正方形角柱又は三角柱などの任意の他の幾何学的又は非幾何学的形状に整形され得る。
【００２５】
カッタホルダ５１０の内部にはキャビティ７２０が形成され、カッタ１００又は以下でさらに記述する他の一部の高硬材料又は超硬材料、例えば岩石試料２３００（図２３）を収容するようにサイズ決定される。キャビティ７２０は、カッタ１００の直径よりもわずかに大きい直径を有し、こうしてカッタ１００がキャビティ７２０内に容易にかつ自由に嵌合できるようにサイズ決定される。キャビティ７２０は、第１の表面７１２から第２の表面７１４に向かって延在するが、第２の表面７１４に到達しない。他の例示的実施形態において、キャビティ７２０は、第１の表面７１２から第２の表面７１４まで延在し、カッタホルダ５１０を貫通して進み、こうしてカッタホルダ５１０内に１つの穴を形成する。キャビティ７２０は、形状が円形であるが、他の例示的実施形態においては任意の他の幾何学的又は非幾何学的形状である。キャビティ７２０は、カッタホルダ５１０を機械加工することによって、又は内部にキャビティ７２０を形成させるようにカッタホルダ５１０を成形することによって形成される。代替的には、キャビティ７２０は、当業者にとって公知の他の方法を用いて形成される。一部の例示的実施形態においては、キャビティ７２０は、カッタ１００がキャビティ７２０内部に挿入される毎に同じ要領でカッタ１００が適切に整列されることを保証するように形成される。
【００２６】
カッタ１００は、図１に関して前述されており、複数の例示的実施形態に適用可能である。簡単に言うと、カッタ１００は、基体１１０及び基体１１０の上面に形成又は結合されるカッタテーブル１２０を含む。例示的実施形態において、カッタテーブル１２０はＰＣＤから形成されているが、代替的な零時実施形態では、この例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、ＰＣＢＮなどの他の材料からカッタテーブル１２０が製造される。カッタ１００は平面的カッタテーブル１２０を有するか又は平担な面を有するものの、カッタテーブル１２０は、ドーム形状、凹形状、あるいは当業者にとって公知の他の任意の形状であり得る。
【００２７】
カッタ１００は、仕上げ及び／又は研磨されたカッタならびに「ロウ（ｒａｗ）」カッタを含む。「ロウ」カッタは、仕上げされておらず、典型的にプレス加工セルを出たばかりの状態で利用可能なカッタである。本発明の実施形態は、これらの両方のカッタタイプの試験を可能にする。カッタ製造者は、本発明の実施形態に係る「ロウ」カッタを試験できることから、カッタ製造者は、カッタ生産工程の早い段階でこれらのカッタが仕様に適合していることを保証することができる。カッタ製造者は、「ロウ」カッタ１００が適切な仕様に適合していないと判定した場合、カッタ生産工程を継続する前に「優れた」カッタを得るためにその運転パラメータに必要な変更を加えることができる。さらに、「ロウ」カッタを、より低いキロニュートンレベル又は荷重で試験して、「ロウ」カッタが所与の荷重下で亀裂を発生させないことを保証することができる。「ロウ」カッタの試験中に亀裂が発生した場合、カッタ製造者は、これらの「ロウ」カッタの仕上げ及び研磨に付随する追加費用をなしで済ませ、こうして不要な出費を節約することができる。したがって、より低い荷重レベルを用いて音響放射試験システム５００を通して各々の「ロウ」カッタを試験して、カッタ１００が「優れた」カッタであることを保証することができる。
【００２８】
図６を参照すると、カッタ１００はカッタホルダ５１０のキャビティ７２０内部に挿入される。カッタ１００は、キャビティ７２０の内部で配向され、こうしてカッタテーブル１２０は第１の表面７１２に向かって、又は第２の表面７１４から離れる方向に対面することになる。この例示的実施形態によると、カッタ全体１００は、キャビティ７２０の内部に挿入される。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、基体１１０全体を含むカッタ１００の一部分が、キャビティ７２０の内部に完全に挿入される。こうして、これらの代替的な例示的実施形態においては、カッタテーブル１２０の少なくとも一部分が、キャビティ７２０の内部に挿入されていない。カッタ１００がひとたびキャビティ７２０内部に挿入された時点で、カッタ１００の外周とキャビティ７２０の外側表面の間に空隙６１０が形成される。一部の例示的実施形態によると、潤滑剤６２０がカッタ１００の外周に対して塗布されるか又は、キャビティ７２０の内部に設置される。これらの例示的実施形態においては、カッタ１００がひとたびキャビティ７２０の内部に設置された時点で、潤滑剤６２０は、空隙６１０の少なくとも一部分を充填し、こうして、潤滑剤６２０は、キャビティ７２０の外側表面及びカッタ１００の外周の両方に接着し、その間の空隙の一部分を占有する。他の例示的実施形態においては、潤滑剤６２０は、少なくともキャビティ７２０の底面とカッタ１００の基部の間に設置される。潤滑剤６２０は、カッタ１００と音響センサ５７０の間の音響伝達を改善させる。潤滑剤６２０は、一部の例示的実施形態によると、ゲル、例えば超音波ゲルである。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、潤滑剤６２０として他の材料を使用することができ、これには、オイル、グリース及びローションが含まれるが、これに限定されない。これらの材料は、展延され得、表面に接着でき、急速に乾燥し切ることがないものであり得る。カッタ１００はこの例示的実施形態内で使用されるものとして説明されているものの、靱性試験が望まれる他の高硬材料又は超硬材料を、カッタ１００の代りに使用することもできる。
【００２９】
再び図５及び６を参照すると、圧子５５０は第１の端部６５０でドーム形状をしており、第２の端部６５２で平面的表面を有する。圧子５５０はカッタ１００よりも高い靱性を有し、ひとたび荷重５８０が圧子５５０に加わった時点で損傷を受けるのが圧子５５０ではなくカッタ１００となるように製造されている。例えば、圧子５５０は炭化タングステン−コバルト製である。しかしながら、圧子５５０を製造するために、当業者にとって公知の他の材料を使用することも可能である。一部の例示的実施形態において、圧子５５０のコバルト含有量は、約６パーセントから約２０パーセントの範囲内である。一部の例示的実施形態において、圧子５５０のコバルト含有量は、カッタ１００のカッタテーブル１２０のコバルト含有量よりも大きい。さらに、一部の例示的実施形態においては、圧子５５０の第１の端部６５０上にＰＣＤ層が形成されるか又は組付けられる。これらの実施形態において、圧子５５０のＰＣＤ層のコバルト含有量は、カッタ１００のカッタテーブル１２０のコバルト含有量よりも大きい。同様にこれらの例示的実施形態において、圧子５５０のＰＣＤ層のコバルト含有量は、約６パーセントから約２０パーセントの範囲内である。圧子をカッタ１００よりも靱性の高いものにするためにこれらの例示的実施形態ではコバルトが使用されているものの、代替的な例示的実施形態においては、当業者にとって公知の他の構成成分を使用することができる。
【００３０】
圧子５５０は、カッタ１００と接触するようにキャビティ７２０の内部に嵌合するようにサイズ決定される。一部の例示的実施形態においては、圧子５５０の周囲は、キャビティ７２０の周囲と実質的に類似の形でサイズ決定されている。しかしながら、カッタテーブル１２０の少なくとも一部分がキャビティ７２０の内部に無い例示的実施形態においては、圧子５５０は、圧子５５０の周囲がキャビティ７２０の周囲よりも大きくなるように寸法決定され得る。圧子５５０は、第１の端部６５０がカッタ１００と接触するような形で配向される。こうしてこの実施形態において、圧子５５０のＰＤＣ層は、カッタ１００のＰＤＣ層又はカッタテーブル１２０と接触する。荷重５８０は第２の端部６５２に適用され、この第２の端部がカッタ１００上に荷重５８０を伝達する。これらの例示的実施形態においては、ドーム形状の圧子５５０が使用されるが、他の例示的実施形態では、他の形状を有する圧子を使用することが可能である。同様に第２の端部６５２は、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、他の非平面的形状へと形成され得る。
【００３１】
音響センサ５７０は、カッタホルダ５１０の結合部分７３０に沿って位置付けされている圧電センサである。しかしながら、音響センサ５７０は、当業者にとって公知の任意の他の装置タイプであり得、ここで装置は、音響伝達を検出することができる。音響センサ５７０は、カッタ１００の中で形成される弾性波信号を検出し、これは次にこの弾性波信号を電圧信号に変換して、データを記録しかつその後分析できるようにする。一部の例示的実施形態において、潤滑剤６２０は、結合部分７３０と音響センサ５７０の間の接触領域に設置される。前述の通り、潤滑剤６２０は、カッタ１００から音響センサ５７０への弾性波伝達の検出を改善する。一部の代替的な例示的実施形態によると、音響センサ５７０は、側方表面７１６の円弧部分の上に設置され得るような形でサイズ決定されている。音響センサ５７０は、データレコーダ５９０に対して通信可能な形で結合され、こうして、カッタ１００内部で発生する弾性波に由来する電圧信号を記憶しその後分析することが可能となる。音響センサ５７０は、ケーブル５９２を用いてデータレコーダ５９０に結合される。ただし、他の例示的実施形態によると、通信可能な形で音響センサ５７０を、赤外線及び無線周波数を含めた（ただしこれに限定されない）無線技術を用いてデータレコーダ５９０に対し無線で接続することもできる。
【００３２】
データレコーダ５９０は、音響センサ５７０から送られたデータを記録し、その中にデータを記憶する。一部の例示的実施形態においては、荷重５８０を送出する装置（図示せず）又は機械も同様に、ケーブル５８２を用いてデータレコーダ５９０に結合されている。しかしながら他の例示的実施形態によると、荷重５８０を送出する装置は、赤外線及び無線周波数を含めた（ただしこれに限定されない）無線技術を用いて無線で、通信可能な形でデータレコーダ５９０に対して接続され得る。データレコーダ５９０は同様に、それが受信するデータを処理し分析する。データレコーダ５９０は、データを記録し、記憶し、処理し分析するものの、一部の例示的実施形態によると、データレコーダ５９０はデータを記憶することなく、データを受信し、データを処理し、データを分析することができる。代替的には、他の例示的実施形態において、データレコーダ５９０は、データを記憶するものの処理又は分析はできない。一部の例示的実施形態においては、データを処理し分析するために、追加の装置（図示せず）が使用される。
【００３３】
図１０は、一例示的実施形態に係る図５のデータレコーダ５９０の概略的ブロック図を示す。図５及び１０を参照すると、データレコーダ５９０はコンピュータシステムである。データレコーダ５９０は、記憶媒体１０４０、ユーザーインターフェイス１０３０、プロセッサ１０２０及びディスプレイ１０１０を含む。
【００３４】
記憶媒体１０４０は、音響センサ５７０（図５）から情報を受信し、内部にその情報を記録する。記憶媒体１０４０は、１つの例示的実施形態によるとハードドライブである。しかしながら、他の例示的実施形態によると、記憶媒体１０４０は、ハードドライブ、ポータブルハードドライブ、ＵＳＢドライブ、ＤＶＤ、ＣＤ、又はデータ及び／又はソフトウェアを記憶することのできる他の任意のデバイスのうちの少なくとも１つを含む。一部の例示的実施形態において、記憶媒体１０４０は同様に、音響センサ５７０（図５）から受信した情報又はデータの処理方法についての命令を提供するためのソフトウェアをも含んでいる。
【００３５】
ユーザーインターフェイス１０３０は、ユーザーがデータレコーダ５９０とインターフェイスしデータレコーダ５９０を操作するための命令を提供できるようにする。一部の例示的実施形態によると、ユザーインターフェイスにはキーボードが含まれる。しかしながら、他の例示的実施形態によると、ユザーインターフェイスには、キーボード、マウス、ディスプレイ１０１０の一部であり得るタッチスクリーン又は当業者にとって公知の他の任意のユザーインターフェイスのうちの少なくとも１つが含まれる。
【００３６】
プロセッサ１０２０は、ユザーインターフェイス１０３０から命令を受信し、記憶媒体１０４０の内部に記憶された情報にアクセスし、記憶媒体１０４０に情報を送信し、ディスプレイ１０１０に情報を送信することができる。一部の例示的実施形態において、プロセッサ１０２０は、記憶媒体１０４０内部に存在するソフトウェアにアクセスし、ソフトウェアが提供する命令セットを実行する。これらの命令のより詳細な説明が以下でさらに提供されている。一部の例示的実施形態において、プロセッサ１０２０はプロセッサエンジン２２００を含み、これについては、図１６、１７、１８及び２２と併せて以下でさらに詳述される。
【００３７】
ディスプレイ１０１０は、プロセッサから情報を受信し、この情報をユーザーに伝える。１つの例示的実施形態によると、ディスプレイ１０１０はモニター、又はスクリーンを含む。しかしながら、他の例示的実施形態によると、ディスプレイ１０１０はスクリーン、タッチスクリーン、プリンタ又はユーザーに情報を伝えることのできる任意の他のデバイスのうちの少なくとも１つを含む。
【００３８】
図１０には示されていないものの、データレコーダ５９０は、有線又は無線のいずれかで、内部ネットワークに対して通信可能な形で結合され得、ここで音響センサ５７０（図５）由来のソフトウェア及び／又はデータは中央サーバー（図示せず）内に記憶される。さらに、一部の代替的な例示的実施形態によると、データレコーダ５９０は、有線又は無線で、モデム（図示せず）に対して通信可能な形で結合され得、ここでモデムはワールドワイドウェブに対して通信可能な形で結合される。一部の代替的な例示的実施形態においては、音響センサ５７０（図５）由来のソフトウェア及び／又はデータは、ワールドワイドウェブを介してアクセス可能なリモートロケーションに記憶される。
【００３９】
図８は、本発明の一例示的実施形態に係る、カッタホルダ５１０から圧子５５０が除去された状態にある図５の音響放射試験装置５０５の斜視図を示す。図８を参照すると、カッタ１００はカッタホルダ５１０のキャビティ７２０の内部に完全に挿入されている。図示されている通り、カッタ１００の直径は、キャビティ７２０の直径よりも小さく、こうして空隙６１０が形成される。同様に、ＰＤＣ層又はカッタテーブル１２０は、ＰＣＤ層が第１の表面７１２に向かって対面するような形で配向されている。圧子５５０は、キャビティ７２０から除去されて、圧子５５０のいくつかの特徴をさらに図示している。この例示的実施形態によると、圧子５５０は基体８０８と、基体８０８の上面に形成又は結合された高硬表面８１０とを含む。例示的実施形態中、高硬表面８１０はＰＣＤから形成されているが、代替的な例示的実施形態は、この例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなくＰＣＢＮなどの他の高硬又は超硬材料から製造された高硬表面８１０を有することができる。圧子５５０はドーム形状の高硬表面８１０を有するものの、高硬表面８１０は平面的又は当業者にとって公知の任意の他の形状であってよい。ここでわかるように、圧子５５０は、この例示的実施形態によると、キャビティ７２０の直径と実質的に類似の直径を有する。
【００４０】
代替的な一実施形態において、圧子５５０は、第１の表面７１２に向かって対面する高硬表面８１０を有してキャビティ７２０の内部に位置付けされている。試験すべきカッタ１００は、カッタテーブル１２０が高硬表面８１０と接触している状態で、圧子５５０の頂部に位置付けされる。荷重５８０は、試験カッタ１００の基体１１０の背面上に下向きに適用される。試験カッタ１００内で開始しかつ／又は伝播する亀裂の音響放射が、圧子５５０を通って音響センサ５７０まで伝達される。この代替的な例示的実施形態においては、カッタホルダ５１０は任意である。
【００４１】
図９は、本発明の代替的な一例示的実施形態に係る音響放射試験システム９００の斜視図を示す。図９を参照すると、音響放射試験システム９００は、データレコーダ５０７に対して通信可能な形で結合された音響放射試験装置９０５を含んでいる。音響放射試験装置９０５は、音響センサ５７０がカッタ１００に直接結合され、図５のカッタホルダ５１０が除去されているという点を除いて、図５の音響放射試験装置５０５と類似である。カッタ１００、圧子５５０、荷重５８０、音響センサ５７０及びデータレコーダ５９０は、図５、６、７、８及び１０に関して前述されている。同様に潤滑剤６２０（図６）は、一部の例示的実施形態によると音響センサ５７０とカッタ１００の間に設置されている。
【００４２】
音響放射試験システム５００の動作について、図５〜８を参照しながら説明する。試験すべきカッタ１００、又は高硬材料又は超硬材料は、カッタホルダ５１０のキャビティ７２０の内部に設置されている。カッタ１００の基部又は底部表面とキャビティ７２０の基部との間の接触表面を横断した弾性波の伝達を改善するために、カッタ１００の底部表面とキャビティ７２０の基部の間に鉱油系ゲル６２０が使用される。音響センサ５７０は、カッタホルダ５１０の結合部分７３０に接して位置付けされて、カッタ１００内部で生成された弾性波を検出する。音響センサ５７０と結合部分７３０との間の接触表面を横断する弾性波の伝達を改善するため、鉱油系ゲル６２０は音響センサ５７０と結合部分７３０の間にも使用される。圧子５５０は、カッタ１００のＰＣＤ層１２０の上面に設置され、荷重５８０を用いてこのＰＣＤ層１２０に対し押圧される。荷重５８０は、１００キロニュートンの８５００シリーズＩｎｓｔｒｏｎ機を用いて圧子５５０上に提供される。この機械（図示せず）は、圧子５５０上に及ぼされる荷重の量を制御することができる。機械は、荷重と時間の関係を測定するように、データレコーダ５９０に接続される。荷重５８０を提供することのできる機械の一例が開示されているものの、圧子５５０に対して測定可能な荷重を提供することのできるあらゆるシステムが、本発明の例示的実施形態の範囲内に入る。例えば、測定可能な荷重５８０を送出するための機械又は装置は、手持ち式ハンマーから完全に計装を搭載した衝撃機械に至るまで、又は定常なランプ又は繰り返し載荷履歴のための荷重制御式油圧機械に至るまでの範囲内にあり得る。
【００４３】
荷重５８０は圧子５５０に適用され、恒常な速度で所望の荷重レベルまで増大させられる。ひとたび所望の荷重レベルに到達した時点で、その荷重レベルは、数秒から数分の範囲内にあり得る所望の時限の間維持され、その後ランプアップ速度よりも速い速度でランプダウンされる。上面ダイヤモンド層１３０の内部で新しい亀裂が形成するか既存の亀裂が成長する毎に、ＰＣＤ層１２０、基体１１０及びカッタホルダ５１０を通って走行する一連の弾性波の形で、一定量の弾性エネルギーがほぼ瞬間的に放出される。音響センサ５７０はこれらの弾性波を検出し、受信信号を電圧信号に変換する。音響センサ５７０は、データレコーダ５００に対して通信可能な形で結合され、こうして音響放射又はデータが時間に対して記録されることになる。これらの音響放射はバックグラウンドノイズと音響事象を含む。したがって、音響放射履歴及び載荷履歴がデータレコーダ５９０上に記録されることから、どの荷重５８０において一定の音響事象が発生したかを判定することができる。音響事象とは、ＰＤＣ層１２０内において新しい亀裂が形成するか又は既存の亀裂が成長する事象である。１つの例示的実施形態によると、音響センサ５７０は、毎秒約５０００のデータポイント速度で、データレコーダ５９０にデータを提供する。しかしながら、毎秒のデータポイントは、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく増減させることができる。
【００４４】
図１１は、本発明の一例示的実施形態に係る最高約２キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び載荷のグラフ表現１１００を示す。図１１を参照すると、カッタ音響放射及び載荷表現１１００は、時間軸１１１０、荷重軸１１２０及び音響放射軸１１３０を含む。時間軸１１１０は、ｘ軸によって表わされ、秒数×５０００の単位で提供されている。こうして、秒単位の時限を得るためには、時間軸１１１０内の数値を５０００で除する必要がある。時間軸１１１０を同様に、試料に送出されているエネルギーとして読取ることも可能である。換言すると、より多くの時間が経過するにつれて、カッタ又は試験試料に対しより多くの総エネルギーが及ぼされる。荷重軸１１２０はｙ軸により表わされ、キロニュートン単位で提供されている。音響放射軸１１３０は同様に、ｙ軸により表わされ、ミリボルト×１０の単位で提供されている。こうして、ミリボルト単位の電圧を得るためには、音響放射軸１１３０内の数値を１０で除する必要がある。荷重曲線１１４０及び音響放射曲線１１６０の両方共が、カッタ音響放射及び載荷表現１１００に示されている。荷重曲線１１４０によると、荷重はゼロキロニュートンから２キロニュートンまで、恒常な速度１１４２又はランプアップ速度で増大させられた。荷重は一定の時限だけピーク荷重レベル１１４３つまりこの例においては２キロニュートンに保持され、次に、ランプアップ速度１１４２よりも速いランプダウン速度１１４４でランプダウンさせられた。音響放射曲線１１６０は、音響センサ由来の記録済み信号を表わす。音響放射曲線１１６０によると、記録された唯一の音響放射は、バックグラウンドノイズ１１６２である。いかなる音響事象も検出されなかった。同様に、荷重が増大するにつれて、バックグラウンドノイズ１１６２も増大する。
【００４５】
図１２は、本発明の一例示的実施形態に係る最高約５キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び載荷のグラフ表現１２００を示す。図１２を参照すると、カッタ音響放射及び載荷表現１２００は、時間軸１２１０、荷重軸１２２０及び音響放射軸１２３０を含む。時間軸１２１０は、ｘ軸によって表わされ、秒数×５０００の単位で提供されている。こうして、秒単位の時限を得るためには、時間軸１２１０内の数値を５０００で除する必要がある。時間軸１２１０を同様に、試料に送出されているエネルギーとして読取ることも可能である。換言すると、より多くの時間が経過するにつれて、カッタ又は試験試料に対しより多くの総エネルギーが及ぼされる。荷重軸１２２０はｙ軸により表わされ、キロニュートン単位で提供されている。音響放射軸１２３０は同様に、ｙ軸により表わされ、ミリボルト×１０の単位で提供されている。こうして、ミリボルト単位の電圧を得るためには、音響放射軸１２３０内の数値を１０で除する必要がある。荷重曲線１２４０及び音響放射曲線１２６０の両方共が、カッタ音響放射及び載荷表現１２００に示されている。荷重曲線１２４０によると、荷重はゼロキロニュートンから５キロニュートンまで、恒常な速度１２４２又はランプアップ速度で増大させられた。荷重は一定の時限だけピーク荷重レベル１２４３つまりこの例においては５キロニュートンに保持され、次に、ランプアップ速度１２４２よりも速いランプダウン速度１２４４でランプダウンさせられた。音響放射曲線１２６０は、音響センサ由来の記録済み信号を表わす。音響放射曲線１２６０によると、記録された唯一の音響放射は、バックグラウンドノイズ１２６２である。いかなる音響事象も検出されなかった。同様に、荷重が増大するにつれて、バックグラウンドノイズ１２６２も増大する。
【００４６】
図１３は、本発明の一例示的実施形態に係る最高約３０キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び載荷のグラフ表現１３００を示す。図１３を参照すると、カッタ音響放射及び載荷表現１３００は、時間軸１３１０、荷重軸１３２０及び音響放射軸１３３０を含む。時間軸１３１０は、ｘ軸によって表わされ、秒数×５０００の単位で提供されている。こうして、秒単位の時限を得るためには、時間軸１３１０内の数値を５０００で除する必要がある。時間軸１３１０を同様に、試料に送出されているエネルギーとして読取ることも可能である。換言すると、より多くの時間が経過するにつれて、試料に対しより多くの総エネルギーが及ぼされる。荷重軸１３２０はｙ軸により表わされ、キロニュートン単位で提供されている。音響放射軸１３３０は同様に、ｙ軸により表わされ、ミリボルト×１０の単位で提供されている。こうして、ミリボルト単位の電圧を得るためには、音響放射軸１３３０内の数値を１０で除する必要がある。荷重曲線１３４０及び音響放射曲線１３６０の両方共が、カッタ音響放射及び載荷表現１３００に示されている。荷重曲線１３４０によると、荷重はゼロキロニュートンから３０キロニュートンまで、恒常な速度１３４２又はランプアップ速度で増大させられた。荷重は一定の時限だけピーク荷重レベル１３４３つまりこの例においては３０キロニュートンに保持され、次に、ランプアップ速度１３４２よりも速いランプダウン速度１３４４でランプダウンさせられた。音響放射曲線１３６０は、音響センサ由来の記録済み信号を表わす。音響放射曲線１３６０によると、記録された音響放射は、バックグラウンドノイズ１３６２及び１つ以上の音響事象１３６４を含む。バックグラウンドノイズ１３６２は、試験中に記録されたデータの大部分を構成する。音響事象１３６４は、バックグラウンドノイズ１３６２から上向きに有意に延在する細い垂直線として示されている。バックグラウンドノイズ１３６２より上の各音響事象１３６４の高さは、較正定数を用いて各亀裂形成及び／又は伝播事象により放出された弾性エネルギー量に正比例する。全ての単一の音響事象１３６４は平均して、約５５ミリセカンド持続する。この例示的実施形態によると、音響センサは毎秒約５０００のデータポイントをサンプリングし、こうして、これらの音響事象１３６４の検出が可能となる。同様に、荷重が増大するにつれて、バックグラウンドノイズ１３６２も同様に増大する。この試験を完了した後、カッタは目視された。カッタの頂部ＰＣＤ表面にはいかなる損傷の視覚的兆候も全く存在しなかったが、音響センサは正に、カッタ内部に発生する音響事象を検出した。こうして音響センサは、ひとたび荷重に曝露された場合、カッタに発生する極小さい損傷を、それが目に見えない場合でも検出することができる。
【００４７】
図１４は、本発明の一例示的実施形態に係る最高約４０キロニュートンの荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射及び載荷のグラフ表現を示す。図１４で表されている試験においては、図１３に表された試験で使用されたものと同じカッタ試料を使用した。図１４を参照すると、カッタ音響放射及び載荷表現１４００は、時間軸１４１０、荷重軸１４２０及び音響放射軸１４３０を含む。時間軸１４１０は、ｘ軸によって表わされ、秒数×５０００の単位で提供されている。こうして、秒単位の時限を得るためには、時間軸１４１０内の数値を５０００で除する必要がある。時間軸１４１０を同様に、試料に送出されているエネルギーとして読取ることも可能である。換言すると、より多くの時間が経過するにつれて、試料に対しより多くの総エネルギーが及ぼされる。荷重軸１４２０はｙ軸により表わされ、キロニュートン単位で提供されている。音響放射軸１４３０は同様に、ｙ軸により表わされ、ミリボルト×１０の単位で提供されている。こうして、ミリボルト単位の電圧を得るためには、音響放射軸１４３０内の数値を１０で除する必要がある。荷重曲線１４４０及び音響放射曲線１４６０の両方共が、カッタ音響放射及び載荷表現１４００に示されている。荷重曲線１４４０によると、荷重はゼロキロニュートンから４０キロニュートンまで、恒常な速度１４４２又はランプアップ速度で増大させられた。荷重は一定の時限だけピーク荷重レベル１４４３つまりこの例においては４０キロニュートンに保持され、次に、ランプアップ速度１４４２よりも速いランプダウン速度１４４４でランプダウンさせられた。音響放射曲線１４６０は、音響センサ由来の記録済み信号を表わす。音響放射曲線１４６０によると、記録された音響放射は、バックグラウンドノイズ１４６２及び１つ以上音響事象１４６４を含む。音響事象１４６４は、バックグラウンドノイズ１４６２から上向きに有意に延在する垂直線として示されている。バックグラウンドノイズ１４６２より上の各音響事象１４６４の高さは、較正定数を用いて各亀裂形成及び／又は伝播事象により放出された弾性エネルギー量に正比例する。図１４を見ればわかるように、荷重が、このカッタが受けた先行する荷重に達するか又はそれを超過するまで、音響事象１４６４はカッタの内部で発生しなかった。例えば、このカッタは、先に、図１３に記述されている通り、最高３０キロニュートンの荷重を受けていた。したがって、この例では約３０キロニュートンであった、先にカッタに対し適用された閾値１４６６に到達しかつ／又はそれを超過するまでは、新しい音響事象１４６４は発生しなかった。実験に基づいて、新たな亀裂を生成するか又は先行する試験実行において形成されたカッタ内の既存の亀裂を成長させるためには、先行するピーク荷重レベル１３４３以上の荷重レベルが適用されなければならないと考えられる。
【００４８】
図１５Ａは、本発明の一例示的実施形態に係る最高約４５キロニュートンの荷重を受けるカッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタタイプについてのカッタ音響放射及び載荷のグラフ表現１５００を示す。図１５Ｂは、本発明の一例示的実施形態に係る最高約３０キロニュートンの荷重を受けるカッタ製造者＃２のカッタ試料＃２のカッタタイプについてのカッタ音響放射及び載荷のグラフ表現１５００を示す。図１５Ａ及び１５Ｂを参照すると、カッタ音響放射及び載荷表現１５００には、カッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタタイプの内部で発生する１つ以上の音響事象１５２０を示す音響放射曲線１５１０が含まれ、一方カッタ音響放射及び載荷表現１５５０には、カッタ製造者＃２のカッタ試料＃２のカッタタイプの内部で発生する１つ以上の音響事象１５７０を示す音響放射曲線１５６０が含まれる。カッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタタイプの場合よりもカッタ製造者＃２のカッタ試料＃２のカッタタイプの内部で、著しく多くの音響事象１５２０及び１５７０が発生している。したがって、異なるカッタタイプは、それらのそれぞれの音響放射曲線内で異なる音響パターンを示す。これらの結果に基づいて、ユーザーは、どのカッタタイプが別のカッタタイプよりも靱性が高いかを判定することができ、これによりカッタをその靱性にしたがってランク付けすることができる。この場合、カッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタタイプは、カッタ製造者＃２のカッタ試料＃２のカッタタイプよりも靱性が高い。
【００４９】
図１１〜１５に示されている実験結果に基づくと、少なくともいくつかの見解を得ることができる。第１に音響センサは、圧子が載荷されるにつれてカッタのダイヤモンドテーブル内の亀裂形成及び亀裂成長を検出することができ、かつ後で分析可能である信号を送ることができる。第２に、異なるカッタタイプは、異なる音響事象パターンを示し、ユーザーが、別のカッタに比較した場合にそのカッタの靱性をランク付けすることかできるようにする。第３に、試験の後カッタのＰＤＣテーブルの表面上に検出可能な可視的損傷が全く存在しない可能性はあるものの、音響センサはカッタに発生するあらゆる不可視の損傷を検出することができる。
【００５０】
図１６は、音響センサから受取ったデータポイントを分析するための方法１６００の流れ図を示しており、ここで、この方法には、本発明の一例示的実施形態に係るループ１の方法１６８０及びループ２の方法１６９０が含まれる。いくつかのステップが、特定の順序で進行するものとして示されているものの、ステップのシーケンスは、この例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく変更可能である。同様に、一部の機能は１つ以上のステップで実施されているものの、その機能を果たすためのステップの数は、この例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく増減させることができる。
【００５１】
図１６を参照すると、ステップ１６０５で、方法１６００が開始する。ステップ１６０５から、方法１６００はステップ１６１０に進む。ステップ１６１０では、可能性のある音響事象としてデータポイントを認定するためのバックグラウンドノイズを上回る１つ以上の最小閾値が決定される。ステップ１６１０の完了時点で、方法１６００はステップ１６１５及びステップ１６２５に進み、これらのステップは一部の例示的実施形態においては同時に発生し得る。ステップ１６１５では、バックグラウンドノイズの外側包絡線を画定するバックグラウンドポイントが決定される。ステップ１６２５では、ステップ１６１０で決定された１つ以上の閾値に基づいて、可能性のある音響事象ポイントが決定される。ステップ１６１５及びステップ１６２５は、ループ１の方法１６８０の中に含まれ、この方法については、以下で図１７と併せてさらに詳述される。
【００５２】
ステップ１６１５から、方法１６００はステップ１６２０に進む。ステップ１６２０において、ステップ１６１５で決定されたバックグラウンドポイントは補間されて、バックグラウンドノイズ関数曲線を生成する。ステップ１６２０及び１６２５から、方法１６００はステップ１６３０に進む。ステップ１６３０においては、ステップ１６８０で決定された可能性のある音響事象ポイント及びステップ１６２０で決定されたバックグラウンドノイズ関数曲線を用いて、実際の音響事象ポイントが決定される。ステップ１６３０から、方法１６００はステップ１６３５に進む。ステップ１６３５において、各々の実際の音響事象ポイントの振幅及び持続時間が決定される。ステップ１６３５から、方法１６００はステップ１６４０に進む。ステップ１６４０において、各音響事象ポイントの下の領域が計算される。ステップ１６４０から方法１６００はステップ１６４５に進む。ステップ１６４５においては、各音響事象ポイントについて実際の試験荷重に対して領域の累積的分布が比較される。ユーザーは、この比較を用いて、別のカッタに対する１つのカッタの相対的靱性に関する決定を行なうことができる。この比較は、定量的かつ客観的方法を用いて決定を行なうことを可能にする。音響事象ポイントの持続時間、振幅及び周波数ならびに試料に対し送出されるエネルギー又は荷重の対応するレベルは、試験中のＰＣＤ又は他の高硬材料又は超硬材料の現場衝撃性能と直接相関させることができる。方法１６００は、幾分かの損傷を開始させるのに要する外部作業又は荷重の最小量の測定を可能にするだけでなく、損傷レベルを増大させるために要する追加の作業又は荷重の量の測定をも可能にする。ステップ１６４５の後、方法１６００はステップ１６５０に進み、ここで方法１６００は停止する。
【００５３】
図１９は、本発明の一例示的実施形態に係る、荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射のグラフ表現１９００を示す。図２０は、本発明の一例示的実施形態に係る荷重を受けるカッタについてのカッタ音響放射のグラフ表現２０００の一部分の拡大図を示す。図２１は、本発明の例示的実施形態に係る各々の実際の音響事象についての累積的分布表現２１００を示す。図１９〜２１は、図１６の方法１６００において示されたステップの大分部を描いている。
【００５４】
図１９を参照すると、カッタ音響放射表現１９００は、時間軸１９１０と音響放射軸１９３０とを含む。時間軸１９１０は、ｘ軸によって表わされ、秒数×５０００の単位で提供されている。こうして、秒単位の時限を得るためには、時間軸１９１０内の数値を５０００で除する必要がある。音響放射軸１９３０はｙ軸によって表わされ、ミリボルト×１０の単位で提供されている。こうして、ミリボルト単位の電圧を得るためには、音響放射軸１９３０内の数値を１０で除する必要がある。音響放射データ１９６０が、カッタ音響放射表現１９００上に示されている。音響放射データ１９６０は、音響センサ由来の記録済み信号を表わす。音響放射データ１９６０によると、記録された音響放射データは１つ以上のバックグラウンドポイント１９６２及び１つ以上の可能性のある音響事象ポイント１９６４を含む。図１６及び１９を参照し、図１６のステップ１６１５とステップ１６２５によると、音響放射データ１９６０は、バックグラウンドポイント１９６２及び可能性のある音響事象ポイント１９６４を含むように選別される。音響放射データ１９６０の選別は、１つの例示的実施形態によるとデータレコーダ５９０（図５）の内部に存在するアルゴリズムを用いて実施される。しかしながら、アルゴリズムは、代替的な例示的実施形態内では別の装置の中に記憶させることができ又は手作業で実施される。代替的には、当業者にとっては公知であり本発明の利益を有する他の方法を使用して、音響放射データ１９６０を分類することができる。図１９に示されている通り、各バックグラウンドポイント１９６２は円でマークされ、各々の可能性のある音響事象ポイント１９６４は正方形でマークされている。バックグラウンドポイント１９６２又は可能性のある音響事象ポイント１９６４のいずれとしても定義されないいくつかのポイントが存在する。これらのマーキングは、図示を目的とするものであり、本発明の例示的実施形態の範囲を限定するように意図されていない。
【００５５】
図１６及び１９を参照し、図１６のステップ１６２０によると、決定されたバックグラウンドポイント１９６２を用いてバックグラウンドノイズ関数曲線１９７０が補間される。１つの例示的実施形態によると、バックグラウンドノイズ関数曲線１９７０は、４次多項式を用いて補間される。しかしながら、この例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、他の次数の多項式を用いてバックグラウンドポイント１９６２を補間することも可能である。
【００５６】
図２０を参照すると、カッタ音響放射のグラフ表現２０００の拡大部分が提示されている。この図によると、実際の音響事象ポイント２０１０を含む各音響放射データ１９６０は、それが発生する持続時間２０２０を有している。さらに、各々の実際の音響事象ポイント２０１０は、バックグラウンドノイズ関数曲線１９７０から実際の音響事象ポイント２０１０が存在する位置まで垂直方向に測定される振幅２０３０を有する。図１６及び２０を参照し、図１６のステップ１６３５によると、実際の音響事象ポイント２０１０の振幅２０３０及び持続時間２０２０が計算される。ひとたび振幅２０３０と持続時間２０２０が決定された時点で、振幅２０３０を持続時間２０２０に乗じることにより、各々の実際の音響事象ポイント２０１０の下の領域２０４０が計算される。このステップは図１６のステップ１６４０において達成される。いくつかの例示的実施形態によると、領域２０４０についての単位は、ミリボルト×秒数×５０００である。しかしながら、例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく、他の単位を使用することも可能である。
【００５７】
図２１を参照すると、各々の実際の音響事象についての累積的分布表現２１００が提示されている。この図によると、累積的分布表現２１００には、荷重軸２１１０と音響放射領域軸２１３０が含まれる。荷重軸２１１０は、ｘ軸によって表わされ、キロニュートンの単位で提供される。音響放射領域軸２１３０はｙ軸によって表わされ、ミリボルト×秒数×５００００の単位で提供される。これは、実際の音響事象ポイントの下に存在するものとして決定された領域である。こうして、ミリボルト×秒数単位の領域を得るためには、音響放射領域軸２１３０内の数値を５００００で除する必要がある。図１６及び２１を参照し、図１６のステップ１６４５によると、音響放射領域軸２１３０に沿ってプロットされる領域の類似的分布は、各々の実際の音響事象について、荷重軸２１１０に沿ってプロットされる実際の試験荷重と比較される。累積的分布の表現２１００は、カッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタプロット２１５０及びカッタ製造者＃２のカッタ試料＃２のカッタプロット２１６０についてのこれらの比較を提供している。
【００５８】
例えば、３つのカッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタプロット２１５０のうちの１つの中には、約２８キロニュートン及び約３５５０ミリボルト×秒数×５０，０００において、ＰｏｉｎｔＡ２１５２としてラベル付けされた実際の音響事象ポイントが存在する。このことはすなわち、おおよそ約２８キロニュートンの荷重で発生した実際の音響事象ポイントについての領域を含めて、全ての先行する実際の音響事象ポイントの下に発生した３５５０ミリボルト×秒数×５０，０００の累積領域が存在していたことを意味している。同じ曲線上の次の実際の音響事象ポイント、ＰｏｉｎｔＢ２１５４は、約３２．５キロニュートンで発生する。この実際の音響事象ポイントの下の領域は、約６５０ミリボルト×秒数×５０，０００であり、これは累積的分布表現２１００上には直接示されていない。しかしながら、約３２．５キロニュートンでは、約４２００ミリボルト×秒数×５０，０００の累積領域が存在した。こうして、約４２００ミリボルト×秒数×５０，０００から約３５５０ミリボルト×秒数×５０，０００を減じると、約６５０ミリボルト×秒数５０，０００に等しくなる。より高硬のカッタあるいはさらに固有靱性の高いカッタは、所与の荷重について累積領域がさらに小さい曲線を提供する。急勾配の曲線を有し多くの高振幅の実際の音響事象ポイントを伴うカッタは、曲線の勾配がより小さく高振幅の実際の音響事象ポイントがより少ないカッタに比べて、固有靱性が低い。したがって、累積分布表現２１００によると、カッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタプロット２１５０とカッタ製造者＃２の試料＃２のカッタプロット２１６０との間を比較すると、カッタ製造者＃１のカッタ試料＃１のカッタがカッタ製造者♯２のカッタ試料＃２のカッタよりも高い固有靱性を有することを表わしている。同様に、図２１によると、カッタ製造者♯１のカッタ試料＃１のカッタプロット２１５０を表わす３本の曲線とカッタ製造者♯２のカッタ試料＃２のカッタプロット２１６０を表わす２本の曲線が存在する。これらのプロット２１５０及び２１６０は、方法１６００（図１６）が高い分解能を有しこのため同じグループの試料の内部での変動性を検出することが可能となっている。図１６に提供されている方法は、他のカッタの中でカッタの靱性を客観的にランク付けするための情報をユーザーに提供する。
【００５９】
図１７は、本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ１の方法１６８０の詳細な流れ図を示す。図１７を参照すると、ステップ１７０５において、ループ１の方法１６８０が開始する。ループ１の方法１６８０は、ステップ１７０５からステップ１７１０に進む。ステップ１７１０において、第１のデータポイントが読取られる。ステップ１７１０が完了した時点で、ループ１の方法１６８０はステップ１７１５に進み、ここで次のデータポイントが読取られる。ステップ１７１５の後、ループ１の方法１６８０はステップ１７２０に進む。ステップ１７２０において、２つのデータポイントの間の差が計算され、音響事象を定義するために使用される第１の交差値と比較される。１つの例示的実施形態によると、第１の交差値は約０．５ミリボルトである。しかしながら、他の例示的実施形態において第１の交差値はより高いものであるか又はより低いものであり得る。２つのデータポイント間の差が第１の交差値よりも小さくない場合、ループ１の方法１６８０はステップ１７２５に進む。ステップ１７２５において、２つのデータポイントのうちの第２のものは、可能性のある音響事象ポイントとして定義される。ループ１の方法１６８０は、ステップ１７２５からステップ１７４５に進み、ここでループ１の方法１６８０は、別のデータポイントが存在するか否かを決定する。ステップ１７４５において、別のデータポイントが存在しないことが決定された場合には、ループ１の方法１６８０はステップ１７５０に進み、ここでループ１の方法１６８０は停止する。しかしながらステップ１７４５において、別のデータポイントが存在することが決定された場合、ループ１の方法１６８０はステップ１７１５に戻る。
【００６０】
ステップ１７２０において、２つのデータポイント間の差が第１の交差値よりも小さいことが決定された場合には、ループ１の方法１６８０はステップ１７３０に進む。ステップ１７３０において、２つのデータポイント間の差は、第２の交差値と比較される。１つの例示的実施形態によると、第２の交差値は約０．０１ミリボルトである。ただし、第２の交差値は、他の例示的実施形態においてより高いもの又はより低いものであり得る。２つのデータポイント間の差が第２の交差値より小さくない場合、ループ１の方法１６８０はステップ１７１５に戻り、第２のデータポイントは定義されない。しかしながら、２つのデータポイント間の差が第２の交差値より小さい場合、ループ１の方法１６８０はステップ１７３５に進む。
【００６１】
ステップ１７３５において、２つのデータポイント間の差が負でありかつ「ｚ」未満の回数の間連続して負であったか、あるいは差が正でありかつ「ｕ」未満の回数の間連続して正であったかが決定される。１つの例示的実施形態によると、「ｚ」は２であり、「ｕ」は３である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、「ｕ」の値及び「ｚ」の値のいずれか又は両方共がより高いもの又は低いものであり得る。２つのデータポイントの間の差が負でありかつ「ｚ」未満の回数の間連続して負であったか又は、正でありかつ「ｕ」未満の回数の間連続して正であったということが真でない場合には、ループ１の方法１６８０はステップ１７１５に戻り、第２のデータポイントは定義されない。しかしながら、２つのデータポイント間の差が負でありかつ「ｚ」未満の回数の間連続して負であったか、又は正でありかつ「ｕ」未満の回数の間連続して正であった場合には、ループ１の方法１６８０はステップ１７４０に進む。
【００６２】
ステップ１７４０において、２つのデータポイントのうちの第２のものは、バックグラウンド境界ポイントとして定義される。ループ１の方法１６８０は、ステップ１７４０からステップ１７４５に進み、ここで別のデータポイントが存在するか否かが決定される。ループ１の方法１６８０は、上述したステップに従ってステップ１７５０に達するまで継続する。こうして、ループ１の方法１６８０は、どのデータポイントを可能性のある音響事象ポイント、バックグラウンド境界ポイントとして定義すべきか、あるいはいずれかのポイントタイプとして定義すべきでないかを決定するための方法を提供する。
【００６３】
図１８は、本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ２の方法１６９０の詳細な流れ図を示す。図１８を参照すると、ステップ１８０５において、ループ２の方法１６９０が開始する。ループ２の方法１６９０は、ステップ１８０５からステップ１８１０に進む。ステップ１８１０において、バックグラウンド境界ポイントを用いてバックグラウンドノイズ関数曲線が新規作成される。ステップ１８１０が完了した時点で、ループ２の方法１６９０はステップ１８１５に進み、ここで第１の可能性のある音響事象ポイントが読取られる。ステップ１８１５の後、ループ２の方法１６９０はステップ１８２０に進む。ステップ１８２０において、可能性のある音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間の差が計算され、この差が実際の音響事象ポイントを定義するために使用される第３の交差値よりも大きいか否かが決定される。１つの例示的実施形態によると、第３の交差値は約０．０８ミリボルトである。しかしながら、他の例示的実施形態において第３の交差値はより高いものであるか又はより低いものであり得る。可能性のある音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線との間の差が第３の交差値よりも大きくない場合、ループ２の方法１６９０はステップ１８２５に進む。ステップ１８２５において、次の可能性のある音響事象ポイントが読み取られ、ループ２の方法１６９０はステップ１８２０に戻る。しかしながら、可能性のある音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間の差が第３の交差値より大きい場合、ループ２の方法１６９０はステップ１８３０に進む。
【００６４】
ステップ１８３０において、振幅、持続時間及び実際の音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線の間の領域が計算される。ステップ１８３０から、ループ２の方法１６９０はステップ１８４０に進む。ステップ１８４０において、別の可能性のある音響事象ポイントが存在するか否かが決定される。別の可能性のある音響事象ポイントが存在する場合、ループ２の方法１６９０はステップ１８２５に戻り、ここでループ２の方法１６９０が継続する。しかしながら、別の可能性のある音響事象ポイントが存在しない場合、ループ２の方法１６９０はステップ１８４５に進む。こうして、ループ２の方法１６９０は、どのデータポイントを実際の音響事象ポイントとして定義すべきかを決定するための方法を提供し、次に、各々の定義された音響事象ポイントについて領域を計算する。
【００６５】
図２２は、一例示的実施形態に係る図１０のプロセッサ１０２０のブロック図を示す。先に言及した通り、図１６〜１８で示された１つ以上のステップを実施するための方法は、プロセッサ１０２０内で実施される。しかしながら、一部の他の例示的実施形態では、これらの方法は、手作業で、又は手作業とプロセッサ内の組合せで実施される。プロセッサ１０２０は、データレコーダ５９０又はコンピュータシステムの内部に位置設定される。１つのプロセッサ１０２０が図示されているものの、本例示的実施形態の範囲の及び精神から逸脱することなく、多数のプロセッサを使用することができる。プロセッサ１０２０は１つ以上のプロセッサエンジン２２００を含む。
【００６６】
プロセッサエンジン２２００には、音響データ収集エンジン２２１０、バックグラウンドポイント決定エンジン２２２０、可能性のある音響事象ポイント決定エンジン２２３０、バックグラウンドノイズ関数曲線補間エンジン２２４０、実際の音響事象ポイント決定エンジン２２５０、実際の音響事象領域計算エンジン２２６０ならびに累積領域及び荷重曲線エンジン２２７０が含まれる。プロセッサエンジン２２００内には７つのエンジンが含まれているものの、他の例示的実施形態においては、エンジン数はより多いもの又はより少ないものであり得る。さらに、これらの先に言及したプロセッサエンジン２２００のうちの１つ以上を、より少ないプロセッサエンジン２２００の形に組合せるか又は追加のプロセッサエンジン２２００へと分離することができ、このために本例示的実施形態の範囲及び精神から逸脱することはない。
【００６７】
音響データ収集エンジン２２１０は、バックグラウンドポイントと可能性のある音響事象ポイントとを含むデータを少なくとも音響センサから収集する。音響データ収集エンジン２２１０は同様に、一部の例示的実施形態において、荷重からのデータをも収集し、こうして、対応するバックグラウンドポイント及び可能性のある音響事象ポイントが所与の荷重に関係づけされるようになっている。バックグラウンドポイント決定エンジン２２２０は、音響センサから得たデータを評価し、データポイントがバックグラウンドポイントであるか否かを決定する。バックグラウンドポイント決定エンジン２２２０は図１６のステップ１６１５を実施する。可能性のある音響事象ポイント決定エンジン２２３０は、音響センサ由来のデータを評価し、データポイントが可能性のある音響事象ポイントであるか否かを決定する。可能性のある音響事象ポイント決定エンジン２２３０は、図１６のステップ１６２５を実施する。バックグラウンドポイント決定エンジン２２２０及び可能性のある音響事象ポイント決定エンジン２２３０は互いに同時に動作するが、一部の代替的な例示的実施形態においては互いに独立して動作し得る。
【００６８】
バックグラウンドノイズ関数曲線補間エンジン２２４０は、予め決定されたバックグラウンドポイントを用いて、バックグラウンドノイズ関数曲線を生成する。バックグラウンドノイズ関数曲線補間エンジン２２４０は、図１６のステップ１６２０を実施する。実際の音響事象ポイント決定エンジン２２５０は、予め決定された可能性のある音響事象ポイント及びバックグラウンドノイズ関数曲線を用いて実際の音響事象ポイントを決定する。実際の音響事象ポイント決定エンジン２２５０は、図１６のステップ１６３０を実施する。ひとたび実際の音響事象ポイントが決定された時点で、実際の音響事象領域計算エンジン２２６０は、実際の音響事象ポイントとバックグラウンドノイズ関数曲線との間に形成される領域を決定する。実際の音響事象領域計算エンジン２２６０は、図１６のステップ１６３５及びステップ１６４０を実施する。累積領域及び荷重曲線エンジン２２７０は、各々の実際の音響事象ポイントについて、領域の累積的分布を実際の試験荷重と比較する。累積領域及び荷重曲線エンジン２２７０は、図１６のステップ１６４５を実施する。プロセッサエンジン２２００は、一部の例示的実施形態においてプロセッサ１０２０内に位置設定されているが、プロセッサエンジン２２００は、１つ以上のハードドライブ、ＵＳＢドライブ、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク又は当業者にとって公知の又は未知の他の任意の記憶装置を含めた（ただしこれに限定されない）記憶媒体内に存在し得る。
【００６９】
プロセッサエンジン２２００が例示的実施形態において説明されてきたが、カッタの靱性を決定するための命令は、記憶媒体１０４０（図１０）の内部に存在するソフトウェア内に具備され得る。ソフトウェアには、上述のプロセッサエンジン２２００に類似するモジュール及び／又はコードが含まれる。
【００７０】
図２３は、一例示的実施形態に係る図１のカッタに代ってそれぞれ図５及び９の音響放射試験システム５００及び９００内で試験することのできる岩石試料２３００を示す。図５、６、９及び２３を参照すると、岩石試料２３００は、音響放射試験システム５００又は音響放射試験システム９００内でカッタに置き換わる。試験方法及び結果の分析は、上述の方法及び分析に類似しており、試料岩石２３００の一軸圧縮強度及び／又は靱性に関する情報を提供する。
【００７１】
試料岩石２３００は円筒形状を有し、これはカッタ１００に類似している。岩石試料は、岩石試料２３００の一端部の第１の平面表面２３１０と、岩石試料の反対側の端部にある第２の平面的表面２３２０と、第１の表面２３１０から第２の表面２３２０まで延在する周方向表面２３３０とを含む。しかしながら、代替的な一例示的実施形態において、試料岩石２３００は、立方体形状などの他の幾何学的又は非幾何学的形状に整形されている。一部の例示的実施形態において、試料岩石２３００の形状は再現性ある形状であり、こうして多数の岩石試料２３００が実質的に類似の形状を伴って形成されるようになっており、これにより、試験結果を比較可能なものにすることができる。
【００７２】
図２４は、一例示的実施形態に係る加圧可能なチャンバ２４１０の内部に挿入された図５の音響放射試験システム５０５を示す。加圧可能なチャンバ２４１０内部の圧力は、制御可能かつ測定可能な形で可変である。加熱可能なチャンバ２４１０内部の圧力は、一部の例示的実施形態においてゼロｐｓｉから約４００００ｐｓｉまで可変である。しかしながら、圧力範囲は、他の例示的実施形態においては、より高いもの又はより低いものであり得る。この例示的実施形態においては、センサ５７０及び圧子５５０を含む他のコンポーネントは、加圧可能なチャンバ２４１０の内部で形成される圧力に耐えることができる。これらの例示的実施形態によると、岩石の一軸圧縮強度及び靱性は、異なる静水圧レベルで測定可能であり、こうして、地中の異なる深さのところにおける岩石の特性に関して極めて重要な情報が得られる。収集された情報は、岩石破断メカニズムについての知識を改善すると同時に、新しい理論及び岩石の機械モデルを導くために使用可能である。収集された情報は同様に、まだ証明されていない他の公知の理論を確認するためにも使用可能である。加圧可能なチャンバ２４１０は、加圧下で岩石試料２３００などの高硬又は超硬材料１００を試験するための１つの方法であるが、代替的な一例示的実施形態においては、高硬材料又は超硬材料１００の周りに合わせて組立てられた高強度結合リングを使用することなどの、高硬材料又は超硬材料１００上に圧力を提供するための他の機構を使用することも可能である。
【００７３】
岩石試料２３００のＵＣＳ及び靱性の知識を用いて、設計者は、より優れた性能を有する新規でかつ革新的なビット設計を創出し、かつ／又は、ＵＣＳ値及びＫ1C値を取り込んだ新しいビット設計手順を開発することができる。岩石試料２３００から得られた情報は、地球科学及び／又は地質力学ソフトウェア及びツールを較正するために使用可能である。
【００７４】
本発明のいくつかの例示的実施形態について説明してきたが、代替的な例示的実施形態では、高硬材料又は超硬材料１００の加熱の使用が含まれる。高硬材料又は超硬材料１００のこの加熱は、高硬材料又は超硬材料１００上への荷重の適用の前、途中及び／又は後のうちのいずれか又は組合せにおいて行なわれる。熱は、火炎、レーザー、赤外線及び／又は加熱液体を含めた（ただしこれに限定されない）当業者にとって公知の多くの方法のいずれか１つで供給される。
【００７５】
一部の例示的実施形態によると、異なるタイプのカッタ１００（カッタタイプ）を含め、様々な異なるタイプの高硬材料又は超硬材料１００が存在する。一部の例示的実施形態によると、各タイプのカッタ１００は、同じ製造者によって同一の試行済み設計仕様で製造されかつ／又は加工される。同じカッタ１００タイプ内の各カッタ１００の硬度は精確に同一ではないものの、同じカッタ１００タイプ内の各カッタ１００の硬度は互いに類似するものとして仮定されるか、あるいは少なくとも、その特定のカッタ１００タイプについての例えば平均硬度又は試験カッタ内に最も多く発生する硬度などであってよい既定の硬度に関連づけされる。いくつかの例示的実施形態によると、一例として、異なるカッタタイプには、ａ）同じ製造者が異なる仕様で製造したカッタ、ｂ）異なる製造者が異なる仕様で製造したカッタ、及び／又はｃ）異なる製造者が同じ仕様で製造したカッタが含まれる。試験カッタは、上述の音響試験を受ける、特定のカッタタイプから選択された一群のカッタ１００である。試験カッタには、特定のカッタタイプ内で１個から５０個までのいずれかの個数のカッタ１００が含まれるが、試験カッタの数はこれより多いものであり得る。したがって、高硬材料又は超硬材料１００がカッタ１００である例においては、１つ以上の試験カッタ１００が特定の一カッタタイプから選択され、上述の音響試験方法にしたがって試験される。試験カッタ１００について決定される硬度は、このそれぞれのカッタタイプに属する全てのカッタ１００の硬度を代表するものである。ユーザーは、様々なカッタタイプの硬度を他のカッタタイプとの関係においてひとたび認識した時点で、どのカッタタイプが、その予定された利用分野にとって許容可能なもの、あるいは最適なものであるかを決定することができる。いくつかの例示的実施形態によると、これらのカッタ１００は、例えばドリルビット又はリーマーなどのダウンホール工具といった用途向けの工具に結合される。ドリルビットは、少なくとも１つのカッタ１００を含み、ここでその硬度は、カッタ１００と同じカッタタイプから製造され上述の音響試験方法を受けた試験カッタ１００から決定されたものである。一部の例示的実施形態において、工具、ドリルビット又は他のダウンホール工具は、異なるカッタタイプに由来する２つ以上のカッタ１００を含み、ここで少なくとも１つのカッタ１００の硬度は、少なくとも１つのカッタ１００と同じカッタタイプから製造され上述の音響試験方法を受けた試験カッタ１００から決定されたものである。
【００７６】
各例示的実施形態について詳述してきたが、１つの実施形態に適用可能なあらゆる特徴及び修正は、他の実施形態にも同様に適用可能であると理解されるべきである。その上、本発明は特定の実施形態を基準にして説明されてきたものの、これらの説明は、限定的な意味合いで解釈されるように意図されていない。開示された実施形態の様々な修正、ならびに本発明の代替的実施形態が、例示的実施形態の説明を参照した時点で当業者には明らかになるものである。当業者であれば、開示された概念及び特定の実施形態が、本発明の同じ目的を実施するための他の構造又は方法を修正又は設計するための基礎として容易に利用し得るものであることを理解するはずである。同様に、当業者であれば、このような等価の構造が、添付クレーム内に記載の本発明の精神及び範囲から逸脱するものではないということも認識するはずである。したがって、クレームは、本発明の範囲内に入るこのようなあらゆる修正又は実施形態を網羅するものであることが企図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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