JP3274837B2 - 掘削用スタビライザー - Google Patents

掘削用スタビライザー

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JP3274837B2
JP3274837B2 JP14764998A JP14764998A JP3274837B2 JP 3274837 B2 JP3274837 B2 JP 3274837B2 JP 14764998 A JP14764998 A JP 14764998A JP 14764998 A JP14764998 A JP 14764998A JP 3274837 B2 JP3274837 B2 JP 3274837B2
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明彦 池ケ谷
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    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石油や天然ガスを
掘削する際、先端にある掘削ビット及び掘削ストリング
の進行方向を案内し、安定化させる役割を持つスタビラ
イザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】石油や天然ガス井の掘削は、地上のから
掘削ストリングによって繋がれた先端の掘削ビットを回
転させることにより行なう。先端にある掘削ビット及び
掘削ストリングの進行方向を案内し、安定化させるため
にスタビライザーが使用される。スタビライザーは穴壁
の岩盤と激しく接触するために高い強度と耐摩耗性が要
求される。
【０００３】図６に示した従来のスタビライザーは、ブ
レード２ａをその周面に溶接したブレード溶接型スタビ
ライザーであり、ブレード２ａの耐摩耗性を向上させる
為に、鋼製のブレード２ａ表面に超硬合金製のボタン３
を複数圧入し、このブレード２ａをスタビライザーボデ
ィ１ａの周面部に溶接したものである。
【０００４】また、図７に示す様に、ブレード２ｂがス
タビライザーボディ１ｂに一体化されたスタビライザー
では、短冊状の超硬チップ４をブレード２ｂ表面に密に
並べ、硬化ロー材を用いてロー付けで鋼ブレード表面に
接合させている。
【０００５】本発明者らは特開平９−１９４９０９号公
報、粉体及び粉末冶金ｖｏｌ．４３（１９９６）ｐ４７
２、並びに、粉体及び粉末冶金ｖｏｌ．４４（１９９
７）ｐ２６９に、鋼の表面に傾斜組成超硬合金を通電加
圧焼結技術で焼結接合した複合材料を開示した。これら
は、組成の異なる超硬合金を積層することにより積層構
造とし、鋼側の超硬合金を高Ｃｏ組成、表面側の超硬合
金を低Ｃｏ組成とすることで、超硬合金と鋼との熱膨張
係数差に起因して焼結接合の際に発生する熱応力を緩和
するとともに、外面部を高硬度超硬合金、内部を強靱な
超硬合金とすることで、表面と内部で機能を分担させ、
耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備えた従来にない超硬合金を
実現したものである。また、積層構造を調節し、表面部
に適度な圧縮残留応力を導入することで超硬部の耐欠損
性を向上できることも開示している。
【０００６】さらに、本発明者らは、石油技術協会平成
８年度春季講演会講演要旨集ｐ１０３において、該傾斜
組成超硬／鋼接合材料を図８に示すブレード溶接タイプ
のスタビライザーに適用し、スラビライザーボディ１ｃ
に設けたブレード２ｃの頂部全面に上記材料からなる積
層体５を接合すれば高性能が期待されることを開示して
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の鋼製のブレード
の表面に超硬合金のボタンを埋め込む方式では、鋼と超
硬合金との耐摩耗性が大きく異なるので、使用時には耐
摩耗性の劣る鋼部が早く摩耗し、耐摩耗性の優れる超硬
部は摩耗が遅い為、超硬ボタンが鋼から突き出した形態
となり、超硬ボタンに欠損が生じ易くなり、寿命を低下
させる問題があった。また、超硬ボタン埋め込みタイプ
ではブレード表面の角部は鋼で構成せざるを得ず、使用
時に最初に穴壁に当たるブレード稜線部の損傷が特に大
きい問題があった。
【０００８】また、従来の超硬ボタン埋め込みタイプで
は耐摩耗性の向上には圧入する超硬ボタンの数を増やし
て対応しているが、鋼基体でボタンを支持する必要があ
るのでボタンを埋め込める数に限界があり、表面の超硬
合金の面積率は３０％程度が上限であった。このため、
使用される超硬合金ボタンは耐摩耗性が重視され、一般
にＣｏ量が７〜９％の超硬合金が使用されている。しか
しながら、この組成では使用時に超硬合金の欠損が多く
認められ、耐欠損性が不足しているという問題があっ
た。
【０００９】さらに、スタビライザーのブレード１ａ〜
１ｃは、一辺が長い矩形形状をしており、通電加圧装置
で長辺が長いブレードを作製しようとすると大型設備が
必要となり、製造価格が高価となる問題があった。
【００１０】さらにまた、スタビライザーのブレードの
外周側面を除く表面、すなわち、頂部の全面に超硬合金
を接合するとブレード外周の稜線部が従来技術では鋼で
構成されていたものが、超硬合金で構成されることにな
り、穴壁に最初に当たる稜線部が欠損し易いという問題
があった。
【００１１】また、スタビライザーのブレードは部位に
より、ブレードが受ける負荷が異なり、一般に、スラビ
ライザーの使用時、下側の傾斜部ほど損傷が最も大き
く、上側の傾斜部は最も小さくなる。このように、部位
により不均一な損傷が生じるので、部位による損傷に対
応するブレードの耐久性向上が求められていた。超硬埋
め込み方式では損傷程度に応じて超硬ボタンの数を変え
て、損傷の大きい部分では超硬合金の面積率を増やす工
夫を行っているが、調整できる範囲は限られたものであ
った。
【００１２】上記ブレードは頂部を形成する面が曲面の
中央部と傾斜部を有する上下の端部からなるが、傾斜部
を形成する面が平面で構成されており、中央部の曲面と
端部の平面との繋ぎの稜線部分が角張り、応力集中箇所
となる。鋼の場合は問題がなかったが、超硬合金を表面
に全面に接合すると角張った稜線部での応力集中が超硬
を破損し易くする問題が新たに生じた。
【００１３】さらに、今後の石油、天然ガス掘削は従来
に比べて高深度を掘削する必要があり、また単一の掘削
リグから垂直方向のみならず斜めや水平方向にも多数の
穴を掘っていく必要があり、スタビライザーの使用環境
が益々厳しくなって来るのでスタビライザーの寿命要因
を左右するスタビライザーのブレードの更なる高耐摩耗
化、高強度化が求められている。
【００１４】そこでこの発明は、高耐摩耗性と高強度を
両立させた高性能のスタビライザーを得ようとするもの
である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明は、ブレードを
スタビライザーボディの周面に設けたスタビライザーに
おいて、上記ブレードを少なくとも２つの部位に分割
し、分割された各分割ブレードを上記スタビライザーボ
ディに接合することにより１つの上記ブレードを構成
し、上記各分割ブレードの頂部全面に、少なくとも２層
の積層構造を有する超硬合金製の積層体を１ｍｍ以上５
ｍｍ以下の厚みで接合し、上記積層体の各層を構成する
超硬合金のＣｏ含有量を、上記各分割ブレードと接合さ
れる接合層から接合後に表面となる外表面層にかけて段
階的に減少させることにより、上記の課題を解決したも
のである。
【００１６】ブレードの頂部に層状構造を有する超硬合
金製の積層体を接合し、その各層毎に超硬合金のＣｏ含
有量を調整したので、ブレードの鋼との接合性能を向上
させると共に、積層体の最外面の硬度をより向上させる
ことができ、高耐摩耗性と高強度を両立させた高性能の
スタビライザーが得られる。
【００１７】また、ブレードを複数の部位に分割したの
で、超硬合金製の積層体の接合が容易となると共に、各
部位毎に超硬合金製の積層体の層構造を変えることがで
き、ブレードが受ける負荷にあわせて、適切な耐摩擦性
や硬度を有する積層体を接合させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この発明にかかる掘削用スタビラ
イザーは、図１に示すように、ブレード１１をスタビラ
イザーボディ１０の周面に設けたものである。
【００１９】このブレード１１は、図２に示すように、
ほぼ矩形である。また、図１に示すように、上記ブレー
ド１１は、その長さ方向がスタビライザーボディ１０の
軸に対して所定の角度を設けて接合される。このため、
スタビライザーボディ１０の周面に合わせてある程度ね
じれた形状を有する。このブレード１１とスタビライザ
ーボディ１０の軸が形成する角度は、特に限定されるも
のではなく、掘削用スタビライザーとして使用される条
件によって決定される。
【００２０】このブレード１１は、少なくとも２つの部
位に分割され、複数の分割ブレード１１’を構成する。
図２においては、３分割され、上部ブレード１１ａ、中
央ブレード１１ｂ及び下部ブレード１１ｃから構成され
る。分割された各分割ブレード１１’は、図１に示すよ
うに、所定の順番に並べて、スタビライザーボディ１０
に接合することにより１つのブレード１１が構成され
る。３分割された場合は、掘削用スタビライザーの使用
時に、上側となる位置に上部ブレード１１ａ、下側とな
る位置に下部ブレード１１ｃ、その間に中央ブレード１
１ｂが配列されてスタビライザーボディ１０に接合され
る。
【００２１】このブレード１１の短辺に対して長辺が長
い形状の場合には、後述する積層体１２の焼結接合をす
る際、大きな黒鉛の焼結型とこれを通電加圧できる大型
の通電加圧焼結装置が必要となり、製造価格が高価とな
る場合が生じる。このため、ブレード１１を分割する場
合には、長手方向にブレードを分割し、長辺の長さが短
辺の２．５倍以内に抑えるのが好ましい。また、上下で
対称な形状が得られるように分割すると、鋼基材、黒鉛
型の種類を減らすことができるので、低価格化の為には
この様な分割を行うことが好ましい。
【００２２】上記各分割ブレード１１’の外周側面を除
く表面、すなわち、頂部の全面に超硬合金製の積層体１
２が接合される。この積層体１２の厚みは、１〜５ｍｍ
である。上記積層体１２を各分割ブレード１１’の頂部
全面に接合し、外周側面に接合しないのは、頂部の面
で、超硬合金が穴壁と接触するため摩耗損傷が生じ易
く、側面部は殆ど損傷を受けない為である。
【００２３】さらに、各分割ブレード１１’頂部に接合
する超硬合金製積層体の厚さが１〜５ｍｍであるのは、
１ｍｍ未満では耐摩耗性が不十分となり、５ｍｍ以上で
は、複合材料としての強度を超硬部分が規定し、強度低
下を招くことに加え、製造価格が高価となる問題が生じ
る為である。
【００２４】また、この積層体１２は少なくとも２層の
積層構造を有する。この各層の超硬合金の材質は異なっ
ており、上記積層体１２の各層を構成する超硬合金のＣ
ｏ含有量は、各分割ブレード１１’と接合される接合層
から接合後に表面となる外表面層にかけて段階的に減少
する。
【００２５】各分割ブレード１１’の上記積層体１２を
少なくとも２層の積層構造とするのは、各分割ブレード
１１’を構成する鋼と接合される接合層を高Ｃｏの超硬
合金組成とし、接合後に表面となる外表面層を低Ｃｏの
超硬合金組成とすることにより、超硬合金と鋼との熱膨
張係数差に起因して焼結接合の際に発生する熱応力を緩
和し、健全な焼結接合を実現するとともに、外表面部を
高硬度超硬合金、内部を強靱な超硬合金とすることで、
表面と内部で機能を分担させ、耐摩耗性と耐欠損性を兼
ね備えた超硬合金を表面部に配する為である。
【００２６】上記の積層体１２は、通電加圧焼結によっ
て、各分割ブレード１１’に焼結接合することができ
る。たとえば、黒鉛型内に鋼製のブレードをセットし、
その表面に接合層とする組成の超硬合金粉末をブレード
形状に沿って充填し、ブレード形状に沿った黒鉛パンチ
で型押し予備成形する。次いで、第２層となる組成の超
硬合金粉末をブレード形状に沿って充填し、ブレード形
状に沿った黒鉛パンチで型押し予備成形する。このよう
にして、目的の積層構造が得られるまでこの操作を繰り
返す。超硬粉末の積層が完了したら、黒鉛型ごと試料を
通電加圧焼結設備にセットし、通電加圧焼結する。これ
により、積層構造を有する積層体を焼結接合したブレー
ドが得られる。
【００２７】各分割ブレード１１’の頂部の全面には、
上記のように超硬合金からなる積層体が焼結接合され
る。このため、各分割ブレード１１’の外周表面の稜線
部は、超硬合金で構成されることになる。このとき、稜
線部が角張っていると欠損し易いという問題が生じる。
この欠損を防止する為、上記の各分割ブレードの頂部に
接合された積層体１２の表面外周の稜線部は、丸められ
る。上記稜線部の面取り量は、図３（ａ）に示すよう
に、積層体１２の垂直断面において、積層体１２の外周
表面のうち、側面部２２を除く表面部、すなわち、頂部
２１側の面取り量をＡ、積層体１２の表面の側面部２２
側の面取り量をＢとすると、Ａが１〜３ｍｍで、かつＡ
／Ｂが０．５〜１．５がよい。
【００２８】上記Ａが１ｍｍ未満では上記稜線部に欠損
が生じ易く、３ｍｍよりも大きいと、回転時の抵抗が大
きくなって発熱が大きくなり、稜線部の熱亀裂を助長す
る場合がある。また、上記のＡ／Ｂが０．５未満では、
回転時の抵抗が大きくなる場合があり、１．５よりも大
きいと上記稜線部が欠損し易くなる。
【００２９】上記ブレード１１の両端部には、図２に示
すように、傾斜部１３ａ、１３ｃが設けられる。この傾
斜部１３ａ、１３ｃは、上記ブレード１１を上記スタビ
ライザーボディ１０に設けたとき、ブレード１１の両端
部に、その頂部２１からスタビライザーボディ１０の周
面に向かうようにそれぞれ設けられる。上記ブレード１
１が、その長さ方向に３つに分割されて、上部ブレード
１１ａ、中央ブレード１１ｂ及び下部ブレード１１ｃを
形成するときは、上部ブレード１１ａ、中央ブレード１
１ｂ及び下部ブレード１１ｃのそれぞれを並べてを上記
スタビライザーボディ１０に設けたとき、上記傾斜部１
３ａ、１３ｃは、上記上部ブレード１１ａ及び下部ブレ
ード１１ｃのそれぞれの先端部に、その頂部２１からス
タビライザー１０の周面に向かうように設けられる。こ
のブレード１１（又は、上部ブレード１１ａ、中央ブレ
ード１１ｂ及び下部ブレード１１ｃ）の頂部２１及び傾
斜部１３ａ、１３ｃには、上記の方法によって上記積層
体１２が接合される。
【００３０】このとき、上記傾斜部１３ａ、１３ｃのう
ち、上記掘削用スラビライザーの使用時に下側に位置す
る傾斜部を含む上記ブレード１１の下部部分に接合され
た、上記積層体１２の表面外周の稜線部の面取り量を、
上記ブレード１１の上記下部部分以外の部分に接合され
た上記積層体１２の表面外周の稜線部の面取り量よりも
大きくするのが好ましい。
【００３１】ブレード１１がその長さ方向に３つに分割
されているときは、上記のブレード１１の下部部分を下
部ブレード１１ｃとして取り扱うことができる。すなわ
ち、下部ブレード１１ｃの頂部２１及び傾斜部１３ｃに
接合された積層体１２の表面外周の稜線部の面取り量
を、上記中央ブレード１３ｂの頂部及び上記上部ブレー
ド１３ａの頂部２１及び傾斜部１３ａに接合された積層
体１２の表面外周の稜線部の面取り量よりも大きくする
のが好ましい。
【００３２】スタビライザーボディ１０に設けられるブ
レード１１は部位により、ブレード１１が受ける負荷が
異なる。一般に、ブレード１１の傾斜部のうち、スタビ
ライザー１０の使用時に下側となるの傾斜部が受ける損
傷が最も大きく、上側となる傾斜部が受ける損傷が最も
小さい。このため、上記の面取り量の条件下で、稜線部
の損傷が生じやすいブレードの下側の部位の表面外周の
面取り量を他の部位より大きくすることにより、部位に
よる負荷の差異に対応することができ、ブレード１１全
体としての耐久性を向上させることができる。
【００３３】上記の各分割ブレード１１’の頂部に接合
される積層体１２の積層構造は、各分割ブレード１１’
毎に異なるものとすることができる。これは、上記のよ
うに、部位によりブレード１１が受ける負荷が異なり、
不均一な損傷が生じるのを防ぐことができるからであ
る。部位による損傷に対応して表面に接合する超硬合金
の積層構造を制御することにより、耐摩耗性重視の構造
や、逆に耐欠損性重視の構造を配することができる。こ
れにより、従来使用されてきた、部位により埋め込む超
硬ボタンの数を変えるという限定された調整方法比べ、
広範囲で適切な対応ができ、ブレード１１の耐久性を飛
躍的に向上させることができる。
【００３４】上記ブレード１１に接合された積層体１２
の頂部２１と傾斜部１３ａ、１３ｃとの境の稜線部に面
取りを行うことができる。このとき、図３（ｂ）に示す
ように、曲面半径Ｒは、５ｍｍ以上がよく、５〜２５ｍ
ｍがより好ましい。また、傾斜部１３ａ、１３ｃの面取
り寸法Ｃ1 と頂部２１の面取り寸法Ｃ2 の合計は、２〜
１０ｍｍとすることがよく、２〜５ｍｍがより好まし
い。
【００３５】両端部に傾斜部１３ａ、１３ｃを有するブ
レードは、頂部２１と傾斜部１３ａ、１３ｃとの繋ぎの
稜線部分が応力集中箇所となり、この部分で表面の積層
体１２が破損し易い。このため、この部分に上記面取り
を行うことにより、上記の応力集中を緩和し、上記稜線
部分での積層体１２の欠損を抑制することができる。
【００３６】曲面半径が５ｍｍ未満の場合や、各面取り
寸法が２ｍｍ未満の場合は、応力緩和の効果が少なく、
各面取り寸法が１０ｍｍを超えると頂部２１の面積が減
少する。
【００３７】上記の各分割ブレード１１’に接合された
積層体１２は、積層構造を有するが、その外表面層を構
成する超硬合金のＣｏ量を５〜２５重量％とすると共
に、上記の積層体１２の接合部側の層を構成する超硬合
金のＣｏ量を２５〜５０重量％とするのがよい。外表面
層のＣｏ量が５％未満であると、耐摩耗性には優れるが
欠損し易く、また２５％を超えると、全面を超硬が覆っ
ていても耐摩耗性が不十分となるからである。さらに、
接合層のＣｏ量が２５％未満であると、応力緩和の効果
が小さく、５０％を超えると超硬合金の硬度は接合する
鋼より低くなりもはや耐摩耗材料としての役割を果たさ
ないからである。
【００３８】
【実施例】以下本発明を実施例により、更に詳細に説明
するが、限定を意図するものではない。 （実施例１、比較例１）ブレードへの積層体の焼結接合 実施例として穴径５−５／８”用のブレード溶接タイプ
のスタビライザーを選定した。鋼製のブレードの形状は
図４に示す様にスタビライザーボディの中心軸２３に対
して２０゜傾斜したねじれた形状を有しており、全長２
２０ｍｍ、幅４０ｍｍ、高さは３１ｍｍである。上部ブ
レード１１ａ及び下部ブレード１１ｃの端部は角度６０
゜の傾斜部１３ａ，１３ｃを有している。このブレード
を長さ１００ｍｍの中央部と長さ６０ｍｍの両端部の３
つに分割した。両端部の上部ブレード１１ａと下部ブレ
ード１１ｃは、互いに対称としたので、同一形状であ
る。超硬部分の厚さに応じて、鋼ブレードの高さＨは従
来の超硬ボタン埋め込みタイプより、超硬合金部分の厚
さの分だけ低くした。
【００３９】分割した中央ブレード１１ｂを用い、下記
の方法で種々積層構造を変えて、中央ブレード１１ｂの
頂部に超硬合金からなる積層体を形成した。黒鉛型内に
鋼（ＪＩＳ規格：Ｓ３５Ｃ）製のブレードをセットし、
その表面に表１の第１層に示すような組成の超硬合金粉
末を、焼結後に狙いの厚さとなる分量だけブレード形状
に沿って充填し、ブレード形状に沿った黒鉛パンチで型
押し予備成形する。次いで、表１の第２層に示すような
組成の超硬合金粉末をブレード形状に沿って充填し、ブ
レード形状に沿った黒鉛パンチで型押し予備成形する。
このようにして、目的の積層構造が得られるまでこの操
作を繰り返す。超硬粉末の積層が完了したら、黒鉛型ご
と試料を通電加圧焼結設備にセットし、通電加圧焼結す
る。これにより、表１に示す、積層構造を有する積層体
を接合した中央ブレード（試料１〜５、及び比較試料１
〜７）をそれぞれ作製した。なお、表１中の第１層と
は、中央ブレードの頂部と接合した接合層を意味する。
また、第２層〜第４層のうち、最外部に位置する層が外
表面層となる。
【００４０】また、比較の為、図６に示すような、鋼
（ＪＩＳ規格：Ｓ３５Ｃ）製ブレードにＷＣ−８％Ｃｏ
組成の超硬ボタンを埋め込んだ比較試料８、及び、ＷＣ
−１０％Ｃｏ組成の超硬ボタンを埋め込んだ比較試料９
を準備した。圧入した超硬ボタンの形状は直径８ｍｍ、
長さ１５ｍｍである。これらのブレードの表面積に占め
る超硬合金の割合は標準的な１０％とした。表１に作製
したブレードの構造を示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】ブラストエロージョン試験及び衝撃試験 上記試験ブレード１〜５、及び、比較試験ブレード１〜
９に対し、耐摩耗性評価試験としてブラストエロージョ
ン試験を実施した。この試験方法はアルミナメディアを
対象物に一定時間噴射させ、対象物の摩耗量からエロー
ジョン特性を評価する試験方法である。ブレード間で耐
摩耗性の差が相対的に判断できる試験条件を選定した。
また、耐欠損性を評価試験として、スタビライザーの使
用時にブレード表面が穴壁の岩盤と激しくぶつかること
を想定して、直径２５ｍｍのＷＣ−１０％Ｃｏ超硬ボー
ルを２０Ｊのエネルギーでブレード表面に繰り返し１５
０回の衝撃を与える試験を実施した。耐摩耗性評価試験
に関しては試験後のブレードの損傷形態の観察と重量減
から摩耗量を体積に換算し、耐摩耗性を評価した。その
結果を表２に示す。また、耐欠損性試験に関しては試験
後に損傷状況を調査した。その結果を表２に併記して示
す。
【００４３】
【表２】
【００４４】結果 耐摩耗性評価試験の結果、超硬合金を鋼製ブレードの表
面全面に接合している試験ブレード１〜５、及び、比較
試験ブレード１〜７は、正常摩耗していることが確認で
きた。最上層の超硬合金のＣｏ量が少ない程、摩耗量が
少なく耐摩耗性に優れている。比較試験ブレード２は、
Ｃｏが本発明範囲よりも多く、特に摩耗が大きい。ま
た、積層体の厚さが本発明の範囲よりも薄い比較試験ブ
レード４は、同じ最上層が同じ組成からなる試験ブレー
ド２や比較試験ブレード５と比べて極端に多くなってい
ることが分かる。一方、比較試験ブレード８及び９の損
傷状態は耐摩耗性に劣る鋼部が優先的に摩耗し、埋め込
んだ超硬合金が大きく突き出し、スタビライザーのブレ
ードとしての役割を果たせない状態であった。
【００４５】超硬合金を鋼製ブレードの表面全面に接合
している試験ブレード１〜５、及び、比較試験ブレード
１〜７の内、比較試験ブレード１、５〜７に亀裂が発生
していることが確認できた。比較試験ブレード１は積層
体が単層からなり、接合に際しての熱応力緩和が不十分
だったと考えられる。比較試験ブレード５は、積層体の
厚さが本発明の範囲よりも厚く、積層体の衝撃強度が支
配的になった為だと考えられる。比較試験ブレード６
は、外表面層の超硬合金のＣｏ量が本発明範囲よりも少
なく、耐摩耗性には優れるものの、超硬合金の靱性と応
力緩和が不十分である為と考えられる。比較試験ブレー
ド７は、接合層の超硬合金のＣｏ量が本発明範囲よりも
少なく、接合層の靱性と応力緩和が不十分である為と考
えられる。一方、比較試験ブレード８及び９の損傷状態
は衝撃により超硬合金が浮き出る現象が認められ、浮き
出た超硬合金が大きく欠損していた。
【００４６】（実施例２、比較例２）上部ブレード１１
ａの頂部及び傾斜部表面に、実施例１の試験ブレード２
の積層体を上記の方法で焼結接合させた。そして、積層
体の表面の外周稜線部（図５（ａ）のＸ）の面取りを表
３に示す条件で行ってこの稜線部を丸める処理を行っ
た。また、傾斜部１３ａと頂部との境の稜線部（図５
（ａ）のＹ）の面取りを表３に示す条件で行って、所定
の曲面半径（図３（ｂ）のＲ）を有する曲面を設けた。
このとき、傾斜部１３ａの面取り寸法（Ｃ1 ）と頂部の
面取り寸法（Ｃ2 ）の和をＣとする。これらの処理によ
り、試料１〜３及び比較試料１〜４を準備した。また、
実施例１の試料１４の構造を有する上部ブレードを準備
し、比較試料５とした。
【００４７】
【表３】
【００４８】図５（ｂ）のＸ1 に示す表面外周稜線部の
部分に対し、ＷＣ−１０％Ｃｏの超硬合金の平板を１０
Ｊのエネルギーで２０回繰り返して衝撃を与えて損傷形
態を観察した。また図５（ｂ）のＹ1 に示される頂部と
傾斜部との境の稜線部の部分に対しては、直径２５ｍｍ
のＷＣ−１０％Ｃｏ超硬ボールを１５Ｊのエネルギーで
５０回の衝撃を与える試験を実施した。試験後に積層体
の表面外周稜線部と表面のねじれ部との境の稜線部損傷
状況を調査した。その結果を表４に併記して示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】結果 本発明の範囲内の処理を施した試料１〜３は、積層体の
表面の外周稜線部、頂部と傾斜部の境の稜線部共、損傷
が認められなかった。本発明の範囲外の処理を施した比
較試料２及び４は、積層体の外周稜線部、頂部と傾斜部
の境の稜線部共、積層体に欠損が認められた。また、比
較試料５では、外周稜線部では大きく鋼が変形し、頂部
と傾斜部の境の稜線部では鋼が大きく変形して、ブレー
ドに食い込み、超硬ボタンに当たった部分では超硬ボタ
ンの欠損が生じた。比較試料１及び３は、積層体の表面
の外周稜線部、頂部と傾斜部の境の稜線部のいずれも、
面取り量が本発明範囲よりも大きい為に欠損は認められ
なかった。しかし、稜線部の処理量が大きいと、実際の
使用時に稜線部での穴壁との摩擦抵抗が大きく、発熱量
が大きくなって、稜線部の熱亀裂を助長する為、好まし
くない。
【００５１】（実施例３）実施例１に記載の形状で、実
施例１に記載の試験ブレード４の積層構造を有する積層
体を焼結接合した上部ブレードを作製し、積層体表面の
外周稜線部の面取り及び頂部と傾斜部との境の稜線部の
面取りを、表３に記載の試料２の条件で行った。実施例
１に記載の形状で、実施例１に記載の試験ブレード３の
積層構造を有する積層体を焼結接合した下部ブレードを
作製し、積層体表面の外周稜線部の面取り及び頂部と傾
斜部との境の稜線部の面取りを、表３に記載の試料１の
条件で行った。実施例１に記載の形状で、実施例１に記
載の試験ブレード２の積層構造を有する積層体を焼結接
合した中央ブレードを作製し、積層体表面の外周稜線部
の面取り及び頂部と傾斜部との境の稜線部の面取りを、
表３に記載の試料３の条件で行った。上記の上部ブレー
ド、中央ブレード、及び下部ブレードを１セットのブレ
ードとして、内径３・１／２”、外径４・３／４”、長
さ１０００ｍｍのスタビライザーボディにブレードー固
定用の切り欠きを入れ、３セットのブレードの溶接施工
を行った。溶接施工はまずボディーを予熱し、ボディへ
ブレードの仮付けを行った後、下盛溶接、本溶接の順番
に行う。溶接後は後熱を行い、灰の中で徐冷する。溶接
施工後、各ブレードに対し磁気探傷を行った結果、超硬
部の欠損や亀裂は認められず健全な溶接が可能であっ
た。溶接性は従来のブレードと比べ特に問題はなく良好
であった。
【００５２】
【発明の効果】この発明によれば、ブレードの頂部に層
状構造を有する超硬合金製の積層体を接合し、その各層
毎に超硬合金のＣｏ含有量を調整したので、ブレードの
鋼との接合性能を向上させると共に、積層体の最外面の
硬度をより向上させることができ、高耐摩耗性と高強度
を両立させた高性能のスタビライザーが得られる。
【００５３】また、ブレードを複数の部位に分割したの
で、超硬合金製の積層体の接合が容易となると共に、各
部位毎に超硬合金製の積層体の層構造を変えることがで
き、ブレードが受ける負荷にあわせて、適切な耐摩擦性
や硬度を有する積層体を接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるスタビライザーの例を示す斜
視図
【図２】この発明にかかるスタビライザーのブレードの
例を示す斜視図
【図３】（ａ）図２のブレードの表面の外周稜線部の面
取りを示す断面図 （ａ）図２のブレードの頂部と傾斜部の面取りを示す断
面図
【図４】（ａ）この発明にかかるスタビライザーのブレ
ードの例を示す平面図 （ｂ）（ａ）の正面図 （ｂ）（ａ）の側面図
【図５】（ａ）図２の上部ブレードを示す斜視図 （ｂ）図２の上部ブレードに衝撃試験を行った位置を示
す斜視図
【図６】従来のスタビライザーの例を示す斜視図
【図７】従来のスタビライザーの他の例を示す斜視図
【図８】従来のスタビライザーの他の例を示す斜視図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ スタビライザーボディ ２ａ、２ｂ、２ｃ ブレード ３ 超硬合金製ボタン ４ 超硬チップ ５ 積層体 １０ スタビライザーボディ １１ ブレード １１’ 分割ブレード １１ａ 上部ブレード １１ｂ 中央ブレード １１ｃ 下部ブレード １２ 積層体 １３ａ、１３ｃ 傾斜部 ２１ 頂部 ２２ 側面部 ２３ スタビライザーボディ中心軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−194909（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−159093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−89092（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E21B 17/10 E21B 10/48

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブレードをスタビライザーボディの周面
    に設けたスタビライザーにおいて、上記ブレードを少な
    くとも２つの部位に分割し、分割された各分割ブレード
    を上記スタビライザーボディに接合することにより１つ
    の上記ブレードを構成し、上記各分割ブレードの頂部全
    面に、少なくとも２層の積層構造を有する超硬合金製の
    積層体を１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みで接合し、上記積
    層体の各層を構成する超硬合金のＣｏ含有量を、上記各
    分割ブレードと接合される接合層から接合後に表面とな
    る外表面層にかけて段階的に減少させた掘削用スタビラ
    イザー。
  2. 【請求項２】 上記各分割ブレードの頂部に接合された
    上記積層体の表面外周の稜線部が丸められており、その
    面取り量は、頂部側の面取り寸法をＡ、側面部側の面取
    り寸法をＢとすると、Ａが１〜３ｍｍで、かつＡ／Ｂが
    ０．５〜１．５である請求項１に記載の掘削用スタビラ
    イザー。
  3. 【請求項３】 上記ブレードは、上記スタビライザーボ
    ディの軸に対して所定の角度を設けて接合され、上記ブ
    レードの両端部に、その頂部から上記スタビライザーボ
    ディの周面に向かう傾斜部をそれぞれ設け、上記ブレー
    ドの頂部及び傾斜部に上記積層体を接合し、上記傾斜部
    のうち、上記スタビライザーの使用時に下側に位置する
    傾斜部を含む上記ブレードの下部部分に接合された上記
    積層体の表面外周の稜線部の面取り量が、上記ブレード
    の上記下部部分以外の部分に接合された上記積層体の表
    面外周の稜線部の面取り量よりも大きい請求項２に記載
    の掘削用スタビライザー。
  4. 【請求項４】 上記各分割ブレードに接合される上記積
    層体の積層構造は、各分割ブレード毎に異なる請求項１
    〜３のいずれかに記載の掘削用スタビライザー。
  5. 【請求項５】 上記ブレードに接合された上記積層体の
    頂部と傾斜部との境の稜線部の曲面半径が５ｍｍ以上
    で、頂部面の取り寸法と傾斜部の面取り寸法の合計が２
    〜１０ｍｍである請求項３又は４に記載の掘削用スタビ
    ライザー。
  6. 【請求項６】 上記各分割ブレードに接合された上記積
    層体の外表面層のＣｏ量が５重量％以上２５重量％以下
    であると共に、上記積層体の接合層のＣｏ量が２５重量
    ％以上５０重量％以下である請求項１〜５のいずれかに
    記載の掘削用スタビライザー。
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