JPS6140989A - ロータリードリルビツト - Google Patents

ロータリードリルビツト

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Publication number
JPS6140989A
JPS6140989A JP16000485A JP16000485A JPS6140989A JP S6140989 A JPS6140989 A JP S6140989A JP 16000485 A JP16000485 A JP 16000485A JP 16000485 A JP16000485 A JP 16000485A JP S6140989 A JPS6140989 A JP S6140989A
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JP
Japan
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bit
rotary drill
drill bit
bit body
cutting
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Pending
Application number
JP16000485A
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English (en)
Inventor
ジヨン、フラー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NL Petroleum Products Ltd
Original Assignee
NL Petroleum Products Ltd
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

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〕 本発明は地中の地層に深い孔を掘削又は試掘するための
ロータリードリルビットに係り、より詳細には、ドリル
ストリング結合用軸部を有するビット本体と、このビッ
ト本体の表面に取り付けられる複数のカッティング部材
と、前記カッティング部材の冷却及び清掃用の掘削流体
を前記ビット本体に供給するためにこのビット本体に設
けられた掘削流体通路とを有し、前記カッティング部材
の中の何部かに硬度が極めて大きい正面カッティング面
が予め形成されているタイプのロータリードリルビット
に関づる。本発明は、前記ドリルビットトに限定される
ものではないが、前記ドリルビットに応用して特に有用
であり、本発明に基づくカッティング部材は前面に多結
晶ダイヤモンド材料の薄い層を有し、この層がタングス
テンカーバイドより成る支持層に予め接着される。この
ようなカッティング部材をビット本体に取り付ける方法
には多くの種類があり、その構造は本発明にも関連はあ
るが、周知であるから、細部説明は省略する。
〔従来技術及び問題点〕
地中の地層を深く掘削する場合に、掘削錐が柔かい地層
を突き抜け、極端に固い岩盤にぶつかることは珍しくな
い。また、通常、柔かい地層では掘削孔が固く詰まり易
い。予め成形されたカッターを用いて上述のような硬い
地層を掘削すれば、そのカッティング部材は急速に摩耗
する。
この問題の解決のために、カッティング部材の中の少な
くとも一部のカッティング部材の後側に天然ダイヤモン
ドを植え付けた本体を直接隣接することが提案された。
例えば、ビット本体が粉末冶金法で固められたものであ
る場合には、各カッティング部材を固い支持部材に取り
付け、この固い支持部材を前記ビット本体に鋳込み又は
接着し、この固い支持部材にダイヤモンドを植え付ける
ことは公知である。
このような構造のビットの通常の掘削時のカッティング
作用及び破砕作用は、はとんど全て、カッティング部材
が正常に作動することにより発揮される。黙しながら、
カッティング部材が、例えば固い地層に突当り、急激に
摩耗し又は破損して掘削ができなくなれば、そのカッテ
ィング部材を支持し、ダイヤモンドが植付けられている
支持部材が前記不具合なカッティング部材に代ってカッ
ティング及び破砕作用を行なうので、掘削作業の中断を
回避できる。カッティング部材が破壊に到らず、掘削障
害も重度でなければ、そのドリルビットを柔かい地層に
通した時にカッティング力又は破砕力を成る程度回復す
ることがある。
このような構造の大きい欠点は、ダイヤモンドを植付け
である支持部材が地層を破砕する時に多量の熱を発生し
、その熱によって、隣接するカッティング部材が急激に
劣化し、そのカッティング部材又はそのカッティング部
材の前記支持部材への取付部分が損なわれることにある
。
〔発明の目的〕
それ故、本発明は前記欠点を軽減乃至解消した装置を提
供することを目的とする。
Ｃ発明の概要） 本発明に基づく地中の地層に深い孔を掘削又は試掘する
ロータリードリルビットは、ドリルストリング結合用軸
部を有するビット本体と、このビット本体の表面に取り
付けられる複数のカッティング部材と、前記カッティン
グ部材冷却又は清掃用掘削流体をビット本体表面に供給
するためにビット本体内に設りられた掘削流体通路とを
有し、前記カッティング部材中の少なくとも何部かはそ
れぞれ硬度の極めて大きい前部カッティング面を有し、
このカッティング部材のうちの少なくとも成るものは前
記ビットの通常の回転方向に対して離間し、前記ドリル
ビットは破砕部材を有し、この破砕部材は超硬質材料、
例えば天然ダイヤモンド又は合成ダイヤモンドの粒を有
し、この粒は前記ビット本体に取り付けられた支持部材
に植付けられる。各破砕部材は共働するカッティング部
材の後側で通常の回転方向の逆方向に離間されるのが好
ましい。
前記破砕部材は前記ドリルビットの前面に対して位置し
、カッティング部材が成るレベルまで摩耗しない限り、
前記破砕部材は地層に接触してこれをカッティングした
り破砕したりしない。
予め成形されたカッティング部材は、温度が上昇すれば
摩耗が非常に早まり、破損するおそれがある。そこで前
記破砕部材をカッティング部材から離間させることによ
り、このカッティング部材又はそのビット本体への取付
部が、前記破砕部材の地層への係合による発熱で過熱さ
れるのを防ぐ。
掘削流体通路は前記ドリルビットの表面の前記カッティ
ング部材と破砕部材との間に設けられて、前記カッティ
ング部材への熱の伝達を最少にする。
超硬質材料の粒は前記支持部材の全体に埋め込まれ、又
は表面に植付けられて、この支持部材の表面から突出す
る。この支持部材はタングステンカーバイドを固めて作
ることができる。
前記支持部材はスタッドを有し、このスタッドはビット
本体のソケットに挿入される。このスタッドは、例えば
、はぼ円筒形であり、その端面はこのスタッドが前記ソ
ケットに挿入された時にビット本体の表面から突出する
ようにすることができる。
前記破砕部材は、カッティング部材に対してどのように
配置してもよいが、関連するカッティング部材の後方に
離間させる場合には、その破砕部材の位置は前記ビット
の回転軸線から半径方向に、前記関連するカッティング
部材と等距離にするのが好ましい。こうづることにより
、この破砕部材は、前記カッティング部材をバックアッ
プすることかできる。
各カッティング部材は前記ビット本体に、例えば接着に
よって、直接取付けることができる。また他の方法とし
て、各カッティング部材を支持部材、例えばスタッドに
取り付【プ、この支持部材をビット本体のソケットに挿
入することもできる。
前記ビット本体の表面に、はぼ公知の方法で、−複数の
刃部を設けることができ、この刃部は前記ドリルビット
の回転軸線に対して外側に延び、この場合、前記カッテ
ィング部材及び破砕部材は前記刃部に、このビットの回
転軸方向に対して離間するように取り付けることができ
る。
以上説明したように、各カッティング部材は薄くて硬い
前面の層を、硬度のより少ない支持層に接着させた形に
予め作ることができる。また他の方法として、各カッテ
ィング部材を熱的に安定な多結晶ダイヤモンドを用いて
単一の層に予め作ることもできる。
また本発明は、ドリルストリングへの結合用軸部材を有
するビット本体と、このビット本体の表面部に取り付け
られる複数の子め作られたカッティング部材と、前記カ
ッティング部材冷却用又は清掃用の掘削流体を前記ビッ
トの表面に供給するためにビット本体に設けられた掘削
流体通路とを有し、前記ビット本体は鋼で作られ、前記
各カッティング部材は前記鋼製のビット本体のソケット
に挿入されるスタッドに取り付けられ、前記スタッドは
前記カッティング部材の後から前記ビットの通常の回転
方向に対して傾斜し、前記スタッド、少なくともそのス
タッドに部分的に植付けられた超硬質材料の粒は前記ビ
ット本体から明瞭に突出する１６造の地中深掘用ドリル
ビットをも含む。
このような構造では、前記カッティング部材と、前記ス
タフの部分は共にビット本体から明瞭に突出する超硬質
材料粉を含むので、このスタッドの突出部は前記掘削流
体によって冷却され、従って前記カッティング部材に対
する熱の伝達が減少する。
また本発明は、ドリルストリング結合用軸部を有するヒ
ツト本体と、予め作られて前記ビット本体の表面に取り
付けられる複数のカッティング部材と、このカッティン
グ部材を冷却又は清掃ηるために前記ビット本体に供給
される掘削流体の前記ビット本体内部における通路とを
有し、前記ビット本体は鋼材で作られ、前記予め作られ
るカッティング部材は熱的に安定な多結晶ダイヤモンド
の単一の層を有し、この層はその支持部材に接着され、
この支持部材は前記ｔｊＡ製のビット本体のソケットに
挿入されるｌＩ造の地中深掘用Ｄ−タリードリルビット
をも含む。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図によって詳細に説明する。
第１図にロータリードリルビット本体１０の前端面を示
ず。この前端面で複数の刃部１１．１１゜・・・が直立
し、この刃部１１の間に掘削流体の溝１２．１２．・・
・が形成され、この？１ｉｌ１２はノズル１３．１３．
・・・から外側に延びる。このノズル１３に掘削流体が
、前記ビット本体内の通路（図示せず）から供給される
。この掘削流体は前記溝１２に沿って外側に流れ、前記
ビット本体のゲージ部の排出スロット１４を通過する。
各刃部１１にはカッティング部材１５，１５゜・・・が
整列配設され、このカッティング部材１５は隣接する溝
１２の中に突出し、前記溝に沿って外側に流れ排出スロ
ット１４に流れる掘削流体により冷却され清掃される。
各刃部の最外側の３乃至４箇のカッティング部材の後方
に破砕部材１６が離間配設される。この構造では破砕部
材１６は、カッティング部材と同様、ビット本体の回転
軸線から半径方向にほぼ等距離の位置にあるが、他の形
状にすることもできる。
第２図に他の好ましい構造を示す。この構造では、幾つ
かのノズルが、第２図に符号１３ａで示すように、ビッ
ト本体のゲージ部に隣接配設される。掘削流体は、前記
周縁のノズルから接線方向にビット本体前面を横断して
排出スロット１４まで高速で乱流になって流れるので、
この流路にある破砕部材及びカッティング部材を効率よ
く冷却して清掃する。
前記何れの構造においても、カッティング部材１５、破
砕部材１６は各種異なる形状にすることができ、第３図
に示す形状はその１例である。
第３図に示すように、カッティング部材１５は予め円形
に作られ、前面に薄くて硬い表層１７を有し、この表層
１７は多結晶ダイヤモンド材料より成り、支持層１８に
接着され、この支持層１８は前記表層よりも厚く、且つ
硬度の小さい材料例えばタングステンカーバイドで作ら
れる。前記カッティング部材１５はほぼ円筒形のスタッ
ド１９の傾斜面に公知の要領で接着され、このスタッド
１９はビット本体１０のソケットに挿入される。
前記スタッド１９はタングステンカーバイドを固めた材
料で作り、ビット本体１０は鋼材又は固められた材料で
作ることができる。
また、各破砕部材１６もほぼ円筒形のスタッド２０を有
し、このスタッド２０はビット本体１０のソケットに挿
入され、このソケットは前記スタッド１９の後側から離
間する。このスタッド２０はタングステンカーバイドを
接着して作り、このスタッド２０に天然ダイヤモンド、
合成ダイヤモンド、その他の超硬質の材料より成る粒子
が分散固定される。この超硬質材料はスタッド２０の駒
体部分全体に分散させても良く、或いはその表層部分の
みに植付けてもよい。
第４図に示すように、各破砕部材１６の前面はほぼ部分
円形である。
破砕部材１６はビット本体１０の表面から突出し、その
突出する長さは前記カッティング部材と同程度でも良い
が、図のようにカッティング部材より若干、例えば１乃
至１０摩短くするのが好ましい。このようにすれば、掘
削が本格的になる前に、カッティング部材１５が地層２
２に係合し、成る程度以上掘り進んだ後又は破損して掘
削できない時に、破砕部材が地層に接触してこれを掘削
する。
図に示す構造では、破砕部材のスタッド２０は地層２２
の表面にほぼ直角であるが、地層が柔かい場合には、こ
のスタッド２０の軸線を前方に傾斜させ、即ち破砕部材
の外面が地層から離れるように回転方向に対して傾斜さ
せて掘削力を強めることもできる。
カッティング部材及び破砕部材を更に効率よく冷却する
ために掘削流体の溝を、図に符号２３で示すようにカッ
ティング部材の列と破砕部材の列との間に追加すること
もできる。
破砕部材１６はカッティング部材１５からの熱の伝達を
最少にするために、このカッティング部材１５から離間
させるのが好ましいが、本発明は、ビット本体を鋼製と
し、破砕部材をカッティング部材の支持スタッドに入れ
る構造をも含む。このような構造を第６図及び第７図に
示す。第６図に示づ一構造では、ダイヤモンド又はその
他の超硬質材料の粒がスタッド１９に植付けられ、この
スタッド自体はカッティング部材１５の後側に隣接する
。第７図に示す他の構造では、超硬質材料の粒が植付け
られた分離形破砕部材は前記スタッドに含まれる。
公知の任意構造のカッティング部材１５を使用してもよ
いが、本発明はカッティング部材をビット本体に直接取
り付け、又は例えば符号１９で示す円筒形のスタッドで
はなくビット本体の他の支持部材に取り付ける構造を含
む。
既に説明のとおり、ビット本体に埋込み又は接着された
ダイヤモンド粒植付型支持部材にカッティング部材を直
接装着する構造は公知である。このような構造では、ビ
ット本体に取り付けられた支持部材にカッティング部材
をろう付けする構造は既に実用化されている。ろう付は
比較的低温で行なう。これはカッティング部材を熱で傷
めな０ためである。従って接着の方が、前記ダイヤモン
ドを植付けた支持部材からの熱で弱くならないので優れ
ているが、接着が不充分な場合には、カッティング部材
が摩耗しないうちに脱落するおそれがある。
それ故、本発明の他の態様では、カッティング部材をダ
イヤモンド粒植付済みの支持部材に接着してから、この
支持部材をビット本体に取り付ける。カッティング部材
を公知のＬＳ接着又は拡散接着で支持部材に接着し得る
が、この構造は熱の伝達により劣化又は剥離を生ずるの
で利用価値が少ない。
第５図に示す構造では、カッティング部材２４は熱的に
安定な多結晶ダイヤモンド材料の単一の層であり、この
層は、例えばタングステンカーバイドを固めて作ったス
タッドに、支持層なしで接着され、前記カッティング部
材は、この場合、鋼製のビット本体のソケットに挿入さ
れる。本発明では、破砕部材２７を各カッティング部材
２４の後側から離間させるが、第５図に示すカッティン
グ部材の形は、本発明に基づく破砕部材を追加すること
なく、従来の方法で鋼製のビットに応用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は本発明に基づくロータリードリルビ
ットの端面図、第３図はカッティング部材及びこれと共
働す、る微砕部材の断面線図、第４図は破砕部材の正面
図、第５図乃至第７図は他の構造のカッティング部材及
びこれと共働する破砕部材の断面線図である。 １０・・・ビット本体、１１・・・刃部、１２．２３・
・・溝、１３・・・ノズル、１４・・・排出スロット、
１５゜２４・・・カッティング部材、１６．２７・・・
破砕部材、１７・・・前面の層、１８・・・支持層、１
９．２０・・・スタッド、２１・・・超硬質粒、２２・
・・地層。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 Ｆ　Ｉ　Ｇ、１ Ｆ　ｆ　６．２ Ｆ　ｇ　Ｇ、３ Ｆ　Ｉ　Ｇ、５ Ｆｒ６．ｌ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、地中の地層に深い穴を掘削又は試掘するために使用
    され、ドリルストリング結合用軸部を有するビット本体
    （１０）と、このビット本体の表面に取り付けられる複
    数のカッティング部材（１５、１５、・・・）と、この
    カッティング部材の冷却用又は清掃用に前記ビット本体
    の表面に掘削流体を供給するために前記ビット本体に設
    けられた掘削流体通路とを有し、前記カッティング部材
    のうちの少なくとも或るカッティング部材は予め前部に
    超硬質のカッティング面を有するロータリードリルビッ
    トにおいて、前記ドリルビットでは、前記カッティング
    部材（１５、１５、・・・）のうちの或るカッティング
    部材（１５）は前記ビットの正常な回転方向に離間し、
    破砕部材（１６）は超硬質粒（２１、２１、・・・）を
    有し、この超硬質粒（２１）は支持部材（２０）に植付
    けられ、この支持部材（２０）は前記ビット本体に取り
    付けられることを特徴とするロータリードリルビット。 ２、前記ビット本体（１０）は鋼材で作られることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項に記載のロータリードリ
    ルビット。 ３、前記ビット本体（１０）は固結された材料を用いて
    作られることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    のロータリードリルビット。 ４、前記予め作られる各カッティング部材 （１５）は前面に超硬質材料より成る薄い層（１７）を
    有し、この層（１７）は硬度のより小さい支持層（１８
    ）に接着されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    乃至第３項の何れかに記載のロータリードリルビット。 ５、予め作られる各カッティング部材（２４）は熱的に
    安定な多結晶ダイヤモンド材料より成る単一の層を有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の
    何れかに記載のロータリードリルビット。 ６、各破砕部材（１６）は共働するカッティング部材（
    １５）の後方に、その正常な回転方向に離間することを
    特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに
    記載のロータリードリルビット。 ７、前記破砕部材（１６）は前記ドリルビット（１０）
    の前面に取り付けられ、この破砕部材（１６）は、前記
    カッティング部材（１５）が或る深さまで掘り進められ
    るまで、前記地中の地層（２２）に接触せず、掘削も破
    砕も行なわないことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    乃至第６項の何れかに記載のロータリードリルビット。 ８、掘削流体用水路（２３）は前記ドリルビット（１０
    ）の表面の前記カッティング部材（１５）と破砕部材（
    １６）との間に設けられ、前記カッティング部材への熱
    の伝達を最少にすることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項乃至第７項に記載のロータリードリルビット。 ９、前記破砕部材（１６）の超硬質材料の粒（２１、２
    １、・・・）は前記支持部材（２０）の全体に埋め込ま
    れることを特徴とする特許請求の範囲ｌ囲第１項乃至第
    ８項の何れかに記載のロータリードリルビット。 １０、前記各破砕部材（１６）の超硬質材料の粒は、前
    記支持部材（２０）に、その表面から突出するように埋
    め込まれることを特 許請求の範囲第１項乃至第９項の何れかに記載のロータ
    リードリルビット。 １１、前記支持部材（２０）は固結されたタングステン
    カーバイドで作られることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項乃至第１０項の何れかに記載のロータリードリル
    ビット。 １２、各破砕部材の支持部材（２０）はスタッドを有し
    、このスタッドは前記ビット本体のソケットに挿入され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１１項
    に記載のロータリードリルビット。 １３、前記スタッド（２０）はほぼ円筒形であり、その
    端面は前記スタッドが前記ビット本体のソケットに挿入
    された時に、このビット本体（１０）の表面で露出する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載のロー
    タリードリルビット。 １４、前記各破砕部材（１６）は共働するカッティング
    部材（１５）の後方に、且つこのカッティング部材と同
    様、前記ビットの回転軸線からその半径方向に等距離離
    間することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１
    ３項の何れかに記載のロータリードリルビット。 １５、前記カッティング部材は前記ビット本体に直接取
    り付けられることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
    至第１４項に記載のロータリードリルビット。 １６、前記各カッティング部材（１５）は支持部材（１
    ９）に取り付けられ、この支持部材（１９）は前記ビッ
    ト本体（１０）のソケットに挿入されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項乃至第１４項に記載のロータリ
    ードリルビット。 １７、前記ビット本体の表面に複数の刃部が設けられ、
    この刃部は前記ドリルビットの回転軸線から外側に向か
    って延び、各カッティング部材（１５）と、これに共働
    する破砕部材（１６）とは、前記刃部に取り付けられる
    が前記ビットの通常の回転方向に離間することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項乃至第１６項に記載のロータ
    リードリルビット。 １８、地中に地層に深い孔を掘削又は試掘するために使
    用され、ドリルストリング結合用軸部を有するビット本
    体と、この本体の表面に取り付けられる予め作られた複
    数のカッティング部材と、前記カッティング部材の冷却
    用又は清掃用に前記ビットの表面に掘削流体を供給する
    ために前記ビット本体に設けられた掘削流体通路とを有
    するロータリードリルビットにおいて、前記ビット本体
    は鋼製であり、各カッティング部材（１５）はスタッド
    （１９）に取り付けられ、このスタッド（１９）は前記
    ビット本体のソケットに挿入され、前記スタッドは超硬
    質材料より成る粒を含み、この超硬質粒は前記スタッド
    の前記カッティング部材後方から前記ビットの通常の回
    転方向とは逆方向に延びる部分に埋め込まれ、この埋め
    込まれた粒は前記スタッドの少なくとも一部分において
    前記ビット本体から明瞭に突出することを特徴とするロ
    ータリードリルビット。 １９、地中の地層に深い孔を掘削又は試掘するために使
    用され、ドリルストリング結合用軸部を有するビット本
    体と、このビット本体の表面に取り付けられる予め作ら
    れた複数のカッティング部材と、このカッティング部材
    の冷却用又は清掃用の掘削流体を前記ビット本体の表面
    に供給するために前記ビット本体に設けられた掘削流体
    通路とを有するロータリードリルビットにおいて、前記
    ビット本体は鋼製であり、予め作られる各カッティング
    部材（２４）は熱的に安定な多結晶ダイヤモンド材料の
    単一の層を有し、この層は支持部材（２５）に接着され
    、この支持部材（２５）は前記鋼製のビット本体のソケ
    ットに挿入されることを特徴とするロータリードリルビ
    ット。
JP16000485A 1984-07-19 1985-07-19 ロータリードリルビツト Pending JPS6140989A (ja)

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