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特表2024-518304成形工具部品の製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-01

(54)【発明の名称】成形工具部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

C04B 35/528 20060101AFI20240423BHJP

C04B 41/80 20060101ALI20240423BHJP

C22C 26/00 20060101ALI20240423BHJP

C22C 1/05 20230101ALI20240423BHJP

B23B 27/20 20060101ALI20240423BHJP

B23P 15/28 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

C04B35/528

C04B41/80 Z

C22C26/00 Z

C22C1/05 P

B23B27/20

B23P15/28 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023564620

(86)(22)【出願日】2022-04-05

(85)【翻訳文提出日】2023-10-27

(86)【国際出願番号】 EP2022058968

(87)【国際公開番号】W WO2022223287

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】2105771.6

(32)【優先日】2021-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517056608

【氏名又は名称】エレメント、シックス、（ユーケー）、リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＥＬＥＭＥＮＴＳＩＸ（ＵＫ）ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋学

(74)【代理人】

【識別番号】100152423

【弁理士】

【氏名又は名称】小島一真

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド、フォード

(72)【発明者】

【氏名】ダグラス、ギーキー

【テーマコード（参考）】

3C046

4K018

【Ｆターム（参考）】

3C046HH06

4K018AD17

4K018BA04

4K018BA13

4K018BB04

4K018FA06

4K018HA08

4K018KA15

(57)【要約】

本開示は、少なくとも１０ｍｍの高さを有するＰＣＤテーブルを含む多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）体の製造方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１０ｍｍの高さを有する多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）体を製造する方法であって、以下の工程：
ａ．ダイヤモンド原料を耐火物カップに添加する工程と、
ｂ．圧縮後の高さが少なくとも１０ｍｍである成形体を形成するのに十分な量のダイヤモンド原料を圧縮する工程であって、圧縮は、１３００℃～１５００℃の範囲の温度で、５～８ＧＰａの範囲の圧力で、１５～２５分の範囲の時間で行われる、工程と、
ｃ．前記成形体を１４００℃～２１００℃の間の温度で、少なくとも７ＧＰａの圧力で、少なくとも３０秒間焼結し、ＰＣＤ焼結体を形成する工程と、
を含む、方法。

【請求項2】

前記ＰＣＤ焼結体を長手方向にスライスして、ＰＣＤ焼結体の１つまたは複数のスライス部分を生成することをさらに含み、各スライス部分が工具ブランクである、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ＰＣＤ焼結体をＰＣＤ成形体に加工することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記ＰＣＤ焼結体を成形するためにレーザーを使用することを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記ＰＣＤ焼結体がその後界面において超硬合金基板に焼結接合されたＰＣＤテーブルを含むように、焼結前に超硬合金体を前記耐火物カップに加えることをさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記超硬合金体を前記耐火物カップに加える前に成形することをさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

焼結前に超硬合金体を前記耐火物カップに添加し、前記超硬合金体と前記ダイヤモンド原料との間に非超硬材料中間層を配置することをさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記中間層が箔である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記中間層が非超硬粉末層を含む、請求項７または８記載の方法。

【請求項10】

ＰＣＤ体の厚さが１０～２０ｍｍである、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記ＰＣＤ焼結体が円筒形である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記ＰＣＤ焼結体が８～２５ｍｍの直径を有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ＰＣＤ焼結体が１６ｍｍの直径を有する、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、耐摩耗製品を切削するための定形超硬工具部品に関し、特に、前記定形工具部品の製造方法に関し、より詳細には、多結晶ダイヤモンドを含むものに関する。

【背景技術】

【0002】

金属合金、セラミック、サーメット、特定の複合材料、石材などの硬質または摩耗性の被削材は、硬質または超硬質の切削チップを有する工具を用いて機械加工する必要がある場合がある。超硬タングステンは、硬い被削材の機械加工に最も広く使用されている工具材料で、硬さと靭性を兼ね備えている。多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）と多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）は超硬材料であり、自動車産業などで広く使用されている特定の金属合金の加工に使用されることがある。超硬材料は非常に硬く、少なくとも約２５ＧＰａのビッカース硬度を持つ。しかし、超硬材料は、一般的に超硬合金材料よりも強度と靭性が低く、その結果、硬質金属よりも破壊やチッピングを起こしやすい場合がある。超硬工具インサートは、超硬構造を支持基板（「裏付け」）に結合して構成されることがあり、この支持基板は、最も典型的には超硬タングステンで形成される。複雑な形状の工具チップは、ＰＣＤの製造とその後の成形に関連するコストがかかるため、一般的ではない。

【0003】

ＰＣＤから成形工具インサートを製造する、より経済的な方法を開発する必要がある。

【発明の概要】

【0004】

本発明によれば、少なくとも１０ｍｍの高さを有する多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）体を製造する方法が提供され、該方法は、以下の工程：
ａ．ダイヤモンド原料を耐火物カップに添加する工程と、
ｂ．圧縮後の高さが少なくとも１０ｍｍである成形体を形成するのに十分な量のダイヤモンド原料を圧縮する工程であって、圧縮は、１３００℃～１５００℃の範囲の温度で、５～８ＧＰａの範囲の圧力で、１５～２５分の範囲の時間で行われる、工程と、
ｃ．前記成形体を１４００℃～２１００℃の間の温度で、少なくとも７ＧＰａの圧力で、少なくとも３０秒間焼結し、ＰＣＤ焼結体を形成する工程と、
を含む。

【0005】

本発明の任意的および／または好ましい特徴は、従属請求項に記載されている。

【0006】

次に、本発明を、例としてのみ、添付図面を参照しながらより具体的に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、木材切断用丸鋸の一部を示す概略透視図である。

【図2】図２は、図１の丸鋸で使用する工具インサートの概略側面図である。

【図3】図３は、工具インサートの製造する方法を示す概略フロー図である。

【図4】図４は、工具インサートを製造する代替方法を示す概略フロー図である。

【図5】図５は、工具インサートを製造するさらに別の方法を示す概略フロー図である。

【図6】図６は、第１のＰＣＤ焼結前駆体の概略透視図である。

【図7】図７は、図６のＰＣＤ焼結前駆体の側面図であり、特に、界面において超硬合金基板に焼結接合されたＰＣＤテーブルを示す。

【図8】図８は、図６のＰＣＤ焼結前駆体の正面図である。

【図9】図９は、図６のＰＣＤ焼結前駆体の平面図である。

【図10】図１０は、図６のＰＣＤ焼結前駆体からスライスされた工具ブランクの概略側面図であり、特に除去を意図したＰＣＤテーブルの余分な材料を示す工具プロファイルが重ね合わされている。

【図11】図１１は、余分な材料が除去された後の図１０の成形工具部品の概略側面図である。

【図12】図１２は、第２のＰＣＤ焼結前駆体の概略透視図である。

【図13】図１３は、図１２のＰＣＤ焼結前駆体の側面図である。

【図14】図１４は、図１２のＰＣＤ焼結前駆体の正面図である。

【図15】図１５は、図１２のＰＣＤ焼結前駆体の平面図である。

【図16】図１６は、図１２のＰＣＤ焼結前駆体からスライスされた工具ブランクの概略側面図であり、ており、特に除去を意図したＰＣＤテーブルの余分な材料を示す異なる工具プロファイルが重ね合わされている。

【図17】図１７は、余分な材料が除去された後の図１６の成形工具部品の概略側面図である。

【図18】図１８ａ～図１８ｃは、工具ブランクからＬ字形の部分的に裏付け部品を成形することを示す３つの概略図のセットである。

【図19】図１９ａから図１９ｃは、工具ブランクから三角形状の裏付け部品を成形することを示す３つの概略図のセットである。

【図20】図２０ａは、ＨＰＨＴプレスから取り出した後の１０ｍｍ成形体試料のサンプルＡを示し、ＰＣＤテーブルが基板から剥離している。図２０ｂは、剥離したＰＣＤテーブルと基板が分離した状態を示している。

【図21】図２１は、ＨＰＨＴプレスから取り出した後の２０ｍｍ成形体試料からの試料Ｂを示す。

【図22】図２２ａは、標準的な焼結プロファイルで焼結後のサンプル１を示し、図２２ｂは、長時間の焼結プロファイルによるサンプル２を示す。

【図23】図２３ａは長時間の焼結プロファイルで焼結後のサンプル３を示し、図２３ｂは長時間の焼結プロファイルで焼結後のサンプル４を示す。

【図24】図２４ａは、ＰＣＤテーブルが基板に焼結接合され、その後の加工が施されたサンプル３を示し、図２４ｂは、剥離後、その後の加工が施されたサンプル４を示し、図２４ｃは、比較のための標準的なオイル・ガス用カッターを示す。

【図25】図２５は、意図的な剥離を使用して得られ、その後、オイル・ガス用カッターの構成に加工した２つのＰＣＤ本体を示す。

【図26】図２６は、化学浸出後の図２５のカッターの１つを示す。

【0008】

同じ参照は、全ての図面において同じそれぞれの特徴を指す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１および図２を参照すると、ラミネートフローリングなどの耐摩耗性木材製品を切断するための丸鋸１０は、ブレードベース１４の外周にろう付けされた複数の工具インサート１２から構成されている。各工具インサート１２は、以下でより詳細に説明するように、成形工具部品から得られる。各工具インサート１２は、界面２０で超硬合金基板１８に焼結接合されたＰＣＤテーブル１６を含む。工具インサート１２は、ＰＣＤテーブル１６のすくい面２２が使用中の鋸１０の回転方向を向くように配置され、鋸１０が使用中に回転したときに被削材（図示せず）を切削可能な半径方向最外側の位置にカッターエッジ２４が配置されている。

【0010】

縦断面において、界面２０は、一連の相互接続された円弧状および直線状の界面セグメントを含む。工具インサート１２内の超硬合金基板１８に対するＰＣＤテーブル１６の割合は、第１の端部２６から第２の端部２８まで変化し、第２の端部２８は第１の端部２６から間隔を置いて配置されている。第１の端部は、カッターエッジ２４に位置している。カッターエッジ２４の近傍では、超硬合金基板１８に対するＰＣＤテーブル１６の割合が最も高く、第２の端部２８に向かって徐々に減少する。この配置により、使用時に実際に必要とされる領域、すなわち刃先近傍にのみＰＣＤ１６を配置することができ、工具インサートの製造コストを低減することができる。

【0011】

次に、図３、図４および図５に戻り、工具インサートの製造について説明するが、以下の番号付けは前述の図で使用した番号に対応する。

【0012】

Ｓ１．ダイヤモンド原料は、ニオブ、タンタル、モリブデンなどの耐火材料から作られたカップに添加される。通常、カップは円筒形である。

【0013】

Ｓ１ａ．任意で、ダイヤモンド原料に隣接して、超硬合金体もカップに添加される。

【0014】

Ｓ１ｂ．任意で、超硬合金体はカップに添加される前に成形される。

【0015】

Ｓ２．ダイヤモンド原料と超硬合金体が存在する場合は、それらを圧縮して成形体を形成する。必要であれば、ダイヤモンド原料と超硬合金体がカップに添加される前に、ダイヤモンド原料の最初の予備圧縮を行ってもよい。その後、カップ内で最終圧縮が行われる。

【0016】

成形体は、最終形状の歪みを最小限に抑えるためにアウトガス化される。この場合も、成形体が缶に入れられる前に行われることがある。

【0017】

アウトガスの後、成形体とカップは、追加のカッピング材料とともに「予備複合体」に組み立てられる。

【0018】

Ｓ３．予備複合体は、次にＨＰＨＴベルトプレスまたはＨＰＨＴキュービックプレス内の高圧高温（ＨＰＨＴ）カプセル内で、１４００～１８００℃の温度で少なくとも３０秒間焼結される。これにより、１回の焼結操作で、少なくとも１０ｍｍの高さを有するＰＣＤ焼結前駆体が形成される。

【0019】

Ｓ４．ＰＣＤ焼結前駆体は、合理的に可能な限り速やかにＨＰＨＴカプセルから取り出され、室温まで冷却される。

【0020】

Ｓ５．次に、ＰＣＤ焼結前駆体を長手方向にスライスして、「工具ブランク」と呼ばれる１つまたは複数のスライス部分を製造する。

【0021】

最終用途に応じて、各工具ブランクの厚さは異なる場合がある。例えば、工具ブランクは、丸鋸工具インサートに最終的に使用するために、比較的厚い長方形の立方体の形状であってもよい。あるいは、工具ブランクは、例えば、旋削工具またはフライス工具要素に最終的に使用するために、比較的薄く、板状であってもよい。

【0022】

Ｓ６．工具ブランクを、ＰＣＤ焼結前駆体の残部から取り出す。

【0023】

Ｓ７．放電加工（ＥＤＭ）またはレーザー切断を使用して、工具ブランクを最終形態である成形工具部品に成形する。

【実施例】

【0024】

実施例
図６から図１１を参照すると、第２の成形工具部品が、任意の工程１ａ）および１ｂ）を含む上記の方法論に従って概ね製造された。

【0025】

超硬合金体１８は超硬タングステンで構成され、初期直径は約２１ｍｍ、最大高さは１２ｍｍであった。

【0026】

図７に示すように、耐火物カップに挿入する前に、超硬合金体１８は、概ね水平な平面状の第１部分３０を含み、下方に傾斜した平面状の第２部分３２に延びるように、放電加工によって成形された。平面状の第１部分３０は、外周に位置する点Ｐと点Ｑとの間で水平に延び、点Ｑは点Ｐの半径方向内側にある。平面状の第２部分３２は、点Ｑと点Ｒとの間で軸方向下方に傾斜し、点Ｒは点Ｐから周方向に間隔を隔てて外周に位置する。

【0027】

この例では、点Ｐで測定した超硬合金体の最大高さは、超硬合金体１８の底面から測定した開始高さ１２ｍｍであった。点Ｒで測定した超硬合金体の最小高さは、やはり底面から測定して４ｍｍであった。

【0028】

平均粒径２２μｍで、ごく少量のコバルトが添加されたダイヤモンド原料を使用した。

【0029】

ＨＰＨＴ焼結後、一般に３４で示されるＰＣＤ焼結前駆体をＨＰＨＴカプセルから取り出し、室温まで冷却した。外側のカッピング材料を研磨して、内部のＰＣＤ焼結前駆体３４を露出させた。

【0030】

ＰＣＤ焼結前駆体３４は、ＥＤＭを使用して長手方向にスライスされ、残部から一部が分離された。その後、スライスした部分を取り出して、工具ブランク３６を提供した。工具ブランク３６は、概して矩形の平面形状を有し、厚さは８ｍｍ以下であった。

【0031】

再びＥＤＭを使用して、工具ブランク３６のＰＣＤテーブル１６に工具プロファイル３８を機械加工し、不要なＰＣＤ４０を除去して、成形工具部品４２を製造した。図１０および図１１に、過度に単純化された工具プロファイル３６を有する成形工具部品４２の例を示すが、これは実際に使用することを意図したものではない。工具プロファイル３８の形状、サイズまたは方向はどのようなものでもよい。重要なことは、工具プロファイル３８が超硬合金基板１８の全体的な輪郭に沿うことである。基板１８の高さが変わると、超硬合金基板１８の底面から測定して、その上のＰＣＤテーブル１６の高さも変わる。超硬合金基板１８の構成を考慮すると、ＰＣＤテーブル１６の深さをより大きくすることが可能であるが、不必要なところに深さを大きくすることを強いる必要はない。

【0032】

実施例
図１２から図１７を参照すると、第３の成形工具部品が、任意の工程１ａ）および１ｂ）を含む上記の方法論に従って概ね製造された。成形工具部品が得られたＰＣＤ焼結前駆体は、概して４４で示されている。第３の成形工具部品は、耐火物カップに挿入する前に超硬合金体１８の輪郭を描くことを除いて、第２の変形例と同様である。

【0033】

図１６および図１７に最もよく見られるように、下地の超硬合金基板１８は、傾斜した平面状の第２部分３２の代わりに、概ね水平な平面状の第１部分３０および下方に傾斜した円弧状の第２部分４６を含む。この場合も、ＰＣＤテーブル１６の輪郭は、下地となる成形基板１８の輪郭に概ね沿う。

【0034】

この成形工具部品の製造方法では、必要な厚さのＰＣＤテーブルを提供するだけでよく、それ以上は必要ない。従来の方法では、成形工具部品の必要な深さを達成するために、より厚いＰＣＤテーブルが必要となり、その結果、より多くの使用不可能なＰＣＤテーブルが発生する。

【0035】

ＰＣＤテーブルには、どのような工具プロファイルでも設けることができる。例えば、側面断面において、工具プロファイルは、円弧状、直線状、矩形状、のこぎり歯状、正弦波状のいずれかのセグメントから構成することができる。これらのような複数のセグメント形状を用いてもよいし、それらの任意の組み合わせを用いてもよい。

【0036】

この第３の変形例では、最初に述べた工具プロファイル３８とは異なる第２の工具プロファイル４８が、得られた工具ブランク５０のＰＣＤテーブル１６に機械加工された。ＰＣＤテーブル１６からの不要なＰＣＤ４０材料は、さらなる形状の工具部品５２を製造するために除去された。

【0037】

ＰＣＤテーブル１６のプロファイルは、第２および第３の変形例で示したように、下地の超硬合金基板１８のプロファイルと同じである必要はない。しかしながら、ＰＣＤテーブル１６のプロファイルは、第１の変形例で示したように、下地の超硬合金基板１８のプロファイルと同じであってもよい。

【0038】

図１８ａ～図１８ｃおよび図１９ａ～図１９ｃは、裏付けされた（すなわち超硬基板を有する）工具部品および部分的に裏付けされた工具部品が、工具ブランクから部分的に形成される方法を示している。三次元ＰＣＤ焼結前駆体から二次元工具ブランクをスライスする方法を用いると、不規則な形状の工具部品を最小限の無駄で製造することができる。

【0039】

すべての変形において、成形はＰＣＤテーブル上でプロファイルを作成することに限定される必要はない。成形は、基板上にプロファイルを作成することにも及ぶ。最も重要なことは、成形は、工具ブランクのフットプリントに完全に含まれる成形工具部品の外形を機械加工することにも及ぶことである。例えば、工具ブランクから文字「Ａ」全体を成形することができる。親ＰＣＤ焼結前駆体が超硬合金基板から構成されているか否かにかかわらず、工具ブランクから任意の所望の形状の工具部品を成形することができる。

【0040】

超硬合金体／基板を含むいくつかの実施例について言及してきたが、超硬合金体は、成形工具部品の製造方法から省略してもよい。実際、成形は、ＰＣＤ焼結前駆体からスライスされた焼結ＰＣＤからなる工具ブランクを成形することに限定してもよい。この場合、成形工具部品はどのような形状であってもよい。

【0041】

この点に関連して、本発明者らは、開発作業中に、ますます深くなるＰＣＤテーブルを調査した。それぞれ平面状の超硬合金基板を有する２つのサンプルが製造された。サンプルＡでは、成形体は深さ１０ｍｍまで切削されていた。サンプルＢでは、成形体は深さ２０ｍｍまで切削されていた。その後、両方の成形体を焼結した。

【0042】

サンプルＡは焼結に成功したが、ＰＣＤ層が基板から剥離した。図２０ａはサンプルＡのプレス後の状態を示し、図２０ｂは同じＰＣＤテーブルと基板が分離した状態を示す。この剥離は、ＰＣＤの体積崩壊に関連する高い応力によるものか、あるいは単に合成条件がわずかに高温すぎたためと考えられる。

【0043】

サンプルＢを詳しく観察すると、コバルトの浸潤は２つの波があった可能性がある。１つは基板から均一に掃き上がり、もう１つは周囲を掃き上げて上面を取り囲むように浸潤した（図２１参照）。このため、ＰＣＤ層の下半分は焼結し、上半分はひび割れし、柔らかい未焼結のコアが残った。

【0044】

極厚（１０ｍｍ以上）のＰＣＤテーブルを実現しようとすることで生じる軟質未焼結コアの問題に対処するため、多くの変数を調査した。これには、合成条件（圧力、温度、時間）、アウトガスの利用、予備圧縮の荷重と温度、基板の深さの違い、ＨＰＨＴプレスカプセルの配置の違い、ダイヤモンド原料と超硬合金基板の間の成形体のコバルト中間層の使用などが含まれる。

【0045】

後の段階では、さらに４つのサンプルを作製した（表１参照）。

【0046】

【表1】

【0047】

焼結プロファイルＮｏ．１で作製したサンプル１は、前段階の作業から改善が見られず、コアが軟らかくなった。サンプル２については、焼結時間を延長した別の焼結プロファイルを使用することにした。サンプル２は、ほぼ全体的に焼結した。図２２ａは焼結後のサンプル１を示し、図２２ｂは焼結後のサンプル２を示す。

【0048】

アウトガスの後、サンプル３と４は、２番目の長い焼結プロファイルを使用して焼結された。サンプル３は、目に見える欠陥のない完全焼結の極厚ＰＣＤテーブルであった。サンプル４も完全に焼結したが、界面にＣｏ箔が過剰に存在したため、ＰＣＤ層は基板から剥離した。図２３ａは焼結後のサンプル３を示し、図２３ｂは焼結後のサンプル４を示す。

【0049】

その後の特性評価試験のために、サンプル３と４はカップ材から洗浄された。図２４ａにサンプル３を示す。図２４ｂは、剥離後のサンプル４を示し、全体的な形状とサイズが標準的なオイル・ガス用カッター（図２４ｃ）と一致するように加工した後のものである。図２４ｃのカッターの直径は１６ｍｍであり、ＰＣＤテーブルの高さは３．５ｍｍである。対照的に、図２４ｂのサンプル４の直径は１６ｍｍであり、ＰＣＤテーブルの高さは１２ｍｍである。

【0050】

極厚のＰＣＤ体を有するサンプルの焼結を成功させるには、熱間予備圧縮が不可欠であることが判明した。これらの特定のサンプルは、５．５ＧＰａで、２０分間で、約１４００℃の温度で焼結された。しかし、より広い操作ウィンドウが実現可能である。予備圧縮は、１３００℃～１５００℃の範囲の温度で、５～８ＧＰａの範囲の圧力で、１５～２５分の範囲の時間で行われる。圧縮段階は、コバルトのような触媒／バインダー材料が存在しないか、あるいは非常に少量であることが特徴である。その量は完全な焼結には不十分である。これは、主に後から添加されるものであり、以下の方法：コバルト箔の使用、コバルト粉末の層の使用、例えばダイヤモンド原料と基板との界面での使用、コバルトを含む超硬合金基板の使用等のいずれか１つ以上を含んでもよい。さらに、予備圧縮工程は、１回目のＨＰＨＴプレスで行われ、焼結は、別のカプセルアセンブリが必要となる別の２回目のＨＰＨＴプレスで行われる。

【0051】

本発明者らは、極厚のＰＣＤ体を得る驚くべき新しい方法を発見した。これは、サンプル３の結果に基づいて裏付け（すなわち基板付き）することもできるし、サンプル４の結果に基づいて裏付けしない（すなわち自立する）こともできる。これと比較すると、これまでは、ＰＣＤテーブルの深さが５～６ｍｍまでのオイル・ガス用カッターが得られていた。サンプル４のように基板から剥離したＰＣＤテーブルは、独立したカッターに加工される可能性があるため、オイル・ガスの掘削に使用されるカッターへの影響は大きい。

【0052】

さらに調べるために、平均粒径１７μｍの粒子を含むダイヤモンド原料を使用した。さらにサンプルを作製し、基板なしでカッターに加工した（図２５参照）。このサンプルは、ＰＣＤ体の間質領域からコバルトを除去するプロセスである化学浸出に送られた。ダイヤモンド格子構造からコバルトを除去することで、ＰＣＤの耐熱性が向上し、オイル・ガスの掘削作業に適している。

【0053】

超硬タングステン基板の除去により、カッターの新しい迅速な浸出方法が容易になった。この方法は、基板を保護するための複雑な固定具を必要とせず、カッターを塩酸（ＨＣｌ）の密閉容器に入れ、標準的なカッターよりもはるかに高温に加熱することができた。図２６に見られるように、直径１６ｍｍのカッターは全面から溶出し、中心部には少量のコバルトしか残らず、これは素晴らしい結果である。

【0054】

浸出されたカッターは、特性試験にかけられた。カッターは、その後の性能試験で極めて良好な結果を示した。

【0055】

本発明は、特に実施例を参照しながら、示し、説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部の様々な変更がなされ得ることは、当業者には理解されるであろう。

【0056】

定義
本明細書で使用する標準的な用語と概念を以下に簡単に説明する。

【0057】

ＰＣＤは、相互成長したダイヤモンド砥粒の塊からなり、ダイヤモンド砥粒間の間隙を規定する骨格の塊を形成する。ＰＣＤ材料は通常、少なくとも８０体積％のダイヤモンドからなり、焼結助剤の存在下でＨＰＨＴ焼結によって得られ、ダイヤモンド用触媒材料とも呼ばれる。ダイヤモンド用触媒材料とは、ダイヤモンドがグラファイトよりも熱力学的に安定な圧力および温度条件下で、ダイヤモンド砥粒の直接相互成長を促進することができる材料であると理解される。

【0058】

ダイヤモンド用触媒材料は、第ＶＩＩＩ族元素を含むことが多く、一般的な例としては、コバルト、鉄、ニッケル、およびこれらの元素の合金を含む特定の合金が挙げられる。ＰＣＤは、コバルト－超硬合金基板上に形成することができ、ＰＣＤ用のコバルト触媒材料の供給源となる。ＰＣＤ材料体の焼結中に、超硬合金基板の構成成分、例えばコバルト－超硬合金基板の場合にはコバルトが液化し、ダイヤモンド粒子の体積に隣接する領域からダイヤモンド粒子間の間隙領域に掃き出される。コバルトは、結合したダイヤモンド砥粒の形成を促進する触媒として作用する。任意で、ダイヤモンド粒子と基板をＨＰＨＴプロセスにかける前に、金属溶媒触媒をダイヤモンド粒子と混合してもよい。ＰＣＤ材料内の間隙は、少なくとも部分的に触媒材料で充填される。したがって、相互成長したダイヤモンド構造は、元のダイヤモンド砥粒と、元の砥粒をブリッジする新たに析出または再成長したダイヤモンド相とからなる。最終的な焼結構造では、一般に、焼結ダイヤモンド砥粒間に存在する間隙の少なくとも一部内に残留触媒／溶媒材料が存在する。

【0059】

このような従来のＰＣＤ成形体に存在することが知られている問題は、切断および／または摩耗の用途で高温にさらされると熱劣化しやすいことである。これは、少なくとも部分的には、微細構造間隙に残留溶媒／触媒材料が存在することに起因すると考えられており、間隙の溶媒金属触媒材料の熱膨張特性と結晶間結合ダイヤモンドの熱膨張特性との間に存在する差に起因して、高温でのＰＣＤ成形体の性能に有害な影響を及ぼすと考えられている。このような熱膨張の差は、約４００℃の温度で発生することが知られており、最終的にＰＣＤ構造に亀裂や欠けの形成をもたらす可能性のあるダイヤモンド間結合の破断を引き起こすと考えられている。ＰＣＤテーブルのチッピングまたはクラックは、ＰＣＤテーブルを構成する切削要素の機械的特性を低下させるか、またはドリル加工または切削加工中の切削要素の破損に繋がり、それによってＰＣＤ構造がそれ以上の使用に適さなくなる可能性がある。

【0060】

本明細書で使用する場合、工具インサートの「すくい側」とは、「すくい面」を構成する側であり、使用時に切り屑が流れる工具の表面である。本明細書で使用される「切屑」とは、使用中に工作機械によって加工面から除去される加工片のことである。本明細書で使用する「刃先」とは、切削加工を行うためのすくい面の端部のことである。

【0061】

本明細書で使用する「機械加工」とは、被削材と呼ばれる物体から材料を選択的に除去することである。鋸引きや切断は機械加工の一例である。

【図1】