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▶ エレメント、シックス、（ユーケー）、リミテッドの特許一覧
(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】特表2020-509267(P2020-509267A)
(43)【公表日】2020年3月26日
(54)【発明の名称】ピックツール用ストライクチップ
(51)【国際特許分類】
E21B 10/567 20060101AFI20200303BHJP
【ＦＩ】
E21B10/567
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2019-547095(P2019-547095)
(86)(22)【出願日】2018年3月6日
(85)【翻訳文提出日】2019年8月28日
(86)【国際出願番号】EP2018055400
(87)【国際公開番号】WO2018162442
(87)【国際公開日】20180913
(31)【優先権主張番号】1703626.0
(32)【優先日】2017年3月7日
(33)【優先権主張国】GB
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(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】ＥＬＥＭＥＮＴ ＳＩＸ （ＵＫ） ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(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】セリーナ、ボネッティ
(72)【発明者】
【氏名】アマンダ、リン、マッキー
(72)【発明者】
【氏名】チャールズ、サイモン、ジェームズ、ピクルス
【テーマコード（参考）】
2D129
【Ｆターム（参考）】
2D129AA04
2D129GB03
2D129GB08
2D129GB13
(57)【要約】
ピックツール用のストライクチップが提供される。ストライクチップは、超硬材料を含んでなるストライク構造体と、超硬合金材料を含んでなる基材とを含んでなり、基材は、界面でストライク構造体と連結する。ストライクチップは主中心軸に対して回転対称性を有する。ストライク構造体は平面頂部領域を有し、および主中心軸が位置する面において、凸湾曲側壁が平面頂部領域と基材との間に延在する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超硬材料を含んでなるストライク構造体と、
超硬合金材料を含んでなる基材であって、界面にて前記ストライク構造体と連結する、基材と、
を含んでなるピックツール用のストライクチップであって、
前記ストライクチップが主中心軸に対して回転対称性を有し、前記ストライク構造体が平面頂部領域を有し、および主中心軸が位置する面において、凸湾曲側壁が前記平面頂部領域と前記基材との間に延在する、ストライクチップ。
超硬合金材料を含んでなる基材であって、界面にて前記ストライク構造体と連結する、基材と、
を含んでなるピックツール用のストライクチップであって、
前記ストライクチップが主中心軸に対して回転対称性を有し、前記ストライク構造体が平面頂部領域を有し、および主中心軸が位置する面において、凸湾曲側壁が前記平面頂部領域と前記基材との間に延在する、ストライクチップ。
【請求項2】
前記湾曲側壁が、異なる曲率半径を有する、請求項１に記載のストライクチップ。
【請求項3】
前記平面頂部領域が、前記基材の断面の最大面積の０．５〜３０％である、請求項１または２に記載のストライクチップ。
【請求項4】
前記頂部領域が、前記ストライクチップの中心縦軸を中心として実質的に円形である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のストライクチップ。
【請求項5】
前記ストライク構造体が、前記頂部領域から垂下し、かつこれを包囲するスカート構造体を含んでなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のストライクチップ。
【請求項6】
前記ストライク構造体が、前記平面頂部領域と同心円状に配置される切頭された円錐面を含んでなる、請求項５に記載のストライクチップ。
【請求項7】
前記超硬材料が、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料を含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のストライクチップ。
【請求項8】
前記頂部領域と、前記頂部と反対側の前記界面との間の前記ストライク構造体の厚みが、２．５〜１０ｍｍである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のストライクチップ。
【請求項9】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のストライクチップを含んでなる、ロードミリングまたはマイニング用ピックツールのためのアセンブリ。
【請求項10】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のストライクチップを製造する方法であって、
超硬材料を含んでなるストライク構造体と、超硬合金材料を含んでなる基材とを含んでなるプレカーソル構成体であって、前記基材が界面にて前記ストライク構造体と連結し、前記ストライク構造体が非平面頂部領域を有し、および凸湾曲側壁が前記平面頂部領域から前記基材に向かって垂下する、プレカーソル構成体を提供することと、
前記超硬構造体を処理して前記非平面頂部領域を含む前記超硬構造体の体積を取り除き、前記超硬構造体が平面頂部領域を含んでなるようにすることと、
を含む、方法。
超硬材料を含んでなるストライク構造体と、超硬合金材料を含んでなる基材とを含んでなるプレカーソル構成体であって、前記基材が界面にて前記ストライク構造体と連結し、前記ストライク構造体が非平面頂部領域を有し、および凸湾曲側壁が前記平面頂部領域から前記基材に向かって垂下する、プレカーソル構成体を提供することと、
前記超硬構造体を処理して前記非平面頂部領域を含む前記超硬構造体の体積を取り除き、前記超硬構造体が平面頂部領域を含んでなるようにすることと、
を含む、方法。
【請求項11】
前記プレカーソル構成体の前記非平面頂部領域が、球状に丸まっている、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記超硬構造体を処理して前記非平面頂部領域を含む前記超硬構造体の体積を取り除き、前記基材の断面の最大面積の０．５〜３０％を有する平面頂部領域を残すことをさらに含んでなる、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項13】
前記超硬構造体を処理して前記非平面頂部領域を含む前記超硬構造体の体積を取り除き、実質的に円形であり、かつ前記ストライクチップの中心縦軸を中心とする平面頂部領域を残すことをさらに含んでなる、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して、ピックツール用の超硬質ストライクチップ、ロードミリングまたはマイニング専用では特にないが、これを含んでなるピックツールアセンブリ、ならびにこれの製造方法および使用方法に関する。
【背景技術】
【0002】
国際特許出願公開第２００８／１０５９１５号は、非平面界面において超硬金属炭化物基材へ接合された超硬材料を有する耐高衝撃ツールを開示している。界面において、基材は、基材の円筒形リムから始まり、基材内に形成された隆起した平坦な中心領域で終わるテーパ面を有する。超硬材料は、半径１．２７〜３．１７ｍｍの鋭い頂点を持つ尖った幾何形状を有する。超硬材料はまた、頂点から基材の平坦化中心領域までの厚さが、２．５４〜１２．７ｍｍである。その他の実施形態において、基材は、非平面界面を有する場合がある。
【0003】
米国特許第８，０６１，４５７号は、非平面界面において炭化物基材へ接合された超硬材料を含んでなる耐高衝撃ツールを開示している。超硬材料は、実質的に円錐形の部分を有する実質的に尖った幾何形状を含んでなり、この実質的に円錐形の部分は、１３５度より大きい角度を形成する少なくとも２つの異なる隣接した傾斜を有する、テーパ状側壁を含んでなる。超硬材料の頂点から非平面界面までの厚さは、炭化物基材の厚さよりも厚い。超硬材料の体積は、炭化物基材の体積の７５〜１５０％とすることができる。超硬材料の頂点から非平面界面までの厚さは、炭化物基材の厚さより２倍厚くてもよい。超硬材料の頂点は、半径１．２７〜３．１７ｍｍを含むことができる。
【0004】
米国特許出願公開第２０１０／０２６３９３９号は、界面において超硬金属炭化物基材へ接合された焼結多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）体を含んでなる耐高衝撃ツールを開示している。本体は、頂点を有する実質的に尖った幾何形状を含んでなり、頂点は、第１および第２の移行部に本体の前側部および後側部をそれぞれ接合する曲面を含んでなる。第１の移行部と第２の移行部との間の頂点幅は、基材の幅の１／３未満であり、本体もまた、頂点から界面までの本体厚さが、基材の幅の１／３より大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
使用時、高衝撃ツールが構成物に打ち当たる場合、ツールは構成物に対してある角度で配置される。これは構成物を通ってツールの後縁としてのピックダウンの片側を摩耗させる可能性があり、また、ツール先端の最も鋭い点が構成物に影響を与える点ではないことも意味する可能性がある。これらの問題の一部を軽減する、ピックツール用の改良されたストライクチップを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第１の態様により、ピックツール用のストライクチップが提供される。ストライクチップは、超硬材料を含んでなるストライク構造体と、超硬合金材料を含んでなる基材とを含んでなり、基材は、界面でストライク構造体と連結する。ストライクチップは主中心軸に対して回転対称性を有し、ストライク構造体は平面頂部領域を有し、および主中心軸が位置する面において、凸湾曲側壁が平面頂部領域から基材に向かって垂下する。
【0007】
オプションとして、湾曲側壁は異なる曲率半径を有する。
【0008】
オプションとして、平面頂部領域は、基材の断面の最大面積の０．５〜３０％である。
【0009】
頂部領域は、ストライクチップの中心縦軸上を中心として、随意選択的に実質的に円形である。
【0010】
ストライク構造体は、頂部領域から垂下し、かつこれを包囲するスカート構造体を随意に含んでなる。
【0011】
オプションとして、ストライク構造体は、平面頂部領域と同心円状に配置される切頭された円錐面を含んでなる。
【0012】
超硬材料は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料を随意に含んでなる。
【0013】
オプションとして、頂部領域と、頂部領域と反対側の界面境界との間のストライク構造体の厚みは、２．５〜１０ｍｍである。
【0014】
第２の態様により、第１の態様で上述したストライクチップを含んでなる、ロードミリングまたはマイニング用のピックツールのためのアセンブリが提供される。
【0015】
第３の態様により、第１の態様で上述したストライクチップの製造方法が提供される。本方法は、超硬材料を含んでなるストライク構造体と、超硬合金材料を含んでなる基材とを含んでなるプレカーソル構成体であって、基材が界面にてストライク構造体と連結し、ストライク構造体が非平面頂部領域を有し、および凸湾曲側壁が該平面頂部領域から基材に向かって垂下する、プレカーソル構成体を提供することと、
超硬構造体を処理して非平面頂部領域を含む超硬構造体の体積を取り除き、超硬構造体が平面頂部領域を含んでなるようにすることと、
を含んでなる。
【0016】
オプションとして、プレカーソル構成体の非平面頂部領域は、球状に丸まっている。
【0017】
本方法は、随意に、造体を処理して非平面頂部領域を含む超硬構造体の体積を取り除き、基材の断面の最大面積の０．５〜３０％を有する平面頂部領域を残すことをさらに含んでなる。
【0018】
オプションとして、本方法は、超硬構造体を処理して非平面頂部領域を含む超硬構造体の体積を取り除き、実質的に円形であり、かつストライクチップの中心縦軸を中心とする平面頂部領域を残すことをさらに含んでなる。
【0019】
非限定的な構成例を、以下の添付の図面を参照することで説明する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
図１は、第１の例示的ストライクチップ１を示す。ストライクチップ１は、超硬材料から製造されるストライク構造体２を含んでなる。ストライク構造体２は、超硬タングステン炭化物材料から製造された基材３と接合されている。ストライクチップ１は主中心軸４に対して回転対称性を有する。ストライク構造体の頂点には、平面頂部領域５が設けられている。ストライク構造体は、側面図に示された場合（または、主中心軸４が位置する平面上において）には、平面頂部領域５から基材に向かって垂下する凸側壁６を有する。
【0022】
図１の例では、基材３は直径１５ｍｍであり、平面頂部領域５は直径２ｍｍである。
【0023】
図２は、平面頂部領域５が直径３ｍｍである、第２の例示的な実施形態を示す。
【0024】
図３は、平面頂部領域５が直径３．５ｍｍである、第３の例示的な実施形態を示す。
【0025】
図１〜３の３つの例示的な実施形態において、ストライク構造体２は、相互成長（inter-grown）ダイヤモンド粒を含んでなる多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料を含んでなる。ダイヤモンド粒間の隙間は、コバルトを含んでなる充填材料で実質的に充填され、充填材料の含有量は、ストライク構造体全体で１〜１８重量％である。他の例では、平面頂部領域５に隣接するＰＣＤ材料の体積中における充填材料の含有量が、実質的に１０重量％未満であってもよく、２重量％未満であってもよい。基材３は、コバルト系超硬合金材料を含んでなる。
【0026】
各ストライク末端２は、ＰＣＤ材料によって画定され、かつ頂部領域５の周囲全体にわたって延在するエッジ７によって境界づけされる平面頂部領域５を含む。図１を参照すると、平面頂部領域５のエッジ７は、頂部領域５とストライク構造体２の丸形表面領域８（または、スカート構造体）との間に形成され、丸形表面領域８は、主中心軸４に平行な縦断面内で弓形になっている。丸形表面領域８は、曲率半径が約２．２５ｍｍであり、頂部領域５と側壁６との中間にある。なお、丸形表面領域８の代わりに面取りしてもよく、または平面頂部領域５と側壁６との間が急に変化してもよい。
【0027】
いくつかのストライクチップが、以下の通りの異なる条件で作られた。
【0028】
試料１：ストライクチップ２は、直径１５ｍｍの超硬タングステン炭化物基材３上におけるＰＣＤダイヤモンド材料から形成した。ストライクチップは平面頂部領域を有せず、代わりに頂点で３．８ｍｍの曲率半径を持つ丸形頂点を有していた。
【0029】
試料２：試料１と同じであるが、ストライクチップ２は、図１に示されるように、２ｍｍの平面頂部領域を有していた。
【0030】
試料３：ストライクチップ２は、直径１５ｍｍの超硬タングステン炭化物基材３上におけるＰＣＤダイヤモンド材料から形成し、かつＰＣＤと超硬タングステン炭化物との熱膨張係数における差を考慮して、基材３とストライクチップ２との界面にダイヤモンド強化炭化物層を用いた。ストライクチップは平面頂部領域を有せず、代わりに頂点で３．８ｍｍの曲率半径を持つ丸形頂点を有していた。
【0031】
試料４：試料３と同じであるが、ストライクチップ２は、図１に示されるように、２ｍｍの平面頂部領域を有していた。
【0032】
試料は、５０°の角度において垂直穴あけ（ＶＢ、vertical borer）試験を用いて試験した。ＶＢ試験では、Ｓａｎｔａ Ｅｕｌａｌｉａ花崗岩の加工物を、５５回転／分（ｒｐｍ）の速度で回転させた。ストライクチップを使用して、供給速度５．０ｍｍ／回転かつ切削深さ０．１５ｍｍで加工物を切削した。加工物を５０回通過した後、ストライクチップ上の摩耗面積を測定した。
【0033】
図４は、各試料に対するストライクチップの摩耗面積を示すグラフである。切頭により、試料１と比較して試料２に対する摩耗痕面積が減少し、試料３と比較して試料４に対する摩耗痕面積が減少することが示される可能性があり、これは、平面頂部領域を得ることでツールの性能および寿命が改善するということを示す。平面頂部領域５と側壁６との間の移行位置を、ストライクチップ１が加工物を切削する点まで近づけると、切削作業の効率が向上すると考えられる。
【0034】
国際出願第２０１４／０４９１６２号には、１〜２５平方ミリメートルの範囲の面積である平坦な頂部領域を有するピックツール用の円錐形ストライクチップが記載されている。しかしながら、形状が円錐形であるため、側壁は側面図視では平らに見える。凸状に湾曲した形状を有することにより、基材３と、平面頂部領域５および側壁６間の移行部との間により多くの材料を提供することでストライクチップ１を支持することによって、ストライクチップの耐衝撃性が向上すると考えられる。
【0035】
図５を参照すると、例示的ピックツール９は、接合界面境界で支持体１０へ接合されたストライクチップ１を含んでなり、そして支持体１０は、スチールベース１１内に形成された穴内に焼嵌めされた挿入シャフトを含んでなる。ベース１１は、連結機構（示さず）を介してドラム（示さず）上にピック９を取り付けるためのシャンク１２を有する。図５に示す構成例では、シャンク１２は、支持体１０の主軸と実質的に整列していない。
【0036】
支持体１０の体積は約３０ｃｍ３であってもよく、支持体１０の長さは約６．８ｃｍであってもよい。本明細書で使用される場合、焼嵌めは、構成要素（形状も多少変化し得る）のうちの少なくとも１つにおける相対的なサイズ変化によって達成される、構成要素間の締まり嵌めの一種である。これは通常、アセンブリ前に１つの構成要素を加熱または冷却し、アセンブリ後に周囲温度へ戻すことによって達成される。焼嵌めは、構成要素が別の構成要素内の穴または凹部内に押し込まれることで、構成要素間に実質的な摩擦応力が発生することがある圧力嵌めとは、対照的であると理解される。いくつかの変形例では、支持体１０は、平均サイズが約２．５〜約３ミクロンであり、かつコバルト（Ｃｏ）といった金属バインダ材料の最大約１０重量％である炭化タングステンの粒を含む、超硬合金材料を含んでなる。ベース１２内へ支持体１０を焼嵌めすることにより、比較的剛性なグレードの超硬合金を使用することができ、これによりチップ１に対する支持が強化され、破壊のリスクが低減される可能性がある。応力を低減するために、接触点で鋭い角になるのを回避することができる。例えば、エッジおよび角は、曲げまたは面取りしてもよく、穴のエッジは、曲げまたは面取りをして応力に関連した亀裂が発生するリスクを低減してもよい。
【0037】
使用中、ストライクチップのストライク末端は、破壊されるべき本体または構成物に衝撃を与えるように運用される。ピックツール内に含まれ得るストライクチップを運用して、劣化すべき本体または構成物に衝撃を与えてもよい。ロードミリングまたはマイニングでは、それぞれのストライクチップを含んでなる複数のピックをドラム上に取り付けることができる。ドラムを車両に連結して運用することで、ドラムが回転し、そして、例えばドラムの回転に伴って、アスファルトまたは岩に繰り返しピックが当たる。ピックは、概して、各ストライクチップが頂点の先端で本体に直接当たるのではなく、本体が各ストライクチップにより局所的に分割される採掘動作を達成するために、幾分か斜めになるように配置されてもよい。ストライクチップが硬質材料へ繰り返し衝撃を与えると、ピックのストライクチップおよび／または他の部位のアブレシブ摩耗および／または破壊が生じやすい。
【0038】
合成および天然ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、および多結晶ｃＢＮ（ＰＣＢＮ）材料は、超硬材料の例である。本明細書で使用する場合、人工ダイヤモンドとも呼ばれる合成ダイヤモンドは、製造されたダイヤモンド材料である。本明細書で使用する場合、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料は複数のダイヤモンド粒の凝集体を含んでなり、その大部分は互いに直接相互結合され、ダイヤモンドの含有量は材料の少なくとも約８０体積％である。ダイヤモンド粒間の隙間は、合成ダイヤモンドの触媒材料を含み得る充填材料で少なくとも部分的に充填されていてもよいか、または実質的に空であってもよい。本明細書で使用する場合、合成ダイヤモンドの触媒材料は、合成または天然ダイヤモンドが熱力学的に安定である温度および圧力で、合成ダイヤモンド粒の成長、および／または合成もしくは天然ダイヤモンド粒の直接の相互成長を促進することができる。ダイヤモンドの触媒材料の例としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、およびＭｎ、ならびにこれらを含む特定の合金が挙げられる。ＰＣＤ材料を含んでなる本体は、少なくとも、触媒材料が隙間から除去されることで、ダイヤモンド粒間に隙間ボイドを残す領域を含むことができる。本明細書で使用する場合、ＰＣＤグレードは、ダイヤモンド粒の、隙間領域内に存在し得るダイヤモンド粒間と材料の組成物との間の隙間領域の体積含有率、および／または大きさによって特徴付けられる、ＰＣＤ材料の変種である。異なるＰＣＤグレードは、異なるマイクロ構造、ならびに弾性（または、ヤング）係数Ｅ、弾性率、抗折力（ＴＲＳ）、靭性（いわゆる、Ｋ１Ｃ靭性など）、硬度、密度、および熱膨張率（ＣＴＥ）といった異なる機械的特性を有する場合がある。異なるＰＣＤグレードはまた、使用時に異なって実施することもできる。例えば、異なるＰＣＤグレードの摩耗速度および耐破壊性は、異なる可能性がある。
【0039】
基材に接合されて形成されたＰＣＤ構造を含んでなるチップを作製するための例示的な方法を説明する。
【0040】
概して、ストライクチップは、ダイヤモンド用触媒材料の存在下において、超硬炭化物基材上に複数のダイヤモンド粒を含んでなる凝集体を配置することによって作製することができる。このようにして予備焼結アセンブリを提供し、次いで、ダイヤモンドがグラファイトよりも熱力学的により安定となる超高圧および高温にさらして、ダイヤモンド粒子を共に焼結し、基材本体へ接合されたＰＣＤ構造を形成することができる。超硬炭化物基材本体内のバインダ材料は、コバルト、鉄、もしくはニッケル、またはこれらのいずれかを含む混合物もしくは合金といった触媒材料の供給源を提供することができる。触媒材料の供給源は、例えば、混合粉末、またはダイヤモンド粒上の堆積物の形態で、ダイヤモンド粒の凝集体内に設けることができる。触媒材料の供給源は、凝集体と基材本体との間の境界以外の凝集体の境界の近く、例えば、焼結ＰＣＤ構造のストライク末端に対応する凝集体の境界に隣接して設けられてもよい。
【0041】
いくつかの例示的な方法では、凝集体は、実質的に緩いダイヤモンド粒、またはバインダ材料によって一緒に保持されたダイヤモンド粒を含み得る。凝集体は、顆粒、ディスク、ウエハ、またはシートの形態であってもよく、例えば、ダイヤモンドのための触媒材料および／もしくは異常なダイヤモンド粒成長を低減するための添加剤を含有してもよいか、または凝集体は触媒材料または添加剤を実質的に含まなくてもよい。
【0042】
いくつかの例示的な方法では、バインダ材料によって一緒に保持された複数のダイヤモンド粒子を含んでなるシート形態の凝集体を提供することができる。シートは、所望するそれぞれのＰＣＤグレードを作製するのに好適なそれぞれのサイズ分布であるダイヤモンド粒を含んでなるスラリー、およびバインダ材料を、表面上に広げて乾燥させる、押出またはテープキャスティングといった方法によって作製することができる。ダイヤモンド含有シートを製造する他の方法を使用することもできる。ダイヤモンド支持層を堆積させるための別の方法は、溶射といった噴霧法を含む。バインダ材料は、メチルセルロースまたはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）といった水系有機バインダを含むことができ、および異なるサイズ分布、ダイヤモンド含有量、および／または添加物を有するダイヤモンド粒を含んでなる異なるシートを提供してもよい。例えば、約１５〜約８０ミクロンの範囲の平均サイズを有するダイヤモンド粒を含んでなるシートを提供してもよい。ディスクがシートから切断されるか、またはシートが断片化したりすることがある。シートはまた、コバルトといったダイヤモンドのための触媒材料、および／または触媒材料のための前駆体材料、および／またはダイヤモンド粒子の異常な成長を阻害するためもしくはＰＣＤ材料の特性を高めるための添加物を含有することもできる。例えば、シートは、炭化バナジウム、炭化クロム、または炭化タングステンを約０．５〜約５重量％含有することができる。
【0043】
例示的方法のいくつかの変形例では、ダイヤモンド粒の凝集体は、触媒材料のための前駆体材料を含み得る。例えば、凝集体は、金属炭酸塩前駆体材料、特に金属炭酸塩結晶を含むことができ、そして本方法は、バインダ前駆体材料を対応する金属酸化物に変換すること（例えば、熱分解または分解による）、金属酸化物ベースのバインダ前駆体材料をダイヤモンド粒子の質量と混合すること、および混合物を粉砕してダイヤモンド粒子の表面上に分散した金属酸化物前駆体材料を生成すること、を含むことができる。金属炭酸塩結晶は、炭酸コバルト、炭酸ニッケル、炭酸銅、および同様のもの、特に炭酸コバルトから選択することができる。触媒前駆体材料は、金属酸化物の平均粒径が約５〜約２００ｎｍの範囲になるまで粉砕することができる。金属酸化物は、例えば、炭素の存在下における真空中で、および／または水素還元によって、金属分散体へ還元され得る。コバルト炭酸塩結晶といった金属炭酸塩の制御された熱分解は、コバルト金属分散体を形成するために還元され得る、対応する金属酸化物、例えば酸化コバルト（Ｃｏ３Ｏ４）を製造するための方法を提供する。酸化物の還元は、炭素の存在下における真空中で、および／または水素還元によって行うことができる。
【0044】
セメントまたはバインダ材料がコバルトといったダイヤモンド用触媒材料を含んでなる、超硬合金を含んでなる基材本体を提供してもよい。基材本体は、ＰＣＤ構造が形成されるべき非平面または実質的に平面の近位端を有してもよい。例えば、近位端は、ＰＣＤ内の残留応力を低減または少なくとも修正するように構成することができる。一般的に円錐形の内表面を有するカップは、ダイヤモンド含有シートのアセンブリの形態であり得るダイヤモンド凝集体を、基材本体上に組み立てる際に使用するために提供することができる。凝集体はカップ内に配置することができ、内表面に対して実質的に共形的に適合するように配置することができる。次いで、まず近位端を中に入れながら基材本体をカップ内へ挿入し、ダイヤモンド粒の凝集体に押し付けてもよい。基材本体上に配置され、第１のカップと相互係合または連結して予備焼結アセンブリを形成する第２のカップによって、基材本体を凝集体に対してしっかりと保持することができる。
【0045】
予備焼結アセンブリは、超高圧プレス用のカプセル内に配置することができ、少なくとも約５．５ＧＰａの超高圧および少なくとも約１，３００℃の温度に曝すことでダイヤモンド粒子を焼結し、そして基材本体上に焼結されたＰＣＤ構造を含んでなる構造を形成することができる。本方法の１つの変形では、予備焼結アセンブリを超高圧および高温で処理すると、支持体内のバインダ材料が溶融し、そしてダイヤモンド粒の凝集体に浸透する。支持体からおよび凝集体内に設けられた供給源からの溶融触媒材料の存在は、相互に相互成長することによってダイヤモンド粒の焼結を促進して、ＰＣＤ構造を形成する。
【0046】
ストライクチップ１に平面頂部領域５を設ける方法は、多数存在する。例えば、ストライクチップ１は、平面頂点５の形状を提供するカプセル内において、上述したように高圧および高温で焼結することができ、これは、最終形状を得るためにごく少量の後焼結処理を必要とする。あるいは、ストライクチップ１は、湾曲した頂点を有するように焼結し、次いで処理して頂部の湾曲を取り除くことで、平面頂部領域５を得ることができる。このような加工技術の例には、研削、放電加工（ＥＤＭ）切削、またはレーザ切削が含まれる。あらゆる好適な処理を使用することができる。焼結中、前駆体粉末中の不純物はストライクチップ１の頂点に向かって移動すると考えられる。湾曲した頂点でストライクチップを焼結し、続いて頂部を加工して湾曲を取り除くことの利点は、そのような不純物が除去されることである。
【0048】
Ｓ１．超硬材料を含んでなるストライク構造体および超硬合金材料を含んでなる基材を含んでなる、プレカーソル構成体を提供する。ストライク構造体は、非平面頂部領域と、該平面頂部領域から基材に向かって垂下する凸湾曲側壁とを有する。プレカーソル構成体の非平面頂部領域は、球状に丸まっていてもよい。
【0049】
Ｓ２．超硬構造体を処理して非平面頂部領域を含む超硬構造体の体積を取り除き、超硬構造体が平面頂部領域を含んでなるようにする。この処理は、基材の断面の最大面積の０．５〜３０％の面積を有する平面頂部領域を生成するのに充分であると考えられる。０．５％未満では平坦な頂部領域から大きな利益は得られず、これを超えるとストライクチップ１が弱くなる可能性がある。また、非平面頂部領域は実質的に円形であり、ストライクチップの中心縦軸上を中心とすることも好ましい。しかしながら、平面頂部領域５の平面は、主中心軸４に対して実質的に垂直であるとして図１〜３に示されているが、一方で平面頂部領域５は、主中心軸４に対してある角度で配置され得るということが理解されるであろう。
【0050】
上記の例はＰＣＤストライク構造体２を参照しているが、超硬材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）といったセラミック材料を含んでなるマトリックスによって一緒に保持されたダイヤモンドもしくはｃＢＮ粒子を含んでなるある種の複合材料、またはＣｏ結合ＷＣ材料といった超硬合金材料を含むことができる。例えば、特定のＳｉＣ結合ダイヤモンド材料は、ＳｉＣマトリックス（ＳｉＣ以外の形態で少量のＳｉを含有することができる）中に分散された、少なくとも約３０体積％のダイヤモンド粒を含み得る。
【0051】
開示されたストライクチップおよびそれを含んでなるピックは、良好な作業寿命および効率的な劣化能力の態様を有し得る。頂部領域とストライク末端の外面との間の比較的急な幾何学的遷移は、この特徴が衝撃時に本体内へのストライク構造体のエッジのより大きな貫通を可能にする（換言すれば、採掘動作が向上され得る）ので、より大きな効率で劣化する本体から材料を除去することを可能にすることができる。この効果は、頂部領域とストライク面の外側領域との間に比較的鋭いエッジが形成されている例で、より大きくなり得る。しかしながら、潜在的に、これらの領域における高衝撃応力の結果として、頂部領域もしくはそのエッジに、またはその近傍におけるストライク構造体の破壊に対するより高いリスクがあり得る。一方で強化された切削動作は、他方では破壊のリスクを制限することと釣り合わせる必要がある。さらに、平坦な頂部領域は衝撃時に本体を最初に切削するための鋭いエッジを提供することができるが、最初の切削が本体になされた後に、ストライク面は本体内へストライクチップが適切に貫通するように構成される必要がある。したがって、ストライクチップは全体として、充分なフォロースルー浸透を達成するために本体へ一般的に「尖った」幾何学的形状を示すべきであるため、頂部領域は外側面積に対して高すぎてはならない。頂部領域によって定義された曲げまたは面取りされた刃先は、より鋭く、より急なエッジである衝撃に対して、より破壊しにくい可能性が高い。
【0052】
より軟質のマトリックス構造体内に分散された、石といった硬質構造体を含んでなる本体を分解するためにストライクチップが使用される例において、一般的なストライク末端の構成、および特に頂部領域は、本体の組成に従って選択することができる。例えば、本開示に係るストライクチップを含んでなるピックを使用して、道路、またはアスファルトを含んでなる舗装体を分割することができる。アスファルトはタール系マトリックス中に分散された石の粒を含んでもよい。ストライク構造体は、粒の大きさおよび石の間隔の統計的分布に応じてストライク面を構成するように選択することができることで、石の掘り出し効果が向上し得る。例えば、ストライク末端の頂部領域、そのエッジ、および周囲面は、石の間に頂部領域が適合する可能性を増加させ、かつ衝撃時のマトリックスの切削を増加させるように構成されてもよい。
【0053】
多結晶または複合材料の成分の重量または体積パーセント含有量が測定される場合、含有量が測定される材料の体積は、その測定が材料のバルク特性を実質的に表すのに充分な大きさであるということが理解される。例えば、ＰＣＤ材料が、内部成長ダイヤモンド粒とダイヤモンド粒間の隙間に配置されたコバルト充填材料とを含んでなる場合、ダイヤモンド粒の体積の少なくとも数倍であるＰＣＤ材料の体積全体で、ＰＣＤ材料の体積または重量パーセントについてフィラー材料の含有量を測定することで、充填材料とダイヤモンド材料との平均比率が、（同じ等級の）ＰＣＤ材料のバルク試料内における平均比率を実質的に正確に表すようにしなければならない。
【0054】
本発明を、実施形態を参照して具体的に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、形態および詳細において様々な変更を行うことができることは、当業者には理解されよう。
【国際調査報告】