JP2005514520A - 工具部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

工具部品を製造する方法において、複数の繊維を束に形成する。各繊維は、超硬研磨材粒子又はその超硬研磨材粒子の前駆物質の集合体、及び場合により第二相を有する芯、及び炭化物粒子と粒状結合剤金属との混合物を含んでなる被覆を有する。繊維の束を押出した後、その束をその長手方向を横断するようにして切断して層２４を形成する。層２４を基体２８の表面２６の上に置き、層２４と基体２８を、超硬研磨材粒子が結晶学的に安定になる上昇させた温度及び圧力条件にかける。芯及び被覆の組成は、この方法で交換してもよい。

Description

本発明は、工具部品を製造する方法に関する。

ＰＣＤとしても知られているダイヤモンド成形体、及びＰＣＢＮとしても知られている窒化硼素成形体(compact)を用いた工具部品は、穿孔、粉砕、切削、及び他のそのような研磨用途に広く用いられている。工具部品は、一般に支持体、一般に焼結炭化物(cemented carbide)支持体に結合されたＰＣＤ又はＰＣＢＮ層を有する。ＰＣＤ又はＰＣＢＮ層は、鋭い切削エッジ又は先端、或は切削又は研磨表面を与える。

米国特許第６，０６３，５０２号明細書には、工具部品の研磨層を製造するのに有用な材料が記載されている。その材料は、焼結炭化物材料、ＰＣＤ、ＰＣＢＮ、及びそれらの混合物からなる群から選択された硬質材料からなる第一構造体相、及び前記第一構造体相を形成するのに用いた材料とは異なった材料からなる第二構造体相を有し、前記第二構造体相は、第一構造体相の少なくとも一部分と接触している。この材料は、その材料の作用表面を横切って配置された反復した構造体ユニットを含み、各ユニットは、第一及び第二構造体相の配列した微細構造を有する。使用する場合、この材料を基体の表面に適用し、次にその基体に結合する。

前記米国特許には、材料を製造する種々の方法が記載されている。一つのそのような方法は、第一構造体相の芯及び第二構造体相の被覆を有する複数の繊維を製造し、それらの繊維を共通の軸に平行に配列し、次にそれを棒へ押出すことを含んでいる。押出した棒を工具部品に望ましい幾何学的形態へ切断するか、又は薄く切って、基体の上に配置するための切削表面を形成することができる。

本発明によれば、工具部品を製造する方法は、
（１） 複数の繊維を与え、夫々の繊維が、超硬研磨材粒子又はその超硬研磨材粒子の前駆物質の集合体、及び場合により第二相を含む芯、及び炭化物粒子と粒状結合剤金属との混合物を含んでなる被覆を有し、
（２） 前記繊維の束を形成し、
（３） 前記束をその長手方向を横断するようにして切断して層を形成し、
（４） 前記層を基体の表面上に置き、そして
（５） 前記層と基体を、超硬研磨材粒子が結晶学的に安定になる上昇させた温度及び圧力条件にかける、
諸工程を含む。

芯と被覆の組成は、上に記載した方法では交換してもよい。そのような方法は、本発明の別の態様を形成する。

発明を実施するための形態

本発明の工具部品を製造する方法に従って、夫々被覆された芯を有する繊維である複数の繊維を与える。簡単にするため、本発明を、超硬粒子又は前記超硬研磨材粒子の前駆物質の集合体を含んでなる芯と、炭化物粒子及び粒状結合剤金属からなる被覆に関連して記述する。芯及び被覆の部品は交換してもよいことは理解されるべきである。

繊維の束を形成し、次にそれをその長手方向を横断するように切断して層を形成する。次にその層を基体の表面に適用し、然る後、その層及び基体を、超硬研磨材粒子が結晶学的に安定になる上昇させた温度及び圧力条件にかける。

製造されたその製品は、基体と、その表面に結合した層から形成された作用部分(working portion)を含んでなる工具部品である。作用部分は、焼結炭化物の蜂の巣状構造体と、その蜂の巣状構造体の気孔内にあって、その蜂の巣状構造体に結合された研磨材成形材料を本質的に含んでなる複合体物質を含んでなる。蜂の巣状構造体の気孔は配列されていても、無作為的でもよい。

超硬研磨材粒子は、一般にダイヤモンド又は立方晶系窒化硼素である。従って、蜂の巣状構造体の気孔中に生成した研磨材成形体は、ＰＣＤ又はＰＣＢＮであるのが好ましい。ＰＣＤ又はＰＣＢＮは、典型的には、超硬研磨材粒子のための溶媒／触媒になる第二相を含むのが好ましい。

繊維の芯及び被覆の粒状成分は、有機結合剤のような結合剤を用いた結合形態になっているのが好ましい。特に適した結合剤の例は、メチルセルロースである。一般に、この結合剤は、基体及び層を上昇させた温度及び圧力条件にかける前に、加熱することにより除去される。

被覆の炭化物粒子は、炭化タングステン粒子、炭化タンタル、又は炭化モリブデン粒子であるのが典型的である。金属結合剤は、鉄、ニッケル、コバルト、又はそれら金属の一種類以上を含有する合金のように、当分野で知られているどのような金属結合剤でもよい。

被覆は、一つ以上の層を含んでいてもよい。被覆が二つ以上の層を含む場合、各層は隣接する一方又は両方の層とは物理的及び／又は化学的性質が異なっている。例えば、被覆の特定の層が、隣り合った一方又は両方の層よりも粗いか又は細かい炭化物粒子を含んでいてもよい。別法として、又は付加的に、特定の層は、それが隣接する一方又は両方の層中の金属結合剤とは異なった金属結合剤を含んでいてもよい。

基体の表面に適用される層は、未焼成状態になっている。そのようなものとして、それは可撓性を持ち、平ら又は変形した、例えば、曲がった表面である表面に適用することができる。層は、それを結合すべき基体に対し補足的な形に成形することができる。

基体は、焼結炭化物基体であるのが典型的である。

次に、本発明の一つの態様を、図面に関連して記述する。先ず図１に関し、そこには芯１０及び被覆１２を有する繊維が示されている。芯１０は、粒状形の、ダイヤモンド粒子とダイヤモンド溶媒／触媒との混合物で、、有機結合剤によって凝集した形態に結合されたものを含んでなる。被覆１２は、粒状で、この場合も有機結合剤によって凝集した形態に結合された炭化物粒子と金属結合剤との混合物を含んでなる。

図１の繊維を、ノズル１４（図２参照）を通して押出すことにより断面を減少させる。ノズル１４を通って押出された複数の繊維１６は、束１８を形成する。次に束１８を、図４に示したように、更にノズル１４を通って押出す。押出された生成物は、図５に示したように、互いにプレスされた繊維１６を含む棒２０になる。次にこの棒２０を、点線２２で示したように、その長手方向に対し横断する方向に切断する。切断した片、即ち、層２４を取り出す。従って、層２４は可撓性を持ち、図６の断面図で示したように、基体２８の曲がった表面２６の上に置くことができる。

図６の未焼成状態の生成物を、慣用的高温／高圧装置の反応領域中へ挿入するため、適当なカプセルの中に入れる。先ず、カプセルを加熱して結合剤を放出させることにより有機結合剤を除去する。次にカプセルを反応領域へ入れ、カプセルの内容物をダイヤモンド合成条件にかける。適用される圧力は４〜８ＧＰａの程度であり、温度は１３００℃〜１７００℃の程度であるのが典型的である。これは、芯１０の材料からＰＣＤを生じ、被覆１２の材料から焼結炭化物を生成する効果を有する。ＰＣＤは、焼結炭化物に結合される。層２４は、基体２８の表面２６に結合され、工具部品の作用部分を形成する。作用部分は、図６に示したものと同様に、焼結炭化物の蜂の巣状構造体と、その蜂の巣状構造体の気孔内のＰＣＤを有する。

この態様では与えられていないが、もし望むならば、層２４と、基体２８の表面２６との間に中間層を与えてもよい。そのような中間層は、層２４と基体表面２６との間の界面の応力に対処する中間的性質を与えるように選択される。

図１は、本発明の一つの態様の一つの工程段階を模式的に例示する図である。 図２は、本発明の一つの態様の一つの工程段階を模式的に例示する図である。 図３は、本発明の一つの態様の一つの工程段階を模式的に例示する図である。 図４は、本発明の一つの態様の一つの工程段階を模式的に例示する図である。 図５は、本発明の一つの態様の一つの工程段階を模式的に例示する図である。 図６は、本発明の一つの態様の一つの工程段階を模式的に例示する図である。

Claims (13)

1. 工具部品を製造する方法において、
   （１） 複数の繊維を与え、夫々の繊維が超硬研磨材粒子又はその超硬研磨材粒子の前駆物質の集合体、及び場合により第二相を含む芯、及び炭化物粒子と粒状結合剤金属との混合物を含んでなる被覆を有し、
   （２） 前記繊維の束を形成し、
   （３） 前記束をその長手方向を横断するようにして切断して層を形成し、
   （４） 前記層を基体の表面上に置き、そして
   （５） 前記層と基体を、超硬研磨材粒子が結晶学的に安定になる上昇させた温度及び圧力条件にかける、
   諸工程を有する、上記方法。
2. 繊維の束を、切断して層を形成する前に押出す、請求項１に記載の方法。
3. 芯が、ダイヤモンド又は立方晶系窒化硼素粒子と適当な溶媒／触媒との混合物で、粒状で、有機結合剤によって凝集した形態に結合された混合物を含んでなる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 被覆が、有機結合剤により凝集した形態に結合されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 炭化物粒子が、炭化タングステン粒子、炭化タンタル粒子、又は炭化モリブデン粒子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 基体が、焼結炭化物基体である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 被覆が一つ以上の層を含んでなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 被覆が二つ以上の層を含んでなり、夫々の層が隣接する層とは物理的及び／又は化学的性質が異なっている、請求項７項に記載の方法。
9. 一つの層が、隣接する層（単数又は複数）よりも粗いか又は細かい炭化物粒子を有するか、又は隣接する層（単数又は複数）中の金属結合剤とは異なった金属結合剤を含む、請求項８に記載の方法。
10. 基体を有する工具部品が、その表面に結合された層から形成された作用部分を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 作用部分が、焼結炭化物の蜂の巣状構造体、及び前記蜂の巣状構造体の気孔内にあって、前記蜂の巣状構造体に結合した研磨材成形材料を本質的に含んでなる複合体材料を含んでなる、請求項１０に記載の方法。
12. 蜂の巣状構造体の気孔が、配列されているか、又は無作為的になっている、請求項１１に記載の方法。
13. 工具部品を製造する方法において、
    （１） 複数の繊維を与え、夫々の繊維が、炭化物粒子と粒状結合剤金属との混合物を含んでなる芯、及び超硬研磨材粒子又はその超硬研磨材粒子の前駆物質の集合体、及び場合により第二相を含んでなる被覆を有し、
    （２） 前記繊維の束を形成し、
    （３） 前記束をその長手方向を横断するようにして切断して層を形成し、
    （４） 前記層を基体の表面上に置き、そして
    （５） 前記層と基体を、超硬研磨材粒子が結晶学的に安定になる上昇させた温度及び圧力条件にかける、
    諸工程を有する、工具部品製造方法。

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