JP3472622B2 - 研磨剤成形体の製造方法 - Google Patents

研磨剤成形体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、研磨剤コンパクト（研
磨材成形体）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】研磨剤コンパクトは、切削、フライス加
工、研磨、掘削およびその他の研磨、切削操作に広く用
いられている。研磨剤コンパクトは、ダイヤモンドまた
は窒化ホウ素立方晶粒子の集合体を結合し、緊密に結合
した多結晶集塊体となしたものである。研磨剤コンパク
ト中の研磨剤粒子の含有量は、極めて高いもので、粒子
間直接結合を大量に含有するのが一般的である。研磨剤
コンパクトの製造は、研磨剤粒子が、ダイヤモンドであ
れ、窒化ホウ素立方晶であれ、結晶形態学上安定である
高温高圧条件下に行われるのが一般である。
【０００３】研磨剤コンパクトは、脆くて壊れやすいも
のなので、使用にあたっては焼結炭化物の基体又は支持
体に結合することによって支持されることが多い。その
ように支持された研磨剤コンパクトは、複合研磨剤コン
パクトとして当技術分野では知られている。複合研磨剤
コンパクトは、研磨工具の作動表面上での研磨剤として
使用することが可能である。
【０００４】複合研磨剤コンパクトの記載例は、米国特
許第３，７４５，６２３号、第３．７６７，３７１号お
よび第３，７４３，４８９号明細書に見出される。
【０００５】複合研磨剤コンパクトは、研磨剤コンパク
トを形成するに必要な成分（粒子形状である）を焼結炭
化物基体上に据置することによって製造するのが一般で
ある。この未結合状態の集合体を反応カプセルに装入
し、次いでこのカプセルを従来的高温高圧装置中の反応
帯域へ入れ、反応カプセルの内容物を高温高圧の好適な
条件に曝す。
【０００６】米国特許第４，８６１，３５０号明細書に
は、焼結炭化物の支持体に結合された研磨剤コンパクト
から成る工具部品の記載があり、この研磨剤コンパクト
は互いに連結する共通な境界面で結合されている二つの
帯域を有するものである。上記帯域の片方は、工具部品
の切削端または切削点となり、他方の帯域は焼結炭化物
支持体に結合されるものである。上記工具部品の態様の
一つにおいては切削端または切削点となる帯域に付いて
いる超硬度研磨剤粒子は、他方の帯域の超硬度研磨剤粒
子より微細なものである。ただし、超硬度研磨剤粒子が
異なる粒径の混合物を用いるということは開示されてい
ない。
【０００７】米国特許第４，３１１，４９０号明細書に
は、結合された研磨剤粒子が粗粒の層と微細粒の層とか
ら成る研磨剤コンパクトの記載がある。しかし、ここで
も異なる粒径の研磨剤粒子の混合物を用いるということ
は開示されていない。
【０００８】米国特許第４，６０４，１０６号明細書に
は、ダイヤモンド結晶と予備焼結炭化物粒子との少なく
とも一つの層から成り、これらを高温高圧下に圧縮し
て、複合多結晶物質を生成させた複合ダイヤモンド研磨
剤コンパクトの記載があり、ここでは多結晶のダイヤモ
ンドと予備焼結炭化物粒子とはお互いに均一に分散され
ている。態様の一つにおいては、ダイヤモンド粒子の混
合物が用いられており、粒子の６５％が粒径４〜８ミク
ロンで、３５％が粒径０．５〜１ミクロンである。
【０００９】米国特許第５，０１１，５１４号明細書に
は、一個一個ごとに金属を被覆したダイヤモンド粒子を
包含する熱安定性ダイヤモンドコンパクトの記載があ
り、ここでは隣接する粒子の間の金属被覆物は、お互い
に結合され、浸炭マトリックスを形成する。金属被覆物
の例は、炭化物形成物質、例えばタングステン、タンタ
ルおよびモリブデンである。上記の一個一個ごとに金属
を被覆したダイヤモンド粒子は、ダイヤモンド合成の温
度、圧力条件下に接合される。この特許の詳細には、上
記金属被覆ダイヤモンド粒子に混ぜるに、該被覆粒子の
間の隙間の寸法の無被覆の小さな粒径のダイヤモンド粒
子を用いて行うことが開示されている。これらの小さな
粒子は、空隙率を減少させ、成形コンパクトのダイヤモ
ンド含有量を増加させると言われている。二モードの、
つまり粒径が異なる二種類の粒子を含むコンパクトや三
モードの、つまり粒径が異なる三種類の粒子を含むコン
パクトの例が記載されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、研磨剤
コンパクトの製造に好適な高温高圧の条件に超硬度研磨
剤粒子集合体を曝す工程を含む研磨剤コンパクトの製造
法は、平均粒径２０ミクロン未満、好ましくは１５ミク
ロン未満で、少なくとも三種類の異なる平均粒径を有す
る粒子から成る超硬度研磨剤粒子を特徴とするものであ
る。
【００１１】本発明は、さらにこの方法によって製造さ
れる研磨剤コンパクト、および基体の旋盤加工若しくは
切削加工または孔開け加工における工具挿入物（ｔｏｏ
ｌｉｎｓｅｒｔ）のようなコンパクトの使用を方法提供
する。
【００１２】以下に好ましい態様を説明する。上記の超
硬度粒子はダイヤモンドまたは窒化ホウ素のいずれでも
差し支えないが、ダイヤモンド粒子であることが好まし
い。
【００１３】上記超硬度研磨剤粒子集合体は、研磨剤コ
ンパクトを製造するのに必要な既知の温度および圧力条
件に曝される。これらの条件は、研磨剤粒子自体を合成
するのに必要とされる条件が典型である。一般に、使用
圧力は４０〜７０キロバールの範囲であり、使用圧力は
１３００℃〜１６００℃の範囲である。
【００１４】本発明の方法によって製造される研磨剤コ
ンパクトには、結合剤が含まれることが一般であり、か
つ好ましい。この結合剤は、使用される超硬度研磨剤に
対する触媒及び（又は）溶剤であることが好ましい。ダ
イヤモンドおよび窒化ホウ素に対する触媒及び（又は）
溶剤は業界に既知である。ダイヤモンドの場合は、結合
剤としては、コバルト、ニッケル、鉄、またはこれらの
金属を一種またはそれ以上含む合金であるのが好まし
い。
【００１５】結合剤を用いる時には、特にダイヤモンド
コンパクトの場合は、コンパクト製造の際に研磨剤粒子
集合体に含浸させるようにすることができる。結合剤の
詰め物または薄片をこの目的のために使用することがで
きる。この結合剤が粒子状であることも別法としてはあ
り、また好ましいものである。結合剤の典型的な含有量
は、製造される研磨剤コンパクト中に１０〜２５質量％
なる量である。
【００１６】研磨剤コンパクトは、特にダイヤモンドコ
ンパクトについては、焼結炭支持体または基体に結合さ
れ、複合研磨剤を形成するのが普通である。このような
複合研磨剤コンパクトを製造するためには、研磨剤粒子
の集合体をまず焼結炭化物本体の表面の上に据置し、し
かる後にコンパクト製造に必要な高温高圧条件にこれを
曝す。焼結炭化物の支持体または基体としては、業界に
既知のものならどんなものでもよい。例えば、焼結炭化
タングステン、焼結炭化タンタル、焼結炭化チタン、焼
結炭化モリブデンまたはこれらの混合物である。このよ
うな炭化物に対する結合剤は、業界に既知のものならど
んなものでもよい。例えば、ニッケル、コバルト、鉄、
またはこれらの金属を一種またはそれ以上含む合金であ
る。典型的には、この結合剤は、１０〜２０質量％なる
量存在するが、６質量％と低くてもよい。結合剤金属の
中には、一般にコンパクト形成の際に研磨剤コンパクト
に浸透するのも幾つかある。
【００１７】本発明の方法の特徴は、使用される研磨剤
粒子の集合体である。該集合体は、平均粒径がお互いに
異なる研磨剤粒子を少なくとも三種類含むものである。
粒子の大部分は規定の粒径に近いものである。もっとも
規定の粒径より大きいものも小さいものも粒子の数には
限定されるが存在する。粒子分布のピークは、規定の粒
径のものである。従って、例えば、平均粒径が１０ミク
ロンであるとすると、１０ミクロンより大きい粒子もあ
り、小さい粒子もあるが、粒子の大部分は粒径が概略１
０ミクロンであり、粒子の分布のピークも１０ミクロン
である。平均粒径がお互いに異なる研磨剤粒子を少なく
とも三種類使用することは粒子の粒径分布を広げる効果
を有し、充填を密にすることが可能となり、さらに結合
剤が存在する時には、結合剤のプール形成を最小限に抑
えることができる。本発明に使われる粒子はすべて無被
覆であることが好ましい。
【００１８】本発明の特徴ある研磨剤粒子集合体におい
ては、該研磨剤粒子は平均粒径２０ミクロン未満を有
し、平均粒径のみが異なる少なくとも三種類の研磨剤粒
子から成るものである。このような研磨剤粒子集合体の
例は以下のようである。
【００１９】
【００２０】本発明のコンパクトは、２０ミクロン未満
の平均粒径を有する研磨剤集合体が用いられるので、微
粒集合コンパクトとなる。これらは基板の旋盤加工また
は切削加工用の工具挿入物として使用することができる
が、掘削用に、例えば、油井掘削などの地面掘削用に特
に用途がある。
【００２１】本発明の実施例は以下に記載される。
【００２２】実施例１ ダイヤモンド集合体を、従来型高圧／高温装置の反応カ
プセル中の焼結炭化物基体（コバルト結合剤１３質量％
含有）の表面に据置した。この反応カプセルを該装置の
反応帯域に装入して、１４００℃の温度および５０〜６
０キロバールの圧力に曝し、これらの高温高圧条件を１
０分間維持した。反応帯域から得られたものは、焼結炭
化物基体に結合されたダイヤモンドコンパクトから成る
複合ダイヤモンドコンパクトであった。
【００２３】このコンパクトを製造するのに使用された
ダイヤモンド集合体の構成は、４ミクロンダイヤモンド
５０質量％、８ミクロンダイヤモンド２５質量％、そし
て１２ミクロンダイヤモンド２５質量％であった。な
お、上記のミクロン表示の各粒径は、平均粒径である。
【００２４】焼結炭化物基体からのコバルトは、コンパ
クト製造の際にダイヤモンド集合体の中に浸透した。こ
のコバルトは、該コンパクト中に均一かつ均等に分散さ
れていることが分かり、コバルトの外観上のプール形成
は観察されなかった。コンパクトのコバルト含有量は、
約１５質量％であった。該コンパクトは、２０ミクロン
未満の平均粒径を有する研磨剤集合体が出発ダイヤモン
ド集合体に用いられたので、微粒集合コンパクトであっ
た。
【００２５】実施例２ ダイヤモンド集合体を、粉状コバルトと混合し、焼結炭
化物基体の表面に据置した。ダイヤモンド集合体は上記
混合物の８０質量％を構成し、残りは混ぜたコバルトで
あった。この結合前の混合集合体を従来型高圧／高温装
置の反応カプセル中に収めた。この反応カプセルを装置
の反応帯域に装入して、１４００℃の温度および５０〜
６０キロバールの圧力に曝した。これらの高温高圧条件
を１０分間維持した。反応帯域から得られたものは、焼
結炭化物基体に結合されたダイヤモンドコンパクトから
成る複合ダイヤモンドコンパクトであった。
【００２６】使用ダイヤモンドは、平均粒径がお互いに
異なる下記のダイヤモンド５種類からなるものであっ
た。
【００２７】実施例１のコンパクトと同じように、コバ
ルトは、該コンパクト中に均一に分散されていることが
分かり、コバルトのプール形成は観察されなかった。コ
バルト含有量は、約１５質量％であった。
【００２８】このようにして製造されたダイヤモンドコ
ンパクトの強度と摩耗特製と、従来技術によって製造さ
れた類似のダイヤモンドコンパクト二種との比較を行っ
た。これら従来技術のダイヤモンドコンパクトは、本実
施例のダイヤモンドコンパクトを製造するのに使用され
たものと同じ温度、圧力条件で製造した。焼結炭化物基
体についても同じものを用いた。使用ダイヤモンド集合
体は、平均粒径２５ミクロンを有する粒子から成るもの
であった。本コンパクトの一つ、Ａと名付けられたもの
の場合、ダイヤモンド粒子と焼結炭化物基体との間に置
いたコバルト詰めものからコバルトを上記ダイヤモンド
集合体に浸透させた。本コンパクトの一つ、Ｂと名付け
られたものの場合、ダイヤモンド粒子に粉状コバルトを
混合した。
【００２９】旋盤加工試験を上記の三種のコンパクトを
用いて行なった。コンパクトを標準旋盤機のテーブルに
乗せ、コンパクトの刃先が加工物に当たるようにした。
次にこのワークを回転し、コンパクトの切削刃先が回転
するワークと接触するようにし、切削または旋盤加工が
行なわれるようにした。各ケースにおいて刃先深さは
０．４ｍｍ、切削深さは０．５ｍｍで、加工したワーク
はパール（Ｐａａｒｌ）御影石であった。ここでは湿式
切削加工条件を用いた。
【００３０】試験の一つにおいて、押し付け力を力変換
器を用いて測定した。コンパクトの切削刃先上の磨耗に
よる平滑部が成長すると摩擦力が増して、刃先をワーク
に接触させて置くのに、より大きな力が必要となる。従
って、上記の押しつけ力が大きいほど磨耗平滑部が大き
いことになり、切削刃先が鈍くなっている訳である。上
記三種類のコンパクトにおける平均押しつけ力（単位ニ
ュートン）を、回転ワーク速度５０、６０、７０、８０
および９０メートル／分で測定した。得られた結果は、
図１にグラフで示す。この図でＡとＢと示しているの
は、従来技術のコンパクトを示し、発明としているの
は、本実施例のコンパクトを示す。図１から判明するこ
とは、５０メートル／分の場合を除き、すべての速度で
本発明のコンパクトは、従来技術の二種のコンパクトよ
りも低い平均押しつけ力を示し、従って研磨力および研
磨特性が優れているということである。速度が高くなる
につれて、本発明のコンパクトの切削刃先は、従来技術
のコンパクトに比較して、より長い有効作業寿命を有す
るようになる。
【００３１】同様な試験において、上記の三種のコンパ
クトについて速度に対する磨耗深さを、上記と同じ速度
範囲を用いて測定した。得られた結果は、図２にグラフ
で示すが、これによると、本発明のコンパクトが各速度
で最も低い磨耗深さを示し、従って、従来技術の二種の
コンパクトのいずれよりも優れた磨耗特性を有している
ことを証明している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンパクトと従来技術のコンパクトを
用いて行った比較試験において、速度（メートル／秒）
の変化対押しつけ力の変化を示す湿式旋盤加工の試験結
果を示す。
【図２】本発明のコンパクトと従来技術のコンパクトを
用いて行った比較試験において、速度（メートル／秒）
の変化対磨耗深さの変化を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス タンク 南アフリカ国ヨハネスブルグ，エセック スウォルド，ウォーブルトン アベニュ ー ９ (72)発明者 アラン リチャード ジャービス 南アフリカ国ヨハネスブルグ，ベレビュ ー イースト，イシピンゴ ロード，サ ンクレスト 320 (72)発明者 オーレット スチュワート 南アフリカ国ランドバーグ，アレンド アベニュー 45 (56)参考文献 特開 昭49−100690（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−250979（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−161240（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨剤成形体の製造に好適な高温高圧の
    条件に超硬度研磨剤粒子集合体を曝す工程を含む研磨剤
    成形体の製造方法において、２０ミクロン未満の平均粒
    径を有し、かつ少なくとも異なる３種の平均粒径を有す
    る粒子から成る超硬度研磨剤粒子集合体を特徴とする上
    記製造方法。
  2. 【請求項２】 超硬度研磨剤粒子集合体が１５ミクロン
    未満の平均粒径を有する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 超硬度研磨剤粒子集合体が、 平均粒径 １０〜２０ミクロンの粒子を２０〜３０質量
    ％、 平均粒径 ５〜９ミクロンの粒子を２０〜３０質量％、及
    び 平均粒径 ５ミクロン未満の粒子を４０〜６０質量％含む
    請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 超硬度研磨剤粒子集合体が、 平均粒径 １０〜２０ミクロンの粒子を２０〜３０質量
    ％、 平均粒径 ５〜９ミクロンの粒子を４０〜６０質量％、及
    び 平均粒径 ５ミクロン未満の粒子を２０〜３０質量％含む
    請求項１または２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 超硬度研磨剤粒子集合体が、ダイヤモン
    ドと窒化ホウ素立方晶粒子とから選択される請求項１〜
    ４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 超硬度研磨剤粒子集合体を高温高圧に曝
    す時に結合剤を前記集合体に浸透させる請求項１〜５の
    いずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 結合剤を超硬度研磨剤粒子集合体と混合
    する請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 結合剤が、超硬度研磨剤粒子に対する溶
    剤、触媒又はその両方である請求項１〜７のいずれか１
    項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 超硬度研磨剤粒子が、ダイヤモンドであ
    り、そして結合剤がコバルト、ニッケル、鉄およびこれ
    らの金属を一種以上含有する合金から選択される請求項
    ８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 超硬度研磨剤粒子集合体を高温高圧に
    曝す前に、焼結炭化物本体の表面に前記集合体を据置す
    る請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 高温高圧という条件が、４０〜７０キ
    ロバールの範囲の圧力および１３００〜１６００℃の範
    囲の温度である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】 超硬度研磨剤粒子が、被覆されていな
    いものである請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方
    法。
JP15070894A 1993-05-27 1994-05-27 研磨剤成形体の製造方法 Expired - Lifetime JP3472622B2 (ja)

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