JPH0692045B2 - 多層多結晶ダイヤモンド固結構造体 - Google Patents

多層多結晶ダイヤモンド固結構造体

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JPH0692045B2
JPH0692045B2 JP59152208A JP15220884A JPH0692045B2 JP H0692045 B2 JPH0692045 B2 JP H0692045B2 JP 59152208 A JP59152208 A JP 59152208A JP 15220884 A JP15220884 A JP 15220884A JP H0692045 B2 JPH0692045 B2 JP H0692045B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 本発明は２つの金属部分の間に結合する多結晶ダイヤモ
ンドで構成される切削エレメントに関する。
この様な切削エレメントは通常賦形されそしてドリルビ
ットのシャフトに取り付けられ、穿孔その他の機械工作
に使用される。今後「多結晶物質」または「多結晶ダイ
ヤモンド」とは超研摩耐性材全てを含むことを意図する
ものであり、例えば多結晶ダイヤモンド、多結晶立方晶
窒化硼素、多結晶ウルツ鉱、窒化硼素及びこれらの組み
合わせが挙げられる。
今後「ソフトメタル」とはヤング率が45×106psi未満で
あるのを包括し、コバルト、ニッケル、鉄、銅、銀、
金、白金、パラジウム、これらの合金、そしてこれら金
属を含む金属間化合物で構成されるグループから選ばれ
たもののことを言う。
（従来技術の説明） 従来技術としてさまざまの金属から形成され或いは賦形
された切削エレメントが多種多様に存在する。これらの
切削エレメント伝統的に鑿岩ドリルあるいは工作作業用
ドリル等の工具に使用され、楔作用と切削作用とを同時
に行う働きをした。例えばその様な切削エレメントは、
実質上平らな部分（以下「平坦部」と称する）と中心軸
線を備える回転自在のシャフトで構成される平ドリルと
して使用される。
この伝統的な切削エレメントたる平ドリルの最も単純な
形は先端にシャフトの中心軸に対して垂直でない平面状
頂部を持つものである。シャフトの先端部にはシャフト
の周囲面から中心軸に向けて斜めに立上る４つの面と、
シャフトの先端部を横断して延長し切削エレメントを収
容して穿孔作業中に切削エレメントを固定位置に維持す
る為の溝が有る。
これら従来技術による切削エレメントの平坦部には２つ
の相対する五角形の面がある。
平坦部の先端は回転シャフトの中心軸に垂直なチゼルエ
ッジである。チゼルエッジの中点はシャフト中心軸と交
差する。チゼルエッジを通る垂直平面は、前記傾斜表面
対が出会う交線を通る垂直面と通常は90゜ではない角度
で交差する。
平坦部の最上端部にはまたドリルのリップとして知られ
る他の２つの切削縁が有る。これらリップはチゼルエッ
ジの各端から伸延しそして回転シャフト中心部から離れ
る方向で下方に傾斜している。
各リップは、切削エレメントの平坦部の頂部を横断しリ
ップから下方に傾斜する切削リップ表面に前縁を提供す
る。
回転シャフトの傾斜表面対は切削エレメントの平坦部の
上端の下方に位置決めされるので切削エレメントの平坦
部の五角形表面の一部分は露出される。決削リップ表面
はチゼルエッジの所で終端する。
平坦部には更に２つのマージンと呼ばれる切削縁が有
り、これらは平坦部の両側のマージン表面の前縁を形成
している。各マージンは回転シャフトの中心軸にほぼ平
行で、リップから五角形表面の縁沿いに下方に延長す
る。マージンとリップとは平坦部の周辺角隅で合致す
る。マージン表面は互いにほぼ平行である。
従って、平坦部には５つの切削縁、つまり１つのチゼル
エッジ、２つのマージン及び２つのリップが有る。平坦
部の各々の五角形表面はマージン及びリップを有しそし
てリップの中央側端点がチゼルエッジ、両側終端部を提
供する。
ドリルがその軸を中心として回転するに従い工作物に押
し当てられるドリルが工作物に接触し穴を開け始める
と、チゼルエッジは圧縮力を受ける。この結果、楔作用
（ウエッジング）即ちチゼル喰込み作用が引き起こさ
れ、それによりドリル作用によって除去された工作物の
材料はリップの外縁に向って移動する。これが生じると
リップは工作物への切り込みを開始し工作物から削片或
は破片を除去する。この切削作用によりリップはねじり
力を受ける。ドリルが新しい或いは研ぎ直して間もない
時はマージンの切削作用は全然か或はわずかである。し
かしながら外周（角隅）で除却される物質量はリップ内
方部で除去される量よりも多い。その結果、平ドリルを
連続使用した後、外周角隅はやや丸くなる。マージンが
リップに交わる所である外周角隅が摩耗し始めるとマー
ジンの切削縁としての機能が増進され、リップの切削能
力は低下する。
リップの摩耗が続くに従い、ドリルの圧縮力は工作物に
対するドリルの貫入能力を維持する為に高められなけれ
ばならない。ドリルを工作物の裏側まで貫通させる工作
物では、ドリルがなるまると工作物の貫通出口がギザギ
ザになったり或はフレイを生じたりするだけでなく、更
に強いドリルの力が必要になる。必要とされるドリル追
加力が所定水準に達するか或いは工作物の貫通出口がす
り切れ始めたり、ドリル作業を停止して平ドリルを研ぎ
直すか或いは交換する必要が有る。平ドリルは通常平坦
部の切削リップ平面を外周角隅の丸みが無くなる迄機械
加工して研ぎ直される。切削リップ平面がすり減ってマ
ージンが短か過ぎる所まで来ると、もはやドリルは切削
エレメントとして有効でなくなり廃棄される。
最近、より硬質の材料のみならずより研摩性の材料の双
方の機械加工が増え、このことがその様な材料の機械加
工に耐久性のあるドリルへの需要を著く高めている。多
結晶ダイヤモンド或は多結晶立方晶窒化硼素の如き耐摩
耗性材料で作製された切削工具を用いてこうしたずっと
硬質の、或いは研摩性の表面を工作することが開示され
た。（米国特許第3,745,623号参照） 前述の工具に加えて、ダイヤモンド層に対する裏当を提
供する炭化物支持体を備えた非平面状ダイヤモンド表面
が開示された。（米国特許第4,109,737号及び第4,333,5
40号参照）これらのダイヤモンド表面はドーム型或はウ
ェッジ型で、さく岩機のドリルエレメントとして用いら
れ、ここではダイヤモンドと炭化物の界面にほぼ直角な
力を受ける。これら従来技術の装置のいずれにおいて
も、多結晶ダイヤモンド表面は多結晶ダイヤモンドにか
けられた力に抗する炭化物支持体でもって支持されてい
る。
切削エレメントの最近の改良は前述の従来技術に伴う数
多くの構造上の問題を克服しており、これは目下出願中
の1983年２月７日付け米国特許出願番号第464,401号に
明らかにされている。この平ドリル用の改良切削エレメ
ントは多結晶ダイヤモンド或いは同様のものから成る切
削縁を焼結炭化物或は同様の硬質材料に取付けており、
後者は回転シャフトに背着されている。多結晶材料は焼
結炭化物支持体（代表的には炭化タングステン焼結合
金）に担持されドリル作業中にそこに行使されるねじり
力に対しては非支持状態にある。この軸は穿孔機内への
挿入用途に適合する。
切削エレメントは平ドリルに対しては実質的に平坦部の
形態にある。回転シャフトにはシャフト外周から中心軸
に向って立上る４つの斜面がある。回転シャフトの最上
部を通る溝がシャフトの４つの斜面を２組に分ける。こ
の溝は切削エレメントを保持する。切削エレメントは多
結晶材料をその上面に付着した焼結炭化物支持体（以
下、単に支持とも称する）を含む。この支持体は相対す
るほぼ平行の２つの五角形表面を有しその最上部には回
転シャフトの中心軸と直交する縁が位置付けられる。こ
の縁は丸み付け可能であり、また支持体上の２つの斜
面、即ち切削リップ表面の交差線でもある。
多結晶材料或は多結晶ダイヤモンドがこれらの切削リッ
プ表面の双方にコーティングされる。多結晶ダイヤモン
ドをコーティングした切削リップ表面の前縁は切削リッ
プ縁と呼ばれ、支持体に平行な平面にある。切削リップ
表面は平坦部の最上部で合致してチゼルエッジを形成す
る。切削リップ縁の最外端の多結晶ダイヤモンドのコー
ティングの厚みがマージンと呼ぶ切削縁を構成する。こ
の平ドリルは平坦部の切削リップ表面を外周コーナーの
丸みが無くなるまで加工することにより前述の様に研ぎ
直される。この切削エレメントでは、ダイヤモンド切削
縁がかなり薄く、そして厚い多結晶ダイヤモンドを経済
的に造ることが不可能な為、研ぎ直しの回数が限られる
と言う問題がある。
平坦部は回転シャフトに付けられ次いでドリルに挿入さ
れる。ドリルが回転軸を中心として回転し切削縁が工作
物に押し当てられる時、多結晶材料はドリル作業中のね
じり力に対して非支持状態にある。
前述の切削エレメントのもう一つの重要な問題が多結晶
ダイヤモンドと金属との結合に関し存在する。切削エレ
メントは前述した構造の形状となる前に高圧プレス機の
中で形成される。この形成過程では炭化タングステン焼
結合金が、多結晶ダイヤモンドをコーティングする支持
体或はプラットホームとして一般に用いられる。更に多
結晶ダイヤモドと炭化タングステン焼結合金、即ち支持
体とが、この支持体上に直接、多結晶ダイヤモンドが形
成され或いは成長するに十分な時間高温及び高圧下に置
かれる。この形成過程は技術上周知のことなので詳細は
省略する。この形成過程では多結晶ダイヤモンドと支持
体との間の結合部は実質上ひずみを受けない状態にあ
る。
形成後、多結晶ダイヤモンドは支持体と直結する。しか
しながら、多結晶ダイヤモンドに比べ熱膨張率のはるか
に大きい炭化タングステン焼結合金は冷却される間にダ
イヤモンドよりも速かに収縮即ち圧縮する。
この熱膨張の違いは、多結晶ダイヤモンドと炭化タング
ステン焼結合金との界面で支持体を引張状態に置き、ま
た多結晶ダイヤモンドを圧縮状態に置く。この状態は従
って、ダイヤモンドと炭化タングステン焼結合金との界
面に内部ひずみを生ぜしめる。このひずみは固結構造体
としての炭化タングステン焼結合金或いは多結晶ダイヤ
モンドの部分破損の原因にもはく離の原因にも十分なり
得る。はく離とはダイヤモンドとカーバイドの界面物質
とが分離する事を言う。
もし、多結晶ダイヤモンド或いは炭化タングステン焼結
合金の破損或いははく離がひどいと、出来上った固結構
造体は使用できないのでスクラップと考えられねばなら
ずこれが生産過程の収率を低下させる。
固結構造体のまた別の形態は二層の炭化タングステン焼
結合金層間に多結晶ダイヤモンド中央層を結合してなる
多層固体構造体である。この多層込構造体では、各多結
晶ダイヤモンドと炭化タングステン焼結合金属との界面
での内部応力は前述した二層型の固結構造体に比べ大き
くなっている。この多層固結構造体を冷却する間、両炭
化タングステン焼結合金層は多結晶ダイヤモンド中央層
とは違う割合で収縮即ち圧縮し、より強い力を結合界面
に行使する。
多結晶ダイヤモンド中央層には二層型の固結構造体の場
合と同サイズの自由表面及び結合表面が無いので、増加
した内部応力をたわみにより補償することが出来ない。
よって炭化タングステン焼結合金層及び多結晶ダイヤモ
ンド中央層内部の破損及びはく離が共に増加する。従っ
て多層固結構造体の製造は困難であり製造工程の収率も
非常に低い。出来上った多層固結構造体に製造として不
合格とされる程のヒビが無くとも、引き続くドリルシャ
フトへの結合によりこれらの内部応力は増し、そして破
断の可能性が増す。
例えば、切削エレメントを形成する賦形後の多層固結構
造体を工具例えばドリルシャフトにろう付け或は同様の
技法にて取付る。ろう付け技法では多層固結構造体の炭
化タングステン焼結合金層部分及びドリルシャフトを結
合が誘起されるに十分な温度迄熱する。引き続く冷却期
間中、この多層固結構造体の形成中に多結晶ダイヤモン
ド中央層と炭化タングステン焼結合金層との結合部に生
じた内部応力は増加する。
今やドリルシャフト金属に付設された固結構造体の炭化
タングステン焼結合金層部分は材料量が増加するのでろ
う付け組立体の冷却後熱収縮の差から更に大きな応力を
生じる。
増加した熱収縮差は多結晶ダイヤモンド中央層と炭化タ
ングステン焼結合金層との結合部において応力を一層増
加せしめ、この増加した応力が多結晶ダイヤモンド中央
層及び炭化タングステン焼結合金層との破損とはく離を
共に増加せしめる。
これらの欠点は即時破損をもたらすに充分なものとして
不合格製品をもたらす。
幾つかの場合、増加した応力とそれによる問題は単に組
立体を弱体化するに止まるか、その場合でも出来上った
工具の有効寿命が短くなる。
（発明の目的） 本発明の一般的な目的は前述の問題を軽減することであ
る。
本発明のまた別の一般的な目的は、多結晶ダイヤモンド
層をソフトメタル部分に付着した切削エレメントであっ
て、ソフトメタル部分と多結晶ダイヤモンド層の熱膨張
率の差によって生ずる応力を低減した切削エレメントを
提供することである。
本発明の特定目的は、多結晶ダイヤモンド層をヤング率
が45×106psi未満の材料で出来ている少くとも一つの側
面部即ちフェイスに付着して成る機械工作用の切削エレ
メントを提供することである。
本発明の他の特定目的は、多結晶ダイヤモンド層を、少
くとも一方がヤング率が45×106psi未満の材料で出来て
いる二つの側面部を挾持して成る機械工作用の切削エレ
メントを提供することである。
本発明の更に他の特定目的は、多結晶ダイヤモンド中央
層をヤング率が45×106psi未満の材料で出来ている２つ
の側面部を挾持して成る機械工作用の切削エレメントを
提供することである。
本発明の他の特定目的は多結晶ダイヤモンド層を少くと
も一つのソフトメタル部分に付着し、その場合ソフトメ
タル部分がコバルト、ニッケル、鉄、銅、銀、金、白
金、パラジウム、これらの合金、そしてこれら金属を含
む金属間化合物より成るグループから選んだ材料で出来
ているような機械工作用の切削エレメントを提供するこ
とである。
本発明の他の特定目的は多結晶ダイヤモンド中央層を二
つの側面部に挟み、その場合二つの側面部の少くとも一
つがコバルト、ニッケル、鉄、銅、銀、金、白金、パラ
ジウム、これらの合金、そしてこれら金属を含む金属間
化合物を含むグループの中から選んだ材料で出来ている
ような機械工作用の切削エレメントを提供することであ
る。
本発明の他の特定目的は多結晶ダイヤモンド中央層を二
つの側面部の間に挟み、その場合各側面部はコバルト、
ニッケル、鉄、銅、銀、金、白金、パラジウム、これら
の合金、そしてこれら金属を含む金属間化合物を含むグ
ループから選んだ材料で出来ているような機械工作用の
切削エレメントを提供することである。
（実施例の説明） 第1A図は本発明の切削エレメント10の斜視図である。切
削エレメント10は多結晶ダイヤモンド中央層12、一方側
面層14そして他方側面層16より構成される。一方側面層
はヤング率が高い材料、一般に焼結炭化物、通常、炭化
タングステン焼結合金により形成されるが、他の型式の
焼結炭化物を用いることもできる。他方側面層はヤング
率が45×106psi未満の材料によって形成され、これらの
材料はコバルト、ニッケル、鉄、銅、銀、金、白金、パ
ラジウム、これらの金属の合金そしてこれらの金属を含
む金属間化合物より構成されるグループから選択され
る。
切削エレメント10を作る好ましい方法として、当業者に
周知の高圧プレス技法が用いられる。簡単に言えば、炭
化タングステン焼結合金材料を高圧プレスの封納容器に
入れ、次に炭化タングステン焼結合金材料にダイヤモン
ド出発材料を載せる。そして最後にソフトメタル材料を
ダイヤモンド出発材料に載せるのである。この３つの組
み合せ材料は多結晶ダイヤモンド層を成長させるに十分
に高い温度と圧力下に置かれる。この操作中、多結晶ダ
イヤモンド層は他の層と結合部を形成する。また別の方
法では周知の高圧プレス技法を用いて焼結炭化物層に結
合した多結晶ダイヤモンド層で構成される固結構造物が
先ず形成される。
次いで多結晶ダイヤモンドの自由表面にソフトメタルの
第２層が結合される。電気メッキ或は蒸着の様ないくつ
かのプレス後処理技術のいずれをも使用可能である。ソ
フトメタル層を多結晶ダイヤモンド層に結合させる実際
の方法は周知であるのでここでは説明しない。重要な点
はプレス後処理技術によってソフトメタル層が多結晶ダ
イヤモンド層にしっかりと付着出来る様にしたことであ
る。勿論、ソフトメタル層を多結晶ダイヤモンド層の両
側に結合させた具体例では、どちらのソフトメタル層も
プレス後処理技術によって付着できよう。
この場合、多結晶ダイヤモンド層は焼結炭化物層に標準
的な態様で形成され、そして例えば酸浴で溶解する等の
方法で除去される。最後にソフトメタル層を高圧プレス
技術によって多結晶ダイヤモンド層に結合した一方側面
層として形成し、次にプレス後処理技術によりソフトメ
タルの他方側面層を形成する事が可能である。
従来技術の標準的な手順では焼結炭化物及び多結晶ダイ
ヤモンド出発材料のみが密閉容器に装填される。これに
よって出来たものは固結（Compact）構造物と呼ばれ
る。
この固結構造物では多結晶ダイヤモンド層が形成されて
いる間、焼結炭化物層と多結晶ダイヤモンド層との間の
結合は実質的に応力の無い平衡状態にある。しかしなが
ら、生成構造物が室温迄冷却される際、多結晶ダイヤモ
ンド層よりも熱膨張率の大きい焼結炭化物層は多結晶ダ
イヤモンド層よりも早く凝固及び収縮する。この両層間
の熱膨張率の差から焼結炭化物層が引張状態に、そして
多結晶ダイヤモンド層は圧縮状態となる。よって焼結炭
化物層と多結晶ダイヤモンド層との界面に応力が発生す
る。多結晶ダイヤモンド層の非結合側の表面は拘束がな
いから或る量延び即ち変形する。そしてこの様にして発
生した応力は普通は多結晶ダイヤモンド層を破損するに
十分なものではない。
多結晶ダイヤモンド層の両側に二層の炭化タングステン
焼結合金層を配置したサイドイッチ構造を作ろうとする
先行技術の試みにおいて、二層の炭化タングステン焼結
合金層と多結晶ダイヤモンド層との界面に発生する内部
応力は大きくなる。このタイプのサイドイッチ構造では
多結晶ダイヤモンド層は、冷却時に発生する内部応力に
相当する延び即ち変形を生じる広い非結合面を持たな
い。従って、多結晶ダイヤモンド層内部に発生する応力
はしばしば多結晶ダイヤモンド層を破損する程に大きく
なる。
本発明はソフトメタルを他方側面層とすることでサンド
イッチ構造の切削エレメントに通常発生する大きな応力
を減少させる。ソフトメタルから成る他方側層は、冷却
中に金属を延び即ち変形せしめるに充分低いヤング率を
有する材料で作られ、しかもサンドイッチ一体構造の切
削エレメントを形成する。
ソフトメタルから成る他方側層はヤング率が45×106psi
未満である材料から成り、その材料はコバルド、ニッケ
ル、鉄、銅、銀、金、白金、パラジウム、それらの合金
及び以上の金属を含む金属間化合物グループの中から選
択する。
また別の具体例を第1B図に示す。切削エレメント18には
多結晶ダイヤモンド中央層20、一方側面層22、及び他方
側面層24が有る。一方側面層22及び他方側面層24は共に
約45×106psi未満のヤング率を有する材料製のソフトメ
タルでこれはコバルド、ニッケル、鉄、銅、銀、金、白
金、パラジウム、これらの合金及び以上の金属を含む金
属間化合物グループの中から選択される。勿論、22及び
24の２つのソフトメタル層は上述の材料のうちの同じも
ので良く、或いは夫々に上述のグループの中から違った
ものを選んでも良い。
この第２具体例では切削エレメントはプレス段階で両側
の層にソフトメタルが用いられ点を除き、上述したと同
じ方法で製作される。冷却中にソフトメタルと多結晶ダ
イヤモンド中央層との界面に発生する内部応力はソフト
メタルの延び即ち変形によって減少する。
上に示したように、ソフトメタル層は蒸着或は電気メッ
キの様なプレス後処理によって多結晶ダイヤモンド中央
層に付着させることができる。ソフトメタルと多結晶ダ
イヤモンド中央層の界面の内部応力を減少させると同じ
利点をプレス後形成技術において生じる。
本発明の基本的に重要な点は、多結晶ダイヤモンド中央
層が少くとも一つの側面層に結合した固結構造物であっ
て、その場合、側面層は多結晶ダイヤモンド中央層と側
面層との界面に発生する応力が多結晶ダイヤモンド中央
層の破損やはく離を生じないよう低くする為に充分に屈
撓性のある材料から作製された固体構造物を提供するこ
とである。
45×106psiより小さいヤング率を有するいくつかの材料
が上記の基準を満たすことが確認された。これらの材料
はコバルト、ニッケル、鉄、銅、銀、金、白金、パラジ
ウム、これらの合金、そしてこれら金属を含む金属間化
合物より構成されるグループから選択される。当初、高
圧プレスサイクルで多結晶ダイヤモンド中央層との結合
の為これらソフトメタルの使用は、多結晶ダイヤモンド
中央層に過剰に浸透して多結晶化を妨害し、使用不能の
製品を先ずるものと予想されていた。しかしながら、実
際の作業では、予想された浸透は多結晶ダイヤモンドの
正規の成長を妨げる程には起こらないことが明らかにな
った。更に、これらのソフトメタルを多結晶ダイヤモン
ド中央層に結合させるのにプレス後付着技法を用いると
結合力が弱くて使用不能の製品を生じる事が予想され
た。しかしながら、実際には多結晶ダイヤモンド中央層
との結合は十分に強いことが明らかにされた。
第２図は本発明の切削エレメントを平ドリルの切削部と
して用いた場合を示す。勿論、本発明は切削エレメント
として溝付ドリルの刃の様な他の工具に用いる事も出来
る。上述した如く形成された切削エレメントは周知の技
術によって平ドリルに通例の５つの切削縁を持つように
賦形された。切削エレメントを加工する事は技術上周知
である。
平ドリルの全体構造は切削エレメント26及び軸部28から
成る。軸部28は、先端部表面を横切って延び平坦部26を
収容するのに適する溝30を具備する。
従来技術では、切削エレメントは多結晶ダイヤモンド中
央層を２つのソフトメタル層即ち炭化タングステン焼結
合金層でサンドイッチした構造を有している。平坦部は
ろう付或は他の通常の技術によって軸部28に固着され
る。ろう付作業では切削エレメントは再加熱され、これ
が炭化タングステン焼結合金層と多結晶ダイヤモンド中
央層との界面の内部応力を減少させる。しかしながら、
冷却する間、軸部の材料量が２つの炭化タングステン焼
結合金層に付加されるため、内部応力に対する構造体の
屈撓性はさらに減じ、冷却中の多結晶ダイヤモンド中央
層の破損とはく離が増加する。
好ましい具体例では切削エレメントは多結晶ダイヤモン
ド中央層36、焼結炭化物から成る一方側面層32及びソフ
トメタルから成る他方側面層34により構成される。ここ
でも他方側面層34は取付けられる間に発生する内部応力
の増加に相当する延び即ち変形を生じ多結晶ダイヤモン
ド中央層が破損したりはく離する損傷を妨止する。
本発明の切削エレメントの更に有益な点はマージン切削
縁38の長さが延びたことである。多結晶ダイヤモンド中
央層が中央部の長さ一杯に延びているのでマージン切削
縁38は先に述べたような多結晶ダイヤモンド中央層の厚
みによる制約を受けない。切削エレメント26がなまった
時は研ぎ直せるが、従来技術では研ぎ直し作業数が多結
晶ダイヤモンド中央層の厚みにより制限される。
本発明では、研ぎ直し数は多結晶ダイヤモンド中央層30
の長さの為大巾に増大した。
当業者には、本発明の他の実施例或は使用法が有するこ
とが理解出来よう。
多結晶ダイヤモンド中央層がある特定の厚さである事
や、２つの側面層が多結晶ダイヤモンド中央層に関して
ある特定の厚みである事はどちらも重要では無い。要点
は少くとも側面層の一つが、応力により多結晶ダイヤモ
ンド中央層が破損したりはく離したりするのを妨ぐに十
分延び即ち変形する材料であることである。
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明の精
神の内で多くの変更を為しうることを銘記されたい。
（発明の概要） 本発明は、多結晶ダイヤモンド中央層を二つの側面層に
挟んでなり、その場合二つの側面層の少くとも一方がソ
フトメタル製である機械工作用の切削エレメントであ
る。ソフトメタルはヤング率が45×106psi未満の材料と
して定義され、コバルト、ニッケル、鉄、銅、銀、金、
白金、パラジウム、これらの合金、そしてこれら金属を
含む金属間化合物を含むグループの中から選択される。
斯界において多結晶ダイヤモンド中央層を焼結炭化物か
ら成る支持体に結合した多結晶ダイヤモンド型固結構造
体を形成する方法は周知である。その様な固結構造体で
は多結晶ダイヤモンド中央層と焼結炭化物との界面で内
部応力が発生する。この応力はしばしば固結構造体の多
結晶ダイヤモンド中央層或いは焼結炭化物を破損或いは
はく離させるに十分なものである。
平ドリルによる穿孔の様なある種の機械加工装置の作業
では多結晶ダイヤモンド中央層を２つの側面層の間に挟
んだ多層即ちサンドイッチ状の固結構造体とするのが所
望される。多層固結構造体では多結晶ダイヤモンド中央
層と焼結炭化物との間の熱膨張率の差により、そして多
結晶ダイヤモンド中央層には増加した応力に対応して屈
撓する自由表面がないので多結晶ダイヤモンド中央層内
の内部応力が増加する。
これらの応力は固結構造体を工具に結合することで増加
する。多層固結構造体中で増加した応力はしばしば多結
晶ダイヤモンド中央層或いは焼結炭化物層の破損或いは
層間のはく離を引き起こす。
本発明は第２層をソフトメタルとすることで固結構造体
に於ける切削エレメント内の応力を減少させる。
ソフトメタルを多結晶ダイヤモンド中央層との結合部を
形成するのに用いうることは予想されていなかった。当
初は高圧プレスサイクルで多結晶ダイヤモンド中央層と
の結合の為ソフトメタルを使用するとソフトメタルの浸
透が多結晶ダイヤモンド中央層の成長を妨害すると予想
された。しかし浸透は必ずしも適正な多結晶ダイヤモン
ド中央層の成長を妨害しないことが観察された。別の方
策によればソフトメタル層は電気メッキ、蒸着等のプレ
ス後処理技術によって多結晶ダイヤモンド中央層に結合
可能である。
プレス後処理技術の使用の成功は多結晶ダイヤモンド中
央層との十分な付着が可能であるとは考えられなかった
為予想されなかった。
別の具体例では両方の側面層はソフトメタル製である。
平ドリルの切削部として用いた場合、本発明の切削エレ
メントは多結晶ダイヤモンド中央層が切削部分の垂直延
長部全長に伸延し、くり返しての切削エレメント研ぎ直
しを可能とするのでドリルの寿命が大幅に延びる。
【図面の簡単な説明】
第1A図は本発明による切削エレメントの斜視図であり、
中心部が多結晶ダイヤモンド中央層、一方側面層が焼結
炭化物、他方側面層がソフトメタルである。 第1B図は本発明による切削エレメントの斜視図で、中心
部が多結晶ダイヤモンド中央層であり、一方側面層及び
他方側面層が共にソフトメタルで構成される。 第２図は平ドリルのドリルビットを形成するドリルシャ
フトに位置付けた本発明の切削エレメントの分解斜視図
である。 主な記号の名称は以下の通り 10、18、26……切削エレメント 12、20、36……多結晶ダイヤモンド中央層 30……溝 32……一方側面層 34……他方側面層 38……マージン切削縁

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多結晶ダイヤモンド中央層、該多結晶ダイ
    ヤモンド中央層に対し層を介在することなく直結され露
    呈されてなる一方側面層、ヤング率が45×106psi未満で
    ある材料から成り前記多結晶ダイヤモンド中央層に対し
    層を介在することなく直結され露呈されてなる反対側面
    層を含んでなる切削エレメント。
  2. 【請求項２】一方側面層の材料は、焼結炭化物である特
    許請求の範囲第１項記載の切削エレメント。
  3. 【請求項３】反対側面層の物質はコバルト、ニッケル、
    鉄、銅、銀、金、白金、パラジウム、これらの合金、そ
    してこれら金属を含む金属間化合物で構成されるグルー
    プから選ばれた特許請求の範囲第２項記載の切削エレメ
    ント。
  4. 【請求項４】反対側面層の物質はコバルト、ニッケル、
    鉄、銅、銀、金、白金、パラジウム、これらの合金、そ
    してこれら金属を含む金属間化合物で構成されるグルー
    プから選ばれている特許請求の範囲第１項記載の切削エ
    レメント。
  5. 【請求項５】多結晶ダイヤモンド中央層、ヤング率が45
    ×106psi未満である材料製の一方側面層、同じくヤング
    率が45×106psi未満である材料製の反対側面層を具備す
    る切削エレメント。
  6. 【請求項６】一方側面層及び反対側面層はコバルト、ニ
    ッケル、鉄、銅、銀、金、白金、パラジウム、これらの
    合金、そしてこれら金属を含む金属間化合物で構成され
    るグループから選ばれている特許請求の範囲第５項記載
    の切削エレメント。
  7. 【請求項７】シャフトを具備する回転ドリルビットにお
    いてシャフトの一端に連結して使用する切削エレメント
    であって、 複数の切削縁を形成する多結晶ダイヤモンド中央層、ヤ
    ング率が45×106psi未満である材料製であり前記多結晶
    ダイヤモンド層に結合した一方側面層、ヤング率が45×
    106psi未満である材料製であり前記多結晶ダイヤモンド
    層に結合した反対側面層より構成される切削エレメン
    ト。
  8. 【請求項８】一方側面層の材料が焼結炭化物である特許
    請求の範囲第７項記載の切削エレメント。
  9. 【請求項９】反対側面層はコバルト、ニッケル、鉄、
    銅、銀、金、白金、パラジウム、これらの合金、そして
    これら金属を含む金属間化合物で構成されるグループか
    ら選ばれた特許請求の範囲第８項記載の切削エレメン
    ト。
  10. 【請求項１０】反対側面層の材料がコバルト、ニッケ
    ル、鉄、銅、銀、金、白金、パラジウム、これらの合
    金、そしてこれら金属を含む金属間化合物で構成される
    グループから選ばれた特許請求の範囲第７項記載の切削
    エレメント。
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