JPS58211861A - 研摩本体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は研摩本体に関する。

現在市販されているドリルクラウン（ｃｉｒｉｌｃｒｏ
ｗｎ　）用の埋め金（１ｎｓｅｒｔ　）　　要素又は切
削要素の１種は、金属結合（焼結）炭化物（ｃｅｍｅｎ
ｔｅｄｃａｒｂｉｄｅ　）支持体に接合したダイヤモン
ド成形体（ｃｏｍｐａｃｔ　）より成り、ここに該支持
体はｊ瞑次に、より大きな金属結合炭化物基板に、ろう
によって接合さね、でいるものである。該ろうは７００
℃以上の融点を有して、該ドリルクラウンの使用中に一
般的に存在する苛酷な条件下に該基板と支持体との間の
良好な接合を確実に達成し、かつ維持する。埋め金の製
造中においては、該支持体を基板にろう伺けする間にダ
イヤモンド成形体層の粉化が生じないことを確保するよ
うに注意しなければならない。これは該ろう付は中に、
ダイヤモンド成形体を熱ため（ｈｅａｔ　５ｉｎｋ　）
と接触させることによって達成することができる。

発明の敦約 本発明により： ａ）研摩材成形体； ｂ）該研摩材成形体に接合する焼結炭化物（超硬合金）
支持体；及び Ｃ）ニッケル、銅、コバルト、鉄、又はこれら全島の１
種もしくはそれ以上を含有する合金より成る接合層を通
して該支持体に接合する全綱含有基板、 から成る研摩本体が提供される。

本発明のもう一つの観点からすれは、ニッケル、銅、コ
バルト、鉄又はこれら金属の１種もし、くはそれ以上を
含有する合金の層を、基板表面と該成形体が接合してい
る焼結炭化物支持体光面との間に挿入する工程、及び該
支持体を該挿入層を介して該基板に、該挿入層の融点以
下の温度において拡散接合する工程を包含する上記研摩
本体の製造方法を提供する。

発明の畦細な記載 研摩材成形体は当業界に周知であり、硬質集合体状に結
合された、超硬質研摩材粒子の多結晶集を帛に含有する
第二相又は接合層を有する。現在公知であり、かつ成形
体に使用されている超硬質研摩材はダイヤモンド及び立
方晶（ｃｕｂｉｃ　）窒化ホウ素である。

該焼結炭化物支持体は焼結炭化チタン、焼結炭化タンタ
ル、焼結炭化タングステン又はそれらの混合物のような
、任意の当業界公知のものでよい。

このような焼結炭化物に対する金属相は一般的に、６ｖ
量係から３５重量％までの量で存在するニッケル、コバ
ルト又は鉄である。

該研摩材成形体は該炭化物支持体に直接に接合すること
ができ、あるいは接合層を通して該炭化物支持体に接合
することができる。

焼結炭化物支持体に接合している研摩材成形体は［複合
研摩材成形体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ａｂｒａｓｉｖｅ
ｃｏｍｐａｃｔ月としても知られている。研摩材成形体
又は複合研摩材成形体の例を英国特許 第１，４８９，１５０号ならびに米国特許第３，７４５
．６２５号及び同第３，７４３，４８９芳容明細書に見
出すことができる。これらの開示は参考として本明細書
に組み入れる。

該基板は一般的に質量及び容積において該研摩材成形体
及び原炭化物支持体の合計質量及び合計８Ｍより本大き
い。一般的に該基板は焼結炭化物（超硬合金）であるが
、硬化鋼のような鋼であることもできる。

該支持体と基板との間の接合層は一般的に２２０ミクロ
ンまでの厚さ金■する１、該支持体と基板との間１７）
接合のせん断強さは高く、すなわち１４ＯＮ／ｍｙｐ２
又はそれ以上であることができることがわかった。

本発明の研摩本体な切形工具に対する構成要素としての
用途をＭする。特に該研摩本体にドリルα・ピント又は
クラウンに対する埋め金、丁なわち切削要素としての用
途を有する。このような切削女素のレリを図面の第１図
に示す。この図において焼結炭化物支持体１２に接合し
た円板状研摩材成形体１０より成る切削要素を示す。該
炭化物支持体１２は伎く延ひている基板１６Ｖｉ−おけ
るくほみ１４内に配置さｎている。該炭化物支持体１２
の基板１６への接合は上述した形式の結合層１８を通し
て行ね１する。

本発明の研摩本体は、まず英国特許 第１．ｄ　８９．１ろ０号、米国特許第３，７４５，６
２３号及び同第６，７４３，４８９号各芳容薔に記載さ
れているもののような当業界に公矧の方ｆｆ、、＆こよ
って焼結炭化物支持体に接＠された研摩材成形体より成
る複合研摩材成形体を展進することにより、一般的に得
られる。次いで該複合研摩材成形体を、拡散接合技術を
応用し、上記に定義した接合層を通して基板に接合させ
る。拡散接合は当業界に公知であり、金属対金属の接合
を生じさせる方法であるが、この場合、金Ｊｉｉｌ原子
が接合面を横切って移動して連続結晶粒子を形成する。

この方法は固相法であり、金属はその融点に達していな
い。拡散接合は、研摩材成形体の研摩材粒子に対する損
傷が実質上回避されるような条件下の場合に、該支持体
と基板との間の優れた強度を有する接合を生じさせるこ
とがわかった。換言すれは該成形体は、ダイヤモンド成
形体の場合には黒鉛を実質上含有せす、立方晶窒化ホウ
素成形体の場合には六方晶窒化ホウ素を実質上含有しな
いのである。

好ましくは本方法は下記工程、すなわち＝（ａ）　　焼
結炭化物（超硬合金）支持体に接合した研摩材成形体よ
り成る複合研摩材成形体を提供する工程； （ｂｌ　　ニッケル、銅、コバルト、鉄又はこれラノ金
属の１種もしくはそれ以上を含有する合金の層を、金属
含有基板懺面に接合させる工程；（Ｃ）　　該支持体及
び基板を共に、該金橋層が該焼結炭化物支持体表面と接
触するような状態にさせる工程； （ｄ）　　該支持体及び基板に対して横圧力をカロえる
ことにより、該支持体及び基板を共に圧迫する工程； （ｅ）該金属層の温度を、その融点以下の適描な温度に
上ける工程； （ｆ）　　該支持体と基板との間に拡散接合が生ずるの
に十分な時間にわたって圧力及び温度を保ちつつ前記工
程（ｅ）及び（ｆ）を不活性雰囲気下に行う工程； を包含する。

該支持体を基板に拡散接合させる間に加えられる圧力は
一般的に４０〜３００　Ｎ／ｍｍ”であり、温度は典型
的には６５０〜７５０℃の程度である。

拡散接合は１０−’　）−ルもしくは更に良好な真空下
又は不活性ガスのような他の不活性雰囲気下に行って、
該研摩材成形体の研摩材粒子に対して生ずる損傷を最小
化する。該圧力及び温度を５〜６００分、典型的には５
〜６５分にわたって維持して良好な接合を確実に行うこ
とができる。

本発明方法において該横圧力は、例えば油圧シリンダプ
レスを使用するような当業界に公知の方法によって加え
ることができる。

該支持体及び基板に対して所望の横圧力を加える一つの
特別の方法においては、外部包囲物体と内部膨張物体と
の間の熱膨張係数の差が利用される。該方法は、共に前
記工程（Ｃ）の状態にされてからの該支持体及び基板を
、内部に形成された空洞を有する包囲物体と該空洞内に
配置され、該包囲物体よりも大きな熱膨張係数を有する
膨張物体とより成る組立部品の空洞内に入れ、次いで該
組立部品の温度を前記工程（ｅ）の所望温度に上け、そ
れにより該膨張物体全膨張させて前記工程（ｄＪの所望
の横圧力を該支持体及び基板に加えることを包含する。

典型的には該組立部品の温度は該組立部品を炉中に入れ
ることにより昇温させる。

該包囲物体は焼結炭化物膜又は窒化ケイ素もしくはジル
コニアをベースとするセラミック製であることができる
。

該膨張物体は典型的には高い熱膨張係数を有する金属製
又は合金製である。好適な合金の例はニッケルにペース
とする合金のニモニック（Ｎｉｍｏｎｉｃ　）である。

該膨張物体と接触している空洞面は傾斜させて該膨張物
体の傾斜面に整合させることができる。

またはその代りに、該膨張物体が二つの接触部分を有し
、該接触面が傾斜し、かつ整合していてもよい。

該膨張物体が適用温度条件下において、接合される要素
と有害的に反応する場合には該膨張物体と該接合される
要素との間に適当な不活性充てん物を供給することかで
きる。

この加圧方法は複合研摩材成形体を工具柄部に接合させ
ること（すなわち、工具柄部が基板である）に対して特
に応用される。

図面の第２図及び第６図は本発明の、上記の観点におけ
る実捲態様を説明する。

これらの図面において、焼結炭化物膜で、その中に形成
されたみぞ又は空洞２４を有する包囲物体２２より成る
組立部品２０が示される。包囲物体２２は鋼製支持基板
２８におけるくほみ２６に取りつけられている。

空洞２４には対立したくさび３０及び３２が配置され、
これらは直線３４に沿った接触斜面を有する。これらの
くさびは合金ニモニンク製である。

また該空洞内には（さび３２の界面３８と接触するバン
キング要素３６も配置されている。バンキング要素３６
と該包囲物体の界面４０との間に工具柄部４２が配置さ
れており、該工具柄部は焼結炭化物支持体４８に接合す
る研摩材成形体４６より成る複合研摩材成形体４４と接
合関係にある。

工具柄部４２と支持体４８との間には、該工具柄部と支
持体との間に拡散接合を生じさせるのに好適な薄い金属
層５０が配置されている。

工具柄部と支持体との間における効果的な拡散接合を達
成させるために、該組立部品全体を適描な温度における
炉中に入れる。該温度は拡散接合を生じさせるような温
度でなければならない。この温度においてニモニンク製
くさひ３０及び３２は包囲物体２２よりも速い速腿で膨
張する。これが工具柄部４２及び支持体４８上に接合圧
力を作用させる効果を有する。

金ｐＡ層の露出界面を研摩することは該表面をできるだ
け平坦にすることを確保するために重要でかつ好ましい
ことである。研摩はダイヤモンド研摩工具を使用するこ
とによって行うことができる。

基板が接合される支持体の表面もまた、できるたけ平坦
にずべきである。

基板底面に接合する金属層は、特に研賑中にゆがみ、よ
Ｃれる傾向を有する。この傾向を最小化するためには、
基板表面に金属層を析出させ、該金島層に横圧力を加え
、該金属層の温度を融点以下の温度に上け、次いで該圧
力及び温度を、該金属層が該基板に接合することができ
るのに十分な時間にわたって維持することが好ましいと
いうことがわかった。典型的には、該金ｐＡ層に加えら
れる圧力は１〜２００　Ｌ４７ｍｍ”の範囲であり、該
金属層が上けらねる温度は７００　’Ｃ〜１１００’Ｏ
である。これらの温度及び圧力の条件を５〜３００分、
典型的には５〜３０分にわたって維持することができる
。該金属は、電気めっき、無電解めっき、蒸滝もしくは
スパッタリング又は金属箔を基板に接触させて配置し、
もしくは金属箔を基板の金塊被怪した界面に接触させて
配置することのような当業界に公知の方法によって基板
底面に析出させることができる。該横圧力は当業界に公
知の方法によって金属層に加えることができる。

該炭化物支持体と基板の金属被＆Ｐ面とを接触させるに
先立って、接合すべき支持体界面に、該基板底面をコー
ティングするのに使用した金属と同−又は類似の金属の
薄い金属被覆を施こすことができる。このような金属層
は該支持体の表面上に、電気めろき、無電解めっき、真
空蒸着及びスパッタリングのような当業界に公知の方法
によって析出させることができる。

下記の実施例により、本発明を更に説明する。

実施例１ コバルト結合した炭化タングステン製スタブ（５ｔｕｂ
　）の界面上に焼鈍ニッケルの円板を析出させた。この
ニッケル被覆界面に１．００　Ｎ　／ｍｒｎ２の圧力を
加え、温度を８ろ０°Ｃに上けた。こねらの条件を２０
分間保った。次いで該ニッケル層の露出表面をダイヤモ
ンド研摩工具で研摩した。ニッケル被覆の厚さは１２０
ミクロンであった。

コバルト結合した炭化タングステンの支持体に接合した
ダイヤモンド成形体より成る円板形状の複合研摩材成形
体を、英国特許第１，４８９，１６０号明細書に記載の
方法により製造した。次いで、まず該支持体の背面を該
スタブ上のニッケル層に接触させることにより、該複合
研摩材成形体を該スタブに接合させた。横圧力２９０　
Ｎ／ｍｍ２を該複合研摩材成形体及びスタブに加えて、
この両者を、共に圧迫し、境界面、すなわちニッケル層
の温度全７２５°Ｇに上けた。この処理は１０−’　ト
ールの真空において行った。これらの条件ｆ：６０分間
保つた。

この拡散接合技術により該炭化物支持体と炭化物スタブ
との間に優れた接合が達成された。該接合のせん１８ｉ
強さを測定し、６９０　Ｎ／ｍν２の程度であることが
わかった。該支持体とスタブとの間の接合層の厚さｉ−
１：１２０ミクロンの程度であった。

実施例２ ニンケル被覆したスタブを複合研摩材成形体に接合する
に当って一ト記の条件： 加えた圧力　　　２７０　Ｎ／ｍｍ” 加熱温度　　　　７３０　’Ｃ 維持条件　　　　５００分 ニッケル破傷　　２００ミクロン を採用した点を除いて前記実施例１に記載の手順にした
がった。

炭化物支持体とスタブとの間σ）接合のせん助強さは４
００　Ｎ／ｙｏｙ”以上であることがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の研摩本体の実施態様の側面図である。 第２図は本発明方法に使用するためσ）組立部品の側面
ｔ１．ｌｉ面図である。 第６図はＭａｊ記第２図の組立部品σ）部分断面透視図
である。 代理人　浅　利　　　晧 外４名 手続補正書（方式） 昭和５８年　７月６日 昭和５８　　年特許願第　５６８１２　　　　号３、補
正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和５８年６月２８日 ６、補正により増加する発明の数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１（ａＪ　　？ｉｌｌ摩材成形材成形体；　　該研
   摩材成形体に接合する焼結炭化物支持体；及び （Ｃ）　　ニッケル、銅、コバルト、鉄又はこれら金属
   の１種もしくはそれ以上を含有する合金より成る接合層
   を通して該支持体に接合する金属含有基板； を包含することを特徴とする研摩本体。 （２）　　接合層が２２０ミクロンまでの厚さを有する
   特許請求の範囲第１項記載の研摩本体。 （３）　　支持体と基板との間の接合のせん断強さが少
   くとも１４０　Ｎ／ｍｕ２である特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の研摩本体。 （４）基板が焼結炭化物膜である特許請求の範囲第１〜
   ６項のうち任意の１項記載の研摩本体。 （５）基板及び支持体の焼結炭化物が焼結炭化タンタル
   、焼結炭化チタン、焼結炭化タングステン又はそれらの
   混合物である特許請求の範囲第４項記載の研摩本体。 （６）焼結炭化物の接合金属がニッケル、コバルト又は
   鉄である特許請求の範囲第５項記載の研摩本体。 （７）　　基板が質量及び容積において研摩材成形体と
   炭化物支持体との合計質量及び金側容積よりも大きい特
   許請求の範囲第１〜６項のうち任意の１項記載の研摩本
   体。 （８）　　研摩材成形体がダイヤモンド成形体である特
   許請求の範囲第１〜７項のうち任意の１項記載の研摩本
   体。 （９）　　ドリルクラウン用の切削要素として使用する
   特許請求の範囲第１〜８項のうち任意の１項記載の研摩
   本体。 ００）基板表面と、研摩側成形体が接合する焼結炭、化
   物支持体表面との間に、ニッケル、銅、コバルト、鉄又
   はこれら金属の１種もしくはそれ以上を含有する合金の
   層を挿入する工程、及び支持体を、該挿入された層の融
   点以下の温度において該挿入された層を通して基板に拡
   散接合する工程を特徴とする特許請求の範囲第１〜９項
   のうち任意の１項記載のＶ［摩本体を製造する方法。 （ＩＩＩ（ａ）　　焼結炭化物支持体に接合した研摩材
   成形体より成る複合研摩材成形体を提出する工程；（ｂ
   ）　　ニンケノペ銅、コバルト、鉄又はこれら金属の１
   棟もしくはそれ以上を含有する合金の層を金属含有基板
   表面に接合する工程；（Ｃ）該支持体及び基板を共に、
   該金属層が該支持体表面に接触するよ５１状態に−させ
   る工程；（ｄ）　　該支持体及び基板に横圧力を〃口え
   ることにより該支持体及び基板を共に圧迫する工程；（
   ｅ）　　該金属層の温度を、その融点以下の適当な温度
   に上ける工程；及び （ｆ）　　該支持体と基板との間に拡散接合が生ずるの
   に十分な時間にわたって上記圧力及び温度を維持しつつ
   、前記工程＜６）及び（ｆ）を不活性雰囲気下に行う工
   程； を包含する特許請求の範囲第１０項記載の方法。 Ｑ２＋　　支持体及び基板に加える横圧力が４０〜３０
   ＯＮ／闘２の範囲である特許請求の範囲第１１項記載の
   方法。 α均　金属層を昇温させる温度が６５０〜７５０℃の範
   囲である特許請求の範囲第１１項又は第１２項記載の方
   法。 α力　圧力及び温度を５〜６００分間にわたって維持す
   る特許請求の範囲第１１〜１６項のうち任意の１項記載
   の方法。 α５）圧力及び温度を５〜６５分ｔＵＪにわたって維持
   する特許請求の範囲第１４項記載の方法。 Ｑ６＋　　工程（Ｃ）の状態になった後の基板及び支持
   体を、内部に形成された空洞を有する包囲物体と該空洞
   内に置かれ、該包囲物体の熱膨張係数よりも大きな熱膨
   張係数を有する膨張物体とより成る組立部品の空洞内に
   配置し、次いで該組立部品の温度を工程（ｅ）の所望温
   度に上け、それにより該膨張物体を膨張させて工程（ｄ
   ）の所望の横圧力を該支持体及び基板に加える特許請求
   の範囲第１１〜１５項のうち任意の１項記載の方法。 α７）　組立部品の温度を該組立部品を炉中に入れるこ
   とにより上げる特許請求の範囲第１６項記載の方法。 吐　包囲物体が焼結炭化物膜又は窒化ケイ素もしくはジ
   ルコニアをベースとするセラミック製である特許請求の
   範囲第１６項又は第１７項記載の方法Ｏ α特　膨張物体がニモニンク製である特許請求の範囲第
   １６〜１８項のうち任意の１項記載の方法。 （２（＋１　　焼結炭化物支持体表面と接触状態にさせ
   られる金属Ｉｔｊ１表面を、工程（ｃ）に先立って研摩
   する特許請求の範囲第１１〜１９項のうち任意の１項記
   載の方法。 （２ｖ　　金属層を基板界面に析出させ、該金属層に横
   圧力を加え、該金属層の温度をその融点以下の温度に上
   け、該圧力及び温度を該金属層が該基板に接合できるよ
   うにさせるのに十分な時間にわたって維持することによ
   り金属層を基板表面に接合する特許請求の範囲第１１〜
   ２０項のうち任意の１項記載の方法。 曽　金属層に加える圧力が１〜２００　Ｎ／關２の範囲
   である特許請求の範囲第２１項記載の方法。 （ハ）金属層の上けらねる温度が７００〜１１０００Ｃ
   の範囲である特許請求の範囲第２１項又は第２２項記載
   の方法。 （財）金属層に加える圧力及び温度を５〜３００分間に
   わたって維持する特許請求の範囲第２１〜２６項のうち
   任意の１項記載の方法。 （ハ）金属層に加える圧力及び温度を５〜６０分間にわ
   たって維持する特許請求の範囲第２１〜２４項のうち任
   意の１項記載の方法。