JPS591104A - 複合焼結体工具およびその製造方法 - 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】 微細なダイヤモンド粒子を鉄族金属等の結合材を用いて
超高圧、高温下で焼結して得られるダイヤモンド焼結体
は切削工具や伸線ダイス又はドリルビットの刃先材とし
て従来の超硬合金に比較して格段に優れた耐摩耗性を有
することから新らしい工具材として注目されている。

このダイヤモンド焼結体は工具材として優れた特徴を有
しているが、その製造には超高圧装置を必要とするため
、焼結体の大きさ、形状においては超硬合金に比較する
と制約される点が多い。

一般には第１図に示したような円板状の焼結体とし、図
の１がダイヤモンド焼結体部で、２はこれをサポートす
る超硬合金製の母材である。８は例えば特願昭５４−１
３！９１！７に記載されているような中間接合層である
。この複合焼結体を円板のまま又は適宜切断して例えば
切削工具の場合は鋼製のバイト・シャンクにロウ付けし
てバイトを製作する。・、このようなりつ付は加工時に
ダイヤモンド焼結体部が約７００℃以上に一定時間以上
加熱されると特性の劣化が生じることが判明している。

このため通常低融点の銀ロウ材等を用いてロウ付けして
いる。一般の切削工具等の用途に対してはこのような低
融点のμつ材を用いたロウ付けでも工具に加わる切削応
力が比較的小さい使用条件下では問題はない。ところが
岩石を掘削するドリルビットにこの焼結体を応用する場
合はこの方法では不充分であることが判明した。

ドリルビットでは第１因に示したような焼結体を第３図
に示す如（多数ビットクラウン）ζ埋め込んで刃先とし
て使用する。このような例は米国特許第４０９８８６２
号に開示されている。第１図の如き複合焼結体を融点７
００℃以下の低融点ロウ材を用いてビットクラウンに接
合したドリルビットを用いて岩石の掘削を行なうと、比
較的柔らかく掘削が容易な砂岩等を掘削する場合は余９
問題はないが、火成岩等の中・硬質岩を掘削するとロウ
付は部より刃先焼結体が脱落したり、又はロウ付は部が
動（といった問題が生じた。低融点ロウ材として一般的
に用いられる銀ロウ（例えばＪＩＳ規格Ｂ　Ａｇ−１）
は室温でのせん断強度が高々２０１Ｖ／＃Ｉ、ｌ’程度
で高温になると著しく強度が低下する。ドリルビットで
は先ず刃先ｔζ加わる掘削応力が大きく、また岩石は均
一なものは少ないため、その応力の変動が大きい。更に
泥水等の掘削流体を使用しても高深度の地層を掘削する
場合は掘削時の刃先部のみならずビット自体の温度も高
温になる。又地層によっては泥水が使用できない場合も
生じる。

以上のことから特にダイヤモンド焼結体をドリルピッ）
ｋ応用する際には第１図の如き焼結体のビットクラウン
への固定方法が非常に重要である。

本発明は上記の目的に対し種々検討を行なつに結果到達
したものである。第２図により本発明の詳細な説明する
。

第８図のＬ＆８は第１図と同じ本のである。

超高圧、高温下で焼結したこの複合焼結体を更に体積が
大きい硬質焼結合金又は別製の支持体５に接合するに当
って、第ｇｖＡの如（母材硬質合金と支持体を加工し、
この間にリング状をした高強度の金属又は合金の厚さ２
Ｕ以下の板４をはさみ、この部分を１ｇ、子ビーム又は
レーザーの如き高エネルギーの細いビーム６を用いて瞬
間的に溶解させ接合を行なう。このとき、この中間にそ
う人するインサート金属又は合金は溶解、凝固後の強度
が前述した通常のロウ材より本大巾に高く、接合強度が
大となる材料を選択する。好適な材料はＦｅｅＮｉ、Ｃ
ｏからなる鉄族金属又はこれ等を主成分とする合金板で
ある。一般にロウ付けでは接合すべき基体の融点より低
い融点を有するロウ材を用いる。

これはロウ付けにおいては接合すべき基体の少くとも一
方を使用するロウ材の融点以上に加熱することを必要と
するからである。これに対して本発明では接合すべき母
材の融点以上の融点を有する材料をインサート金属とし
て使用することが可能となり、一般のロウ材（銀四つ、
銅ロウ、Ｎ１０つ）より４高強度の材料をζよや接合を
行なうことができる。本発明では、母材硬質焼結合金と
支持体が凹凸を有した形状の組合せであるため、非常に
高いせん断強度を有する。特にダイヤモンド焼結体をド
リルビット用として用いた場合、接合部には商いせん断
応力が作用してロー付けでは剥離するという問題を生じ
るが、本発明品はせん断力が著しく高いため信頼性も高
い。

またＩＣ電子ビームるいはレーザーでインサート金属を
溶融させて接合する場合、溶融した部分は収縮するため
、インサート金属が中央部まで全域を；わたって溶融し
ないと、硬質焼結合金母材ヤダイヤモンド焼結体が凸状
になり、これらに亀裂が発生する場合がある。一方イン
サート金属を全域にわたって溶融させるため電子ビーム
やレーザーのエネルギーを上昇させると中心部の温度が
上昇しすぎ、硬質焼結合金が分解してボラ−を生じ、強
度が低下する。本発明品はリング状を有したインサート
金属のみを溶融させれば良いので、電子ビームヤレーザ
ーのエネルギーを低（してインサート金属のみを溶融さ
せることができ、上記の問題は生じない。さらに、本発
明品は凸部と四部を有するためダイヤモンド焼結体と支
持体の位置決めも用意である。

ダイヤモンド焼結体の母材（第１％２図の２）はＷＣｔ
　Ｔｉｃｓ　ＴｎＣ＋　ＭｏＣ等の周期律表の第４ａ＊
　５ａｅ　Ｏａ族の炭化物、炭窒化物、窒化物等を鉄族
金属で結合した硬質焼結合金が用いられる。好適な例は
ＷＣ又はＭｏＣをＣｏ又はＮ１で結合した焼結合金であ
る。

冑例えばＷＣ−Ｃｏ　合金の液相出現温度は約１３２０
℃である。

本発明で使用する支持体（第２図の５）は母材（＃Ｓ２
図の２）と門様の硬質焼結合金又は鋼である。鋼として
は高速度鋼、工具鋼、機械構造用、強靭鋼が適している
。支持体全体を接合時に加熱する必要がないため、焼入
れ硬化した材料を軟化させることなく使用することがで
きる。母材部と支持体を接合するインサート金属、合金
としては鉄族金属又はこれ等を主成分とする合金が適し
ている。更に溶解させる金属、合金と接合すべき材料の
熱膨張係数が略等しいと、接合部に残留応力が生じない
ため好都合である。本発明で用いる母材（第２図の２）
は前記した硬質焼結合金であり、これ等の熱膨張係数は
その鉄族金属結合相のＭＫより変化するがほぼ４〜８Ｘ
ｌＧ−＠／’１Ｇの範囲に、ｌ、通常の鋼や銅のｌ／ｇ
以下の値である。従ってインサート金属としては熱膨張
係数がｔｇｘｔｏ″′″６／℃以下、好ましくは１０　
Ｘ　Ｉ　０−８７”Ｃ以下の値をａするものを用いた方
が良い。このような材料としてはインバー又はニリンパ
ー又は不変鋼と称されるｐｅ−Ｎｉ＊　Ｆｅ−Ｎ１−Ｃ
ｒｅ　Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒ　　系の合金がある。支持体（
第ｇｇの５）が鋼の場合＃ζは硬質焼結合金製の母材（
第ｇｗＪｏｇ）と支持体の熱膨張係数との中間の値を有
する材料を選択すれば良い。

本発明の複合焼結体をＦＩＪルビット刃先として使用す
るに当っては、第８図に示す如くビットクラウンの部分
に凹所を設け、これに支持体部（第２図の５）を圧入又
は焼ばめして信置にｒｖｔ定することができる。又体積
の大きな支持体部を（り用して通常のロウ付けによって
ダイヤモンド焼結体部に加熱による劣化を生じさせるこ
とな（固定する゛とも可能となる。更ｔ；鋼製のビット
ボディ７そのものを支持体として用い、これに直接溶接
接合することも可能である。

以下、実施例により詳細に説明する。

実施例１゜ 超高圧、高温下で焼結して得られた第１図の如き焼結体
を準備した。直径は１Ｑａｘダイヤモンド焼結体部ｌは
体積で約９０％のダイヤモンド粒子をＣｏ　　を結合材
として超高圧、高温下で焼結したもので厚みは０．５Ｂ
である。母材２は厚さ８＃ｕｌＬのＷＣ−６９＃りＣｏ
の超硬合金で、この母材とダイヤモンド焼結体は厚さ４
０１１の中間接合層を介して焼結と同時に接合されてい
る。中間接合層はＣＢＮを体積で６０９６とＴｉＮ−１
０重量９６Ａｌ　　の焼結体で形成されている。この複
合ダイヤモンド焼結体の超硬合余部を第２図１）の如く
、外径８ＫＷＬ、高さ１ｓｕａの凸部を有するものに加
工した。次に外径１１Ｂ。

内径８０５ＲＩＬ、厚さ０．８　ＩｌｌのＮｉ板と、内
径１０５銀、深さｌＢの四部を有する超硬合金を用意し
、第２図（イ）の如く組み合わせた。これを真空チャン
バー内に装入し、加速電圧１５０ＫＶ、ビーム電流５Ｆ
ＩＩＡ。

ビーム径０．８頚で試料を回転させながら８秒で電子ビ
ーム溶接を行った。溶接後の試料を観察しｋところダイ
ヤモンド焼結体ヤ超硬合金には亀裂が発生せず、強固＃
；溶接されていた。、ｔ′ｉＳ較のためＪＩＳ　ＢＡｇ
−１相当の銀ローを用いて同じ焼結体と支持体をロー付
けした試料（１）及び、厚さ０．ＢａｍのＮｉ板を用い
、ダイヤモンド焼結体母材及び支持体超硬合金共平坦な
端面を電子ビーム溶接した試料（２）を作成し、常温及
び８５０℃でのせん断強度を測定した。その結果本発明
のものは常温及び８５０℃でも１００Ｋｆ／＃ＬＡ”で
破断しなかったのに対し、試料（１）はそれぞれ２０Ｋ
ｐ／ｕｌＬ”と１２ＫＦ／ｕＬ嘗試料（２）は６０ｋｙ
／Ｊｕｌ”と５０Ｋｆ／ａｘ愈であった。

実施例＆ 実施■ｌで用いたものと同じ第１図の如き構造を有する
複合ダイヤモンド焼結体と銅支持体を第８図（ロ）の如
（加工し、Ｆｅ−Ｎｉの厚さａ、５１ＵＬのインサート
を用いて電子ビーム溶接した。次にこの銅の支持体をＳ
ＣＭ鋼で製作されたビットボディに圧入し、４枚歯より
なるコアビットを作成した。

このコアビットで一軸圧縮強度１７００　Ｋ１１７ｃｍ
Ｍの安山岩を掘進速度２０α／分で掘進したが、刃先が
脱落することもなくｓｏｍ掘進が可能であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる複合ダイヤモンド焼結体の４．
°ｉ造を示す斜視図、第２図（イ）（ロ）は何れも本発
明の（１合焼結体工具及６その製法を示す説明図である
。第８図は本発明の応用であるドリルビットの例であり
、（イ）が上面図、（ロ）が正面図である。 ｌ↓ダイートモンド焼結体、２；母材部、８；中間層、
４；インサート金属、５；支持体、６；高エネルギービ
ーム、７；ビットボディ、　　８　ｉ　？’（合焼結体
。 （イ） 手　続　補　正　書（方式） 昭和５７年ｌＯ月／ダ日 特許庁１’４官若杉和夫　　殿 ■、小事件表示 昭和５７年特許願　第１０９１７１　　号２、発明の名
称 復音焼結体１゛具お・よびその製造方法３、補正をする
者 事件との関係　　　特Ｋ〔出願人 住所　　　　大阪市東区北浜５丁目１５番地名称（２１
３）住友電気工業株式会社 社長　用上哲部 ４・１代理人 住　所　　　　　大阪市此花区島屋１丁目１番３号住友
電気工業株式会社内 ５、補正命令の日付 昭和５７年９月２８日 ７、行１１１「の内容 Ｗ図面第２図を別紙の通り打面する。 芳２ト （イ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ダイヤモンドを体積で５０９６以上含有するダイ
   ヤモンド焼結体部と、これ壷で超高圧、高温下での焼結
   時に直接、または、厚さ０．５Ｂ以下の中間層を介在し
   て結合された硬質焼結合金製の母材部からなる複合焼結
   体が該母材部よし大きな体積を有する支持体−ζ接合さ
   れた複合焼結体工具においで、該支持体が硬質焼結合金
   または網であり、母材硬質焼結合金または支持体のどち
   らか一方が凸部を有し、他方が四部を有し、双方を厚さ
   ８Ｂ以下の高強度の金属又は合金層を介して溶接接合さ
   れてなることを特徴とする複合焼結体。 （３）高強度の金属又は合金層の融点が硬質焼結合金の
   液相出現温度より高い特許請求の範囲第（１）項記載の
   複合焼結体工具。 （３）特許請求の範囲第（１）または第（２）項記載の
   複合焼結体工具において、母材部及び支持体の接合層が
   鉄族金属又はこれを主成分とする合金であることを特徴
   とする複合焼結体工具。 （４）ダイヤモンドを体積で５０９６以上含有するダイ
   ヤモンド焼結体部と、これを超高圧、高温下での焼結時
   に直接、または、厚さを０．５１Ｊｌ以下の中間層を介
   在して結合された硬質焼結合金製の母材部上りなる複合
   焼結体の硬質焼結合金母材部端面を門もしくは凸形状に
   加工し、この母材部端面とこの母材より大きな体積で端
   面形状が凸または凹形状である硬質焼結合金まｋは鋼よ
   り成る支持体との間にリング状の高強度の金属又は合金
   の、厚さ８餞以下の板をはさみ、この板を高エネルギー
   ビームによって該硬質焼結合金の液相出現温度以上の温
   度に加熱溶融させ、ダイヤモンド焼結体部及び硬質焼結
   合金が実質的に劣化しない状態で該母材と支持体を溶接
   接合させることを特徴とする複合焼結体工具の製造方法
   。 （５）特許請求の範囲第（４）項において、高エネルギ
   ービームが電子ビームまたはレーザービームであること
   を特徴とする複合焼結体工具の製造方法。