JPS60210382A - 複合焼結体工具の製造方法 - 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】 （イ）技杯ｉ分野 この弁明は特に耐摩耗１−１に１くれた複含焼ｆｑ’；
　（Ａ１具おＪ：びその製造方法に関づ−るものである
。

（ロ）技術前■ 微細なダイＡ１セン１粒子を鉄族金属等の結合ｌを用い
Ｃ超高圧、高温下で焼結して冑られるタイＡｌセンド焼
結体は、切削■貝Ａ９伸線ダイス、まｔｃはドリルピッ
１〜の刃先材として、従来の超硬合金に比較して格段に
り−ぐれた耐１？耗性を有することから新しい工具材と
して注目されＣいる。

このダイＡ７モンド焼結体は二り具材として１ぐれた特
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、焼結体の人ぎさ、形状におい（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Δで示したような円板状の複合焼結体
とし、図中１がダイＡ７モンド焼結体部、２はこれをリ
ポート４る超硬合金製の１ｕ８部て゛ある。３は例えば
特願昭５４−１２９１２７号に１．ｄ載されているよう
な中間接合層である。この複合焼結イホを円板のままま
たは、適宜切断して例えば切削工具の場合は鋼製のパイ
（〜、シャンクにロウ（＝１すしてバイ１−を製作する
。このようなロウ付り加１１１，５にダイ＼フモンド焼
結体部が約７００℃以上に一定時間以−ヒ加熱されると
特性の劣化が１′しることが判明しＣいる。

このため通１）ｉ°低融点の銀ロウ材等を用いてロウ付
ｔノしＣ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Ｌｌつ材を用いた１」ライＮ］すＣも
］［具に加わる切削応力が比較的小さい使用条イ１１下
では問題はない。

ところが岩石を掘削りるドリルビットにこの焼結体を！
、５川りる場合ｔよ、この方法では不充分であることが
判明した。

ドリルピッ１〜では第１図に示したような複合焼結体へ
を第６図（イ）および（ロ）に承り如く多数ピッ１〜ク
ラウン【こｊｌ！め込んで刃先とし−（使用りる。口の
、にうな例は、米国特許第４０９８３６２号に開示され
ている。

第１図のごとき複合焼結体を融点７００℃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りる場合はあまり問題はないが、火
成岩等の中、硬質右を掘削Ｊると、Ｌｌつ（１ｉ〕部Ｊ
、り刃先焼結体が１１；２落したり、またはＤライ１り
部が動くといった問題が生じた。低融点ロウ口として一
般的に用いられる銀ロウ（例えばＪＩＳ規格ＢＡｑ−１
）は空温での剪「６１強度が高々２０にツー程）哀Ｃ高
濡になるど、署しく強度が似下りる。ドリルピッ（・で
゛は先づ゛刃先に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。

さらに泥水等の掘削液体を使用し−Ｃ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、ピッ（〜
自体の温痘も高温１こなる。

また地層によっては泥水が使用できない場合も生じる。

（ハ）発明の開示 以上のことから、特にダイＶモンド焼結体を１−リルビ
ツ１−に応用する際には、第１図の如き焼結体のビット
クラウンへの固定ｆ５法が非常にｔｐ要てある。

この発明は上記の目的に対し、挿々検同を行った結果、
得られたものである。

以下、この発明の詳細な説明する。

第２図はこの発明の複合焼結体工具の製法の説明図であ
るが、図中の１はダイ髪７モンド焼結体部、２は超硬合
金製母材部、３は中間接合層であって、第１図と同様で
ある。

超高圧、畠温下で焼結したこれらの複合焼結体Ａをさら
に体積が大ぎいｖＪ！賀合金製の支持体５に接合するに
当って、図の如く母材部２ど支持（４１５の間に接合部
材４どして高強度の金属または合金の板を挾み、複合焼
結体または支持体あるいは双／ｊを高速回転さける。こ
の時複合焼結体の母材部と高強度金属または合金あるい
は高強度金属または合金と支持体の間で摩擦熱が生じ、
高強度金属または合金が軟化して流動するため、複合焼
結体と支持体の接合部全体にわたって均一に接合させる
ことが可能である。

ま／ｊ　、複合焼結体を高温高圧下で製造する時、第３
図のように硬質焼結合金母材部２の端面に、高強度の金
属または合金を接合部材４として接合さＵておき、この
複合焼結体の１０材部２と予め高強喰金属または合金を
接合部材４′として接合した硬質合金支持体５を第４図
に示１ように、摩擦溶接することもできる。なお第４図
における７は複合焼結体固定用治具を示し、８は支持体
固定用治具を示す。

この場合、複合焼結体母材部に接合する高強度金属また
は合金と、支持体に接合づる高強度金属または合金を同
一のものとす゛れば、非富によく接合する。

さらに複合焼結体母材部もしくは硬質焼結合金支持体の
どちらか一方に高強度金属または合金を接合しておき、
硬￥′ｉ焼結合金と高強度金属または合金との摩擦溶接
も可能である。

摩擦溶接では摩擦部近傍のみが高温となる／ｊめ、焼結
ダイヤモンドが劣化り−ることはなく、焼結ダイＡ７モ
ンドブランクを接合する有効な手段であることがわかっ
た。しかし、複合焼結体の厚さが薄い場合１．Ｌ、摩擦
熱の伝達により焼結ダイヤモンドの湿度上昇が生じるが
、この場合は焼結ダイＶモンド部を銅等のピー１−シン
クで冷却して摩擦溶接を↑ｊえは、焼結ダイヤモンドの
劣化が生じることなく接合することができる。

ダイヤモンド焼結体の母材部（第１．２図の２）は、Ｗ
　Ｃ、Ｔｉ　Ｃ、Ｔａ　Ｃ、Ｐｂ　Ｃなどの周期律表の
第４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、炭窒化物、窒化物等を
鉄族金属Ｃ結合した硬質焼結合金が用いられる。

好適な例は、ＷＣま１＝はＸＣまたは（１％、Ｗ）Ｃを
もまたはＮ１で結合した焼結台金Ｃある。

なお、例えばＷＣ−Ｃｏ合金の液相出現温度は約１３２
０℃である。

この発明で使用りる支持体（例えば第２図の５）は母材
部（例えば第１図の２）と同様の硬質焼結合金である。

母材部と支持体を接合する接合部材としての金属、合金
としては、鉄族金属またはこれらを主成分とＪる合金が
適している。なかでもらまたはＮＬｔま接合づべき硬質
焼結合金の結合相として使用されており、接合時に接合
強度を低下せしめるような冶金学的な欠陥を生じ難い点
で好ましい。

特に接合部材としてＮもまたはＮＬ金合金用いた場合は
、接合時に′４１ｊ！質焼結合金中の例えばＷ　Ｃや（
−１Ｗ）Ｃ等の炭化物が分解して接合部材の金属と反応
して有害な複合炭化物相が析出Ｊるようなことが少なく
、極めて高強度の接合が可能である。

接合部材としての高強度金属接合層の厚さは１ｍｍ以下
が好ましい、、これは厚さが１　ｍｍをこえると、高強
度金属接合層のＴＩ４摩耗性が劣っ“Ｃ好ましくないた
めである。

この発明の複合焼結体Ａをドリルビット刃先として使用
するに当っては、第６図（イ）および（ロ）に示すよう
に、ピットクラウンの部分に凹所１１を設り、これに支
持体部１２を圧入または焼きばめして強固に固定するこ
とができる。また体積の大きな支持体部を利用して通常
の０つ付けによつ゛（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く固定することも可能である
。

なお１０はヒツトボディである。

以上主としてドリルビットへの応用を中心に述べたが、
他の用途、例えば切削工具、穴あけ工具、砥石のドレン
１ノーや耐摩用途に対しＣも刃先部の焼結体と工具支持
部の接合面積が比較的に小さく、接合強度が通常のロウ
イリけで不足覆る場合には極め又有用である。

以下、実施例によりこの発明を詳細に説明づる。

実施例゛１ 超高圧、高温下で焼結して得られｌ〔第３図に示すよう
な複合焼結体を準備した。この複合焼結体は直径は１３
ｍｍ、ダイヤモンド焼結体部１は体積で約９１％のダイ
ヤモンド粒子を６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　、７　ｍｍである。

母材部２は厚さ２．９　ｍｍのく出、Ｗ）Ｃ−ＮＬ−Ｃ
。

合金であり、この底面に厚さ０．２ｍｍのＮＬ板を接合
部材４としてダイ１７七ンド焼結体製造時に同時に接合
したものである。

次に直径１４ｍｍで長さ１０　ｍｍのｗｃ−ｃｏの端面
に１ｍｍのＮ、板を接合部材４′として接合した支持体
５を用意し、第４図に承り如く支持体５を３　（ｌ　Ｏ
Ｏ回転／分で回転させながら複合焼結体恩祠部端面に圧
力１ｏｏｏｋｌぐ２秒間接触させて接合部を加熱した。

その後圧力を２５００に９にしてＮしを流動さｉ！ｌこ
のち、回転を止めて冷却した。

試料を摩擦溶接機Ｊ：り取りはずして接合部を観察した
とごろ、厚さ０．１ｍｍ　１７）　ＮＬ層を介して複合
焼結体は全面にわたって支持体に接合されηいた。

次にこの接合部の剪断強度を測定した。比較のためＪＩ
Ｓ　ＢＡＧ−１相当の銀ロウを用い（−同様の焼結体と
支持体をロウ付ｃ）した試料も作成し、剪断強度を測定
した。

その結東、この発明のものは常温で８Ｕｋｇ！、４００
℃でも７０１４の値を示したのに対し、比較月はそれぞ
れ２０ｋｉＪ、１０ｈＪの値であった。

また焼結ダイヤモンドの劣化は認められなかつＩこ　１
゜ 実施例２ 超高圧、高温下で焼結して得られた第１図のような複合
焼結体を準備した。この複合焼結体は直径は１３　ｍｍ
、ダイヤモンド焼結体部１は体積で約９０％のダイヤモ
ンド粒子をωを結合部材として超高圧、高温下で焼結し
たもので厚みは０　、５　ｍｍである。

母材部２は厚さ３　ｍｍのＷＣ−６％らの超硬合金で、
この母材部とダイヤモンド焼結体部は厚さ３０μの中間
接合層３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６０％とＴｊＮ−１０重量％Ｎ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Ａを接合面に１　ｍｍのＮ
ｊ　−Ｃｒ合金を接合部材４′として張り合わせたｗｃ
−Ｃｏ超硬合金支持体６に接触さけ、圧力１１００―、
２５００回転で超硬合金支持体を回転さμながら１．５
秒間加熱したのち、圧力を３０００　ｋ、にしてＮｊ−
Ｃｒを流動さゼ、回転を止め冷却した。

この複合焼結体工具をＳＣＭ鋼で製作されたピッ１へボ
ディへ仕入し、３枚歯よりなる直径６０　ｎｕｎの」ア
ビツ１〜を作成した。

比較のｌこめ市販のヒツト用ダイヤモンド焼結体を超硬
合金にロウ（＝Ｉりした複合ダイヤモンド焼結体を同様
にし−ＵＳＣＭ製のビットボディに圧入したコアヒツト
も作成した。

これらのコアピッ１〜で一軸圧縮応力１８００　ｋｇ　
４の花崗岩を６０ｍｍ／分の速匪で３　Ｏｎ＋　Ｉｉｌ
！　ｌ’ｉ’ｌ　シ／Ｓどｃろ、この発明のビン１〜は
刃先の脱落゛ｂなく、さらに］ｋ１削可能であった。

一方市販の複合ダイ１７モンド焼結体を用いたビットは
３ケのダイヤモンド焼結体が「１つｆ」り部より剥離し
た。

実施例３ 直径１４　ｍｍのＷＣ−Ｃｏ合金母材部に直接接合さプ
た厚さ３　、６　ｍｍのダイヤモンド焼結体ブランクを
用意した。ダイ１７−Ｅンド焼結体は９０容量％のダイ
ヤモン１粒子を含有しており、厚さｌよ０　、６　ｍｍ
である。

接合部材金属による接合強度を調査りるため厚さ０．８
ｍｍのＮ１、Ｃｏ　、　Ｆｅ板を用意した。

この複合焼結ダイＸ７モンドと直径１５ｍｍ、長さ５ｍ
ｍのＷＣ−Ｃｏ超硬合金の間に、これらの板を押入して
溶融させ、ＷＣ−Ｃｏ超硬合金を２０００回中ム／分で
回転させながら、圧力ｉｅｏｏｋｇｔ’加圧して３秒間
金属板を加熱した接、圧力を３００（１ｋｇにして金屈
板を流動さＵ、回転を止めて冷ＩＪ　Ｌ、た。

これらの常温での剪断強度を測定したところ、ＮＬを接
合材として用いたものは、８８−４．６を用いたものは
８０ｋｇ４、Ｆｅを用いたものは５０１台であった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は、この発明で用いる複合ダイレモ
ンド焼結体の構造を示す斜視図、第２図および第４図は
この発明の複合焼結体」−貝の製法を説明づる説明図、
第５図はこの発明で使用する支持体の１例を示づ斜視図
、第６図はこの発明の応用であるドリルビットの説明図
であって、（イ）がｊ１１図、（【」）が上面図である
。 １・・・ダイＶモンド焼結体部　２・・・母材部３・・
・中間接合層　４．４′・・・接合部材５・・・支持体
　６・・・支持体 ７・・・複合焼結体固定用治具 ８・・・支持体固定用冶具　１０・・・ビットボディ１
１・・・凹所　１２・・・支持体部 Ａ・・・複合焼結体 淫・２図 含１ｉＣイ　；′ジノ１ 第５図 第６　図（イ） 第ｅ　ＦＡ　（ｏ） 千−多売判ＩＮ−ｒ−：ｉＱ　＜自発）昭和５９年１２
月４日 特許庁長官　７１２ 昭和５９年特５′１願第６６１２５号 ２、発明の名称 複合焼結体工具ａ３よびその製造方法 ３．７１１１正をする者 事件どの関係　持着出願人 住　所　大阪市東区北浜５丁目１５番地名　称　（２１
３）住友電気−「業株式会社４、代理人 １１　所　大阪市大淀区中津１丁目１８番１８号、明細
書の「特Ｂｒ１請求の範囲」の欄および１発明の詳細な
説明」の欄 ６、補正の内容 別紙の通り 補正の内容 １、特ｉ’ｌ　請求の範囲を別紙の通り１，１　ｉｔ−
シま１゜２、明細書第９頁３行１］ １銅等の」を［銅、超硬含金着の１どｉｉｌ　＋ｌ−Ｌ
　：ｔｌ。 特’ｇｒ（請求の範囲 （１）　タイ＼７七ンドゝを５０体体積以上含イＪりる
ダイ１フしンド焼結体部と、これを超高圧畠渇下での焼
結１１．ｌＪに直接または厚さ０．５　ｍｍ以１・の中
間接合層を介しで結合された硬質合金製のは材部よりな
る複合焼結体の硬質合金製の母材部を工硬質合金製の支
持体に、厚′ｃ５１ｎＩｌｌ＋以下の高強度の金属ま１
＝は合金を介して摩擦溶接されたことを特徴とＪる複合
焼結体工具。 （２）硬質合金がＷＣあるいはく出、Ｗ）Ｃを一１′成
分とり−る焼結合金であることを特徴とする特Ｉ１品求
の範囲第１　Ｊｆｉ記載の複合焼結体上Ｖ１゜（３）　
高強度金属または合金がＮ５、もまたはこれらの合金で
あることを特徴とするＲ　ｆｌ請求の範囲第１項記載の
複合焼結体工具。 （４）　ダイヤモンドを５０体槓％以上含右′するダイ
Ａ”Ｅンド焼結体部と、これを超高圧高温１；での焼結
時に直接または１９さ　く）、５ｍ１０以下の中間接合
層を介しく結合されたゆ質合金製の母材部よりなる複合
焼結体を、この複合焼結体のｖｌ材部端面ζ」賀焼結合
金の支持体端面との間に高強匪のａＮ；まＩ、＝は合金
の板をはきＪノ、複合焼結体または支１．１体あるいは
双方を高速回転させて加月′し、ｎ強１良の金属または
合金と摩擦させで加熱し、８強１αの金屈まＩ〔は合金
を流動さＵて、支持体および複合焼結体の母材を厖１さ
せることを特徴と１６複合焼結体工具の製造方法。 （５）硬質焼結合金がＷＣあるいは（Ｍｏ、Ｗ＞にを主
成分とする焼結合金Ｃあることを特徴とりるＱ！Ｉ　ｉ
ｉ’ｌ茄求の範囲第４項記載の複合焼結体［貝の製造り
法。 １〔ｉｌ　＋’＝’、：＋強麿金屈または合金属ＮＬ、
Ｃｏまたはこれらの合金であることを特徴とする特許請
求の範囲第４１「１記載の複合焼結体Ｊ−具の製造方法
っ（７１グイ翫７モンドを５０体積％以上含有するりぞ
Ｉ７ＦンＦ　ｕ’を結体部と、コｉｔ　ヲ１８　ａ％　
Ｌｌ′ｉ＋Ｉ％　：：ｉＡ　”Ｆ　’ｊ”　０）焼結１
１４に直接まｌＪは厚さ０　、５　ｎｕｎ以下の中間層
をｆＦ　ｔ。 て結合された硬質合金製のＲ１ＩＪ部Ｊ、りなる複合カ
１１結体の硬質合金端面または／′およ更丸質焼ｔ１１
□合金の支持体端面に高強度の金属または合金を接合し
（（１３き、複合焼結体または支持体（９るいは双方を
ｉ′８１速回転さｔＩＣ加圧し、高強度の金属または合
金同志あるいは簡強酸の金属五Ｉごは合金と硬質焼結合
金を摩擦さけて加熱し、高融点金属を流動させ（、複合
焼結体の母材と支持体を」さ［！ることを特徴どりる複
合焼結１木Ｔｖ１の製造方法。 （８）硬質焼結合金がＷＣあるいは（＋も、Ｗ）Ｃを主
成分どづる焼結合金であることを特徴とする特Ｋ［請求
の範囲第７項記載の複合焼結体工具の製造　方　ン人　
。 （９）　高強度金属または合金がＮｉ、ωまＩこはこれ
らの合金で必ることを特徴とする特Ｙ１請求の範囲り１
７３０記載の複合焼結体Ｌ［具の製造り法。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンドを５０体積％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０　、５　ｍｍ以下の中間接合層を介して結
   合された硬質合金製の母材部よりなる複合焼結体の硬質
   合金製のｍ材部を、このｍ材部より大きな体積を有する
   硬質合金製の支持体に、厚さ１　ｍｍ以下の高強度の金
   属または合金を介して摩擦溶接されたことを特徴とダる
   複合焼結体工具。
2. （２）硬質合金がＷＣあるいは（比、Ｗ＞　Ｃを主成分
   とする焼結合金であることを特徴とする特Ｗｌ′請求の
   範囲第１項記載の複合焼結体工具。
3. （３）高強度金属または合金がＮＬ、Ｃｏまたはこれら
   の合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の複合焼結体工具。
4. （４）ダイヤモンドを５０体積％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０　、５　ｍｍ以下の中間接合層を介して結
   合されたＶｉｌＩ！賀合金製のｍ材部よりなる複合焼結
   体を、この複合焼結体の母材部端面とこの母材部Ｊ、り
   大きな体積を右りる硬質焼結合金の支持体端面との間に
   高強度の金属または合金の板をはさみ、複合焼結体また
   は支持体あるいは双方を高速回転させて、高強度の金属
   または合金と摩擦させて加熱し、高強度の金属または合
   金を流動させて、支持体おＪ：び複合焼結体の母材を接
   合させることをＶｉ黴どする複合焼結体工具の製造方法
   。
5. （５）　硬質焼結合金がＷ　Ｃあるいは（Ｍｏ、　ｗ＞
   　Ｃを主成分とり゛る焼結合金であることを特徴とする
   特８１請求の範囲第４項記載の複合焼結体工具の製造方
   法。
6. （６）高強度金属または合金がＮＬ、ωまたはこれ　−
   らの合金であることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載の複合焼結体工具の製造方法。
7. （７）　ダイヤモンドを５０体積％以上含有するダイヤ
   モンド焼結体δ１（と、これを超高圧高温下での焼結時
   に直接または厚さ０　、５　ｍｍ以下の中間層を介して
   結合されたＶｊ！質合金製の母祠部よりなる複合焼結体
   の硬質含金端面または／およびこの母祠部より大きな体
   積を有する硬質焼結合金の支持体端面に高強度の金属ま
   たは合金を接合しておき、複合焼結体または支持体ある
   いは双方を高速回転させて高強度の金属または合金同志
   あるいは高強度の金属または合金と硬質焼結合金を摩擦
   させて加熱し、高融点金属を流動さＵ（、複合焼結体の
   母材と支持体を接合さけることを特徴とする複合焼結体
   二［具の製造方法。
8. （８）硬質焼結合金がＷＣあるいは＜Ｍｏ、　Ｗ）　Ｃ
   を主成分とする焼結合金であることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載の複合焼結体工具の製造方法。
9. （９）高強度金属または合金がＮ１、あまたはこれらの
   合金であることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の複合焼結体工具の製造方法。