JP4344616B2 - 工具挿入体 - Google Patents

Description

本発明は工具挿入体（ツール・インサート）に関するものである。

研磨材成形体は、硬質の密着した部材となるように結合された、一般に超硬研磨粒子である研磨粒子の多結晶部材である。一般にこのような成形体は、基材、典型的には炭化物結合体の基材に結合される。ダイヤモンドの研磨材成形体はＰＣＤとして知られており、また立方晶窒化ほう素の研磨材成形体はＰＣＢＮとして知られている。

米国特許第４８０７４０２号は、上面および下両にそれぞれ研磨材成形体層の結合された炭化物結合体のような支持部を含む部材を記載している。

ＥＰ０７１４７１９号は炭化物結合体、鉄金属または高融点金属である中央または中間の層に結合された第一および第二の研磨材成形体層を含む工具挿入体を記載している。この工具構成材は研磨材成形体の突出部および側面部を提供し、突出部および側面部は工具挿入体の切削点および切削端を形成する。このような工具挿入体は、例えば米国特許第４８０７４０２号に記載の部材から放電加工によって切出すことができる。

米国特許第５６７６４９６号は、炭化物基材と、その基材の端面に結合されて基材の一方の側面から他方の側面まで延在するＰＣＤやＰＣＢＮのような超硬研磨材の少なくとも一つの本体とを含む金属切削挿入体を記載している。複数の超硬本体は基材のそれぞれの隅部に配置される。同様の挿入体を形成する方法は米国特許第５５９８６２１号および同第５８１３１０５号に開示されている。

従来技術に記載されている複数の隅部を有する焼結された挿入体を直接形成する方法の主な欠点は、１回の高圧高温サイクルで少数の切断用工具挿入体しか製造されないという規模に関する欠点である。

本発明によれば、超研磨材の端部領域を結合された中央金属部分を含み、その超研磨材の端部領域が工具挿入体の切削端または切削点を形成している工具挿入体の製造方法は、（ｉ）反対両側にそれぞれ主面を有する本体であって、各主面が、金属領域によって隔てられた超研磨材の帯部（ストリップ）を有し、一方の主面の各超研磨材帯部が反対側の主面の超研磨材帯部と整合しているか、または各超研磨材帯部が一方の主面から反対側の主面まで延在している本体を準備する段階と、（ｉｉ）工具挿入体を製造するために各超研磨材帯部において交差する少なくとも二組の平面に沿って、一方の主面から反対側の主面まで本体を切断する段階とを含む。

本体の切断は、超研磨材帯部を露出させて工具挿入体に切削チップまたは切削端を形成するような方法で遂行される。例えば、本体の切断は、少なくとも二つの帯部を通って交差する少なくとも二つの線に沿って、または、少なくとも二つの隣接する帯部を基本的に長手方向に通る線に沿って遂行される。

金属領域は、炭化物結合体、鉄金属および高融点金属のような硬質金属で形成される。この金属領域は炭化物結合体であることが好ましい。

超研磨材は、研磨材成形体、好ましくはＰＣＤまたはＰＣＢＮ、最も好ましくはＰＣＢＮとされる。

本体は円板形状を有することが好ましい。円板は、好ましくは約５５ｍｍ〜約１２５ｍｍ、より好ましくは約８０ｍｍ〜約１００ｍｍの直径を有し、また好ましくは約１．６ｍｍ〜約３０ｍｍ、より好ましくは約２ｍｍ〜約１０ｍｍの厚さを有する。

切断は既知の方法、例えばレーザー切断または放電機械加工により行うことができる。

本発明の他の観点によれば、反対両側に主面を有する中央金属部分と、各々の主面に結合されるか、一方の主面から反対側の主面まで延在する少なくとも一つの超研磨材帯部とを含み、各々の超研磨材帯部によって切削チップまたは切削端の形成されている多面体の工具挿入体が提供される。多面体の工具挿入体は星形であることが好ましい。

本発明のさらに他の観点によれば、反対両側に主面を有する中央金属部分であって、それぞれの主面から延在する中央***領域およびその***領域の周囲に位置する後退領域を含む中央金属部分と、それぞれの後退領域において各々の主面に結合された帯形状の超研磨材薄層とを含み、各々の超研磨材帯部により切削チップまたは切削端の形成される工具挿入体が提供される。

本発明の一実施例を添付図面の図１を参照して説明する。最初に図１ａを参照すると、円形の円板形状をした本体１０が炭化物結合体の領域１２と超研磨材、この例では研磨材成形体の帯部１４とを交互に含む。

炭化物結合体領域１２および研磨材成形体帯部１４は高圧／高温の焼結段階時に互いに結合される。本体１０は反対両側にそれぞれ主面１６，１８を有する。

本体１０は研磨材成形体帯部１４を横断する、間隔を隔てた線２０に沿って切断される。本体はまた、各々の研磨材成形体帯部１４を長手方向に通る線２２に沿って切断される。切断は、一方の主面１６から他方の主面１８まで本体を貫通して行われる。製造された製品すなわち工具挿入体が図１ｃに示されている。この挿入体は炭化物結合体の中央部分２４を有し、その中央部分に研磨材成形体の長手方向の端部帯部２６が結合される。この端部帯部２６は一方の主面１６から他方の主面１８まで連続して延在する。工具に工具挿入体を取付けるために、穴２８が中央部分２４を貫通して形成される。研磨材成形体帯部２６の縁部３０および隅部３２は工具挿入体に切削端または切削点を形成する。

本体１０は、例えばタングステン炭化物のような炭化物結合体領域１２と、有機結合剤のような結合剤で密着状態となるように結合された例えばＰＣＢＮの帯部１４とを製造するために必要な特別形状の構成材を準備することにより作られる。本体はまた、硬質金属の予備焼結された帯材を使用して組み立てることもできる。生すなわち未焼結状態の本体はそれらの領域部分および帯材をカプセル内に適当に位置決めすることにより形成される。カプセルは通常の高温／高圧装置の反応ゾーンに置かれる。未焼結状態の本体に適当な高温および圧力の状態、例えば帯部内に存在する研磨材に結晶学的に安定な状態を与えることにより、図１ａおよび図１ｂに示されるような焼結された硬質の結合本体が製造される。

図２〜図４の実施例は図１の実施例と似ており、同様部分は同様符号を付されている。これらの実施例では、三角形の挿入体（図２ｃ）、９０゜未満の刃先角の四つの切削チップを有する多面体の工具挿入体（図３ｃ）、および菱形の挿入体（図４ｃ）のそれぞれを製造するために異なる切断線パターン形状が示されている。再度記載するが、端部帯部２６、またはその部分は一方の主面１６から他方の主面１８まで連続して延在する。

本発明の他の実施例を図５を参照して説明する。最初に図５ａを参照すると、炭化物結合体の本体５０は、反対両側に平坦な主面５２，５４を有する円板形状である。各々の平坦な主面には一連の平行な間隔を隔てた溝５６が形成されている。各々の溝５６には、超研磨材の帯部、この例では炭化物結合体本体に結合された研磨材成形体が配置される。

工具挿入体は、研磨材成形体を充填された溝５６を横切る、間隔を隔てた線５８に沿って、一方の主面５２から他方の主面５４まで本体５０をまず切断することにより製造される。その後、本体は、それぞれの溝５６の長手方向に通る線６０に沿って横断方向に切断される。再度記載するが、この切断は、一方の主面５２から反対側の主面５４まで行われる。

製造された製品または工具挿入体を図５ｃに示す。この挿入体は、矩形または四角形であり、研磨部材の帯部６４の接着された炭化物結合体の中央部分６２を有する。帯部６４は工具挿入体の反対両側の頂部縁部および底部縁部に沿って備えられる。各側の帯部は領域６６にて炭化物結合体により分離されている。帯部６４により、それぞれ切削端６８および切削点７０が形成される。中央炭化物結合体領域６２には工具に工具挿入体を取付けるための穴７２が貫通して形成される。

本体５０は、例えばタングステン炭化物のような円板形状の炭化物結合体本体を準備し、その二つの主面に溝５６を切削することにより作られる。特別な形状では、例えばＰＣＢＮのような研磨材成形体を製造するために必要な構成材が溝内に置かれる。これらの粒子は有機結合剤のような結合剤で密着状態となるように結合される。溝が充填された炭化物結合体本体は、例えば、通常の高温／高圧装置の反応ゾーンに置かれる。本体に適当な高温および圧力の状態、例えば帯部内に存在する研磨材に結晶学的に安定な状態を与えることにより、図５ａおよび図５ｂに示されるような焼結された硬質の結合本体が製造される。

図６〜図８の実施例は図５の実施例に似ており、同様部分は同じ符号を付されている。これらの実施例では、三角形の挿入体（図６ｃ）、９０゜未満の刃先角の小さい切削チップを有する多面体の工具挿入体（図７ｃ）、および菱形の挿入体（図８ｃ）のそれぞれを製造するために、他の切断線のパターン形状が示されている。再度記載するが、端部帯部６４、または各主面側の端部帯部は領域６６にて炭化物結合体により分離されている。

本発明のさらに他の実施例が図９に示されている。炭化物結合体の円板形状の本体１００が準備される。この本体１００は反対両側にそれぞれ主面１０２，１０４を有する。各々の主面には半円形の帯部１０６が形成され、その半円形帯部は平行線模様を形成する。半円形帯部１０６は超研磨材、この例では結合された研磨材成形体の薄層を有する。製造された工具挿入体は図９ｃ（斜視図）および図９ｄ（横断面図）に示されている。工具挿入体は、半円形の端部領域１１４を有する炭化物結合体の本体１１２を含み、端部領域はそれぞれ研磨材成形体の薄層１１６を備えている。縁部１１８および隅部１２０は挿入体の切削端および切削点を形成する。中央に位置する穴１２２は炭化物を貫通して形成され得る。この実施例の工具挿入体の幾何形状は使用においていわゆる「チップ・ブレーカー」を形成する。

前記の実施例で、本体の切断は、例えばレーザー切断または放電機械加工のようなこの分野で周知の方法により行うことができる。

図１ａは本発明方法で使用される本体の一実施例の斜視図であり、図１ｂは図１ａの本体の断面図であり、図１ｃは本発明方法で製造された工具挿入体の斜視図である。 図２ａは本発明方法で使用される本体の斜視図であり、図２ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。 図３ａは本発明方法で使用される他の本体の斜視図であり、図３ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。 図４ａは本発明方法で使用される他の本体の斜視図であり、図４ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。 図５ａは本発明方法で使用される他の本体の斜視図であり、図５ｂはその本体の断面側面図であり、図５ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。 図６ａは本発明方法で使用される他の本体の斜視図であり、図６ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。 図７ａは本発明方法で使用される他の本体の斜視図であり、図７ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。 図８ａは本発明方法で使用される他の本体の斜視図であり、図８ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。 図９ａは本発明方法で使用される他の本体の斜視図であり、図９ｂは他の本体の断面側面図であり、図９ｃは工具挿入体の実施例の斜視図である。

Claims (12)

1. 超研磨材の端部領域を結合された中央金属部分を含み、該超研磨材の端部領域が工具挿入体の切削端または切削点を形成している工具挿入体の製造方法において、
   （ｉ） 反対両側にそれぞれ主面を有する本体であって、各主面が、金属領域によって隔てられた超研磨材の複数の帯部を有し、一方の主面の各超研磨材帯部が反対側の主面の超研磨材帯部と整合しているか、または前記各超研磨材帯部が前記一方の主面から前記反対側の主面まで延在している本体を準備する段階と
   （ｉｉ） 工具挿入体を製造するために前記各超研磨材帯部において交差する少なくとも二組の平面に沿って、前記一方の主面から前記反対側の主面まで前記本体を切断する段階であって、前記少なくとも二組の平面のうちの少なくとも一組の平面が各々の超研磨材の帯部を長手方向に通っている切断パターンを、所望の形状をした多数の工具挿入体を製造するために前記本体を切断するために提供する段階とを含む、工具挿入体の製造方法。
2. 前記金属領域が、炭化物結合体、鉄金属および高融点金属を含む群から選ばれた硬質金属である請求項１に記載された工具挿入体の製造方法。
3. 前記超研磨材が研磨材成形体である請求項１または請求項２に記載された工具挿入体の製造方法。
4. 前記研磨材成形体がＰＣＤまたはＰＣＢＮである請求項３に記載された工具挿入体の製造方法。
5. 前記本体が円板形状である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された工具挿入体の製造方法。
6. 前記円板の直径が約５５ｍｍ〜約１２５ｍｍであり、その厚さが約１．６ｍｍ〜約３０ｍｍである請求項５に記載された工具挿入体の製造方法。
7. 前記円板の直径が約８０ｍｍ〜約１００ｍｍであり、その厚さが約２ｍｍ〜約１０ｍｍである請求項６に記載された工具挿入体の製造方法。
8. 請求項１に記載された工具挿入体の製造方法により製造された１０面を有する多面体の工具挿入体において、該工具挿入体が、
   反対両側に主面を有する中央の金属部分と、
   各々の主面に結合されるか、又は一方の主面から反対側の主面まで延在する複数の超研磨材帯部とを含み、
   前記多面体の少なくとも１辺に沿って超研磨材帯部が延在し、各々の超研磨材帯部によって工具挿入体の切削チップまたは切削端が形成されている、１０面を有する多面体の工具挿入体。
9. 反対両側の主面に平行な平面に沿って星形形状である請求項８に記載された多面体の工具挿入体。
10. 前記超研磨材帯部が、前記星形工具挿入体の半径方向の切削チップの各々において、両主面に結合されている請求項９に記載された多面体の工具挿入体。
11. 請求項１に記載された工具挿入体の製造方法により製造された工具挿入体において、該工具挿入体が、
    反対両側に主面を有する中央金属部分であって、それぞれの主面から延在する中央***領域および該中央***領域の周囲に位置して前記中央***領域の隅部から延びる曲線端部を含む中央金属部分と、
    それぞれの後退領域において各々の主面に結合された帯形状の超研磨材薄層とを含み、 前記工具挿入体の少なくとも１辺に沿って超研磨材帯部が延在し、各々の超研磨材帯部により切削チップ又は切削端が形成されている工具挿入体。
12. 前記超研磨材薄層が、反対両側の主面のそれぞれの周囲に位置して前記中央***領域の隅部から延びる曲線端部の全体に結合されている請求項１１に記載された工具挿入体。

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