(57)【要約】      （修正有）【課題】切削工具、切り刃インサート、シールリング、圧延ロール、ボーリングビット用の切削部材のような焼結炭化物（超硬合金）など加熱サイクル及び／又は熱サイクルを受ける焼結炭化物インサートの耐久寿命を向上する。【解決手段】焼結炭化物インサート５０の耐熱亀裂性を向上させるために、焼結炭化物を含んでいる切削部分５１、本体部分５２と、本体部分と熱的に連通しているヒートシンク部分５３とで構成する。ヒートシンク部分５３は、焼結炭化物より高い熱伝導率を有しているヒートシンク材料を含んでいる。ヒートシンク部分５３は、切削部分５１、本体部分５２から熱を伝導させて逃がす。【選択図】図５Ａ
2014037767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム及びタングステンから選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物の硬質粒子とを含む焼結炭化物を含んでいる加工部分と、
中心軸線と、
前記中心軸線に整合されたヒートシンク部分であって、前記焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有しているヒートシンク材料からなり、前記加工部分と直に接触しており且つ前記加工部分からの熱を伝導させて逃がす前記ヒートシンク部分と、を含む物品。
【請求項２】
請求項１に記載の物品であり、
前記加工部分が外側部分であり、前記ヒートシンク部分が、内側部分、コア部分、及び本体部分の少なくとも一部分のうちの少なくとも１つである、ことを特徴とする物品。
【請求項３】
請求項１に記載の物品であり、
前記加工部分を支持しており且つ凹部を含んでいる本体部分を備えており、前記ヒートシンク部分の少なくとも一部分が前記凹部内に配置されている、ことを特徴とする物品。
【請求項４】
バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム及びタングステンから選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物の硬質粒子とを含む焼結炭化物を含んでいる加工部分と、
前記加工部分を支持している本体部分であって、該本体部分は凹部を含んでおり、ヒートシンク部分の少なくとも一部分が前記凹部内に配置されている、前記本体部分と、
中心軸線と、
該中心軸線に整合されており且つ前記焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有しているヒートシンク材料からなる前記ヒートシンク部分であって、前記加工部分と直に接触しており且つ前記加工部分からの熱を伝導させて逃がす前記ヒートシンク部分と、を含んでおり、
前記凹部が前記中心軸線と整合されている、ことを特徴とする物品。
【請求項５】
請求項１に記載の物品であり、
前記ヒートシンク材料が１５０Ｗ／ｍＫより高い熱伝導率を有していることを特徴とする物品。
【請求項６】
請求項１に記載の物品であり、
前記ヒートシンク材料が４５０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有していることを特徴とする物品。
【請求項７】
請求項１に記載の物品であり、
該物品が、ボーリングビット、切り刃インサート、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ及びスリッタから選択されたものであることを特徴とする物品。
【請求項８】
金属加工用の切り刃インサートであり、
各々が個々に、チタン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物、タンタル炭化物、モリブデン炭化物、ニオビウム炭化物及びタングステン炭化物のうちの少なくとも１つの硬質粒子が分散されているバインダを含む焼結炭化物を含んでいる第一の加工部分及び第二の加工部分と、
前記第一の加工部分と接している第一のヒートシンク部分及び前記第二の加工部分と接している第二のヒートシンク部分と、を含んでおり、
前記第一のヒートシンク部分が前記第一の加工部分の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しているヒートシンク材料からなり且つ前記第一の加工部分からの熱を伝導させて逃がすようになされており、
前記第二のヒートシンク部分が前記第二の加工部分の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しているヒートシンク材料からなり且つ前記第二の加工部分からの熱を伝導させて逃がすようになされており、
スローアウェイ切り刃インサートである、切り刃インサート。
【請求項９】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一の加工部分と第二の加工部分との間に延びている中心穴を更に有している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１０】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、フライス加工、旋削、穴明け用の切り刃インサート。
【請求項１１】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一の加工部分と第二の加工部分とを支持している本体部分を更に備えている、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１２】
請求項１１に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分が前記本体部分と接しており、
前記第二のヒートシンク部分も前記本体部分と接している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１３】
請求項１１に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分と前記第二のヒートシンク部分とのうちの少なくとも一方が前記本体部分の少なくとも一部分を構成している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１４】
請求項１１に記載の切り刃インサートであり、
前記本体部分が凹部を含んでおり、前記第一のヒートシンク部分と第二のヒートシンク部分とのうちの少なくとも一方が前記凹部内に配置されている、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１５】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分が、圧入、熱嵌め、締結部材、半田付け、蝋付け、クランプビングのうちの少なくとも１つによって、前記本体部分に機械的に取り付けられており、
前記第二のヒートシンク部分が、圧入、熱嵌め、締結部材、半田付け、蝋付け、クランプビングのうちの少なくとも１つによって、前記本体部分に機械的に取り付けられている、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１６】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一の加工部分の焼結炭化物のバインダが、コバルト、ニッケル、及び鉄のうちの少なくとも１つを含んでおり、前記第二の加工部分の焼結炭化物のバインダが、コバルト、ニッケル、及び鉄のうちの少なくとも１つを含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１７】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一の加工部分と第二の加工部分との各々の前記焼結炭化物が、タングステン炭化物の硬質粒子とコバルトを含んでいるバインダとを含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１８】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分のヒートシンク材料が１５０Ｗ／ｍＫより高い熱伝導率を有しており、
前記第二のヒートシンク部分のヒートシンク材料が１５０Ｗ／ｍＫより高い熱伝導率を有している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項１９】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分のヒートシンク材料が、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド、グラファイト、及びこれらの２以上の組み合わせから選択された物質を含んでおり、
前記第二のヒートシンク部分のヒートシンク材料が、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド、グラファイト、及びこれらの２以上の組み合わせから選択された物質を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２０】
請求項８に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分が固体と粉末とのうちの少なくとも一方からなり、
前記第二のヒートシンク部分が固体と粉末とのうちの少なくとも一方からなる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２１】
請求項１４に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分と前記第二のヒートシンク部分とのうちの少なくとも一方が、前記凹部内に機械的シールを形成し且つ前記本体部分内に空洞を規定している固体プラグを備え、更に前記空洞内に粉体を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２２】
請求項１４に記載の切り刃インサートであり、
前記第一のヒートシンク部分と前記第二のヒートシンク部分とのうちの少なくとも一方が、
硬質粒子を含んでいる第一の分散相と、
バインダを含み且つ該第一の分散相の硬質粒子が分散された第一の連続相と、
前記ヒートシンク部分のヒートシンク材料を含んでいる第二の連続相と、を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２３】
割り送り可能なダイヤモンド形状の切り刃インサートであり、
チタン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物、タンタル炭化物、モリブデン炭化物、ニオビウム炭化物、及びタングステン炭化物、のうちの少なくとも１つの硬質粒子が分散されているバインダを含む焼結炭化物を含んでいる加工部分と、
中心穴と、
前記焼結炭化物の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するヒートシンク材料からなるヒートシンク部分であって、前記加工部分からの熱を伝導させて逃がすようになされている前記ヒートシンク部分と、を含むことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２４】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、前記加工部分を支持している本体部分を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２５】
請求項２４に記載の切り刃インサートであり、前記ヒートシンク部分が前記本体部分に接している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２６】
請求項２４に記載の切り刃インサートであり、前記ヒートシンク部分が前記本体部分の少なくとも一部分を構成している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２７】
請求項２４に記載の切り刃インサートであり、
前記本体部分が凹部を備えており、前記ヒートシンク部分の少なくとも一部分が該凹部内に配置されている、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２８】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、
前記ヒートシンク部分が、圧入、熱嵌め、締結部材、半田付け、鑞付け、接着剤、及びクランピング、のうちの少なくとも１つによって、前記本体部分に機械的に取り付けられている、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項２９】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、前記バインダが、コバルト、ニッケル、及び鉄、のうちの少なくとも１つを含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３０】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、
前記焼結炭化物が、コバルトを含んでいるバインダ内に分散されたタングステン炭化物の硬質粒子を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３１】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、前記ヒートシンク材料が１５０Ｗ／ｍＫより高い熱伝導率を有している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３２】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、
前記ヒートシンク材料が、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド、グラファイト、及びこれらの２以上の組み合わせから選択された物質を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３３】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、前記ヒートシンク部分が固体と粉体とのうちの少なくとも一方からなる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３４】
請求項２７に記載の切り刃インサートであり、
前記ヒートシンク部分が、前記凹部内に機械的シールを形成し且つ前記本体部分内に空洞を規定している固体プラグを備え、前記空洞内に粉体を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３５】
請求項２７に記載の切り刃インサートであり、
前記ヒートシンク部分が、
硬質粒子を含んでいる第一の分散相と、
バインダを含み且つ該硬質粒子が分散された第一の連続相と、
ヒートシンク材料を含んでいる第二の連続相と、を含んでいる、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３６】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、
該切り刃インサートの対向端に設けられている第一の加工部分及び第二の加工部分と、
該第一の加工部分と第二の加工部分との間に設けられている中心穴と、
前記第一の加工部分に接していて該第一の加工部分からの熱を伝導させて逃がすようになされている第一のヒートシンク部分及び前記第二の加工部分に接していて該第二の加工部分からの熱を伝導させて逃がすようになされている第二のヒートシンク部分と、を備えていることを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３７】
請求項２３に記載の切り刃インサートであり、
頂面と、
底面と、
該頂面と底面とを連結させ且つ少なくとも１つの加工部分を形成している側面と、
前記頂面と底面との間に延びている中心穴と、
少なくとも１つの加工部分と接していて該少なくとも１つの加工部分からの熱を伝導させて逃がすようになされている少なくとも１つのヒートシンク部分と、を備えていることを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３８】
請求項３７に記載の切り刃インサートであり、
前記少なくとも１つの加工部分が、前記頂面の対向端と前記底面の対向端とを構成している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項３９】
請求項３８に記載の切り刃インサートであり、
前記少なくとも１つの加工部分を支持している少なくとも１つの本体部分を備えている、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項４０】
請求項３９に記載の切り刃インサートであり、
前記少なくとも１つのヒートシンク部分が、前記少なくとも１つの本体部分の少なくとも一部分を構成している、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項４１】
請求項３９に記載の切り刃インサートであり、
前記少なくとも１つの本体部分が凹部を備えており、前記少なくとも１つのヒートシンク部分の少なくとも一部分が前記凹部内に配置されている、ことを特徴とする切り刃インサート。
【請求項４２】
切削工具であり、
加工部分であって、
チタン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物、タンタル炭化物、モリブデン炭化物、ニオビウム炭化物、及びタングステン炭化物、のうちの少なくとも１つからなる硬質粒子が分散されているバインダを含む第一の焼結炭化物を含んでいる第一の加工部分と、
チタン炭化物、クロム炭化物、バナジウム炭化物、ジルコニウム炭化物、ハフニウム炭化物、タンタル炭化物、モリブデン炭化物、ニオビウム炭化物、及びタングステン炭化物、のうちの少なくとも１つからなる硬質粒子が分散されているバインダを含む第二の焼結炭化物を含んでいる第二の加工部分と、を含んでいる前記加工部分と、
前記第一の加工部分と第二の加工部分との間に挟まれているヒートシンク部分であって、前記第一の焼結炭化物及び第二の焼結炭化物の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するヒートシンク材料からなるヒートシンク部分であって、前記加工部分からの熱を伝導させて逃がすようになされている前記ヒートシンク部分と、
を含んでいることを特徴とする切削工具。
【請求項４３】
請求項４２に記載の切削工具であり、前記加工部分を支持している本体部分を含んでいる、ことを特徴とする切削工具。
【請求項４４】
請求項４２に記載の切削工具であり、前記ヒートシンク部分が前記本体部分と接している、ことを特徴とする切削工具。
【請求項４５】
請求項４２に記載の切削工具であり、前記ヒートシンク部分が前記本体部分の少なくとも一部分を構成している、ことを特徴とする切削工具。
【請求項４６】
請求項４２に記載の切削工具であり、
該切削工具が、ボーリングビット、切り刃インサート、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ及びスリッタから選択されたものであることを特徴とする切削工具。
【請求項４７】
請求項４２に記載の切削工具であり、
前記ヒートシンク部分が、圧入、熱嵌め、締結部材、半田付け、鑞付け、接着剤、及びクランピングのうちの少なくとも１つによって、前記本体部分に機械的に取り付けられている、ことを特徴とする切削工具。
【請求項４８】
請求項４２に記載の切削工具であり、
前記第一の加工部分のバインダが、コバルト、ニッケル、及び鉄のうちの少なくとも１つを含んでおり、
前記第二の加工部分のバインダが、コバルト、ニッケル、及び鉄のうちの少なくとも１つを含んでいる、ことを特徴とする切削工具。
【請求項４９】
請求項４２に記載の切削工具であり、
前記第一の焼結炭化物と第二の焼結炭化物とが、コバルトを含んでいるバインダ内に分散されたタングステン炭化物の硬質粒子を含んでいる、ことを特徴とする切削工具。
【請求項５０】
請求項４２に記載の切削工具であり、前記第一の焼結炭化物が前記第二の焼結炭化物と異なっている、ことを特徴とする切削工具。
【請求項５１】
請求項４２に記載の切削工具であり、前記ヒートシンク材料が１５０Ｗ／ｍＫより高い熱伝導率を有している、ことを特徴とする切削工具。
【請求項５２】
請求項４２に記載の切削工具であり、
前記ヒートシンク材料が、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド、グラファイト、及びこれらの２以上の組み合わせから選択された物質を含んでいる、ことを特徴とする切削工具。
【請求項５３】
請求項４２に記載の切削工具であり、
前記第一の焼結炭化物と前記第二の焼結炭化物とのうちの少なくとも一方が、焼結炭化物が混成の焼結炭化物からなることを特徴とする、切削工具。
【請求項５４】
請求項４２に記載の切削工具であり、
前記ヒートシンク部分が固体と粉末とのうちの少なくとも一方からなる、ことを特徴とする切削工具。
【請求項５５】
請求項４２に記載の切削工具であり、
前記ヒートシンク部分が、
硬質粒子を含んでいる第一の分散相と、
バインダを含み且つ前記硬質粒子が分散された第一の連続相と、
前記ヒートシンク材料を含んでいる第二の連続相と、を含んでいることを特徴とする切削工具。
【請求項５６】
シールリングであり、
加工部分であって、バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム、及びタングステンから選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物からなる硬質粒子とを含む焼結炭化物を含んでおり、接触面を構成している第一の面を有している接触部分を備えている、前記加工部分と、
該加工部分を支持しており且つ凹部を備えた内側部分を備えている本体部分と、
前記焼結炭化物の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するヒートシンク材料からなるヒートシンク部分であって、前記加工部分と熱的に連通しており且つ該加工部分から熱を伝導させて逃がすようになされ  ており、少なくともその一部分が前記凹部内に配置されている、前記ヒートシンク部分と、
前記接触部分を支持しており且つ凹部を規定している第二の面を備えている本体部分であって、前記第一の面と前記第二の面との間に環状の外壁が延びており、前記第一の面と前記第二の面との間には、環状の内壁も延びており、該環状の内壁は、前記第一の面の開口部と第二の面との間に延びている穴を規定している、前記本体部分と、を含んでいるシールリング。
【請求項５７】
シールリングであり、
チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム及びタングステンから選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物からなる硬質粒子と、コバルト、ニッケル及び鉄のうちの少なくとも１つを含んでいるバインダとを含んでいる焼結炭化物を含む接触部分であって、更に、接触面を含んでいる第一の面を備えている接触部分と、
前記接触部分を支持しており且つ内部に凹部を規定している第二の面を備えており、前記第一の面と第二の面との間に環状の内壁が延びており且つ該内壁は前記第一の面の開口部と第二の面との間に延びている穴を規定している本体部分と、
銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド及びグラファイトのうちの少なくとも１つを含んでいる物質を含んでおり、前記焼結炭化物の熱伝導率より高い熱伝導率を有しているヒートシンク部分であって、前記接触部分と熱的に連通しており且つ当該接触部分から熱を伝導させて逃がす前記ヒートシンク部分と、を含んでいるシールリング。
【請求項５８】
圧延機ロールであり、
チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム及びタングステンから選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物からなる硬質粒子と、コバルト、ニッケル及び鉄のうちの少なくとも１つを含んでいるバインダとを含んでいる焼結炭化物を含む接触部分であって、更に、第一の端部及び該第一の端部と反対側の第二の端部と、該第一の端部と第二の端部との間に延びており且つ接触面を備えている環状の外壁とを更に含んでいる前記接触部分と、
当該接触部分を支持しており且つ当該圧延機ロール内を長手方向に延びている穴を規定しており且つ長手方向に沿った凹部を備えている本体部分と、
該本体部分と接触しており且つ銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド、及びグラファイト、のうちの少なくとも１つを含んでいる物質を含んでおり、前記焼結炭化物の熱伝導率より高い熱伝導率を有しているヒートシンク部分であって、前記接触部分と熱的に連通しており且つ該接触部分から熱を伝導させて逃がす前記ヒートシンク部分と、を含んでいる圧延機ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００２］本発明は、切削工具、切り刃インサート、シールリング、圧延ロール、ボーリングビット用の切削部材のような焼結炭化物（超硬合金）を含む物品のみならず加熱サイクル及び／又は熱サイクルを受けるその他の物品の改良に関する。本発明はまた、このような物品を製造する方法にも関する。より特定すると、本発明のある種の実施形態は、改良された耐熱亀裂性を有する焼結炭化物物品に関する。
【０００２】
［０００１］
（関連出願）
本願は、２００６年１０月２５日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６０／８５４，３４８号に基づく優先権を主張している。
【背景技術】
【０００３】
［０００３］焼結炭化物を含んでいる物品は、一般的に、旋削、フライス加工及び穴開けにおいて使用するための切削工具又は切り刃インサート、撹拌機及びポンプのためのシールリング、並びに鋼を圧延するためのロールのような高い応力及び摩擦を含む用途において使用される。焼結炭化物を含む物品は熱亀裂によって破損する傾向がある。このような物品の亀裂は、物品が閾値よりも高い温度まで加熱される場合に始まり、物品が熱サイクルを受ける場合には更に進行するかも知れない。
【０００４】
［０００４］例えば、ボーリング（又は穴開け）ビットは、一般的に、オイル及び天然ガスの探鉱、採鉱及び掘削のために使用される。このようなボーリングビットは、固定された又は回転可能な切削部材を備えている。図１は、回転可能な切削部材１１を備えた典型的なロータリーコーン型ボーリングビット１０を示している。切り刃１２は、典型的には、焼結炭化物によって作られ且つ切削部材１１の外面上に二次加工されたポケット内に配置される。幾つかの切り刃インサート１２は、切削を最適化するために、所定の位置で回転可能な切削部材に固定することができる。
【０００５】
［０００５］ボーリングビットの作動寿命は、典型的には、焼結炭化物インサートの摩耗特性の関数である。ボーリングビットの作動寿命を延ばす一つの方法は、強度、靱性及び耐摩耗性／耐腐食性の改良された組み合わせを有する材料によって作られた切り刃インサートを採用することである。上記したように、切り刃インサートは、焼結炭化物すなわち焼結された硬質粒子を含んでいる。このような用途のための焼結炭化物の選択は、これらの材料が、強度、破壊靱性及び耐摩耗性（すなわち、ボーリング又は穴開けビットの効率の良い機能にとって極めて重要な特性）の極めて興味深い組み合わせを提供するという事実に基づいている。焼結炭化物は、周期表のIVＢ族、VＢ族、VIＢ族に属する遷移金属（Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ及びＷ）のうちの１以上の炭化物粒子を分散させた不連続相と、硬質粒子と共に焼結した連続のバインダ相（典型的には、コバルト、ニッケル又は鉄を含んでいる）とを含む複合物である。種々の可能な硬質粒子−バインダの組み合わせのうちで、硬質粒子としてのタングステン炭化物（ＷＣ）とバインダ相としてのコバルトとは、最も一般的に使用される焼結硬質粒子である。
【０００６】
［０００６］焼結炭化物の特性は、とりわけ、２つの微細構造パラメータ、すなわち、平均硬質粒子の粒径及び硬質粒子及び／又はバインダの重量含有率又は体積含有率に依存する。一般的に、高度及び耐摩耗性は、粒径が減少し且つ／又はバインダ成分が減少するにつれて増加する。他方、破壊靱性は、粒径が増大し且つ／又はバインダ成分が増加するにつれて増大する。従って、如何なる用途に対しても、焼結炭化物のグレードを選択するときに、耐摩耗性と破壊靱性との間に妥協点が存在する。耐摩耗性が増大するにつれて、破壊靱性は、典型的には減少するかその逆である。
【０００７】
［０００７］図２Ａ〜２Ｅは、典型的には、ロータリーコーン型ボーリングビットにおいて使用される焼結炭化物インサートの種々の形状及び設計のうちの幾つかを示している。ボーリングビットのための切り刃インサートは、典型的には、卵形（図２Ａ）、弾丸形（図２Ｂ）、たがね形（図２Ｃ）、マルチドーム形（図２Ｄ）及び円錐形（図２Ｅ）のような半球形部分の形状によって特徴付けられている。使用される形状及び焼結炭化物のグレードの選択は、穴が開けられる岩石のタイプに依存する。形状及び大きさに拘わらず、全てのインサートは、切削部分の形態の加工部分と本体部分とを有している。例えば、図２Ａにおける切り刃インサート２０は、半球形状の切削部分２２と本体部分２４とを有している。また、例えば、図２Ｂにおける切り刃インサート３０は、弾丸形状の切削部分３２と本体部分３４とを備えている。切削作用は切削部分によって行われ、一方、本体部分は切削部分のための支持部を提供している。本体部分の殆ど又は全ては、ビット本体又は切削部材内に埋め込まれ、本体部分は、典型的には、切り刃インサートをポケット内に圧入することによってビット本体に挿入される。
【０００８】
［０００８］既に説明したように、切削作用は、主として、工具の切削部分によってなされる。摩耗し始める切削部分の第一の部分は、先端半分及び特に切削部分の先端である。ボーリングビットの場合には、切削部分の先端が平らになり始めると切削効率は劇的に低下する。なぜならば、地球は、比較的効率の良い切削作用とは異なり擦過作用によって比較的多く取り除かれるからである。擦過作用が続くと、岩石と切り刃インサートとの間の摩擦の増大によってかなりの熱が発生され、それによって、インサート部分の加熱が生じる。物品の一部分の温度が閾値を超えると、硬質粒子とバインダとの境界部に亀裂が惹き起こされるであろう。物品の熱サイクルによって亀裂の進行が惹き起こされる。
【０００９】
［０００９］従って、高い耐熱疲労及び耐亀裂性を有するボーリングビットのための改良された焼結炭化物からなる切り刃インサートが必要である。より一般的には、熱サイクルによって生じる亀裂を受けるかも知れない焼結炭化物を含む加工部分を備えている物品に対する改良の必要性がある。
【発明の概要】
【００１０】
［００１０］本発明は、焼結炭化物内の硬質粒子が、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム及びタングステンから選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物を含んでいる焼結炭化物を含む物品の改良に関する。このような物品としては、切削工具、切り刃インサート、シールリング、圧延機ロール、ボーリングビットのための切削部材のみならず加熱及び／又は熱サイクルを受ける焼結炭化物を含んでいるその他の物品がある。本発明はまた、このような物品を製造する方法にも関する。本発明による物品のある種の実施形態は、バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム、及びタングステン、から選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物とを含んでいる焼結炭化物の含む部分と、焼結炭化物の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料を含んでいるヒートシンク部分とを含んでいる。ヒートシンク部分は、例えば、接触部分又は切削部分とすることができる加工部分から熱を除去し、それによって、ある種の熱破壊モードに対する改良された耐性を提供することができる。
【００１１】
［００１１］本発明の一つの特徴に従って、焼結炭化物を含んでいる加工部分と、当該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含んでいる物品が提供される。加工部分の焼結炭化物は、バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム、及びタングステン、から選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物からなる硬質粒子とを含んでおり、ヒートシンク部分は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有するヒートシンク材料を含んでいる。ある種の非限定的な実施形態によれば、物品のヒートシンク部分は、当該物品の本体部分と接触し、前記本体部分は前記加工部分を支持している。同じく、ある種の非限定的な実施形態によれば、加工部分は、切削部分と接触部分とのうちの少なくとも１つである。加工部分が接触部分であるある種の非限定的な実施形態においては、当該物品は、圧延機ロールとシールリングとのうちの一つである。加工部分が切削部分であるある種の非限定的な実施形態においては、当該物品は、ボーリングビット、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ、及びスリッタ、のうちの１つである。
【００１２】
［００１２］本発明の別の特徴によると、焼結炭化物を含んでいる切削部分と、本体部分と、該本体部分と接触しているヒートシンク部分とを含んでいる物品が提供される。ヒートシンク部分は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有している材料を含んでおり、当該ヒートシンク部分は、前記切削部分と熱的に連通している。ある種の非限定的な実施形態においては、該物品は、ボーリングビット、切り刃インサート、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ、及びスリッタ、のうちの１つである。
【００１３】
［００１３］本発明のもう一つ別の特徴によれば、圧延機ロールは、バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム、及びタングステン、から選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物の硬質粒子と、を含んでいる焼結炭化物を含んでいる接触部分と、本体部分と、ヒートシンク部分とを含んでいる。接触部分は、第一の端部と、これと反対側の第二の端部と、該第一の端部と第二の端部との間に延びており且つ接触面を含んでいる環状の外壁とを備えている。本体部分は、前記接触部分を支持し且つ圧延機ロールの中を長手方向に延びている穴を規定している環状の内壁を備えている。該内壁は内部に凹部を含んでいる。ヒートシンク部分は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有し且つ接触部分と熱的に連通している材料を含んでいる。ヒートシンク部分の少なくとも一部分は、前記凹部内に配置され且つ本体部分と接触している。
【００１４】
［００１４］本発明の別の特徴に従って、シールリングは、焼結炭化物を含んでいる接触部分と、本体部分と、ヒートシンク部分とを含んでおり、前記焼結炭化物は、バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム及びタングステンから選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物の硬質粒子とを含んでいる。前記接触部分は、接触面を含んでいる第一の面を備えている。前記本体部分は、前記接触部分を支持しており且つ該本体部分内に凹部を規定している第二の面を備えている。環状の内壁が、前記第一の面と第二の面との間に延びており且つこれらの面上で開口している穴を規定している。前記ヒートシンク部分は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有している材料を含んでおり且つ前記接触部分と熱的に連通している。当該ヒートシンク部分の少なくとも一部分は、前記凹部内に配置されており且つ前記本体部分と接触している。
【００１５】
［００１５］また、本発明の一つの特徴によれば、物品を形成する方法は、バインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム、及びタングステン、から選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物の硬質粒子とを含んでいる焼結炭化物を含んでいる加工部分を提供することと、本体部分を提供することと、該本体部分と接触しており且つ焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有するヒートシンク材料を含んでいるヒートシンク部分を提供することとを含んでいる。加工部分は、ヒートシンク部分と熱的に連通している。当該方法のある種の非限定的な実施形態によれば、前記ヒートシンク部分は本体部分と接触している。また、ある種の非限定的な実施形態によれば、加工部分は、切削部分と接触部分とのうちの少なくとも１つである。加工部分が接触部分である方法のある種の実施形態においては、接触部分は接触面を備えており、物品は圧延機ロールとシールリングとのうちの一方である。加工部分が切削部分である方法のある種の非限定的な実施形態においては、切削部分は切削面を含んでいても良く、物品は、ボーリングビット、切り刃インサート、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ、及びスリッタ、のうちの１つである。
【００１６】
［００１６］本発明の更に別の特徴によれば、加工部分と当該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを備えている物品を製造する方法は、粉末状にされたバインダと、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム、及びタングステン、から選択された少なくとも１つの遷移金属の硬質粒状炭化物とを含んでいる焼結炭化物粉末を、型の空洞内に部分的に充填することと、前記空洞内に固体のヒートシンク材料を配置することと、焼結炭化物粉末を焼結させることとを含んでいる。該方法は、焼結炭化物を含んでいる加工部分と、該加工部分と熱的に連通している固体のヒートシンク部分とを含んでいる焼結された物品を提供する。
【００１７】
［００１７］本発明の更に別の特徴によると、加工部分と、該加工部分を支持する本体部分と、該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含む物品を製造する方法が提供される。焼結炭化物を含んでいる焼結された本体が準備される。該焼結された本体にヒートシンク材料が添加される。該ヒートシンク材料は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有している。ある種の実施形態においては、加工部分は、焼結炭化物と接触面とを含んでいる接触部分である。ある種の他の実施形態においては、加工部分は、焼結炭化物と切削面とを含んでいる切削部分である。ヒートシンク部分は、本体部分と接触し且つ加工部分からの熱を伝える。
【００１８】
［００１８］本発明の更に別の特徴は、少なくとも、加工部分と該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含む物品を形成する方法に関する。該方法は、型の空洞に第一の焼結炭化物粉末を部分的に充填することと、空洞の残りの部分に第二の焼結炭化物粉末であって該第二の焼結炭化物粉末の焼結温度よりも低い溶融温度を有する不安定材料を含んでいる第二の焼結炭化物粉末を少なくとも部分的に充填することとを含んでいる。前記第一の焼結炭化物の粉末及び前記第二の焼結炭化物の粉末は、圧密されて圧粉体を形成し、該圧粉体は、焼結されて前記不安定材料を取り除かれ且つ第一の焼結炭化物の領域と連続気泡を有する第二の焼結炭化物領域とを含んでいる焼結された物品を形成する。第一の焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有しているヒートシンク材料が第二の焼結炭化物の連続気泡内に浸入せしめられる。
【００１９】
［００１９］読者は、以下の本発明の実施形態の詳細な説明を考慮することによって、本発明の上記の詳細及び利点を理解できるであろう。読者はまた、本発明に含まれる実施形態を形成し且つ／又は使用して、本発明の付加的な詳細及び利点も理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
［００２０］本発明の特徴及び利点は、添付図面を参照することによって更に詳しく理解することができる。
【図１】図１は、ビット本体、ローラーコーン及び切り刃インサートを含んでいる典型的なロータリー型ボーリング穴開けビットを示している図である。
【図２Ａ】図２Ａは、卵形のロータリーコーン型ボーリングビットにおいて使用される切り刃インサートの形状及びサイズを示している図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、弾丸形のロータリーコーン型ボーリングビットにおいて使用される切り刃インサートの形状及びサイズを示している図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、たがね形のロータリーコーン型ボーリングビットにおいて使用される切り刃インサートの形状及びサイズを示している図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、マルチドーム形のロータリーコーン型ボーリングビットにおいて使用される切り刃インサートの形状及びサイズを示している図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、円錐形のロータリーコーン型ボーリングビットにおいて使用される切り刃インサートの形状及びサイズを示している図である。
【図３】図３は、焼結炭化物材料における熱疲労によって生じる亀裂の写真である。
【図４】図４は、連続的なバインダ相と、不連続な硬質粒子相とを有している焼結硬質粒子の典型的な微細構造を示している図である。
【図５Ａ】図５Ａは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｉ】図５Ｉは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図５Ｊ】図５Ｊは、焼結炭化物とヒートシンクとを含んでいる物品の概略図である。
【図６】図６は、伝導性材料が浸入した焼結炭化物を含んでいる本発明の切り刃インサートの概略図である。
【図７】図７は、焼結炭化物の加工部分内に見ることができるヒートシンク材料のプラグを備えたボーリングビットのための２つの焼結炭化物切り刃インサートの写真である。
【図８Ａ】図８Ａは、焼結炭化物を含んでいる加工部分と、該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含んでいる本発明によるシールリングの一実施形態の概略図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、焼結炭化物を含んでいる加工部分と、該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含んでいる本発明によるシールリングの一実施形態の概略図である。
【図９Ａ】図９Ａは、焼結炭化物を含んでいる環状の加工部分と、該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含んでいる本発明による圧延機ロールの一実施形態の概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、焼結炭化物を含んでいる環状の加工部分と、該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含んでいる本発明による圧延機ロールの一実施形態の概略図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、焼結炭化物を含んでいる環状の加工部分と、該加工部分と熱的に連通しているヒートシンク部分とを含んでいる本発明による圧延機ロールの一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［００３０］別の方法で示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用されている構成要素、時間、温度等の量を表している全ての符号は、“約”という用語によって全ての例において少し変えることができるものと理解されるべきである。従って、特に否定されて示されない限り、以下の明細書及び特許請求の範囲に記載されている符号パラメータは、本発明によって得ようとされている所望の特性に応じて変化するかも知れない近似である。少なくとも且つ特許請求の範囲の等価物の原理の適用を制限する試みとしてではなく、各符号パラメータは、少なくとも多くの報告された重要な数字を参考にして且つ通常の近似技術を適用することによって解釈されるべきである。
【００２２】
［００３１］本発明の広い範囲を示している符号範囲及びパラメータは近似であるにも拘わらず、特定の例に記載されている符号の値は、出来る限り正確に報告されている。しかしながら、如何なる値も、それらの各々の試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じるある種の誤差を本質的に含んでいるかも知れない。
【００２３】
［００３２］本発明の実施形態は、焼結炭化物とヒートシンク材料とを含む物品を含んでいる。ここで使用されている“焼結炭化物”という用語は、硬質粒子を含む不連続な相と、硬質粒子と共に焼結するバインダの連続した相とを含んでいる複合材料を示している。硬質粒子は、周期表のIVＢ族、VＢ族及びVIＢ族（チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム及びタングステン）から選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物を含んでいる。硬質粒子が遷移金属の炭化物からなる焼結炭化物は、ここでは、“焼結遷移金属炭化物”と称される。本発明による物品の実施形態は、焼結炭化物を含んでいる加工部分と、ヒートシンク材料を含んでいるヒートシンク部分とを含んでいる。該物質はまた、加工部分を支持している本体部分を含んでいても良い。本発明の実施形態の例としては、限定的ではないが、圧延機ロール、シールリング、ボーリングビット、切り刃インサート、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ及びスリッタがある。
【００２４】
［００３３］ここで使用されている“加工部分”という用語は、物品の意図されている機能を果たす際に含まれている物品の部分を意味している。例えば、ボーリングビット、切り刃インサート、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ、及びスリッタは、目標材料を削り取り且つ／又は分離させる機能を果たし、このような物品の加工部分は、材料を除去し且つ／又は分離させるようになされた切削部分である。切削部分は、目標とする材料を除去し又は分離させる作用を果たす切削部分の面である切削面を含んでいる。別の例によれば、圧延機ロールは加工片と接触し、それによって、機械的力がかけられ且つ加工片の形状を変える。圧延機ロールの加工部分は接触部分であり、該接触部分は、ロールの意図された機能を行いつつ加工片と接触するロールの部分である。該接触部分はまた、加工片と接触する接触部分の面である接触面をも含んでいる。更に別の例によれば、（密封リングとしても知られている）シールリングは、２以上の部分間の境界部に機械的シールを形成する機能を果たし、シールリングの加工部分もまた、１以上の部品と接触する接触面を含んでいる接触部分である。
【００２５】
［００３４］同じく、ここで使用されている“本体部分”は、加工部分を支持している物品の部分を示している。本体部分と加工部分とは、必須ではないが、単一の物品の領域であっても良い。従って、本発明による物品のある種の実施形態には、加工部分と本体部分との間に明確な分割線が存在しないことが理解できるであろう。しかしながら、このような実施形態においては、当業者は、加工部分が物品の意図された機能を行うようになされている一方で、本体部分は加工部分を支持するようになされているという点において、これらの部分の差異を認識するであろう。別の方法として、加工部分と本体部分とは、異なる材料によって作ることができ、さもなければ、物品が使用されつつあるときに、前記本体部分が加工部分に必須の支持部を提供するように確実に固定されるか又は相互に接合される。
【００２６】
［００３５］本発明の実施形態は、加工部分とヒートシンク部分とを含んでいる物品を含んでおり、該ヒートシンク部分は加工部分と熱的に連通している。ヒートシンク部分のヒートシンク材料は、加工部分の焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有している。ここで使用されている“熱的に連通”という用語は、熱を前記加工部分からヒートシンク部分へと伝導させることができることを意味している。ヒートシンク部分は、加工部分と接触していて熱を当該加工部分からヒートシンク部分へと直接伝導させることができる。別の方法として、ヒートシンク部分は、本体部分と接触しており、加工部分とは接触していなくても良い。この形態の場合には、熱は、加工部分から本体部分を通ってヒートシンク部分へと伝えられる。
【００２７】
［００３６］本発明の実施形態は、加工部分とヒートシンク部分とを備えている物品を含んでいる。当該物品は更に、本体部分又はその他の部分を含んでいても良い。加工部分との熱的連通状態に維持するためには、ヒートシンク部分は、熱を加工部分からヒートシンク部分まで導くことができる形態で、物品、加工部分、本体部分、又は物品の別の部分、のうちの１つと接触していなければならない。熱的連通を達成するためには、ヒートシンク部分は、物品、加工部分、本体部分、又はその他の部分、のうちの１つに機械的に取り付けることができる。ここで使用されている“機械的に取り付けられる”という用語は、ヒートシンク部分を、限定的ではないが、接着剤の塗布、固定部材（例えば、ねじ、ボルト、ピン）、半田付け、蝋付け、クランプピング、圧入、及び焼嵌め、による結合を含む別の部分へ機械的に取り付ける手段を示している。更に、ヒートシンク部分は、物品又は物品の一部分に、該物品又は物品の部分内のヒートシンク部分の全領域又は一領域を物理的に封じ込めることによって機械的に取り付けられても良い。ヒートシンク部分を機械的に取り付ける他の可能な手段としては、例えば、ねじ、穴及びキー溝の使用がある。ヒートシンク部分を物品又は物品の一部分に機械的に取り付ける他の手段は、本発明の当該説明を考慮に入れることによって当業者に容易に明らかとなるであろう。また、ヒートシンク部分と加工部分との間に必須の熱的連通を可能にする方法で、接着、半田付け、蝋付け等の使用がなされなければならないことも明らかであろう。これは、例えば、加工部分からヒートシンク部分へ熱を伝導させる経路を提供するような形態で、ヒートシンク部分と、物品、加工部分、本体部分、又はその他の部分との間に、少なくとも何らかの直接的な接触が形成されることを確保することによって達成することができる。また、ある種の実施形態によれば、加工部分を機械的に取り付けるために使用される接着剤、半田付け材料、又は蝋付け材料は、加工部分又は該加工部分の焼結炭化物のうちの一つの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することができる。
【００２８】
［００３７］本発明の実施形態は、ボーリングビット、穴開けビット、バイトビット、切り刃インサート、シールリング、及び圧延機ロールのみならず、加熱及び／又は熱サイクルを受ける他の物品、を含む高い耐熱亀裂性を有する焼結炭化物硬質粒子を含む物品を含んでいる。本発明の物品のある種の実施形態は、切削部分とヒートシンク部分とを含んでいる。切削部分は焼結炭化物を含んでいる。ヒートシンク部分は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有している材料を含んでいる。もちろん、本発明の実施形態は、種々の形状及び大きさの切削部分とヒートシンク部分とを有しており、ここに記載されている実施形態に限定されない。例えば、該物品は、図２Ａ〜２Ｅに示されている形状を有しているボーリングビット用の切り刃インサートとすることができる。図２Ａ〜２Ｅに示されている形状は、卵形（図２Ａ）、弾丸形（図２Ｂ）、たがね形（図２Ｃ）、マルチドーム形（図２Ｄ）、及び円錐形（図２Ｅ）である。ヒートシンク部分は、切り刃インサートの本体部分のコア領域であっても良く又は本体領域であっても良い。例えば、切削部分５１の形態の加工部分と、その中に埋設されたヒートシンク部分５３を含んでいる本体部分５２とを含んでいる本発明によるボーリングビットのための切り刃インサート５０の断面図を示している図５Ａを参照のこと。ヒートシンク部分５３は、切削部分５１と熱的に連通しており且つ切削部分５１から熱を伝導させる。図７は、図５Ａに示されている構造を有しているボーリングビットのための切り刃インサート６０の実際の例の写真である。図７において、インサート６０は、焼結炭化物からなる切削部分６１と、切削部分６１を支持している焼結炭化物からなる本体部分６２と、切削部分６１と熱的に連通している本体部分６２内に埋設されている銅製のヒートシンク部分６３とを含んでいる。本発明による切り刃インサート内の付加的な部分は、中心軸線支持部分と、底部と、移行部分と、ボーリング穴開けドリルのための切り刃インサートの熱的特性を高めることができる他の部分とを含んでいても良い。
【００２９】
［００３８］本発明の物品の実施形態は、例えば、切削部分又は接触部分のような加工部分（該加工部分は焼結炭化物を含んでいる）と、ヒートシンク部分が接触している本体部分とを備えている。加工部分の焼結炭化物は、硬質粒子とバインダとを含んでいる。該硬質粒子は、チタン、クロム、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、ニオビウム、及びタングステン、から選択された少なくとも１つの遷移金属の炭化物を含んでいる。焼結炭化物のバインダは、典型的には、コバルト、ニッケル、鉄、又はこれらの金属の合金を含むが、硬質粒子と一緒に固めることができる如何なる金属又は合金であっても良い。バインダは更に、タングステン、チタン、タンタル、ニオビウム、クロム、モリブデン、硼素、炭素、シリコン、ルテニウム、レニウム、マンガン、アルミニウム、及び銅、から選択された合金化材料を含んでいても良い。一つの実施形態においては、焼結炭化物の硬質粒子は、平均粒径が０．３〜１０μｍのタングステン炭化物を含んでおり、焼結炭化物のバインダはコバルトを含んでいる。ある種の用途のための所望の特性を提供するためには、焼結炭化物は、２〜４０重量パーセントのバインダと、６０〜９８重量パーセントの遷移金属炭化物とを含む。ある種の実施形態においては、焼結炭化物は、平均粒径が０．５〜１０μｍのタングステン炭化物粒子を含んでいる。
【００３０】
［００３９］ヒートシンク部分は、加工部分と熱的に連通しており且つ加工部分内で発生した熱を低下させるために加工部分から熱を伝導させて逃がす。上記したヒートシンク部分が加工部分と“熱的に連通している”ということは、熱が加工部分からヒートシンク部分へと流れることができることを意味している。従って、本発明の物品のある種の実施形態においてはヒートシンク部分が加工部分と接しているけれども、これは、必ずしもヒートシンク部分と加工部分とが接している場合だけではない。その代わりに、適切な熱伝導材料が、加工部分とヒートシンク部分との間に介装されて、熱が加工部分からヒートシンク部分へと流れるようにされても良い。例えば、ある種の実施形態においては、物品の本体部分の領域が加工部分とヒートシンク部分との間に介装されていても良い。当業者は、加工部分とヒートシンク部分との間の不可欠な熱的連通を可能にする本発明による物品のための他の設計を容易に理解できるであろう。このような実施形態の全てが本発明の範囲内に含まれる。
【００３１】
［００４０］ヒートシンク部分は、加工部分の焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有する如何なる材料としても良いヒートシンク材料を含んでいる。該ヒートシンク材料は、加工部分の焼結炭化物の熱伝導率の２倍よりも高い熱伝導率を有しているのが好ましい。例えば、該ヒートシンク材料は、１５０Ｗ／ｍＫよりも高い熱伝導率を有していても良く、更に２５０Ｗ／ｍＫよりも高い熱伝導率を有していても良い。ある種の高摩擦用途においては、該ヒートシンク材料は、３５０Ｗ／ｍＫよりも高い熱伝導率を有している。ヒートシンク材料の例としては、限定されないが、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド、及びこれらの組み合わせがある。更に、ヒートシンク材料は、グラファイト及びその他の形態の炭素を含んでいても良い。ヒートシンク部分は、加工部分が亀裂発生の閾値温度に達するのを防止するのに十分な速度で、加工部分から熱を導くのに十分な大きさであるのが好ましい。
【００３２】
［００４１］図５Ａ〜５Ｊは本発明による物品の実施形態を示している。これらの図面は、ここに開示された種々の概念を示すことを意図した限られた数の可能な実施形態のみを必然的に示していることが理解されるであろう。上記したように、図５Ａは、本発明のボーリングビットのための切り刃インサート５０の実施形態の断面図である。図５の切り刃インサート５０の断面は、切削部分５１と本体部分５２とを示している。切り刃インサート５０の切削部分５１は、焼結タングステン炭化物材料を含んでおり且つ穴開け動作中に岩石及び土を掘削するようになされている。本体部分５２は、コア領域を形成しているヒートシンク部分５３を含んでいる。ヒートシンク部分５３は、切削部分５１と熱的に連通しており且つ該切削部分からの熱を伝導させて切削部分５１内に発生した熱を低下させ、それによって、熱による亀裂の発生及び進行の発生率を低下させる。ある種の実施形態においては、ヒートシンク部分は、本体部分全体を構成していても良い。他の実施形態においては、ヒートシンク部分は、物品と接しているが物品の別個の部分を構成していても良い。例えば、図５Ａ及び７に示されているように、ヒートシンク部分は、本体部分内に設けられた凹部内に配置されても良い。
【００３３】
［００４２］図５Ｂは、ボーリングビット用の切り刃インサート１５０の別の実施形態の断面図であり、ヒートシンク部分が物品の本体部分に設けられた凹部に配置されている。特に、切り刃インサート１５０は、切削部分１５１の形態の加工部分と、本体部分１５２とを含んでいる。本体部分１５２は、多数のヒートシンク部分１５３が配置されている多数の凹部を含んでいる。本体部分の領域１５４は、ヒートシンク部分１５３と切削部分１５１との中間にあり且つ切削部分１５１とヒートシンク部分１５３との間の熱的連通を提供している。ヒートシンク部分１５３は、物品のバルク熱伝導率を増大させることができように設計されても良い。
【００３４】
［００４３］ある種の実施形態においては、本発明に従って形成されたボーリングビット用の切り刃インサートは、ビット本体内へ延びているヒートシンク部分を備えている。例えば、図５Ｃ及び５Ｄは、ボーリングビット用の切り刃インサートの実施形態の断面図を示しており、当該実施形態においては、切り刃インサート２５０、３５０は、切削部分２５１、３５１と本体部分２５２、３５２との形態の加工部分を備えている。各本体部分２５２、３５２は、ヒートシンク部分２５４、３５４を受け入れるための凹部を内部に備えている。切り刃インサート２５０の凹部は、本体部分２５２内を通り且つ加工部分２５１内へと延びている。本体部分２５２、３５２は、ビット本体又はローラーコーン内の凹部２５３、３５３内に圧入されている。ヒートシンク部分２５４，３５４は、切り刃インサート２５０，３５０の本体部分２５２，３５２の凹部内に圧入され且つビット本体又はローラーコーンの凹部２５３、３５３内にも圧入されている。このようにして、ヒートシンク部分２５４、３５４は、物品からビット本体へと直接熱を伝導させる。
【００３５】
［００４４］図５Ｅは、本発明による金属加工のための切り刃インサートの一実施形態４５０を示している。切り刃インサート４５０は、加工片から金属を削り取るための焼結遷移金属炭化物からなる切削部分４５１と、切削部分から伝導によって熱を除去し且つ物品のバルク熱伝導率を大きくするためのヒートシンク部分４５２とを備えている。従って、インサート４５０のヒートシンク部分４５２はまた切削部分を支持している本体部分としても機能しており、ヒートシンク部分４５２は切削部分４５１に直に接している。中心穴４５３は、常にではないが、典型的にはねじによる工具ホルダへの取り付けを可能にするために切り刃インサート４５０内に含まれている。本発明によって利益を得ることができるインサートのある種の実施形態は、クランプによって工具ホルダに取り付けることができる。切り刃インサート４５０は、フライス加工、回転、穴開け、又はその他の切削動作に適合させることができる。
【００３６】
［００４５］図５Ｆは、本発明に従って形成されたダイヤモンド形状の切り刃インサートの実施形態５５０の平面図及び（Ａ−Ａに沿った）断面図を含んでいる。切り刃インサート５５０は、４つの切り刃によって割り送り可能である。切り刃インサート５５０は、切削部分５５１の形態の加工部分と、ヒートシンク材料を含んでいる本体部分５５２とを含んでいる。従って、本体部分５５２は切削部分５５１から熱を伝導させるヒートシンク部分をも構成している。切り刃インサートの実施形態５５０においては、切削部分５５１は焼結遷移金属炭化物材料のみによって構成されており、ヒートシンク材料は、焼結炭化物材料よりも高い熱伝導率を有している。
【００３７】
［００４６］図５Ｇは、本発明に従って形成されたダイヤモンド形状の切り刃インサートの別の実施形態６５０の平面図及び（Ｂ−Ｂに沿った）断面図である。図示された切り刃インサート６５０は、両方の切り刃インサートが金属加工のための割り送り可能なダイヤモンド形状の切り刃である点で、切り刃インサート５５０に類似している。インサート６５０は、切削部分６５１の形態の加工部分と、本体部分６５２とを備えている。インサート５５０と６５０との違いは、図５Ｆの断面Ａ−Ａと図５Ｇの断面Ｂ−Ｂとを比較することによってわかる。断面Ｂ−Ｂにおいて見ることができるように、切削部分６５１は、焼結遷移金属炭化物の領域６５３を備えている。ヒートシンク材料からなる領域６５４は、インサート６５０の各端部に設けられた焼結炭化物領域６５３の下に横たわっている。このような実施形態においては、領域６５４はヒートシンク部分と考えても良く、又は別の方法として、領域６５４は本体部分６５２の領域であると考えることもできる。いずれの場合にも、ヒートシンク材料領域６５４は、切削部分６５３から熱を伝導させる。このような実施形態は、切り刃インサート内に多量のヒートシンク材料を提供する。
【００３８】
［００４７］本発明による物品の実施形態としてはまた切削工具がある。切削工具の実施形態７５０が図５Ｈに示されている。切削工具は、切削部分の形態の加工部分７５１と、本体部分７５２とを備えている。切削部分７５１は、２つの焼結遷移金属炭化物領域７５３を備えている。ヒートシンク材料領域７５４は、切削領域７５３間に介装されており且つ当該切削領域７５３から熱を伝導させる。ヒートシンク材料は、焼結炭化物より高い熱伝導率を有している。一つの実施形態においては、ヒートシンク領域７５４は、同じく領域７５３の焼結炭化物材料よりも高い熱伝導率を有するヒートシンク材料によって作ることができる本体部分７５２と接している。別の方法として、ヒートシンク領域７５４は、単一のヒートシンク材料によって形成されている本体部分７５２の一部分と一体化され且つ該本体部分の一部分を形成している。
【００３９】
［００４８］本発明に従って作られた物品の更に別の実施形態が、図５Ｉ及び図５Ｊの断面図に示されている。図５Ｉの長手方向断面図に示されている実施形態は、外側すなわち接触部分８５１及び内側すなわちコア領域８５２の形態の加工部分を含んでいるロッド８５０である。このような実施形態は、例えばドリルビット及びエンドミルのためのブランク材のような回転バイトのためのブランク材のような回転バイトのためのブランク材として使用することができる。内側すなわちコア領域は、ヒートシンク部分を含んでいても良い。ヒートシンク部分は、コア領域の一部分のみであっても良く又はコア領域全体がヒートシンク部分であっても良い。接触部分８５１は焼結炭化物を含んでおり、ヒートシンク部分は焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有しているヒートシンク材料を含んでいる。切削構造は、外側すなわち接触部分上に形成されていても良い。更に、切削構造は、ロッドの端部上に形成されていても良い。使用時に接触領域８５１は熱くなり、その熱は、ヒートシンク部分８５２によって接触領域８５１から伝導される。
【００４０】
［００４９］図５Ｊもまた、本発明に従って作られたロッドの実施形態を示している。図５Ｊに示されている断面図は、ロッド９５０の長手軸線に対して直角に断面されている。ロッド９５０は、外側すなわち接触領域９５１及び内側すなわちコア領域９５２の形態の加工部分を含んでいる。図５Ｉの実施形態におけるように、コア領域９５２の全て又は一部分は、ヒートシンク材料を含んでいるヒートシンク部分である。しかしながら、ロッド９５０はまた、長手方向に延びている冷却剤用の溝９５３を備えており、当該冷却剤用の溝内では、接触部分９５１及びコア領域９５２からの熱を更に導くために冷却剤を循環させることができる。このような実施形態は、穴開けビット、フライス加工ビット、又はその他の回転バイト、のために使用することができる。図５Ｉ及び５Ｊはロッドを示しているけれども、同じ構成原理が、ブランク材としてロッドを使用して作ることができる仕上工具に適用することができる。ここに示唆されているように、このような工具としては、例えば、穴開けビット及びある種の回転バイトがある。
【００４１】
［００５０］本発明の実施形態としてはまた、ビット本体又はローラーコーン、ヒートシンク、及びヒートシンクを含んでいるボーリングビット、ヒートシンクと接触している切り刃インサート（当該切り刃インサートはビット本体又はローラーコーンに固定されている）がある。ヒートシンクはまた、ビット本体と接触していても良い。ヒートシンクは、切り刃インサート又はビット本体又はローラーコーンのうちの少なくとも１つに設けられている凹部内に、埋設されるか、一体化されるか、又は設けられるのが好ましい。更に、切り刃インサートは、蝋付け、接着、摩擦嵌合、又はその他の機械的固定装置、のみならずその他の手段によって、ビット本体又はローラーのポケット内に固定することができる。
【００４２】
［００５１］本発明による物品のある種の付加的な実施形態としては、図８Ａにおいて斜視図で及び図８Ｂにおいて線Ｂ−Ｂに沿った断面図で示されているシールリング１０００のようなシールリングがある。シールリングは、一般的には、ポンプ及びコンプレッサのような装置内に見出すことができ、軸又はその他の可動部分の周囲に機械的なシールを提供する。シールリング１０００は、環状の接触部分１０１０の形態の加工部分と、ヒートシンク部分１０２０と、少なくとも一部が接触部分１０１０とヒートシンク部分１０２０との中間にある本体部分１０１５とを備えている。前記接触部分は、焼結炭化物を含んでいても良く且つ機械的シールを提供するために装置の１以上の部分に接触し且つ力をかける接触面１０１２を含んでいる。接触面１０１２において接触がなされると、該接触面１０１２に摩擦によって熱が発生する。ヒートシンク部分１０２０は、接触面１０１２に生じた熱を下げるために、接触部分１０１０から熱を伝導させて逃がす。ヒートシンク部分１０２０は、接触部分１０１０の焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有するヒートシンク材料を含んでおり且つ前記接触部分と熱的に連通している。
【００４３】
［００５２］本発明による物品のある種の他の実施形態として、図９Ａ〜９Ｃに示されているロール２０００のような圧延機ロールがある。図９Ａは、ある種の内部構造が点線で示されている概略斜視図である。図９Ｂは、ロールの長手軸線に対して直角にロール２０００の中間点で断面された断面図である。図９Ｃは、ロール２０００の長手軸線に沿って断面された断面図である。圧延機ロールは、一般的には、金属及び合金の加工片を加工するために使用され且つこのような加工片の厚みを薄くするか、さもなければこのような加工片の形状を変えることができるようになされている。ロール２０００は、接触部分２０１０と、少なくとも１つのヒートシンク部分２０２０と、接触部分２０１０とヒートシンク部分２０２０との中間の本体部分２０１５とを含んでいる。接触部分２０１０のみならず本体部分２０１５は、本明細書の他の部分にも記載されているように、焼結炭化物を含んでいる。接触部分２０１０はまた、接触面２０１２をも含んでいる。圧延機ロール２０００が回転すると、加工片との接触によって摩擦が生じ、該摩擦によって接触面２０１２が加熱される。更に、加工片自体は、ロール２０００によって加工される前に高い温度まで加熱されるかも知れない。ヒートシンク部分２０２０は、接触部分２０１０の焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有する適切な材料とすることができるヒートシンク材料を含んでいる。ヒートシンク部分２０２０は、接触面２０１２に発生する熱を減じるために、接触部分２０１０から熱を伝導させ且つ接触部分と熱的に連通している。
【００４４】
［００５３］焼結炭化物は、強度、耐摩耗性、及び耐食性のみならず破壊靱性、を有する極めて優れた組み合わせを提供する。しかしながら、焼結炭化物は、制限された熱疲労及び耐衝撃性を有する。熱による疲労及び衝撃（加熱による高温と冷却との繰り返し）を受けたときに、焼結炭化物はしばしば表面の亀裂を呈する。図３は、熱疲労によって生じる表面の亀裂を有する典型的な焼結炭化物を示している。ひとたび焼結炭化物に亀裂が始まると、亀裂は、インサートが連続的な熱サイクルを受けるときに大きくなり続ける。最終的に、多くの亀裂が交差して焼結炭化物インサートの部片がバルク材料から離脱するかも知れない（しばしば、スポーリングと称される）。
【００４５】
［００５４］例えば、ボーリングビットの切り刃インサートは、ボーリング動作中に、切削されつつある岩石に対する多大な摩擦作用を受ける。該摩擦作用によって生じる摩擦は、インサートの切削面に実質的な温度の上昇を惹き起こす。更に、切削インサートはまた、ボーリング動作中に、冷却剤（泥）によって冷却される。従って、これらは、一定の加熱及び冷却による強い熱サイクルを受ける。多くの例においては、熱疲労による早期の熱亀裂は、ボーリングビットにおいて使用される焼結炭化物インサートの寿命を制限する主要ファクタである。熱サイクル及び熱疲労を受ける物品の他の例としては、フライス加工、穴開け、又はボーリング用の切り刃インサート、シールリング、及び圧延機ロールがある。
【００４６】
［００５５］焼結炭化物の比較的制限された耐熱亀裂性は、材料が熱膨張特性が異なる２つの相を含んでいる複合物であるという事実に関係付けることができる。図４は、焼結炭化物の典型的な微細構造を示している。図４に見ることが出来るように、該微細構造は、バインダ相４２の連続的なマトリックス内に分散せしめられた硬質の不連続な相４１の粒子からなる。硬質の不連続な相４１の熱膨張率（ＣＴＥ）は、バインダ相４２のＣＴＥと著しく異なっている。例えば、コバルト（焼結炭化物の典型的なバインダ）のＣＴＥは、タングステン炭化物（ＷＣ）（焼結炭化物内の典型的な硬質粒子）のＣＴＥの約３倍である（コバルトの１２×１０−６ｃｍ／ｃｍ／℃に対するＷＣの４×１０−６ｃｍ／ｃｍ／℃）。焼結炭化物の温度が上昇すると、コバルトはＷＣよりも遙かに速い速度で膨張する。結果として、２つの相間の境界部に大きな応力が発生する。該応力の大きさは、温度上昇の程度に直接関係付けられている。更に、焼結炭化物が熱サイクル（加熱と冷却の繰り返し）を受けると、境界部は、亀裂を開始させるのに十分な程度まで弱くなる。連続する熱サイクルの場合には、亀裂はスポーリングが発生するまで大きくなる。
【００４７】
［００５６］従って、焼結炭化物及びその他の焼結硬質粒子材料の耐熱亀裂性は改良するが、それらの本来の強度、耐摩耗性、耐食性及び破壊靱性を犠牲にすることのない方法が大いに必要とされている。
【００４８】
［００５７］一般的には、焼結炭化物の耐熱亀裂性は、熱伝導率（ＴＣ）のみならず破壊靱性（ＫＩｃ）に直接比例し且つ熱膨張率（ＣＴＥ）及びヤング率（Ｅ）に逆比例する。従って、耐熱亀裂性は、バルク熱伝導率及び／又は破壊靱性を増大させることによって、及びバルク熱膨張及び／又は剛性（ヤング率）を減じることによって改良することができる。ＴＣが増大することによって局部的なホットスポットが防止され、一方、熱伝導率が低いと、相間の境界部の応力が減じられる。改良された耐熱亀裂性を有する焼結炭化物材料は、熱亀裂が開始し且つ大きくなる前に、より高い温度及びより多数の熱サイクルに対して作動することが期待できる。
【００４９】
［００５８］焼結炭化物の熱伝導率、破壊靱性、熱膨張、及びヤング率は、化学組成及び／又は微細構造を変えることによって変えることができる。例えば、バルク又は局部破壊靱性は、硬質粒子の粒径及び／又はバインダ成分を変えることによって変えることができる。不幸にも、破壊靱性の増大（耐熱亀裂性の観点からは望ましい）は、特定の観点から決定することができる。なぜならば、硬質粒子の粒径及び／又はバインダ成分の増大は、常に、耐摩耗性及び耐食性の減少をもたらすからである。
【００５０】
［００５９］同様に、熱伝導率は、焼結炭化物材料の硬質粒子成分を増やすことによって高くすることができる。しかしながら、硬質粒子の濃度の増大は、常に破壊靱性の低下をもたらすであろう。また、熱膨張率は、バインダの組成を変えるか又はバインダ成分を減らすことによって低くすることができる。いずれの場合にも、破壊靱性は低下せしめられる。最後に、ヤング率は、硬質粒子成分を減らすことによって低下させることができる。しかしながら、硬質粒子成分の低減によって、耐摩耗性及び耐食性の低下がもたらされるであろう。従って、一般的な方法を使用して、熱伝導率、破壊靱性、熱膨張、及びヤング率、を変えることによって耐熱亀裂性を改良する試みは、破壊靱性又は耐摩耗性及び耐食性の低下による性能の低下をもたらし得る。
【００５１】
［００６０］本発明のある種の実施形態は、インサートの切削（加工）部分の化学的組成又は微細構造を変えることなく、焼結炭化物のボーリングインサートにおける有効熱伝導率を改良する新規な方法に向けられている。このようにして、インサートの本来の破壊靱性、強度、及び耐摩耗性／耐食性は変わらない一方で、全体の熱伝導性（従って、耐熱亀裂性）が実質的に改良される。
【００５２】
［００６１］一つの実施形態においては、切り刃インサートは、焼結遷移金属炭化物の化学的組成（例えば、バインダ及び／又は硬質粒子の特性及び／又は成分）及び微細構造（例えば、硬質粒子の粒径）が意図されている用途（例えば、切削されつつある岩石のタイプ、所望の切削速度）に対して最適化されている切削部分の形態の加工部分と、並びに前記切削部分と比較して実質的により高い熱伝導率を有しているヒートシンク部分とによって構成されている。切削動作中に、ヒートシンク部分は、切削部分の切削面に発生した熱を該切削面から逃がす。このようにして、切削部分の温度上昇が従来の設計による物品よりも減じられ、熱亀裂の開始傾向が減じられる。
［００６２］図５Ａは、ヒートシンクを備えている切り刃インサート５０の一実施形態を示している。インサート５０は、切削面５５を有しているドーム形状の切削部分５１と本体部分５２とを含んでいる。切削部分５１と本体部分５２との両方が、焼結遷移金属炭化物を含んでいる。ヒートシンク部分５３は、本体部分５２内に配置されており且つヒートシンク材料を含んでいる。可能なヒートシンク材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、又はＡｕのような熱伝導率の高い金属がある。ある種の実施形態においては、焼結炭化物は、９０Ｗ／ｍＫ〜１０５Ｗ／ｍＫの範囲内の熱伝導率（ＴＣ）を有するグレードとすることができる。このような実施形態においては、ヒートシンク材料のＴＣは比較的高い。例えば、ＣｕのＴＣは約４０１Ｗ／ｍＫであり、ＡｌのＴＣは約３７３Ｗ／ｍＫであり、ＡｇのＴＣは約４２９Ｗ／ｍＫであり、ＡｕのＴＣは約３１７Ｗ／ｍＫである。代替的に、例えば、ヒートシンク部分は、グレードに応じて４５０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有しているグラファイトを含むことができる。明らかに、焼結遷移金属炭化物からなるインサート５０のバルク熱伝導率は、図５Ａに示されている伝導性が高いコア領域を組み込むことによって著しく高くすることができる。伝導性のコア（ヒートシンク部分５３）が存在することによって、切削面５５から熱を迅速に伝えること、従って、熱の発生と熱亀裂の開始とを阻止することが期待できる。熱伝導率の改良は、切削部分５１内の破壊靱性又は耐摩耗性／耐食性を犠牲にすることなく行うことができる。本発明による物品、例えば、他の切り刃インサート、工具、圧延機ロール、及びシールリングの他の実施形態は、ここに記載された設計原理と類似の方法で利点を得ることができる。
【００５３】
［００６３］第一の例による切り刃インサートは、最初に、インサートにインサートの本体部分内の中心の盲穴又は凹部を二次加工し、該凹部内に熱伝導性の金属又は合金からなるヒートシンク材料を配置してヒートシンク部分を提供することによって形成することができる。ある種の実施形態においては、熱伝導性のヒートシンク材料は、該材料を加熱して溶融させ、次いで、溶融した材料を凹部内へ注ぎ且つ材料を冷却して固体状態とすることによって、本体部分の凹部内に配置することができる。別の方法として、ヒートシンク材料を固体プラグとして凹部内に配置するか又は粉末として凹部内に配置しても良い。固体のヒートシンク材料は、熱嵌め及び／又は圧入によって凹部内に固定しても（すなわち機械的に取り付けても）良い。更に、粉末形状の熱伝導性の金属又は合金を凹部内に配置し、次いで、定位置に突き固めて稠密に詰め込み、それによって、ヒートシンク材料を凹部内に機械的に取り付けることができる。上記した図５Ａは、溶融した又は粉末化されたヒートシンク材料を、インサートの基部の凹部内に配置することによって作ることができる実施形態を概略的に示している。また、粉末化されたヒートシンク材料を凹部に付加することに続いて、固体プラグを凹部内に圧入するか、さもなければ機械的に取り付けて、粉末化されたヒートシンク材料を本体部分の空洞内に機械的に取り付けるようにすることができる。固体プラグはまたヒートシンク材料を含んでいて、固体プラグ及び該固体プラグによって本体部分の空洞内に固定された粉末がヒートシンク部分を形成するようにしても良い。該凹部内に固体プラグを固定することはまた、凹部内の粉末化されたヒートシンク材料を更に突き固め又は圧密する機能を果たすこともでき、これは、粉末及び更に一般的にはヒートシンク部分の熱伝導性を改良することができる。図５Ｂに示されている代替的な設計においては、本発明による切削インサートは、インサートの本体部分内に配置された１以上のヒートシンク部分を含んでいても良い。
【００５４】
［００６４］図６は、本発明によるボーリングビットのための切り刃インサートのもう一つの実施形態を示している。切り刃インサート６０は、ドーム形状の切削部分６１と基部又は本体部分６２とを備えている。切削部分６１は一般的な十分に高密度の焼結炭化物材料からなるけれども、基部部分６２は、連結された気泡を有する焼結炭化物からなる。基部領域の気泡には、熱伝導率が高い金属又は合金とすることができるヒートシンク材料が入り込んでいる。ここに記載されているように、適切な熱伝導率を有する金属又は合金は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有する如何なる材料であっても良い。適切なヒートシンク材料の例としては、限定的ではないが、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化硼素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデン炭化物、炭素、ダイヤモンド、及びこれらの組み合わせがある。基部部分６２は、切削部分６１よりも著しく高い熱伝導率を有することが予想でき、従って、上記した図５Ａに示されている実施形態における中心に配置されたヒートシンク部分に似たヒートシンクとして機能するであろう。このような実施形態における本体部分においては、焼結炭化物の硬質粒子は分散された第一の相を形成している。焼結炭化物のバインダは第一の連続相を形成しており、該第一の連続相内には硬質粒子が分散されている。ヒートシンク部分は第二の連続相を形成している。
【００５５】
［００６５］ヒートシンク部分が入り込んだ物品を形成する方法がここに記載されている。型の一部分には、不安定な材料を含んでいる焼結炭化物粉末の混合物が充填されている。該不安定な材料は、粉末金属混合物内に含まれている比較的低融点の材料であり且つ加熱によって圧粉体から除去されて圧密体又は焼結材料内に連続気泡を提供する。このような不安定な材料としては、粉末金属技術において知られており且つ限定的ではないがポリエチレン及びポリプロピレンのような蝋粒子及び粒状ポリマーがある。前記粉末混合物は、圧密されて圧粉体を形成することができ、当該圧粉体は続いて焼結される。焼結プロセス中（又は焼結前の何らかの他の加熱プロセス中）に、当該不安定な材料は、溶融、焼成、及び蒸発のうちの一つによって除去され、それによって、一連の連続する空洞が提供される。該連続する空洞には、当該技術において知られている溶浸法によってヒートシンク材料が浸入せしめられる。例えば、該物品は、ヒートシンク材料の溶湯内に沈められる。代替的には、物品は、ヒートシンク材料の塊と接触せしめられ且つヒートシンク材料の溶融温度より高い温度まで加熱される。
【００５６】
［００６６］連続する気泡内へ浸入せしめられたヒートシンク材料を含んでいる物品の代替的な実施形態は、最初に型の一部分に第一の焼結炭化物粉末を充填することによって形成することができる。空洞の残りの部分の少なくとも一部分には、不安定な材料を含んでいる第二の焼結炭化物粉末が充填される。粉末は、型内で固められて２つの領域を有する一体の圧粉体が形成される。当該圧粉体は焼結され、それによって、前記不安定な材料が除去され且つほぼ完全に稠密な焼結炭化物からなる第一の領域と、連続する空洞を含んでいる焼結炭化物からなる第二の領域とを備えた焼結炭化物の物品がもたらされる。前記第二の領域には、ヒートシンク材料が浸入せしめられる。
【００５７】
［００６７］本発明に従って形成された物品のいずれもが、例えば、加工部分及び／又は本体部分に混成焼結炭化物を含んでいる。例えば、本発明による切り刃インサート及びその他の物品の実施形態は、限定的ではないが、本明細書に参考として組み入れられている同時係属中の米国特許出願第１０／７３５，３７９号に記載されている混成焼結炭化物のような混成型の焼結炭化物を含んでいる。一般的に、混成型の焼結炭化物は、第二の焼結炭化物の連続相全体に亘って分散せしめられ、それによって、焼結炭化物の複合物を形成している少なくとも１つの焼結炭化物グレードの粒子を含んでいる材料である。米国特許出願第１０／７３５，３７９号は、例えば、他の混成焼結炭化物と比較して低い連続比率及び改良された特性を有している。混成焼結炭化物が分散された相の連続比率は、０．４８より小さいか又は等しいのが好ましい。また、本発明による混成焼結炭化物は、前記の連続相よりも高い硬度を有する分散相を有しているのが好ましい。例えば、本発明による切り刃インサート及びその他の物品の１以上の部分に使用される混成焼結炭化物のある種の実施形態においては、前記分散相の硬度は、８８ＨＲＡより大きいか又は等しく且つ９５ＨＲＡより小さいか等しいのが好ましく、前記連続相の硬度は、７８ＨＲＡより大きいか又は等しく且つ９１ＨＲＡより小さいか又は等しいのが好ましい。
【００５８】
［００６８］本発明による切り刃インサート及びその他の物品の付加的な実施形態は、第一の焼結炭化物の分散相と第二の焼結炭化物の連続相とを含んでいる混成の焼結炭化物を含んでいても良く、前記第一の焼結炭化物分散相の体積比率は５０重量パーセント未満であり、前記分散相の連続比率は複合材料内の分散相の体積比率の１．５倍より小さいか又は等しい。
【００５９】
［００６９］焼結炭化物の物品の製造プロセスは、典型的には、硬質の遷移金属炭化物粒子を含んでいる粉末金属と、粉末混合物を形成するためのバインダを含んでいる粉末金属とを混和又は混合することを含んでいる。圧粉体を形成するために、該粉末混合物が固められ又は加圧される。該圧粉体は次いで焼結され、固体の一体構造を有する物品又は物品の一部分が形成される。ここで使用されている物品又は物品の一部は、例えば、物品又は物品の一部の加工部分の体積とほぼ同じ特性を有する焼結炭化物材料のような材料によって作られている場合には、一体構造を有している。焼結に続いて、当該物品は、物品の特定の幾何学的構造の所望の形状又はその他の特徴を形成するために適切に機械加工される。例えば、該粉末混合物は、圧粉体を形成するために、粉末混合物を機械的に又は静的に圧縮することによって固化される。該圧粉体は、引き続き焼結させて圧密体が更に圧縮強化され且つ物品の領域又は部分間に自己結合が形成される。該圧密体は、３００〜２０００ｐｓｉ（２．０６８〜１３．７９ＭＰａ）の圧力及び１３５０〜１５００℃の温度で過圧焼結されるのが好ましい。
【００６０】
［００７０］本発明の実施形態としては、穴開けビット又はボーリングビットのための切り刃インサートを製造する方法がある。しかしながら、このような方法はまた、例えば、バイトビット、回転バイト、回転バイトインサート、ドリル、ナイフ、スリッタ、圧延機ロール、及びシールリング、を含む本発明による物品のいずれかを形成するように適合させることができる。このような方法の一つは、型の空洞の第一の領域内に焼結炭化物粉末混合物を配置することを含んでいる。１以上のヒートシンク材料の固体片のような固体ヒートシンク材料が、型の空洞の第二の領域内に配置される。ヒートシンク材料と共に切り刃インサート内に含まれるべき焼結炭化物の領域の数に応じて、型は、付加的な粉末を配置することができる付加的な領域に仕切っても良い。例えば、当該型は、幾つかの領域を規定するために型の空洞内に１以上の物理的な仕切りを配置することによって、又は仕切りを設けることなく型の各部分を単に充填することによって、幾つかの領域に分けても良い。前記粉末は、ここに記載されている切り刃インサートの対応する部分の所望の特性を達成するために選択される。型内の粉末及び固体ヒートシンク材料は、次いで、粉末及びヒートシンク材料の固体を圧縮強化させるために同時に機械的に又は静的に圧縮されて、固められた粉末とヒートシンク材料とからなる圧粉体が形成される。該圧粉体は、次いで、焼結されて型に本来付加されている固化された粉末が圧密強化される。しかしながら、焼結炭化物粉末を焼結させるために焼結炭化物粉末とヒートシンク材料とが相互に接触せしめられた状態で加熱される本発明による実施形態においては、ヒートシンク材料は、焼結温度より高い溶融温度を有していなければならない。特に、一般的な焼結炭化物粉末の焼結温度よりも低い溶融温度を有しているここに記載されているヒートシンク材料（例えば、銅、アルミニウム、銀、又は金）の場合には、これらのヒートシンク材料は、浸潤しておらず且つ焼結炭化物粉末を粉末化されたヒートシンク材料と接触させた状態で共焼結させることによって形成された焼結炭化物との間に金属結合を形成する。
【００６１】
［００７１］ヒートシンク材料は、インサートの加工部分と接触しているかさもなければ熱的に連通している、ヒートシンク部分を形成し又は含んでいる。ヒートシンク部分を含んでいる焼結された圧密体を準備する上記の方法は、如何なる形状であっても良く且つ他の如何なる物理的な幾何学的構造を有している切り刃インサートを提供する。本発明による方法によって形成される特に有利な切り刃インサートの形状及び特徴は、切り刃インサートを製造する当業者によく知られているであろう。
【００６２】
［００７２］本発明によるある種の方法においては、焼結炭化物粉末は、型内で固化されて圧粉体が形成され、該圧粉体は、ヒートシンク材料が物品に付加される前に焼結される。
【００６３】
［００７３］他の実施形態においては、焼結炭化物粉末が型に付加され且つ固化されて第一の圧粉体が形成される。続いて、ヒートシンク材料が前記第一の圧粉体に付加され、結合された材料が固化される。続いて、第二の圧粉体が焼結されて物品が形成される。該物品は、焼結炭化物の焼結中に形成された焼結炭化物を含んでいる加工部分と、ヒートシンク材料を含んでいるヒートシンク部分とを含んでいる。しかしながら、ヒートシンク材料の特性を考えると、加熱中に、加工部分とヒートシンク部分との間に金属結合は形成されないであろう。
【００６４】
［００７４］本発明の方法の更に別の実施形態は、凹部を含む第一の圧粉体を形成するために、型内で焼結炭化物を固化させるステップを含んでいる。次いで、凹部にヒートシンク金属が充填される。第一の圧粉体はヒートシンク材料の添加前に焼結される。ヒートシンク材料が固体形態で添加され且つ焼結温度よりも高い溶融温度を有している場合には、第一の圧粉体はヒートシンク材料の添加後に焼結させても良い。所望ならば、第一の圧粉体は、ヒートシンク材料の添加より前に約１２００℃の温度まで予め焼結させて圧粉体に強度を付与させても良い。ヒートシンク材料が固体である実施形態においては、該固体は、凹部上に固体を熱嵌めするか又は圧入することによって凹部内に固定される。
【００６５】
［００７５］本発明による物品を形成する方法のある種の実施形態においては、焼結炭化物を含んでいる焼結された本体が準備され、ヒートシンク材料が該焼結された本体内に配置され且つ機械的に取り付けられる。ヒートシンク材料は、焼結炭化物よりも高い熱伝導率を有している。該焼結された本体は凹部を含んでおり、ヒートシンク材料の添加は、凹部内にヒートシンク材料を配置することを含んでいる。該ヒートシンク材料は、固体、粉末、液体、又はこれらのいずれかの組み合わせとすることができる。固体は、例えば、圧入又は熱嵌めによって凹部に付加し、それによって、固体ヒートシンクと凹部との間に機械的結合を形成している。他の実施形態においては、粉末ヒートシンク材料が凹部内に配置される。該粉末は凹部内で圧密させることができる。更に、ある種の実施形態においては、粉末は圧密され且つ凹部内に固体プラグを配置することによって凹部内に固定して粉末化されたヒートシンク材の添加に続いて凹部内に機械的なシールが形成される。
【００６６】
［００７６］本発明による方法のこのような実施形態は、切り刃インサートの設計者に、特定の用途のための各部分の種々の形状の設計において大きな自由度を提供する。圧粉体は、あらゆる所望の焼結炭化物材料によってあらゆる所望の形成に設計することができる。
【００６７】
［００７７］当業者は、焼結炭化物からなる切り刃インサート及びその他の物品を形成するために固化させ且つ焼結させるのに必要とされるプロセスパラメータがわかるであろう。このようなパラメータが本発明において使用することができる。例えば、本発明に従って切り刃インサート及びその他の物品を形成するのに使用される焼結炭化物粉末の焼結は、物品を圧密強化するのに適した温度例えば１５００℃以下の温度で行うことができる。
【００６８】
［００７８］以上の記載は、本発明の明確な理解に関係がある本発明の特徴を示していることが理解されるべきである。当業者に明らかであり、従って、本発明の更に十分な理解を補助しない本発明のある種の特徴は、当該説明を簡素化するために提供しなかった。以上、本発明の実施形態を説明したけれども、当業者は、上記の説明を考慮したときに、本発明の多くの改造及び変形を採用することができることを認識するであろう。本発明のこのような変更例及び変形例の全てが、上記の説明及び特徴によって保護されることが意図されている。
【符号の説明】
【００６９】
５０  ボーリングビット、
５１  切削部分、
５２  本体部分、
５３  ヒートシンク部分、
５５  切削面、
６０  切り刃インサート、
６１  切削部分、
６２  本体部分、
１５０  切り刃インサート、
１５１  切削部分、
１５２  本体部分、
１５３  ヒートシンク部分、
１５４  本体部分、
２５０，３５０  切り刃インサート、
２５１，３５１  切削部分、
２５２，３５２  本体部分、
２５４，３５４  ヒートシンク部分、
２５３，３５３  ビット本体又はローラーコーン、
４５０  切り刃インサート、
４５１  切削部分、
４５２  ヒートシンク部分、
４５３  中心穴、
５５０  切り刃インサート、
５５１  切削部分、
５５２  本体部分、
６５０  切り刃インサート、
６５１  切削部分、
６５３  焼結繊維金属炭化物の領域、
６５４  ヒートシンク材料の領域、
７５０  切削工具、
７５１  加工部分、
７５２  本体部分、
７５３  ２つの焼結遷移金属領域、
７５４  ヒートシンク材料領域、
８５０  ロッド、
８５１  接触部分、
８５２  コア領域、
９５０  ロッド、
９５１  接触領域、
９５２  コア領域、
９５３  冷却剤用の溝、
１０００  シールリング、
１０１０  加工部分、
１０１５  本体部分、
１０２０  ヒートシンク部分、
１０１２  接触面、
２０００  ロール、
２０１０  接触部分、
２０１５  本体部分、
２０２０  ヒートシンク部分、
４１  不連続相、
４２  バインダ相
【図５Ａ】
2014037767.tif 000003
【図５Ｂ】
2014037767.tif 000004
【図５Ｃ】
2014037767.tif 000005
【図５Ｄ】
2014037767.tif 000006
【図５Ｅ】
2014037767.tif 000007
【図５Ｆ】
2014037767.tif 000008
【図５Ｇ】
2014037767.tif 000009
【図５Ｈ】
2014037767.tif 000010
【図５Ｉ】
2014037767.tif 000011
【図５Ｊ】
2014037767.tif 000012
【図６】
2014037767.tif 000013
【図８Ａ】
2014037767.tif 000014
【図８Ｂ】
2014037767.tif 000015
【図９Ａ】
2014037767.tif 000016
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１】
2014037767.tif 000019
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2014037767.tif 000021
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
2014037767.tif 000026
【図７】
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【外国語明細書】
2014037767000001.pdf