(57)【要約】  ツイストドリル用のチップであって、基体にこの基体の端に隣接したインターフェース境界部のところで接合された超硬質構造体を有し、超硬質構造体は、超硬質結晶粒を含む焼結多結晶材料から成り、超硬質構造体は、インターフェース境界部と反対側に位置した超硬質端面及び使用中、物体を穴あけするよう構成された複数個の切れ刃を備え、超硬質端面は、センターポイント及びチゼルエッジを含み、超硬質端面は、複数個の表面領域を有し、これら表面領域は、表面領域の各々に接するそれぞれの平面が使用中、チップの回転軸線から実質的に互いに異なる角度をなして配置されるよう構成されている。チップを製造する際に用いられる前躯体としての成形物並びに前躯体型成形物及びチップを製作する方法が開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツイストドリル用のチップであって、基体の端に隣接したインターフェース境界部のところで前記基体に接合された超硬質構造体を有し、前記超硬質構造体は、超硬質結晶粒を含む焼結多結晶材料から成り、前記超硬質構造体は、インターフェース境界部と反対側に位置した超硬質端面及び使用中、物体を穴あけするよう構成された複数個の切れ刃を備え、前記超硬質端面は、センターポイント及びチゼルエッジを含み、前記超硬質端面は、複数個の表面領域を有し、前記表面領域は、前記表面領域の各々に接するそれぞれの平面が使用中、前記チップの回転軸線から実質的に互いに異なる角度をなして配置されるよう構成されている、チップ。
【請求項２】
前記超硬質構造体は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料又は多結晶性立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）材料から成る、請求項１記載のチップ。
【請求項３】
前記超硬質端面は、前記インターフェース境界部と実質的に共形である、請求項１又は２記載のチップ。
【請求項４】
前記超硬質構造体の平均厚さは、少なくとも約０．３ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルである、請求項１〜３のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項５】
前記超硬質端面は、少なくとも約３ミリメートル且つせいぜい約２０ミリメートルの直径を定める周囲を有する、請求項１〜４のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項６】
前記超硬質端面は、少なくとも２つの部分的に円錐形の表面領域を含む、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項７】
前記超硬質端面は、使用中、前記チップの前記回転軸線に平行な長手方向平面が弧状である少なくとも１つの表面領域を含む、請求項１〜６のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項８】
前記表面領域のうちの少なくとも２つの間には屈曲部が形成されている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項９】
前記表面領域に対する接平面は、互いに対して少なくとも５°の角度をなして配置されている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項１０】
前記表面領域の各々は、各表面領域の直径方向反対側の領域に対する接平面相互間で測定して少なくとも４５°且つせいぜい約１８０°の夾角をそれぞれ定める、請求項１〜９のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項１１】
前記超硬質端面は、頂点から垂下した第１の表面領域及び前記第１の表面領域から垂下した第２の表面領域を含み、前記第１及び前記第２の表面領域との間には屈曲角度が定められている、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項１２】
前記インターフェース境界部は、全体として形状がドーム状、多円錐形、凹状又は凸状である、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一に記載のチップを製造する際に用いられる前駆体としての成形物であって、基板に前記基板の端部のところのインターフェース境界部のところで接合された超硬質構造体を有し、前記超硬質構造体は、前記インターフェース境界部と反対側に位置した超硬質端面を有し、前記超硬質構造体には、切れ刃がなく、前記超硬質構造体は、超硬質結晶粒を含む焼結多結晶材料から成り、前記超硬質端面は、中央の尖っていない頂点及び前記チップ用に構成された複数個の表面領域を含む、前駆体型成形物。
【請求項１４】
前記前駆体型成形物の前記表面領域は、前記チップの前記切れ刃に隣接して位置する前記チップの前記表面領域に対応している、請求項１３記載の前駆体型成形物。
【請求項１５】
前記前駆体型成形物の前記表面領域は、前記表面領域のプロフィールが前記チップの前記対応の表面領域の対応のプロフィールの約０．５ミリメートルの範囲内に収まるよう構成されている、請求項１３又は１４記載の前駆体型成形物。
【請求項１６】
前記頂点は、球の形をしていて尖っておらず、アールを有する、請求項１３〜１５のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１７】
前記頂点は、丸形隆起条を含み、前記隆起条は、前記隆起条に垂直な長手方向平面にアールを有する、請求項１３〜１５のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１８】
前記頂点のアールは、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルである、請求項１３〜１７のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１９】
前記超硬質端面は、少なくとも約３ミリメートル且つせいぜい約２０ミリメートルの直径を定める周囲を有する、請求項１３〜１８のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２０】
前記超硬質端面は、実質的に円形の周囲を有する、請求項１３〜１９のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２１】
前記超硬質構造体は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料又は多結晶性立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）材料から成る、請求項１３〜２０のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２２】
前記超硬質端面は、前記インターフェース境界部と実質的に共形である、請求項１３〜２１のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２３】
前記超硬質構造体は、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルの実質的に一様な厚さを有する、請求項１３〜２１のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２４】
前記超硬質端面は、少なくとも２つの円錐形表面を含み、前記円錐形表面は、互いに且つ前記頂点と同心であり、それぞれ実質的に互いに異なる円錐角を有する、請求項１３〜２３のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２５】
前記超硬質端面は、外側円錐形表面及び内側円錐形表面を含み、前記外側円錐形表面は、前記内側円錐形表面よりも頂点から一層離れて位置し、前記外側円錐形表面の円錐角は、前記内側円錐形表面の円錐角よりも実質的に大きい、請求項１３〜２４のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２６】
前記超硬質端面は、外側円錐形表面及び内側円錐形表面を含み、前記外側円錐形表面は、前記内側円錐形表面よりも頂点から一層離れて位置し、前記外側円錐形表面の円錐角は、前記内側円錐形表面の円錐角よりも実質的に小さい、請求項１３〜２５のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２７】
前記超硬質端面は、長手方向平面が弧状である少なくとも１つの表面領域を含む、請求項１３〜２６のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２８】
前記表面領域のうちの少なくとも２つの間には屈曲部が形成されている、請求項１３〜２７のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項２９】
前記表面領域のうちの少なくとも２つは、これら表面領域相互間のフィレットコーナのところで合体し、前記フィレットは、少なくとも約０．５ミリメートル且つ少なくとも約３ミリメートルのアールを有する、請求項１３〜２８のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項３０】
前記表面領域に対する接平面は、互いに対して少なくとも５°の角度をなして配置されている、請求項１３〜２９のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項３１】
前記表面領域の各々は、各表面領域の直径方向反対側の領域に対する接平面相互間で測定して少なくとも４５°且つせいぜい約１８０°の夾角をそれぞれ定める、請求項１３〜３０のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項３２】
前記超硬質端面は、頂点から垂下した第１の表面領域及び前記第１の表面領域から垂下した第２の表面領域を含み、前記第１及び前記第２の表面領域との間には屈曲角度が定められている、請求項１３〜３１のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項３３】
前記インターフェース境界部は、全体として切頭円錐形、ドーム状、円錐形、多円錐形、凹状又は凸状の形をしている、請求項１３〜３１のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項３４】
前記超硬質構造体は、少なくとも１つの中間層を介して前記基体に接合されている、請求項１３〜３３のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項３５】
請求項１３〜３４のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物を製造する方法であって、前記方法は、前記前駆体型成形物の前記超硬質端面を形成するよう構成された内側表面領域を有するモールドを用意し、前記内側表面領域に当てて複数個の超硬質結晶粒を含む凝集体を形成するステップと、焼結炭化物材料から成ると共に前記成形物用の前記インターフェース境界部として構成される端面を備えた基体を用意するステップと、前記基体の前記端面を前記凝集体に当てて配置して予備焼結組立体を構成するステップと、前記予備焼結組立体を超高圧プレス用のカプセル内に組み込むステップと、前記凝集体を焼結するのに十分な圧力温度を前記予備焼結組立体に加えて前記基体に結合された前記超硬質成形物を形成するステップとを含む、方法。
【請求項３６】
前記モールドの前記内側表面領域は、その形状プロフィールが前記前駆体型成形物の前記超硬質端面の形状プロフィールの約０．５ミリメートルの範囲内に収まる構成されている、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記凝集体は、複数個のダイヤモンド結晶粒又は複数個のＣＢＮ結晶粒を含む、請求項３５又は３６記載の方法。
【請求項３８】
前記凝集体は、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルの実質的に一様な厚さを有する超硬質構造体を製作するよう配置される、請求項３５〜３７のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項３９】
前記モールドは、前記頂点を含む端面、前記頂点から垂下した第１の表面領域及び前記第１の表面領域から垂下した第２の表面領域を有する超硬質構造体を形成するよう構成され、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との間には、屈折角が定められる、請求項３５〜３８のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも１つの中間層を超硬質結晶粒の前記凝集体と前記基体との間に配置するステップを含み、前記中間層は、前記中間層を介して前記基体に接合される前記超硬質構造体を含む成形物を提供するよう超硬質材料の結晶粒及び金属炭化物材料の結晶粒を含む、請求項３５〜３９のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項４１】
複数個の中間層を超硬質結晶粒の前記凝集体と前記基体との間に配置するステップを含み、前記中間層は、前記中間層を介して前記基体に接合される前記超硬質構造体を含む成形物を提供するよう超硬質材料の結晶粒及び金属炭化物材料の結晶粒を含み、前記超硬質材料の結晶粒の含有量は、前記凝集体からの前記中間層の距離につれて減少する、請求項３５〜４０のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項４２】
前記超硬質結晶粒を含む複数枚のシートを用意するステップと、前記シートを前記モールドの前記内面に当てて積み重ねて前記凝集体を形成するステップとを含む、請求項３５〜４１のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項４３】
請求項１〜１２のうちいずれか一に記載のチップを製造する方法であって、請求項１３〜３４のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物を用意するステップと、前記超硬質構造体から材料を除去して複数個の切れ刃を形成するステップとを含む、方法。
【請求項４４】
前記頂点を含む前記超硬質構造体の領域から材料を除去してセンターポイント又はチゼルエッジを形成するステップを含む、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記前駆体型成形物から材料を除去して溝構造を形成するステップを含む、請求項４３又は４４記載の方法。
【請求項４６】
前記超硬質構造体から材料を除去して２つの表面領域相互間のフィレットコーナのアールを減少させ又は実質的になくすステップを含む、請求項４３〜４５のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項４７】
前記超硬質構造体から材料を除去して前記超硬質端面上に少なくとも１つのクリアランス面を形成するステップを含む、請求項４３〜４６のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項４８】
チタン（Ｔｉ）、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）材料又はＴｉとＣＦＲＰ材料の両方から成る物体を穴あけする方法であって、前記方法は、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載のチップを有するドリルを使用するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容、即ち、本発明は、一般に、焼結多結晶超硬質材料から成るツイストドリル用チップ（tip）、ツイストドリル用チップを製造する際に用いられる前駆体としての成形物、前駆体型成形物及びツイストドリル用チップを製作する方法及びドリルチップを使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械工具、例えば超硬質チップを有するツイストドリルは、硬質金属及び合金を機械加工し、宇宙空間及び他の業界向きのコンポーネントを製作するために用いられる場合がある。焼結多結晶超硬質材料の例としては、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料や多結晶性立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）材料が挙げられる。ツイストドリルビットは、溝を備えた円筒形シャフトの先端部のところにカッタポイント（又は単に「ポイント」）を有し、溝は、あけられている穴から材料の切り屑を除去するのを助ける。
【０００３】
米国特許第５，２５６，２０６号明細書は、ドリルのヘッド及び溝を覆う一様なダイヤモンド被膜を有するコーテッドツイストドリルを開示している。コーテッドツイストドリルを製作する方法は、化学蒸着によってダイヤモンド被膜を被着させるステップを含む。
【０００４】
米国特許第５，５８０，１９６号明細書は、ツイストドリルビットを製造する方法であって、次のステップ、即ち、ＰＣＤ又はＰＣＢＮの層を円錐形チップの実質的に表面全体に結合することによってドリルブランクを製作するステップを含み、この層は、実質的に一様な軸方向厚さを有し、更に、ドリルブランクを機械加工してツイストドリルビットを形成するステップを含む方法を開示している。この場合も又、ドリル前駆体型成形物は、鋼、炭化タングステン若しくは炭化タンタル又はこれらに類似した材料から成る場合がある。ＰＣＤ又はＰＣＢＮの層の厚さは、好ましくは０．５〜１．５ｍｍであると開示されている。
【０００５】
超硬質ドリル用チップの製造費は、超硬質材料の機械加工又は研削が必要な場合には実質的に一層増大する可能性がある。ドリルビットは、これらの有効寿命を延ばすために時々再調整される場合がある。これは、チップを研削することによって行われる場合があり、このために、チップから幾分かの超硬質材料を除去することが必要である。商業的に採算の取れるＰＣＤチップ付きドリルビットは、２回から４回にわたって再研削される必要がある場合があり、約０．２〜０．５ｍｍが毎回表面から除去される。したがって、ＰＣＤ構造体は、焼結炭化物基体に接合された層の全体的形状を有する場合、このＰＣＤ構造体は、厚さが少なくとも約２．５ｍｍ又は少なくとも約３ｍｍであることが必要であると言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，２５６，２０６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５８０，１９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
硬質材料又は研磨材から成る物体、特に、チタン（Ｔｉ）及び／又は炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）から成る物体（これには限られない）を効率的且つ有効に穴あけするよう構成された超硬質ツイストドリルが要望されている。また、超硬質チップを製作する費用効果の良い方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点から見て、ツイストドリル用のチップであって、基体の端に隣接したインターフェース境界部のところで基体に接合された超硬質構造体を有し、超硬質構造体は、超硬質結晶粒を含む焼結多結晶材料から成り、超硬質構造体は、インターフェース境界部と反対側に位置した超硬質端面及び使用中、物体を穴あけするよう構成された複数個の切れ刃を備え、超硬質端面は、センターポイント及びチゼルエッジを含み、超硬質端面は、複数個の表面領域を有し、表面領域は、表面領域の各々に接するそれぞれの平面が使用中、チップの回転軸線から実質的に互いに異なる角度をなして配置されるよう構成されていることを特徴とするチップが提供される。超硬質端面をチップの切削ポイントと称する場合がある。
【０００９】
露出される基体の端の領域は実質的に存在せず、基体の端の実質的全体が超硬質構造体に接合される。
前駆体としての成形物に関する種々の組み合わせ及び構成が本発明により想定され、かかる前駆体型成形物の非限定的且つ非網羅的実施例について以下に説明する。
超硬質構造体は、超硬質構造体上に形成された２つ、３つ又は４つ以上の切れ刃を備えるのが良い。チップは、２本又は３本以上の溝を有するのが良い。
基体は、焼結炭化物（超硬合金）、例えばコバルト焼結炭化タングステン材料を含むのが良く又は本質的にこれから成るのが良い。
超硬質端面は、少なくとも約３ミリメートル且つせいぜい約２０ミリメートルの直径を定める周囲を有するのが良い。周囲の少なくとも一部は、弧状であるのが良い。基体の直径（存在する場合のある溝を含まない）は、少なくとも約３ミリメートル且つせいぜい約２０ミリメートルであるのが良い。
超硬質構造体は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料又は多結晶性立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）材料から成るのが良い。
超硬質構造体は、実質的に一様な厚さを有するのが良い。超硬質構造体の平均直径は、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルであるのが良い。
【００１０】
超硬質端面及びその表面領域に関する種々の構成が想定され、これらの非限定的な実施例は次の通りである。超硬質端面は、超硬質端面上に形成される場合のあるクリアランス面はさておき、インターフェース境界部と実質的に共形であるのが良い。超硬質端面は、少なくとも２つの部分的円錐形表面領域を有するのが良い。超硬質端面は、使用中、チップの回転軸線に平行な長手方向平面が弧状である少なくとも１つの表面領域を含むのが良い。表面領域のうちの少なくとも２つの間には屈曲部が形成されるのが良い。表面領域に対する接平面は、互いに対して少なくとも５°の角度をなして配置されるのが良い。表面領域の各々は、各表面領域の直径方向反対側の領域に対する接平面相互間で測定して少なくとも４５°且つせいぜい約１８０°の夾角をそれぞれ定めるのが良い。超硬質端面は、頂点から垂下した第１の表面領域及び第１の表面領域から垂下した第２の表面領域を含むのが良く、第１及び第２の表面領域との間には屈曲角度が定められる。
【００１１】
インターフェース境界部は、全体として切頭円錐形、ドーム状、円錐形、多円錐形、凹状又は凸状の形をしているのが良い。
【００１２】
超硬質構造体は、少なくとも１つの中間層を介して基体に接合されるのが良く、かかる中間層は、結合剤中に分散して設けられた複数個の超硬質結晶粒及び炭化物結晶粒を含み、結合剤は、コバルトを含むのが良い。中間層中の超硬質結晶粒の含有量は、超硬質構造体からの距離につれて変化するのが良い。例えば、中間層中の硬質結晶粒の含有量は、超硬質構造体からの距離につれて減少するのが良い（従って、基体の端からの距離につれて増大するのが良い）。炭化物結晶粒の含有量は、中間層中の超硬質結晶粒の含有量と反比例するのが良い。超硬質結晶粒及び／又は炭化物結晶粒の含有量の変化は、実質的に連続していても良く或いは別々であり且つ段階的であっても良い。１つ又は複数の中間層は、超硬質構造体及び／又は基体の内部応力を減少させる作用効果を有するのが良い。
【００１３】
第２の観点から見て、本発明の第１の観点としてのチップを製造する際に用いられる前駆体としての成形物であって、基板に基板の端部のところのインターフェース境界部のところで接合された超硬質構造体を有し、超硬質構造体は、インターフェース境界部と反対側に位置した超硬質端面を有し、超硬質構造体には、切れ刃がなく、超硬質構造体は、超硬質結晶粒を含む焼結多結晶材料から成り、超硬質端面は、中央の尖っていない頂点及びチップ用に構成された複数個の表面領域を含むことを特徴とする前駆体型成形物が提供される。
【００１４】
超硬質端面の少なくとも表面領域は、前駆体型成形物から製造される本発明のチップの表面領域に対応するよう構成されている。前駆体型成形物の表面領域は、先端部の表面領域と実質的に同一であろう。この観点は、製造費の効率を高めると共にコストを減少させる可能性がある。というのは、超硬質材料は、機械加工するのが比較的困難であり且つ時間がかかると見込まれるからである。
【００１５】
本発明により、前駆体型成形物の種々の組み合わせ及び構成が想定され、かかる前駆体型成形物の非限定的且つ非網羅的実施例について以下に説明する。
【００１６】
幾つかの実施例では、前駆体型成形物の表面領域は、チップの切れ刃に隣接して位置するチップの表面領域に対応するのが良い。幾つかの実施例では、前駆体型成形物の表面領域は、表面領域のプロフィール（特に縦断面で見て）がチップの対応の表面領域の対応のプロフィールの約０．５ミリメートル又は約０．３ミリメートルの範囲内に収まるよう構成される。この観点は、チップを前駆体型成形物から製造するときに超硬質構造体から除去されることが必要な超硬質材料の量を実質的に減少させる可能性がある。というのは、前駆体型成形物の表面領域は、例えば必要とされる場合があるクリアランス面の形成又は小規模な加工はさておき、チップの表面領域に実質的に合うよう構成されるからである。
【００１７】
頂点は、球の形をしていて尖っておらず、アールを有するのが良い。頂点は、丸形隆起条であるのが良く、隆起条は、隆起条に垂直な長手方向平面にアールを有する。頂点のアールは、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートル、せいぜい約２ミリメートル又はせいぜい約１．５ミリメートルであるのが良い。
【００１８】
幾つかの実施例では、インターフェース境界部は、基体の端に実質的に隣接しているのが良く、基体の実質的に端全体は、超硬質構造体に接合されるのが良く、或いは、基体の端の一領域が露出される場合がある。
【００１９】
超硬質端面は、少なくとも約３ミリメートル且つせいぜい約２０ミリメートルの直径を定める周囲を有するのが良い。周囲は、実質的に円形であるのが良く、或いは、周囲の少なくとも一部が弧状であるのが良い。
【００２０】
超硬質構造体は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料又は多結晶性立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）材料から成るのが良い。
【００２１】
超硬質構造体は、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルの実質的に一様な厚さを有するのが良い。
【００２２】
超硬質端面及びその表面領域に関する種々の構成が想定され、これらの非限定的な実施例は、次の通りである。超硬質端面は、インターフェース境界部と実質的に共形であるのが良い。超硬質端面は、少なくとも２つの円錐形表面を含むのが良く、円錐形表面は、互いに且つ頂点と同心であり、それぞれ実質的に互いに異なる円錐角を有する。超硬質端面は、外側円錐形表面及び内側円錐形表面を含むのが良く、外側円錐形表面は、内側円錐形表面よりも頂点から一層離れて位置し、外側円錐形表面の円錐角は、内側円錐形表面の円錐角よりも実質的に大きい。超硬質端面は、外側円錐形表面及び内側円錐形表面を含むのが良く、外側円錐形表面は、内側円錐形表面よりも頂点から一層離れて位置し、外側円錐形表面の円錐角は、内側円錐形表面の円錐角よりも実質的に小さい。超硬質端面は、長手方向平面が弧状である少なくとも１つの表面領域を含むのが良い。表面領域のうちの少なくとも２つの間には屈曲部が形成されるのが良い。表面領域のうちの少なくとも２つは、これら表面領域相互間のフィレットコーナのところで合体するのが良く、フィレットは、少なくとも約０．５ミリメートル且つ少なくとも約３ミリメートルのアールを有する。表面領域に対する接平面は、互いに対して少なくとも５°の角度をなして配置されるのが良い。表面領域の各々は、各表面領域の直径方向反対側の領域に対する接平面相互間で測定して少なくとも４５°且つせいぜい約１８０°の夾角をそれぞれ定めるのが良い。超硬質端面は、頂点から垂下した第１の表面領域及び第１の表面領域から垂下した第２の表面領域を含むのが良く、第１及び第２の表面領域との間には屈曲角度が定められる。
【００２３】
インターフェース境界部は、全体として切頭円錐形、ドーム状、円錐形、多円錐形、凹状又は凸状の形をしているのが良い。
【００２４】
超硬質構造体は、少なくとも１つの中間層を介して基体に接合されるのが良く、かかる中間層は、結合剤中に分散して設けられた複数個の超硬質結晶粒及び炭化物結晶粒を含み、結合剤は、コバルトを含むのが良い。中間層中の超硬質結晶粒の含有量は、超硬質構造体からの距離につれて変化するのが良い。例えば、中間層中の硬質結晶粒の含有量は、超硬質構造体からの距離につれて減少するのが良い（従って、基体の端からの距離につれて増大するのが良い）。炭化物結晶粒の含有量は、中間層中の超硬質結晶粒の含有量と反比例するのが良い。超硬質結晶粒及び／又は炭化物結晶粒の含有量の変化は、実質的に連続していても良く或いは別々であり且つ段階的であっても良い。１つ又は複数の中間層は、超硬質構造体及び／又は基体の内部応力を減少させる作用効果を有するのが良い。
【００２５】
第３の観点から見て、本発明の前駆体型成形物を製造する方法であって、この方法は、前駆体型成形物の超硬質端面を形成するよう構成された内側表面領域を有するモールドを用意し、内側表面領域に当てて複数個の超硬質結晶粒を含む凝集体を形成するステップと、焼結炭化物材料から成ると共に成形物用のインターフェース境界部として構成される端面を備えた基体を用意するステップと、基体の端面を凝集体に当てて配置して予備焼結組立体を構成するステップと、予備焼結組立体を超高圧プレス用のカプセル内に組み込むステップと、凝集体を焼結するのに十分な圧力温度を予備焼結組立体に加えて基体に結合された超硬質成形物を形成するステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。
【００２６】
この方法の変形例が本発明により想定され、その非限定的且つ非網羅的実施例について以下に説明する。
【００２７】
モールドの内側表面領域は、その形状プロフィール（特に縦断面で見て）が前駆体型成形物の超硬質端面の形状プロフィールの約０．５ミリメートル又は約０．３ミリメートルの範囲内に収まる構成されるのが良い。モールドの内部表面領域の形状は、焼結段階中に生じる場合のある避けられないゆがみはさておき、前駆体型成形物の超硬質端面の形状と実質的に同じであるのが良い。
【００２８】
凝集体は、複数個のダイヤモンド結晶粒又は複数個のＣＢＮ結晶粒を含むのが良い。
【００２９】
凝集体は、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルの実質的に一様な厚さを有する超硬質構造体を製作するよう配置されるのが良い。
【００３０】
モールドは、頂点を含む端面、頂点から垂下した第１の表面領域及び第１の表面領域から垂下した第２の表面領域を有する超硬質構造体を形成するよう構成されるのが良く、第１の表面領域と第２の表面領域との間には、屈折角が定められる。
【００３１】
この方法は、少なくとも１つの中間層を超硬質結晶粒の凝集体と基体との間に配置するステップを含むのが良く、中間層は、中間層を介して基体に接合される超硬質構造体を含む成形物を提供するよう超硬質材料の結晶粒及び金属炭化物材料の結晶粒を含む。
【００３２】
この方法は、少なくとも１つの中間層を超硬質結晶粒の凝集体と基体との間に配置するステップを含むのが良く、かかる中間層は、結合剤中に分散して設けられた複数個の超硬質結晶粒及び炭化物結晶粒を含み、結合剤は、コバルトを含むのが良い。中間層中の超硬質結晶粒の含有量は、超硬質構造体からの距離につれて変化するのが良い。例えば、中間層中の硬質結晶粒の含有量は、超硬質構造体からの距離につれて減少するのが良い（従って、基体の端からの距離につれて増大するのが良い）。炭化物結晶粒の含有量は、中間層中の超硬質結晶粒の含有量と反比例するのが良い。超硬質結晶粒及び／又は炭化物結晶粒の含有量の変化は、実質的に連続していても良く或いは別々であり且つ段階的であっても良い。
【００３３】
幾つかの実施例では、この方法は、超硬質結晶粒を含む複数枚のシートを用意するステップと、シートをモールドの内面に当てて積み重ねて凝集体を形成するステップとを含むのが良い。幾つかの実施例では、この方法は、超硬質結晶粒を含むスラリ又はペーストを調製するステップ及び注型、押し出し又は成形によってスラリ又はペーストを成形して凝集体を形成するステップを含むのが良い。
【００３４】
第４の観点から見て、本発明のチップを製造する方法であって、本発明の前駆体型成形物を用意するステップと、超硬質構造体から材料を除去して複数個の切れ刃を形成するステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。切れ刃は、チップを使用中駆動してこれが回転軸線回りに回転し、そしてチップを回転軸線に沿って物体中に駆動すると、物体を穴あけするよう構成される。
【００３５】
幾つかの実施例では、この方法は、露出される基体の端の領域が実質的に存在せず、端の実質的全体が超硬質構造体に接合されるよう基体の一部を除去するステップを含むのが良い。
【００３６】
この方法は、前駆体型成形物から材料を除去して溝構造を形成するステップを含むのが良い。
【００３７】
この方法は、頂点を含む超硬質構造体の領域から材料を除去してセンターポイント又はチゼルエッジを形成するステップを含むのが良い。
【００３８】
この方法は、超硬質構造体から材料を除去して２つの表面領域相互間のフィレットコーナのアールを減少させ又は実質的になくすステップを含むのが良い。
【００３９】
この方法は、超硬質構造体から材料を除去して超硬質端面上に少なくとも１つのクリアランス面を形成するステップを含むのが良い。前駆体型構造体の表面領域の形状輪郭（特に、縦断面で見たとき）は、例えばクリアランス面を形成するステップによって、約０．５ミリメートル又は０．３ミリメートルの範囲内に実質的に保たれるのが良い。
【００４０】
第５の観点から見て、チタン（Ｔｉ）、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）材料又はＴｉとＣＦＲＰ材料の両方から成る物体を穴あけする方法であって、この方法は、本発明のチップを有するドリルを使用するステップを含むことを特徴とする方法が提供される。
【００４１】
開示する実施例の方法は、比較的費用効果が良く、しかも特に、超硬質構造体の焼結後、ドリル用チップを仕上げするのに必要な超硬質材料の加工量を減少させるという観点を有することができる。開示する方法は、比較的薄く且つ／或いは複雑な超硬質構造体を多数の角度ポイントを有するチップを含む比較的高性能のドリル用チップに設けることができるという観点を有すると言える。開示するチップのうちの幾つかは、１回使用後に使い捨てであるという観点を有することができ、そしてチップを１回だけ使用して再使用のためにこれらを再び鋭利にしないようにすることが、費用効果が良いと言える。
【００４２】
添付の図面を参照して例示の構成例につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ツイストドリル用の例示のチップの概略斜視図である。
【図２】例示のツイストドリルの概略斜視図である。
【図３Ａ】例示のツイストドリルの端部分の概略側面図である。
【図３Ｂ】例示のツイストドリルの端部分の概略平面図である。
【図４】ツイストドリル用チップのための例示の前駆体型成形物の概略側面図である。
【図５】ツイストドリル用チップのための例示の前駆体型成形物の概略側面図である。
【図６】ツイストドリル用チップのための例示の前駆体型成形物の概略側面図である。
【図７】ツイストドリル用チップのための例示の前駆体型成形物の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１を参照すると、ツイストドリル（図示せず）用の例示のチップ１０が、基体１３にこの基体１３の端に隣接して位置するインターフェース境界部１４のところで接合された超硬質構造体１２を有している。この実施例では、基体１３は、本質的に、焼結炭化タングステン材料から成り、超硬質構造体１２は、本質的にＰＣＤ材料から成っている。超硬質構造体１２は、インターフェース境界部１４とは反対側に位置した超硬質端面１５を備えている。超硬質端面１５は、センターポイント１６を有する。超硬質構造体１２は、１対の切れ刃１７（これら切れ刃のうち１つだけが図１の側面図に見える）を備え、１対の溝１８（これら溝のうちの１つだけが図１の側面図に見える）がチップ１０に形成されている。超硬質端面１５は、使用中、チップの長手方向回転軸線Ｌに対して互いに異なる角度をなして配置された２つの全体として円錐形の同心表面領域１５Ａ，１５Ｂを更に有し、センターポイント１６に隣接して位置する内側表面領域１５Ａは、外側表面領域１５Ｂの円錐角よりも実質的に小さい円錐角を有している。この特定の実施例では、超硬質端面１５は、凹状であり、湾曲した表面領域が表面領域１５Ａ，１５Ｂを互いに連結している。ＰＣＤ構造体１２が接合されている基体１３の端のうちのどの部分も実質的に露出されていない（即ち、基体１３の実質的に端全体は、ＰＣＤ構造体１２に接合されている）。
【００４５】
図２を参照すると、例示のツイストドリル２０が溝２４を備えたドリルシャフト２２及びドリルシャフト２２の端２６に接合された例示のチップ１０を有するのが良い。ドリルシャフト２２は、長手方向回転軸線Ｌを定めている。チップは、インターフェース境界部１４のところで基体１３に接合されたＰＣＤ構造体１２を有している。
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、例示のツイストドリル（その一部だけが示されている）が少なくとも２本の溝２４（これら溝のうちの１つだけが図３Ａに見える）を備えたドリルシャフト２２及びドリルシャフト２２の端面２６のところでドリルシャフト２２に接合された例示のチップ１０を有している。チップ１０は、端２６のところでシャフト２２の溝２４に合うよう構成された２本の溝１８を有し、チップ１０は、溝１８の各々とそれぞれ関連した２つの切れ刃１７を備えている。チップ１０は、ダイヤモンド結晶粒及び炭化物結晶粒を含む中間層１９を介して焼結炭化物基体１３に接合されたＰＣＤ構造体１２を有し、ＰＣＤ構造体１２は、チゼルエッジ１６を含む切削ポイントを備えている。ＰＣＤ構造体１２は、超硬質端面１５を備え、この超硬質端面は、長手方向回転軸線Ｌに対して互いに異なる角度をなして配置された同心の全体として円錐形の表面領域１５Ａ，１５Ｂを含む。この特定の実施例では、超硬質端面１５は、凹状である。
【００４６】
図４及び図５を参照すると、ツイストドリル用チップ（図示せず）を製作する例示の前駆体としての成形物３０が各々、それぞれのインターフェース境界部のところで焼結炭化物基体３３に接合されたＰＣＤ構造体３２を有し、インターフェース境界部の各々は、それぞれの超硬質端面３５と実質的に共形である。ＰＣＤ構造体３２は、球の形に丸くなった頂点３６を有するよう構成され、この頂点は、長手方向平面（長手方向軸線Ｌに平行である）内に約１ミリメートルのアール又は半径を有している。ＰＣＤ構造体３２は、第１及び第２の端円錐形表面領域３５Ａ，３５Ｂを含む超硬質端面１５を備え、第１及び第２の端円錐形表面領域は、約０．５ミリメートルのフィレットアールを有する円形のフィレットコーナのところで合体している。表面領域１５Ａ，１５Ｂは、実質的に互いに異なる円錐角を有する。図４に示されている実施例では、表面領域１５Ａ，１５Ｂは、全体として凹状の端面１５を形成するよう配置され、１５に示されている実施例では、表面領域１５Ａ，１５Ｂは、全体として凸状の端面１５を形成するよう配置されている。
【００４７】
図６及び図７を参照すると、ツイストドリル用チップ（図示せず）を製作する例示の前駆体としての成形物３０が各々、それぞれのインターフェース境界部のところで焼結炭化物基体３３に接合されたＰＣＤ構造体３２を有し、インターフェース境界部の各々は、それぞれの超硬質端面３５と実質的に共形である。ＰＣＤ構造体３２は、球の形に丸くなった頂点３６を有するよう構成され、この頂点は、長手方向平面（長手方向軸線Ｌに平行である）内に約１ミリメートルのアール又は半径を有している。ＰＣＤ構造体３２は、連続して湾曲した超硬質端面３５を備え、この超硬質端面は、長手方向平面内において弧状であり、かかる超硬質端面は、表面領域３５Ａ，３５Ｂを含み、これら表面領域の接線は、長手方向軸線Ｌに対して互いに異なる角度をなして配置されている。図６に示されている実施例では、超硬質端面３５は、凹状であり、頂点３６に隣接して位置する表面領域１５Ａは、表面領域１５Ｂよりも急峻に頂点３６から下方に傾斜しており、表面領域１５Ｂは、超硬質端面の周囲に隣接して位置している。図７に示されている実施例では、超硬質端面３５は、凸状であり、頂点３６に隣接して位置する表面領域１５Ａは、表面領域１５Ｂよりも急峻度が低い状態で頂点３６から下方に傾斜しており、表面領域１５Ｂは、超硬質端面の周囲に隣接して位置している。
【００４８】
例示の前駆体型成形物を製作する例示の方法について以下に説明する。この方法は、ＰＣＤ成形物を製作するための予備焼結組立体を調製するステップ及び予備焼結組立体に少なくとも約５．５ＧＰａの超高圧及び少なくとも約１，２５０℃の高温を加えるステップを含み、かかる温度状態では、ダイヤモンド結晶粒は、ＰＣＤ構造体を形成するよう内方成長することができる。予備焼結組立体に超高圧を作用させ、その結果、予備焼結組立体の幾分かのゆがみが生じる可能性がある。予備焼結組立体は、焼結炭化物基体とモールドとの間に位置する凝集体として形成される複数個のダイヤモンド結晶粒を含む。モールドは、例えば塩若しくはセラミック材料又はＰＣＤ焼結条件で用いるのに適した耐熱金属のような材料から成るのが良い。モールドの内部は、ＰＣＤ構造体が形成される焼結プロセス中、予備焼結組立体の予想ゆがみを考慮に入れて、前駆体型成形物のポイントの所望の形状に従って構成される。基体は、同様に、この所望の形状を反映するよう構成されるのが良く、その結果、凝集体は、予想されるゆがみはさておき、前駆体型成形物の所望の形状を反映するよう拘束される。この実施例では、凝集体は、実質的に一様な厚さを有する。例えばコバルトのようなダイヤモンド用の触媒材料を超高圧の適用に先立って凝集塊状体中に導入しても良く、或いは、焼結炭化物基体中のコバルト材料が高温で溶けて凝集体中に溶浸する際にかかる触媒材料を導入しても良い。予備焼結組立体が少なくとも数分間にわたって超高圧及び高温を受けると、ダイヤモンド結晶粒は、触媒材料の存在下で一緒に成長して基体に接合状態で形成されるＰＣＤ構造体を形成し（即ち、ＰＣＤ構造体は、これが焼結構造体になる同一ステップで基体に接合状態になる）、ＰＣＤ構造体がツイストドリルのためのセンターポイントを構成する頂点を有するＰＣＤ成形物が提供され、頂点は、中心がＰＣＤ構造体を通る中央長手方向軸線上に位置する。
【００４９】
基体は、チップのポイントと実質的に同一又は同様な形状を有する端を備えるのが良い。幾つかの構成例では、基体の超硬質端面及び／又は超硬質成形物は、全体として切頭円錐形、ドーム状、円錐形、多円錐形、凹状又は凸状の一部分を有するのが良い。
【００５０】
モールドは、予備焼結組立体が超高圧及び高温を受けることによって生じるゆがみ及び超硬質結晶粒の焼結に起因した予備焼結組立体の縮みを考慮に入れるよう構成されるべきである。一構成例では、予備焼結組立体は、モールド、複数個の超硬質結晶粒及び基体を通る長手方向軸線に沿って一軸圧縮されるのが良く、モールドは、ひらべったくなる傾向を有する場合がある。この目的のため、モールドは、所望のポイント角度よりも約３〜５°小さい頂点角度を備えることが必要な場合がある。
【００５１】
モールドは、頂点を含む端面を備えた超硬質構造体を形成するよう構成されるのが良く、端面は、表面屈曲部を含む。この端面は、屈曲領域によって隔てられた２つ又は３つの領域を含むのが良い。幾つかの構成例では、屈曲部は、なだらかであっても良く、或いは急峻であっても良く、かかる屈曲部は、屈曲部の各側で領域相互間に屈曲角度を備えるという特徴を有する場合がある。屈曲部は、全体として凹状又は凸状のポイント形状を提供することができる。
【００５２】
この方法は、超硬質結晶粒を互いに結合するための触媒材料又は結合剤の存在下で凝集体に超硬質材料が焼結可能な超高圧及び超高温を加えるステップを含むのが良い。
【００５３】
ＰＣＤ構造体は、ダイヤモンド用の触媒材料、例えばコバルトの存在下で凝集状態の複数個のダイヤモンド結晶粒をダイヤモンドが黒鉛よりも熱力学的により安定している圧力及び温度でまとめて焼結することによって作られるのが良い。圧力は、少なくとも約５ＧＰａであるのが良く、温度は、少なくとも約１，２５０℃であるのが良い。幾つかの変形例では、圧力は、６．０ＧＰａを超えても良く、７．０ＧＰａを超えても良く、或いは、それどころか少なくとも約８ＧＰａを超えても良い。ダイヤモンド結晶粒は、焼結炭化物基体上に焼結されるのが良く、その結果、基体に接合されたＰＣＤ構造体を含む複合コンパクトが得られる。基体は、触媒材料、例えばコバルトを含むのが良く、この基体は、ＰＣＤ材料を焼結するための圧力及び温度状態で溶融状態にあるときにダイヤモンド結晶粒中に溶浸することができる触媒材料の源を提供することができる。チップを製作する一方法では、凝集状態の複数個のダイヤモンド結晶粒と焼結炭化物基体との間に介在して位置する１つ又は複数の中間層のための１枚又は複数枚の前駆体シートを含む予備複合組立体を構成するのが良い。次に、前駆体組立体に少なくとも約５．５ＧＰａの圧力及び少なくとも約１，２５０℃の温度を加えてダイヤモンド結晶粒を焼結し、少なくとも１つの中間層を介して基体に接合されたＰＣＤ材料から成る一体物を形成するのが良い。次に、一体物を例えば研削によって加工して回転機械工具用のチップを形成するための次の処理に適した前駆体としての成形物を作るのが良い。ＰＣＤ前駆体型成形物を放電加工（ＥＤＭ）及び研削を含む方法によって加工してチップの溝及び切削面を形成するのが良い。
【００５４】
上述の例示の方法では、中間層のための前駆体シートは、結合剤によって互いに保持されたダイヤモンド結晶粒、酸化物結晶粒及び金属粉末を含むのが良い。層状ＰＣＤ要素を製作する例示の方法は、テープキャストシートを用意するステップを含み、各シートは、結合剤、例えば水性有機結合剤によって互いに結合された複数個のダイヤモンド結晶粒を含み、この方法は、シートを互いに上下に且つ支持物体の頂部上に積み重ねるステップを更に含む。互いに異なる粒度分布を有するダイヤモンド結晶粒、ダイヤモンド含有量及び添加剤を含む互いに異なるシートを選択的に積み重ねて所望の構造体の実現を達成するのが良い。シートは、当該技術分野において知られている方法、例えば押し出し又はテープ流し込み成形法によって製作でき、この場合、ダイヤモンド結晶粒及び結合剤を含むスラリを表面上に塗り、そして乾燥させる。ダイヤモンド含有シートを製作する他の方法も又使用でき、例えば、米国特許第５，７６６，３９４号明細書及び同第６，４４６，７４０号に記載された方法を使用することができる。ダイヤモンド含有層を被着させる別の方法としては、吹き付け法、例えば溶射が挙げられる。
【００５５】
凝集状態のダイヤモンド結晶粒の塊を一まとめに焼結してＰＣＤ材料を形成する際、溶剤／触媒材料を種々の仕方で凝集塊状体に導入するのが良い。一手法では、凝集塊状体への複数個のダイヤモンド結晶粒の圧密化に先立って、水溶液からの沈殿によって金属酸化物を複数個のダイヤモンド結晶粒の表面上に被着させる。かかる方法は、国際公開第２００６／０３２９８４号パンフレット及び同第２００７／１１０７７０号パンフレットに開示されている。別の方法では、粉末形態のダイヤモンドのための触媒材料を含む金属合金を調製し又は用意し、凝集塊状体への複数個のダイヤモンド結晶粒の圧密化に先立って粉末を複数個のダイヤモンド結晶粒と混ぜ合わせる。混ぜ合わせは、ボールミルによって実施されるのが良い。他の添加剤を凝集塊状体中に混ぜ込むことができる。導入される場合のある溶剤／触媒材料粒子又は添加剤粒子を含むダイヤモンド結晶粒の凝集塊状体を結合されていない又はルーズに結合された構造体中に形成するのが良く、かかる構造体は、焼結炭化物基体上に配置されるのが良い。焼結炭化物基体は、ダイヤモンドのための触媒材料、例えばコバルトの源を含むのが良い。結晶粒の凝集塊状体及び基体を含む組立体を超高圧火炉装置に適したカプセル内に封入するのが良く、そしてカプセルに６ＧＰａを超える圧力を加える。種々の形式の超高圧装置が知られていて使用することができ、かかる装置としては、ベルト、ドーナツ形、立方体及び正方晶マルチアンビルシステムが挙げられる。カプセルの温度は、触媒材料が溶けるのに足るほど高く且つ黒鉛へのダイヤモンドの実質的な変換を回避するために足るほど低くあるべきである。時間は、焼結を完了させるに足るほど長いが、生産性を最大にすると共にコストを減少させるためにできるだけ短くあるべきである。
【００５６】
例示のドリルポイント形態は、一般に、全体として凹状に弧状若しくは全体として凸状に弧状であっても良く、或いは、凹状又は凸状に配置可能な１つ又は２つ以上の全体として円錐形の部分から成っていても良い。例示のドリルチップは、二重角度切削ポイントを含むのが良く、かかる二重角度切削ポイントは、外側角度及び内側角度を備えていることを特徴としていると言える。
【００５７】
例示の構成では、ブランク又はチップは、中間層によって焼結炭化物を基体に接合された超硬質構造体を有するのが良く、中間層は、超硬質構造体と焼結炭化物基体との間に配置され、中間層は、超硬質材料、例えば合成若しくは天然ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）の結晶粒及び金属結合在中に分散して設けられた金属炭化物材料の結晶粒を含む。
【００５８】
以下において、非限定的な例示の構成について詳細に説明する。
【００５９】
ツイストドリル用のチップを製作するための例示のＰＣＤ成形物を製作したが、このＰＣＤ成形物は、３つの中間層を介して焼結炭化物基体に結合されたＰＣＤキャップを含む。ＰＣＤキャップは、実質的に一様な厚さを有し、全体として尖ったドームの形態を有する切削ポイントを備えており、凸に弧状の表面は、頂点を形成していた。
【００６０】
一端にＰＣＤチップ前駆体型成形物の作業面の意図した形状と同一の全体形状を備えるよう構成された内側形状を有するモールドを用意した。焼結ステップ中の予想されるゆがみを考慮に入れるため、ＰＣＤキャップに望ましいレベルよりも約３〜５°鋭い（即ち、より細長い）尖ったドームを構成していた。モールドは、塩を含むカプセル内に支持された耐熱金属で形成されたカップから成っていた。少なくとも約１ミクロン且つせいぜい約１０ミクロンの平均サイズを有すると共に有機結合剤によって結合されたダイヤモンド結晶粒を含むＰＣＤ前駆体シートをモールド内に組み立て、複数枚のシートをモールドの付形端部に当てて積み重ねた。ダイヤモンド結晶粒及び炭化タングステン結晶粒を含む中間シートをＰＣＤ前駆体シートに当てて積み重ね、そして付形された焼結炭化物基体を中間シートに当てて配置した。基体は、超硬質端面及び遠位端部を有し、端部は、全体として円筒形の側面によって互いに連結され、超硬質端面は、モールドの内部形状と一致した形状を有していた。基体を約１０重量パーセントコバルト及び約４ミクロン〜約６ミクロンまでの範囲の平均サイズを備えたＷＣ結晶粒を含む。
【００６１】
中間シートＳ１，Ｓ２，Ｓ３の組成が以下の表に与えられている（結合剤を除く）。各シートは、互いに異なる組成のダイヤモンド及び炭化タングステン結晶粒を含み、Ｓ１は、粉末形態の混合コバルトを更に含んでいた。ダイヤモンド及び／又は炭化タングステン結晶粒及び有機結合剤を含むスラリをテープ成形し、成形したスラリが乾燥することができるようにすることによって中間シート及びＰＣＤ前駆体シートを形成した。
【００６２】
2014516813.tif 000003
【００６３】
予備焼結組立体に真空中で熱処理を施して有機結合剤の実質的に全てを焼いて除去し、次に、超高圧火炉のためのカプセル中に組み込んだ。次に、この予備焼結組立体に約５．５ＧＰａの圧力及び約１，３５０℃の温度を加えてＰＣＤ前駆体構造体を焼結し、それにより３つの中間層を介して基体本体に結合されたＰＣＤ端キャップを形成した。焼結ステップ後、ＰＣＤ成形物を封入構造体から回収した。ＰＣＤ成形物は、３つの中間層を介して基体に接合された状態で形成されたＰＣＤキャップを含み、ＰＣＤキャップは、尖った頂点を有するドームの形状を有していた。
【００６４】
ＰＣＤ成形物を放電加工（ＥＤＭ）及び研削によって加工してＰＣＤキャップの端部上に１対の互いに反対側の切れ刃（ドリルチップの切削ポイントとなる）及び成形物の周辺側部上に１対の螺旋溝を形成し、それによりツイストドリル用のチップを形成した。
【００６５】
本明細書において用いられる或る特定の用語及び概念につき以下に簡単に説明する。
【００６６】
本明細書において用いられる「超硬質」又は超硬質材料は、少なくとも２５ＧＰａのビッカース硬さを有する。合成及び天然ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）及び多結晶ｃＢＮ（ＰＣＢＮ）材料は、超硬質材料の例である。人工ダイヤモンドとも呼ばれる合成ダイヤモンドは、製造されたダイヤモンド材料である。
【００６７】
多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料は、ダイヤモンド結晶粒の塊（複数個のダイヤモンド結晶粒の凝集体）を有し、その大部分は、互いに直接的に内部結合されており、ダイヤモンドの含有量は、材料の少なくとも約８０体積パーセントである。ダイヤモンド結晶粒相互間の間隙は、合成ダイヤモンド用の触媒材料を含む結合材料で少なくとも部分的に満たされても良く、或いは、実質的に空であっても良い。合成ダイヤモンド用の触媒材料は、合成ダイヤモンド結晶粒の成長及び／又は合成又は天然ダイヤモンドが熱力学的に安定している温度及び圧力において合成又は天然ダイヤモンド結晶粒の直接内方成長を促進することができる。ダイヤモンド用の触媒材料の例は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びこれらを含む或る特定の合金である。ＰＣＤ材料を含む超硬質構造体は、少なくとも、触媒材料を間隙から除去する元になる領域を有するのが良く、後にはダイヤモンド結晶粒相互間に間隙ボイドが残される。ダイヤモンド用の触媒材料が減少し又は触媒材料が触媒として比較的活性度の低い形態にある相当広い領域を少なくとも有するＰＣＤ構造体を熱安定性のあるＰＣＤと呼ぶことができる。
【００６８】
ＰＣＢＮ材料は、金属又はセラミック材料から成るマトリックス内に分散して設けられた立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）の結晶粒から成る。例えば、ＰＣＢＮ材料は、Ｔｉ含有化合物、例えばチタン炭窒化物及び／又はＡｌ含有化合物、例えば窒化アルミニウム及び／又は金属、例えばＣｏ及び／又はＷを含む化合物から成る結合剤マトリックス材料中に分散して設けられた少なくとも約６０体積パーセントｃＢＮを含むのが良い。ＰＣＢＮ材料の幾つかのバージョン（又は「等級」）は、少なくとも約８０体積パーセント又はそれどころか少なくとも約８５体積パーセントｃＢＮ結晶粒を含む場合がある。
【００６９】
チップ付き工具は、切れ刃が工具又はインサートの残部の材料とは異なる材料から成るカッタチップによって形成され、チップは、代表的には、工具本体上にろう付けされ又は圧着される。機械工具用のチップは、前駆体型成形物を加工してこれをチップ用の形態に形成することによって作られるのが良い。ツイストドリルは、加工物本体、例えば金属、木材、複合材料及びプラスチックから成る本体に回転剪断切削作用によって穴をあける溝付きドリルであり、このツイストドリルは、チップを有するのが良い。
【００７０】
ツイストドリルを一般に１つ又は２つ以上の切削面又はリップ及び更に切り屑をあけられている穴から運び出すための１本又は２本以上の螺旋又は真っ直ぐな溝を有する回転端部切削工具として説明される場合がある。切り屑は、使用中、機械工具によって加工物の加工面から除去された加工物材料片である。チップの切れ刃は、すくい面のエッジであり、物体の切削を実施するようになっている。機械工具のすくい面は、工具を用いて材料を物体から除去する際に切り屑が流れる１つ又は複数の表面であり、すくい面は、新たに生じた切り屑の流れを方向づける。ドリルの中には、工具の軸線に平行に延びる真っ直ぐな溝を有するものがあるが、大抵のツイスト工具は、設計上の検討事項、例えば切れ刃の所望のすくい角、切り屑排除の容易さ及びドリルの剛性に従って構成された螺旋溝を有する。
【００７１】
ドリルのカッタポイント（又は単に「ポイント」）は、ドリルの作業端部であり、切れ刃を提供する。ポイントは、切れ刃相互間に対象に且つドリルの回転軸線と同心に配置されたチゼルエッジを含む場合がある。最も簡単なドリルでは、チゼルエッジの幾何学的形状は、溝を隔てる材料の部分であるウェブ厚さによって定まる。ドリルのウェブ部分は、作業材料を切削するのではなく、これとは異なり、これを切れ刃に向かって中心から外方に押し出すので、その長さは、溝とドリルポイント面との間の交差部のところに切り欠きを形成することによって最小限に抑えられる場合が多い。ドリルポイントの設計（ウェブ及び切り欠きの幾何学的形状）は、その回転精度、即ち、ドリルが案内機構の回転軸線回りに同心状に回転する程度に或る程度影響を及ぼす。当該技術分野において用いられる大抵のドリルは、２つの切れ刃を有する。というのは、これは、最も経済的な設計だからである。しかしながら、３つの切れ刃及びかくして３つの溝を有するドリルは、より堅固であり、切削中に生じる振れが少なく、従って、高い品質及び精度の穴を作ることができる。さらに、追加の切れ刃は、二溝型ドリルよりも最高５０％高い穴あけ（並進）速度の実現を可能にする。製造費用が高くつくが、高い性能により、高いイニシャルコストを相殺することができる。
【００７２】
回転機械工具、例えばＰＣＤチップを有するドリルビットを用いると、Ｔｉ若しくはＣＦＲＰ又はＴｉとＣＦＲＰの組み合わせから成る物体を機械加工することができる。回転機械工具は、使用中、切削構造体に作用する高い剪断応力を生じる可能性が多分にある。剪断応力は、穴あけ中の物体が極めて強固な材料、例えばＴｉ若しくはＣＦＲＰ又はこれら両方から成る場合、極めて大きい可能性が多分にある。
【００７３】
円錐角は、円錐の表面上の点相互間で円錐を通って直径方向に測定した夾角であり、円錐頂点は、頂である。
【００７４】
フィレットは、部品設計の内側コーナのコンケーブイージング（concave easing：割れを防ぐために凹んだ輪郭）である。
【図１】
2014516813.tif 000004
【図２】
2014516813.tif 000005
【図３Ａ】
2014516813.tif 000006
【図３Ｂ】
2014516813.tif 000007
【図４】
2014516813.tif 000008
【図５】
2014516813.tif 000009
【図６】
2014516813.tif 000010
【図７】
2014516813.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月12日(2013.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツイストドリル用のチップであって、
基体の端に隣接したインターフェース境界部のところで前記基体に接合された超硬質構造体を有し、前記基体の前記端の実質的に全体が前記超硬質構造体に接合され、露出される前記基体の前記端の領域が実質的に存在せず、
前記超硬質構造体は、
超硬質結晶粒を含む焼結多結晶材料を含むと共に前記インターフェース境界部と反対側に位置した超硬質端面及び使用中、物体を穴あけするよう構成された複数個の切れ刃を備え、
前記超硬質端面は、
頂点のところに位置するセンターポイント又はチゼルエッジと、前記頂点から垂下した第１の表面領域及び前記第１の表面領域から垂下した第２の表面領域を有し、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との間には、屈折角が定められ、前記第１及び前記第２の表面領域は、前記表面領域の各々に接するそれぞれの平面が使用中、前記チップの回転軸線から実質的に互いに異なる角度をなし、互いに対して少なくとも５°の角度をなして配置されるよう構成されている、チップ。
【請求項２】
前記超硬質構造体は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料又は多結晶性立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）材料から成る、請求項１記載のチップ。
【請求項３】
前記超硬質端面は、前記インターフェース境界部と実質的に共形である、請求項１又は２記載のチップ。
【請求項４】
前記超硬質端面は、少なくとも２つの部分的に円錐形の表面領域を含む、請求項１〜３のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項５】
前記インターフェース境界部は、全体として切頭円錐形、ドーム状、円錐形、凹状又は凸状の形をしている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載のチップ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一に記載のチップを製造する際に用いられる前駆体としての成形物であって、
基板に前記基板の端部のところのインターフェース境界部のところで接合された超硬質構造体を有し、
前記超硬質構造体は、超硬質結晶粒を含む焼結多結晶材料から成り、前記超硬質構造体は、前記インターフェース境界部と反対側に位置した超硬質端面を有し、前記超硬質構造体には、切れ刃がなく、
前記超硬質端面は、
中央の尖っていない頂点及び前記チップ用に構成された複数個の表面領域と、前記頂点から垂下した第１の表面領域と、前記第１の表面領域から垂下した第２の表面領域とを含み、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との間には屈折角が定められ、前記表面領域に対する接平面は、互いに対して少なくとも５°の角度をなして配置されている、前駆体型成形物。
【請求項７】
前記前駆体型成形物の前記表面領域は、前記表面領域のプロフィールが前記チップの前記対応の表面領域の対応のプロフィールの約０．５ミリメートルの範囲内に収まるよう構成されている、請求項６記載の前駆体型成形物。
【請求項８】
前記頂点のアールは、少なくとも約０．５ミリメートル且つせいぜい約３ミリメートルである、請求項６又は７記載の前駆体型成形物。
【請求項９】
前記超硬質端面は、前記インターフェース境界部と実質的に共形である、請求項６〜８のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１０】
前記超硬質端面は、少なくとも２つの円錐形表面を含み、前記円錐形表面は、互いに且つ前記頂点と同心であり、それぞれ実質的に互いに異なる円錐角を有する、請求項６〜９のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１１】
前記超硬質端面は、外側円錐形表面及び内側円錐形表面を含み、前記外側円錐形表面は、前記内側円錐形表面よりも頂点から一層離れて位置し、前記外側円錐形表面の円錐角は、前記内側円錐形表面の円錐角よりも実質的に大きい、請求項６〜１０のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１２】
前記超硬質端面は、外側円錐形表面及び内側円錐形表面を含み、前記外側円錐形表面は、前記内側円錐形表面よりも頂点から一層離れて位置し、前記外側円錐形表面の円錐角は、前記内側円錐形表面の円錐角よりも実質的に小さい、請求項６〜１１のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１３】
前記表面領域のうちの少なくとも２つは、これら表面領域相互間のフィレットコーナのところで合体し、前記フィレットは、少なくとも約０．５ミリメートル且つ少なくとも約３ミリメートルのアールを有する、請求項６〜１２のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１４】
前記インターフェース境界部は、全体として切頭円錐形、ドーム状、円錐形、凹状又は凸状の形をしている、請求項６〜１３のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物。
【請求項１５】
請求項１〜５のうちいずれか一に記載のチップを製造する方法であって、請求項６〜１４のうちいずれか一に記載の前駆体型成形物を用意するステップと、前記超硬質構造体から材料を除去して複数個の切れ刃を形成するステップとを含む、方法。
【請求項１６】
チタン（Ｔｉ）、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）材料又はＴｉとＣＦＲＰ材料の両方から成る物体を穴あけする方法であって、前記方法は、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のチップを有するドリルを使用するステップを含む、方法。
【国際調査報告】
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