(57)【要約】【課題】  掘削作業の際に加わる衝撃力に対して優れた耐衝撃性を発揮する。【解決手段】  掘削工具の工具本体のポストに装着される切刃チップ１０が、略平板状をなす超硬合金製の切刃基体２０と、切刃基体２０の上面の外周側一部分に形成された凹部２５に支持されるダイヤモンド製の切刃本体３０と、切刃基体２０と切刃本体３０との間に形成されてこれらを接合し、金属が切刃基体２０及び切刃本体３０へ拡散した拡散層を含む接合層４０とを備える。切刃基体３０を超硬合金から一体に構成する。【選択図】      図３
2005305863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削工具の工具本体のポストに装着される切刃チップであって、
略平板状をなす超硬合金製の切刃基体と、
前記切刃基体の上面の外周側一部分に形成された凹部に支持されるダイヤモンド製の切刃本体と、
前記切刃基体と前記切刃本体との間に形成されてこれらを接合し、金属が前記切刃基体及び前記切刃本体のうちの少なくとも一方へ拡散した拡散層を含む接合層とを備え、
前記切刃基体が超硬合金から一体に構成されていることを特徴とする切刃チップ。
【請求項２】
請求項１に記載の切刃チップの製造方法であって、
略平板状をなす超硬合金製部材の上面に形成された座ぐり部に、前記超硬合金製部材との間に前記金属を含む金属材料を挟んでダイヤモンド製部材を嵌め込む工程と、
前記超硬合金製部材、前記ダイヤモンド製部材及び前記金属材料を加圧状態で加熱して、前記金属を前記超硬合金製部材及び前記ダイヤモンド製部材のうちの少なくとも一方へ拡散させて前記拡散層を形成し、前記超硬合金製部材及び前記ダイヤモンド製部材を接合する工程と、
前記接合された超硬合金製部材及びダイヤモンド製部材を研磨して、前記切刃チップに仕上げる工程とを備えていることを特徴とする切刃チップの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の切刃チップの製造方法において、
前記超硬合金製部材は、前記座ぐり部が側面に開放する超硬合金製主部材と前記座ぐり部が開放する前記超硬合金製主部材の側面を閉塞する閉塞部材とからなるように厚み方向に沿って分割されていることを特徴とする切刃チップの製造方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の切刃チップの製造方法において、
前記ダイヤモンド製部材が前記座ぐり部に嵌め込まれた前記超硬合金製部材の上面に、前記超硬合金製部材との間に前記金属材料を挟んで略平板状をなす超硬合金製の蓋部材を配置する工程を備えていることを特徴とする切刃チップの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の切刃チップの製造方法において、
前記超硬合金製部材の上面に配置された前記蓋部材の上面に、前記蓋部材との間に前記金属よりも拡散しにくい第２の金属を含む第２の金属材料を挟んで略平板状をなす超硬合金製の第２の蓋部材を配置する工程を備えていることを特徴とする切刃チップの製造方法。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の切刃チップの製造方法において、
前記ダイヤモンド製部材が前記座ぐり部に嵌め込まれた前記超硬合金製部材の下面に、略平板状をなす超硬合金製の台座部材を配置する工程を備えていることを特徴とする切刃チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、坑井などの掘削に用いられる掘削工具の切刃チップ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油井その他の坑井などの掘削には、掘削工具が用いられる。この種の掘削工具としては、合金鋼製の工具本体の先端面に、炭化タングステン基超硬合金製のポスト（以下、超硬ポストという）が所定の配列でろう付けや焼きばめなどによって固定され、これら超硬ポストのそれぞれに、超高圧焼結ダイヤモンド（以下、焼結ダイヤモンドという）製の切刃チップがろう付けによって装着されたものが知られている。この掘削工具は、工具本体をパイプの先端に取り付けて、工具本体に対してパイプを介して掘削方向への荷重を加えながら工具本体を回転させることで、工具本体の超硬ポストに装着された切刃チップによって掘削を行うものである。
【０００３】
ここで、切刃チップを構成する焼結ダイヤモンドはろう材に対する濡れ性が悪く、通常のろう材ではろう付けが困難である。そのため、特許文献１に記載された掘削工具では、超硬ポストに対して切刃チップをろう付けするために、例えばＣｕ：２０〜４０質量％、Ｔｉ：０．５〜１０質量％を含有し、残りがＡｕと不可避不純物とからなる組成を有するＡｕ合金ろう材（融点９４０℃）を用いている。
【特許文献１】特開２０００−０００６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、掘削作業の省力化、省エネ化及び低コスト化に対する要求が強まっている。例えば、石油等の採掘のための掘削作業では、一日の操業コストが非常に高額であることから、コスト低減のために、掘削速度を速めて掘削作業を短期間で終了させることが求められる。
【０００５】
掘削速度を速めるためには、工具本体に加える荷重を大きくしたり、工具本体の回転速度を速くすればよい。しかし、いずれの場合にも、切刃チップにはより大きな負荷が加わる。超硬合金製の超硬ポストと焼結ダイヤモンド製の切刃チップとは、上記のようにろう付けによって接合されており、その接合強度はあまり高くない。したがって、切刃チップにあまり高い負荷が加わると、切刃チップが超硬ポストから剥がれてしまう可能性がある。また、あまり掘削速度を速くすると、掘削熱も大きくなるため、切刃チップをろう付けしているろう材が融けて切刃チップが超硬ポストから剥がれてしまう可能性がある。このため、従来は、掘削速度をあまり速くすることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、金属の拡散を利用することにより、超硬合金製部材とダイヤモンド製部材とを強固に接合する構造を提案している。この接合構造は、超硬合金製部材とダイヤモンド製部材との間に形成されてこれらを接合する接合層が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＨｆから選択される１または２以上の金属が超硬合金製部材及びダイヤモンド製部材のうちの少なくとも一方へ拡散した拡散層を含んでいるものである。
【０００７】
また、本発明者らは、掘削工具における切刃チップの装着位置の関係から、切刃チップには、掘削による摩耗が切刃チップの上面全体に亘って進行するのではなく、切刃チップの上面の特定箇所が局部的に摩耗し、残りの部分の摩耗はこの局部的な摩耗に追従する僅かなものに過ぎないことに着目して、図１０に示すような切刃チップ１００を提案している。図１０に示す切刃チップ１００は、略円形平板状をなす超硬合金製の切刃基体１１０と、切刃基体１１０の上面の外周側一部分に形成された凹部１１５に支持されるダイヤモンド製の切刃本体１２０と、切刃基体１１０と切刃本体１２０との間に形成されてこれらを接合し、上述したような金属が切刃基体１１０及び切刃本体１２０へ拡散した拡散層を含む接合層１３０とを備えたものである。
【０００８】
このような切刃チップ１００では、切刃チップ１００において局所的な摩耗が生じる領域を耐摩耗性に優れるダイヤモンド製の切刃本体１２０で構成し、他の部分を衝撃吸収性能を有する超硬合金製の切刃基体１１０で構成することができる。そのため、切刃チップ１００の局所的な摩耗を生じにくくしつつ、掘削時に切刃チップ１００に加わる熱的機械的衝撃を切刃基体１１０によって吸収させて衝撃によるダイヤモンド製の切刃本体１２０の微小欠けを生じにくくすることができる。
【０００９】
図１０に示すような切刃チップ１００を製造するには、図１１に示すように、略円形平板状をなすとともに外周側一部分に切り欠き部１４５が形成された超硬合金製部材１４０Ａを用意する。次に、超硬合金製部材１４０Ａに形成された切り欠き部１４５に、超硬合金製部材１４０Ａとの間に上記金属を含む金属材料１６０を挟んでダイヤモンド製部材１５０を嵌め込む。また、超硬合金製部材１４０Ａの下面には、この超硬合金製部材１４０Ａとの間に上記金属材料１６０を挟んで略円形平板状をなす超硬合金製部材１４０Ｂを配置し、かつ、超硬合金製部材１４０Ａの上面には、略円形平板状をなす超硬合金製の蓋部材１７０を配置する。
【００１０】
次に、このように仮組みした超硬合金製部材１４０Ａ，１４０Ｂ、ダイヤモンド製部材１５０、金属材料１６０及び蓋部材１７０を超高圧焼結装置の圧力空間に装填し、例えば５．５ＧＰａ程度の高い圧力を加えた状態で１５００°Ｃ程度まで加熱する。これにより、金属材料１６０に含まれる金属を超硬合金製部材１４０Ａ，１４０Ｂ及びダイヤモンド製部材１５０へ拡散させて拡散層を形成し、これら超硬合金製部材１４０Ａ，１４０Ｂ及びダイヤモンド製部材１５０を接合する。
【００１１】
その後、蓋部材１７０を削除するとともに全体に亘って研磨することによって、図１２に示すように、略円形平板状をなす切刃基体１１０（超硬合金製部材１４０Ａ，１４０Ｂ）と、切刃基体１１０の上面の外周側一部分に形成された凹部１１５（切り欠き部１４５）に支持される切刃本体１２０（ダイヤモンド製部材１５０）と、切刃基体１１０と切刃本体１２０との間に形成されてこれらを接合する接合層１３０（金属材料１６０）とを備えた切刃チップ１００、つまり図１０に示した切刃チップ１００に仕上げることができる。
【００１２】
ところで、このような製造方法によって製造された切刃チップ１００は、図１２に示すように、その切刃基体１１０が超硬合金から一体に構成されているのではなく、上面側に位置して超硬合金製部材１４０Ａからなる部分と下面側に位置して超硬合金製部材１４０Ｂからなる部分とが接合層１３０で接合されることによって構成されている。そのため、掘削作業の際、図１３に示すように、切刃本体１２０の側面に対して図中の矢印で示すような切刃チップ１００の平面方向からの大きな衝撃力が加わると、切刃本体１１０が接合層１３０を挟んで上面側の部分と下面側の部分とに割れてしまうおそれがあり、耐衝撃性に優れるものではなかった。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、掘削作業の際に加わる衝撃力に対して優れた耐衝撃性を発揮する掘削工具の切刃チップ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の切刃チップは、掘削工具の工具本体のポストに装着される切刃チップであって、略平板状をなす超硬合金製の切刃基体と、前記切刃基体の上面の外周側一部分に形成された凹部に支持されるダイヤモンド製の切刃本体と、前記切刃基体と前記切刃本体との間に形成されてこれらを接合し、金属が前記切刃基体及び前記切刃本体のうちの少なくとも一方へ拡散した拡散層を含む接合層とを備え、前記切刃基体が超硬合金から一体に構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の切刃チップの製造方法は、略平板状をなす超硬合金製部材の上面に形成された座ぐり部に、前記超硬合金製部材との間に前記金属を含む金属材料を挟んでダイヤモンド製部材を嵌め込む工程と、前記超硬合金製部材、前記ダイヤモンド製部材及び前記金属材料を加圧状態で加熱して、前記金属を前記超硬合金製部材及び前記ダイヤモンド製部材のうちの少なくとも一方へ拡散させて前記拡散層を形成し、前記超硬合金製部材及び前記ダイヤモンド製部材を接合する工程と、前記接合された超硬合金製部材及びダイヤモンド製部材を研磨して、前記切刃チップに仕上げる工程とを備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の切刃チップによれば、ダイヤモンド製の切刃本体を上面の外周側一部分に形成された凹部で支持する超硬合金製の切刃基体が、予め超硬合金から一体に構成されている。そのため、このような切刃チップがポストに装着された掘削工具を用いて掘削作業を行った際に、切刃本体の側面に対して切刃チップの平面方向からの大きな衝撃力が加わったとしても、この衝撃力を衝撃吸収性能を有する超硬合金製の切刃基体によって確実に受け止めることができ、優れた耐衝撃性を発揮することができる。
【００１７】
そして、このような切刃チップを製造するための製造方法では、切刃基体となる超硬合金製部材の上面に形成されて上記凹部となる座ぐり部に、超硬合金製部材との間に接合層となる金属材料を挟んで切刃本体となるダイヤモンド製部材を嵌め込む工程を備えている。したがって、座ぐり部に嵌め込まれたダイヤモンド製部材が相対的に軟質の金属材料によって保護され、この状態で超高圧焼結装置で加圧・加熱されるので、ダイヤモンド製部材に割れを生じさせることなく、切刃基体が超硬合金から一体に構成された切刃チップを確実に製造することができる。
【００１８】
また、本発明の切刃チップの製造方法において、前記超硬合金製部材は、前記座ぐり部が側面に開放する超硬合金製主部材と前記座ぐり部が開放する前記超硬合金製主部材の側面を閉塞する閉塞部材とからなるように厚み方向に沿って分割されていてもよい。
超硬合金製部材、ダイヤモンド製部材及び金属材料を加圧状態で加熱するために用いる超高圧焼結装置は、その圧力空間の大きさが限られていることが多い。そのため、切刃本体となるダイヤモンド製部材を嵌め込むための座ぐり部を超硬合金製部材の上面の中央部分に形成してしまうと、切刃チップに仕上げたときに所望の大きさにならないことがある。この場合、座ぐり部を超硬合金製部材の上面における側面寄りの偏った位置に形成して圧力空間の有効利用を図る必要があるが、超硬合金製部材の側面と座ぐり部との間に薄肉部分を生じさせてしまい、加圧したときに超硬合金製部材が薄肉部分から割れるおそれがある。これに対し、超硬合金製部材を超硬合金製主部材と閉塞部材とに分割していると、上記薄肉部分に加わる応力を効果的に逃がして超硬合金製部材を割れにくくすることができ、切刃基体が超硬合金から一体に構成された切刃チップを確実に製造することができる。
【００１９】
また、本発明の切刃チップの製造方法において、前記ダイヤモンド製部材が前記座ぐり部に嵌め込まれた前記超硬合金製部材の上面に、前記超硬合金製部材との間に前記金属材料を挟んで略平板状をなす超硬合金製の蓋部材を配置する工程を備えていてもよい。
このような工程を備えていると、座ぐり部に嵌め込まれたダイヤモンド製部材のすべての面が相対的に軟質の金属材料によって保護され、この状態で超高圧焼結装置で加圧・加熱されるので、ダイヤモンド製部材に割れを生じさせることなく、切刃基体が超硬合金から一体に構成された切刃チップを確実に製造することができる。
【００２０】
このとき、前記超硬合金製部材の上面に配置された前記蓋部材の上面に、前記蓋部材との間に前記金属よりも拡散しにくい第２の金属を含む第２の金属材料を挟んで略平板状をなす超硬合金製の第２の蓋部材を配置する工程を備えていてもよい。
このような工程を備えていると、超硬合金製部材の上面と蓋部材との間に挟まれた金属材料が超高圧焼結装置の圧力空間内において接合層になったときの接合強度に対して、蓋部材の上面と第２の蓋部材との間に挟まれた第２の金属材料が超高圧焼結装置内において接合層になったときの接合強度を小さくすることができる。そのため、超高圧焼結装置の圧力空間の圧力を開放するときには、超硬合金製部材と蓋部材とが剥離するよりも、蓋部材と第２の蓋部材とが剥離しやすくなり、超硬合金製部材の座ぐり部に嵌め込まれたダイヤモンド製部材に割れが生じるおそれを少なくすることができる。
【００２１】
また、本発明の切刃チップの製造方法において、前記ダイヤモンド製部材が前記座ぐり部に嵌め込まれた前記超硬合金製部材の下面に、略平板状をなす超硬合金製の台座部材を配置する工程を備えていてもよい。
このような工程を備えていると、超硬合金製部材の上面に形成された座ぐり部とこの超硬合金製部材の下面との間の肉厚が確保できない場合であっても、上記台座部材によって応力集中を防止して、超硬合金製部材に厚み方向の割れが生じるおそれを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１に掘削工具の一例を示す。この掘削工具１は、略円板状をなす工具本体２と、工具本体２の先端面に固定された複数の切刃部材３とを備えている。切刃部材３は、それぞれ工具本体２の先端面に対してろう付けや焼き嵌めなどによって固定され、工具本体２の軸線に対して回転対称となる所定の配列で配置されている。この一例での切刃部材３は、工具本体２の軸線において互いに交差する一対の直径線に沿って間隔をあけて配置されている。工具本体２は、例えばＪＩＳ・ＳＣＨ４１５に規定される合金鋼等から構成されている。
【００２３】
図２に示すように、切刃部材３は、例えば略円柱状をなす超硬合金製の超硬ポスト６と、超硬ポスト６の回転方向前方側を向く面にろう付けによって装着された切刃チップ１０とを備えている。超硬ポスト６の材質は限定されないが、例えば一般的な炭化タングステン基超硬合金によって構成されていてもよい。超硬ポスト６及び切刃チップ１０の形状は上記に限定されず、必要に応じて変更してよい。
【００２４】
図３に示すように、切刃チップ１０は、超硬ポスト６に接合される超硬合金製の切刃基体２０と、この切刃基体２０に支持されて固定されるダイヤモンド製の切刃本体３０とを備えており、全体として略一定厚みの略円形平板状をなしている。切刃基体２０と切刃本体３０との間には接合層４０が形成され、この接合層４０により切刃基体２０と切刃本体４０とが強固に接合されている。
【００２５】
切刃基体２０は、略円形平板状をなし、その下面が超硬ポスト６にろう付けされるろう付け面とされている。切刃基体２０の上面には、掘削方向前方側の一部分である外周側一部分に、切刃本体３０を支持するための凹部２５が形成されている。凹部２５は、切刃基体２０の中心を中心とする略扇形状の切り欠きとされ、その深さは略一定とされている。
【００２６】
凹部２５は、掘削方向前方側へ向けて間隔が広がるＶ字状をなす一対の支持面を有しており、これら支持面が切刃本体３０に加わる掘削時の衝撃力を受け止める。凹部２５がこのようなくさび形状の支持面を有していることにより、切刃本体３０にかかる衝撃力が切刃基体２０において広く分散され、衝撃力に対する強度が増す。支持面同士のなす角度は限定されないが、４５〜１０８゜であることが好ましく、より好ましくは８０〜１００゜である。凹部２５の形状は略扇形状に限定されることはなく、単純な半円状などであってもよい。
【００２７】
切刃本体３０は、凹部２５と相補的な形状をなし、凹部２５内に支持されて固定されている。これにより、掘削工具１の工具本体２を軸線回りに回転させつつ掘削方向前方側へ進行させると、切刃本体３０のみが被削材に接触して被削材を削る。したがって、切刃基体２０が摩耗することは少ない。
【００２８】
切刃基体２０は、一般的な超硬合金、例えばＣｏを結合材として用いた炭化タングステン基超硬合金によって一体に構成されている。例えば、切刃基体２０は、結合材であるＣｏを１０質量％含有し、残りがＷＣと不可避不純物である超硬合金から一体に構成されていてもよい。超硬合金は高強度かつ高靭性を有しているので、切刃基体２０は、掘削作業時に切刃チップ１０に加わる熱的衝撃及び機械的衝撃を吸収する衝撃吸収体となる。
【００２９】
切刃本体３０は、切刃チップ１０において掘削作業時に摩耗が生じやすい領域に設けられている。切刃チップ１０の掘削方向前方側の半円弧の長さに占める切刃本体３０の円弧の長さの割合は、２５〜７０％であることが好ましい。この割合が２５％未満になると、切刃基体２０が直接掘削に関与するようになり、逆に７０％を越えると、相対的に衝撃吸収部分の割合が少なくなり過ぎて、高速回転操業で発生する極めて高い熱的機械的衝撃を十分に吸収することができない。そのため、特に摩耗部分における微少欠けの発生が急激に増加する。上記割合は、望ましくは３５〜５５％とするのがよい。ただし、この範囲に限定されることはない。
【００３０】
切刃本体３０は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの炭酸塩、及び、これらの２種以上の複合炭酸塩のうちの１種または２種以上で構成された結合相を０．１〜１５容量％含む高耐熱性焼結ダイヤモンドであることが好ましい。その中でも、結合材として炭酸マグネシウムを用いた耐熱性焼結ダイヤモンドは、特に焼結硬度が高く、耐摩耗性が良好であるために好ましい。また、結合材として炭酸マグネシウムを用いた場合、耐熱性焼結ダイヤモンドに対する金属元素の拡散性が良いので、切刃基体２０との接合処理に要する時間が短くなるという利点を有する。切刃本体３０は、Ｃｏを結合材として用いた通常の焼結ダイヤモンド、あるいは、通常の焼結ダイヤモンドと高耐熱性焼結ダイヤモンドとの複合体によって構成してもよい。
【００３１】
図４に示すように、接合層４０は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＨｆから選択される１または２以上の金属が切刃基体２０の超硬合金中へ拡散してなる第１拡散層４１と、上記金属が切刃本体３０のダイヤモンド中へ拡散してなる第２拡散層４２と、上記金属が拡散せずに残存した金属層４３とを有している。
【００３２】
なお、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏは拡散性が良いため、金属の全量が切刃基体２０及び／または切刃本体３０中へ拡散してしまい、金属層４３が残存しない場合が生じ得る。超硬合金及びダイヤモンドの一方に対してのみ拡散性が良い場合には、実質的に第１拡散層４１または第２拡散層４２の一方だけが形成される場合もある（金属層４３は形成されていてもいなくてもよい）。さらに、切刃基体２０と第１拡散層４１との境界、第１拡散層４１と金属層４３との境界、金属層４３と第２拡散層４２との境界、第２拡散層４２と切刃本体３０との境界は、その全てまたはいずれかが不明瞭であってもよい。
【００３３】
接合層４０の厚み方向の断面をＥＰＭＡ（Electron Probe Microanalyser）でライン分析した場合、接合層４０の断面における拡散金属含有量の極大値は、切刃基体２０中の拡散の影響を受けていない領域における拡散金属含有量平均値の２０倍以上、かつ、切刃本体３０中の拡散の影響を受けていない領域における拡散金属含有量平均値の１００倍以上であることが望ましい。その場合には、第１拡散層４１及び第２拡散層４２による接合強度が高められつつ、接合層４０による衝撃緩和効果が良好となる。
【００３４】
次に、切刃チップ１０の製造方法について図５〜図９を参照しながら説明する。まず、切刃基体２０となる超硬合金製部材５０を製造する。超硬合金の原料粉末を成形、焼結することにより、略円形平板状をなす超硬合金製部材５０を形成する。この超硬合金製部材５０の上面に、例えば放電加工機等で座ぐり加工を施すことにより、図５に示すように、略一定の深さを有する略扇形状をなし、凹部２５となる座ぐり部５５を形成する。座ぐり部５５の深さについては、この座ぐり部５５に嵌め込まれる後述のダイヤモンド製部材６０の厚みとの関係が重要視されており、座ぐり部５５の深さに対してダイヤモンド製部材６０の厚みが同等以下になっている。座ぐり部５５は、超硬合金製部材５０の上面において、その中央部分ではなく側面寄りの偏った位置に形成される。そのため、超硬合金製部材５０の側面と座ぐり部５５の円弧部分との間には薄肉部分が生じている。
【００３５】
続いて、図６に示すように、座ぐり部５５が上面に形成された超硬合金製部材５０を、例えばワイヤカット等で厚み方向に沿って切断することにより、座ぐり部５５の円弧部分に沿って分割する。これにより、超硬合金製部材５０は、座ぐり部５５が上面の外周側一部分に形成されて側面（分割面）に開放する超硬合金製主部材５１と、座ぐり部５５が開放する超硬合金製主部材５１の側面（分割面）を閉塞する三日月形状の閉塞部材５２とからなるように分割される。なお、超硬合金の原料粉末を直接成形、焼結することによって、予め上記のような超硬合金製主部材５１と閉塞部材５２とに分割されるとともに座ぐり部５５が上面に形成された超硬合金製部材５０を製造してもよい。
【００３６】
また、切刃本体３０となるダイヤモンド製部材６０を製造する。例えば、原料粉末として、平均粒径１０μｍ、純度９９．９％以上のダイヤモンド粉末と、平均粒径１０μｍ、純度９５％以上のＭｇＣＯ３粉末を用いた場合、ＭｇＣＯ３粉末を、１００ＭＰａの圧力でプレス成形して所望の形状の圧粉体とする。この圧粉体をＴａ製のカプセル内に装入し、カプセル内の圧粉体上にダイヤモンド粉末を充填する。この状態で、カプセルをベルト型超高圧焼結装置（通常の焼結ダイヤモンド製造に用いられる超高圧焼結装置）の圧力空間に装填して超高圧焼結を行い、５．０質量％のＭｇＣＯ３を含有する焼結ダイヤモンドのブロックを得る。上記の超高圧焼結は、例えば７．７Ｇｐａの圧力を加えた状態で２２５０°Ｃ程度まで加熱して３０分間保持することで行うことができる。ただし、この条件に限定されることはない。その後、この焼結ダイヤモンドのブロックに、ダイヤモンド砥石による研磨を施して粗加工してから、さらにレーザー加工によって所望の形状のダイヤモンド片を切り出すことにより、上記座ぐり部５５と相補的な形状をなすダイヤモンド製部材６０を製造する。
【００３７】
そして、図７に示すように、上記のようにして得た超硬合金製主部材５１に形成されている座ぐり部５５に、この超硬合金製主部材５１との間にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＨｆから選択される１または２以上の金属を７０質量％以上含む金属材料７０を挟んで、ダイヤモンド製部材６０を嵌め込む。また、ダイヤモンド製部材６０の側面が露出する超硬合金製主部材５１の側面（分割面）に、これら超硬合金製主部材５１及びダイヤモンド製部材６０との間に上記金属材料７０を挟んで、超硬合金製の閉塞部材５２を嵌め合わせる。すなわち、超硬合金製部材５０の座ぐり部５５に、この超硬合金製部材５０との間に上記金属材料７０を挟んでダイヤモンド製部材６０を嵌め込むことになるのである。金属材料としては、金属箔が好ましいが、それに限定されず、金属粉、繊維状の金属、金属の化合物などであってもよい。
【００３８】
また、図８に示すように、ダイヤモンド製部材６０が座ぐり部５５に嵌め込まれた超硬合金製部材５０の上面には、これら超硬合金製部材５０及びダイヤモンド製部材６０との間に上記金属材料７０を挟んで、略平板状をなす超硬合金製の蓋部材８０を配置する。これにより、座ぐり部５５に嵌め込まれたダイヤモンド製部材６０は、そのすべての面が相対的に軟質の金属材料７０で保護された状態となる。
【００３９】
さらに、超硬合金製部材５０の上面に配置された蓋部材８０の上面に、この蓋部材８０との間に第２の金属を７０質量％以上含む第２の金属材料７１を挟んで、略円形平板状をなす超硬合金製の第２の蓋部材８１を配置する。第２の金属は、上記金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ）よりも拡散しにくくなるように、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＨｆから選択される１または２以上の金属である。また、第２の金属の融点は、上記金属の融点よりも大きくなっている。第２の蓋部材８１の厚みは、上記蓋部材８０の厚みよりも厚くなるように設定されている。一方、ダイヤモンド製部材６０が座ぐり部５５に嵌め込まれた超硬合金製部材５０の下面には、略円形平板状をなす超硬合金製の台座部材８２を配置する。
【００４０】
このように仮組みした超硬合金製部材５０（超硬合金製主部材５１及び閉塞部材５２）、ダイヤモンド製部材６０、蓋部材８０、第２の蓋部材８１、台座部材８２、金属材料７０及び第２の金属材料７１を、ベルト型超高圧焼結装置などの超高圧焼結装置の圧力空間に装填し、超高温高圧の熱処理を行う。この超高温高圧の熱処理は、例えば５．５ＧＰａ程度の圧力を加えた状態で１５００°Ｃ程度まで加熱して３０分間保持することで行うことができる。ただし、この範囲に限定されることはない。
【００４１】
これにより、超硬合金製主部材５１とダイヤモンド製部材６０との間に挟まれた金属材料７０に含まれる金属が、超硬合金製主部材５１及びダイヤモンド製部材６０にそれぞれ拡散する。そのため、超硬合金製主部材５１と金属材料７０との界面近傍には、超硬合金中に金属材料７０を構成する金属が拡散してなる第１拡散層４１が形成され、ダイヤモンド製部材６０と金属材料７０との界面近傍には、ダイヤモンド中に金属材料７０を構成する成分が拡散してなる第２拡散層４２が形成されることになり、超硬合金製主部材５１とダイヤモンド製部材６０とが、これらの間に形成された接合層４０によって強固に拡散接合される。
【００４２】
同様に、超硬合金製主部材５１及びダイヤモンド製部材６０と閉塞部材５２との間に挟まれた金属材料７０に含まれる金属や、超硬合金製部材５０及びダイヤモンド製部材６０と蓋部材８０との間に挟まれた金属材料７０に含まれる金属も、上記超高温高圧の熱処理によって超硬合金製部材５０（超硬合金製主部材５１及び閉塞部材５２）、ダイヤモンド製部材６０及び蓋部材８０のそれぞれに拡散し、これらの部材同士も強固に拡散接合される。
【００４３】
一方、蓋部材８０と第２の蓋部材８１との間に挟まれた第２の金属材料７１に含まれる第２の金属も、上記高温高圧の熱処理によって蓋部材８０及び第２の蓋部材８１のそれぞれに拡散するものの、これら蓋部材８０と第２の蓋部材８０とを拡散接合したときの接合強度は比較的弱い。すなわち、第２の金属は、上記金属よりも拡散性が低いために、第２の金属材料７１によって得られる接合強度が、金属材料７０によって得られる接合強度よりも弱くなるのである。
【００４４】
その後、互いに接合された各種の部材から、閉塞部材５２、蓋部材８０、第２の蓋部材８１及び台座部材８２を削除し、全体に亘って研磨する。これにより、図９に示すように、略円形平板状をなす切刃基体２０（超硬合金製主部材５１）と、切刃基体２０の上面の外周側一部分に形成された凹部２５（座ぐり部５５）に支持される切刃本体３０（ダイヤモンド製部材６０）と、切刃基体２０と切刃本体３０との間に形成されてこれらを接合する接合層４０（金属材料７０）とを備えた切刃チップ１０、つまり図３に示した切刃チップ１０に仕上げることができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態による切刃チップ１０は、切刃基体２０となる超硬合金製部材５０の上面に形成されて凹部２５となる座ぐり部５５に、超硬合金製部材５０との間に接合層４０となる金属材料７０を挟んで切刃本体３０となるダイヤモンド製部材６０を嵌め込む工程を経て製造されている。そのため、ダイヤモンド製の切刃本体３０を上面の外周側一部分に形成された凹部２５で支持する超硬合金製の切刃基体２０を、予め超硬合金から一体に構成することができる。したがって、このような切刃チップ１０が超硬ポスト６に装着された掘削工具を用いて掘削作業を行った際に、図９中の白抜き矢印で示すように、切刃本体３０の側面に対して切刃チップ１０の平面方向からの大きな衝撃力が加わったとしても、この衝撃力を衝撃吸収性能を有する超硬合金製の切刃基体２０によって確実に受け止めることができ、優れた耐衝撃性を発揮することができる。
【００４６】
また、この切刃チップ１０の製造工程においては、互いに接合すべきダイヤモンド製部材６０と超硬合金製主部材５１との間に金属材料７０を挟むだけではなく、超硬合金製主部材５１と閉塞部材５２との間や超硬合金製部材５０と蓋部材８０との間にも金属材料７０を挟んでいる。つまり、座ぐり部５５に嵌め込まれたダイヤモンド製部材６０のすべての面が、超硬合金及びダイヤモンドよりも相対的に軟質の金属材料７０によって覆われ、この状態で超高圧焼結装置によって超高温高圧の熱処理が施されるのである。そのため、ダイヤモンド製部材６０の周囲を覆っている金属材料７０が応力緩衝材として作用するので、ダイヤモンド製部材６０に応力が集中しにくくなり、ダイヤモンド製部材６０に割れを生じさせることなく、切刃基体２０が超硬合金から一体に構成された切刃チップ１０を確実に製造することができる。
【００４７】
また、この切刃チップ１０の製造工程においては、上記のような超硬合金製主部材５１と閉塞部材５１とに分割された超硬合金製部材５０を用いている。そのため、超高圧焼結装置の圧力空間の制約により、超高温高圧の熱処理を施す前の超硬合金製部材５０に薄肉部分が存在していたとしても、この薄肉部分に加わる応力を効果的に逃がして超硬合金製部材５０を割れにくくすることができ、切刃基体２０が超硬合金から一体に構成された切刃チップ１０を確実に製造することができる。
【００４８】
さらに、この切刃チップ１０の製造工程においては、超硬合金製部材５０の上面に配置された蓋部材８０の上面に第２の蓋部材８１を配置し、これら蓋部材８０と第２の蓋部材８１との間に、金属材料７０に含まれる金属よりも拡散しにくい金属を含む第２の金属材料７１を挟んでいる。そのため、超硬合金製部材５０と蓋部材８０とが接合されたときの接合強度に対し、蓋部材８０と第２の蓋部材８１とが接合されたときの接合強度が弱くなっている。これにより、超高圧焼結装置の圧力空間の圧力を開放するときには、超硬合金製部材５０と蓋部材８０とが剥離するよりも前に、蓋部材８０と第２の蓋部材８１とを剥離させ、超硬合金製部材５０の座ぐり部５５に嵌め込まれたダイヤモンド製部材６０に割れが生じるおそれを少なくすることができる。
【００４９】
加えて、この切刃チップ１０の製造工程においては、超硬合金製部材５０の下面に、超硬合金製の台座部材８２を配置している。そのため、超硬合金製部材５０の上面に形成された座ぐり部５５とこの超硬合金製部材５０の下面との間の肉厚が確保できていない場合でも、この台座部材８２によって超硬合金製部材５０の下面側部分に対する応力集中を防止して、超硬合金製部材５０に厚み方向の割れが生じるおそれを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】掘削工具の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す掘削工具に用いられる切刃部材の側面図である。
【図３】図２に示す切刃部材に用いられる切刃チップの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態による切刃チップの接合層を示す断面拡大図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態による切刃チップの製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施形態による切刃チップの製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施形態による切刃チップの製造方法を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】本発明の実施形態による切刃チップの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施形態による切刃チップの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】切刃チップの一例を示す斜視図である
【図１１】図１０に示す切刃チップの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１０に示す切刃チップの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１０に示す切刃チップに衝撃力が加わったときの不具合を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  切刃チップ
２０  切刃基体
２５  凹部
３０  切刃本体
４０  接合層
４１，４２  拡散層
４３  金属層
５０  超硬合金製部材
５１  超硬合金製主部材
５２  閉塞部材
５５  座ぐり部
６０  ダイヤモンド製部材
７０  金属材料
７１  第２の金属材料
８０  蓋部材
８１  第２の蓋部材
８２  台座部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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