JP2005516781A - ダイヤモンド工具用切削チップ及びダイヤモンド工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】 石材、レンガ、コンクリート、アスファルトのような脆性を有する被削材を切断したり穿孔するのに用いられるダイヤモンド工具用切削チップ及びダイヤモンド工具に関するものであって、ダイヤモンド粒子を適切に配列させることにより優れた切削性能を有するダイヤモンド工具用切削チップ及びこの切削チップを有するダイヤモンド工具を提供すること。
【解決手段】 ダイヤモンド粒子が分布されるダイヤモンド工具用切削チップにおいて、該ダイヤモンド粒子が切削面に平行な面において切削方向に対して傾き、切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう配列されるダイヤモンド工具用切削チップ及びこの切削チップを有するダイヤモンド工具である。

Description

本発明は石材、レンガ、コンクリート、アスファルトのような脆性を有する被削材を切断し又は穿孔するのに使用されるダイヤモンド工具用切削チップ及びダイヤモンド工具に関する。より詳しくはダイヤモンド粒子の適切な配列により切削性能を向上させたダイヤモンド工具用切削チップ及びダイヤモンド工具に関する。
人造ダイヤモンドは1950年代に発明されたものであって、地球上に存在する物質中最も硬度が高い物質で知られており、こうした特性により切削、研削工具などに用いられるようになった。
とりわけ、上記人造ダイヤモンド(以下、「ダイヤモンド」という)は花崗岩、大理石などの石材を切削、研削する石材加工分野及びコンクリート構造物を切削、研削する建設業の分野において広く利用されるようになった。
通常、ダイヤモンド工具はダイヤモンド粒子が分布される切削チップと該切削チップが固定される金属ボディ(Core)とから成る。上記切削チップにはセグメントタイプ及びリムタイプなどがある。
図1はセグメントタイプのダイヤモンド工具の一例を示す。図1に示すように、セグメントタイプのダイヤモンド工具はディスク形態の金属ボディ(1)に固定されている複数個の切削チップ(2)(3)を含み、夫々の切削チップ(2)(3)にはダイヤモンド粒子(4)が無秩序に分布されている。一方、上記ダイヤモンド粒子が無秩序に分布されている切削チップを製造する方法としてはダイヤモンド粒子を他金属粉末と混合して焼結する粉末冶金方法が広く利用されている。
上記のように粉末冶金法により切削チップを製造する場合には微細なダイヤモンド粒子と異なる金属粉末を混合、成形、焼結する過程において粒子の寸法、比重の差などによりダイヤモンド粒子が金属結合剤中に均一に分布されないので、図1に示すように過多な粒子が分布される切削面(5)となったり、または過少な粒子が分布される切削面(6)となり偏析の問題が生じてくる。
上記のようにダイヤモンド粒子が切削面に偏析され分布されると切削チップ及び工具の切削性能が顕著に劣ってしまうという問題が生ずる。
本発明者は上記した従来技術の問題点を解決するために研究及び実験を重ね、その結果に基づいて本発明を提案するまでに至った。本発明の目的はダイヤモンド粒子を適切に配列させることにより優れた切削性能を有するダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップを有するダイヤモンド工具を提供することにある。
本発明は、ダイヤモンド粒子を分布させたダイヤモンド工具用切削チップにおいて、上記ダイヤモンド粒子が切削面に平行な面において切削方向に対して傾き、切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう配列されているダイヤモンド工具用切削チップを提供する。
さらに本発明は、ダイヤモンド粒子を分布させたダイヤモンド工具用切削チップにおいて、上記ダイヤモンド粒子が切削面に平行な面で切削方向に対して傾き、切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう、そして上記切削面に傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面に垂直に切断した面において該断面の上部頂点らを連結する線または下部頂点らを連結する線に対して一定の角度で傾くようダイヤモンド粒子が配列されるダイヤモンド工具用切削チップを提供する。
さらに本発明は、ダイヤモンド粒子が切削面に平行な面において切削方向に対して傾いて配列された複数個の切削チップを含み、上記ダイヤモンド粒子は切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう配列されるダイヤモンド工具を提供する。
本発明はさらに、ダイヤモンド粒子が切削面に平行な面において切削方向に対して傾いて配列された複数個の切削チップを含み、上記ダイヤモンド粒子は切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう配列され、上記切削面に傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面に垂直に切断した面において該断面の上部頂点らを連結する線または下部頂点らを連結する線と一定の角度でダイヤモンド粒子が傾いて配列されるダイヤモンド工具を提供する。
本発明は切削面に平行な面において切削方向に対して傾き、切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるようダイヤモンド粒子を配列することにより被削材を切削する際、各ダイヤモンド粒子一つ一つの効用性を最大化させ、切削性能を向上させられるダイヤモンド工具用切削チップ及びダイヤモンド工具を提供する。
さらに、本発明は各ダイヤモンド粒子一つ一つの効用性を最大化させるようダイヤモンド粒子を板状形態で切削面に傾くよう配列し、適切なフィラーを適切な位置に分布させることにより切削性の向上と共に寿命をより延長させられるダイヤモンド工具用切削チップ及びダイヤモンド工具を提供する。
以下、本発明について詳しく説明する。本発明は切削作業過程において被削材と接触する切削チップの切削面にダイヤモンド粒子を適切に配列させ小さな力でも被削材を削り込めるようにするものである。
上記のように小さな力でも被削材を切削できるようにすべく、本発明においては硬い地面を掘る場合、先にシャベルで掘った箇所に隣接した箇所をシャベルで掘れば、小さな力でも掘ることができるという、いわゆる「シャベル効果」を利用している。
即ち、先行するダイヤモンド粒子が被削材を削り出してできた切削溝を連続的に後続するダイヤモンド粒子が先に削り出された切削溝のすぐ傍を削り出すことができるよう切削チップの切削面にダイヤモンド粒子を配列させると小さい力でも被削材を切削できダイヤモンド工具の切削能力を向上させることができる。
本発明は上記したシャベル効果を得るためにダイヤモンド粒子を切削チップに適切に配列する方法に関するものである。
本発明においては上記したシャベル効果を得るためにダイヤモンド粒子が切削チップの切削面に平行な面において切削方向に対して傾くよう、切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう切削チップに配列される。
上記のように本発明により切削チップにダイヤモンド粒子を配列すると効果的な切削作用が行われ切削速度が向上され結果として作業性能を極大化できるようになる。
また、本発明においては上記シャベル効果をより極大化させるためにダイヤモンド粒子を 上記のように配列すると同時に、上記ダイヤモンド粒子は傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面に垂直な切断面上において該断面の上部頂点らを連結する線または下部頂点らを連結する線から一定の角度で傾いてダイヤモンド粒子が配列されるようにすることが好ましい。
以下、本発明に符合するダイヤモンド工具を使用して被削材を切削する際シャベル効果が得られる切削メカニズムについて添付の図に基づき説明する。
図2は本発明によるダイヤモンド粒子が配列されたセグメントタイプの切削チップを有するダイヤモンド切削ソーブレード(saw blade)の一例を示す。図2に示すように、上記切削ソーブレードは金属ボディ(1)と複数個の切削チップ(10)を含み、該切削チップ(10)の切削面(11)には複数個のダイヤモンド粒子(111)が切削面の対角線に傾いて規則的に配列されている。
図3は図2に示した切削チップ(10)及び該切削チップ(10)により被削材を切断する際切削チップ(10)により形成される切削溝を有する被削材(12)を示している。図2に示す切削チップを使用して被削材を切断すると、図3から分かるように、切断作業時傾いて規則的に配列されたダイヤモンド粒子(111a〜111f)が被削材(12)に切削溝(121a〜121f)を連続的に形成する。即ち、先行したダイヤモンド粒子(111a)により掘られた被削材切削溝(121a)の直ぐ傍に後続するダイヤモンド粒子(111b)が切削溝(121b)を形成し、該切削溝(121b)の直ぐ傍に後続するダイヤモンド粒子(111c)がもう一つの切削溝(121c)を形成するのである。
このように、本発明によりダイヤモンド粒子(111a〜111f)を切削チップに傾むいて規則的に配列すると、切削チップによる被削材の切断時被削材(12)に切削溝(121a〜121f)が図3におけるように連続的に形成され、したがって切削作業が効果的に行われるようになるのである。
図4は傾斜角を与えてダイヤモンドを配列する際の切削面においてダイヤモンド粒子の露出状態を模式的に示したものである。図4において、切削面における傾斜配列の基本的な形態をダイヤモンド粒子が切削面の最大対角線長さに配列されるもの(図4における斜線に沿って配列されるもの)とし、ダイヤモンド粒子(211a)とダイヤモンド粒子(211b)間のx軸方向での中心間距離をc、y軸方向での中心間距離をdとすれば、cがダイヤモンド粒子の直径(D)より小さいか同じであるとシャベル効果が起こるが、逆にc値がダイヤモンド粒子の直径(D)より大きいとダイヤモンド粒子(211)間の重畳度が無いので切削作業中シャベル効果を期待することができない。
また、図14におけるように切削面に露出されたダイヤモンド同士の間隔が一定しないので、先に説明したように理論的にはc値がダイヤモンド粒子の直径(D)より小さくても重畳しないこともあり、シャベル効果が起こらない部分ができたりもする。
したがって、本発明においては図5のように切削チップ(30)の切削面(31)において一線上に傾いて配列されるダイヤモンド粒子(311)の傾斜度(勾配)を図3または図4に示したものより増加させ、c値をD値より小さくし、即ち隣接したダイヤモンドにより形成された切削溝の重畳度(overlap)を増加させるか、または図6のように傾いて配列されるダイヤモンド粒子(411)を切削チップ(40)の切削面(41)において一線上に対を成すよう配列し隣接したダイヤモンド間の重畳をより確実にすることにより、被削材(32)における切削溝(321)及び被削材(42)における切削溝(421)の重畳をより確実にさせシャベル効果を極大化させることができる。
さらに、本発明においては切削チップ(セグメント)の厚さが厚かったり集中度が高い場合、図7に示すように切削チップ(50)の切削面(51)においてダイヤモンド粒子(511)を互いに平行な二つの線上またはそれ以上の線上に配列させたり、または図8におけるよう切削チップ(60)の切削面(61)においてダイヤモンド粒子(611)を互いに平行しない二つの線上またはそれ以上の線上に配列するので被削材(52)における切削溝(521)及び被削材(62)における切削溝(621)の重畳をより確かにさせシャベル効果を極大化することができる。
また、本発明においては図9及び図10におけるように切削チップ(70)及び(80)の切削面(71)及び(81)において二つの線上に配列されるダイヤモンド粒子(711)(811)が対を成すよう配列させてもよく、被削材(72)における切削溝(721)及び被削材(82)における切削溝(821)の重畳を確かにさせシャベル効果を極大化することができる。
上記のようなシャベル効果を極大化するためには切削チップの切削面におけるダイヤモンド粒子の位置選定が最も重要となる。
ダイヤモンド粒子の大きさを考慮してダイヤモンド粒子同士の間隔を適切に設定しなければならない。
以下、本発明によるシャベル効果を極大化できるより好ましいダイヤモンド工具用切削チップ及びこれを設けたダイヤモンド工具について説明する。本発明に符合するダイヤモンド工具用切削チップを製造する方法としてはダイヤモンド粒子を他金属粉末と混合して焼結する粉末冶金方法を挙げることができる。
上記粉末冶金方法を利用して切削チップを製造するために金属粉末を成形する際切削チップの内部にダイヤモンドを板状に配列するが、この際ダイヤモンドの配列状態の例が図11に示してある。
図11に示すように、ダイヤモンドを配列する基本単位は正方形状になってもよく[図11(A)]、正三角形状になってもよく[図11(B)]、さらに二等辺三角形状となってもよい[図11(C)]。もちろん、ダイヤモンドを配列する基本単位は上記形状に限定されるわけではない。
図11(A)のように基本単位が正方形状になるようダイヤモンド粒子を配列する場合の切削チップ内におけるダイヤモンド粒子の配列は図12のように示される。即ち、図12に示す配列状態は図13において切削チップをA-A線に沿って切断したものである。
本発明に使用される「切削面に傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面に垂直な切断面」は図13のように切削チップをA-A線に沿って切断して得た断面のことを意味する。
図12において、切削が行われる切削チップ(90)の切削面(91)におけるダイヤモンド粒子の状態を観察すると、初期には中央部分のダイヤモンド粒子(911b)が切削に参加し、該ダイヤモンド粒子(911b)が全て脱落すると両側側面部のダイヤモンド粒子(911a、911c)が切削に参加することになる。切削作業中こうした過程が続いて繰り返されるが、こうなると切削チップの切削面の全領域にダイヤモンドが均一に突出せず一部分に偏って現れるのでシャベル効果を100%期待することはできない。
したがって、ダイヤモンドを配列する際一定の傾斜角を与えてダイヤモンド粒子を配列することが効果的である。即ち、本発明においては上記ダイヤモンド粒子が傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面に垂直な切断面上において該断面の上部頂点を連結する線または下部頂点を連結する線に対して一定の傾斜角(以下、「傾斜角」という)で傾いて配列されるようにすることが好ましい。
図14には正方形を基本単位として傾斜角によるダイヤモンド粒子の配列状態が示してある。図14Aから図14Fに示したように、図14(B)から図14(F)の配列が図14(A)の場合より切削面上におけるダイヤモンド粒子同士の適当な間隔(S)を維持していることが分かる。
一般に、ダイヤモンドソーブレードの場合、切削作業中切削面のダイヤモンド 状態は図15のようにエマージングクリスタル(emerging crystal)(23)、ホールクリスタル(whole crystal)(24)、フラクチャークリスタル(fractured crystal)(25)、プルアウトホール(pull-out hole)(26)などの諸形状で現れる。
ダイヤモンド工具関連論文によると、ホールクリスタル：フラクチャークリスタル：プルアウトホールの比率が4：4：2の場合が最も効率的な切削作業を行うと報告されている。したがって、切削チップのダイヤモンド粒子を好ましくは一定の傾斜角、より好ましくは5°以上の傾斜角を与え配列することが切削チップの切削面にホールクリスタル、フラクチャークリスタル、プルアウトホールの適切な組合を成すことができ切削作業により効果的であるといえる。
図14において正方形を基本単位としたダイヤモンド粒子配列においては傾斜角45°を基準に配列の対称を成す。即ち、図16の(A)と(B)、(C)と(D)が夫々対称となる。図11の(B)及び(C)のように正三角形及び二等辺三角形をそれぞれ基本単位とした場合は傾斜角30°及び90°を基準に夫々対称となる。
図17の(A)〜(F)と図18の(A)〜(F)に夫々正三角形及び二等辺三角形を基本単位とした場合に対する傾斜角による配列状態と対称関係が示してある。
上記したように、図12のようにダイヤモンド粒子同士のＸ軸方向の間隔が狭く同一な突出高さを有する場合には、切断作業の際切断面においてＸ軸方向のダイヤモンド粒子同士の間隔が狭い領域が部分的に現れる。このためシャベル効果を100%奏することができず、より優れた切削性は期待しがたい。
実際切削チップの切削面は有限な半径を有するのでダイヤモンド粒子が直線で 配列される場合、切削チップの端部はある程度傾斜においては図19のE部分のように切削面においてダイヤモンド粒子が稠密に配列されることができる。
図20には一つの切削チップとスチールコアとが結合されているダイヤモンド工具の一部が示してある。図20には切削チップ(460)の切削面(462)の中心と切削チップの端点とを繋いだ直線(463)が切削面(462)上にあるという仮定において、該直線(463)と切削面(462)の中心からスチールコア(steel core)(461)の中心までの直線(464)が成す角αが示してある。切削に実際に参加するダイヤモンド粒子は切削面(462)にわたっているので、角αが図21のように定義される角aまたは角bと同じくならないようにすることが好ましい。即ち、上記αはスチールコア(461)の外径寸法、切削チップ(460)の長さなどに応じて異なることができるので、ダイヤモンド配列時傾斜角はαがaまたはbと同じでない範囲内で設定することが好ましい。
図19は角αが角aまたは角bと同じくなる場合であって、こうした場合には図19に示すように、切削面においてダイヤモンド同士の間隔が狭くなり局部的な領域(E)にのみダイヤモンド粒子が突出しシャベル効果を100%奏することができない。
さらに、本発明は図22にも示されるように、複数個の切削チップから成るコアビットの切削チップにも適用することができる。
図22に本発明の代表的なコア切削チップの一例を示す。図22に示すように、上記コア切削チップ(100)は本発明に応じてダイヤモンド粒子層が切削面に傾いて重畳し配列された切削チップが配列されている。
一方、本発明に従ってダイヤモンド粒子を配列した切削チップを製作する場合、切削チップの外側面部にはダイヤモンド粒子が無いので金属結合剤が早期磨耗してしまい規則的に配列されたダイヤモンドが早期に脱落する惧れがある。
したがって、切削チップ側面部の早期磨耗を防止するために本発明においては耐磨耗性の高いフィラーを選択して切削チップ側面部のダイヤモンド粒子の無い部分に適切な形態で分布させることが好ましい。即ち、本発明により工具の寿命をより延長させるために金属結合剤にフィラー(filler)(硬度の高い研磨材)を添加し金属結合剤の耐磨耗性を増加させることが好ましい。この際、使用されるフィラーとしてはSiC、WC、BN、Al2O3、ダイヤモンドなどのような耐磨耗性のある粒子として単独または2種以上を複合して使用することができる。
フィラーに使用される材料は側面部の磨耗防止のために添加されるものであるため、フィラーにダイヤモンドを使用する場合、側面部にフィラーとして添加されたダイヤモンドの集中度（concentration）は切削を目的に中央部に位置するダイヤモンドの集中度より低い集中度でなければならない。
側面部にフィラーとして添加されたダイヤモンドは切削を目的に中央部に位置するダイヤモンドの集中度の10〜50%程度の低集中度であることが好ましい。側面部にフィラーとして添加されたダイヤモンドの集中度が切削を目的に中央部に位置するダイヤモンド集中度の10%未満であると側面に急激な磨耗により側面部の早期磨耗防止効果が無く、50%を超過すると側面部の早期磨耗防止効果が飽和になるばかりか、中央部に位置するダイヤモンド量が相対的に少なくなり、むしろ切削性能を低下させるからである。
図23に示すように、フィラー(212a)は切削チップ(20a)の側面に無秩序に分布されてもよく、また図24のようにフィラー(212b)が切削チップ(20b)の側面に規則的に分布されてもよい。図23において、符合21aは切削面を、211aはダイヤモンド粒子を、22aは被削材を、さらに221aは切削溝を示しており、図24において符号21bは切削面を、211bはダイヤモンド粒子を、22bは被削材を、さらに221bは切削溝を示す。
本発明のダイヤモンド工具を製造する方法の一例は次のとおりである。
スプレー式接着剤を切削チップ形状に切断した金属網上に塗布する。その上に一定の間隔でレーザー加工により打孔された金属治具を載せ微細なダイヤモンド粒子を撒く。この際、一孔あたりダイヤモンド粒子が一つずつ入るようにする。金属治具を分離すると金属網上にダイヤモンド粒子が一定に配列された金属網を得るようになる。これを金属結合剤と共に冷間成形し焼結して切削チップを製造する。上記本発明のダイヤモンド工具の製造方法は一つの好ましい例に過ぎず、特に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
(実施例1)
切削面に傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面に垂直な切断面にダイヤモンド粒子を板状で配列する際、配列角度(図21におけるb)による切削性能を比較するために、19個の切削チップを有する14inchソーを製作して切断試験を行い、その結果を下記表1に示した。各切削チップの寸法は、長さ50.8mm、高さ8.2mm、厚さ3.2mmで、Co-Fe-Ni系成分の金属結合剤を使用した。ダイヤモンドには、米国GE社のMBS 955を使用し、集中度は0.8cts/ccとした。焼結は高温プレス(Hot press)方式により焼結温度860℃、焼結時間5分の条件で行った。
上記方法により製造したセグメントをレーザー溶接により14inchコア(core)に付着し切込み35mmでコンクリート切削試験を行った。使用した機械はEDCO(社)のエンジン駆動型切削試験機5.5HPである。
ダイヤモンド配列時にダイヤモンド粒子の傾斜角(図21におけるb)は0°、5°、15°、25°、35°、45°と変化させた。切削チップの切削面における傾いた配列形態は図6のように切削チップの切削面において最も長い対角線方向にダイヤモンドを対で配列した。切削チップの側面には磨耗防止のために傾斜面に配列したダイヤモンドと同一なダイヤモンドを使用し、傾斜面に位置するダイヤモンド集中度の45%の低集中度でダイヤモンドをフィラー(filler)として添加した。
Figure 2005516781

表1に示すように、本発明の発明例(1)〜発明例(7)の場合は従来例(1)より切削及び寿命指数性能に優れている。とりわけ25°〜45°の傾斜角を有する発明例(5〜6)の場合が切削性能において最も優れていることがわかる。また、発明例(1)と発明例(2)の場合には切削面にダイヤモンドが均一に突出できず一部分に偏って現れるので発明例(4〜7)に比してやや低い値を示すことがわかり、とりわけ発明例(2)の場合傾斜角(図21におけるb)は図20の角90-αとほぼ一致することがわかり切削性能が優れないことがわかる。
(実施例2)
ダイヤモンド粒子を図3のように配列させた切削チップを付着したソーブレード(発明例8)、ダイヤモンド粒子を図5のように勾配を増加させ配列した切削チップを付着したソーブレード(発明例9)、ダイヤモンド粒子を図6のように一線上において対で配列した切削チップを付着したソーブレード(発明例10)、ダイヤモンド粒子を配列させずランダムに混合してダイヤモンド粒子を分布させたソーブレード(従来例1)を製作した後、切削試験を行い切削性能と寿命性能を調査し、その結果を下記表2に示した。
ダイヤモンドの配列は上記実施例1の結果に基づき傾斜角を25°にした。使用した金属結合剤にはCo-Ni-Fe系合金を用い、ダイヤモンドは米国GE社のMBS 955を使用し、焼結はホットプレス(Hot press)方式で焼結温度860℃、焼結時間5分の条件で施した。
本実施例において工具は切削チップをレーザー溶接により14inchコア(core)に19個付着して製作したものであり、切削試験は切込み35mmでコンクリート切削試験を行った。使用した機械はEDCO(社)のエンジン駆動型切断試験機であり、空回転時3,700rpmであった。各ソーブレードの切削チップの寸法は長さ50.8mm、高さ8.2mm、厚さ3.2mmである。
Figure 2005516781

上記表2に示すように、ダイヤモンド粒子がランダムに配列されたソー(saw)に比して切削面に傾いて配列した三種のソーの場合にその性能が全て優れ、とりわけ傾いた配列において勾配を増加させた発明例(9)と傾斜面のダイヤモンドを一線上に対で配列した発明例(10)が発明例(8)より優れていることがわかった。これは切断作業の際被削材にダイヤモンドが通過した切削溝の重畳度が増加しシャベル効果が極大化するためと判断される。
(実施例3)
切削面の傾いた配列におけるダイヤモンド個数、ダイヤモンドの形状と切削性能の関係を調べるために実施例2において切断試験したソーブレードにおいて切削試験作業中ダイヤモンド粒子の状態を観察した。切削作業100線後毎に観察し、初期状態を含み総3回観察を行い、その観察結果を下記表3に示した。
Figure 2005516781

表3に示すように、発明例(8)の場合には切削に直接関与するホールとフラクチャーダイヤモンドの個数が初期、100線及び200線において夫々26、22及び23個であり、発明例(9)の場合には夫々18、15、18個である。発明例(8)の場合が発明例(9)の場合より多いが実施例1に示したように発明例（8）の切削性能は発明例(9)よりやや劣ることが分かる。
これは、理論的には切削面の傾斜面においてダイヤモンド同士の重畳度があるものの、実際に突出したダイヤモンドの直径と形状が相異しダイヤモンド同士の間隔が異なるため、シャベル効果が生じない部分があるためと考えられる。それに比して、発明例(9)の場合はダイヤモンド個数はやや少ないが勾配が増加し重畳度が増加し、これにより発明例(8)の場合より切削作業中シャベル効果がより多く起こったため発明例(8)の場合より優れた切削性能を示したものと考えられる。
また、発明例(10)の場合はホールとフラクチャーダイヤモンドの個数が初期、100線、200線目で夫々21、24、27と発明例(8)及び発明例(9)の場合より多く、発明例(8)の勾配よりやや増加したため発明例(8)及び(9)の場合より優れた切削性能を示したものと考えられる。
(実施例4)
上記実施例2における発明例(10)のソーブレードと従来例(1)のソーブレードに対する切削線数による切削時間の様子を調査し、その結果を図25に示した。ここで、切削時間とは切削作業時ソーブレードが1回切削するのにかかる時間のことを意味する。1回切削は30cm長さの被削材を一定の深さで1回切削することを意味する。図25に示すように、発明例(10)のソーブレードが従来例(1)のソーブレードより切削時間が短く、切削時間の傾向が安定的で、より均一な性能を示すことがわかる。
(実施例5)
切削チップ(セグメント)の側面部の早期磨耗防止のために実施例2の発明例(9)を基本として金属結合剤にフィラー(filler)を添加し切削チップを製作した後切断試験を行った。上記フィラー(Filler)材料としては傾斜部分に規則的に配列されたダイヤモンドと同一なダイヤモンドを使用し含量は切削チップに入るダイヤモンド集中度の5〜55%まで変化させた。
切削チップ側面部の早期磨耗評価は切断作業後切削チップの厚さ減少量で評価した。切削チップの厚さ減少量は30mと60m切断作業後切削チップの初期厚さ3.2mmより減少した量を測定した。測定部位は19個の切削チップ中任意の切削チップから90°ずつ離れて位置した4個の切削チップの平均値を測定し側面部磨耗量を比較した。他の試験条件は実施例2と同一にした。
Figure 2005516781
表4に示したように、フィラー(filler)含量範囲の下限を外れた比較例(1)はセグメント厚さ減少量が甚だしかったが、発明例(11〜15)は切削チップの厚さ減少量が極めて少ないことが分かる。一方、フィラー含量範囲の上限を外れた比較例(2)の場合には切削チップの厚さ減少量は少ないが切削不良が発生することが分かる。
(実施例 6)
ダイヤモンド粒子を規則的に配列したソーブレードの利点は切削性能の向上の他にも製品の均一性が挙げられる。こうした事実を確認するために上記実施例(2)の発明例(10)に該当する配列である図6のように一傾斜線上に対でダイヤモンド粒子を配列した切削チップをスチールコア(Steel core)に付着して製造したソーブレードを5個製作した。また、従来のようにランダムにダイヤモンド粒子を配列したソーブレードも同一な金属結合剤とダイヤモンドを使用して同一集中度でソーブレードを5個製作した。ダイヤモンドの配列は上記実施例1の結果に基づき傾斜角を25°にした。この際、使用した金属結合剤、ダイヤモンド及び焼結条件は全て実施例2と同一な条件とした。
本実施例において工具は切削チップをレーザー溶接に14inchコア(core)に19個付着した製作したもので、切削試験は切込み35mmでコンクリート切削試験を行い、切削指数の偏差値を求め、その結果を図26に示した。使用した機械はEDCO(社)のエンジン駆動型切断試験機であり、空回転時3,700rpmであった。使用した各ソーブレードの切削チップの大きさは長さ50.8mm、高さ8.2mm、厚さ3.2mmであった。
図26に示すように、発明例(10)の場合には切削指数値の偏差が±4%以内であるが、従来例の場合には切削指数値の偏差が±12%以内であることが分かり製品の均一性の面においても発明例(10)が従来例より優れていることがわかる。
切削チップの切削面にダイヤモンド粒子が無秩序に分布された従来のダイヤモンド工具の一例図である。 本発明のダイヤモンド粒子が切削面に傾いて配列された切削チップが付着されたダイヤモンド工具の一例図である。 本発明のダイヤモンド粒子が切削面に傾いて配列された切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材の概略図である。 本発明のダイヤモンド粒子が傾いて配列されたダイヤモンド工具用切削チップの切削面の概略図である。 本発明のダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材の異なる例を示す概略図である。 本発明のダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材のさらに異なる例を示す概略図である。 本発明のダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材のさらに異なる例を示す概略図である。 本発明のダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材のさらに異なる例を示す概略図である。 本発明のダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材のさらに異なる例を示す概略図である。 本発明のダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材のさらに異なる例を示す概略図である。 ダイヤモンド工具用切削チップの切削面に傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面と垂直に切断した面におけるダイヤモンドの配列例を示す概略図であって、(A)は基本単位が正方形状に配列されるダイヤモンド粒子の配列例、(B)は基本単位が正三角形状に配列されるダイヤモンド粒子の配列例、そして(C)は基本単位が二等辺三角形状に配列されるダイヤモンド粒子の配列例を示している。 図11(A)のように基本単位が正方形状のダイヤモンド粒子配列を有するダイヤモンド工具用切削チップの一例を示す概略図である。 ダイヤモンド工具用切削チップの切削面に傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面と垂直に切断する方法の一例を示す概略図である。 基本単位が正方形状のダイヤモンド粒子配列が本発明の傾いた切削チップの例を示す概略図である。 ダイヤモンド工具用切削チップの切削面に配列されたダイヤモンド粒子が切削作業時切削面から露出した状態を示す切削チップの切削面の一例図である。 基本単位が正方形状のダイヤモンド粒子配列の傾斜角が5 °及び25°であるダイヤモンド粒子配列の対称関係を示す概略図である。 基本単位が正三角形状のダイヤモンド粒子配列が本発明の傾いた切削チップの例を示す概略図である。 基本単位が二等辺三角形状のダイヤモンド粒子配列が本発明の傾いた切削チップの例を示す概略図である。 ダイヤモンド粒子が直線で配列される場合、傾斜角が小さく切削チップ端部の切削面においてダイヤモンド粒子が稠密に配列される状態を示す切削チップの概略図である。 一つの切削チップとスチールコアとが結合されたダイヤモンド工具の一部を示す概略図である。 ダイヤモンド粒子の配列角度a及びbが定義された切削チップの概略図である。 本発明に従ったコア切削チップの一例図である。 側面部にフィラー(filler)が無秩序に分布される本発明のダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材の例を示す概略図である。 側面部にフィラーが規則的に分布される本発明のダイヤモンド工具用切削チップ及び該切削チップにより切削溝が形成された被削材の異なる例を示す概略図である。 従来例(1)及び発明例(10)に対する切削線数による切削時間の変化を示すグラフである。 従来例及び発明例(10)に対する切削指数の偏差値を示すグラフである。

Claims (30)

  1. ダイヤモンド粒子を切削チップに分布させたダイヤモンド工具用切削チップにおいて、上記ダイヤモンド粒子が切削面に平行な面で切削方向に傾き、切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう配列されていることを特徴とするダイヤモンド工具用切削チップ。
  2. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が、切削面で一線上に配列されていることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  3. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が、切削面で二線上に配列されていることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  4. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が、切削面で一線上に対を成して配列されていることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  5. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が、切削面で二線上に配列され、各線上に配列されるダイヤモンド粒子は対を成して配列されていることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  6. 切削面でダイヤモンド粒子が配列される二つの線が、相互に平行であることを特徴とする請求項3又は5記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  7. 切削面でダイヤモンド粒子が配列される二つの線が、相互に平行でないことを特徴とする請求項3又は5記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  8. ダイヤモンド粒子層の無い部位にフィラーが分布されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか１項に記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  9. ダイヤモンド粒子層の無い部位にフィラーが分布されていることを特徴とする請求項6記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  10. ダイヤモンド粒子層の無い部位にフィラーが分布されていることを特徴とする請求項7記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  11. フィラーが、SiC、WC、BN、Al2O3及びダイヤモンドから成る群から選択された1種又は2種以上であることを特徴とする請求項8記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  12. フィラーがSiC、WC、BN、Al2O3及びダイヤモンドから成る群から選択された1種又は2種以上であることを特徴とする請求項9又は10記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  13. フィラーがダイヤモンドであり、フィラーとして添加されるダイヤモンドの集中度が切削を目的とするダイヤモンドの集中度の10〜50%程度であることを特徴とする請求項11記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  14. ダイヤモンド粒子が分布されるダイヤモンド工具用切削チップにおいて、上記ダイヤモンド粒子が切削面に平行な面で切削方向に対して傾くよう、切断時被削材に切削溝が連続的に重畳して形成されるよう、そして上記切削面に対し傾いて配列されたダイヤモンド粒子を有するよう切削面に垂直に切断した面において該断面の上部頂点同士を連結する線又は下部頂点同士を連結する線に対して一定の角度で傾くよう配列されていることを特徴とするダイヤモンド工具用切削チップ。
  15. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が、切削面で一線上に配列されていることを特徴とする請求項14記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  16. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が、切削面で二線上に配列されていることを特徴とする請求項14記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  17. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が、切削面で一線上に対を成して配列されていることを特徴とする請求項14記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  18. 傾いて配列されるダイヤモンド粒子が切削面で二線上に配列され、各線上に配列されるダイヤモンド粒子は対を成して配列されていることを特徴とする請求項14記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  19. 切削面においてダイヤモンド粒子が配列される二つの線が、相互に平行であることを特徴とする請求項16又は18記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  20. 切削面においてダイヤモンド粒子が配列される二つの線が、相互に平行でないことを特徴とする請求項16又は18記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  21. ダイヤモンド粒子層の無い部位にフィラーが分布されていることを特徴とする請求項14から18のいずれか一項に記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  22. ダイヤモンド粒子層の無い部位にフィラーが分布されていることを特徴とする請求項19に記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  23. ダイヤモンド粒子層の無い部位にフィラーが分布されていることを特徴とする請求項20記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  24. フィラーが、SiC、WC、BN、Al2O3及びダイヤモンドから成る群から選択された1種又は2種以上であることを特徴とする請求項21記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  25. フィラーがSiC、WC、BN、Al2O3及びダイヤモンドから成る群から選択された1種又は2種以上であることを特徴とする請求項22又は23記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  26. フィラーがダイヤモンドであり、フィラーとして添加されたダイヤモンドの集中度が切削を目的とするダイヤモンドの集中度の10〜50%程度であることを特徴とする請求項24記載のダイヤモンド工具用切削チップ。
  27. 請求項1〜13のいずれか１項に記載のダイヤモンド工具用切削チップを有するダイヤモンド工具。
  28. 切削チップが複数個であることを特徴とする請求項27記載のダイヤモンド工具。
  29. 請求項14〜26のいずれか１項に記載のダイヤモンド工具用切削チップを有するダイヤモンド工具。
  30. 切削チップが複数個であることを特徴とする請求項29記載のダイヤモンド工具。


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