JP2012532781A - ダイヤモンドツールおよびこのツールを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、焼結によって製造されたダイヤモンドセグメント(４)を備えたツールボディ(１,２,３)を具備してなるダイヤモンドツールに関し、各セグメントは少なくとも一つのダイヤモンド部(５)とベース部(６)あるいはベース(６)を具備してなり、このベース(６)はツールボディ(１,２,３)に固定され、ダイヤモンド部は突出方向にツールボディの切削エッジ(１０)から突出している。さらに詳しくは、多数のノッチ(７)が、突出方向に比べて横方向に切削エッジ(１０)を貫通して配置されており、かつ、ダイヤモンドセグメント(４)の少なくとも一つ、好ましくはその全ては、突出方向と比較して、ベース(６)に対して横方向に加えられるベース変形力を伴う固定方法による少なくとも一つのノッチ(７)に対するダイヤモンドセグメントのベース(６)の取り付けによってツールボディ(１,２,３)に対して固定される。

Description

本発明はダイヤモンドツールに関するものであり、当該ツールは焼結によって製造されたダイヤモンドセグメントを備えたツールボディを具備してなり、かつ、各セグメントは少なくとも一つのダイヤモンド部およびベース部あるいはベースを具備してなり、当該ベースはツールボディに対して固定され、ダイヤモンド部はツールボディの切削エッジから突出方向に突出している。

建築材あるいは天然石材用のダイヤモンド丸鋸ブレードおよびボーリングあるいは研削ツールは、鋸引きあるいはボーリング装置の回転スピンドルに固定された、スチール支持体あるいはツールボディと、ロウ付けあるいは溶接によって、この支持体の周囲あるいは端部に取り付けられたダイヤモンドセグメントとから形成されることが知られている。同じことは、ガングソーブレードにも当てはまる。

ロウ付けおよび溶接などの熱処理による、これらのセグメントの取り付けは、必然的に温度上昇を伴い、その結果、たいていは、スチール支持体周縁に、ノッチと呼ばれる不連続部を設けることが、あるいは加熱によって引き起こされる支持体の歪みを修正することが必要である。この種の状況はまた、この支持体のスチール繊維の長さを修正するためにハンマリングまたはローラー圧潰によって支持体に十分な張力を回復させることを必要とすることがよく知られている。

ダイヤモンド要素が支持体に対してロウ付けあるいは溶接されるという事実の結果、これらのダイヤモンド要素あるいはセグメントが、その加熱を必然的に伴うこの作業の間に、損傷を受けるリスクが存在する。

こうした作業は極めて労働集約的であり、したがって非常に費用がかかる。

さらに、こうしたツールの切削能力は、その上に取り付けられたダイヤモンドセグメントの数および寸法に直接比例することが知られている。耐用年数に関する、そして切削速度に関する各要求は、支持体の周縁の異なるジオメトリーを必要とし、これによって、たとえば鋸引きされる素材の相関的要素として、ツールの組み立てのために提供されるべき支持体、あるいはツールボディの数が著しく増大する。

本発明の重要な目的の一つは、こうした重大な欠点を排除することであり、したがって特別な技術的知識を要することなく、簡単な方法で、公知のダイヤモンドツールに見られる問題を解決することである。

このために、本発明によれば、多数のノッチが、突出方向に比べて横方向に切削エッジを横切って配置され、そしてダイヤモンドセグメントの少なくとも一つ(好ましくは全て)が、突出方向と比較して、ベースに対して横方向に加えられるベース変形力を伴う固定方法による少なくとも一つのノッチに対するダイヤモンドセグメントのベースの取り付けによってツールボディに対して固定される。これは、ベースの二つの側方面が、ベースの変形を実現するために加圧でき、これが、別な方向にそれを膨張させ、それによってノッチが満たされることを意味する。これによって、リベットなどの第３の部品を用いることなく、かつ、ロウ付けあるいは溶接のための強烈な熱を使用することなく、ノッチおよびツールボディに対するベースの取り付けが実現される。

さらに、本発明によれば、ツールのダイヤモンドセグメントのそれぞれは、ツールに対して固定された加工可能な、好ましくは冷温加工可能なベースを備える。おそらくは、ベースの緩やかな加熱を、それを、より加工可能なものとするために利用できる。

上記ベースは、粉体冶金によって製造されるのが有利である。

さらに詳しくは、上記粉体は、銅、実質的に純粋な鉄、低炭素鋼、ステンレススチール、ニッケル、および、加工可能な、好ましくは焼結後に冷温加工可能な、これらの金属の合金からなる群から選択された金属の少なくとも一つからなる。

特に有利な実施形態によれば、ノッチの少なくとも側方エッジは面取りされる。

本発明はまた、上記ツールを製造するための方法に関する。

この方法は、ダイヤモンドセグメントが、リベット止め、圧締(pressing)あるいはクランプ止めといった公知の技術によってツールのツールボディに対して固定されることによって特徴付けられる。

本発明のそれ以外の細部および特徴は、非限定的実施例として提示した本発明のいくつかの特定の実施形態に関する以下の説明ならびに図面から明らかとなる。

本発明に基づいて取り付けられたダイヤモンドセグメントを備えた丸鋸ブレードの概略側面図であり、三つの開口ノッチも示している。 本発明に基づいて取り付けられたダイヤモンドセグメントを備えたボーリングツールの概略斜視図であり、開口ノッチも示している。 本発明に基づいて取り付けられたダイヤモンドセグメントを備えた、ガングソーすなわち往復ブレードの、図１と類似の図である。 それが第１実施形態のツールボディに係合させられた際の、ダイヤモンドセグメントの概略側面図である。 図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。 リベット止め、圧締あるいはクランプ止めによって第２実施形態のツールボディに対して固定されたダイヤモンドセグメントの図４と類似の側面図である。 図６の線VII−VIIに沿った断面図である。 図６の線VIII−VIIIに沿った断面図である。 第３実施形態の図８と類似の断面図である。 本発明に基づくツールボディに設けられたノッチのいくつかの実施形態を示す概略図である。

各図中、同一あるいは類似の要素は同じ参照数字によって指し示している。

本発明は、概して、たとえば硬化鋼からなる金属支持体あるいはツールボディ１(その上には一続きのダイヤモンドセグメント４が設けられる)を備えたダイヤモンドツールに関する。ツールボディはまた、鉄などの金属、あるいはおそらくはたとえばエポキシ樹脂を含む複合材から形成されてもよい。

本発明の特定の特徴は、上記セグメント４が、特に機械的クランプ止めによって、ツールボディ１に対して固定された冷温加工可能なベース６を備えることにある。

図１ないし図３は、本発明に基づく複数のダイヤモンドセグメントを備えたツールボディの三つの実施形態を示している。

図１はそれゆえ、いくつかのダイヤモンドセグメントおよびいくつかの開口ノッチを備えたツールボディを、すなわちある程度完成した丸鋸ブレードを示しており、図２はツールボディ２を備えたボーリングツールを示しており、そして図３は、それに対して一続きのダイヤモンドセグメント４が固定されるツールボディ３を備えた往復鋸ブレードを示している。図１には、いくつかのセグメントしか示していないが、この種のセグメント４は、完成した丸鋸ブレードにおいては、ディスク１の全周に配置されていることは明らかである。

図４および図５に示す第１実施形態は、ベース６上に搭載されたダイヤモンド部５を備えたセグメント４を示している。

ダイヤモンド部５およびベース６はいずれも、粉体冶金、すなわち粉体焼結によって一般的な様式で得たものである。

金属粉体は、焼結によって強化処理を受けるために続いて冷温プレスされかつ続いて高温プレスされる前に、ダイヤモンド粒子と混合される。金属粉体のそしてダイヤモンドの組成の選択は、仕上げツールの使用の条件、ツールのサイズ、装置の出力および運転速度、切削あるいは穿孔される素材の硬さおよび磨耗性、効率および切削速度要求の直接の相関的要素である。この結果、広範囲な組成が商業的に利用可能である。

一般的な、あるいは従来技術に関して、ディスクを形成し、ボーリングツール２およびブレード３を形成するツールボディ１に対するセグメント４の固定を簡素化するために、金属粉体のベース６は、好ましくは、ダイヤモンド部と同じ方法で、このダイヤモンド部５と同時に形成される。このベース６は、続いて、ツールボディ１,２,３に取り付けられる前に丸み付け加工されてもよい。ベース６が形成される素材は、ディスク１、ボーリングツール２およびブレード３の使用中にセグメント４がさらされることになる、たとえば引裂き力に対する最適な機械的抵抗を示すアセンブリをそれによって実現するために、それによってダイヤモンドセグメントがスチールボディに固定されるロウ付けあるいは溶接処理に基づいて選択される。

本発明は、たとえば図１ないし図９に示すようなツールボディ１,２,３を有するダイヤモンドツールに関するものであり、ここで、ダイヤモンドセグメント４のベース６は、加工可能であり、そして、それに対してダイヤモンドセグメント４がロウ付けあるいは溶接される公知のツールとは対照的に、圧縮力などの圧力、単軸リベット止め、ロータリーリベット止めなどによって、このツールボディに対して固定される。

ベース６は、それが(図４に示すように)ディスク１およびブレード３用のツールボディの切削エッジ１０上およびボーリングツールを形成するツールボディ２の切削エッジ１０上に設けられたノッチ７などのキャビティ内に収容できるように設計される。ベースはまた、一つのノッチそれぞれに付着する二つの部分へと、あるいは二つのノッチに付着する一つの部分へと分割できる。だが、これらは依然として一つのベースとして定義される。さらに、一つのベース６は、二つの、あるいはおそらくそれ以上のダイヤモンド部５を持つことができる。

図４および図５は、冷温加工前のツール１,２,３に係合させられたベース６を示し、一方、図６ないし図８は、冷温加工後の、これらのツール６を示している。

さらに詳しくは、これら図６ないし図８は、その各側において、ノッチ７に対して横方向に突出する加工されたベース６の部分６'を示している。堅固な、永久的取り付けは、これら突出部６'によって実現されているが、これは、ツールボディ１〜３の二つの対向する面に対して押し付けられる。

図８は、このノッチ７内でのベースの固定を改善するために、そしてロウ付け処理によって得られたそれと少なくとも同程度の側方および周縁保持強度を増大させるために、それに従って、加工されたベース６と係合させられたノッチ７の側方エッジ７'が面取りされる細部を示している。

面取りされた側方エッジ７'は、ベースの厚みが比較的小さく、かつ、ツールボディ１,２,３のそれと、たとえばほとんど同じである場合に、とりわけ、有益である。

図４および図５において、ベース６は、冷温加工前に矩形断面を有する。

図９は、ベース６が、冷温加工前に、図８の冷温加工された形状に類似のインターロッキングプロファイルを既に有する実施形態に関する。これは、クリンプ加工処理の間、ベース６の低温加工を軽減するという利点を有するであろう。

組み立て処理は冷温状態で、すなわち温度上昇を伴わずに行われるので、高温加工はなく、しかもツールボディ１,２および３は、工場内で、前もって、正確な最終的値までプレストレスを与えることが可能である。

ツールボディ１,２,３の切削エッジ１０は、有利なことには、最大数のノッチ７を備え、この結果、ダイヤモンドセグメント４は、必ずしも、これらノッチ７の全てに設けられる必要はなく、所望の切削用途の相関的要素であってもよい。

したがって、セグメント４が互いに独立してツール上に設けられると仮定すると、それゆえ、異なるタイプのセグメントを一つの単体ツール上に設けることができる。同じことは、二つの連続するセグメント間の間隔およびツールボディ上に設けられたセグメントの数に対しても当てはまる。

有利なことに、ノッチ７を銅などの延性物質で満たすことができるという事実は、鋸引きノイズを、ある程度吸収できることを意味する。

ノッチ７は、通常、ツールのエッジ１０に均等に割り当てられる。その中にダイヤモンドセグメントが設けられるノッチの数は意図された用途に依存する。ダイヤモンドセグメント４によって覆われたツールの周縁あるいは端部１０によって形成された自由エッジ上で利用可能なトータルスペースの大きさは、ツールの「アクティブ表面」と呼ばれる。通常のアクティブ表面の値は５０ないし１００％である。低い値は、概して、高い切削速度ガイドラインに、あるいは低出力装置に対応し、そして高い値は、長寿命ガイドラインに、あるいは高出力装置に対応する。本発明は、したがって、アセンブリが、異なるタイプのおよび異なる寸法の、さまざまな数のセグメントを具備し得ることを実現する。

ダイヤモンドを備えていないベース６は、同時に、組み立て中の冷温加工のために十分に延性に富み、かつ、切削によって生じる引裂き力に対して十分な抵抗性を備えていなければならない。

ダイヤモンドセグメントを形成するためのパラメーターが、この目的に正確に適合させられるならば、粉体冶金は、これらの基準を満たすことができる原材料を提供する。焼結後にそれらが加工可能であり、かつ、自然にあるいは加工自体の結果として、加工後に機械的引裂きに抗するのに十分なほど高い降伏強度および引っ張り強度値を有するならば、いくつかの金属粉体がこの目的を満たすことができることは明らかである。銅粉体が最も好ましいが、純鉄粉体、低炭素スチール粉体、ステンレススチール粉体、ニッケルあるいは銅‐ニッケル合金粉体、ならびにこれら粉体の混合物もまた考えられる。冷温加工が通常は望まれる。概して、ＦＣＣ(面方立方格子)タイプの結晶構造は、一部だけでも、望ましくあるいは有利である。

図１０は、ベース６との接触面積を増大させることを可能とするノッチ７の別な実施形態を示しており、これによってツール１,２,３内での、その良好な取り付けが実現される。

一つのベースはまた、二つ、あるいはおそらくはそれ以上の隣接ノッチ７に対して取り付けることができる。これらノッチはまた、それらがツールボディ１,２,３の切削エッジ１０の下方に位置する共通部分を有するように互いに近接して配置できる。

さらに極めて高い応力用途のためにダイヤモンドセグメント４の保持強度を増大させることが必要である場合、本発明は、ベース６がノッチ７内に挿入される前に接触面が接着されることを可能とする。

本発明によれば、ツール１,２,３とベース６との間のノッチ７内に、吸音特性を有する素材の微細な層を提供することも可能である。この素材は、たとえば粘弾性ポリマーである。

著しく研磨性のある素材を切削するとき、突出部の早期の損耗がツールの支持体において生じることがあることが知られている。ベースを製造するために選択される素材は、それが加工可能である必要があるという事実によって柔らかいので、その耐摩耗性は事実上低下する。この問題を軽減するために、この耐摩耗性は、ベース部の原金属粉体に対して、少量のカーバイドあるいはダイヤモンド粒子の添加によって増大させることができる。

これらダイヤモンド粒子はベース６の全質量にわたって分配できるが、それらが、その外面の近傍に存在することが、それゆえ、とりわけ重要である。

最後に、ダイヤモンドセグメントが完全に利用されてしまったとき、本発明は、ツールボディを、新しいセグメントを用いて、非常に簡単に修復することを可能とする。これは、ロウ付けによる複数回の加熱処理にさらされ、したがって連続した熱処理作業によって結果的にダメージを受ける従来のツールボディに関するよりも、さらに多くの回数だけ実施することができる。新しいセグメントを用いて本発明のツールボディを修復するために、使用されたセグメントのベース６は、単に、事前穿孔されかつノッチ７から機械的にプレスされるだけでよい。

実施例１
強化コンクリート壁を鋸引きするためのダイヤモンドセグメントを形成するために、コバルト粉体が青銅粉体と混合され、そして、グラファイト型枠内で、３ないし５分間にわたって、３００ないし４００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で、７５０ないし８５０℃の温度での焼結にさらされた。この焼結条件は、２５ｋｇ／ｍｍ^２の最小圧力および１００ｋｇ／ｍｍ^２の最大圧力で、それを冷温加工するのに必要な特性を、同じ粉体成分を持つベースに付与する。

このベースは、１０ｍｍの高さ、５ｍｍの厚み、および８ｍｍの幅を有する。その中にそれが挿入されるノッチは、同じ高さおよび同じ幅を有するが、厚みは４ｍｍである。さらに、当該ノッチのエッジは４５°で面取りされた。

ベースは、ノッチが一方側が開放状態のままとなることを除いて、リベットと同じ原理に基づいて、ノッチへと冷温加工される。

実施例２
５ｍｍの厚みおよび５ｍｍの幅のクランプ止め前初期寸法を有する、図９に示すようなインターロッキングベースが、２.５ｍｍの幅および１０ｍｍの深さを有するノッチ内に差し込まれた。このベースは、３５０ｋｇ／ｍｍ^２の圧力で８００℃で焼結された銅粉体から得られた。

図１０に示す第１実施形態の形状を有するノッチが、３３０ｍｍの直径および２.５ｍｍの厚みを有する３５ＨＲＣの硬度を備えた硬化鋼のディスクに形成され、したがって、ベースの側部はそれぞれ、加工前に１.２５ｍｍの厚みを有していた。

クランプ止めは、０.７５ｍｍ付近のディスクに関して突出する厚みを得るために２.５トンの力によるプレス成形によって実施された。

このインターロッキング係合の保持強度は、６０ｋｇ／ｍｍ^２超で静的に測定されたが、これは力に関する安全規定に基づくものである。

本発明は本明細書中で説明しかつ図面に示した実施形態には限定されず、本発明の範疇を逸脱することなく、それ以外の変形例が考えられることは明らかである。

したがって、鋸引き、ボーリングあるいは研削ツールに設けられたノッチ内に、加工、好ましくは冷温加工によってベースを固定することを可能とする、いかなる技術が使用されてもよく、しかもノッチの、そして同様にベースおよびダイヤモンド部の形状は、かなりの程度まで変更可能である。

１ ツールボディ
２ ツールボディ
３ ツールボディ
４ ダイヤモンドセグメント
５ ダイヤモンド部
６ ベース
６' 突出部
７ ノッチ
７' 側方エッジ
１０ 切削エッジ

Claims (15)

1. 焼結によって製造されたダイヤモンドセグメント(４)を備えたツールボディ(１,２,３)を具備してなるダイヤモンドツールであって、各セグメントは少なくとも一つのダイヤモンド部(５)とベース部(６)あるいはベース(６)とを具備してなり、前記ベース(６)は前記ツールボディ(１,２,３)に固定され、前記ダイヤモンド部は突出方向に前記ツールボディの切削エッジ(１０)から突出しており、複数のノッチ(７)が、前記突出方向に比べて横方向に前記切削エッジ(１０)を貫通して配置されており、かつ、前記ダイヤモンドセグメント(４)の少なくとも一つ、好ましくはその全ては、突出方向と比較して、前記ベース(６)に対して横方向に加えられるベース変形力を伴う固定方法による少なくとも一つのノッチ(７)に対する前記ダイヤモンドセグメントの前記ベース(６)の取り付けによって前記ツールボディ(１,２,３)に対して固定されることを特徴とするダイヤモンドツール。
2. 前記固定方法は、リベット止め、圧締あるいはクランプ止めを含むことを特徴とする請求項１に記載のツール。
3. 少なくとも一つの、好ましくは全ての前記ダイヤモンドセグメント(４)は、一つのダイヤモンド部(５)および一つのベース(６)を具備してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のツール。
4. 前記ベース(６)は、前記ダイヤモンド部(５)を焼結するために使用されたのと同じ焼結条件を用いて粉体焼結によって形成された素材からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のツール。
5. 前記粉体は、銅、実質的に純粋な鉄、低炭素鋼、ステンレススチール、ニッケル、および焼結後に加工可能なこれら金属の合金からなる群から選択された金属の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項４に記載のツール。
6. 前記ノッチ(７)の少なくとも側方エッジ(７')は面取りされていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のツール。
7. 前記ベース(６)の面の少なくとも一方に、マークあるいはロゴが型押しされることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のツール。
8. 前記ベース(６)は、その外面の少なくとも近傍に、それから、このベース(６)が本質的に形成される金属中に分配されたダイヤモンド粒子を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のツール。
9. 接着剤が、前記ツールボディ(１,２,３)内に固定された前記ベース(６)と、このベース(６)と接触状態にある前記ツールボディの一部との間に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のツール。
10. 吸音特性を有する素材が、前記ツールボディ(１,２,３)内に固定された前記ベース(６)と、このベース(６)と接触状態にある前記ツールボディの一部との間に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のツール。
11. 前記ツールボディ(１,２,３)の切削エッジ(１０)に、ダイヤモンドセグメント(４)を備えていない均等に割り当てられたノッチ(７)を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のツール。
12. 前記ベース(６)は、突出方向における前記ダイヤモンド部の長さの０.５〜３倍の突出方向における長さを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のツール。
13. 前記ベース(６)は、突出方向における前記ダイヤモンド部の長さの１〜３倍、好ましくは１〜２倍の突出方向における長さを有することを特徴とする請求項１２に記載のツール。
14. 前記ベース(６)は少なくとも二つのノッチ(７)に対して取り付けられることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のツール。
15. 前記ダイヤモンドセグメント(４)は、リベット止め、圧締あるいはクランプ止めによって、前記ツールの前記ツールボディ(１,２,３)に対して固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載のツールを製造するための方法。

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