KR100240177B1 - 다이아몬드형의 층을 지지하는 지지체가 있는 공구 - Google Patents

다이아몬드형의 층을 지지하는 지지체가 있는 공구 Download PDF

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Abstract

본 발명의 잘게 쪼개는 가공에 사용되는 공구는 지지체(1) 및 경질금속 지지체 (2a)와 디이아몬드층(2b)를 가지는 다결정질의 다이아몬드 널판(2)를 구비한다. 적어도 다이아몬드층(2b)는 경질층(3)으로 도금된다. 경질층(3)은 탄소-확산방지재로서의 역할을 하며, 이에 따라 이 공구는 철합금을 가공하기 위해 삽입될 수 있으며, 탄소-철의 상호작용을 통한 화학적 마모의 발생이 없어지게 된다.

Description

다이아몬드형의 층을 지지하는 지지체가 있는 공구
제1도는 다결정 다이아몬드 소편(小片; platelet)을 구비한 원통형 코어 드릴 형태의 공구를 도시한 도면이며,
제2도는 제1도에 따른 공구를 A 방향으로 바라 본 정면 단부도이고,
제3도는 지지체의 일부와 다이아몬드 소편의 단면을 확대 도시한 제1도에 상응하는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 지지체 1a : 오목부
2 : 다이아몬드 소편 2a : 경질 금속 본체
2b : 다이아몬드형의 층 3 : 경질재 층
본 발명은 다이아몬드형(型)의 층을 지지하는 지지체(carrier member)를 구비한 공구에 관한 것이다.
목재, 암석, 금속 합금 등과 같은 각종의 재료를 절삭 가공하는데에 사용되는 공구에 있어서, 경질 금속 본체를 갖는 지지체를 포함하는 공구가 이미 공지되어 있다. 공구 비트(bit)를 사용하는 절삭 작업에 있어서, 이러한 공구 비트는 밀링, 보링(boring), 터닝(turning) 또는 절삭 가공에 사용되고, 이 공구 비트들의 지지체는 각종의 용도에 상응하는 형상을 구비한다. 경질 금속 본체 또는 절삭용 금속 부재는 수행코자 하는 특정 작업에 따라, 예컨대 납땜 결합에 의해 가공 작업에 결정적인 역할을 수행하는 각각의 지지체의 전방 면에 결합될 수 있다.
내마모성을 향상시키기 위해, 예컨대 EP-A-0 306 077호 공보에는 경질 금속 본체가 금속 붕소 질화물로 이루어진 하나 이상의 층으로 커버된 공구가 개시되어 있다. 이러한 금속 붕소 질화물로 이루어진 층의 붕소의 농도는 일정치 미만으로 유지된다. 그러한 층은 일종의 확산 장벽(diffusion block)으로서 작용한다. 그와 같은 금속 본체에서는, 코딩된 층의 경도가 그 아래에 놓인 경질 금속층 보다 더 높고, 이에 의해 커버 층이 자체 지지(self-supporting) 특성을 가져야만 한다. 이러한 자체 지지 특성을 제공하기 위해, 커버 층은 1 내지 10㎛의 범위의 비교적 큰 두께를 구비해야 한다. 그 정도의 크기의 두께는 내부 응력, 즉 잔류 응력을 수반하며, 이러한 이유로 그 층은 파괴 또는 균열 발생에 있어 취약(脆弱)해지게 된다. 이러한 파괴 또는 균열 발생은, 특히 연질의 받침 층의 이완에 의해 보다 더 촉진된다.
특히, 내마모성과 관련한 관점에서 볼 때, 목재, 알루미늄 합금, 암석 등을 절삭하는 분야에 있어서, 다이아몬드형의 층을 구비한 공구 비트가 보편적으로 사용되었다. 이러한 공구에서도 역시 수행하고자 하는 작업에 상응하게 형성된 형상의 지지체가 사용되었다.
다이아몬드형의 층은 상이한 형태일 수 있고, 또 각종의 방법, 예컨대 공지의 PVD(polyvinyldichloride vapor deposition)법 또는 CVD(chemical vapor deposi tion)법에 의해 지지체에 설치될 수 있다. 또한, 예컨대 납땜 또는 전기 화학적(ga lvanic) 방법에 의해 개개의 다이아몬드 입상체(grain)가 지지체 상에 설치될 수도 있다. 그러나, 그 중에서도 특히 납땜에 의해 지지체 상에 부착된 다결정(polycry stalline) 다이아몬드 소편이 가장 널리 보급되어 있다. 이러한 다결정 다이아몬드 소편은, 이곳에 결합된 다이아몬드 입상체 또는 다이아몬드형의 층으로서의 다이아몬드 입상체를 구비한 경질 금속 본체를 포함한다.
전술한 용례에 따른 다이아몬드형의 층은 내마모성에 관한 한 매우 유리하지만, 이 다이아몬드형의 층을 사용하여 철 조성물 또는 철 합금을 가공할 수는 없다는 단점이 있다. 철 합금을 가공할 경우에는, 탄소를 함유하는 다이아몬드형의 층과 철과의 사이에서 다이아몬드형의 층의 화학적 마모가 발생할 정도의 상호 작용이 일어난다. 이러한 상호 작용은, 예컨대 스틸이 보강된 콘크리트를 절삭하거나 드릴링 해야 할 경우에도 나타날 수 있고, 그러한 다이아몬드형의 층을 구비한 공구 비트가 스틸 보강재와 부딪칠 때에도 발생할 수 있다. 대부분의 콘크리트 구조물에서는 통상 그러한 스틸 보강재를 매립해야만 하기 때문에, 그와 같은 경우에는 다이아몬드형의 층을 구비한 공구를 사용할 수가 없다.
본 발명의 목적은 다이아몬드형의 층의 사용과 관련하여, 철 합금 또는 철 합금이 혼합된 재료의 절삭에 적합한 공구를 제공하는 데 있다. 이러한 목적은, 본 발명에 따라 적어도 다이아몬드형의 층에 탄소의 확산 장벽으로서 작용하는 얇은 경질재 층을 피복시킴으로써 달성된다.
이러한 방법으로 제작된 다이아몬드형의 층을 구비한 공구를 철 합금의 절삭에 사용할 경우, 경질재 층이 확산 장벽을 형성하게 된다. 이러한 확산 장벽으로 인해, 다이아몬드형의 층과 철 합금과의 사이의 상호 작용이 일어나지 않고, 이에 따라 불리한 화학적 마모가 발생하지 않게 된다. 극히 높은 경도의 다이아몬드형의 층이 경질재 층의 받침 층으로서의 역할을 하기 때문에, 경질재 층은 자체 지지되어야 할 필요가 없고, 따라서 그 두께는 예컨대 0.1 내지 1㎛의 범위로 매우 얇게 선택될 수 있다. 이와 같이 매우 얇은 경질재 층에 의해 단지 경미한 잔류 응력만이 발생되고, 이에 따라 보다 더 두꺼운 층에서 발생되는 것과 같은 균열이 방지된다. 다이아몬드형의 층과 철과의 사이의 상호 작용이 단절됨으로 인해, 마찰 계수가 상당히 작아지게 되고, 따라서 절삭된 칩의 유출이 촉진된다.
공구의 다이아몬드형의 층만이 경질재 층으로 코팅되는 것으로도 본 발명의 효과는 충분히 발휘된다. 경질재 층의 피복 방법에 따라, 공구의 다른 부분, 예컨대 다결정 다이아몬드 소편을 사용할 경우에 경질 금속 본체의 일부도 역시 경질재 층으로 피복될 수 있다. 이와 같이 전체적으로 또는 부분적으로 경질재 층을 구비하는 다결정 다이아몬드 소편은, 특히 납땜에 의해 지지체에 결합되고, 이와 같은 결합 시 필요에 따라 지지체에는 소편의 형상과 적합한 형상을 갖는 오목부가 마련될 수 있다.
확산 장벽의 관점에서, 경질재 층으로서는 금속 질화물이 적합하다. 특히, 금속 질화물로서 질화 티타늄을 사용하는 것이 유리하다.
확산 장벽과 관련된 유사한 작용은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 금속 산화물에 의해 달성되고, 특히 경제성을 고려할 때에 산화 알루미늄을 사용하는 것이 특히 유리하다.
경도를 높이기 위해, 경질재 층은 추가로 금속 탄화물을 함유하는 것이 유리하다. 특히, 높은 경도를 달성한다는 측면에서, 탄화 티타늄을 사용하는 것이 유리하다.
상기 예시된 성분에 의해, 경질재 층의 화학양론적 당량을 초과한 탄소 함유량은 추가적으로 윤활제와 유사하게 작용하고, 이에 따라 공구와 가공 대상 재료와의 사이의 마찰 계수가 저하된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
제1도 및 제2도에는 원통형 코어 드릴(core drill)로서 형선된 공구 비트가 도시되어 있다. 이러한 공구 비트는, 그 전방 단면에 오목부(1a)를 구비한 지지체(1)로 구성되며, 상기 오목부(1a)의 내부에는 회전 방향으로 향한 다결정 다이아몬드 소편(2)이 배치되어 있다. 특히, 제2도에 도시된 바와 같이, 예컨대 3개의 다결정 다이아몬드 소편(2)이 외주에 균등하게 배분되어 마련되어 있다.
제3도에는, 선단부에 오목부(1a)가 구비된 지지체(1) 및 이 지지체(1)에 마련된 다결정 다이아몬드 소편(2)이 부분적으로 절취되어 확대 도시되어 있다. 역시 제3도에 잘 도시된 바와 같이, 다결정 다이아몬드 소편(2)은 경질 금속 본체(2a) 및 다이아몬드형의 층(2b)을 구비한다. 다이아몬드형의 층(2b)은 회전 방향을 향한 쪽으로 경질 금속 본체(2a)에 배치된다. 다이아몬드형의 층(2b) 및 경질 금속 본체(2a)의 일부는 경질재 층(3)으로 피복된다.
제3도에 도시된 경질재 층(3)의 배치는 단지 예시적인 것에 불과하다. 다이아몬드형의 층(2b)만이 경질재 층(3)으로 피복되는 것으로도 충분하다. 그러나, 제조 과정에 따라 다결정 다이아몬드 소편(2)의 전체를 경질재 층(3)으로 피복할 수도 있다.
다이아몬드형의 층(2b)의 두께는 약 0.7mm일 수 있는 반면에, 경질재 층(3)의 두께는 약 0.1 내지 1㎛에 불과하다.

Claims (4)

  1. 다이아몬드형(型)의 층(2b)을 지지하는 지지체(1)가 있는 공구에 있어서, 상기 다이아몬드형의 층(2b)은 탄소의 확산 장벽(diffusion block)으로서 작용하며, 두께가 0.1 내지 1㎛이고, 또 금속 질화물, 금속 산화물 혹은 금속 탄화물로 된 경질재 층(3)으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 질화물을 질화 티타늄인 것을 특징으로 하는 공구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물은 산화 알루미늄인 것을 특징으로 하는 공구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속 탄화물은 탄화 티타늄인 것을 특징으로 하는 공구.
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