KR100428947B1 - 다이아몬드 공구 - Google Patents

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KR100428947B1
KR100428947B1 KR10-2001-0060680A KR20010060680A KR100428947B1 KR 100428947 B1 KR100428947 B1 KR 100428947B1 KR 20010060680 A KR20010060680 A KR 20010060680A KR 100428947 B1 KR100428947 B1 KR 100428947B1
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윤소영
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이화다이아몬드공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 세그먼트 타입의 다이아몬드공구에 관한 것으로서, 다이아몬드 입자를 랜덤하게 분포시킨 기존의 다이아몬드공구와는 달리 다이아몬드 입자를 단층 또는 다층의 판상 형태로 교대로 엇갈리게 배열함으로써 다이아몬드 원재료의 효율을 극대화시킨 다이아몬드공구에 관한 것으로 이러한 다이아몬드공구로 피삭재를 절단하거나 천공시 절삭속도를 높이고, 환경 및 작업자의 건강에 문제가 되는 미세한 분진을 줄이고자 하는 것이다.
본 발명은 다이아몬드 입자가 단층 또는 다층의 판상으로 분포되어 있는 다수개의 절삭팁을 포함하고;
상기 다이아몬드 입자층들은 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되는 다이아몬드 공구를 그 요지로 하고 있다.

Description

다이아몬드 공구{Diamond Tool}
본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는절삭속도를 높이고 미세한 분진을 줄일 수 있는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
인조 다이아몬드는 1950년대에 발명된 것으로서, 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭 공구등에 사용하게 되었다.
특히, 상기 인조 다이아몬드(이하, "다이아몬드"라 칭함)는 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재가공분야 및 콘크리트 구조물을 절삭, 연삭하는 건설업분야에서 널리 이용되게 되었다.
통상, 다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 절삭팁과 이 절삭팁이 고정되어있는 금속 바디(Core)로 구성된다.
도 1에는 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구의 일례가 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구(1)는 디스크 형태의 금속바디(2)에 고정되어 있는 다수 개의 절삭팁(11)(12)을 포함하고, 각각의 절삭팁(11)(12)에는 다이아몬드 입자(5)들이 무질서하게 분포되어 있다.
다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우 각각의 절삭팁에 분포되어 있는 다이아몬드 입자들 각각이 절삭을 행하게 된다.
그러나, 본 발명자들의 연구 및 실험 결과에 의하면, 도 1에서와 같이, 다이아몬드 입자들이 절삭팁에 무질서하게 분포되어 있는 경우에는 다이아몬드 입자들의 절삭효율이 떨어진다는 것을 확인할 수 있었다.
이는 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포되어 있는 절삭팁만 포함하는 다이아몬드 공구는 다음과 같은 비효율이 발생하기 때문이다. 하나는 선행하는 절삭팁에분포된 다이아몬드 입자들에 의해 형성된 절삭홈들 간의 간격이 다이아몬드의 입자 크기보다 훨씬 커서 후행한 절삭팁이 지나간 뒤에도 절삭홈과 절삭홈 사이에 공간이 남아 피삭재가 완전히 제거되지 못하는 경우이고, 또 다른 경우는 후행하는 절삭팁에 분포된 다이아몬드 입자가 공교롭게도 선행한 절삭팁이 만들어 놓은 절삭홈으로 그냥 지나가서 결국 아무런 일도 하지 못하는 경우이다.
한편, 상기 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포되어 있는 절삭팁을 제조하는 방법으로는 다이아몬드 입자를 다른 금속분말과 혼합하여 소결하는 분말야금방법이 널리 사용되고 있다.
상기와 같이 분말야금법에 의해 절삭팁을 제조하는 경우에는 미세한 다이아몬드 입자와 다른 금속분말을 혼합, 성형, 소결하는 과정에서 입자의 크기, 비중의 차이 등으로 다이아몬드 입자가 금속결합제 사이에 균일하게 분포하지 못하므로 도 1에 나타난 바와 같이 지나치게 많은 입자가 분포되어 있는 절삭면(3)을 제공하거나 또는 지나치게 적게 분포되어 있는 절삭면(4)을 제공하므로써 편석의 문제가 발생하게 된다.
상기와 같이 다이아몬드 입자가 편석되어 분포되는 경우에는 공구의 절삭성능이 더욱 떨어질 뿐만 아니라 공구의 수명이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 다이아몬드공구를 구성하는 절삭팁에 다이아몬드 입자를 적절히 배열시킴으로써 우수한 절삭성능을 가질 뿐만 아니라 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄일 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
도 1은 절삭팁의 절삭면에 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포된 종래의 다이아몬드 공구의 일례도
도 2는 본 발명에 따라 다이아몬드 입자들이 3층의 판상으로 배열된 절삭팁과 2층의 판상으로 배열된 절삭팁이 교대로 부착된 다이아몬드 공구의 일례도
도 3은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자가 3층 규칙배열된 절삭팁의 일례도
도 4는 본 발명에 따라 다이아몬드 입자가 2층 규칙배열된 절삭팁의 일례도
도 5는 본 발명에 부합되는 도 2의 다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭할 때 절삭 메커니즘를 설명하기 위한 개략도
도 6은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자가 배열된 다이아몬드 공구용 절삭팁의 다른 예를 나타내는 개략도
도 7은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자가 배열된 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 8은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자가 배열된 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 9는 본 발명에 따라 다이아몬드 입자가 배열된 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 10은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자가 배열된 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 11은 도 3의 A-A선 단면도
도 12는 측면부에 필러(filler)가 무질서하게 분포되어 있는 본 발명의 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 13은 측면부에 필러가 규칙적으로 분포되어 있는 본 발명의 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 14는 종래예(1) 및 발명예(1)에 대한 절삭 줄 수에 따른 절삭시간의 변화를 나타내는 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 다이아몬드 공구 2: 코어 111,112,121,122,131,132,133,151,152,
181,182: 절삭팁 105: 다이아몬드 입자 121a,121b,121c,122a,122b,122c,
131a,131b,131c,132a,133a,141a,141b,141c,141d,141f,151a,151b,151c,152a,152b: 다이아몬드 입자층 113,123,153: 피삭재 113a,113b,113c,113d,113e,123a,
123b,123c,123d,123e,123f,153a,153b,153c,153d,153e,153f: 절삭홈
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 다수개의 절삭팁을 포함하여 피삭재를 절삭하는 다이아몬드 공구에 있어서,상기 절삭팁들에는 다이아몬드 입자가 단층 또는 다층의 판상으로 분포되어 있고;
상기 다이아몬드 입자층들은 상기 절삭팁에 의한 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성될 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 절삭작업 과정에서 피삭재와 접하는 절삭팁의 절삭면에 다이아몬드를 적절히 배열시켜 각각의 다이아몬드 입자 하나하나가 가장 효용성 있게 사용되도록 하는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
도 1에서와 같이 다이아몬드 입자들이 무질서하게 배열된 공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우에는 다음과 같이 세가지 형태의 절삭홈을 피삭재 표면에 만들게 된다. 첫째는 후행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자들이 선행 다이아몬드 입자와 동일한 궤적을 만들어 피삭재에 어떤 절삭홈도 만들지 못해 결국 아무일도 못한 경우, 둘째는 선행 절삭홈들 간의 인접한 사이에 후행 절삭팁의 절삭홈이 만들어져 피삭재가 완전히 제거되는 경우, 셋째는 선행 절삭홈간의 거리가 너무 멀어 후행 절삭팁이 지난간 뒤에도 절삭홈과 절삭홈 간에 공간이 남아 있어 피삭재가 완전히제거되지 못하고 남는 경우이다.
본 발명은 첫번째와 세번째의 경우와 같이 절삭효율을 저하시키는 경우를 최소화 하고 두번째의 가장 효율적인 경우를 최대로 일어나게 하여 절삭효율을 최대화 하도록 다이아몬드 입자를 배열한다는 것이다.
즉, 본 발명은 선행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자들이 피삭재를 긁어내어 생긴 절삭홈간의 가장 인접한 곳에 후행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자들이 절삭홈을 만들도록 절삭팁에 다이아몬드 입자를 배열시킨 것이다.
본 발명에 따라서 절삭팁 내에 다이아몬드를 배열하는 경우에는 가장 효과적인 절삭작용이 일어남으로 절삭속도가 향상되고, 피삭재를 대립(大粒)으로 절삭할 수 있어 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄여 작업자의 건강을 보호할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 부합되는 다이아몬드 입자 배열의 바람직한 예에 대하여 설명한다.
다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 절삭을 직접 수행하는 절삭팁과 이 절삭팁이 붙어 있는 금속바디(Core)로 구성된다.
절삭팁에서 다이아몬드 입자는 코어와 평행하게 층으로 배열되며 코어에 고정된 절삭팁의 절삭면에는 배열된 다이아몬드 입자층이 열로 나타나게 된다.
본 발명에서는 선행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n층 배열되고 후행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n'층 배열되고(이때 n'≤n), 상기 선행하는 절삭팁과 후행하는 절삭팁은 교대로 배열되고, 그리고 상기 후행하는 절삭팁의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 선행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열된다.
또한, 본 발명에서는 각각의 절삭팁을 2개 이상의 영역으로 구분하여 절삭방향으로 보아 전방부에는 n층의 다이아몬드 입자층이 배열되고 후방부에는 n'층의 다이아몬드 입자층이 배열되고(이때 n'≤n), 그리고 상기 전방부의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 후방부의 다이아몬드 입자층사이에 오도록 배열된다.
본 발명에 부합되는 바람직한 절삭팁은 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁과 다이아몬드 입자가 n-1층 배열된 절삭팁을 교대로 배치한 것이다.
상기 다이아몬드 입자가 n-1층 배열된 절삭팁에서 각각의 다이아몬드 입자층은 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열되어야 한다.
상기와 같이 다이아몬드 입자가 배열된 세그먼트 타입의 절삭팁을 갖는 다이아몬드 공구[쏘블레이드(sawblade)]의 일례가 도 2에 나타나 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 다이아몬드 공구(101)는 디스크 형태의 코어(2)에 고정되어 있는 절삭팁들을 포함하고, 하나의 절삭팁(111)에는 3층의 다이아몬드 입자(105)층이 배열되고 다른 하나의 절삭팁(112)에는 2층의 다이아몬드 입자층이 배열된다.
이때 상기 2층의 다이아몬드 입자층은 상기 3층의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 다이아몬드 입자(105)들이 배열된다. 각 다이아몬드 입자층을 구성하고 있는 다이아몬드의 열간에는 간격이 없도록 배열되어야 한다.
또한 본 발명에 부합되는 바람직한 또 다른 경우는 n층의 다이아몬드 입자층이 배열된 절삭팁을 배열하되 절삭팁의 입자층이 인접한 절삭팁의 입자층의 사이에 오도록 배열된다.
그 일례가 도 6에 나타나 있다.
도 6에 나타난 바와 같이, 선행하는 절삭팁(121)에는 3층의 다이아몬드 입자층(121a,121b,121c)이 배열되고 후행하는 절삭팁(122)에도 3층의 다이아몬드 입자층(122a,122b,122c)이 배열되고, 이때 상기 3층의 다이아몬드 입자층(121a,121b,121c) 각각은 상기 3층의 다이아몬드 입자층(122a,122b,122c) 사이에 오도록 다이아몬드 입자들이 배열된다.
또한, 본 발명에 부합되는 바람직한 또 다른 경우는 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁과 다이아몬드 입자가 n-2층 또는 그 이하의 층이 배열된 2개 이상의 절삭팁들을 교대로 배치하여 구성된 것이다.
상기 다이아몬드 입자가 n-2층 또는 그 이하의 층이 배열된 절삭팁들에서 각각의 다이아몬드 입자층은 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열된다.
그 일례가 도 7에 나타나 있다.
도 7에 나타난 바와 같이, 다이아몬드 입자가 1층 배열된 2개의 절삭팁(132)및 (133)의 각각의 다이아몬드 입자층(132a) 및 (133a)는 3층 배열된 절삭팁(131)의 다이아몬드 입자층(131a,131b,131c)들 사이에 오도록 배열된다.
또한 도 8에는 절삭팁을 2개의 영역으로 구분하여 절삭방향으로 보아 전방부에는 3층의 다이아몬드 입자층이 배열되고 후방부에는 2층의 다이아몬드 입자층이 배열되어 있는 절삭팁이 나타나 있다.
도 8에 나타난 바와 같이, 상기 후방부의 각각의 다이아몬드 입자층(141d,141e)는 상기 전방부의 다이아몬드 입자층(141a,141b, 141c) 사이에 오도록 배열된다.
또한, 본 발명은 다이아몬드 공구를 구성하는 절삭팁에 있어서 절삭팁의 각 입자층의 전부 또는 일부를 띠형태로 형성할 수도 있다.
도 9에는 모든 입자층이 띠형태로 배열된 절삭팁의 예가 나타나 있다.
도 9에 나타난 바와 같이 절삭팁(151)에 띠 형태의 3층의 다이아몬드층(151a,151b,151c)가 피삭재 (153)에 절삭홈(153a,153b,153c)을 형성하면 그 인접 절삭팁(152)에 띠형태로 2층 배열된 다이아몬드층(152a,152b)에 의해 절삭홈(153a,153b,153c)사이에 절삭홈(153d,153e)을 형성하여 효과적으로 피삭재가 절삭된다.
또한, 본 발명은 도 10에도 나타난 바와 같이 다수개의 절삭팁으로 이루어져 있는 코어비트의 절삭팁에도 적용될 수 있다.
도 10에는 본 발명에 부합되는 코어 절삭팁의 일례가 나타나 있는데, 도 10에 나타난 바와 같이, 상기 코어 절삭팁(102)은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자층(181a,181b,181c)이 절삭면에 3층 배열된 절삭팁(181) 과 다이아몬드 입자층(182a,182b)이 2층 배열된 절삭팁(182)가 교대로 배열되어 구성된다.
또한, 본 발명에서는 본 발명에 따라 단층 또는 다층의 다이아몬드 입자층이 배열된 절삭팁들 사이에 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열된 절삭팁을 하나 또는그 이상 배치시켜 다이아몬드 공구를 제조할 수 있다.
예를 들면, 3층×2층 ×랜덤 교대배열, 3층× 랜덤 × 2층 교대 배열, 3층× 랜덤 2층 ×랜덤 교대배열 또는 3층×2층 ×랜덤 ×랜덤 교대배열등을 들수 있다.
상기와 같이 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열된 절삭팁을 배치하여 공구를 제조하는 경우에는 절삭효율이 종래의 공구에 비해서는 우수하나 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열된 절삭팁을 배치하지 않은 본 발명의 공구에 비해서는 절삭효율이 다소 떨어지게 된다.
상기한 본 발명의 다이아몬드 공구에 있어서 선행하는 절삭팁에 배열되는 각 다이아몬드 입자층과 입자층의 간격은 후행하는 절삭팁에 배열된 다이아몬드 입자층의 두께(다이아몬드 열의 폭)보다 작거나 같도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 본 발명의 다이아몬드 공구의 절삭팁에 배열된 다이아몬도 입자층을 이루는 다이이아몬드 열은 절삭팁이 연속적으로 마모 되더라도 항상 절삭팁의 절삭면에 항상 층으로 배열된 다이이아몬드 열이 나타나도록 배열되는 것이 바람직하다.
즉, 도 11에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 배열된 다이아몬드 층(111a,111b,111c)에 있어서 각 다이아몬드 층을 구성하고 있는 절삭면에 평행한 다이아몬드 열(114a,114b,114c,114d,114e,114f)은 열 간의 간격이 없도록 배열되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 다이아몬드 열이 배열되므로써 절삭팁이 연속적으로 마모되더라도 절삭팁의 절삭면에 항상 층으로 배열된 다이이아몬드 열이 나타나게 된다.
한편, 본 발명에 따라 다이아몬드 입자를 배열하여 절삭팁을 제작할 경우, 특히 내부에만 규칙배열된 다이아몬드가 있는 경우에는 절삭팁의 바깥쪽 측면부에는 다이아몬드 입자가 없기 때문에 금속결합제가 조기에 마모되어 규칙 배열된 다이아몬드를 조기 탈락시킬 우려가 있다.
따라서, 절삭팁 측면부의 조기마모를 방지하기 위하여 본 발명에서는 내마모성이 높은 필러를 선택하여 절삭팁의 측면부 다이아몬드 입자가 없는 부위에 적절한 형태로 분포시킨다.
즉, 본 발명에 따라 공구의 수명을 더욱 연장시키기 위하여 금속결합제에 필러(filler)(경도가 높은 연마재)를 첨가시켜 금속결합제의 내마모성을 증가시키는 것이 바람직하다. 이 때 사용되는 필러로서는 SiC, WC, BN, Al2O3, 다이아몬드 등과 같은 내마모성이 있는 입자로서 단독 또는 2종 이상을 복합하여 사용할 수 있다.
필러로 사용되는 재료는 측면부의 마모방지를 위해서 첨가된 것이므로, 필러로 다이아몬드를 사용할 경우, 측면부에 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도는 절삭을 목적으로 중앙부에 들어간 다이아몬드의 집중도보다 낮은 집중도를 가져야 한다.
측면부에 필러로 첨가된 다이아몬드는 절삭을 목적으로 중앙부에 들어간 다이아몬드의 집중도의 10-60%정도의 낮은 집중도를 갖는 것이 바람직하다.
왜냐하면 측면부에 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도가 절삭을 목적으로 중앙부에 들어간 다이아몬드 집중도의 10% 미만인 경우에는 측면에 급격한 마모현상으로 인하여 측면부의 조기마모 방지효과가 없고, 60%를 초과하는 경우에는 측면부의 조기마모 방지효과가 포화될 뿐 아니라, 중앙부에 들어간 다이아몬드의 양이 상대적으로 작아져서 오히려 절삭성능을 저하시키기 때문이다.
도 12에 나타난 바와 같이, 필러(164)는 절삭팁(161)의 측면에 무질서하게 분포될 수도 있고, 또한 도 13과 같이 필러(174)가 절삭팁(171)의 측면에 규칙적으로 분포될 수도 있다.
도 12 및 도 13에서 부호 161a, 161b, 161c, 171a, 171b, 및 171c는 다이아몬드 입자 층을 나타낸다.
본 발명의 다이아몬드 공구를 제조하는 방법의 일례는 다음과 같다.
스프레이식 접착제를 절삭팁 형상으로 자른 금속망위에 도포하고 그 위에 일정한 간격으로 레이저가공에 의해 타공된 금속지그를 올려놓고 미세한 다이아몬드 입자를 뿌린다. 이때 구멍 한 개에 다이아몬드 입자가 한 개씩 들어가게 한다. 금속지그를 분리하면 금속망위에 다이아몬드 입자가 일정하게 배열된 금속망을 얻게 된다. 이것을 금속결합제와 함께 냉간성형 하고 소결하여 절삭팁을 제조한다.
상기한 본 발명의 다이아몬드 공구의 제조방법은 하나의 바람직한 예에 불과하며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 부합되는 다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭할 때 절삭메카니즘에 대하여 설명한다.
도 2에는 본 발명의 다이아몬드 절삭 쏘블레이드(saw blade)의 일례가 나타나 있다.
도 2에 나타나 있는 절삭 쏘블레이드는 다이아몬드 입자(105)가 3층으로 규칙배열된 절삭팁(111)과 다이아몬드 입자가 2층으로 규칙배열된 절삭팁(112)를 인접하여 교대배열한 것이다.
도 3에는 다이아몬드 입자층(111a,111b, 111c)가 3층 배열된 절삭팁(111)의 일례가 나타나 있고, 도 4에는 다이아몬드 입자층(112a, 112b)이 2층 배열된 절삭팁(112)의 일례가 나타나 있다.
도 3, 도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 다이아몬드 입자가 3층(111a,111b,111c)으로 배열된 절삭팁(111)과 다이아몬드 입자가 2층(112a,112b)으로 배열된 절삭팁(112)를 연속하여 배열하여 피삭재(113)를 절삭할 경우 3층 배열 절삭팁(111)에 의해 파인 피삭재 절삭홈(113a,113b,113c)의 인접한 곳에 2층 배열 절삭팁(112)의 다이아몬드 입자가 절삭홈(113d,113e)을 형성하므로 효과적으로 피삭재가 제거된다.
즉, 도 5에 나타난 바와 같이, 서로 인접한 다이아몬드 입자에 의해서 피삭재(113)를 연속적으로 긁어내는 현상이 발생하며 가장 효과적으로 피삭재가 제거되어 다이아몬드공구의 절삭능력을 향상시키는 효과를 가져올 뿐 아니라 피삭재를 대립(大粒)으로 절삭할 수 있어 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄일 수가 있으며 작업자의 건강을 보호할 수 있다.
한편, 인접하고 있는 절삭팁에 배열되어 있는 다이아몬드 입자층끼리는 서로 엇갈리도록 3층의 다이아몬드 입자층이 형성되어 있는 공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우에는 도 6에 나타난 바와 같이, 선행하는 절삭팁(121)의 절삭면에 배열된 3층의 다이아몬드 입자층(121a,121b,121c)이 피삭재(123)를 긁어내어 형성한 절삭홈(123a,123b,123c)이 생기고, 후행하는 절삭팁(122)의 절삭면에 배열된 3층의 다이아몬드 입자층(122a,122b,122c)이 선행하는 절삭팁(121)에 의해 피삭재(123)에 형성된 절삭홈(123a,123b,123c)의 인접한 곳에 절삭홈(123d,123e,123f)을 형성하여 가장 효과적으로 피삭재가 제거되므로 절삭속도를 향상시키고 피삭재(123)를 대립(大粒)으로 절삭할 수 있어 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄일 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이, 절삭팁의 절삭면의 두께가 두꺼운 경우에는 다이아몬드 입자층을 띠 형태로 할 수도 있다.
다이아몬드 입자층을 띠 형태로 3층 배열시킨 절삭팁과 다이아몬드 입자층을 띠 형태로 2층 배열시킨 절삭팁을 교대로 배열한 공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우에는 도 9에 나타난 바와 같이, 하나의 절삭팁(151)에 띠 형태로 3층 배열된 다이아몬드 입자층(151a,152b,153c)이 피삭재 (153)에 절삭홈 (153a, 153b, 153c)을 형성하면 다른 절삭팁(152)에 띠형태로 2층 배열된 다이아몬드 입자층(152a,152b)이 절삭홈(153a, 153b, 153c)간의 사이에 절삭홈(153d, 153e)을 형성하게 되므로 가장 효과적으로 피삭재가 제거되는 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
하기 표 1과 같이 3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁과 2층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁을 교대배열(3층×2층)한 쏘블레이드(saw blade)(발명예1), 4층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁과 3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁을 교대배열(4층×3층)한 쏘블레이드(발명예 2), 다이아몬드 입자를 배열시키지 않고 무질서하게 혼합하여 다이아몬드 입자를 분포시킨 쏘블레이드(종래예 1)를 제작한 후, 절삭시험을 행하여 절삭성능과 수명성능을 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이때 3층 및 4층 절삭팁의 다이아몬드 층의 두께는 다이아몬드 평균 입자 크기인 0.4mm였고, 다이아몬드 층간의 간격은 0.16mm 되게 배열하였다.
2층 및 3층 절삭팁의 다이아몬드 층의 두께는 0.4mm였고, 다이아몬드층간의 간격은 0.3mm가 되도록 배열하였다.
이때 사용한 금속결합제로는 Fe-Ni계 합금을 사용하였으며, 다이아몬드는 미국 GE사의 MBS 955를 사용하였고, 소결은 핫 프레스(Hot press) 방식으로 소결온도 950℃, 소결시간 5분의 조건으로 행하였다.
본 실시예에서의 공구는 절삭팁을 레이저 용접으로 9 inch 코어(core)에 16개 부착하여 제작된 것이며, 절삭시험은 절입 20mm로 화강암 절삭시험을 행하였다.
이때, 사용한 기계는 BOSCH(사)의 9인치 그라인더로 rpm은 6,500이었다.
상기 사용된 각 쏘블레이드의 절삭팁의 크기는 길이 38mm, 높이 7.2mm, 두께 2.4mm이다.
실시예 No. 배열방법 집중도(cts/cc) 절삭지수(㎠/min) 절삭비교(%) 수명지수(㎡/㎜) 수명비교(%)
발명예 1 3층×2층교대배열 0.6 480.8 132 3.132 120
발명예 2 4층×3층교대배열 0.6 469.8 129 2.920 112
종래예 1 무질서(random) 0.6 364.2 100 2.606 100
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명예 (1) 및 (2)의 경우가 종래방법에 따라 제작한 종래예(1)에 비하여 절상성능 및 수명성능에 있어서 우수함을 알 수 있다.
(실시예 2)
상기 실시예 1에서의 발명예 (1)의 쏘블레이드와 종래예(1)의 쏘블레이드에 대한 절삭 줄 수에 따른 절삭시간의 양상을 조사하고, 그 결과를 도 14에 나타내었다.
여기서, 절삭시간이란 절삭작업 시 쏘블레이드가 1회 절삭하는데 걸리는 시간을 말한다. 1회 절삭은 30cm길이의 피삭재를 일정 깊이로 1회 절삭함을 의미한다.
도 14에 나타난 바와 같이, 발명예(1)의 쏘블레이드가 종래예(1)의 쏘블레이드보다 절삭시간이 짧고, 절삭시간의 경향이 안정적이며, 보다 균일한 성능을 나타냄을 알 수 있다.
(실시예 3)
절삭팁 절삭면의 다이아몬드 배열을 띠형태로 제작한 쏘블레이드(발명예 3)와 종래의 무질서한 다이아몬드 배열을 갖는 쏘블레이드(종래예 2)와의 절삭성능을 비교하기 위해서 14 inch 쏘를 제작한 후, 절삭시험을 행하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때, 절삭팁 치수는 길이 40mm, 높이 7.2mm, 두께 3.2mm이고 Fe-Ni계 성분의 금속결합제를 사용하였다. 다이아몬드로는 미국의 GE사의 MBS 955를 사용하였고,소결은 Hot press 방식으로 소결온도 950℃, 소결시간 5분의 조건으로 행하였다.
상기 방법으로 제조한 절삭팁을 레이저 용접으로 14 inch 코어(core)에 부착하여 절입 35mm로 콘크리트 절삭시험을 하였다. 사용한 기계는 EDCO(사)의 엔진구동형 절삭시험기로 5.5HP이다.
다이아몬드 배열 띠의 두께는 0.8mm로 하였고, 각 층간의 간격은 0.4mm되도록 배열하여 3층과 2층으로 각각 제작하여 교대 부착하였다.
2층배열의 측면에는 마모방지를 위해서 띠로 배열한 다이아몬드와 동일한 다이아몬드를 사용하였으며 띠부분에 들어간 다이아몬드 집중도의 1/4 정도의 낮은 집중도로 다이아몬드를 필러(filler) 로 첨가하였다.
실시예 No. 절삭팁 배열방법 집중도(cts/cc) 절삭지수(㎠/min) 절삭비교(%) 수명지수(㎡/㎜) 수명비교(%)
발명예 3 3층×2층교대배열(다이아몬드 띠배열) 0.8 558.8 120 3.828 105
종래예 2 무질서(random) 0.8 465.7 100 3.646 100
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명예(3)은 종래예(2)에 비하여 절삭성능 및 수명성능이 향상되었음을 알 수 있었다.
(실시예 4)
절삭팁의 측면부의 조기마모방지를 위해 상기 실시예 1의 발명예(1)에 따라 3층×2층 교대배열을 기본으로 하여 금속결합제에 필러(filler)를 첨가하여 절삭팁을 제작한 후 절삭시험을 행하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
여기서, 필러(Filler)재료로는 절삭을 목적으로 중앙부분에 규칙배열된 다이아몬드와 동일한 것을 사용하였으며 중앙부분에 규칙배열된 다이아몬드 집중도의 5∼70%까지 변화시켰다.
절삭팁 측면부의 조기마모 평가는 절삭작업 후 절삭팁의 두께감소량으로 평가하였다.
절삭팁 두께감소량은 30m와 60m 절삭작업 후 절삭팁의 초기 두께 2.4mm보다 감소한 양을 측정하였다.
측정부위는 14개의 절삭팁중에서 임의의 절삭팁으로부터 90˚씩 떨어져 위치한 4개의 절삭팁의 평균값을 측정하여 측면부 마모량을 비교하였다. 다른 시험조건은 실시예 1과 같게 하였다.
시편 No. 측면부 필러 함량(%) 절삭팁의 두께 감소량(mm) 평가결과
30m 절삭후 60m 절삭후
비교예 1 5 0.17 0.33 마모심함
발명예 4 10 0.08 0.11 양호
발명예 5 30 0.05 0.08 양호
발명예 6 40 0.03 0.07 양호
발명예 7 50 0.03 0.04 양호
발명예 8 60 0.02 0.03 양호
비교예 2 70 0.02 0.04 절삭성능불량
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 필러의 함량이 너무 적은 비교예 (1)은 절삭팁 두께감소량이 심하였으나 발명예( 4∼8)의 경우에는 절삭팁 두께감소량이 극히 적음을 알 수 있다.
한편, 필러의 함량이 너무 많은 비교예(2)의 경우에는 절삭팁 두께감소량은 작았지만 절삭불량이 발생함을 알 수 있다.
(실시예 5)
하기 표 4와 같이 3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁과 2층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁을 교대배열(3층×2층)한 쏘블레이드(saw blade)(발명예 1), 발명예 1과 같은 쏘블레이드에 다이아몬드가 무질서하게 분포된 절삭팁을 중간 중간 포함한 쏘 블레이드, 즉 3층 절삭팁, 2층 절삭팁, 무질서 배열된 절삭팁을 교대배열(3층×2층×랜덤배열×랜덤배열)한 쏘블레이드(saw blade)(발명예 5), 무질서하게 혼합하여 다이아몬드 입자를 분포시킨 쏘블레이드(종래예 1)를 제작한 후, 절삭시험을 행하여 절삭성능과 수명성능을 조사하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
이때 사용한 금속결합제로는 Fe-Ni계 합금을 사용하였으며, 다이아몬드는 미국의 GE사의 MBS 955를 사용하였고, 소결은 핫 프레스(Hot press) 방식으로 소결온도 950℃, 소결시간 5분의 조건으로 행하였다.
본 실시예에서의 공구는 절삭팁을 레이저 용접으로 9 inch 코어(core)에 16개 부착하여 제작된 것이며, 절삭시험은 절입 20mm로 화강암 절삭시험을 행하였다. 사용한 기계는 BOSCH(사)의 9인치 그라인더로 rpm은 6,500이다.
상기의 각 쏘블레이드의 절삭팁의 크기는 길이 38mm, 높이 7.2mm, 두께 2.4mm이다.
실시예 No. 절삭팁 배열방법 집중도(cts/cc) 절삭지수(㎠/min) 절삭성비교(%) 수명지수(㎡/㎜) 수명비교(%)
발명예1 3층×2층 교대배열 0.6 480.8 132 3.132 120
발명예5 3층×2층×랜덤 ×랜덤교대배열 0.6 451.4 124 2.720 104
종래예1 무질서(random) 0.6 364.2 100 2.606 100
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명예 (5)의 경우는 발명예(1)에 비해서는 성능이 떨어지지만 종래예(1)에 비해서는 절삭성능 및 수명성능이 우수하게 나타남을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 후행 절삭팁의 다이아몬드 입자가 선행 절삭팁이 만든 절삭홈의 인접한 곳에 절삭홈을 만들도록 다이아몬드 입자들을 배열하므로써 피삭재를 절삭할 때 각 다이아몬드 입자 한 개 한 개의 효용성을 최대화 시켜 절삭속도를 향상시킴과 동시에 미세한 분진의 발생량을 감소시킬 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하는 효과가 있는 것이다.
또한, 본 발명은 각 다이아몬드 입자 한 개 한 개의 효용성을 최대화 하도록 다이아몬드 입자를 단층 또는 다층의 판상으로 배열하고 적절한 필러를 적절한 위치에 분포시키므로써 절삭성을 향상시킴과 동시에 미세분진 발생량을 감소시키고 수명을 더욱 연장시킬 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하는 효과가 있는 것이다.

Claims (23)

  1. 다수개의 절삭팁을 포함하여 피삭재를 절삭하는 다이아몬드 공구에 있어서,
    상기 절삭팁들에는 다이아몬드 입자가 단층 또는 다층의 판상으로 분포되어 있고;
    상기 다이아몬드 입자층들은 상기 절삭팁에 의한 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성될 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되는 다이아몬드 공구
  2. 제1항에 있어서,
    선행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n층 배열되고, 후행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n'층 배열되고(이때 n'≤n); 상기 선행하는 절삭팁과 후행하는 절삭팁은 교대로 배열되고; 그리고 상기 후행하는 절삭팁의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 선행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  3. 제1항에 있어서, 각각의 절삭팁을 2개 이상의 영역으로 구분하여 절삭방향으로 보아 전방부에는 n층의 다이아몬드 입자층이 배열되고 후방부에는 n'층의 다이아몬드 입자층이 배열되고(이때 n'≤n); 그리고 상기 전방부의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 후방부의 다이아몬드 입자층사이에 오도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  4. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 선행하는 각 다이아몬드 입자층과 입자층의 간격은 후행하는 다이아몬드 입자층의 두께보다 작거나 같도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  5. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 층들중의 일부 층 또는 전 층이 다수 개의 다이아몬드 입자로 이루어진 띠의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  6. 제4항에 있어서, 다이아몬드 층들중의 일부 층 또는 전 층이 다수 개의 다이아몬드 입자로 이루어진 띠의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  7. 제1항에 제3항 중의 어느 한 항에 있어서 각 다이아몬드층을 구성하고 있는 절삭면에 평행한 다이아몬드 열은 열과 열사이에 간격이 없도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구
  8. 제4항에 있어서, 각 다이아몬드층을 구성하고 있는 절삭면에 평행한 다이아몬드 열은 열과 열사이에 간격이 없도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구
  9. 제5항에 있어서, 각 다이아몬드층을 구성하고 있는 절삭면에 평행한 다이아몬드 열은 열과 열사이에 간격이 없도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구
  10. 제6항에 있어서, 각 다이아몬드층을 구성하고 있는 절삭면에 평행한 다이아몬드 열은 열과 열사이에 간격이 없도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드공구
  11. 제2항, 제6항, 또는 제10항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 다이아몬드 공구
  12. 제4항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 다이아몬드 공구
  13. 제5항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 다이아몬드 공구
  14. 제7항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 다이아몬드 공구
  15. 제1항, 제2항, 제3항, 제6항, 또는 제10항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  16. 제4항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  17. 제5항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  18. 제7항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  19. 제11항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  20. 제15항에 있어서, 필러로서 SiC, WC, BN, Al2O3및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 복합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  21. 제16항에 있어서, 필러로서 SiC, WC, BN, Al2O3및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 복합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  22. 제20항에 있어서, 필러가 다이아몬드이고 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도가 절삭을 목적으로 하는 다이아몬드의 집중도의 10~60% 정도인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  23. 제21항에 있어서, 필러가 다이아몬드이고 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도가 절삭을 목적으로 하는 다이아몬드의 집중도의 10~60% 정도인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
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