KR100619140B1

KR100619140B1 - 다이아몬드 절삭공구 및 제조방법

Info

Publication number: KR100619140B1
Application number: KR1020050003984A
Authority: KR
Inventors: 박인순
Original assignee: 박인순
Priority date: 2005-01-15
Filing date: 2005-01-15
Publication date: 2006-09-11
Also published as: KR20060083073A

Abstract

본 발명에 따른 다이아몬드 절삭공구의 제조방법은, 강재의 원반형 또는 원통형 본체 상의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 다수의 다이아몬드 입자들을 배열하고, 상기 본체를 연화점 이상의 온도로 가열하여 상기 다이아몬드 입자들이 상기 본체의 내부에 매립되도록 한다. 이러한 제조방법에 의하면, 별도의 금속 분말 없이 강재 본체 자체를 다이아몬드 결합제로 사용하게 된다. 따라서, 종래와 같이 별도의 절삭 세그먼트를 성형할 필요가 없으므로, 다이아몬드 절삭공구의 제조공정이 간단해지고 제조비용도 저감되며, 외부로부터의 충격 등에 의해 절삭공구가 파손될 우려도 적다는 장점이 있다.

절삭공구, 세그먼트, 다이아몬드

Description

다이아몬드 절삭공구 및 제조방법{Diamond Cutting Tool and Manufacturing Method Thereof}

도 1은 종래의 다이아몬드 절삭공구의 사시도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구의 제조방법을 보여주는 흐름도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구 제조장치의 개략적 구성도.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구 제조장치의 개략적 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 다이아몬드 절삭공구의 사시도.

도 6은 도 5의 다이아몬드 절삭공구의 Ⅵ-Ⅵ′선에 따른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 10...원반형 본체 2...세그먼트

14...다이아몬드 입자 20...다이아몬드 절삭공구 제조장치

30...작업대 40...가열부

50...냉각부 60...롤러

100...다이아몬드 절삭공구

본 발명은 석재, 금속, 콘크리트 등과 같은 단단한 재료를 절삭하는데 사용되는 다이아몬드 절삭공구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다이아몬드 입자가 금속재의 원반형 본체(Steel Core) 둘레에 직접 매립된 구조의 절삭공구에 관한 것이다.

건축, 토목공사 등의 현장에서, 석재, 금속, 콘크리트 등과 같은 단단한 재료를 절삭하기 위한 절삭공구로서 원반형 또는 원통형의 다이아몬드 절삭공구가 널리 사용되고 있다.

도 1에는 일반적인 다이아몬드 절삭공구의 일례가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 다이아몬드 절삭공구는, 다이아몬드 입자와 특성성분의 금속분말을 혼합, 성형, 소결하여 만든 다수의 절삭 세그먼트(2)가, 탄소공구강(carbon tool steel)이나 저탄소공구강(low carbon tool steel) 등과 같은 고속도 공구강(high speed tool steel)으로 이루어진 원반형 본체(1) 둘레에 소정 간격을 두고 접합된 구조를 가진다.

도 1과 같은 다이아몬드 절삭공구를 제조하는 방법으로서, 종래에는 미리 성형된 절삭 세그먼트(2)를 본체(1) 둘레에 은납과 같은 용접에 의하여 접합하는 방식이 주로 사용되었다. 이러한 용접에 의한 접합방법은 절삭 세그먼트를 제조하기 위한 다이아몬드-금속분말의 혼합, 성형, 소결하는 단계들과 절삭 세그먼트를 용접하는 접합하는 단계가 별개의 제조장치에서 각각 독립적으로 수행되어야 한다. 따라서, 제조공정이 복잡하고 그에 따라 제조비용과 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있다.

용접 접합방식의 문제점을 해결하기 위한 대안으로서, 원반형 본체의 둘레에 금속분말을 결합제로 사용하여 다이아몬드 입자를 전착(電着)하여 접합하거나, 한국 특허등록 제426843호에 개시된 바와 같이 다이아몬드-금속분말 혼합물을 원반형 본체의 둘레에 배치한 상태에서 가열, 가압하여 절삭 세그먼트의 성형과 동시에 원반형 본체에 접합시키는 방법 등이 제안된 바 있다. 그러나, 이러한 방법에 의해 제조된 절삭공구에서도, 다이아몬드와 금속분말에 의하여 성형된 절삭 세그먼트가 원반형 본체에 접합된 구조를 가지기 때문에, 절삭공구에 가해지는 충격 등에 의해 절삭 세그먼트가 원반형 본체로부터 분리될 위험성이 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 제조공정이 간단하면서도 외부로부터의 충격이 가해지더라도 절삭날이 파손되는 것을 최소화할 수 있는 다이아몬드 절삭공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다이아몬드 절삭공구 제조방법은, 강재의 원반형 또는 원통형 본체 상의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 다수 의 다이아몬드 입자들을 배열하고, 상기 원반형 또는 원통형 본체를 연화점 이상의 온도로 가열하여 상기 다이아몬드 입자들이 상기 원반형 또는 원통형 본체의 내부에 매립되도록 한다.

바람직하게, 상기 다이아몬드 입자들은 금속 코팅된 다이아몬드 또는 PCD(Poly Crystal Diamond)이다.

바람직하게, 상기 가열은 레이저 빔(Laser beam), 또는 전기를 이용한 가열이다.

여기서, 상기 본체는 400℃ 이상의 온도로 가열되면 바람직하며, 600℃ 에서 1400℃ 사이의 온도로 가열되면 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명의 다이아몬드 절삭공구의 제조방법은 상기 본체를 연화점 이상의 온도로 가열한 후, 상기 다이아몬드 입자들에 압력을 가하여 상기 다이아몬드 입자들이 상기 본체의 내부에 매립되도록 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다이아몬드 절삭공구 제조방법은, (a) 원반형 또는 원통형 본체를 작업대의 턴테이블에 고정하는 단계와, (b) 상기 본체 상의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 다수의 다이아몬드 입자들을 배열하는 단계와, (c) 상기 본체를 회전시키면서 상기 다이아몬드 입자들이 배열된 상기 본체를 연화점 이상의 온도로 가열하는 단계와, (d) 상기 다이아몬드 입자들에 압력을 가하여 상기 다이아몬드 입자들이 상기 본체의 내부에 매립되도록 하는 단계와, (e) 가열된 상기 본체를 냉각하는 단계를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다이아몬드 절삭공구는 전술한 제조방법에 의하여 제조된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되는 것은 아니며, 본 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절하게 정의되었다. 따라서, 이들의 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그러므로, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구 제조방법을 보여준다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다이아몬드 절삭공구 제조방법은, 본체를 제조장치에 설치하는 단계(S210)와, 본체 상에 다이아몬드 입자를 배열하는 단계(S220)와, 본체를 가열하여 연화시키는 단계(S230)와, 다이아몬드 입자를 연화된 본체 내부로 매립시키는 단계(S240)와, 본체를 냉각하는 단계(S250)로 이루어진다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구 제조장치(20)를 개략적으로 나타낸다.

도 3을 참조하면, 다이아몬드 절삭공구 제조장치(20)는 상부에 턴테이블(32)을 구비한 작업대(30)와, 본체(10)를 가열하는 가열부(40)와, 가열된 본체(10)를 냉각하는 냉각부(50)를 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제조방법을 도 3을 참조하여 상세하게 살펴본다.

먼저, 작업자는 본체(10)를 작업대(30)의 턴테이블(32) 상에 설치한다(S210). 본체(10)는 탄소공구강이나 저탄소공구강 등과 같은 고속도공구강으로 이루어지며, 소정 두께를 가지는 원반형 형상을 가지며 중앙에 통공(12)(도 5참조)이 형성된다. 비록 도면에는 원반형 본체(10)만 도시되었지만, 본체(10)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본체(10)를 원통형으로 제작하는 것도 본 발명의 범위에 속하게 되며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능하다. 이후부터는 설명의 편의를 위해 원반형 본체(10)를 기준으로 설명한다.

작업대(30)의 상면에는 회전축(34)이 돌출되어 있으며, 회전축(34)에 턴테이블(32)이 설치된다. 턴테이블(32)은 원반형 본체(10)와 실질적으로 같은 크기를 가지며, 회전축(34)과 연동하여 회전을 하게 된다. 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 턴테이블의(32)의 상면에는 원반형 본체(10)를 고정하기 위한 수단이 설치될 수 있다. 이러한 고정수단으로는 걸림홈과 후크 등을 들 수 있는데, 그 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절하게 공지된 고정수단이 선택될 수 있다. 작업자는 원반형 본체(10)의 통공(12)을 회전축(34)에 끼워 맞추고, 작업대(30)의 턴테이블(32) 상면에 원반형 본체(10)를 내려놓고, 도시하지 않은 고정수단에 의해 원반형 본체(10)를 턴테이블(32)에 고정하게 된다.

이어서, 작업자는 본체(10) 상의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 다수개의 다이아몬드 입자(14)들을 배열하게 된다(S220). 다이아몬드 입자(14)로는, 절삭공구가 사용되는 작업환경에 따라 금속이 코팅된 다이아몬드 입자나, PCD(Poly Crystal Diamond)를 사용할 수 있다.

다이아몬드 입자(14)들은 원반형 본체(10)의 절삭날로 이용하고자 하는 부위, 즉 상면 가장자리를 따라 배열된다. 다이아몬드 입자(14)들은 불규칙적으로 배열될 수도 있지만, 절삭공구의 작업효율을 높이기 위해 소정 간격을 두고 나란하게 규척적으로 배열되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 본체(10)가 원통형의 형상을 갖게 되면, 다이아몬드 입자(14)들은 원통형 본체의 절삭날로 이용하고자 하는 부위, 즉, 외측면을 따라 배열된다.

다이아몬드 입자(14)의 배열이 완료되면, 본체(10)를 회전시키면서 가열부(40)에 의해 그의 둘레를 가열한다(S230).

작업대(30)가 구동되어 회전축(34)이 화살표 방향으로 회전하면, 회전축(34)의 회전에 의해 회전축(34)과 연동하는 턴테이블(32)과, 턴테이블(32) 상면에 고정된 원반형 본체(10)도 함께 회전하게 된다. 이때, 회전축(34)의 회전속도를 조절함으로써, 원반형 본체(10)의 가열 온도를 적절하게 조절할 수 있다.

도 3의 실시예에서 가열부(40)는 레이저 빔 발생기(42)를 구비한다. 레이저 빔 발생기(42)는 레이저 빔 조사기(照射器)(44)와 연결되는데, 레이저 빔 조사기(44)는 작업대(30)의 상부에 위치하도록 설치된다. 레이저 빔 발생기(42)는 고온의 레이저 빔을 발생하며, 발생된 레이저 빔은 레이저 빔 조사기(44)를 통하여 회전하 는 원반형 본체(10)의 다이아몬드 입자(14)가 배열된 가장자리를 향해 조사(照射)된다. 조사(照射)된 레이저 빔은 원반형 본체(10)의 가장자리를 가열하여 연화시키게 되는데, 탄소공구강이나 저탄소공구강 등과 같은 고속도공구강으로 제작된 원반형 본체(10)는 대략적으로 400℃ 이상의 온도에서 연화된다. 따라서, 원반형 본체(10)는 연화점 이상의 온도, 즉 400℃ 이상의 온도로 가열되며, 바람직하게는 600℃ ~1400℃ 로 가열되는 것이 좋다.

도 3의 실시예에서는, 본체를 가열하기 위한 가열부로서 레이저 빔 발생기(42)가 채용되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 가열수단이 채용될 수 있다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에서는 가열수단으로 전기가열수단을 사용할 수 있다. 전기가열수단에 의한 가열은, 구리로 제작된 전기코일을 본체에 인접하여 배치하고, 전기코일의 양단부를 별도의 AC 전력공급원(미도시)과 연결하여, AC 전력공급원으로부터 전력을 공급받은 전기코일의 저항열에 의해 본체를 가열하게 된다.

이상과 같은 가열공정을 통하여, 본체(10) 상의 절삭날로 이용하고자 하는 부위가 충분히 가열되면 다이아몬드 입자(14)들은 자중에 의하여 본체(10)의 내부로 매립된다(S240).

즉, 전술한 가열수단에 의해 원반형 본체(10)가 가열되어 충분히 연화됨으로써 유동성을 갖게 되면, 원반형 본체(10)의 상면의 다이아몬드 입자(14)들이 본체(10) 내부로 매립되게 된다. 다이아몬드 입자(14)들이 매립되는 깊이는 원반형 본 체(10)의 상면이 가열되는 온도에 의해 조정이 가능하다. 바람직하게는 다이아몬드 입자(14)들이 소정 길이만큼 돌출되도록 하여 초기 절삭작업을 원활하게 할 수 있도록 하는 것이 좋다.

다음으로, 다이아몬드 입자(14)들이 본체(10) 상의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 충분히 매립되면, 가열된 본체(10)를 냉각하여 절삭공구를 완성한다(S250).

본체(10)의 냉각을 위하여, 작업대(30)의 상부에는 턴테이블(32)의 회전방향을 따라 레이저 빔 조사기(44) 다음에 냉각부(50)가 설치된다. 냉각부(50)는 냉각가스 공급노즐(52)과 냉각가스탱크(56)를 구비한다. 냉각가스 공급노즐(52)은 배관(54)에 의해 냉각가스탱크(56)와 연결되며, 냉각가스 공급노즐(52)과 냉각가스탱크(56)사이의 배관(54)에는 선택적으로 개폐되는 밸브(58)가 설치된다.

밸브(58)가 개방되면, 냉각가스탱크(56)에서 배관(54)을 통해 공급된 냉각가스가 냉각가스 공급노즐(52)을 통해 가열된 원반형 본체(10)의 상면에 분사되어, 원반형 본체(10)를 냉각하게 된다. 원반형 본체(10)는 냉각가스에 의해 냉각 및 소결되며, 다이아몬드 입자(14)들은 원반형 본체(10)의 상면에 견고하게 부착된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아몬드 절삭공구의 제조장치(20′)를 개략적으로 나타낸다.

도 4의 제조장치는 도 3의 제조장치와 비교하여, 레이저 빔 조사기(44)와 냉각가스 공급노즐(52) 사이에 롤러(60)가 개재한다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 도 4의 제조장치는 롤러(60)에 의해 다이아몬드 입자(14)들을 가압하여 가열된 원 반형 본체(10)의 상면에 다이아몬드 입자(14)들이 더욱 원활하게 매립되도록 한다.

도 4를 참조하면, 작업대(30)의 상부, 레이저 빔 조사기(44)와 냉각가스 공급노즐(52) 사이에는 롤러(60)가 설치되는데, 턴테이블(32)의 회전방향을 따라 레이저 빔 조사기(44) 다음에 위치하여, 가열된 원반형 본체(10)에 다이아몬드 입자(14)를 가압할 수 있도록 배치된다. 바람직하게, 롤러(60)는 상하로 수직운동이 가능하도록 설치되어, 다이아몬드 입자(14)를 가압하여 다이아몬드 입자(14)가 원반형 본체(10)에 매립되는 깊이를 조절할 수 있도록 한다.

우선, 작업자는 롤러(60)의 표면이 원반형 본체(10)의 상면과 실질적으로 동일한 면에 위치하도록 롤러(60)의 높이를 조절한다. 턴테이블(32)과 연동하여 원반형 본체(10)가 회전을 하게 되면, 롤러(60)의 표면은 원반형 본체(10)의 상면과 접촉하여 마찰력에 의해 회전을 하게 된다. 롤러(60)는 회전을 하면서 원반형 본체(10)의 상면에 배열된 다이아몬드 입자(14)들을 가열된 원반형 본체(10)를 향해 가압하게 된다. 원반형 본체(10)는 가열되어 연화된 상태에 있으므로, 가압된 다이아몬드 입자(14)들은 용이하게 원반형 본체(10)에 매립된다. 전술한 바와 같이, 롤러(60)와 원반형 본체(10) 사이의 거리를 미세하게 조정함으로써, 원반형 본체(10)에 함몰되는 다이아몬드 입자(14)의 깊이를 조절하여 소정 길이만큼 돌출되도록 할 수 있다.

한편, 원반형 본체(10)의 어느 한 면에 다이아몬드 입자(14)들의 매립이 마무리되면, 작업자는 작업대(30)의 구동을 멈추고 턴테이블(32)의 고정수단을 해제하여 원반형 본체(10)를 분리한다. 이어서, 원반형 본체(10)의 다이아몬드 입자 (14)들이 배치되지 않은 면이 상부로 오게 하여 턴테이블(32)에 고정하고 위와 같은 과정을 반복하여 다이아몬드 입자(14)들을 매립한다.

도 5는 전술한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 다이아몬드 절삭공구(100)의 사시도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ′선에 따른 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상술한 제조방법에 의해 제조된 절삭공구(100)는 원반형 본체(10)의 상하면의 가장자리를 따라 다이아몬드 입자(14)들이 일체로 매립되어 설치된다. 즉, 본 발명에 따른 다이아몬드 절삭공구에서는 별도의 금속분말 없이 강재 본체(10) 자체를 다이아몬드 결합제로 사용하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 다이아몬드 절삭공구의 제조방법에 의하면, 원반형 본체를 가열하여 다이아몬드 입자들을 직접 매립하여 제조함으로써, 종래와 같이 별도의 절삭 세그먼트를 성형할 필요가 없이 강재 본체를 자체를 다이아몬드 결합제로 사용하므로, 다이아몬드 절삭공구의 제조공정이 간단해지고 제조비용도 저감되며, 외부로부터의 충격 등에 의해 절삭공구가 파손될 우려도 적다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 다이아몬드 입자들의 배열을 임의로 조정할 수 있으므로, 다이아몬드 입자들을 소정 간격 이격되어 나란하게 배열되도록 하여 절삭작업을 하는 경우에 절삭효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

강재의 원반형 또는 원통형 본체 상의 절삭날로 이용하고자 하는 부위에 다수의 다이아몬드 입자들을 배열하고, 상기 본체를 연화점 이상의 온도로 가열하여 상기 다이아몬드 입자들이 상기 본체의 내부에 매립되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 다이아몬드 입자들은 금속 코팅된 다이아몬드 또는 PCD(Poly Crystal Diamond)인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 본체의 가열은 레이저 빔(Laser beam) 또는 전기를 이용하여 행하여지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 본체를 400℃ 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 본체를 600℃ 내지 1400℃ 의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 본체를 연화점 이상의 온도로 가열한 후, 상기 다이아몬드 입자들에 압력을 가함으로써, 상기 다이아몬드 입자들이 상기 본체의 내부에 매립되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
(a) 원반형 또는 원통형 본체를 작업대의 턴테이블에 설치하는 단계와,

(b) 상기 본체 상의 절삭날로 이용하고자 부위에 다수의 다이아몬드 입자들을 배열하는 단계와,

(c) 상기 본체를 회전시키면서 상기 다이아몬드 입자들이 배열된 상기 본체를 연화점 이상의 온도로 가열하는 단계와,

(d) 상기 다이아몬드 입자들에 압력을 가하여 상기 다이아몬드 입자들이 상기 본체의 내부에 매립되도록 하는 단계와,

(e) 가열된 상기 본체를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 절삭공구의 제조방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 제조방법에 의하여 제조된 다이아몬드 절삭공구.