KR100680851B1 - 수평 왕복운동형 절삭팁 및 절삭공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 절삭공구용 절삭팁 및 이 절삭팁이 구비된 절삭공구에 관한 것으로서, 수평 왕복운동 하는 절삭공구에 있어서 연마재 입자를 특정한 방법으로 배열하여 연마재 입자의 절삭효율을 보다 높임으로써 절삭성능 및 수명 성능을 보다 향상시킨 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이 절삭팁을 갖는 절삭공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 다수의 연마재를 포함하고 수평 왕복운동하면서 피삭재를 절삭하는 수평 왕복운동형 절삭팁에 있어서, 상기 연마재의 적어도 일부가 입자군(粒子群)을 이루어 배치되고;

상기 연마재 입자군은 2개 이상의 연마재로 이루어지고; 그리고

상기 입자군을 이루고 있는 연마재는 절삭방향으로 보아 적어도 일부가 중복되도록 줄을 지어 배치되는 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이를 구비한 절삭공구를 그 요지로 한다,

본 발명에 의하면, 절삭성능 및 수명 성능을 보다 향상시킨 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이 절삭팁을 갖는 절삭공구를 제공할 수 있다.

연마재, 수평, 왕복운동, 절삭팁, 절삭공구

Description

수평 왕복운동형 절삭팁 및 절삭공구{Cutting Tip of Frame Saw and Frame Saw with the Cutting Tip}

도 1은 바디가 수평 형태인 통상적인 수평 왕복운동형 절삭공구의 일례도

도 2는 그 프레임에 절삭팁이 장착된 수평 왕복운동형 절삭공구의 일례도

도 3은 수평 왕복운동형 절삭공구에 있어서 방향관계를 나타내는 개략도

도 4는 한쪽 방향 절단과 양 방향 절단시 연마재 주위의 테일부 형성 기구(메카니즘)을 설명하기 위한 모식도

도 5는 본 발명에 부합되는 절삭팁에 배열된 연마재 쌍의 바람직한 일례를 나타내는 연마재 배열상태도

도 6은 2개의 연마재로 구성되는 연마재 입자 쌍의 연마재 간의 거리에 따른 결합재의 높이 변화를 나타내는 연마재 배열상태도

도 7은 연마재 군을 이루는 연마재가 각각 2개, 3개, 및 4개일 경우 연마재의 위치와 결합재의 높이를 나타내는 연마재 배열상태도

도 8은 3개의 연마재로 연마재 군을 구성할 때, 바깥쪽 입자 중의 하나가 탈락했을 때 연마재를 둘러싸고 있는 결합재의 높이와 탈락한 후에도 연마재 두 개가 쌍을 이루고 있는 것을 나타내는 연마재 배열상태도

도 9는 3개의 연마재가 연마재 군을 이루는 경우 가운데 입자의 위상을 다르 게 한 것을 나타내는 연마재 배열상태도

도 10은 4개의 연마재가 연마재 군을 이루고 있는 경우 가운데 입자 두개의 위상을 다르게 한 것을 나타내는 연마재 배열상태도

도 11은 연마재 쌍을 이루는 연마재 중 하나를 기준으로 다른 하나가 중심에서 벗어나 있는 정도를 나타내는 것으로서, (a)는 연마재 쌍을 이루고 있는 연마재 두 개가 절삭방향과 수직하고, 절삭면에 평행한 방향으로 벗어나 있는 정도를 나타내고, (b)는 연마재 쌍을 이루고 있는 연마재 두 개가 절삭방향과 수직하고, 절삭면에 수직한 방향으로 벗어나 있는 정도를 나타냄

도 12는 연마재 군과 연마재 군간의 간격을 정의하는 모식도

도 13은 본 발명에 따라 연마재가 배열된 절삭팁들의 개략도

도 14는 본 발명에 따라 연마재가 배열된 다른 절삭팁의 개략도

도 15는 본 발명에 따라 연마재가 배열된 또 다른 절삭팁들의 개략도

도 16은 본 발명에 따라 연마재가 배열된 또 다른 절삭팁들의 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 . . . 연마재 3 . . . 결합재(매트릭스) 31 . . . 테일부

101.102, 103, 200,301,302,400,500,600 . . . 절삭팁

111, 301a 301b, 301c, 302a, 302b, 302c, 401a, 402b, 502, 602 . . . 연마재 열 401, 402 . . . 영역

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 절삭공구용 절삭팁 및 이 절삭팁이 구비된 절삭공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직선상으로 왕복운동하여 피삭재를 절단하는 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이 절삭팁이 부착된 절삭공구(이하, "수평 갱 쏘"라고도 칭함)에 관한 것이다.

석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하기 위해서는 피삭재보다 높은 경도를 갖는 연마재가 요구된다.

상기 연마재로는 인조 연마재 입자, 천연 연마재 입자, 붕화질소, 및 초경입자 등이 알려져 있는데, 그 중에서도 인조 다이아몬드 입자가 가장 널리 사용되고 있다.

상기 인조 다이아몬드(이하, "다이아몬드"라고도 칭함)는 1950년대에 발명된 것으로서, 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭 공구등에 사용되고 있다.

특히, 상기 다이아몬드는 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재가공분야 및 콘크리트 구조물을 절삭, 연삭하는 건설업분야에서 널리 이용되고 있다.

통상, 절삭 공구는 절단을 직접적으로 수행하는 절삭팁과 이 절삭팁이 고정되어 있는 바디(Core)로 구성된다.

상기 바디는 보통 디스크 형태로 되어 있으나, 다른 형태로는 수평 갱 쏘 에서와 같이 직선 형태의 것이 있으며, 이는 다른 말로 프레임 형태의 쏘라고도 한다.

상기 수평 갱 쏘에는 연마재로서 스틸 숏(steel shot)등을 사용하는 것과 연마재로 서 다이아몬드 입자등을 사용하는 것이 있는 데, 전자의 경우에는 대형 화강암이나 대리석 석재를 판재형태로 절단할 때 널리 사용되고, 후자의 경우에는 대리석 석재를 판재형태로 절단할 때 널리 사용되고 있다.

상기 바디가 디스크 형태인 절삭공구는 바디의 회전 축을 중심으로 한 방향으로 회전하면서 피삭재를 절단(절삭)하는 절삭공구이다.

상기 디스크 형 절삭공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우, 절삭면 상의 연마재 뒤에는 테일부(tail)가 형성되는데, 이 테일부는 결합재(매트릭스)가 마모되지 않고 남아 있는 부분이다.

상기 테일부는 절삭작업 도중, 연마재를 받쳐주어 연마재 돌출 높이가 높아도, 연마재가 조기에 탈락하는 것을 방지하는 역할을 한다.

그러나, 디스크 형태는 절입 깊이를 최대한으로 하여도 디스크 반지름을 넘는 피삭재는 절단하지 못하기 때문에, 대형 석재를 절단하기에는 한계가 있다.

또한, 디스크 크기가 커질수록 바디와 함께, 팁의 두께도 두꺼워져야 하기 때문에, 원재료의 손실이 매우 크다.

한편, 바디가 수평 형태인 절삭공구(수평 갱 쏘)의 일례가 도 1 내지 도 3에 나타나 있다.

도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 수평 갱 쏘(10)는 직선상으로 왕복운동하는 프레임(11) 및 이 프레임(11)에 부착되어 피삭재(1)를 절삭하는 다수개의 절삭팁(12) 및 상기 프레임(11)을 왕복운동시키는 프레임 구동수단(13)을 포함한다.

상기 프레임(11)이 왕복운동을 함에 따라, 절삭팁의 절삭면에 위치한 연마재 입자(2)가 절삭을 수행하게 된다.

상기 절삭팁(12)은 절삭에 직접 참여하는 연마재 입자(2)와 이 연마재 입자(2)를 고정시켜 주는 결합제(매트릭스)를 포함한다.

수평 갱 쏘(10)를 이용한 절삭작업은 프레임 구동수단(13)에 의하여 프레임을 왕복운동시키면 이 프레임에 부착된 다수개의 절삭팁(12)이 왕복운동을 하면서 피삭재의 위에서 아래를 향해 절입 이송하여 피삭재를 절단하는 공정이다.

수평 갱 쏘(10)를 이용하는 경우에는 절단작업 시 프레임이 피삭재 내부로 들어갈 수 있기 때문에 피삭재의 크기에 구애받지 않고 대형 피삭재의 절단이 가능한 장점이 있다.

또한, 프레임의 양 끝단에서 인장응력을 가하기 때문에 프레임이 직선을 유지할 수 있어, 절삭팁의 두께가 대형 디스크 형태의 절삭팁 보다 얇게 할 수 있어 원재료의 손실을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

반면에, 수평 갱 쏘는 양 방향으로 왕복 운동하면서 피삭재를 절단하기 때문에, 앞 뒤 구별이 없어 연마재 입자주위에는 테일부가 형성되지 않아 연마재 입자가 쉽게 탈락하는 큰 단점이 있는데, 이를 도 4를 통하여 상세히 설명한다.

도 4는 한쪽 방향 절단과 양 방향 절단시 연마재 입자주위의 테일부 형성 기구(메카니즘)을 설명하기 위한 모식도이다.

도 4(a)는 디스크 형태의 절삭공구의 절삭면 상의 연마재 주위를 절삭팁의 두께방향에서 본 모식도를 나타낸다.

도 4(a)에 나타난 바와 같이, 한쪽 방향으로 회전하면서 절단하기 때문에 연마재 입자(2)뒤에 메트릭스(3)의 테일부(31)가 잘 형성되며, 이 테일부는 연마재 입자를 지지해 주고 있음을 알 수 있다.

테일부(31)의 길이는 조건에 따라 다르나 연마재 입자 크기의 5배 정도 길이가 유효한 길이라고 할 수 있다.

도 4(b)는 수평 왕복운동 형태를 갖는 공구의 절삭면 상의 연마재 입자 주위 모식도를 나타낸다.

도 4(b)에 나타난 바와 같이, 수평 왕복운동 형태의 공구는 양 방향으로 절단하기 때문에 연마재 입자(2) 주위의 금속 결합재(매트릭스)(3)가 연마재 입자에 의해 보호받지 못하고 마모되므로, 연마재 입자 주위에는 테일부가 전혀 형성되지 않음을 알 수 있다.

테일부가 없으면 연마재 입자를 지지하는 힘이 약하게 되어 연마재 입자가 조금만 노출되어도 쉽게 탈락하기 때문에 공구의 수명이 급격히 감소한다.

또한, 절삭 작업에 참여하는 연마재 입자의 돌출 높이도 매우 낮아 절삭성능이 떨어지게 된다.

이와 같은 이유로 화강암과 같이 단단한 피삭재의 가공에는 적합하지 않으며, 주로 연한 대리석 절단에 이용되고 있다.

상기 대형 치수의 화강암 절단은 아직까지 연마입자로 스틸 숏(steel shot)과 석회가 함유된 슬러리를 뿌리면서 절단하고 있으나 절단속도가 매우 느린 단점이 있다.

상기 수평 갱 쏘와 같이 수평 왕복운동하는 절삭공구에 있어서 연마재 입자의 조기 탈락을 해결하면, 절단속도를 빠르게 할 수 있어 연마재를 대형 화강암 절단에 이용할 수 있게 된다.

따라서, 연마재 입자를 잡고 있는 금속 매트릭스와 연마재 입자와의 결합력을 향상시키기 위한 연구가 많이 진행되었으나, 아직까지 큰 효과가 얻을 수가 없었으며 그 적용에 한계가 있는 상태이다.

본 발명은 수평 왕복운동 하는 절삭공구에 있어서 연마재 입자를 특정한 방법으로 배열하여 연마재 입자의 절삭효율을 보다 높임으로써 절삭성능 및 수명 성능을 보다 향상시킨 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이 절삭팁을 갖는 절삭공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 다수의 연마재를 포함하고 수평 왕복운동하면서 피삭재를 절삭하는 수평 왕복운동형 절삭팁에 있어서,

상기 연마재의 적어도 일부가 입자군을 이루어 배치되고;

상기 연마재 입자군은 2개 이상의 연마재로 이루어지고; 그리고

상기 입자군을 이루고 있는 연마재는 절삭방향으로 보아 적어도 일부가 중복되도록 줄을 지어 배치되는 수평 왕복운동형 절삭팁에 관한 것이다,

또한, 본 발명은 상기한 수평 왕복운동형 절삭팁을 다수 개 구비한 절삭공구에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 왕복운동하면서 절단하거나 천공하는데 사용되는 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이를 구비한 절삭공구에 바람직하게 적용된다.

절삭공구용 절삭팁은 피삭재의 절삭시 절삭을 직접 수행하는 연마재와 이 연마재를 고정시켜 주는 역할을 행하는 금속 결합재를 포함한다.

본 발명은 상기 연마재 입자의 배열에 관한 것이다.

본 발명은 다수의 연마재를 포함하고 수평 왕복운동하면서 피삭재를 절삭하는 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이를 구비한 절삭공구에 바람직하게 적용된다.

본 발명에서는 절삭팁에 배열되어 있는 연마재의 적어도 일부가 입자군을 이루어 배열되어야 한다.

상기 연마재 입자군의 비율은 총 연마재의 10%이상으로 하는 것이 바람직하며, 그 이유는 결합재와 연마재를 랜덤하게 혼합할 경우, 총 연마재의 10% 미만의 연마재들이 군으로 나타나므로, 연마재 군의 비율이 총 연마재의 10%미만인 경우에는 연마재 입자의 절삭효율의 개선효과가 적기 때문이다.

연마재 입자의 절삭효율을 보다 개선시키기 위해서는 바람직하게는 총 연마재 중 적어도 30% 이상이 입자군을 이루는 것이 바람직하다.

한편, 배열 그 자체로는 100% 비율의 연마재가 입자군을 이루도록 설계하는 것이 가능하다,

실제 작업에서는 군을 이루는 입자 중의 일부가 결합재에서 탈락하면 절삭면에서 관찰되는 군을 이루는 연마재의 비율은 줄어든다.

그러나 홀로 남게 된 연마재는 쉽게 탈락하게 되므로, 연마재 입자가 100% 군을 이루도록 설계한다면, 절삭면에서 적어도 50% 이상의 연마재는 절삭면에서 군을 이루게 된다.

상기 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향으로의 거리는 적절히 선정되는 것이 바람직한데, 이에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따라 연마재가 배열된 절삭팁에 있어서 연마재 입자군의 바람직한 일례를 나타내며, 상기 연마재(2)들은 절삭방향으로 열 형태로 배열되어 있고, 연마재 입자군(20)은 2개의 연마재(2)로 구성되어 있다.

연마재 입자 간의 거리는 사용되는 입자의 크기 또는 결합재의 종류에 따라 입자 크기의 수분의 일 배에서 수 배 떨어져 있을 수 있으나, 적어도 다른 영역보다는 연마재 사이에 존재하는 결합재의 높이가 높아 입자를 지지하는 역할을 할 수 있어야 한다.

도 6에는 도 5와 같이 2개의 연마재(2)로 구성되는 연마재 입자군(연마재 입자 쌍)의 연마재 간의 거리에 따른 결합재(3)의 높이 변화가 모식적으로 나타나 있다.

도 6은 연마재간 거리의 상대적인 거리에 따른 형상을 모식적으로 보여주기 위한 것일 뿐이며, 연마재간 거리의 절대적인 값에는 의미가 없다.

그 이유는 연마재간 거리는 결합재의 물성, 연마재의 종류 및 크기, 또 첨가한 연마재의 량에 따라 연마재간 거리는 변하기 때문이다.

도 6(a)를 기준 연마재간의 거리라고 가정했을 때, 도 6(a)의 기준 연마재간의 거 리를 유지하는 경우가 연마재간의 거리가 도 6(b)에서와 같이 기준거리보다 보다 넓은 연마재간의 거리를 갖는 경우보다 연마재 사이의 결합재의 높이가 높음을 알 수 있다.

따라서, 도 6(a)에서와 같이, 기준 연마재 간의 거리를 유지하는 경우가 도 6(b)와 같은 경우에 비하여 큰 연마재 지지력을 가지게 된다.

즉, 도 6(b)와 같이 연마재 간의 거리가 커지면, 연마재가 연마재 사이의 결합재의 마모를 충분히 보호하지 못하여 결합재의 높이가 낮아지게 되고, 연마재는 쉽게 탈락하게 된다.

즉, 입자군을 이루는 연마재간의 거리가 너무 길게 되면 각각의 연마재는 서로 영향을 주지 못하여, 개별적으로 존재하는 것과 같은 효과를 낸다.

반면에, 도 6(c)와 같이 연마재간의 거리가 매우 좁으면 두 연마재 사이의 결합재의 높이는 높아지는 반면에, 연마재끼리 거의 붙어 있게 되어 연마재를 지지하는 결합재의 양은 줄어들게 된다.

어떤 조건에서는 결합재의 높이가 높으면 높을수록 연마재 지지력이 커지게 되나, 또 다른 조건에서는 연마재를 지지하는 결합재 량이 부족하여 적정 거리를 유지하는 것보다 오히려 쉽게 탈락할 가능성이 있다.

따라서, 두 연마재 간의 거리는 결합재 종류나 입자 크기 또는 사용 분야에 따라서 적절하게 선정되어야 한다.

상기 연마재 쌍을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 3배이하로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 연마재들의 절삭방향으로의 거리가 연 마재 크기의 3배를 초과하는 경우에는 군을 이루고 있는 연마재 사이의 결합재의 높이가 낮아져 연마재를 지지하는 힘이 현저히 떨어지기 때문이다.

상기 연마재 입자군은 도 5에서와 같이 2개의 연마재, 즉 쌍으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 3개 이상의 연마재로 이루어질 수도 있는데, 이에 대하여 설명한다.

도 5에서와 같이, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재의 개수가 2개일 경우에는 그것들 중 한 개의 연마재가 결합재에서 탈락하게 되면, 남아 있는 한 개의 연마재 주위의 결합재는 왕복 운동의 절삭에 의하여 빠르게 마모되어 나머지 한 개의 연마재도 빨리 탈락하게 된다.

이러한 현상을 방지하기 위하여 연마재 입자군을 3개 이상의 연마재로 구성할 수 있다.

도 7은 연마재 입자군을 이루는 연마재가 각각 2개, 3개, 및 4개일 경우 연마재의 위치와 결합재의 높이를 모식적으로 나타낸다.

도 7(a)는 연마재 입자군을 이루는 연마재가 2개인 경우를, 도 7(b)는 연마재 입자군을 이루는 연마재가 3개인 경우를, 도 7(c)는 연마재 입자군을 이루는 연마재가 4개인 경우를 나타낸다.

도 7(b)에 나타난 바와 같이, 3개의 연마재(2)로 군을 구성하고 있는 경우에는 그 중 바깥쪽 연마재 중의 하나가 탈락하여도 2개의 연마재가 남게 되어 절삭 작업을 오랫동안 지속할 수 있다.

연마재 입자군을 이루는 연마재 수가 하나씩 증가하게 되면 바깥 쪽 입자가 탈락하 여도 2개 이상의 인접한 입자가 입자군을 이루어는 시간이 길어지게 되어 오랫동안 절삭 작업을 할 수 있다.

도 8은 3개의 연마재로 연마재 입자군을 구성할 때, 바깥쪽 연마재(2)중의 하나가 탈락했을 때 입자를 둘러싸고 있는 결합재(3)의 높이 변화와 탈락한 후에도 연마재 두 개가 쌍을 이루고 있는 것을 나타낸다.

예를 들어, 도 7(c)와 같이 4개의 입자가 하나의 군을 이루면 바깥 쪽의 입자가 2개 탈락하여도 나머지 2개의 연마재 입자가 쌍을 이룰 수 있다.

그러나, 입자군을 이루는 입자 수가 너무 많으면 그 만큼 절삭에 참여하는 입자를 많이 첨가해야 하며, 입자군을 이루는 연마재 들 중 가운데 위치한 연마재는 바깥쪽에 위치한 연마재가 탈락하기 전에는 절삭에 별로 참여하지 않게 되며, 이로 인하여 부하가 증가하여 절삭성이 떨어질 수 있으므로, 결합재, 첨가하는 연마재의 개수와 적용 분야에 따라 적절한 개수로 입자군을 이루도록 하여야 한다.

이와 같이, 연마재 군을 이루는 연마재가 3개 이상일 경우, 바깥쪽 연마재의 탈락 후에도 나머지 연마재들이 절삭을 지속하게 되는 장점이 있는 반면에, 각 연마재들이 절삭에 참여하는 시간, 또는 절삭 부하는 달라지게 되므로 연마재 입자군을 이루는 연마재들의 수는 조건에 따라 적절히 선택되어야 한다.

즉, 연마재 입자군을 이루는 연마재들 중에서 내부에 위치한 연마재는 바깥쪽 입자가 탈락하기 전까지는 절삭에 참여하지 않기 때문에 절삭에 늦게 참여하게 된다.

최적의 연마재 배열은 첨가된 연마재가 최대한 자기의 역할을 하도록 위치를 결정하도록 하는 것이다.

그러므로, 3개 이상의 연마재로 연마재 군을 이루는 경우, 각각 연마재의 위치에 따라 받는 부하가 다를 것이므로, 최대한 자기의 역할을 하기 위해서는 받는 부하에 맞게 연마재의 품질 수준을 다르게 설계하거나, 각각의 입자들의 위상을 다르게 하여 각 입자가 수행하는 작업량의 차이가 최대한 적도록 하는 것이 바람직하다.

도 9는 3개의 연마재가 연마재 입자군을 이루는 경우, 가운데 입자의 위상이 바깥쪽에 위치한 연마재의 위상과 다른 것을 보여주는 일례이다.

도 9(a)는 가운데 연마재는 바깥쪽 연마재에 비하여 위상이 조금 낮은 것을 보여준다. 이것은 입자군을 이루고 있는 다른 연마재보다 돌출 높이가 낮은 것을 의미하는 것이다.

절삭 작업 도중에 바깥 쪽 입자 중의 하나가 탈락하게 되면 도 9(b)와 같이 남아 있던 연마재는 원래부터 바깥 쪽에 있던 연마재와 내부에 있던 연마재로 입자군(쌍)을 구성하게 된다.

절삭이 더 진행됨에 따라 원래 바깥 쪽에 있던 연마재는 탈락하게 되며, 내부에 있었던 연마재는 위상이 조금 낮았던 만큼 좀 더 작업을 한 후 탈락하게 되므로, 입자군을 이루는 입자들의 위상이 모두 같을 때보다 절삭 작업에 더 오랜 시간 참여할 수 있다.

즉, 입자군을 이루는 연마재 중 가운데 위치한 연마재는 절삭에 늦게 참가한 만큼, 바깥쪽에 위치한 연마재가 탈락한 후에도 절삭을 더 수행한 다음, 탈락하게 된다.

도 9(c)는 가운데 입자는 바깥쪽 입자에 비하여 위상이 조금 높은 것을 보여준다. 절삭 작업도중 바깥 쪽 연마재 중 하나가 탈락하게 되면, 도 9(b)와는 반대로 도 9(d)와 같이 입자군을 구성하는 연마재들 중 내부에 위치한 연마재의 위상이 조금 높아지게 된다.

이 경우, 연마재를 지지하고 있는 결합재의 높이를 높여주어 결합재가 연마재를 더 오랫동안 지지할 수 있게 하는 효과가 있다.

따라서, 적용 분야에 따라 입자군을 이루는 입자의 위상에 조금의 차이를 두어 절삭 및 수명을 향상시키는 것이 가능하다.

도 10은 4개의 연마재가 입자군을 이루고 있는 예를 나타내는 모식도이다.

상기와 같이, 본 발명에서는 상기 연마재 입자군은 2개 이상의 연마재로 이루어지는데, 바람직하게는 2∼4개의 연마재로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 이유는 4개를 초과하는 경우에는 첨가된 연마재의 양에 비하여 절삭에 참가하는 연마재의 비율이 줄어들어 작업부하가 늘어나기 때문이다.

상기 입자군을 이루고 있는 연마재는 절삭방향으로 보아 열을 지어 배열되었을 때, 적어도 일부가 중복되도록 배치되어야 하는데, 그 이유는 입자군을 이루는 연마재가 연마재 사이의 결합재를 보호해야 이 결합재가 연마재를 지지할 수 있기 때문이다.

도 11(a)는 입자군을 이루고 있는 연마재(2) 두 개가 절삭방향과 수직하고, 절삭면에 평행한 방향으로 벗어난 정도를 모식적으로 나터낸 것이다.

입자군을 이루는 연마재 중 하나를 기준으로 다른 하나가 상대적으로 중심에서 벗어나 있다.

연마재의 중심을 기준으로 입자군을 이루는 두 연마재의 벗어난 정도를 이하에서는 오프셋이라 칭한다.

오프셋 양이 0인 경우는 입자군을 이루는 연마재가 절삭방향에 따라 정확히 줄을 지어 배열되어 절삭방향에서 벗어난 정도가 0인 것을 의미한다.

이상적으로는 오프셋 양이 0인 것이 가능하며 가장 바람직하나, 실제로는 연마재의 입자 크기나, 형상이 다르기 때문에 0 이상의 오프셋 양이 있는 것이 당연하다.

상기 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 평행한 방향으로의 거리, 즉 너비방향 오프셋 양은 연마재 크기의 50% 이하로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 이상으로 오프셋 양이 커지면, 입자군을 이루는 연마재 사이의 결합재가 마모되는 것을 연마재가 막을 수 없어, 결합재가 쉽게 마모되고 이에 따라 연마재도 쉽게 탈락하기 때문이다.

도 11(b)는 입자군을 이루는 연마재(2) 두 개가 절삭방향과 수직하고, 절삭면에 수직한 방향으로 위치한 것을 모식적으로 나타낸 것이다.

즉, 절삭팁을 두께 방향으로 보았을 때, 절삭면 상의 연마재의 위치를 나타낸 것이다.

입자군을 이루는 연마재 중 하나와 다른 하나의 연마재의 위상이 다른 것을 보여준다. 이상적으로는 높이 방향 오프셋, 즉 연마재의 위상차이가 0인 것이 가능하며, 가장 바람직하나, 실제로는 연마재의 입자크기나, 형상이 다르기 때문에 0 이상의 오프셋이 있는 것이 당연하다.

도 11(b)에서는 연마재의 표면 중 가장 위상이 높은 곳을 기준으로 오프셋을 정의하고 있는데, 이는 연마재의 중심을 기준으로 하면 오프셋 양을 측정하기 어렵기 때문에, 절삭면에서 측정이 가능한 것으로 오프셋을 정의한 것이다.

상기 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 수직한 방향으로의 거리, 즉 높이방향 오프셋은 연마재 크기의 50% 이하로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 이상으로 오프셋 양이 커지면, 입자군을 이루는 연마재 중 하나의 연마재가 연마재 사이의 결합재(3)가 마모되는 것을 연마재가 막을 수 없어, 쉽게 연마재가 탈락하기 때문이다.

상기 절삭팁에 있어서 절삭방향으로 일직선상에 입자군 여러 개가 위치되어 연마재 열을 형성하도록 배열될 수 있다.

상기 하나의 연마재 열 상에는 적어도 두 개 이상의 연마재 군이 존재할 수 있다. 상기와 같이 배열될 때, 상기 연마재 군과 연마재 군간의 간격은 적절히 선정되는 것이 바람직한데, 이에 대하여 설명한다.

도 12는 연마재 입자군과 연마재 입자군간의 간격 (이하, "입자군간 간격"이라고도 함)을 정의하는 모식도이다.

연마재 입자군을 이루는 연마재들의 간격은 충분히 좁아서 연마재 사이에 존재하는 결합재의 마모를 억제하여 연마재를 지지하는 역할을 하도록 해야 함에 반하여, 입자군 간 간격은 충분히 넓어서 연마재 군의 바깥쪽에 위치한 입자가 절삭 작업에 참여하도록 해야 한다.

일반적으로, 절삭성은 연마재의 돌출 높이가 높을수록 좋아지는데, 연마재의 돌출 높이는 결합재의 위상으로부터 입자가 튀어나온 높이로 정의한다.

따라서, 절삭성을 높이기 위해서는 입자군 간 간격이 충분히 넓어 그 사이의 결합 재가 적절히 마모되어 입자의 돌출 높이를 높이는 것이 필요하다.

상기 입자군 간 간격이 연마재 크기의 약 5배 보다 길면 충분한 입자의 돌출 높이를 확보할 수 있으며, 바람직하게는 연마재 크기의 약 10배 이상이 되면 연마 입자의 절삭력을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 절삭팁을 만들기 위해서는 다수의 연마재 입자군이 존재하는 열이 절삭면상에 절삭방향과 수직한 방향(절삭팁의 두께 방향)으로 여러 층 있어야 한다.

도 13은 본 발명에 부합되는 절삭팁의 절삭면의 일례를 모식적으로 나타낸다.

도 13은 절삭팁의 절삭면을 나타내며, 도 13에 나타난 바와 같이 절삭팁은 여러 층의 연마재 열(111)이 절삭팁의 두께 방향으로 적층되어 있으며, 각각의 연마재 열은 다수 개의 연마재 입자군으로 구성되어 있다.

도 13(a)는 절삭면(110)에서 홀수 연마재 열(111)과 짝수 연마재 열(111)의 연마재 쌍이 절삭방향을 따라 다른 위치에 위치하는 절삭팁(101)을 나타내고, 도 13(b)는 절삭면(110)에서 각각의 연마재 열(111)에 위치한 연마재 쌍이 절삭방향을 따라 서로 같은 위치에 위치하는 절삭팁(102)을 나타내고, 그리고 도 13(c)는 하나의 연마재 열(111)에 위치한 연마재 쌍의 위치가 다른 연마재 열의 연마재 쌍의 위치와 무관하게 위치되는 절삭팁(103)을 나타낸다.

도 13은 연마재 열 간 간격이 연마재의 크기 보다 큰 경우를 나타내고 있는데, 이와 같이, 연마재 열 간 간격이 연마재의 크기 보다 큰 경우에는 연마재 열과 연마재 열 사이에 연마재가 없는 곳에 골이 파이게 된다.

골을 통하여 절삭된 부스러기가 배출될 수 있어, 절삭성이 향상되는 반면, 결합재 가 연마재의 양 옆면에는 별로 없어 입자의 탈락이 빨라지는 단점이 있다.

이러한 현상을 보완하기 위한 연마재의 배열의 일례가 도 14에 나타나 있다.

도 14는 연마재 열 간 간격이 연마재의 크기보다 작은 절삭팁(200)형태를 나타내는데, 이렇게 배열함으로써 연마재(2)들이 절삭 방향으로 골이 파이는 것을 막아 결합재의 연마재 지지력을 높일 수 있는 장점이 있다.

반면에, 이 경우에는 연마재의 돌출 높이가 낮아져 절삭성이 떨어질 수도 있다. 따라서 사용 용도에 따라 적절한 연마재 열간 간격을 설정해야 한다.

도 13 및 도 14의 장점을 모두 발휘할 수 있는 연마재 배열의 일례가 도 15에 나타나 있다.

도 15(a)는 연마재(2)가 열로 배열되고 하나의 연마재 열(301a)은 인접하고 있는 두 연마재 열(301b)(301c)과 중복되지 않고, 그리고 두 연마재 열(301b)(301c) 중 어느 하나의 연마재 열(301b)에 더 가깝게 위치되도록 배열되어 있는 절삭팁(301)의 일례를 나타낸다.

도 15(b)는 연마재(2)가 열로 배열되고, 하나의 연마재 열(302a)은 인접하고 있는 두 연마재 열(302b)(302c) 중 어느 하나의 연마재열(302b)과는 중첩되고, 다른 연마재 열(302c)과는 충첩되지 않도록 배열되어 있는 절삭팁(302)의 일례를 나타낸다.

상기와 같이, 연마재 열을 배열함으로써 연마재를 지지하는 결합재의 마모를 억제함과 동시에, 다른 한쪽에는 결합재의 위상이 낮은 골이 형성되어 절삭된 부스러기 배출을 용이하게 할 수 있어, 절삭성과 수명을 모두 향상시킬 수 있다.

도 15와 유사한 효과를 얻기 위한 절삭팁의 일례가 도 16에 나타나 있다.

도 16(a)는 2 이상의 영역(401)(402)으로 이루어지고, 연마재(2)가 열로 배열되고, 연마재 열에는 2 이상의 연마재 입자군들이 존재하고, 그리고 상기 연마재 열들은 상기 영역들(401)(402)중 피삭재의 절삭시 후행하는 영역(402)의 연마재 열(402a)에 의하여 피삭재에 형성되는 절삭홈은 선행하는 영역(401)의 연마재 열(401a)들에 의하여 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 위치되도록 배열되는 절삭팁(400)의 일례를 나타낸다.

도 16(b)는 연마재(2)가 열로 배열되고, 연마재 열에는 2 이상의 연마재 군들이 존재하고, 그리고 상기 연마재 열들은 피삭재의 절삭시 후행하는 절삭팁(600)의 연마재 열(602)에 의하여 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 절삭팁(500)의 연마재 열(502)들에 의하여 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 위치되도록 배열되는 절삭팁(500)(600)의 일례를 나타낸다.

절삭공구가 왕복 운동하기 때문에 여기에서 선행과 후행의 구분은 한쪽 방향으로 절삭이 이루어질 때를 기준으로 한 것이며, 왕복운동에 따라 선행 영역 또는 선행 절삭팁은 후행 영역 또는 후행 절삭팁이 될 수 있다.

상기와 같이 배열함으로써, 연마재 열 사이에 골이 너무 깊게 형성되는 것을 방지하여 연마재의 지지력을 높일 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 연마재로는 통상 사용되는 것이면, 어느 것이나, 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로서 인조 연마재 입자, 천연 연마재 입자, 붕화질소, 및 초경입자 등을 들수 있으며, 그 중에서도 인조 다이아몬드가 가장 바 람직하다.

한편, 본 발명은 상기한 본 발명의 수평 왕복운동형 절삭팁이 다수개 구비된 절삭공구를 제공한다.

본 발명에 의하면, 절삭성능 및 수명 성능을 보다 향상시킨 수평 왕복운동형 절삭팁 및 이 절삭팁을 갖는 절삭공구를 제공할 수 있다.

Claims (40)

1. 다수의 연마재를 포함하고 수평 왕복운동하면서 피삭재를 절삭하는 수평 왕복운동형 절삭팁에 있어서,

   상기 연마재의 적어도 일부가 입자군을 이루어 배치되고;

   상기 연마재 입자군은 2개 이상의 연마재로 이루어지고; 그리고

   상기 입자군을 이루고 있는 연마재는 절삭방향으로 보아 적어도 일부가 중복되도록 배치되는 수평 왕복운동형 절삭팁
2. 제1항에 있어서, 전체 연마재 중 연마재 입자군을 이루고 있는 비율이 30%이상인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재의 개수는 2∼4개인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들 간의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 3배 이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
5. 제3항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들 간의 절삭방향으로의 거리 는 연마재 크기의 3배 이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 평행한 방향으로의 거리(절삭팁 너비방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
7. 제3항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 평행한 방향으로의 거리(절삭팁 너비방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
8. 제4항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 평행한 방향으로의 거리(절삭팁 너비방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
9. 제5항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 평행한 방향으로의 거리(절삭팁 너비방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 수직한 방향으로의 거리(절삭팁 높이방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
11. 제3항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 수직한 방향으로의 거리(절삭팁의 높이방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
12. 제4항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 수직한 방향으로의 거리(절삭팁 높이방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
13. 제5항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 수직한 방향으로의 거리(절삭팁 높이방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
14. 제6항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 수직한 방향으로의 거리(절삭팁 높이방향의 오프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
15. 제7항에서 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 연마재 입자군을 이루고 있는 연마재들의 절삭방향과 수직하고 절삭면과 수직한 방향으로의 거리(절삭팁 높이방향의 오 프셋)가 연마재 크기의 50%이하인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마재 입자군과 입자군 간의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
17. 제3항에 있어서, 연마재 입자군과 입자군 간의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
18. 제4항에 있어서, 연마재 입자군과 입자군간의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
19. 제5항에 있어서, 연마재 입자군과 입자군 간의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
20. 제6항에 있어서, 연마재 입자군과 입자군 간의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
21. 제7항에서 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 연마재 입자군과 입자군 간의 절삭방향으로의 거리는 연마재 크기의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
22. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연마재들이 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
23. 제3항에 있어서, 연마재들이 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
24. 제4항에 있어서, 연마재들이 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
25. 제5항에 있어서, 연마재들이 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
26. 제22항에 있어서, 연마재 열들사이의 간격이 연마재 크기 보다 큰 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
27. 제23항에서 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 연마재 열들사이의 간격이 연마재 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
28. 제22항에 있어서, 연마재 열들사이의 간격이 연마재 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
29. 제23항에서 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 연마재 열들사이의 간격이 연마재 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
30. 제22항에 있어서, 연마재 열들사이의 간격이 연마재 크기보다 작은 것과 큰 것이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
31. 제23항에서 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 연마재 열들사이의 간격이 연마재 크기보다 작은 것과 큰 것이 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
32. 제22항에 있어서, 하나의 연마재 열은 인접하고 있는 두 연마재 열과 중복되지 않고, 그리고 두 연마재 열 중 어느 하나의 연마재열에 더 가깝게 위치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
33. 제23항에서 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나의 연마재 열은 인접하고 있는 두 연마재 열과 중복되지 않고, 그리고 두 연마재 열 중 어느 하나의 연마재열에 더 가깝게 위치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
34. 제22항에 있어서, 하나의 연마재 열은 인접하고 있는 두 연마재 열 중 어느 하나의 연마재열과는 중첩되고, 다른 연마재 열과는 충첩되지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
35. 제23항에서 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나의 연마재 열은 인접하고 있는 두 연마재 열 중 어느 하나의 연마재 열과는 중첩되고, 다른 연마재 열과는 충첩되지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
36. 제22항에 있어서, 절삭팁은 2 이상의 영역들로 이루어지고, 연마재 열에는 2 이상의 연마재 입자군들이 존재하고, 그리고 상기 연마재 열들은 상기 영역들중 피삭재의 절삭시 후행하는 영역의 연마재 열에 의하여 피삭재에 형성되는 절삭홈은 선행하는 영역의 연마재 열들에 의하여 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 위치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
37. 제23항에서 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 절삭팁은 2 이상의 영역들로 이루어지고, 연마재 열에는 2 이상의 연마재 입자군들이 존재하고, 그리고 상기 연마재 열들은 상기 영역들중 피삭재의 절삭시 후행하는 영역의 연마재 열에 의하여 피삭재에 형성되는 절삭홈은 선행하는 영역의 연마재 열들에 의하여 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 위치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
38. 제22항에 있어서, 연마재 열에는 2 이상의 연마재 입자군들이 존재하고, 그리고 상기 연마재 열들은 피삭재의 절삭시 후행하는 절삭팁의 연마재 열에 의하여 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 절삭팁의 연마재 열들에 의하여 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 위치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
39. 제23항에서 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 연마재 열에는 2 이상의 연마재 입자군들이 존재하고, 그리고 상기 연마재 열들은 피삭재의 절삭시 후행하는 절삭팁의 연마재 열에 의하여 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 절삭팁의 연마재 열들에 의하여 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 위치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수평 왕복운동형 절삭팁
40. 제1항 또는 제2항에 기재된 절삭팁을 다수개 구비한 수평 왕복운동형 절삭공구

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