KR100688862B1 - 다이아몬드 공구 제조방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구 - Google Patents

다이아몬드 공구 제조방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구 Download PDF

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    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/02—Circular saw blades
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/12—Saw-blades or saw-discs specially adapted for working stone
    • B28D1/121—Circular saw blades

Abstract

본 발명은 디스펜서에 의해 규칙적으로 도포된 결합재에 다이아몬드 지립이 부착되도록 하여 다이아몬드 지립을 규칙적으로 배열할 수 있는 다이아몬드 공구 제조 방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 저렴한 비용으로 다이아몬드 지립을 균일하게 배열하고, 샹크와의 결합력이 뛰어나며, 다이아몬드 지립을 다양한 패턴으로 형성할 수 있음은 물론이고, 간단하게 다이아몬드 지립의 배열 패턴을 조정할 수 있으며, 다양한 크기의 다이아몬드 지립을 배열하는데 적합한 다이아몬드 공구 제조방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구를 제공하는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 공구 제조방법은 샹크에 복수개의 지립을 부착하여 다이아몬드 공구를 제조하는 방법에 있어서, 샹크의 표면에 적어도 하나의 다이아몬드 지립이 부착될 위치와 대응되는 패턴으로 접착력을 갖는 결합재를 도포하는 단계와, 다이아몬드 지립이 상기 결합재에 접착되도록 상기 샹크의 상부에 다이아몬드 지립을 분산하는 단계와, 상기 결합재와 접착되지 않은 다이아몬드 지립을 제거하는 단계와, 상기 결합재를 소결하여 상기 다이아몬드 지립과 상기 샹크를 부착하는 단계를 포함한다.
다이아몬드, 가공부, 지립, 결합재, 디스펜서, 샹크

Description

다이아몬드 공구 제조방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구 {DIAMOND TOOL MANUFACTURING METHOD AND DIAMOND TOOL MADE OF THE METHOD}
도 1은 일반적인 다이아몬드 공구가 도시된 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 다이아몬드 공구가 도시된 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 다른 패턴의 다이아몬드 가공부를 갖는 다이아몬드 공구가 도시된 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법이 순차적으로 도시된 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 복층으로 이루어진 다이아몬드 공구의 제조방법이 순차적으로 도시된 예시도
도 6은 본 발명에 따른 다이아몬드 공구 제조방법이 변형되어 순차적으로 도시된 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 복층으로 이루어진 다이아몬드 공구(210)의 제조방법이 변형되어 순차적으로 도시된 예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50 : 다이아몬드 공구 52 : 샹크
54 : 가공부 55 : 다이아몬드 지립
56 : 결합재 60 : 디스펜서
본 발명은 다이아몬드 공구 제조방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스펜서에 의해 규칙적으로 도포된 페이스트에 다이아몬드 지립이 부착되도록 하여 다이아몬드 지립을 규칙적으로 배열할 수 있는 다이아몬드 공구 제조 방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 다이아몬드 공구가 도시된 평면도이다.
일반적으로 다이아몬드 공구(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 가공물의 표면을 절삭 또는 연마 처리하는 데 사용되는 공구로서, 회전 장치 등에 결합하기 위한 샹크(12)와, 상기 샹크에 부착되어 가공물의 내경 또는 내면이나 외륜, 내륜 등을 가공하는 가공부(14)로 이루어진다. 여기서, 상기 샹크(12)는 금속재질로 이루어지고, 상기 가공부(14)는 결합재에 다이아몬드 지립을 분산하여 제작된다.
전술된 다이아몬드 공구는 토목, 건설, 석재, 또는 정밀 가공 등에서 광범위하게 이용되고 있으며, 그 예로는, 쏘(saw), 코어드릴(core drill), 커터(cutter), 프로파일러(profiler), 엔드밀(end mill) 등과 같은 토목/건설/석재용 공구와 스트레이트휠(straight wheel), 아이디휠(ID wheel), 로터리 드레서(rotary dresser), 에지 연마휠(edge grinding wheel) 등이 있으며, 최근에는 화학적/기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: 'CMP'라 칭함) 공정에 사용되는 연마 패드용 컨 디셔너(Pad Conditioner) 등의 정밀가공용 공구로도 사용된다.
통상, 다이아몬드 공구의 제조를 위해서는 소결 등의 열처리 공정이 요구되며, 소결에 사용되는 결합재로는 결합강도가 매우 높은 니켈계 결합재가 주로 사용된다. 이러한 니켈계 결합재의 용융 온도는 900℃~1100℃이며, 이러한 범위의 온도에서는 다이아몬드가 산화 혹은 탄화하는 문제점이 있다.
천연 다이아몬드는 고온에서 산화 및 탄화 현상이 발생되지 않는 매우 안정한 물질이다. 하지만, 다이아몬드 공구의 제작에 주로 사용되는 인조 다이아몬드는 600℃ 이상이 되면 산화 현상이 발생한다. 또한 인조 다이아몬드는 내부에 함유된 니켈 등으로 인하여 온도가 900℃ 이상이 되면 탄화 현상이 발생되어 강도가 크게 저하되고, 따라서 다이아몬드 공구의 가공성 및 수명도 크게 저하된다.
따라서 다이아몬드의 산화 및 탄화를 방지하기 위하여 진공 분위기로 형성된 진공로에서 소결하는 방법과, 환원성 가스인 수소 분위기에서 소결을 행하는 방법이 널리 이용되고 있다. 이외에 질소 가스 분위기 혹은 불활성 가스 분위기 혹은 환원성 가스, 질소 가스, 불활성 가스의 혼합 가스 분위기에서 소결을 행하는 것도 가능하다.
이와 같이, 상기 진공로에 진공 분위기를 형성하기 위해서는 진공로가 밀폐되어야 하고, 진공 형성을 위한 공정이 소요되므로, 생산성이 낮고, 연속생산이 어려워 제품의 단가가 증가되며, 수소 분위기에서 다이아몬드 공구를 소결하는 방법은 수소가 산소와 접촉할 경우, 폭발하는 위험이 있다. 특히, 500℃ 이상에서 산소와 수소의 질량비가 2:1인 경우에는 폭발의 위험성이 더욱 커지므로, 소결 등의 열처리가 이루어지는 노심관 내측의 수소분위기를 외부 공기 중의 산소와 격리시킬 필요가 있다.
최근에는 노심관 내의 수소분위기를 외부 공기 중의 산소로부터 보다 신뢰성 있게 격리하여 수소와 외부 공기 중의 산소가 접촉하여 발생하는 폭발의 위험성을 저감 또는 억제하는 연속식 수소로 시스템이 개발되고 있다.
전술된 방법에 따라 제조되는 다이아몬드 공구의 경우, 상기 가공부(14)를 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있는 반면에, 다이아몬드 지립(15)의 분포된 상태에 따라 제품의 편차가 발생하고, 상기 결합재(16)에 포함된 다이아몬드 지립(15)의 량이 부족하거나 남는 경우가 발생된다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 다이아몬드 지립(15)이 일정한 간격을 갖는 패턴으로 배열하는 기술이 제안되었다. 이와 같이, 다이아몬드 지립(15)을 일정 패턴으로 배열할 경우, 다이아몬드 지립(15)의 과사용을 막을 수 있어 생산비용이 절감되고, 다이아몬드 지립(15)이 규칙적으로 배열되므로 피삭재의 절삭물 등의 배출 및 열의 배출이 용이해져 제품의 성능이 향상되며, 더불어 제품의 성능편차가 감소되어 신뢰성이 향상된다.
전술된 바와 같이, 다이아몬드 지립(15)을 일정한 패턴으로 배열하는 방법은 1990년대 초반부터 활발히 진행되어 왔으며, 그 예로 미국특허 제4925457호, 제5092910호, 제5049165호 등이 게재되었다. 이러한 방법은 가소성의 결합재(16)와 금속섬유 또는 이들의 혼합물로 만들어진 유연한 캐리어(flexible carrier)에 다이아몬드가 일정하게 배열된 철망(wire mesh) 또는 망사스크린을 올려놓고, 상기 철 망 또는 망사스크린의 개구부에 다이아몬드 지립(15)을 박아 넣는 방법이 사용된다.
그러나, 종래와 같이, 상기 철망 또는 망사스크린에 다이아몬드 지립(15)을 배열할 경우, 상기 다이아몬드 지립(15)의 간격을 임의로 조절하는 것이 어려우며, 200㎛ 이하의 지립(15) 배열이 쉽지 않은 문제가 있다. 더불어, 금속판에 일정한 패턴으로 구멍을 형성한 천공판을 사용할 경우, 가공비가 증가되어 제품의 생산비용이 증가되는 요인이 되고 있으며, 200㎛ 이하의 구멍을 형성하기가 곤란하여 200㎛ 이하의 작은 다이아몬드 지립(15)의 배열에는 사용할 수 없다.
한편, 상기 다이아몬드 지립(15)은 철망 또는 망사스크린 뿐만 아니라, 일정한 형상을 갖는 치구를 이용하여 배열되는 것도 가능하다. 이때 사용되는 다이아몬드 지립(15)은 입도의 크기가 300~400㎛ 정도로서, 일반적으로 건설 및 석재 가용 다이아몬드 공구(10)로 사용된다.
이와 같이, 치구를 이용하여 다이아몬드 지립(15)을 배열할 경우, 지립(15)의 입도 크기가 큰 제품에 사용되고 있으며, 주로 연마용으로 사용되고 있는 정밀 산업용 다이아몬드 공구(10)는 지립(15)의 입도가 200㎛ 이하로서, 지립(15)을 배열하는데 어려움이 따른다. 특히 최근에는 입도가 50㎛ 이하의 지립(15)이 사용되는 고정밀 연마용의 사용량이 증가하고 있으나, 종래의 다이아몬드 공구(10) 제조방법은 입도의 크기가 작은 다이아몬드 지립(15)에는 적용되지 못하고 있는 실정이며, 새로운 방법에 의한 다이아몬드 공구(10) 제조방법의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저렴한 비용으로 다이아몬드 지립을 균일하게 배열하고, 샹크와의 결합력이 뛰어나며, 다이아몬드 지립을 다양한 패턴으로 형성할 수 있음은 물론이고, 간단하게 다이아몬드 지립의 배열 패턴을 조정할 수 있으며, 다양한 크기의 다이아몬드 지립을 배열하는데 적합한 다이아몬드 공구 제조방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 공구 제조방법은 샹크에 복수개의 지립을 부착하여 다이아몬드 공구를 제조하는 방법에 있어서, 샹크의 표면에 적어도 하나의 다이아몬드 지립이 부착될 위치와 대응되는 패턴으로 접착력을 갖는 결합재를 도포하는 단계와, 다이아몬드 지립이 상기 결합재에 접착되도록 상기 샹크의 상부에 다이아몬드 지립을 분산하는 단계와, 상기 결합재와 접착되지 않은 다이아몬드 지립을 제거하는 단계와, 상기 결합재를 소결하여 상기 다이아몬드 지립과 상기 샹크를 부착하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 결합재 도포단계에서 도포되는 결합재는 디스펜서에 의해 도포될 수 있다. 또한, 상기 디스펜서는 적어도 하나의 노즐을 포함하며, 상기 디스펜서는 적어도 하나의 노즐에서 결합재가 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 결합재 도포단계에서 상기 패턴은 프로그래밍된 패턴에 따라 도포될 수 있다. 한편, 상기 지립 부착단계는 상기 다이아몬드 지립과 결합재를 상기 샹크에 융착(brazing)후 전착(electroplating)될 수 있다. 상기 다이아몬드 지 립 분산단계에서 분산되는 다이아몬드 지립은 입도크기를 다르게 설정할 수 있다. 또한, 상기 다이아몬드 지립은 천연 또는 인조 다이아몬드, 입방정질화붕소(c-BN, cubic boron nitride), 탄화규소(SiC, silicon carbide), 탄화티타늄(TiC), 알루미나(Al2O3), 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 더불어, 상기 결합재 도포단계는 상기 샹크의 표면에 결합재층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 결합재층 형성 단계는 상기 샹크의 표면에 소정의 두께로 페이스트 형상의 결합재층을 형성하는 단계와, 상기 형성된 결합재층을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 다이아몬드 지립과 결합재가 부착된 샹크의 상부에 다이아몬드 지립을 부착하는 일련의 복층 형성 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 복층 형성 단계는 상기 다이아몬드 지립과 결합재가 부착된 샹크의 상부에 결합재층을 형성하는 단계와, 소정의 패턴으로 결합재층의 표면에 페이스트 형상의 결합재를 도포하는 단계와, 결합재가 도포된 결합재층의 상부에 다이아몬드 지립을 분산하는 단계와, 상기 결합재와 접착되지 않은 다이아몬드 지립을 제거하는 단계와, 결합재를 소결하여 상기 다이아몬드 지립과 샹크를 부착하는 단계를 포함하는 일련의 단계를 반복하는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 결합재층 형성단계는 상기 다이아몬드 지립과 결합재가 부착된 샹크의 표면에 소정의 두께로 페이스트 형상의 결합재층을 형성하는 단계와, 상기 형성된 결합재층을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 공구는 전술 된 다이아몬드 공구 제조방법으로 제조된 다이아몬드 가공부를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다이아몬드 공구가 도시된 평면이고, 도 3은 본 발명에 따른 다른 패턴의 다이아몬드 가공부를 갖는 다이아몬드 공구가 도시된 평면도이다.
본 발명에 따른 다이아몬드 공구(50)는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 연마장치에 결합되는 샹크(52)를 포함하고, 상기 샹크(52)에는 다이아몬드 지립(55)을 포함하는 다이아몬드 가공부(54)가 부착되며, 상기 가공부(54)는 상기 샹크(52)와 별도의 공정에 의해 제조된 후, 상기 샹크(52)에 부착되거나, 상기 샹크(52)의 표면에 직접 형성된다.
즉, 상기 다이아몬드 공구(50)는 페이스트 형상의 결합재(56)가 디스펜서에 의해 규칙적인 패턴을 갖도록 상기 샹크(52)의 표면에 도포된 상태에서, 상기 결합재(56) 상부에 다이아몬드 지립(55)이 부착된 후, 상기 다이아몬드 지립(55)과 결합재(56)를 융착후 전착에 의해 상기 샹크(52)에 고정된다.
이때, 상기 다이아몬드 지립(55)과 샹크(52)의 결합력을 향상하기 위해, 상기 샹크(52)의 표면에 페이스트 형상의 결합재(56)를 균일한 높이로 도포한 결합재(56)층을 형성하는 것도 가능하다.
이에 따른 다이아몬드 공구(50)는 상기 샹크(52)의 표면에 스크린 인쇄법에 의해 페이스트 형상의 결합재(56)를 균일한 높이로 도포하여 결합재(56)층을 형성한 상태에서, 상기 결합재(56)층을 반건조한 후, 상기 결합재(56)층의 상부에 상기 디스펜서에 의해 규칙적인 패턴으로 결합재(56)를 도포한 후, 상기 결합재(56) 상부에 다이아몬드 지립(55)을 부착하고, 이를 융착후 전착에 의해 상기 다이아몬드 지립(55)이 상기 샹크(52) 표면에 고정되어 이루어진다.
전술된 바와 같이 구성된 다이아몬드 공구(50)는 상기 샹크(52)의 표면에 다이아몬드 지립(55)이 일정한 패턴으로 형성된다. 이때, 상기 다이아몬드 지립(55)이 부착되는 패턴은, 도 2와 도 3에 도시한 패턴을 포함한 다양한 패턴으로 형성되며, 상기 패턴은 다이아몬드 공구(50)의 연마 특성에 따라 결정된다.
이와 같이, 상기 다이아몬드 공구(50)의 다이아몬드 지립(55)의 패턴은, 도 2에 도시된 바와 같이, 직선으로 이루어진 X1과 Y1이 직교하는 교점상에 다이아몬드 지립(55)이 부착되는 패턴으로 이루어지거나, 도 2에 도시된 다이아몬드 공구(50)는 서로 평형하거나, 동심을 갖는 원호로 이루어진 X2선과, 소정의 각도를 갖는 직선으로 이루어진 Y2선의 교점상에 다이아몬드 지립(55)이 부착된 패턴으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 2와 도 3에 있어서, 한 부분의 결합재(56) 패턴에는 하나의 다이아몬드 지립(55)이 부착된 실시예에 대해 도시되어 있으나, 상기 결합재(56)의 도포된 크기 또는 상기 다이아몬드 지립(55)의 크기에 따라 하나 내지 다수의 다이아몬드 지립(55)이 부착되는 것도 가능하다.
여기서, 상기 다이아몬드 지립(55)의 패턴은 본 발명의 명세서에 한정되지 않으며, 다양한 패턴으로 변형될 수 있음은 물론이다. 더불어, 전술된 다이아몬드 공구(50)는 상기 샹크(52)의 형상에 따라 원반형으로 형성될 수 있으며, 막대형을 포함한 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하며, 본 발명의 명세서에 의해 그 형상이 제한되지 않는다.
또한, 상기 다이아몬드 지립(55)은 입방정질화붕소(cubic Boron Nitride, c-BN) 또는 알루미나(Al2O3) 또는 탄화규소(SiC) 또는 탄화티타늄(TiC)을 포함하는 연마입자를 포괄적으로 포함하며, 상기 샹크(52)는 스테인레스 강 또는 탄소강 또는 금형강과 같은 금속 재료로 이루어진다.
도 4는 본 발명에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법이 순차적으로 도시된 시도이다.
본 발명에 따른 다이아몬드 공구(50)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 도포단계와, 분산단계와, 제거단계와, 부착단계를 포함하는 일련의 단계에 의해 제조된다.
먼저, 상기 도포단계는 회전되는 장치 등에 결합되기 위한 샹크(52)를 마련하고, 상기 샹크(52)의 표면에 소정의 패턴으로 페이스트 형상의 결합재(56)를 도포하는 단계이다.
바람직하게는 상기 패턴은 상기 샹크(52)에 부착될 다이아몬드 지립(55)의 패턴과 대응하는 패턴으로 이루어지며, 상기 결합재(56)는 디스펜서(60)에 의해 일정한 량으로 도포된다. 상기 디스펜서(60)는 제어부에 의해 구동되는 구동부에 설치되고, 상기 제어부는 프로그래밍된 패턴형상에 따라 결합재(56)를 도포한다.
한편, 상기 디스펜서(60)에 의해 도포되는 결합재(56)는 도트(dot)형상으로 도포되며, 도포되는 결합재(56)의 크기는 부착될 다이아몬드 지립(55)의 크기에 따라 디스펜싱 량을 조절하여 제어한다.
이를 위해, 상기 디스펜서(60)는 노즐의 입경을 조절하거나, 다른 입경이 다른 노즐을 교체할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 디스펜서(60)는 하나의 노즐을 갖도록 하여, 하나의 노즐을 통해 결합재(56)를 도포하거나, 패턴의 향상에 따라 복수의 노즐을 갖도록 구성하여 한번의 디스펜싱에 의해 목적하는 패턴의 형성이 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 이와 같이 복수의 노즐을 갖는 디스펜서(60)는 각각의 노즐에서 공급되는 결합재(56)를 제어할 수 있으며, 이에 각각의 노즐에서 공급되는 결합재(56)의 도포량을 조절하거나, 패턴을 더욱 다양하게 형성하는 것이 가능하게 된다. 디스펜서 노즐(60)의 직경 혹은 디스펜싱 압력 혹은 디스펜싱 시간을 조절하여 디스펜싱되는 결합재의 량을 조절함으로써, 다이아몬드 지립의 크기가 달라져도 용이하게 대응할 수 있으며, 부착되는 다이아몬드 지립의 수도 조절가능하다.
다음으로, 상기 분산단계는 상기 결합재(56)가 도포된 샹크(52) 상부에 다이아몬드 지립(55)을 분산하는 단계이다. 여기서, 상기 결합재(56) 상부에 분산된 다이아몬드 지립(55)은 상기 결합재(56)에 의해 상기 샹크(52)와 소정의 결합력을 갖게 된다.
이때, 상기 결합재(56)가 완전 건조된 경우, 상기 다이아몬드 지립(55)과의 결합력이 약하여 분산되는 다이아몬드 지립(55)이 붙지 않고, 상기 결합재(56)가 건조되지 않을 경우 결합재(56)가 흐르게 되므로, 상기 결합재(56)가 반건조된 상 태에서 작업이 진행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다이아몬드 지립(55) 분산단계는 분산되는 다이아몬드 지립(55)의 입도 크기를 다르게 설정하는 것이 가능하며, 분산되는 다이아몬드 지립(55)은 전술된 결합재(56) 도포단계에서 입도의 크기에 대응하게 도포된 결합재(56)에 분산, 접착된다.
더불어, 상기 다이아몬드 지립(55) 분산단계는 다이아몬드 지립(55)의 입도가 큰 순서에서 작은 순서로 분산한다. 따라서, 입도가 큰 다이아몬드 지립(55)은 도포량이 작은 결합재(56)와는 잘 접착되지 않으며, 큰 입도의 다이아몬드 지립(55)이 부착된 결합재(56)의 패턴에는 부착되는 면적의 제한으로 작은 입도의 다이아몬드 지립(55)이 접착되는 것이 제한된다.
다음으로 제거단계는 상기 결합재(56) 상부에 분산되지 않은 다이아몬드 지립(55)을 제거하는 단계이다. 이때, 브러쉬를 사용하여 상기 샹크(52) 표면을 쓸면, 상기 결합재(56)에 분산되지 않은 다이아몬드 지립(55)이 쉽게 제거된다.
본 발명의 다이아몬드 공구(50) 제조방법에 있어서, 서로 다른 크기를 갖는 다이아몬드 지립(55)은 전술된 바와 같이, 입도크기가 큰 순서부터 결합재(56)에 접착되는 것으로 설명되었으나, 각각의 입도 크기에 따라 결합재(56)를 도포하고, 다이아몬드 지립(55)을 분산/제거하는 단계를 반복함으로서, 서로 다른 크기의 다이아몬드 지립(55)을 접착시키는 것도 물론 가능하다.
한편, 부착단계는 상기 결합재(56)를 소결하여 상기 다이아몬드 지립(55)과 샹크(52)를 부착하는 단계로서, 전술된 과정을 거쳐 상기 샹크(52)의 결합재(56)에 분산된 다이아몬드 지립(55)이 상기 샹크(52)에 부착되도록, 상기 다이아몬드 지립(55)과 결합재(56)를 상기 샹크(52)에 융착후 전착하여 부착한다.
한편, 상기 부착단계는 융착법 또는 전착법의 단일 공정에 의해 다이아몬드 지립(55)을 부착하는 것도 가능하다. 이때, 전착법은 습식 전기도금에 의해 니켈 등의 금속분말을 포함하는 결합재(56)를 이용해 지립(55)을 샹크(52)에 부착하는 방법이고, 상기 융착법은 결합재(56)인 금속과 바인더가 혼합된 액상 페이스트를 샹크(52)에 도포한 후 지립(55)을 분산시켜 고온에서 샹크(52)와 접합하는 방법으로, 다이아몬드 공구(50)의 사용목적에 따라 전착 및/또는 융착한다.
여기서, 상기 다이아몬드 지립(55)은 천연 또는 인조 다이아몬드, 입방정질화붕소(c-BN, cubic boron nitride), 탄화규소(SiC), 탄화티타늄(TiC), 알루미나(Al2O3)를 포함하는 재질로 이루어지며, 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 것도 물론 가능하다.
더불어, 본 발명에 의한 다이아몬드 공구 제조방법은, 건축, 토목 등 건설 분야의 다이아몬드 공구를 제조하거나, 반도체산업용을 포함한 정밀 산업 분야에 사용하는 다이아몬드 공구를 제조할 수 있다. 또한, 로터리 드레서 등의 3D 형상에도 적용 가능한 다이아몬드 공구를 제조할 수 있음은 물론이다.
전술된 단계를 통해 제조되는 다이아몬드 공구(50) 제조방법은 다이아몬드 지립(55)이 복층의 구조로 이루어진 다이아몬드 공구(50)를 제조하는 것도 가능하며, 이를 위해 상기 다이아몬드 지립(55)과 결합재(56)가 부착된 샹크(52)의 상부 에 다이아몬드 지립(55)을 부착하는 일련의 복층 형성 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 복층으로 이루어진 다이아몬드 공구(110)의 제조방법이 순차적으로 도시된 예시도인 도 5를 참고하면, 전술된 복층 형성 단계는 상기 다이아몬드 지립(55)과 결합재(56)가 부착된 샹크(52)의 상부에 결합재층(118)을 형성하는 단계를 더 포함한다. 이때, 상기 결합재층(118)은 완전히 건조되며, 이로 인해 후술되는 다이아몬드 지립(115)의 분산시, 다이아몬드 지립(115)이 결합되지 않게 된다.
이와 같이, 상기 샹크(52)와 그 상부에 부착된 다이아몬드 지립(115)이 상기 결합재층(118)에 의해 덮이면, 다이아몬드 지립(115)을 부착하는 일련의 단계를 반복하여, 다이아몬드 지립(115)을 복수의 층으로 적층한다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 상기 결합재층(118)의 표면에 페이스트 형상의 결합재(116)를 도포하는 단계를 수행한다. 이때, 상기 결합재(116)는 디스펜서(60)에 의해 소정의 패턴을 갖도록 도포되며, 부착될 다이아몬드 지립(115)의 패턴 형태 또는 크기에 따라 결합재(116)의 도포량을 조절한다.
다음으로, 분산단계를 수행하며, 상기 분산단계는 소정의 패턴으로 도포된 결합재(116)에 다이아몬드 지립(115)이 접착되도록 다이아몬드 지립(115)을 분산하는 단계이다. 상기 분산 단계는 서로 다른 크기의 입자를 갖는 다이아몬드 지립(115)을 분산할 수 있으며, 바람직하게는 입도가 큰 다이아몬드 지립(115)이 분산된 후, 입도가 작은 다이아몬드 지립(115)이 분산된다.
이때, 상기 디스펜서(60)에 의해 도포된 결합재에는 하나의 다이아몬드 지립 (115)만 부착되거나, 복수의 다이아몬드 지립(115)이 동시에 부착되는 것도 물론 가능하다.
다음단계는 제거단계이며, 상기 결합재(116)와 접착되지 않은 다이아몬드 지립(115)을 제거한다. 이때, 전술된 바와 같이, 상기 결합재층(118)은 완전히 건조된 상태이고, 소정의 패턴으로 도포된 결합재(116)는 반건조 상태로서, 상기 결합재(116)에 접착된 다이아몬드 지립(115)은 접착력에 의해 쉽게 제거되지 않고, 상기 결합재층(118)에 분산된 다이아몬드 지립(115)만 선택적으로 제거된다.
다음으로 상기 부착단계는 상기 결합재(116)를 소결하여 상기 다이아몬드 지립(115)을 하부의 다이아몬드 가공부(154) 상부에 부착하는 단계로서, 상기 다이아몬드 지립(115)을 결합재(116)와 융착후 전착하여 하부의 다이아몬드 가공부(154)에 부착한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 샹크(52)의 표면에 도포되는 결합재(56)의 도포량이 부족할 경우, 다이아몬드 지립(55)과 샹크(52)와의 결합력이 약하여, 다이아몬드 지립(55)이 탈락될 수 있다.
즉, 상기 결합재(56)는 액상의 상태인 페이스트로서, 상기 디스펜서(60)에 의해 도포된 패턴의 결합재(56)의 중심부가 상측으로 볼록한 형상이며, 상기 결합재(56)의 원주부의 경계가 무너지며 두께가 더욱 낮아지게 된다. 따라서, 상기 결합재(56)는 접착에 충분한 량을 제공하지 못하는 바, 상기 다이아몬드 지립과의 결합력이 약하다. 이를 해결하기 위해 본원발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 결합재(56) 도포단계는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 샹크(52)의 표면에 결합재층 (153)을 형성하는 단계를 더 포함한다.
도 6은 본 발명에 따른 다이아몬드 공구(150) 제조방법이 변형되어 순차적으로 도시된 예시도이다.
즉, 상기 결합재층(153) 형성단계는 디스펜서(160)에 의해 결합재(156)를 디스펜싱하기 전 단계로서, 샹크(152)의 표면에 페이스트 형상의 결합재층(153)을 형성한다. 상기 결합재층(153) 형성단계는 스크린 인쇄법에 의해 샹크(152) 표면에 소정의 두께로 결합재층(153)을 도포하는 단계를 수행하는 단계와, 상기 샹크(152)의 표면에 결합재층(153)이 형성되면, 이를 건조하는 단계를 수행하여 상기 결합재층(153)을 완전히 건조시킨다.
다음 단계인, 도포단계는 완전히 건조된 결합재층(153)의 상부에 소정의 패턴을 이루는 결합재(156)를 도포한다. 이때, 상기 결합재(156)는 액상의 페이스트 형상으로 이루어져 있으며, 디스펜서(160)에 의해 일정한 량으로 도포된다.
다음 단계로는 결합재(156)가 도포된 샹크(152) 상부에 다이아몬드 지립(155)을 분산하는 분산단계이고, 상기 결합재(156)와 접착되지 않은 부분의 다이아몬드 지립(155)을 제거하는 단계가 시행된다. 이때, 상기 결합재층(153)은 완전히 건조된 상태로, 분산된 다이아몬드 지립(155)과의 접착성이 없어 쉽게 제거된다.
다음으로 상기 부착단계는 상기 결합재(156)를 소결하여 상기 다이아몬드 지립(155)과 샹크(152)를 부착하는 단계로서, 전술된 과정을 거쳐 상기 샹크(152)의 결합재(156)에 분산된 다이아몬드 지립(155)이 상기 샹크(152)에 부착되도록, 상기 다이아몬드 지립(155)과 결합재(156)를 상기 샹크(152)에 융착후 전착하여 부착한 다.
이때, 상기 다이아몬드 지립(155)은 결합재(156) 및 결합재층(153)에 의해 상기 샹크(152)와 결합됨으로써, 보다 결합력이 향상된다.
도 7은 본 발명에 따른 복층으로 이루어진 다이아몬드 공구(210)의 제조방법이 변형되어 순차적으로 도시된 예시도로서, 변형된 다이아몬드 공구(210) 제조방법은, 도 7에 도시된 바와 같이, 복층의 다이아몬드 가공부(214)를 갖도록 제조하는 것도 가능하다.
이를 위해, 샹크(152)의 표면에 페이스트 형상의 결합재층(153)을 형성하는 단계를 수행한다. 상기 결합재층(153) 형성단계는 상기 샹크(152)의 표면에 소정의 두께로 페이스트 형상의 결합재(156)를 도포하는 단계와, 상기 도포된 결합재(156)를 건조하는 단계를 포함한다. 이와 같이, 스크린 인쇄법을 이용하여 샹크(152)의 표면에 결합재층(153)이 형성되면, 이를 완전히 건조시킨다.
다음 단계로는, 완전히 건조된 결합재층(153)의 상부에 소정의 패턴을 이루는 결합재(156)를 도포하는 단계이며, 페이스트 형상의 결합재(156)가 디스펜서(160)에 의해 일정한 량으로 도포된다.
이와 같이, 결합재층(153)의 상부에 다이아몬드 지립(155)이 부착될 위치와 대응하는 결합재(156)가 도포되면, 다이아몬드 지립(155)을 분산하는 단계를 수행하고, 제거단계에서 상기 결합재(156)와 접착되지 않은 부분의 다이아몬드 지립(155)을 제거한다.
전술된 과정에 의해 다이아몬드 지립(155)이 결합재(156)에 접착되면, 부착 단계에서 융착후 전착에 의해 다이아몬드 지립(155)을 부착한다.
다음으로, 상기 다이아몬드 지립(155)과 결합재(156)가 부착된 샹크(152)의 상부에 복층의 다이아몬드 지립을 적층하는 일련의 복층 형성 단계를 더 포함한다.
전술된 복층 형성 단계는 상기 다이아몬드 지립(155)과 결합재(156)가 부착된 샹크(152)의 상부에 결합재층(218)을 형성하는 단계를 더 포함한다. 이때, 상기 결합재층(218)은 완전히 건조되며, 이로 인해 후술되는 다이아몬드 지립(155)의 분산시 다이아몬드 지립(155)과의 결합되지 않게 된다.
이와 같이, 상기 결합재층(218)에 의해 샹크(152)와 그 상부에 부착된 다이아몬드 지립(155)이 덮이면, 다이아몬드 지립(155)을 부착하는 일련의 단계를 반복하여 후술되는 다이아몬드 지립(215)을 복수층으로 적층한다.
이와 같은 일련의 단계에 따라, 먼저, 소정의 패턴으로 결합재층(218)의 표면에 페이스트 형상의 결합재(216)를 도포하는 단계를 수행한다. 이때, 상기 결합재(216)는 디스펜서(160)에 의해 도포되며, 부착될 다이아몬드 지립(155)의 패턴 형태 또는 크기에 따라 결합재(216)의 도포량을 조절한다.
다음으로, 분산단계를 수행하며, 상기 분산단계는 소정의 패턴으로 도포된 결합재(216)에 다이아몬드 지립(215)이 접착되도록 다이아몬드 지립(215)을 분산하는 단계이다. 상기 분산 단계는 서로 다른 크기의 입자를 갖는 다이아몬드 지립(215)을 분산할 수 있으며, 바람직하게는 입도가 큰 다이아몬드 지립(215)이 분산된 후, 입도가 작은 다이아몬드 지립(215)이 분산된다.
다음단계는 제거단계이며, 상기 결합재(216)와 접착되지 않은 다이아몬드 지 립(215)을 제거한다. 이때, 전술된 바와 같이, 상기 결합재층(218)은 완전히 건조된 상태이고, 소정의 패턴으로 도포된 결합재(216)는 반건조 상태로서, 상기 결합재(216)에 접착된 다이아몬드 지립(215)은 접착력에 의해 쉽게 제거되지 않고, 상기 결합재층(218)에 분산된 다이아몬드 지립(215)만 선택적으로 제거된다.
다음으로 상기 부착단계는 상기 결합재(216)를 소결하여 상기 다이아몬드 지립(215)과 샹크(152)를 부착하는 단계로서, 전술된 과정을 거쳐 상기 샹크(152)의 결합재(216)에 분산된 다이아몬드 지립(215)이 상기 샹크(152)에 부착되도록, 상기 다이아몬드 지립(215)과 결합재(216)를 상기 샹크(152)에 융착후 전착하여 부착한다.
한편, 상기 샹크(152)의 표면에 결합재층(218)이 도포되지 않은 상태에서 상기 디스펜서(160)에 의해 결합되는 결합재(216)는 다이아몬드 지립(215)과 샹크(152)와의 결합력이 약하여, 상기 디아아몬드 지립(215)이 반도체분야의 가공과 같이 정밀한 분야에서도 쉽게 다이아몬드 지립(215)이 탈락되지 않게 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 다이아몬드 공구 제조방법 및 이를 이용한 다이아몬드 공구를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 다이아몬드 공구 및 그 제조방법은 규칙적으로 도포되는 결합재에 의해 다이아몬드 지립이 부착되므로, 규칙성있는 패턴의 형성이 가능하고, 다이아몬드 지립 사이의 거리를 자유자재로 조절할 수 있으며, 이에 따라 피삭재의 연마 찌꺼기 등이 쉽게 배출되며 냉각효과가 좋은 특성이 있다. 또한, 본 발명에 따른 다이아몬드 공구는 분포될 다이아몬드 지립의 입도 크기에 대응하게 상기 디스펜서에 의해 결합재를 도포할 수 있어, 지립의 입도 크기에 무관하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다이아몬드 공구는 다이아몬드 지립이 결합재에 분산된 후, 소결에 의해 부착되므로 결합강도가 향상된다. 뿐만 아니라, 하나의 패턴을 이루는 결합재에 복수의 다이아몬드 지립이 부착되도록 할 수 있어, 다이아몬드 공구에 부착되는 다이아몬드 지립의 크기와 배열 등을 더욱 다양하게 할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 다이아몬드 공구는 다이아몬드 지립이 복수의 층으로 형성될 수 있어, 사용 수명이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 상기 결합재는 상기 디스펜서에 의해 정량 공급되므로, 상기 결합재가 낭비되지 않을 뿐만 아니라, 상기 다이아몬드 지립과 접촉되는 이외의 부분에는 결합재가 도포되지 않을 수 있으므로, 결합재의 사용량을 획기적으로 절감할 수 있고, 생산비를 절감할 수 있다.
또한, 상기 디스펜서는 하나의 노즐 또는 복수개의 노즐로 이루어질 수 있어, 하나의 노즐 또는 복수개의 노즐에서 결합재가 선택적으로 공급되도록 전체 또는 개별적인 제어가 가능하므로, 더욱 신속하고 정확한 작업이 가능하게 되며, 따라서 제품의 신뢰성은 물론이고 제품의 생산성이 더욱 향상되는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 샹크에 복수개의 지립을 부착하여 다이아몬드 공구를 제조하는 방법에 있어서,
    샹크의 표면에 적어도 하나의 다이아몬드 지립이 부착될 위치와 대응되는 패턴으로 접착력을 갖는 결합재를 도포하는 단계와,
    다이아몬드 지립이 상기 결합재에 접착되도록 상기 샹크의 상부에 다이아몬드 지립을 분산하는 단계와,
    상기 결합재와 접착되지 않은 다이아몬드 지립을 제거하는 단계와,
    상기 결합재를 소결하여 상기 다이아몬드 지립과 상기 샹크를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합재 도포단계에서 도포되는 결합재는 디스펜서에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 디스펜서는 적어도 하나의 노즐을 포함하며, 상기 디스펜서는 적어도 하나의 노즐에서 결합재가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합재 도포단계에서 상기 패턴은 프로그래밍된 패턴에 따라 도포되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이아몬드 지립 분산단계에서 분산되는 다이아몬드 지립은 입도크기를 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이아몬드 지립은 천연 또는 인조 다이아몬드, 입방정질화붕소(c-BN, cubic boron nitride), 탄화규소(SiC), 탄화티타늄(TiC), 알루미나(Al2O3), 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합재 도포단계는 상기 샹크의 표면에 결합재층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 결합재층 형성 단계는 상기 샹크의 표면에 소정의 두께로 페이스트 형상의 결합재층을 형성하는 단계와,
    상기 형성된 결합재층을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이아몬드 지립과 결합재가 부착된 샹크의 상부에 다이아몬드 지립을 부착하는 일련의 복층 형성 단계를 더 포함하고,
    상기 복층 형성 단계는 상기 다이아몬드 지립과 결합재가 부착된 샹크의 상부에 결합재층을 형성하는 단계와, 소정의 패턴으로 결합재층의 표면에 페이스트 형상의 결합재를 도포하는 단계와, 결합재가 도포된 결합재층의 상부에 다이아몬드 지립을 분산하는 단계와, 상기 결합재와 접착되지 않은 다이아몬드 지립을 제거하는 단계와, 결합재를 소결하여 상기 다이아몬드 지립과 샹크를 부착하는 단계를 포함하는 일련의 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 결합재층 형성 단계는 상기 다이아몬드 지립과 결합재가 부착된 샹크의 표면에 소정의 두께로 페이스트 형상의 결합재를 도포하는 단계와,
    상기 도포된 결합재를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구 제조방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 다이아몬드 공구 제조방법으로 제조된 가공부를 포함하는 다이아몬드 공구.
  13. 청구항 8에 따른 다이아몬드 공구 제조방법으로 제조된 가공부를 포함하는 다이아몬드 공구.
  14. 청구항 10에 따른 다이아몬드 공구 제조방법으로 제조된 가공부를 포함하는 다이아몬드 공구.
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