KR101255615B1 - 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법 및 제조된 세그먼트를 구비한 다이아몬드 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축용이나 산업용 등의 각종 다이아몬드 공구에 사용될 수 있는 세그먼트를 제조하는 방법 및 제조된 세그먼트를 갖는 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 우수한 연마성능 및 긴 수명을 갖는 다이아몬드 공구용 세그먼트를 제조하는 방법 및 다이아몬드 공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 다이아몬드 입자들, 메트릭스재 및 바인더를 사용하여 가압성형 및 소결하여 다이아몬드 입자들 및 메트릭스재를 포함하는 다이아몬드 공구용 세그먼트를 제조하는 방법에 있어서, 회전하면서 움직이는 다이아몬드 입자들과 움직이고 있는 메트릭스재, 바인더 및 용제가 충돌하도록 하여 그 충돌에 의해 상기 다이아몬드 입자들의 표면에 상기 메트릭스재 및 바인더를 목적하는 두께가 될 때까지 코팅하는 단계; 및 상기와 같이 메트릭스재 및 바인더가 코팅된 다이아몬드 입자들을 몰드 내에 충전시켜 가압성형한 후, 소결하는 단계를 포함하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법 및 제조된 세그먼트를 갖는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 우수한 연마성능 및 긴 수명을 갖는 다이아몬드 공구용 세그먼트 및 이 세그먼트를 포함하는 다이아몬드 공구를 제공할 수 있다.

다이아몬드, 공구, 세그먼트, 메트릭스재, 바인더, 코팅

Description

다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법 및 제조된 세그먼트를 구비한 다이아몬드 공구{Method for Manufacturing a Segment for Diamond Tool and a Diamond Tool Having the Segment}

본 발명은 건축용이나 산업용 등의 각종 다이아몬드 공구에 사용될 수 있는 세그먼트를 제조하는 방법 및 이렇게 제조된 다이아몬드 공구용 세그먼트를 갖는 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이아몬드 입자들과 메트릭스재 및 바인더의 충돌에 의해 상기 메트릭스재 및 바인더가 코팅된 다이아몬드 입자들을 이용하여 다이아몬드 공구용 세그먼트를 제조하는 방법 및 이렇게 제조된 다이아몬드 공구용 세그먼트를 갖는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.

통상, 다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 세그먼트와 이 세그먼트가 고정되어 있는 샹크를 포함한다.

상기 세그먼트는 피삭재를 연마하는 다이아몬드 입자와 이 다이아몬드 입자를 유지해 주는 메트릭스재를 포함한다.

상기 세그먼트는 통상적으로, 다이아몬드 입자를 메트릭스재 및 바인더 등과 혼합, 성형 및 소결하여 제작되며, 바인더는 소결과정에서 제거된다.

그러나, 상기한 통상적인 제조방법에 따라 다이아몬드 공구를 제조하는 경우에는 절삭 혹은 연마하는데 중요한 역할을 하는 다이아몬드 입자가 세그먼트 내 혹은 각각의 세그먼트 간에 불규칙하게 분포하게 되고, 이는 절삭 불량 및 버닝, 불균일한 마모 등을 가져올 수 있다.

또한, 각각의 다이아몬드 입자의 불규칙 분포는 피삭재를 절삭 혹은 연삭시 각각의 다이아몬드 입자의 작업효율을 떨어뜨리게 되고, 이는 절삭성 감소 및 수명 감소를 야기시키게 된다.

본 발명은 다이아몬드 입자들과 메트릭스재 및 바인더의 충돌에 의해 상기 메트릭스재 및 바인더가 코팅된 다이아몬드 입자들을 제조하고 이를 이용함으로써 우수한 연마성능 및 긴 수명을 갖는 다이아몬드 공구용 세그먼트를 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 우수한 연마성능 및 긴 수명을 갖는 다이아몬드 공구용 세그먼트를 갖는 다이아몬드 공구를 제공하고자 하는데 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 다이아몬드 입자들, 메트릭스재 및 바인더를 사용하여 가압성형 및 소결하여 다이아몬드 입자들 및 메트릭스재를 포함하는 다이아몬드 공구용 세그먼트를 제조하는 방법에 있어서,

상기 다이아몬드 입자들을 회전하면서 움직이도록 하는 단계;

상기 회전하면서 움직이는 다이아몬드 입자들과 움직이고 있는 메트릭스재, 바인더 및 용제가 충돌하도록 하여 그 충돌에 의해 상기 다이아몬드 입자들의 표면에 상기 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 단계;

상기 메트릭스재 및 바인더의 코팅층의 두께가 목적하는 두께에 도달할 때까지 다이아몬드 입자들과 상기 메트릭스재, 바인더 및 용제의 충돌을 연속적으로 수행하는 단계; 및

상기와 같이 메트릭스재 및 바인더가 목적하는 두께로 코팅된 다이아몬드 입자(이하, '그래뉼'이라 칭함)들을 몰드 내에 충전시켜 가압성형한 후, 소결하는 단계를 포함하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법에 의하여 제조된 세그먼트를 포함하는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 우수한 연마성능 및 긴 수명을 갖는 다이아몬드 공구용 세그먼트 및 이 세그먼트를 포함하는 다이아몬드 공구를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 피삭재를 연마하는 다이아몬드 입자와 이 다이아몬드 입자를 유지해 주는 메트릭스재를 포함하는 다이아몬드 공구용 세그먼트를 소결방법에 의해 제조하는 방법에 적용되는 것이다.

여기서, '연마'는 단순히 연마뿐만 아니라 절삭, 천공, 연삭 등도 포함하는 포괄적인 의미를 갖는 것이다.

또한, 여기서, 다이아몬드 입자는 다이아몬드 입자 이외의 연마입자, 예를 들면 CBN등도 포함한다.

본 발명에 따라 다이아몬드 공구용 세그먼트를 제조하기 위해서는 먼저 성형에 앞서 다이아몬드 입자에 메트릭스재를 코팅시키는 것이 필요하다.

본 발명에 따르는 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더의 코팅은 상기 다이아몬드 입자들을 회전하면서 움직이도록 하고, 이렇게 회전하면서 움직이는 다이아몬드 입자들과 움직이고 있는 메트릭스재 및 바인더가 충돌하도록 하여 그 충돌에 의해 상기 다이아몬드 입자들의 표면에 상기 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 방식으로 이루어진다.

상기 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더의 코팅은 상기 메트릭스재 및 바인더의 코팅층의 두께가 목적하는 두께에 도달할 때까지 행해지며, 이는 상기 메트릭스재 및 바인더의 코팅층의 두께가 목적하는 두께에 도달할 때까지 다이아몬드 입자들과 상기 메트릭스재 및 바인더의 충돌을 연속적으로 수행함으로써 달성된다.

상기와 같이, 다이아몬드 입자들을 회전하면서 움직이도록 한 이유는 메트릭스재가 보다 균일하게 다이아몬드 입자들에 코팅되도록 하기 위함이다.

또한, 다이아몬드 입자들과 메트릭스재가 움직이는 조건에서 메트릭스재를 다이아몬드 입자들에 코팅되도록 한 것은 충돌에너지를 보다 크게 하여 다이아몬드 입자와 메트릭스재의 결합력을 보다 증대시키기 위함이다.

상기와 같이 코팅된 그래뉼들을 몰드 내에 충전시켜 가압성형한 후, 소결함으로써 본 발명의 다이아몬드 공구용 세그먼트가 제조된다.

본 발명에서 사용되는 메트릭스재는 특별히 한정되는 것은 아니며, 다이아몬 드 공구에 통상 사용되는 것이라면, 어느 것이나 사용가능하며, 예를 들면, 금속 분말, 합금체, 세라믹 및 고분자 화합물이나 이들의 혼합물을 들 수 있다.

상기 메트릭스재는 분말상이나 슬러리일 수 있으며, 분말상인 경우에는 그 크기는 다이아몬드 입자 크기의 30%이하가 바람직하다.

상기 바인더는 특별히 한정되는 것은 아니며, 다이아몬드 공구에 통상 사용되는 것이라면, 어느 것이나 사용가능하며, 예를 들면, 파라핀 계열, 아크릴계열, 셀롤로스계열, EVA, ABS수지등 열가소성수지계열의 바인더를 들 수 있다

상기 용제로는 휘발성이 우수한 것이 바람직하며, 그 예로는 벤젠계열, 글리세린, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트, 케로신, 헥산, 펩탄, 셀롤로오스 아세테이트등의 비극성 용제와 극성용제 모두를 사용할 수 있으며, 이는 바인더로 사용되는 수지계열을 용해할 수 있는 탄화수소이다.

본 발명에서 바인더의 함량은 메트릭스재 대하여 3~10%, 용제의 함량은 메트릭스재에 대하여 30~60%가 바람직하다.

바인더와 용제의 양이 메트릭스에 대하여 너무 많은 경우에는 다이아몬드 입자끼리 뭉쳐버리게 될 우려가 있다.

다이아몬드 입자의 크기가 작으면 작을수록 용제 및 바인더의 양은 적어져야 한다.

이하, 본 발명에 따라 다이아몬드 입자들에 메트릭스재를 코팅하는 방법의 예들에 대하여 설명한다.

다이아몬드 입자들에 메트릭스재를 코팅하는 방법의 일례에서는 도 1 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 깔대기 형상의 용기(11,21,31,41)를 사용하여 용기의 하부에서 공기를 불어주어 다이아몬드 입자(1)들을 부양시키고 부양된 다이아몬드 입자(1)들은 중력에 의해 용기 내벽과 출동한 후 그 내벽을 따라 하부로 이동하고, 하부로 이동된 다이아몬드 입자(1)들은 다시 공기에 의해 부양하는 과정을 반복하게 되며, 이때 다이아몬드 입자들은 회전(자전)을 하게 된다.

도 1 내지 도 2에서, 다이아몬드 입자의 부양은 다이아몬드 입자의 크기보다 작은 관통공이 다수개 형성되어 있는 공기분배판(13)(23)을 용기의 하부에 구비하여 공기를 용기의 하부에서 이 공기분배판(13)(23)을 통해 용기의 상부로 공급함으로써 이루어지며, 도 2에서는 다이아몬드 입자가 용기의 중앙부에 모이는 것을 줄이기 위하여 공기분배판(23)의 중앙부에 원통(24)이 구비되어 있다.

또한, 도 3 및 도 4에서 다이아몬드 입자의 부양은 경사져서 회전가능하게 설치된 회전테이블(33)(43)과 용기내벽사이의 갭(G)을 통해 공기를 공급함으로써 이루어지고, 상기 회전테이블(33)(43)의 중앙부에는 다이아몬드 입자가 용기의 중앙부에 모이는 것을 줄이기 위하여 그 중앙부에 원뿔(331)(431)이 구비되어 있고, 또한, 도 4에서는 회전테이블(43)과 용기내벽사이의 갭(G)을 통해 공급되는 공기를 유도시키기 위하여 회전테이블(43)의 표면에 공기유도부(432)가 형성되어 있다.

도 3 및 도 4에서는 다이아몬드 입자(1)들이 경사각을 갖고 회전하는 회전테이블(33)(43)상에서 회전하는 회전운동과 공기에 의한 부양 및 중력에 의한 낙하운동을 하게 된다.

도 3 및 도 4에서는 회전테이블(43)과 용기내벽사이의 갭(G)의 크기는 코팅 하고자 하는 다이아몬드 입자의 크기보다 작게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 부양 및 낙하(충돌)를 반복하고 있는 다이아몬드 입자들에 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 방법으로는 도 1 내지 도 4에 나타난 바와 같이 메트릭스재, 바인더 및 용제를 혼합한 슬러리를 용기의 상부 또는 하부에 설치된 슬러리 공급용 노즐(12)(22)(32)(42)을 통해 공급하여 다이아몬드 입자들에 충돌시키는 것을 반복함으로써 메트릭스재 및 바인더를 다이아몬드 입자들에 목적하는 두께로 코팅하는 방법을 들 수 있다.

상기와 같이, 슬러리 형태로 메트릭스재를 공급하는 경우에는 다이아몬드 입자 크기의 30%이하의 입자로 분사되도록 오리피스를 장착하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 부양과 낙하(충돌)를 반복하고 있는 다이아몬드 입자들에 분말형태의 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 방법으로는 도 1 내지 도 4에 바인더 공급노즐 및 메트릭스재 공급노즐(도시되어 있지 않음)을 별도로 설치하여 바인더를 용제에 용해한 후 이것을 바인더 공급노즐을 통해 다이아몬드 입자들에 충돌시켜 부착시킨 후에, 메트릭스재 공급노즐을 통해 분말형태의 메트릭스재를 다이아몬드 입자들에 충돌시키는 것을 반복함으로써 분말형태의 메트릭스재 및 바인더를 다이아몬드 입자들에 목적하는 두께로 코팅하는 방법을 들 수 있다.

상기 분말형태의 메트릭스재와 바인더를 분리하여 공급하는 경우에는 분말형태의 메트릭스재가 뭉쳐서 투입되거나 비산하지 않도록 노즐내의 캐리어가스의 압력, 예를 들면 캐리어가스로서 공기를 사용하는 경우 공기압을 적절하게 유지해 주는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 방법은 메트릭스재, 바인더 및 용제를 혼합한 슬러리를 다이아몬드 입자에 코팅하는 경우에 바람직하게 적용될 수 있고, 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 방법은 바인더를 용제에 용해한 후 이것을 다이아몬드 입자들에 부착시킨 후에 분말형태의 메트릭스재를 다이아몬드 입자들에 코팅하는 경우에도 바람직하게 적용될 수 있다.

상기 코팅공정은 용제가 휘발 될 수 있는 온도에서 행하는 것이 바람직하다.

용제의 종류 즉, 용제의 휘발성에 따라 다르지만, 코팅온도는 20∼60℃로 유지하는 것이 바람직하며, 이는 온도가 너무 높으면 용제가 짧은 시간에 휘발되어 바인더 및 메트릭스재가 다이아몬드 입자에 붙지 않는 경우가 많아지게 되고, 온도가 너무 낮으면 용제가 휘발되지 않고 잔류하게 되어 성형시 성형성을 떨어뜨리게 되고, 다이아몬드 입자끼리 엉켜 큰 덩어리를 형성할 우려가 있기 때문이다.

코팅온도를 상온 보다 높게 유지하는 경우에는 예를 들면 코팅시 열풍을 불어주는 방법 등을 사용할 수 있다.

상기와 같이 메트릭스재 및 바인더를 다이아몬드 입자들에 코팅하는 경우에는 다이아몬드 입자들이 뭉쳐지지 않으면서 메트릭스재 및 바인더가 골고루 코팅될 수 있다.

상기와 같이 코팅한 그래뉼을 몰드 내에 충전시켜 가압성형한 후, 소결함으로써 세그먼트가 제조된다.

상기 성형 및 소결은 특별히 한정되는 것은 아니며, 다이아몬드 공구용 세그먼트 제조시 사용되는 통상적인 조건으로 행하면 된다.

본 발명에 따라 코팅한 그래뉼을 사용하는 경우에는 다이아몬드 입자들의 분포를 균일하게 할 수 있다.

즉, 다이아몬드 입자들은 그래뉼의 직경만큼의 거리를 두고 균일하게 분포된다.

또한, 본 발명에 따라 코팅한 그래뉼을 사용하는 경우에는 다이아몬드 입자들의 분포를 제어할 수 있다.

예를 들면, 그래뉼의 코팅층의 두께를 얇게 하는 경우에는 다이아몬드 입자들 사이의 간격이 좁아지고, 그래뉼의 코팅층의 두께를 두껍게 하는 경우에는 다이아몬드 입자들 사이의 간격이 넓어지게 된다.

또한, 코팅층의 두께가 다른 그래뉼을 사용하는 경우에는 세그먼트의 각 부위에서의 다이아몬드 입자의 집중도를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 그래뉼를 이용하는 경우에는 통상적인 방법을 크게 벗어나지 않고 세그먼트를 제조할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따라 제작된 세그먼트를 갖는 다이아몬드 공구는 각각의 세그먼트 또는 세그먼트내의 다이아몬드 입자의 편차를 최소화하고 또한 일정한 규칙성을 가짐으로써 작업 면적당 각 다이아몬드 입자의 작업효율을 극대화할 수 있어 다이아몬드 공구의 절삭성능 및 수명 증가를 꾀할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 방법의 일례를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명에 따라 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 방법의 다른 예를 나타내는 개략도

도 3은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 개략도

도 4는 본 발명에 따라 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 다이아몬드 입자 11, 21, 31, 41 . . . 용기

12, 22, 32, 42 . . . 슬러리 공급용 노즐

13, 23 . . . 공기분배판 33, 43 . . . 회전테이블

24 . . . 원통 331, 431 . . . 원뿔

432 . . . 공기유도부 G . . . 회전테이블과 용기내벽사이의 갭

Claims (14)

1. 다이아몬드 입자들, 메트릭스재 및 바인더를 사용하여 가압성형 및 소결하여 다이아몬드 입자들 및 메트릭스재를 포함하는 다이아몬드 공구용 세그먼트를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 다이아몬드 입자들을 회전하면서 움직이도록 하는 단계;

   상기 회전하면서 움직이는 다이아몬드 입자들과 움직이고 있는 메트릭스재, 바인더 및 용제가 충돌하도록 하여 그 충돌에 의해 상기 다이아몬드 입자들의 표면에 상기 메트릭스재 및 바인더를 코팅하는 단계;

   상기 메트릭스재 및 바인더의 코팅층의 두께가 목적하는 두께에 도달할 때까지 다이아몬드 입자들과 상기 메트릭스재, 바인더 및 용제의 충돌을 연속적으로 수행하는 단계; 및

   상기와 같이 메트릭스재 및 바인더가 목적하는 두께로 코팅된 다이아몬드 입자들을 몰드 내에 충전시켜 가압성형한 후, 소결하는 단계를 포함하고, 상기 바인더의 함량은 메트릭스재 대하여 3~10%, 용제의 함량은 메트릭스재에 대하여 30~60%인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자들을 회전하면서 움직이도록 하는 단계가 깔대기 형상의 용기를 사용하여 용기의 하부에서 공기를 불어주어 다이아몬드 입자들을 부양시키고 부양된 다이아몬드 입자들은 중력에 의해 용기 내벽과 출동한 후 그 내벽을 따라 하부로 이동하고, 하부로 이동된 다이아몬드 입자들은 다시 공 기에 의해 부양하는 과정을 반복하는 방식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자의 부양은 다이아몬드 입자의 크기보다 작은 관통공이 다수개 형성되어 있는 공기분배판을 용기의 하부에 구비하여 공기를 용기의 하부에서 이 공기분배판을 통해 용기의 상부로 공급함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 공기분배판의 중앙부에는 다이아몬드 입자가 용기의 중앙부에 모이는 것을 줄이기 위한 원통이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자의 부양은 경사져서 회전가능하게 설치된 회전테이블과 용기내벽사이의 갭을 통해 공기를 공급함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 회전테이블의 중앙부에는 다이아몬드 입자가 용기의 중앙부에 모이는 것을 줄이기 위한 원뿔이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 회전테이블의 표면에는 회전테이블과 용기내벽사이의 갭을 통해 공급되는 공기를 유도시키기 위한 공기유도부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
8. 제1항에서 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더의 코팅이 메트릭스재, 바인더 및 용제를 혼합한 슬러리를 다이아몬드 입자들에 충돌시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
9. 제1항에서 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드 입자들의 표면에 메트릭스재 및 바인더의 코팅이 바인더를 용제에 용해한 후 이것을 다이아몬드 입자들에 충돌시켜 부착시킨 후에, 분말형태의 메트릭스재를 다이아몬드 입자들에 충돌시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구용 세그먼트의 제조방법.
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