KR101410270B1 - 절삭면 구분 표시를 갖는 다결정 다이아몬드 소결체 - Google Patents
절삭면 구분 표시를 갖는 다결정 다이아몬드 소결체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 다이아몬드 소결체의 절삭면 구분 표시를 갖는 절삭 공구에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체는 외주면 상에 구분 표시가 표시되는 초경층; 상기 초경층 상에 형성되는 다결정 다이아몬드층; 및 상기 다결정 다이아몬드층 내 구비되고 상기 다결정 다이아몬드층 보다 높은 인성을 갖는 인성부;를 포함하고, 상기 구분 표시는 표시된 위치에 대응하는 상기 다결정 다이아몬드층이 절삭 가능한 면인지의 여부를 나타낸다.
본 발명에 따르면 절삭 작업을 위하여 인성부를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체를 이용하는 경우 인성부와 타부분의 구별이 외형상 어려운 경우에도 절삭부분을 용이하게 구분하여 절삭 공구에 장착이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면 절삭 작업을 위하여 인성부를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체를 이용하는 경우 인성부와 타부분의 구별이 외형상 어려운 경우에도 절삭부분을 용이하게 구분하여 절삭 공구에 장착이 가능한 효과가 있다.
Description
본 발명은 다이아몬드 소결체의 절삭면 구분 표시를 갖는 절삭 공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭부의 구분을 용이하게 하는 구조를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결층을 이용한 절삭공구에 관한 것이다.
금속/목공 절삭 가공 등에는 다양한 절삭 공구가 이용된다. 특히 석유, 가스 시추 분야에서는 지반을 절삭 및 굴착하여야 하므로 내마모성이 최대한 보장될 수 있는 시굴, 굴착 장비가 이용된다.
이러한 장비의 말단에는 도 1에 도시된 바와 같은 절삭 공구(1)가 구비된다. 절삭 공구(1)의 단부에는 다이아몬드 소결체(2)를 이용하여 지반과의 마찰에도 불구하고 내마모성이 충분히 보장될 수 있도록 하는 것이 일반적이다.
도 2에 일반적인 다이아몬드 소결체(2)를 모습을 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 다이아몬드 소결체는 초경층(4) 상에 다이아몬드 분말을 이용하여 소결된 다결정 다이아몬드층(3)이 형성된다. 초경층(4)은 다결정 다이아몬드층(3)이 부착된 상태에서 다이아몬드 소결체(2)가 다양한 공구 등에 부착가능하도록 지지하는 기능을 한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 각종 절삭 과정에서 다이아몬드 소결체가 파손되는 경우가 발생한다. 다이아몬드 소결체는 내마모성은 기존 초경소재보다 10배이상 높지만 내충격성은 상대적으로 적은 특성을 갖고 있어, 강한 암반을 시추하는 경우 파손이 빈번히 발생한다.
이 때 다이아몬드 소결체는 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 파손 상태를 나타낸다. 도 4a에 도시된 다이아몬드 소결체는 다결정 다이아몬드층의 일부에 크랙이 발생한 경우이고, 도 4b와 도 4c에 도시된 다이아몬드 소결체는 다결정 다이아몬드층의 상당 부분뿐 아니라 초경층에 이르기까지 크랙이 발생한 경우이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 다이아몬드 소결체의 파손이 적은 경우에는 공구에 부착된 다이아몬드 소결체를 방향을 바꾸어 재부착함으로써 반대편 절삭면을 사용할 수 있으나, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 크랙이 진행된 상태에서는 재사용이 불가능하다.
특히 충격에 약한 다이아몬드 소재의 특성상 강한 암반을 절삭시 파손이 쉽게 발생하며 크랙이 한번 발생한 경우에는 크랙전이가 쉽게되어 전체 다이아몬드층이 파손되는 경우가 많다. 다결정 다이아몬드 소결체(PDC)의 파손이 적을 경우 반대편 절삭면을 사용할 수 있도록 재사용이 가능하므로 크랙의 전이를 방지하는 기술에 대한 필요성이 대두된다.
본 발명은 절삭 과정에서 발생하는 크랙이 전이되는 것을 방지함과 동시에 발생한 크랙을 피하여 재사용을 하기 위하여 크랙 전이 방지 구조의 구분을 용이하게 하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제공한다.
본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체는 외주면 상에 구분 표시가 표시되는 초경층; 상기 초경층 상에 형성되는 다결정 다이아몬드층; 및 상기 다결정 다이아몬드층 내 구비되고 상기 다결정 다이아몬드층 보다 높은 인성을 갖는 인성부;를 포함하고, 상기 구분 표시는 표시된 위치에 대응하는 상기 다결정 다이아몬드층이 절삭 가능한 면인지의 여부를 나타낸다.
또한 상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 상대적으로 더 많은 바인더를 포함하는 재질 및 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 상대적으로 큰 입자 크기를 갖는 재질 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
나아가 상기 인성부는 바인더로서 코발트(Co)를 포함할 수 있다.
또한 상기 구분 표시는 양각 또는 음각의 형태로 표시될 수 있다.
또한 상기 구분 표시는 상기 초경층을 기계적 절삭, 레이저 가공 및 다이아몬드 소결체 삽입 중 어느 하나의 방법으로 표시될 수 있다.
또한 상기 구분 표시는 상기 다결정 다이아몬드층의 측면 외주면 상으로 상기 인성부가 노출되는 위치에 인접하도록 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
나아가 상기 구분 표시는 상기 노출된 인성부 각각의 노출 범위 양단부에 각각 형성되어, 상기 노출된 인성부의 노출범위를 표시할 수 있다.
또한 상기 구분 표시는 상기 노출된 인성부 각각의 노출 범위를 따라 표시되어, 상기 노출된 인성부의 노출범위를 표시할 수 있다.
또한 상기 구분 표시는 상기 다결정 다이아몬드층의 측면 외주면 상으로 상기 인성부가 노출된 위치 이외의 부분인 절삭면에 인접하도록 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
나아가 상기 구분 표시는 상기 절삭면의 범위 양단부에 각각 형성되어 상기 절삭면의 범위를 표시할 수 있다.
또한 상기 구분 표시는 상기 절삭면의 범위를 따라 표시되어 상기 절삭면의 범위를 표시할 수 있다.
한편, 상기 구분 표시는 방향성을 나타내는 기호로 표시될 수 있다.
본 발명에 따르면 절삭 작업을 위하여 인성부를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체를 이용하는 경우 인성부와 타부분의 구별이 외형상 어려운 경우에도 절삭부분을 용이하게 구분하여 절삭 공구에 장착이 가능한 효과가 있다.
도 1은 다결정 다이아몬드 소결체를 이용한 절삭공구의 모습을 나타내는 개략도이다.
도 2는 일반적인 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 다결정 다이아몬드 소결체를 이용한 절삭공구가 절삭 중 파손된 모습을 나타내는 사진이다.
도 4는 다결정 다이아몬드 소결체의 파손정도를 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 6은 도 5의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 8은 도 7의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 10은 도 9의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 12는 도 11의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 13 내지 도 15는 각각 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 17 내지 도 19는 다른 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 20 내지 도 22는 다른 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 2는 일반적인 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 다결정 다이아몬드 소결체를 이용한 절삭공구가 절삭 중 파손된 모습을 나타내는 사진이다.
도 4는 다결정 다이아몬드 소결체의 파손정도를 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 6은 도 5의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 8은 도 7의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 10은 도 9의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 12는 도 11의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 13 내지 도 15는 각각 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 17 내지 도 19는 다른 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 20 내지 도 22는 다른 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 6은 도 5의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
앞서 설명한 바와 같이 다결정 다이아몬드 소결체(10)는 기저에 초경층(11)을 구비한다. 초경층(11)은 다결정 다이아몬드층(12)을 지지하고 있으며, 절삭 공구에 고정되기 위한 지지층으로서 기능한다.
초경층(11)의 상단에는 다결정 다이아몬드층(12)이 구비된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 내마모성이 높아 절삭 작업 중 모서리를 이용하여 절삭 작업을 직접적으로 수행하게 된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 다이아몬드 분말을 이용하여 형성된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 초경층(11) 상에 코발트와 같은 금속 바인더를 이용하여 다이아몬드 분말을 소결함으로써 형성될 수 있다.
한편, 다결정 다이아몬드층(12)의 내측에는 인성부(13)이 구비된다. 인성부(12)은 다결정 다이아몬드층(12)에 비하여 더 높은 인성을 갖도록 형성된다. 다결정 다이아몬드층(12)은 내마모성이 매우 높으나 취성이 있어 외부 충격에 의하여 크랙이 발생할 수 있는 우려가 있다. 인성부(13)는 다결정 다이아몬드층(12)의 일부로부터 발생한 크랙이 인성부(13) 너머의 타 다결정 다이아몬드층(12)으로 전이되는 것을 방지한다. 즉, 다결정 다이아몬드층(12)에 비하여 상대적으로 높은 인성을 갖는 인성부(13)가 다결정 다이아몬드층(12) 내에 구비됨으로써 크랙이 발생한 경우에도 국부적인 영역만 파손되고, 해당 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 막는다. 결과적으로 크랙 발생 후에도 타부분을 절삭 방향으로 돌림으로써 다결정 다이아몬드 소결체를 절삭 공구에 재설치 및 재사용할 수 있다.
인성부(113)는 인성면에서 특징이 있기 때문에 다양한 재질, 성분 및 물성을 통하여 구현할 수 있다.
첫?, 인성부는 다결정 다이아몬드층에 비하여 금속 바인더 함량을 증가시킴으로서 구현할 수 있다. 금속은 다이아몬드에 비하여 인성이 높기 때문에 바인더로서 포함되는 코발트(Co) 등의 함량을 부분적으로 높임으로써 다결정 다이아몬드층 내에 인성부를 형성할 수 있다. 코발트를 금속 바인더로 이용하는 경우 인성부는 다결정 다이아몬드층에 함유되는 코발트에 비하여 1 내지 20 Vol.% 함량을 더 증가시킴으로써 구현할 수 있다. 이 때 1Vol.% 보다 적은 코발트가 더 함유되는 경우에는 인성부가 다결정 다이아몬드층에 비하여 인성이 증가되는 충분한 효과를 얻을 수 없으며, 함량이 20Vol.% 이상 더 함유되는 경우에는 과량의 금속 바인더가 함유됨으로써 제품의 품질을 보장할 수 없게 된다. 결론적으로 코발트가 더 함유된 인성부는 다결정 다이아몬드층에 비하여 상대적으로 높은 인성을 갖게 된다.
둘째 인성부는 다결정 다이아몬드층을 형성하기 위하여 이용되는 다이아몬드 분말에 비하여 입자의 크기가 큰 다이아몬드 분말을 이용하여 형성할 수 있다. 일반적으로 소결체에 있어서 입자의 크기가 크면 내마모성은 떨어지는 대신 내충격성이 증가한다. 인성부를 형성하기 위하여 다결정 다이아몬드층의 형성에 이용되는 다이아몬드 분말의 입자 크기보다 큰 분말을 이용할 수 있다.
예를 들어 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 다이아몬드 입자의 크기를 50% 내지 300% 증가시킬 수 있다.
셋째 인성부에 텅스텐나 텅스텐 카바이드와 같이 절삭 공구로서의 물성을 유지하면서도 인성을 높여줄 수 있는 성분을 첨가할 수 있다. 인성부에는 다결정 다이아몬드층의 전체 조성을 기준으로 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드가 1 내지 50 Vol.% 첨가되는 것이 바람직하다. 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드가 1Vol.% 미만으로 첨가되는 경우 원하는 정도의 인성이 증가되는 효과를 얻을 수 없으며, 50Vol.% 초과하여 첨가되는 경우에는 다이아몬드 소결체를 이용함으로써 얻고자 하는 내마모성을 충분히 얻을 수 없게 됨으로써 지반 및 암반 등에 적합한 절삭 공구로서 이용가치가 떨어지게 된다.
마지막으로 인성부는 초경층과 같은 초경 재질로 형성될 수 있다. 즉, 인성부는 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성될 수 있다.
한편, 인성부(13)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 다결정 다이아몬드층(12)을 가로지르도록 구비될 수 있다.즉, 인성부(13)는 다결정 다이아몬드층(12)을 둘 이상의 절삭 가능한 부분으로 구획하도록 구비될 수 있다. 즉, 인성부(13)는 바(bar) 형상으로 형성되어 다결정 다이아몬드층(12)을 둘 이상의 영역으로 구획할 수 있다. 이 때 인성부(13)는 다결정 다이아몬드층(12)의 중앙을 지나도록 형성함으로써 다결정 다이아몬드층(12)을 균등하게 나뉘도록 하는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8을 참조하여 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 7은 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 8은 도 7의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체(10a)는 앞서 설명한 도 5의 다결정 다이아몬드 소결체(10a)에 비하여 인성부(13a)가 구획하는 다결정 다이아몬드층(12)의 수에서 차이가 있다.
본 실시예에 따른 인성부(13a)는 다결정 다이아몬드층(12)의 중앙부에서 중첩되는 적어도 둘 이상의 바(bar)형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 다결정 다이아몬드층(12)은 총 4부분으로 구획된다. 이 경우 인성부(13a)에 의하여 구획된 4부분의 다결정 다이아몬드층(12) 중 어느 하나의 부분에 크랙이 발생한 경우라도 타 부분에 크랙이 전이되지 않음으로써 총 4회에 걸쳐 사용 및 재사용이 가능하다.
도 9 및 도 12를 참조하여 또 따른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 9는 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 10은 도 9의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다. 또한 도 11은 또 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이고, 도 12는 도 11의 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 인성부(13b)는 앞서 설명한 실시예에 따른 인성부들에 비하여 둘 이상의 부분으로 나뉘어져 있다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 따른 인성부(13b)는 다결정 다이아몬드층(12)의 외주면으로부터 내측으로 형성되며, 이러한 바(bar)형상의 인성부(13b)는 총 3개가 구비된다. 본 실시예에 따른 인성부(13b)는 다결정 다이아몬드층(12)의 원주 형상의 모서리를 3부분으로 구획한다. 즉 이 경우에 있어서 다결정 다이아몬드 소결체(10b)는 총 3회에 걸쳐 사용 및 재사용이 가능하다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이 다결정 다이아몬드층(12)에 구비되는 인성부(13c)는 중앙에 확장부(131c)를 구비할 수 있다.
확장부(131c)는 인성부(13c)와 마찬가지로 다결정 다이아몬드층(12)에 비하여 상대적으로 높은 인성을 갖도록 형성됨으로써 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 방지하는 효과가 있다. 또한 인성부(13c)의 중앙부에 원형의 확장부(131c)를 구비함으로써 외측으로부터 전달되는 외부 충격을 일정 부분 흡수하는 것도 가능하다. 즉, 확장부(131c)를 구비한 인성부(13c)는 발생한 크랙이 타 부분으로 전이되는 것을 방지하고 충격 자체도 일정부분 흡수할 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하여 그 밖의 다결정 다이아몬드 소결체의 다양한 실시예를 설명한다. 도 13 내지 도 15는 각각 다른 실시예에 따른 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
한편, 인성부들은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이 단면 형상이 사다리꼴, 반원 형상 및 직사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이외에도 인성부들은 다양한 형상의 단면을 갖도록 형성될 수 있으며, 하나의 다결정 다이아몬드 소결체 내에서도 각기 다른 단면 형상을 갖는 적어도 둘 이상의 인성부들이 형성되는 것도 가능하다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 인성부(13f)는 초경층(11)에 접하되 다결정 다이아몬드층(12)의 외측으로는 노출되지 않도록 형성될 수 있다. 반면 도 14에 도시된 바와 같이 초경층(11)에 접하지 않은 상태로 구비되는 것도 가능하고, 다결정 다이아몬드층(12)의 상단 외측으로 노출되도록 구비되는 것도 가능하다.
이하에서는 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법을 설명한다. 인성부를 구비하는 다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 방법은 크게 사전 제조 공정, 소결 공정 및 연마 공정으로 구분될 수 있다.
사전 제조 공정에서는 다이아몬드 분말과 소결된 고형체 상태의 인성부를 제조한다. 고형체 상태의 인성부는 완전 소결 또는 예비 소결(pre-sintering) 중 어느 하나의 상태로 제조될 수 있다.
이 때 인성부는 앞서 설명한 바와 같이 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질, 다이아몬드 분말에 비하여 바인더 함량이 증가된 재질, 다이아몬드 분말에 비하여 입자 크기가 증가된 재질 및 다이아몬드 분말에 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드 중 어느 하나가 첨가된 재질 등으로 형성될 수 있다.
소결 공정에서는 소결용기 내에서 고형체 상태의 인성부가 다이아몬드 분말 내에 삽입된 상태에서 소결된다.
이후 연마 단계에서는 소결된 다결정 다이아몬드 소결체를 그라인딩(grinding) 및/또는 래핑(lapping)을 함으로써 앞서 설명한 형태의 다결정 다이아몬드 소결체를 제조한다.
다결정 다이아몬드 소결체를 제조하는 또 다른 제조방법을 설명한다. 본 제조방법은 소결 공정 이전에 분말 성형공정, 재성형 공정 및 열처리 공정을 수행한다는 점에서 앞서 설명한 제조방법과 차이가 있다.
분발 성형공정에서는 유기 바인더를 이용하여 인성부 및 다결정 다이아몬드층을 분말성형체로 제조한다. 이어서, 재성형 공정에서는 분말 성형된 인성부 및 다결정 다이아몬드층을 일체로 재성형한다. 이어서 열처리 공정에서는 탈지 열처리하여 재성형된 인성부 및 다결정 다이아몬드층으로부터 유기 바인더를 제거한다.
한편, 인성부는 처음부터 초경층과 일체로 형성되는 것도 가능하다. 인성부가 초경 재질, 즉 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질로 형성되는 경우에는 초경층 제조 공정과 소결 공정을 따라 제조될 수 있다. 초경층 제조 공정에서는 인성부를 포함하는 초경층을 일체로 제조한다. 즉, 초경층 상단에 이미 인성부의 형태대로 굴곡 또는 돌출된 형상으로 초경층을 형성한다. 이외에도 제조된 인성부를 초경층에 브레이징 등으로 일체화 시키는 것도 가능하다. 소결 공정에서는 일체화된 인성부와 초경층 상에 다이아몬드 분말을 소결시켜 다결정 다이아몬드 소결체를 제조한다.
도 16을 참조하여 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
인성부는 앞서 설명한 바와 같이 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)계 합금 재질, 다결정 다이아몬드층의 제조에 이용되는 다이아몬드 분말에 비하여 바인더 함량이 증가된 재질, 다이아몬드층의 제조에 이용되는 다이아몬드 분말에 비하여 입자 크기가 증가된 재질 및 다이아몬드 분말에 텅스텐 또는 텅스텐 카바이드 중 어느 하나가 첨가된 재질 등으로 형성될 수 있다. 이 중 다이아몬드층의 제조에 이용되는 다이아몬드 분말에 비하여 입자가 크거나 다이아몬드층의 제조에 이용되는 금속 바인더의 양보다 더 많은 양의 금속 바인더가 이용된 경우와 같이 제조 후의 인성부와 다결정 다이아몬드층이 육안으로 구분하기 어려운 경우가 있다.
빛의 투과성을 갖는 다이아몬드의 특성상 조금이라도 메탈바인더(Co, W 등)가 첨가되면 소결 후 모두 어두운(짙은 회색~검은색) 색상을 띄게 되기 때문에 바인더의 양과 관계없이 인성부와 다결정 다이아몬드층은 육안으로 구분하기 어렵다.
이러한 이유로 본 발명에 따른 다결정 다이아몬드 소결체를 재장착하여 다결정 다이아몬드층의 다른 부분을 절삭면으로 이용하기 위해서는 절삭면의 위치나 인성부의 위치를 확인할 수 있는 수단이 필요하다.
본 실시예에서는 이러한 확인 수단으로서 구분 표시가 구비된다. 구분 표시(14a)는 초경층(11)의 외주면 상에 표시된다. 구분 표시(14a)는 초경층(11) 상에서 양각 또는 음각의 형태로 표시될 수 있다. 이러한 구분 표시(14a)는 초경층(11)을 기계적으로 절삭하거나 레이저를 이용하여 가공하는 방법으로 형성할 수 있으며, 제조 시에 초경층의 일측에 다이아몬드 소결체를 삽입하는 방법으로도 구현할 수 있다.
도 16에 도시된 구분 표시(14a)는 인성부(13d)가 다결정 다이아몬드층(12)의 측면 방향으로 노출되는 노출부(13d-1)에 인접하도록 형성될 수 있다. 마찬가지로 타측의 노출부(13d-2)에 인접하도록 또 다른 구분 표시(미도시)가 형성될 수 있다. 즉 구분 표시(14a)가 도면상으로 보아 노출부(13d-1)의 하단에 위치하도록 형성함으로써 해당 구분 표시(14a)의 위치에 대응하는 다결정 다이아몬드층(12)에 인성부가 존재한다는 것을 예측할 수 있다. 작업자는 이러한 구분 표시(14a)를 통하여 인성부의 위치와 절삭면(121)의 위치를 짐작하고, 다결정 다이아몬드 소결체(10d)를 절삭 공구 등에 재장착 할 수 있다. 예를 들어 일측의 절삭면(121)을 이용하여 작업 중 해당 절삭면(121)에 크랙이 발생한 경우 사용자는 다결정 다이아몬드 소결체(10d)를 분리한 후 타측의 절삭면(122)가 절삭 위치로 오도록 재장착함으로써 다결정 다이아몬드 소결체(10d)를 재사용할 수 있다.
도 17 내지 도 19를 참조하여 다양한 형태의 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체를 설명한다. 도 17 내지 도 19는 다른 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이 구분 표시(14b, 14c)들은 다양한 형상의 기호 등으로 표시될 수 있다. 구분 표시의 형상에는 제한이 없다. 특히 도 18에 도시된 바와 같이 구분 표시(14c)는 방향성을 갖는 기호로 표시되는 것도 가능하다.
또한 도 19에 도시된 바와 같이 구분 표시(14d)는 다결정 다이아몬드층(12)에 구비되는 인성층(13a)이 외측으로 노출된 부분의 개수에 대응하여 복수개로 형성되는 것도 가능하다.
도 20 내지 도 22를 참조하여 다른 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 설명한다. 도 20 내지 도 22는 다른 실시예에 따른 인성부 구분 표시를 구비한 다결정 다이아몬드 소결체의 모습을 나타내는 절개 사시도이다.
한편, 도 20에 도시된 바와 같이 구분 표시(14e)는 일정 범위를 의미하도록 표시될 수 있다. 즉, 구분 표시(14e)는 인성부(13f)가 측면쪽으로 노출된 노출부(13f-1)의 범위(R1)의 양 단부에 표시되어 해당 범위를 사용자에게 표시할 수 있다. 이 때 구분 표시(14e)는 방향성을 갖는 삼각형이나 화살표 등으로 표시되어 범위를 명확히 표시할 수 있다.
반대로, 도 21에 도시된 바와 같이 구분 표시(14f)는 인성부(13g)의 노출부(13g-1)의 범위(R1) 이외의 부분, 즉 절삭면(123, 124)의 범위를 표시하도록 형성될 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로 구분 표시(14f)를 방향성을 갖는 기호로 표시함으로써 범위를 명확히 표시할 수 있다.
한편, 도 20 및 도 21의 경우와는 달리 범위를 표시하기 위하여 하나의 구분 표시(14g)를 이용하는 것도 가능하다. 즉, 도 22에 도시된 바와 같이 구분 표시(14g)는 절삭면(125)의 위치 및 범위를 표시하기 위하여 이에 대응하는 초경층(11)의 외주면 상에 음각의 직선형상으로 형성될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 다이아몬드 소결체의 인성부 구분 표시를 갖는 절삭 공구로 구현될 수 있다.
10: 다결정 다이아몬드 소결체 11: 초경층
12: 다결정 다이아몬드층 13: 인성부
12: 다결정 다이아몬드층 13: 인성부
Claims (12)
- 외주면 상에 구분 표시가 표시되는 초경층;
상기 초경층 상에 형성되는 다결정 다이아몬드층; 및
상기 다결정 다이아몬드층 내의 적어도 일부에 구비되어 절삭가공 시 상기 다결정 다이아몬드층을 적어도 둘 이상의 절삭 가공에 이용가능한 부분으로 구분하고, 상기 다결정 다이아몬드층 보다 높은 인성을 갖도록 형성되어 상기 구분된 둘 이상의 절삭 이용가능 부분 간의 크랙 전이를 방지하는 인성부;를 포함하고,
상기 구분 표시는 표시된 위치에 대응하는 상기 다결정 다이아몬드층이 절삭 가능한 면인지의 여부를 나타내는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제1항에 있어서,
상기 인성부는 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 상대적으로 더 많은 바인더를 포함하는 재질 및 상기 다결정 다이아몬드층에 비하여 상대적으로 큰 입자 크기를 갖는 재질 중 어느 하나로 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제2항에 있어서,
상기 인성부는 바인더로서 코발트(Co) 및 텅스텐(W) 중 어느 하나를 포함하는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제1항에 있어서,
상기 구분 표시는 양각 또는 음각의 형태로 표시되는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제1항에 있어서,
상기 구분 표시는 상기 초경층을 기계적 절삭, 레이저 가공 및 다이아몬드 소결체 삽입 중 어느 하나의 방법으로 표시되는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제1항에 있어서,
상기 구분 표시는 상기 다결정 다이아몬드층의 측면 외주면 상으로 상기 인성부가 노출되는 위치에 인접하도록 적어도 하나 이상 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제6항에 있어서,
상기 구분 표시는 상기 노출된 인성부 각각의 노출 범위 양단부에 각각 형성되어, 상기 노출된 인성부의 노출범위를 표시하는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제6항에 있어서,
상기 구분 표시는 상기 노출된 인성부 각각의 노출 범위를 따라 표시되어, 상기 노출된 인성부의 노출범위를 표시하는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제1항에 있어서,
상기 구분 표시는 상기 다결정 다이아몬드층의 측면 외주면 상으로 상기 인성부가 노출된 위치 이외의 부분인 절삭면에 인접하도록 적어도 하나 이상 형성되는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제9항에 있어서,
상기 구분 표시는 상기 절삭면의 범위 양단부에 각각 형성되어, 상기 절삭면의 범위를 표시하는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제9항에 있어서,
상기 구분 표시는 상기 절삭면의 범위를 따라 표시되어, 상기 절삭면의 범위를 표시하는 다결정 다이아몬드 소결체. - 제1항, 제7항 또는 제10항에 있어서,
상기 구분 표시는 방향성을 나타내는 기호로 표시되는 다결정 다이아몬드 소결체.
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