KR20010013874A

KR20010013874A - 절삭 공구, 절삭 공구용 비금속 몸체 및 폴리머 몸체 절삭공구의 내마모성 개선방법

Info

Publication number: KR20010013874A
Application number: KR1019997011896A
Authority: KR
Inventors: 탄칼라카니쉬카; 카푸어라케쉬; 죤슨게리이.; 그리거로날드디.
Original assignee: 볼스트 스테판 엘.; 노턴 캄파니
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2001-02-26
Also published as: TW387838B; US6227188B1; ZA984587B; US5865571A

Abstract

드릴 비트(10)에는 플라스틱 재료로 제조되는 원통형 몸체부(24)가 제공된다. 상기 몸체부는 금속 재료로 제조된 원통형 커터(12)에 동심의 단부 대 단부 관계로 고정되며 그위에 정렬 배치된 절삭 요소(16)를 갖는다. 상기 몸체부와 커터는 관형인 것이 바람직하며 상기 절삭 요소는 코어 또는 크라운 드릴링 작동을 용이하게 하기 위해 환형으로 정렬 배치된다.

Description

절삭 공구, 절삭 공구용 비금속 몸체 및 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법{Method for improving wear resistance of abrasive tools}

절삭 공구의 주몸체를 제조하는데는 통상 금속재가 사용되고 있다. 예를 들면, 각각 코어 비트의 주몸체와 원형 또는 디스크형 톱날의 역할을 하는 관 및 디스크를 제조하는데 강철이 전형적으로 사용되고 있다. 연마 요소 또는 절삭 톱니 등의 절삭 요소는 강철 코어에 납땜되거나, 레이저 용접되거나, 기계적으로 고정되거나 또는 강철 코어와 일체로 형성된다. 그러한 강철 코어는 넓은 범위의 적용에 있어 만족스럽게 작동한다. 그러나, 강철 코어에도 단점이 없지 않다. 특히, 금속심은 비교적 무겁기 때문에 절삭 공구에 방해가 되며 소정의 적용에 있어서는 조정하기가 어렵게 된다. 또한, 금속 코어는 진동하는 경향이 있어 절삭 작동중에 소음을 발생시킨다는 단점이 있다. 게다가, 금속 코어는 비교적 비싸서 절삭 공구의 전체 가격에서 상당한 부분을 차지한다.

이러한 문제점들의 일부는 이미 인지되어 디스크형 절삭 공구에 대해 그러한 문제점들을 처리하려는 시도가 있었다. 예를 들면, 미국특허 제 5,408,983 호와 제 5,411,010 호는 디스크형 주몸체부에 강화 플라스틱 복합물을 사용하는 원형 톱날 및/또는 절삭 디스크를 개시한다. 이 형상은 기구의 무게를 감소시키고 소음을 감소시키는 장점을 제공한다.

그러나, 유사한 재료의 사용, 및 그와 관련된 장점이 원통형 코어 비트 타입의 절삭 공구에 대해 실행되지 않았다. 이것은 코어 비트와 원형 디스크 절삭 공구와 그들이 사용되는 절삭 적용 사이에서 상당한 차이에 기인한 것이라 추정할 수 있다. 사실상, 당분야의 숙련자들은 이러한 두 개의 타입의 요소가 별개의 절삭 형태로 작동하고 그들사이에서 전이될 수 없는 특이한 일련의 파라미터를 각각 갖는다는 것을 일반적으로 알고 있다. 이와 관련하여, 종래의 디스크형 절삭 공구와 관련된 절삭률, 재료 및 절삭 속도 조건에서 기술, 가이드라인 및 수용된 실행과 같은 데이터와 방법론은 일반적으로 원통형 코어 비트 타입의 절삭 공구에 적용될 수 없다.

이러한 차이의 일예로서, 각각의 개별 절삭 팁 또는 치형이 제품을 통해 가동하는 원주 속도는 매우 다르다. 예를 들면, 종래의 다이아몬드 팁의 원형(디스크) 블레이드는 대략 4 인치(102 mm) 내지 48 인치(1219 mm)의 직경 범위에서 예를 들면 콘크리트와 같은 단단한 재료를 절삭하는데 통상 사용된다. 이러한 블레이드에 대해 분당 회전수(rpm)에 있어 종래의 권유되는 작동 속도는 대략 초당 49 미터(m/s)의 바람직한 원주 속도를 산출한다.

다른 한편으로, 다이아몬드 세그먼트의 코어 비트는 대략 .4 인치 내지 10 인치(10 mm 내지 250 mm) 직경 범위의 유사한 절삭 재료(콘크리트)에 통상 사용되며 어떤 적용에 있어서는 36 인치(900 mm) 이상 클 수도 있다. 권유된 rpm의 작동 속도는 대략 2.5 m/s의 원주 속도를 산출한다. 그러한 크기의 종류 이상의 원주 속도에서의 폭넓은 모순은 이러한 두 별개의 절삭 공구 타입의 유사하지 않은 본바탕을 나타낸다. 원주 속도에 있어서의 유사한 모순은 절삭 적용 또는 예를 들면 아스팔트, 강화 콘크리트, 석회암, 실리콘 석영, 유리 등을 포함하는 제품 재료에 수반된다.

코어 비트 적용에 있어서 플라스틱 재료의 사용을 방해하기 쉬운 다른 인자는 연삭 찌꺼기와 연장 접촉으로 인한 원형 디스크 타입 블레이드에 비해 비트의 몸체가 겪는 연마 환경이다. 이와 관련하여, 종래의 디스크 타입 블레이드의 각 회전중에, 각 치형 또는 다이아몬드는 제품으로 진입하여 제품의 일부를 제거함으로써 그 내부에 절삭 자국을 절삭한 다음 제품에서 빠져나간다. 제거된 재료는 소정의 절삭 윤활제 또는 냉각제와 함께 치형에 의해 절삭 자국을 통해 효과적으로 이송되고 치형이 절삭 자국을 빠져나갈 때 거기에서 배출되는 연마성의 연삭 지꺼기를 형성한다. 이 방법에 있어서, 찌꺼기는 명목상 찌꺼기가 빨리 만들어지는 한 절삭 자국에서(그리고 절삭 공구와 접촉으로부터) 효과적으로 제거된다. 따라서, 상기 연마성의 연삭 찌꺼기는 디스크의 연마에 민감한 플라스틱 복합재 몸체부보다는 치형 또는 절삭 요소와만 접촉하게 된다.

이에 반하여, 원래의 코어 드릴링 적용은 절삭 작동이 완성될 때까지 절삭 자국내에 잔존하도록 절삭 치형 또는 다이아몬드를 필요로 한다. 따라서, 대부분의 종래의 절삭 작동중에, 다른 공간을 점유하지 않으며 절삭 액체에 의해 이송되는 찌꺼기는 절삭 진행으로서 관을 올라가는 절삭 자국내에 잔존하기 쉽다. 따라서, 그러한 절삭 적용에 있어서, 절삭 작동 전체에 걸쳐서 코어 비트의 몸체와 접촉하게 잔존한다. 절삭 또는 절삭 자국이 깊을수록 코어 몸체와 접촉하는 영역이 커지게 된다. 이러한 연마성 찌꺼기의 절삭 공구와의 연장 접촉은 비교적 연성이고 연마에 민감한 플라스틱 재료로 제조되는 소정의 구성요소에 공격적인 작업 조건으로 나타난다.

그러므로, 플라스틱 코어 몸체를 갖게 만들어진 코어 드릴 비트가 콘크리트 및 다른 단단한 재료를 절삭하는데 사용될 수 있다고는 기대되지 않는다. 또한 그러한 공구가 강철 코어를 갖게 만들어진 공구만큼 긴 유용한 수명을 가지리라고 기대되지 않는다.

본 발명은 절삭 공구에 관한 것이며, 보다 상세히는 원형 홀 또는 보어를 절삭하는 절삭 공구의 제조를 위한 플라스틱 재료의 사용에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 비금속 몸체의 절삭 비트의 실시예를 도시하는 개략적인 분해 단면도.

도 2는 종래의 드릴 모터에 절삭 비트를 장착시키는 수단을 포함하는, 본 발명에 따른 비금속 몸체의 절삭 비트의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 부분 분해 단면도.

도 3은 도 2의 비금속 몸체의 절삭 비트의 일부를 도시하는 개략적인 분해 단면도.

도 4는 그 일부가 점선으로 도시된, 도 3의 비금속 몸체의 절삭 비트의 일부를 도시하는 평면도.

도 5는 도 1과 도 2에 도시된 타입인 비금속 몸체의 절삭 비트의 커터의 실시예를 도시하는 개략적인 사시도.

도 6은 도 1에 도시된 타입의 절삭 비트의 일부를 확대 비율로 도시하는, 도 1과 유사한 개략적인 단면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도 6과 유사한 도면.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 개략적인 입면도.

도 9는 본 발명에 따른 비금속 몸체의 절삭 비트의 추가 실시예의 일부를 도시하는 개략적인 사시도.

도 10은 본 발명의 비금속 몸체의 절삭 비트의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 분해 단면도.

도 11은 본 발명의 마모 테스트 결과를 도시하는 그래프.

도 12는 비트 직경의 함수로서 코어 비트가 경험한 비틀림 모멘트와 최대 표면 응력의 그래프.

본 발명의 일 양태에 따르면, 제품에 원형 홀을 절삭하는 절삭 공구는, 정렬된 절삭 요소를 포함하고 절삭 단부와 커플링 단부를 갖는 원통형의 커터와, 비금속 재료로 제조되고 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 구비하며, 상기 커터와 샤프트는 동심의 단부 대 단부 결합하도록 서로 적용되고 상기 커플링 단부는 상기 커터 결합 단부와 견고하게 결합되며, 상기 드릴 결합 단부는 동심축을 중심으로 한 절삭 공구의 회전을 위해 드릴과 작동식으로 결합된다.

본 발명의 제 2 양태에서는, 비금속 몸체가 제품에 원형 홀을 절삭하는 절삭 공구를 위해 제공된다. 절삭 공구는 정렬된 절삭 요소를 포함하며 절삭 단부와 다른 단부를 갖는 실질적으로 원통형의 커터를 갖는다. 비금속 몸체는 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 포함하며, 상기 샤프트는 커터와 동심의 단부 대 단부 결합으로 적용되고 상기 커터 결합 단부는 상기 다른 단부와 견고하게 결합되고, 상기 드릴 결합 단부는 동심축을 중심으로 한 절삭 공구의 회전을 위해 드릴과 작동식 결합으로 적용된다.

본 발명의 제 3 양태에 있어서, 제품의 홀 드릴링 방법은, 정렬된 절삭 요소를 포함하며 절삭 단부와 커플링 단부를 갖는 원통형의 커터와, 비금속 재료로 제조되며 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 구비하는 절삭 공구를 제공하는 단계를 구비하며, 상기 커터와 샤프트는 서로 동심으로 단부 대 단부 결합하도록 적용되고 상기 커플링 단부는 상기 커터 결합 단부와 견고하게 결합되고, 상기 드릴 결합 단부를 드릴에 고정시키는 단계와, 상기 절삭 공구를 동심축을 중심으로 회전하도록 드릴을 작동시키는 단계와, 상기 절삭 단부를 제품과 결합시키는 단계를 또한 구비한다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법은 폴리머 몸체상에 배치된 절삭 요소를 갖는 절삭 공구를 제공하는 단계와, 폴리머 몸체의 표면에 내마모성 미립자의 층을 적용하는 단계를 구비한다.

따라서, 본 발명은 종래 기술에 비해 중량 및/또는 단가의 경감과 같은 장점을 얻기 위해 절삭 공구의 제조시 비금속 재료를 사용한다.

본 발명의 상기 및 다른 형태와 장점은 첨부 도면과 연관하여 취해진 본 발명의 다양한 양태를 설명한 다음의 상세한 설명을 읽으면 쉽게 이해할 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 간략하게 설명하면, 본 발명은 제품에 원형 홀을 절삭하는 원통형 절삭 공구 또는 절삭 비트(10)를 구비한다. 비트(10)에는 가소성 재료로 제조된 원통형 몸체(24)가 제공된다. 상기 몸체부는 금속재로 제조되고 그 위에 정렬 배치된 절삭 요소(16)를 포함하는 원통형 커터(12)에 단부와 단부가 동심으로 맞물리게 고정된다. 바람직한 실시예에 있어서, 비트(100)는 코어 또는 크라운 드릴링 작동을 용이하게 하기 위해, 환형으로 정렬 배치된 절삭 요소를 포함하는 커터를 갖는 코어 비트를 구비하며, 코어 비트에서 몸체(24)는 실질적으로 관형이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 관형 몸체(24)의 벽 두께(c)는 드릴링 중에 비교적 연성인 몸체의 마모를 보충하도록 절삭 요소(16)의 벽 두께에 대해 증가될 수도 있다. 이러한 방침에 따라, 소정의 수의 기술들이, 예를 들면 표면경화한 가소성 몸체(224) 또는 벽 두께(c)에 대해 절삭 요소(16)의 두께나 반경방향 치수를 증가시키는 기술이 사용되어 내마모성을 향상시킬 수도 있다.

이러한 개시에 사용된 용어 "절삭 비트" 또는 "비트"는, 정렬된 절삭 요소를 가지며 제품에 원형 홀을 절삭하기 위해서 회전되고, 예를 들면 종래의 코어 비트, 홀 또는 크라운 톱 및 고형의 코어 드릴 비트를 포함하는 소정의 원통형 절삭 공구에 속한다. 용어 "코어 비트"는, 예를 들면 종래의 크라운 톱 또는 홀 톱 뿐만 아니라 종래의 코어 드릴이 공통으로 사용되는 절삭 공구를 포함하는 관형 또는 공동(hollow) 구성의 소정 드릴 비트에 속한다. 용어 "축방향"은 여기에서 서술되는 요소와 관련하여 사용될 때 요소에 대한 방향에 속하며, 회전 중심 또는 도 1에 도시된 동심축(f)에 실질적으로 평행하다. 유사하게, 용어 "횡방향" 또는 "반경방향"은 실질적으로 축방향에 직각인 방향에 속한다.

이제 도면을 상세히 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예는 보통 개방단부 코어 비트에 속하는 타입의 코어 비트로서 형성된 절삭 비트를 포함한다. 도시된 바와 같이, 비트는 실질적으로 원통형 구성인 커터(12)를 포함한다. 상기 커터는 그 위에 정렬 배치되는 종래의 절삭 요소(16)를 포함하는 환형의 절삭 단부(14)를 갖는다. 절삭 요소(16)는 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들면 링(12)에 납땜되거나 용접되거나 그렇지 않으면 고착되는 종래의 부착식 연마 세그먼트(17)와 같이 당분야에서 공지된 임의의 수의 절삭 장치를 포함한다.

이와 관련하여, 이제 도 5를 살펴보면, 분리된 세그먼트(17)의 수와 세그먼트가 부착된 링의 에지 주위의 이격은 링의 크기, 몸체의 크기, 및 절삭하는 적용에 따라 가변적이다. 그러나, 일반적으로, 약 50 mm 내지 500 cm의 직경을 갖는 코어 드릴 비트의 경우에 약 2 개에서 최대로 수백 세그먼트(17)가 사용될 수도 있다. 보다 작거나 큰 직경의 드릴 비트는 각각 보다 적거나 많은 세그먼트를 사용할 수 있다. 연마 구성요소 또는 세그먼트(17)의 입자는 그러한 적용에 통상 사용되는 것 중 하나일 수 있으며, 그릿(grit)은 절삭될 재료의 경도에 따라 선택된다. 따라서 상기 입자는 산화 알루미늄, 탄화 규소, 질화 규소, 탄화 텅스텐, 다이아몬드 또는 삼질화 붕소(CBN; cubic boron nitride)와 같은 고연마재, 알루미나, 결정화되거나 되지 않은 졸-겔 알루미나 또는 다른 연마재 입자 및 그 조합이 될 수 있다. 고연마재는 고연마재 구성요소가 보다 저가의 연마 그릿으로 희석되더라도 통상적으로 바람직하다. 연마재는 금속 접착 또는 모재 상태로 유지되며 접착제에 대한 부착은 연마재가 세그먼트에 조합되기 전에, 니켈과 같은 금속으로 입자를 금속 코팅함으로써 향상된다. 금속 모재는 코발트, 철, 청동, 니켈 합금, 탄화 텅스텐, 붕화 크롬 또는 다른 금속들과 그들의 합금 및 혼합물일 수 있다.

따라서, 세그먼트(17)에는, 예를 들면 적어도 두 개의 원주방향으로 이격된 영역을 갖는 세그먼트를 제공하는 소정의 공지된 조성물이 실질적으로 제공되며 고연마재 입자는 고농도 및 저농도의 고연마재 입자 상태에서 상기 영역에 교대로 산포된다. 이러한 타입의 세그먼트는 미국특허 제 5,518,443 호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 여기에 전체가 참조로서 조합된다.

세그먼트는 종래의 용접 기술에 의해 링(12)에 고정되는 것이 바람직하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 종래 세그먼트(17)는 일반적으로 하나의 긴 에지가 링(12)에 용접된 채로 실질적으로 신장된 입방 형상 또는 직사각형 입방 형상을 갖는다. 또한, 도시된 바와 같이, 코어 비트 실시예에 있어서, 세그먼트(17)는 그 길이를 따라 만곡되므로 긴 에지가 고정되는 링(12)의 환형 에지와 일치하게 된다. 따라서, 세그먼트는 그 폭만큼 링으로부터 축방향으로 돌출한다. 세그먼트의 반경방향 치수(c)의 두께는 종래와 같이 세그먼트가 고정되는 몸체 및 링의 두께 이상이다.

본 발명과 결합하여 사용될 수 있는 세그먼트의 일예는 70/30(퍼센트)의 코발트/청동 혼합물의 접착제를 포함하는데, 그 입자는 7.5 용적%(용적 퍼센트)의 농도의 30/40과 40/50 메시 디비어 SDA 85+ 다이아몬드(mesh DeBeers SDA 85+ diamond)로 이루어지는 동일 비율의 혼합물이다. 각 세그먼트는 49.2mm의 길이와 3.2mm의 반경 치수 또는 절삭 치수를 갖는다.

이와 달리, 절삭 요소는 그 경도나 연마 형태를 증가시키는 추가 처리를 하거나 하지 않은 채 링(12)과 일체로 형성되는 톱니를 포함할 수도 있다. 이와 관련하여, 예를 들면 절삭 요소(16)가 여기에 참조로서 전체가 조합된, 공동 명의의 미국특허출원 제 08/616,538 호에 개시된 방법으로 화학적으로 부착된 연마 입자의 단일층을 갖는 일체의 톱니를 포함할 수도 있다. 이러한 방법으로 제조된 톱니는 이하에서, "외형에 맞게 청동으로 만든 단일층의 연마기" 또는 다른 말로, "외형에 맞게 만든 절삭 요소"로서 참조된다.

또한, 링(12)은 도시된 바와 같이 암 커플링 또는 소켓으로서 제조되는 것이 바람직한 환형 샤프트 결합 단부 또는 커플링 단부(18)를 포함한다. 결합 단부(22)는 도시된 바와 같이 숫 커플링 또는 플러그로서 제조되는 것이 바람직하다.

단부(18,22)는 충분한 구조적 보전성을 갖게 동축의 단부 대 단부 결합으로 샤프트 또는 관(24) 및 링(12)을 유지하는 크기로 형성되므로, 편차나 파손 없이 코어 또는 홀 드릴링 적용에 있어 비틀림 로딩 및 축방향 로딩 모두를 지탱할 수 있다. 게다가, 단부(18,22)는 이하에서 논의되는 바와 같이, 예정된 부착제 또는 접착제를 사용하여 결합 위치에서 서로 부착되는 것이 바람직하다.

비금속 샤프트(24)는 링 결합 단부(22)에서 예정된 축방향 길이를 연장하며 종래의 개방 단부 타입의 코어 비트의 특성과 같이 개방된 후방 단부(25)에서 종결한다. 후방 단부(25)는 개방 단부 타입의 금속체 코어 비트와 함께 통상 사용되는 고정물(도시않음)을 수용하고 종래 코어 드릴의 드릴 모터 또는 드라이버(도시않음)에 비트(10)를 고정하도록 적용된다.

이와 관련하여, 드릴링 작동중에, 비트(10)는 동심축 또는 회전축(f)을 중심으로 회전하도록 적용되므로, 정렬된 절삭 요소(16)는 이하에 보다 상세히 서술되는 바와 같이 내경(dI)과 외경(dO)을 갖는 개념적인 원통을 형성할 것이다.

도시된 바람직한 실시예에 있어서, 링(12)과 관(24)에는 각각 예정된 벽 두께(t1,t2)를 한정하는 내경 및 외경이 각각 제공된다. 벽 두께(t1,t2)는 결합 단부(18,22)를 제외하고는 관 및 커터의 축방향 치수 또는 길이를 따라 실질적으로 균일하다. 결합 단부(18,22)는 링(12) 및 관(24)의 계단형 직경부로서 개별적으로 각각 제조된다. 이와 관련하여, 링 및 관의 결합 단부에는 실질적으로 벽 두께(t1,t2)보다 얇은 예정된 벽 두께(t3,t4)가 제공된다.

벽 두께(t1,2t,3t 및 t4)는 결합 단부(18,22)의 원통형 표면(34,36)이 바람직하게는 그 사이에 접착 재료를 적용하기 위한 충분한 간극을 제공하면서 간섭에서 미끄럼 고정까지의 범위에서 서로 상호결합될 수 있도록 예정된다.

도시된 바와 같이, 계단부(26,28)와 단부면(30,32)은 축방향에 대해 실질적으로 수직으로 각각 연장한다. 이러한 방법에 있어서, 결합된 계단부와 단부면은 절삭 작동중에 반경 방향으로 구성요소를 명목상 전달하지 않으면서 비트의 축방향 로딩을 링(12)과 관(24) 사이로 전달하도록 적용된다. 한짝이 되는 계단부와 단부면이 축방향에 대해 경사각으로 배치될 때는, 축방향 로딩이 링 결합 단부(22)에 반경 방향으로 가깝게 관(24)을 편향시키는 단점이 있다.

표면(34,36)에는 결합 단부(18,22)가 완전히 일치될 때 계단부(26,28)와 표면(30,32)이 표면 결합하는 각각의 표면에서 부착될 수 있도록 실질적으로 동일한 축방향 치수가 제공된다. 게다가, 이 축방향 치수는 벽 두께(t1,t2,t3 및 t4)의 치수와 공동으로 비트(10)가 종래의 코어 드릴링 작동과 공통의 비트상 중량(WOB; weight on bit) 로딩 또는 축방향 로딩하에서 만곡되거나 휘어지는 것을 방지하도록 표면(34,36) 사이에 충분한 접촉 영역을 제공하도록 예정된다. 그러한 WOB 레벨은 전형적으로 대략 50 내지 500 kg의 범위내에 있게 된다.

전술과 관련하여, 상기 벽 두께들은 비트(10)의 평균 직경이 증가될 때 증가된다. 다음의 표 1은 강철 몸체로 된 코어 비트의 다양한 직경을 위해 상업상 실용적으로 사용되는 대표적인 벽 두께를 제공한다. 링(12)의 벽 두께(t1,t2)와 폴리머 관(24)을 위해 각각 동일한 벽 두께가 사용되는 것이 바람직하다.

비금속관(24)의 벽 두께(t4)는 대략 벽 두께(t2)의 1/2 내지 2/3인 것이 바람직하다. 링(12)의 벽 두께(t3)는 상술된 바와 같이 그 표면(34)이 표면(36)과 미끄럼가능하게 결합할 수 있는 정도의 크기를 갖는다.

링(12)은 강철과 같은 종래의 금속 재료로 제조되는 것이 바람직하고 기계가공, 압축 또는 주조와 같은 편리한 소정의 방법에 의해 형성될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 링(12)은 종래의 코어 비트를 제조하는데 통상 사용되는 방법으로 제조되며, 관의 결합 단부(18)는 벽 두께(t3)를 제공하도록 기계가동된다.

비금속관(24)은 예를 들면, 플라스틱, 플라스틱 복합물, 목재 복합물, 세라믹, 세라믹 복합물 및 조합, 금속 미립자 또는 세라믹 미립자 충전된 플라스틱, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 아크릴 폴리머, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP) 및 폴리아미드(나일론)과 같이 다양한 재료로 제조될 수 있다. 이 명세서 전체에 걸쳐, 용어 "유리 섬유 강화 플라스틱" 또는 "GFRP"는 예를 들면, 유리 섬유로 강화된 에폭시 수지를 포함하는 소정의 플라스틱 접착제 또는 모재를 실질적으로 포함하는 것으로 이해해야 한다. 유사하게, 용어 "섬유 강화 플라스틱"은 예를 들면, 탄소 섬유, 유리, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유, 및 그 혼합물과 같이 소정의 적절한 섬유로 강화된 에폭시 수지를 포함하는 모재 또는 플라스틱 접착제를 포함하는 것으로 이해해야 한다.

일반적으로, 관(24)의 제조에 사용하기 위한 바람직한 비금속 재료는 소정의 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 폴리머, 및 그들의 강화 복합물을 포함한다. 다음의 표 2는 사용될 수 있는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 폴리머의 일부의 목록이다.

상기 참조된 재료중 여러개로 제조된 코어 비트(10)의 실시예를 테스트하여 종래의 금속 코어 비트에 필적하게 실행할 수 있다는 것을 알았다. 상기 내용은 이하에서 보다 상세히 서술될 것이다.

관(24)은 예를 들면, 주조, 기계가공 또는 압출과 같은 소정의 종래 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 관(24)을 압출하여 링 결합 단부(22)에서 기계가공하여 벽 두께(t4)를 제공한다.

소정의 수의 접착제가 링(12)을 관(24)에 부착하기 위해 사용될 수 있다. PVC로 제조된 관(24)을 사용하는 일 실시예에 있어서, 메사츄세츠 렉싱톤 소재의 베리언 배쿰 프로덕츠(Varian Vacuum Products)가 토르-시일(Torr-seal)의 상표명으로 판매하는 경화제 혼합물과 에폭시 수지를 조립전에 관 결합 단부(18)과 링 결합 단부(22)의 결합면으로 균일하게 공급하여 서로 짝을 이뤄 결합하게 단부들을 부착한다. 이러한 특정 수지가 성공적으로 사용될 지라도, 다양한 다른 접착제가 금속 링을 폴리머 관에 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 접착제의 선택은 결합될 특정 재료에 기초하여 이루어진다. 이와 관련하여 사용될 수 있는, 다양한 플라스틱에 금속을 결합하기에 일반적으로 적절한 부가 접착제는 우레탄, 네오프렌, 니트릴, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 시아노아크릴레이트 접착제를 포함한다. 금속과 플라스틱을 결합하는데 열과 압력이 사용되는 용융 적층이 금속 링을 관에 결합하는데 또한 사용될 수 있다. 다른 결합 방법은 기계적인 상호로킹 기술, 원위치에서 관을 금속 링과 주조하는 분사 및 당분야의 숙련자들에 익숙한 이러한 방법들의 조합을 포함한다. 예를 들면, 금속 링은 도 9에 도시된 것과 유사한 방법으로 키이로 고정된다. 이러한 방법에 있어서, 링은 플라스틱 몸체내에 배치되거나 이와 달리, 플라스틱 몸체와 일체로 성형된 절취부와 상호로킹된다. 이와 달리, 금속 링은 천공되어 플라스틱 몸체에 일체로 성형될 수도 있다.

더욱이, 도 9를 참조하면, 부가 실시예에 있어서, 본 발명은 커터(12)의 금속 링부를 효과적으로 제거한 절삭 공구(410)를 포함하며 전체가 절삭 요소 또는 연마 세그먼트(417)로 이루어진 커터(412)를 오히려 사용한다. 도시된 바와 같이, 연마 세그먼트(417)는 하나의 에지를 따라 키이로 고정되므로 도시된 플라스틱 몸체(424)에 상호로킹되고 및/또는 일체로 성형되도록 적용되는 일련의 키이(60)를 제공한다. 이러한 방법에 있어서, 키이(60)는 도시된 몸체(424)의 커터 결합 단부(422)와 결합하기 위한 커터(412)의 커플링 단부(418)를 효과적으로 구비한다.

이제 도 2 내지 4를 참조하면, 본 발명의 대체 실시예는 종래의 폐쇄 단부 타입의 코어 비트로서 제조된 플라스틱 몸체의 비트(110)를 구비한다. 도 2를 참조하면, 비트(110)의 형태는 실질적으로 개방 단부 타입의 비트(10)와 유사하지만, 후방 단부 커넥터(38)로 후방 단부(25)를 폐쇄함으로써 폐쇄 단부(126)를 제공하는 점이 다르다.

후방 단부 커넥터(38)는 후방 단부(25)내에 수용하기 위해 적용된 신장된 관부(40)를 포함한다. 삽입 유지 플랜지(42)는 그 일단부에서 반경방향으로 내측을 향해 연장하는 반면에, 축방향 압축 플랜지(44)는 다른 단부에서 반경방향으로 외측을 향해 연장한다. 플랜지(42)는 나사형 삽입부(48)의 유도면(46)과 결합하도록 적용되며 전술된 축방향 압축 로딩을 받을 때 그 사이의 상대 운동을 방지한다. 플랜지(44)는 그 사이의 축방향 운동을 유사하게 저지하도록 후방 단부(25)의 단부면(50)과 결합하도록 적용된다.

삽입부(48)는 폐쇄 단부 타입의 코어 비트를 코어 드릴(도시않음)에 고정하기 위해 통상 사용되는 종래의 어댑터(52)를 나사식으로 수용하도록 적용된다.

이제 도 4를 참조하면, 삽입부(48)에는 관(24)과 동축으로 표면 대 표면 결합하도록 적용되는 일반적인 원통형 외부면(54)이 제공된다. 그러나, 내부면(56)에는 비원형(non-circular; 도시된 바와 같이, 일반적으로는 사각형)의 횡단면이 제공되며, 표면 결합하기 위해 표면내에 삽입부(48)를 수용하는 크기로 형성된다. 당분야의 숙련자는 그러한 비원형 구성이 드릴링 작동중 그 사이에서 발휘되는 비틀림력에 기인한 삽입부(48)와 커넥터(38) 사이의 미끄러짐을 저지하는데 유리하다는 것을 알 것이다. 그러나, 원형의 구조가 소정의 드릴링 작동에서 효과적인 도구를 제공하는데 사용될 수도 있다.

커넥터(38)는 관(24)과 유사한 방법에 의해 동일 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 하나의 테스트에 있어서, 예를 들면 커넥터(38)는 고형의 PVC 원료로부터 기계가공된다. 플라스틱을 플라스틱에 부착하는데 적절한 상술된 타입의 접착제를 사용하여, 상기 커넥터는 관(24)과 완전히 일치된 결합으로 부착되며, 플랜지(44)는 단부면(50)과 결합된다.

삽입부(48)는 링(12)에 사용되는 것과 유사한 재료와 방법으로 제조된다. 상기 삽입부는 본드 링(12)을 관(24)에 결합하는 상술된 방법으로 도 2에 도시된 위치에서 커넥터(38)에 삽입 고정된다. 바람직한 실시예에 있어서, 삽입부는 상술된 바와 같은 접착제를 사용하여 제 위치에 부착된다.

따라서, 이러한 구성은 명목상 반경방향 힘이 관(24)에 적용되지 않으면서 종래의 코어 드릴링 작동에 기인한 비틀림 및 축방향 힘에 저항하는데 충분한 강도를 갖게 비트(110)를 어댑터(52)에 고정한다. 이와 관련하여, 종래의 강철 몸체의 코어 비트는 관의 내면상에 반경방향으로 외측을 향한 압력을 가하는 압력 고정 커플링으로 모터 드릴의 어댑터에 일반적으로 고정된다. 본 발명은 축방향에 대해 경사진 것보다는 반경방향으로 연장하는 플랜지(42,44)의 사용에 의해, 명목상 반경방향 로딩이 없으면서 축방향 WOB 로딩을 전달하는 장점이 있다.

작동중에는, 사용된 플라스틱 재료와 적용에 따라서, 본 발명의 관(24)이 마모되므로 벽 두께가 어느 정도 감소된다. 그러나, 도 6과 7에 도시된 바와 같이, 이러한 환경은 최소화되도록 보정되거나 소정의 잠재적으로 불리한 효과를 효과적으로 제거한다. 도 6을 참조하면, 비트(10)는 종래의 코어 비트와 공통의 방법으로 관(24)의 벽 두께(b)보다 큰 반경방향 치수를 최초에 갖는 절삭 요소(16)를 사용한다. 따라서, 동축(f; 도 1)을 중심으로 한 전술된 비트의 회전중에 형성되는 개념적인 원통은 관 벽의 한쪽 측면상에 간극(d1; 도 6)을 효과적으로 제공하는 내경(dI; 도 1)과 외경(dO; 도 1)을 가질 것이다. 이 간극은 절삭 효율을 유지하기 위해 관(24)과 절삭 자국사이에 있는 소정의 연마 및/또는 바인딩을 경감시키는데 용이하다.

종래의 절삭 요소(16), 특히 종래의 소모식 연마 세그먼트로서 형성된 것은 사용중에 반경방향으로 마모되기 쉬어 반경방향 치수(a)가 감소된다. 그러한 마모는 간극(d1)을 효과적으로 경감시킨다. 따라서, 강철 몸체가 사용되는 표준 코어 비트에 있어서, 벽 두께(b)는 충분한 구조적 일체성을 갖는 비트를 제공하는 가장 작은 가능성이 되도록 결정된다. 이러한 최소의 벽 두께는 실질적인 세그먼트의 마모 후일지라도 사용가능한 코어 비트의 수명을 효율적으로 연장하기 위해 충분한 간극(d1)을 유지하도록 제공된다. 그러한 최소의 두께를 갖는 관의 제조는 강철이 절삭 작동중 적절하게 마모되지 않기 때문에 요망된다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 추가 실시예는 비교적 더 두꺼운 플라스틱 관(224)을 제고하는 점을 제외하고는 실질적으로 비트(10,110)와 유사한 폴리머 몸체의 비트(210)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 관(224)에는 드릴링 작동중의 마모에 기인한 감소를 보정하도록 결정되는 예정된 최초의 벽 두께(c)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 이러한 방법에 있어서, 벽 두께(c)는 세그먼트 폭(a)보다 작으면서(즉, c＜a), 두께(b; 도 6)와 같은 유사한 강철 몸체의 두께보다 초기에 크기 때문에 새로운(마모되지 않은) 세그먼트(16)에 비해 적절한 간극(d2)을 제공할 수 있다. 세그먼트의 계속되는 마모는 드릴링 작동 전반에 걸쳐 적절한 간극(d2)을 효율적으로 유지하기 위해 관(224)의 마모와 수반하여 일어난다. 이것은 반경방향 치수가 감소될 때 명목상 바인딩의 징조없이 관 벽의 마모율이 세그먼트 두께의 마모율 이상으로 제공되는 비트(210)의 사용 수명을 비교적 길게 한다. 다른 조건을 정한다면, dc/dt는 da/dt보다 크거나 같아야하며, 여기서 dc/dt는 폴리머 벽의 마모율이고 da/dt는 세그먼트 두께의 마모율이다.

네 개 타입의 폴리머 재료로 이루어진코어 비트는 콘크리트 블록에 코어를 드릴링함으로써 테스트된다. 상기 테스트는 20 Amp의 정전류, 600 rpm의 스핀들 속도 및 1 gal/min(3.8 litters/min)의 냉각제 속도에서 수행된다. 테스트에 사용되는 콘크리트 블록은 다음의 혼합물과 형태로 제조된다:

성분 중량(%)

시멘트 17

화강암 골재(3/4" 또는 2cm 평균 크기) 40

모래 34

물 9

블록의 주형은 36"(91.4cm)의 길이, 18"(45.7cm)의 폭 및 12"(30.5cm)의 높이이다. 각 블록은 5/8(1.6cm)직경의 콘크리트 보강용 강철봉(60 kpsi, 41 kN/cm²의 강철)과 함께 주조된다. 상기 블록은 28일동안 안개실에서 주조 및 경화된다. 콘크리트 블록의 압축 강도는 7 kpsi(4.8 kN/cm²)이다.

테스트되는 코어 비트를 제조하는데 사용되는 네 개의 폴리머 재료는 PVC, 아크릴, 나일론 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)를 포함한다. 폴리머 몸체의 비트의 경우 벽 두께에서의 기록된 감소는 실행 데이터를 따라 나타난다. 아래의 표 3에 각각의 폴리머 재료의 경우 비트의 실행을 요약하였다. 세그먼트 마모 실행, 몸체의 벽 두께 마모, 천공율(ROP;rate of penetration), 비트상의 평균 중량(WOB) 및 비트상의 최대 중량은 각각의 예의 경우에 보여진다. 전형적인 금속 몸체의 코어 비트에 대한 대응값도 또한 나타낸다.

*연마 세그먼트의 밀리미터당 드릴된 미터

상기 테스트 결과는 모든 폴리머 몸체 비트가 실패없이 일반적으로 수용가능한 범위내에서 실행된 것을 지시한다. 게다가, 나일론 몸체의 코어 비트의 경우에는, 거기에 부착된 절삭 요소 또는 세그먼트는 금속 몸체의 코어 비트에 부착된 것과 동일 타입이다. 따라서, 이 경우에 있어서, 세그먼트 마모 실행과 그 이들 비트의 천공율의 직접 비교는 나일론 몸체의 코어 비트의 실행이 금속 몸체 비트의 실행에 필적한다는 것을 지시한다. 나머지 코어 비트는 종래의 절삭 적용을 대표하는 절삭 요소를 사용하지만, 금속 몸체에 부착된 것과 동일하지는 않다. 따라서, 세그먼트 마모 특성의 직접 비교는 유용하지 않다.

금속 몸체와 폴리머 몸체를 갖는 다양한 4"(10.2cm) 직경의 코어 비트는 폴리머 몸체의 코어 비트를 사용할 때의 중량 절약을 결정하도록 중량이 정해진다. 이하의 표 4는 그 측정을 요약한다. 도시된 바와 같이, 폴리머 몸체의 코어 비트는 유사한 강철 몸체의 비트보타 50퍼센트 이상 가볍다. 더욱이, 폴리머 몸체 코어 비트의 중량은 폴리머 몸체 비트의 금속부의 크기를 더 감소시킴으로써 보다 감소될 것이라고 예상된다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 예를 들면, 전술된 외형의 절삭 요소와 같이 일체식 톱니와 조합하여 사용될 수 있다. 외형에 적합한 절삭 요소를 금속과 폴리머 몸체의 코어 비트는 신더 블록(cinder block)에서 테스트된다. 상기 신더 블록은 상술된 것과 유사한 벽돌 블록이지만, 미세한(0.25 인치 또는 0.64cm보다 작은) 골재를 갖는다. 상기 테스트는 20 Amp의 일정한 모터 전류, 600 rpm의 스핀들 속도, 및 1gal/min(3.8 liters/min)의 냉각제(물) 유속에서 수행된다. 비트 마모 실행, 천공율(ROP), 비트상의 평균 중량(WOB), 비트상의 최대 중량 및 금속과 폴리머 관 벽의 마모 실행이 기록된다. 이하의 표 5는 비트의 실행을 요약한다.

나일론 몸체의 외형에 적합한 절삭 요소 비트의 수명은 강철 몸체 비트의 수명과 비교된다. 나일론 비트의 ROP는 강철 몸체의 외형에 적합한 절삭 요소 비트보다 미세하게 좋지 않으면 유사하다. 데이터는 나일론 몸체 코어 비트의 실행이 금속 몸체의 외형에 적합한 절삭 요소 비트의 실행보다 좋지 않으면 필적한다는 것을 보여준다. 비트상의 중량(WOB) 데이터는 나일론 몸체 비트가 금속 몸체 비트와 유사한 로드를 받으며 어떠한 어려움이 없이 잘 실행된다는 것을 지시한다. 다른 폴리머 관의 초기 테스트는 다양한 폴리머 관이 강철 관처럼 동일 기능을 수행할 것을 제안한다. 따라서, 나일론과 다른 폴리머 관도 외형에 적합한 절삭 요소 도구에 성공적으로 사용될 수 있으리라 예상된다.

* 연마 세그먼트의 밀리미터 마모당 드릴링된 미터

강철 관 부분과 폴리머 관 부분의 마모가 모니터된다. 비트들의 수명에 관해 관측되었으며, 나일론 관 벽은 전체 0.013'(0.03 cm)만큼 마모된 반면에 강철 관 벽은 약 0.004"(0.01 cm)만큼 마모되었다. 폴리머 관의 마모가 더 심할지라도, 나일론 관은 비트의 수명동안 드릴링중의 응력을 유지하기에 충분한 벽 두께를 갖는다.

다음의 표 6에 도시된 바와 같이, 폴리머의 외형에 적합한 절삭 요소 코어 비트의 중량은 종래의 강철 몸체의 외형에 적합한 절삭 요소 코어 비트의 중량과 유리하게 비교된다.

*외형에 적합한 절삭 요소 비트는 강철로 제조된 무거운 단부 커넥터를 갖는다. 이것의 중량은 적어도 그 일부를 폴리머 재료로 대체함으로써 경감된다(구획된 비트의 경우처럼). 이것은 폴리머 비트의 중량을 또한 상당히 경감시킨다.

상술된 중공 코어 실시예에 부가하여, 본 발명이 종래의 고형 코어 드릴 비트를 사용하여 실행될 수도 있다는 것이 예상된다. 이와 관련하여, 도 8을 주목하면 본 발명의 부가 실시예는 비트(310)로서 도시된다. 비트(310)는 목재, 금속, 플라스틱, 석재, 벽돌 등과 같은 재료내에 홀을 드릴링하는 작동을 위해 통상 사용되는 타입의 종래의 고형 코어 드릴 비트로서 제조된다. 도시된 바와 같이, 비트(310)는 플라스틱 샤프트(324)가 실질적으로 고형이고 절삭 요소(316)가 종래의 고형 코어 드릴에 공통인 나선형 나삿니를 구비한다는 점을 제외하고는 비트(10)와 실질적으로 유사하다. 이와 관련하여, 나선형 나삿니의 절삭 요소(316)는 비트상에 납땜된 텅스텐 카바이드 삽입부, 강철(고속의 드릴 작동에 사용하기 위해) 또는 예를 들면 다이아몬 연마재를 사용하는 전술된 외형에 적합한 절삭 요소를 구비한다.

상술되고 이전의 테스트 데이터에서 서술된 본 발명은 상술된 종래의 기술에 비추어 볼 때 용이하게 알 수 없는 놀라운 결과를 이끌어낸다. 이와 관련하여, 상술된 바와 같이, 플라스틱재는 특히 마모되기가 쉽다. 코어 또는 홀 드릴 적용에 있어서, 비트의 주 몸체는 전체 절삭 작동에 걸쳐서 절삭 자국 또는 보어내에 있게 된다. 이것은 블레이드가 각 블레이드 회전의 일부만 절삭 자국내에 배치되는 원형 디스크 절삭 작동과 대조된다. 따라서, 사람들은 이러한 드릴링 작동중 절삭 자국과 주 몸체의 비교적 증가된 접촉이 플라스틱 몸체의 마모 및 고장 가능성을 증가시킬 것이라 예상할 수도 있다. 그러나, 도시된 바와 같이, 이러한 효과는 명목상일 뿐이거나 적절하게 보정될 수 있다.

폴리머 몸체 절삭 비트의 성공을 방해하는 다른 관심사는 연마 찌꺼기와 접촉이 연장되어 생긴 마모이다. 또한, 상기에서 논의된 바와 같이, 명목상 원형 디스크 블레이드는 외주만이 찌꺼기와 접촉하게 된다. 반대로, 코어 또는 홀 드릴 작동에 있어서는, 절삭 작동의 기간에 걸쳐서 원통형 몸체의 비교적 많은 부위와 친밀하게 접촉하면서 찌꺼기가 절삭 자국내에 잔존하기 쉽다. 그러나, 이러한 인자는 많은 적용에 있어서 의외로 명목적이라는 것을 알 수 있으며, 또한 상술된 바와 같이 보정될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 상술된 종래기술과 반대된다는 것을 알 수 있으며, 본 발명은 섬유 보강물로 플라스틱 재료를 강화할 필요없이 충분한 구조적 보전을 달성한다. 사실상, 비트(10)는 테스트 드릴링중 비트가 움직이지 않게 되는 경우처럼 드릴링 기계의 최대 토크를 받을 때라도 굽힘 또는 비틀림 파괴없이 만족스럽게 실행된다. 이러한 결과는 코어 비트가 드릴링 작동중 받게 되는 일정한 응력에 비추어 볼 때 괄목할 만하다.

상기에서 논의된 바와 같이, 본 발명의 폴리머 관은 코어 비트에 의해 받게 되는 전형적인 응력을 지탱한다. 그러나, 또한 논의된 바와 같이, 폴리머 관의 벽은 강철의 반대 부품보다 더 빨리 마모되기 쉬울 수도 있다. 특히, 강건한 양질의 세그먼트가 사용될 때 폴리머 관은 세그먼트가 사용되는 한 오래가지 못하는 것을 관찰할 수 있다. 드릴링 중 발생된 찌꺼기는 폴리머 관을 쉽게 마모시키며 시간이 지나 벽 두께는 폴리머 관이 드릴링에 사용될 수 없는 크기로 감소된다.

여러 접근방안이 이러한 문제를 해결하기 위해 선택되고 있다. 한 접근방안은 관이 세그먼트보다 오래 가도록 상술된 절삭 요소 또는 세그먼트(16)와 관(24,224)의 벽의 두께를 변경하는 것이다. 다른 접근방안은 적절한 표면 처리에 의해 아니면 그 조성물을 변경함으로써 폴리머 관의 내마모성을 향상시키는 것이다.

이렇게 폴리머 재료의 조성물을 변경시키는 후자의 접근방안은 금속 몸체의 코어 비트에 의해 받는 응력과 공격적인 환경을 견딜 수 있는 중량이 가볍고 저가의 비금속 몸체의 코어 비트를 효율적으로 제공하기 위해 폴리머 관의 수명을 상당히 개선시키도록 제시한다. 유리하게, 이것은 금속 몸체 비트에 통상 사용되는 타입의 종래 절삭 요소 또는 세그먼트(16)를 폴리머 몸체 비트상에 사용할 수 있게 한다.

그러한 폴리머 관(24)의 한 변경은 도 10에서 절삭 비트(100)로서 도시된 본 발명의 다른 실시예로 조합된다. 비트(100)는 각각 관(24)의 내면과 외면(64,66)상에 배치되는 층(60,62)을 포함한다. 상기 층(60,62)은 미세한 세라믹 또는 금속 미립자/분말, 즉 알루미나, 탄화 규소, 질화 규소, 실리카, 탄화 텅스텐, 질화 붕소 또는 금속(또는 합금) 분말과 같은 내마모성 재료를 포함한다. 적절한 금속 미립자는 철, 니켈, 코발트, 강철, 청동 및 니켈 합금을 포함한다. 적절한 세라믹은 SiC, SiO₂, WC, Al₂O₃및 Co-WC 를 포함한다. 이러한 재료 또는 유리의 필라멘트 또는 섬유, 수정 또는 탄소가 사용될 수 있다. 대략 10 내지 500 미크론(㎛) 범위내에 평균 미립자 크기(직경)를 갖는 미립자가 본 발명에 사용하기에 적합하지만, 드릴링 힘을 견디는데 충분한 기계적 강도의 접착제에 의해 관 표면에 부착될 수 있게 제공된다면 어떠한 크기의 미립자 또는 필라멘트도 사용될 수 있다.

탄화 규소, 종래의 알루미나, 알루미나-지르코니아(노존;Norzon) 또는 MCA 접착제 입자와 같은 접착제 입자가 이 목적에 바람직하다. 여기에 사용된 바와 같이, 호칭 "MCA"는 (미세결정 알루미나)를 포함하는, 결정화되거나 되지 않은 졸-겔 알루미나 접착제 입자에 속한다. MCA 미립자는 겔을 성형하도록 산화알루미늄 일수화물의 졸을 콜로이드 모양의 용액으로 만드는 단계와, 겔을 소결하도록 건조하여 방화하는 단계와, 소결된 겔을 알파 알루미나 미세결정(예를 들면, 적어도 약 95% 알루미나)으로 이루어진 다결정 입자를 성형하도록 분쇄하고 체로 걸러 소정 크기로 분류하는 단계를 구비하는 공정에 의해 제조된다. 알파 알루미나 미세결정에 부가하여, 최초의 졸은 최대 15 중량%의 스피넬, 물라이트, 이산화 망간, 티타니아, 마그네시아, 희토금속 산화물, 지르코니아 분말 또는 지르코니아 전구체(더 많은 양, 예를 들면 40 중량% 이상으로 추가될 수 있는), 또는 다른 적합한 첨가제 또는 그 전구체를 또한 포함한다. 이러한 첨가제는 파쇄 거칠기, 경도, 부서지기 쉬운 성질, 파쇄 역학, 또는 건조 습성과 같은 특성을 변경하도록 종종 포함된다. 알파 알루미나 졸 겔 입자의 많은 변경이 기록된다. 이러한 분류내에 있는 모든 입자는 여기에서 사용하기에 적절하며 용어 MCA 입자는 적어도 95%의 이론적 비중과 적어도 18 Gpa의 비커스 경도(500 그램)를 500 그램에서 갖는 알파 알루미나 미세결정을 적어도 60% 구비하는 소정의 입자를 포함하도록 한정된다. 미세결정은 전형적으로 결정화된 입자의 경우 약 0.2 내지 최대 약 1.0 미크론의 범위의 크기이며 결정화되지 않은 입자의 경우 1.0 이상에서 약 5.0 미크론까지의 크기이다.

일단 겔이 형성되면, 프레싱, 주조, 또는 압출과 같은 소정의 편리한 방법에 의해 구체화된 다음, 원하는 형태의 결함이 없는 몸체를 만들도록 조심스럽게 건조된다.

구체화된 후에, 건조된 겔은 모든 휘발성 물질을 기본적으로 제거하고 입자의 다양한 성분을 세라믹(금속 산화물)으로 변형시키도록 하소된다. 건조된 겔은 유리수와 화합수의 물이 제거될 때까지 일반적으로 가열된다. 그다음, 하소된 재료는 가열에 의해 소결되고 실질적으로 모든 산화알루미늄 일수화물이 알파 알루미나 미세결정으로 변화될 때까지 적절한 온도 범위내에서 유지된다.

초기에 언급된 바와 같이, 졸-겔 알루미나는 결정화된 것이거나 결정화되지 않은 것일 수 있다. 결정화된 졸-겔 알루미나의 경우, 핵이 있는 사이트는 산화알루미늄 일수화물 산포내에서 제위치로 유유히 도입되거나 제위치에서 생성된다. 산포내에 핵이 있는 사이트의 존재는 알파 알루미늄이 형성되는 온도를 저하시키고 극히 미세한 결정 구조를 만든다.

적절한 결정화는 당분야에서 공지되어 있다. 일반적으로 결정화는 알파 알루미나의 결정화에 가능한 한 가깝게 결정 구조와 격자 파라미터를 갖는다

결정화되지 않은 졸-겔 알루미나 연마재가 또한 사용될 수도 있다. 이러한 연마재는 결정화 미립자의 도입을 제외하고 상술된 동일 공정에 의해 이루어진다. 충분한 희토금속 산화물 또는 그 전구체가 방화후에 적어도 약 0.5 중량% 및 바람직하게는 약 1 내지 30 중량%의 희토금속 산화물을 제공하도록 졸 또는 겔에 추가될 수도 있다.

본 발명에 사용하기 위한 적절한 졸-겔 알루미나 연마재 입자의 예는 여기에 참조로서 전체가 조합되는 미국특허 제 4,314,827 호, 제 4,623,364 호 및 제 5,129,919 호에 개시된다.

각각의 코팅(60,62)의 특정한 조성물은 서로 종류가 다르거나 유리하게 그 적용을 간단하게 하기 위해 실질적으로 동일할 수도 있다. 대체 실시예에 있어서는 관 표면중 하나만이 코팅된다. 예를 들면 보호 코팅(62)은 외부면(66)상에만 제공될 수 있다. 드릴링중 관 내측에 전형적으로 적용되는 물의 흐름이 내면의 마모를 상당히 감소시킨다. 사실상 이하에 서술된 여러 마모 테스트에 있어서, 내마모성 코팅은 외부면(66)에만 적용된다. 폴리머 비트의 수명은 물론 양면이 코팅되면 보다 길어질 것이다.

일 실시예에 있어서, 특정층이 표면(64,66)상에 점착성의 접착제 재료로 유지될 수 있다. 예를 들면, 세라믹/금속 분말이 에폭시 접착제와 혼합되어 관의 표면에 적용된다. 경화시에, 접착제는 세라믹/금속 미립자를 관에 부착하여 내마모성 층(60,62)을 형성한다. 그러한 처리는 코팅되지 않은 폴리머 관에 비해 관의 내마모성 및 수명을 상당히 증가시키는 것으로 보이며, 관이 세그먼트의 수명을 능가할 수 있는 것으로 보인다.

접착제에 대한 대체물로서, 내마모성 분말이 층(60,62)을 형성하도록 표면(64,66)내에 깊숙이 박힐 수도 있다. 깊숙이 박히는 것은 미립자를 가열한 다음 그것을 적절한 충돌 속도로 관의 표면상으로 산포함으로써 수행될 수 있다. 충돌시 가열된 미립자는 폴리머를 부드럽게 하여 미립자들 자신이 표면내로 깊숙이 박히게 할 것이다. 냉각에 의해 폴리머는 경화되어 미립자를 단단히 고정시킨다. 폴리머 관(24)의 표면내에 미립자를 깊숙이 박는 유사한 다른 방법은 예정된 온도로 관을 가열하여 표면(64,66)을 부드럽게 한 다음 세라믹/금속 미립자를 예정된 속도로 표면상에 산포하는 것이다. 미립자는 표면내에 깊숙이 박힐 것이며 냉각시 표면(64,66)이 미립자를 단단히 고정하여 층(60,62)을 형성한다. 깊숙이 박는 공정과 코팅의 질을 조절하는 주요 파라미터는 표면 준비-세척 및 그리스 제거, 미입자 크기, 미립자 온도, 미립자 속도 및 폴리머 온도를 포함한다.

폴리머 표면은 표면을 미립자로 깊숙이 박기 전에 오일, 그리스 및 다른 오염물을 제저하도록 세척된다. 그러한 표면 오염물의 존재는 미립자의 폴리머 표면에 대한 부착에 불리한 영향을 미친다. 세척 및 그리스 제거는 와이핑, 스크랩핑, 와이어 브러싱, 기계가공, 그릿 블라스팅(grit blasting) 또는 솔벤트 세척과 같은 화학 작용에 의해 수행된다.

미립자와 폴리머 온도, 및 산포 속도의 선택은 미립자의 비열, 폴리머의 비열, 폴리머의 유리 천이 온도 또는 부드럽게 하는 온도 및 미립자의 용융점에 기초하여 예정된다. 일반적으로, 더 높은 온도/부드러운 폴리머는 낮은 산포 속도를 필요로 하는 반면, 더 낮은 온도/단단한 폴리머는 높은 산포 속도를 필요로 한다.

가열된 미립자를 깊숙이 박을 때, 미립자 온도는 충돌시 폴리머의 용적(미립자 용적의 전형적으로 1 내지 10 배)을 유리 천이 온도를 초과하는 온도로 가열할 수 있도록 선택되어야 한다. 또한 미립자 온도는 충돌시 미립자의 변형을 방지하기 위해 용융점의 절반이하가 바람직하다. 수학적으로 이러한 조건은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, m은 미립자의 질량, C_p는 비열, T는 온도, V는 미립자를 깊숙이 박도록 가열되는 폴리머의 용적, d_폴리머는 폴리머의 밀도, T_g는 폴리머의 유리 천이 온도, T_m은 미립자의 용융점이다. 미립자 크기(미립자 질량 4πr³d_미립자/3을 결정하는)와 미립자 온도의 조합은 이러한 조건을 만족시키도록 선택될 수 있다. 특히, 소정의 미립자 크기를 위해 미립자 온도는 T_g＜T_미립자＜0.5 T_m범위가 될 수 있다. 폴리머 관에 사용될 수 있는 폴리머 재료의 범위와 미립자에 사용될 수 있는 다양한 금속, 합금 및 세라믹의 범위를 고려하면, 미립자의 온도는 100℃ 내지 2000℃, 바람직하게는 120℃ 내지 1000℃ 및 특히 바람직한 실시예에서는 150℃ 내지 600℃의 범위일 수 있다.

미립자 크기는 필요한 미립자 온도가 실행되도록 선택될 수 있다. 또한 미립자 크기는 드릴링중 발생된 슬러리내에 있는 콘크리트 미립자의 크기에 의해 규정될 것이다. 드릴링 작동중 이탈되지 않도록 세라믹/금속 미립자의 약 2/3가 폴리머내에 함몰되리라 예상된다. 나머지 1/3은 표면 밖으로 돌출될 것이다. 미립자 크기는 슬러리내 콘크리트 미립자의 적어도 약 3배가 바람직하다. 이것은 드릴링되는 폴리머 관 벽과 콘크리트 블록의 벽 모두와 콘크리트 미립자가 동시에 접촉하는 것을 제한함으로써 폴리머의 마모를 경감시키기 용이하다. 상부 제한으로서, 미립자 돌출은 관 벽과 콘크리트 벽 사이의 간극(세그먼트에 의해 제공된)보다 커서는 안된다. 드릴링되는 재료의 상태와 범위에 있어서의 이러한 인자와 관련하여, 바람직한 미립자 크기는 약 10 내지 500 미크론의 범위에 있으리라 예상된다.

미립자 속도는 미립자의 운동 에너지가 폴리머 표면을 변형시키는데 필요한 에너지보다 크도록 선태되어야 한다. 따라서, 미립자 속도는 폴리머의 타입과 그 내력 강도, 미립자의 질량, 및 미립자 온도로 변화될 것이다. 적절한 미립자 속도는 초당 수미터 내지 초당 수백미터의 범위일 것이다.

폴리머의 시작 온도는 대기 온도일 수 있으며, 또는 폴리머는 깊숙이 박는 공정을 용이하게 하기 위해 미소하게 가열될 수도 있다. 다른 경우에, 이하에 논의되는 바와 같이, 폴리머의 온도는 관의 뒤틀림을 방지하기 위해 깊숙이 박는 공정중에 유리 천이 온도 이상으로 증가되어서는 안된다.

미립자를 가열된 폴리머 표면내로 깊숙이 박을 때, 미립자 온도는 대기 온도로 유지되거나 또는 폴리머의 유리 천이 온도까지 가열될 수 있다. 미립자를 가열하는 것은 폴리머가 미립자의 충돌시 냉각되지 않도록 보장하므로 폴리머의 변형 능력을 제한하지 않을 것이다. 작동 온도, T는 T_대기＜T＜T_{g, 폴리머}이다. 미립자 크기에 대한 고려는 가열된 미립자를 깊숙이 박는데 사용하기 위해 상술된 것과 유사하다.

미립자 속도는 폴리머 표면이 가열되어 보다 용이하게 변형되므로 가열된 미립자를 깊숙이 박을 때만큼 높을 것으로는 예상되지 않는다. 미립자 속도는 수 m/s 내지 수십 m/s 범위로 예상된다.

폴리머 온도는 미립자의 충돌시 변형을 따르도록 되어야 한다. 일반적으로 유리 천이 온도에 도달하지 않으면서 가능한 한 높은 표면 온도를 유지하는 것이 요망된다. 폴리머를 유리 천이 온도로 가열하는 것은 관을 상당히 뒤틀리게 하므로 비실용적이다. 다른 한편으로, 너무 낮은 온도는 미립자를 깊숙이 박는 실질적인 국부 변형을 허용하지 않는다. 공정을 위한 실제 작동 온도, T는 0.5T_{g, 폴리머}＜T＜T_{g, 폴리머}이다.

숙련자는 소정의 적절한 방법이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서, 폴리머 몸체의 표면내에 미립자를 깊숙이 박는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 관 및/또는 미립자는 폴리머 관의 표면(64 및/또는 66)위로 가압되거나 성형될 수 있다. 적절한 주형의 주형 표면이 미립자로 코팅한 다음, 관을 주형으로 삽입하고 미립자를 관의 표면내로 깊숙이 박도록 가열할 수 있다. 게다가, 절삭 요소(16)는 유사한 방법으로, 예를 들면 폴리머관의 삽입후에 적절한 주형에 배치시킴으로써 폴리머 관에 적용될 수 있다. 이 경우에, 단일 주형이 미립자를 깊숙이 박고 절삭 요소(16)를 부착하는데 사용될 수 있다. 따라서, 세라믹/금속 층(60,62)으로 변경된 관의 표면(64,66)은 변경되지 않은 폴리머 관에 비해 내마모성이 향상된다.

폴리머 관의 표면내에 미립자를 깊숙이 박는 또 다른 방법은 약간 변형된 종래의 열 또는 플라스마 산포 기술을 사용하여 미립자로 폴리머 표면을 산포하는 것이다. 예를 들면, 공지의 열 산포 기술의 처리 인자는 세라믹/금속 미립자의 폴리머 관 표면에 대한 적절한 접착을 허용하도록 변형되는데, 관의 구조적 일체성은 코어 드릴링 작동에 더 이상 유용하지 않은 범위로 절충되지 않도록 보장한다. 종래의 열 산포 코팅의 예는 미국 오하이오 매터리얼 파크 소재의 ASM 인터내셔널에 의해 1994년에 출판된, 터커 로버트 씨. 2세가 저술한 표면 엔지니어링의 ASM 핸드북의 "열 산포 코팅"이 제목인 장(chapter)의 497 내지 509 페이지에 논의되어 있다.

다양한 열 및 플라스마 산포 기술은 금속, 세라믹 및 도성 합금(금속 세라믹 복합재) 코팅으로 다양한 재료를 코팅하도록 개발되어 왔다. 이러한 기술은 분말 화염 산포, 와이어 화염 산포, 세라믹 로드 산포, 두 개의 와이어 전기 아크, 전달않된 플라스마 산포, 고점성의 산소연료, 폭발 분무기 및 슈퍼-D 분무기를 포함한다. 소정의 이러한 기술은 폴리머가 유리 천이 온도 이상으로 가열되지 않게 제공되어 쓸모없게 되는 내마모성 코팅으로 폴리머를 코팅하는데 사용될 수 있다.

상술된 미립자를 깊숙이 박는 기술과 같이, 폴리머 표면의 그리스를 제거하고 세척하여 폴리머에 대한 코팅의 양호한 접착성을 보장해야 한다. 부가적으로, 종래의 표면 황삭(roughening) 공정이 표면에 대한 코팅의 접착력을 향상하기 위해 사용될 수도 있다. 표면 황삭은 그릿 블라스팅 또는 거친 나사 절삭 또는 그 두 개의 조합에 의해 수행될 수 있다. 코팅 공정은 표면 세척 및 황삭 공정후 즉시 실행되는 것이 바람직하다.

다양한 열/플라스마 산포 기술을 위한 공정 파라미터의 범위는 다음 표 7에 나타내었다. 이 표는 다른 공정으로 얻어질 수 있는 전형적인 코팅에 대한 정보를 제공하며 또한 기판 온도 및 미립자 속도의 바람직한 범위를 포함한다. 이 표에 도시된 바와 같이, 이 공정에 사용된 기판 온도는 다양한 폴리머에 사용될 수 있는 범위내에 포함된다. 이러한 조건은 특정한 폴리머 및 코팅 재료에 활용될 수 있다.

폴리머 관의 표면을 코팅하는데 대한 대체안으로서, 관 자체가 상술된 것과 유사한 금속 또는 세라믹 미립자, 위스커, 탄소 또는 그래파이트 섬유와 같이 잘게 잘린 섬유 또는 필라멘트, 케블라, 섬유 유리, 석영, 붕소, 알루미나, 탄화규소, 또는 우수한 내마모성을 함유한다고 알려진 PAN 섬유를 포함하는 강화 폴리머 도는 폴리머 복합재로 제조될 수 있다.

마모 테스트는 다음의 공식 표시의 층(60,62)으로 코팅된 PVC 관(24)으로 수행된다: (가)"액상 플라스틸(Liquid Plasteel)™"(뉴져지 데이톤 소재의 맥마스터 카르 컴패니에서 판매하는, 에폭시와 강철 분말 80 중량%의 혼합물); (나)"이지 에폭시(Easy Epoxy)™"의 혼합물(맥마스터 카르 컴패니에서 판매하는 에폭시와 매사츄세츠 워세스터 소재의 ??-고벵 인더스트리얼 세라믹 인코포레이티드에서 판매하는 결정화된 MCA 연마재 입자); (다)액상 플라스틸™과 MCA 입자의 혼합물; 및 (라)액상 플라스틸™과 WC(탄화 텅스텐)의 혼합물. 또한 코팅않된 관(24)도 유사하게 마모 테스트된다. 마모 테스트는 상술된 바와 같이 제조된 콘크리트 블록내에 이미 드릴링된 홀내로 관을 하강시켜 이루어진다. 상기 관은 드릴링에 전형적으로 사용되는 rpm으로 회전된다. 상기 관이 회전할 때, 예정된 양의 슬러리(이전 드릴링으로부터의)가 홀내로 연속해서 공급된다. 상기 슬러리는 연마재로서 작용하여 폴리머 관의 마모를 쉽게 한다. 테스트는 예정된 시간동안 다양한 관에 수행되며 벽 두께의 감소가 측정된다. 마모 테스트는 상기 공식 표시 (나) 내지 (라)에 대한 결론이며, 코팅않된 관의 경우에는 표 8에 나타내었다.

이 챠트는 관의 길이를 따라 세 개의 위치에서 취해진 벽 두께에 의해 결정된 것으로서 5.5 시간에서 평균 관 마모를 나타낸다.

상기 결과는 코팅이 플라스틱 관(24,224)의 내마모성을 향상시킨다는 것을 나타낸다. 다양한 코팅이 테스트된 결과 최고의 코팅은 MCA와 액상 플라스틸™의 혼합물로 나타난다. 상기 공식 표시(가)는 액상 플라스틸™이 MCA없이 공식 표시(다)로 관측된 향상된 내마모성을 제공하는 지를 판단하기 위한 제어로서 수행되었다. 따라서, 액상 플라스틸™과 함께 MCA의 존재는 관(24)에 향상된 내마모성을 제공하기 위한 공식 표시(다)에서 중요하다는 것이 증명되었다. 플라스틱 강철내의 철 미립자는 아주 미세하다고 가정하였다. 미립자를 관 내부로 깊숙이 박는 것과 관련하여 이하에서 논의되는 거친 미립자 크기를 갖는 에폭시는 원하는 내마모성을 제공할 것이다.

상기 결과는 액상 플라스틸™과 MCA 입자를 구비하는 코팅이 개발 및 테스트된 코팅중에서 최상의 내마모성을 제공한다는 것을 지적하고 있다. 유사한 장점이 있는 결과가 상술된 것과 같은 재료의 이러한 분류에 있는 다른 미립자로 얻어질 수 있다고 예상된다. 미립자 크기에 부가하여, 미립자 층(60,62)에 의해 제공된 내마모성을 결정하는 다른 인자는 그 내부에 있는 미립자의 퍼센트이다. 점착성 접착제내에 있는 미립자의 적어도 20 중량 퍼센트, 바람직하게는 50 중량 퍼센트가 양호하다. 다른 고려조건은 층(62 및/또는 60)에 의해 커버된 관 표면 영역의 퍼센트이다. 표면의 약 20 퍼센트 이상 깊숙이 박힌 미립자가 원하는 내마모성을 제공하지만, 50 퍼센트 내지 100퍼센트 사이의 표면 적용 범위도 바람직하다.

전술한 테스트 결과에 기초하여, 코어 비트(100)는 액상 플라스틸™과 40 중량% MCA 입자의 혼합물로 제조된 층(60,62)을 갖는 PVC 몸체(24)로 제조된다. 이러한 비트(100)는 상술된 바와 같이 제조된 콘크리트 블록에 비트가 파손될 때까지 다수의 홀을 드릴링함으로써 테스트된다. 또한 비교를 위해 코팅않된 PVC 관도 테스트된다. 관 벽상의 마모는 예정된 간격의 드릴링된 홀에서 측정된다. 이 테스트의 결과는 도 11에 도시된다.

도시된 바와 같이, 그 결과는 층(60,62)으로 코팅된 관(24)이 코팅않된 관의 약 2배의 수명을 갖는다는 것을 나타낸다. 코팅된 비트는 코팅않된 비트보다 약 3.5배의 홀을 절삭한다. 그러나, 코팅않된 비트의 수명에 대해 코팅된 비트의 수명을 정당하게 비교하기 위해서, 동일한 마모의 관 벽을 만드는 홀의 수가 도 11에 도시된다. PVC 관의 수명은 적절한 코팅 두께를 선택함으로써 맞추어 질 수 있다는 것이 증명된다.

이러한 결과를 제공하는데 사용되는 테스트의 특정 파라미터는 실시예 Ⅰ과 Ⅱ에서 이하에 서술된다.

크기의 범위에 대해 폴리머 관의 성공적인 테스트에 의해 증명된 바와 같이, 넓은 범위의 파라미터에 있어서 관(24)이 본 발명의 코어 비트(100)를 제조하는데 사용될 수도 있다. 예를 들면, 2" 내지 12"(5cm 내지 30.5cm) 직경의 범위로 제조된 비트가 테스트되며 드릴링 응력을 지탱하는 적절한 강도를 갖는 것으로 보여진다. 8" 및 12" 직경의 절삭 비트에 대한 특정 파라미터와 테스트 결과는 이하의 실시예 Ⅲ과 Ⅳ에 서술된다.

드릴링중 코어 비트가 받는 응력의 분석은 도 12에 도시된다. 연산된 비틀림 모멘트(관의 축에서)와 최대 응력(관의 표면에서)은 비트 직경의 함수로서 도시된다. 도시된 바와 같이, 비틀림 모멘트는 비트 크기에 따라 증가하는 반면, PVC 관이 받는 최대 응력은 비트 직경의 증가에 따라 감소한다. 따라서, 12 인치(30.5 cm) 직경 이상의 코어 비트(100)는 관 파손의 가능성을 증가시키지 않으면서 사용될 수 있다.

또한, 테스트는 본 발명의 폴리머 몸체 비트(100)가 건식 드릴링 조건에서 효과적으로 작동한다는 것을 나타낸다. PVC 몸체 비트(100)가 제조되며 고온의 접착제가 세그먼트와 함께 강철 섹션을 PVC 관에 부착하는데 사용된다. 상기 비트는 실린더 블록내에서 건식 드릴링하는데 사용된다. 드릴링할 때 코어 비트내로 50 psi의 압축 공기가 분사된다. 각각 약 5 인치(13cm) 깊이의 전체 10개 홀이 관의 어떠한 손상없이 실린더 블록내로 드릴링된다. 습식 드릴링에서 나타나는 것과 유사한 관 마모가 관측된다. 압축 공기의 사용은 관을 냉각하고 마찰열을 최소화하도록 찌꺼기의 제거를 용이하게 한다.

폴리머 몸체(24,224)의 내마모성은 몸체를 형성하기 전에 폴리머에 미립자를 직접 추가함으로써 증가될 수 있으리라 예상된다. 예를 들면, 대략 20 내지 40 중량 % MCA 입자 또는 다른 내마모성 입자가 폴리머에 추가될 수 있다. 그다음에, 혼합물은 비교적 균일하게 전체에 걸쳐 산포된 미립자를 갖는 폴리머 몸체를 제조하는데 사용될 수 있다.

더욱이, 여기서 기술된 본 발명의 실시예들은 코어 비트에 관한 것이며, 숙련자들이라면 서술된 기술이 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않으면서 원형 톱날/절삭 디스크와 같이 다양한 절삭 공구의 폴리머 몸체에 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.

다음에 예시된 실시예들은 본 발명의 소정 양태를 증명하는 것이다. 이러한 실시예들은 제한으로서 해석되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

실시예 Ⅰ

4 인치(10 cm) 직경의 관 몸체(24)가 PVC로 제조된다. 금속 절삭 단부(14)는 도 1에 도시된 방법으로 관의 일단에 접착제로 부착된다. 1"×0.275"×0.150"(2.5 cm × .7 cm × .38 cm)의 열 개의 절삭 요소 또는 세그먼트(16)는 각 비트에 납땜된다. 관(24)의 외면(66)은 상술된 바와 같이 40 중량% MCA 입자의 균일한 0.015"(.04 cm) 두께 층과 액상 플라스틸™로 코팅된다. 이 코팅에 사용된 MCA 입자는 220 그릿(대략 50-70 미크론)이었다. 상기 비트는 상술된 타입의 강철 강화 콘크리트 블록에 테스트된다. 상기 테스트는 20 Amps 의 일정한 드릴 전류와 600 rpm 스핀들 속도에서 수행되었다. 3.785 liters/min(1gal./min)의 물 속도가 드릴링중에 유지되었다. 상기 세그먼트 마모 및 관 마모가 모니터되었다. 상기 비트는 약 0.085"(.2cm)의 개시 벽 두께, 즉 0.070"(.17cm) 관 + 0.015"(.04cm) 코팅을 갖는다. 전체 283개의 홀(각 11 인치(28 cm) 깊이)을 코팅된 비트로 드릴링한 다음 관 벽 두께가 0.050"(.12cm)로 감소되어 고장났다.

실시예 Ⅱ(조절)

제 2 비트가 실시예 Ⅰ에 서술된 방법으로 제조되지만 코팅되지 않았다. 테스트는 실시예 Ⅰ에 서술된 것과 동일한 방법으로 수행되었다. 코팅않된 비트의 개시 관 벽 두께는 약 0.070 인치(.18cm)였다. 전체 86개의 홀(각 11 인치/28 cm 깊이)을 이 비트로 드릴링한 다음 벽이 약 0.050"(.12 cm)로 감소되어 고장났다.

실시예 Ⅲ

8 인치(20 cm)의 코어 비트는 0.115"(.3 cm)의 벽 두께를 갖는 PVC 관 몸체(24)를 갖게 제조된다. 그 위에 납땜된 전체 16개의 세그먼트를 포함하는 강철 절삭 단부(14)가 실시예Ⅰ과 유사한 방법으로 관(24)에 부착된다. 사용된 세그먼트는 2.54 cm×0.70 cm×0.44 cm(1"×0.275"×0.175")의 30개의 콘크리트, 30/50, SDA 150+ 다이아몬드 그릿이었으며 표준 세그먼트가 종래의 8 인치(20 cm) 코어 비트상에 사용되었다. 3.9 Kg(8.6 lb.) 중량의 상기 8"(20 cm) PVC 비트는 약 9.1 Kg(20 lb.) 중량인 종래의 강철 비트에 비해 50 퍼센트 이상의 중량 감소를 보인다. 이 비트는 실시예 Ⅰ에 사용된 타입의 콘크리트 블록에서 테스트되었다. 드릴 전류는 20 내지 22 A 사이에서 유지되었다. 드릴링은 400 rpm의 스핀들 속도에서 수행되었다. 종래 실린더 블록에 있는 전체 15개의 홀과 실시예 Ⅰ에서 사용된 타입의 콘크리트 블록에 있는 20개의 홀이 드릴링되었다. 비트는 어려움없이 절삭하였다. PVC 관은 드릴링의 응력을 지탱하였다. 상기 비트는 비교적 활동적인 응력을 받는다는 것을 지시하는 340 Kg(750 lb.)의 최대 비트상 중량을 받았다.

실시예 Ⅳ

12" (30.5 cm) 직경의 코어 비트가 실시예 Ⅲ의 비트와 유사한 형태로 제조되었다. 상기 비트는 0.120" (.3 cm)(강철 몸체 코어 비트와 유사한)의 벽 두께를 갖는 PVC 관(24)을 갖게 만들어졌다. 강철 절삭 단부(14)는 PVC 관에 부착되었으며 전체 18개의 세그먼트가 강철 단부에 납땜되었다. 세그먼트는 30개의 콘크리트, 30/50, SDA 100+ 다이아몬드 그릿을 갖는 2.5 cm×.7 cm×.5cm(1"×0.275"×0.210")의 규격이 사용되었다. 비트는 실시예 Ⅰ에서 사용된 타입의 콘크리트 블록에서 테스트되었다. 드릴링이 수동 모드로 수행되었다. 드릴 전류는 20 내지 22 Amps 사이에서 유지되었다. 드릴링은 200 rpm의 스핀들 속도에서 수행되었다. 실린더 블록에 있는 전체 15개의 홀과 콘크리트 블록에 있는 20개의 홀이 드릴링되었다. 비트는 어려움없이 절삭하였으며 PVC 관은 드릴링의 응력을 지탱하였다. 비트는 상당히 활동적인 응력을 받는다는 것을 지시하는 381 Kg(840 lb.)의 최대 비트상 중량을 받는다.

실시예 Ⅴ

네 개의 8 인치(20 cm) 코어 비트가 0.115"(.3 cm)의 벽 두께를 갖는 PVC 관 몸체(24)를 갖게 만들어졌다. MCA 입자, SiC, WC 및 융화된 알루미나의 100 미크론 미립자 층이 약 200℃의 온도로 미립자를 가열하고 대략 100 m/sec의 속도로 각 폴리머 몸체(24)의 표면상으로 미립자를 산포함으로써 각 관(24)의 외면(62)상으로 각각 깊숙이 박힌다. 그다음 상기 관은 대기 온도로 냉각되므로 몸체가 경화되어 미립자를 단단히 고정한다. 전체 16개의 세그먼트를 포함하는 강철 절삭 단부(14)는 실시예 Ⅲ의 방법으로 각 관을 위해 제공된다. 8"(20 cm) PVC 비트는 대략 3.6 Kg(8 lb.)의 중량이며, 그것은 약 9 Kg(20 lb.) 중량의 종래의 강철 비트 에 비해 50 퍼센트 이상의 중량 감소를 나타낸다. 이 비트는 유사한 코팅않된 폴리머 바디 비트에 비해 향상된 내마모성을 제공하며 실시예 Ⅲ에 서술된 것과 유사한 조건하에서 세그먼트(16)의 수명과 같은 정도의 수명을 갖는 관을 제공한다.

실시예 Ⅵ

8 인치(20 cm) 코어 비트는 0.115"(.3cm)의 벽 두께를 갖는 PVC 관 몸체(24)를 갖게 만들어졌다. 100 미크론 MCA 미립자의 층은 약 200℃의 온도로 관을 가열하고 대략 50 m/sec의 속도로 폴리머 몸체(24)의 표면(66)상으로 미립자를 산포함으로써 관(24)의 외면(62)상으로 깊숙이 박히게 된다. 그다음 상기 관은 대기 온도로 냉각되므로 몸체가 경화되어 미립자를 단단히 고정시킨다. 전체 16개의 세그먼트를 포함하는 강철 절삭 단부(14)는 실시예 Ⅲ의 방법으로 제공된다. 8"(20 cm) PVC 비트는 대략 3.6 Kg(8 lb.)의 중량이며, 약 9 Kg(20 lb.) 중량의 종래의 강철 비트에 비해 50 퍼센트 이상의 중량 감소를 보인다. 이 비트는 유사한 코팅않된 폴리머 몸체 비트에 비해 향상된 내마모성을 제공하며 실시예 Ⅲ에서 서술된 것과 유사한 조건하에서 세그먼트(16)의 수명과 같은 정도의 수명을 갖는 관을 제공한다.

실시예 Ⅶ

8 인치(20 cm) 코어 비트는 0.115"(.3cm)의 벽 두께를 갖는 PVC 관 몸체(24)를 갖게 만들어졌다. 10 미크론 MCA 미립자의 층은 대략 80 m/sec와 약 150℃의 온도로 폴리머 몸체(24)의 표면(66)상으로 미립자가 산포되는 열 산포 코팅에 의해 관(24)의 외면상으로 깊숙이 박히게 된다. 그다음 상기 관은 대기 온도로 냉각되므로 몸체가 경화되어 미립자를 단단히 고정시킨다. 전체 16개의 세그먼트를 포함하는 강철 절삭 단부(14)는 실시예 Ⅲ의 방법으로 제공된다. 8"(20 cm) PVC 비트는 대략 3.6 Kg(8 lb.)의 중량이며, 약 9 Kg(20 lb.) 중량의 종래의 강철 비트에 비해 50 퍼센트 이상의 중량 감소를 보인다. 부드러운 코팅 결과, 개별 미립자는 표면에 깊숙이 박히는게 관측되지 않는다. 이 비트는 유사한 코팅않된 폴리머 몸체 비트에 비해 향상된 내마모성을 제공하며 실시예 Ⅲ에서 서술된 것과 유사한 조건하에서 세그먼트(16)의 수명과 같은 정도의 수명을 갖는 관을 제공한다.

실시예 Ⅷ

8"(20 cm) 직경의 코어 비트는 실시예 Ⅲ과 유사한 형태로 제조된다. 상기 비트는 0.120"(.3cm)(강철 몸체 코어 비트와 유사함)의 벽 두께를 갖는 PVC 관(24)을 갖게 만들어졌다. 강철 절삭 단부(14)는 PVC 관에 부착되고 전체 16개의 세그먼트가 강철 단부에 납땜된다. 세그먼트는 1"×0.275"×0.175"(2.5 cm×.7 cm×.44 cm) 규격이며 30개의 콘크리트, 30/50, SDA 150+ 다이아몬드 그릿이 사용되었다. 40 중량% WC와 액상 플라스틸™이 폴리머 관의 외면(66)에 적용되었다. 사용된 WC는 220 그릿(약 50 내지 70 미크론)이다. 3.9 Kg(8.6 lb.) 중량의 이 비트는 약 9.1 Kg(20 lb.) 중량인 강철 몸체 비트에 비해 상당한 중량 감소를 보인다. 이 비트는 실시예 Ⅰ에 사용된 타입의 콘크리트 블록에서 테스트되었다. 드릴 전류는 20 내지 22 amps 사이에서 유지되었다. 드릴링은 200 rpm의 스핀들 속도에서 수행되었다. 이 비트는 코팅않된 폴리머 몸체 비트의 조절 샘플에 비해 향상된 내마모성을 제공한다.

실시예 Ⅸ

8"(20 cm) 직경의 코어 비트는 실시예 Ⅲ과 유사한 형태로 제조된다. 상기 비트는 PVC와 약 20 중량% SiC의 혼합물로 성형된 폴리머 매트릭스 관을 포함한다. 폴리머 매트릭스 관은 0.120"(.3 cm)(강철 몸체 코어 비트와 유사함)의 벽 두께를 갖는다. 강철 절삭 단부(14)는 PVC 관에 부착되고 전체 16개의 세그먼트는 강철 단부에 납땜된다. 세그먼트는 1"×0.275"×0.175"(2.5 cm×.7 cm×.44 cm) 규격이며 30개의 콘크리트, 30/50, SDA 150+ 다이아몬드 그릿을 갖는 것이 사용되었다. 사용된 상기 SiC는 220 그릿(약 50 내지 70 미크론)이다. 약 3.6 Kg(8 lb.) 중량의 이 비트는 약 9 Kg(20 lb.) 중량인 강철 몸체 비트에 비해 상당한 중량 감소를 보인다. 이 비트는 실시예 Ⅰ에 사용된 타입의 콘크리트 블록에서 테스트되었다. 드릴 전류는 20 내지 22 amps 사이에서 유지되었다. 드릴링은 200 rpm의 스핀들 속도에서 수행되었다. 이 비트는 코팅않된 폴리머 몸체 비트의 조절 샘플에 비해 향상된 내마모성을 제공한다.

전술된 설명은 주로 예시의 목적으로 의도되었다. 본 발명이 양호한 실시예에 대해 서술 및 도시되었지만, 본 분야의 숙련자라면 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 다양한 다른 변경, 생략 및 추가가 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims

제품에 원형 홀을 절삭하는 절삭 공구에 있어서, 정렬된 절삭 요소를 포함하고 절삭 단부와 커플링 단부를 갖는 원통형의 커터와, 비금속 재료로 제조되고 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 구비하며,

상기 커터와 샤프트는 동심의 단부 대 단부 결합하도록 서로 적용되고 상기 커플링 단부는 상기 커터 결합 단부와 견고하게 결합되며, 상기 드릴 결합 단부는 동심축을 중심으로 한 절삭 공구의 회전을 위해 드릴과 작동식으로 결합되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 커터는 금속 실린더를 또한 구비하며, 상기 정렬된 절삭 요소는 그 주변을 중심으로 배치되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 관형이며 상기 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부는 모두 환형인 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 커터는 관형이며 상기 절삭 단부와 커플링 단부는 모두 환형인 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 정렬된 절삭 요소는 상기 환형 절삭 단부를 따라 이격된 다수의 세그먼트를 구비하는 절삭 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 정렬된 절삭 요소는 상기 환형 절삭 단부를 따라 이격된 다수의 치형을 구비하는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 고형체인 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 커터는 고형체인 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 정렬된 절삭 요소는 다수의 나선형 나사부를 구비하는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 드릴 결합 단부상에 동심으로 견고하게 배치된 커넥터를 또한 구비하며, 상기 커넥터는 절삭 공구를 드릴에 작동식으로 고정시키는 절삭 공구.
제 10 항에 있어서, 상기 커넥터는 비금속 재료로 제조되며 동심으로 견고하게 배치된 금속 삽입부를 또한 구비하고, 상기 금속 삽입부는 드릴과 나사 결합되는 절삭 공구.
제 10 항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 드릴 결합 단부에 접착제로 고정되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 강화되지 않은 플라스틱 재료로 제조되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 PVC, 아크릴 및 나일론으로 이루어지는 그룹에서 선택된 플라스틱 재료로 제조되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 섬유 강화 플라스틱 재료로 제조되며, 상기 섬유는 탄소 섬유, 유리, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유, 및 그 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 커터 결합 단부와 상기 커플링 단부는 용융 적층, 기계적 상호결합, 상기 샤프트를 상기 커터와 함께 제위치에서 하는 주조 및 그 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택된 방법으로 서로 결합되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 커터 결합 단부와 커플링 단부중 하나는 숫커플링을 구비하며 상기 커터 결합 단부와 커플링 단부중 다른 하나는 암커플링을 구비하는 절삭 공구.
제 17 항에 있어서, 상기 숫커플링은 접착제로 상기 암커플링에 고정되는 저단기.
제 12 항 또는 18 항에 있어서, 상기 접착제는 에폭시, 우레탄, 네오프렌, 니크릴, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 시아노아크릴 접착제로 이루어지는 그룹에서 선택되는 절삭 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 주변 샤프트 직경을 가지며, 상기 커터는 주변 커터 직경을 가지고,

절삭 공구의 회전중에, 상기 정렬된 절삭 요소는 상기 주변 샤프트 직경과 주변 커터 직경보다 큰 개념적인 외경을 갖는 개념적인 실린더를 한정하며,

반경방향 간극이 홀의 절삭중에 제품과 상기 샤프트 사이에, 또한 제품과 상기 커터 사이에 제공되는 절삭 공구.
제 20 항에 있어서, 상기 샤프트는 예정된 두께의 샤프트 벽을 갖는 관형이며, 상기 커터는 예정된 두께의 커터 벽을 갖는 관형이고, 상기 샤프트 벽의 예정된 두께는 상기 커터 벽의 예정된 두께와 동일한 절삭 공구.
제 20 항에 있어서, 상기 주변 샤프트 직경은 상기 주변 커터 직경보다 크고, 절삭 공구의 작동중에 마모로 인한 주변 샤프트 직경의 감소가 보정되는 절삭 공구.
제 22 항에 있어서, 상기 샤프트는 예정된 두께의 샤프트 벽을 갖는 관형이며, 상기 커터는 예정된 두께의 커터 벽을 갖는 관형이고, 상기 샤프트 벽의 예정된 두께는 상기 커터 벽의 예정된 두께보다 큰 절삭 공구.
제 23 항에 있어서, 상기 개념적인 실린더는 개념적인 내경을 가지며, 상기 샤프트는 내부 샤프트 직경을 가지고, 상기 커터는 내부 커터 직경을 가지며, 상기 내부 커터 직경은 상기 내부 샤프트 직경보다 크고 상기 내부 샤프트 직경은 상기 개념적인 내부 직경보다 크며,

간극이 상기 개념적인 내부 직경과 상기 내부 샤프트 직경 사이에, 또한 상기 개념적인 내부 직경과 상기 내부 커터 직경 사이에 제공되므로, 상기 절삭 공구의 코어 드릴링 작동중에 마모로 인한 내부 샤프트 직경의 증가가 보정되는 절삭 공구.
제품에 원형 홀을 절삭하는 절삭 공구용 비금속 몸체에 있어서, 상기 절삭 공구는 정렬된 절삭 요소를 포함하는 원통형의 커터를 가지며, 상기 커터는 절삭 단부와 다른 단부를 가지고,

상기 비금속 몸체는 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 가지며,

상기 샤프트는 커터와 동심의 단부 대 단부 결합으로 적용되고 상기 커터 결합 단부는 상기 다른 단부와 견고하게 결합되고,

상기 드릴 결합 단부는 동심축을 중심으로 한 절삭 공구의 회전을 위해 드릴과 작동식 결합으로 적용되는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 25 항에 있어서, 상기 커터는 금속 실린더를 또한 구비하며, 상기 정렬된 절삭 요소는 그 주변을 중심으로 배치되는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 25 항에 있어서, 상기 샤프트는 관형이며 상기 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부는 모두 환형인 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 25 항에 있어서, 상기 커터는 관형이며 상기 절삭 단부와 다른 단부는 모두 환형인 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 25 항에 있어서, 상기 드릴 결합 단부상에 동심으로 견고하게 배치된 커넥터를 또한 구비하며, 상기 커넥터는 절삭 공구를 드릴에 작동식으로 고정시키는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 29 항에 있어서, 상기 커넥터는 비금속 재료로 제조되며 드릴과 나사식으로 결합되도록 적용된 금속 삽입부를 또한 구비하는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 30 항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 드릴 결합 단부에 접착제로 고정되는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 25 항에 있어서, 상기 샤프트는 PVC, 아크릴 및 나일론으로 이루어지는 그룹에서 선택된 플라스틱 재료로 제조되는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 25 항에 있어서, 상기 샤프트는 섬유 강화 플라스틱 재료로 제조되며, 상기 섬유는 탄소 섬유, 유리, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유, 및 그 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 25 항에 있어서, 상기 커터의 다른 단부상에는 파스너가 배치되며 상기 커터 결합 단부와 파스너중 하나는 숫커플링을 구비하고 상기 커터 결합 단부와 파스너중 다른 하나는 암커플링을 구비하는 절삭 공구용 비금속 몸체.
제 34 항에 있어서, 상기 숫커플링은 접착제로 상기 암커플링에 고정되는 절삭 공구용 비금속 몸체.
정렬된 절삭 요소를 포함하며 절삭 단부와 커플링 단부를 갖는 원통형의 커터와, 비금속 재료로 제조되며 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 구비하는 절삭 공구를 제공하는 단계를 구비하며,

상기 커터와 샤프트는 서로 동심으로 단부 대 단부 결합하도록 적용되고 상기 커플링 단부는 상기 커터 결합 단부와 견고하게 결합되고,

상기 드릴 결합 단부를 드릴에 고정시키는 단계와,

상기 절삭 공구를 동심축을 중심으로 회전하도록 드릴을 작동시키는 단계와,

상기 절삭 단부를 제품과 결합시키는 단계를 또한 구비하는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 36 항에 있어서, 상기 커터는 금속 실린더를 또한 구비하며, 상기 정렬된 절삭 요소는 그 주변을 중심으로 배치되는 절삭 공구.
제 36 항에 있어서, 상기 절삭 공구를 제공하는 단계는 관으로서 샤프트를 제조하는 단계를 또한 구비하며, 상기 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부는 모두 환형인 제품의 홀 드릴링 방법.
제 38 항에 있어서, 상기 절삭 공구를 제공하는 단계는 관으로서 커터를 제조하는 단계를 또한 구비하며, 상기 절삭 단부와 커플링 단부는 모두 환형인 제품의 홀 드릴링 방법.
제 36 항에 있어서, 상기 드릴 결합 단부상에 동심으로 견고하게 배치된 커넥터를 또한 구비하며, 상기 커넥터는 드릴에 절삭 공구를 작동식으로 고정하도록 적용되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 40 항에 있어서, 상기 커넥터는 비금속 재료로 제조되며 드릴과 나사식으로 결합하도록 적용된 금속 삽입부를 또한 구비하는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 41 항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 드릴 결합 단부에 접착제로 고정되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 36 항에 있어서, 상기 샤프트는 PVC, 아크릴 및 나일론으로 이루어지는 그룹에서 선택된 플라스틱 재료로 제조되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 36 항에 있어서, 상기 샤프트는 섬유 강화 플라스틱 재료로 제조되며, 상기 섬유는 탄소 섬유, 유리, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유, 및 그 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 36 항에 있어서, 상기 커터 결합 단부와 커플링 단부중 하는 숫커플링을 구비하며 상기 커터 결합 단부와 커플링 단부중 다른 하나는 암커플링을 구비하는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 45 항에 있어서, 상기 숫커플링은 접착제로 암커플링에 고정되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 36 항에 있어서, 절삭 공구의 회전중에 정렬된 절삭 요소는 개념적인 외경을 갖는 개념적인 실린더를 한정하며,

제품의 홀 드릴링 방법은 개념적인 외경보다 작은 주변 샤프트 직경을 갖는 샤프트를 제공하는 단계와, 개념적인 외경보다 작은 주변 커터 직경을 갖는 커터를 제공하는 단계를 또한 구비하고,

홀의 절삭중 반경방향 간극이 제품과 샤프트 사이에, 또한 제품과 커터 사이에 제공되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 47 항에 있어서, 예정된 두께의 샤프트 벽을 갖는 관으로서 샤프트를 제조하는 단계와, 예정된 두께의 커터 벽을 갖는 관으로서 상기 커터를 제조하는 단계와, 상기 커터 벽의 예정된 두께와 동일하도록 상기 샤프트 벽의 예정된 두께를 만드는 단계를 또한 구비하는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 47 항에 있어서, 상기 주변 커터 직경보다 크도록 상기 주변 샤프트 직경을 만드는 단계를 또한 구비하며,

상기 절삭 공구의 작동중에 마모로 인한 상기 주변 샤프트 직경의 경감이 보정되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 49 항에 있어서, 예정된 두께의 샤프트 벽을 갖는 관으로서 샤프트를 제조하는 단계와, 예정된 두께의 커터 벽을 갖는 관으로서 커터를 제조하는 단계와, 커터 벽의 예정된 두께보다 크도록 샤프트 벽의 예정된 두께를 만드는 단계를 또한 구비하는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 50 항에 있어서, 상기 개념적인 실린더는 개념적인 내경을 가지며, 상기 샤프트는 내부 샤프트 직경을 가지고, 상기 커터는 내부 커터 직경을 가지며,

상기 내부 커터 직경은 내부 샤프트 직경보다 크고, 상기 내부 샤프트 직경은 개념적인 내부 직경보다 크며,

개념적인 내경과 내부 샤프트 직경 사이에, 또한 개념적인 내경과 내부 커터 직경 사이에 간극이 제공되므로, 절삭 공구의 코어 드릴링 작동중 마모로 인한 내부 샤프트 직경의 증가가 보정되는 제품의 홀 드릴링 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 커터는 상기 정렬된 절삭 요소로 이루어지며, 상기 정렬된 절삭 요소의 커플링 단부는 상기 샤프트의 커터 결합 단부에 일체적으로 고정되도록 적용되는 제품의 홀 드릴링 방법.
폴리머 몸체상에 배치된 절삭 요소를 갖는 절삭 공구를 제공하는 단계와,

폴리머 몸체의 표면에 내마모성 미립자의 층을 적용하는 단계를 구비하는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 53 항에 있어서, 상기 내마모성 미립자는 세라믹, 금속, 금속 합금 및 도성 합금(cermet)과 그 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 54 항에 있어서, 상기 내마모성 미립자는 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 실리카, 탄화텅스텐, 질화붕소, 졸-겔 알루미나, 알루미나-지르코니아, 철, 니켈, 코발트, 강철, 청동, Co-WC 및 그 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 53 항에 있어서, 상기 미립자의 층 적용 단계는 내마모성 층을 접착제로 폴리머 몸체에 부착하는 단계를 또한 구비하는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 54 항에 있어서, 상기 미립자의 층 적용 단계는 미립자를 폴리머 몸체의 표면으로 깊숙이 박는(embedding) 단계를 또한 구비하는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 57 항에 있어서, 상기 미립자를 깊숙이 박는 단계는 미립자를 100 내지 2000 ℃로 가열하는 단계와, 가열된 미립자를 폴리머 몸체의 표면상에 10 내지 500 m/sec의 속도로 산포하는 단계를 또한 구비하며,

상기 가열된 미립자는 폴리머를 부드럽게 하여 표면내로 깊숙이 박히는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
상기 미립자를 깊숙이 박는 단계는 폴리머 몸체를 100 내지 300 ℃로 가열하여 폴리머 몸체의 표면을 부드럽게 하는 단계와,

폴리머 몸체의 표면 위로 상기 내마모성 미립자를 1 내지 100 m/sec의 속도로 산포하여 미립자를 표면내로 깊숙이 박는 단계와,

폴리머 몸체를 냉각하여 몸체를 경화시키고 미립자를 단단히 고정하는 단계를 또한 구비하는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 57 항에 있어서, 상기 미립자를 깊숙이 박는 단계는 미립자를 폴리머 몸체의 표면에 플라스마 산포에 의해 적용하여 미립자를 표면내로 깊숙이 박는 단계와, 폴리머를 냉각하여 몸체를 경화시키고 미립자를 단단히 고정하는 단계를 구비함으로써, 미립자가 융화되어 균일한 층으로 표면을 코팅시키는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 54 항에 있어서, 상기 내마모성 미립자는 최대 약 0.1 cm의 깊이로 적용되는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 54 항에 있어서, 상기 폴리머 몸체는 벽 두께를 갖는 관이며, 상기 내마모성 미립자의 층은 벽 두께의 최대 약 30 퍼센트의 두께로 적용되는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
정렬된 절삭 요소를 포함하며 제품과 결합하기 위한 절삭 단부와 커플링 단부를 갖는 원통형의 커터부를 제공하는 단계와,

비금속 복합재로 제조되고 커터 결합 단부와 드라이버 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 제공하는 단계와,

서로 동심의 단부 대 단부 결합으로 상기 커플링 단부를 상기 커터 결합 단부와 견고하게 결합시키는 단계를 구비하는 절삭 공구 제조방법.
제 63 항에 있어서, 상기 샤프트 제공 단계는 폴리머로 관을 제조하는 단계와, 내마모성 미립자의 층을 그 표면에 적용하는 단계를 또한 구비하는 절삭 공구 제조방법.
제 64 항에 있어서, 상기 내마모성 미립자는 세라믹, 금속, 금속 합금 및 도성 합금과 그 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 절삭 공구 제조방법.
제 65 항에 있어서, 상기 내마모성 미립자는 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 실리카, 탄화텅스텐, 질화붕소, 졸-겔 알루미나, 알루미나-지르코니아, 철, 니켈, 코발트, 강철, 청동, Co-WC 및 그 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 절삭 공구 제조방법.
제 63 항에 있어서, 상기 샤프트 제공 단계는 내마모성 재료와 혼합된 폴리머를 포함하는 강화 폴리머로 샤프트를 제조하는 단계를 또한 구비하는 절삭 공구 제조방법.
제 67 항에 있어서, 상기 내마모성 재료는 금속 미립자, 세라믹 미립자, 위스커(whiskers), 잘게 잘린 섬유 및 필라멘트로 이루어지는 그룹에서 선택되는 절삭 공구 제조방법.
정렬된 절삭 요소를 포함하며 절삭 단부와 커플링 단부를 갖는 원통형의 커터와,

비금속 복합재로 제조되며 커터 결합 단부와 드릴 결합 단부를 갖는 원통형의 샤프트를 구비하며,

상기 커터와 샤프트는 서로 동심의 단부 대 단부 결합하도록 적용되고 상기 커플링 단부는 상기 커터 결합 단부와 견고하게 결합되며,

상기 드릴 결합 단부는 동심축을 중심으로 한 절삭 공구의 회전을 위해 드라이버와 작동식으로 결합하도록 적용되는 경량 절삭 공구.
제 69 항에 있어서, 상기 샤프트는 내마모성 재료와 혼합된 폴리머를 포함하는 강화 폴리머로 제조되는 경량 절삭 공구.
제 70 항에 있어서, 상기 내마모성 재료는 미립자 형태의 금속과 세라믹, 위스커, 잘게 잘린 섬유와 필라멘트, 및 그 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 경량 절삭 공구.
정렬된 절삭 요소를 포함하며 절삭 단부와 커플링 단부를 갖는 커터부와,

비금속 복합재로 제조되며 커터 결합부와 드라이버 결합부를 갖는 몸체를 구비하며,

상기 커터부와 몸체는 서로 견고하게 결합되도록 적용되고,

상기 드라이버 결합부는 동심축을 중심으로 한 절삭 공구의 회전을 위해 드라이버와 작동식으로 결합하도록 적용되는 제품 절삭용 경량 도구.
제 72 항에 있어서, 상기 커터부는 원통형이며, 상기 몸체는 비금속 복합재로 제조된 원통형의 샤프트이고,

상기 커터와 샤프트는 서로 동심의 단부 대 단부 결합하도록 적용되며 상기 커플링 단부는 상기 커터 결합부와 견고하게 결합되고,

상기 드라이버 결합부는 동심축을 중심으로 한 절삭 공구의 회전을 위해 드릴과 작동식으로 결합하도록 적용되는 제품 절삭용 경량 도구.
제 72 항에 있어서, 상기 폴리머 몸체의 표면상에 배치된 내마모성 미립자의 층을 또한 구비하는 제품 절삭용 경량 도구.
제 74 항에 있어서, 상기 내마모성 미립자는 세라믹, 금속과 금속 합금, 도성 합금, 및 그 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 제품 절삭용 경량 도구.
상기 내마모성 미립자는 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 실리카, 탄화텅스텐, 질화붕소, 졸-겔 알루미나, 알루미나-지르코니아, 철, 니켈, 코발트, 강철, 청동, Co-WC 및 그 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 제품 절삭용 경량 도구.
제 74 항에 있어서, 상기 내마모성 층은 접착제로 상기 폴리머 몸체에 부착되는 제품 절삭용 경량 도구.
제 74 항에 있어서, 상기 미립자는 폴리머 몸체의 표면내로 깊숙이 박히는 제품 절삭용 경량 도구.
제 78 항에 있어서, 100 내지 2000 ℃로 미립자를 가열하고, 10 내지 500 m/sec의 속도로 폴리머 몸체의 표면상으로 가열된 미립자를 산포하고 가열된 미립자는 폴리머를 부드럽게 하여 표면내로 깊숙이 박힘으로써 상기 미립자가 깊숙이 박히는 제품 절삭용 경량 도구.
제 78 항에 있어서, 상기 미립자는, 폴리머 몸체의 유리 천이 온도를 초과하지 않으면서 폴리머 몸체의 표면을 부드럽게 하는데 효과적인 온도로 폴리머 몸체를 가열하여 폴리머 몸체의 표면이 부드럽게 되고,

미립자 직경의 50% 이상의 깊이로 미립자를 깊숙이 박는데 효과적인 속도로 폴리머 몸체의 표면상으로 내마모성 미립자를 산포하며,

폴리머 몸체를 냉각하여 몸체를 경화시키고 미립자를 단단하게 고정함으로써, 깊숙이 박히는 제품 절삭용 경량 도구.
제 74 항에 있어서, 상기 미립자는 폴리머 몸체에 열 산포에 의해 적용되어 상기 미립자는 표면상에 코팅되는 제품 절삭용 경량 도구.
제 53 항에 있어서, 상기 내마모성 미립자의 층 적용 단계는 내마모성 미립자의 층을 폴리머 몸체의 다수의 표면에 적용하는 단계를 또한 구비하는 폴리머 몸체 절삭 공구의 내마모성 개선방법.
제 79 항에 있어서, 상기 미립자는 폴리머 몸체의 유리 천이 온도와 미립자 용융점의 약 0.5 사이의 온도로 가열되는 제품 절삭용 경량 도구.
제 80 항에 있어서, 상기 폴리머 몸체는 폴리머 몸체의 유리 천이 온도의 0.5 내지 1.0 배의 범위내 온도로 가열되는 제품 절삭용 경량 도구.