KR20050017945A - 다이아몬드 공구 - Google Patents

다이아몬드 공구

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KR20050017945A
KR20050017945A KR1020030055532A KR20030055532A KR20050017945A KR 20050017945 A KR20050017945 A KR 20050017945A KR 1020030055532 A KR1020030055532 A KR 1020030055532A KR 20030055532 A KR20030055532 A KR 20030055532A KR 20050017945 A KR20050017945 A KR 20050017945A
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Abstract

본 발명은 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 다이아몬드공구를 구성하는 절삭팁에 다이아몬드 입자를 적절히 배열시킴으로써 보다 우수한 절삭성능을 가질 뿐만 아니라 절삭작업시 발생하는 미세분진을 보다 줄일 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 다이아몬드 입자들이 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되는 다이아몬드 공구에 있어서,
상기 다이아몬드 입자들은 절삭방향에 평행하고 절삭면과 수직하게 절단된 단면상에서 이 단면의 상부 꼭지점들을 연결하는 선 또는 하부 꼭지점들을 연결하는 선과 일정한 각도로 경사지게 배열되어 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자가 절삭팁의 절삭면에 일정한 간격을 가지고 돌출되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구를 그 요지로 한다.

Description

다이아몬드 공구{Diamond Tool}
본 발명은 석재, 벽돌, 콘크리트, 아스팔트와 같은 취성이 있는 피삭재를 절단하거나 천공하는데 사용되는 다이아몬드 공구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절삭속도를 높이고 미세한 분진을 줄일 수 있는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
본 발명은 대한민국 특허출원 제2001-60680호에 제시되어 있는 다이아몬드 공구와 관련되는 것이다.
인조 다이아몬드는 1950년대에 발명된 것으로서, 지구상에 존재하는 물질 중 가장 경도가 높은 물질로 알려져 있으며, 이러한 특성에 의하여 절삭, 연삭 공구등에 사용하게 되었다.
특히, 상기 인조 다이아몬드(이하, "다이아몬드"라 칭함)는 화강암, 대리석 등의 석재를 절삭, 연삭하는 석재가공분야 및 콘크리트 구조물을 절삭, 연삭하는 건설업분야에서 널리 이용되게 되었다.
통상, 다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 있는 절삭팁과 이 절삭팁이 고정되어있는 금속 바디(Core)로 구성된다.
도 1에는 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구의 일례가 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 세그먼트 타입의 다이아몬드 공구(1)는 디스크 형태의 금속바디(2)에 고정되어 있는 다수 개의 절삭팁(11)(12)을 포함하고, 각각의 절삭팁(11)(12)에는 다이아몬드 입자(5)들이 무질서하게 분포되어 있다.
다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우 각각의 절삭팁에 분포되어 있는 다이아몬드 입자들 각각이 절삭을 행하게 된다.
그러나, 본 발명자들의 연구 및 실험 결과에 의하면, 도 1에서와 같이, 다이아몬드 입자들이 절삭팁에 무질서하게 분포되어 있는 경우에는 다이아몬드 입자들의 절삭효율이 떨어진다는 것을 확인할 수 있었다.
이는 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포되어 있는 절삭팁만 포함하는 다이아몬드 공구는 다음과 같은 비효율이 발생하기 때문이다. 하나는 선행하는 절삭팁에 분포된 다이아몬드 입자들에 의해 형성된 절삭홈들 간의 간격이 다이아몬드의 입자 크기보다 훨씬 커서 후행한 절삭팁이 지나간 뒤에도 절삭홈과 절삭홈 사이에 공간이 남아 피삭재가 완전히 제거되지 못하는 경우이고, 또 다른 경우는 후행하는 절삭팁에 분포된 다이아몬드 입자가 공교롭게도 선행한 절삭팁이 만들어 놓은 절삭홈으로 그냥 지나가서 결국 아무런 일도 하지 못하는 경우이다.
한편, 상기 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포되어 있는 절삭팁을 제조하는 방법으로는 다이아몬드 입자를 다른 금속분말과 혼합하여 소결하는 분말야금방법이 널리 사용되고 있다.
상기와 같이 분말야금법에 의해 절삭팁을 제조하는 경우에는 미세한 다이아몬드 입자와 다른 금속분말을 혼합, 성형, 소결하는 과정에서 입자의 크기, 비중의 차이 등으로 다이아몬드 입자가 금속결합제 사이에 균일하게 분포하지 못하므로 도 1에 나타난 바와 같이 지나치게 많은 입자가 분포되어 있는 절삭면(3)을 제공하거나 또는 지나치게 적게 분포되어 있는 절삭면(4)을 제공하므로써 편석의 문제가 발생하게 된다.
상기와 같이 다이아몬드 입자가 편석되어 분포되는 경우에는 공구의 절삭성능이 더욱 떨어질 뿐만 아니라 공구의 수명이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 다이아몬드공구를 구성하는 절삭팁에 다이아몬드 입자를 적절히 배열시킴으로써 우수한 절삭성능을 가질 뿐만 아니라 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄일 수 있는 다이아몬드 공구를 발명하였으며, 이 발명된 다이아몬드 공구는 대한민국 특허출원 제2001-60680호로 특허출원되었다.
본 발명은 대한민국 특허출원 제2001-60680호와 관련되는 것으로서, 다이아몬드공구를 구성하는 절삭팁에 다이아몬드 입자를 적절히 배열시킴으로써 보다 우수한 절삭성능을 가질 뿐만 아니라 절삭작업시 발생하는 미세분진을 보다 줄일 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 2개 이상의 영역으로 구분하여 절삭방향으로 보아 전방부에는 n층의 다이아몬드 입자층이 배열되고 후방부에는 n'층의 다이아몬드 입자층이 배열되고(이때 n'≤n); 상기 전방부의 각각의 다이아몬드 입자층은 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 상기 후방부의 다이아몬드 입자층사이에 오도록 배열되는 다수 개의 절삭팁이 피삭재의 절삭시 후행하는 절삭팁의 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 절삭팁의 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되어 있는 다이아몬드 공구에 있어서,
상기 전방부의 다이아몬드 입자층이 상기 후방부의 다이아몬드 입자층사이에 오도록 하는 배열이 절삭방향으로 본 측면부에 음각을 부여함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구(이하, "제1 발명"이라고도 칭함)에 관한 것이다,
본 발명은 다이아몬드 입자가 단층 또는 다층의 판상으로 분포되어 있는 다수개의 절삭팁을 포함하고, 상기 다이아몬드 입자층들은 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되는 다이아몬드 공구에 있어서,
상기 다이아몬드 입자들은 절삭방향에 평행하고 절삭면과 수직하게 절단된 단면상에서 이 단면의 상부 꼭지점들을 연결하는 선 또는 하부 꼭지점들을 연결하는 선과 일정한 각도로 경사지게 배열되어 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자가 절삭팁의 절삭면에 일정한 간격을 가지고 돌출되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 절삭작업 과정에서 피삭재와 접하는 절삭면에 다이아몬드를 적절히 배열시켜 각각의 다이아몬드 입자 하나하나가 가장 효용성 있게 사용되도록 하는 다이아몬드 공구에 관한 것이다.
도 1에서와 같이 다이아몬드 입자들이 무질서하게 배열된 공구를 사용하여 피삭재를 절삭하는 경우에는 다음과 같이 세가지 형태의 절삭홈을 피삭재 표면에 만들게 된다. 첫째는 후행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자들이 선행 다이아몬드 입자와 동일한 궤적을 만들어 피삭재에 어떤 절삭홈도 만들지 못해 결국 아무일도 못한 경우, 둘째는 선행 절삭홈들 간의 인접한 사이에 후행 절삭팁의 절삭홈이 만들어져 피삭재가 완전히 제거되는 경우, 셋째는 선행 절삭홈간의 거리가 너무 멀어 후행 절삭팁이 지난간 뒤에도 절삭홈과 절삭홈 간에 공간이 남아 있어 피삭재가 완전히 제거되지 못하고 남는 경우이다.
본 발명은 첫번째와 세번째의 경우와 같이 절삭효율을 저하시키는 경우를 최소화 하고 두번째의 가장 효율적인 경우를 최대로 일어나게 하여 절삭효율을 최대화 하도록 다이아몬드 입자를 배열하는 것이다.
즉, 본 발명은 선행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자들이 피삭재를 긁어내어 생긴 절삭홈간의 가장 인접한 곳에 후행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자들이 절삭홈을 만들도록 절삭팁에 다이아몬드 입자를 배열시킨 소위 "삽질효과"를 이용한 것이다.
본 발명에 따라서 절삭팁 내에 다이아몬드를 배열하는 경우에는 가장 효과적인 절삭작용이 일어남으로 절삭속도가 향상되고, 피삭재를 대립(大粒)으로 절삭할 수 있어 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄여 작업자의 건강을 보호할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 부합되는 다이아몬드 공구의 바람직한 예에 대하여 설명한다.
본 발명은 다이아몬드 입자가 단층 또는 다층의 판상으로 분포되어 있는 다수개의 절삭팁을 포함하고, 상기 다이아몬드 입자층들은 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되는 다이아몬드 공구에 바람직하게 적용되는 것이다.
다이아몬드 공구는 다이아몬드 입자가 분포되어 절삭을 직접 수행하는 절삭팁과 이 절삭팁이 붙어 있는 금속바디(Core)로 구성된다.
절삭팁에서 다이아몬드 입자는 코어와 평행하게 층으로 배열되며 코어에 고정된 절삭팁의 절삭면에는 배열된 다이아몬드 입자층이 열로 나타나게 된다.
본 발명이 바람직하게 적용되는 다이아몬드 공구는 선행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n층 배열되고 상기 후행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n'층 배열되고(이때 n'≤n), 상기 선행하는 세그먼트와 후행하는 세그먼트는 교대로 배열되고, 그리고 상기 후행하는 절삭팁의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 선행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열된다.
또한, 본 발명은 각각의 절삭팁을 2개 이상의 영역으로 구분하여 절삭방향으로 보아 전방부에는 n층의 다이아몬드 입자층이 배열되고 후방부에는 n'층의 다이아몬드 입자층이 배열되고(이때 n'≤n), 그리고 상기 전방부의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 후방부의 다이아몬드 입자층사이에 오도록 배열되는 다이아몬드 공구에도 적용된다.
이 경우에 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁의 양쪽에 교대로 일정한 깊이의 음각을 주어 일정구간으로 다이아몬드 입자층이 교대로 배열되도록 할 수도 있다.
상기 절삭팁에서 음각이 있는 부분 중 후방부에 있는 다이아몬드 입자층은 전방부에 있는 다이아몬드 입자층의 사이에 오도록 배열되어야 한다.
도 2에는 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 2개이상의 영역으로 구분된 절삭팁의 예가 제시되어 있다.
즉, 도 2(a)에는 절삭팁을 2개의 영역으로 구분하여 절삭방향으로 본 전방부에는 3층의 다이아몬드 입자층이 배열되고 후방부에는 2층의 다이아몬드 입자층이 배열되어 있는 절삭팁이 나타나 있다.
도 2(a)에 나타난 바와 같이, 상기 후방부의 각각의 다이아몬드 입자층(141d,141e)은 상기 전방부의 다이아몬드 입자층(141a,141b, 141c)사이에 오도록 배열된다.
도 2(b)에는 절삭방향으로 본 전방부(211)와 후방부(212)의 양쪽에 각각 교대로 음각이 형성되어 있는 절삭팁(21)이 나타나 있다.
도 2(b)에 나타난 바와 같이, 절삭팁(21)의 전방부(211)에 3층의 다이아몬드 입자층(211a,211b,211c)이 배열되고 후방부(212)에도 3층의 다이아몬드 입자층(212a,212b, 212c)이 배열되고, 그리고 상기 전방부(211)의 3층의 다이아몬드 입자층(211a,211b,211c)각각은 상기 후방부(212)의 3층의 다이아몬드 입자층 (212a, 212b,212c)사이에 오도록 배열된다.
또한, 도 2(c)에는 절삭팁의 양 측면쪽(절삭방향에서 볼 때 측면쪽)에 교대로 음각을 주되 음각을 가진 부분이 복수개 반복되도록 하여 다이아몬드 입자층이 교대로 배열되는 구간이 2개이상(복수 개)이 되도록 한 절삭팁(22)이 나타나 있다.
도 2(c)에 나타난 바와 같이, 절삭팁(22)의 전방부(221)의 전면부(2211)와 후면부(2212)에 3층의 다이아몬드 입자층(221a,221b,221c) 및 (221d,221e,221f)이 배열되고 후방부(222)의 전면부(2221)와 후면부(2222)에도 3층의 다이아몬드 입자층(221g,221h,221i) 및 (221j,221k,221l)이 배열되며, 상기 3층의 다이아몬드 입자층(221a,221b,221c) 및 (221g,221h,221i) 각각은 상기 3층의 다이아몬드 입자층(221d,221e,221f) 및 (221j,221k,221l)사이에 오도록 배열된다.
도 2(d) 및 (e)는 다이아몬드 입자들이 측면과 접하도록 배열되어 있는 절삭팁의 예들을 나타내는 것이다.
상기 음각이 부여되는 부분의 깊이와 길이 및 개수는 절삭팁의 크기, 다이아몬드의 집중도, 및 다이아몬드의 입자크기에 따라 적절히 변화될 수 있다.
또한, 본 발명은 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁과 다이아몬드 입자가 n-1층 배열된 절삭팁을 교대로 배치한 다이아몬드 공구에도 적용된다.
상기 다이아몬드 입자가 n-1층 배열된 절삭팁에서 각각의 다이아몬드 입자층은 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열된다.
본 발명의 주요 특징은 상기와 같이 다이아몬드 입자들이 배치된 다이아몬드 공구에 있어서 다이아몬드 입자들이 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자가 절삭팁의 절삭면에 일정한 간격을 가지고 돌출되도록 절삭방향에 평행하고 절삭면과 수직하게 절단된 단면상에서 이 단면의 상부 꼭지점들을 연결하는 선 또는 하부 꼭지점들을 연결하는 선과 일정한 각도로 경사지게 배열되는데, 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 세그먼트 타입의 절삭팁을 갖는 다이아몬드 공구[쏘블레이드(sawblade)]의 일례가 도 3에 나타나 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 다이아몬드 공구(101)는 디스크 형태의 코어(2)에 고정되어 있는 절삭팁들을 포함하고, 하나의 절삭팁(111)에는 3층의 다이아몬드 입자(105)층이 배열되고 다른 하나의 절삭팁(112)에는 2층의 다이아몬드 입자층이 배열된다.
이때 상기 2층의 다이아몬드 입자층은 상기 3층의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 다이아몬드 입자(105)들이 배열된다.
도 4 및 도 5에는 3층의 다이아몬드 입자(105)층이 배열된 절삭팁(111)및 2층의 다이아몬드 입자층이 배열된 절삭팁(112)의 예가 각각 나타나 있고, 도 6에는 본 발명에 부합되는 도 2의 다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭할 때 절삭 메커니즘를 설명하기 위한 개략도가 나타나 있다.
또한, 본 발명이 적용되는 다이아몬드 공구의 일례로서 n층의 다이아몬드 입자층이 배열된 절삭팁을 배열하되 절삭팁의 입자층이 인접한 절삭팁의 입자층의 사이에 오도록 배열된 것을 들수 있는데, 그 예가 도 7에 나타나 있다.
도 7에 나타난 바와 같이, 선행하는 절삭팁(121)에는 3층의 다이아몬드 입자층(121a,121b,121c)이 배열되고 후행하는 절삭팁(122)에도 3층의 다이아몬드 입자층(122a,122b,122c)이 배열되고, 이때 상기 3층의 다이아몬드 입자층(121a,121b,121c) 각각은 상기 3층의 다이아몬드 입자층(122a,122b,122c) 사이에 오도록 다이아몬드 입자들이 배열된다.
또한, 본 발명은 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁과 다이아몬드 입자가 n-2층 또는 그 이하의 층이 배열된 2개 이상의 절삭팁들이 교대로 배치되고, 상기 다이아몬드 입자가 n-2층 또는 그 이하의 층이 배열된 절삭팁들에서 각각의 다이아몬드 입자층은 다이아몬드 입자가 n층 배열된 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열되는 다이아몬드 공구에도 적용되는데, 그 일례가 도 8에 나타나 있다.
도 8에 나타난 바와 같이, 다이아몬드 입자가 1층 배열된 2개의 절삭팁(132)및 (133)의 각각의 다이아몬드 입자층(132a) 및 (133a)는 3층 배열된 절삭팁(131)의 다이아몬드 입자층(131a,131b,131c)들 사이에 오도록 배열된다.
본 발명은 상기와 같이 다이아몬드 입자들이 배치된 다이아몬드 공구에 있어서 삽질효과를 보다 극대화시키기 위하여 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자가 절삭팁의 절삭면에 일정한 간격을 가지고 돌출되도록 절삭방향에 평행하고 절삭면과 수직하게 절단된 단면상에서 이 단면의 상부 꼭지점들을 연결하는 선 또는 하부 꼭지점들을 연결하는 선과 일정한 경사각도(이하, "경사각"이라고도 함)로 경사지게 다이아몬드 입자가 배열되도록 하는데, 이에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 부합되는 다이아몬드 공구를 제조하는 방법으로는 다이아몬드 입자를 다른 금속분말과 혼합하여 소결하는 분말야금방법을 들수 있다.
상기 분발야금방법을 사용하여 절삭팁을 제조하기 위하여 금속분말을 성형할 때 절삭팁의 내부에 다이아몬드를 판상으로 배열하게 되는데, 이때 다이아몬드 배열상태의 예들이 도 9에 나타나 있다.
도 9에 나타난 바와 같이, 다이아몬드를 배열하는 기본단위는 정사각형 모양이 될 수도 있고[도 9(a)], 정삼각형 모양이 될 수도 있고[도 9(b)], 그리고 이등변삼각형 모양이 될 수도 있다[도 9(c)].
물론, 다이아몬드를 배열하는 기본단위는 상기한 모양에 한정되는 것은 아니다.
도 9(a)와 같이 기본단위가 정사각형인 모양으로 다이아몬드 입자를 배열하는 경우에는 절삭팁내에 다이아몬드 입자들의 배열은 도 10과 같이 나타낼 수 있다.
즉, 도 10에 나타나 있는 배열상태는 도 11에서 절삭팁을 A-A선을 따라 절단한 것이다.
본 발명에서 사용되는 "절삭방향과 평행하고 절삭면과 수직하게 절단한 면"은 도 11에서와 같이 절삭팁을 A-A선을 따라 절단하여 얻어진 단면을 의미하는 것이다.
도 11에서 부호 91은 절단면을 나타낸다.
도 10에서, 절삭이 이루어지는 절삭팁(90)의 절삭면(91)에서 다이아몬드 입자의 상태를 관찰하면 초기에는 중앙부분의 다이아몬드 입자들(911b)이 절삭에 참여하다가 이 다이아몬드 입자들(911b)이 모두 탈락하면 양쪽측면부의 다이아몬드 입자들 (911a, 911c)이 절삭에 참여하게 된다.
절삭작업중에 이러한 과정이 계속적으로 반복해서 나타나는데 이렇게 되면 절삭팁의 절삭면의 모든영역에 다이아몬드가 고루 돌출되지 못하고 한 부분에 몰려서 나타나기 때문에 삽질효과를 100% 기대할 수가 없다.
따라서, 다이아몬드를 배열할 때 일정한 경사각을 주어 다이아몬드 입자들을 배열하는 것이 효과적이다.
도 12에는 정사각형을 기본단위로 경사각에 따른 다이아몬드 입자의 배열상태가 나타나 있다.
도 12에 나타난 바와 같이, 도 12(b)~(f)의 배열이 도 12(a)의 경우보다 절삭면상에서의 다이아몬드 입자간의 적당한 간격(S)을 유지하고 있음을 알 수 있다.
일반적으로, 다이아몬드 쏘 블레이드의 경우 절삭작업 중 절삭면의 다이아몬드 상태는 도 13과 같이 이머징 크리스탈(emerging crystal)(23), 홀 크리스탈(whole crystal)(24), 프랙처 크리스탈(fractured crystal)(25), 풀-아웃 홀(pull-out hole)(26) 등의 여러가지 모양으로 나타나게 된다.
다이아몬드 공구 관련 논문에 따르면 홀 크리스탈 : 프랙처 크리스탈 : 풀-아웃 홀의 비율이 4:4:2인 경우가 가장 효율적인 절삭작업을 한다고 보고되어 있다.
따라서, 절삭팁의 다이아몬드 입자들을 바람직하게는 일정한 경사각, 보다 바람직하게는 5°이상의 경사각을 주어 배열하는 것이 절삭팁의 절삭면에 홀 크리스탈, 프랙처 크리스탈, 풀-아웃 홀의 적절한 조합을 이룰 수 있어 절삭작업에 보다 효과적이라고 할 수 있다.
도 12에서 정사각형을 기본단위로 한 다이아몬드 입자배열에서는 경사각 45˚를 기준으로 배열의 대칭을 이룬다.
즉, 도 14의 (a)와 (b), (c)와 (d)가 각각 대칭을 이룬다.
도 9의(b) 및 (c)와 같이 정삼각형 및 이등변삼각형을 기본단위로 한 경우는 경사각 30˚및 90˚를 기준으로 각각 대칭을 이룬다.
도 15와 도 16에 각각 정삼각형 및 이등변삼각형을 기본단위로 한 경우에 대한 경사각에 따른 배열상태와 대칭관계가 나타나 있다.
도 10에서 상기한 바와 같이 다이아몬드 입자간 간격이 좁고 동일한 돌출높이를 갖게 되는 경우에는 절단작업시 절단면에서 다이아몬드 입자간의 간격이 좁은 영역이 부분적으로 나타나므로 삽질효과가 100% 일어날 수 없어 보다 우수한 절삭성을 기대할 수 없다.
실제 절삭팁의 절삭면은 유한 반경을 가지고 있기 때문에 다이아몬드 입자가 직선으로 배열될 경우 절삭팁의 끝부분은 어느 정도 경사에서는 도 17의 E 부분과 같이 절삭면에서 다이아몬드 입자가 조밀하게 배열될 수 있다.
도 18에는 하나의 절삭팁과 스틸 코어가 결합되어 있는 다이아몬드 공구의 일부가 도시되어 있다.
도 18에는 절삭팁(460)의 절삭면(462)에서 이 절삭면(462)의 중심과 절삭팁의 끝점을 이은 직선(463)이 그 절삭면상에 있을 때 그 직선(463)과 절삭면(462)의 중심으로부터 스틸 코어(steel core)(461)의 중심까지의 직선(464)이 이루는 각 α가 나타나 있다.
실제적으로 절삭에 참여하는 다이아몬드 입자들은 절삭면(462)에 걸치게 되므로 각 α가 도 19와 같이 정의되는 각 a 또는 각 b와 같지 않도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 α는 스틸 코어(461)의 외경치수, 절삭팁(460)의 길이 등에 따라서 달라질 수 있으므로 다이아몬드 배열시 경사각은 α가 a 또는 b와 같지 않은 범위내에서 설정하는 것이 바람직하다.
도 17은 각 α가 각 a 또는 각 b와 같게 되는 경우로서, 이러한 경우에는 도 17에 나타난 바와 같이, 절삭면에서 다이아몬드 간의 간격이 좁아져서 국부적인 영역(E)에서만 다이아몬드 입자가 돌출되어 삽질효과를 100% 내지 못한다.
이와 같이, 본 발명에서는 삽질효과를 보다 향상시키기 위하여 절삭방향에 평행하고 절삭면과 수직하게 절단된 단면상에서 이 단면의 상부 꼭지점들을 연결하는 선 또는 하부 꼭지점들을 연결하는 선과 일정한 경사각도로 경사지도록, 다시 말하면, 도 18에서 정의되는 각 α가 도 19와 같이 정의되는 각 a 또는 각 b와 같지 않도록 다이아몬드 입자가 배열되어야 한다.
상기와 같이 다이아몬드 입자들을 배열함으로써 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자들이 일정한 간격을 두고 절삭면상에 항상 노출되어 있게 됨으로써 삽질효과를 보다 향상시키고 결과적으로 절삭효과를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 도 20에도 나타난 바와 같이 다수개의 절삭팁으로 이루어져 있는 코어비트의 절삭팁에도 적용될 수 있다.
도 20에는 본 발명에 부합되는 코어 절삭팁의 일례가 나타나 있는데, 도 20에 나타난 바와 같이, 상기 코어 절삭팁(102)은 본 발명에 따라 다이아몬드 입자층(181a,181b,181c)이 절삭면에 3층 배열된 절삭팁(181) 과 다이아몬드 입자층(182a,182b)이 2층 배열된 절삭팁(182)가 교대로 배열됨과 아울러 절삭면과 수직하게 절단된 단면상에서 이 단면의 상부 꼭지점들을 연결하는 선 또는 하부 꼭지점들을 연결하는 선과 일정한 경사각도로 경사지게 다이아몬드 입자가 배열된 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따라 단층 또는 다층의 다이아몬드 입자층이 배열된 절삭팁들 사이에 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열된 절삭팁을 하나 또는 그 이상 배치시켜 다이아몬드 공구에도 적용될 수 있다.
예를 들면, 3층×2층×랜덤 교대배열, 3층× 랜덤 × 2층 교대 배열, 3층× 랜덤 2층×교대배열 또는 3층×2층×랜덤×랜덤 교대배열등을 들 수 있다.
상기와 같이 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열된 절삭팁을 배치하여 공구를 제조하는 경우에는 절삭효율이 종래의 공구에 비해서는 우수하나 다이아몬드 입자가 무질서하게 배열된 절삭팁을 배치하지 않은 공구에 비해서는 절삭효율이 다소 떨어지게 된다.
상기한 본 발명의 다이아몬드 공구에 있어서 선행하는 절삭팁에 배열되는 각 다이아몬드 입자층과 입자층의 간격은 후행하는 절삭팁에 배열된 다이아몬드 입자층의 두께(다이아몬드 열의 폭)보다 작거나 같도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따라 다이아몬드 입자를 배열하여 절삭팁을 제작할 경우, 특히 내부에만 규칙배열된 다이아몬드가 있는 경우[도 2의 (a),(b)(c)]에는 절삭팁의 바깥쪽 측면부에는 다이아몬드 입자가 없기 때문에 금속결합제가 조기에 마모되어 규칙 배열된 다이아몬드를 조기 탈락시킬 우려가 있다.
따라서, 절삭팁 측면부의 조기마모를 방지하기 위하여 본 발명에서는 내마모성이 높은 필러를 선택하여 절삭팁의 측면부 다이아몬드 입자가 없는 부위에 적절한 형태로 분포시킨다.
즉, 본 발명에 따라 공구의 수명을 더욱 연장시키기 위하여 금속결합제에 필러(filler)(경도가 높은 연마재)를 첨가시켜 금속결합제의 내마모성을 증가시키는 것이 바람직하다. 이 때 사용되는 필러로서는 SiC, WC, BN, Al2O3, 다이아몬드 등과 같은 내마모성이 있는 입자로서 단독 또는 2종 이상을 복합하여 사용할 수 있다.
필러로 사용되는 재료는 측면부의 마모방지를 위해서 첨가된 것이므로, 필러로 다이아몬드를 사용할 경우, 측면부에 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도는 절삭을 목적으로 중앙부에 들어간 다이아몬드의 집중도보다 낮은 집중도를 가져야 한다.
측면부에 필러로 첨가된 다이아몬드는 절삭을 목적으로 중앙부에 들어간 다이아몬드의 집중도의 10-60%정도의 낮은 집중도를 갖는 것이 바람직하다.
왜냐하면 측면부에 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도가 절삭을 목적으로 중앙부에 들어간 다이아몬드 집중도의 10% 미만인 경우에는 측면에 급격한 마모현상으로 인하여 측면부의 조기마모 방지효과가 없고, 60%를 초과하는 경우에는 측면부의 조기마모 방지효과가 포화될 뿐 아니라, 중앙부에 들어간 다이아몬드의 양이 상대적으로 작아져서 오히려 절삭성능을 저하시키기 때문이다.
도 21에 나타난 바와 같이, 필러(164)는 절삭팁(161)의 측면에 무질서하게 분포될 수도 있고, 또한 도 22와 같이 필러(174)가 절삭팁(171)의 측면에 규칙적으로 분포될 수도 있다.
도 21 및 도 22에서 부호 161a, 161b, 161c, 171a, 171b, 및 171c는 다이아몬드 입자 층을 나타낸다.
본 발명의 다이아몬드 공구를 제조하는 방법의 일례는 다음과 같다.
스프레이식 접착제를 절삭팁 형상으로 자른 금속망위에 도포하고 그 위에 일정한 간격으로 레이저가공에 의해 타공된 금속지그를 올려놓고 미세한 다이아몬드 입자를 뿌린다. 이때 구멍 한 개에 다이아몬드 입자가 한 개씩 들어가게 한다. 금속지그를 분리하면 금속망위에 다이아몬드 입자가 일정하게 배열된 금속망을 얻게 된다. 이것을 금속결합제와 함께 냉간성형 하고 소결하여 절삭팁을 제조한다.
이 때 하나의 절삭팁을 두 개 이상의 영역으로 구분하여 제작하는 경우에는 성형 혹은 소결 시에 양각을 가진 상하 몰드를 사용하여 제작할 수 있으나 소결을 통한 방법이 좀 더 바람직하다. 이 방법은 다이아몬드 공구업계에서 널리 사용하고 있는 방법이다.
상기한 본 발명의 다이아몬드 공구의 제조방법은 하나의 바람직한 예에 불과하며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 부합되는 다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭시 절삭메카니즘에 대하여 설명한다.
도 6에 나나탄 바와 같이, 본 발명에서는 다이아몬드 입자가 3층(111a,111b, 111c)으로 배열된 절삭팁(111)과 다이아몬드 입자가 2층(112a,112b)으로 배열된 절삭팁(112)를 연속하여 배열하여 피삭재(113)를 절삭할 경우 3층 배열 절삭팁(111)에 의해 파인 피삭재 절삭홈(113a,113b,113c)의 인접한 곳에 2층 배열 절삭팁(112)의 다이아몬드 입자가 절삭홈(113d,113e)을 형성하므로 다이아몬드공구의 절삭능력을 향상시키는 효과를 가져오고 또한 피삭재를 대립(大粒)으로 절삭할 수 있어 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄일 수가 있을 뿐만 아니라 도 18에서 정의되는 각 α가 도 19와 같이 정의되는 각 a 또는 각 b와 같지 않도록 다이아몬드 입자를 배열시킴으로써 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자들이 일정한 간격을 두고 절삭면상에 항상 노출되어 있게 됨으로써 삽질효과를 보다 향상시키고 결과적으로 절삭효과를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 7에 나타난 바와 같이, 선행하는 절삭팁(121)의 절삭면에 배열된 3층의 다이아몬드 입자층(121a,121b,121c)이 피삭재(123)를 긁어내어 형성한 절삭홈(123a,123b,123c)이 생기고, 후행하는 세그먼트(122)의 절삭면에 배열된 3층의 다이아몬드 입자층(122a,122b,122c)이 선행하는 절삭팁(121)에 의해 피삭재(123)에 형성된 절삭홈(123a,123b,123c)의 인접한 곳에 절삭홈(123d, 123e, 123f)을 형성하여 가장 효과적으로 피삭재가 제거되므로 절삭속도를 향상시키고 피삭재(123)를 대립(大粒)으로 절삭할 수 있어 절삭작업시 발생하는 미세분진을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 도 18에서 정의되는 각 α가 도 19와 같이 정의되는 각 a 또는 각 b와 같지 않도록 다이아몬드 입자를 배열시킴으로써 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자들이 일정한 간격을 두고 절삭면상에 항상 노출되어 있게 됨으로써 삽질효과를 보다 향상시키고 결과적으로 절삭효과를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
다이아몬드 입자가 절삭면과 수직하게 절단한 면에 판상으로 배열할 때 배열각도에 따른 절삭성능을 비교하기 위하여 24개의 절삭팁을 갖는 14 inch 쏘 블레이드(saw blade)를 제작하여 절단시험을 행하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상기 쏘 블레이드는 절삭팁의 절삭면에서의 배열형태는 도 5와 같이 3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁과 2층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁을 교대배열(3층×2층)한 것이다.
이때, 절삭팁 치수는 길이 40mm, 높이 8.2mm, 두께 3.2mm이고, 그리고 Co-Fe-Ni계 성분의 금속결합제를 사용하였다.
다이아몬드로는 미국의 GE사의 MBS 955를 사용하였고 집중도는 0.9cts/cc로 하였다. 소결은 고온 프레스(Hot press) 방식으로 소결온도 860℃, 소결시간 5분의 조건으로 행하였다.
상기 방법으로 제조한 세그먼트를 레이저 용접으로 14 inch 코어(core)에 부착하여 절입 35mm로 콘크리트 절삭시험을 행하였다.
이 때 사용한 기계는 EDCO(사)의 엔진구동형 절삭시험기로 5.5HP이다.
다이아몬드 배열시 다이아몬드 입자들의 경사각은 0˚, 15˚, 25˚, 35˚, 45˚로 변화를 주었다.
절삭팁의 측면에는 마모방지를 위해서 내부에 규칙배열한 다이아몬드와 동일한 다이아몬드를 사용하였으며 내부에 들어간 다이아몬드 집중도 보다 30%의 낮은 집중도로 다이아몬드를 필러(filler)로 첨가하였다.
실시예 No. 다이아몬드 배열 경사각 집중도(cts/cc) 절삭지수(㎠/min) 절삭비교(%) 수명지수(㎡/mm) 수명비교(%)
비교예 0° 0.9 610.3 102 4.77 102
발명예 1 15° 0.9 670.1 112 4.91 105
발명예 2 25° 0.9 723.9 121 5.01 107
발명예 3 35° 0.9 700.0 117 5.38 115
발명예 4 45° 0.9 712.1 119 5.10 109
종래예 무질서 0.9 598.3 100 4.68 100
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명예(1) ~ 발명예(4)의 경우가 종래예 및 비교예 보다 절삭 및 수명지수 성능이 우수함을 알 수 있고 특히 25˚~45의 경사각을 갖는 발명예(2~4)의 경우가 절삭성능이 보다 우수함을 알 수 있다.
(실시예 2)
하기 표 2과 같이 3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁과 2층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁을 교대배열(3층×2층)한 쏘블레이드(saw blade)(발명예 5), 4층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁과 3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁을 교대배열(4층×3층)한 쏘블레이드(발명예 6), 도 2(a)와 같이 3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁의 양쪽에 교대로 음각을 주어 배열(3층)한 쏘블레이드(발명예 7), 및 다이아몬드 입자를 배열시키지 않고 무질서하게 혼합하여 다이아몬드 입자를 분포시킨 쏘블레이드(종래예)를 제작한 후, 절삭시험을 행하여 절삭성능과 수명성능을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
발명예들에 있어서 절삭면과 수직하게 규칙배열된 다이아몬드층의 경사각은 실시예 1의 결과를 바탕으로 25˚로 하였다.
이때 절삭팁의 다이아몬드 층의 두께는 다이아몬드 평균 입자 크기인 0.4mm였고, 다이아몬드 층간의 간격은 0.3mm 되게 배열하였다.
이때 사용한 금속결합제로는 Co-Fe-Ni계 합금을 사용하였으며, 다이아몬드는 미국 GE사의 MBS 955를 사용하였고, 소결은 핫 프레스(Hot press) 방식으로 소결온도 860℃, 소결시간 5분의 조건으로 행하였다.
나머지 실험조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.
실시예 No. 집중도(cts/cc) 절삭지수(㎠/min) 절삭비교(%) 수명지수(㎡/mm) 수명비교(%)
발명예 5 0.9 713.4 122 5.72 114
발명예 6 0.9 742.7 127 5.92 118
발명예 7 0.9 766.1 131 5.87 117
종래예 0.9 584.8 100 5.02 100
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명예 (5)∼(7)의 경우가 종래방법에 따라 제작한 종래예에 비하여 절상성능 및 수명성능에 있어서 우수함을 알 수 있다.
(실시예 3)
상기 실시예 2에서의 발명예(7)의 쏘 블레이드와 종래예의 쏘블레이드에 대한 절삭 줄 수에 따른 절삭시간의 양상을 조사하고, 그 결과를 도 23에 나타내었다.
여기서, 절삭시간이란 절삭작업 시 쏘블레이드가 1회 절삭하는데 걸리는 시간을 말한다. 1회 절삭은 30cm길이의 피삭재를 일정 깊이로 1회 절삭함을 의미한다.
도 23에 나타난 바와 같이, 발명예(7)의 쏘블레이드가 종래예의 쏘블레이드보다 절삭시간이 짧고, 절삭시간의 경향이 안정적이며, 보다 균일한 성능을 나타냄을 알 수 있다.
(실시예 4)
세그먼트의 측면부의 조기마모방지를 위해 상기 실시예 2의 발명예(5)에 따라 3층×2층 교대배열을 기본으로 하여 하기 표 3과 같이 금속결합제에 필러(filler)를 첨가하여 세그먼트를 제작한 후 절삭시험을 행하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
이때, 절삭면과 수직하게 규칙배열된 다이아몬드층의 경사각은 25˚로 하였다.
여기서, 필러(Filler)재료로는 절삭을 목적으로 중앙부분에 규칙배열된 다이아몬드와 동일한 것을 사용하였으며 중앙부분에 규칙배열된 다이아몬드 집중도의 5∼70%까지 변화시켰다.
세그먼트 측면부의 조기마모 평가는 절삭작업 후 세그먼트의 두께감소량으로 평가하였다.
세그먼트 두께감소량은 30m와 60m 절삭작업 후 세그먼트의 초기 두께 3.2mm보다 감소한 양을 측정하였다.
측정부위는 24개의 세그먼트중에서 임의의 세그먼트로부터 90˚씩 떨어져 위치한 4개의 세그먼트의 평균값을 측정하여 측면부 마모량을 비교하였다. 다른 시험조건은 실시예 1과 같게 하였다.
실시예 No. 측면부 필러 함량(%) 세그먼트 두께 감소량(mm) 평가결과
30m 절삭후 60m 절삭후
발명예 8 10 0.07 0.10 양호
발명예 9 30 0.04 0.06 양호
발명예 10 40 0.04 0.05 양호
발명예 11 50 0.03 0.04 양호
발명예 12 60 0.03 0.02 양호
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 필러를 적정량 함유시킨 경우[발명예(8)∼ (12)]에는 세그먼트 두께감소량이 극히 적음을 알 수 있다.
(실시예 5)
3층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁과 2층으로 다이아몬드를 규칙배열한 절삭팁을 교대배열(3층×2층)한 쏘블레이드(saw blade)(발명예 5), 발명예(5)의 쏘블레이드에 다이아몬드가 무질서하게 분포된 절삭팁을 중간 중간 포함한 쏘 블레이드, 즉 3층 절삭팁, 2층 절삭팁, 무질서 배열된 절삭팁을 교대배열(3층×2층×랜덤배열×랜덤배열)한 쏘블레이드(saw blade)(발명예 13), 무질서하게 혼합하여 다이아몬드 입자를 분포시킨 쏘블레이드(종래예)를 제작한 후, 절삭시험을 행하여 절삭성능과 수명성능을 조사하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
발명예들에 있어서 절삭면과 수직하게 규칙배열된 다이아몬드층의 경사각은 25˚로 하였다.
이때 사용한 금속결합제로는 Co-Fe-Ni계 합금을 사용하였으며, 다이아몬드는 미국의 GE사의 MBS 955를 사용하였고, 소결은 핫 프레스(Hot press) 방식으로 소결온도 860℃, 소결시간 5분의 조건으로 행하였다.
본 실시예에서의 공구는 절삭팁을 레이저 용접으로 14 inch 코어(core)에 24개 부착하여 제작된 것이며, 절삭시험은 절입 35mm로 콘크리트 절삭시험을 행하였다. 사용한 기계는 EDCO(사)의 14인치 엔진구동형 시험기로 5.5HP이다.
상기의 각 쏘블레이드의 절삭팁의 크기는 길이 40mm, 높이 8.2mm, 두께 3.2mm이다.
실시예 No. 집중도(cts/cc) 절삭지수(㎠/min) 절삭비교(%) 수명지수(㎡/mm) 수명비교(%)
발명예 5 0.9 713.4 122 5.72 114
발명예 13 0.9 643.3 110 5.17 103
종래예 0.9 584.8 100 5.02 100
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명예 (13)의 경우는 발명예(5)에 비해서는 성능이 떨어지지만 종래예에 비해서는 절삭성능 및 수명성능이 우수하게 나타남을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 후행 다이아몬드 입자열이 선행 다이아몬드 입자열이 만든 절삭홈의 인접한 곳에 절삭홈을 만들도록 다이아몬드 입자들을 배열하므로써 피삭재를 절삭할 때 각 다이아몬드 입자 한 개 한 개의 효용성을 최대화 시켜 절삭속도를 향상함과 동시에 미세한 분진의 발생량을 감소시킬 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하는 효과가 있는 것이다.
또한, 본 발명은 각 다이아몬드 입자 한 개 한 개의 효용성을 최대화 하도록 다이아몬드 입자를 단층 또는 다층의 판상으로 배열하고 적절한 필러를 적절한 위치에 분포시키므로써 절삭성이 향상됨과 동시에 미세분진 발생량을 감소시키고 수명을 더욱 연장시킬 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하는 효과가 있는 것이다.
더욱이, 본 발명은 상기한 효과에 더하여 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자가 절삭팁의 절삭면에 일정한 간격을 가지고 돌출되도록 함으로써 삽질효과를 보다 극대화시켜 절삭성이 보다 향상됨과 동시에 미세분진 발생량을 최소화시킬 수 있는 다이아몬드 공구를 제공하는 효과가 있는 것이다.
도 1은 절삭팁의 절삭면에 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포된 종래의 다이아몬드 공구의 일례도
도 2는 본 발명의 다이아몬드 공구에 있어서 본 발명에 따라 음각이 부여된 절삭팁의 일례도
도 3은 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 다이아몬드 공구의 일례도
도 4는 도 3에서 다이아몬드 입자가 3층 규칙배열된 절삭팁의 구성도
도 5는 도 3에서 다이아몬드 입자가 2층 규칙배열된 절삭팁의 구성도
도 6은 도 3의 다이아몬드 공구를 사용하여 피삭재를 절삭할 때 절삭 메커니즘를 설명하기 위한 개략도
도 7은 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 다이아몬드 공구의 다른 일례도
도 8은 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 다이아몬드 공구의 또 다른 일례도
도 9는 다이아몬드 공구용 절삭팁의 절삭면과 수직하게 절단한 면에서의 다이아몬드 배열의 예들을 나타내는 개략도로서,
(a)는 기본단위가 정사각형인 모양으로 배열되는 다이아몬드 입자들의 배열예를 나타내고,
(b)는 기본단위가 정삼각형인 모양으로 배열되는 다이아몬드 입자들의 배열예를 나타내고, 그리고
(c)는 기본단위가 이등변삼각형인 모양으로 배열되는 다이아몬드 입자들의 배열예를 나타냄
도 10은 도 9(a)에서와 같이 기본단위가 정사각형인 모양의 다이아몬드 입자배열을 갖는 다이아몬드 공구용 절삭팁의 일례를 나타내는 개략도
도 11은 다이아몬드 공구용 절삭팁의 절삭면과 수직하게 절단된 면에서의 다이아몬드 입자들의 배열을 나타내는 일례도
도 12는 기본단위가 정사각형인 모양의 다이아몬드 입자배열이 본 발명에 따라 경사지도록 되어 있는 절삭팁의 예들을 나타내는 개략도
도 13은 다이아몬드 공구용 절삭팁의 절삭면에 배열된 다이아몬드 입자가 절삭작업시 절삭면에서 노출된 상태를 보여주는 절삭팁의 절삭면의 일례도
도 14는 기본단위가 정사각형인 모양의 다이아몬드 입자배열의 경사각이 5 °및 25°인 다이아몬드 입자 배열의 대칭관계를 나타내는 개략도
도 15는 기본단위가 정삼각형인 모양의 다이아몬드 입자배열이 본 발명에 따라 경사지도록 되어 있는 절삭팁의 예들을 나타내는 개략도
도 16은 기본단위가 이등변삼각형인 모양의 다이아몬드 입자배열이 본 발명에 따라 경사지도록 되어 있는 절삭팁의 예들을 나타내는 개략도
도 17은 다이아몬드 입자가 직선으로 배열될 경우 경사각이 작아 절삭팁의 끝부분 절삭면에서 다이아몬드 입자가 조밀하게 배열되는 상태를 나타내는 절삭팁의 개략도
도 18은 하나의 절삭팁과 스틸 코어가 결합되어 있는 다이아몬드 공구의 일부를 나타내는 개략도
도 19는 다이아몬드 입자의 배열각도 a 및 b가 정의되어 있는 절삭팁의 개략도
도 20은 본 발명이 적용될 수 있는 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 21는 본 발명이 적용될 수 있는 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 22는 본 발명이 적용될 수 있는 다이아몬드 공구용 절삭팁의 또 다른 예를 나타내는 개략도
도 23은 종래예 및 발명예(7)에 대한 절삭 줄 수에 따른 절삭시간의 변화를 나타내는 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 ... 코어
101 ... 다이아몬드 공구
21, 22, 111, 112, 121, 122, 131, 132, 133, 141, 161, 171, 181, 182 ... 절삭팁
105 . . . 다이아몬드 입자
121a, 121b, 121c, 122a, 122b, 122c, 131a, 131b, 131c, 132a, 133a, 141a, 141b, 141c, 141d, 141e, 181a, 181b, 181c, 182a, 182b, 211a, 211b, 211c, 212a, 212b, 212c. . . 다이아몬드 입자층
113, 123, 213 . . . 피삭재

Claims (30)

  1. 다이아몬드 입자가 단층 또는 다층의 판상으로 분포되어 있는 다수개의 절삭팁을 포함하고, 상기 다이아몬드 입자층들은 피삭재의 절삭시 후행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성되는 절삭홈이 선행하는 다이아몬드 층들에 의해 피삭재에 형성된 절삭홈들사이에 형성되도록 배열되는 다이아몬드 공구에 있어서,
    상기 다이아몬드 입자들은 절삭방향에 평행하고 절삭면과 수직하게 절단된 단면상에서 이 단면의 상부 꼭지점들을 연결하는 선 또는 하부 꼭지점들을 연결하는 선과 일정한 각도로 경사지게 배열되어 피삭재의 절삭시 다이아몬드 입자가 절삭팁의 절삭면에 일정한 간격을 가지고 돌출되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  2. 제1항에 있어서, 상기 경사각이 5∼45°인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  3. 제2항에 있어서, 상기 경사각이 15∼45°인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  4. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 선행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n층 배열되고 후행하는 절삭팁에는 다이아몬드 입자가 n'층 배열되고(이때 n'≤n), 상기 선행하는 절삭팁과 후행하는 절삭팁은 교대로 배열되고, 그리고 상기 후행하는 절삭팁의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 선행하는 절삭팁의 다이아몬드 입자층 사이에 오도록 배열되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  5. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 절삭팁을 2개 이상의 영역으로 구분하여 절삭방향으로 보아 전방부에는 n층의 다이아몬드 입자층이 배열되고 후방부에는 n'층의 다이아몬드 입자층이 배열되고(이때 n'≤n), 그리고 상기 전방부의 각각의 다이아몬드 입자층은 상기 후방부의 다이아몬드 입자층사이에 오도록 배열되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  6. 제5항에 있어서, 상기 전방부의 다이아몬드 입자층이 상기 후방부의 다이아몬드 입자층사이에 오도록 하는 배열이 절삭방향으로 본 측면부에 음각을 부여함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  7. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 선행하는 각 다이아몬드 입자층과 입자층의 간격은 후행하는 다이아몬드 입자층의 두께보다 작거나 같도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  8. 제4항에 있어서, 상기 선행하는 각 다이아몬드 입자층과 입자층의 간격은 후행하는 다이아몬드 입자층의 두께보다 작거나 같도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  9. 제5항에 있어서, 상기 선행하는 각 다이아몬드 입자층과 입자층의 간격은 후행하는 다이아몬드 입자층의 두께보다 작거나 같도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  10. 제6항에 있어서, 상기 선행하는 각 다이아몬드 입자층과 입자층의 간격은 후행하는 다이아몬드 입자층의 두께보다 작거나 같도록 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  11. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  12. 제4항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  13. 제5항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  14. 제6항에 있어서, 다이아몬드 입자가 판상의 층으로 배열된 절삭팁과 함께 다이아몬드 입자가 무질서하게 분포된 절삭팁도 단수 또는 다수개 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  15. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  16. 제4항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  17. 제5항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  18. 제6항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  19. 제7항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  20. 제8항에서 제10항중의 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  21. 제11항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  22. 제12항에서 제14항중의 어느 한 항에 있어서, 다이아몬드 입자층이 없는 부위에 필러가 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  23. 제15항에 있어서, 필러가 SiC, WC, BN, Al2O3 및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  24. 제16항 내지 제19항중의 어느 한 항에 있어서, 필러가 SiC, WC, BN, Al2O3 및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  25. 제20항에 있어서, 필러가 SiC, WC, BN, Al2O3 및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  26. 제21항에 있어서, 필러가 SiC, WC, BN, Al2O3 및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  27. 제22항에 있어서, 필러가 SiC, WC, BN, Al2O3 및 다이아몬드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  28. 제23항에 있어서, 필러가 다이아몬드이고 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도가 절삭을 목적으로 하는 다이아몬드의 집중도의 10-60%정도인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  29. 제24항에 있어서, 필러가 다이아몬드이고 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도가 절삭을 목적으로 하는 다이아몬드의 집중도의 10-60%정도인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
  30. 제25항에서 제27항중의 어느 한 항에 있어서, 필러가 다이아몬드이고 필러로 첨가된 다이아몬드의 집중도가 절삭을 목적으로 하는 다이아몬드의 집중도의 10-60%정도인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구
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