KR20060120698A - 다이아몬드 함유 세그먼트를 갖는 블레이드를 사용하는기계 바디 톱으로 절단된 화강암 석판 및 이의 절단방법 - Google Patents

다이아몬드 함유 세그먼트를 갖는 블레이드를 사용하는기계 바디 톱으로 절단된 화강암 석판 및 이의 절단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 입방정계 질화붕소 및 이들의 배합물 중의 하나로부터 선택된 초연마재 물질로 함침된 연속 상을 포함하는 다수개의 절단 세그먼트가 탑재되어 있는 블레이드 다수개가 일반적으로 평행하게 이격되어 포함된 톱질 장치에 의해 화강암 블록으로부터 절단된 화강암 석판으로서, 블록으로부터 절단된 각각의 화강암 석판이 표면 조도(Ra)가 500μ- in 미만이고 두께 편차가 공칭 석판 표적의 2mm 미만인, 절단된 화강암 석판에 관한 것이다.
화강암 블록, 석판, 블레이드, 절단 세그먼트, 초과 두께 폭

Description

다이아몬드 함유 세그먼트를 갖는 블레이드를 사용하는 기계 바디 톱으로 절단된 화강암 석판 및 이의 절단방법{Granite slabs cut with frame saw employing blades with diamond-containing segments and method of cutting thereof}
관련 출원에 대한 참조
본원은 2001년 12월 14일자로 출원된 미국 특허원 제10/014,547호와 2003년 12월 9일자로 출원된 미국 특허원 제10/731,066호의 일부 계속 출원인, 2003년 12월 23일자로 출원된 미국 특허원 제10/744,690호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 개선된 화강암 석판 절단방법 및 이로부터 절단된 화강암 석판에 관한 것이다.
스윙형 기계 바디 톱(swing-type frame saw)이 큰 화강암 블록(granite block)을 석판으로 절단하는 데 통상적으로 사용되어 왔다. 이러한 기계 바디 톱은 틀에 장력(예: 80kN)하에 탑재된 250개 이하의 강 블레이드를 사용한다. 틀은 통상적으로 2개의 피봇(pivot) 지점 주위를 왕복한다. 화강암을 절단하기 위해서, 강 블레이드에 물에 분산된 연마재 그릿(abrasive grit)(예: 모래, 강 샷(steel shot), 탄화규소)과 석회를 함유하는 슬러리를 뿌린다.
수 cm/hr의 절단 속도는 당해 기술을 느리게 한다. 예를 들면, 2m 높이의 화강암 블록을 평균 3cm/hr의 다운피드(downfeed)로 절단하는 경우, 거의 3일이 걸린다. 화강암 절단을 위한 시간 요건과 연마재 함유 슬러리의 사용은 환경에 유해한 강 샷/물/석회 슬러리의 대량 소비의 원인이다. 강 블레이드는 또한 유효 수명이 평균 2 내지 3개의 블록이며, 이는 화강암 절단과 관련된 비용에 기여한다.
강 샷이 슬러리에 사용되는 경우, 이의 크기는 통상적으로, 예를 들면, http://www.wheelabr.com/가 시판하는 것과 같은 거의 구형 내지 고도로 각진 입자의 경우에 0.1 내지 8mm이다. 큰 화강암 블록을 석판으로 절단하기 위한 스윙형 기계 바디 톱 작업에서, 장력하에 탑재된 일련의 평행 이격된 강 블레이드를 가지면서 수평으로 움직이는 사각형 틀은 2개의 피봇 지점 주위에서 진동하고 고정된 블록 위로 강하한다. 이러한 선행기술 작업에서, 블레이드가 진동하고 강하하는 동안, 물에 분산된 강 샷과 석회를 함유하는 슬러리는 블레이드와 블록의 접촉 영역으로 계속해서 공급된다. 이에 의해 블레이드는 슬러리의 연마재 성분들을 끌어들여 블록에 구멍(slot)을 뚫음으로써 절단 기능을 한다. 연마 입자, 예를 들면, 강 샷은 블레이드와 절단물의 벽 사이를 이동하여 표적 표면에 도달해야 한다. 이들 사이의 공간에 존재하는 동안, 강 입자는 구멍의 벽을 마모시킨다. 이러한 작용으로 인해 두 가지의 유해한 효과가 발생되는데, 첫째는 마모로 인해 구멍이 확장되는 것이고, 둘째는 이러한 작용이 화강암 표면을 거칠게 한다는 것이다.
블레이드 다수개가 일반적으로 평행하게 이격되어 장착된 수평 기계 바디 톱을 사용하여 화강암을 절단하는 통상적인 작업을 참조하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 기계 바디 톱에서 인접하는 블레이드들 사이의 간격(t간격)은 표적 석판 두께(t석판)와 초과 절단 폭(txs)에 의해 결정된다. 간격은 다음과 같은 관계로 정의된다:
Figure 112006044724304-PCT00001
.
위의 관계로 기재한 바와 같이, 초과 절단 폭이 클수록 표적 석판 두께를 달성하기 위해서 블레이드들은 더욱 이격되어야 한다.
통상적인 연마 입자를 사용하는 선행 기술에서 연마 슬러리를 사용하는 선행 기술 작업을 참조하면, 예를 들어 화강암을 톱질하는 틀에 사용되는 강 샷은 거의 1 내지 2mm이고 각진 형태이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 블레이드와 벽들 사이에 존재하는 연마 입자들은 절단 폭을 블레이드의 진동 또는 평면외 변형(out-of-plane deflection)과 같이 절단 폭에 영향을 줄 수 있는 기타 인자들에 관계없이 최대 평균 입자 크기의 대략 2배로 증가시킨다.
평균 입자 크기가 1 내지 2mm인 슬러리 속의 연마재를 사용하는 선행 기술 실시예에서, 초과 절단 폭(txs)은 평균 입자 크기의 2배 또는 최소한 2 내지 4mm일 것으로 예상될 수 있다. 그러나, 실제로 5mm 이상의 초과 절단 폭(txs)이 통상적으로 관찰된다. 예상되는 초과 절단 폭보다 큰 이유는 다음과 같다. 첫째, 입자들 의 다수 층이 블레이드와 블록 사이의 공간에서 발견될 수 있고, 둘째, 입자들이 매우 불규칙적이어서 최대 입자 치수는 예상되는 초과 절단 폭에 대한 양호한 추정치일 것이다. 선행 기술의 화강암 절단 작업에서, 크기가 다양한 연마재를 함유하는 슬러리가 블레이드와 블록의 접촉 영역으로 계속해서 공급되는 경우, 초과 절단 폭은 이 때 석판을 절단하기 위해 공급되는 슬러리 속의 입자 크기에 따라 변한다. 결과적으로, 연마 슬러리 또는 강 샷의 사용은 화강암 석판 품질에 영향을 주는데, 강 샷 및/또는 기타 연마재를 사용하는 경우, 절단된 화강암 석판의 두께 편차는 1mm를 초과하는 것이 통상적이다.
다시 도 1을 참조하면, 하나의 석판을 제조하는 데 필요한 블록 폭의 총량은 다음과 같은 관계로 표현될 수 있다:
Figure 112006044724304-PCT00002
.
예로서, 표적 석판 두께 22mm, 블레이드 두께 대략 4mm 및 초과 절단 폭 5mm를 고려해 보자. 이 경우, 하나의 석판에 필요한 블록 폭은 약 31mm이다. 위에서 나타낸 바와 같이, 화강암 석판을 절단하는 선행 기술의 방법은 석판 표면 가공에 영향을 주는 것 외에도 대단히 비효율적이고 비경제적인데, 초과 절단 폭은 최종 화강암 석판의 거의 25%이다.
화강암 표면의 품질은 화강암 절단 폭 이외에 연마 입자 크기에 의해서도 영향을 받는다. 절단물의 벽을 연마하는 동안, 강 샷과 같은 연마 입자는 선행 기술 작업으로 절단된 화강암 석판의 표면을 보여주는 SEM 사진인 도 5에 도시한 바와 같이 통상적으로 거친 표면을 생성시킨다. 일반적으로, 표면 조도는 작업에 사용되는 연마 입자의 크기가 증가할수록 증가한다.
본 출원인은 다이아몬드 함유 세그먼트가 장착된 수평 기계 바디 톱 블레이드를 사용함으로써 놀랍게도 석판당 블록을 적게 사용하여 표적 두께의 화강암 석판을 경제적으로 제조하면서 표면 품질이 개선된 화강암 석판을 얻을 수 있음을 밝혀냈다. 석판당 필요한 블록 폭의 감소는 작업시 초과 절단 폭(txs)이 감소된 결과이다.
발명의 간단한 개요
본 발명은 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 입방정계 질화붕소 및 이들의 배합물 중의 하나로부터 선택된 초연마재 물질로 함침된 연속 상을 포함하는 다수개의 절단 세그먼트(cutting segment)가 탑재되어 있는 블레이드 다수개가 일반적으로 평행하게 이격되어 포함된 톱질 장치에 의해 화강암 블록으로부터 절단된 화강암 석판으로서, 블록으로부터 절단된 각각의 화강암 석판이 표면 조도(Ra)가 1000μ- in 미만이고 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 10% 미만인 화강암 석판에 관한 것이다.
본 발명은 또한 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 입방정계 질화붕소 및 이들의 배합물 중의 하나로부터 선택된 초연마재 물질로 함침된 연속 상을 포함하는 다수개의 절단 세그먼트가 탑재되어 있는 블레이드 다수개가 일반적으로 평행하 게 이격되어 포함된 절단 장치를 사용하여 화강암 블록을 절단 표면 조도(Ra)가 1000μ- in 미만이고 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 10% 미만인 석판으로 절단하는 방법으로서, 하나 이상의 절단 세그먼트의 내마모성을 블레이드 길이 방향의 중심 대 중심 간격(a), 각각의 절단 세그먼트 중의 초연마재 물질의 농도(b), 압축 파단 강도(compressive fracture strength)로 측정되는 각각의 절단 세그먼트 중의 초연마재 물질의 등급(c), 각각의 절단 세그먼트 중의 초연마재 물질의 조성(d) 및 절단 세그먼트의 치수(e)를 변화시킴으로써 절단하는 동안 각각의 블레이드를 따르는 절단 세그먼트의 균일한 마모를 위해 최적화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 절단 에지(cutting edge)에 탑재된 다이아몬드 절단 세그먼트를 포함하면서 인접하고 이격된 다수개의 블레이드를 갖는 수평 기계 바디 톱으로 화강암을 절단하는 방법으로서, 절단 세그먼트 변수들 중의 하나 이상이 절단 동안 각각의 블레이드를 따르는 절단 세그먼트의 균일한 마모를 위해서 최적화되고 조절되는 방법에 관한 것이다.
도 1은 화강암 절단 작업에서 2개의 인접하는 톱 블레이드를 보여주는 대략적인 단면도이다.
도 2는 강 샷을 사용하는 선행 기술 작업을 보여주는 대략적인 단면도이다.
도 3은 화강암 블록을 통과 절단하는 본 발명의 수평 기계 바디 톱의 단면도이다.
도 4는 간격이 불균일한 톱 블레이드와 다이아몬드 절단 세그먼트의 절제 단 면도(cut-away sectional view)이다.
도 5는 선행기술에서 톱 블레이드를 통해 절단된 화강암 석판의 표면 품질을 보여주는 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 다이아몬드 절단 세그먼트를 사용하는 톱 블레이드로 절단된 화강암 석판의 표면 품질을 보여주는 SEM 사진이다.
본 발명은 선행 기술의 강 슬롯 슬러리의 필요없이 화강암을 절단하여 표면 품질이 개선되고 두께가 균일한 화강암 석판을 얻는 개선된 방법에 관한 것이다.
초연마재 세그먼트를 사용하는 기계 바디 톱으로 화강암 석판을 절단하는 방법: 본 발명의 개선된 방법에서, 다이아몬드 함유 절단 세그먼트를 갖는 절단 에지를 사용하는 수평 기계 바디 톱은 화강암 석판을 절단하는 데 사용된다. 본 발명의 한 양태에 있어서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 수평 기계 바디 톱(10)에는 화강암(12)을 절단하기 위해 일반적으로 평행하게 이격된 다수개의 블레이드(88)를 갖는 블레이드 어셈블리(16)가 장착되어 있고, 각각의 블레이드(88)는 톱질 운동으로 화강암을 절단하는 다이아몬드 절단 세그먼트(90 내지 104)가 탑재된 절단 에지를 갖는다.
블레이드(88)는 당해 기술분야에 알려져 있는 고성능 강 합금으로 제조될 수 있다. 한 예로는 탄소 0.7 내지 2.3%, 알루미늄 0.08 내지 2.0% 및 바나듐 0.7 내지 6.5%를 함유하는 강 합금이 있다. 또 다른 예로는 탄소 0.32%, 규소 0.35%, 망간 0.70%, 크롬 1.00%, 몰리브덴 2.00%, 니켈 0.6%, 바나듐 0.15%, 텅스텐 0.05% 및 잔류량의 철을 함유하는 강 합금이 있다. 세번째 예로서, 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐 및 니오븀을 7 내지 20% 함유하는 강 합금이 있다. 한 양태에 있어서, 블레이드(88) 각각의 높이는 약 50 내지 500mm이다. 블레이드는 당해 기술 분야에 알려져 있는 다양한 형상의 블레이드일 수 있는데, 대부분의 양태가 사각형이고 양면 오목형(모래시계형), 볼록/직선형, 오목/직선형, 양면 볼록형, 볼록/오목형 및 이들의 배합 형태일 수 있다.
한 양태에 있어서, 절단 세그먼트는 초연마재 물질, 즉 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드 또는 입방정계 질화붕소로 함침된 경질 연속 상 물질로 제조된다.
또 다른 양태에 있어서, 연속 상 물질은 금속 탄화물, 내화성 금속 합금, 세라믹, 구리, 구리계 합금, 니켈, 니켈계 합금, 코발트, 코발트계 합금, 주석, 텅스텐, 티탄, 티탄계 합금, 철, 철계 합금, 은 또는 은계 합금 또는 이들의 배합물을 추가로 포함한다.
또 다른 양태에 있어서, 절단 세그먼트의 연속 상 물질은 다양한 유형의 연마 물질, 즉 세라믹 및 산화알루미늄과 같은 2차 연마재 물질들의 배합물로 함침될 수 있다. 연속 상 물질 및 초연마재, 즉 다이아몬드 또는 CBN은 연속 상 물질과 초연마재/연마재의 입자들을 함께 결합시키는 알려진 공정(예: 소결, 열간 등압 성형(hot isostatic pressing), 레이저 용융 또는 이온 빔 용융)에 의해 최종 절단 세그먼트 형태로 응집될 수 있다.
절단 세그먼트 중의 초연마재 물질의 농도는 10 내지 50농도이다. 한 양태에 있어서, 농도는 15 내지 40농도이다. 또 다른 양태에 있어서, 농도는 20 내지 30농도이다. 본원에서 사용되는 "100농도"는 통상적으로 당해 기술분야에서는 1캐럿(carat)이 0.2g과 동일한 경우에 4.4캐럿/cm3로서 정의되고, 초연마재 입자의 농도는 단위 용적 함량당 이의 캐럿에 선형 관계된다.
하나의 양태에 있어서, 초연마재 물질은 크기가 20mesh 내지 400mesh인 천연 또는 합성 다이아몬드 입자 또는 이들의 배합물이다. 또 다른 양태에 있어서, 초연마재 입자 크기는 약 25mesh 내지 100mesh이다. 또 다른 양태에 있어서, 초연마재 입자 크기는 25/30mesh 내지 70/80mesh이다.
한 양태에 있어서, 절단 세그먼트의 다이아몬드의 인성 지수(TI)는 약 20 내지 90이다. 또 다른 양태에 있어서, 다이아몬드의 TI는 약 25 내지 80이다. 인성 지수(TI)는 표준 마손도 시험(standard friability test)을 사용하여 측정한다. 마손도 시험은 특정량의 생성물을 제어된 조건하에 볼 밀링(ball milling)시키고 잔류물을 체질하여 생성물의 붕괴를 측정함을 포함한다. TI는 표적 크기보다 큰 잔류물의 중량을 출발 중량으로 나눈 후, 100을 곱하여 계산한다.
또 다른 양태에 있어서, 절단 세그먼트는 조성이 MCxNy인 물질(여기서, M은 금속이고, C는 제1 화학량론적 계수 x를 갖는 탄소이고, N은 제2 화학량론적 계수 y를 갖는 질소이고, 0 ≤x이고, y ≤2이며, M은 하나 이상의 전이금속, IIIA족 또는 IVA족 금속이다)의 층으로 피복된 다이아몬드 입자를 함유한다. 이러한 금속 피막은 초연마재 물질이 연속 상 물질에 결합하는 강도를 증가시키는 것으로 알려져 있다.
기계 바디 톱의 하나의 양태에 있어서, 기계 바디 톱의 다이아몬드 절단 세그먼트는 크기가 길이 약 5 내지 100mm ×높이 5 내지 30mm ×두께 4 내지 8mm이다. 또 다른 양태에 있어서, 다이아몬드 절단 세그먼트는 블레이드의 두께보다 두껍다. 또 다른 양태에 있어서, 톱 블레이드는 절단 세그먼트들 중의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된 다수개의 함몰부를 포함한다.
하나의 양태에 있어서, 다이아몬드 절단 세그먼트는 약 80mm 내지 150mm로 이격(중심 대 중심)되어 있다. 또 다른 양태에 있어서, 중심 대 중심 간격은 약 100 내지 140mm이다. 또 다른 양태에 있어서, 중심 대 중심 간격은 약 120 내지 130mm이다.
절단 세그먼트는, 예를 들면, 사각형, 첨단형(tapered), 샌드위치형, 치약형, L자형, 반환형(semi-circle shape) 등을 포함하여 모든 편리한 형태로 존재할 수 있다. 절단 세그먼트는 소결, 캐스팅, 단조(forging) 또는 기계가공과 같은 당해 기술분야에 알려져 있는 기술에 의해 성형될 수 있다.
절단 세그먼트들은 브레이징(brazing), 솔더링(soldering), 용접, 접착제, 기계적 부가(mechanical affixation) 등을 통해 블레이드 가장자리에 부착된다.
다이아몬드 석판 절단시 사용되는 수평 기계 바디 톱 블레이드의 다이아몬드 절단 세그먼트들은 상이한 속도로 마모된다. 다이아몬드 절단 세그먼트들은 가능한한 균일한 속도로 마모되는 것이 바람직하지만, 본 발명의 하나의 양태에 있어서, 다이아몬드 절단 세그먼트들의 간격은 불균일한 간격의 톱 블레이드를 따라 최적화된다. 마모 속도가 큰 경향이 있는 길이 방향의 위치에는 단위 길이당 보다 많은 수의 절단 세그먼트들이 탑재된다. 반대로, 마모 속도가 작은 경향이 있는 블레이드 길이 방향의 위치에는 단위 길이당 보다 작은 수의 절단 세그먼트들이 탑재된다. 본원에서 사용되는 용어 "불균일한 간격"은 (톱 블레이드에서 인접하는 2개의 다이아몬드 절단 세그먼트들 사이의) 최소 중심 대 중심 이격 거리(X1) 내지 동일한 톱 블레이드에서 인접하는 2개의 다이아몬드 절단 세그먼트들 사이의 최대 중심 대 중심 이격 거리(X2)의 편차 1mm 이상임, 즉 X1이 X2보다 1mm 작음을 의미한다. 본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 동일한 톱 블레이드에서 인접하는 2개의 절단 세그먼트들 간의 중심 대 중심 최소 간격 내지 인접하는 2개의 절단 세그먼트들 간의 중심 대 중심 최대 간격의 간격 편차는 2mm 이상이다.
다이아몬드 절단 세그먼트들의 간격을 변화시키는 것과 관련하여 또는 톱 블레이드의 유효 수명을 연장시키는 별도의 방법으로서, 특성이 다양한 다이아몬드 절단 세그먼트들을 블레이드의 길이를 따라 (균일한 간격 또는 불균일한 간격으로) 분포시킬 수 있다. 마모 속도가 큰 경향이 있는 길이 방향의 위치에는 내마모성이 큰 절단 세그먼트들이 탑재된다. 반대로, 마모 속도가 작은 경향이 있는 블레이드 길이 방향의 위치에는 내마모성이 작은 절단 세그먼트들이 탑재된다.
본원에서 사용되는 용어 "변동하는 내마모성"은 동일한 톱 블레이드에서 하나의 다이아몬드 절단 세그먼트로부터 다른 다이아몬드 절단 세그먼트까지 톱 블레이드의 다이아몬드 절단 세그먼트들의 내마모성에 기여하는 변수의 변화율이 10% 이상임을 의미한다. 변동하는 내마모성의 예로는 결합제(bond) 중의 다이아몬드 농도(a), 다이아몬드 크기(b), 압축 파단 강도(CFS)로서 측정된, 다이아몬드 등급(c)(여기서, 내마모성은 다이아몬드 등급이 증가함에 따라 증가한다), 결정 강도 및 형태(d), 길이면에서의 절단 세그먼트 치수(e)(여기서, 내마모성은 절단 세그먼트 길이가 증가함에 따라 증가하며, 길이는 도 4에 도시된 바와 같이 부착되는 경우에 블레이드 길이에 평형한 절단 세그먼트 치수로 정의된다), 결합제를 구성하는 물질의 내마모성(f) 및 내마모성 2차 연마재의 존재(g)(여기서, 내마모성은 2차 연마재의 농도가 증가함에 따라 증가한다)가 있다.
가공된 화강암 석판의 개선된 품질: 톱 블레이드에 다이아몬드를 포함하는 절단 세그먼트를 사용하는 경우, 놀랍게도 강 샷 슬러리의 필요없이 화강암을 절단할 수 있다. 또한, 다이아몬드를 포함하는 절단 세그먼트를 사용하는 경우, 놀랍게도 표면이 개선된 화강암 석판을 절단할 수 있다.
당해 기술분야의 숙련인에게 알려져 있는 바와 같이, 가공된 표면의 조도는 연마 매질의 입자 크기를 포함하여 각종 인자에 좌우된다. 일반적으로, 표면 조도는 작업시 사용되는 연마 입자의 크기가 증가할수록 증가한다. 이미 언급한 바와 같이, 선행 기술에서 화강암 석판화용으로 사용되는 강 샷 입자는 공칭 크기가 대략 1 내지 2mm일 수 있다. 절단물의 벽을 마모시키는 동안, 강 샷은 통상적으로 표면을 거칠게 한다. 화강암 석판, 블록 등과 같은 석재 생성물의 조도 특성은 샘플에서의 거리를 가로지르는 Ra, Rmax 및 Rz -d와 같은 표면 형태 측정용 프로필로미터(profilometer)의 사용을 포함하여 당해 기술분야에서 사용되는 다양한 분석 기기에 의해 측정될 수 있다.
프로필로미터의 예민한 첨필은 표면 형태의 변화를 기록하면서 샘플의 폭을 가로질러 이동한다. 이들 편차의 산술적 평균을 표시/기록한다. Ra는 산술적 평균 조도값이다. Rz는 하나의 샘플링 길이에 대해 측정된 ISO 10 포인트 높이 파라미터이고 그 자체는 수 개의 피크값의 평균이다. Rmax는 샘플링 길이에서 얻어진 최대 피크 대 밸리 높이(peak-to-valley height)이다.
본 발명의 하나의 양태에 있어서, 본 발명의 다이아몬드 절단 세그먼트를 사용하는 기계 바디 톱은 표면 조도(Ra)가 1,000μ- in 미만이고 Rz값이 7,000μ- in 미만이고 Rmax 값이 10,000μ- in 미만인 석판용 화강암을 절단할 수 있다. 또 다른 양태에 있어서, 본 발명의 다이아몬드 함유 절단 세그먼트를 사용하여 절단된 화강암 석판은 800μ- in 미만의 표면 조도(Ra) 및 6000μ- in 미만의 Rz값 및 Rmax값을 나타낸다. 제3의 양태에 있어서, 절단된 화강암 석판은 500μ- in 미만의 표면 조도(Ra) 및 5000μ- in 미만의 Rz값 및 Rmax값을 나타낸다. 제4의 양태에 있어서, 측정된 표면 조도는 표면 조도(Ra)가 400μ- in 미만이고 Rz값 및 Rmax값이 4000μ- in 미만으로서, 선행 기술의 강 샷 공정에 비해 70% 이상 향상된 것이다.
위에서 지적한 바와 같이, 본 발명의 기계 바디 톱은 절단된 화강암 석판(또는 때때로 초기(preliminary) 화강암 석판이라고 한다)이 표면 조도가 선행 기술의 기계 바디 톱을 사용하여 절단된 화강암 석판에 비해 훨씬 미세하여 표적 가공물을 얻기 위해 제거되어야 하는 물질이 적다. 이는 가공 연마 시스템의 필요성을 줄여 연마 작업으로부터 초기 연마 단계들이 생략될 수 있다. 이러한 경우, 연마 작업 비용을 감소시키는 동시에 속도 및 용량을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 기계 바디 톱에 추가된 또 다른 이점은 화강암을 포함하는 상들의 인접하는 입자들 사이에 균열이 적게 발생하기 때문에 화강암을 덜 손상시켜 표면 품질/연마 품질을 개선시킬 수 있다.
석판 절단시 개선된 블록의 사용 효율: 본 발명의 기계 바디 톱은 작업들이 보다 경제적이도록 하는 것으로 또한 밝혀졌다. 표적 폭의 석판은 초과 절단 폭(txs)의 감소로 인해 블록을 덜 사용하여 제조할 수 있다.
감소된 초과 절단 폭(txs)은 가공된 화강암 석판의 균일도 뿐만 아니라 블록 사용 효율도 향상되도록 돕는데, 절단된 화강암 석판의 두께는 보다 균일하다. 본 발명의 하나의 양태에 있어서, 절단된 화강암 석판은 평균 두께 편차는 공칭 석판 표적 두께의 20% 미만이다. 제2의 양태에 있어서, 평균 두께 편차는 공칭 석판 표적 두께의 10% 미만이다. 제3의 양태에 있어서, 평균 두께 편차는 2cm인 공칭 석판 표적에 있어서 2mm 미만이다.
본 발명의 기계 바디 톱은 콘크리트, 대리석, 사암, 석회암, 내화 벽돌(fired brick) 등과 같은 석조 재료를 포함하지만 이들로 제한되지는 않는, 화강암이 아닌 재료를 절단하는 데 사용될 수 있을 뿐만 아니라 표면 품질을 개선시키고 보다 정밀한 치수를 위해 결합제 물질로 함께 결합된 석재 또는 대리석 조각들로 이루어진 복합 재료의 블록을 절단하는 데도 사용될 수 있음을 또한 주지하여야 한다.
다음 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 제공되는 것이지 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
기준으로서, 로사 베타(Rosa Beta) 화강암 블록을 선행 기술의 강 샷 기계 바디 톱 작업을 사용하여 석판으로 절단한다. 석판의 표면 품질을 프로필로미터를 사용하여 측정한다. 당해 측정시, 호멜 프로필로미터(Hommel Profilometer)(모델 T 4000)가 2.5cm 샘플링 거리를 가로질러 Ra, Rmax 및 Rz -D를 측정하는 데 사용된다. 결과를 표 1에 제공한다.
강 샷 연마재를 사용하여 절단된 화강암 석판의 표면 조도
조도 파라미터 산출값
Ra 1677μ- in
Rz -D 9145μ- in
Rmax 12673μ- in
강 샷 공정을 사용하여 절단된 석판 표면의 인상(impression)을 비닐 폴리실록산을 사용하여 제조한다. 도 5는 표면의 거친 조직(texture)을 보여주는 인상의 SEM 사진이다.
실시예 2
개선된 블록 사용 효율 및 석판 표면 조도를 평가하기 위해서, 로사 베타 화강암 블록을 다이아몬드 함유 절단 세그먼트들이 부착된 블레이드들을 갖는 본 발명의 기계 바디 톱을 사용하여 실시예 2에서 석판으로 절단한다. 시행에 대한 세부사항은 다음과 같다.
절단 세그먼트: 각각의 실시예에 대하여 다수개의 시행을 반복하는데, 각각의 시행에서 절단 세그먼트 농도는 오엠지, 유로텅스텐(OMG, Eurotungstene) 또는 다른 제조원이 시판하는 코발트계 결합제 속에서 크기가 20 내지 50mesh인 다이아몬드 결정 농도 15 내지 40농도로 변한다.
각각의 시행에서는 동일한 크기의 절단 세그먼트들을 사용하는데, 절단 세그먼트 치수는 각각의 시행에서 변하고 길이 10 내지 40mm, 폭 4 내지 8mm 및 높이 10 내지 30mm이며 블레이드당 20 내지 30개의 절단 세그먼트가 있다.
블레이드: t블레이드가 4.2mm인 80개의 탄소 합금 강 블레이드.
작업 조건: 다운피드 속도 30mm/h 및 각각의 블레이드에 이송되는 물 13 내지 15ℓ/min 공칭 석판 두께 표적 20mm.
석판당 총 블록 폭(w블록)을 평가한다. 또한, 석판의 표면 조도를 실시예 1에서와 같이 프로필로미터를 사용하여 측정한다.
석판당 블록 폭: 석판당 총 블록 폭(w블록)을, 절단된 블록의 총 폭을 측정하고 생성된 석판의 수(이는 블레이드의 수보다 1이 적은 수이다)로 나누어서 결정한다. 절단된 총 블록 폭 = 2233.6mm; w블록 =2233.6mm/79개의 석판 = 28.3mm/석판.
당해 실험에서 측정된 평균 석판 두께<w석판>는 22.4mm이다. 수학식 2를 참조하면, 초과 절단 폭(txs)은 다음과 같다:
txs = w블록 - (t석판 + t블레이드) =28.3mm - (22.4mm + 4.2mm) =1.7mm.
강 샷을 사용하는 경우, 석판당 총 블록 폭은 대략 31mm이다. 당해 실시예에서 절단된 총 블록 폭의 경우, 강 샷 기술을 사용하여 단지 72개의 석판이 생성될 수 있다. 따라서, 다이아몬드 용액의 블록 사용 효율은 표준 강 샷 기술보다 대략 10% 높다.
석판의 표면 조도: 호멜 프로필로미터(모델 T 4000)를 사용하여 2.5cm 샘플링 거리를 가로지르는 Ra, Rmax 및 Rz -D를 측정한다. 결과를 표 2에 제공한다.
다이아몬드 함유 절단 세그먼트들을 사용하여 절단된 화강암 석판의 표면 조도 파라미터
조도 파라미터 산출량
Ra 342μ- in
Rz -D 2826μ- in
Rmax 3515μ- in
제시한 바와 같이, 다이아몬드 함유 절단 세그먼트를 사용하여 절단된 석판의 측정된 표면 조도 파라미터는 강 샷 공정에 비해 70 내지 80% 향상되었음을 나타낸다.
당해 다이아몬드 공정을 사용하여 절단된 석판 표면의 인상을 비닐 폴리실록산을 사용하여 제조한다. 도 6은 (선행 기술을 사용하여 절단된 석판의 SEM 사진인 도 5와 동일한 배율로 찍은) 본 발명의 석판의 인상의 SEM 사진이다. 당해 SEM 사진은 선행기술의 화강암 석판에 비해 표면 품질이 상당히 향상되었음을 보여준다.
본 발명을 바람직한 양태를 참조로 설명하였지만, 당해 기술분야의 숙련인은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변화가 이루어질 수 있고 이의 요소들이 대등물로 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 본원에서 언급된 모든 문헌은 본원에 참고로 인용된다.

Claims (20)

  1. 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 입방정계 질화붕소 및 이들의 배합물 중의 하나로부터 선택된 초연마재 물질로 함침된 연속 상을 포함하는 다수개의 절단 세그먼트(cutting segment)가 탑재되어 있는 다수개의 블레이드(blade)가 일반적으로 평행하게 이격되어 포함된 톱질 장치에 의해 화강암 블록으로부터 절단된 화강암 석판으로서, 블록으로부터 절단된 각각의 화강암 석판이 표면 조도(Ra)가 1000μ- in 미만인, 절단된 화강암 석판.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 표면 조도(Ra)가 500μ- in 미만인, 절단된 화강암 석판.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 평균 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 20% 미만인, 절단된 화강암 석판.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 평균 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 10% 미만인, 절단된 화강암 석판.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이(10-point height) 파라미터(Rz)가 10,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(peak-to-valley height: Rmax)가 10,000μ- in 미만인, 절단된 화강암 석판.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이 파라미터(Rz)가 5,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(Rmax)가 5,000μ- in 미만인, 절단된 화강암 석판.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이 파라미터(Rz)가 4,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(Rmax)가 4,000μ- in 미만인, 절단된 화강암 석판.
  8. 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 입방정계 질화붕소 및 이들의 배합물 중의 하나로부터 선택된 초연마재 물질로 함침된 연속 상을 포함하는 다수개의 절단 세그먼트가 절단 세그먼트들의 중심 대 중심의 최대 거리와 중심 대 중심의 최소 거리 사이의 간격 편차 1mm 이상으로 중심 대 중심 거리로 서로 이격되어 탑재되어 있는 블레이드 다수개가 일반적으로 평행하게 이격되어 포함된 절단 장치에 화강암 블록을 공급하는 단계를 포함하여, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법으로서, 절단 장치에 의해 블록으로부터 절단된 각각의 화강암 석판이 표면 조도(Ra)가 1000μ- in 미만인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 표면 조도(Ra)가 500μ- in 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 평균 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 20% 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 평균 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 10% 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이 파라미터(Rz)가 10,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(Rmax)가 10,000μ- in 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이 파라미터(Rz)가 5,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(Rmax)가 5,000μ- in 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이 파라미 터(Rz)가 4,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(Rmax)가 4,000μ- in 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  15. 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 입방정계 질화붕소 및 이들의 배합물 중의 하나로부터 선택된 초연마재 물질로 함침된 연속 상을 포함하는 다수개의 절단 세그먼트가 탑재된 블레이드로서, 이러한 탑재된 절단 세그먼트들이, 블레이드의 길이 방향의 절단 세그먼트들의 중심 대 중심 간격(a), 각각의 절단 세그먼트 중의 초연마재 물질의 농도(b), 압축 파단 강도(compressive fracture strength)로 측정되는 각각의 절단 세그먼트 중의 초연마재 물질의 등급(c), 각각의 절단 세그먼트 중의 초연마재 물질의 조성(d) 및 절단 세그먼트의 길이(e)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 내마모성을 하나의 절단 세그먼트와 적어도 하나의 다른 절단 세그먼트 사이에서 10% 이상 변화시켜 이루어진 내마모성을 갖는 블레이드 다수개가 일반적으로 평행하게 이격되어 포함된 절단 장치를 사용하여 화강암 블록을 표면 조도(Ra)가 1000μ- in 미만이고 평균 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 20% 미만인 화강암 석판으로 절단하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 절단된 화강암 석판이 평균 두께 편차가 공칭 석판 표적 두께의 10% 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이 파라미터(Rz)가 10,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(Rmax)가 10,000μ- in 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 각각의 절단된 화강암 석판이 ISO 10 포인트 높이 파라미터(Rz)가 4,000μ- in 미만이고 최대 피크 대 밸리 높이(Rmax)가 4,000μ- in 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
  19. 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 입방정계 질화붕소 및 이들의 배합물 중의 하나로부터 선택된 초연마재 물질로 함침된 연속 상을 포함하는 다수개의 절단 세그먼트가 탑재되어 있는 블레이드 다수개가 일반적으로 평행하게 이격되어 포함된 절단 장치에 화강암 블록을 공급하는 단계를 포함하여, 화강암 블록을 초과 절단 폭(txs)이 2mm 미만인 석판으로 절단하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 초과 절단 폭(txs)이 1mm 미만인, 화강암 블록을 석판으로 절단하는 방법.
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