KR20090049434A - 다이아몬드 공구 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20090049434A
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Abstract

본 발명은 대상물을 절삭 또는 연마 가공하는 다이아몬드 공구 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 다이아몬드 지립들이 소결에 의해 결합되도록 하고, 그 위에 다시 다이아몬드 지립들이 융착에 의해 결합되도록 하여 절삭성능이 향상될 뿐만 아니라 제품의 수명을 증가시킬 수 있으며, 절삭가공시 발생하는 편마모 현상을 개선할 수 있는 다이아몬드 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 공구는 가공장치에 결합되어 대상물을 절삭 또는 연마하는 다이아몬드 공구로서, 상기 가공장치에 결합되는 샹크와, 상기 샹크에 결합되며 다이아몬드 지립들을 갖는 세그먼트를 포함하며, 상기 세그먼트는 다이아몬드 지립들을 결합재와 소결하여 형성한 제1세그먼트와, 상기 다이아몬드 지립들을 융착하여 형성한 제2세그먼트를 포함한다.
다이아몬드, 세그먼트, 지립, 결합재, 샹크, 융착, 소결

Description

다이아몬드 공구 및 그 제조방법 {DIAMOND TOOLS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 대상물을 절삭 또는 연마 가공하는 다이아몬드 공구 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이아몬드 지립이 소결 및 융착에 의해 결합되는 것을 반복하여 제조되도록 하여, 절삭력 및 사용수명을 증가시키는 다이아몬드 공구 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 다이아몬드 공구는 가공물의 표면을 절삭 또는 연마하는데 사용하는 공구로서, 가공물의 내경 또는 내면이나 외륜, 내륜 등을 가공하기 위한 휠 형태 또는 판 형태로 이루어져 연마장치에 결합되는 샹크와, 상기 샹크의 외둘레면에 결합되어 가공물을 실질적으로 절삭하는 세그먼트로 이루어진다. 또한, 최근의 다이아몬드 공구는 와이어에 결합한 와이어 쏘우(wire saw)의 형태로도 사용되고 있다.
도 1의 (a)와 (b)는 종래 기술에 따른 홀커터형 다이아몬드 공구 및 와이어 쏘우형 다이아몬드 공구의 사시도이고, 도 2의 (a)와 (b)는 도 1에 도시된 다이아몬드 공구들의 단면도로서, 대상물의 천공 작업을 위한 다이아몬드 공구(10)는 원 통형의 샹크(20)를 갖고, 상기 샹크(20)에는 다이아몬드 지립(32)들을 포함하는 세그먼트(30)가 결합된다.
여기서, 상기 세그먼트(30)는 다이아몬드 지립(32)들이 결합재(34)에 소결된 것으로서, 여기서 다이아몬드 지립(32)들은 천연 또는 인조 다이아몬드, 입방정질화붕소(cubic Boron Nitride, c-BN) 또는 알루미나(Al2O3) 또는 탄화실리콘(silicon carbide), 탄화규소(SiC) 또는 탄화티타늄(TiC)을 포함하는 연마입자를 포괄적으로 포함한다.
상기 다이아몬드 공구(10)는 대상물의 표면과 마찰하며 대상물에 구멍을 뚫는 천공작업을 수행한다. 이때, 상기 다이아몬드 공구(10)는 상기 세그먼트(30)가 실질적인 절삭작업을 수행하게 된다.
그러나, 종래의 다이아몬드 공구(10)는 장시간 사용함에 따라 세그먼트(30)에 마모가 발생되며, 이때 상기 세그먼트(30)가 편마모가 쉽게 발생하여 사용수명이 더욱 짧아지는 문제가 있다. 또한, 종래의 다이아몬드 공구(10)는 최초 사용시 다이아몬드 공구(10)의 세그먼트(30)들의 자리잡기(positioning) 공정이 필요로 하여, 교체즉시 사용이 불가능한 측면도 있으며, 다이아몬드 공구(10)의 사용시 절삭된 절분들이 다이아몬드 공구(10)의 표면에 달라붙는 문제가 있어 이들을 제거하는 드레싱 공정이 별도로 필요한 문제가 있다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다이아몬드 지립들이 소결에 의해 결합되도록 하고, 그 위에 다시 다이아몬드 지립들이 융착에 의해 결합되도록 하여 절삭성능이 향상될 뿐만 아니라 제품의 수명을 증가시킬 수 있으며, 절삭가공시 발생하는 편마모 현상을 개선할 수 있는 다이아몬드 공구 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 공구는 가공장치에 결합되어 대상물을 절삭 또는 연마하는 다이아몬드 공구로서, 상기 가공장치에 결합되는 샹크와, 상기 샹크에 결합되며 다이아몬드 지립들을 갖는 세그먼트를 포함하며, 상기 세그먼트는 다이아몬드 지립들을 결합재와 소결하여 형성한 제1세그먼트와, 상기 다이아몬드 지립들을 융착하여 형성한 제2세그먼트를 포함한다.
여기에서, 상기 제1세그먼트와 상기 제2세그먼트는 서로 교번적으로 결합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1세그먼트와 상기 제2세그먼트가 결합된 구조체는 상기 샹크의 표면에 상기 제1세그먼트 및 상기 제2세그먼트가 각각 수직하게 결합되거나 수평으로 적층되어 결합될 수 있다. 또한, 상기 제2세그먼트는 상기 제1세그먼트의 표면의 적어도 일부에 융착되어 형성될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법은 가공장치에 결합하기 위한 샹크를 마련하는 단계와, 다이아몬드 지립들과 결합재를 혼합한 후 소결하여 제1세그먼트를 성형하는 단계와, 상기 다이아몬드 지립들을 융착하여 제2세그먼트를 성형하는 단계와, 상기 제1세그먼트와 상기 제2세 그먼트를 교번적으로 결합하여 상기 샹크에 결합하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 제2세그먼트는 상기 제1세그먼트에 융착되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2세그먼트는 상기 제1세그먼트와 대응하는 크기로 이루어진 보조샹크의 표면에 융착되어 형성될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법은 가공장치에 결합하기 위한 샹크를 마련하는 단계와, 다이아몬드 지립들과 결합재를 혼합한 후 소결하여 제1세그먼트를 성형하는 단계와, 상기 제1세그먼트의 표면의 적어도 일부에 다이아몬드 지립들을 융착하여 제2세그먼트를 형성하는 단계와, 상기 제2세그먼트가 형성된 상기 제1세그먼트를 상기 샹크에 결합하는 단계를 포함한다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 다이아몬드 공구 및 그 제조방법은 다이아몬드 지립들이 소결공정 및 융착공정에 의해 교번적으로 결합됨에 따라 절삭성능이 향상될 뿐만 아니라, 소결 및 융착공정에 의해 결합된 다이아몬드 지립들이 쉽게 탈락되지 않게 되어 편마모 현상을 방지할 수 있다. 또한, 다이아몬드 공구는 소결 및 융착된 다이아몬드 지립들이 탈락될 경우, 다이아몬드 지립들의 탈락이 층구조로 이루어지므로 항상 일정한 절삭 및 연마성능을 갖게 되고, 층구조의 다이아몬드 지립들이 탈락될 경우 새로운 다이아몬드 지립들에 의해 절삭 또는 연마가 이루어지므로 드레싱 공정이 불필요하며, 초기 사용시 다이아몬드 지립들이 항상 일정하게 노출되므로, 초기 자리잡기(positioning) 공정이 불필요하게 되어 사용 및 유지, 보수가 유리하다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 홀커터형 다이아몬드 공구 및 와이어쏘우형 다이아몬드 공구의 사시도이고, 도 4의 (a)와 (b)는 도 3에 도시된 다이아몬드 공구들의 단면도이다.
본 발명에 따른 다이아몬드 공구(110)는, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 가공장치에 결합되는 샹크(120)와, 상기 샹크(120)에 결합되며 다이아몬드 지립(132)들을 고정 유지하는 세그먼트(130)들로 이루어져, 대상물을 절삭 또는 연마하는데 사용된다.
상기 세그먼트(130)들은 다이아몬드 지립(132)들과, 상기 다이아몬드 지립(132)들을 고정 유지시키는 결합재(134)를 소결하여 형성한 제1세그먼트(131)와, 상기 다이아몬드 지립(136)들을 융착하여 형성한 제2세그먼트(135)를 포함한다.
상기 제1세그먼트(131)는 금속분말, 세라믹 또는 고분자 화합물 등으로 이루어진 결합재(134)에 다이아몬드 지립(132)들을 균일하게 분포시키고, 이들을 고온에서 소결하여 형성한다.
한편, 상기 제2세그먼트(135)는 다이아몬드 지립(136)들이 융착되어 형성된 것으로서, 상기 다이아몬드 지립(136)들이 부착되는 보조샹크를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 보조샹크에는 금속과 바인더가 혼합된 납재(138)(Filler)를 도포하고, 상기 납재(138)에 상기 다이아몬드 지립(136)들을 분산하여 고온에서 융착 하여 형성한다. 여기서, 상기 납재(138)는 니켈납재가 주로 사용되며, 융착하는 방법은 비금속발열체를 사용하는 방법과 고주파 유도코일을 사용하는 방법이 주로 사용될 수 있다.
한편, 상기 제2세그먼트(135)는 상기 다이아몬드 지립(136)들을 융착하기 위해 사용되는 납재(138)(Filler)의 일부가 상기 제1세그먼트(131)로 스며들게 되며, 이에 따라 상기 제1세그먼트(131)와 상기 제2세그먼트(135)의 결합력이 더욱 증가하게 된다.
이와 같이 형성된 상기 제1세그먼트(131) 및 상기 제2세그먼트(135)는 서로 교번적으로 결합되며, 각 절삭대상물의 종류와 절삭 또는 연마용도에 따라서 상기 제1세그먼트(131)와 상기 제2세그먼트(135)가 각각 수직(Vertical)하게 결합되거나, 수평(horizontal)으로 적층되어 결합될 수 있고, 각각의 세그먼트(131, 135)들을 수직 또는 수평으로 혼합하여 결합하거나, 교대로 결합하는 것도 물론 가능하다. 바람직하게는, 상기 제2세그먼트(135)가 대상물의 절삭방향면에 위치하도록 하여 먼저 대상물을 절삭 또는 연마하도록 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 제1세그먼트(131)와 상기 제2세그먼트(135)는 접착제에 의해 상기 샹크(120)에 결합되거나, 은납 또는 레이저 용접 등의 방법에 의해 상기 샹크(120)에 결합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다이아몬드 공구(110)는 상기 제2세그먼트(135)가 대상물을 먼저 절삭하게 된다. 여기에서, 상기 제2세그먼트(135)는 융착에 의해 다이아몬드 지립(136)들이 결합되므로, 결합력 및 절삭력이 매우 우수하다. 한편, 상기 제2세그먼트(135)의 다이아몬드 지립(136)들이 탈락될 경우, 상기 제1세그먼트(131)의 다이아몬드 지립(132)들이 노출되며 대상물을 절삭 또는 연마하게 된다. 더불어, 본 발명의 다이아몬드 공구(110)는 상기 제1세그먼트(131) 또는 상기 제2세그먼트(135)가 층간구조로 형성되므로, 다이아몬드 지립(132)들의 탈락이 층구조로 이루어져 다이아몬드 공구(110)에 편마모가 발생되지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아몬드 공구(210)의 단면도인 도 5를 참고하면, 상기 다이아몬드 공구(210)는 가공장치에 결합되는 샹크(220)와, 상기 샹크(210)에 결합되며 실질적인 절삭 또는 연마가공을 수행하는 세그먼트(230)로 이루어진다.
여기에서, 상기 세그먼트(230)는 다이아몬드 지립(232)들과 결합재(234)를 소결하여 형성한 제1세그먼트(231)와, 상기 다이아몬드 지립들(236)을 납재(238)(Filer)에 융착하여 형성한 제2세그먼트(235)를 포함한다.
또한, 상기 제2세그먼트(235)는 제1세그먼트(231)의 표면 일부에 융착되어 형성되는 것도 가능하다. 이때, 상기 제2세그먼트(235)는 다이아몬드 공구(210)의 진행방향, 즉 절삭방향면에 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
이에 따라 상기 다이아몬드 공구(210)는 대상물을 절삭 또는 연마가공시, 상기 제2세그먼트(235)가 먼저 절삭 또는 연마가공을 하게 되며, 상기 제2세그먼트(235)의 다이아몬드 지립(236)들이 탈락할 경우, 상기 제1세그먼트(231)의 다이아몬드 지립(232)들이 노출되며 절삭 또는 연마가공을 수행한다.
도 6은 본 발명에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법을 도시한 블록도로서, 이를 참고하여 다이아몬드 공구의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 다이아몬드 공구(110)의 제조방법은 가공장치에 결합하기 위한 샹크(120)를 마련하는 단계를 갖는다(S100). 상기 샹크(120)는 대상물의 형태 및 가공용도에 따라 형성될 수 있다.
그리고, 상기 샹크(120)가 마련되면, 제1세그먼트(131)를 형성하는 단계(S110)로서, 다이아몬드 지립(132)들과 결합재(134)를 혼합한다. 이때 상기 결합재(134)는 금속분말, 세라믹 또는 고분자 화합물 등으로 이루어질 수 있다. 다음으로 다이아몬드 지립(132)들이 포함된 결합재(134)를 소결하여 제1세그먼트(131)를 성형한다. 이때, 상기 제1세그먼트(131)는 결합재(134)와 혼합된 후 소정의 형태를 갖는 틀에 넣고 소결하여 원하는 형태로 성형한다.
상기 다이아몬드 지립(132)들을 융착하여 제2세그먼트(135)를 성형하는 단계를 갖는다(S120). 여기에서, 상기 제2세그먼트(135)는 상기 제1세그먼트(131)에 융착되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2세그먼트(135)는 상기 제1세그먼트(131)와 대응하는 크기로 이루어진 보조샹크를 마련하고, 상기 보조샹크의 표면에 다이아몬드 지립(136)들을 납재(138)와 융착하여 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 제1세그먼트(131)와 상기 제2세그먼트(135)가 마련되면, 상기 제1세그먼트(131)와 상기 제2세그먼트(135)를 교번적으로 결합하여 상기 샹크(120)에 결합한다(S130). 이때, 상기 제1세그먼트(131)와 상기 제2세그먼트(135)는 상기 샹크(120)에 수직으로 결합되거나, 수평으로 적층된 상태로 결합될 수 있다.
이러한 과정을 거쳐 본 발명에 의한 다이아몬드 공구를 제조할 수 있다(S140).
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법을 도시한 블록도로서, 이를 참고하여 다이아몬드 공구의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
한편, 다이아몬드 공구(210)의 다른 실시예에 따른 제조방법을 살펴보면, 가공장치에 결합하기 위한 샹크(220)를 마련하는 단계를 갖는다(S200). 상기 샹크(220)가 마련되면, 제1세그먼트(231)를 형성하는 단계(S210)로서, 다이아몬드 지립(232)들과 결합재(234)를 혼합한다. 이때 상기 결합재(234)는 금속분말, 세라믹 또는 고분자 화합물 등으로 이루어질 수 있다. 다음으로 다이아몬드 지립(232)들이 포함된 결합재(234)를 소결하여 제1세그먼트(231)를 성형한다. 이때, 상기 제1세그먼트(231)는 결합재(234)와 혼합된 후 소정의 형태를 갖는 틀에 넣고 소결하여 원하는 형태로 성형한다.
다음으로, 다이아몬드 공구(210)가 절삭 또는 연마가공을 위해 진행하는 방향의 면에 형성된 상기 제1세그먼트(231)의 표면 일부 또는 전면에 다이아몬드 지립(236)들과 납재(238)를 융착하여 제2세그먼트(235)를 형성한다(S220).
그리고, 상기 제2세그먼트(235)가 형성된 제1세그먼트(231)를 상기 샹크(220)의 표면에 결합한다(S230). 여기에서, 상기 제1세그먼트(231) 및 상기 제2세그먼트(235)는 상기 샹크(220)에 접착제에 의해 접착되어 결합되거나, 은납 또는 레이저 용접 등의 방법에 의해 상기 샹크(220)에 결합될 수 있다.
이러한 과정을 거쳐 본 발명에 의한 다이아몬드 공구를 제조할 수 있 다(S240).
이상과 같이 본 발명에 따른 다이아몬드 공구 및 그 제조방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 코어드릴(core drill), 커터(cutter), 쏘 블레이드(saw blade), 쏘우(saw), 와이어 쏘우(wire saw), 폴리싱컵(polishing cup), 프로파일러(profiler), 엔드밀(end mill)과 같은 공구는 물론, 스트레이트 휠(straight wheel), 아이디 휠(ID wheel), 로타리 드레서(rotary dresser), 에지 연마휠(edge grinding wheel)과 같은 공구에도 적용된다.
도 1의 (a)와 (b)는 종래 기술에 따른 홀커터형 다이아몬드 공구 및 와이어 쏘우형 다이아몬드 공구의 사시도.
도 2의 (a)와 (b)는 도 1에 도시된 다이아몬드 공구들의 단면도.
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 홀커터형 다이아몬드 공구 및 와이어쏘우형 다이아몬드 공구의 사시도.
도 4의 (a)와 (b)는 도 3에 도시된 다이아몬드 공구들의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법을 도시한 블록도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이아몬드 공구의 제조방법을 도시한 블록도.

Claims (8)

  1. 가공장치에 결합되어 대상물을 절삭 또는 연마하는 다이아몬드 공구로서,
    상기 가공장치에 결합되는 샹크와,
    상기 샹크에 결합되며 다이아몬드 지립들을 갖는 세그먼트를 포함하며,
    상기 세그먼트는 다이아몬드 지립들을 결합재와 소결하여 형성한 제1세그먼트와,
    상기 다이아몬드 지립들을 융착하여 형성한 제2세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1세그먼트와 상기 제2세그먼트는 서로 교번적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1세그먼트와 상기 제2세그먼트가 결합된 구조체는 상기 샹크의 표면에 상기 제1세그먼트 및 상기 제2세그먼트가 각각 수직하게 결합되거나 수평으로 적층되어 결합되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2세그먼트는 상기 제1세그먼트의 표면의 적어도 일부에 융착되어 형성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구.
  5. 가공장치에 결합하기 위한 샹크를 마련하는 단계와,
    다이아몬드 지립들과 결합재를 혼합한 후 소결하여 제1세그먼트를 성형하는 단계와,
    상기 다이아몬드 지립들을 융착하여 제2세그먼트를 성형하는 단계와,
    상기 제1세그먼트와 상기 제2세그먼트를 교번적으로 결합하여 상기 샹크에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2세그먼트는 상기 제1세그먼트에 융착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2세그먼트는 상기 제1세그먼트와 대응하는 크기로 이루어진 보조샹크의 표면에 융착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
  8. 가공장치에 결합하기 위한 샹크를 마련하는 단계와,
    다이아몬드 지립들과 결합재를 혼합한 후 소결하여 제1세그먼트를 성형하는 단계와,
    상기 제1세그먼트의 표면의 적어도 일부에 다이아몬드 지립들을 융착하여 제2세그먼트를 형성하는 단계와,
    상기 제2세그먼트가 형성된 상기 제1세그먼트를 상기 샹크에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 공구의 제조방법.
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