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技術 切削工具用切削チップ及び切削工具

出願人 エーワダイアモンドインダストリアルカンパニイリミテッドゼネラルトールインコーポレーション
発明者 キム、ソー−クワングチャング、ジョーン−ホパーク、ヘー−ドングキム、ジョング−ホ
出願日 2005年12月28日 (13年6ヶ月経過) 出願番号 2007-549258
公開日 2008年7月24日 (11年0ヶ月経過) 公開番号 2008-526526
状態 拒絶査定
技術分野 研磨体及び研磨工具
主要キーワード 金属ボディー ハンドカッター 耐摩耗度 直四角形 寿命指数 切断機械 ダイヤモンド種 切断チップ
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図面 (11)

課題

石材煉瓦コンクリートアスファルトのような脆性のある被削材を切断したり穿孔するに使用される切削工具用切削チップ及びこの切削チップが備えられた切削工具の提供。

解決手段

被削材を切削する切削面を有し複数個研磨材を含む切削チップにおいて、上記研磨材は高集中度部分同士が集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士が集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列されている切削工具用切削チップ及びこの切削チップを備えた切削工具。 本発明によると、優れた切削性能及び寿命性能を有する切削チップ及び切削工具をより安価に提供することが出来る。

概要

背景

石材煉瓦コンクリートアスファルトのような脆性のある被削材を切断したり穿孔したりするためには被削材より高い硬度を有する研磨材が要される。上記研磨材としては人造ダイヤモンド粒子天然ダイヤモンド粒子、硼化窒素、及び超硬粒子などが知られているが、その中でも人造ダイヤモンド粒子が最も広く使われている。

人造ダイヤモンド(以下、“ダイヤモンド”とする)は1950年代に発明されたもので、地球上に存在する物質の中で最も硬度の高い物質として知られ、このような特性により切削研削工具などに使用することになった。特に、上記ダイヤモンドは花崗岩大理石などの石材を切削、研削する石材加工分野及びコンクリート構造物を切削、研削する建設業分野において広く利用されることになった。

以下、研磨材としてダイヤモンド粒子を使用した切削チップ及び切削工具に基づいて説明する。

通常、ダイヤモンド工具はダイヤモンド粒子が分布されている切削チップと該切削チップが固定されている金属ボディー(Core)で構成される。

図1はセグメントタイプのダイヤモンド工具の一例を示す。図1に示した通り、セグメントタイプのダイヤモンド工具1は、ディスク形態の金属ボディー2に固定されている複数個の切削チップ11、12を含み、各々の切削チップ11、12にはダイヤモンド粒子5が無秩序に分布されている。

上記の切削チップは、ダイヤモンド粒子を結合材役割をする金属粉末と混合して成形した後に焼結する粉末冶金法で製造されている。上記のようにダイヤモンド粒子を金属結合材粉末と混合する場合には、ダイヤモンド粒子が金属粉末の間に満遍なく分布されず、切削チップの内部に無秩序に分布する。

上記のような切削チップを装着した切削工具の場合、切削性能寿命性能の間には矛盾した関係がある。即ち、切削性能を高めるために耐摩耗度の低い金属粉末を使用すると、ダイヤモンド粒子を保持する力が小さいため寿命性能が短くなる。逆に、寿命性能を高めるために耐摩耗度の高い金属粉末を使用すると切削作業中に鈍くなったダイヤモンド粒子が取れ難くなり切削性能が衰える場合が発生する。

また、ダイヤモンド粒子と結合材の役割をする金属粉末との混合時に粒子の大きさ、比重の差などでダイヤモンド粒子が金属粉末の間に均一に分布できなくなる。図1に示した通り、多すぎるダイヤモンド粒子が分布されている切削面3を提供したり、または少なすぎるダイヤモンド粒子が分布されている切削面4を提供したりすることで偏りの問題が生じる。

上記のように、ダイヤモンド粒子が異なる濃度で分布する場合には、工具の切削性能が衰えるだけでなく工具の寿命が低下する問題点がある。即ち切断作業時にダイヤモンド粒子の作業効率性が落ちる。

上記の問題点を解決するための試みが行われており、その一つとして特許文献1が挙げられる。特許文献1は、切削チップにダイヤモンドを無秩序に分布させると共に切削方向にダイヤモンドの局部集中度の高い区間と低い区間を連続して存在させ切削工具の切削性能と寿命性能を同時に向上できる技術である。

特許文献1のようにダイヤモンドの局部集中度の高い区間と低い区間を連続して存在させる場合には、局部集中度が高い区間では切削面に露出されたダイヤモンド粒子が多いため各々のダイヤモンド粒子に作用する負荷が低くなりダイヤモンド粒子の摩耗を遅らせ寿命を増大させ、ダイヤモンド粒子が無いか少ない部分ではダイヤモンド粒子が摩滅しやすくなり金属粉末結合剤の摩耗が速くなって切削性能を増加させる役割をする。

しかし、特許文献1の場合には、ダイヤモンド粒子が無秩序に分布するため局部集中度が高い区間でダイヤモンド粒子が相互適当に離れていることが出来ず偏りが生じてしまい、切削性能及び寿命性能の向上に限界がある。

上記したダイヤモンド粒子の偏りによる問題点を解決するための技術としてダイヤモンド粒子をパターン化させる技術が提案され、その例が図2に示されている。図2は、ダイヤモンド粒子がパターン化したセグメントタイプのダイヤモンド工具20の一例を示す。

図2に示した通り、各々の切削チップ21,22にはダイヤモンド粒子5がパターン化、即ち規則的に分布している。

上記切削チップを使用して被削材を切断する場合には、ダイヤモンド粒子が切断面に均一に一定間隔で分布しているため偏りによって作業に参加しないダイヤモンドが無くなり、結果的に全てのダイヤモンド粒子が連続して切断作業に参加することになり作業効率性を向上させる。

しかし、上記のパターン化技術をダイヤモンドの集中度(切断チップ単位体積当たりのダイヤモンド粒子の数)が低い切削チップに適用する場合には、切削性能及び寿命性能の向上に限界があるという問題点がある。

一方、特許文献2には、両側面には耐摩耗度の高い外部層を、かつこれら外部層の間に内部層を形成し、上記内部層は切削方向及び切削方向に垂直な方向に規則的に耐摩耗度の高い部分と相対的に低い部分が分布するよう配列され、切削性能及び寿命性能を向上させる技術が提示されている。しかし、上記特許文献2の場合には、内部層において局部集中度が高い区間と低い区間が切削方向と切削方向に垂直な方向に切削面全体にわたって満遍なく分布しているため、集中度が低い場合には寿命増大効果を得ることが出来ず、集中度が高い場合には耐摩耗度の低い隣接した領域によって耐摩耗度の高い領域でのダイヤモンド粒子の突出高さを極大化することが出来ないため、切削性能の増大効果が小さくなるという問題点がある。

米国特許第5,518,443号
米国特許第6,110,031号

概要

石材、煉瓦、コンクリート、アスファルトのような脆性のある被削材を切断したり穿孔するに使用される切削工具用切削チップ及びこの切削チップが備えられた切削工具の提供。被削材を切削する切削面を有し複数個の研磨材を含む切削チップにおいて、上記研磨材は高集中度部分同士が集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士が集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列されている切削工具用切削チップ及びこの切削チップを備えた切削工具。 本発明によると、優れた切削性能及び寿命性能を有する切削チップ及び切削工具をより安価に提供することが出来る。

目的

本発明者らは切削性能と寿命性能を同時に高めるために上記の従来技術の問題点を解決するため研究及び実験を行い、その結果に基づいて本発明を提案したものであって、本発明は研磨粒子を適切に配列して研磨粒子の切削効率をより高めることによって切削性能及び寿命性能をさらに向上させた切削チップ及び切削工具を提供することにその目的がある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

被削材切削する切削面を有し複数個研磨材を含む切削チップにおいて、前記研磨材は切削方向に列に配列され、前記研磨材列は切削面で切削方向に垂直な方向に複数個存在し、これら研磨材列は切削面の上下方向に積層されており、前記研磨材列は切削面上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分と平均集中度より低い低集中度部分とを含み、前記研磨材列は高集中度部分同士が集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士が集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列され、前記高集中度領域と低集中度領域の各々は切削チップの両側面まで拡張され、前記低集中度領域の輪郭は切削面上で多角形を成し、前記高集中度領域と低集中度領域は切削方向に交代に形成されることを特徴とする切削工具用切削チップ

請求項2

前記多角形を成す辺のうち少なくとも一つの辺が切削方向に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1記載の切削工具用切削チップ。

請求項3

前記低集中度領域の輪郭が平行四辺形を成し、これら平行四辺形が相互平行に配列されていることを特徴とする請求項1記載の切削工具用切削チップ。

請求項4

前記低集中度領域の輪郭が平行四辺形を成し、これら平行四辺形が相互非平行に配列されていることを特徴とする請求項1記載の切削工具用切削チップ。

請求項5

前記低集中度領域の輪郭がV状を成し、これらV状が相互対向する形態に配列されていることを特徴とする請求項1記載の切削工具用切削チップ。

請求項6

低集中度領域の輪郭が矢印が相互逆方向をみている形態を成していることを特徴とする請求項1記載の切削工具用切削チップ。

請求項7

低集中度領域の輪郭が矢印の形態を成していることを特徴とする請求項1記載の切削工具用切削チップ。

請求項8

前記研磨材列の積層は、被削材の切削時に研磨材粒子が一定のパターンを有して連続して切削面に突出されるようになっていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項9

前記切削チップの両側面に位置する外部列とこの外部列と隣接した内部列との間隔は、研磨材の平均粒径の2.0倍以下で、かつ前記外部列の間に位置する内部列の間の間隔は研磨材の平均粒径の4.0倍以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項10

前記切削チップの両側面に位置する外部列とこの外部列と隣接した内部列との間隔は、研磨材の平均粒径の2.0倍以下で、かつ前記外部列の間に位置する内部列の間の間隔は研磨材の平均粒径の4.0倍以下であることを特徴とする請求項8記載の切削工具用切削チップ。

請求項11

前記低集中度領域には、研磨材の粒子が存在しないことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項12

前記低集中度領域には、研磨材の粒子が存在しないことを特徴とする請求項8記載の切削工具用切削チップ。

請求項13

前記高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)が0.3〜2であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項14

前記高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)が0.3〜2であることを特徴とする請求項8記載の切削工具用切削チップ。

請求項15

前記研磨材列の積層は、切削面に垂直な方向からみて上部にある研磨材列の高集中度部分が位置する領域には、下部にある研磨材列の低集中度部分が位置するようになっていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項16

被削材を切削する切削面を有し複数個の研磨材を含む切削チップにおいて、前記研磨材は切削方向に列に配列され、前記研磨材列は切削面で切削方向に垂直な方向に複数個存在し、これら研磨材列は切削面の上下方向に積層されており、前記研磨材列は切削チップの両側面に各々位置する外部列及びこの外部列の間に位置する複数個の内部列からなり、前記外部列のうち少なくとも一つには研磨材が均一な集中度で配列され、前記内部列は切削面上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分と平均集中度より低い低集中度部分とを含み、前記内部列は高集中度部分同士が集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士が集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列され、前記低集中度領域の輪郭は切削面上で多角形を成し、前記高集中度領域と低集中度領域は切削方向に交代に形成されることを特徴とする切削工具用切削チップ。

請求項17

前記多角形を成す辺のうち少なくとも一つの辺が切削方向に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項16記載の切削工具用切削チップ。

請求項18

前記低集中度領域の輪郭が平行四辺形を成し、これら平行四辺形が相互平行に配列されていることを特徴とする請求項16記載の切削工具用切削チップ。

請求項19

前記低集中度領域の輪郭が平行四辺形を成し、これら平行四辺形が相互非平行に配列されていることを特徴とする請求項16記載の切削工具用切削チップ。

請求項20

前記低集中度領域の輪郭がV状を成し、これらV状が相互対向する形態に配列されていることを特徴とする請求項16記載の切削工具用切削チップ。

請求項21

低集中度領域の輪郭が矢印が相互逆方向をみている形態を成していることを特徴とする請求項16記載の切削工具用切削チップ。

請求項22

低集中度領域の輪郭が矢印形態を成していることを特徴とする請求項16記載の切削工具用切削チップ。

請求項23

前記研磨材列の積層は、被削材の切削時に研磨材粒子が一定のパターンを有して連続して切削面に突出されるようになっていることを特徴とする請求項16乃至22のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項24

前記切削チップの両側面に位置する外部列とこの外部列と隣接した内部列との間隔は研磨材粒子の平均粒径の2.0倍以下で、かつ前記外部列の間に位置する内部列の間の間隔は研磨材粒子の平均粒径の4.0倍以下であることを特徴とする請求項16乃至22のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項25

前記切削チップの両側面に位置する外部列とこの外部列と隣接した内部列との間隔は研磨材粒子の平均粒径の2.0倍以下で、かつ前記外部列の間に位置する内部列の間の間隔は研磨材粒子の平均粒径の4.0倍以下であることを特徴とする請求項23記載の切削工具用切削チップ。

請求項26

前記低集中度領域には、研磨材粒子が存在しないことを特徴とする請求項16乃至22のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項27

前記低集中度領域には、研磨材粒子が存在しないことを特徴とする請求項23に記載の切削工具用切削チップ

請求項28

前記高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)が0.3〜2であることを特徴とする請求項16乃至22のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項29

前記高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)が0.3〜2であることを特徴とする請求項23に記載の切削工具用切削チップ。

請求項30

前記研磨材列の積層は、切削面に垂直な方向からみて上部にある研磨材列の高集中度部分が位置する領域には、下部にある研磨材列の低集中度部分が位置するように積層されていることを特徴とする請求項16乃至22のいずれか1項に記載の切削工具用切削チップ。

請求項31

切削チップを有する切削工具において、前記切削チップが請求項1乃至30のいずれか1項に記載の切削チップであることを特徴とする切削工具。

技術分野

0001

本発明は、石材煉瓦コンクリートアスファルトのような脆性のある被削材を切断したり穿孔するに使用される切削工具用切削チップ及びこの切削チップが備えられた切削工具に関する。さらに詳しくは、研磨粒子を適切に配列することによって研磨粒子の切削効率がさらに向上した切削チップ(cutting segment)及びこの切削チップが備えられた切削工具に関する。

背景技術

0002

石材、煉瓦、コンクリート、アスファルトのような脆性のある被削材を切断したり穿孔したりするためには被削材より高い硬度を有する研磨材が要される。上記研磨材としては人造ダイヤモンド粒子天然ダイヤモンド粒子、硼化窒素、及び超硬粒子などが知られているが、その中でも人造ダイヤモンド粒子が最も広く使われている。

0003

人造ダイヤモンド(以下、“ダイヤモンド”とする)は1950年代に発明されたもので、地球上に存在する物質の中で最も硬度の高い物質として知られ、このような特性により切削研削工具などに使用することになった。特に、上記ダイヤモンドは花崗岩大理石などの石材を切削、研削する石材加工分野及びコンクリート構造物を切削、研削する建設業分野において広く利用されることになった。

0004

以下、研磨材としてダイヤモンド粒子を使用した切削チップ及び切削工具に基づいて説明する。

0005

通常、ダイヤモンド工具はダイヤモンド粒子が分布されている切削チップと該切削チップが固定されている金属ボディー(Core)で構成される。

0006

図1セグメントタイプのダイヤモンド工具の一例を示す。図1に示した通り、セグメントタイプのダイヤモンド工具1は、ディスク形態の金属ボディー2に固定されている複数個の切削チップ11、12を含み、各々の切削チップ11、12にはダイヤモンド粒子5が無秩序に分布されている。

0007

上記の切削チップは、ダイヤモンド粒子を結合材役割をする金属粉末と混合して成形した後に焼結する粉末冶金法で製造されている。上記のようにダイヤモンド粒子を金属結合材粉末と混合する場合には、ダイヤモンド粒子が金属粉末の間に満遍なく分布されず、切削チップの内部に無秩序に分布する。

0008

上記のような切削チップを装着した切削工具の場合、切削性能寿命性能の間には矛盾した関係がある。即ち、切削性能を高めるために耐摩耗度の低い金属粉末を使用すると、ダイヤモンド粒子を保持する力が小さいため寿命性能が短くなる。逆に、寿命性能を高めるために耐摩耗度の高い金属粉末を使用すると切削作業中に鈍くなったダイヤモンド粒子が取れ難くなり切削性能が衰える場合が発生する。

0009

また、ダイヤモンド粒子と結合材の役割をする金属粉末との混合時に粒子の大きさ、比重の差などでダイヤモンド粒子が金属粉末の間に均一に分布できなくなる。図1に示した通り、多すぎるダイヤモンド粒子が分布されている切削面3を提供したり、または少なすぎるダイヤモンド粒子が分布されている切削面4を提供したりすることで偏りの問題が生じる。

0010

上記のように、ダイヤモンド粒子が異なる濃度で分布する場合には、工具の切削性能が衰えるだけでなく工具の寿命が低下する問題点がある。即ち切断作業時にダイヤモンド粒子の作業効率性が落ちる。

0011

上記の問題点を解決するための試みが行われており、その一つとして特許文献1が挙げられる。特許文献1は、切削チップにダイヤモンドを無秩序に分布させると共に切削方向にダイヤモンドの局部集中度の高い区間と低い区間を連続して存在させ切削工具の切削性能と寿命性能を同時に向上できる技術である。

0012

特許文献1のようにダイヤモンドの局部集中度の高い区間と低い区間を連続して存在させる場合には、局部集中度が高い区間では切削面に露出されたダイヤモンド粒子が多いため各々のダイヤモンド粒子に作用する負荷が低くなりダイヤモンド粒子の摩耗を遅らせ寿命を増大させ、ダイヤモンド粒子が無いか少ない部分ではダイヤモンド粒子が摩滅しやすくなり金属粉末結合剤の摩耗が速くなって切削性能を増加させる役割をする。

0013

しかし、特許文献1の場合には、ダイヤモンド粒子が無秩序に分布するため局部集中度が高い区間でダイヤモンド粒子が相互適当に離れていることが出来ず偏りが生じてしまい、切削性能及び寿命性能の向上に限界がある。

0014

上記したダイヤモンド粒子の偏りによる問題点を解決するための技術としてダイヤモンド粒子をパターン化させる技術が提案され、その例が図2に示されている。図2は、ダイヤモンド粒子がパターン化したセグメントタイプのダイヤモンド工具20の一例を示す。

0015

図2に示した通り、各々の切削チップ21,22にはダイヤモンド粒子5がパターン化、即ち規則的に分布している。

0016

上記切削チップを使用して被削材を切断する場合には、ダイヤモンド粒子が切断面に均一に一定間隔で分布しているため偏りによって作業に参加しないダイヤモンドが無くなり、結果的に全てのダイヤモンド粒子が連続して切断作業に参加することになり作業効率性を向上させる。

0017

しかし、上記のパターン化技術をダイヤモンドの集中度(切断チップ単位体積当たりのダイヤモンド粒子の数)が低い切削チップに適用する場合には、切削性能及び寿命性能の向上に限界があるという問題点がある。

0018

一方、特許文献2には、両側面には耐摩耗度の高い外部層を、かつこれら外部層の間に内部層を形成し、上記内部層は切削方向及び切削方向に垂直な方向に規則的に耐摩耗度の高い部分と相対的に低い部分が分布するよう配列され、切削性能及び寿命性能を向上させる技術が提示されている。しかし、上記特許文献2の場合には、内部層において局部集中度が高い区間と低い区間が切削方向と切削方向に垂直な方向に切削面全体にわたって満遍なく分布しているため、集中度が低い場合には寿命増大効果を得ることが出来ず、集中度が高い場合には耐摩耗度の低い隣接した領域によって耐摩耗度の高い領域でのダイヤモンド粒子の突出高さを極大化することが出来ないため、切削性能の増大効果が小さくなるという問題点がある。

0019

米国特許第5,518,443号
米国特許第6,110,031号

発明が解決しようとする課題

0020

本発明者らは切削性能と寿命性能を同時に高めるために上記の従来技術の問題点を解決するため研究及び実験を行い、その結果に基づいて本発明を提案したものであって、本発明は研磨粒子を適切に配列して研磨粒子の切削効率をより高めることによって切削性能及び寿命性能をさらに向上させた切削チップ及び切削工具を提供することにその目的がある。

課題を解決するための手段

0021

以下、本発明について説明する。

0022

本発明の一態様は、被削材を切削する切削面を有し複数個の研磨材を含む切削チップにおいて、
上記研磨材は切削方向に列に配列され、
上記研磨材列は切削面で切削方向に垂直な方向に複数個存在し、
これら研磨材列は切削面の上下方向に積層されており、
上記研磨材列は切削面上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分と平均集中度より低い低集中度部分とを含み、
上記研磨材列は高集中度部分同士に集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士に集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列され、
上記高集中度領域と低集中度領域の各々は切削チップの両側面まで拡張されており、
上記低集中度領域の輪郭は切削面上で多角形を成し、
上記高集中度領域と低集中度領域は切削方向に交代に形成されることを特徴とする切削工具用切削チップに関する。

0023

また、本発明の他の態様は上記の本発明の切削工具用切削チップを備えた切削工具に関する。

0024

また、本発明は被削材を切削する切削面を有し複数個の研磨材を含む切削チップにおいて、
上記研磨材は切削方向に列に配列され、
上記研磨材列は切削面で切削方向に垂直な方向に複数個存在し、
これら研磨材列は切削面の上下方向に積層されており、
上記研磨材列は切削チップの両側面に各々位置する外部列及びこの外部列の間に位置する複数個の内部列からなり、
上記外部列のうち少なくとも一つには研磨材が均一な集中度で配列され、
上記内部列は切削面上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分と平均集中度より低い低集中度部分とを含み、
上記内部列は高集中度部分同士に集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士に集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列され、
上記低集中度領域の輪郭は切削面上で多角形を成し、
上記高集中度領域と低集中度領域は切削方向に交代に形成されることを特徴とする切削工具用切削チップに関する。

0025

また、本発明のさらに他の態様は上記の本発明の切削工具用切削チップを備えた切削工具に関する。

0026

本発明は、石材、煉瓦、コンクリート、アスファルトのような脆性のある被削材を切断したり穿孔するに使用される切削工具用切削チップ及び切削工具に適用される。

0027

切削工具用切削チップは、被削材の切削時に切削を直接行う研磨材粒子と該研磨材粒子を固定する役割をする金属結合材を含む。

0028

本発明のさらに他の態様は、上記研磨材粒子の配列に関する。

0029

本発明による切削チップの一例において上記研磨材は切削方向に列に配列され、該研磨材列は切削面で切削方向に垂直な方向に複数個存在する。

0030

上記研磨材列のうち側面に位置する外部列とそれに隣接した内部研磨材列の間隔は研磨材の平均粒径の2倍以下が好ましく、外部列の間に位置する内部列の間の間隔は好ましくは研磨材の平均粒径の4倍以下、より好ましくは研磨材の平均粒径の1.3〜2.5倍に設定する。

0031

上記研磨材列は切削面の上下方向に積層されている。

0032

上記研磨材列の積層は、被削材の切削時に研磨材粒子が一定のパターンを有して連続して切削面から突出していることが好ましい。

0033

上記研磨材列は、切削面上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分と平均集中度より低い低集中度部分を含む。上記低集中度部分には研磨材が存在しないことも出来る。

0034

上記研磨材列は、高集中度部分同士が集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士が集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列される。

0035

上記のように低集中度部分に研磨材が存在しない場合には、上記低集中度領域に研磨材が存在しないことも出来る。上記低集中度領域の輪郭は切削面上で低集中度領域を取り囲う線からなり、この線は切削面上で多角形を成す。

0036

上記高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)は0.3〜2倍になることが好ましい。上記高集中度領域と低集中度領域の各々は切削チップの両側面まで拡張されている。上記高集中度領域と低集中度領域は切削方向に交代に形成される。

0037

本発明による切削チップの他の例において、研磨材は切削方向に列に配列され、上記研磨材列は切削面で切削方向に垂直な方向に複数個存在する。これら研磨材列は切削面の上下方向に積層されている。

0038

上記研磨材列の積層は、被削材の切削時研磨材粒子が一定のパターンを有して連続して切削面に突出されるようになっていることが好ましい。

0039

上記研磨材列は、切削チップの両側面に各々位置する外部列及びこの外部列の間に位置する複数個の内部列からなる。上記外部列とそれに隣接した内部列の間隔は、研磨材の平均粒径の2倍以下が好ましく、上記内部列の間の間隔は、好ましくは研磨材の平均粒径の4倍以下、より好ましくは研磨材の平均粒径の1.3〜2.5倍に設定することである。

0040

上記外部列のうち少なくとも一つには研磨材が均一な集中度で配列されている。即ち、上記外部列のうち一つは研磨材が均一な集中度で配列され、もう一つは研磨材が内部列と同一に配列されたりまたは全てが均一な集中度で配列されることが出来る。

0041

上記内部列は、切削面上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分と平均集中度より低い低集中度部分とを含む。

0042

上記低集中度部分には研磨材が存在しないことも出来る。

0043

上記低集中度領域の輪郭は切削面上で低集中度領域を取り囲う線からなり、この線は切削面上で多角形を成す。

0044

上記高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)は0.3〜2倍になることが好ましい。

0045

上記内部列は高集中度部分同士に集まって切削面に高集中度領域を形成し、かつ低集中度部分同士に集まって切削面に低集中度領域を形成するよう配列される。

0046

上記のように内部列の低集中度部分に研磨材が存在しない場合には、上記低集中度領域に研磨材が存在しないことも出来る。

0047

かつ、上記内部列は切削方向に全てが同一間隔で同一数の研磨材が突出されるよう配列されることが好ましい。

0048

また、本発明では上記外部列に隣接した内部列は研磨材が均一な集中度で配列されることができ、研磨材が均一な集中度で配列できる内部列の数は内部列の総数の1/2以下でなければならない。

0049

上記高集中度領域と低集中度領域は切削方向に交代に形成される。

発明の効果

0050

本発明によって研磨粒子を適切に配列すると、研磨粒子の切削効率をさらに高めることができ高集中度が求められる切削チップではさらに優れた切削性能及び寿命性能を低コストで確保できると共に、低集中度が求められる切削チップでも上記の高集中度が求められる切削チップで達成したものと等しく優れた切削性能及び寿命性能を確保することが出来る。

発明を実施するための最良の形態

0051

以下、図面により本発明をさらに詳しく説明する。

0052

図3には、本発明による切削チップの一例が示されている。図3に示した通り、本発明による切削チップ100は、研磨材105が切削方向に配列された研磨材列101を含み、研磨材列101は切削面111から切削方向に垂直な方向に複数個存在する。研磨材列101は4つ以上が好ましい。

0053

切削作業時に局部集中度が高い領域110aでは大きい切削負荷を受けるため、上記研磨材列101のうち側面に位置する外部列101aとそれに隣接した内部列101bの間隔Doutが大き過ぎる場合には、切削作業中に外部列101aの研磨材列が切削チップの側面方向に剥がれそれ以上の作業が不可能になる恐れがあるため、外部列101aとそれに隣接した内部列101bの間隔Doutは研磨材の平均粒径の2倍以下が好ましい。

0054

一方、外部列101aの間に位置する内部列101bの間の間隔Dinが大き過ぎる場合には、切削作業時に研磨材列の間の研磨材粒子のない部分が深く掘られて研磨材粒子が脱落されやすく工具の寿命性能が悪くなる恐れがあるため、外部列101aの間に位置する内部列101bの間の間隔Dinは、好ましくは研磨材の平均粒径の4倍以下、より好ましくは研磨材の平均粒径の1.3〜2.5倍に設定する。

0055

研磨材列101は、切削面111の上下方向に積層されている。研磨材列101は、切削面111上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分1011a,1011bと平均集中度より低い低集中度部分1012a,1012bとを含む。低集中度部分1012a,1012bには研磨材105が存在しないことも出来る。

0056

研磨材列101は、高集中度部分1011a,1011b同士が集まって切削面に高集中度領域110aを形成し、かつ低集中度部分1012a,1012b同士が集まって切削面に低集中度領域110bを形成するよう配列される。上記のように低集中度部分1012a,1012bに研磨材が存在しない場合には、上記低集中度領域110bに研磨材が存在しないことも出来る。高集中度領域110aと低集中度領域110bの各々は切削チップの両側面112まで拡張されている。

0057

図3(a)において低集中度領域110bの輪郭は切削面上で多角形のうち直四角形120aを成しており、図3(b)では多角形のうち平行四辺形120bを成している。各々の高集中度領域110aの平均長さ(L)と低集中度領域110bの平均長さ(A)の比(L/A)は0.3〜2倍に設定することが好ましい。高集中度領域110aと低集中度領域110bは切削方向に交代に形成される。高集中度領域110aと低集中度領域110bは少なくとも1つ以上存在すべきである。

0058

本発明では、切削チップの切削面における高集中度領域110aと低集中度領域110bがより低い負荷によって切削を可能とすることで、より低い衝撃力が切削工具に伝達され、結果的に作業者切削感覚(振動騒音)を良くする。特に、高集中度領域110aと低集中度領域110bの長さ及び数を適切に設定する場合には、切削効率をより向上させることが出来るが、これについて説明すると次の通りである。

0059

図4は、研磨材粒子が規則的に配列されている切削チップを使用して被削材を切削するとき、切削チップの側面からみた研磨材粒子の突出状態を示したものであって、図4(a)は局部集中度の変化領域のない切削チップを表し、図4(b)は本発明によって局部集中度の変化領域が存在する切削チップを示したものである。

0060

図4(a)に示した通り、局部集中度の変化領域がなく研磨材粒子が規則的に配列されている切削チップの場合には、全ての研磨材の粒子は殆ど同じ突出高さを有していることが分かる。この場合には、切削方向に後部分に突出している研磨材粒子は、前部分に突出している研磨材粒子の尾(tail)に覆われ切削負荷を受けることが少なくなり、結局、研磨材粒子の鋭い角部が滑らか(glazing)になり切削性能が落ちてしまう問題点がある。

0061

これに対して、図4(b)に示した通り、本発明によって高集中度領域及び低集中度領域を交代に含む切削チップの場合には、局部集中度の変化領域の最も先の部分に位置した研磨材A,B,Cの突出高さhが高いことが分かる。これは、局部集中度が低いか研磨材の配列の無い領域で相対的に摩耗が多くなり、局部集中度の高い領域の前部分で研磨材粒子の突出が高くなることである。また、切削方向に局部集中度が高い領域の後部分に位置した研磨材が前部分に位置した研磨材の尾に覆われる現象が少なくなり、各研磨材粒子の切削の効率性も増加する。即ち、同じ直径の切削工具で一般的に切削チップの数が多いと切削性能が増加するが、本発明は1つの切削チップで複数個の切削チップがあるのと同じ現象を具現して切削性を増加させることである。また、低集中度領域110bを成す多角形のうち切削方向に垂直な方向に傾斜している辺を有した形状により、高集中度領域110aと低集中度領域110bが連続して存在することで発生し得る断続現象による衝撃を減らすことが出来る。

0062

また、高集中度領域と低集中度領域の設計が性能に与える影響を説明すると次の通りである。一般的に高いパワー機械で切削速度を早くしながら硬い被削材を切るとき研磨材粒子の大きさが大きいと、高集中度領域が全体の切削チップで占める割合を低くし高集中度領域の数を多くすることが切削性能と寿命性能に良い。さらに、このような場合には、切削チップに積層する研磨材列の数を多くして外部列と内部列の間の間隔Doutと内部列の間の間隔Dinを小さくして溝が深すぎないようにすることが好ましい。従って、切削作業の条件と機械、被削材によって研磨材粒子、切削チップの平均集中度を決めた後、研磨材列の数と高集中度領域及び低集中度領域の数と長さ、これら領域内の局部集中度などを複合的に定めるべきである。

0063

図5は、切削チップの研磨材を切削面の上下方向に積層する例が図示している。図5に示した通り、本発明の切削チップ200において研磨材列は切削面の上下方向に複数個積層される。研磨材列の積層は被削材の切削が進行されるとき、最初の瞬間に突出している研磨材粒子205aの間で新たな研磨材の粒子205bが突出できるよう行われることが好ましい。図5において、符号210aは高集中度領域を表し、符合210bは低集中度領域を表す。図5のように、研磨材列を切削面の上下方向に積層することにより被削材の切削時研磨材粒子が一定の間隔を置いて、即ち一定のパターンで連続して突出することになる。

0064

図6は、本発明による切削チップの他の例を提示している。本発明では、図6(a)に示した通り、切削面に垂直な方向からみて上部にある研磨材列の高集中度部分が位置する領域には、下部にある研磨材列の低集中度部分が位置するよう研磨材列を積層することが出来る。上記のように積層する場合には、上部にある研磨材列と下部にある研磨材列との間隔dは研磨材粒子の大きさの1/2〜2/3でなければならない。上記のように研磨材列を積層する場合には、被削材の切削時切削面に垂直な方向からみて上部の切削面上の研磨材が図6(b)のように第1領域と第3領域が突出される場合には、その下部の切削面上の研磨材は図6(c)のように第2領域と第4領域が突出することになる。

0065

図7(a)及び(b)は本発明による切削チップのさらに他の例を提示している。

0066

図7(a)及び(b)に示した通り、本発明の切削チップ300において、研磨材305は切削方向に列に配列され、上記研磨材列301は切削面311から切削方向に垂直な方向に複数個存在する。これら研磨材列301は切削面311と垂直な面を成すよう積層されている。研磨材列301は、両側面に各々位置する外部列301a及びこの外部列301aの間に位置する複数個の内部列301bからなる。

0067

外部列301aとそれに隣接した内部列301bの間隔は、研磨材の平均粒径の2倍以下が好ましく、内部列301bの間の間隔は、好ましくは研磨材の平均粒径の4倍以下、より好ましくは研磨材の平均粒径の1.3〜2.5倍に設定することが好ましい。

0068

外部列301aのうち少なくとも一つには研磨材が均一な集中度で配列されている。即ち、上記外部列301aのうち一つは研磨材が均一な集中度で配列され、もう一つは研磨材が内部列301bと同一に配列されたりまたは全てが均一な集中度で配列されたりすることが出来る。

0069

内部列301bは、切削面311上で切削方向に平均集中度より高い高集中度部分3011bと平均集中度より低い低集中度部分3012bとを含む。

0070

内部列301bは、高集中度3011b部分同士が集まって切削面311に高集中度領域310aを形成し、かつ低集中度部分3012b同士が集まって切削面311に低集中度領域310bを形成するよう配列される。

0071

低集中度領域310bの輪郭は切削面上で多角形のうち直四角形320を成している。

0072

各々の内部列301bの高集中度3011b部分同士が集まって構成される高集中度領域310aの平均長さ(L)と低集中度領域310bの平均長さ(A)の比(L/A)は0.3〜2倍になることが好ましい。

0073

低集中度部分3012bには、図7にも図示されたように研磨材が存在しないことも出来る。上記のように内部列301bの低集中度部分3012bに研磨材が存在しない場合には低集中度領域310bに研磨材が存在しないことが出来る。かつ、内部列301bは切削方向に全て同一間隔で同一集中度の研磨材が突出されるよう配列されることが好ましい。

0074

高集中度領域310aと低集中度領域310bは切削方向に交代に形成される。高集中度領域310aに配列された研磨材は一定のパターンを成している。

0075

本発明で使用される研磨材は特に限定はされないが、ダイヤモンド粒子を使用することが好ましい。

0076

本発明によって被削材を切断する場合には、図8に示した通り、研磨材の列の間の研磨材が配列されない部分が切削過程のうち適当な深さに摩耗され切削方向に切削チップの前部分から後部分まで溝が掘られ、上記深く掘られた溝に沿って切分排出を容易にし、上記溝と溝の間に位置した研磨材列の突出高さhを高くして被削材をより深く掘ることが出来るため切削性能をさらに向上させることが出来る。さらに、本発明の切削チップの場合には、切削面上に突出している研磨材粒子が切削方向に一定領域で密集して偏よらず列を成して分布されているため、各々の研磨材粒子が作業負荷を相互分け合い研磨材の摩滅周期遅れ寿命性能がさらに増加する。

0077

図9には、本発明による切削チップの例を提示している。図9(a)には低集中度領域の輪郭が平行四辺形を成し、これら平行四辺形が相互平行に配列されている切削チップの例が提示され、図9(b)には低集中度領域の輪郭が平行四辺形を成し、これら平行四辺形が相互非平行に配列されている切削チップの例が提示されている。

0078

また、図9(c)には低集中度領域の輪郭がV状を成し、これらV状が相互対向する形態に配列されている切削チップの例が提示され、図9(d)には低集中度領域の輪郭が矢印が相互逆方向をみている形態を成している切削チップの例が提示されている。

0079

一方、本発明は上記のように製造された本発明の切削チップが備えられた切削工具を提供する。上記切削工具としてはソーブレードコアビット研磨ホイルなどが挙げられる。

0080

以下、実施例を通じて本発明をさらに具体的に説明する。

0081

本発明によって製造されたソーブレード(発明材1)及び従来方法によって 製造されたソーブレード(従来材1〜3)を使用して花崗岩被削材の裁断目的の作業時に切削性能と寿命性能を調査し、その結果を下記の表2に表した。

0082

ここで、発明材1は研磨材としてダイヤモンド粒子を使用し、かつ長さ(L)40、厚さ(T)3.2、幅(W)10.0、ソー直径が168R(14インチ)で平均集中度が0.75Conc.の切削チップであって、ダイヤモンドの外部列と内部列の何れも高集中度領域の数n=3で、各列には平均集中度を一定の割合に分けて分布させた。従って、高集中度領域の各部分が1.33Conc.の局部集中度を有し、低集中度領域ではダイヤモンドが配列されていない。

0083

ダイヤモンド列は外部が2つの列、内部が4つの列に構成され、全体列に使用されたダイヤモンド粒子は米国G.E.社のMBS−955、粒子大きさがUS50/60メッシュダイヤモンド平均粒径が290μmである。列間の間隔はDout=0.64mm、Din=0.64mmである。

0084

発明材1は図10(a)の形状を有し、その寸法は表1と同様で、低集中度領域の形状は平行四辺形で、低集中度領域の輪郭線が切削チップの側面に垂直な方向と成している角は51.34°である。即ち、傾斜線を成している。

0085

従来材1は長さ40L、厚さ3.2T、平均集中度0.75Conc.で、ダイヤモンド種類がMBS−955、US50/60メッシュで平均粒径が290μmであるダイヤモンドがランダムに分布している切削チップを使用したソーブレードである。

0086

従来材2は、切削チップの形状及びダイヤモンドの種類、粒径は従来材1と同一であるが、平均集中度が0.9Conc.である。

0087

従来材3は、1つの切削チップを切削方向に等間隔になるよう4つの部分に分けて切削方向に最前三番目の部分に各々局部的に集中度が1.5Conc.になるようダイヤモンド粒子をランダムに分布させたものである。

0088

切削チップの形状及びダイヤモンドの種類、粒径は従来材1と同一である。

0089

この際、使用した機械はぺドリニ(PEDRINI)(社)のブリッジソーイングマシン(bridge sawing machine)として14インチ、1800rpmであった。

0090

作業量は切入30mm、切断長さ288mであった。

0091

発明材1と従来材1、従来材2、従来材3の各々の金属粉末(結合剤)は何れも同じ組成コバルトと鉄、銅の混合粉末を使用した。

0092

下記の表2の切削指数は1m2の被削材を切断するときに必要な電力量(kWh)でその値が小さいほど切削性能が良く、寿命指数は切断チップが1mm摩耗するときの作業量(m2)であるためその値が大きいほど寿命性能が良い。

0093

0094

0095

上記表2に示した通り、本発明によってダイヤモンド粒子が列に配列され、高集中度と低集中度領域を有する発明材1はダイヤモンド粒子がランダムに配列される従来材1及び従来材2と、高集中度と低集中度領域を有するがダイヤモンド粒子がランダムに配列された従来材3とに比べて切削性能及び寿命性能が優れることが分かる。

0096

切削チップに配列されたダイヤモンド列の間の間隔、即ち外部列と内部列の間の間隔Dout及び内部列の間の間隔Dinを下記の表3のように変化させ切削チップを製造し、該切削チップを使用してソーブレードを製作した後、切削性能及び寿命性能を調べ、切削性能に対する結果は下記の表5に、かつ寿命性能に対する結果は下記の表6に表した。

0097

上記切削チップは図10(b)のような形状を有し、低集中度領域の形状は切削方向に切削面の中心に対称を成し、矢印状の6角形をし、その寸法は下記の表4に表した。

0098

ここで、ダイヤモンドとしてはG.E.社のUSメッシュ40/50で平均粒径が370μmであるダイヤモンド粒子を使用し、切削チップの大きさは長さ40L、厚さ3.6T、幅8.5W、168R(14インチ)で、ダイヤモンド列の数とダイヤモンドの列間の間隔は下記の表3に表した。

0099

上記切削チップにおいて、ダイヤモンドの平均集中度は0.9Conc.で、高集中度領域に平均集中度の90%を分布させ低集中度領域に平均集中度の10%を分布させるとき、高集中度領域の局部集中度は1.62Conc.で低集中度領域の局部集中度は0.18Conc.である。高集中度領域の数(n)は4つで、切削チップの側面に垂直な方向と低集中度領域の輪郭線の角度(α)は51.34°である。

0100

両側面と輪郭線が成す角度が同じである理由は、輪郭線が切削チップの中心に対して対称であるためである。

0101

切削機械としてはスチールSTHIL)社の6.5HP、9200RPMのハンドカッターを使用し、被削材としては花崗岩を使用した。作業量は切入20mm、切断長さ240mであった。

0102

一方、切削性能及び寿命性能をダイヤモンド粒子がランダムに配列されたことを除いては下記の表3の試片同一条件で製作されたソーブレード(従来材 4)の切削性能及び寿命性能を測定した結果、切削性能は660.3cm2/minで、寿命性能は7.22cm2/mmであった。

0103

下記の表5及び表6において、切削性能及び寿命性能は測定した値と共に上記従来材4の切削性能及び寿命性能を各々100%にし、これを基準にして表示した。

0104

0105

0106

0107

0108

上記表5及び表6に示した通り、本発明による試片(1−6)は従来材4より優れるが、外部列と内部列の間の間隔Doutがダイヤモンドの平均粒径の2.0倍以下で、内部列の間の間隔Dinがダイヤモンド平均粒径の1.3倍以上2.5以下である試片(3,4,5)の場合が、外部列と内部列の間の間隔Doutがダイヤモンド平均粒径の2.0倍を超過する試片1及び内部列の間の間隔Dinがダイヤモンドの平均粒径の2.5倍を超過する試片2及び1.3未満の試片6に比べて切削性能及び寿命性能がより優れることが分かる。

0109

低集中度領域にはダイヤモンドが配列されず、高集中度領域のみにダイヤモンドが局部的に分布された切削チップの高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)が異なるよう切削チップを製造し、該切削チップを使用してソーブレードを製作した後、切削性能及び切削寿命を測定し、その結果を下記の表9及び10に表した。

0110

下記の表9及び10に表している試片7,9及び10の形状は図10(a)、試片8の形状は図10(b)に示し、試片11の形状は図10(c)に示し、その具体的な寸法と高集中度領域の数(n)、局部集中度、高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)を下記の表7及び8に表した。

0111

低集中度領域の形状は平行四辺形をしており、低集中度領域の輪郭線が切削チップの側面に垂直な方向に角度が32°傾いた傾斜線になっている。

0112

切断機械はEDCO社の4.5馬力、3500RPMのエンジン駆動テーブル型切断機械を使用し、被削材としては花崗岩とコンクリートを使用した。

0113

作業量は花崗岩の場合は切入20mm、切断長さ240mで、コンクリートの場合は切入30mm、切断長さ240mであった。

0114

上記のように切断実験を通して切削性能及び寿命性能を調べ、切削性能に対する結果は下記の表8に表し、寿命性能に対する結果は下記の表9に表した。

0115

0116

0117

0118

0119

上記表9及び表10に示した通り、高集中度領域の平均長さ(L)と低集中度領域の平均長さ(A)の比(L/A)が0.3〜2倍になることが切削性能と寿命性能において優れていることが分かる。

図面の簡単な説明

0120

切削チップの切削面にダイヤモンド粒子が無秩序に分布されたダイヤモンド工具の一例図である。
切削チップの切削面にダイヤモンド粒子が規則的に分布されたダイヤモンド工具の一例図である。
本発明による切削チップの一例の切削面を示した概略図であって、(a)は低集中度領域の輪郭が切削方向に垂直な切削チップの切削面で、(b)は低集中度領域の輪郭が切削方向に垂直な方向に傾斜している切削チップの切削面に対する切削面を表す。
切削作業時に切削チップの側面からみた切削面上に突出した研磨材粒子の配列を示した概略図であって、(a)は従来の切削チップを使用した場合を表し、(b)は本発明の切削チップを使用した場合を表す。
本発明によって研磨材列が切削面の上下方向に積層されている状態を示した研磨材の配列の一例図である。
本発明による切削チップの他の例を示した概略図であって、(a)は切削面の上下方向に積層されていることを表し、(b)は上部面に分布されている研磨材の配列を表し、(c)は下部面に分布されている研磨材の配列を表す。
本発明による切削チップのさらに他の例を示した概略図であって、(a)は切削チップの研磨材粒子の配列状態を表し、(b)は切削面における研磨材粒子の配列状態を表す。
図3のA−A線に沿った切削チップの断面図である。
本発明による切削チップの形状図である。
本発明による切削チップ試片の形状図である。

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