JP2008526526A - 切削工具用切削チップ及び切削工具 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】 図３

Description

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。

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の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、切削性能と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（切断チップの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

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。

以下、本発明について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上記研磨材列は切削面の上下方向に積層されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下、図面により本発明をさらに詳しく説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、結果的に作業者の切削感覚（振動と騒音）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。

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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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が遅れ寿命性能がさらに増加する。

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。

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。

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。

以下、実施例を通じて本発明をさらに具体的に説明する。

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。

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。

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メッシュで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。

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。

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。

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。

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と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。

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。

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。

作業量は切入３０ｍｍ、切断長さ２８８ｍであった。

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）は何れも同じ組成のコバルトと鉄、銅の混合粉末を使用した。

下記の表２の切削指数は１ｍ^２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（ｍ^２）であるためその値が大きいほど寿命性能が良い。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の試片と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６６０．３ｃｍ^２／ｍｉｎで、寿命性能は７．２２ｃｍ^２／ｍｍであった。

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。

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。

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。

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。

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。

切断機械はＥＤＣＯ社の４．５馬力、３５００ＲＰＭのエンジン駆動形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。

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。

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。

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。

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。

Claims (31)

1. 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。

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