JP3714922B2 - ダイヤモンド工具 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石材、レンガ、コンクリート、アスファルトのように脆性を有する被切削材の切断もしくは穿孔に用いるダイヤモンド工具に関するものであって、より詳しくは、切削速度を高め微細粉塵を減少できるダイヤモンド工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人造ダイヤモンドは１９５０年代に発明されたもので、地球上に存在する物質中、最も硬度の高い物質として認知されており、かかる特性から切削、研削工具などに使われるようになった。
【０００３】
とりわけ、前記人造ダイヤモンド(以下、ダイヤモンドという)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およびコンクリート構造物を切削、研削する建設業の分野で幅広く用いられてきた。
【０００４】
通常、ダイヤモンド工具はダイヤモンド粒子を分布した切削チップと該切削チップを固定する金属ボディ(Ｃｏｒｅ)から成る。
【０００５】
図１４には従来のセグメントタイプのダイヤモンド工具の一例が示してある。
【０００６】
図１４に示すように、このセグメントタイプのダイヤモンド工具１はディスク形状の金属ボディ２に固定された多数個の切削チップ１１、１２を含み、夫々の切削チップ１１、１２にはダイヤモンド粒子５がランダムに分布している。ダイヤモンド工具を使って被切削材を切削する場合、夫々の切削チップに分布されたダイヤモンド粒子夫々が切削を行うことになる。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】
しかし、本発明者の研究および実験結果によると、図１４のようにダイヤモンド粒子が切削チップにランダムに分布された場合、ダイヤモンド粒子の切削効率が下がることが確認された。 これは、ダイヤモンド粒子がランダムに分布された切削チップのみから成るダイヤモンド工具では次のような非効率が発生するためである。
【０００８】
第一に、先行切削チップに分布されたダイヤモンド粒子により形成された切削溝同士の間隙がダイヤモンド粒径よりもっと大きく、後続切削チップが通り抜けても切削溝と切削溝との間に空間が余って被切削材が完全に取り除かれない場合、第二に、後続切削チップに分布されたダイヤモンド粒子があいにく先行切削チップが形成しておいた切削溝を辿るだけで結局何もしない場合である。
【０００９】
一方、前記ダイヤモンド粒子がランダムに分布された切削チップを製造する方法としては、ダイヤモンド粒子を他の金属粉末と混合して焼結する粉末冶金方法が広く用いられている。
【００１０】
前記粉末冶金法により切削チップを製造する場合は、微細なダイヤモンド粒子と他の金属粉末とを混合、成形、焼結する過程で粒子大、比重差などによりダイヤモンド粒子が金属結合剤の間に均一に分布されない為、図１４のように粒子分布の多過ぎる切削面３となったり、または分布の少な過ぎる切削面４をとなったりするので偏析の問題を起こす。
【００１１】
前記のようにダイヤモンド粒子が偏析しながら分布された場合には、工具の切削性能がより低下するばかりでなく工具寿命も短縮するなどの問題があった。
【００１２】
本発明者は前記従来技術における問題点を解決すべく研究と実験を重ねた上、その結果に基づいて本発明を提案するに至ったものであり、本発明の目的は、ダイヤモンド工具を成す切削チップにダイヤモンド粒子を適正に配列することにより優れた切削性能を奏するばかりでなく切削作業の際に発生する微細粉塵を減少することができるダイヤモンド工具を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、ダイヤモンド粒子が単層または多層の板状に分布された多数個の切削チップを含み、前記ダイヤモンド粒子層は被切削材の切削の際後続ダイヤモンド層により被切削材に形成される切削溝が先行ダイヤモンド層により被切削材に形成された切削溝の間に形成されるように配列されるダイヤモンド工具を特徴とするものである。
【００１４】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にについて図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、切削作業過程において被切削材に接する切削チップの切削面にダイヤモンドを適正に配列し、ダイヤモンド粒子夫々が最も効率良く利用されるようにしたダイヤモンド工具である。
【００１６】
図１に示すように、ダイヤモンド粒子がランダムに配列された工具を用いて被切削材を切削する場合には、次のような三種の切削溝を被切削材表面に形成する。第一に、後続切削チップのダイヤモンド粒子が先行ダイヤモンド粒子と同軌跡を辿り被切削材に如何なる切削溝も形成せず何の役にも立たない場合、第二に、隣接する先行切削溝の間に後続切削チップの切削溝が形成され被切削材が完全に取り除かれる場合、第三は、先行切削溝同士の距離が遠すぎて後続切削チップが通り抜けても切削溝と切削溝の間に空間が余ってしまい被切削材が完全に取り除かれない場合である。
【００１７】
本発明は第一と第三の場合のように、切削効率が低迷することを最少化し、第二のような最も効率的な場合を最多化して切削効率を最高にするようにダイヤモンド粒子の配列を図る。
【００１８】
つまり、本発明は先行切削チップのダイヤモンド粒子が被切削材を削り取って形成された切削溝の間で最も隣接する位置に後続切削チップのダイヤモンド粒子が切削溝を形成すべく切削チップにダイヤモンド粒子を配列したものである。
【００１９】
本発明にしたがって切削チップ内にダイヤモンドを配列する場合、最も効果的な切削作用を行うために、切削速度が向上し、被切削材を大粒の切削粉をもって切削することができ、切削作業の際に発生する微細粉塵を大幅に減少して作業者の健康を保護することもできる。
【００２０】
以下、本発明に係るダイヤモンド工具におけるダイヤモンド粒子配列の好ましい例について説明する。このダイヤモンド工具は、ダイヤモンド粒子が分布され切削を直接行う切削チップとこの切削チップが付着された金属ボディ(コア)とから成っている。
【００２１】
切削チップにおいてダイヤモンド粒子はコアと平行な層に配列され、コアに固定された切削チップの切削面には該配列されたダイヤモンド粒子層が列を成す。
【００２２】
本発明においては、先行切削チップにダイヤモンド粒子をｎ層と前記後続切削チップにはダイヤモンド粒子をｎ'層ずつ配列し(この際ｎ'≦ｎ)、前記先行セグメントと後続セグメントは交互に配列し、且つ前記後続切削チップの各ダイヤモンド粒子層は前記先行切削チップのダイヤモンド粒子層の間に置かれるよう配列する。
【００２３】
さらに、本発明においては夫々の切削チップを２個以上の領域に区分し、切削方向に向って前方部にはｎ層と後方部にはｎ'層のダイヤモンド粒子層を配列し(この際ｎ'≦ｎ)、且つ前記前方部の夫々のダイヤモンド粒子層は前記後方部のダイヤモンド粒子層の間に置かれるよう配列する。
【００２４】
本発明に符合する好ましき切削チップは、ダイヤモンド粒子がｎ層配列された切削チップとダイヤモンド粒子がｎ−１層配列された切削チップとを交互に配置したものである。
【００２５】
前記ダイヤモンド粒子がｎ−１層配列された切削チップにおいて夫々のダイヤモンド粒子層は、ダイヤモンド粒子がｎ層配列された切削チップのダイヤモンド粒子層の間に置かれるよう配列すべきである。
【００２６】
前記のようにダイヤモンド粒子が配列されたセグメントタイプの切削チップを具えたダイヤモンド工具の のこぎり刃(ｓａｗｂｌａｄｅ)の一例を図２に示す。
【００２７】
図２に示すように、ダイヤモンド工具１０１はディスク形状のコア２に固定された切削チップを含み、一方の切削チップ１１１には３層のダイヤモンド粒子１０５層が、他方の切削チップ１１２には２層のダイヤモンド粒子層が配列される。
【００２８】
この際、前記２層のダイヤモンド粒子層は前記３層のダイヤモンド粒子層の間に置かれるようダイヤモンド粒子１０５が配列される。各ダイヤモンド粒子層を成すダイヤモンドの列同士では間隙が生じないよう配列しなければならない。
【００２９】
さらに、本発明の他の好ましい例は、ｎ層のダイヤモンド粒子層が配列された切削チップを配列しながら切削チップの粒子層が隣接する切削チップの粒子層の間に置かれるよう配列したものであり、その一例を図６に示す。
【００３０】
図６に示すように、先行切削チップ１２１には３層のダイヤモンド粒子層１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが、後続切削チップ１２２にも３層のダイヤモンド粒子層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃが配列され、この際前記３層のダイヤモンド粒子層１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ夫々は前記３層のダイヤモンド粒子層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの間に置かれるようダイヤモンド粒子が配列される。
【００３１】
さらに、本発明の異なる例は、ダイヤモンド粒子がｎ層配列された切削チップとダイヤモンド粒子がｎ−２層またはそれ以下の層で配列された２個以上の切削チップを交互に配置したものである。
【００３２】
前記ダイヤモンド粒子がｎ−２層またはそれ以下の層で配列された切削チップにおいて、夫々のダイヤモンド粒子層はダイヤモンド粒子がｎ層配列された切削チップのダイヤモンド粒子層の間に置かれるよう配列され、 その一例が図７に示されている。
【００３３】
図７のように、ダイヤモンド粒子が１層配列された２個の切削チップ１３２、１３３の各ダイヤモンド粒子層１３２ａ、１３３ａは、３層配列された切削チップ１３１のダイヤモンド粒子層１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃの間に置かれるよう配列する。
【００３４】
さらに、図８には、切削チップが２個の領域に区分され切削方向に向って前方部には３層のダイヤモンド粒子層が、後方部には２層のダイヤモンド粒子層が配列された切削チップを示す。
【００３５】
図８のように、前記後方部の夫々のダイヤモンド粒子層１４１ｄ、１４１ｅは、前記前方部のダイヤモンド粒子層１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃの間に置かれるよう配列されている。
【００３６】
さらに、本発明はダイヤモンド工具を成す切削チップにおいて、切削チップの各粒子層の全部または一部を帯状に形成することもできる。
【００３７】
図９は、全ての粒子層が帯状で配列された切削チップの例を示す。
【００３８】
図９に示すように、切削チップ１５１に帯状で３層設けられたダイヤモンド層１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃが被切削材１５３に切削溝１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃを形成すると、隣接する切削チップ１５２に帯状で２層設けられたダイヤモンド層１５２ａ、１５２ｂが切削溝１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃの間に切削溝１５３ｄ、１５３ｅを形成し効率良く被切削材が切削される。
【００３９】
さらに、本発明は図１０に示すように、多数個の切削チップから成るコアビットの切削チップにも適用することができる。
【００４０】
図１０は本発明のコア切削チップの一例を示すが、前記コア切削チップ１０２は、本発明に従ってダイヤモンド粒子層１８１ａ、１８１ｂ、１８１ｃが切削面に３層配列された切削チップ１８１とダイヤモンド粒子層１８２ａ、１８２ｂが２層配列された切削チップ１８２とを交互に配列して成る。
【００４１】
さらに、本発明においては、本発明に従って単層または多層のダイヤモンド粒子層が配列された切削チップの間に、ダイヤモンド粒子がランダムに配列された切削チップを一つまたはそれ以上挟んでダイヤモンド工具を製造してもよい。
【００４２】
たとえば、３層×２層×ランダムの交互配列、３層×ランダム×２層の交互配列、３層×ランダム×２層×ランダムの交互配列または３層×２層×ランダム×ランダムの交互配列などが挙げられる。
【００４３】
前記のようにダイヤモンド粒子がランダムに配列された切削チップを配置して工具を製造する場合には、切削効率が従来の工具に比しては優れるがダイヤモンド粒子がランダムに配列された切削チップを含まない本発明の工具に比べると切削効率がやや劣ることになる。
【００４４】
前記本発明によるダイヤモンド工具において、先行切削チップに配列される各ダイヤモンド粒子層同士の間隙は、後続切削チップに配列されたダイヤモンド粒子層の厚さ(ダイヤモンド列の幅)より小さいか同じであることが好ましい。
【００４５】
さらに、前記本発明によるダイヤモンド工具の切削チップに配列されたダイヤモンド粒子層を成すダイヤモンド列は、切削チップが連続摩耗されても常に切削チップの切削面に層で配列されたダイヤモンド列が露出するように配列することが好ましい。
【００４６】
つまり、図１１のように、本発明に従って配列されたダイヤモンド層１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃにおいて、各ダイヤモンド層を成している切削面に平行なダイヤモンド列１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅ、１１４ｆは列同士の間隙が無いように配列することが好ましい。
【００４７】
前記のようにダイヤモンド列を配列することにより、切削チップが連続摩耗されても切削チップの切削面に常に層で配列されたダイヤモンド列が露出することになる。
【００４８】
一方、本発明によりダイヤモンド粒子を配列して切削チップを作製する際、とりわけ、内部にのみ規則的に配列されたダイヤモンドがある場合には切削チップの外側面部にはダイヤモンド粒子が無いことから、金属結合剤が早期摩耗され規則的に配列されたダイヤモンドを早期脱落させてしまう恐れがある。
【００４９】
従って、切削チップ側面部の早期摩耗を防止すべく、本発明においては耐摩耗性の高い充填材を選択し切削チップ側面部のダイヤモンド粒子を欠いた部位に適正な形状で分布させることができる。
【００５０】
つまり、本発明による工具の寿命を更に延長すべく、金属結合剤に充填材(ｆｉｌｌｅｒ、硬度の高い研磨材)を添加して金属結合剤の耐摩耗性を増加することが好ましい。この際、充填材にはＳｉＣ、ＷＣ、ＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、ダイヤモンドなど耐摩耗性を有する粒子を単独または２種以上複合して用いられる。
【００５１】
充填材に用いる材料は側面部の摩耗防止用に添加されるものである為、充填材にダイヤモンドを用いる場合、側面部に充填材として添加するダイヤモンドの充填度は切削用に中央部に含まれたダイヤモンドの充填度より低くなければならない。
【００５２】
側面部に充填材として添加されたダイヤモンドは、切削用として中央部に含まれたダイヤモンドの充填度の１０〜６０％程の低い充填度であることが好ましい。
【００５３】
何故ならば、側面部に充填材として添加されたダイヤモンドの充填度が切削用として中央部に含まれたダイヤモンド充填度の１０％未満であると、側面の急激な摩耗により側面部の早期摩耗防止効果を奏さず、６０％を超えると、側面部の早期摩耗防止効果が飽和になるばかりでなく、中央部に含まれたダイヤモンド量が相対的に少なくなりむしろ切削性能を低下させるためである。
【００５４】
図１２のように、充填材１６４は切削チップ１６１の側面にランダムに分布されたり、または図１３のように充填材１７４が切削チップ１７１の側面に規則的に分布されたりする。
【００５５】
図１２および図１３において、符号１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃはダイヤモンド粒子層を示す。
【００５６】
本発明のダイヤモンド工具を製造する方法の一例は次のとおりである。
【００５７】
スプレー式接着剤を切削チップ形状に切り取った金属網上に塗布し、その上に一定間隙毎にレーザー加工により穴抜きされた金属治具を載せ、微細なダイヤモンド粒子を散らす。この際、１個の穴毎にダイヤモンド粒子が１個ずつ入るようにする。金属治具を分離すれば金属網上にダイヤモンド粒子が一定に配列された金属網が得られる。これを金属結合剤と共に冷間成形してから焼結し切削チップを製造する。
【００５８】
前記本発明によるダイヤモンド工具の製造方法は一つの好ましい例に過ぎず、特に、この例に限定されるものではない。
【００５９】
以下、本発明に係るダイヤモンド工具を用いた被切削材の切削にあたっての切削メカニズムについて説明する。
【００６０】
図２は本発明をダイヤモンド切削のこぎり刃(ｓａｗ ｂｌａｄｅ)に適用した場合の一例を示す。
【００６１】
図２に示す切削のこぎり刃は、ダイヤモンド粒子１０５が３層規則的に配列された切削チップ１１１とダイヤモンド粒子が２層規則的に配列された切削チップ１１２を隣り合わせに交互配列したものである。
【００６２】
図３はダイヤモンド粒子層１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが３層配列された切削チップ１１１の一例を示し、図４はダイヤモンド粒子層１１２ａ、１１２ｂが２層配列された切削チップ１１２の一例を示す。
【００６３】
図３、図４および図５から判るように、ダイヤモンド粒子が３層１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ配列された切削チップ１１１と、ダイヤモンド粒子が２層１１２ａ、１１２ｂ配列された切削チップ１１２とを連続に配列して被切削材１１３を切削する場合、３層配列切削チップ１１１により削られた被切削材切削溝１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃの隣接する箇所に２層配列切削チップ１１２のダイヤモンド粒子が切削溝１１３ｄ、１１３ｅを形成するので効果的に被切削材が除去される。
【００６４】
つまり、図５のように、相互隣接したダイヤモンド粒子によって被切削材１１３を連続的に削り取ることになり最も効果的に被切削材が除去され、ダイヤモンド工具の切削性能を向上させる効果を奏するばかりでなく被切削材を大粒に切削でき切削作業の際発生する微細粉塵を減らせ作業者の健康を保護することもできる。
【００６５】
一方、隣接する切削チップに配列されたダイヤモンド粒子層同士が相互にずれるように、３層のダイヤモンド粒子層が形成された工具を用いて被切削材を切削する場合は、図６のように先行切削チップ１２１の切削面に配列された３層のダイヤモンド粒子層１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが被切削材１２３を削り取って切削溝１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃが形成され、後続セグメント１２２の切削面に配列された３層のダイヤモンド粒子層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃが先行切削チップ１２１により被切削材１２３に形成された切削溝１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃの隣接する箇所に切削溝１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆを形成し最も効果的に被切削材が除去される為、切削速度を向上させ被切削材１２３を大粒で切削でき切削作業の際発生する微細粉塵を減少することができる。
【００６６】
一方、前記のように、セグメント切削面の厚さが厚い場合はダイヤモンド粒子層を帯状にしてもよい。
【００６７】
ダイヤモンド粒子層を帯状で３層配列させた切削チップとダイヤモンド粒子層を帯状で２層配列させた切削チップとを交互に配列した工具を用いて被切削材を切削する場合には、図９のように一つの切削チップ１５１に帯状で３層配列されたダイヤモンド粒子層１５１ａ、１５２ｂ、１５３ｃが被切削材１５３に切削溝１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃを形成すると、他の切削チップ１５２に帯状で２層配列されたダイヤモンド粒子層１５２ａ、１５２ｂが切削溝１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃの間に切削溝１５３ｄ、１５３ｅを形成する為、最も効果的に被切削材が除去される。
【００６８】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。
(実施例１)
下記表１のように３層に分けてダイヤモンドを規則的に配列した切削チップと２層に分けてダイヤモンドを規則的に配列した切削チップとを交互に配列(３層×２層)したのこぎり刃(ｓａｗ ｂｌａｄｅ)(発明例１)、４層に分けてダイヤモンドを規則的に配列した切削チップと３層に分けてダイヤモンドを規則的に配列した切削チップとを交互に配列(４層×３層)したのこぎり刃(発明例２)、ダイヤモンド粒子を配列させずランダムに混合してダイヤモンド粒子を分布させたのこぎり刃(従来例１)を作製してから、切削試験を行い切削性能と寿命性能を調査し、その結果を下記表１に示した。
【００６９】
この際、３層および４層切削チップのダイヤモンド層の厚さはダイヤモンド 平均粒子大である０.４ｍｍ、ダイヤモンド層間の間隙は０.１６ｍｍとなるよう配列させた。
【００７０】
２層および３層切削チップのダイヤモンド層の厚さは０.４ｍｍ、ダイヤモンド層間の間隙は０.３ｍｍになるよう配列させた。
【００７１】
この際、金属結合剤にはＦｅ−Ｎｉ系合金を、ダイヤモンドには米国ＧＥ社のＭＢＳ９５５を用い、焼結はホットプレス(Ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ)方式により焼結温度９５０℃、焼結時間５分の条件で行った。
【００７２】
本実施例におけるダイヤモンド工具は、切削チップをレーザー溶接により９inchコア(ｃｏｒｅ)に１６個付着して作製したものであり、切削試験は切込深さ２０ｍｍで花崗岩の切削試験を行った。
【００７３】
この際、用いた機械はＢＯＳＣＨ(社)の９インチグラインダーでｒｐｍは６、５００であった。前記用いた各のこぎり刃の切削チップ寸法は長さ３８ｍｍ、高さ７.２ｍｍ、厚さ２.４ｍｍである。
【００７４】
【表１】
Figure 0003714922
【００７５】
前記表１を見ると、本発明の発明例１および２の方が従来の方法により作製した従来例１に比して切削性能および寿命性能が優れたことが判る。
(実施例２)
前記実施例１におけるのこぎり刃と従来例１ののこぎり刃に対する切削サイクル数に伴う切削時間の様相を調査し、その結果を図１４に示した。
【００７６】
ここで、切削時間とは切削作業の際のこぎり刃が１回切削するのにかかる時間を示す。１回切削は３０ｃｍ長さの被切削材を一定深さで１回切削することを意味する。
【００７７】
図１４を見ると、本発明におけるのこぎり刃が従来例１ののこぎり刃より切削時間が短く、切削時間の傾向が安定的で、より均一な性能を表すことがわかる。
(実施例３)
切削チップの切削面のダイヤモンド配列を帯状に作製したのこぎり刃(本発明の発明例３)と従来のランダムなダイヤモンド配列を成すのこぎり刃(従来例２)の切削性能を比較するために１４inchの のこぎり を作製してから切削試験を行い、その結果を下記表２に示した。
【００７８】
この際、切削チップ寸法は長さ４０ｍｍ、高さ７.２ｍｍ、厚さ３.２ｍｍで、Ｆｅ−Ｎｉ系成分の金属結合剤を用いた。ダイヤモンドには米国ＧＥ社のＭＢＳ９５５を用い、焼結はホットプレス(Ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ)方式により焼結温度９５０℃、焼結時間５分の条件において行った。
【００７９】
前記方法により製造した切削チップをレーザー溶接により１４inchコア(ｃｏｒｅ)に付着し切込深さ３５ｍｍのコンクリート切削試験を行った。使用した機械はＥＤＣＯ(社)のエンジン駆動型切削試験機５.５ＨＰである。
【００８０】
ダイヤモンド配列帯の厚さは０.８ｍｍ、各層間の間隙は０.４ｍｍとなるよう配列して３層と２層とに夫々作製してから交互に付着した。
【００８１】
２層配列の側面には摩耗防止のために帯状に配列したダイヤモンドと同一ダイヤモンドを用い、帯状部分に含まれたダイヤモンド充填度の１/４程の低い充填度でダイヤモンドを充填材(ｆｉｌｌｅｒ)として添加した。
【００８２】
【表２】
Figure 0003714922
【００８３】
前記表２を見ると、本発明の発明例３は従来例２に比して切削性能および寿命性能が向上されたことがわかる。
(実施例４)
切削チップ側面部の早期摩耗を防止すべく前記実施例１の発明例１に従って３層×２層の交互配列を基本として金属結合剤に充填材(ｆｉｌｌｅｒ)を添加し切削チップを作製してから切削試験を行い、その結果を下記表３に示した。
【００８４】
この際、充填材(Ｆｉｌｌｅｒ)材料には、切削を目的として中央部分に規則的に配列されたダイヤモンドと同一なものを用い、中央部分に規則的に配列されたダイヤモンドの充填度の５〜７０％まで変化させた。
【００８５】
切削チップ側面部の早期摩耗評価は切削作業後の切削チップの厚さ減少量により評価した。
【００８６】
切削チップ厚さ減少量は３０ｍと６０ｍの切削作業後、切削チップの初期厚さ２.４ｍｍより減少した量を測定した。
【００８７】
測定部位は１４個の切削チップ中任意の切削チップから９０°ずつ隔たれた４個の切削チップの平均値を測定して側面部摩耗量を比較した。他の試験条件は実施例１と同一にした。
【００８８】
【表３】
Figure 0003714922
【００８９】
前記表３を見ると、充填材の含量が少なすぎる比較例１は切削チップの厚さ減少量が多かったが、発明例４〜８の場合は切削チップの厚さ減少量がごく少ないことがわかる。
【００９０】
一方、充填材の含量が多すぎる比較例２の場合、セグメントの厚さ減少量は少なかったが切削不良が起こることがわかる。
(実施例５)
３層に分けてダイヤモンドを規則的に配列した切削チップと２層に分けてダイヤモンドを規則的に配列した切削チップとを交互に配列(３層×２層)したのこぎり刃(発明例１)、発明例１のように、のこぎり刃にダイヤモンドがランダムに分布された切削チップを所々挟むのこぎり刃、つまり３層切削チップ、２層切削チップ、ランダムに配列された切削チップを交互に配列(３層×２層×ランダム配列×ランダム配列)したのこぎり刃(発明例５)、ランダムに混合しダイヤモンド粒子を分布させたのこぎり刃(従来例１)を作製してから、切削試験を行い切削性能と寿命性能を調査して、その結果を下記表４に示した。
【００９１】
この際、金属結合剤にはＦｅ−Ｎｉ系合金を、ダイヤモンドには米国ＧＥ社のＭＢＳ９５５を用い、焼結はホットプレス(Ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ)方式により焼結温度９５０℃、焼結時間５分の条件において行った。
【００９２】
本実施例の工具は、切削チップをレーザー溶接により９inchコア(ｃｏｒｅ)に１６個付着し作製したものであり、切削試験は切込深さ２０ｍｍで花崗岩切削試験を行った。使用した機械はＢＯＳＣＨ(社)の９インチグラインダーでｒｐｍは６、５００である。
【００９３】
前記各のこぎり刃の切削チップ寸法は長さ３８ｍｍ、高さ７.２ｍｍ、厚さ２.４ｍｍである。
【００９４】
【表４】
Figure 0003714922
【００９５】
前記表４を見ると、本発明の発明例５の場合、発明例１に比しては性能が劣るが、従来例１に比しては切削性能および寿命性能が優れていることがわかる。
【００９６】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、後続切削チップのダイヤモンド粒子が先行切削チップが形成した切削溝の隣接する箇所に切削溝を形成するようダイヤモンド粒子を配列することにより、被切削材を切削する際、ダイヤモンド粒子夫々の効用性を最大化し切削速度を向上させると共に、微細粉塵の発生量を減少させることができるダイヤモンド工具を提供するという効果を奏する。
【００９７】
更に、本発明によれば、ダイヤモンド粒子夫々の効用性を最大化すべく、ダイヤモンド粒子を単層または多層の板状に配列し適正な充填材を適正な位置に分布させることにより、切削性の向上と同時に微細粉塵の発生量を減少させ寿命をより延ばせるダイヤモンド工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によりダイヤモンド粒子が３層の板状に配列された切削チップと本発明によりダイヤモンド粒子が３層の板状に配列された切削チップと２層の板状に配列された切削チップとが交互に付着されたダイヤモンド工具の一例を示す構成図である。
【図２】本発明によりダイヤモンド粒子が３層規則的に配列された切削チップの一例を示す構成図である。
【図３】本発明によりダイヤモンド粒子が２層規則的に配列された切削チップの一例を示す構成図である。
【図４】本発明に符合する図２のダイヤモンド工具を用いて被切削材を切削する際の切削メカニズムを説明するための概略図である。
【図５】本発明によりダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップの異なる例を示す概略図である。
【図６】本発明によりダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップのさらに異なる例を示す概略図である。
【図７】本発明によりダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップのさらに異なる例を示す概略図である。
【図８】本発明によりダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップのさらに異なる例を示す概略図である。
【図９】本発明によりダイヤモンド粒子が配列されたダイヤモンド工具用切削チップのさらに異なる例を示す概略図である。
【図１０】図2におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】側面部に充填材(ｆｉｌｌｅｒ)がランダムに分布された本発明によるダイヤモンド工具用切削チップのさらに異なる例を示す概略図である。
【図１２】側面部に充填材が規則的に分布された本発明によるダイヤモンド工具用切削チップのさらに異なる例を示す概略図である。
【図１３】従来例１および発明例１における切削サイクル数に応じた切削時間の変化を示すグラフである。
【図１４】切削チップの切削面にダイヤモンド粒子がランダムに分布された従来のダイヤモンド工具の構成図である。
【符号の説明】
１０１ ダイヤモンド工具
２ コア
１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２、１３３、１５１、１５２、１８１、１８２ 切削チップ
１０５ ダイヤモンド粒子
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３２ａ、１３３ａ、１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ、１４１ｆ、１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５２ａ、１５２ｂ ダイヤモンド粒子層
１１３、１２３、１５３ 被切削材
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｅ、１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆ、１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ、１５３ｅ、１５３ｆ 切削溝

Claims (25)

  1. 被切削材を切削するダイヤモンド粒子と、焼結された金属粉末を含みこれらのダイヤモンド粒子を支持する多数個の切削チップと、これらの切削チップが一定の距離を隔てて固定されている金属ボディとを含むダイヤモンド工具であって、
    前記各々の切削チップにおける前記ダイヤモンド粒子は切削方向と垂直な方向へ一定の間隙を隔てて配列される多数個の層を形成し、
    前記各々の切削チップにおけるダイヤモンド粒子層は被切削材の切削の際、後続切削チップのダイヤモンド粒子層により被切削材に形成される切削溝が先行切削チップのダイヤモンド粒子層により被切削材に形成された切削溝同士の間に形成されるよう配列され、
    前記ダイヤモンド粒子層の各々は切削面と平行な面上において切削方向と平行なダイヤモンド列を有し、該切削面と垂直な方向に関し前記ダイヤモンド列同士の間隙が無いことを特徴とするダイヤモンド工具。
  2. 前記先行切削チップにはダイヤモンド粒子がｎ層配列され、前記後続切削チップにはダイヤモンド粒子がｎ’層配列され、前記ｎとｎ’はｎ’≦ｎの関係を有することを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド工具。
  3. 前記先行切削チップのダイヤモンド粒子層同士の間隙は前記後続切削チップのダイヤモンド粒子層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド工具。
  4. 前記ダイヤモンド粒子層中の一部層又は全層が帯状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド工具。
  5. 前記ダイヤモンド粒子層中の一部層又は全層が帯状を有することを特徴とする請求項３に記載のダイヤモンド工具。
  6. 前記ダイヤモンド粒子がランダムに分布された前記切削チップが単数又は多数個含むことを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド工具。
  7. 前記ダイヤモンド粒子層が無い切削チップの金属結合剤に充填材が分布されることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド工具。
  8. 前記ダイヤモンド粒子層が無い切削チップの金属結合剤に充填材が分布されることを特徴とする請求項３に記載のダイヤモンド工具。
  9. 前記ダイヤモンド粒子層が無い切削チップの金属結合剤に充填材が分布されることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド工具。
  10. 前記ダイヤモンド粒子層が無い切削チップの金属結合剤に充填材が分布されることを特徴とする請求項５に記載のダイヤモンド工具。
  11. 前記ダイヤモンド粒子層が無い切削チップの金属結合剤に充填材が分布されることを特徴とする請求項６に記載のダイヤモンド工具。
  12. 前記充填材としてSiC、WC、BN、Ａｌ2Ｏ3及びダイヤモンドから成るグループから選択された１種を又は２種以上を複合したものを用いることを特徴とする請求項７に記載のダイヤモンド工具。
  13. 前記充填材としてSiC、WC、BN、Ａｌ2Ｏ3及びダイヤモンドから成るグループから選択された１種を又は２種以上を複合したものを用いることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか1項に記載のダイヤモンド工具。
  14. 前記充填材がダイヤモンドであり、該充填材に添加したダイヤモンドの充填度が切削用ダイヤモンドの充填度の１０〜６０％ほどであることを特徴とする請求項１２に記載のダイヤモンド工具。
  15. 前記充填材がダイヤモンドであり、該充填材に添加したダイヤモンドの充填度が切削用ダイヤモンドの充填度の１０〜６０％であることを特徴とする請求項１３に記載のダイヤモンド工具。
  16. 被切削材を切削するダイヤモンド粒子と、これらのダイヤモンド粒子を支持す金属結合剤を含む多数個の切削チップと、これらの切削チップが一定の距離を隔てて固定されている金属ボディとを含むダイヤモンド工具であって、
    前記切削チップにおけるダイヤモンド粒子は前記金属結合剤の焼結によって固定され、
    前記切削チップの各々は２個以上の領域に区分され、
    前記各々の領域におけるダイヤモンド粒子は切削方向と垂直な方向へ一定の間隙を隔てて板状で配列される多数個の層を形成し、このダイヤモンド粒子層は切削面と平行な面上において切削方向と平行な一直線上に２個以上のダイヤモンド粒子を有する列を形成し、
    前記各々の領域におけるダイヤモンド粒子層は、被切削材の切削の際、後続する領域のダイヤモンド粒子層によって前記被切削材に形成される切削溝が先行する領域のダイヤモンド粒子層によって被切削材に形成された切削溝同士の間に形成されるよう配列され、
    前記各々の領域の切削面に垂直な方向に関し前記ダイヤモンド粒子の列同士の間隙が無いことを特徴とするダイヤモンド工具。
  17. 前記領域中先行する領域にはｎ層のダイヤモンド粒子層が配列され、後続する領域にはｎ’層のダイヤモンド粒子層が配列され、前記ｎとｎ’はｎ’≦ｎの関係を有することを特徴とする請求項１６に記載のダイヤモンド工具。
  18. 前記先行する領域のダイヤモンド粒子層同士の間隙は前記後続する領域のダイヤモンド粒子層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１６又は１７に記載のダイヤモンド工具。
  19. 前記ダイヤモンド粒子層中の一部層又は全層が帯状を有することを特徴とする請求項１６又は１７に記載のダイヤモンド工具。
  20. 前記ダイヤモンド粒子層中の一部層又は全層が帯状を有することを特徴とする請求項１６又は１７に記載のダイヤモンド工具。
  21. 前記ダイヤモンド粒子層が無い切削チップの金属結合剤に充填材が分布されることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のダイヤモンド工具。
  22. 前記ダイヤモンド粒子層が無い切削チップの金属結合剤に充填材が分布されることを特徴とする請求項１８に記載のダイヤモンド工具。
  23. 前記充填材としてSiC、WC、BN、Ａｌ2Ｏ3及びダイヤモンドから成るグループから選択された１種を又は２種以上を複合したものを用いることを特徴とする請求項２１に記載のダイヤモンド工具。
  24. 前記充填材としてSiC、WC、BN、Ａｌ2Ｏ3及びダイヤモンドから成るグループから選択された１種を又は２種以上を複合したものを用いることを特徴とする請求項２２に記載のダイヤモンド工具。
  25. 前記充填材がダイヤモンドであり、該充填材に添加したダイヤモンドの充填度が切削用ダイヤモンドの充填度の１０〜６０％ほどであることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のダイヤモンド工具。
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