KR100523304B1 - 연마 세그먼트를 갖춘 공구 - Google Patents

연마 세그먼트를 갖춘 공구 Download PDF

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KR100523304B1
KR100523304B1 KR10-2000-7006088A KR20007006088A KR100523304B1 KR 100523304 B1 KR100523304 B1 KR 100523304B1 KR 20007006088 A KR20007006088 A KR 20007006088A KR 100523304 B1 KR100523304 B1 KR 100523304B1
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프레스턴제이비.
트셀레신나움엔.
고르서치이안
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미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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    • B24D7/06—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental

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Abstract

본 발명은 장착 판(20)에 장착되는 초연마 세그먼트인 연마 세그먼트(14)를 구비하는 공구(10)와 그 제조 방법에 관한 것이다. 상기 연마 세그먼트(14)는 초경입자를 구비하고 층상 시트를 형성하도록 접합재의 층에 초경입자의 층을 소결하여 형성된다. 다음, 연마 세그먼트(14)는 층상 시트로부터 절단되고 공구(10)의 작업 영역의 일 부분을 형성하도록 장착 판(20)의 평탄 면(9)에 장착된다. 각각의 세그먼트(14)는, 그라인딩 면에 초경입자의 밀집도가 상당히 높도록 초경입자의 층과 접합재의 층에 수직으로 형성되는 그라인딩 면을 구비한다. 이러한 사실은 연마 세그먼트로 구성된 작업 면의 상기 부분이 상당히 작게 되도록 한다. 상기 세그먼트는 또한 각각의 세그먼트의 그라인딩 면이 평탄 면(9)에 대하여 기울어지도록 기층 디스크(20)에 장착될 수 있다.

Description

연마 세그먼트를 갖춘 공구{TOOLS WITH ABRASIVE SEGMENTS}
본 발명은 절단 및 그라인딩 연마기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 연마기에 부착된 연마 세그먼트, 양호하게는 초연마 세그먼트(superabrasive segments)를 갖춘 디스크, 휠 또는 블럭과 같은 그라인딩 공구 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
소정 타입의 작업편(예를 들면, 플라스틱 및 유리 렌즈, 콘크리트, 및 세라믹재)은 연마 작업면, 특히 초연마 작업면을 갖는 휠 또는 디스크와 같은 그라인딩 공구를 사용하여 유용하게 가공되며, 초연마면 또한 연마면이긴 하나, 높은 연마도를 갖는다. 초연마 작업면에 의한 상기 타입의 가공 또는 그라인딩은 다른 많은 재료에 유익하다. 일반적으로, 그라인딩 휠의 작업면은 그라인딩 휠의 각각의 면에 한쪽 또는 양쪽 평면 디스크 면에 만들어진다. 작업면은 일반적으로, 금속 모재에 매설되거나 접합재에 의해 둘러싸여진 다이아몬드, 큐빅 질화붕소, 또는 아산화붕소와 같은 초경(超硬) 또는 연마 재료의 입자를 함유한다. 작업편이 그라인딩 공구의 회전 작업면과 접촉할 때, 이러한 초경입자는 작업편을 주로 절단 또는 그라인딩하는 작용을 한다.
종래 기술로는 전체 작업면에 걸쳐 초경입자의 균일한 밀도를 갖는 작업면을 포함하는 그라인딩 휠 및 디스크가 공지되었다. 또한, 종래에는 고밀도 초경입자 영역, 저밀도 초경입자 영역, 및 초경입자가 없는 영역으로 이루어진 작업면을 갖는 그라인딩 휠 및 디스크도 공지되있다.
그라인딩 공구에 그라인딩 면(주로 작업편을 그라인딩하는 공구 면)의 영역을 변경시킴으로써 그라인딩율 및 공구 마모율과 같은 그라인딩 공구, 예컨대 디스크 또는 휠의 그라인딩 특성을 변경시킬 수 있기 때문에, 그라인딩 공구 상에서 그라인딩 면의 면적을 변경시킬 수 있는 것은 이점을 갖게 된다. 그러나, 상술된 그라인딩 공구는 그라인딩 면이 적절한 밀도의 초경입자를 갖도록 형성된다. 이에 따라, 공구 작업면의 대부분 면적이 그라인딩 면으로 구성되어야 하고 공구의 그라인딩 면의 영역을 정확하게 변화시켜야 하는 문제를 안고 있다. 또한, 그라인딩 면을 구성하는 비교적으로 큰 영역의 작업면을 갖는 그라인딩 공구를 제조하는 데에는 상당한 많은 비용이 소요된다.
따라서, 당 기술분야에서는 그라인딩 공구를 개량시킬 필요성이 지속되어 왔다. 특히, 공구가 장시간 수명을 유지하면서 초고속 그라인딩 속도를 달성할 수 있도록 그라인딩 공구의 그라인딩 면의 영역을 변경할 필요가 있다. 또한, 연마 입자를 가지는 그라인딩 공구의 작업면 부분을 가능한 적게 하여, 공구를 효율적으로 제조할 필요성도 있다.
도1은 본 발명에 따르는 회전식 디스크에 장착된 복수 연마 세그먼트를 구비하는 그라인딩 공구의 사시도.
도2는 도1에 도시된 그라인딩 공구의 평면도.
도3은 도1의 3-3선을 따라 절취된 도1에 도시된 그라인딩 공구의 단면도.
도4는 도1에 도시된 연마 세그먼트를 제조하는데 사용되는 층상 시트의 평면도.
도5는 도4에 도시된 층상 시트를 분해하여 나타낸 정면도.
도5a는 도4에 도시된 층상 시트를 제조하는데 사용되는 다공성재로 이루어진 제 1실시예의 평면도.
도5b는 도4에 도시된 층상 시트를 제조하는데 사용되는 다공성재로 이루어진 제 2실시예의 평면도.
도6은 상호 접촉하는 초경입자의 인접 층을 나타내는 도4에 도시된 층상 시트의 부분 측면도.
도7은 서로 미세하게 중첩되는 초경입자의 인접 층을 나타내는 도4에 도시된 층상 시트의 부분 측면도.
도8은 도1에 도시된 복수 연마 세그먼트 중 하나의 사시도.
도9는 도1에 도시된 복수 연마 세그먼트 중 하나의 제2 실시예의 사시도.
도10은 도1에 도시된 복수 연마 세그먼트 중 하나의 제3 실시예의 사시도.
도11a는 그라인딩 공구의 회전방향에 대한 연마 세그먼트의 두께 층의 방향을 나타내는 도1에 도시된 그라인딩 공구의 부분을 나타낸 평면도.
도11b는 그라인딩 공구의 회전방향에 대하여 연마 세그먼트에 두께 층의 다른 방향을 나타내는 도1에 도시된 그라인딩 공구의 다른 실시예의 부분을 나타낸 평면도.
도12는 도1에 도시된 복수 연마 세그먼트 중 하나의 제4 실시예의 사시도.
도13은 도1에 도시된 복수 연마 세그먼트 중 하나의 제5 실시예의 사시도.
도14는 도4에 도시된 층상 시트의 제2 실시예의 분해 정면도.
도15는 필러재가 없는 도1에 도시된 그라인딩 공구의 사시도.
도16은 본 발명에 따르는 복수 아치형 연마 세그먼트를 구비하는 그라인딩 공구의 제2실시예의 평면도.
도17은 본 발명에 따르는 복수 웨지형 연마 세그먼트를 구비하는 그라인딩 공구의 제3 실시예의 평면도.
도18은 도17에 도시된 그라인딩 공구의 부분 측면도.
도19는 웨지형 연마 세그먼트의 제2실시예를 구비하는 도17에 도시된 것과 유사한 그라인딩 공구의 부분 측면도.
도20은 웨지형 연마 세그먼트의 제3 실시예를 구비하는 도17에 도시된 것과 유사한 그라인딩 공구의 부분 측면도.
도21은 층상 시트로부터 도18, 도19 및 도20에 도시된 연마 세그먼트를 절단하는 방식을 점선으로 설명하는 도4에 도시된 층상 시트의 부분 측면도.
도22는 경성 지지부(rigid support)에 장착된 연마 세그먼트를 구비하는 도17에 도시된 것과 유사한 그라인딩 공구의 부분 측면도.
도23은 장착된 연마 세그먼트를 갖는 경성 지지부의 다른 실시예를 구비하는 도17에 도시된 것과 유사한 그라인딩 공구의 부분 측면도.
도24는 층상 시트로부터 도22 및 도23에 도시된 연마 세그먼트를 절단하는 방식을 점선으로 설명하는 도4에 도시된 층상 시트의 부분 측면도.
도25는 장착된 연마 세그먼트의 다른 것을 갖는 경성 지지부를 구비하는 도17에 도시된 것과 유사한 그라인딩 공구의 부분 측면도.
도26은 본 발명에 따르는 사다리꼴 형 장착 판에 부착된 연마 세그먼트를 갖는 그라인딩 공구의 다른 실시예의 사시도.
도27은 원형 회전식 헤드에 장착된 도26에 도시된 복수의 그라인딩 공구의 평면도.
도28은 도26에 도시된 그라인딩 공구의 단부도.
도29는 층상 시트로부터 도26에 도시된 그라인딩 공구의 연마 세그먼트를 절단하는 방식을 설명하는 도4에 도시된 층상 시트의 평면도.
도30은 도26에 도시된 그라인딩 공구가 장착되는 회전식 헤드의 측면도.
도31은 도26에 도시된 그라인딩 공구를 제조하도록 연마 세그먼트가 그 위에 배치된 지지 프레임의 평면도.
도32는 도26에 도시된 그라인딩 공구에 사용되기에 적절한 복수의 연마 세그먼트를 구비하는 도31에 도시된 지지 프레임의 평면도.
도33은 도26에 도시된 그라인딩 공구를 형성하도록 연마 세그먼트가 그 위에 장착된 장착 판의 평면도.
도34는 본 발명에 따르는 상승 필러재의 구역에 함유되고 장착 판에 장착된 복수의 연마 세그먼트를 구비하는 그라인딩 공구의 다른 실시예의 평면도.
본 발명은 작업편에 대해서, 양호하게는 회전 운동으로 공구를 구동시키는 공구 구동기에 연결되는 그라인딩 또는 절단 공구와 같은 기계 공구를 포함한다. 회전 운동은 공구의 축선 또는 공구 외부 주위의 축선을 중심으로 회전한다. 공구 구동기가 작업편에 대하여 공구를 작동시키는 다른 운동 방식으로는, 회전 운동과 함께하는 또는 회전 운동이 없는 왕복 동작 및/또는 진동 동작이 포함된다. 상기 공구는 장착 판 및 적어도 하나의 연마 세그먼트, 양호하게는 복수의 연마 세그먼트를 포함하며, 상기 세그먼트는 양호하게 장착 판의 제1 면에 장착되는 초연마 세그먼트이다. 연마 세그먼트는 복수의 층으로 구성되고 층들 중 하나의 평면으로 형성되는 면을 갖는다. 각각의 세그먼트는, 세그먼트의 면이 장착 판과 0°내지 180°사이에 각(단, 0°및 180°는 제외)을 형성하도록 장착 판에 부착된다.
공구 제조방법은 복수의 두께 층(thickness layers)을 갖는 층상 시트(laminated sheet)를 구비할 수 있는 조립체의 형성 단계를 포함한다. 일실시예에서, 각각의 두께 층은 적어도 접합 또는 필러재(filler material)로 이루어진 층과 연마 입자 또는 초경입자, 양호하게는 초연마 입자로 이루어진 층을 구비한다. 층상의 조립체는 연마 세그먼트가 절단되는 층상 시트를 형성하도록 소결(sinter)된다. 다음, 세그먼트가 하나 이상의 세그먼트의 그라인딩 면이 복수개의 두께 층에 대한 임의 각도로, 양호하게는 그에 대해 수직이 되도록 장착 판에 부착된다. 이것은 각각의 그라인딩 면에서 초경입자의 밀도를 상당히 높게 한다.
본원에 절단 및 그라인딩 작업은 모두 연마 세그먼트에 의해 유지되고 그로부터 돌출된 초경입자에 의해 작업편으로부터 재료를 제거하는 것을 나타내는 것으로 이해하여야 한다. 이러한 인식에서는 절단 조작과 그라인딩 조작 사이에 차이는 없다.
본 발명에 따르는 연마 입자를 구비한 연마 세그먼트(14)를 갖는 공구(10)가 도1에 사시도로서, 도2에 평면도로서 도시되어 있다. 연마 세그먼트(14)는, 주로 작업체(도시 안됨)를 연마하는 세그먼트(14)의 표면인 그라인딩 면(19)을 갖는다. 공구(10)는 주기적인 동작, 특히 순환 또는 회전 동작으로 작동되도록 설계된다. 공구(10)에는, 회전 동작의 단일한 회전을 통해 이동될 때 복수의 연마 세그멘트의 각각의 그라인딩 면(19)의 통로에 의해 소산되는 영역으로 형성된 작업 영역(12)을 포함한다. 공구(10)의 작업 영역(12)은 필러재(16)에 의해 둘러싸여진 요소 또는 세그먼트(14)를 포함한다. 또한, 세그먼트(14)는 초연마재(superabrasive)일 수 있다.
세그먼트(14)는 도1의 3-3선을 따라 절취된 공구(10)의 단면도인 도3에 도시된 기층 디스크(20) 형태로 장착 판의 제1 평탄면(17)에 설치된다. 도1 내지 도3에 도시된 실시예에서, 작업 영역(12)은 기층 디스크(20)의 주연부와 최장(最長) 세그먼트(14a)의 최내측 선단부에 형성된 원형부(51) 사이의 환형 영역이다. 그러나, 기층 디스크(20)와 작업 영역(12)의 다른 형태도 본 발명의 범위에 포함한다. 또한, 작업 영역(12)과 디스크(20)가 동일한 공간에 있을 필요는 없다. 예를 들면, 세그먼트(14)는 기층 디스크(20)의 주연부 상으로 돌출될 수 있다. 상기 돌출 세그먼트(14)를 갖는 공구는 장애물에 인접한 작업편을 그라인딩할 때 향상된 그라인딩 및/또는 절단 동작을 제공한다. 디스크(20)의 에지 상으로 돌출된 세그먼트(14)의 부분은, 플라스틱, 합성수지, 금속, 또는 합성재와 같은 보호 재료로 에워싸여질 수 있다. 임의의 보호 재료는 세그먼트(14)와 디스크(20) 주위에 소정의 쉘을 형성함으로써 또는 개별적으로 돌출부를 둘러쌀 수 있다. 돌출량은 세그먼트(14)의 강도 및 적용예에 따라서 5 mm 이상일 수 있다.
도3에 도시된 나사식 원통부(30)는 면(17)에 대향한, 기층 디스크(20)의 제2 면(17')에 부착된다. 도시된 바와 같이, 원통부(30)는 디스크(20)와 일체식으로 형성되지만, 반드시 그러할 필요는 없다. 나사식 원통부(30)는 공구(10)를 회전식 구동 축(도시 안됨)에 공구(10)가 부착되도록 한다. 이러한 방식에서는, 공구(10)가 작업편을 그라인딩하도록 회전될 때, 작업편(도시 안됨)은 작업 영역(12)의 근방에서 유지된다.
도1 내지 도3에 도시된 실시예에서, 연마 세그먼트(14)는 직사각형이고 공구(10) 상에서 원주 방향으로 이격된다. 세그먼트(14)는 회전 시에 소정의 연마 패턴을 제공하는 작업 영역(12)의 면을 형성하도록 양호하게 배치된다. 회전 시에, 세그먼트(14)는 공구(10)의 반경 방향 거리의 전체 또는 일부 만을 커버한다. 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트(14)는 공구(10)에 의해 형성된 원형의 코드 방향을 따라서 공구(10)의 둘레 근처에서부터 연장 형성되어서, 세그먼트(14)의 길이가 각각의 세그먼트(14)가 그로부터 연장되는 지점에서 공구(10)의 원주 둘레로 한정되는 원형의 접선과의 각도를 형성한다. 즉, 이러한 실시예에서는 각각의 세그먼트(14)의 길이가 작업 영역(12) 상에서 시계 방향으로 연장된다. 공구(10)는 화살표(11) 방향으로 회전한다. 이러한 회전 방향은 상기 한정된 접선과의 둔각을 형성하는 세그먼트(14)의 에지가 그라인딩 동작 중에 먼저 작업편과 접촉하게 한다.
연마 세그먼트(14)가 단일 연마 면으로 형성되는 것보다 양호하게 작업 영역(12)을 형성하도록 사용되기 때문에, 공구(10)는 작업 영역(12)에서 작업편이 배치되는 것에 따라서 그라인딩 특성이 변화하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 도2에 도시된 바와 같이, 세그먼트(14)는 길이를 변경시킬 수 있으며, 공구(10)의 주연부를 따라서 진행되고, 짧은 세그먼트(14b)를 2개의 긴 세그먼트(14a)에 이어서 설치할 수 있다. 이것은 공구의 일 회전에서 작업편이 접촉하는 연마면의 량이 공구(10) 상에서 작업편이 보유되는 곳에 따라 변경되는 것을 허용한다. 만일, 작업편이 공구(10)의 주연부 주위에서 보유된다면, 모든 세그먼트(14)의 통로에서, 작업편은 공구(10)의 회전 당 상당히 많은 연마면과 접촉한다. 만일 작업편이 상대적으로 짧은 세그먼트(14b)와 접촉하지 않도록 공구(10)의 중심을 향하는 방향으로 유지된다면, 작업편은 상대적으로 적은 연마면으로만 접촉된다. 작업편과 접촉하게 되는 연마면의 량은 그라운딩 비율 및 공구 마모율에 영향을 미친다.
단일 연마면 보다는 연마 세그먼트를 갖춘 공구(10)를 형성하는 것은 공구(10) 표면의 선속도 또는 회전 속도와 사실상 비례적으로 공구(10)의 반경을 따라서 연마 입자를 배치되게 한다. 즉, 공구(10)에 일 지점의 선속도가 공구(10)의 둘레에 더 근접한 지점에 선속도보다 낮은 지점인, 공구(10)의 중심에 더 치우친 반경에서, 연마 입자의 밀집도는 공구(10)의 둘레를 향하는 방향으로 더 치우친 반경에서 초경입자의 밀집도보다 낮다.
도3에 도시된 바와 같이, 세그먼트(14)는 양호하게 기층 디스크(20)의 제1 평탄 면(17)으로부터 작업 영역(12)의 상부 노출 면(9)으로 이어지는 축방향(즉, 공구(10)의 회전축 방향)으로 작업 영역(12)을 완전하게 지나 연장된다. 각각의 연마 세그먼트(14)는 디스크(20)의 제1 평탄 면(17) 위로 상승되고, 작업 영역(12)의 표면(9)상에 노출된 그라인딩 면(19)을 갖는다. 이러한 방식에서는, 작업 영역(12) 하방으로 마모될 때, 세그먼트(14)의 일정한 단면이 작업편으로 노출될 수 있다. 도1 내지 도3에 도시된 실시예에서는, 각각의 그라인딩 면(19)의 형태가 직사각형이지만, 세그먼트(14)로서의 그라인딩 면(19)에 적합한 다른 형태도 본 발명의 범위 내에 있다.
또한, 세그먼트(14)는 표면(9)의 잔여부 위로 돌출될 수 있거나 또는, 그 아래로 약간 함몰될 수도 있다. 표면(9)은 공구(10)를 사용하는 과정에서 또는 사용하기에 앞서 드레싱(dressing) 또는 트루잉(truing) 수 있다. 이러한 드레싱 또는 트루잉은 신규 연마 입자를 노출시키며 표면(9)의 잔여부와 세그먼트(14)에 대해 동시적으로 또는 순차적으로 행해진다. 표면(9)은 표면(9) 상으로 세그먼트(14)의 소정 돌출을 제공하도록 세그먼트(14)들 사이에서 적어도 부분적으로 바닥면(ground)이 될 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 또한, 표면(9) 잔여부 상으로의 세그먼트(14) 돌출이 충분하다면, 표면(9)의 잔여부와의 접촉없이 세그먼트(14)를 드레싱할 수 있다. 드레싱 또는 트루잉 과정에서, 드레싱 공구의 회전 방향은 공구(10)의 회전 방향과 동일하거나 또는 다른 방향이 될 수 있다. 세그먼트(14)는 몇 분의 1 mm 내지 15 mm 또는 그 이상, 양호하게는 0.1 내지 5 mm 인 거리로 표면(9)의 잔여부로부터 돌출될 수 있다. 또한, 세그먼트(14)가 장착 판 표면의 잔여부 상으로 상승되는 필러재로 이루어진 돌출부에 매설되는 것도 예상할 수 있다.
다른 실시예에서, 세그먼트(14)는 표면(19)과는 다른 소정의 면으로서 적어도 하나의 주름진 면을 구비할 수 있다. 세그먼트(14) 상의 주름진 또는 거친 면은 세그먼트(14)와 필러재(16) 사이에 우수한 완전성을 제공할 수 있다. 상기 면으로 이루어진 주름부(corrugation) 또는 만입부(indentations)는 다음에 기술되는 특허에 기재된 재료 설계 및 방법으로 생성될 수 있다. 발명의 명칭이 "외곽 면을 갖는 연마 공구(an Abrasive Tool With Contoured Surface)"이고 1993년 3월 2일자로 트셀레신(Tselesin)에게 허여된 미국특허 제 5,190,568호 그리고 동일건의 1996년 3월 12일자 발행, 재심사 증명서 B1-5,380,390호; 1993년 4월 20일자 발행, 발명의 명칭 "연마 공구제조 방법 및 장치(a Method and Apparatus for Making Abrasive Tools)"인 트셀레신(Tselesin)의 미국특허 제 5,203,880호 그리고 동일건의 1995년 10월 17일자 발행, 재심사 증명서 B1-5,203,880호 및; 1995년 1월 10일자 발행, 발명의 명칭 "패턴형 연마재 및 방법(a Patterned Abrasive Material and Method)" 인 트셀레신(Tselesin)의 미국특허 제 5,380,390호 그리고 동일건의 1996년 10월 1일자 발행, 재심사 증명서 B1-5,380,390호.
세그먼트(14)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 특히, 그라인딩 면(19)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 도8은 직사각형 단면과 대체로 평평한 직사각형 그라인딩 면(19)을 갖는 세그먼트(14)를 도시한다. 그러나, 그라인딩 면(19) 깔쭉깔쭉한 모양(serrate) 또는 융기 모양(ridge)으로 형성될 수 있다. 또한, 도9는 그라인딩 면(19)에 오목부(28)를 갖는 세그먼트(14)를 도시한다. 오목부(28)는 예를 들어 반-원형(semi-circular), 삼각형, 또는 정사각형과 같이 임의의 형상으로 이루어질 수 있다. 오목부(28)는 그 전체 두께에 있어서 마모된 부분을 통하여 세그먼트(14)의 연마면(19)의 영역을 더욱 감소시킨다. 또한, 도10에 나타낸 바와 같이, 세그먼트(14)에는 오목부(28)로부터 세그먼트(14)의 대향측에 개구(29)가 있다. 필러재(16)는 공구(10) 형성 시에 개구(29) 안으로 흘러간다. 따라서, 개구(29)는 필러재(16)와 세그먼트(14) 사이에 계면의 일체성을 향상시킨다. 또한, 세그먼트(14)가 오목부(28) 수준 밑으로 마모되면, 개구(29)는 연마 면(19)의 영역을 감소하게 된다. 또한 사다리꼴 또는 "파이(pie)"모양으로 연마 세그먼트를 형성하는 것도 예상할 수 있다.
세그먼트(14)는, 제한되는 것은 아니지만, 연마 입자 크기, 타입, 세그먼트의 물리적/기계적 특성 및 보유 매트릭스 조성을 포함하는, 기하학적 형상, 및/또는 크기, 및/또는 그 조성으로 한정된다. 세그먼트(14)는, 제한되는 것은 아니지만, 다이아몬드, 큐빅 질화붕소, 및 접합재의 매트릭스에 현탁된 질화붕소, 아산화붕소 및/또는 실리콘 카바이드과 같은 초연마재을 포함하는 연마재 또는 초경재로 이루어진 입자를 함유한다. 세그먼트(14)는 대체로 균일한 밀도의 상기 초경입자를 함유하거나 또는 밀도가 변화된 초경입자를 함유할 수 있다. 또한, 세그먼트(14)는 다른 타입의 초경입자를 함유할 수 있는 것도 알 수 있다.. 세그먼트(14)의 특성 및 세그먼트를 형성하는 양호한 재료를 이하에 기술한다.
세그먼트(14) 및 그에 따른 각각의 그라인딩 면(19)에서의 초연마 입자의 밀도는 비교적 높다. 세그먼트(14)에 초경입자의 밀도는 4개 량(four quantities), 즉 선형 입자 밀도, 세그먼트(14)의 노출 면에서의 입자 밀도, 세그먼트(14) 전체를 통한 입자 밀도, 및 전체 작업 면과 대비되는 세그먼트(14)의 노출 면에 입자 밀도의 견지에서 논의될 수 있다. 일반적으로, 세그먼트(14)의 선형 입자 밀집도는 각각의 층의 센티미터(cm) 당 20 내지 1,000개 사이에 초경입자 개수이고 작업 면(19)은 평방 센티미터(㎠) 당 400 내지 1,000,000개 사이에 초경입자 개수이다. 따라서, 예를 들어 작업 영역(12)의 0.1% ~ 60%, 양호하게는 5% ~ 50% 정도의 상당히 작은 부분만이 그라인딩 면(19)을 구성하는데 필요하다.
따라서, 도1 내지 도3에 나타낸 바와 같이, 고효율 그라인딩 면을 형성하는데는 비교적 좁거나 짧은 세그먼트(14) 만을 디스크(20)에 장착시킬 필요가 있다. 이것은 세그먼트(14)의 형상의 광범위한 부분이 작업 영역(12)을 형성하는데 사용되게 한다. 또한, 상술된 바와 같이, 작업편이 공구(10)의 회전으로 접촉하게 되는 전체 연마 구역은 그라인딩 율(연삭율) 및 공구 마모율 모두에 영향을 미친다. 또한, 세그먼트(14)가 비교적 협소하기 때문에, 본 발명의 그라인딩 휠의 그라인딩 특성은 작업편의 그라인딩 통로에 있을 수 있는 세그먼트를 단순히 첨가 또는 제거함으로써 상당히 고정밀도로 변화될 수 있다.
또한, 세그먼트(14)가 상당히 좁고 공구(10)가 제한된 수의 세그먼트를 포함하기 때문에, 공구(10)를 통하여 작업편에 대하여 가해지는 힘이 작업편과 그라인딩 면(19)에 대하여 높은 압력으로 변환된다. 이것은 높은 비율의 재료 제거(stock removal)를 야기한다. 또한, 작업 영역(12)의 면의 비교적 적은 부분 만을 연마 또는 초연마 세그먼트로 구성하기 때문에, 공구(10)의 제조비가 연마 또는 초연마면의 영역이 큰 공구에 비해서 저렴하게 소요된다.
또한, 초경입자가 세그먼트(14)에 고 밀도로 있기 때문에, 초경입자가 보유된 접합재의 밀도는 상대적으로 낮게된다. 이는 많은 이점을 제공한다. 첫번째, 공구(10) 드레싱에 사용될 수 있는 재료 범위가 늘어난다. 이것은 세그먼트(14)의 초경입자의 비교적 높은 밀도는 그에 필요한 접합재의 양을 감소시키기 때문이다. 소량의 접합재는 접합재의 양이 많았을 때보다, 공구(10)를 드레싱하기 위해 더욱 부드러운 작업 선단부(softer working tip)를 갖는 드레싱 공구를 사용 가능하게 한다. 예를 들어, 만일 접합재의 양이 많았다면, 카바이드 또는 다이아몬드 팁 공구가 공구(10)를 효과적으로 드레싱하는데 필요했을 것이다. 두번째, 적은 접합재는 작업편과 그라인딩 공구 사이에 마찰을 저하시킨다. 따라서, 그라인딩 기계의 모터에서 부하가 적다. 세번째, 상대적으로 소량의 접합재를 사용하는 것은, 만일 고가의 접합재, 예를 들면 코발트를 사용할 시에, 비용절감 효과가 있다.
양호하게, 세그먼트(14)를 둘러싸는 필러재(16)는 초경 또는 연마 입자를 포함하지 않거나 또는. 세그먼트(14)보다 입자 낮은 밀도를 포함할 수 있다. 따라서, 세그먼트(14)의 그라인딩 면(19)은 주로 공구(10)의 회전에 대항하여 보유되는 작업편을 연마하는 작용을 한다. 상술된 바와 같이, 양호하게 필러재(16)는 작업 영역(12)의 상부의 면(9)을 함께 형성하도록 세그먼트(14)와 축방향으로 동일한 두께로 이루어진다. 이러한 방식으로, 작업편이 적어도 부분적으로 공구(10) 회전시, 세그먼트(14)와 필러재(16) 모두에 의해 지지되어야 한다. 따라서, 공구(10)에서 필러재(16)를 함유하는 것은 보다 조용하고, 보다 원만한 그라인딩 작업을 제공한다. 그리고, 이하에 상세하게 기술되는 바와 같이, 필러재 없는 연마재 또는 초연마재 세그먼트를 갖는 그라인딩 공구도 본 발명의 범위 내에 있다.
공구(10)를 사용하여 작업편을 그라인딩 할 때 발생되는 그라인딩 파편을 용이하게 선택적으로 제거하고 작업 면으로의 윤활유 또는 쿨런트(coolant) 흐름을 향상시키기 위해서, 양호하게 작업 영역(12)의 중앙 부분으로부터 그 주연부 에지로 연장 형성되는 채널(18)이 필러재(16)에 형성된다. 채널(18)은 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 아치형이다. 각각의 채널(18)은 작업 영역(12)의 중앙에 가장 근접한 채널(18)의 단부에서 구멍(24)을 포함한다. 각각의 구멍(24)은 채널(18)로부터 디스크(20)를 통해서 각각의 채널(18) 안으로 물과 같은 냉각제 또는 윤활제의 공급을 허용하는 디스크(20)의 대향측으로 연장되어서, 그라인딩 작업 중에 작업편의 온도를 낮추거나 그라인딩 파편의 제거를 도와준다. 양호하게, 도1 내지 도3에서 설명된 바와 같이, 채널(18)은 요홈(trough)을 생성하기 위해 개방 면을 갖는다. 또한, 구멍(24)은 공구(10)가 중앙 물공급 그라인더(grinder)에 사용될 수 있도록 원통부(30) 내에서 개방될 수 있다. 채널 또는 요홈(18)은 윤활유가 그를 통해서 공급되지 않더라도 그라인딩 작업 중에 그라인딩 파편을 제거하기 위한 통로도 제공한다. 또한, 채널(18)은 상부 면(9) 또는 면(17) 아래에 은폐될 수 있다. 양호하게, 채널 또는 요홈(18)은 상부에서 보았을때 반경 방향 구조로 설치된다. 도1 내지 도3에 도시된 실시예에서, 나선부의 오목측은 화살표(11)로 나타낸 바와 같이 공구(10)의 회전방향과 대면하고 있다. 채널 또는 요홈(18)은 임의 형태로서 예를 들면 원추형, 오목형, 또는 볼록형의 형태로 이루어질 수 있다. 채널 또는 요홈(18)은 그에 적합한 임의의 단면 또는 깊이로 사용될 수 있다. 단일 공구는 다른 형태의 채널의 조합체로 이루어질 수 있거나 또는 세그먼트(14) 둘레 또는 사이가 갈라진 채널을 가질 수 있다. 채널의 개수는 일반적으로 1 내지 15개, 양호하게는 3 내지 6개가 사용된다. 일실시예에서, 채널을 통해 흐르는 윤활제 또는 냉각제가 세그먼트(14)를 냉각할 수 있도록, 채널은 세그먼트(14)까지 이어지거나 또는 근접하여 지나간다.
필러재(16)도 윤활 첨가제를 함유할 수 있다. 미립자 윤활제의 예로는 그라파이트 및 몰리브데늄 설파이트(graphite and molybdenum sulfate)를 함유한다. 다르게는, 그 안에 공지된 액체 윤활제를 함유한 공동 또는 캡슐이 필러재(16)에 혼합된다. 다음, 이것은 공구를 사용하는 중에 파괴될 수 있다.
초경입자의 층에 접합 또는 필러재의 층을 교대로 형성하여, 함께 층을 소결시키는 단계를 포함하는, 세그먼트(14)와 같은 연마 세그먼트를 제조하는 일 방법이 있다. 연마 물품을 형성하는 재료 소결 방법은 널리 공지된 기술이며, 1997년 4월 15일자 발행, 발명의 명칭 "파우더 프리폼 제조방법 및 그로부터 제조된 연마 물품(a Method for Making Powder Preform and Abrasive Articles Made Therefrom)"인 트셀레신(Tselesin)의 미국특허 제 5,620,489호; 1993년 4월 20일자 발행, 발명의 명칭 "연마 공구 제조방법 및 장치(Method and Apparatus for Making Abrasive Tools)"인 트셀레신(Tselesin)의 미국특허 제 5,203,880호 그리고 동일건의 1995년 10월 17일자 발행, 재심사 증명서 일련번호 B1-5,203,880호; 1992년 3월 3일자 발행, 발명의 명칭 "연마 공구(Abrasive Tool)"인 드콕크 외(deKok et al.)의 미국특허 제 5,092,910호 그리고 동일건의 1995년 9월 26일자 발행, 재심사 증명서 일련번호 B1-5,092,910호; 1991년 9월 17일자 발행, 발명의 명칭 "복합재(Composite Material)"인 트셀레신(Tselesin)의 미국특허 제 5,049,165호 그리고 동일건의 1995년 9월 26일자 발행, 재심사 증명서 일련번호 B1-5,049,165호; 1990년 5월 15일자 발행, 발명의 명칭 "연마 공구 및 그 제조방법(Abrasive Tool and Method for Making)"인 드콕크 외(deKok et al.)의 미국특허 제 4,925,457호 그리고 동일건의 1995년 9월 26일자 발행, 재심사 증명서 B1-4,925,457호; 1993년 3월 2일자 발행, 발명의 명칭 "외곽 면을 갖는 연마 공구(an Abrasive Tool With Contoured Surface)"인 트셀레신(Tselesin)의 미국특허 제 5,190,568호 그리고 동일건의 1996년 3월 12일자 발행, 재심사 증명서 일련번호 B1-5,380,390호; 및 1998년 8월 11일자 발행, 발명의 명칭 "연마 절단기(Abrasive Cutting Tool)"인 트셀레신(Tselesin)의 미국특허 제 5,791,330호에도 기재되어 있다. 소결 혼합물에 제한하는 것은 아니지만, 생형 컴팩트(green compacts) 및 소결성 재료(금속 및 세라믹 파우더 및 파우더 테이프)의 다른 합성물 및 폼을 구비하는 초경입자를 포함하는 종래의 임의적 재료가 세그먼트(14)를 생산하는데 사용될 수 있음도 이해되어야 한다.
소정 방법에 따라 세그먼트(14)를 형성하기 위하여, 도4의 평면도로 도시된 층상 시트(36)가 형성된다. 도4의 실시예에서, 층상 시트(36)는 전방 모서리(37)와 측부 모서리(38)을 갖는 사각형이다. 그러나, 본 발명의 범위에는 다른 형태의 층상 시트(36)도 포함된다. 층상 시트(36)는 복수의 두께 층으로 구성된다. 각각의 두께 층은 양호하게 초경입자의 층과 접합재의 층을 구비한다. 또한, 층상 시트(36)의 각각의 두께 층은 다공 재료 층 및/또는 접착성 기층도 구비한다. 통상적인 재료가 층상 시트 또는 층상 구조의 층과 조합된 것을 생산하는데 사용될 수 있다.
도5는 세그먼트(14)를 제조에 사용될 수 있는 두께 층을 적층을 도시한, 시트(36)의 전방 에지(37)의 정면 분해도이다. 시트(36)는 양호하게 3개의 두께 층(40, 42, 44)으로 이루어진다. 각각의 두께 층(40, 42, 44)은, 각각의 접합 재료 층(50, 52, 54); 각각의 다공 재료 층(60, 62, 64); 및 초경입자(90)로 이루어진 각각의 초경입자 층(70, 72, 74)으로 이루어진다. 또한, 각각의 두께 층(40, 42, 44)은 또한, 개별적으로 다공성 재료 층(60, 62, 64)의 일 면 상에 각각 배치된 접착층(80, 82, 84)도 구비할 수 있으며, 그 각각은 감압형(pressure sensitive) 접착제를 적어도 일 면에 포함한다. 접착층(80, 82, 84)의 접착 면은 각각 다공 층(60, 62, 64)에 대응하여 배치된다. 이러한 방식으로, 초경입자 층(70, 72, 74)의 초경입자(90)가 각각 다공 층(60, 62, 64)의 개구에 배치될 때, 초경입자(90)는 접착 층(80, 82, 84)에 접착되어서, 초경입자(90)가 다공성 층(60, 62, 64)의 개구 내에서 유지된다. 상술된 다공 층은, 모두 재료 전체에 기공 또는 개구가 분포된, 예를 들면, 메시(mesh)-타입 재료(예를 들면, 제직 및 부직 메시 재료, 금속 및 비-금속 메시 재료), 증기 증착 재료, 파우더 또는 파우더-파이버 재료, 및 생형 컴팩트(green compact)로부터 선택될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
다공 층은 초경입자가 접착층에 수용되어진 후, 접착층으로부터 분리 또는 제거된다. 트셀레신의 미국특허 제 5,380,390호 및 제 5,620,489호는 소결 과정에 사용되는 초경입자를 보유하는데 접착체 기층을 사용하는 것을 기재하고 있다.
두께 층(40, 42, 44)은 소결된 층상 시트(36)를 형성하도록, 상부 펀치(81) 와 하부 펀치(85)에 의해 함께 압축된다. 상술된 바와 같이, 본 발명에 적절한 소결 공정은 당 기술분야에서 공지된 기술이며, 트셀레신의 미국특허 제 5,620,480호는 그 일 예를 기재하고 있다. 또한, 시트(36)를 구성하는데 사용되는 소결 공정에 대한 상세한 설명은 이하에 기술되는 실시예를 통해 기재된다. 도5가 각각의 두께 층(40, 42, 44)으로 단일 접합재 층을 나타내었지만, 각각의 두께 층(40, 42, 44)이 2개 이상의 접합 층을 구비하는 것도 예상할 수 있다. 또한, 3개 두께 층 보다 많은 또는 적은 수의 두께 층을 포함하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
또한, 초경입자 층(70, 72, 74)의 초경입자(90)도 임의의 다공 재료 층 또는 접착 기층 없이 각각, 접합 재료 층(50, 52, 54)에 인접하여 배치될 수 있다. 만일 다공 재료 층(60, 62, 64)이 사용되면, 이들이 필요하지 않은 경우를 제외하고, 초경입자(90)를 배치한 후에 그리고 소결 작업 전에 제거될 수 있다. 또한, 초경입자를 갖지 않는 한 개 이상의 두께 층을 형성하는 것도 예상할 수 있다. 이러한 두께 층은 초경입자를 갖는 두께 층들 사이에서 교호식 보강층으로서 작용한다. 상기 보강 층은, 한정적인 것은 아니지만, 구리, 주석, 아연, 니켈, 코발트, 강철, 크롬, 텅스텐, 텅스텐 카바이드, 및 몰리브데늄을 함유하는 접합 재료 층과 동일 또는 다른 세그먼트를 포함한다. 소결 공정 중에, 초경입자 층은 인접한 초경입자 층의 평면의 일 부분이 도6에 도시한 바와 같이 서로 닿거나 또는 도7에 도시한 바와 같이 단일 층에 있는 입자 사이에 틈새 지점에서 다른 하나에 포개지도록 함께 압축될 수 있다. 소결 작업 전에 초경입자 층(72, 74)이 있었던 모든 평면은 도6 및 도7에서 모두 점선으로 도시된다.
또한, 접합 재료 층의 타입도 두께 층과 두께 타입 사이에서 교호식으로 배치될 수 있어서, 초경입자의 밀도 및/또는 크기가 두께 층 사이에서 교호식으로 배치될 수 있다. 이러한 방식에서는, 세그먼트(14)의 연마, 마모, 및 강도 특성이 변화될 수 있다. 도12 및 도13은 그 안에 있는 밀도 또는 초경입자의 타입이 변화하는 것을 도시하는 세그먼트(14)의 다른 실시예의 사시도이다. 도면에서 짙게 나타낸 부분은 상대적으로 고 밀도의 초경입자의 영역을 나타내고, 밝게 나타낸 부분은 상기 짙은 부분과 대비하여 상대적으로 낮은 저 밀도 또는 무(無) 초경입자 또는 짙은 부분과는 다른 타입의 것을 도시한다. 예를 들면, 도12는 고 밀도의 초경입자 영역이 두께 층(40, 42, 44) 사이에서 교대로 배치된 세그먼트(14)의 실시예를 도시한다. 도13은 고 밀도의 초경입자 영역이 각각의 두께 층(40, 42, 44)에서 교대로 배치된 세그먼트(14)의 실시예를 나타내며, 고 밀도 영역 및 저 밀도 영역의 두께 층 사이에 정렬 배치된다.
도12에 도시된 바와 같이 초경입자의 밀도가 변화하는 세그먼트(14)를 형성하기 위해, 층상 시트(36) 내의 두께 층들의 적층이 도14에 도시된다. 초경입자의 각각의 층(70, 72, 74)은 4개 공열(empty rows)들 사이에서 에지(38)에 평행하게 이어지는 2열의 초경입자(90)를 갖는다. 입자 열은 인접한 초경입자 층(70, 72, 74)들 사이에서 오프셋 된다. 다음, 상술된 바와 같이 층상 시트(36)를 절단하여서 세그먼트(14)를 형성한다. 고 밀도 및 저 밀도 초경입자 및/또는 다른 타입의 초경입자를 갖는 영역의 다른 구성을 포함하는 세그먼트도, 본 발명의 범위 내에 있다.
층상 시트(36)를 형성하기 위해 두께 층(40, 42, 44)을 함께 소결한 후, 도4에 점선으로 도시한 바와 같이 레이저, 워터 제트, EDM(electrical discharge mechanism), 플라즈마 전자-빔, 가위(scissors), 브레이드(blades), 다이, 또는 다른 공지된 방식으로 세그먼트를 층상 시트(36)로부터 절단한다. 초경입자 및 바인더 재료의 교호식 밀도를 갖는 세그먼트(14)는 입자와 접합제의 균일한 또는 균일하지 않은 밀도를 갖는 소결된 조각의 조합에 의해 제조될 수 있다. 상기 조각들은 상술된 방법에 의해 층상 시트(36)로부터 절단되고, 브레이징(brazing), 용접, 또는 다른 공지된 방법으로 소정의 순서로 조립된다.
양호하게, 각각의 세그먼트(14)의 사시도인 도8에 도시한 바와 같이, 각각의 세그먼트(14)는 푸트(13)를 수용하는 크기의 기층 디스크(20)의 구멍에 배치되는 푸트(13)를 포함한다. 이러한 방식에서, 푸트(13)는 기층 디스크(20)에 세그먼트(14)를 이격되게 위치시켜 정렬 장착시키는데 사용된다. 세그먼트(14)는 브레이징, 용접, 접착제, 고무, 또는 다른 공지된 수단으로 기층 디스크(20)에 이격 장착된다. 푸트(13)는 본 발명의 일 실시예만을 나타내는 것이며, 세그먼트(14)는 푸트(13) 없이 제조될 수도 있는 것임을 인식하여야 한다. 푸트가 없는 경우 뿐만 아니라, 푸트가 사용되는 경우에도, 세그먼트(14)는 세그먼트(14)의 전체 형상에 대응하는 디스크(20)의 표면에 있는 슬롯 안으로 삽입된다. 또한 푸트(13)가 좁은 목부분에 의해 세그먼트(14)의 잔여부에 부착되는 것을 예상할 수도 있다. 이것은 디스크(20) 내에 립 슬롯(lipped slots) 안으로 푸트(13)가 제거식으로 "록크" 되게 한다.
초경입자는 푸트(13)를 구비하는 세그먼트(14) 전체에 배치될 수 있거나 또는 세그먼트(14)는 초경 연마 입자가 푸트(13)에 배치되지 않도록 준비되어질 수 있다. 이것은 연마 입자가 결여된 에지(37)에 대해 평행한 층상 시트(36)에 스트립을 형성시킴으로써 행해진다. 다음, 세그먼트(14)는 푸트(13)가 초경입자를 갖지 않은 스트립 부분에 의해 형성되도록 층상 시트(36)로부터 절단된다.
도1의 실시예에서, 세그먼트(14)는 디스크(20)로부터 대체로 수직으로 연장되어서, 층상 시트(36)로부터 세그먼트(14)를 형성하도록 절단된 세그먼트(14)의 에지가 작업 영역(12)에서 노출되어 그라인딩 면(19)을 형성한다. 이러한 방식에서는 디스크(20)에 층상의 두께 층(40, 42, 44)이 약 90°로 장착된다. 그리고, 이하에서 부가적으로 설명되는 바와 같이, 세그먼트(14)의 면(63)이 적층된 두께 층(40, 42, 44)와 사실상 평행하도록 세그먼트(14)를 디스크(20)에 장착하는 것은 디스크(20)의 표면과 0°내지 180°사이의 각(단, 0°및 180°는 제외)도를 형성하는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 그라인딩 면(19)은 기층 디스크(20)에 대해 대체로 평행하고, 주로 작업편을 연마하는 작용을 한다. 이러한 방식에서 그리고, 도8에서 2점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 각각의 그라인딩 면(19)은 세그먼트(14)를 구성하는 각각의 두께 층(40, 42, 44)의 평면에 대하여 대체로 수직적이거나 또는 약 90°의 각을 이룬다. 즉, 각각의 그라인딩 면(19)은 두께 층(40, 42, 44)을 횡방향으로 절단한다. 그러나, 세그먼트(14)의 각각의 그라인딩 면(19)과 0°내지 180°사이의 임의 각도(단, 0°및 180°는 제외)로 두께 층(40, 42, 44)의 평면을 형성하는 것도 예상해 볼 수 있다. 이러한 방식으로 세그먼트(14)를 형성하는 것은 접합재의 층이 초경입자의 다음 층에 이르기 전에 노출되도록 초경입자의 전체 층이 각각의 그라인딩 면(19)의 마모로 벗겨져 있는 상태를 피하게 한다. 일부 세그먼트(14)가 디스크(20)에 장착되어서 두께 층(40, 42, 44)과 면(63)이 디스크(20)와의 교호식으로 배치된 층을 형성하는 것을 이해하여야 한다.
세그먼트(14) 내의 초경입자 층(70, 72, 74)의 방향을 도시한 도11a에서 2점 쇄선으로 도시한 바와 같이, 공구(10)의 이동방향(11)은 세그먼트(14)의 초경입자 층(70, 72, 74)이 0°또는 180°와는 다른 각도(33)로 작업편을 타격하는 방향이다. 즉, 각도(33)는 0°와 180°를 배제하는 그 사이에 각도이다. 또한, 상술된 바와 같이, 두께 층(40, 42, 44)의 세그먼트(14)와 층상 시트(36)의 형성하는 것은 비등방성으로 세그먼트(14)의 초경입자를 분포시킨다. 즉, 두께 층(40, 42, 44)에 평행한 방향의 초경입자의 선형 밀도(linear concentration)는 두께 층(40, 42, 44)의 직선 방향으로 초경입자의 선형 밀도 보다 높게 나타난다. 이것은 도11a에서 2점 쇄선으로 도시한 초경입자 층(70, 72, 74)이 소결되기 전에, 그 사이에 접합 및 다공 재료의 평면영역의 개입이 있었기 때문이다.
초경입자 층(70, 72, 74)들 사이에 형성될 수 있는 접합 재료 및 다공 재료의 층식 영역은 초경입자를 갖는 세그먼트(14)의 영역보다 더 빠르게 마모된다. 따라서, 두께 층들이 정렬된 세그먼트(14')를 갖는 공구(10')를 도시한 도11b에 도시한 바와 같이 두께 층이 정렬되었다면, 도11b에 2점쇄선으로 도시된 선형 그루브(39)는 초경입자의 평면 층들 사이에 개재되는 접합 재료 및 다공 재료의 영역에서와 유사하게 마모될 수 있다. 그루브(39)는 세그먼트(14')에 측방향 지지없이 초경입자를 방치하게 된다. 측방향 지지가 없으면, 세그먼트(14')의 상당히 빠른 마모를 초래하여 세그먼트(14')로부터의 초경입자가 영구적으로 제거되고 공구(10')의 사용수명을 단축시킨다. 두께 층(40, 42, 44)이 공구(10)의 이동방향(1)에 대해 수직으로 또는, 다르게는 0°또는 180°와는 다른 각도로 있도록 디스크(20)에 세그먼트(14)를 장착함으로써, 선형 그루브형 그루브(39)가 초경입자를 함유하지 않은 세그먼트(14)의 영역에 형성되지 않는다. 따라서, 초경입자는 공구(10) 사용 시에 보다 많은 측면 지지를 유지하고, 세그먼트(14)로부터의 영구적 이탈 성향이 거의 없어진다. 이것은 공구(10)의 마모율을 감소시키고 그 유용한 사용 수명을 증가시킨다.
기층 디스크(20)와 나사식 원통부(30)는 강으로 형성되고, 단일 강 블랭크로부터 기계가공된다. 나사식 원통부(30)는 소정의 부착 시스템, 예를 들면 마그네틱 커플링 또는 기계적 "스네일(snail)" 커플링으로 대체될 수 있다. 그러나, 양호하게, 디스크(20)는 강 블랭크로부터 기계가공되고, 강 또는 다른 강성재로 분리되어 형성된 나사식 원통부(30)는 당 기술분야에서 공지된 접착, 용접, 브레이징 또는, 임의적 다른 방식으로 디스크(20)의 면(17')에 장착 또는 일체화 된다. 세그먼트(14)의 푸트(13)를 수용하도록, 구멍들이 디스크(20)의 평평한 면(17)에 드릴링, 레이저 절단, 또는 다른 공지된 방식으로 형성된다.
필러재(16)는 세그먼트(14)의 그라인딩 면(19)이 노출되도록 세그먼트(14) 주위에 그리고 디스크(20) 상으로 주조된다. 다음, 주형은 필러재(16)로 예비 충진되고 그에 장착되는 세그먼트(14)를 갖는 디스크(20)가 주형 내에 놓여진다. 이후, 필러제가 경화되고 공구(10)는 주형으로부터 제거된다. 필러재는 양호하게는 에폭시 수지이다. 필러재(16)로서 사용될 수 있는 에폭시 수지를 이루는 특정 합성물로는 이하에 예가 포함된다. 다른 양호한 필러재에는 페놀 수지 및 우레탄 수지가 있다. 또한, 필러재로서 고무도 유용할 수 있다. 채널(18)은 필러재(16)에 카브(carve), 엠보싱, 성형 또는 다른 방식으로 형성된다.
상기 제조 공정을 수행함에 있에서, 접합 재료 층(50, 52, 54)을 이루는 접합재는 초경입자 층(70, 72, 74)과 함께 소결 가능한 소정의 재료이며, 양호하게는 연성으로 용이하게 변형되는 가요성 재료(SEDF: soft, easily deformable flexible material)이며, 그 제조는 당 분야에서 공지된 기술이며 트셀레신의 미국특허 제 5,620,489호에 기재되어 있다. 상기 SEDF는 러버 시멘트 시너와 같은 시너(thinner) 및 러버 시멘트와 같은 시멘트를 구비하는 바인더 합성제, 텅스텐 카바이드 입자 또는 코발트 입자와 같은 파우더 또는 접합재의 패스트 또는 슬러리(paste or slurry)를 형성하여 형성될 수 있다. 또한, 초경입자도 필요하지 않은 경우를 제외하고 패스트 또는 슬러리에 함유될 수 있다. 기층은 패스트 또는 슬러리로 형성되어, 바인더 상(phase)의 휘발 성분이 증발되도록 실온에서 또는 열을 가하여 고형화 및 경화된다. 접합 재료 층(50, 52, 54)을 형성하는 도5에 도시된 실시예에서 사용되는 SEDF는 바인더로서 메틸에틸케톤(methylethylketone), 톨루엔, 폴리비틸 브티랄(polyvinyl butyral), 폴리에틸렌 글리콜, 및 다이오틸프탈레이트(dioctylphthalate) 그리고 접합 매트릭스재로서 구리, 아이론 니켈, 주석, 크롬, 붕소, 실리콘, 텅스텐 카바이드, 코발트 및 인(phosphorus)의 혼합물을 함유할 수 있다. 임의의 솔벤트는 도포 후에 건조되고 반면에 잔류 유기물은 소결 중에 소진된다. 본 발명에 사용될 수 있는 SEDF의 정확한 조성물의 예를 이하에 든다. 상기 SEDF의 조성물용 성분은 다음의 여러 공급자의 것을 활용할 수 있다. 즉, 미국, 미시간주 트로이 소재의 술저 매트코 인코로레이티드; 미국 사우쓰 캐롤라이나주 마운트 프레즌트 소재의 올-캐미에 리미티드; 미국 오하이오주 콜롬버스 소재의 트랜스매트 코포레이션; 미국 캘리포니아주 스토크톤 소재의 밸리메트 인코포레이티드; 미국 오하이오주 클리브랜드 소재의 CSM 인더스트리즈; 미국 사우쓰 캐롤라이나주 세네카 소재의 엔젤하드 코포레이션; 미국 뉴져지주 이스트 루더포드 소재의 쿠리트 텅스텐 코포레이션; 미국 오하이오주 셀론 밀즈 소재의 신터로이 인코포레이티드; 미국 뉴져지주 클리프톤 소재의 사이언티픽 얼로이즈 코포레이션; 미국 펜실베니아주 브린 마우르 소재의 캐마로이 캄파니; 미국 노쓰 캐롤라이나주 리서치 트리앰글 파크 소재의 SCM 메탈 프로덕츠; 미국 뉴져지 캄덴 소재의 F.W. 윈터 앤드 코 인코포레이티드; 미국 오하이오주 포웰 소재의 GFS캐미칼스 인코포레이티드; 미국 뉴욕주 오신잉 소재의 아렘코 프로덕츠; 미국 플로리다주 케이프 코랄 소재의 이글 얼로이 코포레이션; 미국 오하이오주 클리브랜드 소재의 퓨젼 인코포레이티드; 미국 펜실베니아주 베르윈 소재의 굿펠로우 코포레이션; 미국 미시간주 매디선 히트스 소재의 웰 칼로노이; 및 미국 미시간주 트로이 소재의 얼로이 메탈즈 인코포레이티드. 또한, 시트(36)를 형성하는 모든 접합 층이 동일한 성분으로 이루어질 필요가 없으므로 한 개 이상의 접합 재료 층이 다른 조성을 가질 수도 있음을 예상할 수 있다.
다공 재료는 상기 재료가 대체로 다공성(약 30% 내지 99.5% 다공률)이고 무작위로 배치되지 않은 고르게 이격된 복수의 구멍을 포함하는 재료이다. 구리, 청동, 강철 또는 니켈 와이어 메시, 또는 파이버 메시(예를 들면, 카본 또는 그라파이트)와 같은 유기성 또는 금속성 부직 또는 직물 메시 재료가 적절한 재료이다. 본 발명에 사용하기에는 스테인리스 와이어 메시가 특히 적합하다. 도5에 도시된 실시예에서는, 다공성 층(60, 62, 64)을 형성하도록 제2 세트의 평행한 와이어와 수직으로 교차하는 제1 세트의 평행한 와이어로 메시가 형성된다. 본 발명에 사용되는 스테인리스 강철 와이어 메시의 정확한 치수에 대해서는 실시예를 통해 이하에 기재한다.
내부에 배치된 초경입자(90)를 갖는 층상 시트(36)의 하나의 다공 층(6)의 평면도인 도5a에 도시된 바와 같이, 평행한 와이어(61)의 제1 세트는 층상 시트(36)의 전방 모서리(37)에 평행하게 배치되고, 제2 세트의 평행한 와이어(69)가 측부 모서리(37)에 평행하게 배치될 수 있다. 그러나, 도5b에 나타낸 바와 같이, 평행한 와이어(61, 69)의 세트들은 측부 에지(38) 및 전방 에지(37)가 약 45°의 각도에 있도록 다공성 층을 각지게 할 수도 있다. 후자의 정렬배치는 세그먼트(14)가 층상 시트(36)로부터 절단 시에 작업 면의 절단 에지에서 더 많은 초경입자(90)가 노출되는 이점을 갖는다. 또한, 시트(36)가 도5b의 구성을 사용하는 몇몇 층과 도5a의 구성을 사용하는 몇몇 층을 가지는 형태도 고려할 수 있다.
초경입자(90)는 다이아몬드, 큐빅 질화붕소, 아산화붕소, 탄화붕소, 및/또는 탄화규소와 같은 초연마 입자를 구비하는 비교적 경성의 기층으로 형성된다. 양호하게는, 이들이 다공성 재료의 홀 안으로 끼워지는 직경과 형태의 다이아몬드가 초경입자(90)로서 사용된다. 또한, 복수의 입자가 다공성 재료의 홀 안으로 끼워지기에 충분히 작은 입자 및/또는 다공성 재료의 홀 보다 약간 더 큰 초경입자를 사용하는 것도 예상할 수 있다.
접착 층(80, 82)는 충분한 점착성을 갖는 재료로 형성될 수 있으며, 그 위에 감압 접착성을 갖는 가요성 기층으로서 적어도 일시적으로 초경입자를 유지한다. 접착성을 갖는 상기 기층은 당 기술분야에 공지된 것이다. 접착제는 준비 중에 초경입자를 유지할 수 있어야 하며, 양호하게는 소결 단계 중에 에시-프리(ash-free)를 소진(burn off)하여야 한다. 사용 가능한 접착제의 예에는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰닝 캄파니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)제의 북 테이프 #895로서 일반적으로 언급되는 감압성 접착제이다.
상기 주지된 바와 같이, 필러재(16) 없이 공구(10)를 형성하는 것도 본 발명의 범위에 있다. 도15에 나타낸 바와 같이, 도1 내지 도3에 대하여 세그먼트(14)는 디스크(20)에 장착되고 공구(10)는 필러재(16) 없이 사용될 수 있다. 설명된 바와 같이, 세그먼트(14)는 도1과 유사하게 정렬 배치되어서 유사한 연마 패턴을 제공하지만, 세그먼트(14) 둘레에 주조되어진 필러재(16)가 없다. 이러한 사실은 공구(10)를 제조하는 비용을 절감시킨다.
도16은 연마 세그먼트가 필러재 없이 아치형 단면으로 형성된 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도1 및 도2의 것과 기능적으로 유사한 도16의 것은 100만큼 증가된 유사한 도면부호로 도시되고 있다. 세그먼트(114)는 도1 및 도2의 세그먼트(14)와 대체로 동일한 방식으로 형성된다. 세그먼트(114)는 도4에 점선으로 도시된 바와 같이 층상 시트(36)로부터 절단된다. 다음, 세그먼트(114)는, 층상 시트(36)의 두께 층(40, 42, 44)을 횡방향으로 절단하여 형성되는 각각의 아치형 세그먼트(114)의 면인, 각각의 아치형 세그먼트(114)의 그라인딩 면(119)이 디스크(120)의 제1 평탄 면(117)에 대해 수직이 되도록, 기층 디스크(120)의 형태의 장착 판에 장착된다. 그라인딩 면(119)은 작업 영역(112)의 일 부분을 형성한다. 작업편을 그라인딩 하기 위해서, 공구(10)는 평탄 면(117)에 수직하고 세그먼트(114)의 볼록 측에 있는 세그먼트(114)의 그라인딩 면(119)이 작업편과 접촉하도록, 화살표 방향(111)으로 회전한다. 또한, 다른 아치형을 갖는 세그먼트(114)를 형성하는 것도 예상할 수 있다. 도1 내지 도3의 공구(10)로서, 세그먼트(114)의 작업 면(119)에 초경입자의 밀도가 상당히 높기 때문에, 일반적으로 작업 영역(112)의 약 0.1% 내지 약 60%, 양호하게는 약 5% 내지 50% 인 상대적으로 작은 부분만이 그라인딩 면(119)으로 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예가 도34에 도시된다. 도1 및 도2의 것과 기능적으로 유사한 도34에 요소는 400만큼 증가된 유사한 도면부호로 도시되고 있다. 공구(410)는 연마 또는 초연마 요소(414)를 지지하는 돌출부(483)와 장착 판(420)을 포함한다. 각각의 돌출부(483)의 상면은 요소(414)의 그라인딩 면(419)과 동일한 수준으로 장착 판(420)의 상면 상으로 상승된다. 장착 판(420)과 돌출부(483)는 모두 필러재(416)로 균일하게 형성된다. 또한, 돌출부는 마모 시에 대체될 수 있는 제거식 플러그로 형성된다. 공구(410)는 주형에 요소(414)를 배치하고 요소(414) 둘레에 필러재(416)에 충진하여서 형성된다. 필러재(416)의 조성은 필러재(16)의 조성과 동일하게 이루어진다. 또한, 요소(414)를 형성하는 두께 층(40, 42, 44)에 대해 대체로 평행한 각각의 요소(414)의 면(463)이 장착 면(420)과 0°내지 180°사이에 각도(단, 0°및 180°는 제외)로 있도록 요소(414)가 공구(410)에 장착된다. 양호하게, 두께 층(40, 42, 44)에 대해 대체로 평행한 각각의 요소의 면(463)은 장착 면(420)에 대해 대체로 수직이다.
도17 내지 도25는 본 발명의 부가적인 실시예를 나타내는 도면이다. 각각의 경우에서, 연마 세그먼트는 기층 디스크의 면에 대해 90°와는 다른 각도로 있는 그라인딩 면을 가지고 제공된다. 도1 내지 도3의 것과 구조적으로 유사한 도17 내지 도25의 것에는 200만큼 증가된 유사한 도면부호로 도시되고 있다.
도17에 도시된 공구(210)는 기층 디스크(220)의 형태로 장착 판의 일 면에 장착되는 세그먼트(214)를 구비한다. 공구(210)는 디스크(220)의 중앙을 중심으로 회전되도록 설계된다. 공구(210)는 일 회전을 통한 이동 시에 연마 세그먼트(214)의 각각의 그라인딩 면(219)의 통로에 의해 소산되는 구역으로 한정되는 작업 영역(212)을 갖는다. 공구(210)의 측면을 나타내는 도18에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트(214a)의 그라인딩 면(219a)이 디스크(220)의 제1 평탄 면(217)과 0°내지 90°사이에 각도(95)로 있도록, 세그먼트(214a)가 디스크(220)에 장착된다. 즉, 세그먼트(214a)를 이루는 층상의 두께 층(40, 42, 44)이 디스크(220)의 평탄 면(217)에 대해 0°내지 180°사이의 각도로 있도록 세그먼트(214a)가 디스크(220)에 장착된다. 작업편을 그라인딩하기 위해, 공구(210)는 각각의 면(219a)이 작업편과 접촉하도록 화살표 방향(211)으로 회전한다. 도18에 나타낸 바와 같이, 세그먼트(214a)는 디스크(220)에 인접하여 직각인 대체로 직각-삼각형 단면을 갖는다. 부가적으로, 도19에 도시된 세그먼트(214b)의 것과 같이, 디스크(220)로부터 이격되어 위치된 연마 세그먼트의 단면이 직각으로 배치되는 것을 고려할 수 있다. 세그먼트(214b)의 각각의 그라인딩 면(219b)은 디스크(220)의 면(217)과 0°내지 90°사이에 있는 각도(96)에 있다. 또한, 평탄 면(217)에 대한 각도(97)로 있는 그라인딩 면(219c)과 평탄 면(217)에 대해 수직인 면을 가지는 도20에 도시된 사변형 심(shim) 모양의 세그먼트(214c)와 같은 다른 단면을 연마 세그먼트가 가질 수도 있다. 각도(97)는 0°내지 90°사이(단, 0°및 90°는 제외) 이다. 또한, 연마 세그먼트의 다른 형태도 예상할 수 있다.
필러재를 구비하지 않고, 공구(210)의 면(217)에 대해 그라인딩 면(219a, 219b, 219c)을 각도지게하는 것은 더 부드럽고 조용한 그라인딩 작동을 제공하는 이점이 있다.
공구(210)는 공구(10)와 대체로 동일한 방식으로 제조된다. 층상 시트(36)의 측면을 나타내는 도21에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 세그먼트(214a, 214b)는 각각의 그라인딩 면(219a, 219b)이 두께 층(40, 42, 44)에 대해 직각 또는 대략 90°의 각도이도록 층상 시트(36)로부터 절단될 수 있다. 또한, 그라인딩 면(219a, 219b)이 두께 층(40, 42, 44)의 평면과 0°내지 180°사이의 각도(단, 0°및 180°는 제외)로 세그먼트(214a)를 절단하는 것도 예상할 수 있다. 세그먼트(214c)는 두께 층(40, 42, 44)이 디스크(220)의 평탄 면(217)에 대해 평행하고 각각의 그라인딩 면(219c)이 두께 층(40, 42, 44)과 0°내지 90°사이(단, 0°와 90°는 제외)의 각도(97)가 되도록 층상 시트(36)로부터 절단된다. 이러한 방식으로 세그먼트(214a, 214b, 214c)를 형성 장착하는 것은, 그라인딩 면(219a, 219b, 219c) 상에 초경입자의 상당한 높은 밀도를 개별적으로 유지하면서, 그라인딩 면(219a, 219b, 219c)을 실질적으로 지지하는 것을 가능하게 한다. 이렇게 하여, 그라인딩 면(219a, 219b, 219c)은 공구(210)의 작업 영역(212)의 상당히 작은 부분만을, 일반적으로 작업 영역(212)의 약 0.1% 내지 약 60% 그리고 양호하게는 작업 영역(212)의 약 5% 내지 약 50%로 구성할 필요가 있다. 부가하여, 이러한 세그먼트(214)의 구성은 각각의 그라인딩 면(219)이 마모될 때, 면을 떠나는 마모된 것을 대체하는 많은 량의 세그먼트(214)가 있으므로 휠 수명을 상당히 장시간 유지시킬 수 있다. 층상 시트(36)로부터 절단된 세그먼트(21a, 21b 214c)는 접착, 용접, 브레이징 또는 당 기술분야에서 공지된 다른 방법으로 기층 디스크(220)의 평탄 면(217)에 장착된다.
부가적으로, 도17 내지 도19에 도시된 바와 같이, 세그먼트(214a, 214b)는 디스크(220)의 동작방향(211)이 두께 층(40, 42, 44)과 0° 또는 180°와는 다른 각도이도록 디스크(220)에 장착된다. 상기 논의된 바와 같이, 이러한 방식으로 디스크(20)에 세그먼트(214a, 214b)를 장착하는 것은 비교적 낮은 밀도의 또는 무연마 입자의 영역에서 세그먼트(214a, 214b)에 그루브(groove)의 형성이 회피되는 것을 도와준다. 이렇게 하여서, 마모율을 저하시킬 수 있어서 유용한 공구 수명이 연장된다. 더우기, 도20에 나타낸 바와 같이, 세그먼트(214c)의 두께 층(40, 42, 44)은 디스크(220)의 표면(217)에 대해 평행하게 장착된다. 따라서, 초경입자가 없거나 낮은 밀도 영역에서의 그루브 작용(grooving)은 두께 층(40, 42, 44)이 표면(217)에 대해 수직하고 디스크(220)의 동작방향과 평행한 구성에서 감소될 수 있다. 또한, 감소된 그루브 작용은 마모율을 감소시켜 유효 공구 수명을 증가시킨다.
도22에 도시된 바와 같이, 디스크(220)와 세그먼트(214d)에 인접하여 배치된 지지부(215a)에 의해 지지되는 그라인딩 면(219d)을 갖는 세그먼트(214d)를 구비하는 공구(210)를 형성하는 것도 예상할 수 있다. 그라인딩 면(219d)은 디스크(220)의 평탄 면(217)과 0°내지 90°사이(단, 0°및 180°는 제외)의 각도(98)에 있다. 지지부(215a)는 강철, 플라스틱, 또는 다른 강성 재료로 형성될 수 있다. 도22에 도시된 지지부(215a)와 같은 삼각형 단면 또는 도23에 도시된 지지부(215b)와 같은 웨지형 단면을 갖는 지지부를 형성하는 것도 예상할 수 있다. 또한, 지지부용으로 적절한 다른 형태도 예상할 수 있다. 지지부(215a, 215b)와 같은 지지부를 사용하는 것은 공구(210)를 제조하는데 사용되는 초연마재의 량을 감소시킴으로서, 공구(210)의 제조 단가를 낮출 수 있다.
지지부(215a, 215b)와 같은 경성 지지부를 형성하는 방법은 당 기술분야에서 공지된 기술이다. 도24에 점선으로 나타낸 바와 같이, 도22 및 도23에 도시된 세그먼트(214d)는, 기층 디스크(220)의 면에 대하여 각도진 그라인딩 면(219d)이 두께 층(40, 42, 44)에 대해 수직이 되도록 층상 시트(36)로부터 절단될 수 있다. 세그먼트(214d)는 도8에 도시된 세그먼트(14)의 레그(13)와 유사한 레그를 가지거나 가지지 않고 절단된다. 세그먼트(214)는 세그먼트(219d)가 디스크(220)에 장착되기 전에 또는 후에 접착, 브레이징, 용접 또는 다른 공지된 방법으로 지지부(215a 또는 215b)에 장착된다.
세그먼트(214a, 214b, 214d)를 형성하는 층상의 두께 층(40, 42, 44)이 모두 표면(217)에 대해 0°내지 180°사이의 각도(단, 0°및 180°는 제외)를 형성하도록 디스크(220)에 세그먼트(214a, 214b, 214d) 모두가 장착된다. 즉, 세그먼트(214a, 214b, 214d)의 두께 층(40, 42, 44)은 표면(217)에 대해 평행하지 않다.
만일, 세그먼트(214a, 214b, 또는 214d)가 그라인딩 면(219)이 각각의 두께 층(40, 42, 44)에 대해 수직이 되도록 도21 또는 도24에 도시된 바와 같이 절단되면, 세그먼트(214a, 214b, 또는 214d)가 디스크(220)의 면 상으로 연장되는 거리는 비교적 짧아질 수 있다. 이러한 거리는 세그먼트(214a, 214b, 214d)가 절단되는 층상 시트를 구성하는 두께 층의 수를 증가시킴으로써 증가 된다. 도25에 도시된 바와 같이, 이러한 거리는 또한 그라인딩 면(219d)이 두께 층(40, 42, 44)에 평행하도록 지지부(215d)에 세그먼트를 장착하고, 시트(36)로부터 연마 세그먼트(214d)를 절단시킴으로써 증가될 수 있다. 즉, 초기에 그라인딩에 의해 마모되기 전에, 그라인딩 면(219d)의 노출 부분이 층상 시트(36)와 같은 층상 시트의 두께 층(44)과 같은 전체적인 외측 두께 층으로 구성된다.
층상 시트(36)는 외측 초경입자 층[층(70) 또는 층(74) 중 어느 하나]의 초경입자가 층상 시트(36)의 면으로부터 약간 돌출하도록 형성된다. 초경입자가 시트의 면 위로 돌출되는 층상 시트(36)와 유사한 시트를 형성하는 방법은 1991년 9월 17일자 허여된 발명의 명칭 "합성재(Composite Material)"인 트셀레신의 미국특허 제 5,049,165호 그리고 동일건의 1995년 9월 26일자 재심사 증명서 번호 B1-5,049,165호에 기재되어 있다. 초경입자가 그로부터 돌출되게 그라인딩 면(219d)이 형성함으로써, 그라인딩 율이 증가된다.
도26, 도27 및 도28은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도1 및 도2의 것과 유사한 도26 내지 도28에 도시된 요소는 300만큼 증가된 유사한 도면부호로 도시된다. 도26은 장착 판(343)에 세그먼트(314)를 유지하는 필러재(316)에 의해 둘러싸여진 복수의 연마 또는 초연마 세그먼트(314)를 갖는 연마 브릭(310, brick) 형태의 연마 공구의 사시도이다. 연마 세그먼트(314)의 임의의 개수가 본 발명에 사용되고, 양호하게는 7개와 40개 사이의 세그먼트(314)가 사용된다. 도26 및 도27에 나타낸 바와 같이, 브릭(310)은 적용예에 따라 다른 형태를 생각할 수 있지만 대체로 부등변 사각형 단면을 갖는 것으로 도시된다. 세그먼트(314)는 브릭(310)의 작업 영역(312)의 일 부분을 형성하는 그라인딩 면(319)을 구비한다. 블럭(310)의 작업 영역의 면적은 그라인딩 작업 중에 작업편과 접하는 블럭(310)의 상부 곡면의 영역으로 형성된다. 도26 및 도27에 도시된 실시예에서는, 작업 영역(312)이 그 사이에 함유된 필러재(316)와 그라인딩 면(319)에 의해 형성된다. 작업 영역(312)의 약 5% 내지 약 95%, 양호하게는 약 30% 내지 약 80%가 그라인딩 면(319)으로 형성된다.
상술된 바와 같이, 브릭(310)은 세그먼트(314)들 사이에 주조된 필러재(316)를 구비한다. 도26 및 도27에서 도시된 실시예에서, 그라인딩 면(319)은 대체로 필러재(316)의 최상부에 정렬된다. 그러나, 그라인딩 면(319)이 필러재(316)의 최상부 면 상으로 돌출하거나 또는, 필러재(316)가 완전히 없는 상태로 블럭(310)을 형성하는 것도 예상할 수 있다. 필러재(316)는 필러재(16)와 동일한 재료로 제조된다.
작업 아암(393)을 경유한 원형 회전 헤드(392)에 장착된 복수의 브릭(310)의 평면도인 도27에 도시된 바와 같이, 브릭(310)의 작업 면(312)은 대체로 부등변 사각형이다. 이와 같이, 세그먼트(314)는 부등변 사각형의 광폭 단부에서 더 넓고 좁은 단부에서 상대적으로 더 협소하다. 블럭(310)의 단부도를 나타낸 도28에 도시된 바와 같이, 작업 영역(312)과 그에 따른 세그먼트(314)의 그라인딩 면(319)은 곡선 또는 원호로 이루어진다. 더우기, 도26 내지 도28에 도시된 실시예에서, 원호의 곡률이 사다리꼴 작업 영역(312)의 좁은 단부를 향하는 방향으로 점진적으로 더 날카롭게 된다.
작업 영역(312)은 이러한 방식으로 화강암과 같은 경성 면의 그라인딩 작업을 용이하게 하고 블럭(310)의 사용수명을 연장시키도록 곡선 또는 원호가 된다. 도27 및 도30에 나타낸 바와 같이, 블럭(310)은 원형 회전 헤드(392)에 장착된다. 진동 장착 아암(393)은 회전 헤드(392)에 피봇식으로 부착되고 블럭(310)은 장착 아암(393)에 결합된다. 원형 회전 헤드(392)는 원형 면(320)을 가지며, 장착 아암(393)이 작업편(도시 안됨)의 면 상에서 전후방으로 브릭(310)을 소산 또는 동요시키는 동안 그 중심점을 중심으로 회전한다. 따라서, 전체 작업 영역(312)이 작업편에 노출되도록, 작업 영역(312)은 상술된 바와 같이 곡선이되거나 원호형으로 이루어진다. 이러한 방식으로 작업편을 그라인딩하는 것은 적어도 2가지 이점을 갖는다. 첫번째, 작업 영역(312) 전체를 작업편에 노출시키고, 작업편을 그라인딩 하는데 전체 작업 영역을 사용함으로써, 브릭(310)의 사용 수명이 증가될 수 있다.
두번째, 화강암과 같은 경성 면을 그라인딩하는 데 있어서, 그라인딩 율을 증가시키도록그라인딩 공구 작업 영역과 작업편의 사이에는 비교적 높은 접촉압력이 바람직하다. 더우기, 임의의 순간에서 작업편과 작업 영역 사이에 접촉 영역이 작으면 작을수록, 그들 사이에 주어지는 접촉 력으로 인한 접촉압력은 더 크게 된다. 작업 영역을 곡선 또는 원호모양으로 함으로써, 작업 영역의 상당히 협소한 스트립만이 임의의 주어진 시간에서 작업편과 접촉하게 된다. 따라서, 접촉압력 및 그에 따른 그라인딩 비율이 증가된다.
상술된 바와 같이, 작업 영역(312)과 세그먼트(314)의 곡률은 부등변 사각형 작업 영역(312)의 좁은 단부를 향하는 방향으로 더 타이트(tight)하게 된다. 이것은 장착 아암(393)의 피봇 부분(393a)이 회전 헤드(392)의 원형 면(320)에 수직인 평면에 대하여 각도를 이루기 때문이다. 따라서, 부등변 사각형 작업 영역(312)의 좁은 단부는 장착 아암(393)의 일 진동에서 작업 영역의 광폭 단부에 비해 작업편에서 짧은 거리로 소산 또는 동요된다. 그러므로, 작업 영역(312)의 좁은 단부의 곡률은 커버된 짧은 거리를 수용하고 전체 그라인딩 면을 사용하도록 보다 날카롭게 되어야 한다. 또한, 평평한 세그먼트(314)의 평면에 수직인 브릭(310)의 길이를 따라서 일정한 곡률의 작업 영역을 갖는 브릭(310)을 형성하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 이것은 회전 헤드의 장착 면에 수직인 평면으로 피봇하는 장착 아암을 갖는 회전 헤드를 갖는 그라인딩 기계를 수용한다. 또한, 표면(320)에 대해 수직인 평면에 대해 장착 아암(393)의 각도와는 다른 각도로 피봇되는 장착 아암을 갖는 회전 헤드를 수용하는 변화하는 곡률을 갖는 브릭(310)을 형성하는 것도 예상할 수 있다.
또한, 대체로 평면인 즉, 약간의 곡률도 없는 브릭(310)의 작업 영역(312)을 형성하는 것도 예상할 수 있다. 이것은 블럭(312)이 작업편의 표면 위에서 소산 또는 요동하지 않는 그라인딩 기계를 수용하도록 행해진다.
세그먼트(14)와 마찬가지로, 세그먼트(314)는 그 작업면(319)에서 비교적 높은 밀도의 연마 입자를 갖게 된다. 일반적으로, 층의 수와 입자 크기에 따라서 센티미터(cm) 당 20 내지 1,000,000개 입자, 양호하게는 센티미터(cm) 당 400 - 1,000개 입자 밀도를 갖는다.
도29, 도31 및 도32를 참고로 브릭(310)의 제조 방법을 설명한다. 세그먼트(314)는 층상 시트(36)의 상부를 나타낸 도29에 도시된 바와 같이 레이저, 워터 제트, EDM, 플라즈마 전자-빔, 가위, 블레이드, 다이, 또는 다른 공지된 방법에 의해 층상 시트(36)로부터 절단된다. 이러한 방식으로 층상 시트(36)로부터 세그먼트(314)를 절단함으로써, 그라인딩 면(319)의 곡률은 특정한 브릭(310)이 최종적으로 사용되는 그라인딩 기계에 따라서 정확하게 제어되고 변화될 수 있다. 이것은 브릭(310)이 다른 그라인딩 기계와 함께 사용되는데 있어서 경제적으로 형성되게 하며, 이에 따라 대체로 특정 그라인딩 기계에 장착된 후에 필요한 브릭(310)의 드레싱 양이 감소된다.
세그먼트(314)가 절단된 후에, 층상 시트(36)를 형성하는 두께 층(40, 42, 44)이 작업 영역(312)과 그라인딩 면(319)에 수직이 되도록 장착 판(343)에 장착될 때 단부 상에 세워지게 된다. 그러나, 두께 층(40, 42, 44)이 작업 영역(312)과 90°와는 다른 각도로 형성되는 것도 예상할 수 있다. 이러한 방식에서는, 두께 층(40, 42, 44) 중 하나의 평면에 의해 형성되는 각각의 연마 세그먼트(314)의 면(363)은 브릭(310)이 부착될 때 회전 헤드(392)의 원형 면(320)과 0°내지 180°사이의 각도(단, 0°및 180°는 제외)를 형성한다. 더우기, 브릭(310)의 작업 영역(312)은 면(363) 또는, 동등하게는 두께 층(40, 42, 44)과 0°내지 180°사이의 각도(단, 0°및 180°는 제외)로 형성된다. 도29에 도시된 바와 같이, 세그먼트(314)는 브릭(310)을 형성할 때 세그먼트(314)를 지지할 목적으로 푸트(13)와 유사한 지지 푸트(313)를 갖는다. 블럭(310)의 제조가를 낮추기 위해, 세그먼트(314)의 푸트(313)는 초경입자를 함유할 필요가 없다. 세그먼트(314)의 그라인딩 면(319)에 대체로 평행하게 도시된 도29의 푸트(313) 상의 횡단선(387)은, 초경입자를 갖거나 갖지 않는 각각의 세그먼트(314)의 영역을 나타내는 도시한다. 초경입자를 갖는 각각의 세그먼트(314)의 영역은 그라인딩 면(319)과 선(387) 사이의 영역이다. 각각의 세그먼트(314)의 잔여부에는 초경입자가 없다.
세그먼트(314)는 필러재(316)를 통해 장착 판(343)에 연결된다. 세그먼트(314)는 도31 및 도32에 도시된 바와 같이 조립체 평판(395)에서 서로 평행하게 배치된다. 조립체 평판(395)에는 그 사이에 세그먼트(314)의 푸트(313)를 지지하는 지지 바아(391)가 설치된다. 다음, 장착 판(343)과 세그먼트(314)를 갖춘 조립체 평판(395)이 블럭(310)의 모양을 갖는 주형(도시 안됨)에 준비된다. 도33에서 빗금친 영역으로 도시된 바와 같이, 장착 판(343)은 평평한 립(lip) 면(343a)을 구비한다. 양호하게, 조립체 평판(395), 세그먼트(314), 및 장착 판(343)은 세그먼트(314)의 면이 평평한 립 면(343a)과 수직인 세그먼트(314)를 형성하는 두께 층(40, 42, 44)에 대해 평행한 평면에 의해 형성되도록 주형에 배치된다. 그러나, 세그먼트(314)를 형성하는 두께 층(40, 42, 44)의 평면으로 형성된 세그먼트의 면이, 평평한 립 면(343a)과 0°내지 180°사이의 각도(단, 0°및 180°는 제외)로 형성되는 것도 예상할 수 있다. 다음으로, 필러재(316)는 주형 안으로 옮겨져 경화된다. 필러재(316)는 세그먼트(314)를 장착 판(343)에 부착시킨다. 경화작업 후에, 브릭(310)은 주형으로부터 제거된다. 조립체 평판(395)과 지지 평판(343)은 임의의 경성재로 형성되는데, 양호하게는 플라스틱으로 형성된다. 조립체 평판(395)과 지지 평판(343)은 사출성형 또는 다른 공지된 방법으로 형성된다.
상술되고 도27 및 도30에 나타낸 바와 같이, 각각의 브릭(310)이 요동치는 동안에 원형 면(320)의 중앙을 중심으로 복수의 브릭(310)의 궤도 운동을 발생시키는 회전 헤드(392)에 복수의 브릭(310)이 장착될 수 있다. 각각의 브릭(310)은 장착 아암(393)의 테이퍼진 슬롯(394)에 밀착하여 끼워지는 장착 판(343)의 테이퍼진 기부에 의해 각각의 장착 아암(393)에 부착될 수 있다. 장착 아암(393)에 블럭(310)을 부착하는 다른 공지된 방법도 고려될 수 있다. 회전 헤드(392)는 모터에 의한 X-Y이동 받침대(도시 안됨)에 장착된다. 이러한 방식에서는, 회전 및 요동하는 브릭(310) 밑에 X-Y면에서 정지되어 유지 또는 이동되는 작업편의 평탄 면과 가압되어 접촉되는 X-Y면에서, 브릭(310)은 동시에 회전되거나 또는 이동된다. 복수의 블럭(310)이 장착되는 X-Y면에서 이동 가능한 헤드(392)와 같은 회전 헤드를 갖는 장치는, 이탈리아 트레비소 카스텔로 디 고데고 소재의 브레톤 S.P.A.; 이탈리아 트레비소 카스텔로 디고데고 소재의 심멕 S.P.A.; 및 프랑스 비레 소재의 티바우트 S.A.의 것을 활용하여 제작된다. 티바우트(Thibaut) 장치는 미국 조지아주 아틀란타 소재의 프레시젼 스톤크레프트(Precision Stonecraft)에 것을 활용할 수 있다. 특히, 티바우트 T502 장치는 블럭(310)에 사용되어져 화강암 및 대리석과 같은 다양한 타입의 돌을 그라인딩한다.
<예>
다음의 전체적인 과정이 본 발명의 세그멘트 그라인딩 디스크에 사용되는 다이아몬드 세그먼트를 준비하는데 사용된다.
면 당 대략 0.6mm 구멍을 갖는 개방 메시 스크린과 0.17mm 직경의 스테인리스 와이어를 12.7㎝ 씩(5inchs by 5inchs) 절단한다. 상표명 "SCOTCH" 접착 테이프로 미국 미네소타 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 캄파니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)에서 상용 시판하고 있는 상업적으로 이용 가능한 감압성 접착제를 스크린의 일 측부에 배치한다. 다이아몬드가 테이프에 접착되도록 스크린 구멍에 대략 0.42mm직경의 다이아몬드 연마 입자를 낙하시킨다. 이것은 스크린 구멍의 대부분을 다이아몬드 입자가 점유하게 한다.
71.5% Co와 22.5% Cu와 2.5% Sn와 3.01% Ni와 0.28% Cr와 0.2% P를 함유한 파우더 접합 혼합물의 600부는, 67부의 1.5:1 메틸에틸케톤(methylethylketone): 톨루엔, 6부의 폴리비닐 부틸, 약 200의 분자량을 갖는 2.26부의 폴리에틸렌 글리콜, 및 3.74부의 디오틸프탈레이트(dioctylphthalate)와 혼합된다. 이러한 혼합물은 릴리즈 라이너(release liner) 상에 코팅된 공구날로 대략 중량 0.15g/㎠(0.98g/in2) 이고 두께 5.6mm(22mils)의 금속 파우더로 이루어진 161cm2(25in2)의 가요성 시트를 제공한다.
금속 파우더의 가요성 시트와 연마 입자로 충진된 스크린은 상호 적층되어서 층상 조성물을 형성한다. 각각의 예에서 특정한 적층 순서가 설명된다. 층 구조체는 그래파이트 슬래브(graphite slabs) 사이에 배치되고 프레임 내에 위치한다. 층 구조체는 대략 200 kg/㎠ 의 압력 하에서 1000℃로 가열되고, 다음 약 4분 동안 대략 400 kg/㎠ 의 압력 하에서 1000℃로 유지시키고 이후에, 가압하에서 대기 온도로 냉각시킨다.
다음, 상기 구조체는 레이저에 의해 세그먼트로 절단되고, 다음 세그먼트는 10cm(4inch) 직경 기층 디스크의 면에서 이격되어 배치된다. 구조는 대략 32mm x 5mm x 2mm 의 10개의 세그먼트이고, 각각의 세그먼트는 세그먼트의 장측으로부터 연장되고 브레이징 작업 전에 기층 디스크에 세그먼트를 이격, 정렬 및 고정하는데 사용되는 2개 작은 푸트를 구비한다. 상기 세그먼트는 도1에 도시된 것과 유사한 반시계방향으로 배열된 기층 디스크에 브레이즈 용접된다.
48% "Epon 828"(미국 텍사스주 휴스톤에 소재하는 쉘 케미칼(Shell Chemical Co. 회사제), 20% "Jeffamine D230"(미국 텍사스주 콘로에에 소재하는 헌트스맨(Huntsman Corp) 회사제), 30% "Peerless#4" 클레이(미국 코네티컷주 베텔에 소재하는 R.T.반데르빌트 코(Vanderbilt Co. Inc) 회사제) 및, 2% 적색 산화철 로 이루어진 에폭시 수지를 세그먼트 둘레에 주조한다.
5개 요홈(trough)이 경화된 에폭시 면의 표면에 조각된다. 각각의 요홈은 대략 깊이 4 mm이고 디스크의 둘레로부터 중앙으로 약 5cm의 길이로 연장된다. 중앙에서, 각각의 요홈은 디스크의 이면을 통하여 함입되는 구멍 안으로 이어진다.
상기 디스크는 중앙 물공급 그라인더에 장착되고 3200 RPM으로 스톤 작업편(stone workpiece)의 모서리의 반경부를 그라인딩하는데 사용된다.
예1은 일반적 과정으로 기술된 바와 같이 준비된다. 생성 세그먼트는 다음의 층으로 구성된다,
0.124 g/㎠ 금속 접합 층
다이아몬드/스크린 층
0.28 g/㎠ 금속 접합 층
다이아몬드/스크린 층
0.28 g/㎠ 금속 접합 층
다이아몬드/스크린 층
0.28 g/㎠ 금속 접합 층
다이아몬드/스크린 층
0.124 g/㎠ 금속 접합 층예2는 0.28 g/㎠ 의 금속 접합 층이 0.56 g/㎠ 의 금속 접합 층으로 대체된 것을 제외하고는 예1에 기술된 바와 같이 마련된다. 시험은 예1이 예2보다 25% 빠르게 절단되고 20% 느리게 마모되는 것을 나타낸다.
삭제
예3은 세그먼트가 시계방향으로 배치된 기층 디스크에 접합되는 것을 제외하고는 예1에서 기술된 바와 같이 마련된다. 시계방향으로 정렬배치된 세그먼트를 갖는 예3은 스톤 작업편의 모서리에서 더 큰 칩핑(chipping)을 발생한다.
예4는 5개 부가적 짧은 세그먼트(모든 다른 세그먼트용으로의 32mm 에 비해서 16mm 길이)가 접합되는 것을 제외하고는 예1에 기술된 바와 같이 마련된다. 결과적인 디스크는 도1에 도시된다. 예4는 예1보다 10% 느리게 마모되고 저소음으로 작동된다.
예5는 10개 세그먼트가 아닌, 15개 세그먼트가 사용된 것을 제외하고는 예1에 기술된 바와 같이 준비된다. 우수한 표면으로 마감되어 생산된 예5는 저소음으로 작동되고 예1보다 30% 느리게 마모되며, 절단율에서의 현격한 변화는 없다.
예6은 20개의 긴 세그먼트가 사용된 것을 제외하고는 예1에 기술된 바와 같이 준비된다. 예6은 예5와 대비하여 유사한 소음, 표면 마무리 및 마모가 이루어지지만, 절단율은 20% 낮다.
본 발명이 양호한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당 기술분야의 숙련자는 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고도 형태 및 상세부에 있어서 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (47)

  1. 회전 운동으로 공구를 이동시키는 공구 구동기에 연결되는 공구이며,
    제1 면을 갖는 장착 판과,
    장착 판의 제1 면에 부착된 복수의 연마 세그먼트를 포함하며,
    하나 이상의 연마 세그먼트는 소결 접합재 내에 복수의 평행한 연마 입자층으로 구성되고, 상기 층들 중 하나의 층의 평면에 의해 형성된 세그먼트 면을 구비하며, 상기 세그먼트 면은 장착 판의 제1 면과 0°와 180°사이의 각(단, 0°및 180°는 제외)을 형성하는 것을 특징으로 하는 공구.
  2. 공구 구동기에 연결되는 공구이며,
    제1 면을 갖고 공구 구동기에 의해 이동 방향으로 이동되는 장착 판과,
    장착 판의 제1 면에 부착된 복수의 연마 세그먼트를 포함하며,
    각각의 연마 세그먼트는 소결 접합재 내에 복수의 평행한 연마 입자층으로 구성되고 상기 층들 중 하나의 층의 평면에 의해 형성된 세그먼트 면을 가지며,
    적어도 하나의 세그먼트는 상기 이동 방향이 상기 세그먼트 면과 0°와 180°사이의 각(단, 0°및 180°는 제외)인 지점에서 작업물과 접촉하는 것을 특징으로 하는 공구.
  3. 공구 구동기에 연결되는 공구이며,
    제1 면을 갖는 장착 판과,
    장착 판의 제1 면에 부착된 복수의 연마 세그먼트와,
    공구가 공구 구동기에 부착될 때, 그라인딩 작동 동안에 작업편과 접촉하게 되는 공구의 면에 의해 한정되는 작업 영역을 포함하며,
    적어도 하나의 연마 세그먼트는 소결 접합재 내에 복수의 연마 입자층으로 구성되고 상기 층들 중 하나의 층의 평면에 의해 형성된 세그먼트 면을 가지며, 각각의 연마 세그먼트는 세그먼트 면과 0°내지 180°사이의 각(단, 0°및 180°는 제외)으로 형성된 그라인딩 면을 더 포함하며,
    상기 작업 영역은 제1 단부, 제2 단부 및 제1 단부로부터 제2 단부로 변하는 만곡부를 포함하며,
    그라인딩 면의 누적 면적은 작업 영역의 면적의 5 내지 95% 사이를 차지하는 것을 특징으로 하는 공구.
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