KR20080092311A - 저소음 톱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동을 흡수할 수 있는 댐퍼를 샹크(shank) 내부에 설치하여 톱날의 절삭 소음을 크게 저감시킨다. 본 발명의 일 태양에 따른 저소음 다이아몬드 톱날은 원형의 금속 판재로 된 샹크와, 상기 샹크의 외주면을 따라 접합된 다이아몬드 블레이드를 포함하여 구성되며, 상기 샹크의 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 상면과 하면 양쪽 면에 스폿 용접으로 일부분만 접합시킨 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 샹크의 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 상면과 하면 양쪽 면에 댐퍼 장착 후 댐퍼의 최상부가 다이아몬드 블레이드의 최상부보다 높지 않을 정도의 두께의 댐퍼 수용용 홈이 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 태양에 따른 저소음 다이아몬드 톱날은 원형의 금속 판재로 된 샹크와, 상기 샹크의 외주면을 따라 접합된 다이아몬드 블레이드를 포함하여 구성되며, 상기 샹크의 내부에 원주 방향으로 샹크의 상면 및 하면의 서로 대응되는 위치에 소정 깊이의 홈이 다 수개 형성되어 있고, 이 홈 내부에 홈의 직경보다 작은 직경의 구멍이 형성되어 있으며, 상기 홈과 구멍 내에 상기 홈의 표면과 이에 대응되는 댐퍼 표면 사이에 유격이 없도록 댐퍼가 장착되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 다이아몬드 톱날은 절입된 댐퍼의 수에 따라 저소음 효과가 증가하는 것으로 확인되었다.

저소음(low noise), 다이아몬드 톱날(diamond saw), 왕복식 톱날

Description

저소음 톱{LOW NOISE SAW}

본 발명은 저소음 톱날 구조에 관한 것으로, 저소음 특성을 강화시킨 구조를 갖는 다이아몬드 톱날 및 목재, 금속 등의 절삭용 톱날을 제공한다.

건설 및 도로공사 현장에서 암석, 콘크리트 및 아스팔트 등을 절단할 때 쓰이는 다이아몬드 톱날(diamond saw)은 도 1에 도시된 바와 같이 냉간 압연된 탄소강으로 만든 원반형 샹크(shank)의 외주면에 접합된 다이아몬드 블레이드를 포함하여 구성된다.

다이아몬드 톱날을 사용하여 암석이나 콘크리트 등을 절단할 때 샹크의 절삭 진동으로 엄청난 절삭 소음이 발생한다. 최근에는 국내에서도 저소음 다이아몬드 톱날의 사용을 의무화하는 것이 점차 확대되고 있다. 선진국의 경우에는 이미 건설 및 도로공사 현장에서 저소음 다이아몬드 톱날을 사용하는 것이 일반화되고 있어 그 사용 요구가 증가하는 추세에 있다.

현재 저소음 다이아몬드 톱날에 사용하고 있는 샹크 재료는 도 2에 도시된 바와 같이 두 개의 탄소강판 사이에 얇은 구리판을 끼우고 스폿 용접한 소위 샌드위치 타입으로 각 금속판 사이의 간섭이나 마찰에 의해서 절삭 진동을 흡수하여 절 삭 소음을 낮추도록 되어 있다.

저소음 샌드위치 타입 샹크는 일반 탄소강 샹크 보다 가격은 4배 이상으로 높으나 일반 탄소강 샹크에 비하여 강도가 낮아 절삭 작업 시 휘기 때문에 사용에도 많은 제약을 받고 있다.

또한 직경이 1미터 정도의 대형 톱에는 샌드위치 타입 샹크를 적용할 수 없다는 문제가 있다.

특허공개공보 제2000-0067474호에는 리벳 등과 유사한 형태의 댐퍼를 이용하여 톱날의 진동을 억제하여 소음을 저감하려는 방법이 게시되어 있다. 댐퍼에는 진동에 의해서 움직이는 물체가 있어, 이 물체가 금속판재와 충돌과 마찰을 일으켜서 금속의 진동을 억제하는 원리이다. 그러나 충돌이나 마찰을 이용하려면 댐퍼의 중량(mass)이 금속판재의 중량에 어느 정도 상당(comparable)해야 하는데 댐퍼의 중량을 크게 하면 전체적인 중량이 커지는 등의 문제점이 있다. 또한, 댐퍼와 금속판재 사이에 존재하는 유격에 따른 충돌과 마찰에 의해 금속판재에 균열의 발생 가능성이 매우 높고, 이로 인해 금속판재의 수명이 단축되는 문제점과 댐퍼의 두께가 톱날보다 두꺼워서 절삭 깊이가 제한되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 절삭 진동을 흡수하는 능력이 뛰어나면서도 강도의 저하가 발생하지 않으며, 또한 가공이 용이하고 대형 톱날에도 적용할 수 있는 새로운 톱날의 구조를 제시하는 것이다. 또한, 암석 절단용 다이아몬드 톱날과 목재, 금속 등의 절삭용 저소음 톱날의 구조를 제시한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은, 다수의 구멍이 형성된 금속 판재로 된 샹크와; 상기 샹크의 가장자리부에 형성된 블레이드와; 상기 구멍에 삽입되는 관통부와, 상기 관통부의 양단과 각각 결합하며 상기 구멍의 직경보다 큰 직경을 갖는 머리부를 구비하는 댐퍼;를 포함하며, 상기 댐퍼의 양측 머리부 사이의 내측 간격 (t₂)과, 상기 댐퍼의 머리부 내측면에 인접한 샹크 부위의 두께 (t₁)의 차이인 유격 (t₂-t₁)이, "0≤t₂-t₁＜α"의 관계식 (여기서, α는 상기 샹크의 진동시 샹크 두께 t₁ 지점에서의 진폭의 합)을 만족하는 것을 특징으로 하는 저소음 톱을 제공한다.

여기서, 상기 샹크의 양 표면에 상기 댐퍼의 머리부를 수용하는 홈이 각각 형성될 수도 있다.

또한, 상기 유격 (t₂-t₁)은 양수도 음수도 아닌 0인 것이 바람직하다.

또한, 상기 댐퍼는 "Ｉ" 형상일 수도 있다.

또한, 상기 샹크는 원형이고, 상기 블레이드는 상기 샹크의 외주면을 따라 형성될 수도 있다. 또는, 상기 샹크는 직사각형이고, 상기 블레이드는 상기 샹크의 긴 모서리를 따라 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명은 금속 판재로 된 샹크와; 상기 샹크의 가장자리부에 형성된 블레이드와; 상기 샹크와의 접촉 면이 평평하며, 상기 샹크의 표면에 상기 접촉 면 중 일부분만 스폿 용접에 의해 접합된 댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 톱을 제공한다.

여기서, 상기 샹크의 표면에 상기 댐퍼를 수용하는 홈이 형성될 수도 있다.

또한, 상기 홈은, 상기 샹크의 양 표면의 서로 대응되는 위치에 형성되거나, 혹은 상기 샹크의 양 표면상에서 가상의 동심을 이루는 원주 상에서 서로 엇갈리는 위치에 형성될 수도 있다.

또한, 상기 샹크는 원형이고, 상기 블레이드는 상기 샹크의 외주면을 따라 형성될 수도 있다. 또는, 상기 샹크는 직사각형이고, 상기 블레이드는 상기 샹크의 긴 모서리를 따라 형성될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 댐퍼를 스폿 용접에 의해 톱날에 접합하므로서 절삭 소음을 현저하게 저감할 수 있다. 또한 스폿 용접에 의한 댐퍼 장착 방식은 댐퍼의 장착이 용이하여 그 생산 자동화 구축이 매우 용이하며 금속판재 내에 구멍을 형성하지 않기 때문에, 구멍 가공에 따른 균열 발생의 문제가 없어져서 톱날의 내구성이 향상된다는 장점이 있다.

본 발명에서는 진동을 흡수할 수 있는 댐퍼를 샹크 부분의 임의의 개소에 설치하여 톱날의 절삭 소음을 크게 저감시킨다.

도 3은 본 발명에 따른 톱날(1)의 절삭 진동 흡수 원리를 보여주는 단면도이다. 금속판재(10)에 구멍을 내고 "Ｉ" 형상의 댐퍼(damper)(20)를 삽입하여 설치한다. 이때 댐퍼의 내측 간격(t₂)과 댐퍼와 접하는 부분의 금속판재의 두께(t₁)의 관계에 따라 절삭 진동 흡수 능력은 크게 달라지는 것으로 나타났다.

본 발명에서는 두께 2㎜, 가로 및 세로가 각각 100㎜인 금속판재에 상기의 "Ｉ" 형상의 댐퍼(일례로, 헤드 두께 2㎜, 지름 15㎜)를 설치하고 유격(clearance, t₂-t₁)에 따른 절삭 진동 흡수능을 측정하였다. 절삭 진동 흡수능은 한 사이클에서 흡수되는 진동에너지의 비율인 비감쇠능(specific damping capacity)으로 환산하여 도 4에 도시하였다. 도 4로부터 알 수 있듯이, 유격이 약 2㎜인 경우에 진동 흡수능은 약 3%이나 유격이 감소함에 따라 진동 흡수능은 증가하게 되어 유격이 없어질때 최고치인 약 40%가 된다. 그러나 유격이 더욱 감소하여 음수가 되면(금속판재가 약간 압축 변형된 상태) 진동 흡수능은 다시 급격히 감소한다. 이때 음수 유격의 정확한 값은 측정하기 어려우나, 유격이 0인 곳에서 나사를 이용해서 조임으로써 얻을 수 있다. t₁에 진동시의 진폭의 합이 t₂를 넘지 못하기 때문에 t₂=t₁이 되면 진동이 거의 일어나지 않고 빨리 흡수가 되는 것으로 생각된다. 그러나 t₂-t₁이 음수 가 되면 댐퍼가 금속판재에 완전히 붙어 있어 하나의 몸체가 되어 금속판재와 함께 진동하게 되어 금속판재의 진동 흡수 능력을 상실한다.

즉 댐퍼가 금속판재의 절삭 진동을 최대한 흡수하기 위해서는 금속판재에 유격이 최소인 상태여야 함을 알 수 있다.

이를 위해서는 금속판재에 구멍을 내어 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 설치하거나(도 5a), 금속판재의 양면(도 5b) 또는 한면(도 5c)에 댐퍼가 부분적으로 접합되어 있는 구조가 가능하다. 도 5b 및 도 5c에서 댐퍼는 금속판재에 스폿용접을 이용하여 접합할 수 있다.

이러한 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 절삭용 샹크에 그대로 적용하기에는 문제가 있다. 그 이유는 도 6에 도시된 바와 같이 일반적으로 다이아몬드 블레이드(40)는 샹크(12)의 두께보다 약간 두껍게 되어 있지만, 댐퍼를 설치하면 다이아몬드 블레이드 보다 두께가 두꺼워져, 절삭 깊이가 댐퍼의 위치 정도로 한정되고 댐퍼가 톱날 면 위로 돌출되어 미관상 좋지 않다는 문제점이 있다.

본 발명에서는 샹크의 구조를 변경함으로써 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 이용하는 것을 가능하게 하였다. 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이 댐퍼(20)가 삽입되는 위치에 샹크(12)의 두께를 상대적으로 작게 하여 절삭 깊이가 댐퍼의 위치로 한정되는 문제점을 해결할 수 있다. 따라서 도 도 7a 내지 도 7c에서 댐퍼를 수용하는 홈(50, 50')의 깊이는 댐퍼를 설치하였을 때, 댐퍼의 최상부가 다이아몬드 블레이드 최상부보다 낮게 되도록 조절되어야 한다.

본 발명에 따르면, 특히 직경 1미터 이상의 대형 톱은 두께가 크기 때문에 샹크 내에 댐퍼를 설치하기 위한 영역(위치)을 확보하기가 용이할 뿐 아니라, 도 7a 내지 도 7c와 같이 다이아몬드 블레이드의 두께가 샹크의 두께보다 크기 때문에 댐퍼의 설치가 더욱 용이해진다.

구체적으로 본 발명의 일 태양에 따른 저소음 다이아몬드 톱날은 원형의 금속 판재로 된 샹크와, 상기 샹크의 외주면을 따라 접합된 다이아몬드 블레이드를 포함하여 구성되며, 상기 샹크의 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 상면과 하면 양쪽 면에 스폿 용접으로 일부분만 접합시킨 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샹크의 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 상면과 하면 양쪽 면에는 댐퍼 장착 후에 댐퍼의 최상부가 다이아몬드 블레이드의 최상부보다 높지 않을 정도의 두께의 홈(50, 50')이 형성될 수 있다. 상기의 홈은 양쪽 면에서 상호 대응되는 위치에 형성될 수도 있으며, 가상의 동심을 이루는 원주 상에서 서로 엇갈리는 위치에 형성될 수도 있다.

또한 본 발명의 다른 태양에 따른 저소음 다이아몬드 톱날은 원형의 금속 판재로 된 샹크와, 상기 샹크의 외주면을 따라 접합된 다이아몬드 블레이드를 포함하여 구성되며, 상기 샹크의 내부에 원주 방향으로 샹크의 상면 및 하면의 서로 대응되는 위치에 소정 깊이의 홈(50, 50')이 다 수개 형성되어 있고, 이 홈 내부에 홈의 직경보다 작은 직경의 구멍(60)이 형성되어 있으며, 상기 홈과 구멍 내에 상기 홈의 표면과 이에 대응되는 댐퍼 표면 사이에 유격이 없도록 댐퍼가 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 목재, 금속 등의 절삭용 저소음 왕복식 톱 날은 직사각형의 금속 판재로 된 샹크와, 상기 샹크의 긴 모서리를 따라 톱날이 구비되어 있으며, 상기 샹크의 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 상면과 하면 양쪽 면에 스폿 용접으로 일부분만 접합시킨 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 샹크의 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 상면과 하면 양쪽 면에 댐퍼 장착 후 댐퍼의 최상부가 톱날 표면보다 높지 않을 정도의 두께의 홈(50, 50')이 형성될 수 있다. 상기의 홈은 양쪽 면에서 상호 대응되는 위치에 형성될 수도 있으며, 양쪽 면 상에서 서로 엇갈리는 위치에 형성될 수도 있다.

또한 본 발명의 다른 태양에 따른 저소음 왕복식 톱날은 직사각형의 금속 판재로 된 샹크와, 상기 샹크의 긴 모서리를 따라 톱날 형상이 구비되어 있으며, 상기 샹크의 내부에 긴 모서리를 따라 샹크의 상면 및 하면의 서로 대응되는 위치에 소정 깊이의 홈이 다 수개 형성되어 있고, 이 홈 내부에 홈의 직경보다 작은 직경의 구멍이 형성되어 있으며, 상기 홈과 구멍 내에 상기 홈의 표면과 이에 대응되는 댐퍼 표면 사이에는 유격이 없도록 댐퍼가 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 댐퍼는 "Ｉ" 형상이며, 재질에 특별한 제한은 없으나, 소음 저감 효과가 뛰어난 방진 합금을 사용할 수 있다. 방진 합금의 예로는 Fe-Cr-Al, Fe-Al-Si, Fe-C-Si, Mg 계 합금, Mn-Cu, Cu-Al-Ni, Ni-Ti, Fe-Mn 등이 있으며, 본 발명에서는 사용될 수 있는 방진합금을 특별히 한정하지 않는다.

실시예

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다이아몬드 톱날을 도시한 평면도로서, 직경이 1000mm이고 두께가 5.5mm인 샹크에 원주를 따라 내면에 "Ｉ" 형상 의 댐퍼를 장착하였다. 댐퍼를 설치하지 않은 경우와 형성된 댐퍼의 수에 따른 소음시험 결과를 비교하기 위하여 도 9에 나타낸 바와 같은 다이아몬드 톱날을 제작하여 소음 시험을 실시하였으며 그 결과는 표 1과 같다. 이때 댐퍼와 샹크의 유격은 0mm로 하였다.

[표 1] 소음시험 결과

댐퍼 수	0	6	12	18
소음 (dB)	113.6	106.4	102.5	98.5

상기 결과로부터 알 수 있듯이 댐퍼를 18개 설치함으로써 댐퍼를 설치하지 않은 경우에 비해 최대 15dB 정도의 소음저감 효과가 나타났다.

한편, 판재의 두께가 진동 흡수능에 미치는 영향을 알아보기 위한 시험을 실시하였다. 시험은 도 3 및 도 4에서의 조건과 동일한 조건으로 실시하되, 금속판재와 "Ｉ" 형상의 댐퍼 사이의 유격이 없는 상태 즉 t₁=t₂로 하고, 판재 두께(t₁)만을 달리하여 진동 흡수능을 측정하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 금속판재의 두께가 증가하면 진동 흡수능은 단순히 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 판재의 두께가 증가하면 진폭이 감소하게 되어 간섭 효과가 줄어들기 때문이다.

두꺼운 금속판재를 사용하는 경우에 있어서, 진동 흡수 효과를 상승시키기 위해서는 도 11에 도시하는 바와 같이, "Ｉ" 형상의 댐퍼를 수용하는 홈이 형성되어 있는 금속판재에 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 설치하면 우수한 진동 흡수 효과를 얻을 수 있다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 예를 들면 두께(t₁)가 4.5㎜인 금속판재에 두께(t₂)가 2.5㎜인 홈을 형성시킨 후에 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 설치하면, 홈을 형성시키지 않은 상태에서 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 설치한 경우에 비해서 진동 흡수능(SDC)이 12%에서 31%로 상승하고, 두께(t₁)가 6.0㎜인 금속판재에 두께(t₂)가 4.0㎜인 홈을 형성시킨 후에 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 설치하면, 홈을 형성시키지 않은 상태에서 "Ｉ" 형상의 댐퍼를 설치한 경우에 비해서 진동 흡수능(SDC)이 7%에서 15%로 상승함을 알 수 있다. 이러한 방법은 "Ｉ" 형상의 댐퍼가 금속판재 밖으로 노출되지 않게 되어 두께가 두꺼운 톱날 등에 사용하기에 매우 유용하다.

도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 목재, 금속 등의 절삭을 위한 왕복식 톱날을 도시한 평면도로서, 댐퍼 설치에 따른 소음의 감소는 다이아몬드 톱날에 의한 실험결과인 표 1과 유사한 경향을 얻었다.

상기한 바와 같이, 당업자라면 본 발명의 필수적인 특징을 쉽게 확인할 수 있다. 상기 기술은 본 발명을 설명하도록 의도된 바, 다이아몬드 톱날에 대해서만 제한 또는 제약되는 것으로 해석해서는 아니 되며, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 기재되어 있다.

도 1은 종래의 암석 절단용 다이아몬드 톱날의 평면도.

도 2는 종래의 샌드위치형 다이아몬드 톱날의 일부를 절단하여 도시한 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 저소음 톱날의 절삭 진동 흡수 원리를 설명하기 위한 단면도.

도 4는 유격에 따른 진동흡수능의 변화를 나타내는 도면.

도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 댐퍼가 설치된 샹크 구조의 실시예를 보인 단면도로서, 도 5a는 "Ｉ" 형상의 댐퍼가 장착된 실시예를, 도 5b는 샹크의 상면과 하면 양쪽 면에 댐퍼를 접합시킨 실시예를, 도 5c는 샹크의 한쪽 면에만 댐퍼를 접합시킨 실시예를 보인 단면도.

도 6은 한정된 절삭 깊이를 가지는 샹크 구조를 보인 단면도.

도 7은 한정되지 않는 절삭 깊이를 가지는 샹크 구조를 보이는 단면도로서, 도 7a는 "Ｉ" 형상의 댐퍼가 장착된 실시예를, 도 7b는 샹크의 상면과 하면 양쪽 면에 댐퍼를 접합시킨 실시예를, 도 7c는 샹크의 한쪽 면에만 댐퍼를 접합시킨 실시예를 보인 단면도.

도 8은 본 발명에 따른 댐퍼가 장착된 실시예에 따른 다이아몬드 톱날을 보인 평면도.

도 9는 소음 시험을 위한 도 7a에 따르는 다이아몬드 톱날의 단면도.

도 10은 판재의 두께에 따른 진동 흡수능의 변화를 나타내는 도면.

도 11은 판재의 두께에 따른 진동 흡수능의 변화를 측정하기 위한 시험편의 단면도.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 목재 등의 절삭을 위한 왕복식 톱날의 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1:톱날 10:금속판재

12:샹크 20:댐퍼

30:접합부 40:다이아몬드 블레이드

50,50':홈 60:구멍

Claims (6)

1. 다수의 구멍이 형성된 금속 판재로 된 샹크와;

   상기 샹크의 가장자리부에 형성된 블레이드와;

   상기 구멍에 삽입되는 관통부와, 상기 관통부의 양단과 각각 결합하며 상기 구멍의 직경보다 큰 직경을 갖는 머리부를 구비하는 댐퍼;를 포함하며,

   상기 댐퍼의 양측 머리부 사이의 내측 간격 (t₂)과, 상기 댐퍼의 머리부 내측면에 인접한 샹크 부위의 두께 (t₁)의 차이인 유격 (t₂-t₁)이, "0≤t₂-t₁＜α"의 관계식 (여기서, α는 상기 샹크의 진동시 샹크 두께 t₁ 지점에서의 진폭의 합)을 만족하는 것을 특징으로 하는 저소음 톱.
2. 제1항에 있어서, 상기 샹크의 양 표면에 상기 댐퍼의 머리부를 수용하는 홈이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 저소음 톱.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유격 (t₂-t₁)은 양수도 음수도 아닌 0인 것을 특징으로 하는 저소음 톱.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 댐퍼는 "Ｉ" 형상인 것을 특징으로 하는 저소음 톱.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샹크는 원형이고, 상기 블레이드는 상기 샹크의 외주면을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 저소음 톱.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샹크는 직사각형이고, 상기 블레이드는 상기 샹크의 긴 모서리를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 저소음 톱.

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