從專利技術角度分析金剛石串珠繩的發展

毛丹丹+華琪

摘 要：作為切割石材機器上的易損耗部件，金剛石串珠繩的失效問題一直是限制切割速度和切割質量的重要問題。尤其隨著石材加工技術的不斷發展，切割強度要求越來越高，切割速度越來越快，金剛石串珠繩的磨損更加嚴重，石材加工領域的不斷開拓給金剛石串珠繩提出了更高的要求。本文對金剛石串珠繩技術領域的專利情況進行統計和分析，總結了金剛石串珠繩技術領域的專利申請發展趨勢和方向。

關鍵詞：金剛石；串珠；鋼絲繩；失效

中圖分類號：TG356 文獻標志碼：A

作為切割石材機器上的易損耗部件，金剛石串珠繩的失效問題一直是限制切割速度和切割質量的重要問題。尤其隨著石材加工技術的不斷發展，切割強度要求越來越高，切割速度越來越快，金剛石串珠繩的磨損更加嚴重，石材加工領域的不斷開拓給金剛石串珠繩提出了更高的要求。為了研究金剛石串珠繩專利技術的發展情況，筆者以專利數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻的視角對金剛石串珠繩技術的發展歷程進行了統計分析，并對其重點分之進行技術脈絡發展分析，本文提及的專利號均是申請號。

1 金剛石串珠繩國內外專利申請量分析

檢索到的金剛石串珠繩技術領域的專利申請最早出現在1952年的美國SUPPER CUT公司。此后，全球的申請量并未呈現出快速增長的趨勢，從50世紀中期至20世紀70年代，全球對于該技術領域的研究處于一個萌芽期，在這個時期內，全球的專利申請量維持在一個相對低的水平，甚至在其中某幾年全球沒有關于此技術領域的專利申請，除了2002年，從1988年開始直至2014年的26年中，關于該技術領域的全球專利申請量始終維持在一個較高的水平。國內涉及金剛石串珠繩技術領域的研究始于2003年出現的第一個專利申請，較最早出現的美國專利遲了半個世紀，并在極為短暫的停滯期后立即呈現出快速發展的態勢。

2 金剛石串珠繩專利技術發展路線

2.1 串珠結構及排列方式

1952年-1969年，US19520308004A公開了一種具有規則外表面的圓柱狀的串珠坯料，改進型專利申請GB4957868A公開了一種呈圓弧狀外表面的串珠坯料，由于圓弧狀的外表面有利于減小金剛石串珠繩切割石材時的阻力，因此提高了切割效率。

1980年-1989年，SU4160497A、JP9761789A和GB9024909A公開了一種圓柱狀外表面設置螺旋凹槽且螺旋凹槽內沒有金剛石顆粒的金剛石串珠，由于凹槽可以及時將磨削廢料排出，因此減小了金剛石串珠表面與切割石材的非必要摩擦，從而提高了切割精度。JP21038088A公開了一種內表面具有縱向溝槽的串珠基體，該溝槽的存在增大了金剛石串珠基體與鋼絲繩的接觸面積以及摩擦力，從而提高了金剛石串珠與鋼絲繩的結合強度以提高金剛石串珠繩的使用壽命。

1990年-1999年，JP8373090A公開了采用不同直徑的串珠在鋼絲繩上間隔排列的方式，且在直徑大的串珠上設置螺旋凹槽，而該專利與1980年～1989年期間設置凹槽的技術方案不同之處在于該專利在凹槽內具有金剛石磨粒，在具有排出廢料的同時提高了金剛石串珠繩的切割速率。JP9207594 A首次公開了沿切割進程金剛石串珠的外徑逐漸增大的技術方案，降低了金剛石串珠繩與石材的摩擦阻力，因此提高了切割速度。此外， JP22607797A、JP6679398A和JP6679498A分別公開了一種采用直徑相同而寬度不同的金剛石串珠間隔排列的金剛石串珠繩、一種采用不同直徑而寬度相同的金剛石串珠間隔排列的金剛石串珠繩和一種表面分別是金剛石顆粒和氧化鋁顆粒的金剛石串珠有序排列后的混合串珠繩，上述3個專利分別采用了不同的技術手段實現了相同的提高金剛石串珠繩使用壽命的技術效果。

2000年-2009年，對串珠結構及排列方式的改進達到了高潮。其中KR20000017794A公開了一種在金剛石串珠的基體設置成兩段具有凹槽的形式，從而在不削弱金剛石串珠切割能力的同時增強金剛石串珠與鋼絲繩的結合能力。JP2000365112A公開了一種采用直徑相同的螺旋切割部件和金剛石串珠間隔排列以形成混合串珠繩，從而提高串珠繩使用壽命。

在2003年，KR20030053177A提出了一種將在金剛石串珠表面設置螺旋凹槽和在串珠基體兩端設置凹槽的兩個技術手段集中于一個實施例中以形成技術效果全面的技術方案。

KR20040071687A公開了一種沿切割進程外徑呈階梯狀增大的串珠胎體，并在串珠胎體表面設置有凹槽，且首次采用焊接的方式將金剛石顆粒與串珠胎體進行結合的技術方案。

KR20050060734A公開了一種金剛石串珠切割面的軸向兩端具有凹槽并通過注塑的方式使串珠與鋼絲繩結合的技術方案，提高了金剛石串珠與鋼絲繩的結合強度。2007年，JP2007176643A公開了在鋼絲繩上無間隙地設置分別通過燒結和釬焊制備得到的兩個金剛石串珠作為一個切割單元且燒結串珠位于釬焊串珠前部。在此期間，中國也出現了兩個具有代表性的CN200610020772A和CN200710008871A，前一個專利公開了一種金剛石磨粒的濃度沿切割進程胎體上減小的多段切割部件的金剛石串珠繩，后一個專利公開了在金剛石串珠基體的外圓柱面上開設有復數條螺旋線槽，從而在相鄰螺旋線槽之間形成復數個螺旋刀面且采用釬焊的方式將金剛石磨粒在沿串珠工作方向多層排布于前刀面上。

2010年-2014年，對于金剛石串珠結構及排列方式進行改進的專利數量又迅速減少，有代表性的是CN201210007163A，該專利公開了一種包括具有錐形段工作斜面的串珠基體以及釬焊在串珠基體工作斜面上的金剛石，且使金剛石呈矩陣式有序排布，確保串珠工作斜面上的每顆金剛石均能被有效利用，從而提高金剛石串珠繩的切割效率。

2.2 串珠制造工藝

相對串珠結構及排列方式而言，串珠制造工藝的發展路線較簡單。在最早出現的US19520308004A和GB4957868A分別公開了采用熱壓燒結和電鍍的方式將金剛石磨粒與金屬基體進行結合以形成金剛石串珠的技術方案。在此之后，該技術領域中一直采用這兩種方式制造串珠。直至1998年，JP23333098A首次公開了采用銅焊將金剛石磨粒與串珠胎體表面結合在一起以提高金剛石顆粒與串珠胎體的結合強度，從而提高切割效率的技術方案。此后，也有相關專利申請涉及采用銅焊的方式制造串珠，例如US20040922231A等。2011年， CN201110452609A公開了在燒結過程中加入鐵鈷銅預合金粉末以提高粉體的燒結活性，通過提高串珠胎體的包鑲力以及其與鋼基體的黏結力的技術方案。同年，EP11156981A公開了一種采用激光熔覆的方法使金剛石顆粒的一部分穿入到磨料層和金屬套筒間之間的冶金結合層從而提高金剛石串珠耐磨性的技術方案。

結語

由上述脈絡分析可知，金剛石串珠繩始于國外，且我國的發展與世界先進水平仍有一定差距，因此，我國申請人應致力于研發具有完全自主知識產權的效果更好的金剛石串珠繩，增強在該方面技術的國際競爭力。

參考文獻

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