金剛石圓鋸冷卻機構專利技術淺析

顧新云 申剛

摘 要：金剛石圓鋸冷卻機構作為金剛石圓鋸裝置中必不可少的構件之一，具有冷卻工作區域，同時兼顧清潔工作表面的功能。本文對該技術領域的專利申請進行分析，從中國和全球專利申請量、申請人地分布等多方面進行統計分析，闡述了金剛石圓鋸冷卻機構領域的專利申請發展趨勢，重點針對金剛石圓鋸冷卻機構的位置設計方式進行詳細分析，并研究了每種位置設計方式所對應的特點。

關鍵詞：金剛石;圓鋸;冷卻;噴管;水

0 引言

金剛石圓鋸是切割中常見的種類之一，廣泛應用在加工大理石、陶瓷等脆硬性材料中，是石材加工的重要工具。金剛石圓鋸切割石材過程中，金剛石與巖石之間的高速摩擦，產生大量熱氣，在干摩擦下，瞬時摩擦溫度達3000℃以上，可將切割面上的巖石熔化，與鋸片熔為一體，產生燒片現象;同時，試驗表明，金剛石在高溫下強度和硬度也大幅度降低。因此，金剛石圓鋸結構必須配備相應的冷卻機構。冷卻機構一般通過噴管將冷卻液輸送或噴射至鋸片表面，冷卻機構冷卻切割面與鋸片時，摩擦接觸面上的瞬時溫度得以下降，并且沖擊的冷卻液帶走相應碎屑，輔助切割。

1 中國和全球專利申請量歷年統計分析

為了研究金剛石圓鋸冷卻機構的發展情況，通過非常準確的IPC分類號B23D59/02、B28D7/02與比較準確的關鍵詞冷卻、cool，轉庫檢索等檢索策略相結合，獲取初步結果后將檢索文獻中的明顯噪聲清理，對該領域從20世紀90年代初至今的中國專利申請數據和全球專利申請數據進行統計分析。

圖1為金剛石圓鋸冷卻機構領域中國歷年專利申請量分布，可以看出金剛石圓鋸冷卻機構領域在中國的申請量重點分布在2010年以后，并且金剛石圓鋸冷卻機構領域在中國發展也較晚，在20世紀90年代才開始陸續有申請量，一直持續到2010年，這期間申請量數目不多，該數據一方面表明20世紀90年代期間民眾對知識產權保護不夠重視，另一方面也說明金剛石圓鋸冷卻技術屬于探索試驗階段;在2010年之后，金剛石圓鋸冷卻機構申請量增長幅度較大，技術生長點一直呈上升趨勢，可見該期間金剛石圓鋸冷卻機構技術屬于蓬勃發展期，國內的申請量處在較高的數量，市場競爭比較激烈;而2020年的申請量下降趨勢非常明顯，這是由于部分申請基于審核周期而尚未公開。

由圖2可看出，國外金剛石圓鋸冷卻機構的專利申請開始于1975年，從1975年至1990年是切割機技術發展的起步階段，到了20世紀90年代，金剛石圓鋸冷卻機構申請量有了較為明顯的增長勢頭，說明該時期對石材加工的需求較大，冷卻機構技術在這一階段研究得較為充分，到了2002年，專利申請量開始緩慢下降，進入21世紀后申請量總體變化不大，說明金剛石圓鋸冷卻機構技術的發展到了成熟階段，趨于穩定;而中國的切割技術在20世紀90年代才開始發展，其技術研究水平、申請量數目與國外在同一時期還存在不小的差距。

2 申請人分布概況

在金剛石圓鋸冷卻機構領域的中國專利申請中，申請量最多的是公司申請，占總量的71%，但是個人申請也占據較大的比重，占總量的24%，而高校申請量較少，只占總量的5%，該組數據表明金剛石圓鋸冷卻機構領域主要側重于市場開發，商用價值較高，而其科研性相對較低;同時，在以公司為申請人的專利申請中，國內公司申請最多，占總量的70%，但外國在華申請的申請量也占據較大的比重，占總量的30%。

3 金剛石圓鋸冷卻機構市場分析

3.1 金剛石圓鋸冷卻機構專利申請目標國與原創國統計

圖3中示出了金剛石圓鋸冷卻機構的目標市場構成，從圖中可以看到，中國是最重要的目標市場，這與中國的發展國情是密不可分的，中國作為最大的發展中國家，其建筑行業、開采行業的生產總值占據著國家生產總值的較大比重，因此對金剛石圓鋸等切割裝置需求量較高;此外日本、美國、德國的目標市場份額緊隨其后，是該技術的主要生產應用國家，具有較好的市場前景，這可能直接導致了未來市場的激烈競爭。

從圖4中可見，在金剛石圓鋸冷卻機構技術方面，日本的原創實力要高于其它國家，其申請量占總申請量的比例達34%;美國位于第二，與日本的申請量相差不大，也具備很高的原創實力，這兩個國家的申請量就占據了總申請量的一半。這組數據表明，一個國家的經濟實力與這個國家的科學技術水平相輔相成;但中國的原創實力也具有很高的競爭力，占總申請量比例的10%，可見中國對金剛石冷卻機構的技術發展需求同樣很高，是高速發展中的國家之一。

3.2 金剛石圓鋸冷卻機構專利來華申請國分布和主要申請人排名

在1991-2020年來華的專利申請量中，歐洲國家、日本、美國的專利申請量較多，約占了來華申請量的85%，這三個國家在切割機領域的經濟發展程度要遠遠領先于中國，在此領域上發展較為先進。

在金剛石圓鋸冷卻機構的中國專利申請中，申請量排名前3位的分別是布萊克和戴克公司、弗賴貝格化合物原料有限公司以及南京博峰機械有限公司，其中來華公司申請人的申請量排名較高，表明外國對中國市場的高度重視性以及較為領先的研究技術;同時，在國內一些成熟的刀具機械廠中，中國南京博峰電動工具有限公司、北京中電科電子裝備有限公司對金剛石冷卻機構的申請量較多;而高校申請、個人申請的申請量并不突出。

4 主要申請人在圓鋸領域的主要代表性專利

布萊克和戴克公司、弗賴貝格化合物原料有限公司、南京博峰機械有限公司等公司在金剛石圓鋸冷卻機構領域技術較為先進，專利申請量也屬于前幾名，下面主要列舉了這幾個公司的代表性專利申請，金剛石圓鋸冷卻機構的位置設置主要分為以下幾種情況，冷卻機構設置在圓鋸片的上側、冷卻機構設置在圓鋸片上、冷卻機構設置在圓鋸片下側三個分支。國內和國外申請人對金剛石冷卻機構的申請也主要側重在上述技術分支上。

公開號CN102869468A：技術分支-冷卻機構設置圓鋸片上;圓鋸片上設置冷卻槽，用于冷卻工作區域，并且還側重研究了冷卻槽設置的形狀、深度等較為具體的參數，以期通過對冷卻槽設置的改進來提高鋸片的整體冷卻效果。

公開號EP1177848 A1：技術分支-冷卻機構設置在圓鋸片上側;冷卻機構設置在金剛石圓鋸上方，冷卻液噴管沿著罩殼的下表面分布，從而使得冷卻液沿著圓鋸片的上側順流而下，最終對下側的圓鋸片與工件的接觸部分起到冷卻作用。

公開號JPH06151582 A：技術分支-冷卻機構設置在圓鋸片下側;冷卻機構沿著圓鋸片的周向方向噴射冷卻液，單個噴管的設置節約了制造成本且不會對鋸片產生應力差。

公開號JPH0613460A：技術分支-冷卻機構設置在圓鋸片上側&下側;冷卻機構設置在金剛石圓鋸的上側和下側，多角度進行冷卻，并提升清潔效果。

5 結論

金剛石圓鋸冷卻機構技術的研發始于國外，國內主要集中在北京、南京，目前申請量趨于相對穩定，技術已經相對成熟，但其他省市申請數量偏少。從目標市場申請量方面分析可以看出，中國由于石材量大且建筑行業飛速發展，對切割類工具需求較大，在該領域的市場占據第一位，應加大這方面的研究，并借鑒國外公司該領域的前沿技術，我國該方面技術的競爭實力。

參考文獻：

[1]郎希影.金剛石圓鋸片切割石材動力學研究[D].沈陽：沈陽建筑大學，2012.