金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)專利技術(shù)淺析

顧新云 申剛

摘 要：金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)作為金剛石圓鋸裝置中必不可少的構(gòu)件之一，具有冷卻工作區(qū)域，同時(shí)兼顧清潔工作表面的功能。本文對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行分析，從中國和全球?qū)＠暾?qǐng)量、申請(qǐng)人地分布等多方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，闡述了金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢，重點(diǎn)針對(duì)金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)的位置設(shè)計(jì)方式進(jìn)行詳細(xì)分析，并研究了每種位置設(shè)計(jì)方式所對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)。

關(guān)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(yīng)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(chǎn)生大量熱氣，在干摩擦下，瞬時(shí)摩擦溫度達(dá)3000℃以上，可將切割面上的巖石熔化，與鋸片熔為一體，產(chǎn)生燒片現(xiàn)象;同時(shí)，試驗(yàn)表明，金剛石在高溫下強(qiáng)度和硬度也大幅度降低。因此，金剛石圓鋸結(jié)構(gòu)必須配備相應(yīng)的冷卻機(jī)構(gòu)。冷卻機(jī)構(gòu)一般通過噴管將冷卻液輸送或噴射至鋸片表面，冷卻機(jī)構(gòu)冷卻切割面與鋸片時(shí)，摩擦接觸面上的瞬時(shí)溫度得以下降，并且沖擊的冷卻液帶走相應(yīng)碎屑，輔助切割。

1 中國和全球?qū)＠暾?qǐng)量歷年統(tǒng)計(jì)分析

為了研究金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)的發(fā)展情況，通過非常準(zhǔn)確的IPC分類號(hào)B23D59/02、B28D7/02與比較準(zhǔn)確的關(guān)鍵詞冷卻、cool，轉(zhuǎn)庫檢索等檢索策略相結(jié)合，獲取初步結(jié)果后將檢索文獻(xiàn)中的明顯噪聲清理，對(duì)該領(lǐng)域從20世紀(jì)90年代初至今的中國專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)和全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖1為金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)領(lǐng)域中國歷年專利申請(qǐng)量分布，可以看出金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)領(lǐng)域在中國的申請(qǐng)量重點(diǎn)分布在2010年以后，并且金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)領(lǐng)域在中國發(fā)展也較晚，在20世紀(jì)90年代才開始陸續(xù)有申請(qǐng)量，一直持續(xù)到2010年，這期間申請(qǐng)量數(shù)目不多，該數(shù)據(jù)一方面表明20世紀(jì)90年代期間民眾對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)不夠重視，另一方面也說明金剛石圓鋸冷卻技術(shù)屬于探索試驗(yàn)階段;在2010年之后，金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)申請(qǐng)量增長幅度較大，技術(shù)生長點(diǎn)一直呈上升趨勢，可見該期間金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)技術(shù)屬于蓬勃發(fā)展期，國內(nèi)的申請(qǐng)量處在較高的數(shù)量，市場競爭比較激烈;而2020年的申請(qǐng)量下降趨勢非常明顯，這是由于部分申請(qǐng)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(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)開始于1975年，從1975年至1990年是切割機(jī)技術(shù)發(fā)展的起步階段，到了20世紀(jì)90年代，金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)申請(qǐng)量有了較為明顯的增長勢頭，說明該時(shí)期對(duì)石材加工的需求較大，冷卻機(jī)構(gòu)技術(shù)在這一階段研究得較為充分，到了2002年，專利申請(qǐng)量開始緩慢下降，進(jìn)入21世紀(jì)后申請(qǐng)量總體變化不大，說明金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展到了成熟階段，趨于穩(wěn)定;而中國的切割技術(shù)在20世紀(jì)90年代才開始發(fā)展，其技術(shù)研究水平、申請(qǐng)量數(shù)目與國外在同一時(shí)期還存在不小的差距。

2 申請(qǐng)人分布概況

在金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的中國專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)量最多的是公司申請(qǐng)，占總量的71%，但是個(gè)人申請(qǐng)也占據(jù)較大的比重，占總量的24%，而高校申請(qǐng)量較少，只占總量的5%，該組數(shù)據(jù)表明金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)領(lǐng)域主要側(cè)重于市場開發(fā)，商用價(jià)值較高，而其科研性相對(duì)較低;同時(shí)，在以公司為申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)中，國內(nèi)公司申請(qǐng)最多，占總量的70%，但外國在華申請(qǐng)的申請(qǐng)量也占據(jù)較大的比重，占總量的30%。

3 金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)市場分析

3.1 金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)專利申請(qǐng)目標(biāo)國與原創(chuàng)國統(tǒng)計(jì)

圖3中示出了金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)的目標(biāo)市場構(gòu)成，從圖中可以看到，中國是最重要的目標(biāo)市場，這與中國的發(fā)展國情是密不可分的，中國作為最大的發(fā)展中國家，其建筑行業(yè)、開采行業(yè)的生產(chǎn)總值占據(jù)著國家生產(chǎn)總值的較大比重，因此對(duì)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(biāo)市場份額緊隨其后，是該技術(shù)的主要生產(chǎn)應(yīng)用國家，具有較好的市場前景，這可能直接導(dǎo)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(jī)構(gòu)技術(shù)方面，日本的原創(chuàng)實(shí)力要高于其它國家，其申請(qǐng)量占總申請(qǐng)量的比例達(dá)34%;美國位于第二，與日本的申請(qǐng)量相差不大，也具備很高的原創(chuàng)實(shí)力，這兩個(gè)國家的申請(qǐng)量就占據(jù)了總申請(qǐng)量的一半。這組數(shù)據(jù)表明，一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力與這個(gè)國家的科學(xué)技術(shù)水平相輔相成;但中國的原創(chuàng)實(shí)力也具有很高的競爭力，占總申請(qǐng)量比例的10%，可見中國對(duì)金剛石冷卻機(jī)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展需求同樣很高，是高速發(fā)展中的國家之一。

3.2 金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)專利來華申請(qǐng)國分布和主要申請(qǐng)人排名

在1991-2020年來華的專利申請(qǐng)量中，歐洲國家、日本、美國的專利申請(qǐng)量較多，約占了來華申請(qǐng)量的85%，這三個(gè)國家在切割機(jī)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于中國，在此領(lǐng)域上發(fā)展較為先進(jìn)。

在金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)的中國專利申請(qǐng)中，申請(qǐng)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(jī)械有限公司，其中來華公司申請(qǐng)人的申請(qǐng)量排名較高，表明外國對(duì)中國市場的高度重視性以及較為領(lǐng)先的研究技術(shù);同時(shí)，在國內(nèi)一些成熟的刀具機(jī)械廠中，中國南京博峰電動(dòng)工具有限公司、北京中電科電子裝備有限公司對(duì)金剛石冷卻機(jī)構(gòu)的申請(qǐng)量較多;而高校申請(qǐng)、個(gè)人申請(qǐng)的申請(qǐng)量并不突出。

4 主要申請(qǐng)人在圓鋸領(lǐng)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(jī)械有限公司等公司在金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)領(lǐng)域技術(shù)較為先進(jìn)，專利申請(qǐng)量也屬于前幾名，下面主要列舉了這幾個(gè)公司的代表性專利申請(qǐng)，金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)的位置設(shè)置主要分為以下幾種情況，冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓鋸片的上側(cè)、冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓鋸片上、冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓鋸片下側(cè)三個(gè)分支。國內(nèi)和國外申請(qǐng)人對(duì)金剛石冷卻機(jī)構(gòu)的申請(qǐng)也主要側(cè)重在上述技術(shù)分支上。

公開號(hào)CN102869468A：技術(shù)分支-冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置圓鋸片上;圓鋸片上設(shè)置冷卻槽，用于冷卻工作區(qū)域，并且還側(cè)重研究了冷卻槽設(shè)置的形狀、深度等較為具體的參數(shù)，以期通過對(duì)冷卻槽設(shè)置的改進(jìn)來提高鋸片的整體冷卻效果。

公開號(hào)EP1177848 A1：技術(shù)分支-冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓鋸片上側(cè);冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)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(cè)順流而下，最終對(duì)下側(cè)的圓鋸片與工件的接觸部分起到冷卻作用。

公開號(hào)JPH06151582 A：技術(shù)分支-冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓鋸片下側(cè);冷卻機(jī)構(gòu)沿著圓鋸片的周向方向噴射冷卻液，單個(gè)噴管的設(shè)置節(jié)約了制造成本且不會(huì)對(duì)鋸片產(chǎn)生應(yīng)力差。

公開號(hào)JPH0613460A：技術(shù)分支-冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置在圓鋸片上側(cè)&下側(cè);冷卻機(jī)構(gòu)設(shè)置在金剛石圓鋸的上側(cè)和下側(cè)，多角度進(jìn)行冷卻，并提升清潔效果。

5 結(jié)論

金剛石圓鋸冷卻機(jī)構(gòu)技術(shù)的研發(fā)始于國外，國內(nèi)主要集中在北京、南京，目前申請(qǐng)量趨于相對(duì)穩(wěn)定，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但其他省市申請(qǐng)數(shù)量偏少。從目標(biāo)市場申請(qǐng)量方面分析可以看出，中國由于石材量大且建筑行業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)切割類工具需求較大，在該領(lǐng)域的市場占據(jù)第一位，應(yīng)加大這方面的研究，并借鑒國外公司該領(lǐng)域的前沿技術(shù)，我國該方面技術(shù)的競爭實(shí)力。

參考文獻(xiàn)：

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