金刚石圆锯冷却机构专利技术浅析

顾新云 申刚

摘 要：金刚石圆锯冷却机构作为金刚石圆锯装置中必不可少的构件之一，具有冷却工作区域，同时兼顾清洁工作表面的功能。本文对该技术领域的专利申请进行分析，从中国和全球专利申请量、申请人地分布等多方面进行统计分析，阐述了金刚石圆锯冷却机构领域的专利申请发展趋势，重点针对金刚石圆锯冷却机构的位置设计方式进行详细分析，并研究了每种位置设计方式所对应的特点。

关键词：金刚石;圆锯;冷却;喷管;水

0 引言

金刚石圆锯是切割中常见的种类之一，广泛应用在加工大理石、陶瓷等脆硬性材料中，是石材加工的重要工具。金刚石圆锯切割石材过程中，金刚石与岩石之间的高速摩擦，产生大量热气，在干摩擦下，瞬时摩擦温度达3000℃以上，可将切割面上的岩石熔化，与锯片熔为一体，产生烧片现象;同时，试验表明，金刚石在高温下强度和硬度也大幅度降低。因此，金刚石圆锯结构必须配备相应的冷却机构。冷却机构一般通过喷管将冷却液输送或喷射至锯片表面，冷却机构冷却切割面与锯片时，摩擦接触面上的瞬时温度得以下降，并且冲击的冷却液带走相应碎屑，辅助切割。

1 中国和全球专利申请量历年统计分析

为了研究金刚石圆锯冷却机构的发展情况，通过非常准确的IPC分类号B23D59/02、B28D7/02与比较准确的关键词冷却、cool，转库检索等检索策略相结合，获取初步结果后将检索文献中的明显噪声清理，对该领域从20世纪90年代初至今的中国专利申请数据和全球专利申请数据进行统计分析。

图1为金刚石圆锯冷却机构领域中国历年专利申请量分布，可以看出金刚石圆锯冷却机构领域在中国的申请量重点分布在2010年以后，并且金刚石圆锯冷却机构领域在中国发展也较晚，在20世纪90年代才开始陆续有申请量，一直持续到2010年，这期间申请量数目不多，该数据一方面表明20世纪90年代期间民众对知识产权保护不够重视，另一方面也说明金刚石圆锯冷却技术属于探索试验阶段;在2010年之后，金刚石圆锯冷却机构申请量增长幅度较大，技术生长点一直呈上升趋势，可见该期间金刚石圆锯冷却机构技术属于蓬勃发展期，国内的申请量处在较高的数量，市场竞争比较激烈;而2020年的申请量下降趋势非常明显，这是由于部分申请基于审核周期而尚未公开。

由图2可看出，国外金刚石圆锯冷却机构的专利申请开始于1975年，从1975年至1990年是切割机技术发展的起步阶段，到了20世纪90年代，金刚石圆锯冷却机构申请量有了较为明显的增长势头，说明该时期对石材加工的需求较大，冷却机构技术在这一阶段研究得较为充分，到了2002年，专利申请量开始缓慢下降，进入21世纪后申请量总体变化不大，说明金刚石圆锯冷却机构技术的发展到了成熟阶段，趋于稳定;而中国的切割技术在20世纪90年代才开始发展，其技术研究水平、申请量数目与国外在同一时期还存在不小的差距。

2 申请人分布概况

在金刚石圆锯冷却机构领域的中国专利申请中，申请量最多的是公司申请，占总量的71%，但是个人申请也占据较大的比重，占总量的24%，而高校申请量较少，只占总量的5%，该组数据表明金刚石圆锯冷却机构领域主要侧重于市场开发，商用价值较高，而其科研性相对较低;同时，在以公司为申请人的专利申请中，国内公司申請最多，占总量的70%，但外国在华申请的申请量也占据较大的比重，占总量的30%。

3 金刚石圆锯冷却机构市场分析

3.1 金刚石圆锯冷却机构专利申请目标国与原创国统计

图3中示出了金刚石圆锯冷却机构的目标市场构成，从图中可以看到，中国是最重要的目标市场，这与中国的发展国情是密不可分的，中国作为最大的发展中国家，其建筑行业、开采行业的生产总值占据着国家生产总值的较大比重，因此对金刚石圆锯等切割装置需求量较高;此外日本、美国、德国的目标市场份额紧随其后，是该技术的主要生产应用国家，具有较好的市场前景，这可能直接导致了未来市场的激烈竞争。

从图4中可见，在金刚石圆锯冷却机构技术方面，日本的原创实力要高于其它国家，其申请量占总申请量的比例达34%;美国位于第二，与日本的申请量相差不大，也具备很高的原创实力，这两个国家的申请量就占据了总申请量的一半。这组数据表明，一个国家的经济实力与这个国家的科学技术水平相辅相成;但中国的原创实力也具有很高的竞争力，占总申请量比例的10%，可见中国对金刚石冷却机构的技术发展需求同样很高，是高速发展中的国家之一。

3.2 金刚石圆锯冷却机构专利来华申请国分布和主要申请人排名

在1991-2020年来华的专利申请量中，欧洲国家、日本、美国的专利申请量较多，约占了来华申请量的85%，这三个国家在切割机领域的经济发展程度要远远领先于中国，在此领域上发展较为先进。

在金刚石圆锯冷却机构的中国专利申请中，申请量排名前3位的分别是布莱克和戴克公司、弗赖贝格化合物原料有限公司以及南京博峰机械有限公司，其中来华公司申请人的申请量排名较高，表明外国对中国市场的高度重视性以及较为领先的研究技术;同时，在国内一些成熟的刀具机械厂中，中国南京博峰电动工具有限公司、北京中电科电子装备有限公司对金刚石冷却机构的申请量较多;而高校申请、个人申请的申请量并不突出。

4 主要申请人在圆锯领域的主要代表性专利

布莱克和戴克公司、弗赖贝格化合物原料有限公司、南京博峰机械有限公司等公司在金刚石圆锯冷却机构领域技术较为先进，专利申请量也属于前几名，下面主要列举了这几个公司的代表性专利申请，金刚石圆锯冷却机构的位置设置主要分为以下几种情况，冷却机构设置在圆锯片的上侧、冷却机构设置在圆锯片上、冷却机构设置在圆锯片下侧三个分支。国内和国外申请人对金刚石冷却机构的申请也主要侧重在上述技术分支上。

公开号CN102869468A：技术分支-冷却机构设置圆锯片上;圆锯片上设置冷却槽，用于冷却工作区域，并且还侧重研究了冷却槽设置的形状、深度等较为具体的参数，以期通过对冷却槽设置的改进来提高锯片的整体冷却效果。

公开号EP1177848 A1：技术分支-冷却机构设置在圆锯片上侧;冷却机构设置在金刚石圆锯上方，冷却液喷管沿着罩壳的下表面分布，从而使得冷却液沿着圆锯片的上侧顺流而下，最终对下侧的圆锯片与工件的接触部分起到冷却作用。

公开号JPH06151582 A：技术分支-冷却机构设置在圆锯片下侧;冷却机构沿着圆锯片的周向方向喷射冷却液，单个喷管的设置节约了制造成本且不会对锯片产生应力差。

公开号JPH0613460A：技术分支-冷却机构设置在圆锯片上侧&下侧;冷却机构设置在金刚石圆锯的上侧和下侧，多角度进行冷却，并提升清洁效果。

5 结论

金刚石圆锯冷却机构技术的研发始于国外，国内主要集中在北京、南京，目前申请量趋于相对稳定，技术已经相对成熟，但其他省市申请数量偏少。从目标市场申请量方面分析可以看出，中国由于石材量大且建筑行业飞速发展，对切割类工具需求较大，在该领域的市场占据第一位，应加大这方面的研究，并借鉴国外公司该领域的前沿技术，我国该方面技术的竞争实力。

参考文献：

[1]郎希影.金刚石圆锯片切割石材动力学研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2012.