JP4916077B2 - 官能化ダイヤモンド、その製造方法、複合研磨材及び官能化ダイヤモンドを含有する研磨工具 - Google Patents
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Description
【０００１】
この出願は、発明者Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎ及びＭｃＨａｌｅによる米国特許仮出願第６０／１８８８７４号（２０００年３月１３日出願）の優先権を主張する。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、官能化ダイヤモンドに関する。特に樹脂での保持性の向上した官能化ダイヤモンドに関する。
【０００３】
【背景技術】
例えばメッシュ結晶やミクロン粉体などのダイヤモンドは、様々な分野で砥粒として使用できる。ダイヤモンドは、例えば研磨工具、砥粒加工機械、切削装置、研削工具（砥石）その他の類似の砥粒装置に用いられている。ダイヤモンドが砥粒用途に適切なのは、少なくとも一部には、硬いからである。最も硬い天然材料として知られるダイヤモンドは有用な砥粒特性を有するが、その様々な装置や環境への適用には制約がある。例えば、ダイヤモンドの用途はダイヤモンドの装置への保持性により限定される。多くの場合、装置の性能及び寿命がダイヤモンドの保持性により限定される。
【０００４】
通常ダイヤモンドは研磨目的には母材（マトリックス）に埋め込まれ、その母材は樹脂（レジン）を含有する。研磨装置は通常、ダイヤモンドを埋め込んだ母材が設けられた基材を含む。粒子と母材との結合強さは研磨装置にとって決定的な強度である。ダイヤモンドと関連する母材との結合強さを高めれば、両者間の保持性が増大するはずである。それにつれて、ダイヤモンドを埋め込んだ母材の設けられた研磨装置・工具の性能及び寿命が増大するはずである。
【０００５】
ダイヤモンドと関連する母材との結合強さを高めるために、ダイヤモンドの表面を変性することが提案されている。例えば、ダイヤモンド表面を官能化してダイヤモンドと母材との結合強さを高めることが提案されている。かかる官能化は、種々のポリマー状樹脂前駆物質に関するダイヤモンドの濡れ性を変性しようとしている。変性は、ダイヤモンドと関連する母材との物理的な相互作用結合強さを増加しようとしている。しかし、ダイヤモンドと関連する母材との物理的な相互作用力は化学結合により達成される相互作用力より弱い。さらに、関連する樹脂との強い共有結合を形成することのできる部分で官能化したダイヤモンドが研磨用途用に開発されていることは知られていない。
【０００６】
したがって、研磨用途に用いる複合研磨剤、官能化ダイヤモンド及びレジンボンド母材が必要とされている。さらに、かかる官能化ダイヤモンド及びレジンボンド母材に高強度の結合を付与する方法が必要とされている。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
【特許文献１】
米国特許第５，５９３，７８３号明細書
【非特許文献１】
ヨシノリ イケダ（Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ Ｉｋｅｄａ），タケヤス サイトウ（Ｔａｋｅｙａｓｕ Ｓａｉｔｏ），カツキ クサカベ（Ｋａｔｓｕｋｉ Ｋｕｓａｋａｂｅ），シゲハル モロオカ（Ｓｈｉｇｅｈａｒｕ Ｍｏｒｏｏｋａ），ヒデアキ マエダ（Ｈｉｒｏａｋｉ Ｍａｅｄａ），ユキ タニグチ（Ｙｕｋｉ Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ），及びユウゾウ フジワラ（Ｙｕｚｏ Ｆｕｊｉｗａｒａ），「有機溶媒中の反応によるダイヤモンド表面のハロゲン化とブチル化（Ｈａｌｏｇｅｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｔｙｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｂｙ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｖｅｎｔｓ）」，エレセヴィエア ダイヤモンドと関連物質（Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ，Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），１９９８年，第７巻，ｐ．８３０−８３４
【非特許文献２】
ジョン Ｂ．ミラー、及びダンカン Ｗ．ブラウン，「光化学的に修飾したダイヤモンドフィルムの特性（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍｓ）」、エレセヴィエア ダイヤモンドと関連化合物（Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ，Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），１９９５年，第４巻、ｐ．４３５−４４０
【非特許文献３】
Ｏ．セムチノバ（Ｏ．Ｓｅｍｃｈｉｎｏｖａ），Ｄ．ウフマン（Ｄ．Ｕｆｆｍａｎｎ），Ｈ．ネフ（Ｈ．Ｎｅｆｆ），及びＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ），「ダイヤモンドセラミックスに対する微結晶ダイヤモンド粉末の成長、調製、及び表面修飾（Ｇｒｏｗｔｈ， Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｐｏｗｄｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）」、エレセヴィエア 欧州セラミック会雑誌（Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｉｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ），１９９６年，第１６巻，ｐ．７５３−７５８
【非特許文献４】
ＭＴ ブリック（ＭＴ Ｂｒｙｋ），ＮＮ バグレイ（ＮＮ Ｂａｇｌｅｉ），ＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ），ＳＫ ゴルデブ（ＳＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ），ＡＦ バーバン（ＡＦ Ｂｕｒｂａｎ），及びＶＢ アレスコブスキ（ＶＢ Ａｌｅｓｋｏｖｓｋｉｉ），「オリゴマーと官能基を有するダイヤモンド粉末表面との間の反応（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｂｅｗｅｅｎ Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｉｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ）」、米国化学会誌（Ｊ．Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．），１９８４年，ｐ．７８２−７８５
【非特許文献５】
ＡＥ サイロ（ＡＥ Ｓｈｉｌｏ），ＶＡ シビデルスキ（ＶＡ Ｓｖｉｄｅｒｓｋｉｉ）、及びＥＡ パシュチェンコ（ＥＡ Ｐａｓｈｃｈｅｎｋｏ），「修飾された合成ダイヤモンドとエルバーの新油性特性（Ｏｌｅｏｐｈｉｌｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｄｉａｍｏｎｄｓ ａｎｄ Ｅｌｂｅｒ）」，ソバリン超硬質物質雑誌（Ｓｏｖ．Ｊ．Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ），１９８６年，第８巻，第２２号，ｐ．２７−３１
【非特許文献６】
ＦＢ ダニロバ（ＦＢ Ｄａｎｉｌｏｖａ）、ＡＥ ゴルブノバ（ＡＥ Ｇｏｒｂｕｎｏｖａ）、ＡＦ バーバン（ＡＦ Ｂｕｒｂａｎ）、ＳＫ ゴルデブ（ＳＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ）、及びＶＡ マンザー（ＶＡ Ｍａｎｚｈａｒ），「工具、粉末とペースト（Ｔｏｏｌｓ， Ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ Ｐａｓｔｅｓ）」，ソバリン超硬質物質雑誌（Ｓｏｖ．Ｊ． Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ），１９８９年，第１１巻，第５号，ｐ．４１−４５
【非特許文献７】
Ｒ．サポック（Ｒ．Ｓａｐｐｏｋ），及びＨＰ ボエム（ＨＰ Ｂｏｅｈｍ），「Ｃｈｅｍｉｅ Ｄｅｒ Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅ Ｄｅｓ Ｄｉａｍａｎｔｅｎ −−Ｉ．Ｂｃｎｅｔｓｕｎｇｓｗａｒｍｅｎ，Ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎｓｐｉｎｒｅｓｏｎａｎｚ Ｕｎｄ Ｉｎｆｒａｒｏｔｓｐｅｋｔｒｅｎ Ｄｅｒ Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎ−Ｈｙｄｒｉｄｅ，Ｈａｌｏｇｅｎｉｄｅ Ｕｎｄ Ｏｘｉｄｅ」，英国（Ｐｒｉｎｔｅｄ ｉｎ Ｇｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ），炭素 ペルガモンプレス（Ｃａｒｂｏｎ， Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ），１９６８年，第６巻，ｐ．２８３−２９５
【非特許文献８】
ＶＩ マカルスキー（ＶＩ．Ｍａｋａｌ’ｓｋｉｉ），ＶＦ ロクテフ（ＶＦ Ｌｏｋｔｅｖ），ＩＶ ストヤノーバ（ＩＶ Ｓｔｏｙａｎｏｖａ），ＡＳ クリンキン（ＡＳ Ｋｌｉｎｋｉｎ），ＧＳ リツボク（ＧＳ Ｌｉｔｖａｋ），ＥＭモロズ（ＥＭ Ｍｏｒｏｚ），及びＶＡ リクホロボフ（ＶＡ Ｌｉｋｈｏｌｏｂｏｖ），「超微細ダイヤモンドの表面修飾（Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄｓ）」，Ｖｌｉｙａｎｉｅ Ｋｈｉｍ． Ｆｉｚ−Ｋｈｉｍ．Ｖｏｚｄｅｉｓｔｖ．Ｓｖｏｉｓｔｖａ Ａｌｍａｚｏｖ，１９９０年，ｐ．４８−５４
【非特許文献９】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ），カズオ ヤマモト（Ｋａｚｕｏ Ｙａｍａｍｏｔｏ），モトヒコ イシイ（Ｍｏｔｏｈｉｋｏ Ｉｓｈｉｉ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｓｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），及びヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），「ダイヤモンド表面の気相酸化 拡散反射率フーリエ変換赤外線及び温度プログラム化された脱着スペクトルによる酸素中での研究（Ｖａｐｏｕｒ−Ｐｈａｓｅ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｉｎ Ｏ2 Ｓｔｕｄｉｅｄ Ｂｙ Ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｔｅｄ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎｓ．，１９９３年，第８９巻，第１９号，ｐ．３６３５−３６４０
【非特許文献１０】
リサ Ｍ．ストラック（Ｌｉｓａ Ｍ．Ｓｔｒｕｃｋ），及びマーク Ｐ．デエバリン（Ｍａｒｋ Ｐ．Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎ），「ダイヤモンドを用いた水素と水との相互作用（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｗｉｔｈ Ｄｉａｍｏｎｄ（１００）：Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ．，１９９３年７月／８月，第１１巻，第４号，ｐ．１９９２−１９９７
【非特許文献１１】
ＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ）、ＥＫ ゴルデブ（ＳＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ）、ＳＩ コルトソブ（ＳＩ Ｋｏｌ’ｔｓｏｖ）、ＶＢ アレスコブスキ（ＶＢ Ａｌｅｓｋｏｖｓｋｉｉ），「ダイヤモンド表面におけるハロゲン（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｈａｌｉｄｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ）」、（Ｚｈｕｒｎａｌ Ｐｒｉｋｌａｄｎｏｉ Ｋｈｉｍｉ）、１９７８年、第５１巻、第１１号、Ｐ．２４５１−２４５５
【非特許文献１２】
ＣＫ ゴルデブ（ＣＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ），ＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ），及びＶＢ アレスコブスキ（ＶＢ Ａｌｅｓｋｏｖｓｋｉｉ）、「ダイヤモンド表面の置換反応における官能基の相互影響（Ｍｕｔｕａｌ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ ｉｎ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ）」，Ｄｏｋｌａｄｙ Ａｋａｄｅｍｉｉ Ｎａｕｋ ＳＳＳＲ，１９８２年，第２６１巻，第１号，ｐ．６−８
【非特許文献１３】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ），カズオ ヤマモト（Ｋａｚｕｏ Ｙａｍａｍｏｔｏ），シゲル スエハラ（Ｓｈｉｇｅｒｕ Ｓｕｅｈａｒａ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｓｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），ヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），シンジ シモサキ（Ｓｈｉｎｊｉ Ｓｈｉｍｏｓａｋｉ），及びミッカ ニシタニ−ガモ（Ｍｉｋｋａ Ｎｉｓｈｉｔａｎｉ−Ｇａｍｏ），「ダイヤモンド表面における塩素と水素の相互作用（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｉｎｅ Ｗｉｔｈ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ）」，中国化学雑誌（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ），１９９５年，第４２巻，ｐ．２８５−２９２
【非特許文献１４】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ）、ミッカ ニシタニ−ガモ（Ｍｉｋｋａ Ｎｉｓｈｉｔａｎｉ−ｇａｍｏ），ロビン Ｅ．ローレス（Ｒｏｂｉｎ Ｅ．Ｒａｗｌｅｓ），カズオ ヤマモト（Ｋａｚｕｏ Ｙａｍａｍｏｔｏ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｓｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），ヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），「中間状態において塩素化表面を用いたダイヤモンド表面の化学修飾（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ ａｓ ａｎ Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｄ Ｓｔａｔｅ）」，エレセヴィエア ダイヤモンドと関連物質（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），１９９６年，第５巻，ｐ．１１３６−１１４２
【非特許文献１５】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ），モトヒロ イシイ（Ｍｏｔｏｈｉｒｏ Ｉｓｈｉｉ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），及びヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），「拡散反射フーリエ変換赤外線によって研究されたダイヤモンド表面の熱水素化 温度プログラム化された脱着及びレーザーラマンスペクトル（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｓｔｕｄｉｅｄ Ｂｙ ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎｓ．，１９９３年，第８９巻，第１１号，ｐ．１７８３−１７８９
【非特許文献１６】
ＧＴ ワング（ＧＴ Ｗａｎｇ）、ＳＦ ベント（ＳＦ Ｂｅｎｔ）、ＪＮ ラッセル，ジュニア（ＪＮ Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｊｒ．）、ＪＥ バトラー（ＪＥ Ｂｕｔｌｅｒ）、及びＭＰ デエバリン（ＭＰ Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎ）、「ディールスアルダー化学によるダイヤモンドの官能基化（１００）（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ（１００） ｂｙ Ｄｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」，米国化学雑誌（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．），２０００年，第１２２巻，ｐ．７４４−７４５
【０００７】
【発明の概要】
本発明の１観点によれば、有機官能化部分を含有する官能化ダイヤモンドが提供される。有機官能化部分は、ビニル、アミド、アルコール、酸類、フェノール類、ヒドロキシル類及び脂肪族類及びこれらの混合物から選択される。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドが提供される。このダイヤモンドは、下記の反応により有機部分で官能化されている。
【０００９】
【化１２】
【００１０】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドが提供される。このダイヤモンドは、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００１２】
【化１３】
【００１３】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００１４】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドが提供される。このダイヤモンドは、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００１５】
【化１４】
【００１６】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００１７】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む複合研磨材が提供される。このダイヤモンドは下記の反応により有機部分で官能化されている。
【００１８】
【化１５】
【００１９】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２０】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む複合研磨材が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００２１】
【化１６】
【００２２】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２３】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む複合研磨材が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００２４】
【化１７】
【００２５】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２６】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む研磨工具が提供される。このダイヤモンドは下記の反応により有機部分で官能化されている。
【００２７】
【化１８】
【００２８】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２９】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む研磨工具が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００３０】
【化１９】
【００３１】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００３２】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む研磨工具が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００３３】
【化２０】
【００３４】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００３５】
本発明の上記及び他の観点、効果及び特徴は、添付の図面と関連した本発明の実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになるであろう。なお、図面中同様の部分には同じ符号を付してある。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態としての官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面を有機基（本明細書では「有機官能化部分」とも「有機部分」とも言う）で官能化してレジンボンド母材との化学結合強さを高めたものである。これらの有機基はレジンボンド母材と共重合可能である。したがって、本発明の実施形態としての官能化は、ダイヤモンド表面に、レジンボンド母材中での、例えば共有結合により達成される、高い結合強さを与える。共有結合は、例えば、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｏ、Ｃ−Ｎ、Ｃ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｏ及びＳｉ−Ｎ結合の１種以上とすることができるが、これらに限定されない。
【００３７】
さらに、本発明は、官能化表面を有するダイヤモンド（本明細書では「官能化ダイヤモンド」とも言う）とレジンボンド母材との接着性の向上した複合研磨材及び研磨工具を提供する。すなわち、本発明の実施形態としての複合研磨材は、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンド及びレジンボンド母材を含む。また、本発明の実施形態としての研磨工具は、官能化ダイヤモンド及び研磨用途用のレジンボンド母材を含む。
【００３８】
ここで用いる用語「レジンボンド母材」は、樹脂材料の母材（マトリックス）を含み、ここに、高い母材内ダイヤモンド保持性にて、１以上の官能化ダイヤモンドを導入することができる。さらに、用語「ダイヤモンド」は天然のダイヤモンド及び合成ダイヤモンドを包含するが、これらだけに限らない。また、用語「ダイヤモンド」はダイヤモンド結晶、ダイヤモンド粒子、ミクロンサイズのダイヤモンド粉体粒子の１以上を包含する。
【００３９】
複合研磨材において官能化ダイヤモンドとレジンボンド母材との間に形成される前記の結合は、代表的には共有結合を包含する。共有結合は、後述する共重合法により生成することができる。研磨用途、例えば複合研磨材などに用いる官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面が同表面上に配置された分子で覆われることにより官能化されたものである。これらの分子は母材中のレジンボンドと共重合できる。
【００４０】
本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドはフェノール基を含有することができる。フェノール基は、上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着される。フェノール基はフェノール−ホルムアルデヒド樹脂と共重合できる。
【００４１】
或いは、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドはビニル基を含有することができる。ビニル基は、上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着される。ビニル基は共重合中にビニル樹脂との縮合を起こしうる。
【００４２】
本発明の範囲内に入る他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面上にアルコール又はヒドロキシル基を含有する。アルコール基は、上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着され、直鎖状又は分岐状多酸及びポリオールと重合してポリエステル樹脂を形成することができる。
【００４３】
さらに他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、アミド基を含有することができ、そのアミド基は上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着される。アミド基は、ホルムアルデヒド並びに尿素及びポリアミドの少なくとも１種と重合することができる。
【００４４】
さらに他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面にアルデヒド基を含有することができる。アルデヒド基はフェノール樹脂と共重合することができる。
【００４５】
本発明の範囲内に入るさらに他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面にエポキシド基を含有する。エポキシド基はエポキシ及びポリエーテル樹脂と共重合することができる。
【００４６】
大抵の場合にダイヤモンド表面の近くで起こる高度の立体障害のため、これらの官能基はダイヤモンド表面に種々の長さの炭化水素鎖により結合される。望ましくないことには、この立体障害は、レジンボンド母材分子との間に形成される結合の数を減らすおそれがある。
【００４７】
したがって、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドは、上述したような結合によりダイヤモンド表面に共有結合される有機部分を含有する。有機官能化部分は、ビニル、アミド、アルコール、フェノール、ヒドロキシル、アルデヒド及びエポキシド基及びこれらの混合物から選択される。
【００４８】
本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドの製造は種々の方法により行うことができる。本発明の１実施形態としての官能化ダイヤモンド製造方法は、官能化ダイヤモンド粒子の表面にほぼ単層濃度、すなわち約０．１×１０15ｃｍ-2〜約３×１０15ｃｍ-2の範囲の濃度のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を与える工程を含む。これらの官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドを強酸化性酸中で煮沸することにより製造することができる（用語「強」は後述する実施例に記載した酸の特性を示す）。例えば、本発明を限定するものではないが、酸化性酸は、濃ＨＣｌＯ4又は濃硫酸（Ｈ2ＳＯ4）中の１％〜２０％硝酸（ＨＮＯ3）の少なくとも１種を含有する。このプロセスで、親水性の官能化ダイヤモンド粒子を製造することができる。
【００４９】
官能化ダイヤモンド粒子は、ダイヤモンド上にほぼ完全単層の、すなわち約０．１×１０15ｃｍ-2〜約３×１０15ｃｍ-2の範囲の表面濃度にて、酸性基を含んでいてもよい。これらの官能化ダイヤモンド特性は、適当な分析方法、例えば赤外分光分析及び／又は塩基性滴定により測定することができる。
【００５０】
上記プロセスは次に、酸性ダイヤモンド表面と官能化部分とも言う共重合可能な分子との間に共有（化学）結合を形成する。これらの共有結合は、酸触媒によるエステル化又は塩基触媒によるアミド化により形成することができる。本発明の実施形態として共有結合を形成する反応例を下記式（１）〜（５）に示す。
【００５１】
【化２１】
【００５２】
或いは、共有結合を別の反応により生成することもできる。本発明の実施形態として共有結合を形成する別の反応例を下記式（６）〜（１０）に示す。
【００５３】
【化２２】
【００５４】
式（１）〜（１０）の反応それぞれにおいて、ｘは０〜約２０の整数である。ｘのこの値は、ダイヤモンド表面と重合性官能基、例えばフェノール基、ビニル基、ヒドロキシル基、アミド基及びアルデヒド基から選択される重合性官能基との間の距離が可変であることを見込んでいる。式（１）〜（１０）に記載した反応はレジンボンド母材中で高い結合強さを与える。
【００５５】
本発明はまた、水性酸又は塩基環境にて安定性の向上した官能化ダイヤモンドを提供する。通常、化学環境によっては、共有結合、例えばエステル及びアミド連結の形態の共有結合（これらに限らない）が不安定になることがある。かかる化学環境は、ダイヤモンド処理工程、例えば水性酸又は塩基環境での官能化ダイヤモンドの加熱時（これらに限らない）に出現する。水性酸又は塩基環境での安定性が向上した官能化ダイヤモンドでは、官能基がダイヤモンド表面に炭素−炭素、あらゆる型の炭素−酸素又は二級アミン型の炭素−窒素結合連結により結合されている。これらの官能基は以下の例示プロセスにより合成することができる。
【００５６】
或いはまた、ダイヤモンド粉体に塩素含有環境にて紫外線を照射する光化学反応により、塩素化工程を行うことができる。例えば、限定するわけではないが、高圧水銀アーク灯により紫外線を照射することができる。
【００５７】
まず最初、ダイヤモンド表面を水素化する。水素化工程は、ダイヤモンドを水素含有環境内で約７００℃〜約１２００℃の範囲の温度に加熱する工程を含む。水素化されたダイヤモンド表面を次に塩素化することができる。塩素化工程は、水素化ダイヤモンドをＣｌ2含有環境内で約１００℃〜約５００℃の範囲の温度に加熱する工程を含む。
【００５８】
水素化及び塩素化反応はそれぞれ下記の式（１１）及び（１２）で示される。
【００５９】
【化２３】
【００６０】
塩素化ダイヤモンドは水素含有分子と反応して、ダイヤモンド及びＨＣｌに結合された分子を生成し、特に水素原子が脂肪族炭化水素の水素原子より高反応性である場合にそうである。塩素化ダイヤモンドを室温で水蒸気にさらすことにより、ダイヤモンド表面に結合されたＯＨ基を生成することができる。
【００６１】
表面ビニル基から官能化ダイヤモンドを生成することができる。官能化ダイヤモンドに適当なビニル基は、塩素化ダイヤモンドをプロピレンと約１００℃〜約６００℃の範囲の温度で反応させることにより生成することができる。アリル系Ｃ−Ｈ結合は普通の脂肪族Ｃ−Ｈ結合より高反応性であるので、式（１３）のような反応が生起する。
【００６２】
【化２４】
【００６３】
或いはまた、塩素化ダイヤモンドとプロピレンとの反応は、ダイヤモンド粉体にプロピレン含有環境で紫外線を照射する光化学反応により行うことができる。
【００６４】
同様に、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドを形成するために、表面フェノール基をダイヤモンド上に生成することができる。官能化ダイヤモンド上の表面フェノール基は、塩素化ダイヤモンドをｐ−クレゾールと約１００℃〜約６００℃の範囲の温度で反応させることにより生成することができる。この反応が起こるのは、トルエン中のメチルＣ−Ｈ結合が通常芳香族Ｃ−Ｈ結合より弱いからであり、したがって、式（１４）に示すような反応が起こる。
【００６５】
【化２５】
【００６６】
或いはまた、塩素化ダイヤモンドとクレゾールとの反応は、ダイヤモンド粉体にクレゾール含有環境で紫外線を照射する光化学反応により行うことができる。
【００６７】
塩素化ダイヤモンドは、Ｃ−Ｈ結合と反応するより容易にＯ−Ｈ及びＮ−Ｈ結合と反応するので、これを適当なアルコール又はアミンと反応させることにより、本発明のビニル、フェノール、アルコール、アミド、アルデヒド及びエポキシド部分を形成することができる。
【００６８】
式（１５）〜（２０）にそれぞれ示すように、塩素化ダイヤモンドを多官能性アルコールと約０℃〜約６００℃の温度で反応させることにより、ビニル基、アルコール基、アミド基、アルデヒド基、フェノール基及びエポキシド基をダイヤモンド表面上に形成することができる。
【００６９】
【化２６】
【００７０】
或いはまた、式（２１）〜（２６）にそれぞれ示すように、塩素化ダイヤモンドを多官能性アミンと約０℃〜約６００℃の温度で反応させることにより、ビニル基、アルコール基、アミド基、アルデヒド基、フェノール基及びエポキシド基をダイヤモンド表面上に形成することができる。
【００７１】
【化２７】
【００７２】
式（１）〜（１０）及び（１３）〜（２６）の右側に記載された官能化ダイヤモンド表面は、フェノール樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群から選択される前駆物質と反応することができる。反応は、樹脂前駆物質の化学作用によるものである。したがって、本発明の実施形態にしたがって、共重合により化学的共有結合が官能基と樹脂との間に形成されると、ダイヤモンドはレジンボンド母材に結着される。
【００７３】
式（１）〜（１０）及び（１３）〜（２６）に記載した反応は、重合により樹脂をダイヤモンド表面に化学的に結着して複合研磨材を形成するのに適当である。類似の化学作用も使用できる。本発明の範囲内の反応に、式（１）〜（１０）及び（１３）〜（２６）の上記反応の組合せを用いることもできる。
【００７４】
官能化ダイヤモンド及び本発明の実施形態にしたがって官能化ダイヤモンドと共に複合研磨材を形成するレジンボンド母材は、種々の用途に使用することができる。官能化ダイヤモンド及び官能化ダイヤモンドを有するレジンボンド母材は、例えば研削工具（砥石）などのレジンボンド砥粒応用品の作成に使用することができる。これらの工具は寿命と性能が向上しているはずである。複合研磨材、例えばレジンボンド系などは、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンド、フィラー材料、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び銅（Ｃｕ）粉体、及び樹脂材料を含有する。
【００７５】
【実施例】
本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドを形成する方法の一例を以下に示す。以下に示す数値は近似値であり、また本発明を記述する用語は当業者が理解する通りの意味で使用する。この例示方法は本発明を限定すると解すべきではなく、例示のみを目的としたものである。
【００７６】
出発材料は、粒度０．７５〜１．２５μｍのダイヤモンド粉体とした。このダイヤモンド１００ｇを１０００ｍＬの濃Ｈ2ＳＯ4及び１００ｍＬの７０％ＨＮＯ3の沸騰混合物中で１時間反応させ、ダイヤモンド表面をカルボン酸基で官能化した。混合物を冷却したところ、ダイヤモンド粉体が懸濁液から沈降し、酸を分液した。次に、ダイヤモンドを２０００ｍＬの脱イオン化Ｈ2Ｏに懸濁することにより、ダイヤモンドを水洗した。１２〜２４時間の沈降時間後、洗浄水を流出した。この水洗工程を混合物のｐＨが７近くになるまで繰り返した。最後の洗浄を１０００ｍＬのアセトンで行った。ダイヤモンドが沈降したところで、アセトンを流出し、残りのダイヤモンド／アセトンスラリーを周囲条件下で乾燥させ、カルボン酸官能化生成物を得た。
【００７７】
表面をビニル基で官能化するために、上記のカルボン酸官能化生成物１０ｇを１００ｍＬ丸底フラスコに入れた。５０ｍＬのアセトンと１０ｍＬの５−ヘキセン−１−オールをフラスコに注入した。フラスコの頂部に還流コンデンサを取付け、混合物を水浴で加熱した。温度が５０℃に達したところで、５ｍＬの濃塩酸を還流コンデンサから添加した。混合物が７５℃で沸騰し始めるまで加熱を続けた。必要に応じて、フラスコを時々揺らしてダイヤモンドを懸濁させた。７５℃で３０分間還流した後、混合物を室温まで冷却し、反応液を流出させ、沈降ダイヤモンドから除いた。次にダイヤモンド生成物を１回７５ｍＬのアセトンに懸濁し、放置してダイヤモンドを沈降させ、次いでアセトンを流出させることにより、ダイヤモンド生成物を５回洗浄した。５回目の洗浄後、ダイヤモンド／アセトンスラリーを周囲条件下で乾燥させ、ビニル処理生成物を得た。
【００７８】
本発明の実施例としてのダイヤモンドの官能化を証明するために、サンプルに拡散反射赤外フーリエ変換分光分析（ＤＲＩＦＴＳ＝ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）試験を行った。感度を高くするために、当技術分野で周知のように、官能化ダイヤモンドを臭化カリウム（ＫＢｒ）粉体と混合した。スペクトル結果を図１に示す。ＫＢｒマトリックス中の水不純物の影響をなくすために、純粋な（ニートな）ダイヤモンド粉体サンプルの追加スペクトルを反射モードの赤外顕微鏡で測定した。これらの追加スペクトルを図２に示す。
【００７９】
試験から、未処理のダイヤモンド粉体において、大きなスペクトルピークが１７６０ｃｍ-1に現れ、当技術分野で周知のようにこれは表面＞Ｃ＝Ｏ基の伸縮モードに帰属する。別のスペクトルピークが未処理粉体では約１５００ｃｍ-1〜１０００ｃｍ-1の範囲の振動数に現れ、これらのピークは、やはり周知のように、Ｃ−Ｏ−Ｃエーテル基及びＣ−ＯＨヒドロキシル基と関連するＣ−Ｏモードの組合せに帰属する。約３０００ｃｍ-1〜３７００ｃｍ-1の範囲のブロードなスペクトルピーク（図１）は、主としてＫＢｒマトリックス中の物理吸着水によると考えられる。このピークはニートなダイヤモンド粉体の反射スペクトル（図２）では減少している。最後に約１９００ｃｍ-1〜２４００ｃｍ-1の範囲にある幾つかのスペクトルピークは、表面種によるのではなくダイヤモンド粉体におけるバルク吸収による。
【００８０】
ＨＮＯ3／Ｈ2ＳＯ4での処理後の粉体のスペクトルは、上記スペクトルと定性的に同様であるが、表面−ＣＯＯＨ基の濃度の上昇を示す差が現れている。＞Ｃ＝Ｏ伸縮モードは、強度が増加し、約１７８８ｃｍ-1にシフトしており、これは表面酸化度の上昇と一致している。約３０００ｃｍ-1〜３７００ｃｍ-1の範囲のブロードなピークはさらに大きく（図１）、またニートなダイヤモンド粉体の反射スペクトルでは顕著であり（図２）、表面ＣＯＯ−Ｈ伸縮モードを示している。表面−ＣＯＯＨ基の濃度はほぼ一つの単層である、すなわち約１．５〜２．０×１０15ｃｍ-2の範囲にあると考えられる。
【００８１】
酸処理ダイヤモンドを酸触媒エステル化条件下で５−ヘキセン−１−オールで処理した後、低振動数のスペクトル部分はほとんど変化しないが、Ｃ−Ｈ伸縮モードによる新しいピークが約２８００ｃｍ-1〜３１００ｃｍ-1の範囲に現れる。これらのピークは化学吸着−（ＣＨ2）4ＣＨ＝ＣＨ2種中のｓｐ3−混成ＣＨ2基によると考えられ、一方３０８０ｃｍ-1のピークは同じ種中のｓｐ2−混成ＣＨ＝ＣＨ2基による。ビニルＣＨ及び脂肪族ＣＨ2ピークの強度は約０．０４５で、水素原子の相対数について補正した後のダイヤモンド（１００）に化学吸着した−ＣＨ2−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ2−に観察される対応する比（０．１７）と略一致する。Ｃ＝Ｃ結合の配向は２つの場合で異なり、また分光分析モードも異なる（拡散反射対全内部反射）。したがって、赤外強度比の正確な一致は期待できない。スペクトルには新しいＣ−ＯＨモードは現れず、このことはＣＨモードがダイヤモンド粉体中の残留５−ヘキセン−１−オールではなく化学吸着種によることを示している。
【００８２】
さらに、反射スペクトル（図２）に示される通り、ＣＯＯ−Ｈピークの強度が大きく低下している。これらのスペクトル測定（図１及び図２）は、両者を合わせると、本発明の実施形態の通りに、酸処理後のダイヤモンド表面上の−ＣＯＯＨ基が５−ヘキセン−１−オールと反応して−ＣＯＯ（ＣＨ2）4ＣＨ＝ＣＨ2を形成していることを示している。ＣＯＯ−Ｈの強度が約２〜３倍減少していることは、単層の約１／２〜２／３の表面ビニル基の形成、或いは約０．８〜１．３×１０15ｃｍ-2の範囲の表面濃度を示唆している。
【００８３】
以上種々の実施形態を説明したが、以上の明細書から明らかなように、当業者であれば要素の様々な組合せ、変更や改良が可能であり、これらも本発明の範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドの臭化カリウム（ＫＢｒ）マトリックス中での拡散反射赤外フーリエ変換分光分析（ＤＲＩＦＴＳ）による１組のスペクトル図である。
【図２】 ＫＢｒマトリックス中の水不純物の影響を除くために反射モードの赤外顕微鏡で測定した純粋な（ニートな）ダイヤモンド粉体の１組の赤外スペクトル図である。
この出願は、発明者Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎ及びＭｃＨａｌｅによる米国特許仮出願第６０／１８８８７４号（２０００年３月１３日出願）の優先権を主張する。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、官能化ダイヤモンドに関する。特に樹脂での保持性の向上した官能化ダイヤモンドに関する。
【０００３】
【背景技術】
例えばメッシュ結晶やミクロン粉体などのダイヤモンドは、様々な分野で砥粒として使用できる。ダイヤモンドは、例えば研磨工具、砥粒加工機械、切削装置、研削工具（砥石）その他の類似の砥粒装置に用いられている。ダイヤモンドが砥粒用途に適切なのは、少なくとも一部には、硬いからである。最も硬い天然材料として知られるダイヤモンドは有用な砥粒特性を有するが、その様々な装置や環境への適用には制約がある。例えば、ダイヤモンドの用途はダイヤモンドの装置への保持性により限定される。多くの場合、装置の性能及び寿命がダイヤモンドの保持性により限定される。
【０００４】
通常ダイヤモンドは研磨目的には母材（マトリックス）に埋め込まれ、その母材は樹脂（レジン）を含有する。研磨装置は通常、ダイヤモンドを埋め込んだ母材が設けられた基材を含む。粒子と母材との結合強さは研磨装置にとって決定的な強度である。ダイヤモンドと関連する母材との結合強さを高めれば、両者間の保持性が増大するはずである。それにつれて、ダイヤモンドを埋め込んだ母材の設けられた研磨装置・工具の性能及び寿命が増大するはずである。
【０００５】
ダイヤモンドと関連する母材との結合強さを高めるために、ダイヤモンドの表面を変性することが提案されている。例えば、ダイヤモンド表面を官能化してダイヤモンドと母材との結合強さを高めることが提案されている。かかる官能化は、種々のポリマー状樹脂前駆物質に関するダイヤモンドの濡れ性を変性しようとしている。変性は、ダイヤモンドと関連する母材との物理的な相互作用結合強さを増加しようとしている。しかし、ダイヤモンドと関連する母材との物理的な相互作用力は化学結合により達成される相互作用力より弱い。さらに、関連する樹脂との強い共有結合を形成することのできる部分で官能化したダイヤモンドが研磨用途用に開発されていることは知られていない。
【０００６】
したがって、研磨用途に用いる複合研磨剤、官能化ダイヤモンド及びレジンボンド母材が必要とされている。さらに、かかる官能化ダイヤモンド及びレジンボンド母材に高強度の結合を付与する方法が必要とされている。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
【特許文献１】
米国特許第５，５９３，７８３号明細書
【非特許文献１】
ヨシノリ イケダ（Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ Ｉｋｅｄａ），タケヤス サイトウ（Ｔａｋｅｙａｓｕ Ｓａｉｔｏ），カツキ クサカベ（Ｋａｔｓｕｋｉ Ｋｕｓａｋａｂｅ），シゲハル モロオカ（Ｓｈｉｇｅｈａｒｕ Ｍｏｒｏｏｋａ），ヒデアキ マエダ（Ｈｉｒｏａｋｉ Ｍａｅｄａ），ユキ タニグチ（Ｙｕｋｉ Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ），及びユウゾウ フジワラ（Ｙｕｚｏ Ｆｕｊｉｗａｒａ），「有機溶媒中の反応によるダイヤモンド表面のハロゲン化とブチル化（Ｈａｌｏｇｅｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｔｙｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｂｙ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｖｅｎｔｓ）」，エレセヴィエア ダイヤモンドと関連物質（Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ，Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），１９９８年，第７巻，ｐ．８３０−８３４
【非特許文献２】
ジョン Ｂ．ミラー、及びダンカン Ｗ．ブラウン，「光化学的に修飾したダイヤモンドフィルムの特性（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍｓ）」、エレセヴィエア ダイヤモンドと関連化合物（Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ，Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），１９９５年，第４巻、ｐ．４３５−４４０
【非特許文献３】
Ｏ．セムチノバ（Ｏ．Ｓｅｍｃｈｉｎｏｖａ），Ｄ．ウフマン（Ｄ．Ｕｆｆｍａｎｎ），Ｈ．ネフ（Ｈ．Ｎｅｆｆ），及びＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ），「ダイヤモンドセラミックスに対する微結晶ダイヤモンド粉末の成長、調製、及び表面修飾（Ｇｒｏｗｔｈ， Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｐｏｗｄｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）」、エレセヴィエア 欧州セラミック会雑誌（Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｉｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ），１９９６年，第１６巻，ｐ．７５３−７５８
【非特許文献４】
ＭＴ ブリック（ＭＴ Ｂｒｙｋ），ＮＮ バグレイ（ＮＮ Ｂａｇｌｅｉ），ＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ），ＳＫ ゴルデブ（ＳＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ），ＡＦ バーバン（ＡＦ Ｂｕｒｂａｎ），及びＶＢ アレスコブスキ（ＶＢ Ａｌｅｓｋｏｖｓｋｉｉ），「オリゴマーと官能基を有するダイヤモンド粉末表面との間の反応（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｂｅｗｅｅｎ Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｉｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ）」、米国化学会誌（Ｊ．Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．），１９８４年，ｐ．７８２−７８５
【非特許文献５】
ＡＥ サイロ（ＡＥ Ｓｈｉｌｏ），ＶＡ シビデルスキ（ＶＡ Ｓｖｉｄｅｒｓｋｉｉ）、及びＥＡ パシュチェンコ（ＥＡ Ｐａｓｈｃｈｅｎｋｏ），「修飾された合成ダイヤモンドとエルバーの新油性特性（Ｏｌｅｏｐｈｉｌｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｄｉａｍｏｎｄｓ ａｎｄ Ｅｌｂｅｒ）」，ソバリン超硬質物質雑誌（Ｓｏｖ．Ｊ．Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ），１９８６年，第８巻，第２２号，ｐ．２７−３１
【非特許文献６】
ＦＢ ダニロバ（ＦＢ Ｄａｎｉｌｏｖａ）、ＡＥ ゴルブノバ（ＡＥ Ｇｏｒｂｕｎｏｖａ）、ＡＦ バーバン（ＡＦ Ｂｕｒｂａｎ）、ＳＫ ゴルデブ（ＳＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ）、及びＶＡ マンザー（ＶＡ Ｍａｎｚｈａｒ），「工具、粉末とペースト（Ｔｏｏｌｓ， Ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ Ｐａｓｔｅｓ）」，ソバリン超硬質物質雑誌（Ｓｏｖ．Ｊ． Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ），１９８９年，第１１巻，第５号，ｐ．４１−４５
【非特許文献７】
Ｒ．サポック（Ｒ．Ｓａｐｐｏｋ），及びＨＰ ボエム（ＨＰ Ｂｏｅｈｍ），「Ｃｈｅｍｉｅ Ｄｅｒ Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅ Ｄｅｓ Ｄｉａｍａｎｔｅｎ −−Ｉ．Ｂｃｎｅｔｓｕｎｇｓｗａｒｍｅｎ，Ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎｓｐｉｎｒｅｓｏｎａｎｚ Ｕｎｄ Ｉｎｆｒａｒｏｔｓｐｅｋｔｒｅｎ Ｄｅｒ Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎ−Ｈｙｄｒｉｄｅ，Ｈａｌｏｇｅｎｉｄｅ Ｕｎｄ Ｏｘｉｄｅ」，英国（Ｐｒｉｎｔｅｄ ｉｎ Ｇｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ），炭素 ペルガモンプレス（Ｃａｒｂｏｎ， Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ），１９６８年，第６巻，ｐ．２８３−２９５
【非特許文献８】
ＶＩ マカルスキー（ＶＩ．Ｍａｋａｌ’ｓｋｉｉ），ＶＦ ロクテフ（ＶＦ Ｌｏｋｔｅｖ），ＩＶ ストヤノーバ（ＩＶ Ｓｔｏｙａｎｏｖａ），ＡＳ クリンキン（ＡＳ Ｋｌｉｎｋｉｎ），ＧＳ リツボク（ＧＳ Ｌｉｔｖａｋ），ＥＭモロズ（ＥＭ Ｍｏｒｏｚ），及びＶＡ リクホロボフ（ＶＡ Ｌｉｋｈｏｌｏｂｏｖ），「超微細ダイヤモンドの表面修飾（Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄｓ）」，Ｖｌｉｙａｎｉｅ Ｋｈｉｍ． Ｆｉｚ−Ｋｈｉｍ．Ｖｏｚｄｅｉｓｔｖ．Ｓｖｏｉｓｔｖａ Ａｌｍａｚｏｖ，１９９０年，ｐ．４８−５４
【非特許文献９】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ），カズオ ヤマモト（Ｋａｚｕｏ Ｙａｍａｍｏｔｏ），モトヒコ イシイ（Ｍｏｔｏｈｉｋｏ Ｉｓｈｉｉ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｓｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），及びヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），「ダイヤモンド表面の気相酸化 拡散反射率フーリエ変換赤外線及び温度プログラム化された脱着スペクトルによる酸素中での研究（Ｖａｐｏｕｒ−Ｐｈａｓｅ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｉｎ Ｏ2 Ｓｔｕｄｉｅｄ Ｂｙ Ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｔｅｄ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎｓ．，１９９３年，第８９巻，第１９号，ｐ．３６３５−３６４０
【非特許文献１０】
リサ Ｍ．ストラック（Ｌｉｓａ Ｍ．Ｓｔｒｕｃｋ），及びマーク Ｐ．デエバリン（Ｍａｒｋ Ｐ．Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎ），「ダイヤモンドを用いた水素と水との相互作用（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｗｉｔｈ Ｄｉａｍｏｎｄ（１００）：Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ．，１９９３年７月／８月，第１１巻，第４号，ｐ．１９９２−１９９７
【非特許文献１１】
ＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ）、ＥＫ ゴルデブ（ＳＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ）、ＳＩ コルトソブ（ＳＩ Ｋｏｌ’ｔｓｏｖ）、ＶＢ アレスコブスキ（ＶＢ Ａｌｅｓｋｏｖｓｋｉｉ），「ダイヤモンド表面におけるハロゲン（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｈａｌｉｄｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ）」、（Ｚｈｕｒｎａｌ Ｐｒｉｋｌａｄｎｏｉ Ｋｈｉｍｉ）、１９７８年、第５１巻、第１１号、Ｐ．２４５１−２４５５
【非特許文献１２】
ＣＫ ゴルデブ（ＣＫ Ｇｏｒｄｅｅｖ），ＥＰ スミノブ（ＥＰ Ｓｍｉｒｎｏｖ），及びＶＢ アレスコブスキ（ＶＢ Ａｌｅｓｋｏｖｓｋｉｉ）、「ダイヤモンド表面の置換反応における官能基の相互影響（Ｍｕｔｕａｌ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ ｉｎ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ）」，Ｄｏｋｌａｄｙ Ａｋａｄｅｍｉｉ Ｎａｕｋ ＳＳＳＲ，１９８２年，第２６１巻，第１号，ｐ．６−８
【非特許文献１３】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ），カズオ ヤマモト（Ｋａｚｕｏ Ｙａｍａｍｏｔｏ），シゲル スエハラ（Ｓｈｉｇｅｒｕ Ｓｕｅｈａｒａ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｓｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），ヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），シンジ シモサキ（Ｓｈｉｎｊｉ Ｓｈｉｍｏｓａｋｉ），及びミッカ ニシタニ−ガモ（Ｍｉｋｋａ Ｎｉｓｈｉｔａｎｉ−Ｇａｍｏ），「ダイヤモンド表面における塩素と水素の相互作用（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｉｎｅ Ｗｉｔｈ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ）」，中国化学雑誌（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ），１９９５年，第４２巻，ｐ．２８５−２９２
【非特許文献１４】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ）、ミッカ ニシタニ−ガモ（Ｍｉｋｋａ Ｎｉｓｈｉｔａｎｉ−ｇａｍｏ），ロビン Ｅ．ローレス（Ｒｏｂｉｎ Ｅ．Ｒａｗｌｅｓ），カズオ ヤマモト（Ｋａｚｕｏ Ｙａｍａｍｏｔｏ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｓｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），ヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），「中間状態において塩素化表面を用いたダイヤモンド表面の化学修飾（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ ａｓ ａｎ Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｄ Ｓｔａｔｅ）」，エレセヴィエア ダイヤモンドと関連物質（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），１９９６年，第５巻，ｐ．１１３６−１１４２
【非特許文献１５】
トシヒロ アンドウ（Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ Ａｎｄｏ），モトヒロ イシイ（Ｍｏｔｏｈｉｒｏ Ｉｓｈｉｉ），ムツカズ カモ（Ｍｕｔｕｋａｚｕ Ｋａｍｏ），及びヨイチロウ サトウ（Ｙｏｉｃｈｉｒｏ Ｓａｔｏ），「拡散反射フーリエ変換赤外線によって研究されたダイヤモンド表面の熱水素化 温度プログラム化された脱着及びレーザーラマンスペクトル（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｓｔｕｄｉｅｄ Ｂｙ ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎｓ．，１９９３年，第８９巻，第１１号，ｐ．１７８３−１７８９
【非特許文献１６】
ＧＴ ワング（ＧＴ Ｗａｎｇ）、ＳＦ ベント（ＳＦ Ｂｅｎｔ）、ＪＮ ラッセル，ジュニア（ＪＮ Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｊｒ．）、ＪＥ バトラー（ＪＥ Ｂｕｔｌｅｒ）、及びＭＰ デエバリン（ＭＰ Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎ）、「ディールスアルダー化学によるダイヤモンドの官能基化（１００）（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ（１００） ｂｙ Ｄｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」，米国化学雑誌（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．），２０００年，第１２２巻，ｐ．７４４−７４５
【０００７】
【発明の概要】
本発明の１観点によれば、有機官能化部分を含有する官能化ダイヤモンドが提供される。有機官能化部分は、ビニル、アミド、アルコール、酸類、フェノール類、ヒドロキシル類及び脂肪族類及びこれらの混合物から選択される。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドが提供される。このダイヤモンドは、下記の反応により有機部分で官能化されている。
【０００９】
【化１２】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドが提供される。このダイヤモンドは、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００１２】
【化１３】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００１４】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドが提供される。このダイヤモンドは、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００１５】
【化１４】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００１７】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む複合研磨材が提供される。このダイヤモンドは下記の反応により有機部分で官能化されている。
【００１８】
【化１５】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２０】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む複合研磨材が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００２１】
【化１６】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２３】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む複合研磨材が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００２４】
【化１７】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２６】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む研磨工具が提供される。このダイヤモンドは下記の反応により有機部分で官能化されている。
【００２７】
【化１８】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００２９】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む研磨工具が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００３０】
【化１９】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００３２】
本発明のさらに他の観点によれば、有機部分で官能化されたダイヤモンドを含む研磨工具が提供される。このダイヤモンドは下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されている。
【００３３】
【化２０】
式中、ｘは０〜約２０の整数である。
【００３５】
本発明の上記及び他の観点、効果及び特徴は、添付の図面と関連した本発明の実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになるであろう。なお、図面中同様の部分には同じ符号を付してある。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態としての官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面を有機基（本明細書では「有機官能化部分」とも「有機部分」とも言う）で官能化してレジンボンド母材との化学結合強さを高めたものである。これらの有機基はレジンボンド母材と共重合可能である。したがって、本発明の実施形態としての官能化は、ダイヤモンド表面に、レジンボンド母材中での、例えば共有結合により達成される、高い結合強さを与える。共有結合は、例えば、Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ｏ、Ｃ−Ｎ、Ｃ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｏ及びＳｉ−Ｎ結合の１種以上とすることができるが、これらに限定されない。
【００３７】
さらに、本発明は、官能化表面を有するダイヤモンド（本明細書では「官能化ダイヤモンド」とも言う）とレジンボンド母材との接着性の向上した複合研磨材及び研磨工具を提供する。すなわち、本発明の実施形態としての複合研磨材は、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンド及びレジンボンド母材を含む。また、本発明の実施形態としての研磨工具は、官能化ダイヤモンド及び研磨用途用のレジンボンド母材を含む。
【００３８】
ここで用いる用語「レジンボンド母材」は、樹脂材料の母材（マトリックス）を含み、ここに、高い母材内ダイヤモンド保持性にて、１以上の官能化ダイヤモンドを導入することができる。さらに、用語「ダイヤモンド」は天然のダイヤモンド及び合成ダイヤモンドを包含するが、これらだけに限らない。また、用語「ダイヤモンド」はダイヤモンド結晶、ダイヤモンド粒子、ミクロンサイズのダイヤモンド粉体粒子の１以上を包含する。
【００３９】
複合研磨材において官能化ダイヤモンドとレジンボンド母材との間に形成される前記の結合は、代表的には共有結合を包含する。共有結合は、後述する共重合法により生成することができる。研磨用途、例えば複合研磨材などに用いる官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面が同表面上に配置された分子で覆われることにより官能化されたものである。これらの分子は母材中のレジンボンドと共重合できる。
【００４０】
本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドはフェノール基を含有することができる。フェノール基は、上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着される。フェノール基はフェノール−ホルムアルデヒド樹脂と共重合できる。
【００４１】
或いは、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドはビニル基を含有することができる。ビニル基は、上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着される。ビニル基は共重合中にビニル樹脂との縮合を起こしうる。
【００４２】
本発明の範囲内に入る他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面上にアルコール又はヒドロキシル基を含有する。アルコール基は、上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着され、直鎖状又は分岐状多酸及びポリオールと重合してポリエステル樹脂を形成することができる。
【００４３】
さらに他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、アミド基を含有することができ、そのアミド基は上述したような結合によりダイヤモンド表面に結着される。アミド基は、ホルムアルデヒド並びに尿素及びポリアミドの少なくとも１種と重合することができる。
【００４４】
さらに他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面にアルデヒド基を含有することができる。アルデヒド基はフェノール樹脂と共重合することができる。
【００４５】
本発明の範囲内に入るさらに他の実施形態の官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドの表面にエポキシド基を含有する。エポキシド基はエポキシ及びポリエーテル樹脂と共重合することができる。
【００４６】
大抵の場合にダイヤモンド表面の近くで起こる高度の立体障害のため、これらの官能基はダイヤモンド表面に種々の長さの炭化水素鎖により結合される。望ましくないことには、この立体障害は、レジンボンド母材分子との間に形成される結合の数を減らすおそれがある。
【００４７】
したがって、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドは、上述したような結合によりダイヤモンド表面に共有結合される有機部分を含有する。有機官能化部分は、ビニル、アミド、アルコール、フェノール、ヒドロキシル、アルデヒド及びエポキシド基及びこれらの混合物から選択される。
【００４８】
本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドの製造は種々の方法により行うことができる。本発明の１実施形態としての官能化ダイヤモンド製造方法は、官能化ダイヤモンド粒子の表面にほぼ単層濃度、すなわち約０．１×１０15ｃｍ-2〜約３×１０15ｃｍ-2の範囲の濃度のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を与える工程を含む。これらの官能化ダイヤモンドは、ダイヤモンドを強酸化性酸中で煮沸することにより製造することができる（用語「強」は後述する実施例に記載した酸の特性を示す）。例えば、本発明を限定するものではないが、酸化性酸は、濃ＨＣｌＯ4又は濃硫酸（Ｈ2ＳＯ4）中の１％〜２０％硝酸（ＨＮＯ3）の少なくとも１種を含有する。このプロセスで、親水性の官能化ダイヤモンド粒子を製造することができる。
【００４９】
官能化ダイヤモンド粒子は、ダイヤモンド上にほぼ完全単層の、すなわち約０．１×１０15ｃｍ-2〜約３×１０15ｃｍ-2の範囲の表面濃度にて、酸性基を含んでいてもよい。これらの官能化ダイヤモンド特性は、適当な分析方法、例えば赤外分光分析及び／又は塩基性滴定により測定することができる。
【００５０】
上記プロセスは次に、酸性ダイヤモンド表面と官能化部分とも言う共重合可能な分子との間に共有（化学）結合を形成する。これらの共有結合は、酸触媒によるエステル化又は塩基触媒によるアミド化により形成することができる。本発明の実施形態として共有結合を形成する反応例を下記式（１）〜（５）に示す。
【００５１】
【化２１】
或いは、共有結合を別の反応により生成することもできる。本発明の実施形態として共有結合を形成する別の反応例を下記式（６）〜（１０）に示す。
【００５３】
【化２２】
式（１）〜（１０）の反応それぞれにおいて、ｘは０〜約２０の整数である。ｘのこの値は、ダイヤモンド表面と重合性官能基、例えばフェノール基、ビニル基、ヒドロキシル基、アミド基及びアルデヒド基から選択される重合性官能基との間の距離が可変であることを見込んでいる。式（１）〜（１０）に記載した反応はレジンボンド母材中で高い結合強さを与える。
【００５５】
本発明はまた、水性酸又は塩基環境にて安定性の向上した官能化ダイヤモンドを提供する。通常、化学環境によっては、共有結合、例えばエステル及びアミド連結の形態の共有結合（これらに限らない）が不安定になることがある。かかる化学環境は、ダイヤモンド処理工程、例えば水性酸又は塩基環境での官能化ダイヤモンドの加熱時（これらに限らない）に出現する。水性酸又は塩基環境での安定性が向上した官能化ダイヤモンドでは、官能基がダイヤモンド表面に炭素−炭素、あらゆる型の炭素−酸素又は二級アミン型の炭素−窒素結合連結により結合されている。これらの官能基は以下の例示プロセスにより合成することができる。
【００５６】
或いはまた、ダイヤモンド粉体に塩素含有環境にて紫外線を照射する光化学反応により、塩素化工程を行うことができる。例えば、限定するわけではないが、高圧水銀アーク灯により紫外線を照射することができる。
【００５７】
まず最初、ダイヤモンド表面を水素化する。水素化工程は、ダイヤモンドを水素含有環境内で約７００℃〜約１２００℃の範囲の温度に加熱する工程を含む。水素化されたダイヤモンド表面を次に塩素化することができる。塩素化工程は、水素化ダイヤモンドをＣｌ2含有環境内で約１００℃〜約５００℃の範囲の温度に加熱する工程を含む。
【００５８】
水素化及び塩素化反応はそれぞれ下記の式（１１）及び（１２）で示される。
【００５９】
【化２３】
塩素化ダイヤモンドは水素含有分子と反応して、ダイヤモンド及びＨＣｌに結合された分子を生成し、特に水素原子が脂肪族炭化水素の水素原子より高反応性である場合にそうである。塩素化ダイヤモンドを室温で水蒸気にさらすことにより、ダイヤモンド表面に結合されたＯＨ基を生成することができる。
【００６１】
表面ビニル基から官能化ダイヤモンドを生成することができる。官能化ダイヤモンドに適当なビニル基は、塩素化ダイヤモンドをプロピレンと約１００℃〜約６００℃の範囲の温度で反応させることにより生成することができる。アリル系Ｃ−Ｈ結合は普通の脂肪族Ｃ−Ｈ結合より高反応性であるので、式（１３）のような反応が生起する。
【００６２】
【化２４】
或いはまた、塩素化ダイヤモンドとプロピレンとの反応は、ダイヤモンド粉体にプロピレン含有環境で紫外線を照射する光化学反応により行うことができる。
【００６４】
同様に、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドを形成するために、表面フェノール基をダイヤモンド上に生成することができる。官能化ダイヤモンド上の表面フェノール基は、塩素化ダイヤモンドをｐ−クレゾールと約１００℃〜約６００℃の範囲の温度で反応させることにより生成することができる。この反応が起こるのは、トルエン中のメチルＣ−Ｈ結合が通常芳香族Ｃ−Ｈ結合より弱いからであり、したがって、式（１４）に示すような反応が起こる。
【００６５】
【化２５】
或いはまた、塩素化ダイヤモンドとクレゾールとの反応は、ダイヤモンド粉体にクレゾール含有環境で紫外線を照射する光化学反応により行うことができる。
【００６７】
塩素化ダイヤモンドは、Ｃ−Ｈ結合と反応するより容易にＯ−Ｈ及びＮ−Ｈ結合と反応するので、これを適当なアルコール又はアミンと反応させることにより、本発明のビニル、フェノール、アルコール、アミド、アルデヒド及びエポキシド部分を形成することができる。
【００６８】
式（１５）〜（２０）にそれぞれ示すように、塩素化ダイヤモンドを多官能性アルコールと約０℃〜約６００℃の温度で反応させることにより、ビニル基、アルコール基、アミド基、アルデヒド基、フェノール基及びエポキシド基をダイヤモンド表面上に形成することができる。
【００６９】
【化２６】
或いはまた、式（２１）〜（２６）にそれぞれ示すように、塩素化ダイヤモンドを多官能性アミンと約０℃〜約６００℃の温度で反応させることにより、ビニル基、アルコール基、アミド基、アルデヒド基、フェノール基及びエポキシド基をダイヤモンド表面上に形成することができる。
【００７１】
【化２７】
式（１）〜（１０）及び（１３）〜（２６）の右側に記載された官能化ダイヤモンド表面は、フェノール樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群から選択される前駆物質と反応することができる。反応は、樹脂前駆物質の化学作用によるものである。したがって、本発明の実施形態にしたがって、共重合により化学的共有結合が官能基と樹脂との間に形成されると、ダイヤモンドはレジンボンド母材に結着される。
【００７３】
式（１）〜（１０）及び（１３）〜（２６）に記載した反応は、重合により樹脂をダイヤモンド表面に化学的に結着して複合研磨材を形成するのに適当である。類似の化学作用も使用できる。本発明の範囲内の反応に、式（１）〜（１０）及び（１３）〜（２６）の上記反応の組合せを用いることもできる。
【００７４】
官能化ダイヤモンド及び本発明の実施形態にしたがって官能化ダイヤモンドと共に複合研磨材を形成するレジンボンド母材は、種々の用途に使用することができる。官能化ダイヤモンド及び官能化ダイヤモンドを有するレジンボンド母材は、例えば研削工具（砥石）などのレジンボンド砥粒応用品の作成に使用することができる。これらの工具は寿命と性能が向上しているはずである。複合研磨材、例えばレジンボンド系などは、本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンド、フィラー材料、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び銅（Ｃｕ）粉体、及び樹脂材料を含有する。
【００７５】
【実施例】
本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドを形成する方法の一例を以下に示す。以下に示す数値は近似値であり、また本発明を記述する用語は当業者が理解する通りの意味で使用する。この例示方法は本発明を限定すると解すべきではなく、例示のみを目的としたものである。
【００７６】
出発材料は、粒度０．７５〜１．２５μｍのダイヤモンド粉体とした。このダイヤモンド１００ｇを１０００ｍＬの濃Ｈ2ＳＯ4及び１００ｍＬの７０％ＨＮＯ3の沸騰混合物中で１時間反応させ、ダイヤモンド表面をカルボン酸基で官能化した。混合物を冷却したところ、ダイヤモンド粉体が懸濁液から沈降し、酸を分液した。次に、ダイヤモンドを２０００ｍＬの脱イオン化Ｈ2Ｏに懸濁することにより、ダイヤモンドを水洗した。１２〜２４時間の沈降時間後、洗浄水を流出した。この水洗工程を混合物のｐＨが７近くになるまで繰り返した。最後の洗浄を１０００ｍＬのアセトンで行った。ダイヤモンドが沈降したところで、アセトンを流出し、残りのダイヤモンド／アセトンスラリーを周囲条件下で乾燥させ、カルボン酸官能化生成物を得た。
【００７７】
表面をビニル基で官能化するために、上記のカルボン酸官能化生成物１０ｇを１００ｍＬ丸底フラスコに入れた。５０ｍＬのアセトンと１０ｍＬの５−ヘキセン−１−オールをフラスコに注入した。フラスコの頂部に還流コンデンサを取付け、混合物を水浴で加熱した。温度が５０℃に達したところで、５ｍＬの濃塩酸を還流コンデンサから添加した。混合物が７５℃で沸騰し始めるまで加熱を続けた。必要に応じて、フラスコを時々揺らしてダイヤモンドを懸濁させた。７５℃で３０分間還流した後、混合物を室温まで冷却し、反応液を流出させ、沈降ダイヤモンドから除いた。次にダイヤモンド生成物を１回７５ｍＬのアセトンに懸濁し、放置してダイヤモンドを沈降させ、次いでアセトンを流出させることにより、ダイヤモンド生成物を５回洗浄した。５回目の洗浄後、ダイヤモンド／アセトンスラリーを周囲条件下で乾燥させ、ビニル処理生成物を得た。
【００７８】
本発明の実施例としてのダイヤモンドの官能化を証明するために、サンプルに拡散反射赤外フーリエ変換分光分析（ＤＲＩＦＴＳ＝ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）試験を行った。感度を高くするために、当技術分野で周知のように、官能化ダイヤモンドを臭化カリウム（ＫＢｒ）粉体と混合した。スペクトル結果を図１に示す。ＫＢｒマトリックス中の水不純物の影響をなくすために、純粋な（ニートな）ダイヤモンド粉体サンプルの追加スペクトルを反射モードの赤外顕微鏡で測定した。これらの追加スペクトルを図２に示す。
【００７９】
試験から、未処理のダイヤモンド粉体において、大きなスペクトルピークが１７６０ｃｍ-1に現れ、当技術分野で周知のようにこれは表面＞Ｃ＝Ｏ基の伸縮モードに帰属する。別のスペクトルピークが未処理粉体では約１５００ｃｍ-1〜１０００ｃｍ-1の範囲の振動数に現れ、これらのピークは、やはり周知のように、Ｃ−Ｏ−Ｃエーテル基及びＣ−ＯＨヒドロキシル基と関連するＣ−Ｏモードの組合せに帰属する。約３０００ｃｍ-1〜３７００ｃｍ-1の範囲のブロードなスペクトルピーク（図１）は、主としてＫＢｒマトリックス中の物理吸着水によると考えられる。このピークはニートなダイヤモンド粉体の反射スペクトル（図２）では減少している。最後に約１９００ｃｍ-1〜２４００ｃｍ-1の範囲にある幾つかのスペクトルピークは、表面種によるのではなくダイヤモンド粉体におけるバルク吸収による。
【００８０】
ＨＮＯ3／Ｈ2ＳＯ4での処理後の粉体のスペクトルは、上記スペクトルと定性的に同様であるが、表面−ＣＯＯＨ基の濃度の上昇を示す差が現れている。＞Ｃ＝Ｏ伸縮モードは、強度が増加し、約１７８８ｃｍ-1にシフトしており、これは表面酸化度の上昇と一致している。約３０００ｃｍ-1〜３７００ｃｍ-1の範囲のブロードなピークはさらに大きく（図１）、またニートなダイヤモンド粉体の反射スペクトルでは顕著であり（図２）、表面ＣＯＯ−Ｈ伸縮モードを示している。表面−ＣＯＯＨ基の濃度はほぼ一つの単層である、すなわち約１．５〜２．０×１０15ｃｍ-2の範囲にあると考えられる。
【００８１】
酸処理ダイヤモンドを酸触媒エステル化条件下で５−ヘキセン−１−オールで処理した後、低振動数のスペクトル部分はほとんど変化しないが、Ｃ−Ｈ伸縮モードによる新しいピークが約２８００ｃｍ-1〜３１００ｃｍ-1の範囲に現れる。これらのピークは化学吸着−（ＣＨ2）4ＣＨ＝ＣＨ2種中のｓｐ3−混成ＣＨ2基によると考えられ、一方３０８０ｃｍ-1のピークは同じ種中のｓｐ2−混成ＣＨ＝ＣＨ2基による。ビニルＣＨ及び脂肪族ＣＨ2ピークの強度は約０．０４５で、水素原子の相対数について補正した後のダイヤモンド（１００）に化学吸着した−ＣＨ2−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ2−に観察される対応する比（０．１７）と略一致する。Ｃ＝Ｃ結合の配向は２つの場合で異なり、また分光分析モードも異なる（拡散反射対全内部反射）。したがって、赤外強度比の正確な一致は期待できない。スペクトルには新しいＣ−ＯＨモードは現れず、このことはＣＨモードがダイヤモンド粉体中の残留５−ヘキセン−１−オールではなく化学吸着種によることを示している。
【００８２】
さらに、反射スペクトル（図２）に示される通り、ＣＯＯ−Ｈピークの強度が大きく低下している。これらのスペクトル測定（図１及び図２）は、両者を合わせると、本発明の実施形態の通りに、酸処理後のダイヤモンド表面上の−ＣＯＯＨ基が５−ヘキセン−１−オールと反応して−ＣＯＯ（ＣＨ2）4ＣＨ＝ＣＨ2を形成していることを示している。ＣＯＯ−Ｈの強度が約２〜３倍減少していることは、単層の約１／２〜２／３の表面ビニル基の形成、或いは約０．８〜１．３×１０15ｃｍ-2の範囲の表面濃度を示唆している。
【００８３】
以上種々の実施形態を説明したが、以上の明細書から明らかなように、当業者であれば要素の様々な組合せ、変更や改良が可能であり、これらも本発明の範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態としての官能化ダイヤモンドの臭化カリウム（ＫＢｒ）マトリックス中での拡散反射赤外フーリエ変換分光分析（ＤＲＩＦＴＳ）による１組のスペクトル図である。
【図２】 ＫＢｒマトリックス中の水不純物の影響を除くために反射モードの赤外顕微鏡で測定した純粋な（ニートな）ダイヤモンド粉体の１組の赤外スペクトル図である。
Claims (16)
- 有機部分で官能化されたダイヤモンドであって、下記の反応により有機部分で官能化されたダイヤモンド。
- 有機部分で官能化されたダイヤモンドであって、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されたダイヤモンド。
- 有機部分で官能化されたダイヤモンドであって、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化されたダイヤモンド。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する複合研磨材であって、前記官能化ダイヤモンドがビニル、アミド、アルコール、アミド、フェノール、アルデヒド及びエポキシド基及びこれらの混合物のいずれか１種以上から選択される有機部分を含有する、複合研磨材。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する複合研磨材であって、前記ダイヤモンドが下記の反応により有機部分で官能化された、複合研磨材。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する複合研磨材であって、前記ダイヤモンドが下記のいずれかの反応により有機部分で官能化された、複合研磨材。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する複合研磨材であって、前記ダイヤモンドが下記のいずれかの反応により有機部分で官能化された、複合研磨材。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する工具であって、前記官能化ダイヤモンドがビニル、アミド、アルコール、アミド、フェノール、アルデヒド及びエポキシド基及びこれらの混合物のいずれか１種以上から選択される有機部分を含有する、研磨用工具。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する工具であって、前記ダイヤモンドが下記の反応により有機部分で官能化された、研磨用工具。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する工具であって、前記ダイヤモンドが下記のいずれかの反応により有機部分で官能化された、研磨用工具。
- レジンボンド母材内に１以上の官能化ダイヤモンドを含有する工具であって、前記ダイヤモ
ンドが下記：
- ダイヤモンドの表面に有機部分を付与する工程を含むダイヤモンドの官能化方法であって、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化する工程を含む、ダイヤモンドの官能化方法。
- ダイヤモンドの表面に有機部分を付与する工程を含むダイヤモンドの官能化方法であって、下記のいずれかの反応により有機部分で官能化する工程を含む、ダイヤモンドの官能化方法。
- 官能化ダイヤモンドであって、この官能化ダイヤモンドが有機官能化部分を含有し、有機官能化部分がビニル、アミド、アルコール、酸類、フェノール類、ヒドロキシル、カルボキシル、アルデヒド及び脂肪族類及びこれらの混合物から選択される、官能化ダイヤモンド１以上、レジンボンド母材、及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び銅（Ｃｕ）のいずれか１種以上から選択されるフィラー材料を含有する複合研磨材。
- １以上のダイヤモンドを含有し、このダイヤモンドが有機部分を含有し、有機部分がビニル、アミド、アルコール、アミド、フェノール、アルデヒド及びエポキシド基及びこれらの混合物のいずれか１種以上から選択される、複合研磨材。
- １以上のダイヤモンドを含有し、このダイヤモンドが有機部分を含有し、有機部分がビニル、アミド、アルコール、アミド、フェノール、アルデヒド及びエポキシド基及びこれらの混合物のいずれか１種以上から選択される、研磨工具。
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