JP5261687B2 - Abrasive machining tool and coated abrasive - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば脆性材料（石英ガラス、セラミックス、超硬等）からなる被加工物に対して砥粒加工を行う際に用いられる砥粒加工用工具、及び砥粒加工用工具の構成要素として用いられる被覆砥粒に関する。 The present invention is an abrasive processing tool used when abrasive processing is performed on a workpiece made of, for example, a brittle material (quartz glass, ceramics, cemented carbide, etc.), and a component of the abrasive processing tool. It relates to the coated abrasive used.
一般に、研削砥石、研磨砥石、固定砥粒ワイヤソー等の砥粒加工用工具においては、加工面側（表面側）に多数の砥粒をボンド材で結合してなる砥粒層が形成されており、砥粒加工用工具の工具寿命、及び砥粒加工用工具の研削比等の砥粒加工性能を向上させるには、砥粒層の砥粒保持力（換言すれば、ボンド材の砥粒保持力）を高めて、砥粒の脱落を抑える必要がある。そのため、ボンド材に強化フィラー等を混入させて、ボンド材の機械的強度を高めたり（特許文献１参照）、また、砥粒の表面に金属被覆を形成して、砥粒とボンド材との密着性を高めたり（特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）、することによって、砥粒層の砥粒保持力を高める対策がなされている。
しかしながら、ボンド材に強化フィラーを混入させる手法をとった場合には、ボンド材の機械的強度を全体的に強化することができるものの、砥粒層の砥粒保持力に大きな影響を与える砥粒周辺部のボンド材の機械的強度を選択的に強化することができない。また、砥粒の表面に金属被覆を形成する手法をとった場合には、金属被膜を介して砥粒とボンド材との密着性を高めることができるものの、砥粒周辺部のボンド材の機械的強度を選択的に強化することができない。そのため、砥粒層の砥粒保持力を十分に高めることができず、砥粒加工中に砥粒の離脱を招き易く、砥粒加工用工具の工具寿命及び砥粒加工性能を向上させることは容易ではないという問題がある。 However, when a method of mixing a reinforcing filler into the bond material is adopted, the mechanical strength of the bond material can be strengthened as a whole, but the abrasive grains that have a large effect on the abrasive retention of the abrasive layer The mechanical strength of the peripheral bond material cannot be selectively enhanced. In addition, when the technique of forming a metal coating on the surface of the abrasive grains is adopted, the adhesion between the abrasive grains and the bond material can be improved through the metal coating, but the bonding material machine around the abrasive grains is used. It is not possible to selectively strengthen the mechanical strength. Therefore, it is not possible to sufficiently increase the abrasive holding power of the abrasive layer, easily causing the detachment of the abrasive during the abrasive processing, and improving the tool life and the abrasive processing performance of the abrasive processing tool There is a problem that it is not easy.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の砥粒加工用工具及び被覆砥粒を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the tool for abrasive processing of a novel structure and coated abrasive which can solve the above-mentioned problem.
本発明の第１の特徴（請求項１に記載の発明の特徴）は、被加工物に対して砥粒加工を行う際に用いられ、加工面側（表面側）に多数の被覆砥粒をボンド材で結合してなる砥粒層が形成された砥粒加工用工具において、前記被覆砥粒は、砥粒と、前記砥粒の表面に包み込むように形成され、単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブの自己凝集力によって絡み合うように構成されたカーボンナノチューブ被覆と、を備えたことを要旨とする。 The first feature of the present invention (the feature of the invention described in claim 1) is used when abrasive processing is performed on a workpiece, and a large number of coated abrasive particles are provided on the processing surface side (surface side). In an abrasive processing tool in which an abrasive layer formed by bonding with a bond material is formed, the coated abrasive is formed so as to wrap around the abrasive and the surface of the abrasive, and is a single-walled carbon nanotube or a multilayered carbon. And a carbon nanotube coating configured to be entangled by the self-aggregation force of the nanotube.
ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、砥粒加工とは、研削加工、研磨加工、切断加工等を含む意であって、前記砥粒加工用工具とは、研削砥石、研磨砥石、固定砥粒ワイヤソー等を含む意である。 Here, in the specification and claims of the present application, the term “abrasive processing” includes grinding processing, polishing processing, cutting processing, and the like, and the above-mentioned abrasive processing tools include grinding wheels and polishing wheels. Including the fixed abrasive wire saw.
第１の特徴によると、前記砥粒の表面に前記カーボンナノチューブ被覆が包み込むように形成され、前記カーボンナノチューブ被覆は機械的強度に優れた前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの自己凝集力によって絡み合うように構成されているため、前記砥粒周辺部の前記ボンド材の機械的強度を選択的に強化して、前記砥粒層の砥粒保持力（換言すれば、前記ボンド材の砥粒保持力）を十分に高めることができる。 According to the first feature, the carbon nanotube coating is formed so as to wrap around the surface of the abrasive grains, and the carbon nanotube coating is formed by the self-aggregation force of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube excellent in mechanical strength. Since it is configured to be intertwined, the mechanical strength of the bond material around the abrasive grains is selectively strengthened, and the abrasive retention force of the abrasive layer (in other words, the abrasive grains of the bond material) (Holding force) can be sufficiently increased.
本発明の第２の特徴（請求項２に記載の発明の特徴）は、第１の特徴に加えて、前記砥粒は、表面側に官能基Ｘを有し、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブは、表面側に前記砥粒の前記官能基Ｘと化学結合する官能基Ｙを有していることを要旨とする。 According to a second feature of the present invention (a feature of the invention described in claim 2), in addition to the first feature, the abrasive grains have a functional group X on the surface side, and the single-walled carbon nanotube or the The gist of the multi-walled carbon nanotube is that it has a functional group Y chemically bonded to the functional group X of the abrasive grains on the surface side.
第２の特徴によると、前記砥粒の前記官能基Ｘと前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの前記官能基Ｙが化学結合することによって、前記カーボンナノチューブ被覆を前記砥粒に強固に密着させて、前記砥粒周辺部の前記ボンド材の機械的強度を選択的により強化して、前記砥粒層の砥粒保持力をより十分に高めることができる。 According to the second feature, the functional group X of the abrasive grain and the functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube are chemically bonded, so that the carbon nanotube coating is firmly attached to the abrasive grain. Thus, the mechanical strength of the bond material in the peripheral part of the abrasive grains can be selectively strengthened, and the abrasive grain holding power of the abrasive grain layer can be sufficiently increased.
本発明の第３の特徴（請求項３に記載の発明の特徴）は、第２の特徴に加えて、前記砥粒の前記官能基Ｘは、前記砥粒の表面の原子又は分子と前記官能基Ｘを有する分子を化学吸着により置換することによって導入され、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの前記官能基Ｙは、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの表面の欠陥部の原子又は分子と前記官能基Ｙを有する分子を化学吸着により置換することによって導入されたこと要旨とする。 According to a third feature of the present invention (a feature of the invention described in claim 3), in addition to the second feature, the functional group X of the abrasive grain includes atoms or molecules on the surface of the abrasive grain and the functional group. The functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube is introduced by substituting the molecule having the group X by chemical adsorption, and the functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube Alternatively, the gist is introduced by replacing the molecule and the molecule having the functional group Y by chemical adsorption.
本発明の第４の特徴（請求項４に記載の発明の特徴）は、第１の特徴から第３の特徴のうちのいずれかの特徴に加えて、前記砥粒層の表面側の前記砥粒が露出するようになっていることを要旨とする。 According to a fourth feature of the present invention (a feature of the invention described in claim 4), in addition to any one of the first to third features, the abrasive on the surface side of the abrasive grain layer is provided. The gist is that the grains are exposed.
本発明の第５の特徴（請求項５に記載の発明の特徴）は、砥粒加工用工具の構成要素として用いられる被覆砥粒において、砥粒と、前記砥粒の表面に絡み合った状態で包み込むように形成され、単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブの自己凝集力によって構成されたカーボンナノチューブ被覆と、を備えたことを要旨とする。 A fifth feature of the present invention (feature of the invention described in claim 5) is a coated abrasive used as a constituent element of an abrasive machining tool in a state where the abrasive is entangled with the surface of the abrasive. And a carbon nanotube coating formed by wrapping and configured by the self-aggregation force of single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
第５の特徴によると、前記砥粒の表面に前記カーボンナノチューブ被覆が包み込むように形成され、前記カーボンナノチューブ被覆は機械的強度に優れた前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの自己凝集力によって絡み合うように構成されているため、前記砥粒加工用工具における砥粒周辺部のボンド材の機械的強度を選択的に強化して、前記砥粒層の砥粒保持力を十分に高めることができる。 According to a fifth feature, the carbon nanotube coating is formed so as to wrap around the surface of the abrasive grains, and the carbon nanotube coating is formed by the self-aggregation force of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube excellent in mechanical strength. Since it is configured to be intertwined, the mechanical strength of the bond material around the abrasive grains in the abrasive machining tool can be selectively strengthened to sufficiently increase the abrasive grain retention of the abrasive layer. it can.
本発明の第６の特徴（請求項６に記載の発明の特徴）は、第５の特徴に加えて、前記砥粒は、表面側に官能基Ｘを有し、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブは、表面側に前記砥粒の前記官能基Ｘと化学結合する官能基Ｙを有していることを要旨とする。 According to a sixth feature of the present invention (the feature of the invention described in claim 6), in addition to the fifth feature, the abrasive grains have a functional group X on the surface side, and the single-walled carbon nanotube or the The gist of the multi-walled carbon nanotube is that it has a functional group Y chemically bonded to the functional group X of the abrasive grains on the surface side.
第６の特徴によると、前記砥粒の前記官能基Ｘと前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの前記官能基Ｙが化学結合することによって、前記カーボンナノチューブ被覆を前記砥粒に強固に密着させて、前記砥粒周辺部の前記ボンド材の機械的強度を選択的により強化して、前記砥粒層の砥粒保持力をより十分に高めることができる。 According to the sixth feature, the functional group X of the abrasive grain and the functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube are chemically bonded, so that the carbon nanotube coating is firmly adhered to the abrasive grain. Thus, the mechanical strength of the bond material in the peripheral part of the abrasive grains can be selectively strengthened, and the abrasive grain holding power of the abrasive grain layer can be sufficiently increased.
本発明の第７の特徴（請求項７に記載の発明の特徴）は、第６の特徴に加えて、前記砥粒の前記官能基Ｘは、前記砥粒の表面の原子又は分子と前記官能基Ｘを有する分子を化学吸着により置換することによって導入され、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの前記官能基Ｙは、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの表面の欠陥部の原子又は分子と前記官能基Ｙを有する分子を化学吸着により置換することによって導入されたこと要旨とする。 In addition to the sixth feature, the seventh feature of the present invention (the feature of the invention described in claim 7) is that the functional group X of the abrasive grains includes atoms or molecules on the surface of the abrasive grains and the functional groups. The functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube is introduced by substituting the molecule having the group X by chemical adsorption, and the functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube Alternatively, the gist is introduced by replacing the molecule and the molecule having the functional group Y by chemical adsorption.
本発明によれば、前記砥粒周辺部の前記ボンド材の機械的強度を選択的に強化して、前記砥粒層の砥粒保持力を十分に高めることができるため、砥粒加工中の前記被覆砥粒の脱落を抑えて、前記砥粒加工用工具の工具寿命及び砥粒加工性能を容易に向上させることができる。 According to the present invention, the mechanical strength of the bond material around the abrasive grains can be selectively strengthened to sufficiently increase the abrasive retention force of the abrasive layer. The falling of the coated abrasive grains can be suppressed, and the tool life and the abrasive performance of the abrasive processing tool can be easily improved.
本発明の実施形態について図１（ａ）（ｂ）から図９を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b) to FIG.
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る軸付き電着研削砥石の断面図、図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る軸付き電着研削砥石を先端からみた図、図２は、単層の砥粒層を示す部分断面図、図３は、多層の砥粒層を示す部分断面図、図４は、気孔を内包した多層の砥粒層を示す部分断面図、図５は、本発明の実施形態に係る被覆砥粒を示す図、図６は、多層カーボンナノチューブと砥粒との化学結合例を示す図、図７は、本発明の実施形態に係る別態様の被覆砥粒を示す図、図８及び図９は、砥粒層の表面側の砥粒を露出した状態を示す部分断面図、図１０は、本発明の実施形態に係る被覆砥粒の製造例を示す図である。 FIG. 1A is a cross-sectional view of an electrodeposited grinding wheel with a shaft according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a view of the electrodeposition grinding wheel with a shaft according to an embodiment of the present invention as viewed from the tip. 2 is a partial cross-sectional view showing a single abrasive layer, FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a multi-layer abrasive layer, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a multi-layer abrasive layer containing pores, FIG. 5 is a view showing coated abrasive grains according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a view showing an example of chemical bonding between multi-walled carbon nanotubes and abrasive grains, and FIG. 7 is another aspect according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 and FIG. 9 are partial cross-sectional views showing a state in which the abrasive grains on the surface side of the abrasive grain layer are exposed, and FIG. 10 shows the production of the coated abrasive grains according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example.
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の実施形態に係る軸付き電着研削砥石１は、例えば脆性材料（石英ガラス、セラミックス、超硬等）からなる被加工物（図示省略）に対して研削加工（砥粒加工の一例）を行う際に用いられるものである。また、軸付き電着研削砥石１は、台金３を備えており、この台金３は、加工機の主軸（図示省略）に取付可能なシャンク部（軸部）５と、このシャンク部５の先端側に一体に形成された砥粒取付部７とからなる。 As shown in FIGS. 1A and 1B, a shafted electrodeposition grinding wheel 1 according to an embodiment of the present invention is a workpiece (not shown) made of, for example, a brittle material (quartz glass, ceramics, carbide, etc.). ) Is used for grinding (an example of abrasive processing). Moreover, the electrodeposited grinding wheel 1 with a shaft includes a base metal 3, and the base metal 3 includes a shank portion (shaft portion) 5 that can be attached to a main shaft (not shown) of the processing machine, and the shank portion 5. And an abrasive grain mounting portion 7 integrally formed on the tip end side of the.
台金３の砥粒取付部７の加工面側（周面側及び先端面側）には、砥粒層９が形成されており、この砥粒層９は、多数の被覆砥粒１１をニッケル電着ボンド材等の電着ボンド材１３で結合してなるものである。ここで、電着ボンド材１３の代わりに、レジンボンド材、ビトリファイドボンド材、又はメタルボンド材等を用いても構わない。 An abrasive grain layer 9 is formed on the processing surface side (peripheral surface side and front end face side) of the abrasive grain mounting portion 7 of the base metal 3, and this abrasive grain layer 9 is composed of many coated abrasive grains 11 made of nickel. It is formed by bonding with an electrodeposition bond material 13 such as an electrodeposition bond material. Here, a resin bond material, a vitrified bond material, a metal bond material, or the like may be used instead of the electrodeposition bond material 13.
砥粒層９は、単層（図２参照）又は多層（図３及び図４参照）のいずれであっても構わない。更に、砥粒層９が多層の場合にあっては、例えば電着ボンド材１３に中空ビーズを混入させることにより、砥粒層９が多数の気孔１５を内包するようにしても構わない（図４参照）。 The abrasive grain layer 9 may be either a single layer (see FIG. 2) or a multilayer (see FIGS. 3 and 4). Further, when the abrasive grain layer 9 is a multilayer, for example, the abrasive grain layer 9 may contain a large number of pores 15 by mixing hollow beads into the electrodeposition bond material 13 (see FIG. 4).
続いて、本発明の実施形態の要部である被覆砥粒１１の具体的な構成について説明する。 Then, the specific structure of the coated abrasive grain 11 which is the principal part of embodiment of this invention is demonstrated.
図５及び図６に示すように、本発明の実施形態に係る被覆砥粒１１は、砥粒１７を備えており、この砥粒１７は、人造ダイヤモンドからなるものであるが、天然ダイヤモンド又はｃＢＮ等からなるものであってもよい。また、砥粒１７は、表面側に、官能基Ｘとしてのアミノ基１９を有しており、砥粒１７のアミノ基（官能基Ｘ）１９は、砥粒１７の表面の原子（原子層を含む）又は分子（分子層を含む）とアミノ基を有する分子の化学吸着により置換することによって導入されるものである。 As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the coated abrasive grain 11 according to the embodiment of the present invention includes an abrasive grain 17, and the abrasive grain 17 is made of artificial diamond, but natural diamond or cBN. Or the like. Further, the abrasive grain 17 has an amino group 19 as a functional group X on the surface side, and the amino group (functional group X) 19 of the abrasive grain 17 is an atom (atomic layer on the surface of the abrasive grain 17). Or a molecule (including a molecular layer) and a molecule having an amino group are substituted by chemical adsorption.
ここで、砥粒１７の表面の原子又は分子とアミノ基（官能基Ｘ）を有する分子を化学吸着により置換する場合（例えば、アミノ基を有するシランカップリング剤を用いたシランカップリング処理、又はラジカルカップリング反応を用いた処理等を施した場合）には、砥粒１７の表面側に有機分子鎖又はヘテロ原子（酸素原子、ケイ素原子等）を含む有機分子鎖の中間層２１が生成される。一方、砥粒１７の表面の原子又は分子とアミノ基（官能基Ｘ）を化学吸着により置換する場合（例えば、アンモニアガス雰囲気中におけるＵＶ処理、アンモニアガス雰囲気中における加熱処理、又はアンモニアガス雰囲気中におけるプラズマ処理等を施した場合）には、砥粒１７の表面側に中間層２１は生成されない。 Here, when the atom or molecule on the surface of the abrasive grain 17 and the molecule having an amino group (functional group X) are substituted by chemical adsorption (for example, a silane coupling treatment using a silane coupling agent having an amino group, or When a treatment using a radical coupling reaction or the like is performed), an intermediate layer 21 of an organic molecular chain containing an organic molecular chain or a hetero atom (oxygen atom, silicon atom, etc.) is formed on the surface side of the abrasive grains 17. The On the other hand, when atoms or molecules on the surface of the abrasive grains 17 and amino groups (functional groups X) are replaced by chemical adsorption (for example, UV treatment in an ammonia gas atmosphere, heat treatment in an ammonia gas atmosphere, or in an ammonia gas atmosphere) When the plasma treatment or the like is performed), the intermediate layer 21 is not generated on the surface side of the abrasive grains 17.
砥粒１７の表面には、カーボンナノチューブ被覆２３が包み込むように形成されており、このカーボンナノチューブ被覆２３は、多層カーボンナノチューブ２５のファンデルワールス力等の自己凝集力によって自己組織化的に絡み合うように構成されている。また、多層カーボンナノチューブ２５は、表面側に、砥粒１７のアミノ基１９と化学結合する官能基Ｙとしてカルボキシル基２７を有しており、多層カーボンナノチューブ２５のカルボキシル基２７は、多層カーボンナノチューブ２７の表面に対して酸化処理（例えば、硫酸・硝酸の混酸を用いた酸処理、酸素プラズマを用いた酸化処理、酸素雰囲気中における加熱処理、酸素雰囲気中におけるＵＶ処理等）を施すことにより、多層カーボンナノチューブ２７の表面の欠陥部の原子又は分子とカルボキシル基を有する分子を化学吸着により置換することによって導入されるものである。 The surface of the abrasive grain 17 is formed so as to wrap around the carbon nanotube coating 23, and the carbon nanotube coating 23 is entangled in a self-organized manner by self-cohesion force such as van der Waals force of the multi-walled carbon nanotube 25. It is configured. The multi-walled carbon nanotube 25 has a carboxyl group 27 as a functional group Y chemically bonded to the amino group 19 of the abrasive grain 17 on the surface side. By subjecting the surface of the substrate to oxidation treatment (for example, acid treatment using a mixed acid of sulfuric acid and nitric acid, oxidation treatment using oxygen plasma, heat treatment in an oxygen atmosphere, UV treatment in an oxygen atmosphere, etc.) It is introduced by substituting a molecule having a carboxyl group with an atom or molecule at a defect portion on the surface of the carbon nanotube 27 by chemical adsorption.
ここで、カーボンナノチューブ被覆２３は多層カーボンナノチューブ２５のみからなる代わりに、図７に示すように、多層カーボンナノチューブ２５と複合用ボンド材２９（複合用電着ボンド材、複合用レジンボンド材、複合用ビトリファイドボンド材、又はメタルボンド材複合用ボンド材等を含む）によって複合化されても構わなく、多層カーボンナノチューブ２５の代わりに、単層カーボンナノチューブをカーボンナノチューブ被覆２３に用いても構わない。 Here, instead of the carbon nanotube coating 23 consisting of only the multi-walled carbon nanotube 25, as shown in FIG. 7, the multi-walled carbon nanotube 25 and the composite bond material 29 (composite electrodeposition bond material, composite resin bond material, composite For example, a single-walled carbon nanotube may be used for the carbon nanotube coating 23 instead of the multi-walled carbon nanotube 25.
なお、図８及び図９に示すように、砥粒層９の表面側の電着ボンド材１３及びカーボンナノチューブ被覆２３を例えば切削加工、研削加工、研磨加工、放電加工、レーザ加工、電解加工等によって除去（ドレッシング）して、砥粒層９の表面側の砥粒１７が露出するようにしても構わない。 As shown in FIGS. 8 and 9, the electrodeposition bond material 13 and the carbon nanotube coating 23 on the surface side of the abrasive grain layer 9 are subjected to, for example, cutting, grinding, polishing, electric discharge, laser processing, electrolytic processing, and the like. May be removed (dressing) to expose the abrasive grains 17 on the surface side of the abrasive grain layer 9.
続いて、本発明の実施形態に係る被覆砥粒１１の製造例について説明する。 Then, the manufacture example of the coated abrasive grain 11 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
図９に示すように、多層カーボンナノチューブ２５の表面側に対して前述の酸化処理を施すことによって官能基Ｙとしてのカルボキシル基２７を導入し、カルボキシル基２７を有した多層カーボンナノチューブ２５を溶液（例えば、ＤＭＦ（N,N-ジメチルホルムアミド）溶液等）に入れて、超音波攪拌等によって溶液内において分散させる。ここで、官能基Ｙとしてのカルボキシル基２７を導入する前又は導入する際に、酸中での超音波処理による多層カーボンナノチューブの切断又は酸処理によって多層カーボンナノチューブ２５の表面（末端又はサイドウォール（側面））に欠陥部を導入することは、カルボキシル基２７を化学吸着させる上で有効である。なお、多層カーボンナノチューブ２５を分散させた溶液をカーボンナノチューブ分散溶液という。 As shown in FIG. 9, the carboxyl group 27 as the functional group Y is introduced by performing the above-described oxidation treatment on the surface side of the multilayer carbon nanotube 25, and the multilayer carbon nanotube 25 having the carboxyl group 27 is added to the solution ( For example, it is put in DMF (N, N-dimethylformamide) solution etc.) and dispersed in the solution by ultrasonic stirring or the like. Here, before or when the carboxyl group 27 as the functional group Y is introduced, the surface of the multi-walled carbon nanotube 25 (terminal or sidewall) is obtained by cutting or acid treatment of the multi-walled carbon nanotube by ultrasonic treatment in acid. Introducing a defect in the side surface)) is effective in chemically adsorbing the carboxyl group 27. A solution in which the multi-walled carbon nanotubes 25 are dispersed is referred to as a carbon nanotube dispersion solution.
次に、砥粒１７の表面側に対して前述の置換処理を施すことによって官能基Ｘとしてのアミノ基１９を導入し、アミノ基１９を有した砥粒１７をカーボンナノチューブ分散溶液に浸漬させる。その後、砥粒１７をカーボンナノチューブ分散溶液から取り出して、エタノールで洗浄し、１１０℃で所定時間乾燥させる。 Next, the amino group 19 as the functional group X is introduced by performing the above-described substitution treatment on the surface side of the abrasive grain 17, and the abrasive grain 17 having the amino group 19 is immersed in the carbon nanotube dispersion solution. Thereafter, the abrasive grains 17 are taken out from the carbon nanotube dispersion solution, washed with ethanol, and dried at 110 ° C. for a predetermined time.
そして、砥粒１７の乾燥後に、砥粒１７の浸漬・取り出し・洗浄・乾燥を再度複数回繰り返す。これにより、多層カーボンナノチューブ２５のファンデルワールス力等の自己凝集力によって自己組織化的に絡み合うようなカーボンナノチューブ被覆２３を砥粒１７の表面側に形成して、被覆砥粒１１を製造することができる。 Then, after the abrasive grains 17 are dried, the immersion, removal, cleaning and drying of the abrasive grains 17 are repeated a plurality of times. Accordingly, the coated abrasive grain 11 is manufactured by forming the carbon nanotube coating 23 on the surface side of the abrasive grain 17 so as to be entangled in a self-organized manner by the self-cohesive force such as van der Waals force of the multi-walled carbon nanotube 25. Can do.
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
砥粒１７の表面にカーボンナノチューブ被覆２３が包み込むように形成され、カーボンナノチューブ被覆２３は機械的強度に優れた多層カーボンナノチューブ２５のファンデルワールス力等の自己凝集力によって自己組織化的に絡み合うように構成されているため、砥粒１７周辺部の電着ボンド材１３の機械的強度を選択的に強化することができ、砥粒層９の砥粒保持力（換言すれば、電着ボンド材１３の砥粒保持力）を十分に高めて高めることができる（後述の実施例参照）。特に、砥粒１７の官能基Ｘとしてのアミノ基１９と多層カーボンナノチューブ２５の官能基Ｙとしてのカルボキシル基２７が化学結合（アミド結合）することによって、カーボンナノチューブ被覆２３を砥粒１７に強固に密着させて、砥粒１７周辺部の電着ボンド材１３の機械的強度を選択的により強化して、砥粒層９の砥粒保持力を十分に高めることができる。 The carbon nanotube coating 23 is formed so as to wrap around the surface of the abrasive grains 17, and the carbon nanotube coating 23 is entangled in a self-organized manner by self-cohesion force such as van der Waals force of the multi-walled carbon nanotube 25 excellent in mechanical strength. Therefore, the mechanical strength of the electrodeposited bond material 13 around the abrasive grains 17 can be selectively strengthened, and the abrasive grain holding power of the abrasive layer 9 (in other words, the electrodeposited bond material). (13 abrasive holding power) can be sufficiently increased and increased (see Examples described later). Particularly, the amino group 19 as the functional group X of the abrasive grain 17 and the carboxyl group 27 as the functional group Y of the multi-walled carbon nanotube 25 are chemically bonded (amide bond), so that the carbon nanotube coating 23 is firmly attached to the abrasive grain 17. By adhering, the mechanical strength of the electrodeposition bond material 13 around the abrasive grains 17 can be selectively strengthened, and the abrasive grain holding power of the abrasive grain layer 9 can be sufficiently increased.
従って、本発明の実施形態によれば、砥粒１７周辺部の電着ボンド材１３の機械的強度を選択的により強化して、砥粒層９の砥粒保持力を十分に高めることができるため、研削加工中の被覆砥粒１１の脱落を抑えて、軸付き研削砥石１の工具寿命及び砥粒加工性能（研削比、切れ味等を含む）を容易に向上させることができる。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, the mechanical strength of the electrodeposition bond material 13 around the abrasive grains 17 can be selectively enhanced to sufficiently increase the abrasive grain retention of the abrasive layer 9. Therefore, dropping of the coated abrasive grains 11 during grinding can be suppressed, and the tool life and abrasive performance (including the grinding ratio, sharpness, etc.) of the shaft-equipped grinding wheel 1 can be easily improved.
また、図８及び図９に示すように、砥粒層９の表面側の砥粒１７が露出するようにした場合には、加工当初から砥粒加工性能を十分に発揮することができる。 Further, as shown in FIGS. 8 and 9, when the abrasive grains 17 on the surface side of the abrasive grain layer 9 are exposed, the abrasive machining performance can be sufficiently exhibited from the beginning of the machining.
本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、次のように種々の態様で実施可能である。即ち、軸付き電着研削砥石１に適用した技術思想を薄型，ストレート型，カップ型，ディスク型砥石等の別の砥石、又は固定砥粒ワイヤソー等の別の砥粒加工用工具に適用することができる。また、軸付き電着研削砥石１に適用した技術思想を薄型切断砥石に適用する場合には、台金３を省略することができ、軸付き電着研削砥石１に適用した技術思想を固定砥粒ワイヤソーに適用する場合には、台金３はピアノ線のようなワイヤー形状になる。 The present invention is not limited to the description of the above-described embodiment, and can be implemented in various aspects as follows, for example. That is, the technical idea applied to the electrodeposition grinding wheel 1 with a shaft is applied to another grinding wheel such as a thin, straight type, cup type, disk type grinding wheel, or another abrasive machining tool such as a fixed abrasive wire saw. Can do. Further, when the technical idea applied to the electrodeposited grinding wheel 1 with a shaft is applied to a thin cutting grindstone, the base metal 3 can be omitted, and the technical idea applied to the electrodeposited grinding wheel 1 with a shaft is fixed. When applied to a grain wire saw, the base metal 3 is shaped like a piano wire.
なお、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 The scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
実施例について図１１（ａ）（ｂ）及び図１２を参照して説明する。ここで、図１１（ａ）は、実施例１に係る被覆砥粒の表面の電子顕微鏡写真を示す図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の一部を拡大した図、図１２は、実施例１、実施例２、及び比較例についてのシェア試験の結果を示す図である。 Examples will be described with reference to FIGS. 11A and 11B and FIG. Here, FIG. 11A is a diagram showing an electron micrograph of the surface of the coated abrasive according to Example 1, FIG. 11B is an enlarged view of a part of FIG. 11A, and FIG. These are figures which show the result of the share test about Example 1, Example 2, and a comparative example.
(i) 実施例１に係る被覆砥粒
砥粒（ダイヤモンド砥粒）にアンモニア雰囲気中におけるＵＶ処理（ＵＶ波長：１８５ｎｍ，２５４ｎｍ、ガス流量：５０ｃｃｍ、処理時間：２．５時間）を施すことによってアミノ基を導入する。次に、アミノ基を有した砥粒を、１．２５ｇ／Ｌの多層カーボンナノチューブ（直径：１０ｎｍ、長さ：０．１〜１０μｍ）を分散させたカーボンナノチューブ分散溶液に浸漬させる。そして、砥粒をカーボンナノチューブ分散溶液から取り出して、エタノールで洗浄し、１１０℃で所定時間乾燥させる。更に、砥粒の浸漬・取り出し・洗浄・乾燥４回繰り返す。以上により、実施例１に係る被覆砥粒を製造した。
(i) Coated abrasive according to Example 1 By applying UV treatment (UV wavelength: 185 nm, 254 nm, gas flow rate: 50 ccm, treatment time: 2.5 hours) in an ammonia atmosphere to the abrasive grains (diamond abrasive grains) An amino group is introduced. Next, the abrasive grains having amino groups are immersed in a carbon nanotube dispersion solution in which 1.25 g / L multi-walled carbon nanotubes (diameter: 10 nm, length: 0.1 to 10 μm) are dispersed. Then, the abrasive grains are taken out from the carbon nanotube dispersion solution, washed with ethanol, and dried at 110 ° C. for a predetermined time. Further, the abrasive grain is immersed, removed, washed and dried four times. The coated abrasive according to Example 1 was manufactured as described above.
(ii) 実施例２に係る被覆砥粒
アミノ基を有するシランカップリング剤(3-(aminopropyl)triethoxysilane)を２％含むエタノール溶液に３０分間浸漬させた砥粒（ダイヤモンド砥粒）を取り出して、約１００℃で１０分間加熱することにより、砥粒の表面にシランカップリング剤を化学吸着させる。次に、第１実施例と同様に、アミノ基を有した砥粒をカーボンナノチューブ分散溶液に浸漬させる。そして、砥粒をカーボンナノチューブ分散溶液から取り出して、エタノールで洗浄し、１１０℃で所定時間乾燥させる。更に、砥粒の浸漬・取り出し・洗浄・乾燥４回繰り返す。以上により、実施例２に係る被覆砥粒を製造した。
(ii) Coated abrasive grains according to Example 2 Abrasive grains (diamond abrasive grains) immersed in an ethanol solution containing 2% of an amino group-containing silane coupling agent (3- (aminopropyl) triethoxysilane) for 30 minutes were taken out, By heating at about 100 ° C. for 10 minutes, the silane coupling agent is chemically adsorbed on the surface of the abrasive grains. Next, as in the first embodiment, abrasive grains having amino groups are immersed in the carbon nanotube dispersion solution. Then, the abrasive grains are taken out from the carbon nanotube dispersion solution, washed with ethanol, and dried at 110 ° C. for a predetermined time. Further, the abrasive grain is immersed, removed, washed and dried four times. The coated abrasive according to Example 2 was manufactured as described above.
(iii) 電子顕微鏡観察
第１実施例に係る被覆砥粒の表面を電子顕微鏡で観察すると、図１１（ａ）（ｂ）に示すようになる。
(iii) Electron Microscope Observation When the surface of the coated abrasive grain according to the first example is observed with an electron microscope, it is as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b).
即ち、砥粒の表面に形成されたカーボンナノチューブ被覆は、多層カーボンナノチューブのファンデルワールス力等の自己凝集力によって自己組織化的に絡み合うようになっていることが分かった。 That is, it was found that the carbon nanotube coating formed on the surface of the abrasive grains is entangled in a self-organized manner by self-cohesion force such as van der Waals force of the multi-walled carbon nanotube.
なお、図示は省略するが、第２実施例に係る被覆砥粒の表面を電子顕微鏡で観察した場合にも、同様の結果を得ることができた。 In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the same result was able to be obtained also when the surface of the coated abrasive grain which concerns on 2nd Example was observed with the electron microscope.
(iv) シェア試験
実施例１に係る被覆砥粒、実施例２に係る被覆砥粒、比較例に係るダイヤモンド砥粒（カーボンナノチューブ被覆無し）を、Ｓ４５Ｃからなる基板にスルファミン酸ニッケル浴で形成した厚さ約１５μｍのニッケル電着ボンド材でそれぞれ固着する。そして、実施例１、実施例２、比較例の場合について、シェア試験（山形県工業技術センター報告 Ｎｏ３９（２００６）Ｐ６−１０参照）をそれぞれ行い、その結果をまとめると、図１２に示すようになる。
(iv) Shear test Coated abrasive grains according to Example 1, coated abrasive grains according to Example 2, and diamond abrasive grains according to comparative examples (without carbon nanotube coating) were formed on a substrate made of S45C in a nickel sulfamate bath. Each is fixed with a nickel electrodeposition bond material having a thickness of about 15 μm. And about the case of Example 1, Example 2, and a comparative example, a share test (refer to Yamagata Prefectural Industrial Technology Center report No39 (2006) P6-10) is performed, respectively, and the results are summarized as shown in FIG. Become.
即ち、実施例１の場合及び実施例２の場合におけるニッケル電着ボンド材の砥粒保持力は、比較例の場合に比べて、それぞれ平均値で約２．４倍、２．０倍になった。つまり、ダイヤモンド砥粒の表面にカーボンナノチューブ被覆が包み込むように形成されることによって、ニッケル電着ボンド材の砥粒保持力を十分に高めることが分かった。 That is, the abrasive grain retention of the nickel electrodeposited bond material in the case of Example 1 and Example 2 is about 2.4 times and 2.0 times on average as compared with the case of the comparative example, respectively. It was. That is, it has been found that the formation of the carbon nanotube coating on the surface of the diamond abrasive grains sufficiently enhances the abrasive grain retention of the nickel electrodeposition bond material.
１ 電着研削砥石
３ 台金
５ シャンク部
７ 砥粒取付部
９ 砥粒層
１１ 被覆砥粒
１３ 電着ボンド材
１５ 気孔
１７ 砥粒
１９ 官能基Ｘ（例えば、アミノ基）
２１ 中間層
２３ カーボンナノチューブ被覆
２５ 多層カーボンナノチューブ
２７ 官能基Ｘと化学結合する官能基Ｙ（例えば、カルボキシル基）
２９ 複合用ボンド材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrodeposition grinding wheel 3 Base metal 5 Shank part 7 Abrasive grain attachment part 9 Abrasive grain layer 11 Coated abrasive grain 13 Electrodeposition bond material 15 Pore 17 Abrasive grain 19 Functional group X (for example, amino group)
21 Intermediate layer 23 Carbon nanotube coating 25 Multi-walled carbon nanotube 27 Functional group Y (for example, carboxyl group) chemically bonded to functional group X
29 Composite bond material
Claims (7)
前記被覆砥粒は、
砥粒と、
前記砥粒の表面に包み込むように形成され、単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブの自己凝集力によって絡み合うように構成されたカーボンナノチューブ被覆と、を備えたことを特徴とする砥粒加工用工具。 In the abrasive machining tool in which an abrasive layer formed by bonding a large number of coated abrasive grains with a bonding material is used on the processing surface side when performing abrasive grain processing on a workpiece,
The coated abrasive is
Abrasive grains,
A tool for abrasive machining, comprising: a carbon nanotube coating formed so as to be wrapped around the surface of the abrasive grains and entangled by the self-cohesive force of single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの前記官能基Ｙは、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの表面の欠陥部の原子又は分子と前記官能基Ｙを有する分子を化学吸着により置換することによって導入されたこと特徴とする請求項２に記載の砥粒加工用工具。 The functional group X of the abrasive grains is introduced by substituting atoms or molecules on the surface of the abrasive grains and molecules having the functional group X by chemical adsorption,
The functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube replaces a molecule having the functional group Y with an atom or molecule at the surface of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube by chemical adsorption. The abrasive machining tool according to claim 2, wherein the abrasive grain machining tool is introduced.
砥粒と、
前記砥粒の表面に包み込むように形成され、単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブの自己凝集力によって絡み合うように構成されたカーボンナノチューブ被覆と、を備えたことを特徴とする被覆砥粒。 In the coated abrasive used as a component of the abrasive processing tool,
Abrasive grains,
A coated abrasive grain comprising: a carbon nanotube coating formed to wrap around the surface of the abrasive grain and configured to be entangled by the self-cohesion of single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの前記官能基Ｙは、前記単層カーボンナノチューブ又は前記多層カーボンナノチューブの表面の欠陥部の原子又は分子と前記官能基Ｙを有する分子を化学吸着により置換することによって導入されたこと特徴とする請求項６に記載の被覆砥粒。 The functional group X of the abrasive grains is introduced by substituting atoms or molecules on the surface of the abrasive grains and molecules having the functional group X by chemical adsorption,
The functional group Y of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube replaces a molecule having the functional group Y with an atom or molecule at the surface of the single-walled carbon nanotube or the multi-walled carbon nanotube by chemical adsorption. The coated abrasive according to claim 6, wherein the coated abrasive is introduced.
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