(57)【要約】【課題】切れ味が持続し面粗度が向上するとともに、被削材や砥粒への熱的ダメージを受けにくく、被削材との接触を検出しやすいレジンボンドホイールを提供する。【解決手段】台金１上に形成される砥粒層２は、砥粒３とレジン粒４との境界部及びレジン粒４同士の境界部が、高導電性かつ高熱伝導性を有する物質であるカーボンナノチューブからなる層５で覆われて網目構造となっている。網目構造の砥粒層２を形成することは、砥粒３、レジン粒４の平均粒径が、カーボンナノチューブの直径の１０倍以上となるようなカーボンナノチューブを、砥粒３、レジン粒４に混合することによって実現できる。また、カーボンナノチューブからなる層５は、台金１に連結するように形成されており、これは、台金１上にカーボンナノチューブと樹脂を混合した層をあらかじめ形成し、その後で砥粒層２を形成することによって可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒をレジンボンドで結合してなるレジンボンドホイールにおいて、砥粒とレジン粒との境界部及びレジン粒同士の境界部が、高導電性かつ高熱伝導性を有する物質からなる層で覆われた網目構造をなし、前記高導電性かつ高熱伝導性を有する物質からなる層が台金と連結する構造であることを特徴とするレジンボンドホイール。
【請求項２】
前記高導電性かつ高熱伝導性を有する物質がカーボンナノチューブであり、カーボンナノチューブの直径に対する前記砥粒、前記レジン粒の平均粒径が１０倍以上であることを特徴とする請求項１記載のレジンボンドホイール。
【請求項３】
前記高導電性かつ高熱伝導性を有する物質は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、またはカーボンナノファイバーのいずれかであり、直径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、長さが１μｍ以上１００μｍ以下であり、砥粒とレジン粒との境界部及び台金との境界部でのカーボンナノチューブの濃度が３０体積％以上７０体積％以下であることを特徴とする請求項１または２記載のレジンボンドホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒をレジンボンドで結合してなるレジンボンドホイールに関し、特に、熱拡散性と通電性に優れたレジンボンドホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
研削工具として用いられるホイールは、基本的には砥粒を結合材で結合させた構造となっているが、結合材として用いられる材料は様々なものがあり、その性質の違いによってホイールの特性が異なる。
例えば、熱拡散性に優れた結合材を用いると、被削材、結合材、砥粒への熱的ダメージを低減することができ、通電性に優れた結合材を用いると、被削材と結合材との接触を検出しやすいという利点がある。また、ボンド後退性に富む結合材を用いると切れ味が持続しやすく、弾性率が低い結合材を用いると割れ、欠け、チッピングを低減して面粗度を向上させることができる。
【０００３】
メタルボンドは熱拡散性と通電性には優れているが、ボンド後退性が悪く、弾性率が高い。また、ビトリファイドボンドはボンド後退性には優れているが、熱拡散性と通電性が悪く、弾性率が高い。
【０００４】
一方、レジンボンドはボンド後退性に富むため切れ味が持続し、弾性率が低いために面粗度は向上するが、熱拡散性と通電性が悪いために、被削材や砥粒への熱的ダメージを受けやすく、被削材との接触を検出しにくいという欠点がある。
レジンボンドについてのこのような欠点を解消する目的で、金属被覆した炭素繊維を２〜３０体積％含有するレジンボンドホイールが、特許文献１に記載されている。
また、超砥粒を保持する結合相の強度を向上する目的で、繊維状中空グラファイトをフィラーとして分散させた超砥粒砥石が、特許文献２に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３４０７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２８８９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の発明は、太さが６〜８μｍの炭素繊維を用いているため、微細砥粒を用いて砥粒層を形成すると、レジンボンドを炭素繊維が網目状に覆う構造とはならないため、熱拡散性を充分に得ることができない。また、金属被覆を施しているため、金属汚染を嫌う電子部品や素材の加工には不向きである。
また、特許文献２に記載の発明では、繊維状中空グラファイトは樹脂結合層において不連続な状態で存在しており、台金やフランジと連結していないため、被削材との通電性を確保するには不十分であり、また、研削時に被削材と砥粒との間で発生する熱をボンド層を介して台金やフランジに熱拡散させることを充分に行うことができない。
本発明は、レジンボンドの上記の欠点を解消して、切れ味が持続し面粗度が向上するとともに、被削材や砥粒への熱的ダメージを受けにくく、被削材との接触を検出しやすいレジンボンドホイールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、本発明は、砥粒をレジンボンドで結合してなるレジンボンドホイールにおいて、砥粒とレジン粒との境界部及びレジン粒同士の境界部が、高導電性かつ高熱伝導性を有する物質からなる層で覆われた網目構造をなし、前記高導電性かつ高熱伝導性を有する物質からなる層が台金と連結する構造であることを特徴とするレジンボンドホイールである。
砥粒とレジン粒との境界部及びレジン粒同士の境界部が高導電性かつ高熱伝導性を有する物質からなる層で覆われ、高導電性かつ高熱伝導性を有する物質からなる層が台金と連結する構造であるため、研削時に発生した熱は高導電性かつ高熱伝導性を有する物質によって、熱容量の大きい台金に効率的に伝達され、被削材、結合材、砥粒が熱的ダメージを受けることを低減できる。
このように、本発明の上記の構成により、ボンド後退性や低弾性率というレジンボンドの特長を損なうことなく、電気伝導性と熱伝導性を高めることが可能となる。
【０００８】
本発明は、前記高導電性かつ高熱伝導性を有する物質がカーボンナノチューブであり、カーボンナノチューブの直径に対する前記砥粒、前記レジン粒の平均粒径が１０倍以上であることを特徴とする。
カーボンナノチューブは高強度であるため摩耗しにくく、砥面に突出して被削材と接触して通電性を確保することができる。さらに、カーボンナノチューブからなる層が網目構造となっているため、レジンボンドの低弾性率を維持することができ、チッピングの発生を防止して面租度を向上することができる。
【０００９】
また、台金上に砥粒層を形成せずに、砥粒層のみからなるものの場合には、砥粒層が固定されるフランジと接する側にカーボンナノチューブからなる層を設けて、砥粒層のカーボンナノチューブからなる層がフランジと連結する構造とすることができる。
カーボンナノチューブの直径と、砥粒、レジン粒の平均粒径とを上記の大きさとすることにより、砥粒とレジン粒との境界部及びレジン粒同士の境界部がカーボンナノチューブからなる層で覆われた網目構造であって、カーボンナノチューブからなる層が台金と連結する構造を実現することができる。
【００１０】
本発明では、前記高導電性かつ高熱伝導性を有する物質は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、またはカーボンナノファイバーのいずれかであり、直径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、長さが１μｍ以上１００μｍ以下であり、砥粒とレジン粒との境界部及び台金との境界部でのカーボンナノチューブの濃度が３０体積％以上７０体積％以下であることを特徴とする。
カーボンナノチューブにもいくつかの種類があり、単層カーボンナノチューブは、６角形を作る炭素同士が１ｎｍ程度の太さの単層の筒状という構造を持つものであり、多層カーボンナノチューブは、径の異なる単層の筒が数層重なる入れ子状という構造を持つものであり、カーボンナノファイバーは、数百ｎｍと比較的太い繊維状という構造を持つものである。
これらのカーボンナノチューブを用いることにより、炭素繊維や金属繊維では繊維が太すぎて網目構造を実現しにくいのに対して、微細な砥粒やレジン粒に対しても網目構造を形成することができる。また、金属汚染を生じることもない。
【００１１】
直径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、長さが１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内でないときは、使用する砥粒及び樹脂の粒径が０．２〜２００μｍのためそれらの粒界に均一に分散せず網目構造を形成することが困難となって好ましくない。また、砥粒とレジン粒との境界部及び台金との境界部でのカーボンナノチューブの濃度が３０〜７０体積％の範囲内でないときは、３０％未満では通電性が不安定で熱伝導性も不充分となり、７０％を超えると樹脂粒子間の結合力が不充分となり砥粒層の強度が低下して使用時に砥粒の脱落が過多となって好ましくない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、研削時に発生した熱が熱容量の大きい台金に伝達され、被削材、結合材、砥粒が熱的ダメージを受けることを低減できる。また、カーボンナノチューブは高強度であるため摩耗しにくく、砥面に突出して被削材と接触して通電性を確保することができる。さらに、カーボンナノチューブからなる層が網目構造となっているため、レジンボンドの低弾性率を維持することができ、チッピングの発生を防止して面租度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明のレジンボンドホイールをその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係るレジンボンドホイールの構成を示す。図１において、台金１上に形成される砥粒層２は、砥粒３とレジン粒４との境界部及びレジン粒４同士の境界部が、高導電性かつ高熱伝導性を有する物質であるカーボンナノチューブからなる層５で覆われて網目構造となっている。また、カーボンナノチューブからなる層５は、台金１に連結するように形成されている。
【００１４】
カーボンナノチューブからなる層５を台金１に連結するように形成することは、例えば、台金１上にカーボンナノチューブと樹脂を混合した層をあらかじめ形成し、その後で砥粒層２を形成することによって可能である。
例えば、液状樹脂にカーボンナノファイバーを混合した後、台金１の表面に塗布することにより、カーボンナノチューブからなる層５を形成することが出来る。液状樹脂にはレゾール樹脂や、フルフラーなどの有機溶剤に粉末ノボラック樹脂を溶かしたものや、フェノール樹脂系接着剤が使用できる。
【００１５】
直付け製法では、接着強度を高めるため台金表面に接着剤を塗布し、その後砥粒層を成形しても境界部に２０μm程度の接着剤層が形成される。よって、成形時に接着剤層を突き抜けて台金と連結する部分があり、これによって部分的に通電したとしても台金へ熱を拡散する作用は極めて低いが、本発明では接着剤層の中にもカーボンナノチューブを混入して台金と連結する面積を大幅に増やしているため、台金への熱の拡散量を大幅に増大させることができる。
【００１６】
図２は、カーボンナノチューブの一例を示しており、直径Ｄは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、長さＬは１μｍ以上１００μｍ以下のものを用いる。砥粒３、レジン粒４の平均粒径が、カーボンナノチューブ６の直径Ｄの１０倍以上となるようなカーボンナノチューブ６を、砥粒３、レジン粒４に混合することによって、図１に示す網目構造の砥粒層２を形成することができる。
【００１７】
砥粒とレジン粒との境界部及び台金との境界部でのカーボンナノチューブの濃度を３０〜７０体積％とすることは、以下の方法によって可能である。
液状樹脂にカーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」と略記する）を３０〜７０体積％の範囲で混合した後に整粒した粉末ノボラック樹脂と超砥粒を混合すると、砥粒及び樹脂粒の粒径がＣＮＴの直径に対して１０倍以上と大きいため、ＣＮＴ含む液状樹脂は個々の粒子表面に付着しコーティングされた状態となる。これを金型に充填しホットプレス成形する。液状樹脂にはレゾール樹脂や、フルフラーなどの有機溶剤に粉末ノボラック樹脂を溶かしたものや、フェノール樹脂系接着剤が使用できる。また、液状及び粉末樹脂には、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルイソフタレート樹脂も使用できる。境界層の厚さは、充分な熱拡散性とレジンボンド特性を確保するため、整粒した粉末ノボラック樹脂の平均粒径の５〜２０％が好適である。
テスターによる１ｃｍ間の抵抗値の測定によると、混合量は３０体積％以下では１Ω以下から１ＭΩ以上と測定部位により通電性が不安定となり３０体積％を超えると全ての測定点にて１Ω以下となった。また、混合量が７０体積％以上では塗布斑が生じ均一な層を形成出来なくなった。
【００１８】
以下に、具体的な実施例を示す。
（実施例１）
平均粒径１００μｍの原料レジン粒にカーボンナノファイバー（ＶＧＣＦ）を、３０体積％（発明品１）、６０体積％（発明品２）、７０体積％（発明品３）混合して切断用ホイールを作製し、従来のレジンボンドホイール（従来品１）、メタルボンドホイール（従来品２）との比較を行った。使用したカーボンナノファイバーの直径は２００ｎｍであり、長さは３０μｍである。原料レジン粒として、砥石用フェルール樹脂を用いた。また、砥粒の集中度は１００とした。
レジンボンドホイールはホットプレスにて１８０℃まで昇温して成形後、熱風循環炉にて後熟成した。また、メタルホイールは燒結炉にて７００℃まで昇温して燒結した。なお、この焼結法は他の実施例においても同様である。
【００１９】
作製したホイールの仕様と、試験条件は以下の通りである。
ホイール寸法  ２００Ｄ×１．２Ｔ×５０．８Ｈ×３Ｘ
台金          鉄基板
砥粒          立方晶窒化硼素砥粒（ｃＢＮ）、メッシュサイズ＃１２０
試験機        横軸平面研削盤
加工物        ＳＫＳ５１、切断深さ８ｍｍ
切断速度      ２０ｍｍ／分
【００２０】
試験結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
2005246519.tif 000003
ここで、研削比は、加工物の除去体積をホイールの磨耗体積で除した値として定義される量である。従来のレジンボンドホイールである従来品１に比べて、発明品はいずれも通電性が向上している。また、消費電力について発明品はいずれもメタルボンドホイールである従来品２よりも優れており、研削比についてはレジンボンドホイールである従来品１よりも優れている。
【００２２】
（実施例２）
平均粒径３０μｍの原料レジン粒にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を、３０体積％（発明品４）、６０体積％（発明品５）、７０体積％（発明品６）混合して溝加工用薄刃ホイールを作製し、従来のレジンボンドホイール（従来品３）、メタルボンドホイール（従来品４）との比較を行った。使用したカーボンナノチューブの直径は５ｎｍであり、長さは５μｍである。また、砥粒の集中度は７５とした。
【００２３】
作製したホイールの仕様と、試験条件は以下の通りである。
ホイール寸法  ５２Ｄ×０．２Ｔ×４０Ｈ、全体砥粒層
砥粒          合成ダイヤモンド（ＳＤ）、メッシュサイズ＃６００
試験機        ダイシングマシン
加工物        単結晶シリコン、溝入れ深さ０．５ｍｍ
切断速度      ３０ｍｍ／分
【００２４】
試験結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
2005246519.tif 000004
チッピングと消費電力については、発明品はいずれもメタルボンドホイールである従来品４よりも優れている。
【００２６】
（実施例３）
平均粒径３μｍの原料レジン粒にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を、３０体積％（発明品７）、６０体積％（発明品８）、７０体積％（発明品９）混合して溝加工用薄刃ホイールを作製し、従来のレジンボンドホイール（従来品５）、メタルボンドホイール（従来品６）との比較を行った。使用したカーボンナノチューブの直径は１ｎｍであり、長さは２μｍである。また、砥粒の集中度は６５とした。
【００２７】
作製したホイールの仕様と、試験条件は以下の通りである。
ホイール寸法  ５２Ｄ×０．２Ｔ×４０Ｈ、全体砥粒層
砥粒          合成ダイヤモンド（ＳＤ）、メッシュサイズ＃３０００
試験機        ダイシングマシン
加工物        チタン酸カルシウム、溝入れ深さ０．１５ｍｍ
切断速度      ６ｍｍ／分
【００２８】
試験結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
2005246519.tif 000005
チッピングについては、発明品はいずれもメタルボンドホイールである従来品６よりも優れている。
以上の試験結果から、本発明のレジンボンドホイールが、従来のレジンボンドホイールの欠点を補うとともに、メタルボンドの欠点を有することのない優れた特性を持つものであることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、切れ味が持続し面粗度は向上するとともに、被削材や砥粒への熱的ダメージを受けにくく、被削材との接触を検出しやすいレジンボンドホイールとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係るレジンボンドホイールの構成を示す図である。
【図２】カーボンナノチューブの構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  台金
２  砥粒層
３  砥粒
４  レジン粒
５  カーボンナノチューブからなる層
６  カーボンナノチューブ
【図１】
2005246519.tif 000006
【図２】
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