JP2005246519A - Resin bond wheel - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a resin bond wheel formed by bonding abrasive grains with a resin bond, and more particularly to a resin bond wheel excellent in thermal diffusibility and electrical conductivity.
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。
A wheel used as a grinding tool basically has a structure in which abrasive grains are bonded with a binder, but there are various materials used as a binder, and the characteristics of the wheel vary depending on the nature of the wheel. Different.
For example, if a bonding material with excellent thermal diffusivity is used, thermal damage to the work material, bonding material, and abrasive grains can be reduced, and if a bonding material with excellent electrical conductivity is used, the work material and There is an advantage that it is easy to detect contact with the binding material. In addition, when a bonding material rich in bond receding property is used, sharpness is easily maintained, and when a bonding material with a low elastic modulus is used, cracking, chipping and chipping can be reduced and surface roughness can be improved.
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。 Metal bonds are excellent in thermal diffusivity and electrical conductivity, but have poor bond receding properties and high elastic modulus. Vitrified bonds have excellent bond receding properties, but have poor thermal diffusivity and electrical conductivity, and a high elastic modulus.
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。
On the other hand, resin bonds have excellent bond receding properties, so they maintain their sharpness, and their elastic modulus is low, so their surface roughness is improved. There is a drawback in that it is easy to receive damage and it is difficult to detect contact with the work material.
Patent Document 1 discloses a resin bond wheel containing 2 to 30% by volume of a metal-coated carbon fiber for the purpose of eliminating such drawbacks of the resin bond.
Further,
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。
However, since the invention described in Patent Document 1 uses carbon fibers having a thickness of 6 to 8 μm, when the abrasive grain layer is formed using fine abrasive grains, the carbon fiber covers the resin bond in a network shape. Therefore, sufficient thermal diffusivity cannot be obtained. In addition, since it is coated with metal, it is not suitable for processing electronic parts and materials that dislike metal contamination.
Further, in the invention described in
The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks of resin bonds, maintains sharpness and improves surface roughness, and is less susceptible to thermal damage to the work material and abrasive grains, and detects contact with the work material. It aims at providing the resin bond wheel which is easy to do.
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。
In order to solve the above problems, the present invention provides a resin bond wheel formed by bonding abrasive grains with a resin bond, wherein the boundary between the abrasive grains and the resin grains and the boundary between the resin grains are highly conductive and A resin bond wheel characterized by having a network structure covered with a layer made of a material having high thermal conductivity, wherein the layer made of the material having high conductivity and high thermal conductivity is connected to a base metal. is there.
The boundary between the abrasive grains and the resin grains and the boundary between the resin grains are covered with a layer made of a material having high conductivity and high thermal conductivity, and a layer made of a material having high conductivity and high thermal conductivity is covered with the base metal. Since the structure is connected to the heat, the heat generated during grinding is efficiently transferred to the base metal with a large heat capacity by the material having high conductivity and high thermal conductivity, and the work material, bonding material, and abrasive grains are thermally transmitted. You can reduce damage.
As described above, according to the above-described configuration of the present invention, it is possible to improve electrical conductivity and thermal conductivity without impairing the resin bond characteristics such as bond receding property and low elastic modulus.
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。
The present invention is characterized in that the substance having high conductivity and high thermal conductivity is a carbon nanotube, and the average particle diameter of the abrasive grains and the resin grains with respect to the diameter of the carbon nanotube is 10 times or more.
Since the carbon nanotubes are high in strength, they are not easily worn and can protrude from the abrasive surface and come into contact with the work material to ensure electrical conductivity. Furthermore, since the layer made of carbon nanotubes has a network structure, the low elastic modulus of the resin bond can be maintained, the occurrence of chipping can be prevented, and the surface condition can be improved.
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。
Further, in the case where the abrasive grain layer is not formed on the base metal and is composed only of the abrasive grain layer, a layer made of carbon nanotubes is provided on the side in contact with the flange to which the abrasive grain layer is fixed, and the abrasive grain layer The carbon nanotube layer can be connected to the flange.
By setting the diameter of the carbon nanotube and the average particle diameter of the abrasive grains and the resin grains as described above, the boundary between the abrasive grains and the resin grains and the boundary between the resin grains are covered with a layer made of carbon nanotubes. It is possible to realize a structure in which a layer made of carbon nanotubes is connected to a base metal.
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。
In the present invention, the substance having high conductivity and high thermal conductivity is any one of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and carbon nanofibers, and has a diameter of 1 nm to 200 nm and a length of 1 μm to 100 μm. The carbon nanotube concentration at the boundary between the abrasive grains and the resin grains and at the boundary between the base metal is 30% by volume or more and 70% by volume or less.
There are also several types of carbon nanotubes. Single-walled carbon nanotubes have a single-walled cylindrical structure with a thickness of about 1 nm between hexagonal carbons. Different single-layered cylinders have a nested structure in which several layers overlap, and carbon nanofibers have a relatively thick fibrous structure of several hundred nm.
By using these carbon nanotubes, carbon fibers and metal fibers are too thick to form a network structure, but a network structure can be formed even for fine abrasive grains and resin grains. . Moreover, metal contamination does not occur.
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。 When the diameter is not less than 1 nm and not more than 200 nm and the length is not in the range of not less than 1 μm and not more than 100 μm, the grain size of the abrasive grains and the resin used is 0.2 to 200 μm and is not uniformly dispersed at the grain boundaries. It is difficult to form the film, which is not preferable. Further, when the concentration of carbon nanotubes at the boundary between the abrasive grains and the resin grains and at the boundary between the base metal is not within the range of 30 to 70% by volume, the conductivity is unstable and the thermal conductivity is less than 30%. However, if it exceeds 70%, the bonding force between the resin particles becomes insufficient, the strength of the abrasive grain layer decreases, and the abrasive grains fall off during use, which is not preferable.
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。 According to the present invention, heat generated during grinding is transmitted to a base metal having a large heat capacity, so that the work material, the bonding material, and the abrasive grains can be prevented from being thermally damaged. In addition, since the carbon nanotubes are high in strength, they are not easily worn and can protrude from the abrasive surface and come into contact with the work material to ensure electrical conductivity. Furthermore, since the layer made of carbon nanotubes has a network structure, the low elastic modulus of the resin bond can be maintained, the occurrence of chipping can be prevented, and the surface condition can be improved.
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。
Below, the resin bond wheel of this invention is demonstrated based on the embodiment.
In FIG. 1, the structure of the resin bond wheel which concerns on embodiment of this invention is shown. In FIG. 1, the
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。
Forming the
For example, the
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。 In the direct attachment method, an adhesive layer of about 20 μm is formed at the boundary even if an adhesive is applied to the surface of the base metal in order to increase the adhesive strength and then the abrasive layer is formed. Therefore, there is a part that penetrates the adhesive layer at the time of molding and is connected to the base metal, and even if it is partially energized, the action of diffusing heat to the base metal is extremely low. However, since the carbon nanotube is mixed and the area connected to the base metal is greatly increased, the amount of heat diffusion to the base metal can be greatly increased.
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。
FIG. 2 shows an example of a carbon nanotube, which has a diameter D of 1 nm to 200 nm and a length L of 1 μm to 100 μm. By mixing the carbon nanotubes 6 such that the average particle diameter of the
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。
The concentration of the carbon nanotubes at the boundary between the abrasive grains and the resin grains and the boundary between the base metal and the base metal can be 30 to 70% by volume by the following method.
When carbon nanotubes (hereinafter abbreviated as “CNT”) are mixed in a liquid resin in the range of 30 to 70% by volume, and the powdered novolac resin and superabrasive grains are mixed, the grain size of the abrasive grains and resin grains becomes CNT. Therefore, the liquid resin containing CNTs adheres to the surface of each particle and is in a coated state. This is filled into a mold and hot press molded. As the liquid resin, a resol resin, a powder novolac resin dissolved in an organic solvent such as furfura, or a phenol resin adhesive can be used. Moreover, polyimide resin, epoxy resin, and diallyl isophthalate resin can also be used for liquid and powder resin. The thickness of the boundary layer is preferably 5 to 20% of the average particle size of the sized powder novolak resin in order to ensure sufficient thermal diffusibility and resin bond characteristics.
According to the measurement of the resistance value between 1 cm by a tester, the mixing amount is 1Ω or less to 1MΩ or more when the volume is 30% or less, and the conductivity becomes unstable depending on the measurement site. became. On the other hand, when the mixing amount was 70% by volume or more, application spots occurred and a uniform layer could not be formed.
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。
Specific examples are shown below.
(Example 1)
Mixing 30% by volume (Invention 1), 60% by volume (Invention 2), and 70% by volume (Invention 3) carbon nanofibers (VGCF) with raw resin particles having an average particle size of 100 μm to produce a cutting wheel It produced and compared with the conventional resin bond wheel (conventional product 1) and the metal bond wheel (conventional product 2). The carbon nanofiber used has a diameter of 200 nm and a length of 30 μm. A ferrule resin for a grindstone was used as a raw material resin particle. The concentration of abrasive grains was 100.
The resin bond wheel was heated to 180 ° C. with a hot press, molded, and then aged in a hot air circulating furnace. Further, the metal wheel was sintered at a temperature of 700 ° C. in a sintering furnace. This sintering method is the same in other examples.
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
The specifications of the manufactured wheel and the test conditions are as follows.
Wheel size 200D × 1.2T × 50.8H × 3X
Base metal Iron substrate Abrasive cubic boron nitride abrasive (cBN), mesh size # 120
Testing machine Horizontal axis surface grinding machine Workpiece SKS51, Cutting depth 8mm
Cutting speed 20mm / min
試験結果を表1に示す。 The test results are shown in Table 1.
(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。
(Example 2)
Thin blade wheel for grooving by mixing carbon nanotubes (CNT) with raw material resin particles with an average particle size of 30 μm at 30% by volume (Invention 4), 60% by volume (Invention 5), 70% by volume (Invention 6) Were compared with a conventional resin bond wheel (conventional product 3) and a metal bond wheel (conventional product 4). The carbon nanotubes used have a diameter of 5 nm and a length of 5 μm. The concentration of abrasive grains was 75.
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
The specifications of the manufactured wheel and the test conditions are as follows.
Wheel size 52D x 0.2T x 40H, whole abrasive layer Abrasive grain Synthetic diamond (SD), mesh size # 600
Testing machine Dicing machine Workpiece Single crystal silicon, Groove depth 0.5mm
Cutting speed 30mm / min
試験結果を表2に示す。 The test results are shown in Table 2.
(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。
(Example 3)
A thin blade wheel for grooving by mixing 30% by volume (Invention 7), 60% by volume (Invention 8) and 70% by volume (Invention 9) of carbon nanotubes (CNT) with raw resin particles having an average particle size of 3 μm And compared with a conventional resin bond wheel (conventional product 5) and a metal bond wheel (conventional product 6). The carbon nanotube used has a diameter of 1 nm and a length of 2 μm. The concentration of abrasive grains was 65.
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
The specifications of the manufactured wheel and the test conditions are as follows.
Wheel size 52D x 0.2T x 40H, whole abrasive layer Abrasive grain Synthetic diamond (SD), mesh size # 3000
Testing machine Dicing machine Workpiece Calcium titanate, grooving depth 0.15mm
Cutting speed 6mm / min
試験結果を表3に示す。 The test results are shown in Table 3.
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。
From the above test results, it was confirmed that the resin bond wheel of the present invention has excellent characteristics that compensate for the defects of the conventional resin bond wheel and does not have the defects of metal bonds.
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a resin bond wheel that maintains sharpness and improves surface roughness, is less susceptible to thermal damage to the work material and abrasive grains, and can easily detect contact with the work material. .
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
1
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