研削砥石表面の観察について
（昭和39年9月10日受理）河
西
敏
雄
On the Observation of the Surface
of grinding Wheel
ToshioKASAI
Synopsis
It i・・b・e・v・d th・t th・・t・t・・f g・indi・g whee1．・u・fa・e，・h・ng・・頑与th・in・・ea・e・f・t・・k removal． The grinding operation has been studied rather microscopically；because・the grain− ・ip−・・・…findi・idu・19・i・h・・agrea・influ・nce・n▼茸h・fi嚇ξd澗f4・e…’、’パ However， it is found that， in any grinding conditio五， the loading and㌧the iglazing occur惣霊蕊＝蒜㌔認；寧驚讐11騨蝶餓弊e
In・hi・p・p・ち・h・・u・f・・e−9・i・ding・P・・a・i・nt，W4・灘h・；・漣nce i・， en6・b1・S・h輌nding f・rce and・h・fini・h・d・u・face・・ughness・・be ea・il騨；・ラu’i・d：ln．・・h鱒C・・u蝉・n・・f wheel surface， the fixed area of it was thrown ； Light泊n）・and’、 the i碑ensityρf｝eflected light was measured by the electrical equipment with’ﾔsinfered「tyPe cadmium：sulfide
photoconductive ce11．1 まえがき
研削砥石の表面は研削作業の進行に伴なう研削体積 増加とともに変化しているが、砥石表面に平行光線を 照射し、その反射光量を各角度よりとらえ、電気的に 測定することによって研削砥石表面の変化を観察する ことが可能である1）。 研削砥石表面における砥粒切れ刃の先端状況が研削 仕上面に影響していることは、従来からの多くの研究 により実証され、砥石の切れ刃先端の高さの揃いを良 くすることが、仕上面あらさを向上する最大の因子で あるとされている。これらの切れ刃先端のなす先端角 2φは、単粒切削、単粒引かき、あるいは砥石面のナ イフエッジ型触針による形状測定2）等により測定され ている。その上、研削砥石は欠損、脱落、摩耗により その直径の減小を示すが、特に砥粒だけを注目すると あらゆる研削条件のもとにおいても、砥粒が工作物を 切削りすれば必らず砥粒の寧耗を生ずることが見出さ れている。同様に、目づまり、目，こぼれ等も生ずるこ とも考えられ、仕上面あらさ、および研削抵抗等も考 慮する場合、、「般に微視的な測定法によるものが多いが、≡方讃繊観趣よ躍寮も酬鰯合もあ
る．tt，・虫吹O” ’1 、、
本研究は・・騨の卿熟齢熟飾等｝ここだ
わることなく、砥石表面に現われる現象ごある目づま り、、目っぶ孤自こぼれ等を同時に含む砥右表面変化 に着目し、砥石表面の反射光量分布の測定を行なっ た。 “：、 t ’t㌫，1・・琴騨法．．、t蕾バ：
2．1実験装置
砥石表面の反射光量測定装置としては、Fig．1に 示されるように島津製作所製の光学実験用スペクトロ メータを使用し、反射光量の電気的変換に光導電セル （東芝2PT−14）を用い、光導電セルの抵抗変化を ホィートストンブリッジ回路の一辺にとり、マイクロ ァンメータにより測定した。研削体積増加に対する仕 上面あらさは大越式表面あらさ検査機（縦1000倍×横50倍）を用い、研削抵抗は新興通信製DS6−RX型
Fig．1 The optical −electrical equipmeut to measure wheel surface． プ5．．
恥lIA“
㎏…
脚．k’ stbOvi“ご 久噌巴》
冗解典ccA K do Fig．2（a） Diagram of grinding dynamometer． 動歪測定器、およびペン書きオッシロにより測定し、 Fig．2に示される装置を使用した。’、2．2測定方法
砥石表面の測定にあたって、光源側と受光側の光軸 のとり方により種々の測定方法が考えられる。測定さ れるべき砥石表面を、スペクトロメータ・一の回転軸の 申央にセットし、Fig．3（a），（b），（c）に示され る測定方法を用いた。Fig．1のブリッジ不平衡電流は 光源ランプの電源トランスにより調整した。なお、砥 石の円周面に平行な反射面角をcr・＝o°・とおき、0°∼ 25°の間で測定を行なった。77
研削体積増加に対する砥石表面の測定は第1，5i 10，20，40，80面と行ない、同時に研削抵抗と仕上面 あらさを測定した。2．3実験条件1
岡本精密平面研削盤に砥石を取り付けて、表1に示 される研削条件により、比較的機械加工性の劣る高マ ンガン鋼を湿式研削した。 表・1 （1） 湿式平面研削 ／ 研削液：コシロケンSE504．50倍溶液（2）砥石：WA60KV， WA60MV
昭和39年12月
山梨大学工学部研究報告
第15号
（8・）：A
（B，） （B3） Aユ （尾）／
An（B・）
Ae（B8）
As
（Bs’） （B6） Fig．2（b） Bridge circuit for grinding force． Fig．3 The methods of reflection on wheel surface． （a） （b） （c） 砥石周速：1200m／min （3）被加工物：高マンガン鋼、50mmφ 切込み量：10μ 被加工物速度：v＝7．5m／min 横送り：1．5mm （4） ドレッシング条件（ダイヤモンドドvッサP による） 切込み量：10μ J 横送り速度10．06mm／rev，0．24mm／rev． 横送り回数：1往復3 予備測定
Fig，1に示される装置により、砥石表面の砥粒の 分布する一定面積に平行光線を照射すると、反射光量 は砥粒、結合剤、ならびに空隙によりなる凹凸の各角 度に対する光量割合を示し、仮りに砥石表面の反射率 が一様であるならば、反射面積の割合を示すことにな る。 反射光量とブリッジ不平衡電流の関係を予じめ測定 した結果、次の関係式が得られ、光量変化は距離変化 により測定した。 10g （1／12）＝ai十b1／12㏄Ω㏄S
ここに、1は光源と光導面セルとの距離、iはブリッ ジ不平衝電流（μA），Qは光量、 Sは反射面積を示す。 a，およびbは定数で光導電セル前面のスリットの大 きさ、ブリッジ電圧、およびブリッジ抵抗により異な り、表2に示される。 表 2 a＝0．00594 b＝0．7605光源側スリット： 6mm×10mm×長さ15mm
受光側スリっト： 2・Mm×10mm×長さ30mm ブリッジ電圧：60ボルト ブリッジの各辺抵抗： 300Kn4実験結果
図3（a）に示される方法により光源側光軸を0
＝45°に固定し、受光側光軸の角度δを変化させて、 αに対する砥石表面の凹凸による反射光量の関係を予 備的に検討すると、 1 砥石表面の各角度に対する反射量は、砥石表面 全体においてほぼ同じ形をとり、砥石のドレッシング の際の回転方向に対しても差が認められない。これは 砥粒がドレッシングにより壁開するために、凹凸が砥 石表面全体に同じ形をしているものと推定される。 2 砥石の種類と反射光量の関係は、各角度に対す る電流値が砥石の色、砥粒と結合剤の反射率の差、そ の他により独自の傾向をみせ、その一例がFig、4（a）， （b），（c），（d）に示される。WA80JVは白色、WA60MVは淡紅色、 A60KVは灰色、 A60MVは
茶色である。 3 砥石表面にアルミニウムの蒸色処理を行なうと 反射率が一様になるためにFig．4に見られるように 砥石の種類に関係なく概して同じ傾向を示し、無処理 AS § 量 ぎ ？ き 三 ミ Fig．4（b） Relation between unbalanced cu’窒窒?獅煤@and αo ミ ’D § 言8
⊃2
ミ
ぶ
St520
WA 80」「ア 浴x2＄P喫誕・1・・θ％40
戸工
ノ
30
子 ！ざx20
6吃f。℃eセぴ∧P ト氏七1叙 2玄゜ ’2．ζ゜ 畝゜ Fig．4（a） Relation between unbalanced Current ・ and q°40
ぐ奮3。
き 寸壽
32。
が》．♂
2∫ゆ Fig．4（c） Seft e・o e“AbvK17’
waee2 St・ee・C P。・． P。rect；Wt 12、丁゜ 勺（’ Relation between unbalanced． gurrent apd qO o°79
昭和39年12月
山梨大学工学部研究報告
第15号
40
ご5
も。
§璽
12。
2ξ゜ Fig．4（d） AβeM v’ w似工郵1・。・協 ・・∼・い・・lt・“ t2 D〈 ’ Relation between unbalanced current andαo o 4 砥石表面の凹凸により入射光および反射光が遮 ぎられる。因みにFig．3（b）のように、光源側光軸 と受光側光軸を常に90°に保ち測定を行なうとFig・5 に示されFig．4と異った傾向になる。 したがって、比較的凹凸により光線の遮ぎられるこ とが少いF三9．3（c）の測定方式により砥石表面の測 定を行なった。 4．1研削体積と砥石表面変化の関係 研削体積の増加に伴なう砥石表面の変化は・α＝25・ の場合のブリッジ不平衡電流をに0μAにセットし・α ＝0°における電流値を読み、ヒストグラムを得た。一例としてwA60Kvの結果をFig．6∼12に示す。
このヒストグラムに見られるように、砥石は一般的に ドレッシング直後は集申的な分布を示すが、研削が進 行するにっれて広い分布になり、その上α＝25°に対 するα＝0°の相対的反射光量が増してくる。この相 対的反射光量の平均値の変化は、Fig．13∼16に示さ れ、研削体積が非常に少い場合は急速に増し、その後 はほぼ直線的に増加している。Fig．12∼16に示され る電流値を光量割合ηで示すと ’ 40 完 寸プ・2
§寸20
さ 三 」，o ≦噺60Mγ
w4 ・・e Sp…diρ。。脇／
／／
zs° ’基゜ o° Fig．5 Relation between unbalanced current andαo の場合の数倍の感度を示している。アルミニウムの蒸 着厚さは400∼500A程度であるから、砥石先端が平 坦になるためより、むしろ結合剤や砥粒の反射率が増 加し、その上、二次反射、三次反射が影響するものと 推定される， ，ζ ’P㍉
ξ 、’ ● n ’ro ㌔ 擢 o ぺs も o ミ o ’ ⊥o o ⇔り 0 よ ／0 ／5 蝋もα1“叫c卿Ψ碗｛ bvA） Fig．6 Distribution of unbalanced cuTrent inα＝0°tp cr＝250，ξ ／0 、3b
2
i書 dqs砒㌃
k
璽
『 ：・’ n』 場・ 3 ’0 ’8 協㌧同“艶Jo‘，tいいen・七 りんメ戊 Fig．7 Distribution of unbalanced current inα』0°toα＝250 埴 ノ05
ぶ
よ よ Fig．8 ⇔ ∨ d ！o ’よ ユ● ぱ國副c以e・“・rい飢七ψρ Distribution of unbalallce（曇current in a＝ 0° to α＝25° 4 ’8 ／o5
蕊2s
匹 ぐ Fig．9 虚 ／o ま討
に ’o 、いua』民IA“し劔 鴛 ，g 「勺 輪 ’芳 ・．ば e“．r“en；七しμA） Distribution of unbalanced current inα＝＝0° toα＝250 よ 1㌔ ；琴 七 ㌔ さ8
1o ’ま 20 吻ムA∫‘v−￠eD（t i4・Pbeivt t（ノ4） Fig．10 Distribution of un§alanced currept inα＝0°to・α＝＝250 8，1昭和39年12月
山梨大学工学部研’究報．告
第15号
’5 ！〃争
☆
∼
触 さ 、 c＞N
も 9t 芳w
20： 2S ヲo “吻Ldα妃eμCwvいenL（）（ノん4） Fig．i1’Distribution qf unbalanced cur士6nt三nα＝O°toα＝E2so （ 、さ 9 工 ） ひ「 忠 午富 E；’ 2、4曽3
磯・ G／ WA 6・kレ（Ct…gi・S…6朝％） O ；9￡ 00 8ρθ boθ ．1600 5七〇ek be’va。bec2（MMり Fig．13 Relation among ulnbalanced current， grinding force，・sUrface roughness and stock removal． 3 〔 Ct 2斗 〕 破 ご 一・ic） ∼ ’ づ せ ”三 ● ，虜 ’e メ 訟 2’よ ’ト2s
Fig−．：12 ざ9
㌔ ss）5
．SL． ．→Po
テD 3s 40 ←蝋‘禽ム・U！帆w鋤〔ノんA） DiStribution o．f unbalanced㌦ current in1・dV＝：』0° toα＝丁250 へ 〉 ぎ こ 竃 こ3
P
Φ 0 6 ｝ ⊆ 切 左 y 2 ’ ρ q．Oρ ‘POO ，1』1ユoo l600 gtoしピ∴‘“臼ωぴへε 『（伽午凡り Fig．14 Relation among．unbalanced・current， grinding force， surface roughness and stock removal， ． 32二
巴 き ：過
re ，三 ・ 罵 メ ”三 cstSへ ζ ぎ 工 ぎ
ξs
ぎ4
s3
皇．
5・
マ きユ。 wA 60Mヤ（alr・噌o・・6悌鬼） ・a・・2・∼r・・ecl…瓜 式㎜ト㎡ ’りtcピ
一321こ
き e｝ 吉 ．．．1＝，㌻
葛 ’，竺乱
θ qe’e 君。。 ρo。 ，600、 ；，S to C ’Kいε呪〇四￡ しMWり Fig．15 Relation among unbalanced current， grinding force， surface roughness and stock remova1． ミ ぎ託
這4
ミ∋ 皇・ ミ’ て’o “t A 60 ryl（al・t・…9ぽ∼・・24帆％の ・鋤∼F・己P・・㌦こ， dti．，・・L ge・・L ’・A ゜、。綱Lも゜t“ee’ ×「v K。べ30w城b・いCC ｛。c・…ea，・・ess3
一1． 2・き 8 上㌻
グ9・ ，三 急 o ￥oo 800 μo。 ↓6。。 ㎡説鰍． VAe（。nWtつ ” Fig．16 Relation among unbalanced current， grinding foエce， surface roughness and stock remova1． ＿Qo。 AB25。 ho。 η一ﾄ房’一y゜孫
ここでQは予備測定で求められたA
式により得られ、ABは砥石表面の 受光スリットの撮影、hは砥石表面 Aからの凹部の光の到る深さ。ABお Aよびはh幾何学的に得られ（AB25・／ ABo・）（ho／h25。）÷1より、ηを研削 体積の関係はFig．17∼20に示され る。 研削体積増加に対する反射光量割 合の上昇は、砥粒先端の摩耗、構成 刃先の発生、あるいは目づまりによ るものと思われ、砥石表面は感触に おいても凹凸がなめらかにi変化し、 肉眼的には次第に構成刃先、ttあるい は目づまりをなす切り屑で黒変して いる。 4．2 研削体精と研削抵抗 研削抵抗は一般に研削開始におい ては小さく、ある程度まで上昇し、 その後はほとんど一定である。ドレ ッシング直後においては、不安定な 砥粒の脱落、および鋭利な切れ刃に より切削するために抵抗値が小さい ことはうなづけると思う。なお研削 抵抗力の水平分力が垂直分力の1／2 を示し、この実験においては砥石、 ドレッシング条件による差が認めら れない。 4．3研削体積と仕上面あらさ 仕上面のあらさは研削体積増加に 伴い上昇し、しかもドレッジシグの 際のテニブノレ横送りの差がは．6きり と表われてVN’る。砥石表面は変化し ながらも1、研削抵抗はあまり変化な く、仕L面あらさが悪化しているの ’は、仕上面上の切り残し量が砥粒切 れ刃の鈍化のために増加するのが大 きな原因：である。∵ 83’昭和39年12月
