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極 細 ス テ ン レス鋼 管 内壁 の 高速 流 動研 磨(第1 報)* 研 磨 の基本 特性

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Academic year: 2022

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(1)極 細 ス テ ン レス鋼 管 内壁 の 高速 流 動研 磨(第1. 報)*. 研 磨 の基本 特性 山 本 桂 一 郎**. High. Speed. Slurry. Flow. 黒 部 利 次***. Finishing. of. Inner. Fundamental. Keiichiro. Stainless of. pure. of. the. pipe. velocity. is. very. difficult. has. been. developed,. through. the. which. of. finished. in. grain. from. 0.7 ƒÊmRa. surfaces size.. texture pressure. decreases. Optical. pattern. of. measurement. Key. words:. 金 属 製 の 管 は,そ. the. 緒. be. wall. steel. in. capillary,inner. た,内. of. to. of. of. the. low. 壁 の 仕 上 げ 精 度 も 異 な る.内 径 が 数mmか. ら数 十cmに 及 ぶ 管 は,. and. capillary. The. roughness. with. increase. indicate. number.. that. N2 gas. flow. level.. roughness,gas. 2.. high. polishing. steel. surface. finishing. new at. excellent. pass. line. study, slurry. passes.. polished. polishing,surface. 2. 1. have. slurry. flow polishing. present. flowing. concentration,. of. the wall. stainless. the. stage. estimation. for. the. by. proved. grain. early. In. 言. 径 の 大 き さ に よ って 要 求 さ れ る 内. Report). MIURA. Inner. as-received tens. abrasive. wall. の 内 径 の 大 き さ に応 じ て 使 用 さ れ る 用 途 が. 一 般 に違 っ て く る.ま. been. several. in an. (1st. needed. performed. of. micrographs. disappears for. has. roughness within. been machinery.. is. machine. electron. Capillary. methods.. polishing. increase. applicable. recently. precision. finishing. which. 0.1 ƒÊmRa. Steel. YAMADA and Takehiko. has of. ordinary. surface. scanning. inner. size field. developed the. with. and. can. stainless. 1.. about. Stainless. 三 浦 毅彦†. Characteristics. long the. in. that. to. in by. The show. and. used. capillary.. Experiments. reduced. is. of. KUROBE, Yoshinori. hole. method. performance. is. fine. liquid,. capillary. polishing. with. and. Wall. Polishing. YAMAMOTO, Toshiji. steel gas. 山 田 良 穂***. 実. flow. 験. 方. pressure. 法. 研磨装置. 実 験 に供 した ス テ ン レス 鋼 管 は,そ に小 さ く,か つ,素 管 長 が500mmに. の 内 径 が0.28mmと. 極端. わ た る極 細 管 で あ る.研 磨. そ の 内 壁 を 何 らか の 方 法 で 研 磨 加 工 し て い る 場 合 が 多 い.管 の. 装 置 を 設 計 す る に 当 た っ て,特. 内 面 を 研 磨 す る 方 法 と して は,ホ ー ニ ン グ1)や 電 解 研 磨 法2), 磁. リー を往 復 動 させ る,(2)溶 媒 と砥 粒 の 懸 濁 が 十 分 行 え る,(3)管 径. 気 研 磨 法3),化 学 研 磨 法4)等 が あ り,目 的 に 応 じて 使 い 分 け さ. や 管 長 が 変 わ っ て も対 応 で き る 。 図1に,設. れ て い る 。 電 解 研 磨 に 砥 粒 の 擦 過 作 用 を 複 合 させ た 電 解 複 合 研. 装 置(ス. 磨 法5)も 効 果 が あ る と い わ れ て い る.し か しな が ら,ホ ー ニ ン グ や 電 解 研 磨 法 は研 磨 で き る 管 の 長 さ が 数cmと 短 く,工 具 等 を. 計 ・製 作 し た研 磨. ラ リー 高 速 流 動 型 研 磨 装 置 と呼 ぶ)の. 研 磨 装 置 は,エ ジ,架. に 次 の 諸 点 に 留 意 し た.(1)スラ. ア コ ン プ レ ッサ,直. 概 略 図 を 示 す.. 圧 式 増 圧 器,カ. 台 等 か ら構 成 さ れ て い る.図1に. ー トリッ. 示 す よ う に,被 研 磨 管. 管 内 に挿 入 しな け れ ば な ら な い と い っ た 問 題 も あ り,研 磨 で き. (細 管)の 左 右 両 端 に は そ れ ぞ れ2個 の カ ー ト リ ッ ジ(A,B). る 管 の 内 径 も 自ず と綱 約 を 受 け る こ と に な る.一 方,磁. 配 置 さ れ て お り,カ ー ト リ ッ ジAに. は,砥 粒 と 溶 媒(イ. 換 水)が. ー ト リ ッ ジBに. 気研磨. 法 や 化 学 研 磨 法 は,研 磨 媒 体 と して 磁 性 流 体 や 化 学 薬 品 を使 用. 入 れ られ て い る.一 方,カ. す る た め 液 の 管 理 が 難 し く,必 ず し も 良 好 な 仕 上 げ 面 と は な ら な い と い っ た 問 題 も あ る. ス テ ン レ ス鋼 極 細 管 は,そ 素 管 長 は 数 十cmか. の 内 径 が1mm以. 下 で あ り,か つ,. ら数mに 及 ぶ 長 尺 管 で あ る 。ス テ ン レス 鋼 極. 細 管 は,精 密 機 器 に 組 み 込 まれ る ガ ス 系 の 配 管 や 液 体 系 の 配 管 と して 使 用 さ れ る た め,管 内 壁 は 研 磨 す る必 要 が あ る.近 年, 内 壁 の 加 工 精 度 に 対 す る 要 求 が ます ま す 厳 し くな っ て き て い る. 内 径 が 極 め て 小 さ く,か つ 長 尺 で あ る ス テ ン レ ス 鋼 極 細 管 の 研 磨 に は,在 来 の 研 磨 法 が 適 用 し難 い 面 が あ る 。 ま た,ス. テンレ. ス 鋼 極 細 管 の 仕 上 げ 面 が ク リー ン で な け れ ば な らな い と い っ た 問 題 も あ り,新. し い研 磨 法 を 模 索 す る 必 要 に 迫 られ て い る,. そ こ で,本 研 究 で は 溶 媒 に 砥 粒 を 混 合 した 液 体(ス ラ リー) を 空 気 圧 を介 して 長 尺 の 細 管 内 に 強 制 流 入 させ,管. の左 右端 につ. い て そ れ を 交 互 に 繰 り返 し往 復 動 さ せ る こ と に よ っ て 研 磨 す る 方 法 に つ い て 検 討 し た. * ** *** †. 126. 原稿受付 正 会 員. 平 成9年6月13 日 金 沢大学 大学院(金 沢市小 立野2‑40‑20). 正 会 員. 金 沢大学 工学部 Fig.1Schematic. 金沢大学大学院. 精 密工 学会 誌. Vol.64, No.1,. 1998. view of polishing. setup. が. オ ン交. は イ オ ン交.

(2) 山本 ・黒部 ・山田 ・三浦:極 細ステンレス鋼管内壁 の高速流動研磨(第1. 換 水 の み が 入 れ られ て い る。 カ ー トリ ッ ジAに 2本 の 管 の 内 の1本(容. 報). 挿入 され てい る. 器 底 面 近 く ま で 挿 入 され て い る 管 〉は 被. 研 磨 管 の 一端 に ゴ ム 製 の ジ グ を介 し て 接 続 さ れ て い る.も 本 の 挿 入 管 は カ ー トリ ッ ジBに. う1. 連 結 さ れ て い る.カ ー トリ ッ ジ. Bに 挿 入 さ れ て い る 管 の 内 の1本 は 直 圧 式 増 圧 器 に 接 続 さ れ て い る 。 カ ー ト リ ッ ジBは 直 圧 式 増 圧 器 に砥 粒 が 侵 入 す る こ と を 防 ぐ た め,換. 言 す れ ば,装. 置 の 耐 久 性 を 向 上 さ せ る た めのト Fig.2Cutting. ラ ツプ で あ る.. position of the capillary. 実 験 に 際 し,エ ア コ ン プ レ ッサ を 稼 働 し圧 縮 空 気 を フ ィル タ レギ ュ レ ー タ を介 して 一 定 の 圧 力(0.49MPa)に. 制 御 し,直 圧. 式 増 圧 器 に 送 気 す る.直 圧 式 増 圧 器 よ っ て シ リ ン ダ 内 部 の イ オ ン交 換 水 を 空 気 圧 の 約25倍. に ま で 増 圧 し,カ ー トリ ッ ジB内 の. イ オ ン交 換 水 に流 体 圧 を 加 え る.こ の た め,カ ー トリ ッ ジB 内 の イ オ ン交 換 水 は カ ー ト リ ッ ジA内. に 注 送 さ れ,カ ー トリ ッ ジ. A内 の イ オ ン交 換 水 に 流 体 圧 を 加 え る こ と とな る.こ よ っ て,カ ー ト リ ッ ジA内 通 って,底. の ことに. の 底 部 近 く ま で 挿 入 さ れ て い る管 を. 部 に あ らか じめ 沈 殿 させ て お い た 砥 粒 が イ オ ン交 換. 水 ご と被 研 磨 管 内 に 注 送 さ れ る こ と に な る.研 磨 は,ス. Fig.3Sample. ラ リー. preparation. for surface. roughness. measurement. が 管 内 を 流 動 す る こ と に よ っ て 営 まれ る. の 出 口 側 に 設 け て い る カ ート. 包 埋 用 樹 脂(Buehler社. リ ッ ジAに 入 り,そ こ で 砥 粒 が 沈 殿 す る.次 に,電 磁 弁 を 切り. 管 を 通 過 し た ス ラ リー は,管. 混 ぜ た も の で あ る.完. 替 え て 反 対 側 の 増 圧 器 に 送 気 す る.本 操 作 を 数 十 回 繰 り返 すこ. し た.硬 化 後,包. と によ り,所 定 の 内 面 性 状(表 面 粗 さ の 著 し く低 減 した 表 面)を. パ(#400)で. 有 す る 管 を 得 る.. り も や や 下 に な る よ う に 削 り込 む.そ の 様 子 を 図3に. 2. 2. 研 磨 実験 条 件 お よ び研 磨 面 評価 方 法. 実 験 に は,内 径 φ0.28mm,長. さ500mmの. の 後,十. 極 細 ス テ ン レ ス鋼. 管(引 抜 き 管)を 用 い た.研 磨 に は,ア ル ミナ(A1203)砥 使 用 し,砥 粒 の 粒 径 を0.6〜30μmの 行 った.実 験 条 件 を 表1に. 粒を. 範 囲で種 々変 えて実験 を. 示 す.. 製)は,エ. ポ キシ樹 脂の 主剤 に硬化 剤 を. 全 に硬 化 さ せ る た め 樹 脂 注 入 後1日. 慎 重 に 少 しず つ 削 る.そ. して,管 の 断 面 中 心 部 よ. 分 洗 浄 して 管 内 を 観 察 し た.観 察 は,光. た,粗. フ:Taylor‑Hobson社. さ の 測 定 は 触 針 式 粗 さ 計(フ. 示 す. そ. 学 顕 微 鏡(. マ ル ス キ ー 干 渉 顕 微 鏡 〉,走 査 型 電 子 顕 微 鏡(SEM)を 行 っ た.ま. 放置. 埋 材 を容 器 か ら取 り外 し,そ れ をサ ン ドペ ー. ノ. 用 いて. ォーム タ リサー. 製;カ ッ トオ フ値 は0.8mm)を. 使 用 して 行 っ. た. 管 内 壁 の研 磨 状 態 を評 価 す る も う 一 つ 別 の 方 法 と し て,管 内. Table. 1. Polishing. condition. を 流 れ る 気 体 の 流 量 を測 定 す る 方 法 が あ る.図4に,自 差 圧 測 定 装 置 の 概 略 図 を 示 す.研 50mm)を,マ. 作 した. 磨 後 の 細 管 の 一 部(長. さ. ス フ ロ ー コ ン トロ ー ラ(質 量 流 量 制 御 装 置)と 差. 圧 計(微 差 圧 トラ ン ス ミ ッタ)の 間 に 設 置 し,測 定 用 の ガ ス( 窒 素 ガ ス)を. 流 す.. マ ス フ ロ ー コ ン トロ ー ラで 流 量 が 一 定(4cm3/min)と う に制 御 し,制 御 さ れ た ガ ス は 試 料(細. 管)を. な るよ. 通 って 大気 中に. 流 出 す る 。 流 出 圧 力 は ダ イ ヤ フ ラ ム 式 の 差 圧 計 で 計 測 され る. 測 定 は,室 温25℃. の ク リー ン ル ー ム 内 で 行 っ た.. 差 圧 の 測 定 条 件 を 表2に. 示 す.. 実 験 終 了 後,管 の 研 磨 状 態 を 評 価 す る た め 研 磨 後 の 管 を 洗 浄 した.洗 浄 は次 の よ う に し て 行 っ た.研 磨 後 の 管 を 装 置 か ら取 り外 し,別 途 用 意 して い る 直圧 式 増 圧 器 に管 の 一 端 を 接 続 す る. 他 端は 解 放 状 態 に して お く.直 圧 式 増 圧 器 に は イ オ ン交 換 水 が あらか じめ 入 れ ら れ て お り,エ ア コ ン プ レ ッ サ か らの 空 気 圧 を 付 与す る こ と に よ っ て,イ オ ン 交 換 水 が 細 管 内 を ジ ェ ッ ト流 と な って 一 気 に 噴 流 す る.洗 浄 は この ジ ェ ッ ト流 に よ って な され る. 洗浄 後 の管 の 内 壁 の 研 磨 状 態 を 観 察 す る た め,管 示すB,C,Dの 10mm離. 各 位 置 に つ い て,そ. を,図2. れ た 場 所 を 薄 刃 の 鋭 利 な カ ッ タ で 切 断 した.A,Eの. 置は管 端 で あ り,管 端 か ら20mm隔 切断 した20mm長. に. の 位 置 を中 心 に左右 に 位. た っ た と こ ろ を 切 断 し た.. の 被 観 察 用 試 料 は,次 の 手 順 で 測 定 に都 合 の. Fig.4Diftcrential. Table. 2. Differential. pressure. pressure. measuring. measuring. system. condition. よい形 に加 工 した. 始 め に,切 断 分 離 した20mm長 す る.そ の後,そ. れ を 高 さ30mm,直. 製 の容 器 に 入 れ,そ. の 中 空 管 の 両 端 を粘 土 で 封 止 径30mmの. プ ラス チ ック. の 中 に 包 埋 用 樹 脂 を 流 し込 み 硬 化 さ せ る.. 精密 工学会 誌. VoN.64, No.1,. 1998. 127.

(3) 山本 ・黒部 ・山田 ・三浦1極 細 ステンレス鋼管内壁の高速流動研磨(第 り報). Fig . 5. Effect of grain size on surface roughness. Fig . 7. Distribution. 図6に,砥. of surface. roughness. along. flow path. 粒 が 管 内 壁 に 衝 突 す る模 式 図 を 示 す.管. 内を流れ. る砥 粒 は 管 軸 方 向 に流 体 圧 を 受 け,か つ,乱 流 に よ り複 雑 な 形 で 内 壁 に 衝 突 す る.砥 粒 は 固 定 され て い な い の で,目 づ ま りや 目 つ ぶ れ を起 こす こ と な く,常. に砥 粒 の 鋭 い 切 れ 刃 が 壁 面 に 接. し能 率 良 く研 磨 作 用 を 行 う と推 測 され る, 砥 粒 が 流 体 の 溶 媒 か ら 受 け る 力 は,流 体 が 静 止 して い る と考 え た と き の 静 水 圧 と 溶 媒 の 流 動 に 基 づ く 力 が あ る.し か し, 静 水 圧 は研 磨 作 用 に 直 接 影 響 は 及 ぼ さな い と考 え られ る の で, こ の 場 合 は 流 動 によ る 力 の み に つ い て 考 慮 す れ ば よ い.砥 粒 が 大 き く な れ ば 流 動 に よ る運 動 エ ネ ル ギ ー も大 き く な る.研 磨 は, 砥 粒 の 衝 突 とそ の 後 の 引 っ 掻 き作 用 に よ っ て 営 ま れ る と 考 えら れ る の で,運 動 エ ネ ル ギ ー の 大 き な 粗 粒 の ほ う が研 磨 量 が 大き Fig . 6. くな る.. Polishing model. 図5に 3.. 示 す パ ス 回 数30回. の 結 果 で は,前. 加 工 面 粗 さ(凹 凸). が 除 去 され る 途 中 段 階 に あ り,研 磨 量 の大 き な 粗 粒 ほ ど 前 加 工. 実 験 結 果 及 び考 察. 面 の 除 去 速 度 が 大 き く,平 滑 化 が 早 く 行 わ れ て,見 か け 上 表 面 3. 1. 研 磨 面 の 粗 さ測 定. 3.1. 1. 粗 さ は 小 さ くな っ た も の と考 え られ る.平 均 粒 径 の 小 さ な 砥 粒 で も,パ ス 回 数 を 重 ね れ ば 徐 々 に 前 加 工 面 の 凹 凸 が 平 滑 化 さ れ,. 砥 粒径 の影響. 図5に,細. 管 内 に注 入 す る ス ラ リ ー の 注 入 圧 力 を10.8MPa. 定 と し,砥 粒 濃 度 を3.44vol%,パ. ス 回 数 を30回. 一. と して 実 験 し. た 場 合 の 砥 粒 の 平 均 粒 径 と表 面 粗 さ の 関 係 を示 す.研 磨 前 の 素 管 内 壁 の 表 面 粗 さ はRaで0.7μmで. あ る.こ. は ス ラ リー が 細 管 の 右 端(左. ら左 端(右. 端)か. 3.1.2. 測定 位置 と表面粗 さの関 係. 長 さ500mmの. ス回数 と. め,平 均 粒 径20,5.5,0.6μmの3種. 端)へ. 移 動す る. 濃 度3.44vo1%,圧 た.図7に,図2の. ら,砥 粒 の 平 均 粒 径 が 大 き く な る程 表 面 粗 さ が 小 さく. な る こ と が わ か る.こ れ は,通. 細 管 が 一 様 に 研 磨 さ れ る の か ど うか を 調 べ る た. こで,パ. 回 数 を表 す. 図5か. 表 面粗 さ が 小 さ くな る こ とが 予 想 さ れ る.. 常 の 研 磨 加 工 の 場 合 と異 な る結. 力10.8MPa,パ. 類 の 砥 粒 を 使 用 し,砥 粒 ス 回 数30回 で 研 磨 実 験 を 行 っ. 測 定 位 置 に お け る 表 面 粗 さ の測 定 結 果 を 示. す. 図7か. ら,い ず れ の 砥 粒 の 場 合 も 管 を5等 分 したA,B,. 果 の よ う に思 わ れ る.こ の た め,こ こ で は研 磨 量(除 去 体 積) と 表 面 粗 さ の 関 係 に つ い て 検 討 す る 必 要 が あ る と考 え られ る.. が っ て,管 内 の 軸 方 向 の ど の 位 置 に お い て も研 磨 作 用 が 一 様 に. ま ず,管. 内 の ス ラ リー の 流 れ の 状 態 に つ いて 考 え る.管 軸 方. 各 位 置 で 表 面 粗 さ は ほ ぼ 一 定 値 と な っ て い る.し. C,. D,Eの. 行 わ れ て い る こ と が 確 認 で き る.し. か し,こ の 場 合 も 図5の 結. 向 に 流 れ る ス ラ リ ー の 状 態 は,レ イ ノ ル ズ 数 に よ っ て 規 定 され. 果 と 同 様,砥. る.い ま,管 の 内 径 をd,管. 前 加 工 面 粗 さ の 除 去 段 階 で あ る こ と が わ か る.. の 断 面 積 をA,ス. ラ リー の 流 速 をu,. ス ラ リー が 管 を 通 過 す る 時 間 をt,流 量 をQ,直 ラム の 容 積 をVと こ こ で,Q=V/tで. 圧 式増圧 器の コ. す る と,連 続 の 式 よ り,Q=Auが あ る の で,u=V/Atと. な る.dの 値 は0.28mm,. 重は 実 測 の 結 果59秒,Vは77x103mm3で れ る 流 体 の 流 速 は21.2m/sと す る と,レ イ ノ ル ズ 数Re6). 成 り立 つ.. あ る の で,管. な る. こ こで,水. 内 を流. の 動 粘 度 をv と. 砥粒 濃度 の影響. 図8に,砥 数20回,砥. 粒 径 が 小 さ い ほ ど表 面 粗 さ は 大 き くな っ て おり,. 粒 濃 度 と表 面 粗 さ の 関 係 を示 す 。 実 験 は,パ ス 回 粒 の 平 均 粒 径5.5,20μmの2種. 類 で 行 っ た.図. 8. か ら,砥 粒 の 濃 度 が 高 く な る と 表 面 粗 さ が 次 第 に 小 さ くな るが, そ の 減 少 度 合 い は 砥 粒 径 に あ ま り依 存 し な い こ と が わ か る. こ れ は 次 の 理 由 に よ る と考 え られ る.. は, (1). vの 値 は1.004mm2/sで. 3.1.3. た. あ る の で,Re=5911と. な る.臨 界 レイ. 砥 粒 径 が 一 定 で あ る と 仮 定 す る と,ス. ラ リー 中 の1個 の砥 粒. が 持 つ 研 磨 能 力 は 定 ま っ て い る と み て よ く,研 磨 量 は,単 位 時. あ る の で,管 内 の 流 体 の 流 れ は 乱 流 に な っ て. 間 当 た りに 研 磨 面 に衝 突 ・引 っ か き作 用 を行 う砥 粒 の 数 によっ. い る と 推 測 され る.実 際 の ス ラ リ ー に は 砥 粒 が 混 入 さ れ て い る. て 決 ま る と考 え られ る.砥 粒 径 の 場 合 と 同 様 に,前 加 工 面 粗さ. た め,こ. の 低 減 は 研 磨 量 に依 存 す る と考 え られ る の で,研 磨 面 に作 用 す. ノル ズ 数 は2300で. の 値 は 水 の み の 場 合 と は 異 な る こ と が 予 想 さ れ る が,. 砥 粒 の 混 入 率 が1.7〜5%と. 非 常 に 小 さ く,水 の み の 場 合 と ほ と. 滑 化 が 早 く進 行 し,表 面 粗 さ が 小 さ く な る も の と推 測 さ れ る.. ん ど違 い が な い と考 え られ る.. 128. 精 密工 学会誌. VoN.64, No.1,. る 砥 粒 数 が 多 い ほ ど,す な わ ち砥 粒 濃 度 が 高 い ほ ど研 磨 面 の 平. 1998.

(4) 山本 ・黒部 ・山田 ・三浦:極 細ステンレス鋼管内壁 の高速流動研磨(第1. Fig.8Effect. Fig.10Relationship. of grain concentration on surface roughness. 報). between differential pressure and surface roughness. N=0. Fig.9Change. of surface roughness with pass number. N=10. 3.1.4. パ ス 回 数 の影 響. 図9に,パ. ス 回 数 と 表 面 粗 さ の 関 係 を 示 す.図9か. 粒径20お よ び55μmの. ら,平 均. 大 き な 砥 粒 の 場 合,パ ス 回 数 の 増 加 の. 初期 の 段 階 で 表 面 粗 さ は急 激 に 小 さ く な るが,パ ス 回 数20回 を 過 ぎ る辺 りか ら漸 減 す る 傾 向 に 変 わ る こ と が わ か る.こ. れ は,. 前加 工 面 粗 さ の 除 去 に よ る 平 滑 化 に と も な っ て,研 磨 面 の 負 荷 率 が徐 々 に 増 加 す る た め と 考 え られ る.単 位 時 間 当 た り の 研 磨. N=30. 体積 が 一 定 と す る と,負 荷 率 の 増 加 に よ り,単 位 時 間 当 た り の 研磨 深 さ が 次 第 に減 少 し,表 面 粗 さ の 改 善 傾 向 は緩 和 され る こ とにな る.一. 方,平 均 粒 径0.6μmの. 砥粒 では研磨 能率 が小 さ. い ため,表 面 粗 さ は パ ス 回 数 の 初 期 の 段 階 か ら漸 減 傾 向 に あ り, パ ス回 数50回 の 段 階 で も研 磨 面 の 負 荷 率 の 増 加 が あ ま り大 き く ないた め,表 面 粗 さ の 低 減 の 傾 向 が ほ ぼ 一 定 に な っ た も の と考 え られ る. N=50. 3.2. 差圧の測定. Fig.11Optical. 研 磨 面 を 評 価 す る 目的 で研 磨 後 の 管 の差 圧 を 測 定 した.図 に差圧 の 測 定 結 果 を 示 す.実 パス 回数 を2〜50回. 験 は,砥. 粒 濃 度 を3.44v01%と. と して 行 っ た.図10か. micrographs and profiles of inner wall. 10 し,. ら,表 面 粗 さ が 大. 20μmの. 砥 粒 を 使 用 して 研 磨 し て 得 られ た デ ー タ で あ る こ と が. き くな る に つ れ て 差 圧 は次 第 に 大 き く な る こ とが わ か る.こ れ. わ か る.こ. は,管 内壁 の 仕 上 げ 状 態 が 悪 い(表 面 粗 さ が 大 き い)と,ガ. れ て い る こ と が確 認 で き る.さ ら に 図10は,表. スの. 図10を 注 意 深 くみ る と,差 圧 の 増 加 曲 線 は2本 の 直 線 で 近 似. り立 つ直 線(1)と0.3〜0.8μmRaの. 面 粗 さ と差 圧 の. 関 係 を 表 す 検 量 線 と し て も使 用 で き る 可 能 性 の あ る こ と を 示 し. 流れ に障 害 とな り抵 抗 を 生 じ る た め と 考 え られ る. で きる よ う に 思 わ れ る.表 面 粗 さ が,0.1〜0.3μmRaの. の こ と か ら,粗 粒 の 方 が 細 粒 に 比 べ て 研 磨 能 力 に 優. 間で成. 間 に 成 り立 つ 直 線(2)の2 本. て い る.す. な わ ち,研 磨 後 に差 圧 を測 定 す れ ば,管. 唆 して い る.. で あ り,明 り ょ うな 傾 き の 変 化 が み られ る.(2)の 直 線 は 内 壁 面. 3. 3. の仕 上 げ状 態 を 反 映 し て い る と考 え ら れ る が,(1)の 直 線 は, 面. 3.3.1. の仕 上 げ状 態 の 他 に研 磨 に よ る管 の 内 径 の拡 大 の 効 果 も 含 ん で. 平均 粒 径20μmで. お り,大 き く傾 き が 変 化 した も の と考 え られ る. 図10か ら,(1)の 直 線 に含 ま れ る デ ー タ の 大 部 分 は,平 均 粒 径. を切断す る. こ と な し に 管 内 壁 の 表 面 状 態 を 把 握 す る こ とが で き る こ と を 示. 図11に. 研 誌 面 の観 察 光学顕 微鏡 に よる観察. 示 す.前. 研 磨 した 面 の 光 学 顕 微 鏡 に よ る 観 察 結 果 を. 加 工 面(素 管)お. よ び パ ス 回 数10,30,50回. の. 研 磨 面 に つ い て 示 し,触 針 式 粗 さ 計 に よ る表 面 粗 さ プ ロ フ ィ ー. 精密 工学会 誌. VON.64, NO.1,. 1998. 129.

(5) 山本 ・黒 部 ・山田 ・三浦:極 細ステ ンレス鋼管内壁の高速流動研磨(第1. 報). (凹 凸)が ほ と ん ど除 去 され た こ とが う か が え る.し か し,砥 粒 に よ る 引 っ か き 痕 は パ ス 回 数 が 増 え て も な くな らな か っ た. こ の こ と は,粗. 粒 に よ り研 磨 した 後,粒. 径 の 小 さ な 砥 粒 で の 仕上. げ 研 磨 を 行 う こ と に よ り,さ ら に 良 好 な 面 が 得 られ る 可 能 性 が あ る こ と を 示 唆 して い る.な お,SEMに. よ る 観 察 結 果 は触 針 式. 表 面 粗 さ 計 に よ る測 定 結 果 と も 良 く 照 応 して い る.. (As-received). N= 0. N= 2. 3. 4. パ ー テ ィ クル の検 出. 極 細 ス テ ン レス 鋼 管 内 壁 の 研 磨 は,ガ ス や 不 純 粒 子 の壁 面 へ の 付 着 を 低 減 す る た め に 行 わ れ る.研 磨 に よ る 内壁 の ク リーン 化 の 評 価 は,パ. ー テ ィ ク ル カ ウ ン タ に よ る 粒 子 の 検 出 等 に よっ. て 行 わ れ る. 平 均 粒 径20μmの. ア ル ミ ナ 砥 粒 を 用 い,パ ス 回 数 を10〜. 50. と して 研 磨 した 管 に つ い てパ ー テ ィ クル カ ウ ン タ で 粒 子 の 計 測 を 試 み た.そ の 結 果,直 径 に して 約0.01μmの N= 6. N= 4. パ ーテ ィクルが. わ ず か に 検 知 さ れ た だ け で あ っ た.し か し,パ ー テ ィ ク ル の 計 測 は 重 要 で あ り今 後 検 討 す べ き課 題 で あ る. 4.. 内 径0.28mm以. 結. 論. 下 の 極 細 ス テ ン レ ス鋼 管 内 壁 を超 精 密 に 研 磨. す る 方 法 に つ い て 検 討 し た 結 果,次 (1). の 結 論 を 得 た.. 開 発 した 加 工 装 置 は 所 期 の 性 能 を 有 して い る こ とが 確 認. で き た. N= 10. N= 20. (2 ). ス ラ リー が 管 内 を通 過 す る パ ス 回 数 が30回 以 下 の 場 合,. 使 用 す る 砥 粒 の 平 均 粒 径 が 大 き くな る に つ れ て,内 壁 の 表 Fig . 12. SEM micrographs of inner wall. 面 粗 さ は 次 第 に 小 さ くな る,ま. ル も併 記 して い る.観 察 は,管 の 中 心 部 に レ ンズ の 焦 点 を 当 て て 行 っ た.中. 心部 の上 下両端 に見 える 白色の 太線 は管 の切断 面. (3). 数20回. 図11の 結 果 か ら,素 管 内 壁 は 引 抜 き 管 特 有 の 荒 れ た,光 の 反 に な ると,. (4). 変 わ り,0.1〜0.3μmRaの. 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 に よ る観 察. (N=0)お. 示 す.図12は,平. 粒 濃 度 を3.44vol%で. 均 粒 径20. 研 磨 した と き の,素. よ び パ ス 回 数2,4,6,10,20回. 察. (5 ). ら,N=0の. μm. 素 管 は 引 抜 き 管 特 有 の テ ク ス チ ャ( 織目. 場 合 を見 る と,特 有 の テ ク ス チ ャ は わ ず か. ら に, N. は テ ク ス チ ャ が 全 く 認 め られ な い.こ の 段 階 で,前. Vol.64, No.1,. 1998. 文. 献. 田 中義信, 津 和秀夫: 綱 密 工作 法(下),共. 2) 3) 4) 5). 田島 栄: 表面 処理 ハ ン ドブ ック,産 業 図書, (1969) 377. 進村 武男: 磁 気研磨 法の現 状 と課 題, 機 械 と工 具,40,5 (1996) 16. 鴨川 昭夫: 実 践 機 械工 作法, 機 械 技術,39,5 (1991) 106, 木本 康雄,矢 野 章成,杉 田忠彰:マ イ ク ロ応用 加 工,共 立出版,. 6). (1986)67. 加藤 宏: 流 れ の力学,丸 善,(1993) 50.. 降. 加工 面粗 さ. 考. 1). の 場 合, 研. の 辺 り ま で は テ ク ス チ ャ が 多 少 認 め られ る が,N=10以. 精 密工 学会 誌. 砥 粒 に よ る研 磨 で ス回数 の少な い段階. 参. 磨 は 早 期 の 段 階 で 急 激 に 進 ん で い る こ と が わ か る.さ. 130. 察 の 結 果,平 均 粒 径20μmの. 抜 き管 特 有 の テ ク ス チ ャ は,パ. の管 の内壁面 状態 を. に 見 られ る も の の か な りの 部 分 が 消 失 して い る.こ =6. 範囲. で 消 失 す る.. 管. 模 様 の 表 面 の微 細 凹 凸 パ タ ー ン)を 有 して い る こ と が わ か る.こ れ に対 してN=2の. SEM観. は,引. 示 し て い る. 図12か. 範 囲 と0.3〜0.8μmRaの. で は変 化 の 勾 配 が 異 な る.. 内 壁 の 仕 上 げ 状 態 を さ ら に 詳 細 に 観 察 す る た め に,SEM観 を行 っ た.観 察 結 果 を 図12に. 管 内 壁 の研 磨 状 態 を 評 価 す る一 つ の 方 法 と して 管 を通 っ. て 差 圧 が 増 大 す る.増 大 の 度 合 い は 表 面 粗 さ の 値 に よ って. 表 面 粗 さ の プ ロ フ ィ ー ル と も よ く一 致 して い る.. の 砥 粒 を 用 い,砥. ス回. を 過 ぎ る 辺 りか ら漸 減 す る 傾 向 に 変 わ る.. こ の 測 定 に お い て,管 内 壁 の 表 面 粗 さ が 大 き くな る に つ れ. ス回数 が さ らに増加す る と内壁 の光沢 が いっそ. う 増 し,内 壁 が ます ます 滑 ら か に な っ て く る.こ の 観 察 結 果 は 3.3.2. 砥 粒 を使 用 し た 場 合 パ ス 回 数 の. て 流 出 す る 気 体 の 流 出圧 力 を差 圧 計 で 測 定 す る 方 法 が ある,. 荒 れ た 面 が 次 第 に 滑 ら か な 面 と な り,光 沢 が 生 じて くる こ と が 確 認 で き る.パ. 平 均 粒 径20,5.5μmの. 増 加 の 初 期 段 階 で 表 面 粗 さ は 急 激 に 小 さ く な る が,パ. で あ る.. 射 も鈍 い粗 面 で あ る こ と が わ か る.研 磨 回 数 が10回. た,砥 粒 濃 度 が 高 くな ると. 表 面 粗 さ は 低 減 す る.. 立 出 版, (1982)33,.

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