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(2) 佐 藤 ・黒部 ・広崎:薄 刃ダイヤモ ンドブレー ドによるフェライ トの溝 加工(第1報). Tablel. Experimental. conditions. of grooving. 図2(の に,引. っ か き 痕 の 光 学 顕 微 鏡 写真 を示 す.図2(b)は. そ の 模 式 図 で あ る,砥 石 と フ ェ ラ イ トブ ロ ッ ク の 接 触 面 積 は 次 の よ う に し て 求 め た,図2(b)に 示 す 最 外 周 に あ る 引 っか き 痕 の 一 端 をそれ ぞれ 直線 で結 び ,そ の 直 線 で 囲 ま れ た 領 域 を接 触 面 積 と した. 2.3チ. ッ ピ ン グ サ イ ズ の測 定. 加 工 に 伴 っ て 生 じ る エ ッ ジ チ ッ ピ ン グ の大 き さ(チ ッ ピ ン グ サ イ ズ と呼 ぶ)は,工. 具 顕 微 鏡 を 用 い て 測 定 し た.図3に,エ. ッ. ジ チ ッ ピ ン グ の模 式 図 を 示 す.測 定 は,同 一 条 件 で 加 工 した2 本 の 溝(溝 の 長 さ は15mm)に て エ ッ ジ 部 を20か. 所(1か. つ い て 行 っ た.観 察 は,溝 に 沿 っ 所 あ た り0,8mmの. 範 囲)観. 察 し,. チ ッ ピ ン グ を 測 定 し た.そ して,各 箇 所 の 最 大 チ ッ ピ ン グ サ イ ズ の 平 均 値 で も っ て チ ッ ピ ン グ の 評 価 値 と し た.. 3.実. 3.1砥. 験. 結. 粒密度. 砥 粒 密 度 の 測 定 結 果 を 図4,図5に 砥 粒 粒 度#1500の す.い. 果. そ れ ぞ れ 示 す.図4は,. 砥 石 の 測 定 結 果 を,図5は#400の. 結 果 を表. ず れ の 図 も,縦 軸 は 砥 粒 密 度 を 表 して い る,そ れ は,観. 測 さ れ た 引 っか き痕 の 数 を 砥 石 と フ ェ ラ イ トが 接 触 し た 面 積 で 割 っ た 値 で あ る.一 方,横 軸 は 押 付 け 圧 力 を表 して い る.押 付 け 荷 重 を接 触 面 積 で 割 っ た 値 で あ る. 図4,図5か. ら,押 付 け 圧 力 が 増 す に つ れ て,砥. 粒密 度 が 両. 対 数 グ ラ フ 上 で 直 線 的 に 増 加 す る こ と が わ か る.し か し,砥 粒 径 の 違 い に よ り砥 粒 密 度 の 絶 対 値 が 著 し く違 う.ま た,い ず れ の 砥 粒 径 の 場 合 で も,メ. タ ル ポ ン ド材 の 砥 粒 密 度 が 最 も 小 さ. く,次 に レ ジ ン メ タ ル ボ ン ド材,レ ジ ン ボ ン ド材 の 順 に 大 き な Fig.1. Scratching. method. 値 に な る こ とが わ か る. 3.2観. 削抵 抗. 図6に,フ. (a) Photograph of scratch pattern. (b) Schematic drawing of scratches. Fig.2 Scratch pattern of ferrite. Fig.3. 1646精. Schematic. illustration. 密 工 学 会誌Vol,65,No.19,1999. ェ ラ イ ト に溝 加 工 を 施 し た 場 合 の 研 削 抵 抗(法 線. of chipping. size. FIg.4. Relationship. between. grain density. and contact. pressure. Fig.5. Relationship. between. grain density. and contact. pressure.
(3) 佐 藤 ・黒部 ・広崎:薄 刃ダイヤモ ンドブ レードによるフェライ トの溝加工(第1報). 研 削 抵 抗 の 出 力 信 号 が パ ル ス 波 形 を 示 す の は,砥 石 外 周 面 が 一 様(全 周 に 渡 っ て)に 加 工 物 と干 渉 作 用 を 営 ん で い な い こ と を 表 して い る.い ま,砥 石 を 円 盤 状 の 剛 体 と仮 定 し て,図6に 示 す 条 件 の 下 で,研 削 が 行 わ れ た 場 合 に つ い て,砥 石 が 全 周 に 渡 っ て 加 工 物 と 干 渉 す る た め の 条 件 を 計 算 し て み た.そ 果,砥 石 の 外 周 振 れ 量 を0.036μm以. の結. 下 に押 さ え る こ とが 必 要. な こ と が 明 らか に な っ た.し か し,実 際 に砥 石 の 外 周 振 れ を そ の よ う な 小 さ な 値 に 制 御 す る こ とは 一 般 に 困 難 で あ る.本 実 験 の 場 合,ツ. ル ー イ ン グ後 の 砥 石 外 周 振 れ 量 は05〜1μmと. り,そ の 他 は0.036μmに ら ず,Bボ. 比 べ て1け た 大 き い.そ. な. れに も関わ. ン ド砥 石 の 場 合 に は 幾 つ も の パ ル ス 波 形 が 現 れ,M. ボ ン ド砥 石 やMBボ. ン ド砥 石 の信 号 モ ー ド とか な り 異 な っ た 形. に な っ た.こ れ は,砥 石 外 周 振 れ の 影 響 の 外 に,ボ ン ド材 の 違 い に よ っ て 砥 石 と加 工 物 と の 干 渉 の 仕 方(接 触 状 態)が 変 わ っ Fig.6. Signals. of normal grinding. force. た た め で は な い か と 推 察 さ れ る. こ こ で,波. 形 の ピ ー ク 出 力 の 値 をFnmaxと 記 し,そ. 測 した 結 果 を 図7に 1.8(C)mm/sと3通. 示 す.実 験 は,送. り に変 え て 行 っ た.図7か. き は あ る も の のFnmaxの 値 は,Mボ にMBボ る.一. ン ド砥 石,Bボ 方,#400砥. の 値 を実. り速 度 を0.2(A),0.6(B), ら,若 干 の ば らつ. ン ド砥 石 が 最 も 大 き く,次. ン ド砥 石 の 順 に小 さ くな る こ と が わ か. 石 の 場 合 に 関 し て は,B,Cの. Bボ ン ド砥 石 の 方 がMボ. 条 件 の下 では. ン ド砥 石 よ り もFnmax値 が 大 き く な っ. て い る.こ れ は,前 述 した 砥 石 の 外 周 振 れ の 影 響 が 現 れ た た め と思 わ れ る.テ ー ブ ル の 送 り速 度 が 大 き く な る と,概 してF nmaxの 値 も大 き くな る. 3.3チ. ッ ピ ング サ イ ズ. 研 削 加 工 後 に 溝 縁 に生 成 す る チ ッ ピ ン グ の 大 き さ(チ ッ ピ ン グ サ イ ズ)とFnmaxの た.図8に. 間 に ど の よ う な 関 係 が 成 り立 つ の か 調 べ. 測 定 結 果 を示 す.図8か. ら,チ ッ ピ ン グサ イ ズ とF. nmaxの 間 に は 明 確 な 相 関 関 係 が な い よ う に思 わ れ る. Fig.7. Effect of blade and feed rate on maximum. normal. そ こで,砥 粒1個. grinding force. 当 た りの 最 大 法 線 研 削 抵 抗 に つ い て 考 えて. み る こ と に す る.法 線 研 削 抵 抗 の 値 が,砥 石1周 期 内 の ピー ク 値(Fnmax)に 達 し た と き の 作 用 砥 粒 数 を 正 確 に 測 定 す る の は 困 難 で あ る の で,こ 利 用 して 求 め た.次. こで は 便 宜 的 に 図4,図5に. 示す 測定結 果 を. 式 で 表 さ れ るnの 値 を 作 用 砥 粒 数 と した. n=ρ・Lc・B(1). .. こ こで,Lcは. 砥 石 と加 工 物 の 接 触 弧 長 さ,Bは. 粒 密 度 で,押. 付 け 圧 力 がFnmax/(Lc・B)の. い ま,Fnmaxをnで. 砥 石 幅,ρ は砥. と き の 値 を 表 す.. 割 つ た 値 をFnmaxと記 し,そ の 値 を砥 粒1個. 当 た りの 最 大 法 線 研 削 抵 抗 の 値 と近 似 す る.(厳. Fig.8 Effect of grinding. 研 削 抵 抗)の. force on chipping. size. 測 定 結 果 の 一 例 を 示 す.図6は,#1500の. 砥石. に 関 す る 結 果 を 表 す.実 験 は,砥 石 の 切 込 み 量 を0・5mm,テ ブ ル の送 り速 度 を0.6mm/sと. し て 行 っ た.図6か. ー. ら,ボ ン ド材. に よ っ て研 削 抵 抗 の 出 力 波 形 が 異 な る こ と が わ か る.Mボ 砥 石,MBボ. 密 に い え ば,. ン ド. ン ド砥 石 の場 合 に は,パ ル ス 状 の 出 力 波 形 が 観 察. さ れ る.そ れ ら の 波 形 は ほ ぼ砥 石 の 回 転 周 期 に 同 期 す る 形 で 現 れ る.一 方,Bボ. ン ド砥 石 の 場 合 に は,砥 石 が1回. 転す る 間 に. 幾つ も の パ ル ス 波 形 が 現 れ る.し か し,そ の パ ル ス の ピー ク 値 (出 力 強 度)は. 前 二 者 に 比 して か な り小 さ い.. Fig.9 Effect of grinding force on chipping. 精 密 工 学 会 誌Vol.65,No.11,1999. size. 1647.
(4) 佐藤 ・黒 部 ・広崎:薄 刃ダ イヤモン ドブ レードによるフ ェラ イトの溝加工(第1報). (a) SD1500-100M blade. (b) SD1500-100B blade. Fig.11. Effect of blade and feed rate on fnmax. 切れ 刃近傍 の応 力状 態 に強 く影響 され るこ とを明 らか に して い る, 薄 刃ダ イヤ モ ン ドブ レー ドを用 いて フ ェラ イ トに溝 加 工 を 行 っ た とき,溝 端 末部 に生 じるエ ッジチ ッ ピン グも,山 川 らが 指摘 す る機構 によ って起 こる ので はな いか と考 え られ る.す な わ ち,砥 石の 切込 み に伴 って研 削 に関与 す る砥粒 の切 れ刃近 傍 で は応 力が 誘起 さ れ る.そ して,砥 石 の 回転 に伴 って砥 粒切 込 み深 さが次第 に増加す る につ れて,誘 起 され る応 力 の値 もます ます大 き くな る.砥 粒 が試 料表 面(溝 縁)に 近づ くと応 力集 中 Fig.10. SEM photographs. of grooved. edge. の影 響 で さ らに切れ 刃近傍 の応 力が 大 き くな り,その応 力値が. Fnmax値の 中 に加 工 物 と砥 石 ボ ン ド材 の 接 触 抵 抗 も 入 っ て い る の. 材 料 の破壊 強度 を越 える とそ の と ころで き裂が 発生 し,欠けが. で,実 際 の 砥 粒1個 当 た り最 大 法 線 研 削 抵 抗 の 値 はfnmax値 よ り. 生 じる こ とになる.fnmaxの値 が大 き い場合,砥 粒 切れ 刃近 傍の. も 小 さ い と 考 え られ る).図9に,チ. 応 力 も大 き くな るか ら,溝縁 か らい くぶん離 れ た位置 に砥 粒が. 関 係 を 示 す.図9か. ら,チ. ッ ピ ン グ サ イ ズ とfnmaxの. ッ ピ ン グ サ イ ズ とFnmaxの 間 に は,両. 図10に. 溝 縁 部 のSEM観. 察 例 を 示 す.図10はM砥. 到 達 した段 階で き裂 が発 生 して,大 き な欠 けが 生 じるよ うにな る.fnmaxの値 とチ ッ ピン グサ イ ズ との間 に明 確 な相 関関係 が成. 対 数 グ ラ フ 上 で 直 線 関 係 が 成 り 立 つ こ と が わ か る. 石(#1500). り立 っ たの は,こ の こ とが 原 因 して い ると考 え られ る,. 者 でエ ッジ. 図11か ら,fnmaxの値が砥 石 の ポ ン ド材 種 に よっ て違 うの は. チ ッ ピ ン グ の 様 態 に大 き な 遠 い が あ る こ とが 認 め られ る.す な. 次 の理 由 によ るもの と考 え られ る.fnmaxの値 は,Fnmax/nで定義 され て い るの で,法 線 研 削 抵抗 の ピー ク値(Fnmax)が 大 き く. とB砥. 石(#1500)と. わ ち,M砥. を 対 比 し て 示 して い る が,両. 石 で は溝縁 に沿 って 比較 的大 きな チ ッ ピングが 連続. 的 に 生 じて い る が,B砥. 石 で は溝 縁 に沿 って離 散 的 にチ ッ ピン. 図11に MB砥. 各 種 砥 石 のfnmaxの 値 を 整 理 し た 結 果 を 示 す.M砥. 石,B砥. 送 り0.6mm/s)と. 石,. 石 の 順 にfnmaxの 値 が 小 さ くな る こ とが 認 め られ. る.例 え ば 図10のM砥. 石(#1500,送. り0.6mm/s)とB砥. 石(N1500,. を 比 較 す る と,後 者 のfnmaxの 値 は 前 者 の1/3程. 度 に な っ て い る.図10で い が み ら れ た の は,こ. な った り,砥 石 外周 面 の砥粒 密 度が 小 さ くなる と,fnmaxの値 が 大 き くな る。図4,図5,図7を. グ が 生 じ て お り,そ の 大 き さ も 小 さ い.. エ ッジチ ッピン グの様 態 に大 きな 違 の こ と が 理 由 と 考 え ら れ る.. 4.考〓. 通 観す る と,M砥. 石 の場 合 は,. 他 の砥石 に比べ てFnmaxの値 が 最 も大 き く,砥 粒 密度 が 最 も小 さ い.逆 に,B砥 石 ではFnmax値が 最 も小 さ く砥粒 密 度が 最 も大 き い.1の. 値 が,M砥. 石,MB砥. 石,B砥 石 の順 に小 さ くな っ. た のは この ことが原 因 して い ると考 え られ る. 図6か ら,砥 石 のボ ン ド材 種 によ って法 線研 削 抵抗 の波 形が 著 しく異 な る様子 がみ られ た.す なわ ち,M砥. 石,MB砥. 石の. 場 合 には,砥 石1回 転 当た りにた だ一 つ のパル ス波 形 が現 れ る の に対 して,B砥 石 の場合 には,砥 石1回 転 当た り幾 つ ものパ. ッ ピ ングサ イ ズ と最 大法 線研 削 抵 抗. ル ス波 形 が現 れた.こ れ らの現 象 は,ツ ル ー イ ング直 後(砥 石 の 外周 振 れ0.75±0.25μm)の 砥 石 の場 合 にも観 測 された.. Fnmaxの 間 に は 明 確 な 関 係 は み られ な い が,砥 粒1個 当 た り の 最. 先 に述 べ た よ うに,こ れ らの観察 結果 が得 られた の は,砥 石外. 大 法 線 研 削 抵 抗fnmaxとの 間 に 両 対 数 グ ラ フ 上 で 直 線 関 係(図9). 周 振れ の影 響 の外 にボ ン ド材 が 異な る こ とによ って,砥 石 と加 工 物 との接触 状態 が変 わ っ たため で はな いか と推 察 され る. 一般 に,砥 石 の弾 性係 数 の値 は,M砥 石,MB砥 石,B砥 石. 図8に 示 す よ う に,チ. が 成 り立 つ こ と が わ か っ た.こ れ は 次 の よ う な 理 由 に よ る も の と 考 え られ る, 山 川 ら4)は,GC砥. 石 を 用 い て硬 ぜ い 性 材 料(超 硬 合 金)の 平. の順 に小 さい と言 わ れて い る5),本研究 で使 用 した砥 石 につ い. 面 研 削 加 工 を 行 い,試 料 の 端 末 部 に 生 じ る欠 け(エ ッ ジチ ッ ピ. て もそ の こ とが 当 ては まる とすれ ばB砥. ン グ)の 生 成 機 構 に つ い て,有 限 要 素 法 を 用 い て 理 論 的 解 析 を. 時 に砥 石 が弾 性変 形 して,砥 石 の外周 振 れ の影響 を幾分 緩和 さ せ たの で はな いか と推察 され る.こ の ため,M砥 石 やMB砥 石. 行 っ て い る.そ し て,エ ッ ジチ ッ ピ ン グ は 端 末 部 に お け る砥 粒. 1648精. 密 工 学 会誌Vol.65.No.11,1999. 石の 場合 は,溝 加 工.
(5) 佐藤 ・黒部 ・広崎:薄 刃ダ イヤモ ンドブ レードによるフェライ トの溝加工(第1報). は 逆 に,B砥. 石,MB砥. 石,M砥. 石 の順 に砥粒 密度 が 小 さ くなっ. て い る.こ の 実 験 結 果 か ら考 え て,砥 粒 密 度 の 測 定 結 果(図4) に は,砥 粒 を 支 持 して い る砥 石 の 弾 性 が 強 く影 響 を 及 ぼ し て い る と思 わ れ る.す な わ ち,砥 粒 支 持 系 の 弾 性 変 形 量 が,M砥 MB砥. 石,B砥. 石,. 石 の 順 に大 き い こ とが 測 定 結 果 に 反 映 し た も の. と考 え ら れ る.研 削 加 工 時 に フ ェ ラ イ トブ ロ ック に 接 触 す る砥 粒 の 数 は,砥 石 面 の 砥 粒 数(分 布)を 単 に 幾 何 学 的 に求 め た 値 よ りも 砥 石 の 弾 性 変 形 の 分 だ け 多 く な る もの と 推 量 され る.. 5.結. Fig.12. Distribution. modes. of wheel surface. ruggedness. after pre-grinding. 論. フ ェ ラ イ トに 溝 加 工 を 施 し た 場 合,溝 縁 に エ ッ ジ チ ッ ピ ン グ が どの よ う に発 生 す る の か 実 験 的 検 討 を 行 っ た,そ の 結 果,以 下 の 結 論 が 得 られ た.. に比 べ て,砥 石1回 転 当 た り に加 工 に 関 与 す る 砥 石 外 周 の 長 さ. (1)砥 粒 密 度 や 法 線 研 削 抵 抗 の 値 は,砥 ン ド砥 石 では,砥. 石 の材 種 に よって. が 長 くな り,幾 つ も の パ ル ス 波 形(法 線 研 削 抵 抗)が 現 れ た も. 異 な る.Mボ. の と思 わ れ る.一 方,Fnmaxの 値 が 小 さ く な っ た の は,加 工 に 関. 線 研 削 抵 抗Fnmaxの 値 は 大 き い.一 方,Bボ. ン ド砥 石 で. 与 す る砥 石 外 周 長 さ が 長 く な る こ と に よ っ て,砥 石 外 周 単 位 長. は 砥 粒 密 度 は 大 き くFnmaaの 値 は 小 さ い.ま. た,砥. さ 当 た り の 除 去 量 が 小 さ く な った こ とが 原 因 して い る と考 え ら. 個 当 た り の 最 大 法 線 研 削 抵 抗fnmaxの 値 はMボ. れ る.. 石,MBボ. ン ド砥 石,Bボ. 粒 密 度 は 小 さ く最 大 法. 粒1. ン ド砥. ン ド砥 石 の 順 に 小 さ く な る.. 次 に,砥 粒 密 度 に つ い て 考 え て み る.砥 石 外 周 面 の 砥 粒 密 度. (2)チ ッ ピ ン グ サ イ ズ とfnmaxの 値 の 問 に は 両 対 数 グ ラ フ上. は,砥 粒 の3次 元 的 分 布 形 態 と 砥 粒 を保 持 す る 砥 石 の 弾 性 に大. で リ ニ ヤ な 関 係 が あ り,fnmaxの 値 が 増 す に つ れ て チ ッ. き く 影 響 を 受 け る と 言 わ れ て い る3).そ こ で,砥 石 外 周 面 の砥. ピ ン グ サ イ ズ は 大 き く なる.. 粒 の 分 布 状 態 を 次 の 方 法 で 調 べ て み た.慣 ら し加 工 後(砥 粒 密 度 測 定 前)の 砥 石 外 周 面 に 高 分 子 フィ ル ム(ト リア セ チ ル セ ル. 参. 妻. 文. 献. ロ ー ス)を 押 し 当 て て レ プ リ カ を 採 り,触 針 式 粗 さ 計 でそ の レ プ リ カ フ ィ ル ム の 断 面 曲 線 を測 定 した.図12は,そ. の断 面曲. 線 を も と に砥 石 外 周 面 の 振 幅 分 布 を 求 め た も の で あ る.分 布 密 度 の 一 番 高 い と こ ろ を0レ ベ ル と し て,右. の プラ ス領 域 が凸. 側,左 の マ イ ナ ス 領 域 が 凹 側 を表 して い る.分 布 曲 線 と横 軸 に 囲 ま れ る 面 積 が1に 図12か. ら,M砥. な る よ う に縦 軸 を 目盛 って い る.. ング の創 成,精 密工 学会 誌,62,4(1996)559. 2) 佐 藤 彰,黒 部 利次,滝 澤 俊太郎:フ ェ ライ トの微 小破 壊挙 動 と加 工 損 傷,精 密 工学 会誌,65,2(1999)240, 3) 樋 口誠宏,矢 野章成,田 中行雄:接 触 域 にお け る砥 石弾 性 に関 す る 一考 察,精 密 機械,43,7(1977)801.. 石 の順 に砥石 面 の凹 凸が. 4) 山川 純次,井 川直哉,河 村末 久,奥 山繁樹:研 削端 末 部 の形状変 化. 示 した 砥 粒 密 度 測 定 法 の場 合 に は,. に関 す る研究(第5報),精 密工 学 会誌55,11(1989)2005. 5) 佐 藤 彰,黒 部利次,広 崎憲一:精 密 切 断用 薄 刃ダイ ヤ モ ン ド砥石. 石,MB砥. 大 き くな って い る.図1に. 1) 蓮 田裕 一,貴 志浩 三:フ ェ ライ トの溝 研削 にお け るエ ッジ ・チ ッ ピ. 石,B砥. 砥 石 外 周 面 の 凹 凸 が 小 さ い 砥 石 ほ ど,砥 粒 密 度 の 値 が 大 き く な る と思 わ れ る,し か し,図4に. 示 す 測 定 結 果 を 見 る と,予 測 と. の機 械的 性質,精 密工 学会誌,56,7(1990)1235.. 精 密 工 学 会 誌Vol.65,No.11,1999. 1649.
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