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Academic year: 2022

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(1)論 光 コ ネ ク タ 用 セ ラ ミ ック ス フ ェル ー ル 微 細 穴 内 壁 面 の 高 速 流 動 研 磨* 黒. 部. 利. 次**杉. ** High Speed Flow Finishing. 山. 夏. 樹. of Inner Wall of Ceramic. Ferrule Capillary. Toshiji KUROBE and Natsuki SUGIYAMA. Optical. connector. temperature. finishing. atmosphere,. made of zirconium. in our laboratory. of as-received. capillary. the aluminum. drastically. condition. Key words. has disappeared. and the atomospheric. are conducted. under. water. It is found that the indicate. the differential. that. pressure. pressure is proved to have an ability to estimate. of inner wall surface.. : ceramic ferrule, inner wall, finishing,. high speed flow, surface roughness. 2.実. 光 通 信 は,情 報 伝 送 の 重 要 な 手 段 の 一 つ で あ る が,信 号 を 長. 距 離 伝 送 す るた め に は,光 コ ネ ク タ を 介 し て フ ァイ バ を 接 続 し な け れ ば な らな い1).光の 伝 送 損 失 を極 力 小 さ くす るた め に は,. 光 コ ネ ク タ に用 い ら れ る フ ェル ー ル の 加 工 精 度(形 状 精 度 と面 精 度)を 向 上 さ せ る 必 要 が あ る.フ ェ ル ー ル は,熱 変 形 や 耐 腐 食 性,被 雷 性,等 を 考 慮 して フ ァイ ン セ ラ ミ ッ ク ス で 造 られ る. 場 合 が 多 く加 工 は 一 般 に 難 しい.こ の た め,加 工 コ ス トが 高 く な る の は 避 け難 い.フ ェ ル ー ル に は,そ の 中心 部 に光 フ ァイ バ. を 挿 入 す る た め の 微 細 穴 が 設 け られ て い る.セ ラ ミ ッ ク ス フ ェ ル ー ル は,焼 結 に よ っ て 造 られ る た め 寸 法 安 定 性 に 欠 け る の が. 普 通 で あ る.こ の た め,所 定 の 内 径 と真 直 度 を保 証 す る た め, 焼 結 後 何 らか の 方 法 で 加 工 を行 う の が 一 般 で あ る.例 え ば,極. 細 金 属 ワイ ヤ 表 面 に砥 粒 を散 布 して そ れ を フ ェ ル ー ル 細 穴 に通 し,ワ イ ヤ に 適 度 の 張 力 を 与 え て そ れ を動 か す こ と に よ っ て 研. 2.1輿. 験. 方. 法. 験装 置. セ ラ ミ ッ ク フ ェ ル ー ル 微 細 穴 内 壁 面 の 研 磨 は,先 に 開 発 さ れ. た 高 速 流 動 研 磨 装 置 に一 部 改 良 を 加 え て 行 っ た.装 置 の 構 成 と 機 構 を簡 潔 に 記 す と 次 の よ う で あ る.研 磨 装 置(図1)は,エ. ア コ ン プ レ ッサ,直 圧 式 増 圧 器,カ ー ト リ ッ ジ,架 台 等 か ら構 成 さ れ て い る.図1に. 示 す よ う に,被 研 磨 管(フ. 左 右 両 端 に は そ れ ぞ れ2個. ェ ル ー ル)の. の カ ー ト リ ッ ジ(A,B)が. れ て お り,カ ー ト リ ッ ジAに. は,砥 粒 と 溶 媒(イ. 配置 さ. オ ン交 換 水). が 入 れ られ て い る.一 方,カ ー トリ ッ ジBに は イ オ ン交 換 水 の み が 入 れ られ て い る.カ ー ト リ ッ ジAに 挿 入 さ れ て い る2本 の 管 の 内 の1本(容. 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 う1本 の 挿 入 管 は カ ー トリ ッ ジBに 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. 磨 が 行 わ れ て い る.. 下 の 内 径 を有 す る 長 尺 の ス テ ン レス 鋼 製 極 細. 管(キ ャ ピ ラ リー と 呼 ば れ る)の 内 壁 面 を ス ラ リー を 高 速 で そ. の 中 を 往 復 動 さ せ る こ と に よ っ て 研 磨 す る方 法 が 開 発 さ れ た2).. 本 方 法 は,高 速 流 動 研 磨 法 と 命 名 さ れ て い る 。フ ェ ル ー ル の 微 細 穴 の 内 径 も1mm以. method in high. of it, high speed flow. SEM micrographs. in a few slurry flow passes. Measuring. 1.緒言. 最 近,1mm以. by sintering. dimension. oxide grains into ion-exchanged. in early stage of flow pass number.. between the pressure of Ar gas flowing through the capillary the finishing. In order to obtain a precise. has been applied to finish a inner wall of capillary. Experiments. of inner wall has decreased. irregularity. oxide ceramic has been manufactured. of ferrule is unstable.. of high flow rate of slurry suspending. roughness. micosurface. capillary. in which dimension. method developed. the conditions surface. ferrule. 下 で あ る の で,本. 流動 研磨 法が適 用 で き. ぎ,装. 置 の 耐 久 性 を 向 上 させ る た め の トラ ッ プ で あ る.. 図2に,新. 保 持 具 は,2個. た に 作 製 し た フ ェ ル ー ル 保 持 具 の 詳 細 図 を示 す,. の フ ラ ン ジ 付 き ス テ ン レス 鋼 円 筒 容 器 か ら成 っ. て い る.左 右 の 容 器 に は,中 空 の 厚 肉 エ ポ キ シ樹 脂 円筒 管(管. 内 を ス ラ リー が 流 れ る)が 挿 入 さ れ,そ の 外 側 に グ ラ ン ドパ ッ. る の で は な いか と考 え られ る.溶 媒 中 に懸 濁 さ れ て い る 砥 粒 の. 運 動 は,キ ャ ピ ラ リ こ に注 入 す る 流 体 圧 に よ っ て 制 御 さ れ る の. で,流 体 圧 を 調 整 す る こ と によ っ て 加 工 能 率 の 向 上 を 図 る こ と が で き る.. 本 研 究 で は,セ ラ ミ ッ ク フ ェ ル ー ル 微 細 穴 内 壁 面 の 研 磨 に 高. 速 流 動 研 磨 法 を適 用 し,高 精 度 高 能 率 な 加 工 が 可 能 か ど うか 実 験 的 検 討 を 行 っ た.. *原 稿 受 付. **正 会 員. 平 成12年2月18日. 金 沢 大 学工 学 部(金. ***金 沢 大 学 大 学 院. 沢 市 小 立 野2‑40‑20). Fig.1. Schematic setup. view. of polishing. Fig.2. Die holding. 精 密 工 学 会 誌Vol.67,NO.2,2001. device. 265.

(2) 黒部 ・杉 山:光 コネクタ用セ ラミックスフェルール微 細穴内壁面の 高速流動研磨. キ ンが 密 に 詰 め 込 ま れ る.ス ラ リー が 回 り込 ま な い よ う配 慮 し て い る.実 験 に 際 し,セ ラ ミ ッ ク フ ェ ル ー ル を エ ポ キ シ 樹 脂 管 の 中 に 入 れ 固 定 す る.左 右 の ス テ ン レ ス 円 筒 を 仕 切 り 板 を 介 し て 向 き 合 わ せ,ボ ル トで フ ェ ル ー ル を 締 め つ け る.フ ラ ン ジ に は,高 圧 の 流 体 圧 に 耐 え ス ラ リー が 漏 洩 しな い よ う に 二 重 に0 リ ン グ が 嵌 め られ て い る.フ. ラ ン ジ と 研 磨 装 置 は,配 管 用 の 継. ぎ 手 を 用 い て 接 続 さ れ て い る. 実 験 に 際 し,エ ア コ ン プ レ ッ サ を 稼 動 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. Fig.4. Differential pressure measuring system. 増 圧 器 に 送 気 す る.直 圧 式 増 圧 器 に よ っ て シ リ ン ダ 内 部 の イ オ ン交 換 水 を 空 気 圧 の25倍. に ま で 増 圧 し,カ ー トリ ッ ジB内. の. 管 内 壁 の 研 磨 状 態 を 評 価 す る 別 の 方 法 と して,管 内 を 流 れ る. 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. 気 体 の 圧 力 を測 定 す る 方 法 が あ る.図4に,差. 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. 略 図 を 示 す.研 磨 後 の フ ェ ル ー ル を,マ ス フ ロ ー コ ン トロ ー ラ. 圧測 定 装置 の概. A内 の イ オ ン 交 換 水 に 流 体 圧 を 加 え る こ と と な る.こ の こ と に. (質 量 流 量 制 御 装 置)と 差 圧 計(微. 差 圧 トラ ン ス ミ ッ タ)の 間. よ っ て,カ ー ト リ ッ ジA内 の 底 部 近 く まで 挿 入 さ れ て い る 管 を. に 設 置 し,ア ル ゴ ン ガ ス を マ ス フ ロ ー コ ン ト ロー ラで 流 量 を 一. 通 っ て,底 部 に あ らか じめ 沈 殿 さ せ て お い た 砥 粒 が イ オ ン交 換. 定(0.5cm3/min)に. 水 ご と 被 研 磨 管 内 に 注 送 さ れ る こ と に な る.研 磨 は,ス ラ リー. 気 中 に 流 出 す る と き の ガ ス の 圧 力 と大 気 圧 との 圧 力差 が デ ジ タ. が 管 内 を流 動 す る こ と に よ っ て 行 わ れ る.図1の. ル 式 の 差 圧 計 で 計 測 され る.. 左(右)側. カ ー トリ ッ ジAの 容 積 に 相 当 す る ス ラ リー が,右(左)側. の. 制 御 して 流 す.ガ ス は フ ェ ル ー ル を 通 っ て 大. の カー 3.実. トリ ッ ジAに 注 送 され て 移 動 し終 わ っ た 時 を1パ ス と し,そ の 後 ス ラ リー は 逆 向 き に 注 送 され る(2パ. 2.2実. ス 目). 3.1真円. 験 集件 お よ び評 価 方法. 実 験 に は,焼 結 し た 部 分 安 定 化 ジ ル コ ニ ア(ZrO2)セ ラ ミ ッ ク フ ェ ル ー ル を供 し た.フ ェル ー ル の 寸 法 形 状 は,図3に う に,内 径0.12mm,外. 形25mm,長. ア ル ミ ナ(Al2O3)砥 粒 を 用 い,砥 濃 度 を1〜Svol%aと. さ10mmで. 示す よ. あ る.実 験 は,. 粒 の 粒 径 を1〜60μm,砥. 粒. 種 々 変 え て 行 っ た.実 験 条 件 を表1に. 示 す.. 実 験 終 了 後,フ ェ ル ー ル の 内 壁 面 の 研 磨 状 態 を 評 価 す る た め に 観 察 と 粗 さ の 評 価 を 行 っ た.観. 験結果. 察 用 の 試 験 片 の 作 製 には. 既 報2)に 述 べ た の と 同 様 の 方 法 を 用 い た.管 内 壁 面 を 観 察 す る. の測定. フ ェ ル ー ル は,フ ァ イ バ を 滑 らか に 水 平 方 向 に 挿 入 す る必 要 が あ り,加 工 に よ る 穴 の 仕 上 が り程 度(真 円 度)が 重 要 視 さ れ て い る.高 速 流 動 研 磨 に よ っ て,フ ェ ル ー ル の 穴 が ど の 程 度 真 円 にな る の か 実 験 的 検 討 を行 っ た,真 円 度 は,穴 の 円 形 部 を 二 つ の 同 心 の 幾 何 学 的 円 で 挟 ん だ と き,両 円 の 間 隔 が 最 小 とな る 両 円 の 半 径 の 差 で 表 示 さ れ る.真 円 度 が 小 さ い 程 真 円 に 近 い. 図5に,粒 12.7MPaし,平. 径 と 真 円 度 の 関 係 を 示 す.実 均 粒 径1,5.5,20,60μmの. 験 は,注. 砥 粒 を 用 い,砥 粒. た め に は,管 軸 に 沿 っ て 管 の 上 半 分 を 削 っ て 内 面 を 露 出 さ せ ね ば な らな い.フ. ェ ル ー ル は 小 さ い も の で あ り,削. る際 に フェ. ル ー ル を傷 め な い た め に,樹 脂 で 包 埋 して 削 っ た 。研 磨 後,ま ず イ オ ン交 換 水 で 管 内 壁 面 を 洗 浄 した.洗 浄 後 管 の 両 端 を粘 土 で 封 止 し,そ れ を 高 さ30mm,直. 径30mmの. プ ラスチ ック製の. 容 器 に 入 れ,そ の 中 に 包 埋 用 樹 脂 を 流 し込 み 硬 化 さ せ た.包 埋 用 樹 脂(Buehler社. 製)は,エ. た も の で あ る.完. 全 に 硬 化 さ せ る た め 樹 脂 注 入 後1日. ポ キ シ樹 脂 の 主 剤 に硬 化 剤 を 混 ぜ 放置し. た.硬 化 後,包 埋 材 を 容 器 か ら取 り外 し,サ ン ドペ ー パ(#400) で 慎 重 に 少 しず つ 削 っ て い き,細 管 内 壁 面 が 露 出 す る ま で(管 の 断 面 中 心 部 よ り も や や 下 に な る よ う に)削. り込 ん だ.そ. の. 後,十 分 洗 浄 して 管 内 壁 面 を,光 学 顕 微 鏡(ノ マ ル ス キ ー 干 渉 顕 微 鏡)お ま た,触. よ び 走 査 型 電 子 顕 微 鏡(SEM)に. 針 式 粗 さ 計(Talyor. フ:カ ッ トオ フ値0.25mm)を. Hobson社. Fig.5. Effect. of grain size on roundness. よ っ て 観 察 した.. 製:フ. ォ ー ム タ リサ ー. 用 い て 内 面 の 粗 さ を 測 定 し た.粗. さ の 表 示 は,特 に 断 らな い 限 りRaの 値 で 行 う.測 定 値 は,同 一 条 件 で2回 計 測 し た 値 の 平 均 値 で 表 して い る . Table. 1. Experimental. condition. Fig.3. Dimension configuration ferrule. 266精. 密 工 学 会誌Vol.67,No.2,2001. and of Fig.6. Photomicrographs. 送圧力 を. of hole.

(3) 黒 部 ・杉山:光 コネ クタ 用セラミック スフェルール微細穴内壁 面の高速流動研磨. 濃 度 を1,3,5vo1%に. して 行 っ た.図5か. ら,い ず れ の砥 粒 濃. 度 の 場 合 に お い て も 粒 径 が 大 き い砥 粒 の 方 が 真 円 度 が よ く な る. 3.2表面粗 図7に,表. さ の測 定 と顕 徽 鏡観察 面 粗 さ,差 圧,穴. 径 とパ ス 回 数 の 関 係 を 示 す.実. こ と が わ か る,な お,研 磨 に よ っ て 穴 径 も 増 大 す る が(図7参. 験 は,平. 照),砥. 圧 力 を12.7MPaと. して 行 っ た.図7か. 粗 さが0.1μm以. 下 に ま で 低 減 す る 様 子 が わ か る.そ. 粒 濃 度,粒. 次 に,高. 径 の 違 い に よ る 差 異 は 認 め られ な か っ た.. 速 流 動 研 磨 を 施 した フ ェ ル ー ル の 穴 の 様 態 に つ い. て,研 磨 後 の 穴 の 端 部 の 光 学 顕 微 鏡 観 察 を 行 っ た.図6に 結 果 を示 す.観. 察 に供 した フ ェ ル ー ル は,平. 砥 粒 を 用 い 砥 粒 濃 度 を5vo1%,注 行 っ た も の で あ る.図6か. 観察. 均 粒 径20μmの. 送 圧 力12.7MPaと. して研磨 を. ら,研 磨 前 に 見 られ た 不 規 則 な 穴 の. 形 状 が,研 磨 が 進 行 す る に つ れ て 滑 らか に な り次 第 に 光 沢 を 帯. 均 粒 径20μmの. 粒 濃 度5vol%,注. 送. ら,パ ス 回 数1回 で 表 面 の 後 は,. パ ス 回 数 の 増 加 に と も な う粗 さ の 低 下 は 小 さ く,表 面 粗 さ は ほ ぼ 一 定 とな り飽 和 して い る.な お,平 均 粒 径 が,1μrn,5.5μm と 小 さ い 場 合,20μmで. も砥 粒 濃 度 が 小 さ い 場 合,ま. たスラ. リー 注 送 圧 力 が 低 い 場 合 に は 粗 さ の 低 減 の 度 合 は 小 さ く,粗 さ が 飽 和 す る ま で に 多 く の パ ス 回 数 が 必 要 で あ っ た. 図7で,差. び る よ う に な る 様 子 が わ か る,. 砥 粒 を 用 い,砥. 圧 と表 面 粗 さ の 関 係 を 見 る と,1パ. ス 研 磨 後 に差. 圧 の 値 が 大 き く 低 下 して お り,内 壁 面 の 表 面 粗 さ が 急 激 に 低 減 す る こ と に 対 応 し て い る.パ ス 回 数2回 目 以 降 に お い て は,粗 さ の 改 善 は 飽 和 し て い る が 差 圧 は 漸 減 す る こ と が わ か る.図7 に 示 した よ う に 穴 径 は,パ ス 回 数 の 増 加 と と も に 徐 々 に 大 き く な っ て お り,こ. の た め,差. 圧 は減 少す る もの と考 え られ る. .次 に,流 動 研 磨 し た フ ェ ル ー ル 細 管 内 壁 面 を光 学 顕 微 鏡 を用 い て 観 察 し た.国8に. 観 察 結 果 を 示 す.図8に. は,粗. 定 した 表 面 プ ロ フ ィー ル も 併 記 し て い る.図8か. さ計で 測. ら,パ ス 回 数. が 多 くな る に つ れ て 表 面 が 滑 らか に な っ て い く様 子 が わ か る. ま た,表 ら,粗. 面 は 次 第 に光 沢 を 示 す よ う に な る.プ. ロフ ィール か. さ も 小 さ くな っ て い く こ と が 知 ら れ る.. 図9に,内. 壁 面 のSEM観. ス 回 数1,2回. 察 の 例 を 示 す.こ の 観 察 例 で は,パ. で は ま だ 粗 さ が 幾 分 大 き い よ う に 見 え,そ. れで. も ス ラ リー の 流 動 パ ス 回 数 が3回 程 度 で 極 め て 平 滑 な 面 に な る こ とが わ か る. Fig.7. Change. of surface. roughness. 3.3穴径. with pass number. の測定 と差 圧. 流 動 研 磨 を 繰 り返 す と,一 般 に 粗 さ の 低 減 と と も に フ ェ ル ー ル の 内 径 は 次 第 に 大 き くな っ て 行 く。そ こ で,内 径 の 大 き さ と 差 圧 の 関 係 に つ い て 調 べ た.図10に 平 均 粒 径1,5.5,20,60μmの. 測 定 結 果 を 示 す.実 験 は,. 砥 粒 を用 い て,砥. 粒 濃 度,注. 送 圧 力,パ ス 回 数 を種 々 に 変 え て 研 磨 した 結 果 を 整 理 した も の で あ る.内 径 の 増 加 と と も に 右 下 が り の 曲 線 と な る.さ. ら に,. 平 均 粒 径 が 大 き くな る につ れ て 右 下 が りの 傾 き が 大 き くな る こ と が わ か る,こ 3.4砥粒 図11に,砥 を 示 す.実 1,3,5vol%と. の 点 に つ い て は 後 に考 察 す る. の濃度 お よ び粒径. と差 圧. 粒 濃度 の差 圧 に及 ぼす 影響 につ いて調 べた 結果 験 は,平. 均 粒 径20μmの. 砥 粒 を 用 い,砥 粒 濃 度 を. 変 え,注 送 圧 力 を12.7MPaに. し て 行 っ た.図11. か ら,パ ス 回 数 が 増 す と 急 激 に差 圧 が 低 下 す る こ とが わ か る.. Fig.8. Optical. micrographs. and profiles. of inner. wall. Fig.9. SEM. micrographs. of inner wall. 精 密 工 学 会 誌Vol.67,No.2,2001. 267.

(4) 黒部 ・杉山:光 コネクタ 用セラミツク スフエル ール微細穴内壁面の高速流動研磨. Fig.11. Relationship. between. and differential. Fig.10. Effect. of hole diameter. on differential. pass number. pressure. pressure. いず れ の 砥 粒 の 場 合 も 数 パ ス を 経 た だ け で ほ ぼ 一 定 の 値 に な る.差 圧 の 絶 対 値 に つ い て,高 濃 度 で 低 い 傾 向 が あ る が,砥 粒 濃 度 の 違 い に よ る差 圧 の 違 い は 小 さ い.図12に 60μmの. 粗 粒 の 場 合 に は,差. 示 した,粒 径. 圧 の値 に濃 度依存 性 があ る こ と. が わ か る.濃 度 が 大 き い 程 差 圧 の 値 は 小 さ く な る 傾 向 が あ り, 研 磨 能 力 の 大 き い 粗 粒 に あ っ て は,濃 度 の 影 響 が 顕 著 に 現 れ た もの と 思 わ れ る.し か し,差 圧 の 値 は い ず れ の 濃 度 の場 合 に お い て も 数 パ ス で ほ ぼ 一 定 の 値 とな る.. Fig.12. Relationship. between. and differential. pass number. pressure. 4.考察. 4.1ス. ラ リ ー の 薫 動状態. と研 磨 機 構. フ ェ ル ー ル 内 壁 面 の 研 磨 様 態 は,細 管 内 を 流 れ る ス ラ リー の 流 動 状 態 と深 くか か わ っ て い る と 思 わ れ る.フ ェ ル ー ル 細 管 内 にお け る ス ラ リー の 流 動 状 態 は,レ イ ノ ル ズ 数 に よ っ て 規 定 さ れ る.い をu,ス. ま,穴. の 内 径 をd,穴. の 断 面 積 をA,ス. ラ リー の 流 速. ラ リー が 試 料 を通 過 す る 時 間 をt,流 量 をQ,直. 圧 式増. 圧 器 の コ ラ ム の 容 積 をvと す る と,連 続 の 式 よ り,Q=Auが り立 つ.こ. こ で,v=Qtで. dは0.12mm,tは る の で,フ. あ る の で,u=V/Atと. ラ リー の 動 粘 度 をvと. あ な る,ス. す る と レ イ ノル ズ 数Reは,Re=ud/vと. 記 され る3).こ こ で,ス ラ リー の砥 粒 濃 度 は5vol%程. 度 な の で,. ス ラ リ ー の動 粘 度 を 水 の そ れ で 近 似 で き る と し て ,vの て1.004mm2/sを. 4.2真円度. な る,. 実 測 の 結 果6.89秒,vは77×103mm3で. ェ ル ー ル を 流 れ る 流 体 の 流 速 は988m/sと. 用 い る と,Reは118104と. Fig.13. Finishing. mechanism. of ceramics. 成. 値とし. な る.臨 界 レ イ ノ ル. の創成機. 構. フ ェ ル ー ル 微 細 穴 を 加 工 す る 場 合,内 壁 面 の 表 面 粗 さ の低 減 に 加 え て 真 円 の 穴 が 求 め られ る.図5に. 示 し た よ う に,真 円 の. 度 合 い は ス ラ リ ー に 懸 濁 さ せ る 砥 粒 の 粒 径 に 依 存 す る.粒 径 が 大 き い砥 粒 ほ ど真 円度 の値 は 小 さ くな る.こ れ は 次 の 理 由 に よ る も の と考 え られ る. 砥 粒 は,溶 媒(水)に. 保 持 さ れ て 細 管 内 を 流 れ る が,砥 粒 の. ズ 数 は23003)で あ る の で,管 内 の 流 体 の 流 れ は 乱 流 に な っ て い. 粒 径 の 大 き さ と 管 の 内 径 の 比 に よ って,管 の 断 面 内 を 通 過 す る. る と 推 測 され る.乱 流 状 態 で 流 れ る ス ラ リ ー 中 の 砥 粒 は ,回 転. 砥 粒 の 数 は 自 ず と 決 ま る.図14に. 等 を 伴 う 複 雑 な 運 動 を し な が ら管 壁 に衝 突 す る と思 わ れ る .こ. 研 磨 に 関 与 す る の は,主 に 壁 面 近 傍 の ス ラ リー の 流 れ と考 え ら. の よ う な 砥 粒 の 衝 突 と 引 っか き作 用 に よ っ て 内壁 面 の 研 磨 が 行. れ る が,そ こ で は ス ラ リ ー は,壁 面 の 谷 や うね り に沿 っ て 流 れ. わ れ る も の と思 わ れ る が,そ の加 工 機 構 は 先 に行 っ た ス テ ン レ. る と考 え られ る.図14に. ス 鋼 製 細 管 の 場 合2)と は か な り異 な る と思 わ れ る.セ ラ ミ ッ ク. 合 に は,砥 粒 は ス ラ リ ー 中 で あ る 程 度 自 由 に 動 く こ と が で き,. ス は硬 ぜ い 性 材 料 で あ る の で,砥 粒 の 壁 面 突 起 部(表. 砥 粒 は .凸部 に 衝 突 す る だ け で な く,凹 部 分 に も入 っ て 研 磨 作 用. へ の 衝 突 に 伴 う 加 工 メ カ ニ ズ ム は ,図13に. 面 粗 さ). 示す模 式 図の よ う. そ の 様 子 を 模 式 化 して 示 す.. 示 す よ う に,粒 径 が 小 さ い砥 粒 の 場. を 示 す と考 え られ る.一 方,粒 径 が 大 き い 砥 粒 の 場 合 に は,粒. に,砥 粒 が 衝 突 す る部 位 で ワ ー ク(加 工 物)に 微 視 き 裂 が 入 り,. 径 が大 き い た め に各 砥 粒 が 干 渉 し あ い ス ラ リー 中 で砥 粒 が 自 由. そ れ が 伝 播 して 材 料 の 除 去 が 招 来 さ れ る と考 え られ る4).ス テ. に 動 き 回 れ る 自 由 度 が 小 さ く な る.し た が っ て,粒 径 が 大 き い. ン レス 鋼 の 金 属 材 料 の 場 合 の よ う に,流 れ 型 の 切 り くず 生 成 に. 砥 粒 の 場 合 に は 凸 部 が 主 に 研 磨 作 用 を 受 け る た め に,ま た,粗. よ る 除 去 機 構 とは そ の 加工 メ カ ニ ズム が 異 な る と 思 わ れ る が 今. 粒 自身 の 研 磨 能 力 も細 粒 に 比 して 大 き い た め に,低 パ ス 回 数 に. 後 の 課 題 で あ る.. お い て も 良 好 な 真 円 度 が 得 られ る も の と 考 え られ る.. 268精. 密 工 学 会 誌Vol.67,No.2.2001.

(5) 黒部 ・杉山:光 コネクタ用セ ラミ ック スフェルール微細穴内壁面 の高速 流動 研磨. Fig.14. 4.3差. Schematic. view. of polishing. mechanism. 圧 に よ る 加 工評 価. 研 磨 した 後 の 管 内 壁 面 の 状 態 は,差 圧 を 測 定 す る こ と によ っ. Fig.15. Finishing. assessment. curve. て 評 価 で き る と 思 わ れ る.差 圧 は,ガ ス の フ ェ ル ー ル 内壁 と の 摩 擦 に よ っ て,管 壁 か ら抵 抗 を 受 け る こ と に よ っ て 変 化 す る. 管 内 を流 れ る ガ ス の 流 動 状 態 は,レ イ ノ ル ズ 数 に よ っ て 規 定 さ れ る.い. ま,フ. 動 粘 度 をYと. ェ ル ー ル の 内 径 をd,ガ. す る と,レ. ス の 流 速 をu,ガ. イ ノ ル ズ 数Reはud/vと. で,dは0.12mm,vは13.9×10‑6m2/s,で. スの. な る.こ. あ る.uの. の 関 係 式 か ら求 め られ る.0は. 流 量 で0.0083×10‑6m3/s,Aは. 管 の 断 面 積 で0.01×10‑6m2で. あ る の で,uの. 値 は0.83m/sと. る.こ れ らの 値 を式 に代 入 す る と,Reは7.6と 臨 界 レイ ノル ズ 数(2300)の. こ. 値 は,Q=Au. な. な る.こ の 値 は. 値 に 比 べ て 極 め て 小 さ い の で,管. 内 を 流 れ る ア ル ゴ ン ガ ス は 層 流 状 態 で 流 れ て い る と考 え られ る. Fig.16. フ ェ ル ー ル の 内 壁 面 が 滑 らか で あ る と仮 定 す る と,フ ェ ル ー. Relationship. between •¬ð“. and. grain. size. ル の 内 径 が 変 化 した 場 合 の圧 力 損 失(層 流 状 態 を 想 定 した 場 合. が 大 き い ほ ど 粗 さ の 低 減 が 大 き く,そ の 影 響 が 差 圧 の 低 下 に 顕. の 差 圧)は,ボ. 著 に 現 れ,見 か け 上,内 径 依 存 性 が 大 き くな っ て い る も の と 考. ア ズ イ ユ の 式(1)か ら求 め られ る5).. え られ る.さ. ら に 図15に. お い て 同 一 内 径 の 場 合,内. 壁 が滑 ら. か な 管 の 場 合 の 曲 線 ② と実 験 的 に 求 め た 曲 線(1)との 差 が,管 内. 〓(1). 壁 面 の 性 状 を 表 す 指 標 と な る. こ こで,0は. 流 量,uは. 心 か らの 距 離,pは 性 率 で あ る.ま. 流 速.aは 管 の 内 半径,rは. 圧 力,Xは. た 差 圧△pは. 管 軸 方 向 の 距 離,η. 管 断面 の中 5.結. は ガス の粘. 貫. 次 式 で 求 め られ る. 高 速 流 動 研 磨 法 を ジ ル コ ニ ア セ ラ ミ ッ ク フ ェ ル ー ル細 管 内 壁 面 の 研 磨 に 適 用 し て,次. 〓(1). こ こで〓 は 流 路 長 で あ る.(1)式 と の 関 係 を 図15に. を 用 い て 計 算 した 差 圧 と 内 径. ×10‑6Pa・s,〓=10‑2mの. 値 を 用 い た.ま た 図15に. は,各 種. 粒 径 の 砥 粒 を用 い て研 磨 した 結 果 も示 して あ る.こ れ ら の 実 験 曲 線(1)は,図10の. 研 磨 法 は,フ. ェ ル ー ル 内 壁 面 の研 磨 に 有 効 で あ る.. (2)表. 面 粗 さ は,砥. 粒 径,ス. 曲 線(2)で 示 す.当 然 な が ら 曲 線(2)は壁 面 が. 滑 らか な 場 合 に 相 当 す る.計 算 に は,Q=8.3×10‑3m/s,η=22.6. パ ス 回 数1回 (3)ス. ラ リ ー 注 送 圧 力 の大 き い と き. で ほ ぼ 飽 和 す る.. ラ リー 往 復 動 に よ っ て 内 径 は 拡 大 す る.. (4)真. 円 度 は,粒. (5)差. 圧 と 内 径 お よ び 粗 さ と の 間 に は 密 接 な 関 係 が あ り,. 差 圧 と 内径 の 関 係 を 両 対 数 プ ロ ッ ト上 で 表. し て 最 小 二 乗 法 に よ っ て 求 め た も の で あ る.図15に. の 結 論 が 得 られ た 。. (1)本. 径 の 大 き な 砥 粒 で 加 工 す る と 向 上 す る.. 差 圧 測 定 に よ っ て 内 径 と 内壁 面 の 性 状 を推 定 で き る.. お い て,実. 謝. 験 曲 線 は 理 論 曲 線 よ り も,全 体 と して 高 差 圧 側 に あ る.こ の こ. 辞. と は 内 壁 面 粗 さ が 差 圧 を高 め る た め で あ る.ま た,砥 粒 の 粒 径 に よ っ て 実 験 曲 線 の 傾 き が 異 な る こ と は,差 圧 に 対 し て,粗 さ と 内 径 と の 両 者 の 影 響 が 重 畳 し て い る た め で あ る.そ こで 差 圧 △ pは,次. 研 磨 装 置 は金 沢 大 学 工 学部 工 作 セ ンタ ー で 製作 さ れ た も ので あ り,記 して 謝 意 を表 す.. の 実 験 式 で 表 さ れ る も の と考 え る.. 参考 1)大 平 文 和:光. 〓 (2). 文献. コ ネ ク タ の 加 工 技 術,セ. ラ ミ ッ ク ス 加 工 研 究 会 第59. 回 講 演 資 料,(1996)11.. こ こで,α. 2)山 本 桂 一 郎,黒. は砥 粒 径 に よ っ て 決 ま る 定 数 で あ る.. 内 壁 が 滑 らか な 管 の 場 合 に は,α. の 値 は4で あ り(1)式. な る.し か し,粒 径 の 異 な る 砥 粒 で 研 磨 し た 場 合,式(2)に る αの 値 は,図16に. と おけ. 示 す よ う に粒 径 の 増 加 と と も に大 き くな. る.こ れ は研 磨 の 進 行 と と も に,粗 さ の 低 減 と内 径 の 増 大 が 並 行 し て 生 じ,こ れ ら両 者 は差 圧 の 低 下 を もた らす が,平 均 粒 径. 部 利 次,山. 田 良 穂,三. 内 壁 の 高 速 流 動 研 磨(第1報)一. 浦 毅 彦:極. 細 ス テ ン レス 鋼 管. 研 磨 の 基 本 特 性 一,精. 密工 学 会 誌,. 64,1(1998)126. 3)加 藤. 宏:流. れ の 力 学,丸. 4)今 中. 治:セ. ラ ミ ッ ク加 工 ハ ン ドブ ッ ク,日. 善,(1993)50. 刊工 業 新 聞 社,(1987). 瀬 元 雄,越. ロ ナ 社,(1992)120.. 19. 5)池 森 亀 鶴,黒. 智 光 昭:水. 力 学,コ. 精 密 工 学 会 誌Vol,67,No.2,2001. 269.

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