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ダ イ ヤ モ ン ド単 粒 に よ るガ ラス の超 高 速 研 削*

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Academic year: 2022

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(1)論文. ダ イ ヤ モ ン ド単 粒 に よ るガ ラス の超 高 速 研 削* 高. 橋. Ultra. 正. 行**. 上. High Speed Grinding Masayuki. 田. 修. 治**. 黒. 部. 利. of the Glass with a Single Point. TAKAHASHI,Shyuji. UEDA and Toshiji. 次***. Diamond. KUROBE. Shear mode grinding has recently much attention for the machining of brittle material such as a glass, ceramics and silicon. This study presents the effects of a newly developed ultra high speed grinder, which can achieve speeds five times greater than conventional grinders. Scratching modes on a surface of glass ground with a single point diamond were observed in detail by scanning tunnel microscopy. It was found from the experiments that the grinding mode depends exceedingly upon the circulating speed of the disc. The depth of cut observed with STM was about 20-30% smaller than calculated one. Grinding mode changes due to the shape of stylus tip and the cut of depth is influenced by crossing of the scratches. Key words: ultra high speed, single point diamond, shear mode grinding, magnetic bearing, glass, STM. 1. 近 年,OAやAV機. は. じ. め. ナ ー タ ン ス)を に. 評 価 し た.具. 体 的 に は,ス. 軸 に 加 速 度 ピ ッ ク ア ップ を取 り付 け,イ 器 に は非球 面 形状 や 非対 称 面形 状 の レ ン. ズ な ど の 光 学 素 子 が 多 く用 い られ て き て い る.そ. れ らの光 学素. 叩 き加 振 した.そ. ピ ン ドル 単 体 の 回 転. ンパ ル スハ ンマで軸 を. れ ぞ れ の 信 号 をFFTア. こ と に よ っ て 測 定 し た.測. ナ ラ イザ に入 力す る. 定 結 果 を 図1に. 示 す.図1の. 縦軸 は. 子 に お い て は 高 精 度 な 加 工 が 要 求 さ れ て い る1).し か し,複 雑. イ ナ ー タ ン ス を 示 し 横 軸 は 周 波 数 を 表 す.図1か. ら,本. な 形 状 の 光 学 素 子 を 高 精 度,高. ドル の 共 振 点 は1.9kHzに. 削 実 験 は300. 速 度 を 超 高 速 に し,な. 能 率 に 製 造 す る に は,砥. 石の周. お か つ 延 性 モ ー ドの 研 削 を 実 現 す る こ と. が 重 要 で あ る と考 え ら れ る2)3).. Hz以. あ る こ と が わ か る.研. ス ピン. 下 で 行 っ て お り,安 定 性 の 面 か ら は 問 題 は 少 な い と 思 わ. れ る.. 砥 石 周 速 度 が 毎 分10000mを. 越 え る超 高 速 研 削 は2),生 産 性. と 品 質 を 同 時 に 満 た す 可 能 性 の あ る 加 工 法 と し て 注 目 され,最 近 各 方 面 で 研 究 が 始 め ら れ て い る4)5).し か し な が ら,そ. れ ら. 2.2. 高 速 回転 円盤. 超 高 速 単 粒 研 削 実 験 は,回 付 け て 行 っ た.円. 転 円 盤 に ダ イ ヤ モ ン ド単 粒 を 取 り. 盤 周 速 度 を 毎 分10000m以. 上 の 超 高速 にす. の 研 究 の 多 く は 金 属 材 料 を 対 象 と し て お り6)7),ガ ラ ス 等 の 硬. る た め,回. ぜ い 材 料 に つ い て の 研 究 は 少 な い よ うで あ る8).本 研 究 は,ガ. 円 盤 は 高 速 回 転 時 の 遠 心 破 壊 が 問 題 と な る た め,軽. 量 で高 剛性. ラ ス レ ン ズ や ミラ ー等 を 高 能 率 で 超 精 密 に 加 工 す る 方 法 の 開 発. な 構 造 の 円 盤 に す る 必 要 が あ っ た.そ. 盤 はCFRP. を 目的 と して お り,そ の 第 一 歩 と し て 超 高 速 研 削 の 研 削 の 加 工. (Carbonnberreinforcedplastic)で. メ カ ニ ズ ム を 把 握 す る こ と を 意 図 し て い る.そ. こ で 本 報 で は,. 超 高 速 単 粒 研 削 加 工 試 験 装 置 を 新 た に 開 発 し,ダ タ イ ラ ス を 用 い て 光 学 ガ ラ ス(BK7)に を 行 っ た.実. 験 後,研. イ ヤ モ ン ドス. 転 円 盤 の 形 状 を φ260mm×t10mmの. 大 型 に した.. こ で,円. 作 製 し た.. 円 盤 に 使 用 したCFRPの. 諸 特 性 は,引. ヤ ソ グ 率12000kgf/mm2,比. 重1.8,熱. 張 強 さ130kgf/mm2, 膨 張 係 数1×10‑6/. 対 して 単粒 研 削 実験. 削 条 痕 形 状 の 観 察 を 行 い,臨. 界 切込 み 深. さ や 研 削 条 痕 周 辺 の 盛 上 が り高 さ の 測 定 を 行 っ た.そ. Table. 1. Specification. of magnetic. bearing. の 結 果,. 光 学 ガ ラ ス の 超 高 速 研 削 に つ い て 興 味 あ る 知 見 を得 た の で 報 告 す る. 2. 2.1. 実. 験. 方. 法. 磁 気 軸 受 ス ピ ン ドル. 磁 気 軸 受 は機 械 的 な 接 触 部 が 無 い た め,摩 転 が 可 能 で あ る.ま. た 高 速 回 転 時 に は,磁. 耗 が 無 く,高 速 回. 気 的 な結合 の弱 さか. ら 回 転 軸 の ア ン バ ラ ン ス 質 量 に よ っ て 生 じ る振 動 が 外 部 に 伝 わ りに く い等 の優 れ た 特 性 を 有 し て い る9). 本 研 究 で は,磁. 気 軸 受 の 優 れ た 特 性 を 活 用 し て,磁. 載 の 研 削 加 工 装 置 を 製 作 し た.表1に,装 受 ス ピ ン ドル(S2M社. 製B15)の. 気 軸受 搭. 置 に 搭 載 した 磁 気 軸. 仕 様 を 示 す.. 磁 気 軸 受 の 動 特 性 の 測 定 は 研 削 加 工 上 重 要 で あ る.そ. こ で,. イ ン パ ル ス加 振 法 に よ り10),磁 気 軸 受 ス ピ ン ドル の 動 特 性(イ * ** ***. 1294. 原稿受 付 正 会 員 正 会 員. 平 成6年1月5日 松 下 電 器 産 業(株)(門 真 市 松 葉 町2番7号) 金 沢 大 学 工 学 部(金 沢 市 小 立 野2‑40‑20). 精密 工 学会 誌 Vol. 60,. No.. 9,. 1994. Fig.. 1. Inertance. of magnetic. spindle.

(2) 高橋 ・上 田 ・黒部: ダ イヤモ ンド単粒 によ るがラスの超 高速研削. (a). r=2μm. (b). Fig.. 4. Table. Fig.. 2. Grinding. Fig.. setup. 3. ℃,ボ ア ソン比0.3で. with. Experimental. magnetic. Tip. 2. r=0.5μm. roundness. of stylus. Experimental. condition. bearing. method. あ る.. 2.3 研 削 装 置 と供 試 材 単粒研 削 実 験 は 図2に. 示 す 装 置 を 用 い て 行 っ た.研. 削装置. は,高速 回転 円盤 を 搭 載 した 磁 気 軸 受 ス ピ ン ドル 及 び 微 小 切 込 み機構を設 置 し た 構 造 と な っ て い る.微. 小 切 込 み 装 置 は,り. ん. 青銅製 のダ イ ヤ フ ラ ム と圧 電 素 子 の 駆 動 部 か ら 成 っ て い る.本. Fig.. 5. Geometrical. estimation. of depth. of cut. 装置は,高 精 度 な エ ア ス ラ イ ドテ ー ブ ル の 上 に 設 置 さ れ る.研 的 に 求 め る方 法.も. 削は,制 御 装 置 を 通 し て 行 わ れ る. 実験 に際 し,切 込 み 深 さ の 異 な る 研 削 条 痕 を 幾 条 も試 料 面 に 適当な間隔 を 隔 て て形 成 させ る た め,図3に. 示 す よ うに,試. 料. スのBK7を. 研 削 試 料 と して は,光. 学 ガラ. 実 験 に 供 し た.. 転 円 盤 へ の 圧 子 の 取 付 け は,四. 稜が工具 の運 動 方 向 と 一 致 す る よ うに し た.実. イ. ヤモン ドス タ イ ラ ス の 先 端 形 状 が 研 削 に い か な る 影 響 を 及 ぼ す か知るため に,先 端 半 径 が2μmと0.5μmの2種 径の異な るス タ イ ラ ス を使 用 した.し らない限 り先 端 半 径2μmの 図4に,実 を示す.表2に 24. か し,主. 類 の 曲率 半 な実 験 は特 に 断. 真. 条 痕 を 光 学 顕 微 鏡 で 観 察 し,ク. い性 破 壊. な わ ち,研. 削. ラ ッ ク が 認 め られ な い 場 合 を 延. 性 破 壊 に よ っ て 条 痕 が 創 生 さ れ た と し た. 単 粒 研 削 し た 場 合,切. 込 み 深 さ が 大 き く な る と,研 削 条 痕 の. 直 下 に ク ラ ッ ク が 観 察 さ れ る.す. な わ ち 一 つ の 条 痕 の 中 で,延 れ は,切. 込 み深. さ が 円 弧 状 に 変 化 す る 単 粒 研 削 特 有 の 現 象 で あ る.延. 性破壊. 込 み 深 さ が 最 も大 き い 所 で も ク ラッ ク が 観 察 さ れ な い 場. 削 条 痕 の状 態 を 詳 し く観 察 す る た め,試 液 に1分. 水で表面 を十 分 洗 浄 し,自. 間 浸 し腐 食 した.腐. に 述 べ る 二 つ の 方 法 に よ り行 っ. 示 す よ うに,得. られ た条痕 につ い てそ の長. さLを測 定 し,図 中 に 記 す 式 か ら切 込 み 深 さ0の. 3.. 実 験 結 果 お よ び考 察. 食 後,市. 然乾 燥 の後切 込 み深 さの測 定 を行 っ. た 切込 み 深 さ の 測 定 は,次 た,一つ は,図5に. 削 条 痕 の 創 成 が,ぜ. 合 を い う.. 条痕の測定法. 料をふ っ化 水 素 酸5%溶. 削痕 にマ イ ク ロク ラ ッ. の ク ラ ック の 発 生 様 態 は砥. ク ラ ッ ク の 発 生 状 況 を 調 べ る こ と で 判 断 し た.す. は,切. 実 験 条 件 を 示 す.. 研削試験 終 了 後,研. ク が 数 多 く見 られ る よ うに な る.そ. 性 破 壊 とぜ い 性 破 壊 が 混 在 した 状 態 とな る.こ. ス タ イ ラ ス を 用 い て 行 っ た.. 験 に 使 用 し た ス タ イ ラ ス の 先 端 形 状 のSEM写. 査. 主 体 に よ って 営 ま れ た の か 延 性 破 壊 に よ っ て な さ れ た の か は,. 角すいの. 験 に 際 し,ダ. 削 条 痕 をSTM(走. あ る.. 石 の 周 速 度 に よ っ て も 異 な る.研. 工具 とな る ダ イ ヤ モ ン ド ス タ イ ラ ス に は ビ ッカ ー ス 圧 子(四 角すい)を 用 いた.回. う一 つ の 方 法 は,研. よ り観 察 し切 込 み 深 さ を 直 接 求 め る も の で. 工 具 の 切 込 み 深 さ を 増 し て い く と,研. 表面を回転 円 盤 の 半 径 方 向 に 垂 直 な 方 向 か らわ ず か 傾 け(2〜4 μn/φ16)試 料 を 取 り付 け た.被. トン ネ ル 顕 微 鏡)に. 値 を幾 何 学. 3.1. 工具 刃 先形 状 の影響. 工 具 刃先 の稜 線 の丸 味 が研 削条 痕 の創 成 に いか な る影響 を 及 ぼ す の か 実 験 的 検 討 を 行 っ た.研 に 示 す.図6に. は,最. 削 後 の 条 痕 のSTM像. も加 工 速 度 が 遅 い200m/minの. 精密工学会誌 Vol . 60, No. 9, 1994. を 図6 低速 の. 1295.

(3) 高橋 ・上田 ・黒部: ダ イヤモ ンド単粒によ るが ラスの超 高速研削. Fig.. 6. STM. 研 削 条 痕 のSTM像. micrographs. of grinding. と15000m/minの. Fig.. 7. Critical. depth. Fig.. 8. Pile-up. height. of cut. groove. 超 高 速 領 域 の 像 を併 載. し て い る. 図6か. ら,低. 速 領 域 で は 先 端 半 径 が2μm,0。5μmの. いず. れ の 場 合 も研 削 面 は滑 らか で 深 い 条 痕 が 創 成 され て い る こ とが わ か る.一 方,超. 高 速 領 域 で の研 削 条 痕 の 様 相 は低 速 の そ れ と. は か な り異 な る.工. 具 先 端 半 径 が2μmの. 場 合 に は,研. 削条 痕. ratio. の 側 面 に溶 融 に よ っ て 生 じ た の で は な い か と 思 わ れ る 波 打 っ た よ うな 形 状 の 激 し い 凹 凸 模 様 が 観 察 さ れ る 。 凹 凸 模 様 の ピ ッチ. 3.2. は 大 略4μmで. 研 削 現 象 が ぜ い 性 破 壊 か ら延 性 破 壊 に 移 行 す る遷 移 点 を表 す. 2μmの. あ る 。 一 方,先. 端 半 径 が0.5μrnの. 場 合 に は,. 半径 の場 合 と同様 に研 削条 痕 の 側 面 に規 則 正 しい ピ ッ. チ の 細 か い 凹 凸 模 様 の 波 形 が 観 察 さ れ た 。 そ の ピ ッチ は 約2 μmで. 臨 界 切 込 み 深 さ を 図7に. ダ イ ヤ モ ン ドス タ イ ラ ス を 搭 載 した 回 転 円 盤 を 高 速 で 回 転 さ せ 加 工 物 を 研 削 す る場 合,ダ. イ ヤ モ ン ド単 粒 の 運 動 に 伴 っ て切. り くず が 生 成 さ れ 排 除 さ れ て い く.そ. の 排 除 の 様 態 は,切. 深 さ に よ っ て 変 わ る と考 え られ る.研. 削 の 際,ス. 込み. タ イ ラス側面. 示 す.図7に. 示 す ○ 印 は,先. 述 した. 幾 何 学 的 な 計 算 に よ っ て 求 め た 臨 界 切 込 み 深 さ で あ り,[印 は,研. あ る.. 臨 界 切 込 み 深 さ及 び 盛 上 が り量. 削 条 痕 の 中 央 部 をSTMで. 測 定 し て 求 め た 値 で あ る.図. 7に 記 す ○,日 の デ ー タ は工 具 の 先 端 半 径 γ が2μmの あ り,一 方,●,■ 図7か. は0.5μmの. もので. も の で あ る.. ら,臨 界 切 込 み 深 さ は 加 工 速 度 の上 昇 に 伴 い次 第 に 減. 少 す る こ と が わ か る.し. か し,加. 工速 度 が5000m/minを. 越. と加 工 物 の 摩 擦 に よ り,工 具 の 切 削 作 用 点 で は 発 熱 が 瞬 時 に 起. え る あ た り か ら 減 少 の 度 合 は か な り小 さ く な り,10000m/. こ り著 し く高 温 と な る11).. min付. 本 実 験 に 供 し たBK7ガ. ラ ス は熱 伝 導 率 が 金 属 材 料 に 比 し て. 著 し く悪 い12).そ の た め 研 削 点 に お い て は研 削 作 用 は 断 熱 的 に 営 ま れ る も の と 思 わ れ る.す は 研 削 点 に 集 中 し,そ. な わ ち,研. 削 に よって発 生す る熱. の研 削 し て い る局 所 域 に お い て ガ ラ ス の. 近 で ほ ぼ 一 定 の 値 に な る こ とが わ か る。 図7か. ら,い ず. れ の 速 度 領 域 に お い て も 実 測 し て 求 め た 臨 界 切 込 み 深 さ の値 は,計. 算 か ら 求 め た 値 の20〜30%と. な る こ と が わ か る.. 臨 界 切 込 み 深 さ に 及 ぼ す 工 具 先 端 半 径 の 影 響 は,低. 速 時 にお. い て は 比 較 的 顕 著 で あ る が 超 高 速 の 領 域 で は 明確 で な く な る.. 軟 化 が 起 こ り,工 具 の 運 動 に 伴 っ て 容 易 に 流 動 を きた す と考 え. こ れ は 次 の 理 由 に よ る もの と考 え られ る.. ら れ る. 一方 ,研. 場 合 と同 じ切 込 み 深 さ で あ っ て も除 去 体 積 が 大 き く な る た め,. す る.し. 先 端 半 径 の 大 き い 工 具 の 場 合 に は,先 削の際 には工 具切 れ 刃先 端領 域 に は圧縮 応 力 が発 生. か し,こ れ ら の応 力 は摩 擦 に よ る研 削 熱 に よ っ て 緩 和. 加 工 に 要 す る エ ネ ル ギ ー も大 き く な る 。 こ の た め 臨 界 切 込 み 深. さ れ る.図6に. 示 す 高 速 域 の 研 削 面 が 波 打 った よ うな 研 削 面 に. さ が 小 さ くな る こ とが 予 想 さ れ る.し. な っ た の は,圧. 縮 応 力 の 発 生 と研 削 熱 に よ る応 力 緩 和 の 現 象 が. ス タ イ ラ ス の 場 合 に は,研. 工 具 直 前 の 微 小 領 域 で,非. 常 に短 時 間 に 交 互 に 繰 り返 さ れ た 結. 果 生 じた も の と推 察 され る.例 μmの 条 件 下 で は,約16psご さ れ る.ま. え ぽ,Fl5000m/min,γ=2. 味). 具 形 状 に よ っ て 摩 擦 熱 の 大 き さ と圧 縮 応. 力 の 大 き さが 変 化 す る こ と が 原 因 と考 え ら れ る.先 μmと 大 き い 場 合 に は,い. 端 半 径 が2. ず れ の 量 も 大 き く な り,そ れ だ け 波. の ピ ッチ も大 き く な った も の と 思 わ れ る 。 し か し,詳. とが 予 想 され る.こ. か し,先. 端 丸 味 の 大 きい. 削 熱 も大 と な り変 形 が 容 易 に な る こ. れ らの2つ. の 現 象 が 影 響 し あ い,結. 果 とし. て 超 高 速 領 域 で 有 意 差 が 生 じな か っ た も の と考 え ら れ る.. と に 応 力 の 集 中 と緩 和 が 繰 り返. た 凹 凸 模 様 の波 形 の ピ ッチ が 工 具 先 端 形 状(丸. に 影 響 さ れ る の は,工. 端半 径 の小 さい工具 の. し く は研. 次 に,臨. 界 切 込 み 深 さ で 研 削 した 時 の 条 痕 周 辺 の 盛上 が り状. 態 に つ い て 観 察 した.図8に す.盛. 盛上 が り比 β/Aの. 上 が り比 は 図 中 に示 す よ うに,研. 測 定 結 果 を示. 削 条 痕 のSTM観. 察時. に 測 定 され る バ ル ク 表 面 か ら の 盛 上 が り量 β を,臨. 界 切 込み. 深 さ の 測 定 値 み で 割 っ た 値 で あ る.同. が り比 は. 図 か ら,盛上. 低 速 領 域 か ら 高 速 領 域 に か け て 次 第 に 増 加 して い く様 子 が わ か. 削 温 度 の 測 定 と研 削 点 の 応 力 場 に つ い て 解 析 を 行 う必 要 が あ. る 。5000m/min以. 上 の領域 で はそ の増 加 の程度 は先端 丸 味 の. る.. 大 き い 半 径2μmの. ス タ イ ラ ス の 方 が0.5μmの. 1296. 精 密 工学 会誌 Vol. 60,. No. 9 , 1994. 場 合 よ り も大.

(4) 高橋 ・上田 ・黒 部: ダイ ヤモン ド単 粒によるが ラスの超高 速研 削. Fig.. 9. Influence. of cross. scratch. for critical. depth. of cut. (a). Fig.. (a) Beforeetching Fig.. 10. 11. Optical ing. (b). micrograph. of cross. grinding. groove. after. etch-. (b) Afteretching. STM. micrographs. きいこ とが わ か る.盛上. of cross. が りは,研. grinding. groove. 削 時 に 発 生 す る摩 擦 熱 の た. めに加工 物 が軟 化 しそ れ が ス タ イ ラ ス に よ っ て 側 面 に 排 除 され る結果生 じた もの と思 わ れ る. 3.3. 条痕 交 差 の影 響. 実際の研 削 を 想 定 し た 場 合,表 粒による条 痕 が 交 差(相. 面 の 創 成 の され 方 は 個 々 の 砥. 互 干 渉)し. あ う こ と で 行 わ れ る.そ. で,90。及 び5。 に 条 痕 を 超 高 速 で 交 差 させ,延. こ. 性 ・ぜ い 性 の 臨. 界切込み深 さ が 研 削 速 度 と と もに どの よ うに 変 わ る か 調 べ た. 測定結果 を 図9に. 示 す.図9に. は,条. の結果 も比 較 の た め 載 せ て い る.図9か. Fig.. 痕 を 交 差 させ な い 場 合. 12. STM micrographs five degree cross. of cross-sectional. view. of groove. ら加 工速 度 が増 す につ. れ,い ず れ の条 痕 の 場 合 も 臨 界 切 込 み 深 さ は次 第 に 減 少 す る こ. 果 を 述 べ る.腐. とがわか る.ま た 条 痕 が 独 立 の場 合 に 比 し て 条 痕 をgooに. に 示 す 写 真 は,一. 交差. 食 後 ク ラ ッ ク が 生 じた 例 を 図11に. 示 す.同. で も う一 つ の 条 痕 を 交 差 させ た 例 を 示 し て い る.研. る14).. 上 部 の 方 向 か ら下 方 に 向 か っ て 行 っ て い る.. 次に,90。 に 条 痕 を 交 差 させ た 部 位 をSTMで 察結果を図10に 示 す. 一つ 目の 条 痕(加 工 深 さ20f)nln:STM測. 定)で. 定 値)を. 施 した. あ る.図10(a)は. 工. エ ッチ ン グ. エ ッチ ソ グ 後 の 交 差 部 を 表 し て い る.図10か. ら,研 削 は延 性 モ ー ドで 行 わ れ た こ と が わ か る. 図10の(a),(b)両. 図 を 比 較 す る と,交. 腐食 によ り25nm程. などがわか る.さ. 差 部 の形 状. イ ク ロ ク ラ ッ ク が 観 察 され な い こ と. ら に 子 細 に 見 る と,超 高 速 で 研 削 した 条 痕 の. 盛上が り部 が 多 く腐 食 さ れ て い る様 子 が わ か る. 盛上 が り部 分 は,流 いると考 え られ,腐. つ 目の条 痕 を 加 工 条 痕 が 交 差 した 以 降 に ラ. 破 壊 し た 例 を 示 す.図11(b)は,一. つ 目の 条 痕 を境 にぜ い性. 破 壊 モ ー ドか ら延 性 破 壊 モ ー ドに 遷 移 した 例 を 示 す.一. つ 目の. 条 痕 の 中 央 部 に メ ジ ア ン ク ラ ッ クが 生 じ て い る 様 子 が わ か る. これ ら の 現 象 は 特 異 的 で な く し ぼ しぼ 観 察 さ れ た. 延 性 モ ー ドで 創 成 さ れ た 研 削 条 痕 が 腐 食 に よ り図11(a),. 差 部 の切 込 み 深 さが. 度 大 き くな っ て い る こ と,交. が変化 して い な い こ と,マ. 図11(a)は,一. 削 は写 真 の. テ ラ ル ク ラ ック と考 え ら れ る 貝 殼 状 の ク ラ ッ ク を 生 じ て ぜ い 性. 超 高 速 で 新 た な 条 痕 を 交 差 さ せ た.加. 深 さは90nm(STM測 前,図10(b)は. 観 察 し た.観. 図. つ 目 の 条 痕 に 直 角 に 超 高 速(15000m/min). させた場 合 の 方 が 臨 界 切 込 み 深 さ が 小 さ く な る こ と が わ か. 後,15000m/minの. at. 動 の 過 程 で 変 質 及 び残 留 応 力 を 内 包 し て. 食 は 他 の 部 分 よ り も速 く進 行 した も の と 思. われる. 次に,同 条 件 で 加 工 し た 他 の 試 験 片 の 条 痕 の 交 差 部 の 観 察 結. (b)の. よ う な破 壊 様 態 を 示 す の は,研. 削 に よっ て内部 に蓄 積 さ. れ た ひ ず み が 腐 食 に よ り解 放 さ れ る た め と 考 え ら れ る. ガ ラ ス 等 の 硬 ぜ い 材 料 で は 応 力 の解 放 の 際,微 を 伴 う 場 合 が 多 い13).図11(a),(b)に. 視 き裂 の発 生. 示 す 写 真 は,研. 削に. よ っ て 生 じ た 内 部 応 力 が 腐 食 に よ っ て 解 放 さ れ た 結 果 生 じた も の と推 察 さ れ る.図11か. ら,延. 性 モ ー ド研 削 加 工 で あ っ て も,. 研 削 痕 直 下 に は 残 留 応 力 が 存 在 す る こ とが わ か る. 次 に,5。 で 交 差 さ せ た 条 痕 に つ い て 述 べ る.実 m/minで. 行 っ た.そ. の 後,試. 験 は5000. 料 を 腐 食 し 交 差 部 をSTM観. 精密工学会誌 Vol. 60, No. 9, 1994. 察. 1297.

(5) 高橋 ・上田 ・黒部: ダ イヤモ ンド単 粒によるが ラスの超高速研 削. した.測. 定 結 果 を 図12に. 示 す.条. 痕 の 交 差 は,同. 図 に 示 す(1). (4). の 条 痕 に(2)の 条 痕 を 交 差 さ せ た. 図12か. ら,a)に. に 約200nmと. 示 す 断 面 で は2つ. な っ て い る.ま. さ は 約280nmで. あ る.し. の条 痕 の加工 深 さ は と も. た,e)の. な る.し に,研. 差 す るc)の. か し,d)の. よ り押 し潰 さ れ る様. 場 所 で は,完. 場 所 で は 再 び2つ. 全 に1つ. 参. 性 モ ー ド研 削 に お い て は,こ. 1) 2). の条 痕 に. に 分 か れ る.こ. の よ う. 削痕 の 干 渉 は そ れ が 交 差 す る 近 傍 に 限 定 さ れ る こ とが わ. か る.延. 立 して 存 在 す る と き よ り20〜30%減. か し,条 痕 が 次 第 に 接 近 し てb)の. わ か る.最 初 の 条 痕(1)が 新 た な 条 痕(2)に. の よ うな 現 象 が 集 積 し,. 3) 4). 仕 上 面 が 得 られ る も の と考 え られ る. 4.. お. わ. り. 5). に. 6). ダ イ ヤ モ ン ド単 粒 を 用 い て 超 高 速 研 削 実 験 を 行 っ た 。 研 削 試 験 は 硬 ぜ い 材 料 の 一 つ で あ る 光 学 ガ ラ ス(BK7)に. (1). 超 高 速 単 粒 モ デ ル 実 験 装 置 を 開 発 し た.ス. 砥 石 は超 高 速 研 削 用 砥 石 と し て有 効 で あ. 超 高 速 単 粒 モ デ ル 実 験 の 結 果,周. 速 度5000m/min以. 下 の領域 で は先 端半 径 の小 さい単粒 の方 が臨 界切 込 み深 さ が 大 き く な る.し か っ た.臨. か し,超. め た 値 の20〜30%と (3). な っ た.. 9) 10). 高 速 領 域 で は 盛 上 が り比 の 増 加 が ゆ. るや か と な る.. 1298. 工速度が増す に. 精密 工 学会 誌 Vol. 60,. No. 9.. 1994. M. Takahashi, S. Ueda and T. Kurobe : Ultra High Speed Grinding with a Single Point Diamond, Int. J. JSPE, 27, 2, (1993) 140. E. Brinksmeier and E. Minke : High-Performance Surface Grinding (The Influence of Coolant on the Abrasive Process), Ann. CIRP, 42, 1, (1993) 367. W. Konig and F. Ferlemann : CBN Grinding at Five Hundred MI S, Ind. Diamond Rev., 291, (1992) 72. 高 原 基 彰,酒 井 安 昭,井 上 孝 二,鵜 飼 直 行:ピ ト リ フ ァイ ドCBN ホ イ ー ル に よ る超 高 速 研 削(第2報),1993年 度精 密工学 会 春季大. (1991)507. 電 気 学 会 編:磁. 気 浮上 と磁 気 軸 受,コ. 11). 佐藤 彰:磁 文,(1991). 河 村 末 久,矢. 12). 共 立 出版,(1984)47. 日本 セ ラ ミ ッ ク ス協 会 編:セ. 13) 14). 単 粒 研 削 条 痕 周 辺 の 盛 上 が り比 は,加. つ れ て 大 き く な る.超. 何 学 的 な計 算 で求. 械 の研. 柴 田 順 二,藤 田 定:ガ ラ ス の 単 粒 切 削 実 験 に お け る加 工 ク ラ ック の 挙 動,1991年 度 精 密 工 学 会 秋 季 人 会 学 術 講 演 会 講 演 論 文 集,. 高 速 領 域 で は有 意 差 は 見 られ な. 界 切 込 み 深 さ の 実 測 値 は,幾. 子 部 品 ・光 学 部 品 の 超 精 密 加 工,機. 究,41,10(1989)1085. 高 橋 正 行,上 田 修 治,黒 部 利 次:超 高 速 研 削 に 関 す る 研 究(第1 報),1991年 度 精 密 工 学 会 秋 季 大会 学 術 講 演 会 講 演 論 文 集(1991) 567.. 8). る。 (2). 献. T. Tawakoli and S. Tawakoli : High-Efficiency Deep Grinding (HEDG) of Inconel and Other Materials, SME Conf. Proc., (1991) 67.. な り,超 高 速 研 削 加 工 が 効 果 的 に 行 え る こ と が わ か った. ま た,CFRP製. 田 邦 夫:電. 文. 7) ピ ン ドル に. 磁 気 軸 受 を 用 い る こ と に よ り,高 剛 性 で 高 速 回 転 が 可 能 と. 上 田修 治,中. 考. 少 す る.. 会 学 術 講 演 会 講 演 論 文 集,(1993)567.. つ いて. 行 っ た 。 実 験 の 結 果 次 の こ とが 明 らか と な っ た.. こ を 起 点 に ク ラ ック が 生 じや. の た め 臨 界 切 込 み 深 さ は,単 粒 研 削 条 痕 が 独. 場 所 で の条痕 の断 面深. 場 所 に な る と,(1),(2)の 条 痕 断 面 形 状 が 著 し く変 化 す る こ と が. 子 が 見 ら れ る.交. 条 痕 を 交 差 させ る と,そ. す くな る.そ. ロ ナ社,(1993),. 気 ヘ ッ ド用 硬 脆 材 料 の加工 損 傷 に関 す る研 究,博 野 章 成,樋. 口 誠 宏,杉. 田 忠 彰:研. 士論. 劇 加 工 と砥 粒 加 工,. ラ ミ ック ユニ 学 ハ ン ド ブ ック,技. 報堂 出. 版,(1989)。 今 中 治 編:セ ラ ミ ッ ク ス 加工 ハ ン ド ブ ック,目 刊工 業 新 聞 社, (1987). 森 田 昇 ほ か:単 結 晶 シ リコ ンの 研 削 加 工 に関 す る 研 究(砥 粒 一被 削 材 間 の 十 渉 作 用 と加 工 表 面 性 状),1991年 会 講 演 論 文 集,(1991)101.. 度砥 粒加 工学 会学 術講演.

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参照

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