ダイヤモンド砥石による石材の研削切断に関する研究（第1報） － 基礎実験－

ダイヤモンド砥石による石材の研削切断に関する研

究（第1報） − 基礎実験−

著者

中島 繁, 田中 秀穂, 是枝 賢一, 友野 春久, 豊福

暢史

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

23

ページ

85-94

別言語のタイトル

Studies for Cut off of Stone with Diamond

Wheel. (1st Report) -Fundamental

Experiments-URL

http://hdl.handle.net/10232/12487

ダイヤモンド砥石による石材の研削切断に関する研

究（第1報） − 基礎実験−

著者

中島 繁, 田中 秀穂, 是枝 賢一, 友野 春久, 豊福

暢史

雑誌名

鹿児島大学工学部研究報告

巻

23

ページ

85-94

別言語のタイトル

Studies for Cut off of Stone with Diamond

Wheel. (1st Report) -Fundamental

Experiments-URL

http://hdl.handle.net/10232/00007724

ダイヤモンド砥石による石材の研削切断に関する研究

（第１報）

− 基 礎 実 験 一

中島繁・田中秀穂・是枝賢一・友野春久・豊福暢史

（受理昭和56年５月２７日）

StudiesforCutoffofStonewithDiamondWheel．（lstReport）

−FundamentalExperiments-ShigeruNAKAJIMA，ＨｉｄｅｈｏＴＡＮＡＫＡ，Ken'ｉｃｈｉＫｏＲＥ，ＥＤＡ，

ＨａｒｕｈｉｓａＴｏＭｏＮｏａｎｄＭａｓａｆｕｍｉＴｏＹｏＦｕＫｕ TheexperimentaldataformachiningofstoneswithDiamondAbrasivewheelhavebeen littlepublished・Ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｂｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｈｅｍｏstsuitablewheelthatsuitedtothe

qualitiesofthestonebecauseofusingexpensiveDiamondAbrasivesinmachiningthestones・

Inthispaper，asafundamentalexperiment，theperformancesofDiamondcutoffwheel areexamined；ａｃｕｔｏｆｆｗｈｅｅｌｉｓｕｓｅｄｔｏｃｕｔｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｓｔｏｎｅｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｃｕｔ ｏｆｆａｂｉｌｉｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｃｕｔｏｆｆｐｏｗers，

Theeffectsofperipheralspeedsofthewheel，feedingspeedsofthestones，andthequalities

ofthestonesonthｅｃｕｔｏｆｆｐｏｗｅｒsandtheabilitiesareestimatedfromtheratioofcontri‐ butionbyapplyingtheExperimentalFactorialDesign． １ ． は じ め に １．１本研究の必要性とその目的 石材は古くから建築物に用いられた材料であった． コンクリートの発達と耐震的考慮から構造物としての 使用量は近年大幅に減ってはきたものの，ビルディン グの外装，内装の張石，石柱，墓石や記念碑，工芸品， また機械工作用定盤などに今なお需要があり石材のも つ特性から今後ともその需要を維持するであろう． 一方，硬ぜい材料である石材の加工に対して加工能 率と加工精度の向上が強く要望されるにいたり，ダイ ヤモンド砥石（以下Ｄ砥石という）が広く用いられる ようになり，加工技術は急速な進歩をとげている．石 材加工に使用されるＤ砥石には切断作業に使用するブ レード，研摩作業に使用するポリシャ，往復運動で切 断作業をするガングソーなどがある． しかしながら，これらの石材加工は試行錯誤的方法 で行っているものが多く，とくに石材用Ｄ砥石に関す るデータはメーカ側のノウハウに関係するものが多く Ｄ砥石の性能に関しては全くといっていい程，公表が なされていない現状である．したがって加工に関する 体系的研究はほとんどなされておらず合理的，経済的 に加工を行うために加工体系を確立する必要がある． そこで，本報告では，Ｄ砥石により合理的かつ経済 的に研削切断作業を遂行するための基礎を確立するこ とを目的として基礎的実験的研究を行った結果につい て報告するものである． 石材の研削切断挙動，研削切断動力，および研削切 断能について調べ，また実験計画法')の応用により研 削切断動力，研削切断能におよぼす砥石周速度，送り 速度，石材の種類の影響をその寄与率から調べた。な お，Ｄ砥石の減耗については，高価なＤ砥石の経済性 から当然最も重要視されるものであるが，その測定法 に問題があり今回は取り上げなかった．この点につい ては，測定方法およびその精度を確立し後日検討を加 える予定にしている．

表 ３ 各 種 石 材 の 推 奨 速 度 4 ） （ 吉 永 ら ） 8６ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ３ 号 （ 1 9 8 1 ） １．２石材の研削切断に関する従来の研究 石材の研削切断加工体系を確立するための研究はき わめて少なく，公表された基礎的な資料もほとんどな いのが現状である．数少ない文献の中から興味ある実 験結果を紹介する． Ｗｏｏｄら2)はＤ砥石の冷却性に着目し冷却水に石け ん添加による切断速度の影響を調べている．図１は砥 石周速度と切断速度の関係である．水だけの場合，最 高切断速度を示す砥石周速度は15.3ｍ/ｓであるのに 対し，石けん水を0.2％，0.4％，添加した場合には砥 石周速度２５．４ｍ/sで最高の切れ味を示し，その結果 切断速度を大きくすることができると述べている． 推奨切断速度を示している（表４)．また硬質の花局 岩などの研削切断で冷却液に水を用いる場合には推奨 周速度よりもさらに低い1000m/ｍiｎ（16.7m/s)前後 が適当であるとしている5)． 松井6)は山口県産のはんれい岩を単一Diamond砥 粒（以下Ｄ砥粒という）で引っかき試験を行い，はん れい岩の引っかき溝は低荷重では普通の金属の場合と 表 ２ ブ レ ー ド 寿 命 に 及 ぼ す 周 速 の 影 響 3 ） （Walkerら） 砥石周速度(ｍ/ｍin） ３０００ ２４００ ２１００ １８００ １５００ 平 均 動 力 （kW） ２．９ ３．３ ３．７ ３．０ ３．８ ４．７ 石 種 BonAccord Norite （ノーライト） ０ ５

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巨目へ日︶ａ劉宗．壷 表 １ ブ レ ー ド 寿 命 に 及 ぼ す コ ン セ ン ト レ ー シ ョ ン の影響3）（Walkerら） 切断速度(cmP/ｍin） ６００∼９００ ７００∼1500 １５０∼３００ ８０∼１００ ５０∼８０ １００∼１５０ ４０∼１００ ２５０∼３８０ １００∼１５０ ３０∼７０ １００∼１５０ ４ ∼ ８ ８０∼１２０ １５０∼３００ 500∼８００ 800∼1200 200∼５００ 500∼７００ 加 PearlGranite （ 花 樹 岩 ） .4％添加 ５ １ ０ １ ５ ２ ０ ２ ５ ３ ０ ３ ５ Ｄ砥石周速度Ｕ(m/sec） 図１石けん添加による影響2）（Ｗｏｏｄら） Walkerら3)は，Ｄ砥石寿命におよぼすコンセント レーションと砥石周速度の影響を３種の花尚岩を研削 切断しコンセントレーション45のＤ砥石が寿命が最も 長く（表１)，砥石周速度21ｍ/sのとき推定寿命が伸 びたと報告している（表２)． 吉永ら4)は各種石材を研削切断するときの砥石周速 度を表３のように推奨し，各種硬ぜい材料の一般的な ParylGranite (硬質花商岩） ブレード：‘400,粒度：４０/50,プロンズボンド， 機械出力：201P，周速度：41.5m/s，切込み：101ｍ， 送り：1.8ｍ/ｍiｎ 石 種 砂 岩 （ 軟 ） 石 灰 岩 ・ 大 理 石 大理石(硬）・花間岩(軟） 花商岩(硬）・砂岩 玄 武 岩 ・ 石 英 表４各種材料の切断速度4）（吉永ら） 材 料 ス レ ー ト ア ス ベ ス ト セ メ ン ト セ メ ン ト タ イ ル 軟 質 セ ラ ミ ッ ク 硬 質 セ ラ ミ ッ ク 陶 器 ガ ラ ス 耐 火 物 （ 軟 ） 耐 火 物 （ 硬 ） 遡鋳耐火物（硬密） 電鋳耐火物（軟） 水 晶 み 影 石 （ 硬 ） み 影 石 （ 軟 ） 大 理 石 石 灰 岩 硬 質 砂 岩 軟 質 砂 岩 PearlGranite (中硬質花商岩） 切 断 コ ス ト (円/mP） ６１０ ３９０ ３６０ １２７０ １０１０ ９３０ ２６２０ ２０５０ １９９０ 石 種 NoriteGranite (軟質花樹岩）

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２．実験装置および方法 石材の詳細は文献8)9)10)にゆずり本実験に使用した ４種の石材を表５に示す．また本実験に使用した石材 が石材全般のどの程度の品種にランクされるか圧縮強 度で比較したものを図311)12)13)14)に示す．イマハシ製 ダイヤ鋸引割機ＡＣ−２型（砥石軸出力0.75ｋＷ）を使 用し表６に示す実験条件にて行った．Ｄ砥石は旭ダイ ヤ製のカッティングソーブレードで，表６に示す寸法 の石材を図４のように切断機に取りつけ石材１個あた りの研削切断面積はほぼ200ｃｍ2であり冷却液は水を 用いた．実験前のＤ砥石の条件を一定にするために砥 石面を＃46のＧＣスティックを用いて目直しを行い， 消費動力は砥石軸用電動機の動力をクランプオン電力 計（日置電機製3133型）で測定した． 石 コ ン ク リート セ ラ ミ ッ ク ス メ タ ル ０ ． １ １ ． ０ １ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ０

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図２弾性エネルギ係数による被削材の性格づけ7） （Rattermanら） 凝 灰 岩 大 理 石 は ん れ い 岩 せ ん 緑 岩 同様な引っかきみぞが得られるが，荷重を増すととも にぜい性破壊の貝殻状のみぞが発生することを明らか にした． 石材の被削性について弾性エネルギ係数7)により概 括的に分類したものが図２である．この弾性エネルギ 係数ＭＯＲは硬ぜい材料のセラミックの被削性を評 価する一つの方法としてRattermanらにより提案さ れているもので次式で定義される．

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これは材料が被壊されるまでに与えることのできる 単位体積あたりの最大歪エネルギを表し，このＭＯＲ 値が低いほど容易に研削できるというものである． この図より石材の被削性はセラミックより一般的に 良いことになる． 以上，従来の研究経過から石材の研削切断機構はセ ラミック，ガラス等のいわゆる硬ぜい材料と本質的に 変わることなく，これらを石材にも応用できるものと 考えられる． 淫ミ 今ｆ÷ l ゴ ｰ Ｉ 中島・田中・是枝・友野・豊福：ダイヤモンド砥石による石材の研削切断に関する研究（第１報）８７ 2．６１ ２．７２ ２．９２ ２．８５ ヤ ン グ 係 数 （kg/cmZ） 図３石材の圧縮強度による比較11)12)13)14） 表５本実験に使用した石材の種類ならびに機械的性質8)9)１０） 真 の 比 重 シ ョ ア 硬 さ 石 椛

鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ３ 号 （ 1 9 8 1 ） 8８ ２００/【m 図 ７ 研 N I I 面 の 断 而 図 鉱物の結合状態，含有鉱物の祁類，大きさ，硬度など の違いによりこの結果が生じたものである． 炎 ６ 火 峨 装 粧 な ら び に 条 ド ’ −−砥派周辿度Ｕ:1885ｍ/ｍｉｎ− 一一.−送り速度,ﾉ:２．５ｃｍ/ｍin一 ﾉＪｌＩｲ」 SteelS45C 凝灰岩，砥石周速度：1885ｍ/ｍin， 送り速度：２．５ｃｍ/ｍｉｎ 図 ６ ． 切 粉 の 形 状 息塗‘ ダイヤ鋸州;11機ＡＣ､２剛．イマハシ製，モータ出力0.75kＷ 切 断 機 (腿さ）×(''1111)×（尚さ）＝400mm×200mm×1001nｍ 汀 材 ． ､ j ・ 法 旭ダイヤ製↑ダイヤモンドソーブレードィ１１/[篠460mm，’'1M3.551''''１ 粒度＃４０，恥'1度25,ブロンズボンド(2810） 砥 ｲ「 砥 布 間 速 度 Ｕ(ｍ/ｍｉｎ） 1243,1885,２６５０ '』Lとちｕ”llJM』人昌阜ニノニー

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条 件 _{冷 却 液} 送 り 速 度 リ（c､/ｍｉｎ） 1．０，１．５，２，０，２．５ 水，１７４／ｍiｎ 日枇近機製，クランプオン砥力計 消 殻 動 力 測 定 ｲｉｌ;イ 粥 図 ４ 加 工 物 の 切 断 位 恨

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蕊 識 鱗 刀 の 測 定 例 100メ２ｍ ３・実験結果および検討 ３．１研削切断挙動 わが国の地質構造はきわめて複雑なため，石材の諏 類も著しく相違し石質においても差異があることが認 められている．１５)．他の多くの非金属材料は人工的に 製造されるのに対し石材は天然の材料であり，このこ とが他の非金属材料との大きな相違点でもある．ゆえ に石材の機械的，物理的性質は同一産地の同一丁場か ら切出される同一品種でも時によって差がある． そこでＤ砥石で石材を研削切断する場合，研削切断 機構より大別すると次の三つに分類できる． （ａ）猫成粒子が硬く結合状態の強いもの：花尚岩， せん緑岩，はんれい岩． （ｂ）構成粒子が硬く結合状態の弱いもの：安山岩， 凝灰岩，砂岩． （ｃ）構成粒子が軟らかく結合状態の強いもの：大皿 桁，石灰岩． 上記の（ａ)，（ｂ)，（ｃ）に属するはんれい岩，凝 灰岩および大理石の研削切断中に消費動力を測定した のが図５である．消費動力が凝灰岩では小きざみに変 動しているのに対し，はんれい岩，大理石はほぼ安定 した値を示している．これは凝灰岩は組織が均一でな く硬度も場所によって違いがあり，はんれい岩，大理 石はほぼ均一である，という石質を構成している造岩 X ' ５ 消 費 動 里はんれぃ治

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せ ん 緑 端 翫凋餓U:】885m/miｎ 図 １ １ ダ イ ヤ モ ン ド 砥 粒 の 脱 落 な ら び に 摩 滅 的 摩 耗 鈍 化 し な い ま ま 脱 落 し て い く Ｄ 砥 粒 も あ る も の と 考 え られる．「IつぶれしたブロンズポンドＤ砥石を目直し す る 際 石 材 工 業 界 で 安 山 総 凝 灰 岩 を 使 用 す る 場 合 が多いことをみても，これらの石材には目直し作川， つ ま り ボ ン ド 摩 耗 を 促 進 さ せ る 作 用 が あ る こ と が わ か る．なおこれらの石材の研削切断にはボンドは非常に 硬い超硬合金系が使用されている．せん緑岩では累祇 切断面種が少<，はっきりとはいえないが突出高さは 減少傾向にあるといえる．はんれい岩，せん緑岩の研 削切断後に砥石表面を観察するとＤ砥粒の摩滅，脱落 （図11）が見られる．この際減については，Ｄ砥粒が 鋼類の研削では糸状の切粉が発生するが石材では図 ６に示すように材料の判れにより破壊されたと思われ る切粉が発生している．また鋼（Ｓ４５Ｃ）と大理石を 研削した転写断而図が図７である．鋼は通過した低石 断而を再現しているが，大理石では試片の内部に向か って大小の割れ目がみられる．さらに凝灰岩の切粉粒 径分布（図８）をみるとl00lumにもおよんでいるも のがある．この条件での砥石１回転あたりの切込み量 は計算上で約ｌ５１ｕｍであるから砥粒切込み深さはさら に小さくなるはずである．以上のことより石材の研削 （切断）では他の硬ぜい材料同様，割れの集祇によっ て材料表面が破壊され切粉が発生するとみてよい．微 視的観察でも材料の塑性流動により発生したと思われ る切粉は確認できなかった． 図９は大理石で砥石間速度を変えた場合の切粉粒径 分布の変化を示したものである一切粉の粒径は砥石周 速度が増すと小さくなることがわかるこれは砥石1 回転あたりの砥粒切込み深さの大小より説明できる． Ｄ砥石は気孔が少なく，研削（切断）加工に不可欠 とされているチップポケットが少ない．チップポケッ トの大きさは，ボンド面からのＤ砥粒の突出高さによ

ってきまるといってよい．図10はボンド而からＤ低粒

先端までの測定結果を示す．大理石では累積切断而積

が増えても砥粒突出高さはほぼ一定であり，Ｄ低粒の

先端摩滅も少なかった．これは本実験条件下では使用

したＤ砥石が一定の大きさのチップポケットをもつこ とを意味し，大理石を研削切断する場合にはＤ砥石の '二￨直しは一般に不必要ということになる．凝灰器では 突出高さは高くなる傾向にあり，一部のＤ砥粒は脱落 している．これは前述したように凝灰岩の切粉が硬く 大きいために，この切粉によりボンドの方が早く摩耗 して，突出高さが高くなり十分仕事をせず砥粒先端が

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9０ 石材と高温接触するための熱的摩耗と高速接触による 衝撃微小破砕によるものと考えられる．この熱的摩耗 については，研削液の注入不充分のため，砥粒先端が 高温になり酸化摩滅したことによるものと考えられる． すなわち，一般にダイヤモンドは650℃付近より酸化 によりＣＯ２ガスを発生することが認められており16)， また，急激な硬度低下も認められている'7)ため，特に， 研削液の注入については，Ｄ砥粒の化学的安定性を得 るためにも充分留意すべき必要がある．一方，砥粒脱 落については，石材切粉によるラッピング作用による ボンドの摩耗のため，Ｄ砥粒との接着面積減少による 砥粒保持力の低下によるためであり，石材切粉洗浄の ためにもやはり研削液については注入方法，注入量に ついて，石材の種類に応じてより一層の留意すべき必 要性を痛感する． Ｄ砥石における石材の研削切断をモデル化すると図 12のようになる． ３．２研削切断動力 切断機の砥石軸回転用のモータから消費動力を測定 し，無負荷時の消費動力をさし引いたものを正味消費 動力とした．（負荷時の機械的ロスの増加は考慮して いない） 各石材を研削切断したときの累積切断面積と正味消 費動力との関係を図13に示す．累積切断面積の増加に 石 材 一 一 送り方肺ｌ 図 １ ２ 石 材 研 削 切 断 模 形 図 対して大理石と凝灰岩は動力に絶対値の差異はあるも のの，ほぼ一定値を示している．ちなみに大理石を砥 石周速度1885m/ｍin，送り速度2.7ｃｍ/ｍｉｎの条件 で6000ｃｍ２研削切断しても動力の増加，つまり，接 線方向切断抵抗の増加は認められなかった．これに対 " 匪 一 ｃ − ｃ − ベ ニ ロ 一 己 − ． − ９ ﾆ ｰ 宅 砥 石 停 止 l ｉ １．４ １．２ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 2 3 号 （ 1 9 8 1 ） 串 一 屯 ６ ● ０ ︾一・一一︾一一 ＞−−０一丸∼Ｃ−Ｃ よ る 正 味 消 費 動 力 の 変 化 1000 ︻︺八］ ２ ０ ０ ０ ３ ０ ０ ０ 累 械 切 断 面 械 （ c m 2 ） 図 １ ３ 累 積 切 断 面 積 に 0.4 0.2 0 4000

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中島。田中･是枝。友野・豊福：ダイヤモンド砥石による石材の研削切断に関する研究（第１報）９１ し，はんれい岩とせん緑岩は累積切断面積の増加とと もに動力が徐々に増加しそれぞれ3800ｃｍ2,3000ｃｍ２ の時点で急激にふえ砥石回転の停止があった.これは 切断機の出力不足が最大の原因であるが，前項で述べ たように実験終了後に砥石表面を観察すると多くのＤ 砥粒が摩滅，脱落していたことによるもので，本実験 条件下ではＤ砥石性能を引き出すにはいたらず砥石仕 様，周速度，冷却水注液法などに検討すべき点を残し た． 図14は砥石周速度による正味消費動力の変化を示し たもので砥石周速度を増すと動力は減少することがわ かる．この結果は他の硬ぜい材料の研削切断において も同様'8)であるが，この点については砥石周速度の増 加 に よ る 砥 石 の 減 耗 と も 併 せ て 考 え な け れ ば な ら な い 点である．図15は送り速度による動力の変化を示した ものである．送り速度を増すと動力も増すが，とくに， はんれい岩において増加が急激である． 以上のことより研削切断動力の絶対値の違いは各石 材の機械的性質，とくに圧縮強度，ヤング率の高低と 相関し，累積研削切断面積を増やすことによる動力の 変化は，前項で述べたＤ砥石表面の性状，つまり切れ 味と関係することがわかる． ３．３研削切断能および最適研削条件 材料の研削切断において研削切断能'９)で評価される． この研削切断能（ｍｍ３/kgm）は単位時間内の研削切 断量（ｍｍ３/ｍin）を研削切断所要動力（kｗ）で除し たもので，単位エネルギで研削切断できる材料の容積 となる．研削切断能値の大きい材料ほど研削切断しや すい材料であるとみてよい．また，ある材料に対して 研削切断能の値が大きくなる条件を見いだせば，その 材料に対する消費動力からみた最適条件の選択ができ ることになる． 送り速度を変化させたときの研削切断能の変化は図 16に示すとおりである．凝灰岩に対しては送り速度を

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６ 唾 灰 岩 せ ん 靴 岩 大 理 石 は ん れ い 岩 図１４砥石周速度による正味消費動力の変化 5 ． O卜 一 年 ： 『 唾 灰 一 一 ： せ ん 緯 昌 一 ← ： 大 ヨ 製 一 一 ： は ん れ い 祇才了囲速度Ｕ:２６５０ｍ／､ 岩岩石岩。、 、 Ｉ ２ Ⅱ 送り速度⑳(cm/min） 図 １ ５ 送 り 速 度 に よ る 正 味 消 費 動 力 の 変 化 司速 砥 7 ０ ０ ０ ︵副§へ声望︶毒腫墓蕊・樗曽、［預言議濯芸一間 １ 、 3.0 １．０ 送り速度ひ（cm/min） 図１６送り速度による研削切断能の変化 Ⅱ IａＩ ０ 0 . 5 １ ． ０ １ ． ５ ２ ． ０ ２ ． ５ ３ ． ０ 2.0

表 ８ 研 削 切 断 能 ( 〃 ) に 対 す る 分 散 分 析 表 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 2 3 号 （ 1 9 8 1 ）

、、：

表 ７ 研 削 切 断 動 力 ( Ｔ ) に 対 す る 分 散 分 析 表 石周速度Ｕｍ/ｍin，（C）送り速度〃cｍ/ｍｉｎの３要 因が，（１）正味消費動力Ｔｋｗ，（２）研削切断能〃 ｍｍ３/kgmに対してどの程度影響するかを知るために 表７と表８の分散分析において寄与率を求めた．この 得られた寄与率をまとめたのが図18であり，同図より 9２ 要 因 β(％） 4.0 ＢＣＣ

ＡＢＣ×××ｅ

ＡＢＡ 0.440350 0.372100 0.050625 0.152850 0.207025 0.010625 0.015625

３１１３１３２

0.146783 0.372100 0.050625 0.050950 0.207025 0.003542 0.007813 △33.1 ＊28.9 18.79 47.63 ６．４８ ６．５２ ２６．５０ ０．４５ *15.8 ０ ０ ３ ２ ︵屋勧ミ飼昌巳︶屑袈室扇一垂崖 Ａ ： 石 材 Ｂ：砥石周速度(ｍ/ｍin） Ｃ：送り速度（c､/ｍin） △：９０％有意 ＊：９５％有意 ＊：９５％有意 傘＊：９９％有意 大きくするにつれて研削切断能の値は大きくなるので 切断機の出力が許すかぎり早く送った方が有利である ことがわかる．しかし，はんれい岩，せん緑岩に対し ては送り速度を大きくすると2.0cm/ｍｉｎ近辺から研 削切断能が減少するので早送りは好ましくないという ことになる．大理石については，送り速度の増加に対 して研削切断能はゆるやかに増加の傾向にあるので能 率を上げるためには本実験条件内では早送りが推奨さ れる． 砥石周速度を変化させたときの研削切断能の変化は 図17に示すとおり，はんれい岩，せん緑岩では低周速 度を使用することが好ましい．これは研削切断挙動の 項でも述べたが，これらの硬質の石材に高周速度を使 用すると，衝撃，熱のためにＤ砥粒の摩滅，脱落とい う現象を引き起こすからである．軟質の凝灰岩は高周 速度が推奨され，大理石は周速度2000m/ｍｉｎ前後が 適当である．このことより硬質の石材の研削切断にお いては，特に砥石周速度に注意を払わなければならな いことになる． ３．４各研削切断要因の影響 研削切断要因としての，（Ａ）石材の種類，（Ｂ）砥 ＊39.3 ＊16.4 **23.4 要因 β(％） 1.0 ＢＣＣ

ＡＢＣ×××ｅ

ＡＢＡ ６４．１４ 80.68 114.38 １．６３ ７３．６４ ４．８６ 14.591525 6.076225 8.614225 0.367425 5.546025 1.099125 0150625

３１１３１３２

4.830508 6.076225 8.614225 0.122475 5.546025 0.366375 0.075313 *15.0 ０ ､ ′ １ ０ ０ ０ １ ５ ０ ０ ２ ０ ０ ０ ２ ５ ０ ０ ３ ０ ０ ０ 砥石周速度Ｕ(m/min） 図１７砥石周速度による研削切断能の変化 Ａ ： 石 材 Ｂ：砥石周速度(ｍ/ｍin） Ｃ；送り速度（c､/ｍin）

１ ． ０ ２ ． ０ ３ ． ０ テーブル篭ﾘ速度，(cm/min） 中 島 ・ 田 中 ・ 是 枝 ・ 友 野 ・ 豊 福 ： ダ イ ヤ モ ン 灰岩が最も大きく，他の３種はほぼ同程度である．砥 石周速度の増加に対しては，その増加とともに減少し (ホ）（なお凝灰岩についてはその傾向は逆である)， テーブル送り速度の増加に対しては2.0cm/ｍｉｎをピ ークに減少する（へ)． 以上のように図18と図19により各要因が各測定項目 にどの程度の影響を与えるかがわかるわけであるが， 正味消費動力では主に砥石周速度，石材の種類が影響 し，研削切断能では石材の種類が最も影響するのはも ちろんのこと，テーブルの早送りが影響することがわ かる．３要因の中で石材は他の２要因とは異質の要因 であり，今後，砥石減耗量，研削比，研削抵抗など測 定項目を増やし砥石仕様を変え，さらに検討を加えな ければならないと考える． ４ ． お わ り に Ｄ砥石で石材の研削切断作業を行なうに，合理的， 経済的に遂行するための基礎を確立すべく研究を行 い，研削切断挙動，研削切断動力，研削切断能，実験 計画法の応用により各研削切断要因のおよぼす影響度 を調べ，つぎのことがわかった． １）切粉の形状から石材は微細な割れによって加工 各要因の影響の程度を知ることができる．しかし，各 要因の変化に対する各測定項目の増減の傾向は同図で はわからないので，各水準における平均値で比較する ことにより，それぞれの要因が各測定項目の増減に与 える定性的傾向を知ることができる．図中の矢印は９５ ％信頼限界を示す．以下各測定項目について検討を加 える． ｉ）正味消費動力Ｔについて 正味消費動力に対しては，３要因のうち砥石周速度 の影響が寄与率28.9％で最も大きく，送り速度の影響 はでていない．また石材の種類の影響が90％有意差で 33％でている．つぎに図19の（イ）（ロ）（ハ）からわ かるように正味消費動力は石材の種類，つまり石材の 機械的性質の差異が影響し，砥石周速度の増加に対し てはともに増加し，テーブル送り速度の増加に対して も増加することが認められる． ｉｉ）研削切断能〃について 研削切断能に対しては３要因のうち石材の種類の影 響が最も大きく寄与率39％で，つぎに送り速度が23％ 影響し，砥石速度を変化させることによる影響は16％ である． また図19(二)より研削切断能は前述したとおり凝 ド 砥 石 に よ る 石 材 の 研 削 切 断 に 関 す る 研 究 （ 第 １ 報 ） ９ ３ １ ０ ０ ０ ２ ０ ０ ０ ３ ０ ０ ０ ‐ １ ． ０ ２ ． ０ ３ ． ０ 砥石周速度Ｕ(m/min）テーブル送りj蛾‘(cm/min） （ホ） （へ） 研 削 切 断 能 と 各 要 因 の 関 係

０８

１０

︵彦醤︶

１００００

●●●●●

０８６４２０

１００００

●●●●●

０８６４２０

'

’

１

６４２０

０００

侯喬淑江↑送肖

Ｉ

せん緑岩 はんれい岩

大理石

凝灰岩

１０００２０００３０００ 砥石周速度Ｕ(m/min） 図 １ ９ 正 味 消 費 動 力 せん緑岩 はんれい岩、ｊ 一一

大理石く

縫灰岩

２ ４ ２ ０ ︵日切ミ園昌日︶翌室扇一江塵 ４ ４ ２ 0 ０

9４ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 2 3 号 （ 1 9 8 1 ） されているとみてよい． ２）大理石の研削切断において本実験条件下では， Ｄ砥石の目直しは不必要である． ３）軟質の凝灰岩は高周速度，早送り，大理石は砥 石周速度2000m/ｍｉｎ前後，早送り，硬質のはんれい 岩，せん緑岩は低周速度で消費動力が急激に増加する 点より少し低い速度で作業するのが最も望ましい能率 をあげる． ４）正味消費動力は砥石周速度，石材の種類が最も 影響し，研削切断能は石材の種類，テーブル送り速 度，砥石周速度が影響することを認めた． あとがき 本実験の遂行にあたり，石材の鑑定などに有益な助 言をいただいた理学部助手山本温彦博士に対し厚くお 礼を申し上げる．また，実験に協力された，白石充， 原口誠君に感謝の意を表する次第である． 参 考 文 献 1）奥野忠一，外１名：実験計画法，培風館，（1971)． 2）Wood，外１名：ＤeBeersDiamondReserch Laboratory，Johanesburg，SouthAfrica， Paper８７/６７Ｃ，Ｊｕｌｙ（1967)． 3）Walker，外１名：GraniteSawingTechnics， ＩＤＲ，１（1971)，４． ４）吉永博俊，外１名：石材のダイヤモンド砥粒加工， 精密機械，４１−７（1975)，５０． ５）吉永博俊：石材およびコンクリートのダイヤモン ド研削，マシニスト，９（1969)，５０． ６）松井正己：硬ぜい材料の超仕上げに関する研究， 精密機械，３２−８（1966)，５４４． ７）Rattermanetal.：CeramicsFinishingwith Diamond，Ceramicslndustry，Feb，（1968)． ８）斉藤勅男：石材定盤，日刊工業新聞社，（1963)， １３１． ９）藤松進：建築材料，森北出版，（1976)，72. 10）小林昭，外２名：非金属材料の精密加工法（下)， 地人書館，（1964)，503. 11）西村昭，外１名：最新土木材料,森北出版,(1975)， 220. 12）日本建築学会編：第２版建築学便覧Ⅱ構造，丸善， （1977)，686. 13）建築学大系編集委員会編：建築学大系13建築材料 学，彰国社，（1964)，11. 14）猪野勇一：建築学ハンドブック７資材，彰国社， （1969)，89. 15）土木学会編：土木工学ハンドブック，技報堂， （1955)，355. 16）小野浩二：ダイヤモンドとＣＢＮの特性と用途， 機械と工具，23-10（1979)，17. 17）高沢孝哉，外１名：硬ぜい材料の摩耗，機械の研 究，２２−６（1970)，865. 18）小峰進，外１名：機械工作，５０−９（1962)，77. 19）小林昭：プラスティックの機械加工，日刊工業新 聞社，（1966)．