Title 電解バフ複合加工の特性解析と性能向上に関する研究

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電解バフ複合加工の特性解析と性能向上に関する研究(
Dissertation_全文 )
釜田, 浩
Kyoto University (京都大学)
1994-03-23
https://doi.org/10.11501/3075948
Right
Type
Textversion
Thesis or Dissertation
author
Kyoto University
(
ご
電解バフ複合加工の特性解析と
性能向上に関する研究
1993
釜田
j
告
第
1怠 緒
言--ーーーーーーーーーーー一ーーーーー甲回世ーーーー
R
υ
第 2j
言 電解加工、パフ研磨材加工の 機備と加工性能 ー・・ー
I *~
論 ーーーーー一一ー
ーーーーー
にけ
2
ー四・ー
2--21lt
桝加・1:ーーー・ーーーーーーーーーーー--司ーーーーーーーーーーーーーー-
f
j
2- 2- I )
)
1
1
1
・
版 協 -- 一一一ー一ー一一一一一一一一一ーーーーーーーーーー- G
2-2-2
)
J
n11
'
1tl住 ~ "・ーーーーーー一一一一一一一ーーーーーーーーーーーーー
J
作付加11
. ーーーーーーー一一一一一一一ー一ーーーーーーーー
2-3 パノ6Jf
2 3 1 )
J
I
I
[
I
.
説陥
・-ーー
ーーー一ー一一一一一一 一ーーーー一一ーーーーーーー
1
2
1
5
- 1
5
2 :
3 2 h
l
l1il~ t
i
t -ーーーーーーーー一一一一一ーーーーーーーーーー・‘
2
2
2-4 i
l
tWfパつ悦合加IJ 帽ーーーーー一一ー一一一一ーーー一ーーーーーーーーーー- 2
4
2 -4- 1 h
nrI
J
it
品
・事- -・一ーーーーーー一一一ーーーーーー-ー--- 2
.
1
2-4-2 J
J
n
J_
性能ー-ーーーー一一一ーーー ーーー四ーーーー一ーーーーーーー- 2
6
2-5
結
論ーーーーーーーーーーー一一ーーーー一一一ーーーーーーーーーーー
ー・
2
8
第 31
言 電解パフ復合加工 織械の解析 (その 1) ーーーーー一ーーーーーーーーーー- 2
l
!
不働態化膿の生成機備の解析 ー
ーー唱曲一一ーーー一一ーーーーーーーーー--- 2
9
3-1 結 論 ー ・
3-2 c開設袋町と刀法ーーーーー----ー一ーー一一ーーーーーー一-- ----ー
3-2 1 実験袋 ~/f
-ー一ーー一一一 一一一一一一一 ーーーー・
・・・ーーーーーー
:
1
0
:
1
0
3
3-2-2 ;k・験ん法 ー回目ーーーーー一一一一 一一一一一 ーーーーーーーーーーー- a
3 3 実験料i
民と)5.重要
ー司自由ーーーー ーー一一一一一一 ーーーーー・ーー--- 3
4
3-3 1 て作物の不 i
動態化と溶Il¥ -ーーーーーー一一ーーーー四ーーーーーー- 3
4
3-3-2 不働 l
i
l
i化脱の抑制定 一ー一一一一一一ー一一一ーーーーーーーーーーー- 3
8
3 3-3 電解ギャップの等価阿路 一ー 一一一一一ー一 ーーーーーーーーーーー- 43
3-3-4 不!動態化映の生成機慌についての考察
3-'
1
第 4章
結
論
ーー
F
ーーーーーーーーーーー-- 4
7
ーーーーーー一一 一一一一一一一一 ーーー由ーーーーーーーー-- 5
3
tI解パフ複合加工 機構の解析 (その}f) ーーー
ー司ーーーーーーーーー- 5
4
一電解と砥粒煉過による複合除去作用の解析 ー
4-1 H
;
.
:
a
---ー・ーーーー一一一
一一一一ー一ーーーーーーーーー
---- 5
1
祭過軌跡と 工 {午物の温度上昇の解析 ーーーー一一一ーーーーーーー- 5
5
4-2 砥位の j
'
1 2-1 枇粒の l
家過軌跡 ・ーーーーーーー一一ーーー一ーーーー一一一ー由一一- 5
5
1.滑化 山ーー一ー-ー一 一
ーー 1
3
6
G-5-1 オフセットをうえた場合のうねりの‘1
'
1 2-2 作用砥利政一一 ーー-一ーーー四ーーーーーーーーーー一ーーー一 一ー - 6
0
(
)-5-2 j察過条 1良の交差角がうねりに及ぼす ~W -ーー一一--ーーーーー 1
4
0
4
2-3 L作物の温度 k好ー一一ーーー一一一ーーーーー四ー由ー一ーー明白ー
6
4
4
~
実験袋町と }j払 ・ーーーーー一 一ーーー一一一・ーーーーーーーー司ー"ーー四
7
0
4
1
¥ 実験払果と.J;綴 ・ー一ーーー一一ー置ーー一'ーーーー----ーーー『ー由自
7
2
4-4- 1 '
1
¥
粒ダイヤモン "
1を用いた h
l
l工 ー一ー骨骨ーーーー一ーーーーー自由
7
2
G-5-a 円筒状の E作物が回転する場合の火 l
'
lm:と友耐 f
Uさ ーーーーーー 1
4
1
(
) G
第 7箪
粘
ーー一ーーーーーー四ーーーー一ーー
T
iの鏡面加 工
一ー
ーー一ー----
ー一一ーーーー ーーーーーーーーー四ーーーーーーーーー
1
4
3
1
4
4
4 4-2 パフ研治 村の j
家過作月 J -ーー一一ーーーー一一ーーー一一一苧ー--_ 7
8
7 -1
t
t
解パフ似合加工における 11
t解電波 ー一一一ーー一一一ーーー一一ー 8
3
4 4-3 t
iの化学的活性がパフ!J)f陸材 )
J
I
I 1:に及ぼす影醤ーーーーーーーー -ーー 1
4
5
7 2 T
t解 パフ 組合加工の h
l
l
工能必 一一一ーー一一ーーー一一一 ーーー 一一
4-4-4 t
7-3 実験装躍とん法
ーーーー-ーーー一ーーーーー一ーーーー一一ー--ーーー
1
4
9
7 }
- 実験結果と ζ縦
ー
1
4
9
4
5 結
第 5事
~
-_
一
ステンレス 鋼の鏡面加工
8
8
・ー一ーーー由市甲町一時ー甲町一ーーーー 8
9
一一一
一ー一
- ー
-一ーー一ーーーー‘一ーー
ー
ー 一一一 ーーー ーーーーーー-ーーーー四ーー世ー-
9
1
7-4-:
3 Ti の加[flI~率
5 2
ステン レス鋼 の不 1
動態化脱 の特 徴
5-:
.
3
5-4
実験袋 置 と }
j法
一ーーー四ーー』ーーーーーー一 一ー ーー一 一一 ーー一ー一-
9
4
実験結果と考察
一ー司自由由ーー甲ーーーー一一 一
ー 『ー一 一一 ーー一 一--
9
7
一
一
一一 ーー一一一ー一一一ーーーー一ーーー一一ー- 1
4
4
9
1
緒
一
一
一ーーー 一ーーー
喧ーーーーーーーーーーーーーー一一ーーーー----
5 1
A
e
命
緒
4
9
7-4-1 11!解作 川 と界面 rl~ 111:.剤が krm 粗さに及ぼす t~ ~ -- ーー---- 1
'一ーーーー一ーーー 1
5
3
7-4-2 表面粗さに影醤会及ぼす h
l
1L
困チ
5 -1ー l 屯解パフ出合加」の加工性 tì~
一一一ーー一一一四 ーー一一-ー---
-一ーー一 一一 ーーー 一一ー ーー---
5-4-2 N.而粗さに影響を及ぼす加 I凶子
9
2
9
7
・ー一 一一一ー一 一一ーーー--- 1
0
0
，
i
'
*
7-5 結
第
- ー時ー
一
一 ーーー一ーー司ーー一一ーー一一ーー--一一-
F
ーーーーーーーーーーーーー一一ーーー一ーーーー一一ー
1
5
6
1
5
7
8i
維 A
Iの鏡面 加工 ーー一ーーー由ーーーーーーーーー白骨ーーー』四ーーーーー四-- 1
5
9
古
8 1 *
ー一一ー一ー 一
一 一ーー一 一
一 ーー 一一 ーーーー 一ー ーーーー一ー
田
命
2 A
Iの不 1
動態化膜の特徴
8
ー『ー四ーーーーー一ーーーーーーー
1
5
9
1
6
0
1
.1因子 ーーーーーーーーーーーー一ー由ー 1
0
5
5 4-3 加工能準に影 響 を及ぼす方1
8 3 実験後置と方法ー ーー 一ー ーーー一ーーーーー-ーーーー 一ー ーーー 一一 ーー 1
6
2
0
7
5 1-4 遊雄砥粒を用いた'Itt解パフ出合加工による鋭而加て ーーーーーー 1
6
2
8 4 'J!験結果と )j ~喜一一 ーー一 一ー ーー一 一ー ーー一 一一 一ーー 一一 ーーーー一ー・ 1
5-5-5 形状制 度に影 響 を及ぼす方11
1(
且子 ー・一一一
71
8 5 結 論 一 ---一一ーー一一一ーーー一一ーーーー------ーーー一一一ーー 1
ーーーーーーー由ー
J
nLによるステンレス 鋼 の鏡耐力u工の実施例
5-5 電解パフ複合 1
ー一一一甲
1
1
0
1
1
7
17
5-5-1 aSi太陽 電 池基徹の 盟{乍 ーー一ーーーーー一一一ーーー 一ーーー 一一 1
2
2
5-5-2 耐性能 氏宅チャンパの製作 ーーーー甲ーーー『ー一一--甲骨『ーー_ 1
5 U 結
冶
一
一
一一一 ー
一一--ーーーーーー ー
ー ーー一 一ーー ーーーー目ー
第 9. C
uの鏡面加 工
9 1
1
2
4
o
6準 炭素 鋼 の銭面加工 ーーーーー--ーーー甲骨ーーー一ー一一ーー由一一一一ー一一 1
2
6
6-1 緒 論
ーーー司ーーー 司自ー 一ー一世ーー一ーーー一一ーーーーーー ーー一一
ー
i!i化膜の特徴
6 2 炭Jtj闘の不 働 l
6
~3
一ーーーーーー自由』ーーーーーーーーーー ー・
回令、 r
'
]盤型 夏
} 合工具 屯 4
訟で円筒状の工作物を一一 ーーー 一一一ー ー一一目
緒
論 ー
ー一一ーーー一一ーー一一一ーー一一一ーーー一一ーーー一
ーーー
1
2
6
1
7
2
ーーーーーーーーーーーー一一ーーーー一ーーーーーーー- 1
7
2
9-2 C
uの不働 協化膜の特徴一一 ーーーー一一ーーー--ーー一ーーーーー 一一 一ー
D 3
第
楠
1
7
3
1
7
5
4 実験結果とJ;綴 ーーーーー担問ーー四ーーーーーーーーーー一・・ーー 一ーー- 1
7
5
実験 装 世 とβ法 一
ーーー 一
一 '
ー 一一一 ーー一 一ーーーー一ーーー一 一
一 ーー
0-5 結 論一ーーー一一ー ーー 一一ー ー一 一一 ーーー----ーーーーーーー--ー・ 1
8
0
1
2
7
1
3
0
第1
0重
量
結
言
--ーー一司ーーー一』ーーーーーーー四ー -ーー一 一ー ー-------
1
8
1
加工する際の砥粒の 僚 j
品軌跡
3
4
6-4 実験 接種と jヲ法ーー甲骨 ーーーー ーーーーー甲ーーーー一一ーーーーー-- 1
謝
辞
ーーー 一ーーーー 一ーーー 一
ー ーーー---ーー一一ーー
1
8
5
ーー一ーーーー-ーーーー-一ー---ーーーーー 一ーーーー 一ーーーーーーーー
1
8
6
3
4
n 4-1 円筒状の E作物が向転しない 助合 ーー司ーー自由---ーー一一一- 1
3
6
6 4-2 円筒状の主作物が向 転する場合 世ーーーー----申四一ーー 一一ー 1
参考 文献
6 5 実験結果と考察ー ー四回ーー目--ーー---ーーー-ー四ー一ー一ー一一一ー 1
3
6
骨
旬、 uv
-
2-
二=向
第1
章 結
生/
1
f
.
'
)
J
1 [てにおいてはより高品質必~品をより尚い 1J11]・ jjg?f! で作ること、すなわち hllT
性能かぬいことか常・に求められている。商品質とは高い h
n1制度すなわち、i法制位、形
状制 J
立、仕上げ I
t
n性状のぬれたものをいい、加仁能不とは単位1
1
与問当たり、単位労働力
当たり、 単位 d
佐伯当たりに f
t皮される型品の h
iをいう
この内1.をあるf'l!1
定兼ね備えた
一般的な除去 )1 L 法として、切削加し、研削 ))11 工、同粒加 1ーのように I 作物と U~ の間
に相対運動をうえて、
.
l
歩させ、 切り l
工作物より地い工具を i作物と I
I
'
iとして除}，;する
、がある。 また電気物J1ll化学的なエネルギをftIいて不製部会除去寸る }
加 TU
j法として、
J
I
Ir
，}
j
!
(1
1!加工、 レーザー )
電解 J
)
1
11白
などがあり、かなり産業界で使用占れている 。
これらの方法は単独で使用されることが多いが、
T:作物が特殊な総削村 Cあったり、
kめられる場合には、肖品目と高い 1
J
1
1L能率を l
付立させることか I
l
j縦な
特別な向品質か ，
こともしばしば ~L じている。
)
1
1[法は、
発された。彼合 )
この 1"倍する .つの県水を r
持たす必要から出合加 UJ
.
.
.
が
附
f二つ以上の加
rJ=.段をそれぞれ i
l
i独に用いて力1
1
[
.する場合
に比較して、出合(相采)効果により総合の加工能午、 1
mrf
，
'
JI
立(品質)か向 iナる」
ものとされ 1 、大越が 1
D
6
6年に初めてその必袋性を説いた 2，。当時は起校合金などの鍛
削材を能之容よく加工するために、 1
江解加 Lと砥粒}J
nI.を惚合させた被合 J
J
I
I仁の研究か多
く行われ、電解研削、 1
lt.解ラッピングなどの加工法が開発された川。
一方、 工業 f
製品の性能は部品の制度と f
t
lげ而性状が高まることによって飛跡的に向
七している。特に近年急速に普及した V TIt 、乾式 ~\l す t袋、磁気ディスク記憶袋ほとE ど
耐)
Jf)工された部品か多く
には鏡 I
mいられているが、
これらの部品は製品の性能を飛 躍的
に向上させている。鋭而加工は従米、反射娩など光学部品として用いられるものに対し
てのみ行われてさた。 ところか局近では拠品の性能、機能をより高めるために、従米鏡
面にすることが同総といわれていた材料を続出加 I したいという袋望がぬまってきた。
この r~ 望は今後さらに地人するものと忠われる。 ここで鏡面とは、表巾の [
1
1
1凸か "
f視光
線の波長の約 1
/
8以下(およそ O.05[μm] 以卜)になり、光の t
l
.J;(.射が多くなる鏡のよう
な表 f
節をいう。鏡面加
rとは鏡而でかつ形状制度に i
表れた)J
1:
Cをいい、組さの低減だけ
釦研磨とは区}J
J
Idれている。
を目的とした鋭 l
除去 )
)
1
1工法で工作物を鏡面加 Eするためには、{反動などのタl
o
Lの無い状態で工作物を
微小に除公 "J・ る よと が必 r~ で あり 、 ))[1 1
:
機械には高い剛性と向い制 j
Eが必喋である 。 現
i粘品ダ f
f
i
i
)
J
I
)L
J1に川いられ ている除よ h
nr
法としては、組仙沼綻盤を・
川いた i
J
化、鈍 I
ヤモンド . [)~による微小切削、 fht色:ラ ヮ プ盤によるラ ッ ピング、 ;I~ リ ッ シングなどがめ
る。し か しニ れらの h
l
lr
・
l
滝川は通治・
の出￨伎に比べて日 (
d
nなしに、向/tIに的糾 した H
t
i
巨お
を必 .~~ とプJ ' る 。 鋭的i)m T持術は今 i
妻
、 .
b
l
l仁の品質、))11工の t
J
E出(})j勾 I
f
l
lから改普する必要
・
出が必食であ
がある 。 そ のためには I
'
{
:がの加 工法とは加 I除J1_nの呉必る析しい除去加I1
生成される 。
@-1~働 l強化政の除去 (61.U~f銭過的)
1で
このような~)\ t
5
t
(
)
ド1
l
!
78i
l
'木本らはパフ研磨村の砥粒による出過作川と電解作用
、 1
を nu~ 占 t! た従角Inu (
j挽 l
白
i
研J
l
j{払について研究を
h )た 4
1
.この }jl};I.
l侃〉艇の 1
t
t解 )
J
I
Ir
と6
1
(料加工 i
'
l
l
¥，
( δせた H
t
f
t加IL法とは以下の点が異なっている 。
:砥粒の i
祭過によって不{効!忠化政、蹴泌紫地の ー
きれる 。
部が除去 E
③陥極の出11\(紙 *~f家過後)
:D1l 粒の l祭過によって京地が路 III した部分に ltt~~ 'i1.t泌が
!長中して 11弘 1~ff::t\ が ';J : じる @
加工中にはこれら
る。
3つの現象が①『②→@→①の順に繰り返される。
>
1
1 いレにこのようなJl
l
象か 1 じるかどうかは確認されていず、現象。〉定 i
i
l的必
しかし >
耐加
記述もなされていえEい。そのためにこの加[法を各樋金属材料の鈍 l
いた場合、
IH術とl.て川
'
1
:
I
J
ft
主
体t11
分な加1r
f
J
Eポと )mて制度が得られるかどうかか l
リ
j
かでとtい。))11
り]するためには、まず r
i
I
J辿の 3つの現象それぞれの過渡的な学勧告別らかに
工 機械を桝 l
(
1
) 附 後 ( r・ (~ ; 物}がィ、 l動怯化する階来百貨 I主型の 1ll 角ド平成をJl H 、る 。
②
① 'H動態化般の~l:J此( I
i
l
(
粒i
荻 過 前 ) 酸 素 酸 惚 型 電 解t
伎の電解によ 「てイミ働肱{ヒ肢が
'11~H. f政 j品による微小切削のためにパフ研倍付を用いる 。 ょの 6JfJt~t1 は研削加工Hl
することが必燥で、その lでそれぞれの現象が繰り返し生じるかどうかを隊問寸る必会
の6
1
H
iに I
Lぺて単位時間i
当たりに工作物を除去する能力が低い。
がある。
@
ítt~tt{~: 川は不 l動態 ftJ!売で行うために 1~i，貧富・皮が低い 。
@
娩r
i
n加にが 行える 。
本 論 文 は 、 以 lのような 観 点から電解パフ惚合加工法の加工械 情 を定Iii的に解析し、
-E 僻(~: J
I
Iのみ で 工作物を除去加工する場合、酸定的 h
f
P
l
の従桝泌を川いると E作物の
これに基づいて鏡由 1
)
1
1J
ンを能率よく行うために必要な砥粒に与えるべき軌跡について J与
山I
f
t
jが不帥 I
!T.化するために娩 i
討に仕上げるのは悶費量である 。 しかしA¥:
ふ・らは 1
1
1
M作用と
/
iの高いステンレス鋼、炭ぷ鋼、 T
i、A
I、 C
uの鏡而加工
察する。さらに娩耐 hnTの必袋 i
パフ叫 J
f
l
Hの瓜 村による僚過{乍聞とを抱合させることにより、ステ ン レス鋼会資而 t
l
lさ
を行うノヲ法について具体的に研究する。
l
R
冊a
x
O.
0
5
[
μ
m
l
t
J.ドの娩 i
耐にできることを報告している .
1
)。 さらにぶみ:らはこの b
n.
c法に
Hすの隙過 t
rJ
f
J
が1
・
作物の形状精度に及ぼす彫却を捌ぺ、この h
l
l[r.去で1:作物の
おいてLl
Jf~ 状制 l止を 1 1 ，)
1さυられることを指摘し、 1
1
1島幸パフ組合加1J(
)
;
.・と名付け l
・
0
それ J
)
.米
、 t
[
t
M
.
)
{ノH
l(
t加1
1法は新しい鋭耐加工岐術として多散の研究か h われてい
災は次のようになっている。
本論文の術 i
第 21
震では、世解パフ複合 h
nT.i
去の基礎となっている電解 )
J
1
I1 とパフ研j醇 ~1 h
l
lrにつ
いて、 'li~! で加 1 ・~行う場合の )JII [機構および加工能率と加に制度について概略的にど
る白川 。 これらのItJ['冗において、 1[ 解パフ組合 hlll:~去の機備は 611 干すの|祭過によって )J; じ
l
l[法を 似合 させた湯合の加下 械情および加 1t
J
t
.
)
がと h
l
l1
:
察する。さらにこれら ーつの h
るに作物災 I
fIIの状態変化を仮定して、次のように定性的に説明主れている。すなわち、
梢度に ついて 槻略的に与重要する 。
問似の l
・
作物が不 i
動1
忠化する 1
t!解条件において、丁作物の京 r
J
l
i
に生成占れた '
f働態化膜
第 3掌では、1I:t解ハフ出合加工弘の加工機 1
誌を解明する第 lステ
yプどして、前述の
は叫粒の l咲過によ っ て似過条 1良が形成された音I~ 分のみ除 :ムされると似 lじすると、表出で
3つの現象の小、①不働態化股の生成機備を定量的に解析す る。そのために、
は ){
闘
の6
1
n
v
.
<
!
)f政過 l
i
I
i後で uドに示す 3つの現象が生じる
型の電解放を
mいて純 Tiの電解加工実験を行ない、ギャ
1
a
量殺般也
プT
在日:を印 h
nした吋初の1t!解
動態化膜の生成にともなうギャップ抵抗の変化を勾
電洗の過担金的な変化を制定して、ノド l
脚1
・m断 fl:川とパフ ωf
I，
Hの川村による僚.ef
l
・川をめのさせた J
J
lIn
ム1
:1、厳術にI.
H
l
ilWパ
t
1にi
、というべきであるが、 i
、くなるので i
'
l
iWiパフ似合 J
J
lII訟とい
フ州肘 H組合加 Ul
震では、パフ研能付で金属の友商を￨察過した場合の砥粒の￨京過軌跡と温度 上舛に
第 4J
f
‘
nυ
-
のJ U
-
-
うこととした.
察する。
つ いて ζ 察 し た し で 、 加 C
I
制 絡 を 解 明 す る 第 2ス テ ッ プ と し て ② 不 働 態 化 膜 の 除 去 と @
第2
章 電解加工、 J~] 研磨材加工の機構と 加工性能
陥 維 のf
i
:
1
1
¥械情について解析寸る。加工中の現象を捌べるために、微小な擦過llJ'1
!
或を投
けた i作物をll'卒、7
ダ イ ヤ 屯 ン ト と パ フ 研 磨 Hで h
l
lI ~ " る実験を行い、砥粒の j京 i品に伴う
也 前i
l
W
tの 変 化 を 測 定 す る 。 こ の 結 果 と 第
at~ の解 ~Ji 粘民会必にして工作物のM. fÚI で ~I:
本市においては電解パフ複合D
I
U
:
のD
nL機 織 を 解 明 す る た め に 、 こ の 加 工 法 の 基 礎 と
じる現象についてJj策する
~\
51
主では、第・1~苦までに IIJJ
2- 1 結 論
らかした加[版協 1こ A づいてステンレス鋼の娩而 hn: を
行う方法について具体的に検討する。まずステンレス鋼の不l
動態化膜の特徴を検討し、
それが屯解パフt!l合加 IIに 及 ぼ す 影 響 を 品 質 と )
J
I
I.1能率の而から考察する。さらに屯解
n
c合 )
J
nてによるスアンレス鋼の鏡面加工の'Jiぬ例について述べる。
mn~主では、JJ<議鋼の鋭 rlllJJl1 [を行う方法についてよL体 的 に 検 討 す る 。 ま ず 炭 紫 鋼 の
バフ
なっている電解加工とパフ 6
J
f
s
JHh
l
U:
について、それぞれ i
''
J
l
!
でJ
I
Jい ら れ た 場 合 の h
n"
C
機構およひ加工能率と加工制度について傾略的に考察する。
1
1
1僻 )
)
1
1Lは 電 解 反 応 、 す な わ ち 1
1'i.解質水浴液中 の 電 極 界 耐 で '
tじ る 化 学 反 応 に 伴 う 除
去作fII (
f
i
ll
t
¥
) を利用する )
)
nT.法である。この反応は、屯 ゆ と;J<~点検小のイオンの間で
i
l
t子 が J
受世されることによって '
1
"じる。
1
m併 に よ る 除 去 は l
以
]
1
1
的には、陥極の酸化反応
イ 才 ン 化 は 同 時 に 陥t
t
i
不 1動怯化膜の特徴を倹~，J し、それが電解パフ慌合加工に及ぼす影 響を品質 と Dn 工{出場の
に伴う金婦のイオン化溶 11:\である。 自主~酸臨 型の電解液 rll では、
l
揃から考察する。また1'
1
筒状の工作物をうねりの少ない鏡聞に仕上げるために必安なパ
の不{動態化 の j反因になり、陽伎に不働 f由化膜が生成されると、金属の(~出が妨げられる e
フ研磨村の砥粒に )・
えるべき軌跡について考察する。さらに砥粒の僚過軌跡が
mられた
し か し こ の 不 働 態 化 膜 の 生 成 機織 に ついてはほとんど解明されていない。
形 状 M度 に 及 ぼす 影 響 に ついて検討する。
UX7殺では、 T
iの続而)JIlTを行う万法についてJl体的に検討する。まず T
iの 化 学 的 r
l
パフ 6
J
tI
島村加て.は剛性の小さいパフ研 i
色村の表面に保持されている砥粒による除去作-
mを 利 用 す る 加 工 法 で あ る 。 こ の 除 よ は 眠 粒 ￨ 銭 過 に よ る 微 小 切 削 に よ っ て 、 塑 性 変 形 が
J
J
nrによってかなり
1
'
1が パ フ 研 酵 材 h
n
γ に及ぼす影響について検討し、それが屯解パフ間合加工に及ぼす彫
繰返〈されるのに伴う材料の破 l裂と雌脱によって生じる。パフ砂fJfH~
醤 を 品 質 と 加 T位
J
f3叙の I
耐から宅策するとともに、 T
iの 娩 l
菌加てを試みる。
よい焼酎が何られるので、従米から 6
J
fJ
i
f
mと し て 多 用 さ れ て い る 。 し か し 、 そ の械 造 が
努¥8.では、 A1
の 娩 而h
l
l'I:を行う方法について具体的に検けする。まず A
1の 不 i
動態化
除 去 作 川 に 及 ぼ す 膨 響に ついてはほとんど解明されていない。
股の特徴を検討し、それが1
t
t
解パフ槌合加てに及ぼす彫.を品質と加工能率の而から :
与
1の 鏡 i
酎)
J
ni を試みる。
策するとともに、 A
mn章では、
C
I
Iの 鋭 巾 hnTを 行 う 方 法 に つ い て J
1.:外的に検討する。まず C
uの 不 i
動態化
n[法を彼合させた加工法である
i
l'i.解パフ似合加工は、これら 二 つ の h
で
すなわち砥粒
r
作物を 僚 過 しながら 電 解 作 間 で 金 属 を 浴 山 さ せ る 加 r
wで あ る 。 こ の 加 工 機憾 に つ
いてはふみにより、
「不 1
動態化映か砥粒の1
家過作用で除、ムされ、将 I
Bし た 金 属 京 地 ヘ 屯
眼の特徴を検討し、それが'11!^~パフ桜合加 τ に&.ぽ寸 t~ 智会品質と加て能事の而から~
解7Iii
f
i
.の 集 中 が 生 じ 、 そ れ に よ っ て 金 属 の 総 出 が 促 進 さ れ る j と い う 仮 説 が 擬 H目されて
娠するとともに、 C
I
Iの 続 出 h
l
lJを試みる。
いる則。この説によって、 電 解 パ ノ 出 合 加 工による工作物の除ム、
kr
m
t
f
lさ の 生 成 機 仰
をゐる程度定性的に説明することができる。しかし砥粒の|家 ~I~ H
Jと 電 解 作 用 の 彼 合 作
部1
0章は以しをまとめた給ばである。
用かもたらす加工陵情についてはほとんど解明されていない。
ll4l tl
牢ここでいうパフ研断材とは、 fMif が繊維状の地 H~こ 1，'，1，.ちされた例 jむのものである
般にパ フ
)
J
n仁とは滋般紙利を J
I
Iいた)J11
r法をさすので、い<J
)
J
Iよるためにパフ例附 MJ
1
J1
!ということとした ω
-
'
p
、υ
-4・
みか uH
結成は次のようになっている
u
~
L11: tlt について巧袋し、~ - ~3 I
!
nではパフ
-
~節では、電解1Jn Lにおける加工機併と加
6
J
f1
台H}
J
n1
:
における}JI L搬憾と加工性能につ
で裂される 4組員!lのイオンが存 {
E
する。 i
f
ii
"
t也庄の印加によりノ'
}
¥
(
i
n
役'
1
'の11r住聞には電
界が形成される。
いて号車をする。 2-4I
!
nでは、屯舵加工と )¥7研磨村 b
1
lLを削合させた場合の加 l機械
と加r. l!~ t
l
Eについて慨略的に
l
j
Y9 る 。
~ - 5 節は1).1:をまとめた結論である。
この*界により陽イオンは陰也ヘ、また陰イオンは陽極へ移動する。
l
l
r也界加では、
電極とイオンの r
:
uで電チが技受されることによる電気化学反応(以後、 1民解反応という)
が生じる。陰住の反応は、陽イオンに電チを与える還 Jt反応である。逆に陥極の反応は、
2 2 電解加工
陰イオンから屯子を奪う酸化反応である。
陰後の還元反応は、元来 Aのイオン化傾向が水素より小さい峨合には
2 2- 1 加工機情
A'
+e 一一~A
(I
)電解反応
(2 3)
となり、元素 Aが析出する。逆に、水素の fオン化傾向が元来 A より大きいと
峰、出基あるいは底知は、水に必けると陥イオンと陰イオンに解離する。この水溶液
H・
te
一一砂
H21
-
(2・ 4)
2
は屯 ~t(~ 導tJi'をイ i し、 î!r M 質水溶液(以後、 11ì:解波という)と呼ばれている。
となり、 1
1
2 が発生する。たとえば判定極を用いて C
U
S
0
4 水前減を電解ナると、水溶液
t
E解 1{
i
i
A
t1
・ H' は陰極へ移動する。陰極では、イオン化傾向の小さい C
中の陽イオン C
ul、
ul ・
が
Cu
2
・
+2e
・ ~C
u
(2 5)
として越元されて C
uが析11¥する。また N
a
N
O.J J.
Ff
#液などの酸来館応型の 1
1
1解液をJfjいる
と H'が迎元されて
211恥ト 2e
唱
シ
H
:
.
!T
(2
6)
の反応が生じる。
n
e
1
1 より h
l
n
l!:しやすい似合
ーん、陽極では電解質の解離によって生じた陰イオン B が 0
メ
には
B
歩
B+e
(2 7)
の反応が生じる。また陰イオン B が綴の場合、陽極と電解波の抗l而では 0
1
1の h
j
(
1
{
t
に
よ
り
関 2-1 11!舵憎のモデル
2
0
1
1
- 一歩
2(
0
1
1 )ー~
+ー O d+2e
[
JlO
2
いま、凶 2
1に示すような屯解惜のモプルを考える。電解質 A Bの水浴液中に 一対
のi
(
!t
.
色合浸消 l、電極に 1
(
1
"f
;
庇
電f
Fを印加すると水溶泳中では JF
.と電解官官か解離して
A
n
II~O
.
.
八
1I
3
-.[(・トO
(2
H
1)
(2-2)
(2 8)
の反応が生じて 02
が発牛する。〈さらに陽磁の金属 Mn
体は
M
- 令
M'
・・ +ne
(2 u)
の反比によりイオンになって溶山する(以後、陽極的 1
1
1と呼ぶ)。
なお式 (2 8) 中の 2(
0
1
1)
はI
又応性の高い中間 '
t成物で金紙 Mを酸化する
ー
7-
たと
u
.
a
-'
H
r怜にJlH、
てC
u
SO
.ノ
，
}
¥r
iI伎を電解すると陽極では
えば C
t2(
0
1
1)
C
u2・
炉
料除去率という) 11'(ニ
C
u
(
O
l
l
h
C
u
(
O
l
I)2・ト 2
11' .Cu~ ・十
2( lI lO)
0)2f:t m の J:i)ι が ~t じる。 Cu は (8 解してイオンになり、
(2-10)
Vg 'Ae
(2-11)
~V= 一一一一一一 -高:'=
ρe • Jg
fは陥
イオン化で生じた余剰電 -
u
ゲ 1) [
g
/
S
]の関係は
J'Ae'A:'
(2 -1
5
)
となる。
~~を通 じて IÚlht'，[泌\に ìÂt 入する 。
なJ
i
t江僻 N
J
ι により生成 δれる金属の監と電気昆の関係は、 i
t
t気分解に l
測するフ
-
yラ
(
2
) 分極とイミ働総化
デーの t
LJ
l
I
J
で Tたされ、生成する金属 Mの質量(以後、材料除去 肱 という)を W [
g
]、 也
I
U
k
t
.~ J[A] 、川 I::J~
解I
;
(子(
I
I
I
Jを n とすると
t[
s
]、金属 Mの当 Eを M [
g
]、 Mの b
W
の関係にえtる。主た 1
1
¥
(
立1
江
主t
位当たりに生成する金属 M の質 1
d
:
を
A
:
'[
g
/
C
]とすると
となり、
u
が発生する。さらに飢域 C ではガスが鎚んに発生して陥他浴11\が生じる(Jλ i~ ， 加岐 C
A'は金胤 M の電気化学当誌といわれる 。
なお陰極と陥ぬが凶 2
V，
の1
M
b
日に対する i
I
I疏 1
弘
u
s
rJ のJ世)JIIはきわめて少なく、電極にやjの変化も必い(以後、
領I
或Aをイミ i
動態化 j
或という)。館 或Bでは電流官度 J は徐々に l
科大して f
，
I
，
J
{
急からガス
3
)
(2 1
=M， 9G500・n
A
.'
m解ではギャップ1
t
t圧 Vgと電疏密度 Jの関係は、例えば陽樋にステンレス
鋼S
U
S3
0
4を用いた場合には、凶 2-3のようになる則。図中の銅版八ではギャップ t
t
r
lE
(2-1
2
)
1.t・M/96500・n
水溶液の
2に示すような位置関係にある犠合、 11
t
解
'
l
l
i
:i
k
t
.1は式 (2-
を過不 l
動態化域という)。
=
-e
vs一
ρ
I
e-S
A
---
1
4
) で決せる。
x)
(2-14)
5
U¥ ︿ } 可
︹制 日
1
0
，
V
脳
細
栂
'
i
.0.5
O
.
0
.
1
0
.
5 1 V。
ギャップ電圧
図 2-2 陰極と陽極の位置関係
凶
5 1
0 30
v
，
[
V
]
2 3 ギャップ電圧と 電流密度の関係“3
(
S
U
S
3
0
4
.
2
0
%
a
Q
.
N
a
N
0
3
)
ここで Ae[C・つは陽極と陰極の面積 .ρe[0・
C圃]は電解液の抵抗*、
除1
長問の距日産 (以後、 1
底解ギャ
yプという)、
，
[
c
m
]は陽極と
J
V，
[
V
)は両極r.a
の電位差(以後、
ヴブ~trlE という)である 。また陽 極と陰極の 1電波 T密度 J
ギャ
(=1/Ae) [A/c聞記]を定義す
立Jと陥ぬ浴山により生成する金属 Mの単位時間あたりの質量 (以後、 村
ると、世話t倍 1
-8 -
このように屯極の 般化、越元反応はある一定のギヤ
1
，
プI
l
r
r
王V よりも人さい条件ド
，
1
1分解 1
{
!f
t:とい
において生しる。 1tr 解 &Jむが '1 じるのに~する品小のギャ y プm Jr: V
われ、図小の Voでうえられる
分解 t
E圧 V
υ は用いる電解放、 t
t
r維の純 文
AW，によって
9-
変わる。
EVoがそLじる原囚は、従併に伴って電極で分極が起こるためである。分極と
分解'lUf
h
.
.
.
いい、次にボすようとEものがある u o
①
t
農位分極:電極近傍でイオンの濃度変化が生じることによる電圧降下
@
抵抗分極:r場極の +l~h主化によって抵抗性の不 i動態化膜が生成されることによる
泡
@
I
w
d h堀川駅盤側
1
t
t維の近傍において電解1It流 Iの i
l
i
tれを抑制する何らかの屯位陣壁が今じる現象を
は
、
。
f
E降下
活性化分極:I
場極の浴H¥イオンに対して働く電位障壁による電圧降下
陽極の単極電位
この中、抵抗分極は酸素酸滋型の電解放を用いた場合に生じやすい。
図 2-4 陽極の単極電位と電解電波 I久
1
，
.
.の関係
イミ働態化とは、金属の表面で生じる化学反応が、 見かけ上ほぽ停止状態になることを
いう。不働態化された表面は腐食し鍛く、材料によっては表聞の色が変わることもある。
不l
動態化を工業的に利用したものとしては、建築物の美観を向上させるために、外壁材
なお図 2-4において機軸に示した陽極の単極電位とは、金属の電気化学的なポテンシ
同の金属に表 r
m処理を施したものがある。
ャルを表し、 これと陰極の単極電{立との間の電位差がギャップ電圧 Vgになる。 図 2-
不l
動態化に闘する研究は、 各組金属の不{動態化条件に関するもの、
の化学的な安定性に関するものなど多く行われている
10
1~li動態化した金属
。
】 しかし、金属がどのよう
11
4において陽極の単極電位が低い(ギャップ電圧 Vgが小さし、)領峨 Aでは、陽極浴山
，
.
.が流れ、
が生じるため式 (
2-9) の反応にともなう電解電統 1
T..，は単極電位の増
動態化し、 その友 I
にして不 l
面がどのようになっているのかを研究した例は少々く、 不 l
動
1
i
極
h
n (ギャップ電圧 Vgが大きくなる) に比例して増大する。 Od)'発生するのは、 '
態化の機備は￨ー分には解明されていない。
1[(立がネルンストの式によって表される酸素過電圧より大きくなった時点 Bからで、そ
現仕のところ金属が不{動態化する原因は、電解によって金属の表面で化学反応が生じ、
動態化膜という)が生成されるという考え万が省力である
金属階化物の稀膜(以後、イて 1
12)
。鉄鋼材料が不(動態化すると、表聞が黒ずんで見えるのは不働態化膜が生成されて
れ以後は式 (2-8) の反応にともなう電解電疏 10が単極電{立に比例して増大する。
実際の電解反応は酸素過電圧が電流密度 J 、陽極金属の材料、電解液の種頬と療度
等によって著しく変化するので、陽極溶山と 02の発生が浪 (Eして生じる。 このような状
￥は、 ロI
いるためで、その眼 j
視光線の彼長 (
0
.
4
.
.
.
.
.
.
0
.
7[
μ
m
]
) より小さいといわれてい
態において陽極の金属はきわめて酷化されやすく、反応で生じた酸化物が陽極の炎聞に
るけ}。
付着し薄膜が生成される。生成される薄膜は電解液の犠頼、金属材料、 Iii極llI(立によっ
不{動態化は、陽極においてセじる金属の溶出と陽極と電解液の界面で 02が発生するこ
とが係閣となって起こる。陽 極ではギャップ電圧 Vgに応じて式 (2-8) と式 (2-
て化学的組成や電気的性質が異なり、現在次のようとE
電気的性質を持つ務膜が確認され
ている 12) 。
。)でN.‘される二つの電解反応が J
I
:じる。 これらの反応にともなって電子が綬受されて、
(1)抵抗性薄膜
2種矧の i
t
t解電流が流れる。 lつは式 (2-8) の反応にともなう電解電流 10で、他
(
2
) イオン導電性薄膜
の lつは式 (2- 9) の反応にともなう電解電流
I
wである。実際に測定される電解電
派 lは I
ο と /wの約lで表される。
これら 2極傾の電解電流 /0、
(
3
) 電チ導電性薄膜
これらの薄膜の中、(1)の抵抗性務股が生成されると電解屯流が流れにくくなり、陽極
I
wとi
場極の単極電{立の凶係は凶 2-4で表される 12) 。
ー
1
0-
溶出が抑制されるので、前述のようにこの薄膜は不 l
動態化膜と呼ばれている。
1
1
1
1
0
-
2 2 2 加工性能
まず T
i
Z桝 h
l
lr
のh
n..f白色彩について与える。凶 2-5はステンレス鋼 SUS304を陽極とし、
，か式(2-1
5
) に基づいて生じると仮定した場合の計算値である。
I
'
I
J
O
)鎖線は浴 1
1
'
1
d
この破綿で示されるような関係になる。実線は電解液と
A
/
cm2]以下の鎖
して酸系 献血型の N
aN03水溶液を朋いた場合を示す。電統密度 Jが 1[
m誕革主
J と付制除ム ~W の関係は、
附鮒 山
動態化しにくいので電流也:度
電解波として I
I
l
S
Q
"などの般性の液を用いると、陽極は不{
[的¥凶]ゑ
N
a
N
(
)1 水府泌を電解した場合に測定された電疏密度 J と材料除去率 w の関係を示す制。
2
IO
3
1
0
-
4
1
0
-
動態化して浴 I
減では、陽極が不 1
Uが抑制されるため材料除去率 w は計算 値よりかなり
小さくなる。
玖:に表而犯さについて考察する。電解加工においては陽極の表面に存在する微小な凹
5
IO
0
.
1
I'~ は、 I'~ 部の電旅節度 J が凹部に比べて大きく、浴 LU されやすいために平 滑化 が進む。
5 1
0
電流密度
これは式 (2-15) において凸部では電解ギャップ Jgが小さくなって、 その部分の電
1氏子密度 J が I自大するためである。電解液として II~SO.，などの 酸 性の液を用いた場合には、
0
'
.
5
501
0
0
A
/
c
m
J[
2
]
図 2-5 電解加工 における電涜密度と材料除去率の関係本州
(
SU
S
3
0
4，2
0
%
a
Q.
NaN O~ )
まぼこの機構に基づいて友而が平滑化されるが、ある程度表面が滑らかになるとそれ以
l
。 これは友而の平消化がある程度進むと山部と凹部の電解ギャ
Lには平滑化は進まえtい
ップ Jgの
(
l
t
に布為な差がなくなるためである。木本らはギャップ電圧
i
2
0
V gを印加した
1
易f
耐の電湯解析を行っているが、 その結果によると凸部の電流密
Tに形成される陽極友 I
1
I 部に比べて有為に大きくなるためには、最低 2
(μ m]以じの凹凸が必要とされ
J
rJ が 1
1
I
る
1
川。
これより電解加工で H
m
a
x2(μm]が限界となる
fられる表面粗さは R
'01)
。
両者点 目
安庖型の 1
f
t解放を用いた場合には、不 1
動態化によって陽極浴 t
Bが抑制されるた め
JS
て酸点酸滋型の N
a
N
O
J 水浴液を矧いてステンレス鋼Sl
304の電解加工を行った時に測定
された、電流密度 J と表面組さの 関係を図
2-6に示す。電流 1
密度 J が 1[
A
/
cm2]以
:
:
t
1
5
x
ζγー〈
〆
s
"
'
0
:
:
初回回w
m
に
、 b
nrされた表耐の状態は酸性の電解泌を用いた場合とはかなり呉なる。電解液とし
官
1
0
5
下の領 l
或では、 不i
動態化により陽極浴 1
1¥が抑制されるため表商粗さは前加工面のままで
変化しな L、。電洗密度 Jが
1
C
A
1(
A
/
c
m2]以上の過不 働 態化成になると表用 組 さは前加工而
のものより大きくなって表断が荒れる。 これは第 3
itの 3-3-1で述べるように、 酸
炭酸出型の電解 j
夜を用いた場合には陽極溶tl¥は陽極表面の限られた所でのみ局所的 に生
じるためで、表商は不均ーな凹凸からなる梨地聞になり、滑らかな表面は 1~ ら れ ない。
0
0，1
0.
51
電流密度
51
501
0
0
0
2
A
/
c
m]
J[
図 2-6 電解加工 における電流節度 と表面粗 さの関係
(
S
US
30
4，2 0%aQ .NaN O~)
-1
2-
-1
3-
立Ml
J
1
1I
・によ って 何 ら れ る 形 状 制度 について考察する。 政 j
沙;に T
トらが形彫りのために
i
T-，た tぜ角干 b
l
川.において、 T
:
t
島平成を供給するための 貫通 穴 を 設 け た 除 t
i
dをや.
r
f
nr:作物と
2-3 パ フ 研 騒 付 加工
2-3
対l
o
Jさはると、 J
I_
:
tr
t
uの プ 口 フ ィ ー ル は 凶 2-7の よ う に な っ た '
s¥ 電 解 泌 が DRIBする
1
苛で 1
;
1、 i
l
fMi{~ Q)i
A
t述 が 人 さ い こ と お よ び こ の 付 近 の 電 流 密 度 が 高 い た め に .に作物は多
く除去さ れ ている 。 陰 極 と
虫
、
.
Jl
n
)しない部分でも 電 気 力線 の 1
よがりのた め に漏 れ 1
1
r放がtAt
(1
)
加工機情
J
'
フ切 l
色村の備造 とl
'
j
:
筑
砥粒を川い てH
*"の次的1をと'
I
Lt
i
tに(1しげ る 加 丁 訟 は ー般に砂f
I
舎1
J
1
1丁 と dわれ て い る
。
1
:じている 。 この例に示すよう に電解 )m工 にお いて は 陰 極の 形 状 を制
れ て 大 主 く だれ が )
削除 bnTは 部 品 に 媛 ボ さ れ る 品 質 (
J
)内、表 I
節制さのみを良 くする b
n1方法を
f
f
t良 < 1:作物 に 私'
う
:
'
h
nてす るの はきわめて量産 しく
削b
n[法とは区別されている 。
梢 度 、 形 状 梢 肢 を も 合 的 て 良くするのf
、 電 流 密 度 Jや 電 解 放 の 洗 速 の 分 命
の 影智会 堂 けや す い'川
。
l
i
.
ム
dい、 、
必b
n仁丹1
のよ 貝.
としては従米からパ フl
i
i
f
l色村が
砥 粒 の 微 小 切 刃 で 丁作物を除ムする111ft
多用されている'竹。 この 6
J
f出村はナイ
nン な ど の 繊 維 を 基 付 と し て 不 純 4
併を l
結成し、
繊維を凶着削で濁 っ て、瓜 f\~ を保持するようにしたものである。凶 2 - 8 は Ihl訟のパツ
研l
谷村の￨給過を制鎖した 1
i
1f釧 微 鏡 写 Aで あ る 。 基 村 の 繊 維 は 間 着 剤 で 班 わ れ て、 その
表 1節に f~1f立が保持され て いる ω
また繊維が 交 差する部分には、 l自若斉1) が綴~した Jl~ がみ
られる 。 パフ研陪材中には、!I[!.粒は このようえE
分 布 状 態 で 立 外 的 に 配 値 さ れ て いる 。
'
1
1
r
解
放一
陰極
︹圃ミ︺
初 賎H
50
ロ司
1
0
0
l
渇 2・ 7 i
l
!
解h
n工で加 ム された平面工作物のプロ フィ ー j印 刷
(
S
U
S
3
0
4
.2
0bQN
a
N
0
3
.1=6[
A
].t=5[
血i
n]
)
2
0
0
[μ.]
f~2
1
4-
-8 パ フ 脱 出 村 の 構 造
1
5-
l~ 2
9は
、
(
J
I
_
l
.Nが保持されている似品会模式的に変したものである。基 Mの繊維は、
10
J
I
Iわるとたわみ、剛 1
'Lの小さい
地総のた手}jf:，)または長手方向に対して虚也方向に))が J
パ不として搬出する。したがって砥粒は出数個のハネで保持されている ω パフ研lO材に
外))か加わると、
8
JAHのパネはたわみ企庁5を起こしパフ 6
J
H
島村全体が変形する。
λ の関係を 1
制定した仏民の一例を;nす。ただし変形の1
1
与I
H
I巡れを無視 した 飾的な関係
l
6
J2ー 1
0において、
J¥フ研磨
Hに加えた拘重 F と変形凪 λの関係は i直線的ではなく、
6
、-4
咽齢制
会示す。なお、伊j凪を J)1l えない~}.:態における研磨付の初期の j字さは 9......10[mm] であった。
{自白︺
IA2-10にパフ 6
}
f!
s
i材の J
￥み h向に向 4を加えた場合 0
)、何!l!F と研倍村の変形量
ゐ
i;~ l
(
iF が増 DIl.~るにつれて変形弘 λ の tt~ 加の割合は次第に減少している。これは荷重
F /J'小さい場合には、凶 2-1
1(lJ)に小すように基村にまだ ￨分な変形余俗があるが、
2
f
iF が増すと 1
'
;
1
1
刻化)のように 1
-トの説付同士か接近して変形余俗が小さくなるため
向i
。
と忠われる
なお凶
2
21
0において、何重子、が r
l
Jじ場合、砥粒の粒 I
n:が小さい(砥粒の粒径が大
3
荷重
4
6
5
F[
k
gf
)
さし、)ものほど変形且 Jが少ないのは、粒径の大きい附粒を保持するために綿筏の太
図2
い民材が用いられるため、基材のバネ定数が大きいためである。
パフ研磨材に D
I
Iえられた荷重と変形肢の関係
(パフ研磨材の甜綴 1[
C
I
I
2
]
)
基
/J/jv
砥粒の機
1
0
E.
(
b
)荷重が小さい場合
(
C
)荷重が大きい勘合
図 2ー 1
I 荷量が加えられた場合のパフ研磨材の変形状態
図 2 9 バフ研磨材の機造の説明国
-1
G-
ー
1
7・
EL
﹄‘，
hv
(
a
)餓何 i
症の状態
F
白白
ふ
唖E
砥粒
・，
‘
ョ
MU
(
2
) パフ 6
J
l
l
nHo
>
l
t
{
j
品{
'
I'
J
I
I
{ 自 ミ ︺O 的
パフ研 a
tMに<
'
:
il
!
iFが b
l
lえられて _
J
A
Mが変形すると、工作物と媛する I
fiJにおいては
iI
l
i
I
iI
(
J
Ifl~ 吋たり ω61( 粒の殺(l'J，!麦、低粒滋度という)が地加する .この j合))[1の訓 f? を調
べるために、ステンレス 銅 山S
3
0
4の表耐を i
京過し、安面に形成される微小必燦過条 f
(
{を
触針式的袋耐 t
1
lさ引を胤いて測定した。
w過する IIijのステンレス鋼SUS304の表 I弱視さは R田ax0 1[μm)以ドであった。パフ研J
R
付に ~'I'l
1(弘而縦当たりの何重 PP=2[kgf/cm~] と
Hけた 1，H
(
/
)1
'
陣過し t
-ときに測定 3れたぷ加のプロフ
過(
'
1川によってでさた f
湾、
fールを悶
PP
02
[
k
g
fI
c
mつで
2-1
2に示す。￨京過条 1
良は砥粒の 1
察
mり起こし作用によってできた泌の J
M聞の織りしがりから形
ふj
L
J
U
J
J
4
J
-刈
成 '-~ J
t
、
j
r
i
J[
;
{
}(
a
)にボした 2[
k
gf
I
c
m2]と何重が大きい場合は 斗
￨凶 (
h
)の 0
.
2
[
k
g
f
/
c
mつと荷
4
一
一
ー2
0
[
/
tm
l
1(
(
a
)1
1
I
'
L帥 1
当たりの 1
¥
1
，
1
I
i[>r-約 2[
k
g
f
/
c
m2)の場合
l
f
lが小さい助 f
fにl
tべて、 l
察過条痕問の間隔が狭い。
次に少数の l桜 J~ .:t: 1
1
;
えかどのような必詑で形成されるかを:t.
J
べてみた。国
2-1
:
1は 粒 &
it
#320のパフ o
;
r
l
n付金川いて、 i
l
立而綴当たりの何重 Pp=f'
J
'
I[kglïcm~) でスアンレス
鋼SII S:iO.j の定的i~1寝過した場 ft において、!察 i品条 i反の形成初 IUJ の状 態を示した金属制微
j~τ れである 。 131 中に矢 nJ で示した点は l 倒の砥粒の傑過で形成された i桜過条僚の始点
である。この ~fυ.'!.H 1 : の I:~ 隔は 0 . 2-....0‘ 5[ 岡田]になっており、後述する砥粒官位 T1h から
︹圃ミ
If(定在れる 1
m陥 と ほ ぼ一放している。
︺
om
rt~ : ~句を.，京過するパツ 6Jf ，行材の長さが長くなる(凶中千;に向かう)につれて、
1t
附l
例の 1
6
日立によ 「て f
J
幼児占れる僚過条 1
直のIt:l
隔が狭まり、多数の￨察過条 I
[が 形 成 さ れ る 時
fがう〉かゐ 。
tdjl銭過糸 1良の r:a 陥が省、になってくると、 l祭必 ~I良 0)
あってくゐ。 l
羽己 ー 1
4はその時 fを示したもので、凶に爪 Lた八，
!京過 ~1良による 2JQI切りが '1-
-g
l
lかりいに 1
1
Iなり
1
3の部分では削教の
L
-ているのが分かる。
以 iニ に示した，~過糸 IJ{ の形成過符の解析結果から、僚過条 1庄は lヌ12
1
5に示すモデル
のように j
形成されるといえる 。 すなわち j
察過条娘は、パフIiJfUiHの M
I
簡に 2次元的にラ
ンダム l
ご分め
{ ーふん-
J
間隔が僚にな 勺てくると部分的 に 2度削りが生じる 。
骨
一
→2
0
[
μ皿
]
(
1
1
) 単"
'
f商側当たりの術 !
l
lP
Y
=約O
.2[kgf/c.~] の場合
瓜 lq~創立 I
lh は淡泊i
のプロフ f ールの制定結果から次のようにして i
kめられる。すな
わ t.J ~j
Ji
Lハ
1た砥粉が日午物を i
察過しながら移動することによって形成され、条痕の
s[
r
l
]
(
/
)L作物 l
:
を、反主 Lrのパフ研倍付が l
祭過した場合、形成される l
家過粂
r
11~ (
/
)&~ M. 側 11
よ、パ フ 6
;
1J
{l付の低牧密度を m.[
個I
c
ぜ]とし、:t.ての砥粒か 1
宗治粂
-1
8-
凶 212 パフ 6
)
1出 Hによる i
京過条簸(矢印の箇所)
(#1
5
0
0の6
)
f
t
色村でステンレス鋼$
U
S
3
0
4を擦過したも民合)
1
0
・
l
凶
幽
1
¥
， 0r一
ー
一
一
，
e h N矧
i
長を形成すると仮定ナると、
.
¥
1
_
=IIh •
(2-16)
S • し，
となる。(i
l
日企必 1
f
t1
1
1，
I
よ、変而のプロフ fールの測定区間
s内の l
復過粂依の数 M.
をぷ
めることによって式 (2-17) より推定できる。
市接訴 ns蜜応創世 mRQMhd情 耐mMEQO寄 りh J S
本 間
M 際
、
v
h
い
wd
畑出取
止符寸口門的コ凶宮
S •
(2-1
7
)
Lr
ここで長さ L パよあらかじめ 11l~定しておく。
A
」 ーJ 1
0[μm]
寂過条 j
良によって 2度削りが生じている V
¥d
t
凶2 1
4 波数の i
酒 M
、
円
一、
一
l
刷 I
Z
i
l r"-
^
1
./
m，
，
=
- λ 小 unhv蕊位止問 h
いて
図2
1
6は測定ぎれた何!liF
砥粒
と砥粒密度 J1J， の関係を i
J
'
¥すが、
何 重 Fの
.
t
f
1人に つれて砥粒'必
度m
.が j由加する削 r
.
r
J
が般かめ
られた。 61~ 粒が剛 ill の向い結合
竺ー
剤で保持された6}
f
削砥イ 1の場合、
ωE
砥粒の I
l
f
l隔は‘ド均約伐の 1
.
.
.
.
.
.
.
.
2
倍になるといわれる Bη 。 これを
基にして凶
2-1
6の制定にJlH、
た)¥フ研J{
fUと
、
同干の粒筏
の砥.~をもっ研削砥 ・'.{J の砥粒宙
度 m.を1
f
t1
録すると、
図 2-15 僚過条痕の形成モデル
粒度#
3
2
0の平均約内は約 5
0
[
μ 圃]であ
2
0
-
2
1-
0 [個 /cm勺のオーダになる。粒度 #320の砥粒が悶着されたパ
るので、砥粒節度 m.は 1
7
ソ研陪材を 4
日
r
I
D
:F = 1[kgf/cm ] で用いた場合の砥粒密度 m.l ま 102[ 個 /cm~] のオーダ
2
}
f削砥石に比べて約 5桁小さいことが分かる。
になるので、パフ研雌材の低粒密度 m"は 6
とした。
方法として第 3主主の 3-2-1で述べる加転円盤型のよ具に粒度 #320のパフ研磨材を
装道してステンレス鏑 S
US31Gを加工し、加T.前後の工作物の
'
1lil:差と加工時間から材料
US316は加工時間 8[
mi
n
]で約 O
.2[
g
]だけ
除去率 w を求めた。その結果、 ステンレス鋼 S
除去された。 この(Il!から単位面積当たりのパフ研熔材が単位時間あたりに除去する工作
4
1
0
物の除去量 Wl[
g
/
m
i
n・
c
m勺(以後、単位面柑当たりの材料除去惑という)を計算する
4
[
m
g
!
mi
n・
cmつという値が得られた。なおパフ研熔 Mの面積は、 l
直径 1
5
と
、 Wl=0.1
#1
5
0
0
2
[
c
m
]の回転円盤を用いているので 1
7
6
[
c
m ]となる。
1
d
︹もど哩]句日
γ
1:を、機造がパフ研磨材に近いベルト研
バフ研磨材の単位面積当たりの材料除去率 l
削用の研磨布紙のものと比較してみる。ベルト研削用の研磨布紙はベルト状の布の炎而
#2
4
0
2
10
に砥粒を悶着させたもので、 工作物を加工する際にはコンタクトローラと呼ぶ弾性体を
制崩記留
研!誉布紙に押し付けながら荷重を加え、かつ研磨布紙を高速で回転させて砥粒に運動エ
ネルギを与える。ベルト研削はパフ研磨材と岡崎に平而や曲面など峨々な形状の工作物
に対して研磨加工が行え、かっ機 械化するのが比較的容易なため多用されている。粒度
#3
2
0の研磨布紙を用いてステンレス 鋼 SUS304をベルト研削で研JsiJ
m仁した場合の研磨布
1
d
紙単位商積当たりの材料除去率 Wlは約 0
.6[g!min・
c
m2
]になる I7)。
このようにして得られた単位面積 当たりの材料除去率 WJは、パフ研熔材加工とペル
JU
ト研削では砥粒に与える運動が異なるので厳管な比較はできないが、パフ研磨材の加工
nU
5 1
0
0
.
5
荷重
50
F[
K
gf
]
能率はかなり低いといえる。
次にパフIi
}
f謄材加工の加工梢度について考える。砥粒加工においては一般に、 工作物
の表面組さは一つ一つの低粒のくい込み量 hdに大きく影響され、 くい込み量 hdが大
図 2-16 パフ研磨材の砥粒密度
2
(パフ研磨材の而積 1[
c
m])
きいほど表面組さがわるくなる。パフ研磨材は砥粒が剛性の小さい基材で保持されてい
まO
.0
1~ 1[μm]ときわめて小さい。そのため表而粗さ
るので、砥粒のくい込み量 hd1
2 -3- 2 加工性能
は同じ粒度の砥粒を用いた場合でも、他の低粒加工法のものより良くなる。
しかし基材の低剛性は工作物の形状梢度に対しては悪影唱
訟を及ぼす。すなわち工作物
パフ研磨材加工の加工能率についてはほとんど測定例がない。 とれは従来から生産現
の下地に周期が長くて娠幅の大きい凹凸がある場合、基材はこの凹凸に沿って変形する
場において、パフ研熔材は表簡の粗さのみを改善するための工具として用いられてきて、
ため砥粒は凹凸部に平均してくい込むため、 工作物全体が均一 に僚過されやすい。その
組織的な研究が行われていないためである。パフ研磨材にどのような運動を与えて、 ど
nえながら加工すると、工作物はどの程度除去されるかについては作業
の程度の拘!lIを h
結果、表面には下地の周期が長い凹凸が表面に残りやすく、 形状精度合確保することが
総しくなる。
者の経験に頼っていた。そこでまずパフ研磨材の材料除去率を実際に測定してみること
- 22 -
23 -
@の不働態化膜の除去は、
2 4 電 解 パ フ 複 合 加工
，
フ研倍付の砥粒が不働態化践の股 j
手h
.
.よ り 大 き い く い
j
寂過によ勺て 3
民地が露出する。
込みllLhdで工作物を￨察過した場合に生じる。この場合 i
2 4- 1 加 工 繍 情
③の￨場極俗IJ¥は、工作物である金以か屯解作用によって硲 1
1
1するために生じるが、t.
t
江解パフ組合加 lでは、凶 2-1
7に示すように陰極と陥他(工作物)を術成させる。
r
u
iに不 1
動態化映が生成主れると浴 1
1
¥が抑制される。
除ti!には金属却の川敏かJfJいられており{以後、(1]1
転(J
l盤 型 彼 合 工 具 電 極 と い う ) 、 そ
次にTtr解バフ按合加工の際に当じる現象のモデルを図 2-1
8に示す。この モデルを用
白にはハ 7o
J
f
l
t}村が佐 l
id
-れている。 f
l
J盤を陀l
転させるとパフ研磨材も同時に (
!
!
1転
のドl
いて①、②、@の現象が生じる過稗について考察する。なお (
r
i
)凶 に お い て 工 作 物 の 災 而
して 1
・作物を 擦過する 。 8
在来館経二型の電解放を惚合工.t
t
1l!極の貫通穴から供給しながら
動肱化脱が生成されているとし、砥料の l
疲過作用はそれ以
は、まず-:tt解作用によって不 l
l
t解作用を同時に受ける。
ギ ャ ッ プ電 圧 Vgを印加すると、工作物は砥粒の僚過作用と l
後にヲえられるものとする。工作物が砥粒 Aでj
察過されると、砥粒のくい込みによ って
②の不{動態化膜の除去が生じ、それとともに京地の一部は除去される。京地が露出した
!
t
p付力
動態化膜が生成されるまでには時間遅れがあるために@の￨場極浴出が生じ
部分では、不 l
る。①の不 1
動態化膜が生成された部分では、陽極浴出が抑制される
砥粒 B
砥粒 A
砥粒 8
汗
、
{
動1
L
長
イ
ヒ
膜
i
m
(
1
斗図 (
a
)
)。
→戸粒 A
①
パミ働 1
島化股
電解液
l
丘 電源
L
パフ i
l
J
fI
啓H
(
a
)砥純の l
祭過間隔が不働態化映の
生成に要する時間より長い場合
(
b
)砥粒の僚過間隔が不働態化膜の
生成に要する時間より短い場合
18 電解パフ復合 b
n[の憶に生じる現象のモデル化
図 2-
凶 2-17 ~IÌ 解パフ彼合加工で平面状の E 作物を加工する方法
従来述べられてきた加工機構は、このような順番で 3つの現象が繰り返されるという
伽
ものであ った則。しかしパフ研貯材中には砥粒が多数千子伝しているので、工作物の友 I
この方法で加工する湯合、工作物の表面では 1i
閣の砥粒の燦過前後で 3ペ ー ジ で 述 べ
は断続的に砥粒で僚過される。砥粒 Aで1
家過された表面が、その後砥粒 Bでj
察過される
た 3つの現象、①不働悠化映の生成、@-f働態化肢の除去、@陽極の溶出が繰り返し生
までの時間(以後、 i
察過間隔
じると従来からい われてきた 叫
ヲ
画l
図(
b
)に示すように常に業地が蹄lLlすることになる。したかって 3つの現象が
合には、 I
。
0)不働態化腕。)'
[I
必は、京地が路出している
l作物の&.耐に電解作用で不働態化脱
か '11~ されるために '1 じる。この場合、小 l動態化映は 2
2- 1で 述 べ た よ う に 金 属 の
t
.という)が不働態化肢の生成に委する時間より短い場
繰り返し生じるかどうかは、 1察過!日j 附 t ・と不働態化膜の1.. 1成に~する時間の大小関係
によ って 決まる。
的 11\ と O~ の発 '1 が)ijL(必どな 3 て生成されるため、京地か-1~働態化膜で積われるまでに時
間の超れ(以後、不l
動態化映の生成に要する時 r
mという)がある。
-2
4・
2
5-
2-4-2 加 工 性 能
思われる。以 I
ニにより、電解パフ彼合加工で何られる単位体積当たりの材料除去率 W2
/
)
1
1L 機備の異なる組数の加仁訟を~!l合させる目的は、
lページでも述べたように、 そ
と表面粗さは図 2-19で示す範聞になるものと期待される。
れぞれの/)IlTi
去を単独で用いた場合よりも加て能率、加工精度を向じさせることにある。
そこでまず従来の加工法において、 どの程度の加工能率と加工精度が得られているかを
ステンレス鋼 S
U
S
3
0
4の 加 工 を 例 に と っ て 単 位 体 積 当 た り の 材 料 除 去 率 W2と表面粗さの
500
関 係 と し て ま と め た 結 果 を 図 2-19に示す。 これらは各種の文献に記載 注れているデー
タをまとめたものである 1 8 2 0 ¥ な お そ れ ぞ れ の 植 は 、 生 産 加 工 を 行 っ て い る 現 場 に お
100
いて得られる平均値であり、装恒機械の性能や作業者の熟練度によって幾分変動する。
単位体積当たりの材料除去率 W2が 最 も 小 さ い の は パ フ 加 工 及 び パ フ 研 磨 材加 工 で あ
り、以後はポリッシング、 ラッピング、電子ピーム加工と電解加工、放電加工、切削/J
n
10
工と研削加lての J
般に大きくなる。表面粗さは単位体桜当たりの材料除去事 W2にほぼ比
立させるのは非常に縦しい。
当 た り の 材 料 除 去 率 W2が 小 さ く 表 面 組 さ も 良 い 。 パ フ 研 磨 材 加 工 で は 、 工 作 物 は 砥 粒
m
物国阻w
パフ研磨材加工と電解)J1lrを 比 べ る と 、 パ フ 研 磨 材 加 工 の 方 が 電 解 加 工 よ り 単 位 体績
E H司 ︺ H咽E t
分かるように、加工能率が高い加工方法は加 E精度が悪く、加工能率と 1
J11工の品質を両
︹
例してわるくなる。最も表商粗さを良くできるのはパフ研磨材加工である。 この図から
のj
察過{乍朋により切り府として除去される。電解加工では、工作物は原理的には数個の
原子単位で除去される。 したがって工作物の除去単位としてはパフ研磨材加工の方が大
0
.1
きい。 しかしパフ研磨材の砥粒 E
密度 mllは 2-3ー lで述べたように 1
0
"
"
"1
03[個 /
c
m2]
と小さいため、擦過による除去は工作物上のごく限られた所でのみ生じる。 これに対し
て1ti:解加工の場合には、工作物は陰極と対向する部分全面にわたって除去されるので、
わずかな除去単位でも結果的に大きな単位体積当たりの材料除去本 W2 が f~ られる。
i
t
t解 バ フ 被 合 加 Eによる工作物の除去が、 2-4-1の加工機織で述べた
3つの現象
0
.
01
0
.
05
1
0
の繰り返しによって生じると考えると、 工作物はパフ研磨材の砥粒の燦過作用で除去さ
れ 、 か っ こ の 部 分 に 電 解 電 流 Iが 流 れ て 陽 極 溶 出 に よ る 除 去 が 加 わ る 。 そ の 結 果 、 単 位
{本殿当たりの材料除去率 W2はパフ研磨 H加工のみによる場合よりも大きくなる。 この
自
9
1
0
ー7
1
0
105
単位体制当たりの材料除去率
図
1
0
1
1
d
3
1
0
W2 [
c
c
/
s
J
2-19 各極加工法の単位体相当たりの材料除去率と M
r
節組さの関係
(ステンレス銅SUS304 を )JIU~ ーする場合)
場合の陽極浴出は不{動態化膜がない状態で生じるので、過不 1
動態化成の場合のように限
られた所での溶tIIによって表面が荒れることはない。そのため電解パフ複合加工で l
f
J
ら
れる表面相 2
きは、パフのf
蝉材)J
orで得られる表面犯さと同等かそれより良くなるものと
2
6-
1
0
3
2
7
2 5
第3
章電
解
バ 7複合加工機構の解析(その I
)
結論
な解パフ H
I(iJ
Iにの J
J
I
1.
[凶機会解明するために、この加 工法の 主主砲となっている電解
加
一不働態 化膜の生成機摘の解析 一
cとパフ制限 H加I:の加 C[械 情およひ加工性能についての勾録と、これらを似合させ
た弘 f
fの加に機械および加工 t
'
l
:f
i
Eについて j
侵略的に劣察した。以上金まとめると次のよ
うになる 。
(
1
)M
:'
f
.
向
者
出J
¥
I
!(
/
)'ìlí 解 i伎をHl~、た場合、電解液中の 011
の hk 屯により o d
l
{
'
Lじるので、
抵抗分ゆか ~I ~ L'やすい )1
民抗分極が生じると、陥極に.l{
q
動態化股か生成されるの
3- 1 結 論
前章までに検討したように、'l[解パフ~~合 hn
るためには、
Lによって高精度高能率に娩 I討を製作す
3ページで述べたその加工機構① ③を解明する必援がある。その第 iス
テップとして本章においては①不働態化膜の生成機 備を 定量的に解析することとした。
で、 11制令 rinl\ か Ifll/~，1Jされる。
(
2
) 向量点憾出 E
lの 1
t
t解械をハH、た場合、陽極が不働態化して浴 1
1
1が抑制されるので、
H判除去本 w は tlI気分解に関するファラデーの法則に基づいて H Uされた他よ
りかなり小さくなる。J{r
商粗さは不 i
動態化域においては l
iJ
)
Jnr
耐のままでほとん
ど皮化 tない ω 過不働態化域では陽極溶出が限られた所でのみ生じて不均
不{動態化膜の過滅的な I
L
J
必j
品胞を調べる際に重要なことは、 l
場極の l作物のた 1
1
1
1に小
確認する方法である。第 2意の 2 2 1で述べ
働態化股が生成容れているかどうかを E
たように不 i
動態化域に おいては、ギャ
yプ電圧
Vgを印加して電解を行っても、'1l
r
M?
伎
に校演された蹴極と陰極には外観ヒ何の変化もない。また、大部分の金属材料は小働肱
な門
動態化膜 の千l(
fを直後確認する
化しでも表面の外観 lの変化は非常・に少ないために、不 i
'
"l
l
b
iになり、炎 I
商都1
さは前却II面のものよりわるくなる。
<
:
0 パフ研}自Hのほぬは剛性の小さい基材で保持されているので、 h
l
lえられる何 I
I
IF
f
i
:
。)J
t
'
:h
l
lにつれて砥粒桜 l m. が~大する。しかし砥 f>i'it-l!t m.は 1
;
:
;
)じ粒度の砥粒
をもっ研内)
1抵抗に比べて約 5桁小さい。
(
4
) パつ 6
J
f的 Hでスナンレス銅山S
3
1
6を1
m工した場合に j
VられるIjIf
I
L
I
偏楠当たりの材
ミ
*WIl
t
:
O
.
1
4
[叫 I
m
i
n・
c
m勺程度である。この帥はよ共としての 情造がパフ
円除 J
6
)
1Inf~ に近い、ベルト研削用の研磨布紙のものに比べて約 1/4000 とさわめて小さ
L、。ごれはバフ 6
}
f1
f
t村の砥 Nのくい込み量 hdが 0
.
0
1
.
.
.
.
.
.1[
μ
m
Jときわめて小さ
いためで、{リられる &
1
如柄l
さは{也の砥粒加士法の場合に比べて良くなる。
(
5
) 'ìtt~l( 加 l とパノ削除付加[を似合した場合、 6ll 粒の l家過 IHI 附と.I{'1動 lili 化映の生成
に~・ ・4 る II ，~ 1
:
;
1の人小関係により、
2績の除去機{絡がtTイlする 。 1l
t解
{乍 1
1
1による不
l動他化映 (/)~I : /，成と叫粒の|祭過作用による不働態化股の除よか締り~しやじるため
には、批判的￨咲過 1
m陥 1.は不働態化膜の生成に斐する時間より長く t
.
J
.ければな
のは困費量である。近年発注してきた各絡の表面分析法を用いれば金属の }A耐に生成され
た稀膜を定量的に分析するのは谷易であるが、このような分析法においては制定対 ，~の
試料を具空中に雌く必繋があるため、液体中の金属表面の分析に用いることはできない。
f(Eを間接的に知る }j法としては、金属表面の電気的な定数の変化を調
不働態化肢の f
べる方法かある。この方法は 1
t
t気化学の分野の研究を行なう際に多用され、 '
l
I
r
他 および
電極問で生じる保々な現象をl!!.抗、静電容量などの定数の変化としてとらえるものであ
る。[作物のJi l副に Hltid/~ の不 i動 I~ 化肢が生成される場合には、不{動態 化映の作成 I，~作
って 屯解ギャップの 11~ }Ît (以後、ギャップ l
l
i抗
Rgという)が変化するは:_~l である。ギ
ャップ屯fFVgかー定の場合にはギャップ眠 t
l
i
.Rgが変化すると、屯 Mi
l
!7
t
!
t[か袋、 {
I
:.~
るので、't
t
i解屯f
'
A
i
.
lの過絡がJな定化合持制定すれば、イミ(動 1
8化肢の '
jI
&
.過 N1
r
i
l
J
t
.
)
べ
る よと
ができる。
そこでみ章では、酸』理 者
由 I&51の i
t
t解 H
査
を
mいて純Tiを電解する場合について、不働1
1
!
;
f
t膜が生成されるのに{学なう屯角半世 '
{
f
.
i1の変化を制定し、ギャ
yプt
耐え
らない。
，
(
/
)企
l 化合併
R
析することによって不働態化践の生成機織の解明を試みることとした。
(
6
) ttf~~ パフ似合 hll 工で íV られる単位体繍当りの材料除去お1V21よ、パフ研磨材加工
と唯 M
J
J
I
I:
t
:をそれぞれ単独に用いた場合より大きくなり、現而粗さはパフ研磨材
hwJ
:
で1
1
1られる帥と向符かそれ以上に良くなることが期待される。
2
8
なお工作物として純T
iをJ
T
Iい
た
.
I
!
I
lL
t
Jは、この材料が不 i
動態化すると表 r
mに色の変化が
1
艮で容易に確認できることと、防 他 f
i
:
l
l
¥が '
t
生じ、不働態化映が生成されているのが肉1
じる分解1
l
i
:圧 Voか高いので不働 態化肢のギヤ
2
9
1 プ電圧
Vgの範囲か仏・いという特徴か
あるためである
みf
;
l
.O)構成は玖;のようになっている。 3-2附では 1
[解反比‘の実験装置と J
j法をJillぺ、
~3 I
l
I
'
l
で
はR
.
Jられた実験鮎米に基づいて不 1
動態化映の生成機憾についてJff策する。
:~
3
-1
¥節は以上をまとめた結論である。
3-2 実 皇
賞 装置 と方法
3 2- 1 実験 装 置
1
1
!M反応を調べるために J
I
Jいた実験装置の概略を凶 3-1に示す。装阻は )
JI
1U替をイi
サる災験後世本体、 'llr 解放を加工 l曹に供給 ・ 回収する電解放ユニット、
l直洗屯似から ~I~
1
えされている。 相対運動会与える械情として NCフライス盤を用い、そのテーブル
アクリル樹脂製の加
.
u舎を段位する
1
:
に
加工槍内に NCフフ fス盤の本体とは電気的に絶
t
まされた加工 テープルを I
b
J定して、この加工テーフル 1
:
にT作物を取付ける。
図 3- 1 電 解反応、を調べる実験 装置の 概略
:
1:軸に図
:
3-2に示すロータリージョイント偽造をもっ給 i
l
t.給?i?d投機を取り付け、主軸の [
f
l
l転を
似合 :
CJ
!
-m:極(也径 70[
m冊]のステンレス鋼 S
U
S
3
0
4制)に伝えるとともに、屯気的な導
j
泊j
1
t全保ち、電解}伎を供給できるようにしている。
え
Eお出合工具電極が何事ムする場合、その下面(工作物と対向する面)の面フレ(図 3
m
a
]目度である 。 工作物を加工する際、電解ギャップ}& (
こ
-2の 斗 }.)は 0.01[
l合T 兵1
{
!~誕のド而から 1 作物表耐までの距雌をいう)は 3 ~ 5(mII)に設定す
の場合、 H
るので、而ブレによる'tItMギヤソプ
}gの変動は
可解放は迎合1:J~ 'lI!憾の民泊穴から噴出し、
O
.2~0. 3%である。
01
k叫が 1
私すると、電極下而では凶 3-
屯解液
:
1に '
1
'すような電解泌 O)
f
A
tれか生じる。電気化学では、このようなて具電栓会特に I
!
'
!
l転
11) 彼 t在住といい、反応 ~l: 1成物が系外に排出されやすいので、電極反応の刷定手段として
よく
M
n、られている
。
)
21
aE 解泌は電解討を- ュ 回ッ トの Itj: ~ タンクからポンプで 1 1:送 l て似合工具定住に供給する 。
俳句解泌の流れ
1
11
I'l:川済みの t
E解?i?Cは h
n川舎のドレンから貯蔵タンク l
こ1
収される。なお、'ltt解反応でや
じる反応生成物はフィルタ FLTでろ過する。電解川の電源には直涜定電 f
E電源装置
図 3-2 給 i
r
t・給液機構の構造
凶 3-3 向転円鍍電極によって斗じる電解液の旅れ
立総電源という)を・
)1]い、ーも振は似合ムよ1
1
日他に、十極は加工テーブ J
レに媛統
{以後、 l
Eちで出力を制御することができ、パルス信号を h
l
lえた湯
する 。 この電源袋町は外部の {
-3
0
-3
1-
:
t
(
/
)¥'1.九 l
二が り 必 I
I
tは、
(
i(
1
)/
1
'
，)
J1
1
U
l
滋 3-4に 示 す よ う に 約 4
0[
V
/
m
s
Jである。
1
江島平屯 '
i
N
.
. 1I
Ju'll~('ïtt ~\に lñ 州 i妄統したシャント抵抗 Rs の両端1ttl
EVsa
:
'i
U
I
J
)
さしてボ
1
:
を1
1
11
J11した
め る 。 屯1
1
m
主には、
u
7l!:解電波 Iは過渡的に変4tする{以後、過渡1lI流とい
う}ので、 シ γ ン 1
・l
l
U
Au
"の IJ'j端 1
l
i
l
f¥らはデ
f ジタ J
レメモリで記m.した後、
回転円鍛型似合:
r
: 也
事訴
内生さ
/
ハフ鵬￨付
~:明叶訟
せ て ぺ ン レ 1ーゲで記録する。
ディ γ
9
'
"
メ
モ
リ
I
1J
k
A
bウ
ン
タ
0
メ[V]
凶
0
1
iの ワ イ ヤ を 工 作 物 と し て 用 い て 電 解 電 流 を 測 定 す る J
j払
3-5 T
3-2 2
0
実験方法
1
i
rf
f
:を 印 h
nした l
白後にぬれる過波'itri
kをl'l測定した後で、'1[解電淡 1iがほほ
1
85[μA]
定となる
v
，
と 従 解e
伎の絡組の進いか電解反氏、に与える影沼を謝べ
l
L
lE
状態において、 ギ ャ ヮ プ 1
tIJ1tt後の工作物の!
災耐の色と i
'
U
人を観察し、 工 作 物 の 材 料 除 去 事 w は
)
I
1
J
'
!
t
tj
j
I
f後 の
る
。 j
iで 測 定 し た 他 と 加 工 時 間 tから求める。なお、 'IIr解放として
E作 物 の 重 量 差 を U
l
i
笹天 1
1
l__j O
.I
・s
[]
f
効他化を I
l
lj
，
l
)-~ . る(~， Jflかある)の有無による電解反応の必いを比純
ハ ロ ゲ ン 元 紫 ( 不l
1~3
-4
電 係1
[
1
T:の立ちしがり特性
Jる
た め に 、 酷 索 酸 出J
t
l
lO)N
a
N
O
u
kf
i
:泌 と 活 性 化 型 の N
a
C
I水 溶 液 の 2樋頬のものを川いる。
通屯して工作物の'>>.l1
i
lに 色 の 変 化 か み ら れ る 場 合 に は 、 不 l
動態化脱か作成占れている
ギヤ'/fI
I
IJ1
:¥
/
.I
JH
lt
r.
r
:
J
U
l
r他 と I作 物 の 聞 に 媛 統 し た n
f動コ
でm
U
J
起する。
のた1(
1には、
fル 2
1
1の i
白f
A
t
1
1
i1
Fa
'
l作物として.r IS
:
:
!
.植 の 机 Ti
板 (
2
0
0W xI
O
O
ux1'
m
m
) を川 いる。
l作 物
1
l
tA'f 従 i~t Iid
l
d
i
じする隙に崩れ l
l
t流 の 彫 継 を 少 な く lて 測 定 制 l
立
・
を1
'6める
.
t1
巨体と刈向する部分が['J
J
杉に々るように絶縁テープを貼り 1
・
jける。 、
た め に 、 出 合 CJ
」
の よ う な 他 地 に 寸 る こ と に よ 勺 て l作 物 が 似 合 T 久 電 極 と 対 I
;
'
Jサ る r
(
n鰍 (r(~物耐似
1
¥
"
)a
I
'I山に浪、えられる ω たどし I
(
n縦;1"を 1x 1
0 ~[cピ)1)，卜にする仙台には、
~~t. t . て 1・ i のり f ヤをJ1J~、、 l視 :3
5にボすように、
同仰とのit!気 t
ド
Jな 絶 特 性 会 保 っ た 上 で 通 1
立する。
ワ
[
(
'
1
'
fヤを::r;I~ キシ /jlHli で先 J~ して、
ことを磁認するためにN.. JÒ1 分~Ir ~ 1rう。分析は炎 l
討の娩度をマイク口ピ
で測定し、 (
L
"
i
'
:的 な M
l成 、 限 J'
10)J
'
I
'(
1
mは 光 市
'
j}
J
- ス ú~I /Q l
i
l
f分光分析装位、 オージェlI!f分 光 分 析 必
置の分析似 I型の~~なる 2 柿 UI のもの会川いて行う 。
光1
立子分光分 f
J
rWは、
~'ì l1"! ，
'
，
でZ
点本￨の '
kr
自1
1
-X線をPl
Htし て 、 日 判 か ら b
k/
1
¥c
される
J
i
.
，
t
;
:'
rを 捕 促 し 、 光 1t
!J
-の エ ネ ル ギ ー を ス ベ ク ト ル 分 析 す る こ と に よ り 、 以 付 金 1
;
.
)
/
&fゐ
;
r
元 援 の 司定を i
iう J
j(
Lで あ る ω オー ジ f.
1
1
l
:{.分光分析訟は、
tL2小 で 以 判 1
的に i
t
r(.ピー
ムを照射し て 、 h
'
{
1
1
1(されるオ ー ゾ ι地 f-a
-f
J
l
i
l
起し、 そ の ス ペ ク ト ル か ら え お の 分 析 を i
i
う}
jl
去である 日 。 こ の J
iWは、 11U
ビー ム会試料に脳射するために、 I
j
I
jX
I!の光 1
t
tf分光;
分析法に比べて、 深さブj
l
&
Jの分析が'
I
t
l
rが よ り 高 い と い う 特 徴 か あ る 。
動態化膜が生成される過持金制べるために、過渡電涜の計制実験を行う。
不1
3
2
3
3
1
t
t
I
Eを 印
，
ュ
J
mした瓜後の過渡電流の変化をデ
i
lナる投入
i
~
_
，
.
f ジタルメモリで測定し、4r夜波形から後主
電気 hiG を求める。~J.!験によりギャップ1[ IE
，
V 、およびその波形、 工作物而縦 Aeお
1
5
t
r1
m~tì からのおt 人従気品 q が1u:疏変化に与える彫響について調べる。なお t江解
よひ)uli
h 5
7
l
!l
r
.
iハよ式
言
ヤ
、=
。
布
片
(3 I) で求める。
Vs
1=一
一-
(3- 1)
Rs
I
p
8
︹︿ ] h ﹁
1は
'
l
t
rf
i
t波形を数値稿分して求める。
通電開始からの投入電気肱 c
3 3 実験結果と考娯
6
過渡領峨
-・予
持
三 4
脚
S
盤
3 3- 1 工作物の不 倒1
悠化と湾出
Ulfî :C.u. 電磁のド l白i を 工作物の上面に対向させた.1k !~で、
ぜ
i流電源からステ
定常領I
或
‘
2 1
側
Is
ギャップ電圧
一
出 10
~æJ
¥
o
J プ状の
ト、-
V，
を印加すると、電解電流 I
は図 3-6に示すように変化した。電解 t
臣
i
'
tIは11![[を印加した前後に民大となるが、 その後急激に似少し、ある一定の時間が位
過するとほぼ一定舶にな
凶 3-6 ステップ状のギャ yプ電且を印加した場合の1
t
t
解
1
t
t
旅の崎間変化
(
J
I
S
2極 純T
i
.A
e=28.
8
[
c皿2
]
. 1%
a
Q
.N
a
N
0
3
. J=
3(
帥])
，
I
p (以後、経大電流という)、
1
l
!
/E
i
-1
(
1
加した時点から屯流がほぼ一定になるまでにぜする時間を
8
t
s、 その時の m
r
A
t
怖を I~ {以後、定常 f
底流という)とする。借入電 i
!
.
t[p、)i;常電流 Isは電解条件の彫
E作物の I
創繍 Aeが一定の場合には、民人 i
l
l
:
流
人:
1
1
Wt1p 、定常.
1
(
W
i1sが明大し、時間
1.作物の l
印刷
AeがJ
台加するにつれて地
t
sが長くなる。 このような電解電疏 Iの変化
を'ttt~平反応と対比させて匂えるために、電ìIíì.が急 t敏に減少する領域を過渡領 I袋、電 if.tが
色あいの状況
a
:灰色{金属 F
地面)
b
:淡い茶色
c
:
i
!
lい茶色
d
:宵色
e
:紛色
f
;灰 色
4
g
;溶出面
2
b討
出 MWHR似
g
︹︿︺師同
民くなる。
H
:V が・固定の 場合には、
6
[p、定常電 f
A
t1s
はギ γ ップt
E正 V
.
"の
.
t
t
ib
l
lとともに I
曽太し、1Ir流が一定になるまでに要する時間 lsが
また、 ギャップ 1
t
1
s 6
ム t
l[
s
J
3たω
71L~lf7tr 統合表すパラメータとして、 電波の最大(l(
j伝
留をけ長けて変化する。
ー
2
ふおよ
I
l
If'
・定となる綴岐を点下宮町l
ほとして区別する(凶 3-6診照)。
M 淑前出型の NaNO，
/
)
.
.
:(
i
H
伎をJlH、た場合について、 A
.
:I
お領域において測定 8れたギ守ツ
ブ
'
1
t
t
l
FV
"と定常'ltti
A
t/sの削除会凶 3-7に示す。ギャップ 1[庄
V，
が 約2
0
[
V
]までは、
11Wの増加に対する定常t
7
1W
.
i1sの増加割合は小さいが、 2
0
[
V
]会越えると定 常世 f
"
t1s
の j 目 hn ~!~ 合は人きくなり、 25[V] I
I
I
J後から定常 i
l
Wt/sは急激に I
曽大し 、 3
0
[V]
以
，
Lでは
:
f-)主の割合で 増大した 。通 i
tt
.
，の電解反応は、ギャップ電圧 V の値によって民な
ほl
ー
3
4-
。
20
30
ギャップ電圧
v，
[
V
]
1
0
40
凶 3-7 T
iを電解した場合のギャップ電圧と定常電ぬの関係
(
J
I
S
2種純T
i
.A
e 28.8[c固2
]
. 1%
a
Q
.Na
N
O
.
. J.
=3r
園田
]
)
3
5-
，
，
り、 20[Vllスドでは 111:解に伴う~泡の発生等は生じなかった 。 ギャップ 111: JE V が 2
0
[
V
]
そこでギャップ従 l
正V と材料除去事 w の関係を調べると凶 3-9のようになり、間
E解ギャ ッブから噴出する1ti:解波に濁りが見られた。 濁りは1lti
A
i
i
f
(iが急
以 iに必ると 、 T
極t
容出は 2
5
[
V
]以 kの屯 H:
で生じた ω 図 3-7、図 3-9から陽極熔出は'1
t解司Wi1の地
織に I
白人する約 2
5
[
V)
のギャ ッブ電圧
V，
を越えてから:昔、に著しくなり、 l
l
r解反応が活
'~ê に仕 って いる よと カf 分か っ た 。 この結果から、lA段
1%の N
a
N
O/
K
i
谷d
kでTiを屯解する
.
l
a
加に伴って j首大することが分かった。 このように 酷素酸塩 型の電解泌を附いた場合、
解反応はギャ
1プ
1tt圧
，
V が分解1tt圧 Voを越えると急に活発になるのが特徴で、 A
u、
似合 0)分A
V
7
t
t
J
E¥
l
o
l
l、i
羽 ー ?において定常電 f
kJs が .む激に地 1Jf1する *~J25[V) である
A
gなどの 貸金属 を除いたほとんどの金属について、
こと が分か った。
O.で画変化 されて l
t
s
.
t
i
l分後か J
Lしるので、￨司 惜の現象が攻れる。
7tt解泌が掛る I
l
;
t凶の っ として、陰極、陽極において、電解反応によ ってガスが発生
する よ とが匂えられる 。陰極では式
による o 泌が ~I :
(2-4) の反応による 1
1
2が 、 問 他 で は ^ (2-8)
l
:、 三れらの jjスは屯解被中に気泡として浪人する。 また濁りの似凶とし
J
Sする陥 ttl(
i
]:
1
¥によって電解生成物が生じることも与えられる。 tl1解液の部b
t
:
ては、後 X
か 0(/) 場介、会t 泡や 11í解 ~l tOC物が介復すると電解 2
伎の抵抗
ギャ
I } から
I
J
H
!
¥~れるので、
として分けられる。 ìl 度 1 % の NaNO 冶水溶液で Ti を陽極とする場合、"，~I!動態化域は凶 3 -
，
7から分かるようにギャップ屯 1
1
:V が 2
5
[
V
)以下の領岐に、過不 l
動態化械は 2
5
[
V
)
Jメl
の領!漢にある。
Rcが I
白人少るために電解電
1
0
0
これらの介作物は作成しでも電解
1(l解液の抵抗 Re を苦しく増加さぜることはない(洗速
か 0 の j必 fr の 1tt 解'ltt~定 I は fAt.i金が O でない場合に比べて約 20% 減少する)。
通<ttl
I
I0) r:作物の浪曲はT
iの渓地を示す銀灰色を呈しているが、JlfJ，If後には色が変わ
った。色は、凶 3ー?に示すようにギ T ップ電圧 V
Iによって変わり、約 1
5
[
V
]までは
糸色を基調とした色になり、
15~25[V] の範囲では青を基謝とした色になり、ギャップ電
I
EV，
がぬくなるほど色が a
くなった。なお、色は電圧を印加した時間
ギャ
I
.
111
i
1
I:V，
が
ギャップ7lIJf
式 (2-8) により陥徐ー
で'
1
:じた
lで述べたように、おおむね分解従 1
1
:Voを境
動態化城、過イミ働態化成は 2-2
ミ
イl
[E-Eh513 崎山叩誕哀骨骨
i
l
.
t1
1よ
かk
少する 。 しかしある~'i1 I~ 液の流れがあると、
I
l
L
80 トー
60
40
20
。
t には依存せず、
定の場合には時間 tの大小にかかわらずいl
じ色の t
mが
mられた。
“
v
，
を2
5
[
V
]
Ul
:
にすると、通電後の工作物の表面には凶 3-8に示すよ
世
10
0
J
‘
.
.
1
0
'
20
ギャップ電圧
30
4
0
，
V [
V
]
うに、 M~il 的ド俗 1 1I 1J{ が形成 され、溶山痕はギャップ電圧 V， が増加するにつれてて作
物のた I
O
lに
，1
，める割合が
mした。
川
.
ー
コ
ふ
心
.
l
:
:
1
7
;
V
1
1
1
JプiI心ふ
主
.
1
1
1
図 3-9 T
iを電解した場合のギャップ電庄と材料除去率の関係
(
J
I
S
2
極純T
.
iAe
=
2
8
.8
[
c
m2]，1%
a
Q
.N
a
N
0
3，J =
3
[
m
m
J
. t=
3
0
[
5
]
)
，
同ネミ:定叶
哀.
'
2
0
[
μ圃
]
~200[μ 圃]
(
b
)倍準5
0
0倍でみた場合
(
a
)倍指5
0倍でみた湯合
図 3-8 陥極溶出により溶出痕が形成された工作物の炎面
3
6
次に活性化型の喧解液を則いた湯合の電解反応について考察する。活性化担の屯島幸泌
とは、イオン化によって他の元ぷを 敵化する性質の強い元素からなる電解質水浴泳、例
えl
i
N
a
C
1水溶液をいう。
したギャップ電圧
度
1
・
度 1%の N
a
C
I水溶液を電解液として用いた場合について刷定
v
，
と
1
E
'
I
i
¥
'
1
t流
1sの関係を図 310に示す。比較のために前述。')lA
1%の N
a
N
O
a水浴放を用いた場合のデータを図中に併記している。
m
工作物として T
iを
いると、活性化型の電解誕生.でも 倣素酸出型の場合と向係に、定下位電 流 11
1は特定のギャ
yプ電圧
VIの値から急に I
曽太し、分解電圧 Voは約 1
5[
V
)になった 。電解反応は分解7lt
-3
7
/
1
:Vo~ 慢として変わり、ギャップ屯/1:
¥
'
gが 分 解 1
t
U
FVoよ り 低 い 領 域 で は 、 通 電 後 の
C(~i 物茨 rflï は淡い茶色に変色した。分解電圧 V 。より向い 11I 1どでは、通電中激しく気泡
が1
'.
じ、 通 電 後 の 1(~:物のん '(11 は脱色の梨地而になった。これは陽極浴出が生じたこと
うなことはなかった。また.1.作物を折り 1
1
1
1けても、費全践のようにひび川れするようなこ
ともなかったので、イミ{動'!!i化膜は金属の京地にきわめて強く惜 i
"iしていることが分か吋
た
。
このような l
i
1
:伐を・t
l
ーする不 l
幼態化脱が災 '
(
1
1に生成されると、 (
<
1
(
1
1U)I
浅川的 1
'
1.
1
交が変{じ
t小している。
この私架から、不働1
感化が '
1
:じにくいといわれる lc
5t
'
l化 担 の 電 解 i
伎でも、 T
iは C
lに口
す る こ と が 多 い の で 、 マ イ ク ロ ピ ッ カ ー ス'
6
!
1H
r
:I
で友函の硬さを 1
1
1
1
1
)
己した。測定された
i
u
J1
江川のギ
，
さ れ に く い た め に 不 働 肱 化 す る こ と が 分 か っ た 12。
γ ッブ'i
t
t
l
E\'，と ・災自のピ ヲカース ~，~ dIIr の削除を I~J
，
プ1
l
r
l
EV が o[
V
Jの場合のピッカース硬さ
8
後となフている。ギャ
11'は、金属 T
iの 硬 さ に 相 当 す る 1
1
1
'=1
8
0前
，
V か j白人して袋面の色か虐くなると、ピッカース硬さ
凶日 ー 12 は、
向河
AU
UR
e
a
a
内
MR
gA
4AUSEESM円
n
'
v
免u
nq
uA
llI
山m u l - - EEEEZS
市川
印刷
下
UH-
IIv は ~.'J 大し、色の t良さと表面の切:与の r:.:WI よ何らかの関速があることが分かった。
'ilr:僻で淡い jf~ 色にとE った . L(~ 物のた而を光 ïlt f' 分 光分 ~Il 長 li/l により rtllJ:.ë
した結民で、 Ti と 0 のスペクト jレ 0) 分内j~. んしている。制定の hWIJ 、
らパ J
レク闘にかけての情報を似るために、
JU﹃
掘
削 W経
況金色色
状(茶茶
の色いい色色色
い以淡淑白州灰
あ 配 か 仁 trい上
F円M
︹︿い
同
.
.
.
yプ 電 圧
:
l-1"こボ r
"ギヤヴ
I(~:物の表面か
r作物のJ(r
歯i
に
'
¥
，
・"
)
1スを，!Of
t
l
'l
Fで i
(
!織 さ せ て
MH
iI}た'¥1'イオン合照射することによって微少除去するプロセス(以係、
イオンビーム照射
j
l
t('0)スペクトル分析を i
l・ぅプ nセ λを交 Ijに締り返して行った。
という)と、光'
2
[
)
{
J~i
r
をボ 4
ーはにおいてイオンヒーム J'(~ 4
1Jゐl
i
i
jc
J
)スペクトルは、()0)1
:
作物の 1
1
イ
5
3
0
[
e
V
]のりのピークが強くりl
れているか、 1
・
i
υ
)スペ ク ト ル に U
I
探 た )/..:.ピークは認めら
。
れない。また l~ 中には示していないか、イオンビーム!照射する l
l
i
lの ス ペ ク ト ル に は Cの
1
0
2
0
ギャップ電圧
30
4
0
，
V [
V
)
図 3-10 T
iを従解した場合のギ f ツブ電 J
[と定常1[流の関係の比較
S
2崎純 T
i
.A
e=28.8[cm2]. 1%al).NaNO.
‘1%aQ.NaC1
. Jg=3[
m
m
]
)
(
JI
スぺクトルに強いピークが検出された。この結~の、ら、イオンビーム n(~ 射する前の工作
物の決耐は、千Jl幾化合物からなる的余 Mで関われていることか分かる。
イオンビーム H
噴射を 5[血in]hった後のスペクトルは、
T
iの 化 合 物 の {J(fを示す 4
5
8
照射する前のもの
[
e
V
]のピークが顕衿に現れているが、 00)λぺ ク ト ル は イ オ ン ビ ー ム l
とほとんど変わらない。さらに 1
5
[
m
i
n
]イオンピーム照射を行うと、 T
iの ス ペ ク ト ル に 金
3 3 2不{動態化膿の測定
属T
iのイi{Lを示す 4
5
4[
e
V
]
.4
6
0[
e
V
]の ・ つ の 則 皆 な ピ ー ク が 現 れ る よ う に な り 、 逆 に Oの
(
l)t結成元素の測定
3
1[
e
V
]にピークがシフ卜するとともにその強度か小さくとEっている。この
スペクトルは 5
電解で工作物の表耐に色がつくのは不働態化膜が生成されたことによると考えられる
ような Oの ス ペ ク ト ル 強 度 の 減 少 、 こ れ と は 逆 の T
iの ス ペ ク ト ル 強 度 の 地 大 は 、 イ オ ン
ので、 ~L じた不働態化政と金同京地との t若者性、化学的な性質を調べた。通電終 f 後の
ビームJ!I:
¥Mによって表面庖か除去されて、 T
iの本地が路IJ¥するにつれてより顕著になっ
c
作物は袈面の汚れを除去するために、水洗いの後、アセトンで脱脂を行なっている。
この(~業では洗 浄効果会向めるために工作物の友閣を脱脂綿で僚っているが、友而に生
た
。
'より、7{f解で色がついた工作物の &
1
仰は三 J
Oから情成されていることが分かった。
以 l
成された股が金以の京地との術i
"
il
1か 弱 い 場 合 に は 、 こ の 作 業 に よ っ て 膜 が 部 分 的 に 忌IJ
すなわち、t!)1K1 は汚染層で、第 2~ は 5 分t:ll イオンビ ーム 附射金行 った 後のスペクト
雌することがある。しかし本実験の湯合は電島判長の1.作物は、次浄作業で色が i
答ちるよ
ルに見られる周で、この層のスペクトルは汚染層、バルク庖のものとは買なっているの
38
- 39
で
、 T
iと 0の 化 合 物 か ら な る 不 i
動態化膜に相当する部分であると忠われる。第 3周 は 1
5
[min] イオンビームJ!~ ~-tを行った後のスペクトルに見られる届で Ti のバルク腿である 。
500
(
2
)膜 j
手の測定
電解で色がついた工作物の表面をイオンビーム照射しながら、 T
i、 0、 Cのオージェ
電 子 ス ペ ク ト ル を 測 定 し た 結 果 を 図 3-1
3に示す。同図 (
a
)は 淡 い 茶 色 の 間 、 同 図 (
b
)は
温い茶色の面について測定した結果である。グラフの険軸は A
rイオンの照射時間 T
B
ミ 400
JqL
ハ
unu
﹁
ハu n u
初臨同ムfu
[
m
i
n
]、照射探さ d
s[
n
m
]を表す。ただし T
iの不 l
動態化膜が A
rイオンの照射を受けた湯合
に、単位時間当たりどの程度除去されるかが不明なので、照射深さ d
u[
n
m
]は同一条件
でS
i
0
2にArイオンを照射した場合の参考値を示した。
100
。
図 3ー 1
3においてイオンビーム照射を開始した直後には、 Cの強度が減少し、 T
iと O
の強度は逆に増加した。これは前述の光電子分光分析法による元素の測定結果からも明
5
10
1
5
ギャップ電圧
20
25
らかなように、工作物の表面に汚染庖が形成されていることによるもので、その厚〈きは
Vg[
V
]
きとは関係なく、約 2
0
[
n
m
)であることが分かった。 0の 強 度 は 表 面 か ら 約 2
0
簡の色の濃 E
図3
-11 ギャップ電圧と表面の硬志の関係
(
J1
S
2極 純T
i，庄子荷重 1
0[
gf]にて測定)
2
0
[
n
m
]で、 i
良いぷ
[
n
m
]で最大になるが、それ以後は減少し、淡い茶色の薗の場合には約 1
色の面の場合には約 2
0
0
[
n
m
]で検出限界になった。これとは逆に T
iの強度は約 2
0
[
n
m
]から
地加する傾向がより強まり、 0の強度が検 I
U限 界 に な る 深 さ で ほ ぼ一定 値になり、イオ
。
T
i
iのバルク層に達していることが分かる。
ンビーム照射が T
この分析結果から、電解で色がついた工作物の表面には汚染層とバルク庖の問に、 T
i
~45[min]…鮒後
と Oの化合物からなる不働態化膜が生成されていることは明らかである。不 i
動態化膜の
2
0
[
n
m
]、 濃 い 茶 色 の 而 で は 約 2
0
0
膜 厚 hwは色によって変わり、淡い茶色の而では約 1
制緩l株会 骨川
[
n
m
]と色の濃いものほど厚 い不働態化膜が生成される 。
そこで色の濃さと不働態化膜の膜厚の関係を、薄膜による光の干渉と屈折に基づいて
J
1
5
[
m
i
n
]付比二ム照射後
考察することとした。図 3-14は不働態化膜が生成された工作物の表面に、光が入射す
る場合の光の干渉機機を様式的に表したものである 。 この際工作物の表面に生成される
後
射
-AH
-A
n匁
ふ岨，
-
ノ
，
4
LE
ふaq
照lll前
HJ'A
ピ照
ゐ 司
4
nHH
ia
L
J
!
i
)4
54
，a ・
、・
1J
山
m ，
rEL
FD
472
汚染倍は膜厚が薄く、光学的性質には影響を及ぼさないとして無視している。不!動態化
5
3
1 530
[
e
V
J
光電子エネルギー
膜に光が入射すると、表而、不 i
動態化膜と金属の素地との境界面では光の反射、干渉が
.[μm)、光の屈折角をグ
生じる。不働態化膜の膜厚を h.
11
[
d
e
g
)、 不 i
動態化膜の屈折率
をn
"、光の波長を )0[
μ 冊]とすると、単脳膜の光の反射、屈折の法則により
m ・)0
nw. hw• cosf
1n = 一一一一
(3- 2)
4
図 3-12 電解加工された J
I
S
2極純T
i表面のT
iと0のスペクトルの変化
3
¥ ここに mは正の整数である。単色光の場合には、不働態化膜表商
の関係が成立する 2
40
-4
1-
の反射光と内部からの屈折光が干渉して、表面に干渉縞を生じる。干渉縞は m が奇数
3200
3200
，
、
r、
，
、
，
、、
，
，、
，
、、
' 、、
白色光の場合には光の被長
∞
2
4
0
0~'
2
4
議
を16∞
∞
H
‘0
∞
享h
.
.と屈折率
に膜 J
、
、
、
、
、
、、
、
、C
4
8
A
rイオンの照射時間
。
60
o
8
A
rイオンの照射時間
、、、
・
・
、
司
ー+
・
.
.
.
.n
.
.が大きくなるほど色が
n
.
.の積に比例して周期的に変化し、 h
1
2
m
in
]
T8[
60
1
2
0
照射深さ
d8 [
n
m
J
電解で生成された不{動態化膜の屈折半 n
.
.がギャップ電圧 Vgによって変化しないと
動態化膜の膜厚 1
1
.
.が大きくなるにつれて色が漉くなるのはこのような
仮定すると、不 i
現象によると思われる。
1
8
0
(
b
) 漣い茶色の面の場合
q
M
qu
1
2
0
1
8
0
d8[
n
m
)
(
a
) 淡い茶色の面の場合
~13
4
。
色の感じ
濃くなる 25)。
qd
照射深さ
\一一一一一一~.一一~・ーーー【・
1
2
T8[
m
i
n
]
C
.I
.A
表色系とは人間の視感度の基準を定めたもので、
方は三色係数によって定量的に表される。 それによると薄膜の色は表 3- 1に示すよう
¥
、、0
仮泊
8
三色係数を導いた 24)0
ず
~&1
t
i
oが連続的に変化するので複雑である。久保田は務膜に
太陽光が入射する場合の表面の色を色彩論の立場から考え、 C
.1
.A表色系に従う薄膜の
、
、
、
、
、
、
、
~1
6
t
S
l
マ
+
のとき明るくなり、偶数のときは暗くなる。
電解ギャップの等価回路
(1
)電解 i
伎の抵抗と不(動態化膜の抵抗
-13 1
t
r解加仁された.11
$
2極純 T
i表面の深志方向の元素分析
電気化学では、電極の表面で生じる現象を解析するために、'l[解ギャップの等自!日向路
を仮定して、 回路定数を解析することにより、現象を間接的に調べることが多い。 この
表 3-1 薄膜の膜j
享と屈折率の積と表面の色の閑話
hw.n
.
.
表面の色
[μm]
不{動燃化銀
工作物
図3 1
4 薄膜による光の干渉機織
0
.1
0
.
1
1
0
O
.1
2
0
0
.
1
2
6
0
.
1
2
8
0
.
1
3
0
0
.
1
3
4
0
.
1
3
8
0
.
1
5
0
O
.1
8
0
O
.2
6
0
O
.3
2
0
O
.
3
4
0
方法に従ってまず電解ギャップの等師団路とその回路定数について考察する。
一般に電解ギャップの等価回路は、 電
解液のインピーダンス
灰赤
黄赤
黄みの薄赤
紫みの務赤
赤紫
赤みの紫
紫
青みの紫
紫みの背
育
灰
緑みの賞
黄赤
Re
Ze[QJ、電極の
分極インピーダンス Zp[Q)の直列回路
として顕われる“
ーダンス
27)。 電解液のインピ
Zeは電解液の波度が比較的高
い場合には、ほぼ電解液の抵抗 Re[0)
のみで構成される。また陽極に不 i
動態化
図 3-15 電解ギャ ップの等 価回路
膜が生成される場合、電極の分極インピ
ーダンス Zpは不 !動態化膜の抵抗 Rp[Q]と不働態化膜の静電容量
C
P[rJの並列回路と
して扱えるので、 電解ギャップの等価回路は図 3-1
5のように表すことができる 。
図 3-15の等価回路において、 回路の定数を一定と仮定すると、等価回路に電圧
V
K
s
]後の電解電疏 1[
A
]は、過渡
[
V
]のステップ状のギャップ電圧を印加した場合の t[
4
2-
-4
3-
1
1
1
(3 3)
LW
田内
•
、‘，，
nMF
，
.
)栴
!" ・
(掴
h R
Re=ρe ・一一一
Ae
(3
5)
MF
Re.
(Re+R
p
)
一一の
p
{
x
e
ー
Rt
一
1=一一一
{
V
.
.
.Rρ
V.
R一R
十一
.
明
，.
一
i
l
i
:i
A
tの解析から
/
;
tIは、ギヤヴプ'IlrJ
1
:V
.
.を印加した l
直後に
で現在 れる 2'" 。 式 (3-3) から電解電 f
員大になり、その後時間 tの経過につれて減少し、
一定の 他になることが分かる。ギ
l
r
JドV
.
.をf
l
l
h
nした直後に洗れる最大 4
ii
A
i1ρの他は、式 (a
ヤソブ i
3) において時
ここで抵抗準 ρeの舶は交流 1
1
U
fを印加する }j式の導電率測定器によって測定した。イ
0
.
.
.
.
.
1
.
0
0
0x
オン交換点のように泌中の電解質がきわめて少ない場合、抵抗準 ρeは 5
1
04[0.c曲]と高い値になり、後述するように不働態化膜が生成する際のギャァア批抗
Rgを解析する際に、屯解放の抵抗 Reを無彼できなくなる。しかし漉 l
!
t1%の NaNOJ7
}
-
間 ti
'()とおくと
V
&
'
/p ー
(3 4)
l
l
e
ど必り、忠人 i
t
t
i
危 Jpはギャップ電圧 Vgと電解液のほ t
AReのみによって決まる。
凶:3 l
Gはステップ状のギャップ電圧 Vgを叩 h
l
lした場合にぬれる舟人'l[洗 Ipの測
定払*をiJ¥す。凶中の瓜線は、電解液の J
丘抗 R
eのJ
佐定値とギャップ 1
t
r正 V，
.の値を式
(
:
3 4) に代入して求めた計算値である。なお電解放の
m
.抗 Reは、
f
面倒 A
e
[
c
m2]の
￨地検、陰紙問に、抵抗率 ρe[0・
c
m
]で長さ J
.
.[
c阻]の抵抗体があるものと仮定して次の
俗波と N
aC1
J
)
<溶 i
伎の
m抗本 ρeはいずれも約 300[0・cm]と小さいので、
は不 i
動態化映の抵抗
Rpで近似できる。図:3-16においてギャップ ll
II
EV，
.と股人 i
l
If
.
t
t
ρ
I の測定料:には川いた t
t
l解液の純矧に関係なく、計算他とよく
~"\.ップ lß. IA
R.
放している。
この結果を等 1
1
f
tI口I~~ と対比して与えると、ギャップ電圧 Vs を印加したu'L 1をにおいて
.
1
・作物のp.凶lに不 l
動態化映は作成されてなく、電解ギャップには 1
11:解放の l
!
U
A
l
l
cのみ
しか (
f(
Lしないことカf分かる ω
1
1、定 ・
;
I
j
11
1
W
t1sを;j(めるために、式 (
3-3) において時間
場合を与えて t=∞とすると、定常電放
tが無限に経過した
T
s[
A
]は
式(:3- 5) により求めた
J
s=
30
1
'
"
(3-G)
Re+R
p
となる。式 (3-G) から、定常電波
25
伎の抵抗 R
e、イミ{動態化股の t
l
Hi
iR
pの和
電解 j
，
，
=
も
“
.
」
E
ミ
」
乙
20
J/
h‘
・
唱
i
録 15
E
4
く
9
E
海
10
レ
/
.
/
t
ど 4ドJ計算値(1.20)
w
。
5
5
1
0
1
5
ギャップ電圧
図
J
sが淡れている t
k
J
患ではギャップ1
f
tt
i
tl
l
l
lは
20
v
&
'[
V
]
n
a-16
25
ステップ状のギャ yプ 電 圧 が 加した場合の
ギャ yプ電圧と最大電波の関係
(
JI
S
2種純T
i
.A
e
=
2
8
.8[c皿勺. 1XaQNaNOa. 1..=3[mm])
(・ 1X
a
QN
a
N
O，.01%
a
l
l
.N
a
C
I)
4
4-
T
l
&
' :R
p+I
lc
(a- 7)
となり、不働 l
i
l
i化映の抗抗 I
Iρが定常電波
ギャップ瓜抗
l
l
gか
I
sに影響を与えることが分かる。
定の場合には、定常電涜
l
直線的に I
自大する。しかし日
I
sはギャップ'lttJ
JV
sの増加に対して
-3-1で考察したように、不働肱化域と過小{動態化域で
は、ギャップ i
!
U
[V.
，の J
t
i加に対する定常電流
I
sのI
首加の割合か'p.な って い-6。
m圧の変化分LlV，
[
V
]と定常電流の変化分Ll 1sの関係を小働脂
化域、過不 l
動
!
島f
t岐について示したもので、直線の傾斜の逆数からギャ")Jm
.
t
AI
l
.
.会
図 3ー 1
7はギヤ
Jプ
r
求めることができる。凶 3-17から 過 "
F働態化販のギャップ抵抗 U
.
.
Iよ約1.5 '
1
1とな
り、電解放の抵抗 Re の他1. 2[0] とほぼ等しい。しかし不働態化 I或のギャ y ア U~ 抗 U .
準化眼の抵抗
は、不働 1
Rpが阿路に機成されるために、低抗{凶か約 2500[(})と大喜くな
った。
-4
5-
30
8
L
lV~
ぺ
4 E︺
︹
ョ2
5
6
1[μ5)
パ 診骨持『
、、
L
﹁
ふ勺
hボ以}刷刊
堀 川 府 時韓 併
20
e婦制・特
15
4
2
10
MN
。
5
三ニ且
>
:
:
:
.
二
5
1
0
1
5
ギャップ電圧の変化分
20
2
5
凶3 1
8 パルス'lt圧を印加した場合の電解電流の過渡的変化
(
.
I
I
S
2極純T.
iAe"-3x1
04
[
c
m2]. 1%
a
Q
.N
a
N
0
3，Ig
=
3
[
m
m
]
. Vg
ー1
0[
V
]
)
L
IV
g[
V]
思 わ れ る 急 激 な 減 少 が 生 じ た 。 也 解 屯 流 Iは そ の 後 も 減 少 す る が 、 そ れ は 叫 定 数 が 敏 1
0
l淘:~ -1
7 ギャ y プ~庄の変化分と定常 1tr ÌÁtの変化分の関係
( JIS2Hh~Ti ， A
e=28.8
[
c田辺J. 1%
a
Q
.N
a
N
0
3， Ig
=3
[
皿m
)
)
[
圃5
]
程度のM
.や か な 減 少 で 、 先 に 求 め た 時 定 数 τ(=0.03-"0.3[μ5])とは大さく
この減少は不 l効 1~ 化股の静電 B h
lCpの銭3
'8によるものとは1jえ倣く、{金辿の
(
2
)1 ~ 働佐化股の .Wttí 等監
a
4で 述 べ る よ う に 不 働 1
$化 眼 の 化 成 に と も な っ て ギ ャ ッ プ 抵 抗 Rgが t
{i大する過程で I
!:
-1 ~ 働 1$.( 七肢の M1宣告1il Cρ[F )I止、fc.i1 路の時定数 r に彫留をおよぽし、 その 1
(
れが大き
'
いほど'i
tl
J
i
t(
1
(
1
が
W
<なる .
必 に な る ま で に 要 す る 時 間 が 長 く な る 。 凶 3ー 1
5の等価["，1
路の時定数
じたと思われる。
このことから不働態化股の的1[~容低 Cρ は、過護電統の減少にはあまり銭~ ÞS を及ぼし
t*I~ な
ていないことが分かる。なお'"1
1容 量 の測定結果から般察すると、 不 働!色化 肢 は '
i
r
r 5Jは
c
・
P'R
c'!
lp
平 t& 蓄電~・を構成しており、その膜厚 h" を図 3 -13から数 1
0
0
[
n
m
)と す る と 比 誘 也 事
d
円
，，‘、
f
U
I
I t!
lp
8)
となる 。 不 l動1晶化般の n~ l
t
t谷町 Cpの 悩 を 調 べ る た め に 、 通 電 後 の I(~.物のM.由に AI の
i
i
，
股 をR
'
ヤ;
A"
Y
Jし
、 k耐の帥 1
l
r容量を L
C
Rメータで測定したところ、 J
(I
I
'
n制約 0.3X103
2
[
c
m )に つ い て 敏 1
0-数 1
0
0
[
pF)となった。そこで電解液抵抗を Ue.
.
.37[H2
]
、 不{
動態
f
t
A
I
.
:
!
のl
l
U
立を }lp=50[kQ)として式
(3- 8) を 問 い て 時 定 数 r を 計 算 す る と 、 時 定
は 2以下の小さい他になる。 こ の よ う に 比 誘電 率 の 値 が か な り 小 さいことから 行えて、
不1
動態化脱は J
ド品質の般化 T
iにとtっているものと思わ れる 。
3-3-4 不 働 態 化 膿 の 生 成 機 情 に つ い て の 考喫
(1)不働態化脱が作成される過程でのギャップ抵抗のモデル
t~ は r =0
.O:~ """ O . 3
(
μ けとなる。
i
旋内側が 1
0
[
V
，
l ilr'産係敏が0. 5、継続時間 0.5[圃5] 、休 JI~時間0. 5 ・
[s
)の パ ル ス 列 を 印
加した以(t(
/
)i
'
tM'11流
l~ 測定した結果を図 3 -18に示す。 1
1
t
解
'
l
l
r
f
A
iハよ立 1
:
り時の最
大伯の II~ 点から時間約 1 [
μ はにかけて、不働態化膜の紗11!容JitCPの允'tt
rに よ る も の と
-4
6-
不 働 態 化 股 が ど の よ う に し て 生 成 さ れ る の か につ い て は 従 来 か ら さ ま ざ ま な 脱 が 拠 唱
さ れ て い る が 、 ふ た そ の 俄 備 は 明 ら か で は な い 10
28 30，
。
しかし 3-3
2で 不 働 態 化
膜の化学的な組成を分析した結果では、不働態化膜には工作物の金属元来自体が含まれ
Iの Oで酸化状態になり、
ているので、 不 働 態 化 映 は 陽 極 浴 出 し た 金 属 イ オ ン が 発 生 W
-4
7-
E
f~ :. 1句。)
災I
!
釦に付着して JU
V
l
.す
l
，
[0]は、不働!広化脱が生成された領械の抵抗 R，
.
.[{))と'主成されて
ギャップ抵抗 1
，
るのではないかと与えられる .
いない飢械の抵抗 H e[0]の並列 (
n
1路として
、、.，
n
u
ノ f フデーの i
l
:
.H
l
J
により、 1
民
ニ
，
t~l に投入された電気 ht Ci "
で淡すことができる。ここに不{動態化股が生成されていない領凶の !
l
t抗 R eは、不働
比例するので、不働肱化脱が
態化践の脱 l
'
ih"が電解ギャ
生成主れることによるギャッ
プ 批 抗 Rgの培大も
(
R c・Rg
.
，" fl，
c IRg
.
R
l
，
1
:
作物の付事￨除ム <
t
hvI
よ
l
Lぺて無視できるほど小さいので、
)g
R
g
e=ρe.
i
l
t気且 q
y プ/，に
(3 1
0
)
冗
(
千r
J
w )
に比例すると.J;えられる。そ
こで役人された屯気比 q と
ギャップ抵抗
となる。また不 (動態化膜が生成 されたÎ>rt!~抵の抵抗 Rgw は、ィ' 1動態化映 の抵抗 Rp と電解
R，
の附係を解
t
伎の
析することとした 。
-
)
l
g
化d5れた金属イオンはよ í~ 物の友商に一段に付着するとは与えにくい。 Armstrong らは趨
小心として不働態化股が 2次元的に成長すると与えたれ 2.
π・ρ 怜
・ hw・
ている。 T
iの場合は小働他イL
映ができた後は脇佳
DJ
(
a 12)
十 {ρe・/g- ρ
...h，
，
)
'J[・
wが続くことを前焼にし
r
n1Iは 生じないので 、 この与えノ7をそ
のまま通則することはでさない。
そこで随 3-1
9に示すような不働態化膜の抵抗をJ51>也にいれ、かつ陽極 f
f
ltl¥は小働態
，
化眼が生成されていない部分でのみ生じるという、ギャップ低抗 R のモデルを与える。
凶 3-1
9において i
(
f
i
!J) (
C
I
I
)の 工 作 物 と 陰 樋 が 電 解 ギ ャ ッ プ /，[
c
m
]を隔てて対向
ゅ
し
、 l
品l
磁の聞には托WI
.事 ρe[0・c
m
]の電解液が允満 tきれているとする。また不 i
動1
由化
ρω[0・cm)とし、阪 j
事1
1
.
.はー定で、膜はや心 Oから‘ド
1
'
f
>)j(
n
J
に投入された 1
t
t気Jilq に比例して肱がるものと仮定する。また中心 Oから股の
次にギャ ッ プ抵抗 R ， と投入された電気位 q の関係は、 )ih~ð れた不働態化践の I面相
が投入 llr~ 監 q
[
C
)に比例して増加するので、
<
:
3 1
3
)
π.rw2=/
(
.q
となる。ここに
k[cm2/
C
]は、!iif
立電気 位あ たりに生成される小働態化眼の I
面積を点す
比 例 定 数 で あ る 。 式 (3-1
3
) を式 (3 -12) に代入すると、投入1Ir気温 q とギャッ
プ抵抗 !
l
， の 関 係 を 表 す 次 の 式 (3
Rg=
)
4
)かl
i
jられる。
ρ
"
' 'h"・ρe'/g
π・ρw・h
.
.・ 2ど
+ (ρ e•
/g - ρW
(3-)4)
•
h，
，
) 'k'q
4
工作物の炎而が不働態化膜で完 全に r
iわれる犠合には 、
r
.
.[
c
m
]とする。
-48 -
1
・‘五
4
となる。
F
結婚i
t
夜間は金属イオンか-1'働態化膜を通過するためにそじる
という仮定をおいているので、イq
動態化膜ができた後も陥催浴
ρw・
1
1
.
.・
ρe'/
，
，
R =
則合金の不働態化について、 _
1.作物の表面上に不{動般化股が生成される絵ができ、怯を
外紙端までの距離は
i
・
で近似することができる。式 (3 -1
0
) と式(:3-11) を 式 (:
1- 0) にf
l..入すると
.II， fy 界、転位、 [UII'~ があり、 1tt 7
'
;
1節 度 J の分布は必J ではないので、発生 j
切の Oで 倣
映 の 股1
与を h
.
.[
c
m
)、 !
l
U
A継を
，z
、
‘
3 1
9 ギャップ抵抗のモデル
If
J
t=物の表面は材料の結
ただしこの考え }
jでは、
w一r
一
一π
w
図
ρ
H
世I
加を 種 う過程について考え
hH
.
，
に大きいので、
まず不働態化脱が工作物の
る
。
10
/
(U.
，の
lUタJ
I回路になるか、ィ、 l
動態化般の抵抗 Rpは1
江解泌のlJI.
:
U
I
.H
.eよりはるか
-4
9-
rw=/)w/2
(315)
が投入されると、ギャッブ抵抗
R，
は約 5
5
[
kQ)で一定になった。凶 3-20において、
，
ギャップ 1
1
U
え R は屯 l
正の継続時間
であるから、 六 (3-1
5
) を 式 (:
3-1
2
) に代入すると
ってギャップ抵抗
h"
，=ρ...一一一一
一
一
一
D，}
R
(3-1
6
)
て作物の印刷 Aeを変えて電
う
d
.
.
&
lqとギャ
か1Qられる。式 (
3・1
6
) を武 (
:
3- 1
4
) と符 (
d
f
iとおき、投入電気量 qについて解くと
Ul-17) か mられる。
二二
k
8
yプ
J
抵抗 R
，
の関
1に示す。
係を調べた結果を図 3 2
(3
ょこに Ae[
c田宮]は工作物の面積で
1
7
)
ギャ
，
は減少するが、
yプ 1
1
H
J
i
.R
，
60
抵抗値 R がー定になるのに要
i
足
する投入電気 駄を表す飽和電気量
ト
qcは治人している。 3
治、不働 1虫化 D~ で完全 lご躍われるのに
50
躍
亀
戸
円
d
17) は i作物の次巾
める。式 (3-
Ae
=
O
.0
3
1[
c
m2)
α
工作物の商摘 Aeが増加すると
Ae
6
園
田
、
F
)ニ崎町
q
R，
がI
哲1
mしたものと考えられる 。
角半世統 Iの変化を測定し、投入電
x・ 4
次の式
T
ω
"には j
挺￨絢係であるので、 イミ働!必化膜の 1
'f
成によ
ヤ
主
2
，
1(1)の考察により、飽和電気量
要する投入電気量をたし、以後この
qcは工作物の而積 Aeに比例す
T
臣
会tほを飽利 T眠
気
f
i
l
:qcということ
︹
α
}
{
にする。
ると考えられる。両者の附係をプ
4
0
ロ "J 卜すると凶 3-22
のようにな
︺句句
える国チ
括
判
開
・ hhLr社
(2)ギャップ J
抵抗均に彫響をら
り
、 両者はJ.
L
例関係にあることが
30
量産かめられた。以上より、不働悠
広がり
次 π的な j
J
大にギヤ
した場合にぬれる従解 t
t
W
t1を測定
qx1
0
'[μC).
図 3-21 工作物の l
旬績を変えたときの
投入電気量とギャ γ/
抵抗の関係
(
JI
S
2
樋 純T
i
，1
~aCJ N
a
N
O
"，
/，ニ 3
[
m
m
)
.V 1
0
[
V
]
)
nで仁作物の表 f歯Iを溜っていくモデルが11:しいことか般かめられた。
，
，
プ電圧 V かギャップ抵抗 R にうえる影 奇
跡
に ついて考務する。ギャ
。は I
曾加する。ギャ
。
y プ屯圧
V，
をパラメ ータとして、投入 電気量
，
q とギヤ
R の関係を謝べると、凶 323に小すような結果が得られた。ギャ
1
4[
V
]までは、 ギャ
20
1
0
投入電気位
ヵ、 llt~ されていないためにギャップ
l
1
U
J
i
.R， は Q~ 小となる。，~ャップ 11~
1
2
1
0
yプ
，
ップ抵抗 I
l
， の関係をプロットした
に(~:物の表面1 に不働態 1U~
投入電気量
8
6
1
江1
1
:V か J
的加すると屯解電流 Iか j自大し、 単位時間あたりに電後に投入される従気位
して得られたl(，{入電気品 q とギャ
合には、
1
4
，
=
化脱は電気Jilq に比例して、 2
0はパルス状の泡圧を叩.bl
凶 3-2
ものである。投入電気.Qq=Oの場
2
30
q[μC]
yプ従庄
1
プ1
甘え
V
1/
'
l
t
iH
: Iが約
v，
のJ
(
1h
uにつれてギャップ J
耐え R
，
の飽和的が大にとEり
、
また飽和電気Ju.qcが人になる。 1
4[円以上のギャ
，
y
，
r
江気
プft!1
トV を印 )
)
1
1 ると、 飽利 t
1じる
1
1qcは I刊すが、 ギャップ抵抗 R の飽和悩は似少した。 なぜこのような現 象か '
倒3
t
i
l/i，は l
役人 f
臣
室
i
.
1
i
l
:q の 1
色
.
blととも
2
0 投入電気量とギャ y プ抵抗の関係
(
JI
S
2
極 純T
i，Ae=3x1
0 [
c圃2
)
.
1%
a
q
.N
a
N
O
a，1，ニ 3(冊目). V，
=10[VJ)
・
・
かは、現段階では不明である。
(0、
[
'o
N
=
I
O
[
m
s
]
. T
C
I
N
=
5[
ms
]
.
。TI
I
N
=1
[
m
s
]
. 7
、
I
I
N
=
O
.5
[
m
s
]
)
曽大するが、約 20[μC]の電気品
にi
・
-5
0・
-5
1
3-4 結 論
1
d
ぺ
￨
ロミ︺ U O 咽 紙 MW
ロ骨組
1
&一
めに、ギ T ップ電圧 V8を印加した初期の電解電波 Iの変化を測定し、 不 働 態 化 肢 の 1
1
:
グ
一
一
成 に と も な う ギ ャ ッ プ 抵 抗 R8の変化する係予を検討した。その結果、以 .
ドのことがゆi
ι
5
1
0
。
4
〆一
らかになった。
一 /
c
Y一
.
1
0
1
1
0
'
工作物が砥粒で燦~されない場合における、不働態化膜の生成機備を明らかに寸・るた
一
(1)電解電流 Iはギャップ1tr正 V8を印加した直後に最大となり、その後過渡的に減
一
/
，
動態化膜の生成にともなってギャップ抵抗 l
l
少して一定他になるが、 これは不 i
m
.
iの友 I
街に生成される不働態化脱はかなりk.さな 1
1
I
1
.
<
¥
が明大するためでめる。 T
ど
!
1
0
1L
.
.
.
:
，
d1
d1
d
"
1
0
1
0
-1
O 1
0
工 作物の面獄
，
4
1
0
Aex1
02[cm2]
凶 3-22 工作物の面積と飽和電気量の関係
(
J1
5
2崎純Ti
. 1t
a
q
.N
a
N
O
;
)
. J8=3(醐 J
.V8=1
0[
V
]
)
抗をもつが、 1
下電容 i
誌はきわめて小さい。
(2) 不 1動態化、過不 1勤勉化は分解 電 圧 Vo を境に分けられ、分解電圧 Vo より(~( ~、 11t
n
:領 域 は 不 l
動l
i
l
i化 減 、 分 解 電 圧 V。より高い領域は過不働態化 l
或となる。ィ、働 1
出
化域では陽t+に不{動肱化肢が生成されるために、ギャップ抵抗 Rgが増大して'I¥I
悪化成では、工作物の表而に j
心部的な r
f
W
I
I
良が
解 電 波 Iが流れ倣くなる。』品不働 1
形 成され、ギャ ップ低 t
i
tR8は'lIi:島幸液の抵抗
Reとほぼ等し くなる。
(
3
)T
iのイ、働!塩化阪は、 T
iと Oの化合物からなり、その膜厚 h"は印 h
nしたギ守ソプ
100
電I
EV8が 尚 く な る ほ ど 地 す。 不働態化した工作物の表面に色がつくの は 、 不 働
ハロぷ]句句
態 化 膜 に よ って光の 子捗が生じるためである。
80
1
1
、かり
(
4
) 不働態化股は、 I作物の>>.面 iの綴となる部分を中心にして、 2次元的に 1
掘削将Kいれ
6
0
ながら成長する。
i作物のM.面が不働態化膜で完全に 種 われるど 1
1
t
.
M'
1
1
!
f
A
l1は ー
定になる。
ザ
Lfu
(
5
) 不l
動態化阪は投入電気1ilG に比例して生成され、表面が不 1
動1
島化映で 摺 われる
の に 要 す る 飽 和 電 気 凪 qcは I 作物の面積 Aeに正比例する。
20
。
1
0
20
投入電気量
30
40
q[μC]
{
，
)
<
J
:
3 -2
3 ギャップ電圧 V8を変えた湯合に投入電気量がギヤ .;1プ抵抗に与える彫留
(
J
I
S
2砧純T
i，Ae=3X1
O4
[
c
圃2
1
.
lzaq.NaNOa.ls=3I
m}
)
-52
5
3
第4
章電
解 J¥]複合加工機構の解析(その 1
)
一 電解と砥粒僚過によ る復合除去作用の解析 ー
そこで本章では、まず回転円盤型の似合工具電極によって工作物に形成される砥粒の
僚過軌跡を解析し、次に単一の砥粒からなる慌合工具電極を用いて電解パフ組合加工を
行ない電解電疏 Iを測定する。次に、工作物上に電解電流 Iを測定するための微小な燦
過領践を設け、この領践がパフ研躍材 で燦過されながら電解作用を受ける湯合の1[解電
4-1 緒 論
波
1
;
を測定し、電解と 砥粒 1
祭過の被合による除去作用について検討することとした。
み:1
誌においては、 1
f
i解パフ似合 J
J
I
I工において前設で解明した不{動態化膜の生成の後に
続いてやじる現象、すなわち 3ページで述べた加 E機構の中の②の砥粒の僚過による不
l
動態化膜の除去と、@の砥粒 1
察過後の新生閣の浴山の機構について検討する。
本主主の 4
結成は次のようになっている。 4-2節ではパフ研磨材を回転門銀型組合 E具
察過にともなう工作物の温度ヒ舛について解析
に取り 付け た場合の砥粒 の僚過 軌跡と、 1
多数の砥粒が付着しているパフ研賂材で工作物の表面を僚過すると、砥粒と工作物の
を行う。 4- 3節では工作物がほ粒で燦過 された場合の電解 電流 Iを測定するための実
察過条痕の
相対運動から定まる軌跡からなる多数の燦過条痕が生成される 。 生 成される i
験装置と方法について述べ、 4-4節ではこれらの実験結果に基づいて電解と砥粒 僚過
悩と深さは、パフ研磨材に加えた荷重 F 、固着された砥粒の大きさなどによって変わ
の阻合による除去作用について 考察する。 4-5節は以七をまとめた結論である。
μm
]
.
.
.
.
.
.
.
.数 10[μm]と非常に小さいので、
るが、砥粒の粒径は数 [
l{闘の砥粒の擦過で除去
される Eはわずかである。電解作用により不働態化膜が生成された E作物の表面をパフ
4-2 砥粒の煉過軌跡と 工作物の温度上 昇の解析
事の 3-3-2で明らかにしたように純
研磨材で燦過した場合について考えると、第 31
T
iの場合を例にとると、その不 1
動態化膜の膜 j
￥h..はたかだか 1[μm)以ドであるので、
僚過によ って不{動態化膜だけでなく金属の素地の 一部も除去さ れる可能性がある 。
ぷi
也が露出した工作物に電解電流 Iがf!iEれると、第 3i
震の 3-3-4で明らかにし
たような版併で新たな不働態化膜が生成される。不 1
動態化膜の生成過程で工作物の表面
が多数の砥粒によって断続的に燦過される場合には、不働態化膜が卜分生成されない中
写び砥粒の燦過作用を受けることもある。この場合には工作物表面は加工中常に索地
にl
がf
il
L
lしていることになる。
4-2- 1 砥粒の掃過軌跡、
回転円 盤型の 彼合工具電 極 に装着されたパフ研磨材 の lつの砥粒の運動は図 4- 1に
示すように、
H
i
合工具 電極の回転運動による速度ベクトル VR[mm/
s
]と X軸方向への送
mm/
s
]の 2つの速度ベクトルで与えられる。
り運 動 による速度ベクト jレVf[
視合工具 電径の回転 数 Naと、送り速度 Vfが一定の場合、
回転運動の速度ベクトル
VRは、回転中心 Oを中心としベクトルの大きさが一定でベクトルの向きが時間 t の経
過とともに 常 に変 化する。また送り運動による速度ベクトル Vfは大きさ、向きとも-m
.
前述のように、このような機械的な除去作用と電解作用を彼合させた場合の工作物の
J<面が、どのような状態になっているのかを調べた研究は今までほとんど行われていな
A可
Y=R'
si
n(
ω・t)
i
，
.
、
x=R'cos(ω・t)+V，
.t
EE﹄1 a
(I
)不 i
動態化膜が!ji一砥粒の娘過で除去される而相は非常に小さいので、素地が宵出
s
]後に
ある砥粒 Gは t[
EEa
E
態化股の生成と除去の過程を明らかにすることとした。その際以下の点に注意した。
m
m]
の位置(以後、出合工具電極中心からの半径という)に
回転中心 Oから半径 R [
，
，
、
‘
，
‘
， ，
、・
い。そこで、単 一砥粒の僚過によって生じる電解反応の変化を調べることにより、不 1
動
t
こ一定である。
した部分に流れる電解電疏 Iはきわめて小さい。このような微弱電流の測定が必
の位置にある。ただし、 砥粒 Gは t=0のとき、 X =R. Y=Oの位 践にあるものとす
袋である 。
る。ここに
(
2
) 砥粒による僚過作用と電解による不働態化膜の生成作用は時間的に変化するので、
ω
(
r
t
e
g
/
s]
は複合 工具 電極 の回転角速度で、回転数が Nt; [
r
p
m
]の場合には
ω=360・Ne/60
(4-2)
となる。
動的なロ 1
.
1
1
リが必要である 。
-5
4‘
-5
5-
(
1
.
1転1'
1
鍛烈組合工以 f
E極
パヌ研
J
n
u
云;t
X
X
V
R
Vr
図 4-2 砥粒の運動軌跡
事I
bと交草する点 Q.、 Q~，、、での条痕傾斜角 θ (.." 1) は式 (4 - 4) tA
軌跡が X ・
(4- 3) に代入して
(
)
.
44-! 回転円盤型惚合工具電磁の砥殺の述位ベクトル
θω =l
a
nI
H
l(
;1
:J
U
t
tt~i が 11n l 転する間に砥粒 G が勉く軌跡すなわち出過条自主は、式( ，1 - 1)
で・
与えられ、 よれを i
苅示すると図 .
1- 2のようになる 。 軌跡の路線が X軸となす角度を
糸1
1
証的制 f
l
lθI
i[
d
c
g
jと定架すると、これは
=Ii
l
l
l '(
Vr-ωR.
s
i
n(n-1(十(ー1) n θ 。)
x・軸 1
:
の工作物は時間
tの粍過に伴い、まず式 (4- 6) において n=Oで裂され
(
(
θc
.
:O
]
nO
) をもっ傑過条僚が形成され、次に n=lで 去される傾斜 f
i
l
T
([θω]n ，)をもっ煉過条痕が形成される。そこでこの 2つの擦過条痕か X'軸 lの
ωuc
o
s(U)-t)
一一
一
(4- ~n
Vr-ω Rs
i
n(
ω -t)
点 Q.において交遊する場合の、 2つの l
察過条彼の交差角 Aθ[deg]を
A θ =11
8
0
・
どしてんぷれる 。 X'
T
I
Itに平行で Y軸上の点 P (0，l
Ic) を辿過する X・'
1
'
1
1か軌跡となす
f
1
JL
Qは
([θω]. 0一[
θc
o
]
.
.，
) 1
として定みする(凶 4
(4 7)
3~JI(;n 。砥粒 G の 僚過条減の交 差角 Aθ は 則 合 r J~ 7
1!似の
中心からの下径 R に応じて凶 4-4に示すように変化する。
l
l
c J
l・
si
n (ω -t)
ω-1ニ
(4 -6)
_ _
となる。
る傾斜角
θ'
‘=IJW' (dY
/dX)
ωl
l・
c
o
s(n1(十(ー1)ぺ θ。)
(
闘の砥粒 Gによって姉かれた軌跡について、軌跡の間隔 L
1X と L
1Yを凶 4 ・
いま 1f
(n・.
1
"+ (
ー 1)ぺ θ。
)
1
1'
-1，
(
1
1-1
1)
2， :
1
・ ・
5のように定義する 。 X軸 }
j向の軌跡の間隔 L
1Xは、回転円盤型組合仁.u.1
1!砲の I
日
[l
転当たりの工作物の送り f[皿圃 /
r
e
v
Jとして
d
c
g
]は初期位相角で
となる 。ここ で θ。[
(
4 8)
L
1X=60・ f
付。 =s
i
l
l'(lIc
/ fl)
(
1
1-5)
ただし
で茨される 。
f:
Vr
NH
ー
5
6
司
-5
7-
Y
.
.
lθ /
、
久
〆[θ 0].-1
"
Y
じ
一一
一
/ で[
θω).・
0
X
ニ
;
.
.
X
図 4-3 i
家過条m:が交差する絹合の交革角の定義
1Xと.1Yの定義
図 4-5 軌跡の間隔 .
U隔 .
1X はどこでも一定になる。
となる。 したがって X軸方向の軌跡の H
Y軸 }
j向の軌跡の間隔 .
1Yを求めるには、 まず図 4-5において前線 X=Xnを与え
1
8
0
1
¥-1) において
て
、 この瓜綿と軌跡の交点 Pの Y座療を求める。交点 Pは前述の式 (
[凶告}①勺
1Yはとなりあう交点
X=Xnを満足する点として与えられる。 Y軸方向の軌跡の間隔 .
1
5
0
Pの間隔として与えられる。
狂
川mwm
ここでは、 Xn>R の関係を満たす 11'( 綿 X=Xn 上の交点 P~ 数値け 1J により求め、
1
2
0
Y帥 )
j向の軌跡の l
間隔.1Yを計算した結果を図 4-6に示す。 t
.
;
.お.HJ?:条件は迎合工.t1c
90
1ti:極中心から半径 R=35[mm] の他世に蝿 かれた砥粒が、組合L)~ i
t
tぬの￨尚転により副転
数 Nu"
"
"
6
2
0
[r
p
m
]で回転し、工作物の送り辿度 Vfは5
1
0
[回目/圃 i
n
]とした。
60
c
i
r
)凶より Y軸
}j 向の軌跡の間隔.1 Y は Y 軸方向の位阻によって変わり、被会 ] : ~m 桜中心から離れ
30
。
る (yが大きくなる)ほど小さくなることが分かる。 したがって回転門盤型の復合工
具電磁の中心から離れた位置ほど点而粗さはよくなる。
1
0
20
出合 1
・
.A.電極小心からの 、
f
1
主
凶4
30 35
I
I[
m
m
)
l
l
¥合.LU
.
I
立説中心からの午後が'ftなる砥粒によって
形成占れる僚過条復の交差向
-5
8・
-5
9・
1
0
1
0
0
8
1
0
Y
回転円盤型迎合工具'ltIt
金
X
6
k{
[回目︺弘司可
品目︺
F
勺
ゐ
0
.
1
.
dY等間隔目盛り
2
家過領員長 Aと回転円 盤型惚合仁具
凶 4-7 工作物トの微小な 1
0
.
0
1
。
1
0
5
20
1
5
を求める。すなわち、
y
(
m
m
]
Y軸方向の軌跡の間隔 L
lYの w
o
例
(N
，
，=
6
2
0
[
r
p
m
]
.V
r
=
5
1
0
(
園
田/
m
in
]
.I=35[
曲
目
]
)
円L
L
悶 4-s
この螺旋の長さは保過領域 Aを通過するパフ研磨材の長さ Lr
y[
m
m
]を裂すの でこれ
4-2 2 作用砥粒数
o
fllhl
出合工具電極中心からの距緩
0
.
0
0
1
3
5
30
25
mt
長の(江町関係
(a ・0三
tb ・()-lト c) +
(2・8 ・9十 b) 2
Z+b'&+c)
4 (a ・&
d
(
)
(4-1
0
)
=
(
ぷ
げ
f
V♂F ア
a
C(~i 物 1 : にある微小な燦過領域 A を回転円盤型の迎合 : r: 具電位が通過すると、 I~ 過領
j戎 A は多故の 6'~*~ で|京過されるのでその作用砥粒教を解析する (
凶4
b =.
7参照)。
いま l
銀過制JY(Aが出A-'
[Jl電極の中心から距離 y の{立昨(以後、組合工具屯極中心
c-Re2
。
=
からの ~E 雌という)にあるとすると、 l察過領 h~A は半径 RB の [n] 転円盤型の 出合 工貝. 電
I
仙の小心に対する、nモが災えE る多数の砥粒で l祭過 Eされる。その 'f~壬 1・ [mm] を槌合工J-'"
'1tt .ftiの r~l 1tcdJJ
l
'
(
)[rad]の閑散として友すと、
ρ2=2
π
L
V
f
p
2
V
f2ー
」F 7 d
π
l
C.Nd
'Nu
2
ト RB
となる。 パ{‘1-n) を脱出限系で表すと、?集会工具 i
t
H
坂上では凶 4
(4
9)
8に示すような螺
(
)
の i:
U
，小心.
1.では彼合工具電極の回転向。の j治人とともに半径 rが一
3ζ の V~，' 合で小さくなる 。
川f
rは
'
j
じでなく、
.
y
'
I
=00)場合には、
凶転角 (J の I世大に対する ':I~a
rの減少の
t
J()が増加するにつれて減少の制合が小さくなる。
凶転 f
6
0
て?
Ns .
.
(
R
;
Vr
となる。
倒]
1
家過領 i
或Aの X軸 )
j向の暢を s[園田]とすると、 ここを通過する作用低料数 M.y[
.1W:状 0) 軌跡が jI} られる 。 軌跡は i家過領峻 A の惚合工具電極中心からの~緩 y によって
災なり、 y
si
n I (y/ R8
)
i
ま
(4 -11)
M.
y= Lry.s，m.
姻/・・ 2
]は第 2章の 2-3-}で述べたパフ 6
J
fI
O;材の砥粒'也、
で与えられる。 ここに m.[
度である。
-6
1-
いま例として制 s=1[
m
m
)の l
荻過領岐 Aを通過する作用紙粒数 M.
yをf
f
j
意の位置 y
(
a
)y= 0の 治 合
について計算すると図 4 - 9か何られた。なお計算条件は、手径 R8=3
5
[
I
II1]の回転円
盤型の撹合工具電極が回転数 N“
=620[rpm]で回転するとし、工作物の送り速度 Vr
I
ま
5
1
0
[
m
m
/
m
i
n
)、パフ研磨 材 の長さ Lryはシンプソン法による数値微分に よって求めた。
作用砥粒数 M.ylよ懐合工Jt.i.lt極中心からの距離 y によって変わり、中心から外縁に
向けて作用砥粒数 M.yは増大して、 y=20[m
冊]付近で最人になり、ここから外縁にか
けては急激に減少する。このように作用砥粒政 M.yが工具電極中心が通過する位置に
おいて最大にならないのは、前述のように、 y=oの場合に比べて y*oの場合の βが
I
ts
自転向。のJ
M人に対する半佳 r の減少の割合が小さいためである。
(
h
)y I
O
[阻m
)
O
)i劫合
1
2
1
0
v
〆/
/
¥
旬、
帽
r
恩
、
』
，
。
8
o
ー
(
c
)y=2
0
(
.
.
)の場合
2
×
Z
、
泊
栢
お!
6
国
I
I
E
さ
と
ム
2
(
d
)y =3
0
[
mlD)の易合
。
1
0
2
0
組合工具電極中心からの距雌
図1]
闘.
1.
-8 .[I~' 物 1: 0) 微小な i娘過領岐を通過するパフ研磨村の
9
ι
o
y[
1
1
1
1
]
幅 s= I
[
m
m
]
O
)微小な i
察過飢域を通過する作用砥粒数の J
I
l
1
例
(Nu=620[rpm]. Vf=510[皿冊/目 i
n
，
] RB=35[
冊目]. m
.=l[倒/闘っ)
・
1\1合に ~11H張。 l' 心からの下径の軌跡の計算例
(NIi=I
O
O
rr
P
I
I
I
)
.¥
'f= l
:
O
O
f1
1
1
1i
n
]
.l
l
l
l
=3
5[
1
1
1
]
)
-6
2・
30
6
3
KI: 工作物の熱伝導率 [
c
a
l
/
m
'
s.
.C(K))
4 2 3 工作物の温度上昇
CI:工作物の比熱 [
c
a1
I
k
g.
.
C0<))
(1
)解析 }j仏
つ
σ;工作物の密度 [
k
g
/
m
]
(0
:0次の第 2種変形べッセル関数
パフIl)f倍付を}Ijいてに作物会
f
!材の出度
初出すると、パフ研 l
品度
が上汗する。 t
I作物の槌瓶、
L
J
?の程位.は
m
]の砥粒がくい込み批
なお熱源、の熱流東 qlは、図 4-11に示すように直径 da[
i
察過する速度、
X
[
m
]で工作物を僚過する場合、
7
、
s• Ad• Vt
伎の有無などによって変わ
冷却 7
{
U
を
熱伝導本の{氏い材料を冷却JI
O
.4
2
7
図 4-1
0 移動熱源による温度解析モデル』・ 6 ‘ 日 }
Jflいずに比較的高速で僚過した
(4-1
3
)
= 一一一一 ・Ts.Vt
0 1 = 一一一一 ・
iのような
り、ステンレス鋼や T
h
d
Ad
O
.4
2
7
Z
で近似できる。ここに Ts[
k
g
lぷ]は工作物の引張り強さである。 Ad[m ]は砥粒と工作
物の緩触而積で、直径 da、高さ l
】dの球冠の 1
/
2が工作物に緩触すると仮定すると
場合には、温度上井はかなり高くなる。￨察過にともなう温度上昇は、パフ研 j
喜材の砥粒
に与えた運動エネルギによって塑性変形が生じ、ぞれが熱エネルギに変わるために生じ
ニ昇の大きさについて考察する。
る。この下作物が瓜半世で￨祭過される際に生じる温度 l
出!立解析。〉モデルとしては、砥粒が A
1
2
0
"などの熱の不良導体であり、かつ一つの砥粒
の人きさに比べて
r
v
，;物の炎踊ははるかに大きいので、
J
a
e
g
e
rの移動熱源による温度解
約モデルを用いることとする・川。
Ad=冗
.
で表される。
[作物表而の温度 l
ま式 (4-
1
2
) において
砥f
J
2 Lで ¥
，r
ヘふた 1
z=oとおけば求
申
六，)ぺ'///，/////L
つ Ih
d
められる。 ~I 算結果を無次元化
いま凶 4 -1
0に示すように熱の伝導体の半紙限の工作物表面ヒを、勲、の絶縁体である
して表すと図 4-12のようにな
I
長さ 2b [
m
)のスライダーが単位 1与問単位而積あたり ot[
c
a
l
/
s'
m の熱統東を出しな
る。図 4 -12において表面温度
がら速皮 Vt[m/s]で移動する場合、 E作物内の温度 &t[
.
C(K)]は式 (4-1
2
) で与え
はスライダーと個体の媛触械内
2
]
られる。
図 4ー 1
1 砥粒の燦過による i作物の除去モデル
)で最も高くなり、極大{直 &
1
1
1[.C(K)] (以後、居高 I
品度
ー
(L壬 b/x~ 1
r
f十 L
(}t=
(4ー 1
4
)
da' hd/2
2.K
.q.1 I .
.
_
_ ._
" .Jj
- - I e"
・f{ο (z包+ u包)12 du
π.Jt-I• ¥
f1 I
とることが分かる。この極大値 &mは J
a
e
g
e
rによると次のようになる。
(4- 1
2
)
L>5の場合
。
m=1
.1
2
8・q1• b1K t• SQr
t(L)
ここで
t昇という)を
(4-1
5
)
L く 5の場合
.
¥
'
= Vt.XI2・K
&..=0.636・K.0 l'f
.
. 1K t.Vt
(4-16)
ただし fmは L の値によって変わり、図 4-13のように与えられる。
Z =III'Z/2・K
次に、熱源が通過する際の工作物内部の温度分布を考える。工作物
L =III'b/2・J(
tの任意の点にお
いて、熱源が通過する際の表面温度の時間的変化を図 4 -14のようにステ
K=KtlCt・0
-6
4-
-6
5-
y プ関数と仮
1
2
L=10
CCK)]は式 (4-1
7
) で表される 3川
。
定した場合、 工作物内部の温度 &z["
1
0
、
町
0 ・uhN
﹄
(t~ t1 のとき)
8
丘7
め =&.'
e
r
f
c
(
6
.HhH
(4- 1
7
)
ι
・し﹃・
(t> tI のとき)
Mh
2
グz :
;
:
:f
)
.' {
e
r
f
(
ι
z
2.
/
，
.
rt.
(t- t
l
)
)
_erf(-r三
一一)}
2・
J，
.
rt.t
ここに e
r
f
c
(g)はガウスの誤差 関数で
X/b
e
r
f
c(
と
)
:
;
:
:1-erf(g)
凶I
J-1
2 熱源の移動にともなう表面温度の変化 jωU"d r)
の関係がある。また tI[
S
]は熱の継続時間で
(4- 1
8
)
t1 :
;
:
:2・b/Vt
1
nunOFOE-M'L﹃ 司 J
、
、
•
で与えられる。
，
〆
L
/
/
(
2
) 解析結果
/'
/
式 (4-1
5
)と
レ
，
.
y
2
/
02
(
41
6
) を用いて、本研究で工作物として用いた材料(ステンレス
I
0
5
0および熊般ぷ制
U
S
3
0
4、機造 HH
従来鋼 S
4
5
C、純 T
i2種
、 工業用純アルミニウム A
鋼S
/
C
1
0
2
0
) について、パフ研信村で加工中の温度上昇を計算した。僚過速度 ¥
11は 0
.
.
.
.
.
.
5
2 345
0
.
5
L
凶 413
踊
[/
S
]、砥粒のくい込み 畳 hdは 3(μm)、砥粒の粒径 daは 10[μm]とした 。 g
l
'
l1にJllい
た各種材料の物理的性 質を友 4
係数印の値』・ e‘
.r)
lに示す。
1!Jられた了作物1< 1耐の品商品 I~ 上舛 d ・を僚過速度 Vt を変数として図 IJ -1
5に示す。
[(出)ハドピ、
1
察過速度
Vt
= 2[
m/
s
]の似合に令純材料の最高温度上昇 f
)
"は次のようになった。
組組阻w
m
ステンレス 鋼 S
U
S
3
0
4
&.
=2
9
3
.7[
O
C(1<))
情追加炭素鋼 S
4
5
C
C(
K
)
]
&
.
=
1
6
0
.
8
["
純Ti2樋
"
C(
K
)
]
&
.
=
2
6
0
.4
[
: [~長問純アルミニウム AI050
0=
2
7
.
5
["
C(
K
)
]
tJ
時間
t
図 41
4 表面温度の時間的変化
-6
6・
熱伝導率 Ktの大きい工業
。
.
=18. 'C(K)]
4
[
A
A酪，#嗣 C
I
0
2
0
。
・
m純アルミニウムと然厳索鋼CI020の忠高{品位 1
:
1"~ (
J・はそ
れそれ 2
7
.5
["
C(
K
)
]
.1
8
.4
[む (K)]と低く抑えられ、 情造用炭素鋼 S
4
5
Cは 1
6
0
.
8
C
C
(
K
)
]
.
rtの小さい純Ti2績とステンレス鋼
と中間になり、 これらの材料に比べて熱伝導率 ，
-6
7-
S
U
S
3
0
4は 2
6
0W C(K)
J
.2
9
3
.7["C(K)
Jとかなり高い。
i祭過にともなって工作物内部て寸 : じる治 l!r上昇 • f
Jzを 、 式 ('
1ー 1
7
) を1
甘いて熱伝導
お Ktの 小 さ い 純 T
i2槌 と 熱 伝 導 泌 Ktの大きい無酸素銅 C
1
0
2
0について計算した。 j
京過
U4-1 各種金属材料の物理附噸
ステンレス鋼 構造用炭素鋼
t
l
町i
工業m
部 2姐
SUS304 S45C
.400-.
14
2
7.
14
6
6
1
.5
1
0.
1650-1
.7
0
4
融点
[
"
C
] 1
3
'
倍
度
[
g
/
c
m)
7
.
9
7
.
8
5
45
4
3
1
0
.85x1
Q
3
[
kg/
m
m
勺 2
0
X
I
03
1
9
.6x1
0
ヤング本
.
0
31
0
.
1
4
0
0
4
1
熱{
広線部 [
c
a
l
/
c
m
'
s
''
'
C
J 0
6
8
.6x1
0d
6
.5x1
0。 1
2
0
-1
O
O
.
C
) 1
.
16X10
実
J
前例副糸数 [
o
1
2
0
.
1
1
0
.
1
3
比熱
1
8
0
1
7
9
2
3
5
1
7
0
ピソカース硬さ
2
[
kg/
m
m)
3
5
6
3
ヲ1
長り強 d
4
0-6
0
6
0
5
7
.
5
7
.
6
4
7
.
7
1
4
.
0
比強J!t(~ 1
5
.
長り強さ /i
t
位)
速度 Vtは 2[
m
/
s
J、 砥 粒 の く い 込 み 血
工業用純A
1
得られた
無酸栄鋼
AI050 CI020
8 1
.
0
6
5
.
.
.
.
.
.
.
.
1
.
0
8
2
4
7
5斗 3
2
.
8
0
8
.9
7
.28x1
03
1
1
.9XI03
O
.2
9
O
.9
3
2
3
.6x1
0・6
1
6
.
8
x
1
0d
O
.2
3
2
0
7
2
.
5
r作 物 内 部 の 温 度 k持 {)Zを !
火 山からの深さ Zを変数として凶 .
1-1
6に示す。
表耐からの深さ
なわち
hdは 3[μm] 、砥粒の l\~n daは 10[μm]とした。
z
=5[μ 田]の{立町でのi
品位上昇 (
Jzは、低利の終端がj{fJ過する時点す
t=110)場合では、
純T
i2錨
グz=1
2
0[
'
C(K))
h民自主 ~$~~C1020
{
Jz
=1
6[
"
C(K)]
とかなりの韮がある。
0
.
1
0
5
5
1
2
0
3
0
2
.2
3
.4
∞
20
400
nu
nu
、
J
弓
、
)HV ︺ N
︹ ( J V目
出
~ 1
5
旬
味
ご
三ソ
斗 1
0
凶
悩
~
賜
Q
i
s
E
ベ200
500
箔
~
ド
'
﹄
旬
、
~
<
<
: 100
400
曇
是
と
m泰
弘
、
﹂H
-昧斗制組回噌Q闇v
容
と
さ
叶
300
H
1
0
5
点面からの深さ
200
1
5
。
5
1
0
図 4-16 砥粒の協過にともとEう工作物内部の溢度上好
・
(2b=10[μ掴
]
. Vt=2[圃/
s
]
. tJ=5x10 [
s
)
)
C
1
0
2
0
1
2
3
4
砥粒の i
察過速度 Vt[
m
/
s
J
5
凶.
1-1
5 61~tすの|察i品速度と工作物実 rfil の M ぬ{品度上昇の関係
(2b=1
0
[
μ 田])
次に 使用 した各 極材料の化学的 r~ 性会比較する 。金 属の化 γ 的活性 とは、金 属かその
金属元来以外の元素との化合反応で新たな化合物を生成するしやすさをいう~ ~ ) 。金 属の
単体}Jj(-j
ιが 化 合 物 に 状 態 変 化 す る 際 に は 、 状 態 変 化 に と も な う エ ネ ル ギ ( 牛 成 自 由 エ ネ
ルギ L
IGU と い う ) が放 出 さ れ る。 化 学 的 活 性 が 高 い か 低 い は 、 化 合 物 を 生 成 す る 際 の
-6
8
1
5
μm
)
Ur
白からの際さ z[
(
h
)熊能楽制C
1
0
2
0を僚過した場合
z[μm)
(
a
)純 Ti2種を j
察過した場合
100
5
6
9
生成 1
'1山エネルギ.:lG" (/)大き 3 で許制できる ~~I
a
P
C
，Ti
.
，
¥
1
.C
uが O、 S、 N と反応し
!
11
:
J
i
l
i
.寸ゐ際、に '
1
:じる生成自由エネルギ.:lC<J [
k
c
a
1
)の{白を茨・1-2に示すゆ叫。
て化台物 {
ôH 判的斗 G" が 'H~ になっているのは化合物が生成する際にエネルギが h~U\ されるこ
パフ研治村の砥粒が{民剛 1
1
.
(
/
)小 袖 (
r
iで{引きされているのを僚出したもので、 J
i
!
.粒ダイヤ
1
1
1f-Jける))はりん古制級.が 5
単位変形する際の反 )
Jによ
モンドがt:作物を f
4
てiGている。
1
z電極を用いた加工実験では、 i
詳粒ダイヤモンドが
単粒ダイヤモンドからなる出合工 1
とを意味する.金属は斗 G
υ の負の (
l
f
fが大きくなるほど西宮化されやすく、化学的活性が
工作物を￨謀過する際のJf
l
l
・
(HU)と1tt舵電 l
A
t1の関係を調べる。押付け))は l
E電京子をJtJ
高く々る@山・1・ 2から T
iとA
1は O、 S、 Nのいずれとも反応しやすく化学的活性が高
いて i
U
U:
i
E-，J-る。凶<1-18はその 構造を示す。 2枚に重ねた f
E
電業 fB
a
T
i
O
.
.の，1.に T
iの小
cとじ u
lよ、ニれらの材料に比べて化学的活性が低いことが分かる。
いが、 F
1
;}レダ I)~ に側めている。 Ti の小片は員制加のホルダと 11C ~ I
'
t
)
片を畝せて全体を'jA制裂の :
H
!
T
iは必 l
史 UIと化学的活性の両方とも高い。したがって純TI2柏を瓜粒加 Eする場
介にはこれらの影響についても卜分与慮する必繋があることが分かる。
に導)jJjしているが、 j
品V
Mの T
I阪とは樹脂で絶縁されているので、 1
1
!M1lWt1
はT
iの小)i
にのみ疏れる。 1組合に Wl江ぬを 1 0 1 転させて単粒ダイヤモンドで Ti の小)\・ ~I京過占 l せ、 1 1;
i
t
t素子 saTiOl
'
の山))'1
t
t
I
Eと也前唯 f
l
i
f
.1を測定する。
災ペー・2 F
c，Ti
，
A1
，
C
u
が Q，S，Nと反応する際の生成白 I
I
1エネルギ .
:
1G(J
。との以応
「 化f
T物
F
e
A
I
C
u
2
F
.
0
T
I
O
.
2
1
3
AI
2U.
2Cu~O
f
A
kGo
c
a1
)
ー1
1
8
2
0
0
2
4
1
6
1
Sとの反応
Nとの反応
化合物
A
[
kGO
c
a1
]
6
5
2
F
.
S
ー1
2
0
T
i
S
2/3
A
I
.
S 1
3
0
5
5
2
C
ul!S
化合物
2
P
.
4
N
T
i
N
2/3
A
I
N
A
[
k
GO
c
a
l
)
5
ー1
4
5
1
3
0
働
I
Jいた h
l
lr
').!験では、凶 4 - ID に示すようなパフ研府~~を』安心した制作
パフ研出村を J
工具電極で、第 3f.iでJlJいた T
iワイヤを樹脂で埋込んだ工作物を)JI1する 。 }
J
I
Jr
11
0)可
解電流 IはディジタルメモリをJll
いて測定する。また加工能率を調べる実験では I作物
として幅 1
0
0
[
m
m
]、長さ 2
0
0
[
m
m
)、j
￥さ 1
[
m
m
]の形状を有する JI
S2姐の純 T
I板をJ1H、
る
。
J
.
:
[前後の工作物の重品差と加工時 I
H
Itから求め
材料除去本 w は制官天秤で測定した)JI
る
。
H
C
7ライス鍛主軸
4
3 実験議置と方法
;
i
で
外jい
実験 災附として笥¥3t
i
f
Cフラ fス舵に終的したもの
たN
をHH、る。似合 :
にJ
l屯他には凶
回転円盤型複合工具電極
i
I
!
ul
1
1
粒ダイヤモンド
1- 11 に1)~寸・よラな 中小t ダ f ヤ
，
樹脂
モンドを ， ~主将した出合 J: J.t. 1
1
t
極
-一一一一一斗
を1
1
1いる。
a
この 似合 :
1
: l
t
t俸は円盤状の
'
i
t
!tt!のド 1m に先端 .:I~王
(o1
[
I
I
m
]
の単位ダ fヤモンドをりん時銅
凶 4-17 単粒ダイヤモンドを
版では H している。この t~ 造は
mいた彼合:C.A従極の 構造
図 4-1
8 圧電恭 子を組み込んだ工作物の構造
-7
0
・
-1
1-
l
問
問
I !
ι電解液
一一一一L
一 一 一m
ι
一一一
1
:
ii
l
l
l
団側般型砲や叫
d
パフ研磨材
i
i
l
l
f
也￨
:;'ィシ・ 9J~メモリ
7
7
リ
川
反
l
[m
v
1\. ルÀb~')9
凶 4-1
9 パフ研倍付を装着した組合工具電極と電解電流の測定装世
庄電素チ (BaTi03)
I_____j
(
a
)
2
0[
m
s
]
(
b
)
4- 4 実験結果と考察
図 4-20 圧電素子のキャリプレーション
4- 4-1 単粒ダイヤモンドを用いた加工
(
1
) 正1
[ぷ fの較 I
E
(
2
) 単粒ダイヤモンドの僚過に伴う電解'11t流の変化
[
E
1
在京子を組み込んだ工作物は、縦向きのブ);を受けると圧電繁子の静電容量によって
単粒ダイヤモンドを装着した復合工具電極で、圧電素子を組み込んだ工作物の加に会
))の大きさに比例した電圧を発生する。図 4-20(a)に示すように 、圧電菜子を組み込ん
1
1I圧と電解電流 Iを図 4 -21に示す。後合 E共
行った場合に測定された圧電素子の出 ))
k
g
)の錘板を取り付けて全体を電磁加娠肢で振動させ、振動の娠幅と
だ L作物に豆島 I[
電極の回転数 N，=
， 140[rpm) 、ギャップ電圧 V8~ま 10[V] で、 ljí 粒ダイヤモンドは複合 工
f
E
1
[栄子のtl¥)J電圧をシンクロスコープで/1
m定し、圧電素子に加えられた力の大きさと
具電極の中心から半径 20[mm)の田転運動をすることによって工作物の友 I
耐を周期的に僚
I
I)J電正の関係を較正したところ図 4-20(b)のような結果が得られた。
過している。図 4-21において圧電素子の出力電圧は点 Pを始点とし て最初に負極性の
錘阪の振動は正屯素子の共娠周彼敢に比べてかなり低いので、圧電素子に加わる f
貫性
)
JとI
B)r:1
U
Eの閃係は線形(圧電定数が一定)であると見なせる:17)。錘版の重 i
誌を
[
k
g
)、振動の角速度を ωb[rad/s)、振幅を Sb[
m
m
)、重力の加速度を g
と
、
W
A
J
[m/s2)とする
f
貫性))F.
，[
k
gf
)
は
電圧が地加しているので、工作物には点 Pから縦向きの力が加わり始めたことが分かる 。
この))は圧電素子の出力電圧が正極性に転じる点 Q まで継続し、点 Pから点 Q に至る約
1
2
[
m
s
]の時間は単粒ダイヤモンドが直径 3.5[mm]の工作物を僚過するのに委する時間の
1
1
.9冊
[s
)とほぼ一致する。
Z
・Sb/g
F.=I
V
A
J・ωb
一 方、電解電流
(4- 1
9
)
Iは点 Pから点 Qにかけてほぼ l
直線的に増大したが、点 Q を過ぎた後
は急速に減少した。図 4- 22 は惚合 工 具電艇がが~ ~3 向転する間に側定された LEl在来f-の
となる :111)。図 4-20(b)の測定結果を式 (4-1
9
) に代入して 1
貫性力を求めると、
=2.5[kgf]となるので、用いた圧電菜子は 3. 1[kgf)の力が加わったとき
圧を発生することになる。
F
I
I
J
1[
m
V
)の電
出力電 f
Eと電解電流 Iの波形を示したもので、 2つの信号は複合工具電極の回転周 I
t
I
(0.43[s]) に同期して周期的に変化している 。
1定結果を基にして工作物の表面で生じている11i
電解電流 Iと圧電索子の出))電圧の淵)
帯
72
ー
7
3
解反応について埼京する。
l，i~立ダイヤモンドを用いた場合の加工モデルを図 .1
-2
3にJj，
す。工作物は点 O を中心とする凶徒 D
.
.[岡田]の円内が加工されるとし、砥粒 Gは tfjU.U
から令、 O に r~J けて r 作物の官耐を微小に切削しているとする。
砥粒 Gは一定の i
創立 vt
nuqu
F曹
tuan
a
。
e
rEL
、lJ
E E
，
・
‘
・
[
.
.
/
s
]で移 動し、砥粒 Gか必過した後には T作物の表面に幅 Sr[・圃]の 1
寝過!'kJ
氏が形成
される場合を~える。なお j京過条伎の深さはその幅に比べて無視できるほど桟いので、
娘過されることによ って 蹴 1
1
1した A
宅地の実炎面積は、条痕の幅と長さの舗として r
Ndれ
剛
aA
m
、lJ
・
PEBa-EE ・包
Paz-L
2anU
じであるとする。
る見かけとの曲 綴 とほとんどいl
砥粒 Gが燦過した後には不 1
動態化膜が除去されているものとすると、
J
i
1
・物のポ J
l
!
!
の
('j加する。始点 Uから時間 t[
s
Jが経過した叫の京地の
露出面積は時間の経過とともに J
路出面積 Ar
[mm J
は
2
、
一20[ms]
F
Ar=Sr'Vt.t
(
<
1 2
0
)
となる。砥粒の i
察過 によって屯気低抗の大きい不働態化膜が除去されると、京地か 1
'
1:
11
図<1-21 圧電素子の出力電圧と電解電疏
した部分のギャ
yプ抵抗
，
f
l か減少してその部分に 電解電流 Iが派れやすくなる 。
複合工具電極
f
E
i
在京
。
[
図<1 2
2 圧電栄子の出力電圧と 電解電流の時間変化
(
J1
5
2樋純Ti
. 1%
a
q
.N
a
N
0
3，Ne=1
4
0
[
r
p・
]
. V.=1
0
[
V
]
)
ー
7
4-
図1 2
3 t
j
i粒ダイヤモントを用いた場合の加 Tモデル
-7
5-
第:
3l
江の :
1ー は ー :
3で述べたように不 l
動態化膜のほ抗的は t
E解 t伎の抵抗値に比べては
1
'
，した場合の陽極、陰極問のギャップ抵抗 /
lgは京地の路
るかに人きいので、京地が阿 1
粒ダイヤモンド
川I
t
l
Ji
l
'
iA r、屯肝ギャ yプ /gの従解 t
伎の抵抗で決まる 。 t
E解 I
・
佼0)抵抗 2
容を ρe[
Q・mm]
働態化眼
とサると、 ギャ ・
i
f
J
t/
?
g[~}]は式 (4 -21) で表される。
ソブ H
Ar
み
に (.
1 2
1)を)¥ (4
2
0
) に代人すると不{動態化脱が砥粒の僚過作用で除去される過
f
Pでの}1l抗の変化を表す次の式 (4-2
2
) が M られる。
I
lg
-
yプ
Vg
'¥不{動態化脱が生成される場合
。
1/
(4- 2
2
)
Sr'Vt.t
ギャ
;不働態化脱が生成されない地合
i
p
"
'
U
ls
ρc .
一
工作物の素 地
L
(4-21
)
﹁鼠 MW
匙 MW姉、￡婦
w資回相噌緩叫すで恋
1g
[
?
g - ρc .
1
l
r
J
EVgか
I
"
I
lh
l
lされている場合に旅れる電解電流 Iは
ご
t
察過作用と電解電流の変化の説明図
図 4-2
4 砥粒の 1
Vg'Sr' ¥
lt
(4-2
3
)
Rg
ρe'1
g
1
d
でA
とされる。式 (4-23) より不倒 f~(t 眼か除去される過程では電解電流 I は H寺聞に比
。
例して増大することになる 。 なお 1
t
t角t
f
1
t
tV
庇 Iは
、 辺
[t
3において始点 Uから移動する
!- 2
6
10
11ft 粒が l祭 j品 ílM~~ の終点 P に達した H今に厳大になり、 その l
時の般大電統 [pは次のように
なる 。
5
(4-2
4
)
ρe'1g
r
p粒ダイヤモンドが丁作物を僚過する際の電解電流 Iの変化は図
2
<1に示すようになる 。 時 1
1¥した金属素地に新たに不働態化脱が生成されない場合に
は式(， 1-24) で反される ー定の電解電疏 ]pが疏れ、以後に砥粒の l
察過 作用を受けて
もな洗舶は変化しないと与えられる。図 4 -22
の電統波形が最大値に達した後急速に 減
制妖脚ロ時摺
以上をまとめると、
Uミ ] U O
=
︹
[p
Vs・Sr'f).
10
。
4
10
3
10
2
10
少するのは、砥粒の僚過作用によって不{動態化映が除去された後 、電解作用で新たな不
l動態化股か ~J:成されたことによると考えられる 。
不働 '
f
!
;
.
化
股
の'
lJ
或過程においては第 3t
誌の :
3-3-3で述べたように 、電解電流 Iは
j
せ入屯気1i:q の J
曽川1につれて減少するはずであるので、 この面からも単粒ダイヤモン
ドを mいて )
J
I
I r:.を行 っ た場合の ~Î-rr 解抵抗 I の似少が不働態化膜の生成によるものかどう
i約ダイヤモンドの 察
￨過 (
かを検討した 。 i
i
'
FJ
1
1によって形成された 僚過条痕の制 定値とし
7
6
値
l
d
2
1
0
-
1
1
0
-
0
1
0
1
1
0
工作物の商積
2
1
0
AeX1
02
[
c
m2
]
図 425 工作物の而桜と飽和電気量の関係
S
2種純Ti
. 1%aQ.N
a
N
O
a・1g
=
3
[
m
m
]
.¥
l
g
=
l
O
[
V
]
)
(
J1
-7
7-
'
r
t
て、~lO. 1
[
m
m
]、民主 :
t5
r馴]か i
!
}られたので、京地の f
iWI
師械 A よO
.:
l
5
[
m
m
;
!
]にとEる
。
t
.=
1-2
1の 1
i
W
i波形において、電波が E
左大になる時点からはほ Oに必るまでの投入
また凶 -
，
¥[.
屯気位。会 ;~めると約 100[μC] となった。
6
0
(4ι21)
N"・2・冗・l
l'
I
1
j
， 'S
となる。
この役人権"A.
J
i
tq が全て不 働態化膜の生成に費やされ ている場合、 1江~ld: q の f凶と
￨
娘
、
過
.
:
t
:
l
i
iによる京地の符/1¥
I
l
J
i
f
lArの値は電解反応実験で f
i
jられた
/ 回 転 円 盤 型 按合工以電極
c作物の由稿 Aeと
飽和電気h1qc(/)関係を !災す 1(IM~_l: 1こ絞るはずである。
凶'1-25 は凶 ~1 -2
2
0
)r:作物の而綴 Aeと飽和電気量 qcの関係を去すグラフ(直線)
I .~ t
l
i粒ダイヤモンドを'
Jllいた場合の電気畳 q と素地の露出面繍 Arの他をプロッ卜した
1半
ものであるが、 1
じ線
世ダ fヤモンドを用いた場合の備は電解反応;.I.!験のものとほぼ￨日l
ヒにある ω ごの こと からも屯解屯疏 Iの減少は不 1
動態化映の生成が似凶していることが
低かめられた 。
4 4 2パフ研麿材の 1
鍍過作用
(1
)工作物の送りがない場合の作用砥粒数
"フ研 I
f
JUを位指した回転円盤型の祖合工具電極を用いて、送りかない状態のて作物
(Vr
= 0の湯合)を僚過する場合の作用砥粒教について考える
26 に示す似合.:U~11t誕の同転小心から半径 R
的4 2
6 パフ研陸材による i
察過モデル
モデルとして図 4-
[
m
m
]の位 置にある T作物 lの俄過領峻を
(
2
) パフ研磨材 の i
家過にともなう 屯解電波の変化
CH1
t
t泌が向転する場合にこの領践を燦過する低粒の数 M. [個] (以後、
:¥1;1.定し、似合 :
送りがない場合の作
m砥粒散という)について考える。
不 1動態化が生じる 1tt 解条件卜にある 工作物全体が多 数 の砥粒による僚過 1/~ Jn を受ける
と、単粒ダイヤモンドによる保過作用を受ける場合と向棋に電解笥H1iLJのパルス州が情
l
家過柏崎の耐を s[
m
m
]とし、被合て兵電極が回転数 NIl [
r
p
m
]で回転すると、この 領
成されるはずである 。 'llI解で克也するパルス7"
J
Iの数が工作物を僚過する作JIl
6
1
i~v.散 と等
械を J~I立 II.~:
r
I
l1[
s
]内に隙過するパフ研磨材の長さ Lr[
m
m]は
ρhuv
n
u
Lr:
Nu・2'J(.{l
し い と す る と 、 式 (4 2
6
) により送りがない場合の作用砥粒数 M.は協過飢凶の 申
I
Js
.t
(4-2
5
)
に比例する 。こ のIþ@ s がパフ 6)f贈 ~4 の砥粒の間隔に Lt べではるかに人・ きい場合には、
￨察過領岐に流れる屯解 '
1
I
!v
庇 Iは悶 4-2
1 (a) に示すように
っ
となる。パフ研山村に加えられる何 .
l
lFを一定とし、その時の砥粒 i
創立を m.[
個/
m
m
生するパルス状の'rI!:解従流か 4似 されるので、
とすると、送りがない場合の作 1
OM
1粒数 M.[個]は式 (2-16) より
ρU
=
n
u
λ
[
.
}
l
J
Iしにくくなる。逆に事i
品S を瓜粒の
N"・
1・1 ・R
ー
ー
ー ・m..
S.t
lつ iつの砥粒の l
察過で発
l個の砥粒の i
察過で発 t
'するパルス告側
r
m隔程度に小さくすると、 1
祭必鍬 i
或I
=
-i
h
i
.れる従解
察過に対応して lつのパルスが発吐する
電流 Iは同国 (b) に示すように 1(閣の砥粒の i
(4- 2
6
)
そこで￨家必微械の幅 s ~"フ 6]f1fHi の砥粒の間隔程度に小さくして加 [(1 1 の 1l!解屯
となる。火 (
'1-2(j)より 6
1
H企の 平均 j
察過間隔 t
.[
s
)は
-1
8
涜 Iを測定することとした。凶 4ー 2
8は直往 O
.
2
[園田]の小さな E作物を 1
'
i解バフ御台加 I
-1
9-
珊
.
.
.
_
した場合に測定された電解電流/:を示す。これより幅の小さい工作物に洗れる電解電流
眠粒
Iは断続的に11¥現する多数のパルス状の電解屯流から成り立っていることが分かる。パ
ルス列が現れる間隔は一定ではなく時間に対して不規則に変わっているが、平均値は図
4-28
の 場 合 で ほ ぼ 2[
m
s
]で あ る 。 こ の 値 は 式 (4-2
7
) で 表 さ れ る 砥 粒 の 平 均l
察過間
。
隔 t"と対比すると、次の計算例に示すように砥粒の平均僚過間隔 t
l
lに近い値になっ
b
ている。すなわち、彼合工具電極の回転数 NIt=1
0
5
0
[
r
p
m
]、￨祭過領域の幅 s=0.2[mm]、
捜合工具電極中心からの半径 R=20[
m
m]
、砥粒密度 m，，=
I[個 I
m
m2] とすると、式
(4-
2
7
) より砥粒の平均僚 過 間 隔 t
.は
(
b
) 擦過領域の幅が砥粒の間隔とほぼ同じ場合
パフ研磨材の砥粒の間隔
6
0
1
0
5
0・
2・π・2
0・1・
O
.2
=2
.
3
[m
s
]
となる。
(
a
)1
祭過領桜の幅が砥粒の間隔に比べて
はるかに大きい場合
凶 4-2
7
t
"=
曽す
またパルス列の間隔は復合工具電極の回転数 Neによって変わり、同転数 NuがI
mは短くなる。パルス列が植合工具電極の回転数 Neに依存して生じている
ほど間隔 t
1
察過領域の幅とパルス状の電解電流の関係を表すモデル
4
[m
s
]の 間 隔 で
ことは図 4-28において、パルス列が阻合工具電極の回転周期である約 5
類似したパターンになっていることからも分かる。
このようにパフ研磨材を用いた場合でも、て作物の表聞では砥粒 1
察過による不働態化
の数が送りがない状態の工作物を娘過する作矧砥粒数 M"とほぼ等しいとみとtす こ と が
抑制測
lif--12
膜の除去と電解による不{動態化膜の生成が繰り返されるので、電解で発生するパルス列
できる。
一
1
1
式 (4-2
7
) によると送りがない場合の作朋砥粒数 M"は被合工具電極の回
転数 Nu、 砥 粒 密 度 m"に比例するはずである。
ミ︺同
パフIi
J
f
J
g材の砥粒語度 I
η ，は第 2i
詳の 2-3- 1で述べたようにパフ研倍付に加える
2明川1 nU
鋸脚絵 MW
荷重 F によって変わるので、まず何重を変えた場合(電解ギャップ Ig も変化する)の
︽川
v
nHV
送 り が な い 場 合 の 作 用 砥 粒 数 M"を調べた。その結果を図 4-2
9に示す。 I
j
i(立而 ，
f
'
)
'
l
あた
りの何重 PPが 減 少 す る と 砥 粒 t
密度 J
n
.が 低 く な る た め に 送 り が な い 場 合 の 作 用 砥 粒 数
M.は減少することが分かる。
る
-
また似合工具電極の回転数 Nuの影響については図 4-3
0に示すように、送りがない
場 合 の 作 用 砥 粒 数 M.は単位而梢当たりの荷重 PPが1.2
[
k
g
fI
c
m勺以上では I
凶転数 Nu
図 4-2
8 微小な i
察過領桜に流れる 電解電疏
S
2極純 T
i，1%
a
Q
.N
a
N
0
3，1g
=
3
[
m
m
]
.
(
JI
Vg
=I
O
[
V
)
.NIi=1
0
5
0
[
r
p
m
]
.#600
パフ研磨材)
-8
0-
の治大につれて地加した。しかし 1[kgf/cm 勺以下の荷車では 400~600 [
r
p
m
)の向転数で
送りがない場合の作用砥粒数 M"は段大になり、回転数 N
I
Iをそれ以上増大すると減少
ー
8
1-
{
恩γEV
Ad︿
5
した。小さい 向抵で加工を行 っ た場合に送りがない場合の作川臥 l~;~ M.が 減 少 す る の
ι
l
よ、泌合にJ1.， 1
巨桜の問転数八F“が J
目D
I
Iすることによって砥粒の l
療過述 1
(
[¥んが地して、
ね組閣殴
M
C
e
o
a
ニ
押
動圧によってパフ研踏材が浮き上かったためと思われる川'
。
3
4-4 3
電解パフ復合加工における電解電流
2
1tt解作用を受けている工作物をパフ研 I~ 材で I~ 過する場合としない湯合について、 111t
u y令 心 噌
定された 屯 解 電 流 Iを比較した ところ凶 <
1-31のようになった。ド)[週 (
a
)は パ フ 研磨 材 で
i
察過しない場合(電解加工) の
'
l
l
i
解
'
l
t
tf
l
l
t1を示しているが、
。
F成されるためにギャップ1IifFVg をF! J)JII した l直後に急地し、 u~Jt ;急.i:!fに 減少して電 fÆl
そ
2
3
屯解ギャップ
3
25
2
4
5
Ig [
m
m
)
1
.
5
1
0
.
5
単位 I
面積あたりの荷重 PP[
k
g
f/cm2]
6
の応大他と定 常舶の差がかなり人きい 。パフ 6
J
t磨材で僚過した似合(7II桝パフ複合 D
l
1j.
。
の場合) の電解 '
l
I
ti
食 Iは同図 (
b
)にi
rすようにギャップ電圧 Vgを
I
'
I
J
D
nした直後に若十
，
減少したが、厳人値と定常値の謹は'1
t解 D
l
Il
・の場合に比べるとずっと小さい。
20
2
0
1
5
出 MWKいわ Lf決
L法
出
州 WKい h'司
[
恩]b-x
・
ミ
5
[huh﹃ ヘ 戸
-J}H.
︹
図 4-2
9 パフ 6
)
f陪材に加えた単位面積あたりの街量、
1
1t解ギャ yプと送りがない助合の作用砥粒数の関係、
(
J1
5
2伯純T
i，1%
a
Q
.N
a
N
O
:
I，l/Jニ 3
[冊m
]
.
Vg=1
0
[
V
]
.#600パフ研j
暫材)
1
0
5
O
小
ι
6
8
}g=3.5[mmJ
(pp=1
.2
[
k
g
f/cm2])
2
1&
"
=
4
.O
[
m
m
]
(Pp=1O
[
k
g
f/cm2])
一 一 一 一寸
5
0
0
1000
工具電極回転数
6
N"[
r
p
m
]
~こ
。
)
_1g
=
5
.O
[
a
l
l
l
]
[
k
g
f
/
c
ぜ])
(Pp=O，5
1500
一
4
2
堀
川 W雄 MW
.
(
)
ー
ー
ー
ー
--
8
[品、
︹
3
凶 4-3
0
2
10
3h 緑川献拡制
M
C
e
o喋 PduyQP噌
報提出度
ι
。
i
t
r桝電 '
i
"
i
.
lは司、!動態化膜が
2
4
t[
s
]
6
8
(
a
)電解加 1における 1
t
!
解i
t
W
iの時間 1
1
、
化
(
JI
S
2縫純T
i，Ae 2
l
!.
8
(
c
m2].1%aQ.NaNO"， 1=3
[
m
m
]
)
，
1
5
1
0
5
。
2
3 4 5
↑
1
2
1
0
8
6
4
。
2
2 3 4 5
t[
s
]
(1))電解パフ組合加 :
Lにおける 'lIr解電疏の時間変化
(
JI
S
2極純Ti
.Ae 28B[c由忍 1
，1%
a
qN
a
N
O
l，1g=3(
m
m
)，
N“=1
0
5
0
[
l
p
m
}，#600)¥フ研磨材)
L
l
l~lt~ のIñl 転数と送りがない治合の作用砥粒教の関係
(
.
11
5
2純純T
i，1%
a
Q
.N
a
N
0
3，1.
，
=3[m
m
)，
V 1
0
[
V
]
.#600パフ研磨材，測定時間
，
=
t
l
r解加工と電解)¥フ似合 D
n:
ιの定解電旅変化の I
し牧
印'
1-31 '
3
0
[
s
]
)
82 ・
-83 -
.
.
.
10
l
担t
1-32
は ギ ャ ッ プ1
t
t/
Fl'，と f
r
i火 従 流 I
ρ 、定常電波/:;の関係を、屯解加1:の場合
と11r解パフ 制合加工の場合について l
L服 し た も の で あ る 。 最 大 電 流
V，
を印加した直後に測定怠れたものである。
門司]崎同
フぬ f
r)
J
I川・のいずれの場合もギャップ1tt庄
Ipは 電 解 加 工 、 電 解 パ
f
E解 パ フ I
I
I{
tJ
JtI工の級
婦 MW
経
人1
I
f
h
t1pか'll!解加ょの
20
，︹︿]也、
"
lL具 電 極 の
!作物と?1lf
t
l
l
lに 絶 縁 性 の パ フ 研 磨 材
ためと J
思われる。一方、
底流 Jsの 伯 は 電 解
定 常T
パフ慣合加丁の勘合の β
が人きくなった。
録
制WK曜
，
プ 抵 抗 R が向くなった
15
︹︿]師同
1
6
MH
ものに比べて小谷いのは、
が介化するためにギヤ
8
4
2
。
揺
障
が
定
ま
例 1
0
q
る。 I~
4-a3は j，
¥フ研 J
f
J
梶
山WK噌
の人きさによっても異な
5
合工具電磁によって工作物が T[
s
]間 加 工 さ れ る 犠 合 、 似 合 E具'Ilt.fii耐下の工作物が受
ける作用砥粒の総数は、四合工具 ~lt 極全面 S8 の作用砥粒数 M.l [
側1
か微小なj
察過領峻
。
で の 作 刷 砥 粒 数 M.の 総 和 と し て 反 さ れ る と 与 え て
1立 #320 のパフ 6/fJ~ 材をJfJ
(4-2
8
)
M.r= 芝二 M.
5
1
5
1
0
ギャップ電圧
I!;I .股大，I
Wt/pの 関 係
を示す。粒 f~ の大きい粒
Vg[
V
J
，
'rl!解パフ複合加工を行っ
ソブ i
t
t圧 ¥
1
， と定常 電 派
20
図 433 砥粒の粒度の t
l
H
V
(
J
I
S
2
種純T
i
.Ae=28.8[cm2]. IX
a
Q
.
N
a
N
0
3
.
I=
3
[
m
m
]
.NH=1
0
5
0
[
r
p
m
])
けの砥粒の純度を変えて
t
-場 合 に 測 定 さ れ た ギ ャ
1
5
1
0
ギャップ電圧
噌司E
.
.
.
また 1
立
島
平
1
l
ri
A
i
.1は 砥 粒
5
20
58
25
V，
[
V
]
で炎さ れ る 。 ここに M.は 式 (4
;~である。
v
r
t
図4 3
2 最 大 電 と定常電波の比較
(
JI
S
2極 純T
i
.Ae=28.8
[
c
m2J
.1%
a
q
.N
a
N
0
3
.
I，=3[mmJ
.NH=1
0
5
0
[
r
p
m
]
.#320パフ研躍材)
いた場合のJ
町
jか 、 粒 径 の
微小な j
祭j
品 領 械 に 洗 入 す る パ ル ス 電 疏 は 近 似 的 に 電 統 の ピ ー ク 他 /p[
A
]が 式 (4-
2
4
) で表される値の矩}移設で近似でき、パルス幅はピーク帥とは無関係に L
¥1
.[
s
)で ー
定とし、
小 さ い 粒 位 #2
5
0
0の場合よりも定1it・ 1山氏 Jsの仙が大きい。
I
'
J
. Iの 結 果 に 込 づ い て 惚合工具 1
t
r極 に 沈 入 す る 電 解 電 ぬ Iと 工 作 物
1i
闘の砥犯か通過する t
uに l
ρ -L
1l，
fC)の電気盛か投入されると仮定サる。
ア [s] 間の電解パフ~!l
Lの 微 小 な i
家過領
域を tfot れるパルス'ill: ifiì.の関係について検討する。パフ匂f 陪~~を装着した回転円皇室型の惚
-8
4-
2
6
)で定義された微小必 i
察過領域ドおける作川砥粒
f
r加工によって工作物に没入される総電気1itq
のパルスで投入される 電 気 量
l倒
Tp' L
1L1 と て 作 物 が 受 け る 作 用 砥 粒 の 総 数 M#lの 倒 で 友
されるから
-8
5
堀川府時世 M W
(4-2
9
)
Ip'L
1l
，
・I
v
l
"，
.
(/1=
となる ω 従って 7
・[
s
]
t
日
1
に後合 J 具屯極に挽人する電解電慌の平均値 f.
，
.[
A
]は
f1
一
1p'L
1l，'[¥イ"r
L
1t
i
(4-3
0
)
T
3唄
9
) 、式 (4-2
4
) 、式 (4-2
6
) を代入すると
と
えtる。式 (
4-3
0
) に式 (4-2
l
1
8・Sr.D.
， L
1t
.
NI1.
2・π.R
[r =
・一 一 一 三 二 (
'm，
，
's'
1')
ρC'/8
l
'
S
A
'
J
1与
汐:ら¥
ゆ]山/"
(4- 3
1
)
6
0
(
a
) Tpく Tの場合
が l~ られる。
また式 (
4-3
1
) においてL1t
1 と2
の項の積はパルス列の時間帽の総和を表してい
隠
~fil
るので、 この時間 1
'p[
s
]を
S
臨
時
6
(4-3
2
)
梶
l
V
e
.
2・π.R
1
'p = L
1
t
.・2二 (
'm"・s'l
')
S
A
'
6
0
0
ヘ
M W門
d会 V
と お い て 、 式 (4-3
2
) を式 (4-31) に代人すると
1r=1p
/
V8.
Sr.
[
)
.
.
.
. l
'ρ
(1 -33)
ρ e'1
8
l
'
)
hU
(
が得られる。式 (4-3
3
) から電解電流 Iの平均値 Irは.加工時間 T とパルス列の時
1
'
p =l
'
の場合
I
U
l
幅 Tpの大小関係によって次のように異なることが分かる。すなわち
1
)7‘
ρ
<1'の湯合:休止時間を-Aするパルス電流が加工中に生じることにより、電解
電話tの平均値 1.
，
.は H
闘の砥粒￨祭過によるパルス電流のピーク値 Ipより 1
(
直が小 さ
くなるかあるいは脈流になる(図 4-34(a)参照)。
る(図 4-34(b)参照)。
M w門
d 会て
均値 Trは l個の砥粒!察過によるパルス電疏のピーク値 Ipと等しい値の直流にな
爆
2
)l
'ρ= 1
'の場合:パルス列の 1
時間の総和 1
'p と加工時間 T が一致し、電解電慌の平
3
)T
ρ 〉 アの場合:パルス列の時間の総和 1
'pが加工時間 T を七回り、パルス列同士
が il!:なり合う。そのため電解電波の平均値
T"・は
l個の砥粒様過によるパルス電流
(
c
) 1
'
p
>l'の場合
のピーク他 Ip より悩が大きくなる(区1'1 -3 4(c)$n~) 。
従って削 4
3
1(b)において屯解パフ彼合加工の電解電涜 Iがパルス状でなく、ほぽ直
流になったのは T
ρ 孟?の関係にあったためと思われる。
図 4-34 パルス電琉と電解電流の関係
8
6
-8
7
4 4
I
司
1
0
0
4 電解パフ複合加工の加工能率
の?立解条件で可解パフ似合加J[を 行 っ た 場 合 と 電 解 加 工 を 行 っ た 場 合 の 材 料 除 去
80
3
5にぷす。 T
E解加工の場合、 ギャ yプ 電 圧 ¥
f
g=
2
5[
V
]以 下 で は
︹
=-shg]ks
本 w~ 比較して￨潟 4
Ti
が 不1
動態化 し 陥 桜 f
i
iH
¥が 生 じ な い の で 、 材 料 除 去 半 w は ほ ぼ Oになる。 電 解 パ フ慢
合加1
1の 材 料 除 去 半 w は 、 パ フ 研 磨 材 の み に よ る 値 ( ギ ャ ッ プ 電 圧 ¥
f
g
=0[V]の場合、
附
M 則前誕草花
1
0
[
m
g
/
m
i
n
]何 度 ) か ら ギ ャ ッ ブ 電 J
_
fVgの 増 h
l
lとともに増大し、 T
iが不{動態化する電解
条件であるにもかかわらず除去作用が抑制されることはない。
凶 4-35の検事1
[の ギ ャ ッ プ 電 r
E¥
fgの代りに、 同 時 に 測 定 さ れ た 電 解 電 流 Iを 用 い て
60
40
20
裂すと図，1 3
6の よ う に な る 。 材 料 除 去 率 w は 電 解 電 r
f
i
Elに 比 例 し て 増 加 し て い る の
t
t解 パ フ 被 合 加 工 に お い て も 陽 極 浴 I
I
Iが 生 じ て いる ことが分かる。 こ れ は 砥 粒 の 様
で
、 o
過{
乍H
Jで，.#.1'也が路 1
1
¥し た 部 分 に 流 入 す る 電 解 電 波
て増人し、 ￨場泌溶 1
1
1に よ る 除 去 作
Iが 、 ギ ャ ッ プ 電 圧 ¥
f
gの 地 加 に よ
っ
電解電流
T
iの不i
動態化I
或
80
吉田 巨¥凶E
︺詮
v
電解ノすフ
附附山叩，金オ株主
40
20
4-5
ー
ト
論
除去と生成が繰り返されるかどうかを調べるために、単粒ダイヤモンドを用いた。加工実
験 な ら び に 、 パ フ 研熔 材 の 砥粒 の 間 隔 程 度 に 帽 を 小 さ く し た
/
ι作 物 を 1
"
.
fれ る 電 解屯 流
l
のllIU 定実験を行い、屯解と 6r~ t
l
Ij
察過による惚合除去作川について検討した。 そ の 結 果 以
電解加工
下のことが明らかになった。
一
一
ーメ
一
世
ー一
一
一
ー
』幽醐.
1
0
20
ギャップ電圧
30
Vg[
V
]
l
泊<1:
l
5 ~ヤゾザ1t!圧と材 料除去率の関係の比較
(
.
)
1S
2樋 純i
i 4e=288
[
cm2)，1%
a
Q
.N
a
N
0
3，t=30[s]
Jsー:
H
m
m
J Nκ=I
0
5
0
[
r
p
m
]
.#3
2
0パ フ 研磨材)
白
8
8
(1
) Ti
のように電解j
伎の抵抗に比べてかなり大きな抵抗をもっ不l
動態化脱が生成する
動 態 化 股 が 除 去 されて点 地が路/1¥
工 作 物 を 、 電解 し な が ら砥 粒 で￨察過す る と 、 不 1
•
'
0
I[A
]
動態化膿の
不1
動 態 化 が 生 じ る 電 解 条 件 下 に お い て 工 作 物 が 砥 粒 でi
察過される場合、 不 l
ピ一 一引開リ庄一一
。
ー1
0
6
図 4-36 電解電流と材料除去率の関係
(
J1
S
2種 純T
i，Ae=2
8
.8
[
c
m2]. 1%
a
Q
.N
a
N
O:
.
，
1g
=3[
m
m
]，N，=
， 1050[rpm]，#320パフ研謄材)
1
0
0
60
4
2
mが 高 ま る た め で あ る 。
40
動態
療過 した後、 rf ひ-1~ 1
し
、 そ こ を 流 れ る従解 屯 W
.lが地大する。 しかし低利が i
化 股 がi
症 や か に 生 成 さ れ る の で 屯 解1
起
訴f1は 急 速 に 似 少 す る 。
(
2
) 阿 転 円 盤 型複 合 L具 電 極 と 仁 作 物 の 相 対 運 動 に よ って工作物 に 形 成 され る 砥 粒 の
l
察過軌跡は、
Y軸 方 向 の 軌 跡 の 間 隔 L
1Yが 複 合 工 具電 極 中 心 か ら の 距 離 y によ
ー
8
9-
J
てまわり、
1
'1心から 離れるほど間隔が小さ くなる。え:
ti
3X軸 }
j向の軌跡の間隔
第5
章ス
テ
ン
レ
ス
鋼
の
銭
面
加
工
.
JXはどよでも 一定である。
:
c
n J:作物 L <I)微小な|寂過 ílttJ戒を回転円盤型出合 工~・電 磁が油過する場台、こ の |袋過
制I
或I
JH
If
t工J
.
t
1
足阪 の '
I
l
{
:に対する半径 r が 異なる多数 の抵 抗で i
家過される 。
n
'
1
'
.
H
l(
;:
CJ
!
.
:~tt 桜の JnJ 転角。に対する減小の割合は、似合 ~ U:t. 1立極中心か
f
'(
J
)
5- ， 結 論
ステンレス鋼の特徴はD('
<
<
i
同程度の機械的強度を持ち、か つ化学 的な耐食性において
らの距縦 y によ円て変わる。そのため作用砥粒故 M.yが変化し、 1
をも作用低粒
はるかに慣れていることである ω 現([、ステンレス鋼は構造材料、装飾則品、医 1
(
(~ J
、
.
t
:
;~ j
¥
fり が λさくなるのは距離 y が複合工具電極の千佳 R
el
こ対して約 57%の位置
家庭用品など広い用途に用いられている。
である。
ステンレス鍋が錆びにくいのは炎耐に化学的に安定な不{動態化映が生成されるためで
(
4
) 11!前)'I)1
組合 J
J
I
I工される E作物の微小な僚過領域では、小(動!由化眼の除去と生成
あり、商協の化学反応を伴う特殊な環境を除いて、通常の環境下で腐食することはない。
が織り j
亙c
されてそこ合流れる電解電流 Iはパルス状になる 。 したが って l個の砥
そのためステンレス鋼はぷ Hのままで使用されることが多く、表面の美観がしばしば咲
闘のパルスが生じる。制転円盤噌の似合 E具 1
1I極に流入す
粒か油過するたひに 1f
耐に{t
求される。とくに袋飾用品や医棋器具-、家庭用品に用いられるステンレス鋼は娩 I
l
I
解1
1
!(
!
.
iハ立、
るt
1{閣の砥粒 i
察過で生じるパルス状の電解電流 Iの鋲績で構成さ
れる 。ただし 屯旅の人き
dは加工時間アとパルス3'J
I
の時!日i
帽の総和
r
pの大小関
係によって変化する。
上げら れることが多い 。
1
1
]凸を極 )
J小さくする
また最近では、単に表面の美観をよくするだけでなく、表面の (
ことによる物理的な効栄を梢極的に利用する用途が肱大している 。 その lつはステンレ
(
5
) 電解パフ出合加工による工作物の材料除去率 w は、工作物が不働態化するギャ
lにifIいるも のである。 a-$i太陽電池を創作する際には眼
ス鋼の必緩を搬能性 総肢の基 v
ヴプ1
l
II
f
.V8を印加しているにもかかわらず、電解 1
i
W
t1に比例して増大する 。
厚約 1
0
0
[
0
.
)の aS
iの必肢を均一に形成させるために鏡菌加工された基板が必梨とされる
l
t
粒の i
京過作用で不働態化膜が除去されて 工 作物 の袋地が露出し、そこに
これは 6
"0)。他の
也前屯 i
!
.
i1が集中して陽極俗出が生じるためである 。
能性議膜を作加する際に用いられる以空チャンパ、反応用ガスの配管系にはステンレス
lつはお耐を滑らかにして実質の表面積を小 さくするものである。たとえば機
鋼が用いられるが、~~度をぬめようとするとステンレス鋼からの脱ガスか問題になる
必け。単位面積あたりの材料から M
lI
1
¥されるガスの量が一定である場合には、材料の災耐
積が小さいほど脱ガス監は減少する。
以
kの朋途からも分かるように、ステンレス鋼でできた部品の形状は平像、円筒もし
くは複雑な J
r
I
l
r
百のものが多い。 これらの部品を加工する際の加了制度は災 l
前t
l
1さが電視
され、形状制度、寸法制度はあまり問われとEいことが多い。そのためステンレス鋼の研
磨加工は従来から広く竹われている。平仮や悔雑な曲簡の研磨 bnT はパフ研~材 bll [や
バレル研磨 b
urの機 械的必加I
r払で行われる。また円筒の内面のように 機械的な J
J
l
I工を
nrか行われること
行いにくい部分の研 贈加 工には物理 ・化学的な除去加 工とし て電解 b
もある。
ところかこれらの }j法には問題点も多い。パフ研磨材加工の問題点は作業者の個人差
が生じやすいことと b
r
L
工能取が低いことである。電解加工の問題点は表面約l
さが唯解放
-9
0-
9
1
のf
品度、導 i
l
l
i半
、 1'1-1などに影響されやすいこと、 および広い商積の E作物を研磨する
際には1lf解ギャ
食{生に劣る。
耐食性に後れた-1~ I
動態化膜を工業的に生成するために
yプの長さを適切に設定しなければならないことである 。
7l!角l~ パフ出合加工によってステンレス鋼の鏡面加工を行おうとする目的は、上述のパ
フ研倍付加工と電解加工の問題点を改善して、
dまざまな形状の 工 作物の鏡面加工:を高
・
般に厳性泌が用いられている
川。不 i
動態化は酪性液中にステンレス鋼を浸せきして hわれ、酸化を促進するために加
4
熱処理あるいは陽極酸化が併用される。加熱処理は融性液を 50-60[OC)に加熱し、 その
い加工能率で行おうとするものである。 しかしその際に問題になるのはステンレス鋼の
中にステンレス 鋼 を 数 1
0[
m
i
n
)浸せき して行われる。 この方法はステンレス鋼を生産する
1 ， 1動態化眼の生成を1lt気化学的に制御し 1~ るかどうかである。 ステンレス 鋼 の よ う に 耐
製
1 鋼 所 に お い て 、 製 鋼 ラインの股終段階で用いられている。 一 方、陽極酸化は酸性役。ゎ
R:性に i
愛れた材料は、空気中に短時間佳かれただけで表面に不{動態化映が生成される。
でステンレス鋼を陽極として直疏電解して行われる。なお陽極酸化は通常 、電解電疏 I
ステンレス鋼の不働態化膜が電解作用の有無に関わらず生成されるものならば、工作物
を一定(定電流電解という)にし て行われ、通電時間で投入する電気低 q を制御して
が砥粒で l
察過除去された l
直後に不働態化膜が生成されて、電解による陽 極浴u¥が生じな
いる。 このことから陽極酷化の場合、 不(動態化膜は電気量 q に比例して生成されるも
く
とEることも考えられる。 この場合には、砥粒の i
察過作用に よって鏡面加工は行えるが、
のと忠われる。
加て t
i
l
g事はパフ砂f
賂材加工のものとほぼ岡程度になり、大崎えdJ
l工能率の向上は期待で
きない。
玖:に不 i
動態化膜 の性質については、加熱処理、陽極酸化いずれの方法によった場合に
も生成される不 l
動態化膿は無色透明 で、膜 J
享 hwは数 1
0
[
n
m
]程度である。 しかし耐食性
そこで本章ではまずステンレス鋼の不働態化膜の特徴について検討を行なった上で、
については陽極酸化によって生成されたものの方が C
rの酸化物の薄膜が生じやすいため、
T
E解 パ フ 組 合 加 E法を用いてステンレス鋼の加工実験を行い、加工能率と品質を調べる
加熱処理で生成されたものより僅れて
こととした。さらに電解パフ惚合加工によるステンレス鋼の鋭面加工の笑施例に つ いて
いる 4川。
電 解1
7
i
!に酸素酸出型のものを用いた
述べる。
めに不 i
動態化は酸性液を用いた場合に
5-3節はステンレス鋼の鏡面加工を行うための実験装置と β 法であ
比べて生じやすい。図 5-1は 20%の
り
、 5-4節は実験結果と考察である。さらに 5-5節は電解パフ笛合加工によるステ
N
a
N
O
:
1
7
J
く溶液中でステンレス鋼 S
U
S
3
0
4を
ンレス鋼の鋭 l
笥加 i
二の突胞例について述べる。 5-6節は以上をまとめた結論である。
陽極に、 C
uを陰極にして対向させて l
直
]k 附附山相誕草寺
本市の十結成は次のようになっている。 5-2節ではステンレス鋼の不働態化膜の特徴
30
流電解を行った場合のギャップ電圧
5-2 ステンレス鏑の不信拘態化膜の特徴
/
{巴︻居¥凶巨
場合には、電解によって 02
が生じるた
について述べる。
3
5
VI
20
/
/
E
1
0
/
Vgに対する陽極溶出による材料除去
e，Ni，C
rはいずれもイオン化傾向が Hよりも大きい卑
ステンレス鋼の成分元素である F
/〆
{
率 w の測定結果である。
。
US304はギャップ電圧
ステンレス鋼 S
な金属であるので酸化されやすい。 ステンレス鋼の不働態化膜はこれらの元素が散化さ
れてできた稀膜からなるものと思われる。前述のようにステンレス鋼の不 i
動態化は空気
中においても生じるといわれている唱叫。 エメリーペーパーで研磨したステンレス鋼 を数
時間政~.した後茨而の分析を行うと、 表面には主として F
eの酸化物の稀膜が生成されて
いる 。 しかしこのようにして生成された不働態化膜の膜厚 hwは数 [
nm]
程度であり、耐
Vg;: 3[
V
)以下で不 l
動態化し、
v
，
11
動態
前と変わらず腐食も生じなかったので、
1
5
20
Vg[
V
]
図 5- 1 ステンレス鋼を電解した場合の
ギャップ電圧と材料除去率の関係
(
S
U
S
3
0
4，A
e
;
:1[
c
m2)，
2
0
%
a
(
(
.NaNO~ ， 1g=3[mm))
電解液として N
a
N
O
a
}
j(浴液のような酸素
9
2-
1
0
ギャップ電圧
化域では電解電流 Iが減少した。加工
後のステンレス鋼の表面の外観は加工
5
9
3
1
f
t
.
雌足よ 51 のもの ~JII いた場合にもステンレス鋼は不働態化することが分かった。
¥
l
U
点 Rpが小さく電解抵抗 Iがぬれやすい。
がかえEり小さいので、不働態化膜の l
.¥L
Jl//
ヤのようにステンレス鋼は不働悠化しやすい金凶ではあるが、不 動
!1
必化膜の脱!享 hw
1
1
1解 パ
、
、
、
¥
/
¥
、
か、ん I
簡に不 l
動態化膜の股 f
'
!hwが小さい部分があるとこの部分にも.11:解唯流 Iが
i
f
i
T
.
れ
谷出は I
品In
で生じるが、膜 j
与 hwの小さいところが多数あると、
る。ての場介、陥極 t
↑
a
S
E
e
--1
-
1
1解電波 Iは砥ぬの i
家過作用で京地が露出した部分に流入する
フ似合加工においては、 1
E
作物の友而は過小 l
動態化械で加工したような荒れた而になる 。したがって ステンレス鋼
を加工する際には、ギャ
1 プ1
l
!
圧
Vgをなるべく小さく抑制する必要がある。
加工される領峨
5 3 実験装置と方法
l
l-r:領域
図 5-2 平而 T作物の h
実験装置として第 3、4i
震で使用した回転円盤型の複合工具電極を用いて平面加工を行っ
た掛合と同様に、
m3f，立の凶 3-1に示した NCフライス銭に賂献したものを用いる。工
作物としては冷問圧延スナンレス銅山S
3
0
4とS
U
S
3
1
6を用いる。
¥
JS
3
1
6を71!解加工、パフ i
l
}
fJ
R
i
村)
)
1
11および屯解パフ 慣 合加工と 1
1
1
1U原 理
ステンレス鋼 S
の y~ なる 3 つの加工法で JJ(I . Lした場合に、材料除去本
を湖べることとした。ll!:解加工を hう場合には、
w と k而粗さがどの程度違うか
i
t
t解液にステンレス 鋼 の電解加 T放と
してよく川いられているlI.oI'(}，と II~SOI の混合 j伎会川いる 。 1!!:解加工は 1 作物とパフ 6Jf 賠
村~袋若しない惚合工.u， 1
t
r泌を電解放中で対向 8せ、直fJt1
I
rf
Fを印加して行う。
i[解パフ出合加工を行う場合には、
t
t
t解械は 10%ないし 20%の N
a
N
Oa
水溶液を用い、研
l
t
i
J
，
S
(
絞i
鑑
直流 t
l
i
f村は A1
<1 0 :。の 6Itf，~が田広したパフ研!日材を川いる。加工は出合 t 具 1tt 胞を回転させなが
らハフ研 1
色村を
I作物に押付け、 N
Cフライス盤の加工テーブルを X軸方向に一定速度で
図 5-3 遊離砥粒を用いた電解パフ間合加工実験装陸
HI
民運動させて行う。 i
l
IM液は阻合[J.!.電極の中空穴から供給して、出合工具電後をt1!に、工作物を+極にして l
a
v
庭電圧を印加する 。この ようにして加工すると、工作物は
凶 5-2のハッチされた部分に加工瓜が生じる。なおパフ研 I
f
JH加工は 電解パフ複合加
工と同様な β法で行うが、 i
立琉電圧は印加しない。
次に、砥粒の粒径 daを小さくすると、表面組さはどの程度まで小さくなるかを調べ
る。 ~l 粒の粒従 da を変えるには粒度の異なるパフ研磨材を用いればよいが、使用した
パフ研 I
O材はあまり細かい砥粒を固 1
1したものは生産されていない。そこで粒径の小さ
t
半世を J
Oいた加工は溢雌 I
d
l粒を用いた電解パフ似合加了で行うこととした。
い
1
1
f
-9
4-
遊離砥粒を用いた電解パフ複合加工実験には、図 5-3に示すように電解液中に微細
な砥粒を浪人し、複合 τ
具電極にはパフ研磨村に替えて低粒の固着されていないポリッ
ノノグ舟の研陸布を償合工具電極の F 面に袋.i1したものを JH いる。 Tf~' 物として冷悶圧
延ステンレス鋼 S \J S304 を用い、世合 E 共電磁と E 作物の illi~ )j式、的 ilit 電波、の媛統は前
述の平商工作物を加工する場合と [
o
Jじである.
U l:の実 験において J
t
.u
n粗さは触予￨式の衣 [
f
if
J
l
lさ計で測定し、材料除去本 w は})Il[
前後の工作物の重量を制官天秤で測定して仰 t
.
，
重量差と加 :
r:時間 tから求める
-9
5・
dら
，'
1
i
IMJi
';1
¥
1(
i加1I C
h
l
l1されたr.作物の形状梢 l
定を淵ぺる。 1
"
1松 P
l継出の似合
1
・
.
JU
巨怜で '
VI
f
l
)'
U'F物を )
J
I
I1:し t. 場合、 ~H 併の '1
駁治安d
l
"
{
O
)Y制1h)
<
'
J(J)H
1
1
附
形成占れる l
j
5-4 実 験 結 果 と 考 察
2- 1で x
J
!べたように、て作物に
)'と作則低粒数 M.rlよ似合
rJ~ '1在住の 1
1
'，心か
5 4-1 電解パフ須合加工の加工性能
ょ っ ('
J
J
.
.なる ω ニれらか i作物の形 1
人制度にぷぽサ膨泌を調べるために、
ら(J)~I' 雌 y ，
I~
5-t1に /
1
'寸・
hl
ムCY+
1
1
I
)
j1
品l
ドついて
(
f
:
e(J)鈎:雌
y0)除去 f
不在
ステンレス鋼 S
U
S
3
1f
.
i
を
・
I
rM}
J
I [、パフ 6
J
f
J
t
lHhll)およひ1Ir~~パフぬ合 hn )によ，て加l
r
:
作物の除去深さ f
1z
を持制定する。すとEわち、
Eした場合について、測定された表 I
t
u組さ、材料除去昆 W と b
n[時 r
l
atの関係を[~ 5
l
lLは加 1
r
I
I
I
I(J) 仁r
ド物の J
事み hzOとh
l
l.
l後の}手み hzlを測定
-6に示す。
lて、その益 I
Iz
O hz
J会除去泌さ I
I
Iとして定義した。
I，~ (
'
1した除 1
，
傑 dI
l
ど の1
1
1
1
1定￨没を凶
，
1
f
.)
J
l
ITを行った場合、工作物の材料除 11
1
.W I
よ凶 5ー (
i(
a
)に示すように、 J
J
I
I
まず屯 A
5-5に示す。この側定機は 2個の梢皆電気マイ
E開始直後は加 1時間 tに対する村 r
l除込比 I
Vの増加の割合か人きいが、ある何度時
i
nI
'r
u
f n'~~12()2IC) と綿密 X 事Ib ステージで|結成され、電気マイクロメ
クnメータ{ド e
間が経過すると材料除 1~ 肱 WO)J曽加の割合は小さくな っ た 。こ れを材料除去率 w でみ
・タの 1
1
¥)J を加111 がm して l￥みを訓I~定する。
ると、加 LIJM~台から t = 'i [
m
i
n
]までは w-500[mg/min
]であるが、
5
0
[
m
g
/
m
i
n
]まで小さくなる ω 一 万
、
と w=1
Iニ 8lminUl過する
m
k出 ，きは州凶 (b)のように、 h
l
l[
1
I
.
'
J
l
l
l
lt=
I[ minl 前後まで者而粗さの減 少 の割合は大さいが、材料除去且 I~ の別加の割合か減少
fるのにともなって 2
提出粗さの減少の割合も小さくなり、さらに加t:を継続しても R
m
a
x
3(μm]以下にはならなかった ω
電解波と 1て I
I
.
I
P
0
4とI
I
2S
0
.の混合成を用いると、不働態化脱が生成されドくいために、
E 作物の平滑化は凸部への電解電洗 I の ~II' による局部的な泊~ /
11
によ って f
rわれる - hn
E開始 l
直後に加 工時間 tに対する材料除ム侃 WのJ
曾加の割合が大きく、}<而粗さが急
~
凶 5-4 除去泌さ hz
の測定克法
ミくなったのは、
激に i
トi
也の山部か俊先的に除去ぷれるためである
加 T か進んで友 1
(
1
1
がある程度滑らかになると、門凸の&.が小さくな って凸部に電解電流 Iか集中されない
ので、衷而 f
f
iさはあまり減少しなくなる。N.面に門凸がある場合に、
o部に集中する l
l
t
終電涜 Iかその他の部分に比べて千]t
込な差を i
呆つには、円凸の Eが 2(μm)躍度は必 1
さで
あることが木本らによ
3 て明らかにされている.:
l
パフ研邸付加「を行った場合、材料除.1..厄 W は第 2.
f
tの 2 ・3-2で主h
ぺたJlJll
Bに
より i足解}J
I1
ーに比べてかなり小さいが、瓜粒の I
t
lJ&で常に素地が除ヅえされるので、材料
除去fu.1Vは加工時間 t に比例して 1
1
1大し、材料除去
った
*
wは約 25[g/min)の一定舶にと
t
l
I
表面!粗さは電解加工に比べてぬくなり、加.1:
時
I
i
l
Jt=f
)
[田i
n
JでR
m
a
xO
.
8
(1
1m
]に
なった。
T
E解バフ似合加工の湯合には、開催浴 1
1
1が生じえEい不働態化のギヤ
加しているにもかかわらず、付帯 l
除去昆
つHUi加
1~5
5 除去傑 dh m
測定機の外観
-9
6-
l
‘においては、
1
プ1'
1距
v
，
を印
Wは加工時間 Iに比例して地大した 。 t
E
解パ
「作物の除ムは級 i唱するように、陥 ~(in l\ か低利の似品作用で
1~1効性化肢が除 .1~ ぶれたところでのみ生 じ るの で、
-!
)
7・
材料除ム fa
wtUIr島幸加
J
:に i
七ぺ て
6
~\~や小さくなったが、パフ6J1 J
f
H
ih
l
l.
Cよりははるかに大会くな
5
.
l
J
nTの材料除去
‘
、
r t
.
.
綱
川m，金苓・た
ー
た。 なお可解パフ似合
*wは約 250[mg/min]になった。 またた i
l
it
l
lさRa
xは加工時1:0tの符
田
過とともに著しく叫小し、加 I時 間
bO
'-'
3
t=3[
m
in
]で R掴a
xO
.
2
[
μ
m
)と
， 3つの加工法の小で
込くなった。
は般も l
3
以上の実験結果に基づいて屯解パ Y慢合加工における l作物の除去作用を匂重要する。
11t解パフ慢合加工の材料除 iぷ'~~
2
wはパフ研峰村 J
J
I
I
Iにl
tぺてかなり大きいので、方11
小に陽極市出が~!: じたことは確かである。陽検 ffj 出が .1 作物のどの部分で 1t l
・るかにつ
いては、屯解パフ出合加 Cの材料除去本 w が加 I時間 tに対して 一定にとEゐこと、 '~之
l
函籾さは 1
t
r解 加 1・に比べてかなり良くなることから考えて、陽桜前/Bは屯解加工のよう
8
ム
加工時間
1
2
1
6
t(
l
Di
n
]
(
a
) 材料除去Eの時間変化
(
S
U
S
3
1
G，Ae=28.8
[
c
m2]. 1，
=
3
[m
m
]
.
NB=1
0
5
0
[
r
p
皿
]
.#
3
2
0
パフ研J
J}材)
に工作物の友面全体で生じるのではないと忠われる。 これは、屯解パフ彼 i
T加工の場介、
'l[解被として工作物が不働協化しやすい酸素厳出型のものを用いたためでもある。 また
友商には j
銭過条痕が形成されているものの、酸素 首
長出型の電解波 1
!
:
-f
f
lいた場 i
Tに生じゃ
すい陽極溶出による局所的な浴出痕は見られなかった。 このことから電解パフ被合 b
n1
の陽極地 I
Bは砥粒の l
祭過作
1
0
mで不 1
動態化膜が除去されたところでのみ生じるといえる
陽極熔liIが砥粒の j
察過{乍 mで不働態化膜か除去された品所のみで生じる場合の表 l
n
l
t
n
5
さの生成 機構 は、以との結*より、次のようになっているものと忠われる。すなわら、
Eミ ] H S 回目一
︹
凶 5-7(
a
)に示すように円錐状の砥蛇が工作物を￨祭過する場合、 l作物に形成される￨祭
鍛冶 条痕
物関阻w
m
1
¥
0
.5
(
b
)
A
・A
・断面
(
a
)
o
t
胞の鍛過モデル
0
.
1
。
2
4
加工時間
6
8 1
0
t[
圃i
n
]
不 倒 創 出真
(
l
l
) 表面ねl
さの時間変化
(
S
I
I
S
31
G
.Ae;""2
8
.8
[
c
m2)，1，
=
3
[
m
m
]
.
No=1
0
5
0[
r
P
I
B
)
.#
3
2
0
パフ研酵材)
[~fi -
u
品々の方 f
l
.によって加工された 1作物の材料除去盈 と表面組 さの 関係
電解液 電解加工の時
l
I
J
P
O
.と I
1
2
S
0
.の 混 合 液 混 合 比 6:4
電解パフ 慌合加工の時
7
0:解パフ出合加工による表而担さ
(
c
)表面粗さの生成モデル
図 5-7 電解パフ複合加J[の表面相l
dの斗成モデル
2
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3
-98 -
陥極浴出される部分
-99 ・
過条 j
長の断砲は同凶 (
b
)のようになっているものと思われる。電解が生じない場合には工
りに浸しても附食されず、化学的にきわめて安定しているので、表而には不 i
動態{ヒ映が
作物に砥 Nの切刃形状が転写されるが、電解が生じると素地が露出した部分に電解電流
生成されていることが分かった。
Iか集中してこの部分が陽極 r
i
iI
I
Iする。工作物が砥粒の i
察過方向に対して直交方向に送
c
)に示すように l回転当たりの送り fの周期的な凹凸が形
られている場合には、同図 (
ギャップ電圧
V
gが 1
0
[
v
l以￨二の過不 I
!
A
l
J
態化 I
或では、ギャップ屯U:V
I
fの j
首h
l
lとともに
表1
商粗 dはわるくとtった。過不幽態化 j
或で 1
J11工された工作物の表聞は全体的に白っぽく、
5-Dに示すように、ステンレス鋼の結品粒界が￨場極
成され、凹凸の差が表面粗さになる。パフ研磨材加工の表面粗さは同国に破線で示した
金属顕微鏡で表雨を観察すると図
ようにわるくなるが、電解パフ組合加工された表面粗さはこれに比べて良くなる。
裕1
¥してできた小さな儲があり、この!絡が茨而 f
f
lさをわるくしていることが分かった。
5-4-2表面粗さに影響 を及 l
ます加工因子
阿転円盤型の出合工具電極でステンレス鋼 S
U
S
3
0
4を加工した場合に測定された、ギャ
ップ l
l
t庄
V
gとぷ而粗さの関係を図 5-8に示す。用いたパフ研謄材は粒度#1
5
0
0、砥
粒の平均粒往 1
5
[
μ 冊]のものである。ギャップ電圧
Vg=O[V]の場合の値はパフ研磨材
のみで加工されたこと意味するが、電解作用がない場合には得られた表面組 dはせいぜ
いR
m
a
xO
.2
[
μ
m
)前後であった。
1
.0
[日ミ
H司自国
ぬ
L - J5
0
[
μ
m
]
0
.
5
図 5-9 過不 i
動態化織の電解条件で電解パフ檀合加工された
U
S
3
0
4の表面
ステンレス鋼 S
嗣
l
e
l
縦
必態化の電解条件の下で粒径の異なったパフ研熔村を月1
いて加工を行った勘合
次に不 l
uさの関係を図 5-10に
に測定された研磨材に加えた単位而縦あたりの何重 PPと表而 t
5
1
0
ギャップ電圧
1
5
20
V
g[
V
]
図 5-8 ギャップ電圧と表面組さの関係
(
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
O
J
.Nu=1
0
5
0
[
r
p
m
]
.#1
5
0
0
パフ研磨材)
ギャ ップ
'
l
l
i
:l
l
:¥
'I
f
が:
3[
V
]から 7[
V
]の不(動態化 I
或では、表面粗さは電解作用がない場
f
rにl
Lぺて向くなり、ギャップ電圧 ¥
l
g
=5[
V
)付近で表面粗さは R
m
a
xO
.0
5[
μ
m
JとM:も
V
gで加工された工作物は、酸やアルカ
動態化峻の範聞のギャップ電圧
良くな 》た。、
ィl
示す。パフ研隣村は単位而梢あたりの何重 PPが j倍加すると、低粒のくい込み監 hdが
1
貸すという性質がある。同図において、単位而梢あたりの荷重 PPが地 J
J
I
lするにつれて
表面粗さがわるくなるのは、砥粒のくい込み畠 hdが地大して、形成される娘過条痕の
I
!
l，"，が大きくなるためである。
支が大きく、粒径の小さいi
l
世粒が国道されたパフのf
l
島村を J
I
H、た場合ほ
表而却さは粒 i
ど良くなった。これは粒径の小さい砥粒で形成主れる隙過条 j
反の深さが粒径の大きいも
のに比べて浅くなることと、パフ 6)fJ必 140) 性質として粒度が J~ すほど研 j沓村の砥粒 íf.:t立­
m.が高くなるために、研 l
宮村に加えた荷重 Fが多数の砥粒で分散され、 lつの低粒
1
0
0
骨
ー
1
0
1-
に)
)
1
1わる )
Jが小さくなったためと忠われる。
1
.
5
1
{Eミ
︹
Eミ
宮1
.
0
ミ
山内伺自国
司、'
x
H
司
吋
巨
出
自
白
:
:
0.
5
引J
祇J
祇J
附
弱
回
録
目
田
弱0
.
5
回
2
3
羽
。
総
日0
1
0
0
0
ム
複合工具電極の回転数
単位面積あたりの荷重
PP[kgfI
c
mJ
2
図 5-10 パフ研磨材に加えた単位関積あたりの荷重が表面粗さに及ぼす影響
(
S
U
S
3
0
4，2
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3
.Nu=1
0
5
0
[
r
p
m
]
.V
g
=5[V])
0
.
5
。
NI
，
[
r
p
m
]
2
0
0
送り速度
(
a
) 慢合工具電極の回転数の影響
(
S
U
S
3
0
4，2
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3
. Vr
=3
4
0
[
m
m
/
min
]
.
V
g
=5[
V
]
.#320パフ研磨材)
400
V
r
[
m
m
/
m
i
n
]
(
b
) 送り速度の影響
(
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3
.NlI=
6
2
0[
r
p
m
]
.
V
]
.#3
2
0パフ研磨材)
Vg=5[
工を行うと、表商粗さ は図 5-11
(
a
)に
-}j、彼合工具電 極の回転数 NfJ を変えて加l
V
r
;
を大きくすると同図 (
b
)に示すように表面粗さはわるくなった。このように
友而粗さが E作物の送り速度
V
r、複合工具電緩の回転数 Nuに影響されるのは、第 4
宣言の 4-2-1で解析した砥粒の擦過軌跡において、 X軸方向の軌跡の間隔 L
1Xが変
化するためである。すなわち X軸方向の軌跡の間隔 L
1X は式 (
4-8)で表され、工作
物の送り速度
V
rに比例し、随合工具電極の回転数 Nfd
こ反比例する。また V
r/Nuは
l凶転あたりの送り f[
m
m
/
r
e
v
)と等しい。図 5-1
1
(
a
)
.
(
b
)のグラフから送り f と表
i
商粗さの関係を調べたところ、図 5-11(c)に示すように表面粗さは送り f にほぼ比例
することカZ分かった。
なお f
f
i，
1f
，
f0)11 - 2- 1で述べたように、砥粒の l
察過軌跡の Y制l
方向の間隔 L
1Yは
l
i極中心からの距綴 y によ って変わるので、この影響を調べてみた。図 5惚合 l具i
1
2は 粒 度 #3
2
0のパフ研磨材を用いて、懐合工具電極回転数 Ns=6
2
0[
r
p
m
]、工 作物送り
V 借巨出
円
り述[立
[自 ミ
ぷすように 惚合て具電極の向転数 NI?が地加するにつれて良くなった。また工 作物の送
0
.
5
祇J
~
回
総
。
1
送り
2
3
f[
mm
/
re
v
J
(
c
) 複合工具電極 1回転当たりの送りの影響
(
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
q
.N
a
N
O
J
.V
g
=5[
V
]，#320パフ研磨材)
図 5-1
1 平面工作物 を加工する場合の組合工具電極の回転数と
送り速度が表商粗さに及ぼす影響
i
創立 Vr=510[mm/mlo]でステンレス鋼 S
U
S
3
0
4-a:-加工した場合の表蘭のプロフィールを X
~Ib 方 ':'J と Y 章Ib j
j
'
:
'
Jについて測定した結果を示す。図 5-1
2より次のことが分かる 。
-1
0
2-
∞
6
- 103 -
[E3十
2 ψ
￨￨
0
・{自ミ]可申
︹
︹
臣
会 ム ￨￨
ME300N→1 1 1 1 [EA
] 町xg
l
O
O
N
ミ ︺
戸記
Eミ]
{
O
O
N
!1111 勺 l +-11111E32.CMg 出 ，
① X事l
k.n向の表面粗さは、 よ 作物上のどの{立世においてもほぼ同じである。
@被合工具電極中心からの距 離 y が 2
0[
m
m
]の位置における表面粗さと X軸方向の安
② Y 車l~ 方向の表面組さは、惚合工具電極中心上 (y =
中心から 離れ るほど軌跡の間隔が狭まるため良くなる。ただし彼合工具電極中心か
らの距 離 y が 2
0
[
m
m
]以上では表面粗さはあまり変わらない。
と X軸方向の軌跡の間隔 L
lXがほぼ等しくなるためである (図 4-6参照)。
このことより、表面組さは僚過軌跡の間踊によ って決定されることが分かった。
5-4-3 加工能率に影響を 及l
ます加工因子
出
電解パフ複合加工でステンレ
定された電疏密度 J と材料除
去率 w の関係を図 513に示
す。用いたパフ研磨材は粒度#
3
2
0である。
電流節度
J=O[A/cm2)の場合
れたことを意味するが、電解作
用がない場合に得られた 材料除、
去率 w は 90[mg/min]であった。
保山市溢草花
の値はパフ研磨 材のみで加 工さ
450
︹
ω H同¥戸
同町.︹﹀︺
︺
E
︹
ミ ︺ ドω . 0 H吋 宮 出 ￨
ーの図
N-
1
0
4-
600
ス鋼 SUS304を加工した場合に側
zghE]訟
(立幽忘れえC
N
m
-社 . [ 邑E ︺巾的H
.
[
E
Q ﹂︺O
日E
N 由H Jく.[巴一¥
S
]
O ﹃ 凶HhkAd{ Z国Z ・U冊一{
割
}
No
m
m
D的)
マ
‘
ム
ヘ1 ご
いロ kぃ困wme義 社H 回川町川kdh杓Hロ伺レ国側叫H O副作
副樹佐川掛回
O
N
︹邑ミ]。
ト
デ
雨粗さはほぼ等しい。 これは y =2
0
[
m
m
]の位置における Y軸方向の軌跡の間隔 L
lY
∞
∞
. 0 H同 居 出
、
、
0の位泣)において段もわるく、
300
150
ギャップ電圧 Vgが印加されて
電流密度 J が増大すると、材
料除去率 w は電流密度 J に比
。
2
例して増大した。電疏密度 J=
電流密度
2
.
5
[
A
/
cm
勺の場合、材料除 去率
w は 440[mg/min]まで高められ
た。
次に不 l
動態の電解条件の下で、
3
J[
A
/
c
mワ
図 513 ステンレス鋼SUS304を加ょした場合の
電流密度と材料除去率
(
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
Oム Vr
=
3
4
0
[
m
m
/
mi
n
]
.
N8 =6
2
0[
r
p
m
]
.#3
2
0パフ研磨材)
1
0
5
m
パフ砂f
会材の低粒の l
察
過
(
'
r
: が H料除去 4
.{wに及ぼす影響を調べた。
f
!
!合 工 具 電 磁 の
の )jが 材 料 除 去 率 w が高いのは、
I
n
l争点数 Nuを変えて加工を行うと、材料除去率 w は図 5-14に 示 す よ う に 祖 合 工 具 電
6
!f粒の i
察過作用で不(動態化膜が除去された音1分が陽
容!臼により除去されるためである 。
極1
極の [
n
]転数 N
H=500[rpm]まで回転数に比例して地大した。回転数 NBが 5
0
0
[
r
p
m
]以 上
U
S
3
0
4を 加 工 す る と 、 砥 粒 の 僚 過 作 用 に
このように電解パフ砲合)
)
1
1工 で ス テ ン レ ス 鋼 S
になると、材料除去準 w の地加割合が減少するのは、第 4i?の 4-4 - 2で 述 べ た よ
よる除去に電解の陽極浴出が加わるために、材料除去率 wはパフ研磨材加工の場合に
察過速 度が憎して動 r
Eによってパフ研磨材が浮き上がったためと思わ れる 。
うに砥粒の i
比 べ て 高 く な る 。 な お 材 料 除 去 率 w は、'Itt解作用に関する加工因子と砥粒の僚過作用
師
f
J
'
l
あたりの何重 PPを 変 え た 場 合 に は 、 材 料 除 去 率 w
またパフ研lOHに加えた単位 I
は凶
に関する)J
IT.因子の両方に影告書される。
5-1
5に示すように、 単位附綴あたりの何重 PPに 比 例 し て 増 大 し た 。 単 位 商樹 あ
たりの何.illPp が j~JJfIして材料除去率 w が増大するのは、パフ研磨材の砥粒密度 m . が
5-4-4 遊 離 砥 粒 を 用 い た 電 解 パ フ 複 合 加 工によ る鏡面加工
地して工作物を i
察過する作矧砥粒数 J
V
/
.
yが 増 す た め で あ る が 、 電 解 作 用 が な い 場 合
2
(
'
I
{
ii
食管度 J=Oの場合)に比べて電解作用がある場合(電流密度 J=I[
A/cm ]の場合)
平均粒径 2
[
μm
]の A1
2
0
"の 微 細 な 砥 粒 で ス テ ン レ ス 鋼 S
U
S
3
0
4の 加 工 を 行 っ た 場 合 に 側
定された、 電 解 液 中 の 砥 粒 温 度
CJと材料除去率 wの 関 係 を 図 5-1
6に示す。
パフ研磨材加工の場合、材料除去率 wは砥粒渡度
600
CJが 5[g/Q]までは培加したが、
それを越えるとほぼ一定の値になった。 な お 低 粒i
l
渡t
J
[CI=3[gjf
l
]の条件における1[
600
解液中の6
[f粒密度は、砥粒が電解液中で等間隔に肱散していると仮定すると、電解液単
{也体 梢 あ た り 約 5.8xl0"[
個/
cmつになる。
450
この{自立単位面積あたりに換算すると 7X
7
1
0[
f
閤 /cm2]となり、パフ i
l
}f賂材の砥粒密度 m.に比べて 5
.
.
.
.
.
.
6桁大きいことになる。
450
電 解 パ フ 簡 合 加 工 の 場 合 に は 、 陽 極 浴 出 が 加 わ る た め に 材 料 除 去 率 wは パ フ 研 磨 材
、
、
、
、
臣
臣
bO
加 工 の 場 合 に 比 べ て 大 き く な っ た が 、 パ フ 研 磨 付 加 工 の 場 合 と 同 線 に 、 砥 粒 濃 度 Clを
bO
E
E
s
:300
忌
後
十
~
5[
g
/Q]
以 上 に し て も 材 料 除 去 率 w は増大しなかった。
30
0
悌
~
溢
30
説
草
花
150
ム0
0
800
組合工 J
，!it!誕の[i.]転数
。
1200
Nu[
(
'
p
m
]
凶 5-1
4 ステンレス鋼S
U
S
3
0
4を加工した場合の
(f誕の向転数と材料除去率
組合工具1
(
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
O
a，
. 1 ー IrA/cm~ J. #
320パフ J
I
Jf熔材)
単位面桜当たりの荷重
2
3
PP[kgf/cm2)
図 515 ステンレス鋼S
U
S
3
0
4を加工した場合の
単位面積当たりの荷重と 材料除去率
C
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
O
"
.#3
2
0パフ研磨材)
1
0
6・
M術 山 相 誕 葉 村 特
。
ghzhs
150
[
ロ
草
花
20
電解パフ祖合加て
10
2
6
ゐ
砥粒温度
図
8
1
0
1
2
Cl[g/Q]
516 電解液中の砥粒の温度が材料除去惑に及ぼす影響
C
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
O
"
. Vg= 5[
V
]
. da=2
[
μ 凹])
1
0
7
に前加工の際に生成された i
察過条 j
長はほとんどなくなり、夫副全(1¥・がかなり梢らかにな
L作物の材料除去半 w が砥粒
湿度
CJ= 5[g/QJ
以 t
ではほぼ
った。なお同図の倍率
(x200倍)では平均粒径 2[μm) の砥粒による僚過条 1庄はIì{i J~ で
づ主にとtる i
反簡を調べるために、
きないが、倍率を 1
0
0
0倍にすると、!日i
隔が:
)
0
.1
[
μ
m
]のかなり小さい僚過条泌が縫認でき
h
l
lr
後の l
i
)
fI
t
f.
(
I
I而を制策したとこ
た
。 この結果から、遊離砥粒を用いた電解パフ複合加工を行った場合もパフ研磨材を)fl
7に示すように、*島平
ろ、凶 5ー 1
被の UJ
t
lI
¥n付近に砥粒が付着して
電解液の噴出口
いた場合と同織に、基本的には僚過条痕によって表面粗さが生成されることが分かった。
研磨布
屯解加工、バフ研!嘗材加工、 電解パフ U
i合J
J
I
)
て
の 3騒 頬 の hnT
を行った湯合に測定さ
いるのが認められた。
時間 Lと友 I
団組さの関係を図 5-1
9に示す 。 電 解 加 工 の 場 合 に は 、 過 不 l
動態
れ た 加 工1
付着している砥粒の量は、砥粒
化岐に相当する 7[
V
]のギャップ電圧 Vgを印加しでも陽極溶 I
Bは生じず、 &.而組~は
il 位~ CJが 5[
g
/Q]以上になると
変化しなかった。笑験に期いた 2
0
%
N
a
N
O、
aの湯合、 ステンレス鋼 S
U
S
3
0
4が 不 l
動態化するギ
ほぼ同じであった。 したがって砥
ャップ電圧 VgI
ま5-2節で述べたように
宜CJを 5[
g
/Q]以上にして
粒波 l
もて作物の材料除去主総 wが 1
鈴h
n
図
5-1
7 加工後の研磨布に砥粒が付着している状況
3[
v
]以下であるが、浴LL¥が生じなかったの
は;tt解液中に絶縁性の微細な砥粒があるために電解波の電圧降下が大きくなったことが
原印している思われる。
しないのは、 6
J
f熔布に付着する砥
Eミ ] C同
︹
立があ るため、付着し
粒の監に 悦
￨l
v
白.らに ト
1
1
1されて
々かったほ粒は l
工作物の i
京過に関与しなかったと
0
.
1
与えられる。
0
.
0
5
以;に平均粒徒 2[
μ
m
)の低粒で電
屯解加工の場合
Eミ ]H4NE出
︹
解パフ似合 h
llTを行 った 場合に測
[Eミ︺。の
atに対する
定dh
た
、 h
l
lT
.U
寺
r
.
初 頭 回w
m
司
祭I
創状態の変化を微分干渉顕微銑
8に示す。
で観察した結果を凶 5-1
rtiJ~ (
a
)は加 C
n
I
Jの下地をil'すが、
前 hnTの粒此・#1
5
0
0のパフ砂rJ必
¥
パフ研階付加工の場合
、
0
.
0
1
u
による l
京過粂 1
貞で炎 f
商が形成され
0.
005
]om--J
︹目当
ている。 Itill~1 (
1
1
)は h
llT時間 t=
8
0
[
S
l後の炎而を*し、 l
i
i
J
h
l
lCで生
J
成された l
家)el条Jl
t
はかえEり除去さ
l
l
l
て
叫間 t=20
0
[
S
]後
れていた。 h
0
.
0
0
3
80
1
6
0
加工時間
図
では、安耐は同図 (
c
)に示すよう
。
400
5-1
9 各穐の加工法を月1
いた場合の加工時間と表面粗さの関係
(
S
U
S
3
0
4，2
0
%
a
q
.N
a
N
O
a，V
g
=
7
.5--9[
V
]
.d
a
=
2
[μ
m
]
)
図 518 加工時間の経過にともなう表問状態の変化
(
S
U
S
3
0
4，2
0
%
a
q
.N
a
N
O
a・V
g
=
7
.5
"
'9[
v
]
， d
a
=
2
[
t
tm
]
)
1
0
8・
240 320
t[
s
]
1
0
9
工時間 t=
200[s]までは急織に良くなるが、
)
[1
f
t:
村1J
u'
Cの場合には、 主面粗さは1Jn
パフ 6
それ以後は W. I (Ií~1Iさは R圃 ax
O
.
0
0
8
[
μ 皿]で一定になった。 電解パフ間合加工の場合には、
実[
(
1
1
mさIj6
1
tH.の l
京過条泌が陣後 (
i
i
Wで滑らかにされるので、
R
.
a
xO
.0
0
6
[
μ ・]まで改
，
深さ hzは工作物の送り速度 Vrの雌によって変わり、送り速度 V が小さくなるととも
f
l大する 。 しかし距雌 y に対する除去深さ hzの変化の(L-}
に除去深さ hzか f
jは
1
:
作物
の送り速度 Vrの他によらず中凸パターンになった 。
総合工具電極の自転数 Nt を変えた場合、組合 工 具電極の中心からの ~I緩 y に対す
f
をされた 。
E雌 y におけ
る除去深さ hzの変化のパターンは図 5-22に示すようになった 。 任官の:I'
る除去深さ hzは向転数 N"の舶によって変わり、 回転数 Nbが人きくなるとともに除
ます 加工因子
5-4-5 形状精度に彫 留をおよ {
凶 5-2
0は (
n
l転fJl
盤型 惚 合工共 電極面下の 電流密度 J を変えてステンレス 鋼 S
U
S
3
04
の加 l会 u~)た似合に側'必された除去深さ hz の測定結果である。除去深さ h z は迎 合
去泌さ I
1z
が助大する。 しかし距離 y に対する除去深さ hzの変化の (
1
:fï は(!:'}も;~Nt
の値によらず中川パターンになった。
U~1江 林 中心からの距 離 y によって変わり、中心 (y= 0) から 外総に 向けて hzは増
人し亡、 y
ト
M合 T，
!
J'
1
立
極'
1
"心からの距離
20[ 冊m ] 付 近で h~ 人 にな り 、 ここから 外縁 にか けては急激 に減 少する (以後、
この傾向を中 1
"
1パターンという)。任意の距離 y における除去深さ
の
f
l
(
l
によって変わり、
する除}.:(家主
80
0
hzは唯ぬ密度 J
60
40
20
。
2
0
y[m
m
]
40
60
8
0
l
t
Wli
密度 J が大きくなるとともに 府 大する。 しかし距厳 y に対
112の変化の (
I:
}jは電波密度
。
似合工~電極中心からの距離
8
0
60 40
10
J の値によらず中凸パターンになった。
20
20
20
y
[
m
l
l
l
]
4
0
6
0
80
30
0
︹巴 ミ ] h q
J園 ﹃ 吋
一
10
州能川削品必
初 能 川W，会
"
'
(
.
コ 20
30
40
5O
60
70
ムG
80
50
90
凶 5-20 屯説密度を変えた場合の除去深さの測定結果
(
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3
.V戸 3
4
0
[
1
1
1
1
1
1
1四i
n
]
.
R
8
=
3
5
[
側].
N‘
=
6
2
0
[
r
p阻].Nρ=1
2
.#3
2
0
パフ E
庁f
l
l
t
.
n
1:作物の送り述 J
Q
'l
'r
を変えた場合、似合工具電 極の中心からの距縦 y に対する除去
r~ さ h z
(/) ~.止 ftω パターンは凶 5 21に示すようになった。任意の距離 y における除去
1
1
0-
図 521 て作物の送り速度を変えた場合の除去深さの測定結束
(
S
U
S
3
0
4
.
2
0
%
a
q
.N
a
N
O
a
.N，，=620[rp.].Re
=35[.a
J
.
J =1
[
A
/
c圃2
]
.Np=1
2
.#320
パフ研磨材)
i
l
l
ー
1
0
0
被合工具・電後中心からの距離
80
0
60
40
20
0
20
バフ研磨材の単位面積当
y
[
m
m
]
40
60
80
。
りの何重 PPを変えた場合、
組合工具電極の中心からの
似合工~電極中心からの距離
1
0
20
y
[
m
m
]
30
40
距離 y に対する除去深さ
10
日
hzの変化のパターンは図
ミ
ミ
20
5-23に示すようになった。
長 30
任意の距離 y における除
~
去深さ hzは単位面積当た
40
50
変わり、単位面積当りの荷
﹁
凶
5 2
2 似合工具電極の回転数を変えた場合の除去深さの測定結果
(
S
U
S
3
0
4
.2
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3，Vr
=3
4
0
[
m
m
l曲 i
n
]
.R8=3
5
[冊目].
J=I[A/cm2]. Np=12，#320パフ研磨材)
に除去深さ hzが増大する。
しかし距離 y に対する
指記留即礼金
重 PPが大きくなるととむ
2
×
rE
りの荷重 PPの値によって
︹国宇]マ。
#
i
3
4
除去深さ hzの変化の仕方
は PPの値によらず中凸パ
5
ターンになった。
。
80
。
?!i合 E 只~ i
(I極中心からの距離
60
40
2
0
20
y
[
m
m
)
40
60
このように、回転円盤型
80
復合工具電極を用いて平面
6
工作物を加工した場合、被
1
0
合工具電極中心からの距離
，
ー
E
ー
，
~
N
.
c
:
引J
~
y に対する除去深さ
20
町
山
hzの
変化のパターンは電流密度 J 、組合工具電極の回転数 NHといった加てパラメータに
30
は影響されず基本的に中凸パターンになることが分かった。
#
i
重
臣
図 524 工作物の送り速度を変え t
.
:
.場合の作用砥粒数の変化
(N
，，=
6
2
0
[
r
p
m
]
.Ru=35[ m
.
.
=
I
[個I
m
m2]
40
この中凸パターンは第 41
誌の 4-2-2で解析した作用砥粒数 MItYが複合工具電極中心
からの距離 y に対して変化するパターンと一致する。たとえば図 521に示した工作
50
物 の 送 り 速 度 Vrを変えた場合の加工条件について償合工具電極中心からの距離 y と作
凶 5・2
3 単位面積当たりの何重を変えた犠合の除去深さの測定結果
(
S
U
S
3
0
4，2
0
%
a
Q
.N
a
N
O
J
.V戸 3
4
0
[冊目I
m
i
nJ
.R8=3
5
[岡
田
]
。
J 1
[
A
/
c
m2)，Np=1
2，#3
2
0
パフ研峰村)
用砥粒数 M
.
.
yの関係を計算すると、図 5-24のようになる。任意の距 隊 y においては
作用砥粒数 M
.
.
yは工作物の送り速度 Vrが減少するにつれて増加する。これは工作物上
孟
の微小な i
察過領 I
或を通過するパフ研磨材の長さ Lryが工作物の送り速度 Vrが減少する
につれて治大するためである。作用砥粒数 M
.
.
パ立、複合 t具電極の中心からタ￨縁に向
ー
1
1
2・
-1
1
3-
けて
m人 して y
ニ
ZO[mm]I
JJ
l
iで般大になり、ここから外縁にかけては急激に減少する小
t
JI'ニ
~'" ，
タ ー ンに必ゐ。
1
)Lcn こと からI!'I 転円盤唱の出合 L 具電極を m いて ~r街 工 作物を hn にした場合、出会
cJVr.t a~rl' 心 から の 距綴 y
O
fh
'=
7
C'
NIi' R
e
~'
= 2
~][
. 一ー←一一一
Vr
と 除去問主 hz の関係は、作用砥粒 ;Ht.y の必いが 111 凶と
えt: -， て '1 ，，11， パ タ ーン に tt: る こと が分か っ たので、この結~引 に認 づ いて半面肢を向上させ
で与えられるパタ ー ンについ て 与 え る 。 式 (5- 1)を数他摘分により引
るための l
J
l
l L~: (
'
1・につ いて検討する 。
U
'，
ず
?
f
l
'，
1'
1
i
iの '
1-2-2(J)解析によ って何られた、出合_[}lil!催中心からの距離 y
と 作川 IIIHH~ M.y(/)関係を熊次兄化する 。すなわち式
(4- 11) において ~l! 雌 y は 出
合1
.
J
tll
i
:
悼
の1
<
予
(l
l
l
iに対する比として表し、作用砥粒数 M.
.yは 1
・
J
l
r
l
l心 (y-0) の
-25 が得られる 。 r5) t~ に実験で/\}られた除去深さ hz とその距雌 y を熊次元化すると、
そのパターンは式 (5- 1)で求めた ~I 算値とほぼ一 致することが分か っ た。なお凶 5
-25において
dcは 似 i
f:
r
:
Jl
i
l!偵小心 (y=0
) での除去深さ 1
1ZをN.す。
(~Ji JIJ M~N 敵 M.yo によI する Jt として友す。すなわら
M.y
M
'
Y
I
I
Lr
y
(5
LrY
l
1
1)
ここに
y/Ro %
Lry 2 U 8 0 + b + C
。
df
J
2
0
4
0
60
80
i=
2
j
l
o
t
b
O
一一一一一 d6
'
小
4 (a ・f
Jl+b' ・6'+C
)
コ
可
.
t
:
:
ι
t
y
2
•
U
a
I
1ニ
••
3
ま
40
¥恥
、
ここに
1
0
0 1
2
0
'
‘
20
(2・
a・f
J+b'
)2
ー
60
喧 80
M.y/M
.
y
(
}
(
!
)計算健
雪
〉
~
b= -J
:
:
:r
:
}
R
e ー (α ・ 制
1
00
2
1
2
0
7
C'NI
i
_
、
b・}ーヱと主主
¥
iε ./
ぶ
• •
¥志
140
7
c・
N包
=
図 5-2
5 熊次冗化して表した除去深さおよび作用砥粒数
(
S
U
S
3
0
4，2
0
%
a
Q
.N
a
N
O;
J
， #
3
2
0パフ研磨材)
c R
e2
α =.
Y/ Re
8ニ
， sln I (α)
f
Jl =2
π ・ (NB1
Re2ー
-1
1
4-
(
α ・刷
2 ) /
nすると[勾 5
Vr
-1
1
5-
そこで熊次 J
C化された小心からの距離 y と除去 t
業
さ
れた l 作物 ~)m
険制
h
zの関係から、半面 I
f
rが設定さ
500
1
:
する場合の似合r:~ 'ltt極の半従 R
Hと仁作物の加 :
c恥1[)~の適正 (lfl を
Jる
r-1
いま凶f) 2G にぷ-~.ように、 .:1ó. 1壬 R" の凶転円盤型のぬ合にJ!.'llr~で平副:r:作物を加
にするJ.~台金行え、
r:作物の除去深さ
、
.
幽
臼
・
Q
H
h
zと平面度 δを設定して r
.
L
j1告を満足する工作物
H
異
C
I
)l
!
l{
i'
C
J
li
l
r
t
俳0)=
I
'
f
tfiuと中心での除去 t
家
主 dcを設定する 。
.
n
(
i
)1世定占れ f
・ ドI
r
n
/ ()と中心での除去深さ dcから、除去深さの増加
*
eを計算す
川一山
s
b
--
(5- 2)
50
1
0
0
組合 l具電極半径
ω熊次 rc化された '
1
'心からの距離 y と除去深さ hzの関係において除去深さの増加本
εに対応する小心からの位世の比率
2
0
0
1
0
0
J々わら
る
。
300
思
l
l1.削[)..i-*めゐこととした。 h
n[幅 Dz は次の手 mf~ で求める。
のh
2
400
日
g
(y/Re) を求める。
1
5
0
2
0
0 2
5
0
R"[
m
m
]
27 平面度 1[
μ 田]の加工を行う場合の
図 5似合工具電極半径と加工幅の関係
@求めた '
1
'心からの位置の比率 (y/Rι
) に間合工具屯極の学徒 Rsをかけて加工
相/)..を R
I
'
押する。
5-5 電解パフ複合加工によるステンレス鋼の鏡面加工の実飽例
27はヂ耐 I
!
rd =1[
μ 圃〕に設定され
図 5た[(~ :物全 bn にする場合の!日合工具電極の半
{
fU Ii
と 1・ f~ ; 物の 1m
5-5-1 aS
i太陽電池基板の製作
1制 ρ，の関イゑを以 l
二
の
(
1
)a
S
i太陽電池Jef1xに求められる条件
f
N
Iで ul
'
宵した紀県を示し、小心での除去深
さ dc が JI~ 人 j るほど股定された平而度を
a
S
i太陽電池とは、 J
I品質 (
a
m
o
r
p
h
o
u
s
) のS
i半導体言語膜による光起'Itt))効*を利 H
l
L
ぬk!する 1
J
l
1 1申
:
.
1J
)
.
lが小さくなることが分
て、光一屯気エネルギ変換を行う機能繁子である4r.)0
かる。このようにして午 I
M
I立が設定された工
により 2樋知ある。
作物を h
t
l1 する際に ~iトな惚合[具11f 極の半
a
Si
太陽電池は地取の材料の遣い
1つは図 5-2
8
(
a
)に示すようにガラス基仮の上に aS
i議映を形成さ
:陥光線は aSi~1j脱が形成されたガラス基板の裏側から入射する。この方
せたもので、 λ
径 U" と除、)~刊さ hz~ 決定することができ
X六二~7メ y グ
る
。
μ斗
式の問題点は、ガフスで光が吸収されて a
S
i必膜に入射する光のエネルギか減少する こ
とで、これを防ぐためにはみくて光の透過率の高いガラス基騒が用いられている
他の
lつは凶 52
8
(
b
)に示す基板に金属を用いたもので、この方式では人制光線合
a
S
i薄膜に入射させる(災際は透明導電膜を通して)ので、光エネルギのロスか少ない。
2
6 平函度か投定された T作物を
図 5加工する場合の加工幅
基阪に問いられる金時には以下のような条例が求められるので、現代のところはとん r
ステンレス鋼 S
U
S
3
0
4が I
I
H、られている
-1
1
6
・
-1
1
7-
F
F
表面粗さは R
m
a
x1[μm)であった。 BAHIまR
m
a
x03
[
μ
m
]の災耐粗さで、おも表面の
S
i太陽電池の基肢として必要な
光沢が良かった。しかしいずれの材料もそのままでは a
表而机さを満足していないことが分かった。
また 28材の表面に存在するピットの深さと数を金属断微鏡を用いて抑制定したところ、
図 529に示すように、 28材の表聞には深さ数 [
μ
m
}
-数 1
0
[
μ
m
)のピットが多 数存夜
することが分かった。また比較的表問粗さが小さい 8 A材についても、 l
まぽ同線な深さ
と数のピットが存復した。市販のステンレス鋼の中にピットが生じる原因は冷却 1与に生
じるブローホール、圧延時に巻き込む鹿あいなどさまざまなものがあるので、圧延肢の
(
a
)ガラス甜反型a
S
i
太陽電池
(
b
) 金属甜反型a
S
i太陽電池
製造段階でピットが生じないように管理することは困難である。したが って 市販のステ
ンレス鋼を a
S
i太陽電池の基板として用いるためには、表面に存在するピットを除去し、
図 528
m
a
xO
.0
5[
μ 田]以下の鏡商に仕上げる必要がある。
表面粗さを R
a
S
i太陽電池の構造
40
①耐食性に優れ、機械的強度が高いこと
②a
S
i薄膜との密着性がよいこと
@腐食しにくいこと
@溺仮材が入
尽
Fしやすく、安価なこと
き20
⑤鋭l
前f
tヒげが容易に行えること
言
、
.
>
J
現住、
a
S
iλ
;陽電池は電卓などの比較的小電力問にはガラス基阪が、離島などの電力
事情に乏しい場所の補助電源として用いられる大電力周にはステンレス鋼の基板が多用
。
されている。
aS
iA踊-r[池は、最初のて艇でプラズマ CVD法などでステンレス鋼の基板上に 2
0
5
0
[
n
m
)の蚊仰の P型 a
S
i半導体様膜 (P居)を兵空蒸着して製作する。 P陪の品質は電池
特性に大きく影響する 46)。すなわち基甑にピットやスクラッチがあると、その部分には
1
0
20
rットの深さ [
μ
m
l
3
0
図 529 ステンレス鋼S
U
S
3
0
4の表面のピットの深さの数畳分布
(
S
U
S
3
0
4
(
2
B
仕上げ面).
板j
事 0
.
5
m
m
'
.蘭積 1
0
0
[
c
m2J
)
P憎が形成できなくなり、 p憎の上に形成される i}曹と金属基肢の間が短絡して発電し
なくなる。短絡を抑制するためには、基担の茨而粗さは P層の膜厚以下すなわち R
m
a
x
(
2
) 加工装置
0
.
0
5
[
μ
m
)以下で、かつピットやスクラッチのない表面が必要である。
r
t
d
坂のステンレス鋼庄延阪が a
$
i太陽電池の基仮として使えるかどうかを調べるため
<
1
mねiさとピットを測定した。測定の対象として、
に
、 (
た
。
を月H、
3種類の表面の光沢の遵う材料
2Dと呼ばれるものは冷間圧延後のもので、表面粗さは R
m
a
x約 3
[
μm
]
であ
鋭而加工装僅はラジアルボール盤に搭載した。すなわち加工テーブルに往復運動可能
な可変速機備を設け、工作物を回定する加工措はこの加ムテーブル上に取り付けた。ラ
.4
l
l
tで用いた回転円盤型の彼台工具唯極と同じ情造の
ジアルポール盤の主軸には第 3
複合 て具電 極を取り付けた 。
った。冷問 H
:延 l
直後にスキンパスと呼ばれる表面処理を 施されたものは 28と呼ばれ、
-1
1
8
司
ー
1
1
9-
r:作物として、 t
W
'
JO
.5
[
m
m
]のステンレス鋼 S
U
S
3
0
4 (2s材)を川いる。 これは a
$
iA
陽電池 (j)、
J
'
(
)
;
にf
tわせるために、あらかじめプレス加 Eで 1
0
0
[
m
m
)x1
0
0
[
m
m
)に切断して
いる
J
J
I
Ir
:
t
舎
にn
校の J
.
作物を取り付けた状況を図 5-30に示す。
[
t
Jm
Jの 3
免而カ'1
I
Jられている 。
N
.1
:
I
こaS
iみ股を作製して、電池特性を制べたところ」に陥
加工したステンレス鋼の .
J
l
.
it
屯池として 1
・分機能することが総詑主れ、 その後本 }j 訟は工業的に伐~>>Jされている .
1
J
1
11
:
は aI
:
r
l
¥に分けて行う。第 l工程では素材のピットを短時間で除去するために、
︹
J で約 1[
A
/
c
m2]と
a ミ ︺ N ﹁￨﹂
パ 7o
}
fJ
日付として制限 #320
のわのを用い、 電解電疏 I
I
ま電放密度
大きくする。抗 2 1.fllでは、第 1・
E程からすぐに仕上げ加工に移ると、.&.耐にうねりが
トートー
←
ト
ー
ー トー
トー
」
昨
トー トー
人
~
へ
し
'
I
V
吋~
~~りやすいので料 Ifr #6
0
0のパフ1i
J
Fl
f
1Uを用いる。第 3工程は友樹を鋭酪にするための仕
J
.
.
1
:
げ T Nで、判}立#1
5
0
0のパフ研磨材を用い、 電解電流 Iは陥極溶llJによるピットが生
i
晶
ι AA 也
¥
1
1
+
. .
+
.
1A
4
一
ト
ー
じるの会抑 制するために也統街度 J を0
.
2
[
A
/
c
m2] と小さくする 。
O
<
1
J
V
下J
l
l
i
r
自
トー
﹃
一
，
一-
114
[ 日 ミ] N
圃
i
t
I
.
や
。
5(皿i
n
]加工後
トー
[ 日 ミ ︺N 寸
一一t-
←
一
lJ
一一
O
. 1[
m
m
)
L-.J
凶
1[
m
i
n
]
J
J
f
J
工
後
5-3
0 )
Jn
工相に取り付け た工作物S
U
S
3
0
4
(
a
S
i太陽電池用基板)
凶5 3
1 部 11躍で下地而のピットが除去される掠 f
(矢印:ピット)
(
3
)h
n1
，
/
**と実用性の評価
醐
A
.Ed
，
，
、
吋
.
"
.
.
.
"
.
.
、
・
f
+ー~
図5 3
2は第 3T
.f
宅
まで加工した1:作物について利定された表而プロフィールを示し、 友商粗さ R
m
a
xO
.0
5
1
2
0-
内
.
.
.
.
.
，
.
_
_
戸
.
帽
、
、
、
/
'
"
"
0
.
・
4、
.
，
.
.
.
.
.
.
、
，
.
.
"
.
.
、〆
、 戸_，戸、_
.
‘
トの深さ (
2
μ 圃)
a
'
・F
に m~.~ ' る除 }~r~ さ 111 になるためピットはほとんど除去できた
1
PEE-
ものは￨分除去できていない。加工時間 t= I[
m
i
n
]後では、 l
まぽピ
m
‘
、，
す
。 h
l
l.
CU，~ I
H
It=)
(5[
mi
n]後では比較的浅いピ y トはほとんど除去されているが、深い
nU
“
，
。
血小1EELV
筋 1・
1
:f'~ で JJII ・ 1:小ので作物の炎耐プロフィールの変化を ìJliJ 定した結操を図 5 -31に示
5
0
[
μ圃
]
図 5-32 第 3工程で鏡而に加工された a
$i
太陽電池用基甑茨而のプロフ tール
1
2
1
5 5 2 高性能真空チャンパの製作
(
1
) .ts高点空の必唆 t
l
lと従米の製造 J
査術
近年、 a
$U
.
.
陥1
E池をはじめとして高密度磁気ディスク記憶袋也、 L
S
Iなど機能性薄膜
をJl
H、たr:既製品が広く使用されだした。 機能性薄膜は、プラズマ C
V
D
後也、
ス
ノ Tッタリ
ング供出などの R ~や反応接抗で型作される。機能性薄膜の性能は薄肢を情成する元#.の
純 I!l.に大きく tlJ宮 ~h 、
主元索以外の不純物元素が多くなると所定の性能が
mられなく
なる日}
。
l'~?{' f
¥
{lt、I-!: liJ，'を川いて (WD~ を制作する場合、薄膜の主元素は胴体状のぺレッ卜かガス
のj杉 r
供給される。現イL、 これらの原料ガスやぺレットは 9
9.999%限度の尚純度のもの
かずF弘に人
rrさる。
しかし Il;~ 料が高純度でも真空反応装世のチャンパ内および Ä~ 配
管糸にィ、 *i~ 物があると、制作された樽膜に不純物が浪人する。そのため段近とくに、 4妥
図 5-3
3 製作した兵空チャンパの外観
ø l'l{~・ 0) クリ ー ン肢が JJ!~視されている 48 。
A~ ・l'ャンパの rJ'j (扇、 E42 配管系の内面に付着した不純物は、~'{空小では hll 1
1
¥dれて
bJ~ Il~する{脱ガスという) 。 氏 :宅待皆の真空度は、容器内壁からの脱ガス股と点~ポン
プの 排気 I
Jiによ って決まるため、排気昆が大きいか、脱ガス且が少ないほど貞空度が高
7
1
0
-
1
0
-7
C
O
+
l
h
H20
くなる ω しか しA(
1
!;
t
t
ンブの能力に限界があるので排気監を向めるこどは同級であり、
~Cセ IQ を・ 高めるには脱ガス監を少なくしなければならない。そのためには、材料の友両
8
1
0
-
lO・
一一一日一一一
'
M
O﹂F } 組側は
{﹄
制凶利低
倒削減
園
、
J
J
l(
1
:
、 f:t t'~ ・l' ャンパ、 ~，'}'配管系に主として用いられるのはステンレス鋼である。 ー
、
{Lhoh}
くしなければならない。
C
0
2
8
{LLOH]
をI
L'1'(ドJ に消浄化するだけでは小卜分で、表面の凹凸を小さくして ~lX 耐債を極力小さ
7
1
0
-
れらに川いられるステンレス鋼は脱ガスを抑制するために、酪淡い、'l!i解加J[などによ
りた 1自 I~r向か 1ししている。
しかしこれらの材料は表而粗さが R
m
a
x2
.
.
.
.3[
μ
m
]程度であ
O
ト → -IIIA~ハ 7?組合加工→ーパフ研峰村加工)
A空度の側定を行った。
pt
n
伺
p
‘
h
u
U~タチャンパ内のガス分圧の時間的評価
(ー1
O
.
.
.O
[
hr
]tH
*
'
分 f事 /
7
'
使用、
O
'
"
'
I
O
[
h
r
]はりリ )
.
1，
J
J
*
.
'
/
7佼附)
3に示す。チャンパ本体の寸法は凶筏 1
5
0
[
m
l
l
]、 f
匂
創作した火犯 .
，.ャンパの外観を凶 5ー3
1
2
2-
町L
2
υ
n V'
叫吋
nu
時
[
h
r
]
4
凶 5-a
(
2
) 高性能ぬゆチャンパの賢作と評価
f~ 而 hn 1dut
.ステンレス鋼 $U$316しで兵空チャンパを作り、
1
0
nu
問
時間
ハU
U
1
0 0
銚刷が必1!.;である 。
n
u
ハ
-
るため、 次 1
1f~ の却しSI を出 i色するために要求される超高点空を仰るためには卜分でなく、
‘
1
2
3-
占:J50[mll) である。チャンパに IjW~ ポンプをつなぐためのフランジと、真空計を取り付
I
Itのパフ i
l
J
flHHを用いて h
l
l1
:を 1
1なったところ、 災1
首l
t
l
l
d
R圃a
xO
.
0
5
[
μ
1
1
1
)の鏡耐
けるためのフランシi'5カl
'
f
r
投けている。
湯
I
t
i
.
(
i
;I
Bしやす
を/(}ることができた。ただしステンレス何は、結晶の粒w.古i!分が i
チャノバはパイプの内 1
加を切削加 Iによって表 I
個
利i
さR
m
a
x 6[
μm
)に力1工し、日1
T
i
.
主の
:(
f
l擁した後、 5 -5- 1で必べた E程で電解パフ I
!
l
合
)
J
nLを行った。この加工に
形状 1
u
i
.
l
11
さは R
m
a
x0
，05~0 ， I
[μm]の鏡 I
耐に仕上げられた。
よりチャンパ内出の炎 r
同 5-3
4に鈍商加工したチャンパを兵空ポンプで吸引してチャンパ内に残存する恥 0
，
COiNl ， CO~ のガス分 fE の変化を測定した結果を示す。
比較のために内面をパフ研磨材加
I:でうそ而 t
1
1さ R
m
a
x0
.
5
[
μ 田]に h
l
l了したチャンパについて測定されたデータを併記した。
7
!
lA
V
)"フ出合 h
nl..で鋭 1
耐)
J
I
I[された良空チャンパはパフ研jfl1Hのみで加工されたチャン
1
18を人主くし過 Jるとこの部
いため、))1)L能率を高めようとしてギャソプ屯庄 ¥
極的出が先行して憎か '
1L" 、た Ibl が成れるので tt.~~ を裂する。
分の陥 t
(
4
) 史的i
Ulさは、送り f の向日J
Iで L作物に転写された砥粒の切子}形状が陥桜前出で
滑らかに 3れて生成されることが分か ったG
そのため、災耐ねl
さはギャ
yプ
i
t
r
u:
V8と、砥粒の j
察過作用に関する因子(弛径、パフ研磨村の単位而積当りの荷重
PP、組合工具電極 1回転あたりの送り f)に支配される 。
(
5
) 溢出K
b
l
l粒をJ1
H、た電解パフ似合 1
J
1
11
を ~T った場合にも、パフ ll)llfH~ を川いた場合
Lべて、それぞれのガス分 Iが l桁小さくなっていることが縫認でき、 材料か らの
パに L
と Ht~ に、 i察過条痕と|場 U\(i;/t\によ って災前粗さが生成されることが分かった。
1
1
従ガスか極めて少ないことが分かった。この加工法も突川に供されている。
千均判径 2[μm]の微細な砥粒をJlJいると表面組さは R
m
a
xO
.0
0
6[μm]まで改善で
き、材料除去率 w もパフ研限付加工の勘合に比べて大幅に高くなった.
5 6結論
(
6
) 工作物の形状精度に関して、回転円盤型惚合工具電極で加工された工作物の除去
ステンレス鋼の不働肱 1t 映の竹 i殺を検討し、ïtì:解バフ ~\l (
tJ
J
I
I.
Cによる 鏡而加工実験を
i
rっ (JJII I能率と品'(1:に つ いて湖ぺた。さらに電解パフ出合 D
nしによるステンレス鋼の
鈍1
(
1
1
)
)
1
11
の実施例をあげて、その特徴についても検討した。その結果、以下のことが I
切
探さ hzは、間合工具電極小心からの距雌 y によって変わる中凸パターンになる。
t
l
l村総 M.yか 距離 y によって変わることか I
!
j
t闘で、距
これはパフ研磨材の作JIlf
i
離 y と除1>.深さ hzの関係は )
1
1
1Tパラメータの値が変わ Jても常に tドr
"
Jパターン
になる。
らか I~ なヲた。
(
7
) 測定在れた除去深さ
(1)ステンレス 鋼は、般家的 ~1'~ のな島幸泌を用いた l自 1次世解により、不働態化膜が1.
l
点される。ステンレス綱の不 l
動態化膜は膜 J
手h
"か数 1
0
[
n冊]のオーダできわめて
n
:
l
¥による品川的な溶山痕が牛じる恐れがある。したがって、 1[
みいので、￨場極 r
Mパフ抱合加工でスナンレス鋼を加工する場合には、ギャップ電圧 Vgを.
小さく
111と似合 '
r:Jl電磁中心からの距荷量y の関係は 、距 緩 y を
m合工J.Ult誕の半径 R"に対して、除去深さ hzを中心での除ゾミ深さ
dcに対し
1
1
1
*
裂で裂すことができる。この熊次元化された曲線から、
て熊次元化すると lつの 1
平副泣か設定された工作物を h
l
lJ する際の複合工具電極の f~毛 RII と除去深さ
hzの適 I
F伯が決定できる。
(
8
) 鋭I
(
n加 Iされたステンレス摘は a Si 太陽電池の基板として~川で J た。また超向
する必要がある。
(
2
) 電解パフ情合加工で λテンレス 鋼の加工を行うと、材料除去率 w はパフ研磨材
h
n[に比べてかなり大きくなり、友商相さは電解加工に比べてかな り良くなった 。
以空月1
のチャンパに用いると、現 l
涌 からの脱カスがきわめて少ないので、安I
J
.
，
.
童
貞
空度を万U
H的に高められた 。
n1・
の陥 l
盃溶出が電解加 Tのように災前全体で生じるので
これは、 電島幸パフ惚(rb
1
!
半
世
のl
家過 1川で 4
之助態化膜が除去されたところでのみ生じたためであ
はなく、 6
る
。
(
3
) ステンレス鋼が小働態{じするギャップ1
草花 ¥
1
g i'印加して純度#1
5
0
0より高い粒
-1
2
4-
-1
2
5-
1.:1長の安面にうねりが減りやすい とい う問題がある 。
第6
章綜鋼の銭面加工
し かしパ 76}f 白"を JIJ いて研 JH 作業を行 っ ている烈鯨 J制定告の中には 工 作物を I~ 過寸
6
る際に、出過条低の JÎJj きを FJ自の I'!"'.~ に対して交差させ、しかもその方向にランダムt'1:
1 結論
を持たせることによ って、うねりの少ない表面に仕上げる持能を持つものもいる。 電解
政策綱の州知は、じ以外の合金元来を加えた材料(合金銅といわれる)も含めると極
バフ慢合加工の i
家過条伎の }
j
!
r
)
，t1:については、回転円盤型出合工J\;電位~によ 勺 て形成さ
r
o-1J;~ 0)1
--2- )で述べたように、傾斜角 θ ，
が
}
)
l
Jcß.~ r: a
的て多い。 日 WI
!
tg
l
l品として用いられる代表的なものをあげると、プレス金型のように
れる砥日の i
銭過軌跡は
削除 H性がポめられる用途に朋いられるダイス鋼 $ K D、ゲージ矧に朋いられる合金工
の経過とともに協・に変化し、 しかも叫粒の屯極 I
釦下の位置によ って変化す・
る。こ の /
l
L
:
慨
具鋼 S I
<I
I、転がり申I
b受に月jいられる軸受鋼 $UJなどがある。
を利用すればうねりの少ない加工を r
rうことができる可能性がある。
これらの材料ででさている部品において、鏡面加工が必要な場合がある。たとえ ばア
ルミはくや λ テンレス鋼の (...~U を冷間圧延加工するためにJl:Iいられる JE 延ローラは、ロ
フた liJI の 11'1." ， 1)'1 1 延 される U~I の表面にそのまま転写されるため、 段終段階の 正延工
Ct
t
!の 1
t
t解放を川いて電解した際の不{劫!必{ヒ映の特徴に
そこでまず伏ポ鋼会両者点的恥 f
2
いて調べることとサる。次に川筒状の上作物を加工することを位!
1
として II~ 物に形成ぷ
れる軌跡を解析し、
M制 fl)θ の小さい l
察過条痕を形成する刀法について検 i
;
わ「る
('0
作に('l:J
I
l，されている nーラは友而が鏡面加工されている。また大型の内燃機関において
さらに屯解パフ聞の加 .
じで民喰鋼の円筒状の工作物の夜耐の加
はいl
恥サる軸物は軸受とのt::
1
で境界潤滑で保持されることが多く、軸物の表面の凹凸が
と表面組さの小さい続 l
師b
ni:
金行う
u
r克験を行 って、うねり
h法について後討することとする。
λ
;さいと申b
l受けの賂 Hが早くとtる。そのためクランク軸やクロスヘッドピンの炎面は鏡
I
f
i
I)
JI
l
"Cされている。
本政の椛成は次のようにな っている 。 s-2節では炭素鋼の不働態化眼の特徴につい
次に1)(;
ぷ鋼会鈍!郎 h
n:
cするための除去加工法について与察する 。 A
Iや C
u必どの非鉄金
'
I
I加1:は1'1
偽1
而、ヂ泊i
について 一般に単結晶ダイヤモンド "
[
J
.
.
!
.
を
属の挽 U
mいた超精 密 切
削で比較的作坊に行える 。 しかしダイヤモンドは炭素鋼に含まれている F
eと高温で反応
て述べる。
6-3 節では 61~ 粒の|祭過軌跡について解析する 。
について足h
べる
ß - 'l節は!J!験 i佐世と刀法
6-5節は実験結果と考察であり、 6-6節は以 1
:
をまとめたがi
論で
ある 。
ctC~ t~: り、メj 先の鋭利さを失うので、この加工法で占将来鋼を非鉄金 属 のように 鏡
して F
I
自
i
b
nI
・
するよとは￨付縦である'削。したがって現住、炭素鋼 の鋭 I
白b
nr.は低粒加てで行わ
・
hWI
止な転がり +
h
I
受や小さな平面の鏡面加工はラッピングで、
れている。，1
6-2 炭素鋼の不働悠化膿の特徴
P
l
筒而は超仕
1
:
げで、その他。)I
Vt~ な形状の物は作業者による遊離低粒会Hlいた f (1 1
こげで行わ れて
いる。
!i
純金 7
t
r
Mパフ l
l
¥合加工で鏡商加工する場合の問題は、炭素 鋼に 含まれる Cが 陽極
民A
1
¥t
i
"~.に浪曲l に伐る恐れがあることである。 C は緩めて安定な疋ぷであるため金属元
的1
濃のように 7tt~tt 作 JIJ で f オン化して fiJ 出するとは考えにくい。 C が友耐に残ると鏡面に
1
・成されるイ之助肱化股 l
よ鉄の 酸化物 になる 50)。代次的な鉄の 般
イし物としては
炭素鋼に '
FezOJ と FeaO~ がある。 FCzO.dj 今会~rll に b従来摘をßj(置したときに.!t I
f
l
I
l~ 4
'
.
l
・るふさびであ
J
，
dひか生じた M
血液鋼は h
.
l卸しておくと京地の内部にまで腐食が進行して、 U
l/
f
tか
る。 ，
nUII材料として f
l
J川できなくなる。 一 万F
e
:
I
O
.は瓜皮の成分である。!処法;
必製な部品の b
は揖酸には溶けるが、水分に j
Jしては比較的耐食性があり、思皮が生成された民球 鋼 I
j
長期間定気中に絞首しでも京地内部が防食されることはない。
はならない n
T能性がある .
J
f/
nfjbn仁する場合、丁作物の下地に周期が長く比較的保帽の大きな凹凸
次にパフ 6
(うねりとい う)かあると、パフ 6
}
f
除t
れま凹凸に沿って変形して凹凸部の砥 粒 のくい込
酸素酸出型の1[解泌~J11いて1)(京鋼 S45C を屯解加工した場合、イミ 働 1由化脱は Fe.O" にな
るのか F
e
a
O
.になるのかは定かでない。 そこで NaNQ.水浴液を入れたビーカの小に民楽情
l
み
1
i
iJldに草がなくなる。そのため工作物の下地は凹凸部ともほぼ均一 に燦過されて加
ー
1
2
6・
S
4
5
CとC
u肢を対向させて複し、電解反応を調べた e
-)
2
7-
図
6-)はこの時のギ .
¥
・
ッ
プ
'
i
t
t1
E
，
Vgと7
E島
幸
'
l
t
!
l
h
t1
0
)関係を示すが、 b
将来鋼 S
4
5
C
の分解 1
1
!
仔
・ V
oがギャップ t
t
t仕 Vg=2，4
[
v
]付近であることが分かった。ギヤ
1
プ電圧
Vgが分解電圧 V
oより小ぷい 範聞におい
{自ミ
て、陰極からは )
)
¥
σ
)電気分解によって lb
が生じるか、陽極の炭素鋼 S
4
5
Cの表面では O遥
の気泡が 11・ 1・るものの、炭~鋼 S45CQ)(i; 出 lま生じなかった。加工時間 t か長くなるに
c)
LO
つれて b
熊本鋼 S
4
5
Cの友商はますます!良くなった。
20
15
︹︿︺
﹁
L
凶 6-2 電解 D
I
IT.で h
l
l・
にされた炭素描の断而
J
I
.
5 10
~
2
皇
制
がでさる渋色のお)米が 付着 lていた。 l
さ1
0 己はこのお}ボか炎 1
1からどの担 l
J
:
tO)伐さに
5
分めしているかを調べゐ/-めに、 J
J
I
I[終(1
長ωl
火点鋼 S
4
5
Cを切 l
l
i
rして f
!Jられ t
，tH
1
(
/
)I，J，{
ilríH :.tiの光学顕微鏡写以である。陥 I~W ll\で災耐に形成された|リ1." ， 0)1日i 部にこの拘ボか
。
1
・
J
;
むしているのが分かる ω
1
1
'
1il
l
のみに粉ボが 1
・
i
芯しているのは、司不: 働 1態&化目映免か J，~ム山"
V
o5
1
0
ギャップ電圧
1
5
V
g[
V
]
・
[1解}JlI工した場合のギャップ1
[圧と電解電慌の関係、
凶(i- l 炭素鋼を 1
(
S
4
5
C
.A
e
:8
(
c2
]
.2
0
¥
a
q，N
a
N
O.l， 1g=l
.5[
m
m
]
)
4
似
皮峨
j袋された古湖郎
1
1
分 刊
(
p
門'
1
剖
部
1
) に屯
1匡前屯初流
i
花
i1が l
県
i
災
i
1
'
い
Il
て
、
し
、
その自1
1
分の金制 J'
e.)慢のみが l
i
l
a他 f
i
l川
Cが，1ったためではとEいかと考えられる。
品台、玖:のような J
'
M山によって陽極 f
:
i1
1
1で生じた Cが "
&
r
f
i
r
'
-f
，
1
e
る
1Ir解パフ出合加ての i
可能 1
1
'は少ないのではないかと忠われる。寸伝わら、
加 l終了 i
貨の l
々来鋼S
4
5
Cを水洗いして乾燥させた後、空気中に放出してdf.閣の変化の
① 1r
t物の表聞がパフ MJ伐材の 1(
[
4
1
の
I
r
I
tH
Q)1
京i
品作川で "
H
劫他 f
t
l
肢が除}， e
きれる部分
t~ f- を q)~J べたところ、 tE 解放に N 占れていとE い音I1 分(屯解'Ïf!旅 I が波れていない部分)
はケく小さい。このお11 分には 1Ir A~7IUAL
では数 F
l
i
長に亦さひが生じた。しかし電解液に従されて黒みを帯びた部分には赤さびは
化映が生成されるまでに投入される 1
1
r
気l
i
lq はごくわずかである。したがってじ
'1:じず、 hll ・ I~供了徒の状態をかなり長時間保つことができた。以上より、 i'l~'#酷出型の
が残る深さは浅い。
必解放をJI1いて U
;
'7
h
t電解した k
時点鋼S
4
5
C
の表面には化学的に安定な不 l
動態化脱が生成し
ていることが分かった。
Iか流入して、似 I~I (
i
i1¥が生じるか、 4
、削除
@ I(/I: 物は砥粒で i旬f 統的に|療過 され、 11l)，仰がi 川で生じた CIよ Illtf\] によって除ム〆 ~I ゐ ω
ただし砥粒の出 i品作 )IJ で除去され t- じかパソh)f l台 t~
.
t
:V
gが分解1trf
EVoより大きい場合には(過不働
なお図 s-lにおいてギヤマプ屯 f
!i!:化波}、 l
だr終1
同S
4
5
C
の陥怯浴:t¥か生じた。陽極 (
8:
1
1した表面は全体的に!段っぽく見え
1
2
8・
ω
t
l
色村 Q)1J
i
'
.e
tり
が ~I しる恐れがあるので、電島平 i伎の 1危阻を多くして 1)ト Illt1 ~ ~ j
¥
'uめるなどの 1・
夫が必
決ー
である。
るが、前述 0)小{動態化の条件で{(Jられたものとは違って、表面には容易に 僚りとること
ー
'
1
・
J.uして、
-1
2
U
6 3 回転円盤型複合工具電極で円筒状の工作物を加工する際の砥粒の僚過軌跡
うねりの少ない円筒状の 1 ・作物の災而を得るために必安な I~J 転ド]盤型慌合工具電極の
f
i
l
U
すの僚過軌跡について~f( ~Jd る。
送りマーク
‘ノ
砥胞のi主JJr.'"外，~ I
¥
.
、
砥拍の速度γヲ
ト
時
，
、
t
)
LU
(
a
)
図 6-3 工作物の送りマークと砥粒の速度ベクトルの関係
切削加工された円筒状の工作物の表面には図 6-3にボすような送りマークが形成さ
凶
6-4 回転円盤型国合工 J
t
1
l
f
憶による円筒状の工作
れている。この送りマークの'
1
'
1
1
'
1
'に対する砥粒の.ii度ベクトルの，:，)きの関係が加工に及
ぱ -H
I3留について与えると、
I
'
i
)
[
刻印)に示すように速度ベクトルの向きが凹凸に沿う場合
には 1
"
1f
f
l
lも内部ほどではないか砥粒の僚過によって除去されるので、うねりが残存しや
すい。これを越けるために、 f
t
l
.
l
半世の速度ベクトルの向きを r
.
;
]凶 (
b
)に示すようにがJ
)
J
I
Ir
で
N
K
形成された淡面の凹凸に対して交 i
をするように(以後、これを斜交擦過という)、図 6
-.
1に示す[口l
転円盤型H
担合
，ペミィ回制限後会工良輔
円筒状の工作物
グ↑)
える。この }
j
f
.
去は、
c
Jl~rr 泌を用いて円筒状の工作物を bnT する方法について与
Vr
r
o
J転門邸主')0)
1組合 T具電磁によ って形成される 燦 過 条 痕 が 工 具 の 阿
転
，
(
，
・C
}より成a
れた{立問においては傾斜角 θω が小さくなることを利用している。その
"
1払 (
1
J
盤型惚合，.).t;屯砂.の 1
"
1転中心を円筒状の
ため 1
E作物の l
n
]転 軸 に 対 し て 距 離 Hcだ
けオノセソトさせている。
この場合の砥粒の￨
京過軌跡を問。
5に示すモデルに基づいて解析する。パフ 6
)f倍付
は@転円盤型慢合工只屯誕の Inl.~'II.心 O から Hc たけ離れた位悶で工作物に接している
V
.
.
図 6-5 オフセ y トを ・~f する回転円盤型複合 I 共電極で
円筒状の工作物を加工する場合の砥狩の速度ベクトル
とする。 似合 工具電 悼の f
o
J+.丘小心 Oから半径 Rの位置にある砥粒 Gが工作物を i
察過す
る際の速度ベクトル V，
dよ、砥粒 Gの回転円盤型視合て只，'
i
l
t娠 に よ る 速 度 ベ ク ト ル
と
r(~ニ 物の向転による辿 Jrf ベクトル
V，，=
VE
VN の和であり
ν
E+VN
(6- 1)
-1
3
0-
- I:~ 1・
とえEる
。 また合成された速度ベクトル
V"
が X軸となす角 θパよ門筒状の工作物の直径
θw lan I
ω.
f
l.c
o
s(ω・t)ー π・D
.
..
N.
.
!
I
30
(
6-2)
( _
V
r
-ω'
!
l.
s
i
n
(ω・t)
{凶山一︼}担。
をυ
w [
m
m
]、その回転数を N"[
r
l
l冊]とすると、
1
2
0
90
三Ne==O一
60￨
4
l
t
l
i
t
と々り、
Hl 台 ・仁具電極と:r:t~;1勿が躍する部分の傾斜角 θ IfC は式 (4
-4)を式 (6-
E
e
健
機
摺
2) に代入して
強
ω・R.c
o
s(n.
π4
θ W(~ --
lan ' (
(
一 1) "
θ。
)
ー
π.[
)
，
，'
Nw
/
6
0
V
r ω・U
's
i
n
(
n・π+ (
一 1)
“ θ。)
ー
一
一
一一r
ー
ー
帽
』
申
30
0
30
-60斗
-90
1
2
0
・一
・
N，
・ 1
0ω(r
p1
十一ーー
iLNK 5
0
0
4
i
r
p」 士 竺
←
¥Nh l
o
ok-m
-
'
¥ '~J，;
ー
(6-3)
I
】=
0
.1
.2
.
3
.
4
.
.，
ω=360.'N，，/
6
0
ー8
0
4
0
送り述度
凶6
0
40
V
r[mm/min
]
。
(
8
0
6 l
察過条痕の傾斜角と送り速度、惚合 :
C
J
J
.
:i
引金の時1
転数の関係
となる。また 2つの i
袋過条 1
氏の交迫 f
/
)Jθ wCは
Aθ IrC =0 1 1
8
0
.
([θ 刷 ~ ]目。ー [
θ
w
ι
:]
.
.・.
>
1
となる。 [
θ
W
(
.
"]n "'U、〔 θW<:・
)
(6- 4)
はそれぞれ式 (6- :3)において n = Oと n=lの以
8
合に Jf~J戊ミされる l察過条 1長の州制 flJ である。
1
8
0
J
¥ (G :
3
>
と (6 '
1)から、 L
作物のド地に千五{[する(1'
I
t"1i-できるだけ大きな交
L~t f'J .
:
.
1θWCで i
窓過するため'"は、
i
去り速度 V
r、似合 C
J
!
:
t
I
H
艇の向転角速度 ω を大きく
1
5
0
するのが効史的であるのが分かる。出合工具電極の回転数 N" と送り速度 Vf;
を変化さ
せた場合の傾斜角 θ ・c の ~H1 結果を図 6-6 に示す。また出合工具電極回転数 N" の変
化による似合工具電街中心からの *
i
}Rの位世にある砥粒の交差角
?に示す。図
6-(:j、以1
6・ 7から次のことが分かる。
(Ol悠過 ~1良の傾斜角 θItC'こは巡り辿度 Vr より、惚合 J _ JJ.: '
l
t
rぬの阿転数 N"の J
jが大
ぼ欄川間
を阿 G
4θ IfC の計算結*=
さく膨留する。
@似合 J _ 艮電極の自転 ~Nh を大にするほど燦過条 1良の交差角 AθwC の最大値と血小
舶の差が大きくなり、
:
tf
午物の I
司転軸に対して保々な傾斜角 θItC を有する 燦 過条
1
良が形成される。
。
1
0
2
0
3
0
出;'~T. J 1.. 'rIH~lrl' 心からの、ド径
@l寝過条 1
度同 tが交韮することによって形成される交品 f
J
tL
lθwCの幅はオ フセット
f
J1
1cによって変化し、 l
l
c0)的が小さいほど幅は小さくなり、
t
r角 Jθ
wcは
J/c=0の場 合は交
図 6 7 出合工具電極の凶転散を設えた場合の交差角の変化を-J<す計算結果
Oとなって令:て[<i
J
じ方向に僚過条 1
庄が形成される。
1
3
2-
1
3
3-
6 4 実験装置と方法
6 4 1 円筒状の工作物が回転しない場合
c
作物のド j也のうねりか平俗化される伶子を調べるために、的 1
1
:した円筒状の工作物
会))11し寸ゐ。そのために片H、
たS
J.!験袋股の概略を凶 6-8にiJ立す。装置本体は N
Cフライ
ス盤に陪~したものをJIlい、
1:軸に給電・絵託証機織 1
・
fきの回転門盤型の複合工具電極を
取り Hけ、そのド由にバフ 6
J
fJHHi
-装着する。これらはすべて第 3，第 4， 第 5望書の 1
必
f
?と[
'
i
)じである。
l
・
'
f
，
:
物は川浩
川
m
t
従来綱引 5
C
(
/
)川向
(
1
直径 5
0
[
m
m
]，長さ 3
0
0
[
m
m
l
)で、
)
mL.f1jの内部にf，'J徳
fスで水平に￨占I
:
<
:
Eされている。この E作物は前もってノーズ '
1
'
-筏 O
.
4
[
m
m
]のサーメット
にl
tを川いて送り O
.1
3
[
m
m
/
r
c
v]
、切 削速度 1
1
3
[
m
/
m
i
n
]で切削加工され、表面粗さは R
m
a
x
行1
0
[
μ 田]に、うねりは約
1r
m
m
]の J
l
J期で振幅 2-3[
μ
m
]に仕上けられている。
T
E解 i
伎として 1
0%のNaNOJJ
J
:W泌を用い、電解波のタンクからフィルタを介して憤合r:
図 6-8 静止した円筒状の工作物の加工装置の概略
l
:
t
'lI.ftì に供給する。電解 111 の 11l~(としては直琉定電圧 Îtr~ 処置を用い、+径は工作物に、
~~.けぬ ftl ・具従 憾に J妥杭 d ゐ 。
[
'
1筒状の
I作物の
L
J
jから川合 :0
.
1
電極を回転させながら l
f
l十l
け
、 E作物の問転事d
l
の
J
j'
:
'
Jに 」定速度で往復))J!動させる。 r作物の回転軸に対する}組合 .仁具電極の向転小心の
オつセヴトは N
Cフライス般のテーブル会 Y 軸方向に I
lcだけ移動させて与える。
ォ-つセ ・
ソト量 J
lcを与えた場 f
fのうねりの平滑化作月l
を，;J.lJぺる実・験と条痕の交差角
Aθ 叫がうねりに及ぼす影響を調べる実験を行う。前岳では、オフセット量 I
Icの舶を
変えて))[1Lを行い、 出合 J
:
~1
l
t
a
.の通過[口1数(以後、パス数 Npという)が治していく
パフ研惜材
過れでのた '
O
Jのプロフ fールの変化を触針式の形状測定機で測定する。後者では、協 j
品
条J
J
{の交 JβjL
1θIfC の純開会限定して)JI
I
Tを行うために、[判 G-9に示すリング状の
1
¥
1
合'
C1
!
.1
l
i
:
泌
をm
いる
このぬ合 ・
1:具電極には、リングの幅
SR[mm]と直径 da[冊目]を
交えることにより￨家過条伎の世主的.1θ
r
r
Cを任意の他に扱定できるようにリング状の
パフ 6
J
f
J
t
lHが取り付けられている@
t
.
tおうねりは J
I
SB0
6
1
0に民づ L、て基準長 8(皿冊]のろ波長大うねり WCAf (以後、う
ねりという)として求める。
図 6-9 リング状の出合工具電極の併進・
ー
1
3
4-
-1
3
5-
JJn ~ 1: 前
6 4-2 円筒状の工作物が回転ダる場合
;，f-フセ') 1会シえて f
'
1術表 I
創(1)h
nr:金行い、加 1f
，t:のうねり WCAIと以I'H
立金調べる
ために f
l
H、た決験必悩のタ1
1
I
li
'I~
H-1
()に示す。 政盤のチャ
P
y クと心I' し台で工作物を
t
r
Vp o
11
)
a
s
s
1
・
1
'件ら支持寸{> ~ @転1')鎚型の I
!
L I)
t
'
1
江極 I
j政 盤 の 刃 物 台 に 絶 縁 物 を 介 し て 工 作 物 の
1"1 似事I~ に対し C n
'
i1ミ寸るように J~ り (.J ける 。 えE おオフセソト畠 flc は 1
'
1e'の必う敷き桜
i-刈 4~ 台 I~ 蚊い て らえる ω
災 験 は 円 筒 状 の I作物を f
n
)
i
五させて
6-4ー lと向峨の手順で hい、 h
n仁後のうねり
W wは蝕皇￨式 U)形状制定機で測定した表出フ。ロフ
fー ルからろ被最大うねり
Np 1
0
p
a
s
s
W
.
印を求
め
、 AI'
lI
立け山 I
'
lm.持制定機で A
制定サる 。
1
.
N
ρ 2
0
p
a
s
s
Hc
=Oの場合
で!
神1
1
F!
?
1
4
3
i
?
!
円
--u-i-7
:
ユ斗斗l
二
h
n
工的
ょJ__L~ ←'一・
1
YT叩戸l
FI77
ー
n
u
腿1
6
I
I
J筒状の工作物の )
J
I
Ir
実験装躍の例制
6-5 実 験 結 集 と 考 察
6 5
山一寸?:
N
ρ t
1p
a
s
s
，，
•
ーー・
.
?
1
布
Vp I
O
p
a
s
s
方フセットを与えた場合のうねりの平滑化
的1
1した川筒状の l作物を h
l
lI1 た助命に抑制定された、似合 TJ~ 'ttt他のパス数 Nρ の
1
{
1)
J
I
Iに対する&.r
f
n
O
)プ¥1フ
tー ル 0
)変{しを凶
。の似合、 1
"
)凶 (h)liオフセ ッ ト阻 I
!c=20[u]の l
必台で、いずれの場合も炎耐の向 一
i
沿J
対の I
I
l
d定弘法である。
N
ρ 2
0
p
a
s
s
6-1
1に示す。向凶 (
a
)はオフセ ッ ト量 l/c
)
J
I
I]:n~ 0)淡 1
mにみられる周知i
約O
.1
[
m
m
]の凹 1
"
1は自I
jh
l
lてである
1
3
6
(
b) オフセ ッ ト量 Hc=2
0
r田園]の場合
図 6-11 うねりの平滑化に対するオフセ y ト量の彫留
(工具電極のパス数の地加にともなう必 [
s
lのプロフィールの変化)
1
3
7・
3
#600
r
υ~ i
I
J
J
J
nlの際1."形成された送りマークである。またト地 l
討には送りマークの周期より長
hE 司吐い‘
nJサる際の仮動、心振れなどによっ
MJ
t
J
I
のうねりがみられるが、 このうねりは切削 h
いJ
32
て ~t じたものである@惚合 1~H 1
1
0色のパス数 Npか増えると下地聞は平市化されていく
y
ト且 I
fc 0の場合には、瓜粒の速度ベクトルの向きが送りマークの凹凸に
沿うので料公 l娘 j品は h われず、[1I11'~1 の仮輔が大きい送りマークのみが除去されう ね りは
妓介した。すなわむ図 6-1
1(
a
)の場合には約 1
0
p
a
s
sの加工で送りマークはほぼ無くなっ
が大きく
たω しかし眠術i
ることはできず、
ー
2
n
-忠小択制晴樹相 AW
以 fが分かる。
よフセ
#1
0
0
0
(
2
3
μ 冊)、周期の長いうねりは 2
0
p
a
s
sの加工を行っても除去す
1~2[μm) 残介している。
}
j、 4 ノセット
I
i
l
:
l
I
c=20[mm]の場合には、砥粒￨家過により下地の門山は斜交僚 過
H
c
=
2
0
[
m
m
l
。
占れる。凶 u-ll(h)の場合、送りマークはオフセット庇 Hc=0の場合に比べて半分以
下の-1p
a
s
sの加工でほぼ平滑化され、 2
0
p
a
s
sの加工を行うと局部的に f
.
f
i
lする下地の深
20
4
0
パス数
い(
l
D部を除いて、 うねりはかなり平俗化された。
0
p
a
s
s
(
}
)1
J
1
1 [までは粒!宣 #
600のパフIi
}
f階付を用い、 2
0
p
a
s
s以後はその表面を
下地から 2
60
80
100
Npp
a
s
s
凶 G-12 複合工具電維のパス数とうねりの関係
(
S
4
5
C
.1
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3
. Vr
=300[mm/min].Ne=505[rpm1
.Vg=5[
V
]
)
t
L
iI
l
t#1
0
0
0のパつf，Jf
l
f
H
f
;
をHH、て)J
u
.
l.した滋合について、 測定されたぬ合 .
1.只電極のパ
3
スI
I
INpr..うねり1I'c:...の関係会出(j-12にボす。
ド地由をHlIt#
l
i
O
Oのパフ研 l
色村で加工した場合、約 2
0
p
a
s
sの加工でうねり WCMはほ
ットを与えた J~ fl'の方がうねりの小さい表面が得られた。さらにこの何られた表面に対
I
V
c
Mはほぼ
必l
こ
えEり
、 オフセット位 l
lc=0では WCM=1
.3
[μm
)
、 flc=2
0
[
mm]
では
l
V
CM=0.5[μ 血]になりオフセットを与えた場合の方がうねり WCMは小さくなった。
このように 一定になったうねり I
V
仰の大きさは砥粒の粒度とオフセット
よって変化した。
大きさがほぼ等しいうねりのある下地面に対して、
2
n
辺小妖曜掲 AW
lて位 l
笠 #1
0
0
0のパフ研磨村をJllいて加工を続けた場合、加工開始から 6
0
p
a
s
sでうねり
︹回世司]一首①.
1
.8
[μm)、オつセット1.lI:l
!
c
"
'
"
'
2
0
[
m
m
)では WCAI=1[μm]とオフセ
]SK
ト
.
I
i
1
:f
l
cニ Oでは l
V
C
M
[Eミ
I
Il米するが、収束する (
1
(
1
はオフセットiil:I
Icの仙によって変わり、 オフセッ
i
‘
E 定的にI
坦
60 5
e
a
~
.
l
i
l
:Hcの値に
30
0
0と
粒 度 #6
#1
0
0
0のパフ 6
J
I
I
白川 を用いて)J
n1を行った場合に測定された、 オフセット l
i
l
:I
Icとうね
りI
V
C
A
Iの関係zを凶 G 1
3に示す。 ここで条痕の傾斜角 θWCは加工条件をもとにして式
(G-3) によって求めた計算他を淡したものである。
還
~
。
。
1
0
オフセ
y
20
30
ト量
f
l
c[
圃
圃
]
4
0
オフセット凪 l/c 0のI
易会、傾斜角 θt
r
CI
ま土約 9
0dcgになり i
家過条彼は下地の凹凸に
沿うので、 うねりは粒度#1
0
0
0のパフ研磨材を用いた場合 WCM=1
.3
[
μ m]になる。 オフ
-1
3
8-
図 6-13 オフセ y ト量とうねりの関係
(
S
4
5
C，1
0
%
a
Q
.N
a
N
0
3，V
r
=
3
0
0
[
m
m
/
m
i
n
]
.Nu=505[印刷 ，VKー 5
[
V
]
)
1
3
9・
セットJilF
lC を与えると傾斜角 θ叫が小さくな って、
が.I1'lすためうねり
FJ
也の I
l
!
1~lJ が斜交僚過される機会
W
C
Mは小さくなる。うねり W
C
M
I
まオフセット.ItHcの値が大きくなり、
したがって、凶 6-13のオフセット
J
.
1I
Icとうねり I
V
，削の関係を波す w
験結果におい
て
、 オフセ ッ ト量 1
f
cを増加させた治合に うねり
W
C
Mが小さくなるのは、オフセット 量
似糾 flJ θ IfC の品大舶が減少するド つ れて小さくな ったが、 出合 . rAÎ~ 極の直径が 70[m冊]
J
I
cが人きくなるに つれて、人・きな交 l
'
!f
J
JL
¥θ Mを有する i
京過条 1
I
{で l
銭過される機会が
の場合、オフセット量 f
Ic 2
0
[
mOl)以上になると、もうそれ以 LIj、さくならなかった。
I
告すことによってうねりの平滑化作JlJ
が高められたためと与えられる。
6 5 2僚過粂窓の交差角がうねりに及ぼす影 嘗
6-5 3 工作物を回転させた場合の真円度と表面粗さ
リング ~k の 複合 工具 電極 をJflいて 静止した円筒状の 工作 物の加工を行った場合に測定
占れ t
j
察過条痕の交遊戸JL
lθIfC とうねり
WC
Afの関係を凶 6
1
4に示す。 うねり W
C
Mは
*
i
公民 f
J
lL
lθ
"Cが大きい場 f
Tの hが小さくなった。このが
から切削 1
m工で形成された
巡り γ ークの門山に対して人占な交差角 Aθ IfC のj
家過条依を形成する程うねりを半滑
化できることが分かる。たた lえ必戸JL
¥θwCを 1
4
0[
d
e
g
)以上にすると 、うねり
大きくなり、。 θW
C
=120[deg)i
I
I
j後の交差角を与えた場合に応もうねり
ることが分かった。
W
C
Mは
W
C
Mが小さくな
円筒状の工作物を回転させなからその表面を加工した場合に制定された氏門度を図 6
-1
5に示す。阿図 (
a
)は加工前の切削加 工さ れた状態の兵円度を 示し、 ￨
吋
図(
b
)は加工後
のものをiT'す。加 E前の真円度は 5.1[μm)であるが、加 T後は1.O
[
μ1
0]になり、兵門
度が大幅に改善されている。
ここで電解パフ慢合加工を行う
ことによりて作物の真円度が向上
する理山について考える。図 6-
(
a
) 加工前
1
6に示すように 1作物の表面か同
1
.
5
じ庇だけ、除去される場合には )
J
I
I
工面l
の形状が妓り真円度は D
U[前
とF
l
:
l
じ{
t
(
1になる。電解パフ髄合加
・、
喝
巴
:
t
F
工の場合、丁作物の回 転中 心 Oと
L官 d
陶~酔
司
色
、
，
h h
(
b
) 加工後
迎合 工.u.電後面の距離が一定 に保
~
たれていると、図 6-17に示すよ
~
.
c
、
うに武門でない工作物が高速で同
4
く
帳
転すると、'ltt解ギャップ J
， はて
樹 0
.
5
、
《
図 6-1
5 加工前後の以内皮の比較
作物の良円度に相当する変動が生
じる。
。
ギャップt
i
f圧 V"が一定の場合、'Itt解 '
l
t
t
l
A
llは電解ギャ
γプ
，
1 が小 t
きくなる程大き
1
¥部分は陽極溶/l¥によ って除、よさ れやすくな
くなるので、凶中に A、 B、 Cで示した突 /
60
交差角
1
2
0
AθIfC [
d
e
g
]
1
8
0
凶
(
;
) 1
4 交蓋角とうねりの関係
(
S
4
5
C
.I
O
%
a
Q.
N
a
N
0
3，V
f
=
3
0
0
[阻皿/田 i
n
)
.
Nt; 5
0
5
[r
p
田
J
. V，，=5[V).Hc
=2
0
[
m
m
]
)
-1
4
0-
る。また 1作物を l
家過する f
乍
月i
砥粒数 M
'
I
Y
Iよ、1tf解ギャ
j
i似巾抑あたりの荷 l
I
iPPが
院付の I
y
プ 1"が小 1
-なるほどパフ研
i
m人寸るので、突Ii¥部分か砥粒の僚過作Jllで除去さ
れやすくなる。このような定解 1
1
r
f
.
<
tJと作 月}砥粒数 M.yのm
)
JIlにより、突出部か除去
-1
4
1-
6 6結 論
〈きれ良 P
J
I
広が向上するのではないかと行えられる。
-}
j、 r
}
<
l
t
nはやや!渋みを{1}びた光i1<凶i
になり、決断枢1さは R
m
a
xO
.1
[μID)程 度であ っ
た
。
[
0('，.物は水洗いして乾燥させた後、長時間大気中に位置したか、表面に赤蛸は生じ
なか~ t
・ したがって、不 i
動態化膜か牛成されていることが分かった。なお懸念された
2
パフ研 IHHの日詰まりはほとんど生じなかった。
J
:
門筒状の炭素摘を電解パフ迎合加 Eによ って ぬ品位に.1JIl するために、まず炭素鋼の
不{動態化膜の特徴について検討し、円筒状の丁作物の回転小心に対してオフセット量を
持つ回転円鐙型の彼合工具電後を m いた場合の砥粒の僚~軌跡を解析した。 さらに斜交
織過によるうねりの平滑化を dみた。その鮎来、以下のことが明らかになった。
/
n
工前の兵円度
b
nて後の真円度
(
1
)炭素鍋 S
4
5
Cを酸素酸出型の電解液を m
いて電解したも結合、ギャップ1tt正 V8=2.4
[V] 以下の範囲で不働態化か生じる。不lf.b!~化膜が1. /oc された炭素鋼S45Cの表面は
黒みを帯びて錆びにくい。なお炭素鋼 S
4
5
Cに含まれる Cは陽極溶出しないので、
‘ 1::tJ
電解作用のみで除去すると友面に Cの粉末が付着 して妓る。
••
(
2
) 工作物の下地の凹凸をできるだけ大きな交差角 dθ同で i
寂過するためには、送
り速度 Vrと複合工具電住の回転数 Nuを大きくするのが効果的である。また交
.
.
・
差角
Aθ IfC の最大値と最小舶の幅はオフセ ッ ト
I
i
l
:I
IC によって主、化し、
I/cの他
が小さいほど幅は小さくなり、 f
J
c=0I土すると交 X~ f
l
lL
lθIfCは Oとなる。
凶U
1
6 I作物の火山か[，Uじi
i
i除込〈される場合の形状の変化
J
I
IL すると、 i家過条痕の交 -t.• βJ Ll θ IfC が
(
3
) オフセットを与えて円筒状のて作物を J
人怠くなって切削加工で形成された送りマークの門凸か斜交僚過されやすくなる 。
オフセットを与えない場合 (Hc=O) には、門凸の~幅が人きく周 WJ の長いうねり
は復合工具電極のパス数 Npを増加させても除去することはできなかった。しか
しオフセット盈 Hcを2
0
[
m
m
]にすると
4p
a
s
sの加工でほぼ平滑化され、 2
0
p
a
s
sの
加工を行うと下地の深い凹部を除いてうねりはかなり平滑化された。
(
4
) 下地の凹 1"'に対して大きな交差角 Aθ IfCの僚過条痕を形成する程うねりの平滑
化作用は高まる。ただし交革角 A
θ IfC を 1
4
0
[
d
e
g
]以上にした場合、うね勺は交
同
.
.
.
差角 Aθ IfC を大きくしでもあまり変化せず、 4θ WC=
1
2
0
[
d
e
g
]前後の支革角を与
えた場合が晶もうねりか小さくなった。
(
5
) 円筒状の 1(
1物会回転させて加工を行う と工作物の呉川度が向上した。これは以
C
B
t
h
n.
1
.
I
I
Jの断而
内でない
x作物を加工した場合に生じる1lI解ギヤ
1プ
派 I、パフ研磨材の単位而繍あたりの何，sPPが i
l
r解ギャ
1
1部分が除ムされやすくなるためである。
増大し、突 1
凶 G-1
1
A円で必い工作物が [
0
1転する場合の電解ギャップの変化
1
4
2・
，
1 の変化ドより、電解 1
立
司
1
4
3・
yプ
18の短い部分で
*'1立の f
結成は次のようにとE
η ている。
第7
章T
i
の
銭
面
加
工
に及ぼす膨響について険制し、
7
7-2節では T
iの化学的 t
t5怜がパフ研倍付加r:
7-3節では T
iを鏡面加工するための実験装世とゾj払に
ついて述べ、 7-4 節では~験結果について述べ、それらを 15 泌する。 7-5 簡は以 1:
1結論
をまとめた結論である
T
iは比五が小さく、かつ引張り'iiiぶなどの機械的な悠肢が大きいので、従米から航空
機部品の ~H I として多 JH されている。また Ti の表凶l には人気小で化学的に安定な酸化膜
7- 2 T
iの化学的活性がパフ研磨材加工に及 l
ます彫轡
か生成されるので、階、アルカリ必どの薬品に対して後れた耐食性を ~i し、きひしい反
応条件にさらされる化学プラントの憎成材料としても多用されている。
Ti は|述のように於くて、強くて、 j~ びにくいという金属材料として理組的な特徴を
釘しているにもかかわらず、盟企~コストが高いために従来は高価な金属材料であるとい
う見均がー般的であった。そのため T
iが工業材料として用いられるのはし述のような特
妹必問盆に限られていた。しかし匹近の5:!錬妓術の発注により、
T
iの価格が幾分低下し
てきたのに作って、眼鏡フレーム、時計ケース、コルフシャフトなどの t肉質財の用途が
;j(を捜したパフ研踏材で金属の表面を l
銭過すると、パフ研倍付に加えた拘重 F 、 砥
1
立の粒往 daに応じた l
家過条 I
fl:が形成される。ハフ研磨材で鉱鋼材料を長時間僚過し統
けると、法材のナ fロン繊維が損耗し、ついには不織布としての繊維組織が破峻されて
使用できなくなる。
T
iをi
祭過すると、岡崎にパフ研磨材には図 7 -1に示すように 6
f
日立
のlUH、脱絡が生じ、かつ司、織{fiの繊維組織に日詰まりが生じ、鉄鋼材料に比べるとず
察過条依を形成できなくなる。このような現 象は T
iを研削砥 .
{
jで加 J
:
っと極的問の内に i
する場合にも同様に生じる 5Z
払人しつつある 。
iのJ
I
I途か鉱人されてくると、その刈いられ )
jが多様化し てくる。従 来 T
i
このように T
は航空協の部品を作る際にはインゴヴトから切削加工によって所定の形状に加工され、
I
Jのものは T
iのI
ド延桜や引絞き管を (
8媛するなど形状を 1
監視したもの
また化学プラント J
5:
り
。
Ti の物JlJl的性質は、部 4 式~; O) 表 4-1 に示したように熱伝導 * A
.
"tは無酸索制 C
I
02
0、
IA
I
0
5
0、情造用炭紫銅S
4
5
Cに比べて小さいが、硬さ、ヤング率などはステン
工業別純 A
レス鋼 S
U
S
3
0
4とほぼ同位1!
tの大きさである。しかし化学的性質はそれらの金属とは大・き
l
-であ
が1
3
た。しかし 出資財 mにはN_耐性状が重袋であり、 T
iに対しても鉄鋼材料など
ど r"H~ に klöltll 占を小さく í l"げられる加工法が必繋である。
6
庁僧 h
n1
・
で TIQ)'
N
_而犯さを小 dくH:
上げようとする湯台、従米の鉄鋼材料踊の加工条
i会 f
'
J
i~:{の堤防l 粗さに t i: 上げることは緩めて悶鍛である ssi 研 fO 加工で Ti を加工
件では T
く異なり、第 4掌の表 1
{
2で示したように T
iは O、 S、 Nと&.~è.\する際の生成白 111 エ
ネ ル ギ -L
lGO が大きく、これらの元素と反応して安定な化合物か生成されやすい。ま
ず、このような性質をもつれのパフ研磨材加工を行った場合、砥粉の損耗、
H
Z
Aまりか
凶について考察する。
生じるおL
加 I必として水を用いた場合にパフ研倍付の師粒がT
iの素地合僚過する係 fを凶 7-
Jる際のI!:J姐と Lては
。
:
1
2に悦 J史的に示す。上力から拘 l
l
i
Fが加えられた砥粒 Gが 一定の必度 VIでT
iの巣地 [
U
J
@茨iOJにむしれが生じる。
を悔過すると、 j
察過作用によって T
iの一部が除去されるが、このとき砥粒 Gと楽地の}妥
@bn:
1l
'の発効により盃が生じやすい。
触}袋入では温度上昇が生じる。この極度上 ;
1は第 4}誌の 4-2-2で検討したように、
.
U
:!~正(，、bJt府材の日詰まり、制粍が著しい。
広
iが化学的にぬめて活性な材料であることが朕
々とがある。アれらの問題は基本的には T
0
[
μ
m
]の砥粒で僚過速位 Vt=2[
空気中で T
iを粒径 1
m
/
s
]で僚過した場合、表而で 2
6
04
凶している。
(
)J
[
"
C(I
、表面から 5
[
μ 問]の深さで 1
2
0
[
'
C
(
I
O
J温度上昇する。水 fわで￨察過した場合に
そこでみ愈ではまず T
iの化学的活性がパフ研磨村加工に及ぼす影響を検討し、電解パ
n工による T
iの銭面加工の可能性について研究することとした。
ノ出合 h
も、砥粒と工作物の接触域には冷却媒体としての水分か十分戎込しないために、この部
。
分の温度J:井はかなり高くなるはずである ιけ
h
n:
c小の温度 t昇により T
iと他の元素との化学的な反応が促進ぶれる。たとえば水中
ー
1
4
4・
ー
1
4
5・
でT
iを擦過した場合、
(7 1)
で表される化学反応が ~ I~ l : 、 Ti の '~I師には:jp 水市性の Ti の 1]\ 酸化物TI (OI I)~I.J'~Ju~ さ れる ω
1111J
Eミ]oo--llJ
︹
[昌司]。。﹃
T，
川+
4
0
1
1 一"T，
(
OI
l
)
.
この非 *r~ 性の水酸化物はパフ研磨村の目詰まりの原因になるばかりでなく、熱伝導*
が小さく、砥粒の切刃に付おすると図 7-2にホした媛触峨 Aにおける熱の h
l
l倣をさら
に低下させる。
，
(
a
)h
nI
:
i
i
j
図 7 - 3は水を浸したパフ研山村で T
iの炎而を僚過した場合に H
lられた Tiの表面の金
(
b
) 白詰まりの状態
※繊維に付着物がある
属顕微鏡写真である。凶中の械万向に延びる縞検様は僚過条痕である 。方
11された T
iの
表面は i
祭過条痕が途切れ途切れド形成されて述続性がなく、かつ随所にむしれか )
1じて
いることが特徴的である。また閲 7- 30)所々にみられる黒い斑点横線は J
t7
J
<f
t
i性でか
[E3oc--lili--j
[ 日 ミ ︺ 00{
つ粘着性の付着物であり、 IciJ t~ な付着物は凶 7 - 1(
C
)に示したようにパフ研峰村の繊維
組織にもこびり付いている。
、
lllJ
T
iをパフ研磨材で加工する際には次のような点に留意しなければならない。
①砥粒と T
i素地との媛触域の鼠度上舛を抑える。
@限必によって)[じる T
.の切姉、化学反応によって生じる非ノ1<f
f
l性の水 酸化物全辿や
かに I
J
F1
1
1する。
(
c
)T
i加工後
(
d
)T
i加て後
※砥粒の先端か九くなり、所々で脱滋している
j{
'
i物がついている
※{
@表面に化学的に安定な I~~~B質を作り、 Ti の)Jc 階化物の生成を抑制する
凶 7-1 T
iを燦過した場合のパフ研磨材の変化
N1111J
{自ミ]凶
T
iの氷延長化物
i
割 7-2 水を m
いた場合に砥粒がT
iの素地を i
察過する綿子
凶 7-3 パフ~Jf踏村でTi を i察過した易合の表面
ー
1
4
6-
-1
4
7・
~
if
己の小、の、@令解決するために加工波中に界面活性剤を添加することが f与えられ
7-3 実験装置と方法
Kに '
#
I
f
i
i
i
山
'
1
:
仰I
J
i添加すると、 J
Kの友[耐長力が小さくなり金属の淡 l
耐のぬれ性が地
るo J
i京地との擁触岐にぬれ性の高い液体か浸透すると故熱性が高められて、
す。砥柑と T
T
i
と6
1
t粒 oH主触 .
t
抵の i
弘1
!
L
!
:
}
I
.
を抑えることができる。また界血 t
語f
i剤は微粒チの縦集を抑
制すゐ幼~~があり、似に l寂過による温度上昇でTi の水酸化物が生成されても、界面活性
別の(~ : 川で分lIi され、パフ 6JT I
段付の織維組織への付着を低減できるものと忠、われる。
-J
j、@を解決サ・ I
.
>h.
t
ょとしては T
iの友面に電島幸によって不{動態化肢を '
1成させるこ
とが与えられる。 Ti を|勤 倹にして llî 解を行 った場合に生成される不 働態化艇は、第 3 1'~
0
)
:
3 :
1
2 ぜ.I!JSぺた不 1動態化膜の測定結果により Ti 酸化物の緑脱が&.而i に J.~ 成される
ことによ，て '
1l・る。この維肢は第 3~ で述べたように加えたギャップ屯 LE
V.
，の雌に
よ 3 て映!￥か変イL・4・る Jh\l，到の機造を有し、不{動態化膜が生成された U[師は ~J也而に比
Ti の電解パフ似合 hllJ : 災験には、 ~ [来 HI の Tí 材料として広く丹Il、られている純l!l: が
99.5%の J
I
S2 樋の純 TilE 抵艇を川いる。~験装留として第 3 ， '1.5(tで使川したいl
恥円
盤型の慢合工具電極を用いて平而の hll T. を行う場合と同級に、第:~常の凶 3 - 1 にポし
たN
Cフライス縫に跨縦したものを
製ソフト
mいる。屯解液は 1 %の NaNO:t水浴泌にアルポース強制
S脂肋酸界 I
面活性剤を添加したものを用いる。電解放に添加した持岡市 1
1.
削の
成分を加水分解メチルGC 払によって調べた結果を表 7-1 に示す。この界出 r~l/I .ffU には
8種煩の脂肪酸が含まれているか、品も含有比が高いのはオレイン酸で、オレイン械や
ステアリン酸は金以のM. 1~ì に吸 J守しである組の潤i"tl'膜を生成することが剣l られている 5 51 。
加工実験はw.曲活性別の添加I
l
t
l、 1
t
r解条件、パフ研磨材の砥粒の粒泣か k
l
i
l
l
t
l
lさに及
ぼす影響について調べる。
べて岐く必ゐ"
1
)
.1会様式的に交すと悶 7-4のようになる。すなわち電解放には微Jil:のw-面活性剤
を添加したもの会川い、
安7
-1
i
l
t解によって T
iの表商に不働態化膜を生成させ、低粒の i
家過{乍
'
8
免と燥地を除ムすることにより、露出した京地に'i{[解を集小させ、
川で不働!必1[
T
iを陥
後(811¥‘させる'とができる。
ni
1
U
ii
I
長
加I
Lたl
t
t解液
界
I
f
n
r
/
i
¥
で
、
ィl
劫肱 f
t
8
免
¥
く
じ
7-4 実験 結果と考 察
G
~ーノ
7-4-1電解作用と界面活性剤が表面組さに及 l
ます影響
浴日 1
aNO;t/j(溶液に添加する界煽活性剤の綾 1
f
tCsi変えて T
i
電解波として川いた 1%の N
の加 E を行った場合に仰られた、』早而活性斉IJ の 11.度 Cs と表面粗さの関係を l~
7-5に
示す。粒度 #
320，#
1
5
0
0それぞれについてギャップ7lfl
EV，
.を印加しない場合とf.IJ加し
凶7 1 l
t
t解パフ複合加工による T
iの燦過モデル
た場合について調べた。
ギャップ電圧 V
.
.を印加しない場合、界 I
甑活性剤の
a度 Csの増加に対し、w.面活性
l
l度 Csが 1%までは袈耐 r
uさはある程度良くなった。微量の界耐活性高)1の添加で、
剤の i
液体の表面張力は
-1
4
8-
Fる。界間活性剤を添加しない場合の電解液の衣耐強力は約 70x1
0I
-1
4
9-
3
N
a
N
O
:
1水浴液中に添加すると、脂肪酸の分子は電解液中の N
a
'イオンと結合して
C
.7
1
1
3:
I
C
O
Ol
I+NaNOJ
一 一争
C1
7
1
1
33
C
O
O
N
a+I
I
N
O
:
I
(
7-2)
で表される化学反応が生じる。式 (7- 2) において C
1
7
1
1
a
a
C
O
O
N
aは非水溶性の N
a胞で唱
︹ 日 ミ]
2 ト一一
ト
・ 電圧を加えない場合.
11 #3:20
般に金属石鹸と呼ばれ、電解}伎を作成する際に界間活性剤を添加すると液が濁る原因に
a
H g t初羽田
卜
¥
なる。また N
a底の金属石鹸が生じる際に余剰となった脂肪酸分子は、図 7-(3に示すよ
ド
.
.
.
_
.
.
うに T
iの表而に吸着するものと考えられる。
w
m
ト、
電圧を加えない場合
えた
￨場合
電圧を'
加i
曹 司
0
0.
0
1
0
.
1
1
0
界面活性剤の温度
#1
100
C5%
図 7-6 脂肪酸分子の吸着状態
凶 7-5 ~字面活性剤の j盛度と表面粗さの関係
(
JI
S
2徳純 T
i
. 1%
a
Q
.N
a
N
O
"
. Vg=10[V])
そこで電解液に界而活性剤を添加した場合と添加しない場合について電解反応の違い
を調べてみた。
1%の N
a
N
0
3電解液に 1%の脂肪酸界面活性剤を添加した場合と添加しな
[
N
/
m
]であるが、 1%のNaN03水溶液に脂肪酸界面活性剤を微量添加すると、表面張力は
約2
5x1
0 [
N
I皿]まで小さくなる 56)。 したがって界面活性剤を添加することにより、電
関係を比較して図 7-7に示す。脂肪酸のように分子量の大きな化合物が電解液中にあ
伎が砥粒と T
iの泉地との媛触岐に浸透しやすくなり、 1
察過にともなう温度上昇が抑制
解i
っても定 常電流 15、材料除去率 w にはほとんど影響していないことが分かる。電解液
ぷれて砥*~が損粍しにくくなることと、'l[鮮による生成物および砥粒様過による切り屑
r
tを電解電流 Iが流れるのは電解質を構成するイオンの移動によるものであるが、 イオ
が分 ft~ されて 7 ・ 2 節で述べた付着物が付きにくくなるために、表面粗さは若干良くな
ンの大きさは脂肪酸の分子に比べて極めて小さいので、イオンは脂肪酸の分子問を通過
る
。 しかし、表面にはむしれが生じて連続的な燦過条痕が形成されないので、 界面活性
できるものと思われる。また界 f
街活性剤を添加lした電解液を用いた場合でも、添加しな
剤を添加した b
l
lr:液を用いるだけでは銭面にはできない。
い場合と同様に陽極の不働態化が生じ、表面に色のついた不働態化膜が生成された。
;
t
.
f
i、ギャップ屯 f
EVgを印加した湯合、表而粗さは界面活性剤の濃度 C5が 1 %ま
で急激によくなり、 友商のむしれと研磨材の目詰まりもなくなった。
このように界面活
ド1.剤を添加した1[解}伎を
mいてギャップ電圧 Vgを印加しながら Tiを僚過すると、
T
iの
表面粗さは人きく改善される。
い場合に測定されたギャップ電圧 Vgと定常電疏 15、電解)J
I工による材料除去率 w の
粒 度 #1
5
0
0のパフ研磨材を用いて T
iの電解パフ複合加工を行った場合に l
tJられた表面
を図 7-8に示す。界面活性別を添加した電解放ーを用いて電解パフ彼合加工を行うこと
により、 T
iを図 7-9に示すように表面粗さ R
m
a
x0.05[μm]の鏡面に仕上げることがで
きた。
界而活性剤を 1結成する脂肋酸の分子 lま炭化 7k~CII2 7.J\鎖状に連絡された 機 造をもち、 オ
レfン般を例にとると、その化学式は C'7IbaCOOII で表される。脂肪酸界面活性剤を
ー
1
5
0・
1
5
1
8
.
O
A
v
U白 可 叫 ︺ 凶
I
O
O
(
μ 圃l
←ー+
6
1
0
0
.1
0
0
[
μ 阻]←ー→
II\~へ/~ぜ~‘wiww帆川吋山川W
.0小liv
m，金事主
40
2
加工l
i
l
Jの友面
︹圃ミ︺巾
6
0
M附山
民 MWMRMH
ム
︹口一 g¥凶巨}・5
円︿︺ め 同
80
I
s
。
。
30
4
胸
、
帽
、
肉F
，
、
肉
、
，
向咽
40
#1
2
0
00)パフ研j
宮村を川いた場合
M料除去取の関係、の比較
1
・
(
JI
S
2帥純T
i
. 1%aq.Naト
W
J
.Nu=630[rnm])
d
一
1
0
0
[
μ
m
)←一
宇
r--
.OA
ψ
? '#山活性削のの様によるギャップ11t圧と
t
i
i
庇
、
定常 l
向h
F下
!-t1'1
1~7
ー・
A ち々、"
︹圃ミ︺的
v
，
[
V
]
1
0
0
(
μ
m
)←
一
→
OA
v
20
︹圃﹃叫︺哨
#600のパフ研府材を用いた湯合
#1
5
0
0のパフ研府材を m
いた場合
凶 7-9 屯解パフ組合加工で加工された T
iの表面のプロフィール
ます加工因子
7 4-2 表面租さに影 醤司E及 l
パフ研磨材の砥粒の粒度を変えて T
iの 加 工 を 行 っ た 場 合 に 測 定 さ れ た ギ ャ ッ プ 電 圧
0に示す。ギャップ電圧 V
，
=3[V]付近まで求 I
街純さは
V
，
と表面 f
l
lさの関係を図 7 1
，
=約25[V]までは砥粒の粒度によって決まる 一定他になって
急搬に良くなり、 その後 V
いるが、
V，
=25[V]を魁えると友商粗さは再びわるくなった。表面mさが良くなるギャ
，
=
yプ 電圧 V 3[りから 25[V) の領峻は第 3 主主の ~3
(~7
-8 T
iの娩而加工 i
酎
1
5
2
3-1で分かったように T
iが 不 働
態化する領 I
袋であり、1It解加 T の場合には T
iの表 I
而にギャ
1
5
3
，
が高くなるに作
yプ電 f
子V
3
'
"
=
'
圃
:
:
t
3
日
2
:
:
t
.
_
.
2
'-'
b¥ { / フ 研
￠
〉
日
国
同
〈
珂
同
O
圃
d
引J
祇J
(
)
国
1
目
榔
￨
割
自
、
a
制
。
1
0
ギャップ電圧
20
Vg[
V
]
JJn_[O)~
-
岨
・
・
幽
ー
曲
ーl
500
1000
1500
2000
砥粒の粒度
30
￨
湖 7-1
1 砥粒の粒 l
立と表而組さの関係
(
JI
S
2倒1
1
0
T
i
. 1h
(
l.
N
a
N
O
.
.Nt
I=
630[rp
・
J
. Vf詰 1
7
0
[皿
・
/
圃 in])
図 7 ・1
0 ギャップ電圧と表面粗さの関係
(
JI
S
2徹純Ti
. 1%aq，NaNOJ.Ns=630[rPII]. Vf=1
7
0
[田園/圃 i
n
]
)
って災耐の色が 'jJくなる小 i動態化膜が生成される。不 1動態化が ~l じる屯解条件の下で Ti
の7tt解パツ州合 )
)
1
1
1・
を 行 っ た 場 合 、 表 面 は 色 の 変 化 が み ら れ 、 色 は ギ ャ ッ プ1
1
tJ
EVgが
'
fhItが I
首すほど i
度くな った。
向くな って 不働協{し股の股 J
，
また l
刈 7 ・1
1にiJ 寸よ今に裂 l
u
itlLさは研熔材の砥粒の粒度が人になるにつれて良くな
η
1
mさRmax03(μm]に)mT し よ う と す る 場 合 、 研 熔 材 の 抗 位 は パ フ 研 熔 材 加 工
たω た￨
自
︹ 副 司 ︺O 的
では粒 l
良#1500 ，f?/!l.、 1ltM パフ~!l ~)JII T.では粒度 #600程度のもの-a:'fIlいればよいことに
なる u しかし実際にこれらの条件で加 Eを 行 う と 、 パ フ 研 除 材 加 工 の 場 合 と 屯 解 パ フ 複
合)J
I1
:ω場 f
?で は F，
J
.
{I
師の光沢はかなり異なった。パフ研路付加工による表面は鈍い銀灰
色で、 ì\:ì1~ はえE か 円た。こ れは淡 róï に凶 7-3 で示したような述統性のない i寂過粂 I良が
形成されて、かつむしれが ~t じたためである。電解パフ nl 合 bn: による安而は不働態化
，
*戊されるためにぬい糸色の而になったが、光沢があった。 l
羽?一 1
2は 電 解 パ フ 傾
股が
(
i)
J
1
IL
で)
)
1
1
1・3れた災 l
凶ω金“顕微娩写以であるが、
i
議過条 1
1{は辿統的に形成され、む
l
剖 7-12 'ÌtU~ パフ出会加工で加工された Ti の表而
しれもほとんどないことが分かる.
-1
5
4-
ー
!
副
1
5
5-
7
4
3 T
iの加工能率
8
低粒の粒 1
f
t#1
0
0
0のパフ6JfI
f
J
I
付
金:
佐泊した回転円盤型の悩合工具屯俊で、純 Ti2秘 の
)
)
1
1 1 を1rっ t.~必 fr に制定された、ギャ y プ1Ii:庄 Vg と H 料除去率 w の関係を図 7 -13に
6
;
r
，
す。 ギャ ップ '
i
t
r
l
EV
g=0[V]のデー タはパフ研磨付加にのみによる場合を示すが、こ
V
gをJ{1hnさせていく
︹︿︺
のときの材料除去市 w は I
O
[
m
g
/四in)n症であった 。 ギャ ップ電圧
﹁
L
M何時世制官
，15[V]で材料除ム準は w=50[mg/min]まで高めら
U
a
5
[
r
l
l
m
]の場 f
t、ギャッフ1lrlJ:V
れた 。 また凶 7-1
4は加工中に測定された電解電流 Iとギャ yプ 電 圧
電 解1
1
0
k1もギャップ電圧
部
V
gの関係を示し、
V
gに比例して J
:
r
h
目することが分かった。
a:t;tの a:
1- 1で述べたように、ギャップ屯圧 Vg
2
2
5
[
V
]以 下 の 飢 j
或は T
iの 不 働
1
i!l化域であり、 t
l
I
M
'
)
)
I
I[のみでは T
iを除去することはできない。電解パフ迎合加工で T
i
。
の加工を行なった場合に、不働!庄 f
tのi
t
t島幸条件であるにもかかわらず材料除去率 wが
ギャ
yプ 電
'H
組合工具屯ぬの I
n
J転 数 Ne
揺
リ
ド w はギャップ 1
l
r
J
LVg に比例して増人し、
と、材料隊、 J
l
fV，
に比例して地大したのは、 T
iの表面に生成された不働態化膜が砥粒の
10
ギャ
，
Hしたためである。
￨察過作用で除 j されて、この部分が￨場後溶 I
20
:
1
f
'
r
t
t
圧
30
V
g[V]
図 7-1
4 1
[解パフ出合加工で純Ti2越を加 Iした場合の
1
t
tl
1ど1
E
解電流の関係
ギャ')f
(
J
I
S
2純純T
i，1~aQ. NaNO，
・ 1
'
( 5
00[mm/圃i
n
)
.#1
0
0
0パフ研磨材
• Nli=310[rpm]. 0N，
，=
6
3
5
[
r
P
I
I
]
)
100
80
7-5 結 論
r
、
ロ
、
圃
。
圃
。
‘~
砥 H加r:では鏡面にすることが困態といわれている T
iを 屯 解 パ フ 被 合 加 工 に よ っ て 鋭
60
iを h
l
仁I
ンダる際に生じる砥粒の掠耗、砂f
J
岳Hの 目 詰 ま り の
而加工するために、 T
;$
u
x凶 に つ
関
いて検別し、界 I
額必 1
'
1剤を添加1した電解 i
伎を 1
0いた電解パフ似合加工による T
iの h
n1実
発，
40
験を h)た。その結虫、以トのことが明らかになコた。
4
何
神
止
~
(1
) Jj(を浸したパフ 6
J
fJ
Cf~ で Ti を僚必すると、砥粒の損段、脱泌が生じて、かつ小織
20
のi の織維組地か~ j詰まりする。 J
J
I
I
Tされた T
iの 表 面 は 、 協 過 条 痕 がi
念切れ i
念切れ
。
iの水酸
に形成されて辿統性がなく、かつ随所にむしれと非水溶性でかつ粘着性の T
1
0
干ヤメプ電圧
20
，
察過する際の極度上昇と、似度上昇によって T
iの 化 学
化物が付着する 。 これらは l
30
V [
V
)
出 7-1
3 1it解パフ似合加工で純Ti2絡を加工した場合の
ギャップ電 f
Fと材料除去事の関係
(
J1
S
2純純T
i
. 1%
a
Q
.N
a
N
O.J， V:
r
=
5
0
0
[
m
m
/
m
i
n
]
.#1
0
0
0ノ〈フ o
J
f
J
fJ材)
-1
5
6・
的活性が高められて砥粒との緩触械で化学反応か生じるためである。
(
2
)T
iを パ フ 研 1
1
1
Mで h
n1
・
するためには、Iil
l
f
立と T
iの 媛 触 城 に 役 透 し や す い 加 γ被 告
Jllい、かつ T
iの火山に化学的に宏定な{制緩眼を生成して T
iの Jj(僧化物が作成する
-1
5
7・
第8
章I
Aの
銭
面
加
工
のを抑制することが布効である。
(~l) 1
j
[
僻t
伎に界 I
(
I
Il
[
t'
1
1i
f
l
J会添加した加工泌を別いて T
iをパフ研 l
f
H
1b
l
l'
Cすると、 1江解
放が 61n~ と Tì の誕地との綾蝕i或に f圭 i重しやすくなるため、表面おl さは~:;平良くな
8- 1 結 論
m耗も;g・しい。ギャップ 1江U:V"を
ゐが、淀川にはむしれが生し、バフ研 I
f
lUの
l
必f
tには、 '
#
1
制活性剤を 1 %程度添加することにより、 .
'k，耐粗さは急激に
加えた I
(
4
)
A
1か工業材料として利Aldれ始めたのは 1
9
t世紀になってからであり、その陛史は向、
l
退くなり、 Iだl
仰のむしれと研 I
f
H
tの白詰まりがなくなった。
C
uなどに L
tべると極めて新しい。しかし現
αでは A1は Feに次いで 2番目に使用肱の多い
!
N
.
U
O7M
.
I仰l
を添加l
した屯解放を用い、不!動態化か生じる電解条例で T
iを電解パフ
lJl1品、迎装材、
金属であり、その月j途は l
t
荷造材料、電気製品、輸送機械など多 h耐に
似f
i)
J
I
Iにすると、
1は軽鼠で電気および熱の伝導率が高く、光の反射事が高いなど優れた特
及んでいる。 A
f
l
l粒 の 純 度 #1
5
0
0のパフ研磨材を用いた場合に>>.而机さ R
m
a
x
o05fJLm']O)娩 I(nに{
I:Iげることができた。
1はj
民性、抵 i
t
J-に優れているため、従来からプレスによ って 成形加 T
徴を有する。また A
される製品に多く用いられてきたが、研削 b
l
l工のような除去加工で出品が作られること
はそう多くなかった。
しかし近年、レーザー光を利用した製品の開発が進むにつれて、低価絡で性能の良い
反射鏡部品用に A
1が盛んに用いられるようになった。また磁気ディスク記憶装雌の込依
(サブストレート)や乾式後ち.肢の感光体ドラムのような高い加 E精度が必袋な部品に
Iが J
Hいられている。これらの部品に
もA
mいられる AIは鏡面加工される。例えばポリゴ
終結品ダイヤモン
ンミラーは、抱動部分に空気軸受けを用いた精密フライス盤を用いて i
ド工具によって切削 b
l
l
J
dれている。この加工法によると形状制度、五位師相1さともに後
Iの 鏡 I
街
)
1
1
1:.rが行えるが技 術賞用が高〈、しかも大量生産にはあまり向いていない
れた A
ことが短所である。
nIは通常研臨}J[JLで行われる。その加 l工胞は、 r
I
I
jI担と
サプストレートのイJ1げ h
して益緩の形状制度を償保するためにカップ砥石を用いた研削 bnTが行われている。
d
らにラッピング)1
nr で&.而羽1 さを小さくするが、このラッピング]~艇は通常粒花の 'J~ な
る砥粒を用いて桜数の工作で行われる。したがって研磨加工で A
Iの鋭由 )
JI
lJを行うため
には複数の加了後世を用いなければならず、
仁作物の着脱に手間がかかるばかりでなく、
着脱時に組大な浮遊粒子が付着するのを抑制するためにクリーンルームか必安ドなる
このように A
Iを鏡而加 τするには生産技術 l
'
いくつかの間題がある。
Iを鏡面加工するん訟について
これらの問題を解決するために、電解"フ似合加工で A
研究することとした。すなわち、例えば空気軸受けなどの高価な機械要素を剤いず、
f
T
jIfi梢度の加工佐世て・、 I
I
I
I]~ fJ!から{J : 1
:
げ加工までを lつの袋世で行えるようとE娩伯I
I
)
)
(
IJ
:
妓術を確立しようとすることにある。電解パフ慢合加工で A
Iを鏡由加工する際に考慮せ
1
5
8
-1
5
9'
:
.
1
示すように、表而は砥半世で僚過されると砥牧のくい込みで小 l
動態化脱と工(乍物の浜地の
ねばならないのは、 i
[解によって￨以憾の工作物の支出に作 成される不 i
動態化脱の性質で
銭過した後によ作物の京地が宵 I
Hする。ギャップ電圧 Vgが印
一部が除去され、低粒が 1
Iは1Il:解によって容易にポーラスな不{動態化映が生成され、生成
ある。後述するように A
f
l
:
e
化
肢
が
加されている湯合には、露出した部分は電解によって臨極(i;!Bし、同時に不働 f
ま数 [
μ ・]に注することもある。イミ働態化映の脱厚 h"が砥
条件によってはその眼厚 h，， 1
生成される。
粒の粒径 dB1
:l
tぺて J
ヲいと、砥粒の i
袋過によって不働態化肢の厚さ全体を除去するこ
逆に、不 l
動態化膜がきわめて厚く d
a<h"の場合(同図 (b)) 、砥粒のくい込みはて
1¥されない 。またポーラスな不 i
動態化膜が存在すると友面で光の
とかできず、京地か 路 1
作物のぷ j也まで連せず、彼過{乍用によってポ j也は館山しない。
倣乱か生じゃサいため、光の l>l. aJ~~ か低下して光学部品として利用できなくなる。
また不 i
動態化映の眼 f
'
!
h" の成長速度が砥粒の平均 I~ 過間隔 t. に比べて極めて人さい場合にも、砥粒の l京過
そこでま '
f
AI
の小働態化膜の特徴について検討し、次に 1
[解パフ複合)Jn
.
.
[によって A
I
作用で京地を露出させることはできない。
t娩而加工するSJ-!験を行うこととした。
A
1の不 l
動態化膜の生成過程と膜の機造は多くの研究によって相当明らかになっている
本1
;
1
:
の
情l
此l
よ次のようになっている。
別し、
57)。これらの研究によると
8-2節では A
Iの不働態化脱の特徴について検
A
Iを陽極にして u
'
ii
A
t
'
l
l
t解を行った勘合、 A
Iの不働蝕化眼の構
造は電解液の種類によって変わる。電解波としてlIa
B
0
3、 N
a
2
B
4
0
7などの中性匙のぷ溶液
8 :l簡では実験装置と JW
.
iについて述べ、 8 4節では実験結 !
Rについて述べ、
を用いた場合には、バリア -m
といわれる誠くて蝕
それらを考察・ナる， 8-5節は以 kをまとめた結論である。
aな不働態化脱が表面に生成される。
I
I
z
S
0
.、 I
I
aP
0
4などの酸性水浴液を用いた場合には、図 8-2に示すようにバリア一層の
8
k に ; I~ ーラス J~ と呼ばれる制孔;を有する不働蝕化映が生成される島町 。ポーラス 肘に創11 孔
2A
Iの不働悠化膿の特徴
か形成される機 備を説明 するのは容易ではなく ~ g 説があるが、バリ アー 庖の ー部か 11r気
1に示寸ように不働態化眼が J
L成されている l作物の表簡を砥粒で i
窓過する場
l
刈8
化学的に浴解して溶け銭ったバリア一層が次令と孔壁を作りながら成長するといわれる
.
f
J
.(
1d
d
敬されている瓜l
すの中で除去加 1・Jflとして安価に入子でき、しかも
合を ー
与える
M¥ このポーラス肘は時 1::)の経過につれてその膜厚 h"が増すことが特徴で、
ぬいか谷 MI
J(/Jl.U~ i
壬d
aか I[μmJ以 Lのものである。それに対し第 5，O，7~ で述
べたステンレス 鋼
、
食性を ~'S めるために h われる陽極酸化処理では数 [μm] の脱 j手 hw のポーラス嗣をのす
b
従来錦、 T
iの小 1
動態化膜の膜 J
享/1"は数 O.OI[μm]から数 O.1
[μm]
る不{動態化膜を生成させている。
であった
自費素融監型の電解泌を用い た場合にポーラス型の不働態化股が '
1
;成されるかどうかは
ステンレス鋼、炭素鋼、 TI を I~~する場合、これらの不働態化膜の股 j亨 h . は通常使
明かでないが、酸性の電解放・ 0)場合と倒時な不 i
動態化膜が'生成されると、図 8
JI)される l
i
f
l
l
すの利得 ([aにl
Lぺて小さいので、 da>hwとなる。したがって同図 (a)に
1
f
i
t
-に乍成した
A
Iの耐
泊~II\
、 ij{N
骨三=てJ
不働問と¥(〆ト
ような状態になり、砥粉の|察過による不 i動 1~ 化肢の除去と llrM による陽極溶 :11 か繰り返
不飢餓化限
.
.
.
.
.
山
，
，_
.
.
u
ポーラス届
ハリア一層
夕、制限 1
:
;限
h"
1 Lh
A
Iの京地
(
a
) 叫半世の半世径が不幽悠化肢の
(
b
) 砥粒の粒往が不働態化膜の
膜厚に比べて小さい場合
'
1にl
L
ぺて大きい犠合
脱1
凶8
l 砥粒の l
l}俺と不働態化膜の膜厚の関係が i
察過作用に及ぼす影響
ー
1
6
0-
1(
b
)の
。
時間1
t
図 8-2 A
Iの不働態化膜の説明 l
羽
ー
1
6
1・
δれなくなって電解ハフ似合加工を行えなくなる。
U!:のように屯解パフ似合加にで A
Iを鏡耐加工するためには、ポーラス 層 が 生成しな
い j う1
:~~ることか必裂である。そのためには
(1
) (I~ : 物と似合[
HÎtt~舎の村山b創立を大きくする。
(
2
) パフ E
万能材としては lU
史的低半
世節度 r
n
.の人きいものを川いる。
(:0
バリア一応の茨耐に (
"
Jらかの{思指践を生成させてポーラス憎の生成を抑制する。
J
j慌が必食である。このうら (1)，(2)は低粒の平均娘過間隔 t
.t短くする ことに よっ
てI
lJられる。また (
3
)は姉 7f
!
の 7-2節で述べた界而活性剤の吸着効果を利用すること
によって述成できる。
加工終 f後 AI を~*~いして乾燥
0
.
8
させて災由を調べたところ、ギャ
，
ップ屯仕 V が分解電圧 Voより
小さい場合には、 電解液に浸され
0
.
6
た部分は世されていない部分に比
べて表面がややくもっていた。く
r
4
、
ヨ
E
もりが生じた原因を調べるために
、
ー
_
.
泊粗さ計で表面のプロ
触針式の衷 l
w
総 0
.
4
.
.
.
.
フィールを側定したところ、電解
そこで拍 7f
t
.
の 7-3で辿ぺた T
iの加工を行う場合と削 除に、界 I
面活性剤を添加した
'
I
t
i
:
僻
液 tm
いて電解パフ出合 )
J
n:
による A
Iの加工実験を行うこととした。
液に慢された部分と波されていえE
い部分に表面粗さの差はなく、く
t
S
益
d
0
.
2
もりは表面で光が散乱して生じた
8 3 実 量生装 置 と方法
ものではない。また工作物を折り
J
'(
!J!験桧世は向転1'1
盤't
1
)I
¥
lf
irH1
1
1他を用いた平 I
耐の加Jr
を行う出合と岡 崎に、第 3
t
;
¥の凶
:
3 ・ lに!)えした N
Cフライ λ盤に賠似したものを用いる。 1
1
1解械は 1%の N
a
N
O
:
1
7
.
K
俗
}
伎
にI
1
制め 酪界面活性剤を添 )
J
I
Iしたものを用いる。
曲げても盛脱のようにくもりが剥
離することもなかった。
o
したがってくもりは電解によっ
)
J
I U~! 験は、はじめに AI か小 i動!感化するギャップ電圧 V， t riAIべるために電解加上の
てA
Iの史的i
に不働態化膜が生成さ
みの喋験を行う。次にパフ 6
J
f)色村の￨寂過作用を複合させて工作物を加工し、ギャップi
t
t
れているためではないかと思われ
J
F¥
句
、
る
。
r:作物と低利の相対的な運動、砥粒の大きさが k曲犯さに及ぼす影 留を調べる。
なお凶 8
8 4 実験結果と考策
にA
IとC
uの肢を対向させて椛して加工実験を行った。電解放に酸素酸ほ型の O
.I
%
N
.
N
O
J水
浴泌を J
I
Jいて直汲電島幸を行った場合に測定されたギャップ電圧 ¥
1
， と電解電疏 Iの関係
を必べた結果を凶 8-3に示す o
A
It
i
l
主流電解した場合、1lr解屯溺ii.1は約 1
8
[
V
]以上のギ
'
I
l
!
:F
王V
.
.では急激に J
{
'
)，
blした。 A
Iの分解電 L
EVoの怖はステンレス鋼や炭素鋼の
ャ yプ
(
1に 1..ぺてかなり高く、
y
30
ギャップm:!J
:
v
，
[
V
J
3 A
1のギャ
A
Iとl
'
i
J憾に小 1
動態化しやすい T
iの他 (
2
5
[
V
]
) に近い。ギャップ
o
!
t
J
iV
.
.が分解電日;Voより小 δいぬ聞において、陰極からは;j(の電気分解による Jhが
~1: じるが、 P見極のAI の友商では O~ の気泡が生じたがAI の fð 山は生じなかった。
-1
6
2-
40
yプ i
i
l
Jt
:
と1
t
t解電流の関係
(
A
I
0
5
0
，A
e
=
2
8
.8
[
c
薗
ワ
，O
.
1
~aCJ . N
a
N
O
J
)
，
プ電圧 V が分解電圧 Voより人きい場合(過不 働態化
凶)には A
Iの陥彼浴出が生じた。陽他熔 1
1
¥した炎面は、局部的な
:上ずAI が>fq動1~化するギャップ11fT!: V
.
.を調べるために、 i
l
t解泌を入れたピーカの中
。1
3においてギャ
凶8
1
0 Vo・
20
r
f
i1
1
¥によって生じた浴
日l
痕が全 I
I
I
Jに形成され、かつ容易に織りとることができる灰色の粉ふが十J
;
{
jしていた。
Iの不(動態化 j
或は ギャップ電圧 V
.
.が 1
8
[v
)以下の領岐にあ
この実験結忠告基にして A
ると考え、粒 f
査の災なる 3種頬 のパフ 6
J
frtJ材を用いて加工を行った ，その結巣得られた
，
ギャップ電[[V と夜間組さの関係を図 8-4に示す。表面粗さはギヤ
Jプ
7tt圧
V.
，か
1.
.
.3[
V
]の範閣で厳も良くなり、この 1
t
r
T
E純闘が適正な1tr庄条 {
'
Iであることか分かった 。
ギヤ
L
I
-
1プ
1Ii ，V
.
.の必いによる表耐の
1
人態の必いを比較すると、ギャ
1プ電圧
V
.
.が 1
-3[
V
]の場合、図 8-5に示すように砥粒の!銭過によ ってできる 俄過条痕のl'リ凸で表 I
筒
粗さが形成されており、表面は A
I特 f
iの光沢而になった。
-1
6
3・
ところが Vg;::0[
V
]の従 1
1
:
を
5
)
JIえない場合には、表而の光沢
-J
3CON-
なった ω 凶 8-6(a)はギャ・ップ
#
3
2
0
.
.
.
，
通
︹日
はとEく全体的にくもった茨耐に
電 H:Vg=0[
V
)で加工を行った
:
t
#
6
0
0
。
>
<
e
日
場合の表而の光学顕微鏡写真で
あるが、 i
京過条痕の識別が困難
0
.
5
出
祇J
¥
w
なほど表而が荒れている。
図
￨
附
(
a
) 光学顕微鏡でみた表面
この表面を電子顕微鏡で観察
1
1
)のように僚過条
すると、同凶 (
0
.
1
j
度が付着物で種われているのが
分かった。
0
.
0
5
0
5
1
5
1
0
ギャップ屯正
Vg[
V
)
そこでくもりの原因を調べる
ためにギャップ 11i圧が V
g
;
:
:0
l
玄1
8 4 l(I解パフ似合 h
l
l1
て
でA
Iを加工した場合のギャップ電圧と表問粗さの凶係
2
].
(
A
I
0
5
0
.A
e
=
2
8
.8
[
c
m O
.I
%
a
q
.N
a
N
0
3
.N
u
;
:
:
6
2
5
[
r
p
m
]
.V戸 2
0
0
[
m
m
/
m
i
n
]
)
[
v
]で加仁された表聞と、
¥
f
g=
2[
v
]で)Jn
l
てされた茨而の A
I
.O.
2
0
[
μ冊
]
1----l
Cの傑さ方向の j
農[宣分布をオー
(1))電ナ顕微鏡で見た表而
ジェ1tt子分光訟で制べたところ、
区18-7の結果が得られた。同
a
)はギャップ屯庄
凶(
Vg;::2[v)
g
:
:
;
:
:
.
O
[
V
]で)Jnじした場合の
出1
8-6 ギャップ屯圧 V
A1
の表岡
O
O
N
[日ミ︺
で)JIITされた表面の分析結果であり、表面から深さ方向への Oの分布状態から考えて、
表而は約 O
.1
2
[
μ
m
]まで縛いバリア一階のイ之助態化脱が生成されていることが分かる。ま
1
1
)は
た￨司凶 (
VK=0[v]の場合の表 r
n
jであるが、 0が約 0
.
6[
μ
m
]とかなり j￥い画産 l
t
u
英が
生成されている。 この Oは A
Iの酸化物として作夜している bU) 。
Iが砥粒で僚過される際の温度 l舛によって
このような酪化物が生じる慰問としては A
常温では生じ難い化学反応が生じることが考えられる。すなわち低粒の￨家 j
必によって生
図 8-5 ギャップ屯任 Vg=
=1
.
.
.
.
_
3
[
V
]で
加工した場合の A
Iの表 百
l
5に示したように、粒径 I
O
[
μ
m
]の砥粒が 2[
m
/
s
lの速度
じる温度上昇は第 4j詳の図 4一 1
で毛多量b
する場合、
A
Iと砥粒の陵触 l
或では約 5
0
[
.
C
(
K
)
]である。
A
Iを熱ノk中に浸すと式 (8-1)であらわされるアルミナノド和物が表 I
耐に生成される
“
。
}。
1
6
4-
1
6
5-
1
2
0
E-ehZ訟
20
︹
1
6
一
ωO
X
MW
制緩葉稔
ho'h
80
60
40
﹃
ゐ
つ× 凶 絹GJ小w
川 f?
O 1
6
1
0
0
骨
1
.2 0
1
.8 0
.
2
40
.
3
00
0
.
0
60
.
3
6
照射深さ
d
e
[μml
(
a
) ギャップ屯 f
EV
，
，
-2[
V
Jの場合
。
0
1
.
5
0
.
3
0 0
.
4
5 0
.
6
0 0
.
7
5
d
e
[μmJ
。
附射深さ
(
b
) ギャップ電圧 Vg=0[
V
Jの場合
5
ギ ャ ッ プ電圧
'
t.Mパノ ぬ合加工で加工された A
I表的lのA
I，O
.Cの深さ方向の分布
[
i
48 7 i
凶8
A
Iト1
1
.0
~A
1
2
0
J'II ~O
^1~O ， ' 1I .0 はべーマイト皮脱といわれ、 I品度が t笥くなるほど肢の成長 Æ 度が速い 。ぺーマ
yプ 電 圧
8
1
5
v
，
[
V
]
itt解パフ僚会加工で AI~hll . [ した場合のギャップ屯 IE と 材料除 去本の関係
(
A
I
0
5
0
.Ae
=2
8
.8
[
c
m
'
]
.O.l
X
a
q.
N
a
N
O
.
I
.Ne=6
2
5
[
r
p
m
]
. Vr
=2
0
0
[
m
m
l
圃i
n
]
)
(8ー 1)
fトl
主眼1l7
0
[CH'Ë/(t のふ尚においても 'I~ h比されることから、 ギャ
1
0
2
Vg=0[
V
]
C)
J
I
I Iされた火山にはごのぺ -v( トl
文映 が砥粒の娘過にともとEう制 度上昇 で 生 成 dれ
たのではとEいかと与えられる“ l
ヴ:
反 応で '
I
U
N
.された A
I
.
O.l・
1
1
.
0が1:作物のJ{面に付着することと、砥 粒 に こ の 生 成 物 が /
.
1
l
“し て 、正常な低位 0) 切刈形状が[{~! 物に転写されにくくなったためと思われる 。
よギャップ電 H
:Vgの J
(
1)
J1Iに対 して Vg
= 2[
vJ
l
.
I
11'の関係が/!Jられた 。 材料￨徐ムポ11'1
近まではい勺たん減少するか、
2[
v
]~越えると再び哨加した。
材 料 除 六 本 w か 小 さ く な る ギ ャ ッ プ 電 圧 Vg=2""3(
V
]の 飢 I
或は前述のように表面
物国阻w
m
?~に Jm I
・
j
f
七本について調べ t
.ところ、図 8-8に 示 す ギ ャ ッ プ 11
r
f
F
.Vg と材 料 除 去お
1
.
5
︹日ミ ︺ 活 g出
したが って淡 r
i
uか放れる j以'
'
1は、，j
i
j述の凶 7-2で 示 し た よ う に 、 温 度 上 昇 に よ る 化
0
.
5
測さが自立も良くなる条件である 。 この領峻 では 電 解 によって友耐に 紬 密 な バ リ ア ー 府 か
らなる不働 ，@化膜が ~J : h'<. ;;きれるために砥 ぬのくい込みが仰，
1
:
1
1
され、陽極 浴 出 は 不 働 態 化
映が除 .l~ ，された局所でのみ I~ じているものと思われる。なおギャップ電圧 Vg が 2 [
v
J
。
200
ム00
600
800
1
0
0
0
1200
を越えると 材 料 除 去 潜 ¥vが j怜加するの は陽極溶出が生じるためである 。
，
以;にギャップ電 L
FV が 2"":HV)の領 I
或において惚合[J
U1i誕の回転数 Nuと 工 作 物
の送り述I
立Vr
1
.
l
'~さ耐都l さ lこ loUます影響を調べた。その結果を図 8-9 に示す。表面粗
ー
1
6
6-
間合 '
CJ
lt
l
U
転回転数
N“
[
r
pm)
図 8-9 A
Iを加工した場 合の 出合工具電極の回 転数 とJ(r
白粗さの関係
(
A
1
0
5
0
.Ae
=
2
8
.8
[
c
D
I
'
]
.O
.1
X
a
Q
.N
a
N
0
3
.#320パフ研府材)
167 -
七きは 似合 'CJuttttl の @.tl;~ N8の地加につれて良くなった。似合工.ß.:1tt極の I~I 転数 Ne
いう結果が (
vられており、 A
Iが不!勤勉化するギャップ電圧 ¥
1
， においては;)!ーラス肝が
が O~ い場 ft に茨 I自itH (さがわるくなるのは、 後会工具電極の 1[~J 転当たりの工作物の送り
成長するのに決ーする時間は砥弛の、ド均 i
察過間隔 t・に比べて遅いか、 ;
t
!ーラス 0
)不働 1
忠
I が大きくなるため、 I~ 過糸 1長向上の間隔が広がって、形成される r'lö が大きくなっ
化膜が生成し継い状態になっていると忠われる川叫。
たことによるものと忠われる。
L~8 -
nを活り
5
f と1
友i
耐粗さの関係として表すと、図 8-10のようになる。図中の
II~ )
.
l
lよ抑 5'
f
J0)5-t
1- 2で述べたステンレス鋼の場合の送り f と淡由粗さの関係を
I
j
，
す
ι
︹白ミ}同国自国
nUt'
にHl
l
!
a
.1I
n
]転当たりの送り fが同じ場合 A
Iの表曲f1
1
さはステンレス摘に
l
tぺて、 A
Iの )
jか H~I 0{-i>が軟らかいため約 2倍わるくな って いる 。
︹自ミ︺
初回回w
m
1
.5
一
0
.
1
/
J
H咽園出
~tJ
0
.
0
1
出
1
0
寝0.5
砥粒の粒往
1
0
0 500
da[μ 圃
]
阻8 1
1 砥粒の粒径と表面粗さの関係
(
A
I
0
5
0
.A
e=288[c阻2
]
.#3
2
0バフ研f
f
H
O
0
0001
001
0
.
1
慢合 lJ
t
:
電
極 l回転当たりの送り
1
0
f
[
m
m
/
r
e
v
]
凶a 1
0 出合主A~極 l 回転当たりの送りと表面粗さの附係
(
A
I
0
5
0&S
U
S
3
0
4
.A
e
=
2
8
.8[cm2]. #320パフ研j
台村)
次に形状 制 度に対する影響をnJ~べるために、第 5 章の 5-3 で述べた 2 倒の m 気マイ
クロメータで 憎成 した除念探さ hzの制定機を用いて、加工後の除去深さ hzの:{l'化の
パターンを測定した。
0
0
[
m
m
l、民主
工作物として太陽光線の反射鏡パネルを作製することを目的として、幅 2
しか lグラフの傾さは A1とステンレス鏑ではほぼ同じであり、
材料が軟らかい分だけ会由利さがわるくなるものの、
的には
このことから AI
の場合
ステンレス鋼の場合と向織に基本
:
T作物 iに市成。れる i
家過条痕で表面組さが生成されていることか分かる。
，
¥
H
fd を変えて加工を行って得られた表面粗さを図 8ー 1
1に示す。表
さらに6Ii粒の '
面
mさは粒花 d，
が小さくなるとともに良くなった。
より日経の細かい砥半世を用いた場合の表面租さについては、~4>:らが行った実験結果
3
0
0
[
m
m
]、淳さ O
.
5
[
m
m
]の「業川純 A
IA
I
0
5
0の圧延複を用いた。 この材料を i
白往 ρs 2
2
0
[町冊]の向転円盤型組合工具電極を用いて電解パフ飽合加工を行った場合に測定された、
除去深さ hz と出合工.u.1tt t~111 心からの距離 y の関係を図 8
速度
1
6
8-
・
V
r
;
を変えて加 Tを行なうと、 V
r
=
2
5
0
[園田/圃 in)、 V
r
=
5
0
0
[
.
.
1i
n
]のいずれの場
合も除去深さ hzは似合工 A電娠中心 (y=0) の位置が盛り上がった中凸パタ
なった。
によると、特 i
!2[Jl・]の砥粒を用いた場合の表面粗さは Rmax0.02[μm)まで良くなると
ー
-12に示す。 L作物の送り
1
6
9-
ンに
。
出合 I具1
[
1
伝小心からの距離
60
y
[
m
m
]
80
100
，
，
ー
ご1
'_ '
"
礼
二
5
l
(
J
m10
賂
重
量
r~18
1
4 電解パフ迎合加工で加工された A
Iの表面のプロフィール
1
5
m
2 ，目前パフ f
'
i)
J
II1
・
でA
'を加工した場合の除去深さの分布パターン
<
18 1
1
(
A
I
0
5
0，1%
a
q
.N
a
N
O
:
I，N，
j
・
=
3
8
0
[
r
p
m
]
.Re=1
1
0
[
m
m
]
)
このパターンが
m
!
);
r
fの 5-4-5で述べた (
1
:fH砥粒数 Mlyの違いによるものかど
8-5 結 論
A
Iの不{動態化映の特徴について検討し、屯解パフ迎合加工による A1
の鋭[自i
加 l
・
Wl
黄
金
行った。その結果、以ドのことが明らかになった。
うかを訓べるために、 mU A主主れた小心での除去深さ dc を基地にして、知 5 ~ の凶行25 の 11~ 次，t.Íしされた除去深さのパターンから除去深さ hz のパターンを H~ 定すると、図
8 1
2
C
!
)，':目、綿のよ'>，~なる。この結果により推定された除去深さ
hz のパターンと mll 定
紙吹はよく ー殺し τいるので、^1i
')J1I_[する場合も形状制度は{乍川眠利数 Mllyの分布
(
1
) A1
の小働態化股はステンレス鋼、炭素鋼、 T
iの不働態化膜に比べてかなり眼 1
7
h"が厚い。とくにポーラスな不働態化膜が生成すると表面での光の &QJ本が低
i
日立の l
祭過による素地の除去が行えなくなる。
くなるばかりでなく、 l
車f
l
i
t電解を h バ・場合、
(
2
) 脂肪厳界面語性剤を添加した酸素酸盗型の電解泌を用いて l
によって決定在れることが分かった。
l
羽 A-1
:
U
Jltt~~ パフ lil f'i加.r:で銚而 J
J
I
Iよされた E業1fI純 A1A10500)外観を示し、w.而1
~II さ IJI羽日 一 1.11 二 示寸・ ょう lこ Rmax O
.05[μm]前後に f
l
.
l:
t
fられている。
，
A
Iはギャップ電 f
EV が 18[V]以下で不働態化する。
(
3
) 電解パフ似合加 :
cにより AIが不働態化するギャップ電庄
v
，
で加r.すると、世 i
自l
にくもりは生じず、砥粒の 1
察過条 1
直による均一な凹凸面になる。
，
(
4
) 表面粗さは不働態化のギャップ電圧 v で加工を行った場合に般も良くなる。こ
の電圧条件の j
品合、ポーヲスな不!動態化膜はあまり生成されず、 k
r
l
i
i
t
l
lさは!il
(粒
察過軌跡で決まる。
の粒俺と 1
r~8
1
3 屯解パフ惚合加Ifで鏡而加工されたよ業 m純A
IA
I
0
5
0のタi
観
-1
7
0ー
1
7
1-
み:掌の 1
結成は次のようになっている。 9-1節では C
uの不働態化眼の特徴について険
第9章 C
uの
銭
面
加
工
討し、。 -2 節では~~・験伎町と刀法について述べ、。 -3 節では堤験結況について辿べ、
それらを毎察する 。 9-'
1f
'
t
i
'
i
は
以也
:
1をまとめた結論である。
9 1緒 鈴
9-2 C
uの不働悠化膿の特徴
C
uは f
e
l々のt:l1
常生活において F
e
.
A
Iと並んで多用されている金属材料の一つである。
m，
C
uは 解 f
U識によって純度 9
9
.9
6
%
以七の銅地金が作られ、この鋼地金を I
写溶融処理して
酸素量を制整 したものが L業用の純 C
uである。 工業用純 C
uは再溶融処J!Rの仕方によりタ
2イオンと電解放中の 0
る可能性が高い'ltt気化学反応は、まず熔 I
Bした C1
I ・
1
1 イオンによる
)
-
m
uは
、 A
1
.
A
u
.
A
gと並んで光の反射率が J
ド ・に高いので、近年
どに多Jl1されている。また C
zy
、
、
t
C
u2'
+2011 ー ~Cu(0 1l ) 21
り、いずれも C
uの純度は 9
9
.
7
%以上である MM¥ これらの工業用純 C
uは熱伝導率と電気
伝導取が刊いことおよび化学的に安定なので、従来から導電材料、熱交 j
換器、装飾品な
、
.
，
C
I
I
O
O
) 、リン脱酸銅 (
C
I
2
0
1
.
C
I
2
2
0
.
C
I
2
2
1
) 、無酸素銅 (
C
I
0
2
0
) などがあ
フピッチ銅 (
Cu の衣而に ~l:. Iポされるィ、働態化肢の組成について考える。 tE 解波中で l場縦攻 1(11 で ~I : じ
が考えられる。 C lI (OIl )l は水両者化銅といわれ、'Ilt解液中に沈澱するので、 CUO) ，.t< '~l に {.J l
i
して不(動態化映にはとt り1!.F~ い。もう 一つ の反応は友而が浴出して J民地か路 1 1\ ~人他にな
った Cu が 屯解放中の出仔隙ぷあるいは屯解で生 じる 02 と反応することによって ~t.. じる
Iと同時にレーザ一光などの反射鏡に用いられることも多い。
では A
uはさまざまな 優れた特徴を有する反面、除去加工を行う Lにおいては高
このように C
切削すると J~ n が 111 速に隊持する刷 。。 また研削加工にいたっては阿保な.J!i1111 で砥粒切れ
(D- 2)
4
C
u
O1
(D- 3)
2CULO+02
・制度で h
UL
寸ることがきわめて回総な材料の一つである。たとえば無酸素銅を切
い加 1
u]:
す る勘合、切向'
b
車1
'1か低いと表前のむしれや工具への銅片の付持がやじ、高速で
削h
4
C
u
'+0
2- ~ 2
C
l
1
2
0!
ー
炉
の 2段階の反応である。 A (0-2) ， (9-3) の反応、は常溢ではきわめて雌やかに.i.!t
行するか、陽極浴 IH している Cu はきわめて活性な状態にあるので、この反応が~t じ m る
。
6:
1，
刃のfI詰まりが改しいため、加工が悶知である。したがって、現住生原加工として C
uの
l*
I
"r:には i
J
，
'
;
.
1
1
1ダイヤモンド E
具を用いた綿密切削が多用されている。 こ の ように
純而 JJI
n
図 9-1は N
a
N
O
.
I
/
t
.容液を入れたピーカの中に C
u阪 C
1
0
2
0
Pとステンレス鋼 S
U
S
3
0
40)平阪
Cu!，t 、 Wf寺市ぞ述べた AI と i司 t~ に鈍 l花加工を行なう上て・生 1普 段術上問題の多い fH
↓であ
を対向させて浸し、 C
u
t
i
C
1
0
2
0
Pを陥極、ステンレス鋼 S
U
S
3
0
4を陰極として i
白流可解を行
る
。
った湯合に測定されたギャ
そこで、 1
目前パ
n
1
J
:介 J
mにて'
C
uを娩 l
稲h
u工する方法について研究することと Lた内ま
I
Iの人 1
(
1，，-JI ・ /J~ .'
tれる不 1
動1
由化肢の 1
午質についてであるが、じ1
1
は'ヤ気 1
"に j
毛1
1
年1
:
1紋
ず
、 C
附するどん I
f
t
iか
;
?
.
:
め
に
よ
，1
.
¥みを:Il;ひて変色する。表面が変色した C
uは腐食されにくく、
N
yプ 屯
r
fVgと電解電流 Iの関係である。屯解椴のtAl
立Cu
がT
i，A
1を不働 1
広化するのに過した 0.1%，O
.5%の場合、電解電務tJはギャ
y
，
プt
tJ
lV
が 1[
V
J以下の低い il
IL
E範凶からギャップ市圧 Vgの増加とともに急激に増人した。こ
れよりこれらの曜解波濃度 C
(
)の場合、 C
uの陽極溶出が生じる分解'flII
LV0は 0
.
5[
V
]1
I
J
rtli に1l:'字的に定・2と な I~~制定が Jt J
えされていることが分かる。このような保 J
哲肢は両者本階
後の低い値であることが分かった。'l[解波の j袋度 Co を低くすると、 li.L.~~ '
1
1
W
t[の i
f
"
lJ
I
!
段4引の 11!~~泌を川いた的統 ílt解でCuの夜間を不働態化することによ勺ても生成するので
割合はギャップ電 l
fV の i
由加に対して次第に緩やかになり、これにとも必って分解1tt
はないかと与えられる。しかし 電解作用によって Cu の茨面に不働態化肢を~tJ此すること
解液の 1
1度 Cuか 0.03%の場合、分解'ltL
圧 Voは徐々に大きくなる。賞E
に附する研究はほとんど行われていない。
である。
，
H
:
Voは約 1[
V
]
uが不働態化するための電解条什につ
そこでまず 者
両:
表情ほ刑の電解液を用いた電解で C
uの分解曜 I
EVoが A1
.Ti
の場合に比べて小さくなる理由は、第 4'
般の弘2
このように C
いて検討し、そのぷ!長に 4~づいて電解パフ慢合加工による Cu の挽面加工実験を行うこと
4-2に示したように、 C
uが Oと反応する際の生成自由エネルギ d CO が小さいために
とした。
化合物か生成されにくく(相対的に化学的活性が低 L、)不働態化しにくいことによる。
ー
1
7
2-
1
7
3
30
9-3 実験 装置と方法
Co=0.5%
C
uを屯解パフ組合加工した場合の表町組さがどのようになるのかを調べるために平由
形状をした工作物の jm[実験を行う。実験装置は倒転円盤型の出合じ具
I
箇の加工を行う場合と同様に、第
m極をJ1Jいた平
3主主の図 3-1に示した N
Cフライス盤に j
普献したもの
を用いる。工 作物としては 1
1
翼政策銅の C
I
0
2
0
Pを用いる 。
，
，
20・
一一一
加て実験は、まず電解液として N
a
N
O.
I
7)<溶液を用いた場合に不{動態化膜の生成にともな
L
4
.
闇
Z
:
J
.
.
.
1o I
混
立の図 3- 1に示したん-法
う電解電疏 Iの減少が生じるかどうかを調べるために、第 31
C
o
=
=
0.
0
3
%
で過渡電波を測定する。この測定は電解加工の場合と電解パフ懐合加工の場合について
重
も
S
時
以
生
行う。次にパフ研磨材を用いて電解パフ複合加工を行い、ギャップ電圧 ¥
lg、砥粒の粒
度、彼合工具電極の回転数 Nuが工作物の表商粗さに及ぼす影留を調べる。さらに砥粒
1
0
の粒度が表面制さに及ぼす影響を調べるために、第 5輩の図 5-3に示した遊緩砥粒を
用いた電解パフ複合加工を行う。
9-4 実験結 果と考察
V。
2
6
L
.
ギャップ電圧
8
Vg[V]
電解加工と電解パフ組合加工それぞれについて、ステップ状のギャップ電圧 ¥
l
gを印
加した際に測定された 電解電流 Iの変化を図 9-2に示す。電解加工の場合、1lt解電流
問
。
-1 Cuを電解加工した場合のギャッブ電圧と電解電流の関係
(
CI
0
2
0
.Ae=1
0
[
c
m2J
. 1g
=
3
[
m
m
J
)
すなわち不 1
動態化膜が生成されると陽極と電解 i
夜の界面で抵抗分極による電圧降下が生
Iは同図 (
a
)に示すようにギャップ電圧 Vgを印加した当初に東大になるが、時間 tが
経過するにつれて電解電 流 Iは次第に減少して 一定値になる。なお加工後の表面は淡い
赤紫色に変色していた。このような電解電統 Iの減少と加工後の表聞の変化は、
T
i
.AI
が
uを電解した場合、電解電流
不働態化する際にみられるのと同憾なものである。ただし C
じるが、この電 r
E
I
降下は不 1
動態化膜の抵抗 Rpに比例して大きくなる。過不働態化域に
するにはこの t
l
iJr
:
降 Fより高いギャップ電圧 ¥
l
g を印加する必要がある。 C
uのように化
学的活性が低い金属は酌化されにくいので、不働態化膜が生成してもその膜厚 hwは務
10が小さくなったと思われる。
くて不働態化膜の抵抗 Rpが小さいために分解電圧 ¥
uは酸素酸塙型の電解液を用いて不(
動態化させることができ
以上のことから考えて、 C
る。しかし不倒態化する分解電圧 VO は低いので、電解パフ複合加工を行うに際しては
ギャップ電圧 Vg を低い備で一定 に保つ必要がある。
Iが一定 となった値は、最大値に対して約 20%
程度の減少にとどまり、 T
iの場合(約 9
0
%の減少)のように不働態化にともなう電解電流 Iの極端な減少は生じていない。
C
uを電解加工した場合に電解電流 Iの極端な減少が生じない版図を調べるために、電
解液の抵抗 Reと不働態化膜の抵抗 Rpの値を図 9ー 2(
a
)の測定結果から計算してみる。
電解液の抵抗 Reは、ギャップ電圧 Vgを印加した直後に統れる最大電流
Ipとギヤツ
プ電圧 Vgから式 (3- 4) により求められる。さらに式 (3- 6) により定常電流
Isとギャップ電圧 Vgからギャップ抵抗 Rgを求め、ギャップ抵抗 Rgから先に求めた
電解液の抵抗 Reを差し引けば不 !
動態化膜の抵抗 R
ρ が求められる 。 計算の結果、 C
uの
0.
8[OJに対し、不{動態化膜の J
抵抗 Rp
は
電解加工を行った場合の電解液の抵抗 Reは 6
1
6
.
2
[
0
]になった。この計算結果を第 31
1
t
の 3-3-3で述べた T
iの電解 J
m工を行った
ー
1
7
4
-1
7
5-
場合と比較すると、 Ti の場合には1tr A~ 波の tlt t.え Re== 1. 2[O] に対してボ働総化膜の紙抗
30
Rp=2500[ υ] と人きな差があったのに lL べて、 Cu の場合には 1ti:解 t伎 の H~jA: Ueと小{動
，
、
態化股の~ß. lií Rpの差は少ないことか分か った。
<
r
.
目
，
_
、
同
20
パフ h
J
FIf~ 村の l察過作用を惚合させ ると、凶 Ð -2(
b
)のようにギヤ
持
5
$
3
i
1
プl
1
W
.Vgを印
t
r解加工の湯合に比べて少なく、
加した当初にはられる電解電流 Iの似少は i
510
.
，
『
4
定{直に j愛
るまでの時 r
:
atも短くなった。なお加_r:桟の 炎l函には砥拍の僚過糸 1
良か形成されてい
た
。
。。
次に、
2
3
t[
s
]
，
C
uを1
(t解パフ複合加工する勘合のギャップ電圧 V が茨而組さにおよぽす影響
，
を謝べたところ、凶 9-3に示すギャップ屯 l
Evと表面粗さの関係が l
Qられた。表而
粗さはギャップ電圧 Vgが C
uの分解 1
t
t庄 Voよりやや高めの1.5
-~ [V]の範囲で騒も良
(
a
)電解加工の場合
(
C
I
0
2
0
，O
.0
5
%
a
Q
.N
a
N
O
a，A
e
2
8
.8
[
c
mJ
.
1，
=5[
回
目
J
. V，=1.4
[
V
]
)
2
くなった。ギャップ電圧
V，
が 0--1
.5[
V
)の範囲で表面粗さがわる くなるのは、不働態
化股が生成されにくいために砥粒のくい込み 1
1hdが大きくなコて、)¥フ o
Jf倍村がC
uの
切り屑で日詰まりしたためと思われる。 またギャ
30
表而
mさは 写
1 ひわるくなったが、
言
，
.
. 20
yプ電圧
，
V が 3[
V
]以上になると、
これは制極措出が生じたためと思われる。
0.
8
鋸
1
s
l
答10
2
3
(
a
)電解パフ複合加工の場合
(
C
I
0
2
0，O
.0
5
%
a
q
.N
a
N
0
3，A
e
=
=
2
8
.8
[
c
m
'
)
.
1，5
(田
冊
)
， V，
=.
14[V).#600パフ研磨材)
図
9-2 Cl
I
を bnTする湯合にステ yプ状のギャップ電圧を
I
I
J
h
l
lした場合の電解電波の時間変化
初回阻w
m
t[
s
]
︹ 自 ミ } H伺 園 出
。。
06
。
0
.
4
。
2
。
2
ム
ギャップ柑圧
凶 9-3 C
lIの電解パフ彼合加
6
Vg[
V
]
rを行った場合のギャップ電圧と反面組さの関係
(
C
I
0
2
0
，A
e
=2
8
.8
[
c
由
主
J
.O
.0
5
%
a
Q.
N
a
N
O
，
l
' V
( =3
2
0
[岡田/血 i
n
)
.#1
0
0
0
パフ研磨材)
1
7
6-
- 177 -
0
.
4
H
l(
;Lt~ 111 似の 11 .1 転 ~NI( を変えて hD1: を行うと、表面粗さと凶転数 N/i
(
j
)関係は凶
US304などの
1\'''均~ Jt~ 加するに つ れて攻!面相さはわるくなった。 この傾向はステンレス鋼S
I
;
i
凶 γついて勾える。
る)なのでその !
1
;
'凶の lつは糊体 r
i
n
l
¥か '
1しやすくなったことによる。すなわち、砥粒で燦過された
C
u
O
)後 I
t
r
lに J
I
j'び不!動 l
i
l
i化股が化成 されるまでに要する時間が砥粒の平均 i
悠過問陥 t
.よ
りたい場合 I~
I
J、加 2市の 2 ・4
lで述べたように C
uの京地が露出状態になる。 この
I
引金 (
場介、 1
f
;/
1
1
か1
'じるので .
<
<
r
舗が荒れる。回転数 N6が増大すると、砥粒の平均僚過
同制
L
.は如 1，ffの式 (
1
1 27) に示したように減少するので、 このような現象が生
m
じ るω
もう l つの ~jt 凶はパフ 6Jf I
谷村の目詰まりである。図
，
。
3
02
0
.
1
。
500
1000
組合工具電極の回転数
1
5
0
0
2000
N
l
i[rpm)
9-11より、ギャップ t
l
t圧 V が
o[V]の 場 合 に @.，ム数 N，{か I
告加するにつれて表面組さがわるくなることから、砥粒の
切れ刃による 1常な切削が行えていないことが分かる。加工後のパフ研磨材の反面に H
泊した C
uの切り併のLl:I
よ限合
拘属国側
t~ 干 1 'を従前パつ似合 J
J
I
LJ:した場合とは逆(由転数 N
"の増加につれて或由組さは良くな
︹E H吐] ) S E出
。- 1¥にぷ・J
.
ように、 ニ
ギヤソプ'tItf
EV.が o[
V
]および 2[
V
]のいずれのも誌合も副転数
図 9-4 傾合 工具電極の 回転数と表面粗さの関係
(
C
I
0
2
0，A
e=28.8(叩勺， 0
.0
5%
a
Q
.N
a
N
O
a，Vt=3
2
0
[
m
m
l
圃i
n
]
.#1
0
0
0パフ研磨材)
rJ
i電極の回転数 N"が治大するほど多くなっており、バ
フ研 1
f
tH0
)n
2~ ;iりがmJ転数 NHのj曾大とともに増加している。
uを不働態化のギャップ1ll:IfV
.で加工を行うと、表面粗さはギャ
このように C
yプ電
1
:
1"，を h
l
lえない場合に比べて段くなる。 しかし表面粗さは平均粒径 1
6
[
μ 冊]の砥粒を
.
o2[Jlm]とわるく、鋭函にするためにはより粒俺の小さい砥半世
川いた場合でもI!回以約
。)I
銀必():
JIJ
を ~ll 合する必燥があることが分かったので、遊離砥粒を用いた 11f解パフ悔合
)
Jn
lを行うこととした。
k
l
f
n
t
l
l占I
l
m
a
x0
.
2
[
μ 叫の 1
・作物によI
して平均粒径 2(μm)のAI
~O ;jの砥粒を JO いて 1m [
を1
tうと、 C
uのだ l
削は J
J
I
I[が進むに つれて次第に淡い赤紫色に変化し、かつ下 地の僚過
後 j(~ が除ム占れて NU'll が平滑化されていった。図 9-5 は加1.途中の.J< I討粗さのプロフ
tールを j
Jえしたもので、
このとき表面測さは R
m
a
x約O
.I[μm)であった。
nさはいくぶん良くなるようであるが、安面は色が i
l
lくなるに
加工会継続するとた耐 t
l
iさは逆にわるくなった。 I
ロ]時に研 I
tJ布の日 d
占
つれてくもりが北じるようになり、表面 l
まりが !
Lじた。 これは C
uの小働怯化膜がT
iの場合のようにあるー定の股肱 Jhで飽和す
るのではなく、時 1
:
0lの経過につれて j
学くなる性質を持つためではないかと与えられ
、
n¥
lf
rbll ・ 1:でCu を続出 hllT するためには砥粒の粒径の~なる加工J_ 胞を明や
る。 '
i
t
r
前J
υ
ー
~ [
f
i
lでの b
nC時間 tを短くして加工を行う必要があることが分かった。
ー
図 9-5 遊離砥弛を用いた電解パフ複合加工による C
uの表面のプロフィール
1
7
8・
ー
1
7
9
5結
第1
0
章結
論
C
u
(
/
)不{動態化政(/)特徴について倹討し、iIf解パフ 1
組合 h
l
l工による鏡面加lL実験を行
二
一
ロ
9
J
n工法の b
n[機構を定位的に解析し、 これに部づいて挽而加
本研究は、電解パフ出合 b
た。 その結果、1).1
了のことが明らかになった 。
f
i
lh
l
1
.
l
.
工を h
l
e必よく行うために必要な砥粒に与えるべき軌跡に ついて 与察し、 さらに鏡 l
(1
)向者 r
炭酸 h
r!の i
t!:解放をJIlいて C
uをlI1
旅電解した場合、 C
uが不{動態化するギャップ
，
の必要性の高いステンレス鋼、炭素鋼、
T
i、 A1、 C
uについて不働態化映の特徴を.;察し
7
l
rI
FV は 1[
V
]前後である。この電 l
Eはステンレス鋼、 T
i
.A1を電解した場合に
l
lょする方法について以 外的に研究 Lたものである 。 本研究の
て
、 これらの材料を鋭而 h
比べてかえtりI
t
iい
。
結果次のことが明らかになった。
(
2
)C
uか不 1
動態化する過胞では電解司Hk1の減少か生じるが、電流の最大値 Ipと最
sの並 l
よ少ない。 これは C
小他 I
uの不 1
動態化膜の抵抗準 ρwが低いか、 不 1
動態化
字 h"
か薄いためと思われる。
政の膜 j
t&.に要する時間の人小関係により、 工作物の除去機械か異なる。 i{r解作用による不
(
3
) 電解パフ惚合加工で C
uを加工すると不働態化のギャップ1tI圧
がE
をも良くなる。さらに C
uは遊雌低粒を用いた'itr解復合加
(
1
) 電解加工とパフ研磨付加工を惚合した場合、砥粒の￨京過 r
l
t
l踊 t
.と不働態化脱の生
Vg付近で表面粗さ
ιによってM.面粗さ
R
m
a
x0 1
[Jl圃]前後に加工できる。ただし加 T時間 tを長くしすぎると表面にく
もりが '
1じ C災而れl
さはわるくなる。 これは C
uの不働態化脱が T
iの場合のように
1
動態化眼の生成と砥粒の￨察過作間による不 1
動態化膜の除去が繰り返し生じるために
は、砥粒の様過間隔 l• は不働 1出化膜の生成に要する時間より長くなければならな
。、
L
(2) 酪~酸勉型の電解被を用いて T i を 1(Ï解した場合に、可解電流 I がギャップ'llI 1 I.:
Vg
ある 一 定の B~I亨 h .. で飽手o するのではなく、時間 t の経過につれて厚くなる性質
を印加した l
直後に鼠人になり、その後過渡的に減少して ー定値になるのは、 不働態
を持つためである。
化膜が I作物表面しの微になる部分を中心にして、 2次元的にfJ1、かりながら生成す
るためである。表面が不働態化眼で完全に 積われると1It解電激 Iは一定になる。 ま
たれが不働 1
8化すると、表面に色かつくのは、不働態化膜によって光の干渉か生じ
るためである。
(
3
)T
iの不働態化膜はかなりの大きさの電気抵抗をもつが、併電容量 CPはきわめて小
さい。電解電疏 Iが過積的に減少するのは、不{動態化眼の生成にともなってギャッ
，
プ抵抗 R が増大するためである。 この不働態化膜は投入電気量 q に比例して成長
し
、 工作物の表面が司、{動態化映で 覆われるのに要する投入電気量 q は工作物の而
積 Aeに比例する。
(
4
) 回転円盤型控合工具電極と工作物の相対運動によって工作物に形成される砥牧の燦
過軌跡は、 Y軸方向の軌跡の間制Ll Y が迎合工具'ï{! 槍 中心からの~緩 y によって
lXは
変わり、中心から離れるほど間隔が小さくなる。 なお X軸方向の軌跡の間隔 L
lX と L
lYは工作物の反面組さを決定す
どこでも 一定である。 これら軌跡の間隔 L
る
。
-1
8
0-
1
8
1・
(
5
) 工作物 1
:
の微小必僚過微械を回転門盤烈似合工J!.司r
W.が通過する場合、この俄過領
械は ~\.l (
;L
.
J!.電極の小心に対する f
1
手 rが異なる多数の砥粒で娘過される。半往
I
の出合よ共 1
証惜の I
n
)
'
;
'角グに対寸る減小の制合は、償合工.A1
1
[
極q
J心からの距
離 y によって変わる。そのため f
l
iJrJ瓜粒数 M.yが変化し、最も{乍月1
砥粒数 M.yが
人・ きくとE るのは ~.Y か償合工A 1li: tii の半径 R8 に対して約 57% の位置である。
(6) 'IIt.M I~
mを受けている L作物が砥粒で jj過されると、不働態化肢が除去されて素地
が符 1
1¥し、電解'lItiAt[が地大して陥樋浴出が促進される。しかし砥粒が燦過した後
では内ひ不働態化映がすみやかに生成されるために電解電琉 Iは急速に減少する。
合工具電極の半径 R Hに対して、除去深さ !
1Zを中心での除去深さ dcに対して無
次元化すると lつの幽綿で茨すことができる。この無次元化された幽綿から、平副
度が設定された工作物を加l1.寸る際の祖合
[A電極の半慌 Ruと除去深さ
hzの適
正値が決定できる。
(
1
1)電解パフ惚合加工で鏡面加工したステンレス鋼 S
U
S
3
0
4はaS
i太陽電池の品販として
~ffl できた。また超高泉空JlJのチャンパに則いると、安 irn からの脱ガスがきわめて
少ないので、到達真空度を飛躍的に高められた。
，
(
12
)炭窯鋼 S
4
5
Cを酸素酸塩型の'14!解液を用いてi[解した場合、ギャップ電 l
EV=2
.4
[V
]
電解パフ惚合加工で加工される工作物の微小な擦過領織では、不働態化膜の除去と
以.
ドの範囲で不働態化が生じる。不働態化脱が生成された:kr
歯は燃みを治びて錆び
生成か繰り返されて司IM電流 Iはパルス状になる。したがって 1個の砥粒が擦過す
にくい。なお炭点鋼 S
4
5
Cに含まれる Cは陥後浴出しないので、電解作 J
I
Iのみで除去
るたひに 1個のバルスが生じる。
すると表面に Cの粉末が付おして残る。
(
7
) 電解バフ出合加工の可解電流 Iは
、 J 作物の微小な￨家過領桜を蹴れるパルス状の電
(
1
3
)半径 R6=35[mm]の回転円盤型複合工具電極にオフセットを与えて円筒状の i作物
解電流の累積で構成 δれ、電務i
値は砥粒の大きさによって変わる。また工作物の材
を加工すると、懐過条痕の交差角 AθMが大きくなって切削加工で形成された送り
，
料除去郁 w は、工作物が不働態化するギャップ電圧 V を印加しているにもかかわ
マークの凹凸が斜交懐過されやすくなる。オフセットを与えない場合 (I
I
c
=
O
)には、
らず、パフ研磨材の l
家過作用を複合することによって電解電疏 Iに比例して増加す
凹凸の彼幅が人きく周期の良いうねりは惚合工具電極のパス数 Npを1
首加させても除
る。これは砥粒の燦過作用で不働般化膜が除去されて工作物の素地が露出し、そこ
去することはできなかった。しかしオフセット量 Hcを2
0
[
m
m
]にすると 4J)a
s
sの加 J
に電解 1
l
U
k[が淡れて陥極溶出が生じるためである。
でほぼ平滑化され、 2
0
p
a
s
sの加工を行うと下地の深い凶部を除いてうねりはかなり平
(
8
) 電解ハフ出合加工で λ テンレス鋼 S
U
S
3
0
4の加工を行う場合、この材料が不働態化す
，
るギャップ電圧 V を印加して、砥粒の粒度#1
5
0
0より高い粒
r
aのパフ研磨材を用
いると、安面粗さ R
l
Da
x0
.
0
5
[
μ 踊]の鋭簡を得ることができた。ただしステンレス鋼
滑化された。
)下地の凹凸に対して大きな交差角 Aθ ItC の協過条痕を形成するほど、うねりの平滑
(
14
化作用は高まる。ただし交差角 Aθ"Cを 1
4
0
[
d
e
g
]以上にした場合、うねりは交差角
S
I
l
S
3
0
.
1は、結品の粒界部分が陽後 (
i
;I
I
Iしやすいため、加工能事を高めようとして電
。
解l
1
W
(l
;
を人きくし過ぎると結晶の半世界都分の陥極溶 1
1
1が先行して潟が生じ、友商
が最もうねりが小さくなった。さらに回転している円筒状の工作物をオフセットを Jr
か放れるので注意を決する。さらにステンレス鋼 S
U
S
3
0
4は遊雌砥粒を用いた電解パ
えて加工すると工作物の兵円度が向上する。これは真円でない工作物を b
r
J
.
1:
したも島合
フ惚合加工でも加工することができ、この場合にもパフ研磨材 b
l
l工のみの場合に比
に生じる電解ギャップ 1，の変化により、
べてより人きな材料除ム将軍 w で、より小さな表出粗さが得られた。
の荷重 Ppが電解ギャップ 1
8の短い部分で I
骨太し、突出部分が除去されやすくなる
(9) 工作J 物の Jf~ 状精度に閲して、回転円盤型組合工具'lIt極で加工された工作物の除去深
θIfC を大きくしでもあまり変化せず、 Aθ I'C:;:::1
2
0
[
d
e
g
]I
I
J後の交差角を与えた場合
1
1解電流 I、パフ研磨材の単位耐繍あたり
ためである。
さ I1 z は、 ~ll 合 TJJ.屯極中心からのJ'P.媛 y によって変わる中凸パターンになる。こ
)水を浸したパフ研磨材で純 Ti2種を燦過すると、砥胞の損耗、脱落が生じて、かっ
(
15
れはバヌ研磨材の作川砥粒数 '
1
v
1
.
yが距雌 y によって変わることが版図で、距離 y
不織布の繊維組織が目詰まりする。加 τされた純 Ti2樋の友面は、{京 j
品条痕が途切
と除 J
、刊さ hzの関係は加工パラメータの値が変わっても常に中凸パターンになる。
れ途切れに形成されて連続性がなく、かつ随所にむしれと非水浴性でかつ粘着性の
(
1
0
)測定された除去深さ hzと抱合工具電極中心からの距離 y の関係 l
立、距離 y を複
1
8
2-
T
iの水酸化物が付着する。これらは様過する際の温度上舛と、温度上昇によって T
i
1
8
3-
の化ヴ:的活性が高められて砥粒との後触践で化学反応が生じるために起こる。この
ような現象を抑制する子めには、砥粒と T
iの接触域に浸透しやすい加工液を用い、
かっ T
iの W
.
I
(
r
Iに化学的に安定な保護膜を生成して T
iの水酸化物が生成するのを抑制
することが効取的である。
謝辞
(
16
)電解液に界 i
f
r
i活性剤を添加した加工液を用いて純 Ti2種をパフ研磨材加工すると、
電解 i
伎が砥粒と T
iの;
素地との媛触岐に浸透しやすくなるため、表面粗さは若干減少
するが、実 l
舗にはむしれが生じて加工後のパフ研磨材の損耗も著しい。ギャップ電
J
EV
"を加えた場合には、界面活性剤を添加しなくとも表面租さは若干よくなった。
本研究の遂行と論文の作成にあたり御厚情に満ちた御教示と御鞭他会凶り
さらに界 lfii7lÇf1~IJ を 1% 砲度添加すると、表面粗さは急激によくなり、表面のむし
れトパノのf
l
仔材の日時まりがなくなった。界面活性剤を添加したfIi解液を用い、不
ました大阪工業大学
木本保夫教授に深茜の謝意を表します。
働服化の 1
1Mタイ￨で純 T
i
2種を電解パフ複合加工すると、砥粒の純度#1
5
0
0のパフ
本論文をまとめるにあたり憩切なる御指導と御教示を賜りました~ð'ß大学
研府村を川いた場合に夜間粗さ R
m
a
x0
.
0
5
[
μ
m
Jの鏡面が得られた。
(
17
)工業JrJ純 A
IA
I
0
5
0の不働般化膜はステンレス鋼S
U
S
3
0
4、炭素鋼 S
4
5
C
、純 T
i2樋の不
工学部
恒野義昭教撹に心より感謝の意を表します。
働態化膜に比べてかなり膜Jf
.
h，. がj
享い。この材料を鏡面加工するにはポーラス状
論文内容について貴重な御意見を賜りました大阪工業大学
の不働服化眼が什成するのを抑制する必要がある。電解パフ概合加工で工業用純 A
I
A
I
0
5
0
のh
l
l:
Cを行うと、浪商担さは不働態化のギャップ電圧 V
"で加工を行った繍
喜田義宏教担
に深甚の謝意を袋します。
合に最も良くなった。この電圧条件の場合、ポーラスな不働態化膜はあまり生成さ
れず光沢而が
mられた。表面粗さは砥粒の粒径と j察過軌跡によって決まる。
(
18)酸紫 醜邸主1
の電解液を
mいて無 酸素銅 CI020を直疏電解した場合、この材料が不 働態
化するギャップTltl
EV
"は
1[V]前後である。この電圧はステンレス鋼 S
U
S
3
0
4、純
Ti2拘 .
γ 司佐川純 A
IA
1
0
5
0を'iIi解した場合に比べてかなり低い。 C
uが不(動態化する過
多くの研究の 機会を与 えていただいた目立造船(株)技術研究所
御研究室長
(現復
山本昌彦博七(現在
加よ・制
近畿大学理工学部教授)と田宮勝恒主 取
円立造船(株)事業開発本部綿密機器開発部副参事 )ならびに(株)
曙川電機製作所代炎取締役
東口良樹氏に深甚の謝意を表します。
舟では1ttM
f
l
U
f
i
t1の減少が生じるが、電流の最大値 Ipと定常値 Isの謹は少ない。
数多くの実験と計糊を行うにあたり、実験設備をご提供いただいた大阪工
これは C
uの不働般化膜 の抵抗率 ρ Fが低いか、不働態化膜の j
享み h，. が薄いためと
業大学
思われる。
(
1
9
)電解パフ減合 b
n
工で無酸素銅 C
I
0
2
0を加工すると不働態化のギャップ電圧 V"付近
経営工学教室の皆線、特に共に研究を進めるにあたりご助力いただ
いた大学院生の諸問寿史民(現在
で茨陥j
羽l
さがJil小になる。さらに無酸素鋼 C
1
0
2
0は遊雌砥粒を用いた 電解パ フ複合加
在
&
1
而制さ R
.
a
x01
[
μ 圃]以下に加工できる。ただし加工時間 tを長くし
工によって '
がら深謝いたします。
大日本印刷(株)勤務)、中川雅之氏(現
(妹)ダイフク動 務)、鈴木高志氏(現在
すぎると夜耐にくもりが生じて茨面粗さはわるくなる。これは C
uの不働態化膜が T
i
の場合のようにある一定の膜厚 h.で飽和するのではなく、加工時間 tの経過につ
れて J
亨くなる性質を持つためである。
ー
1
84-
-1
8
5・
村問機械(株)勤務)に米箪な
参考文献
第 1章
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.
1
7)梢機学会編:新訂綿密て作便覧、コロナ社、(I9
1
8
)6
1
1粒加工研究会傾谷記念会編:越綿密加工技術、工業調査会、(l9
8
4
.8
)p
4
4
6
.
9
8
1)
p1
8
81
.
1
9) 梢 機 学 会 編 : 新 訂 柑 情 工 作 使 覧 、 コ ロ ナ 社 、 (1
2
0
) 機械工作学編集委員会編:機械工作学、産業図替、 (
1
9
8
7
.
9
)
p
I
4
9
.
知、吉沢四郎、
'l{L流密度と加工性能、電気化学、
第 3章
2
1)魚崎浩平、喜多英明:電気化学の基礎、筏報堂出版、 (
1
9
8
5
.
4
)
pI
9
6
.
-1
8
6-
3
1委 員 会 編 : 薄 膜 ハ ン ド ブ ッ ク 、 オ ー ム +
1、 (
1
9
8
8
.
5
)
p
4
1
0
.
2
2
) 日本学術振興会薄膜第 1
81
.1
0
)
p
4
1
2
3
) 渡 辺 信 淳 、 渡 辺 畠 、 玉 井 康 勝 : 表 面 お よ び 界 面 、 共 立 出 版 、 ( I9
7
3
.
6
)
p
I
9
5
2
4
) 久 保 田 成:応用光学、岩波全省、(19
2
5
) 石県:光学、共立全語、(19
6
9
.
2
)
p
1
6
8
.
1
9
8
'
5
.8
)p
2
0
9
2
6
) 藤 嶋 昭 、 相 滞 益 男 、 井 上 徹 : 電 気 化 学 測 定 法 ( 七 ) 、 技 報 堂 出 版 .(
2
7
) 逢 媛 哲 瀬 、 小 山 昇 、 大 坂 武 男 : 電 気 化 学 法 一基 礎 測 定 マ ニ ュ ア ル ー、 講 談 社 サ イ
エンティフィク、 (
1
9
8
9
.
4
)
p
I
5
7
.
1
9
8
9
.
2
)
p
3
4
.
2
8
)加藤一郎:過渡現象論演習、学献社、 (
2
9
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.5
(
1
9
8
3
)
p
6
3
7
.
3
0
)菅 沼 栄 一 : 超 硬 合 金 の 電 解 加 工 に お け る 電 解 生 成 物 の 生 成 過 程 と 陰 極 電 解 に よ る 除
去作用、電気加工学会誌、 1
3
.2
6(19
7
9
)
p
3
.
3
1
) R.O.Armstrong.G.~I. Bulman.IJ. R.Thirsk:The P
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2
(
1
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6
9
)
p
5
5
.
第 4章
3
2
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.洪 四 方 次 ( 訳 ) :応用ラ 7
・日変後，彰国社.
(
1
9
6
3
)
p
I
6
5
.
3
4
)E
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l著 、 寺 田 晃 訳 : エ ン ジ ニ ア の た め の 化 学 、 東 京 化 学 同 人 .(19
7
0
.3
)p
4
7
.
8
2
.
7
)p
21
.
3
5
) 腐 食 防 食 協 会 編 : 金 属 材 料 の 高 温 酪 化 と 高 温 腐 食 、 丸 善 、 ( 19
3
6
) 北 田 正 弘 : 初 級 金 属 学 、 ア グ ネ 、 ( 19
7
8
.I
)
p
2
11
.
3
7
)木 本 康 雄 、 田 宮 勝 恒 : 力 の 測 定 に お け る 圧 電 素 子 の 校 正 、 精 密 機 械 、 2
9
.
3
(
1
9
6
3
)
p
2
2
0
.
3
8
) 戸 田 盛 和 、 宮 島 龍 輿 編 :物理学ハンドブ ック、朝 会曾庖、(19
7
3
.
4
)
p
2
8
.
3
9
)中J
1
1員 二 、 木 本 康 雄 、 垣 野 義 昭 : 超 精 密 電 解 複 合 加 工 に 関 す る 研 究 ( 第 2報 ) 、 電
気加工学会誌、 2
0
.
4
0(l9
8
7
)
p
I
4
.
第
5j
舞
4
0
) 田 宮 勝 恒 :a
Si
太陽電池用ステンレス基桓、最新アモルファスS
iハ ン ド ブ ッ ク 、 サ
イエンスフォーラム、(19
7
3
)
p
2
8
3
.
4
1
) 大 見 忠 弘 ; 半 導 体 ガ ス 供 給 系 ク リ ー ン 化 の 問 題 点 、 超 LS1ウ ル ト ラ ク リ ー ン テ ク
ノ ロ ジ ー シ ン ポ ジ ウ ム 前 刷 集 、 半 導 体基盤技術研究会(19
8
5
)p1
.
4
2
) 金 属 表 面 技 術 協 会 編 : 金 属 表 面 技 術 便 覧 、 日 刊 工 業 、 ( l9
8
7
)
p
7
6
8
.
7
6
.
1
1
)
p
8
41
.
4
3
) 長 谷 川 正 義 編 : ス テ ン レ ス 鋼 使 覧 、 日 刊 工 業 新 聞 、 ( l9
4
4
) 滝 沢 貴 久 男 : ス テ ン レ ス 鋼 の パ ッ シ ペ ー シ ョ ン 、 表 面 技 術 、 41
.3(
19
9
0
)
p
1
9
5
.
4
5
)岡本博明、浜川圭弘:アモルファス・シリコンヘテロフェイス太陽電池、応用物理、
ー
1
8
7-
4
9，9
(
1
9
7
8
)
4
6
)浜 川，
H/.m:日新 λ間光発電波術、 iji{!倍、 0984.7)p77.
.
j
7
) .-~'出荷町: \湾臨の )/;;g~ 妓術、朝倉 WJ吉、(I 968.6)pI99 .
4
8
)J
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長
，官I
婦、 .
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1公 ，
む編:機能性膜プロセス持街、広信社、 (
1
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8
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)
p
6
4
0
.
第 6議
4
9
)制術 c
学 会 制 :1
f
i版 制 笛 :
U午便覧、 (1992.2)p77.
5
0
) nオ:鉄 鋼 協 会 制 ; 舟 3版鉄鋼便覧、丸善、 (
1
9
8
2
.
5
)
p
3
8
7
.
第
7
.
，
5
1) 機 械 J
占
体1
: J
-
タシート:チタン合金 6
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lV に対する各柿切 ríリ Ln の[J~隙 H 、
機 械H
Ui、 1
1
1川県新聞、 31
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19
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3
.4
)
p
2
1
5，
5
2
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仮 谷 川 別 : fタンのメカノケミカルポリッシング、日百平1
1
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[制 械 学 会 秋 W
J大 会 学
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M会論文集 2
41
.(
19
7
9
.10HA.
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1:r タン fT 金の超精密研 IU に関する研究(第 2 幸~)、 1991 年度判官工学会
5
3
)熊 谷f
秋}明大会学術品摘会::Jf滅。命文集， (
1
9
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1
)
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3
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r宮、??凹範宗訳: ~当滑と摩耗、丸昔、 (1982. 1
)p
3
1
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5
)I
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UI:
俊 男 ; 抑 制 の 物 疎 化 学 、 幸 魯 倍 、 ( J9
8
3
)
p
I
2
5
.
1
:
俊男、
56
)持 )
I)
1MU
1
I編 : 応 用 界 面 化 学 、 朝 倉 書 庖 、 (1967.3)pI42.
第 8章
5
7
)F
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，
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: 小.1
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t気化乍通治、共立出版、 (
1
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)
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3
2
.
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) i}c山政
、
，，
:
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品英明、
f
[l旧満:アルミニウムアノード酸化皮膜の
'
l成
.
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n解の準動、
~k見 klñllを '~1 、 30.9(I!)79)p438.
59) 小久 I~' '
I
!
次
f
!
1
1
: アルミーウムの表面処理、 "
'
1凹老鶴岡、 (
1
9
8
7
.
5
)1
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2
.
域 内 : J')レマイトの電気化学、軽金属出版、(l9
8
2
.
7
)
p
2
2
5，
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0
) 似験 1
6
1) 特 命 同 協 会 編 : ア ル ミ ニ ウ ム ハ ン ド ブ ッ ク 、 ( 社 ) 軽 金 属 協 会 、 (1
98
2
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)
)
p
4
9
.
第
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巨
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2
) .I，I~場弘次郎編:機同 γ 予必問、 で '(i 堂、 (1982.2) p
2
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8
.
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3
)1
1.
本線術協会編:1
. ISハ ン ド ブ ッ ク 非 鉄 、 日 本 規 絡 協 会 、 (
1
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.
4
)
p
2
4
3
.
nr
1
を術、工業調査会、 (
1
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)p
2
6
8.
6
4
)狩肝勝六:仰削"の切削 h
6
5
)N
' ~UI: ~脱電気化字、共立lLl版、( 1
9
8
3
)
p
I
0
7.
ー
1
8
8-