Untitled

低速度塑性加工における潤滑挙動
会十倍司
省E二二
主欠〉
く 自
第 1U 総論
1
.1 緒 言
・
・
・
・
・
・
・
・
・
1
.2 摩僚の法則と J
管僚の原因を求める従来の研究
・・・・・・・...
.
.
............
...2
1
.2
.1 摩娘の法JliJを求める研究
・
・
・
・
・ ・
・・
・
・
・
・
・
・
・
1
.2.2 摩 僚 の 原 因 を 求 め る 研 究
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・ ....
..
..
...
3
・
・
・
・
・
・
・
・
・
1
.2
.3 凝者説による A
m
o
n
t
o
n
s
C
o
u
l
o
m
b の際線法f!lJ
の説明
1
.2
.
4 近代における j
事僚の理論
.....
.
......
2
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・ ・・
・
・
・
・6
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・8
1
.3 澗
n
'
l
:
I
f
l
Jの役割J •••• • ••• •.•• ••••.• ••••••.• •••.•• ....・・・・・ ・・
・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・1
0
i
目滑の目的
1
.3
.1 l
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1
0
1
.3.2 流体判庁Iに関する従来の研究
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・
・・
・・
・
・
・
・
・
1
.3.3 流 体 力 学 に よ る 圧 力 発 生 機 椛
・・・・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・
・
・
・ ・・1
3
1
.3.4 潤il'lの形態と S
t
r
i
e
b
e
c
kI
曲線
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・
・
・
・
・
・ ・・
・
・・
・・
・
・1
4
.
11
1
.4 塑性加工における測討す}機備に l
刻する従来の研究
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・ 1
5
l
.4
.1 工具 ・材料媛触而 I
l
:
Jへの測 i
f
ll
I
l
lの導入機椛
・
・
・ 田・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・ ・
・
・1
5
・・
・
・・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・
・
・・
・
・
・
・
・
・
・ ・
・
・
・1
5
(
1) 流 体 力 学 的 な 圧 力 に よ る 導 入
(
2
) 材料表而の凹凸による導入
(
3
) I
吸 着によるね入
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
1
.4
.
2 工具 ・材料1'2'触而IiIJでの澗il'
l
機情
(
1
) 接触モデル
・
・
・
・
・
・
・
・
・1
8
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1
8
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・1
8
・
・
・
・ ・
・
・
・・
・
・・
・
・
・
・
・
・ 田・
・
・
・
・
・
・
・
・
・田
・
・
・・
・
・ ・
・
・
・
・ ・・
・
・
・ ・
・
・1
8
(
2
) ミクロプ ー ルの効果
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・.......， .
. ・
・
・・
・2
0
1
.5 工具 ・材料接触而 m
Jでのがl
沼機併に関する従来の研究
1
.5
.1 春日 ・山口の澗消モデル
1
.5
.2 水野の潤滑モデル
・・・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・
・
・
・
・・
・
・ ・
・
・
・2
2
1
.5
.
3 院 ・工膝の潤滑モデル
・
・
・ ・・・
・
・
・
・
・
・
1
.5
.
4 小豆島らの l
i
自治モデノレ
・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
1
.5
.
5 潤滑機榊に I
則する従来の研究のまとめ
1
.6 本 研 究 の 目 的 及 び 梢 成
・
・
・・
・
・
・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・2
0
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・ ・
・
・
・
・・
・ ・・・.....
.
.
.
.
..
..
2
0
・
・・
・
・ ・・・
・
・
・ ・・
・
・
・ ・・
・
・・
・・
・
・2
4
・
・・
・
・ ・・
・
・
・ ・
・
・
・・
・・
・
・
・2
5
・・ ・
・
・
・・
・・
・
・
・
・
・・
田・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・2
8
・・
・
・
・ ・・・
・・
・・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・・
・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・2
8
1
.6
.1 本研究の目的
・
・
・
・
・2
8
-1-
1
.6目
2 本研究の術成
・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・ ・・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・ ・ ・
・
・
・
・
・ ・・
・
・3
1
第2
1
;
1 低 速 し ご き 加 工 に お け る 工 具 ・材 料 後 触 而 の 飢 祭
2
.
1 緒言
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ .
3
5
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・.....
...• ..
3
5
2
.
2 笑験方法
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・3
5
1
日工材
2
.
2
.
1 被)
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
2
.
2
.
2 エッチング条件， 凸 材 と 凹 材
2
.
2
.
3 実験装位
・
・
・
・
・
・
・・
・
・
・ 3
5
・・・・・・・・・・・ ・・・
・
・
・
・
・3
6
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・ 目・
・
・
・ ・
・
・
・3
7
・
・
・
・・
・
・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・ 3
9
2
.
2.
4 湖沼れlJ ・・・・・・・・・・・・・・・ ・
2
.
2
.
5 摩擦係数 μの求め万
2
.
3 実験結果
・・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・4
0
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・ 41
2
.
3
.
1 材料表面の鋭祭結果
2
.
3
.
2 摩娘係数測定結果
2
.
4 考察
・
・
・
・
・
・
・・
田・
・
・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・...........
4
1
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・・
・
・ ・・
・4
6
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・4
9
2
.
4.1 材 料 表 面 観 察 に よ る 湖 沼 機 備 の 考 察
・
・
・ ・
・
・
・
・
・・
・
・・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・4
9
2
.
4
.
2 摩線係数i
l
J
j
l
定結果による潤約 機併の考察
(
1
) 圧延材と凸材の検討
(
2
) 凹材の検討
2
.
5 結言
>
l
i3
f
，
'
1
・
・
・
・
・
・
・・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・
・ ・
・
・ ・・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・5
0
・
・
・
・
・
田
・
・・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・5
0
・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ...
..
.
.
....
5
1
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・田・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・
・
・5
3
低迷!立しごき加 工 に お け る 材 料 表 面 粗 さ ， 工 只 茨 f
f
i
i
*
l
lさ
， il~Jm Ì!ll 粘皮
及び加工速度の影響
3
.
1 緒言
・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・..，.....
・・
・
・
・ ・
・
・・
・・
・
・ ・
5
5
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
3
.
2 実験方法及び実験条件
・・・・・・・・・・・・・・ ・・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ .......
....
..
5
6
3
.
2
.
1 被加工材及び表面処理
3
.
2
.
2 工具(平ダイス)表而犯さ
3.
2.
3 湖沼油及び実験方法
・
・
・
・・
・・
・・
・
・5
5
・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・.......
....
..
..
5
6
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・・
・
・
・
・
・
・
・5
6
・
・ 田・
・
・・
・
・
・・
・
・
・
・
・
・5
7
3
.
3 実験結采 ・
・・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・
・
・
・
・ ・
・
・
・・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・
・5
9
3
.
3
.1 )
1
日工速度1.5mm/sににおける圧延材の路線係数iJl
l
l
i
'
E
結
m ・・・・
・
・
・
・ ・・ 5
9
3
.
3
.
2 加工速度1.5mm/sに に お け る エ ッ チ ン グ 材 の j
管 燃 係 数 測 定 結 果 ・ ......
6
0
-11-
3
.
3
.
3
加工速度の f~~~
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 6
0
3
.
3
.
4 摩i
察力(F)ーストローク (
S
)線 図 の 観 察
3
.
4 考察
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・6
3
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 6
5
i
l
l
J組i
l
支の ;
;
'
6'
s
!・
・
・
3
.
4
.
1 被 加 工 材 表 町 粗 さ ， 工 具 表 面 粗 さ 及 び 潤 斤J
・
・
・
・
・
・
・ 6
5
(
1) 圧 延 材 を 川 い た 場 合 の 工 具 表面粗さ及び制i11l
i
lJ粘皮 の影 響・・・・・・・・・ 6
5
(
2
) エ ッ チ ン グ 材 を 川 い た 助 合 の 工 具 表 而 粗 さ 及 び 判 廿1
~IJ 粘伎 の 彰響
3
.
4
.
2 加工速度，工具表而粗さ及び湖、m
i
l
u粘 度 の 影 響
..• ........
......
....
6
7
(1) 高粘度目lJのミクロプ ー ル か ら の 流 出 挙 動 に 及 ぼ す 速 度 の彩聖書
(
2
) 高 粘 度 油 の 流 山 挙 即jに及ぼす工具表而担I
さと
i
i
l
i
J
立の影響
(
3) 低粘皮iJ
l
lの流出挙初J
に及ぼす工具表[田市Hさと i
l
il.立の影響
3
.
5 結言
!
:
l
i4'
Q
'
・
・
・
・
・
・
・
・・
7
0
・・・・・・・・・・・ 7
3
4
.
3 実験結果
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・....
8
1
.........
.
.
..
.
.
..
.
.
..
.
.
..
.
.
..
.
.......... ・
・
・
・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・8
1
4
.
2 実験方法及び実験条件
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・・
・
・・
・
・ ・・・・・...
..
.
.
..
.
..
・ ・
・
・
・
・
・
・8
1
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・ ・
・
・ ・・
・
・
・8
2
4
.
3.
1 試験片表町が圧延而の湯合の摩j
察係数む[
1
定S
J
i栄
・
・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
4
.
3
.
2 試験片表面がエッチング面の場合の摩i
察係数J
i
制定結栄
4
.
3
.
3 極 低 速 条 件 に お け る 摩 燦 係 数J
i
[iJ定結果
4
.
3
.
4 材料表而の観察結果
・・
・
・
・
・
・
・8
2
・
・
・
・
・
・
・
・ ・
・・
・
・
・8
3
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・8
5
・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・・
・
・
・
・・
・・
・・
・
・
・
・・
・・
8
7
4.
3
.
5 ))0工後の工具(平ダイス)表而の観察
4
.
4 考察
・
・
・
・
・
・
・
・6
7
・
・
・
・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・田・・・・・・.• • ...
...• ....• ...
......
7
8
潤滑挙動に及ぼす圧下率の影響
4.
1 緒言
.
..
6
6
・
・ ・・・・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・・
・
・
・
・・
・8
9
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
・
・
・
・
・・
・
・
・
・
・
・
・
・9
1
l
tJ
i
1
1の 流 出 挙 動 に 及 ぼ す 圧 下 率 の 影 響
4
.
4
.
1 高粘l
・
・ ・・
・
・
・
・
・
・
・
・
4
.
4
.
2 低粘!支 MI の流出 tpíf~J に及ぼす圧下車の影響
・・・・・・・・・・.....
..
..
.
.
..
..
9
5
4
.
5 結言
m5'
Q
'
・・・・・・・・・・・・・ ・ ・
・
・
・
・・
・
・
・ ・
・
・
・ ・・
・
・
・ ・・
・
・
・
・ 目・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・9
6
低 速 度 塑 性 加 工 に お け る 測 背H
幾摘に I
刻するモデル
5
.
1 緒言
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・9
1
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
・・
・
・
・
・
・9
8
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・ 田・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・ 目・
・
・
・
・ ・
・9
8
5
.
2 塑性百JTt圧がjミ ク ロ プ ー ル 湖 沼 モ デ ル の 裏 付 け と な る 現 象
・
・
・
・・
・
目・
・ ・・
・
・
・
・
・9
9
9
5
.
2
.
1 動圧効果ではなくて約圧効果によって流出することを袈付ける現象・・・・ 9
-111-
5
.
2
.
2 工具表問粗さを考!畠せねば説明できない現象
・
・
・
・
・田
・
・
・
・
・
・
・
・
・1
0
0
¥
'
1J
日現象は車;
1
'
1
1低 抗 の 影 響 で は
5
.
2
.
3 η・Vの明 加 に と も な う 際 限 係 数 の J
なくて." ・ V の 1~ 加にともなってミクロプールから il~J i
1
'
1
h
l
lが 流 出
し灘くなるためであることを裏付ける現象
・
・
・・
・
・
・
・・
・
5
.
3 本研究によって明確にすることのできたij'，'
J
i
f
l
t
技術のモデル
5
.
3
.
1 塑 性 静 圧 ミ ク ロ プ ー ル 潤 庁l
t
設備のモデル
・
・
・
・
・
・
・ ・・
・1
0
1
・・・・・・・・・・・・・
1
0
2
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・
1
0
2
5.
3
.
2 B
u
t
1
e
rの試験体による塑性静圧ミクロプール
n~9 泊 モ デ ル の 確 認 実 験
5
.
4 ミクロプ ー ル 澗
mモ デ ル の 定 盤 的 解 析
5
.
4
.
1 C
h
a
n
n
e
lJ
a
c
k
i
n
gM
e
c
h
a
n
i
s
m (C.J.M.)
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・ ・
・
・
5
.
4
.
3 ミクロプールとチャンネルのモデル
・
・
・
・・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・
・ ・
・
・
・
・・
・
・
・
・
1
1
1
1
1
1
・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・・
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・
・
・・
・・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
1
1
1
(
3
) ロゼットリーフモデル
・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 田・
・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
5
.
4
.
4 摩 娘 の 時I
1
日則に関する検討
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
5
.
4
.
5 板の引抜/しごき 1
)[1工における摩僚係数の挙 1
M解 析 へ の 応 用
(
1
) 摩j
察 係 数 の 準 動 の C.J.
M.に 丞 づ く 解 釈
(
3) 実 験 デ ー タ に 基 づ く 検 討
1
1
2
1
1
2
・
・
・ ・・
・
・
・
1
1
3
・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
1
1
3
(
2
) C.J.
M.及 び1
1
寺l
i
l則 に 基 づく R
翼線係数の数式モデル
買¥
6
1
;
1
: 総括
1
0
8
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・ ・
・
・
・ ・・
・
・
・
・
(
1) ミ ク ロ プ ー ル 直 結 モ デ ル
5
.
5 結言
1
0
8
・
・
・
・
・
・ ・・
・
・目
回・
・
・
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・1
0
8
5
.
4
.
2 C.
J.M.モ デ ル 式
(
2
) 網目述絡モデル
..
..
........
.1
0
5
・
・
・
・
・
・
・
・ ・ ・・・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・
1
1
3
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
1
1
5
・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・
・ ・・・・・・・・・・・・・
1
18
・
・
・
・
・
・ ・
・
・
・
・ ・・
・
・
1
2
0
............... . .. • . .
.
-1V-
・
・
・
・
・ 田・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
ヨ
ミ
1 主
主E
1 _
1
寿者
致命
有者
言言
ト ラ イ ボ ロ ジ ー の 果 た す 役 者J
I
は非常に大きい.潤滑の適否は，被力fJ
塑性加工において，
工併の破断発生や工具の破j
袋等の加工の成否に直銭的な影響を及ぼすものであるとともに，
焼付きや摩耗の発生による工具寿命及び製品表面品位の低下に対しても，きわめて大きな
影轡を及ぼすことはよく知られたことである .
したがって，これまでにも塑性加工におけるトライボロジーに￨児する研究は必然的に多
く行われているが，これらを大きく分けると，
i
l
U
l
/
l
J
Iあ る い は そ の 添 加 I
J
'iIl等の化学的な作
用に注目したものと，判的 1
)
1
[の 物 理 的 あ る い は 流 体 力 学 的 特 性 に 注 目 し た も の と に 分 け ら
)
1
1r
J
1に 含 ま れ る あ る 屈 の 成 分 ， あ る い は 添 加 剤 等 が j
李{業界[自
れる.前者は，いわゆる淵il'l1
において形成する境界i1
J
ri
f
lJ
肢の行効性等ついて検討するものである . たとえば，工具と材
事操界面において，制約刑の金属表而へのl
汲 活 性 と か 化 学 反 応 性 が 降 線 ・摩 耗 あ る
料との j
いは焼付き ・か じ り 等 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 す る も の で あ る 日
_
B
' 一方，後者は潤
I
1
1
1の 工 兵 ・材料!i触而 W
Jへ
滑カl!の粘皮及び工具と被加工材との相対辺切jに￨苅辿して，測計・I
の 導 入 機 構 9)_18)
及 び 封 じ 込 め 機 椛 19)_22)
あ る い は 泌 入 さ れ た1
I
自治)1
1
[の 摩 i
察界加
掌粍 23)_ 4白 焼 付 き ・かじり
で の 流 体 力 学 的 挙 動 が ， 原 線 ・l
4
1
)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
4
)勾，に及ぼす影響を
取り倣うものである .
n
しかし，塑性加工では，工具と材料とのr. の 摩 擦 界 間 全 国 が ， こ れ ら 流 体 力 学 的 作
mの
察界面全国
みによって支配された潤滑状態となることは滅多にないことであるし，逆に摩j
が潤滑剤の化学的作用によって説明]できるような湖沼状悠となることもない.すなわち ，
塑性j
Jn工における修旅界面の潤滑状態は ， あ る部分では測計'
1
斉
J
I
のl
以者 j
瓜や反応!肢の特性に
支配された摩僚が生じており，ある部分では潤滑油の粘性に;影響された路線が生じている
状態にある.どちらが支配的であるかは，加工の形態によって著しく 一
氏なるが，何れにせ
よ両者を完全に分離して取り扱うことはできない.本研究は，
m
t
lWl)ll!の物理的あるいは流
体力学的挙動に注目して，塑性)Jn工における澗 w
l機 梢 の 究 明 を 図 る と い う こ と を 目 的 と し
lの 化 学 的 な 作 用 に 対 す る 考 慮 が 必 要 で あ る .
て い る が ， こ の よ う な 場 合 に も ， こ れ ら 潤 滑 刊i
さらに原点に立ち返って，そもそも摩僚とは何なのか，また， ìl~J ì1'1 Ì1~ は如何なる作用によ
って摩僚を低減し得るのかについての理解も，塑性加工におけるトライボロジーの研究を
遂行するためには必要である.
本4Lにおいては，このような観点から，まず摩擦 .)f;!'粍に関してこれまでに行われてき
た 研 究 の 一 部 と ， こ の 研 究 に よ っ て 明 ら か に さ れ た ， 現 在 に お け る 際 線 ・陪 粍 に 対 す る 概
念を示す.つぎに，摩擦 ・J
管粍を減少させるために湖沼制lは虫1戸!なる i
覚書1を演じているの
か，またこの場合，潤滑油の化学的作用と流体力学的作
・摩
mとは如何なる wmによって燦燦
nに彩響を及ぼすのかについて示す . つ づ い て ， こ れ ら ， す な わ ち 判 例 油 の 化 学 的 作
用及び流体力学的作川に基づいて考えられ，また発展してきた，現段階において議論され
ている塑性加工の ~IU 滑機備の概念を示す.品後に，これらに l刻係する本研究の目的を!日]確
にする .
1 _
2
J
事 擦 の 法 則 と 1
車 線 の 庄 支 医lを
:主}ミ~2l<うる千'lÉ_ラlミ a:> 耳目:ヲモ
1
. 2. 1 摩 擦 の 法 則 を 求 め る 研 究
5世紀のイタリアのルネッサンスに始まる. L
e
o
n
a
r
d
o
摩擦現象の科学的研究の夜明けは 1
d
aV
i
n
ciは，固体問で生じる惨僚に￨泊して多くの実験を行った
i
伎の行った実験につい
て，曽田iIl1i宗著「摩僚の話 J 46) を引灯iして述べると以下のようである.
「まず L
e
o
n
a
r
d
od
aV
i
n
c
iは
， ~芦持主力はものの材質が巡うと ， 大きさも ì1l うことを記述
している.
これは麟僚の大きさに関して述べられた歴史上初めての記述であるとともに，
1
8世 紀 に 完 成 し た 摩 擦 の 凹 凸 税 に 対 す る ア ン チ テ ー ゼ が ， こ の 材 質 の 迎 い に よ る 摩 僚 の 巡
いの問題であったこと，さらにこのアンチテ ー ゼ が 後 述 の 近 代 の 摩 僚 理 論 と し て 実 を 結 ぶ
ことを考えると，この記述は特錯すべき記録である .
ついで表而のなめらかなもの，あらいものなどの燦燃の比較から ， な め ら か な も の ほ ど
摩僚が低くなることを示している.これは，際線力の原因は，結局固体表面の粗さ，すな
わち凹凸にあるということを示すものであり ，この考えは， その後 1
7， 1
8世紀にフランス
mとして完成するものである .
は，すベらそうとすると摩擦力という低抗を生じる.この際線力
さらに，あらゆる物 w
で発展した摩擦の凹凸
l
i
h
lの 4分の
の 大 き さ は ， 表 面 が な め ら か な 平 而 と 平 而 と の 摩 燃 の 場 合 ， その l
lであると
〆
。
iM
いうことも示している.これは摩 j
察力が重さ，すなわち垂直力に比例すること，換 言 すれ
ばこの比例常数である惨機係数の慨念をはじめて規定したものとして，まさに画期的な記
述である.
J
Leonardo d
a V
i
n
c
i 以 後 ， 約 200 年 の 間 ， 摩 僚 の 研 究 に 関 し て は 大 き な 前 進 は な か っ
た.しかし， 1699 年にフランスの Amontonsは ， 実 験 室 的 な 方 法 で 路 線 の 研 究 を 系 統 的 に
行い，摩{祭力と荷量が比例すること，摩擦係数は R
翼線而の後触而取の大小に関係しないこ
と，さらにすべり速度が降線力に殆ど関係しないことを明らかにした.これらの実験結果
I
I
Jを再発見したと 言 えるもの
は
， Leonardo da Vinci に よ っ て 発 見 さ れ た 前 述 の 摩 僚 の 法 J
Jを ， 事 実 上 す で に 確
であるとともに，この 1
0
0 年後に完成される Coulomb の燈僚の法 W
認していたと言えるものである .
Amontonsの時代以後， )
掌僚に附する研究は多く行われ， )管僚の性質もある程度の理解が
できるようになったものの ， )怪 J策;J:f験は Fh どが~験 室が!なものばかりであり， ;
t
fJ
也に i
薗川
するにはデ ー タとして信頼性が低いものであった .Cou1
0
m
b はこれらの隊隊実験に比べて，
誌を再確認した.
大がかりな実験装 i
泣を用いて艇々の実験を行い， Amontons令官の l
f
lた実験結 J
さらに Cou1
ombは，百i'[，隊{務，すなわちすべりを起こすのに裂する力と ，動限後，すなわち
経燃はJl1'際線よりもかなり{[
すべりを維持するのに裂するブJとの区別をはっきりさせ，動 l
いことを示し，また ，動 j
掌燃はすべり i
密度に殆ど影響されないことも l
i
J
H
完した.このよう
にして，力学現象の中にのぞかれる固体の摩擦現象を解釈する上でm:袈な Cou1ombの防総
の法flI
J(あるいは Amontons-Cou10mb の降際法 f
t
i
J
) は確立されるに至る.
Amontons-Cou1 0m b の隊機法 WJ の法 WJ を箇条 t!~ にすると以下のようである '6 )
(1)際線抵抗は見かけの接触回取に無関係で，垂直荷量に比例する.
(2)摩採抵抗は摩 j察速度に 1!~ 関係である.
(3) ~触する 2 固体が互いにすべり始めるに要する力は，すべりを継続させるにiJ'，!する
力よりも大きい.すなわち静摩僚は j
f1J路線より大きい .
1
.2
. 2 摩擦の原因を求める研究
殿様の法 f
t
l
Jの確立ということと平行して ，悶体の l
事僚の起きる原因についても，長く議
論がなされてきた . 1
7， 1
8世 紀 に お い て は ， こ の 俸 僚 の 原 因 と し て 固 体 の 表 面 の 凹 凸 に 起
因するとする凹凸税が主流であった .すなわち，
との t
Jl:触面上に凹凸があり，
)l罪被 111 抗の発生する J~dJ は ， 固体と悶体
2而 を 後 触 さ せ る と お 互 い の 凹 凸 が か み 合 う の で ， この 2
i
f
i
i
3
-
を す べ ら せ る た め に は ， そ の 凸 部 に そ っ て 繰 り 返 し 持 ち 上 げ た り ， 凸 剖l
を般機したりする
罪被力の発生する越本がjな
J
J
;
tJ
1
!だ と し た も の が 凹 凸 説
仕事をしなければならない.それがE
である.したがって，潤前打lJを塗ると R
罪被低抗が小さくなるのは，洲町I
~II がその表面の凹
凸の凹部を !
i
lめ ， 実 質 的 な 凹 凸 を 小 さ く す る か ら で あ る と い う 考 え も 示 さ れ た
C
o
u
l
o皿b はこの点に関して， Fi
g
.Iの 機 な モ デ ル を 示 し ， 凹 凸 説 を 支 持 す る 立 場 を 取 っ
た 47)
要するに
2国の紺l
かい凹凸がかみ合っているモデルにおいて， 一 つ の 面 が 他 の
国の凹凸を上下しながらすべる助合， F
i
g
.
1(
b
) に示す般に 一 つ の 簡 の 犯 さ の 平 勾 角 度 を
θ とし，他方の面の粗さの凸部がこれを乗り越える I
場合を惣定し，脱線係数 μ は t
an8
言罰事民
一塁翠色
「
i?-.1(a)Ill-trations from Coulomb (1785)showing his view of
I
n
l
e
r
l
O
Cl
<i
ngsurfacea
s
p
e
r
l
t
i
e
s
、
J
F=W t
a
n
θ
F
l
g
.1(
b
) Foraslope0
18，
thec
o
e
l
f
l
c
l
e
n
t0
1I
r
i
c
t
l
o
n = tan8
4
-
に等しくなることを示した.こうして摩係係数は見かけのl'.lli触而取や垂直荷 i
l
l，すべり速
度などに無関係となり，これまで C
o
u
l
o
m
bが極々の媛触而都とf.ll
i
l
lについて実験した結果
が説明できることから，凹凸~'lを R翼線の原因とする主鳴をした .
しかし，この凹凸税は，
1
8
0
4 年に ， Les1i
e 等 に よ っ て 指 術 さ れ た よ う に 47)
エネル
ギー消 1
鋭機構に法づいていないという弱点を持っていた.すなわち，いま，表面の凹凸を
硬いものと仮定すると，すベり面が相対する表而の凸吉1
I
の上にただ持ち上げられ，またす
べり下りるというプロセスは，エネルギ ーバ ラ ン ス と し て は 不 可 解 な も の と な る . そ れ は
放されているにもかかわらず，伊j等機械がjエネルギーが消 t
せされ
実際にはエネルギ ーが消 i
ないことになるからである 48)
固体摩僚が起きる原因を他に求めるものとしては J
.T
.Desagu1i
e
r
'
s の分子説(凝着説)
がある.彼は摩 {
察力を生ずる本当の原因は， ~芦 1策面の持つ分子力の交差，すなわち分子 rlll
引力にあるという見解を示し，凹凸税とは逆に ，摩 俄 力 は 表 而 が な め ら か に な る ほ ど 大 き
くならねばならないと主張した.その}盟由は，表商がなめらかなほど惇係国は互いに
し，表而の分子 ftf!引力が地すからである .
m近
しかし，彼は，これを実験的に~iE l
f
!
l
することが
できず， 2
0 世紀になって表而加工技術が進歩するに至って， W
.H
a
r
'
d
y によって証明され
ることになる .
W
.H
a
r
d
y は 1919， 1920 年にガラス而同士で f堅持長の~験を行った結果，非常・になめらか
に仕上げた表面と ，粗 く 仕 上 げ た 表 而 と で は ，摩 j
察力 l
ま変わらないどころか，仕上げ程度
の 良 い ガ ラ ス 間 ほ ど か え っ て 摩 僚 が 大 き く な る こ と を 見 山 し た 49)
さらにこの場合，仕
上げ程度の良いガラス而同士の l
管機ほどその表而が傷付いたことを l
列らかにした.このこ
とには二つの重要な意味が合まれている . その一つは凹凸税の否定である .すなわち ，前
述のように凹凸説での犯さの凹凸とは，粗さの大小ではなく凹凸の角度を問題としている.
したがって，凹凸の角度が一定のまま，机さが非常に小さくなったとき，すなわち凹凸説
でいうところの凹凸の斜面を上下するという1Il:i念が成立しなくなる場合において，むしろ
摩j
察力が大きくなることを示したものである.もう一つは ，摩 僚 が 1
}
1な る 固 体 表 面 の 分 子
I
lIJの引力によるエネルギ ー In失の ￨
問題のみではなく，分子!日￨
引力に起因して表面の破峻を
も生じる材料学的現象であることを示したと言えるものである .
さらに H
a
r
d
yは，以 上 の よ う な 単 な る 間 体 表 面 の 平 滑 さ と )
"
t僚 と の 関 係 に つ い て の み を
示しただけではなく，固体表而の凹凸よりもむしろ表聞を被う分子悶の性質のほうが決定
的に摩僚に関与していることも，一連の実験において l
明らかにした .凹凸税では前述のよ
u
F円
うに，摩僚の大小は凹凸の角度の大小のみによって決まることから，表面にどのような分
子j
国が存在しようとも，粗さの角度が一定ならば摩僚係数も一定にならなければならない.
しかし. Hardy は表面仕上げが一定でも，表面に l段着した分子 J~ とその化学的情 i告が摩僚
に大きな影響を及ぼすことを明らかにした .
一方，これとは逆の方法によって.
H
o
l
mは や は り 表 聞 に 形 成 さ れ る 分 子 l
以が熔僚に対し
を演じていることを示した.すなわち.
て支配的な役割l
H
oIm は初めて Ä~ の rl' で極めてき
れいな表而を持つ固体同士の摩 j
祭実験を行い，間体表而のわずかな汚れでもそれを真空中
で加熱して蒸発させて除去すると，それだけで摩擦係数が著しく
m大すること，またそこ
にわずかの気体を送入するだけで，その気体分子の l
段着によって際線係数が著しく低下す
ることを明らかに した.
この
H
a
r
d
yと H
ol
m
の実験によって得られた結果は，四体表[日に存在する凹凸の変化に
よって摩擦係数が変 化 するという凹凸説に 比較して，わずかの l
段着服の有無や吸着服の化
学的性質の変化によって，これら凹凸による影響をはるかに組越した際協係数の変化が生
じることを明らかにしたもので，凹凸説を根本から泌すものとなった . また ， こうした吸
着分子図の存在する場合の摩僚は，上自界摩擦と呼ばれるようになった .
1.2
. 3 凝着 説による A
m
o
nt
o
n
s-C
o
u1
0皿bの摩娘法則の 説 明.
摩擦の主因は二つの固体表問 :
r
1lに作問する分子間引力であるとする縦者説においては，
際機力は接触面積に 比例することになる . すなわち ，単純 に媛 触 而 脱 が 大 き け れ ば 大 き い
ほど摩擦力は大きくなる こ とになる . しかし ， この こ と は こ れ ま で の 多 く の 燈 僚 の 実 験 に
おいて得られた結果，すなわち j事係力は筏触 面 積に無凶係であるという~駁事実と一致し
ない . このことを説明するには ，二 つ の 団 体 表 面 の 凹 凸 の 後 触 に よ っ て で き る 真 実 の 後 触
而桜と単なる幾何学的な見かけの後触而穏という概念の導入が必~となる . このことに閲
しては. 1
9
3
8年に
H
o
l
m によって ，真実後触而:fi'
iと見かけの t
.lZ触而取との I
l
lには大きな隔
たりがあることが 1
召められた . その 1
改築は以下のようなものである 6s)
固体の表而は如何になめらかに l
砦きあげたとしても ， その表而は完全な幾何j学的な平面
とはなり得ず ，必 ず 何 等 か の 凹 凸 は 残 る も の で あ る . こ う し た 衣 而 を 持 つ 二 つ の 物 体 を 向
かい合わ せ て，ある t
.
l
Z
触
事i
li
l
lP の下で互いに I~l し付けると，その表而の全体の面 積 (見か
けの表而取)の一部分である凸昔I1 だけが互いに其突後触をする . ~するに，一見して広い
面積で接触し合っている団体でも，本当に接触し合っているのは ， わずかな真実俊触面上
6
-
だけであるということである.この概念図を Fig.2 に示す.この Ã ;JH~ 触而積 A ，は 一 般
に見かけの接触回絞 A0 に比べて非常に小さいため，そこでの t~ 触圧力は非常に大きなも
のとなり，柔らかい材料の塑性流動庄 Pmにも i
主し得る. したがって真実践触市街 A，を垂
直荷重 Pと P.で表すと次式のようになる.
A，= P/P.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
・・・・・・・・・・ ・
・
・
・
・
・ (1)
見かけの接触面が i
l
i統的であるのに反して，真実接触[町が不 i
l統的であるという考えは，
時代から存在していたが，明確によ式によって定式化し，さらに実際に
すでに CouJombの l
真 実 後 触 面 積 は 垂 直 荷 重 に 正 比 例 す る こ と を 明 ら か に し た の は HoJmである.この HoJmの
真実後触而の概念によって. Amontons-CouJomb の摩僚の法 nlJをìM~，]説の立 I易で以下のよ
うに説明することができる.
tに よ る 結 合 部 の せ ん 断 に 架 す る 平 均 せ ん 断 応
いま sを真実後触面上で生じている，凝 f
力とすれば，結合部全体をせん l
析するための全体の力は A，・ sで与えられる.したがっ
て捌り起こしの力を無視すれば，摩擦カ Fは
F = A，・ s
............・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・(2)
で与えられる .前 述 の (1)式におけるように，真実接触而有'
i
A，は i
l
l直v.i
l
l
i
:Pおよび柔
らかい方の材料の塑性流動圧 P. の み に よ っ て き ま る も の で
2而 の 見 か け の t
2'触而都に
は
1
!
!
t
関係となる.したがって勝後力 Fは 而 の 見 か け の 而 都 に は 関 係 し な い こ と に な る . い
まA，を世き換えれば，
F = P
・s/ P.
・
・
・
・
・
・
・・
・
・ ・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・ (3)
b
~
O
f
t
o
Fig.2 ReJation between apparenl contact area and r
e
a
J contacl area.
一7
-
これより摩{祭係数 μ は
μ
= s/ P.
・
・ ・・
・
・ ・
・
・
・
・
・
・
・ ・ ・・・・・・・目・・・・・・・・・・ (4)
sおよび P. は材料によって一定と考えれば， J
壁際力は荷量に正比例し，摩 j
東係
となり
数は事実上垂直荷重には関係しない.これはすなわち
Amontons-Cou1
0
m
b の第一法JlI)で
ある .
l
)は緊密な媛触国税が加えた垂直f.:
i
i
l
lと共に I
首J
日する条
しかし，重袈なことは，この法 n
F
;
件下においてのみに成立することである.したがって，片側の物体炎而が降伏して非線 J
挙動を行う場合には， ~経 j策力が垂直力に依存しない場合もさiミじるわけである.
1
.2
. 4 近代における摩僚の理論
吸お分子!股が摩擦に対して著しく大きな影鮮を及ぼすこと，ま
Hardy は，前述のように l
の固体表面に対して，パラフィン，アルコール，脂肪敵を 1
2
2;
(
I
iして行った実験結
た各車E
から ，
m
t摩 j策は固体の表[日，
m
l
i
自治責)
1の 化 学 的 特 性 ， 及 び 鎖 r
l
'の炭苦;数の各!必轡の関数であ
ることを見いだした .こ のことから Hardyは
， J
事僚の原因は力の表而場によると考え，湖
1の作用機併は，表而の原子や分子の不飽和が湖沼斉)
1分子!こよって飽和1され，その表面
沼斉)
/
1
1
1をM1布すると測滑斉)
1分子は
エネルギ}が桁遣いに低下するためとした.すなわち，測汗1
以を形成し，かつ固
固体の表面の不飽和部分に物理的に吸着し，その表面に均ーな単分子l
体表面に配向する.このような状態にある二つの悶体表而を向かい合わせて押し付けると，
余分な潤滑斉)
1分 子 は 系 外 に し ぼ り 出 さ れ て し ま い ， 最 終 的 に は 1
1
1分 子 吸 着 服 の み で 隔 離 さ
立制作!
れ た 状 態 と な る . 金 属 而 に 付 着 す る の は 極 性 器 の 部 分 で あ る か ら ， 結 局 2面 の 後 触 l
剤分子の他端の虫t
!
極性 I
Iと
カt
!傾性器とのr::)で起こり，この状態で 2
T
I
日間をすべらせた場合，
技力は著しく小さなものとなる.援するに，境界湖沼斉)
1と し て の 有 効 性 は ， こ れ ら の 脱
摩l
が 下 地 表 面 の 力 の 場 を 何 処 ま で 小 さ く す る か に よ っ て 評 価 さ れ る が ， こ の 効 果 がl
i
目滑剤分
円かであるという見解を示した.
子の極性と鎖長とによることは l
しかし， Bowden と Tabor 61 ) は，このような Ha ，'dy の邸界 il~ ÿ，'1 論は 1Ii*'E 化しすぎてい
るということを指摘した.その理由は，
1
盈も良好な境界l
i
自治 i
t
l
Jを J
T
Jい，非常・に経荷重の下
での R
壁際でも ，-Iltすべりが起こると下 i
也の金属には何がしかの勝粍が生じる . この部分
を 詳 し く 微 視 的に調べると，金属は分子の大きさに比べではるかに大きい深さまで引きち
ぎられているのが税認できる.この結果からみて ，
一般に判的された金属の康被は， Hardy
l
l
l
l
)の一方の単分子周が他の 1
1
1分 子 府 の 上 を す べ る こ と に 起 因
が示したようなただ単に判十f
8
-
するものでもなければ，また単なる表面力の関数でもないことが分かる.それはここに関
与する金属の巨視的な性質によって大きく影響されるはずである.このような考えになづ
いて， B
o
w
d
e
n とT
a
b
o
r は次のような緩触のモデルを促案した.
ìl19 消した金属を緩触させて荷量を )J日えると，金属表面の凹凸の凸耳目府l 土の銭触が~じ，
その接触部は力n
えられた荷量を支えるに十分なだけ塑性流動する.この過程において，湖
沼斉)
1の朕は二つの金属のr:1Jに挟まれ，そこでは非常に高い圧力を受ける.しかし，この圧
力は全鐙触傾岐において一定となることは考えられず，圧力が 1
(，'(河となる部分ではこれら
の n~J 滑脱の破断も生ずる.さらに，
2而/]fJに生ずるすべりは，これらの分子 l
民の破断を助
長するように作用する.この測約百)
1の l
肢の破 l
析がどの程度に生じるかは，
2D
日の筏触状況
及びその潤滑剤の!瓜の性質に依存する.そして，湖沼 l
肢が部分的に破断すると，そこでは
分子の大きさに比べてずっと大きい金属同士の結合，すなわち凝れが
2而 1
:
1に形成される
ことになる.
迎!
U
リ
jに対する祇抗の 一 部 ，すなわち摩1*力の 一 部 は こ の 金 属 同 士 の 紡 合 部 を せ ん 断 す る
のに必袈な力である .
また ìl\~m 邦l の J股そのもののすべりに対する紙抗もあるから，結局陰
線力 Fは次のように表される.
F = A，{αS.+ (1
α) s1} ・
・
・
・ ・ .................... (5)
ここに， A， は 垂 直 荷 量 を 支 え る J
i実 t
:
i
:
'
触
回
の
而
.
f
j
'
t
，
αは判別高)
1の J
瓜の破断面積の書)
1合
，
SIは潤 i
j
'
l斉)
1の!肢のせん l
折強さである.
S.は 金 属 同 士 の 援 触 結 合 部 の せ ん 断 強 さ
1と 表 而 と が 与 え ら れ た 場 合 ， αがほぼ一定であるならば，
こうして，もしも 一 定 の 判別百)
m
o
n
t
o
n
s-C
o
u1
0
m
b の法Jli)は非湖沼の幼合と同僚
摩擦カ Fは A，に比例する.したがって A
に澗消而においても成立する.
o
w
d
e
n とT
a
b
ol'の考え方と， H
a
l
'
d
yの示唆した考
段界湖沼機併に関する以上のような B
え方との主な相違を図示すると
F
i
g
.
3 のようである ， F
i
g，3(
a
)は H
a
l
'd
yの提案した境界
分子吸着分子庖の書t
!
極性器同士の I
U
lの 相 互 作 用 を 表 し て い る .
潤背!機備を揃いたもので，時i
この場合には何等の金属緩触は起こらない.一方，
F
i
g
.
3(
b
) は湖町}剤分子の朕は限定さ
れた極小部において破 l
析するということを前提とした， B
o
w
d
e
nと T
a
b
ol'の健室きした後触
機慨を術いたもので， ìll~ ìfl 斉1) の分子周はいくつかの局書11 的小 ßìi~αA で破断を生じている.
こうしてできた金属銭触の結合部をせん l
析 す る と き の 低 抗 が 際 線 の 主因と なるとした . 以
上が近代の摩僚に対する考え方と 言える ものである .
ロ
ハ
(aJ
(b
l
Fi
g.
3 S
c
h
e
m
ali
ci
I
lu
s
t
r
a
t
i
o
no
fc
o
n
t
a
c
tm
o
d
e
lp
r
o
p
o
s
e
d
b
y H
a
r
d
y
( a)a
n
d B
o
w
d
e
n
( b)
.
1 _
3
~Ho'J 宇百 斉リ α〉 千党i!.( リ
1
. 3. 1 潤滑の目的
真実 t~ 触面上においては .
分子の吸着服で
m
r
f
tな金属而!日lで は 金 属 同 士 が ， あ る い は ，気 体 分 子 や 液 体
mわ れ た 表 而 で は そ の 分 子 同 士 が ， ま た ， その両者 の '
1
1
ml
では，金属と吸
着目英とが凝着を生じ，これが J
怪僚の 主 原 因 と な る . こ の よ う な 二 而r:H
の直 後 後 触 に よ って
生じる凝着は ， また ，摩 耗 と か 焼 付 き の 原 因 と も な る .
したがって，すべり合う 二 つの金属の陛僚を減らすには，あるいはこれら~Û)掌粍や焼
付きを防ぐ に は，二 回 n
r
tに生じる凝泊(
， 特 に 金 属 総 合 を 減 少 さ せ る こ と が m裂となる.こ
の 金 属 結 合 を 減 少 さ せ る に は こ つの金属の筏触而における表[日エ ネノ
レ ギ ーを低減させれば
よいという こ とになる .具体的には. t
妻触 I
日
r
:n
に分子!以程伎の j
亨さ の 内部 の金 属 と は 民 な
1
0-
る物質の l
肢 を 介 在 さ せ ， 金 属 の 高 い 表 面 エ ネ ル ギ ーを ， こ れ ら の 物 質 の 低 い 表 面 エ ネ ル ギ
U
Iに液体の厚い l
肢を介在させて，二郎
ーに代えることによって解決できる . さらに ，二 而 I
盟
氾1的な刀法となる 52>
の近距能力，逮迷力による干渉を完全に泌断できれば， j
すベり合う二つの而の 1
mを n
l
UiI'lするということは，これらのf，l艇に
uづくものであるが，
このような単分子あるいは数分子程度の汚い潤滑脱によって，金属結合を防ごうとする勘
合を境界湖沼と言い ， これは前にも主e
べたように l
i
自治斉1の化学的作Jllによって支配された
f
l¥
l
I
J
のj
写い j
映を二而問に伏んで，ニ而/iil
の直後的な干渉を完全
澗沼状態である .一 方 ， 測 i
に 遮 断 し た 場 合 を 流 体 潤 滑 と 呼 び ， これらはl
i
自治 r
i
lJの物迎的な作川，あるいは流体力学的
単線面においては，全ての而が境界潤
な 作 用 に よ っ て 支 配 さ れ た 潤 滑 状 線 で あ る . 実際の I
滑 あるいは流体潤 滑 のいずれかである こ とは少なく ，両 者 の 混 ざ り 合 っ た 状 態 で あ る こ と
が多い .こ の 状 態 を 混 合 i
l
Ui
f
lと呼 んでいる .
1
.3
. 2 流体潤滑に関する従来の研究
m
9
m下 に あ る 機 械 部 品 の 巡 回jに閲する初期の研究の多くは，門的申I
1受 け の 潤 滑 に 関 し て
行われた . 円 筒 軸 受 け の 回 転 に 対 す る l
竪j
察力が ， 湖沼れI
1の粘 t
Jの 大 小 に 比 例 す る こ と ， す
.P
.P
e
tl
'o
f
f (1
8
8
3年)である.
なわち流体摩擦によることを加治的に定式化したのは N
N
.P
.P
e
tr
of
f は (6) 式 に 示 す 流 体 の せ ん l
析I
l
x抗に ￨
刻するニュートンの式を去にして，
(7)式 に示 す 刺i
受 け内 の 摩 僚 を 与 え る 式 を 導 い た 53>
F =ηAU/h
.
..
......
..
..
..
.
.
.......・・・ ・
・・
・
田・
・ ・・
・
・
・
・ (6)
ここ で， F 平 行 な 2而 I
U
Iに生ずる }李被力
η :i
l
自治油 の粘 性 係 数
A:平 行 な 而 の 而 税
U: 2面 J
n
l
のすべり速度
h :2商 問 の 距 離 (澗 治 以 の 厚 さ )
μ = 2π2 (O/C) ・ ηN/ p
ここで， μ:与えられた寸法の車1受 け の 燦 燦 係 数
0:取1
1の直径
C:軸受けの長さ
η :n
W滑l
i
1Jの粘性係数
1
1
-
.
..
......
.
.・・
・
・・
・
・ ・・・ ・・
・
・ (7)
N:回 転 速 度
p :~IIJ 受けの平均圧力
しかし，この由J
I
受 け 圧 力 p に相対して，唱J
I
受け岡山l
に存在する制背1
l
I
J
Iに 圧 力 を 発 生 さ せ
るt
技 術 に 付 い て は 明 ら か に さ れ な か っ た . 1886年に O.Reynolds は ， 円 筒 軸 受 け に 油 を さ
して軸を岡転するとき，制は軸受け商との[ill に浮い流体 II~J i
f
l.J以 を 形 成 し て 回 転 し ， 軸 と 軸
受けとは直後後触することはないという原理を流体力学的に I
l
j
Jらかにした. 言 い替えると，
肢の中に流体力学的な圧力が発生することを理論的に証明した.この O
.Re回転により州 J
I
目的理論の去礎となるも
ynolds に よ っ て 導 か れ た 式 は Reynolds 方 程 式 と 呼 ば れ ， 流 体1
のである .座擦を Fig.4 に 示 す よ う に 定 め た 場 合 の Reynolds方 程 式 の 一 般 j
杉 を (8)式
!こ示す.
去(
千
三)
+
三(
千
三)
8h
= 6(
U，
-U2) 一一
+ 6
h
θ
一
一
一
8x8
，
8x
(
U +U2) + 1
2
V ........・・・・・・・・ (8)
Fi
g.4 Coordi
nate systems.
流体力学による圧力発生機構
前述のように，流体制滑は二而 1
mに連続した厚い潤滑 J
肢を侠んで， 二[
日が込[動中あるい
は加工中 l
こt
2'触することがない潤滑状態のことである. )掌燃[同に作用するf.i
i
i
l
lに対抗して，
瓜を形成させるためには，二回を 1
]
1
1しつけて後触させようとする垂直荷量
このような流体 j
以内に発生させなければならない . この圧力は， 二 面 t
l
f
Jに適当
に釣合うだけの圧力を湖沼 j
な聞き方と速度を与えると，その相対連日日Jに よ っ て 発 生 さ せ る こ と が で き る . こ れ を 動 圧
効果と言う.その圧力の発生機併には F
i
g
.
5に 示 し た よ う な も の が あ る が ， こ の 圧 力 分 布
は
， R
e
y
n
o1
d
s 方 程 式 を 極 々 の 条 例 を 用 い て 解 く こ と に よ って J
;
とめることができる 55l
1
Fig.5(a)はくさび効果と H手ばれるもので， くさび 1
1
α をもっ而に対して，一方が速度
Vで相対的に [
9
1くと， i
l
Ui
l
'
l
i
t
lが引きずられてくさびの中にド1
]し込まれ，高い圧力を発させ
て二面を隔てる . (b) はや 11 納 ~1 栄と呼ばれるものである.これは， iill 勤している平行な 二
面 の 速 度 を 而 内 に お い て だ ん だ ん 小 さ く し て い く と 圧 力 が 発 生 す る . (c)は絞り l
悦効裂と
呼ばれ，平行な二而がある速度をもって緩近すると，
r
a
Jに決まれたl
i
田
町I
/
lの中央部に向い
圧力が発生する.
l
l
l圧を発生させ，二[師:
r
i1に流体 J
肢を形成し，二聞が
流体潤滑はこのような効果によって i
直緩接触するのを防いでいるわけであるから，隆俊力はがi
体以の粘性による I
空i
祭低抗のみ
J
!
あl
ff\~ 滑に比べ摩擦力は著しく低下する .
によって生ずる . その結巣， t
ま た， 二而 l主流 体
1mによって完全に隔てられているために，その!日1
に直後的な相互作!TIは ほ と ん ど な く ， 凝
'{fとかこれによる摩粍も生ずることはない .
zlj
ノノノ
(
a
)W
e
d
g
ef
i
l
me
f
f
e
c
t
(
b
)S
t
r
e
t
c
he
f
f
e
c
t
ノ
ノノノノ
(
c
)S
q
u
e
e
Z
ef
i
l
me
f
f
e
c
t
F
i
g5 P
re
s
s
u
ri
z
i
n
gm
e
c
h
a
n
i
s
mi
nh
y
d
r
o
d
y
n
a
m
i
cl
u
b
r
i
c
a
t
i
o
n
.
目
ー
1
3
-
1. 3. 4
潤滑の形悠と Striebeck曲線
o
1
1
i
l
lやすべり速度がすべり車"
1受けや転がり劇"受けの股燃や湖町iに及ぼす
Striebeck は
， ?
彫慾に付いて詳細l
に研究した .こ れによって， !j'l W 測滑，混合 ìl~J i
f
lおよび流体制il'lという
がi沼状態の区分を表すのによく
mいられる Striebeck IllJ~Jilを附いた.
Fi
g
.6 は そ の 一 般 化
された Striebeck 曲線である .
1と軸受けとの 1
I
I
1に 作 用 す る 圧 力 を p とし，
潤滑油の粘性係数を η， 軸 受 け の 周 速 を U，車1
J
事僚力 F， あ る い は 燦 燦 係 数 μ と ηU/p
と の 関 係 を 表 し た も の で あ る .横 軸 は ， 右 へ
行くほど二而問において流体力学的に形成される潤滑j
肢が厚くなること，すなわちベアリ
の回転速度が大きくなるか， ffl:l滑 ~IJ の粘 l良が日くなるほど後触'JI.聞に導
ング部において刺l
入 さ れ る 潤 滑 油 の 置 が 大 き く な る こ と を 示 し て い る . このことは
Reynolds 方 程 式 に 基
づく解析によっても分かっている .
図に示す傾 i
或 Iが い わ ゆ る 涜 界 j
問滑傾城で，二而は数分子あるいはそれ以下のii.
j
1
・い段!JI.
f
¥
U
i
I
1J
民によって隔てられた状態である .場 合 に よ っ て は 金 属 同 士 の 直 後 後 触 も 生 じ て い る .
問沼状態 1
:
:， i
l
Ui
I
'
li
l
iの粘 l
立を日くする，速度を速くする，あるいは荷量を低
この j
Fさせる
などの変化を与えていくと，二郎 :
1
日に存在する潤滑!阪の j
立さは次第に j
ヲくなって，二而 1
1
1
1
の間隔が鉱がり，その後触は表而籾さの凸苦1
1の み で 生 ず る よ う に な る . このl
i
副社￨状悠が M
i
I
l
l
-
ミ
1
k
:
か
U/P
Fig.6 Striebeck curve.
ー
1
4
成 E の混合湖沼と l呼ばれるもので，垂直荷重の一部は流体 ìl~'lmJ.瓜で支えられ，残りの荷量
は 援 触 し 合 っ て い る 表 而 の 凸 郊 で 段 界l
i
均約似を介して支えられている.
この状悠から二而の五ll1T
o
J状態がさらに鎖中1に そ っ て 右 へ 移 行 す る と ， 二 而 1
:
1の泊以のんi
さはますます増大し ， つ い に は ， 全 而 に わ た っ て 迎 続 す る J
l
)いl
i
自灯 油の l
以によって完全に
隔てられるようになる.この飢i
或皿が 流 体 1
1
'8滑と呼ばれる状態であり. ~管 l束力は流体 j院を
形成している潤il'li
l
lの粘性 j
底抗のみに依存するようになる.したがって，流体制泊では境
界潤滑の摩機係数に比べ，ー桁も二桁も小さくなるのが普通である.しかし，さらに償制
にそ っ て右へ移行すると，再び摩鍛カは tn 加するようになる.これは ìl~~ W
Ii
l
Jの粘性による
1
日 と ， 湖 沼 油 の 粘 性 に よ る 発 熱 に よ る 温 度 上 昇 が 生 じ ， こ れ に よ っ て 粘I
立が
際機抵抗の地 )
下がり，速度が地すのにかえって形成~lJJl耳厚みが下がることによるものである.
1. 4
謹Q'区住 力口 コ二 E こささ bアる ~ I~.'J 宇;:::1" fβ~ ~，出
に
I
珂 ちγ る 千 逆 芳 三Eの 切干 ヲモ
1
.4
. 1 工 具 ・材料 後触 商 ￨
剖への潤 滑 油 の 導 入 機 構
(1) 流体力 学 的な 圧 力による 羽 入
塑性加工では ， 実際に澗i'~1 ~I J が必要なのは， 工具と 被 j)日工材が tì1' 触し合っている摩嫁界
而においてである . しかし ， この古1
¥
分に外部から i
直後判il'I~IJ が供給されることはまれであ
り，多くの場合は ，'
J
壁際 Wi1uの入口付近に供給されるか ，加 工 の f
j
i
jに二 回 1
:
1
に与えられた
繁似界而に将入された制作}
潤滑油がそのまま封じ込められるかだけである.したがって， J
油の畳の多少が二而 I
l
J
I
のj
菅僚に大きな影響を及ぼすことを考えれば，この導入機l
l
¥
)
' ある
珂らかにすることは盟主Eである .
いは封じ込め機備を l
摩j
察界面への潤滑制!の流体力学的な導入あるいは封じ込めには， i
i
i
i
f
i
7
iに お い て 示 し た よ
f
y
J圧 効 果 の う ち ， 主 と し て く さ び 効 果 と 絞 り 版 効 果 が 作 用 す る . 殿 様 WD
白人口近傍，
うに， l
すなわち工具と被加工材との接触が始まる付近において，
くさび効果によって高い圧力を
発生させ，而圧の高い燈骨~界而へ洲町}油を導入する Jf3t.窓は，引抜き ))11 工，しごき加工，圧
延などに見られる . Fi
g
.7 は，引抜き加工におけるダイス入口宮¥
1の 状 態 を 示 し た も の で あ
l
Jα と も い う ) で 援 近 す
る.まず，材料が Vの 速 度 を 持 ち な が ら ， くさび角 α (ダイス半 j
る. この I
時. )掌採界面入口前部における
j日~ i
f
l~lJの圧力が P ，であるとすると~布された
潤滑油はくさび効果によって圧力が高められ，その圧力が材料の降伏強さ
ー
1
5
-
Po になったと
P
F
i
g
.
7 S
c
h
e
m
a
t
i
ci
l
l
u
s
tl
'a
t
i
o
no
fw
e
d
g
ef
i
l
me
f
f
e
c
t
きにはじめて摩係界団に入り込むことが可能となる.この時のダイス入口部に形成される
澗i
f
t
J
民の厚さ hは
，
(8) 式に示した Reynolds 方程式を j~! くことによって次式のように
求めることができる 1引・
54)
h = 3ηVC 0
ここで ηは m
Umh
lJの粘性係数である.
tα/'"
(Po-P，) . ・・・・ 田・
・ ・・
・
・ ・・・・・・・・・". (
9)
結局，材料の速度，すなわち))日工速度が大きいほど湖沼 l
肢は J
i
]くなり，場入 t
立が増加す
ることを示している . また， I
笹!策界而における接触圧力が低いほど， 言 い 管 え れ ば ，材料
が柔らかいほど際線界而入口において形成される湖沼 j
肢が l
写くなる . さらに，
くさび角が
小さく潤滑 h
l
lの 粘 皮 が 高 い ほ ど ， 羽 入 さ れ る 澗 t
円
前J
Iの 量 は 多 く な る こ と が 出 解 で き る .
一方 ，絞り l
以効果による制約 h
l
lの封じ込めは，絞り))日工におけるしわ I
'
nえ而ゃ，信込)JrI
I
I
'
l
l1加工の初 J
O
Iの段階にみられる . 円行の B
I
l
i而を，圧板をfIIいてドIiしつぶすときに判
工
， I
別納が絞り l
民効果によって封じ込められる状態を F
i
g
.
8 に 示 す . い ま ， 圧 仮 が 速 度 Vで外
径寸法
Lの円柱鍬面に後近すると， rp 央部付近に圧力が発生する.二 T日間の~~Iíf! hが小さ
1
6
くなるにしたがって圧力はますます高くなって円柱総而を変形させ， 1
i
1終的には潤芹l
i
l
l
iが
封じ込まれるようになる
湖 沼 油 の 粘 性 係 数 を η， 円 住 の 降 伏 応 力 を Po とすると，必終
的に二而問に封じ込められる i
'
l
l
J
m
M
Iの r
l
1央 部 の )
I
I
I
J
民厚さ hは
，
くさび効以におけるのと同
e
y
n
o
l
d
s方 程 式 と 被 j
川工材の塑性方程式とを i
型立させて紡1 くことによって以下のよう
様に R
に求めることができる 21).22) .5')
h =
J3 V L / Po
3
可
2
・
・
・
・
(10)
))0工速度が大きく，潤滑れ1
1の 粘 皮 が 閃 く ， 材 料 の 降 伏 応 力 が 低 い ほ ど ， ま た 円 住 の 外 径
が大きいほど，中央部に封じ込められる i
t
l
l
J
瓜厚さ hは 厚 く な る こ と を 示 し て い る .
f
J
J
紛れi
lが摩係 WiTiiにもたらされるメカニズムは，
以上のように， i
i
f
O
J
l
王効巣であるくさび
効果あるいは絞り l
瓜効果によるが ， ど ち ら が 支 配 的 で あ る か は 加 工 の 形 態 に よ っ て 災 な る .
i
t
l
iの導入益の噌加は， I
空協界而において流体制作I
しかし，いずれにしても，これらの測 m
h
門「
(0)
(b)
(
c)
F
i
g.
8 S
c
h
e
m
a
t
i
ci
I
l
u
s
t
r
a
t
i
o
no
fs
q
u
e
e
z
ef
i1
me
f
f
e
c
t
nを 低 下 さ せ る こ と に 直 筏 つ な が る も の で あ る . と
部の地加を意味し，これらは j
官僚 ・j
菅
くに絞り朕効果の場合，湖沼れ"が封じ込められる過程において， r
l
'9
と
)
'
;
11
か ら 周 凶 へ 制 約l
i
i
J
が流出すると考えられるが，これらはこ而 1
:
1
1の 潤 滑 に と っ て は 良 い t
占拠となり得るもので
ある.
(2)
材料表商の凹凸による導入
jjíj にも述べたように，材料の表面には小さな凹凸があり，その凹f';J1 に削った il~J 治 illl は，
工具と材料が倭触するときに，逃げるJI1.
i
r
mが な い と 機 械 的 に 封 じ 込 め ら れ た ま ま 摩 鍛 界 而
技術はすべての塑性加工において J
U!待ができる.とくに，低血i
!
に持ち込まれる .こ の導入 t
度の潤滑油を使用するとき ， あるいは加工条件によって，
くさひ'効果や絞り l
以効果だけで
は十分澗柄拘1を 持 ち 込 め な い よ う な と き に 効 果 が あ る . こ れ ら の 効 以 を 獄 極 的 に 利 用 し て ，
材料の表面を臣賞による腐食，シロットピーエングあるいはバレルなどによってあらかじめ
粗くしておくと， )1苦隙カが低下することが認められている 56)
(3)
吸着による場入
1
1の あ る 極 の も の は ， 金 属 の 表 而 に 物 I
盟がjあ る い は 化 学 的 に l
以おする . 物 I
型的 l
以む
測消i1
とは，主としてファンデルワールスカによるものであり，温度を上げたり，圧力を減少さ
以者では， 1
汲 着分子
せたりすると，比較的容易に分子問の結合が切れてはなれる.化学的 l
と 金 属 が 化 学 的 に 結 合 し た も の で あ り ， 結 合 力 は 物 日1
内
1
(l
反省に比べてはるかに強いものと
なる .
l
1
g滑首1の 材 料 へ の l
吸着は， J
.
l
tj
祭界而の入口において削滑油がそぎ洛とされる
このような i
I
l
lの導入においてはm:裂な役 ;
11
1を 栄 た す . す な わ ち ， 被
ことに対してのほ抗となり， il~J 庁I l
加工材表面への l
吸 着が強ければ強いほど，燦持日界而への l
i
'
.
¥
li
i
'lil"の持込み i
立は多くなると言
える . この例としては，乾燥被服タイプの潤滑i1"の導入形態にみることができる.
1
.4
. 2 工具・材料接触函聞での潤滑機構
(1) 接 触 モ デ ル
前項に示したような潤滑油の導入機構が効 !1UIドHζ 作汀!して，多 lJ の il~I Wl i
l
lが 殿 様 Wfmに
持たらされたとしても，塑性加工においては特殊な条件を除いて，
I
営I
察WfI師の全面に辿絞
肢が形成されるということはない.たとえ!争撚界而入口で，
した流体潤滑 l
I
早い抗体制泊以
l
tJf~ の ìffi 行にともなって ，すなわ ち工具入口から出口に近付
が形成されたとしても，塑悦:l
くにつれて，材料は肌あれを生じ，その表而粗さが急激に増大するために，これらの辿絞
1
8
-
Too¥
A4
L
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cant
唱
吾
一
一
一
一
ー
ー
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i
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r
o
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e
s
s
.
する流体湖沼 l
肢は多くの場合中断され，表面粗さの凸部で工具との t
iZ触を生じるようにな
る1引
.
このようなことから ，塑性加工の摩係界而における工只と材料との筏触模型は，
i
g.
9のように示される .
一般的に F
被加工材表而の凸部が工具によって平 t旦化された部分は ， 工具と材料との A~rìZ触回に
近 い 状 態 に あ る と 見 な さ れ る 部 分 で あ る が ， 塑 性 加 工 の 場 合 ，一 般 的 な 機 械 の J
自動 i
l
iに比
べて数段大きいものとなる . これは ， t
T
J
削や研削 J
m工 に よ っ て で き た 表 而 粗 さ に 比 べ る と ，
U
lあれのために表而の籾さが大きくなり ， しかもその籾さの凸部が
材料の塑性変形による J
高い而圧によって押しつぶされ平辺化されるためである . また ，反対に金型の表面相さは，
材料の粗さに比べると，一般的には無視できるほど小さいので， Fi
g.
9 のように平滑而と
見なされる .
この工具によって材料が平!I!化された媛触而上においては，多くの場合，全面にわたっ
消が支配的と考えられ，
ていわゆる境界出i
1
1
1分 子 あ る い は 数 分 子 の t
J
1
Wi
I
自
治l
肢がその摩僚
57).58)
を支配 していると考えられている 28) ，
したがって ， 境界iI\~wt J
肢を形成するのに
J
[
J
i
'
f
)
Iとされる油性別，あるいは極圧斉)
1笥:の有効性に l
則して行われた研究は，主と
有効な添 J
1分子の l
以者性とか化学反応性がj
怪傑 ・殴
してこの部分を対象として ，湖沼斉)
ー
1
9
-
nあるいは焼
付き ・ かじりに及ぼす!1~響について検討した研究であると 言 える.
(2)
ミクロプールの発生
F
i
g
.
9 のモデルにおいて，材料と工具との問に潤十l'l1
1
1
1が 封 じ 込 め ら れ て い る 部 分 は ， 塑
性加工においては普通ミクロプールと l
呼ばれる. ミクロプール巾の l
i
¥
li
'
l
i
l
lには，加工の進
1
，7)<圧によって加工面圧の 一
行にともなって高い静水圧が発生するようになり，この高い，1'
宮
¥
1
が受け持たれるようになる . このようなミクロプール1'
'
1の判的 i
l
iに高い的水圧が発生す
るということが，塑性加工における湖沼機椛の大きな特徴であると 言 える.したがって，
ミクロプ ール中の潤滑油に高い目下水圧が発生していないような加工皮の{互い条件よりも，
'
i
!
'j
祭係数が小さくなったり，品U'iによる引っかき
むしろ加工皮が高くなった場合の方が ， )
/
1
;
1
が減少することも認められている 68).59)
一方，接触面上の圧力とミクロプ ール中に 封じ込められた '
l
i
'
，
J
i
l
'
Ii
l
lの圧力との差が小さく
なれば，ミクロプール中の i
l
l
U
mi
I
l
l
が境界 l
i
¥
¥
l
?
i
'
l
状態にあるとされる工只と材料との緩触市i
t
l
:
l
に浸入することも可能となると考えられる.このミクロプールからの ìl~J i
l
'
l
i
l
lの浸透流出機
f
i
i1
:
1
に形成される隙 1
mと限I
hl!して，判的 l
i
lJの物 l
盟的特性によっ
併は，工具と材料との俊触 i
て支配されると考えられるものであるが，このミクロプールからのìI\~ i
i
'
li
l
!
J
の流出の多少は，
~触面上の潤滑耳1) の化学的挙動に対しでも大きな影響を及ぼすものである .
したがって，
この流出機構の把担は，塑性加工におけるトライポロジーに￨刻する研究を遂行する上でm:
袈である .しかし，こ のミクロプ ール中 の湖沼油の本動 ，及 び ミ ク ロ プ ー ル か ら 緩 触 図 上
却し て 現 在 多 く の 研 究 が 行 わ れ
への潤滑油の流出機構は，未だ不明な点が多く，これらに l
つつある.次節においてその研究の一部を示すことにする .
1.
5
コ二 5ミ ・;;fo
オヰS川 護 m
虫在百円J
:
Jマケ CDa羽:r，才
f
)
'
_
.
U
:~.戸:t
~こ~立 ちまーる干逆~乏 CD 石lJ f ヲモ
1
.5
. 1 春日 ・山 口の潤滑モデル 281・58).59)
春日 ・ 山口らは，塑性加工における別~m 機構を検討するに当たり，巨視~Jfj に必要な加
工圧と ，摩 僚を生じる工具圧とを分開I
させることができ，しかも工只聞と材料とに相対す
べりを生じさせ得るような j
管燦試験方法として，深絞り J
Jrl工のフランジ而に注目した .す
なわち，絞り加工においては，塑性変形しているフランジ部の材料表而への)JI1圧は，しわ
N
Iえ 力 を 変 化 さ せ る こ と に よ っ て 自 由 に 変 化 さ せ る こ と が で き ， フ ラ ン ジ 部 の 巨 視 変 形 に
2
0
-
必要な加工力はポンチカによって与えることができる.この方法によって，加工中にフラ
ンジ郊の材料表而に生じる肌あれが，すべりをともないながらしわ抑え力によって圧下修
正される状況を. I
J
Jlあれの凹古1
1
に封じ込められた湖沼iJ
l
lと の 閃 辿 の 下 で 実 験 的 に 検 討 し た .
1
1こ生じる摩擦力を i
J
I
I定 し ， さ ら に 工 兵 に よ っ て 平 担 化 さ
この実験においては，フランジ告1
れた部分の割合，すなわち緩触率とを i
J
1
1J定し，両者 の 関 係 か ら 塑 性 )
J
I
I工 に お け る l
i
官庁!機綿
A
について検討を加えた.
この結果. f
管j
察力を反映する[iJI.大ポンチ荷重が，しわ 1
1
[1え荷重の変化に対して示す傾向
1
に お け る 後 触 事 の 変 化 と の 傾 向 と が 極 め て よ く 類 似 し て お り . I~ 触率と摩
と，フランジ告1
j
謀 力 と の 結 び つ き が 廃 然 と し て い る こ と が 確 認 さ れ た . さらに，判的れIiの粘 j
交の I
色川!によ
って俊触率が低下すること ， さ ら に こ れ に と も な っ て 摩 係 係 数 が 低 下 す る こ と が 確 認 さ れ
1
1i:立体初当りの l
掌燦低抗(降線せん l
折応力 )τ m が ，判il'
l
i
f
l
lに依存す
た. また ，接触部の 1
る1
2数(鉱油l.0k
g
f
/
m
m2， i
f
9
J
W物れ1
10.
7kgf/mm 2 • せっけん 0.4
k
g
f
/
m
m2) となること
が切らかにされた .
これらの実験結果により . Fi
g
.1
0 に 示 す よ う な 判 的 モ デ ル が 似 案 さ れ た . 図において，
平たん昔1
1
Mは，材 料 の 塑 性 変 形 に よ る 自 由 表 面 の 挙 動 が 工 只 に よ っ て 拘 束 さ れ て 生 じ た 表
旬束を受けない白山表面である.
商 で こ の 聞 を 接 触 回 と 呼 ぶ . 一 方 ， 凹 部 Pは 工 具 の 直 接 i
平!f!部では，
一部が澗
j
簿い境界澗r，'JJ
瓜によって工呉と材料は隔てられている.
また山部では，その
m斉11で満たされた Bの 状 態 か ， な お 空 所 を Y
.
l
1
す Aの 状 態 か の い ず れ か で あ ろ う と
考えられた . この Bの 状 線 で は 工 具 町 圧 の 一 部 は 測 滑 剤 に よ っ て 受 け 止 め ら れ ， 潤 滑 状 態
1
では l
克界測滑状態となる.
は静水圧的粘性潤背}となり ，一 方 これに対し平但古1
剛性工具
P
M
P
t
v
1
P
t
v
1
~一「元ぷ〆ーへ
谷部に捕えられ圧力 ξ
員担する潤滑剤l
F
i
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1
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.
2
1
-
この状態から工具の圧下力が的 )
J
目すると
.Aのような凹部に:4:所がある限り材料表聞は，
これを埋めるまで容易に変化するであろうし，逆に
Bのように澗汗J
i
'
lが 十 分 に 満 た さ れ て
いれば. 1
I
自
作i
剤が圧縮され t
f
f
t水圧が発生する . こ の 静 水 圧 の 先 生 は ， 材 料 の 平 I
旦化を妨げ
I
自滑に好効果をもたらすことになる.
る よ う に 作 用 し ， 工 具 と の 後 触 を 防 ぎ1
凶滑油の存在の下で，絞り加工の納みフランジf:
1
1における J
V
lあ れ と ， 工
以上のように. 1
兵による平坦化との関係が際線力に及ぼす影響について検討した ~if 架から，表[町粗さの凹
部(ミクロプール) r
l
'の潤滑九I
1には商い m
'
7
1
く圧が発生し，これが工兵と材料との t
1Z触を妨
げ. f
妻触率を低下させることによって j
笹僚を低下させているということを明らかにした .
諜界而の潤背￨モ デ ル に お い て は ， 被 j
川工材の表[日の凹 f
f
l
lに 封 じ 込 め ら れ た
しかし ， この摩 j
n~J W
/i
r
lが ， 工 具 に よ っ て 平 山 化 さ れ た 部 分 に 入 り 込 み 得 る か ど う か s さらに入り込めると
i
l
Jなのか
したらそれは如何なる機 併 なのか ， またその入り込む Q に影響を及(iJ.'す因子とは f
については ，十 分 に 検 討 さ れ て い な い .
1.5. 2 水 野 の 潤 滑 モ デル
33).3.4)
水野らは ，摩 j
察界而における i
W
t
;
z触官1
1
の圧力 ， す な わ ち ミ ク ロ プ ー ル r
l
'の 潤 滑 油 の 圧 力
q を 十 分 に 発 生 さ せ 得 る よ う な 「 仰 仮 の 平 而 ひ ず み 圧 縮 ・降 線 試 験 」 を 行 い ， 塑 性 加 工 に
l
lU滑機梢について検討を加えた.その結果，動
おける l
が春日らの実験における他に近い
が高くなると降燦せん l
折応力
'M物刊I
1では，日告僚せん断応力
τm
*
I
i
*と な る の に 対 し ， 粘 l
主の n
い鉱 i
l
l
lの 湯 合 に は ， 圧 力
τmが 春 日 の 実 験 に お け る 値 よ り も か な り 大 き な 値 と な る こ
とを見い出した .こ の原因を ， [
i
j
J・他 物 1
1
1と鋭、池との圧力係数のiI.占いに求めることができ
I
の溺合には，
ると した .すなわち，鉱れ 1
ミク ロ プー ル 巾 で高い圧力のために者:しく高粘 l
交
化L
" そ の 湖 沼 油 自 体 の 流 体 障 僚 が 1m視 で き な い 場 合 が あ る と 考 え た . こ れ は ，鋼 の 圧 廷
では ，粘 度 の 高 い 鉱 油 を 用 い る と か え っ て 降 機 係 数 が 下 が ら な い と い う ， 現 場 の 報 告 と 定
性的に一致する こ とも把但している .
J
日圧
さて， これ ら の ミ ク ロ プ ー ル 中 の 潤 滑 油 自 体 の 摩 僚 を 支 配 す る 因 子 と し て ， 水 野 は )
力下における粘 l
支 η (推 定 値 ) と す べ り 速 度 V との積 η ・Vを 求 め ， こ れ に 対 して修俄斜
面における平均摩燦応力
τmを プ ロ ッ ト し た と こ ろ ， Fig.1
1に示すように，後触ヰヨあるい
1;
を問 わず
は 平 均 泊 以 厚 き が 同 じ 湯 合 に は ，組 物 油 ，鉱討[
大する傾域があることを見出した .
τm が η ・Vの対数に 比 例して I
自
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♂ ￨ 企
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gs
p
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以 上 の よ う な 「 都 板 の 平 而 ひ ず み 圧 紛 ・摩 際 試 験 」 に よ っ て j
管隙低抗を求めて検討を)JIl
日工後の被川 l
工 材 の 楽 部 を S E Mに よ っ て 飢 架 し た R
，
，'i裂に誌づいて，塑性加 l
えた結果と， J
工における摩 i
築界面の潤十1'
1
機 梢 と し て Fi
g
.1
2のようなモデルを捌いた.すなわち，
η ・v
が小さいときは，春日らのモデルにおけるのと同僚にピット(ミクロプール)中の潤滑油
は静水炉]に圧力を負担するにとどまるが，
η ・Vが 大 き く な る と ピ ッ トの判庁l
i
'
f
l
l
が動圧効
瓜厚を t
曽大させるようになる. しかし ， この
果の作用により接触部へと入り込み，そこの l
版原の地大による摩鍛応力の低下する書1
1
合よりも，
η ・V の i
白
川1による湖町1
油自体の粘
性低抗(あるいは油 l
肢のせん l
折低抗)の J
¥
'
)加 の 方 が 優 勢 な た め ， こ れ を 反 映 し て 摩 僚 低 抗
(摩機せん断力 )τ m が
m大 す る と い う こ と で あ る . こうした本動は，
t
韮触而上の圧力
p
とミクロプ ー ル中の澗比1
1
i
J
Iの圧力 q と の 差 が 小 さ い と い う ， 塑 性 j
J
l
l工 独 特 の 条 例 下 で こ そ
具 現 さ れ る も の で あ り ， こ れ ら は 微 視 がj塑 性 流 体 j自 治 機 柿 ( m
i
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l
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可.
y
i
sl
a
r
g
e
.
1
.5
. 3 既 ・ 工 藤 の 潤 滑 モ デ ル 4自 〉
工藤らは，液体制庁t
~iJを川いる冷r: n の平板引抜き加工において， 工よ 4 と 材料の相対すべ
り速度が比較的小さく，泊;中;は境界制作}または混合計四i'~t が支配的にあると考えられる状悠
において摩燦係数が J
m工 速 度 と と も に 泊 え る と い う . Fi
g
.6に示した S
t
r
i
e
b
e
c
k線 図 の 傾
向 に 反 す る 現 象 が し ば し ば 生 ず る こ と に 注 目 し た . その結果を Fi
g
.1
3 に示す.
彼らの研究では ， 主 と し て ア ル ミ ニ ウ ム 硬 化 仮 ( 一 部 ， 飲 鋼 仮 ) を 試 験 片 と し ， 各 位 淵
i
l
HIi.奥なる塗布置，極々の試験片表而粗さを用いて，試作した広 i
i
il
I
l
l
i
Al
交引抜き試験機
によって摩擦係数を i
J
[
J
I定した.さらに. t
産触而温度測定結果ならびに引抜き加工後の試験
明らかにした .
片の表間観察結果と合わせて，次のことを l
1)被加工材表面が酸による l
腐 食 而 の よ う に あ る 程 度 粗 け れ ば ， 引j
友き速度およそ 1
0
-3
1
1
-10- m
'
s
- の範囲で，速度の上昇とともに摩彼係数が大きくなり . 1
0
-1m.
cl において
s-l の H
0
3m'
寺の摩彼係数の 2倍 以 上 に な る 現 象 が 確 認 さ れ た . t
韮触圧力が 3倍以上あ
は1
2
4
1
¥
0.10
ミ
0.08
。
C
E↑ched，O.1μmt
h
i
nく Y4>
←
'
= 0.06
」
ド
。0.04
ト
←
C
α
3
(
.
)
‘
←
、
←
<
1
>
o
u
0
1
0
-6
1
0
，
・ 10-' 10-' 10-2 10→
1
10
2
1
0
Drowing 5peed v/m・
5
-1
Fi
g
.1
3 Effects of specimen surface roughness and 1
ubricant
f
i1
m thickness upon coeffi
c
ient of friction-drawing speed
relation
AI-H.
reduction i
n thickness r=20%. and
.
semi-die angle α =4
る秒(鋼ダル仕上げ板の号!抜き試験においても同様な傾向が見 I
Uされた .
2) こ の よ う な 腐 食 而 の ア ル ミ ニ ウ ム 仮 を 使 用 し た 場 合 ， 上 に 示 し た 引 抜 き 速 度 範 囲 の 下
限 付 近 で 降 線 係 数 は 0.02 以 下 と な り ， 引 抜 き 加 工 後 の 表 而
*
nさも
lμmRmax 以 下 と き わ
めて滑らかであった.
3)上司己の速度範囲における l
i
羽m
機椛として，素材表[邸の微 t
l
H
l
戸jポ ケ ッ ト ( ミ ク ロ プ ー ル )
にf.Iじ込められた潤滑油が，表而の微視的突起平たん部
c
r
z触古1
1)に初j 圧 ~J* によって引
き込まれて，厚さ 0.1μmのオーダーの流体制滑Jl員を形成するという. j
j
i
j述 の 水 野 の 微 視 製
性流体制滑モデルが確からしいことを示した .
1
.5
. 4 小 豆 島 ら の 潤 滑 モ デ ル 391
小豆島らは，アルミニウム平板の引抜き加工において，そのダイス材質として石英ガラ
ス用い，加工中の摩擦
w而 を 顕 微 鋭 で 直 接 観 察 し た . そ の 結 果 ，
ミクロプール中の湖沼 h
l
1
が筏触而上に流出するのを確認した.この場合，低粘 j立 ~IJ がミクロプール '1'1 にf.t じ込めら
れた H
寺には. }
J
日工の進行にともなって i
並行方向の前後方向に流 /
Uす る こ と ， 一 方 ， 高 粘 度
-25-
油の上品合には後方に主に流出し，その f
Eは低粘 MM'よ り 少 な く な る こ と を 磁 認 し た .
このような流出 t
技術として，
を対象とし，
1
皮らは以下のような考えを示している.まず， i
s込み川 l
工
ミクロプールに封じ込められた潤滑油に生じる圧力を， il~J i
l
'
l
;"，自体の圧純平
と の 閃 辿 の 下 で 解 析 す る と ， 庄 下 平 が わ ず か 4 %程 l
廷において， l
i
目的 I
J
I
，の圧力は筏触而上
日工材が相
の圧力とほぼ等 し い 値 に ま で 上 昇 す る . こ の よ う な 状 況 下 に お い て ， 工 只 と 被 J
D
I‘
ー
ーー
こ
pressure Pr()
(
1
ー
一ー ー
ー
_
XI
W
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f ~己奇
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-ー~
F
i
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.
1
4 Models t
o account f
o
ro
iIpermeation f
r
o
m surface pocket
t
n
t
o r
e
a
l contact a
r
e
a (
b
) backward permeation， (
c
) backwar
d
a
n
d forward permeation
2
6
-
対すべりを生じると ， ミクロプール r
tの潤滑 l
n
i
1
こは動圧効果によ って ミ ク ロ プ ー ル 後 錦 部
l
l
lは ミ ク ロ プ ー ノレ後端
において圧力の上界がもたらされ ，こ の 圧 力 の 上 昇 に よ っ て ， 湖 沼 i
g，1
4 に示す ， (a) は圧下が
か ら 接 触 面 上 へ 流 出 す る こ と が 可 能 と な る . そ の 様 型 図 を Fi
小さい入口近傍の状態を忽!定したものであるが，被加工材の圧下によ って 生 じ る ミ ク ロ プ
，
1 が ， 接 触 而 上 の 圧 力 Pr
l， P '
1
'に ま で 速 し 得 ず ， 動 圧 効
ール中の潤滑油の静水圧 P5
果によって圧力上昇 Pd l が生じても ， 判芹l iJlJはミクロプ ー ルから j~ 触而上へは流出し i与
ない， (b)は ， 圧 下 に よ っ て 生 じ る ミ ク ロ プ ー ル 中 の 静 水 圧 P5
2 がある程度高くなった
状 態 で ， こ の よ う な 状 態 に お い て 動 圧 効 果 に よ る 圧 力 上 界 Pd2 がもたらされると，
ミク
，
ロプール後端における潤滑油の圧力が t~ 触面圧 P '
2 と等しくなり，ここから潤滑油が後
方へ流出する.この湯合には{.Jj粘J.l{iJ
j
Jほどその効果が大きくなるので，{.Jj粘 j
交iJ
lの後方か
らの流出現象 はこのことによ って説 明 される .
一方 ，引抜 き加工においては， 工 具 と 材 料 と の 燦 燃 に よ っ て ，而 l
王 Pr(X) が工具入口
から 出口に向か つて低くなることが ~11 られており ，こ のような条 FI・下では ，低粘 l立 illl の場
合， ミクロプ ー ル前 方 及 び 後 方 か ら 同 H
与に流出することも有り仰るという考えを示した.
す な わ ち ， 低 粘 度 油 の 場 合 に は 動 圧 効 果 に よ っ て 発 生 す る 圧 力 Pd3 は 小 さ く ， そ の た め
・
0， 05
t
正
g
t
を
1
唖
・
3%:
E下~
8%;
0
0， 0
。
lO
~
3
1:宮き芝度 Cmm/sJ
OL
t
c
J
M
eb
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︾
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nH
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pb
-
p
hu
l
F
ドι
2
7-
Fig.12(c) に 見 ら れ る よ う に ミ ク ロ プ ー ル が ダ イ ス 出 口 に 近 付 い て 的 水 圧 Ps
3 が高ま
3
+Pd
3 がミクロプール後何i
l
の ダ イ ス 圧 力 P1
'3 に 述 し た と き ミ ク ロ プ ー ル H
i
l
E
l
l
lで
り
， Ps
3 が P1
'3
' に迷することが予想できる . これによってミクロプール前後術からの流
も Ps
出は説明できるとしている.
また， 5
]1に 行 っ た ア ル ミ 材 の 引 抜 き 加 工 実 験 に お い て 60)
F
i
g
.
1
5 に示すように引抜き
速度が 1
0 mm/s を必えると， 挙
)l
i係数が引抜き i
車伎の i
白
川l
にともなって J
¥
'
jJ
J
f
lするのが託!
められ，これはマイクロ PH L (ミクロ塑性流体潤滑)によるとしている.
1
. 5. 5 ミ ク ロ プ ー ル 潤 滑 綴 構 に 関 す る 従 来 の 研 究 の ま と め
形成されたミクロプールのl
i
目別 機併に l
対して，これま
塑性加工の工具 ・材 料 際 機 界 而 に j
で行われた研究の内容は，袈約すると，つぎの二つについて検討したものであると言える.
まず第ーは，
ミクロプールから後触而上への潤滑 ill1 の浸透 t~Ll: t技術であり，第二は，
可 -
Vの 増 加 に と も な っ て 摩 係 係 数 が I
W加 す る 原 因 の 追 求 で あ る . こ の こ と に 対 す る そ れ ぞ れ
のモデルの内容を整理して示すと Table 1のようになる.何れのモデルも，
ミクロプール
からの潤滑油の流出段構は，主としてミクロプール中の H~JWI i
l
l
lに 生 じ る 動 圧 効 果 に よ る も
のとしている . また，
η ・Vの地 j
Jl1にともなって際線係数が I
m加 す る 原 因 は ， 摩 j
察界面で
主化した潤別内I
I自 体 の 粘 性 低 抗 に よ る と し て い る .
高圧のために高粘 I
1 _
B
本 研 究 の 目 的 及 び 川 成
1
.6
. 1 本研究の目的
工具 ・材料の際線界而において，
目前
ミクロプール中に封じ込められた制約油は，廃界 1
mに 入 り 込 め る の か ど う か と い
が支配的な状態にあるとされる工兵と材料との直後接触而 1
うこと，さらに，入り込めるとしたらそれは如何なる機構なのか，また，その入り込む E
i
に影響を及ぼす因子とは何なのかということは，塑性 jJ日工における il~J i11機併においても I
誌
も不明とされる点であり，その解明が待たれているところである.
このことに関しては，前飢で示したようにこれまでにも多くの研究が行われ，主として
lが ， lf~J 圧効果によって工兵と材料との後触而 lin に浸透流出すると
ミクロプール巾の洲町}れi
いうモデルが提案されている. し か し ， こ れ ら の モ デ ル も ， 現 段 1
げでは，![ill性 J
)
[
l工 に お け
2
8
-
T
a
b
l
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r
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a
t
i
o
nm
o
del
s
ミクロプールから潤滑油の流出機織
η・
Vの書留加に伴って摩録係数
が増加する原因
水
動圧効巣による.従って潤滑油の高
摩擦界面における高粘度化した
野
圧における粘度 ηと速度 Vの積 η ・
潤滑油の粘性低抗による.
の
Vが大きい条件において簸触面間に
モ
浸入する .
プ
J
1
レ
(影響因子)
-潤滑油粘度 η
-加工速度 V
H
元
動圧効果による .従 って潤滑油の高
摩僚界面における高粘度化した
圧における粘度 ηと速度 Vの積 η ・
潤滑油の粘性抵抗による .
エ
Vが大きい条件において接触函聞に
富
量
浸入する .
の
(とくに工具と材料との簸触函
聞に形成される薄い油膜の流
(影響因子)
体的せん断抵抗による)
モ
-潤滑油粘度 η
プ
J
-加工速度 V
J
レ
-ミクロプール後続に形成
されるくさび角
小
ミクロプール後続からの流出は動圧
豆
効果による.前方からの流出は摩鍍
島
界面の面圧の変化による.
の
モ
(彫響因子)
ア
J
-潤滑油粘度 η
J
レ
-加工速度 V
-ミクロプール後端に 形成
されるくさび角
-摩擦界面の面圧変化
2
9
マイクロ PHL
る潤滑 t
段併を十分に説明できるものであるとは言い難い.とくに，これらのモデルにおい
ては，何れも工具表而粗さが全く考慮されていないことが指嫡されよう.すなわち，工具
表面粗さに注目した幼合，ラッピングによって仕上げた工只でも，その表而粗さはせいぜ
い 0.01μm R
max 程 度 の オ ー ダ の 粗 さ が あ り ， 一 般 的 に 仕 上 げ ら れ た 工 只 o
l
<
.而 で は
lμ 皿
Rmax程度のオ ー ダにもなる.これらの値は潤滑れlJ分子の大きさに比べれば f
f
i
iかに大きい自立
であり，これまでに示された潤滑機械のモデルのように，工只の表 I
旧制さを原子レベノレの
平沼而と仮定し，動圧効果によってミクロプ ールから il>~ i
f
lIllJが流 :
1
:し な い 限 り ， 工 具 と 材
料との筏触而 r
U
Iに澗il'I
l
I
J
Iは入り込み mず，また ，[
i
)
J圧効果による流出が無い限り援触回r:
N
の全ては ，l
!
i
jい 数 分 子 政 程 度 の 境 界 湖 沼 l
瓜によって潤泊されるような状悠にあるとするの
は，後触モテ'ルを単純化し過ぎていると言えよう . こ れ ら の モ デ ル に お い て ， 工 具 と 材 料
とが直後的な後触を生じていると考えられている後触部分に，すなわち，材料が工具によ
i
g
.
3(
b
)に示した
って平沼化された部分と ， そ の 工 只 と が 後 触 し て い る 部 分 に ， さ ら に F
B
o
w
d
e
nの接触モデルのような，
ミクロな凹凸の後触を上釆せして考えるべきである .
るに， Fi
g
.9のモデルはあたかも B
o
w
d
e
nの箆触モデルに
~す
uづ い て 州 か れ た か の よ う に 見
えるが，実際に B
o
w
d
e
n が u図するところの筏触が:'tじているのは，さらに粗さの概念が
一桁 小 さ い ， 工 具 と 材 料 と が 直 後 後 触 し て い る と 考 え ら れ て い る， いわゆる平!f!部上であ
ると考えるのが妥当であろう.すなわち，工具によって材料が平山化された部分に，さら
UI
やi
l
bi
l
i
lり が 存 在 す る よ う な 後 触 モ デ ル が 考 え ら
に工具割1さによって形成される微紺!な隙 I
れる .こ の よ う な 工 兵 組 さ を 考 慮 す る と き ， そ の 粗 さ に よ っ て 形 成 さ れ る ミ ク ロ プ ー ル の
周聞の接触回聞の微小な隙r:n
が ， ミクロプ ー ルからの i
l
J
}滑 I
I
I
Jの流:J~ 挙動に対 し て大きな影
鍛を及ぼすであろうということは，十分予 i
)
V
Iされるところである.
1
日工材表面粗さの I
!I
部に澗il'
l
i
l
l
lが
/
i
l
il
足されて摩 j
業界
このような観点から ，本 研 究 は ，被 J
面 に も ち こ ま れ ， そ こ で ミ ク ロ プ ー ル が 形 成 さ れ る よ う な 制 約 状 態 に お い て ，こ のミクロ
プ}ルの形態と使用する測沼地l
の流体力学的特性，すなわち粘皮などとの凶 i
i
l
lの下で，
ミ
i
自治油の挙!fi)
J
，あるいはミクロプールから後触而上への測l
i
'
I
i
J
bの
クロプ ール中に存在する l
浸透流出機術について ， 工具表而粗さの彩~[!;!に注目しながら実験的に調査し検討する . 具
体的には，工具表而粗さとともに，このようなミクロプール巾の i
l
¥
'
JI
i
'
l
i
l
l
lの挙動 ， あるいは
流出機備に影響を及ぼすであろうと考えられる節々の因子， f
y
l
lえば，被 j
川工材表[同組さ，
制約 )
¥
1
1の動粘[変，加工速度，圧下車等を ，伺 々 に あ る い は 組 合 的 に 取 り 上 げ ，試 作 し た し
ごき型摩擦試験装↑自による平板のしごき試験において，その;~~ tti~ について調査する.これ
3
0
らの実験によって得られたデータに桂一づいて，被 1
m工 材 表 団 組 さ が 大 き く ， か つ 低 速 )
J
l
I
工
1
日工の測首}状態を支配している可能性のある，
の湯合に，塑性 J
ミクロプール H
自治機備の解
明を図ることを目的としている.
1
.6
. 2 研究の構成
本論文においては， m 2訟 で は ， まず，
ミクロプ ー ルから削Wli
l
l
lが 工 只 と 材 料 と の 接 触
日に浸透流出する挙動を直後的に観察することが必要であると考えられ，この目的のた
而n
i1によって，この 1与の}管 j
業界面の路線
めに平板しごき型実験装位を試作する.またこの装 i
係数を測定することができるようにした.実験では，被加工材表而に低倍率の顕微鋭でも
観察できるような比較的大きめのミクロプールをエッチングによって形成し，使用する測
柄拘I
1の粘度を種々変化させて，これにしごきを加え，
ミクロプールからの潤滑油の流出挙
動を観察するとともに，その H
寺の I
"
t
l
察係数の変化に付いて検討を加える.
i
I
'
l
油 が後触而上に浸透流出するという 1
I
目的機併においては ，日i
i
l
J
[で
ミクロプ ールから前J
1を演じていると予測されるところであるが， )
J
I
I
述べたように ，工 具表面粗さが重要な役害1
工速度もこのような測約 機併に l影響を及ぼす因子と考えられる.当ì1 3~l においては，使JfI
する潤滑油の粘度との関ill!の下で，
ミクロプールからの制治 I
1
1
1のがt/Uit動 に 及 ぼ す 工 只 表
こ付いて検討を 1
mえる.
而粗さ及び加工速度の影響 l
首¥4章においては，
ミクロプ ール からのiI:~ i
f
l1111 の流 Il~ 機 榊 に 及 ぼ す 圧 下 率 の 影 響 に 付 い
て検討を加える.すなわち，しごき加工や引抜き j
川工においては， )
挙
I
l
i
lWiIiiの[回圧が工兵
入口から出口に向かうにしたがって減少することが認められている.このような条件にお
いては，金属と潤滑油の圧納l%lの相泣から，
l
'
I
Ji
f
l;
1の圧力が t
i
i触 面 上 の
ミクロプール巾の i
設備に
面圧より高くなることも起こりiUるが，このような条件におけるミクロプール淵治 t
ついて倹討を加える.
第
54eでは，前なまでの結果を去にして， ミクロプーノレから後触而上へ潤滑油が浸透流
出するという潤滑機梢において，これまでのモデルにおいて促案されている動圧効果では
説明できない現象が数多くあることを示し，一方，これらを無理なく説明し得る，本研究
によって明らかにすることのできた塑性的圧ミクロプール測削機併のモデルを示す.また，
流出挙動の定量的な解析を試みる .
買
¥6'ctは総括であり，この研究によって明らかにされた主な結果及び知見に付いて総括
する.
3
1
-
〈ご護主主芳三i:
S
之
Hi:犬>-
1)佐賀二郎 ・岩崎源:塑性と加工，日 -85(1968)，
9
3
.
2)河合望 ・ 近藤一義 . ì，'/水型~J • ~U f
i
ll毅:機械学会論文集 ， 37-301(1971)，1782
3)河合望 ・近藤一義
-M
i水動 ・中村保:機械学会論文集， 37-301(1971)，1788
4)小坂田宏治 ・嶋市l
i
良之助 ・南謹二:塑性と力n
工
， 15-164(1974)，
7
3
7
.
5) 佐藤
夫 ・上杉平二 ・荻原文男 ・野上忠:塑性と加工， 19-214(1978)，
9
4
2
.
l
'秀夫 ・永森弘之 ・松田弘之:塑性と加工， 20-219(1979)，323.
6)木原詩二 ・川 r
7) 小松崎茂倒 ・ 上松~~主 ・ '*良原俊平日 : 塑性と加工 ，
28-330(1988)，
7
4
8
.
8) 小松崎茂樹 ・ 上絵~~~~ ・ 奈良原俊平日: ~塑性と加工 ，
29-333(1988)，1
06
3
.
9) Shima，
S目，Watanabe，
Y.，Oyane，
M
. ・ Trans. ASME， Journal of Tribol
ogy，
1
0
7
4 (1985)，211
.
10) Bloor，
S
.
M
.，Dowson，
D
.，Parsons，
B
.
: Journal Mechanical Engineering Science，
1
2
3(
1
9
7
0
)， 1
78
.
W.R.D.，M
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c
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E
.・ Trans目 ASME，Journal of L
u
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l
'i
c
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ti
o
n Technol
ogy，
11)Wilson，
98-6 (1
9
76
)，426
12) Dow，
T目
A
.，Kannel，
J
.
W
.，Bupara，
S.
S
.
Trans. ASME， Journal o
fL
u
b
l'ication
Technology，9
7
1(
1
9
7
5
)，4
.
13) 小豆島 I
I
f
J・木原将二 ・五弓見 U
t:塑性と加工， 19-214(1978)，
958
14)五弓勇雄 ・木原諒二 ・有村透 ・岡戸克:塑性と j
m工
， 14-145(1973)，1
6
0
.
15) 水野高悶 :塑性と j
J
日工 ， 7-66 (
1966)，3
8
3
.
16) 水野高爾 :塑性と加工， 7-68 (1966)，4
4
7
.
1
5
.
17) 小倉茂捻:塑性と加工， 20-218 (1979)，2
18) 葉山益次郎 :塑性と加工 ， 1
3ー 139(1972)，
6
0
0
.
19) Ratnagar，
D
.0
.，Cheng，
H
.S目，Schey，
J.A.: Trans. ASME，Journalof Lubricati
on
Technology，
96-10 (
1
9
7
5
)，5
9
1
2 0) 春日保男 ・堤成晃 ・:
J
i
'
J
篠
正
!
!
(
l:1
塑性と加工， 1
6
-1
7
4 (1975)，5
9
3
.
2 1)大矢般守哉 ・小反田宏巡:機械学会論文集， 34-261 (1968)， 1
0
0
1
3
2
-
22) 大矢狼守哉 ・小坂田宏治:機械 学会論文集 ， 3
5
2
7
1(
1
9
6
9
)，6
7
3
.
23) P
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1
9
7
7
)，4
5
27) 池 治 ・井上純:塑性と加工， 3
0
3
3
6(
1
9
8
9
)，9
7
.
5
1(
1
9
6
5
)， 1
8
9
28) 春日保男 ・山口勝美 :塑性と加工， 6
l
i論文集， (1988)，3
7
5
29) 木原諒二 ・相律背U&・坂本宏規:日目 63塑性)JIl工春季初 i
30) 木原詩二 ・相津市日彦 ・片岡征二:附 63塑性 J
)
日工春季続出論文集， (
1
9
8
8
)，3
8
3
.
3 1)相棒組彦 ・木原諒二 :40回塑性 j
川工辿合講話i
会論文集， (
1
9
9
0
)，2
1
5
.
32) A
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33) M
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1
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8
8
)，2
2
7
.
36)河合望 ・中村保 :機械学会論文集， 3
9
3
2
8(
1
9
7
3
)，3
8
11
.
37) 河合型 ・近藤 一議 ・中村保 :日本機械学会論文集， 3
9
3
2
6(
1
9
7
3
)，3
1
81
.
38) 工藤英明 ・長浜高四郎 ・高木康司 ・成子由 f
l
i
J
:塑性と)JIl工， 13-139(1972)，593.
39) 小豆島明 ・坪内国生 ・工藤災 l
円 ・古田窓 l
珂 ・議村 f
&
'
( :塑性と )
)
1
1工
， 3
0
3
47
(
1
9
8
9
)， 1
6
31
.
40) 院
鈴 ・工藤英明 ・坪内昌生 ・狽隆弘 :塑性と加工， 2
8-312(1987)，4
1
4
5
0
6(
1
9
8
8
)，2
3
8
8
4 1)中村保 ・金原秀幸:日本機械学会論文集， 5
42) 池
治塑性と加工， 2
7
3
0
0(
1
9
8
6
)，6
3
.
4
2
7
2(
1
9
8
3
)，9
3
3
.
43) 池 治 :塑性と加工， 2
44) 小絵崎茂樹 ・ 上総~翁 ・ 奈良原俊利 : 塑性と))日工， 3
0-340(1989)，6
8
9
.
45) 曽田市E
宗:摩燃の話， (
1
9
7
4
)，岩波新書 .
46) 日本潤滑学会編 :~9 i1'lハンドブック，
(1975) ，養賢堂.
3
3
-
47) Tabor，D
.
Trans. ASME，J
o
u
l
'
n
a
lo
f Tribology， 103-4 (1981)， 1
6
9
.
48) H.チコス :トライボロジー， (1981)，講談社サイエンティフィク.
49) 宮川行雄:湖沼， 28-7 (1982)，4
8
5
.
50) 曽田範宗 :日本機械学会誌， 8ト 719 (1978).
51) Bowden，
F
.
P
.， Tabor，
D
.
T
he Friction and Lubrication of 5
0
1i
d， (1950)，
Oxford，Clarendon Press. 曽田範宗訳:固体の j
竪僚と澗 W
I
. (1978)，丸善.
5 2) 木村好次:塑性と加工， 15-159 (1974)，3
21
.
53) 桜井俊男:新版潤滑油の物理化学， (1978)，幸書房 .
54) 日本塑性加工学会編 .，
塑性 加工における トライ ボロジ (1988)，コロナ社.
55) 木村好次 :製性と加工， 17-191 (1976)， 1010
4
8
.
5 6) 佐賀 二郎 :塑性と加工， 8-81 (1967)， 5
!
日工 ， 1
9-20
4 (1978)，61
.
57) 河合望 ・中村保 :塑性と J
5 8)春日保男 :塑性と加工， 9-87 (1968)，207.
8
1
5 9)春日保男:塑性と加工， 13-139 (1972)，5
目
60) 字 国道正 ・小豆島明 ・坪内国生:平 2年塑性 J
日工科季 a
:
.
f
W
i会 論 文 W， 169.
-34-
第三
2 主主
イ民主車しと了き力口 二C~ こさ'0 ~アる こC='-~ ・ 寸5オ米斗
主玉~ ~ ñ百 α〉径宛 安~!). 2)
2 _
1
系者
言
芸
品
塑 性 加 工 中 の 工 具 と 材 料 と の 燦 燦 界 而 に お い て ， 材 料 表 面 の 粗 さ の 凹 部 に 測 井l
i
u
lが封じ
込められた状態をミクロプールと呼んでいるが，このミクロプール r
tの湖沼 i
l
I
l
の挙動が混
合澗治状態にあるとされる~性力1I工の澗泊機併 に 対 し て ， 大 き な 影 響 を 及 ぼ し て い る 可 能
性 が あ る こ と に つ い て は 前 な に お い て 述 べ た 泊 り で あ る . 木研究の目的は， I
事僚折l
而に形
成されたミクロプ ー ル中に封じ込められ，高い j
r
f
'
7/<圧を発生している判庁l
i
l
l
lが ， 境 界 湖 沼
U
Iへ 浸 透 流 出 す る 挙 動 に つ い て 詳 細 に 検 討
状態にあるとされる工具と材料との直後後触而 r
し，塑性加工の潤滑機梢を究明しようというものであるが，このためには，まずミクロプ
ールからの潤滑油の流出挙 [~J を直後観察することが必裂である.
本訴では，あらかじめtJUJ
1
日工材の表而に，低倍率の顕微鏡でも観察できるような，比較
的大きな一定形状のミクロプ ー ルをエッチングによって形成し，これにしごきを加えて，
これらのミクロプ ー ル か ら 工 具 と 材 料 と の 援 触 面 山i
へ澗i!
I
'Il1iが疏山する挙動について観察
することを試みた .こ の 観 察 が 容 易 に で き る よ う に す る た め に ， 平 仮 の し ご き 型 摩 係 試 駁
装↑立を試作し ， また， この装 l
泣によってこの l
時の摩僚界而における j
経俄係数を測定し，顕
微鋭観察による結果と併せて，
ミクロプ ー ルからの測芹l
i
l
Jの 浸 透 流 出 挙 動 に つ い て 検 討 を
加える.
2 _ 2
三~ 段~ブゴ主去
2
. 2. 1 被 加工 材
被 加 工 材 は 7-3 f
'¥I銅( C2600Pー 1
/
2
H )で板厚 1 m
m のものを使
mした
その引張姐
7
0M
P
a，や 1
1
びは 47%である . この材料は，圧延のままでの談開制lきが日 目
3μmRmax
さは 3
と比較的平滑であり，また加工後の肌あれも小さく，さらに予備実験の結果では焼付がほ
3
5
-
と ん ど 発 生 し な か っ た . こ れ ら の 彼 加 工 材 を 切 削 加 工 に よ っ て 25Xl40 m
m の短 1
1
日状に仕
上げた後，そのままの表面状悠(以後圧延材と呼ぶ)で，またはっき'に述べるようなエッ
チ ン グ を 胞 し た 表 而 状 態 ( 以 後 エ ッ チ ン グ 材 と 呼 ぶ ) と し た 後 ， 闘 がJ30mm の U型に出l
げ
加工を行って実験に使用するしごき試験片とした.この場合，エッチング而が表側となる
ように
Uf
U
lげ加工を行った.
2
.2
.2
エッチング条件，凸材と凹材
Fi
g.
1に 示 す よ う な エ ッ チ ン グ パ タ ー ン を 被 加 工 材 の 片 側 表 而 に 焼 付 け た 後 ， 沼 化 第 二
鉄を用いてエッチングを施した.直径 [ m
m の円の部分がエ ッ チ ン グ さ れ て 凹 と な る も の
(以後凹材と呼ぶ)と，逆に他の部分がエッチングされて円の部分が凸となる(以後凸材
と呼ぷ)ような
p--
2条 件 の 試 験 片 を 作 成 し た . こ れ に よ っ て ， 摩 係 界 而 に お い て 一 つ 一 つ が
独立していて，閉じた形状となったミクロプールが存在し， )J[J工にともなってそこで静水
圧を発生し得るような条件と ， ミクロプ ー ルが迎続した形態で存在し， Jm 工巾に ìl~J i
f
li
I
l
l
が
これらのミクロプールを泊って流出してしまうような条件について検討を加えることを目
••
••
(Q)~丘:::r- Ci
r
c
l
e
s(φ1mm)Qre
etched.
(b)~一隆 Matri え is etched.
F
i
g1 E
t
c
hi
n
g p
a
t
e
r
n
.
目
3
6
-
的 と し た . 円 と 円 の 間 隔 Lの 長 さ は O
.I
. 0.25， 0.5， 2.5 m
m に変化させた.この渇合，
加工中の摩燦界而にミクロプールが何列ぐらい入り込むかは，後述のしごき率との関i'l!に
0:
t10μm とした.
よる.エッチングの深さはいずれも 6
2
.2
.3
実駁装置
しごき加工中の摩僚状態を検討するために， Fi
g
.2
及び F
i
g
.
3 に示すような平仮しごき
型 摩 燦 試 験 装 訟 を 試 作 し た . u型に
r
l
rげ た 試 験 片 ③ を ポ ン チ ④ に か ぶ せ ，
一 対の平ダイ
mを 通 過 さ せ る こ と に よ っ て 所 定 の し ご き を 加 え る も の で あ る . 平 ダ イ ス は ， 加 工
ス⑤の 1
中のダイス図上の荷量を垂直方向，水平方向に分解して i
J
1
1
1J:Eできるような八角 d
lロード セ
jMづっ l
伐付けられ，そ
ル引.，)①，②に取り付けられている . こ の ロ ー ド セ ル は 左 右 に jj
れぞれ
N
o.
，
l
N
O
.
2
ロードセルとした . これらのロードセルのクロストークを考慮した
mf.[式を以下に示す .
総Jf
N
o.
1ロードセルに対しては，
垂直力 F
V= 0
.
9
4
5 (SV-0.066 S
H)
水平力 F
H= 0
.
8
0
8S
H
N
O
.
2 ロードセルに対しては，
V= 0
.
9
7
2 (SV-0.I
0
3 SH)
垂直力 F
水平力 F
H= 0
.
8
3
3S
H
Hは そ れ ぞ れ ロ ー ド セ ル の j
J
日工中の垂直方向出力，水平方向 :
1
:力である .術 正 項 は
S
V， S
，
無 視 で き る ほ ど 小 さ い .摩 擦 係 数 μは
μ = FH/FV に よ っ て 求 め る こ と が で き る .
1
S G 2相 当 ) を 装 着 し ， そ の 表 面 粗 さ の 凹 凸 の 凹
平 ダ イ ス 先 鮒 部 に は ，組!ilI!合金( J
部(チャンネル部)がしごき加工方向に対して直角になるように f
l
}
f
削仕上げした.その表
面 粗 さ は し ご き 加 工 方 向 に 測 定 し て 0.
8μm R
m
a
x とした . ダイス半 5
1
]は ス ベ ー サ プ ロ ッ
クを交換することによって極々選択できるが，本実験においては
また，しごき率(圧下車)
5・ 一 定 と し た .
Rは シ ッ ク ネ ス ゲ ー ジをポンチと平ダイスt:n
にはさみ，クリ
i
!II定した結果は，
ア ラ ン ス を 調 整 し て 見 か け 上 25%と 40%に 設 定 し た が ， 加 工 後 に 仮 厚 を J
それぞれ R'=17%， 30% となった . 以 後 に お い て し ご き 率 を 表 記 す る 湯 合 に は ， 実 際 の
J
日工中に工具と材料とが後触している長さ，
しごき率 R' を 用 い る こ と に す る . この場合 ，j
すなわち摩娘界而の長さを百 I
'
f.[すると，
R'= 17% の 時 は 2mm， R'=30% のl
時は 3
.
5
m
m
となる . し た が っ て 前 述 の エ ッ チ ン グ パ タ ー ンにおける円と円の間隔しとの関係!とおいて，
3
7
-
F
i
g
.
2 Schematic r
e
p
r
e
s
e
n
t
a
t
i
o
n o
f f
r
i
c
t
i
o
n t
e
s
t
i
n
g a
p
p
a
r
a
t
u
s
;
① L
o
a
dc
e
l
l (N
o 1).② L
o
a
dc
e
l
l (N
o
.
2) ③ W
o
r
k
p
i
e
c
e
.
目
③ P
u
n
c
h
. ⑤ F
l
a
td
i
e
.⑥ S
p
a
c
e
rb
l
o
c
kt
oa
d
J
u
s
td
i
ea
n
g
l
e
.
⑦ R
e
d
u
c
t
i
o
n -a
d
J
u
s
t
i
n
g s
c
r
e
w
s
.
F
i
g
.
3
P
h
o
t
o
g
r
a
p
ho
ff
r
i
c
t
i
o
nt
e
s
t
i
n
ga
p
p
a
r
a
t
u
s
.
3
8
-
=17% の と き に ， 円 と 円 の I
U
I隔
R'
=
L 2
.5
m
m の も の を 被 加 工 材 と し て mいた地合に ，
J
日工中の摩擦界聞にミクロプールが全く存在しなくなることも生ずる.この U
Jの
ー時的に )
工 具 と 材 料 の エ ッ チ ン グ さ れ て い な い 平 出 部 と の接 触 は ， い わ ゆ る 見 か け 上で
1
0
0% の
接触率となる.
!
J
O工 速 度 ， す な わ ち ポ ン チ の 上 昇 速 度 は
15mm/s一 定 の 低 速 度 で 実 験 を 行 っ た . こ
目
1
I
1
1の引き込み祉を少なくすることと，
れ は ， 工 具 入 口 に お け る 動 圧 効 果 に よ る 澗 庁1
J
川工に
よる温度の上昇を抑えるという考えによる.
2
.2
.4
潤滑油
潤滑Ì111 は動粘度が異なる炭化水 ~i 系の潤滑油(ポリプテン)を使用した.本 実 験におい
て は ， 境 界 湖 沼 性 を 向 上 さ せ る よ う な 油 性 斉1
]，極圧斉1
1
等 の 添J
日f
lは 加 え て い な い . そ の 大
a
b
l
e 1に示 す . ま た ， 摩 擦 界 聞 の[日圧が非常に高くなる塑性加工
気庄中における特性を T
交特性を把湿しておくことは主裂である.そこで，
においては，使用する潤滑油の高圧粘i
ASME:P
r
e
s
s
u
r
e
V
i
s
c
o
s
i
t
y R
e
p
o
r
t引 を 参 考 に し て ， ポ リ プ テ ン の 高 圧 動 粘 皮 を 求
i
g
.
4 に示す.押;圧粘皮の高低の順位は，高田圧条 1
!
1
:
においても変化が
めた.その 一 例 を F
u
無 い こ と が 確 認 で き る . し た が っ て 以 後 に お い て は ， 潤 十f
l1
I の粘JJ[の表示として，すべて
大気庄中における動車~[立を用いることにする.
実 験 は 同 一 条 件 で 試 験 片 を 各 3枚 づ っ し ご い た . そ れ ぞれ ，一 枚 目 を し ご く 前 に は 必 ず
持
1
5
0
0の 研 磨 紙 に よ っ て ダ イ ス 聞 を ラ
ッピングし ， そ の 後 ベ ン ジ ン で 脱1
)
旨してから所定
T
a
b
l
e1 K
i
n
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m
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l
g
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u
b
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i
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p
3
7.
8'
C
9
8
.
9
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C
O
H
1
2
.
53
0
5
H
1
2
3
.
5 1
0
.
5
2
.
8 4
3
9
-
1
5
R 1
0
0
R 3
0
0
H 2
0
0
0
H
8
5
08
3
0
0 3
7
0
0
0
3
8 2
2
0
8
5
04
6
0
0
1
07
POLYBUTYLENE
ロ 2
5
0
0
ム 7
00
o 250
1
00
o
2
0
40
60
80
PRESSURE / 1
0
0
0P
S
lG
1
0
0
Fig 4 R
el
ationship between pressure and viscosity
目
の潤滑油を~布した .
った.
ラッピングによる表而机さの変化は無視できるほど小さいものであ
2欲目以後はラッピングせず. J
b
'
U
I
I
J後に l
i
自
社l
liJJを塗りなおすのみとした . 1-3枚
目における摩擦係数の変化はほとんど認められなかった.
2
.2
.5
摩 擦 係 数 μ の求め方
J
!
tj
策係数 μ は 全 ス ト ロ ー ク ( T
.S
. )を通して一定値を示すものが多いが，条件によっ
てはストロークの進行にともなって増加するもの，あるいは加工初 J
U
Iに高い値を示すもの
も旬、められた .本 実 験 で は ， 加 工 の 始 ま る 点 か ら 全 ス ト ロ ー ク の 1
/4. 2/4. 3/4 スト
ローク点における際線係数を求めた . この場合
3枚 の 試 験 片 を し ご く こ と に よ っ て ， 各
ストローク点において，それぞれ合計 6個 の デ ー タ が え ら れ る こ と に な る が ， 以 下 に お い
4
0
-
ては，これら各点の平均値を示す.
2 _
2
.3
.1
3
多毛泊三定着1
吉身さ
材料表面の観察結果
/2 の点で
しごき率(圧下率) R'= 30% の 条 件 に お い て ， 全 し ご き ス ト ロ ー ク の 約 1
加工を巾断して，加工途中の試験片を逆方向に引き抜き，その試験片が平ダイスと援触し
ていた部分，すなわち摩燦!JI.而となっていた部分の試験片の表而を顕微鏡で1i.!!察した.
まず，低粘!支Il
u1p 及 び
O
H をmぃ，被)JIl工材表面にあらかじめエッチングによって形
成した世 1 m
m の円が凹音¥
1と な る よ う な エ ッ チ ン グ 材 ( 凹 材 ) で ， そ の 円 と 円 と の n
日隔 L
を 2.5mm とした試験片にしごきを加えた場合の表面状態の総!~完結*を Fig.5 に示す.観
察したところは，直径
1 mm の ミ ク ロ プ ー ル が 摩 擦 界 面 か ら 出 る 陪 I
J
I
iの ダ イ ス 出 口 付 近 で
0
.
5m m
ト一一一一一一一一-f
c
υω
o
﹂
。c
コ
て
c
o
'
-
』寸
(a)
(b) 0H
1P
Fig.
5 I
n
f
il
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'a
tion o
fl
e
s
s viscous l
u
bl
'i
cant i
n
t
o boundan
'e
gion under processing (L
contact I
4
1
-
2.5 mm )
.
0.5mm
ト
一
一
一
一
一
ー
「
co υω
﹂一刀
mc一COLH
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5
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0.5mm
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一
一
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C O﹂円
(a) 1
.5m m・
5
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0
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.
l
m
m， L
u
b
ri
c
a
n
t:l
p)
.
4
2
-
ある.写真では，試験片がダイスによってよから下へしごかれた場合の，
ミクロプ ー ル 後
端付近の状態を示している .この条例却
は ，一 つ 一 つ が 独 立 し て い て ， そ れ が 閉 じ た 形 状 と
なっているようなミクロプールがl
世撚 W
i
l
i
iに存在する場合の，
ミクロプールからの ~rJ 滑油
の流出挙 i
f
i
J
J
を ν ミュ レー トするものである.
立の潤滑油
こ れ ら の 写 真 か ら も 明 ら か な よ う に ， 低 粘l
た場合でも，
1P
. あるいは O
H の何れを則い
ミクロプ ー ル 後 鮒 か ら 潤 滑 油 が エ ッ チ ン グ さ れ て い な い 部 分 ， す な わ ち 工 具
と材料とが見紛け上接触をしていたと言える部分に入り込んだ形跡が I
l
j
1~f，'!に観察された .
さらに. L=O.5mm の 条 件 に お い て は . Fi
g
.6に示すように肢も低粘l.([r
i
l
J
の
1P を mいた
場合には，しごき加工の進行方向に対して，
iZ触而上に
ミクロプ ー ル か ら 左 右 の 側 方 向 の t
澗 iflirh が入り込んだ Jf3~ff.が伺える.さらに，
ミクロプ ー ルとミクロプールの￨日l
隔を品小と
した L=O.lmm では. Fig.7 (
a
) に示すようにかなり j
写い i
l
l
'
JW
li
l
i
1の l
肢が，
ミクロプ ー Jレ後
2
!で き た . こ の 状 餓 は 同 図 の (
b
)に示すように，
制から接触面上へ入り込む状悠が碓1
0.5mm
ト
一
一
一
一
一
一
→
c
o
υ
ω
umc 一﹁﹂O ﹂円
﹂一一
(a)After inlet
100R
Fi
g.8
(
b
)Betore outlet
(
c
)Betore outlet
2000H
100R
l
nf
il
t
l
'
a
ti
on o
f highly viscous lubricant i
n
t
o boundal
'Y
contact regi
on under processing (L
4
3
-
2.5 mm )
.
ミク
0
.
5m m
ト一一ー一一一寸
J
RrT
l
c
ω
U
o
﹂
。c一C O
コ
可
﹂円
園長国
(
a
)Atter i
n
l
e
t
Fig.9
(
b
)Betore o
u
t
l
e
t
Infiltration of highly viscous lubricant into boundary
contact region under processing ( L
0.1 mm )
ロプール中に封じ込まれた測すrJ油には切j圧 効 果 が ほ と ん ど 生 じ な い で あ ろ う と 考 え ら れ る
0.01 mm/s の 極 低 速 と し た 場 合 で も 同 級 に 観 察 さ れ た .
一方，高粘皮の潤滑油 l
O
O
R及 び 2
0
0
0
H を用い. L= 2
.5mm と し た 場 合 の 似 微 鋭 写 真
を Fig.8 に示す.観察したところは，
のダイス入口付近と，
ミクロプールが完全に燦燦'!I-而ょに入り込んだ 1
1
寺点
ミクロプールが j
事j
築 界 面 か ら 出 る 直 前 の 出 口 付 近 で あ る .こ の場合
も，試験片が平ダイスによって上から下へしごかれたときの，
付近の
ミクロプールの後刻i
状態を示している.
入口付近のものでは，
ミクロプールの後端の平Jf!部分に“だれ"を生じているのが認め
支/r
i
l
で は 観 察 さ れ な か っ た も の で あ る . 中火から山口付近では，
られる.これらは，低粘l
1
r
/
J
lが 後 触 回 上 に 入 り 込 み ， こ れ が 加 工 の i
並行方的l
に対して後方に筒
この“だれ"から潤il'
状にやjIびる状悠が観察された .ここ で注目すべきことは. i
W
J滑 油 が あ ま り 快 方 向 へ 広 が る
ことなしに，流動性を失った固体状となって入り込むということである.この傾向は 1
5
R
以上のすべての高粘皮/r
J
lに認められた . さらに. L=O
.lmm では. Fig.9 に示すように，
4
4
-
ダ イ ス 入 口 付 近 に お い て ， す で に か な り 厚 い 測 前 肢 が ミ ク ロ プ ー ル 後 端 部 を 判lしつぶすか
のようにして筏触面上へ入り込む状態が確認できた.また，ダイス山口付近においては ，
t
.fi触面上全体がこの j
早いれ1般 に よ っ て 刻 わ れ る の が 観 察 さ れ た . こ の 状 態 は ， 加 工 法 l
立を
O.Olmm/sの 極 低 迷 と し た 場 合 で も 同 般 に 飢 祭 さ れ た
一方，エッチングを施していない試験片(圧延材)及びエッチング材で凸材の吻合には，
低粘皮細l
を用いた H
寺の j
川工後の表 f
u
iは，とちらの試験片とも tJ~ 界 ìll~ iI't状悠にあったことを
示すようなスクラッチの多い光郷町となっているのが在日察された.これに比べて，高粘 J
主
i
l
u 100R 及び
2000H をJl J いた t~ 合，圧延材を川いた場合の )JJI 工後のお而は，仰い油!瓜が形
成されていたことを示す表而状悠が鋭策された.しかし高粘l
長
i
J
I
lでも ， 直 径
1m
m の円が
凸部となるエッチング材(凸材)では，低粘!立油と同僚にその後触聞はほとんとの部分が
スクラッチの多い光郷田を示しており， t..QJfl. ìll~m が支配{ドj な表面状態となっているのが!ill
l
祭された .百五粘度油を月 い た し ご き 加 工 の 場 合 の ， 圧 延 材 と 凸 材 の )
J
J
I工 後 の 表 聞 の 顕 微 鋭
写真を
Fig.1
0 に示す.
O.5mm
トーー一一一ー→
c
υ
↑ 山﹂
o
。c一C O
tコ
﹂円
(
b
)L=O.1mm，~一路
(
a
)A
s
r
o
l
l
e
d
F
i
g
.
1
0 S
u
r
f
a
c
ea
p
p
e
a
r
a
n
c
eo
fw
o
r
k
p
i
e
c
ea
f
t
e
ri
r
o
n
i
n
g
(L
ubl
'i
c
a
n
t
:2
0
0
0
H，
4
5-
R
e
d
u
c
t
i
o
n
:1
7
%)
2
. 3.2
摩擦係数測定結果
1
圧 延 材 を 用 い た 場 合 の ， 際 線 係 数 μ の日 1
1
定 結 果 を Fi
g
.1
1 に示す.低粘ro:油においては
stick-sli
pが発生し，水平力に脈動を生じるが，ここではその極大債と極小値の平均を
水平力とし，これより摩燦係数を求めた .
これらの結果，湖沼 illi の動車~皮が 10 2 cSt より
低い場合においては， i
f
'
:
.
3
滑
油
の[
i
j
J
粘度が低いほど摩j
祭係数は大きく，また，
1
02 cSt より
1
目する傾向にある.これらは
高い場合には，動粘度の増加にともなって摩擦係数は若干明J
一般の
S
t
ri
e
b
e
c
kI
l
t
l線 と 傾 向 が 一 致 す る . し ご き 率 の 影 響 は ほ と ん ど 認 め ら れ な い .
直径 1m
mの円が凹部となる凹材において，円と円との r
:
'
1闘 し を 0
.，
1 0.5， 2.5mm に 変
化させた場合の結果を F
ig.12 (
a
)- (
c
)に 示 す . こ の 場 合 ， こ れ ら の エ ッ チ ン グ に よ っ て
形成された凹部が ， ミクロプールとなって摩旅界而に入り込む条例によっては而圧，媛線
力ともに脈問jを 生 じ た が ， こ こ で は こ れ ら の 極 大 値 と 極 小 価 の 平 吻 値 に よ っ て 朕 係 係 数 を
求めた.また，摩j
察係数は 3/4 ス ト ロ ー ク 点 の 値 を 示 し て い る .
0.4
.01/4T.
S
企t
:
.2
/4T
.S
・
ロ3
/4T
.S
，
t
:
:
C
~
u
0
.3
As
-rolled
<
I
J
B
g0.2
1
1
才=30%
ち
ι
U
門
1
0
'
102
3
10
1
0
'
-
Lubricant viscosityat98.9'C /cSt
Fig.l1 Effect o
f lubricant viscosity o
n friction coefficientμ.
(A
s -rolled surface workpi
ec
e
.)
4
6
-
これらの結果から明らかなように，エッチングを施した試験片においては Fi
g
.10 の圧
延材の結果とは逆に，低粘度内i
l
ほと・殿様係数が小さくなるか，あるいは低粘re:i
l
l0
111
に摩燦
係数の極小が現れる.また，圧延材の湯合には，しごき率の影響はほとんど認められなか
ったのに対し，エッチング材で凶材の湯合には，しごき率を大きくすると勝係係数が減少
隔 Lの 小 さ い 湯 合 に 顕 著 に 認 め ら れ る . こ こ で
するのが認められた.とくに，円と円のJ:n
0
.
20
0
.20
~.
，
l
=
nU
F
L
3
80
.
'
0
_______.
c
。
}
υ
邸
u
内
c
o
一FUELL
，
_
.
J
:
r
"
'
σ-
__-0
_o-~
p
.
0
.
'
0
-'0-_
_
.
c
f
>
'
-
Z
J
R'=30%
-
FC@-u
1
n
u
de&-u
_-ー---0
.
.
.
-、
_____.
0_---0
Qて
OR='7%
、
司
o R='7%
・ぱ;:30%
"
'
80
.
'
0
・
L=O.lmm
よ 且05
~
0
0
1
0
1
'
0
2
10
103
・
L
u
b
r
i
c
a
n
lv
i
s
c
o
s
i
l
y(
9
8
.
9
'C
)I
c
5
1
(a)
1
0
'
L=O.lmm
， L=0.5mm
。μJbric，anl viscosily
1
00
01
(b)
102
3
'0
ぴ
，
(
9
8.
9.
C
)ノc
5
1
L=0.5mm
0
.
2
0
，
l
=
内
υ
υ
-
。
v
c
。
80
.
'
0
c
。
OR='7%
Fig.12 Effect o
f lubricant
u
• R
'
=30%
viscosity
L=2.5mm
coefficientμ
ιO.
缶
~一
.
，
'
c
-，
'
0
;
;
'
2
'
1
0--;;-3ゲ
，
:-0
1
0
'
'
0
;
;
0
L
ub
r
i
c
α
nlv
i
s
c
o
s
i
l
y(
9
8
.
9
.
C
) ノc
51
(c)
L=2.5mm
4
7
-
o
n
friction
CEtched surface workpiece.l
注目されるのは，高粘度主lJを使用した場合でも. L=O.lmm の 条 件 ， す な わ ち ， い わ ゆ る
工具と材料平坦部との俊触事が小さい条件においては，
し ご き 事 が 30% の と き の 摩 I
擦係
数が 0.1 以 下 に ま で 低 下 し 得 る と い う こ と で あ る .
且2
5
0
.
2
5
司、 020ト、~-'之、 o
"
1
L
t0.05~
0R=
[
7%
• R=30%
~.
L
=
O
.
1m m
0.
05
0
1
0
0
1
0
'
1
0
'
1
03
1
0
.
Lubr
i
c
α
n
tv
町 田t
y
(
9
8
.
9
.
C
) IcSt
(a)
n
u
1
c0
.
1
0
州
u
-
eI
/・
・
〆'ー
ハU
V0
1
.5
ト
・
.
.
.
-
5
1
I
=
<
.0.
20
o-MU-﹄比
Cω-u=&ou c
c
。
_ ~~
。
》
-
a
F 4 f d
。ぱ=17%
・
R=30%
.
o
r
陰
L=0.
25mm
0
1
0
0
1
0
'
1
0
'
1
θ
1
0
.
L
ub
r
i
c
o
n
tv
i
s
c
o
s
i
t
y(
9
8
.
9
.C)IcSt
(b)
L=O.I m m
L=0.25m m
且2
5
，
二(
12
口
υ
︽
-
。。
cu
F
- ou
〈エジれ
Fig.13 Effect of lubricant
viscosity
c 口1
0
・
0
.
05
。
ー
」
friction
coefficientμ.
R=30%
U
」
ι
L
on
OR=17%
0
CEtched surface workpiece.)
必グー幽 . L=0.5m m
1
0
'
1
0
2
1
0
3
1
0
ゐ
L
u
b
r
i
c
a
n
tv
i
s
c
o
s
i
t
y(
9
8
.
9
'
・
C)/cSt
(c)
L=0.5mm
4
8
-
Fi
g
.1
2 と は 逆 に ， 直 後 1m
m の円が凸音1
[と な る エ ッ チ ン グ 材 ( 凸 材 ) を 用 い ， 円 と 円 の
間隔 Lを
， 0
.
1， 0
.
2
5，日 目5 m
m に 変 化 さ せ た 場 合 の 結 果 を Fig.13 (
a
)
(
c
)に 示 す . しご
き~ R'=17 % の 場 合
Lの 小 さ い と き に は 粘 皮 の 影 響 は 比 較 的 小 さ い が ， し が 0
.
5 mm
に お い て は ， 低 粘 度 油 の 摩 擦 係 数 が 地 加 す る の が 認 め ら れ る .こ の結果を，
Fig・ I
I に示
す圧延材の結果と比較してみると，低粘j
支i
山の摩 l
祭係数は 著 し く 小 さ な 値 と な り ，逆に 高
粘皮 i
r
lの H
普 段 係 数 は む し ろ 大 き な 値 と な る . また Fi
g
.1
2 の 凹 材 の 結 果 と 比 較 す る と ，何
れも凸材の摩 J
祭係数は大きな値を示す.
i
lJではしご き率 17%のとき の
つ ぎ に ， 凸 材 で し ご き 率 が 30%の 場 合 で あ る が ， 低 粘 度 r
r
lに 比 べ て 低 粘 l
支油ほ
値に比べ著しく摩擦係数が低下するのが認められる.また，高粘皮i
r
l
iにおいては，低粘!支 /
1に 比 べ て し ご
ど摩擦係数は小さくなる傾向にある.一方，高粘皮 i
き率の影響は小さいと言える.
2 .
2.4
.1
4
三管
委事
材料表面観察による潤滑機構の考察
Fi
g.
5に 示 し た 材 料 表 而 の 顕 微 鏡 鋭 察 の 結 果 に お い て ， 低 粘 l
交l
i
1Jを汀l
いた低迷加工の場
合でも，
ミクロプ ー ル 中 の 潤 滑 油 が エ ッ チ ン グ に よ っ て 形 成 し た ミ ク ロ プ ー ル 後 端 か ら ，
工 具 と 材 料 との 援 触 回 [
U
Iへ 入 り 込 み 得 る と い う こ と が 確 認 さ れ た . ま た ， Fi
g
.6 に 示 し た
よ う に ミ ク ロ プ ー ル の 後 端 の み な ら ず ， ミクロプ ー ル の 周 囲 か ら 等 方 的 に 測 滑 油 が 後 触 回
:
r
1
:に 入 り 込 む 状 態 が 観 察 さ れ た . さらに， Fi
g.
7に 示 す よ う に ， 凹 材 で L=O
.l
m
mの条件
においては ， [
i
j
J圧 効 果 に よ る ミ ク ロ プ ー ル か ら の 潤 滑 油 の 流 出 が ほ と ん ど 生 じ な い と 考 え
られる，
O.
Olmm/s の 位 低 速 加 工 条 例 に お い て も ， 低 粘 度 油 は 厚 い 力 I
J
肢となって， ミクロ
プー ル の 周 回 の 工 具 と 材 料 と の 接 触 而 問 へ 入 り 込 む の が 観 察 さ れ た . こ れ ら の 場 合 ， ミク
ロプ ー ル は エ ッ チ ン グ に よ り 形 成 さ れ た も の で あ り ， そ の 周 聞 は か な り シ ャ ー プ エ ッ ジ と
なっているにもかかわらず潤滑油が入り込むのが注目されるところである.これらの観察
結果は ， 何れも動圧効果による il~l 滑油の流出 6}
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
)
ということでは説明できないもので
i
封 滑 機 備 に よ っ て 工 具 と 材 料 と の 後 触 面 防l
へ入
あり，低粘度計lJの溺合 ， 動 圧 効 果 と は 別 のl
り込むことを示唆するものである .
一方
， Fi
g.8 に 示 し た よ う に ， 潤 滑 油 の [
i
j
J粘lJ[が高くなるにしたがって際線界面では高
4
9
-
面圧のために潤滑油の動車~I支はさらに商くなり，あたかも間体状に挙動する状態が鋭察さ
れた.このような閥的 J
i
l
lの状態では，
ミクロプ ー ル か ら 工 只 と 材 料 と の t
.
l
'
?
触
而n
へ流出し
難くなるとともに，たとえ t
.fi触而￨切に入り込んだとしても，そこで流動するための低抗が
大きい放に，接触而r.l
1
に均一に十分行き 1
1ftらないであろうと俄然される.
2
.4
.2
摩擦係数測定結果による潤滑機構の考察
(1) 圧 延 材 と 凸 材 の 検 討
圧延のままの而を試験片の表面とした圧延材では， j，民粘Dri
l側 で j
掌j
策係数が I
詰大となる.
1
;
1で も 示 し た よ う に 低 粘 度 油 で
被加工材表面粗さが小さく，低速加工であるために，第 1
は工具と材料との摩擦界面への持込み置が小さく，加工 r
l
'に j
挙
J
J
:
iWD
師で潤滑油が不足した
状態となり易いためと考えられるものである.
一方 ，凸材で，
しごき率 17% の場 合 に は ， 圧 延 材 に 比 べ て 低 粘 I
支
I
l
l
tの j
管僚係数は低下
するものの，やはり低粘度。(
1で 降 線 係 数 の 噌 加 す る 傾 向 が 認 め ら れ る . し か し ， し ご き 率
が 30% と 大 き く な る と 低 粘 皮 油 の 隊 燦 係 数 は 低 下 し ， む しろ湖沼油の動車i
!
皮が低くなる
D
ri
r
l
1における摩係係数の挙動は，
ほど!事係係数が小さくなる傾向を示す.このような低記i
以下のように考えることができる .
!
日工材とし，
凸材を被 J
しごき率が小さい条{斗においては，エッチングによって加工され
凹部となっている部分は，加工中の際機界而においては i
i
l
l絞 し た 状 態 ， す な わ ち ミ ク ロ プ
ー ル が 辿 統 し た 状 態 で 存 在 す る こ と に な る. し た が っ て ， こ の よ う な エ ッ チ ン グ に よ っ て
形成された述続するミクロプール中の低粘皮泊は，
J
!
日工の進行にともなってこれらのミク
ロプールを巡って系外へ流出してしまい，ほとんど静水圧を発生することはない.このこ
JfIらかである.
と は 過 去 に 行 っ た 円 筒 し ご き に お け る 実 験 11) .12) からも I
Wt
先するミクロ
1
1
1に ， 金 型 の 表 面 で 破 断 し た
プール中に存在する低粘Dr泊は，ダイス而上をすべって行く 1
肢を補修する程度の効果しかないと忠われる.しかし，このような助合でも，圧
境界湖沼 l
延材のように，接触而上で幸子しい澗汗J
i
U
Iの不足をきたし，
i
l
h
J
肢が破 l
析して固着状態に近く
なっているものに比べれば，潤滑的には~かに良好な条{斗である.これらは，実際の加工
においても，加工の途中で潤滑油を塗り直すと，加工力が低下するという事実からも明白
である
13)
この結果，凸材における!事係係 数 が 圧 延 材 に 比 べ て 小 さ く な っ た も の と 考 え
ることができる .
支i
l
1
1
の陰線係数は低下し，
一 方 ， 凸 材 に お い て も し ご き 率 を 30% と 日 く す る と ， 低 粘 l
phu
n
u
高粘度油よりむしろ摩僚係数が小さくなるのが1
4められる. しごき率が 30% の 幼 合 ， 顕
微鋭観察の結果では，凸となっている円がつぶされ，円と円との 1 :11 に存在する隙 11~ が次第
に小さくなり，ついには，閉じた形状のミクロプールの状態に近付くようにな状況が観察
形成されるようになると，低
された.このように，凸材でも閉じた形状のミクロプールが j
粘度油ほど摩燦係数が小さくなるということが注目されるところである.このことに関し
n
ては，次宅 に お い て さ ら に 検 討 す る .
(2)凹材の 検 討
加工当初から，被 j
J
日工材表面に大きなミクロプールが存在する場合には，測計'
J
i
l
l
lの動粘
l
l部 分 の 澗
度にはよらず，工具入口付近においてパップァー効果によって，被加工材の平 !
i
I
'
l
i
l
l
lはミクロプ ー ル 中 に 一 度 取 り 込 ま れ る こ と に な る
すなわち，工具入口近傍において
動圧刻j巣 に よ っ て 潤 滑 油 に 圧 力 上 昇 が 生 じ た と し て も ， 被 川 l
工材の平 t
旦部分の 1
自治 i
l
lは加 l
工の進行にともなってミクロプールへと逆に流山してしまうために圧力上昇が緩和され，
結局工具入口近傍では ，
平坦部分 l己流体力学的作用による il~J ?
;
'
J肢 は 形 成 さ れ j
j
tい.このこ
とは. Fi
g
. 1
0 に 示 し た 圧 延 材 と 凸 材 のJ
I]工後の表而をも!
J祭 し た 結 果 に お い て も ， 圧 延 材
に比べて凸材の表而にはI¥l
l
肢が形成されていないということからも衷付けられる.このよ
うな状態が工呉出口まで続く場合には. )寧持~係数は湖沼九I1 の動粘 J支に関係なく高い一定の
値を示すであろう . しかし，低粘re:油においては，一つ一つが独立していて，閉じた形状
のミクロプ ー ル が 摩 燦 界 而 に 形 成 さ れ る よ う な 状 況 と な る と . l
J
it
'
i
I
.
立
I
¥
l
lに比べて手干しい路
線係数の低下が認められる . と く に ， し ご き 皐 の 高 い 場 合 に 顕 著 で あ る .
こ閉じた形状のミクロプ ー ルが形成されると，低五5
1
及川l
の場合 ，
このように，摩燃界而 l
g
.1
4 に 示 す よ う な 凹 材 (L= 25
m
m )に
潤 沼 状 態 が 著 し く 改 善 さ れ る と い う こ と は . Fi
目
.1
m
m )のJ>
t
l
妓係数とを比較することに
おける脈動の短大値及び短小値と ， 凸 材 ( し = O
よっても確認することができる .
前にも主s
べ た よ う に ， 凹 材 (L=2
.
5
m
m
)では，円と円の 1
1
¥1
陥しが，
しごき率 17%の加
工条件において幾何学的に形成される工具入口から出口までの距離，すなわち際線界商の
察界面上か
長さ (2m皿)に比べて大きい . こ の た め ， 工 具 と 材 料 と が 摩 係 し 合 っ て い る 摩 i
ら段初のミクロプ ー ル の 列 が 出 て し ま う と ， つ ぎ の ミ ク ロ プ ー ル の 列 が 入 り 込 む 前 の 段 階
に お い て ， 際 線 界 面 に ミ ヲ ロ プ ー ル が 全 く 存 在 し な い 状 態 と な る . この 1寺点において摩僚
係数の値に極大値が生じる.逆に傾小値は，これらエッチングによって形成したミクロプ
phu
l
M
L崎
只} q u p b
可
，
勺ζ
'l Ti T'
h
'
0.
3
司
ノ/ / ' J J
41
O A ロ
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4
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(
J
)
U
な=
3
02
c
0
.
日
L.
LL
0.1
0
0
10
Fig.1
4
2
10
'
1
0
103
Lubricant v
iscosi
t
yat98.
9'C/cSt
Relation between fricti
o
n coeffi
cient and
l
u
b
ri
c
ant viscosity. Reduction i
n thickness: 25%.
ールの列が摩燦界而に 1l
?
)
l完 全 に 入 り 込 ん だ と き に 生 じ る .
1
:
1，す な わ ち ， 燥 機 界 聞 に ミ ク
このような凹材 CL=2.5mm) が 極 大 値 を 示 す と き の 条 j
主連続
ロプールが全く存在しなくなる条件に比べて，凸材の場合には，そのミクロプール l
しているものの， )
1
日工中に常時ある程度のiI目滑油を満たしたミクロプールが岸線界而に存
在していることになる . それにもかかわらず，低粘度計lJの場合，凸材の殿様係数は凹材の
摩j
諜 係 数 の 極 大 値 よ り も 大 き な 値 を 示 す . ま た ， 凹 材 の ミ ク ロ プ ー ル の l列 が 完 全 に 摩 僚
界 固 に 入 り 込 ん だ 場 合 の ， 摩 擦 界 面 に お け る ミ ク ロ プ ー ルの古)
1合 を 慨 鈍 す る と ， 約
5-
1
0 % 程 度 に す ぎ な い に も か か わ ら ず ， こ の よ う な 条 件 下 ， すなわち!管僚係数が極小値を
示すときの低粘度れb
の 摩 擦 係 数 は ， 圧延材及び凸材に比べてお:しく小さな値を示す . この
結果から，前項の凸材の 30% のしごき率における場合と同級に，低粘 l立~lJにおいては，
閉じた形状のミクロプ ー ルが摩撚界而に入り込んだときに，潤滑状態が広い純聞にわたっ
て著しく改善されることが分かる .
5
2
-
ー方，潤滑油の動粘皮が i
a
iくなるにしたがって， Fig. 1
4 の結果からも明らかなように，
摩j
損界聞に閉じた形状のミクロプ ー ル が 入 り 込 ん だ と し て も 際 燃 係 数 の 低 下 す る 宮1
1
合は小
さくなる . しかし， F
i
g.
1
2 (a) に示したように，高粘[支~1Iの場合でもし =0.1 m
m で ，し
ごき率が 30% の ， い わ ゆ る 工 具 と 材 料 と の 媛 触 率 が 小 さ い 状 態 と な る 条 例 ( こ の 湯 合 ，
ミクロプ ー ルから固体状となって入り込んだ測1t'liJlJが筏触而の多くの部分をなl
い
， t~ 触率
は後何学的な t~ 触r.f，íよりもさらに小さい状態となっている のが鋭去をされた .
係数は
)では，康俊
0
.
1 以 下 の 小 さ な 他 に ま で 低 下 し mる . こ の こ と は ， 日 粘 l
立i
l
l
lでも 工 只 と材料と
の直後 的な媛触 率 を 小 さ く す れ ば 際 線 係 数 は 小 さ く な り 得 る こ と を 示 す も の で あ り ， 百
:
i五
1
!
度
前1の 場 合 で も そ の 摩 僚 は ， 工 具 と 材 料 と の 接 触 而 問 の i
J
¥
!
l
1t'l状態によ って支配されている
ことを示すものである .
2 _
5
系吉
言言
エッチングによって被加工材表面にミクロプールのモデルを形成し， )l詳lJi.i界而に存在す
るミクロプールからのn'，~Wl仙の接触而 Hn への浸透流出挙 ifYJ について検討を加えた .
その結
果をまとめると以下のようになる .
1) 低 粘 l
主泌を用いた場合，湖沼地l
は等方的にミクロプールの周囲に浸透流出している
のが観察された.
さらに，
動 圧 効 果 に よ る 流 出 が ほとんど生じないと考えられる，
O.
Olmm/s の 極 低 速 )m工条件においても，低粘度目I
1はJIl-いれ 1
I
1
肢となっ て ミ ク ロ プ ール
の周聞の工具と材料との後触部へ入り込むのが観察された.この湯合，
ミクロプール
の 周 囲 は 何 れ も エ ッ チ ン グ に よ り 形 成 さ れ た も の で あ り ， か な り シ ャ ー プエッジとな
っ て い る に も か か わ ら ず 潤 滑 油 が 入 り 込 む .これら の結果は ，何 れ も 動 圧 効 果 に よ る
制約制!の流出ということでは説明できないものである .
2)
被j
J
日工材の表面粗さが小さく，かっ， j
J
日工速度の小さいような条件，すなわち低粘
度~1Iにおいては摩娘界而に十分持ち込まれず，摩 J築界而でミクロプールが形成され得
ないような条件においては，低粘!主力1Iほど際線係数は大きくなる.しかし， 一 つ 一 つ
が独立していて，閉じた形状のミクロプールが摩僚界而に形成されるようになると，
測滑状悠が広い範囲にわたって著しく改善され，逆に雌持~係数は低粘 l交~Ii ほど小さく
なることが明らかとなった.
5
3
-
3) 高粘 l
豆油になるにしたがって，摩様界面では高而圧のために， l
i
l'l滑油自体の 粘度も
t
目加し，あたかも固体状に挙動することが顕微鏡観察によ って示された . ま た ， 高 粘
皮iJ
J
lの閉じた形状のミクロプー Jレが降係界[町に形成されても，低粘 l
立i
l
Uのような降線
係数の低下はきたさないこと，しかし，
司粘度 l
i
l1でも工具と材料との直後的な筏触率
I
が小さくなる条件においては，降線係数が 0
.
1以 下 の 小 さ な 値 と な り 得 る こ と が 確 認
できた.
〈ご委主主ヨiS-三之
m.
犬三〉
1)片岡征二 ・菅 野 恵 介 ・木 原 持 二 :37 回~性加工迎合 j持続会講演論文集， (1986) ， 447 .
2) 片岡征二 ・菅 野 恵 介 ・木 原 科 二 :塑性と J
j
日
工
， 2
9
3
2
7(
1
9
8
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8
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(
1
9
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2
7
目
4) C
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k，N.H.，L
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.，Shaw，M.
C
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n Machinist，1
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6) M
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1o
f Lubrication Techno1ogy，
1
0
4
-1(
1
8
2
)， 5
3
.
7)小豆島明 ・坪 内 昌 生 ・工 藤 英 I
I
f
J・古 田 忽 明 ・2
長村怒主主:塑性と J
j
[
J
工
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(
1
9
8
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)， 1
6
31
.
8) 院鋒 ・ 工藤 ~ I珂 ・ 坪内巴生 . if:il隆弘:塑性と加工，
2
8
3
1
2(
1
9
8
7
)，4
1.
0
2(
1
9
8
5
)， 1
01
.
9) 工 藤 英 明 : ff~Jirl. 3
10) 水 野 高 磁 ・平 崎 彦 治 :測
m， 21-5 (1976)，324
11)片岡征二 ・田中益夫 :3 1回塑性加工迎合講演会講演論文集， (
1
9
8
0
)，2
3
9
.
9
3
2
5(
1
9
8
8
)， 1
7
2
.
12) 片 岡 征 二 ・菅 野 恵 介 ・木 原 醇 二 :塑性と加工， 2
13) J
. A.S
c
h
e
y
Tribology i
n Metalworking， (
1
9
8
3
)， A
m
e
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.S
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.M
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t
a
l
s
.
5
4
-
祭事 3 毒重
信ヨミ逗蓋 E芝 し ご き 力 口 二じ に お け る 本 オ 事4三重差
在百*且さ，
二E 主義事長三百万 才立さ，.
j問宇白す由'"占
B乏&乙戸、 J
J
口 コこえ豆iOCa:>{;['三宅:~'l!1)__7)
:3 _
1
系
者
一
言言
m
. ì架さ~!~ 60μm の ミ ク ロ プ ー ル
前 な に お い て は ， 被 加 工 材 表 面 に あ ら か じ め 直 径 1m
f
i々 変 化 さ せ て し ご き 加 工 を 行 い ，
をエッチングによって形成し，使用する潤滑油の粘皮を f
その l
時 の ミ ク ロ プ ー ル 近 Mに お け る 材 料 の 表 面 の 変 化 を 顕 微 鋭 で 鋭 校 す る こ と に よ っ て ，
さらに，加工中の摩擦係数をiJ!
15iすることによって，
ミクロプールからの潤滑油の流出挙
動に付いて検討を加えた .
この結果，低粘m:油はミクロプールから緩触図上へ等方的，あるいはむしろしごき方向
.01 mm/s の 極 低 速 度 の し ご き
に垂直な横方向により多く入り込むこと，またこの場合. 0
加工においても媛触而上に入り込み得ることを磯認した . さらに，低粘皮泊の場合，摩j
察
察界面の湖沼状態が広い
界簡に閉じた形状のミクロプ ー ル が 形 成 さ れ る よ う に な る と ，摩 i
範囲にわたって著しく改善されることを確認した.
このような潤滑機構が生じる場合，工只と材料との直接接触部は，
一つ分断 し，そこに 1
I
目別I1
1
lを 封 じ 込 め て い る メ タ ル シ ー ル と 想 定 さ れ
ミクロプールを一つ
mるものであるが，
E
I
ll草 に お い て も 述 べ た よ う に ， そ の シ ー ル 部 を 榊 成 し て い る 工 具 の 表 面 粗 さ は ， 湖 沼 i ! l1
の 動 粘 度 と と も に ， こ の ミ ク ロ プ ー ルからの測すf
l油 の 浸 透 流 山 本 町jを 支 配 す る と 言 え る ほ
どの重要な因子のーっとして考えられるべきものである .
I
;
'
fl
i
lの フ ァ ク タ ー ， す
また，このような潤滑機併が生じるような加工条件においては. 1
なわち加工速度が関与するであろうことが十分予測されるところである .
~するに，加工
中の摩擦界面において形成されたミクロプールから，工具と材料との直t.lH~ 触回 1m に湖岸i
~Ù が浸透流出するようなプロセスが長時間持続した場合 ， たとえば，工具と被加工材との
相対速度が非常に小さくなった場合，
ミ ク ロ プ ー ル中にf;
J
じ込められて高い約水圧を発生
n
していた潤滑油が，つぎには，摩擦界而の工具入口から山口に至る 日に如何なる挙動を示
すかは興味ーのあるところである.
u
民
'
h
υ
本 12 ではこのような観点から，前 ~I;'l で m いたのと同微の平板しごき lli~経 l察試験袋町にお
い て ， 平 ダ イ ス の 表 面 犯 さ を 程 々 変 化 さ せ ， さ ら に 加 工 速 度 を O目
。
1mm/s の極低速から
1
0 mm/s まで変化させ，潤柄拘1
Iの
[
j
)
J
粘皮との関連の下で，工具表面粗さ及び加工速度が，
語界関に形成されたミクロプールからの測滑れ1
Iの流出挙動に及ぼす日三位!について調査し，
摩i
検討を加える .
:3 _
2
5足段J:i:ブヲ法王 Zえと〆ヨミ~ t~ ぎた イ'~I二
3
.2
. 1 被 加 工材 お よび表 面処 迎
l挙 動
摩 擦 界 而 に お い て ， 材 料 の 表 而 に 形 成 さ れ る ミ ク ロ プ ー ル の 多 少 及 び 大 小 は ， 制 十r
に f6 型撃を及 lます重~な因子である .
そこで，被加工材の表面状態を，圧延面をそのまま被
加工材の表而とした圧延材で，しごき I
J
l
l工 方 向 と 圧 延 方 向 が 一 致 す る も の ， 同 じ く 直 角 に
なるもの，また
1平 方 イ ン チ あ た り 250X250 メ ッ シ ュ の モ ア レ 原 版 に よ る エ ッ チ ン グ
面(エッチング材)のような表而とし，その表而状態の影響に付いても倹討を加えた.エ
ッチング材においては，深さ約 20μm， 一 辺 約 60μm の方 j
彩ピットが
O
.1mm ピッチで
均一に分布した表面状態となる . な お ， エ ッ チ ン グ 材 に お い て は ， し ご き 加 工 方 向 と 圧 延
方向を一致させた.これらの被加工材の表而の粗さ I
U
I線 を Fi
g，1に示す .
被加工材の材質は前 1~_Lと同僚の 7 -
3
i
i
t銅 ( C2600Pー 1/2H ) で ， 板 回
tは 1m
m のもの
4
0m
m の短問状に仕上げてから表向処世を絶した .表面処理は
を使用した . これ を 25X1
片n
l
Jのみとし，処理した面が外DtI
J
と な る よ う に ， ポ ン チ 府 側 約 30mm の uuげ型(クリア
ランスJ.2t) を 用 い て 曲 げ 加 工 を 行 い ， こ れ を 実 験 に 使 J
T
Jする試験}，とした.
3.2. 2 工 具 (平 ダイス) 表 面 粗さ
工 具 先 鍬 に は 超 硬 合 金 (J 18
G 2 相 当 ) を 装 着 し ， そ の 表 而 粗 さ を Fig.2 に示す
聞に N
o，
，
1 N
o，
2.
'・
ように騒々変化させた . 以 下 に お い て は ， 表 面 粗 さ の 小 さ い も の か ら l
'" No.5 と表記することにする . N
o
.1工具はラッピング)JI1工によって仕上げたもので，
その表而粗さは，表面粗さ計の倍率を
2万{告に!Jt大しでも ， な お は っ き り し と た 凹 凸 が 認
められないほどに平滑な而となっている . ラ ッ ピ ン グ 加 工 に よ っ て 仕 上 げ た 工 具 以 外 の も
のは，とくに注記したものを除いて，しごき J
日工方向に対しその組さの凹凸の凹部，すな
5
6
-
ヒ
;
0
.
1mm
O.1mm
As-rolled
Etched
F
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g
.
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i
o
n.
わちチャンネルの方向が垂直となるように 研 削1
m工 に よ っ て 仕 上 げ た . No 5工 具 で 段 大 の
目
約 3μmR
m
a
xの表而粗さとなる .
3
.2
. 3 潤滑油及び実験方法
潤滑油は こ れまでと同僚のもので，第 2~ の Tab 1
e 1 に示したれ1
I性向上高1
1も極圧斉1
1も
l
の塗布は同級に，工具(平ダイス)面及び
含 ま な い 炭 化 水 素 系 合 成 潤 滑 油 で あ る . 湖沼れi
1
試験片の工具(平ダイス) 0
1
1
とした.
実 験 に お い て は ， 同 一 条 件 で 試 験 片 を 各 2枚 づ っ し ご き 加 工 し た . 1枚目
2校目とも，
0
0
0
0 のTl
JfW紙 に よ っ て ダ イ ス 而 を 軽 く ラ ッ プ し ， そ の 後 十 分 脱j
J
旨してか
しごく前には :
1
+1
ら所定の~\y滑油を塗布した .
なお，ポンチと平ダイスとのクリアランスは，シックネスゲーシ'を伺いて調笠し，片
f
;
l
は ，前l;iで示したよ
側のクリアランスを板 j
立の 60% にした . こ の 場 合 の 実 際 の し ご き i
尽U
司
'
'
うに 30% と な る . ま た ， ダ イ ス 半 1
1
jはすべて 5.一定とした.
さに注目した実験においては
)
)
1
1工iA肢は，工具表而 m
1.5mm/s 一 定 の 低 速 で 実 験 を 行 っ た . こ の 場 合 の 被 加 工 材
としては，圧延材，サンドプラスト材及びエッチング材を川いた. 一方
，
について注目した実験においては，
)
)
1
1工 速 度 の 影 響
O.Olmm/s の極低速から 1
Omm/s までの I
H
Iで 4段階に
変化させた.この場合の被加工材はエッチング材のみとした.
No.I Surfoce roughne日 curves
2
3
4
5
F
i
g
.
2 S
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n
.
5
8
-
3
3
三尾出会話:吉男ミ
L
J
O工速度1.5m
m/sに お け る 圧 延 材 の 摩 擦 係 数 測 定 結 巣
3
.3
. 1 1
F
i
g
.
2 に 示 し た よ う な 極 々 の 表 而 粗 さ に 仕 上 げ た 工 具 を mぃ，加 工 法 l
立を1.5mm/s
一 定 と し て ， 圧 延 材 を 被 加 工 材 と し た 喝 合 の 摩 燦 係 数 訓1
定 結 果 を Fi
g
. 3に示す.圧延何
F
)ーストロー ク (
S
) 線 図 に お い て ， 高 粘j
立i
t
l
lの J
学j
察力は多くの助合， 1
m
の場合，摩{察力 (
工の当初jにわずかなピ ークを 生 じ ， そ の 後 は ほ ぼ 一 定 値 を 示 す .低 1
¥
1
;
1
.
立 油では多くの場合，
U
Iの 段 階 に お い て s
ti
c
k
s
li
p を生じ，その後は 1
日工の巡行にともなってその i
底的
加工初 J
は減少する . しかし，摩 j
策力 l
立市r
1
¥
1
す る も の が 多 く 認 め ら れ た .本 実 験 で は 全 ス ト ロ ー ク
0
.
.
0
0
.
.
0
0.
35
0.
35
ミ
0
.
3
0
同
.
• N
O
.
l
x NO.2
o NO.3
l
J
.
ミ
ロ
0
.
3
0
c
e
U0
.25
N
o
.
L
N
o
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5
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.
;
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・
。
u
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B
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r as-rolled surface w
o
r
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i
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c
e
.
5
9
-
(T. S.) の 1/4， 2/4， 3/4 ス ト ロ ー ク 点 に お け る 序 係 係 数 μ を求めた. F
i
g
.
3(
a
)
及び (
b
)は，それぞれ，しごき加工方向に対して圧延方向が平行方￨河，及び匹釣方向の試
験片における 3/4 ス ト ロ ー ク 点 の 摩 擦 係 数 の 測 定 結 果 で あ る .
紫板の圧延方向としごき J
)
日工方向が平行となるようにして作製した圧延簡の試験片にお
o
.1工呉を除いて， 9
8
.
9・
C のi
f
Y
J粘 l
交が 1
02 c
St
いては，ラッピングによって仕上げた N
以下では，低粘度泊ほど j
李被係数は大きくなるのが認められる.また，この湯合，しごき
加工方向と垂直方向に付けた工只表而粗さの大きいものほど摩機係数が大きくなる.しか
し，ラッピングした工具においては ，J
管j
祭係数は 9
8
.
9'
Cの動車l
i
l
交が 1
00-10' c
S
t にお
いて極小となるような結果を示している.
一方，圧延方向としごき )
m工 方 向 が 直 j
l
Jとなる試験片では，工只表[問中Hさの大きい場合
には，平行方向の試験片の結果と問機の傾向にある . しかし，ラッピング工具では，潤滑
油の動粘度が低いほど摩燃係数は小さくなり，またそれよりも表而粗さの大きい
N
O
.
2の
研削工具においても ，低 粘 l
交l
i
lIにおける幸子しい摩擦係数の 1
0
;
'
)J
j
日は認められなくなる .
3
.3
.2
加 工速 度 1
.5mm/s に おける エ ッチン グ材 の 摩 様 係 数 測 定 結 果
エ ッ チ ン グ に よ っ て 被 加 工 材 表 而 に ， あらかじめ微釦!な ミ ク ロ プ ー ル を 多 数 形 成 し た 試
験片の場合 ， すなわち，燦燦界而において ~~J 滑油の豊富なミクロプールが多数存在するよ
うな条件下では，何れも )
J
l
1工 の 初 W
!の 段 階 で わ ず か な 際 線 力 の 1
i
'
!)
J
I
Iが 認 め ら れ る が ， こ れ
らはすく'に低下し，その後は全ストロ ー ク に 対 し て 摩 燦 力 は ほ ぼ 一 定 値 を 示 し た . したが
/4T.
S
. 点以降では ，すでにすべてのものは定常状悠に注している
って， 1
3/4T
.S
点における結果を F
i
g
.
4 に示す .
エッチング材では ， す べ て の 工 具 犯 さ に お い て 際 線 係 数 は 制 汗I
l
i
l
J
の[
U
J粘 l
立が低いほど小
管燦係数は小さい値を示す
さくなる . また ，低粘度I1I1では工具の粗さが大きいほどむしろ j
とともに，この場合， μ = 0
.
0
3 と い う 著 し く 小 さ な 他 を 示 す . 一方， f
h粘 l
立油になるに
したがって工具粗さの影響は小さくなる .
3
.3
. 3 加 工 速 度 の彪型車
エッチング材を用い， ~~J 滑油の粘皮及び工具表而籾さを ffiì 々変化させ，さらに加工速度
を 0
.
0
1- 1
0 mm/s に 変 化 さ せ て 摩 係 係 数 を i
}
V
!定 した結果を Fi
g.
5 (a)- (d) に示す . こ
.S
. )の 3/4 の 点 に お け る 摩 娘 係
の場合の摩擦係数は，しごき加工の全ストロ ー ク ( T
6
0-
0
.
2
5
• N
O
.
l
xN
O.
2
o NO.
3
D
. N
o
i
h0
G
.
1
5
ω
。
。
υ
0.10
C
ー
、
J
0
.
0
5
比
。
1
00
1
0
'
1
0
'
1
03
1
0
'
Lcb
r
i
c
a
n
lv
i
s
c
o
s
i
l
y0
198.9'C/c
5
1
F
i
g
.
4 Effect o
fl
u
b
r
i
c
a
n
t viscosity o
n friction coefficientμfor various
surface roughness o
ft
h
ef
l
a
td
i
ea
n
df
o
r etched surface workpiece.
数 μ を求めた .摩探力(F)ーストローク
(
S
) 線図において隊機力は， ))0工の当初jにおいて
ピークを示し，以後低下して定治状態に淫するという挙動を示したが， 3/4ストローク点
においては何れのものも際線カは定常状態に淫している .
F
i
g
.
5(
a
) に示したように ，粗 さの非常に小さい N
o
.1工具(ラッピング工具)の幼合，
すべての潤滑油の動粘度において，しごき)JIl工速度の地加にともなって際線係数が治加す
主
力I
1に お い て は 顕 著 に 認 め ら れ る . ま た ， 何 れ の 加 工 法
るのが認められる .と くに，高粘 l
策係数は小さい f
砲を示す .
度においても，低粘m:油ほど燦 i
研i
'
i
l
Jによって仕上げた N
o.
2 工具においては， F
i
g.
5(
b
) に示すように N
o
.
1 工具とほ
ぼ同僚の傾向を示すが，加工法 l
立が遅い場合に低粘度油の}唆 j
策係数が若干明 )
J
日するのが認
められる . また，摩 j
察係数は，粗さの小さい N
O
.
I 工具よりもむしろ全体的に小さく，こ
の傾向は低粘度油において，より顕著に認められる .
訟も大きい
しごき加工方向に垂直な方向に犯さを付けた工具において，その表面粗さが I
N
o
.
5 工具においては， F
i
g.5 (
c
) に示すように動粘度の高いiI官庁}仙 の 場 合 に は
N
O.I
工具及び N
O
.
2工 具 と 問 機 に ， や は り 速 度 の 地 加 に と も な っ て 路 線 係 数 が 泊 加 す る の が 認
6
1
且3
0
0
.
3
0
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• 1p
RdnuRdnU
nunu
nunu
司 MCEu--z υco--uこ比
x0村
0
.
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ミ
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3ノ4T
.
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2211
3/4T
.
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e
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p
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p
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且2
5
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且2
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5
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0
R
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u
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内
ハ
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uこ比
2A10
主主
ミ
王
且2
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m
m
.
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(d) No.6 1
1
0
¥d
i
e
(c) No.5 f
I0¥di
e
F
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g
.
5
1
0
'
1
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i
n
gs
p
e
e
d V /mm.
c
l
Effect o
f ironing speed o
n friction coefficient f
o
r various
q
M
q
M
σゐ
1nH
nH
ν
ρ
M
し
P.
u
o
命
の
D
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m刷
α
-h川
c
e
t
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“
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刈
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“
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ハu
U剛刊
n
h
u
(
lubricant viscositr a
n
df
o
r varlous surface roughness o
ff
l
a
td
i
e
.
a
s No.5 fI
at di
e， but the
channel o
ft
h
e surface roughness i
s parallel t
o ironing direction.)
6
2
-
められる.一方，しごき加工速度が 1mm/s 以 上 で は ， 低 粘 l
主I
I
I
Jほ ど 防 総 係 数 は 小 さ な 値
立政も小さい値を示す. しか
を示すとともに，他の工兵条件に比べて低粘皮油の摩燦係数 l
し
， 0
.
01
-0.1 mm/s の 低 速 加 工 速 度 傾 i
誠においては，逆に低ね.
i
l
交i
l
l
lの j
官僚係数が急激に
I
甘加するのが認められる.
Fig.5 (
d
)に示すように，
向に粗さを付けた
N
o
.5工 具 と 組 さ は 同 じ で あ る が ， し ご き )
J
日工方向に平行な方
N
o.
6工 具 に お い て は ， 高 粘 l
支柱1では他の工具条1'
1と ほ ぼ 同 僚 の 傾 向 を
示す .一方，低粘度油においては， NO.2工 具 と ほ ぼ 同 様 に ， 加 工 法 l
支が迎い泌合に， ~詳燦
係数は若干 t
首J
!
日する傾向を示す.しかし，全体的な摩機係数の l
i
I
T
は NO.2 工 具 よ り も 大 き
o
.
1 工具に近い値となる.
く，むしろラッピングによって仕上げた N
3
.3
.4
摩擦力(F)ーストロー ク (
S
)線 図 の 観 察
エッチング材を用い，平板しごき型殿様試験装 i
世によって得られた， f事持~力 (F) ースト
ロー ク(
S
) 線 図 の 一 例 を Fig.6 及 び Fig.7 に示す
∞
i
J
l 1 R を用い， 0
.
0
1 mm/s の 極 低 速 で し ご き 加 工 し た 場 合
Fig.6 (
a
)， (
b
) は 高 粘 度t
のものである .表 而 犯 さ の 小 さ い NO.I 工 具 の 場 合 ，!JIl工が始まると同 H
年に s
ti
c
k-s
li
p
が発生し，これは加工の最終ストロークまで持おしする. また， f争持~ 1
)は}JI1工の初 J
mに若干
大きくなり ，以 後 わ ず か し か 低 下 し な い . 一 方 ，研削}Jr1工によってしごき }
J
日工方向に垂直
な 方 向 に 比 較 的 大 き な 粗 さ を 付 け た NO.5 工 具 の 場 合 は ， 加 工 の 初 J
U
Iの 段 階 で j
掌j
察力に I
I
J
l
ら か な 政 大 値 が み ら れ る が ， こ れ ら はJ
!
日工が i
並行するとすぐに減少して定常状態に淫する.
この羽合，摩擦力 一 ストロ ー ク線図において stik-s
li
p はほとんど生じないとともに，
o l工 具 よ り も ， む し ろ 小 さ い 値 を 示 す の が 注 目 さ れ る と こ
定常状態における摩綴力は N
目
ろである .
立油の O
H を則い， 0.
0
1 mm/s で し ご き 加 工 し た 助 合 の 結 果 で
Fi
g.7 (
a
)， (
b
) は低粘 j
o
.
1 工具(ラッピング工具)の場合，力1工 の 初 J
V
Jに 摩 僚 力 の 政
ある .表 面 粗 さ の 小 さ い N
大値を示すが，すぐに減少して定常状態に速する .1
註大値を!:Eずる付近では s
ti
c
k-s
li
p
が 述 統 的 に 発 生 す る が ， 定 常 状 悠 に 注 し た 後 は 間 欠 的 に 発 生 す る の み と な る . また，高粘
度i
l
l
lに比べて摩 j
察力は 小 さ な 値 を 示 す . 一 方 ，工 具 粗 さ の 大 き い N
O.
5 工 具 の 湯 合 は ，加
工が始まると同時に激しい stick-sli
p が生じる . これは ， ストロークの i
並行にともなっ
てその仮眠は減少はするが，{j}後まで激しく続く . また ， N
o
.5工 兵 に お け る 政 大 他 も ， ほ
l
i定汗;状態に淫した湯合の勝機力も， N
o
.1工 具 に 比 べ 大 き く な る .
6
3
-
Norm口If
o
r
c
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(
a
)N
o
.
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l
a
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p
e
e
d・ 0
.
0
1m
m/
s.)
6
4
-
3.
4
，
三
宅5
委
主
さ
3
. 4. 1 被 加 工 材 表 商 粗 さ ， 工 具 表 面 粗 さ 及 び 潤 滑 油 粕 皮 の 影 響
(1) 圧 延 材 を 用 い た 場 合 の 工 具 表 面 粗 さ 及 び 潤 滑 油 粘 度 の 影 響
加工速度を1.5
岡町 /s 一定として行ったしごき実験において，圧延[日そ の ままを被 1
日工
材表面とした圧延材の場合，工具表而粗さが大きい条件!とおいては，低粘皮油ほど摩 j
察係
数 が 大 き く な る . し か し ， 表 団 組 さ の 非 常 に 小 さ い ラ ッ ピ ン グ 工 只 ，すなわち N
O
.
l 工呉
交1
1
1
1D
l
I
I
に極小値を生
においては，圧延方向に平行にしごく条件となる試験片の場合，低粘j
じる.さらに，圧延方向に直角方向にしごく条例となる試験片では，ラッピング工具の場
合，低粘 l
豆 油ほど摩擦係数が小さくなり
N
O
.
2 のf
u
f削 工 具 に お い て も 低 粘 皮 i
l
l
iにおける
i
事i
寝係数の著しい増加は認められなくなる . このような圧延材における潤il'li!l
l
の挙動は，
工具表而粗さに相応したミクロプールの形成状況を考服することによって，以下のように
考えることができる .
被加工材の表面粗さが，圧延のままの而のように非常に小さい場合は，前
nまでにも示
してきたように，潤滑油の導入はダイス入口における流体力学的作用，すなわち動圧効果
が主となる.したがって，低粘度泊は高粘!交i1
1
1に 比 べ て 摩 様 界 而 へ の 導 入 毘 が 少 な く ， 工
具の粗さをしごき加工方向に垂直な方向に付けた工具において，その粗さが大きい場合，
この工具表而粗さに相対し得るスケールのミクロプ ー ルは形成され i
fJない.この結果，研
削加工によって形成された工具表面総さの山山の凹
潤滑油には高い静水圧が発生し
m
l， す な わ ち チ ャ ン ネ ル 部 に 存 在 す る
mず，工具の粗さの凸古1
1を伎として l
>
J界 潤 滑 が 支 配 的 と な
り
， )掌燦係数が著しく大きくなったと考えることができる.
1
"
i
古に小さい場合には，工
一方，ラッピングで仕上げた工具のように，その表面粗さが 3
具入口でのわずかな動圧効果と，被 j
川工材表面のわずかな凹凸によって陪隙'11-而に持ち込
まれる潤滑油でも ， 工具の粗さが ~Iー常に小さい故に ，
ミクロプールと呼べるようなi1lii'alり
が形成された状態となり得る . すなわち， )挙燦界面においてミクロプールが形成されるか
されないかの判断基準は，工具表而粗さとの相対的なものであって，工具表而粗さが非常
に小さければ，非常に小さな油汚i
りでもミクロプールとして機能するようになると考えら
i
lJほど摩機係数が小さくなるということは，前誌
れる.このような状態になると，低粘!交 t
の結果と一致するものである.この場合，圧延方向に平行にしごくと，材料表面の圧延粗
6
5
-
度によって形成されるチャンネルの方向に沿って潤滑 l
i
lJが流れはl
ることが考えられ，百戸j
方 向 に し ご い た ほうがそこから流出し難く，静水圧を発生する状態になり易い.
(2) エ ッ チ ン グ 材 を 用 い た 地 合 の 工 具 表 面 粗 さ 及 び 潤 滑 油 粘 皮 の 影 響
工具表面粗さに比較して，中目X't
(
f
.
Jにミクロプールが小さい状態にある圧延材おいては，
工具表面粗さのチャンネル部に存在する l
i
目別 i
t
l
Jの 挙 動 が ， そ の 際 線 状 態 を 支 配 す る よ う な
重要な役jlJ
j
lを 演 じ て い る こ と は ， 前 項 ま で の 検 討 結 果 か ら も I
明らかである.しかし，本誌
の主題である，被 j
川 工 材 茨 而 に 存 在 す る ミ ク ロ プ ール か ら ， 工 兵 と 材 料 と の 援 触 而 r
l
lに潤
f
l
t
授精において，この工具粗きが如何なる彩鰐を及ぼすのか
滑油が浸透流出するような澗 i
i
l
iの よ う に ， 圧 延 材 で
ということについては，まだ卜分に検討されていない . これは，前 i
は工具粗きが大きい場合には，このような潤滑機併が生じるのに十分であるような大きさ
のミクロプールが形成され得ないためである .
これらに比べて，摩娘界団において，十分な大きさで，かっ，多数のミクロプールが存
在するような条件となるエッチング材では，工具表面粗さの*~響が明確に観察される.
加工法 l
立を1.5mm/s 一 定 と し て 行 っ た し ごき実験において， Fi
g
.4 に示したように，
エッチングを施した被 J
1
日工材を用いた湯合，圧延材とは逆に，すべての条件で低粘度油ほ
ど燦燦係数が小さくなり，また，
1
日工方向に垂直な方向に刺さを付けた工具の場合，
しごき J
その工具の表面粗さが大きいものの力がむしろ摩擦係数が小さくなる.さらに低粘度泊に
おいては，その工具の籾さが大きい場合に，摩持~係数が日 目 03 という非常に小さな値を示
すようになる.これらの事実と ，前 訟 の 結 果 と 考 え 合 わ せ れ ば ， 低 粘;
1
立t
i
lJの渇合，工具の
表面粗さが大きいほど，この工具粗さによって後触面r:n
に形成されたチャンネル部を通し
て t~ 触而 1m に入り込み易く，さらにこのチャンネルを流路として t~ 触而上に広く広がり，
そこで容易に高い静水圧を発生させるような状態に淫するという潤滑機椛の存在が示唆さ
れる.このことを言い替えれば，工具表面粗さに比較して十分な大きさのミクロプールが
形成されるような条件においては，しごき加工方向に垂直な方向に付けた工具の組さのチ
ャンネルが，
f
li
l
uの重要な流 f
f
lとなっていることを示唆する
ミクロプ ー ル か ら 流 山 す る 潤 i
ものである .
1
日すること，さらに工只表面粗さの彩
一方，高粘度油になるにしたがって摩彼係数が地J
呼が小さくなることから，前 :I;'t で示した H空機界而の観察結果及び隊機係数 ìJ!II~宣結果とも考
え合わせれば，高粘度補1に な る ほ ど ミ ク ロ プ ー ル か ら 後 触 而 上 に 入 り 込 み j
i
j
iくなるととも
6
6
-
に ， た と え 入 り 込 ん だ と し て も ， 工 具 粗 さ の チ ャ ン ネ ル を 流 路 と し て 修 即jす る 湯 合 に も 大
きな IK 抗が生じ，低粘度 ~IJ のように t~ 触而 IIn に広く広がって ìl~J i
l
'
1
をするという効果は少な
くなるということが何われる.
以上のように，加工速度を 1
.5mm/s一 定 と し ， 圧 延 材 と エ ッ チ ン グ 材 を 被 加 工 材 と し
て行った平板のしごき j
川工の実験から， I
管j
察界聞に閉じた形状のミクロプールが形成され
るような状態となる場合の，
nへ の 浸 透 流 出 の お
ミクロプールから工具と材料との援触而 I
およそのメカニズムは}型解できるようになったと言えよう.このような判別 機備は，さら
影響について検討することによって，より 1
!Il碓なものとす
に，以下のように，加工速度の j
ることができる.
3.4
.2
加工速度，工具表而粗さ及び測滑油粘度の影響
(1)高粘度池のミク ロ プー ルからの流出挙動に及ぼす速度の彰聖書
.
0
1 mm/s の 極 低 迷 ま で 小 さ く し て 行 っ た 平 板 の し ご き 実 験 か ら ， 低 粘 皮
加工速度を 0
i
t
lを 用 い た 場 合 の 工 具 粗 さ の 大 き い 条 件 を 除 い て ， 何 れ も 力n
工速度の低下にともなって降
線係数が低下するのが認められた.とくに，高粘皮油の場合には，何れの工具粗さにおい
て も ， 加 工 速 度 の 低 下 に と も な っ て 摩 擦 係 数 の 低 下 す る 書1合が大きい.
しかし，ここで注目されることは， Fi
g.
5に示したように，粘性低抗の影響が非常に小
.
0
1 mm/s の極低速度の場合でも，高粘 l豆 ~II の j事係係数は低粘度 ÌJll の
さいと考えられる 0
レベルにまで低下し得ないこと，さらに， Fi
g
.6 の i
挙僚力 一 ストローク v
i
l図に示したよう
O.
I工 具 の 極 低 速 条 例 に お い て は ， 肉 料i
l
交l
i
l
J
を
に，工具粗さの小さい N
mい た 湯 合 の 降 i
察
力に辿統的な s
t
i
c
k
s
li
p が発生するのが街l
祭されるということである.この上品合，低粘
t
i
c
k
s
l
i
p はほとんど発生しない . これらのことから，極低速加工条件におい
度油では s
ても，高粘度油の摩 l
察界而は，低粘 l
交I
J
I
Jに 比 べ て メ タ ル コ ン タ ク ト を と も な う 境 界 湖 沼 が
支配的な状態にあると判断される.
このような状悠から加工速度を t
n加 さ せ る と ， 動 圧 効 果 l
こより工兵入口における潤滑 i
l
l
l
の引き込み Eが i
自加することによって ， 普 通 摩 探 係 数 は 低 下 す る よ う に な る . し か し ， こ
のj
管燃係数は i
速度の1M!川にともな って逆に 告
上J
!
日する.
の実験の結果においては ，
f
I
i
粘
J
.
J
t
川l
このことから，
J
J
日工速度が大きくなるにしたがって，
ミクロプールから工只と材料との直
後後触而r.n
への潤討すれJ
Iの 浸 透 流 出 量 が ， 時 間 的 に ， さ ら に 減 少 す る こ と が 一 因 と な っ て い
ることが考えられる . こ れ ら の こ と に つ い て ， さ ら に 検 討 す る た め に 以 下 の よ う な 判 前 九1
6
7
-
に添加 7
刊を添加する実験を試みた.
1
日工中の摩限界而において，工具と材料とが直後後触を生じている部分が出
すなわち， J
界洲町}の支配的な状態となっていれば，被 )
J
日工材あるいは工兵表[目上に効果的な境界潤滑
)，あるいは極圧斉1等の添加剤を洲町liJIi中に添加 lすることによって，
朕を形成し得る J
I
J
la斉1
罪
日i
東 係 数 は 低 下 す る と 考 え ら れ る S)-12)
部分的に泊以が破断し，金属同士の
とくに，工具と材料とのほ
m
l
.l}触而上において，
f
rt
韮t
.l}触による凝 Z
iが 生 じ る よ う な 状 態 ， す な わ ち メ
タルコンタクトが生じるような状態となっていれば，れIi性剤，極圧斉1等の添加斉1の 効 果 は
顕著に現れる.逆に，
mへ 浸 透 流 :
1し ， さ ら に ， 工 具 粗
ミクロプールから潤滑油が接触面 1
さによって形成されるチャンネルを通って鐙触而上に広く広がり，そこで流体制滑脱を形
成するような状態が効果的に生じていれば，あるいは部分的には数分子程度であれ，
ロプールから入り込んだiI目別別l
がメタルコンタクトを￨仰ぎ
ミク
mるような I
J
l
l
I
肢を形成していさ
1の 効 果 は 認 め ら れ な く な る と 考 え ら れ る .
えすれば，これらの添加斉1
したがって，このような J
I
I
i
性
高1
)，極圧百1の特性を利用することによって，日翼線!JI.聞に j
形
成された工具と材料との接触而J: n のi1~J i
f
l状 態 に つ い て 評 価 し 得 る .
被加工材はこれまでと同級のエッチング材を用い，その表而に，つぎに示す四つの条件
で，塩化ステアロイル (
CH3(
C
H2)ISCOCL) 13) を
5wt% 添加した ìl\~ ，
'
rl
i
lJを，あるいは高
1
iし ， そ の 後 ベ
濃度の沼化ステアロイルをそのままの状態で所定の時間被加工材表而に塗 1
ンジンで十分脱 1
I
旨してから，何れも責任添加の高粘度制 12000Hを
mい て ， こ れ ま で と 同 慌 の
しごき実験を行った .
①しごき J
1
日工 H
寺に用いるのと同じ却j粘 l
I
Eの潤滑油に，m:宣比で 5 %の i
包化ステアロイ l
レを
総1
1
0し，この測すl'l油を試験片の工具側表面に均ーに 5分J:n
i
j
}1
1
;.
②同じく 2
1
1
寺r
U
J塗 布 .
③高濃度の 1
1
1化 ス テ ア ロ イ ル を 試 験 片 の 工 具 O
l
{
l
表面に
2分J:n
塗布.
@同じく 1時 間 塗 布 .
この場合，塗布方法の巡いによって吸器量が異なり，それに応じて筏々の条件の塩化ス
テアロイルの境界湖沼股が，加工の前段階において被 J
)
fI工材の表面に形成されるはずであ
ると考えられた . し か し ， 実 際 に は ， こ れ ら の 塗 布 し た 潤 滑 斉1の拭き l限 り 難 さ が 主 と し て
彫 位 し て い る と 考 え ら れ る t.4) .15)
こ れ ら の 塗 布 方 法 を 変 え て 実 験 を 行 っ た 場 合 の 結 果 を Fig.8 (
a
)， (b) に 示 す . こ の 場
a
) は工具表面
合 ， 無 添 加 油 ， 及 び 5wt% 上包化ステアロイル添加仙の結泉も例記した. (
6
8
-
0
.
2
0
0
.
2
0
3/4 T
.
5
.
F
Cω υ一
一
ヤ
0
.
1
5
3ノ ιT.5
-
:
l
_
n
u
"
、
:
l
_
c
•
u
E0.10
.0
1
.0
0
巳
J
リ
L
l
l
-
‘
ー目
1
0
.
I
r
o
n
i
n
gs
p
e
e
d
1
00
V / mm.s-1
1
01
1
0
0
1
01
σ
11
l
r
o
n
i
n
g speed VImm.s-1
(
b
) No.5 d
i
e
. 2000H
(
a
) No.
l d
i
e
. 2000H
F
i
g
.
8
-
ー'
2
n
u
n
u
。10
I
n
f
l
u
e
n
c
eo
f pretreatment t
o surface o
f workpiece o
nt
h
e friction
/
4t
ot
o
t
a
l i
r
o
n
i
n
gs
t
r
o
k
e
. (Higher viscosity
c
o
e
f
f
i
c
i
e
n
ta
tt
h
ep
o
i
n
to
f 3
l
u
b
r
i
c
a
n
t
.2
0
0
0
H
.)
L
u
b
r
i
c
a
n
t without additive (0). Lubricant w
i
t
h 5w
t
% additive (・ ). L
u
b
ri
c
a
n
t
(w
i
t
h
o
u
t additive ) o
n
l
y applied o
nt
h
e surface o
f workpiece a
f
t
e
r removing
n
d
t
h
e precoated l
u
b
r
i
c
a
n
t with 5 w
t
% additive which a
r
eh
e
l
df
o
r 5m
i
n (ム) a
2h(口) i
n atmosphere. Lubricant (wi
t
h
o
u
t additive) o
n
l
y applied o
nt
h
e
s
u
r
f
a
c
eo
f workpiece a
f
t
e
r removing t
h
e precoated l
u
b
r
i
c
a
n
t with concentrate
S
t
e
a
r
o
y
!C
hl
o
ri
de which are h
e
l
df
o
r 2m
i
n (A ) a
n
d 1h (
・)
測さの小さいラッピング工具を用いた結果であるが，
た潤滑油を，加工前に被加工材の表面に
するのが認められる . また，
5 wt% J:l:i化ステアロイルを添加し
5分 n
I
J塗 布 し た だ け で も ， 際 協 係 数 が t
fしく低下
2
1
1J
_f
l
f
l塗布したものでは， 5 wt% の J
1i化ステアロイルを添
加した潤首)
i
t
l
lを そ の ま ま 実 験 に 矧 い た 場 合 の 摩 燦 係 数 と ， ほ と ん ど 変 わ ら な く な る . 一 方 ，
F
i
g
.
8(
b
) の し ご き 加 工 方 向 に 妥 直 な 方 向 に 粗 さ を 付 け た 切l
'
i
j
l
j工 具 の 場 合 に は ， ラ ッ ピ ン
グ 工 具 の こ れ ら の 摩 奴 係 数 と 比 べ る と 若 干 高 く な る . これは，そ の工只刺さの凸部でのlf:il
り起こ し に よ っ て こ れ ら の 薄 い 皮 l
瓜が削 り取られるため ，メタ ル コ ン タ ク ト が 別 加 す る た
6
9
-
めであると考えられる.しかし，この湯合にも，加工前に
5wt% の添加i!
1
!をわずか 5分
I
H
I塗 布 し た だ け で も ， 摩 撚 係 数 は は っ き り と 低 下 す る の が 認 め ら れ る .
誌も注目されるのは，間濃度の J
:B化ステアロイルを試験)，表而に 1
1
1
寺
!
日l
塗布した
ここで i
ものであって，この条件においては高粘皮 I
1
I
1で も 摩 燦 係 数 が 著 し く 小 さ く な り ， 低 粘 度 油
壁際係数程度の値にまで低下すること，また，加工法度の I
自)Jnに対しでも，燈綴係数が
のR
ほとんど治加しなくなるということである.このことは，ラッピング及び研削の両工具条
件において認められる.
これらの結果で重要なことは，塗布した高濃度の塩化ステアロイルの拭き取り雛さとい
肢が十分
うことを含めても，工具と材料との緩触而/li/に塩化ステアロイルによる境界判別 l
に形成されるような条例となれば，高粘皮 i
l
uでも全速度傾城において低五I
i
)
立
i
!
i
lの降線係数
1
日添加の荷粘度 i
l
iを用い
に近い{自にまで小さくなり得るということである.このことは J !
た場合には，その接触図上はメタルコンタクトを含む境界 il\~m が支況がj な状般にあり，さ
らにこれらは，加工速度の地 J
J
I
Iに と も な っ て 増 加 す る と い う こ と を 裏 付 け る も の で あ る .
これらのことを言い替えれば，
1
f!¥添加の潤滑 i
l
iを用いて行ったこれまでの実験において，
l空隙係数が il~J 1
'
1
i
!
l
i
の
[
i
}
J
粘皮及び加工i
羽交の憎加にともなって明加するのは，加1
工速度及び
潤滑i!l
l
の
[
i
}
J
粘&の}首加にともなう，
h
h性 低 抗 の l
¥
'
iJ
j
日ということが原因ではなくて，
プールから援触而r:i/への潤滑油の流出量が，
ミクロ
l
i
百
十f
l池の動粘 j
立と加工法伎の l
i
'
:j
Jnにともなっ
される部分が減少することが原因であるとい
て減少し，この結果，流体制泊によって洲町1
うことを示すものである.
(2) 高 粘 度 油 の 流 出 挙 動 に 及 ぼ す 工 具 表 面 粗 さ と 速 度 の 影 響
前項においては，主として，高粘度計tJのミクロプールからの測消 i
l
iの流出替動に対する
速度の影響に付いて検討したもので，工具表面粗さの彫響に付いては触れなかったが，こ
こでは，極低速の加工速度において，
ミクロプールから湖沼油が筏触図上に浸透流出する
渇合の工具表而粗さの影響について検討を j
J
日えることにする.
高粘皮油の場合の工具表問粗さの影響であるが，高粘度油でもしごき加工方向に垂直方
向l
こ粗さを付けた工具においては，その工具表面粗さが大きくなるほどミクロプールから
筏触面 r
U
Iに 潤 滑 油 が 入 り 込 み 易 く な る と い う こ と が 伺 え る . こ れ は 以 下 に 示 す 実 験 結 果 か
ら寝付けられる.
一7
0
-
1)本実験に使用したしごき型摩奴袋位の場合， J
!
日工に際して試験片と工具とが段初l
に
援触する部分においては線緩触となり，この結果，潤滑川 l
のi
l
l
l
)
以が破断して窃界湖沼
状態になり易い . このためほとんどの加工条件において， )
J
r
I
工
の 当初jに欧燃力 (F)ー
ストロ ー ク (
S
) 線図に最大値を生ずることになる.この場合， O.Olmm/s の極低迷の
g
.6 に 示 し た よ う に ， し ご
加 工 速 度 に お い て は ， より顕著に生ずる傾向にあるが， Fi
き加工方向に垂直な方向に粗さを付けた ，表 面 粗 さ の 大 き い N
O
.
5工具の段大値は，
o
.
l 工具の値よりも大きい値を示す.しかし，加工の進行にとも
ラッピング工具の N
な っ て エ ッ チ ン グ に よ っ て 形 成 さ れ た ミ ク ロ プ ー ルが次々と際隙界而に入り込むよう
になると，すぐに低下して定常状態に迷し ， N
O
.
5工具の路fJr.'i:l)は逆に N
o
.I工 具 の 値
l
l
iで も 工 具 表 而 粗 さ が 大 き い 場 合 に は ， ミクロ
より小さくなる . この こ とは ，"
f
，
I
j
粘
皮i
プールから工具表而粗さのチャンネルを通して，後触而r:日に入り込み易くなることを
示している.
2) F
i
g
.
6 に示した l
掌機力一ストロ ー ク線図において ，商 粘 皮 ;
1
1
1で O.Olmm/s の極低
速度のしごき!)日工の湯合 ，工 只 犯 さ の 小 さ い N
o
.I工具では定治状態に淫した後も，
迎続的に s
ti
c
k
sli
p を生じる . これは，僅低迷皮の場合， i\'U~Î 度 itll でも脱線界面入
口 に お け る 動 圧 効 果 に よ っ て 供 給 さ れ る 油 毘 は 極 め て 小 さ く な り ，二而の t
自動にとも
な っ て 金 属 同 士 の 俊 触 と 引 き 離 し が 絶 え ず 生 じ る こ と に よ る と 考 え ら れ る .一 方 ， こ
れに比べて工具粗さの大きい研~jIj工具の NO . 5 工具では，定;沼状態に ili した後には，
このような s
ti
c
k
s
l
ip はほとんど生じない . これは ，商 粘 l
立油でも ， しごき J
J
O工 方
向に垂直な方向に 付け た粗 さが大きい場合には，
ミクロプールから後触回上に浸入し
易くなるとともに ， 工具籾さのチャンネル部に il~J 滑油をある程度 J!'î'えることができる
ためと考えられるものである .
3)試験片と工具が最初に後触する古1
1
分 で は ，工 具 籾 き が 大 き く ， 極 低 i
去の助合，エッ
チ ン グ に よ っ て 形 成 し た ミ ク ロ プ ール が 消 滅 す る の が 飢 察 さ れ た . このが:悠を F
i
g
.
9
の顕微鏡写真に示す . Fi
g
.
9 (a)は
， N
o.
1工具で， O
.
Ol
mm/s の条件の I
易合であるが ，
エ ッ チ ン グ に よ っ て 形 成 し た ミ ク ロ プ ー ル が ，力1]工後もはっきりと残っているのが観
察される . しかし ， し ご き 加 工 方 向 に 垂 直 な 方 向 に 比 較 的 大 き な 組 さ を 付 け た N
O
.
5
工具では， (
b
) に 示 す よ う に ミ ク ロ プ ールはほとんど消滅している .一 方
N
O.
5工
支を附加させると， (
c
) のように加工後の表而にはミクロプー
具の場合でも，加工法l
ル が 残 存 し て い る の が 観 察 さ れ る よ う に な る . こ の こ と は ， しごき J
1
日工方向に垂直な
7
1
-
ー
方向に付けた工只の粗さが大きく，極{底辺の条件では，高粘l
交i
l
lで も ミ ク ロ プ ー ルか
ら工具粗さのチャンネルをii!iしてすべて系外へ流出したことを示すものである .
以上に示した事項は何れも，
しごき加工i.ili皮の ~I:'iî\・に!1rい条件では，
.
l
]
j占
'
1l
立t
i
lJでもエッ
チングによって形成されたミクロプールから，エッチングされていない部分と工具との接
触而J1iJに入り込み得ること，またこの場合，
しごき )
J
日工方向に垂直な方向に付けた工具表
回mき が 大 き い ほ ど 入 り 込 み 易 い と い う こ と を 示 す も の で あ る . し か し ， こ れ ら の こ と は
また，ある程度速度が大きい場合には，すなわち，
1
.5mm/s の加工i.ilil
立におけるような
湯合には ， 工具表面犯さが大きくてもi¥..'j粘皮刊1
Iは ミ ク ロ プ ー ル か ら 流 山 し 難 い こ と を 示 す
ものでもある .
Q，5mm
ト一一一一一一寸
c
o
v
υ
ω
mc 一C O﹂ 円
﹂一刀
(a)N0.
1fI
atdi
l
'
(b)No
，5f
l
a
td
il'
0.
0
1m m・
5
-1
0
.
0
1m
m・5-1
(
c
)No.
5flat di
l
'
1 m m・
c1
F
i
g
.
9 S
u
r
f
a
c
ea
p
p
e
a
r
a
n
c
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tc
o
n
t
a
c
tr
e
g
i
o
na
ft
e
ri
r
o
ni
n
g
.
L
u
b
ri
c
ant: I
O
O
R
.
7
2
-
(3) 低 粘 皮 泊 の 流 出 挙 動 l
こ及ぼす工具表面粗さと速度の影響
l
iの状態から， n
1
g滑油の動粘!兵が低下するにしたがって流動性が良好となり，
同粘度 i
泊して後
クロプールから工具と材料とのt-.lZ触によって形成されたメタルシールの欠陥部を i
触回!日l
に流出する畳が増加するようになる.この場合，欠陥の大きい状態となる，しごき
加 工 方 向 に 垂 直 な 方 向 に 付 け た 工 只 表 而 粗 さ が 大 き く な る ほ ど 流 出 量 は 多 く な る . これら
の潤滑油は，その工具表而粗さのチャンネルを流路として後触而上に広く広がり，そこで
抑水圧を発生して摩僚係数を著しく低下させ得る . このような低粘皮I11Jのミクロプールか
らの流出挙動の考えに関しては ， 5
. 4. 1項 で す で に 述 べ た 通 り で あ る .
さて，速度の影響であるが，低粘 l
豆油の場合，このような湖沼状悠からさらに加工速度
が低下すると，
ミクロプールからの潤滑 1
1
1
1の 流 出 機 椛 ， す な わ ち ミ ク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ ム
がより効果的に作用するようになり，
U
i
f
'
li
l
I
Jの流出畳は治
ミクロプー jレから援触而上へのil¥
加するようになる . し か し ， こ の よ う な プ ロ セ ス が 長 時 間 続 く 条 糾 ， す な わ ち 加 工 速 度 が
m
I
l
ilが こ れ ら の 工 具 粗 さ の チ ャ ン ネ ル を 通 し て す べ て 工 具 の 外 へ 流 出 し て し ま い ， 逆 に 潤 m
非常に迎くなった場合には，その工具粗さが大きいと，つぎには，
ミクロプール中の潤
n
1
lが 不 足 す る 状 態 が 生 じ る と い う こ と が 考 え ら れ る . こ れ ら は 以 下 の 実 験 結 梨 か ら 袈 付 け
られる .
1) Fig.5 (
c
) に 示 し た よ う に ， 工 具 犯 さ の 大 き い No. 5 工 具 を 川 い て ， 速 度 の 非 常
に遅い条例において，低粘~Ì1iJの j空隊係数 μ は著しい附加を!:I:じる.
(
b
) に示したように， ~管 j察力一ストロ ー ク総図においても，
i
放しい
さらに， Fi
g
.7
stick-sli
p がi
l
l
統的に発生し，これらは j
m工の l
員後まで続く.
2) 試 験 片 の 加 工 後 の 表 而 を 顕 微 鋭 で 観 察 し た 結 果 を Fi
g
.1
0 /こ示す.上の 2放 の 写 真
は，工具犯さの小さい No.1 工具を
mい，
O.Olmm/s の極低速度で加工した助合の，
j
m工 後 の 試 験 片 の 端 部 と 中 央 部 付 近 の 写 真 で あ る . エッチングによって形成されたミ
クロプールは，加工後も会而に~.J1っているのが観察される.一方，下の 2 枚の写真は，
しごき j
J
日工方向に垂直な方向に比較的大きな粗さを付けた NO.5 工只を
mい，
0
.
0Imm
/s の 極 低 速 で 加 工 し た 場 合 の も の で あ る が ， 試 験 片 の 加 工 方 向 に 対 し て 左 右 の 錦 部
付近では，エッチングによって形成されたミクロプ ールが全く消滅しているのが観察
される . また，面の中央部分に残存したものも ，小 さ く 浅 く な っ て い る の が 確 認 で き
る. しかし，ここには示さなかったが， NO.5 工具でも
1 mm/s 以 上 の 湯 合 は ， 仮
の&端部のミクロプールでさえはっきりと残っているのが確認された.このことは，
7
3-
ー
N
O
.
1
CO一
υ 山﹂一℃mc 一C O﹂円
平
F
i
g
.
I
O
S
u
r
f
a
c
ea
p
p
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a
l
'
a
n
c
eo
fl
Vo
rkpiece a
f
t
e
ri
r
o
n
i
n
g
.
(Lubricant: O
H
.
I
r
o
n
i
n
gs
p
e
e
d・ 0
.
0
1m
m
/
s
.)
1)で示した現象とともに考え合わせれば， ミクロプール中の測/fI油が工具粗さのチ
lってすべて系外へ流出し，
ャンネルを i
ミクロプ ー ル が 消 滅 す る こ と に よ っ て 康 俊 係
数が著しく地加したことを示すものである.
3)ミクロプ ー ル中の il\~ i
f
IiJlJが，しごき !
J
U工 方 向 に 垂 直 な 方 向 に やlけた粗さのチャンネ
lし て 系 外 へ 流 出 す る と い う こ と を 確 認 す る た め に
ルを i
7
4
-
ー
N
O.
5 工具の， しごき加工
方向に対して左右両端となる部分の粗さを，ダイヤモンドラッパーによって取り除い
t央 部 の 悶 20mm
た 平 ダ イ ス を 作 製 し ， こ れ を 用 い た 実 験 を 試 み た . こ の 場 合 ， 工 具 の ，.
の部分にのみに N
o
.
5工具の粗さのチャンネルが残っているような状態となり，左右
の 部 分 は ラ ッ ピ ン グ 工 具 の 粗 さ に 近 い も の と な る . し た が っ て ， }J[J工中においては，
そ の 工 具 の 粗 さ の チ ャ ン ネ ル は 試 験 片 の 左 右 の 河 端 か ら が:
)
2.
5
m
m の点、において途切れ
g
.1
1 に示す.低粘 l
交illJを用
ることになる . こ の 工 具 を 用 い て 行 っ た 実 験 の 結 果 を Fi
いた極低速加工条件においても，工具粗さのチャンネルが試験片の両端の外部まで連
続している F
ig.5 の 結 果 に お け る よ う な ， 厚 様 係 数 の 噌 加 は 認 め ら れ な く な る . こ の
場合 ，J日工中においても s
tick-slip はチャンネルの迎続するものに比べて小さく，
さらに，加工後の表面のミクロプールは，工具粗さのチャンネルの連続するものに比
べ よ り は っ き り と ， か っ ， 全 面 に 残 っ て い る の が も3
1祭された.
0
.
3
0
.I
p
314 T
.
S
xOH
65H
O'5R
ロ100R
0
.
2
0
∞
.20 H
ω
に
~
0
.
1
5
3
K
.
u
』
凶
L
2
1
0
-
F
i
g，1
1
100
1
百
I
ro
n
in
gs
p
e
e
d Vノmm.
s
l
1
0
'
Effect o
fi
r
o
n
i
n
g speed on friction coefficientμ
f
or v
a
ri
o
u
sl
u
b
r
i
c
a
n
tv
i
s
c
o
s
i
t
y
. (T
h
e edge s
urf
a
c
eo
f No.5
f
l
a
td
i
e were smoothed i
n width o
f 2.5mm f
o
r each.)
t
P内U
勺
4) N
o
.5 工具と同じ粗さの工只で，その粗さがしごき)JIl工方向に対して平行方向にな
O
.
6工 兵 で は ， 顕 微 鏡 に よ る 観 終 結 果 に お い て ， 極 低 速 度
るように研削仕上げした N
Olmm/s の極低 i
i
l
lでも， Fig.6 に示し
で も ミ ク ロ プ ー ルの削減は生じない.また， O.
たように，
o5工只のような R
皆様係数
しごき加工方向と垂直な方向に粗さを付けた N
目
目J
I
日は認められない . これらは，
のI
しごき加工方向に平行方向の *
1
1;きの溺合には， }
J
r
l
工の i
f
f
i行 に と も な っ て ， 工 具 の 籾 さ の チ ャ ン ネ ル に 沿 っ て 被 川l
工材の i
A而 が i
並行する
ので，実質的には，工具粗さが小さくなるように挙動することに起因する.すなわち，
1
1
方 向 の 粗 さ の 場 合 は ， 加 工 に と も な っ て ， 被 加 工 事f
の表
しごき加工方向に対して目立 5
面 が 工 具 の 粗 さ の 凸 部 を lつ lつ 釆 り 越 え な が ら 進 行 す る た め ， 被 }
J
I
rこ
E材が工具粗さ
のチャンネルを完全に埋め尽くすには至らない . したがって，工只の犯さのチャンネ
ル部にはメタルシ ー ル の 欠 陥 を よ り 多 く 践 す こ と に な る . こ れ に 比 べ て ， 加 工 方 向 に
平行方向の粗さの工具では，被j
川工材の表面は加工の進行にともなって工具の粗さに，
1
染 む よ う に 変 形 す る . こ の 結 果 ， 被J
I
日工材表而と工只の犯さのチャンネル部で
より却1
形成されるシ ー ル の 欠 陥 は 小 さ な も の と な り ， 工 具 粗 さ が 大 き い に も か か わ ら ず ， 粗
さの小さい工具に近い ìp íT~J を示すと考えられる .
以上のことから次のことが言える.すなわち，
J
I
日工法 l
交が小さくなり，さらに潤滑油の
動粘i
!
立が小さくなる条件において，しごき加工方向に垂直な方向に付けた工具の粗さを大
きくすることにより，
'
I
J
l
i
'
l
!
ll
l
の動粘度の低
ミクロプ ー ル が す べ て 消 失 す る と い う 事 実 は ， n
いほど ， ま た 工 具 粗 さ が 大 き い ほ ど ， さ ら に 加 工 速 度 が 小 さ い ほ ど ミ ク ロ プ ー ル の 周 回 の
メタルシ ー ルの欠陥を過して接触而 1:1 1 へ供給される illU 滑 ~Il の益が明大するということを袈
付けるものである .
以上で示したような低粘ll!iIlIの湯合のミクロプ ー ルからの流出場動は，高利:度目1Iの湯合
と同僚に ， 湖沼泊中に添加斉1
1
を添加した実験によって ，以下のように，さらに明確にする
ことができる .
F
i
g.
1
2 (a)， (b) は，しごき加工時に il~J 1
i
1
'Y
I
Uとして低粘 I
立
i
1hO
H を mい た 場 合 の 結 果 で
g
.
1
2(
b
)に示した ， しごき)J[!工方向に垂直な方向に付けた工只
ある . Fi
工具においては，
*
nさの大きい研削
ミクロプ ー ルの消滅しない 1mm/s以上の条例・では， (
.
I
j
i
l
，l
皮の泊化ステ
アロイルを 1
1
1
寺問塗布したものでも，無添加計I
Iの 摩 擦 係 数 と ほ ぼ 同 じ 他 と な る . こ れ は ，
立地の場合，その工具組さの大きい条例においては，
これまでに述べてきたように，低粘l
ミクロプ ー ル か ら 工 兵 粗 さ の チ ャ ン ネ ル を 泊 し て 強 制l
紛争行状態で，すなわち抑圧効果によ
一7
6
-
0
.
2
0
0
.
2
0
~ 0
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1
0
υ
c
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0
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1
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gs
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e
d V /mm，c¥
(a) No.1
Fi
g
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内
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に
2且1
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3/ιT.S
.
nUFb
，UJ，
‘lnu
nU
.
毛 布 C空u-zguco
ニUZ比
3/4 T.S
.
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2
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e， OH
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1
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(
b
) No.5die， OH
I
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f
l
u
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f pretreatment t
o surface o
f workpiece o
n t
h
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i
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n coefficient a
t t
h
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o
i
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f 3
/
4t
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a
Ii
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.
(L
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w
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r viscosity I
u
b
r
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a
n
t
O
H目
)
0). Lubricant with 5wt% additive (・ )
.L
u
b
r
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c
a
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t
L
u
b
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c
a
n
t without additive (
(w
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nl
yapplied o
nt
h
e surface o
f workpiece a
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th5 w
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% additive w
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n (ム) a
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2h(口 ) i
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ve) only applied o
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f workpiece a
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r removing t
h
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u
b
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a
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t with concentrate
S
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ar
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y
I Chloride w
i
n (A) a
n
d 1h (・ )•
h
i
c
ha
r
eh
e
l
df
o
r 2m
って俊触而上 1.: 入り込んだ nl~ 滑油が，その多くの部分を 111' 圧的流体制滑状態にし， J
l
i
fj
察係
数を妻子しく小さくしているということを示すものである.
g1
2 (a)に示した工具粗さの小さいラッピング工具の場合， 1!!~ 添加油では隆俊
一方， Fi
目
係数は若干大きい値を示す.このことは，本訟の
さが小さいために，
3. 4
. 1r
.iiでも述べたように，工具粗
ミクロプールからの n
¥
'
Ji
l
'
t
~lJの流出畳が少なくなり，添加斉'1 の効果が生
じたと考えられるものである.
7
7
-
ー
以上のような，被加工材表前粗さ，工具表面粗さ，潤滑油粘度， J
日工速度を極々変化さ
せてミクロプールからの潤滑油の流出機怖に付いて検討した本立における実駿の結果から，
潤 滑 油 の 動 粘 皮 が低いほど，工具表面粗さが大きいほど，さらに加工速度が小さいほどミ
クロプールからの潤滑油の流出量が多くなるという潤滑機惜の存在が明確なものとされた
と言えよう.
3 .
5
i
i
'
i
吉
言言
摩 擦 界 面 に お い て 形 成 さ れ る ミ ク ロ プ ールから，工具と材料との接触而山i
に淵滑油が流
出するというミクロプ ー ル メ カ ニ ズ ム が 作 用 す る よ う な 湖 沼 機 備 に お い て は ， 工 具 表 面 粗
さと l
i
l
U
滑
れ1
1の切j粘 l
立，及び加工速度が大きな影響を及ぼす因子であると考えられた.そこ
でミクロプールメカニズムに及ぼすこれらの因子の影響について検討を加え，以下の結果
をf
専た .
1) 被加工材表而粗さが圧延面のように小さい場合， し ご き 加 工 万 向 と 垂 直 な 方 向 に 付
けた工具表而粗さが大きいと，低粘l
豆 油の摩 j
察係数は著しく大きくなる.しかし，そ
由の[f)
J
粘度が低いほど摩l
察係数が
の工具表而粗さが非常に小さい場合には，逆に湖沼 i
小さくなるという現象が認められた .
2) 工具表而粗さによじベて，
ミクロプールが相対的に大きくなるような条件では，低粘
度内1ほど，また，しごき加工方向に垂直な方向に付けた工具の表面粗さが大きいほど，
摩燦係数は小さくなる .
このことから ，
湖沼~Iiの動車'i!立が低いほど，また工具表面i 制 l
さが大きいほどミクロプ ー ル中の潤滑油が，工呉粗さによって形成される車lさのチャ
ンネルを通って工具と材料との接触而 1
1に浸入流出し易いことが示唆された.
3)
ミクロプールが形成される条件でも ，高 粘 l
支計Iiになるにしたがって摩燦係数は大き
くなり，また工具表面粗さの影響は小さくなる . このことから ，商品i
!
皮油ほどミクロ
プールから工具と材料との銭触面!日i
に入り込み難くなるとともに，たとえ入り込んだ
としても，工具粗さのチャンネルを流路として移動する場合にも大きな低抗が生じ，
低粘 l
支油のように筏触面上に広く広がってそこを澗泊するという効果は少なくなると
いうことが伺われた.
4)
粘性 j
s:抗の影響が非常に小さいと考えられる 0
.
0
1 mm/s の極低速度の湯合でも，
一7
8
-
高粘 l
立
i
1h
の摩擦係数は低粘度油のレベルにまで低下し得ないこと，さらにこの場合，
Jljf燦力一ストローク線図に述続的な stick-sli
p が 発 生 す る の が観察されることから，
極低速加工条件においても，高粘度内11 の j堅幹~界面は，低五líl.立 il lJに比べてメタルコンタ
クトを伴う境界潤滑が支配的な状態にあると判断された .
5)
境界潤滑l
肢として有効に機能する塩化ステアロイルの判別j
院を， }
J
r
1工 の 当初jか ら 被
加工材の表而に十分に形成した条件においては，高*，~J.立iIl1 でも l単撚係数は{民主li!交 ill1 の
値近くまでに低下するとともに，
i
i
l
i
l
交の明 J
JIlに対して J
'
i
l
'j
策係数がほとんど 一定の値を
示 す よ う に な る . こ の こ と と ， 前 述 の 1) - 4) 羽 の 事 実 と を 考 え 合 わ せ る と ， 全 速
度傾域において， 1
!
!
(添 加 の 高 粘 皮 /
I
Uの l
経j
祭界[日ではメタルコンタクトを含む段
w判咋i
が支配的であること，さらにiI円滑川!の副j粘 皮 と 加 工 速 度 の I
削'
mに と も な っ て ， 流 出 討
がより少なくなるということが示される.また，このことから，摩操界面で粘性が手干
mし て い る と 考 え ら れ て い る 高 粘i
J
S!:iIlJでも，本実験におけるような低速度の加
しく地 J
f
lJ
肢のせん断低
工傾域においては，その粘性低抗は，メタルコンタクトを含むJ:Q界測 i
!¥l兄できるほど小さなものでしかないことが硲認できる.
抗に比べれば1
6) 低 粘 l
支油で，しごき J
日工方向と垂直な万向に付けた工只の粗さが大きい条件では，
摩j
察係数は流体湖沼が支配的であることを示唆するほどに小さくなるが，このプロセ
スが長時1
1
日続くと，言い主主えると， ))[1工速度が非常に小さくなると，つぎにはミクロ
プール中の潤滑油がこれらの工具粗さのチャンネルを泊して系外にすべて流出し，辺
に
J
l
j
fj
察係数が I
世加することが確認された .
加工速度が小さくなり，さらに湖沼 /
1
1
1の動粘 l
広 が 小 さ く な る 条 件 に お い て ， しごき
加 工 方 向 に 垂 直 な 方 向 に 付 け た 工 具 の 椛l
さを大きくすることにより，
すべて消失する事実は，
ミクロプールが
i
l
J
が
ミクロプ ー ル の 周 囲 の メ タ ル ン ー lレの欠陥を通して測il'll
接触商問へ供給されるメカニズムの存在を袈付けるものである
〈之丞主主三宅言三之 I
百犬二〉
1) 片 岡 征 二 ・菅 野 恵 介 ・木 原 詩 二 : 3
8回 塑 性 加 工 迎 合 都 民 会 計i
がi
論文集， (
1
9
8
7
)，4
6
5
2) 片 岡 征 二
・菅 野 恕 介 ・木 原 詩 二 : 塑 性 と
J
m工， 29-334 (1988)， 1132
3) 片 岡 征 二 ・菅 野 }
.
!
1介 ・木 原 詩 二 :6
3年 塑 性 }
J
日工春季講演会講演論又集， (
1
9
8
8
)，3
7
9
一7
9
-
4) 片 岡 征 二 ・木 原 諒 二 ・相淳首日彦:塑性と加工， 30-340 (
1
9
8
9
)，7
0
9
.
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. Congress Tl
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b
o
l
o
g
y
5) Kataoka，S
) V
o
l.
3， 1
5
0
(EUROTRIB-89，
6) 片 岡 征 二 ・菅 野 I
H介 ・木 原 諒 二 : 39回 塑 性 1
m工迎合講演会講演論文集，
(
1
9
8
8
)， 1
2
3
.
7)片 岡 征 二
・木原諒二:塑性と加工， 3
0-342 (
1
9
8
9
)， 1
0
5
8
51
5
9(
1
9
7
4
)， 3
21
.
8)木村好次:塑性と加工， 1
】
9) 宮 川 行 雄 :塑性と加工， 4-33(1963)，676
目
10) K
r
e
u
z， K
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L
.
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n，R.
S
.， R
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1
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7
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)， 3
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'
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'
(
i
台 ・二 宮 消 :1
)
目滑， 2
5-9 (
1
9
7日
)
， 6
21
.
11) 川 村 謎 彦 ・藤
12) 木村好次 ・ 岡部平八郎 : トライポロジ ー H~ 論， (
1
9
8
4
)， 3主 ~l 堂 .
13) B
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目
C
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. 曽田範宗訳:固体の l
挙協と 1
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自治， (
1
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8
)， ;tL~.
14) Kataoka，S
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w
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P
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目
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asticity (
1
9
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)， V
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.
l， 5
7
5
15) 片 岡 征 二 ・木 原 詩 二 ・中日深百日彦 :平 成 元 f
l
o塑 性 J
JI1工務季講演会講演論文集， (
1
9
8
8
)，
3
7
9
.
8
0
-
気~4 主主
言問宇;:::1-者会抵I
J~こヱヨ乙 Lま、ちま-)3三 -F ;料0:> 1j包毛主.t_lo~
4 .
1
話t
者
1)
言言
ミクロプールから，工兵と材料との接触而r:n
へ澗il1~lJが流山するというような制約 機 併
において，工具入口から山口に至る
加えてきた工具表而粗さ，
1
mの 降 鍛 界 而 に お け る 而 圧 の 変 化 は ， こ れ ま で 検 討 を
i
I
l
Uil1仙の動車~I交及び jJll工速度などの因子と同級に，
ミクロプー
ル中にますじ込められた i
l
ji
1
'
l
i
1
1
1の 流 出 挙 動 に 大 き な 影 1
S
Iを 及 ぼ す 因 子 の 一 つであると考えら
れる .す な わ ち ， 工 具 の 入 口 か ら 山 口 に 至 る 1
1
1
1に そ の 除 隊 界 而 の 而 圧 が 変 化 す る よ う な 場
合には，
ミクロプ ー ル中の ìl~Hl'litjl の圧力が工具と材料との TI'It:幸俊触古11 の面圧よりも高くな
ることも起こり得る . この結果，
ミクロプール rl' の ìl~JWlilll が，
ミクロプーノレ近傍のダイス
圧 力 を ほ と ん ど 受 け 持 つ と い う 状 況 も 生 ず る . このような状況の下では，
ミクロプールか
ら工具粗さによって形成されたチャンネルを通して j
問咋1
i
l
lが 流 出 す る と い う i
農村L すなわ
ち
，
ミクロプールメカニズムがより効巣的に作用するようになると考えられる.
際線新l
I
自 に お い て 而 圧 が 変 化 す る よ う な 加 工 法 と し て は ， 引 抜 き 加 工 や 圧 延 な ど が 知 lら
れている引
引 .引抜き加工においては，被加工材が工具入口に入った直後において著し
く高い国圧が発生し，圧下が巡行すると急激に低下し，以後工具山口に至るまで漸減する
ことが実際に面圧を J
i
!II定した実験において示されている
4)
本誌では，このような観点から， I
J
I
j苧 ま で と 同 様 の 平 仮 の し ご き J
JIl工において，圧下率，
すなわちしごき率を極々変化させ，これにともなって生じるであろう而圧の変化が，
ミク
ロプールメカニズムに及ぼす影響について検討を加える.
4 . 2
多芸 !
段 ブ ヲ 手 宏 芝 主亡び、
Z足
被加1
工 材 の 材 質 は 7-3
i
立 鋼 板 ( C2600Pー 1
/
2
H )で，仮 j
写
!
抗議君主 イ乙￨
二
2mm のものを使日1した.こ
l
lげ 加 工 を 行 い ， 実 験 の 試 験 片 と し た . 表 面 状
れを 20XI40mm の 短 冊 状 に 仕 上 げ て か ら I
8
1
-
tl\U立前なと同僚の圧延而をそのまま試験片表而とした圧延材と，エ ッ チ ング によって微 ~jll
なミクロプールを試験片表 i
l
iに 形 成 し た エ ッ チ ン グ 材 と し た 目
実験 4
主的は前なまでに用いたのと同じ，しごき型際機試験装凶を
r
nいたが，ここでは，
圧 下 車 の 影 響 を よ り は っ き り 欄 む 目 的 で ， 被 加 工 材 の 仮 厚 を 2m
m としたため，日告 i
察係数
i
lの 大 き な も の に 改 造 し た .
測定用の八角形ロードセルを容 f
工只表面は
i
iな に お け る の と 問 機 に ， 組 さ の 小 さ い ラ ッ ピ ン グ 工 只及びしごき J日工方
向に垂直な方向に研削 J
1
日 工 に よ っ て 比 較 的 大 き な 組 さ を 付 け た 研 削 工 只 の 2<
f
i
l
芳i
を用いた.
研削工具の表面粗さは，
しごき 1J日工方向に平行な方向に測定して W~
3μm R
回a
x とした.
o
.
1 工具に
これは，前読の No.5 工 具 に 相 当 す る も の で あ る .一 方 ， ラ ッ ピ ン グ工 只 は N
相当する. ìll!J滑油はこれまでと同般のものを m いたが，本立における~験においては添加
百
1
1
は一切添加しない.
圧下車 (R')は，
2%~40%
の nn で 6 段階に変化させた.この場合，
しごき }
J
日工後の
試験片の板厚を i
!
l
liEしながら，所定の圧下率となるようにクリアランスを利型車した.また，
r
ダイス半 1
lは ， こ れ ま で の 実 験 と 同 僚 に
5.一定とし， J
1
日工法 l
えは O.Olmm/s と 1mm/s
の 2段 階 に 変 化 さ せ た .
4 .
3
;;l三仮定着:吉長良
4
.3
. 1 試 験 片 表 面 が 圧延 商 の 場 合 の 摩 擦 係 数 測 定 結 果
g
.1
に
圧 延 の ま ま の 表 而 の 圧 延 材 を 試 験 片 と し て 用 い た 場 合 の 脱 線 係 数 の 測 定 結 裂 を Fi
i
g
.
l (a) は 工 只 組 さ の 小 さ い ラ ッ ピ ン グ 工 具 を 用 い た 場 合 の 制 裂 で あ る が ， 潤 滑
示す. F
油の卸j粘 皮 の 影 響 ， 及 び 圧 下 率 (R')の影響は小さい .
i
J
fi
'
i
l工兵の場合には，
一方，しごき加工万向に垂直な方向に比較的大きな粗さを付けた l
F
i
g.
l(
b
) に示すように，圧下率の小さいところでは， j
正粘 1
1
'
[
;
¥
11
の降線係数はr..¥粘!交油よ
りむしろ小さい値を示しているが，圧下車がわずかに大きくなると， )
管j
集係数の著しい I
R
)JO が認められ，それ以後の!王下率においては高粘ßì'油よりも~しく大きな他を示す .
これ
に比べて高名!i 皮 ~IJ を m いた I劫合には，ラッピング工具におけるのと同様に児下平の影響は
小さく，むしろ圧下率の}付加にともなって隊機係数は低下する傾向を示す.
8
2
-
0
.
4
0
•
0.
35
•
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ミ
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Dl00R
2000H
・
1
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Reduclion
30
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ロ100R
2000H
・
0
.
0
5
。
40
1
0
20
Reduction
/ ・1
"
.
(
0
) Lapp.d di.
Fi
g
.1
(b) Ground
40
di.
Effect of lubricant viscosity and surface roughness of flat die
on '
lelation between fricti
on coefficientμ
( As-rolled surface workpiece.
4
. 3.2
30
/ ・
"
1
.
and reduction i
n thickness.
1m
m
/
s.)
試験片表面がエ ッチング面の場合の摩 様係数測定結果
エッチング材を試験J
tとした湯合の隊機係数のiJ!1
)
定 結 果 を Fig.2 (a). (b) に示す.ラ
ッピング工具，及び研 i
'l
察係数はil¥
U
?
f
I~IJ の動車51立が低いほど小
)工 只 に お け る 結 栄 と も ， 際 i
さい f
位を示し，また，何れの動車5
1
立の制約 ~)l に お い て も ， 圧 下 取 の i
円J
JI1にともなって摩燦
係数が低下するのが認められる .
i
自
汗t
i
l
l
lの 15R， lOOR 及 び 2000H
ここで注目されるのは，よく観察すると動粘皮の高い l
においては ，
圧下率の!~加に対する摩 j録係数の低下 111) 合は，
8
3
-
ラッピング工只よりも研 ì~IJ 工
具の方が大きいということである . したがってしごき率 2 % においては，両工具におけ
る摩燦係数はほぼ同じ値であるが，しごき率が高くなると，工只粗さの大きい研削工兵の
W
-I
察 係 数 は ， ラ ッ ピ ン グ 工 具 よ り も 小 さ な 他 と な る .こ れらの傾向は， '
i
'程 度 の 圧 下 平 に
おいて，より顕著に認められる .こ れ ら は ， こ れ ま で に 示 し て き た ミ ク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ
ムの考えに従うものである .
さらに注目されるのは，低粘l
交油の 1p 及び O
H の 場 合 に ， 工 兵 炎 而 粗 さ の 大 き い 句f~jlJ
工具においては ，圧下率の小さいところでも陪!察係数があまり 1
¥
'
1J
mし な い と い う こ と で あ
る.す な わ ち ， 圧 下 率 2 % に お い て は ， 者 干 摩 1
祭係数が大きくなるのが認められるもの
の，他 の条件のものに比べれば，その他はお:しく小さい.また，これらは圧下半が地加す
堅持主係数を示す . これらの ω
f
i
'
j
l
J工 具 に お
るとすぐに低下して，その後はほぼ一定の小さな l
ける摩線係数は，仙の高粘皮油あるいは低血l
i
I
えi
t
l
lでラッピング工只を)fJいた条例のものと
或において汲も小さな摩擦係数を示す.
比較しでも，ほとんどの傾l
0.
25
.Ip
.Ip
xOH
xOH
015R
ロ100R
臼)
OH
.2
o15R
ロ100R
、民
、
、
.2000H
:00
。
1
0
20
R
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t viscosi
ty a
n
d surface roughness o
ff
l
a
t die
o
n relation between friction coeffi
cientμand reduction i
n thickness
(Etched surface workpiece， 1m
m
/
s
.)
8
4
-
4
. 3. 3
極低速条件における摩銭係数測定結果
O.Olmm/s の 極 低 i
l
iとした場合の， 挙
)i
察係数の i
Jlリ定結果を F
i
g
.
3及
しごき加工速度を
ぴ F
i
g
.
4 に示す.
扇 と し た 幼 合 に は ， Fi
g
.3 に 示 す よ う に ラ ッ ピ ン グ 工 具 及 び 研 削 工 具
試 験 片 表 面 を 圧 延i
の 両 工 具 条 件 に お い て ， 低 粘l
支i
'
J
l
I
の
O
HのE
翼線係数は圧下平の I
自加にともなって明大する .
空燃係数の治加がみられる.
とくに研削工異においては，圧下車の小さいところでも急激なj
〆
e
，
，
，
，
，
，
Xノr
-
0
.
5
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m/
s.)
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これに比べて商粘 l
支油では，研 i
'
j
l
J工兵の場合には， 空
:
fj
策係数は圧下半の W
I
J
J
I
Iにともなって
I
哲大するが，
ラッピング工具では逆に圧下平の』白川1にともなって減少する.
一方，エッチング材を試験片として用いた場合，高粘皮 )
1
1
1の l
世J
察係数は， Fi
g
.4 に示す
ように，
1mm/s の 場 合 と 同 般 に 圧 下 率 の 1
'
I
!J
mに と も な っ て 低 下 す る
ここで注目される
のは，fIj粘ro:i
l
hの 場 合 ， す べ て の 圧 下 率 に お い て ，.
J
川工速度が 0.0
1 mm/s に お け る 摩 僚
g.2 の 結 果 に 比 べ て 小 さ く な る と い う こ と と ， こ の 場 合 ， し ご
係数が 1 mm/s の時の Fi
J
f削 工 具 の 万 が ， む し ろ 降 俄 係 数 が 小 さ く な る と
き加工方向に垂直な方向に粗さを付けたT1
いうことである . こ の こ と も ， こ れ ま で に 示 し て き た ミ ク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ ム の 考 え に 従
うものである .
主
力Iの場合，
エッチング材を用いた低粘J
ラ ッ ピ ン グ 工 具 で は 1mm/s の 1寺と同僚に，や
'
f
J
l
i
i
係数は低下するのが認められる.一方， l~f 削工具にお
はり圧下率の地加にともなって f
いては圧下率の大きいところで急激な燦燦係数の 1~IJJ11が生じる .
これは，罫ï3 なにおいて
示したような，工具表而粗さによって形成されたチャンネルを泊してミクロプール中の測
0.
25
0.
25
﹄
，
嘗内 4
，
，
，
~X
xOH
。
40
/ ・'
1
.
(
a
) Lapppd dip
Fig.4
'
x
-
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x
句
30
-
旬
、
可
、
、
、
、
x
、
、
、
、
、
x、
ド
10
20
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，
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，
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，
，
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x
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、
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nur コ ︽
Ur3
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U
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ハ
百二Zouco
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ミ
xOH
・∞
2 OH
10
20
Reduction
30
40
ノ ・'
1
.
(b) Ground d
ip
Effect of lubricant viscosity and surface roughness 01 flat di
e
on relation between friction coeff
ici
entμ
( Etched surface workpiece， 0.01 mm/s. )
8
6
-
and reduction i
n thickness.
滑油がすべて系外へ流出し，
ミクロプ ール が 消 滅 す る 現 象 が 圧 下 率 の 大 き な と こ ろ で 生 じ
たことによると解釈される.
4
.3
.4
材料表面の観察結果
40%の 圧 下 率 に お い て ， 加 工 途 中 の 試 験 片 を 加 工 方 向 と 逆 方 向 に 引 き 抜 き ， こ の H
寺，材
CO一↑υω
﹂-℃
mc-CO﹂円
0.
1m旦
寸
Fig.5 Infiltration o
f lubricant into boundary contact region under
processing ( with use of lapped die and etched workpiece ).
8
7
-
料が工具と~触していた部分，すなわち l空似界聞となっていた部分 の 伺料表面を顕微鏡で
観察した . この場合の加工速度は 1mm/s である.
F
i
g
.
5 は，試験片としてエッチング材を月 l
いて，ラッピング工共によってしごいた場合
の顕微鏡写真である .
低五'iI.立 ìlll の OH 及び日粘!支 ~IJ の 2000H とも，工只入口付近，すなわ
ち圧下車ががJ 5%と小さい場合には，
ミクロプ ー ルから接触而よへ ìll~ i
¥
'
li
l
Jが入り込んだ
という状況は確認できない . し か し ， 圧 下 車 が 大 き く な っ た 工 只 中 火 付 近 ， す な わ ち 圧 下
率が約 30% を 越 え る 付 近 に お い て は ， 明 ら か に 潤 滑 油 が 接 触 而 上 へ 入 り 込 ん だ 状 餓 が 観
J
I
I工 方 向 に 対 し て 前 後 方 向 で は な く て ， む し ろ 友 石 の
察される.ここで注目されるのは， )
彼方向に入り込んでいるということである.
ーブJ.しごき J
1
日工方向に垂直な方向に比較的大きな粗さを付けた研削工具を
mいてしご
白状態を F
i
g
.
6 に示す.この場合の 1
m工 法 伎 は
いた場合の，圧下車 25%付 近 に お け る 表 i
1mm/s である.低粘 l
立MIO
H及 び 悶 粘 l
又油 2
0
0
0
H ともに
F
i
g
.
5に示したラッピング
0.
1m m
トーー一一ーーーーーーー→
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u b﹂一一U
ザ
、
。
C O﹂
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(
b
)2000H
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F
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s
i
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g. (
R
e
d
u
c
t
i
o
n
; 25%)
8
8
-
工具を用いた場合に比べて，
Wい油!瓜に磁われていたことを伺わせるような表面状態とな
)
[
1
1のミクロプールの後端
っているのが観察される . しかし，よく注意してみると，高粘 &
形成されていないのが観察される.これに比べて，低粘度池で
部にはこれらの厚い油!肢が j
は，この部分にも厚い泊以が形成されていたことを示す表回状態となっている .
4
.3
.5
加 工 後 の 工具 (平ダイス)表面の観察.
女づつ述統的にしごき J
lI工し，加工
加工速度を 1mm/s とし ， 同一条例 で試験片を各 5j
A
後 に そ の 平 ダ イ ス の 表 而 を 観 察 し た . この場合の '
1
<ダイスは，何れも表而 l
nさの小さいラ
ッピング工具を用いている .
まず，エッチング材を試験片として川いた場合の結果を F
i
g
.
7 の写真に示す. Fi
g
.7
(
a
) は，澗約百1として低粘 l
え油 の
O
H を川いた場合の結果である.写J'l:において，白く見
Iに よ っ て ダ イ ス 而 上 に 移 着 し た と こ ろ で あ る . 被 )
J
U工 材
える部分が被加工材のJXl銅がitIZ
が し ご き 加 工 さ れ 始 め る 降 嫁 界 而 入 口 部 に お い て ，若干凝;{j'によるiXi鋼の移者が兄られる .
これらの移者現象は， /
'
j
芦j
築界而山口に i
f
iむ に つ れ て ， す な わ ち ， 圧 下 車 が 大 き く な る に つ
れてしだいに減少し，中央部付近においてはほとんど認められなくなる.
10 m m
ト一一一一一一一一一~
c
一
-umc C O﹂
vu b﹂
o
(a) 0 H
(b) 2000H
F
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.
7 S
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a
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e)
8
9
-
一方. F
i
g
.
7(
b
)は 高 粘 l
度 仙の 2
0
0
0
H を丹l
いた場合の結果である.低粘l
主
れ1の O
H に比
)j
察界国人口付近において激しい被)Jli工材の移者が認められる.また，その闘もし
べて. 管
ごき)JIl工方向に向かつてかなり大きく広がっているのが観察される.しかしこの場合も，
圧下率が大きくなる工只中央官¥
1を過ぎると消滅する.
f
竪l
察界j]ij入口における移 :
{}状態をさらに詳 R
:
1IIに観架するために，工只入口近傍の移若の
i
g
.
8に示す.この場合，烈く見えるの
生じている部分を顕微鏡で観察した.その結果を F
が移 '
(
1した策銅である.低利i
J
.
立油に比べ，日粘 j
交l
i
lJでは拶 Z
i
'.Glが多く，これらはダイス山
口方向に向かって幅広く広がっているのが認められる.
O.5mm
ト
一
一
一
一
→
c
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ub﹂ u
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O﹂
一﹁﹂
(a) OH
(b)2000H
F
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g.
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. l
a
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p
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dd
i
e)
.
9
0
-
一 方 ， 被 加 工 材 と し て 圧 延 材 を 用 い た 場 合 の 加 工 後 の 平 ダ イ ス 表 聞 の鋭 祭 給 巣 を F
i
g
.
9
(
a
)
. (
b
)に示す . こ こ で 注 目 さ れ る の は ， エ ッ チ ン グ 材 の 場 合 に は 工 具 と 被 加 工 材 が 後 触
し始めた部分，すなわち j
事燦w.而入口付近において凝着による被加工併の移.uが 主
l:じ始め
劫合には，逆に j
禁j
策斜面出口に i
l
lむ に つ れ て 移 若 が
るのが観察されるのに対し，圧@.f.イの I
多くなるということである .
10 m m
ト
一
一
一
一
ー
一
→
c
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Outlet
VU申﹂ 一刀
唱を一一一一
CO﹂
4吾ー一一ー
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(a) 0H
(b) 2000H
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e)目
4 . 4
ヨ2
5
-
努
ヨE
4. 4. 1 高 粘 度 油 の 流 出 挙 動 に 及 ぼ す 圧 下 率 の 影 響
を用い，工兵表而粗さが小さい条件の場合には，エッチングによって形成した
商事占度泌l
立は少なく . I
単係l
めq日はメタルコンタク
ミクロプ ー ル か ら 後 触 面 上 へ の 判 的 仙 の 浸 透 流 出 i
トを含む境界湖沼が支配的となるということを前主主までに述べてきた . しかし，本実験に
おいては ，圧 下 率 の 大 き い と こ ろ で は ， f
i
百粘!交油でもかなりの i
立が流出しているのが認め
られる . こ れ ら は 以 下 に 示 す 実 験 結 * か ら も 明 ら か で あ る .
9
1-
1) し ご き 加 工 後 の 平 ダ イ ス の 表 而 を U
J
I察 し た F
i
g.
7
.F
i
g
.
8及 び F
i
g
.
9 の結*では，
n
u口 側 の 方 に 移 お が 多
同粘度九lJを用いて圧延材をしごき加工した場合には，際機界百
く生じているのが観聖書される.これに比べて，エッチング材では逆に，
しごき )
J
日工が
予定され，圧下
始 ま る 摩 係 界 而 の 入 口 付 近 ， す な わ ち 圧 下 平 が 小 さ い と こ ろ で 移 必 が むl
率 が 約 15-20% を 過 ぎ る と ほ と ん と 移 お は 認 、 め ら れ な く な る . こ れ ら の 結 果 は ， エ
l
1で も ミ ク ロ プ ー ル か ら 流 出
ッチング材においては，圧下率が大きくなると(.古車r，皮 i
していることを示している.
2)加 工 途 中 の 試 験 J
t( エ ッ チ ン グ 材 ) を 逆 方 向 に 引 き 抜 い て ， そ の 表 而 を 顕 微 鏡 で おl
祭 し た 結 果 ， 圧 下 車 の 大 き い と こ ろ で は ， 高 粘l
立i
山でも!日]らかにかなりのL1) t
iZ触而
祭 さ れ た .こ の 場 合 ラ ッ ピ ン グ 工 只 に 比 べ て ， し
上 に 入 り 込 ん だ と 思 わ れ る 形 跡 が 旬l
l
J寺子に認められた.
ごき加工方向に垂直な方向に粗さを付けた研削工具では，よりfJ
3) エ ッ チ ン グ 材 の 場 合 の 高 粘 l
えれI
Iの l
事
持f
f
係数は，圧下平の小さいところでは大きな他
を示すが，圧下率の I自力n にともなって減少する.この ~l 合，ラッピング工具より研 ~jlJ
工具の低下率の方が大きい.さらに. J
I1工法度の小さい方が j
官僚係数が小さくなる.
これらは，圧下取の附加にともなって，
るメカニズム，すなわち，
ミ ク ロ プ ー ル か ら 後 触 而 上 へl
i
l
'
JW
li¥lJの流出す
mし 始 め ， 圧 下 率 が 大 き く な
ミクロブールメカニズムが-ri'
)
日すること，さらに，工具表[伺粗さと J
)
Il工法 l
交の低下にと
るにつれてその流出血が地J
もなってその1itが
m加 す る こ と を 示 す も の で あ る .
以 上 の よ う な ， こ れ ま で は 低 利1度計I
1に 比 べ て ミ ク ロ プ ー ル か ら 流 :
I
Jし 難 い と 考 え ら れ た
高粘度内 1
.1の助合でも，圧下率の大きいところでは，
ミクロプールから後触而上へ流出する
ようになるというメカニスムは，前述のI
挙I
政界[伺における而庄の変化を考 l
ぷすることによ
って，以下のように説明することができる .
はじめにも述べたように，引抜き)J[l工などにおいては，工具入口から山口に至る I
U
Jで面
圧が変化する . 五弓ら叫が ~rì 気銅を用いて引抜き )J日工を行い，その而圧を突 iJllI した F i
g
.1
0
に示す結果においては，工兵入口近
mにおける而圧は，変形低抗の!it:!t2倍 に も i
主する高
い而圧となる.しかし，これらは加工がi
並行すると急激に低下しでほぼ変形低抗の値にま
で低下し，以後は工呉出口に至るまで漸減することが示されている . このような而圧の変
化 に 追 随 し て ， 一 つ の ミ ク ロ プ ー ル が 工 只 入 口 か ら 入 つ て はl
口から
:
Uる ま で の 聞 に ， そ の
中に封じ込まれている判消 illJ の圧力が知事~なる変化をするのかについて注目することによ
って.f.Ji粘度れlJの流出機備はつぎのように考える こと が で き る .
9
2
-
F
i
g
.
l
0 M
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b
u
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i
o
n
'
l
.
まず，工具入口における高い而圧によって，被加工材である金属には塑性 ~Jt;が生じる.
これにともなって，
ミクロプール巾のiI
U
¥i
f
l
1
1
1
1は圧紛され，圧力を発生し始める . しかしこ
J
1か ら ， 工 具 入 口 の 近 {
5
1，すなわち圧下率の非常'に小
こで，金属と湖沼油との圧縮率の相 J
さいところでは，
ミクロプール中の il目滑 ~II の圧力は，これら工兵と材料との筏触而におけ
るような高い面圧までにはよ 1f し得ない.第 2~ で示したエッチングミクロプールのバッ
ファー効果は，このような時点において生じる.ここからさらに圧下おが収加し，
ミクロ
プールの体績が減少することによって， l
i
自刑判I
I
の 圧 力 は 著 し く 高 められるようになり，こ
の時点において，接触而上の[回圧とえ干しい{直にまで上昇し得るようになる .小 豆 島 6Iら据
込みにおけるの解析によれば，
3-4%の圧下率の H
寺に潤 m
IllJの圧力はlJ}触面上の圧力に
ほぼ等しくなるとされている.
このように，
I
Iの 圧 力 と 箆 触 面 上 の 圧 力 が 等 し い 状 況 に 透 し て か
ミクロプール巾の湖沼 !
竪係界面の平均而庄はさらに低下する.金
ら，さらに圧下率が噌 加すると，前:i&のように j
属同士の媛触となっている筏触而よの而圧は，これにともなって直後的に低下するように
i
'
l
Ji
r
l計1は圧縮率が金属材料に比べて 1
0
0 分の l程度であるため，このよう
なる . しかし， l
な面圧の低下が生じても，人口部で生じた高而圧を{呆ち続ける可能性がある.ここで， 掌
)
9
3
-
i
棋界聞の平均面圧は金属同士の後触古l
nの圧 力 と ミ ク ロ プ ー ル部の圧力にそれぞれの商品Tを
乗じて平均したものであるから，
よって，
i
自治耳1
Iが高い圧力を保っていることに
ミクロプール中のl
ミクロプール周囲の金属同士の接触郊の而圧が低下することになる.この結巣，
圧下率の治加にともなって I
管燦界而の而圧が低下するような }
J
日工条例ーの場合には，工只と
i触面聞の而圧よりも，
材料との l
ミクロプール中の湖沼 l
i
Ilの圧力が尚くなるという現象が
生じることになる.
こ の よ う な 状 況 に な れ ば ， メ タ ル シ ー ル の 欠 陥 部 か ら 後 触 而 上 へ 流 出 す る 潤 灯 油 の討は
著しく増加する .高 粘 皮 i
l
lで は ， 圧 下 車 の 小 さ い と こ ろ で は ほ と ん ど 流 出 し
mなかったた
めに，圧下車が大きくなって，このような状態となると，判別 i
r
lはメタルシーノレの欠陥 g
f
l
から後触面上へと急激に流出するようになる.
以上のように，圧下率が大きくなった助合に，高粘皮 ~II のミクロプールから後触而 HH へ
流出する機備は ， これまで述べてきたメタルシ ー ルによる制約機的に， I
管鍛界而における
l
lい に よ っ て 生 じ る ミ ク ロ プ ー ル 中 の 潤 滑 油 の 圧
而圧の変化と，金属と潤滑油の圧紛率の i
力の上昇を考慮することによって説明することができる . これらのメカニズムはまた，筆
者 の 共 同 研 究 者 に よ っ て 現 在 力 学 的 に 解 析 さ れ つ つ あ る 7)
以上においては，圧
F率の大きいところでの高粘度計1の ミ ク ロ プ ー ル か ら の 流 出 挙 動 に
ついて検討したものであるが ， ここで，圧下率の小さいところに注目すれば，やはりこれ
ま で と 同 級 に 高 粘 度 油 は ミ ク ロ プ ール か ら 流 出 し 難 い こ と が 示 さ れ る
すなわち， Fi
g
.7
及び F
i
g
.
8に示 したように ，圧 下 車 の 小 さ い と こ ろ で 生 じ る 平 ダ イ ス へ の 修 者 現 象 に お い
て，低粘 l
支油に比べて高粘l
立l
i
l
lの助合の移泊 5
1は 1
1
[
1らかに多く ， さらにダイス山口方向に
向 か つ て そ の 幅 が 大 き く 成 長 し て い る の が 観 察 さ れ る . これらの結果は， J.王下率の小さい
ところでは，高l 粘 l立iIll ほどミクロプールから t~ 触 i頂上へ流出し *1 いということを直後的に
示すものである . ここで重要なことは ， このように ，高 粘 皮 i
l
hの I
劫合に平ダイスへの移お
のせん断低t!'(が j
争燃の原因であるとする現代の陰線の 1
盟論
l1!が多いという事実は ，凝者間1
からすると，高粘皮 i
t
lほ ど 際 線 係 数 が 大 き く な る の は 当 然 の こ と で あ り ， こ の こ と か ら も
これまで述べてきたように，l/i粘 l
立i
l
hのj
管j
策係数が大きくなるのは粘性 l
抵抗が原因ではな
くて ，日粘 M
i
l
l
lほどミクロプ ー ルから流出し
1
*く，媛 触 而 上 で メ タ ル コ ン タ ク ト を 含 む 境
界 n~J /
f
l
傾I
或が増加するためであるという考えが裂付けられる.
4. 4. 2 低 粘 皮 池 の 流 出 挙 動 1
;
:及 ぼ す 圧 下 率 の 彫 響
一方 ，低粘度 i
l
lに お い て は ， エ ッ チ ン グ 材 の 場 合 ， こ れ ま で 述 べ て き た よ う に 圧 下 ギ の
小さい傾成を含め，全傾戚においてミクロプールメカニズムが有効に作Jllしていることが
伺われる . こ れ ら は ， 以 下 の 結 采 か ら 袈 付 け ら れ る .
1)エ ッチング材の場合， F
i
g
.
7， F
i
g
.
8 に示したように圧下平の小さいところではラ
ッピング工具への策銅の移者が認められるが，これは前主~のように，エッチングプ ー
ルのパップァー効果によるものと考えられる.すなわち，試験Jl表而のエッチングさ
れ て い な い 平 坦 部 のl
i
目前 l
i
l!が，加工の i
l
l
i行 に と も な っ て エ ッ チ ン グ さ れ た プ ー ル 部 へ
1を含む段男l
i
l
l
!
l
l
t
'
l
が支配が!となったためである.
逆 流 出 し ， 平 坦 部 上 に お い て は ， 凝 者 書1
m
i
目 状態がい つ P
I
¥
'iI1されるかは ，すな わ ち ， ど の 時 点 に お い て
し た が っ て ， こ の 境 界l
これらの凝着が生じなくなるかは，
T
lしている
ミクロプールメカニズムが効果的に作 J
かどうかを評価する目安となり得るものである .
さて，低粘度油を川いた場合でも，圧下i:t;(が小さいところではiUt
iによって生じた
武銅の移若が
m祭 さ れ る が ， こ の I易合，(Jj粘 l豆 油 を 用 い た 場 合 に 比 べ て 移 D量は著し
く少なく，また圧下車がわずかに I
W加 す る と す く に 減 少 し ， 移 者 は ほ と ん ど 認 め ら れ
なくなる.これらは，低粘ro:Ill!の場合，圧下率が小さい条例においても，高粘 l
立泊l
に
比 べ て ミ ク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ ム が 有 効 に 作 用 し ， 工 具と 材料と のiIT後面
nに浸透流出
し易いことを示すものである
2) エ ッ チ ン グ 材 の 場 合 ， 圧 下 率 の 小 さ い と こ ろ か ら 大 き な と こ ろ まで ， 全 傾 I
或におい
l
lほど小さい . とくに圧下率の小さいところでも，低粘!皇制l
を
て，摩擦係数は低粘!込 i
用 い て ， しごき加工方自jに 垂 直 な 方 向 に 比 較 的 大 き な 籾 さ を 付 け た の1
削工具を用いた
場合の摩擦係数が，他の条件のもののように噌大しないのが注日されるところである.
このことは，低粘度計1においては，全飢成において，
ミク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ ム が 有 効
に 作 用 し て い る こ と を 示 す と と も に ， と く に ， 工 具 粗 さ の 大 き い 場 合 に は ，圧下率の
小 さ な と こ ろ で も ミ ク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ ム が 有 効 に 作 川 し て い る こ と を 示 す ものであ
る. すなわち，低粘皮油の場合，シール部の欠陥が大きければ，
ミクロプ ー ル 中 の 料
消泊i
に静水圧が発生するとすぐにミクロプールからの流 I
Uが 起 こ る こ と を 示している .
これもまた，これまでの考えに従うものである .
3) し ご き 加 工 方 向 に 垂 直 な 方 向 に 粗 さ を 付 け た 研 削 工 具 を 汀l
いてしごき加工した場合，
低粘!豆油においては，材料 の 表 而 状 態 は Fi
g.
6(
a
)に 示 す よ う に 厚 い 泊 以 に
9
5
-
r
uわれて
いたことを伺わせるような表而状態となっている.これは，圧下車の大きいところで，
ミクロプール中の ìl~ 7fHjl の圧力が俊触同上の而圧よりも閃くなるという現象と，低粘
皮iJ
J
jで ， 工 具 犯 さ が 大 き い と い う 条 件 に お け る 流 出 毘 の 川 大 と が i
l
iなり合って，この
ようなミクロプールからの多阜の流山がもたらされたと解釈できる.
以上のように，圧下率をIlli々変化させてミクロプールメカニズムについて検討した結果
からも，低粘皮れlJの場合には，これまで述べてきたミクロプールメカニズムが庄下率の小
さいところから大きなところまで，広範囲にわたって効果的に作則していることは明らか
である.
4.
5
系吉
言言
R
芦僚折l而の面圧が，圧下平の別加によって変化するような))日工条例において，その耐圧
I
l
sに つ い て 検 討 し た . そ
の変化がこれまで述べてきたミクロプールメカニズムに及ぼす彩 F
の結果をまとめると以下の辺りである.
1) 低粘度目U の場合には，庄下率の小さいところから大きなところまで，全傾~におい
て ， こ れ ま で 述 べ て き た ミ ク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ ム が 効 裂 がjに作
できた.とくに，
mしていることが確認
しごき))日工方向に垂直な方向に付けた工兵の粗さが大きい場合には，
しごき加工が始まるとすぐにミクロプールメカニズムが作!llし始めることが伺える.
2) 商 粘 度 油 の 場 合 ， 圧 下 車 の 小 さ い と こ ろ で は ， 低 利i
l
立
i
J
l
lに 比 べ て 工 只 へ の 被 加 工 材
立油ほどミタ
の移者置が大きく，さらに燦燦係数も大きな他となる.これらは/:7i粘 l
ロプールから流出し!if!いということを示すものであり，
d
リ
'
J
I
王効果によって流出するモ
デルでは説明できないものである.また，凝岩部のせん l断 Il~ 抗が陪僚の原因であると
する摩僚の理論からすると，高粘皮iJ
i
lほ ど 燈 燦 係 数 が 大 き く な る の は 当 然 で あ り ， こ
のことからも，高粘l
豆油ほど陪僚係数が大きくなるのは，名!
i
t
上l
底抗によるものではな
度油ほどミクロプールから流山し.Iil!くなるためであるとする，これまでに
くて，高利i
示してきたミクロプ ー ルメカニズムの考えが裏付けられる .
3)
i
e
I
i
粘
度
計J
Iで も 圧 下 率 が J
i
'
jJ
)
日すれば l
管係係数は小さくなる . これは，圧下率が大きく
なると高粘!支iJ
i
lで も 接 触 而 n
rJに浸入するようになったことによるiJi粘 l
交九lJの降僚が，
粘性低抗によって支配されているならば，圧下率が大きくな っても限後係数は一定値
9
6
-
を 示 し ， こ の よ う に 低 下 す る こ と は な い と 考 え ら れ る . こ のことも ，河粘ll!油ほど}管
機係数が大きくなるのは，粘性 I~ 抗によるものではなくて ， /
.
'
St!i皮 ~li ほどミクロプ ー
ルから流出し難くなるためであるとする，これまでに示してきたミクロプールメカニ
ズムの考えを袈付けるものである.
4) 高粘度油でも，圧下率が大きくなるとミクロプールから後触[市上へ ~\~mìlll が流出す
るのが確認できたが，このようなが!
J
m
t
技術は，これまで述べてきたメタルシールの欠
陥部から流出するという潤滑機怖に， f
管際界而における而庄の変化と洲市 i
山の圧紛率
を考慮し，これによってミクロ プ ー ル巾の ìl~J 滑れIiの圧力が， 工只と材料との後触面ï I
U
I
の而圧より高くなる現象が生じるということを加味することによって説明することが
できる .
〈之丞主主ヨさ~-
:
s
之H
吠>-
1)片岡征二 ・木 原 詩 二 ・相 I
挙制 [
t:平 2年 塑 性 j
J
日工春季講演会部ちt
J論文 m，(1990)，I73
2) L
e
n
a
r
d，J
.
G.:P
r
o
c
.5
t
h1
n
t
. Congl
'e
s
s Tl
'i
b
o
l
o
g
y (EUROTRIB-89)，V
OL
.2，2
1
0
3) Gl
'e
e
n，
A
.
P.， H
i
ll
，R
.
: Jo
u
r
n
a
lo
ft
h
e Mechanics a
n
d Physics o
f Solids，
(1
9
5
2
)V
o
l.1
，3
7
.
4)五 弓 勇 雄
・岸 郷 U
t・二 宮 敬 :金属学会誌、 ， 1-31 (1967)，83.
5)小 島之夫 ・森川総[t・水 野 問 問 :塑性と加工， 26-295 (1985)，8
5
5
.
6)小豆島明 ・坪 内 昌 生 ・工 藤 英 l
珂 ・古 田 慾 I
I
f
J・準村r&(:塑性と j
J
i
l
工
， 3
034
7
6
1
3
.
(
1
9
8
9
)， 1
7)陰山哲也 ・木 原 諒 二 ・相棒組彦 :平成元年度 東 京 大 学卒業論文 「ミクロプ ールモデル
の解析的研究」
須~5 主主ê
'
1
J
玉迫主g:芝茎包'凶三力口 二仁 E
こオ'0 ~アる ll'.'J 計三t
杉』主村・I~ ~こ日互I τT る弓云テ" .
7
レ
5 _
1
有者
三重
降{察'lI-而に形成されたミクロプールが，塑性加工のìI~J 滑機似において重裂な役書11 をがi じ
ていることは，これまでの多くの研究からも 1
1)1らかである日
_3)
しかし，
ミクロプール
~ll の流出挙動，すなわちミクロプールメカニズムに付いては，未
中 に 封 じ 込 め ら れ た 制 作1
だ十分理解できるまでには至っていなかった.
本研究は，このような状況を開まえ，
i
l
lの 流 体 力 学
ミクロプ ー ル の 形 態 と 使 用 す る 洲 町U
i
l
lの 下 で ， 工 具 粗 さ に 注 目 し な が ら ， こ れ ら ミ ク ロ プ
的特性，すなわち動車占!立などとの￨刻 i
ー ル メ カ ニ ズ ム に つ い て 検 討 を 力n
えた.この結果，まず，
ミクロプールからの潤汁l
nlJの流
i
l
lの 実 験 か ら ， そ の 流 出 が こ れ ま で の モ デ ル に よ っ て 促
出機備を検討するために行った 案されているような動圧効果によって生じるというのではなく， 工 只と材料との接触によ
っ て 形 成 さ れ る メ タ ル シ ー Jレと位、定される後触部の欠陥から，強 H
i
l潤 滑 に 似 た 状 態 で ， す
l1た.この湯合 . n~
なわち計十圧効果によって流出するということを袈付ける多くの結裂を l
il'J i1Ì1の粘 l立がその流出~p; jfl)J に大きな彩型車を及ぼしていること，さらに，工具表町粗さが澗
抑 制!の流出する際の重要な流 i
f
lと な っ て い る と い う こ と を 裏 付 け る 数 多 く の 笑 験 結 果 を 得
る こ と が で き た . また，
η
・
Vの '
J
;
1}
J
日にともなう際線係数の J
¥
'
)
}
J
I1現象に関しでも，判庁1
油
自体の粘性低抗の増大に起因するのではなく，
η
・V の I世1
mに と も な っ て ， 逆 に ミ ク ロ プ
ールから潤滑油が流出し餓くなるために際線係数がi
将加するということを裏付ける実験結
果を得た.
本訟ではまず，
則して. [i!JI王効果では説明でき
ミクロプールからの潤滑れ1の 流 出 機 併 に l
ない現象，逆に言えば，工具表而粗さの凹凸の凹部によって形成されたチャンネルを通し
て，的圧効果によって流出しているというモデルの裏付けとなる現象を鐙出して示すこと
にする.また，
η
性 ilì:抗ではなく，
・
Vの 僧 加 に と も な う 摩 j
祭係数の増加1
現象に￨対しでも，判的油自体の粘
η ・ V の別加にともなってミクロプールから il~Jm Ìlll が流出しまit くなるた
めに殿様係数が増加するということを裏付ける実験結果を整出して示す . その後に，この
9
8
-
ような潤滑現象のすべてを無理なく説明することのできる，本研究の;Jf験によって明らか
に す る こ と の で き た 静 圧 効 果 に よ る ミ ク ロ プ ー ル 潤 滑 機 附 の モ デ ル を 示 す こ と に す る .i
I
故
後に，これらのモデルを定f
l
H
l
ドjに問解するために行った， ButI
el'の試験体 4) を 用 い た 侭 込
みによる確認実験と，定1
'
l
1
(
y
.
J解 析 に よ る 検 討 結 果 を 示 す .
6.
2
立盟'凶三 i!ゆ EE (J内ミクロフ。ーーノレすI~'J非f 弓云
ラゴ Jレ
α〉事足イ寸
b
アとナよる王児三吉之
5
.2
. 1 動圧効果ではなくて静圧効果によって流出することを装付ける現象
1)第 2.
f
i Fig.7 に示したように，低粘 l込の ill~ i
f
li
t
lをJlIいた極低 i
l
i (O.Olmm/s )J
m
工，すなわち，エッチングによって形成した直径 1 m
mのミクロプール中に封じ込め
られた湖沼油に対して， i
l
Y
J圧 効 栄 が ほ と ん ど 生 じ な い と 考 え ら れ る 条 例 で も ， こ の ミ
l
l
Jが工只と材料との筏触而r:n
に，かなり j
早い l
i
自治)肢となって浸透
クロプールから潤滑 i
流出しているのが確認できた.
2)第 2
1
;
;
' Fi
g
.6 に示したように，低粘!支の j
耳l
i
'li1lIはエッチングによって形成された
直径
1m
mのミクロプールから，工只と材料との後触 l
u
i川 へ 得 力 的 に 浸 透 流 出 し て い
;
1の
るのが確認できた . また，第 4i
Fig.5， Fig.
6 においては，低粘皮 i
l，高粘度
計
1
1と も に ， モ ア レ 原 l
坂を去にしてエッチングによって形成した微制u
なミクロプールか
ら ，l
i
'
i触 而 問 へ 等 方 的 に ， あ る い は む し ろ し ご き 加 工 方 向 に 垂 直 な 備 方 向 に よ り 多 く
流 出 し て い る の が 確 認 で き た . 動圧効果によってミクロプーノレから流出するのであれ
i
自滑油は方向性を持ってミクロプールの後端に流出するはずである.
ば
， l
3) エ ッ チ ン グ に よ っ て 形 成 さ れ た ミ ク ロ プ ー ル の 周 囲 は ， シ ャ ー プ エ ッ デ に な っ て い
る. す な わ ち ， 動 圧 効 果 ( く さ び 効 果 ) は 生 じ な い は ず で あ る
それにもかかわらず，
m 2な Fig.5-Fig.8 及 び 第 4
1
;
1 Fig.5， Fig.
6 に示したように，エッチングによっ
1
1が 後 触 回 上 に 流 出 す るのが確認できる .
て 形 成 さ れ た ミ ク ロ プ ー ル か ら 湖 町J
4)第 2な Fig 1
4 に 示 し た よ う に ， 直 径 1m
m の エ ッ チ ン グ ミクロプ ールのr:n腕 Lを
田
大 き く し ， し ご き 事 を 17% とした条例ーでは，摩係界而にミクロプールが全く存在し
な く な る と き と ， そ の l列 が 完 全 に 入 り 込 ん だ 状 態 と が 交 互 に 狽 れ る . 低 料i
t
立
地l
の場
合
，
ミクロプールの l列 が 一 度 入 り 込 む と ， つ ぎ の ミ ク ロ プ ー ル が 全 く 存 在 し な い 条
9
9
-
件 と な っ た と き に も ， 著 し く 潤 滑 状 態 が 改 善 さ れ る こ と が 明 らかとな った.こ の こと
は. 1) ~ 3) で 示 し た 顕 微 鋭 観 察 の 結 果 と 考 え 合 わ せ る と ， 低 粘 l
交i
l
1
1の渇合，
状態で，すなわち
ロ プ ー ル が 摩 擦 界 而 に 入 り 込 ん だ と き に ， 強 制 潤 汗i
ミヲ
I
r
f
'圧効泉によっ
てミクロプールから広い i
f
i
i
j四にわたって湖沼iJ
1
lが後触而:
f
iJに流出しているということ
を示すものである .
5) t
l
"
i3f，iにおいて示したように. O.Olmm/s の 極 低 速 加 工 に お い て ， 試 駿 片 と し て エ
ッチング材を用い，工具としてラッピング工具を使用した場合.iJi粘 l
支油の熔 I
察力一
tick-slip が 生 じ て い る の が 観 察 さ れ た . 動 圧 効 果 に
ストローク線図にはI!!!続的な s
l
V
JW
li
l
J
l
が流出するのであれば，向車l
i
I
立l
.
i
J
lほど流出 E
iは多くな
よってミクロプールから i
り. s
tick-sli
pは低粘度制l
に比べて発生しl1
t
fくなるはずである.
6)第 4
1
;
1 Fig.7. Fig.8 の写瓦に示したように，摩{察 WD
町入口付近におけるl1!{加工材
の平ダイスへの移者 E
iは，同粘 l
ぷ
I
1
1ほど多い.このことも. J
f
t燃 料 而 に お い て 高 粘 皮
油 ほ ど ミ ク ロ プ ー ルから流出し刻t
いことを示すものである.
5.2.2
工具表面粗さを考慮せねば説明できない現象
1) 第 3
1
i
tの Fig.4 に 示 し た よ う に ， エ ッ チ ン グ 材 を 試 験 片 と し た 渇 合 ， 低 粘 度 油 ほ
ど，さらに工具表面粗さが大きいほど降嫁係数が小さくなる.このことは，低粘l
支i
山
ほど，また工具表而粗さが大きいほど，後触而 n日への抑圧効裂による m~ 滑 1111 の流出 Q
が多くなることを示すとともに，
ミクロプールからの i
I
V
Ji
l
'
l
れJ
Iの 流 山 に 対 し て ， 工 具 粗
さによって形成されたチャンネルが i
l
li
J
l
!
なi
走路となっていることを示している .
2) 茸
'
;34tの Fi
g
.1
0 に 示 し た よ う に ， エ ッ チ ン グ 材 の )m工後の衣[日制祭において. 正
(
粘l
変iJJJの場合，
しごき )
J
日工方向に垂直な方!日l
に比較的大きな粗さを付けた工具を
mい，
かっ，加工速度が非常に小さい条例では，エッチングによって形成されたミクロプー
ル が 消 滅 す る の が 観 察 さ れ た . し か し ， そ の 工 具 の 粗 さ を ， 工 具 の 両 錨i
において削り
川工方向に平行な方向に粗さ
取って小さくしたもの，また ， 同じ犯さの工具でしごき j
を付けたものでは，このような現象は生じない.これもまた，
ミクロプールからの淵
別泊!の流出挙動に対し，しごき加工方向に垂直な方向に付けた工具粗さのチャンネル
が重要な役割l
を演じていることを示すものである .
3) m H tの F
i
g
.
5
. Fig.6 に 示 し た よ う に ， 加 工 巾 の 材 料 を 逆 方 向 に 引 き 抜 き ， 顕 微
さの大き
鋭 で そ の 表 面 を 観 察 し た 結 果 ， し ご き 加 工 方 向 に 垂 直 な 方 向 に 付 け た 工 具 拒l
ー
1
0
0
-
い研 ~jlJ 工具の方が，
ラッピング工具に比べて j
空機 W
f
f
i
iにおいて l
早い i
1
l
i
J
脱が形成されて
いたことを示す表商状態となっているのが観察された .
4)茸i4な に お い て 示 し た よ う に ， ラ ッ ピ ン グ 工 具 で は 圧 下 車 が 小 さ く な る に し た が っ
て低粘皮油でも摩擦係数が大きくなるのが認められる.しかし，しごき加工方向に垂
直な方向に比較的大きな粗さを付けたlUli
'
j
l
J工 具 で は ， 圧 下 車 が 小 さ い 場 合 で も ， そ の
J
日 は ラ ッ ピ ン グ 工 只 に 比 べ て 小 さ い . このことは，研削工兵においては，
摩j
察係数の噌 }
その粗さによって ，圧下車の小さい場合でもミクロプ ー ルメカニズムが有効に作用し
て い る こ と を 示 して い る と い え る も の で あ っ て ， 工 具 粗 さ が 重 要 で あ る こ と を 示 す も
のである.
5. 2. 3
・
Vの 地 加 に と も な う 摩 擦 係 数 の地 加 現 象 は粘 性 低 抗の量三 聖書で は なくて，
η・
Vの 増 加 に と も な って ミクロ プー ル か ら潤 滑 油 が 流 出 し量産くな るため
η
であることを裏付ける現象
1)ヨi
2
'
C
t Fi
g
.
1
2 (a) に 示 し た よ う に ， エ ッ チ ン グ で 形 成 し た 世 1mm の ミ ク ロ プ ー
ルのr:日隔
Lを 小 さ く し ， 工 具 と 材 料 と が 援 触 す る 1
1
1
J合 ， す な わ ち j
妾触平が小さくなる
条例においては，7.Ji粘[支れIiでも j
怪{擦係数は 0
.
1以 下 に ま で 低 下 す る . こ の こ と は ， 工
具 と 材 料 と の 接 触 部 分 が 摩 僚 を 支 配 し て い る こ とを示すものであって，
ミクロプ ー ル
中に存在するìI羽滑 ~IJ を含めて ， 日粘 J呉川1 における粘性低抗の影響は小さいものでしか
な いこ とを示 してい る.
2)茸i3な に お い て 示 し た よ う に ， 制 約 目J
I自 体 の 粘 性 I
底抗の)[6主主が小さくなると考えら
れる 0.
0
1 mm/s の極低迷}J1l工においても，高粘 l
豆i
l
1
1の摩持:{係数は低五l
iI豆油の値に比
べて大きい .こ の場合.7.Ji粘 l立~lJのJl't 持~力t\l図には ，
辿統的な st i
c
k
s
li
p が観察さ
l
l
lに比べて高粘!良 1
i
1Jほど後触而上においてメタルコンタク
れる .こ の こ と は ， 低 粘 皮 i
豆油ほどミ
トを 合 む 真 実 接 触 而 の 而 取 が 多 い こ と を 示 す も の で あ る . す な わ ち ， 高 粘 l
ク ロ プー ル か ら 流 出 し
mく ， こ の こ と が 司 粘 皮 r
i
lJほど j
怪傑係数が大きくなる原因であ
るこ とを示すものである .
3)t
f
l
3
i
;
iで 示 し た よ う に ， 高粘度計1
1でも. 1
1
1化 ス テ ア ロ イ ル の l
吸着服が十分形成され
る条例ーでは. )挙僚係数は低粘!真相1
1の 値 近 く ま で 低 下 す る と と も に . I
l
l
i
/
.
立の I
白川1
に対し
で も 一 定 の 値 を 示 す よ う に な る . このことは ，高粘m:l
i
lJでも，何等かの方法で後触而
日
!l
で生じている凝着を減少させれば， I
管燦係数は低粘[笠 1
i
lJの{直近くまで小さくなるこ
とを示すものである.このことはまた，潤滑 1
1自 体 の 粘 性 低 抗 は 著 し く 小 さ い も の で
しかないことを示している .
4)第 4誌 に お い て 示 し た よ う に ， エ ッ チ ン グ 材 の 場 合 ， 高 粘 度 i
1
l
iでも圧下率が I世加す
れば摩擦係数は小さくなる.これは，高粘m:i
i
l
1で も 圧 下 率 の 鳩 !
J
l
lにともなってミクロ
i
百
十f
l制lが入り込み，凝右f
剖1
が減少する
プー ルメカニズムが有効に作用し，後触[同上に l
ことによって摩燦係数が減少すると考えられるものであるが，高粘[交 i
1
1における H
翼線
が，粘性抵抗によって支配されているのなら，圧下率が大きくなっても摩擦係数は一
定の高い値を示すはずである .
5)賞i4竿 F
i
g
.
7， F
i
g.
8の 写 真 に 示 したように ，高 粘 l
立1
1では被加l
工材の平ダイスヘ
1
分が多いことを示すものであり，
の移者震が多い . このことは)挙燦界而において凝若宮1
主i
U
1
の路線係
凝着を摩僚の原因とする近代の摩擦の考えと一致する.すなわち，高粘l
数 が 大 き い の は ， il~ 滑油自体の粘性 Il~ 抗に起因するのではなくて，荷車it 度れli ほどミク
fく 接 触 而 上 に 凝 着 を 生 じ 易 い こ と に よ る と 結 論 で き る .
ロプ ー ルから流出しまt
5_
:3 オ 三 事 前 多 宅 に よ っ て ご 坦 月 干 植 に す 一 る こ と
の て ? き た 主 閏 宇 骨 桧 主 主 将 司Eの モ テ "
"
.
7
レ
5. 3. 1 塑 性 静 圧ミ ク ロ プ ー ル 潤 滑 機 構 の モデル
塑 性 加 工 に お け る い わ ゆ る 混 合 潤 滑 状 態 の 場 合 ，I
宗務i
界 而 に 形 成 さ れ た ，一 つ 一 つ が 独
'
'
I7)<圧が発生し ， 条件
立 し て い て ， 閉 じ た 形 状 と な っ た ミ ク ロ プ ー ル中のiI目滑油には高い，I
に よ っ て は ，工 具 と 材 料 と の 接 触 而 聞 の 而 圧 に 匹 敵 す る ま で に 高 く な り 得 る . ミクロプ ー
ル中で高い静水圧を発生した il\~ 滑 ìJlI は ， つ ぎ に は 強 制 潤 滑 に 似 た 状 態 で ， す な わ ち 静 圧 効
果によって段界湖沼状態にあるとされる媛触而r: n に入り込む.これらのiI:'~オH幾 備 は ，
ミク
ロ プー ル の 周 囲 の 接 触 状 態 を ， 欠 陥 を と も な っ た メ タ ル シ ー ル と み な す こ と に よ っ て 容 易
に理解することができる.すなわち，工具と材料との直後後触によって形成された微小な
1
<圧 を 発 生 す る よ う な 状 況 を ， メタル
空 間 に潤滑油が封じ込まれ，そこで変形中に高い前リ'
シー ルによって測苛}泊が封じ込まれているような状況であると也!定する .
シー ル部を構成する工具と材料との表而には， !
J
l
l工当初jか ら 何 等 か の 犯 さ が 存 在 し て い
ー
1
0
2
-
る.このような二而の接触而聞においては，原子的スケールの均ーな後触とはなり得ず，
1さ に 応 じ て シ ー ル 部 に 欠 陥 を 残 す こ と に な る . ま た ， 圧 下 平
二而の組さ ， と く に 工 具 の *
白川にともなって l
壁際界面の而圧が減少するような J
日工，制 l
えば引抜き加 l
工
， ~J1出し JJ日
のI
工，しごき J
!
日工等においては，被加工材である金属材料と判的目1
1との圧縮ギの相i{1から，
圧 下 率 の 治J
!
日にともなって，境界制十f
l状 態 に あ る 俊 触 而 上 の 而 圧 よ り も ミ ク ロ プ ー ル 中 の
測i
f
l泊 の 圧 力 が 高 く な る と い う こ と も 起 こ り 得 る . こ の よ う な 状 況 の 下 で は ， 境 界 湖 治 部
に形成されるミクロンオーダ以下のわずかな隙 1
1
1
1を i
lし て ， さ ら に は ， 路 線 界 面 に お け る
而庄の変動に乗じて，
ミクロプール巾で日いね水圧を発生した il~Jmìlll は I
t圧効果によっ
，
r
i
へと流出する.この場合，メタルシールが不完全になるほど，いいかえれば，
て境界制約書 1
nが 大 き く な る ほ ど ， ま た ， 接 触 而 よ の 間 圧 よ り も ミ ク ロ
工 具 と 被 加 工 材 r:日に存在する隙 n
プール τIj の il~J 泊池の圧力が高くなるような条例となる場合ほどその iii は多くなる.さらに，
加工速度も流出直に対して藍裂な因子となり得るものであって，
J
m工 i
i
l
l
!
立の低下にともな
ってその流出置は地大する .
l
¥
l
の粘[交の影
こ の よ う な ミ ク ロ プ ー ル メ カ ニ ズ ム が 作 mする潤滑機構においては， il~J ~.t i
1
皮が低いほどミクロプールから欠陥を通して筏触面 f
m
響 は と く に 毘 袈 な も の で あ っ て ， 車5
へ流出する際の低抗が小さく， il~Jmìlll の流出量は粘度の低下にともなって明大する.とく
に，低粘 l
阜の潤滑 i
t
l
.lにおいては，
ミクロプール中で l
i
自治制1
に圧力が発生する状態となりさ
)
日工条例下において，
えすれば，広純四な J
ミクロプ ールメカニズム が 有 効 に 作 川 す る よ う
になる.
このようにして，工具と材料との後触而r:n
に浸透流出した潤滑 i
l
lは ， つ ぎ に は こ れ ら の
;
:
;触 而 n
nの チ ャ ン ネ ル
粗さによって形成されたチャンネルを泊って広く広がり，ついには 1
主触[師r:n
において広く広がるという
す べ て に お い て 高 い 静 水 圧 を 発 生 さ せ る よ う に な る .t
刻しでも，潤滑 i
t
l
lの動車5
!
立が大きな彩位:を及ぼす.後触而 n
l
lに 作 在 す る 粗 さ の チ ャ
ことに l
ンネルにおいてこのような高い約水圧が発生するようになると，これらは元のミクロプー
ルと同じ様な挙初jをし ， 加 工 荷 箆 を 支 え る と と も に ，ここ か ら 工 只 犯 さ の 凸 部 と 材 料 と の
f
iす る よ う に な る . あ る い は ， 工 具 粗 さ の チ ャ ン ネ ル 部 に お い て ， 工 具 の
接触而聞
￨ をもれH
犯さの凸部と材料との t
;
:
;触 而 I
llIの而圧と同じ程度の高い i
t
i
'水 圧 を 発 生 し て い る よ う な 状 態
であれば，材料表而 l
とわずかなファンデルワールス力によって l
以 おしている l
i
目的 i
ll
分子で
あっても，二而間の出動にともなってこれら工具机さの山吉!Iと材料との筏触している部分
へと，機械がjに 引 き ず り 込 ま れ る こ と も あ り 得 る で あ ろ う .
ー
1
0
3
-
ー方 ， i
!
'
i
J
Wl油の粘!立が高くなるにしたがって，微紺!な隙 I
l
lに浸入する際 の!lJ;抗が大きく
なるため ， ミク ロプー ルから工只と材料との後触部への約圧効果による浸透流出鼠は減少
する . また，たと え入り込んだと してもチャンネルを通って移動する助合にも低抗が大き
し 低 粘 度 内I
I
のように広く広がるという効
!
:
nも小さくなる.さらに高粘皮I11
1
1こなると，
ミ
クロプー ル中より動かず ， あたかも材料とともに塑性変形するように挙動し，しごき加工
方向にのみ移動 す る. したがって
I
!
J
争燦 w
而においてミクロプ ー ルが形成されるような条
例 においても，低粘[立泊のような幸子しい降線係数の減少を生じさせることはない.しかし ，
4
底抗は， l
i
自治油の動
ミク ロプールからメタルシ ー ルの欠陥を通って移動する過程に対する j
T
a
b
le 1 R
e
su
m
e of l
ub
ri
c
ati
o
nm
od
e
l
s
η .v の増加に伴 って摩鍛係数
ミクロプ}ルから潤滑油の流出機構
メタルシールの欠陥昔日か らの流出 .
η . vの増加にとも なっ て，ミ
したがって工具表面粗さが大 きいほ
クロプールか ら潤滑油が流出し
ど，低粘度油ほど，加工速度が小さ
難くなることによる .
いほど流出量は多くなる .
本
この場合，金属 と潤滑油との圧縮
研
率の相違と，摩綴界面の面庄の変化
究
は ミク ロプール中の潤滑油を接触面
の
聞に押し出すように作用する .
モ
プ
J
J
レ
が場加する原因
(影響因子)
-工具表面粗さ
-潤滑油粘皮 η
-加工速度 V
-摩鎖界面の函圧変化と
圧縮率
粘度に起因するものであり，プロセスのH
制U
lが 長 い か ， 圧 下 率 の J
¥
'
lJ
I1にともなって摩様界
而の而圧が減少するにもかかわらず，
ミクロプールの圧力が高くなる条i'1
ーでは，司粘皮油
でも. [
i
}
J
粘l
阜の低いiIl
U
i
f
l~I l と同般にミクロプールからメタルシールの欠陥を i図って t~ 触図
上へと浸透流出し，隊機係数は低下するようになる.
以上で示したミクロプ ー ル潤滑機怖のモデルを，茸~ 1i
:
i
;の TabIe 1 に 準 じ て ま と め る
と TabI
e 1 のようになる .
5. 3. 2
Butl
e
r の 試 験 体 に よ る 塑 性 静 圧 ミ ク ロ プー ル潤滑モデルの確認実験"-引
前写i
において述べたように，
ミクロプー Jレ中の il男滑油の工具と材料との t~ 触而 nn への浸
透流出君主動は，メタル νー ル と 想 定 し た 俊 郎i
l
i
町間に形成された欠陥を過しての流出挙動と
考えることによって容易に説明することができる . ここでは，さらにメタルシールに近い
B
utI
e" の 試 験 体 を
状 態 を シ ミ ュ レ ー トし得る
mいて考祭実験を行い，
ミクロプールか
らの測汁I~~ の流出挙動に及ぼす制約 ~Iiの車'iI交及び工具表而粗さの彩切について検討を JJI1え，
l
'
l
性 静 圧 ミ ク ロ プ ー ル潤汗i
モデルの確認をする.
コ
C
c
'
1
O30
Fig，l Nomi
naldimensions of coned specimen.
1
0
5
-
試 験 体 の 限 式 図 を Fi
g
.1に示す. r
l
'心 部 の 在 み 部 は 直 径 1
4m
m で，コーン状の径みの
頂j
l
lは 1
7
1・ である . この径み i
郊 の よ 縁 部 か ら 試 験 体 外 縁 ま で は 勾 配 5・の 傾 斜 に 旋 削 し
iみ昔1
1に液体を十分に i
斤え，平 f
i工 只 で 庄 納 し ， 径 み 部 か ら
である . 加 工 を 開 始 す る 前 に i
の液体の流出畳を測定評価する.平而工具は
mき入れした工具鋼を川い，試験体と1'2'触す
る側の端而に半径方向の現l
さをつけた.工具粗さは
4段 階 に 変 化 さ せ ， そ の 粗 さ の ト レ ー
i
g
.
2 に示す .
スを F
u
t
l
e
rの試験体を制l
圧 プ レ ス で 庄 紛 速 度 0.
5mm/min の低迷 l
立で l
s込んだ.こ
実験は. B
の時，工具と I
及勿jに1'2'触するコ ー ン状のiIみ部の上縁部が，まず圧制甘されてリング状に平
!!l化される . その平!!!化された部分の外縁が，試験体外縁の位世に i
主した H
寺点で試験体を
取り外し，中央官ñl に残存したコーン状の緩み告11 の形状を粗さ ~I で iJ1i1 定した.このときの径
No.
Surface roughness curves
11
:
』
12
お
13
む州門
14
F
i
g
.
2
~
~~
Surface roughness c
u
r
v
e
so
ff
l
a
td
i
e
u
s
e
df
o
r compression o
f c
o
n
e
d specimen
ー
1
0
6
-
み部の I
f
j状 と 試 験 前 の 窪 み 部 の j
形状とから，
t
.G込み前後における i
lみ 部 の 内 容 積 変 化 を 求
めた . この値は ， 窪み剖1
からの液体の流山霊を表す.
1
i11Jを川いた.また， 1
盈も
日目滑油としては これまでのしごき実験で川いたのと同般の澗il'
低粘皮の液体として，ここでは水を川いた.
]
J
(の 高 圧 粘 皮 特 性 か ら ， 加 工 中 の 扇 面 圧 条 件
i
目滑 l
l
I
l
に比べて I
訟も低粘 J
立 の 液 体 で あ る と 思 わ れ る 7) 試 験 体 の 材 質 は
に お い て も ， 他 のl
6-4 W銅である.
~取変化率と液体の五11 度との|刻係を求めた紡采を Fig.3 に示す . この結よねから液体の粘
皮が低いほど，また，工兵表[師粗さが大きいほど容積変化率が大きくなることが分かる.
これらは，実験的に粘!支の低い液体ほど，また ， 工具表而粗さが大きいほど径み部から!符
圧効果によって流出し易いことを示している . さらにこの場合，工具災而の粗さが，流出
する液体の流路として有効に作用することを示しているものであり，前項において提案し
た静圧ミクロプ ー ル ìl~J 滑モデルを裏付けるものである.
ペ¥
• NO.
l
l
oNo.12
o
コ 60
d
.No.
13
。
口 NO.
1
.
1
m
G
J 40
ロ
0
Fig.3
0
10
1
0
'
1
02
103
L
u
b
r
icant v
iscos
ity at98.
9
'C Ic
S
t
1
0
'
Effect of l
u
bricant viscosity on outflow of lubricant
from coned cave i
nl
oading normal force.
ここで，工具表面粗さの i
詰も小さい N
o.11 工 具 を 用 い た 場 合 . t:~ 粘 I豆油 2000H でも径
み部の容積が減少し，さらにこの他は低粘l
立制i
になるにしたがって右千羽加するのが認め
られる . こ れ は ， 加 工 に よ っ て 浅 み 告1から l
i
目前油が流出したと考えるより. i
l
目的 i
山の圧紛
取に依存した窪み部の変化と判断した方が妥当であろうと思われる.
5.
4
ミク ロ
フ。 ー - .
1レ才問
KJモ ラ ゴ
Jレ C D
宗主 主畳 白勺免写初予
6. 4. 1 C
h
a
n
n
e
lJ
a
c
k
i
n
gM
e
c
h
a
n
i
s
m (C.J.
M目)
ミクロプ ー ル中の ìl羽 咋I ~ I I が，工只と材料とのシ ー ル部の欠陥から浸透流山し ，
さらに ，
工 具 粗 さ の チ ャ ン ネ ル に沿 っ て 流 れ る 挙 初J
を，以下のような C
h
ann
e
lJ
a
c
k
i
n
gM
e
ch
a
n
i
s
m
と想定して定量的解析を試みる .
むミクロチャンネル内にミクロプ
孤 立 し た ミ ク ロ プ ー ル か ら 派 出 し ， ネ ッ ト ワ ー ク を 組l
ー ルから湖沼 m
lが 仰 し 込 ま れ る . チャンネル内にiIlU
W
l
i
l
Ilが十分に満たされると流れが止ま
r
.
'
のi
¥
l
U
n
'
li
l
l
iの 圧 力 と 同 じ 圧 力 と な る . この段階で，
り， チ ャ ン ネ ル 中 の 圧 力 は ミ ク ロ プ ー ル l
m水 圧 を 発 生 し た チ ャ ン ネ ル ネ ッ ト ワ ー ク が 完 成 し て 加 工 荷 量 を 支 え る .
チャンネルが 外 部と径絡していて .i
l
Y
¥
l
i
'
l
n
i
lの 流 動 が i
!
!
JJ
立 に起こり 1
>
)るI
劫合には，系外に
I
Iが流出 して ミ ク ロ プ ー ル ， チ ャ ン ネ ル と も 消 失 す る
測前打
6.4. 2. C. 1
. M.モ デ ル 式
チ ャ ン ネ ル を 直 径 Dの ト ン ネ ル と 考 え る . mUWt ~ のせん Ilfrl底抗は Newton
WJ
に従い ， そ
の 粘 皮 は 指 数 則 で 圧 力 に 依 存 す る . ミクロプ ー ル か ら 延 び る チ ャ ン ネ ル 中 の 湖 沼 油 の 平 後i
式を. Fi
g.
4を参考にして以下のように考える .
π02
一
一
ァ
一
・
4
こ こで
dp=
7
l0・
η v π 02ρ dv
一
一
一
て一
一
一
・ dx + 一
一
一
一
一一
一
一 ・dx
pは チ ャ ン ネ ル
~1I の粘i t1係数
式の右辺の第
υ
4d t
r
l
'の湖沼制lの 圧 力 で
v は湖沼前11 の平 t句流 i悲，
..
.
.
.
.
..
・(1)
xはミクロプールからの長さ，
ρ は ìl\'J n'l ìrlIの箆;'J立.
η は潤 滑
tは H
寺
r
:
J
iである . なお. (1)
1項 は ， チ ャ ン ネ ル 壁 而 か ら 作 用 す る 摩 j
察 低 抗 で あ る が ， 厳 密 に は 1-2の
係数の補正が必要である.
沼i
滑油を非圧縮性とすると，
dv/dx=Oであるから，
(1) 式は pと xとについて
の微分方程式となる.潤滑油の粘皮の圧力依存性を
可
=η.exp (rp)
・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
市.大気圧での潤滑油の粘性係数
r
:粘 皮 の 圧 力 指 数
とする.対象が低速加工なので粘皮の温度依存性は考慮しない.ここで，
4司自 V
α= ー一一ーーー一
02
β=
ρd v
β
dt
α
一一
一
一，
とおく .
L
F
i
g
.
4 F
o
r
c
e
so
n am
i
n
o
r element
一1
0
9
-
・・・・・・・・ (2)
x=Oで p=k， (k:材料の変形低抗)， x=L(L:チ ャ ン ネ ル 巾 の 潤 滑 油 の 延 長
長さ)で
p=oの 境 界 条 例 で ( 1)を解く. X=exp (rp) とおくと，
dX
= αrd x
一一一一一一一一
X (X+ε)
︼
ト
ー
n
o
e
，
ザ
し
E
P
L
V
α
，
ザ
=ル﹂
VA!
で
、川る
7
す
﹂
hu
削a
ぱと
e 1 2，
1
き
￨ 、
1l
﹁
-、
1}lJ 視
z
-ノ
、 'ヵ
X 一+ )
、 w'
- Jt
一
XP
x
(
r
E
B
a
l
a
‘一
np
ベ
て
︾ I匂
'
r
i
'
'
v
u
ー
﹁lllL e
-
と (I) は 変 形 さ れ る . したがって，
In (1+ε) = srL
とt
l
lける . 左 辺 を lの ま わ り で 展 開 し て 線 形 化 す る と ，
E
;
= srL
よって，
αrL
=1
の 関 係 が 導 出 さ れ る . すなわち，
dL
L・ 一 一 一
dt
(dv/dx=Oよ り ) dL/d t=vで あ る か ら
02
一一
= 一4ηo
r
t=0で L=Oだから，
L2 =
02 t
一一一一一一一
2ηor
・
・
・
・田
・
・
目
白 ・・
・
・
・・・・・・・・・・・ 田・
・
・
・
・
・
・・
・
・ (3)
とチャンネル中の湖沼 h
l
iの 延 長 長 さ と H寺1
m， チ ャ ン ネ ル の 太 さ ， 大 気 圧 粘 E
Z， 粘 & の 圧 力
指 数 と の 関 係 式 が 導 出 さ れ る . (3) を時間について解いて，
t = 2司自 r(L/O)2.....
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.目
・
・
・
・
・
・ (4
)
となる .こ れより ， 一つのチャンネルに ìl\~ il'l油が充満し，そこに圧力が発生する時Jln
は
，
チャンネルのアスペクト比の平方に比例することが分かる.
この力学的 I~ 扱で:kt 1
)
;
1
、のある I
Iil:としては， i
l
'
>
U
計'
l
l
i
lJの分子の大きさを考慮すれば ， 0 >5
n m程 度 ま で の 範 囲 と 考 え る こ と が で き ょ う .
一1
1
0
-
5
. 4. 3
ミクロプ ー ル と チ ャ ン ヰ ル の モ デ ル
旧工材表而との 1
:
1
に存在するミクロプールとチャンネルの形態として，こ
工具表面と被j
こで例示するいくつかのモデルがある . ここでは
(1)
3
1
1
B
i
iの 形 態 を 考 え て み た .
ミクロプール直結モデル
nな る チ ャ ン ネ ル に よ っ て 径 絡 さ れ て い る と す る . 太 さ が D
で評価されるチャンネルに圧力が発生するまでの時 1
m tDは. C4) を mい て つ ぎ の よ う
ミクロプ ー ル 同 士 が 太 さ の
に算定できる.すなわち材料の圧紛が始まってから時間
tD 後 に し が プ ー ル の 平 均 r
:
l隔
L.の 半 分 に 迷 し て ， チ ャ ン ネ ル ネ ッ ト ワ ー ク に よ る 荷 重 支 持 状 況 が 完 成 す る と 考 え る .
C4)式から，
tD =
"
2η
白
・
1 CL./D)2
C5)
と求められる.どの程度の太さのチャン ネルが il~JmillJで尚たされ ， 圧力を先生して加工荷
量を支持すれば，ほとんど全而に il~J i
f
li
l
l
iが 存 在 す る よ う に な っ た と 判 断 し て 良 い か が 問 題
い チ ャ ン ネ ル の 充 満 が 済 む ま で の1
1
年1
:
1 tD
と な る . ま た こ の モ デ ル で は 肢 も 紺l
冊
.0
が固体
支持の存在時r
mに 相 当 す る .
tD
m
;0
この場合の
-
2 η 0 1 CLm/D.;o) 2
・
・
・・
・
C6)
Dminは 単 純 に は 決 ま ら な い . 力 学 的 取 扱 の 主(1ル の あ る i
詰小径とする必要も
ない.
(2)
網目述絡モデル
太いチャンネルの充満と圧力発生が終了するとそれに続いてつぎのクラスのチャンネル
の 充 満 が 始 ま る と い う モ デ ル で . I砧割11 のチャンネルの充満が終了するまでの II.~ I
H
Iは ， 太 さ
が上のクラスのチャンネルの充満と圧力発生に裂した時1
1の総平n
となる. しかし . C4)
から明らかなように，充満すべきチャンネルの長さをし
mt;は
満の時1
i
と そ の 太 さ を 0; と す る と ， 充
CL'/D')2に 比 例 す る の で ， 最 も 時 l
i
f
lの か か る プロセ ス が 決 定 的 に
時
r
:
1
I
をm
l
l官uす る こ と に な る . 1
1
キIirJに対するチャンネル部の降線係数!H移は，どのクラスの
l
l状 態 を 大 き く 変 え る の か に か か っ て い る .
チ ャ ン ネ ル の 充 満 が . il~J i
ー1
11-
このモデルでは，最も太いキャピラリーはプール同士を径絡し，つぎのクラスのチャン
ネルが太いチャンネル同士をつなぎ，というように，直列にプロセスがill:行することを似
定している .
(3)
ロゼッ トリ}フモ デル
ミクロプ ー ル 直 結 モ デ ル 及 び 網 目 i
l絡 モ デ ル で は ， プ ー ル が チ ャ ン ネ ル に 径 絡 さ れ て い
ることを前促としているが，ロゼットリ ー フモデルでは，プ ー ルから袋小路のチャンネル
いチャンネルが出て禁脈のようなネットワ ー クを形成することを怨
が 派 出 し ， そ こから納l
定している.時間則その他の考察はほとんど網目連絡モデルと同僚である.
ミクロプ ー ル 直 結 モ デ ル 及 び 網 目 i
l絡モデルとのi!1いは，太さの制1
1い チ ャ ン ネ ル の 充 満
l時 1111 が必ず し もより太いチャンネルより長くかかるとは I!R らない}，~\と ， 全プロセス時 I~ I が
総 和 となる点 とである . つ ま り ， 太 さ が 3
4な っ て も ア ス ペ ク ト 比 が同 じな ら 充 満 して 圧 力
寺1
1
1
1は 同 じ で あ る .
を支持するようになる H
5.4
.4
摩 擦 係 数 の 時 間 則 に 関 する 検 討
工具による被加工材の圧縮が始まってからの団体後触部の陪僚係数の変化は，本来改め
1のi1ii1i'l比の変化などを ， 直 後 抑 制 し て 検 討 し ，
て チ ャ ン ネ ル の 形 態 に 法 づ い て 液 体 支 持 宮1
その時 間 f
t
l
J
を導 出す る べ き で あ る . し か し ， チ ャ ン ネ ル へ の 洲 市 川l
の充満が始まれば，固
体支持部の摩係係数は時 1
mの 1
)
1純減少￨瑚数で表現できるはずである.国体支持の状悠から
液 体 支 持 の 状 悠 に 変 化 する 1
1
寺I
I
nt. が ， チ ャ ン ネ ル の 状 態 を 表 す パ ラ メ ー タ (L/ O)2
(今後 簡 単 の た め
aとおく . )を川いて，
t
. = 21
/07 a
で 表 さ れ る と す る . なお
.
.
.
..
.
..
.
.
.
.
.
.
..
.
.
..
.
.
..
..
.
.
.
.
.
.
.
..
.目
・
・ ・ (6'
)
aを 等 価 平 方 ア ス ペ ク ト 比 と 称 す る こ と と す る .
1の 摩 彼 係
チャンネルが完全に液体で満たされ，流れが止まって圧力が発生するまでの 1
寺1
1
1
1f
i
l
Jと し て ， 指 数 時 n
nf
i
l
Jや べ き 采 時 I
I
n日
J
I
が考えられる . チャンネル
数の変化を表現する H
のミク ロ プー ル か ら の 郎 総 に 対 す る 圧 力 変 化 が ，指数関数的であることを主主考にすると ，
寺n
nl!IJ か
指数H
1 よりも大であるべき来JlI J を保汀l するのが妥当である.指数 II.~ I
:
l
J
f
i
l
Jにおい
て 隙 隙 係 数 μc は
，
ー
1
1
2
=(μb一μr)
μc
(!-t/t，
) e x p (- t/ t，
) + μr ・
・
・
・ (7)
と 表 さ れ る . 一 方 ， べ き 来 1寺I
nJ則はつぎのように表される.
=(μb
μc
ー
μr) (!-t/t，
)n
+ μF
・
・
・
....・・・・・・・・・・ (8)
なお， μb は チ ャ ン ネ ル へ の I
政体の I
r
j
lし込みが始まらない Mの}官僚係数であり，
μf は
Iのミクロ
チ ャ ン ネ ル へ の 液 体 の 押 し 込 み が 十 分 な さ れ た 後 の 際 線 係 数 で あ る .μb は初 W
プール密度などに依存する初 J
U
J~JZ 触率の他，
μr とともに工兵制l さや材料の初 J
U
J粗 さ に よ
って決まる表面近傍の余剰塑性仕事取などによっても彩轡を受ける .
5
. 4. 5 板 の 低 速 引 抜 / し ご き 加 工 に お け る 摩 擦 係 数 の 挙 動 解 析 へ の 応 用
(1) 摩 擦 係 数 の 挙 動 の C. J
. M. に 滋 づ く 解 釈
板の低迷引抜/しごき(以下，しごき !
m工と日告す. ) 加 工 の 場 合 ， こ れ ま で に も 多 く の
実験によって示してきたように，ダイス而の平均際機係数はあるお[/交のミクロプールの存
在する条件のもとでは，潤滑の大気圧粘j
長や川 l
工速度の附大 t
とともなって明大する.この
ような現象を
C
.J
. M.に 基 づ く つ ぎ の よ う な モ デ ル に よ っ て 説 明 を 試 み よ う .
J
I
王的に制汁l
i
l
l
lが工具と材料との勝1f.
1WfI日に供給されない.
① 低 速 加 工 で あ る か ら ， 切I
②測すfIは，被 !J日工材表而の凹己l によって持ち込まれたìI~J i
i
'
l
i
l
l
lに よ っ て ， 工 只 表 而 と 被 川1
工材表而の凹凸が形成したミクロプール r
l
'のl
i
自
i
1
'
t
i
l
l
iの }
J
I
I工 r
l
'の仮担増いによって支配さ
れる .
I
lが
③ ミ ク ロ プ ー ルが加工巾に!JI1圧され，チャンネルに潤滑iI
wし 込 ま れ ， さ ら に チ ャ ン
ネルにも圧力が発生する .
@ ミ ク ロ プ ー ルに J
!
日えて， i
l
'
J
.
r
H
I
Iに 圧 力 が 発 生 し て い る チ ャ ン ネ ル が ， 工 只 荷 量 を 支 え
潤滑に寄与する .
(2) C. J
. M. 及 び 時 間 f
l
l
Jに 基 づ く 摩 擦 係 数 の 数 式 モ デ ル
し ご き 過 程 に お け る 僚 依 係 数 の 数 式 モ デ ル を C.
J
. M. 及 び ， そ れ に 法 づ く (7)式
の指数時IlfJflI
J
によって 1
:
;
どめることにする.その準備のため実験条 f
lや 実 験 デ ー タの表現を
怪傑係数偏差 A μ N
改 め て お く こ と が 必 要 で あ る . ま ず (9) 式 で 表 現 さ れ る 規 桁 化 平 均 J
ー
1
1
3
-
をお入する .
ムμN = (μm一μr) / (μb一μr)
・・・・・・・・・
・
・
ntd が ta より大きい j易合，
被加工材が工具との接触却に存在する1
1
寺
・・(8)
0- td までの
AμN は
，
AμN= - J
:(l-t/ta)exp(ー t/t.)dt
となる. (6') 式により t.を η
0'
sμN =
r及 び aで表して剖f，lすると
2ηora
2 η包 raく td ・
・ ・・・・・・・・・・ (1
0
)
td e
と求められる . ここで eは自然対数の底である.
2η0ra>td' すなわちダイス U
j口になっても間体支持状態が伐存する助合は，
aμN=
1 rt
n
-1
td
(l-t/t，
)exp(-t/t，
)dt
J0
となって，同般に ta を η0， r及 び aで表して計算すると
AμN = exp {-td/ (2η0ra)} ，
2η自 ra> td ・
・
・
・ (1
1
)
と求められる .
チャンネルにプールからの澗川内Itの圧入が始まってからの，匝￨体支仲間1
の平均 J
管機係数
μ。 の 時
n変化を ，指数 H寺J1日TIlJによって表し，
(1
0
) と (1
1
)式のようにしごき条件と脱
絡化平均摩燦係数偏差との関係式を得たが，これらの式の実験式としての信頼性が
c.J
.
M.の確からしさの 3
干t
f
Hiとなる.
(1
0
) 及 び (1
1
) 式の aは
2η0ra=td のとき，
AμN = 1/e
となることを利用し，実験データを参考にして決定する.すなわち，
a=td/2ηor
・
.
...，..............目・
・
・
・
・ ・ ・・・・・・・・・・ ・
・ (1
2
)
と aが求められる.これはこ手側平方アスペクト比であるから，その {
f
i
lの物 I
型炉j妥当性を吟
1
1
4
-
味することによって，ここで促案している C
.
J
. M. の妥当性と l
怪熊係数変化の時間 I
J
l
i
J
の妥当性とを併せて評価できる .
(3)実 験 デ ー タ に 基 づ く 検 討
Fi
g
.
5 は，前なまでにおいて行った:;lt!験結果，すなわち被 J
1
日工材表而にエッチングによ
ってミクロプー ルを形成したエッチング材を用い，ラッピングあるいは研削加工によって
繁j
察 係 数 偏 差 ム μN
工 只 の 表 面 粗 さ を 変 化 さ せ て し ご き 加 工 を 行 っ た 場 合 の . t.見絡化平均 j
を
，
ηoV r に 対 し て プ ロ ッ ト し た も の で あ る .本実験に使月 lした l
i
自治 i
l
l (ポリプテン)
の粘 l
立 の 圧 力 係 数 を r= 30GPa-tとし 8) ま た ， 実 験 温 度 に お け る 潤 滑 )
1
[
1の粘伎は，
m3Uの
T
a
bl
eIの f
泣から実験沼1
1
.
立
を 2
5
'
C として . W
a
l
t
e
r の 式 よ り 求 め た .し ごき率
は 30% で Ld=3.
5 mm としている .
1.0
0.
8f
ロ
ミ0.6
ロ
，
ロ
ロ
•
q
~
0
.
4
[p
x OH
L
l 5H
o 15R
0.
2卜 R : >
/
ロ100R
・
I
2000H
6
1
0r / m
円
。 V'
Fi
g.
5 R
e
l
a
t
i
onb
e
t
w
e
en ηoV r a
n
d /:;.μN
1
0
-6
ηoV r が
10-13-10-6 m の1
1
日で sμN が 0-[の 変 化 を し て い る.指数日寺 !
}
1J
l
i
l
を適用するため， sμN が 1/e の1
1
寺に ηoV r 値 が 3.8 X[O-II
m に対応する
2
) 式よ り aを決定すると，
と し て (1
a1/2 = 6800
と求められる.この値はモデルの慨念と矛 l
百しないと評価することができる .
Fig.6 は，この aの 値 に 基 づ い て 得 ら れ る 計 算 式 と 実 験 の デ ー タ と を プ ロ ッ ト し た も の
である . 実 駿 デ ー タ 自 身 か な り ば ら つ い て い る が ， こ の aの 他 に 五 づ い て 得 ら れ る 計 算 式
は ， 定 量 的 に は 十 分 現 象 を シ ミ ュ レ ー ト す る も の と は 言 え な い . とくに η臼 Vr>10
-10
mに お い て ， 実 験 デ ー タ か ら の ず れ が 生 じ る .
〆
/
/
/
U
門
“
，
ロ
/
lo
，
ロ
ロ ロ ロ 円 門0
U
円
Fhu
Z﹃
ベ寸
・
・
・
0
.
8
18
q
/
U
必
0.
2
'M/X
必
4
y主
二三
2
1
0
-1
ー1
0
10
n
.OVi / π1
ロロロ
，
.
1
.
0
•
.lp
X OH
<
l
. 5H
o15R
ロIOOR
・
2000H
1
08
6
10
-
Fig.6 R
el
ation between calculated value a
n
d experimental value
ずれの主な原因は二つあると考えられる.その一つは，塑性変形の進行にともなう材料
表面形態の変化を，すべての実験条1'1に 対 し て 一 般 に 生 じ て い る と 仮 定 し て 取 り 依 っ た こ
1J
1
i1
も一般に与えたことである.すなわち， )
J
[
J
とであり，他の一つはそれにしたがって時 1
工の進展にともなう被)
j
日工材の変形の進展により表而変化が生じ，そこに新たなチャンネ
ルが生成して，チャンネルジャッキングの進展を促進するという効果を挙げることもでき
るであろう
政体制約機併と
もしこのような効巣が存在するなら，これを，ナノ製性的圧 i
称することができょう.
0 mの 条 例 に お い て ， 解 析 の 際 に 以 上 の よ う な こ と を 考 1
η0Vr>10-1
1ftすれば，低
速しごき加工の場合，平均j
制策係数がある純聞の ηoVrにあI
して 1
1
1羽 i
円)
1
1する現象を，
C. J
. M.によって説明]できる可能性は大いにあると判断できる.
以上のように，
0
i
i
1
1な 解 析 的 手 法 と 勝 係 係 数 の1
1
寺n
l
l変化 J
I
Iを巡 m して，低 i
i
l
iしごき )
)
1
1工
における級車t
Iな 現 象 を 少 な く と も 定 性 的 に は シ ミ ュ レ ー ν 日 ン す る こ と に 成 功 し た と 言 え
f
ll
幾備の
よう.したがって，チャンネルジャッキング効果，すなわち ，本訟で促案した澗 i
モデルである抑圧的ミクロプール制約機怖が，被加工材表[同車1さ の 比 較 的 大 き な 場 合 の し
ごき j)日工において，実際に1'~ f
i
}
j
J
する可能性は高いと結論される.
(4) ミクロプー ル の 消 失 につ いて
l
i3j';'Lで工具表而粗さを l
i
j
f削))日工によって 3
μmRmax 程
本 節 の 序 文 で も 触 れ た よ う に ，?
度に し た場合，低粘!支の il \Uifl~11 I
p， O
H(2
5'
Cで の 粘 性 係 数 は そ れ ぞ れ 1.7XIO-3， 4.3
XI
O
3 kg・s/m2 )を用いると， ミクロプールが消失し ，平 I
句j
挙j
妓係数がしごき加工速度
.1- 0
.
1
5 までに
の減少とともに 0
なにおいて提案した
m大 す る こ と を 示 し た . このような現象に￨対して ，本
C. J.M. に よ り 説 明 可 能 か 否 か を 検 討 す る .
工具表面粗さが 3
μmRmax と 大 き く な る と チ ャ ン ネ ル の 筏 も 大 き く な り ， ミクロプ ー ル
同士を径絡するばかりでなく，外部とミクロプールを径絡することが考えられる .
いま ，仮 に チ ャ ン ネ ル の 太 さ が 工 具 表 而 粗 さ ( R
m
a
x )の 1/100 -1/10 程 度 で あ る
:
1
の F
i
g
.
5(
c
) に お い て ， 低 粘i
度i
l
!
lO
H を川いて加工 i
速度 0
.
1 mm/s の
と考える . 茸131
アスペクト比
と き に 燦 燦 係 数 が 若 干 泊 加 す る の に 注 目 し て ， こ の 場 合 の ηoV r より等仙i
aを見積ると ，
alノ 2 = 1
.1
7X 1
08
ー
1
1
7
-
6~ 3
となる.この時のチャンネルの j
ミさは 3，
5X 1
0
5X 1
06 μ m となり，これは試験片の
制よりも 1
0
0 倍以上の他となる.
以上のことから，
C， J， M，に従えば，工兵粗さが大きく，閥抗'tit
l
l
粘l
立が低く，さら
に加工法!立が小さいときに，際機界而から洲市池が系外へ流出し，
ミクロプールが消失す
J
日し，摩 j
察係数が大きくなることが考えられる.
ることによって乾燥摩僚が明 )
5 . 5
系吉
言書
前なまでの実験結果を誌にして，低速塑性)Jn工でも摩 j
察界而にミクロプールが形成され
るような条件において，そのìI目咋!状I!，，~を支配している可能性のある製 ä ，'({'圧ミクロプール
判別機桝のモデルを示した.さらにこのモデルを B
ut1
e，'の試験体を
mいた蹴込み加工に
よる実験と，簡単な手法による定m:的解析によって確認した.このモデルにおける各パラ
メータの役割l
や影響について盤日!し ， まとめると以下の通りである .
工材表而粗さは，大きくなるにつれて際操界而でむl
i
t
足する l
i
官
庁l
i
l
l
lの i
止を増加させる
被加 l
工具表同組さは，材料の流れの方向に垂直な組さが意味があり ， 大 き く な る に つ れ て 摩 僚
t
足する潤滑油の i
l
iを i白川 l
させるとともに，
'
.
J
I
.
而
で
制i
ミクロプ ー ルの周回に j
形成されるシー
ル部の欠陥を鳩して， ìI~J 滑 ~jl にミクロプールからの浸透流出の自 11J 1
立を与える .加工速度
は，大きくなると全力日工 1寺
!
日l
を減少させて測灯油の浸透流山置を減少させる .圧 下 率 を 大
きくすると，
ミクロプ ール の 収 納 を 促 し ， 湖 沼 )
1
1
1の浸透流出品が多くなる . 潤滑油の副j粘
度が大きくなると，
ミクロプ ー ルの周聞に形成されるシ ー ル部の欠陥への浸透低抗が大き
くなり，したがって浸透流山虫が減少する.
このような，被加工材の表面粗さの凹部に il~U i
f
l/
1
1
1が l
i
l
i促 さ れ ， 工 只 と 材 料 と の J
管j
業界面
l
U
l機 構 は ， 流 体 力
に機械的に持ち込まれ，そこでミクロプールを形成するという場合の i
学的な作用による摩燦界而への #
¥
'
J
W
l~ll の供給が JUI j
守できないような塑性 j
川工，例えば低迷
引き抜き j川工やしごき加工，鍛~圧納加工等の加工において効果的に利用できると考えら
れ，今後の実用化が J
Ul待される.また，このような i
l
'
)
Ji行機併の J
1
l納'は，低 j
空機と澗 i
f
li
l
lの
低粘皮化とによって製品の表而品質の制御の可能他を検討する上で ill~ なものとなろう .
ー
1
1
8
-
〈之丞主主 云聖
5
・三之
H
1
J
¥>
-
1)春日保男 ・山口勝美:塑性と)Jn工， 6
5
1(
1
9
6
5
)， 1
8
9
.
2) J.A.Schey
Tribology i
n Metalworking， (1983)，A
m
e
r
. Soc.Metals
3) O
.
O.Ratnagar，H.S.Cheng，J.A.Schey
T
r
a
n
s
. ASME，Journal of Lubrication
Technology (1974)， 5
91
.
4) Butler，
L
.，
H
.
: Metallurgia，58-4 (1960)， 1
6
7
T
.，Kihara，
J
.，Kataoka，
S
.
:P
r
o
c
.5
t
hI
nt
. Congress Tribology
5) Aizawa，
(EUROTRIB-89，
) Vol.2， 1
5
5
.
6) 木原料二 ・相深百HEZ・片岡 f
正二:1
1
[
16 3[ill性加工春季講演会 ~I~t j
!
l
it
i
首文集 (1988)，3
8
3
.
7)P.W.Bridgman
The Physics o
f High Pressure， G.
B
e
l
l &S
o
n
s
.L
t
d
.(1931)，3
4
6
.
8)村木正芳:1
I
司滑， 3
3
1(
1
9
8
8
)， 3
6
一1
1
9
-
気~6 主;主
た
主
主
主圭
塑性加工において， il~J i'f1 剤は加 工 中に工 具 と材料との熔 j察界而の入口近傍に供給される
か，あるいは加工の前の段階で二而 1
mに与 え ら れ る か で あ っ て ， 実 際 に i
r
.
Y滑 剤 を 必 要 と す
壁際界而に，どのような
る 加 工 中 の 殿 様 界 而 に 直 後 与 え ら れ る こ と は な い . したがって， l
l
Yi
I
'
!J
i
l
l
を保持できるのかということが重要な i
白
l
機併で百四十I'l斉1を 供 給 で き る の か ， あ る い は i
胞となる.
塑t1加工における液体制約斉 1
1，すなわち澗汗1
~IJ の作用機怖を，いわゆる流体制滑理論の
誌に成り立っているすべり車111 受や歯車の洲市機問と比較して J.IIU~ する試みが，多くの研究
者ー
によってなされてきた.このことによって，材料及び工具の巡動によって熔燦界間に潤
I
I
Iの f
置が大
滑 油 が 供 給 さ れ る 機 仲L 及 び こ れ ら の 機 出 に よ っ て 摩 隙 界 而 に 供 給 さ れ た 制 約 I
きい場合の湖沼挙[j}
J
にl
刻しては，少なくとも定性的に理解することができる状況にある.
交I
I
I
Iほど，また
すなわち，これまでに行われた多くの研究において示されるような，高約l
加]工速度の大きいほど，さらに工只粗さの小さいほど摩僚係数が減少するという現象は，
これら流体湖沼浬論に沿ったものとして受け入れられてきた .
しかし，低速加工でも被加工材の表面粗さが大きい場合には，むしろ逆に低粘l
支泊ほど
加工力あるいは摩係力が小さくなる現象が，実際の J
日工においてもしばしば認められる.
これらは流体潤滑理論では十分説明し得ないものである.この原因となるものに ，摩係
w
'
J
mが 考 え ら れ る が ， こ の ミ ク ロ プ ー ル の メ カ ニ ズ ム に 凶
聞に形成されるミクロプールの却
しては未だ不明な点が多い.なかでも，
f
li
l
iが ， 境 界
ミクロプール中にf;!じ込められた判 i
l
に入り込めるのかどうか，
湖沼状態にあるとされている工具と材料との直接的な筏触而t:r
さらに入り込めるとしたらそれは如何!なる機梢なのかは，未だよく分かっていないと言え
るところであった .
このような塑性加工におけるミクロプールのメカニズムを究明するため，これまでにも
多 く の 研 究 が 行 わ れ て 来 た . そ の 一 部をUilな に お い て 示 し た が ， こ れ ら の 研 究 に よ っ て
提案されたモデルでは，
tでT.iiい的 水 圧 を 発 生 し たl
i
目滑れJ
Iが ， 主 と し て ， 澗
ミクロプール r
前川l
の粘 l
立 η と加工速度 Vの地加にともなって，
ミクロプールから媛触而l
上に入り込むと
している.一方，潤滑油の粘j
立と J
)
日工速度の増加にともなって j
経線係数が J
i
'
))
J
Oす る 現 象 を
認め，これらは際僚界而において，日庄のために著しく粘皮の I
官加した測泊油自体の粘性
抵 抗 に 起 因 す る と し て い る . これらの潤滑モデルにおいては，
m11;
iでも指摘したが，
(
iJ
れのモデルも工具の表而粗さの ff~ 轡は考服していない.
本研究は，このような状況を附まえ，
ミタロプ ー ルの形態と使用する判別Il
i
lの 流 体 力 学
支などとの閃 k
l
lの下で，工具表[日犯さに注目しながら，これらミクロ
的特性，すなわち粘l
ミクロプールl
i
l
'
.W
l
t
幾怖の解明を図ることを目的
プールのメカニズムについて検討を加え，
とした.
以下においては，各 ~Cl の概要と，
1
fJられた結論あるいは知見に付いて契約する .
m ll;í'においては，まず，塑性加工の il~J 滑 tt1\ N4 を泊!AAl する上で必要な.!J礎知識である隊
i
議・摩粍に関して，これまで行われてきた研究の歴史を仮り返り，さ
らにこれらの研究に
よって明らかにされた，現在における}営住~ ・ 摩耗に士、I する概念を示した.つぎに雄娘 ・ j掌
f
tを減少させるために削廿Jilは如何なる{免許1
I
を泊じているのか ， また，そこで必要となる
流体 n
'
l
J
W
l
t
段 椛 の 概 念 に 付 い て 述 べ た . そ の 後 に ， こ れ ら の 燦 燦 ・j
李将と
i
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t体 制 約 1
史論を誌
にして考えられ，また発展してきた，現段階で議論されている製1'J:}
J
I
I工 の 潤 滑 機 併 ， 及 び
刻 す る 研 究 の 一 部 を 示 し た . {詰後に，木町1
ヲピの位世づけと目的を
ミクロプール湖沼機併に l
l
珂M
主にした.
買i2'{，iにおいては，
ミクロプール中に封じ込められた潤滑油の工兵と材料との後触面r.1I
事旅試験装 1
i1を試作した.実験では ， あらか
への流出挙動を飢祭するため，平仮しごき型l
じめエッチングによって大きめのミクロプールを形成した平板にしごきを}JIlえ， 1.克則する
il~Jm 油の粘皮との|刻迎の下で，ここから il~J 滑油の流出する ~pif9Jに付いて飢祭した.また，
本装位によって摩擦係数も測定した .
顕微鏡観察の結果から ， 低粘 J支Ìl li はミクロプ ー ルの周囲の工具と材料の平坦部との t~ 触
而l
i
lに，等方的!こ浸入し，一方，高島i
l
皮
I
l
I
lは あ た か も 固 体 状 の l
換となって，
ミクロプ ール
の後端部を塑性変形させながら平坦部へと引きずり込まれるような状悠が確認できた . ま
た，これらは
O
.
O
l
m
m
/
sの 極 低 速J
}
日工条件においても鋭祭された .
R
罪持主係数を淵1
I
定した結果，被 j
J
日工材の表而粗さが小さく，かつ}JI1工法 l
立の小さい条件に
おいては，低粘度内1ほ ど 僚 依 係 数 が 大 き く な る の が 飢 祭 さ れ た . し か し ， エ ッ チ ン グ に よ
って形成した ，一 つ 一 つ が 閉 じ た 形 状 と な る ミ ク ロ プ ー ル が 熔 娘 界 而 に 入 り 込 む と ， 低 粘
ー
1
2
1
-
l
豆 油 の 場 合 に は 広 範 囲 わ た っ て 潤 滑 状 態 が 者一しく改善され，むしろ低料i
l
変i
l
l
1ほ ど 摩 様 係 数
が小さくなることが明らかとなった.
川工における潤滑機構を究明する上で，重要な手がかり
これらの結果は，何れも，:llQ性 j
となり得るものであった.
耳i3'
1
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'
1においては，
ミクロプ ー ル中のì1~J w
ln
bが
，
ミクロプ ー ル の 周 回 の 工 具 と 材 料 と の
接触によって形成されるシール古1
1を 泊 し て 流 出 す る と い う 湖 沼 機 備 に お い て ， そ の 工 具 表
i
lJ粘&， j
Jl1工速度がその流/J
Ji
戸山J
に及ぼす影響について検討を j
J
日えた . 実 験
面粗さと潤滑 l
，
豆 1m
m のよ立銅仮を j
羽い，その表而状態を，圧延而及びエッチング而に変化させた.
には板 l
加工i
創立を1.5mm/s一 定 に し て 行 っ た 実 験 か ら ， 圧 延 而 の 試 験 J
tでは ， 潤 滑 油 の 粘 度
が低いほど，また工具表而粗さが大きいほど際線係数は他大すること，逆に ， エッチング
材 で は ， 低粘 l
立油ほど，さらに，工具表而 *
1
1さ が 大 き い ほ ど 勝 燦 係 数 が 小 さ く な る こ とが
I
J
Iらかとなった .
一方，加工法!交を 0
.
0
1-1
0mm/s ま で 変 化 さ せ て 行 っ て し ご き の 実 験 か ら
1 mm/s
以上の加工速度においては，何れの工兵制さにおいても低粘皮油ほどj
管j
夜係数は小さくな
.
O
l
m
m/
s においては，工具粗さの大きい場合に， {
，
民
粘l
立i
l
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lの摩燦
る. しかし ，極 低 速 の O
泊 加 す る の が 認 め ら れ た . こ の 湯 合 ，j
J
日工後の表面を顕微鏡で観察すると，
係数は急激に i
エッチングによって形成したミクロプ ールが消滅しているのが確認された .
こ の こ と は ， 燈 娘 界 而 に 形 成 さ れ た ミ ク ロ プ ー ル 中 の 潤 滑 油 は ，工只表[日粗さの 凹 凸に
よって形成されるチャンネルを通して工具と材料との j~ 触而 r:1I へ流山していること ，
また
この場合 ，低 粘 皮 油 ほ ど 流 動 性 が 良 く ， 流 出 す る 際 の 低 抗 が 小 さ い た め に ， 工 兵 粗 さ の チ
I
rJへと浸透流出し易いということ，さらに加工法 l
支の低下にとも
ャンネルを泊して接触而l
なってその流出量が多くなることを示すものである.
また， t~ 触而上の潤滑状態を添加斉11 の効果によって評価する実験において，添加百11 であ
る高濃度の i
主化ステアロイルをそのままの状態で被加工材表面にプリコートした湯合には ，
支油でも低粘度油のレベルにまで l
管燦係数が低下すること，また i
i
l
i
l
立の的 )
J
日に対しで
高粘l
も一定の値を示すようになることが確認できた
このことから，境界 ìl~JmJ肢が卜分形成され ， 工具と材料との凝着を防ぐことができれば，
日粘l
交制1
でも摩燦係数は幸子しく低下し得ることを示すものであって，カt
!添加!の高粘 j
豆油を
.
t
策 界 而 は ， メ タ ル コ ン タ ク ト を 含 む 段 界 測 滑 が 支 配 がJ 潤
i
l
'
l
状態
用いた渇合には，その摩J
ー
1
2
2
-
となっていることが裏付けられた.
ヨ
14なにおいては，
ミクロプール I
'
I
Ji
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ltlJ!!)'~に及ぼす圧下平の影響を検討するために，圧
下郡を 2% から 40% に 変 化 さ せ て し ご き 実 験 を 行 っ た .
エッチング材を用いた湯合，何れの j
問
H
'
t
~11 においても態僚係数は圧下率の I首加にともな
って低下するのが認められた.さらに，工具への被加工材の移者自は，圧下率の r~ 加にと
もなって減少するが，この湯合，高車lî[支 ~ll を用いた H寺の拶;Zf の.[;lは低粘ru: l
i
Ilのものよりも，
かなり多くなることを確認した .
このことから，圧下平の附加にともなってミクロプールから制約 1
1が 流 出 し 易 く な る こ
とが明らかとなった . また， i
i
J
it
!
i立
.
1i
l
lに お い て も ， 圧 下 平 が 大 き く な る と 流 出 す る よ う に
なるものの，一方低利iJ.立 ~li に比べれば ， t~ 粘!豆油ほどミクロプ ー Jレから流山し難いという
ことが確認できた . こ こ で ， 凝 岩 部 の せ ん 断 低 抗 が i
掌僚の原因であるとする摩僚の I
型論か
良川l
ほど僚機係数が大きくなるのは当然であり，これまでの実験に示され
らすると，高粘 j
良油ほど摩擦係数が大きくなるのは，粘性低抗によるものではないということが改
る日粘 j
めて裏付けられた.
ヨ
i5i
;i:においては，
ミクロプールから II~J 泊 illl が流出することに|却して，他の研究者の提
案する動圧効果による流出というモデルでは説明できない現象を技 J~! して示した .
さらに，
前 な ま で に 示 し た し ご き 実 験 の 結 果 を 誌 に し て ， 静 圧 効 果 に よ る ミ ク ロ プ ー ル 別 問 機備の
モデルを示した.
すなわち ， ミクロプール r
lで日い目下水圧を発生した j
閥的 i
l
iは， 工 兵 と 被 加 工 材 と の 後 触
而!iiJに形成されたミクロンオーダ以下の微制1
1
なチャンネルをii!iして後触而 W
Iに浸透流出し，
つ ぎ に は こ の チ ャ ン ネ ル を 流 路 と し て 広 が り ， そ こ で 再 び 静 水 圧 を 発 生 す る . これらの潤
背I
i
l
lは，工兵と材料との直接後触を防ぎ，
r
管 僚 を 低 減 す る . こ の 場 合 ， 被J
I
日工材表面組さ
は，大きくなるにつれて j
管機界而で l
i
l
i!足する洲市川l
の置を
t
n加 さ せ る . 工 只 表 面 粗 さ は ，
材料の流れの方向に垂直な粗さ意味があり，大きくなるにつれてミクロプールの周囲に形
成されるシール部の欠陥を治して，
1
I
百W
t
i
l
l
Jに ミ ク ロ プ ー ル か ら の 浸 透 流 H
Jの 自 由 度 を 与 え
)
日
工
i
!
l
il
えは，大きくなると全加工時 1
1を減少させて判別刊1
1の 浸 透 流 山 祉 を 減 少 さ せ る .
る.J
圧下率を大きくすると，
立が多くなる . 制
ミクロプールの収納を促し ， II~J r，H Iiの浸透流 tll r
立が大きくなると，
約油の動粘l
ミクロプールの周囲に形成されるシール部の欠陥への浸透
ー
1
2
3
l
正抗が大きくなり，したがって浸透流出 l
i
lが減少する .
r
技術は， B
ut1
e'
l の試験体を用いた I
s込みによる実験と， Channel
またこの塑性百 ，圧潤滑 t
J
a
c
ki
ngM
e
c
h
a
n
i
s
m モデルによる出論解析によっても定置的に裏付けられた.
m6'
4
iは ， 本 研 究 に よ っ て 得 ら れ た 結 * 及 び 知 見 に つ い て 総 括 し て い る .
ー
1
2
4
-
露首
誇辛
本研究の終わりに臨み，長年にわたって惣切なる御指導，御教示を賜りました東京
大学工学部教授木原ま事二博士，助教授相湾鎚彦博士に心より感謝数します.また，本
論文をまとめるにあたり，多大な御教示と御助言を賜りました東京大学生産技術研究
所教授木村好次博士に厚く御礼申し上げます.ならびに，御査読頂き御助言を賜りま
した東京大学工学部教授織田高照￨専士，鈴木俊夫博士に厚く御礼申し上げます.
また，本研究を遂行するにあたり，終始深い御理解と御鞭逮を頂きました田中益夫
元東京都立工業技術センター副参事研究員，菅野恵介機械加工部長，ならびに町野欣
ー元機械加工部長，内藤建元機械加工部長に感謝教します.さらに，実験を遂行する
にあたり御便宜と御協力を頂きました東京都立工業技術センターの諸兄に対して厚く
御礼申し上げます.
最後に，実験に御協力頂いた日本大学生産工学部，芝浦工業大学金属工学科，東京
電気大学工学部の各大学卒研生に対して厚く御礼申し上げます.