平成2年度 研究報告 大分県工業試験場（2）県産鋼玉（エメリー）のアプレシブウォータージェット加工への利用開発＊市販ガーネットとの性能比較実験

臣俊宏豊幸裕

藤塚江連

後大水池部

学化

1 緒 言
ェメリーはコランダム（αアルミナ）の結晶に微ネットとスチールグリッドとがあるが、現在は主に細な赤鉄鉱。磁鉄鉱。石英の結晶が均一分散したもガーネットが使用されている。従って、本研究でもので、コランダム（新モース硬度12）と同様に硬度市販のガ山ネットを対照物とし、エメリ」の切削力が大きい（10〜12）。わが国では南海部郡宇目町の木を評価した。

浦鉱山でのみ産出される。
天然のコランダム類は、かつては金属の研磨材料今回実験に使用した加工機の適正粒度の都合で切断試験には＃80（公称0．3〜0．1mm）を選定した。

として広く利用されていたが、人造コランダムが工業化されて以来、その需要は激減した。木浦鉱山で2。1 試料（研磨材）の粒度の調整産出される県産エメリー（以F▲、エメリーとのみ略

ガーネットは岩手鉱業㈱の＃80を使用した。

す）も、現在ではその耐摩耗性とセメント。アスフ

エメリーの試料は木浦エメリー㈱が0．3mm以下

ァルトに対する親和性の大きさから、道路の滑り止品として出荷している物の中から、ガ」ネットの粒めや工場の床舗装、ダムエプロンの表層材に骨材と度と→致するようにふるい分けし、2回水洗の後乾して使用されているが新たな用途の開発が切望され燥し再度粒度を確認した。ガーネット及び、エメリている。

ーの粒度分布及び物理的性質を表1に示す。

本研究では、エメリーの用途開発の一案として、近年多くの分野にかかわりをもつ先端技術として成表1試料の粒度分布と物理的性質長しつつあるウォータージェットのアプレシブ（研通過重量百分率（％）

磨材）としての可能性を試験した。

ふるいのウォータージ ェット加工（及びアプレシブウォー

日間きガーネット＃80 エメリー＃80（〃）

タージェット）は超高圧水の力を数ミリのノズルよ355

り噴出し（効率を上げる場合は研磨材を混入し）対100300

象物を切断、加工する技術であり、ビルの解体から100250

10010095212いる。また、研磨材としてもっとも需要のある粒度

515218089が＃36（0．6〜0血3mm程度）と全般的に使用粒度が大150

きな点でコスト的に天然物の利用のメリットが大き

12500

精密加工まで幅広い分野で今後の応用が期待されてい。

2 試料の調整ウォータージェット用研磨材としては、天然ガー

絶 対 比 重4．02

新モース硬度10

磁性無し

3．1810′−＼ノ12有り
5 椚95平成2年度 研究報告 大分県工業試験場
3 実験方法
実験に使用した機械装置は渋谷工業㈱製ウォし【タージェット切断加丁機（SⅥrSlOlO型）である。

供試材は仮厚9mmのSUS304材とSS400材（共に化学成分はJIS規格値内）で切断長さは50m汀lとした。実験条件を表2に示す。

表2 実 験 条 件

写真1切断面電顕写真

図2は研磨材の供給装置の供給量を示す目盛りを一定にして、市販のガー【ネットとエメリーによるSUS304材とSS400材の切断実験を行い、それぞれの切断面粗さを板厚方向に切断面上部から下方へ0．5mmおきに測定した場合の切断面粗さ
高圧水吐出圧力、ウオーターノズル径、アプレシブ（〃mRmax）を示す。

ノズル径、スタンドオフ距離（被削材表面からアプレシブノズル先端までの距離）を一定に保ち、ノズル送り逐箪、研磨材供給量をパラメータとして変化させ、市販ガーネット及びェメリーについて切断実験を行った。
切断後、電子顕微鏡による切断面の観察、表面粗さ計による切断面の粗さ測定を行った。また、切断に使用した研磨材の観察を行いこれらの諸要素から切断能力の優劣を判別した。

4 実験結果と考察

4。l ノズル送り速度を変化させた場合
写真1に切断面の電子顕微鏡写真を示す。噴流の持つエネルギーが大きい上郡では比較的平滑な血となり、鉛直で規則正しいしま模様を呈するが、下郡になるにしたがい、噴流のエネルギーが消寿毛すると共にノズルの送り方向に対して逆方向にしま模様が

図1切断面粗さプロフィル
エメリー，SUS304材，F＝30mm／min

流れ、切断面が粗くなっている。図1に切断面上部から1mmの個所と4mm、8mmの個所の粗さのSUS304材切断の場合の面粗さを見た場合、エメプロフィルを示す。仮の切断方向（ノズルの送り方

リーでは送り速度50nl／nlirl、70nl／／minで急速に向）に測定したものである。下部になるにつれてし悪化しており、ガーネットの場合は50m／／minからま模様はうねりとなって面粗さを悪化させているの100m／minに及ぶまであまり大きな莞はみられが分かる。

ず、エメリーに比較して余力が見られる。SS4（）（）材

6

平成2年度 研究報告 大分県工業試験場＝メリ瑚

8 SStlF−70■＝▲ SS司 F−50ヽ仙量50▲SSけ FJ30サ仙・∴−・−∴、−、カー‡ヮトM・SSH F−100■l−to SS村 F■70■ヽlI

253g／nin

舗

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抑安屈服

i 2 3 4 5 6 7 8 9
ノズル側より厚板方向距離（mm）

ノズル側より厚板方向距離（nュ1¶）

図2 ノズル送り速度による切断面根さ

謂適制期

澗朝恩慣服

憫

爛

︵已互︶

絢︵已l︶勅題庖融

腰腰

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2

⊥琵

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6・．1

ノズル側より鮫厚方向距離（mm）

ノズル捌より坂野方向距離（mm）

つヒミ︶ 叫単層淑叩︑⁚パ 吋ソ︵已且︶ 相恩瞳ぬ派 別 謂 憫 l視 閲

ガーネット SS400材供給慮 ◇34g／min」 68g／min亡〕95g／扉血F＝50m皿／min

く〉

B46かイ〉 十 字 怨‡傘 ＋ ザ昏

ノズル側より板膵方向距鮭（rnm）

図3 切断面捜さ研磨材供給量を変イヒさせた場合
7 7平成2年度 研究報告 大分県三業試験場

写真2 傍周前研磨材

写真3 使用後研磨材

I ︵U究 0▼ Average −︶¶ Åverage 」

OX12，601Ⅵic

O60．50 mlc

O80 ト＿ 240︵064︵U0182︵U6＿ 12︵U O4▼

1106r O

100（mle・）1000

0■1

1102ー Avく汀age −100 （mic．）1000Å∀erage −38・19 m＝∴

（％）

3（）

53．5g mic．

100302 豊

181260＝）0 （mlC・）1000

0．1

101％ 0ヽノ 0ー Average −17．69 mlc．

100 （mlc．）1000￣ Averag（＞ −（％）

63．51 m＝C806一偽000〉仙 8 仙o・1

図4 使用後研磨材の粒度分布

1サー0100 （mlc・）iOOO

10川0 （mLc．）1000

平成2年度 研究報告 大分県工業試験場
切削においても同じ傾向がみられる。この図の場合、研磨材供給装置の目盛りを一定にして行ったが、実を示す。また、図4はSUS304材切断後の研磨材の粒度分布を示す。㈱セイシン企業製レーザー回折式

際に供給された量は、研磨材の表面形状や比重の違粒度分析計、SKレーザーPRO−7000Sによる結果

いからか、エメリーの供給量はガーネットの67％（重である。使用前砥粒径が約200耳mであるのに対し、量比）であった。この供給量の遠いを考慮し、切断ガーネットで約100〃m程度、エメリーではユ（ト70

単位長さあたりに噴出される研磨材の量が近いエメ〃m程度の砥粒径が多くなっており、ガ山ネットにリーのF＝70m／minとガーネットのF＝100m／対してエメリーの方が破砕しやすいことが分かる。

mh、及びェメリーのF＝50m／m主11とガーネット

いずれにしても研磨材として再利用の期待はできなのF＝70m／minを比較しても（図中の☆印と◎い。

E「1）エメリーの優位性は認められない。写真2にガーネットとエメリーの使用前の電顕写真を示す。ガ5 結 論ーネットの表面の方が滑らかである。この表面の滑県産鋼玉（エメリー）をアプレシブウォータージ

らかさが砥粒問の摩擦の大小となり、ノズル郡に発ェット加工の研磨材としての利用開発を行うべく、生する負圧を利用して狭いスリット問を通過させて市販ガーネットと同様に粒度を調整し、SUS304材調整する自吸式の供給装置では、研磨材の供給量にとSS400材について切断実験を行った結果、県産鋼差が出るものと考えられる。

玉（エメリー）は研磨材として有用ではあるが、市販ガーネットと性能を比較した場合特に優位性は認4。2 研磨材供給量を変化させた場合められなかった。廃物の有効利用としてコスト的に

図3にガーネット、エメリーによるSUS304材及優位にたてば薄物切断や切断容易な材料に対してはびSS400材切断で、供試材送り速度F＝50m／充分利用することが可能と考えられる。
また、市販ガーネット、エメリーともに再利用のminの一定として、研磨材の供給量をパラメータとして変化させた場合の切断面粗さを示す。エメリー

可能性は認められなかった。

によるSS400材切断の場合は供給量109g／minで切断可能ではあるが、面相さはかなり悪くなる。
SUS304材では切断不可能であった。ガーネッ

6 謝 辞
トの

最後に実験機を利用させて戴きましたサンセラミ

場合は供給量95g／minでSS材、SUS304材の切ックス株式会社、並びに試料を提供戴きました木浦

断共に良好な切断面を呈しており、34g／minまでエメリー㈱、また、電子顕微鏡による観察、写真撮影にご協力戴きました当工試化学部佐藤壱氏に謝意

減量してもエメリーの205g／miil程度には切断可能となっている。

を表します。
なお、観察、写真撮影に使用した電子顕微鏡は自4。3 切断加工後の砥粒の比較

転車振興会の補助金を受けて設置したものである。

写真3に切断に便同役の研磨材の電子顕微鏡写真′′′ 9 ¶山