1

ラッピングの研磨量に及ぼすラップ液の影響

友田 進*・河 内 健**

The effect of lapping liquid on stock removal.
Susumu Tomoda*,Takeru Kawauchi**
Abstract
This paper describes the effect of lapping liquid properties on lapping behavior ofmaterials. Steel and brass were lapped by using the anion surfactant solution, the cation
surfactant solution and the nonion surfactant solution for lapping liquid.The following
results is experimentally confirmed: It was the anion surfactant solution that made thestock removel increase rapidly.
１．はじめにブロックゲージやレンズなどの生産工程の仕上げ作業にも取り入れられている 3)。しかし、ラッ舶用機関の製作や修理に用いられている主なピングは加工能率が低いために、ラッピング工程

精密加工は、燃料噴射弁のニードル弁と弁座の間に要する時間が他の工程に比べて長くなる。つまで行われるラッピング、シリンダライナー研削のり、ラッピングの加工能率を向上させることがでためのホーニング 1)、クランク軸ジャーナル部のきれば、全生産工程に要する時間を短縮できるこ

超仕上げなどがある 2)。これらの加工で、船内でとになる。

行うことができる唯一の精密加工はラッピング

一方、界面活性剤は洗浄、分散、減摩、帯電防である。ラッピングはラップと称される定盤に試止などの作用を有するために、家庭用洗剤や化粧料を押し付け、両者の間に砥粒とラップ液を入れ品などの分野で広く活用されている。また、界面て相対運動させることにより、試料表面を微小な活性剤の洗浄や分散作用は界面活性剤の極性に切り屑として除去する加工である。滑らかで寸法大きく影響されることがわかっている 4)。そこで、精度の高い仕上げ面が得られる砥粒加工の一つ

ラッピングのラップ液に界面活性剤水溶液を用である。砥粒加工にはラッピングの他に、バフ研いて加工能率を向上させるための実験を行った

磨、バレル研磨、ホーニング、超仕上げなどがあ5)。界面活性剤の洗浄や分散作用により、ラッピるが、ラッピングは他の砥粒加工に比べて簡単なング作用を阻害すると考えられる加工中に発生装置で作業が行えるのも特徴である。そのため、する切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉をラ*
商船学科** 海上輸送システム工学専攻

平成 24 年 9 月 10 日受理

2弓削商船高等専門学校

紀要

ップ液中へ排出させることで、研磨量を増加させることが期待できるからである。
本研究では、界面活性剤の極性に着目して、陽イオン系、陰イオン系、非イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いて、界面活性剤の極性と研磨量の関係について調べた。また、ラップ面の観

第 35 号（平成 25 年）

ラップ材質
鋳鉄
試料(寸法)
黄銅(直径32㎜)、鉄鋼(直径32㎜)
ラップ液(濃度) 界面活性剤水溶液(1wt％)
砥粒(粒径)
アルミナ(15㎛)
ラップ剤濃度 砥粒(2.5g)＋界面活性剤水溶液(20cc)
ラップ時間20min
ラップ圧力18k㎩
ラップ回転数 25rpm

察、使用後のラップ剤の観察、ラップ面の成分分析を行った。さらに、観察結果に基づいて界面活性剤水溶液が研磨量を増加させるメカニズムも追究した。

２．実験方法

図１と図２に実験装置を示す。ラッピング装置
は市販のしゅう動式ラッピング装置である。試料①は、試料ホルダー②に貼り付けられた状態でガイドリング③へ差し込み、重り④によって加圧される。ガイドリングはコロ式試料保持ユニット⑤

表２

ラップ液

陰イオン系界面活性剤
ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液
オレイン酸ナトリウム水溶液
ラウリル硫酸ナトリウム水溶液
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液
リン酸モノドデシルナトリウム水溶液
非イオン系界面活性剤
モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン水溶液
モノミリスチン水溶液
ジエチレングリコールモノドデシルエーテル水溶液
エチレングリコールモノドデシルエーテル水溶液
モノパルミチン水溶液
陽イオン系界面活性剤
塩化ベンザルコニウム水溶液
ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水溶液
ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド水溶液
ラウリルピリジニウムクロリド水溶液
ジアリルジメチルアンモニウムクロリド水溶液

によって保持され、ラップ⑥が回転するとコロを支点にして自転することで試料がラッピングされる。表１にラッピング条件を示す。ラップの材

３．実験結果および考察

質は鋳鉄、試料は黄銅と鉄鋼(S55C)である。ラ
ップ液は陰イオン系、非イオン系、陽イオン系界３．１

研磨量の測定面活性剤水溶液のそれぞれ５種類である。ラップ

表３に各種ラップ液に対する研磨量(ラッピン剤は１回供給である。表２にラップ液を示す。こグ前後の重量差)を示す。陰イオン系界面活性剤

れらのラッピング条件に基づき、試料を 20 分間水溶液を用いた黄銅の研磨量は、リン酸モノドデラッピングした後の研磨量を計測した。また、ラシルナトリウム水溶液が最も多く 108 ㎎であっ

ップ面の成分分析には X 線回折装置(理学製た。精製水 26mg の約 4.2 倍であった。鉄鋼ではGeigerflex)を用いた。

ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液が最も研磨量が多く 30 ㎎であった。
精製水 10mgの 3 倍であった。非イオン系界面活性剤水溶液の研磨量は、黄銅ではモノミリスチン水溶液が最も①③④多く 54 ㎎であった。鉄鋼の場合はジエチレング⑥リコールモノドデシルエーテル水溶液が最も研⑤②磨量が多く 24 ㎎であった。陽イオン系界面活性
図２

ラッピング治具剤水溶液では、ジアリルジメチルアンモニウムク① 試料 ②試料ホルダー③ガイドリングロリド水溶液が最も研磨量が多く、黄銅 28 ㎎、

図１

ラッピング装置④重り⑤コロ式試料保持ユニット
表１

ラッピング条件⑥ラップ

3
ラッピングの研磨量に及ぼすラップ液の影響（友田・河内）

表３

３．２

ラップ液に対する研磨量

ラップ液
精製水
陰イオン系
ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液
オレイン酸ナトリウム水溶液
ラウリル硫酸ナトリウム水溶液
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液
リン酸モノドデシルナトリウム水溶液非イオン系
モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン水溶液
モノミリスチン水溶液
ジエチレングリコールモノドデシルエーテル水溶液
エチレングリコールモノドデシルエーテル水溶液
モノパルミチン水溶液
陽イオン系
塩化ベンザルコニウム水溶液
ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水溶液
ラウリルピリジニウムクロリド水溶液
ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド水溶液
ジアリルジメチルアンモニウムクロリド水溶液

研磨量(mg)
黄銅
鉄鋼（S55C）
2610

ラップ面の観察

研磨量が特に多かった陰イオン系界面活性剤のラップ液はブチルナフタレンスルホン酸ナト
リウム水溶液とリン酸モノドデシルナトリウム10552561021083028202026475453423515142417922252523288991416水溶液、少なかったのは陽イオン系界面活性剤の塩化ベンザルコニウム水溶液とベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水溶液であった。これらのラップ液を用いて得られた黄銅と鉄鋼のラップ面を観察した。

３．２．１

黄銅のラップ面

図４にブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液(A)、リン酸モノドデシルナトリウム水溶液(B)、塩化ベンザルコニウム水溶液(C)、ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水

鉄鋼 16 ㎎であった。

溶液(D)および精製水をラップ液に用いてラッピ

図３に界面活性剤の極性に対する平均研磨量

ングしたラップ面の外観を示す。図４より、研磨を示す。極性ごとの平均研磨量は、陰イオン系界量が多かった陰イオン系界面活性剤水溶液をラ面活性剤水溶液、非イオン系界面活性剤水溶液、ップ液に用いた場合、ラップ面は母材である黄銅

陽イオン系界面活性剤水溶液の順に少なくなっに近い色を示すことがわかる。研磨量が少なかった。陰イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用た陽イオン系界面活性剤水溶液および精製水でいた黄銅の平均研磨量は、精製水を用いた時の約はラップ面が黒く変色していた。

3.3 倍、鉄鋼では約 2.5 倍の研磨量であった。これらのことから、黄銅と鉄鋼の研磨量は陰イオン系界面活性剤水溶液を使用すると多くなる傾向にあることがわかった。また、界面活性剤の極性が研磨量に及ぼす影響は鉄鋼よりも黄銅が大きいと言える。
(A)

図４

(B)

(C)

(Ｄ)

ラッピング面の外観

図５はブチルナフタレンスルホン酸ナトリウ
ム水溶液をラップ液に用いてラッピングしたラップ面の電子顕微鏡写真である。図６はリン酸モノドデシルナトリウム水溶液、図７は塩化ベンザ
図３

界面活性剤の極性に対する平均研磨量

ルコニウム水溶液、図８はベンジルジメチルフェ

4
弓削商船高等専門学校

紀要

第 35 号（平成 25 年）

ニルアンモニウムクロリド水溶液、図９は精製水によるラップ面である。図５から図９より、ラップ面を詳細に観察すると、研磨量や界面活性剤の極性とは無関係に砥粒が削り取ったと思われる溝が無数にあることがわかった。

図８

ラップ面(ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド)

40μm
図５

ラップ面(ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム)
図９３．２．２

ラップ面(精製水)

鉄鋼のラップ面

図 10 にリン酸モノドデシルナトリウム水溶液(A)、ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液(B)、塩化ベンザルコニウム水溶液(C)、ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水
図６

ラップ面(リン酸モノドデシルナ溶液(D)および精製水をラップ液に用いてラッピトリウム)ングしたラップ面の外観を示す。図 10 より、研磨量が多かった陰イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いた場合、ラップ面は鉄鋼に近い色を示すことがわかる。研磨量が少なかった陽イオン系界面活性剤水溶液および精製水では、ラップ面が黒く変色していた。

図７

ラップ面(塩化ベンザルコニウム)(A)

図 10(B)(C)

ラップ面の外観(D)

5
ラッピングの研磨量に及ぼすラップ液の影響（友田・河内）

図 11 はリン酸モノドデシルナトリウム水溶液をラップ液に用いてラッピングしたラップ面の電子顕微鏡写真である。図 12 はブチルナフタレ
ンスルホン酸ナトリウム水溶液、図 13 は塩化ベンザルコニウム水溶液、図 14 はベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水溶液、図 15は精製水でのラップ面である。黄銅のラップ面と同様に、ラップ面は研磨量や界面活性剤の極性とは無関係に砥粒が削り取ったと思われる溝が無図 14 ラップ面(ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド)数にあることがわかった。

40μm

図 15ラップ面(精製水)図 11 ラップ面(リン酸モノドデシルナトリウム)

３．３

ラップ面の成分分析

ラップ液に用いた界面活性剤水溶液の種類でラップ面の外観が異なった。そこで、ラッピング後のラップ面を形成している成分を X 線回折装置を用いて調べた。X 線回折に用いた試料はラップ面の表層を削り取った紛体とした。回折条件は
管電圧 35kV、管電流 15mA、X 線源 CuKαである。ラップ面を形成している成分として、黄銅と図 12ラップ面(ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム)

鉄鋼(試料）、鋳鉄(ラップ)、アルミナ(砥粒)が考えられる。黄銅、鉄鋼、鋳鉄、アルミナの回折角のピーク値を表４に示す。30 度から 80 度の測定範囲において、黄銅では７か所、鉄鋼と鋳鉄では１か所、アルミナでは９か所にピーク値が現れる。
表4

図 13 ラップ面(塩化ベンザルコニウム)

黄銅、鉄鋼、鋳鉄、アルミナの回折角成分
回折角のピーク値（deg）
黄銅
31.2 36.5 42.2 49.2 52.4 62.3 72.5
鉄鋼・鋳鉄 44.8
アルミナ 35.1 38.0 43.4 52.7 57.7 61.4 66.8 67.2 68.3

6弓削商船高等専門学校

３．３．１

紀要

黄銅のラップ面

第 35 号（平成 25 年）

鉄のピーク値、43.4 度、57.7 度、61.4 度はアル

図 16 と図 17 は、研磨量が多かった陰イオンミナのピーク値であることがわかった。これらの系界面活性剤水溶液(リン酸モノドデシルナトリ

ことから、研磨量が多かったリン酸モノドデシルウム水溶液)と研磨量が少なかった陽イオン系界ナトリウム水溶液、つまり、陰イオン系界面活性面活性剤水溶液(塩化ベンザルコニウム水溶液)剤水溶液をラップ液に用いてラッピングした場によるラップ面の X 線回折像である。

合、ラップからの切り屑や砥粒がラップ面に付着しにくいことがわかった。

３．３．２

鉄鋼のラップ面

図 18 と図 19 は、研磨量が多かった陰イオン系界面活性剤(リン酸モノドデシルナトリウム水溶液)と研磨量が少なかった陽イオン系界面活性剤水溶液(塩化ベンザルコニウム水溶液)によるラップ面の X 線回折像である。

図 16

図 17

研磨量が多かったラップ面の X 線回折像

図 18

研磨量が多かったラップ面の X 線回折像

図 19

研磨量が少なかったラップ面の X 線回折像

研磨量が少なかったラップ面の X 線回折像

図 16 より、研磨量が多かったラップ面の回折角のピーク値は、31.2 度、42.2 度、49.2 度、72.5度に現れることがわかる。これらのピーク値は、
表４より黄銅のピーク値であることがわかった。
図 17 より、研磨量が少なかったラップ面では 10か所に回折角のピーク値が現れることがわかる。
表４より、31.2 度、36.5 度、42.2 度、49.2 度、52.4 度、72.5 度は黄銅のピーク値、44.8 度は鋳7ラッピングの研磨量に及ぼすラップ液の影響（友田・河内）

図 18 と図 19 より、研磨量が多かったラップ

砥粒に付着し、砥粒と微小粉が集合する傾向にあ

面と少なかったラップ面の回折角のピーク値はることがわかる。図 24 より、ラップ液が精製水44.8 度に現れることがわかる。表４より、このでは研磨量が少ない陽イオン系界面活性剤と同ピーク値は鉄鋼(試料)と鋳鉄(ラップ)の回折角のじような状態であることがわかる。

ピーク値であり、試料が鉄鋼では、鉄鋼と鋳鉄のピーク値しか現れないことがわかった。アルミナ(砥粒)のピーク値が現れない原因は、黄銅と比較して鉄鋼が硬いため、砥粒がラップ面に突き刺さらなかったことが考えられる。

３．４

ラップ剤の観察40μm

ラップ面にはラッピング中に発生した切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉が付着していることがわかった。そこで、電子顕微鏡を用いて使図 20ン酸ナトリウム)用後のラップ剤と微小粉の状態を観察した。

３．４．１

ラップ剤(ブチルナフタレンスルホ

試料が黄銅の場合

図 20 と図 21 は、研磨量が多かった陰イオン系界面活性剤のブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液とリン酸モノドデシルナトリウム水溶液をラップ液に用いて、黄銅をラッピングした後のラップ剤である。また、図 22 と図 23
は、研磨量が少なかった陽イオン系界面活性剤の

図 21

ラップ剤(リン酸モノドデシルナトリウム)

塩化ベンザルコニウム水溶液とベンジルジメチ
ルフェニルアンモニウムクロリド水溶液により黄銅をラッピングした後のラップ剤である。図24 は精製水により黄銅をラッピングした後のラップ剤である。
図 20 と図 21 より、研磨量が多かった陰イオン系界面活性剤のブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液とリン酸モノドデシルナトリウム水溶液では、ラッピング中に発生した切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉が、砥粒にほとんど付着していないのがわかる。図 22 と図 23 より、陽イオン系界面活性剤の塩化ベンザルコニウム水溶液とベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水溶液では、ラッピング中に発生した切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉が多く

図 22

ラップ剤(塩化ベンザルコニウム)

8
弓削商船高等専門学校紀要

第 35 号（平成 25 年）

切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉が多く砥粒に付着し、砥粒と微小粉が集合する傾向にあることがわかる。図 29 に示した精製水では研磨量が少ない陽イオン系界面活性剤と同じような状態であることがわかる。
黄銅と鉄鋼をラッピングした後のラップ剤の観察から、研磨量が多かった陰イオン系界面活性図 23 ラップ剤(ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド)剤水溶液は、ラッピング中に発生した切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉を砥粒にほとんど付着させないことがわかった。また、研磨量が少なかった陽イオン系界面活性剤水溶液および精製水を用いた場合は、砥粒に微小粉が多く付着し砥粒と微小粉が集合する傾向にあるのがわかった。

図 24 ラップ剤(精製水)

３．４．２

試料が鉄鋼の場合

図 25 と図 26 は研磨量が多かった陰イオン系40μm

界面活性剤のブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液とリン酸モノドデシルナトリウム水溶液をラップ液に用いて、鉄鋼をラッピングし

図 25ラップ剤(ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム)た後のラップ剤である。図 27 と図 28 は研磨量が少なかった陽イオン系界面活性剤の塩化ベンザルコニウム水溶液とベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水溶液によるラップ剤である。図 29 は精製水によりラッピングした後のラップ剤である。
図 25 と図 26 より、研磨量が多かった陰イオン系界面活性剤のブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液とリン酸モノドデシルナトリウム水溶液では、ラッピング中に発生した切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉が砥粒にほとんど付着していないのがわかる。図 27 と図 28 より、陽イオン系界面活性剤の塩化ベンザルコニウ
ム水溶液とベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド水溶液は、ラッピング中に発生した

図 26

ラップ剤(リン酸モノドデシルナトリウム)

9
ラッピングの研磨量に及ぼすラップ液の影響（友田・河内）

ラッピング中に発生した試料、ラップ、砥粒からの微小粉は一般に正に帯電していると言われている 6)。図 30(a)に示すように、界面活性剤と微小粉の電気化学的な作用により陰イオン系界面活性剤の分子が微小粉に吸着する。陰イオン系界面活性剤が吸着した微小粉は親水性になることでラップ液中に分散され、ラップ面や砥粒に付着しにくくなる。このようなことから、試料と砥
図 27

ラップ剤(塩化ベンザルコニウム)粒が常に直接接触するために研磨量が増加すると考えた。しかし、図 30(b)に示すように、陽イオン系界面活性剤では微小粉が砥粒やラップ面に付着し、砥粒が試料と直接接触しにくくなるために研磨量が少なくなると考えた。

(a)

図 28 ラップ剤(ベンジルジメチルフェニルアンモニウムクロリド)

(b)
図 29

３．５

ラップ剤(精製水)

研磨量が増加するメカニズム

3.2 と 3.3 より、ラップ液に用いた界面活性剤の極性は、ラップ面に色の違いをもたらし、ラップ面に付着する微小粉の多少の要因になることがわかった。3.4 より、研磨量が少ない陽イオン系界面活性剤では微小粉が砥粒に多く付着し、研磨量が多い陰イオン系界面活性剤では微小粉が

図 30

研磨量増加のメカニズム

砥粒にほとんど付着しないことがわかった。これ
らの結果に基づいて、研磨量が増加するメカニズ
ムを以下のように推測した。

４．まとめ
本研究では、陰イオン系、非イオン系、陽イオ

10
弓削商船高等専門学校

紀要

ン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いて界面活性剤の極性と研磨量の関係について調べた。ま

第 35 号（平成 25 年）

3）中島利勝，鳴瀧則彦：機械加工学，コロナ社，
210(2003)

た、ラップ面の観察、使用後のラップ剤の観察、
X 線回折によるラップ面の成分分析を行った。実験の結果、以下のことが明らかになった。
1)4）北原文雄：界面活性剤の話，東京化学同人，
38(1997)

黄銅と鉄鋼の研磨量は、陰イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いると大きく増

5）友田進，菅原章：界面活性剤の性質がラッピ加した。また、界面活性剤の極性が研磨量にングに及ぼす影響，精密工学会誌 1122

及ぼす影響は鉄鋼よりも黄銅の方が大きい(1996)

ことがわかった。
2)

研磨量が多かった陰イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いたラップ面からは、ラップと砥粒の成分は検出されなかった。また、研磨量が少なかった陽イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いたラップ面は黒く変色し、黄銅ではラップと砥粒の成分が検出された。

3)

研磨量が多かった陰イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いると、ラッピング中に発生した切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉が砥粒にあまり付着していなかった。
研磨量が少なかった陽イオン系界面活性剤水溶液をラップ液に用いてラッピングすると、微小粉が砥粒に多く付着した。

4)

陰イオン系界面活性剤はラッピング中に発生した試料やラップの切り屑や砥粒の破砕粉からなる微小粉がラップ面や砥粒に付着することを防止し、試料と砥粒を常に直接接触させるために研磨量が多くなると推測した。

参考文献
1）田中義信，津和秀夫：精密工作法(下)，共立出版，386(1975)

2）田中義信，津和秀夫：精密工作法(下)，共立出版，420(1975)

6）友田進：ラッピング加工特性に及ぼすラップ液の影響，広島大学学位論文，38(1992)