JP2016153170A

JP2016153170A - 肉厚碍管の切断方法

Info

Publication number: JP2016153170A
Application number: JP2015031400A
Authority: JP
Inventors: 竜次伊与田; Ryuji Iyoda; 篤史上田; Atsushi Ueda
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP6470587B2

Abstract

【課題】肉厚が４５ｍｍを超え、表面に残留歪を持つ肉厚碍管を、縦割れを発生させることなく安全に切断することができる肉厚碍管の切断方法を提供する。【解決手段】肉厚が４５ｍｍを超える磁器製の肉厚碍管１の切断方法である。先ず、幅が５ｍｍ以上で先端部に丸みを持つ内径切削砥石２を用いて、碍管肉厚の１０〜８０％の深さまで内径切削を行ない、次に外径切削砥石７を用いて、内径切削面に達するまで外径切削を行なうことにより、縦割れを防止する。【選択図】図１

Description

本発明は、肉厚が４５ｍｍを超える磁器製の肉厚碍管の切断方法に関するものである。このような肉厚碍管は、例えば超高圧送電用の大型ブッシング用の碍管として用いられるものである。

磁器製の碍管は焼成された後に所定寸法となるように端部を切断され、金具の取付けなどが行われる。碍管の切断を焼成後に行なうのは、焼成時に不可避的な収縮や変形が生ずるためである。焼成された碍管は硬質の脆性材料であるため、その切断には従来からダイヤモンド砥粒などの硬質砥粒を持つ回転砥石が用いられている。切削負荷を低減させるため、回転砥石としては幅が２.５ｍｍ程度でシャープなエッジを持ったブレード砥石が専ら用いられてきた。

古くは碍管の外径側からの切削（外径切削）だけが行われてきたのであるが、回転砥石の先端が内径に接近したときに、内面の残留歪によりカケ込みと呼ばれるクラックが発生することが避けられない。そこで特許文献１に示されるように、先ず肉厚の途中位置まで内径切削を行ない、次に内径切削位置よりも碍管の端部方向にわずかにずらせた位置から外径切削を行なう方法が採用されてきた。この方法によってカケ込みの方向及び発生部位を制御しつつ、碍管を切断することができる。なお図６はその説明図であり、８が内径切削砥石、９が外径切削砥石である。

ところが碍管の肉厚が増大するに連れて、焼成時の温度差に起因する歪の残留が不可避的に大きくなる。特に肉厚が４５ｍｍを超える肉厚碍管では、内表面に周方向の非常に大きい引張歪が残留している。このため、特許文献１に示される従来方法で切削を行なおうとすると、内径切削を開始した直後にその部位を起点として碍管の軸線方向に縦割れが生じ、碍管全体が破壊されてしまうことがあった。また内径切削時には縦割れが生じず、その後外径切削に移行できた場合でも、外径切削の終了直前、すなわち外径切削砥石が歪みの大きい内表面付近に到達したあたりで縦割れが生じることがあった。この破壊は碍管の製造工程の最終段階で発生するため、その損失は非常に大きいものである。

そこで止むを得ず、肉厚が４５ｍｍを超える肉厚碍管については、碍管の端面側から砥石幅の範囲内で小刻みに切削を繰り返していたのであるが、切断に要する時間が非常に長くなるとともに、製造コストの上昇を招くという問題があった。

特開平３−２５４９０９号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、肉厚が４５ｍｍを超え、表面に残留歪を持つ肉厚碍管を、縦割れを発生させることなく安全に切断することができる肉厚碍管の切断方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、肉厚が４５ｍｍを超える磁器製の肉厚碍管の切断方法であって、先ず、幅が５ｍｍ以上で先端部に丸みを持つ内径切削砥石を用いて、碍管肉厚の１０〜８０％の深さまで内径切削を行ない、次に外径切削砥石を用いて内径切削面に達するまで外径切削を行なうことを特徴とするものである。

なお、内径切削を、切削面の引張歪が１５０×１０^−６以下になる位置まで行なうことが好ましい。内径切削砥石としては、先端コーナー部に曲率半径が３〜５ｍｍの丸みを持ち、幅が５〜１５ｍｍの砥石を使用することが好ましい。外径切削砥石としては、内径切削砥石よりも幅が狭い砥石を使用することが好ましい。内径切削砥石として、メタルボンドのダイヤモンド砥粒の砥石を用いることが好ましい。なお、碍管肉厚の１５〜５０％の深さまで内径切削を行なうことが最も好ましい。

前記したように、従来は切削負荷を軽減するために幅が２.５ｍｍ程度でシャープなエッジを持ったブレード砥石を用いて碍管切削を行なっており、残留歪のある表面に鋭い切り込みが行われていた。これに対して本発明においては、内径切削開始時の縦割れを防止するために、幅が５ｍｍ以上で先端部に丸みを持つ内径切削砥石を用いて緩やかに内径切削を開始する。このため本発明においては、従来のように局所的な破壊起点が発生することがなく、幅広い領域で内径切削を進行させることができる。

焼成によって製品に残留する歪は碍管の内外の表面が最大であり、肉厚の内部に向かうほど減少している。このため内径切削の進行とともに切削面の残留引張歪は低下して行き、碍管肉厚の１０〜８０％の深さまで内径切削を行なうと、切削面の引張歪は１５０×１０^−６以下となる。このレベルに達すればその後に外径切削を行なってももはや縦割れが発生する危険がなくなる。従って本発明によれば、肉厚が４５ｍｍを超え、表面に残留歪を持つ肉厚碍管を、縦割れを発生させることなく安全に切断することが可能となる。

本発明の実施形態を示す模式的な断面図である。切断部の模式図である。切削面の歪を示すグラフである。本発明における切断位置の説明図である。従来の切断位置の説明図である。従来法の説明図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す断面図であり、１は切断対象となる肉厚が４５ｍｍ以上の磁器製の肉厚碍管である。前記したように、このような肉厚碍管１は焼成時の温度差によって内外の表面に大きい周方向の引張歪が残留しており、その大きさは一般的に内面の方が大きい。焼成されたままの状態では磁器の強度は残留歪による引張応力よりも大きいためもちろん割れることはないが、切込みによって表面に局所的な破壊起点が与えられるとその点に応力集中が生じ、その大きさが磁器の強度を超えると瞬間的に碍管の軸線方向の縦割れが進行し、碍管全体の破壊に至る。

本発明ではこのような局所的な破壊起点の発生を避けるために、従来のような幅が２.５ｍｍ程度でシャープなエッジを持ったブレード砥石に替えて、幅が５ｍｍ以上で先端部に丸みを持つ内径切削砥石２を用いて内径切削を開始する。内径切削も外径切削も、大型旋盤のように肉厚碍管１をその中心軸の周りに回転させながら行なう。

内径切削砥石２は肉厚碍管１の端部から切断位置まで挿入できるように長い回転軸３の先端に取付けられ、モータ４によって回転されて内面切削を行なう。なお５はモータ４を搭載した支持台であり、その基部はレール６に沿って肉厚碍管１の軸線方向に移動することができる。また、内径切削砥石２はモータ４とともに肉厚碍管１の肉厚方向にも移動して切込みを行なえる構造となっている。

内径切削砥石２は肉厚碍管１の内部に挿入されて切削を行なうものであるから外径切削砥石７よりも小径であり、かつその幅が５〜１５ｍｍの円盤状回転砥石である。幅を５ｍｍ以上としたのは、切削部位を広く分散させて局所的な破壊起点を形成しないようにするためである。また幅を５ｍｍ以上とすることにより砥石の剛性を高め、切削時における内径切削砥石２のブレ（横方向の振動や変形）を抑制している。砥石のブレも破壊起点を形成するおそれがあるためである。ただし幅を１５ｍｍ以上にまで厚くしても砥石コストの増加に見合うだけの効果が得られず、また切削負荷が増加することとなるので、経済的観点からは好ましくない。

図１中に拡大して示したように、内径切削砥石２の先端部はコーナーが円弧状に面取りされて丸みを持たせた形状となっている。これは鋭いコーナーエッジによる局所的な破壊起点を形成しないようにするためである。好ましい実施形態では全幅が１０ｍｍ、コーナー部は曲率半径が３〜５ｍｍの円弧となっている。このような内径切削砥石２を用い、緩やかに内面切削を行なうことにより、縦割れを防止する。なお砥粒はダイヤモンド砥粒とすることが好ましく、ボンドの種類は特に限定されるものではないが、セラミックボンドよりも軟質のメタルボンドとすることが好ましい。砥粒の粒径は細かい方が縦割れ防止効果が高いが、その反面切削速度が落ちるため、＃６０〜＃８０程度が最適である。

図２は内径切削が途中まで進行した状態を示す切断部の模式図であり、Ａ点が切削面を示している。また図３はこのＡ点の歪、すなわち切削面の歪を示している。前記したように、切削開始前の状態では肉厚碍管１の内表面には大きい残留引張歪があり、図３ではその大きさは約２５０×１０^−６である。この残留歪は肉厚方向に分布しているため、内表面からの切削が進行すると次第に減少して行く。発明者が実験を繰り返した結果、切削面の引張歪が１５０×１０^−６以下となるまで内面切削を行なえば、その後の外径切削時にも縦割れが発生するおそれがないことを確認した。ただし磁器の材質及び製造方法により、この歪の値自体は多少変動する可能性がある。

本発明では、碍管肉厚の１０〜８０％の深さまで緩やかに内径切削を行なう。内径切削量が肉厚の１０％未満では切削面の歪低減効果が不十分であり、外径切削時に縦割れが発生する危険がある。また８０％を超えて内径切削を行なっても縦割れの危険はないが、小径の内径切削砥石２による切削速度は大径の外径切削砥石７の切削速度よりはるかに小さいので、縦割れの危険ゾーンを脱したら内径切削を停止し、外径切削に切替えることが、生産性を高めるうえでは好ましい。よって内径切削は碍管肉厚の１０〜８０％、好ましくは碍管肉厚の１５〜５０％まで行なうものとする。

図３は肉厚碍管１の肉厚が５０ｍｍの場合のグラフであり、肉厚の約１５％に相当する７.５ｍｍの深さまで内径切削を行なえば、切削面の歪が１５０×１０^−６となることを示している。

その後、大径の外径切削砥石７によって、内径切削面に達するまで外径切削を行なう。図１に示すように外径切削砥石７も内径切削砥石２と同様の先端断面形状としてもよいが、外径切削に要求される条件は内径切削に比べて緩やかであるから、これに限定されるものではない。後記する実施例においては、外径切削砥石７として、内径切削砥石２よりも狭い、４ｍｍ幅の砥石を使用している。

ただし図５、図６に示す特許文献１の方法のように、内径切削位置と外径切削位置をずらすことは好ましくなく、図４のように内径切削位置と外径切削位置は一致させておくことするが好ましい。もし図５のように外径切断ラインが内径切削位置から外れると、外径切削が大きい残留引張歪のあるＢ点まで達したときに、縦割れするおそれがあるためである。図４のように一致させておけば、残留歪が低下している切削面で外径切削が完了するので、縦割れが発生する危険がない。

肉厚が５０ｍｍの肉厚碍管を切断対象とし、内径切削量を表１のように変化させ、その後の外径切削時に縦割れが生ずるか否かを観察した。なお内径切削砥石として幅１０ｍｍ、両コーナーを曲率半径３ｍｍの円弧とした回転砥石（メタルボンドのダイヤモンド砥石）を用いたため、内径切削時の割れは発生していない。外径切削は幅が４ｍｍのダイヤモンド砥粒の円盤状砥石を用いて行ない、その切削位置は内外同一位置とした。

以上に説明したように、本発明によれば、肉厚が４５ｍｍを超え、表面に大きい残留歪を持つ肉厚碍管を、縦割れを発生させることなく安全に切断することができ、その生産性を大幅に高めることに成功した。

１肉厚碍管
２内径切削砥石
３回転軸
４モータ
５支持台
６レール
７外径切削砥石
８内径切削砥石（従来）
９外径切削砥石（従来）

Claims

肉厚が４５ｍｍを超える磁器製の肉厚碍管の切断方法であって、
先ず、幅が５ｍｍ以上で先端部に丸みを持つ内径切削砥石を用いて、碍管肉厚の１０〜８０％の深さまで内径切削を行ない、次に外径切削砥石を用いて内径切削面に達するまで外径切削を行なうことを特徴とする肉厚碍管の切断方法。
内径切削を、切削面の引張歪が１５０×１０^−６以下になる位置まで行なうことを特徴とする請求項１記載の肉厚碍管の切断方法。
内径切削砥石として、先端コーナー部に曲率半径が３〜５ｍｍの丸みを持ち、幅が５〜１５ｍｍの砥石を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の肉厚碍管の切断方法。
外径切削砥石として、内径切削砥石よりも幅が狭い砥石を使用することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の肉厚碍管の切断方法。
内径切削砥石として、メタルボンドのダイヤモンド砥粒の砥石を用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の肉厚碍管の切断方法。
碍管肉厚の１５〜５０％の深さまで内径切削を行なうことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の肉厚碍管の切断方法。