JPS63278762A - ファインセラミックスの研削亀裂の検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、自動車部品、工作機械部品等に使用される
ファインセラミックスを研削加工する際に発生する研削
亀裂の検出方法およびその装置に関する。

（従来の技術） ファインセラミックスは、自動車エンジン、ターボチャ
ージャを始めとする自動車部品、工作機械の主軸、ハウ
ジング等の機械部品、ＩＣ基板、切削工具、さらには各
種電子部品等に多く利用されている。

このファインセラミックスの加工には研削加工が用いら
れるが、ファインセラミックスの研削加工は、一般の金
属材料と違い、塑性変形がほとんど認められないほど小
さいために、弾性的な研削機構がとられ、研削亀裂型の
加工となる。したがって、ファインセラミックスの研削
加工に際し、いかに小さな研削亀裂にして研削表面を仕
上げ、その小さな亀裂が部品として機械等に組込まれた
ときに、機械の破壊の起源にならない程度にする必要が
ある。しかし、ファインセラミックスの研削亀裂を検出
するには、従来、各種顕微鏡などを使用して、目視ａ祭
をする以外に適当な検出手段がなかった。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、ファインセラミックスの研削加工は、金属の
ように大きな塑性変形をしないために、研削亀裂の発生
によって研削エネルギーを吸収し、研削表面や研削切り
くずを生成することとなる。

したがって、このとき必ず研削亀裂が発生することにな
る。そこで、研削亀裂を発生させずに研削加工ができな
いにしても、この亀裂の大きさをファインセラミックス
がもともと内在している欠陥と同じ大きさか、それより
小さな欠陥にすれば、研削加工における欠陥により部品
に対する安全性が損われるというおそれがない。この安
全性を保証できる基準は現在のところ、ファインセラミ
ックスの結晶粒界の大きさが安全に対する闇値とみなす
ことができる。

この発明は前記事情に着目してなされたもので、その目
的とするところは、ファインセラミックスの高精度、高
能率研削のために、研削中の研削亀裂を検出し、常時監
視することによって不良品を無くすことにある。

（問題点を解決するための手段及び作用）この発明は前
記目的を達成するために、ファインセラミックスの研削
加工に際して発生するアコースティック・エミッション
を電気信号に変換し、この電気信号を増幅器によって増
幅し、増幅した信号を工作物の切削亀裂によって生じる
前記アコースティック・エミッションのパワーが顕著に
なる０、８〜１．４ＭＨｚの特定周波数帯域に対応した
バンドパスフィルタに通したのち検波し、この値が予め
設定した閾値より大きいとき、これを実効値の２乗値［
ＲＭＳ］　”の弁別器により検出して研削亀裂の発生を
監視するファインセラミックスの研削亀裂の検出方法お
よびその装置を提供することにある。

そして、この発明は、ファインセラミックスの研削中に
亀裂が生じて不良な製品が生産された場合、これを検出
して許容できない研削亀裂になる以前に、研削条件の緩
和を図るなどして不良品の発生を防ぐことができるよう
にしたことにある。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はファインセラミックスの研削亀裂を検出する装
置を示すもので、１は円板状の研削砥石である。２は平
面研削盤のテーブルであって、このテーブル２には工作
物取付用万力３が設置され。

この工作物取付用万力３に工作物４を取付けて、この工
作物４の上面を前記研削砥石１によって研削するように
なっている。

前記工作物取付用万力３にはアコースティック・エミッ
ションを電気信号に変換するセンサ５が設けられ、この
センサ５は前記電気信号を増幅する前置き増幅器６を介
して主増幅器７に接続されている。この主増幅器７はバ
ンドパスフィルタ８を介して検波器９に接続され、さら
にこの検波器９はバンドパスフィルタ９の出力の実効値
の２乗値［ＲＭＳ］　”と予め設定した閾値と比較する
［ＲＭＳ］　”の振幅囲器１０が接続され、この振幅囲
器１０は警報手段としての警報器１１に接続されている
。

そして、前記バンドパスフィルタ８の周波数帯域は、フ
ァインセラミックスの研削加工中に研削亀裂が生じるに
伴ってアコースティック・エミッション信号のパワーが
顕著になる０、８〜１．４ＭＨｚの特定周波数帯域に対
応し、電気ノイズなどを含まないようにするために、本
実施例では１．０〜１．２ＭＨｚとしている。

つぎに、前述のように構成されたファインセラミックス
の研削亀裂検出装置の作用について説明する。

ファインセラミックスを研削砥石１によって切削加工中
に発生するアコースティック・エミッション信号は、セ
ンサ５によって電気信号に変換されたのち、増幅器６．
７によって増幅される６そして、バンドパスフィルタ８
を通すことにより、正常な研削加工によって発生するア
コースティック・エミッション、機械的ノイズおよび電
気的ノイズを除去したのち、検波器９によって検波する
。

しかるのち、予め設定されている閾値１例えば２０ＸＩ
Ｏ３Ｃｔｔｒ’）　”より大きな［ＲＭＳコ２値を弁別
湯１０により検出したとき、これに応答する警報機１１
が警報ブサーを発生して研削亀裂を警報する。

第２図は前記検出装置によって下記の加工条件で平面研
削を行なって研削亀裂を含むアコースティック・エミッ
ション信号をバンドバイフィルタ８をかけないで検出し
た一例を示すものである。

工作物；５ｉＣ（コールドプレス） 切込みｄ；５〜３５μｍ 研削砥石：　Ｓ　Ｄ　Ｃ１００ｓ　１２５Ｍ砥石周速度
Ｖｓ　；　１ｇ００ｍ　／ｌｌ１ｉｎテーブル速度Ｖ　
ｗ　；　１ｏｏａａ　／　ｍｉｎ研削液；　Ｊ　ｒＳＷ
Ｉ種（Ｘ３０倍希釈水）第３図は同研削中においてバン
ドパスフィルタ８を１．０〜１．２ＭＨｚの周波数帯域
に設定し、研削亀裂の大きさが砥石切込みｄの増加とと
もに、アコースティック・エミッション波出力が大きく
なることと、その時のアコースティック・エミッション
振幅μＶもｄとともに大きくなることを示す。

また、ファインセラミックスの種類はＡｆｆ２０．、Ｓ
ｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４およびＺｒＯ，、サイアロン等を用い
ているが、それらの研削亀裂の発生するアコースティッ
ク・エミッション周波数帯域は、１．０〜１゜２ＭＨｚ
辺りに集中していること、および研削亀裂を伴わない研
削によるアコースティック・エミッション波は、０．８
ＭＨｚ以下の低周波数域になるので信号処理の容易な帯
域を選び、前記範囲にバンドパスフィルタ８をセットし
た。

研削亀裂の周波数が前記材料について０．８〜１．４Ｍ
Ｈｚに亘ることは、各材料の材料試験を行ない。

亀裂破壊を起こさせ、他の現象が全く混入しない条件を
作ってその時のアコースティック・エミッション波を分
析して判定した。

第３図は５ｉ３Ｎ４（コールドプレス）を用いて研削し
、砥石Ｓ　Ｄ　Ｃ１００８１２５Ｍ、切込みｄ＝２．５
〜３５μｍ、工作物速度″２／″″ｖ＝５０ａ＊／ｗｉ
ｎ、研削液；ＪＩＳ　　Ｗｌ種（Ｘ３０倍希釈水）の条
件で研削したときのアコースティック・エミッション波
のパワースペクトル（ｄＢ）とその実効値ＲＭＳ値をｄ
変化に対して示したものである。

第４図は、研削後、研削表面をエツチングを施して研削
亀裂によって生じた割れの大きさ、つまりチッピングの
幅を統計的に処理した値と、その時のアコースティック
・エミッション波の実効値［ＲＭＳｌ　”をとって表示
したときの一例を示しいてる。なお、この場合の研削条
件はつぎのとおりである。

研削砥石；ｓ　ＤＣ１４ＯＮ１００Ｂ Ｓ　Ｄ　Ｃ１００８１２５Ｍ 工作物；５ｉＣ（コールドプレス） 砥石周速度；　Ｖ　ｓ　＝　１８００　ｍ　／　ｗｉｎ
工作物速度；　１ｆ　ｖ　＝　５０〜５００　ａｎ　／
　ｌｌｌ１ｎ切込み：ｄ＝５〜３５μｍ 研削液；ＪＩＳ　　Ｗｌ（Ｘ３０倍希釈水）第４図によ
れば、たとえばア２７ステイツク・エミ７　シ：！　’
）波の実効値［ＲＭＳｌ　２＝２０Ｘ１０３（μｖ）２
が出力されると、研削表面には約２００μｍの研削亀裂
が検出されることが示される。この研削亀裂の検出装置
は、研削亀裂によってもたらされるチッピングの大きさ
が約１０μｍ程度の大きさまで検出される。

第５図は、工作物をｓｉ、Ｎ４に変えたときのアコース
ティック・エミッション波の実効値［ＲＭＳｌ”と、研
削亀裂破壊によるチッピング幅との関係を示す。

第５図によれば、たとえばアコースティック・エミッシ
ョン波の実効値［ＲＭＳｌ　”＝１５Ｘ１０３（μｖ）
２が出力されると、研削表面には約１５０μｍの研削亀
裂によるチッピング（欠損）が検出されることがわかる
。

なお、第５図の研削条件は下記の通りである。

研削砥石；　Ｓ　Ｄ　Ｃ１４０Ｎ１００ＢＳ　Ｄ　Ｃｔ
ｏｏ　８１２５Ｍ 工作物；５ｌｓＮ＋（コールドプレス）砥石周速度；　
Ｖ　ｓ　＝　１８００　ｍ　／　ｗｉｎ工作物速度Ｈｌ
／−ｗ　＝　５０〜５００ａａ　／　ｍｉｎ切込み；　
ｄ　：２．５〜３５μｍ 研削液：ＪＩＳ　　Ｗ１種（Ｘ３０倍希釈水）（発明の
効果） 以上説明したように、この発明によれば、ファインセラ
ミックスの研削加工に際して生ずるアコースティック・
エミッションを利用し、研削加工中に大きな研削亀裂が
生じるに伴って前記アコースティック・エミッションの
パワーが特定周波数帯域で顕著になることを見出だし、
これによって研削亀裂を検出することによって研削加工
製品の歩留りを向上できると同時に、製品が亀裂破壊を
起こす確立を大幅に減少、改善できる。また、この方法
および装置によれば、研削亀裂の検出だけでなく、ファ
インセラミックス製品の亀裂の発生や成長を監視するこ
とも有効に行うことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示す検出装置の構成図、
第２図は同検出装置により測定した研削加工中のアコー
スティック・エミッション波信号を示す波形図、第３図
はセラミックスＳｉＣを研削しているときの研削亀裂の
アコースティック・エミッション波信号を示す波形図、
第４図は検出装置を使用してアコースティック・エミッ
ション波実効値出力の閾値に対して研削亀裂破壊による
チッピング幅の検出例を示す説明図、第５図はセラミッ
クスＳｉ３Ｎ、を研削しているときのアコースティック
・エミッション波実効値の閾値に対して研削亀裂破壊に
よるチッピング幅の検出例を示す説明図である。 １・・・研削砥石　　４・・・工作物 ６．７・・・増幅器 ８・・・バンドパスフィルタ ９・・・検波器　　１０・・・振幅弁別器１１・・・警
報器 千１図 Ｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｃｈｉｐｐｉｎｇ　（７ｕｍ）手続
補正書 特許庁長官　黒　　１）　明　　雄　　殿１、　事件の
表示 昭和６２年特許願第　１１２４４１　号の検出方法およ
びその装置 ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 住　所　東京都中央区銀座６丁目７番１６号岩月ビル（
１）　　明細書４頁、最終行の「切削亀裂」を「研削亀
裂」と訂正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ファインセラミックスの研削加工に際して発生す
   るアコースティック・エミッションを電気信号に変換し
   、かつ増幅器によって増幅した信号を工作物の研削亀裂
   によって生じる前記アコースティック・エミッションの
   パワーが顕著になる０．８〜１．４ＭＨｚの特定周波数
   帯域に対応したバンドパスフィルタに通したのち検波し
   、この値が予め設定した閾値より大きいとき、これを振
   幅弁別器により検出して、警報するようにしたことを特
   徴とするファインセラミックスの研削亀裂の検出方法。
2. （２）バンドパスフィルタの通過帯域が１．０〜１．２
   ＭＨｚであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のファインセラミックスの研削亀裂の検出方法。
3. （３）ファインセラミックスの研削加工に際して発生す
   るアコースティック・エミッションを電気信号に変換す
   るトランデューサと、前記電気信号を増幅する増幅器と
   、この増幅器の出力に接続されたバンドパスフィルタと
   、このバンドパスフィルタの出力の振幅の２乗計算器お
   よび予め設定した閾値と比較する振幅弁別器とから構成
   されることを特徴とするファインセラミックスの研削亀
   裂の検出装置。