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透明でかつ硬い材料を探しています
- 以前セラミック材で自動機の部品を使用した経験がありましたが、製品の状態を確認できないため、アクリル材に切り替えました。
- しかし、アクリル材は耐久性に問題があり、より硬い材料を探しています。
- 透明でかつ硬い材料として、LEXAN材が存在しますが、他にもご存じの方はいらっしゃいますか？
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たまたま摩擦に関する文献を読んでいたのだが摩耗にも幾つものタイプがあり 単に硬いからと言って「耐摩耗性」が良いとも言えない場合もあるようです。 意外に奥が深い学問だ。更に摩耗に最も有効なのは潤滑だと言われている。 となれば、思いつきで恐縮だが飛行機の窓は結露防止に二重構造になっていて 空気が二層間を通る構造になっている。これを直接応用することは難しいかも しれないが表層を流れる空気を制御することができれば摩耗も劇的に減らせる かも知れない。 答えでも無いし現実に適さないかも知れないが、何かのヒントになればと思う 現状の摩耗の真の原因を探ることも、また遠回りのようで近道だろうかと。 急がば回れとも言うが直ぐに結論を先に求めるから何重にも失敗する。
材料の選定と変遷が理解できない。 部品の材料選定で最も重要なことは部品としての必要特性。 当初セラミックスが使用されていたということは、最も重要な必要特性は「耐摩耗性」。セラミックスが選定されたということは、工具鋼よりも高い耐摩耗性が必要ということ。 さらにセラミックスの中でジルコニアが選定されたという事は、セラミックスとはいえども少しでも靱性が必要。つまり弱い必要特性とし靱性。耐摩耗性と靱性の両方が同等に必要ならば工具鋼が選ばれたはず。 この流れから言うと、樹脂系ではダメであることは容易に想定できたはず。透明性という要求から、最大の必要特性を忘れた安易な材料選定。 今回の質問も、まず部品の要求特性を明確にすることが必要。透明性を前面に出していては、正しい答えは得られない。 要求特性は、第一に耐摩耗性、少し靱性、そして追加された透明性。 「ガラスでは加工後の透明性が心配」ということは、研削加工面ではダメということだから(研磨加工ではコスト高ということか)、透明セラミックスでも同様にダメなはず。 多分一つの材質では満足するものはない。 小生が考える最良と思える案は、単体にすることを諦めて「工具鋼+単純形状ガラス板」に設計変更すること。 第一の要求特性は「絶縁性」だったのですね。早とちりして失礼しました。 金属は導電性でダメ、セラミックスではジルコニアの靱性でも放電破壊(?)でダメ、プラスチックではポリカーボネートでも耐摩耗性でダメ。 絶縁性があって、ジルコニア以上の靱性があって、研削加工しても透明で、摩耗に最も強いもの。難しい。 回答(3)の透明セラミックスを研磨加工するのが最良か。ガラスよりは研磨加工しやすいはず。 これが高価すぎるなら、透明性をあきらめて透光性アルミナで我慢するか。 樹脂材はよく判らないが、良いもの、あるいはコーティングをしても「耐擦り傷性」であって、面圧のかかる摩耗には(摩耗条件が判らないが)難しいのように思う。
お礼
回答有り難うございます 説明不足でしたが、通電検査を行う機械の為 機械作動中にスパークを起こしセラミックが破損したため セラミックからアクリルに変えました 後、部品を交換に時間とコストを抑える為に樹脂と言う選択をしました
硬さを求めていますが対応する物性値は色々あり、どれが重要かを書くことが必要です。 硬さの場合 硬度：傷つきにくさの指標です。モース、ビッカース、ロックウェル等測定方法でさらに細分化した単位に分かれます。 ヤング率：加わる力に対する変形しにくさです。縦弾性係数とも言います。圧力と同じPaが単位となります。 さらに硬さと混同しやすいのが丈夫さ、強度です。 こちらも引っ張り強さ、圧縮強さといった静的な(連続した)力に対する壊れにくさを示すものと、靱性(衝撃に対する壊れにくさ)を示すものなど色々あります。 これらについて詳細がわかると適切な回答を得やすくなります。 で、セラミックからの置き換えとのことでいうとワイヤーブラシの摺動が有ったり、ブラストやショット処理に関係する部品であるとエスパーします。 この場合、表面硬度を高めるか、表面に使い捨てシートを貼って高頻度で交換することになります。 高硬度材で行く場合、 最高高度ならダイヤモンドだけど薄くて小さい基板しか流通していませんし、超高コストです。 (実用的な)範囲内で高コストでよければサファイアがガラスより高硬度且つそれなりに割れにくい上に比較的流通が多いです。 (結晶が作りやすく窒化物半導体用基板や時計の窓材に多用されるため) 次がゴリラガラスとかの高強度ガラスになると思います。(靱性Up硬度Down) その次がポリカーボネート樹脂にガラスをラミネートしたラミオン(さらに靱性Up硬度Down) と硬度が下がり、靱性が上がっていきます。 コスト、必要靱性と相談になります。 ちなみに他の透明セラミックだとYAGとかイットリアとかルミセラあるけどサファイアに比べてなんらかの欠点がある状態です。
お礼
回答有り難うございます 当初ジルコニアで行っていました 硬さだけではなく透明性、図面通りの加工製、コスト等の要求が有り アクリルを使用しましたが、摩耗性の問題で、アクリルより摩耗の少なく 加工性、コストが安い材料を探しています ガラス等も考えましたが、加工製、加工後の透明性の問題が残る為 他の材料を検討しています 部品に別の材料を融合させる方法も考えてみます 有り難う御座いました
たぶん反対に向かってる 割れるから高硬度に向かってるんだろうが 硬度が高くなればなるほど割れやすくなります 必要なのは粘りです http://www.net-amazing.com/tokusei.html レジン一覧 ◎ＵＶ （紫外線硬化型） 樹脂 （透明） なんかよいと思います 歯科用にも使われている 硬度一覧 http://www.haishasan.net/tips/trivia/trivia_01.html 歯は鉄より硬く 食酸 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%85%B8%E8%9D%95%E7%97%87 コーラ飲料はpH2.2 にも耐え ますから
お礼
回答有り難うございます 以前は、ジルコニアを使用していましたが製品通過時に詰まりが出た場合 確認が出来ない等の理由また、コスト安い、加工がしやすい等に理由から アクリルを使用する事になりましたが、耐摩耗性にかけ頻繁に部品交換 に迫られる事になっています そのような事から、硬度が有り、透明な材料を探しています 回答有り難うございます 以前は、ジルコニアを使用していましたが 透明な、セラミックスが有るのは知りませんでした 参考にさせて頂きます
併行して、セラミック材を探求しては如何でしょうか？ 工具の刃具にも使用されていますから、“製品の状態を確認出来ない”ではなく、 アプローチの仕方に問題があるのではないでしょうか？ 工具の刃具、セラミック包丁、等々でも確認し、探求してみてください。 具体的なアプローチ方法が、他の回答者さんからアドバイスがあり、 対話形式で確認すれば、ゴールは近しで、良かったよかった。
お礼
回答有り難うございます 以前は、ジルコニアを使用していました 硬度が有り、コストが安く、加工しやすい透明な材料を探しています
本件ですが、自動機械の点検窓としての使用ですね？ 耐久性について、現行のアクリルの何が問題かを明確に記載した方が ピンポイントで適切な回答が得られると思います。 硬度が必要ということはアクリルが割れてしまうのでしょうか？ 回答(1)さんが示された通りポリカーボネートは最適素材のひとつでしょう。 例えば高速マシニングセンタの操作盤横の窓に使われています。 操作を間違えて工具をぶつけたりしたときに、比重の重い超硬合金が 時速200Km/h以上で飛んできても貫通しないような目的です。 あとは、コストとのご相談ですが防弾ガラスも適応候補と思います。 （試験研究機には実際に使用されたと聞いております） 透明のセラミックスってあるんですね しかも用途の中に「窓材」も記載されていましたので有力な候補に なりそうです これは凄い！勉強になりました http://www.covalent.co.jp/jpn/rd/detail_03.html 恐らく内容的に開示できない部分が多いと推察しますが、 ある程度の手材料を公開した方がより良い専門的な回答 （１,４,５さんのような)が得られますので、次回から ご配慮下されば幸いです。
お礼
回答有り難うございます 以前は、ジルコニアを使用していましたが 透明な、セラミックスが有るのは知りませんでした 参考にさせて頂きます
自動機の部品・・・数が極少と連想します。 ＬＥＸＡＮ ＝ ポリカーボネート樹脂 は板材が売られておりそれでよいと思います。 http://www.polyca-itauri.com/lineup/ カーポート屋根材でアクリル比数倍の寿命。アルカリに弱い欠点も。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=300112&event=QE0004 回答（1）の私は特殊なものを探したが上記事情では無理。詳しい回答（2）の方が透明樹脂を解説されてるが意外にありません。 ガラスを挙げた回答（3）が手軽ではある。但しハイカイ爺らしく有機ガラス、、、なんてデタラメが付く。 有機ガラス・・・・生物由来??? 物理化学まるでダメなハイカイ爺が??? やはり wiki から無段借用のコトバ。箔付け盗用の常習犯。 wiki の書き方もヘンだが殆ど騙しコトバ。SONY やパナが使ったが、それが祟って衰退!!?? 透明素材は産業用でも需要があるし民生用では眼鏡レンズや自動車ガラスを代替するものを期待されるが依然としてポリカ、アクリルの系統を超えるものは稀。 ジルコニアでは不透明。 ポリカで何とかなるなら、その上は望みすぎの感がします。有機ガラスはハイカイ爺 大きな物体でなく粒状のぶつかりの擦り傷が問題ならセラミックスまたはガラス。 透明セラミックスはサファイヤ、ルビーの宝石材料。 http://www.kyocera.co.jp/prdct/fc/list/material/sapphire/index.html サファイア・チャンバー用窓 http://www.kyocera.co.jp/prdct/fc/product/category/sapphire/sapphire004.html それに新しく数種類が加わった程度で、用途に齟齬はあると 透明YAGセラミックス 透明イットリアセラミックス http://www.konoshima.co.jp/ceramics/product.html Ba(Mg,Ta)O3系透明セラミックス http://www.newglass.jp/mag/TITL/maghtml/76-pdf/+76-p067.pdf 寿命／価格のメリット比の点では私はガラスを奨めます。 他の方へのコメント ガラス等も考えましたが、加工性・・・ カットは町のガラス屋でできますよ（廃材活用で２百円!）。のぞき窓には必要ないが穴明には設備が必要。しかしセラミックと変わらない。 汎用ガラスはジルコニアセラミックスより柔いので交換覚悟。石英ガラス以上サファイヤ迄。
お礼
回答有り難うございます ポリカは検討し、ＬＥＸＡＮと言う材料に行き着きましたが さらなる、耐久性のある材料を探しています 有機ガラス、参考にして詳しく調べてみます 有り難う御座いました 回答有り難うございます 確かに高望みかもしれませんね 頂いた情報を元に色々と考えてみます 有り難う御座いました
お礼
回答有り難うございます 確かに、摩擦が軽減されれば、摩耗も軽減されますね ただ、現実的どの様な策を取れば良いのか模索している所です