研磨加工とは? 研削加工との違いや加工の種類、加工手順を解説

研磨加工とは? 研削加工との違いや加工の種類、加工手順を解説

金属の加工においては、不要な部分を取り除いて形を整え、寸法を設計通りに合わせることが重要です。その手段として用いられる加工の1つが「研磨加工」です。
この記事では、研磨加工の概要や研削加工との違い、研磨加工の手順や加工に使われる砥粒の種類についてご紹介します。

研磨加工とは

研磨加工とは、対象物の細かな凹凸を削り取り、表面をなめらかにする加工のことです。対象を大きく削り取るのではなく、表面の粗さを小さくして精度を高めたりツヤを出したりするのが目的で、加工の仕上げ段階で使われます。身近な例では、砥石を使って包丁を研ぐ作業や、紙やすり(サンドペーパー)を使って木材などの表面をなめらかにする作業も、研磨加工の一種です。

砥粒を用いた研磨加工では、ラップと呼ばれる板に砥粒と対象物をおき、上から圧力をかけながらラップを回転させることで、砥粒と対象物をこすり合わせて研磨します。精密な寸法精度で、見た目も美しい仕上げが可能です。

研磨と研削の違い

研磨加工と研削加工は名称も似ており、混同されることの多い加工方法です。関連用品のメーカーや現場ごとの呼称もまちまちで、区分が明確でない場合もあります。

研磨は流動する粒子を用いて、対象物の表面を細かく削る加工です。それに対し研削は、回転する砥石の表面にある砥粒によって対象物を削り取ります。
しかし、研削用砥石とほぼ同様の工具で行う研磨もあり、研削用砥石を用いた研削は研磨加工とされることがあるなど、使用する工具から2つを明確に区別するのは困難です。

この2つは、加工を圧力によって調整するのが研磨で回転数によって調整するのが研削とする場合や、研磨は表面をなめらかにするのが目的、研削は削り取って形を変えるのが目的など、削り取る速さや量、加工の目的で区別することができます。

研磨と研削は加工の手法や目的が異なるため、どちらを指しているのか慎重に理解し、使い分けに役立てましょう。

研磨加工の主な方法

研磨加工は、加工物の材質や求める仕上げ品質などによって、いくつかの加工方法が使い分けられています。主な研磨加工の種類をご紹介します。

・砥石研磨

回転または往復運動する砥石によって、対象物の表面にある細かい凹凸を均一にならし磨き上げる加工です。研削加工も同様の加工方法ですが、目的別に区分する場合は表面をなめらかに仕上げる研磨加工に分類される場合があります。

・研磨布紙加工

砥粒が付いた「研磨布紙」を用いて研磨する方法です。紙やすりで磨く方法をイメージするとわかりやすいかもしれません。研磨布紙を装着した研磨ベルトを回転させ、対象物に押し当てて研磨を行います。

・ラッピング研磨

ラップ盤にスラリーと呼ばれる遊離砥粒を供給し、対象物を上から押し付けながら研磨する加工方法です。砥粒が転がりながら表面を削るため、精密な仕上げ面を得られます。

ラッピング研磨は、砥粒を含んだ加工液を供給する湿式と、砥粒がラップ盤に埋め込まれている乾式の2種類に分かれます。
湿式は冷却しながら研磨が行えますが、錆びが発生する恐れがあり、洗浄の後工程や廃液の処理の手間とコストがかかるといったデメリットがあります。
一方で、乾式は研磨抵抗が大きく冷却効果は期待できません。対象物の変形が発生する場合があり、粉塵対策も必要ですが、工数の削減が可能です。

・ポリシング研磨

ラッピング研磨のように硬い盤の上で研磨するのではなく、フェルトのような柔らかい素材のバフに研磨剤をつけて研磨する方法です。バフ研磨とも呼ばれます。
ラッピング研磨よりもなめらかな表面を得られるのが特徴で、ツヤ出し加工など研磨の最終工程に用いられることが多いです。

・バレル研磨

大きな容器に対象物と研磨剤を投入し、振動または回転させて研磨を行います。精密な加工精度は望めませんが、ある程度均一な仕上がりにすることが可能です。大量の部品をまとめて研磨できるため、バリ取りによく使われます。

・電解研磨

砥粒を使用せず、電解液に浸した対象物に電流を流して表面を溶かす方法です。対象物を削るのではなく溶かすため、表面の汚れや傷を落とすことができます。他の方法では難しい細かな部分の研磨も可能です。
ただし、アルミやステンレスといった一部の金属にしか使用できず、加工コストも高くなります。

研磨加工に使われる砥粒の種類

研磨加工に使われる砥粒には、さまざまな種類が使われます。適した用途や材種が異なるため、対象物に応じて適切に使い分けることが重要です。砥粒の主な種類をご紹介します。

・ダイヤモンド

自然界に存在する鉱石としてはもっとも硬い素材です。高温下で鉄と化学反応を起こして硬度が下がるといったデメリットもあるため、使用できる範囲は限られます。

・CBN

CBNは立方晶窒化ホウ素(Cubic Boron Nitride)の略で、人口の化合物のことです。ダイヤモンドに次ぐ硬さを持ち、高温耐性に優れることから、鋼材の研磨にも使われます。

・炭化ケイ素

炭化ケイ素は、主に金属の研磨に使われています。広く使われていて、砥粒の大きさなどの種類も豊富です。

・酸化アルミニウム

工具鋼などの硬度の高い素材にも適した砥粒です。アルミナとも呼ばれます。AやWAなどいくつか種類があり、それぞれ特徴が異なります。

研磨加工の具体的な手順

研磨加工を行う手順は、下地・ならし・ツヤ出し・鏡面仕上げの4工程に分けることができます。一般的な研磨加工の手順は、以下の通りです。

1.下地
番手が低い粗めの砥粒で、対象物の表面にある大きな凹凸や異物を取り除く工程です。あくまでも大まかに削る工程なので、寸法などを細かく気にする必要はありません。

2.ならし
下地で対象物の表面にある異物を取り除いた後に行う工程です。下地よりも細かい砥粒を使用して、粗い表面を平らにならしていきます。

3.ツヤ出し
平らにした表面をさらに細かな砥粒で磨き、光沢を出す工程です。鏡面仕上げ前に汚れを除去する目的もあります。

4.鏡面仕上げ
文字通り、対象物の表面を磨いて鏡のように仕上げる工程です。使用する砥粒を少しずつ細かくしていくことで、仕上がりを調整します。ポリシング研磨で行われることが多いです。

研磨・研削以外の金属除去加工の種類

研磨加工・研削加工は、砥石や砥粒を用いて少しずつ対象物を削り落とし、目的の形状や仕上がりを目指す加工です。このような加工方法は、除去加工に分類されます。
研磨・研削以外で金属除去加工に用いられる方法には、次のような種類があります。

・切削加工

刃物となる切削工具を用いて、金属の表面を削り取っていくのが切削加工です。 ドリルやリーマを使う穴あけ加工、エンドミルや正面フライスを使うフライス加工は切削工具を回転させて削り取ります。一方でバイトを使う旋盤加工は、対象物を回転させ切削工具を押し当てることで削る加工です。
また、平削り・形削りといった往復運動によって切削していく加工もあります。

さまざまな切削加工を組み合わせることで、複雑な形状でも高い精度で効率的に加工できるのが特徴です。

・放電加工

放電加工は、電気エネルギーを刃物の代わりにして、目的の形状を作る加工方法です。電極から対象物に向けて放電し、放電の熱で対象物を溶融させることで除去していきます。
電極形状の通りに彫り進めることができるので、複雑な形状の加工にも向いています。

・エッチング加工

エッチング加工は、薬品による腐食作用を用いた除去加工です。マスキングを施した部分は残り、それ以外の部分は薬品によって溶け落ちるという原理を用いています。
精密な形状を作ることができ、ステンレス・銅・鉄・ニッケル・ニクロム・モリブデン・チタン・タングステンなど、加工可能な材質の種類が多いのも特徴です。電子部品や、基板の配線銅箔などの加工に使われています。

目的に応じて研磨加工を使い分けることが重要

研磨加工は広い意味では砥石を使った研削も含み、表面のならしから鏡面仕上げまでを行う一連の加工を指すこともあります。
どの程度まで表面をなめらかにするのか、求める精度はどれくらいか、どのような目的で使う部品なのかなど、目的に応じて研磨加工の手法を使い分けながら作業を行いましょう。

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