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志民 直人
技術営業、カスタマーサクセス
切削加工歴29年の1級機械加工技能士(精密器具製作/フライス盤/数値制御フライス盤)。金型・部品加工経験を持ち、CAD・CAMや各種工作機械に精通。設計からカスタマーサービスまで幅広く対応。製造現場改善や治具設計も得意。趣味は日曜大工、ゲーム。
金属加工方法の中でも、表面仕上げ加工に用いられる研磨加工。研磨加工は金属だけではなく非金属であるプラスチックや木など幅広い材料に加工を施す事ができますが、実際にどのような加工がどんな手順で行われているかご存じない方も多いのでは無いでしょうか。
今回は研磨加工がどのような加工方法なのか、手順などをわかりやすく解説します。また、研磨以外の表面仕上げ加工方法についても併せて解説していきます。
研磨加工は、製品の表面仕上げ加工によく用いられる加工方法です。
ざっくり説明すると砥石を高速回転させ、製品に当てる事で表面のデコボコや異物を取り除く加工になります。中でも精度が求められるような製品や、美観が求められるような製品によく用いられます。ミクロン単位での調整が可能で、表面のデコボコや異物を取り除く事ができるため、製品加工でも最終工程で施される事が多いです。
研磨加工には、上記で説明した砥石研磨のほか、たくさんの種類があります。どの研磨法を選ぶかは、加工物の材質や形状、また表面粗さや仕上げ品質をどの程度求めるかによって違ってきます。つや出しやバリ取り、エッジ仕上げを目的に研磨加工を施すこともあります。ここでは、研磨加工の種類について説明してきます。
研磨布紙加工は、固定した砥粒が配列された布や紙で加工物を磨く方法で、固定砥粒加工法の一つです。紙やすりで磨く方法と言えばわかりやすいでしょうか。
工業的には、研磨ベルトと呼ばれる帯状の布が主に用いられ、継ぎ目のない輪っか状の研磨ベルトを上写真のようなベルト研磨機で回転させ、これに加工物を当てることで研磨します。
砥石研磨は、回転する砥石に加工物を当てる、または固定した砥石に加工物を当てながら動かすことで表面を磨く研磨法です。主にサンダーやグラインダーなどの研磨機が用いられ、包丁を砥石で研ぐことも砥石研磨に当たります。
なお、砥石は砥粒を結合剤と呼ばれる接着剤で固めたものであることから、砥石研磨もまた固定砥粒加工法の一つです。
ラッピング研磨は、上写真に見られるようなラップ盤と呼ばれる台に加工物を置き、砥粒を含んだ研磨剤を介してすり合わせることで研磨する方法です。流動する砥粒によって研磨する遊離砥粒加工法に分類されます。
主に回転するラップ盤に加工物を押し付けることで研磨を行います。平滑化効果が高く、精密に平面を出せることから鏡面のような仕上がりが要求される場合によく採用される方法です。
ポリシング研磨は、ラッピング研磨同様、加工物を研磨剤を介してすり合わせて研磨する方法です。ただしポリシング研磨では、硬質なラップ盤ではなく、フェルトなどの柔らかい素材を用いて加工物を磨きます。
また、ラッピング研磨に比べてより微細な砥粒を使用することから、より滑らかな鏡面を得ることができます。ツヤを出したい場合などに、研磨の最終工程として採用することが多い方法です。
なお上図は、ラッピング研磨とポリシング研磨を比較したものです。
バレル研磨は、大きな容器に研磨剤と加工物を投入し、振動または回転させることでたくさんの加工物をまとめて研磨する方法です。大量生産向きで、他の方法と比べれば高品質の研磨はできませんが、バリ取りを目的によく用いられる方法です。
電解研磨は、加工物を電解研磨液に浸し、電流を流すことで表面を溶かして研磨効果を得る方法です。電気分解によって凸部が優先的に溶解する効果を利用しています。
高精度の平面が出せる上、他の研磨法では狭すぎて研磨しづらい部分も研磨することができます。ただし、適用できる金属が限られる、高コストであるなどの欠点もあります。
金属表面の仕上げに使用する除去加工は、研磨加工だけではなく他にもたくさんあります。その中でも、代表的な加工方法を紹介していきます。加工したい加工物の形状や仕上げたい表面によって、加工方法を使い分ける必要があるので注意が必要です。
主な除去加工
①切削加工②研削加工③放電加工
切削加工とは製品の形状を整えるために、製品を削り出す加工のことを指します。切削加工は目的の形状に削り出す加工法なので、研磨加工と工程が異なります。
切削加工で使用される機械は主に下記の３つです。
【切削加工で用いる機械】
切削加工は、製品表面をきれいに仕上げるというより、仕上げたい形状に削り出すような加工方法です。バイト（刃）を材料に当てて、削り出す加工方法なので当然材料より刃の方が硬くないと加工できません。
切削加工は削り出し加工なので、製品の設計直後の段階で施されます。加工工程としては最初の方に行われる事が多いです。その後に研磨加工する場合もありますが、外観や劣化を考慮する必要がない部品の場合は切削加工のみで仕上げる場合もあります。切削加工の工程では粗削りと仕上げがあり、仕上げ加工では一度にたくさんを削るのではなく、切削深さやピッチを細かくすることで、ある程度綺麗な表面に仕上げることが出来ます。
高速回転させた砥石で金属を削る加工方法です。工程の段階としては、切削加工の次の段階で施されることが多いです。
研削加工で使用される機械は主に３つです。
【研削加工で用いる機械】
研削加工は、切削加工で削り出された製品をもっと高い精度で仕上げたい時に用いられます。なぜなら研削加工は、非常に硬く目の細かい砥石を使用するからです。
切削加工とは違い大きく形状を変えるために削り出すことはできません。しかし製品の表面は滑らかにすることができて、精度を高く仕上げる事ができます。
今回紹介している3つの除去加工の中で、1番研磨加工に似ている加工方法になります。ほとんど同じですが、研磨加工の中でも最初の方に用いるので目が粗い仕上がりになります。
一般的な除去加工では機械加工（旋盤やドリル）といった実態のある刃物で加工します。一方で放電加工では電気エネルギーによって金属加工を施します。イメージとしては、削り出すというよりかは抜き出す加工法になります。
加工方法としては、まず電極と加工物の間にアーク放電を放出します。その後、放電の熱で加工する製品の一部を除去する加工方法です。
他の加工方法とは全く違うアプローチになっています。こちらの加工方法は、他の除去加工では削りきれないような硬い材料で用いられる事が多いです。
続いて研磨加工の手順について解説していきます。研磨加工は大きく分けて4つの工程に分けられます。用途や材料に応じて細かい工程は変わりますが、大きな流れは変わりません。
では早速みていきましょう。
下地はまず、大きなデコボコや異物を除去していく作業です。この工程はかなり重要で、下地の工程をしっかり行わないと最優的な仕上がりに影響してきます。
研磨に使用する砥石は、番手が小さく目の粗いものを選択します。
砥石の番数は基本的に低い方が粗くなっていて、高い方が細かくなっています。
下地の段階では細かく表面を揃えていくというよりは、大胆に削っていく工程になります。なのでこの段階では、寸法など細かいことはあまり気にせず大胆に削っていきましょう。
下地のポイント
下地の段階が終われば、次はならしの工程です。
下地の段階である程度、製品表面が平らになっていればそこまで難しい工程ではありません。ならしの工程では、ざらざらした表面を文字通りならしていくんです。下地で使用した砥石より、番数が高く目の細かい砥石を使用します。そうすることによって、ならし工程が終わる頃にはほとんど表面は平らになっています。
ならしのポイント
下地、ならしでほとんど、製品表面のデコボコや異物は取り除く事ができます。続いて製品表面を、きれいに見せるために必要なつや出しの工程です。こちらは、鏡面仕上げで製品表面をツルツルにする為の前段階だと思ってください。
ならしの工程でデコボコや異物は除去できるのですが、それはあくまで製品表面を平らにしただけです。つや出しの工程では、表面の汚れを除去すると覚えてください。そのため、使用する砥石はならしの工程よりも目の細かいものを選びます。バイブレーション研磨やヘアライン加工のように、あえて表面に傷をつける加工方法もあります。しかし今回は製品表面を、ツルツルに加工する鏡面仕上げの研磨方法で解説していきます。
つや出しのポイント
最終仕上げの工程である鏡面仕上げです。
こちらは名前の通り、製品の表面を鏡のように研磨する工程になります。
前までの工程をしっかり行っていれば、そこまで大変な作業ではありません。
番数の高く目が細かい砥石で研磨することはもちろんなんですが、こちらは番数を少しずつ上げていくことによってより細かい仕上げを行う事ができます。また研磨といっても砥石ではなく研磨剤を使用するバフ仕上げなどが用いられることもあります。
鏡面仕上げのポイント
研磨の手順は大きく分けて4つに分かれており、下地、ならし、つや出し、鏡面仕上げという流れになります。仕上げが大事だと思われがちですが、一番大事な工程は下地の工程です。下地の時点で、製品表面におおきなデコボコが残っていたらどんなに他の工程を丁寧に行っても、精度のいい製品はできません。
他にも加工したい形状や表面によって、加工方法の選定をしなければなりません。選定には、他の加工方法の特徴なども知る必要があります。まずはどのような形状の材料にどのような加工を施したいのかを確認しましょう。
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