砥石（研削）｜硬い素材を削り精密加工に用いる工具

砥石（研削）

砥石（研削）とは、研削加工に用いられる工具であり、硬い砥粒を結合材で固めたものである。砥石は、実際に加工を行う砥粒とそれを保持する結合剤と気孔（空隙）からなる。主に金属などの硬い素材を削り取るために使用され、精密な加工や部品の仕上げに欠かせない工具である。砥石は、その材料や結合方法、形状などにより様々な種類があり、加工対象の素材や目的に応じて適切なものを選択する必要がある。砥石は回転させて対象物に接触し、砥粒の摩擦作用によって表面を削り取ることで、高い精度と優れた仕上がりを得ることができる。

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砥石の構造と材料

砥石は、基本的に砥粒と結合材から構成されている。砥粒は、非常に硬い素材であり、アルミナ（酸化アルミニウム）やシリコンカーバイド（炭化ケイ素）、ダイヤモンドなどが使用される。これらの砥粒は結合材によって一体化され、硬くて耐久性のある形に成形される。結合材には、ガラス質のビトリファイド結合材や樹脂系のレジノイド結合材などが用いられ、これらの結合材によって砥石の特性が決まる。砥粒の大きさ（粒度）や砥石の硬さも、加工対象の素材や仕上げの精度に影響を与えるため、使用用途に応じた選択が求められる。

砥石の形状

砥石の形状について、砥石の表示は、形状・寸法・砥粒・粒度・結合度（硬度）・組織結合剤、最高使用周速度の順序で示す。

砥石の把持

砥石の把持について、平形砥石を例に取ると、中心穴を利用して両側からフランジをはめ、このフランジを工作機械の主軸に固定する。フランジには、1周の溝にコマが2つついており、このコマの位置を調整して回転バランスをとる。カップ砥石も同様のように軸付き砥石は、主軸に取り付けたコレットチャックに固定する。

砥石の種類

砥石にはさまざまな種類があり、用途や加工対象に応じて適切に使い分ける必要がある。一般的な種類には、平面研削用の平砥石、円筒研削用の砥石、内面研削用の内面砥石、さらに、固定せずに加工するセンターレス研削用の砥石がある。また、砥石の素材によっても異なり、アルミナ砥石は一般的な金属加工に広く用いられ、シリコンカーバイド砥石は非鉄金属や合金の加工に適している。ダイヤモンド砥石やCBN（立方晶窒化ホウ素）砥石は、硬度の非常に高い素材を加工するために使用される。

砥石の選び方

砥石を選ぶ際には、加工する素材の種類、仕上げの精度、加工速度などを考慮する必要がある。例えば、硬度の高い素材や精密な仕上げが必要な場合には、粒度の細かいダイヤモンド砥石が適している。一方、一般的な鉄鋼の粗削りには、粒度の粗いアルミナ砥石が使用されることが多い。また、砥石の硬度も重要な要素であり、硬い砥石は耐久性が高く、大量の削り作業に向いているが、加工対象物に対する負荷が大きくなるため、用途に応じた適切な硬度の砥石を選ぶことが必要である。

使用と管理

砥石を効果的に使用するためには、適切な管理が不可欠である。使用前には砥石の外観にひび割れがないかを確認し、使用中の砥石がバランスを崩さないように取り付けることが重要である。バランスが悪い砥石は、研削中に振動を引き起こし、加工面の品質を低下させる原因となる。また、使用後には砥石を定期的にドレッシングすることで、目詰まりを防ぎ、常に鋭い砥粒が表面に出ている状態を維持することが求められる。これにより、加工効率が向上し、より高品質な仕上げが可能となる。

砥石の製造プロセス

ドレッシング

砥石のドレッシングとは、使用中に砥石の目詰まりや砥粒の摩耗によって性能が低下した場合に、再度砥石の表面を整える作業である。ドレッシングを行うことで、砥石表面の古い砥粒を取り除き、新しい砥粒を露出させることができる。これにより、研削性能が回復し、効率的な加工が再び可能になる。ドレッシングには専用のダイヤモンドドレッサーが用いられ、手動または機械的に行うことが多い。ドレッシングを適切に行うことにより、砥石の寿命を延ばし、安定した加工品質を維持することが可能となる。

砥石の安全な使用方法

砥石の使用には安全面での注意が必要であり、適切な方法で取り扱わなければ重大な事故を引き起こす可能性がある。まず、使用前には砥石の外観検査を行い、ひび割れや欠けがないかを確認する。また、砥石の回転速度は砥石自体の許容回転数を超えないように設定することが重要である。過度な回転速度で使用すると砥石が破損し、飛散して重大な事故を引き起こす危険があるためである。さらに、使用中は必ず保護メガネや防護具を着用し、安全対策を徹底する必要がある。