研削加工とは、砥石を使って工作物を削る加工法です。高速回転する砥石を工作物に押し当て、工作物表面を少しずつ削ります。切削加工などの最終仕上げとして使われる点も特徴です。
今回は、研削加工の種類、メリットやデメリット、他の加工方法との違いや加工時に起きがちなトラブルなどを解説します。
目次
研削加工（けんさくかこう）とは？
工作物の加工方法は、材料を削る「除去加工」、材料を溶かして型に流し込む「成形加工」、型を用いて材料を変形させる「塑性加工」、材料同士をくっつけたり切り離したりする「切断・接合加工」に分けられます。
切断・接合加工のうち、素材の一部を削り取る加工を除去加工といいます。中でも、砥石を高速回転させて工作物の表面を削り取る方法が「研削加工」です。
研削加工では、研削盤とよばれる機械を使用します。刃物を使用する切削加工よりも加工時間は長くなりますが、より高精度で美しい加工が可能です。
研削加工は、他の加工方法の仕上げとして施される場合が多い方法です。たとえば、切削加工でおおよその形をつくった後に研削加工で表面を整えるといった使い方もできます。
研削加工を使用すれば、切削加工が難しい硬い素材（超硬合金など）の加工も可能です。焼き入れ後に硬くなった部品を研削加工で仕上げるケースもあります。
研削加工のメリット・デメリット
研削加工には、以下のメリットやデメリットがあります。
研削加工のメリット
- 寸法精度の高い加工ができる
研削加工は加工あたりの除去量がわずかであるため、高精度で加工が可能です。研削盤の使用により、マイクロメートルのオーダーで表面を加工できます。表面をなめらかにすることも可能です。 - 硬い素材でも加工できる
研削加工では、砥石表面から突き出た無数の砥粒を使って工作物の表面を削ります。削る過程で砥粒の刃が欠けても砥石の中から次の砥粒が出てくる（自生作用）ため、砥石は常に切れ味が保たれます。そのため、砥粒が工作物よりやわらかくても加工し続けることが可能です。 - 表面粗さを整えることができる
切削加工では工作物表面を少しずつ削り取るため、表面を非常になめらかに加工できます。
研削加工のデメリット
- 加工時間が非常に長くなる
「寸法精度の高い加工ができる」という研削加工のメリットは、「加工時間が長い」というデメリットにもつながります。そのため、大きな加工を施したい場合は、切削加工で形をつくった後に研削加工で仕上げるのが一般的です。 - 加工時に熱が発生しやすい
研削加工では、砥石と工作物との摩擦により研削箇所の温度が1000度を超えます。そのため、工作物にヤケやワレが生じないよう、研削液で冷却し続ける必要があります。 - 加工時に事故が起こりやすい
研削加工では砥石が高速回転するため、砥石の使い方を誤るとさまざまな事故につながります。砥石の最高使用周速度を超えて使用しない、砥石に工作物を強く当てすぎない、といった点に気をつけましょう。
研削加工のおもな種類と用途
研削加工にはいくつかの種類があります。ここでは、代表的な研削加工とその特徴を説明します。
平面研削
工作物の平面を削る加工方法です。研削加工の中では最もよく使用される方法であり、平研（ひらけん、へいけん）ともよばれます。一般には、切削加工後の表面をより平らに仕上げる場合に平面研削を行います。
平面研削では、テーブル上に工作物を固定しておき、高速回転させた円筒状の砥石を工作物表面に当てて工作物を削ります。加工中、砥石は上下に、テーブルは前後左右に移動します。
工作物の厚みを一定にしたり、平行度を向上させるために行います。
円筒研削
円筒状工作物の表面を削る方法です。中心を固定した状態で工作物を高速回転させておき、その表面に工作物と逆方向に回転させた砥石を当てて工作物を削ります。
円筒研削は、他の部品と摺動する軸などをつくる場合に使われます。
内面研削
内面研削は円筒や穴の内側を削る方法であり、内研（ないけん）やインターナルともよばれます。寸法精度の高い穴を加工する際などに用いられます。
内面研削では、基本的に砥石と工作物の両方を回転させますが、砥石だけを回転させて加工を施す「プラネタリ形」とよばれる方法もあります。
筒の中を他の部品が摺動する、シリンダーなどの内径を加工するために行われます。
センタレス研削
センタレス研削は、円筒研削と同様に円筒の外側を削る方法です。しかし、両者は工作物の固定方法が異なります。
円筒研削の場合は、円筒状工作物の中心を固定して工作物を回転させます。一方センタレス研削では、支持刃とよばれる台と円筒状の調整車とで工作物を支えておき、回転する砥石を工作物に当てて工作物が自然に回るように調整します。手の中でお団子を丸めるようなイメージです。
センタレス研削では支持刃、調整車、砥石の3点で工作物を均等に支えるため、工作物表面を均一に仕上げることができます。
シリンダーのロッドのような細い円筒や長い円筒の加工に適しています。
歯車研削
歯車研削は、研削を使って歯車をつくる方法です。平たい円盤状の砥石を使用し、工作物を切り込むようにして歯車を削り出します。切削加工で切り出された歯車の仕上げ加工として使用されるケースもあります。
切断
グラインダーのような薄い回転砥石を使用し、材料を切断する方法です。硬い素材や大きな円筒など、刃物では加工しにくい場合に使用されます。
切削加工と研磨加工との違い
切削加工と研磨加工はどちらも工具を用いて材料を機械的な接触により少しずつ除去していく加工です。ここでは切削加工と研磨加工の違いについて解説します。
切削加工（せっさくかこう）との違い
切削加工は、研削加工と同じ除去加工のひとつです。刃物などの工具を使って工作物を削る方法であり、削り方や使用する工具に応じてフライス加工や旋盤加工（旋削加工）、穴あけ加工などに分けられます。
一般的に、切削加工では加工当たりの切りくず量が研削加工よりも多くなります。切削加工は刃物で大まかに削って目的の形状をつくる方法、研削加工は回転する砥石で表面を少しずつ削って形を整える方法、というイメージです。
切削加工を使用すれば、研削加工よりも短い時間で加工が可能です。しかし、加工精度は研削加工に劣ります。
研磨加工（けんまかこう）との違い
研磨加工は、研削加工と同様に工作物の表面を少しずつ除去する方法です。研削加工や切削加工と同じく除去加工に分類されます。
研削加工と研磨加工はよく似ていますが、両者は目的が異なります。研削加工は「削って形を変える」ための方法ですが、研磨加工は「みがいて整える」意味合いが強いのです。たとえば、部品表面を鏡のように整える場合は研削加工ではなく研磨加工が使われます。
研磨加工には、研削加工と同じく砥石を使う方法のほか、砥粒（砥石中で「刃物」の役割をする粒）のみを使う方法や、電気分解を利用して金属表面を溶かす方法（電解研磨）があります。
研削加工時の注意点
研削加工では高速で回転する砥石を使用します。ここでは、加工中に砥石に起こりやすい3つのトラブルを解説します。
目詰まり
目詰まりは、砥石表面の砥粒間に削りカスなどが詰まった結果、砥石の切れ味が悪くなる現象です。やわらかい金属（アルミニウムや銅など）の加工時には目詰まりする可能性が高くなります。
目詰まりを起こすと砥石の自生作用が働かなくなるため、砥石表面に新しい砥粒が出てこず、加工効率が大きく低下します。砥石と工作物との接触箇所に熱がこもりやすくなるため、工作物のヤケやビビリが生じる場合もあります。
砥石の目詰まりを防ぐには、工作物の材質に応じて適切な砥石を選択することが重要です。
目つぶれ
目つぶれは、砥粒の刃の部分のみが削られて砥石表面が平坦になり、砥石の切れ味が大きく低下する現象です。砥石の自生作用が働かないために起こります。
目つぶれが発生すると摩擦面が広がるため、目詰まりと同じくヤケやビビリが生じやすくなります。
目つぶれが起こった際には、砥石の自生作用がうまく働くように研削負荷を調整しましょう。
目こぼれ
通常、砥石中の砥粒は研磨力がなくなった後で自然に脱落します。しかし、砥粒同士をつなぎとめている結合剤がやわらかすぎる場合、まだ研磨力のある砥粒が次々に脱落してしまうことがあります。これが目こぼれです。
目こぼれが起こると砥石の切れ味が大きく低下し、砥石の寿命も短くなります。
研削加工の際には、目こぼれを防止するため、結合剤のやわらかさや加工負荷を適切に調整しましょう。
また研削を行う際には設計形状にも注意が必要です。段差のある形状や筒状の穴の内部に対して研削の指示を行う場合、面と面が交差する部分の研削は非常に難しくなります。そのため研削の逃げ溝を考慮しなければいけません。
まとめ
研削加工は、高速回転する砥石を工作物に押し当てて工作物表面を少しずつ削る方法です。加工時間は長くなりますが、寸法精度の高い加工ができる、超硬合金などの硬い素材も加工できるといった大きなメリットがあります。また研削加工には多くの種類があり、平面や円筒といったさまざまな形状に対して処理が可能です。
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