砥粒加工とは、主な特徴とメリット

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Q1. 砥粒加工とは何ですか?また、その基本的な原理を教えてください。

ここでいう砥粒加工とは、主に超音波振動と砥粒(硬い粒子)の衝撃作用を組み合わせて材料を除去する超音波砥粒加工の方式を指します。

この加工法では、発振器から供給された電気エネルギーを機械的振動(16kHz〜25kHz、振幅数十ミクロン)に変換し、ホーンを通じて工具先端を縦方向に拡大振動させます。

この振動する工具と加工物の間に、ダイヤモンドやボロンカーバイト、炭化ケイ素などの硬粒子を水や油に混ぜた懸濁液(スラリー)を供給します。

工具が砥粒に衝突すると、砥粒は加工物の表面を微細に叩きつけ(ハンマー作用)、この衝撃により材料表面にマイクロクラックが発生し、わずかずつ破砕され除去されます。

このメカニズムにより、工具の形状が加工物に正確に彫り込まれます。

Q2. 砥粒加工(超音波砥粒加工)が持つ主な特徴とメリットは何ですか?

超音波砥粒加工の最大のメリットは、硬くて脆い材料(硬脆材料)を、材料へのダメージを最小限に抑えて精密に加工できる点です。

  1. 高精度と高品質な仕上がり:加工圧力が低く、加工時の発熱がほとんどないため、熱による材料の変形や組織の変質が起こりにくいです,。これにより、加工によるカケ(チッピング)やバリ、クラックの発生を大幅に抑えることができ、加工歪みが少ない高い面精度の仕上がりが得られます。
  2. 幅広い材料適応性:被加工物が電気的導体であっても絶縁体であっても加工が可能であり、放電加工など他の特殊加工法に比べて適用範囲が広いというメリットがあります。
  3. 複雑形状と生産性:工具の形状に対応して、円、角、異形の孔あけ、ザグリ、打ち抜き、彫刻など、複雑な形状の加工が可能です。また、上下振動による破砕加工であるため、多数個の孔あけや打抜きを同時に加工できる(多軸同時加工)ため、量産時のコストダウンにも繋がります。

Q3. どのような材料の精密加工に特に適していますか?

この技術は、主に硬脆材料や難素材の精密加工に特化しており、具体的には、セラミックス(アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ほう素など)、ガラス(石英硝子を含む)、サファイア、宝石、シリコン、CFRP(カーボン材)、グラファイト、フェライトなどが挙げられます。

岩石などの地質的な標本取りにも利用されています。

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