研磨方法に関するまとめ|表面を科学する【株式会社ケミコート】

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研磨方法に関するまとめ

 金属の表面処理の方法は、その目的や金属の種類によって様々な処理方法があり、その1つの方法として「研磨」があります。さらに研磨は「化学研磨」、「電解研磨」、「機械研磨」の3つの方法に分かれています。
どのような場合にどの研磨方法を選ぶのか、長所や短所を含めて詳しくご説明いたします。

化学研磨、電解研磨、機械研磨の違い

まずは「化学研磨」、「電解研磨」、「機械研磨」の3つの研磨方法や違いをそれぞれ簡単にご紹介しましょう。
「化学研磨」とは、研磨用の溶液に金属を浸して、酸やアルカリの力によってその化学反応で金属の表面を腐食させる研磨方法です。細かい部分にまで溶液が入り込むため、機械による研磨では届かないような細部にも処理を行うことが出来るのが特徴です。主に複雑な形状の微細部品や内面部分の研磨を行う場合に化学研磨が向いています。
「電解研磨」とは、電解研磨用の溶液に金属を浸して、その溶液の中で金属をプラスとして電流を流す方ことで研磨を行います。金属は次第に溶解し、表面が光沢化や平滑化してきます。表面に加工による変質層を作ることがなく汚れや焼けなども残さないため、化学研磨と共に精密部品などのクリーンな研磨方法が必要な場合に利用されています。
「機械研磨」とは、その名の通り機械を使って行う研磨のことを指し、様々な方法があります。現在の主流は、円盤型の定盤の上に研磨パッドを貼り、その上に化学成分や微細な粒子を含んだ液体の研磨材を垂らし、回転させながら磨くロータリータイプです。他にも金属の内径を精密に研磨するホーニングマシンによる研磨や、バフを使用したバフ研磨など様々な研磨方法があります。

各研磨方法の特徴

それでは、各研磨方法の特徴を長所や短所を交えながら説明していきましょう。
「化学研磨」は、複雑な形をした形状の金属でも溶液が入り込むため、微細な凹凸がある場合や均等に金属の表面の光沢化や平滑化を行うには向いています。これは電解研磨にも言える長所ですが、電解研磨と違う点は、研磨の厚みを コントロールしやすいということと、ムラがおこりにくいという大きな利点を持っています。しかし短所としては、溶解が進むにつれて溶液の濃度や質が変化するため、溶液の補給や入れ替えなどの管理が必要であり、一定の品質を保つためには適切な濃度管理が必要となります。
「電解研磨」の長所は、正確な角の部分の研磨が出来ることです。鋭い角の研磨は化学研磨では溶解しすぎてしまい、機械研磨では削れてしまうために難しいとされています。また、ステンレスを電解研磨した場合、研磨した面にクロムの不動態皮膜を形成させることが出来るため、高い耐食性の表面を持つ金属に変化させることが出来るという長所も持っています。ですが電解研磨には短所もあり、研磨する金属の形や素材が違うと新たな電極設計が必要となり、電気の流れが均一でないと白く曇ったり、ムラになったりすることもあるので技術力が必要です。また、化学研磨と電解研磨に共通する短所として、廃液処理の問題やガス換気処理の問題などがあり、廃液処理施設や換気処理施設が必要となってきます。
一方、「機械研磨」の長所は、大きく平滑で単純な形の面の研磨や、大きなバリを取るには非常に効率がよいところが挙げられます。また、処理中に有害な気体が発生することがないため、特別な換気装置も必要ありません。短所としては、化学研磨や電解研磨と違って複雑な形状のものや、細いもの、箔などの薄い金属の研磨には向いていません。さらに、研磨時の熱による焼けや研磨スジ、細かい凹凸などが残りやすく、後にサビの原因となる物質を付着させてしまう可能性があります。そして、研磨後に研磨材や金属の粒子、バフなどのカス、油分が残る場合もあり、それらを取り除く後処理の作業が必要になってきます。

まとめ

以上のように、化学研磨、電解研磨、機械研磨にはそれぞれ長所と短所があるため、単体で研磨を行っていくには難しい金属の研磨の場合、それぞれの長所を生かすために複合する場合もあります。
まずは機械研磨にて金属のうねりや大きな凹凸、バリ取りなどを効率よく行い、最後に化学研磨や電解研磨によって細かい凹凸や複雑な形状部分の研磨、不純物の除去、耐食性の向上などを行っていきます。そうやって研磨処理を使い分けることにより、平滑で付着物の無いクリーンな金属の研磨面が完成します。このように各研磨方法の特徴を理解し、組み合わせて行うことで、様々な金属の研磨に応用できます。
近年では、高精度の表面研磨が必用とされている半導体のウエハなどには、機械研磨と化学研磨を組み合わせたCMP研磨(Chemical Mechanical Polishing、化学的機械研磨)が開発されました。CMP研磨は、砥粒が金属の表面を削っていくという機械的な作用だけでなく、砥粒と金属との間や研磨液や研削液との間で化学作用を起こし、その物理研磨と化学反応で表面を平面化していくという、非常に複雑で精巧な研磨が行われています。
今後も時代と共に益々研磨技術が発達すれば、半導体ウエハの研磨のような革新的な研磨方法がさらに生み出されていくことでしょう。