研磨剤

研磨剤は、多くの場合鉱物であり、こすりつけることでワークピースを成形または仕上げるために使用されます^{[1] 。これにより、ワークピースの一部が}摩擦によって摩耗します。材料の仕上げは、滑らかで反射する表面を得るために研磨することを意味することがよくありますが、このプロセスには、サテン、マット、またはビーズ仕上げのように粗くすることが含まれることもあります。つまり、他のより柔らかい材料を切断、研削、研磨するために使用されるセラミックは、研磨剤として知られています。

研磨材は極めてありふれたものであり、工業、家庭、技術のさまざまな用途で非常に広範に使用されています。このため、研磨材の物理的および化学的組成、および研磨材の形状には大きなばらつきが生じます。研磨材の一般的な用途には、研削、研磨、バフがけ、ホーニング、切断、穴あけ、研ぎ、ラッピング、サンディングなどがあります(研磨加工を参照) 。 (簡潔にするために、この記事では「鉱物」は、人工かどうかに関係なく、鉱物と鉱物のような物質の両方を指すために緩く使用されます。)

ヤスリは研磨材ではありません。引っかいたりこすったりするのではなく、ヤスリの表面に切り込まれた鋭い歯の切削作用によって材料を除去します。これはのこぎりの刃によく似ています。ただし、ダイヤモンド ヤスリはコーティングされた研磨材の一種です (ダイヤモンド粉末でコーティングされた金属棒であるため)。

研磨剤は一般に、研磨剤と加工する材料の硬度の差に依存しており、研磨剤のほうが 2 つの物質のうち硬い方です。ただし、これは必ずしも必要ではありません。繰り返し擦れ合う 2 つの固体材料は、互いに摩耗する傾向があるからです。例としては、柔らかい靴底が数十年または数世紀かけて木や石の階段を摩耗させたり、氷河が石の谷を摩耗させたりすることが挙げられます。

研磨剤として使用される材料は、通常、硬い鉱物（鉱物の硬度を示すモース硬度スケールで7以上）または合成石であり、その一部は化学的にも物理的にも天然鉱物と同一であるが、自然に生成したものではないため鉱物と呼ぶことはできない。（モース硬度スケールは比較には役立つが、恣意的で順序のある不規則なスケールであるため、材料エンジニアにとってはあまり価値がない。）例えば、一般的な研磨剤であるダイヤモンドは、天然に存在するだけでなく工業的に生産されるものもあり、コランダムも天然に存在するが、現在ではボーキサイトから製造されることがより一般的である。^{[2]しかし、}炭酸カルシウムのようなさらに柔らかい鉱物も、歯磨き粉の「研磨剤」などの研磨剤として使用されている。

これらの鉱物は粉砕されているか、すでに十分に小さいサイズ（直径約 2 mm のマクロ粒子から直径約 0.001 mm のミクロ粒子まで）になっているため、研磨材として使用できます。一般にグリットと呼ばれるこれらの粒子は、粗いエッジがあり、多くの場合、接触する表面積を減らし、局所的な接触圧力を高める尖った部分で終わっています。研磨材と加工される材料は、相対的に動きながら接触します。粒子を通じて加えられる力により、加工される材料の破片が剥がれ落ちると同時に、研磨粒子が滑らかになり、研磨材の残りの部分から粒子が外れます。

物質が摩耗する速さに影響を与える要因には、次のようなものがあります。

• 2つの物質の硬度の違い：より硬い研磨材はより速く、より深く切断します
• 粒度（グリットサイズ）：粒度が大きいほど、より深く切断するため、切断速度が速くなります。
• 粒子間の接着、粒子とバッキング間の接着、粒子とマトリックス間の接着：研磨材から粒子が失われる速度と、存在する場合は新しい粒子が露出する速度を決定します。
• 接触力：力が大きければ摩耗が早くなります
• 負荷：摩耗した研磨材と廃棄されたワーク材料は、研磨粒子間の隙間を埋める傾向があるため、切削効率が低下し、摩擦が増加します。
• 潤滑剤/冷却剤/金属加工液の使用:切りくずを運び去る(目詰まりを防ぐ)、熱を輸送する (ワークピースまたは研磨剤の物理的特性に影響を与える可能性がある)、摩擦を減らす (基板またはマトリックスと)、摩耗したワーク材料と研磨剤を浮かせてより細かい仕上げを可能にする、ワークピースにストレスを伝えるなどの効果があります。

研磨剤は天然または合成のいずれかに分類できます。砥石について議論する場合、天然石の方が優れていると長い間考えられてきましたが、材料技術の進歩により、この区別は明確ではなくなってきています。多くの合成研磨剤は、実質的に天然鉱物と同一であり、合成鉱物は採掘されたものではなく製造されたものである点だけが異なります。天然鉱物に不純物があると、効果が低下する可能性があります。

天然に存在する研磨剤には次のようなものがあります。

• 方解石（炭酸カルシウム）
• エメリー（不純なコランダム）
• ダイヤモンドダスト（合成ダイヤモンドが広く使用されている）
• ノバキュライト
• 軽石
• 酸化鉄(III)
• 砂
• コランダム
• ガーネット
• 砂岩
• 腐った石（トリポリ）
• 粉末長石
• スタウロライト

一部の研磨鉱物（ジルコニアアルミナなど）は天然に存在しますが、希少性が非常に高く、入手が困難または高価なため、工業的には合成石が使用されています。これらおよびその他の人工研磨剤には、次のものがあります。

• ボラゾン（立方晶窒化ホウ素またはCBN）
• セラミック
• セラミック酸化アルミニウム
• セラミック酸化鉄
• コランダム（アルミナまたは酸化アルミニウム）
• ドライアイス
• ガラス粉末
• スチール研磨材
• 炭化ケイ素（カーボランダム）
• ジルコニアアルミナ
• 炭化ホウ素
• スラグ

研磨材はさまざまな目的に合わせて形が作られています。天然研磨材は、通常長方形のブロックの形をした仕上げ石として販売されることが多いです。天然研磨材と合成研磨材はどちらも、ブロック、ベルト、ディスク、ホイール、シート、ロッド、ばらばらの粒子など、結合研磨材またはコーティング研磨材として提供されることが多く、さまざまな形で販売されています。

結合研磨材は、マトリックス内に含まれる研磨材で構成されていますが、非常に微細な酸化アルミニウム研磨材は焼結材料で構成される場合があります。このマトリックスはバインダーと呼ばれ、粘土、樹脂、ガラス、またはゴムであることが多いです。バインダーと研磨材のこの混合物は、通常、ブロック、スティック、またはホイールの形に成形されます。使用される最も一般的な研磨材は酸化アルミニウムです。また、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、ガーネットもよく使用されます。人工砥石は結合研磨材であることが多く、両面ブロックとして簡単に入手できます。両面ブロックでは、それぞれの面が異なる等級のグリットになっています。

研削砥石は高速で回転する円筒形です。かつては足踏み式か手回し式クランクで操作されていましたが、電動モーターの導入により、回転中に砥石が飛び散るのを防ぐために、より大きな半径方向の応力に耐えられる砥石の構造が必要になりました。同様の問題は、含浸繊維で構造的に強化されていることが多い切削砥石でも発生します。研磨材とワークピースの相対速度が高いため、何らかの潤滑剤の使用が必要になることがよくあります。従来、潤滑剤は摩擦熱の蓄積を防ぎ、ワークピースを損傷する恐れがあるため (刃の焼き入れが損なわれるなど)、冷却剤と呼ばれていました。ある研究では、金属を扱う場合、金属はワーク表面から熱を素早く伝導するため、潤滑剤の熱輸送特性はそれほど重要ではないと示唆されています。より重要なのは、引張応力を軽減する一方で圧縮応力をいくらか増加させ、「チップ形成中の熱および機械的応力」を軽減する効果です。^[3]

スケールモデリングなどの精密作業に用いられる回転工具のヘッドにも様々な形状のものが使用されています。

結合研磨材は、使用後に整えてドレッシングする必要があります。ドレッシングとは、表面から廃棄物 (削りくずや遊離研磨材) を除去し、新鮮な砂粒を露出させることです。研磨材とその使用方法に応じて、ドレッシングでは、研磨材を流水にさらし、柔らかい石の場合は硬いブラシでブラッシングするだけの場合もあれば、研削ホイールのドレッシングに使用される酸化アルミニウムなどの別の研磨材に研磨材を擦り付ける場合もあります。

ツルーイングとは、研磨材を元の表面形状に戻すことです。ホイールや砥石は不均一に摩耗する傾向があり、切削面が平らではなくなったり (平らな砥石の場合は「くぼんだ」状態になります)、切削面全体の直径が均一でなくなったりします。これにより、不均一な摩耗やその他の問題が生じます。

コーティングされた研磨材は、紙、布、ゴム、樹脂、ポリエステル、さらには金属などの裏材に固定された研磨材で構成され、その多くは柔軟性があります。サンドペーパーは、非常に一般的なコーティングされた研磨材です。コーティングされた研磨材は、結合研磨材に使用されるものと同じ鉱物であることが最も一般的です。結合剤 (多くの場合、何らかの接着剤または樹脂) が裏材に塗布され、その後、粒子が接着される平らな表面を提供します。織り裏地では、追加の弾力性を提供するために充填剤 (これも多くの場合、樹脂) が使用されることもあります。

コーティングされた研磨材は、回転式およびオービタルサンダーでの使用、サンディングブロックに巻き付けるため、ハンドパッドとして、ベルトグラインダーで使用するための閉ループとして、マッチ箱の打撃面、ダイヤモンドプレートおよびダイヤモンド鋼として使用できる形状にすることができます。ダイヤモンド工具は、切削用ではありますが、本質的に研磨性であることが多いです。

砂、ガラスビーズ、金属ペレット、銅スラグ、ドライアイスはすべて、サンドブラストと呼ばれるプロセス（またはガラスビーズを使用する「ビーズブラスト」などの類似プロセス）に使用できます。ドライアイスは昇華するため、研磨剤が残りません。

自動車の塗装に使われる切削剤は、液体、ペースト、またはワックスに懸濁した研磨剤の一例であり、銀食器や光学媒体用の一部の研磨液も同様です。液体、ペースト、またはワックスは、研磨剤を布に付着させておく結合剤として機能し、布は研磨剤をワークピース全体に移動させるための裏打ちとして使用されます。特に自動車の場合、ワックスは、塗装や金属が空気にさらされるのを防ぐ保護剤として機能し、また、傷を目立たなくする光学充填剤としても機能します。歯磨き粉には、歯垢やその他の物質を歯から取り除くための「研磨剤」として炭酸カルシウムまたはシリカが含まれています。炭酸カルシウムの硬度は歯のエナメル質の硬度よりも低いですが、汚染物質の硬度よりも高いためです。

非常に細かいルージュパウダーは、ガラスを研磨するために一般的に使用されていましたが、現代の陶磁器に取って代わられ、現在でも反射率の高い仕上げのためにジュエリー作りに使用されています。

洗浄剤には、ペーストやクリームに研磨剤が分散されている場合もあります。これらは、リノリウム、タイル、金属、石の表面に対して適度に安全であるように選択されています。しかし、ラミネート表面やセラミックトップのストーブの多くは、これらの研磨剤によって簡単に損傷を受けます。陶器製の食器や調理器具でも、これらの表面、特に食器の底が一部または全体に釉薬がかかっていないことが多く、単なる別の結合研磨剤として機能するため、損傷を受ける可能性があります。^[4]

金属製の鍋やストーブは、多くの場合、前述のクリームやペースト、またはスチールウールや細かい粒子の研磨剤を含んだ不織布研磨パッドなどの研磨剤クリーナーで磨かれます。

人間の皮膚も、角質除去という形で研磨を受けます。このための研磨剤は、他の目的のものよりもはるかに柔らかく、より特殊なものになる可能性があり、アーモンドやオートミールなどが含まれる場合があります。^[5] ダーマブレーションとマイクロダーマブレーションは、現在では鉱物研磨剤を使用する美容処置としてかなり一般的になっています。

傷のついたコンパクト ディスクやDVD は、非常に細かいコンパウンドで磨くことで修復できる場合があります。これは、多数の小さな傷は 1 つの大きな傷よりも光学的に透明になるという原理に基づいています。ただし、これにはある程度のスキルが必要であり、最終的にはディスクの保護コーティングが完全に侵食されてしまいます (特に元の傷が深い場合)。その場合、摩耗が続くとデータ表面が破壊されます。

炭化ケイ素粉末は、研削、ウォータージェット切断、サンドブラストなどのさまざまな機械加工プロセスで研磨材として一般的に使用されています。^{[6]これらの粉末は、}半導体、セラミックス、鉄系材料の微研削や粗研磨に効果的です。 ^[7]

ワークピースの形状、サイズ、性質、および希望する仕上げによって、使用する研磨剤の選択が左右されます。結合研磨砥石は、商業的にナイフを研ぐのに使用できます (ホロー グラインドを生成)。ただし、個人では、同じナイフを天然の砥石、または柔らかく滑りにくい表面に貼り付けた柔軟性のあるコーティング研磨剤 (サンドペーパーなど) で研ぐことで、凸面グラインドを簡単に実現できます。同様に、結合研磨剤で真鍮の鏡を切断し、コーティング研磨剤で表面を平らにして基本的な形状にしてから、より細かい等級の研磨剤を連続して塗布して、最終的にルージュを染み込ませたワックス ペーストで仕上げると、この場合は「ミラー仕上げ」と呼ばれる一種の「粒子のない仕上げ」になります。

また、接着剤の形状が異なると、ワークピースの特定の領域を研磨しにくくなる場合があります。健康被害は、発生する粉塵（潤滑剤の使用により軽減される場合があります）から発生する可能性があり、研磨剤またはワークピースがケイ酸塩の場合、珪肺症につながる可能性があります。また、潤滑剤の選択によっても健康被害が発生します。水に加えて、油が最も一般的な潤滑剤です。これらは吸入の危険性、接触の危険性、および摩擦によって必然的に熱が発生するため、可燃性物質の危険性をもたらす可能性があります。^[8]

研磨剤が硬すぎたり粗すぎたりすると、材料を削りすぎたり、望ましくない傷跡を残したりすることがあります。見た目が悪くなるだけでなく、傷は他のより深刻な影響を及ぼす可能性があります。過度の研磨や傷があると、次のような問題が生じる可能性があります。

• 有用性を減少または破壊する（光学レンズやコンパクトディスクに傷をつけたり、ナイフを鈍らせたりするような場合）。
• 汚れ、水、その他の物質を捕らえる。
• 表面積が増加する（傷に絡まった物質の影響も受ける錆の増加など、化学反応性が高まります）
• コーティング（塗料、化学コーティング、耐摩耗コーティングなど）を侵食または浸透する。
• 物体（刃物や宝石など）を急速に摩耗させる。
• 摩擦を増加させる（宝石ベアリングやピストンなど）。

より細かいまたは柔らかい研磨材は、肉眼では見えないほど細かい傷跡を残す傾向があります（「粒子のない仕上げ」）。より柔らかい研磨材は、特定の物体をそれほど研磨しないこともあります。より柔らかいまたは細かい研磨材は、粗く硬い素材よりも深く切り込まない傾向があるため、切断に時間がかかります。また、より柔らかい研磨材は、研磨材自体が研磨されるにつれて、より早く効果が低下する可能性があります。これにより、細かい研磨材は、一連の細かい傷がより光沢のある、または反射する外観、またはより透明になる傾向がある金属やレンズの研磨に使用できます。非常に細かい研磨材を使用して、カミソリの革砥をコーティングすることができますが、革砥での研磨の目的は、素材を研磨することではなく、刃先のバリをまっすぐにすることです。日本刀を研ぐ最後の段階は研磨と呼ばれ、スーパー仕上げの一形態である可能性があります。

研磨材の切削特性を変えるために、さまざまな化学的または構造的な変更を加えることができる。^[9]

その他の非常に重要な考慮事項は、価格と入手可能性です。ダイヤモンドは長い間、存在する物質の中で最も硬いと考えられてきましたが、実際にはフラーレンやさらに硬い集合ダイヤモンドナノロッドよりも柔らかく、どちらも研究室で合成されていますが、商業的なプロセスはまだ開発されていません。ダイヤモンド自体は、自然界での希少性と合成コストのために高価です。ボーキサイトは非常に一般的な鉱石であり、コランダムの適度に高い硬度と相まって、コランダムが一般的で安価な研磨材としての地位に貢献しています。

適切な硬さの研磨剤を使用するには、目的の作業について考慮する必要があります。一方では、硬すぎる研磨剤を使用すると、より安価で硬さの低い研磨剤で十分なのに、研磨剤が摩耗して費用が無駄になります。他方では、研磨剤が柔らかすぎると、適切なタイミングで研磨が行われず、研磨剤が無駄になるだけでなく、時間の損失に伴うコストも発生します。

研磨剤は、前述の成形や仕上げの用途のほかに、塗料や接着剤を塗布するための表面の準備にも使用できます。表面が滑らかすぎると、塗料や接着剤が凹凸のある表面ほど強力に接着しない場合があります。空気注入式タイヤ修理キット (自転車の場合は特に、タイヤではなくチューブ用のパッチです) では、自己加硫セメントが強力に接着するように研磨剤を使用する必要があります。

ガラスや金属のまな板の上でナイフを使うと、無意識のうちにナイフの刃を磨り減らしてしまいます。ナイフの刃にかかる圧力によって、まな板に微細な（あるいは肉眼でしか見えない）切り傷が簡単にできるのです。この切り傷は研磨材の供給源となるだけでなく、刃が滑る溝にもなります。この理由から、健康上の利点はさておき、木製のまな板の方がはるかに望ましいのです。ガラスカッターでも同じようなことが起こります。ガラスカッターには、滑るのではなく転がるように設計された円形の刃が付いています。一度切った部分を再びなぞってはいけません。

内燃機関に炭素が存在すると、望ましくない摩耗が生じる可能性があります。小さな粒子は潤滑システムによって容易に運ばれますが、大きな炭素粒子は、厳しい許容範囲で部品を摩耗させる可能性があります。炭素は、エンジン オイルの過熱または不完全燃焼によって発生します。この煤には、非常に硬いことで知られるフラーレンが含まれている可能性があります。また、サイズが小さく、量も限られているため、その影響は限定される傾向があります。

• 摩耗（機械的）
• 研磨ブラスト
• 侵食
• スチール研磨材
• トライボロジー
• 着る

無料辞書のウィクショナリーで「研磨剤」を調べてください。

• 「研磨剤」 。コリアーの新百科事典。1921年。
• メタル・アンド・コンポジット・フィニッシング社、研磨技術情報