ウェットブラスト投射材の選定パラメータ - 投射材② 粒径・硬度・比重・形状で加工結果は決まる -

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前回の「投射材コラム① - 投射材の種類と用途」では、ウェットブラストで使用されるさまざまな投射材の種類と、それぞれの用途・特長についてご紹介しました。
では、実際に投射材を選ぶ際には、どのような点に注目すればよいのでしょうか。

投射材は、粒径や硬度、比重、形状などの違いによって、加工力や仕上がり、被加工物への作用の仕方が変わります。
今回は、ウェットブラストの加工結果を左右する「粒径・硬度・比重・形状」の4つの要素に注目し、投射材の選定について解説していきます。




1.はじめに

ウェットブラストでは、投射材を被加工物に高速で衝突させることで、表面の除去や粗化、バリ取り、ピーニングなど、さまざまな加工を行います。
このとき、加工結果を左右するのが、投射材が持つ「加工エネルギー」です。
基本的な考え方として、投射材1粒が持つ運動エネルギーは、以下の式で表すことができます。
加工エネルギーの式
E = ½ × m × × N
m
投射材1粒あたりの質量
v
投射材の衝突速度
N
投射材の衝突数

つまり、投射材の質量(m)衝突速度(v)、そして衝突数(N)が、加工エネルギーに関係します。
では、投射材の質量や作用の仕方は、どのような特性によって変わるのでしょうか。

そこで重要になるのが、「粒径・硬度・比重・形状」の4つのパラメータです。
ここからは、それぞれの特性が加工結果にどのような影響を与えるのか、投射材選定の基本的な考え方とともに解説します。

ではまず最初に、粒径から見ていきましょう。

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2.粒径(サイズ)- 加工力と精度を決める最重要因子

投射材の粒径は、加工力だけでなく、仕上がりの精度や均一性にも関係します。

 

基本特性

投射材の粒径は、1粒あたりの質量に大きく関係します。
球形に近い粒子を例にすると、粒径が大きくなるほど体積も大きくなり、同じ材料であれば、その分だけ1粒あたりの質量も大きくなります。

粒径が2倍になると……
 
粒径
×2
 
体積
×8
同じ材料であれば、体積が8倍になると1粒あたりの質量も約8倍(「粒径の3乗」に比例)になります。
 
つまり
 

同じ速度で衝突するなら、 1粒あたりの質量が大きいほど、衝突時のエネルギーも大きくなります。

 

選定の考え方

大粒径
強い加工力を得たい場合
加工力が大きい
比較的大きな付着物やバリなどの除去に向く
表面への影響が大きくなりやすい
VS
小粒径
繊細な加工をしたい場合
微細な部分まで入り込みやすい
比較的低ダメージな加工がしやすい
均一で繊細な仕上がりを狙いやすい
 
POINT

ただし、粒径だけで加工力や仕上がりが決まるわけではありません。
投射材の硬度・比重・形状や、投射速度などの条件 を合わせて考えることが重要です。

粒径によって加工力や仕上がりが変わることが分かりました。
では、次に重要となる「硬度」について見ていきましょう。



3.硬度 - 削れるかどうかの分岐点

投射材の硬度は、被加工物への加工力を考えるうえで重要な要素です。

 

基本原則

一般的に、 被加工物より硬い投射材ほど、切削・除去作用を得やすくなります。

一方で、硬ければ硬いほど良いというわけではありません。
必要な加工力や被加工物の材質に合わせて、適切な硬度を選ぶことが重要です。

 

選定の考え方

高硬度
強い加工力が必要な場合
アルミナ
SiC(炭化ケイ素)
→ 研削、粗化、強力な除去などに適します。
VS
比較的低硬度
低ダメージな加工をしたい場合
樹脂系投射材
天然材系投射材
→ バリ除去、塗膜や付着物の剥離、低ダメージ処理などに使用されます。
 

注意点

被加工物に対して投射材が硬すぎる場合、 必要以上の加工や表面ダメージにつながる可能性があります。

「より硬い投射材を選ぶ」のではなく、 必要な加工力に合わせて硬度を選ぶこと がポイントです。


硬度が「削れるかどうか」に関係する一方で、投射材の重さも衝突エネルギーを左右する重要な要素です。
次のセクションでは、その指標となる「比重」について見ていきます。



4.比重 - 見落とされがちな衝突エネルギー

投射材の比重は、被加工物への衝突エネルギーを考えるうえで重要な要素です。

 

基本特性

同じ粒径・同じ速度で比較した場合、 比重が高い投射材ほど1粒あたりの質量が大きくなります。

同じ粒径・同じ速度なら……
比重
高い
1粒あたりの質量
大きい
衝突エネルギー
大きい

加工エネルギーは質量に比例するため、 比重が高いほど、1粒あたりの衝突エネルギーも大きくなります。

代表的な投射材の比重
低比重
樹脂系
約1.3~1.5
中比重
ガラス系
約2.5
高比重
金属系
約7~8

※数値は材料や製品によって異なります。


 

選定の考え方

高比重
強い加工力が必要な場合
 
🔵 強力な除去
🔵 デスケール
🔵 加工力が必要な用途
VS
低比重
低ダメージな加工をしたい場合
 
🔵 低ダメージ処理
🔵 精密部品への加工
🔵 繊細な加工が必要な用途
 
POINT

同じ粒径・速度であっても、投射材の比重が変われば 衝突時のエネルギーも変わります。
必要な加工力に応じて、比重も選定のポイントになります。

比重によって衝突時のエネルギーが変わる一方、投射材の形状によっても、被加工物への作用は大きく変わります。
次のセクションでは、投射材の「形状」が加工結果に与える影響について見ていきます。



5.形状 -「削る」のか「叩く」のかを決める

投射材の形状は、被加工物への作用の仕方に大きく影響します。

 

基本特性

投射材の形状は、被加工物への作用の仕方を左右する重要な要素です。
角のある粒子は「削る」作用、 球形に近い粒子は「叩く」作用が生じやすく、 同じ投射材でも形状によって加工メカニズムが変わります。

 

形状による違い

多角形(エッジあり)
代表例
アルミナ、SiCなど

角のある粒子が表面に衝突することで、 切削・破砕に近い作用 が生じやすくなります。

表面粗化
付着物の除去
強力な加工
VS
球形・亜球形
代表例
ガラスビーズ、ジルコニアなど

球形状の粒子は、衝突による 塑性変形やピーニング作用 を利用する加工に適しています。

美装
光沢・均一な表面仕上げ
ピーニング


POINT

「削る」のか「叩く」のか。 目的とする加工に合わせて、投射材の形状を選ぶこと が重要です。

MORE INFORMATION

実際の投射材について詳しく見る

ウェットブラストで使用される投射材には、さまざまな種類があります。
それぞれの投射材の特長や用途、適した加工について詳しくご紹介しています。

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6.まとめ

ウェットブラストの投射材は、単に「どの種類を使うか」だけでなく、 粒径・硬度・比重・形状 という4つの要素から選定することが重要です。

粒径
エネルギーと精度
硬度
削れるかどうか
比重
衝突エネルギー
形状
加工メカニズム
 
POINT

投射材の選定では、 「何を除去したいのか」「どのような表面に仕上げたいのか」 という加工目的から逆算して、4つの要素を組み合わせて考えることがポイントです。

「より強い投射材」を選ぶのではなく、 加工目的に合った投射材を選ぶこと が、安定した加工結果につながります。

実際の加工に適した投射材を知りたい方へ

ワークの材質や形状、求める仕上がりによって、適した投射材は異なります。
マコーでは、投射材の選定やサンプルテストについてもご相談いただけます。

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✎著者情報

グローバルマーケティング部 佐田 俊彦


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