特殊加工とは？

金属加工には大きく分けて切削加工・研削加工・特殊加工の３種類がありますが、特殊加工は従来の加工方法である切削・研削加工などでは加工しきれないような高い精度や特殊な加工が求められる場合に用いられています。

特殊加工は主に「レーザー加工」「プラズマ加工」「超音波加工」「放電加工」など、電気や超音波などのエネルギーを活用した加工が多く、バイトを当てたり、旋盤などでは加工しきれない精密な加工を生み出す事ができます。

それでは、特殊加工の種類について詳しくみていきましょう。

レーザー加工

レーザー加工とは、文字通りレーザーを使った加工方式で、レーザー光線の照射を利用して金属や木材などの加工素材を切断します。

硬い素材だけでなく、ゴムや布製品などの柔らかい素材にも柔軟に対応できるなど、使用用途の面でも大変幅広く使われています。

切削や研削のように工具を直接あてて削る加工方式とは対象的に、レーザーの照射を利用した非接触で加工するといった特長があります。

金型を用意する必要がなく、データを入力して加工を行うため金型や工具を交換したりする手間がありませんし、加工の自由度も高く仕上がりもキレイであるといったメリットがあります。

デメリットとしては、大量生産を得意とするプレス加工などと比較すると加工自体の速度は遅く、一般的に圧板の素材やアルミなどの反射率の高い素材には不向きといった点が挙げられます。

レーザー加工の種類と特徴

レーザー加工では、必要のない部分を除去したり、別の物質どうしを接合させたりできるなど、様々な加工が可能です。

レーザー加工の４つの種類と、その特徴については以下となります。

除去加工

レーザーの照射熱を利用して、金属や木材などの物質を切断したり、穴を開けたりする加工が可能です。

高いエネルギーによって、短時間で加工を行ったり、精密な形状にも柔軟に対応する事ができます。

接合加工

レーザーの照射熱を利用して、金属や樹脂を溶かして接合する事もできます。

通常の溶接と比べて高速に行えるため、加工時間を短縮できますし、高密度なエネルギーをピンポイントで照射できるので、緻密な溶接が可能となっています。

改質加工

レーザーの照射熱を利用して、加熱や冷却をして金属の表面の改質を行う加工です。

表面改質によって元の素材が持っている性質とは異なる機能を与える事ができます。

変形加工

レーザーの照射熱を利用して、金属などを変形させる加工です。

照射熱を与える事によっておこる素材の収縮や反りなどを加工したい形状に変形させる事ができます。

プラズマ加工

プラズマの力を利用して加工素材を切断したり、溶接、表面処理などを行う加工方式の事をいいます。

プラズマは気体がさらに超高温になって電離気体となった状態の事を指し、そのエネルギーを利用することで素材の切断や穴あけ、溶接などｗ行います。

プラズマ加工の特長としましては、プラズマ自体に温度上限がない事から１万℃を超す超高温の加工ができる事で、タングステンなどの超合金の加工でも活用されています。

プラズマ加工の種類と特徴

プラズマ加工では、主に高融点の素材の切断や溶接などを可能とする事から、それら特殊素材の加工に利用されています。

プラズマ加工の種類とその特徴については以下となります。

プラズマ切断

プラズマのエネルギーを利用して、切断や穴あけなどを行います。

融点が3400℃というタングステンなどの高融点材料のような特殊な素材の加工に利用されています。

プラズマ溶接

プラズマによる溶接では、プラズマの発生の仕方によってプラズマアーク溶接と、プラズマジェット溶接の２方式に分別されます。

プラズマ溶接はエネルギー密度が高く、アーク溶接などと比べて溶け込みが深いといった特長があります。

プラズマ溶射

プラズマ溶射はプラズマジェットに粉末状の溶射材料を入れて、高温・高速での溶射を行う加工方式です。

主に高融点材料のタングステンなどの溶射に利用されています。

プラズマエッチング

プラズマエッチングは、プラズマの熱ではなく科学的な特徴を利用した加工方式です。

エッチングとは化学薬品などの腐食作用を利用した表面加工の事で、プラスチックの塗装や半導体のシリコン基板の下処理などで利用されています。

超音波加工

超音波加工は、工具の超音波振動と砥粒を利用して被削材を与え、その振動と砥粒、加工圧を併用して被削材を砕きながら加工する加工方式の事を言います。

超音波加工は主にガラスやセラミックなどの硬くて脆い素材の加工に適していて、従来の加工方法と比較しても加工時間を大幅に短縮できる事が特長として挙げられます。

超音波加工の特長としては、熱を使わず振動の周期に合わせて工具を接触させたり、離す動きをして加工しますので、工具自体の負担も少なく発熱を防いで熱による素材の変質を抑える効果もあります。

超音波加工の種類と特徴

プラズマ加工では、主に高融点の素材の切断や溶接などを可能とする事から、それら特殊素材の加工に利用されています。

プラズマ加工の種類とその特徴については以下となります。

超音波砥粒加工

超音波砥粒加工は、従来の砥粒加工に超音波を取り入れた加工方式です。

超音波振動させた工具と対象物の間に砥粒を流しこんで行いますが、超音波を利用することによって硬くて脆い素材にも対応できるようになり、加工時間も大幅に短縮されます。

超音波切削加工

こちらも砥粒加工と同様で、従来の切削加工に超音波を取り入れた加工方式です。

超音波の振動に合わせて切削を行うため、常時工具があたることなく熱による変質や工具自体の負担を抑えて加工ができますが、その分加工に時間がかかってしまうというデメリットもあります。

超音波接合

超音波接合は、圧力をかけて接合させる圧接に超音波振動を取り入れた加工方式です。

超音波接合は主に金属同士の接合に利用されますが、超音波振動により試料同士をキレイに接合させる事ができます。

超音波で熱を使わないため、融点が異なる金属同士でも接合できるのも特徴として挙げられます。

超音波溶着

超音波溶着は主に樹脂の溶着に利用される加工方式です。

超音波の振動と圧力によって、樹脂をピンポイントで融着する事ができ、加熱の範囲が少ないため、樹脂でも熱による影響が少なく加工できる事が可能です。

放電加工　　

放電加工は、電気の放電エネルギーを熱に変えて金属などを加工する加工方式で、特殊加工の中でも最も汎用性が高く、高度な加工を実現する事ができます。

加工対象物の表面を火花放電や、アーク放電で切断したり、削って加工していきます。

切削や研削の工具を使わず、放電エネルギーを利用して加工しますので高密度で複雑な加工にも柔軟に対応する事ができますが、電極と対象物の間に発生する放電を利用するので、絶縁体の加工には適していません。

放電加工は、複雑な形状や硬い金属の加工も得意としていますので、その両方の要素を必要とする金型の成形などで使われています。

放電加工の種類と特徴

放電加工では、絶縁体以外の金属加工全般に利用され、複雑で硬い金属の加工などを中心に利用されています。

放電加工の種類とその特徴については以下となります。

ワイヤーカット放電加工

ワイヤーカット放電加工は、真鍮でできた細いワイヤーに電流を流して、導電性のある金属を切断する加工で、どんなに硬い金属素材でも導電性があれば切断する事が可能です。

複雑な形状にも対応できますし、加工の仕上がりもバリも出ず、高精度な加工ができる事が大きな特徴として挙げられますが、加工の速度は速くないため、大量生産には向きません。

型彫り放電加工

型彫り放電加工は、放電の力を利用して対象物に型を掘って（電極の形状を押し付けて転写）加工する加工方式です。

型彫り放電加工は、油や水などの絶縁性のある加工液を使って、その対向に対象物をおいて、その間に放電を起こして加工します。

こちらもワイヤーカットと同様に、硬い金属素材でも加工できますが、大きく違う点は、形状を転写して彫り込んで加工しますので、対象物を貫通させなくてよい事が挙げられます。

まとめ

この記事では、日本が誇る金属加工の技術。その一つである特殊加工についてかんたんにまとめてみました。

特殊加工は主に、通常の工具を使った切削加工や研削加工では実現が難しい複雑な加工や高密度の加工が要求される加工に対し、電気や超音波などのエネルギーを取り入れる事によって、実現を可能にしています。

私たちが普段目にするガラスや宝石のような硬くて脆い素材に対しても複雑な加工によって、美しい仕上がりを実現する事が可能ですし、タングステンのような高融点の特殊な加工も可能にしています。

特殊な素材をただ加工するだけでなく、高精度な加工を実現する事ができますので、大量生産には向いてはいませんが、大量生産を可能にする金型の加工も、この特殊加工によってその精密さを発揮する事ができています。

ここで紹介した特殊加工以外にもまだまだたくさんの種類があり、これからも高い技術力を誇る日本の企業が競い合いながら、精密な加工が困難とされている素材の加工を開発し、実現していく事でしょう。

株式会社サンライズ機工では、精密機械のシャフト加工をメインに金属加工を行っておりますが、他にもどのような金属、小ロットでも加工致します。

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日本が誇る金属加工の技術。特殊加工について。大阪の金属加工の職人集団が語ってみた。

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