超音波の援用でセラミックへのネジ加工も可能に

 微細加工で使う材料といえば、従来は鋼やアルミニウム合金、ステンレス鋼をはじめとする特殊鋼などの金属材料、または樹脂材料が一般的でした。ところが近年では、耐久性・耐熱性・耐食性・絶縁性・視認性といった特性が求められる分野が増え、セラミックスやガラスといった脆性材料が求められるケースが増えてきました。

 脆性材料は硬度が高く、前述の通り優れた特性が得られる半面、その名の通り脆い(もろい)ため、マシニングセンターと通常の切削工具で加工することが非常に困難です。その結果、金属材料や樹脂材料のような自由度の高い加工ができず、それが使用上の難点でした。

 そうした中、注目を集めているのが超音波援用加工です。切削加工に超音波を用いる工法は、以前からさまざまな方法が検討されてきました。その代表的な原理は、切削工具に超音波振動を加えることにより、切削工具の刃先を超音波領域で切削方向に高速振動させることです(図1)。それにより、刃先が高速で衝撃的に加工物に切り込み・離れるサイクルを周期的に繰り返すことで、小刻みに切削していく加工方法です。

図1 超音波援用加工の原理
図1 超音波援用加工の原理
一関工業高等専門学校機械工学科原研究室による。
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