微細加工は一般的な切削加工に比較すると、非常に細かい切削を行うことから精度を保つために様々な対策を行うことが必要です。その精度を保つための対策は、設備や工具などにおいて対策を行う必要があります。
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- 微細加工とは
微細加工とは
本記事では、微細加工の定義や加工する際のポイント、必要となる設備、実際の加工事例など微細加工にまつわる基礎知識から微細加工における高精度な製品をつくる為に必要な条件ついてご説明しています。高精度な微細加工品をお探しの方は、是非ご覧ください。
目次
微細加工とは
- 微細加工機「アンドロイド」
- 微細加工を行う微細加工機
碌々産業「アンドロイド」
微細加工とは、金属・樹脂・マシナブルセラミックスなどに対して、マシニングセンタや放電加工機などを用いて非常に細かい加工を行う事の総称で、主に、電子・半導体・光学・一部の医療機器などに用いられます。微細加工の他に精密加工という言葉もあり、その細かさや精度に明確な基準はありませんが、一般的には微細加工の方が精密加工より加工としては細かくなる傾向にあり、おおよそ100μm未満からが微細加工の領域と呼ばれています。この加工ができる機械は微細加工機と呼ばれ、マシニングセンタの中では一部の機械に限られます。
微細穴加工とは
- 微細穴加工を行ったワーク
- 微細穴加工を行ったワーク
微細穴加工とは、100μm未満の穴を開ける加工のことです。半導体・電子部品業界はもちろん、医療機器などの分野でも微細穴加工が要求されますが、一般的には数百から数千の穴を加工することが求められます。さらにそれらを1つのミスもなく安定的に加工することが求められるので、高精度な加工ができる微細加工機と共に回転速度・温度などの加工条件に加え、基準穴と加工面を同一にするなど設計段階からの品質の作りこみが必要です。微細穴加工の専門メーカーであれば、最小φ0.03mmの穴をアスペクト比10〜15、穴位置精度±0.005で開けることが可能です。また、２万穴を超える穴開けまで対応しているメーカーもあります。
微細穴加工の加工風景
微細溝加工とは
- 微細溝加工を行ったワーク
- 微細溝加工を行ったワーク
微細溝加工とは、100μm未満の幅の溝を加工することです。微細溝加工によって製作されるものはバイオチップに代表されるようなマイクロ流路、さらには微細な装置での放熱フィンなどに応用されます。微細溝加工は通常の溝加工とは違い、立ち壁（溝と溝の間の壁）の強度と垂直度を確保することが難しいため、微細加工機と加工条件の絞込みと共に、設計段階から強度・精度を確保するための対策を織り込んでおく必要があります。微細溝加工の専門メーカーであれば、幅0.05mmの溝を加工することが可能です。
微細溝加工の加工風景
微細加工における高精度な製品を作るポイント
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●精度の高い微細加工ができる加工機を選ぶ
微細加工を行う際にまず最初に考慮すべきことは加工する機械です。100μm以下の微細穴や微細溝を加工するためには通常のマシニングセンタでは精度よく加工を行うことはできません。微細加工機の代表機種としては、碌々産業製の「アンドロイド」もしくは「メガ」があります。
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●加工・測定は一定の温度環境下で行う
樹脂や金属は温度変化によって収縮します。従って加工時に一定の温度環境下で行なわないと、その日・時間の温度変化により加工寸法・精度が出なくなります。この温度変化を回避する為には、切削条件やクーラントの管理はもちろん、微細加工機を恒温室に設置しなければなりません。
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●機械の振動対策を行なう
微細加工を行う機器は非常に精度の高い加工を行うため、周辺からの微小な振動でも加工精度に影響が出ます。従って微細加工機を設置する場所には振動対策を行うことが必要です。対策としては、設置場所を1m程度掘りこんで基礎を作り、周辺からの振動による影響を最小限にします。
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●精度の高い測定機器を使用する
寸法精度が求められる製品の品質を担保するためには、様々な測定機器が必要となりますが、特に微細加工においてはノギスやマイクロメーターなどは使用できない為、高性能なＣＮＣ画像測定器などの測定機器が必要となります。微細加工を行った製品はこうした設備があって初めて品質が担保されます。
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●精度が出やすい材質を選択し、管理する
高精度な加工が必要な微細加工においては、どのような材質を選択するかも重要なポイントです。切削性やバリが出るか否かと共に、特に樹脂については吸湿によって寸法変位を起こしてしまうので、シビアな条件のものは加工前あるいは検査直前までデシケーターにて保管します。
当社の微細穴加工事例
微細加工ドットコムを運営する㈱中川製作所で行う微細穴加工は業界・材質とも多岐に渡るため、様々な厳しい要望を日々頂くので、常に我々の微細穴加工の技術とノウハウは深化し続けています。また、微細穴加工に関する設備・環境のほか、ＣＮＣ画像測定機などの検査設備も充実している上、かつ加工者とは別の担当・部署が検査を行うため検査体制も万全です。
斜め穴連続加工
この斜め穴加工品は、ガス状の燃料を噴射するためのノズルです。
写真には小さな穴が、
円周上にいくつも空いているのがご確認頂けると思いますが、
それぞれ、φ1.0×深さ10の穴が円の中心方向および外周方向に向けて
斜め45°に140穴、
φ1.4×深さ9.0の穴をストレートに円周上に70穴開けられています。
半導体製造装置向けシャワープレート
この微細穴加工品は、半導体製造の前工程で使用されるシャワープレートです。
まず微細穴については、アルミに入口Φ1.0・出口Φ0.5の段穴加工を穴深さを25mm、精度・公差±0.01にて、2000穴加工しております。
当社の微細溝加工事例
微微細溝加工を行うにあたっては、どれだけ加工ノウハウを積んできたかが製品の品質を左右します。
当社では、40,000回転以上の高速回転が可能な微細加工機に加えて、微細溝加工に精通した技術者が、
これまで蓄積した加工データとノウハウを元に適切な工具選定を実施するのでガラスへの高度な微細溝加工が可能となっています。
また微細溝加工後のワークに対する検査も、キーエンス製非接触レーザー形状測定機を用いることで、形状にもよりますが内壁の表面粗さを測定することも可能です。
A5052 微細溝加工
こちらは、材質A5052の微細溝加工品です。
ビッチ1mm、溝深さ2.3mm、溝数250本の溝加工を施しております。
また、こちらの微細溝加工品では、山の頂上にバリが発生しないように、
切削加工ではなく、V溝ワイヤーカットを用いて加工しております。
そのため、溝の部分はＲ形状（R0.12）になっております。
SUS630 微細溝加工
こちらは、材質SUS630の微細溝加工品です。
溝幅0.07、深さ1.0、精度・公差±0.01にて溝加工を施しております。
碌々産業製の超高精度高速微細加工機「Android Ⅱ」にて加工をした後に、超精密油仕様ワイヤー放電加工機「MEX15」にて溝加工を行なっております。
φ0.25の穴とφ0.5の外周を別装置で加工しているため、高い同軸精度を維持することが非常に困難ですが、高精度に仕上げた事例です。
当社が保有する微細加工機
微細加工ドットコムが扱うような数ミクロン単位の微細穴加工、および微細形状加工においては、当然、ミクロン単位の加工精度が求められます。しかし、こうした微細加工においては、通常のマシニングセンタのようなボールねじ駆動では、機構上、必ずバックラッシュがあるので繰り返し位置精度が低くなり、その結果、ミクロン単位の精度で追い込んだ加工を行うことはできません。そのため、微細加工ドットコムでは、高品質かつ高精度な微細加工を行うことができる最高峰の微細加工機を保有しております。
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超高精度高速微細加工機 碌々産業製 Android
こちらは、超高精度微細加工・小径穴加工・挟ピッチ加工などを行う専用マシニングセンター機です。碌々産業のアンドロイドは、微細加工においての最高峰の機種であり、サブミクロン台の超高精度微細加工が可能で最小径は10μmまで対応しています。
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超高精度高速微細加工機 碌々産業製 AndroidⅡ
こちらは、従来の微細加工機Androidと同様のサブミクロン台の超高精度微細加工能力はそのままに5軸加工に対応したマシニングセンタであり、分析・検査機器で使用される液体混合用部品、あるいは光学分野などで必要とされる部品にニーズのあるクロス穴加工（斜め穴加工）に対応することが可能です。
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高精度高速小径微細加工機 碌々産業製 MEGA
こちらは、高精度微細加工を実現する専用マシニングセンタ機です。
androidとandroidⅡはX・Y・Z軸の制御をリニアスライドにより行ってるのに対して、MEGAでは、X・Y・Z軸の制御をボールねじにて行っていますので、素早く動作させる事が可能です。数1000穴の穴あけ加工が少なくない微細加工において、加工時間を大幅に短縮することが可能です。
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西部電機製 超精密 油仕様ワイヤー放電加工機 MEX15
こちらは、精密加工および微細加工を極めたワイヤー放電加工機です。
一般的なワイヤー放電加工機は水仕様ですが、このMEX15は水ではなく絶縁性の高い油仕様にすることで、水に比較して異常放電を低減させ、超精密な加工が安定的にできることが特徴です。
微細加工 技術コラム
微細加工とは
