超音波加工と他の加工(レーザー、切削他)の違い

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Q1. 超音波加工は、レーザー加工や一般的な切削加工と比べて、熱や材料ダメージの面でどのような違いがありますか?

超音波加工は、高周波振動と砥粒による衝撃作用(ハンマー作用)を利用するため、加工時に発熱がほとんどありません。

このため、熱による材料の変形や組織の変質が起こりにくく、熱に敏感な精密部品の加工に非常に有利です。

一方、レーザー加工は、材料に熱エネルギーを集中させるため、熱影響が大きく、特に熱に弱い材料や精密な寸法精度が求められる場合に制限が生じる可能性があります。

また、レーザー加工では、初期には確認できないマイクロクラック(微細なひび割れ)が加工面に発生し、後々使用中に拡大していくという問題が指摘されています。

超音波加工は加工圧力が低く、熱影響も最小限であるため、カケ(チッピング)やバリ、クラックの発生を大幅に抑えることができ、高い面精度の仕上がりが得られます。

Q2. 適用できる材料や加工の自由度において、超音波加工にはどのような特徴がありますか?

超音波加工の大きな特徴は、被加工物が電気的導体であっても絶縁体であっても加工が可能な点です。

これは、電気伝導性が必須となる放電加工(EDM)など、他の特殊加工法との明確な違いであり、硬脆材料全般への適用範囲が広い理由です。

また、超音波加工は工具の形状に応じて円形、角形、複雑な異形穴や溝、彫刻加工なども可能であり、形状の自由度が高いです。

さらに、工具を回転させずに縦振動のみを利用するため、多数個の孔あけや打抜きを同時に加工できるというメリットがあり、量産時のコストダウンに繋がります。

Q3. 厚い材料の加工や微細な穴あけにおいて、超音波加工が有利な点は何ですか?

超音波加工は、砥粒と振動によって材料を微細に破砕しながら進むため、材料の厚さに対する制限が比較的緩やかです。

例えば、100mm程度の厚さの材料でも加工できる事例があり、光が届く範囲に制限があるレーザー加工よりも、深物加工において有利です。

切削(ドリル)加工において、硬い材料に1mm以下の小径孔を多数あける場合、ドリル(工具)が細いため折損が多発するリスクがあります。

これに対し、超音波加工は縦振動でゆっくり丁寧に加工を進めるため、工具の折損リスクが低く、多数の穴を開ける際に材料ごと無駄になる事態を避けられます。

また、一般的な切削加工(マシニング加工など)では切り粉が空中に散布されることがありますが、超音波加工はスラリー(砥粒を混合した液体)を使用するため、作業環境が比較的汚れにくいという利点もあります。

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