微細加工とは？加工方法ごとの特徴を解説

今回は微細加工の基本的な知識について解説します。

昨今の製品は高性能化だけでなく、小型化も求められるものです。これらを実現するには、製品を構成している部品から、精密かつ微細な加工を行う必要があります。

微細加工は、一般的にマイクロスケールほどの寸法で加工を行うため、専用の工作機械や工具などを必要とするほか、加工環境の温度や振動などにも気をつかわなければなりません。

微細加工とは

微細加工とは、金属や樹脂の材料に対して、専用のマシニングセンタやレーザー加工機などを用いて微細な加工を行うことを指します。

微細加工には明確な基準がなく、どれくらい細かな寸法の加工を微細加工と呼ぶかの定義は企業ごとに異なります。企業によっては100μm単位での加工を微細加工と呼ぶこともあれば、100μm未満の単位を微細加工と呼ぶ企業もあります。非常に細かな寸法の加工が要求されるため、加工には専用の工作機械・工具・治具・測定器などを必要とします。また、ワークの温度変化による収縮を防ぐために、一定の温度環境下で行わなければなりません。微細加工では周囲のわずかな振動でも精度に影響が出ることから、振動対策も必要とします。

微細加工と聞くと、一般的には肉眼で確認するには難しいような極小の製品を想像するかもしれません。しかし、大きなサイズの製品だとしても、10μmほどの穴加工に加えて100μｍ単位のピッチで加工を施しているような場合も、微細加工に該当します。これについては、半導体で使われている基盤がよい例です。半導体の基盤は、肉眼でも確認できるサイズであるのに対し、細かな穴加工がたくさん施されています。

似たような言葉に「精密加工」がありますが、こちらも明確な定義はありません。企業によっては微細加工と同様の使い方をしたり、JIS規格の一般公差の等級が精級に設定されているような精度の高い部品加工を指したりしています。

加工方法ごとの微細加工

微細加工は、さまざまな加工機や方法で行えます。ここでは代表的な微細加工の方法について見てみましょう。

切削の微細加工

引用元：株式会社西野精器製作所 加工技術 旋盤加工

切削や研削による微細加工は、工具の切れ刃が鋭く、耐久性のある専用の工具を用いることで行います。また、工具の精密な回転や送り出しを可能とした加工機も必要とします。

切削や研削による微細加工は、3次元の形状を成形できる一方で、バリや切りくずが発生してしまうほか、薄くて柔らかい材料の場合は変形しやすい点に注意が必要です。

マシニングの微細加工

引用元：株式会社愛工舎 MC加工

マシニングセンタは微細加工を行う工作機械のなかでも広く使われているものです。マシニングセンタとは、複数の切削工具を格納しており、自動でフライス削りや穴あけなどのさまざまな加工を行える機械です。

切削は大きな工具で荒加工を行ったあと、直径0.01mm程度まで小さい微細加工用の工具を使って仕上げを行います。

参考：マシニングセンタの基礎知識と導入メリットを解説

レーザーでの微細加工

引用元：株式会社西野精器製作所 加工技術 レーザー加工

レーザー加工は、レーザー光線を小さな面積まで集光させて材料を溶融または除去する加工方法です。対応する材料が幅広く、自由曲線切断や穴あけといった微細加工が可能です。

微細加工で用いるレーザー光の種類は、主に近紫外線レーザー・遠紫外線レーザー・超短波パルスレーザーがあります。これらは、出力の大きさやパルス幅が異なり、目的に応じて使い分けられます。

特に超短波パルスレーザーは低温での加工により、熱による損傷が少ないほか、ガラスなどの加工が難しい材料に対しても微細加工を行えます。

参考：【レーザー加工】原理や種類、メリット・デメリットを専門家が紹介!!

放電加工機での微細加工

切削・研削で加工歪みが発生しやすい被削材に関しては、形彫放電加工やワイヤ放電加工を用います。放電加工は、アーク放電によって生じる熱で加工物を溶かして成形する仕組みで、超硬合金のような硬い材料に対しても加工が可能です。また、切削加工のような3次元の加工にも対応しています。

ただし放電加工は、加工面が放電痕によって粗くなりやすく、研磨して仕上げを行う必要があるほか、加工能率が乏しい特徴もあります。

参考：放電加工機とは？種類と構造、基礎知識を解説します

樹脂の微細加工

樹脂は射出成型やキャスト法にて微細な形状を作る、もしくは切削にて微細加工を行います。樹脂の微細加工は、素材特有のバリや熱収縮などによる寸法変位などがあり、難しいものとされています。そのため、樹脂を微細加工する場合は、どのような材質を選ぶかも重要な要素となります。

参考：樹脂加工とは？素材の種類と加工方法

超微細加工との違い

超微細加工は、一般的に微細加工のミクロンスケールよりも小さい、ナノスケール単位での加工のことを指します。ただし微細加工と同様に、明確な定義は定められていないため、企業ごとによって微細加工と超微細加工の違いは異なります。