マイクロドリルとは
マイクロドリルとは、非常に細いドリルビットのことです。
主に電子部品や医療機器、宝石などの細かい加工に使用される部品で、非常に高い精度が要求されるため超硬合金などの硬度が高く耐摩耗性に優れた素材で作られています。
またマイクロドリルは、刃先が非常に細く尖っているため切削力が弱く、刃先が折れたり欠けたりしないように、非常に慎重な取り扱いが必要です。使用する材料によって適切な加工条件やクーラントの使用方法を選択する必要があります。
マイクロドリルの使用用途
1. 半導体製造
リードフレームの穴あけ加工、非晶質シリコンの穴あけ加工、キャパシターの穴あけ加工、チップ抵抗器の穴あけ加工、電解コンデンサーの穴あけ加工などが挙げられます。リードフレームとは、半導体パッケージにおいて、半導体チップを固定して外部の回路と接続するための金属フレームのことです。
2. メカトロニクス
小型歯車の穴あけ加工、歯車の歯形加工、マイクロミラーの穴あけ加工、モーターシャフトの穴あけ加工などが挙げられます。マイクロミラーとは、非常に小さな鏡のことで、微小な鏡面反射を利用して光信号を検出したり反射角度を制御したりできます。
3. 医療機器製造
関節部の穴あけ加工、ニードルの穴あけ加工、カテーテルの穴あけ加工などが挙げられます。
4. 自動車・航空機部品製造
シリンダーブロックの穴あけ加工、タービンの翼の穴あけ加工、ロータリーエンコーダの穴あけ加工などが挙げられます。シリンダーブロックとは、内部にピストンが動くシリンダーを収め、燃焼室やバルブ機構などの重要な部品が設置されるエンジンの主要な部品の1つです。
5. 宝飾品製造
宝石の穴あけ加工、時計の歯車の製造、アクセサリーの加工などが挙げられます。
6. 光電子工学
LEDの製造、光ファイバーの製造、光学レンズの製造などが挙げられます。
7. エレクトロニクス部品製造
基板の穴あけ加工、リードフレームの加工、コネクターの加工などが挙げられます。
マイクロドリルの種類
マイクロドリルを分類する場合，直径による分類、刃先形状による分類 (センターカット、2枚刃、3枚刃など) 、刃数による分類、材質による分類などの分類方法があります。マイクロドリルを材質で分類した場合，以下のような種類があります。
1. 超硬合金
超硬合金は、タングステンカーバイドなどの主成分を持つ合金であり、非常に高い硬度や耐摩耗性を持ちます。マイクロドリルの刃先には一般的に超硬合金が使用されます。超硬合金のマイクロドリルは非常に精度が高く、高い切削力を持っている部品です。
2. 高速度鋼
高速度鋼は、鉄とモリブデン、クロム、バナジウムなどの合金元素からなる材料で、耐熱性や耐摩耗性に優れた材料です。HSSのマイクロドリルは、超硬合金よりも加工精度が低くなりますが、比較的安価であるため量産に向いています。
3. その他の材質
マイクロドリルの刃先には、他にもセラミックス、ポリクリスタルダイヤモンド (PCD) 、多結晶ダイヤモンド (PCBN) などの材質が使用されることもあります。これらの材質は、非常に高い硬度や耐熱性を持っており、超硬合金やHSSと比較しても優れた加工性能を発揮できます。
HSS(高速度鋼) とは、High Speed Steelの略称であり、一般的に金属加工用の工具や切削工具に使用される鋼材の一種です。
マイクロドリルの原理
マイクロドリルは以下のような過程で穴をあけます。
1. 切りくずの発生
マイクロドリルが材料に接触すると、刃先が回転しながら材料を削り取ります。この際、削り取った材料が切りくずとして発生します。
2. 切りくずの排出
切りくずはマイクロドリルのスパイラル (螺旋) 状の溝によって排出されます。このスパイラル状の溝は、切りくずを収集するためのスペースを確保する役割を担っています。
3. 穴の形成
マイクロドリルが回転しながら材料を削り取り、切りくずが排出されることで徐々に穴が形成されていきます。切削速度や送り速度を調整することで穴の形状や加工精度を調整できます。
マイクロドリルのその他情報
1. 加工精度
マイクロドリルは、超硬合金やダイヤモンドなどの非常に硬い材質を使用することで非常に高い加工精度を実現できます。鉄やステンレス鋼などの金属から、セラミックスやガラスなどの非金属材料まで、様々な材料を加工できます。
マイクロドリルに使用される超硬合金やダイヤモンドは、非常に硬くて摩耗や変形が起こりにくいため、長時間にわたって高い加工精度を維持でき、また刃先が鋭利であるため非常に小さな穴を正確にあけられます。
超硬合金やダイヤモンドは熱伝導率が非常に高い材料です。よって刃先部分の熱が効率よく放熱されるため加工時の熱影響が少なく、被削材の変質や劣化を防げます。また、耐腐食性が高いため、化学的な攻撃や錆びなどの影響を受けにくく加工品の品質を維持できます。
2. 剛性
マイクロドリルの刃は非常に細いため、剛性が低い場合は刃先が曲がったり震動が発生したりして加工精度が低下する可能性があります。しかし、マイクロドリルには超硬合金やセラミックスなどの高硬度材料を使用することで、刃の剛性を向上できます。
3. 対応材質
マイクロドリルは、超硬合金、高速度鋼、セラミックス、PCD、PCBNなど、複数の材質に対応できます。
4. 切削液の使用
マイクロドリルは非常に細い刃を持っているため、切削時に発生する熱が刃先に集中して刃先の摩耗や変形を引き起こす可能性がありますが、切削液を使用することで熱の発生を抑制して刃先の寿命を延ばせます。切削液には冷却効果や潤滑効果があり、切削粉の除去や表面の清浄化などにも効果的です。