超音波加工：原理、種類、用途を徹底解説

超音波加工とは

超音波加工（Ultrasonic Machining、USM）は、工具に高周波・低振幅の振動を与え、研磨スラリー中の微細砥粒でワークを微細破砕・除去する減法製造プロセスです。工具振動振幅は0.05〜0.125mm、周波数は通常20〜40kHzです。

スラリーは水に砥粒（ホウ酸ホウ素、炭化ケイ素、ダイヤモンドなど、粒度100〜1000番）を混合したもの。砥粒が小さいほど仕上げ面は滑らかになります。脆性材料（ガラス、セラミックス、石英、半導体材料）や高硬度材料の加工に特に適しています。

工具（軟鋼、ニッケル等の軟質材料）が垂直方向に振動し、スラリー中の砥粒がワーク表面に高速衝突。微細なクラックを発生・伝播させて材料を除去します。工具自体はほとんど摩耗せず、ワークのみが削られます。加工時間は振動周波数、砥粒サイズ、スラリー粘度、ワーク剛性に依存します。

垂直振動する工具が回転運動も行う方式。スラリーの代わりに工具表面にダイヤモンドを電着・焼結し、研削作用で除去します。先端セラミックス、ガラス、石英、チタン合金、アルミナ、SiC等の深穴高精度加工に適し、ミリング類似の動作も研究中です。

化学反応性スラリー（フッ酸など酸性溶液）を用い、ガラス・セラミックスの除去率と面品位を大幅向上。ただし化学反応により入口径が拡大しやすいため、酸濃度の最適化が必要です。

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