半導体産業 Al2O3セラミックのM2内径ねじ切り加工

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なぜアルミナ（Al₂O₃）セラミックの加工が難しいのか？

アルミナ（Al₂O₃）セラミックは、その優れた硬度、強度、耐摩耗性などで知られています。一般的に、純度が高いほど、化学的および電気的な性能がより強固になります。

この材料は優れた機械的および化学的特性を有しており、幅広い産業用途が可能です。たとえば、その優れた化学耐性と熱安定性により、半導体加工、ウェハチャック、CMPプレートなどの重要なコンポーネントに理想的です。

Al₂O₃ セラミックを加工する上での主な困難は、その高い硬度と脆さにあります。加工プロセス中に大量のエッジクラックやサブサーフェスダメージを含む劣った穴の品質が深刻な課題となっています。

特にAl₂O₃ セラミックのM2内径ねじ切り加工において、従来のCNC加工における切削力は制御が難しく、これが深い内径ねじになるにつれて工具の摩耗が進み、内径ねじが深くなるにつれて主径が小さくなるという深刻な問題が発生しました。これにより、ねじが完全にロックされず、プロファイルが不完全で内径ねじに完全に合致しない結果となります。
 

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☑️ アルミナ（Al₂O₃）セラミックの加工情報

 

	アルミナ（Al2O3）セラミックの加工情報
材料	99.7% アルミナ (Al2O3) セラミック
特徴	M2 x 0.4 x L4mm
加工	内径ネジ切り加工
超音波ツールホルダ	HSKE40-R02-06
回転速度	30,000 rpm

工具	Resmo RNA-DIA-M2-K8-#325 シングルスレッドミル

 

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(図1. HSK-E40 超音波加工モジュールが アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工に使用されました)



(図2. HIT 超音波支援加工による アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工 ワークピース)


 

Al₂O₃セラミックのM2内径ねじ切り加工におけるHITの目標

目標は、CNC機械工具でシングルタイプのネジ切りフライスを使用して、HIT超音波支援加工技術を用いてアルミナ（Al₂O₃）セラミックにM2内径ねじを成功させることです。



 

超音波加工Al₂O₃セラミックの結果

 

Al₂O₃セラミックのM2内径ねじ切り加工：加工効率

(図3. アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工において、HIT超音波による 加工効率が8倍向上しました)
 

• （同じ回転あたりの送り込みで）HIT超音波を使用すると、回転速度と送り速度の両方をツーリングサプライヤーの提案よりも3倍以上向上させることができます。

  • 最初に、回転速度を10,000から30,000rpmに引き上げ、送り速度を20から60mm/minに引き上げました。

  • その後、プロセスをさらに高速化できることが判明しました。その結果、回転あたりの送り込みが引き上げられ、結局、送り速度が20から300mm/minに引き上げられました（元の値の15倍）。

• アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工を行うための加工時間は、HIT超音波なしの元の加工時間の1/8に短縮されました。

• HIT超音波により、高速加工時の切削力が削減され、アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工が達成されました。

 

Al₂O₃セラミックのM2内径ねじ切り加工：ワークピースの品質

(図4. アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工におけるHIT超音波と非超音波のワークピース品質の比較)
 

• HIT超音波を使用すると、高周波微振動により、ツールとワークピースの間で断続的な接触が可能になり、切削熱を大幅に軽減できます。

• 高速（回転速度3倍速、送り速度15倍速）加工時の切削力と切削熱の両方の低減が、M2内径ねじプロファイルの完全性に貢献しました。

 

Al₂O₃セラミックのM2内径ねじ切り加工：工具寿命

(図5. アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ加工におけるHIT超音波と非超音波の工具摩耗の比較)



(図6. アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工におけるHIT超音波の工具寿命が6倍向上しました)
 

• 最適化された加工パラメーター（回転速度3倍速、送り速度15倍速）は、超音波支援加工技術の最良の性能を示すとともに、工具寿命の加速テストとして設定されました。

• 高速超音波支援加工プロセスの下、工具は6つのM2内径ねじを完了できます。一方、超音波を使用しない場合、工具は1つのM2内径ねじしか完了できませんでした（ただし、テスト用のねじは内部ねじに完全にロックされませんでした）。

 

HIT超音波加工技術の成果

🕜 加工効率 - 8倍アップ
📈 品質 - 完全な内径ネジ形状
⚙️ 工具寿命 - 6倍アップ

 

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アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工：産業応用

アルミナ（Al₂O₃）セラミックのM2内径ねじ切り加工は、特にウェハ切断プロセス中の吸収力の均等な分布に使用されるセラミック静電チャック（ESC、E-チャック）など、半導体産業でよく応用されます。


この材料は優れた機械的および化学的特性を有しており、幅広い産業用途が可能です。たとえば、その優れた化学耐性と熱安定性により、半導体加工、ウェハチャック、CMPプレートなどの重要なコンポーネントに理想的です。

アルミナ（Al₂O₃）セラミックを加工する上での主な困難は、その高い硬度と脆さにあります。加工プロセス中に大量のエッジクラックやサブサーフェスダメージを含む劣った穴の品質が深刻な課題となっています。

そこで、HITの超音波加工モジュールが助けになります！ HITは先端材料の加工に包括的なソリューションを提供しています。HITの超音波加工技術のサポートを受けることで、クライアントは加工時間を短縮しようとする際の品質低下の心配をやめました。加工効率は大幅に向上し、工具寿命の安定性も向上します。HITはクライアントに、要件に対応するだけでなく、さらなる良い結果を達成できることを確約します。



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