センサー金属部品ソリューションのための最高レベルの精密金属プレス加工技術

ほんのわずかなミス、つまりセンサーの金属部品にわずか1ミクロンの誤差が生じただけでも、システム全体の精度が失われてしまう。そして、そのような部品を何百万個も大量生産する場合、選択するプレス加工技術によって、その精度が維持されるか、あるいはプレス加工のたびに精度が失われるかが決まるのだ。

ほとんどのメーカーは、基本的に1つのプレス加工方法を採用しており、新しいセンサー設計が登場して、より厳しい公差、より薄い材料、または従来のセットアップでは到底対応できないほど複雑な形状が要求されるまでは、それで何とかやっていけます。精密金属プレス加工技術は、部品に合うものであり、その逆ではない。

今回取り上げる内容は以下のとおりです。

●  プログレッシブダイ高速プレス加工― ±0.01mmの精度でセンサー金属部品を大量生産する方法

●  精密ブランキング加工- 傷のない、滑らかで清潔なエッジが必要なセンサー部品向け

●  複合金型プレス加工- 取り扱いが容易なセンサー部品向け、一回の工程で効率化

●   4スライドスタンピング- 複雑な曲げ加工が可能な、超精密な小型センサー金属部品向け

●  深絞り加工- 継ぎ目のない、完全に均一な壁面が求められるセンサーハウジングや筐体向け

これらの技術はそれぞれ、センサーの精密プレス加工において独自の強みと限界を持っています。以下では、それぞれの技術に最適な用途と、それぞれの強みと弱みを詳細に解説します。

センサー向けプログレッシブダイ高速プレス加工

センサー設計において、数百万個もの同一の金属部品をサブミリメートル単位の精度で製造する必要がある場合、プログレッシブダイ高速プレス加工が最適な方法となります。この加工では、金属ストリップが単一の金型内の複数のステーションを通過し、各ステーションで切断、曲げ、エンボス加工、浅絞り加工といった異なる加工が行われます。部品はプレス機から取り出されることなく、ステーションごとに段階的に成形されていきます。

これは、Fortunaがセンサー金属部品の生産を基盤として構築した技術であり、毎分最大1,200ストロークの速度で動作する85台の高速パンチングマシンによって支えられています。

センサーにとってなぜ有効なのか

センサー部品は、すべてのユニットにおいて一貫性が求められます。プログレッシブダイスタンピングは、すべての成形工程を単一の金型設定内で完結させることで、プロセスからばらつきを排除し、この一貫性を実現します。

最適な場所

すべてのセンサー部品にこの技術が必要なわけではないが、適切な用途においては、単位コストとスループットの点でこれに匹敵するものはない。

●  センサー素子とコントローラー間で電気信号を伝送する端子とコネクタを刻印する。

●  センサーチップパッケージの構造的基盤となるリードフレーム

●  金属の破片やバネの接触など、あらゆる部品で再現性のある弾性が求められる

●  電磁干渉によるセンサー読み取り値の劣化を防ぐシールドケース

●  センサーアセンブリ内部の電流経路を配線する導電性シートおよびバスバー

ここでの最大の利点は、金型精度とプレス機の安定性の組み合わせです。両方が適切に調整されると、順送金型による精密金属プレス加工によって、バリのない部品が生成され、センサーの組み立て時にしっかりと密閉されます。これは非常に重要です。なぜなら、センサーハウジングにわずかなバリがあるだけでも、シールが損なわれ、湿気が侵入し、時間の経過とともにセンサーの測定値が狂ってしまう可能性があるからです。

自動車、通信、家電製品など、センサー用金属部品を大量生産するメーカーにとって、プログレッシブダイスタンピングは、他の高速加工方法では実現が難しい公差を維持しながら、単位あたりのコストを低く抑えることができる。

精密ブランキング加工により、センサー部品のエッジがよりシャープになる

標準的なプレス加工では、金属部品の切断面に粗いせん断帯が残ります。ほとんどの用途では、これは許容範囲内です。しかし、シール面にぴったりと密着したり、他のマイクロアセンブリと精密に嵌合する必要のあるセンサー部品の場合、この粗い切断面は問題となり、二次加工で除去する必要が生じます。

精密ブランキング加工は、余分な工程を省きます。切断工程では、クランプ力によって材料が固定され、カウンターパンチが下から部品を支え、メインパンチがシートを貫通するという、 3つの力が作用します。その結果、厚み全体にわたって完全にきれいに切断されたエッジを持つ部品が得られ、公差は±0.01mmから±0.02mmと非常に厳しくなります。

標準的なスタンピングとの違い

違いは機械的なものであり、外観上のものではありません。従来のプレス加工では切断途中で材料が破断しますが、精密ブランキング加工では切断全体を通してせん断を制御します。その結果、以下の利点が得られます。

●  完全にきれいな切断面を持ち、破断帯がないため、二次的なバリ取りや研削は不要です。

●  プレス加工時の平面度が高く、別途レベリング作業が不要です。

●  歯車やエンコーダパターンなどの複雑な形状におけるネットシェイプ形状

●  標準的なプレス加工では一貫して実現できない、切断面自体のより厳密な寸法制御

トレードオフとなるのは速度です。精密ブランキングプレスは高速プログレッシブプレスよりも動作速度が遅く、金型もより複雑です。そのため、エッジ精度が生産量よりも重視される、中量生産のセンサー金属部品の加工に適しています。

最も恩恵を受けるセンサーアプリケーション

精密ブランキング加工は、プレス加工された部品に機能的なエッジがある場合、つまり、切断面自体がセンサーの性能やシール性に影響を与える場合に有効です。

●  エンコーダディスクでは、エッジ形状が回転中の信号精度に直接影響します。

●  圧力センサーのダイヤフラムシートは、漏れのないシールを実現するために完全に平坦な嵌合面を必要とします。

●  歯形がネットシェイプでプレス加工され、後処理が不要な歯車形状のセンサー部品

●   ADASおよび車載センサー用の取り付けプレートとブラケット。寸法の一貫性が位置合わせに影響する。

現在、センサー部品をプレス加工した後、エッジをきれいに仕上げるために二次的な研削またはバリ取り工程を行っている場合、その部品を精密ブランキング加工に切り替えることで、部品1個あたりの総コストを削減できる可能性があります。

プレス加工自体はコストがかかりますが、生産工程から二次加工全体を切り離すことができます。センサー用精密プレス加工シール性能や回転精度に依存する用途においては、これは品質とコスト効率の両面で大きな向上となる。

単一ストローク効率を実現する複合金型プレス加工

順送ダイではストリップを複数のステーションに送りながら加工するのに対し、複合ダイでは1つのステーションで1回のストロークですべての加工を行います。パンチが下降すると、部品は完全に成形された状態で出てきます。つまり、切断、穴あけ、成形が1回のプレスサイクルで完了します。ストリップの送り出しも、ステーション間の搬送も、連続的な加工も必要ありません。

この単一ストローク方式により、複合金型プレス加工は、比較的単純な形状でありながら、各部間の高い同心度と位置精度が求められるセンサー用金属部品の加工に最適です。

センサーメーカーがそれを使用する理由

複合金型は、すべての形状が同時に形成される部品を製造するため、穴、切り欠き、外形などの空間的な位置関係が、最初の部品から最後の部品まで完全に一致します。これは、センサーの金属部品にとって非常に重要です。センサーでは、信号経路に対する取り付け穴の位置が、センサーの読み取りに影響を与えるからです。

この手法は、次のような場合に最も効果を発揮します。

●  部品の形状は、複雑な曲げや絞り加工を伴わず、単一平面内でのブランキングとピアシングを行うものです。

●  内部構造と外部形状間の位置精度が非常に高い必要があります。

●  生産量は中程度であり、部品あたりの金型コストは低く抑える必要がある。

●  材料は厚さ0.2mm～4mmの平板状の素材です。

この方法に適合するセンサー部品

複合金型プレス加工は、特定の種類のセンサー部品、特に複数の打ち抜き加工が施された平面またはほぼ平面の形状の部品の加工に適しています。

●  正確な位置に通気孔または信号孔が設けられたセンサーカバープレート

●  穴の位置によって電気的導通が決まる平らなバネ接点

●  スペーサーリングとワッシャーは、厚みと同心度を制御する必要があるセンサー積層構造で使用されます。

●  複雑な3D成形を必要とせず、干渉を遮断するシンプルなシールドインサート

センサー金属部品の設計において、曲げ加工、絞り加工、多軸成形が必要ない場合、順送金型を使用するのは過剰です。不要な金型の複雑さに費用がかかってしまいます。複合金型を使用すれば、金型コストを抑えつつ、センサーアセンブリに必要な精密金属プレス加工の精度を確保できます。適切な複雑さの部品には、適切なサイズの金型が最適なソリューションとなります。

4スライド式スタンピングハンドルは、狭いスペースでの複雑な曲げ加工に対応します。

ほとんどのプレス機は、上から下へ一方向から力を加えます。一方、4スライド式プレス機は動作原理が異なります。4つのスライドツールが複数の方向からワークピースに接近し、金属を水平方向と垂直方向に高速で連続的に曲げ、成形します。各スライドは個別にタイミングを調整できるため、単軸プレスでは物理的に実現できない曲げ加工の組み合わせが可能になります。

複数の曲げ、ねじり、またはバネ仕掛けの機能を小さな設置面積に詰め込んだセンサー金属部品の場合、二次的な手作業による金型加工を必要としない実用的な選択肢は、多くの場合、4スライドプレス加工のみとなる。

センサー製造におけるその地位を確立する場所

この技術は、厚さ2mm以下の薄い帯状材料から作られる、小型で複雑な部品の加工において真価を発揮します。センサーの設計は製品世代を重ねるごとに小型化が進んでおり、4スライドスタンピングは再現性を損なうことなく、この傾向に対応しています。

この方法で製造される代表的なセンサー用金属部品には、以下のようなものがある。

●  ウェアラブルセンサーデバイス内部のスプリングクリップとバッテリー接点

●  センサーモジュールを包み込むように折り曲げられたEMIシールドタブ

●  温度センサーおよび近接センサー用の成形ワイヤ接点

●  センサー素子を所定の位置に保持する複合角度を持つ小型ブラケット

4スライドプレス加工は、狭幅のストリップ材を使用し、プログレッシブダイに必要なキャリアウェブを必要としないため、プログレッシブダイ加工に比べて材料の無駄が非常に少ないです。センサー用金属部品が小型で大量生産される場合、材料費の削減だけでも金型投資を相殺できる可能性があります。

これに、一度の加工で複雑な曲げ加工を行うことができる能力を組み合わせれば、現代のセンサーが頼りにするマイクロコンポーネント向けに設計された、高精度なプレス加工方法が実現する。

深絞り加工により継ぎ目のないセンサーハウジングを実現

過酷な環境下で動作するセンサーには、湿気、埃、腐食性物質の侵入を防ぐ筐体が不可欠です。溶接構造や複数部品で構成された筐体は継ぎ目が生じ、継ぎ目は弱点となりかねません。深絞り加工は、一枚の平らな金属板を、精密に制御された一連の絞り加工によって継ぎ目のない立体的なシェルへと成形することで、この問題を解決します。

パンチは金属のブランクを金型キャビティに引き込み、材料を一切破損させることなくカップ状または箱状に成形します。正しく成形されれば、完成品は均一な肉厚を持ち、溶接線がなく、圧力や振動で破損する可能性のある接合部もありません。これが最も重要な点です。

プロセスを簡単なステップに分解する

1.平らな金属板を、最終部品の寸法に基づいて計算された直径に切断します。

2.ブランクホルダーは外縁を固定し、引き抜き加工中の材料の流れを制御します。

3.パンチが下がり、そのブランクをダイキャビティに引き込み、最初のカップ形状を形成します。

4.より深い形状が必要な部品については、公差限界を超えて壁が薄くならないように注意しながら、段階的にカップを深く引き伸ばすように再描画します。

5.最終的なサイズ調整またはアイロンがけの工程で、壁の厚さと表面仕上げが仕様を満たすために必要な状態になります。

この技術に適したセンサーアプリケーション

深絞り加工は、構造的完全性を損なう継ぎ目がなく、密閉された保護形状を必要とするセンサー金属部品に最適です。

●  高圧環境向けに設計された圧力センサーハウジング。溶接継ぎ目があると問題が生じるような環境に適しています。

●  化学薬品や極度の高温にさらされる産業用温度センサーおよび流量センサー用の円筒形センサー筐体。

●  自動車用センサーカバーは、エンジンルーム内のセンサー素子をオイル、冷却水、振動から保護します。

●  医療用センサーの筐体は、内部が滑らかで継ぎ目がなく、汚染を防ぎ、滅菌を容易にします。

深絞りにおいては、材料選びが他のどの分野よりも重要となる。

すべての種類の金属が深絞り加工に適しているわけではなく、材料は高い延性と適切な限界絞り比（LDR）を備えている必要があり、割れを起こさずに複数の絞り加工工程を通過できる必要があります。センサー用金属部品で最も一般的に使用される絞り加工材料は次のとおりです。

●  腐食しやすいセンサー環境には、ステンレス鋼（SUS304L、SUS316L）を使用します。

●  航空宇宙および電気自動車用途における軽量センサーハウジング用のアルミニウム合金（AL5052、AL6061） 。

●  電気伝導性も必要とされるセンサー筐体には、リン青銅（C5191）を使用する。

●  成形後に機械加工性が求められるセンサーコネクタやバルブシートハウジングには、真鍮（H62、H68）が使用されます。

センサー部品に適した技術の選択

センサー部品の精密金属プレス加工には万能な方法はありません。そして、それは良いことです。大量生産には高速プログレッシブダイプレス加工が最適です。驚異的なスピードと揺るぎない一貫性で部品を生産できるからです。しかし、切断面がセンサーの性能に大きな影響を与える場合は、精密ブランキング加工が適しています。

複合金型プレス加工は、それほど複雑な形状を必要としない部品の加工を簡素化します。この方法を使えば、平面形状の加工は容易です。また、単軸プレスでは対応できないような、複雑な微細曲げ加工が必要な部品には、4スライドプレス加工が最適です。さらに、深絞り加工を使えば、最も繊細なセンサー素子さえも外部環境から保護する、継ぎ目のないハウジングを成形できます。

結局は、いくつかの重要な質問をすることに尽きる。

●  あなたのパートはどのような形になる予定ですか？

●  センサー設計にはどのような許容誤差が求められますか？

●  大量生産をお考えですか、それとも少量生産をお考えですか？

●  部品には、高度なエッジ加工、継ぎ目のないシェル形状、あるいは複雑な多方向曲げ加工が必要ですか？

これらの答えを得れば、作業に最適な手法を選ぶことができます。単純な部分を過度に複雑にしたり、複雑な部分を間違ったアプローチで軽視したりしてはいけません。

でFortuna私たちは、精密金属プレス加工当社は20年以上にわたりこの分野で事業を展開しており、それに見合ったノウハウを有しています。当社の高速プログレッシブダイ加工技術は非常に優れており、85回以上のプレス加工で±0.01mmという厳しい公差を実現できます。センサー部品のプレス加工をご検討中で、お客様の設計に最適な加工方法について専門家のアドバイスが必要な場合は、当社のエンジニアリングチームがいつでもお手伝いいたします。