キー溝・角穴の加工｜旋盤・ブローチで削れない内形状を放電で1個から量産まで

「内径にキー溝を入れたいが、ブローチがない」「焼入れ後の部品にキー溝を追加したい」「マシニングで角穴を頼んだら、角が丸くて合わない」——設計・購買・保全の方から繰り返しいただく相談です。内側にキー溝や角穴を作るのは、切削と最も相性の悪い加工のひとつです。

この記事では、内径キー溝と角穴を作る方法を、それぞれ何ができて何ができないかまで踏み込んで整理します。断面図で「なぜ止まり穴のキー溝が難しいのか」を示し、形状別の対応範囲、図面の書き方、費用の決まり方、試作から量産までを、当社の実務からそのまま書きます。

当社は愛知県尾張旭市で40年、放電加工を専門にしてきた工場です。形彫放電7台とワイヤー放電1台の8台体制で、これまでに3,000件を超える案件を扱ってきました。キー溝・角穴の追加工は、加工済みのワークに対して行うことが多く、既存の面を基準に位置を出して加工します。

なぜ、内径のキー溝・角穴は切削で難しいのか

図解｜止まり穴にキー溝が入るのは、なぜ形彫放電だけなのか

左：スロッターやブローチは工具を通して溝を作るため、底があると工具の抜ける先がなくなる。右：形彫放電はキー溝と同じ形の電極を沈めて形を転写する。電極はワークに触れず、放電のわずかな隙間を保って進むため、底のある穴にも溝が入る。

内径キー溝・角穴を作る4つの方法｜何ができて、何ができないか

1. スロッター（立削り盤）

往復するバイトで内側を削る方法で、内径キー溝の伝統的な工法です。貫通穴のキー溝では今も現役ですが、底で工具を逃がす溝が要るため、止まり穴では逃げ溝を別途設ける設計変更が必要になります。焼入れ後の材料には向きません。

2. ブローチ加工

キー溝用のブローチを下穴に押し通して溝を作る方法です。貫通穴の量産では最も速く、精度も安定します。キー溝ブローチは規格品があるためコストも抑えやすい工法です。ただし止まり穴には使えず、ブローチ盤を持つ工場自体が多くありません。

3. マシニングセンタ（Tスロットカッター・エンドミル）

穴径が大きく浅い溝なら、細いエンドミルやTスロットカッターで内側を削れます。手軽ですが、内径が小さいほど工具が入らず、深さも稼げません。角穴では内側の角に工具半径のRが残ります。生材で浅く、角Rが許容できる場合の方法です。

4. 放電加工（ワイヤー／形彫）

ワイヤー放電は、細いワイヤーで輪郭を切り抜く方法です。貫通穴なら、キー溝も角穴も高精度で作れ、焼入れ後の材料でも問題ありません。ただし貫通に限られます。形彫放電は、溝や穴と同じ形の電極を沈める方法で、止まり穴に対応でき、底の形状も自由に作れ、材料の硬さは関係ありません。「止まり穴」「焼入れ後」「小径の内径」「角を小さく」のどれかがあれば、実質的に形彫放電が唯一の選択肢です。

精度の数値は形状・材質・深さ・仕上げ条件で大きく変わるため、この表ではあえて書いていません。「±何mmが出せるか」は図面を見て個別にお答えします。

形状別｜放電加工で対応できる範囲の目安

「うちの部品はできるのか」に先に答えるための早見表です。数値は当社での目安で、形状・材質・深さの組み合わせで前後します。表にない形状も、図面か写真をいただければ受けられるかどうかを先にお答えします。

当社の設備：形彫放電7台（三菱EX30を含む）とワイヤー放電1台。加工槽は1,200×800mm、ワークの高さは1,000mm程度まで。焼入れ鋼・超硬・チタン・インコネルなど、導電性のある材料であれば硬さは問いません。

費用は「溝の数」ではなく「段取りと電極」で決まる

• 費用の大半は段取りです。ワークをどう固定し、どこを基準に溝の位置と向きを出すか。ここに時間がかかります。同じ部品を複数個まとめると、1個あたりは大きく下がります。1個と5個で総額があまり変わらないことも珍しくありません。
• 形彫放電は電極の製作費が乗ります。溝と同じ形の電極を銅やグラファイトで作ります。量産では電極を使い回せるので、この費用は数量で薄まります。
• 材料の硬さは、費用をほとんど動かしません。放電加工は硬い材料でも加工時間が極端に伸びないためです。「焼入れ材だから高い」ということはありません。
• 深さと幅の狭さは効きます。深い溝、幅の狭い溝は加工時間が伸び、電極も細くなります。図面の段階で分かれば先にお伝えします。
• 公差の入れ方で変わります。キーと合う幅だけを厳しくし、深さや終端は一般公差にすると費用が下がります。一律に厳しい公差を入れるのが最も高くつきます。

図面への指示の書き方｜これがないと見積りが止まる

キー溝・角穴の図面で、加工側が必ず確認するのが次の5点です。書いてあれば、そのまま加工に入れます。

• 溝幅（対辺）と公差キーやはめあいの相手が決まっているなら、その相手の寸法も添えてください。JISのキー溝公差（例：JS9、P9）で指示していただければ、そのまま使えます。
• 深さの基準キー溝の深さは「穴径＋溝深さ（t2）」で指示するのが一般的です。基準が穴の反対側か、溝の底かで解釈が変わるので、どちらかを明記してください。
• 溝の終端形状と長さ止まり穴では、溝がどこで終わるか、終端が丸（電極のRどおり）でよいか角にしたいかを指示してください。終端の形で電極の作り方が変わります。
• 向き（位相）の基準キー溝は、どの面に対してどの向きかで意味が変わります。基準面か基準穴を指定してください。指定がないと、こちらで仮に決めて確認をお願いすることになります。
• 角穴なら、角のRピン角と書かれていてもR0は作れません。許容できる上限を書いてください。相手と当たらない角なら、大きめのRにするだけで費用が下がります。

キー溝の公差と深さ基準の読み方

キー溝の図面で最も揉めるのが「深さの基準」と「幅の公差」です。ここを共通認識にしておくと、見積りも検査も一度で通ります。

幅の公差は、キーとの関係で決まります。JISのキー溝では、はめあいの種類（滑動・普通・締まり）に応じて溝幅の公差域が定められています。図面に「JS9」「P9」のように公差記号で書かれていれば、こちらでそのまま読めます。記号がなく「幅6」とだけあると、どのはめあいを狙うのか確認が必要になります。相手のキー（またはキー付き軸）が既にあるなら、その現物をお送りいただくのが最も早いです。現物合わせで作れます。

深さは、穴径に溝深さを足した寸法（d＋t2）で指示するのが一般的です。この「t2」を穴の中心から測るのか、穴の反対側の壁から測るのかで、読み方が分かれます。図面に測り方が書いていない場合、こちらで仮に決めて確認をお願いすることになります。先に決めておいていただけると、その工程が要りません。

切削で途中まで削り、放電で仕上げる分担

キー溝や角穴の全部を放電で作る必要はありません。切削で取れるところは切削で取り、放電は「切削ではできない部分」だけに絞ると、加工時間も費用も下がります。

• 貫通部は切削、止まりの底だけ放電溝の途中まではスロッターやエンドミルで削り、底の逃げが取れない部分だけを放電で仕上げる分担です。ただし、切削で入れた溝の位置と放電の位置を合わせる必要があるので、先に相談していただくと、どこまで切削で取ってよいかをお伝えできます。
• 角穴は丸穴を先に開けておく四角穴なら、内接する丸穴をドリルで先に開けておくと、放電で溶かす体積が減って時間が短くなります。図面にその指示があれば、こちらから丸穴の径をお伝えします。
• 荒取りは自社で、仕上げだけ外注放電加工の工程だけを当社が請け負う形です。自社に設備がある工程は自社で、放電が要る工程だけ外に出す。工程請負として継続的にお受けしている形です。

よくある行き詰まり方と、その前にできること

• スロッターで途中まで削ってから、底に逃げがないと気づく形彫放電で底まで仕上げられます。ただし切削で入れた溝の位置がずれていると放電でも直せません。途中で相談していただければ、どこまで切削で取ってよいかをお伝えします。
• 熱処理を先にしてしまい、後からキー溝が必要になる焼き戻さずに放電で追加できます。周囲の硬度は変わりません。
• キー溝ブローチのある工場が見つからない少量なら放電のほうが早く安いことがほとんどです。専用工具を探す前に、放電での見積りを比べてください。
• マシニングで頼んだ角穴の角が丸くて、相手部品が入らない角だけ放電で仕上げる方法があります。相手部品の寸法と、許容できるRを教えてください。

実際にあった相談の型

社名は伏せて、相談の型だけ紹介します。

相談する時に伝えると早い7項目

• 溝の幅（または対辺）と公差。キーやはめあい相手が決まっていれば、その寸法も。
• 貫通か止まり穴か。止まりなら深さと、溝の終端の形。
• 穴径（内径）。工具や電極が入るかどうかの判断に使います。
• 材質と熱処理の状態。焼入れの有無。分からなければ「硬いかどうか」だけでも。
• ワークの外形寸法とおおよその重量。加工槽に入るかの判断に直結します。
• 基準にしたい面や穴。既存の加工と向きを合わせる必要があるなら、どこを基準にするか。
• 数量と希望納期。1個でも構いません。量産の可能性があれば想定の範囲も。

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