四角穴・六角穴の加工｜旋盤・フライスで無理な形状を放電で1個から量産まで

「四角穴を開けたいが、フライスでやると角が丸くなる」「六角穴が必要なのに、ブローチ盤がない」「止まり穴なので、そもそも切削では手が出ない」——設計・購買・保全の方から、毎週のようにいただく相談です。

内側に角のある穴は、切削加工と相性が悪い形状です。理由は単純で、回転する工具は円しか作れないからです。この記事では、四角穴・六角穴・角穴を作る5つの方法を、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「なぜ止まり穴が難しいのか」「なぜ角にRが残るのか」を示し、形状別の対応範囲、費用の決まり方、試作から量産までの流れを、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。角穴・六角穴のご依頼は、そのなかでも最も多い部類です。

なぜ、内側の角穴は切削で難しいのか

最初に、この形状が難しい理由を3つに分けて説明します。ここが分かると、どの工法を選ぶべきかが自然に決まります。

図解｜止まり穴に角穴が作れるのは、なぜ形彫放電だけなのか

左：ブローチや切削は工具を通して形を作るため、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、底のある穴にも形状が入る。

四角穴・六角穴を作る5つの方法｜何ができて、何ができないか

「できる／できない」を工法ごとに正直に書きます。どれも一長一短で、貫通か止まりか・角のRをどこまで許せるか・材料の硬さ・数量で選ぶ工法が変わります。

1. ブローチ加工

刃が階段状に並んだ専用工具（ブローチ）を、下穴に押し通して一気に形を作る方法です。貫通穴の量産では最も速く、精度も安定します。ただし、工具は形状ごとに専用で、ブローチ盤を持つ工場自体が多くありません。止まり穴には使えません。工具が抜ける先がないからです。焼入れ後の材料にも不向きです。

2. ポリゴン加工・スロッター

旋盤でワークと工具の回転を同期させて多角形を削るポリゴン加工は、外側の六角（ボルト頭のような形）には向きますが、内側の穴にはほとんど使えません。スロッターは往復するバイトで内側を削る方法で、キー溝や角穴に使われますが、こちらも底で工具を逃がす溝が要ります。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。

3. マシニングセンタ（エンドミル）

最も手軽で、多くの工場にあります。ただし回転工具なので、内側の角には必ず工具半径のRが残ります。角を小さくするには細い工具が要り、細い工具は折れやすく、深い穴ほど条件が厳しくなります。図面に「角部R0.5以下」「ピン角」とあれば、この時点で候補から外れます。生材の浅い穴で、角Rが許容できる場合には十分な方法です。

4. ワイヤー放電加工

細いワイヤー電極に放電させ、糸のこぎりのように輪郭を切り抜く方法です。精度が高く、焼入れ鋼や超硬でも加工でき、角のRはワイヤー半径に放電の隙間を足した程度まで小さくできます。ただしワイヤーを通す必要があるので、貫通穴に限られます。板厚が厚いほど時間がかかります。貫通で高精度・硬い材料、という条件なら第一候補です。

5. 形彫放電加工

作りたい穴と同じ形の電極を作り、放電で少しずつ溶かしながらワークに沈めていく方法です。電極を沈めるだけなので、止まり穴に対応でき、底の形状も自由に作れます。材料の硬さは関係ありません。角のRは電極先端のRに放電の隙間を足したぶんが残りますが、他のどの工法よりも小さくできます。代わりに電極を作る工程が要り、切削に比べると加工時間はかかります。「止まり穴」「焼入れ後」「角を小さく」のどれかがあれば、実質的に唯一の選択肢です。

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。一律の数字を信じて発注すると、あとで揉めます。

旋盤で四角穴・六角穴はどこまでできるか｜ポリゴン加工とロータリーブローチ

「旋盤で六角穴は開けられないのか」という検索が多いので、正面から答えます。条件が合えば、旋盤やマシニングでも内側の六角・四角は作れます。その方法がロータリーブローチ（矢打ち加工とも呼ばれます）です。ただし守備範囲は狭く、どこで放電に切り替えるべきかを知っておくと手戻りがありません。

ロータリーブローチ（矢打ち）とは

六角や四角の断面をもつ工具を、軸を1度前後わずかに傾けた状態で回転させながら下穴に押し込む方法です。傾いているために工具の角が一つずつ順番に材料へ食い込み、全体としては多角形の穴が形成されます。旋盤ならワークを回し、マシニングなら工具を回します。専用のホルダーと工具があれば、普通の旋盤・マシニングで作業できるのが最大の利点で、小径の六角穴を量産する現場では広く使われています。

できること・できないこと

サイズ・深さの数値は一般的な目安で、工具メーカーの仕様と材料で変わります。実際の可否は使う工具のカタログで確認してください。

ポリゴン加工は「外側」の六角向け

旋盤のポリゴン加工は、ワークと工具の回転を同期させて多角形を削り出す方法で、ボルト頭のような外側の六角に向きます。内側の穴に適用するのは難しく、内径の六角・四角ではほとんど使われません。「旋盤で六角」と聞いてポリゴン加工を想像した方は、内径の場合はロータリーブローチか放電のどちらか、と考えてください。

図解｜角に残るRは、工法で決まる

エンドミルは工具半径がそのまま角のRになります。ワイヤー放電はワイヤーの半径に放電の隙間を足した程度、形彫放電は電極先端のRに隙間を足した程度まで小さくできます。ただし、どの工法でもR0は作れません。放電はわずかな隙間を保って進むため、必ず丸みが残ります。角に相手部品が当たる設計なら「許容できるR」を先に決めておくのが実務的です。

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。表に当てはまらない形状も、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「穴の数」ではなく「段取りと電極」で決まる

見積りを見て「1個なのに高い」と感じる方が多いので、先に構造を書いておきます。

• 費用の大半は段取りです。ワークをどう固定し、どこを基準に穴の位置を出すか。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。作りたい穴と同じ形の電極を、銅やグラファイトで作ります。荒加工用と仕上げ用で本数が増えれば費用も増えます。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。
• 深さと角の小ささは効きます。深い穴、角の小さい穴は加工時間が伸び、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。相手部品と合う面だけを厳しくし、他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。

工法の選び方｜4つの質問で決まる

迷ったときは、次の順に答えてください。ほとんどの案件はこの4問で工法が決まります。

1. 貫通穴か、止まり穴か止まり穴なら、この時点で形彫放電に決まります。ブローチ・スロッター・ワイヤーは工具や電極が抜ける先を必要とするため、底のある穴には使えません。貫通なら次へ。
2. 材料は切削できる硬さか焼入れ後の鋼（おおむねHRC50を超えるもの）、超硬、チタン合金、インコネルなどは切削工具が持ちません。この場合は放電（貫通ならワイヤー、止まりなら形彫）です。生材なら次へ。
3. 角のRはどこまで許せるか工具半径のRで構わないならマシニングで足ります。R0.5以下、あるいは相手部品の角と当たる設計なら、ワイヤーか形彫です。図面にRの指示がないと、加工側は判断できません。
4. 数量はいくつか貫通で量産（月に数百個以上）ならブローチが最速です。ただし専用工具の費用と、ブローチ盤を持つ工場を探す手間がかかります。少量なら放電のほうが総額は安く済むことが多く、電極を作っておけば追加にも対応できます。

「切削で大まかに作り、角だけ放電で仕上げる」という組み合わせも実務ではよく使います。切削で取れるところは切削で取ったほうが速く、放電は角と底だけに絞ると加工時間が短くなります。

図面への指示の書き方｜これがないと見積りが止まる

角穴・六角穴の図面で、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。

• 角のR（または「R○以下」）最も抜けやすく、最も重要です。ピン角と書かれていても実際にはR0は作れないので、許容できる上限を書いてください。相手部品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。
• 対辺寸法と公差六角穴なら「対辺8 +0.05/0」のように。はめあいの相手（六角軸・ボルト頭）が決まっているなら、その相手の寸法も添えてください。
• 深さと、底の扱い止まり穴は「深さ12、底は平ら」「底に0.5の段」など。深さ公差が緩くてよいなら、そう書いてあると助かります。
• 向き（位相）の基準六角やキー溝は、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。
• 面粗さの要否回り止めや位置決めが目的なら、面粗さの指定は不要なことが多いです。摺動する面や、見える面なら指定してください。指定がなければ、用途をお聞きして決めます。

電極の話｜1個と量産で、費用の見え方が変わる理由

形彫放電の見積りで「電極代」という項目を見て驚く方がいます。何に対する費用で、数量でどう変わるかを説明します。

電極は、作りたい穴と同じ形をした部品です。銅やグラファイトを削って作ります。つまり「穴を1つ作るために、まず穴と同じ形の部品を1つ作る」工程が要ります。1個の依頼では、この電極代が穴1つに全部乗ります。だから1個は割高に見えます。

ところが電極は消耗品ではありますが、同じ穴を複数個加工する間は使い回せます。荒加工用と仕上げ用で分けても、数本で数十個分の穴を作れます。量産では電極代が数量で割られ、1個あたりの費用は大きく下がります。試作で作った電極をそのまま量産に使えるので、試作と量産を同じ工場で通すと、電極を作り直す費用がかかりません。

もうひとつ、電極の設計が仕上がりを決めます。角のRは電極先端のRで決まり、底の形状は電極の先端形状で決まります。電極を自社で設計・製作している工場かどうかは、角穴の依頼先を選ぶうえで確認しておく価値があります。当社は電極の設計から製作まで社内で行っています。

精度と面粗さ｜「±0.01」と一律に書かない理由

加工業者のサイトには「精度±0.01mm」と書かれていることが多く、当社の以前の記事にもそう書いていました。正直に言えば、これは条件を選んだ場合の数字です。発注する側が本当に知りたいのは「うちの図面のこの寸法が出るか」であって、カタログ値ではありません。

角穴の精度は、対辺の大きさ、深さ、材質、角のR、そして仕上げの回数で変わります。深い穴は奥と手前で寸法差が出やすく、細い電極は消耗の影響が大きくなります。だからこの記事では一律の数字を書いていません。図面をいただければ、その寸法が出せるかどうかを受注前にはっきりお答えします。出せない公差は出せないと言います。そのうえで、研磨を組み合わせるか、公差の入れ方を変えるか、代わりの方法を提案します。

面粗さも同じです。放電加工の面は細かい放電痕の集まりで、仕上げ条件で平滑面から梨地面まで作り分けられます。「型として使う」「摺動する」「見えるだけ」のどれかを教えていただければ、必要十分な条件を選びます。とりあえず一番細かく、が最も高くつきます。

よくある行き詰まり方と、その前にできること

• 切削で途中まで削ってから「角が出ない」と気づく角だけ放電で仕上げる方法があります。ただし、切削で開けた穴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、後から穴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。「もう一度作り直すしかない」と諦める前にご相談ください。
• ブローチ盤のある工場が見つからない止まり穴でなくても、少量なら放電のほうが早く安いことがほとんどです。専用工具を作る前に、放電での見積りを取って比べてください。
• 細いエンドミルが折れて穴の中に残った折れた工具ごと放電で除去し、そのまま角穴を仕上げられます。ドリルを当てて位置を外す前に止めてください。

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。いずれも「切削で行き詰まってから」来ています。

相談する時に伝えると早い7項目

次の情報があれば、その日のうちに受けられるか・いくらか・いつ出せるかをお返しできます。全部揃っていなくて構いません。分かる範囲で結構です。

• 穴の形状と寸法（例：六角 対辺8mm、四角 10×10）。角に許容できるRがあれば必ず。
• 貫通か止まり穴か。止まりなら深さと、底の形状（平らでよいか）。
• 材質と熱処理の状態（例：SKD11 焼入れHRC60）。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。既存の加工と位置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。
• 図面か、現物の写真。図面がなくてもスマホの写真1枚で概算をお出しします。

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