銅ブスバーの穴あけは、打ち抜き(プレス)とNC・ドリルによる切削の2系統があり、板厚・数量・要求精度で使い分けます。銅は軟らかく粘りがあるため、鉄と同じ条件で抜くとバリが長く伸び、接触面に残って接触抵抗と発熱の原因になります。この記事では、打ち抜きとNCの使い分け、穴位置・穴径にどこまでの精度を期待できるか、切断面が「だれ・せん断面・破断面・かえり」の4層になる仕組み、そして図面でどこまで指示しておくべきかを、実務の順序で整理します。

銅ブスバー
穴あけ
打ち抜き
プレス
公差
バリ取り
クリアランス
面取り

銅ブスバーの穴あけはどの方法を選べばよいか

銅ブスバーの穴あけは、数量が多く形状が固定なら打ち抜き(プレス)、少量・多品種・厚板なら NC・ドリルによる切削を選ぶのが基本です。打ち抜きは1工程が速く、同じ穴を大量に開けるほど単価が下がりますが、型が必要です。切削は型が不要で寸法変更に強い代わりに、1穴ずつ時間がかかります。

要点:数量と板厚で打ち抜きか切削かを決める。どちらでも「バリを残さない」ことが最終条件。

打ち抜きとNC加工はどう使い分けるか

使い分けの分岐点は「型を起こす価値があるか」です。型費を数量で割った額が、切削の加工時間差より小さくなれば打ち抜きが有利になります。ただし実務では、板厚と穴径の関係、後工程の順序、寸法変更の可能性も判断材料に入ります。

要点:型費を数量で割って切削との差と比べる。設計が動くうちはNCで回すのが安全。

打ち抜いた穴の断面はどうなっているか

打ち抜きでできた穴の切断面は、板厚方向に「だれ(ロールオーバー)・せん断面・破断面・かえり(バリ)」の4つの領域に分かれます。これはパンチが材料を押し込み、途中から材料が破断して分離するという、抜き加工の原理そのものから生じるもので、条件を最適化しても完全になくすことはできません。できるのは、それぞれの領域の比率を適正な範囲に収めることです。

        ↓ パンチ
   ─────┬─────
        │╭──  ← ① だれ(ロールオーバー)
        ││    材料が引き込まれて丸くなる部分
   板   ││
        ││    ← ② せん断面
   厚   ││       光沢のある、垂直に近い面
        ││
        │╲    ← ③ 破断面
        │ ╲      材料が引きちぎられた粗い面
   ─────┴──╲
             ╲ ← ④ かえり(バリ)
                裏側に出っ張る。これが問題になる

  適正なクリアランス → ②せん断面が広く、④かえりが小さい
  大きすぎるクリアランス → ①だれが大きく、④かえりが長く伸びる
  

「だれ」は必ず表側(パンチが入る側)に、「かえり」は必ず裏側(パンチが抜ける側)に出ます。これは向きが決まっているという意味で、実務上とても重要です。つまりブスバーのどちらの面を接触面として使うかを決めておけば、かえりが出る側を接触面の反対側にする、という段取りが組めます。図面に接触面の指定があれば、加工側はこれを考慮できますが、指定がなければ加工の都合で決まってしまいます。

要点:切断面は4層になる。だれは表、かえりは裏に出る。接触面を指定すれば向きを管理できる。

クリアランスが精度とバリを決める

クリアランスとは、パンチとダイのすきまのことです。このすきまの大きさが、切断面の状態・バリの高さ・必要な荷重・型の寿命のすべてに影響します。クリアランスは板厚に対する比率(片側)で管理するのが一般的で、材質が軟らかいほど小さめに設定します。

銅は軟らかく粘りがあるため、クリアランスが大きいとバリが長く伸びる傾向があります。鉄と同じ感覚で型を設計すると、まさにこの現象が起きます。一般的には、銅やアルミなどの軟らかい材料では板厚の数%程度(おおむね4〜8%の範囲)が目安とされますが、実際の値は板厚・材質の調質・要求される切断面の状態によって変わるため、型メーカーや加工会社の設計値に従うのが確実です。

表を見ると分かるとおり、クリアランスには「すべてに最適な値」がありません。切断面をきれいにしたければ小さく、型を長持ちさせたければ大きく、という相反する要求のあいだで妥協点を決めることになります。ブスバーの場合は接触面の品質が優先されるため、切断面側に振った設定が選ばれることが多くなります。

要点:クリアランスは板厚比で決まる。銅は軟らかいので小さめ。摩耗でバリは増えていく。

穴あけの精度はどこまで期待できるか

個別に公差の指示がない寸法には、普通公差が適用されます。金属プレス加工品には JIS B 0408、金属板せん断加工品には JIS B 0410、一般的な長さ・角度寸法には JIS B 0405 が用意されており、いずれも精級・中級・粗級といった等級に分かれています。図面に何も書かなければ、これらのどの等級が適用されるかは加工会社の標準に委ねられるため、精度が問題になる部品では等級か個別公差を明記してください。

穴径そのものは、型で抜く場合はパンチ径で決まるため再現性が高く、薄板であれば比較的狭い公差を狙えます。ただし板厚が増えるほど破断面の傾きが大きくなり、「入口の径」と「出口の径」に差が出ます。厚板のブスバーで穴径を厳しく管理したい場合は、打ち抜きではなく切削を選ぶか、抜いた後にリーマ加工などの仕上げを追加する必要があります。

要点:普通公差はJIS B 0405 / 0408 / 0410。締結に効く穴ピッチだけは個別公差で指定する。

なぜバリを残してはいけないのか

ブスバーのバリは、接触面の密着を妨げて接触抵抗を上げ、発熱の原因になります。また作業者の手を切る安全上の問題と、絶縁物を傷つけて絶縁不良を招くリスクもあります。一般の機械部品では「多少のバリは実害がない」場合もありますが、導体部品では実害が明確に出ます。

  【バリあり】
   ブスバーA ──────┐
                   │ ← バリが噛んで隙間ができる
   ブスバーB ──────┘

   → 実際に接触している面積が減る
   → 接触抵抗が上がる
   → 電流が集中して局所的に発熱する

  【バリなし・面取りあり】
   ブスバーA ──────┐
                   │ ← 面で密着
   ブスバーB ──────┘

   → 接触面積が確保される → 温度上昇が抑えられる
  

締結部の発熱は、進行すると抵抗の増加がさらに発熱を呼ぶ悪循環に入ります。銅の抵抗率は温度が上がるほど大きくなり、熱膨張と収縮の繰り返しでボルトの軸力も抜けていくためです。穴あけ工程でのバリ処理は、この悪循環の入口を塞ぐ作業だと考えてください。

要点:バリは接触抵抗と発熱に直結する。バリ取りに加えて洗浄までを工程として押さえる。

曲げがあると穴位置はずれる

曲げを含むブスバーでは、穴あけそのものが正確でも、曲げのスプリングバックによって最終的な穴位置がずれます。曲げ角が戻ることで曲げRの位置が動き、その先にある穴の位置が展開長の計算どおりにならないためです。これは加工の失敗ではなく、材料の弾性回復という物理現象によるものです。

  【展開状態】
   ├──── A ────┼──── B ────┤
              曲げ位置      ○ 穴

  【曲げ後(理想)】        【曲げ後(実際)】
        ┌── B ──○             ┌── B ──○
        │                    ／          ← 少し戻る
   ── A ┘                ── A            = 穴の位置がずれる

  対策:① 曲げ後に穴あけする
       ② 戻り量を見込んで展開長を補正する
       ③ 穴を長穴にして吸収する
  

対策は3つあります。最も確実なのは「曲げてから穴をあける」順序ですが、曲げ後は工具が入る位置に制約が出るため、すべての形状で使えるわけではありません。次に確実なのが、板厚・曲げR・材質ごとの戻り量を実績データとして持っている加工会社に、展開長の補正まで任せる方法です。3つ目の長穴化は、設計側で許容できる場合に限り、最もコストの低い解決になります。曲げとスプリングバックの詳細は加工技術のページでも触れています。

要点:曲げがあると穴位置は必ずずれる。曲げ後穴あけ・展開長補正・長穴の3つで対応する。

図面でどこまで指示しておくべきか

穴あけに関して図面に書いておくべきなのは、穴径・ピッチ・基準面・接触面の指定・バリと面取りの要求・めっき前後どちらの寸法か、の6点です。これらが揃っていれば、加工会社は迷わず工程を組めますし、見積り精度も上がります。

図面が固まる前の段階で加工会社に相談すると、こうした指示の作り方についても助言が得られます。

要点:穴径・ピッチ・基準・接触面・バリ要求・めっき前後の6点を書けば、認識のずれはほぼ防げる。

よくあるご質問