ベースプレートの重要性とは？ 精密機械加工での活用事例と製造技術

「ベースプレート」と聞いて、どのようなものを思い浮かべるでしょうか？

一般に「ベースプレート」という言葉は、建築業界における鉄骨工事の基礎部材の意味合いで使われることが多いようです。木造・鉄骨建造物の基盤として、構造物とアンカーボルト等を用いて接合し、構造物の耐震性や免震構造を実現する為のものです。しかし、精密機械加工の分野においても、加工精度や製品品質を左右する重要な部品であり、柱であり基礎とも言える存在として活用されているのです。

精密機械加工では、医療機器・半導体製造装置・自動車部品などの精密部品の加工が求められます。これらの製品を高精度で仕上げるためには、適切な治工具の選定が不可欠であり、場合によってはオーダーメイドで治工具を設計・製作することもあります。特に、精密機械加工に用いる治工具の土台となるのが「ベースプレート」です。ベースプレートは、加工時の振動を抑え、ワークの位置精度を確保することで、最終製品の品質を安定させる役割を果たします。

ベースプレートを設計・製作する際には、「材質の選定」「用途に応じた平面度や剛性を確保する設計」「最適な加工方法の選択」といった幅広いノウハウが求められます。そして、これらを適切に考慮しなければ、歪みや振動による位置ズレが発生し、最終製品の品質不良につながるリスクが高まります。

本記事では、精密機械加工におけるベースプレートの役割や、適切な設計・加工技術・利用される設備等について詳しく解説します。
弊社の実際の製作事例も交えながら紹介し、ベースプレートの設計・製造のポイントを知ることで、より高精度な加工を実現するためのヒントになればと考えます。

実践的な知識までカバーした内容となっておりますので、是非最後までご覧ください。

目次

ベースプレートは、精密機械加工に際に用いる治工具の土台あるいは産業機械内部の構成部品として、振動の抑制と剛性を確保し、高精度な精密機器加工を実現するための重要な役割を担います。このベースプレート上に治具・加工テーブル等を組み付け・接合し、機械加工が行われます。

近年だと工作機械の一種であるマシニングセンタは、量産性が高く、加工精度の向上の面においても成長が目まぐるしい工作機械ですが、この成長の一翼においても、ベースプレートは必要不可欠となっています。

自動車部品や半導体製造装置部品、医療機器部品等々の高品質が求められる分野においても、加工精度の向上と安定、生産設備の耐久性の向上等に貢献しており、場合によっては機械設計の段階で、ベースプレートをカスタムしたマシンも存在します。

精密機械加工においてどうして重要？

精密加工では、わずかな振動や歪みが最終製品の品質に直結します。ベースプレートの剛性や平面度が不足していると、治工具やワーク（加工対象物）が不安定になり、加工精度が低下する原因となります。

特に、以下のようなリスクが発生する可能性があります。

• 振動による位置ズレ → 微細加工時の寸法精度の低下
• 平面度の不足 → ワークが傾いてしまい、均一な切削・加工ができない
• 剛性の不足 → 剛性・強度が不足することで、長期間の使用で歪みが発生し、精度・耐久性が低下
• 穴位置の誤差 → 取り付け治具との適合性が損なわれ、加工精度に悪影響

特に、精密機械加工の分野では、ミクロン～サブミクロン単位の公差管理が求められるため、ベースプレートの品質が最終製品の仕上がりを大きく左右します。

弊社製作の3Rデルフィンクランプシステム。ベースプレートも製作しております。

精密機械加工におけるベースプレートの役割

振動吸収と剛性の確保

ベースプレートは、治工具の基礎となる部品として、精密加工時の振動を抑え、剛性を確保するために不可欠です。例えば、マシニングセンタや研削盤で微細加工を行う場合、わずかな振動が仕上り寸法精度に大きな影響を及ぼします。そのため、適切な材質の選定や、振動を低減するための構造設計が求められるのです。

精密部品の位置決めと固定

精密機械加工において、ワーク・治工具の位置決め精度が加工精度に直結します。したがって、ベースプレートに正確な位置決めが行われた穴加工を施すことで、治工具やワークの位置決めが安定し、繰り返し精度が向上します。逆に言えば、穴位置のわずかな違いで、最終製品の品質低下を招いてしまいます。

特に高精度の穴加工は、ジグボーラー設備で行います。高精度な穴加工は、位置決めの精度を大幅に向上させることができます。ジグボーラーは、真円度や平行度をミクロン単位で加工が出来、治工具の交換時にもズレが生じにくいことや、ベースプレートと治工具の双方にへたり（耐久性の低下）が来ないなどのメリットが生まれます。

ジグボーラーに関して、当サイトを運営する株式会社大塚製作所は計6台保有しており、国内最大級の豊富なジグボーラー群と技術者を取り揃えております。ジグボーラーに関して詳細が気になる方は別コラムで説明しておりますので、ご興味をお持ちの方はぜひご覧ください。

熱変形の影響を抑えるための基盤としての役割

精密加工において、温度変化による熱変形は寸法精度や加工品質に大きく影響を与えます。特に、長時間の加工や高温となる環境下では、ワークや治工具の熱膨張・収縮が発生し、位置ズレの原因となります。そのため、ベースプレートには熱変形の影響を最小限に抑える役割が求められます。
熱変形の影響は、適切な材質の選定や構造設計等の工夫により抑えることが可能です。詳細は後述しますが、ベースプレートによって部品加工時の熱変形の影響を最小限に抑え、高精度な加工を長期間維持することが可能となります。

治工具におけるベースプレートの用途

金属加工の治具としての使用例

治具におけるベースプレートは、ワークを固定し、精密加工の安定性を確保するための重要な部品です。特に、以下のような用途で活用されています。

• 加工精度の確保に向けた高い平面度と剛性を実現する設計・加工が行われたプレート

精密加工の際、治工具の基盤となるベースプレートが、高い平面度と剛性を持っていなければ、加工精度のばらつきが発生します。そのため、ジグ研削や平面研削を駆使した高精度なプレート加工が求められます。

• ワークを固定するための正確な位置決めの穴加工が施されたプレート（治具プレート）

ワークを固定するベースプレートとして、ベースプレートが使用されるケースも多いです。特に、半導体製造装置や医療機器部品の加工では、ワークを固定する治具の精度が製品の品質に直結するため、取り付け精度の管理が重要になります。正確な位置決めかつ内面の加工品質を高めることで、固定具の取り付けの工数を圧縮でき、最終製品の品質向上にもつながります。

産業機械（製造ライン）内部での活用

産業機械内部に高精度なベースプレートが組み込まれるケースもあります。 産業機械の各種ユニットの基盤として活用されています。例えば、以下のようなケースがあります。

• 精密組立治具としての役割

産業機械の組立工程では、各パーツ・コンポーネントの位置精度は極めて重要な要素の１つです。中でも、ベースプレートが高い平面度と正確な穴位置を備えていることが前提として、産業機械の組立精度向上、機械の高性能化が実現し、最終製品（部品）の品質向上にまでつながります。

• 半導体製造装置、自動車部品加工ラインでの適用事例

半導体製造装置や自動車部品加工ラインの中でベースプレートが活用されるケースもございます。例えば半導体製造装置の内部では、ウェーハ（ウェハー：半導体デバイスや電子部品を製造するための薄い円盤状の基板）の位置決めの高精度化に向け、ベースプレートが用いられ、ベースプレートの設計/加工にも極めて高い精度が求められます。また、自動車部品加工ラインにおいては、部品を正確に固定するためにベースプレートが用いられ、高精度な組立を支える重要な役割を担っており、必要に応じて特殊なオーダーメイドのベースプレートを製作し、品質の均一化や生産性の向上を図る場合もございます。また、半導体製造装置部品等では気密性も重要視されるため、組み立てや固定のプロセスの中で溶接が利用されることもあるため、これを考慮した材質の選定等が求められる場合もございます。

ベースプレートの研削加工を行う当社保有のCNC平面研削盤

ここまで、ベースプレートの概要や用途・役割について説明してきましたが、ここからは実際に高品質なベースプレートの設計/製作を行う際に気を付けるべきポイントについて解説いたします。

材質の選定（鉄・アルミ・ステンレスなど）

ベースプレートの材質選定は、ベースプレートの用途に応じて要求される剛性・耐久性・精度によって決定し、適切な材質を選ぶことで、加工精度の安定性や長寿命化を実現できます。

鉄（S50C、SKD11など）

アルミニウム（A5052、A7075など）

ステンレス（SUS304、SUS440Cなど）

平面度・平行度・平坦度の要求仕様の担保

ベースプレートにおいて設計段階から、加工精度を確保するための平面度・平行度・平坦度の要求値の設定が極めて重要です。特に、ミクロン単位の精度が求められる精密機械加工では、以下の仕様を満たす必要があります。

平面度

• ベースプレートの表面が均一であることで、ワークや治工具の安定した固定が可能になる。
• H7公差（±0.010mm）や、それ以下の公差を満たす場合、精密研削加工やラッピング加工が求められる。

平行度

• ベースプレートの上下面の平行度を高めることで、組み付け時のズレを防ぎ、部品加工時の寸法誤差を抑えることができる。
• ワイヤーカット放電加工機やレーザー加工機、ジグ研削盤を使用とし、ミクロン単位で寸法誤差を管理することで、精密な組み付けを実現。

平坦度

• 基準面が不要な単独測定が可能で、表面の凹凸を評価する指標。
• ラッピング加工や精密研削を施すことで、極めて高い平坦度を実現できる。
• 超精密加工や光学機器のベースプレートでは、ナノメートル単位の平坦度が求められることもある。

また、平面度と平行度、平坦度を効率的に確かめるには、三次元測定機を用いた寸法測定が有効です。
弊社では最新鋭の三次元測定機を保有しており、専任の技術者を配置しています。高い平面度・平行度・平坦度を実現する豊富な研削盤やワイヤーカット放電加工機を取り揃えております。弊社の保有設備の一覧と研削加工に関する別コラムのリンクを以下に配置します。興味のある方はぜひご覧ください。

ワイヤーカット・放電加工とジグボーラーによる複雑形状加工

ベースプレートには、特殊形状の溝加工や、複雑な穴加工が求められる場合があります。その際に有効なのが、ワイヤーカット放電加工やジグボーラーによる穴加工になります。

ワイヤーカット放電加工によるメリット

• 高硬度材（SKD11等の熱処理材、SUS440Cなど）の加工に適しており、高精度な形状加工が可能
• 微細加工に適し、R0.1mm以下の微細なコーナー加工が可能
• 直線的な形状や、極細のスリット加工に向いている
• 非接触加工となるため、加工時の応力による影響が少なく、歪みの発生を抑えられる

ジグボーラーによる高精度穴加工のメリット

• ±0.5μmの穴位置精度を実現し、位置ズレを最小限に抑えられる
• 穴の真円度を高められるため、ボルト穴や精密な位置決め穴の加工に適する
• 深穴加工にも対応可能で、ワイヤーカットよりも加工時間を短縮できる場合がある
• 複雑形状・特殊形状の加工も、工具の工夫やヘッドの仕様、技術者の練度によって実現可能

以下に、ワイヤーカット放電加工とジグボーラー加工の特徴を表で比較します。

項目	ワイヤーカット放電加工	ジグボーラー加工
複雑形状の加工	◎（微細加工・複雑形状・コーナー加工が得意）	〇（高い技術力で実現可能、穴の真円度が高い）
高硬度材質の加工	◎（高速度鋼やSUS材に適する）	〇（鉄鋼やアルミ、SUS材への利用が最適）
加工精度	◎（サブミクロンオーダー）	◎（サブミクロンオーダー）
加工スピード	△（加工に時間がかかる）	◎（高精度かつ高効率な加工を実現）
主な用途	極細スリット/精密溝加工/複雑形状加工	特殊形状を含む穴加工でかつ、高い位置決め精度と真円度を求められる場合に最適
適用分野	精密部品・半導体装置部品	治工具製作・半導体製造装置部品・自動車部品

ワイヤーカット放電加工とジグボーラー加工には、それぞれの得意分野があります。

弊社は両方の設備を保有しており、用途や要求精度に応じてワイヤーカット放電加工機とジグボーラー加工を選択、組み合わせて利用することで、最適な加工方法を提案できます。

それでは、実際に弊社が製作したベースプレートやベースプレートを含んだ治具の加工事例をご紹介します。

弊社ではこのほかにも、多数のベースプレートやベースプレートを含む治工具の設計・製作事例がございます。精密機械加工を実現したい・短納期で高精度なベースプレートが欲しい、など、様々なお悩みに迅速に対応させていただくことが可能です。長年培ってきたノウハウと高い技術力、多様なサービスでお客様のご相談に柔軟かつ真摯に対応させていただきます。他社様で断られたようなベースプレートの加工に関する相談もお受けできる可能性がございますので、お気軽にご相談・お問い合わせください。

弊社が製造した精密機械加工向けの特殊形状穴加工を多数含むパレット（ベースプレート関連部品）

本記事では、精密機械加工において重要なベースプレートの概要や設計・製造時に重要となるポイントを紹介しました。

ベースプレートは、精密機械加工における基盤となる重要な部品です。また、治工具やワークの固定に用いるベースプレートの高精度な加工を実現するためには、適切な材質選定・設計・製造技術が不可欠となります。

特に、振動吸収・熱変形の影響・穴位置の精度といった要素を考慮してベースプレートの設計・製造を行うことで、部品加工時の加工精度の安定性が向上し、治工具や産業機械内部のパーツとして長期間にわたって精度を維持できます。

精密機械加工において、ベースプレートの精度が最終製品の品質に直結します。その上で、部品加工を行う際には適切な治工具の設計やワークの固定方法の検討、工程設計を行うことで、安定した品質の確保と生産性向上が実現できます。

弊社では高品質のベースプレートを製造できる高い技術力と豊富な設備群を有しており、鋼やステンレス等の材質選定やジグボーラー及び内面・円筒研削盤等を活用した高品質の穴加工も施した製品の提供が可能です。さらに、ベースプレートだけではなく、ベースプレートを含んだ治具システムの設計・製作も可能であり、お客様の幅広いニーズにお応えいたします。
ベースプレートの加工に関するお困りごとはもちろん、その先の用途や最適な設計提案を含め、技術相談の段階から歓迎いたしますので、お困りの方がいらっしゃいましたら、ぜひお気軽に弊社までご相談ください。