エッチング加工（フォトエッチング）部品の発注——板厚で決まる最小穴径・サイドエッチと公差

この記事は、ステンレスや銅合金などの薄い金属板から、メッシュ、スペーサー、ばね、シールド、電極などの部品をフォトエッチングで作ってもらうときに、発注する側が何を指定し、受け取るときに何を確かめるかを整理したものである。金型の表面に模様を付けるエッチング（シボ）はシボ加工の指定、プリント基板の回路のエッチングはプリント基板の発注の範囲で、ここでは扱わない。

工程と、図面と原版が違う形になる理由

表面技術誌の解説によれば、ウェットエッチングは加工品（ワーク）の表面に保護パターン（レジスト）を作り、溶解液（エッチャント）で不要な部分を溶かして目的の形を得る加工法で、工業的なエッチングでは保護パターンを写すのにほとんどの場合、写真の方法を使う。工程は素材、前洗浄、レジストの塗布、露光、現像、エッチング、レジストのはく離と続く^[1]。量産の工程では塩化第二鉄が広く使われ、鉄、ステンレス、42 合金、各種の銅合金に使える^[2]。

露光に使う原版（マスク・アートワーク）は、仕上がりの形そのものではない。別の解説は、データから原版を描くときには腐食代、コーナー R、ハーフエッチングなどに対する補正が必ず行われるので、最終製品とアートワークの寸法や形は異なったものになる、としている^[2]。原版にはガラスとフィルムがあり、ガラスのほうが精度は高く、フィルムのほうが安い。フィルムは経時変化や湿度・温度で伸び縮みしやすいので、高精度品にはガラスの原版を使う必要がある、とされている^[1]。

発注側にとっての意味は、渡すのは仕上がりの形の図面であり、補正は仕入先の仕事だということである。図面に「原版寸法」を書いたり、原版のデータを発注側で作って渡したりすると、補正の責任がどちらにあるのかが曖昧になる。原版の材質（ガラスかフィルムか）と、原版を作り直す費用の扱いは見積の段階で確かめておく。

加工できる厚さは、薄板に限られる

防食技術誌の解説は、エッチング加工には加工深さに限界があり、加工材は薄板・箔・薄膜といった二次元的な形のものに限られ、薄いほど加工精度は出しやすいとしている。貫通加工できる材料の厚さは最高で 1.5 mm ぐらいまでで、普通は板厚 0.05〜0.30 mm 程度の薄板を対象とする場合が多い、という^[3]。厚い板の部品をエッチングで頼もうとしている場合は、レーザー切断やワイヤ放電加工と比べたほうがよい（レーザー切断品の指定、ワイヤーカット部品の発注）。

サイドエッチとエッチファクター

エッチャントと金属の反応は全方向に働くので、エッチングはワークの表面から深さ方向だけでなく横方向にも進む。この横方向の広がりをサイドエッチと呼び、エッチング深さとサイドエッチの比をエッチファクターと呼ぶ^[1]。

エッチファクター ＝ エッチング深さ ÷ サイドエッチ

リードフレームの加工を扱った解説は、完全に等方的なエッチング（深さとサイドエッチが同じ）ではエッチファクターは 1.0 で、その場合、金属板の厚さより小さいスリットを設けることは不可能だとしている^[4]。実際にはエッチャントを強くスプレーして深さ方向を促進するので、エッチファクターの値は通常 1.0〜3.0 の間にあり、板厚の 70〜80 % の貫通加工は可能とされる^[3]。ただし、この領域では寸法変化率が大きく、寸法公差はあまり良くない^[2]。エッチファクターはレジストの開口の幅によっても変わり、開口が小さいほどエッチャントの流れが悪くなって下がる^[3]。

ここから言えるのは、穴やスリットを板厚より小さくする設計は、できるかどうかではなく、どこまでばらついてよいかの問題になるということである。板厚に近い穴は、公差を広くとるか、仕入先の実績のある寸法かを確かめてから図面に書く。

設計の目安——板厚を基準にした参考値

表面技術誌の 2004 年の解説は、薄板のエッチング品を設計するときの参考として、加工限界の目安を示している。対象はステンレスなどの一般鉄合金、銅、銅合金などで、板厚 0.1〜0.8 mm、両面エッチングの場合である。解説は、最小加工限界値は主として板厚に依存するとしている^[1]。

（原田（2004）の 3.2 節から^[1]。解説自身が「参考値」としており、多ピンのリードフレームのように、工程改善や経験でこれを大きく上回る品質を出している例も多いとしている。右端の列は換算の例で、規格や保証値ではない。）

目安の中で注意したいのは、内コーナーの R である。外コーナー（凸の角）は板厚の 1/3 程度まで小さくできても、内コーナー（凹の角）は板厚と同程度の R が付く。機械加工の図面のように内側の角を「R 指示なし（ピン角）」で書くと、エッチングでは守れない。角の形の書き方はプレス・板金品の公差の指定の考え方が参考になるが、数値はエッチングの目安で見直す。

断面の形と、幅を測る位置

エッチング品の断面は、サイドエッチの影響で独特の形になる。両面からエッチングした貫通部では、板厚の中ほどがくびれた形や、表裏で幅の違う形になる。2004 年の解説は、通常は貫通部の断面形状がなるべく垂直に抜けるようにエッチング量を調整するが、求められる形によっては通常よりエッチング量を減らす（アンダーエッチング）ことや増やす（オーバーエッチング）こともある、としている^[1]。1998 年の解説は、表裏のパターン幅を変えるとエッチング断面の高さが変わり、狭い幅の穴やスリットの寸法を管理しやすくなるとし、片面からハーフエッチングした後に充てん剤で埋めて反対側からエッチングする二段エッチングで、板厚に関係なく狭い幅の穴を高い精度で作る方法を紹介している^[2]。

発注で決めるべきなのは、穴やスリットの幅を「どこで」測るかである。表面の幅、裏面の幅、断面で最も狭い所の幅は、同じ穴でも違う値になる。機能上どれが効くのか（ガスや光を通すなら最も狭い所、部品をはめるなら表面か）を図面に注記する。測り方が決まっていないと、仕入先は測りやすい表面で測り、発注側は投影機で最も狭い所を見て、同じ部品で合否が分かれる。

ハーフエッチングとつなぎ（ブリッジ）

表裏で違うパターンの原版を使うと、貫通する部分（両面彫り）と、板厚の途中まで溶かす部分（片面彫り＝ハーフエッチング）を一度に作れる。2004 年の解説は、ハーフエッチング部の残り板厚はワークの板厚の 1/3 程度だとしている^[1]。1998 年の解説は、片側の面をレジストで覆ったまま反対の面だけを加工すると板厚の半分から 80 % 程度の深さのハーフエッチングができ、機械加工では不可能な形が、応力を出さず、反対側の面の平たんさを損なわずにできるとしている^[2]。ハーフエッチングの部分は、深さか残り厚さのどちらで公差を書くかを決め、測る方法（断面か、マイクロメータか）も決めておく。

一枚の板の上に多数の製品を並べて作る場合は、板から製品が落ちないように、つなぎ（ブリッジ）を設けることが多い^[1]。2004 年の解説はデメリットの一つとして、製品の外周部にブリッジが必要であることを挙げている^[1]。ブリッジを切り離した跡は外周に小さな突起として残る。突起が困る辺（はめあう辺・刃先・見える辺）があるなら、図面でブリッジを付けてはいけない辺と、跡の突き出しの許容値を指定する。

エッチングを選ぶ理由と、選ばない理由

エッチングの工程の最後には洗浄の工程があるので、製品は比較的クリーンに仕上がる^[1]。一方で、1998 年の解説は、エッチング液やはく膜液の廃液処理の費用が増えることを、あらかじめ試算に入れておくべきだとしている^[2]。試作をエッチングで作り、量産で型を起こしてプレスに切り替える場合は、エッチング品とプレス品で断面の形とバリの有無が違うことを前提に、量産品の承認をやり直す。

素材の指定も、仕上がりを左右する

1998 年の解説は、素材の板厚精度、形、内部応力、表面の酸化膜や防錆処理膜、介在物、成分の偏析、析出物などが、製品の寸法精度、エッチング断面のなめらかさや外観、エッチファクターに影響するとし、材料の熱による伸縮や内部ひずみは最終製品のピッチ精度に影響すると書いている^[2]。1989 年の解説は、ステンレス鋼は比較的エッチング面が荒れやすく、表面粗さはエッチャントの遊離塩酸の濃度に大きく影響されるとしている^[3]。

素材を発注側が支給する場合は、板厚の公差と調質（硬さ）を材料の規格で指定し、ロットが変わったら初回品で寸法を確かめる。仕入先が素材を手配する場合は、材料の規格と検査証明書を求める。ステンレスの鋼種と仕上げの指定はステンレスの鋼種の指定で扱っている。

規格で決まっていることは少ない

JIS B 0122（加工方法記号）は、表面処理の一つとしてエッチング（SET）の記号を定めている^[6]。しかし記号は加工方法の名前を示すだけで、寸法の許容差は決めていない。プレス品で使われる JIS B 0408（金属プレス加工品の普通寸法公差）は、金属板を打抜き・曲げ・絞りによってプレス加工したものを対象とし、金属板のせん断加工品も含まない^[5]。エッチング品の図面に「普通公差は JIS B 0408 B 級」と書いても、その規格の対象ではない加工に当てはめることになる。エッチング品では、公差を寸法ごとに書くのが確実である。

注文書・図面に書くこと

ここからは規格の要求ではなく、発注する側の実務の提案である。

レジストの残りは、はく離の後の洗浄が最終洗浄の役割を兼ねるため、管理を怠ると品質に重大な影響を及ぼすとされている^[1]。表面処理（めっきなど）を後でかける部品では、レジストの残りがめっきの不良になる。後工程の仕入先が別なら、エッチングの仕入先の出荷の状態（清浄度・包装）も指定しておく。

よくある質問

板厚 0.3 mm に φ0.15 mm の穴を開けられますか

穴径が板厚の 1/2 で、解説が示す加工の限界（板厚の 70〜80 % 程度）より小さい^[2][3]。通常のエッチングでは難しく、二段エッチングのような方法が要る^[2]。板厚を薄くできないか、穴をレーザーなど別の加工にできないかと合わせて仕入先に相談する。

エッチング品はバリが無いので、エッジの指示は要りませんか

加工バリは出ないとされるが^[1]、断面はくびれや傾きのある形になり、ブリッジの跡も残る。機能や安全に関わる辺は、断面の形と跡の扱いを指定する。

試作はエッチングで、量産はプレスでよいですか

型の費用と期間からはよくある進め方だが^[4]、断面の形、バリ、残留ひずみが変わる^[1][4]。量産のプレス品で、機能に関わる寸法と特性を確かめ直す。

まとめ

フォトエッチングは型が要らず応力やバリが出ない一方、加工の限界も公差も板厚で決まる^[1]。エッチファクターは通常 1.0〜3.0 で、板厚より小さい穴は 70〜80 % 程度までが加工の限界とされ、その領域では寸法がばらつく^[2][3]。設計の目安としての最小抜き幅は板厚と同程度である^[1]。プレス品の普通寸法公差 JIS B 0408 は使えないので^[5]、公差を寸法ごとに書き、幅を測る位置、ハーフエッチングの残り厚さ、ブリッジの跡、原版の扱いを発注のときに決めておく。

同じ束では、化学研磨、サンドブラスト、ショットブラスト、PVD・TiN コーティングについても整理した。

出典・参考資料

1. フォトファブリケーション－製品例と今後の展開－（原田直明／表面技術 55 巻 7 号／2004 年）
2. 湿式エッチングの基礎と応用（加藤凡典／表面技術 49 巻 10 号／1998 年）
3. 塩化第二鉄液によるエッチング加工（解説）（上田龍二／防食技術 38 巻 4 号／1989 年）
4. 金属材料と加工（エッチング，プレス）（塚本健人／表面技術 60 巻 4 号／2009 年）
5. JIS B 0408:1991 金属プレス加工品の普通寸法公差（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1991 年 2 月 1 日改正・2025 年 6 月 20 日確認）
6. JIS B 0122:1978 加工方法記号（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1978 年 2 月 1 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）

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