コバールの特性と切削加工性

コバールの最大の特徴は、熱膨張係数が硬質ガラスやセラミックスに近い点にあります。この特性により、異なる材料を接合する際に発生する膨張率の差による割れや破損を防ぐことができます。さらに、優れた気密性と耐食性を有し、過酷な環境下でも安定した性能を発揮します。
真空溶解によって精製されるため、化学組成のばらつきが少なく、均一な熱膨張特性を示します。常温付近での低い熱膨張率と耐熱性の高さから、高精度が求められる用途や封着、封入、接触時の熱割れ防止に非常に有用です。また、鋼、銅、ニッケルとの溶接・ろう付けが可能なため、異種材料の接合にも適しています。

一方、コバールは熱伝導率が低く、粘り強い性質を持つため加工や切削が困難です。生産現場ではバリの除去に時間を要するほか、入手時に反りが見られる場合があるため、調達時には大きいサイズを選ぶなどの注意が必要です。

コバールの切削加工が困難な理由は、主に以下の3点に集約されます。

①切削時の熱問題

コバールは熱伝導率が低いため、切削部位に熱がこもりやすく、刃先温度が上昇すると工具の劣化が進行します。コバールの熱伝導率は約17 W/(m·K)で、同じニッケル合金のインコネル（11.5～14.8 W/(m·K)）と近い値です。

②加工硬化の発生

金属を塑性変形させる際に硬化する加工硬化は、切削加工において工具寿命を縮める要因となります。加工硬化が進むとチッピング（刃先の欠損）が発生し、加工精度や仕上がりに悪影響を与える恐れがあります。したがって、加工硬化が起こりにくい切削条件の確立が重要です。

③工具に切粉が溶着する

コバールは粘性と延性が高いため、切削時に発生する切粉が工具に付着しやすいです。この溶着現象は、工具の損傷や加工不良、製品不良の原因となるため、適切な工具選定と切削条件の見直しが必要となります。

上記の問題が重なると、切削工具や刃先が微細に欠けたり、切粉が工具に残留して過度な削りが発生するなど、加工精度の低下を招きます。そのため、各工程での条件設定や工具選定には細心の注意が必要です。

コバールの活用用途

コバールは、その低熱膨張率を活かし、主に電子部品やトランジスタ関連の用途で利用されています。電子部品の製造や組み立て工程では、金属、ガラス、セラミックスなど異種材料の接合が必要ですが、材料間の熱膨張率の差が熱割れなどの問題を引き起こす可能性があります。
硬質ガラスやセラミックスと熱膨張係数が近いコバールは、こうした異種材接合の問題を解決するための理想的な接合部材となります。具体的には、トランジスタのリードキャップ、ICリードフレーム、高出力通信管部品、水晶振動ケースなど、光通信関連部品の製造や電子管のガラス封入材料として活用され、コバールの性質を最大限に発揮しています。