機械設計 #24：アンダーカットとは？見分け方・加工・コスト増を防ぐ方法

機械図面において、アンダーカット という語はかなり広く使われます。軸の肩の逃げ溝を指す人もいれば、通常のエンドミルが届かない凹部を指す人もいます。そしてプラスチック金型設計では、アンダーカットは製品を型開き方向に取り出せなくする形状のことです。

どの分野について話しているかを明確にしないと、同じ語がまったく異なる3つの解釈につながりえます。

機能を作るための 意図的な形状；
標準的な方法では 加工が難しい、または不可能な領域；
溶接のアンダーカットのような、除去すべき欠陥。

ですから、加工先と相談するとき、単に「アンダーカットがある」と一般的に記すべきではありません。設計者は明確にする必要があります。

アンダーカットがどこにあるか；
何のために使うか；
工具のアプローチ方向または脱型方向；
管理すべき寸法と公差；
どの面が本当に機能を持つか；
構造変更や部品分割が許されるか。

本記事は、機械設計者が最もよく出会う場合に焦点を当てます。切削加工、金型設計、逃げ溝、組立構造、溶接欠陥 です。

1. アンダーカットの本質を正しく理解する

1.1. 設計・製造における実務的な定義

機械製造において、アンダーカットは次のように理解できます。

面の後ろに隠れた、または凹んだ幾何領域で、工具・電極・金型・標準的な道具が通常の運動方向でアクセスまたは引き抜きできないもの。

重要な点は、部品に「溝がある」「凹みがある」ことではなく、アクセスと引き抜きの可否 にあります。

例：

通常の溝入れ工具で旋削できる軸上の丸溝は、必ずしも加工困難なアンダーカットではありません。
立て壁の後ろにある空洞で、エンドミルが届かないものは、フライス加工でのアンダーカットです。
型開き方向を妨げるプラスチックのフックは、射出成形でのアンダーカットです。
ねじ根元の逃げ溝は通常アンダーカットまたは逃げ溝と呼ばれますが、その目的は工具の逃げを作り、機能面が全長にわたるようにすることです。

したがって、図面を読むときや技術的な相談のときは、すぐに問うべきです。

アンダーカットは形状の意味か、加工技術の意味か、それとも欠陥の意味か？

2. アンダーカットは常に悪い設計ではない

アンダーカットは通常コストを上げますが、あらゆるアンダーカットを除くべきだと結論づけることはできません。

多くの機構は、凹んだ形状、フック、特別な溝があってはじめて動作します。

2.1. よくある用途

用途	アンダーカットの役割	設計メモ
止め輪溝	部品を軸方向に保持	溝幅、溝底径、角R、残り断面の強度を確認
Oリング溝	シール要素を保持し圧縮を制御	すべてのOリング溝が加工困難なアンダーカットではない；加工方向と溝位置を考慮
スナップフィット	ねじなしで弾性ロックフックを作る	組立時の変形、材料の許容伸び、着脱回数を確認
Tスロット	部品のクランプと位置決め	通常専用のTスロットカッターが必要、直溝より切りくず排出が難しい
あり溝	案内または機械的ロック	あり溝カッターが必要、溝口の角度と寸法を管理
軸の肩の逃げ溝	工具が全ストローク走れるようにし、角Rとの干渉を避ける	標準または実際のはめあい要求に従って選ぶ
横穴、内部空洞	油・空気の通路やロック機構を作る	斜め穴あけ、EDM、5軸、部品分割が必要になりうる
プラスチック製品のフック・保持リッジ	組立機能を作る	金型にスライド、リフター、取り外しコアが必要になりうる

2.2. すべての溝をアンダーカットと呼ぶべきでない

実務での呼び方には混同しやすいものがあります。

キー溝 はキーの溝で、常にアンダーカットとみなされるわけではありません。
Oリング溝 はシール溝で、位置や加工方向が標準工具のアクセスを難しくするときにのみ、技術的な意味でアンダーカットになります。
逃げ溝 は逃げで、意図的なアンダーカットの一種ですが、標準と機能を明示する必要があります。
通常の ポケット は、工具が直接入れるなら必ずしもアンダーカットではありません。

正しい呼称は、加工先が方法と必要コストをすぐ理解するのに役立ちます。

3. 切削加工におけるアンダーカット

3.1. 核心的な問題は工具のアクセス可否

3軸フライスでは、工具は通常上方からアプローチします。切削したい領域が壁の後ろや突き出た縁の下にあると、通常のエンドミルは工具シャンク、ホルダー、スピンドルに当たらずには届きません。

これが加工での典型的なアンダーカットです。

よくある原因：

外壁が切削したい領域を隠す；
空洞の深さが工具の有効長より大きい；
工具の首が大きすぎる；
設計した角Rが使える工具Rより小さい；
刃先が位置に届く前にホルダーが部品に当たる；
切削したい領域が横方向または裏面からしかアクセスできない。

3.2. よく使う加工方法

Tスロットカッター

Tスロットや、口より底が広い溝の加工に使います。

利点：

一般的；
標準溝に適する；
形状が単純なら5軸やEDMより低コスト。

制限：

工具の首が小さく剛性が低い；
切りくず排出が難しい；
工具の突き出しが大きいと振動しやすい；
深い空洞や非常に小さいRに不適。

あり溝カッター

傾斜面のある溝やあり溝案内機構に使います。

管理すべき点：

工具角度；
切込み深さ；
口の幅；
刃先の摩耗；
加工後の測定方法。

ロリポップカッターまたはアンダーカットカッター

縁の後ろや凹曲面の領域を切るのに使います。

隠れた領域にアクセスできる利点がありますが：

剛性が通常低い；
工具の首が当たりやすい；
工具経路が複雑；
加工時間が長い；
慎重なCAMシミュレーションが必要。

5軸加工

5軸機は工具または테ーブルを傾けて適したアプローチ方向を作れます。

しかし、5軸はあらゆるアンダーカットを自動的に加工しやすい形状に変えるわけではありません。なお確認が必要です。

ホルダーが当たらないか；
工具長は足りるか；
傾斜角が機械の限界を超えないか；
治具が妨げないか；
工具を傾けたときの剛性；
複数軸の累積誤差；
プログラム、段取り、検査のコスト。

EDM

EDMは次のときに適します。

材料が熱処理済み；
深い空洞、小さい角；
複雑形状；
通常の切削工具がアクセスできない；
正確な輪郭が必要。

使えるもの：

貫通輪郭には ワイヤーEDM；
空洞や非貫通輪郭には 形彫りEDM。

欠点：

加工時間が長い；
形彫りEDMは電極の製作が必要；
放電による変質層がある；
通常の切削法より高コスト。

3.3. コストを大きく上げる要因

アンダーカットは、単に「変わった形状」だからコストを上げるのではなく、多くの二次工程を引き込むために上がります。

機械を変えなければならない；
専用工具を使わなければならない；
何度も段取り替えが必要；
複雑なCAMが必要；
干渉シミュレーションが必要；
切削速度を下げなければならない；
切りくず排出が難しい；
測定が難しい；
工具破損のリスクが増える；
段取り時間が増える；
特注工具が必要になりうる。

ですから、図面上の小さなアンダーカットが、部品コストを想定以上に上げることがあります。

4. 軸とねじの逃げ溝

4.1. なぜ逃げ溝が必要か

軸の肩を旋削するとき、ねじを切るとき、肩に近い面を研削するとき、工具は終端位置で絶対的な直角を作れません。工具には逃げ走りが必要で、なければ：

ねじの有効長が足りない；
軸受の肩が密着しない；
はめあい部品が角Rに干渉する；
停止点で工具が過負荷になる；
ストローク終端の面が傷ついたり寸法が狂ったりしうる。

この問題を解決するために逃げ溝を追加します。

4.2. 寸法を感覚で自分で選ばない

溝の寸法は次に合わせる必要があります。

軸径；
工具の種類；
ねじピッチ；
隣接するはめあい部品；
軸受・ブッシュ・ハブの面取りR；
疲労強度の要求；
適用する設計標準。

溝が小さすぎると：

工具が完全に逃げない；
はめあい部品がなお干渉する；
機能面の長さが足りない。

溝が深すぎる、または角が鋭すぎると：

軸の断面が減る；
応力集中が増える；
軸の肩で疲労割れしやすい。

4.3. 角Rとはめあい部品を確認する

軸受やハブがはまる軸の肩を設計するとき、同時に確認しなければなりません。

軸の肩の角R；
はめあい部品のRまたは面取り；
肩の高さ；
逃げ溝の径；
溝の幅；
加工性と測定性。

詳細断面や参照標準なしに「アンダーカット」とだけ記すべきではありません。

5. 射出成形金型設計におけるアンダーカット

5.1. 脱型方向による定義

射出成形金型において、アンダーカットは、主型開き方向への製品の取り出しを妨げる形状部です。

よくある例：

横穴；
スナップフィットのフック；
側面の保持リッジ；
内側の凹溝；
横ねじ；
壁の後ろの膨らみ；
コアとキャビティの方向と一致しない穴や空洞。

処理機構がないと、製品は：

取り出せない；
引き裂かれる；
変形する；
白化が出る；
フック根元で割れる；
金型やエジェクタピンを損傷する。

5.2. 金型での処理の解決策

解決策	適した場合	影響
スライドコア	外側アンダーカットまたは横穴	金型サイズ、部品数、保守が増える
リフター／傾斜コア	内側アンダーカット	十分な上昇ストロークと逃げ空間が必要
コラプシブルコア	内側のねじやリングリッジ	機構が複雑、高コスト
回転抜き機構	回転で外す必要のある内ねじ・外ねじ	サイクルが長く、制御が複雑
取り外しインサート	少量または単純なアンダーカット	手作業がかかる
強制脱型	小さいアンダーカット、十分に弾性のある材料	変形と応力を慎重に計算する必要がある
パーティングラインの再分割	型開き方向を変えられる	外観に影響しなければ通常良い解決策
製品形状の変更	機能が許すとき	金型コストとリスクを大きく減らせる

5.3. 強制脱型におけるアンダーカット率

弾性のあるプラスチック製品では、一部の小さいアンダーカットはスライドなしで強制脱型できます。

しかし、あらゆる材料に一つの共通の数字を使うべきではありません。

強制脱型能力は次に依存します。

プラスチックの種類；
強化繊維の有無；
破断伸び；
肉厚；
脱型時の製品温度；
フックの形状；
フック根元のR；
変形の長さ；
突き出し速度；
製品寿命での着脱回数。

よく使う表現の一つは：

アンダーカット率 (%) = (D - d) / D × 100

ここで：

D：取り出し時に通らなければならない最大寸法；
d：首または出口の寸法。

定義は各材料メーカーの資料により異なりえます。ですから、実際の設計に数値を使うときは、正しい材料資料と部品構造に照合しなければなりません。

5.4. 形状を確定する前のDFM

スライドやリフターを受け入れる前に、確認すべきです。

型開き方向を変えられるか；
アンダーカットをパーティングラインに乗せられるか；
弾性フックのために隙間を追加できるか；
製品を2部品に分けられるか；
フックをねじ、ピン、インサートに置き換えられるか；
複雑な金型のコストを補うほど生産量が十分か；
スライド機構が冷却ラインに影響するか；
スライド位置が金型を弱くしたり保守を難しくしたりするか。

多くのプロジェクトで、製品の小さな変更が金型コストと型試験時間を大きく減らせます。

6. 溶接におけるアンダーカットは欠陥である

溶接において、アンダーカットは機能形状ではなく、溶接止端に食い込んだ溝で、母材が溶けたのに溶接金属で埋められていない部分です。

6.1. なぜ危険か

アンダーカット溝は次を生みます。

耐力断面の減少；
応力集中点；
疲労き裂の起点；
局所腐食のリスク；
振動を受ける構造の強度低下。

機械フレーム、支持台、溶接ベース、繰り返し荷重を受ける構造では、溶接が外から連続に見えてもアンダーカットは危険でありえます。

6.2. よくある原因

溶接電流が高すぎる；
溶接速度が速すぎる；
トーチ角度が不適切；
アーク長が長すぎる；
ウィービング操作が正しくない；
熱分布が不均一；
継手縁の準備が不適切；
溶接止端での止め技術が悪い。

6.3. 検査と合否基準

許容限界は次に依存します。

適用する溶接標準；
構造の種類；
荷重方向；
静荷重か疲労荷重か；
材料の厚さ；
溶接品質等級；
顧客の要求。

0.3 mm のような一つの値を、あらゆる製品に共通で適用すべきではありません。図面または検査標準が合否基準を明示しなければなりません。

7. アンダーカットとオーバーカットの区別

この2語は、常に完全な対義語の組ではありません。

一般の加工では：

アンダーカット は、隠れた凹領域や、要求形状に達していない領域を指しうる。
オーバーカット は、通常、寸法を超えて切ることや材料を過度に除去することを指す。

EDMでは、オーバーカットは、放電ギャップによる電極と加工空洞の寸法差を指すこともあります。これは電極設計時に計算すべき値で、必ずしも不良ではありません。

ですから、NG報告や金型修正依頼を書くときは、定量的な記述を添えるべきです。

どれだけ不足か；
どれだけ過剰か；
どの位置でずれているか；
どの呼び寸法またはCAD輪郭に対してか；
測定方法は何か。

8. アンダーカット寸法に共通の標準はあるか？

あらゆる分野で共通に使うアンダーカット寸法はありません。

8.1. 機械図面において

JIS、ISO、社内標準などの標準は次を規定しうる。

不定形の縁；
逃げ溝；
ねじの逃げ；
角R；
面取りの一般要求；
表面記号。

しかし、設計者はなお各形状に正しい標準を選ばなければなりません。一つの一般的な注記だけを記して、加工先が推測してくれると期待すべきではありません。

8.2. 射出成形において

アンダーカットの限界は次から取るべきです。

材料データ；
プラスチックメーカーの設計ガイド；
変形シミュレーション；
金型の経験；
実際の試験。

無強化プラスチックとガラス繊維強化プラスチックでは、強制脱型能力が大きく異なります。

8.3. 溶接において

欠陥限界は、溶接品質標準と構造の種類に依存します。疲労荷重の構造は、静荷重の構造より通常厳しいのです。

9. よくあるアンダーカット設計ミス

9.1. 工具を考えず3Dモデルだけで確認する

作れるCADモデルは、加工できることを意味しません。

確認が必要です。

工具径；
刃長；
工具の首長さ；
ホルダーの寸法；
段取り方向；
段取り替えの回数；
工具の逃げ経路；
測定性。

9.2. 小さすぎる角Rを使う

小さいRは、加工先に次を強いることがあります。

非常に小さい工具；
EDM；
多くの加工ステップ；
低い切削速度；
長い研磨時間。

面に特別な機能がなければ、標準工具が安定して加工できる水準までRを大きくすべきです。

9.3. 深い空洞なのに口が狭すぎる

深い空洞と狭い口は次を招きます。

弱い工具；
切りくず排出の困難；
振動の増加；
クーラントを入れにくい；
空洞底の測定が難しい；
ホルダー干渉リスクの増加。

9.4. 脱型性を考えない

小さいプラスチックフックが、金型にスライドを追加させることがあります。コスト増は金型製作だけでなく、次でも起こります。

保守；
サイクルタイム；
スライド固着のリスク；
冷却配置の制限；
金型サイズの増加；
交換部品数の増加。

9.5. 機能面を明示しない

アンダーカット全体に厳しい公差と低い粗さが要求されると、コストが大きく上がります。

区別すべきです。

シール面；
案内面；
クランプ面；
工具逃げだけが必要な面；
非機能面。

9.6. 溝根元の強度確認を忘れる

逃げ溝、止め輪溝、ロック溝はすべて断面を減らします。繰り返し荷重を受けるなら、確認しなければなりません。

公称応力；
応力集中係数；
溝根元のR；
粗さ；
熱処理；
円周方向の傷；
曲げとねじりの複合荷重。

10. 設計段階からコストを減らす方法

10.1. 工具のアクセス経路を開く

次ができます。

空洞を貫通にする；
工程穴を追加する；
空洞の口を広げる；
加工方向を変える；
不要な壁を除く；
対向面からの加工を許す。

工程穴は、適用前に気密性、剛性、外観について評価する必要があります。

10.2. 一つの複雑部品を複数の単純部品に分ける

部品分割は通常、次のとき有効です。

アンダーカットが非常に深い；
5軸やEDMを使わなければならない；
部品は大きいが複雑領域は非常に小さい；
ピンで位置決めしボルト締結できる；
継ぎ目が剛性や気密に影響しない。

ただし、加工コストを減らすためだけに分割して、次を無視すべきではありません。

組立誤差；
部品数；
組立時間；
剛性；
ゆるみ止め；
保守；
在庫。

10.3. 標準部品を使う

一部の形状は次に置き換えられます。

止め輪；
ロックナット；
止めブッシュ；
インサート；
ピン；
ボルト締めカバー；
標準Tスロット付きアルミプロファイル。

10.4. 標準工具を許容する

加工先と相談して次を知りましょう。

一般的な工具径；
工具ノーズR；
標準工具長；
入手可能なTスロットカッター寸法；
機械の限界；
安定して達成できる公差。

Rや溝幅の小さな変更で、特注工具をなくせることがあります。

11. 図面へのアンダーカットの記載

「UNDERCUT」という語を矢印付きで記すだけにすべきではありません。

十分に示すべきです。

拡大断面；
径または幅；
深さ；
R；
角度；
公差；
機能があれば粗さ；
適用するなら逃げ溝の標準；
バリを許さない領域；
面取り要求；
必要なら加工方向または脱型方向；
ゲージ、CMM、光学測定機による検査要求。

注記の例：

逃げ溝は適用する標準に従う。
軸受取付縁にバリを残さない。
面Aは機能面、Ra 1.6。
溝寸法ははめあい領域Ø...を侵してはならない。

実際の注記は、具体的な標準と構造に合わせて調整しなければなりません。

12. 設計者向けチェックリスト

3Dモデルを確定する前に

アンダーカットがどんな機能を作るために使われるかを明確に特定した。
機能を保ちつつアンダーカットを除けるか確認した。
加工方向または型開き方向を特定した。
工具、ホルダー、スピンドル、金型がアクセスできるか確認した。
切りくず排出と冷却の能力を確認した。
残り断面が十分に強いか確認した。
角Rと応力集中を確認した。
機能面と工具逃げだけの面を区別した。
測定方法を特定した。
加工先または金型メーカーとDFMを相談した。

加工部品について

標準工具が使えるか、特注工具が必要か。
5軸機、EDM、複数段取りが必要か。
工具長が剛性を下げるか。
ホルダーに干渉リスクがあるか。
公差と粗さが本当に必要か。
工程穴を追加できるか、部品を分けられるか。
逃げ溝が適した標準に従うか。
角Rがはめあい部品と適合するか。

射出成形製品について

脱型方向を正確に特定した。
すべての横穴、フック、側面リッジを確認した。
パーティングラインを変えてアンダーカットを除けるか。
スライド、リフター、回転抜き機構が必要か。
材料の変形限界を超えずに強制脱型できるか。
白化、フック根元割れ、変形を確認した。
金型機構が冷却ラインとサイクルタイムに影響するか。
生産量が金型投資水準に見合うか。

溶接構造について

図面が溶接品質標準を明示した。
疲労荷重を受ける位置を特定した。
溶接止端のアンダーカットを確認した。
合否基準は、あらゆる構造に一つの値を共通で使わない。
必要なとき外観検査やNDTの計画がある。

13. まとめ

アンダーカットは単一の形状ではなく、常に不良でもありません。

機械設計では、明確に区別する必要があります。

切削加工でのアンダーカット：標準工具がアクセスしにくい領域；
金型でのアンダーカット：製品取り出しを妨げる形状；
逃げ溝としてのアンダーカット：工具やはめあい部品が干渉しないための意図的な形状；
溶接でのアンダーカット：管理すべき溶接止端の欠陥。

共通点は、アンダーカットが常に 運動方向、アクセス可否、製造技術性 に直接関係することです。

部品はCAD上ではとても単純に見えても、たった一つの小さなアンダーカット領域が、加工方法、金型構造、製作時間、検査方法を完全に変えることがあります。

図面を発行する前に、設計者は自問すべきです。

この形状は本当に必要か？
工具や金型はどの方向からアクセスするか？
より単純な代替案はないか？
どの部分に厳しい公差と粗さが必要か？
加工先はどう検査するか？
追加コストは得られる機能に見合うか？

アンダーカットを製造の視点で理解すれば、「CADはできるが現場はできない」という多くの場合を避けられ、同時に発注後の図面修正、代替案変更、コスト発生を大きく減らせます。

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