切削式ローレット「Ｑｕｉｃｋナーリングツール」の特徴とその活用
山田マシンツール株式会社

内谷 貴幸

薄肉パイプ・小径シャフトにもローレットが可能
なぜ切削なのか？
「ローレット：ｒｏｕｌｅｔｔｅ」という言葉は、賭博器具のルーレットや裁縫用具のルーレットと同じく回転する器具を意味し、その起源はフランス語にあるようだ。英語では「ナーリング：Ｋｎｕｒｌｉｎｇ」といってギザギザの形状のものを意味する。ここでは、「ローレット」として統一する。
その加工の大半は、いわゆるローレット駒により転造で加工されている。しかし、旋盤による転造塑性加工で行われる ローレット掛け は、一見ラフな加工に見えて、安定して加工出来る範囲が少ないことや、加工条件が厳しくなるほどかなりの熟練が必要になるという点で、ユーザーの間では問題になることが多い。
具体的には、ローレット駒による転造加工は①被削材の種類･･････例えば、ステンレス鋼、樹脂、鋳物、調質材に対しての加工領域が狭い。
②ピッチの範囲･･････粗くなればなるほど条件が厳しくなり、機械によってはロードオーバーになる。
③材料の形状･･････薄肉パイプ形状や細長いシャフトものなど、剛性的に弱い形状のワークを加工するのは困難である。
④機械への負荷･･････塑性加工のため機械へのストレスが大きい。などが問題視されている。
ここでは、このような問題の発生する事がないスワロフスキーオプティク社（オーストリア）製の切削式ローレット「Ｑｕｉｃｋナーリングツール」について述べる。

Ｑｕｉｃｋナーリングツールの特徴
表１に、Ｑｕｉｃｋナーリングツールシリーズの特徴を転造と比較し、まとめて示す。
表１
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転造（押付け）と比較したときの切削式ローレット工具の特徴

特徴
機械へのストレスが少ない
加工時間が短い調整段取りに手間がかからない
材料はデリケートな樹脂から難削チタンまで可能
材料への負荷が少ない
挽き目がきれいで光沢を帯びている山の頂点もシャープに上がる

メリット
機械寿命の延長
加工時間の短縮
段取り時間の短縮
多様なワークの加工が可能
加工の安定化
品質向上
品質向上

効

果

コスト効果

品質効果

Quick ナーリングツールシリーズは、旋盤本来の旋削で加工を行うため、その負荷が小さく調整に手間がかからない構造になっている。基本的に押付けタイプに比べて回転数が速い為、加工時間が短い。更には切削面も光沢を帯びていて、山の頂点もシャープに仕上っているため、塑性変形との違いがはっきりと分かる。加工時間や段取り時間が短縮できるだけでなく、品質そのものを向上させることができる。
それらの長所のみならず、切削式ローレットの最大のメリットは、機械やワークへの負荷を最小限に抑えて

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いるところにある。例えば、塑性加工では難しかった薄肉パイプや樹脂へのローレット加工が容易に出来る。
実際に、ピッチと同じ肉厚のパイプを加工しているユーザーもある。
また、機種により細長いワークや大型旋盤に載せるワークまで加工範囲が非常に広く、最小径φ1.5〜最大径φ3000mm までの加工ができる。ピッチも min０．３㎜〜max４．０mm と広範囲である。
さらに、材料は樹脂、黄銅、銅、アルミ合金、鉄、ステンレス鋼、チタンなどで、鋳造品、鍛造品、更には調質材（３２HRC 程度まで）の加工が可能になり、従来のローレット加工のバリエーションを拡大している。
これら全ての要因は、負荷を最小限に抑えている点に特徴がある。

構造と加工パターン
Quick ナーリングツールシリーズは、従来の押付け転造ローレットとカッタ（駒）を材料に切り込んで転がしながら加工するという点では似ているが、根本的にカッタの形状や材料への食付き状態が異なっているために、横送りしながら切屑を出して加工する。写真１に切屑サンプルとそのときの切屑の例を示す。

写真１

切屑サンプルと切屑

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ツールには大きく分けて３タイプある。取りつけられるカッタの枚数によりシングルホイールタイプ、ダブルホイールタイプ、トリプルホイールタイプと呼んでいる。
（図１〜図３）。いずれのタイプもカッタの軸を材料に対して３０°ねじって取りつけられる仕組みになっている。これは削るのに必要なねじれ角をつくるためである。

図１

シングルホイールタイプとねじれ角

図２

ダブルホイールタイプとねじれ角

図３

トリプルホイールタイプとねじれ角

例えば、シングルホイールタイプのホルダで平目を加工するときは、図１の通り３０°ねじれている台座の上にカッタを座らせるから、芯と平行な目を削るには、逆に３０°を相殺するリードをもつカッタを取りつけなければならない。このとき、カッタのエッジに鋭い刃が送り方向にできる。
この刃を切れ刃として X 方向へ切りこむと材料に食い付く。すると材料の回転に同調しカッタも食付きながら回転する。それを Z 軸方向に送ることによって、材料が切削される仕組みになっている。
これはダブルホイールタイプも、トリプルホイールタイプも全て同じ構造になっている。ただし、ローレッ
トのパターンによって、この角度が鈍くなったり鋭くなったりするが、基本的には全て同じロジックで削れる仕組みになっている。

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これらを応用して、ダブルホイールタイプ（KF 型）やトリプルホイールタイプ（STR 型）は図４に示すような俗称 綾目 の四角目（Ｑｕｉｃｋナーリングツールではクロスパターン）や、 菱形目 （同ダイヤモンドパターン）の他、 平目 （同ストレートパターン）も加工が可能である。

平目（ストレートパターン）
図４

四角目（クロスパターン）

菱形目（ダイヤモンドパターン）

ＫＦ型の加工パターンのバリエーション

例えば、クロスパターンは１５°のリードをもった右ねじれと左ねじれの組み合わせを３０°ねじれた台座に座らせ、３０°＋１５°でそれぞれ４５°の左右のねじれが交差し、材料にクロス（十字）目を削る事が出来る。
菱目は９０°と称しているが、実際はリードの無いカッタ（つまり左右のねじれ無し）を取付方向と垂直（つまり９０°）に、材料に対して左右３０°のねじれを削る。３０°どうしの螺旋の交わりは対向角６０°と１２０°の菱形を形成するため、ダイヤモンドパターンと呼んでいる。

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アプリケーション
前述した通りＱｕｉｃｋナーリングツールは大きく分けて３タイプあるが、それぞれの特徴を簡潔に説明する。
（１） シングルホイールタイプ（ＦＬタイプ）
ストレートパターン、スパイラルパターン用で、外観を写真２に示す。

写真２

シングル（ＦＬ）タイプ

写真３

切削加工中のＦＬタイプ

この切削式ローレットは、溝を円周上に削っていくので、カッタを一つの材料の上に走らせると、交差の無い１方向の溝を削っていく。主として、平目や斜目（螺旋目）を削るときに、ＦＬタイプを使用する。
このとき、平目はリード角３０°のカッタ、斜目は４５°スパイラルの場合がリード角１５°のカッタ、３０°スパイラルの場合がリード角（０°）９０°のカッタを使用する。
ヘッドはダブルホイールタイプに比べコンパクトで、調整も単純明快である。
写真３に、切削加工中のＦＬタイプを示す。

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（２） ダブルホイールタイプ（ＫＦタイプ）
ダイヤモンドパターン・クロスパターン・ストレートパターン用で、外観を写真４に示す。

写真４

ダブル（ＫＦ）タイプ

写真５

切削加工中のＫＦタイプ

ＫＦタイプは加工パターンのバリエーションに富み、写真に見えるダイヤルの数値をを材料径に合わせることにより、カッタの接点を円弧に対して可変する事が出来る万能性を備えている。
写真５に、切削加工中のＫＦタイプを示す。
（３） トリプルホイールタイプ（ＳＴＲタイプ）
菱形目（ダイヤモンドパターン）・四角目（クロスパターン）・平目（ストレートパターン）用で、外観を写真６に示す。

写真６

トリプル（ＳＴＲ）タイプ写真７

切削加工中のＳＴＲタイプ

ＳＴＲタイプは、KF タイプと同じく３パターンの加工が可能だが、写真でわかるように、３つのカッタの中心に材料を導入して加工する仕組みになっている。材料を逃がさずバランスよく削れるため、細長い材料でも均等に削る事が出来る。シャンクの内径に納まる材料径であれば長さの制限はない。また独立三つ爪方式になっているため、セッティングが簡単である。
写真７に、切削加工中のＳＴＲタイプを示す。
以上３つのタイプが、Ｑｕｉｃｋナーリングツールの主なアプリケーションとなるが、この３タイプをそれぞれ加工能力径の範囲に従って４段階にツールを分けている。
なお、ホルダは汎用旋盤、卓上旋盤、自動盤、スイス式ＮＣ旋盤、タレット旋盤、ＮＣ旋盤、複合旋盤、ターニングセンタ、６軸自動盤、大型旋盤とあらゆる旋盤に取りつけることができる。
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機種・ピッチの選定
機種の選定は、①４種の加工パターン（ダイヤ・クロス・ストレート・スパイラル）の中から選択して、さらには、②材料径、③機械の種類、④ピッチによって行う。
ピッチは、図面によって様々な呼び方をするので、ユーザーの間で混乱することが多い。Ｑｕｉｃｋナーリ
ングツールでは、ピッチは山（溝）の中心間の距離を mm で表している。
その他に、ｉｎｃｈとモジュール（ｍ）の表示がある。
ｉｎｃｈは番手といって１ｉｎｃｈの中にいくつ山があるかという表わし方で、通常２０番、＃２０、またはＮｏ．２０というような、２桁の番号で表わしている。
例えば４０番を㎜ピッチに換算するには、１ｉｎｃｈ（２５．４㎜）÷４０＝０．６３５＝０．６㎜と近似値換算する。
またモジュールｍとはピッチ円（ローレットの山と谷の中心線）から外径までの距離を表わしていて、それに円周率πを掛けると㎜ピッチに換算できる。例えばｍ（モジュール）＝０．２のとき、０．２×３．１４＝０．６２８＝０．６㎜という様に近似値換算する。

パターン別用途とピッチと深さの関係
切削加工されたローレット目の用途は、部品内容によって千差万別であるが、基本的な用途としては、摩擦係数を上げてすべり止め用がある。インサート部品に使用する場合、平目は主に円周方向にグリップするため回り止めに、’’綾目’’は円周方向、スラスト方向両方にグリップするため抜け止めに使用する事が多い。
基本的には、円周方向の回り止めやスラスト方向の抜け止めは、引っ張ったり回したりと試験をする事によってグリップする力が決定し、それによってピッチや深さが決められる。したがって、ローレット径が大きいほどピッチが粗く、当然溝が深い傾向にある。
ローレットのピッチと溝の深さの関係は、基本的に溝角度が９０°のとき２：１になる。
図５に、ピッチと角度の関係を示す。

図５

ピッチと角度の関係

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カッタに関して切削式ローレットでは、刃先が尖っていることが重要である。したがって、どの大きさのカッタの刃先も、いわゆるピンカドに仕上げてある。そのため、材質としては靭性のあるハイスを使用している。超硬も試験的に製作することもあったが、やはりコストや靭性の面で問題があった。
また、比較的負荷が大きくリードが大きい平目は欠損トラブルが多かった。また粘り強さの限界としてピッチは細かいものに、材料も抵抗の少ないアルミニウム等に限定されてしまう様だ。
Ｑｕｉｃｋナーリングツールでは寿命を伸ばす手段としてカッタ表面に、硬さを増し、耐摩耗性に優れたコーティングを施している。刃先形状がややＲ化することや材料との相性の問題はあるが、一部のユーザーではかなりの効果を上げている。
コーティング材種は、Ｑｕｉｃｋ−ＤＵＲシリーズとしてＴｉＣＮを使っているが、相性を考慮して、ＴｉＮを使用する事もある。
写真８に、コーティングカッタＱｕｉｃｋ−ＤＵＲを示す。

写真８

コーティングカッタ「Ｑｕｉｃｋ−ＤＵＲ」

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クーラントは必要条件
Ｑｕｉｃｋナーリングツールは、カッタが回転している材料に食付きそれに同調して回転するが、その軸はブッシュで受けているため、滑りの摩擦熱が発生する。そのためにクーラントが必要条件となる。水溶性または油性の切削液をカッタの中心にかけることにより、ブッシュが熱膨張しカッタの内径に食付く、いわゆる焼き付きの防止となる。
また、ホルダに付属している潤滑剤の「モリコート」をブッシュに塗ることによっても焼き付きは防止できる。
クーラントはそれ以外にも切屑を洗い流すため目詰まりを防止したり、刃先の発熱を防止するので Quick ナーリングツールの寿命を延ばす要因にもなっている。
写真９にＱｕｉｃｋナーリングツールによるローレット加工でのクーラントのかけ方を示す。

写真９

クーラントのかけ方

ダブらないローレットの仕組み
基本的にローレットは、外周をピッチで割り切れなくてもダブらない仕組みになっている。これは、加工するカッタと加工される材料の山形状のギャップに呑まれてしまうからだ。
基本的にカッタの山角度が９０度で成形されていても加工する溝は加工誤差により鈍角になる。つまり出来あがる材料の方は山角度も谷角度も互いに大きくなり、ピッチが伸びてしまうのだ。
ある程度の切り込みを入れれば、カッタが材料に同調して回転している間に、１周の山を均等化し、割り切れない余りはそのギャップ中に吸収されてしまうのである。
しかし、ある程度（基本的に６〜７割）の切り込みが得られないと、材料側のローレットのランド（山頂の平らな部分）が広くなるため、そこにカッタの山（刃）が刺さり易くなったり、食い付きが不足しているためびびり（振動）が生じたりしてダブりやすくなってしまう。
また、材料が振れていたり、ツールや材料の突き出し量が大きいと、問題はより大きくなる。
最後に、切削式ローレットでセレーションも削れるのではないか？という質問がよくある。これは先ほど述
べた通り、形状に問題があるため不可能である。そこが、歯切りとローレットとの大きな違いである。
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