〈技術編〉

超硬金型加工技術の高度化
あいち産業科学技術総合センター産業技術センター 主任研究員
山形県工業技術センター 専門研究員 齊藤寛史
名古屋大学 工学研究科 教授 社本英二
オークマ株式会社、トヨタ自動車株式会社

河田圭一、主任児玉英也▶〈関連ページ〉35ページ

狙い 超硬金型は一般に放電加工と磨き作業により製作されており、製作時間が長くコスト高なことが課題となっている。本研究では比較的安価なダイヤモンドコーティングエンドミ
ル工具を用いた切削による直彫り加工の高度化に関する技術開発を行った。また、エンドミル加工以外の試みとして、
図１に示す楕円振動切削加工法を用いた超硬合金の加工技術の開発
１．ダイヤモンドコーティングエンドミルによる超硬合金の加工
１．ダイヤモンドコーティングエンドミルによる超硬合金の加工にも取り組んだ。

図1（１）ベベルギア金型の直彫り加工
高精度マシニングセンタを使用し、超硬（１）ベベルギア金型の直彫り加工合金（G4）のベベルギア金型の試作を高精度マシニングセンタを使用し、超硬行った。当初80H要した加工時間を40H合金（G4）のベベルギア金型の試作をに短縮するとともに、良好な仕上げ面粗行った。当初80H要した加工時間を40Hさ、歯形精度を得た。に短縮するとともに、良好な仕上げ面粗さ、歯形精度を得た。

２．楕円振動切削による超硬合金の加工
２．楕円振動切削による超硬合金の加工

１．ダイヤモンドコーティングエンドミルによる超硬合金の加工
１．ダイヤモンドコーティングエンドミルによる超硬合金の加工
１．ダイヤモンドコーティングエンドミルによる超硬合金の加工

技術編

成果

楕円振動切削加工法

図1は楕円振動切削を用いてダイヤコート工具とナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工した超硬合金の写真で
図1は楕円振動切削を用いてダイヤコート工具とナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工した超硬合金の写真である。切削抵抗と表面粗さの結果を図2、加工後の工具を図3に示す。何れの工具でも、背分力(Thrust force)
２．楕円振動切削による超硬合金の加工試作したベベルギア金型ある。切削抵抗と表面粗さの結果を図2、加工後の工具を図3に示す。何れの工具でも、背分力(Thrustforce)が加工開始時より2倍程度まで上昇したものの、ダイヤモンドコーティングの剥離や大きなチッピングは見ら試作したベベルギア金型が加工開始時より2倍程度まで上昇したものの、ダイヤモンドコーティングの剥離や大きなチッピングは見ら（１）ベベルギア金型の直彫り加工
図1は楕円振動切削を用いてダイヤコート工具とナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工した超硬合金の写真でれない。ナノ多結晶ダイヤモンド工具による加工面の表面粗さは、最大高さで0.3μm以下が得られた。
（２）刃先のパルスレーザ研削（PLG）処理によるれない。ナノ多結晶ダイヤモンド工具による加工面の表面粗さは、最大高さで0.3μm以下が得られた。
（１）ベベルギア金型の直彫り加工
高精度マシニングセンタを使用し、超硬ある。切削抵抗と表面粗さの結果を図2、加工後の工具を図3に示す。何れの工具でも、背分力(Thrust force)（１）ベベルギア金型の直彫り加工
コーティング剥離の抑制（２）刃先のパルスレーザ研削（PLG）処理による 50合金（G4）のベベルギア金型の試作を高精度マシニングセンタを使用し、超硬が加工開始時より2倍程度まで上昇したものの、ダイヤモンドコーティングの剥離や大きなチッピングは見ら高精度マシニングセンタを使用し、超硬市販品
50
市販品の刃先Rは約19μmのため、背分力が大きコーティング剥離の抑制合金（G4）のベベルギア金型の試作を行った。当初80H要した加工時間を40Hれない。ナノ多結晶ダイヤモンド工具による加工面の表面粗さは、最大高さで0.3μm以下が得られた。
合金（G4）のベベルギア金型の試作を市販品
PLG処理く、早期に剥離が発生した。PLG処理により刃先R行った。当初80H要した加工時間を40Hに短縮するとともに、良好な仕上げ面粗行った。当初80H要した加工時間を40H 市販品の刃先Rは約19μmのため、背分力が大き 40
PLG処理（約2μm）を小さくして背分力を低減し、剥離の発く、早期に剥離が発生した。PLG処理により刃先Rさ、歯形精度を得た。に短縮するとともに、良好な仕上げ面粗に短縮するとともに、良好な仕上げ面粗
モンドコーティングエンドミルによる超硬合金の加工
40
図1は楕円振動切削を用いてダイヤコート工具とナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工した超硬合金の写真で生を抑制することが可能。
（約2μm）を小さくして背分力を低減し、剥離の発さ、歯形精度を得た。
さ、歯形精度を得た。
図1は楕円振動切削を用いてダイヤコート工具とナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工した超硬合金の写真でナノ多結晶ダイヤある。切削抵抗と表面粗さの結果を図2、加工後の工具を図3に示す。何れの工具でも、背分力(Thrustforce)生を抑制することが可能。
30
ナノ多結晶ダイヤある。切削抵抗と表面粗さの結果を図2、加工後の工具を図3に示す。何れの工具でも、背分力(Thrustforce)
モンド工具で加工が加工開始時より2倍程度まで上昇したものの、ダイヤモンドコーティングの剥離や大きなチッピングは見らモンド工具で加工
30が加工開始時より2倍程度まで上昇したものの、ダイヤモンドコーティングの剥離や大きなチッピングは見ら試作したベベルギア金型
ギア金型の直彫り加工
図1は楕円振動切削を用いてダイヤコート工具とナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工した超硬合金の写真でナノ多結晶ダイヤれない。ナノ多結晶ダイヤモンド工具による加工面の表面粗さは、最大高さで0.3μm以下が得られた。
ダイヤコート
図1は楕円振動切削を用いてダイヤコート工具とナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工した超硬合金の写真で試作したベベルギア金型れない。ナノ多結晶ダイヤモンド工具による加工面の表面粗さは、最大高さで0.3μm以下が得られた。
モンド工具で加工ニングセンタを使用し、超硬試作したベベルギア金型ある。切削抵抗と表面粗さの結果を図2、加工後の工具を図3に示す。何れの工具でも、背分力(Thrustforce)20
ダイヤコート工具で加工ある。切削抵抗と表面粗さの結果を図2、加工後の工具を図3に示す。何れの工具でも、背分力(Thrustforce)のベベルギア金型の試作を （２）刃先のパルスレーザ研削（PLG）処理によるが加工開始時より2倍程度まで上昇したものの、ダイヤモンドコーティングの剥離や大きなチッピングは見ら20
工具で加工
ダイヤコート
初80H要した加工時間を40H（２）刃先のパルスレーザ研削（PLG）処理によるが加工開始時より2倍程度まで上昇したものの、ダイヤモンドコーティングの剥離や大きなチッピングは見ら50
コーティング剥離の抑制れない。ナノ多結晶ダイヤモンド工具による加工面の表面粗さは、最大高さで0.3μm以下が得られた。
工具で加工（２）刃先のパルスレーザ研削（PLG）処理による50とともに、良好な仕上げ面粗市販品の刃先Rは約19μmのため、背分力が大き10
市販品
コーティング剥離の抑制50れない。ナノ多結晶ダイヤモンド工具による加工面の表面粗さは、最大高さで0.3μm以下が得られた。
コーティング剥離の抑制
図1 楕円振動切削した超硬合金度を得た。
市販品
10
PLG処理
市販品の刃先Rは約19μmのため、背分力が大きく、早期に剥離が発生した。PLG処理により刃先R
市販品
図2 切削抵抗と表面粗さ測定結果
剥離発生
市販品の刃先Rは約19μmのため、背分力が大き
図1 楕円振動切削した超硬合金
40(材質:トーカロイG4)
PLG処理
図2 切削抵抗と表面粗さ測定結果
く、早期に剥離が発生した。PLG処理により刃先R（約2μm）を小さくして背分力を低減し、剥離の発ナノ多結晶ダイヤ
図1 楕円振動切削した超硬合金
PLG処理
剥離発生
く、早期に剥離が発生した。PLG処理により刃先R(材質:トーカロイG4)400
図2 切削抵抗と表面粗さ測定結果
40ナノ多結晶ダイヤ（約2μm）を小さくして背分力を低減し、剥離の発生を抑制することが可能。
モンド工具で加工(材質:トーカロイG4)（約2μm）を小さくして背分力を低減し、剥離の発00
2000
4000
6000
8000
モンド工具で加工生を抑制することが可能。
生を抑制することが可能。
試作したベベルギア金型
30
切削距離（mm）
02000
4000
6000
8000
ダイヤコート30
ナノ多結晶ダイヤ30使用したエンドミル（ダイヤモンドコーティング）
ダイヤコート
切削距離（mm）
Rake
face
Rake face
工具で加工剥離発生の状況
ナノ多結晶ダイヤモンド工具で加工
Rake face
Rake face
工具で加工
パルスレーザ研削（PLG）処理による使用したエンドミル（ダイヤモンドコーティング）
Rakeface
Rake face
モンド工具で加工
20
剥離発生の状況
50
剥離の抑制
20
ダイヤコート20
市販品
先Rは約19μmのため、背分力が大き
ダイヤコート図1 楕円振動切削した超硬合金工具で加工PLG処理剥離が発生した。PLG処理により刃先R
図2 切削抵抗と表面粗さ測定結果
図1 楕円振動切削した超硬合金
工具で加工
1040
(材質:トーカロイG4)
図2 切削抵抗と表面粗さ測定結果小さくして背分力を低減し、剥離の発10(材質:トーカロイG4)
10剥離発生ることが可能。

２．楕円振動切削による超硬合金の加工
２．楕円振動切削による超硬合金の加工切削抵抗（N）

3020
使用したエンドミル（ダイヤモンドコーティング）
使用したエンドミル（ダイヤモンドコーティング）
使用したエンドミル（ダイヤモンドコーティング）
10000 00050 μm
50 μm
剥離発生
50 μm
50Flankμm face
図1 楕円振動切削した超硬合金
Flank
face
剥離発生
50 μm
50 μm
Flank face
Flank face
図2
切削抵抗と表面粗さ測定結果
図1 楕円振動切削した超硬合金
Flank
face
Flank face
(材質:トーカロイG4)
図2
切削抵抗と表面粗さ測定結果
2000
4000
6000
8000
Diamond-coatingtool
BL-UPC toolDiamond-coating tool
BL-UPC tool
(材質:トーカロイG4)
Rake face Diamond-coating tool Rake face
BL-UPC tool

Rake face
Rake face

2000
4000
6000
2000 切削距離（mm）
4000
6000
切削距離（mm）
切削距離（mm）
剥離発生の状況剥離発生の状況
剥離発生の状況

8000
8000

Rake face
Rake face

50 μm
Flank face
50 μm
Flank face
Diamond-coating toolDiamond-coating tool0

用したエンドミル（ダイヤモンドコーティング）

2000

4000
切削距離（mm）

6000

8000
50 μm
50 μm

Flank face

剥離発生の状況 Flank face

技術的優位性Rake face

図3 加工後の工具観察結果
図3 加工後の工具観察結果

図3 加工後の工具観察結果

剥離発生

0

Rake face

試 作 品・製 品 編

切削抵抗（N）

切削抵抗（N）
切削抵抗（N）
切削抵抗（N）

切削抵抗（N）

２．楕円振動切削による超硬合金の加工
２．楕円振動切削による超硬合金の加工

Diamond-coating toolDiamond-coating tool

50 μm
Flank face
50 μm
Flank face
BL-UPC tool
BL-UPC tool

図3 加工後の工具観察結果
図3 加工後の工具観察結果

50 μm
Flank face
50 μm
Flank face
BL-UPC tool
BL-UPC tool

図3 加工後の工具観察結果
図3 加工後の工具観察結果期待される活用法

超硬合金の切削加工において、安価なダイヤモンド

超硬合金は、高温でも高い硬度を有することから、プコーティング工具のコーティング層の剥離を抑制すレス金型等に用いられる。例として自動車用歯車をる方法として、PLG処理および楕円振動切削が有効製造するプレス金型では、自動車の損失低減のためであることを示した。また、ナノ多結晶ダイヤモンに高精度な金型加工技術が求められる。従来技術でド工具は、単結晶ダイヤモンド工具に比べて切削距は研削加工や放電加工後に磨き工程が必要とされる離2倍以上でも大きなチッピングを生じないことをが、形状精度の低下を招く。本加工技術により切削だ実証した。

けで超硬合金の金型を加工できれば、金型の精度向上や低コスト化に繋がる。

■お問い合わせ／あいち産業科学技術総合センター産業技術センター
e‑mail：hideya̲kodama@aichi‑inst.jp

主任

電話番号：0566‑24‑1841

児玉英也
FAX：0566‑22‑8033

特許の有無：無14