［研究論文］

超精密切削環境における表面品位への影響 ＊堀田昌宏＊ ＊ 、飯村崇＊ ＊ 、南幅留男＊ ＊ ＊超精密切削加工において，切削環境を変化させたことで影響される被削材の表面粗さについて検討を行った。その結果，面粗さには切削液の潤滑効果による影響が大きいことが判った。このため，超精密切削加工においては，加工液の種類と供給方法について十分に吟味する必要がある。
キーワード：超精密切削，切削環境，加工液

Effect of the surface dignity on the ultra-precision
cutting environment
HOTTA Masahiro、IIMURA Takashi、and MINAMIHABA Tomeo
We examined the work surface roughness influenced by the change of cutting
environment, as for ultra -precision cutting. As a result, we knew that we had muchinfluence o n smoothing effect of cutting fluid , for the surface roughness . We needmore examine about kinds of cutting liquid and the way of supply, as forultra-precision cutting.
key words : ultra -precision cutting, cutting environment , cutting fluid１

緒言イト（以下，単結晶ダイヤ）を使用した。加工液として，著しい成長を遂げている 情報機器関連等に代表され製造メーカ推奨の切削油，白灯油，及びオレイン酸を用る産業において，ますます超精密加工が必要な機械加工いた。オレイン酸は塗布効果により表面粗さが改善され品が要求されている。しかし，この超精密加工には高度る１ ） との報告例があるので，比較対象のため選定するこな加工ノウハウを必要とするため，この分野に新規に参ととした。

入する企業は試行錯誤を繰り返しながら苦労を重ねるケ

加工液は噴霧供給し，加工液供給ノズル角度を工具すくースがほとんどである。そこで当センターでは超精密加い面側から見て 60 度に，工具逃げ面側から見て 0 度に工の一分野である超精密切削加工技術に関する基礎技術設定した。また，被削材は超精密加工でよく用いられてを確立し，データの蓄積を行うことで，県内企業に広くいる無酸素銅を用いた。評価用測定機器として加工面の超精密加工技術を普及していくことにした。そこで，今粗さ測定には，非接触の光学式表面粗さ測定機（ Zygo

年度は切削環境の変化が切削加工に及ぼす影響について社，New View 100）を用いた。

吟味するため，切削液供給量及び切削油自 体を変更する
ことで影響される被削材の表面粗さについて検討を行ったので，その結果を報告する。
２

実験方法

Ｃ Ｎ Ｃ 超 精 密 鏡 面 加 工 機 （ Prectech

社 製Nanoform350）を用いて，表 1 の切削条件で端面切削を行った。工具はノーズ半径 0.8mm の焼結ダイヤモンドバイト（以下，焼結ダイヤ）及び単結晶ダイヤモンドバ＊超精密加工技術の開発（第２報）（産業集積活性化事業）＊＊電子機械部
＊＊＊電子機械部（現 金属材料部）

表１

切削条件

被削材
無酸素銅
回転数1000rpm
送り10mm/min
切込み量 0.01mm
工具
焼結ダイヤ,単結晶ダイヤ
加工油メーカ推奨油，白灯油
オレイン酸

岩手県工業技術センター研究報告

第８号（２００１）

なお，鏡面切削の場合，研磨面と同程度の仕上げ面粗さ

Ｒｙ：

縦方向の最大高さ（μｍ）（縦方向の最大高さ R y）と切削面特有の周期的な微小凸Ｓ：

横方向の局部山頂の平均間隔（μｍ）

凹による虹面抑制が必要であるが，加工面の評価はこのＳｍ：

横方向の凸凹の平均間隔（μｍ）

虹面によって大きく左右されるため，虹面の定量 評価に横方向のパラメータ S,Sm （S,Sm：測定長さ内で算出される局部山頂及び凸凹の平均間隔で定義されるパラメータ）も用いて行った。本文中に用いる記号は下記のとお

３

結果と考察

図 2 にミスト供給量を変化させた場合の表面粗さを示す。なお，供給量を変更しても切り屑排出が正常に行わ

ｓ：主軸回転数（rpm）れていることを加工中に確認している。
Ry は供給量を変化させてもあまり変化が見られず，ばらつきの度合いもｆ：送り（ｍｍ／min）

供給量が多くなるに従って小さくなっている。今回，供ａ：切込み(mm)

給量が微小である状態が一番悪い結果となることを予想りである。

していたが，逆となる結果が得られた。S は供給量を変更しても変化がみられず，
Sm は供給量が多くなるにつれγ=60度て小さくなり，Sm≧20μm で鏡面となっている。それに対し，焼結ダイヤを用いた場合，供給量が微小あるいはγ多量（ミストがはっきりと判る状態）である場合では，Ｒｙが多少ばらつきを持っているが，他の状態と比べて加工液供給ノズル大きくなっている。S,Sm は供給量を変更させてもあまり変化がなく，Sm ≦15μｍで虹面が観察される。これらのことから，横方向のパラメータ Sm を用いることによａ）供給量 0.1g/min

表面粗さＲｙ（μｍ）

図１

加工液供給方向0.2

Ry0.10.00.51.0ｂ）供給量 0.75g/min

横方向S,Sm（μｍ）

加工油供給量 (g/min)

40
S
Sm

200.00.5
加工油供給量1.0(g/min)

S=1000rpm，f=10mm/min，a=0.01mm
単結晶ダイヤモンド，無酸素銅
図２

供給量を変化させた場合の表面粗さ

S=1000rpm，f=10mm/min，a=0.01mm
単結晶ダイヤモンド，無酸素銅
写真１

加工面の偏光顕微鏡写真(×200)

超精密切削環境における表面品位への影響
り，目視で判断した加工面の評価を定量的に確認するこた場合の表面粗さ及び切削抵抗を比較すると，Ｒｙはオとが可能であると考える。

レイン酸を供給した場合よりも白灯油を供給した方が良

また，供給量を変更しながら焼結ダイヤを用いて切削い結果であるが，主文力 Fx ，背分力 Fz を比較してみるした際の切削抵抗を比較してみると，供給量が微小或いとあまり変わりがないことが判った。今回オレイン酸をは多量（ミストがはっきりと判る状態）である場合の時使用した場合に Ry が大きくなった原因は，使用した切に，主分力 Fx，背分力 Fz が一番小さくなり，かえって削液の中でオレイン酸の粘度が一番大きいので，加工後適度に供給した場合のほうが高くなっている。これは，の切り屑排出がうまくいかなかったのではないかと考え加工液の冷却作用により，被削材の塑性変形強さが増加る。通常，超精密切削加工において，10mm２ ／s（40℃）
以下の粘度の低い不水溶性油剤（ＪＩＳ１種 1,2 号相当）したため，切削抵抗が上昇したためと考える。
写真 1 はミスト供給量を変更した場合のおける加工面が適用されており，今回使用した加工液はその分類に含の偏光顕微鏡写真である。供給量が多い場合，供給量がまれるものである。そのため，加工液を変更した時にば微量な場合と比べて加工面に大きな凸が規則的に生じてらつきがあるが表面粗さに明確な違いが図 3 では確認でいることが判る。これはミスト供給を行う場合，液状にきなかったので，今回の場合，加工液の粘度が小さくな供給する場合と比べ切削点近傍に直接加工液液が当たられば問題とならないのではないかと考える。

ないので，工具と被削材の微振動を抑えることが可能で

写真 2 は加工液を変更した場合における加工面の偏光顕微鏡写真である。オレイン酸と白灯油を比較した場合，あるが，今回のように多量に供給すると工具と被削材に微振動を与えてしまい，微小ながら刃物食い込み量が変化し，その結果均一に切削できなかったのではないかと

ａ）白灯油推測できる。従って，適度な状態（目視でミストが確認できる程度）で供給しながら切削した方が表面粗さを低減できると考える。
加工液に期待される効果として，被削材の被削性を改善し仕上げ面品位の向上や工具寿命延長を図る効果と作業性に関する効果（切り屑除去効果等）があげられる２ ）が，超精密加工においては加工液自身が有する冷却効果と潤滑効果が特に重要視されている。しかし，切削を行わない状態でミストを多量に供給した場合，被削材の表面温度低下は最大でも 1.0 ℃程度しかなかったことから，今回の結果において加工液の冷却効果があまり望めなかったのではないかと考える。そのため，超精密切削加工においては，表面粗さには加工液の潤滑効果が大きいのではないかと思われる。
図 3 は，加工液を変更した場合における表面粗さを示す。Ry において，白灯油を供給した方が一番小さいが，ｂ）オレイン酸ばらつきから考えると推奨油が一番小さい結果となった。
また，焼結ダイヤを用いて切削した際，加工液を変更し表面粗さＲｙ(μm)

0.2

Ry0.10.0

推奨油

白灯油

オレイン酸

S=1000rpm，f=10mm/min，a=0.01mm
単結晶ダイヤモンド，無酸素銅
図３

加工液を変更した場合の加工面の表面粗さ

S=1000rpm，f=10mm/min，a=0.01mm
単結晶ダイヤモンド，無酸素銅
写真２

加工面の偏光顕微鏡写真(×200)

岩手県工業技術センター研究報告

第８号（２００１）

若干オレイン酸の方が加工面にはっきりとした大きな凸・超精密切削加工においては，表面粗さには加工液の潤が規則的に生じていることが判る。しかし，白灯油の方滑効果が大きい。にも凸が生じていることから，加工液に期待された作業

・超精密切削加工において，切削剤の種類と供給方法に性に関する効果（切り屑除去効果等） が旨く作用していついて十分に吟味する必要があるなかったのではないかと推測できる。

今回，被削材を 1 種類に限定し，切削環境の変化が切以上のことから，超精密切削加工においては，切削剤削加工に及ぼす影響について検討を行ったが，被削材のの種類と供給方法について十分に吟味する必要があると種類が多様化するに従い，他の 切削油剤の検討や切削環思われる。

境の最適化が強く求められると予想される。今後は，こういったことを踏まえて更なる研究を進めていきたいと

４

結論考える。

今回，切削環境の変化が切削加工に及ぼす影響について吟味するため，切削液供給量及び切削油自体を変更することで影響される被削材の表面粗さについて検討を行ったところ，以下のことが判った。

文献

1) 金枝敏明，河坂博文：軟質金属切削における塗布効
果（第１報），精密工学会誌，702,61,5（1995）
2) 森脇俊道他：超精密生産技術体系第１巻基本技術，
フジテクノシステム，138(1994)

超精密切削環境における表面品位への影響