NACHI-BUSINESS
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Machining

7B1

Vol.

May/2005■ 新商品・適用事例紹介
高能率・長寿命「Hyper DuAl ホブ」
マシニング事業
コーティング

High-efficient & Long-lasting"Hyper DuAl Hob"
〈キーワード〉ハイスコーティングホブ・ドライホブ切り・高速・高能率
長寿命・再研削再コーティング・切りくず解析

機械工具事業部／歯切・ブローチ技術部

関 孝介
Kosuke Seki
ハイパーデュアル（Hyper DuAl） は、
DuAl ：二元（DuAl）とAIコート（AI）の合成語
Hyper：さらに上をいくものであり、 Hyper DuAl で従来デュアルを越えたイメージを付けた

高能率・長寿命「Hyper DuAl ホブ」

要1.高まる高能率・長寿命化

旨へのニーズ

機械加工の分野では、従来にも増して高速・高能率化がすすむ一方、工具の長寿命化によるコスト低減の要求も高まっている。歯車加工の分野にお最近の歯車加工の分野においては、歯車部品

いて、ホブ母材であるハイスやコーティング皮膜の技の高性能化がすすみ、高精度化・高能率化・長寿術は著しく進歩し、ホブ単体としての性能も大幅に命化の要求が高まっていると同時に、高強度化の向上してきている。

ため、被削材の難削化がさらにすすんでいる。

さらに、新たに環境問題に対する関心が世界的に一方で、環境問題への意識の高まりに伴い、機械高まる中、切削油を必要としないドライ加工が注目され、加工の分野では、切削油や研削油を使用しない「ドこれらの要求に応えるべくドライホブ切りが実用化さライ加工」が注目されている。

れてきている。NACHIでは、高速ドライ加工はもちろ

従来、ホブ切りでは、加工精度と工具寿命の向上

ん、高速ウェット加工でも高い性能を発揮するデュアを図るため、切削油を使用するウェット加工が一般

1)

ルカット(DuAl Cut HOB：乾湿双方切削対応)ホブ的であったが、近年のホブ母材やコーティング膜など、を商品化し、その市場ニーズに対応してきた。

ホブ自身の性能向上およびホブ盤の技術進歩により、今回、性能を一段と高めた新しいHyper DuAlホブ

ドライ加工が幅広く実用化されている。
高能率で長寿命なドライ加工を実現するため、について、加工事例をふまえて紹介する。

NACHIではいち早く靭性に優れた高速度工具鋼と、Abstract

TiAlN膜の改良にとり組み、Hyper DuAlホブを商品化した。
このHyper DuAlホブは、従来のDuAlホブに比べ、In machining industry, cost reduction of cutting tools（in other word, the prolonging of toollife）has been increasingly requested while thehigh-speed, high-performance machining has
been progressing ever. In gear cutting, theHSS and coating technologies to improve thehob base material have progressed drastically,

より高速領域での長寿命化を可能にした新世代ハイスホブで、ドライ加工はもちろん、高速ウェット加工においても高い切削性能を可能にした。Hyper DuAl
ホブは、超高速領域（V=200〜300m/min）でのドライ加工実現、また、クレータ摩耗の抑制を目指し、開発されたものである。
（図1）

and the performance of hob itself has been im-4

proving substantially.

超硬ウェット領域を包含
速度×送り＝能率では超硬ドライに肉薄

In addition, Dry Processing（without use of coolant）
creased concerns on worldwide environmental
issues. Dry Hob Cutting has been put into apractical use to satisfy such demand. Nachi
has manufactured and marketed DuAl-cut Hobハイス︵ウェット︶

3
送り速度 mm/rev

has been drawing attention because of the in-2

従来ハイス
︵ドライ︶

開発目
標

超硬︵ドライ︶等能率曲線

1（DuAl Cutting of Dry/Wet Cutting Hob 1）inorder to satisfy the market need.
Furthermore, a new Hyper DuAl Hob that is

再研削再コート

further improved to satisfy our customers is in-200300
切削速度 m/min

troduced, and the examples of cutting are

図1. ホブ切り条件の概念

shown here.
1

再研削のみ

00100400

2. ドライホブ切りの課題（ドライホブ切り加工の高速化）
ドライホブ切りでは、いくつかの課題が挙げられる。

高能率化を実現する手段としては、切削速度のすなわち、ウェット加工で使用している切削油の特その場合に問題になってくるの高速化があるが 、徴や役割を果たすものが無くなる。切削油剤には、が切削熱による影響である。

2）

①潤滑作用

ドライホブ 切りの 切 削 温 度を調 査 するため、②冷却作用

Advant Edge を用いて有限要素法解析を行なった。

③切りくず排出切削速度（ホブの外周速度）150m/min、250m/min、

3）※1といった役割があるが、ドライカットではこの役割を失う。

400m/minで浸炭材を加工したときの切削温度のしたがってドライ加工用ホブに要求される性能は、シミュレーション結果を、図2に示す。

①高い潤滑性能

切削速度150m/minでは、最高温度が約800℃②高い耐熱性であるが、250m/minでは最高約900℃に達する。

③切りくずを噛み込まない高い排出性

400m/minでも約900℃の領域が250m/minに比べて広くなっているが、最高温度は約900℃である。などを兼ね備えることである。
Hyper DuAlのネーミングは、従来のDuAl（2つのホブ切刃が摩耗していくと、発熱はさらに増大する部分からなる：乾湿双方切削対応）をはるかに越えため、高速ドライホブ切りでは、母材とコーティングにる（Hyper：接頭語で、超の意味）という意味から決対して、900℃以上の耐熱性が必要になると考えらめた。

れる。

150m/min250m/min

400m/min

工具
切りくずワーク
図2．ドライ切削の工具・切りくずの温度分布シミュレーション

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2

高能率・長寿命「Hyper DuAl ホブ」（ドライホブ切り加工の潤滑性）
ドライホブ切りのもうひとつの問題点としては、潤長くのびることが原因となって、加工された歯車の滑性（切りくず離れ）の悪さがあげられる。図3は、ウェッ歯面に傷がつくという不具合も発生しやすい。歯面

ト加工とドライ加工それぞれの切りくず写真である。

傷の事例を図4に示す。ホブ切り時に切りくずが噛両方の切りくずを比較してわかる大きな違いは、切み込むと、ワーク面に傷がつくだけでなく、ホブの摩りくずのカール形状である。
ドライ加工の切りくずは、耗を早めたり、切りくず詰まりによる異常摩耗を発生

ほとんどカールしないで、切りくずが長くのびている。

することもあるので、切りくずの噛み込みはできるだ

ドライ加工では切りくず離れが悪いことと、切りくずがけ避けなければならない。
（図5）
トレーリング側の歯元付近に歯面傷発生
ワーク歯先

ウエット加工
切削速度：110m/min

ドライ加工
切削速度：150m/min

・ワーク諸元： ｍ1.2×圧力角20ﾟ×ねじれ角25ﾟLH×歯数35・ホブ 諸 元： φ70×L150×溝数14×4条 ※2・加 工 条 件： 160m/min×2.5mm/rev クライム ドライ

図3．ウエットとドライの切りくず写真

初期

図4．ワーク歯面傷事例

すくい面（切れ刃面）側

厚く長い切りくずが排出↓前刃の背面部に干渉↓
刃溝にはまり込む

最終

回転毎に切りくずが蓄積↓刃溝に切りくず飽和状態↓刃溝への切りくず詰まり

図5．ドライ加工における切りくず詰まり

3・歯車：ｍ3、圧力角20ﾟ、歯数45、SPUR、歯幅50mm、SCR420H
・ホブ： φ85、3条RH、16溝、すくい面コーティングなし
・条件： V=150m/min、f=2.0mm／rev クライム ドライ

3.高速ウェット加工と高速ドライ加工が可能な
Hyper DuAlホブ
Hyper DuＡｌコーティングは、ドライホブ切りに必要

しかしホブの母材がハイスのため、多元系耐酸化な耐摩耗性や耐熱特性を高めるため、歯切り工具用膜を適用するにあたり、密着性が低下する恐れがあっにNACHIが開発した多元系耐酸化膜である。

た。
さらにドライ加工の場合、潤滑剤が供給されない大気中で1000℃に1時間保持したときの、表面かため、切りくずが切れ刃に溶着し、切削抵抗が大きくなっらの酸化量を比較したグラフを図6に、また加熱後のてしまう。そのためドライ加工用ホブの開発では、膜のテストピースの表面写真を図7に示す。ＴｉＡｌＮ膜は密着性、耐溶着性の向上にとり組むと同時に、母材膜全体がすべて酸化されて劣化しているのに対して、のチューニング（組織と母材硬さの最適化）も行なった。

Hyper DuＡｌコーティングは、表面が少し酸化された

このように複合的な開発を行なった結果、Hyper

程度で、熱的な影響を受けにくく、耐酸化性に優れ

DuAlホブは高速ウェット加工はもとより、とくに高速ドた膜であることがわかる。

ライ加工において、より高い性能発揮する画期的なまた、耐摩耗性の指標であるコーティング膜の硬さ商品となった。

は約2500〜2800HVと、従来のＴｉＡｌＮ膜（2400〜2600HV）よりも硬く、これにより耐摩耗性を向上することができる。
TiAlN

Hyper DuAl

3.0
酸化量

膜厚［μm］

2.5

残り2.01.51.00.50.0
TiAIN［CA04］

多元系耐酸化膜（Hyper DuAl コーティング）

図6．大気加熱（1000℃×1時間）後のコーティング膜の酸化量

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母材損傷部位

酸化深さ
4.5μm

酸化深さ
1.9μm

図7．加熱テストピース写真（TiAlNは酸化が進行し、母材まで損傷している）

4高能率・長寿命「Hyper DuAl ホブ」

4. Hyper DuAlホブの切削性能
表1. Hyper DuAlホブの加工事例
ホブ諸元

ワーク諸元

切削条件

m×PA

2.87×15°m×PA

2.87×15°

すくい面コート有り→250m／min、200m／min

条数

歯数

42

外径×穴径

3THD
φ95×φ31.75

ねじれ角

31°RH

送り速度

溝数

12

材種

SCM420H

すくい面コート

D＋F

7.995

硬さ

HB180

M／C

カシフジKA220

進み角5°51 RH

歯幅50mm

切削油

ドライ

切削速度

すくい面コート無し→150m／min
2.2mm／revクライム・ノンシフト有り・無し（5倍の工具寿命）Hyper DuAlホブと従来のDuAlカットホブの切削速度V=200m/min（すくい面コーティング有り）での加工事例を、表1、図8に示す。

※3

最大VB摩耗［mm］

4倍の寿命
0.2

0.1
0.05
0

すくい面コーティング有りの場合では、高温の切りくずがすくい面を擦過することで、ホブのすくい面がHyper DuAl

従来品

0.15

V=200m/min
070100150 200 250
切削長［m］

従来のドライカット用ホブ300350400

Hyper DuAlホブ

えぐられるクレータ摩耗の発生が遅くなる。切削長400mまで達して、ようやくクレータ摩耗の発生が確認できた。従来のDuAlホブと比べて倍以上の工具（切削長100m）（切削長100m）（切削長400m）寿命が得られる。
同様に、切削速度V=250m/minでの切削性能の

図8．Hyper DuAl（ハイパーデュアル）ホブの性能（V=200m／min）

比較を、図9に示す。前例と同様、Hyper DuAlホブ5倍の寿命最大VB摩耗［mm］

は従来のDuAlホブと比べると5倍近くの工具寿命を得ることができる。
再研削・再コーティングにより、常にすくい面にコーティングがあれば、安定してV=200m/min以上の高速ドライホブ切りができる。

0.30.250.2
0.15
0.10.050

Hyper DuAl
従来品

V=250m/min
040

また、すくい面コーティング無しの結果を図10に示す。

80120
切削長［m］

従来のドライカット用ホブ

切削速度V=150m/minで、切削長が250m以上に160200

Hyper DuAlホブ達しても、Hyper DuAlホブは逃げ面（VB）摩耗量が小さく、従来のDuAlホブの1.5倍の工具寿命となる。
（切削長40m）

母材のチューニングにより、すくい面コーティング無しでのクレータ（KT）摩耗を抑制し、クレータの土手（切（切削長40m）（切削長200m）

図9．Hyper DuAl（ハイパーデュアル）ホブの性能（V=250m／min）

0.40.350.30.250.20.150.10.050

従来品

Hyper DuAl

V=150m/min※4070100200250
切削長［m］

300350

最大 KT摩耗［mm］

最大VB摩耗［mm］

れ刃エッジ）決壊から生じるVB摩耗を抑えている。

Hyper DuAl
0.250.20.150.10.050

従来品

070100200250
切削長［m］

図10．Hyper DuAl（ハイパーデュアル）ホブの性能（V=150m／min）

5300350

5. ワーク歯面傷対策※5

Hyper DuAlホブは前項のように、耐摩耗性といそこで、ホブを転位設計（圧力角20°→15°）した場

う点では高性能であるが、切りくずの噛み込みによ合の切りくず形状の違いを、図12、図13に示す。ホブる歯面傷などに対する課題を残している。

を転位設計すると、トレーリング側の切りくず形状がドライホブ切りでは、ウェット加工に比べて切りくず変わることがわかる。実際に圧力角15°のホブを製作の噛み込みが発生しやすい。また、高速になればなし、歯切りしたところ、歯面傷が解消された（図14、図15）。

るほど、わずかな切りくずの噛み込みが重大な損傷（異このような切りくず解析シミュレーション技術を活用常摩耗）に繋がるケースが多い。ここにワーク歯面傷し、ホブの最適設計をすることにより、切りくずの噛みが発生した場合の対策事例を紹介する。

込みを抑え、Hyper DuAlホブの性能を最大限に引図12は、圧力角20°のホブの切りくず形状を計算した結果であるき出すことが可能となった。

※62）,4）。ワーク歯面傷の原因は、トレーリング側（図11）の切りくずの噛み込みと考えられる。
歯車回転方向ホブの切刃
歯車回転方向歯車軸※7リーディング側P

ホブ

ホブの切刃
すくい面側

トレーリング側
ホブ切削方向P

歯車軸

図11（補図）2次元図

ホブ歯形座標ホブ切削方向トレーリング側の切りくず−5番刃20°
ホブ切れ刃TOP（ホブ背面より見る）

図12．圧力角20°
ホブの切りくず形状（P矢視図）

縦軸：歯車歯幅方向（ホブの回転角度）

縦軸：歯車歯幅方向（ホブの回転角度）

図11．切りくず解析矢視方向
ホブ歯形座標トレーリング側の切りくず

ホブ切削方向−5番刃15°
ホブ切れ刃TOP（ホブ背面より見る）

図13．圧力角15°ホブの切りくず形状（P矢視図）
トレーリング側の歯元の歯面傷が解消

トレーリング側の歯元付近に歯面傷発生
ワーク歯先

ワーク歯先

・ワーク諸元： ｍ1.2×圧力角20ﾟ×ねじれ角25ﾟLH×歯数35・ホブ 諸 元： φ70×L150×溝数14×4条
・加 工 条 件： 160m/min×2.5mm/rev クライム ドライ・ワーク諸元： ｍ1.2×圧力角20ﾟ×ねじれ角25ﾟLH×歯数35・ホブ 諸 元： φ70×L150×溝数14×4条
・加 工 条 件： 160m/min×2.5mm/rev クライム ドライ

図14．圧力角20°
ホブのワーク歯面

図15．圧力角15°
ホブのワーク歯面

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7B166. これからも、一歩先をいく提案を
近年、環境対策や高能率、さらに、コスト低減など今後も、工具材料、コーティング、工具形状などののユーザーニーズに対応するため、高速ドライホブ

コア技術や、GPA活動を通して、機械と工具のシー加工で、より長寿命なHyper DuAlホブを開発した。

ズを融合した新しい加工システムの開発にとり組み、

Hyper DuAlホブは、これまで以上に低コスト化に貢常に一歩先をいく歯車加工工具・システムを提案し献し、高速・高能率加工において高い信頼性を提ていく。

※8

供できると考える。
用語解説※6トレーリング側※7 リーディング側
歯車に対して、仮想切削ラックの歯車に対して、仮想切削ラックの遠のき側のフランク。
近寄り側のフランク。

クライム歯切法

送り方向※1 有限要素法解析
固体材料、機械、構造物の変形・応力・振動などを数値的に解析する手法の一つ。

ホブホブ

被削歯車

※2 クライム
ホブの切削送り方向を示し、ホブ回転と送り方向が、ホブと歯車材との接触点で、反対方向となる歯切方法。
（フライスのダウンカットと同じ送り方向。コンベンショナルは、スライスのアップカットに相当。）※4 最大KT摩耗
すくい面摩耗のうち、くぼみが生じる摩耗で、そのくぼみの最大深さ。

トレーリング側

リーディング側

投影輪郭（切削ラック）

仮想切削ラック移動方向
切削歯車※8 GPA
Gear Production Allianceの略。株式会社カシフジ、株式会社神崎高級工機製作所、NACHIの3社のアライアンスの名称。3社協同によるGPA活動を推進し、歯車加工における一貫生産ラインの提供を目指して提携。

すくい面摩耗
かど摩耗幅

逃げ面摩耗幅※3 最大VB摩耗
逃げ面に生じる摩耗で、その摩耗の切削方向の最大幅。

最大VB（逃げ面）摩耗

基礎ねじ面

逃げ面摩耗
かど摩耗

参考文献

クレータ摩耗

1）塚本 裕・谷口 忍：新世代デュアルカットホブの切削特性について
不二越技報Vol.55 No.2通巻119号 p.2-8
クレータ（摩耗）深さ2）津野正行：高性能加工,長寿命を実現する「Hyper DuAlホブ」
機械と工具 2004年3月
3）大西慶弘：切削シミュレーションソフト「Advant Edge」の新機能
機械と工具 Vol.47 No.8, p.53-58, 2003

※5 転位設計
歯切りPCDを変えて、基準圧力角とは違う圧力角でホブのラック歯形を設計すること。

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May / 2005

〈発4）寺島・上野：「ホブの歯溝切削状態の数値解析」
日本機械学会論文集43巻373号、3535-3547,1977

行〉 2005年5月1日株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213