NACHI-BUSINESS
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Machining

9A1

Vol.

November/2005■ 寄稿・論文・報文・解説
近未来技術展望「ブローチ加工の特長と未来」
マシニング事業

Perspectives on Near-future Technologies"The Great Advantages and Prospectsof Broaching Technology"〈キーワード〉ブローチ加工・ブローチ盤・切りくず制御・工具機上再成技術・切りくず切断・マルチプラットフォーム

東京大学

生産技術研究所

柳原 聖教授 谷 泰弘
助手

機械・生体系

By Mr.Kiyoshi Yanagihara
By Prof.Yasuhiro Tani

Institute of Industrial Science, The University of Tokyo近未来技術展望「ブローチ加工の特長と未来」

要旨

1. はじめに※1

ブローチ加工は、高能率で、作業が簡易、加工精あなたがTV番組制作者で、街頭インタビューに出度のばらつきが少ないなどの利点を有しており、大かけたとする。そこで街ゆく人々に「ブローチ加工を量生産に欠くことのできない加工法である。

ご存じですか？」とたずねても、多くの人はことばのその大きな特長は、一つの切削工具に粗、中仕響きから首飾りの製作を連想してしまうかもしれない。

上げ、仕上げという複数の工程要素を組み込んだ工学部機械系で加工を学んだ者でさえ、教科書のブローチという工具を使うことにある。
しかし、ブロー数ページの解説でせいぜい目にする程度であろう。

チ加工の実際に触れることは工場でも特定の現場

ところが、現実にはブローチ加工が大量生産においに限られており、その特長については意外に知られて果たす役割は大きく、工具設計に深く依存した加ていない。

工の特長を理解しておくことは、ものづくりに携わる

本稿では、ブローチ加工の基礎を解説し、将来の展望を述べる。

者にとっても大きなメリットがある。
本文では、最初にブローチ加工の概要を述べる。
次に、その将来展望を述べる。

Abstract●中ぐり加工（旋盤）による丸穴加工の場合

Broaching is essential technology for mass
production since it is simple, efficient, skill①粗加工

free, stable, and accurate. One of the most sig-②仕上げ加工

nificant respects is to employ the special

粗加工と仕上げ加工用工具が必要
複数回の工程設計が必要

tool:"Broach". Broach is very unique tool because only one broach can cover three cutting
processes; rough, medium, finish.

●ブローチ加工による丸穴加工の場合

Therefore the advantages and prospects of

丸ブローチを一回通すだけで完成

Broaching technology are explained in this paper.

・加工時間が短く高能率・作業が簡便で熟練不要
・加工精度のバラツキが少ない・不規則形状でも対応可
・大量生産向き
中仕上刃

第一刃
シャンク径

前つかみ部
前部柄長

仕上刃
後部案内

前部案内

荒刃
刃長
全長

インターナルブローチの構造

図1 ブローチ加工の概要 1）
1

後つかみ部

後部柄長

2. ブローチ加工の概要
たとえば図1のように円筒の素材（ブランク）をNC

工具には主として内径加工を行うためのインター旋盤で内径精密加工をするとしよう。通常は、粗加ナルブローチと、外形加工を行うためのサーフェスブロー

工用と仕上げ加工用の中ぐりバイトが用意されて、粗チがある。ブローチ加工で実際に作られている製品

加工用バイトを用いた粗加工、仕上げ加工用バイトを例を図2に示すが、これらの製品例を見ても実に多く用いた中仕上げ加工、そして仕上げ加工の3つの異の製品がブローチで加工されていることが理解できなる切削条件下での工程が必要になる。

よう。

ところがブローチ加工では、ブローチと呼ばれる特このように工具に粗加工から仕上げ加工までの工殊工具を用い、ブローチ盤で工具を引き抜くだけで程条件が一つに集約されているため、ブローチ盤の一気に粗加工から仕上げ加工までが完了する。ブロー構造は極めて簡素にできる。軸は基本的に直線軸

チには多数の切れ刃が取り付けられており、最初のあるいは回転軸の一軸で構成され、工具経路のプロ喰いつき刃から仕上げ刃まで、しだいに切り込みがグラミングの必要はない。
したがって、切れ刃の運動漸増するように設計されている。

制御を行うNC制御装置等は必要としない。

これが旋盤加工であれば工具に切り込みを与え、ただ、複数の切れ刃が同時に工作物に喰い込んそして工具を送るという工程を複数回繰り返して工で切削加工が行われるために、数トンから数十トン単作物を仕上げる。そう考えると、ブローチ加工は、これ位の極めて大きな切削抵抗が断続的に生じる。このらの各工程の切り込み条件を一つの工具に集約し、ため汎用工作機械以上に十分な動力を工具に伝え一回の工具送りだけで工作物を仕上げようとする加る機構と、大きくかつ断続的な切削抵抗を確実に受工法と考えれば理解し易いかもしれない。旋盤加工

け止める機械構造が求められる。また、工具自身がのような汎用工作機械による作業とは違って、各工800mmから2,400mmと長尺であり、少なくともこの工程ごとに工具切れ刃の位置決め等の加工条件の具長以上の長いストロークで、円滑に工具を送れる設定を行う必要は全くないが、一方で工具は製品ご構造でなければならない。とに専用設計のものを用意しなければならない。

インターナルブローチによる製品例

サーフェスブローチによる製品例

図2 ブローチ加工の製品例 1）
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近未来技術展望「ブローチ加工の特長と未来」

3. 特長と高精度加工のポイント
1）加工の良否を左右する切削抵抗の絶妙なバランスの切りくず収納のための指標である。切りくずポケッ

形状を作り上げていくための粗、中仕上げ、仕上トの容積が不足していたり、適切な加工条件になっげ工程の全ての工程要素が一つの工具に盛り込まていない場合には（b）のようになってしまい、圧縮されていることから、製品の良否は工具に大きく依存れた切りくずが詰まって、工作物や工具を傷つけ、する。まず、ブローチ加工の基本であるインターナル過剰な抵抗の増加や工具の摩耗を引き起こす原ブローチを例に考えてみる。

因となる。

切りくずポケットに収納されるのが良い。①と②はこ加工中の工具の切り込みは、図3のように各切れ③の同時切削刃数とは、工程中に工作物に切り刃で生じる切削抵抗の絶妙なバランスにより適切に込んで同時に切削を行っている切れ刃の数である。

保たれることになる。仮に、たった一つの切れ刃でも一般に、ブローチ加工では特別な治具は用いずに、切りくずを噛み込むなどして早期に摩耗すると、切ブローチが生み出す切削抵抗で工作物を固定する。

れ刃どうしの切削抵抗のバランスが偏ることになり、したがって、必ず1つ以上の切れ刃が工作物に喰い一部の切れ刃で過剰な切り込みが生じてしまう。工込んで工作物を固定する状態にしておかねばなら具の振動やそれに伴う早期の工具摩耗によって製ない。

品の品質を著しく損なうことになってしまうだろう。

3）ブランクに求められる直角度2）ブローチ設計の勘所

高い精度でブローチ加工を実現するためには、ブ基本的にはブローチ加工は閉じた空間を「掘りすランク加工の段階から、ブローチ加工の特性を理解すむ」作業にほかならない。
したがってブローチの設した下準備が求められる。とくにインターナルブロー

計において重要なポイントは、切り込みが大きくできる

チ加工では、ブランクは通常、機械に置かれてブローように、それぞれの切れ刃の剛性を高くしつつ、切りチが挿入され、そのブローチが生み出すトンオーダのくずを工作物と切れ刃の間に噛み込ませないように加工抵抗により簡単な治具に固定されるだけである。

切りくずポケットをできるだけ大きくすることである。

したがって、工作物と治具との接触面を平坦に、かつ、設計の指標としては主として次の3つが用いられる。

清浄に維持し続けることが求められる。また、
ブロー

L P：切れ刃ピッチ L：工具長①P＝1.2〜2 √チは基本的に下穴を基準軌道として送られる構造②切りくずポケット（図4）が切りくずで詰まらないよ
うに、切りくず容積の6倍以上にする。のため、ブランク加工においては、工作物座面とブローチを通す軸穴部との直角度を、いかに良好に加工③同時切削刃数nを2以上にする。n=L/Pしておくかが重要になる。

一つの切れ刃で生み出される切りくずは図5（ a）のような状態で、切れ刃が工作物から離脱するまでインターナルブローチ
ポケット容積≧切りくず容積×6
背分力

工作物

背分力
主分力

主分力

（a）適切
工作物

各切れ刃で発生する切削抵抗のバランスがブローチの挙動を左右する。

図3 インターナルブローチと切削抵抗 1）

3t
切りくず容積（L×t）
ポケット容積図4

切りくずポケット設計 1）（b）容積不足
図5

切りくずの収納の良否 2）

4.ブローチ加工技術展望
未来への期待いま、ブローチ加工技術に新たな技術展開への図6

工具傾斜角と切りくずの生成

せん断角 φ（度）

期待が高まっている。その源泉は、自動車用ヘリカ
ルギヤの高精度加工への旺盛な需要である。消費者が、より静かな車内環境や、滑らかな変速技術を望むのに従い、静かで円滑な動力伝達を行うためには、より精度の高い歯車同士の噛み合いや、軸と20t1＝0.25mm
切削速度150m/min

10穴のはめ合いが求められる。もちろん、工程に手間暇（すなわちコスト）をかければ精度の高い物を作る

30

図7−505 10 15 20 25
すくい角 α（度）30

軟鋼切削時におけるすくい角がせん断角におよぼす影響 3）がある。本章では、未来のブローチ加工技術への期待として「切りくずの制御」「ブローチ盤の高度化」「マルチプラットフォーム化」の3つをキーワードに、その展t2製品を提供できるかに、新たな技術の果たす役割切削比の逆数（ t1 ）ことはできる。コストをいかに低減しながら、より良い
65α=5°
α=15°43

すくい角 ：α°
切削厚さ：0.2mm

2望を述べたい。

11）切りくずの制御

図850

150
200
100
切削速度（m/min）

250

切削速度が切削厚さにおよぼす影響 3）

ブローチ加工は、切りくずとの闘いと言っても過言

ちカールの少ない薄い切りくずが生成できることが理ではない。前頁「ブローチ設計の勘所」で設計にお解できる。製品への残留応力を極力減らしたいときにいて重要な3項目を述べたが、そのうち2項目が切りくはこのような加工が有効である。ところが、切れ刃のずの処理に関わる項目であった。
このことから考えても、強度を考慮すると、すくい角を大きくすることは、刃先切りくずその制御の重要性が理解できよう。切りくずの肉厚を薄くしてしまうことになるため、切れ刃を早期の生成過程には、すくい角、逃げ角といった工具切に摩耗させてしまう。
また、ブローチでは、切りくずを加れ刃の幾何と、切削速度、切り込み、といった切削条工が終了するまでポケットに収納する必要がある。
し件と工作物の材質が深く関わっている。ブローチ加たがって、長くてカールの少ない切りくずを許容する工においては、工具切り込みや切削幅、そして工作には限界がある。そこで注目されるのが、工具切れ刃物の材質については工具設計の段階ですでに拘束を切削方向から傾斜させて、切りくずの流出方向をされるため、工具の幾何と切削速度が、切りくずの制制御する手法である。

御要素となる。

（傾斜切削の適用）（切りくず生成の制御方法）

同じく図6で説明すると、工具の進行方向に対してまず、切りくずの厚さは、工具すくい角や切削速度直角に切れ刃を設置した工具を用いると、切りくずはを変化させると制御できる。通常のブローチ加工にお同左図のようにゼンマイ状に生成される。一般的なブローいて、一つの切れ刃と工作物、そして、生成される切チを用いた加工では、ほぼこのような形態で切りくずりくずの関係を示すと図6の左図の状態になる。図かが生成される。このゼンマイ状に生成された切りくず

ら、すくい角は刃の鋭さを示す角度であると理解できる。

が上手くポケットに収まり、切れ刃が工作物から離脱

軟鋼切削時における、すくい角が剪断角におよぼすした後に切りくずポケット内の切りくずが自然に排出さ影響を図7に、切削速度が切削厚さにおよぼす影響れると都合が良い。
ところが、場合によっては切りくずを図8に示す。これらの図から、すくい角を大きく、切がゼンマイ状であるために、切りくず自身がバネのよう削速度を速くすれば、せん断変形の少ない、すなわな作用を生じさせてしまい、ポケットに強固に収まった

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たままになることがある。

4近未来技術展望「ブローチ加工の特長と未来」

そこで、送り方向に対して切れ刃を少し傾斜させため、バイト用のスローアウェイチップのように複雑なると状況は一変し、切りくずは、図6右図のように螺ブレーカ形状が設けられることはない。
しかし、今後旋状に生成される。この螺旋状の切りくずは、すくは従来以上に高硬度材料や非鉄系金属の加工、い面からの抵抗と切りくず自身の弾性、そして生成あるいは複合材料加工の需要が増加する可能性も時に生じた回転モーメントの相乗効果で、工具離脱ある。切りくずとの闘いを征するための一つの手だ時に工具送り方向より傾いた角度で排出される。
さてとして記憶に留めておきたい。

らに、傾斜角によって切れ刃の進入、および離脱時に切れ刃が工作物に1度に切り込まなくなる。このた（CAEシミュレーションのさらなる適用）

め、傾斜角がないときには、急峻で断続的であったさて、切りくずとの闘いを征するために何を制御す切削抵抗の変化が比較的緩慢なものとなり、加工れば良いのかが明確になったところで、次に期待した中の振動も減る。ただ、傾斜角を設けることは両刃いのはCAE技術を駆使したシミュレーション技術の発の剣のような面もある。それは傾斜角が工具送り方展である。NACHIにおいてもその適用がすでに図ら向に対して直角の切削抵抗分力を生じさせてしまうれてはいるが、ブローチの値段は1本あたり数十万円からである。インターナルブローチであれば、工作物から数百万円と非常に高価である。
したがって、設計が回転し、加工精度が悪くなるだろう。しかし、このした工具を使用した場合にどのような切りくずが生成切削抵抗による回転分力を治具等で受け止めるこされるのか、あるいはその流出状況はどのように予測とが可能であれば、傾斜角の有効利用は切りくずとされるのか、さらに、ブローチが生む強大な切削抵抗の闘いを有利に展開する一手段となる。

は機械や工具をどのように変形・移動させるのかを、（切りくずを分断できる切れ刃のデザイン）設計段階で正確に把握できると良い。今後は従来以上に、高硬度材料や非鉄系金属の加工、あるいは、次に期待できるのは、切れ刃のすくい面や切りく複合材料加工の需要が増加する可能性があり、それずポケットに、切りくず分断を目的としたチップブレーらの高付加価値製品のブローチ加工において、合理※2カやニックを設けることであろう。ブローチ加工は製的に工程設計を行う術を確立していくことが重要と品ごとに用意された専用工具を用いる加工である。

考えられる。

通常は何度も工具を再研削して再利用する。この最後に、切れ刃の様々なデザインを忠実に具現化

切削工具切れ刃の形成と再生硬質膜

切りくずするためにも、工具製造技術の向上は欠かせない。
新品工具の製造手法としてはもちろん、摩耗した工工作物

切れ刃上に硬質膜を形成形成した硬質膜による切削加工

硬質膜の摩耗具の再生を視野に入れた工具研削技術や工具コーティング技術においては、より迅速に、精度良く各切れ刃摩耗した表層の除去

切れ刃（工具製造技術の向上）の細部まで加工できる技術が必要とされる。いささか
※3

切りくず

我田引水をお許しいだたくとすれば、我々は工具機
4）

上再生技術の構築にとり組んでいる 。たとえば図9

切りくず工作物

切削加工

砥粒砥粒層の形成

工作物

研削加工

砥粒研削工具への転換と再生
サーボ・シリンダー 電着ブローチ
スラリー

電着ブローチ
樹脂

研磨布形成

研磨加工

ワーク
切粉研磨工具への転換と再生

図95

ワーク

工作物

工具機上再生技術の概要 4）

切削断面図

図10超砥粒電着ブローチ加工 5）

のように、工作機械にとり付けたエンドミルの表層部に（電動化による高い制御性の獲得）

電着や樹脂、あるいはプラズマ技術などを利用して硬その可能性とはサーボモーター等によるフィードバッ質膜や砥粒層を一時的に形成する。それらの層を利ク制御を利用したきめ細やかな動作や、プロセスの用して加工を行い、硬質層や砥粒層が摩耗する前に、監視である。具体的には、工具速度を変化させて、工程に応じて表層部のみを、工具を工作機械から取剪断角を良好に保ちながら、バリを少なくした工作り外すことなく再生させるという構想を抱いている。

物の変形を少なくするような制御が期待できる。
さら

現在は、電着工具の機上再生技術について、ようやに、AE等の各種センサ情報を利用し、サーボのフィーく企業との協同研究も試みられる段階にまで到達した。

ドバックループを活用できれば、工程中に工具の不NACHIでは、図10のバイブロ（振動）技術を利用した具合を予見したりすることも不可能ではないだろう。

※4

超砥粒電着ブローチ加工を実用化している。この電実際に加工ラインでは、よく次のような問題が生じ着工具に対して機上再生技術を適用し、摩耗したブローるという。工具の切れ刃は、工具逃げ面の摩耗幅でチ工具の機上再生をご検討いただくというのは、いか管理される。定性的には図12のように摩耗が変遷がだろうか（笑）。

する。精度の管理は定常摩耗から急激摩耗の領域に入ると極めて困難になるので、急激摩耗に入るま

2）ブローチ盤の高度化でを一般には工具の寿命としている。

環境問題や高速化を背景にして、変化の少ない（工具摩耗の監視）ように思えたブローチ盤の構成にも、少しづつ変化の兆しが見えはじめている。注目は動力系の脱油ブローチの場合は、おおむね図13に示すように、圧化と、それにともなう電動化であろう。実際の開発

逃げ面摩耗幅が0.1mmで寿命と判断され、再研削事例を参照すると、NACHIのハードブローチ盤HW-される。旋盤加工やフライス盤加工であれば、この程5008（図11）による高速化への先駆的とり組みが記

度の切れ刃の摩耗では切削抵抗の増加はわずか憶に新しい。

であり、せいぜい仕上げ面の粗さが問題になる程度同機の開発陣によると、通常生産ラインにおけるタであろう。ところが、ブローチ加工では、複数の切れクトタイムはおおむね60sであり、このタクトタイム以内

刃が常に工作物に接しており、しかもそれぞれの切でブローチ加工は完了すれば良いため、従来は高れ刃が大きな切削断面積で加工している。
したがっ速化について積極的なとり組みがなされていなかって、それぞれの切れ刃がわずか0.1mm程度摩耗したとのことである。同機ではサーボモーターによるボーただけでも、数トンもの切削抵抗の増加が生じてしま

ル ねじ 駆 動 を 採 用し 、従 来 機 で 5 m / m i n 〜う。すると、最初は加工ができていたにもかかわらず、15m/min程度であった切削速度を、60m/minまで切れ刃の摩耗のために切削抵抗がみるみる増加して、に高速化した。同機は、あくまでも焼入れ後の工作機械の許容荷重を超えてしまう。結果として、工作物の仕上げ加工を目的とする特殊なブローチ盤で物からブローチを引き抜くことができなくなるという事はあるが、電動化によるブローチ盤の可能性を我々故が生じてしまうのである。このようなトラブルを未然に与えてくれる商品である。に防ぐためにも、工具設計時の入念なシミュレーションはもちろんであるが、切削抵抗値の増加や、工具の破損をインプロセスで監視できる機能が期待されるのである。
0.1mm
逃げ面摩耗

急激摩耗

逃げ面

定常摩耗

点線：摩耗前の形状
実線：摩耗した形状

初期摩耗
切削時間

図11 ハードブローチ盤 HW-5008
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1）

図12

工具摩耗の進行図13 ブローチの寿命6※53）マルチプラットフォーム化

HORN USA社では図14のようなCNC用の小型最後に、ブローチ工具のマルチプラットフォーム化

ブローチをラインナップし、2003年から販売している。に注目したい。全般的に工業製品の小型化に対す汎用工作機械の自由度が向上し、複合化が進む現るニーズはこれからも変わらずに続くと予想される。

在、小物加工・微細加工への要求とともに専用工そうなると、ブローチ加工は大量生産に非常に有利

作機械以外でもブローチ加工を利用する傾向は、な加工であるために、小物あるいは微細加工への今後もますます増加するだろう。

対応にも期待が膨らむ。手に取れる小さな部品の加工であれば、ブローチも手のひらのサイズですむかもしれない。そのような小さな工具であれば、切削抵抗も一般の工作機械でも許容できる範囲になるだろう。すると、何もブローチ盤のような専用機械を用いる必要はなく、通常のNC工作機械やロボットなどを利用した多彩なブローチ加工が実現できる。
図14． HORN USA社のCNC旋盤用ブローチ 6）

5.円滑で静粛な高効率の動力伝達の実現に向かって円滑で静粛な効率の良い動力の伝達は、歯車といる。これは同社がブローチ加工技術だけなく、歯軸の両者の良好な関係によって生まれる。穴の精切り加工技術を含めて工具材料の製造から工具の度向上の鍵はブローチ加工が、軸は転造加工がそ熱処理やコーティングまでを幅広く手がけながら、工の鍵を握っている。本稿においては、主にブローチ具を企画製造できる技術力を身につけ、様々な工加工に関する解説を行ったが、我々技術者は、転造作機械を内製し工具を評価できる一貫体制を地道加工等の軸加工の技術についても同時に理解をに整備してきた成果にほかならない。
リーディングカ

深めておくことが大切であろう。

ンパニーとしての同社の今後の展開に大いに注目

現在NACHIは、ブローチ工具、ならびに、ブローしたい。

チ盤の世界シェアNo.1という不動の地位を築いて用語解説
参考文献※1 ブローチ
ブローチ（BROACH）の語源は、俗ラテン語のbroccaが語源。原義は「とがったもの、大くぎ」。次に、それが酒樽などに穴をあけるのに使われたため、その道具の名前となった。
装身具のブローチ（BROOCH）も、同じ語源。

1）NACHI精密工具カタログ,

No.2301-2.

2）TOOL ENGINEERS HANDBOOK（2nd Edit.）,ASTME, p.34-6,（1959）
3）広田平一ほか：旋削工具のすべて 大河出版.

※2 ニック4）谷

長い切りくずを細く分断するための刃先の切り欠けのこと。

※3 工具機上再生技術
工作機械上で工具を脱着することなく、工具の形状を形成したり、摩耗した工具形状を再生したりする技術。

※4 超砥粒電着ブローチ

泰弘：機械技術,51,（9）,p.97.

5）五十嵐秀雄・角谷宗一：焼入れ部品の電着ブローチ加工,
機械技術 39,（4）,p.47-53（1991）.
6）http://hornusa.com/eng/about/Press/Broaching.pdf
7）精密工作便覧,

精密工学会,

p.172-176.

ダイヤモンド砥粒やcBN砥粒を電気メッキにより軸に固定させたブローチ。

※5 マルチプラットフォーム
IT用語で、OSやソフトウェアが、複数のハードウェア上で動作できることを意味する。本文においては、ブローチ盤でしか今まで利用できなかったブローチが、様々な工作機械上で利用できることを意図している。

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November / 2005

〈発行〉 2005年11月20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