NACHI-BUSINESS
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Machining

3A2

Vol.

May/2004■ 論文・報文・解説
金型加工をリードする「高精度エンドミル加工技術」
マシニング事業
コーティングEndmill Technolory for High Precision
Mold&Die Processing〈キーワード〉

精密金型，磨きレス，R精度±3μm，180°
R保証，楕円形状，
高精度・高能率加工

機械工具事業部／ラウンドツール技術部

五島 康

金型加工をリードする 「高精度エンドミル加工技術」

1. 3次元加工で

要 旨
パソコンや携帯電話などのモバイルツールに代表されるように、製品の小型化・高品位化が進み、ユーザーニーズが多様化することにより、商品のライフサ（磨きレス加工指向に対応）イクルは極端に短くなっている。これらの製品を短複雑な3次元曲面から構成される金型を加工する

納期で、大量に生産するためのマザーツールが金には、切れ刃先端部が球状になっているボールエン型である。製品の出来映えを左右する金型の仕上ドミルが多く使用されている。

※1

げ面精度の向上は非常に重要となり、機械加工に通常、金型は手作業による磨き仕上げ加工があり、おいても、磨きレスを目指した高精度加工が必要で熟練の技を要し、時間、コストが増大するネック工程ある。
さらに、短納期、低コストへの対応のため、高速である。この磨き仕上げを、ボールエンドミルの3次元切削による生産性の向上が図られている。

加工でより仕上げ状態に近づけ、磨き工程を省略・これらの要求を満たすためには、ボールエンドミル簡略化する、いわゆる磨きレス加工が指向されている。の高精度化・高機能化が必須であり、±3μｍの超また、最近ではデジタルカメラなどに使用されるプラス精密ボールエンドミルや、楕円形状切れ刃のエンドミチックレンズ用超精密金型分野では、ワンランク上のルについて事例を交えて紹介する。

高精度が要望されている。

Abstract
More compact and better quality products havebeen developed as in the case of personal computers and mobile tools like cell phones. As the users
want more diversified products, the product life cycle has become extremely short.
The main tooling to produce such products in ashort time and in mass volume is a mold, of whichfinished surface precision affects the product workmanship. Therefore, it is very important to improve
the finished surface of a mold. High-precision machining is required to achieve lesser post polishing.
Furthermore, the machining productivity is improved with the use of high-speed cutting to satisfy
short delivery time and low cost.
It is essential to achieve high-precision and highfunction ball end milling in order to satisfy these requirements. Introduced are the ultra-precision ballend mill of ±3μm and the end mill with oval cutting
blade along with their performance examples.
1

金型の仕上げボールエンドミルの精度は、工具研削盤の高精度化とボール部の精密測定技術の進歩により、年々向上してきている。金型の高精度磨きレス加工に対応したボールエンドミルとしては、2000年に開催された日本国際工作機械見本市でボール部精度±5μmが登場した。それまでは±10μmが一般的であり、高精度加工用エンドミルとして注目を集めた。
NACHIは、ボール部精度±3μmの実現に加え、外周刃とボール刃をスムーズにつなぐことでこれまでは困難であった、R部180度範囲の保証を可能にした
超高精度ボールエンドミル「モールドマイスターボール」を開発した。

（形状精度を限界まで）
モールドマイスターボールは、外周部からボール部本ごとにボール部精度を示した検査成績書を添付しを連続的に研削することで、繋ぎの全くない形状をた。これにより、作業者はプログラム作成時や、機械造ることに成功した。
（図1）へのR寸法入力時に成績書に基づいた実測寸法をモールドマイスターボールを使用することにより、金型を狙い通りの形状に加工することができる。また、1入力することで、加工誤差を最小限に制御することができる。

繋ぎのない研削面

測定角度

測定値

-10°
0°
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
90°
100°
110°
120°
130°
140°
150°
160°
170°
180°
190°

0.99820.99870.99981.00081.00111.00060.99960.99920.99871.00021.00171.00080.99891.00020.99960.99901.00051.00041.00060.9985
0.9982Angle

R

項 目ED001

型

番2MMR1R公差

R1±0.003

R実測値＋0.0017
R1.0000 −0.0015

R最大値

90°

R1.0017

R最小値

180°

R0.9985

Serial Number

Model Number

R Tolrance

R Accuracy

R-Max

R-Min

外径

Diameter

φ1.9972

図1．
モールドマイスターボールの外観とR精度検査成績書

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Vol.3 A22

金型加工をリードする 「高精度エンドミル加工技術」（ますます高まる利用価値）
ボール部精度の違いによる加工精度の比較を図2

高速切削に使用される工具材料は、800℃近くまに示す。R部と外周部のつなぎ部に段差がある一般で上昇する切削熱に耐えるよう、超硬合金が使用さのボールエンドミルでは、狙い形状に対し、約8μmのれる。超硬合金は耐摩耗性の指標である硬さと、耐削り残しが発生した。一方、モールドマイスターボール

欠損性の指標である抗折力の両立が重要である。

では狙い通りの加工形状が得られる。

※2

炭化タングステン粒径を微細化し結合材であるコ

長時間の高速切削において、工具の摩耗進行をバルトの含有率を増やし、この相反する性質をバラン抑制し、高精度を維持するには、使用される工具材料、ス良く高める。最近では、炭化タングステン粒径0.5μ表面処理についても十分配慮し、高速切削による生m程度、コバルト含有率8〜10％程度の超硬母材が産性の向上が重要である。

多用されている。

加工段差理論値

加工段差実測値
理想線

モールドマイスターボール

ボール刃と外周刃のつなぎが滑らかでないエンドミル
は、狙いの加工面に対し、削り残しが発生する。

狙いの加工面削り残し
従来品
加工面

85°

一般のボールエンドミル

約7〜8μm

R精度の違いから狙い（理想）面に対し削り残しが発生する。

図2．
ボール部精度の違いによる加工精度比較

3

モールドマイスターボール

※3

表面処理技術は、1977年に物理蒸着法による炭モールドマイスターボールの材料には耐摩耗性と耐化チタン系コーティングや窒化チタン系コーティングがチッピング性をバランス良く高めた超微粒子超硬合金実用化されて以来、年々開発が進み、耐摩耗性、密と、耐熱性、耐摩耗性にすぐれたTiAIN系X sコーテ着性、耐熱性の向上が著しい。現在、硬さが2500〜

ィングを採用した。形状精度を極限まで高め、かつ精3000HV、耐酸化温度が850℃〜900℃まで向上した度を維持する工具材料、表面処理の工夫により、金窒化チタンアルミニウム系コーティングが主流となって型の高精度加工を達成するとともに、製作納期の短縮、いる。各コーティング膜の硬度と耐酸化温度の比較をコスト低減に寄与し、光学機器用超精密金型などを図3に示す。最近ではさらに耐酸化温度を高めるため、中心に利用価値が高まることが予想される。

※4

シリコンやクロムなどの耐熱元素を付加したコーティン
グの開発が進んでいる。
NACHIは、この分野でもコーティング加工方式と装（高いほど耐摩耗性に優れる）
硬さ（ＨＶ）

置の開発、制作でノウハウを蓄積してきている。

コーティング膜の開発方向（より高い切削温度に耐える膜の開発）

3500
ＴｉＣ
ＴｉＡｌＮ

3000
ＴｉＣＮ
2500

現在の主流
高硬度と高い耐酸化温度を有し高速切削に最適。

ＴｉＮ
2000

400500

600

700

800

900

耐酸化温度（℃）（高いほど高速切削が可能）
図3．
コーティング膜の硬さと耐酸化温度の比較

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Vol.3 A2

4

金型加工をリードする 「高精度エンドミル加工技術」

2. 新しい形状の工具による高精度と高能率の両立金型加工の高精度化や、加工時間短縮のために、対応できる。
しかし、ピックフィードを小さくすると、金型従来にないユニークな工具形状を採用したエンドミ全体を加工する工具経路が長くなり時間がかかるうえ、ルがある。

工具の摩耗が進行し工具寿命が低下してしまう。
また、※5

一般に、ボールエンドミルで加工した場合、カスプと工具径を大きくすれば同一ピックフィードでも仕上げ呼ばれる削り残しが発生する。この削り残しを少なく面精度を向上できるが、エンドミルの単体価格が増するには切り込み間隔（ピックフィード）を小さくするか、大するとともに、加工速度が制限され、コスト高の要同一ピックフィードであれば工具径を大きくすることで因となる。

ピックフィード0.5ｍｍ
カスプ高さ
0.0052ｍｍ

ボールエンドミル
R6ｍｍの場合

ピックフィード0.706ｍｍ
A

ピックフィード0.5ｍｍ
カスプ高さ
0.0026ｍｍ

カスプ高さ
0.0052ｍｍ

B
A＝6ｍｍ、B＝3ｍｍの楕円形状エンドミルの場合

Ａ＝6ｍｍ、Ｂ＝3ｍｍの楕円形状エンドミルの場合

同一カスプ高さになるようにしたとき同一ピックフィードとしたときピックフィードが約1.4倍となり高能率

カスプ高さが1／2となり高精度

図4．
楕円形状エンドミルの外観と活用方法

5

3.ものづくりプロセスの（小径工具の使用も可能）

リード役としてそこで、工具径は小さいまま、実際に加工に関与

高精度加工と高能率加工は、相反する取り組みする部分の曲率半径を大きく取った楕円形状エンドと思われがちである。
しかし、切削工具の特長を十分ミル「オーバルミル」を開発した。このオーバルミルはに理解し上手に使用することで、高精度でかつ高能使用方法によって、高精度加工へのアプローチと、率加工の実現は可能であり、コスト削減への足掛か加工時間短縮、工具寿命延長へのアプローチの二りとなる。

面性を持っている。図4に示すように、
ボール半径が6日本の金型産業は近年、慢性的な「繁忙赤字」にｍｍのボールエンドミルで、ピックフィードを0.5ｍｍにし苦しんでいる状況にあるが、世界市場においてそのて加工すると、理論上0.0052ｍｍのカスプが発生する。

高い技術力と、これまで蓄積したノウハウにより、ものこれに対し、横（A）半径を6ｍｍ、縦（B）半径を3ｍｍづくり分野の発展をリードしていく役割を担っている。としたオーバルミルでは、同一のピックフィードで加工切削工具を作る側、使う側がお互い協力して進歩すれば、カスプ高さが0.0026ｍｍと、ボールエンドミルしていくことで、金型大国日本の繁栄がある。の1 ／ 2になり高 精 度 加 工が 可 能になる。また、同一カスプ高さとなるようにすれば、ピックフィードを0.706ｍｍと約1.4倍の大きさにすることができ、高能率加工が可能になる。
また、工具経路も短くなり工具寿命の延長にも役立つ。
さらに、
このオーバルミルは次のような効果がある。一つは、接触面積が大きく周速の早い部分での切削となるため、切れ味がよく光沢のある良好な仕上げ面を得ることができる。
もう一つは、曲率半径の大きな部分で切削を行なうため、ボールエンドミルに対し小径工具の使用が可能であり、り、工具費の低減に寄与できる。
楕円形状の採用と、楕円形状を認識し加工プログラムを作成できるCAD／CAMシステムは、金型業界で革新的な加工法として注目を集めているアイテ

用語解説※1 マザーツール
製品を生みだす（作りだす）工具。
※2 抗折力破壊するまでに耐えた最大荷重。
※3 物理蒸着法
高真空装置の中で金属を蒸発、イオン化し硬質膜を形成する方法。
※4 耐酸化温度
コーティング膜が酸素と反応し、膜機能が低下する温度。
※5 カスプ
ボールエンドミルによる削り残し。

ムの一つである。

〈注記〉
本稿は、
日刊工業新聞2004年3月25日（木）
特集「工作機械産業」 重要性を増す高精度加工ー切削工具ー として掲載されました。

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Vol.3 A2

May / 2004

〈発行〉 2004年5月10日
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