平成２３年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

セラミックスの高精度切削加工技術(第 3 報)
－ベクトル磁気特性計測用 H コイル巻枠の加工－
水江宏*・大塚裕俊*・重光和夫*・橋口智和*・相原茂***機械・金属担当・**西日本電線株式会社

Precision Cutting Technology of the Ceramics (The 3rd)
－Cutting for a H-Coil Bobbin of Local Two-Dimensional Vector Magnetic Sensor－
Hiroshi MIZUE*・Hirotoshi OHTSUKA*・Kazuo SHIGEMITSU*Tomokazu HASHIGUTI*・Shigeru AIHARA***Mechanical and Metallurgical Engineering Gr.・**NISHI NIPPON ELECTRIC WIRE & CABLE CO.LTD.

要旨
前報までは，市販の超硬合金エンドミル工具を用いてホトベールに対する溝加工実験，H コイル巻枠加工実験を行った。本報

では，市販のダイヤモンドコーテッド超硬合金エンドミル，ワイヤー放電加工機で製作した PCD(焼結ダイヤモンド)エンドミルを用いてジルコニアに対する溝加工実験を行った．その結果，いずれも工具寿命などで問題が生じ，工具１本あたり H コイル巻枠１個分の加工除去量に達しなかった．

1.

はじめにを切削する目的の工具ではない．

高能率な電磁力応用機器の開発にあたって，鉄心などのしかしながら，昨今のダイヤモンドコーティング技術の進歩

正確な磁気特性の計測が不可欠であり，磁束密度や磁界のにより，短い切削距離であればファインセラミックスの加工も強さなどの面分布を計測するために，微小コイルなどを用い可能であるとの情報を得たので，低価格な市販工具がどのる方法が提案されている．本テーマでは，磁界の強さを測定程度耐えうるのか確認することにした．

する H コイルの巻枠の精密加工に取り組む．
巻枠の溝底入隅部の形状が，コイルの巻乱れの主な原因

2.1

実験方法と考えられるので，入隅部の形状精度の向上を目的に切削加工機には安田工業(株)製の精密立型高速マシニングセ加工実験を行ってきた．前報までは，1 個の H コイル巻枠を 1ンターYMC325 を使用した．機上計測用の顕微鏡はシグマ

本のエンドミルで仕上げるワーク除去量，工具寿命と入隅部光機(株)製同軸照明付観察ユニット，オリンパス(株)製 20 倍の削り残し幅の関係を明らかにし，ホトベール製の 2mm タイ対物レンズを使用した．被削材には東ソー(株)ジルコニア

プ H コイル巻枠を試作・巻線まで行った．加工精度は良好でYTZ （ 粉 砕 ボ ー ル 用 材 料 ， 曲 げ 強 度 ： 1200MPa ， 硬 度あったが，ホトベールは切削性が良い半面，強度が劣り巻線

HV10：1250，弾性率：210GPa）を使用した．工具は日進工作業でのトラブルの原因となっていた．

具(株)製ダイヤモンドコーティングエンドミル DCSE235(直径1.0)を使用した．切削条件を Table 1 に示す．

したがって本年度は，巻枠材質（被削材）をより高強度なジルコニアに変更するための加工実験を行った．ジルコニア

切削形態は，1 パスあたりの長さが 1.5mm の溝切削とし，は，ファインセラミックスの中でも難削材といわれる窒化ケイ素

加工液は使用せず乾式として，加工粉が機上に飛散しないよりも曲げ強さが大きい材料であり，ダイヤモンド系の工具をように，加工中は掃除機を使用して吸引した．

使用するほかない．
Table 12.

ダイヤモンドコーテッド超硬合金工具

Slotting condition

Slotting condition No

No.1

No.2

No3

Rotation (min-1)

6000

5000

5000

されている．この種の工具は，ダイヤモンドの低摩擦係数など

Feed rate (mm/min)

150

3015の特性を利用して非鉄金属の鏡面仕上げ加工などに用いらDepth of cut Z(mm)0.1

0.10.05

超硬合金の母材にダイヤモンドをコーティングしたエンドミルであり，銅やアルミなどの精密切削用に多くの品種が市販れるもので，本来ファインセラミックスなどの高硬度・高脆材料

40

平成２３年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

2.2

実験結果

切削条件 1，2 では，溝切削開始直後に刃元部から折損

3.

PCD（焼結ダイヤモンド）工具し，加工不能となった．より加工抵抗を減らした切削条件 3 でPCD は，単結晶ダイヤモンドほどの硬度を有していないは，溝長さ 3.0mm（2 パス目）程度までは比較的良好であっが，ダイヤモンドの次に硬いとされる cBN の 2 倍以上の硬度たが，溝長さ 4.5mm（3 パス目)では，かなりチッピング摩耗がを有している．また，特定の結晶面に起因するへき壊性が無進行し，溝長さ 6mm（4 パス目）では，加工不能となった

く，バインダーの導電性により放電加工が可能であり，しかも(Fig.1，2 参照)．

安価である．

条件 3 における溝長さ 6mm

での除去体積は，0.3mm3

そこで，ワイヤー放電加工機を使用して，鋭利な刃先を有であり，H コイル巻枠 1 個加工時に必要な除去体積する 1 刃(Fig.3 参照)，2 刃のエンドミルを製作し，ジルコニア（3.22mm3）の 9%に相当する．本テーマは，溝底の入隅部に対する溝加工実験を行った．の微小な削り残しを最小に抑えることが目的であり，市販のダイヤモンドコーテッド超硬合金工具の使用は，耐摩耗性の観点から現実的でないと考えられる．

1div=10μm(a) Face(b) Peripheral cutting edge

1div=100μm(a) Face(b) Peripheral cutting edge
Slotting length:1.5mm×4pass
Slotting condition No.3
Work piece:Zirconia(YTZ)
Tool:NS TOOL CO.,LTDDCSE235(φ0.1)
Rotation:5000min -1
Feed rate:15mm/min
Depth of cut:Z=0.05mm
Coolant:Dry(c) End cutting edge

Fig.3

1 flute PCD endmill(c) End cutting edge

Fig.1

3.1

Tool condition after slotting

実験方法

使用機器は 2.1 項と同様である．切削形態は，1 パスあたりの長さが 15mm の溝切削とし，加工液は使用せず乾式とし1st pass
2nd

た．切削条件を Table 2 に示す．

3rd4thTable 2

Fig.Slotting condition

Slotting condition No

1div=100μm
Slotting length:1.5mm×4pass

Fig.2

Work piece:Zirconia(YTZ)
Tool:NS TOOL CO.,LTD
DCSE235(φ0.1)
Rotation:5000min -1
Feed rate:15mm/min
Depth of cut:Z=0.05mm
Coolant:Dry

No.4

No.5

No.6

Number of flute

112Rotation (min-1)

5000

5000

5000

Feed rate (mm/min)

7.5

7.5

7.5

Depth of cut Z(mm)0.050.10.13.2

実験結果

1 刃条件 4，5 では，1 パス（溝長さ 15mm）後刃先の多くのチッピングを確認し加工を中止した(Fig.4 参照)．また，2刃条件 6 においても 1 パス加工後チッピングを確認し加工をWork condition of slotting
41平成２３年度 研究報告 大分県産業科学技術センター中止した(Fig.5 参照)．なお 2 刃条件 6 における，溝長さ

荒加工に 10 数本，仕上げ加工に数本のエンドミルが必要で15mm での除去体積は，1.5mm3 であり，H コイル巻枠 1 個ある．

加工時に必要な除去体積（3.22mm3）の 47%に相当する．

また，ワイヤー放電加工機を使用して製作した PCD エンド

また，加工後の工具観察により，第 2 逃げ面およびその後ミルを使用すると，希望する除去体積の 50%以下の寿命となろに続く逃がし面が，被削材と干渉している痕跡が認められった．この場合必要エンドミル本数は，市販のエンドミルに比た．また，2 刃条件 6 では被削材のカケが少なく良好な結果

べてチッピングが小さいことを考慮すると，荒加工に 3 本，仕が得られた(Fig.6 参照)．

上げ加工に 2，3 本必要であると考えられる．
本研究は，大分県地域結集研究開発プログラムの一部として，西日本電線株式会社と共同で行ったものである．

1div=100μm(a) Face(b) Peripheral cutting edge
Slotting length:15mm×1pass
Slotting condition No.5

Slotting length:0mm (Start point)

Work piece:Zirconia(YTZ)
Tool:1 flute PCD
endmill(φ0.1)
Rotation:5000min -1
Feed rate:7.5mm/min
Depth of cut:Z=0.1mm
Coolant:Dry(c) End cutting edgeFig.4

Tool condition after slotting
Slotting length:5mm

1div=100μm(a) Face(b) Peripheral cutting edge

Slotting length:10mm

Slotting length:15mm×1pass
Slotting condition No.6(c) End cutting edge

Fig.5

Work piece:Zirconia(YTZ)
Tool:2 flutes PCD
endmill(φ0.1)
Rotation:5000min -1
Feed rate:7.5mm/min
Depth of cut:Z=0.1mm
Coolant:Dry

1div=100μm
Slotting length:15mm (End point)
Slotting condition No.5
Slotting condition No.6
(2 flutes PCD endmill)(1 flute PCD endmill)Tool condition after slotting

4.

Work piece:Zirconia(YTZ)
Rotation:5000min -1
Feed rate:7.5mm/min
Depth of cut:Z=0.1mm
Coolant:Dry

まとめ

ジルコニアに対する溝切削加工において，市販のダイヤモ
ンドコーテッド超硬合金エンドミルを使用すると，H コイル 1 個を加工するために必要な除去体積に対して，10%以下寿命Fig.6となった．言い換えると，H コイル巻枠 1 個加工するために，
42Work condition of slotting