BW Professional Cutter Expert www.tool-tool.com

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切屑は被削材の材質や切削条件により、その出方も大きく変わるが、何の対策もしなければ作業上有害な切屑がでてくる。中でも刃先から真っ直ぐに伸びて出てくるものでは、
　　　1) 作業者の手や指に障害を与えたり、
　　　2) 被削材や機械に複雑に絡みついて損傷を与えたり、
　　　3) 仕上げ面を傷付けるたり、
　　　4) 工具をたたいてチッピングをおこしたりする。
　一方、細かいせん断型の切屑では
　　　1) 摺動面に入り込んで機械に障害を与えたり、
　　　2) 目に飛び込む危険があったり、
　　　3) 穴加工などでは穴を詰まらせたりする。
　これらの結果作業効率を落すことにもなる。特に自動化機械ではこの種の有害な切屑の発生は避けなければならない。 チップブレーカはこのような切屑の弊害をなくするために工具に設けられるものでその役割は次のように考えられる。
　　　1) 切屑を切断し、切屑の長さ、方向性をコントロールする
　　　2) 切削抵抗を低減し、切れ味をよくする
　　　3) 工具寿命を長くする
　 チップブレーカの動作は切刃近傍に設けた曲面によって切屑を強く曲げ、被削物などの拘束物に当てて折るという考えのもとに設計される。従ってその形状は 様々で、被削物との関連や切削条件など1は被削材によるチップブレーカの違いを示したものである。また図2は超硬バイトに於いて切削条件の違い、すなわち 切込み深さ、送り量によってチップブレーカの形状がどのように変わるかを示している。

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エ ンドミルは図1に示すように、外周部と端面部に切れ刃を持つシャンク付フライス工具を言い、その種類は非常に多い。切れ刃は複数個あり、一般にねじれ角 βでねじれた切刃を持つが、ねじれ角のない直ぐ刃のものもある。用途としては平面加工、側面加工、溝加工、ならい加工などに用いられる。
エンドミルの性能を左右するものには刃数、ねじれ角、刃長などがある。
1) 刃数 刃数の少ないものは刃の間の隙間(チップポケット)が大きいので、切りくずの排出は良い。しかし工具断面積が小さいので剛性は低下し、切削時にたわみがでやすい。
・ 深溝切削の場合 ： 深さが外周部直径以上のものを切削するときはチップポケットが小さいと切りくず詰まりが起こって切削トルクが大きくなる。また切削油の回りも悪くなり、冷却効果と潤滑効果が得にくくなって外周刃に異常摩耗を起こす原因ともなる。
・ 浅溝切削 ： 深さが外周部直径の半分以下のものを削るときは、びびり振動を起こす心配がないので刃数が多い方が一枚の刃にかかる負担が少なくなる。したがってテーブル送りを大きくして切削効率を上げることができる。
・ 側面切削 ： 切りくずつまりの心配がないので工具剛性を重視した切削が可能。したがって刃数を大きくとったほうが切削抵抗の変動が少なく良い仕上げ面が得られる。
2) ねじれ角 ねじれ方向には右ねじれと左ねじれがあるが、右ねじれの方が多い。また切削力は工具に対しては、円周方向の力と、軸方向の力に分解できる。円周方向の力は 送りに必要な力として作用するので、ねじれ角が大きいほどその分力は少なくなる。そのため切込み分量を大きくとり送り速度を上げることができる。しかし軸 方向分力が大きくなるので、薄肉加工の場合は工作物を上方に持ち上げる力が働きびびり振動の原因ともなる。また大きいねじれ角の溝エンドミルでは刃先の コーナが鋭利になるのでコーナがチッピングを起こしたり、欠損したりする欠点がある。一般にキー溝加工のように精度の厳しい溝加工ではねじれ角を小さくす る(β=0°－20°)ほうが良い。また側面仕上げの精度が要求される場合はβ>45°にした方が良い。
3) 刃長 エンドミルの刃長と剛性の間には刃長の3乗に反比例して剛性は低下するといわれている。また剛性の低下は被削面の粗さも低下するので、実際の加工の時は工作物に合ったできるだけ短い刃長のものを選ぶ必要がある。

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　 切削加工のエネルギのほとんど大部分は熱に変換されてしまうが、工具はそのエネルギを発生するために大きな力を被削物に与えると共に、発生した熱負荷に も耐えなけばならい。そのため刃先部分は苛酷な条件にさらされるので損傷の発生は避けることができない。損傷の形態は大別すると摩耗型と欠損型に分けられ る(図1)。
1) 摩耗型 ： 　工具表面が切屑や被削物との摩擦により擦り減る現象でその形態は工具の材質により一様ではないが、摩耗の発生する部位としてはすくい面と逃げ面に発生する。いずれも切削速度が高すぎたり、工具材種が柔らかいことが原因と考えられる。
・ すくい面は切屑との間で常に厳しい摩擦熱にさらされているために、摩耗痕としてすくい面上に窪みが生じる。これをすくい面摩耗またはその形状からクレータ摩耗とも呼んでいる。送り量が大きすぎると起こる。
・ 逃げ面は仕上げ面と直接接触しないように設けられたものであるが、刃先に近い部分では仕上げ面との接触は避けることができずここに摩擦が発生して摩耗が生ずる。これを逃げ面摩耗という。逃げ角が小さかったり、送り速度が低いときに起こる。
・ その他切屑との境界線上に発生する境界摩耗、あるいは切屑の擦過痕などがある。

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　工具の損傷には摩耗型と欠損型があるが、欠損型のなかでも初期チッピングや刃先の欠落などは突発的でほとんど予測できない。しかし工具の寿命のほとんど が摩耗型の損傷で決まるので、その損傷を起こすまでの時間を予測をすることは生産コストから見て大変重要な事項である。
　摩耗型損傷の程 度はすくい面にでるクレータの深さKTと、逃げ面に発生する逃げ面摩耗の幅VBの大きさで決められる。その判定基準は規格(JISB 4011)で表のように定められていて、この基準に達するまでの総作業時間を寿命時間とする。テーラによる実験では切削速度Vと寿命時間Tとの間には次式 (1)の関係があるとされ、これを寿命方程式と呼んでいる。
　　　　　　　　　　　　　 (1)
ここでｎおよびCは工具と被削材の関係で決まる常数である。
　上式(1)の両辺を対数にとり整理すると式(2)のようになり、切削速度と寿命時間を対数座標上にとれば切削速度は勾配ｎの直線で表される。
　　 　　　　　 (2)
図1はステンレス鋼を各種超硬合金工具で切削したときの切削速度と寿命判定基準までの時間の例であり、式(2)の関係のあることが分かる。これを寿命曲線という。

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　 切削油には、大別すると二つの種類がある。 すなわち潤滑作用を主目的とし、原液で使用する「不水溶性切削油」と、冷却作用を主目的とし、水に希釈して使用する「水溶性切削油」である。この切削油に は大きく分けて潤滑作用、冷却作用、溶着防護作用があると考えられる。しかしそれぞれの作用ごとに一つの切削油を使うのではなく、実際には一つの油剤でこ れらの作用を同時に行うことが期待されている。そのため油には様々な添加剤を混ぜることによって、複雑な現象に対応した切削油剤が開発されている。しかし 近年の環境問題が重視される中で添加物に塩素系のものは除外されるようになった。
1) 潤滑作用
　 工具が受ける摩擦力は図1に示すようにすくい面上での切りくずとの間、逃げ面と被削材の間の2個所である。それらの摩擦によりすくい面ではクレータ摩耗 (すくい面摩耗)、逃げ面上ではフランク摩耗(逃げ面摩耗)が発生する。ここに潤滑油を供給する場合、逃げ面は工具の進行方向に油が入っていくので入りや すいが、すくい面上に於いては切りくずの排出方向と逆向きに工具が進んでいくので油の供給はされにくく、切削直後の切りくずは活性に富でいるので、切削へ の潤滑油の供給要な課題となる。しかし低速、軽切削の場合のように効果的に潤滑油が供給される場合、潤滑作用の効果は大きく、摩耗の軽減ばかりでなく、仕 上げ面の向上、切削動力の軽減に効果的である。 2) 冷却作用
　 切削作業による仕事はほとんどが熱に変換される。そのため切削点付近の工作物は膨張して加工精度を下げる原因にもなっている。そこで被削材－工具、工具－ 切屑で発生する摩擦熱や金属のせん断熱を吸収し、被削材を冷却することは加工精度の向上から見ても効果がある。また切削点の温度を下げることは工具の軟化 を防ぎ、被削物と工具の間の拡散や、合金化を押える効果があるので工具寿命を伸ばすことにも効果がある。しかしフライス切削のように断続切削が行われる場 合、ここに熱伝導の悪い工具を使っていると、冷却効果がありすぎると繰り返し熱応力が発生して、工具寿命を短くする危険性もある。 3) 溶着防護作用
　被削物と工具との間に介在することによって工具と被削物および、工具と切くず間の溶着を防いで構成刃先の発生を妨げる。このことにより構成刃先に起因する仕上げ面粗さの悪化や、加工物の寸法精度のバラツキを防ぐ。

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切削油の規格はJIS K2241─2000（切削油剤）として定められている。そのなかでは切削油剤として水溶性性切削油剤と不水溶性切削油剤の二つに大別され、それぞれに関して更に図1に示すように細分化されている。
　・ 不水溶性切削油剤(Ｎ種)にはＮ１種よりＮ４種まで更に再分類されている。ここでの大区分は銅に対する腐食性を基準としている。銅板腐食指標は100°C の油のなかに1時間磨いた銅板を浸したときに変色する度合いを見て、4等級の数字で腐食性を判定する。銅板腐食性が弱いものについては、硫黄添加物の含有 程度で細分している。
　・ 水溶性切削油剤(Ａ種）に関しては外観の色と表面張力の大きさでＡ１からＡ３まで分類し、それぞれに関して1号から2号までの細分類種がある。
　 このようにＪＩＳでの切削油の分類は切削に対する油の機能面からの視点は希薄であり、この分類から切削条件にあった油を見つけ出すことは難しい。これは 油が化学製品であることと切削油の中に入れられる添加剤の環境面、衛生安全面へ影響を考えなければならなくなってきたことによる。特に塩素系の添加剤は切 削油にとっては優れた性能を出すために使われていたが、ダイオキシン問題も考慮して2000年に改訂された規格から外され、今後は使用しないように薦めて いる。
　したがって切削油の選定にあたっては、切削条件から求められる油への要求項目と平行して労働安全面及び環境面の配慮を同時に考慮して行う 必要がある。加 工条件にあった油を選定するには切削油製造メーカが推奨している油種の中から選ぶことになるが、最終的な決定までには何回か見直しが必要である。その手順 の例を図2に示す。

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　Minimum Quantity Lubrication (微少量潤滑)は環境対策および省資源的観点から考え出された方式で、極微量の切削液で切削を行おうとするものである。切削液の役割の一つとして冷却作用 があるが、微量の切削液だけでは冷却効果はあまり期待できないので、現在考えられている手法は切削液を数ミクロンの霧状にして高圧空気と共に吹き付け、空 気によって冷却を行わせるという方式をとる。この時の圧縮空気は切りくずの排除も目的としている。
　この方式には多量の廃油による環境汚 染を防ぐという目的もあることから、使われる油剤も有害物であってなならない。また霧状にすることから作業者が吸い 込む可能性もあるので、吸い込んでも安全であることからも求められる条件である。さらに使われる量が微量であるので、微量でも潤滑効果の大きい油剤である ことが必要である。そのため使われる油としては合成エステル系あるいは植物油などが使われる。この方式を構成する装置としては油を微小粒径にする装置と、 空気に混ぜて吹き付けるノズルとからなっている。
　MQL切削で使われる工具としては高い潤滑性と断熱性が求められる。そのような工具として TiN、TiCN、TiAlNなどをコーティングしたもの、あるいは軟質金属に対してはダイヤモンド、DLC(ダイヤモンドライックカーボン)工具が適当 と考えられる。 この方式では多量の切削液によって切りくずを機械から排除することが難しいので、使える工作機械は限られる。また高圧空気を使うので騒音問題の解決が必要 である。まだ開発段階の切削法と言える。

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フライス切削のような断続切削では、カッターの回転方向と送りの方向によって上向き切削と下向き切削の2方式があり、この違いによって切削量や仕上げ面の状態が変わってくる。図1(a)および同図(b)は平フライス切削の場合の例でその両者の違いを示す。
　 図1(a)ではカッターが掬い上げるような形で被削物を削り進んでいく方式である。これを上向き切削という。ここでは切刃が削り始める位置でのカッターの 円周速度の方向と送りの方向が逆向である。そのため切刃の切削作業の進行と共に削り厚さは大きくなる。これに対して図1(b)の方式では噛み込みながら削 り進んでいく方式で、これを下向き切削という。ここでは図1(a)とカッターの回転方向が同じでも送りの方向が反転している。
　 同様の考え方で正面フライス切削の場合(図2)を考えると、カッターの回転方向と送りの方向は変わらなくてもカッターの回転中心を挟んでいずれの側が切削 に関わるかによって上向き切削と下向き切削が決まってくる。すなわち図2(a)では削り終りに向かって切屑の厚さが大きくなるので上向き切削、図2(b) では噛み込みながら削り進んでいくのでこの場合は下向き切削である。これに対して、カッターの回転中心を含んだ面で切削していく場合は切刃が切削作業をす る前面での切削の状態は上向き切削と下向き切削が共存することになる。
図1平フライス切削1)　　　　　　　　　 図2 正面フライス切削1)

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【技術内容】 　スローアウェイ式ドリルのチップ形状は多様である。分類すると以下のようになる。代表例を図示した。 　（１）三角形 　（２）四角形 　（３）ひし形 　（４）面取り用
【図】 　図１　三角形チップ 　出典：「2002～2003東芝タンガロイ切削工具」、（2002年11月　JIMTOF）、東芝タンガロイ株式会社発行、703頁
　図２　四角形チップ 　出典：「2002～2003東芝タンガロイ切削工具」、（2002年11月　JIMTOF）、東芝タンガロイ株式会社発行、701頁
　図３　ひし形チップ 　出典：「2002～2003東芝タンガロイ切削工具」、（2002年11月　JIMTOF）、東芝タンガロイ株式会社発行、700頁
　図４　面取り用チップ 　出典：「イスカル総合カタログ2003～2004」、（2002年11月　JIMTOF）、イスカルジャパン株式会社発行、249頁、254頁
【応用分野】 　穴あけ加工
【出典／参考資料】 　「2002～2003東芝タンガロイ切削工具」、（2002年11月　JIMTOF）、東芝タンガロイ株式会社発行、700頁、701頁、703頁 　「イスカル総合カタログ2003～2004」、（2002年11月　JIMTOF）、イスカルジャパン株式会社発行、249頁、254頁

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【技術内容】 　スローアウェイ式ドリルの先端刃物固定にはいろいろな方法がある。交換が容易で精度が良くなければならないので、種々工夫されている。以下に分類して示す。 　（１）セルフロック式 　自己拘束式クランプによるもので、チップ交換が短く工具寸法の調整も不用である（図１）。 　（２）シャンク内蔵のねじによるもの 　例として、「セコ　ドリル工具綜合カタログ（2002年11月　JIMTOF、セコ・ツールズ・ジャパン株式会社、116頁）」、および、「ケナメタル転削工具綜合カタログ2003（2002年11月　JIMTOF、ケナメタルジャパン株式会社、392頁）」がある。 　（３）クラウン正面よりねじで固定するもの 　例として、「イゲタロイニュースNo.435（2002年10月、住友電気工業株式会社、２頁）」がある。 　（４）クラウン側面よりねじで固定するもの 　例として図２がある。図２のほかに、「NTK2003切削工具カタログ（2002年10月　JIMTOF、日本特殊陶業、260頁）」、および、「Tooling by DIJET（2002年10月　JIMTOF、ダイジェット工業株式会社、290頁）」がある。
【図】 　図１　セルフロック式固定法 　出典：「イスカル総合カタログ2003～2004」、（2002年11月　JIMTOF）、イスカルジャパン株式会社発行、243頁
　図２　クラウン側面よりネジで固定する方法 　出典：「セラチップ　’03、’04」、（2002年10月　JIMTOF）、京セラ株式会社発行、314頁
【応用分野】 　穴あけ加工
【出典／参考資料】 　「イスカル総合カタログ2003～2004」、（2002年11月　JIMTOF）、イスカルジャパン株式会社発行、243頁 　「セラチップ　’03、’04」、（2002年10月　JIMTOF）、京セラ株式会社発行、314頁

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