切削とは、材料に刃物を当てて切ったり削ったりすることだ。木やプラスチック(樹脂)材料も、もっと硬い金属材料も、削るときには刃物を使う。刃物は材料よりも硬くなければならない。では、金属切削用の刃物は何でできているのだろうか。その刃物の材料はどうやって加工すればよいのだろうか。

 金属を削る刃物には、超硬合金と呼ばれる材料が使われる。その名の通り非常に硬いのが特徴であり、当然鋼鉄よりも硬い。代表的なものに、炭化タングステン(WC)とコバルト(Co)を混合して焼結したものがある。

 この超硬合金を削るには、これまでは超硬合金よりも硬い単結晶ダイヤモンドの刃先を付けた工具を使うしかなかった。しかしダイヤモンドは非常に高価なので、刃物で削る(切削加工)ことはあきらめて、放電によって材料に微細な火花を当てて少しずつ溶かしたり(放電加工)、ダイヤモンドの粉を使ってやすりのように削ったりする(研削加工)のが一般的である。これらの方法は、実行するのが大変で時間がかかるが、加工精度がそれほど高くはない。

 ところが、超硬合金を刃物で削ることが、最近現実味を帯びてきた。使う刃物も超硬合金製だから、そこまで高価ではない。いってみれば、「工具を工具で削る」ような話である。

薄いダイヤモンド被膜で工具を覆う

 超硬合金を切削できれば、従来の放電や研削よりも早く加工できる。つまり、安く加工できる。加工の精度も高まる。研削は、数多くの硬い粒(砥粒)による現象であるため、加工範囲や加工深さを厳密に制御することが難しいが、切削加工は刃先の位置を直接制御でき、高い寸法精度を得られる。超硬合金で複雑な形状を精度良く削り出せれば、金属を成形するための金型に使える。従来の鋼鉄製のものより長持ちする金型になる。

 実は、超硬合金の切削加工技術を確立できれば、それ以外のセラミックスや、耐熱性の特に高い合金の切削加工にも応用できる。高強度、高硬度、高耐熱性といった優れた特徴のある材料は、総じて加工が難しい。切削技術が進歩すれば、付加価値の高い部品を従来より短時間、低コスト、高精度で生産することが可能になるわけだ。

図1●ユニオンツールの超硬合金加工用の工具
ダイヤモンド被膜の微細組織を制御することで、硬度と靱性を高めて耐摩耗性を向上させた。
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 2012年に工具メーカーのユニオンツールは、ダイヤモンドの薄膜(ダイヤモンド・コーティング)で工具を覆った「UDC」シリーズを発売した(図1)。「もともと別の目的でダイヤモンドコーティングを発展させていたところ、超硬合金を削ってみたら思いのほか削れた」(ユニオンツール)という経緯で生まれたものだ。価格は単結晶ダイヤモンドを刃先に付けた工具の6分の1程度で済む。

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