CN102015229A - 木材用刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高了耐磨损性/耐腐蚀性的木材用刀具。该木材用刀具在由硬质合金或者工具钢构成的基材(12)的前刀面(16)上通过PVD处理而涂覆有由氮化铬(CrN)构成的硬质基础覆膜层(18)。该硬质基础覆膜层(18)构成从基材(12)侧依次为第一层(18a)～第五层(18e)的五层结构。另外，在硬质基础覆膜层(18)的第五层(18e)的外表面上涂覆有由铬氧化物(Cr2O3)构成的硬质主覆膜层(20)。硬质主覆膜层(20)与硬质基础覆膜层(18)一样通过PVD处理而形成。通过在硬质基础覆膜层(18)上涂覆硬质主覆膜层(20)，抑制了浸蚀，并且超硬替刃(10)的耐磨损性/耐腐蚀性得以提高。

Description

木材用刀具
技术领域
本发明涉及一种木材用刀具，更详细来说涉及供木材或木质类材料的切削/粉碎、至少在前刀面或者后刀面上形成有铬或者氮化铬类的硬质基础覆膜层的木材用刀具。
背景技术
在用于粉碎木材或者木质类材料类的复合材料的粉碎刀、用于切削加工的圆盘锯等旋转切削用刀具、除此之外的刨刀等刨削用工具等中，作为其基材，选择性地采用轴承钢、工具钢、硬质合金等。对于这些粉碎刀和切削刀等木材用刀具，为了锋利度的改善、切削寿命的持续和提高，在木材用刀具的前刀面或者后刀面上通过PVD处理法等广泛地进行实施含有氮化铬(CrN)等的硬质基础覆膜层的处理。
例如，在专利文献1中，提出了这样的方案：在以高速工具钢或其他硬质合金等为基材的木材用刀具中，在其后刀面或者前刀面中的任一个面上形成氮化铬的硬质基础覆膜层，从而抑制切削刃的伴随时间经过的磨损。
专利文献1：日本特开平2-252501号公报
但是，近年来对环境的关心度提高，因此有要求进一步提高木材用刀具的耐久性以及延长寿命的趋势，期待木材用刀具的耐磨损性/耐腐蚀性的飞跃性的提高。另外，如以往的例子那样，涂覆有氮化铬的硬质基础覆膜层的木材用刀具虽然对于干燥的木质类材料发挥优异的效果，但是对于含水率高的工件，则效果不理想。即，当工件的含水率高时，促进了硬质基础覆膜层中的铬成分的溶出，存在浸蚀导致的磨损量(刀尖后退量)增大的难点。
发明内容
因此，鉴于现有的木材用刀具所存在的上述问题，为了适当地解决上述问题提出了本发明，本发明的目的在于提供一种对于木材和木质材料无论干燥状态如何都具有很高的耐磨损性/耐腐蚀性的木材用刀具。
为了克服上述课题并达到所希望的目的，本发明的第一方面的木材用刀具在由硬质合金、轴承钢或者工具钢构成的基材的至少前刀面或者后刀面上直接或间接地涂覆有具有铬物质和/或氮化铬类物质的硬质基础覆膜层，其特征在于，
在所述硬质基础覆膜层上直接或者间接地涂覆有具有氧化铬类物质的硬质主覆膜层。
根据本发明的木材用刀具，相对于木材和木质材料，无论干燥状态如何都能够提高耐磨损性/耐腐蚀性，从而延长产品寿命。
附图说明
图1是表示实施例1的超硬替刃的图，(a)表示从前刀面侧观察超硬替刃的整体图，(b)表示(a)中的A-A线剖视图。
图2是表示实施例2的超硬替刃的图，(a)表示从前刀面侧观察超硬替刃的整体图，(b)表示(a)中的B-B线剖视图。
图3是表示实施例3的刨刀的图，(a)表示形成有薄硬质主覆膜层的超硬替刃的剖视图，(b)表示形成有厚硬质主覆膜层的刨刀的剖视图。
图4是表示变更例的超硬替刃的剖视图。
图5是表示实验例1的实验结果的试样1和2的刀尖剖视图。
图6是表示实验例2的实验结果的试样1～3的刀尖剖视图。
图7是表示实验例3的实验结果的试样1～4的刀尖剖视图。
图8是表示实验例4的实验结果的试样1～3的刀尖剖视图。
图9是表示实验例5的实验结果的试样1～6的刀尖剖视图。
图10是表示实验例6的实验结果的曲线图，其表示相对于硬质基础覆膜层的膜厚的剥离面积。
图11是表示实验例7的实验结果的曲线图，其表示相对于硬质基础覆膜层的膜厚的崩刃宽度的比例和刀尖后退量。
图12是表示实验例8的实验结果的试样1和2的刀尖剖视图。
图13是表示实验例9的实验结果的试样1和2的刀尖剖视图。
图14是表示对实验例9的切削功率进行比较的实验结果的曲线图，(a)表示进给速度为2m/min的情况，(b)表示进给速度为4m/min的情况。
具体实施方式
下面，参照附图并列举优选的实施例对本发明的木材用刀具进行以下说明。
实施例1
图1(a)是从前刀面16侧观察实施例1的木材用刀具10的整体图，图1(b)是木材用刀具10的A-A线剖视图。在实施例1中，作为木材用刀具，采用设置于替刃式铣刀或者替刃式木工铣刀等的超硬替刃10。该超硬替刃10的主体是以硬质合金为材质的薄板状的基材12，在该基材12的纵长方向的两缘部形成有切削刃部14、14，通过将超硬替刃10翻转，能够将两切削刃部14、14应用于切削。如图1(b)放大所示，在超硬替刃10的前刀面16上通过PVD处理而涂覆有具有氮化铬(CrN)的硬质基础覆膜层18。所述硬质基础覆膜层18例如构成为以所述基材12侧为第一层18a、具有第一层18a～第五层18e的五层结构。
该硬质基础覆膜层18的整体膜厚设定在大约0.075μm～10.0μm的范围内。若硬质基础覆膜层18小于0.075μm，则无法适当地保护基材12，并且如后述的实验例所示，难以确保与硬质主覆膜层20(后述)的紧贴性。而且，若硬质基础覆膜层18的膜厚大于10.0μm，则在切削时或者在刃磨(磨刀)时容易产生该硬质基础覆膜层18的崩刃。另外，关于基材12的后刀面22侧，在刃磨的时候硬质基础覆膜层18被磨削而除去，因此，该硬质基础覆膜层18在后刀面22上作为截面留在切削刃部(刀尖)，而不是作为覆膜残留。
在所述硬质基础覆膜层18的作为最外层的第五层18e的外表面上，涂覆有具有氧化铬类物质(Cr-O)的硬质主覆膜层20。该硬质主覆膜层20由薄膜的铬氧化物(Cr2O3)层构成。在实施例1中，硬质主覆膜层20由一层构成，其膜厚设定在大约0.2μm～5.0μm的范围。若硬质主覆膜层20的膜厚小于0.2μm，则如后述的实验例所示，不能实现耐磨损性/耐腐蚀性的提高，而且，如果使硬质主覆膜层20的膜厚大于5.0μm，则在硬质主覆膜层20的切削时或刃磨时容易发生崩刃。这样，通过在硬质基础覆膜层18上进一步涂覆硬质主覆膜层20，对于木材和木质材料，无论干燥状态如何，都能够发挥极其良好的耐磨损性/耐腐蚀性。另外，硬质主覆膜层20也通过刃磨时的磨削而在基材12的后刀面22上作为截面留在切削刃部，而不是作为覆膜残留。在实施例1中，使硬质基础覆膜层18为五层结构，使硬质主覆膜层20为一层，但是并不限定于该覆膜结构，也可以使硬质基础覆膜层18为四层以下或者为六层以上，或者使硬质主覆膜层20为两层以上。
实施例2
接下来对木材用刀具的实施例2进行以下说明。图2(a)是从前刀面34侧观察实施例2的木材用刀具30的整体图，图2(b)是B-B线剖视图。作为实施例2的木材用刀具，与实施例1一样，采用了设置于替刃式铣刀或替刃式木工铣刀等的超硬替刃30。该超硬替刃30具有由硬质合金构成的基材32，在该基材32的前刀面34上涂覆有由氮化铬构成的硬质基础覆膜层36。该硬质基础覆膜层36例如构成为两层结构(从基材32侧起为第一层36a、第二层36b)。
在所述硬质基础覆膜层36的作为最外层的第二层36b的外表面上形成有由氮氧化铬(CrNO)构成的硬质主覆膜层38。该硬质主覆膜层38构成为例如三层结构，涂覆在所述硬质基础覆膜层36上的第一层38a由在氮气和氧气的气体氛围中以5％的氧浓度进行PVD涂覆而成的氮氧化铬构成。另外，层叠在所述第一层38a上的第二层38b和最外侧的第三层38c均由在氮气和氧气的气体氛围中以10％的氧浓度进行PVD涂覆而成的氮氧化铬构成。即，在实施例2中，硬质主覆膜层38通过将氧浓度不同的氮氧化铬层层叠多层而构成。另外，所述硬质基础覆膜层36的整体膜厚与实施例1一样设定在大约0.075μm～10.0μm的范围内，硬质主覆膜层38的整体膜厚也设定在大约0.2μm～5.0μm的范围内。而且，通过刃磨时的磨削，在基材32的后刀面40上硬质基础覆膜层36和硬质主覆膜层38作为截面留在切削刃部，而不是作为覆膜残留。另外，在实施例2中，使硬质基础覆膜层36为两层结构，使硬质主覆膜层38为三层结构，但是该覆膜结构也可以进行适当变更。
实施例3
接下来对实施例3的木材用刀具50、51进行说明。在实施例3中，如图3(a)和(b)所示，作为木材用刀具，采用了两种刨刀50、51。刨刀50、51的基材52由高速工具钢形成，在其前刀面54上通过PVD处理仅涂覆有一层由氮化铬构成的硬质基础覆膜层56。而且，在两个刨刀50、51的硬质基础覆膜层56、56上仅涂覆有一层膜厚不同的硬质主覆膜层58、60。该硬质主覆膜层58、60与实施例1一样由铬氧化物(Cr2O3)构成。
在实施了膜厚较薄的硬质主覆膜层58的刨刀50(参照图3(a))中，硬质基础覆膜层56的膜厚设定成大约2.2μm，硬质主覆膜层58的膜厚设定成大约0.4μm。另一方面，实施了较厚的硬质主覆膜层60的刨刀51(参照图3(b))中，硬质基础覆膜层56的膜厚设定成大约2.3μm，硬质主覆膜层60的膜厚设定成大约0.7μm。但是，对于硬质主覆膜层58、60两者来说，膜厚只要在0.2μm～5.0μm的范围内，则可以进行变更。另外，对于硬质基础覆膜层56、56，膜厚可以在0.075μm～10.0μm的范围内进行变更。此外，刨刀50、51通过对后刀面62、62进行再磨削来进行再次刃磨，以供再次使用，因此，在该刨刀50、51的后刀面62、62上没有涂覆硬质基础覆膜层56和硬质主覆膜层58、60。另外，并不限定于实施例3的各覆膜层56、58、60的覆膜结构，覆膜结构可以适当变更。
(变更例)
另外，作为硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层的覆膜结构，并不限定于上述实施例所示的结构。例如，也可以使硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层交替地层叠多层。图4是表示变更例的木材用刀具70的剖视图。该木材用刀具是用于替刃式铣刀或替刃式木工铣刀等的超硬替刃70，该超硬替刃70的主体为由硬质合金形成的基材72。另外，如图4放大所示，构成为：在基材72的前刀面78上硬质基础覆膜层74和硬质主覆膜层76交替地层叠有多层。即，在基材72的前刀面78上，作为第一层形成有由氮化铬(CrN)构成的硬质基础覆膜层74，在该硬质基础覆膜层74的上表面作为第二层而形成有由铬氧化物(Cr2O3)构成的硬质主覆膜层76。此外，作为第三层，形成有氮化铬的硬质基础覆膜层74，在该第三层上作为最外侧的第四层涂覆有为铬氧化物的硬质主覆膜层76。
在图4所涉及的上述变更例中，将硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层交替地层叠了多层，而各覆膜层均是由单层构成。但是，这样使各覆膜层为单层并不是必要条件，也可以使各覆膜层为多层。另外，无需使硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层全部为多层，也可以是单层和多层交替的组合，或者是无规律的随机的组合。
例如是由多层的氮化铬(CrN)构成的硬质基础覆膜层和由多层的铬氧化物(Cr2O3)构成的硬质主覆膜层交替地在基材72的前刀面78上层叠多层的情况，这种情况未图示。另外，如上所述，无需使所有的硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层全部分别为多层，可以仅使特定的覆膜层为多层。
另外，在铬氧化物(Cr2O3)的覆膜层为多层的情况下，第一层、第二层、第三层……中的氧浓度可以不同。即，可以使在第一层、第二层、第三层……上PVD涂覆铬氧化物时的氧气和铬的气体氛围下的氧浓度在各层中不同地来实施。
这里，在变更例的超硬替刃70中，所有的硬质基础覆膜层74和硬质主覆膜层76中的膜厚的合计设定为大约在15.0μm以下。这是因为，膜厚的合计若大于15.0μm，则切削时或者刃磨时容易产生崩刃。这样，通过使硬质基础覆膜层74和硬质主覆膜层76交替地层叠，即使在切削时或刃磨时产生刀刃崩碎，硬质基础覆膜层74或者硬质主覆膜层76也仅是以层为单位剥离，能够抑制大(深)的刀刃崩碎的产生。另外，在变更例的覆膜结构中，也能够发挥与实施例1～3同样的优异的耐磨损性/耐腐蚀性效果。另外，在基材72的后刀面80上，通过刃磨时的磨削，硬质基础覆膜层74和硬质主覆膜层76作为截面留在切削刃部(刀尖)，而不是作为覆膜残留。
另外，在实施例1～3和变更例中，作为硬质基础覆膜层18、36、56、74的覆膜组成，采用了氮化铬(CrN)，但是，只要是含有除去氧化物的铬(Cr)和/或者氮化铬类物质的材料，则除了氮化铬之外，例如可以采用CrBN、CrCN、CrAIN、CrSiN、CrTiN等作为硬质基础覆膜层。另外，在实施例1～3和变更例中，作为木材用刀具，以替刃式铣刀或替刃式木工铣刀等的超硬替刃10、30、70、或者刨刀50、51为例进行了说明，但是只要是木材或者木质类材料用的粉碎刀或者切削刀，则也可以是消片刀、锯片、指接刀等任意刀具。此外，在实施例1～3和变更例中，在前刀面16、34、54、78上形成了硬质基础覆膜层18、36、56、74以及硬质主覆膜层20、38、58、60、76，但是也可以在后刀面22、40、62、80上形成覆膜层，或者在前刀面16、34、54、78和后刀面22、40、62、80两个面上都形成覆膜层。特别是在为粉碎刀的情况下，优选在前刀面和后刀面两个面上进行涂覆。另外，也可以在基材12、32、52、72整体上涂覆两覆膜层。
接下来，为了确认本发明的木材用刀具的切削性能，如以下所示，利用各种木材用刀具来制成构成各种覆膜结构的试样，并进行切削实验。在制作试样的时候，通过电弧放电型离子镀装置(未图示)来实施PVD处理，在硬质合金或者高速工具钢的基材上形成单层或者多层的硬质基础覆膜层。然后，对于形成了硬质基础覆膜层的超硬替刃或高速工具钢的基材，以构成单层或者多层结构的方式涂覆铬氧化物(Cr2O3)或者氮氧化铬(CrNO)的硬质主覆膜层。在实验例1～7中，在基材的前刀面上进行涂覆，在实验例8中，在基材的前刀面和后刀面进行涂覆，在实验例9中，在基材的后刀面上进行涂覆。处理条件如下所述。
蒸发源：铬(Cr)
电弧放电电流值：150A
偏置电压：-40～-100V
腔室内压力：2.66Pa
基板温度：400℃
(实验例1)
在实验例1中，进行了对涂覆有由铬氧化物构成的硬质主覆膜层的情况下的耐磨损性/耐腐蚀性效果进行确认的实验。即，制作仅涂覆有硬质基础覆膜层的超硬替刃(试样1)和涂覆有硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层的超硬替刃(试样2)，分别进行切削实验。试样1和2的覆膜结构如下所示。另外，各种试样的膜的种类通过能量分散型X射线分析装置来解析(在后面的实验例中也是一样的)。在任意试样的超硬替刃中，涂覆的覆膜的合计膜厚设定为7.0μm～7.5μm的范围内。另外，任何试样的基材的尺寸都为20mm×12mm×1.5mm。
【表1】
使用上述试样1和2进行针对作为工件的杉木的切削实验。切削条件如下所述。
机械：NC镂铣机
工件：杉木(含水率30％～80％)
切削工具：木工铣刀(切削直径45mm)
进给速度：1m/min
转速：6000RPM
切削深度：20mm
切削材料长度：77.5m
通过上述实验，获得以下结果。
【表2】
  试样No.   刀尖(前刀面)后退量   前刀面磨损带宽度
  1   20.6μm   26.6μm
  2   11.7μm   2.0μm
另外，切削77.5m后的各试样的刀尖截面形状如图5所示。另外，前刀面后退量和前刀面磨损带宽度分别是图5中的标号a和标号b所表示的磨损量(在下文中的实验例1～8中也是同样的)。
从上述实验结果可知，关于刀尖后退量，没有涂覆硬质主覆膜层的试样1较大，而涂覆有硬质主覆膜层的试样2的刀尖后退量小。而且，关于前刀面磨损带宽度，也是试样1的前刀面磨损带宽度大，而试样2的前刀面磨损带宽度是极小的值。另外，根据图5，试样1的前刀面的硬质基础覆膜层磨损，构成了带有圆度的截面形状，与此相对，试样2的前刀面的覆膜(硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层)残留，保持了尖锐的截面形状。从本实验例的结果明显可知：涂覆有硬质主覆膜层的试样2的超硬替刃发挥了极其良好的耐磨损性和耐腐蚀性。
(实验例2)
接下来，在实验例1中的试样1、2的基础上，增加涂覆有膜厚大的硬质主覆膜层(铬氧化物)的试样3进行切削实验。试样2的硬质主覆膜层的膜厚为大约0.7μm，而试样3的硬质主覆膜层的膜厚为大约2.0μm。试样1～3的覆膜结构如下所示。另外，任何试样的整体膜厚都设定为大约7.0μm～7.5μm的范围，而且任何试样的基材的尺寸都为20mm×12mm×1.5mm。
【表3】
Figure BPA00001250133000091
使用上述试样1～3，针对含水率高的柏木进行切削实验。切削条件如下所述。
机械：NC镂铣机
工件：柏木(含水率50％～90％)
切削工具：木工铣刀(切削直径45mm)
进给速度：1m/min
转速：6000RPM
切削深度：20mm
切削材料长度：30m
通过上述实验，获得以下结果。
【表4】
  试样No.   刀尖(前刀面)后退量   前刀面磨损带宽度
  1   17.0μm   18.4μm
  2   12.0μm   4.3μm
  3   5.7μm   2.5μm
另外，切削30m之后的各试样的刀尖截面形状如图6所示。
从上述实验结果可知，关于刀尖后退量和前刀面磨损带宽度，都是形成有硬质主覆膜层的试样2和3较小。特别是硬质主覆膜层的膜厚较大的试样3的表现出了最小值。另外，根据图6，试样1的前刀面的硬质基础覆膜层磨损，构成了带有圆度的截面形状，而试样2和3的前刀面的覆膜(硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层)残留，保持了尖锐的截面形状。从实验例2的结果明显可知：即使对于含水率高的工件，也是涂覆有铬氧化物的试样2和3的超硬替刃发挥了极其良好的耐磨损性/耐腐蚀性。另外，可以说硬质主覆膜层的膜厚越大，耐磨损性/耐腐蚀性效果越好。
(实验例3)
在实验例3中，作为硬质主覆膜层采用了氮氧化铬(试样2、3)或者铬氧化物(试样4)进行了对比实验。另外，对于采用了氮氧化铬的试样，准备了使形成硬质主覆膜层时的氧气和氮气的气体氛围中的氧浓度不同的两种试样(试样2、3)。另外，为了进行比较，还制作了仅涂覆有硬质基础覆膜层的超硬替刃(试样1)。在本实验例中使用的试样1～4的覆膜结构如下所示。另外，任何试样的整体膜厚都设定在大约7.0μm～7.5μm的范围，而且任何试样的基材的尺寸都为20mm×12mm×1.5mm。
【表5】
Figure BPA00001250133000101
使用上述试样1～4针对干燥的云杉集成材料进行了切削实验。切削条件如下所述。
机械：NC镂铣机
工件：云杉集成材料
切削工具：木工铣刀(切削直径45mm)
进给速度：1m/min
转速：6000RPM
切削深度：20mm
切削材料长度：90m
通过上述实验，获得以下结果。
【表6】
  试样No.   刀尖(前刀面)后退量   前刀面磨损带宽度
  1   12.6μm   4.0μm
  2   9.0μm   4.2μm
  3   6.7μm   3.2μm
  4   8.7μm   3.0μm
另外，切削90m后的各试样的刀尖截面形状如图7所示。
从上述实验结果可知，关于刀尖后退量，没有涂覆硬质主覆膜层的试样1最大，而试样2～4的刀尖后退量小。在涂覆了同样的由氮氧化铬构成的硬质主覆膜层的试样2、3中，PVD涂覆时的气体氛围中氧浓度高的试样3的刀尖后退量和前刀面磨损量都小。另外，关于前刀面磨损带宽度，试样4示出了最小的值。另外，根据图7，试样1～4虽然都保留了尖锐的形状，但特别是试样3和4保存了非常尖锐的截面形状。从该实验例3的结果可知：涂覆有氮氧化铬或者铬氧化物的硬质主覆膜层的超硬替刃针对干燥材料发挥了良好的耐磨损性/耐腐蚀性。此外可知，在涂覆了氮氧化铬的硬质主覆膜层的情况下，氧浓度越高，耐磨损性/耐腐蚀性效果越好。
从以上的实验例1～3的结果可知，涂覆了由铬氧化物构成的硬质主覆膜层的超硬替刃对于含水率高的工件和干燥的工件都发挥了优异的耐磨损性/耐腐蚀性。另一方面可知，在涂覆了由氮氧化铬构成的硬质主覆膜层的超硬替刃中，对于干燥的工件发挥了良好的耐磨损性/耐腐蚀性。而且还确认到：在涂覆氮氧化铬的情况下，耐磨损性/耐腐蚀性也根据氧浓度有所提高。
(实验例4)
在上述实验例1～3中，使用了具有由硬质合金构成的基材的超硬替刃，而在实验例4中，使用了用高速工具钢形成基材的刨刀来进行了切削实验。与实验例1～3一样，在制作试样的时候，利用电弧放电型离子镀装置来在由高速工具钢构成的基材的前刀面上形成氮化铬(CrN)的硬质基础覆膜层。然后，对于该硬质基础覆膜层，在以下的条件下以膜厚不同的方式涂覆铬氧化物(Cr2O3)的硬质主覆膜层，从而制作出两种试样(试样2和3)。另外，作为比较用途，还制作了仅涂覆有硬质基础覆膜层的试样(试样1)。在本实验例中使用的试样1～3的覆膜结构如下所示。
【表7】
  试样No.   膜种类   覆膜结构   膜厚
  1   CrN   CrN   3.0μm
2 CrN+CrO CrN+Cr2O3 2.2+0.4μm
3 CrN+CrO CrN+Cr2O3 2.3+0.7μm
使用上述试样1～3针对干燥的云杉进行切削实验。切削条件如下所述。
机械：NC卧式切削机械
工件：云杉干燥材料
切削工具：铣刀(切削直径125mm)
进给速度：5m/min
转速：6000RPM
切削深度：0.5mm
切削材料长度：1000m
通过上述实验，获得以下结果。
【表8】
  试样No.   刀尖(前刀面)后退量   前刀面磨损带宽度
  1   8.9μm   4.3μm
  2   5.0μm   1.7μm
  3   4.6μm   1.4μm
另外，切削实验后的各试样的刀尖截面形状如图8所示。
从上述实验结果可知，关于刀尖后退量，没有涂覆硬质主覆膜层的试样1最大，而试样2和试样3的刀尖后退量依次减小。而且，关于前刀面磨损带宽度，也是试样1的前刀面磨损带宽度最大，而试样2、3依次减小。其中确认到：在硬质主覆膜层的膜厚大的试样3中，与试样2相比，产生崩刃的情况更多。另外，根据图8，试样2和3的刀尖后退量非常小，保留了尖锐的截面形状。从实验例4的结果明显确认到：对于以高速工具钢为基材的刨刀，也是在涂覆了硬质主覆膜层的情况下发挥了优异的耐磨损性/耐腐蚀性效果。另外，在本实验例中还确认到：耐磨损性/耐腐蚀性的效果与硬质主覆膜层的膜厚成比例地提高。
(实验例5)
因此，在实验例5中，为了确认硬质主覆膜层的膜厚的优选范围，制作了膜厚不同的多个试样来进行切削实验。在本实验例中使用的试样在以硬质合金为基材的超硬替刃上涂覆单层的硬质基础覆膜层(氮化铬)，并进一步以各种膜厚涂覆由铬氧化物构成的硬质主覆膜层(试样2～6)。另外，为了对比，还制作了仅涂覆有硬质基础覆膜层的超硬替刃(试样1)。试样1～6的覆膜结构如下所示。另外，任何试样的整体膜厚都设定为大约7.5μm。
【表9】
  试样No.   膜种类   覆膜结构   Cr2O3膜厚
1 CrN CrN -
  2   CrN+CrO   CrN+Cr2O3   0.15μm
  3   CrN+CrO   CrN+Cr2O3   0.40μm
  4   CrN+CrO   CrN+Cr2O3   0.70μm
  5   CrN+CrO   CrN+Cr2O3   1.25μm
  6   CrN+CrO   CrN+Cr2O3   1.90μm
使用上述试样1～6，针对含水率高的柏木进行了切削实验。切削条件如下所述。
机械：NC镂铣机
工件：柏木(含水率50％～90％)
切削工具：木工铣刀(切削直径45mm)
进给速度：1m/min
转速：6000RPM
切削深度：20mm
切削材料长度：30m
通过上述实验，获得以下结果。
【表10】
  试样No.   刀尖(前刀面)后退量   前刀面磨损带宽度
  1   18.4μm   24.0μm
  2   20.2μm   21.5m
  3   16.8μm   6.4μm
  4   15.6μm   7.0μm
  5   6.0μm   2.3μm
  6   7.0μm   5.3μm
另外，切削实验后的各试样的刀尖截面形状如图9所示。
从上述实验结果可知，关于刀尖后退量和前刀面磨损带宽度，都是随着硬质主覆膜层的膜厚变大而变小。特别是从图9可以明显看到：对于试样5和6，保留了极其尖锐的截面形状。另一方面可知，如试样2那样，若硬质主覆膜层过小，则刀尖后退量和前刀面磨损带宽度变大，刀尖截面形状也带有圆度。因此，认为硬质主覆膜层需要一定程度的厚度(至少在大约0.2μm以上)。但是，随着硬质主覆膜层的膜厚增大，切削时和刃磨时容易产生崩刃，因此，优选的硬质主覆膜层的膜厚设定在大约0.2μm～5.0μm的范围。
(实验例6)
在实验例6中，进行了对硬质基础覆膜层的膜厚给与硬质主覆膜层的紧贴性带来的影响进行调查的实验。在本实验例中，也在超硬替刃上涂覆由氮化铬构成的硬质基础覆膜层，并进一步涂覆了由铬氧化物构成的硬质主覆膜层。作为试样，制作了使硬质主覆膜层的膜厚恒定(4.0μm)，并且使硬质基础覆膜层的膜厚不同的三种超硬替刃(试样2～4)。另外，为了进行对比，还制作了在基材上仅涂覆有硬质主覆膜层(膜厚为4.0μm)的超硬替刃(试样1)。试样1～4的覆膜结构如下所示。
【表11】
  试样No.   覆膜结构   CrN膜厚
1 Cr2O3 0.0μm
2 CrN+Cr2O3 0.037μm
  3   CrN+Cr2O3   0.075μm
  4   CrN+Cr2O3   0.150μm
使用上述试样1～4进行利用洛氏硬度试验机设置的压痕的观察，并利用数字显微镜对各试样的表面的剥离面积进行了测定。其测定结果如图10的曲线图所示。
如图10所示可知，在硬质基础覆膜层的膜厚为0.0μm～0.075μm时，剥离面积在很高的值推移，几乎没有变化。另一方面可知，当膜厚超过0.075μm时，剥离面积开始大幅度减少。因此，可以说硬质基础覆膜层的膜厚的下限值优选在大约0.075μm以上。
(实验例7)
在实验例7中，进行了调查硬质基础覆膜层的膜厚对抗崩碎性(崩刃)的影响的实验。在本实验例中，制作了在超硬替刃上仅形成有氮化铬构成的硬质基础覆膜层，并使该硬质基础覆膜层的膜厚不同的五种超硬替刃。试样1～5的覆膜结构如下所示。
【表12】
  试样No.   覆膜结构   CrN膜厚
  1   CrN   4.0μm
  2   CrN   7.5μm
  3   CrN   9.5μm
4 CrN 12.0μm
  5   CrN   16.0μm
使用上述试样1～5针对干燥的云杉集成材料进行了切削实验。切削条件如下所述。
机械：NC镂铣机
工件：云杉集成材料
切削工具：木工铣刀(切削直径45mm)
进给速度：1m/min
转速：6000RPM
切削深度：20mm
切削材料长度：60m
针对各试样的每一个测量了上述切削实验后的前刀面的刀尖后退量。另外，计算出了各试样的崩刃宽度相对于切削刃长度(以供切削的切削刃的长度)的比例。其结果如图11的曲线图所示。从图11可知，刀尖后退量与硬质基础覆膜层的膜厚成比例地减小，而崩刃宽度的比例则与膜厚成比例地增大。特别是可知，如果膜厚超过了10.0μm，则崩刃宽度的比例激增。另一方面，若膜厚超过了10.0μm，则刀尖后退量的减少程度变小(斜率变缓)。因此，作为硬质基础覆膜层的膜厚，可以说优选在大约10.0μm以下。
根据以上的实验例5～7的结果，可以说，作为硬质主覆膜层的膜厚，优选设定在大约0.2μm～5.0μm的范围。另一方面，对于硬质基础覆膜层的膜厚，可以说优选设定在大约0.075μm～10.0μm的范围。
(实验例8)
在此前的实验例中，确认到硬质主覆膜层对实心木材和集成材料发挥良好的耐磨损性/耐腐蚀性。因此，在实验例8中，进行了比较针对中密度纤维板(MDF(Medium Density Fiberboard))的切削性能的实验。即，制作了仅涂覆有硬质基础覆膜层的超硬替刃(试样1)和涂覆了硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层的超硬替刃(试样2)，并分别对它们进行针对中密度纤维板的切削实验。试样1和2的覆膜结构如下所示。另外，任何试样的超硬替刃所涂覆的覆膜的合计膜厚都大约为3.0μm，并且任何试样的超硬替刃都在前刀面和后刀面两个面上进行了涂覆。
【表13】
  试样No.   膜种类   覆膜结构   膜厚
1 CrN CrN 3.0μm
2 CrN+CrO CrN+Cr2O3 2.0+1.0μm
使用上述试样1和2对中密度纤维板的端面进行切削，对于各试样的刀尖，对切削了中密度纤维板中的密度高的表层部(表面)侧的部位的磨损量、和切削了中密度纤维板中的密度低的中央部(内部)侧的部位的磨损量进行了测量。切削条件如下所述。
机械：NC卧式切削机械
工件：中密度纤维板(南洋材料)
切削工具：铣刀(切削直径125mm)
进给速度：4m/min
转速：6000RPM
切削深度：0.5mm
切削材料长度：1000m
通过上述实验，获得以下结果。
【表14】
Figure BPA00001250133000171
另外，切削实验后的各试样的刀尖截面形状如图12所示。另外，图12的左栏表示中密度纤维板的表层部侧(MDF表层部)的结果，图12的右栏表示中密度纤维板的中心部(MDF中心部)的结果。
通过上述实验结果可知，无论是中密度纤维板的表层部还是中心部，试样1的刀尖后退量和前刀面磨损带宽度都示出了较大的值。试样1的前刀面磨损带宽度在中密度纤维板的表层部侧尤其大。另一方面，涂覆了硬质主覆膜层的试样2与试样1相比刀尖后退量和前刀面磨损带宽度都示出了较小的值。另外，任何试样都是磨损量在中密度纤维板的表层部侧较大。这被认为是因为中密度纤维板的表层部的密度高，切削时的负载大。另外，如图12所示，试样1的刀尖成为带有圆度的形状，而试样2的刀尖保留了尖锐的截面形状。从实验例8的结果确认到：硬质主覆膜层对于中密度纤维板也能够发挥优异的耐磨损性/耐腐蚀性。
(实验例9)
在实验例1～7中，在前刀面进行涂覆，在实验例8中，在前刀面和后刀面都进行涂覆来进行了切削实验，而在实验例9中，进行了调查仅在后刀面上进行了涂覆的情况下的切削性能的实验。另外，在本次的实验中，作为木材用刀具采用了锯片，对硬质合金刀片的后刀面实施了涂覆。即，制作了在硬质合金刀片的后刀面上仅涂覆硬质基础覆膜层的试样1、以及在硬质合金刀片的后刀面上涂覆了硬质基础覆膜层和硬质主覆膜层的试样2，并分别进行切削实验。试样1和2的覆膜结构如下所示。另外，在本实验中使用的锯片的外径为180mm，刃厚为2.6mm，主体厚度为1.8mm，孔径为25.4mm，齿数为24，任何试样的涂覆的膜厚都为大约3.0μm。
【表15】
  试样No.   膜种类   覆膜结构   膜厚
1 CrN CrN 3.0μm
2 CrN+CrO CrN+Cr2O3 2.4+0.6μm
使用上述试样1和2对作为工件的柏木进行切削。切削条件如下所述。
机械：NC卧式切削机械
工件：柏木(含水率50％～90％)
切削工具：锯片(切削直径180mm)
进给速度：2m/min
转速：6800RPM
切削深度：2.0mm
通过上述实验，获得以下结果。
【表16】
  试样No.   刀尖(后刀面)后退量   后刀面磨损带宽度
  1   32μm   11μm
  2   29μm   5μm
另外，切削150m、300m、450m后的各试样的刀尖截面形状如图13所示。另外，刀尖(后刀面)后退量和后刀面磨损带宽度分别是用图13中的标号c和标号d来表示的磨损量。
此外，对于在上述实验中对柏木进行了450m切削的试样1和2，还进行了比较切削功率的实验。在该实验中，作为工件采用了云杉干燥材料。该实验中的切削条件如下所述。
转速：6000RPM
进给速度：2m/min或者4m/min
切削深度：2mm
该结果如图14所示。另外，在图14的曲线图中，实线表示试样1，虚线表示试样2。
从表16的结果可知，涂覆了硬质主覆膜层的试样2的刀尖后退量和前刀面磨损带宽度都很小。特别是试样2的前刀面磨损带宽度是非常小的值。另外，从图13可以明显看到：在试样1中刀尖磨损而呈带有圆度的形状，而在试样2中保留了尖锐的刀尖截面形状。此外，从图14的结果可知，无论是任何进给速度的情况下，试样2的切削功率都比试样1小10％左右。即，认为：试样1由于磨损而使得刀尖截面形状带有圆度，由此切削功率增加，相对地在试样2中，刀尖截面形状维持尖锐的形状，抑制了切削功率的上升。这样，在实验例9中确认到：即使是仅在后刀面进行涂覆的情况下，涂覆有硬质主覆膜层的试样2的锯片也能够发挥极其良好的耐磨损性/耐腐蚀性。
另外，在上述的实施例和实验例中，作为基材12、32、52、72示出了采用硬质合金或者高速工具钢的情况，但是也可以采用由轴承钢构成的基材。另外，在实施例和实验例中，采用了这样的刀具：相对于基材12、32、52、72直接涂覆有硬质基础覆膜层18、36、56、74，并且相对于硬质基础覆膜层18、36、56、74直接涂覆有硬质主覆膜层20、38、58、60、76。但是，从提高紧贴性等的观点出发，也可以使由TiN等构成的其他覆膜层(中间层)介于基材12、32、52、72与硬质基础覆膜层18、36、56、74之间，或者介于硬质基础覆膜层18、36、56、74与硬质主覆膜层20、38、58、60、76之间。即，可以使硬质基础覆膜层18、36、56、74和硬质主覆膜层20、38、58、60、76分别相对于基材12、32、52、72和硬质基础覆膜层18、36、56、74间接地进行涂覆。
另外，在使硬质基础覆膜层18、36、56、74或硬质主覆膜层20、38、58、60、76为多层的情况下，也可以使由TiN等构成的中间层介于各个硬质基础覆膜层18、36、56、74之间或者介于硬质主覆膜层20、38、58、60、76之间。在该情况下，包括硬质基础覆膜层18、36、56、74和介于该覆膜层之间的中间层在内的整体的膜厚优选在上述的大约0.075μm～10.0μm的范围内。同样地，对于硬质主覆膜层20、38、58、60、76，包括中间层在内的整体的膜厚优选在上述的大约0.2μm～5.0μm的范围内。而且，从提高保护力等的观点出发，也可以在最外层(硬质主覆膜层)上涂覆由TiN等构成的其他覆膜层(保护层)。

Claims (4)

1.一种木材用刀具，其在由硬质合金、轴承钢或者工具钢构成的基材(12、32、52、72)的至少前刀面(16、34、54、78)或者后刀面(22、40、62、80)上直接或间接地涂覆有具有铬物质和/或氮化铬类物质的硬质基础覆膜层(18、36、56、74)，其特征在于，
在所述硬质基础覆膜层(18、36、56、74)上直接或者间接地涂覆有具有氧化铬类物质的硬质主覆膜层(20、38、58、60、76)。
2.根据权利要求1所述的木材用刀具，其特征在于，
所述硬质主覆膜层(20、38、58、60、76)的膜厚设定为大约0.2μm～5.0μm。
3.根据权利要求1或2所述的木材用刀具，其特征在于，
所述硬质基础覆膜层(18、36、56、74)的膜厚设定为大约0.075μm～10.0μm。
4.根据权利要求1所述的木材用刀具，其特征在于，
所述硬质基础覆膜层(74)和硬质主覆膜层(76)交替地层叠有多层，所有的覆膜层(74、76)的膜厚的合计设定在大约15.0μm以下。
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