JP2816511B2

JP2816511B2 - 木材切削用刃物

Info

Publication number: JP2816511B2
Application number: JP4187077A
Authority: JP
Inventors: 豊忠平野; 孝男河合
Original assignee: 兼房株式会社
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH0641720A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は木材切削に利用される回
転切削用刃物および平削り用刃物等の木材切削用刃物に
関する。

【０００２】

【従来の技術】木材切削用刃物においても切れ味の改
善、切削寿命の更なる延長を目的に、刃先への各種材料
の被覆が行われるようになってきており、これまでにも
多くの提案が見られる。

【０００３】例えば、特願平１−75889 号 (特開平２−
252501号公報参照) 、特願平２−257864号 (特開平４−
135107号公報参照) において、高速度工具鋼、高クロム
合金工具鋼等の工具鋼および超硬合金のいずれかを刃物
母材とし、逃げ面または掬い面のいずれか１面に、CrN
、Cr₂NまたはCrN とCr₂Nの混合物からなるクロム窒化
物 (以下、単に「クロム窒化物」と記す) 被覆層を厚さ
0.5 〜6.0 μm(特願平１−75889 号) または0.2 〜6.0
μm(特願平２−257864号) だけ設けた木材切削用刃物
(回転切削用刃物または平削り用刃物) が開示されてお
り、かかる被覆層を設けた木材切削用刃物は、被覆層側
刃先の摩耗が抑えられ、従来の被覆層無しのものに比較
して、切味および寿命に優れた効果が発揮されることが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一般的目的
は、切れ味および寿命の点で従来見られなかった優れた
効果を発揮できる木材切削用刃物を提供することであ
る。

【０００５】本発明のより具体的目的は、上述のクロム
窒化物被覆層を設けた刃物より、一層切味および寿命を
改善した木材切削用刃物を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ところで、木材切削用刃
物の切味および寿命は、一般に木材の切削肌の欠陥（目
違い、毛羽立ち、逆目ぼれ）等の発生具合で判断され
る。一方、これは刃物の側からみれば刃先摩耗、つまり
切削後の刃先後退量によって評価することができる。

【０００７】この点に関し、前述の従来の技術では、ク
ロム窒化物を被覆し相応の効果が得られるが、本発明で
は更に優れた木材切削用刃物を開発すべく、種々切削試
験を繰り返し刃先摩耗状態を電子顕微鏡等で詳細に観察
しながら調査したところ、このクロム窒化物層の外側
に、Ｃｒからなる外層を設けることで、クロム窒化物層
の摩耗の進行をより効果的に抑制することができること
を知り、本発明を完成した。

【０００８】ここに、本発明は、高速度工具鋼、高クロ
ム合金工具鋼等の工具鋼および超硬合金のいずれかを刃
物母材とする木材切削用刃物であって、逃げ面および掬
い面のいずれか一面あるいは両面にCrN 、Cr₂N、または
CrN とCr₂Nの混合物からなる中間層を設け、この中間層
上にCrからなる外層をさらに設けた複合被覆層を基本被
覆層としたことを特徴とする木材切削用刃物である。

【０００９】本発明の好適態様によれば、逃げ面および
／または掬い面上のクロム窒化物被覆層の厚さを0.3 〜
6.0 μm に、Cr層の外層の厚さを0.3 〜1.5 μm にする
ことで、長期間の切削でも刃先部の被覆層の摩耗が少な
く、著しく切味、寿命が改善される。

【００１０】かくして、本発明によれば、逃げ面および
／または掬い面に複合被覆層を設けることによって、そ
の摩耗を効果的に抑制するとともに、量産性良く、コス
ト高とならず、研磨による刃付け性が良く、良好な切削
肌が得られる高寿命の木材切削用刃物が得られる。

【００１１】

【作用】次に、本発明の作用に関連させて本発明の構成
を上述のように限定した理由を説明する。

【００１２】まず、本発明において刃物母材として使用
する高速度工具鋼、高クロム合金工具鋼等の工具鋼また
は超硬合金は、いずれもすでに刃物母材として良く知ら
れているものであって、またそれから製作した刃物それ
自体もすでに良く知られている内容であるから、これ以
上の説明は省略する。

【００１３】本発明によれば、前記切削刃物の母材より
製作された木材切削用刃物の逃げ面および掬い面のいず
れか一面あるいは両面にクロム窒化物からなる中間層を
設け、次いでさらにその上にCrからなる外層を設け複合
被覆層とする。この外層を設けることにより、刃先近傍
の被覆層の摩耗の進行を効果的に抑制し、長期間に亘っ
て切れ味および寿命を向上させることができる。

【００１４】すなわち、クロム窒化物被覆層からなる中
間層上に外層としてCrを被覆するが、このCr外層を設け
ることにより、切削中の木材に含まれる酸によるクロム
窒化物中間層の腐食および酸化等の化学反応による摩耗
を抑えるばかりでなく、その正確な機構は未だ十分解明
されていないが、クロム窒化物中間層との相乗的効果に
より、刃先の摩耗後退量が著しく低減され、それによっ
て木材切削の欠陥となる毛羽立ちや逆目ぼれの発生を遅
らせ、切味即ち寿命を向上させることができる。

【００１５】ここで、中間層としてCr被覆層を設け、そ
の外層としてクロム窒化物被覆層を設ける場合を考える
と、上述のような化学的腐食に十分耐えられないばかり
か、刃先の摩耗後退量の増加を防ぐことはできず、本発
明の所期の効果を達成できない。

【００１６】なお、本発明によれば、クロム窒化物中間
層の下地層として中間層と刃物母材との密着性をさらに
改善すべく、また切削性能に悪影響を及ぼさない例えば
TiNのような刃物母材とクロム窒化物との中間的な熱膨
張係数をもつ層等を設けてもよく、この点は特に制限さ
れない。

【００１７】本発明のクロム窒化物被覆層からなる中間
層およびCrからなる外層を設ける手段としては特に制限
されない。

【００１８】通常これらの被覆層を設けるには、化学蒸
着法(CVD法) 、物理蒸着法(PVD法)等、種々の方法で被
覆処理できるが、刃物母材 (特に高速度工具鋼、高クロ
ム合金工具鋼等の工具鋼) への被覆処理温度の関係から
くる刃物母材硬さの低下や密着性の問題を考慮すると、
PVD 法の一種であるイオンプレーティング法が好まし
い。

【００１９】Crからなる外層はクロム窒化物からなる中
間層を形成後、同様の装置、手段を使用することでその
上に連続して形成してもよい。

【００２０】また、その際に、例えばPVD 法による場
合、N₂分圧を徐々に低減してAr分圧を徐々に上げてゆけ
ば、いわゆる傾斜組成層とすることができる。すなわ
ち、中間層と外層との間の積層体接合界面における高い
応力集中は層間剥離を生じさせる原因となるため、この
接合界面を傾斜組成化することにより、物性値が急変す
る界面が存在しなくなるため、応力特異性がなくなり、
応力緩和が生じることによって、研磨やホーニングなど
による刃付け中、あるいは切削中に外層がめくれてなく
なってしまうことがなく、中間層の摩耗の進行を効果的
に抑制することができる。

【００２１】中間層としてはCrN 、Cr₂N、またはCrN と
Cr₂Nの混合物を被覆するが、その場合、窒素雰囲気下で
例えばCrターゲットによりPVD 処理を行えばよく、その
とき、N₂の圧力を調整することでCrN からCr₂Nへとその
形態を変更させることができる。中間の圧力では両者の
混合物が生成する。

【００２２】このクロム窒化物からなる中間層の厚みは
0.3 〜6.0 μm が好ましく、薄すぎる場合には耐摩耗性
が十分改善されず、また厚すぎる場合は、脆く刃欠けの
原因となる。

【００２３】Crからなる外層の厚みは、0.3 〜1.5 μm
が好ましく、余り薄い場合は、木材に含まれる酸による
腐食および酸化等の化学反応による摩耗が抑えられず、
中間層の摩耗の進行を効果的に抑制することができず、
また厚すぎる場合は、研磨やホーニング等による刃付け
中にCr層の欠けが発生し、初期の木材切削の切味を悪く
する。

【００２４】前述のように必要により、中間層と外層と
の間の積層体接合界面を傾斜組成層とすることで、外層
のめくれをおさえ、その効果を最大限に発揮させること
ができる。

【００２５】本発明はスローアウエイ式鉋刃には勿論の
こと、逃げ面または掬い面にいずれかから成型加工また
は再研磨される鉋刃等の、木材切削用の刃物に幅広く応
用できる。

【００２６】次に、実施例によって本発明をさらに具体
的に説明する。

【００２７】

【実施例１】本実施例は、図１にその要領を示すよう
に、図示しない回転鉋胴に取付けた刃物12の下を被削材
14の固定されたテーブル16が移動することによって切削
される試験機により実施した。

【００２８】試験刃物は、所定の寸法に形成してから本
発明にかかる複合被覆層を設け、さらに逃げ面側から刃
角42度となるように刃付け研磨を行って製作した。

【００２９】したがって、被覆層は掬い面のみとなる。
切削試験条件は、送材速度８m/分、回転数6000rpm 、切
削深さ0.8 mm、切削方式アップカット、同時装着刃数１
枚刃、切削径122mm(φ) 、掬い角20度であった。

【００３０】一部の試験刃物には切削前に刃先ホーニン
グを行い、そのランド幅 (ホーニングにより刃先に形成
される円弧面の幅) は全ての試験刃物において0.5 mm前
後になるよう設定した。この際、必然的に刃物先端刃角
は70度となる。

【００３１】ちなみに、木材回転切削においては一般に
２枚以上の複数の刃物が回転同軸上に装着され使用され
るが、各刃先の高さ、つまり切削半径が微妙に異なるた
め、この刃先高さを揃える方法として、刃物を取り付け
た回転鉋胴を回転させながら刃先にラップ砥石を軽く当
てることが行われる。この刃先揃え方法をホーニングと
称する。

【００３２】被削材はスプルース (気乾材) を用い、最
終切削材長1000ｍで評価を行った。また被覆層を形成さ
せる刃物母材は、全て同一種の高速度工具鋼 (SKH-51)
とし、被覆層の形成はアーク放電型イオンプレーティン
グ装置により行った。

【００３３】本例の被覆層の構成および結果は表１にま
とめて示す。

【００３４】まず、比較例として示す何の被覆処理も施
されていない試料No.0の刃物の1000ｍ切削後の刃先後退
量は11.5μm(図２(a))であったのに対し、刃物母材の掬
い面側にCrN が2.5 μm 被覆された同じく比較例である
試料No.1の刃物では、4.5 μm(図２(b))であった。この
試料No.1は前述の特願平１−75889 号に開示された刃物
に相当する。

【００３５】次に本発明の実施例である試料No.3では、
掬い面側にCrN を中間層として2.0μm 、Crを外層とし
て0.5 μm 、すなわち、全体の膜厚として試料No.1と同
じ2.5 μm の２層からなる複合被覆層を形成させている
が、この試料No.3の刃物の切削試験後の刃先後退量は2.
5 μm(図２(c))であった。

【００３６】比較例である試料No.2では掬い面側にCrだ
けが2.5 μm 被覆されているが、この試料No.2の刃物の
切削後の刃先後退量が8.5 μm であることから、Crは単
独ではCrN よりも耐摩耗性に劣ることが分かるが、試料
No.1と試料No.3を比較した場合、全膜厚は同じであって
も、試料No.3では耐摩耗性に効果のあるCrN の膜厚が薄
いにもかかわらず、刃先後退量が少ないことから、外層
としてCr層を設けることで、CrN 層のみの被覆よりも耐
摩耗性が相乗的に改善されることが分かる。

【００３７】このときの刃先断面を電子顕微鏡で調査し
た結果、試料No.1は図２(d) に示すように、掬い面側に
被覆された刃先近傍のCrN 層外側面が摩耗作用によりこ
すられて薄くなっていることが、試料No.3では図２(e)
に示すように外層として設けられたCr層によって明らか
にそのような摩耗が抑えられていることが確認された。
すなわち、刃物母材の掬い面側に被覆されるクロム窒化
物被覆層の外層としてCrを被覆することによって、刃物
寿命にとっては顕著な効果が得られることが確認され
た。

【００３８】ところで、本発明における被覆層の処理方
法としては、例えば、CrターゲットによりPVD 処理を行
うが、CrN を被覆する場合には活性ガスとしてN₂ガスを
用い、またCrを被覆する場合には不活性ガスとしてArガ
スを用いることでそれぞれ同一装置を使って経時的に生
成できる。

【００３９】この時、ガス圧を一定に保ちながら、N₂ガ
スとArガスとの分圧を徐々に変化させて行くことで、Cr
N 層とCr層とが、傾斜的な組成を有する層となって生成
される。中間層のCrN 層と外層のCr層とが、このように
して設けられた傾斜組成層を介して被覆された試料No.4
の刃物では、切削後の刃先後退量が2.0 μm であり、中
間層のCrN 層と、外層のCr層とが傾斜組成層を介してい
ない試料No.3の刃物より、耐摩耗性の改善に一層効果の
あることが分かる。

【００４０】試料No.3およびNo.4の刃物の刃付け後や切
削後の掬い面側の刃先状態を電子顕微鏡で調査した結
果、試料No.3の図３(a) に示すようなCr層の細かいめく
れが傾斜組成とした試料No.4では激減し (図３(b))、外
層として被覆したCrの効果がさらに発揮されていること
が確認された。特にホーニングを行う際は、一般の刃付
け研磨用砥石より粗い砥石を使用するため、Cr層のめく
れが発生し易くなるが、傾斜組成層とすることは、その
ようなめくれ防止に効果的である。

【００４１】同様な切削試験（但しホーニングは行わな
いで刃物刃先刃角は４２度のまま）を、逃げ面のみにお
よび掬い面と逃げ面の両面に本発明にかかる複合被覆層
を設けたおよび設けない回転切削刃物で実施したが、本
発明の場合耐久性においてクロム窒化物のみの被覆より
も良い結果を得た。比較例では本発明と比較して１．５
〜１．６倍の刃先後退量が観測された。（試料Ｎｏ．５
〜Ｎｏ．８）

【００４２】

【実施例２】本実施例は、木材切削刃物のうち超仕上鉋
盤、円盤鉋盤、および手鉋等による平削り加工例を示す
もので、特に一方向送材 (切削送材) 時に切削され、逆
方向送材 (反送) 時は刃先を逃げ面側からこすりながら
搬送される通称オートリターン式の超仕上鉋盤にて実施
したものである。

【００４３】図４(a) 、(b) はこのときの試験要領を示
すもので、送材ベルト30に支持されて往復動する被削材
32を仕上鉋刃34に押し付けて切削を行う。図４(b) は部
分平面図である。

【００４４】本例において試験刃物は、所定の寸法に形
成してから逃げ面側から刃角32度となるように刃付け研
磨後、本発明にかかる複合被覆層を設けて製作した。

【００４５】切削条件は、斜行角２５度、送材速度６５
ｍ／分、切削深さ０．０６ｍｍ、掬い角３５度であっ
た。被削材はスプルース（気乾材）を用い、最終切削長
１０００ｍで評価を行った。また、被覆層を形成させる
刃物母材は、全て同一種の高速度工具鋼（ＳＫＨ−５
１）とし、被覆層の形成はアーク放電型イオンプレーテ
ィング装置により行った。被覆層の構成および試験結果
は表２にまとめて示す。結果は実施例１と同様に、比較
例の試料Ｎｏ．１１（特開平４−１３５１０７号公報に
開示された刃物に相当）に比べ被覆層全体の膜厚は同じ
だが、Ｃｒ層より耐摩耗性に効果のあるＣｒＮ層の膜厚
が薄いにもかかわらず、切削後の刃先後退量が少ないこ
とから平削り切削においても、外層としてＣｒを設ける
ことで、ＣｒＮ層のみの被覆層よりも耐摩耗性に効果が
あることが分かった。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】このように外層としてCrを被覆し、必要に
より積層体接合界面を傾斜組成層とすることで実施例１
および２のごとく、回転切削用刃物および平削り用刃物
いかんにかかわらず刃付け性、耐摩耗性に効果が発揮さ
れ、また、掬い面被覆および逃げ面被覆いかんにかかわ
らず、少なくともいずれか一面に被覆処理すれば効果が
発揮されることがわかる。

【００４９】なお、実施例１および２において、CrN 中
間層の代わりにCr₂NまたはCrN とCr₂Nとの混合層を中間
層とする試料について追加確認試験を行ったが、CrN を
中間層とする試料とほぼ同等の結果が得られた。

【００５０】

【発明の効果】このように本発明によれば、逃げ面およ
び掬い面のいずれか一面あるいは両面に中間層としてク
ロム窒化物被覆層を、そしてその外側に外層としてCr層
を設け、必要により中間層と外層との積層体接合界面を
傾斜的に変化させた組成とすることで、切削肌の欠陥は
効果的に防止され、より一層の寿命延長をはかることが
できるのであって、かかる効果は実用上からは特に著し
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例の切削試験の要領の説明
図である。

【図２】図２(a) 〜図２(e) は、本発明における実施例
の切削刃の後退量の説明図である。

【図３】図３(a) 、(b) は、Cr外層のめくれの状況を比
較して示す模式的説明図である。

【図４】図４(a) (b) は本発明における別の実施例の切
削試験の要領の説明図である。

【符号の説明】

12 : 刃物 14 : 被削材 16 : テーブル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高速度工具鋼、高クロム合金工具鋼等の
工具鋼および超硬合金のいずれかを刃物母材とする木材
切削用刃物であって、逃げ面および掬い面のいずれか一
面または両面にＣｒＮ、Ｃｒ_２Ｎ、またはＣｒＮとＣｒ
_２Ｎの混合物からなる中間層を設け、この中間層上にＣ
ｒからなる外層を設けた複合被覆層を基本被覆層とした
ことを特徴とする木材切削用刃物。
【請求項２】前記中間層の厚みが０．３〜６．０μｍ
である請求項１記載の木材切削用刃物。
【請求項３】前記外層の厚みが０．３〜１．５μｍで
ある請求項１または２記載の木材切削用刃物。
【請求項４】前記中間層と外層との間を傾斜組成層と
した請求項１ないし３のいずれかに記載の木材切削用刃
物。