JP3883103B2 - フィンガカッタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木材等の継手の一種であるフィンガジョイント継手を加工するための回転切削工具であるフィンガカッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィンガカッタ１は、図５に示すように、ボディ２外周の周方向複数箇所にて径方向外方に突出する山形楔状の複数の刃部３を有しており、刃部３によって被削材Ｍの端部に複数の細く深い溝を有する櫛状のフィンガジョイント継手Ｆを形成するものである。このように深い溝を加工するため、フィンガカッタ１の刃部３の切刃稜の摩耗の程度が、切刃稜の部位によりかなりの偏りがあり、特にフィンガジョイント継手の溝底の切削を行う刃部先端付近の切刃稜の摩耗が大きくなる。このように刃部先端付近の切刃稜の摩耗の進行が早いと、摩耗した先端の切刃稜に連なる根元側の部分の切刃稜の摩耗の進行も早くなり、刃部の寿命が短くなる。このような切刃稜の摩耗を抑制するために、切刃稜を構成する刃部材料としてより高硬度の材料例えば高速度工具鋼や超硬合金を採用することが可能である。
【０００３】
しかし、切刃稜を高硬度の材料で形成することにより、刃部の靭性が低下することになり、刃部欠損の原因となる。なかでも刃部の根元やその近辺からの欠損が生じ易くなる。このような刃部の欠損により、その時点でカッタの使用がほとんど不可能になる。そのため、替刃またはカッタを取り替える必要があり、単なる切刃稜の摩耗の場合に比べて損害が格段に大きくなるという問題がある。したがって、現在では、耐摩耗性を多少犠牲にしても、耐欠損性を重視したフィンガカッタが一般的に採用されている。例えば、耐摩耗性を有する高速度工具鋼の硬度を、低めのＨＲＣ５８〜６１付近に熱処理調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、刃部の耐欠損性を備えつつ、耐摩耗性を高めることができるフィンガカッタを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために上記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ボディ外周の周方向複数箇所にて径方向外方に突出する刃部を有し、刃部によって被削材の端部を加工することによりフィンガジョイント継手を形成するフィンガカッタにおいて、刃部を構成する刃部材として、刃部の先端から少なくとも１ｍｍ、最大で刃部長さの半分の範囲を高速度工具鋼で構成し、刃部の他の部分を先端付近の鋼材より高靭性を有するセミハイスや合金工具鋼で構成することで、刃部の先端付近の硬度を刃部の他の部分の硬度より高くし、高硬度の鋼材と、高靭性の鋼材とが鍛接によって接合されていることにある。
【０００６】
上記のように請求項１に係る発明を構成したことにより、フィンガジョイント継手の溝底の切削を行う刃部先端付近の切刃稜が高硬度を有する鋼材からなるため、刃部先端付近の切刃稜の摩耗進行を抑えることができる。一方、刃部先端付近以外の部分の切刃稜は、刃部先端付近の切刃稜に比べて硬度は低いが、靭性が高い鋼材からなるため、刃部の欠損を抑えることができる。また、高硬度の鋼材と、高靭性の鋼材とが鍛接によって接合されていることにより、性質の異なる両鋼材間を連続的に接ぐことができ、ろう材等による接合の場合のように、ろう材層のような耐摩耗性について不連続部分の発生を避けることができる。
【０００７】
また、上記請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記請求項１に記載のフィンガカッタにおいて、少なくとも刃部の切刃稜から続く逃げ面（外周逃げ面、側逃げ面）を硬質膜で被覆したことにある。
上記のように請求項２に係る発明を構成したことにより、刃部の切刃稜に続く逃げ面に硬質膜を形成することで、切刃稜を長時間鋭角に維持することができる。特に耐摩耗性の劣る高靭性鋼材からなる刃部の切刃稜に対して効果的に作用して耐摩耗性を著しく補うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明すると、図１は、実施形態に係る替刃式フィンガカッタを側面図により示したものであり、図２は替刃１５を正面図及び側面図により示したものである。
フィンガカッタ１０は、鋼製の円筒形で中心に主軸挿入用の中心孔１１ａを有するボディ１１を設けており、ボディ１１の周壁の周方向の４箇所には軸方向に延びた取付座１２を設けている。取付座１２は、径方向に対し回転方向前方に略３０゜傾斜して、略長方形に切り欠かれた凹部である。取付座１２には、替刃１５が挿嵌されている。また、ボディ１１の外周には、取付座１２の回転前方から取付座１２に連通する取付孔１３が形成されている。取付孔１３の取付座１２側はネジ孔になっており、ネジ孔には替刃１５を固定するためのボルト１４が螺着されている。
【０００９】
替刃１５は、図２に示すように、長方形の厚板であって、長手方向一端から略中間位置に至る部分が刃部領域１６になっており、長手方向の他端側の部分が基部１９になっている。刃部領域１６の長手方向一端は、厚さ方向に傾斜して切刃稜側（図２（ｂ）の上側）が鋭角で突出している。さらに、刃部領域１６は、幅方向の両端間に、両端を含めて等間隔で５本の対称山形に尖った細長い楔形状の刃部１７を設けている。刃部１７間は、刃部１７の幅とほぼ同一幅の隙間１８になっている。
【００１０】
替刃１５は、刃部領域１６及び基部１９全体が、切刃稜側の厚みの薄いエッジメタル層と、厚みの厚いバックメタル層Ｂで材料が異なっている。バックメタル層Ｂの材料としては、靭性の高い鋼材、例えば合金工具鋼や構造用鋼が用いられる。エッジメタル層では、先端側に配置された長手方向長さの短い先端刃部１６ａが、高硬度を有すると共にある程度の耐摩耗性も備えた鋼材例えば高速度工具鋼で形成されている。先端刃部１６ａ以外の部分である基部側刃部１６ｂ及びその延長部分１９ａのエッジメタル層は、先端刃部１６ａより硬度は低いが靭性の高い鋼材例えば高速度工具鋼に近似した鋼材であるセミハイスや合金工具鋼で形成されている。先端刃部１６ａの長手方向長さは、１ｍｍから切刃部長さの半分程度の範囲である。長さが１ｍｍ未満では先端刃部１６ａの摩耗に対する効果が不十分であり、また刃部長さの半分より長くすると、先端刃部１６ａの耐欠損性が不十分になる。先端刃部１６ａと基部側刃部１６ｂとの接合は、後述する鍛接により形成される。なお、延長部分１９ａは、替刃１５を取付座１２に固定するためのボルト１４の当接する当接凹部１９ｂを設けている。
【００１１】
替刃１５の形成については、図３に示すように、厚板であるバックメタルＢ層に先端刃部を構成する鋼材Ｋとして高硬度の細長い高速度工具鋼を接合し、高速度工具鋼を挟んで靭性の高い鋼材Ｊであるセミハイスあるいは合金工具鋼を接合してなる原材料板が用いられる。ここで、鋼材Ｋの高速度工具鋼と鋼材Ｊの合金工具鋼との接合及びこれらとバックメタルＢとの接合は、両者を高温加熱状態で圧着させる鍛接法により形成される。これにより、鋼材Ｋの高速度工具鋼と鋼材Ｊの合金工具鋼は、連続的に接がれ、両者の耐摩耗性が連続した状態に形成される。上記原材料板を、鋼材Ｋの中間位置で図３における長手方向に切断し、さらに鋼材Ｋの長手方向に対して直角に所定幅で切断し、切断した板片の刃部を機械加工によって加工することにより、替刃１５が得られる。
【００１２】
替刃１５は、取付座１２に挿嵌され、取付孔１３に螺着されたボルト１４を当接凹部１９ｂに当接させて締め付けることにより取付座１２に固定される。図４に示すように、対向する一対の取付座１２に固定される替刃１５に対して、対向する他の一対の取付座１２に固定される替刃１５は、一ピッチずらせて固定されている。このように周方向に交互に配置された両替刃１５により、被削材Ｍに連続した突起の配列されたフィンガジョイント継手Ｆを形成することができる。
【００１３】
フィンガカッタ１０の替刃１５は、フィンガジョイント継手の溝底の切削を行う先端刃部１６ａの切刃稜が高硬度な材質になっているため、先端刃部１６ａの切刃稜の摩耗の進行を抑えることができる。一方、先端刃部１６ａに対して基部側刃部１６ｂは硬度が低いが先端刃部１６ａに比べて高い靭性を有しているため、欠損を抑える効果が高くなっている。このように、本実施形態においては、耐欠損性と耐摩耗性を兼ね備えたフィンガカッタ１０の替刃１５が得られる。また、高硬度の鋼材と高靭性の鋼材との接合を、鍛接によって連続的に接ぐことができるため、ろう材等による接合の場合のろう付層のような耐摩耗層の不連続部分の発生を避けることができる。
【００１４】
なお、上記バックメタル層は靭性が大きく耐欠損性の確保に有効であるが、エッジメタル層を厚くすることにより省略することも可能である。基部側刃部を構成する合金工具鋼やセミハイス等は、相当の靭性を有するので、バックメタル層がなくとも耐欠損性を備えることができる。また、バックメタル層とエッジメタル層の接合については、鍛接に替えて、ろう付けで行ってもよい。また、鋼材は圧延鋼や燒結鋼を用いることができる。
【００１５】
さらに、先端刃部と基部側刃部の接合については、刃部材料の熱処理の際の温度分布を工夫することにより、先端側ほど高硬度に、刃部根元に近づくほど硬度を傾斜的に下げるようにしてもよい。また、先端刃部と基部側刃部の刃部材料となる各々の鋼材の種類を適切に選択することにより、均一加熱、均一冷却を行う一般的な熱処理（焼入、焼戻）を行って、各々の鋼材を各々所望の硬さにすることができる。
【００１６】
また、刃部に硬質膜を被覆するようにしてもよく、これにより切刃部の耐摩耗性をさらに向上させることができる。硬質膜については、刃部のすくい面を避け、外周逃げ面、側逃げ面等逃げ面に設けるのがよい。硬質膜の種類としては、クロム窒化物、クロム酸窒化物等のクロム系が特に本発明に好ましい。
【００１７】
下記表１及び表２に、実施例として硬質膜を被覆する場合と、被覆しない場合の、鋼材Ｋ、鋼材Ｊ及びバックメタルＢの組み合せ例を示す。ただし、鋼種の記号は以下に示す意味である。
Ｍ：溶解により造塊した高速度工具鋼
Ｒ：溶解により造塊した高速度工具鋼に近似した鋼材（セミハイス）
Ｐ：粉末冶金により造塊した高速度工具鋼
Ｋ：対衝撃工具鋼
ＳＣＭ：ＪＩＳ−ＳＣＭ４２０（クロムモリブデン鋼）
また、表１のＮｏ．２及び３の鋼材Ｊについては、日立金属株式会社製の製品（材質記号ＹＸＲ−３）に相当するものであるが、化学成分は不明である。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
なお、上記各実施形態に示したフィンガカッタの各部分の形状、配列等については一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々変更して実施することができる。
【００２１】
【発明の効果】
上記請求項１の発明によれば、高硬度の鋼材で構成された先端付近の切刃稜によって耐摩耗性を高めることができ、また先端付近の切刃稜の材料より高い靭性を有する鋼材で構成された他の部分の切刃稜により耐欠損性を高めることができる。その結果、適正な耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備えた刃部を持つフィンガカッタを提供することができる。さらに、高価元素を含み耐摩耗性を有する先端刃部の材料を最小限の使用とすることができる。また、高硬度の鋼材と高靭性の鋼材との接合を、鍛接によって連続的に接ぐことができるため、切刃稜において連続した耐摩耗性を得ることができる。
【００２２】
また、上記請求項２の発明によれば、刃部の靭性を落とすことなく耐摩耗性を向上させることができ、特に高靭性鋼材の耐摩耗性を補うのに好適で非常に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィンガカッタを示す側面図である。
【図２】同フィンガカッタの刃部を示す正面図及び側面図である。
【図３】同フィンガカッタの刃部を製造するための材料の積層状態を説明する斜視図である。
【図４】同フィンガカッタの外周部分の一部及びフィンガジョイント継手の関係を示す説明図である。
【図５】従来例であるフィンガカッタの外周部分の一部及びフィンガジョイント継手の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…フィンガカッタ、１１…ボディ、１２…取付座、１５…替刃、１６…刃部領域、１６ａ…先端刃部、１６ｂ…基部側刃部、１７…刃部、１９…基部。

Claims (2)

1. ボディ外周の周方向複数箇所にて径方向外方に突出する刃部を有し、該刃部によって被削材の端部を加工することによりフィンガジョイント継手を形成するフィンガカッタにおいて、前記刃部を構成する刃部材として、該刃部の先端から少なくとも１ｍｍ、最大で刃部長さの半分の範囲を高速度工具鋼で構成し、該刃部の他の部分を該先端付近の鋼材より高靭性を有するセミハイスや合金工具鋼で構成することで、該刃部の前記先端付近の硬度を該刃部の他の部分の硬度より高くし、前記高硬度の鋼材と、前記高靭性の鋼材とが鍛接によって接合されていることを特徴とするフィンガカッタ。
2. 少なくとも前記刃部の切刃稜から続く逃げ面を硬質膜で被覆したことを特徴とする前記請求項１に記載のフィンガカッタ。

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