JP6002784B2 - 刃物 - Google Patents
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Description
鋼または超硬合金を母材として構成され、すくい面および逃げ面の少なくとも一方に被膜が形成された木材または樹脂用の刃物において、
前記被膜は、組織中の酸素濃度が高い高酸素領域と、該高酸素領域よりも組織中の酸素濃度が低い低酸素領域とが、該被膜の厚み方向に周期的に現れたクロム酸窒化物からなる周期構造層を備えたことを要旨とする。
請求項1に係る発明によれば、周期構造層によって、クロム酸化物単体の層と比べて被膜の靱性や密着性を改善することができると共に、クロム窒化物単体の層と比べて被膜の耐食性を改善することができる。また、周期構造層は、酸素濃度が高い高酸素領域を有しているので、温度が上昇した際に原子の拡散を抑制し得るから、酸化や結晶粒の粗大化を防止でき、組織の微細化を図り得ると共に、被膜の耐熱性を向上し得る。
前記周期構造層は、前記高酸素領域および前記低酸素領域に合わせて窒素濃度が前記厚み方向に周期的に高低するよう形成されたことを要旨とする。
請求項2に係る発明によれば、周期構造層の組織全体として、窒素と酸素とのバランスをとることで、被膜の靱性、硬さ、強度を向上させることができる。
請求項3に係る発明によれば、透過型電子顕微鏡によって高酸素領域および低酸素領域を縞状のコントラストとして観察できるから、品質の確認を簡単に行うことができる。
請求項4に係る発明によれば、周期構造層を効率よく形成し得る。
請求項5に係る発明によれば、Xで示す元素を添加することで、被膜の高硬度化、組織の微細化などが期待でき、更なる耐摩耗性および強度等の向上を図り得る。被削材に応じて、添加する元素を調整することで、更なる寿命の向上を図り得る。
実験1では、表1に示す条件の被膜を備えた超硬合金を母材としたルータービット用の超硬替刃を形成し、NCルーターにおいて、当該超硬替刃を取り付けたルータービット(刃先径45mm)によって湿ったヒノキ(含水率40%〜60%)を切削した。ルータービットの回転数は、6000rpmで、被切削材を1m/minの送り速度で送りつつ、被切削材に20mm切り込ませた状態で15mの切削距離に亘って被切削材を切削した。そして、切削後に、すくい面後退量およびすくい面摩耗帯幅を測定した。その結果を表1に示す。
実験2では、表2に示す条件の被膜を備えた超硬合金を母材としたルータービット用の超硬替刃を形成し、NCルーターにおいて、当該超硬替刃を取り付けたルータービット(刃先径45mm)によって欧州アカマツ集成材を切削した。ルータービットの回転数は、6000rpmで、被切削材を1m/minの送り速度で送りつつ、被切削材に20mm切り込ませた状態で45mの切削距離に亘って被切削材を切削した。そして、切削後に、すくい面後退量およびすくい面摩耗帯幅を測定した。その結果を表2に示す。
実験3では、表3に示す条件の被膜を備えた高速度工具鋼(SKH51)を母材としたカッター用のナイフを形成し、NC加工機において、当該ナイフを取り付けたカッター(刃先径125mm)によってスプルースを切削した。カッターの回転数は、6000rpmで、被切削材を5m/minの送り速度で送りつつ、被切削材に0.5mm切り込ませた状態で1000mの切削距離に亘って被切削材を切削した。そして、切削後に、すくい面後退量およびすくい面摩耗帯幅を測定した。その結果を表3に示す。
実験4では、表4に示す条件の被膜を備えた超硬合金を母材としたルータービット用の超硬替刃を形成し、NCルーターにおいて、当該超硬替刃を取り付けたルータービット(刃先径45mm)によってスプルース集成材を切削した。ルータービットの回転数は、6000rpmで、被切削材を1m/minの送り速度で送りつつ、被切削材に20mm切り込ませた状態で90mの切削距離に亘って被切削材を切削した。そして、切削後に、すくい面後退量およびすくい面摩耗帯幅を測定した。その結果を表4に示す。
実験5では、表5に示す条件の被膜を備えた超硬合金を母材としたルータービット用の超硬替刃を形成し、NCルーターにおいて、当該超硬替刃を取り付けたルータービット(刃先径45mm)によって欧州アカマツ集成材を切削した。ルータービットの回転数は、6000rpmで、被切削材を1m/minの送り速度で送りつつ、被切削材に20mm切り込ませた状態で120mの切削距離に亘って被切削材を切削した。そして、切削後に、すくい面後退量およびすくい面摩耗帯幅を測定した。その結果を表5に示す。
実験6では、表6に示す条件の被膜を備えた超硬合金を母材としたルータービット用の超硬替刃を形成し、NCルーターにおいて、当該超硬替刃を取り付けたルータービット(刃先径45mm)によって欧州アカマツ集成材を切削した。ルータービットの回転数は、6000rpmで、被切削材を1m/minの送り速度で送りつつ、被切削材に20mm切り込ませた状態で120mの切削距離に亘って被切削材を切削した。そして、切削後に、すくい面後退量およびすくい面摩耗帯幅を測定した。その結果を表6に示す。
実験7は、表2に示した実施例2〜5および比較例3〜4の被膜について、ロックウェルによる圧痕から被膜(層)の密着性および靱性を検証した。ここで、比較例13として、実施例2〜5と同じ母材上にクロム酸化物からなる被膜(Cr0.388N0.002O0.61)を、2.5μmの厚みで形成したものについても、被膜(層)の密着性および靱性を検証した。なお、ロックウェル圧子を60kgfの荷重で被膜に押し付けた。その結果を図5〜図11に示す。図5〜図8および図10に示すように、クロム酸窒化物からなる実施例2〜5および比較例4の被膜によれば、図11に示すクロム酸化物からなる比較例13の被膜と比べて、圧痕周辺の破壊や剥離の面積が非常に小さいことが判る。すなわち、クロム酸窒化物からなる実施例2〜5の被膜は、クロム酸化物からなる比較例13の被膜と比べて密着性および靱性に非常に優れていると云える。また、図5〜図8に示すように、高酸素領域と低酸素領域とがなす周期構造を有する実施例2〜5の被膜によれば、図10に示す周期構造を有していない比較例4と比べて、圧痕周辺の破壊や剥離の面積が小さいことが判る。すなわち、高酸素領域と低酸素領域とがなす周期構造を有する実施例2〜5の被膜は、周期構造を有していない比較例4の被膜と比べて密着性および靱性に優れていると云える。
Claims (5)
- 鋼または超硬合金を母材として構成され、すくい面および逃げ面の少なくとも一方に被膜が形成された木材または樹脂用の刃物において、
前記被膜は、組織中の酸素濃度が高い高酸素領域と、該高酸素領域よりも組織中の酸素濃度が低い低酸素領域とが、該被膜の厚み方向に周期的に現れたクロム酸窒化物からなる周期構造層を備えた
ことを特徴とする刃物。 - 前記低酸素領域は、前記高酸素領域と比べて組織中の窒素濃度が高く、
前記周期構造層は、前記高酸素領域および前記低酸素領域に合わせて窒素濃度が前記厚み方向に周期的に高低するよう形成された請求項1記載の刃物。 - 前記周期構造層は、その断面組織に、前記高酸素領域および低酸素領域によって透過型電子顕微鏡で観察可能な縞状のコントラストが形成された請求項1または2記載の刃物。
- 前記高酸素領域および低酸素領域は、1nm〜150nmの周期で現れるよう形成された請求項1〜3の何れか一項に記載の刃物。
- 前記高酸素領域および低酸素領域を含めた全体の組成を、(Cr1−aXa)N1−bObと表したクロム酸窒化物からなる前記周期構造層において、Xとして、B、C、Al、Si、Ti、V、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Ta、Wから選ばれた少なくとも1つの元素を含むと共に、0≦a≦0.5かつ0<b<0.6とした請求項1〜4の何れか一項に記載の刃物。
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