JP6544859B2 - カッターの替刃 - Google Patents

Description

本発明は、パーティクルボード、中質繊維板ＭＤＦ、ムク木材等を用いて家具部材等を製造する際に、テノーナー、モルダーでの加工、またはエッジバンダーで縁貼り材を貼る前の加工などに用いられる回転切削用のカッターの替刃に関する。

従来、この種の回転切削用のカッターに取り付けられる替刃は、例えば図１５Ａ，１５Ｂに示すように、正方形の板状で、切れ刃２を形成するすくい面３と逃げ面４がストレートな面となっていた。そのため、複数の替刃１をカッターのボディに装着したとき、替刃１間の境界における高低差が大きくなり、被削材の切削面に筋が生じやすかった。特に、替刃がボディに取り付けられたときの切れ刃方向とボディの軸方向で形成されるリード角が大きくなると、高低差がさらに大きくなる。これに対して、例えば日本国実用新案登録公開公報：実開昭６２−１１３９１５号に示すように、替刃６の側面であるすくい面７を円弧状の曲面としたものがある（図１６Ａ，１６Ｂ参照）。この替刃６によれば、ボディに装着したときの替刃間の境界が円滑になり、替刃間の高低差が抑えられるため、被削材の切削面の筋も抑えられる。しかし、側面がストレートな替刃に比べて、多数の側面を円弧状にするための曲面加工の手間が大きく、そのため替刃の価格も高価なものとなった。さらに、側面が円弧形状であると、替刃のボディへの装着時の締め付けにより替刃の基準面からのずれが生じやすく、そのため取り付けの手間が煩雑になると共に替刃間の高低差を大きくする結果にもなった。

また、回転切削用カッターに取り付けられる上記替刃の材質として、例えば日本国特許公表公報：特表２０１３−５１７９５２号に示すように、耐久性を確保するために多結晶ダイヤモンド（以下、ＰＣＤと記す。）を採用したカッターが知られている。しかし、ＰＣＤ替刃を用いたカッターの場合、替刃の再研磨の際に切れ刃の外径寸法が一定にならなかったり、一定にするための調整の手間がかかったり、また切削機械側において面倒な径補正が必要であったりするという問題がある。さらに、高価なＰＣＤ材料を用いるために、ＰＣＤ替刃が高価である。

実開昭６２−１１３９１５号公報 特表２０１３−５１７９５２号公報

本発明は、このような問題を解決しようとするもので、替刃をカッターのボディに装着したときの替刃間の境界における高低差を、簡単な加工により抑えることができ、また、安価な切れ刃材質により耐久性が高められる回転切削用のカッターの替刃を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、平面を形成する回転切削用のカッターのボディ外周面に装着される硬質の切れ刃材料からなる多角形で板状の切削用の替刃であって、替刃は、逃げ面と、逃げ面の反対側の取付面と、逃げ面と共に切れ刃を形成する平坦かつ傾斜した側面であるすくい面とを有しており、逃げ面が１つの円錐の側面形状で膨出した中心軸が多角形の中心にある凸曲面部を設け、凸曲面部は逃げ面に円錐研磨を施すことにより形成されており、ボディ外周面に装着されたときに、切れ刃方向とボディの軸方向とで形成されるリード角が２０°以上となるようにされることにある。円錐の側面形状とは、円錐の側面全体に限定するものではない。硬質の切れ刃材料としては、超硬合金、工具鋼、サーメット、ＰＣＤ、立方晶窒化ホウ素ＣＢＮ等である。

上記のように構成した本発明においては、カッターの外周面に装着される替刃の切れ刃を形成する逃げ面が、１つの円錐の側面形状でわずかに膨出した凸曲面部を設けたことにより、多角形の各切れ刃が曲線状にされるため、替刃をカッターのボディに装着したときの替刃間の境界における高低差が抑えられる。その結果、本発明においては、被削材の切削面における筋の発生が抑えられる。また、このような替刃の逃げ面の加工は、平坦な替刃の多角形の中心を中心として外周側に沿って円錐研磨を施すことにより、１回の研磨で簡単に円錐状の凸曲面部を形成することができる。その結果、本発明においては、従来の側面を曲面状に研磨する加工に比べて簡易にかつ短時間に研磨加工を行うことができるため、安価に替刃を提供することができる。さらに、本発明の替刃は、側面は平坦になっているため、替刃のボディへの装着時の締め付けにより替刃の基準面からのずれが生じないので、取り付けの手間が容易であり、また取り付けによる無用な替刃間の高低差をもたらすこともない。

また、本発明において、切れ刃材料を超硬合金又はサーメットとし、全面に膜厚１〜２５μｍの硬質皮膜を設けることが好ましく、硬質皮膜として窒化クロム、酸化クロム、酸窒化クロム、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などとすることがさらに好ましい。また、ダイヤモンドについては、ＣＶＤ法により形成されるＣＶＤダイヤモンドであることが好ましい。これにより、超硬合金又はサーメットを用いた替刃でも、耐久性を高めることができる。

また、替刃がボディ外周面に装着されたときに、切れ刃方向とボディの軸方向とで形成されるリード角を２０°以上に大きくすることによっても、従来のカッターに比べて、替刃間の境界における高低差を抑えてカッターの外径差を減少させることができる。その結果、本発明においては、リード角の大きな切削においても、被削材の切削面の筋の発生を抑えることができる。

本発明においては、替刃の逃げ面を１つの円錐の側面形状でわずかに膨出した凸曲面部とすることにより、カッターのボディに装着したときの替刃間の境界における高低差を安価にかつ確実に抑えることができる。また、本発明においては、超硬合金又はサーメットのような安価な材質の切れ刃にダイヤモンドコーティングすることにより、安価に替刃の耐久性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る回転切削用のカッターを概略的に示す斜視図である。 同カッターを概略的に示す正面図である。 カッターを概略的に示す右側面図である。 カッターに装着される替刃を示す正面図である。 同替刃を示す右側面図である。 替刃のすくい角計測方法を説明する説明図である。 三角形の替刃を示す正面図である。 同替刃を示す右側面図である。 五角形の替刃を示す正面図である。 同替刃を示す右側面図である。 変形例に係るカッターを概略的に示す斜視図である。 同カッターを概略的に示す正面図である。 カッターを概略的に示す左側面図である。 実施例１の試験結果を示すグラフである。 実施例２の試験結果を示すグラフである。 実施例３の試験結果を示すグラフである。 従来例１のカッターに装着される替刃を示す正面図である。 同替刃を示す右側面図である。 従来例２のカッターに装着される替刃を示す正面図である。 同替刃を示す右側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１、図２、図３は、実施形態に係る回転切削用カッター（以下、カッターと記す。）１０を、斜視図、正面図、右側面図により示したものである。カッター１０を構成するボディ１１は、鋼製またはアルミ製の円盤状厚板を加工したものであり、その中心に加工機械の回転軸に挿嵌される中心孔１２を設けている。ボディ１１は、外周面１１ａと左右両側面１１ｂ，１１ｃの境界に沿って４５°で同軸状に切り欠かれた傾斜部１１ｄ，１１ｅを設けている。

ボディ１１右端側では、周方向の等間隔の３か所にて外周面１１ａと傾斜部１１ｅに跨って１０°程度の傾斜角度で回転方向Ｒの後方に向けて凹むと共に軸方向に対して４５°で軸方向内方に向けて傾斜した取付座１３が設けられている。取付座１３の回転方向前側は取付座１３より凹んだチップポケット１４となっている。取付座１３の回転方向後側は取付座１３からわずかに突出した位置決め部１５となっている。ボディ１１左端側では、上記取付座１３に対して周方向に４０°離れた３か所にて外周面１１ａと傾斜部１１ｄに跨って１０°程度の傾斜角度で回転後方に向けて凹むと共に軸方向に対して４５°で軸方向内方に向けて傾斜した取付座１６が設けられている。つまり、取付座１６は取付座１３に対して逆方向に傾斜している。取付座１６の回転方向前側は軸方向に凹んだチップポケット１７となっている。取付座１６の回転方向後方は取付座１６からわずかに突出した位置決め部１８となっている。

ボディ１１の外周面１１ａでは、上記取付座１６に対して回転方向前方に４０°離れた３か所にて上記取付座１６に平行に傾斜した取付座２１が設けられている。取付座２１の回転方向前側は軸方向に凹んだチップポケット２２となっている。取付座２１の回転方向後側は取付座２１からわずかに突出した位置決め部２３となっている。取付座１３，１６，２１は、後述する替刃２５を固定するために中心位置に図示しないねじ溝を有する取付孔を設けている。

替刃２５は、図４、図５に示すように、超硬合金あるいはサーメットを用いて加工された正方形の薄板であり、中心に上記中心孔１２に対応する板面を貫通した取付孔２６を設けている。取付孔２６の後述する逃げ面２８側は、固定用のビス３３の頭部を収容する凹み部２６ａになっている。替刃２５は、４つの側面であるすくい面２７が４５°で傾斜しており、広い方の平坦面である逃げ面２８が正方形の中央を中心として外縁側が１つの円錐の側面形状でわずかに膨出した環状の凸曲面部２８ａを設けている。凸曲面部２８ａの平坦面に対する傾斜角度は、替刃２５のボディ１１への取り付けの際の、軸方向と切れ刃先端縁のなすリード角によって数°の範囲で決められる。凸曲面部２８ａの形成は、逃げ面２８に一度の円錐研磨を施すことにより容易に形成される。このように、替刃２５の４つのすくい面２７と凸曲面部２８ａに挟まれた先端側がそれぞれ切れ刃２９として形成されている。逃げ面２８の反対側の平坦面は、取付座１３，１６，２１に密着する取付面３１となっている。替刃２５全面には、厚さ５−２５μｍの範囲でダイヤモンドコーティング膜（図示しない）がＣＶＤ法により形成されている。

上記のように逃げ面２８に凸曲面部２８ａを設けたことにより、替刃２５は、図５、図６に示すように、切れ刃２９稜線が中央から両側に向けて円弧状に形成されており、四隅が中央から厚さ方向に傾斜した形状となっている。替刃２５は、取付面３１を取付座１３，１６，２１に重ね合わせて、一方のすくい面２７を位置決め用としてボディ１１の位置決め部１５，１８，２３に当接させて位置決めし、ビス３３を取付孔２６を通して取付座１３，１６，２１の取付孔に螺着させることにより固定される。替刃２５の取り付け時に、位置ずれを防止するために、替刃２５の４つのすくい面２７のうちの２面以上を取付基準面、取付拘束面とする。この状態で、替刃２５の切れ刃２９先端がボディ１１外周面からわずかに突出している。また、取付座１３に取り付けられた替刃２５と、取付座１６，２１に取り付けられた替刃２５とは、互いにリード角が反対の大きさになる。

上記のように構成した実施形態においては、カッター１０の外周面に装着された替刃２５の切れ刃２９を形成する逃げ面２８の外縁側を１つの円錐の側面形状でわずかに膨出した凸曲面部２８ａとしたことにより、替刃２５は、図４、図５に示すように、切れ刃２９稜線が中央から両側に向けて円弧状に形成されており、四隅が中央から厚さ方向に傾斜した形状となっている。そのため、替刃２５をカッター１０のボディ１１に装着したときの替刃２５間の境界における高低差が抑えられる。その結果、本実施形態においては、被削材の切削面における筋の発生を抑えることができ、良好な切削面を得ることが可能になった。替刃２５がボディ１１に取り付けられたときの切れ刃方向とボディの軸方向で形成されるリード角の大きさによって、凸曲面部２８ａの傾斜角度を適正に調整することにより、高低差を抑制することができる。

また、替刃２５の逃げ面２８の加工は、替刃２５の四角形の中心を中心として外周側に沿って円錐研磨することにより、１回の研磨で簡単に円錐状の凸曲面部２８ａを形成することができるため、従来の側面を曲面状に研磨する加工に比べて加工が非常に簡易であり、安価に替刃２５を提供することができる。さらに、本実施形態では、替刃２５の４辺のうちの少なくとも２辺を使用することができるため、替刃２５の使用効率が高められる。また、本実施形態では、替刃２５全面には、厚さ５〜２５μｍの範囲でダイヤモンドコーティング膜が形成されていることにより、高価なＰＣＤではなく安価な超硬合金又はサーメットを用いた替刃でも、耐久性を高めることができる。さらに、本実施形態の替刃２５は、すくい面２７である側面は平坦になっているので、替刃２５のボディ１１への装着時のビス３３による締め付けによっても替刃２５の基準面からのずれが生じないので、取り付けの手間が容易になり、また取り付けのずれによる無用な替刃２５間の高低差をもたらすこともない。

また、本実施形態に係るカッター１０については、替刃２５のリード角を２０°以上に大きくする場合でも、替刃２５間の境界における高低差を抑えることができるため、リード角の大きな切削においても、被削材の切削面における筋の発生を抑えることができる。さらに、替刃２５の円錐研磨の傾斜角度については、ボディ１１に取り付ける際のリード角や、外径寸法に合わせて変更される。また、被削材の貼り物の種類がメラミンか紙か等によってもリード角が変更される。

ここで、リード角を変えたときの各替刃の最大高低差の違いについての計測結果について説明する。発明品として、円錐研磨（実施形態に係る替刃）、ストレート（図１５Ａ，１５Ｂに示す従来品）、Ｒ１５０，Ｒ１００，Ｒ５０（図１６Ａ，１６Ｂに示す従来品で曲線半径Ｒｍｍが異なるもの）の５種類とし、外形が１５ｍｍ×１５ｍｍ×２．５ｍｍで刃角６０°とする。

計測方法は、図６に示すように、三次元ＣＡＤ（ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ）上にてφ１２５ｍｍのカッターを作図し、切れ刃と垂直な面において、直角すくい角−２０°となるように替刃を配置する。替刃内での高低差が最小となるような替刃形状、円錐研磨角を調べ、その替刃における最大の高低差を、リード角２０°、３０°、４５°、７０°についてそれぞれ計測した。計測結果を表１に示す。

表１から明らかなように、発明品に係る最適な円錐研磨角度の替刃については、ストレートの替刃より最大高低差が大幅によく、またリード角が３０°のＲ１５０とは同等であるが、リード角４５°のＲ１００とリード角７０°のＲ５０より最大高低差が大幅に良くなっている。また、リード角を大きくするにつれて、替刃の最適な円錐研磨角度は大きくされる。

つぎに、上記実施形態の変形例について説明する。
図９、図１０、図１１は、変形例に係るカッター４０を、斜視図、正面図、左側面図により示したものである。カッター４０を構成するボディ４１は、上記ボディ１１と同様の構成であり、その中心に加工機械の回転軸に挿嵌される中心孔４２を設けている。ボディ４１は、外周面４１ａと左右両側面４１ｂ，４１ｃの境界に沿って４５°で同軸状に切り欠かれた傾斜部４１ｄ，４１ｅを設けている。

ボディ４１右端側では、周方向の等間隔の３か所にて略４８°の範囲において、傾斜部４１ｅから外周面４１ａ中間に向けて等間隔で２つの取付座４３とその前後にチップポケット４４と位置決め部４５とを設けている。２つの取付座４３は、切れ刃が軸方向に対して７０°に傾斜するように順次配列されている。ボディ４１左端側では、上記取付座４３に対して周方向に７２°離れた３か所の略７２°の範囲において、傾斜部４１ｄから外周面４１ａ中間に向けて等間隔で３つの取付座４６とその前後にチップポケット４７と位置決め部４８とを設けている。３つの取付座４６は、切れ刃が軸方向に対して７０°に傾斜するように順次配列されている。取付座４３，４６には、替刃２５が上述したようにビス３３により固定されている。また、取付座４３に取り付けられた替刃２５と、取付座４６に取り付けられた替刃２５とは、リード角が７０°でかつ互いに反対の大きさになっている。

その結果、上記実施形態では替刃２５の軸線に対するリード角が４５°となっているのに対して、変形例では、替刃２５の軸線に対するリード角が７０°となっていることが異なっている。また、替刃２５の凸曲面部２８ａの平坦面に対する傾斜角度も、実施形態における替刃２５の凸曲面の傾斜角度より大きくされている。このカッター４０が、大きなリード角の替刃を用いた切削が必要とされる被削材の切削に採用されたときにも、大きなリード角でも被削材の切削面の筋の発生を抑えることができる。

次に、上記実施形態に係るカッターの切削性能の調べた具体的実施例１，２，３について、順次説明する。
実施例１．
発明品１である実施形態に係る替刃２５を用いたカッターと、比較品１としてＰＣＤ刃ろう付けカッターについて下記切削条件１で切削試験を行った。
［発明品１］
替刃材質：超硬合金、ダイヤモンドコーティング（膜の厚さ２０μｍ）
替刃寸法：１５ｍｍ×１５ｍｍ×２．５ｍｍ 替刃の円錐傾斜角：３．６６°
カッター寸法：外径φ１２５ｍｍ、刃幅４４ｍｍ、実質刃数３Ｐ
リード角：４５°、刃角：６０°
［比較品１］
切れ刃材質：ＰＣＤ（ろう付け）
カッター寸法：発明品１と同等、リード角：４５°、刃角：６０°
［切削条件１］
被削材：メラミン貼りパーティクルボード（厚さ１５ｍｍ）
カッター回転数：６０００ｒｐｍ、 送り速度：２０ｍ／ｍｉｎ
切込み深さ：０．８ｍｍ

発明品１と比較品１により、メラミン貼りパーティクルボードを切削したとき、メラミンのチッピングの大きさを粗さ計で測定した結果について、図１２のグラフに示す。発明品１の欠けの大きさは、比較品１のカッターと同等であり、初期切削品質は比較品１と同等以上である。

実施例２．
発明品２である実施形態に係る替刃を用いたカッターと、比較品２，３としてＰＣＤ刃ろう付けカッターについて下記切削条件で切削試験を行った。
［発明品２］
替刃材質：超硬合金、ダイヤモンドコーティング（膜の厚さ１２μｍ）
替刃寸法：１５ｍｍ×１５ｍｍ×２．５ｍｍ 替刃の円錐傾斜角：５．８０°
カッター寸法：外径φ１２５ｍｍ、刃幅４４ｍｍ、実質刃数３Ｐ
リード角：７０°、刃角：４９°
［比較品２］
切れ刃材質：ＰＣＤ（ろう付け）
カッター寸法：発明品２と同等、リード角：４５°、刃角：６０°
［比較品３］
切れ刃材質：ＰＣＤ（ろう付け）
カッター寸法：発明品２と同等、リード角：７０°、刃角：４９°
［切削条件２］
被削材：紙貼りパーティクルボード（厚さ１５ｍｍ）
カッター回転数：６０００ｒｐｍ、 送り速度：２０ｍ／ｍｉｎ
切込み深さ：０．８ｍｍ

発明品２と比較品２，３により、紙貼りパーティクルボードを切削したときの毛羽立ちの大きさをマイクロスコープで測定した結果について、図１３のグラフに示す。発明品２の毛羽立ちの高さは、比較品２のカッターより小さく、比較品３のカッターと同等か若干大きい値であり、初期切削品質は比較品と同等程度である。

実施例３．
発明品３，４である実施形態に係る替刃を用いたカッター３，４について、下記切削条件で耐久試験を行った。
［発明品３，４］
替刃材質：超硬合金、ダイヤモンドコーティング（膜の厚さ１２μｍ，２０μｍ）
替刃寸法：１５ｍｍ×１５ｍｍ×２．５ｍｍ 替刃の円錐傾斜角：５．８０°
カッター寸法：外径φ１２５ｍｍ、刃幅４４ｍｍ、実質刃数３Ｐ
リード角：７０°、刃角：４９°
［切削条件３］
被削材：紙貼りパーティクルボード（厚さ１５ｍｍ）
カッター回転数：６０００ｒｐｍ、 送り速度：１０ｍ／ｍｉｎ
切込み深さ：０．５ｍｍ、切削材長：８，０００ｍ

発明品３，４により、紙貼りパーティクルボードを８，０００ｍ切削した後、切れ刃を電子顕微鏡で観察すると、切れ刃のダイヤモンドコーティングにはほとんど摩耗はなく、替刃が高い耐摩性を有することが明らかになった。替刃の切れ刃線の粗さを測定したところ、コーティング膜の薄い発明品３については約半数の切れ刃にチッピングが発生していたが、コーティング膜の厚い発明品４については、チッピングの発生は見られなかった。

発明品３，４について、切削初期と８，０００ｍ切削後の毛羽立ちの高さをマイクロスコープで測定した結果について、図１４のグラフに示す。コーティング膜の薄い発明品３については８，０００ｍ切削後の最大高さが大きくなったが、平均値はほとんど変化がなかった。また、コーティング膜の厚い発明品４については、８，０００ｍ切削後にも毛羽立ち高さにほとんど差がなかった。その結果、ダイヤモンドコーティングされた替刃の耐久性は非常に高く、膜厚の大小により切れ刃の欠損に多少の差があるが、８，０００ｍ切削しても切削品質にほとんど変化が見られなかった。

なお、上記実施形態においては、替刃２５は正方形の薄板であるが、これに代えて、図７Ａ，７Ｂに示すように、替刃３４を正三角形として逃げ面３５の外周側を円錐側面形状の凸曲面部３５ａとすることができる。また、図８Ａ，８Ｂに示すように、替刃３７として正五角形状とし、逃げ面３８の外周側を円錐側面形状の凸曲面部３８ａとすることができる。その他、替刃形状については図示しないが、長方形や正六角形とすることも可能である。このような替刃の形状の変更によっても、上記実施形態に示したと同様の効果が得られる。直角すくい角、刃角を−２０°、６０°に限定する必要はなく、２０°、４５°等にすることも可能である。円錐傾斜角を一定にしてもよいが、円錐研磨（傾斜）角を変化させることによって最大高低差を減少させることができる。

なお、上記実施形態においては、超硬合金又はサーメット製の替刃全面にダイヤモンドコーティング膜を形成しているが、これに代えて窒化クロム、酸窒化クロム、酸化クロム、ＤＬＣなどをコーティングすることも可能である。その他、上記実施形態については一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することができる。

１０…カッター、１１…ボディ、１３，１６，２１…取付座、２５…替刃、２７…すくい面、２８…逃げ面、２８ａ…凸曲面部、４０…カッター、４１…ボディ、４３，４６…取付座。

Claims (3)

1. 平面を形成する回転切削用のカッターのボディ外周面に装着される硬質の切れ刃材料からなる多角形で板状の切削用の替刃であって、該替刃は、逃げ面と、該逃げ面の反対側の取付面と、該逃げ面と共に切れ刃を形成する平坦かつ傾斜した側面であるすくい面とを有しており、前記逃げ面が１つの円錐の側面形状で膨出した中心軸が前記多角形の中心にある凸曲面部を設け、該凸曲面部は前記逃げ面に円錐研磨を施すことにより形成されており、前記ボディ外周面に装着されたときに、前記切れ刃方向と該ボディの軸方向とで形成されるリード角が２０°以上となるようにされることを特徴とするカッターの替刃。
2. 前記切れ刃材料を超硬合金又はサーメットとし、全面に膜厚１〜２５μｍの硬質皮膜を設けたことを特徴とする請求項１に記載のカッターの替刃。
3. 前記硬質皮膜の材質がＣＶＤダイヤモンドであることを特徴とする請求項２に記載のカッターの替刃。