JPH04263020A

JPH04263020A - 刃先強化方法

Info

Publication number: JPH04263020A
Application number: JP3024586A
Authority: JP
Inventors: Kozo Okita; 沖田　耕三; Keiichi Yamanaka; 山中　啓市; Shigetomo Matsui; 繁朋松井; Shigeru Nakayama; 繁中山; Shinji Koga; 信次古賀; Masayuki Inuzuka; 雅之犬塚
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1992-09-18
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JP2633734B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炭素鋼や工具鋼等の
焼入れ硬化性を有する材料を素材とする刃工具類の刃先
部を強化する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】刈払機用回転刈刃などの刃工具類の刃先
部分は、被加工物との直接接触、衝突などによる摩耗環
境下にあるため摩耗損傷を受け易く、この刃先部分の耐
摩耗性能が工具の寿命を決定している。

【０００３】図７は、その刈払機用回転刈刃の平面（下
面）図、図８はその刃先部分を、図７の矢印Ｘの方向か
ら見た拡大図を示す。この回転刈刃１は、図７に示す如
く回転軸２を中心として矢印Ｙの方向に回転させ、草木
を刈払うものであり、刈払われる草木及びそれらに混入
した砂石等は矢印Ｚの方向より刃先部分３に衝突するた
め、この刃先部分３が摩耗損傷を受ける。

【０００４】そこで、従来は、刃先部分３の耐摩耗性能
を向上させるために、例えば刈払機用回転刈刃では、回
転刈刃全体をガス炎あるいは電気的加熱により所定の高
温まで加熱した後、水あるいは油中にて冷却する一般的
な焼入れ硬化処理を行った後、回転刈刃に衝撃に耐えう
る靱性（ねばり）を回復させるための焼戻し処理を行っ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この焼
戻し処理は、焼入れにより硬化した刃先部分の硬度も低
下させるために、結果的に十分な耐摩耗性能を備えた回
転刈刃が得られていないのが現状である。かかる回転刈
刃では、連続使用で１時間程度が使用限度となっており
、頻繁に刃先を交換することが余儀なくされている。

【０００６】そこで、刃先部分の硬度のみを上昇させ、
耐摩耗性の向上を図るために、上記焼入れ、焼戻し処理
後に、更に刃先部分とその近傍部のみを再度高周波加熱
等により焼入れ処理を行う場合がある。しかし、この方
法では、焼入れを刃先部分の必要な局部だけに対して行
うことが非常に困難であるため、焼入れ部分の面積が必
要以上に大きくなってしまい、焼入れ部分の硬度上昇に
よる靱性の劣化から衝撃が加わるとその部分全体の割れ
や欠損が容易に発生し、回転刈刃の破損につながるとい
った欠点がある。また、このような方法を採ると熱処理
工程が増えるため製造工数が増大するという欠点もある
。

【０００７】一方、特開平１−１１１８１３号公報や特
開平１−１８４２１８号公報では、帯状やすりの刃部や
プレス切断刃等の角部をレーザービーム照射による焼入
れ処理（以下、「レーザー焼入れ」という）を行って刃
部を硬化させる方法が提案されているが、レーザー焼入
れによる硬化処理のみでは、レーザービームが高エネル
ギーを有しているため刃部の硬度が大きくなり過ぎて、
却って使用時の衝撃によって刃部が欠損し易くなるとい
う欠点がある。

【０００８】本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、
長時間の使用に耐えうる（長寿命）刈払機用回転刈刃な
どの刃工具類の開発を企図し、優れた耐摩耗性能と靱性
を兼ね備えることができる刃先強化方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明方法は、レーザービーム照射による局部的焼入れ硬
化処理とその後の低温再加熱による靱性回復処理を組み
合わせ、刈払機用回転刈刃など刃工具類の刃先を強化し
ようとするものである。

【００１０】

【作用】レーザービームを高速度で刃先部分および刃先
直後の外縁部分に照射すると、レーザービームの高エネ
ルギーの瞬間的な投入によって刃先部分等は溶融するこ
となく急速加熱される。そして、高速で走査することで
他の部位に熱が伝導し、焼入れ部分は急速に自己冷却さ
れ、焼入れによる硬化作用が得られる。さらに、その後
の低温熱処理（　好ましくは２００　°Ｃ程度で加熱）
　により、焼入れされた部分以外の回転刈刃材質に全く
影響を及ぼさずに、焼入れ部の硬度低下を必要最小限と
しつつ、この部分の靱性を回復する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明方法の実施例を図面を参照しな
がら説明する。

【００１２】図１は、レーザービーム照射による局部的
焼入れを刈払機用回転刈刃に対して実施した例であって
、その回転刈刃全体の平面図を示す。図２はその刃先部
分とその外縁部分の一つの拡大図である。この回転刈刃
１の場合、回転軸２を中心として矢印Ｙの方向に回転さ
せ、刃先部分３で草木を刈払うものである。刈払機用回
転刈刃など刃工具類は、高炭素鋼や工具鋼などの焼入れ
硬化性を有する材料（例えばＪＩＳ　ＳＫ５　、ＳＫＳ
５　）を素材としている。

【００１３】本発明の刃先強化方法においては、まず、
回転刈刃１のすべての刃先部分３とその近傍の外縁部分
４（図中、網かけ表示した範囲）の略Ｌ字形部位に対し
、レーザービーム照射による局部的焼入れ（レーザー焼
入れ）を行う。外縁部分４の焼入れ範囲は、刃先部分３
の約２倍程度が適当である。本実施例のような回転刈刃
１においては、刃先部分３のみならずその近傍の外縁部
分３もレーザー焼入れして、この部分の摩耗防止に加え
、刃先部分３を背後から補強支持して刃先部分３の欠損
防止に寄与せしめる。

【００１４】上記レーザー焼入れでは、レーザービーム
を１　　ｍ／ｍｉｎ　　前後の高速度で走査させながら
照射する。これにより、レーザービームの高エネルギー
の瞬間的な投入による急速加熱、および高速でレーザー
ビームが移動することによる急速冷却（水や油などの冷
却剤を必要としない被焼入れ物自体の自己冷却）を生じ
させ、刃先部分３および刃先直後の外縁部分４のみを溶
融させることなく、しかも歪み（変形）をほとんど伴わ
ず、正確に焼入れ硬化することができる。

【００１５】図３（ａ）（ｂ）は、レーザービームの走
査方向を示す図である。

【００１６】図３（ａ）　において、矢印で示すように
、外縁部分４のａ点を照射始点として、まず外縁部分４
に沿って走査する。そして、ｂ点で変向して、次に刃先
部分３に沿って走査する。このような走査方向を採る理
由は次の通りである。

【００１７】変向点ｂでは、方向切換のためにレーザー
ビームの照射を短時間停止するので、その間に急速冷却
される。そして、再びｂ点からｃ点に向かって走査する
と、ｂ点近傍の外縁部分（図中の網かけ部分）が焼戻し
された形となり、ここに硬度低下部分４ａが発生する。しかし、このような走査方向によって強化された回転刈
刃１は、外縁部分４に多少の硬度低下部分４ａがあって
も両側の高硬度部分によってブロックされると同時に、
この硬度低下部分４ａが靱性回復に伴いクッション的効
果を発揮し、しかも刃先部分３全体は強化されているた
め、刃先の欠損は生じにくく長時間の使用に耐えること
ができるのである。

【００１８】これに対し、図３（ａ）　で示す方向と逆
方向、つまり、図３（ｂ）　の矢印で示す走査方向にレ
ーザービームを照射すると、上記と同様な理由により硬
度低下部分３ａが刃先部分３側に生じる。このような回
転刈刃１を使用すると、この硬度低下部分３ａから刃先
がすぐ欠損してしまい、長時間の使用に耐えることがで
きない。従って、レーザービームの走査方向としては図
３（ａ）　を採用するのが望ましい。なお、レーザービ
ームは、図４（ａ）（ｂ）　において矢印Ｗで示す方向
から刃先部分３と外縁部分４に照射する。

【００１９】図４（ａ）　（ｂ）　は、レーザー焼入れ
部断面のマクロ観察および断面マイクロビッカース硬度
測定結果の概要を示す。図４（ａ）　は、図２おけるＡ
−Ａ断面図、図４（ｂ）　は、同Ｂ−Ｂ断面図である。図４（ｂ）　はレーザービームのねらい位置が刈刃エッ
ジ方向によった場合のものである。

【００２０】図４（ａ）　に示すように、Ｅ層はレーザ
ー焼入れ硬化部分（硬化層）で、特に刃先のエッジ部分
は、素材の硬度の１．５　〜２　倍程度に高硬化される
。一方、Ｆ層は、焼入れ硬化の影響が殆ど見られない部
分、つまり、ほぼ素材の硬度を示す部分である。Ｇ層は
、逆に素材の硬度より多少低い（素材硬度の約１割強低
い硬度を示す）、硬度低下部分である。このＧ層が発生
する理由は、レーザー焼入れにより、この層が焼戻し処
理されたと同様な効果になるからであり、ここでは硬度
が低下する反面、靱性が回復するものと考えられる。こ
のＧ層の存在により、刃先部分３が衝撃を受けても、そ
れを吸収するクッション的効果が発生し、刃先部分３の
欠損防止に寄与するものと考えられる。なお、Ｈ層は、
素材の硬度とあまり変わらない層である。

【００２１】また、図４（ｂ）　に示すように、外縁部
分４についても同様で、レーザー焼入れにより硬化した
Ｅ層と、硬度が多少低下してクッション的効果を示すＧ
層と、焼入れの影響のない素材領域Ｆとが認められる。

【００２２】一方、前述したようにレーザー焼入れ効果
は、非常に強力であるため、このままの状態では刃先部
分３および刃先直後の外縁部分４の硬度がきわめて大き
く、使用時の衝撃のかかり具合によっては、刃先部分３
の微小部分が欠落し、回転刈刃の寿命に影響を及ぼす可
能性が皆無とは言えない。

【００２３】そこで、本発明では、レーザー焼入れされ
た刃先部分３および刃先直後の外縁部分４の略Ｌ字状部
位に対して１５０　〜２５０　°Ｃ（好ましくは２００
　°Ｃ程度）の低温にて再加熱処理を行う。この低温再
加熱処理により、耐摩耗性能をほとんど損なうことなく
、この部分の靱性を回復させ、衝撃に対して欠損を生じ
ない強靱な刃先を得ることが可能となる。即ち、この低
温再加熱処理は、１５０　〜２５０　°Ｃの低温で行う
ために焼入れされた部分以外の回転刈刃材質に全く影響
を及ぼさず、しかも焼入れ部（図４のＥ層）の硬度低下
を必要最小限としつつ靱性回復を行うことができるとい
う特徴を有する。従って、この熱処理は、回転刈刃全体
を炉の中に入れて加熱（２００　°Ｃ程度で７０分間加
熱）することで簡単に実施できる。

【００２４】本発明における局所レーザー焼入れ部分の
決定、すなわち、刃先およびそのごく近傍部分のどの部
分に、どれだけの面積で焼入れを行うべきかは、刃工具
およびその刃先の材質、形状、寸法、使用条件、被加工
物の性質および摩耗発生機構を総合的に検討したうえで
決定される。

【００２５】本発明方法におけるような局所レーザー焼
入れ処理は、レーザービームのスポット径が非常に小さ
く、ビーム狙い位置決め精度、及びレーザービームの走
査が良好に制御できるため、決定された部分の本発明方
法の実施はきわめて制御性がよく、正確に行うことがで
きる。

【００２６】従って、図５（ａ）　〜（ｃ）　で示す如
く、各種形状の刃工具類の刃先部分及びその刃先直後の
外縁部分（図中の網かけ部分）に対しても同様に本発明
方法の実施は容易であり、刃先強化が可能である。図５
（ａ）は四方に突設した矩形状の刃先３Ａを有する回転
刈刃１Ａ、図５（ｂ）　は波形の刃先３Ｂを左右に一定
間隔で列設した刈刃１Ｂ、図５（ｃ）　は、図５（ａ）
　の回転刈刃において刃先部分のみを取り替え自在とし
た場合のその刃先１Ｃを示す。５は取付用のボルト孔で
ある。いずれにおいても、刃先部分および刃先に連続す
る外縁部分がレーザー焼入れされる。

【００２７】次に、図６（ａ）　〜（ｃ）　に、本発明
方法を実施した刈払機用回転刈刃に対して耐摩耗性能評
価試験を行った一例を示す。耐摩耗性能評価試験は、ブ
ラストクリーニングなどに用いるグリッド（粒）中で、
回転刈刃を回転させ、その摩耗損傷量を評価する迅速摩
耗試験機により実施した。

【００２８】図６（ａ）　は、試験前の刃先部分とその
外縁部分の一つを拡大した図、図６（ｂ）は本発明方法
を適用した回転刈刃に対して耐摩耗性能評価試験を実施
した後の刃先部分とその外縁部分の一つを拡大した図を
示す。図６（ｃ）　は従来方法により製造した回転刈刃につい
て同じ耐摩耗性能評価試験を実施した後の刃先部分とそ
の外縁部分の一つを拡大した図である。これらの図を比
較すれば、明らかなように、本発明方法を適用した刈刃
では、試験後も刃先部分３が使用可能な程度に残存して
いるのに対して、従来の刈刃は、刃先部分とこれに続く
外縁部分が大きく摩耗欠損している。この耐摩耗試験後
の、摩耗による重量減少量を比較すると、従来方法のも
のは１１．１６　ｇに対し、本発明方法にるものは、０
．７３ｇという結果であった。従って、本発明を適用し
た刈払機用回転刈刃の寿命は、従来方法による場合の約
１５倍となる。このように、本発明方法を適用した場合
の刃先強化の効果は顕著であることが確かめられた。な
お、図６（ｂ）　によると、刃先直後の外縁部分４も細
長い範囲で摩耗していることがわかる。従って、この部
分を焼入れ硬化処理する意味がある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した本発明方法によれば、次の
ような効果が得られる。

【００３０】■レーザー焼入れ処理と低温再加熱処理の
組み合わせにより、刃工具類の刃先部分に優れ耐摩耗性
能と靱性を兼ね備えさせることが可能となる。その結果
、従来方法に比べ、きわめて長寿命の刃工具類の製造が
可能である。

【００３１】■刃先部分のみならず刃先に続く外縁部分
も同様な処理をすることで、この部分の摩耗防止と同時
に刃先部分を背後から補強支持して刃先の欠損防止に寄
与せしめることができる。

【００３２】■非常に微小な部分にも実施できる正確さ
を有するため、各種形状の刃先に対してフレキシブルに
対応可能である。

【００３３】■従来方法のようにガス炎、電気炉、高周
波誘導加熱などの加熱源、および水、油などの冷却源を
必要とせず、作業環境が非常にクリーンであるとともに
、レーザービームの高いエネルギー密度により作業能率
が高い。

【００３４】■レーザー焼入れ処理と低温再加熱処理の
２つの工程の組み合わせよりなるものであるから、他の
作業工程と組み合わせてシステム化、自動化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の適用例である、刈払機用回転刈刃
の平面（下面）図である。

【図２】同刃先部分とその外縁部分の一つの拡大図であ
る。

【図３】（ａ）　、（ｂ）　はレーザービームの走査方
向を示す図である。

【図４】（ａ）　、（ｂ）　は、それぞれ刃先部分およ
び外縁部分の焼入れ断面部のマイクロ観察と硬度測定結
果の概要を示す図であって、（ａ）　は図２におけるＡ
−Ａ断面図、（ｂ）　は同Ｂ−Ｂ断面図である。

【図５】（ａ）　〜（ｃ）　は各種形状の刃工具類に本
発明方法を適用した図である。

【図６】（ａ）　〜（ｃ）　は、刈払機用回転刈刃に対
して耐摩耗性能評価試験を行った一例を示したものであ
って、（ａ）　は、試験前の刃先部分とその外縁部分の
一つを拡大した図、（ｂ）　は本発明方法を適用した回
転刈刃に対して試験を実施した後の刃先部分とその外縁
部分の一つを拡大した図、（ｃ）　は従来方法により製
造した回転刈刃について同じ試験を実施した後の刃先部
分とその外縁部分の一つを拡大した図である。

【図７】刃工具類の例示である刈払機用回転刈刃の平面
（下面）図である

【図８】同刃先部分の側面図（図７におけるＸ矢視図）
である。

【符号の説明】

１…刈払機用回転刈刃２…回転軸３…刃先部分４…外縁部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　刃先部分とその外縁部分に対してレー
ザーによる局所的な焼入れを行い、その後、低温で再加
熱を行う熱処理工程を有することを特徴とする刃先強化
方法。