JPH082522B2 - ダイヤモンド被覆木材加工用カッター刃 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、従来品に較べ優れた切削性能ならびに耐摩
耗性を有するすくい面と逃げ面を有するダイヤモンド被
膜木材加工用カッター刃に関する。

（従来の技術） 木材加工用切削工具としては、従来より炭素工具鋼、
高速度工具鋼が多く使われてきたが、近年超硬合金や焼
結ダイヤモンドも用いられるようになってきた。超硬合
金や焼結ダイヤモンドは従来の鉄系材料を主成分とする
刃物に較べ優れた切削性能を示し、特に高硬度材や近年
多用されるようになってきた合板などの旋削に用いられ
ている。

しかし、木材学会誌Vol.32,No.8,P.596−602（1986）
に見られるように超硬合金製刃物や焼結ダイヤモンドか
ら成る刃物でも木材の切削においては化学的腐食を受け
て早期に摩耗が進行する。このため、生材の切削などに
おいては性能コスト比の点からむしろ従来の鉄系材料の
方が好まれている。しかし、硬い木材や樹脂を多く含む
合板の切削に対しては超硬合金や焼結ダイヤモンドを使
わざるをえず、したがってこれらの材料に対しては現状
の刃物に較べより長時間に渡って優れた切削性能を維持
する性能コスト比の良い木材加工用刃物が望まれてい
る。

そこで、実公昭62−34722号公報では、複数の切り刃
を丸カッターの本体に外周部付近に着脱自在に挟着した
木工用丸カッターを提供することにより切り刃を簡単に
着脱できるようにし、一方切り刃に超硬合金やダイヤ
（CBN）をはじめ、セラミック（広義の）、等を使用す
ることが開示されている。しかし、木材中にはタンニン
やトロポロン類が含まれており、このため切削により刃
物が機械的摩耗に加え化学的摩耗を受ける。従って、従
来の鉄系材料を主成分とする刃物はもちろん、超硬合金
でも鉄系金属が結合層に存在するため、この部分から腐
食が進行し、硬質粒子の脱落によって摩耗が進行し長寿
命化をはかることができない。また、ダイヤ（CBN）つ
まり、焼結CBNや焼結ダイヤモンドは硬度が低く耐摩耗
性が劣っていた。さらに、超硬合金に気相合成法により
合成されたダイヤモンドを被覆した切れ刃については開
示されていない。

一方、特開昭61−159302号公報においては、刃先部材
を有するチップ母材の刃部に直接あるいは中間層を介し
て気相合成法によりダイヤモンド膜を形成し剥離のない
切削性能に優れた切削用チップが開示されているが、非
鉄金属材料加工用のものであり、木工加工用のものでは
ない。また、その被覆厚さも0.1〜100μｍであり、実施
例においても１〜10μｍ程度である。しかし、木材加工
用刃物は化学的摩耗に対する抵抗力の高いものでなけれ
ばならないが、係る点について何ら開示されていない。

また、木材が金属に較べ多きな弾性変形を起こすた
め、これを面積精度良く仕上げるためには鋭利な刃先の
刃物を高速で運動させて切削しなければならないが、鋭
利な刃の構成については開示されていない。

そこで、特開昭62−181836号公報では、はさみ、包
丁、ナイフ等の剪断刃を有する刃先に超硬被膜を形成さ
せた上、ダイヤモンド膜等を研磨することなく、刃体の
一部を研磨等で斜めに沿って切断し鋭利な刃先を形成さ
せたものが開示されている。このものによれば、研磨等
で刃先を形成することにより確実に鋭利な刃先を得るこ
とができる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、係るはさみ、包丁等の剪断刃は10m/分程度の
低速の切断加工に用いられるが、その加工材料が硬くて
樹脂を多く含むような材料の切削に用いられ、すくい面
と逃げ面を有し、時には2000m/分の高速で使用されるカ
ッター刃では、刃先の摩耗が速く進行し短時間で寿命に
いたり、また、加工面も悪いという問題があった。

本発明の目的は、前述したような問題点に鑑みて、木
材加工において、化学的摩耗に対する抵抗力の高い、刃
先摩耗の少ない長時間に渡って優れた切削性能を発揮
し、さらに、加工面の良好な木材加工用カッター刃を提
供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 特に、出願人は超硬合金上にダイヤモンドを合成する
と、ダイヤモンド膜が多結晶体から成っているため、表
面の平滑な基体を用いた場合でも合成された膜の表面が
粗くなり、平滑なすくい面を得ることができないこと。
また、鋭利な刃先を得ることができないこと。また、木
材加工の高速回転切削においては、切り屑がすくい面に
沿って流れるため切り屑の排除が切削性能に大きな影響
を与え、特にすくい面が平滑であることが重要であるこ
と、また、すくい面が粗く刃先の鋭利でないと切削抵抗
が増大し、ダイヤモンド膜にかかる切削応力も大きくな
りダイヤモンド膜が剥離しやすくなること。また、逃げ
面側のダイヤモンド側の面粗さが被削材表面に転写さ
れ、加工面粗さに影響を与えることを知得した。この知
得により、本発明はすくい面と逃げ面を有する超硬合金
製刃物母材の少なくとも刃部のすくい面及び逃げ面に気
相合成法により５〜500μｍの厚さのダイヤモンド膜を
被覆した後、すくい面側のダイヤモンド膜を研磨または
ラップにより表面粗さが２μｍ以下になるように平滑に
加工し、さらに、刃部の逃げ面側のダイヤモンド膜を研
磨加工により除去したダイヤモンド被膜木材加工用カッ
ター刃を提供することにより上記目的を達成した。ま
た、刃部の逃げ面側のダイヤモンド膜の表面粗さを２μ
ｍ以下にすると良い。

また、すくい面と逃げ面を有する超硬合金製刃物母材
の少なくとも刃部のすくい面及び逃げ面に気相合成法に
より５〜500μｍの厚さのダイヤモンド膜を被覆した
後、すくい面側のダイヤモンド膜を研磨またはラップに
より表面粗さが２μｍ以下になるように平滑に加工し、
さらに、切れ刃の丸みを0.1〜10μｍとするとより効果
的である。

さらにまた、超硬合金製刃物母材の鉄系金属含有量が
３〜10重量％のものが好ましい。

（作用） 気相合成法により合成されたダイヤモンド膜は、焼結
ダイヤモンドのように金属結合相を含まないため、耐食
性に非常に優れておりこのためダイヤモンド本来の性能
を長期に渡って発揮できる。また、ダイヤモンド膜の膜
厚が５μｍ以上であれば、逃げ面のダイヤモンド膜が加
工又は摩耗により除去された場合に、逃げ面側の超硬合
金の被削材と直接触れる部分が化学的腐食の影響を受け
ないため切れ刃の後退が大きくならない。また、ダイヤ
モンド膜を必要な面粗さに研磨するためには少なくとも
５μｍ以上の厚さが好ましい。一方、膜厚が500μｍ以
上では、寸法的に超硬合金の被削材と直接触れることが
なく膜厚に影響が無くなり、研磨に要する時間も長くな
り実用的でない。

また、ダイヤモンド膜被覆後、すくい面に形成された
ダイヤモンド被膜を研磨又はラップにより面粗さが２μ
ｍ以下になるように平滑に加工すると、丁度やすりの刃
先が少し摩耗して先端が平らになるとやすり自身の粗さ
はあまり変化しないが金属をこするとつるつるして加工
できないように、ダイヤモンド膜中の凹凸を形成する結
晶粒の先端が削られて平らになり、切り屑の流れ性が非
常によくなる。このことにより、すくい面は単に被覆し
たままの場合に較べ切り屑が効率良く排出されるので、
すくい面で生じる切削抵抗が小さい、すくい面のダイヤ
モンド被覆の剥離もなくなる。また、切り屑の排出抵抗
による切れ味の低下がなく、切り刃にも余分な切削抵抗
がかからないので、切れ刃の摩耗が軽減される。

さらに、すくい面に形成されたダイヤモンド被膜を研
磨又はラップにより面粗さが２μｍ以下になるように平
滑に加工したので、逃げ面側のダイヤモンド被膜を除去
した場合に、より鋭利な切れ刃を得ることができ、先端
の切り刃の丸みを0.1〜10μｍとすることが可能にな
る。

また、逃げ面側を研磨することにより、すくい面と同
様に逃げ面が平滑となり、良好なダイヤモンド膜の面粗
さが被削材表面に転写され、加工面が良くなる。

超硬合金の結合層を形成する鉄系金属含有量を３〜10
重量％とすればダイヤモンド膜の母材間の密着性や母材
の靭性が低下することがない。

（実施例） 超硬合金へのダイヤモンド膜の生成は、例えば特開昭
58−91100号公報などに示される熱フィラメントCVD法、
特開昭58−110494号公報などに示されるマイクロ波プラ
ズマCVD法、特開昭63−85094号公報などに示される直流
プラズマCVD法、特開昭64−33096号公報に示される熱プ
ラズマCVD法などの公知の種々の方法により行う。これ
らの気相合成法により合成されたダイヤモンド膜は、焼
結ダイヤモンドのように金属結合相を含まないため、耐
食性に非常に優れておりこのためダイヤモンド本来の性
能を長期に渡って発揮でき、化学的摩耗に対する抵抗力
が高い。

すくい面は研磨加工又はラップ加工により面粗さ２μ
ｍ以下になるように平滑に加工される。すくい面を研磨
しているので、すくい面が平滑となり、さらに、逃げ面
側を研磨又はラップすることによって切れ刃の丸みを小
さくできる。切れ刃の丸みは小さい方が望ましいが0.1
μｍ以下に加工するのは難しく、また、10μｍを越える
と被切削木工材料の仕上げ面が悪くなる。

特開昭62−181836号公報のように、逃げ面のダイヤモ
ンド被膜を研磨又はラップで鋭利な切れ刃を形成するよ
り、逃げ面のダイヤモンド膜を研磨により除去する方が
容易であり、また、刃の寸法を整えるためにも有効であ
る。しかし、すくい面を研磨しない限りより鋭利な切れ
刃の形成と切れ刃の保護をすることができないのであ
る。以下に実施例を持って本発明の詳細について述べ
る。

（実験例） 第２図乃至第４図に示すように、金属コバルトを3.5
重量％含有して残部が炭化タングステンと不可避不純物
から成る母材１に切れ刃の丸みを５μｍに丸ホーニング
した。刃幅が25mm、刃角αが70゜、厚さＴが1.5mmの超
硬合金製木材加工用カッター刃に熱フィラメントCVD法
にてダイヤモンド膜２を被覆した。ダイヤモンド膜の厚
さは刃先部で約50μｍとした。

さらに、ダイヤモンド膜被覆処理後、このカッター刃
の刃先を研磨により第２図、第３図及び第４図に模式的
に示すように加工し、すくい面の面粗さは２μｍ以下に
なるよう研磨した。また、第３図の逃げ面の面粗さも２
μｍ以下とした。第２図乃至第４図中の破線は研磨加工
前の刃先形状を示し、実線は研磨加工後の刃先形状を示
す。また、第２図乃至第４図中、３は研磨加工により除
去されたダイヤモンド膜部分、４は研磨加工により除去
された超硬合金母材部分を示す。

第２図に示したすくい面のみを研磨加工したカッター
刃をＡ、第３図に示したすくい面及び逃げ面を研磨した
カッター刃をＢ、第４図に示したすくい面を研磨しつい
で逃げ面のダイヤモンド膜を研磨によって除去したカッ
ター刃をＣとして、以下に示す条件で合板の切削試験を
行った。

被削材 ：ファイバーボード カッター径 ：直径 120mm 回転数 :6000rpm 送材速度 :6m/min 切れ込み深さ:0.8mm 切削方式 ：アップカット ファイバーボードは木質の繊維を樹脂で固めた合板
で、このため材料中に樹脂成分が多く含まれる。この材
料の切削にも一般には超硬合金製カッター刃が用いられ
ている。本発明のカッター刃Ａ、Ｂ、Ｃを用いて上記条
件下で合板の切削を行い、切削前後の刃先線を調査した
結果を第１図に示した。また、第１図には比較例として
被覆処理を施してない超硬合金製カッター刃についての
結果も併せて示した。

第１図に示されるように本発明のカッター刃Ａ、Ｂ、
Ｃは200m切削後も刃先線が殆ど変化していないのに対
し、被覆処理を施していない超硬合金製カッター刃は50
m切削後すでに切先線が20μｍも後退していた。

以上に示したように本発明のダイヤモンド被膜木材加
工用カッター刃は従来の刃物に較べ刃先後退速度が非常
に遅く、長時間に渡って優れた切削性能を維持すること
ができる。

また、樹脂、プラスチック類を切削した場合にも木材
あるいは合板と同様な摩耗形態を示すことが知られてお
り、従ってこれらの切削においても本発明のダイヤモン
ド被膜カッター刃が優れた切削性能を示すと考えられ
る。

（発明の効果） 本発明の木材加工用カッター刃によれば、超硬合金の
すくい面に５〜500μｍのダイヤモンド膜を形成し、さ
らに、研磨又はラップによりすくい面の面粗さが２μｍ
以下になるように平滑に加工したので、ダイヤモンド膜
中の凹凸を形成する結晶粒の先端が削られて平らになり
切り屑がすくい面に沿って滑らかに排除され、抵抗が少
なく摩耗がない。さらに0.1〜10μｍの鋭利な切れ刃を
形成することができ、木材加工において、化学的摩耗に
対する抵抗力の高い、鋭利な刃先を有し、かつ刃先摩耗
の少ない長時間に渡って優れた切削性能を発揮するもの
となった。さらに、逃げ面側の面粗さが２μｍ以下にな
るように平滑に加工したので、逃げ面の粗さが被削材に
転写され良好な加工面を得ることができる。

従って、性能コスト比も従来の木材加工用カッター刃
に較べ充分に上げることができ産業上非常に有益であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図乃至第４図に示す刃先形状に仕上げた本
発明のダイヤモンド被覆木材加工用カッター刃Ａ、Ｂ及
びＣの切削前後の刃先線、並びにダイヤモンド被膜のな
い超硬合金製カッター刃の切削前後の刃先線の比較図、
第２図乃至第４図はいずれもダイヤモンド膜被覆後、研
磨加工により仕上げた刃物の刃先形状の模式図である。 １……超硬合金母材、２……ダイヤモンド膜、 ３……ダイヤモンド膜の研磨により除去された部分、 ４……超硬合金母材の研磨により除去された部分、５…
…すくい面、６……逃げ面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昇一 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (72)発明者 山岸 憲一郎 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (56)参考文献 特開 昭62−181836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159302（ＪＰ，Ａ) 実公 昭62−34722（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】すくい面と逃げ面を有する超硬合金製刃物
   母材の少なくとも刃部のすくい面及び逃げ面に気相合成
   法により５〜500μｍの厚さのダイヤモンド膜を被覆し
   た後、刃部のすくい面側のダイヤモンド膜を研磨または
   ラップにより表面粗さが２μｍ以下になるように平滑に
   加工し、刃部の逃げ面側のダイヤモンド膜が研磨加工に
   より全部が除去されており、これにより刃部のすくい面
   と逃げ面とが交わって構成される切れ刃の丸みを0.1〜1
   0μｍとしたことを特徴とするダイヤモンド被膜木材加
   工用カッター刃。
2. 【請求項２】超硬合金製刃物母材の鉄系金属含有量が３
   〜10重量％である請求項１記載のダイヤモンド被膜木材
   加工用カッター刃。