JPH04135107A - 木材平削り用刃物 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 木材加工及び類似加工分野において、超仕上鉋盤２円盤
鉋盤１手鉋等による平削り加工を行うのに適する刃物、
特に送材方向か自動的に反転するもので、一方向送材（
切削送材）時に切削され逆方向送材（反送）時は刃先を
逃げ面側からこすりながら搬送される通称オートリタン
式の超仕上鉋盤に好適な刃物に関する。

従来の技術 鉄鋼切削工具へのコーティング技術として成果を上げて
いるＰＶＤ法特にイオンブレーティングと称される方法
を木材等の切削に応用しようとする研究が行われている
。例えば （１）Ｓａｗ　ｔｉｐｓ　ｗｉｔｈ　ｓｅｌｆ−ｓｈａ
ｒｐｅｎｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ＋５ｔｉｅｓ、　
Ｅｂｅｒ　Ｋｉｒｂａｃｈ　　ほか、　第８回　Ｗ　ｏ
ｏｄｍａｃｈｉｎｉｎｇ　Ｓｅｍ１ｎｅｒ抄報「木材工
業Ｊ　　’８６．４．　Ｐ２Ｏこの報告では超硬合金チ
ップ付丸鋸刃での木材の鋸断において超硬合金チップを
母材とし、掬い面にＡＩ！！　０３−Ｔ　ｉｃ　（ＣＶ
Ｄ法）被覆を行い、自己研磨特性が得られるという結果
警示している。

しかしこの自己研磨特性はまだ実用的には不満足なもの
であること、母材とコーティング層の摩耗速度か最もよ
く同期するような母材を使うへきであることも指摘して
いる。

（２１ｒ　Ｐ　ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　　ｏｆ　　Ｔｉ
Ｎ−ｃｏａｔｅｄ　　ｔｏｏｌｓ　　ｉｎ　　Ｗｏｏｄ
ｃｕｔｔｉｎｇ　　Ｊ　　　Ｍ、　Ｓ、　５ｕｌｏｎｅ
ｎ、　５ｕｒｆａｃｅ　ａｎｄＣｏａｔｉｎｇ　Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｎｇｙ　３３　Ｃ’８７　　Ｐ１４１〜Ｐ１
５１この報告では、超硬合金と高速度鋼へのＴｉＮコー
ティングについて述へている。超硬合金チップにＴｉＮ
（イオンブレーティング法）０，７〜１．０μｍのコー
ティングを行い、ハートボードの切断ては、掬い面摩耗
を５０％減少させたか、パーティクルポート、ペーパボ
ート及び合板の切断においては、コーティングの影響か
なかったとし、また同様のコーティングをした高速度鋼
製カッターでスブールースを切削した結果ては、無処理
刃物と比較して掬い面摩耗を約２０％減少させたとして
いるか、いずれもあまり効果はあがっていない。

（３）ｒＴｉＮコーテッド高速度鋼ビットの摩耗特性」
番匠谷　薫ほか、第３８回日本木材学会大会研究発表要
旨集（１９８８） この報告ではだは穴あけ用センタ、けづめ付高速度鋼製
ビット表面にＴｉＮ（イオンブレーティング）約２μｍ
のコーティングを行いメラピ、スブルース、セミハード
ホード及び合板に穴あけ加工した結果、無処理ヒツトに
比へ顕著な摩耗進行の差は認められないとし、木工ビッ
トでは金属切削の分野におけるような好結果は得られな
かったとしている。このように、従来のコーティング技
術をそのまま木材切削に応用する事の難しさを示すもの
である。

発明か解決しようとする課題 木材切削分野においても、無人、自動運転及び高精度、
高稼働率の加工か追求されており、刃物は高速度鋼製か
ら超硬合金製へ、また再研磨型からスローアウェイ替刃
方式へ移行しつつあり、生産額に占める刃物コストの比
率を抑制することか課題である。また鉄鋼切削工具、鋼
板剪断工具製紙用スリッタナイフ等に利用されて効果を
挙げているＰＶＤ法を木材仕上削り刃物に有効に利用す
るには、この用途に適するコーティング材料。

技術を見出すことか課題である。

本発明は従来の技術の有する上述の課題を解決すへくな
されたちのて、その目的とするところは量産性良くコス
ト高とならず、研磨による刃付は性か良く、高寿命の木
材平削り用刃物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 上述の目的を達成するために本発明は、高速度鋼、高ク
ロム合金工具鋼等の工具鋼のいずれかを刃物母材とする
木材平削り用刃物において、逃げ面又は掬い面のいずれ
か一面か少なくともＣｒＮかＣｒ　２　Ｎか又はＣｒＮ
とＣｒ　ｔ　Ｎの混合からなるクロム窒化物層を含みそ
の層が０．２〜６．０μｍ厚にコーティングされている
ものである。

作用 アーク放電イオンブレーティング法等で仕上鉋刃の逃げ
面か掬い面にＣｒＮかＣｒ　２　Ｎ又はその混合からな
るクロム窒化物層が例えば０．３μｍ厚にコーティング
されたものを超仕上鉋盤に取付は木材仕上切削を行うと
、コーティングされてない掬い面又は逃げ面の摩耗か先
行して鋭利な刃先か再生される自己研磨特性により美麗
な仕上切削面か長寿命に得られる。

実施例 先ず課題解決の経緯を述へる。刃物の逃げ面に硬質クロ
ム鍍金や溶融塩法による炭化バナンユーム等のコーティ
ングを施すことにより、掬い面か選択的に摩耗し、鋭利
な刃先か再生する自己研磨特性か生じ、美麗な切削面か
長寿命に得られることに成功した（日本木材加工技術協
会第５次大会講演要旨集）。

しかしなから硬質クロムを逃げ面にコーティングした刃
物によって、超仕上鉋盤の切削方法で最近主流に成って
きているオートリタン式（第１図）て平削りを行うと１
反送時に送材ベルトからの圧力（刃長２５０Ｍタイプで
通常６０−１２０　ｋｇ）により被削材か刃物の逃げ面
側から刃先を強く押し付けながら搬送されるため、逃げ
面側硬質クロムコーティング層の刃先付近で硬質クロム
鍍金固有のマイクロクラックが無数に発達し微少脱落に
より摩滅し、自己研磨特性か十分に発揮されない事か判
明した。又刃物の掬い面に硬質クロームをコーティング
した場合は切削時の背分力による曲げ作用により、掬い
面に引張り応力か働き同様にマイクロクラックか発達し
微少脱落により摩滅し、自己研磨特性か十分に発揮され
ない。又硬質クロム鍍金は均一電着性か劣るものである
から、刃物全長に均一な膜厚を得る為には刃物形状に合
わせて電流密度分布の均一化を行う必要かあり、必ずし
も生産性が良くないという問題もあった。

又溶融塩法は８００〜１０００°Ｃの高温で処理するの
で、その後に焼入れ、焼戻しを行う必要があり、歪か発
生しやすいなどの量産上の難点かあった。

更に研究の結果、高速度工具鋼、高クロム合金工具等の
工具鋼を供試刃物母材とし、ＰＶＤ法でＴｉＮ、Ｔｉｃ
、ＶＮ及びＺｒＮを逃げ面にコーディングしＸ線回折法
で所望の物質がコーティングされていることを確認して
木材を切削した結果、いずれも摩耗抑制効果は殆ど認め
られなかった。

しかしＰＶＤ法の一種であるアーク放電イオンブレーテ
ィング法を実行すべく真空槽内で表１に示す条件で、ア
ーク放電によりクロムを蒸発イオン化しかつ反応ガスと
してＮｔを導入し、負電圧を印加した５ＫＨ−５１，５
ＫＳ−２を母材とする刃物逃げ面にクロム窒化物を層厚
０．２〜６．０μｍの範囲で各種コーティングし、コー
テイング面をＸ線回折法で第２図〜第４図に示すように
ＣｒＮ。

Ｃｒ　２　Ｎ及びＣｒＮとＣｒｚ　Ｎの明瞭な回折ピー
クか現れていることから所望の物質かコーティングされ
ているのを確認して、スブルース材を平削りした結果、
良好な摩耗抑制効果か確認できた。

さらにるつは中のクロムを抵抗加熱で蒸発させ、熱フィ
ラメントでイオン化させる熱電子活性化イオンブレーテ
ィング法、クロムの蒸発、イオン化をホーロー・カソー
ドガンで行うＨＣＤ法等によって同様のコーティングを
行い同様の効果か確認できた。

このようにクロム窒化物か木材平削り用として有効な理
由は木材の切削では機械的な摩耗作用が軽微であり、こ
れに対して腐蝕及び酸化等の化学反応により刃先表面層
が変質することが摩耗進行に大きく関与しており、この
ため硬さのみてなく、耐蝕性及び耐酸化性等、化学的安
定性か摩耗抑制上必要なのであって、クロムは鉄鋼及び
超硬合金に対する添加元素として耐蝕性及び耐酸化性を
付与する効果が大きい元素の特性が有利に作用すること
が判明した。

なおコーティング層厚は以下の理由によって規制される
。

・窒化クロム６．０μｍを越える場合の切削性能木材平
削り用の刃物は、被削材のうち社内にシリカ（ＳｉＯ□
）を含むアビトン、メラビ材（南洋材）を切削する場合
があり、社内に含育するシリカにより刃先を一般の材を
切削するより大きく摩耗される。

アビトン材切削時の窒化クロム（ＣｒＮ）層厚（掬い面
コーティング）と刃先後退量を表２．刃型を第５．６図
に示した。　なお表２には５ＫＨ−５１仕上鉋刃無処理
のものの刃先後退量をも揚げたが、刃先摩耗状態は第８
図の形とほぼ相似形である。この結果から掬い面コーテ
ィング層厚が厚くなる程刃先後退量は小さく摩耗は少な
くなるか、その反面刃先先端部は層厚に応じてコーティ
ング層内の内部応力によりクラックが発生しやすく、層
の欠損が生じて鋭利度は悪化し層厚が６．０ａｍを越え
ると被削材の切込みが慝くなり、切削面を押し付ける作
用が働き切削肌が恩く仕上鉋刃として不適合である。一
般木材の仕上げでは更に鋭利な刃先を要求されるのか普
通であるから、層厚の上限は６．０μｍである。

・窒化クロム０．２μｍ未満での切削性能回転切削では
クロム窒化物の層厚０．５μｍ以下では良好な摩耗抑制
効果は認められなかったか、木材平削り用刃物の場合は
回転切削と異なり刃先への断続的な衝撃が無いため刃先
の摩耗が遅く、比較的薄い層厚でも摩耗抑制効果が得ら
れた。

しかし０．２μｍ未満では窒化クロムのコーティング層
は切削開始初期の段階で摩滅し母材が露出する。その後
の切削は無処理と同様な摩耗形態となり、無処理の１．
５倍程度の切削性能しか得られない。したかって層厚の
下限は０．２μｍである。

以上の結果から実用的なコーティングの層厚は０．２〜
６．０μｍとなる。木材平削り刃物としてアビトン材の
ように刃先をよく摩耗させるものについては、層厚か厚
いものが適するが一般的には仕上切削では切れ味が非常
に要求されることがら層厚としては、０．３〜３．０μ
ｍか好ましい。

−試験１− 木材仕上切削では研磨後の刃先線粗さか重要であるので
研磨による刃付は性を確認した。

供試刃物Ａ　母材５ＫＨ−５１仕上鉋刃ＣｒＮ１．０μ
ｍコーティング 供試刃物Ｂ、母材５ＫＨ−５１仕上鉋刃ＣｒＮ１．７μ
ｍコーティング 供試刃物Ｃ母材５ＫＨ−５１仕上鉋刃 無処理 刃物刃先部分にコーティングを行い逃げ面側から研磨を
行い東京精密裂損さ測定器サーフコムによって刃先線粗
さを測定した結果を第７図に示す。

無処理のもの（刃物Ｃ）は荒研ぎて生じた刃先の砥かえ
りの痕跡が仕上研ぎ後も残っていて仕上面に転写される
。

コーティングされたもの（刃物Ａ、Ｂ）は荒研ぎ時に砥
かえりか発生せず、従って仕上研ぎ後も砥かえりの痕跡
はないので美麗な仕上面か得られる。

刃物Ｂはコーティング膜厚か厚くなった影響て刃先に僅
かな刃こほれか認められる。

以上からコーティングした刃物の研磨による刃付は性は
改善されたことか確認された。特に高品質の切削肌か要
求される仕上切削の場合には、初期の刃付は性の改善は
非常に存効である。

試験２− ・オートリタン平削りによる切削寿命試験供試刃物Ｄ・
母材５ＫＨ−５１仕上鉋刃ＣｒＮ　　１．７μｍ掬い面
コーティ ング 供試刃物Ｅ：母材ＳＫＨ，−５１仕上鉋刃無処理 被削材　　：スブルース 斜行角　　：２５゜ 切削速度　：６５ｍ／ｍｉｎ 切込　　　ニー　０．０６ｍ　ｍ 無処理の刃物Ｅによる切削では第８図に示すように切削
長１０００ｍにて刃先に丸味か見られ、切削肌の状況か
ら一般的な切削寿命と見なされる。

掬い面にコーティングした刃物りては第９図に示すよう
に２０００ｍ切削後も摩耗抑制効果かあり自己研磨特性
により刃先は鋭利な状態を維持し更に継続切削か可能で
あった。

以上から掬い面コーティングによる切削寿命の改善は無
処理に対して少なくとも２倍以上で、摩耗状態等から相
当長寿命となることか推測される。

試験３ ・オートタリン平削りによる切削寿命試験供試刃物Ｆ　
母材５ＫＳ−２仕上鉋刃 ＣｒＮ０．７２μｍ逃げ面コーティング供試刃物Ｅ・母
材５ＫＨ−５１仕上鉋刃無処理 被削材　　　スブルース 斜行角　　　２５゜ 切削速度　・６５ｍ／ｍｉｎ 切込　　　　０．０６ｍ　ｍ 無処理の刃物Ｅによる切削では第８図に示すように切削
長１０００ｍにて刃先に丸味か見られ、切削肌の状況か
ら一般的な切削寿命と見なされる。

逃げ面にコーティングした刃物Ｆては第１０図に示すよ
うにｌ０００ｍ切削後も摩耗抑制効果かあり自己研磨特
性により刃先は鋭利な状態で更に継続切削か可能であっ
た。

以上から安い材料である５ＫＳ−２材の逃げ面コーティ
ングによる切削寿命の改善は５ＫＨ−５１材無処理に対
して少な（とも同程度以上で、摩耗状態からかなり長寿
命となることか推測される。

−試験４− ・オートリタン平削り切削寿命試験 供試刃物Ｇ：母材５ＫＨ−５１裏刃一体型替刃（第１１
図）Ｃｒ２Ｎ　　１．３μｍ 逃げ面コーティング 供試刃物Ｈ：母材５ＫＨ−５１裏刃一体型替刃無処理 被削材　　・スブルース 斜行角　　：２５ｅ′ 切削速度　：６５ｍ／ｍｉｎ 切込　　　：０．０６ｍｍ 無処理の刃物Ｈによる切削では第１２図に示すように切
削長１０００ｍにて刃先に丸味が見られ、船釣な切削寿
命と見なされる。

逃げ面コーティングの刃物Ｇによる切削では第１３図に
示すように２０００ｍ切削後も摩耗抑制効果かあり、自
己研磨特性により刃先は鋭利て切肌は良好て更に継続切
削か可能であった。摩耗状態から相当長寿命であること
か推測される。

なお刃物としては、従来から多用されている再研磨型の
第１図の超仕上鉋刃に応用され得ることは勿論のことで
、近年普及し始めた裏刃一体型替刃（第１１図）及び裏
刃重ね型替刃（第１４図）の超仕上鉋刃にも応用できる
ものである。

一体型替刃への逃げ面コーティングは、例えば円筒型の
治具に掬い面側を接触させて直接取り付けると掬い面と
逃げ面との間に隙間かできるので、掬い面へもコーティ
ング層が形成される。そこで掬い面へのコーティングを
防止するには一体型替刃の掬い面と治具面との隙間を小
さくする治具加工を行えば可能である。別の方法として
、コーティング前に主に掬い面にてマスキング物質をつ
け、その後、逃げ面を刃付は研磨し、所定のコーティン
グを行うものである。

発明の効果 上述のよってあるので、本発明は以下の効果を奏する。

クロム窒化物層を含むため、鉄鋼及び超硬合金に対し耐
蝕性及び耐酸化性を付与する添加元素の特性か有利に作
用し木材に含まれる成分による腐蝕、酸化等の化学反応
による刃先表面層の変質を少なくする。

そしてクロム窒化物は、このような耐蝕、耐酸化性と適
度の硬さを有し、かつ硬質クロム鍍金層におけるような
マイク直ツクか存在しないので掬い面又は逃げ面のいず
れにコーティングしても木材を平削りした時、良好な摩
耗抑制効果を示し、かつコー・ティングを膜厚０．２μ
ｍ〜６．０μｍで片面のみに行うのて、摩耗はコーテイ
ング面に比へて非コーテイング面か先行するとともにコ
ーテイング面側は摩耗か抑制されて刃先の丸味か極小に
保たれ鋭利度か維持される。従って、例えば高速度鋼等
を母材として逃げ面または掬い面のいずれかにコーティ
ングしても平削り仕上げ面は毛羽立ち、逆目はれ、目違
い等のない美麗で高精度な切削面か得られ切れ味の持続
時間か長寿命となるとともに、母材にＳＫＳのような比
較的安い材料をも使用することかでき、コーティング費
用を含めてもコスト安となる。また刃先か鋭利な事から
切削動力や切削騒音を低くすることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はオートリタン式仕上鉋盤の切削部位を示す図、
第２図、第３図、第４図はコーテイング面のＸ線回折強
度を示す図、第５図は掬い面に２．８μｍのコーティン
グしたときのアビトン材１０００ｍ切削後の刃先摩耗状
態図、第６図は掬い面に５．５μｍのコーティングした
ときのアビトン材１０００ｍ切削後の刃先摩耗状態図、
第７図は刃物Ａ。 Ｂ、Ｃの刃先線粗さを示す図、第８図は無処理の刃物Ｅ
のスブルース材１０００ｍ切削後の刃先摩耗状態図、第
９図は掬い面に１．７μｍのコーティングをした刃物り
のスブルース材２０００ｍ切削後の刃先摩耗状態図、第
１０図は逃げ面に０．７２μｍのコーティングをした刃
物Ｆのスブルース材１０００ｍ切削後の刃先摩耗状態図
、第１１図は裏刃一体型の替刃の図、第１２図は第１１
図の無処理の刃物Ｈのスブルース材１０００ｍ切削後の
刃先摩耗状態図、第１３図は同しく逃げ面に１．３μｍ
のコーティングをしたもののスブルース材２０００ｍ切
削後の刃先摩耗状態図、第１４図は裏刃型型替刃の図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高速度鋼，高クロム合金工具鋼等の工具鋼のいず
   れかを刃物母材とする木材平削り用刃物において、逃げ
   面又は掬い面のいずれか一面が少なくともＣｒＮかＣｒ
   ＿２Ｎか又はＣｒＮとＣｒ＿２Ｎの混合からなるクロム
   窒化物層を含みその層が０．２〜６．０μｍ厚にコーテ
   ィングされていることを特徴とする木材平削り用刃物。