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［要 旨］
木材加工において、工具材料に従来から用いられている安価な金属材料（SKH51）を選定し、表面処理
を施すことにより工具寿命をのばすことを目的として実験を行った。その結果、スギ材切削においては窒
化処理刃を用いることにより切刃寿命を大幅に延ばせることがわかった。一方、MDF 材切削においては
CrN 被覆刃が耐摩耗性に優れ、刃先寿命の向上についての可能性が得られた。
とにより工具寿命をのばすことを目的としてた。
２ 実験方法
２．１ 切刃条件及び供試材
実験に用いた切刃の形状を図１に示す。基にな
る金属は高速度工具鋼（SKH51）である。焼入・焼
戻しをした後の切刃（以下、焼入焼戻し刃と記す）
の平均硬さHv 948、焼入焼戻しを行った後にガス
軟窒化処理を行った刃（以下、窒化処理刃と記す）
の平均硬さはHv 1158、焼入焼戻しを行った後に
切刃表面に対しIVD法により窒化クロム膜を作成
した刃（以下、CrN被覆刃と記す）の平均硬さHv
1603の三種類を作成した（表１参照）。用いた被削
材は軟材のため仕上がり表面にヒゲが発生しやす
＊１ 木材加工工具刃先材料に関する研究（Ⅰ）
＊２ 材料技術課 技師
＊３ 同課 主任研究員
１ 緒言
国内の工芸品製造業は、名目賃金の上昇、円高
の進行により、安価となった海外からの工芸品の
輸入により非常に激しい価格競争さらされている。
とりわけ、木製品加工業においては、バブル経済
崩壊後の販売価格の下落により、更に高度な加工
品をより安くが求められている。その中で、木工
品の生産においては、生産工程の外段取り化や工
具寿命の延長により工具コストや人件費の低減が
必要となってくる。
この環境下で工具メーカでは工具の長寿命化を
目指し、工具材料を高速度工具鋼、ステライト、超
硬そしてダイヤモンドコーティング超硬１）と硬度
を上げてきたが、それに伴い工具の価格を指数的
に上昇させてきた。現在では、これが中小木材加
工業の生産コストを上昇させる一因となっている。
そこで本研究では、工具材料に従来から用いら
れ、安価な金属材料を選定し表面処理を施す２）こ
図１ 試作した切刃形状
－51－
いスギと近年需要が拡大しているMDFを用いた。
被削材の諸元を表２に示す。
２．２ 実験条件
切削を行う条件を表３に示す。切削は試作した
切刃を替刃式ルータビット（兼房（株）製）に取
り付けて行った。用いた実験機はＮＣルータ
（MC22-1 型、（株）菊川鉄工所製）である。
３ 実験結果及び考察
３．１ 刃先の摩耗量
スギを試作した切刃で切削した時の刃先の摩耗
量を表面粗さ計（ホームタリサーフs6、テーラー
表２ 被削材の諸元
比重含水率（％） 平均年輪幅（mm）
スギ0.45 8.6 1.5
MDF 0.53 8.4 －
表３ 切削条件
主軸回転数18000rpm
切刃外径10.0mm
切刃枚数１枚
送り速度1000mm/min
半径方向切込量2.0mm
軸方向切込量2.0mm
図３ 窒化処理刃の切削に伴う刃先形状の変化
（被削材：スギ）
図４ CrN被覆刃の切削に伴う刃先形状の変化
（被削材：スギ）
図５ スギ切削における刃先摩耗量変化
図２ 焼入刃の切削に伴う刃先形状の変化
（被削材：スギ）
表１ 切刃条件
実験番号処 理 条 件硬さ（Hv） 被削材
RUN１－１ 焼入、焼き戻し948 スギ
RUN１－２ 焼入、焼き戻し948 MDF
RUN２－１ 焼入、焼き戻し後表面をガス窒化処理1158 スギ
RUN２－２ 焼入、焼き戻し後表面をガス窒化処理1158 MDF
RUN３－１ 焼入、焼き戻し後表面をCrN膜を形成1603 スギ
RUN３－２ 焼入、焼き戻し後表面をCrN膜を形成1603 MDF
－52－
ホブソン（株）製）を用いて計測した。結果を図
２、３、４に示す。また、切刃の切削距離と刃先
平均摩耗量との関係を図５に示す。
軟材であるスギ材において、焼入焼戻し刃程度
の硬さの刃で切削した場合には切削距離の増大と
ともに刃先の摩耗量が増大する。特に端面の仕上
がり性状に影響を与える初期の形状変化は、切削
距離が337 ｍ以内で進んでいる。一方、窒化処理
刃やCrN被覆刃においては、切削距離が増加して
も刃先の摩耗は見られない。
MDF材を各種切刃を用いて切削した場合の刃先
摩耗量についての結果を、図６、７、８に示す。ま
た、切刃の切削距離と刃先平均摩耗量との関係を
図９に示す。焼入焼戻し刃及び窒化処理刃を用い
た切削においては4382mを切削するうちに刃先の
摩耗が進み、その後の切削においては摩耗はあま
り進まない。一方、CrN 被覆刃を用いた切削にお
いては、切刃の摩耗は4382mから8138m切削する
間に進み、その後11268mまで切削する間に更に刃
先摩耗が増大した。CrN 被覆刃は焼入焼戻し刃及
び窒化処理刃よりMDF 切削においては耐摩耗性
は高い。
３．２ 刃先の形状変化
スギ、MDF材を切削した各種切刃の摩耗状態に
ついて図10、11に示す。スギ材の切削においては
焼入焼戻し刃に比べて窒化処理刃やCrN被覆刃は
刃先の摩耗は少ない。表面には、いずれも摩耗痕
がみられないため刃先の摩耗は母材のチッピング
によるものが主体と考える。そのため、応力集中
をさける刃先形状を検討すれば刃先寿命の向上が
期待できる。
MDF 切削においては、いずれも母材のSHK 材
がえぐり取られるようにして切屑の排出方向に摩
耗している。しかも、前述の様に切削初期におい
図６ 焼入刃の切削に伴う刃先形状の変化
（被削材：MDF）
図７ 窒化処理刃の切削に伴う刃先形状の変化
（被削材：MDF）
図８ CrN被覆刃の切削に伴う刃先形状の変化
（被削材：MDF）
図９ MDF切削における刃先摩耗量変化
－53－
図10 切刃の摩耗状況（スギ）
－54－
図11 切刃の摩耗状況（MDF）
－55－
て摩耗が進行している。焼入焼戻し刃及び窒化処
理刃は更なる耐摩耗性の向上は難しいと考える。
一方、CrN被覆刃では、すくい面に切削痕がなく、
チッピング等により母材のSKH材が露出した面か
らの摩耗と考えられる。そのため、今後のCrN被
覆膜の密着性向上や母材のじん性向上により切刃
の長寿命化が計れると考える。
３．３ 切削端面性状
スギ、MDF材の切削面性状について、一部を図
12に示す。また、切削面性状について定性的に評
価した結果を表4 に示す。
スギ材切削において焼入焼戻し刃を用いた場合、
切削距離948m の段階で切削端面にヒゲが生じて
いるが、窒化処理刃CrN被覆刃を用いた場合、い
ずれも良好な切削を維持している。
MDF 材切削において、切削距離8138 ｍの段階
で焼入焼戻し刃及び窒化処理刃の両刃においては
ヒゲが生じ始め、切削距離11268mの時点ではすべ
ての切刃での切削面性状にヒゲが生じた。
図12 切削端面性状
表４ 切刃の種類による切削端面の良否
被削材切削距離焼入・焼戻し刃窒化処理刃CrN膜付着刃
スギ337m ○ ○ ○
652m △ ○ ○
948m × ○ ○
MDF 4382m △ △ △
8138m × △ △
11268m × × ×
○：良好な仕上がり端面
△：やや不良な仕上がり端面
×：不良な仕上がり端面
－56－
４ 結言
切刃材料の母材に高速度工具鋼（SKH51）を用
いて、表面処理を施し切刃寿命の向上について検
討した。以下に得られた結論をまとめる。
① 被削材がスギの場合、刃先摩耗量はCrN被覆
刃が最も少なく、続いて窒化処理刃、刃焼入焼
戻し刃の順となった。切刃温度が最高でも300℃
以下３）と考えると窒化処理刃を用いることによ
り切刃寿命を大幅に延ばせることがわかった。
② スギ材切削において、CrN被覆刃及び窒化処
理刃を用いて切削した場合には良好な切削端面
が得られる。
③ スギ材切削において刃先に摩擦痕がみられな
いことから、刃先の摩耗は応力集中によるチッ
ピングと考えられる。そのため、表面処理を施
す母材形状及びじん性の向上を検討することに
より応力集中を緩和できる耐チッピング性を向
上させることできると考える。
④ MDF切削において、焼入焼戻し刃及び窒化処
理刃を用いた場合切削初期に刃先が著しく摩耗
する。一方、CrN 被覆刃を用いた場合は初期摩
耗はほとんどみられない。切削距離が11268mに
達するといずれの刃も著しく摩耗した。
⑤ MDF切削において、CrN被覆刃のすくい面に
は摩耗痕がほとんど見られず、今後母材形状の
検討及び被覆生成条件の検討により切刃寿命の
向上が見込める。
謝辞
刃先摩耗量測定に際し、測定方法等に関して
数々の助言をしていただいた機械電子課の後藤主
任研究員、鎌田主任、田野技師にこの場を借りて
お礼申し上げます。
（参考文献）
１）盛田貴雄他、木材工業、Vol.52, No.4, p.194-198
（1997）
２）加藤忠太郎他、木材学会誌、Vol.36, No.8,
p.615-623（1990）
３）坂之上悦典他、第49回日本木材学会大会研究
発表要旨集、p.154（1999）
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