木材の切削機構に関する研究

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木材の切削機構に関する研究

一木材の二次元縦切削における刃口距離の影響一

技術科木材加工研究室佐藤英雄

（昭和49年10月12日受理）

は刃口距離を決定するための屑返しを治具によって固定した。な澄屑返しの機構として単板切削用のノーズバー 1・緒言（接触角14。）を使用した。ナイフおよびノーズバーは

木材を繊維方向に切削するいわゆる縦切削において，それぞれの治具の調整によって任意の切削条件にセツト ●

ﾘ込量が小さい切削では刃物で繊維を直接切削して行くすることが可能になっている。切込量はフライス盤本体流れ型切削を示すが，切込量が大きくなると刃物がくさに取付けたマグネット台付ダイヤルゲージ（1／100㎜

び作用をし，刃先前方に先割れや逆目が発生し，切削面可読）によって，テーブルの上昇高さを測定し設定した。

に様々な欠点をおよぼしている9青山2）は切削条件によ切削はテーブルを手動によって水平移動させることによる切削型を実験的に求めている。表面仕上げ切削に用いり，切削方向に対してナイフ刃先線が直角となる二次元られる超仕上げ盤や平かんな等では，特に先割れや逆目縦切削機構で行なった。Fig．2にナイフ齢よびノーズバの発生を防止するための機構の設定を厳密にしなければ一がセットされた状態を示す。

ならない。平かんなにはその機構として二枚刃の裏金と

（2）刃ロ距離の設定刃口距離がある。裏金は先割れが母材内部に進行しない

ように切屑に曲げ破壊をおこさせ，逆目ぼれ発生を防ぐナイフ刃先とノーズパー先端の水平刃口開き（H）お効果があり，刃口距離は刃先前方で母材を押え，先割れよび垂直刃口開き（V）は切込量（d）に対する水平

の発生および進行を防ぐ効果がある。平かんなにおける距離（h）診よび垂直距離（v）の百分率であらわした。

これらの設定に関しては，従来，技術者の熟練による感（Fig．3参照）刃口距離の殺定は実体顕微鏡に接眼マイ覚によって行なわれてきたため実験的研究があまりなさクロメータを装着して，ナイフに対するノーズバー先端れてい左い。裏金の刃先形状とその設定に関しては森3！の位置を調整することにより求めた。

山西4）らの報告がある。

③ ナイフ本報では刃ロ距離を取り上げ，一枚刃鉋による二次元

縦切削を行ない，切込量に対する適正刃口距離を実験的材質は高度速度鋼（SKH，）である。刃物角を求めるに求めた。先ず刃口距離を決定するために，刃口距離無刃角にグラインダーで研摩し，その後，金属顕微鏡にて刃限大における切込量と先割れ長さとの関係を検討し，次物角を確認しながら青砥知よび仕上砥にて手仕上げ研摩に刃口距離設定による先割れ防止効果および切屑の状態を施した。ナイフの鋭利度は刃先線の状態を光学顕微鏡について検討した。で測定し，刃先線アラサは4．5μ以下であった。

ナイフの逃げ角の設定は，ナイフ逃げ面上に二標点を 2実験装置および実験方法定めておき，ナイフを取付け，テーブル上に固定したダ

（1）実験装置イヤルゲージにより，テープ〜レを水平移動させることに本実験には横フライス盤を使用し，テーブル上のバイより，二標点間の高低差から逃げ角の正弦によって求めた。

スに供試材を固定した。Fig．1に実験装置を示す。本体

に2本の独立したアームを取付け，一方のアームの先端 ④供試材

に治具によってナイフを固定し，他方のアームの先端に供試材は気乾材のヒノキ，マカンバを使用した。Fig．

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髄茨城大学教育学部紀要第24号

4に示すように，切削幅13㎜，切削長40㎜，の試験片である。切削面はそれぞれ柾目および板目面で，繊維方

向は切削方向に平行である。木材は異方性あるいは不均，

一性という組織的な特微があり，組織の多少の相違によっても切削性に影響を澄よぼすため，できるだけブリツ

チの同一部位から試験片を採取した。囎

使用した供試材を表1に示す。・馨

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Fig．1実験装置（7）刃ロ距離設定による先割れ長さ測定

切削中を前述（6）のカメラと同様の位置に実体顕微鏡鮒

（5）実験条件物3x，6x，i接眼20×）を備え，接眼レンズにセツトナイフ：刃物角一30° した接眼マイクロメータにより測定した。先割れの長さ

切削角＝40° は切削中に澄いて最大にあらわれたと思われる部分を採水平刃口開き（H）＝30，50，100，200，400 用した。なま消ljり始めと削り終りは先割れが大きく現わ

および600％れるので，測定の対象外とした。

垂直刃口開き（V）＝90および100％

切込量（d）＝0．1，〜0．5泓加 ⑱）切屑の厚さ測定

切削速度：約5㎜／sec 各切削条件で5回ずつ切削し，切削幅の中心で，長さ方向の中央部10㎜にわたって5点をダイヤルゲージで

⑥ 先割れ長さおよび折断長さの測定測定した。測定に際しては，ノーズバーの絞りなどによる瞬切削中の側面を，倍率20倍の接写リングを備えた力問回復があるので，切削後30分経過した後行った。

メラを通して観察し，先割れが最大になったと思われる 3 結果および考察部分で瞬間的に切削を止め，写真撮影をし，写真上から（1）先割れおよび折断長さ

ノギスで測定した。カメラの位置は切削方向に対し直角刃口距離無限大（ノーズバーをセットしない場含）の

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佐藤：木材の切削機構に関する研究麺

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供試材の寸法板目面切削用供試材柾目面切削用供試材

Fig．4 供試材

切込量に対する先割れ長さおよび折断長さの関係をFig．ための現象であると思われる。

6〜Fig．9に示す。両対数グラフで縦軸は先割れむよび切削面のちがいによる先割れの発生状況をみると，マ折断長さであり，横軸は切込量である。41，62ともにd カンパ，ヒノキともに柾目面（radia藍surface＞切削では・

が増加するにしたがって直線的に増加しており，方眼グ d20・1競の時0・2㎜の先割れ長さが確認されたラフでは指数関数的に増加する。これは切屑厚が増加すが，板目面（tangential surface ）切削ではd＝

ると，同一幅において厚さを増加した場合の片持梁の強 0．1㎜では確認されず0・15㎜より先割れの発生が認め度の増加と同様の原理によって切屑の剛性力・木きくなるられた1っ抽板踊切削より柾目面切削の方が小さい

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弱茨城大学教育学部紀要第24号

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R、．5先割れ長さ絃び折断長さ㈹ o

ム：先割れ長さ 42：折断長さ

切込量で先割れが発生している。この理由としては放射

組織の走向が考えられる。柾目面切削では放射組織がナ o

イフ刃先線に対して平行に走っているため，放射組織の 05 切削に対しては横切削の状態であり，細胞間の分離が容

易で切屑Lの剥離作用にほとんど抵抗を示さないが，板目面切

墲ﾅは放射組織が切削面に対し垂直方向に走っているた 0．3 9釜

め，放射組織の縦引張り作用が働き，切屑の剥離作用に o

対して抵抗を示すものと思われる。したがって切込量が o 小さい時は切屑の剛性も小さいので放射組織の影響が大 0。2

きく働き先割れが発生しないのだろう。しかし切込量が ^●：巳2

大きくなると柾目面と同様の先割れ長さを示すところか o：11

ら，切屑の剛性が大きく作用し，放射組織の影響はほと

んど関係なくなるようである・ヒノキ板目面切削唖 α噛量α2㎜から先割れ発生が認められたという報告5）があり，本実験の結果とも合せ考えるとヒノキ板目面切削で

ﾍだいたいd＝0．15〜0．2㎜の間で先割れが発生する

0．2 0．3 0．40．5

@ depth of cut（mm》

eig．6 切込量と先割れ・折断長さとの関係

@41：先割れ長さ 42：折断長さものと思われる。㎜の時マカンパでは1．5〜2．5㎜で300〜500％，ヒノ

マカンバとヒノキは切込量が小さい範囲では先割れ長キでは2．0〜3．0㎜で400〜600％になっている。しさはあまり差がないが，切込量が大きくなるにしたがいたがって先割れ長さを抑制するための水平刃口開きはd ヒノキの方が大きな値を示している。これは広葉樹と針＝0．5㎜の時マカンパでは500％，ヒノキでは600％

葉樹の繊維の長さの相違によるものと思われる。ヒノキ位から効果があることがわかる。その他の切込量に対すの仮道管の長さは2〜3．5〜6㎜でマカンバの真正木繊る水平刃口開きも同様にして判断できる。

維の長さは0．8〜1．5〜2．3㎜である9）切込量カシ」・さい先割れが発生する速さは500〜1500㎜／sec 7）といわ時に繊維の長さの影響がないのは，ヒノキはマカンバよれて澄り，ナイフ刃先が材に喰い込んだ時点で切り屑折

と思われる。折断長さになる。しかし本実験での観察ではナイフの進切込量に対する先割れ長さの割合は，dニ0．1㎜の時行とともに先割れは多少進んで折断点ができるようであ両材とも0．1〜0．2㎜の先割れ長さであり100〜200％，る。本報では折断長さについては結果を示しただけでと d＝0．3嗣の時マカンバでは0．6〜0．9㎜で200〜300 どめて於く。

％，ヒノ，キでは0．8〜1．3㎜で約270〜430％，d；0．5 切込量に対する先割れ発生状態の一例をマカンバ柾目

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佐藤：木材の切削機構に関する研究 47

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0．2 0」3 04 0L5depth of cut （mm）

Fig．7 切込量と先割れ・折断長さとの関係 Fig．8 切込量と先割れ・折断長さとの関係 61：先割れ長さ 42：折断長さ 61：先割れ長さ 42：折断長さ

面切削の場合についてFig．10に示す。写真からわかる％にしてもそれぞれ0．03，0．05，α06㎜という極くように本実験のような繊維傾斜角0°の切削では，先割れわずかな先割れが存在した。V＝90％ではd・＝0．1㎜

方向は斜め上方に向って生じ，切り屑は先細りとなり，の時Hニ100％，d＝0．2診よび0．3㎜の時H＝50％，

ナイフの進行に伴って残された部分を二次切削するよう d＝0．4および0．5㎜の時H＝30％でそれぞれ先割れになる。を防止できた。マカンパ材ではV＝1qo％においてd＝

0．1㎜の時H＝100％で先割れを防止できた。しかしdl2）刃ロ距離による先割れ防止効果＝0．2㎜以上では先割れ長さを可成り減少させることは

屑返し（ノーズバー）の設定条件による先割れ長さのできても完全に防止することはできなかった。V＝90％

防止効果をFig・11〜Fig．14に示す。本頃の切ではd＝0．1㎜の時H＝100％， d＝0．2㎜の時H＝30 削面はすべて柾目面である。ヒノキ材ではV＝％の条件で先割れを防止できた。しかしd＝0．3㎜以上

100％において，d＝0．1㎜の時H＝100％，の切削ではH＝30％にしても先割れを完全に防止する d＝0．2㎜の時H＝30％の条件下で先割れをことはできなかった。同一条件下（例えぱV＝90％，

防止できた。しかしd＝0．3，0．4，0．5㎜ではHを30 H＝30％）の切削でも，ヒノキ（針葉樹）の方がマカン

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バ（広叢慧防止鵡驚＿αユ …蝉r 磁㌔㍉甘

は材の硬さの相違によって生ずる切屑の岡1性の差による隔灘

．．．宙為、噂・・ウ唱がか

ものと思われる。前述したように切込量を大きくし，H

の値を大きくした場合の先割れの長さは，繊維の長さのつ相違による影響が大きくあらわれてくるが，切込量が小

さ暢合やHの値が小さ暢合は・灘の長さよりも・鍵、 1禦

ﾞの硬さによる剛性の差の方が大きく影響するようであ o弓織難．ヂ惑

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ﾀ際に鉋で切削する場合被削材に対する横圧縮（実一炉

験ではVに当る）は切込量に対して10％の絞りにはな Fig．10先割れの発生状態らないと思われるが，たとえ絞りが0，つまりV＝100 供試材：MAKANBA柾目

％であっても，切込量0．1㎜以下の切削では，H 刃口距離：無限大

1

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佐藤：木材の切削機構に関する研究 ^生9

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30 50 100 200 400600 horizontαl nosebαr opening l°ノo⊃ horizontαI nosebαr opening｛『ん⊃

Fig．11水平刃口距離と先割れ長さとの関係 Fig．12水平刃口距離と先割れ長さとの関係

mm24 MAKANBA ^mm@ MAKANBA24

V＝100（°，。） V＝90（°1。）

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Fig。13水平刃口距離と先割れ長さとの関係 Fig・14水平刃口距離と先割れ長さとの関係

を100％にすることにより，針葉樹診よび広葉樹の先割刃口距離設定による切削の実際例をFig．15に示す。

れ発生を防止することができると思われる。写真はヒノキ材の切込量α4㎜の切削の場合である。前

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50 茨城大学教育学部紀要第24号

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Fig．15刃口距離による先割れ防止状態供試材：HINOKI

切込量：0．4㎜

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eqしたごとく・V＝1°°％の時Hを・・％にしてもナイ・Hが2・・％以上になるとほぼ一定値になっているが洗フ刃先に極くわずかな先割れがみられる・この・う陶割れが相当あらわれている切屑であ娘騨板とは翫込量漱き暢合は・Hが小さくなると切屑にノーズバ軌Hが2・・％以下では小さくなるにしたがって切屑一蝋虫する部分は圧轍壊される状態になるが切屑・厚構く妙…％以下になるとその麗噸著にあの下側の音陽は破壊されず・繊維の曲げ強さのために刃らわれた。

散わずかの先割れ峨るものと駄る・／一力・一 @水刊・開きと媚厚の麟数との関係鱗22一の水平開きを小さくして行くにしたがって洗害U帳さF・g．・・に示す．いずれの船も厚さの変動騰も序欄制されて小さくなって行伽・犠Hが同はH漱きくなるにしたがっ循加している．こじであってもV＝1°°％よりV−・・％の方が先割れ長れ跣害Uれの辮に・。て生ずるものと思われる．均一さも小さいことが写真上からも良く判る・蝉板を得るために腋動係数の1、さい範囲の．一ズ．、

実際の鉋の屑返しの儲購栃木8）らが単板切削で一の設定条件で切削し鮒ればならない．マヵン，、の朔したようなランド巾を持った・一ズバーの形状をしV−・・％塒H−1・・％以下では，いずれの切込量峰て地これと裏金を齢させ塒の切蝟の排出状態いても変動少な陣板を得ることができた．得られたについても謝し鮒ればならないと思われる・切馳状態の→UをF、g．16に示す。

（3）加距離が切屑の状態におよ1ます騨 H構◎掬d鑑α4漁m

あ鱗締鑑難鍍驚1；：麟A露

ある・この両都目的が全倶るにもかかわらず，その黙魯鰍／瓢…

切削条件に関しては全供通している・それ肝滑な民切削が行なわれなければ均一な良質の単板が得られない鞭からである．つまり先割れ等が入っていれば均一蝉板輸溢蕊曾

ができない・これはFig・15からも容易に判ることであ

る。したがって切屑の状態を観察することによっても，＾二曳翫垂切削面の良否が容易に判断できる。本報では先割れ防止』

の鉦刃゜騰をみるため陶削し易くかつ先割れがわ Pかりやすい礫傾斜角・°の条件の供試材を使用し餓め，論晶。、囎騨＿膿・毛郵

先割れが発生しても逆目切削にならないで平滑な切削面 Fig．16刃口距離による切屑の状態になっているが，逆目切削の場合は先割れが斜め下方に V＝100％

進入するため必ず遡ぼれが生じて荒れた切削面になる。 A：H−5・％C：H−2・・％

本項では化粧単板（通称つき板）の品幽よび形状と B：H＝1°°％D・H−4・・％

いうことにも触れながら，得られた切屑の状態について

ﾌ検討をした．F孟・．17〜Fig．21は刃・騨と切屑厚さ 1・1 d30．1mm

との関係である。縦軸は切込量に対する切屑厚の比であ

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ほど所定の厚さより薄くなる。これはべニャレースやス 0．9 一司」一一嘲ムノドー一

ライサによる単板切削g）の場合と同様な傾向である．ノ，，イ繭三KANBA V．1為

一ズバーの設定条件が同じであってもヒノキよリマカン 0￡バの方が常に厚くなっている。これは被削材の硬さの相／▲！ ● 〃 V＝9081 ムHINOKI V呂100 ▲ 〃 V＝90

違によってナイフに加わる垂直分力に差が生じているた

ﾟ，および厚さ測定時のダイヤルゲージの触針圧と材の Fig硬さとの関係に起因しているものと思われる。切屑厚は

30 50 100 200 400 600h o ri zon to 巳 nose bo r open i h9 ●ん，

D17刃口距離と切込量に対する切屑厚との関係

@ t：切屑厚 d：切込量

(10)

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1．1 d30．2mm 1。1 d30．5mm

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^．MAKANBA繭嫉のような結果が得ら臨」／ ● V＝90 （1）刃口距離無限大における先割れの長さは，切込量

0．8 ム HINOKI V3100▲ 〃 V＝90 の増加とともに指数関数的に増加の傾向があった。

（2）30 50 100 200 400600

horizontd nosebαr op●ning⊂％｝で先割れが発生した。

（3）水平および垂直刃口距離iを減少させるにつれて先Fig．20刃口距離と切込量に対する切屑厚との関係割れ長さは小さくなり，それぞれの切込量診よび垂直刃 t：切屑厚 d：切込量

口開きにおいて，先割れを防止することのできる水平刃口開きの値が得られた（Fig，11〜Fig．14）

4結言（4）スライスドベニヤの品質は水平刃口開きが小さい木材を縦切削する際に発生する先割れを防止するため，方が良い結果が得られた（Fig．16およびFig．22〜

(11)

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@ 30 50 100 200 4006001 Fig．23水平刃口開きによる切屑L厚の変動 H l「局

35 HlNOKl Fig．25 水平刃口開きによる切屑厚の変動 V＝100『ん

一離については，今後に残された問題である。

o ●0．3 2．青山経雄：第64回日本林学会講演集 1955

ム0・2 3．森稔：木材工業v。1、6N。5196、

10 xO・1 4山醐二，片縮夫、第23回日本醐学会縮集 3050 100 200400 600 1973

H⊂ツ」⊃ 5・山西謙二：山形大学紀要（教育科学）vo 15No 21971 Fig．24水平刃口開きによる切屑厚の変動 6．木材工業編集委員会：日本の木材

日本木材加工技術協会 1966

Fig・25）・また・その時の所定の単板厚を得るための 7．角谷和男，杉原彦一：京都大学木材研究所報告

垂直刃口開きと水平刃口開きの条件が得られた（Fi＆木材研究22 1959 、

17〜B9．21）。 8．林大九郎，栃木紀郎：東京教育大学農学部紀要Nb 17 1971

9．農林省林業試験場：木材工業ハソドブックP558〜564 丸善 1971

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騒茨城大学教育学部紀要第24号

Studies on Mechanism of Wood−cutting 一Effect of Nose。bar Opening in Ortogonal Cutting

Parallel to Grain on Finishing of Wood Surface一

Hideo SATO

Faculty of Education， Ibaraki University ヤ

Abstract

In the case of the orthogonal cutting Parallel to grain of HINOKI and MAKANBA， weex・

amined the dependence of the length of previous check on both nose・bar opening and depth of cut using a single plane iron and also the 6tate of the produced chips． Also， we exam玉n・

ed the length of previous checks without the nose−bar． It was found that the length of previ・

ous checks increased exponentially with an increase in the depth of cut and that the growth of the previous checks was completely inhibited under a given nose．bar opening． Also， the coefficient of variation of t｝卑ickness of the chips decreased with an decrease in the horizonta1 nose−bar opening．

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