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The Effects of the Oblique Cutting to the Grain with a Rebating Working of the Halving Jointof Wood Perpendicular Plane in the Wood and the Tenon Joint

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全文

(1)

  木 材 の 段 欠 き工 作 に お け る 際 鉋 に よ る鉋 削 効 果 刈 差 し,相 欠 き仕 口における段欠 き部鉋 削加工面の性状の変化―

杉 山 ・ 岩   本   絵 美 子*2・ 素   美*3

長 崎 大 学 教 育 学 部 工 業 技 術 教 室     (昭和60年10月31日 受理)

The Effects of the Oblique Cutting to the Grain with a Rebating

Working of the Halving Joint

of Wood Perpendicular Plane in the Wood and the Tenon Joint

Shigeru SUGIYAMA, Emiko IWAMOTO and Motomi YANAGI

Department of Technology, Faculty of Education, Nagasaki University, Nagasaki 852

(Received Oct. 31, 1985)

Abstract

This report clarifies the effects of the oblique cutting of wood perpendicular to the grain with a rebating plane in the wood working of the halving joint and the tenon joint. Air-dried specimens of white seraya (Parashorea malaanonan Merr.), Sugi (Cryptomeria japonica), and shirakashi (Quercus myrsinaefolia) were used in this study, and were cut by feeding a tool, which was set on the same experimental apparatus as used in the previous report' . In order to compare with the oblique cutting of wood perpendicular to the grain, the oblique cutting of wood parallel to the grain was performed, too. The deformation of the chip and the roughness of the workpiece cutting-surface were observed relatively and estimated sensuously. And the effects of the cutting conditions (the inclination angle (i) of the tool and the depth of cut (tiz)) and the workpiece conditions ( the wood species, the grain orientation, the annual rings, and the ray orientation of the workpiece) upon them are discussed.

*1本 研 究 を 「中 学 校 技 術 科 に お け る 木 材 加 工 領 域 の 指 導 の た め の 技 術 的 基 礎 研 究(第2報)Technical     and  Fundamental  Studies  on Education  of Wood  Working  in Technical  Education  Lessons  of     Juniof  High  School,  II.」 と す る 。

*2長 崎 大 学 教 育 学 部 工 業 技 術 教 室 専 攻(昭 和58年 度 卒 業 生) ,現 在,長 崎 県 西 彼 杵 郡 長 与 町 立 長 与 小 学 校

*3同 ,現 在,長 崎 県 下 県 郡 美 津 島 町 立 北 部 小 学 校

(2)

1.緒

 中学校技術科木材加工領域の学習,とくに角材を中心とする木材加工の場合には,部材 接合 がとりあげられ,接合の意義(主として部材の接合強度性能),接合の種類とそ れの使われる箇所,および加工方法(主として木工機械や木工手工具による加工の仕方,

およびそれら機械や工具の安全な使い方)などを中心に学習が進められている。

       かまち

 一般に,角材(桓材を含む)・板材などの部材の接合には,建築用材の接合などの大規 模なものから,家具・建具用材の接合などの小規模なものまである(中学校教育の場合に は後者に属する)。前者には 縦継ぎ ,後者には 組継ぎ などの接合が加わるが,両者        つぎて    しくち

とも,古来から 継手 仕口 およびN はぎ合せ などの伝統的な接合が用いられてい る。継手,仕口およびはぎ合せなどの接合では,種類が多く,極めて複雑な形状のものも 多々あるが,その接合のための加工が正確に行えないと(とくに,加工寸法精度と加工面       けっこう

精粗が問題となる),接着層の欠膠を招いたり,強度的には いも接合 にも劣る場合もあ り,材料,時問および経費の浪費を招くことになる。

      ほぞさ

 中学校技術科木材加工領域では,角材の接合,とくに仕口において, 柄差し 柄継       あいかぎ , 柄接合 とも呼ばれている)および 相欠き仕口 などがよく用いられている。い        えぐずれの接合の場合も部材の一方に穴があけられたり,快り取られたりするためその部分が 弱くなるので,欠き込みの少ない単純な接合を用い,加工寸法精度と加工面精粗に注意を 払い,接着性能を高める方法を採るのが得策と考えられる。

      しゃく

 角材(権材を含む)・板材など加工部材の角または端を階段状に決り取る(欠き取る)こ   だんか

とを 段欠き というが,この 段欠き工作(段欠きつくり) には,種々の木工機械や木 工手工具が用いられる。中学校技術科木材加工領域においては,一般に作業安全性の点か ら木工手工具を用いての段欠き工作が進められている。木材材料と加工性との関係や部材 の接合強度性能を理解させるため,工具の正しい使い方を認識させるため,さらに単純な 接合を理解させるために,段欠き工作は好都合の学習といえる。

 そこで,中学校技術科木材加工領域の柄差し,相欠きなどの接合(継手,仕口およびは ぎ合せ)における段欠き工作に着目し,段欠き工作の指導を通して部材の被削性,木工手 工具による切削性,および工具の使い方による加工寸法精度と加工面精粗の関係などを学 習させるための基礎資料を得る目的で,この研究を計画した。本報では,とくに柄差し,

      きわかんな

相欠き仕口における段欠き工作を行うための木工手工具として, 際鉋 に着眼してみた。

際鉋を対象とした基礎実験を行い,それの鉋削効果(主として三次元横切削効果)を中心 にとりまとめ,際鉋における最適な鉋刃の切れ刃線の仕込み角(バイアス角〉について検 討したものである(なお,三次元木口切削効果については,別報で論じる)。

2.段欠きとそれを利用した接合について(概説)

二っ以上の部材の結合および結合させることを総称して 接合 といい,木材の接合で

料継手では,和風木構造建築の場合のように,種類が極めて多く,使用の歴史も長く,その多くは伝統  的手法による複雑精巧なものがある。部材の長手方向の端部同士を接着接合する 縦継ぎ (とくに,

 板材の場合に効果的である)は,継手から除いている。(*4は次頁の2行目)

(3)

は,形態上,つぎの範囲で用いられている。木材の接合には,二つの部材を長手方向(材 軸方向)に平行に結合して一つの長い部材に結合する略継手 *4,二つあるいはそれ以上の       こ ぱ部材を角度をつけて結合する 仕口 および板などにおける側面(木端面)同士(いわゆ

る板の幅方向)を結合する はぎ合せ がある。このほか,仕口の一種で箱などの隅角部 を多数の で接着接合する 組継ぎ がある。いずれの接合の場合も,部材の際また は端部などの一部が決り取られ,段欠きがつくられている。

 中学校技術科木材加工領域で,接合の    繊維走向柄妻

学習を進める場合,木工機械および木工鮒緬      柄先面         肩        胴付き面 手工具の種類と数、生徒の技能の程度,

      柄先

      柄側        N

       柄先 作業内容と作業時間,および加工寸法精

度と加工面精粗などを考慮に入れ,しか も学習成果の向上をはかるために,段欠

      繊維走向 き工作として 柄つくり (図1)あるい

       柄側

       柄側       肩

は爪相欠きつくり (図2)がとり入れら  (1)二方胴付き平柄     (の四方胴付き平柄 れ・柄による接合(継手および仕口とも 図1備達し(擶羅ぎ)における段欠き工作(柄つくり)

柄継ぎ または 柄差し と呼ばれて   (羅手および控占の場合)

      めちカぎいる)あるいは相欠きによる接合(相欠   この種の継手の場合は,目違い継ぎの一種である.

き継ぎ,相欠き仕口および相欠きはぎ,がある)を中心とした学習が進められている。

 一般に,木工手工具を用いて柄つくりを行う場合(図1),胴付き面および柄先は横挽鋸(とくに,胴付 鋸)を用いて,また,柄側は縦挽鋸(とくに,柄挽鋸)を用いて鋸断される。鋸断後の挽肌は上記の専用鋸*5        のみを用いれば比較的良好であるが,しかしそれらは鉋削肌に比して著しく劣る。そのため,鋸断ののちに,馨

または鉋を用いて接着接合のための平滑面宰6および柄穴に適合する加工寸法に仕上げることが必要となる。

また,相欠きつくり(図2)では,鋸断によることはできないから,馨または鉋を用いて要求される加工寸 法に仕上げ,しかも平滑面に仕上げることが必要となる。

      切削面    蝋>・・)    鵬轟合)

       、

 曾1(ニ0。) 玖(<0。)

切削方向  切削方向

(横切削の場合) (縦切削の場合)

G) 弼=0。の場合   (翻望鷹行)

繊維走向

(li) 91>O。の場合   (翻哩1囎目)

切削方向

(横切削の場合)

(恥 甲1〈0。の場合  (翻望1膀目)

      っぎてコ     しくち       あいか

図2(a)角材の継手または仕ロ,および板材の継手における段欠き工作(相欠きつくり)

    (相欠き継ぎと相欠き仕口の場合)

   二つの部材を半分ずつ欠き取って(相欠きという),重ね合せる接合で(相欠き継ぎまたは相欠き       あいじゃくり

   仕口,および相欠きはぎという),俗にこれらを相決と呼ぶ。

   91:切削面と切削方向に対する被削材の繊維走向の交差角度(繊維傾斜角)

*5柄つくりのための専用鋸は,いずれも背金が付いているから, 背金鋸 とも呼ばれている。

*6接着層の連続薄膜を形成することが接着力増強のための要件となる。そのために・加工面はできる限  り平滑であることが要求される。

(4)

 盤または鉋を用いて,柄つくりまたは相欠きつくりを行う場合,要求される加工寸法に 仕上げ,しかも平滑面に仕上げるためには馨または鉋の刃先の移動方向(すなわち,切削 方向)や,その方向と部材の繊維走向との順・逆を考えなければならない。すなわち,斜 走木理の部材で,繊維走向に対して切削方向が逆目角度となる場合には,馨や鉋による縦 切削を行うと,先割れが繊維走向に沿った被削母材中に侵入するため,要求される加工寸 法に仕上がったとしても,加工面に著しい逆目ぼれを形成する(馨および鉋の場合)か,

または要求される加工寸法と著しく異なった状態に仕上がる(墾の場合)ことが予想され る。斜走木理の部材で,繊維走向に対して切削方向が順目角度となる場合には,墾または 鉋による縦切削を行うと,先割れが繊維走向に沿った切屑中に侵入するため,切削の進行 に伴い設定された切込量より切屑厚さが次第に小さくなり,工具が被削材より上方へ離れ る方向に作用し,加工面には削り残しができる(墾の場合)か,または平滑面となる(鉋 の場合)ことが予想される。一方,斜走木理の部材を馨または鉋によって横切削を行うと,

比較的繊維走向の影響が現れにくく,要求される加工寸法に仕上がり,しかも平滑面に仕 上がることが予想される。

 なお,柄つくり(図1)および角材の仕口のための相欠つくり(図2(a))で,は,鉋による横切削,およ び馨による縦切削か,または横切削を行うことができるが,鉋による縦切削を行うことはできない。また,

板材のはぎ合せのための相欠つくり(図2(b))では,鉋または馨による縦切削,および馨による横切削を行 うことができるが,鉋による横切削を行うことはできない。

3.際鉋とそれによる鉋削の基礎実験の方法

      きわかんな  角材や板材など加工部材の際または端に,段欠き工作を行うための鉋を 際鉋 とい

    あいじゃくりり      あいじゃくりかんな

い,主に 相決工作 (図2(a)および(b))などに用いられるため, 相決鉋 ・ともい う。際鉋は図3に示すように,鉋刃の切れ刃線が鉋台の長手方向に対して斜め*7に仕込ま れ,その仕込み方により 右勝手 (右手で鉋を移動させ,右側の際を削るための鉋)と 勝手 (左手で鉋を移動させ,左側の際を削るための鉋)とがある。また,け引き刃や定規 付きの際鉋もある(図3)。

      みぞかんな

 上記の際鉋によく類似した鉋に, 溝つくり のための 溝鉋 があるが,これには溝の荒削りのための

 しゃくりかんな       そことりかんな

決鉋 ,溝の両側面を削るための 脇鉋 および溝の底面を削るための 底取鉋タがあり,使用目的に 応じて使い分けられる。このような溝つくりと異なり段欠き工作では,溝つくりのときの溝の底面および 側面つくりに相当するから,これらの面の切削は際鉋で片面ずつ行われる。際鉋でこれらの面の切削を行う 場合,柄差しおよび相欠き仕口のための段欠き工作では,一面は横切削,他の一面は木口切削となるが,相 欠きはぎのための段欠き工作では,二面とも縦切削となる。

 際鉋は,種類によって異なるが,25〜30。程度の大きさの垂直刃先角β.の鉋刃を約10。程度 の大きさの垂直逃げ角α。で鉋台に仕込まれているものが比較的多い(すなわち,垂直切 削角θ,は35〜45。程度の大きさで,平鉋の場合とほぼ同じである)。平鉋の場合と同様に,際 鉋の場合においても裏刃,刃口の押えおよび屑返しを作用させて切削を行う。なお,平鉋で は,げ=0。,すなわち二次元切削が採用されている場合が多いが,際鉋では,1≠O。,すな

*7鉋台の長手方向と平行に鉋を移動させて鉋削作業を行う場合で,鉋刃の切れ刃線が鉋台の長手方向  に対して直交位置に仕込まれている場合,そのような鉋による切削を 二次元切削 といい,切れ刃  線が上記の直交位置からある角度ゴだけ斜交させて仕込まれている場合,そのような鉋による切削  を 三次元切削 (一切れ刃による傾斜切削)といい,その角度i(oo〈」〈go。)をバイアス角(また  は傾斜角)という(ガ=0。の場合が二次元切削となる)。

(5)

免(〉o。)

繊維走向

切肖ll方r白]

(横切削ゾ)場合)

  繊維走向

切削方向(縦切削♂)場合)

図2(b)板材のはぎ合せにおける段欠    き工作

   (相欠きはぎの場合)

図4 三次元切削のための実験装置

①:試験片;②:工具;③:試験片保持装置1

④:工具固定装置1⑤:工具送り台1⑥:切込  量設定のための昇降テーブル

  きわ かんな  あい しゃくりかんな

図3際鉋(相決鉋)

(1)右勝手1(il)左勝手;(1のけ引き刃 および定規付き際鉋(右勝手)

切  Y    わ

慧、

  」 \、、

YFを一 ≧一

すくい面

年輪

  被削材   X

  休月面)

     i  フX一

       \      αn

         

 傷   ン\

     属   θn.

、亀  切盾

γn

1Z ηc

Ze

         

   図5 三次元切削の模式図

YおよびX二被削材の切削面上における切肖1坊 向に平 行および垂直な方向l Z=切削面に垂直な方向l X戸お よびZほ工具すくい面上における切れ刃線に平行およ び垂直な方向;YF:工具すくい面に垂直な方向;Z(、:

切屑流出方向;1=バイアス角1死=切屑流出角1答 および答:垂直すくい角および有効すくい角1α。,β.

およびθ。:垂直逃げ角,垂直刃先角および垂直切削角  ε・1切込量,わおよびわ。:被削材幅および切れ刃線 切削幅

わち三次元切削が採用されている場合が多い(1=20〜30。に設定されている鉋が多い)。際 鉋では, の大きさとしてどの程度が望ましいか,また,裏刃,刃口の押えおよび屑返しの 作用は平鉋の場合と同様に考えてよいか,などの問題が多いが,際鉋を対象としての詳細 な実験結果は全く得られていない。α。,β。,含など鉋刃の仕込み条件との関係で検討しなけ ればならないが,本報では,これら仕込み条件を一定として,主としてガを変化させて,切 削加工面の性状への影響を調べてみることから着手した。

 際鉋を用いて鉋削作業を行う場合(この場合, は鉋台に一定に設定されている),切込量ちが一定に設定 されていても刃口の押えへの圧力の加え方によりちの変動をもたらす(すなわち,切屑厚さの変化が生じ る)。しかも,被削材の木理走向は被削材の切削長さの間で一定でなく切削の進行に伴い変化するから,刃 口の押えへの圧力の加え方を一定に保つことが困難となる。このような鉋削作業中の切削条件および被削 材の木理走向の変化を一定に保ち,特定の実験条件の影響(本報では,主として歪の影響)を明確にするた

(6)

めに,つぎのような実験を設定し,被削材の切削長さの問で木理走向の一定な各組の試験片を準備した。

 実験装置の概要を図4に示す。実験装置本体の定盤に固定された試験片に向って,工具 固定装置④に表刃方式で固定された工具②を移動させることにより切削が行われるしくみ

となっている。1は,工具固定装置④を移動させて工具送り台⑤に固定することによって設 定される。実験は,試験片①を取付けたのち,切削基準面を形成するための微小切込量に

よるならし切削を行ったのち,昇降テーブル⑥を上昇させ,試験片に所定のちを与え,工具 送り台⑤を138.7mm/min(切削速度)で移動させて行った.この実験装置による三次元切削

を模式図にして表すと,図5のようである。

 切削実験は,β。を25。に研ぎ上げた工具(材種はSKH2)を用い,α。を1。(すなわち,θ・

を26。,垂直すくい角γ,を64。)一定に保って行った。ちを0.2,0.6および1.Ommの3段階 に,1を0。から82。の範囲で10〜150問隔おきに6〜7段階に変化させた。裏刃,刃口の押え

        4ノ   繊維走向   鱈       年輪 放射組織 切削方向

一二 一

γ  1

+)

 一  一 一      一   〇  ,

・      一 一一 9晒

o   ご

』  巴

繊維走向 被削材(追まさ目面

またはまさ目

切削方向

.!

  iI

工具 切れ刃線

φ

  切  削   加  工

卯z  面

94(一)

 ヨロ    へびロ  

 −  !・

93

〔々

篠臨

一ウ切

 削 方  向

       (D 縦切削の場合       (の横切削の場合

  図6縦切削および横切削の各場合における切削面と切削方向に対する木理走向の順・逆

   ψ :切削面上において,切れ刃線と切削面上の繊維走向の交差角度(切れ刃線傾斜角);

   ψ1:切削面と切削方向に対する被削材の繊維走向の交差角度(繊維傾斜角);

   ρ2:切削面上において,切削方向と切削面上の繊維走向の交差角度(木理斜交角)で,

   ψ2二〇。は縦切削,ψ2=90。は横切削;ψ3:切削面と切削方向に対する年輪の交差角度    (年輪接触角)1勉:切削面と切削方向に対する放射組織の交差角度(放射組織傾斜角)1    図中では,切削面と切削方向に対して,木理走向が鋭角で交差する場合で順目角度と    なる場合を(+),逆目角度となる場合を(一)としている。

および屑返しは,この研究では装備させなかった。

 切削方向は,柄差し,相欠き仕口のた    勉(_o・)D      繊維走向 めの際鉋による段欠き工作を対象として繊維走向       勉(=go。)

横切削をとりあげるが,これらの墾によ A  、/      E  、、   木裏側 る段欠き工作をも考えるため,また,相

      z欠きはぎのための際鉋による段欠き工作H       ぺ

       \   、

       Fをも考えるために縦切削も比較のために放       射

      C 行った。したがって,横切削を中心に,組

       木表側       織

      B年輪  G年輪放射組織

必要に応じて縦切削とも比較しながら切

削加工面の性状の変化について検討する。 図7この研究で対象とした切削面と切削方向 なお,横切削や縦切削では,図6に示す軸騨妨僕囑離矯罪繋雛譲昌組鍵儲驚論瓢禁臨の

ように,切削面と切削方向に対する木理 (木表側)の横切削;c:切削方向が年輪に順目で放射組織に逆目少切削面が       追まさ目面(木裏側〉の横切削l D:切削方向が年輪に逆目で放射組織に順目、

走向の順・逆を考えなければならない。 切削面が追まさ目面(木裏側)の横切肖11;E:切削方向が年輪に垂直で放射組       織に平行となる向心方向,切削面はまさ目面の横切削; F:切削方向が年輪に

したがって,試験片を作成するときに, 垂直で放射欄に平行となる向辺方向 切肖価はまさ目面の横切削;G:切削       方向が年輪に接線方向で放射組織に垂直,切削面は板目面(木表側〉の横切削;

木理走向の順・逆の異なる各組の試験片 H=切削方向が繊維走向に順目・平行および逆旦の各場合・切削面は板目面また       は追まさ目面(木表側)の縦切削;92:木理斜父角(92−0。:縦切削1勉一90。:

を準備した(図7)。         横切削〉

(7)

表1 切削面と切削方向の種類(A〜H),および切削面と   切削方向に対する被削材の木理走向の角度(ψ、〜勉)

角度 切削面と切削方向の種類

被  削  材 (。〉

A B C D E F G H

ψ1 0 0 0 0 20,10,0,(一)10,(一)20

ψ2 90 90 90 90 0

シ ラ カ シ 93 50 47 90 90 10

ψ4 (一)40 〔一)43 0 0

ρ1 0 0 0 0 20,10,0,(一)10,H20

ψ2 90 90 90 90 0

ス     ギ

ψ3 45 (一)45 45 (一)45 25

94 (一)45 45 (一)45 45

ψ1 0 20.10,0,(一)10,(一)20

92 90 0

ホワイトセラヤ

ψ3 0 0

94 90

(注) ψ1〜g4:図6参照,鋭角の場含で1一)符号の場合は切削而と切削方向に対してその   木理走向が逆目角度になることを意昧する。A〜H:図7参照

 供試材は,熊本県産シラカシ(Q膨駕郷 解ッ短nασbl勿),高知県産スギ(土佐スギ)

(C乃膨o窺67勿ノ勿o勉6α)およびマレ/一シアカリマンタン島サバ州産ホワイトセラヤ

(P8mshoz6召耀伽no%伽Merr.)の気乾材を用いた。それらの材の含水率および気乾容 積重は,シラカシで12.8%および0.859/c蝋スギで17.1%およびO.37g/cm、ホワイトセ

ラヤで15.8%および0.47g/cm3であった。また,平均年輪幅および晩材率は,シラカシで3.9 mmおよび24.4%,スギで2.3mmおよび9.8%であった。上記の材を用いて,表1および図7 に示すような切削面と切削方向の試験片を作成した。なお,試験片における被削材幅δは 12〜18mm,切削長さは50〜75mmとした。

4.実験結果と考察

 際鉋による被削母材の切削加工面の性状の変化は,工具の切れ味の程度,際鉋の鉋刃の仕込みや鉋台の調 整の仕方および鉋削作業の仕方などの外部的原因に起因する場合が極めて多いが,本報では,これらを一定 の状態に保っているから,バイアス角♂,切込量云,,被削材質および木理走向などのもとで,またはそれら の組合せのもとで,切削加工面の性状の影響を検討することができる。樹種ごとに,切削加工面の性状の変 化を検討する。

 最初に,ホワイトセラヤ気乾材を用いて横切削G(切削面は板目面木表側)を行った場 合における被削母材の切削加工面の性状の変化を図8に,また,比較のために同材を用い て縦切削H(切削面は板目面木表側)を行った場合における被削母材の切削加工面の性状 の変化の一例を図9(繊維傾斜角91=20。の場合),図10(91−Ooの場合),図11(ψ1=

一10。の場合)および図12(91=一20Qの場合)に示す。横切削の場合,図8にみられるよう に,仁0。の場合を基準として,」を増加させるほど切削加工面は良好となり,ガ=60〜72。

付近で最良となる。」二82。付近では,切屑の変形が妨げられ,切屑は次第に剛さを増し,切 れ刃刃先直前で被削母材の一部が快りとられ,切削加工面は若干粗面を呈する。これは,

ホワイトセラヤの材質(主として交錯木理)に起因すること,ならびにズを著しく増加さ

(8)

f−oo 150 30。

一〇。 15。

45。 60。 72。 82。

   !の   n−0.2mm

30。         450         60。

ど一〇。

720 82。

       (li)言n−1。Omm

図8 被削母材の切削加工面の性状の変化の一例    (ホワイトセラヤ気乾材1横切削Gの場合)

  猛切込量1 £バイアス角l G:図7参照

15。         30。         450         60。         72。 82。

          n−1.Omm

図9 被削母材の切削加工面の性状の変化の一例    (ホワイトセラヤ気乾材;縦切削Hl91=20。の場合)

   配切込量1 六バイアス角1 91:繊維傾斜角l H:図7参照

せることに伴い切れ刃線傾斜角¢率8が90。に接近すること(づが90。に接近すると,横切削に おけるψ1は,仁0。の縦切削における9〆に接近する),に基づくと考えられる。なお,ホワ イトセラヤではちの大きさの影響は顕著に現れず,いずれのちの場合も切削加工面の性状

*8図6に示したように,切削面ヒにおいて,工具切れ刃線と切削面上の繊維走向の交差角度であり,横  切削(勉一gooの場合)ではψ 一どとなり,縦切削(ρ2−0。の場合)では¢一900 」となる。例えば,

 ∫を90・付近の大きい角度にすると,ψ2−90。の場合のρノは%一〇。で 一〇。の場合の9 に近づき,また,

 g2−0。の場合のg!はg2−90。で1−0。の場合のg に近づく。

(9)

1−0。

さき

藍 萎

15。 30。

  1、      き

  癖    案 雌鞍 鐡 、繋繋 ε嚢      醤

45。

60。 72Q

82。

華、

、鰐    肇¥、

羅  装 職騰

図10

         n−1.Omm

被削母材の切削加工面の性状の変化の一例

(ホワイトセラヤ気乾材1縦切削Hl91二〇。の場合)

      龍切込量1

 ど 二〇。       15。

鱗灘羅

難撫

z:

30。

ムヒ目ヒ

バイアス角1 91:繊維傾斜角;H:図7参照

    45。         60。         72。 82。

q) n−0.2mm    i=0。     15D

図11

30。

ムヒ 目巳

45。 60。 72。 82。

       !ll〉 n−0.6mm

被削母材の切削加工面の性状の変化の一例

(ホワイトセラヤ気乾材;縦切削Hl91二 10。び)場合)

渉・:切込量, i lバイアス角191:繊維傾斜角l H:図7参照 の変化は同様の傾向となる。

 ガやちの大きさに伴う切削加工面の性状の変化の傾向を,横切削の場合(図8)と縦切削 の場合(図9〜12)とを比較すると,類似した傾向と異なる傾向とが観察された。すなわ ち,被削母材の繊維走向に平行(ψ1−0。の場合)あるいはノ頃目(ψ1>ooの場合)の縦切削 は,♂の大きさには影響されず切削加工面はほぽ同程度の平滑面を形成する。しかし,9、一

〇。の縦切削では塩が大きい場合で!を増加させると,切屑の剛さが増加し,9ノが0。に接近 し,横切削の場合と類似して被削母材の 一部が快りとられ,切削加工面は若卜粗面を「己す

(10)

ど二〇Q

 篶 壬

÷写癒 激離

  ト      

霊藤

 丁   

15。 30。 45。

磁  、霧  採

     取      不      能

      (1)

   ど  リロ      ヌらロ         ぴ

      !iD     〔)。   15D   30。

 醗韓』蝶籔罪襯欝驚饗  欝騨藤囎畷継藷灘轟謹

      』IIP

εn−0.2mm

 60。   72。   82。

45。     600

   肇蝿

n=0.6mm

45。

〜n二1.O mm 60。

72P 82Q

72。 82。

図12 被削母材の切削加工面の性状の変化の一例   (ホワイトセラヤ気乾材;縦切削Hl91二 20。び)場合)

  ち:切込量1 1:バイアス角1 91:繊維傾斜角;H:図7 参照

る。被削母材の繊維走向に逆目(91<0。の場合)の縦切削では,ガを増加させるほど切削 加工面は良好となり,i=60〜72。付近で最良となった。ガニ82Q付近では,横切削の場合と同 様に若干粗面を呈する。他の供試樹種を用いた逆目の縦切削の場合1)と同様に,ホワイトセ

ラヤの場合においてもちが小さいほど逆目ぽれの程度が比較的小さくなり,切削加工面は 良好となるようである。

 つぎに,スギ気乾材を用いて横切削(切削面が追まさ目面木表側の場合)A(切削方向が 年輸に1頃目・放射組織に逆目)と,B(切削方向が年輪に逆目・放射組織に順目),および横 切削(切削面が追まさ目面木裏側)C(切削方向が年輪に順目・放射組織に逆目)と・D(切 削方向が年輪に逆目・放射組織に順目)を行った場合における被削母材の切削加工面の性 状の変化の一例を図13〜16に示す。そのときの切屑の変形様相の変化の一例を図17に,ま

(11)

   ど二〇。 15。 30。 45Q  60。      82。

轟醸懸

・一 ・轟苺馨

蕪・一嚢麟鱒要盤

薩憲畢蕪

f I〕  n二〇.2mm

ぎ=0。 150 300 45D 60D

82。

離l

i鍵麟莚舞議灘

鶴韓羅

1《》灘騰 lll) n二〇.6mm

ど=o。 15Q 30Q 45D  60。      82。

灘灘鞭 襲嚢1灘

     灘灘鍵難

     灘      鐵

     一

     鱒難灘

llIP n二1.Omm

図13 被削母材の切削加工面の性状の変化の一例   (スギ気乾材1横切削Aの場合)

  献切込量1 露バイアス角;A:図7参照

た,切削中の被削母材や切屑の様相の変化の一例を図18に示す。横切削A,B,CおよびD いずれの場合も切削加工面は,i二〇。の場合で著しい粗面を呈するが,1を増加させると次 第に良好となり,ガニ600付近で最良となった。しかし,i二82。付近で再び粗面を呈した。一 般に,スギ気乾材で追まさ目面(木表側,木裏側の場合)の横切削では,年輪に順目より

も年輪に逆目となるような横切削の方が晩材の快りとられる程度が小さいようである。な

(12)

二〇D 15。 3〔)。 45。      60。

 ド を 

懸珪

  影

82。

魏儀搬

l I)  n−0.2mm

     oq     15。

 鰍燃筋魏糠勤霧霧叢騰灘礎膨覇

麗離講

3(}。 45。 60。 82。

1{》撚雛

       !iD n−1.Omm

図14 被削母材の切削加工面の性状の変化の一例   (スギ気乾材;横切削Bの場合)

    ・:切込量1 おバイアス角l B:図7参照

お,切削加工面の性状の変化には,ちの影響は顕著に現れなかった。

 スギ気乾材を横切削する場合には,その材質(主として年輪)が原因して,とくに,食 0。の場合には他のぎの場合と異なって,切削加工面は著しい粗面を呈した。」=0。では ψ 二〇。であるから,早材・晩材の切削性が直接影響してくる。年輪に順目の場合は,晩材 が切削されにくく,それが破壊され易い早材中に押し込められ,晩材の一部が切削された のち,残りの晩材が加工面上へ押し上げられてくる。このため,工具は被削母材により押 し上げられる方向に作用する。一方,年輪に逆目の場合は,切削方向における晩材から早 材への硬度差の移行が不連続で急激であるから,晩材を切削するときに,それが切削され るまでの間に早材中に押し込められて擁む。そのことに対する被削母材の抵抗が年輪に順 目の場合とは反対に工具を被削材中に引き込む方向に作用する。したがって,年輪に順目・

逆目のいずれの場合でも,早材の破壊が著しく切屑は連続した帯状で流出せず,1年輪ご とに分断された略棒状切屑 となる (図17参照)。

 切屑の変形の観察結果から,スギ気乾材の横切削の現象を考えると,つぎの二つの場合 が考えられる。すなわち,切削の際に,すくい面上において切削が横方向に殆ど変形せず,

ある程度の剛さをもってすくい面を擦過する場合と,切屑のすくい面上での変形が助長さ

(13)

妻↓

=0。

鐙瓢撫

15。    30。    45。

   嚢慈灘難

6〔)。  82。

巾 ,、一〇.2mm

∫=o。 150 3〔)。

1{参灘鞘

45。 60q 820

il) n 1.〔)mm

図15 被削母材の切削加工面の性状の変化の一例   (スギ気乾材;横切削Cグ)場合)

  孟・:切込量1 ♂:バイアス角;C:図7参照

れ,その変形に基づく切屑のすくい面への付着(くいつき作用)が大きくなる場合である。

いずれの場合もg2や!による有効すくい角γ。2)あるいは速度すくい角γ.3〉,およびψ〆の変 化などが相互に関係してくるものと考えられる。スギ気乾材の横切削でガニOQやその付近 の極めて小さい1の範囲では棒状切屑が発生するから前者の切削状態に相当し,上記以外 のガの場合や,スギ気乾材の縦切削1)の場合は後者の切削状態に相当する。

 スギ気乾材の横切削AおよびBの場合における切削現象の一例を図18に示した。図より 明らかなように,ガを0。に比較的近い大きさにした場合には切屑が晩材で分断され棒状切 屑になり易く,♂を増加させると切屑は横方向への変形が妨げられ,剛さをもってすくい面

を擦過する様相が観察される。追まさ目面木表側の横切削では,年輪に順目となる場合に は,被削母材の晩材が早材から快りとられ切屑側に付着する。その快りとられた凹みの程 度はノニ60〜72。付近で最も小さい。しかし,追まさ目面木表側の横切削でも年輪に逆目とな る場合には,上記のような晩材と早材の分断の程度の差は観察されず,切削加工面は比較 的平滑となった(図18)。

 つぎに,シラカシ気乾材を用いて横切削(切削方向が年輪に順目・放射組織に逆目の場 合)A(切削面が追まさ目面木表側)と,c(切削面が追まさ目面木裏側),および横切削(切

(14)
(15)

切削方向

 羅 鷺讃

毒蹴 1蟹  雛

瓢、

    ぎ     

欝   鰭

攣   嚢

n−1.O mmの場合

、聖 夢        繭

舞 糞   騨 轟       ・鱗

!D 季黄切削Al1−30D

梅継,婁  蘇

     

  乎

  ヂ      ロ

     サ       だ

   覇騨

騰、 欝

麟脚灘

(iD 横切削A;1−60。

.霧慰灘.胎

   ミ董灘織

灘懸蝿  嚢鱒

 鍵

切削方向

  鱗卜

 澱熔

!lv)横切削Bl 30。

繊㌔鯉触  懸     蹴、 猷 権鵯 響       一懸蜂  縣・鞭難糠

㍉轟響

嘩.鐡、麟灘轟灘

 爵    贈継欝

い甑鞍

(lll)横切削Al1−82。

 鰹鵬飛、 〆

隻撚灘臨

(V)横切削B;1−60Q

蜘蹄

(VP 横切削B;〆一82。

図18 切削中における被削母材の切削加工面の性状と切屑の変形様相の一例   (スギ気乾材;横切削AおよびBの場合〉

  配切込量l i:バイアス角l AおよびB:図7参照

呈した。また,横切削EおよびFの場合では,ガニ0。およびぎ一820で粗面を呈し,ガを0。

より増加させたり,また,♂を82。より減少させると切削加工面は比較的良好となった(i二 600付近で比較的良好となった)。

 以上のように,横切削では,ホワイトセラヤ,スギおよびシラカシのいずれの樹種の場 合も,また,切削面と切削方向がいずれの場合もズ=60〜72Q付近で被削母材の切削加工面の 性状は最良となるようである。また,繊維走向に逆目の縦切削においても,横切削の場合

とほぽ同様に,♂二60〜72。付近で切削加工面は最良となった(繊維走向に平行や順目の縦切 削では,切削加工面の性状はガの大きさに影響されないから,i二〇。の二次元切削でさしつ かえない)。柄差しでは,胴付き面の際鉋による鉋削も必要となるから,それを想定しての 木口切削を主対象としてズを変化させた基礎実験の結果を待たなければならないが,この 研究における横切削や縦切削のガを変化させた基礎実験の結果のみから推定すれば,工具 の切れ刃線長さを長くする必要が生じる(刃渡りの大きい鉋刃を必要とする)が,際鉋で は鉋台への鉋刃の切れ刃線の仕込み角度(段欠き工作におけるバイアス角に相当)!を 60〜72。付近の大きい角度に設定することが望ましいと考えられる。

(16)

響↓

ノ=0。 15。 30。 45。 60。 82。

U〕横切肖rlA; ,一〇.6mm

直1

ど=〔)Q 15Q 30。 45。 6C)Q 82D

1 )横切削A; 。一1.O mm

1二〇。 15。 30。 45。 6(〕Q 82。

(iii)横切削C; ,一〇.6mm

ぎ=0。

図19

15。   30。   45D   60。   82。

      喘鰍        謹懸韓苺       灘鱒灘        難嚢轟

  (IV)横切削c;1、,一1.O mm

被削母材の切削加工面の性状の変化の一例

(シラカシ気乾材1横切削AおよびCの場合)

孟.:切込量1 六バイアス角;AおよびC:図7参照

 実際の際鉋では,裏刃,刃口の押えおよび屑返しの作用が加わる。これらを装備させた切削は,これらを 装備させない切削と比較して,鉋刃の切削作用に若干の変化をもたらすと考えられる(他の研究結果4)・5)か ら推察できる)。したがって,実際に際鉋による鉋削作業を検討するためには,裏刃,刃口の押えおよび屑

(17)

妻!

二〇。

10mm

15。 30。

(D

45。 60。 72。

錨鞭騰

獄一鯉禦灘蕪,・調麟麟1_

拳黄七刀肖r』E;f,一〇.6mm

82。

・騨 

灘纏i懸

コ 

〇。  15。   30。   45。

灘1,藁難欝…灘

      llD

60。

季黄切肖rjF; ,一〇.6mm

72。

   ロ

饗箋嚢1

図20 被削母材の切削加工面の性状の変化の一例   (シラカシ気乾材;横切削EおよびFの場合)

    ・:切込量; 1:バイアス角l EおよびF:図7参照

返しの作用の影響および鉋削作業の仕方(作業者による鉋台への圧力の加え方の相異)の影響などを検討す ること,とくに,この研究で得られた結果に基づき,裏刃,刃口の押えおよび屑返しを装備させての実験条 件を新たに設定して,木理走向やiの変化に伴う切屑の変形や被削母材の切削加工面の性状の変化を検討 すること,が是非とも必要となってくる。これに関しての詳細な検討をつぎの機会に行いたい。

5.結

 柄差しおよび相欠き仕口などにおける段欠き工作を行うための際鉋を主対象とした気乾 木材3樹種の三次元横切削の基礎実験(裏刃,刃口の押えおよび屑返しは装備させずに,

主として鉋台への鉋刃の切れ刃線の仕込み角度,すなわちバイアス角ガを変化させた実験)

を行い,被削母材の切削加工面の性状の変化を中心に検討を行った(比較のために,三次 元縦切削の基礎実験をも行った)。得られた主な結果はつぎのように要約できる、

 三次元横切削では,ホワイトセラヤ,スギおよびシラカシのいずれの樹種の場合も,ま た,切削面がまさ目面(切削方向が向心方向の場合,向辺方向の場合),板目面,および追 まさ目面(切削方向が年輪に順目・放射組織に逆目の場合と,年輪に逆目・放射組織に順 目の場合)のいずれの場合も,i=60〜720付近で相対的に被削母材の切削加[面o)性状は最 良となった。また,このノの角度は,逆目の縦切削の場合においても,切削加工面を良好に することが判明した。したがって,際鉋による最良の切削加L面を得るための1を検討する

(18)

ためには,この結果を中心にして,今後さらに,木口切削の基礎実験や,裏刃,刃口の押え および屑返しを装備させての三次元の横切削,縦切削および木口切削の基礎実験が必要と なってくる。

1) 杉山 滋,榔 素美,岩本絵美子:木材の三次元切削におけるバイアス角の影響一縦切削におけ   る切屑の変形と被削母材加工面の性状について  ,長崎大学教育学部自然科学研究報告,第36号,

  55〜72 (1985).

2) 杉山 滋:木材の三次元横切削における切削力および摩擦係数に及ぼすバイアス角の影響,木材学会   誌,30(12),980〜987(1984).

3) 杉山 滋:木材切削に関する研究(第10報)一単板の引き切り三次元切削についてr木材工   業,40(12),573〜578(1985).

4) 杉山 滋:単板切削における工具一切屑(単板)接触境界面に働く応力および摩擦に関する基礎的研究   (第10報)一一すくい面の応力および摩擦に及ぼすプレッシャバーの先端形状とすくい面への二次   圧縮作用位置の影響(2)一一,木材学会誌,31(10),814〜822(1985).

5) 杉山 滋:ダブルフェイスバーを作用させた単板切削現象一一バーの先端形状と二次圧縮作用の   影響一一,木材工業,41に投稿中(1985).

参照

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