木材切削における切削速度の影響 - 長崎大学 学術研究成果リポジトリ

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Title
木材切削における切削速度の影響 : 切削現象,切削抵抗および摩擦係
数の変化
Author(s)
杉山, 滋; 松尾, 文雄
Citation
長崎大学教育学部自然科学研究報告. vol.33, p.115-132; 1982
Issue Date
1982-02-28
URL
http://hdl.handle.net/10069/32603
Right
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長崎大学教育学部自然科学研究報告 第33号115∼132（1982）
木材切削における切削速度の影響＊1
−切削現象，切削抵抗および摩擦係数の変化一
杉 山 滋・松 尾 文 雄＊2
長崎大学教育学部工業技術教室
（昭和56年10月31日受理）
Effects of Cutting Velocity on Cutting Phenomenon, Cutting
Force and Frictional Coefficient in Orthogonal
Cutting of Wood with the Grain*1
Shigeru SUGIYAMA and Fumio MATSUO*2
Department of Technology，Faculty of Education，
NagasakiUniversity，Nagasaki852
（Received Oct．31，1981）
Summary
Experimental works have been performed by many researchers1)∼8) on the
effects of cutting velocity on the process of wood machining, and it is known
that these results differ from each other according to the kind of wood working
machines
used
in
the
experiments.
For
instance,
some
results
show
practically
no effect on cutting force2),6), whereas others show a curve with a minimum
value of cutting force at some velocities5), or a gradual decrease with an increase
in cutting velocity1),4),7),8). Furthermore, there exist many unknown matters
with respect to thee effects of cutting velocity on mechanism of chip formation in
wood cutting.
In the present experiment, cutting tests of wood with the grain were performed
to
obtain
fundamental
data
on
the
effects
of
cutting
velocity
on
chip
forma-
tion,cutting force and frictional coefficent by the use an experimental apparatus.
弓1本研究の概要は第31回日本木材学会大会（1981年4月，東京）において発表し，その一部は木材
学会誌（第27巻12号，p．863∼872（1981））に発表した。また，本研究は「木材の切削機構および
切削抵抗の力学的解析」の準備として行ったもので，その力学的解析のための「資料（その4）」
とする。なお，本研究は昭和55年度文部省科学研究費（一般研究D）補助金により実施した。
＊2 工業技術教室専攻（昭和55年度卒業生），現在 佐賀県肥前中学校
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The range of cutting velocity employed in these
tests were from 0.0023 to 52.53 m/sec. The depth of cut (feed of tool per
revolution of a steel disk) was adjusted from 0.3 to 0.7 mm by varing the speed
of the feed carriage in combination with two variable speed motors and some
pulleys (Fig.1) .
The tool used for cutting test was made of high-speed steel
(SKH2) , and its sharpness angle was 25 degrees ; its clearance angle was held
constant at 10 degrees . Test materials used were mainly Hinoki (Chamaecyparis
for cutting tests (Fig.1) .
obtusa, specific gravity in air-dry (r ) : 0.40, moisture content (u) : 13.0
Western hemlock (Tsuga heterophylla, r
(Shorea sp., r
: 0.38, u : 13.0
ted conditiorl (u : 83 5
: 0.38 , u : 14.3
),
) and Red meranti
) ; in addition to these, hinoki in water-satura-
) was used.
The main results obtained are summarized as follows :
( I ) Three types of chip formation were recognized throughout the entire
cutting conditions employed in this test, that is , their types are continuous fl.ow
type, split type, and intermediate type (resembling continuous flow type but the
chip has slight checks). Relations of these types to cutting velocity (V) at
various combinations of depth of cut ( t ) and workpiece conditions are given in
Fig . 6 .
( 2 ) The curvature of the chip (p) and the checks occurring icL the chip,
change with V, for icLStance, p decreases and the pitch of checks (p.) icL the
chip increases , with itlcreases in V (Figs .7 and 8) .
( 3 ) Although the cutting-force components change remarkably with V, the
degree of their changes depends not orLly on the cutting conditions but also on
the workpiece conditions . For instance, in the range of very-10w cuttingvelocity , below about 10 mlsec, the horizontal component (FH) and the friction_al
force (F) of the cutting force, when cuttjng with air-dried workpieces , decrease
remarkably with increases in V. In the range of V of about lO-30 m/sec, their
components are not affected by V. In the range of V of about 30 -53 m/sec,
their componecLts decrease gradually with increases in V . Compared with these,
the vertical component (Fv) and the normal force (N) of the cutting force
change slightly or vary little with V (Figs.9 and lO).
( 4 ) The remarkable increase in V and the presence of a large quantity of
free water reduce the friction on the interface betweecL the tool rake face acLd
the chip to much lower value. For instance, the frictional coefficient (/1),
when cutting with water-saturated workpieces , is lower in comparison with that
when cutting with air-dried workpieces , and /1 , when cutting not orlly with
water-saturated workpieces but also with air-dried workpieces decreases with
increases in V (Fig. 12) . These results car:!_ be explaiued on the basis of the
frictional theories on terms of adhesion and lubrication and so on.
木材切削における切削速度の影響
1．緒
117
目
木材の機械加工工程では，切削速度は切削能率ならびに切削加工面の品質などに影響を
及ぼす重要な因子の一つとされている。近年のように，素材の一次加工に加えて硬質木質
材料の二次加工がさかんに行われ，しかもそれらを機械加工する切削機械の精度が向上し
てくると，必然的に切削速度の増加が要求されてくる。
上記の切削速度の問題については，切削現象，とくに切削抵抗の変化との関連で，古く
から多くの研究者により検討が重ねられてきた。これらの研究は比較的低速度域（0∼10
m／sec）1）∼4）と比較的広い速度域（O∼50m／sec）5）∼8）の実験に大別される。このような
切削速度の範囲の相異に加えて，その他実験条件の違いなどにより，切削速度の影響につ
いての定説が得られるまでには到っていない。たとえば，切削抵抗は切削速度の増加に伴
い減少する1），4），7），8），一定である2），6），あるいはそれ以外（すなわち，減少，増加の
両過程をたどる）5）などの実験結果が報じられている。また，切削抵抗から算出される摩
擦係数は切削諸現象の変化に重要な影響を及ぽすと考えられるが，これの切削速度依存性
については全く追究されていない。
ところで，木材の破壊の進行速度は1，000m／sec前後（500∼1，500m／sec）である9）
から，これと同程度まで，あるいはそれ以上の切削速度が得られるならば，木材の切削機
構を検討するうえで興味深いが，現実には切削速度は，一般的な実験用切削機械の剛性を
考慮すれば，60∼70m／sec程度であり，その速度までの切削抵抗の解析がまずなされな
ければならない。
そこで本研究では，新たに試作した高速木材切削実験装置を用いて，低速度域から高速
度域までの比較的広い切削速度の範囲で木材の二次元切削実験を行い，切削現象および切
削抵抗の変化に及ぼす切削速度の影響を究明し，これらに関する基礎的知見を得ようとし
た。さらに，切削現象と摩擦係数の変化との関係について，ならびに摩擦係数の切削速度
依存性とそれに及ぼす水分の作用について，摩擦理論などからの検討をも試みた。
2．実験装置および切削方法の検討
切削実験は新たに試作した高速木材切削実験装置を用いて行った。Fig．1に示すよう
に，同装置は回転するスチールディスク①と，切削抵抗を測定するための八角形弾性リン
グ荷重装置⑤を装備した工具送り装置⑥とから構成されている。
この装置で，試験片②はスチールディスクの外周中に埋設され，また，工具③は八角形
弾性リング荷重装置上に取付けられた工具保持台④に一定の逃げ角αを保つように固定さ
れている（切削は表刃方式である）。
スチールディスク①，工具送り装置⑥は，それぞれ3馬力，2馬力の無段変速機⑫，⑬
の回転によりウエッジベルト⑭，⑮を介して駆動する。したがって，この装置による切削
実験では，切込量孟（mm）はスチールディスクの回転数n（r．p．s．）と工具の送り速度
（工具送り装置の移動速度）∫（mm／sec）によって決定される。すなわち，
6＝∫／η （1）
切削実験に先だち，工具送り装置前後移動ハンドル⑩および工具送り装置左右移動ハン
ドル⑪を用いて，試験片と工具の位置を定め，さらに，工具送り装置移動のための無段変
118
杉’山
滋・松尾文雄
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．．』
⑨8
巫
一
11⑩
◎
⑫
口 ⊂⊃
Fig・1．Experimental apparatus for orthogonal wood cutting test in this
study（side view）．
①：steeldisk，②：testspecimen，③：too1，④：baseforfixingtoo1
③，⑤＝octagonal elastic−ring dynamometer for measuring cUtting
forcecomponents，⑥：feedcarriage，⑦：1eadscrew，⑧：circuit
breaker to shut off electric power，⑨：equipment for interrupting
revolution oflead screw⑦，⑩and⑪：handles for cross feed of too1
③andtraversefeedoffeedcarriage⑥，⑫and⑬：variablespeed
motors，⑭and⑮：wedgebelts．
速機⑬の電源遮断スイッチ⑧および工具送り装置瞬間停止装置⑨の調整により，試験片の
最終切削位置を確かめた。その後，所定の診が得られるように，両無段変速機⑫，⑬の回
転数を調整したうえで，両無段変速機の回転により数回のならし切削を行い，そののち切
削を開始した。
切削中の切削抵抗の変化は，八角形弾性リング荷重装置に貼付されたストレインゲージ
によって，同リングの微小な相対変位として検出される（Fig．2）。後述するように，それら
を直流増幅器を介してフォトコーダまたはシンクロスコープに描かせた。
このような切削方式では，Fig．3に示すように，工具切れ刃刃先に対して試験片の切
削面が円弧を描くため，一回の切削中に試験片の繊維傾斜角g、が変化する。一例とし
て，Fig．3のようなψ1−oo（切削方向と繊維走行とが平行する場合）の切削（すなわ
ち，縦切削）を考えてみた場合，切削の初めと終りとでψ1は次式に示す変化が最大限起
り得る（順目切削となる場合をg1＜OQ，逆目切削となる場合をg1＞ooとする）。す
なわち，スチールディスクの回転軸から円弧を描く試験片の切削面までの距離をD／2
（mm），切削長さを1（mm）とすると，g、（。）の変化g、ノは，・
ψ1」±（1801）／（πD） （2）
となり，jDと1とに左右されることになる（ψ1ノー0。はψ1の変化がないことを意味す
る）。また，この切削方式はいわゆる衝撃的断続切削であるから，最初の切込み時におけ
る切削抵抗のために試験片の繊維走行に沿った割れが起り得る。このようなψ、の変化と
木材切削における切削速度の影響
Too巳 Machined sur奮aco
oo
1
Feed
o
directionoftoo巳
σoρ》iew》
Strain gauge
喬
、
o
o
翻翰，
’
…
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し
Tool
蔦
＿陶鴇
Stee巳dis融
訊＞0●
Rotatlve direction
‘A9耳inst the grah》
●
！、
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昼
一一
「π一層一
地 t l
SteeI digk
of stee巳d看5k
1蘭l o
警
雛ime
．．．．』
鶉躍oo 望くoo（Wi驚h tho gral轟》
oo
oTe5亀gpecimen
（Side vi ew》
Fig。2． Close−up view of experimental
apParatus an（imethod for mea−
suring Cutting forCe compo−
nents．
‘Para“e量 to the grain》
Flg・3． Relative grain orientation
of test speCimen tO CUtting
direction．
g1：angle of grain orientation to
machined surface（grain angle），
D／2：radius from axis of rota−
tion of steel disk to machined
F∬and Fv：horizontal and vertical
componentS of cutting
force，
surfaCeofworkpiece，1：cutting
Rγ and 置γノ ：radius an（1thickness of
αandβ：clearanceandsharpness
elastic。ring．
length，h：distance between tool
edge and center line of steel（iisk，
angles of too1，オ ：depth of cut。
切削初期の割れを防止するため，試験片の形状をつぎのようにくふうした。卯1＞OQあ
るいはψ1−O。の切削では，先割れがそれぞれ母材内部へあるいは切削方向と平行して
侵入するため，試験片の一部の飛散が起り得る。これをも防止するため，本実験では
ψ、＜0。の切削を行うこととし，その試験片の形状をFig、4に示すように特異な形状と
した。すなわち，1−78mmの試験片における切削の初めと終りの部位を鋭角なV字形に
切り落し，中央の平行部分の長さ（切削抵抗の測定範囲）1’を20mmとした。これ
により，切削の初めと終りの不安定な切削状態での切削抵抗が極めて小さく測定されるか
ら，試験片中央部分の安定した切削状態における切削抵抗の測定が容易となる。しかも，
切削抵抗を測定する切削長さ1’におけるψ、の変化ψノは，あらかじめDを一定の狭い範
囲に定めておけば，極めて微小となる。たとえば，D−520mm，1ノー20mmの場合で，
ψ1の変化例ノは±2．20である。
切削速度V（m／sec）は，n（r．p．s．），D（mm）などを用いて次式で与えられる10）。
咽碧）η・ゾ1＋（靭h） （3）
ここで，α（コ∫／ω一彦／（2π））は工具の送り速度∫とスチールディスクの回転角速度ω（一
2πn）との比，hはFig．3に示すように，工具切れ刃刃先とスチールディスクの回転
軸を通る水平線との間隔（mm）で，負，0，正の値をとる。h＜0は水平線より上側，
h−Oは線上，h＞Oは下側をそれぞれ意味する。（3）式は近似的に，
V＝ππ1） （4）
で表される。（4）式から明らかなように，この切削方式では，毎回の切削に伴ってDが減少
し，Vが変化する。そこで本実験では，切削現象および切削抵抗を観察・測定する場合
滋・松尾文雄
杉山
120
酬a
Cutting force mea5ured
ε繍3
戸
7i㎝●σ》（5ec》
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丁拳
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A a c
誌隙 一
7‘5ec，
％oo♂ec
Fi9。4．Shape of test specimen
欝卜・
use（ユfor this study．
ψ1：grain angle （refer tO
‘b》W“e pattem recorded
with synchroscopo・
Fig．3）， ψ2： inclination of
diagonal grain in machined
SUrfaCe tO CUtting direCtiOn，
∼ρ3：angle Of annUal ringS tO
machinedsurface，1／lcutting
length for measuring cutting
Fig。5．Examples of wave pattems of horizontal
component of cutting force recorded。
Cutting conditions ：1V（cutting velocity）＝40。5
m／sec，η（revolution of stee1（iisk）＝25LP。s，，
オ（depth of cut）＝0．7mm，ψ1（grain angle）＝
forCe，13：part of test speci−
一100（with the grain），workpiece ：air−dried
men fixe（ユin steel disk，
hinoki wood．
に，Dを特定の狭い範囲に限定し，その範囲での切削から上記の観察・測定を行った。こ
の方法により，’『vの変化を僅少にした。すなわち，Dの範囲をあらかじめ狭い範囲（D、∼
D、，その中央をD，とする）に限定し，D，を用いて（4）式によりyを算出し，平均切削速度
とした。D、∼1）3の範囲内で生じる平均切削速度Vの誤差は，D、一620mm，Z）3−606mm
とすれば，±0．85％以内である。
また，この切削方式では，スチールディスクの回転軸を通る水平線に対する工具切れ刃
刃先のセット位置hが問題となる。Fig．1，2に示すように，工具は工具保持台に一定の
逃げ角αとなるように固定されているが，切削の進行につれてDが減少する。したがっ
て，起り得るαの微小な変化α’11）は，
ノ ー1 α十h
α＝tap，
ゾ（髪y一がー （5）
となる（α’一〇はαに変化がないことを意味する）。hは負，O，正の値で，それらの値
は，Fig．3においてスチールディスクの回転軸を通る水平線より上側，線上，下側をそ
れぞれ意味する。h一一α一一オ／（2π）の場合には，αノーOでαは常に一定に保たれる＊α。
紹 逃げ角αの変化α’に関連して，切屑の厚さ（切込量）の変化も起る。切屑の理論的厚さをオ，実
際の厚さを〆とすれば，h一一診／（2π）の場合は，
〆撹躍〃π
となるが，h≒一オ／（2π）の場合は，〆＜オとなる。すなわち，
〆一幽1ゾ（孝）縁トゾ／（号）讐蔚
これらの関係から明らかなように，h一一5∼3mmではが＝診とみなし得るが，hが極端に大
きい場合には，実際の切屑厚さ〆の変化が大きい。
木材切削における切削速度の影響
121
本実験の場合，後述するように，オは最大でO．7mmであり，この6の切削でもh−
O。11mmと極めて小さくなる。しかも，同一試験片でも切削抵抗などの測定回数がIO回
程度であり（すなわち，Dの変化が小さい），切削抵抗の測定長さ1’も小さいから，h−
Ommに工具切れ刃刃先をセットした。
つぎに，切削抵抗を測定するための八角形弾性リング荷重装置の特性について検討し
た。切削抵抗を測定するための荷重計には種々の項目が要求される12）が，それらの中で，
切削抵抗の変化に対する追従性が充分大なること，すなわち，高感度であると同時に高剛
性であることが要求されている。前記したように，この切削方式では，衝撃的断続切削で
あるため，切削初期の切削抵抗が強制的な加振力となって工具の振動をひき起す。工具は，
Fig．2に示すように，その両端が工具保持台に支えられ，しかも工具の切れ刃線長さが
試験片の切削幅に対して充分大きい（4倍である）から，切削抵抗の大きさから考えて，
工具は比較的高剛性であると考えられる。したがって，このような切削では，工具の振動は
八角形弾性リング荷重装置の振動と考えられるから，同装置の振動が毎回の切削抵抗の測
定にいかなる影響を及ぼすかを究明することが必要となる。そこで，切削実験に先だち，
八角形弾性リング荷重装置の固有振動数の測定とその振動波形の検討から着手した。
強制的な加振力（切削抵抗）を与えたときの八角形弾性リング荷重装置紡の振動波形
の一例（これは本実験のうちで比較的激しい切削条件，すなわちn＝25r．p．s，『V＝40．5
m／sec，診一〇．7mm，ヒノキ気乾材を9一一10Qで切削したときの一例である）をFig．5
に示す。図はフォトコーダとシンクロスコープを使用して測定した振動波形の模式図であ
る。描かれた両振動波形から明らかなように，試験片の切削面の両端がV字形に切り落
されているため，切削面の中央部での切削抵抗が極めて大きく記録される。また，強制的
な加振力による八角形弾性リング荷重装置の振動波形は，切削時に最大の振れを示したの
ちは自由減衰振動を呈する。シンクロスコープに描かれた振動波形から，切削方向と平行
および垂直な方向（Fig．2のFπ，Fy方向）の固有振動数を求めると，いずれの方向と
も約260Hzであった。以下の切削抵抗の測定には，直流増幅器およびフォトコーダを使
用して行うが，同増幅器およびフォトコーダのガルバノメータの応答周波数は，それぞれ
2，000Hz，400Hzであるから，切削抵抗の各測定値はこの荷重装置の固有振動数に制限
されることになる。
1回の切削が終り，つぎの切削が開始されるまでの問に，八角形弾性リング荷重装置の
減衰振動は，充分に収束していることが望まれる。そこで，Fig．5の振動波形から対数
減衰率λを求め，その値に基づいて切削抵抗の大きさに及ぼす同荷重装置の減衰の程度の
影響を明らかにした。減衰振動の波形において，最初の振れをα1，∫回目の振れを4姥
すると，λは，
1
λ＝一一一（1aα1−ln4∫） （6）
歪一1
抽 八角形弾性リング荷重装置の剛性および感度は，リングの内径R・と肉厚オ〆に直接左右される。
この研究では，R7＝25mm一定として，オ〆一3，5，6および8mmの各リング（材質はいずれも
機械構造用炭素鋼S45C）を用意し，あらかじめ荷重計としての剛性，感度について調べた。そ
の結果，オ〆＝8mmのリングは比較的感度の低下をきたすが・他のリングに比べて高剛性である
ことが判ったので，同リングにストレインゲージを貼付し8ゲージ法にて結線し，感度を増加さ
せた。以下では，このリングを用いることとする。
122
杉山
滋・松尾文雄
で与えられる。λは切削方向に平行・垂直いずれの方向とも0．29であった。α‘のα、に対
する割合プは，
プーα∫／α1−e（1一∫）λ （7）
で求められ，Fig．5の切削条件の場合，ゴー19と仮定すれば（実際は，ゴー19に至る中間
でつぎの切削が起っている），切削方向に平行・垂直いずれの方向も7−0．OO5となる。す
なわち，1回切削したのちのつぎの回の切削には，最大で0．5彩程度の切削抵抗の増加ま
たは減少の誤差があることを意味する。したがって，この実験の切削速度（V−40。5m／
sec）より早い速度では誤差が0．5彩より大きくなることが予想されるが，遅い速度では
誤差は極めて僅少となる。
一方，スチールディスクに取付けられた試験片側の切削に伴う振動も自由減衰振動を呈
するが，その固有振動数は，切削方向と水平・垂直な方向ともに約300Hz，λは水平・垂
直な方向ともに0．30であった。したがって，試験片側の固有振動数とλなどの大きさから
考えて，一回目の切削が終了したのち，つぎの切削が開始されるまでの間に試験片側の自
由減衰振動はほとんど影響を与えない程度に減衰していると考えられる。
3．実験条件および実験方法
切削現象，切削抵抗および摩擦係数の変化に及ぼす切削速度の影響を究明することを主
目的とし，これまでに述べてきた切削方法を用いて検討を行う。この実験により，切削抵
抗の各分力の測定，それらから摩擦係数の算出，および採取した切屑から曲率ρ（曲率半
径の逆数）の測定，切屑の変形状態，割れの侵入程度の観察などを行った（Fig．1の切
削方式では，切削条件に対応する母材の採取が困難であるから，表面あらさの測定は行わ
なかった）。この実験に用いた工具は，その材質が高速度鋼SKH2で，刃先角は25。であ
り，逃げ角は10。一定になるように保った。切込量オはO．3，0．5，0．7mmの3段階とし，
裏刃を装備させないで二次元切削を行った。
いずれのオの切削においても，母材の逆目ぼれおよび切削初期の割れを防ぐため，試験
片の繊維傾斜角g1を一IO。（順目），木理斜交角％を○。，年輪接触角g3をoo∼100の
範囲に入るような，いわゆる切削面が板目（木表側を切削）の目切れ材に試験片を調整し
た。
供試材は，切削速度依存性に関する実験結果を的確に把握するため，同程度の比重のも
のを3樹種用いた。すなわち，ヒノキ（Ch㈱αθ6ッ餌7ゴ50伽5α，平均気乾比重7z‘一〇．40，
平均含水率％一13．O彩，平均年輪幅1．一2．76mm，平均晩材率ん一13．8彩），ベイツガ
（丁躍94h8オ870phツllα，毎＝0．38，麗躍14．3彩，1．一〇．98mm，プ〆49．5％）およびレツ
ドメランチ（Shoプ飢5ρ．，毎一〇．38，％一13．0彩）の気乾材を用いた。また，比較のた
めに，上記のヒノキ材を飽水状態（麗一83±5％）に調湿したものも用いた。
切削抵抗波形の測定では，オシログラフに描かれた切削初回から切削終了までの約30回
の切削繰返しによる切削抵抗波形の中から，つぎのものを測定した。前記したように，
スチールディスクの回転軸から切削面までの距離D／2をあらかじめ決定しておき，その
ときの切削速度γに対応する1つの切削抵抗波形を基準とし，それの前後3つの波形，す
なわち，1試験片につき7回の切削抵抗波形を測定し，これを3個の試験片により繰返し
木材切削における切削速度の影響
123
た。したがって，切削回数は合計21回で，その平均値をもって表した。なお，切削抵抗波
形には，“付着（stick）一すべり（slip）”現象が現れているが，“付着”の最大値を測定の
対象にした。切削速度Vは，O．0023m／secの極低速度から52．53m／secの高速度まで
の約9∼14段階である。なお，荷重装置の追従性による切削抵抗の誤差をIO彩以下にする
ため，Vの最大限度を52．53m／secとした。
4．実験結果および考察
4．1 切削現象の変化に及ぽす切削速度の影響
採取した切屑から，切屑の変形様相の観察と，切屑の曲率ρ，ならびに切屑内に発生し
た先割れの侵入の程度（本実験では，先割れの侵入長さ1・，侵入角＠および間隔ρ・）
の測定を行った。この限られた測定項目を中心に，切削速度の変化に伴う切削現象￠変化
について考えてみる。
切屑の生成形態は，折れ型の変形形態，流れ型および両者の中間の形態が観察され
た＊0。切込量オ，切削速度Vおよび被削材別にそれらの結果をとりまとめ，その結果を
Fig．6に示す。同図から明らかなように，切屑の生成形態はいずれの被削材においても，▽
の増加に伴い折れ型から流れ型へ変化する傾向を示した。この傾向は気乾材の各樹種にお
いて顕著に現れるが，ヒノキ飽水材ではVの広い範囲（ただし，Vの極低速度域を除く）
にわたって流れ型の様相を呈した。また，いずれの被削材においても，オの小さい場合に
は，一般に，切屑はVの広い範囲にわたって流れ型の様相を呈した。
Vの変化は，上記のような切屑の生成形態の変化に関連して，切屑の曲率ρおよび切屑
り ロロヒぱハレロ ド の
戴鷲●：ll
Red meranti⊂Air−dried》
窪9：lt●鴇：●：：：鵠1
。’0．3 ■oooo o O O o o o
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
V〔m’sec》
V⊂m’5ec》
Hinoki（Water−5aturated》
Westem hemIock｛Air働dried，
釜liil●lll灘署
藁問ポiiii三三
←
0 10 20 30 40 50
0 10 20 30 40 50
V（m’5ec》
V⊂m’5ec》
Fjg，6．Effects of cutting velocity（V）on types of chip formation．
○：familiar type to continuous flow type of chip formation，
●：split type of chip formation in cutting with the grain，
㊦：intermediate type between continuous flow type and split type，
オ ＝depth of cut．
融 この研究では，便宜上つぎのように切屑の生成形態を分類した。すなわち，切屑の裏面（工具切
れ刃すくい面と接触する側）と側面とに，折れ型特有の破折された跡が肉眼で観察され，しかも
切屑の側面からは先細りとなった一節一節の切屑の小片が明瞭に観察される場合を“順目切削に
おける折れ型の変形形態鈴，上記の様相が全く観察されない場合を“流れ型”，および上記の様相
の判定が不明瞭な場合を“両者の中間の形態”とした。
124
杉山
滋・松尾文雄
釜11瀬謬為．〆
t＝0．7（mm）
15 亀
…i騰編｝一・d・
＼眠
宣
）2，0
α
＼ミ、
E
1．2
り一；Hinok i‘Water脚5aturated）
閣 10
bマ
0
10
宕a4
…’一一一一・斗く唯．鴨．
1．8
0
一16
0
奪・14
戒一12
20
量80。5⊂mm》
司0
．9
0
、
＼
毒
ε10
50
10
20
30
40
50
…ii灘瓢、㏄、｝｛A卜 d》
10 20 30 40 50
V（m’sec》
15
40
」
。軸唖“一・
0
30
〆箆気餐曝ゑ…一・
E
》2。6
じムリ ドロムリ
，q、5
20
Fig．8．
N
一〇一：HinOki（Water−saturated）
＼！／＼、 ＿＿
／’ ＿…≧鱈一一＾
10 20 30 40 50
V ⊂m’sec》
Variations of length（lo），pitch（汐o）
and angle （のo） of checks occured
も
in chip with cutting velocity（γ）．
窟
’γ
、瓜
q、5
”璽・ら一噂り、
00
甲電
10 20 30 40 50
V （m’50C，
診an（i g1：refer to Fig．3．
内に発生する先割れの侵入程度にも変化をも
たらす。最初に，ρとvとの関係をFig．7に
45
￥
t冒0．3（㎝m》
＼、、
伴いρはいずれの被削材においても低速度域
＼こ・
40
示す。同図から明らかなように，Vの増加に
で急激に減少し，中・高速度域で比較的緩や
毒
’10
強
かに減少する傾向を示した。気乾材では，樹
璽、 》叙
5
｝ ∼・
種によるρの差は顕著に現れないが，ヒノキ
曳隔
㌔」，＿ ・’
“、5
飽水材では，各樹種の気乾材におけるρと比
較してそれのρは極めて低い値を示し，しか
0
0 10 20 30 40 50
V ⊂飢’soc》
Flg。ワ． Relation between cutting
VelOCity（y）and CUrVatUre
of chip（ρ）．
渉：depth of cut．
も，Vの増加に伴うρの減少割合も少ない。
つぎに，先割れの侵入程度とVとの関係の
一例（孟一〇．7mmの場合）をFig．8に示す。
同図にみられるように，気乾材の場合と飽水
材の場合とで，yの変化に伴う割れの侵入程
度の様相が若干異なる。気乾材の場合，いず
れの樹種においてもρ，はVの増加に伴い漸増の傾向を，1。は漸増の傾向を（低速度から
中速度域までの範囲）か，あるいはほぼ一定の傾向（中速度から高速度域の範囲）を，ま
た，ヒノキ飽水材の場合，ρ。および1、はVの変化にはほとんど無関係で一定の傾向をそ
れぞれ示した。上記のような気乾材，飽水材における割れの侵入程度の変化は，主に含水
率の差による被削材料の強度特性の相異に基づくと考えられる。一方，の。はいずれの被
削材の場合でも，Vの増加に伴い漸減の傾向を示した。とくに低速度域では，の。は被削
材の繊維傾斜角g》、（この研究では，順目のloo）より大きい角度であるが，Vの増加に伴
木材切削における切削速度の影響
125
いψ。はψ、一一100に漸近する。このφ。の変化はつぎのように推察される。低速度域で
は，切れ刃の前進により，刃先前方の被削材に生じた先割れはψ、にほぼ平行して生じる
が，その後，切屑が切れ刃すくい面を擦過する過程で，切屑がすくい面により上方へ押し
曲げられる。その結果，卯、とほぽ平行して侵入した先割れの二次的発達を促し，9、一一100
より負の大きい角度で割れの侵入を促す。しかし，このような割れの二次的発達は，yの
増加に伴いしだいに低下してくると考えられる。
以上のようなVの変化に伴う割れの侵入程度，ρおよび切屑の生成形態の変化は，切屑
の腰の強さの相異を意味すると考えられる。すなわち，Vの増加により，より腰の強い切
屑が生成されると考えられる。
4．2 切削抵抗の変化に及ぽす切削速度の影響
切削速度yの変化に伴う工具切れ刃面に加わる切削抵抗の水平分力．恥および垂直分力
Fyの変化を考える場合，Vをつぎの3範囲に分けて考えると，種々の実験条件下での
F丑およびFyの変化がわかり易い。以下では，Vを“低速度域”（γ一〇．OO23∼IO m／
sec），“中速度域”（V−10∼30m／
＼ …（mm）…撒撫憶外 sec）および“高速度域”（V＝30
＼ ∼53m／sec）に分けて考えてみる
＼ 熱撫誌1二外 （次項、こっ、、ても同様）．
（1。O
E
E
ロ
＼￥
ご
〆一
Vの変化に伴うFEおよびF7
一塑4 、『噛一
・隠適一
■ ・…”』『師L
ま0．5
噌暗細
＿．甲．
にみられるように，気乾材の場合
ば
00
10
40
20 30
の測定結果をFig．9に示す。図
50
V （m’sec）
と飽水材の場合とで，Vの変化に
伴うFEおよび．Fγの変化の様相
が若干異なる。低速度域では，気
匙＝0．5（mm》
1。0
乾材の場合，Vの増加に伴いF丑
＾ ＼
＼．
ε ＼
は漸減の傾向（ただし，メランチ
ε ＼
9
｝α5 『鮨’一
ムロ
鶉一’一解馴一、・・織．．贔こ． 一』＿
亡
．’一
罪P−rドー4
るいはほぼ一定の傾向）を示すが，
ヒノキ飽水材の場合，むしろ漸増
匠
0
0 10
20 30
40
50
Vくm’5●c》
ε
ε
00．5
F丑はVの変化にはほとんど無関
係で一定の傾向を示し，高速度域
・『
ε
軸’鴨。
噌一へ5甲P、・・94一一
止
＿，一r卜F−3一
』に。＿、
0
10
の傾向を示す。しかし，いずれの
被削材においても，中速度域では，
t昌0。3｛mm》
ハ
罐0
材のみ緩やかな漸減の傾向か，あ
20 30
の傾向を示した。
40
50
V ‘m’5●c》
Flg．9 Variations of horizontal component
（F丑）and vertical cOmponent（Fγ）
of cutting force with cutting velocity
（7）．
オ ：depth of cut．
では，Vの増加に伴いF丑は漸減
FEの大きさは，気乾材の場合，
いずれの孟においてもヒノキ
材，ベイツガ材，メランチ材の順
であるが，いずれの樹種も同程度
の比重毎であるため，FEの大
きさとVの変化に伴うFEの変化
滋・松尾文雄
杉山
126
の傾向に大差はない。ヒノキ飽水材の場合，F刃は低速度域で気乾材の各樹種より極めて
低い値を示すが，中・高速度域では気乾材の各樹種と同程度の値を示す。
一方，Fyはいずれの実験条件下においても正の方向（工具が材を上方へ引張る方向）に
作用する。7の変化に伴うFyの変化は，気乾材の各樹種，ヒノキ飽水材とも比較的類似
した傾向を示したが，低速度域で若干異なる傾向を示すようである。すなわち，低速度域
では，Vの増加に伴いFyは漸減の傾向（気乾材の各樹種で比較的6の大きい場合）か，
あるいはyの変化にはほとんど無関係で一定の傾向（気乾材の各樹種でオー0，3mmの場
合，およびヒノキ飽水材でいずれもの渉の場合）を示すが，中速度域では，いずれの条件
下でもVあ変化にはほとんど無関係で一定の傾向を，また，高速度域では漸増の傾向をそ
れぞれ示した。
Fyの大きさは，気乾材の場合，いずれの診においてもメランチ材，ヒノキ材，ベイツ
ガ材の順であるが，その差はFHの場合より極めて僅少であり，樹種間には顕著な差がな
いと考えた方がよいようである。ヒノキ飽水材におけるFyの大きさは，中・高速度域で
は，気乾材の各樹種のそれらと同程度かむしろ若干大きいが，低速度域では，気乾材の各
樹種の．Fyと同程度かむしろ若千
t謬0。7（mm⊃
以上，測定されたFHおよびFy
のVに伴う変化を中心に述べた
…i購翻認小
＼
1。0
小さいようである。
肇撫紘糾・
＼
ε
ε
＼
＼
o
瓜
‘
∼＝遍電 一篭影・
20，5
L
、【陛’ロ 『
0
10
40
20 30
50
V ｛m’sec》
を用いて，次式によりμの成分で
ある摩擦力Fおよび垂直力Nを求
め，Vの変化に伴うそれらの変化
を調べてみた。
1．0
6
ε
る摩擦係数μの変化について検討
する。そのために，FEおよびFy
．㌦ 『『へく
、、
一Mヘミこ、』＿
0
が，次項では，クーロン法則によ
多二舞：留；舞認｝・8・
’＼
し、．
i
ξ0．5
z
L
・く一一並へ二こ二事タニ叙’箪二＝＝一‘ψ一一一一識
、ミ． 一＼
ここで，θ（一α＋β）は工具切れ刃
恥
『『一ぺ
、一，一’ 、噂、殉6
の切削角である。
00
10
50
40
20 30
V（m’5ec｝
（8）式から求められたFおよびN
のVに伴う変化をFig。10に示す。
同図から明らかなように，気乾材
ε
ε
の場合（各樹種間で，Fおよび1V
、0．5
0
翼
■』
隔一・
潟
o■■りの●
o一，
、ロ
一隔一−一
㌔…呼騙一＿．、心＿＿．
』
0
0
の差は少ない）と飽水材の場合と
陶
10
20 30
、一
＆晶一二＝論＝翻
40
50
v 《m’5●c⊃
で，Vの変化に伴うFおよびNの
変化の傾向が若干異なる。Fは，
気乾材の場合，低速度域ではVの
Fig・10． Variations of frictional force（F）
and normal force（N）with cutting
velocity（1V）．
オ ：depth of cut。
増加に伴い漸減の傾向を，中速度
域ではVの変化にはほとんど無関
係で一定の傾向を，また，高速度
木材切削における切削速度の影響
127
域ではVの増加に伴い漸減の傾向をそれぞれ示したが，ヒノキ飽水材の場合，低・中速度
域にわたってVの増加に伴い緩やかに漸増する傾向（比較的6の大きい場合）か，ある
いはVの変化にはほとんど無関係で一定の傾向（オーO．3mmの場合）を，また，高速度域
ではVの増加に伴い漸減する傾向をそれぞれ示した。
一方，Nは，気乾材の場合，低速度域ではVの増加に伴い漸減の傾向（ただし，メラ
ンチ材のみほぼ一定の傾向）を，中・高速度域ではyの増加に伴い緩やかに漸増する傾向
（比較的孟の大きい場合）か，あるいはVの変化にはほとんど無関係で一定の傾向（6−
O．3mmの場合）をそれぞれ示したが，ヒノキ飽水材の場合，低・中速度域ではVの変化
にはほとんど無関係で一定の傾向を，また，高速度域ではVの増加に伴い漸増する傾向を
それぞれ示した。なお，ヒノキ飽水材では，気乾材の各樹種のNと比較して，低速度域で
は極めて低い値を示すが，中・高速度域ではむしろ若干大きい値を示した。
以上，Vの変化に伴う切削抵抗の各分力（FH，FyおよびF，N）の変化について述べ
てきた。従来，Vの変化に伴う切削抵抗の変化については種々議論されているが1），4）∼8），
これら既往の諸研究と本研究の結果を比較するため，切削抵抗の合力Rを次式により求め
てみた。
R一｝／！〉2＋F2一ゾF丑2＋Fア （9）
（9）式により求められたRのVに伴う変化をFig．11に示す。同図にみられるように，vの
増加に伴い低速度域では，気乾材
t5
の場合，Rは急激な減少傾向（た
＼ 量＝色7《mm》毒撒慰翻 だし，メランチ材のみ轟ま番ま一定か，
E
E ＼、
＼ あるいは緩やかな漸減の傾向）を，
91，0
＼＼
’Ψ”『
に
ヒノキ飽水材の場合，若干漸増の
冶事煮二＿．ひ て心一一一
・こ＝」等二＝＝＝一’
0，5
0
10
20 30
40
50
V（m’soc》
傾向か，あるいはほぼ一定の傾向
をそれぞれ示した。いずれの被削
材の場合でも，中速度域では，Rは
Vの変化にはほぼ無関係で一定の
＾1．O
E
E
傾向を，また，高速度域では，若
＼．
＼、
干漸減の傾向（ただし，ヒノキ飽
ひ
5
一内ン。．．5．、．盆、
『、◎・・島唖＿一三．o・o一” 一機−一r亀一．＝尉摺》4“＝4．・。＿、謡
配0．5
0，3
0
10
20 30
40
50
水材ではオの大きい場合に若干漸
増の傾向）をそれぞれ示した。
これらの結果は，既往の諸研究
V（m’s●c》
の結果1）・4）∼8）とも概ね一致して
1，0
いる。すなわち，比較的低速度の範
E
ε
囲のみで判断すれば，切削抵抗は
旦
》05一
一、．．． ’、
。．．．．げ、．二＝証一
α
030
10
20 30
減少する傾向を示すが，比較的中
噛一r凸一一’。
40
50
V⊂m’sec》
速度の範囲のみで判断すれば，V
の変化にはほぼ無関係で一定の傾
Fi911． Variations of resultant force（R）of
cutting force with cutting velocity
向を示す。また，極低速度から高
（v）．
速度までの地較的広い速度の範囲
オ ：depth of cut。
で判断すれば，Vの増加に伴い切
128
杉山
滋・松尾文雄
削抵抗は特殊な場合を除けば一般に減少する傾向を示す。
4．3 摩擦係数の変化に及ぼす切削速度の影響
前項で求めた摩擦力Fおよび垂直力Nを用い，次式からクーロン法則による摩擦係数
μを算出した13）。
μ一F／2〉 （10）
（10）式から求められるμの『Vに伴う変化をFig．12に示す。切削速度Vの変化に伴うμの
変化の様相も，気乾材の場合と飽
t・α7｛一⊃……輪臨坤 水材の場合とで若干異なる・気乾
0』
か＝凹i．。頴‘w、糖，．5at、，鵬d》， 材の場合，μは，低速度域ではv
0．6
一二熱）寒
甲
ユ・0A
の変化にはほぼ無関係で一定の傾
向を，中速度域でも同様にほぼ一
0。2
0
定の傾向（比較的孟の小さい場合）
0
管0
40
20 30
50
V‘m’sec⊃
0，8
0．6 ． 一．炉一・一，7
かに漸減する傾向（孟一〇．7mmの
ロまロちロ
場合）を，また，高速度域では「V
のロ
、∼・ ◎＼
議0ゐ
か，あるいはVの増加に伴い緩や
t80，5‘mm）
の増加に伴い漸減の傾向をそれぞ
、膨・一…ヘミ、ミ
れ示した。樹種間におけるμの差
0。2
OO
10
40
20 30
はメランチ材が著しく低く，ヒノ
50
V‘m’5●c》
0．8
t80．3（mm》
0．6．
一＼
”一一噂・一一一一喚一一争駄 ＼
、9一一…聾｝甲一聯一G．甲−
亀0．4
キ材とベイツガ材はほぼ同程度の
値を示した。
ぺ
り ぺ
雪’乱、、．』鳩一一一」、、
、5・．．．．．．じ．．D響．＝噛
0．2
一方，ヒノキ飽水材の場合，μ
は，低・中速度域では『Vの変化に
はほぽ無関係で一定の傾向（比較
0・ 1。 2。 3。 4。 5。
▽ ζ面’5●c》
Flg。12． Variations of frictional coefficient
（μ）with cutting velocjty（V）．
診：depth of cut．
的診の小さい場合）か，あるいは
Vの増加に伴い比較的緩やかに増
加し，そののち減少する傾向（す
なわち，低・中速度域で緩やかな
マキシマムカーブを描く傾向）
（6−0．7mmの場合）を，また，高速度域では漸減する傾向をそれぞれ示した。ヒノキ
飽水材の場合，気乾材の各樹種と比較してμはいずれの速度域においても一般に低い値を
示した。
以上のように，実験条件の相異によりVの変化に伴うμの変化の様相が若干異なる。し
かしながら，いずれの条件下でも，Vの著しい増加はμの減少をもたらすようである。し
かも，被削材中の多量の自由水の存在は，工具すくい面と切屑との接触境界面に潤滑作用
をもたらすようである。以下では，μの成分である摩擦力Fおよび垂直力Nの変化（Fig．
10），切削現象の変化（Fig．6∼8）などの測定・観察結果，ならびに既往の結果14）∼20），
摩擦理論21）などに基づき，vの増加に伴うμの減少について考えてみる。
2〉を一定として行う一般のすべり摩擦の実験と異なり，切削における工具すくい面と切
屑との摩擦では，FおよびNが同時に変化する。したがって，μの変化は2Vの増加（ま
木材切削における切削速度の影響
129
たは減少）に対するFの増加（または減少）割合を意味することになる。Fig．loから明
らかなように，たとえば，気乾材の各樹種の場合，低速度域では，FおよびNはともに
漸減の傾向を示すから，その減少割合（すなわち，FのNに対する割合）がほぼ等しい
ことを意味し，中速度域では，FはVの変化にはほぼ無関係で一定の傾向，Nはほぼ一
定か，あるいは緩やかな漸増傾向を示すから，Fの2〉に対する割合が小さくなることを
意味し，また，高速度域では，Vの増加に伴いFは漸減，逆に1Vは漸増の傾向をそれぞ
れ示すから，FのNに対する割合は極めて小さくなることを意味する。
このように，▽の増加に伴いFの1▽に対する割合がしだいに小さくなり，これが原因の
一つとなって切削現象に変化をもたらす。すなわち，FのNに対する割合が小さくなる
と，Nの割には比較的小さいFが働くことを意味するから，切屑は工具すくい面上を比
較的滑らかに擦過（すなわち，工具すくい面への切屑のくいつきが小さい）し，また逆
に，Fの割には比較的大きなNが働くことになるから，このNのために切屑は小さい曲
率ρと低い割れの侵入角度＠をもつにいたる（Fig．6∼8）。すなわち，μの低下はより
腰の強い切屑を形成することになる。なお，このようなμの低下と切削現象との関係
は，既往の結果14）∼17）ともよく類似している。
つぎに，摩擦係数の切削速度依存性とそれに及ぼす含有水分の作用については，摩擦の
凝着と潤滑の両作用に基づき，つぎのように考察し得る。繊維飽和点以上の，いわゆる自
由水がある程度以上に存在する高含水率領域では，水分付与による凝着効果18）・19）と，
この自由水による潤滑効果が現れる。極低速度においては，後者の作用が極めて小さく，
もっぱら前者の効果のために飽水材のμは気乾材のそれより大きくなること20）もあり得
る。しかし，一般には，低速度域でも速度の増加に伴い潤滑効果がしだいに現れるように
なり，この効果のために飽水材のμは気乾材のそれよりも小さくなる。さらに高速度域
になれば，潤滑効果がより顕著に現れるようになり，多量な自由水による“境界潤滑的
作用”21）をより促し，その結果，μはしだいに低下してくると推察される。
本実験条件下では，前記したように，切削時に先割れの発生を伴うから，切削抵抗波
形には“付着（stick）一すべり（slip）”が現れる。このうちの“付着”の最大値を測定
したことになるから，“付着”の速度依存性も考える必要がある。“付着一すべり”を起す
摩擦の場合，“付着”に基づく摩擦係数μ、と“すべり”に基づく摩擦係数幽とがあり，
その速度依存性が異なる。隔は速度の変化には影響されずほぼ一定の傾向を示すが，μ、
は侮より大きく，しかも速度の増加に伴い漸減の傾向を示し，ついには編に漸近する
傾向を示すことが報じられている21）。すなわち，速度の増加に伴い“付着”はしだいに
小さくなり，“すべり”に近づき，その結果，摩擦係数はより減少することになる。本実
験では，気乾材，飽水材いずれの場合も速度の増加に伴い摩擦係数は減少し，前記したよ
うな切屑の生成形態，曲率および割れの侵入などの切削現象の変化をもたらした。このこ
とは，速度の増加に伴い工具すくい面と切屑との“付着”が減少し，“すべり”に接近した
ことを意味すると考えられる。
5．結
論
高速木材切削実験装置を試作し，同装置による切削実験の方法を種々検討した。その結
130
杉山
滋・松尾文雄
果，切削速度の増加に伴う切削抵抗測定装置の感度と剛性を明らかにし，さらに，比較的
実験条件の変化を僅少にし得る切削実験方法を考案した。同方法を用い，切削速度の比較
的広い範囲にわたって木材の二次元切削実験を行い，切削現象の変化，工具切れ刃面に加
わる切削抵抗および摩擦係数の変化に及ぼす切削速度の影響を明らかにした。得られた知
見を要約すると，つぎのとおりである。
（1）切削速度Vの増加は，切屑の生成形態，切屑の曲率および切屑内に発生する先割
れの侵入程度などに変化をもたらし，その結果，より腰の強い切屑を生成する（Fig．6∼
8）。
（2）Vの変化に伴う工具切れ刃面に加わる切削抵抗の水平分力．FEおよび垂直分力Fγ
の変化は，低速度域（V−O．0023∼10m／sec），中速度域（V−10∼30m／sec）および高速
度域（qv−30∼53m／sec）の3速度域においてそれぞれ異なる傾向を示した。また，気乾
材の場合と飽水材の場合とで，FHおよびFvの変化の様相も異なった。すなわち，低速
度域ではyの増加に伴い急激な減少傾向（気乾材の場合）か，あるいは漸増の傾向（飽水材
の場合）を示すが，いずれの被削材においても，中速度域ではVの変化に影響されずほぼ
一定の傾向を，また，高速度域ではVの増加に伴い漸減の傾向をそれぞれ示した。一方，
Fyはいずれの実験条件下においても正の方向（工具が材を上方へ引張る方向）に作用し
た。いずれの被削材においてもVの変化に伴うF7の変化は比較的類似した傾向を示し
た。すなわち，Vの増加に伴い低速度域では漸減あるいは一定の傾向を，中速度域では一
定の傾向を，また，高速度域では若干漸増の傾向をそれぞれ示した（Fig．9）。
（3〉Vの変化に伴う摩擦力Fおよび垂直力Nの変化も，気乾材の場合と飽水材の場合と
で若干異なる傾向を示した。すなわち，気乾材の場合，FはVの増加に伴い低速度域では
漸減，中速度域ではほぼ一定，高速度域では漸減の傾向をそれぞれ示したが，飽水材のそれ
は，低・中速度域にわたって漸減あるいはほぼ一定の傾向を，高速度域では漸減の傾向を
それぞれ示した。一方，気乾材のNは▽の増加に伴い低速度域で漸減，中・高速度域で
は漸増あるいはほぼ一定の傾向をそれぞれ示したが，飽水材のそれはyの増加に伴い低・
中速度域ではほぼ一定，高速度域では漸増の傾向をそれぞれ示した（Fig．10）。
（4）yの増加に伴い切削抵抗の合力Rは，低速度域では気乾材の場合，漸減の傾向を，
飽水材の場合，若干漸増の傾向か，あるいはほぼ一定の傾向をそれぞれ示した。いずれの
被削材の場合でも，中速度域では．RはVの変化にはほぼ無関係で一定の傾向を，また，高
速度域では若干漸減の傾向（ただし，飽水材のみ切込量孟の大きい場合に若干漸増の傾
向）をそれぞれ示した（Fig．11）。
（5）クーロン法則による摩擦係数μのVの増加に伴う変化は，気乾材の場合，低速度域
ではほぼ一定，中速度域ではほぼ一定あるいは漸減，高速度域では漸減の傾向を，また飽
水材の場合，低・中速度域では一定あるいはマキシマムカーブを描く傾向，高速度域では
漸減する傾向をそれぞれ示した（Fig．12）。
（6）飽水材におけるμは，気乾材各樹種のそれと比較していずれの速度域においても一
般に低い値を示した（Fig．12）。
（7）Vの変化に伴うμの変化と切削現象の変化との関係を，μの各成分であるFおよび
2〉のVに伴う変化を用いて定性的に説明し得た。また，μの切削速度依存性とそれに及ぼ
す含有水分の作用についても，摩擦の凝着と潤滑の両作用に基づき考察し得た。
木材切削における切削速度の影響
謝
131
辞
高速木材切削実験装置の試作にあたり，多大な御理解と御指導ならびに工具送り装置本
体（4尺旋盤）の提供を賜った長崎大学工学部機械工学教室寺島健一教授，および実験装
置の試作，切削抵抗波形の分析に多大な御便宜を賜った前・長崎大学教育学部工業技術教
室大渡 敦教授，川崎晴通教授に深甚なる謝意を表します。
また，複雑な実験装置および安全装置等の設計から試運転に至るまで終始御便宜を賜っ
た機械工具総合商社（株）黒岩商店に対して深謝の意を表します。
引 用 文 献
1）W．Jacobsohn：Zusammenhang zwischen Vorschub und ArbeitsgUte bei Hobe1−
und Frasmaschinen f廿r die Holzbearbeltung，ルfα3σh伽π6側D87β癬∫ε6，8，657∼659
（1929）
2） 坂井秀春1“木工刃物”，日刊工業，p．55∼64（1958）
3）林 大九郎，栃木紀郎，仲宗根彰：木材の縦切削における切削速度の影響，第27回日本木材学会
大会研究発表要旨，p．233（1977）
4）H，lnoueandM．Mor1：EffectsofCuttingSpeedonChipFormationandCutting
Resistance in Cutting of Wood Parallel to the Graln，ルfoた奴αどG磁α’5h∫，25，22∼29
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5） B。Thunell：Fortschrltte bei der Zerspanungsforschung von Holz，Hol之α15Roh一
伽4VV8廊♂・∬，9，11∼20（1951）
6） E。Kivimaa：Die Schnittkraft in der Holzbearbeitung，Holzα15Roh一麗n4W6r々sオo∬，
10， 94∼108 （1952）
7）G．Pahlltzsch und K．Schulz：Schnittkraftmessung und Schneidenabstumpfung
beim Hobeln von Holz mit kreisender Schnittbewegung，HoZ2α15Roh一鍛4W8rた5哲o∬，
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8）林 大九郎，栃木紀郎，仲宗根彰：木材の高速度Linear Cuttlng（H），第26回日本木材学会
大会研究発表要旨，p．129（1976）
9）梶田 茂：“木材工学”，養賢堂，p．346（1961）
10）林 大九郎：単板切削に関する研究，東京教育大学農学部紀要，8，179∼216（1962）
11）黄彦三＝ロータリー単板切削のベクトル解析，木材工業，26，213∼215（1971）
12） 臼井英治：“切削・研削加工学（上）”，共立出版，p．245∼249（1978）
13）杉山 滋．菅 都子：木材切削における工具すくい面の応力および摩擦，木材学会誌，24，698
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14）杉山 滋：単板切削における工具一切屑接触境界面に働く応力および摩擦に関する基礎的研究
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15）杉山 滋：同上（第6報）一すくい面の応力，摩擦におよぼす逃げ面摩擦の影響一，木材学会
誌，25，719∼725（1g7g）
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17）P、Koch：“Wood Machining Processes”，N．Y．Ronald Press Co．，P．35∼110
（1960）
132
杉 山
滋・松 尾 文 雄
18）村瀬安英：木材面と鋼面の繰返し摩擦におよぼす鋼面あらさと木材要因の影響に関する基礎的研
究，木材学会誌，24，865∼872（1978）
19）村瀬安英：高速域における木材の摩擦特性，木材学会誌，26，61∼65（1980）
20） 杉山 滋：単板切削における工具一切屑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3報）一工具すくい面摩擦特性について一，木材学会誌，23，534∼539（1977）
21） 日本潤滑学会編：“潤滑ハンドブック”，養賢堂，p，2∼57（1980）