JP2002113603A - 防振切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で防振効果を高めることができる
防振切削工具を提供する。 【解決手段】 防振切削工具３０は、先端３１ａにスロ
ーアウェイチップ４０を備えた工具本体３１と、この工
具本体３１の基端３１ｂから先端３１ａに向けて穿設し
た保持穴３５と、この保持穴３５に挿入することにより
工具本体３１に埋め込んだ超硬質材料の中空部材４５
と、この中空部材４５の中空部４６に充填したゲル状の
ダンパー物質４８と、このダンパー物質４８を充填した
後に保持穴３５の基部３５ａを塞ぐプラグ５０とからな
り、スローアウェイチップ４０の振動を中空部材４５並
びにダンパー物質４８にて減衰させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば切削工具の
振動を減衰する防振切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】深溝加工用の切削工具は、工作機械への
取付部位から工具先端までの突出し長さが大きいので、
ワークを加工する際に振動が発生し易い。切削工具に振
動が発生すると、切削工具の寿命が短くなり、さらに加
工精度も高め難くなる。加工中の切削送りを遅くするこ
とで切削工具の振動をある程度抑えることは可能である
が、切削送りを遅くすると加工時間が長くなり、生産性
を高め難くなる。振動を防ぐ防振切削工具として、例え
ば特開平７−２８５００２号公報「深部加工用の防振工
具」が提案されている。この技術の要旨を次図に示す。

【０００３】図６は従来の防振切削工具の断面図であ
る。防振切削工具１００は、工具本体１０１に挿入穴１
０２を開け、挿入穴１０２に超硬合金製丸棒１０３を圧
入し、先端にチップ１０４を取付けたものである。超硬
合金製丸棒１０３は、ヤング率が大きく且つ剛性が高い
部材なので加工中の振動を抑えることができる。これに
より、防振切削工具１００の切削送りを速くすることが
できる。

【０００４】この防振切削工具１００は、超硬合金製丸
棒１０３の一部材のみで振動を抑えるので、十分な防振
性を確保できない虞れがある。防振性をより高めた防振
切削工具として、特開平５−２２８７０７号公報「切削
工具」が提案されている。この技術の要旨を次図に示す

【０００５】図７は従来の防振切削工具の断面図であ
る。防振切削工具１１０は、工具本体１１１に挿入穴１
１２を開け、挿入穴１１２にロッドばね１１３を挿入し
て基端のねじ部１１３ａをねじ穴１１４に捩じ込み、挿
入穴１１２とロッドばね１１３との間の隙間に粘弾性材
１１５，１１５を配置し、工具本体１１１とカティング
ヘッド１１６との間に摩擦吸振材１１７，１１７を配置
し、カティングヘッド１１６をボルト１１８でロッドば
ね１１３の先端に取り付け、カティングヘッド１１６に
チップ１１９を取り付けたものである。

【０００６】摩擦吸振材１１７，１１７は、切削中に矢
印方向に振動することで摩擦熱を発生し、振動エネルギ
を熱エネルギに変換して振動を減衰する。加えて、粘弾
性材１１５，１１５は、摩擦吸振材１１７，１１７で減
衰した振動をさらに減衰する。摩擦吸振材１１７，１１
７及び粘弾性材１１５，１１５で、段階的に振動を減衰
するので防振切削工具１１０の減衰効果をより高めるこ
とができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、防振切削工具
１１０は、粘弾性材１１５や摩擦吸振材１１７を取り付
けるために、工具本体１１１からカティングヘッド１１
６を分割する必要がある。このため、粘弾性材１１５や
摩擦吸振材１１７の他にも、ロッドばね１１３やボルト
１１８の部材が必要になり部品点数が多くなる。従っ
て、組み立て作業に手間がかかり、そのことがコストア
ップの要因になる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、簡素な構成で防
振効果を高めることができる防振切削工具を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項１は、先端に切刃を備えた工具本体
と、この工具本体の基端から先端に向けて穿設した保持
孔と、この保持孔に挿入することにより工具本体に埋め
込んだ超硬質材料の中空部材と、この中空部材の中空部
に充填したゲル状のダンパー物質と、このダンパー物質
を充填した後に保持孔の基部を塞ぐプラグと、からな
り、切刃の振動を中空部材並びにダンパー物質にて減衰
させることを特徴とする。

【００１０】工具本体に超硬質材料の中空部材を埋め込
み、中空部材にゲル状のダンパー物質を充填することで
振動を減衰する。工具本体に中空部材やダンパー物質を
埋め込むだけの構成なので、部品点数を減らし、手間を
かけないで簡単に組み立てることができる。

【００１１】また、防振切削工具に超硬質材料の中空部
材を埋め込んだ。超硬質材料はヤング率（縦弾性係数）
が大きく且つ剛性が高いので、防振切削工具に発生する
振動を効率よく抑えることができる。加えて、中空部材
にゲル状のダンパー物質を充填した。ゲル状物質は、振
動すると、粒子が粘性変形を繰り返し振動エネルギを内
部摩擦熱に変えて消散することができる。このように、
減衰効果のある中空部材及びダンパー物質を組み合わせ
ることで、振動を段階的に減衰することができるので、
振動を減衰効果を十分に高めることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係る防振切削工具を備えた
ＮＣ工作機械の斜視図であり、図左上に示すＸはテーブ
ルの移動方向、ＹはＸに直交する軸、ＺはＸ，Ｙに直交
する鉛直軸である。

【００１３】ＮＣ工作機械１０は、ベース１１にＸ軸方
向に移動自在に取付けたテーブル１２と、このテーブル
１２の両側から立上げた固定コラム１３と、この固定コ
ラム１３にＹ軸に平行に固定したレール１４と、このレ
ール１４に沿って移動自在に取付けたＹ軸部１５と、こ
のＹ軸部１５にＺ軸に平行に移動自在に取り付けたＺ軸
部１６と、このＺ軸部１６のスピンドル１７に取り付け
てテーブル１２上のワーク１９を切削する切削工具装置
２０と、この切削工具装置２０を交換するための自動工
具交換装置２１とからなる。

【００１４】自動工具交換装置２１は、ツールマガジン
２２とチェンジャアーム２３とからなり、ツールマガジ
ン２２は切削工具装置２０・・・（・・・は複数個を示す）を
予め納めておくものであり、チェンジャアーム２３はＺ
軸部１６の切削工具装置２０をツールマガジン２２の切
削工具装置２０・・・と交換するものである。切削工具装
置２０は、シャンク２５に本発明に係る防振切削工具３
０を取り付けたものである。以下、本発明に係る防振切
削工具３０について詳しく説明する。

【００１５】図２は本発明に係る防振切削工具の断面図
である。防振切削工具３０は、シャンク２５にボルト２
４，２４で固定し、このシャンク２５をＺ軸部１６（図
１も参照）のスピンドル１７に取り付けることにより、
Ｚ軸部１６に同軸上に取り付けたものである。

【００１６】防振切削工具３０は、先端３１ａに切刃
（スローアウェイチップ）４０を備えた工具本体３１
と、この工具本体３１の基端３１ｂから先端３１ａに向
けて穿設した保持穴３５と、この保持穴３５に挿入する
ことにより工具本体３１に埋め込んだ超硬質材料の中空
部材４５と、この中空部材４５の中空部４６に充填した
ゲル状のダンパー物質４８と、このダンパー物質４８を
充填した後に保持穴３５の基部３５ａを塞ぐプラグ５０
とからなり、スローアウェイチップ４０の振動を中空部
材４５並びにダンパー物質４８にて段階的に振動を減衰
させるものである。

【００１７】工具本体３１は、シャンク２５の把持用フ
ランジ２６にボルト２４，２４で取付け可能なフランジ
３２を備え、基端外周にシャンク２５のテーパ穴２７に
差し込むためのテーパ部３３を形成し、保持穴３５の基
部３５ａに雌ねじを形成し、保持穴３５の底部３５ｂか
ら先端３１ａまで冷却油路３７を延し、冷却油路３７の
出口３７ａ側に凹部３８を形成し、凹部３８にスローア
ウェイチップ４０をボルト４１で着脱自在に取り付け、
スローアウェイチップ４０を押え部材４２で押えたもの
である。押え部材４２はボルト４３で工具本体３１の凹
部３８に取り付けることができる。

【００１８】工具本体３１の全長をＬとしたときに、保
持穴３５は（１／２）×Ｌ〜（２／３）×Ｌの長さにな
るように形成した穴である。保持穴３５の長さが（２／
３）×Ｌを越えると、工具本体３１の中実部分が少なく
なり、工具本体３１の剛性が小さくなり過ぎる。また、
保持穴３５の長さが（１／２）×Ｌ未満になると、剛性
は十分に確保できるものの中空部材４５やダンパー物質
４８の量が少なくなり、振動エネルギの吸収作用が低下
する。よって、保持穴３５の長さは、（１／２）×Ｌ〜
（２／３）×Ｌの範囲にする。

【００１９】スローアウェイチップ４０・・・は、いわゆ
る使い捨てチップであり、ボルト４１を外すことで新た
なスローアウェイチップ４０・・・と交換することができ
る。このスローアウェイチップ４０・・・は、一例として
１２０゜間隔に３個取り付けたものが好ましいが、スロ
ーアウェイチップ４０の数はこれに限定されるものでは
ない。

【００２０】中空部材４５は、超硬合金やセラミックス
などの超硬質材料で形成した筒体であり、保持穴３５に
圧入することで先端４５ｂを保持穴３５の底部３５ｂに
到達させたものである。この中空部材４５は、ヤング率
が大きく且つ剛性が高い部材であり、工具本体３１に埋
め込むことでワーク（図示しない）の切削中に振動の発
生を抑えることができる。

【００２１】ダンパー物質４８は、中空部材４５の中空
部４６に、基端４５ａから先端４５ｂの全域にわたって
充填した物質で、中心軸上に冷却油を通すための冷却油
路４９を備える。冷却油路４９は、保持穴３５の底部３
５ｂを経て工具本体３１の冷却油路３７に連通する。

【００２２】このダンパー物質４８は、ゲル（gel）状
の物質であり、一例としてシリコーン（Silicone）をベ
ースとした付加反応型シリコーンが該当する。この付加
反応型シリコーンは、２液を混合した後、真空脱泡・加
熱硬化させて針入度（ＪＩＳＫ２５３０）を５０〜２０
０としたゲル状物質である。

【００２３】ダンパー物質４８は、振動の影響を受ける
と、粒子が粘性変形を繰り返して振動エネルギを内部摩
擦熱に変えることができる。また、ダンパー物質４８
は、硬度を針入度５０〜２００に設定することで、中心
軸上に冷却油路４９を形成することができ、さらに冷却
油路４９に冷却油を通過させることができ、加えて切削
中に振動が発生しても冷却油路４９の形状を正常に維持
することができる。

【００２４】ここで、シリコーンとは、けい素を含む有
機化合物の高分子同族体の総称であり、その状態によ
り、シリコーングリース、シリコーンオイル、シリコー
ン樹脂と呼ばれる。また、「針入度」とは、針入度計で
測定したゲルの硬さを示す数値であり、所定温度におい
て針に荷重５０ｇをかけ、針が所定時間にゲルに貫入す
る深さをｍｍ単位で測定し、その数の１０倍で表示した
数値を示す。

【００２５】プラグ５０は、保持穴３５の基部３５ａに
備えた雌ねじにねじ結合することで保持穴３５を塞ぐと
ともに、中空部材４５の基端４５ａ及びダンパー物質４
８の基端４８ａを押え付けるスクリュープラグである。
このプラグ５０は、中心軸上に冷却油路５１を備え、冷
却油路５１はダンパー物質４８の冷却油路４９に連通す
る。さらに、冷却油路５１はシャンク２５の中空部５３
を介してつかみ部２９ａの貫通孔２９ｃに連通する。

【００２６】従って、冷却油は、つかみ部２９ａの貫通
孔２９ｃからシャンク２５の中空部５３に流れ、中空部
５３に流れた冷却油は、プラグ５０の冷却油路５１、ダ
ンパー物質４８の冷却油路４９、工具本体３１の冷却油
路３７に流れ、冷却油路３７の出口３７ａからスローア
ウェイチップ４０に供給される。なお、つかみ部２９ａ
はシャンク２５にねじ結合した部材である。

【００２７】シャンク２５は、Ｚ軸部１６（図１も参
照）のスピンドル１７に差込むための外周テーパ部２８
を形成し、下端外周にスピンドル１７に抜き差しするた
めの把持する把持用フランジ２６を形成し、把持用フラ
ンジ２６の内部に防振切削工具３０のテーパ部３３を差
し込むためのテーパ穴２７を形成したものである。２９
ｂ・・・はつかみ部２９ａを掴む爪である。この爪２９ｂ・
・・をつかみ部２９ａから解放することにより、シャンク
２５を取り外すことができる。

【００２８】このため、防振切削工具３０は、シャンク
２５と一体にスピンドル１７から脱着することや、シャ
ンク２５から脱着することが自在に行える。また、シャ
ンク２５を交換することにより、防振切削工具３０を他
の工作機械に取り付けることができる。このため、防振
切削工具３０を複数の工作機械に汎用的に使用すること
ができる。

【００２９】さらに、防振切削工具３０は、スローアウ
ェイチップ４０を使用しているので、工具本体３１から
スローアウェイチップ４０を簡単に取り外すことができ
る。このため、例えばスローアウェイチップ４０が損耗
しても、新たなスローアウェイチップ４０と交換して工
具本体３１を継続して使用することができる。

【００３０】以上に述べた本発明に係る防振切削工具３
０の作用を説明する。図３は本発明に係る防振切削工具
の第１作用説明図であり、工作機械側から防振切削工具
３０に伝わる振動を減衰する例を説明した図である。防
振切削工具３０を矢印の如く回転させながら矢印の
如く移動してスローアウェイチップ４０でワーク１９に
深溝１９ａを加工する。このとき、工作機械側の振動が
矢印の如くシャンク２５から工具本体３１に伝わり、
工具本体３１から中空部材４５に伝わる。中空部材４５
は、超硬合金やセラミックスなどの超硬質材料で形成し
た筒体であり、ヤング率が大きく、剛性が高いので振動
を抑えることができる。

【００３１】中空部材４５で抑えられた振動はダンパー
物質４８に伝わり、ダンパー物質４８が振動する。この
振動でダンパー物質４８の粒子が粘性変形を繰り返し、
工具本体３１の振動エネルギを内部摩擦熱に変えて消散
する。このように、中空部材４５で振動を抑え、かつダ
ンパー物質４８で振動エネルギを内部摩擦熱に変えると
いう段階的な防振構造を採用することで、工具本体３１
に発生した振動カーブ５５ａを振動カーブ５５ｂに減衰
することができる。

【００３２】図４は本発明に係る防振切削工具の第２作
用説明図であり、防振切削工具３０の先端３１ａ側から
伝わる振動を減衰する例を説明した図である。防振切削
工具３０を矢印の如く回転させながら矢印の如く移
動してスローアウェイチップ４０でワーク１９に深溝１
９ａを加工する。これにより、工具本体３１の先端３１
ａが白抜き矢印の如く振動して、この振動が矢印の如
く工具本体３１から中空部材４５に伝わる。中空部材４
５は、超硬合金やセラミックスなどの超硬質材料で形成
した筒体であり、ヤング率が大きく、剛性が高いので振
動を抑えることができる。

【００３３】中空部材４５で抑えられた振動はダンパー
物質４８に伝わり、ダンパー物質４８が振動する。この
振動でダンパー物質４８の粒子が粘性変形を繰り返し、
工具本体３１の振動エネルギを内部摩擦熱に変えて消散
する。このように、中空部材４５で振動を抑え、ダンパ
ー物質４８で振動エネルギを内部摩擦熱に変えるという
段階的な防振構造を採用することで、工具本体３１に発
生した振動カーブ５６ａを振動カーブ５６ｂに減衰する
ことができる。

【００３４】図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る防振切
削工具の減衰状態を説明するグラフであり、（ａ）は防
振切削工具に超硬質材料のみを埋め込んだ場合の振動加
速度を「比較例」として示し、（ｂ）は図１〜図４で説
明した防振切削工具３０の振動加速度を「実施例」とし
て示した。縦軸は加速度（Ｇ）を示し、横軸は加工時間
（Ｔ）を示す。

【００３５】切削条件は、防振切削工具の突出長さＬを
８０ｍｍ、回転数Ｒを３０００ｒｐｍ、送り速度を３０
００ｍｍ／分として、この防振切削工具で鋳造金型に切
削深さ６０ｍｍの深溝を加工し、このときに防振切削工
具に発生する加速度Ｇを計測し、さらに加工精度を確認
した。（ａ）において、防振切削工具の最大加速度は
０．７４Ｇと大きく、防振切削工具に超硬質材料のみを
埋め込んだだけでは振動を十分に減衰することが難しい
ことが判った。

【００３６】（ｂ）において、防振切削工具３０の最大
加速度は０．３５Ｇであり、（ａ）の最大加速度０．７
４Ｇと比較すると約１／２まで小さくできる。従って、
防振切削工具３０のように、中空部材４５及びダンパー
物質４８を備えて振動を段階的に抑えることで、防振効
果を十分に高めることができることが判った。従って、
防振切削工具３０（図２に示す）の寿命を長くすること
ができ、かつ防振切削工具３０の切削送りを高速にして
加工時間を短くすることができる。

【００３７】前記実施例では、防振切削工具３０を工作
機械に縦向きにセットした例を説明したが、横向きにセ
ットしても同様な効果を得ることができる。前記実施の
形態では、プラグ５０をスクリュープラグとした例につ
いて説明したが、その他のプラグとして例えば圧入用の
プラグを使用してもよい。ダンパー物質４８に冷却油路
４９を形成した例について説明したが、冷却油路４９を
備えなくてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、工具本体に超硬質材料の中空部材を
埋め込み、中空部材にゲル状のダンパー物質を充填する
ことで振動を減衰する。工具本体に中空部材やダンパー
物質を埋め込むだけの構成なので、部品点数を減らし簡
素な構成にすることができる。従って、組立て作業を手
間をかけないで簡単に行うことができ、コストを抑える
ことができる。

【００３９】また、防振切削工具に超硬質材料の中空部
材を埋め込んだ。超硬質材料はヤング率（縦弾性係数）
が大きく且つ剛性が高いので、防振切削工具に発生する
振動を効率よく抑えることができる。加えて、中空部材
にゲル状のダンパー物質を充填した。ゲル状物質は、振
動すると、粒子が粘性変形を繰り返し振動エネルギを内
部摩擦熱に変えて消散することができる。

【００４０】このように、減衰効果のある中空部材及び
ダンパー物質を組み合わせることで、振動を段階的に減
衰することができるので、振動を減衰効果を十分に高め
ることができる。従って、防振切削工具の寿命を長くす
ることができ、かつ防振切削工具の切削送りを高速にし
て生産性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る防振切削工具を備えたＮＣ工作機
械の斜視図

【図２】本発明に係る防振切削工具の断面図

【図３】本発明に係る防振切削工具の第１作用説明図

【図４】本発明に係る防振切削工具の第２作用説明図

【図５】本発明に係る防振切削工具の減衰状態を説明す
るグラフ

【図６】従来の防振切削工具の断面図

【図７】従来の防振切削工具の断面図

【符号の説明】

３０…防振切削工具、３１…工具本体、３１ａ…先端、
３１ｂ…基端、３５…保持穴、４０…切刃（スローアウ
ェイチップ）、４５…中空部材、４８…ダンパー物質、
５０…プラグ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 勲 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 伊藤 尚 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 赤羽 靖明 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3C046 BB02 3J048 AA06 BE06 EA07 EA31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に切刃を備えた工具本体と、 この工具本体の基端から先端に向けて穿設した保持孔
   と、 この保持孔に挿入することにより工具本体に埋め込んだ
   超硬質材料の中空部材と、 この中空部材の中空部に充填したゲル状のダンパー物質
   と、 このダンパー物質を充填した後に保持孔の基部を塞ぐプ
   ラグと、からなり、 切刃の振動を中空部材並びにダンパー物質にて減衰させ
   ることを特徴とする防振切削工具。