JP2005177973A - 防振切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】安価でビビリ振動の抑制効果が極めて高く、また、幅広い加工径や切削条件に単純な構造で対応できるホルダを備えた防振切削工具を提供することを課題としている。
【解決手段】ホルダ１のシャンク部２に、ポケット４を設け、そのポケット４に制振ピース５をホルダ１に対して相対運動可能、かつ、飛び出し不可に挿入し、この制振ピース５が、切削加工時にホルダから運動エネルギーを受けてポケットの対向位置の内壁４ａ、４ｂに交番に衝突し、その衝突が、面当たり、複数箇所での線当たり、もしくは複数箇所での点当たりとして起こってホルダの振動が減衰されるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、主にビビリ振動が問題となる切削加工において、そのビビリ振動を簡素かつ安価な構造で効果的に減衰させることを可能にした防振切削工具に関する。

ホルダ内にダンパなどを組み込み、慣性を利用してビビリ振動を抑制する方法はよく知られている。特に、内径を加工するボーリングバイトでは、ホルダの大きさがワークの穴径によって制約されるため、細いシャンクで突き出し量を長くせざるを得ず、ビビリ振動が発生し易い。このため、防振切削工具の従来技術は、ボーリングバイトに関するものが多い。以下の説明は、主にそのボーリングバイトを例に挙げて行う。

例えば、下記特許文献１には、図５に示す方法、すなわち、ホルダ１に後端から穴２１をあけて刃先に近い穴の先端部分にダンパ２２を設け、穴の中空部には超硬の芯棒２３を挿入する方法が開示されている。また、下記特許文献２には、ホルダの中央部に深穴を形成し、その中に粘性流体とウエイトを配した旋削工具が開示され、さらに、下記特許文献３には、工具本体に設けた孔にロッドばねを挿入し、このロッドばねと孔間に粘弾性体を介在し、ロッドばねの先端にカッティングヘッドを設け、カッティングヘッドと工具本体間に摩擦吸振材を配置した切削工具が開示されている。

特許文献１、２に記載された切削工具は、ダンパの慣性を利用してビビリ振動を打ち消す。また、特許文献３に記載された切削工具は振動エネルギーを摩擦熱に変換して工具本体に伝播する振動を低減させる。

これらのほかに、シャンクに設けた挿入孔にシャンクとは異材質のダンパをテーパ嵌合させて挿入し、シャンクとダンパの接触摩擦を利用して振動を減衰させるボーリングバー（下記特許文献４参照）や、工具本体の内部に振動エネルギーを吸収する制振材を組み込んで振動を減衰させる工具もある（下記特許文献５、６参照）。

特許文献１〜３の防振切削工具は、シャンクに深穴をあけてその穴にダンパを挿入しているので、小径でシャンク長が長い内径加工用ホルダの場合には特に、穴加工をガンドリルなどで行わざるを得ず、加工コストが高くついてコストに影響する。また、ダンパを挿入する中空部を大きくとっているためにホルダの剛性が低下する。さらに、構造が複雑でこれもコストアップの要因になるなどの問題がある。

また、これらのホルダは、構造が複雑なためにシャンク径が規制され（そのために内径加工では加工径が規制される）、防振効果を得る上での切削条件が限定されるという問題もある。

特許文献４、５が開示している工具も同様の問題を有している。また、振動エネルギーを制振材で吸収する方法は、制振材として減衰性能の高いＭｎ−Ｃｕ系制振合金などを用いる必要があるが、このような合金は高価で加工性も良くないなどの問題をかかえていることが多く、性能、コストの両面に優れる工具を実現するのが難しい。

また、制振材を使用するものは、コスト低減のために制振材の使用量を減らすと満足な減衰効果が得られず、逆に、制振材の使用量を増やすと工具の剛性や強度が低下して撓みの増大や耐久性の低下を招く。

このほか、シャンクとダンパの接触摩擦を利用して振動を減衰させる方法の場合、振動減衰効果を高める目的で摩擦面積を広げると加工箇所の増加によるコスト増が考えられるようになり、シャンクに対するダンパの密着性が悪い場合には剛性が低下してかえって切削振動が大きくなる危険性もある。
特開２００３−１３６３０１号公報 特開平６−３１５０７号公報 特許第２９７９８２３号公報 特開平６−３１５０５号公報 特開２００１−９６４０３号公報 特開２００３−６２７０３号公報

この発明は、従来の防振切削工具に見られる上記の課題を解決し、安価でビビリ振動の抑制効果が極めて高く、また、幅広い加工径や幅広い切削条件に簡単な構造で対応できるホルダを備えた防振切削工具を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、図１に示すように、ホルダ１のシャンク部２にポケット４を設け、そのポケット４に制振ピース５をホルダに対して相対移動可能かつ飛び出し不可に挿入した。また、制振ピース５が、切削加工に伴ってホルダ１が振動したときに慣性で対向位置のポケット内壁に交番に衝突し、その衝突が、面当たり、複数箇所での線当たり、もしくは複数箇所での点当たりとして起こってホルダの振動が減衰されるようにした。

この防振切削工具は、好ましい形態として、ホルダのシャンク部に対向配置の第1内壁面と第２内壁面を有するポケットを設け、そのポケットに、前記第1内壁面と第２内壁面の各々に対面させる面を備えた制振ピースを飛び出し不可に挿入し、前記ポケットの第1内壁面と第２内壁面およびこれらの面に対面させる制振ピースの面を平面で構成して切削時に想定されるホルダの振動方向に対して交差する向きに配置し、前記第1、第２内壁面と制振ピースとの間に制振ピースを可動となす隙間を設けたものが考えられる。

制振ピース５は、複数個に分けてそれを単一のポケットに挿入してもよい。また、独立したポケットを複数個設け、複数に分けた制振ピースを各ポケットに別々に挿入してもよい。さらに、この制振ピース５は、ポケット４に複数箇所で線当たり、あるいは点当たりさせても効果があるが、より良い効果を得るためになるべく広い面でポケット４の壁面に接触させるのがよい。図１における軸直角断面形状（シャンクの軸直角断面に現れる形状）を方形にし、対向配置のポケット壁面４ａ、４ｂに交番に衝突させる面５ａ、５ｂの面積を、他の面５ｃ、５ｄの面積よりも大きくするとその要求に応えることができる。

制振ピース５は、軸直角断面形状を方形にしたものが好ましい。この制振ピース５の平面視形状は、特に限定されず任意の形状を選択することができる。

また、この制振ピース５は、比重がシャンク部２の材質よりも大きい材料で形成するのがよい。例えば、シャンク部２を鋼で形成する場合には、鋼の比重が７．８であるので、比重が７．８以上ある超硬合金やヘビーメタルなどで形成すると好ましい。比重がシャンク部２の材質と同等又はそれよりも小さい材料で形成したものも有効であるが、比重の大きい材料を使用すれば、必要な重さを小サイズのピースで確保することができる。

壁面４ａ、４ｂとそれらの壁面に衝突させる制振ピース５との間の隙間は、０．０１〜０．５ｍｍ程度にするのがよい。また、壁面４ａ、４ｂは、切削時に想定されるホルダの振動方向に対して交差角ができる面にする。より好ましくは、振動方向に対してほぼ直交する面にするのがよい。

また、ポケット４は、その幅ｗをシャンク径Ｄもしくはシャンク幅Ｗの２０％〜１００％、壁面４ａ、４ｂ間の高さｈをシャンク高さＨの５％〜７０％に設定するのがよい。ここで言う幅と高さは、シャンクの軸直角断面における幅と高さであり、これは以下も同じとする。

かかる防振切削工具は、図２に示すように、シャンク部２に設けるポケット４をホルダ１の側面から加工し、ピース保持手段や蓋６などの封印手段を備えさせてそれらの手段でポケット４に挿入した制振ピース５をポケット内に保持する形態、
図３に示すように、ポケット４を、刃先７ａが配置される側とは反対側のホルダ側面１ａから加工し、そのポケット４を刃具の刃先７ａが配置される側の側面１ｂに貫通していない止まり穴にした形態、
或いは、図４に示すように、ホルダのシャンク部２とヘッド部３を別々に形成し、シャンク部２の先端に開放させて設けたポケット４に制振ピース５を挿入し、シャンク部２の先端にヘッド部３を接合してシャンク部先端にあるポケット４の口を塞ぐ形態などが考えられる。

いずれの形態の工具も、ポケット４は、軸方向長さｃ（図１参照）をシャンク径Ｄ（又はシャンク高さＨ）の５０％〜２５０％とし、このポケット４を、工具の先端側に偏った位置、具体的には、刃具の刃先からポケット設置点までの距離ｅ（図１参照）が、シャンク径Ｄの５０％〜２５０％程度となる位置に設置するのがよい。ポケット長さｃのより好ましい値は、ボーリングバイトについてはシャンク径Ｄの１００％〜１５０％程度、刃先からポケット設置点までの距離ｅのより好ましい値は、シャンク径Ｄの１５０％〜２２０％程度であったが、これらは切削条件等によって適正値が変わる。

なお、ポケット４は、ボーリングバイトなどの内径加工用工具では、幅ｗがシャンク径Ｄもしくはシャンク幅Ｗの５０％〜１００％、高さｈがシャンク高さＨの２０％〜４０％の範囲にすると特に好ましかったが、工具のサイズなどによっては、その範囲から外れた寸法でも良い効果を期待できる。

例えば、シャンク径Ｄがφ２０ｍｍを越えるボーリングバイトは、ポケット４の幅ｗを０．２Ｄ〜０．５Ｄ（０．２Ｗ〜０．５Ｗ）、高さｈを０．２Ｈ〜０．５Ｈとしても高い効果が得られた。

また、焼き入れ鋼など高硬度材の加工に用いる工具や、ワイパー付チップで加工を行う工具は、ポケット４の幅ｗを０．５Ｄ〜１．０Ｄ（０．５Ｗ〜１．０Ｗ）、高さｈを０．４Ｈ〜０．７Ｈ程度にしたときの効果が高かった。

さらに、ポケットの幅ｗを０．２Ｄ〜１．０Ｄ（０．２Ｗ〜１．０Ｗ）、高さｈを０．０５Ｈ〜０．２Ｈ程度にしたものは、炭素鋼の高速加工やステンレス鋼の加工におけるビビリ振動の抑制効果が高かった。

ホルダが振動すると、ポケットに収納した制振ピースが慣性で振動してポケットの内壁を直接叩く。そのときの制振ピースの振幅はホルダの振幅とは逆位相となり、そのためにホルダの振動が打ち消されてビビリ振動が低減される。特に、この発明においては、ポケットに対して制振ピースが面当たりするようにしたので、あるいは複数箇所で線当たりもしくは点当たりするようにしたので、制振ピースの荷重が広い範囲に分散してポケットの内壁に加わり、このことが有効に作用してビビリ振動を大幅に抑制することが可能になる。
制振ピースを衝突させるポケットの壁面が想定されるホルダの振動方向に対してほぼ直交する向きになっていると、制振ピースからのエネルギー（ホルダ振動を打ち消すエネルギー）がロス無くシャンクに伝わるので、制振ピースとポケットが小さくてよく、ポケット設置によるシャンクの剛性低下を少なくしてビビリ振動の抑制効果を向上させることができる。

また、この発明によれば、ポケットをホルダの側面から加工することができるので、製造の容易化、それによる製造コストの大幅削減が図れ、より安価な防振切削工具を提供することが可能になる。

さらに、ホルダのシャンク部とヘッド部を別々に形成し、シャンク部に形成したポケットにシャンク部の先端側から制振ピースを挿入する構造にしても、ビビリ振動に対して最も効果的な制振ピースを挿入できるため、大きなダンパ挿入用の空洞を加工する必要がなく、ポケット設置によるシャンクの剛性低下を最小限に抑えながら構造の簡素化を図って工具コストを大幅に低減することが可能になる。

なお、制振ピースが小さくてその重量が不足すると防振効果が不十分になり、一方、制振ピースが大きすぎるとポケットが大きくなってシャンクの剛性が犠牲になる。この不具合を回避するためにポケットの大きさは先に述べた範囲内に納めるのがよい。

また、ポケットの長さｃがシャンク径Ｄ又はシャンク高さＨの５０％以下であると制振ピースが小さくなって十分な効果を期待できず、一方、その長さｃがＤまたはＨの２５０％を越えるとシャンクの剛性低下が大きくなり、ホルダ突き出し量（支持点から刃先までの突き出し量）をシャンク径の３倍以上にして行う一般的な切削形態でビビリが発生し易くなる。

以下に、この発明の防振切削工具の実施例を添付図面に基づいて説明する。

図６に、この発明の防振切削工具の一形態を示す。図示の工具は、ボーリングバイトであり、ホルダ１の先端にスローアウェイチップ７をクランプ手段８でクランプして着脱自在に装着している。ホルダ１のシャンク部２に放電加工等によって一方の側面から他方の側面に貫通する穴をあけ、ホルダ１の先端側に偏らせて設けたその穴をポケット４にしてそのポケット４に、比重が１５．１の超硬合金製の直方体の制振ピース５を挿入し、ポケット４の両端を蓋６で封鎖して制振ピース５が外部に飛び出さないようにしている。ポケット４は、軸直角断面形状が方形になるポケットにしてあり、平行配置の壁面４ａ、４ｂを有する。ホルダ１のシャンク部２は、円形断面のものを図示したが、この発明を適用する工具のシャンク部は角断面であってもよい。

制振ピース５は、高さａと幅ｆをポケット４の寸法よりも０．１５ｍｍ程度小さくし、ポケットの壁面４ａ、４ｂに対応させた平面５ａ、５ｂを備えさせてこれらの面とポケット４との間に生じた隙間（クリアランス）の範囲内での動きが許容されるようにしている。

この制振ピース５は、ポケット４内で可動であることが必須であり、ポケット４の壁面と干渉してホルダ１との相対移動が許容されなければビビリ抑制の効果が発揮されない。また、制振ピース５が極端に小さいと、その制振ピース５の重量が不足して満足なビビリ抑制の効果が得られない。発明者らの研究によれば、シャンク径Ｄがφ２０ｍｍ以下の比較的小径のホルダでは制振ピース５をポケット４に対して０．５ｍｍ程度よりも小さく、制振ピース５が動くクリアランスがあれば効果があることが分かっている。制振ピース５とポケット４との間の隙間は、０．０１ｍｍよりも小さいとホルダ１や制振ピース５が熱変形するなどして制振ピース５がポケット内で動かなくなることがあるので、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度にするのがよい。特に、ポケット４に対して制振ピース５を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度小さくしたときの効果が最も高い。ただし、シャンク径Ｄが例えばφ２０ｍｍより大きい場合には、ポケット４との間の隙間を大きくしても制振ピース５の重さを不足なく確保できるので、制振ピース５がポケット４よりも０．５ｍｍ以上小さくても効果がある。

制振ピース５は、ホルダ１の材質が鋼である場合には鋼の比重７．８以上の比重を有する材料で形成すると好ましい。その比重は、大きい方が同じ効果を得る上でのポケットサイズが小さくて済むので有利である。一般的には、比重が１４〜１６の超硬合金や、比重が１８程度のヘビーメタルが入手し易く、加工も容易で制振ピース５の材料として適している。勿論、これよりも比重の大きな材料があれば、それを使用してもよい。

ポケット４の大きさは、大きすぎるとホルダ１の剛性が低下して工具の加工精度（加工寸法や面粗さ）が悪化したり、工具が逆にビビリ易くなったりする。また、このポケット４が小さすぎると、制振ピース５も小さくなってビビリ抑制の効果が低下する。加えて、ポケット４の特に高さ寸法ｈが小さすぎる場合には、ポケットを加工するエンドミルなどの工具の径が小さくなるため加工が困難になる。

これらの諸事情を考慮すると、ポケット４は、その幅ｗがシャンク径Ｄ又はシャンク幅Ｗの２０％〜１００％、その高さｈがシャンク径Ｄ又はシャンク高さＨの５％〜７０％が適当である。ビビリ防止効果と加工時のホルダの撓みに起因する加工精度の悪化、製作の容易さなどを考慮して総合的に判断すると、シャンク径Ｄ＝φ２０ｍｍ以下の比較的小径のホルダでは、幅ｗがシャンク径Ｄ又はシャンク幅Ｗの５０％〜１００％、より好ましくは７０％〜９５％、高さｈがシャンク径Ｄ又はシャンク高さＨの２０％〜４０％、より好ましくは２０％〜３０％が適している。

また、ポケット４の長さｃと、工具先端からポケット設置点までの距離ｅは、シャンク径Ｄの５０％〜２５０％がよかった。特に、ボーリングバイトではポケット４の長さｃをシャンク径Ｄの１００％〜１５０％程度、刃先からポケットまでの距離ｅを１５０％〜２２０％程度にしたときに最も効果が高かった。シャンク径Ｄがφ２０ｍｍより大きい場合は、ポケット４が小さくても防振効果が得られるので、特にポケット４の幅ｗをシャンク径Ｄの５０％程度まで小さくしても効果がある。

図７に示すポケット４の設置角θは、切削力のかかる方向に応じて適宜設定すればよい。一般的な内径加工用工具では、壁面４ａ、４ｂを水平にしたポケットでビビリ振動抑制の目的を十分に達成することができる。常に一定条件で切削するような場合には、水平面を基準にして０°〜４５°の範囲で傾き、切削力の主分力と背分力の合力に対して壁面４ａ、４ｂが直角向きになるポケットを設けてそこに制振ピース５を挿入すればより効果的である。また、背分力が極端に高くなる特殊な加工では、図８に示すようにポケット４を垂直にすることも考えられるが、一般的な内径加工用工具については、このような方向のポケットを設けてもビビリ抑制の効果が小さく、あまり意味がない。

図９は、加工精度が重視される場合に有効な形態を示している。図６の工具は、制振ピース５を大きくすることができ、ビビリ抑制の効果を高め易い反面、ポケット４がシャンク部２を貫通しているためにホルダ１の剛性が低下して加工精度が低下する傾向が高まる。図９の防振切削工具はその問題を解決できる。

この図９の防振切削工具は、刃先７ａが配置される側とは反対側の側面１ａからシャンク部２にポケット４をエンドミルで加工して設けている。ポケット４の両端はエンドミルの外径を転写して円弧形状にし、また、ホルダ１の剛性低下を抑えるために、ポケット４は、刃先７ａが配置される側の側面１ｂを厚みで２ｍｍ程度残した止まり穴にし、側面１ａ側にある入口を実施例１と同様に蓋６で塞いで制振ピース５の飛び出しを防止する構造にしている。蓋６は、ホルダ１の材料と同じ鋼でもよいが、超硬合金で形成してホルダ１に強固に貼り付けると、ポケット設置によるホルダの剛性低下を小さくすることができる。

図９の防振切削工具はポケット４を止まり穴にしており、このことが工具の実用性をさらに高める上での重要なポイントになる。発明者らは、先ず図６の工具を試作して非常に高いビビリ抑制効果を確認した。ところが、図６の構造はビビリの抑制効果は高いが、ホルダの剛性低下が避けられないためにそれによる加工精度の悪化が懸念された。

そこで、建築資材などに多用されているＨ型鋼の構造を応用したものなど数種類の構造について剛性の違いを検討した。その結果を図１０に示す。同図のＡ〜Ｄは、図１（ａ）に示すホルダのＸ−Ｘ線に沿った断面形状を表している。この図１０から分かる通り、ポケット４を貫通穴で形成する図６（図１０のＡ）の構造では、防振機構の無い一般の鋼製シャンクを用いた内径加工用工具に比べて荷重による変形量が約４０％大きくなる。これに対し、図９の構造（図１０のＢ）は、荷重による変形量が約９％に抑えられ、ポケット設置による剛性低下が小さくて加工精度の安定化が図れる。この効果は、図１０から分かるように他の構造では得られない。

図９の構造は、蓋６を超硬合金で形成してシャンク部２に強固に固定することによって荷重によるシャンクの変形量を穴の無い一般的な鋼シャンクと同等にすることも可能である。

なお、側面視で両端が円弧面になったポケット４に挿入する制振ピース５は、図１３に示すような直方体形状であってもよい。両端を平坦にしても制振ピースの重量を不足無く確保できる場合には、図１３の直方体形状の制振ピースの方が円弧面の加工が省けて有利である。

次に、この発明のビビリ抑制効果を確認するために、ＩＳＯ規格Ｓ１２Ｍ−ＳＴＵＰＲ１１０３に準拠した形状のホルダを使った工具を試作して切削実験を行った。この工具の寸法諸元は、図１に示すシャンク径Ｄ＝φ１２ｍｍ、工具先端からポケット設置点までの距離ｅ＝２１ｍｍ、ポケット長さｃ＝１５ｍｍ、ポケット幅ｗ＝８ｍｍ、ポケット高さｈ＝３ｍｍ、図１の（ｗ−ｆ）＝０．１ｍｍである。また、図１０に示すｔは２ｍｍにした。

実験に供した切削工具は、図１１に示す発明品１〜６と比較品１〜５である。発明品１〜６と比較品１及び３は、ポケットの高さと幅、制振ピースの大きさ、材質を変化させたもの、比較品２は制振ピースとポケット間のクリアランスを０にしたもの、比較品４は一般的な鋼製シャンクのホルダを使用したもの、比較品５はシャンクを超硬合金で形成したものである。なお、比較品５以外の工具のシャンク材質は鋼である。

切削実験は、被削材として一般的な合金鋼ＳＣＲ４２０を準備し、これを切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、１６０ｍ／ｍｉｎ、切り込み量０．２ｍｍ、送り速度０．１ｍｍ／ｒｅｖの条件で工具ホルダからの突き出し量を変化させて（突き出し量＝４８ｍｍ、６０ｍｍ、７２ｍｍ、８４ｍｍ）切削し、ビビリ発生の有無を調べた。

図１２にその結果を示す。図１２にはビビリが発生しなかったものを○で、ビビリが発生したものを×で示している。この実験結果から分かるように、各発明品はビビリ抑制の効果が非常に高い。中でも発明品１、３、５は、ホルダを超硬合金で形成した比較品５よりも優れたビビリ抑制の効果が得られている。

ビビリ抑制の効果について市販の数社の防振型ボーリングバイトとの比較も行った。同一条件で各工具による切削を実施したところ、市販品はいずれもビビリ振動による音（加工中に金属音）が確認された。これに対し、発明品は、切削条件によっては加工の初期に若干音が出たが、その音が直ぐにおさまってほぼ無音での加工がなされた。また、最初から最後まで殆ど音が出ず、切削が進行しているのが分からない状況のときもあった。

図１４にさらに他の実施形態を示す。この図１４の防振切削工具は、ホルダ１のシャンク部２とヘッド部３を別々に製作し、その両者を一体的に組み合わせている。ヘッド部３は、シャンク部２に対して取り外し不可能に接合してもよいし、着脱自在に接続してヘッド部３が破損したときの交換修理を可能にしてもよい。

この構造は、ポケット４をシャンク部２の先端に開口させて形成し、このポケット４に制振ピース５を挿入することによってヘッド部３を蓋として機能させることができるので、専用の蓋を省くことができる。また、ポケット４を放電加工等で形成すればシャンク部２を超硬合金で形成することができ、剛性が高く、ビビリ振動の抑制効果も極めて高い内径加工用防振切削工具が得られる。

図１５に示すように、ホルダ１の両側面からポケット４を加工してシャンクの中央の肉を残すものも考えられる。この構造は、既述の他の実施形態と比較して制振ピース５が小さくなるためビビリ抑制の効果が若干低下するが、左右のポケット間に残された肉部に、軸方向に延びる給油孔を形成して切削液を刃先先端にまで効果的に供給することができる。

図１６の防振切削工具は、ポケット４をシャンク部２の中心から下側（上側も可）に偏らせて設けたものであり、この構造でもポケット４の上側部分にスペースを確保してそこに給油孔９を形成することができる。

図１７は、ポケット４からの制振ピース５の飛び出しを防止する手法の他の例である。図のように制振ピース５にその制振ピースを上下に貫通する取り付け孔１０を設け、その取り付け孔１０に孔径よりも細い止めピン１１などを通してそれで制振ピースの外れを防止してもよく、この構造は蓋を必要としない。

図１８にこの発明の防振切削工具のさらに他の実施例を示す。この工具は、ボーリングバイトにおいてホルダ１のシャンク部２に形成するポケット４の幅ｗと高さｈを共にシャンク径Ｄの２０％〜５０％にした例を示しているが、適用対象はボーリングバイトである必要はなく、ポケットサイズもここに挙げた数値に限定されない。また、ポケット４は、必ずしもシャンクに横から加工する必要はなく、図１８に示すようにシャンク部２に上方（又は下方）より加工し、そのポケット４に制振ピース５を挿入した後、蓋６でポケット４の入口を塞ぐ構造にしてもよい。蓋６は、超硬合金で形成したものがポケット設置による鋼製シャンクの剛性低下を補うことができて好ましい。

ポケット４は、エンドミルで加工すると前端と後端が図１９に示すように円弧状になる。これに合わせて、制振ピース５の長手方向両端を図１９（ｂ）に示す円弧や図１９（ｃ）に示す山形形状にすると、制振ピースの重量をより大きくすることができるが、制振ピース５の長手方向両端は、図１９（ａ）のように軸直角にカットしてもよい。

制振ピース５の向き（ポケット４の設置角）は、切削抵抗が働く方向に対して面５ａ、５ｂが垂直になる向きにするのがよく、そのために、面５ａ、５ｂは必ずしも水平にならず図２０（ａ）のように傾くことがあり得る。

制振ピース５の断面形状も、正方形である必要はない。切削力が働く方向に対して垂直な面５ａ、５ｂの面積をそれらの面に対して直角な面５ｃ、５ｄの面積よりも広くした方が振動減衰の効果が高い。この制振ピース５は、複数個に分割してポケット４に収納することができ、これでも十分な振動減衰効果が得られる。

また、ポケット４の位置は、図２０（ｂ）のように、シャンクの中央から外れていてもよい。この方がポケット４の加工がし易くて加工コストを低減できる場合がある。また、制振ピース５がシャンク中心から外れた位置でポケット壁面に衝突してシャンクにねじり力が加わるので、シャンクにねじり振動が加わる場合の振動減衰効果が高まる。

この実施例７の工具のビビリ抑制効果の確認試験結果を以下に記す。試験は、ＩＳＯ規格 Ｓ１６ＲＳＳＫＰＲ０９（φ１６ｍｍ）のシャンクに図２１に示すサイズのポケット（重心がシャンク中央にある）を形成し、そのポケットに比重が１８．１のヘビーメタルで形成されたポケットよりも縦、横のサイズが０．３ｍｍ小さい制振ピースを挿入して構成される発明品１、２と比較品１、２及び鋼シャンク、ポケット無しの比較品３を使用して下記１、２の切削条件で行った。発明品１、２、比較品１、２は、いずれも刃先からポケットまでの距離ｅを２５ｍｍ、ポケット長さｃを２０ｍｍにしている。

切削条件１
使用チップ：ＩＳＯ規格 ＳＰＭ Ｔ０９９０３０４Ｎ（モールドブレーカ付き）
ホルダ突き出し量：８０ｍｍ、
被削材：ＳＣＭ４１５、
切削速度：Ｖ＝１２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：ｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：ｄ＝０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切削液：不水溶性切削油剤
切削条件２
使用チップ：ＩＳＯ規格 ＳＰＭ０９９０３０４Ｎ（モールドブレーカ付き）
ホルダ突き出し量：８０ｍｍ、
被削材：ＳＵＪ２
切削速度：Ｖ＝１２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：ｄ＝０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切削液：不水溶性切削油剤

図２１に試験結果を併せて示す。同図の○、×はビビリの有無を表す。発明品１、２は、一般炭素鋼の切削条件である切削条件１、被削材の硬度が高いときの仕上げ切削条件である切削条件２のどちらにおいても良好な結果が得られており、オールマイティーにビビリの抑制効果が発揮されることがわかる。

これに対し、比較品１は、切削条件１、２での結果が共に悪い。制振ピースが軽すぎたことにその原因があると思われる。比較品２は切削条件１では効果があるが、背分力が高くなる切削条件２での結果が悪い。また、比較品３は、振動の減衰効果が全く得られず、そのために、切削条件１、２での結果が共に悪い。

図２２に、この発明を溝入れバイトに適用した例を、また、図２３、図２４にこの発明を外径加工用バイトに適用した例をそれぞれ示す。これらのバイトは、内径加工用バイト
と違ってサイズ規制を受けないので、ポケットのサイズを大きくすることによるシャンクの剛性低下を、シャンクのサイズを大きくしてカバーすることができる。

外径加工用のバイトでは主にネガティブ型のチップが用いられ、その場合、切削抵抗が高くなるため、より大きな振動エネルギーが発生する。従って、より大きな振動エネルギーを打ち消し得る制振ピースが必要になる。このときのポケット４は、幅ｗは図６の工具と同じ（シャンク幅Ｗの５０％〜１００％）にして高さｈをシャンク高さＨ（又はシャンク径Ｄ）の４０％〜７０％にまで拡大したものが好ましく、シャンクのサイズ規制を受けない工具であれば、その好ましいサイズのポケットを形成することができる。

実施例８の効果の確認試験結果を図２５に示す。溝入れバイトによる溝入れ加工でも一般の外径加工と同様の大きな振動エネルギーが発生する。そこで、図２２の溝入れバイトを使用してビビリ振動の減衰状況を調べた。

ここでの試験は、Ｋ１０−ＰＶＤコーテッド超硬合金製三角形状縦使い溝入れチップ（刃幅３ｍｍ）を装着したホルダの鋼製シャンク（サイズ：２５ｍｍ×２５ｍｍ）に、図２５に示すサイズのポケットを形成し、そのポケットに比重１８．１のヘビーメタルで形成されたポケットサイズよりも０．２ｍｍ小さい制振ピースを挿入した発明品１、２と比較品１〜３及び鋼製シャンク、ポケット無しの比較品４を準備した。そして、これらを使用して切削を行った。このときの試験条件を下に示す。なお、発明品１、２、比較品１〜３は、いずれも刃先からポケットまでの距離ｅを１５ｍｍ、ポケットの長さｃを３０ｍｍにした。

切削条件１
被削材：Ｓ４５Ｃ
切削速度：Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：ｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
切削液：不水溶性切削油剤
切削条件２
被削材：Ｓ４５Ｃ
切削速度：Ｖ＝２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切削液：不水溶性切削油剤

図２５に併記した結果からわかるように、発明品１、２は切削条件１、２のどちらにおいてもビビリ振動が防止されている。これに対し、比較品１はポケット設置によるシャンクの剛性低下が大きすぎるためにポケット設置が逆効果になって比較品４と大差のないものになっている。また、比較品２、３は、軽切削では効果があるが、重切削ではビビリ抑制の効果が得られていない。

図２６に外径切削用バイトのさらに他の例を示す。一般の外径加工では、シャンクの剛性を確保できるので、キーキーと音を立てるような大きなビビリ振動は発生し難い。しかし、音の出ない微小なビビリは発生し、そのために刃先に微小なチッピングが発生したり、コーティング工具ではコーティング膜が剥離したりすることがある。

この問題の原因になる微小ビビリに対しては、既述のものよりも小サイズの制振ピースで対応することができる。ポケット４の幅ｗをシャンク幅Ｗの２０％〜１００％、高さｈをシャンク高さＨの５％〜２０％とし、このポケット４に、壁面４ａ、４ｂとの間に０．０３〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．０３〜０．１ｍｍの隙間を持たせた制振ピース５を挿入し、その制振ピース５の飛び出しを防止するためにポケット４の入口を蓋６で塞ぐ。この図２６の工具は、炭素鋼の高速加工やステンレスの加工に効果がある。制振ピース５による防振効果で微小ビビリが抑制されて刃先のチッピングなどが減少し、耐久性が向上する。

なお、シャンク部２は、上下に別けて部品を製作し、ポケット４の加工、制振ピース５の挿入後に下側部分と上側部分を嵌合、ネジ止め、溶接などの適当な方法で互いに固定すると、下側部分を蓋として機能させることができる。

ボーリングバイトも、シャンクの剛性を確保したものは大きなビビリ振動ではなく微小ビビリを生じることがあり、そのボーリングバイトに対しては、図２６の外径切削用バイトに採用したものと同様のポケットと制振ピースが有効である。そのポケット４と制振ピース５を設けたボーリングバイトの実施形態を図２７に示す。

実施例９の効果の確認試験結果を図２８に示す。試験は、２５ｍｍ角の鋼製シャンクに図２８に示すサイズのポケット４を形成し、そのポケット４に比重１８．１のヘビーメタルで形成されたポケットサイズよりも０．２ｍｍ小さい制振ピース５を挿入した図２６に示す構造の発明品１、２と比較品１、２及び鋼製シャンク、ポケット無しの比較品３を準備した。そして、これらを使用して切削を行った。このときの試験条件を下に示す。なお、発明品１、２と比較品１、２は、いずれも刃先からポケット４までの距離ｅを２５ｍｍ、ポケット４の長さｃを３０ｍｍとした。

切削条件
被削材：ＳＣＭ４３５
チップ：ＴＮＭＧ１６０４１２（モールドブレーカ付き）
切削速度：Ｖ＝３００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：ｆ＝０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削液：不水溶性切削油剤

上記の条件で断続切削を行い、切れ刃が欠損に至るまでの衝撃回数を計測し、１０回テストして、その平均値で評価した。その結果を図２８に示す。

この試験では、比較品１、２は切れ刃に微小チッピングが発生し、その微小チッピングが集積して最終的に大きな欠損を生じた。これに対し発明品１、２は、微小チッピングは起こらず、摩耗が増大して欠損に至った。この試験結果からわかるように、微小チッピングの原因になる微小ビビリもこの発明によって抑制するこができる。

図２９の防振切削工具は、シャンク部２の先端側にシャンク幅方向に延びる穴（貫通穴、止まり穴を問わない）１２をシャンク長手方向に位置をずらして複数設け、各穴１２をポケットにしてそこにそれぞれ制振ピース５を可動かつ穴から飛び出さないように挿入している。この構造も、制振ピース５が複数箇所でホルダに線接触するので、ダンパを使用した既存の防振切削工具に勝る振動減衰効果を期待できる。この構造は、穴１２を点在させて設けているので、単一のポケットを設けたものよりもホルダの剛性低下を抑え易い。また、穴１２を丸穴、制振ピース５を丸棒状にすることで、ホルダの製作をより簡単にして製造コストも抑えることができる。

なお、制振ピース５は、軸直角断面形状を方形にするとポケット壁面４ａ、４ｂに対する接触面積を広く確保できるが、図３０（ａ）に示すような多角形や、図３０（ｂ）に示す楕円形などであってもよいし、図３０（ｃ）や図３０（ｄ）に示すように、面５ａ、５ｂに凹凸があり、ポケットの壁面４ａ、４ｂに複数箇所で線接触又は点接触する形状であってもよい。

図３１に示すように、ホルダのシャンク部２に独立したポケット４を幅方向に位置をずらして複数個設け、各ポケット４に制振ピース５を収納する構造でも制振ピース５をポケットの壁面４ａ、４ｂに対して複数箇所で線当たり、あるいは、面当たりさせることができ、このような構造も有効である。

制振ピース５の平面視形状は特に限定されない。方形、長方形のほか、円形（図３２（ａ）参照）や半楕円に近い形状（図３２（ｂ）参照）など、任意の形状を採用できる。平面視形状が四角でないものも、シャンクの軸直角断面形状は方形にすることができる。

なお、この発明は、ビビリ振動が発生し易い内径加工用工具、溝入れ加工用工具、ねじ切り用工具、一般外径旋削用工具などに適用できる。また、旋削加工に限らず、フライス盤やマシニングセンタ等に取り付けて使用するボーリングクイルやドリル等に適用しても優れたビビリ抑制の効果を得ることができる。

この発明の防振切削工具は、周知の中ぐり盤、外径加工用の旋盤、フライス盤、マシニングセンタなどに装着して使用する。この防振切削工具を用いて加工を行うと加工不良による歩留まりの低下、再加工の実施による生産性の低下などが起こらない。また、この防振切削工具を用いて加工される部材は、切削された面にビビリマークができない。

（ａ）この発明の工具の一形態を示す平面図、（ｂ）図１（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）この発明の工具の他の形態を示す平面図、（ｂ）図２（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）さらに他の形態を示す平面図、（ｂ）図３（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）さらに他の形態を示す平面図、（ｂ）図４（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）従来の防振バイトの基本構造を示す平面図、（ｂ）図５（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）工具の実施形態を示す平面図、（ｂ）図６（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）図６の工具のポケットをθ°傾けた状態の平面図、（ｂ）図６の工具のポケットをθ°傾けた状態の断面図 （ａ）図６の工具のポケットをθ°＝９０°傾けた状態の平面図、（ｂ）図６の工具のポケットをθ°＝９０°傾けた状態の断面図 （ａ）他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）図９（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図、（ｃ）同じくＹ−Ｙ線部の断面図 ポケットの形状の違いによるホルダ変形量の比較図 効果の確認実験に用いた工具の仕様を示す図 図１１の工具の効果の確認試験結果を示す図 図９の工具の制振ピースを直方体形状のものに置き換えた図 （ａ）他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）図１４（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）図１５（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 ポケットをシャンク中心から偏心させた例を示す断面図 （ａ）他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）図１７（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）同上の工具の側面図、（ｃ）図１８（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 ポケットと制振ピースの変形例を示す平面図 ポケットの配置状態を変えた例を示す断面図 図１８の工具の効果の確認試験結果を示す図 （ａ）他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）同上の工具の側面図、（ｃ）図２２（ａ）のＸ−Ｘ線部の断面図 （ａ）さらに他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）同上の工具の側面図 （ａ）さらに他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）同上の工具の側面図 図２２の工具の効果の確認試験結果を示す図 （ａ）他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）同上の工具の側面図 （ａ）さらに他の実施形態の工具の平面図、（ｂ）同上の工具の側面図 図２６の工具の効果の確認試験結果を示す図 更に他の実施形態を示す斜視図 （ａ）制振ピースの断面の他の例を示す図、（ｂ）〜（ｄ）制振ピースの断面のさらに他の例を示す図 制振ピースの他の例を示す断面図 （ａ）制振ピースの平面の他の例を示す図、（ｂ）制振ピースの平面のさらに他の例を示す図

符号の説明

１ ホルダ
２ シャンク部
３ ヘッド部
４ ポケット
４ａ 第１内壁面
４ｂ 第２内壁面
５ 制振ピース
５ａ〜５ｆ 平面
６ 蓋
７ スローアウェイチップ
８ クランプ手段
９ オイルホール
１０ 取付穴
１１ 止めピン
１２ 穴

Claims (12)

1. ホルダのシャンク部にポケットを設けてそのポケットに制振ピースをホルダに対して相対運動可能、かつ、飛び出し不可に挿入し、この制振ピースが、切削加工に伴ってホルダが振動したときに慣性で対向位置のポケット内壁に交番に衝突し、その衝突が、面当たり、複数箇所での線当たり、もしくは複数箇所での点当たりとして起こってホルダの振動が減衰されるようにした防振切削工具。
2. ホルダのシャンク部に対向配置の第1内壁面と第２内壁面を有するポケットを設け、そのポケットに、前記第1内壁面と第２内壁面の各々に対面させる面を備えた制振ピースを飛び出し不可に挿入し、前記ポケットの第1内壁面と第２内壁面およびこれらの面に対面させる制振ピースの面を平面で構成して切削時に想定されるホルダの振動方向に対して交差する向きに配置し、前記第1、第２内壁面と制振ピースとの間に制振ピースを可動となす隙間を設けた防振切削工具。
3. 前記ポケットと制振ピースのシャンクの軸直角断面における形状を方形にし、前記制振ピースの前記ポケット内壁に衝突する面の面積を他の面の面積よりも大きくした請求項１又は２に記載の防振切削工具。
4. 前記制振ピースとこの制振ピースを衝突させるポケット内壁との間の隙間を０．０１〜０．５ｍｍの範囲に設定した請求項１乃至３のいずれかに記載の防振切削工具。
5. シャンクの軸直角断面におけるポケット幅ｗをシャンク径Ｄもしくはシャンク幅Ｗの２０％〜１００％、制振ピースを衝突させる対向ポケット内壁間の高さｈをシャンク高さＨの５％〜７０％とした請求項１乃至４のいずれかに記載の防振切削工具。
6. 前記ポケットの軸方向長さｃを、シャンク径Ｄ又はシャンク高さＨの５０％〜２５０％となし、このポケットを、工具の先端側に偏った位置に設けた請求項１乃至５のいずれかに記載の防振切削工具。
7. 前記制振ピースを、比重がホルダのシャンク部の材質と同等またはそれよりも大きい材料で形成した請求項１乃至６のいずれかに記載の防振切削工具。
8. 前記制振ピースを衝突させるポケット内壁を、想定されるホルダの切削時振動方向に対してほぼ直交させた請求項１乃至７のいずれかに記載の防振切削工具。
9. 前記制振ピースを複数個に分け、その複数個の制振ピースを単一のポケットもしくは独立した複数のポケットに挿入した請求項１乃至８のいずれかに記載の防振切削工具。
10. 前記ポケットをホルダの側面から加工し、さらに、前記制振ピースをポケット内に保持するピース保持手段もしくは封印手段を備えさせた請求項１乃至９のいずれかに記載の防振切削工具。
11. 前記ポケットをホルダの刃先配置側とは反対側の側面から加工し、刃先配置側の側面に到達しない止まり穴にした請求項１０に記載の防振切削工具。
12. ホルダのシャンク部とヘッド部を別々に形成し、前記ポケットをシャンク部の先端に開放させ、このポケットに前記制振ピースを挿入し、シャンク部の先端に接合した前記ヘッド部によってシャンク部先端のポケットの口を塞いだ請求項１乃至１１のいずれかに記載の防振切削工具。

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