JP2015110257A - 防振手段が設けられた工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工時に発生するびびり振動を入れ子機構で抑制する防振手段が設けられた工具ホルダを提供する。
【解決手段】本発明の防振機能を有する工具ホルダ１は、長尺のアーバ部５と、アーバ部５の先端側に設けられると共に工具１５が装着される工具取付具と、アーバ部５の基端側に工作機械の回転駆動軸に取り付けるためのシャンク部２とを有し、工具１５を用いて切削加工時に生じるびびり振動を抑制する防振手段７がアーバ部５に設けられた工具ホルダ１において、アーバ部５の内部には、当該アーバ部５の先端側において外部へ開放状に形成され、且つアーバ部５の軸心方向に沿って中空とされた長尺の孔部６が形成されており、孔部６には、当該孔部６の内径と略同径とされた外径を有する長尺状の中芯体８が挿入されていて、防振手段７は、中芯体８が孔部６に嵌り込んで構成される「入れ子機構」からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、被加工材に対して切削加工や研削加工を行う際に用いられる切削工具を保持する工具ホルダに関する。

従来より、被加工材（例えば、鋼材）に対して、ボーリング加工、中ぐり加工やフライス加工など切削加工を行う際には、長尺の工具ホルダの先端に回転切削工具を取り付けて、その取り付けられた回転切削工具を用いて切削加工を行っている。
ところが、ボーリング加工やフライス加工などを行ってゆく過程においては、回転切削工具が取り付けられた長尺の工具ホルダを被加工材に押し込む際に、回転切削工具に発生する抵抗力により振動（びびり振動）が生じ、加工精度の不良や加工能率の低下を引き起こしたり、長尺の工具ホルダの工具寿命を短くする虞があった。

上述した問題を解決するために、様々な防振技術が開発されてきた。例えば、長尺の工具ホルダに備えられたアーバ部を高剛性化する防振技術（アーバを高剛性の部材で作製したり、鋼材製のアーバ部の中空内部に高剛性の部材で作成された防振用の芯棒を圧入したりする技術）や、アーバ部を高減衰能化する防振技術（アーバ部の中空内部にウエイトなどの粘弾性体を充填したり、回転切削工具の先端にウエイトなどの粘弾性体を取り付けたりする技術）などが挙げられる。

工具ホルダのアーバ部を高剛性化する防振技術としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されているようなものがある。
特許文献１には、軸方向の端部に切刃を保持する鋼材製アーバであって、前記アーバの外壁面に溶射層を有する防振アーバが開示されている。
また、特許文献２には、長尺の工具本体の先端には切れ刃チップが装着されて、被削材の深部が切削できるようにした工具であって、工具本体の一部には、防振効果を高める目的で、超硬合金の如き高剛性材料の使用された深部加工用の防振工具において、前記工具本体には、その軸心に沿って、基部側直径が先端側直径より大きなテーパ部を有する穴が後端より穿設され、該テーパ部に適合するテーパ部を有する前記高剛性材料からなる丸棒が前記穴に挿入されて、前記穴の入口近傍に螺設されたねじ部に螺合する押込みねじにより、前記丸棒が工具本体内に圧接固定されるようにした深部加工用の防振工具が開示されている。

一方、アーバ部を高減衰能化する防振技術（びびり振動の振動エネルギを粘弾性体のひずみエネルギとして吸収させる技術）としては、例えば、特許文献３〜特許文献６に開示されているようなものがある。
特許文献３には、先端部に切刃を装着したシャンク部を有する切削工具において、該シャンク部の後端部から軸心に沿って穿設された穴部と、該穴部に挿入された高剛性棒と、該高剛性棒と該穴部の内壁面とが形成する間隙に充填されたエポキシ樹脂系接着剤と、該シャンク部の後端部に嵌合する押圧固定具と、を備え、且つ、該高剛性棒は該押圧固定具により押圧固定されている切削工具が開示されている。

特許文献４には、先端側に工具を着脱可能に固定する工具保持手段が設けられ、基端側に工作機械のスピンドルに取り付けるためのシャンク部が設けられ、前記工具を用いて加工する際に該工具に生じる振動を抑制する振動抑制部を備えた工具保持体であって、この工具保持体の周部には該工具保持体の軸方向に延設される補強部が放射方向に複数設けられ、この補強部同士の間には振動減衰材が収納される収納凹部が設けられ、この収納凹部には前記振動減衰材が収納され、この振動減衰材と前記補強部とで前記振動抑制部が構成されている工具保持体が開示されている。

特許文献５には、円盤状の本体に切れ刃を取り付けた回転切削工具において、前記円盤状の本体の端面側に、粘弾性体を介してリング状の錘を設け、工具本体の回転軸方向に前記錘が前記本体と相対的に移動可能に構成した回転切削工具が開示されている。
特許文献６には、切削時のびびり振動を抑制するための減衰用部材であって、剛性体と
粘弾性体とから構成され、前記剛性体の一方の先端部近傍に前記粘弾性体を備え、他方の先端部が切削工具のシャンクを把持する部分に保持可能な形状を有し、前記粘弾性体を介して前記剛性体を前記シャンクに当接させることで切削時のびびり振動を抑制する切削工具の減衰用部材が開示されている。

特開２００２−２３３９１１号公報 特開平７−２８５００２号公報 特開２００２−２１０６０２号公報 特開２０１１−１１５９２９号公報 特開２０１２−１９６７２９号公報 特開２００９−５０９８３号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献６に示すようなアーバ部（長尺の工具ホルダ）の防振技術を用いても、以下に述べるような難点が存在する。
すなわち、特許文献１及び特許文献２は、アーバ部を高剛性化して、切削加工時に発生する「びびり振動」（振動）を抑制しているが、アーバ部を高剛性化するには、高価な高剛性材料を採用することが必要となったり、その高剛性材料をアーバ部に加工する際の加工コストが嵩んだりといった工具加工費の増大が懸念される。

一方、特許文献３〜特許文献６は、アーバ部を高減衰能化して、切削加工時に発生する「びびり振動」を抑制しているが、アーバ部を高減衰能化するには、特殊な機構を有する防振機構をアーバ部に配備したり、特殊な機構を有する防振機構を回転切削工具に配備しなければならず工具加工費の増大が懸念される。
本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、切削加工時に発生するびびり振動を入れ子機構で抑制する防振手段が設けられた工具ホルダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の防振手段が設けられた工具ホルダは、長尺のアーバ部と、前記アーバ部の先端側に設けられると共に工具が装着される工具取付具と、前記アーバ部の基端側に工作機械の回転駆動軸に取り付けるためのシャンク部とを有し、前記工具を用いて切削加工時に生じるびびり振動を抑制する防振手段が前記アーバ部に設けられた工具ホルダにおいて、前記アーバ部の内部には、当該アーバ部の先端側において外部へ開放状に形成され、且つ前記アーバ部の軸心方向に沿って中空とされた長尺の孔部が形成されており、前記孔部には、当該孔部の内径と略同径とされた外径を有する長尺状の中芯体が挿入されていて、前記防振手段は、前記中芯体が前記孔部に嵌り込んで構成される「入れ子機構」からなることを特徴とする。

好ましくは、前記中芯体は、中央部に貫通孔を有し且つ積層された複数のリング部材と、前記リング部材の内径と略同径とされた外径を有すると共に、積層されたリング部材の貫通孔を貫通するように挿入される長尺棒状の軸部材と、前記軸部材の両端部から積層された複数のリング部材を挟み込むように締め付ける締結具と、で構成されているとよい。
好ましくは、前記孔部の内径Ｄと前記リング部材の外径ｄとの差Δｄが、−２０μｍ≦Δｄ≦１０μｍの範囲とされ、前記積層されたリング部材の軸心方向長さｌと前記アーバ部の長さＬ_１との比率は、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲とされ、前記リング部材の外径ｄと前記アーバ部の外径Ｄ_１との比率は、ｄ：Ｄ_１＝１：２とされているとよい。

好ましくは、前記リング部材の貫通孔の内径ｄ’と前記軸部材の外径ｄ_１との差Δｄ’が、−２０μｍ≦Δｄ’≦１０μｍの範囲とされ、前記リング部材の貫通孔の内径ｄ’と前記リング部材の外径ｄとの比率が、ｄ’：ｄ＝１：２とされているとよい。
好ましくは、前記積層されたリング部材において、リング部材全体の外壁面と孔部の内壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ａと、リング部材の貫通孔の内壁面と軸部材の外壁
面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ｂと、隣り合う２つのリング部材が面接触する部分の接触面積の合計値Ｓ_Ｃとを合計した面積合計値Ｓ_Ｔが、２００００ｍｍ^２≦Ｓ_Ｔとされているとよい。

好ましくは、前記締結具において、前記棒部材の両端部から前記積層されたリング部材を挟み込むように締め込む際に、前記締結具の締結トルクＴが、０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）＜Ｔ≦０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）の範囲とされているとよい。
好ましくは、前記中芯体は、中央部に軸心方向に沿った貫通孔を有する長尺の円筒体と、前記円筒体の内径と略同径とされた外径を有すると共に、当該円筒体の貫通孔に挿入される長尺棒状の軸部材と、で構成されているとよい。

好ましくは、前記孔部の内径Ｄと前記円筒体の外径ｄとの差Δｄが、−２０μｍ≦Δｄ≦１０μｍの範囲とされ、前記円筒体の軸心方向長さｌと前記アーバ部の長さＬ_１との比率は、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲とされ、前記円筒体の外径ｄと前記アーバ部の外径Ｄ_１との比率は、ｄ：Ｄ_１＝１：２とされているとよい。
好ましくは、前記円筒体において、円筒体全体の外壁面と孔部の内壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ａと、円筒体の貫通孔の内壁面と軸部材の外壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ｂとを合計した面積合計値Ｓ_Ｔが、２００００ｍｍ^２≦Ｓ_Ｔとされているとよい。

好ましくは、前記締結具において、前記棒部材の両端部から前記円筒体を挟み込むように締め込む際に、前記締結具の締結トルクＴが、０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）＜Ｔ≦０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）の範囲とされているとよい。

本発明の防振手段が設けられた工具ホルダによれば、切削加工時に発生するびびり振動を確実に抑制することができる。

（ａ）は本発明に係る防振手段が設けられた工具ホルダの第１実施形態を模式的に示した図であり、（ｂ）は防振手段を拡大して示した図であり、（ｃ）はアーバ部と防振手段との関係を拡大して示した図である。 （ａ）は本発明に係る防振手段が設けられた工具ホルダの第２実施形態を模式的に示した図であり、（ｂ）は第２実施形態の防振手段を拡大して示した図であり、（ｃ）はアーバ部と防振手段との関係を拡大して示した図である。

以下、本発明の防振手段７が設けられた工具ホルダ１について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の防振手段７が設けられている工具ホルダ１を模式的に示した側面図である。
工具ホルダ１は、被加工材に対してボーリング加工、中ぐり加工やフライス加工など切削加工を行う際に用いられるものである。この工具ホルダ１は、工作機械の回転駆動軸（スピンドル軸）に取り付けられるようになっていて、その回転駆動軸の回転駆動力を、アーバ部５の先端側に取り付けられたエンドミル、ボーリングヘッドなどの工具１５に伝達して、被加工材に対して切削加工を行うようになっている。

図１に示すように、工具ホルダ１は、長尺のアーバ部５と、そのアーバ部５の先端側に設けられると共に工具１５（例えば、回転切削工具など）が装着される工具取付具（図示せず）と、アーバ部５の基端側に設けられて工作機械の回転駆動軸（スピンドル軸）に取り付けるためのシャンク部２と、切削加工時に生じる「びびり振動」（以降、単に振動と呼ぶ）を抑制ないしは防止する防振手段７とを有している。

特に、寸法サイズが大きく且つ複雑な形状の被加工材や、深い窪みなどの切削加工が困難とされる領域を有する被加工材に対しては、非常に長い突き出し量を有するアーバ部５を備えられた工具ホルダ１が用いられる。
具体的には、工具ホルダ１は、工作機械の回転駆動軸に取り付けられるシャンク部２に長尺のアーバ部５の基端側が接合されていて、このアーバ部５がシャンク部２から軸心方
向に沿って突出するように配備されているものである。加えて、アーバ部５には、切削加工時に生じる振動を抑制する防振手段７が設けられている。また、アーバ部５の先端側には、工具１５（ボーリングヘッド等の切刃）を装着する工具取付具が設けられている。

シャンク部２は、内部が中空とされ且つ端部が先細るようなテーパ形状の円錐部材３と、その円錐部材３の底部に連接された円板部材４とからなるものであって、テーパ形状の円錐部材３が工作機械の回転駆動軸に取り付けられるようになっている。また、円板部材４には、アーバ部５の基端側が接合されている。なお、本実施形態では、テーパ形状のシャンク部２を回転駆動軸に直接取り付ける構成として説明したが、ストレート形状のシャンク部２を別体のホルダを介して回転駆動軸に取り付ける構成としてもよい。

アーバ部５は、シャンク部２の円板部材４から軸心方向に沿って突出状に設けられた長尺の円柱部材であって、鋼材や超硬合金などの硬質材料で形成されている。アーバ部５の長さＬ_１は例えば１００ｍｍ〜５００ｍｍ程度であり、アーバ部５の外径ｄ_１はシャンク部２の円板部材４の外径より小径とされ、例えばφ３０ｍｍ〜φ１００ｍｍ程度である。
アーバ部５の軸心方向の先端側には、工具取付具が設けられている。工具取付具は、荒切削用の工具１５や仕上切削用の工具１５などの仕様の異なる工具１５（切刃）をアーバ部５に取り付けるアタッチメントである。この工具取付具を、工具１５に設けられた取付部に装着し、その工具１５と工具取付具とをボルトなどの締結具（図示せず）で固定する。

このように工具１５を固定することで、回転駆動軸の回転駆動力をアーバ部５を介して工具１５に伝達することができる。なお、工具取付具は、エンドミルやドリルなどを取り付けるためのミーリングチャックであってもよい。
ところで、このように締結された工具１５を用いて、被加工材にボーリング加工やフライス加工などの切削加工を行うと、工具１５に発生する抵抗力により長尺のアーバ部５に振動が生じてしまう虞がある。特に、工具突き出し長さ／工具径（Ｌ_１／Ｄ_２）の値が大きい場合、切削加工時にアーバ部５に大きな振動が生じてしまい、工具ホルダ１の動剛性を大きく低下させてしまう。

そこで、本願発明者らは、上述した問題を解決するために鋭意研究を重ね、以下に示す防振手段７が設けられた工具ホルダ１を発明した。
本発明に係る防振手段７が設けられた工具ホルダ１は、長尺のアーバ部５に、このアーバ部５の振動を抑制する防振手段７が設けられているものである。
[第１実施形態]
まず、本発明の防振手段７が設けられた工具ホルダ１における第１実施形態について、図に基づき説明する。

図１（ａ）に示すように、第１実施形態に係る工具ホルダ１のアーバ部５は、その内部に軸心方向に沿って中空とされた長尺の孔部６が形成されていて、孔部６は当該アーバ部５の先端側（工具１５が取り付けられる側）において外部へ開放状に形成されている。言い換えると、このアーバ部５は、有底円筒状に形成された筒部材ともいえる。アーバ部５の孔部６には、当該孔部６の内径Ｄと略同径とされた外径ｄを有する長尺状の中芯体８が挿入されている。

第１実施形態の防振手段７は、アーバ部５に形成された孔部６に長尺の中芯体８が嵌り込んで構成される「入れ子機構」からなるものである。
図１（ｂ）に示すように、中芯体８は、中央部に貫通孔１０を有し且つアーバ部５の軸心方向に沿って積層された複数のリング部材９（本実施形態では、板厚ｔのリング部材９を９個積層させている）と、リング部材９の内径ｄ’と略同径とされた外径ｄ_１を有すると共に、積層されたリング部材９の貫通孔１０を貫通するように挿入される長尺棒状の軸部材１３とから構成されている。この軸部材１３は、積層されたリング部材９の両端側から突出する長さとされており、突出した部分にはナットなどの締結具１４が螺合可能とされている。この締結具１４より、軸部材１３の両端部から積層された複数のリング部材９を挟み込むことが可能とされている。

この入れ子機構においては、切削加工時に生じた振動エネルギを、中芯体８の外壁面と
孔部６の内壁面との間に発生する摩擦エネルギに変換することで、アーバ部５に生じる振動を抑制するようになっている。加えて、積層されたリング部材９の貫通孔１０と軸部材１３との間に発生する摩擦エネルギ、各隣り合う２つのリング部材９間で発生する摩擦エネルギにより、アーバ部５に生じる振動を抑制するようになっている。

以降、図１（ｃ）に示すように、孔部６の内壁面と積層されたリング部材９の外壁面とが接触する面を接触面Ａとし、この接触面Ａの面積（接触面積）をＳ_Ａとする。積層されたリング部材９の内壁面と軸部材１３の外壁面とが接触する面を接触面Ｂとし、この接触面Ｂの面積（接触面積）をＳ_Ｂとする。各隣り合う２つのリング部材９が接触する面を接触面Ｃとし、この接触面Ｃの面積（接触面積）の中芯体８全体での合計値をＳ_Ｃとする。

まず、図１（ｂ）に示すように、第１実施形態の防振手段７である「入れ子機構」は、孔部６の内径Ｄとリング部材９（中芯体８）の外径ｄとの差Δｄが、−２０μｍ≦Δｄ≦１０μｍの範囲とされ、積層されたリング部材９の軸心方向長さｌとアーバ部５の長さＬ_１との比率は、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲とされ、リング部材９の外径ｄとアーバ部５の外径Ｄ_１との比率は、ｄ：Ｄ_１＝１：２とされている。

また、リング部材９の貫通孔１０の内径ｄ’と軸部材１３の外径ｄ_１との差Δｄ’が、−２０μｍ≦Δｄ’≦１０μｍの範囲とされ、孔部６の軸心方向深さＬは、アーバ部５の先端側から、棒部材の長さｌ_１以上（Ｌ≧ｌ_１）とされている。
詳しくは、「入れ子機構」における孔部６の内径Ｄとリング部材９の外径ｄとの差Δｄが−２０μｍ≦Δｄ≦１０μｍの範囲の略「しまりばめ」状態であり、且つ積層されたリング部材９の軸心方向長さｌとアーバ部５の長さＬ_１との比率が、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲であると、孔部６の内壁面と積層されたリング部材９（中芯体８）の外壁面とが密着するように面接触し、その接触面Ａにおいて大きな押圧力が発生する。この孔部６の内壁面と積層されたリング部材９の外壁面との間に発生する押圧力は、工具ホルダ１が回転してアーバ部５に曲げ変形が加えられる際に、孔部６の内壁面と積層されたリング部材９の外壁面との間（摺動面）に摩擦エネルギＡを生じさせる。

また、「入れ子機構」におけるリング部材９の貫通孔１０の内径ｄ’と軸部材１３の外径ｄ_１との差Δｄ’が、−２０μｍ≦Δｄ’≦１０μｍの範囲とされ、且つ積層されたリング部材９の軸心方向長さｌとアーバ部５の長さＬ_１との比率が、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲であると、積層されたリング部材９（中芯体８）の貫通孔の内壁面と軸部材１３の外壁面とが密着するように面接触し、その接触面Ｂにおいて大きな押圧力が発生する。この積層されたリング部材９の内壁面と軸部材１３の外壁面との間に発生する押圧力は、工具ホルダ１が回転して積層されたリング部材９（中芯体８）に曲げ変形が加えられる際に、積層されたリング部材９の内壁面と軸部材１３の外壁面との間（摺動面）に摩擦エネルギＢを生じさせる。

さらに、積層されたリング部材９において、軸部材１３の両端部から締結具１４で積層された複数のリング部材９を挟み込むように、所定の締結トルクＴ（詳細は後述）にて締め付けられている。つまり、積層されたリング部材９は、略一体化されたものとなっている。このように、それぞれ隣り合う２つのリング部材９は、押し付けられながら面接触することとなり、その接触面Ｃにおいて大きな押圧力が発生する。この押圧力は、工具ホルダ１が回転して積層されたリング部材９（中芯体８）に曲げ変形が加えられる際に、それぞれ隣り合うリング部材９の間の接触面（摺動面）に摩擦エネルギＣを生じさせる。

これら摩擦エネルギＡ,Ｂ,Ｃが、切削加工時に生じるアーバ部５の振動エネルギを吸収する（摩擦エネルギＡ,Ｂ,Ｃが振動エネルギを打ち消す）ようになっている。すなわち、各接触面Ａ,Ｂ,Ｃとの間に生じた摩擦が、切削加工時に生じるアーバ部５の振動を抑制ないし防止するものとなっている。
なお、寸法差Δｄが−２０μｍよりも小さい値あるいは１０μｍよりも大きい値、寸法差Δｄ’が−２０μｍよりも小さい値あるいは１０μｍよりも大きい値、積層されたリング部材９の軸心方向長さｌとアーバ部５の長さＬ_１との比率が、上記で規定した０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲外の場合は、「入れ子機構」のすべり面における摩擦（摩擦エネルギ）が生じ難く、防振手段７のダンパ（減衰）効果が小さくなるため、アーバ部５に発
生する振動を抑制ないしは防止することが困難である。

また、リング部材９の外径ｄとアーバ部５の外径Ｄ_１との比率は、ｄ：Ｄ_１＝１：２とされている理由を次に示す。
リング部材９の外径ｄとアーバ部５の外径Ｄ_１との比率が、ｄ：Ｄ_１＝１：１に近い、つまり薄肉円筒状のアーバ部５である場合、切削加工時において薄肉円筒状のアーバ部５が損傷してしまう虞がある。また、リング部材９の外径ｄがアーバ部５の外径Ｄ_１との差が大きくなる、つまりアーバ部５の外径Ｄ_１に対してリング部材９の外径ｄが非常に小さい径とされる場合、摩擦エネルギが生じ難く、切削加工時に生じるアーバ部５の振動エネルギを吸収する（摩擦エネルギが振動エネルギを打ち消す）ことができない。すなわち、切削加工時に生じるアーバ部５の振動を抑制ないし防止することが困難である。

同様な観点から、リング部材９の貫通孔の内径ｄ’とリング部材９の外径ｄとの比率が、ｄ’：ｄ＝１：２とするとよい。
なお、孔部６の軸心方向深さＬは、アーバ部５の先端側から、軸部材１３の長さｌ_１以上（Ｌ≧ｌ_１）とすることが好ましい。
以上述べたように、中芯体８と孔部６とからなる「入れ子機構」（防振手段７）の形状及び寸法を適切なものに設定することで、アーバ部５に生じる振動エネルギを摩擦エネルギに変換して、アーバ部５を減衰させて振動を抑制することが可能となる。

一方、中芯体８と孔部６とからなる「入れ子機構」の形状及び寸法を別の観点から、設定してもよい。
別の観点とは、図１（ｃ）に示すように、接触面Ａの接触面積Ｓ_Ａと、接触面Ｂの接触面積Ｓ_Ｂと、接触面Ｃの合計面積である接触面積Ｓ_Ｃとを適切に設定することである。
すなわち、防振手段７においての「入れ子機構」は、リング部材９全体の外壁面と孔部６の内壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ａと、リング部材９の貫通孔１０の内壁面と軸部材１３の外壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ｂと、積層されたリング部材９において隣り合う２つのリング部材９が面接触する部分の接触面積の合計値Ｓ_Ｃとを合計した面積合計値Ｓ_Ｔが、２００００ｍｍ^２≦Ｓ_Ｔとされている。

また、工具ホルダ１が回転してアーバ部５に曲げ変形（捻れ）が加えられる際に、孔部６の内壁面と積層されたリング部材９（中芯体８）の外壁面との間の「接触面積Ｓ_Ａ」（摺動面Ａ）にて、摩擦エネルギＡが発生する。また、積層されたリング部材９（中芯体８）の内壁面との軸部材１３の外壁面との間の「接触面積Ｓ_Ｂ」（摺動面Ｂ）にて、摩擦エネルギＢが発生する。

さらに、工具ホルダ１が回転して積層されたリング部材９に曲げ変形（撓み）が加えられる際に、積層されたリング部材９において隣り合う２つのリング部材９が面接触する部分の合計値「接触面積Ｓ_Ｃ」（摺動面Ｃ）にて、摩擦エネルギＣが発生する。
このとき、積層されたリング部材９において、軸部材１３の両端部から締結具１４で積層された複数のリング部材９を挟み込むように、０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）＜Ｔ≦０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）の範囲の締結トルクＴにて締め付けられている。締結具１４を前述の範囲の締結トルクＴで締め付けることによって、隣り合う２つのリング部材９の摺動状況が変わり、所望の摩擦エネルギＣが得られる。

なお、所定の締結トルクＴが０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）より大きい（締め付けが強い）場合、摺動面Ｃにおいて摩擦しなくなり、摩擦エネルギＣが発生し難くなる。また、所定の締結トルクＴが０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）より小さい（締め付けが弱い）場合、摺動面Ｃにおいての摩擦が少なく、所望の摩擦エネルギＣが得られない。
このように、摺動面Ａ,Ｂ,Ｃにて生じる摩擦エネルギＡ,Ｂ,Ｃが、切削加工時に生じるアーバ部５の振動エネルギを吸収する（摩擦エネルギＡ,Ｂ,Ｃが振動エネルギを打ち消す）ようになっている。すなわち、各接触面（摺動面）Ａ,Ｂ,Ｃとの間に生じた摩擦が、切削加工時に生じるアーバ部５の振動を抑制ないし防止するものとなっている。

以上述べたように、第１実施形態の「入れ子機構」における「接触面積Ｓ_Ａ」、「接触面積Ｓ_Ｂ」、「接触面積Ｓ_Ｃ」、「面積合計値Ｓ_Ｔ」、ならびに前述した「締結トルクＴ」を、適切に設定することで、振動エネルギを効果的に摩擦エネルギに変換でき、アーバ
部５の振動を「入れ子機構」からなる防振手段７にて抑制させることができる。
［実験例］
次に、第１実施形態に係る防振手段７が設けられた工具ホルダ１を用いて、被加工材にボーリング加工を実施した結果を述べる。

第１実施形態に係る防振手段７が設けられ、且つボーリング加工用の工具１５が取り付けられた工具ホルダ１と、同様の工具１５が取り付けられた比較例の工具ホルダとを用意して、被加工材にボーリング加工を実施する。
第１実施形態の防振手段７が設けられた工具ホルダ１として、工具１５の外径Ｄ_２が５３ｍｍ、工具ホルダ１の突き出し長さＬ_２が２８５ｍｍ、アーバ部５の外径Ｄ_１が５０ｍｍ、リング部材９（アルミニウム製、外径ｄ：φ２０ｍｍ、内径ｄ’：φ１０ｍｍ、板厚ｔ：１０ｍｍ、枚数：１０枚、長さｌ：１００ｍｍ）を積層させた中芯体８を孔部６に挿入した工具ホルダ１Ａを用意する。

なお、実験例では、「入れ子機構」における孔部６の内径Ｄと積層されたリング部材９の外径ｄとの差Δｄを−３μｍとする。また、所定の範囲内の締結トルクＴで締結具１４を締め付ける。
一方で、比較例の工具ホルダとして、一般的な工具ホルダ（アーバ部：大昭和精機製,型番ＨＳＫ−Ａ１００−ＣＫ５−２２８、工具（ヘッド）：大昭和精機製, 型番ＲＷ５３−７０ＣＫ５，１枚刃）、防振手段７を有さない工具ホルダＣを用意する。

そして、表１にボーリング加工の条件を示す。

ボーリング加工の実施については、まず工具ホルダ１Ａ及び工具ホルダＣの回転数を
１０００ｒｐｍ、工具送り量を０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、工具切込み量(片)を０．０２５ｍｍに設定して加工を始めて、その後工具切込み量(片)を０．０２５ｍｍ毎に増加させてゆき、アーバ部５に振動が発生するまで加工を実施した。
本願発明者らは、前述した切削試験を行った結果、第１実施形態の防振手段７が設けられた工具ホルダ１Ａは、被加工材に対してボーリング加工を行う際に、工具ホルダＣよりアーバ部５に発生する振動を効果的に抑制していることを知見した。すなわち、第１実施形態の防振手段７が設けられた工具ホルダ１Ａは、高い減衰性を有していることがわかった。

また、本願発明者らは、第１実施形態の防振手段７が設けられた工具ホルダ１Ａは、比較例の工具ホルダＣを用いている場合よりも深く切削することが可能であることも知見した。
また、積層されたリング部材９の長さｌを７０ｍｍとしたものを用いて前述した切削試験を行った際に、切込み量が０．０６ｍｍを超えると加工振動が発生した。その結果、本願発明者らは、積層されたリング部材９の長さｌによって、アーバ部５に生じる振動を効果的に抑制することができることも知見した。

そして、表２に上記の実験結果を示す。

表２に示すように、第１実施形態の防振手段７が設けられた工具ホルダ１Ａは、防振手段７を有さない工具ホルダＣより、減衰係数ｃが大きく増加していることがわかる。
このように、積層されたリング部材９（中芯体８）の長さｌとアーバ部５の長さＬ_１との比率を、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲とすることで、「入れ子機構」においてのすべり（摺動）が相対的に大きくなり、摩擦がより生じやすくなる。

以上の実験結果より、積層されたリング部材９（中芯体８）と孔部６とからなる「入れ子機構」の形状及び寸法を設定することで、防振手段７のダンパ効果が高くなり、アーバ部５が高減衰能化される。それゆえ、アーバ部５に生じる振動を抑制することが可能となる。
［第２実施形態］
次に、本発明の防振手段７が設けられた工具ホルダ１における第２実施形態について、図に基づき説明する。

図２（ａ）に示すように、第２実施形態に係る防振手段７が設けられた工具ホルダ１は、中芯体８の構成が第１実施形態と大きく異なっており、それ以外の部分は、第１実施形態の装置（図１参照）と略同じである。
すなわち、第２実施形態の防振手段７が設けられた工具ホルダ１は、長尺のアーバ部５と、そのアーバ部５の先端側に設けられると共に工具１５（例えば、回転切削工具など）が装着される工具取付具（図示せず）と、アーバ部５の基端側に工作機械の回転駆動軸（スピンドル軸）に取り付けるためのシャンク部２と、を第１実施形態と同様に有している。また、アーバ部５の内部に、その先端側において外部へ開放状、且つ軸心方向に沿って中空とされた長尺の孔部６が形成されている点も第１実施形態と略も同じである。

加えて、切削加工時に生じる「びびり振動」を抑制ないしは防止する防振手段７が設けられ、その防振手段７はアーバ部５に形成された孔部６に長尺の中芯体８が嵌り込んで構成される「入れ子機構」からなる点も第１実施形態と略も同じである。
しかしながら、第２実施形態では、アーバ部５に挿入された中芯体８の形状が異なっている。

具体的には、図２（ｂ）に示すように、第２実施形態の中芯体８は、中央部に軸心方向に沿った貫通孔１２を有する長尺で且つ単一の円筒体１１と、円筒体１１の内径ｄ’と略同径とされた外径ｄ_１を有すると共に、当該円筒体１１の貫通孔１２に挿入される長尺棒状の軸部材１３とで構成されている。この軸部材１３は、円筒体１１の両端側から突出する長さとされており、突出した部分にはナットなどの締結具１４が螺合可能とされている。この締結具１４より、軸部材１３の両端部から長尺の円筒体１１を挟み込むことが可能とされている。

この入れ子機構においても第１実施形態と同様に、切削加工時に生じた振動エネルギを、円筒体１１の外壁面と孔部６の内壁面との間に発生する摩擦エネルギに変換することで、アーバ部５に生じる振動を抑制するようになっている。加えて、円筒体１１の貫通孔１２と軸部材１３との間に発生する摩擦エネルギにより、アーバ部５に生じる振動を抑制するようになっている。

第２実施形態の工具ホルダ１においても、防振手段７が以下の寸法・形状を満たすことで、アーバ部５に生じる振動を確実に抑制できることを、本願発明者らは、数々の実験を通じて知見している。
まず、図２（ｂ）に示すように、第２実施形態の防振手段７である「入れ子機構」は、
孔部６の内径Ｄと円筒体１１の外径ｄとの差Δｄが、−２０μｍ≦Δｄ≦１０μｍの範囲とされ、円筒体１１の軸心方向長さｌとアーバ部５の長さＬ_１との比率は、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲とされ、円筒体１１の外径ｄとアーバ部５の外径Ｄ_１との比率は、ｄ：Ｄ_１＝１：２とされている。

また、円筒体１１の貫通孔１２の内径ｄ’と軸部材１３の外径ｄ_１との差Δｄ’が、−２０μｍ≦Δｄ’≦１０μｍの範囲とされ、孔部６の軸心方向深さＬは、アーバ部５の先端側から、軸部材１３の長さｌ_１以上（Ｌ≧ｌ_１）とされている。
さらに、図２（ｃ）に示すように、第２実施形態の防振手段７における「入れ子機構」は、円筒体１１全体の外壁面と孔部６の内壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ａと、円筒体１１の貫通孔１２の内壁面と軸部材１３の外壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ｂとを合計した面積合計値Ｓ_Ｔが、２００００ｍｍ^２≦Ｓ_Ｔとされている。

詳しくは、接触面積Ｓ_Ａの所定の範囲は、円筒体１１の外径ｄ（孔部６の内径Ｄ）と円筒体１１の軸心方向長さｌとによって設定され、接触面積Ｓ_Ｂの所定の範囲は、円筒体１１の貫通孔１２の内径ｄ’（軸部材１３の外径ｄ_１）と円筒体１１の軸心方向長さｌとによって設定される。
また、工具ホルダ１が回転してアーバ部５に曲げ変形（捻れ）が加えられる際に、円筒体１１（中芯体８）の外壁面と孔部６の内壁面との間の「接触面積Ｓ_Ａ」（摺動面Ａ）にて、摩擦エネルギＡが発生する。また、円筒体１１（中芯体８）の内壁面との軸部材１３の外壁面との間の「接触面積Ｓ_Ｂ」（摺動面Ｂ）にて、摩擦エネルギＢが発生する。

このとき、円筒体１１において、軸部材１３の両端部から締結具１４で円筒体１１を挟み込むように、０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）＜Ｔ≦０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）の範囲の締結トルクＴにて締め付けられている。締結具１４を前述の範囲の締結トルクＴで締め付けることによって、円筒体１１の摺動状況が変わり、所望の摩擦エネルギＡ,Ｂが得られる。

なお、所定の締結トルクＴが０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）より大きい（締め付けが強い）場合、摺動面Ａ,Ｂにおいて摩擦しなくなり、摩擦エネルギＡ,Ｂが発生し難くなる。また、所定の締結トルクＴが０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）より小さい（締め付けが弱い）場合、摺動面Ａ,Ｂにおいての摩擦が少なく、所望の摩擦エネルギＡ,Ｂが得られない。

このように、摺動面Ａ,Ｂにて生じる摩擦エネルギＡ,Ｂが、切削加工時に生じるアーバ部５の振動エネルギを吸収する（摩擦エネルギＡ,Ｂが振動エネルギを打ち消す）ようになっている。すなわち、各接触面（摺動面）Ａ,Ｂとの間に生じた摩擦が、切削加工時に生じるアーバ部５の振動を抑制ないし防止するものとなっている。
以上述べたように、第２実施形態の「入れ子機構」における「接触面積Ｓ_Ａ」、「接触面積Ｓ_Ｂ」、「面積合計値Ｓ_Ｔ」、ならびに前述した「締結トルクＴ」を、適切に設定することで、振動エネルギを効果的に摩擦エネルギに変換でき、アーバ部５の振動を「入れ子機構」からなる防振手段７にて抑制させることができる。

上記した本発明の防振手段７が設けられた工具ホルダ１によれば、切削加工時に発生するアーバ部５の振動エネルギを「入れ子機構」で摩擦エネルギに変換してアーバ部５を高減衰能化することで、切削加工時に発生するアーバ部５の振動（びびり振動）を抑制ないしは防止することができると共に、低コストで製造することが可能である。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。

例えば、本実施形態では、アーバ部５に関して、孔部６が有底円筒状（非貫通）に形成されたものと説明したが、挿入される中芯体８が孔部６にて固定できるものであれば、貫通された孔部６であってもよい。
また、第１実施形態の中芯体８を、板厚ｔのリング部材９を９個積層させたものとして説明したが、中芯体８の長さｌの範囲（接触面積Ａの範囲）であれば、積層させるリング部材９の個数は問わない。

また、本実施形態では、工具ホルダ１について、仕様の異なる工具１５を着脱自在に取
り付けることのできる工具取付具を有するもの（工具交換タイプ）として説明したが、各仕様の工具１５ごとに用意されたもの（工具固定タイプ）であってもよい。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 工具ホルダ
２ シャンク部
３ 円錐部材
４ 円板部材
５ アーバ部
６ 孔部
７ 防振手段
８ 中芯体
９ リング部材
１０ 貫通孔
１１ 円筒体
１２ 貫通孔
１３ 軸部材
１４ 締結具
１５ 工具（回転切削工具）

Claims (10)

1. 長尺のアーバ部と、前記アーバ部の先端側に設けられると共に工具が装着される工具取付具と、前記アーバ部の基端側に工作機械の回転駆動軸に取り付けるためのシャンク部とを有し、前記工具を用いて切削加工時に生じるびびり振動を抑制する防振手段が前記アーバ部に設けられた工具ホルダにおいて、
   前記アーバ部の内部には、当該アーバ部の先端側において外部へ開放状に形成され、且つ前記アーバ部の軸心方向に沿って中空とされた長尺の孔部が形成されており、
   前記孔部には、当該孔部の内径と略同径とされた外径を有する長尺状の中芯体が挿入されていて、
   前記防振手段は、前記中芯体が前記孔部に嵌り込んで構成される「入れ子機構」からなる
   ことを特徴とする防振手段が設けられた工具ホルダ。
2. 前記中芯体は、中央部に貫通孔を有し且つ積層された複数のリング部材と、
   前記リング部材の内径と略同径とされた外径を有すると共に、積層されたリング部材の貫通孔を貫通するように挿入される長尺棒状の軸部材と、
   前記軸部材の両端部から積層された複数のリング部材を挟み込むように締め付ける締結具と、
   で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。
3. 前記孔部の内径Ｄと前記リング部材の外径ｄとの差Δｄが、−２０μｍ≦Δｄ≦１０μｍの範囲とされ、
   前記積層されたリング部材の軸心方向長さｌと前記アーバ部の長さＬ_１との比率は、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲とされ、
   前記リング部材の外径ｄと前記アーバ部の外径Ｄ_１との比率は、ｄ：Ｄ_１＝１：２とされている
   ことを特徴とする請求項２に記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。
4. 前記リング部材の貫通孔の内径ｄ’と前記軸部材の外径ｄ_１との差Δｄ’が、−２０μｍ≦Δｄ’≦１０μｍの範囲とされ、
   前記リング部材の貫通孔の内径ｄ’と前記リング部材の外径ｄとの比率が、ｄ’：ｄ＝１：２とされている
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。
5. 前記積層されたリング部材において、リング部材全体の外壁面と孔部の内壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ａと、リング部材の貫通孔の内壁面と軸部材の外壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ｂと、隣り合う２つのリング部材が面接触する部分の接触面積の合計値Ｓ_Ｃとを合計した面積合計値Ｓ_Ｔが、２００００ｍｍ^２≦Ｓ_Ｔとされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。
6. 前記締結具において、前記棒部材の両端部から前記積層されたリング部材を挟み込むように締め込む際に、前記締結具の締結トルクＴが、０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）＜Ｔ≦０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）の範囲とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。
7. 前記中芯体は、中央部に軸心方向に沿った貫通孔を有する長尺の円筒体と、前記円筒体の内径と略同径とされた外径を有すると共に、当該円筒体の貫通孔に挿入される長尺棒状の軸部材と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の防振手段が設けられた
   工具ホルダ。
8. 前記孔部の内径Ｄと前記円筒体の外径ｄとの差Δｄが、−２０μｍ≦Δｄ≦１０μｍの範囲とされ、前記円筒体の軸心方向長さｌと前記アーバ部の長さＬ_１との比率は、０．３≦ｌ／Ｌ_１≦０．７の範囲とされ、前記円筒体の外径ｄと前記アーバ部の外径Ｄ_１との比率は、ｄ：Ｄ_１＝１：２とされていることを特徴とする請求項７に記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。
9. 前記円筒体において、円筒体全体の外壁面と孔部の内壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ａと、円筒体の貫通孔の内壁面と軸部材の外壁面とが面接触する部分の接触面積Ｓ_Ｂとを合計した面積合計値Ｓ_Ｔが、２００００ｍｍ^２≦Ｓ_Ｔとされていることを特徴とする請求項７又は８に記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。
10. 前記締結具において、前記棒部材の両端部から前記円筒体を挟み込むように締め込む際に、前記締結具の締結トルクＴが、０．００５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）＜Ｔ≦０．０１５ｄ_１ ^３．０７（Ｎ・ｍ）の範囲とされていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の防振手段が設けられた工具ホルダ。