JP2018111169A - 中ぐり工具及びハニカム部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハニカム構造体のように剥離又は変形し易い構造を有するワークであっても中ぐりを行うことが可能な中ぐり工具及びハニカム構造を有するワークの中ぐり加工によるハニカム部品の製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係る中ぐり工具は、板状で厚さ方向が工具軸方向となるように配置され、前記工具軸を中心とする回転方向の先端に被削材を削るための切れ刃を形成した少なくとも１枚のカッターと、一端に工具回転装置で保持するためのシャンクが形成され、他端に前記カッターが固定されたシャフトとを有する。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、中ぐり工具及びハニカム部品の製造方法に関する。

従来、ドリルやエンドミル等の穿孔工具を用いて設けられた下孔の内径を大きくすることによって目的とする内径を有する孔を形成する機械加工法として中ぐり加工が知られている。中ぐり加工に使用される典型的な中ぐり工具としては、シャンクに１枚のスローアウェイチップを取付けた工具が挙げられる（例えば特許文献１参照）。また、複数のチップを取付けた中ぐり工具も提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００７−３２００１４号公報 特開２０１１−８３８６１号公報

しかしながらワーク（被削材）がハニカム構造を有する場合には下孔に内面が形成されない。すなわち、ハニカムコアに下孔を加工すると、板状のハニカムコアの間に空隙が生じる。しかも、複合材で構成されるハニカムコアは、脆くて剥離し易い構造を有する。従って、下孔に内面が形成される空隙の無い剛体を加工対象とする従来の中ぐり工具を使用することができない。

このため、航空機部品等で対象となるハニカム構造を有するワークの穿孔を行う場合には、ドリル等で下孔を加工した後、プライヤ等の工具で作業者がハニカムコアをむしり取る作業を行っている。その結果、作業のやり方によっては、作業後におけるハニカム構造体の孔のサイズが公差を外れてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、ハニカム構造体のように剥離又は変形し易い構造を有するワークであっても中ぐりを行うことが可能な中ぐり工具及びハニカム構造を有するワークの中ぐり加工によるハニカム部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る中ぐり工具は、板状で厚さ方向が工具軸方向となるように配置され、前記工具軸を中心とする回転方向の先端に被削材を削るための切れ刃を形成した少なくとも１枚のカッターと、一端に工具回転装置で保持するためのシャンクが形成され、他端に前記カッターが固定されたシャフトとを有する。

また、本発明の実施形態に係るハニカム部品の製造方法は、上述した中ぐり工具を用いてハニカムコアの中ぐり加工を行うことによってハニカム部品を製造するものである。

また、本発明の実施形態に係るハニカム部品の製造方法は、２枚の板材でハニカム構造体を挟んだハニカムサンドイッチ構造を有する被削材に止まり孔として下孔を穿孔するステップと、中ぐり工具を用いて前記ハニカム構造体に形成された下孔の中ぐり加工を行うことによって前記ハニカム構造体に形成された孔の内径を広げるステップと、前記内径が広げられた後の前記ハニカム構造体に形成された前記孔にインサートを挿入して接着剤で固定するステップとを有するものである。

本発明の実施形態に係る中ぐり工具の使用状態を示す構成図。 図１に示す中ぐり工具の部分断面図。 図２に示す中ぐり工具のカッターの正面図。 図３に示すカッターの下面図。 図１に示す中ぐり工具を用いてハニカムコアの中ぐり加工を行うことによってハニカム部品を製造する流れを示すフローチャート。 図１に示す中ぐり工具を用いて図５（Ｃ）に示す空隙を形成する方法を説明する図。

本発明の実施形態に係る中ぐり工具及びハニカム部品の製造方法について添付図面を参照して説明する。

（中ぐり工具）
図１は本発明の実施形態に係る中ぐり工具の使用状態を示す構成図、図２は図１に示す中ぐり工具の部分断面図、図３は図２に示す中ぐり工具のカッターの正面図、図４は図３に示すカッターの下面図である。

中ぐり工具１は、複合材製のハニカム部品のように脆く剥離し易い加工対象や金属製のハニカム部品のように変形し易いであっても中ぐり加工を行うことが可能な工具である。中ぐり工具１は、工具回転装置２に取付けて使用される。すなわち、中ぐり工具１は、工具軸ＡＸを中心として回転させて使用される回転工具である。図１に示す例では、手持ち式の工具回転装置２に中ぐり工具１が取付けられているが、工作機械の主軸やロボットアームに取付けられた回転機構に中ぐり工具１を取付けて使用してもよい。

中ぐり工具１は、シャフト３に、少なくとも１枚の板状のカッター４、すなわち１枚又は複数枚のカッター４を取付けて構成される。シャフト３の一端は、工具回転装置２で保持するためのシャンク３Ａを形成し、他端には雌ネジ３Ｂが形成される。そして、シャフト３の雌ネジ３Ｂに締付けられる雄ネジ５と、シャフト３の端部で１枚又は複数枚の板状のカッター４を挟み込むことによって、カッター４が固定される。すなわち、カッター４は、雄ネジ５でシャフト３の他端に固定される。

雄ネジ５の頭側には、金属や樹脂等で構成されるボルト用ワッシャ６を設けることができる。図２に示す例では、雄ネジ５として頭が平坦な皿ネジが使用されている。このため、皿ネジの頭にフィットするボルト用ワッシャ６が設けられている。他方、シャフト３の端部と、最もシャフト３側に配置されるカッター４との間にも、金属や樹脂等で構成されるワッシャ７を設けることができる。

雄ネジ５の頭側にフィットする構造を有するボルト用ワッシャ６を設ければ、最も雄ネジ５の頭側に配置されるカッター４と雄ネジ５の頭との接触に起因する雄ネジ５又はカッター４の摩耗や損傷を回避することができる。加えて、ボルト用ワッシャ６とカッター４との接触面積が確保されることから、雄ネジ５の頭からシャフト３側に負荷される押付力を良好にカッター４に伝達し、カッター４をより強固にシャフト３に固定することができる。

同様に、シャフト３の端部と、カッター４との間にワッシャ７を設ければ、シャフト３の端部と、カッター４との接触に起因するシャフト３又はカッター４の摩耗や損傷を回避することができる。加えて、カッター４及びシャフト３よりも柔軟性又は展延性が高いワッシャ７によって、カッター４とワッシャ７との接触面積及びワッシャ７とシャフト３との接触面積が確保されることから、カッター４をより強固にシャフト３に固定することができる。

板状の各カッター４は、厚さ方向が工具軸ＡＸ方向となるように配置される。そのために、図３及び図４に示すように、各カッター４には、工具軸ＡＸ方向と平行な板厚ｔ方向を中心軸とする貫通孔４Ａが雄ネジ５の挿入孔として設けられる。また、各カッター４の工具軸ＡＸを中心とする回転方向Ｒの先端には、被削材を削るための直線状の切れ刃４Ｂが、長さ方向がカッター４の板厚ｔ方向となるように形成される。

カッター４の枚数は、雄ネジ５の締付長さを調節することによって所望の枚数に決定することができる。このため、全てのカッター４を板厚ｔ方向に重ねて配置した場合の工具軸ＡＸ方向における長さ、すなわち全てのカッター４の切れ刃４Ｂで形成される刃長Ｌを、中ぐり加工の対象となる孔の深さ以下となるように調節することができる。

工具軸ＡＸを中心とする回転方向Ｒにおける複数のカッター４の相対位置についても自由に調節することができる。このため、図示されるように複数のカッター４を回転方向Ｒに互いにずらして配置することができる。

そうすると、中ぐり加工を行う際に、ワークと接触する各切れ刃４Ｂの面積を、１枚のカッター４の板厚ｔに対応する面積に留めることができる。すなわち、刃長Ｌを確保しつつワークと接触する各切れ刃４Ｂの長さを制限することができる。具体例として、カッター４の板厚ｔを１ｍｍ程度とすれば、ワークと接触する切れ刃４Ｂの長さを１ｍｍ程度に留めることができる。

これにより、切削抵抗が低減され、中ぐり加工後におけるワークの加工品質を向上させることができる。特に、アルミニウム等の金属はもちろん、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ： Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ： Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）或いは紙に樹脂を含浸させたノーメックス（登録商標）等の複合材で構成されるハニカムコアのような難削材がワークであっても、高品質な中ぐり加工を行うことが可能となる。

中ぐり工具１は、下孔に挿入して孔の内径を広げる加工を行う工具である。従って、中ぐり工具１の工具径方向におけるカッター４の幅は、横断面が円形の下孔に挿入することが可能な幅でなければならない。そのためには、複数のカッター４間における回転方向Ｒの角度Ａをできるだけ小さくすることが望ましい。逆に、複数のカッター４間における回転方向Ｒの角度Ａが、切れ刃４Ｂとワークとの接触面積の低減効果が得られなくなる程小さくなると、ワークの加工品質の劣化に繋がる。

そこで、複数のカッター４を、いずれのカッター４からも９０度以下の角度Ａとなるように重ねて、それぞれ回転方向Ｒにずらして配置することによって、中ぐり工具１の工具径方向におけるカッター４の幅をできるだけ小さくしつつ、切れ刃４Ｂとワークとの接触面積の低減効果も得ることができる。例えば、シャフト３に３枚以上のカッター４を取付ける場合であれば、３枚以上のカッター４を一定の角度Ａで互い違いに回転方向Ｒにずらして配置することができる。より具体的な例として、５度から３０度程度の角度Ａで複数のカッター４を互い違いに回転方向Ｒにずらして配置することができる。

図示された例では、６枚のカッター４が互い違いに回転方向Ｒにずらしてシャフト３に取付けられている。より具体的には、中ぐり工具１の先端側から１枚目、３枚目及び５枚目のカッター４が、２枚目、４枚目及び６枚目のカッター４に対して、中ぐり工具１の回転方向Ｒにおいて切れ刃４Ｂが相対的に後方となるようにシフトさせて配置されている。

（ハニカム部品の製造方法）
以下、中ぐり工具１を用いたハニカム部品の製造方法の一例について説明する。

図５は図１に示す中ぐり工具１を用いてハニカムコアの中ぐり加工を行うことによってハニカム部品を製造する流れを示すフローチャートである。

図５（Ａ）に例示されるように２枚の板材Ｗ１でハニカム構造体Ｗ２を挟んだハニカムサンドイッチ構造を有するワークＷを対象として中ぐり工具１で中ぐり加工を行うことができる。そのために、図５（Ｂ）に示すように、中ぐり加工に先だって、ワークＷに止まり孔として直径が一定の下孔が穿孔される。すなわち、下側の板材Ｗ１は穿孔されずに、上側の板材Ｗ１とハニカム構造体Ｗ２の一部が穿孔される。下孔は、汎用のエンドミル等の所望の穿孔工具を用いて加工することができる。

次に、図５（Ｃ）に示すように、中ぐり工具１を用いてハニカム構造体Ｗ２に形成された下孔の中ぐり加工を行うことによってハニカム構造体Ｗ２に形成された孔の内径が広げられる。すなわち、上側の板材Ｗ１の内径は広げられずに、ハニカム構造体Ｗ２のみの内径を広げる中ぐり加工が行われる。これにより、図５（Ｃ）に示すように、ハニカム構造体Ｗ２の一部がえぐり取られたような空隙が形成される。

図６は、図１に示す中ぐり工具１を用いて図５（Ｃ）に示す空隙を形成する方法を説明する図である。

まず、図６（Ａ）に示すように、中ぐり工具１に取付けられた全てのカッター４をワークＷの下孔に挿入することができるように中ぐり工具１の工具径方向における位置決めが行われた後、中ぐり工具１に取付けられた全てのカッター４がワークＷの下孔に挿入される。

続いて、図６（Ｂ）に示すように、中ぐり工具１の工具軸ＡＸが下孔の中心軸上となるように中ぐり工具１を工具径方向に移動させる。すなわち、ハニカム構造体Ｗ２の下孔には内面が形成されず、板材の間に空隙が形成される構造となる。このため、中ぐり工具１の回転を止めた状態で各カッター４の切れ刃４Ｂをそれぞれ板材の間に形成される空隙に挿入することによって、中ぐり工具１の工具軸ＡＸが下孔の中心軸上となるように中ぐり工具１を工具径方向に移動させることができる。そして、中ぐり工具１を回転させた後、中ぐり工具１が下孔の内部において工具軸ＡＸ方向に送り込まれる。これにより、ハニカム構造体Ｗ２のみの内径が広がり、直径が一定でない孔がワークＷに形成される。

また、皿ネジのように頭が平坦な雄ネジ５でカッター４をシャフト３に固定すると、図６（Ｂ）に示すように、雄ネジ５の頭の平坦な面を下孔の底面に接触させながら中ぐり加工を行うことが可能となる。そうすると、シャフト３の振動やぶれを抑制させつつ、工具軸ＡＸ方向を下孔の中心軸方向に容易に向けることが可能となる。その結果、中ぐり加工後におけるワークＷの加工品質を一層向上させることができる。これは、皿ネジに限らず、頭が平坦な六角ボルトのように、頭が平坦なボルトでカッター４をシャフト３に固定した中ぐり工具１であれば同様である。

更に、雄ネジ５の頭がカッター４から中ぐり工具１の先端側に突出しないようにすれば、下孔の底までカッター４を挿入して中ぐり加工を行うことができる。その場合には、雄ネジ５が丸ネジ等の頭が平坦なボルトでなくても、中ぐり工具１の先端側におけるカッター４を下孔の底面に接触させながら中ぐり加工を行うことができる。このため、中ぐり加工後におけるワークＷの加工品質を向上させることができる。

図５（Ｃ）に示すようにハニカム構造体Ｗ２の中ぐり加工が完了すると、内径が広げられた後のハニカム構造体Ｗ２に形成された孔にインサートが挿入され、接着剤で固定される。図示された例では、雌ネジを形成したインサートが挿入されている。これにより、ハニカムサンドイッチ構造とインサートとを有するハニカム製品Ｗ３を製造することができる。

このように、ハニカムサンドイッチ構造を有するワークＷに形成された空隙の内部にインサートを固定するための接着剤の充填空間を、中ぐり工具１による中ぐり加工によって形成することができる。すなわち、中ぐり工具１のカッター４でハニカムコアを切り刻むことによって、インサートとハニカムコアとの間に接着剤を充填するための空隙を形成することができる。

（効果）
以上のような中ぐり工具１は、板状のカッター４を互いにシフトさせて重ねることによって、切れ刃４Ｂの長さをカッター４の板厚ｔに制限しつつ中ぐり加工の対象となる孔の深さに応じて刃長Ｌを調節できるようにしたものである。また、ハニカム部品の製造方法は、図示されるような構成を有する中ぐり工具１を用いた中ぐり加工によってハニカム部品を製造するようにしたものである。

このため、中ぐり工具１によれば、切削抵抗を抑制しつつ中ぐり加工を行うことができる。その結果、航空機部品等で採用される複合材製のハニカム構造体Ｗ２のように脆くて剥離し易い構造体が中ぐり加工の対象であっても、ワークＷを剥離させることなく公差内で高品質に中ぐり加工を行うことができる。また、金属製のハニカム構造体Ｗ２であれば、ワークＷを変形させることなく公差内で高品質に中ぐり加工を行うことができる。

例えば、ハニカム構造体Ｗ２に形成された下孔の内径を広げる加工を行う場合、削り取る対象は、ハニカムコアを構成する複数の板状の部分の縁となる。すなわち、下孔の中心及び直径を中心及び直径とする円周上に配置された複数の板材の縁を削り取ることが、ハニカムコアの下孔の内径を広げる加工に相当する。この場合、切れ刃４Ｂの長さがハニカムコアを構成する板材の厚さと比較して長すぎると、ハニカムコアを構成する板材が複合材であれば剥離したり、金属であれば変形する恐れがある。

そこで、ハニカムコアを構成する板材が剥離したり変形しないように切れ刃４Ｂの長さを十分に短くした中ぐり工具１を用いてハニカムコアの縁を粉々に切り刻む中ぐり加工を行うことによって、加工品質を確保することができる。特に、複合材製のハニカム構造体Ｗ２であれば、剥離等による削り過ぎを防止することができる。

実際に、図示されるように複数のカッター４を互い違いにずらしてシャフト３に固定した中ぐり工具１を用いて複合材製のハニカムコアの中ぐり加工を行った。その結果、ハニカムコアを剥離させることなく、高品質に中ぐり加工を行うことができることが確認された。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１ 中ぐり工具
２ 工具回転装置
３ シャフト
３Ａ シャンク
３Ｂ 雌ネジ
４ カッター
４Ａ 貫通孔
４Ｂ 切れ刃
５ 雄ネジ
６ ボルト用ワッシャ
７ ワッシャ
ＡＸ 工具軸
ｔ カッターの板厚
Ｌ 刃長
Ｒ 中ぐり工具の回転方向
Ａ カッター間における回転方向の角度
Ｗ ワーク
Ｗ１ 板材
Ｗ２ ハニカム構造体
Ｗ３ ハニカム製品

Claims (8)

1. 板状で厚さ方向が工具軸方向となるように配置され、前記工具軸を中心とする回転方向の先端に被削材を削るための切れ刃を形成した少なくとも１枚のカッターと、
   一端に工具回転装置で保持するためのシャンクが形成され、他端に前記カッターが固定されたシャフトと、
   を有する中ぐり工具。
2. 複数のカッターを前記回転方向にずらして配置した請求項１記載の中ぐり工具。
3. ３枚以上のカッターを一定の角度で互い違いに前記回転方向にずらして配置した請求項１又は２記載の中ぐり工具。
4. 複数のカッターを、いずれのカッターからも９０度以下の角度となるように、それぞれ前記回転方向にずらして配置した請求項１乃至３のいずれか１項に記載の中ぐり工具。
5. 前記カッターを頭が平坦なボルトで前記シャフトに固定した請求項１乃至４のいずれか１項に記載の中ぐり工具。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の中ぐり工具を用いてハニカムコアの中ぐり加工を行うことによってハニカム部品を製造するハニカム部品の製造方法。
7. ２枚の板材でハニカム構造体を挟んだハニカムサンドイッチ構造を有する被削材に止まり孔として下孔を穿孔するステップと、
   中ぐり工具を用いて前記ハニカム構造体に形成された下孔の中ぐり加工を行うことによって前記ハニカム構造体に形成された孔の内径を広げるステップと、
   前記内径が広げられた後の前記ハニカム構造体に形成された前記孔にインサートを挿入して接着剤で固定するステップと、
   を有するハニカム部品の製造方法。
8. 頭が平坦なボルトでカッターをシャフトに固定した中ぐり工具を用いて、前記ボルトの頭の平坦な面を前記下孔の底面に接触させながら前記中ぐり加工を行う請求項７記載のハニカム部品の製造方法。

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