JP2021041498A - 切削用工具 - Google Patents

Abstract

【課題】びびり振動を低減して、高Ｌ／Ｄ域でも高精度な加工を可能とする切削用工具を提供する。【解決手段】本発明は、固定されたワークに対して回転するシャンク（１）を有する切削用工具である。シャンクは、一端側にワークを切削する刃具を保持し得るホルダ部（１１）と、他端側に工作機械に把持され得る把持部（１２）と、ホルダ部と把持部の間にある軸部（１０）と、軸部に内包空間を形成する中空部（１０１）と、軸部内に軸部と供回りすると共に内包空間（ｋ）に充填された流動物（ｐ）を一端側へ送る翼部（１０２）とを有する。シャンクが回転すると、翼部は流動物を刃具側（一端側）へ送る。これにより加工中の流動物は、内包空間の刃具側にある壁面へ加圧された状態とされる。この流動物は高い制振性を発現する。なお、本発明の切削用工具は、例えば、粉末積層法により製造される。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、制振性に優れる切削用工具等に関する。

切削加工は、加工対象であるワーク（工作物）と刃具を備えた工具とを相対的に移動させてなされる。切削加工には、主に、ワークを固定して工具を回転させる転削と、工具を固定してワークを回転させる旋削があるが、最近の工作機械は転削を行うものが多い。

ところで、切削加工の品質（加工面の精度や表面粗さ等）と生産性を確保するため、工具の自励振動や強制振動により発生するびびり振動を抑止する必要がある。そこで、びびり振動を抑制できる制振性に優れた切削用工具（特にシャンク、ホルダー等）の制振性を高める提案が種々なされており、下記の特許文献に関連する記載がある。

特開２００５−７４５５８号公報 特開２００６−１０２８３７号公報 特開２０１２−５７７７５２号公報 特開２０１７−４２８６３号公報

特許文献１は、工具ホルダ（コレットチャック）のテーパ外周面に沿って設けた空間に流動体（液体または微細な固体）を封入して、切削加工中に発生する振動を防止している。もっとも、流動体は、自励びびり振動の主因である曲げ一次固有モードの節にあたる部分（把持部）に封入されている。このため、特許文献１の工具ホルダでは、自励びびり振動を十分に抑制できない。

特許文献２は、工具の本体部に設けたポケット（中空部）に、その本体部と同軸まわりに回転可能なブロック状の制振ピースを内蔵させて、切削工具の防振を図っている。制振ピースは、本体部の振動時、位相遅れでポケットの壁に衝突して、切削時のねじり力に起因する本体部のびびり振動（ねじり振動）を減衰させる。しかし、エンドミルなどの工具を回転させる転削に適用する場合、本体部と分離した制振ピースを、高精度（同軸度等）を確保しつつ、本体部に内蔵させることは容易ではない。

特許文献３は、工具ホルダの中空部に分割した錘部材を収納し、錘部材同士の摺動摩擦により工具ホルダの振動を減衰させている。このような錘部材は高精度が要求され、工具の製造コストを大幅に増加させ得る。

特許文献４は、棒部材と粉体を中空部に収容した切削工具用ホルダを提案している。棒部材は、粉体中に浮いた状態となっており、ホルダから独立して姿勢変動する。このような棒部材は、回転時に振動の要因となるアンバランスを生じさせる。特に、多軸加工を行うマシニングセンタのように、工具回転軸が鉛直から水平方向まで変化する場合、そのようなホルダはアンバランスに起因した振動を発生させ易い。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる新たな構造を有する制振性に優れた切削用工具等を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、転削に用いられる切削用工具の中空軸部内に、流動物を刃具側（一端側）へ送る翼部を設けることを着想した。これを具現化すると共にその効果を確認した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《切削用工具１》
（１）本発明は、固定されたワークに対して回転するシャンクからなる切削用工具であって、該シャンクは、一端側に該ワークを切削する刃具を保持し得るホルダ部と、他端側に工作機械に把持され得る把持部と、該ホルダ部と該把持部の間にある軸部と、該軸部に内包空間を形成する中空部と、該軸部内に該軸部と供回りすると共に該内包空間に充填された流動物を該一端側へ送る翼部と、を有する切削用工具である。

（２）本発明の切削用工具（単に「工具」ともいう。）は、制振性に優れ、加工時に刃具に生じるびびり振動を抑制できる。このため、本発明の工具を用いると、例えば、高いＬ／Ｄ（Ｌ：シャンクの突出長、Ｄ：その外径）の領域でも良好な切削加工（転削）が可能となる。

本発明の工具が制振性に優れる理由は、現状、次のように考えられる。先ず、シャンクが回転すると、内包空間内にある流動物は、流動物同士（例えば粉末粒子）の摩擦や流動物と内包空間を構成する壁面（単に「内壁面」という。）との摩擦により、振動エネルギーが熱エネルギーへ変換されて散逸する。また流動物は、それ自身の慣性により、シャンクに対して位相遅れで移動し、内壁面等と衝突して、シャンクの振動（振幅）を抑制する。

さらに本発明の工具は、軸部と供回りする翼部を軸部内に有する。翼部は、シャンク（軸部）が回転すると、内包空間内の流動物を刃具側（一端側）へ送る。これにより切削加工中、流動物は刃具側の内壁面に加圧された状態（さらには圧接された状態）となる。流動物が、自励びびり振動の主因である曲げ一次固有モードの腹側付近へ強制的に移動することにより、上述した振動低減が高まる。

また、流動物は、シャンクの回転中、刃具側に加圧されて形態変動が抑制された状態となる。このため、切削加工中にシャンクの回転軸が傾いても、その回転軸と流動物を含む工具の重心との間の偏心量が抑制され、振動要因となる回転アンバランスも生じ難くなる。

ちなみに、流動物が内壁面に圧接状態にあると、内壁面の最表面において流動物の移動（摺動）が少なくなり、流動物による内壁面の摩耗も抑制され得る。

《切削用工具２》
（１）本発明は、さらに、翼部を備えない切削用工具としても把握できる。すなわち、固定されたワークに対して回転するシャンクからなる切削用工具であって、該シャンクは、一端側に該ワークを切削する刃具を保持し得るホルダ部と、他端側に工作機械に把持され得る把持部と、該ホルダ部と該把持部の間にある軸部と、該軸部に内包空間を形成する中空部とを有し、該内包空間には流動物のみが充填されている切削用工具でもよい。

（２）上述したように、内包空間に流動物が充填されているだけでも、振動エネルギーが低減され、工具の制振性が確保される。また、本発明の場合、内包空間には流動物のみが充填されているだけであり、塊状の制振ピース等は中空部にない。このため、切削加工中（シャンクの回転中）、流動物を含む工具の重心と回転軸との偏心量は抑制される。その結果、本発明の場合、シャンクの回転軸が傾いても、大きな回転アンバランスが発生せず、それに起因する振動も生じ難くい。

《切削用工具の製造方法》
本発明は、切削用工具の製造方法としても把握できる。上述した切削用工具は、例えば、粉末積層法により製造される。

粉末積層法によれば、所望の大きさや形状を有する内包空間や翼部を、高自由度、高精度で形成できる。また、粉末積層法によれば、内包空間に残存させた粉末を流動物として利用できる。つまり、流動物の内包空間への充填または封入を省略できる。

《その他》
（１）本発明でいう切削用工具は、少なくとも上述したシャンクを備えればよい。本発明の切削用工具は、例えば、シャンク単体（シャンクのみ）でもよいし、シャンクと刃具を有するものでもよいし、それら以外の要素を備えてもよい。なお、刃具（切刃）は、シャンクと着脱可能でも、シャンクに固定（着脱不可）でもよい。

（２）本明細書では、特に断らない限り、刃具側（ホルダ部側）を一端側といい、工作機械側（把持部側）を他端側という。

（３）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。また、特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙｍｍ」は、ｘｍｍ〜ｙｍｍを意味する。他の単位系についても同様である。

工具の一形態例（試料１）を示す縦断面図と横断面図である。 その螺旋体（翼部）だけを抽出して示した正面図である。 翼部の別な形態例だけを示した斜視図である。 工具の変形例（工具の回転方向と翼部の螺旋方向）を示す斜視図である。 工具の別な形態例（試料２）を示す縦断面図と横断面図である。 切削加工試験に供した各工具（試料１、２、Ｃ１）をまとめて示した縦断面図と横断面図である。 その切削加工試験の様子を示す写真である。 試料１の工具に係る切込み量と加工面の表面粗さ（面粗度）の関係を示すグラフである。 試料２の工具に係る切込み量と面粗度の関係を示すグラフである。 試料Ｃ１の工具に係る切込み量と面粗度の関係を示すグラフである。

本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の切削用工具としてのみならず、その製造方法にも適宜該当する。方法的な構成要素であっても、物に関する構成要素ともなり得る。

《流動物》
流動物は、固体、液体、それらの混合物（固液混在物）のいずれでもよい。固体または液体は、一種のみでもよいし、組成（成分）、形態（構造）等が異なる複数種が混在していてもよい。

流動物は、少なくとも粉末を含むとよい。流動物は、粉末に、加工油（切削液、冷却液等）、潤滑油（シリコーンオイル等）などの液体が混在していてもよい。なお、加工油は、中空部内（内包空間）に留まらず、シャンクに設けた油路を通じて刃具へ供給されてもよい。

以下、代表例として、流動物が粉末である場合について説明する。内包空間に充填された粉末は、前述したように、内包空間を構成する壁面（中空部の構成面と翼部表面）と接触・衝突したり、粉末の粒子同士が接触・衝突したりして、振動エネルギーが熱エネルギーに変換される。こうしてびびり振動の共振ピーク等が低減される。

内包空間における粉末の充填率は、例えば、２０％〜９０％さらには３０％〜８０％であるとよい。粉末積層法を用いると、原料粉末の粒度にも依るが、充填率は概ね４０％〜７０％程度となる。粉末の充填率は、内包空間への粉末の導入または除去により、適宜、調整され得る。なお、充填率は次のようにして算出される。
充填率（％）＝（Ｖｐ／Ｖ）×１００
Ｖ ：内包空間の総容積、 Ｖｐ：充填された粉末の総体積

粉末の粒度は適宜選択される。粉末積層法を採用する場合なら、造形性、粉末の入手性、取扱性または品質等を考慮して、粉末の粒度は、例えば、５〜３００μｍ、１０〜１５０μｍ、１５〜１００μｍ、２０〜６３μｍさらには２５〜４５μｍとするとよい。

本明細書でいう粉末の粒度は、特に断らない限り、所定のメッシュサイズの篩いを用いて分級する篩い分け法で規定する。例えば、粒度「ｘ〜ｙ」は、篩目開きがｘ（μｍ）の篩いを通過せず、篩目開きがｙ（μｍ）の篩いを通過する大きさの粒子からなることを意味する。なお、粒度「ｙ未満」または「−ｙ」は、篩目開きがｙ（μｍ）の篩いを通過する大きさの粒子からなることを意味する。

粉末は、金属粉末の他、セラミックス粉末等でもよい。金属粉末は、各種の鋼材（工具鋼、型鋼、ステンレス鋼等）、超硬合金、鋼材よりも高比重な重合金（比重が１０以上）、鋼材よりも低比重な軽合金（比重が５以下）等からなる。粉末は、一種のみでもよいし、部位により種類が異なってもよい。また、粉末積層法による場合、中空部に内包させる粉末（適宜「内包粉末」ともいう。）は、シャンクを構成する原料粉末と同じでも、異なってもよい。内包粉末が原料粉末よりも高比重であると、制振性のさらなる向上が期待される。さらに、切削用工具の使用環境等を考慮して、非磁性材からなる粉末を用いてもよい。各粉末は、例えば、アトマイズ粉として得られる。なお、粉末に接触する内壁面は、表面改質やコーティング等により、耐摩耗性が高められてもよい。

《内包空間》
内包空間は、軸部内に形成された空間である。内包空間は、密閉された閉空間でも、外部へ連通した開空間でもよい。内包空間は、一つだけでもよいし、二つ以上あってもよい。内包空間は、少なくとも、ホルダ部付近（刃具側／一端側）に形成されているとよい。軸方向に長い内包空間なら、ホルダ部付近まで延在しているとよい。内包空間が複数あるとき、その少なくとも一つが、ホルダ部付近にあるとよい。これにより、びびり振動の振幅が大きくなる腹側の振幅が低減され、刃具側のびびり振動が抑制され易くなる。なお、内包空間が複数あるとき（例えば、複数の内包空間が軸方向に配列されているとき）、各内包空間の形態（形状、大きさ等）は、同じでも異なっていてもよい。

内包空間は、他端側よりも一端側で径方向へ拡張しているとよい。これにより、制振性の確保と共に、大きな応力が作用するシャンクの把持部側の静剛性や強度も確保し易くなる。

回転する軸部内に形成される内包空間の概形は円断面からなるとよい。例えば、内包空間は、端部を除いて、一端側から他端側にかけて直径が減少する円断面が積層されてなる滴形（ティアドロップ形）であるとよい。

上述した「流動物」と「内包空間」に関する内容は、特に断らない限り、翼部のない工具にも、翼部のある工具にも該当し得る。なお、翼部がない工具の場合、通常、中空部を構成する壁面が、内包空間を構成する壁面となる。翼部がある工具の場合、通常、内包空間を構成する壁面（外周面）の包絡面により、中空部を構成する領域（最大仮想域）が区画される。

《翼部》
翼部は、軸部内（または中空部）に配設され、軸部と供回りすることにより、内包空間に充填された流動物を一端側へ送る（加圧する）。なお、翼部があるとき、内包空間は、中空部と翼部の各表面（「壁面」ともいう）で形成された空間となる。

翼部は、軸部と供回りすれば、軸部と一体的に形成されたものでも、軸部と別に形成されたものでも、それらが混在したものでもよい。翼部の少なくとも一部を軸部と一体的に形成すると、工具の加工や組立に要する製造コストを低減できる。

軸部と別体な翼部は、中空部へ装入された後、軸部に対する自由な移動が規制されるとよい。その規制は、翼部と中空部の構成面間の当接（圧接）によりなされてもよいし、ピンやネジ等の規制部材によりなされてもよい。また、翼部は、軸部と同期回転してもよいし、軸部に対して位相差や速度差を生じて回転してもよい。本明細書では、特に断らない限り、両方を含めて「供回り」という。

翼部は、連続的でも断続的でもよい。例えば、翼部は、その全体または一部が、連続した螺旋体（スクリュー、渦巻等）でもよいし、分断された羽根（例えば螺旋片）でもよい。いずれにしても翼部の構成面（翼面）は、工具の回転軸に対して、垂直でも水平でもなく、傾斜しているとよい。翼面の傾斜角（θ）は、回転軸に対して、内包空間内の流動物を一端側へ送れる傾斜角（θ：０°＜θ＜９０°または９０°＜θ＜１８０°）であるとよい。

なお、傾斜角は、複数の翼面間で同じでも異なってもよい。また傾斜角は、一つの翼面内で変化してもよい。翼部は、形態の異なる翼面で構成されてもよい。翼面は、平面状でも曲面状でも、それが混在してもよい。

流動物を一端側へ送るため、翼部は、例えば、一端側からみて、切削加工時の回転方向まわりに、一端側から他端側へ進む螺旋軌道に沿って形成されているとよい。具体的にいうと、一端側（ホルダ部側、刃具側）からみて、工具が加工時に右回り（時計回り）するとき、翼部は右ねじと同様な螺旋軌道に沿って形成されているとよい。逆に、一端側からみて工具が左回り（反時計回り）するとき、翼部は左ねじと同様な螺旋軌道に沿って形成されているとよい。

翼部が形成される軌道は、単数条（列）でもよいし、複数条（列）でもよい。例えば、複数条の軌道に沿って形成されている翼部は、多条ねじと同様に、１回転あたりに流動物を搬送できる距離（リード）が大きく、流動物を効率的に一端側へ送れる。例えば、翼部は、多重螺旋に沿って形成されているとよい。

翼部は、中空部に形成された凸部（ねじの山に相当）として把握してもよいし、中空部に形成された凹部（ねじの谷に相当）として把握してもよい。また翼部は、中空部の内周面側に形成された「雌ねじ」のように把握してもよいし、中空部内に装入された「雄ねじ」のように把握してもよい。なお、翼部は、軸方向に延在する管路を有してもよい。例えば、中空部の中央に、軸方向に延在する直管状（円柱状）の空間が形成されていてもよい。

《切削用工具》
切削用工具は、基本的にシャンクからなる。シャンクの先端側がホルダ部であり、シャンクの根元側が工作機械に取付けられる把持部である。ホルダ部は、シャンクと一体成形されたものでもよいし、シャンクの先端側に溶接やろう付け等により接合されたヘッドでもよい。ヘッドはシャンクと異種材からなってもよい。例えば、シャンクが超硬材からなり、ヘッドが鋼材からなってもよい。また、シャンクは粉末積層法で製造され、ヘッドは鍛造、切削等で製造されたものでもよい。なお、ホルダ部（ヘッド）には、着脱不可な刃具が直接設けられてもよいが、通常、着脱可能な刃具がねじ等により固定される。

シャンクは、ホルダ部を除いて、同一断面の棒状、断面が変化した段付状、テーパー状等のいずれでもよい。また、把持部が他部よりも拡張（拡径）していてもよい。

粉末の充填、翼部の形成等は、複数工程によりなされてもよいし、粉末積層法等により一工程（インプロセス）でなされてもよい。前者の場合、中空部の開口から、粉末の充填や翼部の装入を行った後、その開口に蓋を固定して、中空部を閉口するとよい。蓋の固定は、例えば、締結（ねじ等）や接合（溶接、ろう付け、接着、圧入（焼き嵌めを含む）等により行える。

《粉末積層法》
本発明の工具は、例えば、粉末積層法により得られる。粉末積層法は、粉末を用いた積層造形法（いわゆる三次元造形法、３Ｄプリンター法）または付加製造法（ＡＭ：Additive Manufacturing）の一種であり、粉末焼結積層造形法でも、粉末固着積層造形法でもよい。粉末焼結積層造形法によれば、各層の原料粉末に加熱源である高エネルギービームを照射して、その原料粉末を順次焼結（溶融凝固を含む。）させていくことにより、造形物が得られる。粉末固着積層造形法によれば、各層の原料粉末に、接着剤（インク）を逐次吹付けて、その原料粉末を順次結着させていくことにより、造形物が得られる。

粉末焼結積層造形法は、粉末床溶融結合法（ＰＢＦ：powder bed fusion）でも、指向性エネルギー堆積法（ＤＥＤ：directed energydeposition）でもよい。ＰＢＦは、原料粉末を薄く１層敷く毎に、所定の経路で高エネルギービーム（レーザ、電子ビーム等）を走査して、原料粉末を溶融凝固させる。この繰り返しにより、所望形状の造形物（バルク体）が得られる。ＤＥＤは、高エネルギービームの焦点付近に投射した原料粉末を溶融凝固させつつ、その溶融凝固位置を走査（移動）させ、所望形状の造形物を得る。

粉末積層法では、種々の材質（金属、樹脂、化合物等）からなる原料粉末を用いることができる。その代表例は、金属粉末（鋼粉末、超硬粉末等）である。

複数種のシャンク（切削用工具）を製作し、それらの制振性（加工面の面粗度）を評価した。このような具体例を挙げつつ、以下に本発明をさらに詳しく説明する。

《第１形態／試料１》
（１）基本形態
切削用工具の一形態例であるシャンク１を、図１Ａおよび図１Ｂ（両者を併せて単に「図１」という。）に示した。図１Ａは軸方向の縦断面と、その縦断面中に示したＡ−Ａ断面（横断面）である。図１Ｂは、後述するように、中空部１０１に一体的に形成された螺旋体１０２のみを抽出して示した正面図である。

シャンク１は、細長い略円柱状であり、軸部１０と、その先端側（一端側、図１Ａの右側）にあるホルダ部１１と、その根元側（他端側、図１Ａの左側）にある把持部１２とを有する。

ホルダ部１１は、その先端側に、刃具であるスローアウェイチップｃ（単に「チップｃ」という。）を保持するベッド１１１と、ベッド１１１にチップｃを固定するボルト（ビス）が螺合する雌ねじ１１２（ねじ部）とを有する。

把持部１２は円柱状であり、工作機械のコレットチャック（単に「チャック」という。）にクランプされる。

ホルダ部１１にチップｃを取り付けると共に把持部１２を工作機械に取り付ける。工作機械を稼働させると、シャンク１を介してチップｃが回転し、ワークが転削される。把持部１２をチャックに装着したとき、そのチャックの先端面からホルダ部１１の先端（またはチップｃの刃先）までの距離（Ｌ）が突出長となる。その距離（Ｌ）と軸部１０の外径（シャンク径：Ｄ）により、びびり振動の発生の目安とされるＬ／Ｄが規定される。

ところで、シャンク１は、軸部１０内に、略滴形の中空部１０１と螺旋体１０２を有する。中空部１０１から螺旋体１０２を除いた領域（空隙）に、略螺旋状の空間ｋ（内包空間）が形成される。空間ｋには粉末ｐが充填されている。

中空部１０１と螺旋体１０２は、軸方向に短い円錐状の最先端部と、根元側にかけて緩やかに細くなる長い円錐状の主部とからなる。つまり主部は、先端側断面が大径の円状となっており、根元側断面が小径の円状となっている。

螺旋体１０２は、螺旋体１０２１と螺旋体１０２２を有する二重螺旋状となっている。シャンク１は先端側からみて、切削加工時に左まわりに回転する。このため、螺旋体１０２も左ねじのように、左まわりに沿って先端側から根元側へリードが進行する形状となっている。

螺旋体１０２１と螺旋体１０２２は共に、先端側に凸な湾曲面が渦巻状に巻回されてなる。図１Ｂには、螺旋体１０２のみを抽出して示した。但し、実際には、螺旋体１０２１の外周面１０２１ａと螺旋体１０２２の外周面１０２２ａは、軸部１０と一体化している。螺旋体１０２１と螺旋体１０２２は、軸中心付近で、軸方向に伸びる連続した空間を形成している。なお、外周面１０２１ａと外周面１０２２ａの包絡面を、中空部１０１の仮想的な境界面と考えてもよい。ちなみに、螺旋体１０２の具体的な形態は、粉末ｐの種類（材質、粒度等）、シャンク１の使用回転数域等を考慮して、所望の制振性が得られるように設定される。

（２）変形例１
螺旋体１０２の変形例である翼部５２を図２Ａに示した。翼部５２は、螺旋体１０２１を所定間隔で分断した螺旋片（羽根）からなる螺旋群５２１と、螺旋体１０２２を所定間隔で分断した螺旋片からなる螺旋群５２２とで構成される。この場合、隣接する各螺旋片間の空隙（内包空間の一部）にも粉末ｐが充填される。

（３）変形例２
シャンク１の変形例であるシャンク６とシャンク７を図２Ｂに示した。なお、既述した部分と同様な部分には同符号を付して、それらの説明を省略した（以下同様）。

シャンク６は、軸部１０内に中空部６０１と螺旋体６０２を有する。螺旋体６０２は、一重螺旋状である。シャンク６は、シャンク１と同様に、先端側からみて、切削加工時に左まわりに回転する。このため、螺旋体６０２も左ねじのように、左まわりに沿って先端側から根元側へリードが進行する形状となっている。

シャンク７は、軸部１０内に中空部７０１と螺旋体７０２を有する。螺旋体７０２も一重螺旋状である。シャンク７は、シャンク１と回転方向が逆であり、先端側からみて、切削加工時に右まわりに回転する。このため、螺旋体７０２も右ねじのように、右まわりに沿って先端側から根元側へリードが進行する形状となっている。

《第２形態／試料２》
切削用工具の別な形態例であるシャンク２を図３に示した。図３は軸方向の縦断面と、その縦断面中に示したＢ−Ｂ断面（横断面）である。シャンク２は、シャンク１から螺旋体１０２を除いた形態である。つまり、シャンク２は、軸部１０内に滴形の中空部２０１を備え、中空部２０１には粉末ｐのみが充填されている。

《切削加工試験》
図４に示す３試料のシャンクを用意した。各試料のシャンクを用いて、図５に示す加工をそれぞれ行った。各試料について、切込み量を変化させたときの面粗度を、図６Ａ〜図６Ｃ（これらを併せて単に「図６」という。）に示した。試験条件は次の通りとした。

（１）試料
試料１と試料２は、上述したシャンク１とシャンク２に相当する。試料Ｃ１は軸部に中空部がない中実体である。各試料は、市販されているシャンク（三菱日立ツール株式会社製ARPF20S20）の形状（シャンク径：φ１９．５ｍｍ（Ｄ）×全長１６０ｍｍ）をベースに、粉末積層法（ＰＢＦ）により製造した。

ＰＢＦは、いわゆる３Ｄプリンター（SLM Solutions 社製 ＳＬＭ２８０ＨＬ）を用いて実施した。原料粉末には、市販されているＨ１３粉末（成分組成：ＪＩＳ ＳＫＤ６１相当、粒度：１０〜４５μｍ）を使用した。この場合、中空部における粉末の充填率は約６０％であった。

（２）加工
各試料のシャンク先端側（ホルダ部）に、刃具（三菱日立ツール株式会社製ZCFW200-R2.0-PTH08M）を取り付けた。その後、各シャンクをマシニングセンタ（三井精機株式会社製VERTEX550-5X）にセットした。このとき、Ｌ／Ｄ（突出長／シャンク径）＝６となるように、各シャンク根元側（把持部）をコレットチャックにクランプした。

これらを用いて、切削動力計（日本キスラー株式会社製9257A）上に設置したワーク（プリハードン鋼（NAK55）製／幅４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の端面を側面加工した。切削加工は、回転数：４６００ｒｐｍ、１刃に対する送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖのダウンカットとした。このときの切込み量は、４水準（０．２０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．３５ｍｍ）とした。

（３）測定
各加工面の表面粗さを、小型表面粗さ測定機（株式会社ミツトヨ製SJ-310（0.75mNタイプ）で測定した。測定は、ワークの端面（幅４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の中心付近を、加工時の送り方向に沿って行った。表面粗さは、ＪＩＳ規格（B 0601：2001）に沿って、測定長さ：４．８ｍｍとしたときの最大高さ（Ｒｚ／μｍ）を測定した。測定は、各試料のシャンク毎に、切込み量を変化させて行った。なお、１条件あたり、加工と表面粗さ測定をそれぞれ３回繰り返した（ｎ＝３）。

《評価》
測定結果を示した図６から次のことがわかる。なお、図６中、点状のマーカーは表面粗さ（Ｒｚ）の算出平均値（ｎ＝３）を示し、線状（Ｉ型）のマーカーは表面粗さのバラツキ範囲を示す。

先ず、図６Ｃから明らかなように、試料Ｃ１に係る中実状のシャンクを用いた場合、切込み量が０．２５ｍｍ超さらには０．３ｍｍ以上になると、びびり振動の発生により、加工面の表面粗さが顕著に劣化した。例えば、切込み量：０．２ｍｍのときの表面粗さに対して、切込み量：０．３ｍｍのときの表面粗さは約２．６倍、切込み量：０．３５ｍｍのときの表面粗さは約４．２倍となった。

一方、図６Ａ、図６Ｂから明らかなように、試料１、試料２に係るシャンクを用いた場合、切込み量が増加しても、びびり振動は殆ど発生せず、表面粗さは良好であった。具体的にいうと、それらの表面粗さは、本加工条件における理論仕上げ表面粗さ（Ｒｚ）：０．５μｍと同等レベルであった。

また、表面粗さのバラツキ幅を観ると、試料１：０．０５〜０．２１μｍ、試料２：０．２３〜０．５２μｍ、試料Ｃ１：０．２９〜０．７５μｍであった。従って、試料１や試料２のシャンクは、加工安定性にも優れることがわかった。特に、試料１のように、内包する粉末を刃具側へ圧送できる螺旋体（翼部）を有するシャンクを用いた場合、刃具のびびり振動が抑止され、所望の表面粗さを安定的に確保した切削加工が可能となることが明らかとなった。

以上から、本発明の切削用工具は高い制振性を発現し、高Ｌ／Ｄ域でも高精度（表面粗さを含む）な加工を可能にすることが確認された。

１ シャンク（切削用工具）
１０ 軸部
１１ ホルダ部
１２ 把持部
１０１ 中空部
１０２ 螺旋体（翼部）
ｋ 内包空間
ｐ 粉末

Claims (9)

1. 固定されたワークに対して回転するシャンクからなる切削用工具であって、
   該シャンクは、
   一端側に該ワークを切削する刃具を保持し得るホルダ部と、
   他端側に工作機械に把持され得る把持部と、
   該ホルダ部と該把持部の間にある軸部と、
   該軸部に内包空間を形成する中空部と、
   該軸部内に該軸部と供回りすると共に該内包空間に充填された流動物を該一端側へ送る翼部と、
   を有する切削用工具。
2. 前記翼部の少なくとも一部は、連続した螺旋体である請求項１に記載の切削用工具。
3. 前記翼部の少なくとも一部は、分断された羽根である請求項１に記載の切削用工具。
4. 前記翼部の少なくとも一部は、前記軸部と一体的に形成されている請求項１〜３いずれかに記載の切削用工具。
5. 前記翼部は、前記一端側からみて、切削加工時の回転方向まわりに該一端側から該他端側へ進む螺旋軌道に沿って形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の切削用工具。
6. 前記翼部は、複数条の軌道に沿って形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の切削用工具。
7. 固定されたワークに対して回転するシャンクからなる切削用工具であって、
   該シャンクは、
   一端側に該ワークを切削する刃具を保持し得るホルダ部と、
   他端側に工作機械に把持され得る把持部と、
   該ホルダ部と該把持部の間にある軸部と、
   該軸部に内包空間を形成する中空部とを有し、
   該内包空間には流動物のみが充填されている切削用工具。
8. 前記内包空間は、前記他端側よりも前記一端側で、径方向へ拡張している請求項１〜７のいずれかに記載の切削用工具。
9. 前記流動物は、粉末からなる請求項１〜８のいずれかに記載の切削用工具。

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