JP4265290B2 - ボーリングカッタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内燃機関のシリンダーブロックの筒穴の荒加工など、被削材に形成された下穴の穴加工に用いられるボーリングカッタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スローアウェイ式のボーリングカッタとして、例えば特許文献１に開示されているように、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に形成された複数のチップ取付座のそれぞれに、切刃を有するスローアウェイチップ（以下、チップと称する）が、その切刃を工具本体の外周側及び先端側に突出させるようにして着脱可能に装着されたものが知られている。
このようなボーリングカッタは、その工具本体が、軸線回りに回転されつつ軸線方向の先端側へ向かって送られることにより、例えばシリンダーブロックの筒穴などの被削材に予め形成された下穴を、切刃で荒切削して所定の内径に広げる穴加工を施すようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１４６７１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなボーリングカッタによる下穴の穴加工では、その穴加工中に工具本体に生じるビビリ振動によって、仕上げ面精度を低下させてしまうことが問題となるのであるが、とくに、シリンダーブロックの筒穴の荒加工のように、切刃による切削取り代が多くなる重切削である場合、この荒加工中に生じるビビリ振動が非常に激しくなり、仕上げ面精度を著しく低下させてしまうのであった。
なお、工具本体に設けられた複数の切刃を周方向で不等間隔に配置することにより、切刃にかかる切削力の周期を一定にしないようにして、ビビリ振動の抑制効果を得るようにしたボーリングカッタもあるが、上述した荒加工のような重切削の場合には、そのビビリ振動の抑制効果はほとんど得られない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、たとえ切刃による切削取り代が多くなる重切削であっても、その穴加工中に工具本体に生じるビビリ振動を効果的に抑制することができるボーリングカッタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切刃が設けられたボーリングカッタにおいて、前記工具本体を構成する材料よりも高い比重を有する材料で構成されて前記軸線方向に開口し内部を空洞とした貫通孔を有する略円筒状の重り部材が、前記軸線を中心とした内部空間に該軸線方向の中央に位置させられた状態で設けられ、該重り部材と前記内部空間との互いの端面の間に設けられる前記軸線方向両側の隙間が０．０１ｍｍ〜５．００ｍｍの範囲に設定され、前記貫通孔によってこれら隙間同士が連通するようにして収容されるとともに、この重り部材の外周面と前記内部空間の内周面との間に介在させられた弾性部材によって、前記重り部材が前記内部空間内で前記工具本体の径方向に移動可能に支持されてなり、前記切刃よりも前記軸線方向の先端側に位置するように設けられているダンパーを備えることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、穴加工中に工具本体にビビリ振動が発生すると、ダンパーの内部空間内において弾性部材で径方向に移動可能に支持された重り部材が、工具本体の振動に対して略逆位相の振動を行うことになる。この重り部材の振動は、これを支持している弾性部材に伝わって減衰され、最終的には、重り部材の振動エネルギーが漸次熱エネルギーに変換されて散逸することで、穴加工中に生じたビビリ振動が効果的に抑制される。
【０００７】
ここで、前記重り部材が前記内部空間の中央に位置させられた状態で、前記重り部材の外周面とこれに対向する前記内部空間の内周面との間に設けられる前記径方向での隙間が、０．０１ｍｍ〜３．００ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。
このような構成とすると、上記のような適切な範囲に設定された軸線方向での隙間の存在とともに、さらに径方向での隙間の存在により、ビビリ振動に対する重り部材の振動を、確実かつスムーズに生じさせることができるとともに、必要以上の隙間を形成することなく安定した重り部材の振動を促すことができる。
また、上記においては、前記ダンパーが、前記切刃よりも前記軸線方向の先端側に位置するように設けられているので、より振幅の大きな振動が生じる部分にダンパーが設けられることになるのに加え、このダンパーについての径方向での大きさが工具本体の形状によって制限されにくくなるので、ビビリ振動の抑制効果をさらに高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図１〜図２により説明する。
本実施形態によるボーリングカッタの工具本体１０は、例えば鋼などの鋼材によって、軸線Ｏ回りに回転される軸線Ｏを中心とした略多段円柱状をなすように構成されたものであり、その先端部外周が切り欠かれることによって、工具本体１０の先端面１０Ａ及び外周面１０Ｂに開口するチップポケット１１が、周方向で不等間隔に配置されるように複数形成されている。
【０００９】
各チップポケット１１…のそれぞれにおいて、その工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面１１Ａには、この壁面１１Ａから工具回転方向Ｔ後方側へ向かって一段凹むようにして、工具本体１０の先端面１０Ａ及び外周面１０Ｂに開口するチップ取付座１２が形成されており、これらチップ取付座１２…のそれぞれには、切刃１３Ａを有するチップ１３が取り付けられている。
【００１０】
チップ１３は、例えば超硬合金などの硬質材料によって、略四角形平板状をなすように構成されたものであり、その上面をすくい面として工具回転方向Ｔ前方側へ向けるように、チップ取付座１２にネジ止めされている。
このチップ１３がチップ取付座１２に装着された状態では、チップ１３の上面と側面との交差稜線部に形成された切刃１３Ａが、工具本体１０の先端面１０Ａから先端側へ、かつ、工具本体１０の外周面１０Ｂから外周側へ突出させられている。
【００１１】
このようにして工具本体１０の先端部外周に設けられた複数の切刃１３Ａ…は、周方向で不等間隔に配置されている、つまり、工具本体１０を軸線Ｏ方向の先端側から見たときに、軸線Ｏと周方向で隣接する一対の切刃１３Ａ，１３Ａのそれぞれとを結ぶ直線同士がなす狭角について、そのすべてが等しくなることはなく、不等となっているのである。
そのため、本実施形態によるボーリングカッタは、複数の切刃１３Ａ…が周方向で不等分割角をもって配置された、いわゆる不等分割カッタとされている。
【００１２】
また、工具本体１０には、切削油剤を供給するために用いられる孔部１４が軸線Ｏに沿って貫通するように形成されているとともに、この孔部１４と各チップポケット１１…の壁面とに連通して開口する複数の吐出孔１５…が形成されていて、穴加工中には、孔部１４に供給された切削油剤が、吐出孔１５…を通ってチップ１３の切刃１３Ａ付近に向けて吐出されることになる。
【００１３】
そして、本実施形態のボーリングカッタには、ケーシング２１の内部空間２５に重り部材２６が弾性部材で支持されて収容されることによって構成されたダンパー２０が、工具本体１０に設けられた切刃１３Ａよりも軸線Ｏ方向の先端側に位置させられるように、工具本体１０における軸線Ｏ方向の先端側を向く先端面１０Ａに取り付けられて設けられている。
【００１４】
ケーシング２１は、工具本体１０と同じく、例えば鋼などの鋼材によって、工具本体１０の軸線Ｏを中心とした外形略円柱状をなすように構成されているとともに、その内部に、軸線Ｏを中心とした略円柱孔状をなす内部空間２５が形成されたものであり、このケーシング２１の外径は、切刃１３Ａの外径（切刃１３Ａの軸線Ｏ回りの回転軌跡がなす外径）よりも小さくなるように設定されている。
【００１５】
このようなケーシング２１は、その軸線Ｏ方向の後端側を向く後端面２１Ｂを、工具本体１０における軸線Ｏ方向の先端側を向く先端面１０Ａに対して密着させ、かつ、後端面２１Ｂから軸線Ｏに沿って軸線Ｏ方向の後端側へ突出するように形成された凸部２２を、工具本体１０の先端面１０Ａに開口している上記の孔部１４に対して挿入させた状態で、複数のボルト１６…によってボルト止めされることによって、工具本体１０の先端面１０Ａに対して固定されて取り付けられている。
【００１６】
なお、ケーシング２１は、このケーシング２１における軸線Ｏ方向の先端側を向く先端面２１Ａと内部空間２５における軸線Ｏ方向の後端側を向く先端面２５Ａとを含む部分であるケーシングキャップ２３が、ケーシング２１における外周面２１Ｃ及び軸線Ｏ方向の後端側を向く後端面２１Ｂと内部空間２５における内周面２５Ｃ及び軸線Ｏ方向の先端側を向く後端面２５Ｂとを含む部分であるケーシング本体２４に対してボルト止めされることによって構成されており、これらケーシングキャップ２３とケーシング本体２４とによって閉塞された空間が、上記の略円柱孔状をなす内部空間２５となっている。
【００１７】
また、ケーシング２１の内部空間２５には、この内部空間２５の中央に位置させられた状態で軸線Ｏを中心とした略円筒状をなすような重り部材２６が収容されているのであるが、この重り部材２６は、工具本体１０やケーシング２１を構成する鋼材よりも高い比重を有する例えばヘビーメタルやアンビロイなどの超重合金によって構成されている。
【００１８】
ここで、重り部材２６が内部空間２５に収容された状態では、重り部材２６における外周面２６Ｃが、内部空間２５における内周面２５Ｃに対向配置させられ、重り部材２６における軸線Ｏ方向の先端側を向く先端面２６Ａが、内部空間２５における軸線Ｏ方向の後端側を向く先端面２５Ａに対向配置させられ、さらに、重り部材２６における軸線Ｏ方向の後端側を向く後端面２６Ｂが、内部空間２５における軸線Ｏ方向の先端側を向く後端面２５Ｂに対向配置させられるようになっている。
【００１９】
重り部材２６の外周面２６Ｃには、この外周面２６Ｃを軸線Ｏ回りに周回する凹溝２７が、例えば軸線Ｏ方向で略等間隔を介して複数形成されているとともに、これら凹溝２７…のそれぞれに対して、弾性部材としてのＯリング２８が外周面２６Ｃから外周側へ突出するようにそれぞれ嵌め込まれている。
複数のＯリング２８…は、重り部材２６の外周面２６Ｃ（凹溝２７…）と内部空間２５の内周面２５Ｃとの間に介在させられることにより、これら外周面２６Ｃ（凹溝２７…）と内部空間２５の内周面２５Ｃの間で圧縮状態とされている。
【００２０】
また、重り部材２６が内部空間２５の中央に位置させられた状態、つまり、重り部材２６が、内部空間２５内において、工具本体１０の径方向での位置及び軸線Ｏ方向での位置が中央となるように位置させられた状態では、重り部材２６の外周面２６Ｃとこれに対向する内部空間２５の内周面２５Ｃとの間に設けられる径方向での隙間ａが、０．０１ｍｍ〜３．００ｍｍの範囲に設定され、かつ、重り部材２６の先端面２６Ａ（後端面２６Ｂ）とこれに対向する内部空間２５の先端面２５Ａ（後端面２５Ｂ）との間に設けられる軸線Ｏ方向での隙間ｂが、０．０１ｍｍ〜５．００ｍｍの範囲に設定されている。
【００２１】
このような隙間ａ，ｂが設けられていることで、重り部材２６は、内部空間２５内において、重り部材２６の外周面２６Ｃと内部空間２５の内周面２５Ｃとの間に介在させられた弾性部材としてのＯリング２８…によって、工具本体１０の径方向に移動可能に支持されることとなる。
なお、内部空間２５の後端面２５Ｂ付近には、ケーシング２１を工具本体１０の先端面１０Ａに対してボルト止めするときに用いられるボルト１６…の頭部が位置しているため、重り部材２６とボルト１６…の頭部とが互いに干渉してしまうことがないように、重り部材２６の後端面２６Ｂの外周側部分には、軸線Ｏ方向の先端側へ一段凹んだ凹部２６Ｄが形成されている。
【００２２】
本実施形態によるボーリングカッタは、その工具本体１０が、軸線Ｏ回りに回転されつつ軸線Ｏ方向の先端側へ向かって送られることにより、例えばシリンダーブロックの筒穴などの被削材に予め形成された下穴を、切刃１３Ａ…で荒切削して所定の内径に広げる穴加工を施すようになっている。
この穴加工中に、工具本体１０にビビリ振動が発生すると、ケーシング２１の内部空間２５内においてＯリング２８…で径方向に移動可能に支持された重り部材２６が共振し、この重り部材２６が工具本体１０の振動とは略逆位相の振動を開始する。
【００２３】
そうすると、超重合金から構成される重り部材２６の振動は、この重り部材２６を支持しているＯリング２８…に伝わって減衰させられ、最終的には、このビビリ振動のエネルギーを漸次熱エネルギーに変換して散逸することで、工具本体１１のビビリ振動が効果的に抑制されることになる。
したがって、本実施形態によるボーリングカッタでは、上述したようなダンパー２０を設けたことにより、たとえ、シリンダーブロックの筒穴の荒加工のような、切刃による切削取り代が多くなる重切削である場合であっても、その穴加工中に生じるビビリ振動を効果的に抑制することができ、仕上げ面精度を良好に保つことが可能となる。このビビリ振動の抑制効果は、本実施形態によるボーリングカッタが上述したような不等分割カッタとされていることによっても高められる。
【００２４】
ここで、本実施形態では、重り部材２６が内部空間２５の中央に位置させられた状態で、重り部材２６の外周面２６Ｃと内部空間２５の内周面２５Ｃとの間に設けられる径方向での隙間ａを、０．０１ｍｍ〜３．００ｍｍの範囲（好ましくは、０．０５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲）に設定していることから、工具本体１０のビビリ振動に対応した重り部材２６の径方向での振動を確実に生じさせることができているとともに、必要以上の隙間ａを形成することなく、安定した重り部材２６の振動を促すことができている。
【００２５】
また、本実施形態では、重り部材２６が内部空間２５の中央に位置させられた状態で、重り部材２６の先端面２６Ａ（後端面２６Ｂ）と内部空間２５の先端面２５Ａ（後端面２５Ｂ）との間に設けられる軸線Ｏ方向での隙間ｂを、０．０１ｍｍ〜５．００ｍｍの範囲（好ましくは、０．１０ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲）に設定していることから、工具本体１０のビビリ振動に対応した重り部材２６の径方向での振動をスムーズに生じさせることができているとともに、上記の隙間ａの場合と同様に、必要以上の隙間ｂを形成することなく、安定した重り部材２６の振動を促すことができている。
【００２６】
さらに、本実施形態では、ダンパー２０が切刃１３Ａよりも軸線Ｏ方向の先端側に位置するように設けられているので、より振幅の大きな振動が生じやすい部分に、このダンパー２０が設けられることになるのに加えて、ダンパー２０についての径方向での大きさが工具本体１０の形状によっては制限されにくくなり、ダンパー２０の内部に支持される重り部材２６の径方向での大きさを十分に確保して、上述したビビリ振動の抑制効果をさらに高めることができる。
なお、ダンパー２０は、必ずしも、切刃１３Ａよりも軸線Ｏ方向の先端側に位置するように設けられている必要はなく、例えば、工具本体１０の内部に形成した内部空間２５を利用してダンパー２０を構成しても構わない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、穴加工中に工具本体にビビリ振動が発生した場合、ダンパーの重り部材が工具本体の振動に対して略逆位相の振動を行って、この重り部材の振動がこれを支持する弾性部材に伝わって減衰されるので、最終的には、重り部材の振動エネルギーが漸次熱エネルギーに変換されて散逸し、穴加工中に生じたビビリ振動が効果的に抑制される。
したがって、上述したようなダンパーを設けたことにより、切刃による切削取り代が多くなる重切削である場合であっても、その穴加工中に生じるビビリ振動を効果的に抑制することができ、仕上げ面精度を良好に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態によるボーリングカッタの一部破断側面図である。
【図２】 本発明の実施形態によるボーリングカッタの先端面図である。
【符号の説明】
１０ 工具本体
１３ チップ
１３Ａ 切刃
２０ ダンパー
２１ ケーシング
２５ 内部空間
２５Ａ 先端面
２５Ｂ 後端面
２５Ｃ 内周面
２６ 重り部材
２６Ａ 先端面
２６Ｂ 後端面
２６Ｃ 外周面
２７ 凹溝
２８ Ｏリング
Ｏ 軸線
Ｔ 工具回転方向

Claims (2)

1. 軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切刃が設けられたボーリングカッタにおいて、
   前記工具本体を構成する材料よりも高い比重を有する材料で構成されて前記軸線方向に開口し内部を空洞とした貫通孔を有する略円筒状の重り部材が、前記軸線を中心とした内部空間に該軸線方向の中央に位置させられた状態で設けられ、該重り部材と前記内部空間との互いの端面の間に設けられる前記軸線方向両側の隙間が０．０１ｍｍ〜５．００ｍｍの範囲に設定され、前記貫通孔によってこれら隙間同士が連通するようにして収容されるとともに、この重り部材の外周面と前記内部空間の内周面との間に介在させられた弾性部材によって、前記重り部材が前記内部空間内で前記工具本体の径方向に移動可能に支持されてなり、前記切刃よりも前記軸線方向の先端側に位置するように設けられているダンパーを備えることを特徴とするボーリングカッタ。
2. 請求項１に記載のボーリングカッタにおいて、
   前記重り部材が前記内部空間の中央に位置させられた状態で、前記重り部材の外周面とこれに対向する前記内部空間の内周面との間に設けられる前記径方向での隙間が、０．０１ｍｍ〜３．００ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とするボーリングカッタ。

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