JP7437387B2 - マスダンパデバイス、マスダンパデバイスを備える加工工具、およびマスダンパデバイスを備える加工工具ホルダ - Google Patents

Description

本開示は、一般に、機械的構造体で使用することができる、マスダンパデバイスに関する。特に、加工工具用のマスダンパデバイス、マスダンパデバイスを備える加工工具、およびマスダンパデバイスを備える加工工具ホルダが提供される。

機械的構造体は、動的荷重を受けたときに振動する傾向がある。著しい振動は、構造破壊につながることがあり、振動振幅を制御する振動減衰手段を必要とすることがある。切断工具は、例えば、通常はカンチレバー構造として実現され、それらの剛性は、オーバーハング長さ対直径の比が増加するにつれて実質的に減少する。切断工具を用いて金属工作物を機械加工する際、切断によって切断工具に周期的な力が発生し、振動が生じる。

機械切断工具などの工作機械の場合、典型的な振動数範囲は１００Ｈｚ～４０００Ｈｚである。振動を低減させることで、高品質の表面仕上げを伴う金属除去プロセスの生産性を向上させることができる。全ての振動減衰メカニズムのうち、マスダンパによる解決策が最も効果的であり、工作機械の構成要素に対して広く使用されている。

切断工具におけるマスダンパの基本的構成は、典型的にタングステン材料で作られ、ゴム材料などの一組の弾性材料によって懸架された、制振マスを備える。

特許文献１は、制振マスがゴム製のばね要素によって支持される、切断工具用のマスダンパを開示している。加えて、制振マスと制振マスの軸線方向ボアを通って延在する中央の支持体との間の隙間を埋めるのに、粘性オイルが使用される。

特許文献２は、制振装置を備える工具本体を開示している。工具本体は、管状のケーシングと、ケーシングの各端部に固定された工具本体固定部とを備える。中央の軸線方向チューブを取り囲む中央ボアを有する制振マスは、ケーシングに受け入れられ、制振マスの各端部とそれぞれの工具本体固定部との間に配置される、リング状部品によって支持される。各リング状部品は、２つの軸線方向に延在するソケット状部分を有する中間伸縮性要素を含む、２つのディスク状部材を備える。工具本体を組み立てる際、制振マスおよびリング状部品がケーシングに挿入され、工具本体固定部がケーシングの各端部にねじ込まれる。これにより、ソケット状部分が圧縮されて、制振マスとそれぞれの工具本体固定部との間にシールが形成される。

特許文献３は、弾性材料の剛性を調節する同調メカニズムを備えるマスダンパを開示している。

マス制振効率を制御するには、マスダンパの固有振動数を調節して、切断工具などの振動する物体の振動数と一致させることが重要である。このような固有振動数の調節は、通常、マスダンパの「同調」と呼ばれる。天然ゴムのＯリングなど、一般に使用される弾性材料によって制振マスが支持される、従来のマスダンパの場合、同調は、圧縮によって誘発される寸法変化を使用して、弾性要素の剛性を微調整する。ゴム製のＯリングの事前圧縮は、通常、特許文献３に記載されているような、ねじ止めメカニズムのトルクを調節することによって達成される。振動する物体の振動数が３００Ｈｚ未満の場合、剛性を小さくする必要があるが、次の支配方程式により、圧縮荷重は微々たるものである。

式中、ｆ_ｎは固有振動数、ｋは弾性要素の剛性、ｍは制振マスの質量である。

トルクレンチは通常、約±２０％の最大誤差を有するので、同調メカニズムに対する締付けトルクが１Ｎｍ未満の場合、測定および制御が面倒になる。不正確な同調は、マスダンパの制振効果を損ない、金属切断プロセスにおいて切断工具が誤作動を起こし始める。

特許文献４は、制振マスが振動数依存の剛性を有する弾性材料によって支持される、マスダンパを開示している。これにより、広い固有振動数範囲を達成するため、弾性材料の剛性を自動的に継続して調節することが可能である。したがって、１つのマスダンパが広範囲の振動数を網羅することができ、固定の事前設定を有する１つのマスダンパを多くの代替用途で使用することができる。弾性材料の剛性は振動数に伴って増加するので、かかる自己同調型のマスダンパは、通常、弾性要素の低い剛性で予め同調される。公称剛性は、通常、所望の公称剛性に対応する特定の程度まで、弾性材料を圧縮することによって設定される。同調メカニズムに対して必要なトルクは０．１Ｎｍ未満になる場合があるので、圧縮の精密な制御は困難である。

加えて、弾性材料はクリープ現象を有する傾向があり、制振マスが時間に伴って中央位置からドリフトすることがある。極限条件下では、制振マスが工具ホルダのキャビティから抜けなくなることがあり、そうするとマスダンパが最適な制振性能を失うことになる。

制振マスがその中央位置からドリフトすると、マスが工具ホルダ本体と衝突することがあり、この衝突は金属同士の接触を伴う。かかる衝突は、マスダンパの制振性能全体を損なうので、回避すべきである。

低温機械加工およびレーザー援用機械加工の発展により、工具ホルダおよびマスダンパが動作中に高温または低温に暴露される。天然ゴムなど、マスダンパの従来の弾性要素は、温度変動に敏感である。高すぎる温度または低すぎる温度は、弾性要素の剛性を完全に変化させ、同調ミスによる不具合に結び付くことになる。

現在の高圧クーラント機械加工も、マスダンパをクーラントからシールすることに関して厳格な要件がある。高圧流体に対して適切なシールを提供するため、シーラントと接触する表面積は、漏れを回避する適切な表面接触を構築するため、高い表面品質を必要とする。工具ホルダに対する従来のマスダンパは深穴を更に要する。かかる深穴機械加工は、内部領域に達するために高アスペクト比（Ｌ／Ｄ）の工具が必要であるため、困難である。気密封止（表面Ｒａ＜０．４μｍ）の表面仕上げがマスダンパに必要な場合、深穴の奥側端部内表面を切削または研磨するのは困難であり費用がかかる。高アスペクト比の工具は剛性が非常に低く、機械加工プロセス中の振動の問題が起こることになる。

切断工具ホルダおよび他の工作機械におけるマスダンパの上述した技術的課題により、本発明は、これらの技術的課題を克服することができる、マスダンパモジュールの簡単に統合できる技術を提供することを目的とする。

米国特許第５４１３３１８号明細書 欧州特許出願公開第３３００８２０号明細書 米国特許第６４４３６７３号明細書 国際公開第２０１８／０４４２１６号パンフレット

したがって、本発明の１つの目的は、改良されたマスダンパデバイスを提供することである。

別の目的は、加工工具および加工工具ホルダなど、既存の機械構成要素に容易に取り付け、またそこから容易に取り外すことができるような、マスダンパデバイスを提供することである。

更に別の目的は、弾性要素が適所でしっかり保持されるような、マスダンパデバイスを提供することである。

更に別の目的は、異なる用途で再使用するために、１つの工具または工具ホルダから別のものへと簡単に移動させることができる一体型モジュールユニットを形成するような、マスダンパデバイスを提供することである。

更なる目的は、マスダンパデバイスの組立て中に高い精度で弾性材料を正確に圧縮することができるような、マスダンパデバイスを提供することである。

別の更なる目的は、機械加工の際に熱負荷および温度変動を受けたとき、改善された耐熱性を示すような、マスダンパデバイスを提供することである。

別の更なる目的は、高圧クーラントの使用を伴う用途で使用できるような、マスダンパデバイスを提供することである。

更に別の目的は、制振マスが周囲の構成要素に接触するリスクが低減されるような、マスダンパデバイスを提供することである。

更なる目的は、改良された熱安定性を示すようなマスダンパデバイスを提供することである。

更なる目的は、低コストで容易に製造できるようなマスダンパデバイスを提供することである。

更に別の目的は、マスダンパの制振効率が向上するような、マスダンパデバイスを提供することである。

第１の態様によれば、これらおよび他の目的は、添付の請求項１によって定義されるようなマスダンパデバイスによって達成される。マスダンパデバイスは、固定式または回転式の工作機械で使用するためのものである。マスダンパデバイスは、第１および第２の長手方向端部を有する管状ハウジングを備える。少なくとも１つの制振マスは、円周方向の隙間を有して管状ハウジングに受け入れられる。更に、第１の弾性要素と、第２の弾性要素と、第１または第２の長手方向端部に配置される少なくとも１つの第１の端部閉鎖部とを備える。ハウジングおよび端部閉鎖部は、端部閉鎖部の長手方向取付け位置を規定する、協働する取付け面を有する。取付け面は、端部閉鎖部が長手方向取付け位置でハウジングに取り付けられているとき、第１および第２の弾性要素が制振マスと端部閉鎖部との間で圧縮されるように配置される。

制振マスを支持する弾性要素を備えるマスダンパデバイスにおいて、弾性要素の適正な圧縮は、いくつかの理由から非常に重要である。第一に、弾性要素の適正な圧縮は、弾性要素の十分な固定を達成するのに重要である。かかる固定は、単に、一方では弾性要素と、他方では制振マスおよび端部閉鎖部との間で作用する、摩擦によって遂行されてもよい。いくつかの用途において、制振マス、弾性要素、および／または端部閉鎖部の間に配置される断熱ディスクなど、他の中間構成要素も存在してもよい。弾性部材のしっかりした保持を達成するために単に摩擦を使用するような用途においては、弾性部材の比較的強い圧縮が必要である。弾性部材が接着によって固定される他の用途では、要素のより弱い圧縮で十分なことがある。両方の例において、圧縮がしっかりした固定を達成するのに十分な強さであることが重要である。しかしながら、過度な圧縮は弾性要素を変形させ、これによって制振特性に悪影響を及ぼすことがあるので、圧縮が強すぎないことも重要である。

加えて、弾性要素に適正な幾何学形状および寸法を与えるのに、弾性要素の適正な圧縮が使用されてもよい。振動減衰特性を有するいくつかの弾性材料において、弾性要素の形状および寸法は、適正な制振を達成するのに重要であることが証明されている。マスダンパデバイスで使用する弾性材料が所望の寸法および形状で入手可能でない場合、弾性要素の適正な圧縮を使用して、要素に所望の形状および寸法を与えてもよい。

本開示のマスダンパデバイスにより、弾性要素の圧縮率は、ハウジングおよび少なくとも１つの端部閉鎖部に配置される取付け面の位置によって規定される。これにより、ハウジングおよび端部閉鎖部を機械加工する際の圧縮率が決定される。かかる機械加工は、非常に高い精度および確度で実施することができるので、マスダンパデバイスを組み立てるときに、許容差が対応して小さい圧縮率が自動的に達成されることになる。したがって、十分に定義された精密な圧縮率は、組立て時に実施されるいずれの手動の同調または他の動作とも完全に独立して達成される。

加えて、弾性要素には好ましくは、特定の公称固有振動数が与えられるべきである。いくつかの用途では、適正な公称固有振動数は弾性要素の圧縮によって達成されてもよい。弾性要素が、単に端部閉鎖部をそれらの適正な長手方向取付け位置で取り付けることによって、所望の所定の圧縮率に適正に圧縮されるように、マスダンパデバイスを配置することによって、制振マスの所望の公称固有振動数への適正な同調を達成することが大幅に容易になる。これにより、調整可能な圧締め手段などを用いた、追加の調節または同調が不要である。

加えて、端部閉鎖部に対する適正な長手方向取付け位置を規定するのに、協働する取付け面を使用することによって、弾性要素の所望の圧縮を達成するのに、端部閉鎖部を適正な位置に取り付けることが大幅に容易になる。これにより、マス制振デバイスの組立ておよび分解が容易になり、このことがデバイスの製造コストの減少に寄与する。したがって、しっかりした固定、弾性要素の所望の形状および寸法、ならびに／またはマスダンパの適正な同調を達成するための、弾性要素の適正な圧縮は、デバイスの単純化された組立てによって自動的に達成される。

取付け面は、端部閉鎖部が長手方向取付け位置でハウジングに取り付けられているときに、第１および第２の弾性要素が制振マスと端部閉鎖部との間で所定の圧縮率まで圧縮されるように配置されてもよい。

所定の圧縮率は、２０％～３０％など、５％～５０％の範囲であってもよい。これらの圧縮率区間は、いくつかの異なる弾性材料から作られた弾性要素に特に適していることが証明されている。

取付け面は、相互に平行であってもよく、各弾性要素が制振マスおよび端部閉鎖部に面する取付け面の表面にわたって均等に圧縮されるように配置されてもよい。これは、弾性要素のしっかりした固定と均質な制振特性を提供する。

協働する取付け面は、ハウジングの長手方向端部またはこの近傍に配置される少なくとも１つの第１の接触面と、第１および／または第２の端部閉鎖部に配置される少なくとも１つの第２の接触面とを備えてもよく、それぞれの端部閉鎖部が長手方向取付け位置にあるとき、それら第１および第２の接触面は相互に接触している。

別の方法として、または組み合わせて、協働する取付け面は、ハウジングの長手方向端部またはこの近傍に配置される少なくとも１つの第１の位置合わせ面と、第１および／または第２の端部閉鎖部に配置される少なくとも１つの第２の位置合わせ面とを備えてもよく、それぞれの端部閉鎖部が長手方向取付け位置にあるとき、それら第１および第２の位置合わせ面はハウジングの同じ横断面内に配置される。

第１および第２の弾性要素は、振動数依存の剛性、即ち振動数依存の弾性率を有する材料を含んでもよい。

第１および第２の弾性要素は、長手方向取付け位置で端部閉鎖部を取り付けた後、１００Ｈｚ～２０００Ｈｚの振動数範囲にわたって制振マスの振動数が１００％増加したとき、ヤング率が少なくとも２０％増加する、材料を含んでもよい。

例えば、第１および第２の弾性要素は、好ましくは、１００Ｈｚ～２０００Ｈｚの振動数範囲にわたって制振マスの振動数が１００％増加したとき、ヤング率が少なくとも３０％増加する、材料を含んでもよい。

第１および第２の弾性要素は、例えば、１００Ｈｚ～４０００Ｈｚの振動数範囲にわたって制振マスの振動数が１００％増加したとき、ヤング率が少なくとも２０％増加する、材料を含んでもよい。

マスダンパがその最適条件で動作する支配方程式は、次式の通りである。

式中、ｆ_{ｍａｓｓ ｄａｍｐｅｒ}はマスダンパの同調振動数、ｆ_{ｖｉｂｒａｔｉｏｎ}は工作機械などの物体の振動数、ｋ_{ｍａｓｓ ｄａｍｐｅｒ}はマスダンパの支持剛性、ｍ_{ｍａｓｓ ｄａｍｐｅｒ}はマスダンパの質量である。

物体の振動数が変動しているとき、最適なマス制振の理想条件は次式を必要とする。
これは、質量の重量が通常は固定されていることによる。

一例として、振動数が１０％増加した場合、同調を行うように、即ちｆ_{ｍａｓｓ ｄａｍｐｅｒ}とｆ_{ｖｉｂｒａｔｉｏｎ}とを一致させるように、マスダンパの支持剛性は２１％増加するべきである。振動数が１００％（２倍に）増加した場合、支持剛性は同調を行うために３００％（４倍に）増加するべきであり、この逆もまた真である。

図１３を参照すると、振動方向におけるマスダンパの剛性は次式のように表すことができる。

式中、Ｇは支持要素のヤング率、Ａは横断面表面の面積、ｔは支持要素の厚さである。同調メカニズムが利用可能でない場合、Ａおよびｔのパラメータは一定となり、ヤング率Ｇは、自動同調を行うため、振動数に従って変化するべきである。

理想的には、自動同調を行うために振動数を１００％増加させたとき、材料のヤング率は３００％増加するべきである。かかる材料は自然には存在しないが、他のものと比較して大幅に変化するヤング率を有する材料がある。例えば、３Ｍ（登録商標）１１２ポリマーのヤング率は、振動数が１００Ｈｚから２００Ｈｚに１００％増加すると５０％増加するが、より従来的なシロマーｓｒ８５０材料のヤング率は同じ条件下で９％しか増加しない。

一例として、２つのマスダンパが１００Ｈｚで予め同調され、一方は３Ｍ（登録商標）１１２ポリマーを使用して質量を支持し、他方はシロマーＳＲ８５０を使用して質量を支持する。振動数が２００Ｈｚになると、マスダンパの振動数は、３Ｍ１１２ポリマーの場合は１２２Ｈｚになり、シロマーＳＲ８５０の場合は１０４Ｈｚになる。２００Ｈｚに対する振動数ギャップは、３Ｍ（登録商標）１１２の場合は７８Ｈｚであるのに対し、シロマーＳＲ８５０の場合は９６Ｈｚなので、３Ｍ（登録商標）１１２の場合の方が、目標振動数に対する振動数ギャップがシロマーＳＲ８５０の場合と比較して、より小さいため、マス制振機能がより良好になる。

実際には、工作機械の振動数が１００％ではなく１０％以内で変動する場合もある。これらの例では、３Ｍ１１２ポリマー材料を使用することで、シロマーＳＲ８５０と比較して、より良好な自動同調機能が提供される。

典型的な工作機械は３０Ｈｚを上回る振動数で振動する。最も一般的な例では、工作機械は、セットアップ条件に応じて、１００Ｈｚ～２０００Ｈｚで振動する。自動同調機能を提供するため、マスダンパの支持要素が、振動数が１００％変化したときに少なくとも２０％変化するヤング率（剛性）を有する材料で作られることが必要である。

上述の例示の３Ｍ（登録商標）１１２材料に加えて、本発明のマスダンパデバイスの弾性要素に使用するのに適した、同様に振動数依存のヤング率を有する他の材料も存在する。かかる材料の例は、３Ｍ（登録商標）１１０、１３０、２４２ＮＲ０１、および２４２ＮＲ０２の粘弾性ポリマーである。

したがって、材料は、３Ｍ（登録商標）１１０、１３０、２４２ＮＲ０１、および２４２ＮＲ０２粘弾性ポリマーを含む群から選ばれてもよい。

振動数依存のヤング率を有する材料は、少なくとも１つの寸法で１００ｎｍ以下の構造寸法を有するナノ構造材料を含んでもよい。

本開示全体を通して、ナノ構造の構造寸法は、別の場合では粒径と呼ばれることがある。少なくとも１つの寸法で１００ｎｍ以下の構造寸法を有する弾性要素のナノ構造は、弾性要素の振動数に依存する剛性を提供する。これにより、マスダンパにおいて自己同調機能を実現することができる。マスダンパはこれによって、自己同調性マスダンパを構成する。

広範囲の材料が、少なくとも１つの寸法で１００ｎｍ以下の構造寸法を有するナノ構造材料を有してもよい。例としては、ポリマー材料、熱硬化性樹脂（硬化プロセスの前の樹脂）などの樹脂、ナノセルロース、金属、およびグラフェンが挙げられる。少なくとも１つの寸法で１００ｎｍ以下の構造寸法を有するナノ構造材料の更なる例としては、ナノ粒子でドープした様々な材料（例えば、カーボンナノ粒子など）、ナノ繊維（例えば、カーボンナノチューブ）、およびナノフレーク（例えば、グラフェンナノフレーク）が挙げられる。例えば、ポリマーがこれらのドーパントでドープされてもよい。本開示によるナノ構造材料は、架橋されてもよく、またはされなくてもよい。

本開示全体を通して、ナノ構造は、原子または分子レベルなど、ｎｍスケール（例えば、１メートルの１０億分の１）で観察される材料微細構造と呼ばれることがある。本出願の目的のため、「ナノ構造」という用語は、典型的に、約１ナノメートルよりは大きいが典型的には約１００ｎｍよりも大幅に小さい、短尺寸法を有する構造を指す。弾性要素のナノ構造は、室温（２０℃）において、または典型的な機械加工環境温度（例えば、０℃～６０℃）において、少なくとも１つの寸法で１００ｎｍ以下の構造寸法を有してもよい。本開示による弾性要素のナノ構造材料は、混合（例えば、ナノ粒子を熱硬化性樹脂に添加する）およびブレンド（例えば、熱硬化性樹脂およびポリマー材料を混合し、次に加熱して、互いから分離することができない物質の良好に分散した混合物を得る）、化学蒸着（ＣＶＤ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を含むトップダウンパターン化手法などの、合成手法によって準備されてもよい。

弾性要素のナノ構造材料は、少なくとも２つの寸法で１００ｎｍ以下の構造寸法を有してもよい。別の方法として、または加えて、弾性要素のナノ構造材料は、２つの寸法または３つの寸法など、少なくとも１つの寸法で、２０ｎｍ以下など、４０ｎｍ以下の構造寸法を有してもよい。ばね要素は、ナノ構造材料の固体片によって構築されてもよい。

ナノ構造サイズの特定は、走査電子顕微鏡法、透過電子顕微鏡法、およびＸ線回折法を用いて行うことができる。Ｘ線回折法は、Ｘ線回折パターンの分散を測定して粒径を決定する。

ハウジング、制振マス、第１および第２の弾性要素、ならびに少なくとも１つの端部閉鎖部は、加工工具または加工工具ホルダに挿入され、またそこから引き抜かれるように配置される、一体型モジュールを形成してもよい。

したがって、かかる実施形態では、マスダンパデバイスは、加工工具または加工工具ホルダ自体のいずれの構造部品も備えていない。これにより、ダンパユニットを、加工工具または加工工具ホルダに容易に取り付け、またそこから分離することができる。この実施形態の更なる特定の利点は、１つの工具または工具ホルダで使用されているマスダンパデバイスが、別の工具または工具ホルダへと容易に移動され、そこで再使用されてもよい点である。工具または工具ホルダ自体の部分を形成しないモジュラー設計のおかげで、マスダンパがそこから分離されている工具または工具ホルダは完全なままなので、別のマスダンパデバイスを有しても有さなくても依然として正常に使用することができる。また、モジュラー設計により、異なる公称固有振動数を有する多数のマスダンパデバイスを備えたモジュラーシステムを達成することができる。これにより、使用の際、特定の用途向けの適正な公称固有振動数を有するマスダンパデバイスを容易に選択し、問題の加工工具または加工工具ホルダに挿入することができる。かかるモジュラーシステムは、多数の異なる工作機械を有する工場におけるマスダンパの管理および取扱いを大幅に容易にする。

マスダンパデバイスは、ハウジングと第１および／または第２の端部閉鎖部との間に配置される少なくとも１つのシーリングを更に備えてもよい。

制振マスは、制振マスがハウジングの内部長手方向壁に接触するのを防ぐように配置される、少なくとも１つの離隔部材を備えてもよい。

少なくとも１つの離隔部材は、制振マスを包囲する環状部材を備えてもよい。

別の方法として、または組み合わせて、離隔部材は、制振マスの包絡面から径方向外側に延在するとともに、ハウジングの内壁と接触したときに屈曲または座屈するように配置される、複数の細長い部材を備えてもよい。

離隔部材は、制振マスの包絡面から径方向外側に延在するとともに、ハウジングの内壁と接触したときに軸線方向で圧縮されるように配置される、複数のスタッド型部材を備えてもよい。

少なくとも１つの離隔部材は、制振マスから第１および第２の端部閉鎖部のうちの１つまで長手方向に延在する、ピン型部材を備えてもよい。

マスダンパデバイスは、第１の長手方向端部に配置される第１の端部閉鎖部と、第２の長手方向端部に配置される第２の端部閉鎖部とを備えてもよい。

第２の態様によれば、上述したようなマスダンパデバイスを備える加工工具が提供される。

第３の態様によれば、上述したようなマスダンパデバイスを備える加工工具ホルダが提供される。

第４の態様によれば、工具ホルダに固定されるように配置されるシャンクと工具部分とを備え、シャンクが外側に向かって開いた中央の軸線方向ボアを示し、マスダンパデバイスがボア内に分離可能に固定され、前記マスダンパデバイスが、第１および第２の長手方向端部を有する管状ハウジングと、第１または第２の長手方向端部に配置される少なくとも１つの端部閉鎖部と、円周方向の隙間を有するとともに第１および第２の弾性要素に支持されて管状ハウジングに受け入れられる、少なくとも１つの制振マスとを備える、加工工具が提供される。

第１の態様の様々な実施形態は、変更すべき点を変更して、第４の態様にも当てはまる。

本発明によるマスダンパデバイスの更なる目的および利点は、以下の実施形態の詳細な説明から、また添付の特許請求の範囲から明白となるであろう。

概して、特許請求の範囲において使用される全ての用語は、本明細書において別の形で明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの本来の意味に従って解釈されるべきである。「要素、装置、構成要素、手段、ステップなど」に対する全ての参照は、別の形で明示的に規定されない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップなどの少なくとも一例を指すものと広く解釈されるべきである。本明細書に開示するいずれかの方法のステップは、明示的に規定されない限り、開示される正確な順序で必ずしも実施されなくてもよい。

本開示の更なる詳細、利点、および態様は、以下の実施形態を図面と併せ読むことによって明白となるであろう。

本発明の第１の実施形態によるマスダンパデバイスの一部分解縦断面図である。 拡大した分解部分図である。 更に拡大した、取り付けた場合を示す詳細図である。 第２の実施形態によるマスダンパの縦断面図である。 図２ａの一部分の分解図である。 第３の実施形態によるマスダンパの分解縦断面図である。 第４の実施形態によるマスダンパデバイスの縦断面図である。 第５の実施形態によるマスダンパデバイスの縦断面図である。 離隔部材とともに制振マスを示す概略斜視図である。 代替の離隔部材を示す概略斜視図である。 更なる代替の離隔部材を示す概略斜視図である。 図８ａの縦断面図である。 図８ｂの一部分の拡大図である。 図１ａ～ｃに示されるようなマス制振デバイスを備えた加工工具ホルダの部分断面を示す側面図である。 図９ａの詳細を示す拡大図である。 図９ａの詳細を示す拡大図である。 既に知られているマス制振デバイスと比較して、本発明のマス制振デバイスの制振効率が向上していることを示す図である。 フライス工具を備えた別の加工工具ホルダの斜視図である。 図１１ａに示されるフライス工具を示す拡大斜視図である。 図１１ｂに示されるフライス工具と、フライス工具に挿入されたマスダンパデバイスとを更に示す縦断面図である。 図１２ａに示されるマスダンパデバイスの拡大縦断面図である。 従来技術による制振マスの一般原理を示す概略図である。

以下、本発明の特定の実施形態が示される添付図面を参照して、本発明について更に十分に記載する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書で説明する実施形態に限定されるものと解釈すべきではなく、それよりもむしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全なものとなり、本発明の範囲を当業者に対して十分に伝達するものとなるように、例として提供されるものである。明細書全体を通して、同様の番号は同様の要素を指す。

図１は、マスダンパデバイスの第１の例示的実施形態を示している。マスダンパは、既に知られている様々なマスダンパ装置を受け入れる標準化されたキャビティを有する、従来の加工工具または加工工具ホルダに直接挿入されてもよい、モジュールとして形成される。

マスダンパは、円筒形の管状ハウジング１０を備える。ハウジングは、第１の長手方向端部１１と第２の長手方向端部１２とを有し、各端部は、ハウジングの長手方向軸線に対して垂直な横断面を規定する。

第１の端部閉鎖部１３は、ハウジング１０の第１の長手方向端部１１に固着され、第２の端部閉鎖部１４は第２の長手方向端部１２に固着される。制振マス３０は、ハウジング１０に受け入れられ、端部閉鎖部１２、１３の間に配置される。制振マス３０は、全体として、一定の横断面面積と外径Ｄ１と内部ボア３３とを有する、環状の円筒体として形成される。制振マス３０は、第１の長手方向端部３１と第２の長手方向端部３２とを示す。図示される例では、制振マス３０は、第１の長手方向端部３１と第２の長手方向端部３２との間で中央に配置される、外周溝３４を示す。

クーラント媒体管４０は、径方向の隙間を有して中央ボア３３を通って延在し、第１の端部閉鎖部１３および第２の端部閉鎖部１４それぞれの中央貫通開口部１５、１６に受け入れられる。

マスダンパは、第１の弾性要素５１および第２の弾性要素５２を更に備える。弾性要素５１、５２は、制振マス３０をハウジング１０内で保持するために配置される。第１の弾性要素５１は、第１の端部閉鎖部１３の内側と制振マスの第１の端部３１の端面との間で圧締めされる。第２の弾性要素５２は、それに対応して、第２の端部閉鎖部１４の内側と制振マスの第２の端部１４の端面との間で圧締めされる。この実施形態では、弾性要素５１、５２は単に、一方では弾性要素と、他方では制振マス３０およびそれぞれの端部閉鎖部５１、５２との間の、摩擦によって保持される。かかる摩擦は弾性部材の圧縮率に応じて決まり、この圧縮率は後述するように達成される。

弾性要素５１、５２は、振動数依存の剛性を有する材料で構築される。図示される実施形態では、弾性要素５１、５２は、ナノ構造ポリマー材料である、３Ｍ（登録商標）１１０、１１２、１３０、または２４２ＮＲ０１で形成される。

弾性要素５１、５２は同一であり、それぞれ、図１ｂで最も良く分かるように、マスダンパデバイスの長手方向における公称の非圧縮時厚さｔ_１を有する環状リングとして形成される。

弾性要素５１および５２は、この実施形態では同一であるが、他の実施形態では必ずしも同一でなくてもよい。例えば、要素５１および５２は異なる材料で作ることができ、要素５１および５２は異なる寸法を有することができる。例えば、要素５１および５２は異なる厚さを有することができる。

振動数依存の剛性を有するかかる弾性要素を用いて、弾性要素を対応する圧縮率まで圧縮することによって、公称振動数範囲を決定することが可能である。本開示では、圧縮率ＣＲは次式のように定義される。
ＣＲ＝（ｔ１－ｔ２）／ｔ１
式中、ｔ１は圧縮前の材料厚さであり、ｔ２は圧縮後の材料厚さである。

弾性要素の所望の圧縮率は、第１の弾性要素４１および第２の弾性要素４２を、制振マス４０の端面３１、３２と対応する端部閉鎖部１３、１４との間で均等に長手方向で圧縮することによって達成される。

弾性要素５１および５２は、この実施形態では均等に圧縮されるが、他の実施形態では異なる比に圧縮することもできる。例えば、２つの要素５１および５２が、同一の寸法であるが異なる弾性率を有する場合、弾性率が低い方の要素が他方よりも圧縮されることになるので、２つの要素５１および５２の圧縮率は同一ではない。

２つの弾性要素５１および５２の圧縮は、端部閉鎖部１３、１４の内表面と制振マス３０のそれぞれの端面３１、３２との間の距離が、弾性要素４１、４２の圧縮後の所望の厚さｔ２に等しくなるようにして、端部閉鎖部１３、１４を所定の長手方向取付け位置で取り付けることによって達成される。

図１ａ～１ｂに示され、図１ｂで最も良く分かる実施形態では、これは、第１の接触面１１ａ、１２ａを、ハウジング１０の第１の端部１１および第２の端部１２に、対応する第２の接触面１３ａ、１４ａをそれぞれの端部閉鎖部１３、１４に配置することによって達成される。この実施形態では、第２の接触面１３ａ、１４ａは停止面を形成し、この停止面は、端部閉鎖部１３、１４の内壁によって構築され、したがってそれぞれの端部閉鎖部１２、１４にある弾性要素４１、４２の支持面と同じ径方向面に配置される。この実施形態では、したがって、第１の接触面１１ａ、１２ａの間の距離は、制振マス３０の長さに圧縮後の両方の弾性要素４１、４２の所望の厚さを加えたものとして選択される。第１の接触面１１ａ、１２ａは更に、ハウジング１０の端部部分における内側の円筒状拡幅部分または端部ボア１１ｂ、１２ｂの底面として配置される。したがって、ボア１１ｂ、１２ｂは、ハウジング１０の端面から第１の停止面１１ａ、１２ａそれぞれまで軸線方向に延在する。ボア１１ｂ、１２ｂの内径は端部閉鎖部１３、１４の外径に相当し、それによって各端部閉鎖部１３、１４はそれぞれのボア１１ｂ、１２ｂに締まり嵌めで受け入れられてもよい。

理解されるように、動作中、制振マス３０および弾性要素５１、５２を備えるマスダンパユニットの所望の圧縮率および公称振動数範囲を維持するため、第２の接触面１３ａ、１４ａが、それぞれの第１の停止面１１ａ、１２ａに対してしっかり保持されることが重要である。図１ａ～ｃに示される実施形態では、端部閉鎖部１３、１４は、クーラント管４０を利用して軸線方向で定位置に保持される。マスダンパの第１の端部において、クーラント管４０は、第１の端部閉鎖部１３を超えて軸線方向外側に延在する雄ねじ付き部分４１を示す。クーラント管４０の第２の端部も、第２の端部閉鎖部１４のボア１６の雌ねじと螺合する雄ねじ付き部分４２を示す。

第１の端部閉鎖部１３および第２の端部閉鎖部１４は、ねじ付き部分４１と螺合する雌ねじ付き固定ナット６０によって、定位置で保持されるとともに第１の停止面１１ａ、１２ａに押し付けられ、ナットは、第１の端部閉鎖部１３および第２の端部閉鎖部１４の第２の接触面がそれらの対応する第１の接触面１１ａ、１２ａと接触するまで、ねじ止めすることによって固着される。

例示的実施形態では、マスダンパデバイスには２つの端部閉鎖部がある。別の実施形態では、マスダンパデバイスは２つ以外の数の端部閉鎖部を有することができる。例えば、端部閉鎖部の１つとハウジング１０とを単一の構成要素として形成することができ、組立てプロセスで組み立てる端部閉鎖部構成要素は１つのみとなる。一例として、ハウジング１０および１つの端部閉鎖部を、単一の構成要素として押出し成形、ロール成形、または注型することができる。

ほこりおよび他の汚染物質がハウジング１０に入るのを防ぐため、ゴム製のＯリング６１の形態のシール６１が、第１の端部閉鎖部１３とナット６０の内部陥凹部との間でクーラント管６０に配置される。

同じ目的で、ゴム製のＯリング６２は、端部閉鎖部１３とハウジングとの間にも配置される。これらのＯリング６２は、第１の端部閉鎖部１３および第２の端部閉鎖部１４の外周溝に受け入れられ、ハウジング１０の内表面と封止接触して配置される。

開示する実施形態は記載した構成要素のみを有するが、更なる構成要素を追加することによって実施形態を拡張することができる。例えば、マス３０の外径に近い外径と、クーラント管４０の外径に近い内径とを有するプラスチックディスク（例えば厚さ１ｍｍ）を、弾性要素５１または５２とそれらそれぞれの端部閉鎖部１３または１４との間に配設することができる。かかる中間のプラスチックディスクを追加することによって、部品を一緒に組み立てるのがより簡単になり、プラスチックディスクは、弾性要素５１および５２を動作環境の熱から保護する断熱層としても機能することができる。中間のプラスチックディスクは、他のタイプの材料で作られ、他の寸法および／または幾何学形状を有する部品と置き換えることもできる。

図２ａおよび２ｂは、取付け面が代替の形で接触面として配置される、一実施形態を示している。ここでは、第１の接触面１１１ａ、１１２ａはハウジングの端面と一致する。対応する第２の接触面１１３ａ、１１４ａは、端部閉鎖部１１３、１１４の周囲の径方向に突出するフランジに配置される。各端部閉鎖部１１３、１１４は、フランジおよび第２の接触面１１３ａ、１１４ａがハウジングのそれぞれの第１の接触面１１１ａ、１１２ａと接触し、それぞれの第１の接触面１１１ａ、１１２ａに押し付けられるまで、それぞれの端部からハウジングに挿入される。

図３は別の実施形態を示している。この実施形態では、ハウジング２１０および端部閉鎖部２１３、２１４は、図１ａ～ｃに示される接触面１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと同じように示される接触面２１１ａ、２１２ａ、２１３ａ、２１４ａとして形成された取付け面を備える。この実施形態は、制振マス２３０が、各端面２３１、２３２に形成された環状陥凹部２３１ａ、２３１ｂを示す点で、上述したマスダンパユニットとは異なる。環状の弾性要素２５２、２５２は、各陥凹部２３１ａ、２３２ａに受け入れられ、端部閉鎖部２１３、２１４が取付け位置に取り付けられていて接触面２１１ａ、２１２ａ、２１３ａ、２１４ａの対が接触しているとき、それぞれの端部閉鎖部２１３、２１４の内壁に対して所定の圧縮率まで圧縮される。

図４は、端部閉鎖部３１３、３１４の取付け位置が、ハウジング３１０および端部閉鎖部３１３、３１４に配置される接触面３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、３１４ａによって規定される、更なる実施形態を示している。ここで、弾性要素３５１、３５２は、端部閉鎖部３１３、３１４の端面３３１、３３２に形成された環状の、面取りされた、または斜めの縁部部分３３１ａ、３２ａによって支持される、環状要素として形成される。端部閉鎖部３１３、３１４が取付け位置に取り付けられているとき、弾性要素は、一方ではこれらの縁部部分３３１ａ、３３２ａと、他方では端部閉鎖部３１３、３１４の内壁の周囲部分およびハウジング３１０の内壁の端部部分との間で、所望の圧縮率まで圧縮される。

図５は、更なる代替実施形態を示している。この実施形態では、取付け面は、上述したような接触面の代わりに、第１の位置合わせ面４１１ａ、４１２ａおよび第２の位置合わせ面４１３ａ、４１４ａで形成される。第１の位置合わせ面４１１ａ、４１２ａは、円筒状ハウジング４１０の横断端面で形成される。第２の位置合わせ面４１３ａ、４１４ａは、第１の端部閉鎖部４１３および第２の端部閉鎖部４１４の外面端面で形成される。ハウジング４１０の長さ、制振マス４３０の長さ、弾性要素４５１、４５２の軸線方向厚さ、および端部閉鎖部４１３、４１４の厚さは、第１の位置合わせ面４１１１ａ、４１２ａがそれぞれの第２の位置合わせ面４１３ａ、４１４ａと位置合わせされる取付け位置で、両方の端部閉鎖部がハウジング４１０に挿入されているとき、弾性要素４５１、４５２の所望の所定の圧縮率を達成するように選ばれる。この実施形態では、弾性要素４５１、４５２は接着によって制振マス４３０に固定される。かかる接着は、一方では弾性要素と、他方では制振マスおよびそれぞれの端部閉鎖部との間に適用される、接着剤によって遂行されてもよい。あるいは、接着は、弾性要素、制振マス、および端部閉鎖部を形成する材料の自己接着であってもよい。弾性要素の固定に接着が使用される場合、圧縮率は、通常、摩擦のみによってしっかりした固定を達成するのに必要な圧縮率よりも低くてもよい。弾性要素の固定に、摩擦と接着の組合せを使用することも可能である。

実際には、マス制振デバイスを組み立てるとき、制振マス４３０はハウジング４１０に挿入され、第１の弾性要素４５１および第２の弾性要素４５２は、制振マス４３０のそれぞれの端部に配置される。その後、囲壁４１２、４１４がそれぞれの端部からハウジング４１０に挿入される。端部閉鎖部４１３、４１４は、第２の位置合わせ面４１３ａ、４１４ａが第１の位置合わせ面４１１ａ、４１２ａと位置合わせされるまで、即ち、端部閉鎖部４１３、４１４ｃがハウジング４１０の第１の端面４１１および第２の端面４１２と面一になるときまで挿入される。

端部閉鎖部４１３、４１４はハウジング４１０にプレス嵌めされてもよい。このような場合、端部閉鎖部４１３、４１４は、端部閉鎖部４１３、４１４の横断面面積よりも大きいプレス面を有する工具（図示せず）によって、ハウジング４１０に押し込まれてもよい。端部閉鎖部が、プレス面がハウジング４１０の端面と接触する程度まで挿入されていると、第１の位置合わせ面４１１ａ、４１２ａおよび第２の位置合わせ面４１３ａ、４１４ａが位置合わせされており、弾性要素４５１、４５２が所望の所定の圧縮率まで圧縮されていることが確認される。

代替の図示されない実施形態では、端部閉鎖部は雄ねじを有してもよく、ハウジングの第１および第２の端部は、対応する雌ねじを備えてもよい。このような場合、端部閉鎖部は、端部閉鎖部の外側端面がハウジングの端面と面一になるまで、即ち第１および第２の位置合わせ面が位置合わせされるまでねじ止めすることによって、ハウジングに取り付けられてもよい。

理解されるように、これらの実施形態は、組立て時に自動的に、ハウジングに対する端部閉鎖部の非常に正確な位置決めをもたらし、これによって小さい許容差で弾性要素の適正な圧縮率をもたらし、ひいては弾性要素のしっかりした固定を確実にする。マスダンパデバイスはまた、簡単な組立てを可能にし、マスダンパデバイスの適正な公称固有振動数範囲を達成するように弾性要素を自動的に同調させることができることを、更に確実にする。

図１、６、および７は、制振マスがハウジングの周壁と接触するのを防ぐ、異なる手段を概略的に示している。いくつかの用途では、弾性要素の材料が時間に伴ってクリープする傾向を有することがある。制振マスに作用する重力および／または振動力の影響下で、かかるクリーピングによって制振マスが変位して偏心し、これによって制振効率が低減されることがある。クリーピングによって、制振マスがハウジングの周壁に当たることもある。当然ながら、制振マスとハウジングとの間のかかる接触は、マスダンパの振動減衰効果を損なうため、またマス制振デバイスの損傷または不具合につながることもあるため、最も望ましくない。図６～８に示される特定の手段は、かかるクリーピングを防止し、制振マスがハウジングの内壁に接触するのを妨げるのに効率的である。

図６に示される実施形態では、制振マス５３０は、制振マス５３０の長手方向および円周方向の包絡面に分配される、多数の陥凹部５３５を備える。各陥凹部５３５は、ゴムなど、スタッド型の伸縮性材料の形態の、径方向に突出する離隔部材５３６を受け入れる。離隔部材４３６は、それぞれの陥凹部４３５に、プレス嵌めされてもよく、ならびに／あるいは接着剤によって固定されてもよい。

離隔部材は、制振マスの包絡面とハウジングの内壁との間の距離よりも短い距離、制振マスから径方向に突出することが好ましい。これにより、クリーピングがない通常の使用中、離隔部材が内壁と接触することがない。そうでなければ、かかる接触がマスダンパユニットの制振特性に悪影響を及ぼすであろう。典型的に、離隔部材は、制振マスとハウジングの内壁との間の径方向距離の半分以下の距離、制振マスの包絡面から突出する。したがって、クリーピングが弾性要素（図６には図示せず）に起こった場合、離隔部材はハウジングの内壁と接触し、これによって制振マス５３０を支持し、更なるクリーピングを防止する。上述した問題を回避するため、離隔部材は、好ましくは低剛性の材料で作られるので、離隔部材５３５が動作振動中に内壁と接触した場合に、制振マスの固有振動数が有意な程度で影響を受けなくなる。

図１に示される実施形態では、制振マスはまた、クリーピングを防ぎ、制振マス３０がハウジング１０と接触するのを妨げる、対応する手段を備える。この実施形態では、これらの手段は、ゴムなどの低剛性材料のリング３５を含む。リング３５は、制振マス３０の包絡面に配置される周溝３４に受け入れられ、制振マス３０とハウジング１０の円筒状の内壁との間に形成されるギャップ内へと突出するように配置される。

更なる図示されない実施形態では、制振マスは、制振マスの長手方向で交互に分配される、いくつかのかかる溝およびリングを備えてもよい。

図７は、弾性要素のクリーピングを防ぎ、制振マスとハウジングとの間の接触を妨げる、別の手段を概略的に示している。ここで、離隔部材６３５は、制振マス６３０の包絡面に形成される周溝６３４に受け入れられる、環状の基部６３５ａを備える。複数の比較的薄く細長いピン部材６３５ｂは、基部６３５ａから径方向外向きに延在する。ピン部材６３５ｂは、それらの細長い形状と組み合わせて、特定の閾値以下の軸方向力に耐えることができる、材料で形成される。軸方向力が閾値を超えると、ピン部材６３５ｂは屈曲または座屈によって潰れる。図示される例では、基部６３５ａおよびピン部材６３５ｂはナイロン毛で作られる。しかしながら、他の適切な材料は、熱可塑剤、金属ワイヤ、繊維などである。クリーピングが弾性要素（図７には図示せず）で起こった場合、ピン部材６３５ｂの自由端がハウジング（図７には図示せず）の内壁に接触する。ピン部材の最初の比較的高い剛性が、弾性要素の更なるクリーピングを防ぐ。しかしながら、制振マス５３０の動作振動中、軸方向力がその閾値を上回り、ピン部材が潰れることによってその剛性が大幅に低減される。それにより、ピン部材６３５ｂは、動作振動中、制振マスの固有振動数に有意な程度まで影響しなくなる。

図８ａ～ｃは、弾性要素のクリーピングを防ぎ、制振マスがハウジングに接触するのを妨げる、更に別の手段を示している。この実施形態では、端部閉鎖部７１３は２つの貫通穴７１３ｂを示し、それに対応する制振マス７３０の端面７３１は、２つの対応する軸線方向ボア７３４を示す。可撓性ピン７３５の形態の離隔部材は、各貫通穴７１３ｂを通して挿入され、その中で固定される。可撓性ピン７３５は、弾性要素７５１のそれぞれの貫通穴を通り、各ボア７３４内へと延在する。

弾性要素７５１のクリーピングの場合、可撓性ピン７３５は屈曲するが、ボア７３４の壁を係合することによって、制振マス７３０がハウジング内で径方向に変位するのを依然として防ぐ。それにより、弾性要素のクリーピングは制限され、制振マス７３０は、動作振動中、ハウジング（図８ａ～ｃには図示せず）の内壁に接触しないようにされる。一例として、ピン７３５は、テフロン（登録商標）材料、シリコンゴム、フッ素ゴム、および低クリープ性と低弾性率とを有する他の材料で作られる。

図９ａ～ｃは、図１に示されるマス制振デバイスが従来の標準化された工具ホルダ８０でどのように実現されているかを示している。工具ホルダ８０は、円筒状のステム８１と、切断工具８３が取外し可能に取り付けられるヘッド８２とを備える。円筒状の内部キャビティ８４は、ステム８１のほぼ中間部分からヘッド８２まで延在し、ヘッド８２が取り外されているとき、ステムの端部からアクセス可能である。図８ｂで最も良く分かるように、内部キャビティ８４は、内部キャビティの底部から、ヘッド８２から離れる方向に延在する、直径が低減された中央延長部８５を有する。

図９ａ～９ｃに示される実施形態は、工具ホルダキャビティ８４に挿入されたマス制振デバイスを有するが、マス制振デバイスは、他の手段を介して工具ホルダに接続することもできる。例えば、マス制振デバイスは、グルー、ねじ、工具ホルダ上への溶接またはろう付けによって、工具ホルダに接続することができる。一例として、マス制振デバイスは２つの端部を有することができるが、一方の端部は工具本体に接続され、他方の端部は、工具ホルダキャビティに挿入される代わりに、カッターヘッドに接続される。それらの例では、マス制振デバイスは、剛性連鎖に対する重要な要素として機能することによって、カッターヘッド全体の剛性に影響している。

図１に示されるマス制振デバイスは、キャビティの内壁とハウジング１０の円筒状外壁との間に約１ｍｍの円周方向の遊びを有して、キャビティ８４に受け入れられ、固定用ナット６０はキャビティ延長部８５に受け入れられる。固定用ナット６０は、締まり嵌めで延長部８５に受け入れられるので、マス制振デバイスは、ステム８１の長手方向中心線に対して心出しして位置決めされる。マス制振デバイスは更に、第１のＯリング８６および第２のＯリング８７を用いて、キャビティ８４内で懸架される。第１のＯリング８６は、一方ではキャビティ８４内に入る延長部８５の面取りされた口と、他方では第１の端部閉鎖部１３および固定用ナットの外表面との間で圧締めされる。第２のＯリング８７は、第２の端部閉鎖部１４の外壁と取外し可能なヘッド８２の内壁との間で圧縮される。したがって、マス制振デバイスの中心での固定は、最初にマス制振デバイスをキャビティ８４に挿入し、その後、ヘッド８２を工具ホルダのステム８１に取り付けることによって達成される。

理解されるように、適正な公称振動数範囲に既に同調されており、標準化された工具ホルダに簡単に取り付けられてもよい、予め組み立てられたマス制振モジュールを使用することで、任意の工作機械において振動を防ぐプロセスが大幅に容易になる。

図９ａ～ｃに示される例では、ハウジング１０と、工具ホルダのキャビティ８４の内壁、ならびにＯリング８６、８７との間の径方向の遊びは、工具８３からマス制振デバイスへの伝熱を低減する断熱を形成し、これによって、弾性要素５１、５２の剛性が、ひいてはマス制振デバイスの振動数範囲が影響されるような形で、それらの弾性要素が加熱されるリスクを低減する。図示される例では、ハウジング１０とキャビティ８４の内壁との間のギャップは空気で満たされる。しかしながら、他の図示されない実施形態では、このギャップは、ゴムまたは他のポリマー材料など、他の断熱材料で満たされてもよい。更なる図示されない例では、ハウジングは、締まり嵌めまたはプレス嵌めによって、キャビティに受け入れられてもよい。かかる例では、ハウジングは、断熱コーティングで被覆されてもよいしされなくてもよい。

図１０は、弾性要素の圧縮率または比（圧縮前の公称寸法ｔ１および圧縮後の公称寸法ｔ２）と、弾性要素の公称剛性と、マスダンパの制振効率との間の関係を示す図である。図では、本発明によるマス制振デバイスの制振効率（弾性要素の寸法制御された圧縮を使用）が、既に知られているマス制振デバイス（弾性要素のトルク制御された圧縮を使用）と比較されている。

図は、マス制振デバイスにおける弾性要素の公称剛性と、弾性要素の圧縮率の関数としての、マス制振デバイスの効率とを示している。弾性要素（厚さ０．７ｍｍ）の最適な圧縮率が３０％である例では、圧縮後の弾性要素の最適化された厚さｔ２は０．４９ｍｍである。トルク制御された圧縮率を使用すると、トルクレンチは±２０％の誤差範囲を有し、圧縮後の弾性要素は、０．３５ｍｍ～０．６３ｍｍの厚さ（圧縮率５０％～９０％）を有することができる。本発明による寸法制御された圧縮率を代わりに使用すると、精密に仕上げた構成要素によって、組立て時の（直線長さ７０ｍｍにわたる）±１００μｍの寸法誤差範囲が可能になり、２つの弾性要素が圧縮される場合は寸法誤差を２で割る。したがって、２つの弾性要素それぞれの寸法誤差範囲は±５０μｍであり、弾性要素の圧縮率は６３％～７７％（ｔ２は０．４５ｍｍ～０．５４ｍｍの範囲）であり、これは幅が狭い方であり、マスダンパの制振効率は最適状況に近く保たれる。

本開示による制振マスデバイスにより、デバイスが、加工工具ホルダだけではなく加工工具に直接適用されてもよいことが証明されている。いくつかの用途では、その結果、制振すべき振動が発生する領域のより近くにマスダンパデバイスが位置付けられるので、これは重要な利点となる。

図１１ａ～１２ｂでは、本開示による制振マスデバイスをかかる加工工具にどのように適用できるかを示している。

図１１ａは、スピンドル（図示せず）などの回転可能な支持体に固定されるように配置される、末端部９０２を備えた第１の端部を有する、加工工具ホルダ９０１を示している。細長い先細状の主本体９０３は、末端部９０２から軸線方向に延在する。主本体９０３は、末端部９０２とは反対側の自由端に、加工工具９０５を受け入れて固定する、加工工具の固定用開口部９０４を示す。図示される例では、加工工具はフライス工具を構成する。図１１ｂで最も良く分かるように、加工工具は、使用の際に固定用開口部９０４に受け入れられて固定される、取付け部分またはシャンク９０６を備える。加工工具は、多数の螺旋状の歯とその間の溝とを示す、工具部分９０７を更に備える。

図示される例では、加工工具９０５は、炭化タングステンおよび炭化チタンなどの炭化物材料で形成される。他の適切な材料は高速度鋼およびセラミックスである。

図１２ａでは、マスダンパデバイスが加工工具９０５にどのように直接適用されるかを示している。図１２ｂで最も良く分かるように、この実施形態による制振マスデバイスは、図１ａ～ｃに示される制振マスデバイスと同様である。第１の長手方向端部９１１および第２の長手方向端部９１２を有する、円筒形の管状ハウジング９１０を備えている。第１の接触面９１１ａ、９１２ａは各長手方向端部に近接して配置される。第１の端部閉鎖部９１３は、第１の端部閉鎖部の第２の接触面９１３ａが第１の長手方向端部９１１で第１の接触面９１１ａと接触するように、第１の端部に挿入される。これに対応して、第２の端部閉鎖部９１４は、第１の端部閉鎖部９１４の第２の接触面９１４ａが第１の長手方向端部９１２で第１の接触面９１２ａと接触するように、第２の端部９１２に挿入される。

マスダンパデバイスは、ハウジング９１０に受け入れられ、端部閉鎖部９１２、９１３の間に配置される、制振マス９３０を更に備える。制振マス９３０は、全体として、外径および内部ボア９３３を備えた一定の横断面を有する、環状の円筒体として形成される。制振マス３０は、第１の長手方向端部９３１と第２の長手方向端部９３２とを示す。図示される例では、制振マス９３０は、第１の長手方向端部９３１と第２の長手方向端部９３２との間で中央に配置され、離隔部材９３５を受け入れる、外周溝９３４を示す。

クーラント媒体管９４０は、径方向の隙間を有して中央ボア９３３を通って延在し、第１の端部閉鎖部９１３および第２の端部閉鎖部９１４それぞれの中央貫通開口部９１５、９１６に受け入れられる。

マスダンパは、第１の弾性要素９５１および第２の弾性要素９５２を更に備える。弾性要素９５１、９５２は、制振マス３０をハウジング１０内で保持するために配置される。ここまで、図１２ｂに示される実施形態は、図１ａ～ｃに示されるマスダンパデバイスに完全に対応している。

しかしながら、図１２ｂに示されるマスダンパデバイスは、第１の端部閉鎖部９１３と第１の弾性要素９５１との間に配置される第１の断熱ディスク９６１を備えるという点で、上述の実施形態と異なる。これに対応して、第２の断熱ディスク９６２が第２の端部閉鎖部９１５と第２の弾性要素９５２との間に配置される。図示される実施形態では、断熱板は、制振マス９３０の外径に本質的に等しい直径を有する円形である。しかしながら、断熱ディスクの幾何学形状および寸法は、例えば、多角形の横断面を有してもよいように、異なっていてもよい。図示される例では、断熱ディスク９６１、９６２はＰＣポリカーボネートで作られる。あるいは、断熱ディスクは、表面コーティングを有するかまたは有さない、鋼またはアルミニウムで作ることができる。

したがって、この実施形態では、第１の弾性要素９５１は、第１の断熱ディスク９６１の内側と制振マスの第１の端部９３１の端面との間で圧締めされる。第２の弾性要素９５２は、これに対応して、第２の断熱ディスク９６２の内側と制振マスの第２の端部９１４の端面との間で圧締めされる。

図１ａ～ｃに示されるマスダンパデバイスと同様に、第１の接触面９１１ａ、９１２ａおよび第２の接触面９１３ａ、９１４ａは、端部閉鎖部６１３、９１４が、第２の接触面９１３ａ、９１４ａが第１の接触面９１１ａ、９１２ａと接触するそれぞれの長手方向取付け位置に挿入されているとき、第１の弾性要素９５１および第２の弾性要素９５２が、断熱板９６１、９６２を介して所定の圧縮率まで圧縮されるように配置される。

上述の実施形態と同様に、弾性要素９５１、９５２は、振動数依存の剛性を有する材料で構築される。

したがって、図１２ｂに示される制振マスデバイスは、加工工具または加工工具ホルダに容易に挿入され、またそこから引き抜かれてもよい、一体型モジュラーユニットを形成する。

図１２ａは、図１２ｂに示される制振マスデバイスが加工工具９０５にどのように挿入され固定されているかを示している。加工工具９０５は、シャンク９０６の自由端から軸線方向中央を、加工工具９０５ａの工具部分９０７に向かって延在する、キャビティまたはボア９０８を示す。ボア９０８は、シャンク９０６の自由端に近接して配置され、シャンク９０６の自由端で開いている、円筒状部分９０８ａを示す。工具部分９０７に近接して配置されるボア９０８の端部では、ボアが、径方向面に配置される底面とボア９０８の円筒状壁との間の移行部が丸み付けられた底部部分９０８ｂを示すように、内径が工具部分９０７に向かって先細になっている。この丸み付けられた底部部分９０８ｂは、使用中の加工工具における応力集中を低減する。円筒状部分９０８ａの内径は、マスダンパデバイスのハウジング９１０の外径に本質的に等しい。加えて、円筒状部分９０８ａの軸線方向長さは、ハウジング９１０の軸線方向長さに本質的に等しいか、またはハウジング９１０の軸線方向長さよりもある程度長い。

したがって、マスダンパデバイスは、ボア９０８の円筒状部分９０８ａに容易に挿入され、この中でプレス嵌めによってしっかり固定されてもよい。既に挿入されているマスダンパデバイスを加工工具９０５内で交換する場合、加工工具９０５を加工工具ホルダ９０１から分離し、古いマスダンパデバイスをボア９０８から引き抜き、新しいマスダンパデバイスをボア９０８に挿入し、加工工具９０５を加工工具ホルダ９０１に取付け直すので十分である。

あるいは、マスダンパデバイスは、プレス嵌め以外の手段でボア９０８内で固定されてもよい。かかる他の手段の例は、接着剤、ねじ、焼き嵌め（冷却または加熱）、およびマスダンパデバイスの外部からプラグをボアに挿入することなどによる、外部固定手段によるものである。

上述の本発明の例示的実施形態について説明してきた。しかしながら、本発明は、それらの実施例に限定されず、添付の特許請求の範囲内で変更することができる。例えば、弾性要素のクリーピングおよび制振マスとハウジングとの間の接触を防ぐ様々な手段を、上述した取付け面の様々な構成と自由に組み合わせることができる。

Claims (14)

1. 第１の長手方向端部および第２の長手方向端部を有する、管状ハウジングと、
   円周方向の隙間を有して前記管状ハウジングに受け入れられ、中央ボアを呈する制振マスと、
   第１の弾性要素および第２の弾性要素と、
   前記第１の長手方向端部に配置され、中央貫通開口部を呈する第１の端部閉鎖部と、
   前記第２の長手方向端部に配置され、中央貫通開口部を呈する第２の端部閉鎖部と、
   径方向の隙間を有して前記中央ボアを通って延在し、各端部閉鎖部の前記中央貫通開口部に受け入れられる、クーラント媒体管と、
   を備え、
   前記ハウジングおよび前記端部閉鎖部が、前記端部閉鎖部の長手方向取付け位置を規定する、協働する取付け面を有し、
   前記取付け面が、前記端部閉鎖部を前記長手方向取付け位置で前記ハウジングに取り付けることにより、前記第１の弾性要素および前記第２の弾性要素が前記制振マスと前記端部閉鎖部との間で所定の圧縮率まで圧縮されることによって、前記制振マスの所望の公称固有振動数に対する適切な同調を達成するように配置され、
   前記ハウジング、前記制振マス、前記第１の弾性要素および第２の弾性要素、ならびに前記少なくとも１つの端部閉鎖部が、加工工具または加工工具ホルダに挿入され、またそこから引き抜かれるように配置される一体型モジュールを形成し、
   前記制振マスは、該制振マスが前記ハウジングの内部長手方向壁に接触するのを防ぐように配置される少なくとも１つの離隔部材を備えるマスダンパデバイス。
2. 前記所定の圧縮率が、２０％から３０％など、５％から５０％の範囲である、請求項１に記載のマスダンパ。
3. 前記取付け面が相互に平行であり、各弾性要素が、前記制振マスおよび前記端部閉鎖部に面する表面にわたって均等に圧縮されるように配置される、請求項１または２に記載のマスダンパデバイス。
4. 前記協働する取付け面が、前記ハウジングの長手方向端部またはこの近傍に配置される少なくとも１つの第１の接触面と、前記第１の端部閉鎖部および／または第２の端部閉鎖部に配置される少なくとも１つの第２の接触面とを備え、それぞれの前記端部閉鎖部が前記長手方向取付け位置にあるとき、前記第１および第２の接触面が相互に接触している、請求項１から３のいずれかに記載のマスダンパデバイス。
5. 前記協働する取付け面が、前記ハウジングの長手方向端部またはこの近傍に配置される少なくとも１つの第１の位置合わせ面と、前記第１の端部閉鎖部および／または第２の端部閉鎖部に配置される少なくとも１つの第２の位置合わせ面とを備え、それぞれの前記端部閉鎖部が前記長手方向取付け位置にあるとき、前記第１および第２の位置合わせ面が前記ハウジングの同じ横断面内に配置される、請求項１から４のいずれかに記載のマスダンパデバイス。
6. 前記第１および／または第２の弾性要素が、振動数依存のヤング率を有する材料を含む、請求項１から５のいずれかに記載のマスダンパデバイス。
7. 前記第１および／または第２の弾性要素が、前記端部閉鎖部を前記長手方向取付け位置で取り付けた後、１００Ｈｚから２０００Ｈｚの振動数範囲にわたって、前記制振マスの振動数が１００％増加したとき、前記ヤング率が少なくとも２０％増加する材料を含む、請求項６に記載のマスダンパデバイス。
8. 前記材料が、少なくとも１つの寸法で１００ｎｍ以下の構造寸法を有するナノ構造材料を含む、請求項６または７に記載のマスダンパデバイス。
9. 前記ハウジングと前記第１および／または第２の端部閉鎖部との間に配置される少なくとも１つのシーリングを更に備える、請求項１から８のいずれかに記載のマスダンパデバイス。
10. 前記少なくとも１つの離隔部材が、前記制振マスを包囲する環状部材を備える、請求項１に記載のマスダンパデバイス。
11. 前記離隔部材が、前記制振マスの包絡面から径方向外側に延在するとともに、前記ハウジングの内壁と接触したときに屈曲または座屈するように配置される、複数の細長い部材を備える、請求項１または１０に記載のマスダンパデバイス。
12. 前記離隔部材が、前記制振マスの包絡面から径方向外側に延在するとともに、前記ハウジングの内壁と接触したときに軸線方向で圧縮されるように配置される、複数のスタッド型部材を備える、請求項１または１０に記載のマスダンパデバイス。
13. 前記少なくとも１つの離隔部材が、前記制振マスから前記第１および第２の端部閉鎖部のうちの１つまで長手方向に延在する、ピン型部材を備える、請求項１に記載のマスダンパデバイス。
14. 工具ホルダに固定されるように配置されるシャンクと工具部分とを備え、前記シャンクが外側に向かって開いた中央の軸線方向ボアを示し、マスダンパデバイスが前記ボア内に分離可能に固定され、前記マスダンパデバイスが、第１の長手方向端部および第２の長手方向端部を有する管状ハウジングと、前記第１または第２の長手方向端部に配置される少なくとも１つの端部閉鎖部と、円周方向の隙間を有するとともに第１の弾性要素および第２の弾性要素に支持されて前記管状ハウジングに受け入れられる、少なくとも１つの制振マスとを備え、
    前記制振マスは、該制振マスが前記ハウジングの内部長手方向壁に接触するのを防ぐように配置される少なくとも１つの離隔部材を備える加工工具。

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