WO2005051582A1

WO2005051582A1 - 防振切削工具

Info

Publication number: WO2005051582A1
Application number: PCT/JP2004/017604
Authority: WO
Inventors: Daisuke Murakami; Masanobu Ueda; Kazuhiko Kashima; Junya Okida; Norihide Kimura
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp.
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2005-06-09
Also published as: JP4689997B2; EP1693131A1; EP1693131B1; US20070089574A1; KR20060127010A; IL175859A; US7591209B2; EP1693131A4; JP2005177973A; IL175859A0

Abstract

　安価でビビリ振動の抑制効果が極めて高く、また、幅広い加工径や切削条件に単純な構造で対応できるホルダを備えた防振切削工具を提供することを課題としている。　ホルダ１のシャンク部２に、ポケット４を設け、そのポケット４に制振ピース５をホルダ１に対して相対運動可能、かつ、飛び出し不可に挿入し、この制振ピース５が、切削加工時にホルダから運動エネルギーを受けてポケットの対向位置の内壁４ａ、４ｂに交番に衝突し、その衝突が、面当たり、複数箇所での線当たり、もしくは複数箇所での点当たりとして起こってホルダの振動が減衰されるようにした。

Description

明細書

防振切削工具

技術分野

[0001] この発明は、主にビビリ振動が問題となる切削加工において、そのビビリ振動を簡素かつ安価な構造で効果的に減衰させることを可能にした防振切削工具に関する。背景技術

[0002] ホルダ内にダンバなどを組み込み、慣性を利用してビビリ振動を抑制する方法はよく知られている。特に、内径をカ卩ェするボーリングバイトでは、ホルダの大きさがワークの穴径によって制約されるため、細いシャンクで突き出し量を長くせざるを得ず、ビビリ振動が発生し易い。このため、防振切削工具の従来技術は、ボーリングバイトに関するものが多い。以下の説明は、主にそのボーリングバイトを例に挙げて行う。

[0003] 例えば、下記特許文献 1には、図 5に示す方法、すなわち、ホルダ 1に後端から穴 2 1をあけて刃先に近い穴の先端部分にダンバ 22を設け、穴の中空部には超硬の芯棒 23を挿入する方法が開示されている。また、下記特許文献 2には、ホルダの中央部に深穴を形成し、その中に粘性流体とウェイトを配した旋削工具が開示され、さらに、下記特許文献 3には、工具本体に設けた孔にロッドばねを挿入し、このロッドばねと孔間に粘弾性体を介在し、ロッドばねの先端にカッティングヘッドを設け、カッテイングヘッドと工具本体間に摩擦吸振材を配置した切削工具が開示されて!、る。

[0004] 特許文献 1、 2に記載された切削工具は、ダンバの慣性を利用してビビリ振動を打ち消す。また、特許文献 3に記載された切削工具は振動エネルギーを摩擦熱に変換して工具本体に伝播する振動を低減させる。

[0005] これらのほかに、シャンクに設けた挿入孔にシャンクとは異材質のダンパをテーパ嵌合させて挿入し、シャンクとダンバの接触摩擦を利用して振動を減衰させるボーリングバー（下記特許文献 4参照）や、工具本体の内部に振動エネルギーを吸収する制振材を組み込んで振動を減衰させる工具もある（下記特許文献 5、 6参照)。

[0006] 特許文献 1一 3の防振切削工具は、シャンクに深穴をあけてその穴にダンバを挿入しているので、小径でシャンク長が長い内径力卩ェ用ホルダの場合には特に、穴加工をガンドリルなどで行わざるを得ず、加工コストが高くついてコストに影響する。また、ダンパを挿入する中空部を大きくとっているためにホルダの剛性が低下する。さらに、構造が複雑でこれもコストアップの要因になるなどの問題がある。

[0007] また、これらのホルダは、構造が複雑なためにシャンク径が規制され (そのために内径加工では加工径が規制される）、防振効果を得る上での切削条件が限定されるという問題もある。

[0008] 特許文献 4、 5が開示してヽる工具も同様の問題を有して!/ヽる。また、振動エネルギ一を制振材で吸収する方法は、制振材として減衰性能の高ヽ Mn— Cu系制振合金などを用いる必要がある力このような合金は高価で力卩ェ性も良くないなどの問題を力かえていることが多ぐ性能、コストの両面に優れる工具を実現するのが難しい。

[0009] また、制振材を使用するものは、コスト低減のために制振材の使用量を減らすと満足な減衰効果が得られず、逆に、制振材の使用量を増やすと工具の剛性や強度が低下して橈みの増大や耐久性の低下を招く。

[0010] このほか、シャンクとダンバの接触摩擦を利用して振動を減衰させる方法の場合、振動減衰効果を高める目的で摩擦面積を広げると加工箇所の増加によるコスト増が考えられるようになり、シャンクに対するダンバの密着性が悪い場合には剛性が低下してかえって切削振動が大きくなる危険性もある。

特許文献 1：特開 2003— 136301号公報

特許文献 2：特開平 6 - 31507号公報

特許文献 3：特許第 2979823号公報

特許文献 4：特開平 6— 31505号公報

特許文献 5：特開 2001—96403号公報

特許文献 6：特開 2003— 62703号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] この発明は、従来の防振切削工具に見られる上記の課題を解決し、安価でビビリ振動の抑制効果が極めて高ぐまた、幅広い加工径ゃ幅広い切削条件に簡単な構造で対応できるホルダを備えた防振切削工具を提供することを課題としている。課題を解決するための手段

[0012] 上記の課題を解決するため、この発明においては、図 1に示すように、ホルダ 1のシヤンク部 2にポケット 4を設け、そのポケット 4に制振ピース 5をホルダに対して相対移動可能かつ飛び出し不可に挿入した。また、制振ピース 5が、切削加工に伴ってホルダ 1が振動したときに慣性で対向位置のポケット内壁に交番に衝突し、その衝突が、面当たり、複数箇所での線当たり、もしくは複数箇所での点当たりとして起こってホルダの振動が減衰されるようにした。

[0013] この防振切削工具は、好ましい形態として、ホルダのシャンク部に対向配置の第 1 内壁面と第 2内壁面を有するポケットを設け、そのポケットに、前記第 1内壁面と第 2 内壁面の各々に対面させる面を備えた制振ピースを飛び出し不可に挿入し、前記ポケットの第 1内壁面と第 2内壁面およびこれらの面に対面させる制振ピースの面を平面で構成して切削時に想定されるホルダの振動方向に対して交差する向きに配置し、前記第 1、第 2内壁面と制振ピースとの間に制振ピースを可動となす隙間を設けたものが考えられる。

[0014] 制振ピース 5は、複数個に分けてそれを単一のポケットに挿入してもよい。また、独立したポケットを複数個設け、複数に分けた制振ピースを各ポケットに別々に挿入してもよい。さらに、この制振ピース 5は、ポケット 4に複数箇所で線当たり、あるいは点当たりさせても効果がある力より良い効果を得るためになるべく広い面でポケット 4の壁面に接触させるのがよ、。図 1における軸直角断面形状 (シャンクの軸直角断面に現れる形状)を方形にし、対向配置のポケット壁面 4a、 4bに交番に衝突させる面 5a、 5bの面積を、他の面 5c、 5dの面積よりも大きくするとその要求に応えることができる。

[0015] 制振ピース 5は、軸直角断面形状を方形にしたものが好ま、。この制振ピース 5の平面視形状は、特に限定されず任意の形状を選択することができる。

[0016] また、この制振ピース 5は、比重がシャンク部 2の材質よりも大き、材料で形成するのがよい。例えば、シャンク部 2を鋼で形成する場合には、鋼の比重が 7. 8であるので、比重が 7. 8以上ある超硬合金やヘビーメタルなどで形成すると好ましい。比重がシャンク部 2の材質と同等又はそれよりも小さい材料で形成したものも有効であるが、比重の大きヽ材料を使用すれば、必要な重さを小サイズのピースで確保することができる。

[0017] 壁面 4a、 4bとそれらの壁面に衝突させる制振ピース 5との間の隙間は、 0. 01—

0. 5mm程度にするのがよい。また、壁面 4a、 4bは、切削時に想定されるホルダの振動方向に対して交差角ができる面にする。より好ましくは、振動方向に対してほぼ直交する面にするのがよい。

[0018] また、ポケット 4は、その幅 wをシャンク径 Dもしくはシャンク幅 Wの 20%— 100%、壁面 4a、 4b間の高さ hをシャンク高さ Hの 5%— 70%に設定するのがよい。ここで言う幅と高さは、シャンクの軸直角断面における幅と高さであり、これは以下も同じとする

[0019] 力かる防振切削工具は、図 2に示すように、シャンク部 2に設けるポケット 4をホルダ 1の側面力加工し、ピース保持手段や蓋 6などの封印手段を備えさせてそれらの手段でポケット 4に挿入した制振ピース 5をポケット内に保持する形態、

図 3に示すように、ポケット 4を、刃先 7aが配置される側とは反対側のホルダ側面 la からカ卩ェし、そのポケット 4を刃具の刃先 7aが配置される側の側面 lbに貫通していない止まり穴にした形態、

或いは、図 4に示すように、ホルダのシャンク部 2とヘッド部 3を別々に形成し、シャンク部 2の先端に開放させて設けたポケット 4に制振ピース 5を挿入し、シャンク部 2の先端にヘッド部 3を接合してシャンク部先端にあるポケット 4の口を塞ぐ形態などが考えられる。

[0020] いずれの形態の工具も、ポケット 4は、軸方向長さ c (図 1参照）をシャンク径 D (又はシャンク高さ H)の 50%— 250%とし、このポケット 4を、工具の先端側に偏った位置、具体的には、刃具の刃先力もポケット設置点までの距離 e (図 1参照）が、シャンク径 Dの 50%— 250%程度となる位置に設置するのがよい。ポケット長さ cのより好ましい値は、ボーリングバイトについてはシャンク径 Dの 100%— 150%程度、刃先からポケット設置点までの距離 eのより好ましい値は、シャンク径 Dの 150%— 220%程度であつたが、これらは切削条件等によって適正値が変わる。

[0021] なお、ポケット 4は、ボーリングバイトなどの内径力卩ェ用工具では、幅 wがシャンク径 Dもしくはシャンク幅 Wの 50%— 100%、高さ hがシャンク高さ Hの 20%— 40%の範囲にすると特に好ましかった力工具のサイズなどによっては、その範囲から外れた寸法でも良、効果を期待できる。

[0022] 例えば、シャンク径 Dが φ 20mmを越えるボーリングバイトは、ポケット 4の幅 wを 0.

2D— 0. 5D (0. 2W— 0. 5W)、高さ hを 0. 2H— 0. 5Hとしても高い効果が得られた。

[0023] また、焼き入れ鋼など高硬度材の加工に用いる工具や、ワイパー付チップで加工を行う工具は、ポケット 4の幅 wを 0. 5D— 1. OD (0. 5W— 1. OW)、高さ hを 0. 4H—

0. 7H程度にしたときの効果が高力つた。

[0024] さらに、ポケットの幅 wを 0. 2D— 1. OD (0. 2W— 1. OW)、高さ hを 0. 05H— 0. 2

H程度にしたものは、炭素鋼の高速力卩ェゃステンレス鋼の加工におけるビビリ振動の抑制効果が高かった。

発明の効果

[0025] ホルダが振動すると、ポケットに収納した制振ピースが慣性で振動してポケットの内壁を直接叩く。そのときの制振ピースの振幅はホルダの振幅とは逆位相となり、そのためにホルダの振動が打ち消されてビビリ振動が低減される。特に、この発明においては、ポケットに対して制振ピースが面当たりするようにしたので、あるいは複数箇所で線当たりもしくは点当たりするようにしたので、制振ピースの荷重が広い範囲に分散してポケットの内壁に加わり、このことが有効に作用してビビリ振動を大幅に抑制することが可能になる。

制振ピースを衝突させるポケットの壁面が想定されるホルダの振動方向に対してほぼ直交する向きになっていると、制振ピースからのエネルギー（ホルダ振動を打ち消すエネルギー）がロス無くシャンクに伝わるので、制振ピースとポケットが小さくてよぐポケット設置によるシャンクの剛性低下を少なくしてビビリ振動の抑制効果を向上させることがでさる。

[0026] また、この発明によれば、ポケットをホルダの側面力加工することができるので、製造の容易化、それによる製造コストの大幅削減が図れ、より安価な防振切削工具を提供することが可能になる。

[0027] さらに、ホルダのシャンク部とヘッド部を別々に形成し、シャンク部に形成したポケットにシャンク部の先端側力も制振ピースを挿入する構造にしても、ビビリ振動に対して最も効果的な制振ピースを挿入できるため、大きなダンパ揷入用の空洞を加工する必要がなぐポケット設置によるシャンクの剛性低下を最小限に抑えながら構造の簡素化を図って工具コストを大幅に低減することが可能になる。

[0028] なお、制振ピースが小さくてその重量が不足すると防振効果が不十分になり、一方、制振ピースが大きすぎるとポケットが大きくなつてシャンクの剛性が犠牲になる。この不具合を回避するためにポケットの大きさは先に述べた範囲内に納めるのがよい。

[0029] また、ポケットの長さ cがシャンク径 D又はシャンク高さ Hの 50%以下であると制振ピースが小さくなつて十分な効果を期待できず、一方、その長さ cが Dまたは Hの 250% を越えるとシャンクの剛性低下が大きくなり、ホルダ突き出し量 (支持点から刃先までの突き出し量)をシャンク径の 3倍以上にして行う一般的な切削形態でビビリが発生し易くなる。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1] (a)この発明の工具の一形態を示す平面図、（b)図 1 (a)の X— X線部の断面図 [図 2] (a)この発明の工具の他の形態を示す平面図、（b)図 2 (a)の X— X線部の断面図

[図 3] (a)さらに他の形態を示す平面図、（b)図 3 (a)の X— X線部の断面図

[図 4] (a)さらに他の形態を示す平面図、（b)図 4 (a)の X— X線部の断面図

[図 5] (a)従来の防振バイトの基本構造を示す平面図、（b)図 5 (a)の X— X線部の断面図

[図 6] (a)工具の実施形態を示す平面図、（b)図 6 (a)の X— X線部の断面図

[図 7] (a)図 6の工具のポケットを 0 ° 傾けた状態の平面図、（b)図 6の工具のポケットを θ。傾けた状態の断面図

[図 8] (a)図 6の工具のポケットを 0 ° = 90° 傾けた状態の平面図、（b)図 6の工具のポケットを 0 ° = 90° 傾けた状態の断面図

[図 9] (a)他の実施形態の工具の平面図、（b)図 9 (a)の X— X線部の断面図、（c)同じく Y— Y線部の断面図

[図 10]ポケットの形状の違いによるホルダ変形量の比較図 [図 11]効果の確認実験に用いた工具の仕様を示す図

[図 12]図 11の工具の効果の確認試験結果を示す図

[図 13]図 9の工具の制振ピースを直方体形状のものに置き換えた図

[図 14] (a)他の実施形態の工具の平面図、（b)図 14 (a)の X— X線部の断面図

[図 15] (a)他の実施形態の工具の平面図、（b)図 15 (a)の X— X線部の断面図

[図 16]ポケットをシャンク中心力も偏心させた例を示す断面図

[図 17] (a)他の実施形態の工具の平面図、（b)図 17 (a)の X— X線部の断面図

[図 18] (a)他の実施形態の工具の平面図、（b)同上の工具の側面図、（じ）図18 (&) の X— X線部の断面図

圆 19]ポケットと制振ピースの変形例を示す平面図

圆 20]ポケットの配置状態を変えた例を示す断面図

[図 21]図 18の工具の効果の確認試験結果を示す図

[図 22] (a)他の実施形態の工具の平面図、（b)同上の工具の側面図、（じ）図22 (&) の X— X線部の断面図

[図 23] (a)さらに他の実施形態の工具の平面図、（b)同上の工具の側面図

[図 24] (a)さらに他の実施形態の工具の平面図、（b)同上の工具の側面図

[図 25]図 22の工具の効果の確認試験結果を示す図

[図 26] (a)他の実施形態の工具の平面図、（b)同上の工具の側面図

[図 27] (a)さらに他の実施形態の工具の平面図、（b)同上の工具の側面図

[図 28]図 26の工具の効果の確認試験結果を示す図

圆 29]更に他の実施形態を示す斜視図

圆 30] (a)制振ピースの断面の他の例を示す図、（b)—（d)制振ピースの断面のさらに他の例を示す図

圆 31]制振ピースの他の例を示す断面図

[図 32] (a)制振ピースの平面の他の例を示す図、（b)制振ピースの平面のさらに他の例を示す図

符号の説明

1 ホノレダ 2 シャンク部

3 ヘッド部

4 ポケット

4a 第 1内壁面

4b 第 2内壁面

5 制振ピース

5a一 5f 平

6 蓋

7 スローァゥヱイチップ

8 クランプ手段

9 オイルホール

10 取付穴

11 止めピン

12 穴

発明を実施するための最良の形態

[0032] 以下に、この発明の防振切削工具の実施例を添付図面に基づいて説明する。

実施例 1

[0033] 図 6に、この発明の防振切削工具の一形態を示す。図示の工具は、ボーリングバイトであり、ホルダ 1の先端にスローァウェイチップ 7をクランプ手段 8でクランプして着脱自在に装着している。ホルダ 1のシャンク部 2に放電カ卩ェ等によって一方の側面から他方の側面に貫通する穴をあけ、ホルダ 1の先端側に偏らせて設けたその穴をボケット 4にしてそのポケット 4に、比重が 15. 1の超硬合金製の直方体の制振ピース 5を挿入し、ポケット 4の両端を蓋 6で封鎖して制振ピース 5が外部に飛び出さないようにしている。ポケット 4は、軸直角断面形状が方形になるポケットにしてあり、平行配置の壁面 4a、 4bを有する。ホルダ 1のシャンク部 2は、円形断面のものを図示した力この発明を適用する工具のシャンク部は角断面であつてもよい。

[0034] 制振ピース 5は、高さ aと幅 fをポケット 4の寸法よりも 0. 15mm程度小さくし、ポケットの壁面 4a、 4bに対応させた平面 5a、 5bを備えさせてこれらの面とポケット 4との間に生じた隙間（クリアランス）の範囲内での動きが許容されるようにしている。

[0035] この制振ピース 5は、ポケット 4内で可動であることが必須であり、ポケット 4の壁面と干渉してホルダ 1との相対移動が許容されなければビビリ抑制の効果が発揮されない。また、制振ピース 5が極端に小さいと、その制振ピース 5の重量が不足して満足なビビリ抑制の効果が得られない。発明者らの研究によれば、シャンク径 Dが φ 20mm 以下の比較的小径のホルダでは制振ピース 5をポケット 4に対して 0. 5mm程度よりも小さぐ制振ピース 5が動くクリアランスがあれば効果があることが分力ている。制振ピース 5とポケット 4との間の隙間は、 0. Olmmよりも小さいとホルダ 1や制振ピース 5 が熱変形するなどして制振ピース 5がポケット内で動かなくなることがあるので、 0. 01 mm— 0. 5mm程度にするのがよい。特に、ポケット 4に対して制振ピース 5を 0. lm m— 0. 3mm程度小さくしたときの効果が最も高い。ただし、シャンク径 Dが例えば φ 20mmより大きい場合には、ポケット 4との間の隙間を大きくしても制振ピース 5の重さを不足なく確保できるので、制振ピース 5がポケット 4よりも 0. 5mm以上小さくても効果がある。

[0036] 制振ピース 5は、ホルダ 1の材質が鋼である場合には鋼の比重 7. 8以上の比重を有する材料で形成すると好ましい。その比重は、大きい方が同じ効果を得る上でのポケットサイズが小さくて済むので有利である。一般的には、比重が 14一 16の超硬合金や、比重が 18程度のヘビーメタルが入手し易ぐ加工も容易で制振ピース 5の材料として適している。勿論、これよりも比重の大きな材料があれば、それを使用してもよい。

[0037] ポケット 4の大きさは、大きすぎるとホルダ 1の剛性が低下して工具の加工精度 (カロェ寸法や面粗さ）が悪ィ匕したり、工具が逆にビビリ易くなつたりする。また、このポケット 4が小さすぎると、制振ピース 5も小さくなつてビビリ抑制の効果が低下する。加えて、ポケット 4の特に高さ寸法 hが小さすぎる場合には、ポケットを加工するエンドミルなどの工具の径が小さくなるため加工が困難になる。

[0038] これらの諸事情を考慮すると、ポケット 4は、その幅 wがシャンク径 D又はシャンク幅 Wの 20%— 100%、その高さ hがシャンク径 D又はシャンク高さ Hの 5%— 70%が適当である。ビビリ防止効果と加工時のホルダの橈みに起因する加工精度の悪化、製作の容易さなどを考慮して総合的に判断すると、シャンク径0= φ 20mm以下の比較的小径のホルダでは、幅 wがシャンク径 D又はシャンク幅 Wの 50%— 100%、より好ましくは 70%— 95%、高さ hがシャンク径 D又はシャンク高さ Hの 20%— 40%、より好ましくは 20%— 30%が適している。

[0039] また、ポケット 4の長さ cと、工具先端力もポケット設置点までの距離 eは、シャンク径 Dの 50%— 250%力 Sよ力つた。特に、ボーリングバイトではポケット 4の長さ cをシャンク径 Dの 100%— 150%程度、刃先からポケットまでの距離 eを 150%— 220%程度にしたときに最も効果が高力つた。シャンク径 Dが φ 20mmより大きい場合は、ポケット 4が小さくても防振効果が得られるので、特にポケット 4の幅 wをシャンク径 Dの 50% 程度まで小さくしても効果がある。

[0040] 図 7に示すポケット 4の設置角 Θは、切削力の力かる方向に応じて適宜設定すればよい。一般的な内径力卩ェ用工具では、壁面 4a、 4bを水平にしたポケットでビビリ振動抑制の目的を十分に達成することができる。常に一定条件で切削するような場合には、水平面を基準にして 0° — 45° の範囲で傾き、切削力の主分力と背分力の合力に対して壁面 4a、 4bが直角向きになるポケットを設けてそこに制振ピース 5を挿入すればより効果的である。また、背分力が極端に高くなる特殊な加工では、図 8に示すようにポケット 4を垂直にすることも考えられる力一般的な内径加工用工具については、このような方向のポケットを設けてもビビリ抑制の効果力、さぐあまり意味がない実施例 2

[0041] 図 9は、加工精度が重視される場合に有効な形態を示している。図 6の工具は、制振ピース 5を大きくすることができ、ビビリ抑制の効果を高め易い反面、ポケット 4がシヤンク部 2を貫通しているためにホルダ 1の剛性が低下して加工精度が低下する傾向が高まる。図 9の防振切削工具はその問題を解決できる。

[0042] この図 9の防振切削工具は、刃先 7aが配置される側とは反対側の側面 laからシャンク部 2にポケット 4をエンドミルでカ卩ェして設けて!/、る。ポケット 4の両端はエンドミルの外径を転写して円弧形状にし、また、ホルダ 1の剛性低下を抑えるために、ポケット 4は、刃先 7aが配置される側の側面 lbを厚みで 2mm程度残した止まり穴にし、側面 la側にある入口を実施例 1と同様に蓋 6で塞いで制振ピース 5の飛び出しを防止する構造にしている。蓋 6は、ホルダ 1の材料と同じ鋼でもよいが、超硬合金で形成してホルダ 1に強固に貼り付けると、ポケット設置によるホルダの剛性低下を小さくすることができる。

[0043] 図 9の防振切削工具はポケット 4を止まり穴にしており、このことが工具の実用性をさらに高める上での重要なポイントになる。発明者らは、先ず図 6の工具を試作して非常に高いビビリ抑制効果を確認した。ところが、図 6の構造はビビリの抑制効果は高いが、ホルダの剛性低下が避けられないためにそれによる加工精度の悪ィ匕が懸念された。

[0044] そこで、建築資材などに多用されている H型鋼の構造を応用したものなど数種類の構造について剛性の違いを検討した。その結果を図 10に示す。同図の A— Dは、図 1 (a)に示すホルダの X— X線に沿った断面形状を表している。この図 10から分かる通り、ポケット 4を貫通穴で形成する図 6 (図 10の A)の構造では、防振機構の無い一般の鋼製シャンクを用いた内径加工用工具に比べて荷重による変形量が約 40%大きくなる。これに対し、図 9の構造（図 10の B)は、荷重による変形量が約 9%に抑えられ、ポケット設置による剛性低下が小さくて加工精度の安定ィ匕が図れる。この効果は、図 10から分力るように他の構造では得られな!/、。

[0045] 図 9の構造は、蓋 6を超硬合金で形成してシャンク部 2に強固に固定することによつて荷重によるシャンクの変形量を穴の無い一般的な鋼シャンクと同等にすることも可能である。

[0046] なお、側面視で両端が円弧面になったポケット 4に挿入する制振ピース 5は、図 13 に示すような直方体形状であってもよ!、。両端を平坦にしても制振ピースの重量を不足無く確保できる場合には、図 13の直方体形状の制振ピースの方が円弧面の加工が省けて有利である。

[0047] 次に、この発明のビビリ抑制効果を確認するために、 ISO規格 S12M— STUPR11 03に準拠した形状のホルダを使った工具を試作して切削実験を行った。この工具の寸法諸元は、図 1に示すシャンク径0= φ 12mm,工具先端力ポケット設置点までの距離 e = 21mm、ポケット長さ c = 15mm、ポケット幅 w=8mm、ポケット高さ h= 3 mm、図 1の（w— f) =0. 1mmである。また、図 10に示す tは 2mmにした。

[0048] 実験に供した切削工具は、図 11に示す発明品 1一 6と比較品 1一 5である。発明品 1一 6と比較品 1及び 3は、ポケットの高さと幅、制振ピースの大きさ、材質を変化させたもの、比較品 2は制振ピースとポケット間のクリアランスを 0にしたもの、比較品 4は一般的な鋼製シャンクのホルダを使用したもの、比較品 5はシャンクを超硬合金で形成したものである。なお、比較品 5以外の工具のシャンク材質は鋼である。

[0049] 切削実験は、被削材として一般的な合金鋼 SCR420を準備し、これを切削速度 80 mZmin、 160m/min、切り込み量 0. 2mm、送り速度 0. lmm/revの条件でェ具ホルダからの突き出し量を変化させて（突き出し量 =48mm、 60mm, 72mm, 84 mm)切削し、ビビリ発生の有無を調べた。

[0050] 図 12にその結果を示す。図 12にはビビリが発生しな力つたものを〇で、ビビリが発生したものを Xで示している。この実験結果力も分力るように、各発明品はビビリ抑制の効果が非常に高い。中でも発明品 1、 3、 5は、ホルダを超硬合金で形成した比較品 5よりも優れたビビリ抑制の効果が得られている。

[0051] ビビリ抑制の効果につ 1、て市販の数社の防振型ボーリングバイトとの比較も行った。同一条件で各工具による切削を実施したところ、市販品はいずれもビビリ振動による音 (加工中に金属音）が確認された。これに対し、発明品は、切削条件によっては加工の初期に若干音が出た力その音が直ぐにおさまってほぼ無音での加工がなされた。また、最初力も最後まで殆ど音が出ず、切削が進行しているのが分力もない状況のときもあった。

実施例 3

[0052] 図 14にさらに他の実施形態を示す。この図 14の防振切削工具は、ホルダ 1のシャンク部 2とヘッド部 3を別々に製作し、その両者を一体的に組み合わせている。ヘッド部 3は、シャンク部 2に対して取り外し不可能に接合してもよいし、着脱自在に接続してヘッド部 3が破損したときの交換修理を可能にしてもよい。

[0053] この構造は、ポケット 4をシャンク部 2の先端に開口させて形成し、このポケット 4に制振ピース 5を挿入することによってヘッド部 3を蓋として機能させることができるので、専用の蓋を省くことができる。また、ポケット 4を放電加工等で形成すればシャンク部 2 を超硬合金で形成することができ、剛性が高ぐビビリ振動の抑制効果も極めて高い内径加工用防振切削工具が得られる。

実施例 4

[0054] 図 15に示すように、ホルダ 1の両側面からポケット 4を力卩ェしてシャンクの中央の肉を残すものも考えられる。この構造は、既述の他の実施形態と比較して制振ピース 5 力 S小さくなるためビビリ抑制の効果が若干低下するが、左右のポケット間に残された肉部に、軸方向に延びる給油孔を形成して切削液を刃先先端にまで効果的に供給することができる。

実施例 5

[0055] 図 16の防振切削工具は、ポケット 4をシャンク部 2の中心から下側（上側も可）に偏らせて設けたものであり、この構造でもポケット 4の上側部分にスペースを確保してそこに給油孔 9を形成することができる。

実施例 6

[0056] 図 17は、ポケット 4からの制振ピース 5の飛び出しを防止する手法の他の例である。

図のように制振ピース 5にその制振ピースを上下に貫通する取り付け孔 10を設け、その取り付け孔 10に孔径よりも細い止めピン 11などを通してそれで制振ピースの外れを防止してもよぐこの構造は蓋を必要としない。

実施例 7

[0057] 図 18にこの発明の防振切削工具のさらに他の実施例を示す。この工具は、ボーリングバイトにおいてホルダ 1のシャンク部 2に形成するポケット 4の幅 wと高さ hを共にシャンク径 Dの 20%— 50%にした例を示している力適用対象はボーリングバイトである必要はなぐポケットサイズもここに挙げた数値に限定されない。また、ポケット 4 は、必ずしもシャンクに横からカ卩ェする必要はなぐ図 18に示すようにシャンク部 2に上方 (又は下方)より加工し、そのポケット 4に制振ピース 5を挿入した後、蓋 6でボケット 4の入口を塞ぐ構造にしてもよい。蓋 6は、超硬合金で形成したものがポケット設置による鋼製シャンクの剛性低下を補うことができて好ましい。

[0058] ポケット 4は、エンドミルで加工すると前端と後端が図 19に示すように円弧状になる。これに合わせて、制振ピース 5の長手方向両端を図 19 (b)に示す円弧や図 19 (c) に示す山形形状にすると、制振ピースの重量をより大きくすることができるが、制振ピース 5の長手方向両端は、図 19 (a)のように軸直角にカットしてもよ、。

[0059] 制振ピース 5の向き（ポケット 4の設置角）は、切削抵抗が働く方向に対して面 5a、 5 bが垂直になる向きにするのがよぐそのために、面 5a、 5bは必ずしも水平にならず図 20 (a)のように傾くことがあり得る。

[0060] 制振ピース 5の断面形状も、正方形である必要はない。切削力が働く方向に対して垂直な面 5a、 5bの面積をそれらの面に対して直角な面 5c、 5dの面積よりも広くした方が振動減衰の効果が高い。この制振ピース 5は、複数個に分割してポケット 4に収納することができ、これでも十分な振動減衰効果が得られる。

[0061] また、ポケット 4の位置は、図 20 (b)のように、シャンクの中央から外れていてもよい。この方がポケット 4の加工がし易くてカ卩ェコストを低減できる場合がある。また、制振ピース 5がシャンク中心力外れた位置でポケット壁面に衝突してシャンクにねじり力が加わるので、シャンクにねじり振動が加わる場合の振動減衰効果が高まる。

[0062] この実施例 7の工具のビビリ抑制効果の確認試験結果を以下に記す。試験は、 IS O規格 S16RSSKPR09 ( (i) 16mm)のシャンクに図 21に示すサイズのポケット（重心がシャンク中央にある）を形成し、そのポケットに比重が 18. 1のヘビーメタルで形成されたポケットよりも縦、横のサイズが 0. 3mm小さい制振ピースを挿入して構成される発明品 1、 2と比較品 1、 2及び鋼シャンク、ポケット無しの比較品 3を使用して下記 1、 2の切削条件で行った。発明品 2、比較品 1、 2は、いずれも刃先力もポケットまでの距離 eを 25mm、ポケット長さ cを 20mmにして!/、る。

[0063] 切削条件 1

使用チップ： ISO規格 SPMT090304N (モールドブレーカ付き）

ホルダ突き出し量： 80mm、

被削材: SCM415、

切削速度： V = 120m/min

送り速度： f=0. 15mm/rev

切り込み： d=0. 5mm/rev 切削液:不水溶性切削油剤

切削条件 2

使用チップ： ISO規格 SPMT090304N (モールドブレーカ付き）

ホルダ突き出し量： 80mm、

被削材: SUJ2

切削速度： V = 120m/min

送り速度： f=0. 1 mm/rev

切り込み： d=0. 5mm/rev

切削液:不水溶性切削油剤

[0064] 図 21に試験結果を併せて示す。同図の〇、 Xはビビリの有無を表す。発明品 1、 2 は、一般炭素鋼の切削条件である切削条件 1、被削材の硬度が高いときの仕上げ切削条件である切削条件 2のどちらにおいても良好な結果が得られており、オールマイティーにビビリの抑制効果が発揮されることがわかる。

[0065] これに対し、比較品 1は、切削条件 1、 2での結果が共に悪い。制振ピースが軽すぎたことにその原因があると思われる。比較品 2は切削条件 1では効果がある力背分力が高くなる切削条件 2での結果が悪い。また、比較品 3は、振動の減衰効果が全く得られず、そのために、切削条件 1、 2での結果が共に悪い。

実施例 8

[0066] 図 22に、この発明を溝入れバイトに適用した例を、また、図 23、図 24にこの発明を外径加工用バイトに適用した例をそれぞれ示す。これらのバイトは、内径加工用バイトと違ってサイズ規制を受けないので、ポケットのサイズを大きくすることによるシャンクの剛性低下を、シャンクのサイズを大きくしてカバーすることができる。

[0067] 外径カ卩ェ用のバイトでは主にネガティブ型のチップが用いられ、その場合、切削抵抗が高くなるため、より大きな振動エネルギーが発生する。従って、より大きな振動ェネルギーを打ち消し得る制振ピースが必要になる。このときのポケット 4は、幅 wは図 6 の工具と同じ（シャンク幅 Wの 50%— 100%)にして高さ hをシャンク高さ H (又はシャンク径 D)の 40%— 70%にまで拡大したものが好ましぐシャンクのサイズ規制を受けな、工具であれば、その好まし!/、サイズのポケットを形成することができる。 [0068] 実施例 8の効果の確認試験結果を図 25に示す。溝入れバイトによる溝入れ加工でも一般の外径加工と同様の大きな振動エネルギーが発生する。そこで、図 22の溝入れバイトを使用してビビリ振動の減衰状況を調べた。

[0069] ここでの試験は、 K10-PVDコーテッド超硬合金製三角形状縦使ヽ溝入れチップ（刃幅 3mm)を装着したホルダの鋼製シャンク（サイズ： 25mm X 25mm)に、図 25に示すサイズのポケットを形成し、そのポケットに比重 18. 1のヘビーメタルで形成されたポケットサイズよりも 0. 2mm小さい制振ピースを挿入した発明品 1、 2と比較品 1一 3及び鋼製シャンク、ポケット無しの比較品 4を準備した。そして、これらを使用して切削を行った。このときの試験条件を下に示す。なお、発明品 2、比較品 1一 3は、いずれも刃先からポケットまでの距離 eを 15mm、ポケットの長さ cを 30mmにした。

[0070] 切削条件 1

被削材: S45C

切削速度： V = 1 OOm/min

送り速度： f=0. 05mm/rev

切削液:不水溶性切削油剤

切削条件 2

被削材: S45C

切削速度： V = 200m/min

送り速度： f=0. 1 mm/rev

切削液:不水溶性切削油剤

[0071] 図 25に併記した結果からわ力るように、発明品 1、 2は切削条件 1、 2のどちらにおいてもビビリ振動が防止されている。これに対し、比較品 1はポケット設置によるシャンクの剛性低下が大きすぎるためにポケット設置が逆効果になって比較品 4と大差のないものになっている。また、比較品 2、 3は、軽切削では効果がある力重切削ではビピリ抑制の効果が得られてヽな、。

実施例 9

[0072] 図 26に外径切削用バイトのさらに他の例を示す。一般の外径カ卩ェでは、シャンクの剛性を確保できるので、キーキーと音を立てるような大きなビビリ振動は発生し難い。しかし、音の出ない微小なビビリは発生し、そのために刃先に微小なチッビングが発生したり、コーティング工具ではコーティング膜が剥離したりすることがある。

[0073] この問題の原因になる微小ビビリに対しては、既述のものよりも小サイズの制振ピースで対応することができる。ポケット 4の幅 wをシャンク幅 Wの 20%— 100%、高さ hをシャンク高さ Hの 5%— 20%とし、このポケット 4に、壁面 4a、 4bとの間に 0. 03— 0. 5mm、より好ましくは 0. 03-0. 1mmの隙間を持たせた制振ピース 5を挿入し、その制振ピース 5の飛び出しを防止するためにポケット 4の入口を蓋 6で塞ぐ。この図 26の工具は、炭素鋼の高速力卩ェゃステンレスの加工に効果がある。制振ピース 5による防振効果で微小ビビリが抑制されて刃先のチッビングなどが減少し、耐久性が向上する

[0074] なお、シャンク部 2は、上下に別けて部品を製作し、ポケット 4の加工、制振ピース 5 の挿入後に下側部分と上側部分を嵌合、ネジ止め、溶接などの適当な方法で互いに固定すると、下側部分を蓋として機能させることができる。

[0075] ボーリングノイトも、シャンクの剛性を確保したものは大きなビビリ振動ではなく微小ビビリを生じることがあり、そのボーリングバイトに対しては、図 26の外径切削用バイトに採用したものと同様のポケットと制振ピースが有効である。そのポケット 4と制振ピース 5を設けたボーリングバイトの実施形態を図 27に示す。

[0076] 実施例 9の効果の確認試験結果を図 28に示す。試験は、 25mm角の鋼製シャンクに図 28に示すサイズのポケット 4を形成し、そのポケット 4に比重 18. 1のへビーメタルで形成されたポケットサイズよりも 0. 2mm小さ!/、制振ピース 5を挿入した図 26に示す構造の発明品 1、 2と比較品 1、 2及び鋼製シャンク、ポケット無しの比較品 3を準備した。そして、これらを使用して切削を行った。このときの試験条件を下に示す。なお、発明品 1、 2と比較品 1、 2は、いずれも刃先力もポケット 4までの距離 eを 25mm、ポケット 4の長さ cを 30mmとした。

[0077] 切削条件

被削材: SCM435

チップ： TNMG 160412 (モールドブレーカ付き）

切削速度： V = 300m/min 送り速度： f=0. 25mm/rev

切り込み： 1. 5mm

切削液:不水溶性切削油剤

[0078] 上記の条件で断続切削を行い、切れ刃が欠損に至るまでの衝撃回数を計測し、 10 回テストして、その平均値で評価した。その結果を図 28に示す。

[0079] この試験では、比較品 1、 2は切れ刃に微小チッビングが発生し、その微小チッピングが集積して最終的に大きな欠損を生じた。これに対し発明品 1、 2は、微小チッピングは起こらず、摩耗が増大して欠損に至った。この試験結果力わ力るように、微小チッビングの原因になる微小ビビリもこの発明によって抑制するこができる。

[0080] 図 29の防振切削工具は、シャンク部 2の先端側にシャンク幅方向に延びる穴（貫通穴、止まり穴を問わない） 12をシャンク長手方向に位置をずらして複数設け、各穴 12 をポケットにしてそこにそれぞれ制振ピース 5を可動かつ穴力も飛び出さないように挿入している。この構造も、制振ピース 5が複数箇所でホルダに線接触するので、ダンパを使用した既存の防振切削工具に勝る振動減衰効果を期待できる。この構造は、穴 12を点在させて設けているので、単一のポケットを設けたものよりもホルダの剛性低下を抑え易い。また、穴 12を丸穴、制振ピース 5を丸棒状にすることで、ホルダの製作をより簡単にして製造コストも抑えることができる。

[0081] なお、制振ピース 5は、軸直角断面形状を方形にするとポケット壁面 4a、 4bに対する接触面積を広く確保できるが、図 30 (a)に示すような多角形や、図 30 (b)に示す楕円形などであってもよいし、図 30 (c)や図 30 (d)に示すように、面 5a、 5bに凹凸があり、ポケットの壁面 4a、 4bに複数箇所で線接触又は点接触する形状であってもよい。

[0082] 図 31に示すように、ホルダのシャンク部 2に独立したポケット 4を幅方向に位置をずらして複数個設け、各ポケット 4に制振ピース 5を収納する構造でも制振ピース 5をポケットの壁面 4a、 4bに対して複数箇所で線当たり、あるいは、面当たりさせることができ、このような構造も有効である。

[0083] 制振ピース 5の平面視形状は特に限定されない。方形、長方形のほか、円形（図 3 2 (a)参照)や半楕円に近い形状 (図 32 (b)参照)など、任意の形状を採用できる。平面視形状が四角でないものも、シャンクの軸直角断面形状は方形にすることができる [0084] なお、この発明は、ビビリ振動が発生し易い内径加工用工具、溝入れ加工用工具、ねじ切り用工具、一般外径旋削用工具などに適用できる。また、旋削加工に限らず、フライス盤ゃマシユングセンタ等に取り付けて使用するボーリングタイルやドリル等に適用しても優れたビビリ抑制の効果を得ることができる。

[0085] この発明の防振切削工具は、周知の中ぐり盤、外径加工用の旋盤、フライス盤、マシユングセンタなどに装着して使用する。この防振切削工具を用いて加工を行うとカロェ不良による歩留まりの低下、再加工の実施による生産性の低下などが起こらない。また、この防振切削工具を用いて加工される部材は、切削された面にビビリマークができない。

Claims

請求の範囲

[1] ホルダのシャンク部にポケットを設けてそのポケットに制振ピースをホルダに対して相対運動可能、かつ、飛び出し不可に挿入し、この制振ピースが、切削加工に伴つてホルダが振動したときに慣性で対向位置のポケット内壁に交番に衝突し、その衝突が、面当たり、複数箇所での線当たり、もしくは複数箇所での点当たりとして起こつてホルダの振動が減衰されるようにした防振切削工具。

[2] ホルダのシャンク部に対向配置の第 1内壁面と第 2内壁面を有するポケットを設け、そのポケットに、前記第 1内壁面と第 2内壁面の各々に対面させる面を備えた制振ピースを飛び出し不可に挿入し、前記ポケットの第 1内壁面と第 2内壁面およびこれらの面に対面させる制振ピースの面を平面で構成して切削時に想定されるホルダの振動方向に対して交差する向きに配置し、前記第 1、第 2内壁面と制振ピースとの間に制振ピースを可動となす隙間を設けた防振切削工具。

[3] 前記ポケットと制振ピースのシャンクの軸直角断面における形状を方形にし、前記制振ピースの前記ポケット内壁に衝突する面の面積を他の面の面積よりも大きくした請求項 1又は 2に記載の防振切削工具。

[4] 前記制振ピースとこの制振ピースを衝突させるポケット内壁との間の隙間を 0. 01— 0. 5mmの範囲に設定した請求項 1乃至 3のいずれかに記載の防振切削工具。

[5] シャンクの軸直角断面におけるポケット幅 wをシャンク径 Dもしくはシャンク幅 Wの 2

0%— 100%、制振ピースを衝突させる対向ポケット内壁間の高さ hをシャンク高さ H の 5%— 70%とした請求項 1乃至 4のいずれかに記載の防振切削工具。

[6] 前記ポケットの軸方向長さ cを、シャンク径 D又はシャンク高さ Hの 50%— 250%となし、このポケットを、工具の先端側に偏った位置に設けた請求項 1乃至 5のいずれかに記載の防振切削工具。

[7] 前記制振ピースを、比重がホルダのシャンク部の材質と同等またはそれよりも大きい材料で形成した請求項 1乃至 6のいずれかに記載の防振切削工具。

[8] 前記制振ピースを衝突させるポケット内壁を、想定されるホルダの切削時振動方向に対してほぼ直交させた請求項 1乃至 7のいずれかに記載の防振切削工具。

[9] 前記制振ピースを複数個に分け、その複数個の制振ピースを単一のポケットもしくは独立した複数のポケットに挿入した請求項 1乃至 8のいずれかに記載の防振切削工具。

[10] 前記ポケットをホルダの側面力加工し、さらに、前記制振ピースをポケット内に保持するピース保持手段もしくは封印手段を備えさせた請求項 1乃至 9のいずれかに記載の防振切削工具。

[11] 前記ポケットをホルダの刃先配置側とは反対側の側面から加工し、刃先配置側の側面に到達しな、止まり穴にした請求項 10に記載の防振切削工具。

[12] ホルダのシャンク部とヘッド部を別々に形成し、前記ポケットをシャンク部の先端に開放させ、このポケットに前記制振ピースを挿入し、シャンク部の先端に接合した前記ヘッド部によってシャンク部先端のポケットの口を塞、だ請求項 1乃至 11の、ずれかに記載の防振切削工具。