(57)【要約】  材料除去工具（２００、３００）の一実施形態は、取り付け端部（２９４）のハウジング（２０２）と、ハウジング（２０２）から遠位端部（２１０）まで長手方向に延びる延長部（２０８）と、延長部（２０８）に沿って配置された複数のスペーサ（２１８）と、延長部（２０８）の遠位端部（２１０）のナット（２１２）と、を備え、複数のスペーサ（２１８）は、鋼の約１．５倍の大きさのヤング率を有する材料から形成される。工具（２００）の延長部（２０８）に沿ったスペーサ（２１８）は、曲げモーメントに対する最大抵抗位置（すなわち、最大断面係数の位置）では、より硬い材料のスペーサを配置する。プリロードと、「内蔵」された応力逃がし部とが、任意に、材料除去工具（２００、３００）の改善した性能を与える。材料除去工具（２００、３００）の製造方法と、加工物の機械加工方法も、開示する。【選択図】図２
2010521322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料除去工具であって、
取り付け端部のハウジングと、
前記ハウジングから遠位端部まで長手方向に延びる延長部と、
前記延長部に沿って配置された複数のスペーサと、
前記延長部の遠位端部のナットと、
を備え、前記複数のスペーサが、鋼の約１．５倍の大きさのヤング率を有する材料から形成されている、
材料除去工具。
【請求項２】
前記複数のスペーサの少なくとも一部が、超硬合金製である、
請求項１に記載の材料除去工具。
【請求項３】
前記ナットが、前記複数のスペーサに圧縮プリロードを付加する、
請求項１に記載の材料除去工具。
【請求項４】
前記ナットが、前記遠位端部にねじ締めされる、
請求項３に記載の材料除去工具。
【請求項５】
前記圧縮プリロードが、前記ねじ締めされたナットの標準負荷の約７５％である、
請求項４に記載の材料除去工具。
【請求項６】
前記ナットが、前記延長部に、引っ張りプリロードを付加する、
請求項３に記載の材料除去工具。
【請求項７】
前記延長部の前記遠位端部に取り付けられたキャップを備え、前記キャップが、複数の切削挿入部を備える、
請求項１、２、３、及び６のいずれか１項に記載の材料除去工具。
【請求項８】
前記キャップが、前記複数のスペーサに圧縮プリロードを付加する、
請求項７に記載の材料除去工具。
【請求項９】
前記切削挿入部が、側部ロック式挿入部である、
請求項７に記載の材料除去工具。
【請求項１０】
前記延長部が、前記ハウジングと一体に成形されている、
請求項１、２、３、６及び７のいずれか１項に記載の材料除去工具。
【請求項１１】
前記スペーサが、ワッシャーである、
請求項１、２、３、６、７及び１０のいずれか１項に記載の材料除去工具。
【請求項１２】
前記ワッシャーが、外側直径と内側直径とを有し、前記外側直径が、前記内側直径の約１．３３倍から約２倍である、
請求項１１に記載の材料除去工具。
【請求項１３】
前記ナットが、前記遠位端部で前記延長部の周囲に配置されており、前記材料除去工具が、前記延長部の前記遠位端部の断面に取り付けられたキャップを備え、前記キャップが、複数の切削挿入部を備える、
請求項１、２、３、６、７、１０及び１１のいずれか１項に記載の材料除去工具。
【請求項１４】
前記ナットが、前記複数のスペーサに、第１の圧縮プリロードを付加し、前記キャップが、前記複数のスペーサに、第２の圧縮プリロードを付加する、
請求項１３に記載の材料除去工具。
【請求項１５】
前記複数のスペーサの材料が、鋼の約１．５倍から約２．５倍のヤング率を有する、
請求項１、２、３、６、７、１０、１１及び１３のいずれか１項に記載の材料除去工具。
【請求項１６】
前記複数のスペーサの材料が、約２７．６ｘ１０10Ｐａ（４０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2）から約４１．４ｘ１０10Ｐａ(６０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2) の範囲のヤング率を有する、
請求項１、２、３、６、７、１０、１１及び１３のいずれか１項に記載の材料除去工具。
【請求項１７】
前記材料除去工具が、約２：１から約１２：１の、直径に対する突き出し長さの比を有する、
請求項１、２、３、６、７、１０、１１、１３、１５及び１６のいずれか１項に記載の材料除去工具。
【請求項１８】
前記直径に対する突き出し長さの比が、約３：１から約６：１である、
請求項１７に記載の材料除去工具。
【請求項１９】
前記突き出し長さと、前記延長部に沿って配置された複数のスペーサの数とが、異なった突き出し長さを有する材料除去工具間で異なる、
請求項１７に記載の材料除去工具。
【請求項２０】
材料除去工具の製造方法であって、
延長部の少なくとも一部に沿って複数のスペーサを配置する工程であって、前記延長部が、前記材料除去工具のハウジングから遠位端部まで長手方向に延びる、工程と、
前記延長部の遠位端部にナットを締め付ける工程と、
前記複数のスペーサに、圧縮プリロードを付加する工程と、を備え、
前記複数のスペーサが、鋼の約１．５倍の大きさのヤング率を有する材料から形成されている、
材料除去工具の製造方法。
【請求項２１】
前記複数のスペーサの少なくとも１部が、超硬合金製である、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数のスペーサに圧縮のプリロードを付加する工程が、前記ナットを締め付けることによる第１の圧縮プリロードを少なくとも含む、
請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記延長部の前記遠位端部にキャップを取り付ける工程を含み、前記キャップが、複数の切削挿入部を備え、前記複数のスペーサに圧縮のプリロードを付加する工程が、前記キャップを取り付けることによる前記複数のスペーサへの第２の圧縮プリロードを含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記材料除去工具が、約２：１から約１２：１の、直径に対する突き出し長さの比を有し、前記突き出し長さと、前記延長部に沿って配置された複数のスペーサの数とが、異なった突き出し長さを有する材料除去工具間で異なる、
請求項２０、２１及び２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数のスペーサの材料が、鋼の約１．５倍から約２．５倍のヤング率を有する、
請求項２０、２１、２２及び２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数のスペーサの材料が、約２７．６ｘ１０10Ｐａ（４０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2）から約４１．４ｘ１０10Ｐａ（６０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2) の範囲のヤング率を有する、
請求項２０、２１、２２及び２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
加工物を機械加工する方法であって、前記方法が、
前記加工物から材料除去工具で材料を除去する工程を備え、
前記材料除去工具が、取り付け端部のハウジングと、前記ハウジングから遠位端部に長手方向に延びる延長部と、前記延長部に沿って配置された複数のスペーサと、前記延長部の前記遠位端部のナットと、を備え、
更に、前記複数のスペーサが、鋼の約１．５倍の大きさのヤング率を有する材料から形成される、
方法。
【請求項２８】
前記複数のスペーサの少なくとも１部が、超硬合金製である、
請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナットが、前記複数のスペーサに圧縮プリロードを付加する、
請求項２７又は２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記加工物が、チタンベースの合金製である、
請求項２７、２８及び２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記材料除去工具で前記加工物から材料を除去する工程が、航空機の構造部材を製作する工程である、
請求項２７、２８、２９及び３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数のスペーサの材料が、鋼の約１．５倍から約２．５倍のヤング率を有する、
請求項２７、２８、２９、３０及び３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数のスペーサの材料が、約２７．６ｘ１０10Ｐａ（４０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2)から約４１．４ｘ１０10Ｐａ（６０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2) の範囲のヤング率を有する、
請求項２７、２８、２９、３０及び３１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料除去工具と機械加工方法に関する。特に、本発明は、工具の長さに沿って配置した１以上のスペーサ、例えば、ワッシャー、ディスク、その他のタイプのスペーサを組み入れた材料除去工具に関する。スペーサは、硬い材料、例えば、超硬合金（ＷＣ)、重金属（鋼−ＷＣ複合材）、又は結合材を使用しない炭化物、で形成され、加工物の機械加工の改善に寄与する。
【背景技術】
【０００２】
以下の背景技術の説明では、特定の構造や方法が参照される。しかし、以下の参照は、これらの構造や方法が先行技術であることを認めているものと解釈してはならない。出願人は、このような構造や方法が、先行技術でないことを説明する権利を、特に留保する。
【０００３】
高強度材料の加工物の機械加工、特に、高強度材料製の大きな鍛造構造部材の加工物の機械加工は、普通、機械加工を最終仕様まで完了するのに、長時間を要する。大きなサイズの部材を仕上加工する結果として、工作機械に取り付けられた腕の長い材料除去工具が、機械加工に使用される。
【０００４】
しかしながら、高強度材料、例えばチタン、の加工物は、機械加工が難しく、機械加工の難しさの一部は、多くの高強度材料の機械加工の特徴である、工具への「押し戻し」が原因である。「押し戻し」の力と腕の長い（撓み易い）工具との組み合わせは、材料の十分な除去を確実にするために、機械の特別な補正を必要とする。実際には、このような加工物の機械加工に費やされる全時間の３０パーセントまでが、スプリングバック送り、すなわち、工具の変形に基づいて取り残される材料をきれいに仕上げて、最終仕様に仕上げるための、機械加工される加工物の同じ領域への多数回の送り、に費やされる。
【０００５】
超硬合金が鋼材の約２倍のヤング率を有することは、よく知られている。高強度材料の加工物の機械加工では、超硬合金製の柄を工具に取り付ける試みがなされてきた。例えば、図１に、単一の超硬合金製の柄１２を備える材料除去工具１０を示す。超硬合金製の柄１２は、材料除去工具１０の取り付け端部１４から、材料除去工具１０の切削端部１６の方向に延び、１個体を形成している。超硬合金製の柄１２は、例えば図１に示す鋼棒１８のような鋼材を、内部に備えることができる。取り付け端部１４には、運転中の工作機械（図示せず）のベースに取り付けられる、適切な取り付け面２０が備えられている。切削端部１６には、第１の端部２４が超硬合金製の柄１２と結合し、第２の端部２６がコネクター２８を有する、カップリング２２が備えられている。普通、コネクター２８には、切削挿入部（図示せず）を取り付けたキャップが取り付けられている。
【０００６】
典型的な従来の材料除去工具は、超硬合金製の柄の破損を引き起こす。破壊理論によるまでもなく、単一の柄を備える工具の曲げ、例えば遠位端部の変位は、柄の一方の側に圧縮荷重を生じ、柄の他方の側に引っ張り荷重を生じる。しかしながら、超硬合金は、普通、細粒（約１□メートルから２□メートル）で、クラックの平均自由工程は短く、クラックの伝播と破壊を引き起こし易い。従って、張力のもとでは、単一の超硬合金製の柄は、容易に壊れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
押し戻しが発生する、腕の長い材料除去工具を備える機械加工の１例は、高強度材料、特にチタンのような高強度材料で形成された、大きな、単一の、鍛造構造物であるが、これに限定するものではない。これらの構造物は、航空宇宙産業、例えば商業用航空機、で利用され、非常に高価である。例えば、これらの構造物は、機械加工をする前に、２００、０００ドル以上し、普通、機械加工を完了して最終仕様に仕上げるまでに、多大な時間を必要とする。工具の変位を最小にし、「スプリングバック」送りの必要性を最小にすることによって、大きな節約の可能性（機械加工時間と工具費）がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
材料除去工具の一実施形態では、工具の延びる方向に沿って積み重ねた、一連のスペーサを利用する。スペーサは、ヤング率（Ｅ）が鋼よりも大きい材料、すなわち、ヤング率が２０．７ｘ１０10(Ｐａ)（３０ｘ１０6（ｌｂｆ／ｉｎ2））よりも大きい材料で形成される。様々なサイズ、例えば様々な長さや直径、のスペーサにおいて、同一のスペーサを、数を増やしたり減らしたりして利用し、工具長さが変わる工具に対して利用することができる。スペーサの規格化は、大量の機械加工に伴って、良好な経済性を与える。技術的な観点からは、スペーサは、曲げモーメントに対する最大抵抗位置（すなわち最大断面係数の位置）では、より硬い材料のスペーサを配置する。初めにプリロードナットで、次にキャップで任意に追加して、プリロードを与えることによって、スペーサ材料の圧縮強度を、更に利用することができる。また、スペーサが分離して、スライドするか相互に関して動く場合には、曲げモーメントが働いた場合の工具の張力側に、応力逃がし部を「内蔵」していることになる。一実施形態では、工具が使用される場合に引っ張り荷重が働かないように、システムに十分なプリロードを与えることが可能である。従って、スペーサやプリロードナットのような共通部品は、部品数を最小にする（製造コストを低減する）。
【０００９】
材料除去工具の一実施形態は、取り付け端部にハウジングと、ハウジングから遠位端部まで長手方向に延びる延長部と、延長部に沿って配置された複数のスペーサと、延長部の遠位端部のナットと、を備え、複数のスペーサは、鋼よりも１．５倍大きなヤング率を有する材料で形成されている。
【００１０】
材料除去工具を製造する方法の一実施形態は、延長部の少なくとも一部に沿って複数のスペーサを配置する工程と、延長部が材料除去工具のハウジングから遠位端部まで長手方向に延びる工程と、延長部の遠位端部でナットを締め付ける工程と、複数のスペーサに圧縮のプリロードを与える工程と、を備え、複数のスペーサは、鋼よりも１．５倍大きなヤング率を有する材料で形成されている。
【００１１】
加工物を機械加工する方法の一実施形態は、材料除去工具で加工物から材料を除去する工程を備え、材料除去工具は、取り付け端部にハウジングを備え、延長部がハウジングから遠位端部まで長手方向に延び、複数のスペーサが延長部に沿って配置され、ナットが延長部の遠位端部に取り付けられ、複数のスペーサは、鋼よりも１．５倍大きなヤング率を有する材料で形成されている。
【００１２】
以下の一般な説明及び詳細な説明は、典型的なもので、説明のためのものであり、請求項に記載した発明を更に説明することを意図したものであることを、理解されたい。
【００１３】
以下の詳細な説明は、添付図面と関連付けて読むことができ、類似の符号は類似の要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】単一の超硬合金製の柄を備える従来の工具を示す図である。
【図２】スペーサを備えた材料除去工具の実施形態の説明図で、部分的に分解した図である。
【図３】スペーサを備えた材料除去工具の実施形態の説明図で、組立図である。
【図４Ａ】スペーサを備えた材料除去工具を利用した場合の、変位に関する図である。図４Ａは、超硬合金製のスペーサを備えた材料除去工具の、代表例を示す。
【図４Ｂ】スペーサを備えた材料除去工具を利用した場合の、変位に関する図である。図４Ｂは、付加された力のグラフで、付加された力を、図４Ａに示す材料除去工具の、２つの方向の変位の関数として示したものである。
【図５Ａ】中実の鋼製の材料除去工具を利用した場合の、変位に関する図である。図５Ａは、突き出し長さ部が中実の鋼である材料除去工具の、代表例を示す。
【図５Ｂ】中実の鋼製の材料除去工具を利用した場合の、変位に関する図である。図５Ｂは、付加された力のグラフで、付加された力を、図５Ａに示す材料除去工具の、２つの方向の変位の関数として示したものである。
【図６】加えた曲げトルクを、中実の鋼製の延長部を備える材料除去工具と、超硬合金製のスペーサを備える材料除去工具の一実施形態との、２つの方向の角変位として示したグラフである。
【図７】超硬合金製のスペーサを備える材料除去工具の一実施形態が、加工物から材料を除去する運転をしていることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図２は、スペーサを備えた材料除去工具の実施形態の説明図で、部分的に分解した図である。材料除去工具２００は、取り付け端部２０４にハウジング２０２を備え、材料除去端部２０６を有する。延長部２０８は、ハウジング２０２から遠位端部２１０まで長手方向に延びる。ナット２１２が、延長部２０８の遠位端部２１０にあり、キャップ２１４が、延長部２０８の遠位端部２１０に取り付けられている。キャップ２１４は、複数の切削挿入部２１６を備えている。
【００１６】
延長部２０８の長さの少なくとも一部に沿って、複数のスペーサ２１８が配置されている。スペーサ２１８は、鋼よりも約１．５倍、或いは約２倍のヤング率、すなわち、約２７．６ｘ１０10Ｐａ(４０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2)、約３１．０ｘ１０10Ｐａ(４５ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2)、約３４．５ｘ１０10Ｐａ(５０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2)、約４１．４ｘ１０10Ｐａ(６０ｘ１０6ｌｂｆ／ｉｎ2)又はそれ以上、を有する材料で形成されている。典型的な一実施形態では、スペーサ２１８は、超硬合金で形成されている。スペーサ２１８は、材料除去工具に配置される場合には、材料除去工具の曲げモーメントに対する抵抗が最大になる位置（すなわち、断面係数が最大の位置）に他の位置よりも硬い材料を配置した、様々な物理的形態をとることができる。この物理的形態の一実施形態は、ワッシャーの形状である。更なる実施形態では、スペーサは、外側直径表面と、内側直径表面とを有し、外側直径表面の半径が、内側直径表面の半径の、約１．３３倍から約２倍の範囲を有するワッシャーである。
【００１７】
延長部に沿ったスペーサの数は、材料除去工具の長さに基づいて変化する。図３の組立図に示すように、材料除去工具３００は、基準線３０２から切削端部３０４までの、突き出し長さＬを有し、直径Ｄを有する。基準線は、運転中の工作機械に接する、取り付け端部の最大直径部である。実施形態においては、突き出し長さの直径に対する比率は、約２：１から、約１８：１である。標準長さは、約２：１、約３：１、約４：１、約５：１、約６：１、約７：１、約８：１、約１２：１である。しかしながら、どんな突き出し長さと直径であっても、本願発明のスペーサを使用して性能を向上させるように、利用できる。延長部の長さは材料除去工具間で異なるので、延長部に沿って配置されたスペーサの数が変化する。
【００１８】
延長部は、鋼又は他の高強度材料でできた内部部品である。延長部は、適切な手段でハウジングに取り付けることができる。例えば、図１では、延長部はハウジングにボルトで取り付けられている。或いは、図２では、延長部はハウジングに、例えば、鋳造、鍛造、機械加工等によって一体に形成されている。
【００１９】
材料除去工具２００のナット２１２は、延長部１０８に、例えばねじ接続２２０によって取り付けられている。ねじ接続が利用される場合には、どんなタイプのねじ接続でも利用できる。しかし、ねじ接続は、しっかりしたものが好ましい。鍛造ねじや、切削ねじも利用できるが、これらのタイプのねじは、摩擦によるプリロードを得られない可能性がある。アダプター２２２は、溝又は穴のようなもので、ナットに設けられ、スパナのような締め付け工具の取り付け用である。ナットを延長部に取り付け、このシステムにプリロードを与える別の手段として、ナットを冷やし嵌めによって取り付ける手段がある。この場合、ナットを、加熱し、膨張させた延長部に取り付けると、延長部が冷やされてもとの長さに戻ることによって、プリロードが与えられる。
【００２０】
ナット２１２が延長部２０８に取り付けられる場合、ナット２１２は、複数のスペーサ２１８に任意の圧縮プリロードを与える。適切な圧縮プリロードの一例は、ねじ接続の標準負荷の約７５％である。鋼製ねじに対する適切な圧縮プリロードの別の例は、ナット２１２を、Ｍ３９−４、７Ｈのねじを有する延長部２０８に、約２７１から約３３９Ｎｍ（約２００から約２５０ｆｔ−ｌｂｓ）、或いは約３０５Ｎｍ（約２２５ｆｔ−ｌｂｓ）のトルクで取り付けることによって得られる。圧縮プリロードは、材料除去工具の操作中に発生する引っ張り加重を緩和する。スペーサ２１８は圧縮プリロードが与えられるように配置されているので、延長部２０８には、引っ張りプリロードが与えられる。
【００２１】
延長部２０８の遠位端部２１０に取り付けられたキャップ２１４は、複数の切削挿入部２１６を備える。各切削挿入部２１６は、キャップ２１４に形成されたポケット内の座面に取り付けられている。適切な切削挿入部は、例えばフライス削り、ターニング、穴あけ等の、どんなタイプにすることもできる。適切な切削挿入部の一実施形態は、２００６年４月２４日に出願された、米国出願番号第１１／４０９，０８９号「側部ロック式挿入部とこれを備える材料除去工具」に開示された側部ロック式挿入部である。
【００２２】
ナット２１２とキャップ２１４の両方が材料除去工具２００に存在する場合、ナット２１２は、遠位端部２１０で延長部２０８の周囲に配置され、キャップ２１４は、延長部２０８の遠位端部２１０の断面に取り付けられる。例えば、図２では、キャップ２１４のねじ部２２４は、延長部２０８の遠位端部２１０の断面に設けられたねじ部に、ねじ込まれる。
【００２３】
キャップ２１４は、延長部２０８に取り付けられる場合に、複数のスペーサ２１８に、圧縮プリロードを任意に与えることができる。延長部にねじ込まれたキャップによって生じる適切な圧縮プリロードの例は、キャップ２１４を、Ｍ２０−２．５、７Ｈのねじサイズを備える延長部２０８に、約２０３から約３３９Ｎｍ（約１５０から約２５０ｆｔ−ｌｂｓ）、或いは約２７１Ｎｍ（約２００ｆｔ−ｌｂｓ）のトルクで取り付けることによって得られる。キャップ２１４が複数のスペーサ２１８に圧縮プリロードを与える場合、キャップ２１４はまた、延長部２０８に、引っ張りプリロードを与える。ナット２１２とキャップ２１４とが一緒に使用される場合には、ナット２１２は、第１の圧縮プリロードを与え、キャップ２１４は、第２の圧縮プリロードを与える（同様に、それぞれの引っ張りプリロードを与える。）。或いは、第１の圧縮プリロードが、第２の圧縮プリロードよりも大きい場合には、第１の圧縮プリロードは、主プリロードと考えることができ、その逆もまた考えることができる。或いは、キャップを、ナットの圧縮プリロードよりも小さい圧縮プリロードで組み立て、ナットに影響を与えず、又はナットに与える影響を最小にして、キャップを優先的に取り外せるようにする。プリロード付加キャップはまた、他のプリロード付加部材、例えばナット、が使用中に早く弛んでしまう場合に、十分かつ持続するプリロードを確実に付加する。
【００２４】
材料除去工具２００の取り付け端部２０４のハウジング２０２は、例えばＨＡＡＳ  ＶＦ６（登録商標）フライス盤のような工作機械の作動中、工作機械に結合する。ハウジングは、所望の工作機械に結合するのに適切な形状とすることができる。一実施形態では、ハウジングは、取り付け端部２０４に向かうテーパー、又は、反対方向に向かうテーパーの、テーパー面を有する。遷移部材２２６を、ハウジング２０２の一端部に、任意に備えることができる。遷移部材２２６の一実施例では、作動中の機械又は保管システムに取り付く少なくとも一つの形態を備える。例えば、遷移部材２２６は、円周溝２２８を有する。円周溝２２８又は類似の構成は、機械加工中に多数の材料除去工具を保管するのに利用する回転式保管システムに材料除去工具２００を取り付ける、取り付け位置を与える。別の例では、遷移部材２２６は、キー溝２３０を有する。キー溝２３０又は類似の構成は、材料除去工具を取り付ける場合に、工作機械の対応する形状との配置を与え、又は、工作機械の対応する形状との取り付けを行う。
【００２５】
材料除去工具に分離要素を利用することは、様々な利益がある。例えば、本願発明のキャップは、材料除去工具の全組立体を廃棄せずに、キャップの部品交換をすることができる。同様の利益は、ナット、スペーサを備えることによって得ることができ、延長部とハウジングも別々に交換できるように設けることが好ましい。
【００２６】
図３は、スペーサを備えた材料除去工具の一実施形態の説明図で、組立図である。使用中、材料除去工具３００は、切削端部３０４に、切削端部３０４をＰの方向に偏らせる押し戻し力を受ける。この力は、材料除去工具の一方の側に圧縮Ｃを与え、材料除去工具の反対の側に引っ張りＴを与える。しかしながら、圧縮のプリロードは、材料除去工具の引っ張り側の引っ張り力を緩和するように作用する。更に、隣接するスペーサは動きを拘束されないので、スペーサは、引っ張りのもとで、隙間をつくり、スライドし、或いは他の分離する動きを行う。この作用は、引っ張りにおける所定の応力逃がし形状と同様であり、材料除去工具の損傷を低減する。
【００２７】
図４Ａと４Ｂとは、スペーサを備えた材料除去工具を利用した場合の、変位に関する図である。図４Ａは、超硬合金製のスペーサを備えた材料除去工具の、代表例を示す。この材料除去工具は、図２と図３に示し、説明したように、堅固である。図４Ａはまた、単純化した押し戻し力を示す付加力（Ｆ）が加えられた、材料除去工具４００を示す。付加力（Ｆ）は、工具の切削端部に加えられ、横方向の変位を発生させる。角度変位と曲げモーメント４０２とが、ともに図４Ａに示されている。テストした材料除去工具４００は、５：１の比率を有する。取り付け部４０４は、剛体であると仮定し、横方向の変位は、Ｋｉｓｔｌｅｒ９２５５Ａ（登録商標）検力計を使用して、測定した。図４Ｂは、付加された力のグラフで、付加された力を、図４Ａに示す材料除去工具の、２つの方向の変位の関数として示したものである。材料除去工具は、２方向から測定され、この２方向は、キー溝（図２と図３を参照）に平行な第１の方向と、キー溝に対して９０度の第２の方向である。図４Ｂに示すように、材料除去工具の測定結果は、平行と９０度の両方向に対して、計器誤差を考慮すると、ほぼ同一である。
【００２８】
図５Ａと５Ｂとは、中実の鋼製の材料除去工具を利用した場合の、変位に関する図である。図５Ａは、中実の鋼製の柄を備える材料除去工具５００の、代表例を示す。図５Ｂは、付加された力のグラフで、付加された力を、図５Ａに示す材料除去工具の、２つの方向の変位の関数として示したものである。材料除去工具５００は、図４Ａの材料除去工具４００に対する条件と同一条件のもとでテストされ、同一のテスト計画が使用された。図５Ｂに示すように、材料除去工具の測定結果は、平行と９０度の両方向に対して、計器誤差を考慮すると、ほぼ同一である。
【００２９】
図４Ｂの結果と、図５Ｂの結果とを比較すると、スペーサを備える材料除去工具（図４Ａ）は、同一量の変位を生じるためには、より大きな力を必要とすることがわかる‐スペーサを備える材料除去工具の変位０．０７６２ミリメートル (０．００３インチ) に対する力が ２２２４Ｎ(５００ｌｂｓ) であるのに対し、中実の鋼製の柄を備える材料除去工具（図５Ａ）の同一の変位に対する力は、１３３４Ｎ(３００ｌｂｓ) である。言い換えれば、スペーサを備える材料除去工具は、中実の鋼製の柄を備える材料除去工具よりも、約１．５倍から約２倍も硬い。スペーサを備える材料除去工具は、中実の鋼製の柄を備える材料除去工具よりも、スペーサを備える材料除去工具と中実の鋼製の柄を備える材料除去工具とのヤング率の差だけ硬いと、結論付けることができる。同一の材料除去工具のスペーサに、異なった材料を利用する場合、鋼製の材料除去工具と比較したこの材料除去工具の剛性の比較予想は、曲がり梁に対するオイラー‐ベルヌーイ方程式を利用して、各スペーサのヤング率の値から生じる、ヤング率の長さ変化値と、基準線からの距離の関係とを考慮して、行うことができる。
【００３０】
図６は、付加された曲げトルクを、中実の鋼製の柄を備える材料除去工具（説明文の「中実鋼」及び符号６００のカーブ）と、超硬合金製のスペーサを備える材料除去工具の実施形態（説明文の「超硬ワッシャー」及び符号６０２のカーブ）と、に対する２方向の角変位の関数として示したグラフである。測定は、図４Ｂと５Ｂで説明したキー溝に対して平行と９０度で行われた。ここで、超硬合金製スペーサを備える材料除去工具は、より大きなトルクでより小さい変位を示し、より剛性の高い工具であることを示している。同一の変位に対しては、超硬合金製スペーサを備える材料除去工具は、約１．５倍の曲げトルクの付加が必要で、中実の鋼製の柄と、超硬合金製ワッシャーで剛性を高めた工具との間の、材料特性の違いに一致する。
【００３１】
図６では、超硬合金製スペーサを備える材料除去工具の一実施形態の静剛性が、中実の鋼製の柄を備える材料除去工具の静剛性と比較されている。静剛性は、１分(１ｍｉｎｕｔｅ)の角変位を生じるのに必要な（単位Ｎ＊ｍ（ｉｎ＊ｌｂｓ）で測定した）曲げモーメントの値として定義される。比較結果を表１に示す。
【表１】
2010521322.tif 000003
【００３２】
図７に、加工物７０２から材料を除去する運転中の、スペーサ７００を備えた材料除去工具の一実施形態を示す。スペーサ７００を備えた材料除去工具の各送りの間、材料は、切削深さ（ＤＯＣ）及び切削巾（ＷＯＣ）まで除去される。切削深さは、材料除去工具が１回の送りでチャタリング（すなわち、工具に偏位を生じさせる振動であって、切削挿入部が加工物から跳ね返り、次に再接触して機械加工を続けることに関係する振動数を発生させる振動）なしで除去できる幅で、最大の深さになるように決定された。比較のフライス加工は、ＨＡＡＳ  ＶＦ６（登録商標）（３０ＨＰ）竪型フライス盤を使用して行われた。フライス加工パラメータは次のとおりである。
切削巾：    ２５．４ミリメートル (１．０インチ)
切削速度：  ３７．２ ｍ2/ｍ（４００ｓｆｍ）
送り率：    １歯あたり２．５４ミリメートル (０．１インチ)
【００３３】
テスト結果を、表２に示す。
【表２】
2010521322.tif 000004
【００３４】
超硬合金製スペーサを備える材料除去工具は、無振動又はほぼ無振動のもとで、２倍の切削深さを得ることができた。フライス加工比較テストは、プリロードを付加したスペーサを備える材料除去工具が、４：１から８：１の長さ対直径比の材料除去工具に対して、高い性能を有することを示し、長さ対直径比の大きな材料除去工具のほうが、例えば性能の改善という一定した結果を表すことを示している。
【００３５】
以上、好ましい実施形態に関して説明したが、添付請求項に定義された発明の精神と範囲から逸脱することなく、明記しなかった追加、修正、置換を行うことが可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。
【図１】
2010521322.tif 000005
【図２】
2010521322.tif 000006
【図３】
2010521322.tif 000007
【図４Ａ】
2010521322.tif 000008
【図４Ｂ】
2010521322.tif 000009
【図５Ａ】
2010521322.tif 000010
【図５Ｂ】
2010521322.tif 000011
【図６】
2010521322.tif 000012
【図７】
2010521322.tif 000013
【国際調査報告】
2010521322.tif 000014
2010521322.tif 000015