(57)【要約】本発明は高剛性複合材料を用いて、機械加工特性の向上した加工用工具バーを提供することにその目的がある。本発明によると、この工具バーは、駆動装置に結合されるアダプタ（１１０）と、切削工具が装着される本体（１２０）と、被加工物などにより支えられるチップ（１３０）とを含み、本体（１２０）には一つ以上の切削工具が装着されるように構成され、アダプタ（１１０）とチップ（１３０）は金属を素材として製造され、本体（１２０）は高剛性複合材料を素材として製造され、本体（１２０）をなす複合材料は前記アダプタ（１１０）の少なくとも一部と前記チップ（１３０）の少なくとも一部を取り囲むように形成され、アダプタ（１１０）及びチップ（１３０）をなす金属と前記本体（１２０）をなす複合材料はその界面で互いに堅く接合されている。
2004535942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動装置に結合されるアダプタと、切削工具が装着される本体と、被加工物などにより支えられるチップとを含み、本体には一つ以上の切削工具が装着されるように構成された工具バーにおいて、
前記アダプタと前記チップは金属を素材として製造され、
前記本体は高剛性複合材料を素材として製造され、
前記本体をなす複合材料は前記アダプタの少なくとも一部と前記チップの少なくとも一部を取り囲むように形成され、
前記アダプタ及び前記チップをなす金属と前記本体をなす複合材料はその界面で互いに堅く接合されていることを特徴とする工具バー。
【請求項２】
請求項１において、前記アダプタと前記チップにはそれぞれ結合突起が設けられ、前記アダプタの結合突起は前記本体の一端部で前記本体内に挿入され、前記本体をなす複合材料と堅く接合されており、前記チップの結合突起が前記本体の他端部で前記本体内に挿入され、前記本体をなす複合材料と堅く接合されていることを特徴とする工具バー。
【請求項３】
請求項１において、前記アダプタと前記チップが金属を素材とするロッドを介して連結され、前記ロッドの外面には複合材料層が積層されていることを特徴とする工具バー。
【請求項４】
請求項３において、前記ロッド、前記アダプタ及び前記チップが別個の部材として設けられて締りばめ方式で互いに結合されることを特徴とする工具バー。
【請求項５】
請求項２において、前記アダプタが本体及びシャンクの二つの部材として形成され、前記シャンクが前記アダプタの本体に形成された孔内に挿入結合されることを特徴とする工具バー。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記本体をなす複合材料上にはクロム又はニッケル系の合金を素材とする硬度補強用コート層が設けられることを特徴とする工具バー。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記本体には、切削工具を装着するために用いられる孔が前記本体の縦軸線と交差する方向に穿設されることを特徴とする工具バー。
【請求項８】
被加工物を加工する切削工具が装着される工具バーにおいて、
前記工具バーの長さの一部を占める金属バーと、
前記工具バーの長さの残部を占める複合材料バーと、
前記金属バーと前記複合材料バーの外周面を取り囲んで、前記金属バーと前記複合材料バーを互いに固定させる連結部材とを含んでなることを特徴とする工具バー。
【請求項９】
請求項８において、前記金属バーと前記複合材料バーが少なくとも二つの別個のバーを備え、前記金属バーと前記複合材料バーが前記工具バーの長手方向に沿って配置され、最外側には一つの金属バーが位置することを特徴とする工具バー。
【請求項１０】
請求項９において、前記連結部材が少なくとも二つの別個の部材を備えることを特徴とする工具バー。
【請求項１１】
請求項９及び１０において、前記連結部材が長手方向に孔が形成された中空の棒状部材であり、前記金属バー及び前記複合材料バーが前記孔に挿入固定されることを特徴とする工具バー。
【請求項１２】
請求項１１において、前記連結部材の孔がその中間に形成された壁により隔離されることを特徴とする工具バー。
【請求項１３】
請求項１２において、前記連結部材の凹部に挿入された金属バー及び前記複合材料バーが接着剤により接着固定されることを特徴とする工具バー。
【請求項１４】
請求項１２において、前記金属バーと前記複合材料バーが前記連結部材の凹部に締りばめ方式で固定されることを特徴とする工具バー。
【請求項１５】
請求項１１において、前記工具バーの端部に位置する連結部材の中空の一端が閉鎖され、前記連結部材の他端に形成された孔に前記金属バー及び複合材料バーが挿入固定されることを特徴とする工具バー。
【請求項１６】
請求項１２において、前記金属バー及び前記複合材料バーの両端部の外側面に段差部が形成され、前記連結部材の孔を隔離する壁面には前記段差部の段差面と接する段差突出部が形成されることを特徴とする工具バー。
【請求項１７】
請求項１５において、前記連結部材の長さの中間地点に締結孔が形成され、前記切削工具がそこに装着されることを特徴とする工具バー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加工された孔を拡張及び仕上げするボーリングバー又はリーミングバーのような加工用工具バーに係り、より詳しくは高剛性金属材料と高比剛性及び高減衰の複合材料とから形成され、切削作業の際、振動による曲がり現象を防止し、加工面にチャタリングが発生することを防止し、機械加工特性が向上した高剛性複合材料工具バーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来使用されている殆どのボーリングバー及びリーミングバーのような切削工具装着用工具バーは、深い孔を加工するために、細長く製造される。このため、曲げ剛性及び強度が低いため、切削工程の際、曲がり現象が発生し、加工精度が低下し、低い固有振動数のため、加工面にチャタリング現象が発生する。したがって、切削速度とフィード率の限界が低く、深い孔を加工することができない。したがって、このような欠点を補完するため、様々な形状の切削工具と装着用工具バーが開発され、そして剛性及び強度特性に非常に優れたタングステンカーバイド合金及び工具鋼からなる切削工具装着用工具バーが先進国で多く開発された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、超硬材料は加工が難しいため、最適の性能を発揮する工具バーを製造するためには製造原価が非常に高くなる欠点があり、タングステンカーバイド及び工具鋼の高密度に起因してボーリングバー及びリーミングバーの固有振動数が低いため、バーの切削速度の向上に限界がある。
【０００４】
したがって、本発明の目的は高剛性複合材料を用いて既存のタングステンカーバイド合金及び工具鋼から製造されたボーリングバー及びリーミングバーを代替する高剛性複合材料工具バーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記のような目的を達成するための本発明によると、駆動装置に結合されるアダプタと、切削工具が装着される本体と、被加工物などにより支えられるチップとを含み、本体には一つ以上の切削工具が装着されるように構成された工具バーにおいて、前記アダプタと前記チップは金属を素材として製造され、前記本体は高剛性複合材料を素材として製造され、前記本体をなす複合材料は前記アダプタの少なくとも一部と前記チップの少なくとも一部を取り囲むように形成され、前記アダプタ及び前記チップをなす金属材料と前記本体をなす複合材料はその界面で互いに堅く接合されている工具バーが提供される。
【０００６】
また、本発明によると、被加工物を加工する切削工具が装着される工具バーにおいて、前記工具バーの長さの一部を占める金属バーと、前記工具バーの長さの残部を占める複合材料バーと、前記金属バーと前記複合材料バーの外周面を取り囲んで、前記金属バーと前記複合材料バーを互いに固定させる連結部材とを含んでなる工具バーが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の目的、特徴及び利点は添付図面を参照して以下に説明する本発明の好ましい実施形態から明らかになるであろう。
図１ないし図４は本発明の第１実施形態による工具バーを示す。
【０００８】
図１に示すように、工具バー１００の構成を機能的に見ると、駆動装置に結合されるように構成されたアダプタ１１０と、切削工具が装着できるように構成された本体１２０と、被加工物により支えられるように構成されたチップ１３０とに分けらる。本体１２０には多数の切削工具が装着されるが、本実施形態においては、本体１２０の縦軸に沿って五つの切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５が装着できる工具バー１００を例示する。
【０００９】
工具バーのアダプタ１１０とチップ１３０は工具鋼を素材として製造され、本体１２０は高剛性炭素繊維複合材料を素材として製造される。しかし、本発明による工具バーのアダプタ１１０とチップ１３０の材料が工具鋼に限られるものではなく、適切な剛性及び強度を有する金属であれば、どんなものであってもその素材として用いられる。本体１２０の材料も高剛性炭素繊維複合材料に限られるものではなく、硬化状態での剛性、強度及び密度などの物性が相似するのであれば、どんな複合材料であってもその素材として用いられる。
【００１０】
図２に示すように、アダプタ１１０とチップ１３０にはそれぞれ結合突起１１１、１３１が設けられ、アダプタ１１０の結合突起１１１は本体１２０の一端で本体１２０内に挿入され、本体１２０をなす複合材料に堅く接合されており、チップ１３０の結合突起１３１は本体１２０の他端で本体１２０内に挿入され、本体１２０をなす複合材料に堅く接合されている。
【００１１】
図３に示すように、本体１２０の内部１２２は複合材料からなり、本体の表面はクロム又はニッケル系の合金を素材とする硬度補強用コート層１２３でコートされている。このようなコート層１２３は複合材料の表面硬度を補強するだけでなく、複合材料に湿気が浸透することを防止する。
【００１２】
本体１２０には前述した１０個の切削工具を装着するために用いられる１０個の孔１２１が穿設されている。切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５を本体に装着するにおいて、例えば孔の一側の入口を介して切削工具の後端を孔内に挿入した後、孔の他側の入口を介してボルトＢ０１〜Ｂ０５を挿入し、切削工具の後端に形成されたナットにボルトをねじ込むことにより装着される。図２及び図４においては、切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５の後端を締める第１列に配置されたボルトＢ０１〜Ｂ０５のほかにも、第１列に対して９０°の位相差を有する第２列に配置されたボルトＢ０６〜Ｂ１０によりさらに締める切削工具を示している。このように切削工具を両方向からボルトで締めると、切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５の直径と孔１２０の直径の違いが大きくても切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５が孔内に遊動なしで装着できる。このような方法のほかにも多様な装着方法を用いることができるが、そのような装着方法は本発明が解決しようとする技術的課題がないので、ここには詳細に列挙しない。
【００１３】
本実施形態による工具バー１００を製作することにおいて、まず結合突起１１１、１３１の形成されたアダプタ１１０とチップ１３０を本体１２０の全長に相当する距離だけ離隔させて、結合突起１１１、１３１が対向するように配置させ、未硬化状態の複合材料を素材として両側の結合突起１１１、１３１を取り囲む本体１２０を適切な太さに形成する。複合材料は硬化過程で結合突起１１１、１３１の表面に堅く接合されるが、前記結合突起１１１、１３１の表面を粗く形成するかあるいは複合材料との結合力を増大させる接着補助材などを表面に塗布しておくと、接合力をさらに強化させることができる。
【００１４】
本体１２０を形成する方法としては、複合材料シートをロール状に巻く方法が主に用いられ、その硬化工程には真空バッグ成形方法が主に用いられる。このような成形方法は複合材料を用いる構造材の成形方法に既に広く知られているので、ここにはその詳細な説明を省く。
【００１５】
次いで、硬化した本体１２０をチップ１３０の直径より細く研削し、第１列に配置される五つの孔１２１と、第１列に対して９０°の位相差を有する第２列に配置される五つの孔を本体に穿設し、必要であればボルト締結のためのタッピング加工を行う。チップ１３０の直径より細く研削された本体１２０の表面にクロム又はニッケル系の合金をコートして、コート層を含む本体１２０の直径をチップ１３０の直径と同じに仕上げすることにより、工具バー１００ができあがる。
【００１６】
図５及び図６は本発明の第２実施形態による工具バー２００を示す。本実施形態による工具バー２００は、アダプタ２１０とチップ２３０が、アダプタ２１０及びチップ２３０と同一材質、つまり工具鋼を素材としたロッド２２４で一体的に連結されるように形成さることを除き、先に説明した第１実施形態による工具バー１００の構成と同一である。図５及び図６において、下２桁の数字が図１ないし図４と同一符号で指示される構成要素は第１実施形態による工具バー１００の構成要素と同一である。ここには、第１実施形態による工具バー１００の構成要素と同一の構成要素についての説明は省く。本実施形態による工具バー２００の本体２２０は、図６に示すように、本体の中心に工具鋼を素材としたロッド２２４が配置され、工具鋼ロッド２２４の外面に複合材料層２２２が積層され、複合材料層２２２の外面にクロム又はニッケル系の合金を素材とするコート層２２３が積層される。
【００１７】
本実施形態による工具バー２００を製造することにおいて、結合突起１１１、１３１が形成されたアダプタ１１０及びチップ１３０を用意する代わりに、工具鋼を素材とするロッド２２４で連結されて一体型に形成されたアダプタ２１０及びチップ２３０を用意することを除き、第１実施形態による工具バー１００を製作する方法と同様である。
【００１８】
図７ないし図９は本発明の第３実施形態による工具バー２００を示す。本実施形態による工具バー３００は、工具鋼を素材としたロッド３２４がアダプタ２１０及びチップ２３０と一体型に形成されたものでなく、ロッド３２４、アダプタ２１０及びチップ２３０が別個の部材として設けられて、締りばめで結合されることを除き、先に説明した第２実施形態による工具バー２００の構成と同一である。図７ないし図９において、下２桁の数字が図５及び図６と同一の符号で指示される構成要素は第２実施形態による工具バー２００の構成要素と同一である。ここには、第２実施形態による工具バー２００の構成要素と同一の構成要素についての説明を省く。
【００１９】
本実施形態による工具バー３００を製作することにおいて、ロッド２２４により連結されて一体型に形成されたアダプタ２１０及びチップ２３０を用意する代わりに、別個に形成したロッド３２４と、このロッド３２４が挿入される孔３１２、３３２が穿設された状態で別個に形成したアダプタ２１０とチップ２３０を用意し、その孔３１２、３３２にロッド３２４を締りばめで結合させることを除き、第２実施形態による工具バー２００の製作方法と同様である。
【００２０】
本実施形態による工具バー３００を製作するほかの方法としては、図９に示すように、ロッド３２４の外面に複合材料層３２２を積層する前、ロッド３２４に、前述した切削工具装着用孔３２１に対応する位置に予め孔を開け、例えば鋼鉄を素材としたシムＳ０１〜Ｓ１０を孔に差し込んでおく。このシムＳ０１〜Ｓ１０は複合材料層３２２を積層して硬化させた後に引き抜くことにより、別途の穿孔過程なしでも切削工具装着用孔が形成される。このような方法は先に説明した第２実施形態による工具バー２００の製作時にも同様に適用することができる。
【００２１】
図１０は本発明の第４実施形態による工具バー４００を示す。本実施形態による工具バー４００は、アダプタ４１０が一体型部材でなく、アダプタ４１０の本体から分離されたシャンク４１３を含む二つの部材からなることを除き、前述した第１実施形態による工具バー１００の構成と同一である。図１０において、下２桁の数字が図１ないし図４と同一符号で指示される構成要素は第１実施形態による工具バー１００の構成要素と同一である。ここには、第１実施形態による工具バー１００の構成要素と同一の構成要素についての説明を省く。本実施形態による工具バー４００のアダプタ４１０の本体にはシャンク４１３が挿入される孔４１４が形成される。シャンク４１３の直径は本体４２０の直径と同一に形成されることが好ましい。孔４１４にシャンク４１３を結合させる方式としては、孔４１４にナットを加工し、シャンク４１３にボルトを加工して螺合させるか、あるいは締りばめを行う方式が用いられる。
【００２２】
本実施形態による工具バー４００を製作することにおいて、本体４２０の形成を完了した後、シャンク４１３をアダプタ４１０の本体の孔４１４内に結合させることを除き、第１実施形態による工具バー１００を製作する方法と同様である。シャンク４１３の直径は本体４２０の直径と同一であるので、直径の相違したアダプタ４１０の本体を含む全体を真空バッグに入れて成形することより遥かに容易に成形が行える。
【００２３】
以下、本発明による第５実施形態及び第６実施形態による高剛性複合材料工具バーについて詳細に説明する。
図１１は本発明の第５実施形態による剛性勾配を有する加工用工具バーを示す断面図であり、図１２は図１１に示す加工用工具バーの構成要素の組立関係を示す概略図である。
【００２４】
図１１及び図１２に示すように、剛性勾配を有する加工用工具バー５００は、工具装着部５１０に締結される部位として静的剛性の高い金属材料部５２０と、切削工具が装着され、工具バー５００の自由端部に相当し、比剛性が高い複合材料部５３０とを含む。
【００２５】
金属材料部５２０はタングステンカーバイド合金等の静的剛性の高い材料から製作された円柱状の金属バー５２１を含み、この金属バー５２１の一端は工具装着部５１０に固定され、金属バー５２１の他端には複合材料部５３０が固定される。
【００２６】
複合材料部５３０は比剛性の高い複合材料から製作された円柱状の複合材料バー５３１を含み、この複合材料バー５３１の一端は金属バー５２１の他端と対応する位置に配置され、接着剤により複合材料バー５３１と金属バー５２１が互いに接着、固定される。
【００２７】
この状態で、複合材料バー５３１と金属バー５２１の外周を連結部材５４１が取り囲む。金属バー５２１及び複合材料バー５３１とこれらを取り囲む連結部材５４１間には接着剤を塗布することで、連結部材５４１と２本のバー５２１、５３１を接着、固定する。
【００２８】
このように製造された未完成の工具バーを真空バッグ成形方法で完全に硬化させることにより、工具バーができあがる。このできあがった工具バーは工具装着バー５１０に装着される。この際、工具バー５００の金属材料部５２０が工具装着部５１０に装着されて固定され、この工具バー５００に切削工具が締結できるように、複合材料部５３０にはドリル加工又は切削加工により締結孔が形成される。
【００２９】
このように、金属材料部５２０と複合材料部５３０を含む工具バー５００において、複合材料部５３０に切削加工又はドリル加工を行うことは以前の実施例で説明したもので、工具バー５００に切削工具を締結するための複合材料部５３０の加工についての詳細な説明は省く。
【００３０】
以下、本発明の第６実施形態について詳細に説明する。
第６実施形態による工具バーを第５実施形態による工具バーと比較すると、第５実施形態の工具バーは金属材料部と複合材料部がそれぞれ１つずつだけで構成されるが、第６実施形態の工具バーは金属材料部と複合材料部が多数あることを除いては、その構成要素が同一又は相似する。したがって、第６実施形態においては、第５実施形態と同一又は類似した構成要素についての具体的な説明は省く。
【００３１】
図１３は本発明の第６実施形態による剛性勾配を有する加工用工具バーを示す断面図、図１４は図１３に示す加工用工具バーの構成要素の組立関係を示す概略図、図１５は図１３に示す加工用工具バーにおいて、金属バー、複合材料バー及び連結部材の効果的な結合を確保するために段差部が形成された金属バー、複合材料バー及び連結部材を示す概略図である。
【００３２】
図１３及び図１４に示すように、剛性勾配を有する工具バー６００は第５実施形態による工具バー５００より相対的に長い。
このような工具バー６００の長手方向に見て、工具装着部６１０に締結される工具バー６００の一端と工具バー６００の中間部には、タングステンカーバイド合金等の静的剛性の高い材料から製作された円柱状の金属バー６２１ａ、６２１ｂが位置する。そして、工具バー装着部６１０に締結された金属バー６２１ａとほかの金属バー６２１ｂ間には比剛性の高い多数の複合材料バー６３１が位置する。
【００３３】
この金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び複合材料バー６３１間には鋼のような一般金属からなる連結部材６４１ａが介在して、連結部材の両側に位置する２本のバー６２１ａ、６２１ｂ、６３１を相互連結する。連結バー６４１ａの各々は円柱状のバーであって、その両端面の中心には長手方向に円形凹部６４３が形成される。この円形凹部６４３の各々は同一長さを有する前記金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び前記複合材料バー６３１の長さの半分の深さに形成され、円形凹部６４３の内径は金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び複合材料バー６３１の直径と同一である。したがって、金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び複合材料バー６３１のうちのいずれか１本の一端をいずれか１本の連結部材６４１ａの円形凹部６４３に差し込み、他端をほかの連結部材６４１ａの円形凹部６４３に差し込むと、金属バー６２１ａ、６２１ｂ又は複合材料バー６３１は２本の連結部材６４１ａの内部に位置するので、外部に露出されない。
【００３４】
ここで、連結部材６４１ａの各々は金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び複合材料バー６３１より長い。したがって、連結部材６４１ａの長手方向中間部６４４の内部には連結部材６４１ａ内部の円形凹部６４３の空間が形成されない。
【００３５】
図１３及び図１４に示すように、工具バー６００の自由端に位置する最終の連結部材６４１ｂはほかの連結部材６４１ａより短く形成され、最終連結部材６４１ｂは金属バー６２１ｂが挿入される円形凹部６４３が一つだけ形成され、反対側の円形凹部は形成されない。
【００３６】
このような金属バー６２１ａ、６２１ｂ、複合材料バー６３１及び連結部材６４１ａ、６４１ｂの連結関係において、相互に接する面には接着剤が塗布されているので、金属バー６２１ａ、６２１ｂ、複合材料バー６３１及び連結部材６４１ａ、６４１ｂは接着剤により相互接着して固定される。
【００３７】
より好ましくは、図１５に示すように、金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び複合材料バー６３１の両端円周面を所定深さに切削加工して段差部６５２を形成する。そして、連結部材６４１ａ、６４１ｂの各々の円形凹部６４３の端面には、前記段差部６５２と対応する、すなわち段差部６５２の段差面と接する段差突出部６５１を形成する。
【００３８】
したがって、金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び複合材料バー６３１の端部を連結部材６４１ａ、６４１ｂの円形凹部６４３に挿入すると、段差部６５２に段差突出部６５１が接合する。このような段差部６５２と段差突出部６５１を形成する理由は、金属バー６２１ａ、６２１ｂ及び複合材料バー６３１を連結部材６４１ａ、６４１ｂに挿入したとき、各バー６２１ａ、６２１ｂ、６３１及び連結部材６４１ａ、６４１ｂの軸整列に役立ち、連結部材の厚さが薄い場合には、応力集中現象による連結部材６４１ａ、６４１ｂの破壊を防止するからである。より好ましくは、段差部６５２と段差突出部６５１をテーパー加工して、円滑に挿入されながら軸整列されるようにすることもできる。
【００３９】
また、連結部材６４１ａ、６４１ｂの各々の両端部にも段差部６５３、６５４が形成されるが、一端部は円形凹部６４３の内周面に段差部６５３が形成され、他端部は連結部材６４１ａ、６４１ｂの外周面に段差部６５４が形成される。複数の連結部材６４１ａ、６４１ｂを互いに軸整列すると、いずれかの連結部材６４１ａの他端に形成された段差部６５４がほかの連結部材６４１ｂの一端に形成された段差部６５３に挿入されて整合される。この連結部材６４１ａ、６４１ｂの段差６５３、６５４は接合面積を増やして信頼性ある接合を保障する。
【００４０】
このように、金属バー６２１ａ、６２１ｂ、複合材料バー６３１及び連結部材６４１ａ、６４１ｂが互いに連結された状態で、連結部材６４１ａの各々の長手方向中間部に切削工具が締結される締結孔が形成される。この締結孔の形成のため、連結部材６４１ａの中間部をドリル加工又は切削加工する。ここで、連結部材６４１ａ、６４１ｂの中間はその両側に位置する円形凹部６４３の間に対応し、この連結部材６４１ａの中間部６４４をドリル加工又は切削加工しても加工地点が複合材料バー６３１が位置する地点でないので、複合材料バー６３１の破損を防止することができるだけでなく、切削工具が、鋼等の一般金属材からなる連結部材６３１に取り付けられるので、安定的に固定できる。
【００４１】
前述した第６実施形態による工具バーは、金属バー６２１ａ、６２１ｂ、複合材料バー６３１及び連結部材６４１ａ、６４１ｂが接着剤により接着されて固定されると説明したが、金属バー６２１ａ、６２１ｂ、複合材料バー６３１及び連結部材６４１ａ、６４１ｂの固定関係において、連結部材６４１ａ、６４１ｂを加熱して円形凹部を熱膨張させ、金属バー６２１ａ、６２１ｂと複合材料バー６３１を円形凹部に挿入してから冷却させる締りばめ方式で金属バーと複合材料バーを固定しても本発明の目的及び効果を十分に達成することができる。
【００４２】
一方、図１３に示すように、直径に比べて長さが相対的に長い工具バー６００はチャタリングが発生し得る。このようなチャタリング現象を防止するため、工具バー６００の中間部に支持部６６０を設ける。この際、工具バー６００の金属バー６２１ａ、６２１ｂは工具装着部６１０に挿入される工具バーの一端と支持部６６０に対応する工具バーの中間地点にそれぞれ位置することがより好ましい。このような支持部６６０はブッシュ又はベアリングであり得る。ブッシュである場合にはブッシュの中空を工具バー６００が貫通し、ベアリングの場合にはベアリングの内輪に工具バー６００が固定される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は既存のタングステンカーバイド合金及び工具鋼から製造される工具バーの本体を複合材料で製造し、アダプタとチップを工具鋼で製造して既存の工具バーより剛性、固有振動数及び減衰比を高めて加工時の切削速度を向上させ、加工精度を向上させることにより、機械産業の発展に寄与することができる。
【００４４】
また、剛性勾配を有する工具バーは静的剛性の高い金属材と比剛性の高い複合材料を含んで固有振動数及び減衰能を向上させることにより、加工時の切削安定性と切削速度を向上させ、加工精度を向上させて、深い孔の加工を可能にする。
【００４５】
一般に、炭素繊維複合材料は比剛性、比強度、減衰能の高い材料である。タングステンカーバイドの密度は炭素繊維複合材料の密度のおよそ１０倍、工具鋼の密度は炭素繊維複合材料の密度のおよそ５倍であるため、同じ引張剛性の炭素繊維複合材料から製造した加工用工具バーの固有振動数はタングステンカーバイド又は工具鋼から製造した加工用工具バーの固有振動数よりおよそ２．２〜３．２倍高い。また、減衰能が高いので、切削加工時に発生する振動は既存のタングステンカーバイド合金及び工具鋼からなる加工用工具バーの振動より減少し、本発明の工具バーによる加工表面の状態は既存のタングステンカーバイド合金及び工具鋼からなる工具バーによる加工表面の状態より優れている。したがって、比剛性及び減衰能に優れた炭素繊維複合材料と静的剛性の高い金属材料（タングステンカーバイドなど）を切削工具の装着位置に応じて適切に配列すると、工具バーの軸方向剛性だけでなく、固有振動数及び減衰能を同時に向上させることができる。
【００４６】
一方、切削工具装着用工具バーの切削安定性は動的剛性に比例し、動的剛性は工具バーの静的剛性及び減衰能に比例する。したがって、剛性の勾配を有するように製作された切削工具装着用工具バーは、静的剛性及び減衰能の向上により、動的剛性の向上、つまり切削安定性の向上を可能とするので、工具バーの長さ対直径比が大きい場合にも精密な加工が可能である。
【００４７】
また、切削工具装着用工具バーの最大作動回転数は工具バーの固有振動数に比例するので、剛性の勾配を有するように製作された切削工具装着用工具バーの最大作動回転数も同時に向上させることができる。また、切削工具装着部には一般金属（鋼）を配列して切削工具装着用工具バーを製作した後、金属からなる切削工具装着部に直接切削工具装着用孔をドリル加工又はタッピング加工で形成することができ、切削工具に作用する切削力による複合材料の損傷を防止することができる。
【００４８】
以上、本発明の高剛性複合材料工具バーの技術的思想を添付図面に基づいて説明したが、これは本発明の最も良好な実施形態を例示的に説明したもので、本発明を限定するものではない。また、本技術分野の通常の知識を持った者であれば、誰でも本発明の技術思想の範疇を逸脱しない範囲内で多様に変形及び修飾することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態による工具バーの一部を示す斜視図である。
【図２】図１に示す工具バーの縦断面図である。
【図３】図１に示す工具バーの本体の横断面図である。
【図４】図１に示す工具バーの各部を分解して示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態による工具バーの一部を示す斜視図である。
【図６】図５に示す工具バーの本体の横断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による工具バーの一部を示す斜視図である。
【図８】図７に示す工具バーの各部を分解して示す斜視図である。
【図９】図８と類似した図であって、製造過程に用いられるシムを工具バーと共に示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による工具バーの一部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による剛性勾配を有する加工用工具バーを示す断面図である。
【図１２】図１１に示す加工用工具バーの構成要素の組立関係を示す概略図である。
【図１３】本発明の第６実施形態による剛性勾配を有する加工用工具バーを示す断面図である。
【図１４】図１３に示す加工用工具バーの構成要素の組立関係を示す概略図である。
【図１５】図１３に示す加工用工具バーにおいて、金属バー、複合材料バー及び連結部材の効果的な結合を確保するために段差部が形成された金属バー、複合材料バー及び連結部材を示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
2004535942.tif 000003
2004535942.tif 000004
2004535942.tif 000005
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2004535942.tif 000027
2004535942.tif 000028
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004535942.tif 000029
2004535942.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月22日(2003.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
請求項９又は１０において、前記連結部材が長手方向に孔が形成された中空の棒状部材であり、前記金属バー及び前記複合材料バーが前記孔に挿入固定されることを特徴とする工具バー。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
請求項１２において、前記連結部材の孔に挿入された金属バー及び前記複合材料バーが接着剤により接着固定されることを特徴とする工具バー。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本体１２０には前述した１０個の切削工具を装着するために用いられる１０個の孔１２１が穿設されている。切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５を本体に装着するにおいて、例えば孔の一側の入口を介して切削工具の後端を孔内に挿入した後、孔の他側の入口を介してボルトＢ０１〜Ｂ０５を挿入し、切削工具の後端に形成されたナットにボルトをねじ込むことにより装着される。図１及び図４においては、切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５の後端を締める第１列に配置されたボルトＢ０１〜Ｂ０５のほかにも、第１列に対して９０°の位相差を有する第２列に配置されたボルトＢ０６〜Ｂ１０によりさらに締める切削工具を示している。このように切削工具を両方向からボルトで締めると、切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５の直径と孔１２０の直径の違いが大きくても切削工具Ｔ０１〜Ｔ０５が孔内に遊動なしで装着できる。このような方法のほかにも多様な装着方法を用いることができるが、そのような装着方法は本発明が解決しようとする技術的課題がないので、ここには詳細に列挙しない。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図７ないし図９は本発明の第３実施形態による工具バー３００を示す。本実施形態による工具バー３００は、工具鋼を素材としたロッド３２４がアダプタ３１０及びチップ３３０と一体型に形成されたものでなく、ロッド３２４、アダプタ３１０及びチップ３３０が別個の部材として設けられて、締りばめで結合されることを除き、先に説明した第２実施形態による工具バー２００の構成と同一である。図７ないし図９において、下２桁の数字が図５及び図６と同一の符号で指示される構成要素は第２実施形態による工具バー２００の構成要素と同一である。ここには、第２実施形態による工具バー２００の構成要素と同一の構成要素についての説明を省く。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本実施形態による工具バー３００を製作することにおいて、ロッド２２４により連結されて一体型に形成されたアダプタ２１０及びチップ２３０を用意する代わりに、別個に形成したロッド３２４と、このロッド３２４が挿入される孔３１２、３３２が穿設された状態で別個に形成したアダプタ３１０とチップ３３０を用意し、その孔３１２、３３２にロッド３２４を締りばめで結合させることを除き、第２実施形態による工具バー２００の製作方法と同様である。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
また、連結部材６４１ａ、６４１ｂの各々の両端部にも段差部６５３、６５４が形成されるが、一端部は円形凹部６４３の内周面に段差部６５３が形成され、他端部は連結部材６４１ａ、６４１ｂの外周面に段差部６５４が形成される。複数の連結部材６４１ａ、６４１ｂを互いに軸整列すると、いずれかの連結部材６４１ａの他端に形成された段差部６５４がほかの連結部材６４１ｂの一端に形成された段差部６５３に挿入されて整合される。この連結部材６４１ａ、６４１ｂの段差部６５３、６５４は接合面積を増やして信頼性ある接合を保障する。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
このように、金属バー６２１ａ、６２１ｂ、複合材料バー６３１及び連結部材６４１ａ、６４１ｂが互いに連結された状態で、連結部材６４１ａの各々の長手方向中間部に切削工具が締結される締結孔が形成される。この締結孔の形成のため、連結部材６４１ａの中間部をドリル加工又は切削加工する。ここで、連結部材６４１ａ、６４１ｂの中間はその両側に位置する円形凹部６４３の間に対応し、この連結部材６４１ａの中間部６４４をドリル加工又は切削加工しても加工地点が複合材料バー６３１が位置する地点でないので、複合材料バー６３１の破損を防止することができるだけでなく、切削工具が、鋼等の一般金属材からなる連結部材６４１に取り付けられるので、安定的に固定できる。




【国際調査報告】
2004535942.tif 000031