(57)【要約】 【課題】本発明は、突き出し量が工具径の５倍以上となるような加工条件においても、高効率な切削加工が可能な回転切削工具を提供することである。【解決手段】本発明は動吸振器を備えた回転切削工具であり、回転切削工具は超硬合金製のシャンク部に切刃を有するヘッド部を結合したヘッド交換式の回転切削工具であり、動吸振器は、ヘッド部に備えられており、動吸振器は、錘、弾性体および錘支持軸を有し、略円柱形状をした錘は前記弾性体を介して錘支持軸によって支持されており、回転切削工具の切刃側の先端から基端方向に錘の重心位置までの回転軸線上の距離（ｍｍ）をＨとし、回転切削工具の刃径（ｍｍ）をＤｃとしたとき、１．００≦（Ｈ／Ｄｃ）≦１．２５の範囲にあることを特徴とする動吸振器を備えた回転切削工具である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動吸振器を備えた回転切削工具において、前記回転切削工具はシャンク部に切刃を有するヘッド部を結合したヘッド交換式の回転切削工具であり、前記動吸振器は、前記ヘッド部に備えられており、前記動吸振器は、錘、弾性体および錘支持軸を有し、略円柱形状をした前記錘は前記弾性体を介して前記錘支持軸によって支持されており、前記錘は、質量密度が１６ｇ／ｃｍ３以上の材料からなり、前記錘支持軸は、回転軸線と平行であり、前記錘の長手方向と直交するように配置しており、前記回転切削工具の切刃側の先端から基端方向に前記錘の重心位置までの回転軸線上の距離（ｍｍ）をＨとし、前記回転切削工具の刃径（ｍｍ）をＤｃとしたとき、１．００≦（Ｈ／Ｄｃ）≦１．２５の範囲にあることを特徴とする動吸振器を備えた回転切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械によって切削加工を行なう際のびびり振動を抑制する動吸振器を備えた回転切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、工具回転軸方向に配置した錘とばね弾性体、ダンパーオイルを用いた防振機構を開示している。 
【０００３】
特許文献２は、工具回転軸方向に配置した錘をテーパ形状にして、錘の体積を刃先先端に向かうに従って大きくして工具ホルダの剛性を向上させる機構を開示している。
【０００４】
特許文献３は、ダンパーオイルを使用せずに球状弾性体を用いた簡単な構造の防振機構を開示している。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１４５７０６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８６２４０号公報
【特許文献３】特開２００８−１００３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、特許文献２に示された工具の動吸振器は大型であることから、小径の工具に動吸振器を適用することは困難である。特に特許文献１では、ダンパーオイルを用いていており、オイルを密閉するために複雑で大型な構造となっている。特許文献３は、比較的簡単な構造の防振機構を開示しているが、工具先端側に動吸振器に用いる錘を配置することについての記載や示唆は行われていない。
【０００７】
本発明の動吸振器を備えた回転切削工具は、工具先端側の切刃近傍の位置に、錘の重心を配置することによって、錘の質量を小さくすることを可能にした。従って例えば、φ１６からφ４０ｍｍ程度の小径サイズの工具にも、動吸振器を備えることを可能とした。
【０００８】
本発明の目的は、突き出し量が工具径の５倍以上となるような加工条件においても、高効率な切削加工が可能な回転切削工具を提供することである。回転切削工具を用いて深穴部や狭隘部などの加工するときに、工具径に対して突き出し量を長くして切削加工することがあるが、このような場合であっても本発明の動吸振器を備えた回転切削工具は、工具先端での剛性低下を回避してびびり振動の発生を防止し、良好な表面粗さや優れた寸法精度を得ることができる。 
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、動吸振器を備えた回転切削工具において、前記回転切削工具はシャンク部に切刃を有するヘッド部を結合したヘッド交換式の回転切削工具であり、前記動吸振器は、前記ヘッド部に備えられており、前記動吸振器は、錘、弾性体および錘支持軸を有し、略円柱形状をした前記錘は前記弾性体を介して前記錘支持軸によって支持されており、前記錘は、質量密度が１６ｇ／ｃｍ３以上の材料からなり、前記錘支持軸は、回転軸線と平行であり、前記錘の長手方向と直交するように配置しており、前記回転切削工具の切刃側の先端から基端方向に前記錘の重心位置までの回転軸線上の距離（ｍｍ）をＨとし、前記回転切削工具の刃径（ｍｍ）をＤｃとしたとき、１．００≦（Ｈ／Ｄｃ）≦１．２５の範囲にあることを特徴とする動吸振器を備えた回転切削工具である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の動吸振器を備えた回転切削工具によれば、動吸振器の錘支持軸は回転軸線と平行とし、錘の長手方向と直交するように配置したので、従来のダンパーオイルを密閉しているような防振機構と比較して、本発明の動吸振器は、より簡単な構造となっている。また、工具先端側の切刃近傍に錘の重心を配置して、小さい質量の錘であっても、錘の慣性による反力を工具先端に効率よく加えることができるため、小径サイズの工具にも適用でき、突き出し量が工具径の５倍以上となるような加工条件においても、高効率な切削加工が可能な回転切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明例１の回転切削工具の正面図とその一部断面図を示す。
【図２】図１に示す回転切削工具のＡ−Ａ部断面図を示す。
【図３】図１に示す回転切削工具の側面図とその一部断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本発明の例として、防振性能を備えた回転切削工具（１）の正面図と一部断面図を示す。この一部断面図では、シャンク部（２）と切刃を有するヘッド部（３）との結合部の断面を示す。ヘッド部には動吸振器を備えており、防振性能を発揮する。また、回転切削工具は、シャンク部（２）に雌ねじ部を有し、切刃を有するヘッド部（３）に雄ネジ部を有していることから、ヘッド部をシャンク部にねじで結合したヘッド交換式の回転切削工具で構成される。このヘッド部の先端にはインサート（８）が装着され、チップポケット（９）を有しており、切刃側には工具径方向に貫通穴が空いている。この貫通穴の両端は蓋（７）で閉じており、内部には中空部が設けられ、この中空部内に動吸振器を備えている。この動吸振器は、円柱形状の錘（４）、弾性体（５）および錘支持軸（６）で構成される。円柱形状の錘には、円筒側面中央に錘の長手方向と直交する貫通穴があり、その貫通穴に錘支持軸が挿入されている。錘は、錘支持軸との間隙に弾性体を介することで支持されている。錘支持軸は工具回転軸と平行であり、円柱形状をした錘の長手方向と工具回転軸とは直交した構成となっている。動吸振器はヘッド部の中空部内に配置されている。
【００１３】
本発明の回転切削工具における第１の防振効果は、動吸振器を備えることにより、錘が工具本体の振動振幅に比例した反力を与えることができ、加工時における振動を減衰させ、また、工具先端側の切刃近傍の位置に錘の重心を配置することによって、錘の質量を小さくすることを可能にした。
第２の防振効果は、弾性体自体の減衰性能を利用して防振効果を得ることにより、ダンパー油等を使用しないで振動を減衰させるため、簡単な構造で製作でき、例えばφ１６からφ４０ｍｍ程度の小径サイズの工具でも、防振機能を備えることが可能となる。
第３の防振効果は、工具本体のシャンク部の材料に、例えばヤング率と質量密度が高い超硬合金製シャンクを用いることによって防振効果を向上させることである。
【００１４】
本発明の回転切削工具と、従来の動吸振器を備えた回転切削工具との違いは、略円柱形上の錘を配置する方向が異なることである。即ち、本発明は、工具の回転軸と錘の長手方向とが直交するように配置されているのに対して、従来の防振機能を備えた回転切削工具は、工具回転軸と錘の長手方向とが平行で同じ方向に配置されていることである。本発明の様に、錘の長手方向が回転軸と直交して配置することにより、工具先端側の切刃近傍の位置に錘の重心を配置することが可能となり、錘の質量を小さくすることができた。これにより、小さい質量の錘であっても、錘の慣性による反力を工具先端に効率よく加えることができるとともに、小径サイズの工具にも適用できる。このために、回転切削工具の切削時の振動に対する減衰効果を向上させて、びびり振動を抑制することができる。しかし、従来の動吸振器を備えた回転切削工具における錘の配置では、上記の効果を得ることが困難であると思われる。
【００１５】
本発明の回転切削工具の切刃側の先端から基端方向に錘の重心位置までの回転軸上の距離をＨ（ｍｍ）、回転切削工具の刃径をＤｃ（ｍｍ）としたとき、（Ｈ／Ｄｃ）値は、１．００≦（Ｈ／Ｄｃ）≦１．２５の範囲と規定する。（Ｈ／Ｄｃ）値が１．２５を超えて大きい場合、錘の慣性による反力を工具先端に加えることができなくなり、防振性能が少なくなってしまう。また、（Ｈ／Ｄｃ）値が１．００未満の場合、刃先交換式工具を取付けるための機構を適正な形状で製作できなくなるため不適である。工具本体に動吸振器を取付けるための貫通穴がインサート取付け部のチップポケット形状に干渉してしまうため、チップポケット形状を小さく設計しなくてはならない。これにより切り屑の排出性が悪くなり、切削性能に影響することから不適である。
【００１６】
本発明の動吸振器における錘は、質量密度が１６ｇ／ｃｍ３以上の材料を用い、略円柱形状である。錘は、質量密度が１６ｇ／ｃｍ３以上の金属材料を用いることにより、錘の体積を小さくすることができ、小径サイズでの使用が可能となる。一方、質量密度を１６ｇ／ｃｍ３未満の金属材料を用いた場合、防振効果を得るために必要な質量を確保しようとすると、錘の体積を大きくする必要があり、錘の重心位置を工具先端部に持っていくのが難しくなるため、十分な防振効果を得ることができなくなり、不適である。さらに、錘の体積を大きくとると、中空部の容積も大きくなってしまい工具本体の剛性が低下し、防振性能が得られなくなる。本発明は、簡単な構造の動吸振器を備え、例えばφ１６からφ４０ｍｍ程度の小径サイズで防振効果を向上させることを特徴としている。
【００１７】
本発明の動吸振器における弾性体は、例えば、ＪＩＳ、Ｋ６３０１規定のスプリング式Ａ型ＪＩＳ硬度計において、ゴム硬度がＨｓ３０〜５０の耐熱性及び耐摩耗性に優れるフッ素系ゴム、又はウレタンゴムを使用することが好ましい。この理由は、重量のある錘を弾性支持するのに好適な剛性と、防振性能を得るために必要な弾性を有しているからである。また、切削加工時は切削による切削熱が弾性体に伝達して１５０℃程度の高温となるため、耐熱性を必要とするからである。 
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、下記の実施例により本発明が限定されるものではない。 
【実施例】
【００１８】
本発明の動吸振器を備えた回転切削工具を作製し、防振効果を確認した。図１に示す通り、本発明例１の回転切削工具（１）は、超硬合金製のシャンク部（２）に切刃を有するヘッド部（３）を結合したヘッド交換式の回転切削工具であり、ヘッド部はＳＣＭ材を用いて作製した。このヘッド部の先端には、インサート取付け座を４個形成した。インサート取付け座には、φ１２ｍｍの丸駒形状の超硬合金製のインサート（８）を４個装着することにより、本発明例１の回転切削工具は、ラジアスタイプのエンドミルとした。
本発明例１の回転切削工具におけるＤｃ値はφ３０ｍｍ、ヘッド部の長さは５０ｍｍ、シャンク部の長さは、２５０（ｍｍ）とした。
【００１９】
また、ヘッド部の内部には、動吸振器を配置するために中空部を設けた。動吸振器は、円柱形状をした錘（４）、弾性体（５）および錘支持軸（６）を有し、錘のサイズは直径１２ｍｍ、長さ２１ｍｍで、質量密度が１６ｇ／ｃｍ３のタングステン合金材により作製した。円柱形状をした錘の側面中央には直径４ｍｍの貫通穴を形成し、ここに直径３ｍｍの錘支持軸を挿入した。 
【００２０】
弾性体は、ゴム硬度がＨｓ５０のフッ素系ゴム弾性体を用い、錘の貫通穴と錘支持軸との間隙を埋めるように配置し、両者を支持した。即ち、錘支持軸と錘は弾性体を介して、錘の長手方向と直交するように取り付けた。上記のように組み立てた動吸振器は、ヘッド部の内部の中空部に配置した。この時、錘の重心位置であるＨ値は、３２．４ｍｍとした。これは、Ｈ／Ｄｃ値が、１．０８に相当する。また、錘支持軸は、回転軸線と平行であり、ヘッド部の側面には、錘の露出を回避するために蓋（７）を用いた。このようにして作製したヘッド部は、超硬合金製のシャンク部とねじにより結合し、本発明例１の回転切削工具とした。
【００２１】
また、本発明例２から５、比較例６から８は、本発明例１に準じて作製し、一部寸法や、錘の材質が異なる回転切削工具とし、表１に示した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
本発明例２のＨ値は３０ｍｍとし、これは、Ｈ／Ｄｃ値が１．００に相当する。本発明例３のＨ値は３６ｍｍとし、これは、Ｈ／Ｄｃ値が１．２０に相当する。本発明例４のＨ値は３７．５ｍｍとし、これは、Ｈ／Ｄｃ値が１．２５に相当する。これらの錘の質量密度は１６ｇ／ｃｍ３のタングステン合金を用いた。また、本発明例５のＨ値は本発明例４と同じ３７．５ｍｍ、Ｈ／Ｄｃ値は１．２５に相当し、錘の質量密度は１８ｇ／ｃｍ３のタングステン合金を用いた。更に、比較例６、７、８のＨ値は、夫々２７．９ｍｍ、３９ｍｍ、３６ｍｍとした。これらは、Ｈ／Ｄｃ値が、夫々０．９３、１．３０、１．２０に相当する。但し、比較例６、７は、錘の質量密度が１６ｇ／ｃｍ３のタングステン合金を用い、比較例８は、錘の質量密度が１５ｇ／ｃｍ３のタングステン合金を用いた。従来例９は、ヘッド部に動吸振器を備えていない回転切削工具を用意した。 
【００２４】
まずは、夫々の回転切削工具の防振効果を確認するために、一定強度の打撃を与えた時の加速度を測定して、これより周波数応答関数を求めた。測定装置は、キスラー社製の加速度センサーと打撃ハンマーを使用して加速度を測定し、周波数応答関数を算出した。ここで求めた関数を用いて、固有振動数における振幅のピーク値を求めた。表２には、周波数応答関数によって求めた振幅のピーク値を示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
防振性能の評価方法は、動吸振器を備えていない従来例９の鋼製ヘッド部の振幅ピーク値（Ｂ値）を基準値として用いた。本発明の動吸振器を備えたヘッド部の振幅ピーク値（Ａ値）を求めたとき、Ａ値とＢ値との比（Ａ／Ｂ）より、振動減衰性能を比較評価した。この評価方法では、動吸振器を備えていない鋼製ヘッド部の値を１．０としたとき、動吸振器を備えたヘッド部の（Ａ／Ｂ）値が小さいほど、防振効果が優れていることを示す。本発明では、（Ａ／Ｂ）値が０．４以下になっているものを、防振効果が有効であると判断した。
【００２７】
表２より、本発明例１から５、比較例６は、（Ａ／Ｂ）値が０．４０以下でとなり、防振効果は有効であった。これは、錘の重心位置を工具先端側に配置することにより、錘の慣性による反力をより工具先端側に加えることができ、回転振動に対する減衰効果を向上させて、防振効果を得ることができたためであると考えられる。一方、比較例７と８の（Ａ／Ｂ）値は０．４を超えて大きく、防振効果を効果的に得ることはできなかった。ここで、比較例７の（Ａ／Ｂ）値が０．４７と大きくなってしまった理由は、（Ｈ／Ｄｃ）値が１．３０であり、本発明が規定する１．２５を超えてしまったため、錘の慣性による反力を工具先端側に十分に加えることができず、回転振動に対する減衰効果を得ることができなかったからである。また、比較例８の（Ａ／Ｂ）値が０．４２と大きくなってしまった理由は、錘の質量密度が１５ｇ／ｃｍ３であり、直径１２ｍｍ、高さ２１ｍｍの錘形状では防振効果を得るための十分な質量を得ることができなかったからである。
【００２８】
次に切削加工時の軸方向切り込み量の限界値を比較することにより、安定した切削が可能な領域を求めるテストを行った。切削条件を以下に示す。評価方法は、安定な切削状態があられる軸方向切り込み量を求めることにより、評価を行った。０．１０から０．２５ｍｍまでの範囲で軸方向切り込み量を変化させたとき、びびり振動等の発生が無く安定した切削状態のものを○印、びびり振動の発生は見られたものの、その程度が小さなものを△印、びびり振動の程度が大きく切削不可なものを×印とした。評価結果を表３に示す。
（切削条件） 
使用機械：縦型マシニングセンター 
加工方法：平面切削加工、乾式切削 
被削材：Ｓ５０Ｃ 
工具突き出し長さ：２４０ｍｍ 
主軸回転数：毎分１０００回転 
一刃あたりの送り量：１．０ｍｍ／刃 
半径方向切り込み量：２０ｍｍ 
【００２９】
【表３】
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【００３０】
本発明例１から５の軸方向の切り込み量は、０．２５ｍｍまで安定した切削が可能となり、満足のできる結果を得ることができた。これによって、従来例９よりも２倍以上の切り込み量を得られることが確認できた。また、本発明例１から５のように、（Ｈ／Ｄｃ）値を１．２５以下に設定して、錘の重心位置を工具先端側に配置することにより、錘の慣性による反力を工具先端側に加えることができ、切削時の振動に対する減衰効果が有効に作用する事を実際の切削加工試験において確認することができた。さらに、錘の質量密度を１６ｇ／ｃｍ３以上とすることによって、十分な錘の質量と体積を得ることが可能となり、防振効果を得ることを確認した。
【００３１】
一方、比較例６は（Ｈ／Ｄｃ）値が０．９３であることから、錘の重心位置が工具先端側にあるために防振効果が有効に作用し、本発明例１から５と同様に、軸方向の切り込み量は、０．２５ｍｍまで切削可能となり良好となった。しかし、Ｈ／Ｄｃ値が１．０未満であることから、回転工具本体のチップポケット形状を小さくしなければならなかった。この理由は、チップポケット形状と錘を挿入する中空部とが干渉するのを回避することによって、錘がむき出しになるのを防ぐめである。この様に、チップポケット形状を小さくしたために、切り屑の排出性が悪く、切り屑を噛みこんでしまい、切削時に不規則なびびり振動が発生した。これより安定切削が困難となり、切削工具としては不適であると判断した。 
【００３２】
比較例７は、軸方向の切り込み量が０．２０ｍｍまでしか切削できず、防振性能が十分ではなかった。これは（Ｈ／Ｄｃ）値が１．３０であることから、錘の重心位置が工具先端から離れた配置となったために、錘の慣性による反力を工具先端側に効果的に加えることができなかったと考えられる。
【００３３】
比較例８も、軸方向の切り込み量が０．２０ｍｍまでしか切削できず、防振性能が十分ではなかった。これは、錘の質量密度が１５ｇ／ｃｍ３でのタングステン合金を使用したために、防振性能を持つための十分な質量を確保できず、錘の慣性による反力を工具先端側に効果的に加えることができなかったと考えられる。 
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の動吸振器を備えた回転切削工具は、突き出し量が工具径の５倍以上となるような、長い突き出し量における加工条件においても高効率な切削加工が可能な回転切削工具を提供することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  回転切削工具 
２  シャンク部 
３  ヘッド部 
４  錘 
５  弾性体 
６  錘支持軸 
７  蓋 
８  インサート 
９  チップポケット 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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