(57)【要約】【課題】  工具の振動を低減し加工精度を確実に高め得る工具ホルダの提供。【解決手段】  長手両端部のそれぞれに回転切削刃及び装置取付部を固定されるフライス盤用の工具ホルダであって、回転切削刃及び装置取付部に緊結され軸線に沿ったねじ加工部を有する剛体部と、剛体部と共通する軸線を有しねじ加工部に螺着された制振合金からなる低剛性部と、を含み、低剛性部は回転切削刃に接触して与えられることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手両端部のそれぞれに回転切削刃及び装置取付部を固定されるフライス盤用の工具ホルダであって、
前記回転切削刃及び前記装置取付部に緊結され軸線に沿ったねじ加工部を有する剛体部と、前記剛体部と共通する軸線を有し前記ねじ加工部に螺着された制振合金からなる低剛性部と、を含み、前記低剛性部は前記回転切削刃に接触して与えられることを特徴とする工具ホルダ。
【請求項２】
棒体である前記剛体部の中心軸線に沿って前記回転切削刃側の端面から与えられたドリル孔の内周面に前記ねじ加工部が設けられており、外周にねじ加工された前記低剛性部が前記ドリル孔の袋孔端部又は前記装置取付部に当接するよう螺入していることを特徴とする請求項１記載の工具ホルダ。
【請求項３】
前記低剛性部は軸線に沿った中空部を有することを特徴とする請求項２記載の工具ホルダ。
【請求項４】
棒体である前記剛体部の中心軸線に沿って外周面に前記ねじ加工部が設けられており、内周にねじ加工された前記低剛性部が前記装置取付部に当接するよう螺入していることを特徴とする請求項１記載の工具ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手両端部のそれぞれに回転切削刃及び装置取付部を固定されるフライス盤用の工具ホルダに関し、特に、切削加工中の振動を抑制し加工精度を高め得るフライス盤用の工具ホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
フライス盤による回転切削加工において、回転切削刃に生じた振動によってワークの加工精度が低下してしまうことがある。特に、回転切削刃をロングアーバ等の長手の工具ホルダの先端に固定して加工を行う場合にあっては振動による加工精度の低下がより顕著となり得る。かかる「ビビリ振動」と一般的に呼ばれような加工時の振動については、工具ホルダに振動を吸収する機構を設けることで抑制し得る。
【０００３】
例えば、特許文献１では、略円筒形の本体の中空部に収容した「錘（おもり）」をバネ部材及び粘性流体によって支持させ、いわゆる「ダンパー機能」で振動を吸収する工具ホルダを開示している。錘は円柱形状であってリン青銅やベリリウム銅等のばね材料として用いられる金属材料からなる。その外周部からは周縁に向けて湾曲して延びる複数の板状体が加工されており、本体中空部内面との間でばねとして働く。これにより工具ホルダに発生した振動はばねを介して錘に伝達されるが、固有振動数が異なるために工具ホルダの振動を相殺しビビリ振動を抑制できるのである。
【０００４】
また、特許文献２でも、略円筒形の本体の中空部に収容した円柱形状の錘をゴム部材によって支持させ、同様にゴム部材のダンパー機能で振動を吸収する工具ホルダを開示している。ここでは、ゴム部材のダンパー機能を十分に得られるように錘の重量を大きくする一方で、錘の寸法を大きくせずにこの重量を確保できるようになるべく大なる質量密度を有する材料、例えば、タングステン合金等の金属によって錘を与えるべきであることを述べている。
【０００５】
一方、特許文献３では、工具ホルダに発生する振動のエネルギーを複数に分割された錘同士の摩擦エネルギーや衝突エネルギーに変換して振動を吸収できる工具ホルダを開示している。工具ホルダ本体の円筒中空部には、その中心軸を含む複数の分割面に沿っていくつかに分割された略瓦形状の超硬合金製の錘が収容されており、これらの錘は互いに分割面同士で接触するように環状の弾性部材で付勢されつつ束ねられている。かかる工具ホルダでは、その振動に伴い複数の錘が互いに分割面同士で摺動し、振動エネルギーを吸収できるとしている。
【０００６】
また、特許文献４では、制振合金からなる制振部材の振動に対する減衰抵抗によって振動を吸収する工具ホルダを開示している。工具ホルダ本体の中空部に片持ち支持して与えられた制振部材は工具ホルダに発生するビビリ振動と一致する固有振動数を有している。これにより、制振部材は工具ホルダに対して逆位相程度の位相のずれを有して減衰振動し、工具の振動を抑制できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２９００４７号公報
【特許文献２】特開２００８−１００３３２号公報
【特許文献３】特開２０１２−５７７５２号公報
【特許文献４】特開２００１−３２８０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１乃至４に開示の工具ホルダは、錘や制振部材を振動させて工具の振動を吸収しワークの加工精度を高めようとするものであるが、一方で、錘や制振部材を振動させるための中空部を設けるためにホルダの剛性が低下し、却って加工精度が低下してしまうこともあった。
【０００９】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、工具の振動を低減し加工精度を確実に高め得る工具ホルダの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による工具ホルダは、長手両端部のそれぞれに回転切削刃及び装置取付部を固定されるフライス盤用の工具ホルダであって、前記回転切削刃及び前記装置取付部に緊結され軸線に沿ったねじ加工部を有する剛体部と、前記剛体部と共通する軸線を有し前記ねじ加工部に螺着された制振合金からなる低剛性部と、を含み、前記低剛性部は前記回転切削刃に接触して与えられることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、回転切削刃及び装置取付部に緊結される剛体部によって剛性を維持しつつ低剛性部によって回転切削刃に生じる振動を吸収し、工具全体の振動を低減して加工精度を確実に高め得る。
【００１２】
上記した発明において、棒体である前記剛体部の中心軸線に沿って前記回転切削刃側の端面から与えられたドリル孔の内周面に前記ねじ加工部が設けられており、外周にねじ加工された前記低剛性部が前記ドリル孔の袋孔端部又は前記装置取付部に当接するよう螺入していることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、回転切削刃に付加される回転方向のねじり荷重に対する剛性とともに長手方向の曲げ荷重に対する剛性を高め得て、工具全体の振動をより確実に低減して加工精度を確実に高め得る。
【００１３】
上記した発明において、前記低剛性部は軸線に沿った中空部を有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、工具ホルダを軽量化できる。
【００１４】
上記した発明において、棒体である前記剛体部の中心軸線に沿って外周面に前記ねじ加工部が設けられており、内周にねじ加工された前記低剛性部が前記装置取付部に当接するよう螺入していることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、回転切削刃に付加される回転方向のねじり荷重に対する剛性を高め得て、工具全体の振動を低減して加工精度を確実に高め得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による工具ホルダの側断面図である。
【図２】本発明による他の工具ホルダの側断面図である。
【図３】本発明によるさらに他の工具ホルダの側断面図である。
【図４】本発明によるさらに他の工具ホルダの側断面図である。
【図５】本発明によるさらに他の工具ホルダの側断面図である。
【図６】本発明によるさらに他の工具ホルダの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施例１］
本発明による１つの実施例としての工具ホルダについて、図１を用いて詳細を説明する。
【００１７】
図１に示すように、工具ホルダ１０は、軸線Ａに沿って一方の端部に開口する袋孔であるドリル孔を有する略円柱状の剛体部１１と、その軸線Ａに沿って内周に設けられたねじ部１３に噛み合わせて螺着された略円柱状の低剛性部１２とからなる。ここで、剛体部１１と低剛性部１２とは軸線Ａを共有する。剛体部１１は一方の端面において軸線Ａの周りに複数のボルト孔１４を備え、該端面にフライス１が固定される。また、剛体部１１の他方の端面には装置取付部２が固定される。剛体部１１は、少なくとも低剛性部１２より剛性の高い材料からなる。この範囲において特に限定されないが、剛体部１１には、例えば、高炭素クロム軸受鋼、機械構造用炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼などを使用することができる。
【００１８】
フライス１は、先端の外周部にチップ７を備える略円柱状体の回転切削刃である。フライス１は、軸線Ａの周囲に複数設けられた孔に挿通させた六角穴付き止めねじからなるボルト１６をボルト孔１４に締結させることで剛体部１１の一方の端面に緩みのないように強固に緊結されている。
【００１９】
装置取付部２は、図示しないフライス盤の主軸に固定されるテーパ部４と鍔部３とを備える軸体である。装置取付部２は鍔部３側の端面に工具ホルダ１０を取り付ける凹部５を備え、焼き嵌めによって剛体部１１の他方の端面に緩みのないように強固に緊結されている。なお、装置取付部２は、剛体部１１と一体に構成されていてもよい。その他、装置取付部２の詳細は公知であるので説明を省略する。
【００２０】
剛体部１１の内周には上記したようにねじ部１３が設けられ、外周にねじを設けられた低剛性部１２が螺着されている。低剛性部１２は、その軸線Ａに沿った一方の端部をフライス１に少なくとも接触させており、好ましくは押し付けるよう当接させている。また、低剛性部１２は他方の端部を上記した袋孔の底部近傍の不完全ねじ部に到達するまでねじ込まれることで剛体部１１と締結される。つまり、ドリル孔の袋孔端部に当接するよう螺入されることで低剛性部１２は剛体部１１に噛み合わせるように螺着されている。
【００２１】
低剛性部１２にはフライス１に発生する振動を吸収するような制振合金が用いられる。かかる振動は、主にフライス１の被削ワークとの接触部において発生し、高剛性、高強度且つ高硬度であるフライス１を介して、又はフライス１及び剛体部１１を介して、制振合金からなる低剛性部１２へと伝達される。ここで、制振合金は、その振動により自らを変形させて、振動エネルギーを熱エネルギーに変換して振動を吸収する。つまり、工具ホルダ１０が振動をより吸収するには、より変形しやすい制振合金が好ましい。本実施例では、一般的な鉄系の制振合金（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ合金やＦｅ−Ａｌ合金）と比較して、剛性が低く変形しやすい、しかも広い周波数範囲の振動について高い減衰能を有する双晶型のＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ系の制振合金を用いることが好ましい。
【００２２】
詳細には、制振合金は、質量％で、Ｃｕ：１６．９〜２７．７％、Ｎｉ：２．１〜８．２％、Ｆｅ：１．０〜２．９％を含むとともに、Ｃ：０．０５％以下とし、残部をＭｎ及び不可避的不純物とした成分組成を有することが好ましい。ここで、制振合金の各成分の組成範囲（いずれも質量％）について簡単に説明する。Ｃｕの組成範囲については、１６．９％以上であれば双晶変形が生じやすいため好ましく、２７．７％以下であれば偏析が大きくならず十分な制振特性を得やすいため好ましい。なお、Ｃｕのより好ましい組成範囲は、１９．７〜２５．０％である。Ｎｉについては、主要元素であるＭｎ及びＣｕとともに第３元素として添加して制振特性を向上せしめ得る。かかる効果を効率よく得るためにＮｉの組成範囲は２．１％以上８．２％以下とすることが好ましい。Ｆｅについては、Ｍｎ、Ｃｕ及びＮｉとともに、第４元素として添加することで制振特性をより向上せしめ得る。Ｆｅの組成範囲は、１．０％以上とすることでかかる効果を得られやすく、２．９％以下とすることでかかる効果を飽和させず、好ましい。Ｃについては、組成範囲を０．０５％以下として、Ｍｎの蒸発などによりＣの相対的濃度が上昇したときであっても、制振特性の劣化を防止できるようにしている。
【００２３】
また、低剛性部１２に用いる制振合金としては、動的粘弾性測定（ＤＭＡ；Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）で測定したときのヤング率を６０〜９０ＧＰａとするものを用いることができ、その一例としては、上記した双晶型のＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ系の制振合金を挙げることができる。
【００２４】
上記した工具ホルダ１０によれば、フライス１及び装置取付部２に緊結される剛体部１１によってフライス１、工具ホルダ１０、及び、装置取付部２を含む工具全体の剛性を維持しつつ、フライス盤により回転切削加工を行ったときのフライス１に発生する振動を効率よく吸収し、工具全体の振動を低減して、被削ワークの加工精度を確実に高めることができるのである。特に、工具ホルダ１０においては、略円柱状の剛体部１１を低剛性部１２の外周側に用いることで、フライス１に付加される回転方向のねじり荷重に対する剛性とともに長手方向の曲げ荷重に対する剛性を高め得て、フライス１に発生する振動を低減させ、工具全体の振動をより確実に低減して加工精度を確実に高めることができる。
【００２５】
［実施例２］
本発明による他の１つの実施例としての工具ホルダについて、図２を用いて詳細を説明する。
【００２６】
図２に示すように、工具ホルダ１０ａにおいては、略円管状体である低剛性部１２ａを用いている。その他においては工具ホルダ１０と同様である。
【００２７】
工具ホルダ１０ａによれば、低剛性部１２ａを中空部材としたので、工具ホルダ及び工具全体を軽量化できる。
【００２８】
［実施例３］
本発明によるさらに他の１つの実施例としての工具ホルダについて、図３を用いて詳細を説明する。
【００２９】
図３に示すように、工具ホルダ２０は、軸線Ａに沿って貫通するドリル孔を有する略円筒状の剛体部２１と、その軸線Ａに沿って内周に設けられたねじ部２３に噛み合わせて螺着された略円柱状の低剛性部２２とからなる。ここで、剛体部２１と低剛性部２２とは軸線Ａを共有する。剛体部２１はその長手方向の一方の端面に複数のボルト孔１４を備え、該端面にフライス１が固定される。また、剛体部２１の他方の端面には装置取付部２が固定される。剛体部２１は、少なくとも低剛性部２２より剛性の高い材料からなる。この範囲において特に限定されないが、剛体部２１には、例えば、高炭素クロム軸受鋼、機械構造用炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼などを使用することができる。
【００３０】
フライス１及び装置取付部２は、実施例１及び実施例２と同様である。
【００３１】
剛体部２１の内周には上記したようにねじ部２３が設けられ、外周にねじを設けられた低剛性部２２が螺着されている。低剛性部２２は、その軸線Ａに沿った一方の端部をフライス１に少なくとも接触させており、好ましくは押し付けるよう当接させている。また、他方の端部を装置取付部２に当接させている。このとき、低剛性部２２は少なくとも一方又は他方の端部をフライス１又は装置取付部２に押し付けるようにねじ込まれることで剛体部２１と締結される。つまり、端部を当接させるよう螺入されることで低剛性部２２は剛体部２１に噛み合わせるように螺着されている。
【００３２】
低剛性部２２にはフライス１に発生する振動を吸収するような制振合金が用いられる。かかる振動は、主にフライス１の被削ワークとの接触部において発生し、高剛性、高強度且つ高硬度であるフライス１を介して、又はフライス１及び剛体部２１を介して、制振合金からなる低剛性部２２へと伝達される。ここで、制振合金は、その振動により自らを変形させて、振動エネルギーを熱エネルギーに変換して振動を吸収する。つまり、工具ホルダ２０が振動をより吸収するには、より変形しやすい制振合金が好ましい。本実施例においても、上記した実施例１及び実施例２と同様の制振合金を用いることが好ましい。
【００３３】
上記した工具ホルダ２０によれば、フライス１及び装置取付部２に緊結される剛体部２１によってフライス１、工具ホルダ２０、及び、装置取付部２を含む工具全体の剛性を維持しつつ、フライス盤により回転切削加工を行ったときのフライス１に発生する振動を効率よく吸収し、工具全体の振動を低減して、被削ワークの加工精度を確実に高めることができるのである。また、低剛性部２２の他方の端部を装置取付部２にも当接させることで、フライス盤に発生する振動をも吸収し、工具全体の振動を低減し得る。特に、工具ホルダ２０においては、略円筒状の剛体部２１を低剛性部２２の外周側に用いることで、フライス１に付加される回転方向のねじり荷重に対する剛性とともに長手方向の曲げ荷重に対する剛性を高め得て、フライス１に発生する振動を低減させ、工具全体の振動をより確実に低減して加工精度を確実に高めることができる。
【００３４】
［実施例４］
本発明によるさらに他の１つの実施例としての工具ホルダについて、図４を用いて詳細を説明する。
【００３５】
図４に示すように、工具ホルダ２０ａにおいては、略円管状体である低剛性部２２ａを用いている。その他においては工具ホルダ２０と同様である。
【００３６】
工具ホルダ２０ａによれば、低剛性部２２ａを中空部材としたので、工具ホルダ及び工具全体を軽量化できる。
【００３７】
［実施例５］
本発明によるさらに他の１つの実施例としての工具ホルダについて、図５及び図６を用いて詳細を説明する。
【００３８】
図５に示すように、工具ホルダ３０は、略円柱状の剛体部３１と、その軸線Ａに沿って外周に設けられたねじ部３３に噛み合わせて螺着された略円管状の低剛性部３２とからなる。ここで、剛体部３１と低剛性部３２とは軸線Ａを共有する。剛体部３１はその長手方向の両端面の中心にボルト孔２４及び２５を備え、両端面にフライス１’及び装置取付部２’がそれぞれ固定される。剛体部３１は、少なくとも低剛性部３２より剛性の高い材料からなる。この範囲において特に限定されないが、剛体部３１には、例えば、高炭素クロム軸受鋼、機械構造用炭素鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼などを使用することができる。
【００３９】
フライス１’は、先端の外周部にチップ７を備える略円柱状体の回転切削刃である。フライス１’は、軸線Ａに沿って中心に設けられた孔に挿通させた六角穴付き止めねじからなるボルト２６をボルト孔２４に締結させることで剛体部３１の一方の端面に緩みのないように強固に緊結されている。また、フライス１’は、図示しない回り止め用のピン等によって剛体部３１に対して軸線Ａの回りに回転しないよう止められている。
【００４０】
装置取付部２’は、図示しないフライス盤の主軸に固定されるテーパ部４と鍔部３とを備える軸体である。装置取付部２’は鍔部３側の端面に工具ホルダ３０を取り付ける凹部５を備え、六角穴付き止めねじからなるボルト２７をボルト孔２５に締結させることで剛体部３１の他方の端面に緩みのないように強固に緊結されている。また、装置取付部２’は、図示しない回り止め用のピン等によって剛体部３１に対して軸線Ａの回りに回転しないよう止められている。その他、装置取付部２’の詳細は公知であるので説明を省略する。
【００４１】
剛体部３１の外周には上記したようにねじ部３３が設けられ、内周にねじを設けられた低剛性部３２が螺着されている。低剛性部３２は、その軸線Ａに沿った一方の端部をフライス１’に少なくとも接触させており、好ましくは押し付けるよう当接させている。また、他方の端部を装置取付部２’に当接させている。このとき、低剛性部３２は少なくとも一方又は他方の端部をフライス１’又は装置取付部２’に押し付けるようにねじ込まれることで剛体部３１と締結される。つまり、端部を当接させるよう螺入されることで低剛性部３２は剛体部３１に噛み合わせるように螺着されている。
【００４２】
低剛性部３２にはフライス１’に発生する振動を吸収するような制振合金が用いられる。かかる振動は、主にフライス１’の被削ワークとの接触部において発生し、高剛性、高強度且つ高硬度であるフライス１’を介して、又はフライス１’及び剛体部３１を介して、制振合金からなる低剛性部３２へと伝達される。ここで、制振合金は、その振動により自らを変形させて、振動エネルギーを熱エネルギーに変換して振動を吸収する。つまり、工具ホルダ３０が振動をより吸収するには、より変形しやすい制振合金が好ましい。本実施例においても、上記した実施例１乃至実施例４と同様の制振合金を用いることが好ましい。
【００４３】
上記した工具ホルダ３０によれば、フライス１’及び装置取付部２’に緊結される剛体部３１によってフライス１’、工具ホルダ３０、及び、装置取付部２’を含む工具全体の剛性を維持しつつ、フライス盤により回転切削加工を行ったときのフライス１’に発生する振動を効率よく吸収し、工具全体の振動を低減して、被削ワークの加工精度を確実に高めることができるのである。また、低剛性部３２の他方の端部を装置取付部２’にも当接させることで、フライス盤に発生する振動をも吸収し、工具全体の振動を低減し得る。特に、工具ホルダ３０においては、略円柱状の剛体部３１を用いることで、フライス１’に付加される回転方向のねじり荷重に対する剛性を高め得て、フライス１’に発生する振動を低減させ、工具全体の振動をより確実に低減して加工精度を確実に高めることができる。
【００４４】
また、図６に示すように、剛体部３１はその軸線Ａに沿ってフライス１’側に突出する凸部３９を備えていてもよい。凸部３９によって、フライス１’の中心位置を容易に定めることができる。このときも、フライス１’は、軸線Ａに沿って中心に設けられた孔に挿通させた六角穴付き止めねじからなるボルト２６をボルト孔２４に締結させることで凸部３９を含む剛体部３１の一方の端面に緊結させることができる。つまり、上記と同様に、工具全体の剛性を維持しつつ工具全体の振動を低減して、被削ワークの加工精度を確実に高めることができる。なお、このような凸部は、装置取付部２’側に設けてもよい。また、同様にこのような凸部は上記した実施例１乃至実施例４においても用い得る。
【００４５】
ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるだろう。
【符号の説明】
【００４６】
１、１’  フライス
２、２’  装置取付部
１０、１０ａ、２０、２０ａ、３０  工具ホルダ
１１、２１、３１  剛体部
１２、２２、３２  低剛性部
１３、２３、３３  ねじ部
【図１】
2016128197.tif 000003
【図２】
2016128197.tif 000004
【図３】
2016128197.tif 000005
【図４】
2016128197.tif 000006
【図５】
2016128197.tif 000007
【図６】
2016128197.tif 000008