(57)【要約】  切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、前記拡径部は、前記拡径部の周面に形成された凹部を有する。
2021044989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、
前記拡径部は、前記拡径部の周面に形成された凹部を有する、切削工具。
【請求項２】
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、
前記シャフト部の周面に形成された凹部と、
前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む、切削工具。
【請求項３】
前記凹部は、前記シャフト部の周方向に沿って形成され、前記シャフト部の中心軸を含む断面視で矩形である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記凹部は、前記シャフト部の中心軸を法線とする平面において、前記中心軸と前記平面との交点に対して点対称をなす形状を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項５】
前記シャフト部は、前記シャフト部の中心軸を法線とする平面において、前記中心軸と前記平面との交点に対して点対称をなす位置に設けられた少なくとも１組の前記凹部を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項６】
前記１組の前記凹部は、互いに、幅が同じであり、かつ深さが同じである、請求項５に記載の切削工具。
【請求項７】
前記シャフト部の中心軸を含む断面における前記凹部の底面の形状が丸みを帯びている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項８】
前記シャフト部に、歪センサを取り付ける位置を示す目印が設けられる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項９】
前記凹部の底面から前記シャフト部の中心軸までの距離は、前記シャフト部における前記拡径部以外の部分の半径以上である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１０】
前記凹部の底面から前記シャフト部の中心軸までの距離は、前記シャフト部における前記拡径部以外の部分の半径より小さい、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１１】
前記切削工具は、さらに、
前記シャフト部に取り付けられた歪センサを備える、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１２】
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように前記シャフト部に取り付けられる、請求項１１に記載の切削工具。
【請求項１３】
前記凹部の幅は、０．１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下である、請求項３に記載の切削工具。
【請求項１４】
前記凹部の深さは、２ｍｍ以上かつ４０ｍｍ以下である、請求項３または請求項１３に記載の切削工具。
【請求項１５】
シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、
前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を備え、
前記本体は、前記本体の外周面に形成された凹部を有する、モジュール。
【請求項１６】
シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、
前記シャフト部の軸方向に沿って前記シャフト部に取付可能な柱状の本体を備え、
前記本体は、
前記本体の周面に形成された凹部と、
前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む、モジュール。
【請求項１７】
シャフト部を含む切削工具と、
請求項１５に記載のモジュールとを備える、切削工具ユニット。
【請求項１８】
シャフト部を含む切削工具と、
請求項１６に記載のモジュールとを備える、切削工具ユニット。
【請求項１９】
請求項１１に記載の切削工具と、
管理装置とを備え、
前記切削工具は、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、
前記管理装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を処理する、切削システム。
【請求項２０】
請求項１７または請求項１８に記載の切削工具ユニットと、
管理装置とを備え、
前記切削工具ユニットは、さらに、
前記モジュールに取り付けられた歪センサを含み、
前記切削工具ユニットは、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、
前記管理装置は、前記切削工具ユニットから前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を処理する、切削システム。
【請求項２１】
刃取付部と、
前記刃取付部につながるシャフト部とを備え、
前記シャフト部は、前記シャフト部の中心軸に垂直な断面において、円形または多角形の周面を持つ棒形状であり、
前記シャフト部は、前記中心軸方向に沿った一部である第１区間と、
前記中心軸方向において前記第１区間の一方側に隣り合う第２区間と、
前記中心軸方向において前記第１区間の他方側に隣り合う第３区間とを含み、
前記第１区間の剛性は、第２区間の剛性および第３区間の剛性よりも低い、切削工具。
【請求項２２】
前記シャフト部は、
前記刃取付部に連続する切削側区間と、
前記刃取付部側の端部とは異なる端部を含む把持側区間と、
前記切削側区間と前記把持側区間との間に位置する中間区間とを含み、
前記中間区間は、前記切削側区間および前記把持側区間よりも太い形状を有し、
前記第１区間、前記第２区間および前記第３区間は、前記中間区間に設けられている、請求項２１に記載の切削工具。
【請求項２３】
前記第１区間は、
前記第１区間の周面に形成された凹部と、
前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む、請求項２１に記載の切削工具。
【請求項２４】
前記第１区間は、前記第１区間の周面に形成された凹部を有する、請求項２２に記載の切削工具。
【請求項２５】
前記第１区間は、前記第１区間の内部に形成された空洞部を含む、請求項２１または請求項２２に記載の切削工具。
【請求項２６】
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、
前記拡径部は、前記拡径部の内部に形成された空洞部を含む、切削工具。
【請求項２７】
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、
前記シャフト部の内部に形成された空洞部と、
前記シャフト部の周面において、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含み、
前記センサ取付部は、前記シャフト部の中心軸方向に垂直な方向において前記空洞部を前記シャフト部の周面に投影した場合に、前記空洞部と重なる、切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、切削工具、モジュール、切削工具ユニットおよび切削システムに関する。
この出願は、２０１９年９月３日に出願された日本出願特願２０１９−１６０７４６号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２０１０−１０５０９５号公報）には、以下のような切削工具が開示されている。すなわち、切削工具は、本体部の先端に切れ刃を設け、さらに、本体部の外周に前記切れ刃に沿った位置から本体部の背面に至る切屑溝を設けたヘッドピースを有しており、そのヘッドピースを、切屑排出用の気流が内部に通される中空シャフトの先端に連結した切屑回収式切削工具において、前記ヘッドピースに、本体部の後部外径を変化させる段部とその段部よりも後方に配置される小径部を設け、前記小径部を前記中空シャフトの先端側で貫通孔に嵌合させ、さらに、前記段部を前記中空シャフトの先端に当接させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０５０９５号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、前記拡径部は、前記拡径部の周面に形成された凹部を有する。
【０００５】
本開示の切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部の周面に形成された凹部と、前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む。
【０００６】
本開示のモジュールは、シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を備え、前記本体は、前記本体の外周面に形成された凹部を有する。
【０００７】
本開示のモジュールは、シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、前記シャフト部の軸方向に沿って前記シャフト部に取付可能な柱状の本体を備え、前記本体は、前記本体の周面に形成された凹部と、前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む。
【０００８】
本開示の切削工具ユニットは、シャフト部を含む切削工具と、前記シャフト部に取付可能なモジュールとを備え、前記モジュールは、前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を含み、前記本体はその外周面に凹部を有する。
【０００９】
本開示の切削工具ユニットは、シャフト部を含む切削工具と、前記シャフト部に取付可能なモジュールとを備え、前記モジュールは、前記シャフト部の軸方向に沿って前記シャフト部に取付可能な柱状の本体を含み、前記本体は、前記本体の周面に形成された凹部と、前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む。
【００１０】
本開示の切削システムは、切削工具と、管理装置とを備え、前記切削工具は、シャフト部を含み、前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を有し、前記拡径部はその周面に凹部を有し、前記切削工具は、さらに、前記シャフト部に取り付けられた歪センサを含み、前記切削工具は、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、前記管理装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を処理する。
【００１１】
本開示の切削システムは、切削工具ユニットと、管理装置とを備え、前記切削工具ユニットは、シャフト部を有する切削工具と、前記シャフト部に取付可能なモジュールとを含み、前記モジュールは、前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を有し、前記本体はその外周面に凹部を有し、前記切削工具ユニットは、さらに、前記モジュールに取り付けられた歪センサを含み、前記切削工具ユニットは、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、前記管理装置は、前記切削工具ユニットから前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を処理する。
【００１２】
本開示の切削システムは、切削工具ユニットと、管理装置とを備え、前記切削工具ユニットは、シャフト部を有する切削工具と、前記シャフト部に取付可能なモジュールとを含み、前記モジュールは、前記シャフト部の軸方向に沿って前記シャフト部に取付可能な柱状の本体を有し、前記本体は、前記本体の周面に形成された凹部と、前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含み、前記切削工具ユニットは、さらに、前記モジュールに取り付けられた歪センサを含み、前記切削工具ユニットは、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、前記管理装置は、前記切削工具ユニットから前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を処理する。
【００１３】
本開示の切削工具は、刃取付部と、前記刃取付部につながるシャフト部とを備え、前記シャフト部は、前記シャフト部の中心軸に垂直な断面において、円形または多角形の周面を持つ棒形状であり、前記シャフト部は、前記中心軸方向に沿った一部である第１区間と、前記中心軸方向において前記第１区間の一方側に隣り合う第２区間と、前記中心軸方向において前記第１区間の他方側に隣り合う第３区間とを含み、前記第１区間の剛性は、第２区間の剛性および第３区間の剛性よりも低い。
【００１４】
本開示の切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、前記拡径部は、前記拡径部の内部に形成された空洞部を含む。
【００１５】
本開示の切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部の内部に形成された空洞部と、前記シャフト部の周面において、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含み、前記センサ取付部は、前記シャフト部の中心軸方向に垂直な方向において前記空洞部を前記シャフト部の周面に投影した場合に、前記空洞部と重なる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪の増幅について説明する模式図である。
【図３】図３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪の増幅について説明する模式図である。
【図４】図４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。
【図５】図５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における拡径部を、歪センサを取り外した状態で示す側面図である。
【図６】図６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。
【図７】図７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における凹部の機能について説明するための図である。
【図８】図８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における凹部の機能について説明するための図である。
【図９】図９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す図である。
【図１１】図１１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す図である。
【図１２】図１２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪センサの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムの構成を示す図である。
【図１５】図１５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】図１９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２０】図２０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図２１】図２１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す矢視図である。
【図２３】図２３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す側面図である。
【図２４】図２４は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具の構成を示す部分断面図である。
【図２５】図２５は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具の他の例を示す部分断面図である。
【図２６】図２６は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具の他の例を示す部分断面図である。
【図２７】図２７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例２を示す側面図である。
【図２８】図２８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例２を分割した状態で示す側面図である。
【図２９】図２９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例３を示す側面図である。
【図３０】図３０は、図２９における拡径部付近を拡大して示す側面図である。
【図３１】図３１は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成を示す斜視図である。
【図３２】図３２は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。
【図３３】図３３は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成を示す矢視図である。
【図３４】図３４は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す側面図である。
【図３５】図３５は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す斜視図である。
【図３６】図３６は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す側面図である。
【図３７】図３７は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す側面図である。
【図３８】図３８は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す斜視図である。
【図３９】図３９は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す側面図である。
【図４０】図４０は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す矢視図である。
【図４１】図４１は、本開示の第３の実施の形態に係る切削工具ユニットの構成を示す斜視図である。
【図４２】図４２は、本開示の第３の実施の形態に係る切削工具ユニットの構成を示す矢視図である。
【図４３】図４３は、本開示の第４の実施の形態に係る切削工具ユニットの構成を示す斜視図である。
【図４４】図４４は、本開示の第４の実施の形態に係る切削工具ユニットを分割した状態で示す側面図である。
【図４５】図４５は、本開示の第４の実施の形態に係る切削工具を示す斜視図である。
【図４６】図４６は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の構成を示す斜視図である。
【図４７】図４７は、図４６の切削工具をシャフト部の中心軸を含む面で切断した断面図である。
【図４８】図４８は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図４９】図４９は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図５０】図５０は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図５１】図５１は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図５２】図５２は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図５３】図５３は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図５４】図５４は、本開示の第５の実施の形態の変形例１に係る切削工具の構成を示す斜視図である。
【図５５】図５５は、本開示の第５の実施の形態の変形例１に係る切削工具をシャフト部の中心軸を含む面で切断した断面図である。
【図５６】図５６は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の別例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
従来、たとえばフライスカッターおよびドリルのような切削工具が開発されている。
【００１８】
［本開示が解決しようとする課題］
切削によって生じる切削工具の歪を計測することにより、たとえば切削抵抗を把握することができる。このような歪を計測可能な優れた技術が望まれる。
【００１９】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することが可能な切削工具、モジュール、切削工具ユニットおよび切削システムを提供することである。
【００２０】
［本開示の効果］
本開示によれば、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することができる。
【００２１】
［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【００２２】
（１）本開示の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、前記拡径部は、前記拡径部の周面に形成された凹部を有する。
【００２３】
このように、シャフト部が拡径部を含み、拡径部が凹部を有する構成により、拡径部の剛性を局所的に低下させることができる。これにより、切削時において生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することができる。
【００２４】
（２）本開示の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部の周面に形成された凹部と、前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む。
【００２５】
このように、シャフト部にセンサ取付部を設けることで、凹部および凹部周辺において生じる歪を歪センサにより検出可能になる。また、このような構成により、たとえばシャフト部全体の剛性が一定程度確保されている場合にシャフト部の剛性を局所的に低下させることができる。これにより、切削時において生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することができる。
【００２６】
（３）好ましくは、前記凹部は、前記シャフト部の周方向に沿って形成され、前記シャフト部の中心軸を含む断面視で矩形である。
【００２７】
このような構成により、シャフト部の周方向における剛性の調節を行いやすくなるため、周方向における歪の調節を行いやすくなる。また、凹部の加工は比較的容易である。したがって、切削工具の歪計測の精度確保の両立をより確実に行うことができる。
【００２８】
（４）好ましくは、前記凹部は、前記シャフト部の中心軸を法線とする平面において、前記中心軸と前記平面との交点に対して点対称をなす形状を有する。
【００２９】
このような構成により、異方性のある歪の発生を抑制することができるため、たとえば、シャフト部の周面に複数の歪センサが取り付けられる場合に、切削工具の状態を各歪センサの計測値により正確に反映させることができる。
【００３０】
（５）好ましくは、前記シャフト部は、前記シャフト部の中心軸を法線とする平面において、前記中心軸と前記平面との交点に対して点対称をなす位置に設けられた少なくとも１組の前記凹部を有する。
【００３１】
このような構成により、異方性のある歪の発生を抑制することができるため、たとえば、シャフト部の周面に複数の歪センサが取り付けられる場合に、切削工具の状態を各歪センサの計測値により正確に反映させることができる。
【００３２】
（６）より好ましくは、前記１組の前記凹部は、互いに、幅が同じであり、かつ深さが同じである。
【００３３】
このような構成により、異方性のある歪の発生をより確実に抑制することができるため、たとえば、シャフト部の周面に複数の歪センサが取り付けられる場合に、切削工具の状態を各歪センサの計測値にさらに正確に反映させることができる。
【００３４】
（７）好ましくは、前記シャフト部の中心軸を含む断面における前記凹部の底面の形状が丸みを帯びている。
【００３５】
このような構成により、凹部の底面付近に必要以上の応力集中が生じることを抑制することができるため、切削工具の耐久性を向上させることができる。
【００３６】
（８）好ましくは、前記シャフト部に、歪センサを取り付ける位置を示す目印が設けられる。
【００３７】
このような構成により、ユーザは、シャフト部の適切な位置に歪センサを取り付けることができる。したがって、歪センサの取付位置のズレにより計測値への影響が生じることを抑制することができる。
【００３８】
（９）好ましくは、前記凹部の底面から前記シャフト部の中心軸までの距離は、前記シャフト部における前記拡径部以外の部分の半径以上である。
【００３９】
このような構成により、凹部の深さが刃先の変位に及ぼす影響を小さくすることができるため、切削時における刃先の変位量を小さく保つことができる。
【００４０】
（１０）好ましくは、前記凹部の底面から前記シャフト部の中心軸までの距離は、前記シャフト部における前記拡径部以外の部分の半径より小さい。
【００４１】
このような構成により、切削時に局所的に生じる歪の増大が促進されるため、歪をより一層精度よく計測することができる。
【００４２】
（１１）好ましくは、前記切削工具は、さらに、前記シャフト部に取り付けられた歪センサを備える。
【００４３】
このような構成により、歪センサを用いて、切削時にシャフト部において生じる歪を精度よく計測することができる。
【００４４】
（１２）より好ましくは、前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように前記シャフト部に取り付けられる。
【００４５】
このような構成により、歪がより大きく現れやすい部分に歪センサを配置することができるため、切削によって生じる切削工具の歪をさらに精度よく計測することができる。
【００４６】
（１３）好ましくは、前記凹部の幅は、０．１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下である。
【００４７】
このような構成により、凹部の幅による以下の効果を奏することができる。すなわち、このような幅を採用することにより、凹部の幅が刃先の変位に及ぼす影響を小さくすることができるため、切削時における刃先の変位量を小さく保つことができる。また、切削時において凹部の相対向する壁面が互いに接触する可能性を低くすることができる。また、歪センサが凹部を跨ぐように取り付けられる、つまり歪センサが橋状に取り付けられる場合、歪センサの比較的広い範囲が宙に浮いた状態となるため、歪センサの中央付近における応力分布が均一に近くなり、歪センサの取付位置のズレによる計測値への影響を小さくすることができる。
【００４８】
（１４）好ましくは、前記凹部の深さは、２ｍｍ以上かつ４０ｍｍ以下である。
【００４９】
このような構成により、凹部の深さによる以下の効果を奏することができる。すなわち、このような深さを採用することにより、凹部の深さが刃先の変位に及ぼす影響を小さくすることができるため、切削時における刃先の変位量を小さく保つことができる。また、歪の増幅効果が大きくなるため、歪をより一層精度よく計測することができる。
【００５０】
（１５）本開示の実施の形態に係るモジュールは、シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を備え、前記本体は、前記本体の外周面に形成された凹部を有する。
【００５１】
このように、シャフト部の周面に取付可能である円筒状の本体を備え、本体に凹部が形成される構成により、モジュールの剛性が局所的に低下する。このため、モジュールをシャフト部に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時にモジュールにおいて生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる歪を精度よく計測することができる。
【００５２】
（１６）本開示の実施の形態に係るモジュールは、シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、前記シャフト部の軸方向に沿って前記シャフト部に取付可能な柱状の本体を備え、前記本体は、前記本体の周面に形成された凹部と、前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む。
【００５３】
このように、シャフト部に取付可能な柱状の本体を備え、本体の周面に凹部が形成される構成により、モジュールの剛性が局所的に低下する。このため、モジュールをシャフト部に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時にモジュールにおいて生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる歪を精度よく計測することができる。
【００５４】
（１７）本開示の実施の形態に係る切削工具ユニットは、シャフト部を含む切削工具と、上記（１５）に記載のモジュールとを備える。
【００５５】
このように、シャフト部の周面に取付可能である筒状の本体を含み、本体に凹部が形成されたモジュールを備える構成により、モジュールの剛性が局所的に低下する。このため、モジュールをシャフト部に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時にモジュールにおいて生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる歪を精度よく計測することができる。
【００５６】
（１８）本開示の実施の形態に係る切削工具ユニットは、シャフト部を含む切削工具と、上記（１６）に記載のモジュールとを備える。
【００５７】
このように、シャフト部に取付可能な柱状の本体を含み、本体の周面に凹部が形成されたモジュールを備える構成により、モジュールの剛性が局所的に低下する。このため、モジュールをシャフト部に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時にモジュールにおいて生じる歪が局所的に増大する。したがって、モジュールにおいて剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる歪を精度よく計測することができる。
【００５８】
（１９）本開示の実施の形態に係る切削システムは、上記（１１）に記載の切削工具と、管理装置とを備え、前記切削工具は、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、前記管理装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を処理する。
【００５９】
このように、センサ情報が示す計測結果を処理する構成により、たとえば、シャフト部における歪が生じている位置および歪の大きさに基づいて、刃部に破損が生じているか否か、および刃部の寿命を推定することができる。
【００６０】
（２０）本開示の実施の形態に係る切削システムは、上記（１７）または上記（１８）に記載の切削工具ユニットと、管理装置とを備え、前記切削工具ユニットは、さらに、前記モジュールに取り付けられた歪センサを含み、前記切削工具ユニットは、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、前記管理装置は、前記切削工具ユニットから前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を処理する。
【００６１】
このように、センサ情報が示す計測結果を処理する構成により、たとえば、モジュールにおける歪が生じている位置および歪の大きさに基づいて、刃部に破損が生じているか否か、および刃部の寿命を推定することができる。
【００６２】
（２１）本開示の実施の形態に係る切削工具は、刃取付部と、前記刃取付部につながるシャフト部とを備え、前記シャフト部は、前記シャフト部の中心軸に垂直な断面において、円形または多角形の周面を持つ棒形状であり、前記シャフト部は、前記中心軸方向に沿った一部である第１区間と、前記中心軸方向において前記第１区間の一方側に隣り合う第２区間と、前記中心軸方向において前記第１区間の他方側に隣り合う第３区間とを含み、前記第１区間の剛性は、第２区間の剛性および第３区間の剛性よりも低い。
【００６３】
このように、シャフト部が第１区間を備える構成により、シャフト部の剛性を局所的に低下させることができる。これにより、切削時において生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することができる。
【００６４】
（２２）好ましくは、前記シャフト部は、前記刃取付部に連続する切削側区間と、前記刃取付部側の端部とは異なる端部を含む把持側区間と、前記切削側区間と前記把持側区間との間に位置する中間区間とを含み、前記中間区間は、前記切削側区間および前記把持側区間よりも太い形状を有し、前記第１区間、前記第２区間および前記第３区間は、前記中間区間に設けられている。
【００６５】
このような構成により、シャフト部において他の部分よりも拡径した中間区間の剛性を局所的に低下させることができる。これにより、切削時において生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することができる。
【００６６】
（２３）好ましくは、前記第１区間は、前記第１区間の周面に形成された凹部と、前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含む。
【００６７】
このように、シャフト部にセンサ取付部を設けることで、凹部および凹部周辺において生じる歪を歪センサにより検出可能になる。また、このような構成により、たとえばシャフト部全体の剛性が一定程度確保されている場合にシャフト部の剛性を局所的に低下させることができる。これにより、切削時において生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することができる。
【００６８】
（２４）好ましくは、前記第１区間は、前記第１区間の周面に形成された凹部を有する。
【００６９】
このように、シャフト部における第１区間が凹部を有する構成により、シャフト部の剛性を局所的に低下させることができる。これにより、切削時において生じる歪が局所的に増大する。したがって、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサを取り付けることにより、切削によって生じる切削工具の歪を精度よく計測することができる。
【００７０】
（２５）好ましくは、前記第１区間は、前記第１区間の内部に形成された空洞部を含む。
【００７１】
このように、第１区間の内部に空洞部が形成されるため、加工熱は、シャフト部の内部において空洞部を避けるように伝わり、シャフト部の周面近傍を伝わる。したがって、シャフト部の周面の温度を測定することで、シャフト部に生じる熱歪を把握することができ、より正確に歪を測定することができる。
【００７２】
（２６）本開示の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、前記拡径部は、前記拡径部の内部に形成された空洞部を含む。
【００７３】
このように、拡径部の内部に空洞部が形成されるため、加工熱は、拡径部の内部において空洞部を避けるように伝わり、拡径部の周面近傍を伝わる。したがって、拡径部の周面の温度を測定することで、拡径部に生じる熱歪を把握することができ、より正確に歪を測定することができる。
【００７４】
（２７）本開示の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部を備え、前記シャフト部は、前記シャフト部の内部に形成された空洞部と、前記シャフト部の周面において、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含み、前記センサ取付部は、前記シャフト部の中心軸方向に垂直な方向において前記空洞部を前記シャフト部の周面に投影した場合に、前記空洞部と重なる。
【００７５】
このように、シャフト部の内部に空洞部が形成されるため、加工熱は、シャフト部の内部において空洞部を避けるように伝わり、シャフト部の周面近傍を伝わる。したがって、シャフト部の周面の温度を測定することで、シャフト部に生じる熱歪を把握することができ、より正確に歪を測定することができる。
【００７６】
以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【００７７】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す斜視図である。
【００７８】
切削工具１０１は、たとえば、フライス盤等において使用されるエンドミルであり、金属等からなる切削対象物を切削するために使用される。
【００７９】
図１を参照して、切削工具１０１は、シャフト部１１と、刃取付部１２と、図示しない刃部と、歪センサ１４とを備える。なお、切削工具１０１は、刃部を備えていない構成であってもよい。また、刃部は、刃取付部１２に一体に固定されたものであってもよいし、刃取付部１２に着脱可能に取り付けられるものであってもよい。
【００８０】
図４に示す例では、シャフト部１１と刃取付部１２との境界を二点鎖線４１により示している。
【００８１】
シャフト部１１は、その中心軸１７に垂直な断面において、円形または多角形の周面を持つ棒形状である。シャフト部１１の基材は、たとえば、切削工具用の超硬合金または金型用鋼により構成されている。
【００８２】
［課題］
切削によって生じる切削工具の歪を計測することにより、たとえば切削抵抗を把握することができる。このような歪を計測可能な優れた技術が望まれる。しかしながら、切削工具は剛性が高く製造されているため、発生する歪が小さく、そのままでは歪を計測することが困難な場合がある。
【００８３】
このような課題を解決するために、切削工具の剛性を意図的に低下させることが考えられる。しかしながら、単に切削工具の剛性を低下させるだけでは、切削抵抗による切削工具の変位が大きくなるため、精密な切削加工が困難になるとともに、切削工具の耐久性が低下する可能性がある。
【００８４】
そこで、本開示の実施の形態に係る切削工具では、以下のような構成により、このような課題を解決する。
【００８５】
シャフト部１１は、シャフト部１１のうちの他の部分よりも径が太い拡径部１５を含む。
【００８６】
詳細には、シャフト部１１において、切削工具１０１の軸方向、具体的には長手方向Ｘに沿った一部の領域（中間区間）に、長手方向Ｘと直交する方向である直交方向Ｙにシャフト部１１の径を拡大する拡径部１５が設けられる。
【００８７】
シャフト部１１において、中間区間である拡径部１５の刃取付部１２側には切削側区間１１０１が設けられる。切削側区間１１０１は、拡径部１５から刃取付部１２に向かって延び、シャフト部１１の一方側の端部、すなわち刃取付部１２側の端部を含む。刃取付部１２側の端部において、シャフト部１１は刃取付部１２とつながる。
【００８８】
シャフト部１１において、中間区間である拡径部１５の刃取付部１２側と反対側には把持側区間１１０２が設けられる。把持側区間１１０２は、拡径部１５から切削側区間１１０１とは逆方向に延び、シャフト部１１の他方側の端部、すなわち刃取付部１２側の端部とは異なる端部を含む。把持側区間１１０２において、シャフト部１１の端部から所定の距離の部分はシャンク１１０３を構成する。
【００８９】
切削工具１０１の長手方向Ｘは、シャフト部１１の長手方向に沿っている。たとえば、切削工具１０１の長手方向Ｘおよびシャフト部１１の長手方向は、互いに平行である。
【００９０】
拡径部１５は、たとえば多角柱状、具体的には正多角柱状に形成されている。拡径部１５の中心軸は、シャフト部１１の中心軸１７上に位置している。
【００９１】
より具体的には、たとえば、拡径部１５は八角柱状に形成されている。なお、拡径部１５は、八角柱状であるのが好ましいが、たとえば、四角柱状、六角柱状、十角柱状、または十二角柱状等であってもよい。また、拡径部１５は、円柱状であってもよい。
【００９２】
拡径部１５は、シャフト部１１の径を、シャフト部１１の周方向全体にわたり拡大している。つまり、拡径部１５の径は、シャフト部１１における拡径部１５以外の部分の径よりも大きい。換言すれば、拡径部１５は、シャフト部１１における拡径部１５以外の部分よりも太い。なお、拡径部１５の径は、中心軸１７方向視で、中心軸１７を通り、拡径部１５の周面上に両端がある線分のうち最大のものを言う。図１に示す例では、拡径部１５の径は、八角柱の端面における対角線に相当する。
【００９３】
拡径部１５は、シャフト部１１の剛性を高める部分である。シャフト部１１に歪センサ１４を取り付けるためにシャフト部１１の長さを延ばしたとしても、拡径部１５を設けることにより、シャフト部１１の剛性の低下を抑えることができる。
【００９４】
拡径部１５は、その周面（外周面）に凹部１６を有する。この場合、凹部１６は、シャフト部１１の中心軸１７に向かって凹となるように形成される。
【００９５】
図１に示す例では、凹部１６は、シャフト部１１の周方向に沿って形成され、シャフト部１１の中心軸１７を含む断面視で矩形である。凹部１６は、たとえば、シャフト部１１の周方向全体にわたり連続的に形成されている。なお、シャフト部１１の周方向は、シャフト部１１の中心軸１７を法線とする平面上にシャフト部１１を投影した場合に、シャフト部１１の周面に沿う方向を意味する。
【００９６】
このような構成により、シャフト部１１の周方向における剛性の調節を行いやすくなるため、周方向における歪の調節を行いやすくなる。また、凹部１６の加工は比較的容易である。これにより、切削工具１０１の剛性の確保および切削工具１０１の歪計測の精度確保の両立をより確実に行うができる。
【００９７】
凹部１６は、シャフト部１１の中心軸１７方向において、拡径部１５の中央部分（第１区間）に形成される。拡径部１５において、第１区間に隣接する部分のうち、シャンク１１０３側の部分は第２区間であり、刃取付部１２側の部分は第３区間である。
【００９８】
凹部１６は、拡径部１５において生じる歪を局所的に増大させる機能を有する部分である。具体的には、凹部１６は、（ｉ）拡径部１５の第１区間の剛性を第２区間および第３区間の剛性よりも低下させる、つまり拡径部１５の剛性を局所的に低下させ、（ｉｉ）シャフト部１１の中心軸１７から歪センサ１４が取り付けられる位置までの距離を、シャフト部１１の中心軸１７から拡径部１５における凹部１６の底面までの距離よりも大きくし、（ｉｉｉ）拡径部１５に局所的に応力集中を生じさせる部分である。
【００９９】
すなわち、上記（ｉ）に関しては、拡径部１５の断面係数を局所的に小さくすることで、拡径部１５の剛性を局所的に小さくし、これにより、拡径部１５において発生する歪を局所的に大きくすることができる。したがって、拡径部１５の凹部１６または凹部１６近傍に歪センサ１４を取り付けることで、歪センサ１４は、シャフト部１１における拡径部１５以外の位置に取り付けられる場合と比べて、より大きな値の歪を計測することができる。
【０１００】
歪センサ１４は、たとえば、凹部１６を跨ぐように、すなわち橋状にシャフト部１１に取り付けられる。この場合、歪センサ１４は、シャフト部１１の中心軸１７に沿って凹部１６を跨いでもよいし、シャフト部１１の中心軸１７に対して傾斜する方向に凹部１６を跨いでもよい。傾斜角度は、たとえば、シャフト部１１の中心軸１７に対して４５°とすることができる。
【０１０１】
なお、歪センサ１４は、凹部１６を跨がないようにシャフト部１１に取り付けられてもよい。この場合、歪センサ１４は、たとえば、シャフト部１１における、凹部１６近傍に取り付けられる。
【０１０２】
上記（ｉｉ）に関しては、拡径部１５の周面に歪センサ１４を取り付けることにより、歪センサ１４の取付位置および切削工具１０１の中心軸１７間の距離が、拡径部１５における凹部１６の底および切削工具１０１の中心軸１７間の距離よりも大きくなる。以下、具体的に説明する。
【０１０３】
図２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪の増幅について説明する模式図である。詳細には、図２は、切削工具１０１の中心軸１７からの距離に応じて、切削工具１０１において生じる歪の大きさが異なることを模式的に示す図である。
【０１０４】
図２を参照して、シャフト部１１において生じる歪は、中心軸１７からの距離が大きいほど大きくなる。つまり、中心軸１７から遠い位置の歪εａは、中心軸１７から近い位置の歪εｂより大きい。したがって、拡径部１５の周面に歪センサ１４を取り付けることで、歪センサ１４は、より大きな値の歪を計測することができる。
【０１０５】
図３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪の増幅について説明する模式図である。具体的には、拡径部１５において凹部１６の周辺に応力集中が生じる様子を力の流れにより模式的に示す図である。
【０１０６】
上記（ｉｉｉ）に関しては、図３に示すように、拡径部１５における凹部１６近傍において、力の流れを示す流線３０の密度が高く、または流線３０が曲がっている。このような箇所には応力集中が生じるため、歪が大きくなり易い。特に、凹部１６の底付近の部分４０では、流線３０の密度が高く、かつ流線３０が曲がっている。したがって、凹部１６または凹部１６近傍に歪センサ１４を取り付けることで、歪センサ１４は、より大きな歪を計測することができる。
【０１０７】
このように、凹部１６が有する上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の機能により、歪を増幅、すなわち凹部１６および凹部１６近傍において歪が局所的に大きく現れるようにする。剛性が局所的に低下した箇所に歪センサ１４を取り付けることにより、切削工具１０１の剛性を確保しながら、切削によって生じる切削工具１０１の歪、たとえば切削抵抗によって生じる歪を精度よく計測することができる。
【０１０８】
歪センサ１４は、凹部１６を跨ぐようにシャフト部１１に取り付けられた場合には、凹部１６を跨がないようにシャフト部１１に取り付けられた場合と比べて、より増幅された歪を計測することができるため、計測の精度をより高めることができる。
【０１０９】
刃取付部１２は、たとえば、シャフト部１１と一体に形成されている。刃取付部１２の基材は、たとえば、切削工具用の超硬合金または金型用鋼により構成されている。
【０１１０】
刃取付部１２は、刃部を着脱可能に取り付けることが可能に構成されている。具体的には、たとえば、刃取付部１２および刃部には、ネジ穴がそれぞれ形成されている。刃取付部１２および刃部の各ネジ穴を位置合わせした状態において、各ネジ穴にネジを螺合することにより、刃取付部１２に刃部を取り付けることができる。
【０１１１】
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。
【０１１２】
拡径部１５をシャフト部１１の中心軸１７を通る平面２０で切断したときの凹部１６の断面の大きさおよび形状は、シャフト部１１の周方向全体にわたり同じになっている。なお、図４においては、平面２０を想像線である二点鎖線により示している。
【０１１３】
なお、凹部１６は、シャフト部１１の周方向に沿って断続的に形成されてもよい。すなわち、複数の凹部１６が、互いに不連続の状態で形成されてもよい。
【０１１４】
図５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における拡径部を、歪センサを取り外した状態で示す側面図である。
【０１１５】
図５を参照して、シャフト部１１には、歪センサ１４を取り付ける位置を示す目印（センサ取付部）２１が設けられる。目印２１は、たとえば、歪センサ１４が取り付けられる領域を示す輪郭線である。
【０１１６】
このような構成により、ユーザは、シャフト部１１の適切な位置に歪センサ１４を取り付けることができる。したがって、歪センサ１４の取付位置のズレにより計測値への影響が生じることを抑制することができる。
【０１１７】
図６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。詳細には、図６は、図１におけるＡ方向から見た矢視図である。
【０１１８】
図６を参照して、凹部１６は、シャフト部１１の中心軸１７を法線とする平面１８において、中心軸１７と平面１８との交点１９に対して点対称をなす形状を有する。なお、図６においては、平面１８を想像線である二点鎖線により示している。
【０１１９】
このような構成により、異方性のある歪の発生を抑制することができるため、たとえば、シャフト部１１の周面に複数の歪センサ１４が取り付けられる場合に、切削工具１０１を各歪センサ１４の計測値により正確に反映させることができる。
【０１２０】
図７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における凹部の機能について説明するための図である。詳細には、図７は、図１に示す切削工具を片持ち梁とみなした場合の切削工具の模式的断面図である。
【０１２１】
図７を参照して、切削工具１０１は、以下の係数および変数を有する片持ち梁であるとする。また、図７に示す例では、凹部１６は、拡径部１５の周方向に沿って形成され、シャフト部１１の中心軸１７を含む断面視で矩形であるとする。また、凹部１６の底面は円筒状の面であるとする。そして、切削工具１０１の長手方向Ｘにおける先端部４５に荷重、すなわち切削抵抗Ｆ［Ｎ］が加えられた場合、凹部１６の底面において生じる歪ε１[ε]、および凹部１６の開口部付近において生じる歪ε２[ε]は、それぞれ、以下の式（１）および式（２）により表される。なお、歪ε１および歪ε２はいずれも無名数である。しかしながら、本明細書では、ε１およびε２が歪であることを明示するために、ε１およびε２の後に［ε］を記載する。
【０１２２】
【数１】
2021044989.tif 000003
【０１２３】
【数２】
2021044989.tif 000004
【０１２４】
ここで、Ｅはヤング係数［ＭＰａ］であり、Ｚは断面係数［ｍｍ＾３］であり、Ｍは曲げモーメント［Ｎｍｍ］であり、ｅは歪センサ１４の取付位置と切削工具１０１の中心軸１７との距離［ｍｍ］である。Ｄは、シャフト部１１において凹部１６が形成されて細くなっている部分、すなわちくびれている部分であるくびれ部の直径である。くびれ部は、言い換えれば、シャフト部１１の幅が局所的に狭くなっている幅狭部である。Ｆは切削工具の先端部４５に加えられる荷重、すなわち切削抵抗［Ｎ］であり、Ｌは切削工具の先端部４５と凹部１６の長手方向Ｘにおける中心位置との距離［ｍｍ］であり、ａは応力集中による歪増大の度合いを示す係数である。なお、シミュレーションの結果によると、凹部１６の幅が３ｍｍ以上である場合、ａは１．５である。また、演算子「＾」は、べき乗を表す。
【０１２５】
図８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における凹部の機能について説明するための図である。詳細には、図８は、凹部１６が形成されていない拡径部１５を有する切削工具を片持ち梁とみなした場合の切削工具の模式的断面図である。
【０１２６】
図８を参照して、切削工具１０１Ａは、拡径部１５が四角柱状である片持ち梁であるとする。具体的には、拡径部１５において、切削工具１０１の長手方向Ｘと直交する断面は、正方形状である。切削工具１０１Ａの先端部に荷重Ｆすなわち切削抵抗が加えられた場合、拡径部１５の周面において生じる歪εｏｒｉｇｉｎ［ε］は、以下の式（３）により表される。なお、歪εｏｒｉｇｉｎは無名数である。しかしながら、本明細書では、εｏｒｉｇｉｎが歪であることを明示するために、εｏｒｉｇｉｎの後に［ε］を記載する。
【０１２７】
【数３】
2021044989.tif 000005
【０１２８】
ここで、Ｅはヤング係数［ＭＰａ］、Ｚは断面係数［ｍｍ＾３］、Ｍは曲げモーメント［Ｎｍｍ］、ｅは歪センサ１４の取付位置と切削工具１０１の中心軸１７との距離［ｍｍ］、Ｈは、拡径部１５において、切削工具１０１の長手方向Ｘと直交する正方形状の断面の一辺の長さ［ｍｍ］、Ｆは切削工具の先端部に加えられる荷重、すなわち切削抵抗［Ｎ］、Ｌは切削工具の長手方向Ｘにおける切削工具の先端部と歪センサ１４との距離［ｍｍ］である。
【０１２９】
式（２）および式（３）から、歪ε２［ε］は、以下の式（４）により表される。
【０１３０】
【数４】
2021044989.tif 000006
【０１３１】
すなわち、εｏｒｉｇｉｎ［ε］に対するε２［ε］の倍率αは、以下の式（５）により表される。
【０１３２】
【数５】
2021044989.tif 000007
【０１３３】
式（５）を参照して、拡径部１５に凹部１６を形成することにより、歪がα倍に増大することがわかる。また、式（２）において、ｅ／（Ｄ／２）の値が大きいほど、ε２［ε］の値が大きくなることから、凹部１６の深さが大きいほど、ε２［ε］の値が大きくなることがわかる。
【０１３４】
図９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。詳細には、図９は、シャフト部の一部を、シャフト部の中心軸を含む平面で切断した状態で示す部分断面図である。
【０１３５】
図９を参照して、凹部１６の幅Ｗ１について説明する。凹部１６の幅Ｗ１は、凹部１６における２つの開口端間の中心軸１７方向の距離である。図９に示す例では、凹部１６の幅Ｗ１は、シャフト部１１の周方向にわたって一定である。なお、凹部１６の幅Ｗ１が一定ではない場合、凹部１６の幅Ｗ１は、凹部１６における２つの開口端間の中心軸１７方向の距離のうち、最長のものとする。また、凹部１６が、シャフト部１１の周面に円形状に開口する円筒状の孔または四角形状に開口する四角筒状の孔である場合、凹部１６の幅Ｗ１は、凹部１６の開口縁のさし渡し長さのうち、最長のものとする。
【０１３６】
凹部１６の幅Ｗ１が小さいほど、刃先の剛性への影響が小さくなるため、切削作業時における刃先の変位量を小さく保つことができる。その一方で、切削抵抗による変形により凹部１６が閉じる方向に大きく変位し、凹部１６を形成する、相対向する壁面が互いに接触する可能性が高くなる。また、凹部１６および凹部１６周辺における応力分布内における応力変化が大きくなり、歪センサ１４の取付位置のズレによる計測値への影響が大きくなる。
【０１３７】
また、幅Ｗ１が大きいほど、凹部１６において生じる応力集中の度合いが高まって、歪センサ１４の感度が高くなる。また、たとえば、凹部１６を跨ぐように、つまり橋状に歪センサ１４を取り付ける場合、歪センサ１４の比較的広い範囲が宙に浮いた状態となるため、歪センサ１４の中央位置における応力分布が均一に近くなり、歪センサ１４の取付位置のズレによる計測値への影響が小さくなる。その一方で、刃先の剛性への影響が大きくなるため、切削作業時における刃先の変位量が大きくなる。
【０１３８】
凹部１６の幅Ｗ１の大小による、このようなメリットおよびデメリットを比較考量して、幅Ｗ１が適切に設定される。幅Ｗ１は、たとえば、０．１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下であり、好ましくは、０．５ｍｍ以上かつ４ｍｍ以下であり、より好ましくは、１ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下である。なお、幅Ｗ１は、０．１ｍｍ未満であってもよいし、１０ｍｍより大きくてもよい。
【０１３９】
このような構成により、凹部１６の幅による以下の効果を奏することができる。すなわち、このような幅を採用することにより、凹部１６の幅が刃先の変位に及ぼす影響を小さく抑えることができるため、切削時における刃先の変位量を小さく保つことができる。また、切削時において凹部１６の相対向する壁面が互いに接触する可能性を低くすることができる。また、歪センサ１４が凹部１６を跨ぐように取り付けられる、つまり歪センサ１４が橋状に取り付けられる場合、歪センサ１４の比較的広い範囲が宙に浮いた状態となるため、歪センサ１４の中央付近における応力分布が均一に近くなり、歪センサ１４の取付位置のズレによる計測値への影響を小さくすることができる。
【０１４０】
次に、凹部１６の深さＤｅ１について説明する。凹部１６の深さＤｅ１は、シャフト部１１の半径方向に沿った、拡径部１５の周面から凹部１６の底面３４までの距離である。図９に示す例では、凹部１６の深さＤｅ１は、シャフト部１１の周方向にわたって一定である。凹部１６がシャフト部１１の拡径部１５以外の部分に設けられる場合、凹部１６の深さＤｅ１はシャフト部１５の周面から凹部１６の底面３４までの距離となる。要するに、凹部１６の深さＤｅ１は、シャフト部１１の半径方向に沿った、凹部１６が開口するシャフト部１１の面から凹部１６の底面３４までの距離である。なお、凹部１６の底面３４が湾曲している場合、凹部１６の深さＤｅ１は、凹部１６が開口するシャフト部１１の面から凹部１６の底面３４までの距離のうち、最長のものとする。
【０１４１】
凹部１６の深さＤｅ１が小さいほど、刃先の剛性への影響が小さくなるため、切削作業時における刃先の変位量を小さく保つことができる。その一方で、断面二次モーメントの低減による効果と、切削工具１０１の中心軸１７からシャフト部１１における拡径部１５以外の部分の周面までの距離に比べて、中心軸１７から歪センサ１４の位置までの距離が大きいことによる効果とが小さくなるため、歪量の増幅効果が小さくなる。すなわち、歪センサ１４の感度が低くなる。
【０１４２】
また、凹部１６の深さＤｅ１が大きいほど、断面二次モーメントの低減による効果と、切削工具１０１の中心軸１７からシャフト部１１における拡径部１５以外の部分の周面までの距離に比べて、中心軸１７から歪センサ１４の位置までの距離が大きいことによる効果とが大きくなり、また、凹部１６において生じる応力集中の度合いが高まるため、歪量の増幅効果が大きくなる。すなわち、歪センサ１４の感度が高くなる。その一方で、刃先の剛性への影響が大きくなるため、切削作業時における刃先の変位量が大きくなる。
【０１４３】
凹部１６の深さＤｅ１の大小による、このようなメリットおよびデメリットを比較考量して、深さＤｅ１が適切に設定される。深さＤｅ１は、たとえば、２ｍｍ以上かつ４０ｍｍ以下であり、好ましくは、２ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下であり、より好ましくは、２．５ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下である。なお、深さＤｅ１は、２ｍｍ未満であってもよいし、４０ｍｍより大きくてもよい。
【０１４４】
このような構成により、凹部１６の深さによる以下の効果を奏することができる。すなわち、このような深さを採用することにより、凹部１６の深さが刃先の変位に及ぼす影響を小さく抑えることができるため、切削時における刃先の変位量を小さく保つことができる。また、歪量の増幅効果が高くなるため、歪をより一層精度よく計測することができる。
【０１４５】
また、拡径部１５をシャフト部１１の中心軸１７を通る平面２０で切断したときの、平面２０上における凹部１６の底面３４の形状は、図９に示すように、直線状となっている。
【０１４６】
また、凹部１６の底面３４からシャフト部１１の中心軸１７までの距離Ｄ１は、たとえば、シャフト部１１における拡径部１５以外の部分の半径ｒ１以上である。なお、凹部１６の底面３４の形状が円弧状等の直線状ではない場合、距離Ｄ１は凹部１６の底面３４からシャフト部１１の中心軸１７までの距離のうち、最短のものとする。
【０１４７】
このような構成により、凹部１６の深さが刃先の変位に及ぼす影響を小さく抑えることができるため、切削時における刃先の変位量を小さく保つことができる。
【０１４８】
図１０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す図である。詳細には、図１０は、シャフト部の一部を、切削工具の中心軸を含む平面で切断した状態で示す部分断面図である。
【０１４９】
拡径部１５をシャフト部１１の中心軸１７を通る平面で切断したときの、平面２０上における凹部１６の底面３４の形状は、直線状に限定されるものではなく、たとえば、図１０に示すように、丸みを帯びた形状、具体的には、円弧状等であってもよい。
【０１５０】
このような構成により、凹部１６の底面付近に必要以上の応力集中が生じることを抑制することができるため、切削工具１０１の耐久性を向上させることができる。
【０１５１】
図１１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す図である。具体的には、シャフト部の一部を、切削工具の中心軸を含む平面で切断した状態で示す部分断面図である。
【０１５２】
図１１を参照して、距離Ｄ１は、半径ｒ１より小さくてもよい。
【０１５３】
このような構成により、切削時に局所的に生じる歪の増大が促進されるため、歪をより一層精度よく計測することができる。
【０１５４】
図１２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪センサの一例を示す図である。
【０１５５】
図１２を参照して、歪センサ１４は、たとえば、半導体チップ３１と、支持部３２と、取付部３３とを含む。
【０１５６】
半導体チップ３１は、たとえば、センサ素子、制御回路、アンプ回路およびＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータが集積された１つの半導体集積回路である。
【０１５７】
支持部３２は、半導体チップ３１を支持する金属製で板状の台座である。半導体チップ３１および支持部３２は、合成樹脂により封止されている。
【０１５８】
取付部３３は、半導体チップ３１および支持部３２を、取付対象物であるシャフト部１１に接着して取り付けるためのシート状の部材である。
【０１５９】
歪センサ１４は、接着剤等により、シャフト部１１に取り付けられる。具体的には、たとえば、ユーザは、シャフト部１１において目印２１によって示される取付位置に、歪センサ１４を取り付けることができる。
【０１６０】
このような構成により、歪センサ１４を用いて、切削時にシャフト部１１において生じる歪を精度よく計測することができる。
【０１６１】
歪センサ１４は、たとえば、凹部１６を跨ぐように、すなわち橋状に拡径部１５に取り付けられる。この場合、歪センサ１４は、凹部１６と直交する方向に沿って、すなわち切削工具１０１の長手方向Ｘに沿って取り付けられる。歪センサ１４は、歪センサ１４の重心がシャフト部１１の半径方向において凹部１６と対向する位置に取り付けられるのが好ましい。なお、歪センサ１４は、凹部１６を跨がないように拡径部１５に取り付けられてもよい。この場合、歪センサ１４は、たとえば、拡径部１５における、凹部１６近傍に取り付けられる。より詳細には、歪センサ１４は、凹部１６から中心軸１７方向に５ｍｍ以内の位置に取り付けられる。
【０１６２】
歪センサ１４は、凹部１６を跨ぐように拡径部１５に取り付けられた場合には、凹部１６を跨がないように拡径部１５に取り付けられた場合と比べて、より増幅された歪を計測することができるため、計測の精度をより高めることができる。
【０１６３】
歪センサ１４は、たとえば、切削工具１０１が切削対象物を切削しているときに、シャフト部１１において生じる引張歪および圧縮歪を計測することができる。
【０１６４】
歪センサ１４としては、たとえば、グローセル社製のものを使用することができる。
【０１６５】
図１３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。詳細には、図１３は、切削工具が、図２に示す構成要素に加えて、さらに、電池、無線通信装置およびハウジングを備えた状態を示す図である。なお、図１３においては、電池、無線通信装置およびハウジングを想像線である二点鎖線により示している。
【０１６６】
図１３を参照して、切削工具１０１は、図４に示す構成に加えて、さらに、電池２２と、無線通信装置２３と、ハウジング２４とを備える。
【０１６７】
電池２２は、図示しない電力線を介して、歪センサ１４および無線通信装置２３と接続されている。電池２２は、電力線を介して、歪センサ１４および無線通信装置２３へ電力を供給する。電力線には、電力供給のオンおよびオフを切り替えるスイッチが設けられている。
【０１６８】
無線通信装置２３は、図示しない信号線を介して、歪センサ１４と接続されている。歪センサ１４は、シャフト部１１に生じた歪を示す計測信号を信号線を経由して無線通信装置２３へ出力する。
【０１６９】
無線通信装置２３は、歪センサ１４から計測信号を受けると、受けた計測信号の示す計測結果を無線信号に含めて外部のパーソナルコンピュータ等の後述の管理装置へ送信する。管理装置は、たとえば、受信した計測結果を蓄積し、蓄積した計測結果を解析する。なお、管理装置は、計測結果の解析に限らず、他の種類の処理を行ってもよい。
【０１７０】
ハウジング２４は、底板部２５と、側壁部２６とを含む。
【０１７１】
ハウジング２４は、たとえば、拡径部１５の下面に固定される。ハウジング２４は、拡径部１５、電池２２、無線通信装置２３、電力線および信号線を収容した状態、具体的には、拡径部１５および電池２２等をこれらの下方および側方から覆った状態において、電池２２および無線通信装置２３を保持する。
【０１７２】
底板部２５は、たとえば、円板状に形成されている。底板部２５には、拡径部１５に対応する位置に、図示しない複数のネジ穴が形成されている。また、拡径部１５の下面にも複数のネジ穴が形成されている。
【０１７３】
底板部２５のネジ穴と拡径部１５のネジ穴とを位置合わせした状態において、底板部２５および拡径部１５の各ネジ穴にネジを螺合することにより、底板部２５を拡径部１５に固定することができる。
【０１７４】
側壁部２６は、たとえば、円筒状に形成されている。側壁部２６の下端部には、底板部２５の周縁部に対応する位置に、図示しない複数のネジ穴が形成されている。また、底板部２５の周縁部にも複数のネジ穴が形成されている。
【０１７５】
底板部２５のネジ穴と側壁部２６のネジ穴とを位置合わせした状態において、底板部２５および側壁部２６の各ネジ穴にネジを螺合することにより、側壁部２６を底板部２５に固定することができる。
【０１７６】
図１４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムの構成を示す図である。
【０１７７】
図１４を参照して、切削システム２１０は、フライス盤等の切削装置２１１と、管理装置２１３とを備える。
【０１７８】
切削装置２１１は、切削工具１０１と、図示しない駆動部と、駆動部を制御する図示しない制御部とを含む。駆動部は、切削工具１０１を駆動するモータ等である。制御部は、駆動部の回転数等を制御する。
【０１７９】
切削工具１０１は、歪センサ１４の計測結果を示すセンサ情報を含む無線信号を送信する。
【０１８０】
管理装置２１３は、切削工具１０１からセンサ情報を含む無線信号を受信し、受信したセンサ情報が示す計測結果を処理する。
【０１８１】
具体的には、管理装置２１３は、無線通信部２１４と、制御部２１５と、記憶部２１６と、操作入力部２１７と、表示部２１８とを含む。
【０１８２】
無線通信部２１４は、切削工具１０１の無線通信装置２３と無線による通信を行う。具体的には、無線通信部２１４は、切削工具１０１の無線通信装置２３から、センサ情報を含む無線信号を受信する。
【０１８３】
操作入力部３６は、キーボードおよびマウス等のユーザインタフェースを含む。操作入力部２１７は、ユーザからの指示およびデータ入力を受け付ける。
【０１８４】
記憶部２１６は、たとえば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置を含む。また、たとえば、記憶部２１６は、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）またはＢＤ−ＲＯＭ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の補助記憶装置を含む。また、たとえば、記憶部２１６は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体メモリを含む。
【０１８５】
記憶部２１６には、制御部２１５を動作させるためのプログラムおよびデータ、無線通信部２１４が切削工具１０１から受信した計測結果、ならびに制御部２１５の解析結果等が保存される。
【０１８６】
制御部２１５は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含む。制御部２１５は、歪センサ１４の計測結果を解析する。詳細には、制御部２１５は、記憶部２１６に蓄積された計測結果を解析する。また、制御部２１５は、管理装置２１３における各ユニットの制御を行う。
【０１８７】
具体的には、たとえば、制御部２１５は、シャフト部１１における歪が生じている位置および歪の大きさに基づいて、刃部に破損が生じているか否か、および刃部の寿命を推定する。
【０１８８】
表示部２１８は、たとえば、ディスプレイである。表示部２１８は、制御部２１５の解析結果を表示する。なお、表示部２１８は、管理装置２１３の外部に設けられてもよい。
【０１８９】
また、切削システム２１０は、切削装置２１１および管理装置２１３間の距離が長い等の理由により、両者の間において無線信号の送受信を直接行うことが困難である場合には、両者の間に中継装置を備えてもよい。この場合、切削装置２１１は、無線信号を中継装置経由で管理装置２１３へ送信する。
【０１９０】
［使用方法］
図１３および図１４を参照して、切削工具１０１の使用方法について説明する。
【０１９１】
まず、切削工具１０１のシャンク１１０３を、たとえば、フライス盤における、アーバ等のホルダに固定する。
【０１９２】
次に、電力線に設けられたスイッチをオフからオンへ切り替えることにより、電池２２から歪センサ１４および無線通信装置２３へ電力を供給する。
【０１９３】
次に、切削工具１０１を回転駆動することにより、切削工具１０１は、切削対象物の切削を開始する。
【０１９４】
切削が開始されると、切削工具１０１が切削対象物から受ける切削抵抗により、刃部、刃取付部１２およびシャフト部１１に応力が生じて歪が生じる。
【０１９５】
歪センサ１４は、シャフト部１１に生じた歪を示す計測信号を無線通信装置２３へ出力する。
【０１９６】
次に、無線通信装置２３は、歪センサ１４から受けた計測信号を示すセンサ情報を無線信号に含めて外部の管理装置２１３へ送信する。
【０１９７】
管理装置２１３において、無線通信部２１４は、無線通信装置２３から受信した無線信号に含まれるセンサ情報の示す計測結果を記憶部２１６に保存する。記憶部２１６は、無線通信部２１４が切削工具１０１から受信した計測結果を蓄積する。制御部２１５は、ユーザから操作入力部２１７を介して入力された指示に応じて、記憶部２１６に蓄積された計測結果を解析する。表示部２１８は、解析結果を表示する。
【０１９８】
なお、凹部１６は上述した矩形、すなわち、拡径部１５の周方向に沿って形成され、シャフト部１１の中心軸１７を含む断面視で矩形でなくてもよい。具体的には、たとえば、凹部１６は、円形状に開口する円筒状の孔、四角形状に開口する四角筒状の孔等であってもよい。
【０１９９】
また、歪センサ１４は、凹部１６に対して斜めの方向、すなわち切削工具１０１の長手方向Ｘに対して斜めの方向に沿って、拡径部１５に取り付けられてもよい。具体的には、たとえば、歪センサ１４は、長手方向Ｘに対して４５°の角度をなす方向に沿って拡径部１５に取り付けられてもよい。
【０２００】
また、複数の歪センサ１４が設けられる場合、一部の歪センサ１４は、凹部１６に対して直交する方向、すなわち切削工具１０１の長手方向Ｘに沿った方向に取り付けられ、他の歪センサ１４は、凹部１６に対して傾斜する方向に沿って、拡径部１５に取り付けられてもよい。
【０２０１】
具体的には、たとえば、４つの歪センサ１４が設けられる場合、２つの歪センサ１４は、凹部１６に対して直交する方向に沿って取り付けられ、他の２つの歪センサ１４は、凹部１６に対して傾斜する方向に沿って拡径部１５に取り付けられる。
【０２０２】
また、凹部１６は、シャフト部１１の周方向に沿って形成されていなくてもよい。凹部１６は、シャフト部１１の周方向に対して傾いた方向に沿って形成されてもよい。すなわち、シャフト部１１の中心軸１７を法線とする平面と交差するように形成されていてもよい。
【０２０３】
また、凹部１６は、シャフト部１１の中心軸１７を法線とする平面１８において、中心軸１７と平面１８との交点１９に対して点対称でない形状を有してもよい。具体的には、たとえば、シャフト部１１の周方向において深さおよび幅の少なくともいずれか一方が均一でない凹部１６が、シャフト部１１の周方向に沿って形成されてもよい。
【０２０４】
また、シャフト部１１は、シャフト部１１の中心軸１７を法線とする平面１８において、中心軸１７と平面１８との交点１９に対して点対称をなさない位置に設けられた少なくとも１組の凹部を有してもよい。具体的には、たとえば、３つの凹部１６が、拡径部１５の周面において、それぞれ、交点１９を中心として０°，１２０°，２４０°をなす位置に設けられてもよい。
【０２０５】
図１５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図１５は、第１の実施の形態に係る切削工具である３つの実施例１〜３、および２つの比較例１，２を片持ち梁であるとみなして、それぞれ、先端部に同一の荷重を加えた場合における片持ち梁全体の変位を示している。図１５において、実施例１〜３および比較例１，２は、それぞれ、グラフＧ１〜Ｇ５に対応している。
【０２０６】
３つの実施例１〜３、および比較例１，２の条件は以下の通りである。比較例１は、拡径部１５および凹部１６が形成されていない切削工具である。具体的には、シャフト部１１の長さおよび直径は、それぞれ、６５ｍｍおよび２５ｍｍである。比較例２は、歪センサ１４を取り付ける領域の長さとして、比較例１と比べて全長を４０ｍｍ延長したものである。
【０２０７】
実施例１では、歪センサ１４を取り付けるための領域の長さとして、比較例１と比べて長さが４０ｍｍ延長されるとともに、延長された部分が四角柱状に拡径された拡径部１５となっている。拡径部１５は、１辺が５５ｍｍの正方形状の断面を有している。また、実施例１は、拡径部１５の周方向に沿って幅３ｍｍの凹部１６が形成されたものである。シャフト部１１において凹部１６が形成されて細くなっている部分であるくびれ部の直径は、３５ｍｍである。
【０２０８】
実施例２は、実施例１と比べて、くびれ部の直径が２５ｍｍである。実施例３は、実施例１と比べて、くびれ部の直径が２０ｍｍである。
【０２０９】
図１５を参照して、比較例２のように全長を４０ｍｍ延長すると、比較例１と比べて剛性が大きく低下して、刃先での変位が大きくなることが分かる。また、実施例１〜３のように拡径部１５を設けると、剛性が高まり、比較例２と比べて刃先の変位が小さく抑えられていることが分かる。
【０２１０】
ここで、本発明者らは、一例として、実施例２および比較例２における切削工具の剛性を計算によって求め、比較した。具体的には、まず、３次元スキャナを用いて、実施例２の切削工具の寸法を計測した。次に、計測結果に基づき、実施例２の切削工具に対応する３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）モデルを作成した。作成したＣＡＤモデルから凹部１６を有する拡径部１５を除く処理を行い、比較例２の切削工具に対応するＣＡＤモデルを作成した。これらのＣＡＤモデルそれぞれの剛性を有限要素法によって算出した。
【０２１１】
その結果、実施例２に対応するＣＡＤモデルの剛性は、比較例２に対応するＣＡＤモデルの剛性の２．５４倍であった。これより、凹部１６を有する拡径部１５が設けられた切削工具の剛性は、当該拡径部１５が設けられない切削工具の剛性の１．１倍以上であるのが好ましく、より好ましくは１．５倍以上であり、さらに好ましくは２．０倍以上である。
【０２１２】
図１６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図１６は、上記実施例１〜３および比較例１，２について、それぞれ、先端部に同一の荷重を加えた場合にシャフト部１１において生じる歪を示している。図１６において、実施例１〜３および比較例１，２は、それぞれ、グラフＧ２１〜Ｇ２５に対応している。
【０２１３】
図１６を参照して、実施例１〜３のように、シャフト部１１に拡径部１５を形成すると、剛性が高まり、歪が小さくなることが分かる。また、実施例１〜３のように、拡径部１５に凹部１６を形成すると、拡径部１５の剛性が局所的に低下して、歪が大きくなることが分かる。また、実施例１〜３のようにくびれ部の直径を変更すると、歪の大きさを制御できることが分かる。たとえば、実施例１〜３のように、くびれ部の直径が小さくなるにつれて、つまり凹部１６の深さが大きくなるにつれて、歪が大きくなることが分かる。たとえば、実施例３のくびれ部は、実施例１のくびれ部と比べて直径が小さいため、実施例１のくびれ部と比べて剛性が低い。このため、実施例の３のくびれ部では、実施例１のくびれ部と比べて、歪の増幅度合いが大きい。
【０２１４】
図１７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図１７は、第１の実施の形態に係る切削工具である３つの実施例４〜９を片持ち梁であるとみなして、それぞれ、先端部に同一の荷重を加えた場合に、凹部１６の幅が歪センサ１４の応力分布に及ぼす影響の度合いを示している。ここで、歪センサ１４は、凹部１６を跨ぐように拡径部１５に取り付けられるものとする。
【０２１５】
図１７における横軸および縦軸は、それぞれ、歪センサ１４において凹部１６を跨いでいる部分、すなわち凹部１６上の部分における片持ち梁の先端部側の端部から根本側への複数のサンプリング位置までの距離、ならびに当該複数のサンプリング位置において発生する応力を示している。図１７において、実施例４〜９は、それぞれ、グラフＧ３１〜Ｇ３６に対応している。
【０２１６】
図７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における凹部および歪センサの一部を拡大した状態で示している。詳細には、図７は、歪センサ１４における複数のサンプリング位置Ｐの一例を示している。
【０２１７】
図７を参照して、サンプリング位置Ｐは、歪センサ１４における凹部１６を跨いでいる部分において、片持ち梁の先端部側の端部１４１より根本側の或る位置をサンプリング位置Ｐの始点として、当該始点から根本側へ０．２５ｍｍおきに設けられる。すなわち、上記始点を含む複数の位置にサンプリング位置Ｐが設けられる。上記始点は、たとえば、端部１４１から根本側へ０．２５ｍｍ離れた位置である。
【０２１８】
なお、サンプリング位置Ｐは、端部１４１をサンプリング位置Ｐの始点として、当該始点から根本側へ０．２５ｍｍおきに設けられてもよい。すなわち、端部１４１にサンプリング位置Ｐが設けられてもよい。
【０２１９】
６つの実施例４〜９の条件は以下の通りである。実施例４〜９では、拡径部１５は、正八角柱状に形成されている。正八角柱の互いに対向する面同士の距離は、５６ｍｍである。実施例４〜９は、拡径部１５の周方向に沿って凹部１６が形成されたものである。
【０２２０】
シャフト部１１において凹部１６が形成されて細くなっている部分であるくびれ部の直径は、３２ｍｍである。正八角柱の各側面と凹部１６の底面との距離、すなわち凹部１６の深さは、１２ｍｍである。
【０２２１】
実施例４〜９の凹部１６の幅は、それぞれ、０．５ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，６ｍｍ，１０ｍｍである。
【０２２２】
図１７を参照して、凹部１６の幅が０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲では、幅が狭いことにより、応力のばらつきが大きい。平均すると、１９ＭＰａ〜２８ＭＰａ程度であり、幅が広がるにつれて応力が大きくなっている。ただし、幅が３ｍｍ以上の範囲では、応力が３０ＭＰａ程度で飽和している。このため、幅を０．５ｍｍから１０ｍｍに広げた場合の応力の増加は、約１．５倍となっている。
【０２２３】
図１８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図１８は、第１の実施の形態に係る切削工具である６つの実施例４〜９を片持ち梁であるとみなして、それぞれの先端部に同一の荷重を加えたときの当該先端部における剛性を比較した場合に、凹部の幅が当該先端部の剛性比に及ぼす影響の度合いを示している。図１８は、横軸および縦軸は、それぞれ、凹部の幅および剛性比を示している。
【０２２４】
図１８を参照して、凹部１６の幅を０．５ｍｍから１０ｍｍに変更した場合、剛性比は約５％低下する。
【０２２５】
図１９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図１９は、第１の実施の形態に係る切削工具である４つの実施例１０〜１３を片持ち梁であるとみなして、それぞれの先端部に同一の荷重を加えた場合に、凹部１６の深さが歪センサ１４の応力分布に及ぼす影響の度合いを示している。ここで、歪センサ１４は、凹部１６を跨ぐように拡径部１５に取り付けられるものとする。
【０２２６】
図１９における横軸および縦軸は、それぞれ、歪センサ１４において凹部１６を跨いでいる部分、すなわち凹部１６上の部分における片持ち梁の先端部側の端部から根本側への複数のサンプリング位置までの距離、ならびに当該複数のサンプリング位置において発生する応力を示している。図１９において、実施例１０〜１３は、それぞれ、グラフＧ４１〜Ｇ４４に対応している。
【０２２７】
図７に示すように、サンプリング位置Ｐは、歪センサ１４における凹部１６を跨いでいる部分において、片持ち梁の先端部側の端部１４１より根本側の或る位置をサンプリング位置Ｐの始点として、当該始点から根本側へ０．２５ｍｍおきに設けられる。すなわち、上記始点を含む複数の位置にサンプリング位置Ｐが設けられる。上記始点は、たとえば、端部１４１から根本側へ０．２５ｍｍ離れた位置である。
【０２２８】
なお、サンプリング位置Ｐは、端部１４１をサンプリング位置Ｐの始点として、当該始点から根本側へ０．２５ｍｍおきに設けられてもよい。すなわち、端部１４１にサンプリング位置Ｐが設けられてもよい。
【０２２９】
４つの実施例１０〜１３の条件は以下の通りである。実施例１０〜１３の凹部１６の深さは、それぞれ、０．５ｍｍ，５．５ｍｍ，１２ｍｍ，１５．５ｍｍである。また、実施例１０〜１３の凹部１６の幅は３ｍｍである。なお、実施例１０〜１３における凹部１６の底の直径は、それぞれ、５５ｍｍ，４５ｍｍ，３２ｍｍ，２５ｍｍである。
【０２３０】
図１９を参照して、凹部１６の深さが０．５ｍｍである場合、応力は２ＭＰａ程度である。これに対し、凹部１６の深さが１５．５ｍｍである場合、応力は３１ＭＰａ程度となる。つまり、凹部１６の深さを０．５ｍｍから１５．５ｍｍへ変更すると、応力が約１５倍に増幅される。
【０２３１】
図２０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の凹部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図２０は、第１の実施の形態に係る切削工具である４つの実施例１０〜１３を片持ち梁であるとみなして、それぞれの先端部に同一の荷重を加えたときの当該先端部における剛性を比較した場合に、凹部の深さが当該先端部の剛性比に及ぼす影響の度合いを示している。図２０では、縦軸は剛性比を示している。また、横軸は、凹部の底の直径および凹部の深さを示している。
【０２３２】
図２０を参照して、凹部１６の深さを０．５ｍｍから１５．５ｍｍへ増加させても、剛性比は約４％しか低下しない。
【０２３３】
以上の結果から、凹部１６の幅および深さを比較すると、凹部１６の幅よりも凹部１６の深さの方が、剛性比の変化量に対する応力の増加率が高いことが分かる。つまり、片持ち梁の先端部における剛性の低下を抑えつつ、シャフト部１１の剛性を低下させて、歪を増幅させるには、凹部１６の幅を大きくするよりも、凹部１６の深さを大きくする方が効果的であることが分かる。
【０２３４】
なお、切削工具１０１は、歪センサ１４を備えず、シャフト部１１が歪センサ１４を着脱可能な構成であってもよい。
【０２３５】
［変形例１］
図２１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す斜視図である。
【０２３６】
図２１を参照して、変形例１に係る切削工具２０１は、図１に示す凹部１６の代わりに、複数の凹部１６１を備える。
【０２３７】
図２１に示す例では、凹部１６１は、円形状に開口する孔部である。凹部１６１は、シャフト部１１の中心軸１７に向かって凹となるように形成されている。なお、凹部１６１は、円形状以外の形状に開口する孔部であってもよい。たとえば、凹部１６１は、四角形状に開口する孔部であってもよい。
【０２３８】
図２１に示す例では、複数の凹部１６１が、シャフト部１１の周方向に沿って互いに間隔をあけて形成されている。具体的には、凹部１６１の数は、４つである。４つの凹部１６１のうち、２つの凹部１６１は、シャフト部１１の中心軸１７を介して互いに反対の位置に設けられている。また、他の２つの凹部１６１は、シャフト部１１の中心軸１７を介して互いに反対の位置に設けられている。また、各凹部１６１は、シャフト部１１の周方向に沿って等間隔で並ぶ位置に設けられている。なお、凹部１６１の数は、４つに限定されず、たとえば、１つ、２つ、３つ、または５つ以上であってもよい。
【０２３９】
図２２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す矢視図である。詳細には、図２２は、図２１におけるＡ方向から見た矢視図である。
【０２４０】
図２２を参照して、拡径部１５は、シャフト部１１の中心軸１７を法線とする平面１８において、中心軸１７と平面１８との交点１９に対して点対称をなす位置に設けられた少なくとも１組の凹部１６１を有する。図２２に示す例では、拡径部１５は、２組の凹部１６１を有する。
【０２４１】
具体的には、当該位置に設けられた少なくとも１組の凹部１６１は、互いに、幅が同じであり、かつ深さが同じである。
【０２４２】
また、拡径部１５を平面１８で切断したときの各凹部１６１の断面の大きさおよび形状は、同じになっている。また、拡径部１５を平面１８で切断したときの、平面１８上における凹部１６１の底面１９１の形状は、直線状となっている。
【０２４３】
図２３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す側面図である。
【０２４４】
図２３を参照して、拡径部１５をシャフト部１１の中心軸１７を通る平面２０で切断したときの各凹部１６１の断面の大きさおよび形状は、同じになっている。
【０２４５】
また、拡径部１５を平面２０で切断したときの、平面２０上における凹部１６１の底面１９１の形状は、直線状となっている。
【０２４６】
図２４は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具の構成を示す図である。詳細には、図２４は、シャフト部の一部を、切削工具の中心軸を含む平面で切断した状態で示す部分断面図である。
【０２４７】
図２４を参照して、凹部１６１の深さＤｅ２は、たとえば、図５における凹部１６の深さＤｅ１と同じ範囲内の値に設定される。
【０２４８】
また、凹部１６１における、深さ方向と直交する方向の長さ、具体的には径Ｄｉ１は、たとえば、図９における凹部１６の幅Ｗ１と同じ範囲内の値に設定される。
【０２４９】
また、凹部１６１の底面１９１からシャフト部１１の中心軸１７までの距離Ｄ２は、たとえば、シャフト部１１における拡径部１５以外の部分の半径ｒ１以上である。
【０２５０】
図２５は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具の他の例を示す図である。詳細には、図２５は、シャフト部の一部を、切削工具の中心軸を含む平面で切断した状態で示す部分断面図である。
【０２５１】
拡径部１５をシャフト部１１の中心軸１７を通る平面２０で切断したときの、平面２０上における凹部１６１の底面１９１の形状は、直線状に限定されるものではなく、たとえば、図２５に示すように、円弧状であってもよい。
【０２５２】
図２６は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具の他の例を示す図である。詳細には、図２６は、シャフト部の一部を、切削工具の中心軸を含む平面で切断した状態で示す部分断面図である。
【０２５３】
図２６を参照して、距離Ｄ２は、半径ｒ１より小さくてもよい。
【０２５４】
なお、拡径部１５が有する凹部１６１の対の数は、２組に限定されるものではなく、たとえば、１組または３組以上であってもよい。
【０２５５】
その他の構成は、上述した切削工具１０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２５６】
凹部１６１が、シャフト部１１の中心軸１７に向かって凹となるように形成される構成により、シャフト部１１において歪が大きく現れやすいシャフト部１１の周面、具体的には、たとえば拡径部１５の周面に凹部１６を形成して、シャフト部１１の剛性をより一層低下させることができる。したがって、切削によって生じる切削工具１０１の歪をさらに精度よく計測することができる。
【０２５７】
拡径部１５が、中心軸１７と平面１８との交点１９に対して点対称をなす位置に設けられた少なくとも１組の凹部１６１を有する構成により、異方性のある歪の発生を抑制することができるため、たとえば、シャフト部１１の周面に複数の歪センサ１４が取り付けられる場合に、切削工具１０１の状態を各歪センサ１４の計測値により正確に反映させることができる。
【０２５８】
［変形例２］
図２７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例２を示す側面図である。図２８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例２を分割した状態で示す側面図である。
【０２５９】
図２７および図２８を参照して、変形例２に係る切削工具３０１のシャフト部１１は、シャフト部１１の長手方向Ｘに分割可能に構成されている。
【０２６０】
具体的には、たとえば、シャフト部１１は、拡径部１５よりも刃取付部１２側の位置において、刃取付部１２側の部分である刃側部分１１１と、刃取付部１２とは反対側の部分である反刃側部分１１４とに分割可能に構成されている。
【０２６１】
刃側部分１１１における、刃取付部１２とは反対側の端部には、雄ネジ部１１１Ａが設けられている。また、反刃側部分１１４における、刃取付部１２側の端部には、雌ネジ部１１４Ａが設けられている。雄ネジ部１１１Ａと雌ネジ部１１４Ａとが螺合することにより、刃側部分１１１と反刃側部分１１４とが連結される。また、雄ネジ部１１１Ａと雌ネジ部１１４Ａとの螺合を解除することにより、刃側部分１１１と反刃側部分１１４とが分割される。
【０２６２】
なお、刃側部分１１１における、刃取付部１２とは反対側の端部に雌ネジ部が設けられるとともに、反刃側部分１１４における、刃取付部１２側の端部に雄ネジ部が設けられてもよい。
【０２６３】
また、シャフト部１１は、たとえば、拡径部１５よりも刃取付部１２とは反対側の位置において、刃取付部１２側の部分と、刃取付部１２とは反対側の部分とに分割可能に構成されてもよい。
【０２６４】
その他の構成は、上述した切削工具１０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
［変形例３］
図２９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の変形例３を示す側面図である。
【０２６５】
図２９を参照して、変形例３に係る切削工具４０１の拡径部１５は、歪センサ１４が取り付けられる位置に凹部２７を有している。以下、凹部２７を取付凹部２７とも称する。図２９に示す例では、取付凹部２７は、拡径部１５における、凹部１６と直交する位置に形成されている。
【０２６６】
取付凹部２７は、シャフト部１１の中心軸１７に向かって凹となるように形成されている。取付凹部２７の開口部および底面は、各々、歪センサ１４よりも大きい。具体的には、取付凹部２７の開口部および底面は、各々、たとえば、歪センサ１４を相似的に拡大したような形状を有している。取付凹部２７の深さは、たとえば、凹部１６の深さと同じである。
【０２６７】
図３０は、図２９における拡径部付近を拡大して示す側面図である。なお、図３０では、便宜上、歪センサを図示していない。
【０２６８】
図３０を参照して、取付凹部２７の底面には、目印２１が設けられている。ユーザは、目印２１によって示される取付位置に、歪センサ１４を取り付けることができる。
【０２６９】
その他の構成は、上述した切削工具１０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２７０】
次に、本開示の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０２７１】
＜第２の実施の形態＞
本開示の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る切削工具１０１と比べて凹部の形状を変更した切削工具に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る切削工具１０１と同様である。
【０２７２】
図３１は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成を示す斜視図である。図３２は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。図３３は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。詳細には、図３３は、図２１におけるＡ方向から見た矢視図である。
【０２７３】
図３１〜図３３を参照して、切削工具５０１は、図１に示す切削工具１０１と比較して、シャフト部１１の代わりに、シャフト部１１０を備えている。また、シャフト部１１０には拡径部が形成されていない。また、シャフト部１１０の周面には、図１に示す凹部１６の代わりに、凹部１６２が形成されている。凹部１６２近傍には歪センサ１４を取付可能なセンサ取付部２１が設けられている。
【０２７４】
図３２に示す例では、シャフト部１１０と刃取付部１２との境界を二点鎖線４１により示している。
【０２７５】
凹部１６２は、シャフト部１１０のセンサ取付部２１に歪センサ１４が取り付けられた状態において切削工具５０１による切削が行われた場合に、凹部１６２および凹部１６２周辺の少なくともいずれか一方において生じる歪を歪センサ１４により検出可能に形成されている。
【０２７６】
図３１〜図３３に示す例では、凹部１６２は、シャフト部１１０の周方向に沿って形成される。
【０２７７】
凹部１６２は、シャフト部１１０の周方向全体にわたり連続的に形成されている。図３３においては、凹部１６２を破線で示している。なお、凹部１６２は、シャフト部１１０の周方向に沿って断続的に形成されてもよい。すなわち、複数の凹部１６２が、互いに不連続の状態で形成されてもよい。
【０２７８】
シャフト部１１０は、一定程度の剛性を有するものであれば、シャフト部１１０に拡径部が形成されていなくても、高い剛性を確保できることから、凹部１６２の形成による剛性低下の影響を小さくすることができる。これにより、歪センサ１４による歪の計測を可能にしながら、切削抵抗によるシャフト部１１０の変位を小さく抑えることができる。
【０２７９】
図３４〜図３７は、それぞれ、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す側面図である。
【０２８０】
図３１に示す例は、凹部１６２が転削工具の一種であるエンドミルに形成される構成であるが、これに限定されるものではない。たとえば、図３４を参照して、凹部１６２は、転削工具の一種であるドリル５０２におけるシャフト部の一例であるボディ部１２５に形成されてもよい。
【０２８１】
図３４に示す例では、シャフト部１１０、ボディ部１２５および刃取付部１２が、この順序で並んで一体に形成されている。ボディ部１２５と刃取付部１２との境界を二点鎖線４２により示している。
【０２８２】
また、図３５および図３６を参照して、凹部１６２は、転削工具の一種であるフライスカッター５０３におけるシャフト部の一例であるボス部１２０に形成されてもよい。
【０２８３】
図３５および図３６に示す例では、ボス部１２０および刃取付部１２が一体に形成されている。図３６において、ボス部１２０と刃取付部１２との境界を二点鎖線４３により示している。
【０２８４】
図３５および図３６に示す例では、ボス部１２０における刃取付部１２とは反対側の端部に、シャフト部１２１が連結されている。なお、シャフト部１２１は、ボス部１２０に連結されなくてもよい。
【０２８５】
また、図３７を参照して、凹部１６２は、旋削工具の一種であるバイト５０４において、シャフト部１２２に形成されてもよい。
【０２８６】
図３７に示す例では、シャフト部１２２および刃取付部１２が一体に形成されている。シャフト部１２２と刃取付部１２との境界を二点鎖線４４により示している。
【０２８７】
［変形例１］
図３８は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す斜視図である。図３９は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す側面図である。
【０２８８】
図３８および図３９を参照して、変形例１に係る切削工具６０１は、図３２に示す凹部１６２の代わりに、複数の凹部１６３を含む。
【０２８９】
図３８および図３９に示す例では、凹部１６３は、円形状に開口する孔部である。凹部１６３は、シャフト部１２３の中心軸１７に向かって凹となるように形成されている。なお、凹部１６３は、円形状以外の形状に開口する孔部であってもよい。たとえば、凹部１６３は、四角形状に開口する孔部であってもよい。
【０２９０】
図３８および図３９に示す例では、複数の凹部１６３が、シャフト部１２３の周方向に沿って互いに間隔をあけて形成されている。具体的には、凹部１６３の数は、４つである。４つの凹部１６３のうち、２つの凹部１６３は、シャフト部１２３の中心軸１７を介して互いに反対の位置に設けられている。
【０２９１】
また、他の２つの凹部１６３が、シャフト部１２３の中心軸１７を介して互いに反対の位置に設けられている。また、各凹部１６３は、シャフト部１２３の周方向に沿って等間隔で並ぶ位置に設けられている。なお、凹部１６３の数は、４つに限定されず、たとえば、２つ、３つ、または５つ以上であってもよい。
【０２９２】
図４０は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の変形例１を示す図である。詳細には、図４０は、図３８におけるＡ方向から見た矢視図である。
【０２９３】
図４０を参照して、シャフト部１２３は、シャフト部１２３の中心軸１７を法線とする平面１８において、中心軸１７と平面１８との交点１９に対して点対称をなす位置に設けられた少なくとも１組の凹部１６３を有する。図４０に示す例では、シャフト部１２３は、２組の凹部１６３を有する。
【０２９４】
また、シャフト部１２３を平面１８で切断したときの各凹部１６３の断面の大きさおよび形状は、同じになっている。また、シャフト部１２３を平面１８で切断したときの、平面１８上における凹部１６３の底面１９１の形状は、直線状となっている。
【０２９５】
なお、シャフト部１２３が有する凹部１６３の対の数は、２組に限定されるものではなく、たとえば、１組または３組以上であってもよい。
【０２９６】
その他の構成は、上述した切削工具５０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２９７】
このように、シャフト部１１０に形成された凹部１６２が、凹部１６２および凹部１６２周辺の少なくともいずれか一方において生じる歪を歪センサ１４により検出可能に形成されている構成により、たとえばシャフト部１１０全体の剛性が一定程度確保されている場合にシャフト部１１０の剛性を局所的に低下させることができる。これにより、切削時において生じる歪が局所的に増大する。
【０２９８】
したがって、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具では、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサ１４を取り付けることにより、切削工具５０１の剛性を確保しながら、切削によって生じる切削工具５０１の歪を精度よく計測することができる。
【０２９９】
次に、本開示の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０３００】
＜第３の実施の形態＞
本開示の第３の実施の形態は、第１の実施の形態に係る切削工具１０１と比べて、切削工具に拡径部が設けられておらず、拡径部の代わりに拡径モジュールを備える切削工具ユニットに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る切削工具１０１と同様である。
【０３０１】
図４１は、本開示の第３の実施の形態に係る切削工具ユニットの構成を示す斜視図である。
【０３０２】
図４１を参照して、切削工具ユニット７０１は、切削工具８０１と、拡径モジュール１５０とを備える。
【０３０３】
切削工具８０１は、シャフト部であるシャフト部１１３と、シャフト部１１３の端部に設けられる刃取付部１２または刃部を含む。
【０３０４】
シャフト部１１３は、図１に示す拡径部１５を含まない。また、シャフト部１１３には、図３１に示す凹部１６２が形成されていない。
【０３０５】
拡径モジュール１５０は、シャフト部１１３に取付可能に構成されている。すなわち、切削工具ユニット７０１は、図１に示す切削工具１０１と比較して、拡径部１５の代わりに、拡径モジュール１５０を備える。
【０３０６】
具体的には、拡径モジュール１５０は、本体１５１と、図示しない連結機構と、歪センサ１４とを含む。
【０３０７】
本体１５１は、円筒状に形成されている。また、本体１５１は、シャフト部１１３が挿通可能な円筒形状を有し、内周面がシャフト部１１３の周面を覆うようにシャフト部１１３に取付可能である。また、本体１５１の周面には、凹部１６０が形成されている。
【０３０８】
凹部１６０は、たとえば、図１に示す凹部１６と同じ形状および寸法を有する。
【０３０９】
図４２は、本開示の第３の実施の形態に係る切削工具ユニットの構成を示す図である。詳細には、図４２は、拡径モジュールを取り外した状態の切削工具、および拡径モジュールを、図４１におけるＡ方向から見た矢視図である。
【０３１０】
図４２を参照して、本体１５１は、周方向において複数の部分に分割可能に構成されている。図４２に示す例では、本体１５１は、２つの部分、すなわちＡ方向から見て略半円状をなす２つの弧状部１５１ａ，１５１ｂに分割可能に構成されている。
【０３１１】
弧状部１５１ａおよび弧状部１５１ｂは、図示しない連結機構により互いに連結される。具体的には、たとえば、弧状部１５１ａおよび弧状部１５１ｂは、ボルトおよびナットにより連結される。弧状部１５１ａおよび弧状部１５１ｂは、互いに連結された状態においてシャフト部１１３の周面に密着して固定されるような寸法を有する。
【０３１２】
歪センサ１４は、本体１５１に対して、図１に示す歪センサ１４と同様の位置に取り付けられる。
【０３１３】
切削工具ユニット７０１は、上述の連結機構による連結および連結解除を行うことにより、拡径モジュール１５０をシャフト部１１３に着脱することができる。拡径モジュール１５０をシャフト部１１３に取り付けた後、切削工具ユニット７０１を、図１に示す切削工具１０１と同様の方法により使用することができる。
【０３１４】
なお、切削工具８０１は、エンドミル以外の他の種類の切削工具であってもよい。たとえば、切削工具８０１は、転削工具の一種であるドリルであってもよい。また、切削工具８０１は、旋削工具の一種であるバイトであってもよい。
【０３１５】
このように、シャフト部１１３の周面に取付可能である筒状の本体１５１を備え、本体１５１に凹部１６０が形成される構成により、拡径モジュール１５０の剛性が局所的に低下する。このため、拡径モジュール１５０をシャフト部１１３に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時に拡径モジュール１５０において生じる歪が局所的に増大する。
【０３１６】
また、シャフト部１１３の周面に取付可能である筒状の本体１５１を含み、本体１５１に凹部１６０が形成された拡径モジュール１５０を備える構成により、拡径モジュール１５０の剛性が局所的に低下する。このため、拡径モジュール１５０をシャフト部１１３に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時に拡径モジュール１５０において生じる歪が局所的に増大する。
【０３１７】
したがって、本開示の第３の実施の形態に係る切削工具ユニットでは、剛性が局所的に低下した箇所に歪センサ１４を取り付けることにより、切削に必要な剛性を確保しながら、切削によって生じる歪、たとえば切削抵抗によって生じる歪を精度よく計測することができる。
【０３１８】
その他の構成は、上述した切削工具１０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０３１９】
なお、切削工具ユニット７０１は、図４１に示す構成に加えて、さらに、図１３に示すような電池２２、無線通信装置２３、およびハウジング２４を備えた構成であってもよい。ハウジング２４は、たとえば、ねじ等の固定部材により拡径モジュール１５０に固定される。
【０３２０】
また、切削工具ユニット７０１を備えた切削システムを構築してもよい。具体的には、たとえば、本開示の第３の実施の形態に係る切削システムは、図１４に示す切削システム２１０と比べて、図４に示す切削工具１０１の代わりに、図４１に示す切削工具ユニット７０１を備える。
【０３２１】
次に、本開示の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０３２２】
＜第４の実施の形態＞
本開示の第４の実施の形態は、第２の実施の形態の他の例に係る切削工具であるフライスカッター５０３と比べて、フライスカッターに凹部が形成されておらず、さらに取付モジュールを備える切削工具ユニットに関する。以下で説明する内容以外は第２の実施の形態の他の例に係るフライスカッター５０３と同様である。
【０３２３】
図４３は、本開示の第４の実施の形態に係る切削工具ユニットの構成を示す斜視図である。図４４は、本開示の第４の実施の形態に係る切削工具ユニットを分割した状態で示す側面図である。図４５は、本開示の第４の実施の形態に係る切削工具を示す斜視図である。
【０３２４】
図４３〜図４５を参照して、切削工具ユニット９０２は、切削工具９０１と、取付モジュール１１２３とを備える。
【０３２５】
切削工具９０１は、シャフト部１１２と、シャフト部１１２の端部に設けられる刃取付部１２または図示しない刃部とを含む。切削工具９０１は、図４５に示す例では、フライスカッターである。
【０３２６】
シャフト部１１２は、シャフト部１１２の軸方向、具体的には回転軸方向Ｘ１に分割可能に構成されている。具体的には、シャフト部１１２は、刃取付部１２側の部分である刃側部分１１２１と、刃取付部１２とは反対側の部分である反刃側部分１１２２とに分割可能に構成されている。図４３〜図４５に示す例では、刃側部分１１２１はボス部であり、反刃側部分１１２２はシャフト部である。
【０３２７】
詳細には、刃側部分１１２１における、刃取付部１２とは反対側の端部には、刃取付部１２側に凹む凹部１１２１Ｂが形成されている。また、反刃側部分１１２２における、刃取付部１２側の端部には、刃取付部１２側へ突出する凸部１１２２Ｂが形成されている。
【０３２８】
矢印Ｂ１で示すように、凹部１１２１Ｂと凸部１１２２Ｂとが係合することにより、刃側部分１１２１と反刃側部分１１２２とが連結される。つまり、切削工具９０１が構成される。一方、凹部１１２１Ｂと凸部１１２２Ｂとの螺合を解除することにより、シャフト部１１２は、刃側部分１１２１と反刃側部分１１２２とに分割される。
【０３２９】
取付モジュール１１２３は、シャフト部１１２に取付可能な部材である。具体的には、取付モジュール１１２３は、本体１１２３Ｃと、本体１１２３Ｃをシャフト部１１２に取り付ける取付部である凸部１１２３Ａおよび凹部１１２３Ｂとを含む。
【０３３０】
本体１１２３Ｃは、刃側部分１１２１の軸方向に沿って、具体的には回転軸１７０に沿って刃側部分１１２１に取付可能な柱状の部材である。
【０３３１】
具体的には、取付モジュール１１２３における、刃取付部１２側の端部には、刃取付部１２側へ突出する凸部１１２３Ａが形成されている。また、取付モジュール１１２３における、刃取付部１２とは反対側の端部には、刃取付部１２側へ凹む凹部１１２３Ｂが形成されている。
【０３３２】
矢印Ｂ２で示すように、凹部１１２１Ｂと凸部１１２３Ａとが係合することにより、刃側部分１１２１と取付モジュール１１２３とが連結される。また、矢印Ｂ３で示すように、凹部１１２３Ｂと凸部１１２２Ｂとが係合することにより、取付モジュール１１２３と反刃側部分１１２２とが連結される。つまり、切削工具ユニット９０２が構成される。
【０３３３】
一方、凹部１１２１Ｂと凸部１１２３Ａとの係合を解除し、凹部１１２３Ｂと凸部１１２２Ｂとの係合を解除することにより、切削工具ユニット９０２は、刃側部分１１２１、取付モジュール１１２３および反刃側部分１１２２に分割される。
【０３３４】
取付モジュール１１２３の周面には、凹部１６２０が形成されている。凹部１６２０は、取付モジュール１１２３がシャフト部１１２に取り付けられ、かつ取付モジュール１１２３に歪センサ１４が取り付けられた状態において切削工具ユニット９０２による切削が行われた場合に、凹部１６２０または凹部１６２０周辺において生じる歪を歪センサ１４により検出可能に形成されている。
【０３３５】
図４３および図４４に示す例では、凹部１６２０は、取付モジュール１１２３の周方向に沿って形成される。
【０３３６】
凹部１６２０は、取付モジュール１１２３の周方向全体にわたり連続的に形成されている。なお、凹部１６２０は、取付モジュール１１２３の周方向に沿って断続的に形成されてもよい。すなわち、複数の凹部１６２０が、互いに不連続の状態で形成されてもよい。
【０３３７】
なお、刃側部分１１２１における、刃取付部１２とは反対側の端部に凸部が形成されるとともに、取付モジュール１１２３における、刃取付部１２側の端部に凹部が形成されてもよい。また、取付モジュール１１２３における、刃取付部１２とは反対側の端部に凸部が形成されるとともに、反刃側部分１１２２における、刃取付部１２側の端部に凹部が形成されてもよい。
【０３３８】
その他の構成は、上述したフライスカッター５０３と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０３３９】
なお、切削工具９０１は、フライスカッター以外の他の種類の切削工具であってもよい。たとえば、切削工具９０１は、転削工具の一種であるドリルであってもよい。また、切削工具９０１は、旋削工具の一種であるバイトであってもよい。
【０３４０】
このように、取付モジュール１１２３が、シャフト部１１２に取付可能な柱状の本体１１２３Ｃを備え、本体１１２３Ｃの周面に凹部１６２０が形成される構成により、取付モジュール１１２３の剛性が局所的に低下する。このため、取付モジュール１１２３をシャフト部１１２に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時に取付モジュール１１２３において生じる歪が局所的に増大する。
【０３４１】
また、シャフト部１１２に取付可能な柱状の本体１１２３Ｃを含み、本体１１２３Ｃの周面に凹部１６２０が形成された取付モジュール１１２３を備える構成により、取付モジュール１１２３の剛性が局所的に低下する。このため、取付モジュール１１２３をシャフト部１１２に取り付けた状態で切削を行うことにより、切削時に取付モジュール１１２３において生じる歪が局所的に増大する。
【０３４２】
したがって、本開示の第４の実施の形態に係る切削工具ユニットでは、取付モジュール１１２３において剛性が局所的に低下した箇所に歪センサ１４を取り付けることにより、切削に必要な剛性を確保しながら、切削によって生じる歪、たとえば切削抵抗によって生じる歪を精度よく計測することができる。
【０３４３】
なお、切削工具ユニット９０２は、図４３に示す構成に加えて、さらに、図１３に示すような電池２２、無線通信装置２３、およびハウジング２４を備えた構成であってもよい。ハウジング２４は、たとえば、ねじまたはボルト等の固定部材により取付モジュール１１２３に固定される。
【０３４４】
また、切削工具ユニット９０２を備えた切削システムを構築してもよい。具体的には、たとえば、本開示の第４の実施の形態に係る切削システムは、図１４に示す切削システム２１０と比べて、図４に示す切削工具１０１の代わりに、図４３に示す切削工具ユニット９０２を備える。
【０３４５】
次に、本開示の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０３４６】
＜第５の実施の形態＞
本開示の第５の実施の形態は、第１の実施の形態に係る切削工具１０１における凹部に代えて空洞部が形成される切削工具に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る切削工具１０１と同様である。
【０３４７】
図４６は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の構成を示す斜視図である。
【０３４８】
図４６を参照して、切削工具１００１は、シャフト部１３０と、刃取付部１２と、図示しない刃部と、歪センサ１４とを備える。
【０３４９】
シャフト部１３０は、シャフト部１３０のうちの他の部分よりも径が太い拡径部１５２を含む。拡径部１５２は、たとえば八角柱形状である。拡径部１５２の周面には、凹部は形成されておらず、周面を構成する８つの面は概ね平坦である。
【０３５０】
拡径部１５２の周面には、歪センサ１４を取り付ける位置を示す目印（センサ取付部）２１が設けられる。より詳細には、拡径部１５２の周面を構成する８つの面の各々には、センサ取付部２１が設けられる。センサ取付部２１は、たとえば、歪センサ１４が取り付けられる領域を示す輪郭線である。各歪センサ１４は、中心軸１７に対して点対称に配置される。
【０３５１】
図４７は、図４６の切削工具をシャフト部の中心軸を含む面で切断した断面図である。
【０３５２】
図４７を参照して、拡径部１５２は、拡径部１５２の内部に形成された空洞部２８を含む。空洞部２８は、拡径部１５２の内部に形成された概略円柱形状の密閉空間である。ただし、空洞部２８は、拡径部１５２の内部に形成された概略多角柱形状の密閉空間であってもよく、その形状は特に限定されない。
【０３５３】
空洞部２８の中心軸は、シャフト部１３０の中心軸１７と一致する。中心軸１７方向において、空洞部２８の長さは、拡径部１５２の長さよりも短い。空洞部２８は、中心軸１７方向において、拡径部１５２の中央部分に形成される。拡径部１５２の中央部分は、第１区間に相当する。すなわち、拡径部１５２における第１区間は、第１区間の内部に形成された空洞部２８を含む。第１区間は、拡径部１５２において、径方向の内側に空洞部２８が形成される部分であり、拡径部１５２のうち、空洞部２８の一方の端面から他方の端面までの部分である。
【０３５４】
拡径部１５２において、第１区間に隣接する部分のうち、シャンク１１０３側の部分は第２区間であり、刃取付部１２側の部分は第３区間である。
【０３５５】
歪センサ１４は、拡径部１５２の周面において、第１区間を跨ぐように取り付けられる。歪センサ１４は、空洞部２８を中心軸１７に垂直な方向、すなわち拡径部１５２の径方向に沿って拡径部１５２の周面に投影した場合、投影された空洞部２８と重複する。歪センサ１４および空洞部２８は、第１区間において、中心軸１７を法線とする平面と交差する。
【０３５６】
歪センサ１４は、中心軸１７に対して傾斜する方向に第１区間を跨いでもよいし、第１区間を跨がないように拡径部１５２に取り付けられてもよい。ただし、歪センサ１４は、拡径部１５２の周面において、第１区間の近傍に設けられる。より詳細には、歪センサ１４は、空洞部２８を拡径部１５２の径方向に沿って拡径部１５２の周面に投影した場合、投影された空洞部２８から中心軸１７方向に５ｍｍ以内の位置に取り付けられる。
【０３５７】
空洞部２８は、拡径部１５２の第１区間の断面二次モーメントを低減し、第１区間の剛性を第２区間および第３区間の剛性よりも低下させる。拡径部１５２の断面二次モーメントを局所的に低減することで、拡径部１５２において発生する歪を局所的に大きくすることができる。したがって、歪センサ１４は、シャフト部１３０における拡径部１５２の第１区間以外の位置に取り付けられる場合と比べて、より大きな値の歪を計測することができる。
【０３５８】
また、空洞部２８は、拡径部の剛性を局所的に低下させつつ、シャフト部１３０の中心軸１７から歪センサ１４が取り付けられる位置までの距離を長くする。中心軸１７から遠い位置の歪は、中心軸１７から近い位置の歪より大きいため、歪センサ１４は、より大きな値の歪を計測することができる。
【０３５９】
さらに、切削加工により生じた熱は、刃部からシャフト部１３０へ伝達される。この加工熱は、シャフト部が中実の場合、シャフト部の中心軸近傍部分を主として伝わるため、シャフト部の中心軸近傍部分と、歪センサが取り付けられるシャフト部の周面とでは温度が異なる。そのため、歪センサが取り付けられるシャフト部の周面において、シャフト部の周面の温度を測定しても、シャフト部に生じる熱歪を正確に把握することは難しい。
【０３６０】
これに対し、第５の実施の形態に係る切削工具１００１では、拡径部１５２の内部に空洞部２８が形成されるため、加工熱は、図４７中に矢印で示すように空洞部２８を避けるように伝わり、拡径部１５２の周面近傍を通る。したがって、シャフト部１３０の周面の温度を測定すれば、シャフト部１３０に生じる熱歪を把握することができ、より正確に歪を測定することができる。なお、切削工具１００１は、たとえば金属三次元プリンタによって製造することができる。
【０３６１】
図４８は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図４８は、第５の実施の形態に係る切削工具１００１である実施例１４、第１の実施の形態に係る切削工具１０１である実施例１、および３つの比較例１〜３を片持ち梁であるとみなして、それぞれ、先端部に同一の荷重を加えた場合における片持ち梁全体の変位を示している。なお、実施例１，１４および比較例１〜３のいずれにおいても、計算の簡素化のため、切削工具は、拡径部も含めて四角柱形状のシャフト部を有するものとした。図４８において、実施例１，１４および比較例１〜３は、それぞれ、グラフＧ５１〜Ｇ５５に対応している。なお、実施例１の変位および比較例３の変位は僅かな差であるため、グラフＧ５１およびＧ５５は図面上重なっている。
【０３６２】
実施例１および比較例１，２の条件は、第１の実施の形態における条件と同じである。実施例１４および比較例３の条件は以下の通りである。比較例３は、歪センサ１４を取り付けるための領域の長さとして、比較例１と比べて長さが４０ｍｍ延長されるとともに、延長された部分が四角柱状に拡径された拡径部となっている。拡径部は、１辺が５５ｍｍの正方形状の断面を有している。ただし、拡径部には、凹部および空洞部は形成されていない。
【０３６３】
実施例１４では、歪センサ１４を取り付けるための領域の長さとして、比較例１と比べて長さが１５ｍｍ延長されるとともに、延長された部分が四角柱状に拡径された拡径部１５２となっている。拡径部１５２は、１辺が３０ｍｍの正方形状の断面を有している。また、実施例１４は、凹部に代えて拡径部１５２の内部に円柱形状の空洞部２８が形成されている。空洞部２８の中心軸１７方向の長さは３ｍｍであり、直径は２５ｍｍである。
【０３６４】
図４８を参照して、実施例１４では、拡径部１５２に空洞部２８を形成しても、実施例１とほぼ同等に、刃先の変位がおよそ−０．０４ｍｍと小さく抑えられていることが分かる。
【０３６５】
図４９は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図４９は、上記実施例１，１４および比較例１〜３について、それぞれ、先端部に同一の荷重を加えた場合にシャフト部において生じる歪を示している。図４９において、実施例１，１４および比較例１〜３は、それぞれ、グラフＧ６１〜Ｇ６５に対応している。
【０３６６】
図４９を参照して、実施例１４のように空洞部２８を形成すると、実施例１よりも歪の数値変動が大きい。歪の増幅効果は、歪の絶対値ではなく、歪の変化の比率に依存するため、実施例１４の方が実施例１よりも歪の増幅効果は大きいことが分かる。また、実施例１４の歪は、実施例１の歪よりも大きいことが分かる。
【０３６７】
図５０は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図５０は、第５の実施の形態に係る切削工具である実施例１５〜２０を片持ち梁であるとみなして、それぞれ、先端部に同一の荷重を加えた場合に、空洞部２８の中心軸１７方向の長さが歪センサ１４の応力分布に及ぼす影響の度合いを示している。ここで、歪センサ１４は、内部に空洞部２８が形成されている第１区間を跨ぐように拡径部１５２に取り付けられるものとする。
【０３６８】
図５０における横軸および縦軸は、それぞれ、歪センサ１４において第１区間を跨いでいる部分、すなわち第１区間上の部分における片持ち梁の先端部側の端部から根本側への複数のサンプリング位置までの距離、ならびに当該複数のサンプリング位置において発生する応力を示している。図５０において、実施例１５〜２０は、それぞれ、グラフＧ７１〜Ｇ７６に対応している。実施例１５〜２０の条件は以下の通りである。
【０３６９】
実施例１５では、歪センサ１４を取り付けるための領域の長さとして、上述の比較例１と比べて長さが４０ｍｍ延長されるとともに、延長された部分が四角柱状に拡径された拡径部１５２となっている。拡径部１５２は、１辺が５５ｍｍの正方形状の断面を有している。また、実施例１５は、凹部に代えて拡径部１５２の内部に円柱形状の空洞部２８が形成されている。空洞部２８の中心軸１７方向の長さは３ｍｍであり、直径は４５ｍｍである。
【０３７０】
実施例１６〜２０では、拡径部１５２は、正四角柱形状である。拡径部１５２の周面における互いに対向する面同士の距離は、５５ｍｍである。実施例１６〜２０は、拡径部１５２の内部に円柱形状の空洞部２８が形成されたものである。実施例１６〜２０における空洞部２８の直径は、実施例１４と同じく、４５ｍｍである。
【０３７１】
実施例１６は空洞部２８の中心軸１７方向の長さが０．５ｍｍ、実施例１７は空洞部２８の中心軸１７方向の長さが１．０ｍｍ、実施例１８は空洞部２８の中心軸１７方向の長さが２．０ｍｍ、実施例１９は空洞部２８の中心軸１７方向の長さが６．０ｍｍ、実施例２０は空洞部２８の中心軸１７方向の長さが１０．０ｍｍである。実施例１５〜２０において、その他の条件は同じである。
【０３７２】
図５０を参照して、実施例１５を基準に、たとえば距離０ｍｍにおける実施例１６〜２０の歪の大きさを見ると、実施例１６〜２０における歪の大きさはそれぞれ、実施例１５に対して約５％以内となっている。すなわち、実施例１６〜２０における歪の増幅度合いは、実施例１５と概ね同程度であることが分かる。
【０３７３】
図５１は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図５１は、第５の実施の形態に係る切削工具１００１である６つの実施例１５〜２０を片持ち梁であるとみなして、それぞれの先端部に同一の荷重を加えたときの当該先端部における剛性を比較した場合に、空洞部２８の中心軸１７方向の長さが当該先端部の剛性比に及ぼす影響の度合いを示している。図５１は、横軸および縦軸は、それぞれ、空洞部２８の中心軸１７方向の長さおよび実施例１５を基準とした剛性比を示している。
【０３７４】
図５１を参照して、実施例１６〜２０における切削工具の剛性は、実施例１５における切削工具の剛性とほとんど同じであった。
【０３７５】
図５２は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図５２は、第５の実施の形態に係る切削工具１００１である４つの実施例１５，２１〜２３を片持ち梁であるとみなして、それぞれの先端部に同一の荷重を加えた場合に、円柱形状の空洞部２８の直径が歪センサ１４の応力分布に及ぼす影響の度合いを示している。ここで、歪センサ１４は、内部に空洞部２８が形成されている第１区間を跨ぐように拡径部１５２に取り付けられるものとする。
【０３７６】
図５２における横軸および縦軸は、それぞれ、歪センサ１４において第１区間を跨いでいる部分、すなわち拡径部１５２の第１区間上の部分における片持ち梁の先端部側の端部から根本側への複数のサンプリング位置までの距離、ならびに当該複数のサンプリング位置において発生する応力を示している。図５２において、実施例１５，２１〜２３は、それぞれ、グラフＧ８１〜Ｇ８４に対応している。
【０３７７】
実施例１５の条件は、上述の通りである。実施例２１〜２３の条件は以下の通りである。実施例２１〜２３の空洞部２８の直径は、それぞれ、３５ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍである。また、実施例１５，２１〜２３の空洞部２８の中心軸１７方向の長さは３ｍｍである。実施例１５，２１〜２３において、その他の条件は同じである。
【０３７８】
図５２を参照して、空洞部２８の直径が３５ｍｍである場合、応力は約３．２ＭＰａであり、歪センサ１４の一端部から他端部まで概ね一定であった。空洞部２８の直径が４０ｍｍである場合、応力は約３．１ＭＰａ〜３．５ＭＰａであり、歪センサ１４の一端部から他端部まで大きな変化はなかった。空洞部２８の直径が４０ｍｍである場合、応力は約３．８ＭＰａ〜４．０ＭＰａであり、歪センサ１４の一端部から他端部まで大きな変化はなかった。空洞部２８の直径が５０ｍｍである場合、応力は約４．７ＭＰａ〜４．９ＭＰａであり、歪センサ１４の一端部から他端部まで大きな変化はなかった。また、空洞部２８の直径を３５ｍｍから５０ｍｍへ変更すると、応力が約１．５倍に増幅される。
【０３７９】
図５３は、本開示の第５の実施の形態に係る切削工具の空洞部の形状についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図５３は、第５の実施の形態に係る切削工具１００１である４つの実施例１５，２１〜２３を片持ち梁であるとみなして、それぞれの先端部に同一の荷重を加えたときの当該先端部における剛性を比較した場合に、空洞部２８の直径が当該先端部の剛性比に及ぼす影響の度合いを示している。図５３では、縦軸は実施例１５を基準とする剛性比を示している。また、横軸は、空洞部２８の直径を示している。
【０３８０】
図５３を参照して、実施例２１〜２３における切削工具の剛性は、実施例１５における切削工具の剛性とほとんど同じであった。
【０３８１】
以上の結果から、拡径部１５３の内部に空洞部２８が形成された切削工具１００１は、拡径部１５２の周面に凹部が形成された切削工具と同等の剛性を有することが分かる。ただし、実施例１５の歪の大きさの変動は、実施例１の歪の大きさの変動よりも大きい。そのため、空洞部２８が形成された切削工具の方が、凹部が形成された切削工具よりもひずみの絶対値が大きく、歪増幅効果が大きいことが分かる。
【０３８２】
［変形例１］
図５４は、本開示の第５の実施の形態の変形例１に係る切削工具の構成を示す斜視図である。
【０３８３】
図５４を参照して、切削工具１００２は、図４６に示す切削工具１００１と比較して、シャフト部１３０の代わりに、シャフト部１３１を備えている。また、シャフト部１３１には拡径部が形成されていない。
【０３８４】
図５５は、本開示の第５の実施の形態の変形例１に係る切削工具をシャフト部の中心軸を含む面で切断した断面図である。
【０３８５】
図５５を参照して、シャフト部１３１は、シャフト部１３１の内部に形成された空洞部２８と、シャフト部１３１の周面において、歪センサ１４を取付可能なセンサ取付部２１とを含む。
【０３８６】
センサ取付部２１は、シャフト部１３１の中心軸１７方向に垂直な方向において空洞部２８をシャフト部１３１の周面に投影した場合に、空洞部２８と重なる。空洞部２８の詳細は、上述と同様であるので、ここでは詳細な説明は行わない。要するに、第５の実施の形態の変形例１に係る切削工具１００２は、第２の実施の形態に係る切削工具における凹部を空洞部２８に置き換えたものである。
【０３８７】
このような構成であっても、上述と同様に、シャフト部１３１の断面二次モーメントを局所的に低減することで、シャフト部１３１において発生する歪を局所的に大きくすることができる。また、加工熱がシャフト部１３１の周面近傍を通るため、シャフト部１３１の周面の温度を測定すれば、シャフト部１３１に生じる熱歪を把握することができ、より正確に歪を測定することができる。
【０３８８】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０３８９】
たとえば、第２の実施の形態に係る切削工具において、シャフト部は、ホルダと一体となっていてもよい。
【０３９０】
図５６は、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具の別例を示す側面図である。図５６を参照して、切削工具５０５は、ホルダ部１１５と、シャフト部１１６と、刃取付部１２とを備える。
【０３９１】
ホルダ部１１５は、切削装置の主軸２９に取り付けられる。ホルダ部１１５の上部は円錐台形状を有し、ホルダ部１１５の下部は中央がくびれた円筒形状を有する。
【０３９２】
シャフト部１１６は、八角柱形状を有し、中心軸方向における中央にシャフト部１１６の周方向に沿って形成された凹部１６４を含む。シャフト部１１６の一端側は、ホルダ部１１５に接続される。シャフト部１１６は、ホルダ部１１５にねじ等によって固定され、ホルダ部１１５と一体となっている。シャフト部１１６の径、すなわち八角柱の端面における対角線は、ホルダ部１１５の直径と同じかまたは小さい。なお、図５６では、シャフト部１１６とホルダ部１１５との境界を二点鎖線４６により示している。
【０３９３】
刃取付部１２は、シャフト部１１６の他端側にねじ等によって固定される。刃取付部１２におけるシャフト部１１６との接続部分は、円柱形状を有する。刃取付部１２の接続部分の直径は、シャフト部１１６の径と同じかまたは大きい。
【０３９４】
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
［付記１］
切削工具であって、
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、
前記拡径部は、前記拡径部の周面に形成された凹部を有し、
前記凹部は、前記拡径部の周方向に沿って形成され、
前記切削工具は、さらに、
前記シャフト部に取り付けられる歪センサを備え、
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように取り付けられる、切削工具。
【０３９５】
［付記２］
切削工具であって、
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、
前記シャフト部の周面に形成された凹部と、
前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含み、
前記凹部は、前記拡径部の周方向に沿って形成され、
前記切削工具は、さらに、
前記センサ取付部に取り付けられる歪センサを備え、
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように取り付けられる、切削工具。
【０３９６】
［付記３］
シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、
前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を備え、
前記本体は、前記本体の外周面に形成された凹部を有し、
前記モジュールは、さらに、
前記モジュールに取り付けられる歪センサを備え、
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように取り付けられる、モジュール。
【０３９７】
［付記４］
シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、
前記シャフト部の軸方向に沿って前記シャフト部に取付可能な柱状の本体を備え、
前記本体は、
前記本体の周面に形成された凹部と、
前記凹部近傍に設けられ、歪センサを取付可能なセンサ取付部とを含み、
前記モジュールは、さらに、
前記モジュールに取り付けられる歪センサを備え、
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように取り付けられる、モジュール。
【０３９８】
［付記５］
シャフト部を含む切削工具と、
付記３または付記４に記載のモジュールとを備え、
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように取り付けられる、切削工具ユニット。
【０３９９】
［付記６］
付記１または付記２に記載の切削工具と、
管理装置とを備え、
前記切削工具は、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、
前記管理装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信し、前記センサ情報が示す計測結果を解析し、
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように取り付けられる、切削システム。
【０４００】
［付記７］
付記５または付記６に記載の切削工具ユニットと、
解析装置とを備え、
前記切削工具は、前記歪センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、
前記解析装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信し、受信した前記センサ情報が示す計測結果を解析し、
前記歪センサは、前記凹部を跨ぐように取り付けられる、切削システム。
【０４０１】
［付記８］
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、軸方向に沿った一部の領域に、前記シャフト部の径を前記軸方向と直交する方向に拡大する拡径部を含み、
前記拡径部は、前記拡径部の周面に形成された凹部を有する、切削工具。
【符号の説明】
【０４０２】
１１，１１０〜１１３，１２１〜１２３，１３０    シャフト部
１１０１    切削側区間
１１０２    把持側区間
１１０３    シャンク
１２    刃取付部
１４    歪センサ
１５，１５２    拡径部
１６，１６１，１６２，１６２０    凹部
１７    中心軸
１８，２０    平面
１９    交点
２１    目印（センサ取付部）
２２    電池
２３    無線通信装置
２４    ハウジング
２５    底板部
２６    側壁部
２７    凹部
２８    空洞部
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１〜５０４，６０１，９０１，
１００１，１００２    切削工具
１１２    シャフト部
１２０    ボス部
１２５    ボディ部
１４１    歪センサにおける凹部上の部分における片持ち梁の先端部側の端部
１５０    拡径モジュール
１５１，１１２３Ｃ    本体
２１０    切削システム
２１１    切削装置
２１３    管理装置
２１４    無線通信部
２１５    制御部
２１６    記憶部
２１７    操作入力部
２１８    表示部
１１２１    刃側部分
１１２１Ｂ，１１２３Ｂ    凹部
１１２２    反刃側部分
１１２２Ｂ，１１２３Ａ    凸部
１１２３    取付モジュール
７０１，８０１    切削工具ユニット
Ｐ    サンプリング位置
【図１】
2021044989.tif 000008
【図２】
2021044989.tif 000009
【図３】
2021044989.tif 000010
【図４】
2021044989.tif 000011
【図５】
2021044989.tif 000012
【図６】
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【図７】
2021044989.tif 000014
【図８】
2021044989.tif 000015
【図９】
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【図１０】
2021044989.tif 000017
【図１１】
2021044989.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2021044989.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2021044989.tif 000027
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2021044989.tif 000031
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2021044989.tif 000034
【図２８】
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【図２９】
2021044989.tif 000036
【図３０】
2021044989.tif 000037
【図３１】
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【図３２】
2021044989.tif 000039
【図３３】
2021044989.tif 000040
【図３４】
2021044989.tif 000041
【図３５】
2021044989.tif 000042
【図３６】
2021044989.tif 000043
【図３７】
2021044989.tif 000044
【図３８】
2021044989.tif 000045
【図３９】
2021044989.tif 000046
【図４０】
2021044989.tif 000047
【図４１】
2021044989.tif 000048
【図４２】
2021044989.tif 000049
【図４３】
2021044989.tif 000050
【図４４】
2021044989.tif 000051
【図４５】
2021044989.tif 000052
【図４６】
2021044989.tif 000053
【図４７】
2021044989.tif 000054
【図４８】
2021044989.tif 000055
【図４９】
2021044989.tif 000056
【図５０】
2021044989.tif 000057
【図５１】
2021044989.tif 000058
【図５２】
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【図５３】
2021044989.tif 000060
【図５４】
2021044989.tif 000061
【図５５】
2021044989.tif 000062
【図５６】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月9日(2021.3.9)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト部を備え、
前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部分よりも径が太い拡径部を含み、
前記拡径部は、
上面と、
前記シャフト部の中心軸方向において前記上面と対向する下面と、
前記上面と前記下面とを繋ぐ周面と、
前記周面に形成された凹部とを有する、切削工具。
【請求項２】
前記切削工具は、さらに、
前記凹部を跨ぐように前記周面に取り付けられた歪センサを備える、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記拡径部は多角柱状である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記凹部は、前記シャフト部の周方向に沿って形成され、前記シャフト部の中心軸を含む断面視で矩形である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項５】
前記凹部は、前記シャフト部の中心軸を法線とする平面において、前記中心軸と前記平面との交点に対して点対称をなす形状を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項６】
前記シャフト部は、前記シャフト部の中心軸を法線とする平面において、前記中心軸と前記平面との交点に対して点対称をなす位置に設けられた少なくとも１組の前記凹部を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項７】
前記１組の前記凹部は、互いに、幅が同じであり、かつ深さが同じである、請求項６に記載の切削工具。
【請求項８】
前記シャフト部の中心軸を含む断面における前記凹部の底面の形状が丸みを帯びている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項９】
前記凹部の幅は、０．１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１０】
前記凹部の深さは、２ｍｍ以上かつ４０ｍｍ以下である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１１】
前記拡径部は、シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであり、
前記モジュールは、
前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を備える、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１２】
シャフト部を備える切削工具の前記シャフト部に取付可能なモジュールであって、
前記シャフト部が挿通可能な円筒形状を有し、内周面が前記シャフト部の周面を覆うように前記シャフト部に取付可能な本体を備え、
前記本体は、
上面と、
前記シャフト部に取り付けられた状態において、前記シャフト部の中心軸方向において前記上面と対向する下面と、
前記上面と前記下面とを繋ぐ周面と、
前記周面に形成された凹部とを有する、モジュール。
【請求項１３】
前記モジュールは、さらに、
前記凹部を跨ぐように前記周面に取り付けられた歪センサを備える、請求項１２に記載の切削工具。
【請求項１４】
前記本体は多角柱状である、請求項１２または請求項１３に記載のモジュール。
【国際調査報告】
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