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【発明の名称】 切削工具
【発明者】 【氏名】滝口 正治

【氏名】田澤 貢

【氏名】渡部 俊賀

【氏名】木崎 広幸

【氏名】水谷 伸郎

【要約】 【課題】軸線回りに回転されて被削物を切削する際の振動を抑制して高精度の加工を可能にした制振機能を備える切削工具を提供する。

【構成】軸線O1方向先端側からの対向視に略円形を呈する工具本体1に切刃部を備え、軸線O1回りに回転しつつ切刃部を被削物に切り込ませて被削物を切削する切削工具であって、工具本体1の内部には、軸線O1を中心とした同心円上に中空部11が形成され、中空部11内の軸線O1を中心とした同心円上の対称位置には、中空部11の内壁面21に固定された連結部13aを備えるおもり部材13が、中空部11の内壁面17a,21との間に隙間をあけて配置され、かつ、隙間には粘性流体15が充填されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線方向先端側からの対向視に略円形を呈する工具本体に切刃部を備え、前記軸線回りに回転しつつ前記切刃部を被削物に切り込ませて該被削物を切削する切削工具であって、
前記工具本体の内部には、前記軸線を中心とした同心円上に中空部が形成され、
該中空部内の前記軸線を中心とした同心円上の対称位置には、前記中空部の内壁面に固定された連結部を備えるおもり部材が、前記中空部の内壁面との間に隙間をあけて配置され、かつ、前記隙間には粘性流体が充填されていることを特徴とする切削工具。
【請求項2】
前記連結部にくびれ部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の切削工具。
【請求項3】
前記おもり部材が、前記連結部を起点として前記工具本体の径方向に延在するように配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、軸線方向からの先端側からの対向視で略円形を呈する工具本体の先端側に切刃部を備え、軸線回りに回転されて被削物を切削する制振機能を備えた切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば往復動式内燃機関のクランクシャフトを加工するための切削工具には、ピンミラーカッタが使用されている。このピンミラーカッタは、軸線方向先端側からの対向視略円形の円環状を呈する工具本体と、円環状に形成され、内周側に複数のチップがその切刃を内周面から径方向内側に突出させた状態で設けられた切刃部とを備えて構成されている。このように構成されたピンミラーカッタは、切刃部が、工具本体の内周に互いの軸線を同軸上に配しつつ軸線方向先端側に着脱可能に装着されて工具本体と一体とされる(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この切刃部が工具本体に一体に装着されたピンミラーカッタは、クランクシャフトの加工時に、工具本体の軸線方向後端側が加工機の回転主軸に互いの軸線を同軸上に配しつつ装着されて、ピンミラーカッタの内孔、すなわち円環状に形成された工具本体と切刃部の連通する内孔にクランクシャフト(被削物)を挿通した状態で加工機に装着される。そして、加工機の回転主軸によりピンミラーカッタが軸線回りに回転され、かつクランクシャフトに対して公転されることによって、切刃部の径方向内側に突出されたチップの切刃がクランクシャフトに切り込まれ、クランクシャフトを所定の形状に加工することが可能とされる。
【特許文献1】特開平8−118125号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記のピンミラーカッタにおいては、軸線回りに自転しつつクランクシャフトに対して公転させて、かつ軸線方向に進退移動しながら加工に供されるため、切削時の主分力や背分力、送り分力によって振動が生じやすく、高精度でクランクシャフトを加工することが困難になる場合があった。また、特にこのような振動が生じた場合には、切削時に大きな切削音が発生してしまうという問題もあった。
【0005】
本発明は、上記事情を鑑み、軸線回りに回転されて被削物を切削する際の振動を抑制して高精度の加工を可能にした制振機能を備える切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【0007】
本発明の切削工具は、軸線方向先端側からの対向視に略円形を呈する工具本体に切刃部を備え、前記軸線回りに回転しつつ前記切刃部を被削物に切り込ませて該被削物を切削する切削工具であって、前記工具本体の内部には、前記軸線を中心とした同心円上に中空部が形成され、該中空部内の前記軸線を中心とした同心円上の対称位置には、前記中空部の内壁面に固定された連結部を備えるおもり部材が、前記中空部の内壁面との間に隙間をあけて配置され、かつ、前記隙間には粘性流体が充填されていることを特徴とする。
【0008】
この切削工具では、工具本体の外周側に形成された中空部内のうち、軸線を中心とした同心円上の対称位置、すなわち前記軸線回りの回転対称位置に配置されたおもり部材及び粘性流体によって動吸振器が構成されるため、切削工具を軸線回りに回転させつつ被削物の切削を行う際に切削工具に振動を生じさせるような力が作用した場合において切削工具の振動を減衰させて吸収することができる。
具体的には、切削工具に振動が発生すると、動吸振器の質量要素及びバネ要素をなすおもり部材が、中空部の内壁面に固定された連結部を固定端として、切削工具の振動に対して略逆位相の振動を行うことで、切削工具の振動を吸収することができる。そして、おもり部材の振動は、動吸振器の減衰要素をなす粘性流体に伝わって減衰され、最終的にはおもり部材の振動エネルギーが漸次熱エネルギーに変換されて散逸することで切削工具の振動を抑制することができる。
【0009】
また、本発明の切削工具においては、前記連結部にくびれ部が形成されていることが望ましい。
この場合には、くびれ部を動吸振器のバネ要素として機能させると共に、連結部を除くおもり部材の他の部分を動吸振器の質量要素として機能させることができ、このくびれ部において撓みを生じておもり部材の振動が励起されやすくなる。しかも、動吸振器における固有振動数の設定を容易、かつ、広いレンジで行うことができ、様々な固有振動数を有する工具本体に適用することができる。
【0010】
さらに、本発明の切削工具においては、前記おもり部材が、前記連結部を起点として前記工具本体の径方向に延在するように配置されていてもよい。
この場合には、おもり部材が軸線方向に振動しやすくなるため、工具本体の軸線方向の振動を特に抑制することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、工具本体の外周側に形成された中空部のうち、軸線を中心とした同心円上の対称位置に配置されたおもり部材によって切削工具の振動を吸収し、おもり部材の振動を粘性流体によって減衰させることで、切削工具の振動を抑制することができる。したがって、高精度の加工を可能とする制振機能を備えた切削工具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、図1から図3を参照し、本発明の一実施形態に係る切削工具について説明する。本実施形態は、往復動式内燃機関のクランクシャフトを加工するためのインターナル型のピンミラーカッタ(切削工具)に関するものである。
【0013】
本実施形態のピンミラーカッタAは、図1から図3に示すように、軸線O1方向先端1a側からの対向視に円環状の略円形を呈するアダプタ(工具本体)1と、円環状に形成され、内周側に複数のインサート2がその切刃を内周面から径方向内側に突出させた状態で着脱可能に具備される切刃部3とから構成されている。
【0014】
アダプタ1は、鋼(例えばSNCM439、SCM440など)によって形成されており、内周側に形成されたフランジ部4と、このフランジ部4に設けられ切刃部3を固定してアダプタ1と切刃部3とを一体とするための複数のキー溝5及びクランパ6と、アダプタ1を加工機に固定するための複数のネジ孔7と、外周側に設けられた動吸振器8とを備えて構成されている。
【0015】
フランジ部4は、アダプタ1の軸線O1に直交する先端面(先端)1aの内周縁から若干外周縁側に位置する部分が全周に亘って後端面(後端)1bに向けて凹設されて形成されている。
【0016】
キー溝5は、切刃部3の外周側に形成された突部9が嵌合されて切刃部3の周方向の移動を規制するものとされ、先端1a側からの対向視で略矩形状を呈しつつ先端面1aから後端面1bに向けて凹設されて形成されており、フランジ部4の径方向外側の端部から径方向外側に向けて延設されている。すなわち、このキー溝5は、周方向に対向する一対の内壁面5aと、径方向内側を向く内壁面5bと、先端1a側を向く底面5cとを備えて形成されており、径方向内側及び先端1a側に開口するように凹設されている。また、周方向に対向する一対の内壁面5aのうち、アダプタ1の回転方向(矢印T方向)後方側を向く一方の内壁面5aが、先端1aから後端1bに向かうに従い漸次他方の内壁面5a側に向けて傾斜するように形成されている。さらに、他方の内壁面5aと径方向内側を向く内壁面5bは、ともに軸線O1に平行に延設されている。そして、このように形成された複数のキー溝5(本実施形態では8つ)は、周方向に一定の間隔をもって並設されている。
【0017】
クランパ6は、外周の一部が直線状に切り欠かれて略半月状を呈するように形成されており、その円弧中心に貫通孔が設けられている。このクランパ6は、アダプタ1の周方向に配設され、隣り合うキー溝5の間に1つずつ設けられた略半月状に凹む着座部10に、貫通孔に挿通したボルトを介して回転可能に着座させられている。
【0018】
動吸振器8は、アダプタ1の外周縁側の内部に形成されて外方に対して密閉された中空部11内に、おもり部材13及び粘性流体15を設けて構成されている。中空部11は、軸線O1を中心とした同心円上に形成されており、アダプタ1の先端面1aに開口しつつ後端1bに向けて凹設される円環状の凹部17と、凹部17の開口部を閉塞する円環状の蓋体19とにより構成されている。凹部17の径方向内側には、蓋体19に対向する凹部17の底面17aから突出して蓋体19に対向する段差面21が周方向に延在して円環状に形成されている。また、蓋体19は、先端1a側からの対向視でその外周縁をアダプタ1の外周縁と一致させつつ凹部17に嵌入させられて、アダプタ1の先端1aにボルトで固定されている。そして、蓋体19の外周面及び内周面にはOリングやリング状のパッキン等が取り付けられており、これによって凹部17の開口部がシールされている。さらに、この蓋体19には、これを取り外すことなく中空部11に対して粘性流体15の給油や交換を行うためのプラグ23が設けられている。
【0019】
おもり部材13は、例えばアダプタ1と同様の鋼によって軸線O1を中心とした同心円をなす円環状に形成されており、中空部11の内壁面をなす凹部17の底面17a上に配されている。このおもり部材13の内周には、中空部11の内壁面をなす段差面21上まで径方向内側に延びる円環状の連結部13aが軸線O1方向中央部に一体に形成されており、この連結部13aには軸線O1方向にくびれるくびれ部13bが形成されている。そして、おもり部材13は、くびれ部13bより外周側で、連結部13a及びくびれ部13bよりも軸線O1方向の長さや径方向の幅が大きい断面方形状に形成され、該断面におもり部材13の重心が位置するようにされている。
くびれ部13bを除く連結部13aは、ボルトによって段差面21に固定されており、この固定状態においては連結部13aの固定部分を除くおもり部材13が、前記底面17a、前記段差面21を含む凹部17の内面や、凹部17に対向する蓋体19の内面からなる中空部11の内壁面との間に隙間を介して配置されている。すなわち、おもり部材13は、中空部11の径方向内側に固定された連結部13aを起点としてアダプタ1の径方向外方に延在するように配置されている。
【0020】
粘性流体15は、中空部11内に封入されておもり部材13と中空部11の内壁面との間の隙間に充填されている。粘性流体15としては、油など圧縮性の低い液体を使用することが望ましく、例えば、新日本石油株式会社製のボンノック(登録商標)M320(動粘度320cSt(mm/s))が挙げられる。
【0021】
切刃部3は、図3に示すように、円環状の本体部25の内周側に、クランクシャフトにおけるピン部の外周面を加工するためのピン刃やクランクシャフトにおけるカウンターウェイト部の側面を加工するためのウェイブ刃としての切刃を有する複数のインサート2が着脱可能に取り付けられて構成されている。
【0022】
また、本体部25の外周側には、後端側の全周部分に本体部25の径方向外周側に突出する略環状のフランジ部27が形成されており、このフランジ部27の外周に、径方向外側に向けて突出する略直方体状をなす複数(例えば4つ以上)の突部9が、周方向に略等間隔に配設されている。ここで、各突部9の周方向を向く一対の側面9a,9bのうち、回転方向(矢印T方向)前方側を向く一方の側面9aは、先端3aから後端に向かうに従い漸次回転方向後方側に傾斜するように形成されている。
【0023】
上記のように構成されたアダプタ1と切刃部3は、切刃部3がアダプタ1の内周側に互いの軸線O1,O2を同軸線上に配しつつ挿入されて一体とされる。このとき、切刃部3のフランジ部27がアダプタ1のフランジ部4に受け止められ、かつ切刃部3に形成された複数の突部9がアダプタ1のキー溝5にそれぞれ嵌合させられる。また、各突部9の一対の側面9a,9bと各キー溝5の周方向に対向する一対の内壁面5aとがそれぞれ面接触することにより、切刃部3がアダプタ1に対して軸線O1方向で位置決めされるとともに、アダプタ1に対して周方向で固定され、かつ、切刃部3の軸線O2がアダプタ1の軸線O1と一致させられる。そして、このように挿入された切刃部3は、複数のクランパ6を回転するとともに先端3aが押圧され、アダプタ1の内周側に強固に保持される。
【0024】
ついで、上記の構成からなるピンミラーカッタAを用いてクランクシャフトを加工する方法について説明し、本実施形態のピンミラーカッタAの作用及び効果について説明する。
【0025】
本実施形態のピンミラーカッタAを用いてクランクシャフトを加工する場合には、まず、切刃部3が装着されたアダプタ1のネジ孔7にボルトを挿通しつつ、このボルトを図示せぬ加工機のスピンドルのネジ孔に締結して、ピンミラーカッタAを加工機に装着する。また、このとき、両端を一対のチャックで保持したクランクシャフトが、ピンミラーカッタAの内孔に挿通されるようにしてピンミラーカッタAを加工機に装着する。
【0026】
ついで、加工機を駆動してピンミラーカッタAを軸線O1、O2回りに回転させて自転させつつクランクシャフトの軸線回りに公転させることにより、切刃部3の内周側に取り付けられたインサート2の切刃をクランクシャフトに切り込ませ、クランクシャフトを切削加工してゆく。
【0027】
この切削加工の際に生じる切削抵抗、すなわちピンミラーカッタAに作用する主分力や背分力、送り分力によってピンミラーカッタAに振動が生じた場合には、動吸振器8の質量要素及びバネ要素をなすおもり部材13が共振して、中空部11の段差面21に固定された連結部13aの固定部分を固定端としてピンミラーカッタAの振動と略逆位相の振動を開始する。具体的には、くびれ部13bが動吸振器8のバネ要素として撓むことで、連結部13aを除くおもり部材13の他の部分が動吸振器8の質量要素として振動する。
このおもり部材13の振動は、動吸振器8の減衰要素をなす粘性流体15に伝わって減衰させられ、最終的にはおもり部材13の振動エネルギーが漸次熱エネルギーに変換されて散逸することでピンミラーカッタAの振動を抑制することができる。
【0028】
この実施形態に係るピンミラーカッタAによれば、その軸線O1を中心とした同心円上の円環形状をなすおもり部材13によってピンミラーカッタAの振動を吸収し、おもり部材13の振動を粘性流体15によって減衰させることで、ピンミラーカッタAの振動を抑制することができる。したがって、高精度の加工を可能とする制振機能を備えたピンミラーカッタAを提供することができる。
【0029】
また、おもり部材13の連結部13aにはくびれ部13bが形成されているため、くびれ部13bを動吸振器8のバネ要素として機能させると共に、連結部13aを除くおもり部材13の他の部分を動吸振器8の質量要素として機能させることができ、このくびれ部13bにおいて撓みを生じておもり部材13の振動が励起されやすくなる。しかも、動吸振器8における固有振動数、すなわち、おもり部材13の等価質量やバネ定数の設定を容易、かつ、広いレンジで行うことができ、様々な固有振動数を有するアダプタ1に適用することができる。
【0030】
さらに、おもり部材13は、中空部11の径方向内側に固定された連結部13aを起点としてアダプタ1の径方向外方に延在するように配置されているため、軸線O1方向に振動しやすくなり、アダプタ1の軸線O1方向の振動を特に抑制することができる。
【0031】
以上、本発明に係る切削工具の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態において、おもり部材13は、その連結部13aを中空部11の径方向内側に固定すると共に連結部13aを起点としてアダプタ1の径方向外方に延びるように中空部11内に配置されるとしたが、これに限ることはなく、連結部13aを中空部11の径方向外側に固定すると共に連結部13aを起点としてアダプタ1の径方向内方に延びるように配置されるとしても構わない。
【0032】
また、おもり部材13は円環状に形成されるとしたが、これに限ることはなく、例えば、おもり部材13の連結部13aが円環状に形成され、連結部13aを除くおもり部材13の他の部分が周方向に分割して形成されてもよい。また、例えば、連結部13aのくびれ部13bが前記おもり部材13の他の部分と共に周方向に分割して形成されてもよい。さらに、例えば、連結部13aを含むおもり部材13の全体が周方向に分割して形成されるとしても構わない。ただし、おもり部材13の分割部分は、周方向に等間隔で配置されることが望ましい。すなわち、軸線O1を中心とした同心円上において所定角度ずつ回転対称位置に配置されることが望ましい。
【0033】
このように、おもり部材13の一部若しくは全体を複数に分割して形成した場合には、おもり部材13がより振動しやすくなるため、アダプタ1の振動をより確実に抑制することが可能となる。
なお、上述したように、おもり部材13を分割する場合には、中空部11もこれに合わせて周方向に分割して形成してもよい。また、上述したように、くびれ部13bを分割した場合には、各くびれ部13bは軸線O1方向だけに限らず周方向にもくびれて形成されるとしてもよい。
【0034】
さらに、本実施形態では、切削工具が、アダプタ1の内周側に切刃部3が装着されてクランクシャフトの加工に供されるいわゆるインターナル型のピンミラーカッタAであるものとして説明したが、これに限定される必要はなく、アダプタ1の外周側に切刃部が装着されるいわゆるエクスターナル型のピンミラーカッタや、被削物の平面加工を行うための正面フライス等に本発明が適用されてもよいものである。
また、本発明に適用される切削工具としては、本実施形態のようにアダプタ1に略円形の切刃部3を装着する構成のものに限らず、例えば、工具本体に個々の切刃を切刃部として直接装着する構成のものであってもよいし、また、工具本体に前記切刃を一体に形成した構成のものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態に係る切削工具の工具本体を示す正面図である。
【図2】図1のX−X線矢視図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る切削工具の切刃部を示す正面図である。
【符号の説明】
【0036】
1 工具本体(アダプタ)
1a 先端(先端面)
3 切刃部
11 中空部
13 おもり部材
13a 連結部
13b くびれ部
17a 内壁面(底面)
21 内壁面(段差面)
A 切削工具(ピンミラーカッタ)
O1,O2 軸線
T 回転方向
【出願人】 【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
【出願日】 平成18年9月4日(2006.9.4)
【代理人】 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武

【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男

【識別番号】100101465
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 正和

【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦

【識別番号】100106057
【弁理士】
【氏名又は名称】柳井 則子


【公開番号】 特開2008−62305(P2008−62305A)
【公開日】 平成20年3月21日(2008.3.21)
【出願番号】 特願2006−239455(P2006−239455)