JP2005066814A - 切削工具および工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 剛性低下やコスト増大を最小限に抑えながら、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動において減衰性能が高く、その結果加工中の振動を効果的に抑制し、切刃の損傷を抑制してより長寿命化することが可能な切削工具を提供する。
【解決手段】 切削工具は、切刃部分２と、切刃部分２が装着される頭部１ａと、頭部１ａから連続して延び工作機械の台座３に固定される柄部１ｂとを有するバイト本体部１とを備える。そして、頭部１ａにおける切刃部分２の装着面と対向する位置関係にあるバイト本体部１の底面に沿って延び、バイト本体部１の両側面に開口するように柄部１ｂを貫通するスリット４を設け、このスリット４内に板状部材５を嵌込み、該板状部材５の上下面を柄部１ｂと接触させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、旋削加工などに用いることが可能な切削工具および該切削工具を備えた工作機械に関する。

旋削加工などに用いる切削工具は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、実際に被削材と干渉する切刃部分（チップ）２と、これを支持するバイト本体部１とを備える。旋削加工においては、切削工具の直線的な送り運動と、被削材の回転運動との相対運動によって被削材の一部が除去され、所望の形状に加工される。

バイト本体部１は、切刃部分２を直接支持するバイト頭部１ａと、工作機械の台座３に固定されるバイト柄部１ｂとを備える。このバイト柄部１ｂとバイト頭部１ａとは、通常一体である。

一般に切刃部分２は超硬合金、バイト本体部１は鋼などの高剛性材料で構成されるが、工作機械の台座３からのバイト本体部１の突出長さが大きい場合や、切欠材の旋削などのように切削状態と非切削状態とが交互に現れる断続切削、切取り厚さのばらつきやすい黒皮部の加工、さらに鋳鉄等の加工では、加工中の振動が大きくなりやすくなる。そのため、仕上げ面の悪化や切刃の損傷につながりやすい。

このような問題を解決するための手法として、バイト本体部１の剛性を高める手法、バイト本体部１の振動の減衰性を高める手法、固有振動数の異なる部材を組合せることで特定の振動数で共振状態となることを抑制する手法などが考えられる。この中で、バイト本体部１の剛性を向上させる手法は、断続切削時の衝撃力という観点に立つと、かえって工具刃先への負担が大きくなるため望ましくない。これに対し、減衰性を向上させる手法は、加工時の衝撃力の緩和という効果もあり、単に振動を抑制するだけではなく衝撃緩和も含めて工具の損傷を抑制するという効果を期待することができる。

バイト本体部１の減衰機能を向上させるには、バイト本体部１の材料として高減衰の材料を用いる、バイト本体部１の構造によって減衰性を向上させるという２つの方法が考えられる。

前者の例として、特開２００３−６２７０３号公報に記載の制振工具を挙げることができる。当該文献には、工具本体にスローアウェイチップの下方に位置して少なくとも一側面に開口する穴を設け、該穴内に工具本体に生じた振動エネルギーを吸収する制振材を装着した制振工具が記載されている。

他方、構造的に工夫を施すことで減衰性を向上させる試みとして、特開平６−３１５０５号公報に記載のボーリングバーや特開平５−２２８７０７号公報に記載の切削工具を挙げることができる。

特開平６−３１５０５号公報に記載のボーリングバーでは、シャンクに設けた挿入孔に、該シャンクを構成する材質とは異なる材質からなり挿入孔のテーパ部に密着するダンパを設けている。そして、ダンパとシャンクとの間に摩擦吸振作用を生じさせ、切削時に切刃に生じた振動を減衰するようにしている。

特開平５−２２８７０７号公報に記載の切削工具では、カッティングヘッドと工具本体との相対向する面に一対の摩擦吸振材を互いに当接可能に配設し、これらの摩擦吸振材が摺動して擦れ合うことにより振動エネルギーを摩擦熱に変換して工具本体に伝播する振動を低減するようにしている。
特開２００３−６２７０３号公報 特開平６−３１５０５号公報 特開平５−２２８７０７号公報

高減衰材料としては、Ｍｎ−Ｃｕ系制振合金などの減衰性の高い制振合金が用いられるが、このような合金は高価あるいは加工難といった問題を有する場合が多く、また材料系を変更して減衰性を高めようとすると、強度や剛性が低下する場合が多くなる。したがって、性能とコストの両面で要求特性を満足するものを得ることは困難である。また、高減衰材料としてゴムなどの軟質材料を用いた場合、バイトの剛性および耐久性が著しく低下するため、実用上問題が多い。さらに、バイトの一部のみを高減衰材料とすることが考えられるが、実際の振動はバイト本体部を主に伝播するので、結果的に工具全体の減衰性を高めることは困難となる。これとは逆にバイト全体を高減衰材料で構成すると、上述のようにバイトの剛性や強度が低下し、結果的に撓みの増大や耐久性の低下を招いてしまう。

他方、バイト本体部と別部品との間あるいは別部品相互間の摩擦を利用する方法では、大きな面積で摩擦力を生じさせることが望まれる。しかし、単純に大きな面積で摩擦力を生じさせようとすると、バイトの多くの部分に加工を施す必要があり、コスト増大の要因となり得る。その上、別部品とホルダの密着性が悪いと剛性低下を招くこととなり、かえって振動が増大する危険性もある。

また、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、たとえば角バイトが多く用いられる外径加工の場合には、最も大きな力がかかる主分力方向よりも送り分力方向（バイト送り方向）でのバイトの振動加速度が大きくなるケースが多い。また旋削加工においては外径加工のほかに図７（ｂ），（ｃ）に示す端面加工があるが、この場合は背分力方向において振動が大きくなりやすい。すなわちバイト底面に対して垂直な方向の曲げ振動よりも、バイト底面に沿う方向の曲げ振動の方が大きくなりやすいということになる。このバイト底面に沿う方向の曲げ振動は、工具刃先から逃げ面と被削材との接触状態に影響を及ぼすと考えられる。この領域の損傷は工具寿命短縮の要因となり得るため、同方向の振動を効果的に抑制することが、工具の損傷を抑制する上で重要である。

しかし、上述の各先行技術文献に記載された発明では、送り分力方向（バイト送り方向）や背分力方向の振動を積極的に抑制するための具体的手法について記載されていない。したがって、工具刃先から逃げ面に至る領域での工具の損傷を効果的に抑制することができず、このことが工具寿命を改善できない要因となり得るという問題もあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、剛性低下やコスト増大を最小限に抑えながら、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動において減衰性能が高く、その結果加工中の振動を効果的に抑制し、切刃の損傷を抑制してより長寿命化することが可能な切削工具および該切削工具を備えた工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る切削工具は、１つの局面では、切刃部分と、切刃部分が装着される頭部と、頭部から連続して延び工作機械の台座に固定される柄部とを有するバイト本体部とを備える。そして、上記頭部における切刃部分の装着面と対向する位置関係にあるバイト本体部の底面に沿って延び、バイト本体部の両側面に開口するように柄部を貫通するスリットを設け、このスリット内に板状部材を嵌込み、該板状部材の上下面を柄部と接触させる。

上記のようなスリットを設け、該スリット内に板状部材を嵌込んで板状部材の上下面を柄部と接触させることにより、バイト本体部の強度や剛性の低下を抑制しながら、切削時に板状部材とバイト本体部の柄部との間に摩擦力を作用させることができる。それにより、バイト本体部の底面と平行な方向に大きな摩擦力を作用させることができ、外径加工時の送り分力方向（端面加工時は背分力方向）におけるバイト本体部の振動を効果的に抑制することができる。また、バイト本体柄部の両側面間を貫通する形でスリットを設け、該スリット内に板状部材を配設するので、工作機械に把持した時のバイトに加わる圧縮力は、外径加工時であれば送り方向（図３では紙面垂直方向）で分布が均一となる。圧縮力が不均一であると、バイトの把持状態が不安定となり、結果的にバイトの振動状態に悪影響を及ぼす可能性があるが、本発明に係る切削工具ではこのような悪影響を回避できる。

本発明に係る切削工具は、他の局面では、切削時の送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるように柄部を貫通するスリットを設け、該スリット内に板状部材を嵌込み、この板状部材の上下面を柄部と接触させる。このように送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるように柄部を貫通するスリットを設けた場合にも、上記の１つの局面の場合と同様に、外径加工時の送り分力方向（端面加工時は背分力方向）に大きな摩擦力を作用させることができる。また、送り分力方向と背分力方向とで規定される面とバイト本体部の底面とが平行でない場合（バイト底面が曲面である場合も含む）にも、送り分力方向あるいは背分力方向に大きな摩擦力を作用させることができる。

上記切削工具を工作機械に設置する際に該工作機械の台座に接する部分のうち切刃部分側の端部における切削工具の長手方向に垂直な断面に達するようにスリットおよび板状部材を設けることが好ましい。

上記スリットを柄部の長手方向の端面に達するように設け、スリット全体にわたって板状部材を挿入することが好ましい。また、スリットと板状部材の厚みは、柄部の厚みの５％と１ｍｍのうちの大きい値以上であり、柄部の厚みの２０％と３ｍｍのうちの大きい値以下であることが好ましい。なお、「スリットと板状部材の厚み」とは、バイト本体部の頭部における切刃部分の装着面からバイト本体部の底面に向かう方向（たとえば図３における上下方向：台座３の固定面８に垂直な方向）の厚みをいう。また、板状部材をバイト本体部よりもヤング率の高い材料で構成することが好ましい。

本発明に係る工作機械は、上述の切削工具と、切削工具が固定される台座とを備える。そして、切削工具のバイト本体柄部のうち切刃側の一部が工作機械台座から突出するように切削工具を台座に固定し、バイト本体柄部において台座上に位置する部分から、突出部分に達するように前述のスリットおよび板状部材を設ける。

これにより、板状部材のうち工作機械台座上に位置する部分は、突出部内に位置する部分よりもバイト本体から強固に固定され、その結果、突出部内に位置する部分でバイト本体との相対運動が生じやすくなり、その際生じる摩擦力によってバイト本体部の振動を効果的に抑制できる。

本発明によれば、バイト本体部の底面（送り分力方向と背分力方向とで規定される平面）に沿う方向にスリットを設け、該スリット内に板状部材を嵌込むようにしたので、バイト本体部の強度や剛性低下を抑制しながら外径加工時の送り分力方向（端面加工時は背分力方向）に大きな摩擦力を作用させることができ、該方向におけるバイト本体部の振動を効果的に抑制することができる。したがって、剛性低下やコスト増大を最小限に抑えながら、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動において減衰性能が高く、その結果加工中の振動を効果的に抑制し、切刃の損傷を抑制してより長寿命化することが可能な切削工具および該切削工具を備えた工作機械を提供することができる。

以下、図３〜図６を用いて、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１における切削工具（バイト）と工作機械の一部とを示す側面図である。図３に示すように、本実施の形態１の切削工具は、切刃部分（チップ）２と、該切刃部分２が装着される頭部１ａと、該頭部１ａから連続して延び工作機械の台座３に固定される柄部１ｂとを有するバイト本体部１とを備える。

切刃部分２は、たとえば超硬合金などで構成され、クランプ機構あるいはろう付けなどの方法でバイト本体部１の頭部１ａに固定される。バイト本体部１は、たとえばＣｒ−Ｍｏ鋼などで構成される。このバイト本体部１の柄部１ｂにスリット４を設ける。

スリット４は、図４（ａ）に示すように、バイト本体部１の柄部１ｂを貫通するように設けられる。スリット４は、切刃部分２が装着される側の面（バイト本体部１の上面）と反対側に位置するバイト本体部１の底面に沿って延在し、柄部１ｂの両側面に開口する。該スリット４は、切削時の送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるようにバイト本体部１の柄部１ｂを貫通する。

上記のスリット４内に板状部材５を嵌込み、図４（ａ）に示すように、該板状部材５の上下面を柄部１ｂと接触させるようにする。板状部材５は、バイトを工作機械に固定した際に充分な剛性を有するものであればよく、板状部材５の材質としては、鋼材の他、極端に軟質でない金属系の材質を使用可能である。このような板状部材５をスリット４内に嵌込んでその上下面を柄部１ｂと接触させることにより、切削加工時に板状部材５とバイト本体部１との間に所望の摩擦力を発生させることができる。

また、上下面の面積の大きい板状部材５を採用することで、板状部材５とバイト本体部１との接触面積を大きくすることができ、切削加工時に板状部材５とバイト本体部１との間に大きな摩擦力を発生させることができる。したがって、加工中のバイト本体部１の振動を効果的に減衰させることができる。

図３の例のようにバイト本体部１の底面と平行な方向に板状部材５を配設した場合には、外径加工時の送り分力方向（端面加工時は背分力方向）に大きな摩擦力を作用させることが可能となるので、同方向におけるバイト本体部１の振動を効果的に抑制することができる。それにより、切刃部分２の損傷を抑制することができる。

切削加工時に板状部材５とバイト本体部１との間に、より大きな摩擦力を発生させるためには、板状部材５とバイト本体部１とを密着させることが好ましい。たとえば圧入あるいは焼嵌めなどの手法で板状部材５をスリット４に嵌合し、スリット４に対し締りばめまたは中間ばめの状態で板状部材５を挿入することにより、大きな摩擦力を発生させることができる。また、バイト本体部１を工作機械の台座３に固定する際の締付け力（バイト本体部１の上面に付与される力であって図３の上下方向に作用する力）をも利用することにより、板状部材５とバイト本体部１とをさらに強く密着させることができる。

上記のようにバイト本体部１にスリット４を設けることにより、バイト本体部１の剛性は若干低下するものと考えられる。したがって、バイト本体部１の剛性低下の程度を軽減するための工夫が必要となる。他方、板状部材５があまりに薄いと所望の摩擦力が得られない可能性がある。そこで、図３に示すスリット４および板状部材５の厚みｔ２と、バイト本体部１の柄部１ｂの厚みｔ１との関係について説明する。

スリット４と板状部材５の厚みｔ２を、あまりに大きくするとバイト本体部１の剛性低下が著しくなり得るので、バイト本体部１の柄部１ｂの厚みｔ１の２０％以下程度とする。それにより、バイト本体部１の剛性低下を小さく抑えることができ、剛性低下が要因となって生じるバイト本体部１の耐振動性の低下を抑制することができる。また、加工品の寸法精度に与える影響も小さくすることができる。

他方、スリット４と板状部材５の厚みｔ２があまりに小さいと、板状部材５自体の剛性が低下し、板状部材５とバイト本体部１との間に作用する摩擦力が小さくなってしまう。よって、スリット４と板状部材５の厚みｔ２を、バイト本体部１の柄部１ｂの厚みｔ１の５％以上程度とすることが好ましい。

ところが、たとえばバイト本体部１の柄部１ｂの厚みｔ１が１０ｍｍ前後の小型バイトの場合、加工対象が低負荷のものに限定されるため、上記の厚みｔ２を厚みｔ１の２０％より大きくしても、剛性低下の影響は小さくなる。具体的にはスリット４と板状部材５の厚みｔ２を３ｍｍ程度とした場合でも、バイト本体部１の剛性低下の影響は小さくなる。

また、上述のような小型バイトの場合、上記の厚みｔ２を厚みｔ１の５％程度とすると、板状部材５があまりに薄くなりすぎ、板状部材５に反りが発生しやすくなり、板状部材５の加工が困難となる。したがって、スリット４と板状部材５の厚みｔ２は、１ｍｍ以上程度であることが好ましい。

以上に鑑み、スリット４と板状部材５の厚みｔ２を、バイト本体部１の柄部１ｂの厚みｔ１の５％と１ｍｍのうちの大きい値以上、柄部１ｂの厚みｔ１の２０％と３ｍｍのうちの大きい値以下とすることが好ましい。

後述する実施の形態２，３の場合のように工作機械の台座３から突出するように板状部材５を設けた場合には、板状部材５が片持ち梁のような状態となるため、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動において、板状部材５の固有振動数がバイト本体部１の固有振動数よりも高くなりやすい。よって、この場合には、さらにバイト本体部１の摩擦減衰効果が得られやすくなる。

また、板状部材５をバイト本体部１よりもヤング率の高い材料で構成することが好ましい。それにより、板状部材５の固有振動数をバイト本体部１の固有振動数より高くすることができ、板状部材５とバイト本体部１の振動状態の差が大きくなり、摩擦減衰効果が得られやすくなる。

また、板状部材５をバイト本体部１よりもヤング率の高い材料で構成することにより、バイト全体としての剛性低下を抑制することができる。

図４（ｂ），（ｃ）に、バイト本体部１の柄部１ｂの断面形状の変形例を示す。図４（ｂ）に示すように、柄部１ｂの両側面に座ぐり６を設け、該座ぐり６内に開口するようにスリット４を設けてもよい。このように座ぐり６を設けることにより、スリットの深さが小さくなるため加工が容易になる。この場合、板状部材とバイト本体柄部の接触面積は減少することとなるが、バイト本体柄部を工作機械に把持する際に板状部材に働く圧縮力の大きさは図４（ａ）の場合と変わらず、バイト本体と板状部材との間に働く摩擦力による減衰についても図４（ａ）の場合と同様の効果が期待できる。

また、図４（ｃ）に示すように、接着剤や樹脂などを介して座ぐり６内にシール部品７を設置してもよい。該シール部品７は、バイト本体部１とは別部品であり、樹脂などの軟質材を介して柄部１ｂに固定されるので、図４（ｂ）の場合と同様に、工作機械へのバイト固定時に充分な圧縮力を板状部材５に働かせることができる。

（実施の形態２）
次に、図５（ａ），（ｂ）を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。図５（ａ）は、本実施の形態２における切削工具と工作機械の一部とを示す側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＶｂ−Ｖｂ線に沿う断面図である。

図５（ａ）に示すように、本実施の形態２では、バイト本体部１の柄部１ｂにおいて工作機械の台座３上に位置する部分から、該台座３から突出する突出部に達するようにスリット４および板状部材５を設けている。それ以外の構成は、実施の形態１と同様である。

上記のようにスリット４および板状部材５を配置することにより、板状部材５のうち台座３上に位置して柄部１ｂとともに工作機械に固定されている部分は強固に固定される一方で、板状部材５および柄部１ｂは台座３から突出する部分を有することとなる。したがって、板状部材５とバイト本体部１とはともに片持ち梁に似た状態となる。

切削加工中に切刃部分２にかかる切削力はバイト本体部１を介して板状部材５にも作用し、バイトだけでなく板状部材５も振動する。しかし、板状部材５の断面形状も、台座３からの突出長さ（台座３における切刃部分２側の端部からの板状部材５の突出長さ）も、バイト本体部１とは異なる。つまり、固有振動数の異なる２つの梁が接触しながら振動するような状態となる。このように両者の運動状態が大きく異なるため、板状部材５とバイト本体部１との間に相対運動が生じ、摩擦による減衰効果を発揮し易くなる。

なお、板状部材５およびバイト本体部１における柄部１ｂの台座３からの突出長さは、工作機械や作業者の設定により一定とはならないが、バイトと被削材あるいは工作機械との干渉の関係で、バイト本体柄部全体を把持することはあまりなく、たとえば最も一般的な外径旋削加工では、バイト本体柄部の切刃側をバイト柄部長手方向全長の１〜２割程度突き出す形で使用されることが多い。このため、たとえば図５のようにバイト本体部１の頭部１ａ近傍から柄部１ｂの中央部あるいはその近傍に至るように板状部材５を設置することで、ほとんどのケースで板状部材５を台座３から突出させることができるものと考えられる。

ここで、上述の切削工具を使用可能な工作機械の構成例について説明する。

工作機械は、ワークを保持するワーク保持機構と、ワークを駆動あるいは移動させるワーク駆動／移動機構と、切削工具を保持する工具保持機構と、工具保持機構を駆動あるいは移動させて切削工具を駆動あるいは移動させる工具駆動／移動機構とを備える。ワーク保持機構としては、たとえばチャックを有するワーク主軸を採用し、工具保持機構としては、たとえば工具を保持する刃物台を使用する。そして、上述のようにして該刃物台の台座にバイト本体部１を固定する。

（実施の形態３）
次に、図６（ａ），（ｂ）を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。図６（ａ）は、本実施の形態３における切削工具と工作機械の一部とを示す側面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う断面図である。

本実施の形態３では、スリット４をバイト本体部１の柄部１ｂの長手方向の端面に達するように設け、スリット４全体にわたって板状部材５を嵌込んでいる。それ以外の構成は、実施の形態２と同様である。

図６（ａ）に示す例では、バイト本体部１の柄部１ｂの長手方向のほぼ全長にわたってスリット４を設け、柄部１ｂの長手方向端面（切刃部分２が取付けられる側と反対側の端面）においてスリット４が開口している。そして、スリット４のほぼ全体にわたって板状部材５を挿入し、板状部材５の端面が、上記の柄部１ｂの長手方向端面において露出している。

上記のようにスリット４を設けることにより、バイト本体部１の柄部１ｂが実質的に上下方向に分割され、頭部１ａを介して柄部１ｂの上側部分と下側部分とが接続されることとなる。

上述の各実施の形態では、板状部材５の厚みがスリット４の厚みに対し厚すぎると板状部材５を柄部１ｂに挿入することができず、逆に板状部材５の厚みがスリット４の厚みに対し薄すぎると板状部材５の上下面と柄部１ｂとを接触させることができず、板状部材５とバイト本体部１との間に所望の摩擦力を発生させることが困難となる。このため板状部材５とスリット４の厚みに対し高い寸法精度が要求される。

これに対し、本実施の形態３では、バイトの長手方向の終端部でバイト本体部１の柄部１ｂがその厚み方向（上下方向）に複数の部分に分断されているので、スリット４や板状部材５の厚みに若干のばらつきが生じても、柄部１ｂに板状部材５を容易に挟み込むことができる。したがって、板状部材５とスリット４の厚みに対し高い寸法精度が要求されなくなり、加工コスト上有利となる。

また、バイトの長手方向の終端部でバイト本体部１の柄部１ｂがその厚み方向（上下方向）に複数の部分に分断されているので、バイトを工作機械の台座３に固定する際の締付力を効率的に板状部材５に作用させることができる。つまり、板状部材５に対し、バイトを工作機械の台座３に固定する際の圧縮力がかかりやすくなる。それに加え、バイト本体部１の柄部１ｂのほぼ全体にわたって板状部材５を延在させることができるので、板状部材５と柄部１ｂとの接触面積を増大することもできる。それにより、バイト本体部１と板状部材５との間に大きな摩擦力を発生させることができ、加工中のバイト本体部１の振動をさらに効果的に減衰させることができる。

次に、本発明の実施例について説明する。本願発明者は、下記の表１に示す従来品と発明品１〜５を作製し、それぞれの性能評価を行った。

従来品の切削工具は、図１に示す構造を有し、発明品１の切削工具は図３に示す構造を有し、発明品２の切削工具は図５に示す構造を有し、発明品３〜５の切削工具は図６に示す構造を有する。

従来品と発明品１〜５において、バイト本体部１の材質は焼入れしたＣｒ−Ｍｏ鋼である。バイト本体部１の長さは１５０ｍｍ、バイト本体部１の柄部１ｂの長さは１２０ｍｍ、柄部１ｂの幅と厚みはともに２５ｍｍである。切刃部分（チップ）２は、バイト本体部１の頭部１ａにクランプされ、コーティングを施した超硬合金製である。また、柄部１ｂのうち、切刃先端から４０ｍｍ〜１５０ｍｍ（終端）の間が、工作機械の台座３に固定される。

発明品１の切削工具では、図３に示すバイト本体部１の柄部１ｂに対して、切刃先端から５０ｍｍ〜８０ｍｍの位置に厚み３ｍｍのスリット４を設け、該スリット４に、スリット４と同等以上の厚みを有しＣｒ−Ｍｏ鋼で構成される板状部材５を圧入する。本発明品１では、柄部１ｂの底面から５ｍｍの高さの位置に板状部材５の底面が位置するように、板状部材５を柄部１ｂに取り付ける。また板状部材５は、柄部１ｂの幅方向（紙面垂直方向）全体で柄部１ｂと実質的に接触している。

発明品２の切削工具では、図５（ａ）に示すバイト本体部１の柄部１ｂに対して、切刃先端から３０ｍｍ〜６０ｍｍの位置に厚み３ｍｍのスリット４を設け、該スリット４に、スリット４と同等以上の厚みを有しＣｒ−Ｍｏ鋼で構成される板状部材５を圧入する。したがって、工作機械の台座３の切刃側端部上に位置する柄部１ｂの、バイト長手方向に垂直な方向の断面（図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面）には、図５（ｂ）に示すように板状部材５が配設されることとなる。それ以外の構成は、発明品１と同様である。

発明品３の切削工具では、図６（ａ）に示すバイト本体部１の柄部１ｂに対して、切刃先端から３０ｍｍの位置から柄部１ｂの終端（バイト終端）にかけて厚み６ｍｍのスリット４を設け、該スリット４に、スリット４と同等の厚みを有しＣｒ−Ｍｏ鋼で構成される板状部材５を挿入している。この場合も、工作機械の台座３の切刃側端部上に位置する柄部１ｂの、バイト長手方向に垂直な方向の断面（図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ断面）には、図６（ｂ）に示すように板状部材５が配設されることとなる。また、柄部１ｂのほぼ全体にスリット４を設けて挿入しているので、柄部１ｂの終端でややスリット４を広げることで比較的容易に板状部材５をスリット４に挿入することができる。さらに、バイト本体部１を工作機械に固定した際に、上下方向の圧縮力が充分に板状部材５に作用することとなる。それ以外の構成は、発明品１と同様である。

発明品４では、スリット４の長さや板状部材５の材質は発明品３と同様であるが、スリット４および板状部材５の厚みを３ｍｍとしている。すなわち、発明品３では、スリット４および板状部材５の厚み（６ｍｍ）が柄部１ｂの厚み（２５ｍｍ）の２４％となっているのに対し、本発明品４では、スリット４および板状部材５の厚み（３ｍｍ）が柄部１ｂの厚み（２５ｍｍ）の１２％となっている。

発明品５は、板状部材５の厚みも含めて発明品４と同構造であるが、板状部材５の材質を超硬合金としている。バイト本体部１を構成するＣｒ−Ｍｏ鋼のヤング率は約２００ＧＰａであるのに対し、超硬合金のヤング率は約６００ＧＰａあるので、本発明品５では、板状部材５のヤング率がバイト本体部１のヤング率よりも高くなっている。

上記の従来品および発明品１〜５に対し、評価試験として、加工中の振動測定および断続切削におけるチップの耐欠損寿命の評価を実施した。その結果を上記の表１に併記している。

振動測定は、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：１．５ｍｍの条件で乾式にてＣｒ−Ｍｏ鋼の丸棒を外径旋削加工している状態で実施した。具体的には、バイト本体部１の頭部１ａの底面に加速度ピックアップを取り付け、得られる加速度振幅の時系列データについて周波数分析を行なった。

本実施例での工具系の固有振動数は３〜７ｋＨｚであることから、周波数分析結果のうちこの周波数付近に現れるピークに着目し、各発明品でのピークにおけるパワー値を、従来品におけるピークでのパワー値により正規化した値を求めている。このパワー値は、加速度振幅の２乗に関連した数値となり、この値が大きいほどバイト本体部１の頭部１ａが激しく振動していることとなる。また、主分力方向（各バイト図面の上下方向）と送り方向（送り分力方向：各バイト図面の紙面垂直方向）の２方向の振動について評価している。

表１の結果より、各発明品の振動加速度が従来品よりも抑制されていることがわかる。特に、送り方向の振動抑制効果が高いことがわかる。また、バイト本体部１の柄部１ｂの中央部に板状部材５を配設している発明品１に比べ、切刃部分２寄りに板状部材５を配設している発明品２の方が振動抑制効果が高いことがわかる。つまり、工作機械の台座３から切刃部分２側に板状部材５を突出させることで振動抑制効果を高めることができる。

スリット４および板状部材５の厚みについては、厚み６ｍｍの発明品３と比較して厚み３ｍｍの発明品４の方が振動抑制効果が高いことがわかる。このことから、スリット４および板状部材５の厚みを大きくしすぎると、板状部材５の材質によらずバイト全体の剛性が低下し、それに伴い振動抑制効果も低下するものと考えられる。

また、板状部材５を超硬合金とした発明品５は、板状部材５を鋼とした発明品４よりもさらに優れている。このことから、板状部材５として高ヤング率材をバイト本体部１に挿入することで、バイト本体部１と板状部材５との振動状態の差が拡大して摩擦減衰を引き出し易くなるばかりでなく、バイトの剛性低下をも抑制できるなどの種々の効果が複合的に生じ、結果として優れた振動抑制効果が得られることがわかる。

次に、本発明品が切刃部分（チップ）２の損傷に与える影響に関する評価結果ついて説明する。この結果も、上記の表１に併記している。

試験条件は、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：２．０ｍｍの湿式加工であり、軸方向に溝を設けたＣｒ−Ｍｏ鋼に対し断続切削を行った。

切刃部分（チップ）２の破損は確率的に生じるとされていることから、ここでは１０回の試験での平均値により評価を行うものとする。表１には、従来品および発明品での欠損に至るまでの断続切削回数を示している。

表１に示すように、各発明品の欠損に至るまでの断続切削回数が従来品よりも多くなっており、各発明品の寿命が従来品よりも長くなっていることがわかる。特に、工作機械の台座３から切刃部分２側に板状部材５を突出させた発明品２〜５、さらにはバイト本体部１の柄部１ｂのほぼ全体にわたって厚さ３ｍｍの板状部材５を配設した発明品４，５で寿命延長効果が高いことがわかる。

実施例１においては、外径旋削加工により本発明品の効果を検証したが、本実施例２では端面旋削加工においての評価結果を示す。評価対象とした発明品は実施例１と同様である。

ここでは、被削材としてＦＣＤ４５０丸棒を用い、丸棒の端面を外径側から中心に向かって端面加工する際の振動状態を測定した。加工条件は切削速度１３０ｍ／ｍｉｎ、送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切込み０．５ｍｍ、乾式加工である。実施例１と同様に、バイト頭部底面に加速度ピックアップを取り付けて評価を行った。

端面加工では、実施例１の外径加工と異なり、バイト底面に沿う面内での曲げ振動の方向は背分力方向に該当することとなる。そこで、振動評価は主分力方向および背分力方向の２方向について実施した。

表２にその結果を示す。これから分かるように、やはり背分力方向において本発明品での振動が特に抑制されていることが分かる。挿入部材の厚みや材質による影響は実施例１と同様の傾向で、発明品４や５で特に振動抑制効果が高い。

上記は端面加工でもバイトを外径側から中心に向かって送る場合（インフィード加工：図７（ｂ））であったが、バイトを中心方向から外径方向に送る引き上げ加工（図７（ｃ））においても同様の効果が得られている。また、被削材回転軸に対して斜め方向に工具送り運動を与えるケース（倣い加工など）においては、外径加工、端面加工を合成したような形態となるため、本発明品では送り分力方向、背分力方向いずれにおいても振動が抑制されることを確認している。

次に端面加工での切刃損傷に対する影響について示す。この結果も表２に示している。加工条件は切削速度１３０ｍ／ｍｉｎ、送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切込み０．５ｍｍ、湿式加工であり、被削材としてＦＣＤ４５０を用いた。鋳鉄の加工では振動が生じやすく、微小な損傷の積み重ねにより工具摩耗が加速されやすい。そこで、ここでは平均逃げ面摩耗幅ＶＢが０．２５ｍｍに達するまでの時間を工具寿命として、工具寿命の大小により各バイトの評価を行った。

表２に示したように、工具寿命に関しても振動抑制効果と同様の傾向を示しており、本発明品、中でもバイト本体部柄部のほぼ全体にわたって厚さ３ｍｍの板状部材を配設した発明品４，５で寿命延長効果が高いことが分かる。

以上のように、本発明品では、バイト全体の振動抑制機能、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動について振動抑制機能が高められ、切刃部分（チップ）の損傷を効果的に抑制することができる。

上述のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上記の各実施の形態および実施例の特徴的構成を適宜組み合わせることも当初から予定されている。

また、本発明は上記の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

本発明は、切削工具および工作機械に有効に適用される。

（ａ）は、従来の切削工具と工作機械の一部とを示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は外径旋削加工における主分力方向と送り分力方向とを示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、外径旋削加工における主分力方向と送り分力方向の振動加速度をそれぞれ示す図である。 本発明の実施の形態１における切削工具と工作機械の一部とを示す側面図である。 （ａ）は、図３におけるＩＶａ−ＩＶａ線に沿う断面図であり、（ｂ），（ｃ）は、バイト本体部の断面構造の他の例を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態２における切削工具と工作機械の一部とを示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＶｂ−Ｖｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態３における切削工具と工作機械の一部とを示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ外径加工、端面インフィード加工、端面引き上げ加工における、切削力の方向を示す図である。

符号の説明

１ バイト本体部、１ａ 頭部、１ｂ 柄部、２ 切刃部分、３ 台座、４ スリット、５ 板状部材、６ 座ぐり、７ シール部品、８ 固定面。

Claims (7)

1. 切刃部分と、
   前記切刃部分が装着される頭部と、該頭部から連続して延び工作機械の台座に固定される柄部とを有するバイト本体部とを備え、
   前記頭部における前記切刃部分の装着面と対向する位置関係にある前記バイト本体部の底面に沿って延び、前記バイト本体部の両側面に開口するように前記柄部を貫通するスリットを設け、
   前記スリット内に板状部材を嵌込み、該板状部材の上下面を前記柄部と接触させた、切削工具。
2. 切刃部分と、
   前記切刃部分が装着される頭部と、該頭部から連続して延び工作機械の台座に固定される柄部とを有するバイト本体部とを備え、
   切削時の送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるように前記柄部を貫通するスリットを設け、
   前記スリット内に板状部材を嵌込み、該板状部材の上下面を前記柄部と接触させた、切削工具。
3. 前記切削工具を工作機械に設置する際に該工作機械の台座に接する部分のうち前記切刃部分側の端部における前記切削工具の長手方向に垂直な断面に達するように前記スリットおよび前記板状部材を設けた、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
4. 前記スリットを前記柄部の長手方向の端面に達するように設け、該スリット全体にわたって前記板状部材を挿入した、請求項１から請求項３のいずれかに記載の切削工具。
5. 前記スリットと前記板状部材の厚みは、前記柄部の厚みの５％と１ｍｍのうちの大きい値以上であり、前記柄部の厚みの２０％と３ｍｍのうちの大きい値以下である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の切削工具。
6. 前記板状部材を前記バイト本体部よりもヤング率の高い材料で構成した、請求項１から請求項５のいずれかに記載の切削工具。
7. 請求項３から請求項６のいずれかに記載の切削工具と、
   前記切削工具が固定される台座とを備え、
   前記切削工具の柄部のうち切刃側の一部が前記台座から突出するように前記切削工具を前記台座に固定し、
   前記柄部において前記台座上に位置する部分から、前記台座からの突出部に達するように前記スリットおよび前記板状部材を設けた、工作機械。

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