JP2006305674A - ダンパーを備えた工具及びそれを用いた切削加工方法及び流体機械の羽根車もしくは案内羽根の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダンパーの減衰特性を最適化するための設計の自由度を向上し、なおかつ様々な本体動剛性に対して最適なダンパーの製造を容易にすることが可能なダンパー構造、及び製造方法を提供する。
【解決手段】錘の両端にリング状の弾性体がそれぞれ複数個配置されており、弾性体を介して本体に接続されていることによって、錘は本体に対して相対運動することが可能になっている。複数個の弾性体はリング状のスペーサを介して配置されており、そのスペーサは錘に対してその軸方向に移動可能になっている。スペーサの外周面、弾性体、本体中空部の内面で囲まれた領域に粘性流体を封入することによって、錘の本体に対する相対運動を減衰することが可能になっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダンパーを備えた工具及びそれを用いた切削加工方法に係り、特に、工作機械によって切削加工を行う際のびびり振動を抑制するために切削工具の内部やワークに取付ける長尺工具及びそれを用いた切削加工方法に関するものである。

旋盤加工における内径ボーリング加工や、マシニングセンタによる中繰り加工、エンドミルやフライス加工による狭隘部、深穴部の加工では工具寸法に対して突出し量の大きい長尺工具を用い、その先端にボーリングバイトやフライス工具等を取付けて加工を行う必要がある。そのため切削工具のホルダが長くなるほど、ホルダ先端での剛性は低下し、びびり振動が発生しやすく、表面粗さや寸法精度の悪化、工具の破損等の悪影響を及ぼす。

このような長尺工具を用いた加工においてびびり振動を抑制する手段として、従来より種々の方法が提案されている。例えば、工具ホルダの外周部に超硬合金等のヤング率の高い材質を溶射することによって工具ホルダの剛性を向上する方法が提案されている。また、内部、および外周部に設けた溝に超硬合金等の部材を挿入することによって工具ホルダの剛性を向上する方法も提案されている。

一方、錘を弾性体で支持し、粘性流体で錘の振動を減衰させるダンパーにより、工具の振動を減衰する方法も知られている。例えば、特許文献１には、錘を弾性支持する機構として棒状の部材を利用する方法が提案されている。さらに、特許文献２には、円筒状の錘の外周面と、本体中空部の内面で囲まれた領域に粘性流体を封入する方式が提案されている。特許文献２の例は、工具ホルダの中空部にリング状の弾性体と錘を配置することによって、工具ホルダの振動をキャンセルするものである。

また、特許文献３には、錘の中空部にクーラントパイプを貫通させ、その隙間に粘性流体を封入する方式が提案されている。すなわち、特許文献３には、円筒状の錘の中心軸付近に設けられた貫通穴にパイプが設置してあり、錘はリング状の弾性体を介してパイプに接続されていることによって本体に対して弾性支持され、パイプ外周面と錘の貫通穴の内面で囲まれた領域に粘性流体が封入される構造が開示されている。

特開平０６−３１５０７号公報 特開昭５９−１１０号公報 特表平０６−５０５３２２号公報

従来から提案されているびびり振動を抑制するための工具のうち、工具本体に超硬合金等のヤング率の高い材質を付加する方法は、いずれも工具先端におけるばね定数、すなわち工具先端を単位長さ変位させるのに必要な荷重を大きくする方法である。これらの方法では超硬合金等の材質を付加するための溝や穴を高精度に行う必要が生じる等、製造コストの増大を招く場合もある。またばね定数の向上によって固有振動数を変化させることは可能であるが、接合部の摩擦による減衰はあまり大きくなく、所望の防振効果が得られるとは限らない。

一方、弾性支持された錘等のダンパーを工具ホルダに付加する方法は、慣性の大きい錘から工具ホルダの振動振幅に比例した反力を与えることによってダイナミックダンパーを構成し、振動を減衰するものである。これらの方法では工具本体が固有振動モードを持っているが、ダイナミックダンパーによってその固有振動モードを打ち消し、振動振幅を小さくする。この方法では比較的高い減衰比を得ることができ、びびり振動に対する安定性を向上するためには、最も適した方法と考えられる。

中繰り工具や、回転工具などにおいては、工具本体が円筒状をしている必要があり、本体に円筒状の中空部を設けてその内部にほぼ円筒状の錘を内蔵させる。錘はリング状の弾性体を介して本体に接続され、弾性支持されていることにより、本体に対して相対運動することが可能になっている。また錘と本体または支持機構の間に粘性流体を封入しておくことによって、錘が本体に対して相対運動する際に、その運動速度に比例した抵抗を受け、振動を減衰する。

特許文献２の例では、円筒状の粘性流体中で円筒状の物体が運動する際の粘性抵抗は、流体層の長さ、及びその半径が大きいほど大きい。また隙間、すなわち流体層の厚さが小さいほど粘性抵抗は大きい。

ダイナミックダンパーでは、錘の運動に対する粘性抵抗の最適値が存在し、粘性抵抗が大きすぎても小さすぎてもダンパーとしての機能は得られない。錘を支持するばね定数も同様である。そのためこの方式では、粘性流体として通常のシリコーンオイルなどを使用した場合、粘性抵抗が大きすぎる場合が多く、隙間を大きくせざるを得ない場合が多い。その結果、ダンパーの内径を一定とした場合、内蔵する錘の体積を小さくすることになり、ダンパーとしての性能が低下することになる。本体の振動特性、すなわちばね定数や固有振動数等によって錘の粘性抵抗や錘を支持するばね定数等の最適値が大きく異なるが、ダンパーを工具に内蔵する場合において、本体の長さや先端に取付ける切削工具の質量等が変化すると、それらの最適値も変化する。この方式においては、ねじを用いて弾性体を圧縮することによってばね定数を調整する手段が示されている。しかし、粘性抵抗を調整するには錘の外径を変化させる等の方法が必要となる。ダンパーを色々な状態に対応させるためには封入する油の粘度を変化するか、外径寸法の異なる錘を予め多数容易しておく等の必要がある。そのため、この方式は、工具の生産形態として、種々の用途の工具を製作する多品種少量生産の分野には、適さない。

一方、特許文献３の方式においては、錘の粘性抵抗を調整するには封入する粘性流体の粘度を変化するか、錘の貫通穴の内径を変化する等の必要がある。錘の質量は大きいほどダンパーとしての性能は向上するので、錘の材質は比重の高い材料を用いるほど良い。しかしタングステン等を使用した材料は一般に高価であり、ダンパーを量産するような場合において、内径寸法の異なる錘を多数製作するのは合理的でない。また、専用のダンパーを１個製作する場合においても、粘性抵抗の調整のために内径寸法の異なる錘を多数用意したり、追加工する等の必要がある。そのため、この方式も、工具の生産形態として、種々の用途の工具を製作する多品種少量生産の分野には、適さない。

また長尺工具等、ダイナミックダンパーを内蔵する本体が長く、質量が大きい場合には、内蔵する錘の質量も大きい方が本体の振動を減衰しやすい。しかし錘の質量が大きいと、本体に対する錘の相対運動の固有振動数が低下するので、質量に応じて弾性体のばね定数を高くする必要がある。ばね定数を変更するには弾性体を圧縮するなどの方法が可能であるが、その変化の量はさほど大きくなく、リング状の弾性体の断面を小さくする等の必要もある。しかし、弾性体の断面を小さくすると圧縮代も小さくなるので、錘の固有振動数を調整できる余地が減少してしまう。

以上のように、従来例による、錘を弾性体で支持し粘性流体で錘の振動を減衰させる構造のダンパーにおいては、錘の運動に対する粘性抵抗を最適化するために、粘性流体層の厚みを容易に変更できる構造の必要がある。また、ダンパーを内蔵する工具本体が長尺工具である等、質量の大きい錘を内蔵する必要がある場合には弾性体の断面を小さくして、ばね定数を高くする必要もある。

本発明の目的は、工具に内蔵されるダンパーであって、減衰特性を最適化するための設計の自由度を向上させ、多品種少量生産の分野にも容易に適合できるダンパーの構造及びそれを用いた製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、様々な工具本体の動剛性に対して最適のダンパーを製造することが容易なダンパーの構造及びそれを用いた製造方法を提供することにある。

本発明による解決手段の１つを挙げると、次のような構成である。
本体内に軸方向に伸びる中空部が設けられ、該中空部にほぼ円筒状の錘が前記本体に対して相対移動可動に内蔵されたダンパーであって、前記錘の前記軸方向の両端部に、密閉された環状空間が形成されており、該環状空間に粘性流体が封入されていることを特徴とするダンパーを備えた工具。

本発明によれば、ダンパーの一部として密閉された環状空間が形成されており、該環状空間に粘性流体が封入されている。そのため、粘性流体層の厚みを変化させ、錘の本体に対する相対運動の減衰特性を詳細に調整することが可能となっている。そのため、種々のサイズや形状の工具に対するダンパーの設計自由度が向上する。また、工具本体の動剛性に対して最適なダンパーを製造することが容易になる。これにより、工作機械の主軸剛性などが異なる状況においても、適切なダンパーを容易に設計、製造することができ、びびり振動の発生を抑制することが容易になる。また、多品種少量生産の分野にも容易に適合できる。

まず、本発明の実施の形態になるダンパーを備えた工具について概要を述べる。

本発明の実施の形態によれば、本体内に軸方向に伸びる中空部が設けられ、該中空部にほぼ円筒状の錘が前記本体に対して相対移動可動に内蔵されたダンパーを備えた工具であって、前記錘の前記軸方向の両端部に、密閉された環状空間が形成されており、該環状空間に粘性流体が封入されている。本発明の実施の形態のダンパーを備えた工具して、より具体的には、リング状の弾性体をそれぞれ複数個取り付け、錘の外周面、本体の内面、及び複数個の弾性体で囲まれた領域に粘性流体を封入している。また、複数個の弾性体の間は、錘の軸方向に相対移動可能なスペーサが設置されている。本発明の実施の形態になるダンパーによれば、ばね定数の低いリング状弾性体を用いても、複数個の弾性体で錘の重量を支持しているので、必要なばね定数を得ることができる。そのため、大きな断面積を持つリング状弾性体を使用しても、ばね定数を高く設定することができ、なおかつ圧縮によるばね定数の調整代も大きい。また錘の運動に対する粘性抵抗はスペーサの外径によって粘性流体層の厚みを変更することが可能であるが、従来の方式とは異なり、外径の異なるスペーサを用意しておくだけで調整が可能であるので、ダンパー製造に関わるコストの低減が可能となっている。

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の一例として、長尺工具の内部にダンパーを内蔵した状態を示したものである。チップ１を取付けたカッタ２を、鉄鋼材製のキャップ３に搭載することが可能になっている。キャップ３は、鉄鋼材製の工具本体４の先端に取付けられている。工具本体４の軸方向に伸びる中空部４０が、キャップ３及び工具本体４の内部に形成されている。この中空部４０には、ロッド５に保持された錘１１が配置されている。ロッド５の両端は、ねじになっており、一端はキャップ３に取付けられ、もう一端はストッパ６を貫通してナット７に接続されている。

錘１１の両端には、対をなすリング状の弾性体３１、３２及び３３、３４が取付けられている。弾性体３１、３２は工具本体と同じ鋼材からなるスペーサ２２によって隔てられており、キャップ３及び工具本体４の内部に内蔵されている。同様に弾性体３３、３４はスペーサ２３によって隔てられており、ストッパ６に内蔵されている。

すなわち、キャップ３及び工具本体４の中空部４０で、かつ、ロッド５の外側であって、錘１１の左径小部１１Ａの外周との間に形成される環状の隙間に、スペーサ２２を介して一対のリング状の弾性体３１、３２が取付けられている。また、工具本体４の中空部内のストッパ６の内側でかつ、ロッド５の外側であって、錘１１の右径小部１１Ｂの外周との間に形成される環状の隙間に、スペーサ２３を介して一対のリング状の弾性体３３、３４が取付けられている。弾性体３１〜３４は、ナット７が最も後退した初期状態であっても、その内側端部、外側端部、あるいは左右の端部がキャップ３や錘１１の表面と接触するように、スペーサ２３によって押圧されている。これによって、錘１１の両端部に密閉された環状空間４１Ａ、４１Ｂが形成されている。キャップ３及び工具本体４の中空部４０は、円筒状もしくは実質的に円筒状（ほぼ円筒状）である。同様に、錘１１の外形も、円筒状もしくは実質的に円筒状（ほぼ円筒状）である。

図２は、錘１１の一端の構造を詳細に説明した図である。環状空間４１Ａは、キャップ３の中空部内面、スペーサ２２の外周面、弾性体３１及び３２で囲まれた領域であり、この環状空間４１Ａに粘性流体４２が封入されている。粘性流体４２は環状空間４１Ａ内で自由に移動することが可能になっている。粘性流体４２は、例えば、シリコーンオイルである。なお、ストッパ６の内側に形成される環状空間４１Ｂも、環状空間４１Ａと同様な構成になっている。

また、工具本体４の中空部でかつ錘１１の外周側の空間や、工具本体４の中空部でかつナット７の右側の空間及び、錘１１の中空部内側とロッド５との間の空間（全体を空間４０として表示）には、通常、工具本体４本体交換時に取り込まれた大気圧の空気が存在している。

弾性体３１〜３４はスペーサ２２、２３によって隔てられている。錘１１及びストッパ６は、いずれもロッド５に対してその軸方向に自由に動き得る。また、スペーサ２２及び２３及び弾性体３１〜３４は、錘１１の左右の径小部に対してその軸方向に自由に動き得る。したがって、ナット７を締めこむと、弾性体３１〜３４が均一に圧縮されて、ストッパ６がキャップ３側、すなわち工具先端側へ移動する。この際、剛性を有するスペーサ２２及び２３は錘１１の軸方向に移動可能であるため、ナット７を締めこむと全ての弾性体３１〜３４を均一に圧縮する。すなわち、複数個の弾性体に同じ張力が作用する構成となっており、１個のナットのみで、各環状空間４１Ａ、４１Ｂの幅Ｗを均一に圧縮することが可能となっている。逆に、ナット７を緩めると、すべての弾性体３１〜３４が均一に膨張する。

工具本体４に対して、錘１１とスペーサ２２及び２３は一体となって（軸方向及び半径方向に）相対運動できるように、ロッド５を介して保持されている。ダイナミックダンパーは、錘の質量が大きい程高い減衰性能を得ることが可能である。そのため、スペーサ２２及び２３は錘と同じ高密度材料、例えばタングステン合金などを用いている。

本実施例によれば、スペーサが錘に対して可動であることによって、すべての弾性体に作用している張力を均一にでき、なおかつスペーサの外径を変更することによって粘性流体層の厚みを変化させられるので、錘の減衰特性が調整可能になっており、本体の振動特性に対して最適なダンパーを設計する自由度を広げ、製造する際の調整が容易になっている。以下、この点に関して、説明を補足する。

図３、図４は、図２におけるＡ−Ａ‘断面を示した図であり、スペーサ２２とキャップ３の間の環状空間４１Ａに粘性流体４２が封入されている。図２に示したように、錘１１は本体４に対して弾性体３１、３２、３３、及び３４を介して、相対運動可能な状態で支持されているので、錘１１及びスペーサ２２がキャップ３に対して軸方向に相対移動すると、図４に示したように粘性流体４２はその反対方向に移動する。その際に、スペーサ２２はその円周方向の移動速度に比例した抵抗力を粘性流体から受ける。この作用によって、スペーサ２２とキャップ３の相対運動が減衰され、その結果として工具本体の振動が抑制されるのである。

粘性抵抗力Ｆと、錘１１及びスペーサ２２の移動速度Ｖの間には、
Ｆ＝ｃＶ ・・・（１）
の関係があり、ｃは粘性係数である。ダイナミックダンパーにおいては、本体と錘の質量比、固有振動数に応じて、本体の減衰特性が最適となる粘性係数ｃが存在する。この粘性係数ｃは、粘性流体の粘度、スペーサ２２とキャップ３の隙間寸法、及び弾性体３１及び３２の間隔によって決定される。しかし精度良く最適な粘性係数ｃを設計することは困難であり、通常は粘性流体の粘度や隙間寸法を変更するなどの方法によって調整する必要がある。

従来は、この隙間寸法を変更するためには、錘か工具本体を追加工する等の必要があった。しかし、前記した通り、長尺工具では本体の追加工は困難を要し、また錘は重金属等を用いるため、材料が高価であり、寸法変更による詳細な調整は困難であった。

本発明によれば、複数のリング状の弾性体の間に、錘とは別部材のスペーサがはめ込まれており、スペーサの外径寸法を選択することによって粘性流体の層の厚みを変更することが可能となっている。したがって、隙間寸法を決定するスペーサ２２について、例えば、（内径寸法は一定のままで）、その外径寸法や長さを変化させたものを予め複数個用意しておき、その組合せによってスペーサ２２とキャップ３の隙間寸法を変更することが可能である。これによって、錘の振動の減衰特性を調整することができる。そのため、追加工等によらず安価に、ダンパーの減衰特性の調整を行うことが可能になる。弾性体３１〜３４ついても、その外径寸法や材質の異なるものを複数個用意しておき、スペーサ２２のサイズとの関係等、要求される特性に応じて、使い分けるようにしても良い。例えば、リング状の弾性体の断面として、眞円ではなく、楕円形状のものを用いることも考えられる。

また、図１で示した実施例では、工具本体４に対して錘１１を、左右夫々一対の弾性体を介して保持したが、本発明は、この組合わせに限定されるものではない。種々の特性に適合させるために、錘１１の左右に夫々複数の環状空間を形成し、各々の環状空間に特性の同一あるいは異なる粘性流体を満たすように構成しても良い。例えば、錘１１の左右に夫々、スペーサを２個、弾性体を３個用いて、隣接する２つの環状空間を形成し、全体として４つのこれら環状空間を利用して、所望の粘性係数ｃを調整するようにしても良い。この場合、各スペーサの径、弾性体のサイズ、環状空間内の粘性流体の粘度等に同一あるいは異なるものを組合わせて、所望の特性を得るようにすることができる。

ダイナミックダンパーを内蔵した工具を設計する際には、工具本体のばね定数、モード質量に応じて錘質量、粘性係数を概略設計する。従来の技術では、粘性流体が封入された領域の長さが、錘の長さとほぼ同等であったので、この粘性係数の概略設計においては粘性流体層の厚さのみが設計パラメータであった。

本発明によれば、粘性流体４２の層の長さは、対をなす複数個の弾性体の位置関係で決定される。粘性流体層の厚さと長さをそれぞれ任意に設計することができるので、粘性係数ｃの高精度な設定が容易となり、広範囲の要求に対して対応可能であり、ダンパー及び長尺工具の設計の自由度を向上することが可能となる。

図５は、本発明のダンパーを内蔵した長尺工具の本体４の先端にカッタ２及びチップ１を搭載して、ワーク５０を切削加工する模様を示している。長尺工具のもう一端には工作機械の主軸に取付けるためのテーパ７１が設けられている。この状態では工具の突出し長さが長いため、工具２の先端におけるばね定数が極めて小さくなる。

図６Ａはダンパーを内蔵しない状態と、ダンパーを内蔵した状態における先端の周波数応答を示したものである。この図からわかるように、本発明によるダンパーを内蔵したことによって、固有振動数における振動振幅が減衰されている。この作用によって、長尺工具が受ける切削力による振動を減衰し、びびり振動を抑制することが可能になったのである。

また、工具本体４の長さをＬとしたとき、先端の周波数応答の特性は、図６Ｂに示すように、長さＬが長くなるほど図の左上側に移行する。すなわち、先端の周波数応答の特性は、工具本体４の長さＬが長くなるほど最大振幅は大きくなるが、ダンパーを内蔵しない状態では、ダンパーを内蔵した状態に比べてその振幅の変化の度合いがかなり大きい。よって、本発明によれば、かなり長い長尺工具であっても、固有振動数における振動振幅が減衰され、長尺工具が受ける切削力による振動を減衰できる。

また、本発明の技術によれば、多様な長さ、直径の長尺工具の設計を高い自由度で行うことができ、さらにその長さ、直径に応じてダンパーの減衰特性を詳細に最適調整することが可能になったのである。

このような本発明の特徴を生かすことで、例えば、長尺工具による羽根車や案内羽根の切削加工が可能になる。以下、この点に関して、説明する。

一般に、回転運動を流体の軸方向の移動に変換する羽根車や案内羽根は材料コストの抑制のため、従来は鋳造もしくは羽根部分を軸に溶接することによって製造されていた。しかし、例えばポンプ等の性能を向上するためには、羽根の形状精度を高くする必要があるが、従来の鋳造や溶接による方法では羽根の形状精度を向上することが困難である。さらに羽根の根元部には大きな力が作用し、性能向上のために一体のバルク材料から羽根車を削り出すことが望ましい。しかし、削り出しでは加工時間が増大し、また材料コストも大きいので、製造コストが増大する。さらに流体の流路をすべて削り出すには長尺工具を用いる必要があるが、びびり振動の発生によって工具の破損や表面粗さの悪化が生じるために、加工能率を向上することができないため、削り出しによる羽根車や案内羽根の製造は極めて困難であった。

本発明の技術によれば、予め、多様な長さ、直径の工具を用意し、羽根車の製造プロセスに応じて、これらを使い分けることで、形状精度の高い羽根車や案内羽根を製造することができる。

図７（図７Ａ〜図７Ｅ）は、このような羽根車の製造プロセスの一例を示す図である。最初の工程では、図７Ａに示すように、円柱形のバルク材料８０の右端面から、ダンパーを内蔵していない短尺工具の本体４Ａの先端に装着されたカッタ２による切削加工を開始し、羽根のボス部を形成する。このとき、加工部に切削液を供給して切粉を流出させながら切削を行う。次に、図７Ｂに示すように、ダンパーを内蔵していないやや長めの短尺工具の先端に装着されたカッタ２で、羽根８１のボス部や案内羽根内面を流体の流路に沿った螺旋形状に切削加工する。次に、図７Ｃに示すように、本発明のダンパーを内蔵している長尺工具の本体４Ｃの先端に装着されたカッタ２で羽根８１のボス部や案内羽根内面を流体の流路に沿った螺旋形状に切削加工する。同様にして、図７Ｄや図７Ｅに示すように、長尺工具をより長い本体４Ｄあるいは４Ｅに交換して、ボス部や案内羽根内面の底部を切削加工する。また、ボス部や案内羽根の外面は、他の工具で別途加工する。このようにして、図７Ｅに示すように、バルク材料８０から切削加工により羽根車を製造することができる。

一例として、図７Ａに示したステンレス鋼からなるバルク材料８０の半径が５００ｍｍ〜９００ｍｍの場合、ボス部や案内羽根内面の底部までの加工深さが３００ｍｍ〜９００ｍｍのとき、短尺工具として長さＬ＝３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍのものを（１００ｍｍ単位ごとに）用意し、本発明のダンパーを内蔵している長尺工具としてＬ＝６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍのものを（１００ｍｍ単位ごとに）各々用意し、製造プロセスの進捗状況に応じてこれらを順次使い分けることにより、形状精度の高い羽根車や案内羽根を製造することができる。なお、この時、カッタ２としては、例えば、直径（＝本体の外径）が３２ｍｍ〜１００ｍｍのものを用いる。

なお、短尺工具と長尺工具の使い分けの目安として、工具の長さＬが３００ｍｍ〜５００ｍｍ程度の範囲は短尺工具、長さＬが６００ｍｍ〜９００ｍｍ程度の範囲は長尺工具とするのが望ましい。

本発明によれば、羽根車の製造プロセスに応じて、多様な長さの工具を使い分け、その長さ、直径に応じてダンパーの減衰特性を詳細に最適調整することができるので、羽根車や案内羽根の削り出し切削加工を高能率に行うことが可能となる。

図８は、本発明の実施の形態の別の例を示したものである。スペーサ２２はキャップ３及び本体４の側に設置されている。錘１１の両端にはねじ穴が設置されており、これらのねじ穴にそれぞれボルト５１が螺合されている。この実施例では、キャップ３及び工具本体４の中空部で、かつ、錘１１の左径小部１１Ａの外周との間に形成される環状の隙間に、スペーサ２２を介して一対のリング状の弾性体３１、３２が取付けられている。また、工具本体４の中空部内のストッパ６の内側で、かつ、錘１１の右径小部１１Ｂの外周との間に形成される環状の隙間に、スペーサ２３を介して一対のリング状の弾性体３３、３４が取付けられている。スペーサ２２、２３は工具本体４と同様に鋼を材料とする。これによって、スペーサ２２あるいはスペーサ２３の内側に、密閉された環状空間４１Ａ、４１Ｂを形成している。各環状空間４１Ａ、４１Ｂには、シリコーンオイルなどの粘性流体４２が封入されている。

この実施例でも、ボルト５１を締め込むと、対をなす弾性体３１、３２、３３、及び３４、換言すると環状空間６１Ａ、６１Ｂ、が均一に変形することによって、ばね定数を変化させ、粘性係数ｃを調節することが可能になっている。

すなわち、図１に示した構造と同様に、設計にあたっては各環状空間６１Ａ、６１Ｂ内の弾性流体６２の層の厚さと長さによって減衰特性を概略設計することが可能になっている。さらに、スペーサ２２は本体と同様に鋼を材料としているので、その内径を変化させたものを安価に製造できるので、減衰特性の詳細な調整が可能である。

図９は、図８を詳細に説明したものである。ボルト５１を回転して錘１１に締め込むので、弾性体３１とボルト５１の座面の間にはワッシャ５２が設置されている。本実施例によれば、スペーサが錘に対して可動であることによって、すべての弾性体に作用している張力を均一にでき、なおかつスペーサの内径を変更することによって粘性流体層の厚みを変化させられるので、錘の減衰特性が調整可能になっており、本体の振動特性に対して最適なダンパーを設計する自由度を広げ、製造する際の調整が容易になっている。

このように、本発明によれば、錘の両端にそれぞれ対をなすリング状の弾性体を配置し、リング間のスペーサの外径もしくは内径を変更することによって、粘性流体層の厚みを変化させ、錘の本体に対する相対運動の減衰特性を調整できるようにしている。これによって、工作機械の主軸剛性などが異なる状況においても、適切なダンパーを容易に設計、製造することができ、びびり振動の発生を抑制することが容易になる。

本発明の一実施形態になる長尺工具の内部にダンパーを内蔵した状態を示した図である。 図１の要部拡大図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す図である。 本発明の実施の形態における、粘性流体の作用を説明する図である。 本発明の実施形態において深彫加工を行う状況を説明する図である。 ダンパーを内蔵しない状態と、本発明の実施例に基くダンパーを内蔵した状態における先端の周波数応答の差を示した図である。 工具本体の長さと長尺工具の振動特性の関係を示す図である。 本発明の実施の形態になる羽根車の製造プロセスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態になる羽根車の製造プロセスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態になる羽根車の製造プロセスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態になる羽根車の製造プロセスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態になる羽根車の製造プロセスの一例を示す図である。 本発明の他の実施形態になる長尺工具の内部にダンパーを内蔵した状態を示した図である。 図８の要部拡大図である。

符号の説明

１…チップ、２…カッタ、３…キャップ、４…工具本体、５…ロッド、６…ストッパ、７…ナット、１１…錘、２２〜２４…スペーサ、３１〜３４…弾性体、４０…空間、４１Ａ…環状空間、４１Ｂ…環状空間、４２…粘性流体、５０…ワーク、５１…ボルト、５２…ワッシャ、６１Ａ…環状空間、６１Ｂ…環状空間、６２…粘性流体、７１…テーパ、８０…バルク材料、８１…羽根車。

Claims (10)

1. 本体内に軸方向に伸びる中空部が設けられ、該中空部にほぼ円筒状の錘が前記本体に対して相対移動可動に内蔵されたダンパーを備えた工具であって、
   前記錘の前記軸方向の両端部に、密閉された環状空間が形成されており、該環状空間に粘性流体が封入されていることを特徴とするダンパーを備えた工具。
2. 請求項１において、
   前記密閉された環状空間は、前記錘の両端部に配置され各々対をなすリング状の弾性体と、該リング状の弾性体間に配置された剛性を有するリング状のスペーサと、前記本体中空部の内面で囲まれた領域によって構成されており、
   前記スペーサを前記軸方向に移動させる手段を備えたことを特徴とするダンパーを備えた工具。
3. 請求項１において、
   前記密閉された環状空間は、前記錘の両端部に配置され各々対をなすリング状の弾性体と、該リング状の弾性体間に配置された剛性を有するリング状のスペーサと、前記錘の外面で囲まれた領域によって構成されており、
   前記スペーサを前記軸方向に移動させる手段を備えたことを特徴とするダンパーを備えた工具。
4. 本体内に軸方向に伸びる中空部が設けられ、該中空部にほぼ円筒状の錘が可動に内蔵されたダンパーを備えた工具であって、
   前記錘の両端部に配置され各々対をなすリング状の弾性体と、
   剛性を有し前記錘に対して前記軸方向に移動可能な状態で前記リング状の弾性体間に嵌め込まれたスペーサと、
   前記スペーサを前記軸方向に移動させる手段とを備えたことを特徴とするダンパーを備えた工具。
5. 請求項４において、
   前記対をなす前記弾性体、前記スペーサの表面、及び前記本体の中空部で囲まれた領域に封入された粘性流体を有することを特徴とするダンパーを備えた工具。
6. 請求項１、２、３または５のいずれかにおいて、
   前記本体の減衰特性を、前記粘性流体の層の厚みもしくは前記粘性流体の粘度を変えることにより変更可能に構成したことを特徴とするダンパーを備えた工具。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のダンパーを備えた切削用長尺工具。
8. 本体内に軸方向に伸びる中空部が設けられ、該中空部にほぼ円筒状の錘が可動に内蔵されたダンパーを備えた工具の製造方法であって、
   前記ダンパーは、前記錘の両端部に配置され各々対をなすリング状の弾性体と、前記錘とは別の部材からなり剛性を有するとともに前記錘に対して前記軸方向に移動可能な状態で前記リング状の弾性体間に嵌め込まれたスペーサと、前記弾性体、前記スペーサの表面及び前記本体の中空部で囲まれた環状空間に封入された粘性流体を備えており、
   予め用意された径の異なる複数個のスペーサの１つを選択し、
   前記選択されたスペーサを用いて前記粘性流体の層の厚みを決定することにより、前記本体の減衰特性を設定することを特徴とするダンパーを備えた工具の製造方法。
9. 長尺切削工具含む複数の切削工具を用いて羽根車もしくは案内羽根を切削加工する流体機械の羽根車もしくは案内羽根の製造方法であって、
   前記各長尺切削工具は、本体内に軸方向に伸びる中空部が設けられ、該中空部にほぼ円筒状の錘が前記本体に対して相対移動可動に内蔵されたダンパーを有しており、
   長さの異なる複数の長尺切削工具を用意し、
   バルク材料を短尺の切削工切削工具で切削加工した後、
   切削加工の進展に応じて、前記各長尺切削工具を短いものから長いものに順次交換して、前記羽根車もしくは案内羽根を流体の流路に沿った螺旋形状に切削加工する、ことを特徴とする流体機械の羽根車もしくは案内羽根の製造方法。
10. 羽根車もしくは案内羽根を組み込んだ流体機械であって、前記羽根車もしくは案内羽根が、錘の両端部に密閉された環状空間が形成されこの環状空間に粘性流体が封入されたダンパーを有する長尺切削工具含む複数の切削工具を用いて、バルク材料から流体の流路に沿った螺旋形状に切削加工されたものであることを特徴とする流体機械。
    

Images