特許 7496970 加工工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-31

(45)【発行日】2024-06-10

(54)【発明の名称】加工工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/00 20060101AFI20240603BHJP

   B23B 29/02 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

B23B27/00 C

B23B29/02 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020172973

(22)【出願日】2020-10-14

(65)【公開番号】P2022064382

(43)【公開日】2022-04-26

【審査請求日】2023-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】591040236

【氏名又は名称】石川県

(73)【特許権者】

【識別番号】591014835

【氏名又は名称】高松機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092727

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 忠昭

(74)【代理人】

【識別番号】100146891

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 ひろ美

(72)【発明者】

【氏名】宮川 広康

(72)【発明者】

【氏名】高野 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】廣崎 憲一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 勇太

(72)【発明者】

【氏名】二輪 聡

【審査官】中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４７３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０８４６８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２２－０１２１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３１３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２００３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２２１３０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ２７／００－２９／３４

Ｂ２３Ｐ ５／００－１７／０６

Ｂ２３Ｐ ２３／００－２５／００

Ｃ２１Ｄ ６／００－６／０４

Ｂ２３Ｃ １／００－９／００

Ｂ２３Ｑ １１／００－１３／００

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ８０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工装置の工具取付部に取り付けられる取付支持部、前記取付支持部から延びるシャンク部及び前記シャンク部の先端部に設けられた切れ刃取付部を有する工具本体と、前記工具本体の前記切れ刃取付部に取り付けられた加工用チップとを備えた加工工具において、
前記シャンク部は、ソリッド構造であるソリッド構造部と、ラティス構造であるラティス構造部と、中空空間である中空構造部とから構成され、前記シャンク部の前記ラティス構造部の体積は、前記シャンク部の前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積の２０～４０％であり、
また、前記シャンク部の軸方向中心部を基準として前記切れ刃取付部側である前部において、前記ソリッド構造部の体積が２０～４０％、前記ラティス構造部の体積が２５～４５％、前記中空構造部の体積が２５～４５％であることを特徴とする加工工具。

【請求項2】

前記シャンク部は、軸方向中心部を基準にして前記取付支持部側のシャンク後部と、前記軸方向中心部を基準にして前記切れ刃取付部側のシャンク前部とから構成され、前記シャンク前部の重量は、前記シャンク後部の重量の６０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の加工工具。

【請求項3】

前記シャンク前部における前記ラティス構造部の体積は、前記シャンク前部における前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積の４０％以上であり、前記シャンク前部においては、前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積のうち前記ラティス構造部の体積が占める割合は、前記切れ刃取付部に向けて漸増していることを特徴とする請求項２に記載の加工工具。

【請求項4】

前記切れ刃取付部側から前記シャンク部を見て、前記シャンク前部をその中心軸を中心として加工工具の切込み方向を基準に反時計方向に４分割して第１～第４領域としたときに、前記第１領域においては、前記ラティス構造部の体積が最も大きく、前記第２領域においては、前記中空構造部の体積が最も大きく、前記第３領域においては、前記ソリッド構造部の体積が最も大きく、前記第４領域においては、前記ラティス構造部の体積が最も大きいことを特徴とする請求項２に記載の加工工具。

【請求項5】

前記切れ刃取付部側から前記シャンク部を見て、前記シャンク前部をその中心軸を中心として加工工具の切込み方向を基準に反時計方向に４分割して第１～第４領域としたときに、前記第１領域においては、前記ソリッド構造部の体積が２０～４０％で、前記ラティス構造部の体積が３０～５０％であり、前記第２領域においては、前記ソリッド構造部の体積が０～２０％で、前記ラティス構造部の体積が１０～３０％であり、前記第３領域においては、前記ソリッド構造部の体積が４０～６０％で、前記ラティス構造部の体積が３０～５０％であり、前記第４領域においては、前記ソリッド構造部の体積が２０～４０％で、前記ラティス構造部の体積が３０～５０％であることを特徴とする請求項２に記載の加工工具。

【請求項6】

前記シャンク部における前記ソリッド構造部と前記ラティス構造部との境界面は、自由曲面形状であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の加工工具。

【請求項7】

前記シャンク部における前記ソリッド構造部、前記ラティス構造部及び前記中空構造部を含む形状は、トポロジー最適化解析を用いて導出し、前記トポロジー最適化解析において、びびり振動を励起する加工工具の振動モードにおける切込み方向の振幅を最小化することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の加工工具。

【請求項8】

前記シャンク部の前記ラティス構造部を構成する各ラティス構造は、固体占有率が３０～７０％であり、その格子間隔は０．５～５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の加工工具。

【請求項9】

前記シャンク部の内部には、前記切れ刃取付部側に液体を送給するための液体流路が設けられ、前記ラティス構造部は前記液体流路の一部を構成することを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の加工工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円筒状物の内周面を切削加工する際に用いるボーリングバーなどの加工工具に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、円筒状物の内周面を切削加工するときには、加工工具としてボーリングバーが用いられている。このボーリングバーは、例えばＮＣ旋盤などの加工装置の工具取付部に取り付けられる取付支持部と、この取付支持部から延びるシャンク部と、このシャンク部の先端部に設けられた切れ刃取付部とを備え、この切れ刃取付部に加工用チップが取り付けられる。このようなボーリングバーを用いた場合、シャンク部が取付支持部から突出しているので、加工用チップを円筒状物の内側奥部まで挿入することが可能となり、従って、加工用チップによって、円筒状物の内周面を切削加工することができる。

【0003】

しかし、このようなボーリングバーを用いた加工では、切削加工時の切削抵抗によってびびり振動（自励振動現象）が発生しやすくなり、特に細長い円筒状物の内周面を加工する場合においては、加工工具のシャンク部も細長くなり、びびり振動がより発生しやすくなる。

【0004】

そこで、このびびり振動を抑えるようにした構造のボーリングバーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このボーリングバーにおいては、シャンク部の基部側に一対の第１窪み面が設けられ、その先端側に第２窪み面が設けられ、一対の第１窪み面は、第１軸方向に向いて互いに背向配置され、また一対の第２窪み面は、第２軸方向に向いて互いに背向配置されている。尚、切れ刃の径方向の外端とシャンク部の中心軸とを通る軸を基準軸としたときに、第１軸とは、シャンク部の中心軸を通り且つこの基準軸との間に所定の傾斜角を形成して延びる軸であり、第２軸とは、シャンク部の中心軸を通り且つ第１軸に直交して延びる軸である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１６７３４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、このボーリングバーにおいても、シャンク部がソリッド構造（中実構造）であるために、加工時に発生するびびり振動を効果的に抑えることが難しいという問題がある。即ち、このびびり振動を抑えるためには、加工時（例えば、切削加工時）に発生する加工抵抗（切削抵抗）の背分力方向における振動振幅を小さくして加工抵抗の変動を少なくし、この振動振幅の増幅を抑える必要があり、ソリッド構造では、このような条件を満たすボーリングバーを製作するのが容易でない。

【0007】

このようなびびり振動の問題は、ボーリングバーだけでなく、その他の加工工具においても同様に発生するおそれがある。

【0008】

本発明の目的は、加工抵抗の背分力方向における振動振幅を小さくすることで加工抵抗の変動を少なくし、これにより、びびり振動の発生を抑えることができる加工工具を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の加工工具は、加工装置の工具取付部に取り付けられる取付支持部、前記取付支持部から延びるシャンク部及び前記シャンク部の先端部に設けられた切れ刃取付部を有する工具本体と、前記工具本体の前記切れ刃取付部に取り付けられた加工用チップとを備えた加工工具において、
前記シャンク部は、ソリッド構造であるソリッド構造部と、ラティス構造であるラティス構造部と、中空空間である中空構造部とから構成され、前記シャンク部の前記ラティス構造部の体積は、前記シャンク部の前記ソリッド構造部及び前記ラティス構造部の合計体積の２０～４０％であり、
また、前記シャンク部の軸方向中心部を基準として前記切れ刃取付部側である前部において、前記ソリッド部の体積が２０～４０％、前記ラティス構造部の体積が２５～４５％、前記中空構造部の体積が２５～４５％であることを特徴とする。

【0010】

このような加工工具においては、加工工具のシャンク前部の重量が、シャンク後部の重量の６０％以下であることが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部の重量が軽くなり、シャンク部の動剛性をより大きくすることができる。

【0011】

また、シャンク前部におけるラティス構造部の体積は、シャンク前部におけるソリッド構造部及びラティス構造部の合計体積の４０％以上であり、このシャンク前部においては、ラティス構造部の体積が占める割合は、切れ刃取付部に向けて漸増していることが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部においては切れ刃取付部側ほど軽量になり、シャンク部の動剛性を高めることができる。

【0012】

更に、この加工工具においては、切れ刃取付部側からシャンク部を見て、シャンク前部の中心軸を中心として切込み方向を基準に反時計方向に４分割して第１～第４領域としたときに、第１領域においては、ラティス構造部の体積が最も大きく、第２領域においては、中空構造部の体積が最も大きく、第３領域においては、ソリッド構造部の体積が最も大きく、第４領域においては、ラティス構造部の体積が最も大きくするのが好ましく、また、第１領域においては、ソリッド構造部の体積が２０～４０％で、ラティス構造部の体積が３０～５０％であり、第２領域においては、ソリッド構造部の体積が０～２０％で、ラティス構造部の体積が１０～３０％であり、第３領域においては、ソリッド構造部の体積が４０～６０％で、ラティス構造部の体積が３０～５０％であり、第４領域においては、ソリッド構造部の体積が２０～４０％で、ラティス構造部の体積が３０～５０％であるのが好ましく、これらのように構成することにより、加工抵抗（その主分力、背分力及び送り分力）に対して充分な強度を有するものを提供することができる。

【0013】

更にまた、シャンク部におけるソリッド構造部とラティス構造部との境界面は、自由曲面形状であるのが好ましく、このように構成することにより、ソリッド構造部及びラティス構造部を最適な配置にすることができ、またシャンク部におけるソリッド構造部、ラティス構造部及び中空構造部を含む形状は、トポロジー最適化解析を用いて導出し、トポロジー最適化解析において、びびり振動を励起する加工工具の振動モードにおける切込み方向の振幅を最小化するようにすることにより、びびり振動の発生の少ない加工工具を提供することができる。

【0014】

更に、シャンク部のラティス構造部の各ラティス構造は、固体占有率が３０～７０％であり、その格子間隔は０．５～５．０ｍｍであるのが好ましく、このようなラティス構造を採用することにより、シャンク部の強度を保つことができ、またシャンク部のラティス構造部を液体流路の一部とすることによって、例えば加工液の通路としての専用の流路を設けることなく、加工液などの流路として利用することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の加工工具によれば、加工工具のシャンク部は、ソリッド構造部、ラティス構造部及び中空構造部とから構成され、このシャンク部のラティス構造部の体積は、シャンク部のソリッド構造部及びラティス構造部の合計体積の２０～４０％であるので、このソリッド部の強度を保ちながら軽量化することができ、これによって、シャンク部の動剛性を高めることができ、その結果、加工時のびびり振動の発生を抑えることができる。このラティス構造部が４０％を超えると強度が低下するおそれがあり、また２０％以下であると充分に質量を減らせず、結果として動剛性を高めることができない。
また、シャンク部の軸方向中心部を基準として切れ刃取付部側である前部において、ソリッド部の体積が２０～４０％、ラティス構造部の体積が２５～４５％、中空構造部の体積が２５～４５％であるので、軽量化を図りながら加工抵抗に対して充分な強度を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に従う加工工具をＮＣ旋盤に取り付けた状態を示す図。

【図2】図１の加工工具を示す平面図。

【図3】図２の加工工具を示す縦端面図。

【図4】図４（ａ）は、図３におけるＡ－Ａ線によるシャンク部の端面図、図４（ｂ）は、図３におけるＢ－Ｂ線によるシャンク部の端面図、図４（ｃ）は、図３におけるＣ－Ｃ線によるシャンク部の端面図。

【図5】図５（ａ）は、シャンク部の突き出し位置Ｐ１における端面図、図５（ｂ）は、シャンク部の突き出し位置Ｐ２における端面図、図５（ｃ）は、シャンク部の突き出し位置Ｐ３における端面図。

【図6】シャンク部の突き出し位置とラティス構造部の体積割合との関係を示す図。

【図7】シャンク部における第１～４領域を説明するための図。

【図8】第１～第４領域におけるソリッド構造部、ラティス構造部及び中空構造部の割合を示す図。

【図9】シャンク部における切込み方向の振幅を説明するための図。

【図10】シャンク部のラティス構造部における一つのラティス構造を示す斜視図。

【図11】加工工具のシャンク部の最適化を説明するための図。

【図12】実施例の加工実験において発生したびびり振動を示し、図１２（ａ）は、Ｌ＝５４ｍｍであるときの振動を示す図、図１２（ｂ）は、Ｌ＝６０ｍｍであるときの振動を示す図、図１２（ｃ）は、Ｌ＝６６ｍｍであるときの振動を示す図、図１２（ｄ）は、Ｌ＝７２ｍｍであるときの振動を示す図。

【図13】比較例１の加工実験において発生したびびり振動の大きさを示し、図１３（ａ）は、Ｌ＝３６ｍｍであるときの振動を示す図、図１３（ｂ）は、Ｌ＝４２ｍｍであるときの振動を示す図、図１３（ｃ）は、Ｌ＝４８ｍｍであるときの振動を示す図、図１３（ｄ）は、Ｌ＝５２ｍｍであるときの振動を示す図。

【図14】比較例２の加工実験において発生したびびり振動の大きさを示し、図１４（ａ）は、Ｌ＝５４ｍｍであるときの振動を示す図、図１４（ｂ）は、Ｌ＝６０ｍｍであるときの振動を示す図、図１４（ｃ）は、Ｌ＝６６ｍｍであるときの振動を示す図。

【図15】実施例並びに比較例１及び２の加工実験における加工工具のＬ／Ｄと加工時の加速度のＲＭＳ値を示す図。

【図16】実施例並びに比較例１及び２の加工実験の結果をまとめたグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して、本発明に従う加工工具の一実施形態について説明する。尚、この実施形態では、加工工具として円筒状物の内周面の加工（所謂、中ぐり加工）に用いるボーリングバーに適用して説明するが、ボーリングバー以外の他の加工工具にも同様に適用することができる。

【0018】

図１において、加工装置の一例としての図示のＮＣ旋盤は旋盤本体２を備え、この旋盤本体２の一端側（図１において左側）に主軸部４が設けられている。この主軸部４に主軸（図示せず）が回転自在に支持され、この主軸にはチャック手段６が装着され、加工すべき加工物（図示せず）は、このチャック手段６に着脱自在に装着される。

【0019】

この旋盤本体２の他端側には、往復テーブル１２がＺ軸方向（図１において左右方向）に移動自在に配設され、この往復テーブル１２には、支持テーブル１４がＸ軸方向（図１において紙面に対して垂直な方向）に移動自在に装着され、この支持テーブル１４には、タレット１６が取り付けられている。タレット１６は、支持テーブル１４に取り付けられた支持台１８と、この支持台１８に所定回転角度毎に回転自在に支持されたタレット本体２０とを備えている。タレット本体２０は多角形状（例えば、八角形状）であり、このタレット本体２０の多角形状の各面に対応して工具取付部２２が設けられている。この実施形態では、工具取付部２２の一つに、工具保持具２４を介して加工工具２６（本発明に従う加工工具の一実施形態のもの）が取り付けられている。

【0020】

次に、図２～図８を参照して、加工工具２６の一実施形態について説明する。図示の加工工具２６は、加工物としての円筒状物（図示せず）の内周面を切削加工する際に用いられるものである。例えば、図１のＮＣ旋盤を用いて加工するときには、円筒状物はチャック手段６に取り付けられ、また加工工具２６はタレット１６の工具取付部２２に工具保持具２４を介して取り付けられ、所定方向に回転する加工物（円筒状物）の内周面に加工工具２６を作用させて切削加工（所謂、中ぐり加工）を行う。

【0021】

この加工工具２６（この実施形態では、「ボーリングバー」とも称する。）は棒状の工具本体２８を備え、この工具本体２８は、取付支持部３０（参照番号３１で示す領域）と、この取付支持部３０から延びるシャンク部３２（参照番号３３で示す領域）と、このシャンク部３２の先端部に設けられた切れ刃取付部３４（参照番号３５で示す領域）とを備えている。

【0022】

取付支持部３０は、例えばタレット１６の工具取付部２２に取り付けられた工具保持具２４（図１参照）に取り付けられ、この取付支持部３０は充分な強度を確保するためにソリッド構造（中実構造）で構成される。この取付支持部３０は、外形が略円筒状に形成される。

【0023】

シャンク部３２は、ソリッド構造（中実構造）、ラティス構造（格子状構造）及び中空構造（空間構造）から構成され、このような構造にすることにより、加工の際に発生する振動振幅の周波数応答を小さくすることができる。このシャンク部３２についても、その外形が取付支持部３０から連続して続く略円筒状に形成される。

【0024】

また、切れ刃取付部３４は、取付支持部３０と同様に、ソリッド構造から構成され、加工の際の切込み方向（矢印３６で示す方向）に対して所定の角度をもって平らに拡がる取付面３８が設けられ、この取付面３８に取付ねじ（図示せず）などによって加工用チップ４０（例えば、切削用チップ）が取り付けられ、加工物に対する加工は、この工具本体２８に取り付けられた加工用チップ４０によって行われる。

【0025】

次いで、この加工工具２６のシャンク部３２の構成について説明する。このシャンク部３２においては、図３及び図４から理解されるように、ラティス構造部４２（ラティス構造による部位）の体積は、ラティス構造部４２及びソリッド構造部４４（ソリッド構造による部位）の合計体積の１５～８５％の割合となるように設けられ、このラティス構造部４２の体積割合は２０～４０％であるのが好ましい。ラティス構造部４２の体積が小さくなる（例えば、これらの合計体積の１５％より小さくなる）と、ラティス構造を採用したことによる軽量化の効果が少なく、またラティス構造部４２の体積が大きくなる（例えば、これらの合計体積の８５％より大きくなる）と、ラティス構造部４２の占める割合が大きくなり、シャンク部３２の強度が低下するおそれがある。尚、参照番号４６は、中空構造部（中空構造による部位）である。

【0026】

このシャンク部３２では、その軸方向（図２及び図４において左右方向、図３において紙面に対して垂直な方向）中心部（即ち、軸方向の中心線Ｅ）を基準にして、切れ刃取付部３４側のシャンク前部５０（参照番号５１で示す領域）の重量は、取付支持部３０側のシャンク後部５２（参照番号５３で示す領域）の重量の６０％以下であるのが好ましく、例えば４０～６０％であるのが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部５０の重量がシャンク後部５２の重量に比して４割程度軽くなり、この軽量化によって、シャンク部３２の動剛性を高めてびびり振動の発生を抑えることができる。

【0027】

このシャンク部３２については、図３～図６を参照して理解される如く、シャンク前部５０におけるラティス構造部４２の体積は、このシャンク前部５０におけるソリッド構造部４４及びラティス構造部４２の合計体積の４０％以上であるのが好ましく、例えば４０～７０％であるのが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部５０の強度を維持しながらその軽量化を図ることができる。

【0028】

図４（ａ）は、図３におけるＡ－Ａ線によるシャンク部３２の端面図であり、図４（ｂ）は、図３におけるＢ－Ｂ線によるシャンク部３２の端面図であり、図４（ｃ）は、図３におけるＣ－Ｃ線によるシャンク部３２の端面図であり、これら図４（ａ）～（ｃ）から理解されるように、シャンク部３２のシャンク前部５０の前端側の方がよりラティス構造部４２が多く設けられている。尚、矢印３６で示す切込み方向を基準にして、図４（ａ）のＡ－Ａ線のシャンク部３２の端面は、図３において反時計方向に３６度の角度位置におけるものであり、図４（ｂ）のＢ－Ｂ線のシャンク部３２の端面は、図３において反時計方向に８１度の角度位置におけるものであり、また図４（ｃ）のＣ－Ｃ線によるシャンク部３２の端面は、図３において反時計方向に１２６度の角度位置におけるものである。

【0029】

このシャンク部３２のシャンク前部５０では、図４及び図５から理解されるように、ソリッド構造部４４及びラティス構造部４２の合計体積のうちラティス構造部４２の占める割合は、切れ刃取付部３４側（即ち、先端側）に向けて漸増するように構成するのが好ましく、このように構成することにより、シャンク前部５０の強度低下を抑えながら軽量化を図ることができる。

【0030】

この実施形態では、図５（ａ）は、シャンク部３２の突き出し位置の０．６倍の部位Ｐ１（換言すると、シャンク前部５０の１／５の部位）の端面図であり、図５（ｂ）は、シャンク部３２の突き出し位置の０．７５倍の部位Ｐ２（換言すると、シャンク前部５０の１／２の部位）の端面図であり、図５（ｃ）は、シャンク部３２の突き出し位置の０．９倍の部位Ｐ３（換言すると、シャンク前部５０の４／５の部位）の端面図であり、部位Ｐ３においては、中間構造（空間構造）である空間構造部４６の割合が大きく、大きな内部空間が存在するようになる。

【0031】

図６は、この加工工具２６のシャンク部３２のシャンク前部５０におけるシャンク部３２の突き出し位置とラティス構造部４２の体積割合（ソリッド構造物４４及びラティス構造部４２の合計体積に対するラティス構造部４２の体積割合）を示しており、シャンク前部５０の基部（例えば、シャンク部３２の突き出し位置の０．５５倍の部位）においてはラティス構造部４２の体積割合が約３０％程度であるが、その先端側（例えば、その突き出し位置の０．９５倍の部位）においてはこの体積割合が約８０％程度に増加し、この体積割合の増加は、先端側（即ち、切れ刃取付部３４側）に向けて漸増するように構成されている。

【0032】

この加工工具２６においては、シャンク前部５０に関連して、更に、次のように構成するのが好ましい。図７及び図８を参照して、切れ刃取付部３４側からシャンク部３２を見たときに、シャンク前部５０をその中心軸Ｏを中心として切込み方向を基準に反時計方向に４分割し、０～９０度の範囲を第１領域Ｚ１、９０～１８０度の範囲を第２領域Ｚ２、１８０～２７０度の範囲を第３領域Ｚ３、２７０度から３６０度の範囲を第４領域Ｚ４とする。このように第１～第４領域Ｚ１～Ｚ４としたときに、第１領域Ｚ１においては、ラティス構造部４２の体積が最も大きく、第２領域Ｚ２においては、中空構造部４６の体積が最も大きく、第３領域Ｚ３においては、ソリッド構造部４４の体積が最も大きく、第４領域Ｚ４においては、ラティス構造部４２の体積が最も大きくなるように構成するのが好ましく、このように構成することにより、軽量化を図りながら加工抵抗（その主分力、背分力及び送り分力）に対して充分な強度を有する構造とすることができる。

【0033】

また、このシャンク部３２のシャンク前部５０においては、ソリッド構造部４４、ラティス構造部４２及び中空構造部４６の体積割合を、図８に示す配分割合となるように構成するのが好ましい。即ち、上述の４分割した第１～第４領域Ｚ１～Ｚ４に関し、第１領域Ｚ１においては、ソリッド構造部４４の体積が２０～４０％で、ラティス構造部４２の体積が３０～５０％で、ラティス構造部４２の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましく、第２領域Ｚ２においては、ソリッド構造部４４の体積が０～２０％で、ラティス構造部４２の体積が１０～３０％で、ラティス構造部４２の割合の方が大きくなるように構成するが、このラティス構造部４２の割合よりも更に中空構造部４６の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましい。

【0034】

また、第３領域Ｚ３においては、ソリッド構造部４４の体積が４０～６０％で、ラティス構造部４２の体積が３０～５０％で、ソリッド構造部４４の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましく、更に第４領域Ｚ４においては、ソリッド構造部４４の体積が２０～４０％で、ラティス構造部４２の体積が３０～５０％で、ラティス構造部４２の割合の方が大きくなるように構成するのが好ましい。このように構成しても、上述したと同様に、軽量化を図りながら加工抵抗（その主分力、背分力及び送り分力）に対して充分な強度を有する構造とすることができる。

【0035】

このシャンク部３２では、図３～図５及び図７に示すように、ソリッド構造部４４（中実構造部）とラティス構造部４２（格子状構造部）との境界面は自由面形状となっており、このように構成することにより、ソリッド構造部４４とラティス構造部４２との境界が単純な形状とならず、これによって、最適に配置されたソリッド構造部４４及びラティス構造部４２を有する加工工具として提供することができる。

【0036】

この加工工具２６のシャンク部３２（ラティス構造を有する部分）の形状は、トポロジー最適化解析を用いて導出するのが好ましく、このような解析方法を用いることにより、比較的容易に最適化形状を導き出すことができる。そして、このトポロジー最適化解析を用いる際に、図９に示すように、加工工具２６の切込み方向３６の振幅（図９において両矢印６２で示す方向の振幅）が最小化されるようにするのが好ましく、このように解析処理することにより、加工工具２６のシャンク部３２は、例えば、上述したような構造となる。

【0037】

このことを図１１を参照して説明すると、最適化しない場合（換言すると、従来の構造の加工工具を用いた場合）、加工工具のシャンク部全体がソリッド構造であるために、加工時に発生するびびり振動は曲線Ｑで示すように、加工抵抗により生じる背分力方向の振動振幅が大きく、それに伴い、更に加工抵抗の変動も大きくなり、振動振幅が増幅し、びびり振動に発展しやすくなる傾向にある。これに対して、トポロジー最適化解析を用いて最適化した場合（換言すると、上述した実施形態の加工工具２６を用いた場合）、加工工具２６のシャンク部３２がソリッド構造（ソリッド構造部４４）、ラティス構造（ラティス構造部４２）及び中空構造（中空構造部４６）を含んでいるので、加工時に発生するびびり振動は曲線Ｒで示すように、加工抵抗により生じる背分力方向の振動振幅が小さく、従って振動振幅が増幅し難くなる傾向にあり、その結果、上述した加工工具２６では、びびり振動の発生を抑えることができる。

【0038】

このシャンク部３２のラティス構造については、それ自体周知の種々のラティス構造を採用することができ、例えば、図１０に示す構造を採用するようにしてもよい。ラティス構造部４２を構成する一つのラティス構造７０（格子状構造）は、各ラティス構造７０の基準となる基準立方体７２の天面７４及び底面７６の中央部に上接続面７８及び下接続面８０が設けられ、上下方向に隣接する一対のラティス構造７０は、上側のラティス構造７０の下接続面８０と下側のラティス構造７０の上接続面７８により接合される。また、基準立方体７０の側面８２には一対の横接続面８４，８６が設けられ、これら横接続面８４，８６と上接続面７８とは上傾斜格子状部８８，９０により接続されているとともに、これら一対の横接続面８４，８６と下接続面８０とは下傾斜格子状部９２，９４により接続されている。

【0039】

基準立方体７２の一つの側面８２の横接続面８４，８６について説明したが、他の三つの側面９６，９８，１００についても同様に構成されており、従って、横方向に隣接するラティス構造７０は、例えば一方のラティス構造の側面８２の一対の横接続面８４，８６と例えば他方のラティス構造７０の対向する側面９８の横接続面（図示せず）により接合される。

【0040】

隣接するラティス構造７０は、上述したようにして上下方向及び横方向に接合されるので、このラティス構造７０の集合体（ラティス構造部４２）は、このラティス構造７０を三次元的に結合されたものとなる。

【0041】

このラティス構造７０の各々は、固体占有率が３０～７０％であるのが好ましく、その固体占有率が３０％より小さくすると、ラティス構造物４２の強度が低下するおそれがあり、またその固体占有率が７０％より大きくなると、ソリッド構造に近くなり、充分な軽量化を図ることが難しくなる。尚、この実施形態のラティス構造７０における固体占有率を説明すると、この固体占有率とは、基準立方体７０の体積に対するラティス構造の格子状部（上傾斜格子状部８８，９０及び下傾斜格子状部９２，９４）の占める割合をいう。

【0042】

また、各ラティス構造７０の格子間隔は、０．５～５．０ｍｍであるのが好ましく、小さい部材であると格子間隔も小さくなり、この加工工具２６のようなものであると１．０～３．０ｍｍ程度とするのが好ましい。

【0043】

この加工工具２６においては、シャンク部３２内のラティス構造部４２及び中空構造部４６を加工液などの液体を切れ刃取付部３４（これに取り付けられた加工用チップ４０）に向けて送給する液体流路として用いることができる。この場合、ラティス構造部４２の連続した隙間が液体流路の一部として機能し、専用の液体流路を設けることなく、加工液などの液体を切れ刃取付部３４に向けて送給し、加工工具２６による加工域に加工液などを供給することができる。

【0044】

以上、本発明に従う加工工具の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。

【0045】

この加工工具による効果を確認するために加工実験を行った。この実験の加工装置として高松機械工業株式会社が製造販売するＮＣ旋盤（櫛刃型６インチＮＣ旋盤、型式：ＴＯＰ－ＴＵＲＮII）を用い、このＮＣ旋盤の櫛刃型工具取付テーブルに工具ホルダを介して加工工具を取り付けて加工実験を行った。実施例の加工工具のシャンク部を鉄鋼粉末（所謂、鉄鋼材の粉末）を用いて３Ｄプリンタで製作した。加工工具のシャンク部は、上述した形態であり、ラティス構造部、ソリッド構造部及び中空構造部を有するものであった。

【0046】

このシャンク部のシャンク前部の構造比率は、次の通りであった。シャンク前部の第１領域においては、ソリッド構造部３１％、ラティス構造部３８％、中空構造部３１％であり、その第２領域においては、ソリッド構造部１２％、ラティス構造部１６％、中空構造部７２％であり、その第３領域においては、ソリッド構造部４７％、ラティス構造部４０％、中空構造部１３％であり、その第４領域においては、ソリッド構造部３４％、ラティス構造部３８％、中空構造部２８％であった。

【0047】

被削材としてＳ４５Ｃ（直径５３～５９ｍｍ、長さ８８ｍｍ）を用い、この加工実験において、加工物の回転数：４８６ｒｐｍ（加工物の直径６０ｍｍで周速度９０ｍ／ｍｉｎとなるように調整した）、送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切込み量：０．２ｍｍ、切込む場所：加工物の外周、ドライ加工の切削加工条件でもって切削加工した。

【0048】

実施例においては、加工工具の突き出し量Ｌを変化させ、Ｌ＝５４ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝４．５）、Ｌ＝６０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝５．０）、Ｌ＝６６ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝５．５）及びＬ＝７２ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝６．０）のときに発生した振動を記録した。尚、Ｌ／Ｄは、直径（Ｄｍｍ）に対する長さ（Ｌｍｍ）の比率（長さ／直径）であり、また加工工具の突き出し量とは、刃先から支持治具（工具ホルダー）までの距離である。この加工実験において切削加工時に発生した振動（びびり振動など）は、ブリューエル・ケアー社製の振動測定器（型番：4507 B 001）を用いて計測した。

【0049】

実施例１の加工実験結果は、図１２、図１５及び図１６に示す通りであり、Ｌ＝５４ｍｍ及びＬ＝６０ｍｍであるときには、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）で示すように、発生する振動は小さかったが、Ｌ＝６６ｍｍ及びＬ＝７２ｍｍと突き出し量を大きくすると、図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）で示すように、発生する振動が大きく増幅され、びびり振動が発生した。

【0050】

比較例１として、一般的な鋼製シャンク部を備えた加工工具を用い、実施例と同じ切削加工条件でもって同じ加工物を切削加工し、この切削加工時に発生した振動（びびり振動など）を上述の振動測定器（型番：4507 B 001）を用いて計測した。

【0051】

この比較例１においては、加工工具の突き出し量Ｌを変化させ、Ｌ＝３６ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝３．０）、Ｌ＝４２ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝３．５）、Ｌ＝４８ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝４．０）及びＬ＝５２ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝４．５）のときに発生した振動を記録した。

【0052】

比較例１の加工実験結果は、図１３、図１５及び図１６に示す通りであり、Ｌ＝３６ｍｍ及びＬ＝４８ｍｍであるときには、図１３（ａ）及び図１３（ｃ）で示すように、発生する振動は小さかったが、Ｌ＝４２ｍｍ及びＬ＝５２ｍｍであるときには、図１３（ｂ）及び図１３（ｄ）で示すように、発生する振動が大きく増幅され、びびり振動が発生し、Ｌ＝４２ｍｍとＬ＝５２ｍｍのときに二つの大きな山となってびびり振動が発生した。

【0053】

また、比較例２として、超硬合金製シャンク部を備えた加工工具を用い、実施例と同じ切削加工条件でもって同じ加工物を切削加工し、この切削加工時に発生した振動（びびり振動など）を上述の振動測定器（型番：4507 B 001）を用いて計測した。

【0054】

この比較例２においても、加工工具の突き出し量Ｌを変化させ、Ｌ＝５４ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝４．５）、Ｌ＝６０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝５．０）及びＬ＝６６ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝５．５）のときに発生した振動を記録した。

【0055】

比較例２の加工実験結果は、図１４～図１６に示す通りであり、Ｌ＝５４ｍｍ及びＬ＝６０ｍｍであるときには、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）で示すように、発生する振動は小さかったが、Ｌ＝６６ｍｍであるときには、図１４（ｃ）で示すように、発生する振動が大きく増幅され、びびり振動が発生した。

【0056】

実施例並びに比較例１及び２の実験結果をまとめると、図１５及び図１６に示す通りである。比較例１では加工工具の突き出し量が４２ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝３．５）付近でもびびり振動が発生するが、実施例の加工工具では加工工具の突き出し量が６６ｍｍ付近までびびり振動が発生せず、びびり振動が発生するこの突き出し量は、比較例２とほぼ同様であり、実施例の加工工具（即ち、ラティス構造を有する鉄鋼製シャンク部を備えたものは、超硬合金製シャンク部を備えたものとほぼ同等の動剛性特性を有し、びびり振動の発生を抑えることができることを確認できた。

【符号の説明】

【0057】

２ 旋盤本体
１６ タレット
２４ 工具保持具
２６ 加工工具
２８ 工具本体
３０ 取付支持部
３２ シャンク部
３４ 切れ刃取付部
４０ 加工用チップ
４２ ラティス構造部
４４ ソリッド構造部
４６ 中空構造部
５０ シャンク前部
５２ シャンク後部
７０ ラティス構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】