JP2002079405A - 作業機械のびびり防止構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で、びびりの発生を有効に阻止する
ことができ、高精度な加工作業を効率的に遂行可能にす
る。 【解決手段】工作機械２２は、ケーシング２４内にベア
リング２６を介して回転可能に設けられるスピンドル２
８と、前記スビンドル２８に着脱自在なボーリングバー
３０とを備え、びびり防止構造２０は、前記ボーリング
バー３０の先端、すなわち、びびり発生防止部位に対応
して設けられるダンパー室３４と、前記ダンパー室３４
内に矢印Ａ方向に移動可能に収容されるとともに、ワー
クＷの加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、
滑り摩擦によって吸収するフリクションダンパー用マグ
ネット３６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工工具を介して
ワークに加工処理を施す際に、びびりが発生することを
防止するための作業機械のびびり防止構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、加工工具を介してワークに加
工処理を施すために、各種の工作機械が使用されてい
る。例えば、ボーリング加工は、中ぐり用バイト（刃
先）が設けられたボーリングツールを工作機械の回転主
軸（スピンドル）に取り付け、前記ボーリングツールを
高速で回転させながら下穴に沿って順次繰り出すことに
より、その刃先加工径で所定の位置に高精度な孔部を加
工するものである。

【０００３】図１に示すように、通常のボーリングバー
１は、いわゆる片持ち方式であり、その先端に切削工具
（刃先）２が設けられるとともに、他端が工作機械の主
軸（図示せず）に取り付けられている。そこで、図２に
示すように、ボーリングバー１によりワークＷの下穴３
を構成する内壁面４にボーリング加工を施すと、このボ
ーリングバー１の刃先２に切削抵抗Ｆがかかり、その大
きさによって前記ボーリングバー１がδだけ撓む（図１
参照）。この撓み量δは、作用する荷重の大きさとボー
リングバー１自体の剛性によって決まってくる。

【０００４】具体的には、切削抵抗Ｆは、加工されるワ
ークＷの硬さや加工における取り代や一回転当たりの送
り量等により決まる。また、ボーリングバー１の剛性
は、その材質と長さや径等により異なっている。同じ材
質のものであれば、太くて短い方が剛性が高く、長くて
細い方が剛性が低くなる。しかしながら、実際上、加工
されるワークＷをクランプする治具や加工穴の形状の干
渉等により、ボーリングバー１を十分な太さや短い形状
に設定することができず、切削抵抗Ｆによって前記ボー
リングバー１に撓みが発生してしまう。

【０００５】ここで、ボーリング加工の切削作業をミク
ロ的にみれば、主軸の回転と送り作用によって刃先２を
強制的にワークＷに食い込ませており、その圧力と温度
によって前記ワークＷを連続的に変形させて破断してい
る。このため、加工作業時には、刃先２とワークＷの間
で、常に、破断による微細な加工振動が生じている。こ
の振動や切削抵抗Ｆの変化は、ボーリングバー１への荷
重の変化となって表れ、その撓み量δもそれによりわず
かに変化することになる。

【０００６】一方、ボーリングバー１は高剛性を有する
弾性体であるので、その切削抵抗Ｆの変化や切削振動を
生じさせようとする作用力に対し、それに抵抗して元の
状態に復元しようとする力が働き、場合によっては、該
力が切削軌跡と共振現象を起こし、このボーリングバー
１が振動することになる。このような状態では、図３に
特徴的に示すように、ワークＷの内壁面４には、ボーリ
ングバー１の振動に起因する僅かな凹凸面５が形成され
てしまう。

【０００７】さらに、加工に伴うボーリングバー１の撓
み変化は、それに作用する切削抵抗Ｆの変化や切削振動
がごく微細なものであっても、その前加工の軌跡に沿っ
て加工を継続すると、軌跡振動線とボーリングバーの固
有振動特性が共振作用を惹起し、振動が大きく成長す
る。これにより、図４に示すように、ボーリングバー１
の加工による振動６ａが振動６ｂから振動６ｃに増幅し
ていき、結果的に前記ボーリングバー１自体の固有振動
数で振動をすることになる。この振動がびびり（所謂、
再生びびりを含む）となって加工に表れてしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のびび
りを押さえるために、従来から種々の方法が採用されて
いる。例えば、ボーリングバー１自体の剛性を上げるた
め、このボーリングバー１の径を大きくしたり、その突
き出し長さを短くしたり、または前記ボーリングバー１
の材質を変えることが考えられる。

【０００９】しかしながら、ツーリングの設計にあたっ
ては、加工の安定性や加工精度の確保並びにびびり防止
等を図るために、ボーリングバー１に最大の剛性を持た
せるようにしており、これ以上に剛性を高くすることは
相当に困難なものとなってしまう。さらに、ボーリング
バー１の剛性に関係する形状と寸法は、加工されるワー
クＷやそのワークＷを固定する治具等により必然的に決
まっており、各々のツーリング設計の段階で行なえる最
大限の工夫がなされている。従って、同じ形状のワーク
Ｗでは、ボーリングバー１の剛性をさらに上げることは
極めて難しい。

【００１０】そこで、ボーリングバー１による切削の加
工条件を変更することが考えられる。例えば、今回の切
削が、前回の切削で形成された凹凸加工軌跡の影響を受
けないようにする工夫であり、一回転当たりの切削送り
量を大きくする方法がある。すなわち、通常のボーリン
グ加工では、一回転当たりの送り量が相対的に少なく、
前回の切削で形成された凹凸軌跡の影響をボーリングバ
ー１が比較的受け易いため、切削送り量を大きして前回
の切削軌跡の影響をより受け難くすることにより、びび
りの発生を抑えようとするものである。

【００１１】しかしながら、上記の方法では、びびりが
解消したとしても、切削抵抗が大きくなって真円度が悪
くなったり、所望の面粗度が得られなかったりするとい
う問題が指摘されている。

【００１２】また、びびりは、ボーリングバー１等の工
具の固有振動特性と主軸の回転数がある条件で合致をし
た際に生じるので、その合致条件となる主軸の回転数を
避けるようにすればびびりは生じない。ところが、主軸
の回転数をごくわずかづつ変えていくことにより、びび
りが出ない条件を見出さなければならず、その回転数を
検出する作業が相当に困難なものとなってしまうという
不具合がある。

【００１３】さらにまた、工具の刃先の形状（例えば、
すくい角やブレーカー形状）を変える方法も試みられて
いるが、切削抵抗や切りくずの出方は変わっても、自ら
の個有振動特性は同じツーリングをしている限りほとん
ど変わることがなく、びびりも消滅しない場合が多い。

【００１４】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な構成で、びびりの発生を有効に阻止すること
ができ、高精度な加工作業が効率的に遂行可能な作業機
械のびびり防止構造を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】びびりの一つである再生
びびりは、前回の加工周回で自らが形成した切削の凹凸
軌跡に沿って同様に加工を進めていくに従って、共振作
用で振動が徐々に成長していき、最終的に大きな振動が
発生し、これがびびりとなって表れるものである。従っ
て、びびりの始まりは、自らが加工中に作り出す小さな
振動からであり、この小さな振動をそれが小さなうちに
抑制して成長をさせないようにすれば、びびりは生じな
いことになる。

【００１６】すなわち、いかにして固有の振動を持続・
成長させないようにするかがびびりの有効な防止対策と
なり、本発明では、ワークの加工時にびびりの要因とな
る振動エネルギーを、滑り摩擦によって吸収消散するフ
リクションダンパー用マグネットを備えている。

【００１７】加工工具、例えば、ボーリングバーに加わ
る力とその変形を、エネルギーとの関係で検証すると、
切削抵抗や加工振動でボーリングバーに外力が作用する
際、その加えられた力の大きさに対応して前記ボーリン
グバーが比例的に撓むことになる（フックの法則）。こ
れは、外部より加えられた力のエネルギーが、ボーリン
グバーを変形させる弾性エネルギーに使われてエネルギ
ーが変換保存されたことになる。そこで、ボーリングバ
ーに加えられる力のエネルギーが、ボーリングバーの撓
み変形にだけ使われるとすると、前記加えられる力の大
きさは前記ボーリングバーの撓み量の大きさになって表
われるだけであり、その力が解除されると該ボーリング
バーがただちに元の形状に復帰することになる。

【００１８】この場合、ボーリングバーにびびりが生じ
ている状態とは、前記ボーリングバーを一定量変形させ
るエネルギーだけでなく、それを起こす新たなエネルギ
ーが該ボーリングバーに付与され、しかもそれが絶え間
なく供給される状態であるといえる。すなわち、ボーリ
ングバーを変形させる以上のエネルギーが、このボーリ
ングバーに絶え間なく供給される状態になった時、始め
てびびりが生じることになる。

【００１９】換言すると、ボーリングバーに新たにエネ
ルギーが付与される時とは、このボーリングバーの振動
位相とタイミングを合わせるようにして新たな加振力が
加わわった時であるといえる。これは、図５に示すよう
に、ボーリングバー１でワークＷにボーリング加工を施
している際、図６に示すように、前記ボーリングバー１
が下に向かって動いている時にタイミングよく下向きの
新たな力が加わる一方、前記ボーリングバー１が上向き
の方向に動いている時にタイミングよく上向きの力が新
たに加わわった時である。

【００２０】これにより、ボーリングバー１が、その切
削軌跡にそって加工を進めると、ほぼ同じ振動のタイミ
ングが同じ方向より新たな外力として加わることにな
り、両方の振動のタイミングが一致して前記ボーリング
バー１にエネルギーが徐々に供給蓄積される。従って、
ボーリングバー１の振動振幅がだんだんと大きくなり、
結果的に共振によるびびりが発生することになる。

【００２１】そこで、振動をしているボーリングバー１
の先端に物体を取付けると、その物体はボーリングバー
１の動きと同様な動作を行い、前記ボーリングバー１が
振動をすると、その振動に沿って前記物体が同様に振動
することになる。この物体をマグネットによりボーリン
グバー１に取付けるとすると、その物体と前記ボーリン
グバー１の動きは、マグネットの吸着条件等により変わ
ることになる。

【００２２】その際、マグネットの吸着力が大変強い
と、物体はボーリングバー１と一体的に動くことにな
る。一方、物体を振動方向に動かすのに十分な吸着力が
ないとすると、その物体は慣性力によりボーリングバー
１の動きに対して横滑りをしながら動くことになる。ま
た、吸着力が大変弱いと、物体はボーリングバー１から
飛び出して外れることになる。

【００２３】そこで、図７（Ａ）に示すように、ボーリ
ングバー１と物体１０との間にマグネット１２を介装す
るとともに、振動により前記ボーリングバー１と前記物
体１０とに互いに横滑り現象が生じるように設定されて
いる。この状態で、図７（Ｂ）に示すように、ボーリン
グバー１が急に下向き（矢印Ｘ方向）に動こうとする
と、物体１０には位置エネルギーが作用するため、前記
ボーリングバー１より相対的に見ると、この物体１０は
逆の上向き（矢印Ｙ方向）に動くことになる。図７
（Ｃ）に示すように、反対に、ボーリングバー１が急に
上向きに動こうとすると、同じく物体１０に位置エネル
ギーが作用して、この物体１０が前記ボーリングバー１
に対して相対的に下向きに動くことになる。

【００２４】このように、加振力が加わった時、ボーリ
ングバー１が動こうとする方向と物体１０が動こうとす
る方向とが正反対になる。また、力がボーリングバー１
に加わるタイミングと、物体１０がそれにより動くタイ
ミングの関係は、ほぼ同じである。

【００２５】この状態をエネルギー的に見れば、ボーリ
ングバー１の先端に取付けてある物体１０を動かそうと
する運動エネルギーは、マグネット１２の付着力による
横滑りの摩擦エネルギーに変換消費されたことになる。
ここで、エネルギーの消費とは、マグネット１２の横滑
りにより熱に変換されたことをいい、これはエネルギー
保存の法則に従うものである。すなわち、ボーリングバ
ー１の運動エネルギーは、その先端の物体１０を動かす
ように働くが、マグネット１２の作用により両者をお互
いに横滑りさせ、そこに生じた摩擦で運動エネルギーを
吸収散逸させることになる。

【００２６】この物体１０を制振材としてマグネット１
２でボーリングバー１の中に取り付けると、このボーリ
ングバー１の振動する力は、このマグネット１２の摩擦
力により消費（吸収）されることになる（図８参照）。
これにより、新たにボーリングバー１に付与されるエネ
ルギーが、マグネット１２の摩擦力によって消費吸収さ
れ、びびりの発生を有効に阻止することができる。

【００２７】さらに、図９に示すように、マグネット１
２のすべり摩擦による効果は、ある一定以上の振幅を持
つ加振力に対してフリクションダンパーが働き始める。
すなわち、フリクションダンパーが横滑りを開始するま
でには、ある一定以上の振動振幅が必要となる。一方、
加振の振幅が大変大きくなり、その振動がすべり摩擦に
よって消費吸収できなくなると、このすべり摩擦による
効果を発揮できない。しかし、振動はいきなり大きくな
るのではなく、始めは徐々に振動が出てきてそれが大き
くなるのであるから、図９に示す効果のある摩擦すべり
の範囲を必ず通っていくため、その間で効果が発揮され
てそれ以上に振動振幅が拡大しないので、びびりは発生
しない。

【００２８】このように、振動振幅とびびりとの関係に
おいては、前記びびりが大変小さな振動より始まってお
り、その振動に新たな加振振動がタイミングよく加わる
ことでびびりが生じている。このため、振動が生じた初
期の段階でそのエネルギーを消費散逸させてしまえば、
新たな加振エネルギーがボーリングバー１に入り込むこ
とがなく、連続的なエネルギーの注入が惹起されず、び
びりが発生することがない。

【００２９】上記の説明では、ボーリングバー１の中に
マグネット１２を介して物体（フリクションダンパー）
１０を取り付ける構造を採用したが、この物体１０自体
がマグネット１２であってもよい。また、マグネット１
２とボーリングバー１の間に鉄板等の板状の磁性体を介
装してもよい。ここで、板状とは、面板状およびリング
板状を含むものである。これにより、吸着力に安定性が
得られ、また小さな力で横滑りを開始することができ
る。

【００３０】ここで、横滑りする物体１０の質量は、振
動周波数に応じた質量を有することが必要である。高い
周波数では、比較的小さな質量でよい（例えば一グラム
以下から数グラム内外）が、低い周波数では、比較的大
きな質量（数グラムから数十グラム内外）になる。すな
わち、フリクションダンパーの質量の大きさは、振動周
波数に反比例するとともに、このフリクションダンパー
が効き始める振動振幅は、マグネット１２の強さに反比
例する。

【００３１】このフリクションダンパーの質量と周波数
の関係の計算式は、下記の通りである。

【００３２】Ｘｅｄ＝〔（１＋π／２）×Ｆｓｔ〕÷
〔（２πｆ）^２×Ｍ〕 ここで、Ｘｅｄは、滑り出す振幅であり、通常は、０．
１μｍ〜０．００１μｍにするのが一般的と思われる。
実験で滑り出しの振幅を計算したところ、０．０１μｍ
〜０．００８μｍという小さな振幅であった。

【００３３】Ｆｓｔは、マグネット１２が滑り動きだす
力であり、数グラムから数十グラムである。

【００３４】ｆは振動数であり、ボーリングバー１で５
００〜１０，０００Ｈｚ程度であるが、今回実験に使っ
たものの固有振動数は、１０，０００Ｈｚと大変高い。

【００３５】Ｍはダンパーの質量であり、ボーリングバ
ー１の先端に内装される物では、数グラム内外となる。

【００３６】ここで、マグネット１２の摩擦により振動
エネルギーを散逸させるには、吸収散逸のための摩擦運
動ができるだけ振動の小さい時より起こるようにした方
がよい。そのため、ボーリングバー１が振動を開始した
直後に、摩擦物体１０も振動を開始するように、マグネ
ット１２の強さやその物体１０の大きさや、あるいは取
り付け面等を調整しておく。また、ボーリングバー１を
加振するエネルギーが大きい場合は、マグネット１２の
吸着力と物体１０の質量が大きくなくては、それ相当の
吸着力による摩擦力が発生せず、効果がでないおそれが
ある。しかし、ほとんどのびびりの例においては、始め
はいずれも小さな振動であるため、その振動が小さい内
に摩擦による振動の吸収散逸をさせると、その振動が成
長することなくびびりが発生することがない。他方、質
量を大きくする方法としては、鉛や超硬材等をマグネッ
ト１２と張り合わせて使う方法もある。

【００３７】ここで、ボーリングバー１に供給されるエ
ネルギーと、マグネット１２による摩擦作用により吸収
散逸するエネルギーとの関係であるが、これは図９に示
されている。すなわち、マグネット１２で付着された物
体１０にはポテンシャルエネルギーがあり、ある程度の
加振力による振動振幅が働かないとそれ自体が動かない
（動かなければ、摩擦減衰は起こらない）。従って、摩
擦減衰を生じさせるためには、物体１０が有する（マグ
ネット１２による吸着力を含む）ポテンシャルエネルギ
ー以上の加振力が働かなければならない。

【００３８】また、摩擦減衰の方式は、ボーリングバー
１の振動が一定振幅以上あって始めて前記ボーリングバ
ー１に取り付けられた物体１０が滑り出し、お互いの間
に摩擦が生じて減衰効果を発揮するのであるから、前記
物体１０が働いている時とは振動がある時である。すな
わち、一定以上の振動振幅がないと、物体１０は全く動
かないため、摩擦減衰が働く時は振動がある時ともいえ
る。実験によると、マグネット１２の摩擦吸着力が０．
３Ｎで１グラム（ｇｒａｍ）の質量の物体が、１万Ｈｚ
の固有振動数を持つボーリングバー１内で滑り始める振
動振幅は、０．００８ミクロン（μｍ）と大変小さな値
である。このように、振動がごく僅かな時よりこの効果
が効き始め、それ以上大きく成長しないので、びびりを
生じさせることはない。

【００３９】ところで、ボーリング加工は刃工具を回転
させて行うものであり、しかもその回転スピードは相当
に速い。このため、遠心力が各部に働くことになる。こ
の遠心力は、当然ボーリングバー１の中に入っているこ
のフリクションダンパーにも働くことになる。その際、
フリクションダンパーが振動をする方向と遠心力が働く
方向とが同じ方向になると、場合によっては、このフリ
クションダンパーが遠心力により振動することができな
い状態になり、前記フリクションダンパーが加工振動で
動かなくなって制振効果が得られないおそれがある。

【００４０】ここで、ボーリングバー１の振動方向は切
削抵抗が働く方向であり、遠心力は回転中心より外に向
かって働くので、それら各々の方向を互いに相違させる
ことができる。フリクションダンパーの効果を良好に得
るためには、このフリクションダンパーを振動方向には
動きかつ遠心力では働かない方向に設定する必要があ
る。

【００４１】

【発明の実施の形態】図１０は、本発明の第１の実施形
態に係る作業機械のびびり防止構造２０が適用される工
作機械２２の要部説明図である。

【００４２】この工作機械２２は、ケーシング２４内に
ベアリング２６を介して回転可能に設けられるスピンド
ル（主軸）２８と、前記スピンドル２８に着脱自在なボ
ーリングバー３０とを備え、前記ボーリングバー３０の
先端に中ぐり用バイト３２が装着されている。

【００４３】びびり防止構造２０は、ボーリングバー３
０の先端、すなわち、びびり発生防止部位に対応して設
けられるダンパー室３４と、前記ダンパー室３４内に矢
印Ａ方向に移動可能に収容されるとともに、ワークＷの
加工時にびびりの要因となる振動エネルギーを、滑り摩
擦によって吸収するフリクションダンパー用マグネット
３６とを備える。マグネット３６は、常に振動をするこ
とになるのでこのマグネット３６の滑り面が摩耗や経年
変化に対して強い高性能を有することが望ましい。マグ
ネット３６は、一般的なマグネット以外に、振動に対し
て強い、例えば、希土類マグネットが使用される。

【００４４】ダンパー室３４を構成しマグネット３６が
吸着配置される取り付け面３８は、前記マグネット３６
をスムーズに横滑りさせるために平滑面に構成されてお
り、前記ダンパー室３４の開放側端部には、該ダンパー
室３４内に切削屑等が進入することを防止するために、
カバー部材４０が装着される。

【００４５】図１１に示すように、ボーリングバー３０
の振動方向は切削抵抗が働く方向（矢印Ａ方向）であ
り、遠心力の方向は回転中心より外に向かって働く（矢
印Ｂ方向）ため、それら各々の方向を互いに相違させて
いる。

【００４６】このように構成される第１の実施形態に係
るびびり防止構造２０が適用される工作機械２２の動作
について、以下に説明する。

【００４７】図１０に示すように、工作機械２２では、
ボーリングバー３０を取り付けたスピンドル２８が回転
駆動されるとともに、ワークＷの下穴３に沿って繰り出
される。そして、ボーリングバー３０がワークＷの下穴
３側に相対的に移動する。このため、ボーリングバー３
０が回転し、このボーリングバー３０に装着されたバイ
ト３２を介して下穴３を構成する内壁面４にボーリング
加工が施される。

【００４８】その際、びびり防止構造２０では、ボーリ
ングバー３０の先端に設けられたダンパー室３４にマグ
ネット３６が配置されており、振動により前記マグネッ
ト３６が前記ボーリングバー３０に対して横滑り現象が
生じるように設定されている。このため、図１２に示す
ように、ボーリングバー３０が急に上向き（矢印Ｃ１方
向）に動こうとすると、マグネット３６には位置エネル
ギーが作用するため、前記ボーリングバー３０より相対
的に見ると、このマグネット３６は逆の下向き（矢印Ｃ
２方向）に動くことになる。一方、ボーリングバー３０
が急に下向き（矢印Ｄ１方向）に動こうとすると、同じ
くマグネット３６に位置エネルギーが作用して、このマ
グネット３６が前記ボーリングバー３０に対して相対的
に上向き（矢印Ｄ２方向）に動くことになる。

【００４９】このように、加振力が加わった時、ボーリ
ングバー３０が動こうとする方向とマグネット３６が動
こうとする方向とが正反対になる。また、力がボーリン
グバー３０に加わるタイミングと、マグネット３６がそ
れにより動くタイミングの関係は、ほぼ同じである。従
って、ボーリングバー３０の振動する力（運動エネルギ
ー）は、マグネット３６の付着力による横滑りの摩擦エ
ネルギーに変換消散されることになる（図１３参照）。

【００５０】これにより、第１の実施形態では、新たに
ボーリングバー３０に付与されるエネルギーが、マグネ
ット３６の摩擦力によって消費吸収されるため、簡単な
構成で、びびりの発生を有効に阻止することができると
いう効果が得られる。

【００５１】図１４は、本発明の第２の実施形態に係る
びびり防止構造２０ａが組み込まれるボーリングバー３
０ａの要部断面図であり、図１５は、本発明の第３の実
施形態に係るびびり防止構造２０ｂが組み込まれるボー
リングバー３０ｂの要部断面図であり、図１６は、本発
明の第４の実施形態に係るびびり防止構造２０ｃが組み
込まれるボーリングバー３０ｃの要部断面図であり、図
１７は、本発明の第５の実施形態に係るびびり防止構造
２０ｄが組み込まれるボーリングバー３０ｄの要部断面
図である。なお、第１の実施形態に係るびびり防止構造
２０およびボーリングバー３０と同一の構成要素には同
一の参照数字に符号ａ〜ｃを付して、その詳細な説明は
省略する。

【００５２】図１４に示すように、第２の実施形態に係
るびびり防止構造２０ａでは、マグネット３６ａと取り
付け面３８ａとの間に板状、例えば、円板状の磁性体、
例えば、鉄板４２が介装されている。従って、鉄板４２
と取り付け面３８ａとの磁力が、前記鉄板４２とマグネ
ット３６ａとの磁力よりも弱いため、該鉄板４２と前記
取り付け面３８ａとの間で滑りが発生する。これによ
り、マグネット３６ａに滑りによる摩耗が惹起されるこ
とがなく、しかも、前記マグネット３６ａの磁力が鉄板
４２の厚さを変更することで容易に調整可能になるとい
う効果が得られる。

【００５３】図１５に示すように、第３の実施形態に係
るびびり防止構造２０ｂでは、マグネット３６ｂと取り
付け面３８ｂとの間に複数の板状の磁性体、例えば、鉄
板４４が積層されている。このため、マグネット３６ｂ
の磁力を容易に調整可能になる等、第２の実施形態と同
様な効果が得られる。

【００５４】図１６に示すように、第４の実施形態に係
るびびり防止構造２０ｃでは、ボーリングバー３０ｃの
先端側部から開口断面円形状のダンパー室３４ｃが設け
られており、このダンパー室３４ｃ内に円柱状のマグネ
ット３６ｃが収容されている。このマグネット３６ｃ
は、外周面がダンパー室３４ｃの内周面３８ｃに摺接し
て矢印Ａ方向に摺動可能である。

【００５５】図１７に示すように、第５の実施形態に係
るびびり防止構造２０ｄでは、ボーリングバー３０ｄの
先端側部から開口断面円形状のダンパー室３４ｄが設け
られるとともに、このダンパー室３４ｄ内に円柱状のマ
グネット３６ｄを囲繞して鉄製パイプ４６が配設されて
いる。従って、ダンパー室３４ｄ内では、マグネット３
６ｄがパイプ４６と一体的に移動し、このマグネット３
６ｄのみが摺動することがない。

【００５６】図１８は、本発明の第６の実施形態に係る
びびり防止構造５０が適用される工作機械５２の概略説
明図であり、図１９は、前記びびり防止構造５０の一部
断面図である。

【００５７】工作機械５２は、ケーシング５４内にベア
リング５６を介して回転可能に設けられるスピンドル
（主軸）５８と、前記スピンドル５８に着脱自在なＡＴ
Ｃ用ツールホルダ（ホルダ）６０と、前記ツールホルダ
６０のミーリングチャック６２に装着されるエンドミル
６４とを備え、前記ミーリングチャック６２の先端部に
びびり防止構造５０が組み込まれている。ここで、低周
波数振動のびびりに対しても、びびり防止構造５０が有
効に機能するために、摩擦摺動部材の質量Ｍを大きくす
べく、例えば、鉛等の高比重部材７６をマグネット７２
に積層してもよい（図１９参照）。

【００５８】図１９に示すように、びびり防止構造５０
は、ミーリングチャック６２の先端部に形成された凹部
６６に嵌合するキャップ部材６８を備え、前記キャップ
部材６８内にダンパー室７０が設けられる。このダンパ
ー室７０内には、リング状あるいは複数の円柱状のマグ
ネット７２が配設され、このマグネット７２が凹部６６
の底壁面７４に吸着されるとともに、前記マグネット７
２がエンドミル６４の抑制したい振動方向（矢印Ａ方
向）に摺動可能に構成される。

【００５９】このように構成されるびびり防止構造５０
では、マシニングセンターの作用下に工作機械５２を介
してワークＷ１にエンドミル加工が施されると、エンド
ミル６４に振動が生じる場合が多い。その際、びびり防
止構造５０を構成するマグネット７２がダンパー室７０
内で矢印Ａ方向に摩擦滑りが惹起し、びびりの発生を有
効に阻止することができるという効果が得られる。特
に、最近のマシニングセンターに求められている高速化
からベアリング径が小径化されるとともに、ベアリング
与圧が軽くなっており、さらにスピンドル長さＬ１がツ
ーリング長さＬ２に比べて短尺化されるため、再生びび
りが発生し易い工作機械５２に好適に用いることが可能
になる。

【００６０】図２０は、本発明の第７の実施形態に係る
びびり防止構造８０ａが組み込まれるエンドミル８２ａ
の概略説明図であり、図２１は、本発明の第８の実施形
態に係るびびり防止構造８０ｂが組み込まれるエンドミ
ル８２ｂの概略説明図である。

【００６１】図２０に示すように、エンドミル８２ａ
は、比較的大径に構成されており、このエンドミル８２
ａの先端には、びびり防止構造８０ａを構成するダンパ
ー室８４ａが形成される。ダンパー室８４ａには、マグ
ネット８６ａが抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺
動可能に配置されるとともに、このマグネット８６ａが
前記ダンパー室８４ａの底壁面８８ａに吸着保持されて
いる。ダンパー室８４ａの開口側端部には、カバー部材
９０ａが装着される。

【００６２】図２１に示すように、エンドミル８２ｂ
は、比較的小径に構成されており、このエンドミル８２
ｂの後端から先端側に向かってびびり防止構造８０ｂを
構成するダンパー室８４ｂが形成される。ダンパー室８
４ｂには、マグネット８６ｂが抑制したい振動方向（矢
印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグ
ネット８６ｂが前記ダンパー室８４ｂの底壁面８８ｂに
吸着保持されている。ダンパー室８４ｂには、カバー部
材９０ｂが装着される。

【００６３】図２２は、本発明の第９の実施形態に係る
びびり防止構造１００が組み込まれるフライスカッタ１
０２の概略説明図である。このフライスカッタ１０２の
先端には、びびり防止構造１００を構成するダンパー室
１０４が形成される。ダンパー室１０４には、１つある
いは複数のリング状の鉄板１０５とマグネット１０６が
抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置さ
れるとともに、この鉄板１０５が前記マグネット１０６
の磁力によって前記ダンパー室１０４の底壁面１０８に
吸着保持されている。ダンパー室１０４の開口側端部に
は、カバー部材１１０が装着される。

【００６４】図２３は、本発明の第１０の実施形態に係
るびびり防止構造１２０ａが組み込まれる研削盤１２２
ａの概略説明図であり、図２４は、本発明の第１１の実
施形態に係るびびり防止構造１２０ｂが組み込まれる研
削盤１２２ｂの概略説明図である。

【００６５】研削盤１２２ａは、比較的小さな振幅で高
い振動周波数を有しており、図２３に示すように、砥石
１２４ａの取り付け軸１２６ａの先端には、びびり防止
構造１２０ａを構成するダンパー室１２８ａが形成され
る。ダンパー室１２８ａには、マグネット１３０ａが抑
制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置され
るとともに、このマグネット１３０ａが前記ダンパー室
１２８ａの底壁面１３２ａに吸着保持されている。ダン
パー室１２８ａの開口側端部には、カバー部材１３４ａ
が装着される。

【００６６】研削盤１２２ｂは、比較的大きな振幅で低
い振動周波数を有しており、図２４に示すように、砥石
１２４ｂの取り付け軸１２６ｂと前記砥石１２４ｂとの
間に介装される支持部材１３６には、びびり防止構造１
２０ｂを構成するダンパー室１２８ｂが前記取り付け軸
１２６ｂを囲繞して形成される。ダンパー室１２８ｂに
は、リング状あるいは複数の円柱状のマグネット１３０
ｂが抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配
置されるとともに、このマグネット１３０ｂが前記ダン
パー室１２８ｂの底壁面１３２ｂに吸着保持されてい
る。ダンパー室１２８ｂの開口側端部には、カバー部材
１３４ｂが装着される。

【００６７】図２５は、本発明の第１２の実施形態に係
るびびり防止構造１４０が組み込まれる旋盤１４２の概
略説明図である。この旋盤１４２は、刃物台１４４にバ
イト１４６が取り付けられており、このバイト１４６に
は、切れ刃１４８に近接してびびり防止構造１４０を構
成するダンパー室１５０が形成される。ダンパー室１５
０には、円柱状のマグネット１５２が抑制したい振動方
向（矢印Ａ方向）に摺動可能に配置されるとともに、こ
のマグネット１５２が前記ダンパー室１５０の底壁面１
５４に吸着保持されている。ダンパー室１５０の開口側
端部には、カバー部材１５６が装着される。

【００６８】このような構成において、ワークＷ２が、
図示しない主軸台に保持されて矢印方向に回転されると
ともに、このワークＷ２と刃物台１４４とが相対的に近
接する方向に移動する。これにより、ワークＷ２の外周
面には、バイト１４６を介して加工作業が施される。そ
の際、バイト１４６の先端側には、びびり防止構造１４
０が組み込まれており、前記バイト１４６にびびりが発
生することを有効に阻止することができる。

【００６９】図２６は、本発明の第１３の実施形態に係
るびびり防止構造１６０が組み込まれる治具１６２の概
略説明図である。この治具１６２は、例えば、エンドミ
ル１６４を介して加工されるワークＷ３を位置決め保持
する第１および第２クランプ機構１６６、１６８を備え
る。第１クランプ機構１６６は、ワークＷ３の下部１７
０ａ側を保持するクランプ爪１７２を備える一方、第２
クランプ機構１６８は、前記ワークＷ３の加工部位近傍
である上部１７０ｂ側を保持するクランプ爪１７４を備
える。

【００７０】びびり防止構造１６０は、第２クランプ機
構１６８を構成するクランプ爪１７４に組み込まれてお
り、前記クランプ爪１７４のワーク支持部と支点部との
間には、前記びびり防止構造１６０を構成するダンパー
室１７６が形成される。ダンパー室１７６には、円柱状
のマグネット１７８が抑制したい振動方向（矢印Ａ方
向）に摺動可能に配置されるとともに、このマグネット
１７８が前記ダンパー室１７６の底壁面１８０に吸着保
持されている。ダンパー室１７６の開口側端部には、カ
バー部材１８２が装着される。

【００７１】このように構成される治具１６２で保持さ
れたワークＷ３の上部１７０ｂは、そのワークＷ３の形
状特性上、十分なクランプ剛性が得られ難い。このた
め、ワークＷ３の上部１７０ｂの側面をエンドミル１６
４で加工すると、このワークＷ３には、矢印Ａ方向に加
工振動が惹起され易く、びびりが発生するおそれがあ
る。また、ワークＷ３の形状特性では、このワークＷ３
を第２クランプ機構１６８により強固に押し付け保持す
ることができず、前記第２クランプ機構１６８自体にも
加工による振動が惹起され易い。

【００７２】そこで、第１３の実施形態では、振動が発
生し易い第２クランプ機構１６８を構成するクランプ爪
１７４にびびり防止構造１６０を組み込むことにより、
ワークＷ３と前記第２クランプ機構１６８の振動を有効
に阻止してびびりの発生を可及的に防止することが可能
になる。

【００７３】図２７は、本発明の第１４の実施形態に係
るびびり防止構造１９０の概略説明図である。このびび
り防止構造１９０は、治具１９２を介して位置決め保持
される鉄等の磁性体ワークＷ４に、例えば、エンドミル
１９４を介して加工が施される際、このワークＷ４の振
動が発生し易い部位に、直接、装着される離脱可能なケ
ーシング部材１９６を備える。ケーシング部材１９６
は、取り付け用マグネット１９８が嵌め込まれる室２０
０と、ダンパー室２０２とを独立して設けており、前記
取り付け用マグネット１９８がワークＷ４に吸着保持さ
れる。

【００７４】ダンパー室２０２には、円柱状のマグネッ
ト２０４が抑制したい振動方向（矢印Ａ方向）に摺動可
能に配置されるとともに、このマグネット２０４が前記
ダンパー室２０２の底壁面２０６に吸着保持されてい
る。ダンパー室２０２の開口側端部には、カバー部材２
０８が装着される。

【００７５】ワークＷ４では、切削抵抗が直接作用する
部分の肉厚が薄いため、びびりが発生し易くなってお
り、第１４の実施形態では、この部分に対応してびびり
防止構造１９０が直接取り付けられる。これにより、ワ
ークＷ４を加工する際に、びびりが生じることがなく、
前記ワークＷ４を高精度に加工することができる。な
お、振動方向がラジアル状に存在する際には、複数のケ
ーシング部材１９６を使用すればよい。

【００７６】

【発明の効果】本発明に係る作業機械のびびり防止構造
では、加工工具によるワークの加工時に、びびりの要因
となる振動エネルギーを、フリクションダンパー用マグ
ネットの滑り摩擦によって確実に吸収することができ、
簡単な構成で、びびりの発生を有効に阻止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常のボーリングバーの一部側面図である。

【図２】前記ボーリングバーによる加工状態の説明図で
ある。

【図３】加工面とボーリングバーの共振振動に起因する
凹凸面の特徴的な説明図である。

【図４】前記ボーリングバーの加工による振動増幅過程
を特徴的に表す概略図である。

【図５】前記ボーリングバーに作用する加振振動エネル
ギーと応答振動のタイミングサイクル説明図である。

【図６】前記ボーリングバーに出入りする切削エネルギ
ーによるボーリングバーの変位と作用する外力との関係
図である。

【図７】ボーリングバーと物体との間にマグネットが介
装された際の動作原理の説明図である。

【図８】前記マグネットが介装された際の変位と消散エ
ネルギーとの関係図である。

【図９】振動エネルギーと消散エネルギーとの関係図で
ある。

【図１０】本発明の第１の実施形態に係る作業機械のび
びり防止構造が適用される工作機械の要部説明図であ
る。

【図１１】前記びびり防止構造の断面説明図である。

【図１２】前記びびり防止構造の動作説明図である。

【図１３】振動変位と消散エネルギーとの関係図であ
る。

【図１４】本発明の第２の実施形態に係るびびり防止構
造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図である。

【図１５】本発明の第３の実施形態に係るびびり防止構
造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図である。

【図１６】本発明の第４の実施形態に係るびびり防止構
造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図でであ
る。

【図１７】本発明の第５の実施形態に係るびびり防止構
造が組み込まれるボーリングバーの要部断面図である。

【図１８】本発明の第６の実施形態に係るびびり防止構
造が適用される工作機械の概略説明図である。

【図１９】前記びびり防止構造の一部断面図である。

【図２０】本発明の第７の実施形態に係るびびり防止構
造が組み込まれるエンドミルの概略説明図である。

【図２１】本発明の第８の実施形態に係るびびり防止構
造が組み込まれるエンドミルの概略説明図である。

【図２２】本発明の第９の実施形態に係るびびり防止構
造が組み込まれるフライスカッタの概略説明図である。

【図２３】本発明の第１０の実施形態に係るびびり防止
構造が組み込まれる研削盤の概略説明図である。

【図２４】本発明の第１１の実施形態に係るびびり防止
構造が組み込まれる研削盤の概略説明図である。

【図２５】本発明の第１２の実施形態に係るびびり防止
構造が組み込まれる旋盤の概略説明図である。

【図２６】本発明の第１３の実施形態に係るびびり防止
構造が組み込まれる治具の概略説明図である。

【図２７】本発明の第１４の実施形態に係るびびり防止
構造の概略説明図である。

【符号の説明】 ２０、２０ａ〜２０ｄ、５０、８０ａ、８０ｂ、１０
０、１２０ａ、１２０ｂ、１４０、１６０、１９０…び
びり防止構造 ２２、５２…工作機械 ２８、５８…スピン
ドル １、３０、３０ａ〜３０ｄ…ボーリングバー ３２、１４６…バイト ３４、３４ａ〜３４ｄ、７０、８４ａ、８４ｂ、１０
４、１２８ａ、１２８ｂ、１５０、１７６、２０２…ダ
ンパー室 １２、３６、３６ａ〜３６ｄ、７２、８６ａ、８６ｂ、
１０６、１３０ａ、１３０ｂ、１５２、１７８、１９
８、２０４…マグネット ３８、３８ａ〜３８ｄ…取り付け面 ４０、９０ａ、９０ｂ、１１０、１３４ａ、１３４ｂ、
１５６、１８２、２０８…カバー部材 ４６…パイプ ６０…ツールホルダ ６２…ミーリングチャック ６４、８２ａ、８２
ｂ、１６４、１９４…エンドミル
６８…キャップ部材 ７４、８８ａ、８８ｂ、１０８、１３２ａ、１３２ｂ、
１５４、１８０、２０６、…底壁面 １０２…フライスカッタ １２２ａ、１２２ｂ
…研削盤 １２４ａ、１２４ｂ…砥石 １２６ａ、１２６ｂ
…取り付け軸 １３６…支持部材 １４２…旋盤 １６２、１９２…治具 １６６、１６８…ク
ランプ機構 １７２、１７４…クランプ爪 １９６…ケーシング
部材 ２００…室

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工工具を介してワークに加工処理を施す
   際に、びびりが発生することを防止するための作業機械
   のびびり防止構造であって、 びびり発生防止部位に対応して設けられるダンパー室
   と、 前記ダンパー室内に移動可能に収容されるとともに、前
   記ワークの加工時に前記びびりの要因となる振動エネル
   ギーを、滑り摩擦によって吸収するフリクションダンパ
   ー用マグネットと、 を備えることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
2. 【請求項２】請求項１記載のびびり防止構造において、
   前記マグネットと該マグネットの取り付け面との間に、
   面板状やリング板状を含む板状の磁性体が配設されるこ
   とを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
3. 【請求項３】請求項１記載のびびり防止構造において、
   前記加工工具が回転工具を構成する際、前記加工工具の
   振動方向と遠心力の向かう方向とが異なるように設定さ
   れることを特徴とする作業機械のびびり防止構造。
4. 【請求項４】請求項１記載のびびり防止構造において、
   前記ダンパー室は、前記加工工具に設けられるととも
   に、 前記マグネットは、抑制したい前記加工工具の振動方向
   に対して摩擦すべりを発生する姿勢で前記ダンパー室内
   に配置されることを特徴とする作業機械のびびり防止構
   造。
5. 【請求項５】請求項１記載のびびり防止構造において、
   前記ダンパー室は、前記加工工具が固着されるホルダに
   設けられるとともに、 前記マグネットは、抑制したい前記加工工具の振動方向
   に対して摩擦すべりを発生する姿勢で前記ダンパー室内
   に配置されることを特徴とする作業機械のびびり防止構
   造。
6. 【請求項６】請求項１記載のびびり防止構造において、
   前記ダンパー室は、前記ワークを保持する治具に設けら
   れるとともに、 前記マグネットは、前記加工工具による加工時に抑制し
   たい前記治具の振動方向に対して摩擦すべりを発生する
   姿勢で前記ダンパー室内に配置されることを特徴とする
   作業機械のびびり防止構造。
7. 【請求項７】請求項１記載のびびり防止構造において、
   前記ワークの加工部位に対応して該ワークに離脱可能に
   取り付けられるケーシング部材を備え、 前記ケーシング部材の内部に前記ダンパー室が設けられ
   るとともに、 前記マグネットは、前記加工工具による加工時に抑制し
   たい前記ワークの振動方向に対して摩擦すべりを発生す
   る姿勢で前記ダンパー室内に配置されることを特徴とす
   る作業機械のびびり防止構造。
8. 【請求項８】請求項１記載のびびり防止構造において、
   前記マグネットには、高比重部材が積層されることを特
   徴とする作業機械のびびり防止構造。