JP2573115B2 - 円盤状工具のガイド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円盤状工具のガイド装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、円盤状工具例えば丸鋸，円形スリ
ッタナイフ，切断砥石等による加工において、これらは
加工の種類によっては、切断材の歩どまりを向上させた
り細溝を加工したりする都合上、できる限り厚さの薄い
円盤状工具を必要とする場合がある。特に被削材の切断
除去部分を少なくして製品の歩どまりの向上を計ること
はこれからの重要課題でもある。しかし円盤状工具は薄
くなるに従い横方向の剛性が低下し、切断面の真直度に
問題が生じる。そこでこれを解決する有効な手段として
円盤の両側面に通常20〜100 μｍの隙間を有して近接す
る一対のガイド面を有するガイドを設けて一定以上工具
が横方向に変位しないようにする方法がある。

【０００３】このガイドを有する所謂ガイドソーは、ガ
イドの静的剛性を高め丸鋸台金とガイド面との金属接触
を防止するため台金とガイド面間に、油及び又は水と空
気との混合流体を吹きつけるものが実用化されている。
このガイドソーは台金の切削域付近の静的剛性を高める
ためガイドを切削点に近づけ、外部のノズル又はガイド
面内部の直径１〜２ｍｍ以上の１又は２以上の孔から前
述の混合流体をガイド面と台金との隙間に吹きつけてい
る。このためガイド装置としては効果があるものの、反
面油や水が飛び散るため環境が悪くなり、油や水が付着
しては困る被削材には使用できないという欠点を有して
いる。

【０００４】従ってこの方法はスプライン・アーバ・ガ
イドソー方式又はフローティング・カラー・ガイドソー
方式の回転中心軸上で横方向に移動可能な鋸の移動及び
位置固定用の働きをさせるガイド装置として製材挽き割
り用に利用されており、この技術に関しては多くの報告
又は解説書が出回っている。この欠点を補うものとして
圧縮空気のみをガイド面内部の直径１〜２ｍｍ程度の１
又は２以上の孔から吹きつける乾式ガイドも考えられて
いるが、空気圧が低いとガイドとして必要な剛性が得ら
れず、空気圧が高いと空気の圧縮性に起因するニューマ
チックハンマ現象が発生して台金が振動する不都合が生
じ、ガイドとしての利用価値は低い。

【０００５】また台金の横方向の変位と速度に対して電
磁石の引力と空気の押圧力とを制御して台金の剛性を高
めようとするものがある。 （文献“Ｔhe Ｍagna-guide Ｒevisited”Ｒrofesser
Ｒ・ＢirkelandＴhe Ｎorwegian Institute of Ｗoo
d Ｔechnology. 9th.Ｗood Ｍachining Ｓeminar. Ｏc
t.1988) このものは乾式であることとガイド装置を工具の片側だ
けに設置すればよいという利点があるが、反面制御シス
テムが非常に複雑となり、圧縮空気特有の不安定現象に
対して有効な抑止動作をさせることが難しく商業的には
未だ利用されていない。この不安定な振動を抑制するた
めには多孔質材料を用いた方が良いだろうと報告してい
る。しかしこの事についてはこれ以上の開示はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた円
盤状工具の横方向の剛性向上を目的とするガイド装置
は、現在商業的に利用されているものは丸鋸台金とガイ
ド面間に油及び又は水と空気との混合流体を吹きつける
ガイドソーだけであり、特に木工加工の分野においては
水や油が付着しては困る被削材には利用できないため、
製材等の一次加工の一部で使用されているにとどまり、
二次加工の分野での実績は皆無であるという問題点を有
している。本発明は従来の技術の有するこのような問題
点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、周囲の環境を汚すことのない乾式ガイドで、しかも
ニューマチックハンマ現象を抑止できる簡単な構造のガ
イド装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における円盤状工具のカイド装置は、一対のガ
イド面が所定の隙間を保って対向するガイドの中央に外
縁より内側が位置するように円盤状工具を配設して、前
記ガイド面から圧縮気体を吹き出すことにより前記円盤
状工具のガイド付近の横方向の剛性を増大させるカイド
装置において、少なくとも一つのガイドの静的剛性が他
のガイドの静的剛性と異なるガイドを二つ以上設けたも
のである。また静的剛性の高いガイドと静的剛性の低い
ガイド又は静的剛性零の平面のみのガイドの二つを互い
に隣接配置して一体化したものを少なくとも一つ設ける
こともできる。また二つのガイドから成り、切削点に近
いガイドの静的剛性に対して他の点のガイドの静的剛性
がほぼ１／２以下とすることもできる。

【０００８】上記のガイド装置の静的剛性の高いガイド
の第１ガイド面は多孔質材料からなり、静的剛性の低い
ガイドの第２ガイド面は前記第１ガイド面の多孔質材料
よりも空孔寸法が小さい多孔質材料か又は前記第１ガイ
ド面の多孔質材料の表面に溶射可能材料の薄膜を形成し
て空孔寸法を小さくした多孔質材料からなるものとする
ことができる。また静的剛性の高いガイドのガイド面は
空気吹出し孔を一つ以上の細穴とした平面でなり静的剛
性の低いガイド面は多孔質材料又は多孔質材料の表面に
溶射可能材料の薄膜を形成して空孔寸法を小さくしたも
のとすることもできる。また静的剛性の異なるガイドの
ガイド面は共に同一の空孔寸法を有する多孔質材料から
なり、供給する気体の圧力及び又は流量を違えるか及び
又はガイド面の面積及び又は多孔質材料の厚み及び又は
ガイドと工具の隙間を違えることにより静的剛性を変え
たものとすることもできる。また静的剛性の異なるガイ
ドのガイド面は圧縮気体吹き出し孔を一つ以上の細穴と
した平面からなり、供給する気体の圧力及び又は流量を
違えるか及び又は細穴寸法及び又は細穴数及び又はガイ
ド面の面積を違えることにより静的剛性を変えたものと
することもできる。

【０００９】

【作用】円盤状工具の切削域に近いガイドの静的剛性を
圧縮気体を供給して通常一つのガイドの場合に振動が発
生する安定限界剛性を越える高い剛性とし、他の点のガ
イドを安定限界剛性以下の低い静的剛性とすることによ
る振動抑制効果により安定させる。そしてこのガイドに
より薄丸鋸等の横方向の剛性不足を補って挽き曲がり等
の発生を防止する。

【００１０】

【実施例】図１の丸鋸盤において、回転軸にフランジ１
を介して外周に鋸刃を有する厚さの薄い丸鋸２の台金２
ａ部が嵌着されており、丸鋸２は上部がテーブル３のす
り割り穴より突出している。テーブル３には切削域に近
い左側位置と、対称の右側位置に台金２ａを挟んで一対
の第１ガイド４と第２ガイド５が設けられている。第１
ガイド４及び第２ガイド５のガイド面４ａ，５ａは共
に、鋳鉄製多孔質材料で形成されている。この多孔質材
料は（株）ナベヤ製ブレスナイト又はコーニング社製バ
イオカラムフィルター等市販のものを使用することがで
きる。そして多孔質材料は連続した空孔寸法が0.1 〜１
ｍｍ，孔数５〜50／ｃｍ² のもののうちから選択するこ
とができる。

【００１１】更に第２ガイド５のガイド面５ａのみは、
多孔質材料の表面に例えばニッケルクロム合金を溶射し
て空孔寸法約30μｍの被膜が形成されたものを使用して
おり、第１ガイド４，第２ガイド５のガイド面４ａ，５
ａと台金２ａとの隙間は例えば50μｍにセットされてい
る。そして図示しないエア源より送られてくる圧縮空気
が調圧及び又は流量調整されてガイド面４ａ，５ａの空
孔より台金２ａに向けて吹き出されており、この圧縮空
気によりガイドの静的剛性が調整できる。尚、ガイドの
静的剛性とは、台金２ａが横方向に微小単位長さに徐々
に変位したときのガイドの抵抗力をいい、空気の圧力，
空気の流量のほかガイドと台金の隙間，多孔質面積によ
っても変化する。 従ってガイドの静的剛性Ｋは、 Ｋ＝｜∂（Ｆ_R −Ｆ_L ) ／∂ｈ｜ _h=ho Ｆ_R ＝Ｆ_L とすれば、 Ｋ＝２∂Ｆ／∂ｈ _h=ho により求められる。但しＦ_R は右ガイドの力、Ｆ_L は左
ガイドの力、ｈは隙間、_hoは隙間の設定値である。

【００１２】図３はＦ_R ，Ｆ_L とｈとの関係を表したグ
ラフで、両側に隙間_hoを有して対向する一対のガイド４
又は５が台金２ａに作用する力を表している。本実施例
では第１ガイド４の静的剛性ＫＡは第２ガイド５の静的
剛性ＫＢより高く設定されており、例えば第１ガイド４
は0.38ｋｇｆ／μｍ、第２ガイド５は0.01ｋｇｆ／μｍ
にセットされている。この第１ガイド４と第２ガイド５
の静的剛性ＫＡ，ＫＢの関係は、ニューマチックハンマ
現象を抑止する大切な要素であり、これについて次の実
験を行った。

【００１３】第１の実験の試験方法は、図４，図５に示
すようにフランジ（φ140 ｍｍ）に取付けた薄丸鋸相当
の円板（φ400 ×ｔ 1.25 ｍｍ）をフランジ側を固定し
て静止状態とし、円板の両側に多孔質金属（厚み13ｍ
ｍ，孔数35〜50／ｃｍ² ，空孔寸法0.15〜0.3 ｍｍ）か
らなるガイド面を、隙間50μｍを有して配置したガイド
を一組又は二組取り付け、空気供給圧力Ｐと空気流量Ｑ
に依存するガイドの静的剛性を変化させながら、ニュー
マチックハンマ現象によって生じる円板の振動の状態を
調査した。図６〜図８は一組のガイドＡによるガイドの
静的剛性ＫＡと円板のニューマチック振動との関係を示
し、図９〜図１１は二組のガイドのうち一方のガイドＡ
の静的剛性ＫＡを固定し、他方のガイドＢの静的剛性Ｋ
Ｂを変えたときのそれぞれニューマチック振動の発生状
態を示すしたのものである。尚、図６〜図１１のｎｃは
円板の対称モードｎを、ｎｓは円板の歪対称モードｎを
表し、振動の大きさは●→○→◎の順に大きい。

【００１４】この第１の実験の結果によると一組のガイ
ドＡのみの場合は、図６〜図８より圧力Ｐ一定の場合、
空気流量を増してガイドＡの静的剛性ＫＡ（ｋｇｆ／μ
ｍ）を高くして、ガイドＡの安定限界剛性ＫｓＡを越す
と円板はその固有振動数で共振し静的剛性の増加と共に
円板の振幅が大きくなっていく。但し０＜Ｐ≦４ｋｇｆ
／ｃｍ² では、円板はガイドの静的剛性ＫＡ≦0.15ｋｇ
ｆ／μｍで振動せず安定する。二組のガイドＡ，Ｂの場
合は、一方のガイドＡをニューマチックハンマ現象が発
生する安定限界剛性ＫｓＡより高くに設定し、反対側の
非切削域のガイドＢはこの振動を抑える目的でガイドＢ
の安定限界剛性ＫｓＢ以下に設定する。

【００１５】このガイドＢの静的剛性ＫＢは、図９〜図
１１よりガイドＡ，Ｂへの供給圧力を４ｋｇｆ／ｃｍ²
とし、ガイドＡの静的剛性を最大値ＫＡ＝2.8 ｋｇｆ／
μｍで一定とした場合でも、ガイドＢの静的剛性を０≦
ＫＢ≦0.2 ｋｇｆ／μｍとすれば目的を達成できること
がわかる。これはＫＢが小さいとスクイーズ効果によっ
てガイドＢが円板の振動エネルギーを吸収して励振作用
よりダンバーの作用の方が大きくなるためと思われる。
従ってガイドＢへの空気の流量を絞る効果を高めるため
に、多孔質材料の空孔を小さくしたり、表面にセラミッ
クス，金属，非金属等を溶射して空孔寸法を小さくする
ことにより更に安定させることが可能である。また多孔
質材料は、孔径に比して空孔経路が長いものほど空気の
抵抗が大きいので動的剛性（台金の横方向への急激な変
化に対するガイドの抵抗力）が高く圧力スクイーズ効果
の大きいガイドが得られる。この実験は前述の通り円板
静止時に行ったものであり、円板を回転させるとどのよ
うに変わるかを調べたところ回転数の増加とともにニュ
ーマチックハンマ現象が生じ難くなるが、静止時同様に
円板の不安定さを抑えることができることが解った。従
って以降の実験はすべて円板静止時に行ったものであ
る。

【００１６】次に第２の実験として第１ガイド４と第２
ガイド５の位置関係が振動抑止効果に及ぼす影響につい
て実験を行った。特に記述しない条件は第１の実験と同
一とし、図１２に示すようにガイドＡに対して180 °の
位置にあるガイドＢの取付角度θを順次変えて、ニュー
マチックハンマ現象が生じないガイドＢの安定限界剛性
ＫｓＢを調べて見た。この結果は表１のデータに示すよ
うにガイドＢは位置に関係なくＫｓＢ≒0.2 ｋｇｆ／μ
ｍで振動抑止効果があり、ガイドＡ，Ｂが隣接しても変
わらないことが解った。２組のガイド剛性を同じにした
場合の安定限界剛性は、上記の値とほぼ同じＫｓＡ＝Ｋ
ｓＢ≒0.2 ｋｇｆ／μｍであった。

【００１７】

【表１】

【００１８】そこで第３の実験として図１３に示すよう
にガイドＡ，Ｂを一体化してガイドＢへの空気流量を順
次減らして行った結果、ガイドＢの静的剛性ＫＢ＝０に
なっても振動抑止効果に変化がなかった。これによりガ
イドＢはソリッドの鉄板だけでもよいことが判明した。
次いで第４の実験として図１４に示すようにガイドＡ，
Ｂを一体化したものを二組作って180 °位置に取付けて
見たが、これも振動抑止効果には変化がなかった。但し
一方の組合せガイドをＡ，Ｂ逆にセットした場合のみ抑
止効果がなかった。

【００１９】次いで第５の実験として図１５に示す円板
の厚さｔと安定限界剛性Ｋｓとの関係を調べた。ガイド
の条件を第１の実験と同一とし、ガイド一個の場合と、
ガイド二個の場合とについて調べた結果が、表２のデー
タで、図１６はこのグラフである。これによると円板自
体の静的剛性はｔの３乗に逆比例するため、ｔ＝1.00：
1.25：1.45＝１：２：３となり、円板自体の静的剛性が
上がるに従ってＫｓは上がるが、それ程大きく変化しな
いことが解った。

【００２０】

【表２】

【００２１】次いで第６の実験として図１７に示すガイ
ドと円板との隙間と安定限界剛性Ｋｓとの関係について
調べた結果が表３のデータで、図１８はこのデータによ
り二個のガイドのＫｓＢ／ＫＡと隙間の関係を表すグラ
フである。この結果によると隙間が一定であればＫｓの
値はガイド一個，二個とも圧力による変化は少なく、隙
間が小さくなるほどＫｓの値は大きくなる（およそ隙間
の２〜３乗に逆比例）。ガイド二個の場合のＫｓＢ／Ｋ
Ａの値を図１８より設定するのは難しいが、実用的には
ＫｓＢ／ＫＡ＜１／２とすればよいことが解かる。

【００２２】

【表３】

【００２３】 続いて第７の実験として図１９に示すよ
うにガイドＡを図２０，図２１に示すφ48のソリッド材
にφ0.8 の細穴を２５個３ｍｍピッチでＸ状に穿設した
ものに代えた場合について実験を行った。表４はこのデ
ータである。ガイドＡ一個の場合には僅かに空気を流す
ことで不安定となる。これは多孔質に比して振動が発生
し易く、更にガイド面積が小さいことも影響しているも
のと考えられる。しかし多孔質材料のガイドＢを取り付
けて二個のガイドにすると、安定限界剛性ＫｓＢは前述
実験と変わらない値で振動の抑止効果を発揮する。この
実験結果によれば、一方のガイドが安定状態であれば、
他方のガイドはいかなる種類のガイドでもよく、またよ
り安定にするためにはガイド面積が広いほどよく、
ガイド隙間は小さいほどよく、多孔質材料の方が優れ
ていることになる。その他、切削がガイド面に付着する
のを防ぐためにガイド面の内面を窪ませた凹面にしたと
ころ抑止効果は少し悪くなったが、実用上問題なかっ
た。

【００２４】

【表４】

【００２５】ここで本実施例の第１ガイド４と第２ガイ
ド５の関係及び条件を整理すると、 １．第１ガイド４は切削域に近い位置程横方向の剛性が
増加し、真近で最も効果がある。 ２．第２ガイド５はどの位置に取付けても振動を抑止で
きる。 ３．第１ガイド４と第２ガイド５を一体化（一つのガイ
ドでガイド面の部分により静的剛性に変化をもたせる）
させても効果は同じである。 ４．ガイド面は僅かに凹面にしても良い。 ５．ガイド面の圧縮気体吹き出し孔は、細かく分布しか
つ直通しない方が動的剛性が高くスクイーズ効果の大き
いガイドが得られるので、ソリッドのガイド面に直通孔
を多数穿設したものより、細かな通気孔が入り組んだ多
孔質材料の方がよく、第１ガイド４に適する。 ６．更にこの多孔質材料の表面に溶射被膜を形成すると
空孔寸法も小さくなり表面も滑らかになるので動的剛性
が向上するが、反面圧力損失が大きいため静的剛性が低
下する。従って第２ガイド５に適する。但し静的剛性は
ガイドＡに対して１／２以下となる。 ７．多孔質材料と多孔質材料の表面に溶射被膜を形成し
たものとを組合せることにより、第１ガイド４の静的剛
性を高めていくうえにおいてニューマチックハンマ現象
に対する安定領域を広くすることができる。 ８．このガイドは固定フランジ以外にスプライン・アー
バー又はフローティング・カラーにも同様の効果があ
り、適用である。 尚ここで述べた気体は一般の空気又は特定の気体例えば
窒素ガスあるいは被加工材を濡らさない程度の液体を混
合した気体等を含めることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。円盤状工具の両側面に
設けたガイド面から圧縮気体を吹き出して円盤状工具の
横方向の剛性を増大させるガイドにおいて、静的剛性の
高い切削域近くのガイドのニューマチックハンマ現象の
振動を、他の点の静的剛性の低いガイドにより未然に抑
止して安定するようにしたので、被加工材を水や油で汚
すことがない乾式ガイドにより薄丸鋸等の使用が可能と
なって、切断時の歩どまりが向上し、細溝加工の精度向
上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二つのガイドを有する丸鋸盤の主要部側面図で
ある。

【図２】ガイドの断面図である。

【図３】丸鋸台金に作用するガイドの力を示すグラフ図
である。

【図４】第１の実験の一つのガイドを有する円板の試験
の方法を示す図である。

【図５】第１の実験の二つのガイドを有する円板の試験
の方法を示す図である。

【図６】第１の実験の図４の空気圧力１ｋｇｆ／ｃｍ²
のときのガイドの静的剛性と円板の振動発生の関係を示
すグラフ図である。

【図７】第１の実験の図４の空気圧力２ｋｇｆ／ｃｍ²
のときのガイドの静的剛性と円板の振動発生の関係を示
すグラフ図である。

【図８】第１の実験の図４の空気圧力４ｋｇｆ／ｃｍ²
のときのガイドの静的剛性と円板の振動発生の関係を示
すグラフ図である。

【図９】第１の実験の図５のガイドＡの静的剛性０．８
９ｋｇｆ／μｍの時のガイドＢの静的剛性と円板の振動
発生の関係を示すグラフ図である。

【図１０】第１の実験の図５のガイドＡの静的剛性１．
５９ｋｇｆ／μｍの時のガイドＢの静的剛性と円板の振
動発生の関係を示すグラフ図である。

【図１１】第１の実験の図５ガイドＡの剛性２．８３ｋ
ｇｆ／μｍの時のガイドＢの剛性と円板の振動発生の関
係を示すグラフ図である。

【図１２】第２の実験の二つのガイドの位置関係を代え
た場合の試験の方法を示す図である。

【図１３】第３の実験の二つのガイドを接近又は一体型
をした場合の試験の方法を示す図である。

【図１４】第４の実験の接近又は一体型のガイドを二組
用いた場合の試験の方法を示す図である。

【図１５】第５の実験の円板の厚さを変えた場合の安定
限界剛性との関係の試験の方法を示す図である。

【図１６】第５の実験のグラフ図である。

【図１７】第６の実験の隙間を変えた場合の安定限界剛
性との関係の試験の方法を示す図である。

【図１８】第６の実験のグラフ図である。

【図１９】第７の実験のガイドＡをソリッド材に細穴を
設けたものに変えた場合の試験の方法を示す図である。

【図２０】第７の実験のガイドの正面図である。

【図２１】第７の実験のガイド側面の断面図である。

【符号の説明】 ２ 丸鋸 ２ａ 台金 ４ 第１ガイド ５ 第２ガ
イド ４ａ，５ａ ガイド面

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のガイド面が所定の隙間を保って対
   向するガイドの中央に外縁より内側が位置するように円
   盤状工具を配設して、前記ガイド面から圧縮気体を吹き
   出すことにより前記円盤状工具のガイド付近の横方向の
   剛性を増大させるカイド装置において、少なくとも一つ
   のガイドの静的剛性が他のガイドの静的剛性と異なるガ
   イドを二つ以上設けたことを特徴とする円盤状工具のガ
   イド装置。
2. 【請求項２】 一対のガイド面が所定の隙間を保って対
   向するガイドの中央に外縁より内側が位置するように円
   盤状工具を配設して、前記ガイド面から圧縮気体を吹き
   出すことにより前記円盤状工具のガイド付近の横方向の
   剛性を増大させるガイド装置において、静的剛性の高い
   ガイドと静的剛性の低いガイド又は静的剛性零の平面の
   みのガイドの二つを互いに隣接配置して一体化したもの
   を少なくとも一つ設けたことを特徴とする円盤状工具の
   ガイド装置。
3. 【請求項３】 二つのガイドから成り、切削点に近いガ
   イドの静的剛性に対して他の点のガイドの静的剛性がほ
   ぼ１／２以下である請求項１又は２記載の円盤状工具の
   ガイド装置。
4. 【請求項４】 静的剛性の高いガイドの第１ガイド面は
   多孔質材料からなり、静的剛性の低いガイドの第２ガイ
   ド面は前記第１ガイド面の多孔質材料よりも空孔寸法が
   小さい多孔質材料か又は前記第１ガイド面の多孔質材料
   の表面に溶射可能材料の薄膜を形成して空孔寸法を小さ
   くした多孔質材料からなる請求項１，２，３の何れかに
   記載の円盤状工具のガイド装置。
5. 【請求項５】 静的剛性の高いガイドのガイド面は圧縮
   気体吹出し孔を一つ以上の細穴とした平面でなり静的剛
   性の低いガイド面は多孔質材料又は多孔質材料の表面に
   溶射可能材料の薄膜を形成して空孔寸法を小さくしたも
   のである請求項１，２，３の何れかに記載の円盤状工具
   のガイド装置。
6. 【請求項６】 静的剛性の異なるガイドのガイド面は共
   に同一の空孔寸法を有する多孔質材料からなり、供給す
   る気体の圧力及び又は流量を違えるか及び又はガイド面
   の面積及び又は多孔質材料の厚み及び又は工具とガイド
   の隙間を違えることにより静的剛性を変えたものである
   請求項１，２，３の何れかに記載の円盤状工具のガイド
   装置。
7. 【請求項７】静的剛性の異なるガイドのガイド面は圧縮
   気体吹き出し孔を一つ以上の細穴とした平面からなり、
   供給する気体の圧力及び又は流量を違えるか及び又は細
   穴寸法及び又は細穴数及び又はガイド面の面積を違える
   ことにより静的剛性を変えたものである請求項１，２，
   ３の何れかに記載の円盤状工具のガイド装置。