JP4836256B2 - びびり振動防止治具 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械を使って工作物を加工する際に発生するびびり振動を防止する治具に関し、特に、金属製の工作物を加工する際に発生するびびり振動を防止するための治具に関する。

各種工作機械を使って工作物に切削、研削等の加工を施すとき、工具が加工物に作用する力のために、工作物にいわゆるびびりが発生することが従来から問題となっていた。びびり発生により工作物が微小振動すると、不快な異音が発生するだけでなく、加工精度にも悪影響を与えてしまう。
このため、従来から、びびり振動に対する対策が色々と講じられている。例えば、下記特許文献１乃至３には、びびり振動を防止するための方策が開示されている。

特開平７−２７６１７５号公報 特開平７−２２７７４４号公報 特開２００４−６６３６２号公報

特許文献１には、びびりを防止するために中空円筒状工作物の内部に挿入される弾性部材治具が開示されている。また、特許文献２には、びびりを吸収して減衰するために円筒工作物の内部に貼り付けられる帯状マグネットゴムが開示されている。また、特許文献３には、加工物の加工部分近傍に予圧を付与してびびり振動を防止するためのサポートユニットが開示されている。

しかし、上記特許文献１及び２は、加工物が円筒形状の場合を想定した対策であり、円筒形状以外の加工物の場合には適用することができない。また、特許文献１及び２に開示されている弾性部材の弾性力を利用してびびりを減衰させる方法では、びびりの発生を十分に抑制することは困難である。
また、特許文献３では、固定サポートユニット及び追従サポートユニットが必要であり、装置構成が複雑になりコストもかかってしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、工作機械による加工時に発生するびびり振動を簡単な構成で効率的に防止すると共に種々の形状の加工物に対して適用できるびびり振動防止治具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るびびり振動防止治具は、工作機械を使って加工物を加工する際に発生するびびり振動を防止するために設置されるびびり振動防止治具であって、雄ねじが形成されたボルトであって、頭部端面に当該ボルトを所定の場所に吸着固定させるための第１の強力磁石が設置されたボルトと、前記ボルトの雄ねじと螺合する雌ねじが形成された治具本体であって、前記雌ねじの開口部と対向する端面に当該治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第２の強力磁石が設置された治具本体と、を備え、ねじ送りにより長さが調整可能であると共に、前記第１及び第２の強力磁石を所定の場所に吸着させて前記加工物を支持することでびびり振動を抑制することを特徴とする。

また、本発明に係るびびり振動防止治具は、工作機械を使って加工物を加工する際に発生するびびり振動を防止するために設置されるびびり振動防止治具であって、一方の端面に雌ねじが形成された第１の治具本体であって、前記雌ねじの開口部と対向する他方の端面に当該第１の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第１の強力磁石が設置された第１の治具本体と、一方の端面に雌ねじが形成された第２の治具本体であって、前記雌ねじの開口部と対向する他方の端面に当該第２の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第２の強力磁石が設置された第２の治具本体と、前記第１の治具本体の雌ねじと螺合する第１の雄ねじと、前記第２の治具本体の雌ねじと勘合する第２の雄ねじとが形成された、前記第１の治具本体と前記第２の治具本体とを連結するねじ部材と、を備え、ねじ送りにより長さが調整可能であると共に、前記第１及び第２の強力磁石を所定の場所に吸着させて前記加工物を支持することでびびり振動を抑制することを特徴とする。

また、本発明に係るびびり振動防止治具は、工作機械を使って加工物を加工する際に発生するびびり振動を防止するために設置されるびびり振動防止治具であって、一方の端面に雌ねじ又は雄ねじが形成された第１の治具本体であって、他方の端面に当該第１の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第１の強力磁石が設置された第１の治具本体と、一方の端面に雌ねじ又は雄ねじの逆ねじが形成された第２の治具本体であって、他方の端面に当該第２の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第２の強力磁石が設置された第２の治具本体と、前記第１の治具本体と前記第２の治具本体とを連結するねじ部材であって、一端に前記第１の治具本体の雌ねじ又は雄ねじと螺合するための雄ねじ又は雌ねじが形成されると共に、他端に前記第２の治具本体の雌ねじ又は雄ねじの逆ねじと螺合するための雄ねじ又は雌ねじの逆ねじが形成されたねじ部材と、を備え、ねじ送りにより長さが調整可能であると共に、前記第１及び第２の強力磁石を所定の場所に吸着させて前記加工物を支持することでびびり振動を抑制することを特徴とする。

本発明に係るびびり振動防止治具によれば、簡単な構成で種々の形状の加工物に対してびびり振動を防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１及び第２の実施の形態について詳細に説明する。
（第１実施形態）

図１は、第１実施形態に係るびびり防止治具１０を示す図である。同図に示すように、びびり防止治具１０は、治具本体１１、ボルト１２及び固定ナット１３から構成される。また、治具本体１１の図中下部には強力な永久磁石１１１が設置され、ボルト１２の図中上部にも強力な永久磁石１２１が設置されている。

図２は、治具本体１１の構成を示す図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は底面図である。治具本体１１は、鋼製の円柱形状であり、上面には雌ねじ１１２の開口部に所定の深さまでねじ山が刻まれている。また、治具本体１１の下面には、強力な円柱状永久磁石１１１が樹脂接着により埋め込まれて固定されている。本実施形態で用いられる永久磁石の表面磁束密度は250mT（ミリテラス＝2.5kG（キロガウス））であり、その吸着力は7.5kgである。

なお、永久磁石１１１の表面も樹脂によって覆われると共に、治具本体１１下面よりも0.1mm引っ込んだ（後退した）位置に磁石の表面が位置するように永久磁石１１１が配置されている。よって、磁石が加工物等に直接ぶつかったりして破損することを防止できる。

また、治具本体１１の下面の縁部分には、Ｒがつけられている。治具本体１１のサイズは、直径50mm、高さ70mmの円柱形状であり、雌ねじ１１２の直径は25mmである。永久磁石１１１は、直径25mm、高さ10mmの円柱形状である。

図３は、ボルト１２の構成を示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は上面図である。ボルト１２は、鋼製の頭部１２２及びねじ部１２３を有しており、ねじ部１２３には雄ねじのねじ山が刻まれている。また、頭部１２２の上面には、吸着力が7.5kgの強力な円柱状永久磁石１２１が樹脂接着により埋め込まれて固定されている。なお、永久磁石１２１の表面も樹脂によって覆われると共に、頭部１２２上面よりも0.1mm引っ込んだ（後退した）位置に磁石の表面が位置するように永久磁石１２１が配置されている。また、頭部１２２の周面には、締め付け具用穴が設けられており、治具１０を配置する際に、この穴にレンチ等を挿入して締め増しするのに用いられる。

また、頭部１２２の上面の縁部分には、Ｒがつけられている。本実施形態においては、頭部１２２は、直径45mm、高さ20mmの円柱形状であり、ねじ部１２３は直径25mm、長さ55mmである。永久磁石１２１は、直径25mm、高さ5mmの円柱形状である。

図４は、固定ナット１３の構成を示す斜視図である。鋼製の固定ナット１３は、直径45mm、高さ15mmの円柱形状をしており、上面から下面まで直径25mmの雌ねじ１３１の開口部が貫通して刻まれている。また、固定ナット１３の周面には、締め付け具用穴が設けられている。

また、図１に示すように、固定ナット１３は、ボルト１２のねじ部１２３が雌ねじ１３１の開口部を貫通するまで嵌められており、さらに、ボルト１２のねじ部１２３先端側に、治具本体１１の雌ねじが螺合されている。このような構成のびびり防止治具１０においては、ボルト１２を回転させることで、送りねじのように治具本体１１の底面とボルト１２の上面との距離、すなわち治具の長さをねじ送りにより変えることができるので、治具を設置する場所の状況に適宜合わせることができる。また、治具の長さを所定の長さに設定した後に、固定ナット１３をねじ部１２３に沿って回転させながら移動させ、治具本体１１に接触する位置で固定することで、びびり防止治具１０の長さをしっかりと固定することができる。

以上、びびり防止治具１０の構成について説明したが、続いて、びびり防止治具１０の使用態様について説明する。図５は、びびり防止治具１０の使用態様を示す図である。同図に示すように、びびり防止治具１０は、工作機械１００による加工物５０の切削・研磨等の加工の際に使用される。工作機械１００は、加工面に接触して切削・研磨等を行う工具１０１を備えており、この工具１０１は、図中に矢印Ａで示すように、アーム１０２に沿って左右方向に移動可能である。また、工作機械１００は、加工物を裁置するための鋼製搬送台１０３を備えており、図中に矢印Ｂで示すように、前後方向に搬送台１０３を移動させることで、加工物５０を工具１０１に対して相対的に移動させることができる。

本実施形態では、加工物５０である工作台の鋼製天板５１の表面を、工作機械１００により精密に平面加工する作業を例示している。この天板は厚みが10mmあるが、工具１０１が高速回転しながら天板に圧接すると、鋼板が異音を発しながら上下に微小振動を行う、すなわち、びびり振動が発生してしまう。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、両端に強力な永久磁石が設置されているびびり防止治具１０を、搬送台１０３と加工物５０の天板５１裏面との間に、突っ張り棒のように取り付けている。なお、本実施形態に係るびびり防止治具１０の長さが短いため、搬送台１０３の上にスペーサーとしての鋼製角マス１１０を設置し、その上面と天板５１との間にびびり防止治具１０を設置している。この角マス１１０は、非常に重量も重く、搬送台１０３上に搬送台と一体となって裁置されているので、角マス１１０を介在させても搬送台１０３上に直接びびり防止治具１０を取り付ける場合と同様の作用効果を奏することができる。

次に、本実施形態におけるびびり防止治具１０の設置方法について説明する。まず、加工物５０が工作機械１００の搬送台１０３の上に設置される。このとき、加工物５０は、クランプ１０７により搬送台１０３上に強固に固定される。

続いて、びびり防止のために治具１０が設置されるのであるが、本実施形態では、搬送台１０３上面から加工される天板５１までの距離に比べて、びびり防止治具１０の長さが短いため、びびり防止治具１０は、角マス１１０を介して設置される。よって、まず角マス１１０を搬送台１０３上に設置し、この角マス１１０の上面に、びびり防止治具１０が治具本体１０の磁石１１１の面を下にして裁置される。このとき、ボルト１２と治具本体１１とを相対的に回転（ねじ送り）させることで治具１０の軸方向長さを調節できるので、治具１０の長さを、角マス１０から天板５１までの距離よりも若干短めにした上で、裁置すると良い。

治具１０を角マス１１０上に設置した後、ボルト１２を回転させることで、ボルト１２を上昇させ、磁石１２１を天板５１の下面に接触させる。最後は、ピンレンチを頭部１２２に設けられた締め付け具用穴に入れて、しっかり天板５１を圧接するまでボルト１２を回転させる。これにより、突っ張り棒のように、角マス上面及び天板下面が治具１０の両端で押圧される。

最後に、固定ナット１３を回転させて治具本体１１方向に移動させ、治具本体１１に接触させてから締め付ける。治具本体１１は、強力な永久磁石１１１により角マス１１０にしっかりと吸着固定されていると共に、ボルト１２も強力な永久磁石１２１により天板５１の下面にしっかりと吸着固定されているので、この強力な磁力によって、加工時の振動によって治具本体１１とボルト１２とが相対的に回転して、びびり防止治具１０の軸方向長さが変化するといったことが防止されている。そして、さらに固定ナット１３を締め付けて固定しておけば、強力磁石による吸着によるねじの弛み防止に加えて、さらに強固にねじの弛みを防止することができる。

なお、本実施形態では、合計四本のびびり防止治具１０を配置しているが、配置する場所や本数は、加工物の形状を考慮して、びびり振動が生じそうな所定の場所に適宜所定の本数のびびり防止治具を設置すれば良い。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、このように、両端に強力な磁石を備えるびびり防止治具１０を、搬送台１０３と加工物である天板５１との間に配置することで、加工時に工具１０１が天板に押しつけられながら駆動することによるびびり振動を大幅に抑制することができる。これは、びびり防止治具１０が天板５１下面に圧接及び吸着して固定されていることにより、天板５１が下方に撓むのを防止するだけでなく、強力磁石による吸着力により天板５１が下方に引っ張られており、天板５１が上方へ撓むのも防止しているからである。

加工時にびびり振動が発生していると、平面研磨をしても加工物表面に微細な凹凸が生じてしまい、所望の平坦度が得られなくなってしまうが、本実施形態によれば、びびり振動を大きく抑制することができるので、10〜100μｍ単位の平坦度を得ることもできる。

また、本実施形態によれば、びびり防止治具の上端面及び下端面の双方が強力磁石によって加工物や搬送台等に強固に吸着されているため、加工時の振動によってボルトと治具本体が相対的に回転して弛んでしまって治具全長が短くなるといった問題も生じない。従来は、固定ナットのみによってこのねじの弛みを防止していたが、本実施形態では、これに加えて、両端に設置された磁石の吸着力によってもねじの弛みを防止している。よって、加工時の振動によってねじが弛み、治具による加工物への押圧が不十分となり、びびり振動を抑制できなくなるといった問題も生じない。

また、本実施形態においては、治具の加工物や搬送台への吸着面である両端面の縁部にＲが設けられており、吸着設置された治具を取り外す際に、治具を傾けながら外す作業の負担を軽減することもできる。

なお、本実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、びびり防止治具の形状やサイズは、適宜変更可能である。

また、本実施形態における治具の使用態様は、上記態様に限定されるものではなく、びびり振動を抑制すべく種々の態様でびびり防止治具を使用することができる。例えば、上記態様では、治具本体１１を下側に、ボルト１２を上側にしてびびり防止治具１０を設置したが、上下逆に設置しても同様の効果を得られることは言うまでもない。

また、本実施形態では、搬送台１０３上面と加工物である天板５１下面との距離が、治具１０の適用長さの範囲外であるため、びびり防止治具１０と搬送台１０３との間に角マス１１０をスペーサーとして配置したが、加工物の治具１０によって支持する部分と搬送台との距離が、治具１０の適用長さの範囲内であれば、スペーサー無しで搬送台上に直接治具１０を配置すれば良い。また、スペーサーとしても種々の物を利用することができ、磁石を吸着する金属製重量物であればスペーサーとして使用できる。また、このようなスペーサーを複数積み上げて使用しても良い。

また、本実施形態では、びびり防止治具を工作台の鋼製天板の平面加工に適用しているが、もちろん加工物の形状は天板に限られるものではない。また、天板の裏面にびびり防止治具の一端を吸着したが、治具の一端を吸着する場所は、これに限定されるものではなく、工作物の形状に応じて、びびり振動を効果的に抑制できる位置に適宜吸着させれば良い。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。図６は、第２実施形態に係るびびり防止治具２０を示す図である。同図に示すように、びびり防止治具２０は、第１治具本体２１、第２治具本体２２、固定ナット２３，２４、ねじ部材２５とから構成されている。

円柱形状の第１及び第２治具本体２１，２２は、第１実施形態の治具本体１１と同様の構成であり、それぞれ一端に雌ねじが刻まれた開口部が形成されていると共に、他端には強力な永久磁石２１１，２２１が樹脂接着により埋め込まれている。但し、後述するように第２治具本体２２の雌ねじは、逆ねじ用の雌ねじが形成されている。また、固定ナット２３，２４も、第１実施形態の固定ナット１３と同様の構成をしている。

ねじ部材２５には、雄ねじのねじ山が刻まれており、全長調節用把持部２５１を挟んで上側と下側とでねじの巻き方向が逆になっている。すなわち、図中全長調節用把持部２５１から下半分は、通常の右ねじ（右巻き）が形成されており、ねじ頭を手前に、螺旋部分を向こう側にした時、時計回りに回すと、奥に進む、すなわち締め付けられるようになっている。反対に、図中全長調節用把持部２５１から上半分は、左ねじ（逆ねじ、左巻き）が形成されており、ねじ頭を手前に、螺旋部分を向こう側にした時、時計回りに回すと、手前に進む、すなわち弛められるようになっている。

このように構成されたびびり防止治具２０は、第１実施形態と同様に、加工物の加工時にびびり振動が発生するのを防止するために、永久磁石が設置された一端が加工物に吸着され、同じく永久磁石が設置された他端が搬送台（若しくはスペーサー）に吸着されて配置される。なお、びびり防止治具２０をつっぱり棒のように固定する際には、ねじ部材２５の全長調節用把持部２５１を掴んで、一方向に回転させれば全長が長くなる。なぜなら、上述したように、本実施形態に係るびびり防止治具２０のねじ部材２５は、上下（左右）でねじの巻き方向が逆になっているからである。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、全長の長いびびり防止治具が必要とされる場合に重宝する。また、第１実施形態では、治具の両端を吸着させた後にボルトと治具本体を相対的に回転させて治具の全長を伸ばす場合には、ボルト又は治具本体を磁石の吸着力に反して回転させる必要があり、大きな回転力が必要となるが、本実施形態では、第１及び第２本体の双方に雌ねじが設けられているため、所定の場所に吸着された第１及び第２本体はそのまま吸着固定させたままで、ねじ部材を治具の長さを伸ばす方向に回転させるだけで、すなわち小さな回転力で治具の全長を伸ばすことができる。

次に、第２実施形態の変形例について説明する。図７は、本変形例に係るびびり防止治具の構成を示す図である。同図に示すように、びびり防止治具３０は、第１治具本体（ボルト）３１、第２治具本体（ボルト）３２、固定ナット３３，３４、ねじ部材３５とから構成されている。第１治具本体３１は、第１実施形態のボルトと同様の構成であり、下面に強力な永久磁石３１１が設置され、上面側には、雄ねじ部３１２が形成されている。第２治具本体３２は、上面に強力な永久磁石３２１が設置され、下面側には逆ねじの雄ねじ部３２２が形成されている。

また、ねじ部材３５の上面側には、逆ねじの雌ねじの開口部が刻まれており、他端下面側には、雌ねじの開口部が刻まれている。このような構成のびびり防止治具３０によっても、上記第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上、第１及び第２実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、強力な永久磁石として、表面磁束密度が250mTで、吸着力が7.5kgの強力磁石を用いたが、適宜他の性能の磁石を用いることができる。但し、治具を加工物や搬送台等に強固に吸着させてびびり振動の発生を抑制するためには、吸着力が4kg以上の強力磁石を用いることが望ましい。また、本実施形態では、円柱形状の磁石を用いたが、永久磁石の形状も円柱に限らず、角柱やリング形状等であっても良い。

また、上記実施形態では、全体の形状が円柱形状のびびり防止治具について説明したが、もちろん角柱形状等、他の形状のびびり防止治具であっても良い。また、本びびり防止治具を適用する加工物についても、工作台に限らず種々の加工物に対して適用できるし、平面加工の場合に限らず、切削、研磨等の種々の加工の場合にも適用できるのは言うまでもない。

図１は、第１実施形態に係るびびり防止治具の構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る治具本体の構成を示す図である。 図３は、第１実施形態に係るボルトの構成を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る固定ナットの構成を示す図である。 図５は、第１実施形態に係るびびり防止治具の使用態様を示す図である。 図６は、第２実施形態に係るびびり防止治具の構成を示す図である。 図７は、第２実施形態の変形例に係るびびり防止治具の構成を示す図である。

符号の説明

１０ びびり防止治具
１１ 治具本体
１１１ 磁石
１２ ボルト
１２１ 磁石
１２２ 頭部
１２３ ねじ部
１３ 固定ナット
２０ びびり防止治具
２１ 第１治具本体
２１１ 磁石
２２ 第２治具本体
２２１ 磁石
２３，２４ 固定ナット
２５ ねじ部材
２５１ 把持部
３０ びびり防止治具
３１，３２ ボルト
３１１，３２１ 磁石
３１２，３２２ ねじ部
３３，３４ 固定ナット
３５ ねじ部材
５０ 加工物
１００ 工作機械

Claims (3)

1. 工作機械を使って加工物を加工する際に発生するびびり振動を防止するために設置されるびびり振動防止治具であって、
   雄ねじが形成されたボルトであって、頭部端面に当該ボルトを所定の場所に吸着固定させるための第１の強力磁石が設置されたボルトと、
   前記ボルトの雄ねじと螺合する雌ねじが形成された治具本体であって、前記雌ねじの開口部と対向する端面に当該治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第２の強力磁石が設置された治具本体と、を備え、
   ねじ送りにより長さが調整可能であると共に、前記第１及び第２の強力磁石を所定の場所に吸着させて前記加工物を支持することでびびり振動を抑制することを特徴とするびびり振動防止治具。
2. 工作機械を使って加工物を加工する際に発生するびびり振動を防止するために設置されるびびり振動防止治具であって、
   一方の端面に雌ねじが形成された第１の治具本体であって、前記雌ねじの開口部と対向する他方の端面に当該第１の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第１の強力磁石が設置された第１の治具本体と、
   一方の端面に雌ねじが形成された第２の治具本体であって、前記雌ねじの開口部と対向する他方の端面に当該第２の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第２の強力磁石が設置された第２の治具本体と、
   前記第１の治具本体の雌ねじと螺合する第１の雄ねじと、前記第２の治具本体の雌ねじと勘合する第２の雄ねじとが形成された、前記第１の治具本体と前記第２の治具本体とを連結するねじ部材と、を備え、
   ねじ送りにより長さが調整可能であると共に、前記第１及び第２の強力磁石を所定の場所に吸着させて前記加工物を支持することでびびり振動を抑制することを特徴とするびびり振動防止治具。
3. 工作機械を使って加工物を加工する際に発生するびびり振動を防止するために設置されるびびり振動防止治具であって、
   一方の端面に雌ねじ又は雄ねじが形成された第１の治具本体であって、他方の端面に当該第１の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第１の強力磁石が設置された第１の治具本体と、
   一方の端面に雌ねじ又は雄ねじの逆ねじが形成された第２の治具本体であって、他方の端面に当該第２の治具本体を所定の場所に吸着固定させるための第２の強力磁石が設置された第２の治具本体と、
   前記第１の治具本体と前記第２の治具本体とを連結するねじ部材であって、一端に前記第１の治具本体の雌ねじ又は雄ねじと螺合するための雄ねじ又は雌ねじが形成されると共に、他端に前記第２の治具本体の雌ねじ又は雄ねじの逆ねじと螺合するための雄ねじ又は雌ねじの逆ねじが形成されたねじ部材と、を備え、
   ねじ送りにより長さが調整可能であると共に、前記第１及び第２の強力磁石を所定の場所に吸着させて前記加工物を支持することでびびり振動を抑制することを特徴とするびびり振動防止治具。

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