JPH10249601A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切削工具の摩耗を大幅に低減できる工作機械
の提供を目的とする。 【解決手段】 切削加工を行う工作機械において、電磁
コイル１の内側に切削工具（バイト）２を先端部分を除
いて電磁コイル１で囲われるように配置して、切削工具
（バイト）２に磁場がかけられるように構成したことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の工作物に、
切削工具により加工を施す、旋盤、フライス盤、ボール
盤、ブローチ盤、鋸盤、せん断機、歯車形削り盤、ホブ
盤などの工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、切削加工を行う工作機械にあって
は、切削工具は長時間使用すると摩耗することから、平
均すると３０分程度毎に、新品と交換するようにしてい
た。これは、交換基準があり、規定の摩耗量になると交
換するということである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、切削加工中
に、切削工具を３０分程度毎に交換するのは、非常に面
倒であり、作業効率が低下することになる。また、製品
を製造するのに、多数の切削工具を消費することにな
り、コストが高くなって経済的ではない。

【０００４】このようなことから、切削工具の摩耗が少
ない切削加工を行う工作機械の開発が切に望まれる。本
発明は、このような事情に対処してなされたもので、切
削工具の摩耗を大幅に低減できる工作機械を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、各種の工作物に、切削
工具により加工を施す工作機械において、前記加工中
に、加工物と切削工具の間の切削面に磁界をかける磁界
発生手段を設けたことを特徴とする工作機械である。

【０００６】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、前記磁界発生手段として、１個以上の電磁
コイルあるいは永久磁石で形成したことを特徴とする請
求項１記載の工作機械である。

【０００７】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、前記磁界発生手段を、前記切削工具に形成
したことを特徴とする請求項１記載の工作機械である。
前記目的を達成するため、請求項４に対応する発明は、
前記磁界発生手段を、前記切削工具を取り付ける部材に
形成したことを特徴とする請求項１記載の工作機械であ
る。

【０００８】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、前記磁界発生手段を、前記切削工具と前記
加工物の接触部に近接配置したことを特徴とする請求項
１記載のの工作機械である。

【０００９】前記目的を達成するため、請求項６に対応
する発明は、前記磁界発生手段を、前記加工物を加工中
保持する部材に形成したことを特徴とする請求項１記載
の工作機械である。請求項１〜６のいずれかに記載の発
明によれば、切削工具の摩耗を低減し、その寿命を伸ば
すことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１〜５は、本発明の第１の実施の形態を
示すもので、旋盤の切削工具（バイト）と加工物の概略
構成を示す図である。図１は円筒削りの場合を示した図
である。電磁コイル１の内側に切削工具２（バイト）が
先端部分を除いて電磁コイル１で囲われるように配置さ
れ、切削工具（バイト）２に磁場がかけられている。こ
の切削工具（バイト）２によって加工物３を削る。

【００１１】図２はテーパ削りの場合を示した図であ
る。電磁コイル１の内側に切削工具２（バイト）が先端
部分を除いて電磁コイル１で囲われるように配置され、
切削工具２（バイト）に磁場がかけられている。この切
削工具（バイト）２によって加工物３を削る。

【００１２】図３は正面削りの場合を示した図である。
電磁コイル１の内側に切削工具（バイト）２が先端部分
を除いて電磁コイル１で囲われるように配置され、切削
工具（バイト）２に磁場がかけられている。この切削工
具（バイト）２によって加工物３を削る。

【００１３】図４は中ぐりの場合を示した図である。電
磁コイル１の内側に切削工具２（バイト）が先端部分を
除いて電磁コイル１で囲われるように配置され、切削工
具（バイト）２に磁場がかけられている。この切削工具
（バイト）２によって加工物３を削る。

【００１４】図５は総形削りの場合を示した図である。
電磁コイル１の内側に切削工具（バイト）２が先端部分
を除いて電磁コイル１で囲われるように配置され、切削
工具（バイト）２に磁場がかけられている。この切削工
具（バイト）２によって加工物３を削る。

【００１５】このように、電磁コイル１の内側に切削工
具（バイト）２を先端部分を除いて電磁コイル１で囲わ
れるように配置して、切削工具（バイト）２に磁場がか
けられるように構成することにより、切削工具（バイ
ト）２の摩耗を大幅に低減でき、この結果、切削工具
（バイト）２の交換は平均１時間から２時間程度（従来
の２〜４倍）に１回となる。

【００１６】図６は、本発明の第２の実施の形態を示す
もので、平削り盤と形削り盤と立削り盤の切削工具（バ
イト）と加工物の概略構成を示す図である。電磁コイル
１の内側に切削工具（バイト）２１が先端部分を除いて
電磁コイル１で囲われるように配置され、切削工具（バ
イト）２１に磁場がかけられている。この切削工具（バ
イト）２１によって加工物３１を削る。

【００１７】このように、電磁コイル１の内側に切削工
具（バイト）２を先端部分を除いて電磁コイル１で囲わ
れるように配置して、切削工具（バイト）２に磁場がか
けられるように構成することにより、切削工具（バイ
ト）２１の摩耗を大幅に低減でき、この結果、切削工具
（バイト）２１の交換は平均１時間から２時間程度（従
来の２〜４倍）に１回となる。

【００１８】図７は、本発明の第３の実施の形態を示す
もので、フライス盤の切削工具（フライス）と加工物の
概略構成を示す図である。加工物３の下に電磁コイル１
が配置され、切削工具（フライス）２２に磁場がかけら
れている。この切削工具（フライス）２２によって加工
物３２を削る。

【００１９】このように、加工物３２の下に電磁コイル
１を配置して、切削工具（フライス）２２に磁場がかけ
られるように構成することにより、切削工具（フライ
ス）２２の摩耗を大幅に低減でき、この結果、切削工具
（フライス）２２の交換は平均１時間から２時間程度
（従来の２〜４倍）に１回となる。

【００２０】図８は、本発明の第４の実施の形態を示す
もので、ボール盤の切削工具（ドリル）と加工物の概略
構成を示す図である。切削工具（ドリル）２３と加工物
３３が１個以上の電磁コイル１で囲われるように配置さ
れ、切削工具（ドリル）２３に磁場がかけられている。
この切削工具（ドリル）２３によって加工物３３に穴を
開ける。

【００２１】このように、切削工具（ドリル）２３と加
工物３３が１個以上の電磁コイル１で囲われるように配
置して、切削工具（ドリル）２３に磁場がかけられるよ
うに構成することにより、切削工具（ドリル）２３の摩
耗を大幅に低減でき、この結果、切削工具（ドリル）２
３の交換は平均１時間から２時間程度（従来の２〜４
倍）に１回となる。

【００２２】図９は、本発明の第５の実施の形態を示す
もので、ブローチ盤の切削工具（ブローチ）と加工物の
概略構成を示す図である。切削工具（ブローチ）２４と
加工物３４が１個以上の電磁コイル１で囲われるように
配置され、切削工具（ブローチ）２４に磁場がかけられ
ている。この切削工具（ブローチ）２４によって加工物
３４を削る。

【００２３】このように、切削工具（ドリル）２４と加
工物３４が１個以上の電磁コイル１で囲われるように配
置して、切削工具（ドリル）２４に磁場がかけられるよ
うに構成することにより、切削工具（ドリル）２４の摩
耗を大幅に低減でき、この結果、切削工具（ドリル）２
４の交換は平均１時間から２時間程度（従来の２〜４
倍）に１回となる。

【００２４】図１０は、本発明の第６の実施の形態を示
すもので、鋸盤の切削工具（鋸歯）と加工物の概略構成
を示す図である。切削工具（鋸歯）２５の背面に永久磁
石４が張り付けてあり、切削工具（鋸歯）２に磁場がか
けられている。この切削工具（鋸歯）２によって加工物
３５を切断する。

【００２５】このように、切削工具（鋸歯）２５の背面
に永久磁石４が張り付けて、切削工具（鋸歯）２に磁場
がかけられるように構成することにより、切削工具（鋸
歯）２５の摩耗を大幅に低減でき、この結果、切削工具
（鋸歯）２５の交換は平均１時間から２時間程度（従来
の２〜４倍）に１回となる。

【００２６】図１１は、本発明の第７の実施の形態を示
すもので、せん断機の切削工具（切断刃）と加工物の概
略構成を示す図である。切削工具（切断刃）２６の背面
に永久磁石４が張り付けてあり、切削工具（切断刃）２
に磁場がかけられている。この切削工具（切断刃）２に
よって加工物３６を切断する。

【００２７】このように、切削工具（切断刃）２６の背
面に永久磁石４を張り付けて、切削工具（切断刃）２６
に磁場がかけられるように構成することにより、切削工
具（切断刃）２６の摩耗を大幅に低減でき、この結果、
切削工具（切断刃）２の交換は平均１時間から２時間程
度（従来の２〜４倍）に１回となる。

【００２８】図１２は、本発明の第８の実施の形態を示
すもので、歯車形削り盤の切削工具（ラックカッタ）と
加工物の概略構成を示す図である。切削工具（ラックカ
ッタ）２の背面に永久磁石４が張り付けてあり、切削工
具（ラックカッタ）２７に磁場がかけられている。この
切削工具（ラックカッタ）２７によって加工物３７を削
る。

【００２９】このように、切削工具（ラックカッタ）２
７の背面に永久磁石４を張り付けて、切削工具（ラック
カッタ）２７に磁場がかけられるように構成することに
より、切削工具（ラックカッタ）２７の摩耗を大幅に低
減でき、この結果、切削工具（ラックカッタ）２７の交
換は平均１時間から２時間程度（従来の２〜４倍）に１
回となる。

【００３０】図１３は、本発明の第８の実施の形態を示
すもので、ホブ盤の切削工具（ホブ）と加工物の概略構
成を示す図である。電磁コイル１の内側に切削工具（ホ
ブ）２８が電磁コイル１で囲われるように配置され、切
削工具（ホブ）２に磁場がかけられている。この切削工
具（ホブ）２によって加工物３８を削る。

【００３１】このように、電磁コイル１の内側に切削工
具（ホブ）２８を電磁コイル１で囲われるように配置し
て、切削工具（ホブ）２８に磁場がかけられるように構
成することにより、切削工具（ホブ）２８の摩耗を大幅
に低減でき、この結果、切削工具（ホブ）２８の交換は
平均１時間から２時間程度（従来の２〜４倍）に１回と
なる。

【００３２】このような作用効果が得られることは、以
下に述べる原理ならびに実験結果から明らかである。こ
れについて説明するが、始めに磁気による摩耗低減の原
理について図１４を参照して説明する。摺動面に磁気を
作用させると、気体の吸着、特に酸素の吸着が活発にな
り、酸化膜が形成される。この酸化膜が、摺動面に介在
することにより、新生面同士の接触・凝着が少なくな
り、摩耗粉が微細化して摩耗が低減する減少が確認され
ている。その効果は、摺動材料の化学成分あるいは磁気
特性により異なる。すなわち、材料（あるいは材料の含
有化学成分）により酸素に対する反応や温度等の環境に
対する敏感性の違いがあるので、その効果は個々の材料
で異なる。電子軌道に空孔がある遷移金属あるいは遷移
金属が主成分である強磁性材、例えば鉄鋼材料は化学的
に非平衡状態にあり、他の元素と結合しやすい状態にあ
る。そのような材料からなる摺動体に磁気を作用させる
と、他の元素と結合（イオン結合あるいは共有結合）作
用を活発化させ、酸素吸着が促進され、それにより、摩
耗が低減すると言われている。

【００３３】次に、以上述べた原理（磁気による摩擦・
摩耗特性）を確認するために使用する試験装置につい
て、図１５を用いて説明する。図１５（ａ）は電磁コイ
ルを用いたピン・オン・ディスク型試験装置５０であ
り、回転軸２１は垂直方向に回転可能に配置され、回転
軸５１の上端部は電動機（Ｍ）５２からの回転力が伝達
されるように構成されている。回転軸５１の下端部には
ピン試験片挿入穴を有する回転板５３が貫挿され、回転
軸５１の下端部にはめられる２つのナット５４により回
転板５３が回転軸５１に着脱可能に支持されている。回
転軸５１の外周側には、円筒状の試験片支持体が図示し
ない固定部に支持され、これは磁性材料からなる円筒部
材５５と、この円筒部材５５の下端部にボルト、ナット
により着脱可能に支持され、磁性材料からなる円形リン
グ状の押え板５６からなっている。円筒部材５５と押え
板５６の間に、図１６（ｂ）に示す円形リング状であっ
て後述する材料からなるディスク試験片５７が挟み込ま
れ、また回転板５３のピン試験片挿入穴には、図１６
（ａ）に示す後述材料からなるピン試験片５８の下端部
が挿入され、ピン試験片５８の上端部がディスク試験片
５７の下面に摺動するように構成されている。そして、
円筒部材５５と、押え板５６と、ディスク試験片５７
と、ピン試験片５８の外周側には、円筒状の電磁コイル
５９が配設され、ディスク試験片２７とピン試験片５８
の摺動面に所望の磁束密度の磁界が印加できるようにな
っている。また、ピン試験片５８の外周側には、ディス
ク試験片５７とピン試験片５８の摺動面に印加される磁
束密度を測定するためのサーチコイル６１が配設されて
いる。

【００３４】図１５（ｂ）は永久磁石を用いたピン・オ
ン・ディスク型試験装置６０であり、これは図１５
（ａ）と異なる点は、電磁コイル５９を設けない代わり
に、所定磁界を発生する永久磁石３２と、この永久磁石
６２から発生する磁束の磁気回路を形成するためのリタ
ーンヨーク６３を配設したものである。

【００３５】以上のような試験装置を用いて試験した際
の試験条件は次の通りである。すべり速度が１０（ｃｍ
／ｓ）、重荷が２０（Ｎ）または１００（Ｎ）、面圧が
１．０（Ｎ／ｍｍ² ）または１０（Ｎ／ｍｍ² ）、雰囲
気は大気中、温度は室温、磁場の種類は交流（５０Ｈ
ｚ）と直流のいずれか、または永久磁石、磁束密度は０
〜１００（ｍＴ）である。

【００３６】図１７（ａ）は以上のような試験条件で、
硬鋼線材（ＳＷＲＨ６２Ａ）からなるピン試験片の摩耗
特性図（すべり距離１（ｍ）と摩耗量ｗ（ｍｇ）の関係
を示す図）、図１７（ｂ）は球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ７０
０）からなるディスク試験片の摩耗特性図（すべり距離
１（ｍ）と摩耗量ｗ（ｍｇ）の関係を示す図）である。

【００３７】図１７の特性図において、摩耗の少ない磁
束密度Ｂ＝４０、６０、８０、１００（ｍＴ）の摩耗特
性を拡大すると、図１８のようになる。この図から明ら
かなように、すべり距離ｌが１００〜２００（ｍｍ）を
境に摩耗量が大きく変わっている。この図において、初
期の摩耗の多い領域を「シビア摩耗」と定義し、摩耗が
少なくなる領域を「マイルド摩耗」と定義することがで
きる。このようになるのは、磁界を印加することによ
り、気体吸着を促進させ、シビア摩耗からマイルド摩耗
への遷移を早めるからである。

【００３８】図１９は磁束密度と摩耗量比（比摩耗量）
の関係を示す図で、この図から明らかなように、磁束密
度が４０〜１００（ｍＴ）の間では、磁束密度が０の場
合に比べて硬鋼線材（ＳＷＲＨ６２Ａ）で１／２、球状
黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ７００）で１／１００程度になってい
る。

【００３９】図２０はディスク試験片（ＦＣＤ７００）
の試験後の断面プロファイルを示すもので、荷重が１０
０（Ｎ）で、磁束密度Ｂ＝４０〜１００（ｍＴ）のとき
が、Ｂ＝０、２０（ｍＴ）のときに比べて摩耗が少ない
ことがわかる。

【００４０】前述の実施の形態において磁界発生手段と
して、電磁コイルを使用した場合について説明したが、
電磁コイルの代わりに永久磁石を使用したものであって
も同様に実施できる。電磁コイルを使用した装置では、
磁束密度を細かく変えられ、円筒状のためバイト全体を
磁場条件にしやすいという利点を有するが、電源が必要
であるという欠点がある。永久磁石を使用した装置で
は、電源が不要で利点を有するが、磁束密度を細かく変
えることができないという欠点がある。

【００４１】＜変形例＞前述の実施の形態で説明した特
性図（図１７〜２０）は、いずれも実施例の代表例にす
ぎず、これがＦｅ、Ｎｉなどの遷移金属、あるいは鉄
鋼、合金鋼、鋳鉄、ＳＵＳ材などの遷移金属が主成分で
ある強磁性材などの他の材料であっても同様な傾向を示
しているので、その図の添付ならびにその説明を省略す
る。

【００４２】前述の実施の形態では、磁界発生手段とし
て電磁コイルを使用した場合を例に上げたが、これに限
らず、永久磁石であってもよい。永久磁石としては、酸
化物磁石、金属磁石、希土類磁石、ボンド磁石のいずれ
であってもよい。

【００４３】さらに、前述の実施の形態の図１〜図６で
は、磁界発生手段として電磁コイルを切削工具に装着し
たが、これを電磁コイルの代わりに永久磁石を使用した
り、あるいはこれとは異なり電磁コイルまたは永久磁石
のいずれかを、切削工具を取り付ける部材と加工物を保
持する部材のいずれかに装着したり、あるいは切削工具
と前記加工物の接触部に近接配置したりしてもよい。ま
た、前述の実施の形態の図７〜図９または図１３にあっ
ては、切削工具に磁界発生手段として電磁コイルを切削
工具と前記加工物の接触部に近接配置したが、これを電
磁コイルの代わりに永久磁石を使用したり、あるいはこ
れとは異なり電磁コイルまたは永久磁石のいずれかを、
切削工具を取り付ける部材と加工物を保持する部材のい
ずれかに装着したりしてもよい。さらに前述の実施の形
態の図１０、図１２にあっては、磁界発生手段として永
久磁石を切削工具に装着したが、これを永久磁石の代わ
りに電磁コイルを使用したり、あるいはこれとは異なり
電磁コイルまたは永久磁石のいずれかを、切削工具を取
り付ける部材と加工物を保持する部材のいずれかに装着
したり、あるいは切削工具と前記加工物の接触部に近接
配置したりしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、切削工具
の摩耗を大幅に低減する工作機械を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による旋盤の円筒削りの場合の実施の形
態を説明するための図。

【図２】本発明による旋盤のテーパ削りの場合の実施の
形態を説明するための図。

【図３】本発明による旋盤の正面削りの場合の実施の形
態を説明するための図。

【図４】本発明による旋盤の中ぐりの場合の実施の形態
を説明するための図。

【図５】本発明による旋盤の総形削りの場合の実施の形
態を説明するための図。

【図６】本発明による平削り盤と形削り盤と立削り盤の
場合の実施の形態を説明するための図。

【図７】本発明によるフライス盤の場合の実施の形態を
説明するための図。

【図８】本発明によるボール盤の場合の実施の形態を説
明するための図。

【図９】本発明によるブローチ盤の場合の実施の形態を
説明するための図。

【図１０】本発明による鋸盤の場合の実施の形態を説明
するための図。

【図１１】本発明によるせん断機の場合の実施の形態を
説明するための図。

【図１２】本発明による歯車形削り盤の場合の実施の形
態を説明するための図。

【図１３】本発明によるホブ盤の場合の実施の形態を説
明するための図。

【図１４】図１〜図５の実施の形態の原理を説明するた
めの図。

【図１５】図１４の原理に基づき試験片を試験するため
の試験装置の概略構成を示す図。

【図１６】図１５の試験片を示す図。

【図１７】図１５の試験装置により試験した摩耗特性に
及ぼす磁束密度の影響を説明するための摩耗特性図。

【図１８】図１７の摩耗特性図の一部を拡大した特性
図。

【図１９】図１５の試験装置により試験した磁束密度と
摩耗比の関係を示す特性図。

【図２０】図１５の試験装置により試験した試験後の試
験片の断面プロファイルを示す図。

【符号の説明】

１…電磁コイル ２…切削工具 ３…加工物 ４…永久磁石 ２０…電磁コイルを用いたピン・オン・ディスク型試験
装置 ２１…回転軸 ２２…電動機 ２３…回転板 ２４…ナット ２５…円筒部材 ２６…押え板 ２７…ディスク試験片 ２８…ピン試験片 ２９…電磁コイル ３０…永久磁石を用いたピン・オン・ディスク試験装置 ３１…サーチコイル ３２…永久磁石 ３３…リターンヨーク

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｑ 11/00 Ｂ２３Ｑ 11/00 Ｚ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種の工作物に、切削工具により加工を
   施す工作機械において、 前記加工中に、加工物と切削工具の間の切削面に磁界を
   かける磁界発生手段を設けたことを特徴とする工作機
   械。
2. 【請求項２】 前記磁界発生手段は、１個以上の電磁コ
   イルあるいは永久磁石であることを特徴とする請求項１
   記載の工作機械。
3. 【請求項３】 前記磁界発生手段は、前記切削工具に形
   成したことを特徴とする請求項１記載の工作機械。
4. 【請求項４】 前記磁界発生手段は、前記切削工具を取
   り付ける部材に形成したことを特徴とする請求項１記載
   の工作機械。
5. 【請求項５】 前記磁界発生手段は、前記切削工具と前
   記加工物の接触部に近接配置したことを特徴とする請求
   項１記載のの工作機械。
6. 【請求項６】 前記磁界発生手段は、前記加工物を加工
   中保持する部材に形成したことを特徴とする請求項１記
   載の工作機械。