特許 6013679 高分子重合体の水溶液の減衰材と、それを利用する工作機械

(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】6013679

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】高分子重合体の水溶液の減衰材と、それを利用する工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/00 20060101AFI20161011BHJP

   C08G 65/08 20060101ALI20161011BHJP

   F16F 15/027 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   B23Q11/00 A

   C08G65/08

   F16F15/027

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-83672(P2012-83672)

(22)【出願日】2012年4月2日

(65)【公開番号】特開2013-212549(P2013-212549A)

(43)【公開日】2013年10月17日

【審査請求日】2015年3月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(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】100167313

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 ▲高▼春

(74)【代理人】

【識別番号】100154966

【弁理士】

【氏名又は名称】海野 徹

(72)【発明者】

【氏名】田辺 郁男

(72)【発明者】

【氏名】金子 義幸

【審査官】 五十嵐 康弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１３０５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００６９７３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １１／００

Ｆ１６Ｆ １５／０２３−１５／０２７

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動発生部位の部品表面を囲むように設けた空隙と、該空隙に封入する高分子重合体の水溶液の減衰材とを備えてなり、該減衰材は、共振発生時に前記空隙に封入され前記部品表面と直接に接触するものであり、これにより工作機械の密度を高めて固有振動数を下げるとともに振幅を減衰することによって、共振を回避することを特徴とする工作機械。

【請求項2】

前記減衰材は、封入量を可変とすることを特徴とする請求項１記載の工作機械。

【請求項3】

着脱自在な補強フレームを振動発生部位に取り付けることによって、共振を回避することを特徴とする請求項１または請求項２記載の工作機械。

【請求項4】

底部の所定の場所に取り付けられた昇降自在な４本以上の支持ボルトのうち、任意の３本以上の前記支持ボルトで接地して支持することによって、共振を回避することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、振動を画期的に減衰する高分子重合体の水溶液の減衰材と（以下減衰材という）、減衰材を適時封入することによって、切削時に発生する振動が共振点と一致した際に、機械本体の共振点を切削条件に影響のないところまで変更することによって、切削条件を劣化することなく切削を可能とする工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作物を回転させて切削するタイプの旋盤や工具を回転させて切削するタイプのフライス盤のような工作機械は、工具の種類と工作物の材質とによって、切込み量、主軸回転数、送り速度の切削条件を決める。切削条件は、寸法精度、形状精度、表面粗さといった切削自体の品質に影響を与えるが、同時に、工具寿命や切削時間にも影響を与える。そのため、適切な切削条件を見つけて切削することは、特に、大量生産の場合に極めて重要になる。もちろん、工作機械は、切削自体の品質を維持するために、発生する振動にともなう工具と工作物との間の振幅を切削中に一定以下に保持することが前提条件となる。

【0003】

ここで、具体的な適切な切削条件とは、工具と工作物とによって定められる適切な切込み量と送り速度とに対応する切削速度であり、工具と工作物表面との接触する相対速度を意味する。旋盤による切削の場合には、工作物を装着する主軸回転数を工作物の直径に対応させて調整し、切削速度は、周速と呼ばれる工作物の表面の円周方向の接線方向速度に一致する。

【0004】

しかし、工作機械は、振動の発生源となる駆動源が複数存在しており、各振動の影響が重なった場合に、共振という大きな振幅を共振周波数と呼ばれる振動数において工作物と工具との間に発生する。共振が発生した場合には、切削自体の品質に影響を与えるため、適切な切削条件を断念し、一般的には、主軸回転数を下げる、送り速度を変える、切り込み量を少なくするといった切削条件を変えて切削を行う。共振は、基本的に、構造物を構成する要素の形状、大きさ、材質としてのヤング率と密度、支持方法によって定められる固有振動数が周期的な外部強制力の振動数と一致すると発生する。実際の機械は、変形の大きな順に１次、２次…Ｎ次までの振動モードが各固有振動数を有しており、各方向に複合的に合成されているため、外部強制力の振動数と方向とによって、対応する共振状態を現出する。旋盤による切削の共振は、一般的には、主軸モータの回転とともに、工作物と工具との間の相対的な位置関係によって、切削力を発生源とする周期的な外部強制力が各方向に発生し、各方向の各固有振動数と一致すると主軸に装着している工作物側の振幅が大きくなったり、工具側の振幅が大きくなったりして、工作物の品質を悪くする。なお、固有振動数は、いわゆる剛性の平方根に比例し、密度の平方根に反比例する。

【0005】

先端に工作物を装着する主軸の後端に質量を変更可能な錘を組み付け、共振が発生した場合に、錘の質量を変更することによって共振周波数を変更する機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−４２４６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

かかる従来技術によるときは、主軸の先端側に連結する切削物に対応する錘を主軸の後端側に連結することによって、共振を避けるとされる。しかし、錘の使用は、基本的に密度を高めることによって、共振周波数を下げて共振を回避するものであり、振幅が大きくなることを防ぐことができないという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、工作機械の振動発生部位の部品表面に直接に接触して振動を減衰するための減衰材が高分子重合体の水溶液であることをその要旨とする。なお、振動発生部位の部品とは、周期的な外部強制力を受け周期的な変形を繰り返す部品をいう。

【0009】

第２発明（請求項２に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、振動発生部位の部品表面を囲むように設けた空隙と、空隙に封入する第１発明の減衰材とを備えてなり、減衰材は、共振発生時に空隙に封入され、部品表面に直接に接触することによって、振幅の減衰とともに固有振動数を下げて共振を回避することをその要旨とする。

【0010】

また、減衰材は、封入量を可変としてもよい。

【0011】

ここで、着脱自在な補強フレームを振動発生部位に取り付けることができる。

【0012】

なお、底部の所定の場所に取り付けられた昇降自在な４本以上の支持ボルトのうち、任意の３本以上の支持ボルトで接地して支持してもよい。

【発明の効果】

【0013】

かかる第１発明の構成によるときは、一般的にポリマーとして知られる高分子重合体は、市場で容易に入手可能で安価であり、水に溶解した水溶液を減衰材として使用すれば、従来にない有効な機械的性能を得ることができる。すなわち、水溶液となった減衰材は、画期的な減衰比を有するだけでなく、振動している部品表面に隙間なく直接的に接触して、部品表面の振動を全て速やかに減衰することができるため、極めて効果的な減衰機能を有するとともに、ポンプを使用して容易に移送が可能となるため、という機械的性能も向上する。この減衰機能は、高分子重合体が粘性と弾性を併せ持つ非ニュートン流体であることにより起因していると考えられる。なお、高分子重合体は、高分子の重合体の総称であり、性能に応じて近年さまざまな用途にさまざまな種類が用いられている。なお、今回の発明で使用する高分子重合体は、水溶性のＰＥＯ系（ポリエチレンオキサイド）であり、そのまま廃棄しても環境汚染を起こさないという特長も有している。しかし、減衰材として使用する高分子重合体は、ＰＥＯ系の高分子重合体に限定していない。

【0014】

かかる第２発明の構成によるときは、適切な切削条件において共振が発生する場合に、第１発明の減衰材を工作機械の振動発生部位の空隙に封入して、工作機械の振動発生部位の部品表面に接触させれば、工作機械は、密度が高くなり固有振動数を下げるため、共振を回避することができる。なお、一般的な振動は、密度を高めて固有振動数を下げれば、本来振幅を大きくすることになるが、かかる減衰材を封入すると振幅をも小さくすることができる。したがって、工作機械は、共振を避けて適切な切削条件で切削を続行することができるとともに、工作物を寸法精度、形状精度、表面粗さといった切削自体の品質を維持して切削することができる。また、工作機械は、第１発明の減衰材を主軸周りに限定せずに全域に亘る振動部位に封入すれば、使用する主軸回転数の全域に亘り、全体の振動を総合的に減衰することができ、切削精度を向上することができる。

【0015】

工作機械は、減衰材の封入量を可変とすれば、共振が発生した場合に、封入量の増減によって共振を回避することができる。

【0016】

工作機械は、着脱自在な補強フレームを必要に応じて振動発生部位に取り付ければ、振動発生部位の剛性を高くすることによって、取り付け部分の固有振動数を上げるため、第２発明と組み合わせることにより、共振を回避するとともに、振幅をさらに小さくすることができる。

【0017】

工作機械は、底部の所定の場所に取り付けられた昇降自在な４本以上の支持ボルトのうち、任意の３本以上の支持ボルトで必要に応じて接地して支持すれば、たとえば、１次、２次…Ｎ次までの振動モードの発生する周波数を変更することができる。このような各モードの発生する周波数の変更は、各方向の各固有振動数を変更することができ、共振を回避するとともに、第２発明と組み合わせることにより、振幅をさらに小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】予備実験説明図

【図2】強制振動解析説明図

【図3】解析データ説明図

【図4】解析データ説明図

【図5】全体説明図

【図6】実験データ説明図

【図7】要部説明図

【図8】要部説明図

【図9】実験データ説明図

【図10】実験データ説明図

【図11】実験データ説明図

【図12】実験データ説明図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

【0020】

振動発生部位の部品表面に接触することによって、振動を減衰することを特徴とする高分子重合体の水溶液の減衰材１１は、画期的な減衰比を有している（図１（Ａ）、（Ｂ））。減衰材の減衰比を調べる予備実験方法について説明する。減衰材１１の減衰比は、減衰材１１を充満させワイヤ２１で吊り下げた鋼管２２の中央部を上からインパクトハンマ２３で加振力を与え、発生した振動に対応する出力を鋼管２２の中央部の下部に張り付けた加速度センサ２３からＦＦＴアナライザー２４で受けて、測定した対数減衰率を基準として求めている。すなわち、測定した対数減衰率は、減衰材１１の減衰比と鋼管２２の減衰比とが合成されているデータであり、減衰材１１と鋼管２２とについて減衰比を個別に求める必要がある。ここで、減衰材１１の減衰比と鋼管２２の減衰比とを求める方法は、仮定したそれぞれの値をＰＣ２５（パーソナルコンピュータ）による有限要素法で解析し、得られた結果に応じてそれぞれの値を修正して再度解析するという作業を測定して対数減衰率に収束するまで行って得られている。減衰比は、２次系伝達関数の振動の大きさを示すパラメータで、大きくなると振幅が小さくなる。実験結果は、減衰材１１の重量濃度０％、２％、４％、６％を高めると対応する減衰比が増加し、濃度６％の減衰比が濃度０％の水に対して約５０倍となっている（図１（Ｂ））。また、６％以上の濃度の減衰材１１は、実験で使用したポンプが減衰材１１を移送できなかったため、減衰比を求めなかったが、濃度の上限を６％とするものでない。なお、実験に使用した鋼管２２は、長さ３００ｍｍ、直径４８ｍｍ、厚さ２ｍｍであり、両端から各１００ｍｍの位置をワイヤ２１に結ばれ吊り下げられている。

【0021】

前記予備実験に基づき得られた減衰比を用いて実施した有限要素法による強制振動解析について説明する（図２（Ａ））。かかる解析は、実際の実験で使用する卓上旋盤３１の形状と大きさとをベースとして、卓上旋盤３１の主軸台３１ａの上に設けた空隙３４と、主軸台３１ａを支持しているフレーム３６に設けた空隙３７とに、減衰材１１の封入と（以下因子１という）、モータ台３２ａに対する補強フレーム３２の脱着と（以下因子２という）、支持ボルト３３、３３…の接地する位置の変更とについて（以下因子３という）、それぞれパラメータを変更し、主軸台３１ａの工具側端面の上部に１Ｎの加振力をＹ軸方向に周期的に加えたときに、周波数に対応するＸ軸方向とＹ軸方向とに発生する振幅に対応するコンプライアンスを解析している。ただし、Ｘ軸方向は、主軸台３１ａの紙面に対して奥行方向としており、Ｙ軸方向は、主軸台３１ａの紙面に対して垂直方向としている。なお、接地するための支持ボルト３３、３３、…の位置は、因子１と因子２との解析について、初期状態のＡ−Ｂ−Ｃとした（図２（Ｂ））。なお、図２（Ｂ）は、卓上旋盤を底から見たものである。

【0022】

因子１の最初の解析のモデルは、空隙３４に、水、または、濃度６％の減衰材１１を封入することによって見かけ上の密度の変化と減衰比とを変化させて周波数に対応するコンプライアンスを解析している（図３（Ａ））。なお、水、または、濃度６％の減衰材１１の量は、それぞれ、なし、１０リットル、１６リットル、２２リットルのそれぞれ４パターンに変化させている。解析の結果は、Ｘ軸方向においてもＹ軸方向においても、減衰材１１を封入する場合には、減衰材１１の量の増加に対応して、共振周波数が下がり、コンプライアンスが小さくなった。水の場合は、共振周波数が下がり、コンプライアンスが大きくなった。なお、図３（Ａ）のグラフに記載のなし、１０、１６、２２は、前記水、または、減衰材の量に対応している。

【0023】

次の因子１の解析モデルは、空隙３７に、水、または、濃度６％の減衰材１１の量を（以下減衰材１１という）、なし、５リットル、１０リットル、１３リットルのそれぞれ４パターンに変化させた（図３（Ｂ））。解析の結果は、Ｘ軸方向においてもＹ軸方向においても、減衰材１１を封入する場合には、減衰材１１の量の増加に対応して、共振周波数が上がり、コンプライアンスが小さくなった。水の場合は、共振周波数が上がり、Ｘ軸方向のコンプライアンスが大きくなり、Ｙ軸方向のコンプライアンスが小さくなった。なお、図３（Ｂ）のグラフに記載のなし、５、１０、１３は、前記水、または、減衰材の量に対応している。

【0024】

因子２の解析は、事前に実施した自由振動解析で変形のより大きい低次の振動モードがモータ台３２ａ付近に集中していたため、モータ台３２ａの補強によって剛性を高める効果を確認するために解析を行った（図２（Ａ））。補強フレーム３２は、実際の実験に使用する大きさとなるように決め、板厚を１２ｍｍ、２４ｍｍ、３６ｍｍの３パターンと補強フレーム３２を取り付けしない、として変化させた（図４（Ａ））。解析の結果は、板厚の如何にかかわらず、Ｘ軸方向では、共振周波数が上がり、コンプライアンスも小さくなったが、一方、Ｙ軸方向では、低周波数側にある共振周波数の周波数が上がるとともに、コンプライアンスも大きくなっているが、一方で、高周波数側にある共振周波数が上がるとともにコンプライアンスが小さくなった。この結果は、５０Ｈz付近に大きな共振源があることに起因していると考えられる。なお、この解析では、補強フレーム３２に孔を設けた場合も検討したが、効果が小さかったため説明を省略する。なお、図４（Ａ）のグラフに記載のなしは、補強フレーム３２を取り付けしない、１２、２４、３６は、前記補強フレーム３２の板厚に対応している。

【0025】

因子３の解析は、卓上旋盤３１を接地して支持する支持ボルト３３、３３、…の位置をＡ−Ｂ−Ｃ、Ａ−Ｂ−Ｄ、Ａ−Ｂ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｆ−Ｇの５パターンで変化させた（図２（Ｂ））。解析の結果は、Ｘ軸方向においてもＹ軸方向においても、共振周波数を１０Ｈzから２０Ｈz程度変化させることができるという効果が認められた（図４（Ｂ））。なお、図４（Ｂ）のグラフに記載のＡ−Ｂ−Ｃ、Ａ−Ｂ−Ｄ、Ａ−Ｂ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｆ−Ｇは、支持ボルト３３、３３、…の位置に対応している。

【0026】

実際の機械における効果を確かめるために行った実験について説明する。実験は、前記有限要素法での解析のベースとした卓上旋盤３１を使用し、主軸台３１ａの工具側端面３１ａ1に、主軸台３１ａの紙面に対して奥行方向とするＸ軸方向と、主軸台３１ａの紙面に対して垂直方向とするＹ軸方向とに、加速度センサ２３、２３を貼り付けて、加速度センサ２３、２３からの出力をＦＦＴアナライザー２５で受けて振動測定できるようにセットし、主軸モータ２７をインバータ２８で主軸回転数を６００ｍｉｎ^−１から３６００ｍｉｎ^−１まで連続的に変動させて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の無負荷運転の振幅を測定した（図５（Ａ））。なお、説明に使用する名称と符号とは、前記有限要素法で解析に使用した卓上旋盤と、実験に使用した卓上旋盤とで同一にしている。

【0027】

卓上旋盤３１は、着脱自在で内部に空隙と下部に底とを設けて上部を開放している鉄板で形成された底を有する箱形状の容器３４ａを振動発生部位となる主軸台３１ａの上に載せ、容器３４ａに注入する濃度６％の減衰材１１の量を、なし、１０リットル、１６リットル、２２リットルの４パターンとして、振幅を測定した。なお、容器３４ａは、長さ２３０ｍｍ×奥行３２０ｍｍ×高さ３４５ｍｍの大きさで主軸台３１ａの紙面に対して水平な奥行方向と長さ方向との寸法に対応して形成されており、容器３４ａの奥行方向の両側の底が主軸台３１ａの奥行方向の両側に形成されている水平面の上に載るように設けられている。また、容器３４ａの高さは、実際の機械に対応させて設計製作が可能な寸法となっており、有限要素法で用いた空隙３４に対応した大きさで製作されている。測定の結果は、卓上旋盤３１が減衰材１１の量にかかわらず、Ｘ軸方向で主軸回転数９９６ｍｉｎ^−１と主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１とに共振が認められ、Ｙ軸方向で主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１に共振が認められた（図６（Ａ））。実験結果は、減衰材１１の量の増加に対応して振幅が小さくなり、水なしと注入量２２リットルを比較すると、Ｘ軸方向の主軸回転数９９６ｍｉｎ^−１の場合に８４．６８％の振幅の減少と主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１の場合に５９．５５％の振幅の減少が認められ、同様に、Ｙ軸方向の主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１の場合に１５．３６％の振幅の減少が認められた。なお、図６（Ａ）のグラフに記載のなし、１０、１６、２２は、前記減衰材の量に対応している。ただし、本来、この発明を反映させた卓上旋盤３１は、容器３４ａの代わりに、振動発生部位の主軸台３１ａを囲むように形成された空隙３４と、空隙３４に封入する減衰材１１とを備えてなり、減衰材１１は、共振発生時に、主軸台３１ａの部品表面３１ａ2に直接に接触することによって、さらに効果的に振動を減衰する（図５（Ｂ））。ただし、ここでいう振動発生部位とは、主軸台３１ａを構成する、たとえば、軸受を介して直接的に外部強制力を受けるような部位をいい、ここでいう空隙とは、一例として、振動発生部位の部品に穴を設けてカバーでふさぐことによって形成するような、または、部品の周囲をカバーで覆うことによって形成するような減衰材１１を封入するための減衰材１１が漏れない空間をいう。また、振動発生部位は、主軸台３１ａを一例として示しており、たとえば、図示しない送り駆動装置や工具の固定装置なども対象となる。

【0028】

減衰材１１を封入するための自動化の一例は、工作機械４１と、減衰材１１と、減衰材１１を外部に収容するタンク４２と、工作機械４１とタンク４２との間を減衰材１１を移送するポンプ４３と、バルブ４４ａ、４４ａと、バルブ４４ｂ、４４ｂとを備えればよい。減衰材１１をタンク４２から工作機械４１への移送は、ポンプ４３の運転とともに、バルブ４４ａ、４４ａを開き、バルブ４４ｂ、４４ｂを閉めればよく、減衰材１１を工作機械４１からタンク４２への移送は、逆に、バルブ４４ａ、４４ａを閉め、バルブ４４ｂ、４４ｂを開ければよい（図５（Ｂ））。なお、減衰材１１は、封入量を可変とするには、図示しないセンサーで減衰材１１の流量を測定し、または、秤で工作機械４１の重量を測定してバルブ４４、４４、…を制御すれば足りる。なお、図５（Ｂ）は、卓上旋盤３１を工作機械（４１）の一例として示しており、機器の配置も、一例に過ぎない。

【0029】

卓上旋盤３１は、着脱自在な補強フレーム３２を振動発生部位に相当するモータ台３２ａのまわりに取り付けて、特に、無負荷運転で共振が認められている主軸回転数９９６ｍｉｎ^−１でのＸ軸方向とＹ軸方向と、主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１でのＹ軸方向における振幅を測定した（図７（Ａ）（Ｂ））。補強フレーム３２は、長さ２６５ｍｍ×奥行２２４ｍｍ×高さ２４１ｍｍとして、板厚を１２ｍｍと３６ｍｍとに変化させ、モータ台３２ａの周囲の垂直な側面を三方と下面とから囲み、専用の接地用の支持ボルト３２ｂ、３２ｂで支持するように形成されており、モータ台３２ａにボルトで締結する構造となっている。実験結果は、補強フレーム３２を取り付けることによって、主軸回転数全域に亘り振幅が小さくなるとともに、共振周波数が上がっていることが認められており、特に、補強なしと３６ｍｍの補強フレーム３２を取り付けた場合とを比較すると、Ｘ軸方向に主軸回転数９９６ｍｉｎ^−１の場合に６３．４７％の振幅の減少と主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１の場合に８２．６３％の振幅の減少が認められ、同様に、補強なしと１２ｍｍの補強フレーム３２を取り付けた場合とを比較するとＹ軸方向に主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１の場合に８４．２７％の振幅の減少が認められた。実験では、振動の方向によって、有効な板厚が変化することも認められた（図６（Ｂ））。なお、図６（Ｂ）のグラフに記載のなしは、補強フレーム３２のなしに、１２、３６は、前記補強フレーム３２の板厚に対応している。

【0030】

補強フレーム３２を脱着自在にする自動化の一例は、工作機械４１と、補強フレーム３２と、補強フレーム３２を脱着する油圧シリンダ３２ｃとを備えており（図７（Ｃ）（Ｄ））、油圧シリンダ３２ｃが短縮することによって補強フレーム３２の端面を工作機械４１に押し付けて剛性を高めることができる。なお、油圧シリンダ３２ｃは、短縮に代えて、伸長して補強フレーム３２の端面を押し付けることができ、空圧シリンダや電動モータに代えることもできる。また、同じような動きができれば、この限りでない。

【0031】

卓上旋盤３１は、下部のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの場所に取り付けられた昇降自在な４本以上の支持ボルト３３、３３、…のうち、任意の３本以上の支持ボルト３３、３３、…で支持することができ、任意の３本以上の支持ボルト３３、３３、…で接地して支持することによって、特に、無負荷運転で共振が認められている主軸回転数９９６ｍｉｎ^−１でのＸ軸方向とＹ軸方向と、主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１でのＹ軸方向における振幅を測定した（図８（Ａ））。支持ボルト３３、３３、…は、Ａ−Ｂ−Ｃを基本的な組み合わせとしており、Ｃの奥行方向に左右対称的なＤとＥと、ＤとＥをモータ台３２ａ側に寄せたＦとＧとを実験のために準備した。支持ボルト３３、３３、…の位置をＡ−Ｂ−Ｃ、Ａ−Ｂ−Ｄ、Ａ−Ｂ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｆ−Ｇの５パターンに変化させた実験結果は、支持するボルトの位置で共振周波数が変動していることが認められており、特に、最も振幅の大きいＡ−Ｂ−Ｃの組み合わせと最も振幅の小さいＡ−Ｂ−Ｆ−Ｇとの組み合わせとを比較すると、Ｘ軸方向に主軸回転数９９６ｍｉｎ^−１の場合に８９．６５％の振幅の減少と主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１の場合に６１．５２％の振幅の減少が認められ、同様の組み合わせにおいて、Ｙ軸方向に主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１の場合に８８．２７％の振幅の減少が認められた（図９）。なお、図９のグラフに記載のＡ−Ｂ−Ｃ、Ａ−Ｂ−Ｄ、Ａ−Ｂ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｆ−Ｇは、支持ボルト３３、３３、…の位置に対応している。

【0032】

任意の支持ボルト３３、３３、…で接地して支持する自動化の一例は、工作機械４１の下部に設けられた雌ねじ４１ａ、４１ａ、…と、雌ねじ４１ａ、４１ａ、…に対応した雄ねじ付の支持ボルト３３ａ、３３ａ、…と、支持ボルト３３ａ、３３ａ、…に接続され工作機械４１に相対的に回転不能で垂直方向に移動自在な電動モータ５１、５１…とを備えており、電動モータ５１、５１、…の回転とともに回転する支持ボルト３３、３３、…が工作機械４１との相対的位置を垂直方向に変えることによって床の上に取り付けられているプレート５２、５２、…を介して接地して床に支持することができる。このとき、各電動モータ５１が回転数を厳密に制御可能なサーボモータであれば、事前に任意の３本以上の支持ボルト３３、３３、…で支持しても水平度を維持するようにできるため、支持ボルト３３、３３、…の位置を変更しても、所定の回転によって工作機械４１の水平度を保持することができる（図８（Ｂ））。なお、たとえば、工作機械４１は、外部にリフター５３、５３…を設けて、支持ボルト３３、３３、…の位置を変更する場合に持ち上げれば、各支持ボルト３３の回転を容易にすることもできる。

【0033】

卓上旋盤３１は、因子１に対応する主軸台３１ａの上に載せた容器３４ａに注入する濃度６％の減衰材１１の量を、なし、１０リットル、１６リットル、２２リットルの４パターンに変化させて、それぞれに因子２に対応するモータ台３２ａまわりの補強フレーム３２を着脱させて、かつ、それぞれに因子３に対応する支持ボルト３３、３３、…の位置をＡ−Ｂ−Ｃ、Ａ−Ｂ−Ｄ、Ａ−Ｂ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｅ、Ａ−Ｂ−Ｆ−Ｇの５パターンで変化させて、無負荷状態で主軸回転数を６００ｍｉｎ^−１から３６００ｍｉｎ^−１の１０箇所の所定の主軸回転数においてＸ軸方向とＹ軸方向との振幅が最も小さくなるように調整した因子１と因子２と因子３の結果を図１０（Ａ）に、対応する振幅の結果を図１０（Ｂ）に示す。この結果は、因子１と因子２と因子３との組み合わせにより、主軸回転数全域で振幅を均等に小さくすることができているとともに、大きな共振においては、振幅が１／１０以下に抑制されていることを示している。なお、図１０（Ｂ）のグラフに記載の調整後は、前記因子１と因子２と因子３との組み合わせて調整した結果を示し、調整前は、何も施していない結果を示している。なお、図１０（Ａ）の因子１の「−」は、減衰材の封入がなしを意味しており、因子２の「−」は、補強なしを意味している。

【0034】

最も共振が大きかった主軸回転数２７８４ｍｉｎ^−１に対して、振幅が最も小さくなる因子１と因子２と因子３とに調整を施した卓上旋盤３１と（以下調整後の卓上旋盤３１という）、何も施していない卓上旋盤３１とを（以下調整前の卓上旋盤３１という）無負荷状態で主軸回転数を６００ｍｉｎ^−１から３６００ｍｉｎ^−１まで連続的に変動させて比較した結果を図１１（Ａ）に示す。共振は、調整前の卓上旋盤３１が２７８４ｍｉｎ^−１に発生したのに対して、調整後の卓上旋盤３１が３０７２回ｍｉｎ^−１に発生したことにより、因子１と因子２と因子３とを調整することによって、共振周波数が移動したことが認められる。また、調整後の卓上旋盤３１と調整前の卓上旋盤３１とで、実際に２７８４ｍｉｎ^−１の主軸回転数で工作物を切削した切削条件を図１１（Ｂ）に示す。調整前の卓上旋盤３１の振動は、振幅が大きいとともに、個々の振幅自体も変動が大きいのに対して、調整後の卓上旋盤３１の振動は、工具の切り込み方向に対応するＹ軸方向に振幅自体が小さく、個々の振幅自体の変動も小さいことが認められる（図１２（Ａ））。結果的に、調整前の卓上旋盤３１による工作物の表面粗さがＲａ１．７５μｍに対して、調整後の卓上旋盤３１による工作物の表面粗さが旋削にもかかわらず、研削加工レベルのＲａ０．３５μｍとなったことは、振幅と振幅自体の変動が小さかったことに起因していると考えられる（図１２（Ｂ））。なお、図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）（Ｂ）のグラフに記載の「調整前」は、調整前の卓上旋盤３１のデータを示しており、「調整後」は、調整後の卓上旋盤３１のデータを示している。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明は、工作機械の共振を小さくする減衰材１１と、それを利用する工作機械に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0036】

１１…減衰材
３１ａ2…部品表面
３２…補強フレーム
３３…支持ボルト
３４…空隙
３７…空隙
４１…工作機械

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】