JP2000158277A - 回転主軸の軸受構造 - Google Patents
回転主軸の軸受構造Info
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- JP2000158277A JP2000158277A JP10342409A JP34240998A JP2000158277A JP 2000158277 A JP2000158277 A JP 2000158277A JP 10342409 A JP10342409 A JP 10342409A JP 34240998 A JP34240998 A JP 34240998A JP 2000158277 A JP2000158277 A JP 2000158277A
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- JP
- Japan
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- bearing
- contact type
- rotary
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- oil
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転ベアリング軸受と、非接
触型軸受とを併用して、回転ベアリング軸受における発
熱及び破損を低減できる軸受構造を提供すること。 【構成】 回転主軸１の軸受の内、両外
側部位において、回転ベアリングを用いた接触型軸受２
を採用し、内側の部位において、磁気軸受、空気軸受、
又はオイル軸受等による、非接触型の軸受３を採用し、
これによって、回転ベアリングの発熱及び破損を低減
し、かつ安定した主軸の維持を可能とする回転主軸の軸
受構造。
触型軸受とを併用して、回転ベアリング軸受における発
熱及び破損を低減できる軸受構造を提供すること。 【構成】 回転主軸１の軸受の内、両外
側部位において、回転ベアリングを用いた接触型軸受２
を採用し、内側の部位において、磁気軸受、空気軸受、
又はオイル軸受等による、非接触型の軸受３を採用し、
これによって、回転ベアリングの発熱及び破損を低減
し、かつ安定した主軸の維持を可能とする回転主軸の軸
受構造。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具等を回転する
ことによって、所定の作動又は加工作業等を実現する、
回転主軸の軸受構造に関するものである。
ことによって、所定の作動又は加工作業等を実現する、
回転主軸の軸受構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来回転主軸の軸受は、回転ベアリング
を用いた接触型軸受と、磁気軸受、空気軸受、及びオイ
ル軸受等、非接触型軸受に大別することができる。
を用いた接触型軸受と、磁気軸受、空気軸受、及びオイ
ル軸受等、非接触型軸受に大別することができる。
【０００３】接触型軸受は、重量を支持しながら回転す
る構造に適しているが、高速回転に至った場合、発熱が
著しく、主軸自体において熱膨張が発生する。
る構造に適しているが、高速回転に至った場合、発熱が
著しく、主軸自体において熱膨張が発生する。
【０００４】このような熱膨張が次第に増大した場合に
は、回転ベアリング軸受自体が破損する事故が生じ易
い。
は、回転ベアリング軸受自体が破損する事故が生じ易
い。
【０００５】非接触型軸受の内、磁気軸受は、回転主軸
側における磁気の極性と、その周囲のハウジング側にお
ける磁気の極性とを反対に維持し、双方の反発力によっ
て軸受を実現しているが、回転主軸が先端において支持
している工具等の重量が大きくなるに従って、多量の磁
界を必要とし、このために多大な電力を必要とする。
側における磁気の極性と、その周囲のハウジング側にお
ける磁気の極性とを反対に維持し、双方の反発力によっ
て軸受を実現しているが、回転主軸が先端において支持
している工具等の重量が大きくなるに従って、多量の磁
界を必要とし、このために多大な電力を必要とする。
【０００６】空気軸受は、回転主軸とハウジングとの間
に、圧縮空気を噴入することによって、軸受を実現して
いるが、回転主軸が先端において保持している工具等の
重量が大きくなるに従って、多大な圧力を伴う空気の噴
入を必要とし、膨大な設備を必要とし、前記の点は、オ
イル軸受の場合においても同様である。
に、圧縮空気を噴入することによって、軸受を実現して
いるが、回転主軸が先端において保持している工具等の
重量が大きくなるに従って、多大な圧力を伴う空気の噴
入を必要とし、膨大な設備を必要とし、前記の点は、オ
イル軸受の場合においても同様である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記各軸受
方式の欠点を克服し、これらを組み合わせることによっ
て、効率的かつ安定した軸受を実現することを開発する
ものである。
方式の欠点を克服し、これらを組み合わせることによっ
て、効率的かつ安定した軸受を実現することを開発する
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の構成は、回転主軸の軸受の内、両外側部位
において、回転ベアリングを用いた接触型軸受を採用
し、内側の部位において、磁気軸受、空気軸受、又はオ
イル軸受等による、非接触型の軸受を採用したことを特
徴とする主軸の軸受構造からなる。
め、本発明の構成は、回転主軸の軸受の内、両外側部位
において、回転ベアリングを用いた接触型軸受を採用
し、内側の部位において、磁気軸受、空気軸受、又はオ
イル軸受等による、非接触型の軸受を採用したことを特
徴とする主軸の軸受構造からなる。
【０００９】
【作用】回転主軸１自体が有している重量をｍとし、か
つ回転主軸１が前方において支持する工具等の重量をＭ
とし、かつ図１に示すように、回転主軸１と工具等の保
持の対象物とが一体となったことによる重心の位置Ｇか
ら、前方側の指示の位置Ｐとの距離をＬ1とし、後方側
の支持の位置Ｑとの距離をＬ2とし、前方の支持点Ｐが
支える重量をＸとし、後方の支持点Ｑが支える重量をＹ
とした場合、上下方向の力のバランスから、 Ｘ＋Ｙ＝（Ｍ＋ｍ）ｇ が成立する（但し、ｇは重力定数である。）。他方、モ
ーメントの釣合から、Ｌ1Ｘ＝Ｌ2Ｙが成立し、以上よ
り、 Ｘ＝Ｌ2（Ｍ＋ｍ）ｇ／（Ｌ1＋Ｌ2） ……（１） Ｙ＝Ｌ1（Ｍ＋ｍ）ｇ／（Ｌ1＋Ｌ2） ……（２） が成立する。
つ回転主軸１が前方において支持する工具等の重量をＭ
とし、かつ図１に示すように、回転主軸１と工具等の保
持の対象物とが一体となったことによる重心の位置Ｇか
ら、前方側の指示の位置Ｐとの距離をＬ1とし、後方側
の支持の位置Ｑとの距離をＬ2とし、前方の支持点Ｐが
支える重量をＸとし、後方の支持点Ｑが支える重量をＹ
とした場合、上下方向の力のバランスから、 Ｘ＋Ｙ＝（Ｍ＋ｍ）ｇ が成立する（但し、ｇは重力定数である。）。他方、モ
ーメントの釣合から、Ｌ1Ｘ＝Ｌ2Ｙが成立し、以上よ
り、 Ｘ＝Ｌ2（Ｍ＋ｍ）ｇ／（Ｌ1＋Ｌ2） ……（１） Ｙ＝Ｌ1（Ｍ＋ｍ）ｇ／（Ｌ1＋Ｌ2） ……（２） が成立する。
【００１０】但し、図１では、重心の位置Ｇが、前方の
支持点Ｐ及び後方の支持点Ｑとの間に存在する場合を示
すが、工具等の支持の対象物の重量が、回転主軸１の重
量ｍよりも圧倒的に大きい場合には、重心の位置Ｇは、
支持点Ｐよりも前方に存在する場合も生じ、この場合
は、Ｌ1は負（―）の値を呈することから、後方の支持
点Ｑは、主軸が前方に支持した工具などの重量を原因と
して、上方への上昇力を下方へ押さえることによって支
持することにならざるを得ない（前記（２）式におい
て、Ｙが負の値となるから。）。
支持点Ｐ及び後方の支持点Ｑとの間に存在する場合を示
すが、工具等の支持の対象物の重量が、回転主軸１の重
量ｍよりも圧倒的に大きい場合には、重心の位置Ｇは、
支持点Ｐよりも前方に存在する場合も生じ、この場合
は、Ｌ1は負（―）の値を呈することから、後方の支持
点Ｑは、主軸が前方に支持した工具などの重量を原因と
して、上方への上昇力を下方へ押さえることによって支
持することにならざるを得ない（前記（２）式におい
て、Ｙが負の値となるから。）。
【００１１】これに対し、工具等の支持する対象物の重
量Ｍが、回転主軸１の重量ｍよりも極めて小さい場合に
は、前記（１）式、（２）式のＬ1とＬ2が概略等しく、
それ故に、前方側の支持力Ｘと、後方側の支持力Ｙと
は、概略等しくなる。
量Ｍが、回転主軸１の重量ｍよりも極めて小さい場合に
は、前記（１）式、（２）式のＬ1とＬ2が概略等しく、
それ故に、前方側の支持力Ｘと、後方側の支持力Ｙと
は、概略等しくなる。
【００１２】このように、前方側の支持点Ｐにおける支
持する力Ｘは、大きな支持力を要求され、後方側におい
て必要な支持力Ｙは、支持する対象物の重量によって様
々な値に至ることから、本願発明では、図２に示すよう
に、最も前方側及び最も後方側の外側の支持点につい
て、回転ベアリングを用いた接触型軸受２を採用し、こ
れによって、前記力Ｘ及び同Ｙに対応する支持力を以っ
て、効率的な支持を行うことができる。
持する力Ｘは、大きな支持力を要求され、後方側におい
て必要な支持力Ｙは、支持する対象物の重量によって様
々な値に至ることから、本願発明では、図２に示すよう
に、最も前方側及び最も後方側の外側の支持点につい
て、回転ベアリングを用いた接触型軸受２を採用し、こ
れによって、前記力Ｘ及び同Ｙに対応する支持力を以っ
て、効率的な支持を行うことができる。
【００１３】回転主軸１などを所定の長さを有する物が
両側から支えられて回転する場合には、回転面方向に一
定の振幅が生じ、しかも、両側から支持された中央位置
の振幅が最も大きくなり易い。
両側から支えられて回転する場合には、回転面方向に一
定の振幅が生じ、しかも、両側から支持された中央位置
の振幅が最も大きくなり易い。
【００１４】特に、回転駆動源たるモーターの固定値を
ハウジングの外側に設置し、回転子をハウジングの内側
に設置した場合には、このような傾向が著しい。
ハウジングの外側に設置し、回転子をハウジングの内側
に設置した場合には、このような傾向が著しい。
【００１５】このように、支持された内側の位置におけ
る回転面内の振動を緩和するために、回転ベアリングな
どの接触型軸受２を使用した場合には、当該軸受に振動
に伴う押圧力を原因とする発熱が著しく、軸受の破損の
危険性が大きい。
る回転面内の振動を緩和するために、回転ベアリングな
どの接触型軸受２を使用した場合には、当該軸受に振動
に伴う押圧力を原因とする発熱が著しく、軸受の破損の
危険性が大きい。
【００１６】これに対し、非接触型の回転軸受３を用い
た場合には、磁気軸受に供給する電流量、空気軸受に供
給する圧縮空気の量、オイル軸受に供給する油の量等を
適宜設定することによって、前記のような破損を免れる
ことができる。
た場合には、磁気軸受に供給する電流量、空気軸受に供
給する圧縮空気の量、オイル軸受に供給する油の量等を
適宜設定することによって、前記のような破損を免れる
ことができる。
【００１７】このため、本願発明では、図２に示すよう
に、内側における振幅を緩和するため、非接触型軸受３
を内側の一個所又は数箇所に設け、前記回転面内におけ
る振動を緩和している。
に、内側における振幅を緩和するため、非接触型軸受３
を内側の一個所又は数箇所に設け、前記回転面内におけ
る振動を緩和している。
【００１８】
【実施例】前方及び後方の支持点の内側における振動の
振幅は、前方端において支持している工具等の重量によ
って左右される。このため、実施例においては、図３に
示すように、非接触型軸受３の近傍に、位置センサー４
を設けている。
振幅は、前方端において支持している工具等の重量によ
って左右される。このため、実施例においては、図３に
示すように、非接触型軸受３の近傍に、位置センサー４
を設けている。
【００１９】当該位置センサー４によって、非接触型軸
受３の近傍における振動状況を感知し、非接触型軸受３
が、支持している部位における振動を調節することにな
る。即ち、磁気軸受の場合には、供給する電流量を調節
し、空気軸受の場合には、供給する圧縮空気の量を調節
し、オイル軸受の場合には、供給するオイルの量を調節
し、回転軸受と周囲の固定ハウジングとの間の反発力を
左右する媒体物の量（物理量）を調節することによっ
て、振幅を所定範囲以下としている。
受３の近傍における振動状況を感知し、非接触型軸受３
が、支持している部位における振動を調節することにな
る。即ち、磁気軸受の場合には、供給する電流量を調節
し、空気軸受の場合には、供給する圧縮空気の量を調節
し、オイル軸受の場合には、供給するオイルの量を調節
し、回転軸受と周囲の固定ハウジングとの間の反発力を
左右する媒体物の量（物理量）を調節することによっ
て、振幅を所定範囲以下としている。
【００２０】
【発明の効果】以上の如き構成による本願発明では、非
接触型軸受を内側に設け、主軸の振動を軽減しているた
め、回転ベアリング軸受における発熱が減少し、これに
よって、回転ベアリング軸受における破損率を消滅又は
減少させることができる。
接触型軸受を内側に設け、主軸の振動を軽減しているた
め、回転ベアリング軸受における発熱が減少し、これに
よって、回転ベアリング軸受における破損率を消滅又は
減少させることができる。
【００２１】そして回転ベアリングにおける発熱の減少
は、冷却に要する冷風の送風量も少なくて済むことにな
り、運転コストの低減化を実現することができる。
は、冷却に要する冷風の送風量も少なくて済むことにな
り、運転コストの低減化を実現することができる。
【００２２】他方、回転ベアリング軸受を使用せず、磁
気軸受又は空気軸受等の非接触タイプの軸受を使用する
場合に比し、使用する電力、空気、又はオイルの量は極
端に少なく、運転上のコストも極めて低減で済むことに
なる。
気軸受又は空気軸受等の非接触タイプの軸受を使用する
場合に比し、使用する電力、空気、又はオイルの量は極
端に少なく、運転上のコストも極めて低減で済むことに
なる。
【００２３】更には、実施例のように、ラジアル位置セ
ンサーを非接触型軸受の近傍に設けた場合には、適宜振
動状況を察知して、振幅を所定範囲内とすることができ
るので、安全運転を継続して実現することができる。
ンサーを非接触型軸受の近傍に設けた場合には、適宜振
動状況を察知して、振幅を所定範囲内とすることができ
るので、安全運転を継続して実現することができる。
【００２４】このように本願発明は、従来の軸受方式に
比し、幾多の長所を有しており、その価値は絶大であ
る。
比し、幾多の長所を有しており、その価値は絶大であ
る。
【図１】前方側及び後方側の支持点が支える重量の程度
を説明するための模式図
を説明するための模式図
【図２】本願発明の基本構成を示す側断面図
【図３】実施例の構成を示す側断面図
１ 主軸 ２ 回転ベアリングによる接触型軸受 ３ 磁気軸受、空気軸受、オイル軸受等の非接触型軸
受 ４ ラジアル位置センサー
受 ４ ラジアル位置センサー
Claims (2)
- 【請求項１】 回転主軸の軸受の内、両外側部位におい
て、回転ベアリングを用いた接触型軸受を採用し、内側
の部位において、磁気軸受、空気軸受、又はオイル軸受
等による、非接触型の軸受を採用したことを特徴とする
主軸の軸受構造。 - 【請求項２】非接触型軸受の近傍にラジアル位置センサ
ーを設置し、当該位置センサーによって感知する振幅に
基づき、磁気軸受に供給する電流量、又は空気軸受に供
給する圧縮空気の量、又はオイル軸受に供給する油の量
等、非接触型軸受を実現する媒体物の程度を調節するこ
とを特徴とする、請求項１記載の主軸の軸受構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10342409A JP2000158277A (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 回転主軸の軸受構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10342409A JP2000158277A (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 回転主軸の軸受構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000158277A true JP2000158277A (ja) | 2000-06-13 |
Family
ID=18353514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10342409A Pending JP2000158277A (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 回転主軸の軸受構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000158277A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090133546A1 (en) * | 2006-02-27 | 2009-05-28 | Ichiro Araie | Spindle Apparatus |
| US10927759B2 (en) | 2016-05-20 | 2021-02-23 | Ihi Corporation | Bearing structure for turbocharger and turbocharger |
-
1998
- 1998-12-02 JP JP10342409A patent/JP2000158277A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090133546A1 (en) * | 2006-02-27 | 2009-05-28 | Ichiro Araie | Spindle Apparatus |
| US8276489B2 (en) * | 2006-02-27 | 2012-10-02 | Sodick Co., Ltd. | Spindle apparatus |
| US10927759B2 (en) | 2016-05-20 | 2021-02-23 | Ihi Corporation | Bearing structure for turbocharger and turbocharger |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051018 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070525 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070619 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070727 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080111 |