JP2017015218A - 静圧流体軸受、その製造方法及びそれを用いた工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ポケットにおける潤滑液剤の速度勾配の上昇を抑制し動力損失を低減することのできる静圧流体軸受の製造方法を提供する。
【解決手段】ポケット２４内に、ポケット２４を深さ方向に仕切る仕切り板２８が備えられるとともに、回転軸の回転方向の前後において、仕切り板２８とランド部２２との間にポケット内隙間５１，５２が形成されている静圧流体軸受を、軸方向の両端に配設され外嵌部材１４と嵌り合う一対の環状部位４２と、一対の環状部位４２を連結して周方向に間隔をおいて配置され、ランド部２２を構成する柱部位４４と、柱部位４４の間において環状部位４２及び柱部位４４の外周面よりも径方向内側の位置にて一対の環状部位４２に架設され、仕切り板２８を構成する板状部位４８と、を備える内嵌部材４０と、円筒状の外嵌部材１４とを、各々当たり面１４ａ，４０ａを加工した後に嵌合させて製造する。
【選択図】図５

Description

本発明は、静圧流体軸受、その製造方法及びそれを用いた工作機械に関する。

従来、軸受面に加圧された油等の潤滑液剤を供給し、その液圧により高速回転する回転軸を軸受面に接触しない状態で支持する静圧流体軸受があり、その軸受面に複数のポケットが凹設されたものが知られている。この種の静圧流体軸受では、軸受面において、ポケットが升状に形成され、各ポケットは、軸方向に延びるランド部により周方向に区画されている。潤滑液剤は、各ポケットの底部から軸受面に供給される。

かかる静圧流体軸受においては、図１８に模式的に示すように、高速回転する回転軸２３１により所謂連れ回りによる流体の流れＲが発生し、回転軸２３１の表面では回転軸２３１の回転方向（符号Ｓで示す矢印の方向）への流れが生じ、ポケット２２４の底部２２６では回転軸２３１の回転と逆方向の流れを生じる。このため、ポケット２２４の内部では、回転軸２３１の表面近傍に大きな速度勾配が発生し、大きな流体せん断抵抗による動力損失が懸念される。また、ポケット２２４の内部は強い乱流となっており、このこともまた回転軸２３１の表面近傍での大きな速度勾配の発生及び動力損失の原因となっている。

これに関連し、特許文献１に開示される静圧流体軸受では、図１９に示すように、ポケット９２４の内部にポケット９２４を深さ方向に区画する邪魔板９１１が設けられている。邪魔板９１１は、回転軸９３１の回転方向（符号Ｖで示す矢印の方向）の前側でポケット９２４の底部９２６から持ち上がる肉厚の部分９１１ａと、この肉厚の部分９１１ａの上端部から回転軸９３１の回転方向の後ろ側へ張り出す肉薄の部分９１１ｂとを有している。邪魔板９１１は、肉厚の部分９１１ａがポケット９２４の底面９２６にビス留めされており、肉薄の部分９１１ｂがポケット９２４の底部９２６とは離間して、流体が流入するポケット９２４の底部９２６の供給口９２８に対面して保持されており、回転軸９３１の回転方向の後ろ側の端部にはランド部９２２との間に間隙９２０を形成している。この邪魔板９１１により、ポケット９２４の底部９２６から供給された流体の流れＲは、整流されてポケット９２４の底部９２６の側で回転軸９３１の回転方向の後ろ側へ案内され、邪魔板９１１とランド部９２２との間隙９２０から回転軸９３１の付近へ拡散される。この場合、ポケット９２４内へ供給された流体が回転軸９３１の表面に直接当たることがなく、流体の速度勾配を乱さないため、回転軸９３１に作用する摩擦力を低減して動力損失を低減することができるとされる。

特開平６−５０３４１号公報

しかし、邪魔板の回転軸と対向する面側に回転軸の回転方向と逆方向の流れを発生し、動力損失の低減効果が小さくなることが懸念される。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、静圧流体軸受において、ポケットにおける潤滑液剤の速度勾配の上昇を抑制し動力損失を低減することにある。また、その静圧流体軸受の製造方法を提供することにある。

本発明の第１の発明は、回転軸を回転可能に支持する軸受面を有し、前記軸受面と前記回転軸の表面との間に潤滑液剤が充填される軸受隙間が形成されており、前記軸受面に、ランド部により前記回転軸の回転方向に区画された複数のポケットが凹設された静圧流体軸受である。この静圧流体軸受は、前記ポケット内に、該ポケットを深さ方向に仕切る仕切り板と、前記回転軸の回転方向の前後において前記仕切り板と前記ランド部との間に形成されたポケット内隙間と、を備える。また前記軸受隙間は、前記回転軸の表面と該回転軸の表面に対向する前記ランド部の表面との間の第１軸受隙間と、前記回転軸の表面と該回転軸の表面と対向する前記仕切り板の表面との間の第２軸受隙間と、を有し、前記第２軸受隙間は、前記第１軸受隙間より大きい関係である。前記軸受面は、円筒状の外嵌部材と、該外嵌部材の内周面に嵌め合わされて固定された内嵌部材とで形成されており、前記内嵌部材は、軸方向の両端に配設され前記外嵌部材と嵌り合う一対の環状部位と、前記一対の環状部位を連結して周方向に間隔をおいて配置され、前記ランド部を構成する柱部位と、前記柱部位の間において前記環状部位及び前記柱部位の外周面よりも径方向内側の位置にて前記一対の環状部位に架設され、前記仕切り板を構成する板状部位と、を備える。この静圧流体軸受では、前記環状部位と前記柱部位とで前記外嵌部材の内周面が区画されて前記ポケットが形成されている。

第１の発明の静圧流体軸受によれば、ポケット内に、ポケットを深さ方向に仕切る仕切り板が備えられるとともに、回転軸の回転方向の前後において、仕切り板とランド部との間にポケット内隙間が形成されている。また、回転軸の表面と仕切り板との間の第２軸受隙間は、回転軸の表面とランド部との間の第１軸受隙間よりも大きい関係である。そのため、回転軸の回転方向の前側のポケット内隙間が、回転軸の近傍で回転方向に流れる潤滑液剤がポケットの底部へ戻るための流路を形成し、潤滑液剤は、ポケットの底部の側で回転軸の回転方向とは反対方向へ流れ、回転軸の回転方向の後ろ側のポケット内隙間を通じて回転軸の近傍へ供給される。このように、回転軸の回転方向の前後両側にポケット内隙間を形成した状態で配置された仕切り板により、ポケット内での潤滑液剤の流れは、仕切り板を挟んで回転軸の側では回転軸の回転方向となり、ポケットの底部側では逆向きとなり、相互の影響を受けにくくなる。それにより、乱流による速度勾配の上昇を抑制し、流体抵抗を低減するとともに、層流による粘性抵抗も合わせて低減することができる。ここで、この静圧流体は、外嵌部材の内周面に内嵌部材が嵌め合わされることで外嵌部材の内周面が区画されてポケットが形成され、内嵌部材の径方向内側に位置する仕切り板が、ポケットの底部を形成する外嵌部材の内周面とは完全に離間した状態で配置されているため、仕切り板は、的確に上記のように作用することができる。よって、ポケットにおける潤滑液剤の速度勾配の上昇を抑制し動力損失を低減することができる。

第２の発明は、第１の発明の静圧流体軸受の製造方法であって、前記外嵌部材の前記内嵌部材と嵌め合わされる内周面を加工する外嵌部材当たり面加工工程と、前記内嵌部材の前記外嵌部材と嵌め合わされる外周面を加工する内嵌部材当たり面加工工程と、を有するとともに、前記外嵌部材当たり面加工工程及び前記内嵌部材当たり面加工工程の後に、前記外嵌部材と前記内嵌部材とを嵌め合わせる嵌合工程を有する。

第２の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、嵌合工程よりも前に、外嵌部材の内周面を加工する外嵌部材当たり面加工工程と、内嵌部材の外周面を加工する内嵌部材当たり面加工工程と、を有するため、嵌合工程で外嵌部材と内嵌部材とを嵌め合わせると、仕切り板を備えたポケットを潤滑液剤が漏れないように精度よく形成することができる。

第３の発明は、第２の発明に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、前記内嵌部材は、前記外嵌部材よりも線膨張係数の大きい材料で形成されており、前記嵌合工程は、前記内嵌部材を冷却して前記外嵌部材に嵌め合わせる冷やし嵌めである。

第３の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、内嵌部材が外嵌部材よりも線膨張係数の大きい材料で形成されているため、冷やし嵌めにより外嵌部材と内嵌部材とを嵌め合わせて精度よくポケットを形成することができ、ヒータなどの高熱物を使用せずに組付け可能であるため、組み付けやすく、またコストを低く抑えやすい。

第４の発明は、第３の発明に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、前記内嵌部材は、前記嵌合工程で冷却されるとき前記外嵌部材に対して締め代が無いか、又は隙間を形成する外寸となっている。

第４の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、嵌合工程では、冷却された内嵌部材が、外嵌部材に対して締め代が無いか、又は隙間を形成するため、嵌め合わせ作業が容易である。

第５の発明は、第２の発明に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、嵌合工程は、前記外嵌部材を加熱して前記内嵌部材と嵌め合わせる焼き嵌めである。

第５の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、外嵌部材を加熱することにより外嵌部材と内嵌部材の温度差を容易に大きくすることができるため、外嵌部材と内嵌部材の線膨張率を考慮せずに設計することも可能である。

第６の発明は、第２から第５の発明のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、前記外嵌部材と前記内嵌部材とは、互いに温度が等しいときに締め付け力を発揮する寸法である。

第６の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、外嵌部材と内嵌部材とが、互いに温度が等しいときに締め付け力が発揮されるので、より確実に潤滑液剤が漏れないポケットを形成することができる。

第７の発明は、第２から第６の発明のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、前記潤滑液剤の密度をρ、前記潤滑液剤の粘性係数をμ、前記回転軸の周速をＵ、前記第２軸受隙間をＨとした場合に、前記第２軸受隙間におけるレイノルズ数ＲｅはＲｅ＝ρＵＨ／μで表され、前記回転軸が回転支持される状態の前記第２軸受隙間における潤滑液剤の流れはＲｅ＜２０００である。

第７の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、乱流に起因する回転軸の表面近傍での大きな速度勾配の発生を低減することができ、より動力損失を抑制することのできる静圧流体軸受を製造することができる。

第８の発明は、第２から第７の発明のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、前記ポケット内隙間は前記回転軸の軸方向に並行するスリットとして設けられており、前記スリットは前記回転軸の回転方向で見て前側の第１スリットと後ろ側の後側スリットを有しており、前記第１スリットと前記第２スリットの開口幅は前記第２軸受隙間より大きい。

第８の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、第２軸受隙間における潤滑液剤がポケットの底部側に流れやすく、仕切り板を挟んで回転軸の側では回転軸の回転方向に流れ、ポケットの底部側では逆向きに流れる潤滑液剤の流れをより形成しやすい静圧流体軸受を製造することがでできる。

第９の発明は、第２から第８の発明のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、前記潤滑液剤は、水または組成に占める水の割合が９０％以上の水溶液または、低粘度鉱油である。

第９の発明によれば、潤滑液剤が水または組成に占める水の割合が９０％以上の水溶液または、低粘度鉱油であるため、仕切り板を挟んで回転軸の側では回転軸の回転方向に流れ、ポケットの底部側では逆向きに流れる潤滑液剤の流れをより形成しやすい静圧流体軸受を製造することができる。

第１０の発明は、第２から第９の発明のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、前記第２軸受隙間における前記潤滑液剤の流れは層流である。

第１０の発明の静圧流体軸受の製造方法によれば、仕切り板は、第２軸受隙間における層流と、第３軸受隙間における反回転方向の流れを仕切り、それらの流れが相互に影響を及ぼし難い静圧流体軸受を製造することができる。よって、ポケットにおける流体の速度勾配の上昇を抑制し動力損失を一層低減することができる静圧流体軸受を製造することができる。

第１１の発明は、第１の発明に記載の静圧軸受を備え、該静圧軸受の前記軸受面で工具主軸が回転可能に支持される工作機械である。

第１１の発明によれば、工具主軸の消費動力を低減することができる。

本発明によれば、静圧流体軸受において、ポケットにおける潤滑液剤の速度勾配の上昇を抑制し動力損失を低減することができるとともに、その静圧流体軸受の製造方法を提供することができる。

実施形態に係る静圧流体軸受を用いた工作機械の一例として研削盤の全体構成を示す平面図である。 図１に示す研削盤の右側面図である。 図１のＩＩＩ部（砥石軸ホルダ）の拡大断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 軸受本体を一部断面で示す斜視図であり、外嵌部材の一部を割断し内部の内嵌部材を示す図である。 図４のＶＩ部を拡大した断面図でありポケット内の潤滑液剤の流れを示した図である。 静圧流体軸受の消費電力を示した図である。 内嵌部材の材料となる母材の斜視図である。 内嵌部材作製工程中の外径旋盤工程を模式的に示す図である。 内嵌部材作製工程中の内径旋盤工程を模式的に示す図である。 内嵌部材作製工程中の外径側ポケット形成工程を模式的に示す図である。 内嵌部材作製工程中のスリット形成工程を模式的に示す図である。 内嵌部材作製工程中の内径側ポケット形成工程を模式的に示す図である。 内嵌部材当たり面加工工程を模式的に示す図である。 外嵌部材当たり面加工工程を模式的に示す図である。 嵌合工程を模式的に示す図である。 内径仕上げ工程を模式的に示す図である。 従来のポケット内の潤滑液剤の流れの速度分布図である。 特許文献１の静圧流体軸受のポケット部分を拡大して示す断面図である。

以下に本発明を実施するための一形態として静圧流体軸受、静圧流体軸受を用いた工作機械及び静圧流体軸受の製造方法を図面を用いて説明する。

図１は、実施形態に係る静圧流体軸受を用いた工作機械の一例として研削盤１０の全体構成を示す平面図である。図２は、研削盤１０の右側面図である。なお、図２では保持台１５１を備えたワーク保持装置１５０の図示を省略している。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されているすべての図面において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｙ軸は鉛直上向きを示しており、Ｚ軸とＸ軸は水平方向を示している。そして、Ｚ軸方向は砥石回転軸Ｌ１と平行な方向（換言すれば、ワーク回転軸方向）を示しており、Ｘ軸方向は砥石回転軸Ｌ１に直交する方向であり、砥石１３２がワークＷに切り込む方向を示している。また、砥石回転軸Ｌ１とワーク回転軸Ｌ２とツルア回転軸Ｌ３は、いずれもＺ軸方向と平行である。

図１、２に示される研削盤１０は、ワークＷに対して砥石１３２をＸ軸方向及びＺ軸方向へ相対的に移動制御してワークＷを研削するようになっている。平面形状で矩形に形成された基台１１０上の略中央部には、Ｚ軸方向に延びる一対のＺ軸方向ガイドレール１１１にスライド案内されるＺ軸方向スライドテーブル１１２が配設されている。Ｚ軸方向スライドテーブル１１２は、制御手段１８０（ＮＣ制御装置等）によって作動制御されるＺ軸方向駆動モータ１１４を駆動源とするＺ軸方向送りねじ１１３の回転動作によってＺ軸方向へスライドされる。また、Ｚ軸方向駆動モータ１１４には、Ｚ軸方向スライドテーブル１１２のＺ軸方向の位置を確認するために、Ｚ軸駆動モータ１１４の出力軸の回転角度を検出してその検出信号を制御手段１８０に送るエンコーダ等のＺ軸方向位置検出手段１１５が設けられている。制御手段１８０は、Ｚ軸方向駆動モータ１１４を用いて、ツルア１７７又はワークＷに対して砥石１３２を相対的にＺ軸方向へ移動させ、Ｚ軸方向位置検出手段１１５からの検出信号に基づいて、ツルア１７７又はワークＷに対する砥石１３２のＺ軸方向への相対的な移動量を検出可能である。

Ｚ軸方向スライドテーブル１１２上には、Ｘ軸方向に延びる一対のＸ軸方向ガイドレール１２１にスライド案内されるＸ軸方向スライドテーブル１２２が配設されている。Ｘ軸方向スライドテーブル１２２は、制御手段１８０によって作動制御されるＸ軸方向駆動モータ１２４を駆動源とするＸ軸方向送りねじ１２３の回転動作によってＸ軸方向へスライドされる。また、Ｘ軸方向駆動モータ１２４には、Ｘ軸方向スライドテーブル１２２のＸ軸方向の位置を確認するために、Ｘ軸方向駆動モータ１２４の出力軸の回転角度を検出してその検出信号を制御手段１８０に送るエンコーダ等のＸ軸方向位置検出手段１２５が設けられている。制御手段１８０は、Ｘ軸方向駆動モータ１２４を用いて、ツルア１７７又はワークＷに対して砥石１３２を相対的にＸ軸方向へ移動させ、Ｘ軸方向位置検出手段１２５からの検出信号に基づいて、ツルア１７７又はワークＷに対する砥石１３２のＸ軸方向への相対的な移動量を検出可能である。

Ｘ軸方向スライドテーブル１２２上には、砥石駆動モータ１２６と砥石軸ホルダ１３０とがそれぞれ配設されており、砥石駆動モータ１２６の出力軸には駆動プーリ１２７が設けられる。一方、砥石軸ホルダ１３０に回転可能に支持されかつ一端部に略円筒状の砥石１３２が設けられる砥石軸１３１（Ｚ軸方向に平行な砥石回転軸Ｌ１回りに回転する砥石軸）の他端には、従動プーリ１２８が設けられている。そして、駆動プーリ１２７と従動プーリ１２８との間にはベルト１２９が張設され、これによって、砥石駆動モータ１２６の出力軸のトルクがベルト１２９を介して砥石軸１３１に伝達される。

基台１１０上には、軸状のワークＷをＺ軸方向のワーク回転軸Ｌ２回りに回転させながら設定位置に保持するワーク保持装置１４０とワーク保持装置１５０とが、Ｚ軸方向に平行なワーク回転軸Ｌ２上に配設されている。ワーク保持装置１４０は、基台１１０上に固定された保持台１４１と、保持台１４１に対しワーク回転軸Ｌ２上に往復動可能な保持軸ハウジング１４２と、この保持軸ハウジング１４２内でワーク回転軸Ｌ２回りに回転可能に支持された保持軸部材１４３とを備え、保持軸部材１４３の先端にはワークＷの一方の端面の中心部を支持するセンタ部材１４４が設けられている。また、保持軸部材１４３は、制御手段１８０によって作動制御される保持軸モータ（図示省略）を駆動源として任意の角速度で任意の角度まで回転制御される。また、ワーク保持装置１５０においても、ワーク保持装置１４０と同様にして保持台１５１、保持軸ハウジング１５２、保持軸部材１５３及びセンタ部材１５４を備えて構成されている。また、保持軸ハウジング１４２にはツルア回転軸Ｌ３回りに回転可能に支持されたツルア１７７を備えたツルーイング装置１６０が設けられている。なお、図２に示すように、砥石回転軸Ｌ１と、ワーク回転軸Ｌ２と、ツルア回転軸Ｌ３は、いずれもＸ軸方向及びＺ軸方向に平行な平面である仮想平面ＶＭ上にある。

このように、研削盤１０は、ワークＷまたはツルア１７７に対して砥石１３２をＺ軸方向及びＸ軸方向に相対移動させることで、ワークＷの研削を施し、またはツルア１７７によって砥石１３２の外形形状を適宜型直しを施す。

砥石軸ホルダ１３０は、図３に示すように砥石軸ハウジング１２と、砥石軸ハウジング１２内に固定される軸受本体３を有する。砥石軸１３１（主軸としての回転軸、本発明の工具主軸に相当）は軸受本体３に回転支持されている。図４に示すように、軸受本体３は、軸受本体３内にポンプＰ等から圧送された潤滑液剤を供給することで砥石軸１３１を流体圧（静圧）によって回転支持する静圧流体軸受１を構成している。なお、潤滑液剤は、水または組成に占める水の割合が９０％以上の水溶液または、低粘度鉱油であることが望ましい。

図４に示すように、軸受本体３は、砥石軸１３１の外周面を取り囲む軸受面１８を有する。軸受面１８と砥石軸１３１の表面との間には、隙間（軸受隙間）２０が形成されており、潤滑液剤が充填される。

軸受面１８は、ランド部２２とポケット２４とを有する。ポケット２４は升状に凹んでいる。ランド部２２は、砥石軸１３１の軸方向に延びて畝状に形成されており、ポケット２４とポケット２４の間に設けられ、ポケット２４を砥石軸１３１の回転方向に区画する。ポケット２４の底部２６は、ランド部２２に潤滑液剤を供給するための流路部１６と連通している。ポケット２４内には、ポケット２４を深さ方向に仕切る仕切り板２８が設けられている。またポケット２４内には、砥石軸１３１の回転方向の前後において、板状部位４８とランド部２２との間にポケット内隙間として前側スリット５１と後側スリット５２とが形成されている。砥石軸１３１の回転方向（符号Ｕで示す矢印の方向）で見て前側の前側スリット５１と、後ろ側の後側スリット５２とは、各々ランド部２２に沿ってポケット２４の全長に延びてスリット状に形成されている。

図５に示すように、軸受本体３は、外嵌部材１４と内嵌部材４０とを備える。外嵌部材１４は、略円筒状であり、その内周面に内嵌部材４０が嵌め合わされることで、内部に仕切り板２８が配置されたポケット２４を有する軸受面１８が形成されている。外嵌部材１４は、内周面が円筒状であり、内周面と外部とを連通させる流路部１６を有する。流路部１６は、ポケット２４の各々に対応して複数形成されている。

内嵌部材４０は、環状部位４２と、柱部位４４と、板状部位４８と、を備える。環状部位４２は、外嵌部材１４の内周面（当たり面１４ａ）と嵌り合う環状であり、軸方向に離間して一対設けられている。柱部位４４は、軸方向に延びて一対の環状部位４２を連結しており、周方向（砥石軸１３１の回転方向）に離間して複数設けられている。環状部位４２と柱部位４４は、外嵌部材１４の当たり面１４ａである内周面と対向する外面が、段差のない一続きの面を形成して外嵌部材１４の当たり面１４ａに沿う表面形状となっている。この環状部位４２と柱部位４４の外面が外嵌部材１４に対する当たり面４０ａを構成している。板状部位４８は、外嵌部材１４の内周面に沿って湾曲する板状であり、当たり面４０ａよりも径方向内側にて一対の環状部位４２の間に架設されている。板状部位４８は、柱部位４４と柱部位４４の間の各スペースにおいて１枚ずつ、両柱部位４４との間にスリット状の間隙を形成して設けられている。

外嵌部材１４と内嵌部材４０とが嵌め合わされると、環状部位４２と柱部位４４とで外嵌部材１４の内周面が升状に区画されて、外嵌部材１４の内周面を底部２６とするポケット２４が形成される。ポケット２４を周方向（砥石軸１３１の回転方向）に区画するランド部２２は柱部位４４により形成され、板状部位４８によりポケット２４内に仕切り板２８が形成される。

かかる構成の軸受面１８では、図６に示すように、砥石軸１３１の表面との間に形成された軸受隙間２０は、砥石軸１３１の表面とランド部２２との間の第１軸受隙間Ｃと、砥石軸１３１の表面と仕切り板２８との間の第２軸受隙間Ｈと、ポケット２４の底部２６と仕切り板２８との間の第３軸受隙間Ｊを有する。第２軸受隙間Ｈは、第１軸受隙間Ｃより大きい関係で設定されている。また、前側スリット５１と後側スリット５２は、それぞれ第２軸受隙間Ｈより大きく形成されている。

砥石軸１３１は、かかるポケット２４（軸受面１８）に潤滑液剤などの流体を供給することで流体圧（静圧）によって支持される。砥石軸１３１が回転支持される状態の第２軸受隙間Ｈにおける潤滑液剤の流れは、図中に矢印Ｒで示すように、砥石軸１３１の回転方向に沿って流れる層流となる。一方、層流の潤滑液剤の一部は、前側スリット５１から第３軸受隙間Ｊに流入し、後側スリット５２に向かう流れとなる。すなわち、ポケット２４の底部２６と仕切り板２８との間の第３軸受隙間Ｊにおける潤滑液剤は砥石軸１３１の反回転方向の流れとなる。それにより、砥石軸１３１の表面近傍を砥石軸１３１の回転方向の層流状況下としつつ、仕切り板２８によりポケット２４の底部２６における砥石軸１３１の回転と逆方向の流れとは分離することで相互に影響を及ぼさないようにすることができる。これにより、図７に示すように、潤滑液剤として水又は低粘度鉱油いずれを用いても、図１９に示す従来の静圧流体軸受よりも消費電力を低減する結果が得られた。また、流体抵抗が低減されることで、砥石軸１３１の回転時の軸受本体３の発熱と温度上昇が抑制されるため、熱変位が低減し、研削盤１０の加工誤差を低減することができる。仕切り板２８と砥石軸１３１の表面との間の第２軸受隙間Ｈは、層流が維持できる範囲内で最大に設定するのが好ましい。

ここで、潤滑液剤の密度ρ、潤滑液剤の粘性係数μ、砥石軸１３１の周速Ｕ、第２軸受隙間Ｈである場合に、第２軸受隙間Ｈにおけるレイノルズ数ＲｅはＲｅ＝ρＵＨ／μで表される。ここで、砥石軸１３１の周速Ｕの設定は、砥石軸１３１の設計標準仕様速度、想定する使用頻度の高い回転速度や平均速度、加工条件による仕様の速度などをもとに適宜設定することが例示される。砥石軸１３１が回転支持される状態の潤滑液剤の流れは、好ましくは、Ｒｅ＜２０００で設定されるように第２軸受隙間Ｈの間隔を設定するのが好ましい。

軸受本体３の製造方法の代表的な実施形態について、図８〜１７の模式図を参照しながら説明する。軸受本体３の製造方法は、大別して、内嵌部材４０を作製する内嵌部材作製工程と、内嵌部材４０の合わせ面を加工する内嵌部材当たり面加工工程と、外嵌部材１４を作製する外嵌部材作製工程と、外嵌部材１４の合わせ面を加工する外嵌部材当たり面加工工程と、内嵌部材４０と外嵌部材１４とを嵌め合わせて軸受本体３を組立てる嵌合工程と、軸受本体３の内周面を仕上げる内径仕上げ工程を備える。

〔内嵌部材作製工程〕
内嵌部材作製工程では、図８に示す円筒状の母材４４０を加工して内嵌部材を作製する。内嵌部材作製工程は、外径旋盤工程、内径旋盤工程、外径側ポケット形成工程、スリット形成工程及び内径側ポケット形成工程を備える。

〈外径旋盤工程〉
外径旋盤工程では、図９に示すように、旋盤にて母材４４０を回転させて刃物Ｂ１で母材４４０の外周面を切削する。それにより、円筒状の外径切削母材４４１が得られる。

〈内径旋盤工程〉
内径旋盤工程では、図１０に示すように、旋盤にて外径切削母材４４１を回転させて刃物Ｂ２で内周面を切削する。それにより、円筒状の内外径切削母材が得られる。なお、外径旋盤工程と内径旋盤工程とは、どちらの工程を先に行ってもよい。

〈外径側ポケット形成工程〉
外径側ポケット形成工程では、図１１に示すように、二軸旋盤を用い、刃物Ｂ３で内外径切削母材の外周面を切削して、周方向に間隔を置いて外側凹部４４３ａを複数形成する。外側凹部４４３ａは、ポケット２４の位置及び面積と一致し、深さは第３軸受隙間Ｊの大きさと一致する。この外径側ポケット形成工程により、外径側ポケット付き中間体４４３が得られる。

〈スリット形成工程〉
スリット形成工程では、図１２に示すように、外径側ポケット付き中間体４４３を刃物Ｂ４で切削し、各外側凹部４４３ａの周方向の両端に、軸方向に沿って延びるスリット４４４ｓを形成する。このスリット４４４ｓが、前側スリット５１と後側スリット５２となる。また、各外側凹部４４３ａの間にて、スリット４４４ｓにより外側凹部４４４ｓと隔てられた部分が柱部位４４となる。このスリット形成工程により、ポケット内隙間付き中間体４４４が得られる。

〈内径側ポケット形成工程〉
内径側ポケット形成工程では、図１３に示すように、二軸旋盤を用い、刃物Ｂ５でポケット内隙間付き中間体４４４の外側凹部４４３ａの内面を切削して、内側凹部４４５ａを形成する。その深さは、第１軸受隙間Ｃと第２軸受隙間Ｈとの差分と一致する。外側凹部４４３ａと内側凹部４４５ａとが形成されることで、両者の間に板状部位４８が形成される。また同時に環状部位４２も形成される。これにより内嵌部材４０が得られる。

〔内嵌部材当たり面加工工程〕
内嵌部材当たり面加工工程では、図１４に示すように、内嵌部材４０の当たり面４０ａである環状部位４２及び柱部位４４の外側の面を、砥石Ｂ６を用いて研削し、当たり面４０ａの平滑性を高める。

〔外嵌部材作製工程〕
外嵌部材作製工程では、円筒状の母材の外周面及び外周面を切削するとともに、流路部１６を形成する孔を開けて、外嵌部材１４を作製する。

〔外嵌部材当たり面加工工程〕
外嵌部材当たり面加工工程では、図１５に示すように、外嵌部材１４の当たり面１４ａである内周面を、砥石Ｂ７を用いて研削し、当たり面１４ａの平滑性を高める。なお、図１５〜図１７において、外嵌部材１４の形状は簡略化して示している。

〔嵌合工程〕
嵌合工程では、図１６に示すように、内嵌部材当たり面加工工程にて当たり面４０ａが加工された内嵌部材４０と、外嵌部材当たり面加工工程にて当たり面１４ａが加工された外嵌部材１４とを嵌め合わせて軸受本体３を組立てる。その嵌め合いの状態は、少なくとも、外嵌部材１４の当たり面１４ａに内嵌部材４０の当たり面４０ａが当接して形成されたポケット２４に供給される潤滑液剤が、その圧力で漏れない程度の締め代を有する。その締め代の目安としては、約２０μｍ以上である。

嵌合工程の第１の実施形態として、冷やし嵌めにより嵌め合わせる方法がある。すなわち、内嵌部材４０を冷却して収縮させ、外嵌部材１４と嵌め合わせる。この場合、内嵌部材４０は、外嵌部材１４よりも線膨張係数の大きい材料で形成される。更に、内嵌部材４０の材料は、砥石軸１３１と当たった場合に砥石軸１３１を損傷させないように、砥石軸１３１よりも柔らかい材質であることが好ましい。ここで、内嵌部材４０と外嵌部材１４の寸法は、冷却された内嵌部材４０が外嵌部材１４に対して締め代が無いか、又は隙間を形成した状態で嵌め合わせられ、内嵌部材４０と外嵌部材１４の温度がともに常温で等しくなったとき締め付け力を発揮して締め代が発生し、締まり嵌めとなる寸法であるのが好ましい。内嵌部材４０は、外嵌部材１４よりも線膨張係数の大きい材料で形成されているため、砥石軸１３１の回転時の温度上昇により、締め代が大きくなり、十分な締め代を確保することができる。

例えば、砥石軸１３１が鉄製の場合、内嵌部材４０は砲金、外嵌部材１４は鋼系の材料とすることができる。内嵌部材４０を砲金（ＰＣＢ２）、外嵌部材１４をクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５）とした場合、砲金（ＰＣＢ２）の線膨張率α_PBC2＝１９×１０^-6であり、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５）の線膨張率α_SCM415＝１２×１０^-6である。この場合、砥石軸１３１の直径が９０ｍｍのとき、内嵌部材４０を１０℃、外嵌部材１４を２５℃として、冷やし嵌めで隙間１０μｍで嵌め合わせた場合には、常温（２５℃）で１５μｍ、砥石軸１３１の回転時（４０℃）で２５μｍの締め代が確保される。なお、内嵌部材４０は、砲金に替えて銅合金を用いてもよい。

かかる冷やし嵌めによる嵌合工程によれば、ヒータなどの高熱物を使用せずに組付け可能であるため、組付けやすく、またコストを低く抑えやすい。

嵌合工程の第２の実施形態として、焼き嵌めにより嵌め合わせる方法がある。すなわち、外嵌部材１４を加熱して膨張させ、内嵌部材４０と嵌め合わせる。

この場合、外嵌部材１４の加熱温度を調整することで、内嵌部材４０と外嵌部材１４の線膨張率を考慮せずに材料を選定することも可能である。なお、その場合であっても、内嵌部材４０の材料は、砥石軸１３１よりも柔らかい材質であることが好ましい。

なお、嵌合工程は、上記の方法の他に、圧入による嵌め合わせによって行うこともできる。

〔内径仕上げ工程〕
軸受本体３の製造方法においては、さらに内径仕上げ工程を備える。図１７に示すように、嵌合工程で得られた軸受本体３の内嵌部材４０の内周面を、砥石Ｂ８を用いて研削して仕上げる。

なお、上記実施形態では、本発明の工作機械の一実施形態として研削盤を例示したが、これに限らず、例えば切削機など他の回転軸を用いる工作機械にも本発明を適用することができる。

１ 静圧流体軸受
３ 軸受本体
１０ 研削盤（工作機械）
１４ 外嵌部材
１４ａ 当たり面
１８ 軸受面
２０ 軸受隙間
２２ ランド部
２４ ポケット
２６ 底部
２８ 仕切り板
４０ 内嵌部材
４０ａ 当たり面
４２ 環状部位
４４ 柱部位
４８ 板状部位
５１ 前側スリット（ポケット内隙間）
５２ 後側スリット（ポケット内隙間）
１３１ 砥石軸（回転軸、工具主軸）
Ｃ 第１軸受隙間
Ｈ 第２軸受隙間
Ｊ 第３軸受隙間

Claims (11)

1. 回転軸を回転可能に支持する軸受面を有し、前記軸受面と前記回転軸の表面との間に潤滑液剤が充填される軸受隙間が形成されており、前記軸受面に、ランド部により前記回転軸の回転方向に区画された複数のポケットが凹設された静圧流体軸受であって、
   前記ポケット内に、該ポケットを深さ方向に仕切る仕切り板と、前記回転軸の回転方向の前後において前記仕切り板と前記ランド部との間に形成されたポケット内隙間と、を備え、
   前記軸受隙間は、前記回転軸の表面と前記ランド部との間の第１軸受隙間と、前記回転軸の表面と前記仕切り板のとの間の第２軸受隙間と、前記ポケットの底部と前記仕切り板との間の第３軸受隙間とを有し、
   前記第２軸受隙間は、前記第１軸受隙間より大きい関係であり、
   前記第２軸受隙間における前記潤滑液材は前記回転軸の回転方向に沿って流れ、前記第３軸受隙間における前記潤滑液剤は前記回転軸の反回転方向の流れであり、
   前記軸受面は、円筒状の外嵌部材と、該外嵌部材の内周面に嵌め合わされて固定された内嵌部材とで形成されており、
   前記内嵌部材は、
   軸方向の両端に配設され前記外嵌部材と嵌り合う一対の環状部位と、
   前記一対の環状部位を連結して周方向に間隔をおいて配置され、前記ランド部を構成する柱部位と、
   前記柱部位の間において前記環状部位及び前記柱部位の外周面よりも径方向内側の位置にて前記一対の環状部位に架設され、前記仕切り板を構成する板状部位と、を備え、
   前記環状部位と前記柱部位とで前記外嵌部材の内周面が区画されて前記ポケットが形成されている静圧流体軸受。
2. 請求項１に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記外嵌部材の前記内嵌部材と嵌め合わされる内周面を加工する外嵌部材当たり面加工工程と、
   前記内嵌部材の前記外嵌部材と嵌め合わされる外周面を加工する内嵌部材当たり面加工工程と、を有するとともに、
   前記外嵌部材当たり面加工工程及び前記内嵌部材当たり面加工工程の後に、前記外嵌部材と前記内嵌部材とを嵌め合わせる嵌合工程を有する、静圧流体軸受の製造方法。
3. 請求項２に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記内嵌部材は、前記外嵌部材よりも線膨張係数の大きい材料で形成されており、
   前記嵌合工程は、前記内嵌部材を冷却して前記外嵌部材に嵌め合わせる冷やし嵌めである静圧流体軸受の製造方法。
4. 請求項３に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記内嵌部材は、前記嵌合工程で冷却されるとき前記外嵌部材に対して締め代が無いか、又は隙間を形成する外寸となっている静圧流体軸受の製造方法。
5. 請求項２に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記嵌合工程は、前記外嵌部材を加熱して前記内嵌部材と嵌め合わせる焼き嵌めである静圧流体軸受の製造方法。
6. 請求項２から請求項５のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記外嵌部材と前記内嵌部材とは、互いに温度が等しいときに締め付け力を発揮する寸法である静圧流体軸受の製造方法。
7. 請求項２から請求項６のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記潤滑液剤の密度をρ、
   前記潤滑液剤の粘性係数をμ、
   前記回転軸の周速をＵ、
   前記第２軸受隙間をＨとした場合に、
   前記第２軸受隙間におけるレイノルズ数ＲｅはＲｅ＝ρＵＨ／μで表され、
   前記回転軸が回転支持される状態の前記第２軸受隙間における潤滑液剤の流れはＲｅ＜２０００である静圧流体軸受の製造方法。
8. 請求項２から請求項７のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記ポケット内隙間は前記回転軸の軸方向に並行するスリットとして設けられており、
   前記スリットは前記回転軸の回転方向で見て前側の第１スリットと後ろ側の後側スリットを有しており、
   前記第１スリットと前記第２スリットの開口幅は前記第２軸受隙間より大きい静圧流体軸受の製造方法。
9. 請求項２から請求項８のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
   前記潤滑液剤は、水または組成に占める水の割合が９０％以上の水溶液または、低粘度鉱油である静圧流体軸受の製造方法。
10. 請求項２から請求項９のうちいずれか一項に記載の静圧流体軸受の製造方法であって、
    前記第２軸受隙間における前記潤滑液剤の流れは層流である静圧流体軸受の製造方法。
11. 請求項１に記載の静圧軸受を備え、該静圧軸受の前記軸受面で工具主軸が回転可能に支持される工作機械。
    

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