JP2020168671A - Main spindle of machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械の主軸に関し、更に詳しくは、繊維強化プラスチック層を含んだ主軸に関する。 The present invention relates to a spindle of a machine tool, and more particularly to a spindle including a fiber reinforced plastic layer.
近年、自動車,鉄道の車両や航空機の内外装、或いはユニットバスなどの住宅設備機器といった各分野において、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber−Reinforced Plastics)が用いられている。この繊維強化プラスチックは、プラスチック中にガラス繊維や炭素繊維などの繊維を含ませることによって、その強度を向上させた複合材料であり、鉄などの金属材料と同等の強度を有しながら、軽量であるという特性を備えている。そこで、上述した各分野において、金属材料から繊維強化プラスチックへの置き換えが進められている。 In recent years, fiber reinforced plastics (FRP: Fiber-Reinforced Plastics) have been used in various fields such as the interior and exterior of automobiles, railroad vehicles and aircraft, and housing equipment such as unit baths. This fiber reinforced plastic is a composite material whose strength is improved by including fibers such as glass fiber and carbon fiber in the plastic, and it is lightweight while having the same strength as a metal material such as iron. It has the characteristic of being. Therefore, in each of the above-mentioned fields, the replacement of metal materials with fiber reinforced plastics is being promoted.
また、このような繊維強化プラスチックを用いた製品として、従来、下記特許文献1に開示されるような円筒状成形物、例えば、産業用ローラが提案されている。この円筒状成形物は、シート状のプリプレグを幾層か積層した後、この積層物を芯金に巻回し、ついで加圧した状態で加熱成形した後、芯金を取り外すことによって製造される。そして、円筒状成形物の長手方向に対する繊維の巻角度が0°及び90°であるものが従前一般的であったところ、下記特許文献1に開示される円筒状成形物では、当該繊維の巻角度を0°、90°、40〜50°及び−40°〜−50°の4通りの角度としており、このようにすることによって、円筒状成形物を高剛性で撓みの少ないものとすることができる、とのことである。
Further, as a product using such a fiber reinforced plastic, a cylindrical molded product as disclosed in
ところで、円筒状成形物の範疇に含まれる物としては、上述した産業用ローラの他に、工作機械の主軸が挙げられる。この工作機械の分野では、加工精度を向上させるために、絶え間のない研究、改良が進められており、近年では、主軸の熱変位によって加工精度が悪化するのを防止すべく、適宜冷却液を用いて主軸を冷却するといった対応が取られている。特に、加工効率を向上させる観点から、主軸回転の高速化が進められており、このような高速化によって、主軸を含む主軸装置における発熱量が増大する傾向にあり、その対策が求められている。 By the way, examples of the product included in the category of the cylindrical molded product include a spindle of a machine tool in addition to the above-mentioned industrial roller. In the field of machine tools, continuous research and improvement are being carried out in order to improve machining accuracy, and in recent years, in order to prevent the machining accuracy from deteriorating due to thermal displacement of the spindle, a coolant is appropriately used. Measures such as cooling the spindle are taken. In particular, from the viewpoint of improving machining efficiency, the speed of spindle rotation is being promoted, and such speeding up tends to increase the amount of heat generated in the spindle device including the spindle, and countermeasures are required. ..
そこで、本発明者等は、線膨張係数の低い前記繊維強化プラスチックを主軸に適用することで、当該主軸の軸方向における熱変位を低減することができるのではないかとの発想に至った。 Therefore, the present inventors have come up with the idea that the thermal displacement in the axial direction of the spindle can be reduced by applying the fiber reinforced plastic having a low coefficient of linear expansion to the spindle.
ところが、繊維強化プラスチックは、繊維方向以外の方向における剛性の面で鋼に対して大きく劣るという問題があり、鋼に代わる素材として繊維強化プラスチックのみを用いて主軸を構成したのでは、高い加工精度を得るために主軸が備えるべき基本的な特性であるところの剛性が著しく低下するという問題があった。 However, fiber reinforced plastic has a problem that it is significantly inferior to steel in terms of rigidity in directions other than the fiber direction, and if the spindle is constructed using only fiber reinforced plastic as a material to replace steel, high processing accuracy is achieved. There is a problem that the rigidity, which is a basic characteristic that the spindle should have in order to obtain the above, is significantly reduced.
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、線膨張係数が低く、このため熱変位し難いという特長を有する一方で、鋼に比べて剛性が低いという不利な性質を有する繊維強化プラスチックを用いながら、鋼のみで構成したものと同等の剛性を発現可能な主軸の提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a feature that the coefficient of linear expansion is low and therefore it is difficult to be thermally displaced, but a fiber reinforced plastic having a disadvantageous property that the rigidity is lower than that of steel. It is an object of the present invention to provide a spindle capable of exhibiting the same rigidity as that of a steel-only one while using the above.
上記課題を解決するための本発明は、
中空且つ円筒状をした工作機械の主軸であって、
半径方向に積層されたそれぞれ少なくとも一層の円筒状をした第1の金属層及び第1の繊維強化プラスチック層を含んで形成された部位を有し、
前記第1の金属層は、少なくともその一層が、半径方向において前記第1の繊維強化プラスチック層よりも外側に形成されており、
更に、前記第1の金属層は、中心軸と直交する断面において、該第1の金属層と前記第1の繊維強化プラスチック層とを合計した断面積に対して、40%以上90%以下の断面積を有していることを特徴とする工作機械の主軸に係る。
The present invention for solving the above problems
It is the spindle of a hollow and cylindrical machine tool.
It has a portion formed by including at least one cylindrical first metal layer and a first fiber reinforced plastic layer laminated in the radial direction.
At least one layer of the first metal layer is formed outside the first fiber reinforced plastic layer in the radial direction.
Further, the first metal layer has a cross section orthogonal to the central axis, which is 40% or more and 90% or less with respect to the total cross-sectional area of the first metal layer and the first fiber reinforced plastic layer. It relates to a spindle of a machine tool characterized by having a cross-sectional area.
この主軸では、少なくとも一部の部位に、少なくとも一層の円筒状をした第1の金属層及び第1の繊維強化プラスチック層をそれぞれ備えている。このように、第1の金属層及び第1の繊維強化プラスチック層から主軸を構成することで、第1の金属層によって発現される高剛性、及び第1の繊維強化プラスチック層によって発現される低膨張性を備えた主軸とすることができる。 The spindle is provided with at least one cylindrical first metal layer and a first fiber reinforced plastic layer at least in a part thereof. By forming the spindle from the first metal layer and the first fiber reinforced plastic layer in this way, the high rigidity developed by the first metal layer and the low rigidity developed by the first fiber reinforced plastic layer are exhibited. It can be a spindle with expandability.
そして、半径方向において、第1の金属層を第1の繊維強化プラスチック層よりも外側に配置することにより、主軸の軸方向の剛性、曲げ剛性及びねじり剛性について、これらを総合的に最適なものとすることができる。 Then, by arranging the first metal layer outside the first fiber reinforced plastic layer in the radial direction, the axial rigidity, flexural rigidity, and torsional rigidity of the spindle are comprehensively optimized. Can be.
また、本発明に係る主軸では、前記第1の金属層は、中心軸と直交する断面において、該第1の金属層と第1の繊維強化プラスチック層とを合計した断面積に対して、40%以上90%以下の断面積を有していることが肝要である。第1の金属層の断面積を40%以上とすることで、当該主軸に、軸方向の剛性、曲げ剛性及びねじり剛性の各剛性について、求められる必要な剛性、即ち、鋼のみで構成した場合とほぼ同等の剛性を持たせることができる。一方、第1の金属層の断面積を90%以下とすることで、鋼のみから構成した場合に比べて、その熱膨張を10%以上低減させることができる。 Further, in the spindle according to the present invention, the first metal layer has a cross section orthogonal to the central axis, with respect to the total cross-sectional area of the first metal layer and the first fiber reinforced plastic layer. It is important to have a cross-sectional area of% or more and 90% or less. When the cross-sectional area of the first metal layer is 40% or more, the main shaft is composed of only the required rigidity required for the axial rigidity, the flexural rigidity, and the torsional rigidity, that is, steel. It is possible to have almost the same rigidity as. On the other hand, by setting the cross-sectional area of the first metal layer to 90% or less, its thermal expansion can be reduced by 10% or more as compared with the case where it is composed of only steel.
このように、本発明に係る主軸によれば、鋼のみで構成した主軸とほぼ同等の剛性を有する一方、熱膨張については、鋼のみから構成した主軸に比べて、これを10%以上低減させることができる。したがって、本発明に係る主軸によれば、鋼のみから構成した主軸に比べて、より高精度な加工を実現することができる。また、熱膨張し難い、即ち、熱変位し難いという特長に着目すれば、本発明に係る主軸においては、その熱変位を抑制するための冷却を低出力にする、或いは冷却そのものを省略することができ、冷却についての省力化を図ることができる。 As described above, according to the spindle according to the present invention, while having substantially the same rigidity as the spindle composed only of steel, the thermal expansion is reduced by 10% or more as compared with the spindle composed only of steel. be able to. Therefore, according to the spindle according to the present invention, it is possible to realize more accurate machining as compared with the spindle composed of only steel. Further, focusing on the feature that it is difficult to thermally expand, that is, it is difficult to be thermally displaced, in the spindle according to the present invention, the cooling for suppressing the thermal displacement is made low output, or the cooling itself is omitted. It is possible to save labor for cooling.
また、本発明に係る主軸において、前記第1の繊維強化プラスチック層は、含まれる繊維の長手方向が一方向に配向されており、その中心軸を基準として、該中心軸を挟んだ±45°の範囲内で設定された角度に配向されているのが好ましい。尚、繊維の配向角度は、主軸を平面から視たときの前記中心軸に対する繊維の長手方向の角度をいうものとする。 Further, in the spindle according to the present invention, the first fiber reinforced plastic layer is oriented in one direction in the longitudinal direction of the contained fibers, and ± 45 ° sandwiching the central axis with the central axis as a reference. It is preferable that the fibers are oriented at a set angle within the range of. The fiber orientation angle refers to the angle in the longitudinal direction of the fiber with respect to the central axis when the main axis is viewed from a plane.
繊維の配向角度を、主軸の中心軸を挟んだ±45°の範囲内に設定することで、第1の繊維強化プラスチック層は、中心軸に沿った方向の熱膨張が抑制され、また、曲げ剛性、ねじり剛性、及び中心軸に沿った方向の剛性について、求められる剛性を備えたものになる。 By setting the orientation angle of the fibers within the range of ± 45 ° across the central axis of the main axis, the first fiber reinforced plastic layer suppresses thermal expansion in the direction along the central axis and bends. It has the required rigidity for rigidity, torsional rigidity, and rigidity in the direction along the central axis.
また、本発明に係る主軸では、複数層の前記第1の繊維強化プラスチック層を備え、該第1の繊維強化プラスチック層はその中心側に配置される層ほど、その繊維の前記中心軸に対する配向角度が鋭角になっていても良い。言い換えると、前記第1の繊維強化プラスチック層は、外側に配置されるものほど、繊維の前記中心軸に対する配向角度が大きい角度となっているのが好ましい。このようにすることで、半径方向における主軸の熱膨張をより効果的に抑制することができ、曲げ剛性、ねじり剛性、及びその中心軸に沿った方向の剛性について、求められる最適な剛性を備えたものとすることができるとともに、前記中心軸に沿った方向の熱膨張もより効果的に抑制することができる。斯くして、本発明に係る主軸において、より好ましくは、前記第1の繊維強化プラスチック層の最内層の繊維はその中心軸と平行に配向され、最外層の繊維はその中心軸に対して45°又は−45°の角度となるように配向される。 Further, the spindle according to the present invention includes the first fiber-reinforced plastic layer having a plurality of layers, and the more the layer arranged on the center side of the first fiber-reinforced plastic layer, the more the orientation of the fiber with respect to the central axis. The angle may be acute. In other words, it is preferable that the outer side of the first fiber reinforced plastic layer has a larger orientation angle of the fiber with respect to the central axis. By doing so, the thermal expansion of the spindle in the radial direction can be suppressed more effectively, and the optimum rigidity required for bending rigidity, torsional rigidity, and rigidity in the direction along the central axis thereof is provided. It is possible to suppress the thermal expansion in the direction along the central axis more effectively. Thus, in the spindle according to the present invention, more preferably, the fibers in the innermost layer of the first fiber reinforced plastic layer are oriented parallel to the central axis thereof, and the fibers in the outermost layer are 45 with respect to the central axis. Oriented to an angle of ° or −45 °.
また、本発明に係る主軸において、工具が装着されるテーパ穴が備えられている場合には、このテーパ穴を有する部位については、前記テーパ穴を形成する最内層として第2の金属層が形成され、該第2の金属層の外側に少なくともその一部と接するように第2の繊維強化プラスチック層が形成されるとともに、該第2の繊維強化プラスチック層の外側に前記第1の金属層及び第1の繊維強化プラスチック層が形成され、更に該第1の繊維強化プラスチック層の外側に少なくとの一層の前記第1の金属層が形成されてなり、前記第2の繊維強化プラスチック層は、含まれる繊維の長手方向が、その中心軸に対して45°又は−45°の角度となるように配向されていても良い。 Further, when the spindle according to the present invention is provided with a tapered hole for mounting a tool, a second metal layer is formed as the innermost layer for forming the tapered hole at the portion having the tapered hole. A second fiber reinforced plastic layer is formed on the outside of the second metal layer so as to be in contact with at least a part thereof, and the first metal layer and the first metal layer are formed on the outside of the second fiber reinforced plastic layer. A first fiber reinforced plastic layer is formed, and at least one layer of the first metal layer is formed on the outside of the first fiber reinforced plastic layer, and the second fiber reinforced plastic layer is formed. The longitudinal direction of the contained fibers may be oriented at an angle of 45 ° or −45 ° with respect to the central axis thereof.
テーパ穴に装着される工具は、前記中心軸に沿ってテーパ穴側に引き込む力によって当該テーパ穴に保持される。このため、テーパ穴はこの引き込み力により工具が圧接することによって、拡径する方向の作用力を当該工具から受けることになる。したがって、テーパ穴が形成される部位について、上記構成とすることで、テーパ穴が拡径するのを防止することができ、これにより、工具の軸方向における位置が変位したり、工具をテーパ穴に保持する保持力が弱まるのを防止することができる。 The tool mounted on the tapered hole is held in the tapered hole by a force that pulls it toward the tapered hole along the central axis. Therefore, the tapered hole receives an acting force in the direction of increasing the diameter from the tool by pressing the tool with this pulling force. Therefore, by adopting the above configuration for the portion where the tapered hole is formed, it is possible to prevent the tapered hole from expanding in diameter, whereby the position of the tool in the axial direction is displaced or the tool is tapered. It is possible to prevent the holding force held by the taper from being weakened.
尚、本発明において、前記第1の繊維強化プラスチック層及び第2の繊維強化プラスチック層に含まれる繊維は、その引張弾性率が400GPa以上であるものが好ましく、例えば、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ベリリウム繊維及びタングステン繊維等を例示することができる。 In the present invention, the fibers contained in the first fiber reinforced plastic layer and the second fiber reinforced plastic layer preferably have a tensile elastic coefficient of 400 GPa or more, and for example, pitch-based carbon fibers and PAN-based fibers. Examples thereof include carbon fibers, boron fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, beryllium fibers and tungsten fibers.
また、前記第1の繊維強化プラスチック層及び第2の繊維強化プラスチック層を構成するマトリクスとしての樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、特にエポキシ樹脂を好ましく用いることができるが、必要とされる強度を有するものであればこれらに限定されるものではなく、熱可塑性樹脂であっても良い。 Further, the resin as a matrix constituting the first fiber reinforced plastic layer and the second fiber reinforced plastic layer is a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, an unsaturated polyester resin, and a polyimide resin, particularly epoxy. A resin can be preferably used, but the resin is not limited to these as long as it has the required strength, and a thermoplastic resin may be used.
また、本発明に係る主軸は、含有繊維が一方向に配向されたプリプレグシートを用いて製造することができるが、この製造方法に限られるものではない。 Further, the spindle according to the present invention can be manufactured by using a prepreg sheet in which the contained fibers are oriented in one direction, but the manufacturing method is not limited to this.
以上のように、本発明に係る主軸は、第1の金属層によって発現される高剛性、及び第1の繊維強化プラスチック層によって発現される低膨張性の双方を備えるとともに、軸方向の剛性、曲げ剛性及びねじり剛性について、これらを総合的に最適なものとすることができる。また、本発明に係る主軸は、軸方向の剛性、曲げ剛性及びねじり剛性の各剛性について、鋼のみから構成した主軸とほぼ同等の剛性を有する一方、その熱膨張は、鋼のみから構成した主軸に比べて、10%以上低減されている。 As described above, the spindle according to the present invention has both high rigidity developed by the first metal layer and low expansion property developed by the first fiber reinforced plastic layer, and also has axial rigidity. The flexural rigidity and the torsional rigidity can be comprehensively optimized. Further, the spindle according to the present invention has substantially the same rigidity as the spindle composed only of steel in terms of axial rigidity, flexural rigidity and torsional rigidity, while its thermal expansion is a spindle composed only of steel. Compared with, it is reduced by 10% or more.
したがって、本発明に係る主軸によれば、鋼のみから構成した主軸に比べて、より高精度な加工を実現することができる。また、熱膨張し難い、即ち、熱変位し難いという特長に着目すれば、本発明に係る主軸においては、その熱変位を抑制するための冷却を低出力にする、或いは冷却を省略することができ、当該冷却についての省力化を図ることができる。 Therefore, according to the spindle according to the present invention, it is possible to realize more accurate machining as compared with the spindle composed of only steel. Further, focusing on the feature that it is difficult to thermally expand, that is, it is difficult to be thermally displaced, in the spindle according to the present invention, it is possible to reduce the output of cooling for suppressing the thermal displacement or omit the cooling. It is possible to save labor for the cooling.
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本例の主軸は、工作機械であるマシニングセンタに設けられる主軸とする。図1に示すように、この主軸1は中空且つ円筒状をした部材であり、ベアリング10によって回転自在に支持される後部Rと、テーパ状の工具保持穴2を有する前部Fとから構成され、この後部Rに更に他の部材が連結される場合がある。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The spindle of this example is a spindle provided in a machining center which is a machine tool. As shown in FIG. 1, the
前記後部Rは、鋼材から構成される外側の鋼管(外側鋼管)Rs1及び内側の鋼管(内側鋼管)Rs2と、これら外側鋼管Rs1と内側鋼管Rs2との間に形成された繊維強化プラスチック層Rrとから構成される。外側鋼管Rs1は、その前端部Rs1bがフランジ状に形成されるとともに、後端部Rs1cの内径が縮径された構造を有しており、内側鋼管Rs2は外側鋼管Rs1の前端部Rs1b及び中間部Rs1aと対向するように同軸に内挿され、前端部Rs1b及び中間部Rs1aと内側鋼管Rs2との間に前記繊維強化プラスチック層Rrが形成されている。 The rear portion R includes an outer steel pipe (outer steel pipe) Rs1 made of a steel material, an inner steel pipe (inner steel pipe) Rs2, and a fiber reinforced plastic layer Rr formed between the outer steel pipe Rs1 and the inner steel pipe Rs2. Consists of. The outer steel pipe Rs1 has a structure in which the front end portion Rs1b is formed in a flange shape and the inner diameter of the rear end portion Rs1c is reduced, and the inner steel pipe Rs2 has a front end portion Rs1b and an intermediate portion of the outer steel pipe Rs1. It is coaxially inserted so as to face Rs1a, and the fiber reinforced plastic layer Rr is formed between the front end portion Rs1b and the intermediate portion Rs1a and the inner steel pipe Rs2.
一方、前部Fは、同じく鋼材から構成されるテーパ鋼管Fs2及び外側鋼管Fs1と、これらテーパ鋼管Fs2と外側鋼管Fs1との間に形成された繊維強化プラスチック層Frとから構成される。テーパ鋼管Fs2は、その前端部Fs2bがフランジ状に形成されており、中心部にテーパ穴2を備えている。また、前記外側鋼管Rs1及び内側鋼管Rs2と、テーパ鋼管Fs2及び外側鋼管Fs1とは互いに同軸に配設され、テーパ鋼管Fs2の前端部Fs2bと前記外側鋼管Rs1の前端部Rs1bとの間に前記外側鋼管Fs1が配置される。そして、テーパ鋼管Fs2のテーパ部Fs2aと外側鋼管Fs1との間に、前記繊維強化プラスチック層Frが形成される。また、前記繊維強化プラスチック層Rrの前端部と繊維強化プラスチック層Frの後端部とは、相互に連結された状態になっている。
On the other hand, the front portion F is composed of a tapered steel pipe Fs2 and an outer steel pipe Fs1 also made of a steel material, and a fiber reinforced plastic layer Fr formed between the tapered steel pipe Fs2 and the outer steel pipe Fs1. The front end portion Fs2b of the tapered steel pipe Fs2 is formed in a flange shape, and the tapered steel pipe Fs2 is provided with a
尚、前記外側鋼管Rs1,Fs1及び内側鋼管Rs2が第1の金属層を構成し、テーパ鋼管Fs2のテーパ部Fs2aが第2の金属層を構成する。また、前記繊維強化プラスチック層Rrは第1の繊維強化プラスチック層を構成し、前記テーパ部Fs2aの外側に、少なくともその一部と接するように設けられた前記繊維強化プラスチック層Frが第2の繊維強化プラスチック層を構成し、これより外側の繊維強化プラスチック層Frが第1の繊維強化プラスチック層を構成する。 The outer steel pipes Rs1 and Fs1 and the inner steel pipes Rs2 form the first metal layer, and the tapered portion Fs2a of the tapered steel pipes Fs2 constitutes the second metal layer. Further, the fiber reinforced plastic layer Rr constitutes a first fiber reinforced plastic layer, and the fiber reinforced plastic layer Fr provided on the outside of the tapered portion Fs2a so as to be in contact with at least a part thereof is the second fiber. The reinforced plastic layer is formed, and the fiber reinforced plastic layer Fr outside the reinforced plastic layer constitutes the first fiber reinforced plastic layer.
主軸1をこのような構成とすることで、外側鋼管Rs1,Fs1及び内側鋼管Rs2、並びにテーパ鋼管Fs2によって高い剛性が発現されるとともに、繊維強化プラスチック層Fr,Rrによって低膨張性が発現され、これによって、主軸1は高剛性と低膨張性との双方の特長を併せ持ったものとなる。そして、半径方向において、外側鋼管Rs1,Fs1を繊維強化プラスチック層Rr,Frよりも外側に配置することにより、主軸1の軸方向の剛性、曲げ剛性及びねじり剛性について、これらを総合的に最適なものとすることができる。
When the
そして、本例の主軸1では、中心軸と直交する断面の断面積が小さい領域部分において、即ち、後部Rにおいて、これを構成する外側鋼管Rs1及び内側鋼管Rs2(第1の金属層)の断面積が、全体の断面積、即ち、外側鋼管Rs1及び内側鋼管Rs2(第1の金属層)と繊維強化プラスチック層Rr(第1の繊維強化プラスチック層)を合わせた断面積の40%以上90%以下の断面積となるように、外側鋼管Rs1,内側鋼管Rs2及び繊維強化プラスチック層Rrの厚さを設定する。
Then, in the
本発明者等が得た知見によると、繊維強化プラスチックは、これに含まれる繊維の配向を適宜設定することによって、軸方向の剛性及び曲げ剛性については、鋼材とほぼ同等の性能を有するものとすることができるが、ねじり剛性については、鋼材に比べて劣ったものとなる。図2に、鋼及び繊維強化プラスチックから構成された円筒状の複合材における鋼の体積比率と、当該複合材の軸方向の剛性及び曲げ剛性に関係する引張弾性率、ねじり剛性に関係する剪断弾性率、及び熱膨張に関係する線膨張係数との関係を示している。○は繊維強化プラスチックにおける、繊維を軸方向に沿って配向した層と、繊維を軸と直交する方向に配向した層との体積比率が5:5の場合であり、●は、同じく繊維を軸方向に沿って配向した層と、繊維を軸と直交する方向に配向した層との体積比率が6:4の場合である。尚、この円筒状複合材は、これを構成する鋼と繊維強化プラスチックとがそれぞれ軸方向に沿って均一な断面を有する所定長の材料であり、したがって、鋼と繊維強化プラスチックとの前記体積比率は、それぞれの断面積の比率と等価である。 According to the findings obtained by the present inventors, the fiber reinforced plastic has almost the same performance as the steel material in terms of axial rigidity and flexural rigidity by appropriately setting the orientation of the fibers contained therein. However, the torsional rigidity is inferior to that of steel materials. FIG. 2 shows the volume ratio of steel in a cylindrical composite material composed of steel and fiber reinforced plastic, the tensile modulus related to the axial rigidity and bending rigidity of the composite material, and the shear modulus related to torsional rigidity. The relationship between the coefficient and the linear expansion coefficient related to thermal expansion is shown. ○ is the case where the volume ratio of the layer in which the fibers are oriented along the axis direction and the layer in which the fibers are oriented in the direction orthogonal to the axis is 5: 5 in the fiber reinforced plastic, and ● is the case where the fibers are also oriented along the axis. This is a case where the volume ratio of the layer oriented along the direction and the layer oriented in the direction orthogonal to the axis of the fiber is 6: 4. The cylindrical composite material is a material having a predetermined length in which the steel and the fiber reinforced plastic constituting the composite material each have a uniform cross section along the axial direction. Therefore, the volume ratio of the steel and the fiber reinforced plastic is described above. Is equivalent to the ratio of each cross-sectional area.
この図2から分かるように、繊維強化プラスチックの割合が多いほど線膨張係数が低く、即ち、熱膨張率が低く、また、軸方向の剛性及び曲げ剛性については、繊維強化プラスチックの割合に関係なく、鋼材のみの場合とほぼ同等である。一方、ねじり剛性については、繊維強化プラスチックの割合が多くなるほど低くなり、鋼の割合が40%を下回ると、鋼材のみの場合に比べて、20%程度ねじり剛性が低下する。 As can be seen from FIG. 2, the higher the proportion of fiber reinforced plastic, the lower the coefficient of linear expansion, that is, the lower the coefficient of thermal expansion, and the axial rigidity and flexural rigidity are irrespective of the proportion of fiber reinforced plastic. , It is almost the same as the case of steel only. On the other hand, the torsional rigidity decreases as the proportion of fiber reinforced plastic increases, and when the proportion of steel falls below 40%, the torsional rigidity decreases by about 20% as compared with the case of steel alone.
そこで、上記のように、全体の断面積が前部Fよりも小さく、当該前部Fに比して強度上のネックとなる後部Rにおいて、これを構成する外側鋼管Rs1及び内側鋼管Rs2(第1の金属層)の断面積を、外側鋼管Rs1及び内側鋼管Rs2(第1の金属層)と繊維強化プラスチック層Rr(第1の繊維強化プラスチック層)を合わせた断面積の40%以上に設定することで、鋼材のみから構成した場合に比べて、その軸方向の剛性及び曲げ剛性をほぼ同等なものにすることができるとともに、ねじり剛性についても80%程度ねじり剛性を得ることができ、当該ねじり剛性についても、鋼材のみから構成した場合に比べて、ほぼ同等の性能とすることができる。一方、外側鋼管Rs1及び内側鋼管Rs2(第1の金属層)の断面積を、全体の断面積の90%以下とすることで、主軸1の線膨張係数、即ち、熱膨張を鋼材のみから構成した場合に比べて、10%以上低減させることができ、主軸1の熱変位を効果的に抑制することができる。
Therefore, as described above, in the rear portion R whose overall cross-sectional area is smaller than that of the front portion F and which is a neck in strength as compared with the front portion F, the outer steel pipe Rs1 and the inner steel pipe Rs2 (the first) constituting the rear portion R. The cross-sectional area of the outer steel pipe Rs1 and the inner steel pipe Rs2 (first metal layer) is set to 40% or more of the combined cross-sectional area of the fiber-reinforced plastic layer Rr (first fiber-reinforced plastic layer). By doing so, the rigidity in the axial direction and the bending rigidity can be made almost the same as in the case of being composed of only the steel material, and the torsional rigidity can be obtained by about 80%. The torsional rigidity can be almost the same as that of the case where the steel material is used alone. On the other hand, by setting the cross-sectional area of the outer steel pipe Rs1 and the inner steel pipe Rs2 (first metal layer) to 90% or less of the total cross-sectional area, the linear expansion coefficient of the
このように、本例の主軸1によれば、鋼のみで構成した主軸とほぼ同等の剛性を有する一方、熱膨張については、鋼のみから構成した主軸に比べて、これを10%以上低減させることができる。したがって、本例の主軸1によれば、鋼のみから構成した主軸に比べて、より高精度な加工を実現することができる。また、熱膨張し難い、即ち、熱変位し難いという特長に着目すれば、本例の主軸1においては、その熱変位を抑制するための冷却を低出力にする、或いは冷却そのものを省略することができ、冷却についての省力化を図ることができる。
As described above, according to the
尚、本例において、前記繊維強化プラスチック層Fr,Rrに含まれる繊維は、その引張弾性率が400GPa以上であるものが好ましく、例えば、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ベリリウム繊維及びタングステン繊維等を例示することができる。 In this example, the fibers contained in the fiber-reinforced plastic layers Fr and Rr preferably have a tensile elastic coefficient of 400 GPa or more, and for example, pitch-based carbon fibers, PAN-based carbon fibers, boron fibers, and alumina fibers. , Silicon carbide fiber, beryllium fiber, tungsten fiber and the like can be exemplified.
また、繊維強化プラスチック層Fr,Rrを構成するマトリクスとしての樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及びポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、特にエポキシ樹脂を好ましく用いることができるが、必要とされる強度を有するものであればこれらに限定されるものではなく、熱可塑性樹脂であっても良い。 Further, as the resin as the matrix constituting the fiber-reinforced plastic layers Fr and Rr, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, an unsaturated polyester resin, and a polyimide resin, particularly an epoxy resin can be preferably used. It is not limited to those having the required strength, and may be a thermoplastic resin.
また、本例の主軸1は、含有繊維が一方向に配向されたプリプレグシートを用いて製造することができる。尚、本例において、繊維の配向角度を言うときは、主軸1を平面から視て、その中心軸に対する繊維の長手方向の角度を言うものとする。図3(a)に、配向角度についての説明図を示しており、中心軸cに対して、時計回りの角度が鋭角になる角度を正の角度(θ)とし、反時計回りの角度が鋭角になる角度を負の角度(−θ)とする。また、図3(b)には、繊維が中心軸cと平行な角度(θ=0°)で配向されたプリプレグの概略図を示し、図3(c)には、繊維が中心軸cと直交する角度(θ=90°)で配向されたプリプレグの概略図を示し、図3(d)には、繊維が中心軸cとθ=45°で交差するように配向されたプリプレグの概略図を示している。
Further, the
尚、本例の主軸1において、前部Fは、後部Rに比べて、十分な厚さがあるため、繊維強化プラスチックFrの割合を多くしても、必要なねじり剛性を確保することができる可能性があるため、必要なねじり剛性を確保できる場合には、必ずしも上記の構成に倣う必要は無いが、外側鋼管Fs1及びテーパ鋼管FS2aの断面積を、全体の断面積の40%以上に設定することは、何ら妨げられない。
In the
また、本例の主軸1では、前記繊維強化プラスチック層Fr,Rrは、含まれる繊維が前記中心軸cを挟んだ±45°の範囲内で配向された層を有するのが好ましい。繊維の配向角度θを、主軸1の中心軸cを挟んだ±45°の範囲内に設定することで、主軸1は、その中心軸cに沿った方向の熱膨張が抑制されるとともに、当該中心軸cに沿った方向の剛性、曲げ剛性及びねじり剛性についても、必要とされる剛性を備えたものになる。
Further, in the
また、本例の主軸1では、繊維強化プラスチック層Rrはその中心側に配置される層ほど、その繊維の前記中心軸cに対する配向角度θが鋭角になっているのが好ましい。言い換えると、繊維強化プラスチック層Rrは、外側に配置されるものほど、繊維の前記中心軸cに対する配向角度θが大きい角度となっているのが好ましい。このようにすることで、半径方向における主軸の熱膨張をより効果的に抑制することができ、その中心軸に沿った方向の剛性、曲げ剛性及びねじり剛性について、求められる最適な剛性を備えたものとすることができるとともに、前記中心軸cに沿った方向の熱膨張もより効果的に抑制することができる。斯くして、本例の主軸1において、より好ましくは、繊維強化プラスチック層Rrの最内層の繊維はその中心軸と平行に配向され、最外層の繊維はその中心軸に対して45°又は−45°の角度となるように配向される。
Further, in the
また、本例の主軸1では、テーパ穴2を備える前部Fにおいて、テーパ鋼管Fs2のテーパ部Fs2aの外側に、少なくともその一部と接するように設けられた繊維強化プラスチック層Frの最も内側の層は、含まれる繊維が前記中心軸cに対して45°又は−45°の角度となるように配向されているのが好ましい。
Further, in the
テーパ穴2に装着される工具は、中心軸cに沿ってテーパ穴2側に引き込む力によって当該テーパ穴2に保持される。このため、テーパ穴2はこの引き込み力により工具が圧接することによって、拡径する方向の作用力を当該工具から受けることになる。したがって、テーパ穴2が形成される部位について、繊維強化プラスチック層Frの最内層の繊維を前記中心軸cに対して45°又は−45°の角度となるように配向することで、テーパ穴2が拡径するのを防止することができ、これにより、工具の軸方向における位置が変位したり、工具の保持力が弱まるのを防止することができる。
The tool mounted on the
以下、より具体的な実施例として、実施例1に係る主軸1A、及び実施例2に係る主軸1Bについて説明する。
[実施例1]
実施例1に係る主軸1Aの構造を図4に示し、その諸元を図6及び図7に示す。この主軸1Aは基本的な構造は図1に示した主軸1と同様であり、したがって、図4において、同じ構成物については同じ符号を付している。また、この主軸1Aの主だった寸法は図4に示した通りである。
Hereinafter, as more specific examples, the
[Example 1]
The structure of the
実施例1に係る主軸1Aの外側鋼管Rs1,Fs1、内側鋼管Rs2及びテーパ鋼管Fs2はSCM415から構成され、外側鋼管Rs1の中間部Rs1aの厚さを2mm、内側鋼管Rs2の厚さを4mm、外側鋼管Fs1の厚さを2mm、テーパ鋼管Fs2のテーパ部Fs2aの厚さを2mmとした。
The outer steel pipe Rs1, Fs1, inner steel pipe Rs2, and tapered steel pipe Fs2 of the
また、前部Fにおける繊維強化プラスチック層FrAは、外側から順に、Fr1A,Fr2A,Fr3A,Fr4A及びFr5Aの5つの層からなり、それぞれプリプレグを用い加熱硬化させて形成した。マトリクスとなる樹脂には、180℃硬化型の熱硬化性エポキシ樹脂を用いた。また、層Fr1Aは、その繊維をθ=90°で配向した層であり、その厚さを3mmとした。層Fr2Aは、その繊維の配向を内側から順にθ=90°、θ=0°とした混合層であり、その厚さを1mmとした。層Fr3Aは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=45°、θ=0°、θ=−45°とした混合層であり、その厚さを12.5mmとした。層Fr4Aは、その繊維の配向を内側から順にθ=90°、θ=0°とした混合層であり、その厚さを7mmとした。層Fr5Aは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=45°、θ=0°、θ=−45°とした混合層であり、その厚さを3mmとした。 Further, the fiber reinforced plastic layer FrA in the front portion F was composed of five layers of Fr1A, Fr2A, Fr3A, Fr4A and Fr5A in order from the outside, and each was formed by heat curing using a prepreg. A thermosetting epoxy resin curable at 180 ° C. was used as the resin to be the matrix. Further, the layer Fr1A is a layer in which the fibers are oriented at θ = 90 °, and the thickness thereof is set to 3 mm. The layer Fr2A is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 90 ° and θ = 0 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 1 mm. The layer Fr3A is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 45 °, θ = 0 °, and θ = −45 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 12.5 mm. The layer Fr4A is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 90 ° and θ = 0 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 7 mm. The layer Fr5A is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 45 °, θ = 0 °, and θ = −45 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 3 mm.
また、後部Rにおける繊維強化プラスチック層RrAは、外側から順に、Rr1A及びRr2Aの2つの層からなり、それぞれプリプレグを用い加熱硬化させて形成した。マトリクスとなる樹脂には、180℃硬化型の熱硬化性エポキシ樹脂を用いた。また、層Rr1Aは、その繊維の配向を内側から順にθ=90°、θ=0°とした混合層であって、その厚さは7mmであり、前部Fの層Fr4Aに連続した層である。層Fr2Aは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=45°、θ=0°、θ=−45°とした混合層であり、その厚さを3mmとした。 Further, the fiber reinforced plastic layer RrA in the rear portion R was composed of two layers, Rr1A and Rr2A, in this order from the outside, and each was formed by heat curing using a prepreg. A thermosetting epoxy resin curable at 180 ° C. was used as the resin to be the matrix. Further, the layer Rr1A is a mixed layer in which the orientation of the fibers is set to θ = 90 ° and θ = 0 ° in order from the inside, the thickness thereof is 7 mm, and the layer is continuous with the layer Fr4A of the front portion F. is there. The layer Fr2A is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 45 °, θ = 0 °, and θ = −45 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 3 mm.
そして、この主軸1Aの前部Fでは、その全断面積に対し、テーパ鋼管Fs2のテーパ部Fs2a及び外側鋼管Fs1の断面積は13%、繊維強化プラスチック層FrAの内、繊維の配向角度が0°の層の断面積は39%、45°の層の断面積は25%、90°の層は22%であった。また、後部Rでは、その全断面積に対し、外側鋼管Rs1の中間部Rs1a及び内側鋼管Rs2の断面積は42%、繊維強化プラスチック層RrAの内、繊維の配向角度が0°の層の断面積は29%、45°の層の断面積は6%、90°の層は23%であった。
In the front portion F of the
尚、θ=90°の層には、PAN系の炭素繊維を用いたプリプレグ(製品名:HyEJ17HX1、繊維弾性率230GPa、メーカ名:三菱ケミカル株式会社)を用い、θ=0°,±45°に配向した繊維には、ピッチ系の炭素繊維を用いたプリプレグ(製品名:HyEJ28M80QDHX1、繊維弾性率760GPa、メーカ名:三菱ケミカル株式会社)を用いた。 For the layer of θ = 90 °, a prepreg using PAN-based carbon fiber (product name: HyEJ17HX1, fiber elastic modulus 230 GPa, manufacturer name: Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) was used, and θ = 0 °, ± 45 °. As the fibers oriented to, a prepreg (product name: HyEJ28M80QDHX1, fiber elastic modulus 760 GPa, manufacturer name: Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) using pitch-based carbon fibers was used.
[実施例2]
実施例2に係る主軸1Bの構造を図5に示し、その諸元を図8及び図9に示している。この主軸1Bは基本的な構造は図1に示した主軸1と同様であり、したがって、図5において、同じ構成物については同じ符号を付している。また、この主軸1Bの主だった寸法は図5に示した通りである。
[Example 2]
The structure of the
実施例2に係る主軸1Bの外側鋼管Rs1,Fs1、内側鋼管Rs2及びテーパ鋼管Fs2は、実施例1と同様に、SCM415から構成され、外側鋼管Rs1の中間部Rs1aの厚さを2mm、内側鋼管Rs2の厚さを4mm、外側鋼管Fs1の厚さを2mm、テーパ鋼管Fs2のテーパ部Fs2aの厚さを2mmとした。
The outer steel pipes Rs1, Fs1, inner steel pipes Rs2, and tapered steel pipes Fs2 of the
また、前部Fにおける繊維強化プラスチック層FrBは、外側から順に、Fr1B,Fr2B,Fr3B及びFr4Bの4つの層からなり、それぞれプリプレグを用い加熱硬化させて形成した。マトリクスとなる樹脂には、180℃硬化型の熱硬化性エポキシ樹脂を用いた。また、層Fr1Bは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=45°、θ=0°、θ=−45°とした混合層であり、その厚さを4mmとした。層Fr2Bは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=30°、θ=0°、θ=−30°とした混合層であり、その厚さを12.5mmとした。層Fr3Bは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=45°、θ=0°、θ=−45°とした混合層であり、その厚さを7mmとした。層Fr4Bは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=30°、θ=0°、θ=−30°とした混合層であり、その厚さを3mmとした。 Further, the fiber reinforced plastic layer FrB in the front portion F was composed of four layers of Fr1B, Fr2B, Fr3B and Fr4B in order from the outside, and each was formed by heat curing using a prepreg. A thermosetting epoxy resin curable at 180 ° C. was used as the resin to be the matrix. Further, the layer Fr1B is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 45 °, θ = 0 °, and θ = −45 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 4 mm. The layer Fr2B is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 30 °, θ = 0 °, and θ = −30 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 12.5 mm. The layer Fr3B is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 45 °, θ = 0 °, and θ = −45 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 7 mm. The layer Fr4B is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 30 °, θ = 0 °, and θ = −30 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 3 mm.
また、後部Rにおける繊維強化プラスチック層RrBは、外側から順に、Rr1B及びRr2Bの2つの層からなり、それぞれプリプレグを用い加熱硬化させて形成した。マトリクスとなる樹脂には、180℃硬化型の熱硬化性エポキシ樹脂を用いた。また、層Rr1Bは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=45°、θ=0°、θ=−45°とした混合層であって、その厚さは7mmであり、前部Fの層Fr3Bに連続した層である。層Fr2Bは、その繊維の配向を内側から順にθ=0°、θ=30°、θ=0°、θ=−30°とした混合層であり、その厚さを3mmとした。 Further, the fiber reinforced plastic layer RrB in the rear portion R was composed of two layers, Rr1B and Rr2B, in order from the outside, and each was formed by heat curing using a prepreg. A thermosetting epoxy resin curable at 180 ° C. was used as the resin to be the matrix. Further, the layer Rr1B is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 45 °, θ = 0 °, and θ = −45 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 7 mm. It is a layer continuous with the layer Fr3B of the front portion F. The layer Fr2B is a mixed layer in which the orientation of the fibers is θ = 0 °, θ = 30 °, θ = 0 °, and θ = −30 ° in order from the inside, and the thickness thereof is 3 mm.
そして、この主軸1Bの前部Fでは、その全断面積に対し、テーパ鋼管Fs2のテーパ部Fs2a及び外側鋼管Fs1の断面積は10%、繊維強化プラスチック層FrBの内、繊維の配向角度が30°の層の断面積は19%、0°の層の断面積は45%、45°の層は26%であった。また、後部Rでは、その全断面積に対し、外側鋼管Rs1の中間部Rs1a及び内側鋼管Rs2の断面積は40%、繊維強化プラスチック層RrBの内、繊維の配向角度が0°の層の断面積は30%、30°の層の断面積は8%、45°の層は22%であった。
In the front portion F of the
尚、各層には、ピッチ系の炭素繊維を用いたプリプレグ(製品名:HyEJ28M80QDHX1、繊維弾性率760GPa、メーカ名:三菱ケミカル株式会社)を用いた。 For each layer, a prepreg using pitch-based carbon fiber (product name: HyEJ28M80QDHX1, fiber elastic modulus 760 GPa, manufacturer name: Mitsubishi Chemical Corporation) was used.
[比較例]
図4及び図5に示した主軸1A及び1Bと同じ寸法の主軸であって、全てをSCM415から構成した。
[Comparison example]
The spindles have the same dimensions as the
上記構成の実施例1の主軸1A、実施例2の主軸1B及び比較例の主軸において、曲げ方向、軸方向及びねじり方向の静剛性、1次固有振動数、減衰比、並びに15℃温度が上昇した時の前部Fの軸方向の熱変位に関する各特性について、一部FEM解析した結果、及び一部実測した結果を図10に示す。この図から分かるように、実施例1の主軸1A及び実施例2の主軸1Bとも、比較例に比べて、軸方向の熱変位において優れている。また、実施例2の主軸1Bは、比較例1に対して静剛性は若干劣るもののほぼ同等であり、固有振動数及び減衰比については、比較例よりも優れている。一方、実施例1の主軸1Aは、比較例1に対して静剛性は劣るものの、固有振動数及び減衰比について、比較例とほぼ同等である。
In the
以上のことから、上述したように、前記繊維強化プラスチック層Fr,Rrにおける繊維の配向角度θは、前記中心軸cを挟んだ±45°の範囲内とするのが好ましいと言える。また、繊維強化プラスチック層Rrはその中心側に配置される層ほど、その繊維の前記中心軸cに対する配向角度θが鋭角、例えば、0°になっているのが好ましく、外側に配置されるものほど、配向角度θが大きい角度、例えば、45°又は−45°になっているのが好ましいと言える。 From the above, as described above, it can be said that the fiber orientation angle θ in the fiber reinforced plastic layers Fr and Rr is preferably within a range of ± 45 ° across the central axis c. Further, as for the fiber reinforced plastic layer Rr, the layer arranged on the center side preferably has an acute angle θ of orientation θ with respect to the central axis c of the fiber, for example, 0 °, and is arranged on the outside. It can be said that it is preferable that the orientation angle θ is a large angle, for example, 45 ° or −45 °.
以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、上述した実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。 Although the specific embodiment of the present invention has been described above, the description of the above-described embodiment is exemplary in all respects and is not limiting. Modifications and changes can be made as appropriate for those skilled in the art. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, not by the above-described embodiment. Further, the scope of the present invention includes modifications from the embodiment within the scope of the claims and within the scope of the claims.
1,1A,1B 主軸
10 ベアリング
F 前部
Fs1 外側鋼管
Fs2 テーパ鋼管
Fs2a テーパ部
Fs2b 前端部
Fr,FrA,FrB 繊維強化プラスチック層
R 後部
Rs1 外側鋼管
Rs1a 中間部
Rs1b 前端部
Rs1c 後端部
Rs2 内側鋼管
Rr,RrA,RrB 繊維強化プラスチック層
1,1A,
Claims (5)
半径方向に積層されたそれぞれ少なくとも一層の円筒状をした第1の金属層及び第1の繊維強化プラスチック層を含んで形成された部位を有し、
前記第1の金属層は、少なくともその一層が、半径方向において前記第1の繊維強化プラスチック層よりも外側に形成されており、
更に、前記第1の金属層は、中心軸と直交する断面において、該第1の金属層と前記第1の繊維強化プラスチック層とを合計した断面積に対して、40%以上90%以下の断面積を有していることを特徴とする工作機械の主軸。 It is the spindle of a hollow and cylindrical machine tool.
It has a portion formed by including at least one cylindrical first metal layer and a first fiber reinforced plastic layer laminated in the radial direction.
At least one layer of the first metal layer is formed outside the first fiber reinforced plastic layer in the radial direction.
Further, the first metal layer has a cross section orthogonal to the central axis, which is 40% or more and 90% or less with respect to the total cross-sectional area of the first metal layer and the first fiber reinforced plastic layer. A spindle of a machine tool characterized by having a cross-sectional area.
前記テーパ穴を形成する最内層として第2の金属層が形成され、該第2の金属層の外側に少なくともその一部と接するように第2の繊維強化プラスチック層が形成されるとともに、該第2の繊維強化プラスチック層の外側に前記第1の金属層及び第1の繊維強化プラスチック層が形成され、更に該第1の繊維強化プラスチック層の外側に少なくとの一層の前記第1の金属層が形成されてなり、
前記第2の繊維強化プラスチック層は、含まれる繊維の長手方向が、その中心軸に対して45°又は−45°の角度となるように配向されていることを特徴とする請求項1乃至4記載のいずれかの工作機械の主軸。
In the part having a tapered hole to which the tool is mounted and having the tapered hole
A second metal layer is formed as the innermost layer forming the tapered hole, and a second fiber reinforced plastic layer is formed on the outside of the second metal layer so as to be in contact with at least a part of the second metal layer. The first metal layer and the first fiber reinforced plastic layer are formed on the outside of the fiber reinforced plastic layer of 2, and at least one layer of the first metal layer is formed on the outside of the first fiber reinforced plastic layer. Is formed,
Claims 1 to 4 characterized in that the second fiber-reinforced plastic layer is oriented so that the longitudinal direction of the contained fibers is at an angle of 45 ° or −45 ° with respect to the central axis thereof. Spindle of any of the machine tools listed.
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