JP2020200898A - Rotational shaft member support device and grinder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸部材支持装置及びこの回転軸部材支持装置を備えた研削盤に関する。 The present invention relates to a rotary shaft member support device and a grinder provided with the rotary shaft member support device.
従来、工作機械の主軸等に用いられる流体軸受に関し、動圧の発生に伴って潤滑油が発熱しやすいランド部において潤滑油を排出するための排出孔が設けられたものが提案されている(例えば、特許文献1等参照。)。 Conventionally, a fluid bearing used for a spindle of a machine tool or the like has been proposed to be provided with a discharge hole for discharging the lubricating oil in a land portion where the lubricating oil tends to generate heat due to the generation of dynamic pressure ( For example, see Patent Document 1 etc.).
また、特許文献2には、回転軸部材に動圧を作用させる方向にU字形状の静圧ポケットが設けられるとともに、その他の方向に四角形状の静圧ポケットが設けられる流体軸受装置が提案されている。この従来技術の装置によれば、U字形状の静圧ポケットにより必要とする剛性を保ち、回転軸に作用する負荷力を支持する一方、四角形状の静圧ポケットは面積が大きいために回転軸が冷えた潤滑油と接する機会が多くなり発熱が防止される。
Further,
また、特許文献3には、U字形状の軸受ポケットで囲まれているランド部に凹部が設けられる静圧軸受装置が提案されている。この従来技術の装置によれば、U字状の軸受ポケットで囲まれているランド部に凹設した凹部に油が溜まり、停電してもしばらくの間、回転軸は回転し、凹部の油の圧力が逃げないため、回転軸と凹部間並びに回転軸とランド部との間の動圧によって回転軸をラジアル軸承すると共に、ランド部の面積が比較的小さくなり、摩擦損失を低減し消費動力を低減する。 Further, Patent Document 3 proposes a hydrostatic bearing device in which a recess is provided in a land portion surrounded by a U-shaped bearing pocket. According to this conventional device, oil collects in a recess recessed in a land portion surrounded by a U-shaped bearing pocket, and even if a power failure occurs, the rotating shaft rotates for a while, and the oil in the recess Since the pressure does not escape, the rotating shaft is radially supported by the dynamic pressure between the rotating shaft and the recess and between the rotating shaft and the land portion, and the area of the land portion becomes relatively small, reducing friction loss and reducing power consumption. Reduce.
さらに、特許文献4には、静圧を発生する支持部と、支持部よりも一様に突出されて動圧を発生するランド部と、支持部とランド部との間に形成された所定段差のステップとを備える流体軸受装置が提案されている。 Further, Patent Document 4 describes a support portion that generates static pressure, a land portion that is uniformly projected from the support portion and generates dynamic pressure, and a predetermined step formed between the support portion and the land portion. A fluid bearing device having the above steps has been proposed.
一般に、静圧流体軸受を有する回転軸部材支持装置では、静圧流体軸受に設けられた静圧ポケットに潤滑油が供給され、供給された潤滑油によって回転軸部材が静圧支持される。又、静圧流体軸受を有する回転軸部材支持装置では、回転軸部材が偏心した場合に、回転軸部材の外径と静圧流体軸受の内径との差によって形成される楔状隙間における楔効果によって動圧を発生させて回転軸部材が動圧支持される。 Generally, in a rotary shaft member support device having a hydrostatic fluid bearing, lubricating oil is supplied to a static pressure pocket provided in the hydrostatic fluid bearing, and the rotary shaft member is statically supported by the supplied lubricating oil. Further, in the rotary shaft member support device having a hydrostatic fluid bearing, when the rotary shaft member is eccentric, the wedge effect in the wedge-shaped gap formed by the difference between the outer diameter of the rotary shaft member and the inner diameter of the hydrostatic fluid bearing causes. The rotating shaft member is dynamically supported by generating a dynamic pressure.
ところで、上記特許文献1乃至特許文献3に開示された従来の装置では、回転軸部材が偏心した場合において、動圧を発生する動圧発生ランドにおける動圧が小さく、その結果、静圧流体軸受の内部に発生したキャビテーションによって回転軸部材の回転が不安定になる虞がある。 By the way, in the conventional devices disclosed in Patent Documents 1 to 3, when the rotating shaft member is eccentric, the dynamic pressure in the dynamic pressure generating land that generates dynamic pressure is small, and as a result, the hydrostatic fluid bearing The rotation of the rotating shaft member may become unstable due to the cavitation generated inside the rotating shaft member.
これに対し、上記特許文献4に開示された従来の装置では、軸受面の周方向に沿って回転軸部材の外周面との間の隙間が小さくなるような傾斜、段差等を設けて軸受の予圧を増加させるようになっている。これにより、静圧流体軸受の内部におけるキャビテーションの発生を抑制するとともに回転軸部材の偏心(偏心角度)を抑制するようになっている。 On the other hand, in the conventional device disclosed in Patent Document 4, the bearing is provided with an inclination, a step, or the like so as to reduce the gap between the bearing surface and the outer peripheral surface of the rotating shaft member along the circumferential direction of the bearing surface. It is designed to increase the preload. As a result, the occurrence of cavitation inside the hydrostatic fluid bearing is suppressed and the eccentricity (eccentric angle) of the rotating shaft member is suppressed.
しかしながら、傾斜、段差等は、その加工深さが、回転軸部材と軸受面との間の軸受隙間と同等かそれ以下となる数μm〜十数μm程度である。このため、このような加工深さを実現するために、軸受面の周方向に沿って、例えば、エッチング加工や超精密加工を施す必要があり、製造コストが極めて高価になるという問題がある。 However, the inclination, the step, etc. have a processing depth of about several μm to a dozen μm, which is equal to or less than the bearing gap between the rotating shaft member and the bearing surface. Therefore, in order to realize such a processing depth, it is necessary to perform, for example, etching processing or ultra-precision processing along the circumferential direction of the bearing surface, and there is a problem that the manufacturing cost becomes extremely high.
本発明は、簡単且つ低コストで製造可能な構造で、予圧を付加してキャビテーションの発生を抑制可能な静圧流体軸受を有する回転軸部材支持装置及び研削盤を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a rotary shaft member support device and a grinder having a hydrostatic fluid bearing capable of applying a preload and suppressing the occurrence of cavitation with a structure that can be manufactured easily and at low cost.
本発明に係る回転軸部材支持装置は、軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングに嵌着された軸受部材と、回転軸部材の外周面と対向する前記軸受部材の軸受面に凹状に形成された静圧ポケットと、前記静圧ポケットによって包囲されて前記軸受面に形成された動圧発生ランドと、前記静圧ポケットに設けられて潤滑油を調圧して前記静圧ポケットに供給する供給口と、を有する静圧流体軸受を備え、前記静圧流体軸受によって前記回転軸部材を回転可能に支持する回転軸部材支持装置である。 The rotating shaft member support device according to the present invention is a static pressure formed concavely on a bearing housing, a bearing member fitted in the bearing housing, and a bearing surface of the bearing member facing the outer peripheral surface of the rotating shaft member. A pocket, a dynamic pressure generating land surrounded by the static pressure pocket and formed on the bearing surface, and a supply port provided in the static pressure pocket to adjust the pressure of lubricating oil and supply it to the static pressure pocket. It is a rotary shaft member support device that includes a hydrostatic fluid bearing and rotatably supports the rotary shaft member by the hydrostatic fluid bearing.
そして、本発明に係る回転軸部材支持装置は、前記静圧ポケットは、前記軸受部材の軸線方向に沿って延設されて、前記供給口を介して供給された前記潤滑油を貯留するとともに、前記回転軸部材の回転に伴って少なくとも前記回転軸部材と前記動圧発生ランドとの間に形成される軸受隙間に前記潤滑油を供給する第一静圧ポケット部と、前記第一静圧ポケット部の前記軸線方向における両端にそれぞれ第一端が連通し且つ前記周方向に沿って前記第一端側から第二端側へ延設される2本一対の第二静圧ポケット部と、を有してU字形状に形成されている。 Then, in the rotary shaft member support device according to the present invention, the static pressure pocket extends along the axial direction of the bearing member to store the lubricating oil supplied through the supply port, and also A first static pressure pocket portion for supplying the lubricating oil to a bearing gap formed at least between the rotating shaft member and the dynamic pressure generating land as the rotating shaft member rotates, and the first static pressure pocket. A pair of second static pressure pocket portions, each of which has a first end communicating with both ends in the axial direction of the portion and extends from the first end side to the second end side along the circumferential direction. It has a U-shape.
また、前記静圧流体軸受は、さらに、前記動圧発生ランド内で少なくとも一部分が前記軸線方向の成分を有する方向に延設され、基端部が前記静圧ポケットに連通すると共に、先端部が前記第一静圧ポケット部から前記周方向に離間する位置で閉塞端となる凹部であって、前記軸受面の径方向における深さが前記軸受隙間の大きさよりも大きく且つ前記静圧ポケットの前記径方向における深さに比べて小さい予圧溝を備える。 Further, the hydrostatic fluid bearing is further extended in a direction in which at least a part thereof has a component in the axial direction in the dynamic pressure generating land, the base end portion communicates with the hydrostatic pocket, and the tip portion A recess that becomes a closed end at a position separated from the first static pressure pocket portion in the circumferential direction, and the depth of the bearing surface in the radial direction is larger than the size of the bearing gap and the static pressure pocket is said to have the same. It has a preload groove that is smaller than the depth in the radial direction.
本発明に係る研削盤は、上記回転軸部材支持装置により回転可能に支持されて、砥石車を保持する回転軸部材と、潤滑油を貯留するタンクと、タンクと静圧流体軸受とを接続して潤滑油を流通させる流通路と、流通路に配設され、タンクに貯留された潤滑油を静圧流体軸受の静圧ポケットに供給する潤滑油供給装置と、静圧流体軸受から排出された潤滑油をタンクに還流させる還流路と、を備える。 The grinding machine according to the present invention is rotatably supported by the rotary shaft member support device, and connects a rotary shaft member that holds a grind wheel, a tank that stores lubricating oil, a tank, and a hydrostatic fluid bearing. A flow passage for circulating lubricating oil, a lubricating oil supply device for supplying the lubricating oil stored in the tank to the static pressure pocket of the static pressure fluid bearing, and a lubricating oil supply device disposed in the flow passage, and discharged from the static pressure fluid bearing. It is provided with a recirculation path for returning the lubricating oil to the tank.
これらによれば、回転軸部材支持装置の静圧流体軸受は、動圧発生ランド内で少なくとも一部分が軸線方向の成分を有する方向に延設され、基端部が静圧ポケットに連通すると共に、先端部が第一静圧ポケット部から周方向に離間する位置で閉塞端となる凹部であって、軸受面の径方向における深さが軸受隙間の大きさよりも大きく且つ静圧ポケットの径方向における深さに比べて小さい予圧溝が設けられている。これにより、予圧溝を超精密加工によって形成する必要がなく、簡単な構成且つ安価に形成することができ、静圧流体軸受、ひいては、回転軸部材支持装置を備えた研削盤の製造コストを低減することができるという効果を奏する。 According to these, the hydrostatic fluid bearing of the rotary shaft member support device is extended in the direction in which at least a part of the dynamic pressure generating land has an axial component, and the base end portion communicates with the static pressure pocket. A recess that becomes a closed end at a position where the tip portion is separated from the first static pressure pocket portion in the circumferential direction, and the depth of the bearing surface in the radial direction is larger than the size of the bearing gap and in the radial direction of the static pressure pocket. A preload groove that is smaller than the depth is provided. As a result, it is not necessary to form the preload groove by ultra-precision machining, and it can be formed with a simple structure and at low cost, and the manufacturing cost of the grinder equipped with the hydrostatic fluid bearing and the rotary shaft member support device is reduced. It has the effect of being able to.
また、動圧発生ランドに対して、少なくとも一部分が軸線方向の成分を有する方向に延設され、基端部が静圧ポケットに連通すると共に、先端部が第一静圧ポケット部から周方向に離間する位置で閉塞端となる凹部である予圧溝を設けることにより、回転軸部材の回転に伴って予圧溝に存在する潤滑油に乱流が生じる。その結果、軸受隙間、及び、回転軸部材の偏心に伴って生じ、所謂、楔状隙間において効果的に予圧を付加することができる。従って、回転軸部材に偏心が生じた場合であっても静圧流体軸受の内部におけるキャビテーションの発生を抑制することができ、静圧流体軸受は、回転軸部材と静圧流体軸受との間の焼き付き等の発生を抑制して回転軸部材を安定して回転させることができるという効果を奏する。 Further, at least a part of the dynamic pressure generating land is extended in the direction having the component in the axial direction, the base end portion communicates with the static pressure pocket, and the tip portion extends from the first static pressure pocket portion in the circumferential direction. By providing the preload groove, which is a recess that serves as a closed end at a separated position, turbulence occurs in the lubricating oil existing in the preload groove as the rotating shaft member rotates. As a result, preload can be effectively applied in the so-called wedge-shaped gap, which is generated due to the bearing gap and the eccentricity of the rotating shaft member. Therefore, even when the rotary shaft member is eccentric, the occurrence of cavitation inside the hydrostatic fluid bearing can be suppressed, and the hydrostatic fluid bearing is located between the rotary shaft member and the hydrostatic fluid bearing. It has the effect of suppressing the occurrence of seizure and the like so that the rotating shaft member can be rotated stably.
以下、本発明の静圧流体軸受を有する回転軸部材支持装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1.研削盤の概要)
本実施形態において、回転軸部材支持装置は、図1に示す研削盤1に用いられる。研削盤1は、軸状の工作物Wの研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤である。研削盤1は、主として、ベッド10と、主軸台20と、心押台30と、砥石支持装置40と、定寸装置50と、制御装置60と、を備えている。尚、図1において、Z軸方向は、トラバース方向であり、X軸方向は、トラバース方向と直角な水平方向であり、Y軸方向は、Z軸方向及びX軸方向と直角な鉛直方向である。
Hereinafter, an embodiment of the rotary shaft member support device having the hydrostatic fluid bearing of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1. Outline of grinder)
In the present embodiment, the rotary shaft member support device is used for the grinder 1 shown in FIG. The grinder 1 is a grindstone traverse type cylindrical grinder capable of grinding a shaft-shaped workpiece W. The grinder 1 mainly includes a
ベッド10は、平面矩形状に形成されており、設置面(床)上に固定される。このベッド10の上面には、砥石支持装置40を構成する後述の砥石台トラバースベース41を摺動可能とする一対のZ軸ガイドレール11a,11bが、互いに平行にZ軸方向に沿って延設されて固定されている。一対のZ軸ガイドレール11a,11bの間には、砥石台トラバースベース41をZ軸方向に駆動するためのZ軸ボールねじ11cが配置されている。そして、ベッド10の上面には、Z軸ボールねじ11cを回転駆動するZ軸モータ11dが固定されている。
The
主軸台20は、主軸台本体21と、主軸22と、主軸モータ23と、主軸センタ24と、を備えている。主軸台本体21は、挿通された主軸22を回転可能に支持している。主軸台本体21は、主軸22の軸線方向がZ軸方向を向き、且つ、一対のZ軸ガイドレール11a,11bと平行になるように、ベッド10の上面に固定されている。
The
主軸22の一端(図1において左側)には、主軸モータ23が設けられている。これにより、主軸22は、主軸モータ23によって主軸台本体21に対してZ軸周りに回転駆動される。尚、主軸モータ23には、主軸モータ23の回転角を検出するエンコーダが設けられている。又、主軸22の他端(図1において紙面右側)には、軸状の工作物Wの軸線方向の一端を支持する主軸センタ24が設けられている。
A
心押台30は、心押台本体31と、心押センタ32と、を備えている。心押台本体31は、挿通された心押センタ32を回転可能に支持している。心押台本体31は、心押センタ32の軸線方向がZ軸方向を向くように、且つ、心押センタ32の回転軸が主軸22の回転軸と同軸となるようにベッド10の上面に固定されている。即ち、心押センタ32は、主軸センタ24とともに工作物Wの軸線方向の両端を支持し、工作物WがZ軸周りに回転可能となるように配置される。尚、心押センタ32は、工作物Wの長さに応じて、心押台本体31の端面からの突出量の変更が可能となるように構成されている。
The
(2.砥石支持装置40の構成)
砥石支持装置40は、砥石台トラバースベース41と、後に詳述する回転軸部材支持装置70である砥石台42と、工具としての円盤状の砥石車43と、を備えている。砥石台トラバースベース41は、矩形の平板状に形成されており、ベッド10の上面に設けられた一対のZ軸ガイドレール11a,11b上を摺動可能に設けられている。
(2. Configuration of grindstone support device 40)
The
砥石台トラバースベース41は、Z軸ボールねじ11cのナット部材(図示省略)に連結されており、Z軸モータ11dの駆動により一対のZ軸ガイドレール11a,11bに沿って移動する。尚、Z軸モータ11dには、Z軸モータ11dの回転角を検出するエンコーダが設けられている。
The grindstone
砥石台トラバースベース41の上面には、砥石台42を摺動可能とする一対のX軸ガイドレール41a,41bが、互いに平行に、且つ、X軸方向に沿って固定されて延設されている。砥石台トラバースベース41の上面に固定された一対のX軸ガイドレール41a,41bの間には、砥石台42をX軸方向に駆動するためのX軸ボールねじ41cが配置されており、X軸ボールねじ41cを回転駆動するX軸モータ41dが配置されている。尚、X軸モータ41dには、X軸モータ41dの回転角を検出するエンコーダが設けられている。
A pair of
砥石台42は、砥石台トラバースベース41の上面に設けられた一対のX軸ガイドレール41a,41b上を摺動可能となるように設けられている。砥石台42は、X軸ボールねじ41cのナット部材(図示省略)に連結されており、X軸モータ41dの駆動により一対のX軸ガイドレール41a,41bに沿って移動可能とされている。これにより、砥石台42は、ベッド10、主軸台20及び心押台30に対して、X軸方向及びZ軸方向(トラバース送り方向)に相対移動可能に構成されている。尚、砥石台42(回転軸部材支持装置70)の詳細については、後述する。
The
定寸装置50は、研削部位における工作物Wの外径を計測するための装置である。定寸装置50は、計測した外径を表す計測信号を制御装置60に出力する。
The sizing
制御装置60は、Z軸モータ11d及びX軸モータ41dを含む各モータの駆動を制御する装置である。制御装置60は、各モータを駆動させることにより、工作物W及び砥石車43をZ軸周りに回転させるとともに工作物Wに対する砥石車43のZ軸方向及びX軸方向への相対位置を変更して工作物Wの外周面の研削を行う。
The
(3.回転軸部材支持装置70(砥石台42)の詳細)
砥石台42としての回転軸部材支持装置70は、図2に示すように、支持台としての砥石台本体71と、回転軸部材72と、静圧流体軸受としての軸受73と、タンク74と、流通路75と、潤滑油供給装置としてのポンプ76と、圧力調整弁77と、還流路78と、を備えている。砥石台本体71は、回転軸部材72を軸受73により回転可能に支持するものである。砥石台本体71の下端部には、図2及び図3に示すように、X軸方向に延びるように形成され、一対のX軸ガイドレール41a,41bに沿って案内される脚部71a,71b(図2においては、脚部71bのみを図示)が設けられている。
(3. Details of the rotating shaft member support device 70 (grinding stone stand 42))
As shown in FIG. 2, the rotary shaft
回転軸部材72は、砥石車43を保持し、回転駆動されるものである。回転軸部材72は、砥石台本体71の上面にて、Z軸周りに回転可能に支持されている。回転軸部材72の一端には、円盤状の砥石車43が同軸で取り付けられている。又、砥石台本体71の上面には、ベルト・プーリ機構79(図1を参照)を介して回転軸部材72を砥石車43とともに回転駆動するための砥石回転用モータ80が固定されている。
The
軸受73は、静圧流体軸受であり、図3に示すように、回転軸部材72のZ軸方向に沿って離間した位置にて、回転軸部材72を回転可能に支持するものである。軸受73には、回転軸部材72を静圧支持するために、タンク74に貯留されている潤滑油が調圧されて供給されるようになっている(図2を参照)。尚、軸受73(90)の構成については、後に詳述する。
The
タンク74は、図1乃至図3に示すように、砥石台本体71の上部に配設されており、潤滑油を貯留するものである。具体的に、タンク74は、砥石台本体71の上方(図2において紙面上方)となる上面から下方(図2において紙面下方)に向けて凹むように、且つ、上方を開放するように形成されている。又、タンク74は、軸受73の下方に位置する部位を有するように形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
流通路75は、タンク74と軸受73とを接続しており、タンク74からポンプ76によって汲み上げられた潤滑油を流通させる流路である。尚、本実施形態においては、図2に示すように、流通路75を砥石台本体71の外部に配設するようにするが、砥石台本体71の内部に配設することも可能である。
The
ポンプ76は、タンク74及び流通路75に接続されており、タンク74の貯留された潤滑油を汲み上げて軸受73に供給するものである。具体的に、ポンプ76は、図2に示すように、吸込口76aがタンク74に貯留された潤滑油に浸漬した状態で、砥石台本体71に固定されている。これにより、ポンプ76は、吸込口76aからタンク74に貯留された潤滑油を汲み上げ、汲み上げた潤滑油を、流通路75を介して軸受73に供給する。
The
ここで、ポンプ76は、制御装置60と電気的に接続されており、作動が制御装置60によって制御されるようになっている。これにより、ポンプ76は、制御装置60によって回転数等が制御されることによって、流通路75を流通する潤滑油の流量や液圧等を調整する。
Here, the
圧力調整弁77は、図2に示すように、流通路75において軸受73よりも上流側に配設されている。このように配設されることにより、圧力調整弁77は、静圧流体軸受である軸受73に供給される潤滑油の圧力を所定圧力に調圧する。尚、圧力調整弁77としては、例えば、直動式減圧弁等を用いることが可能であり、省略することも可能である。
As shown in FIG. 2, the
還流路78は、図2に示すように、軸受73から排出された潤滑油をタンク74に還流させる流路である。本実施形態において、還流路78は、軸受73の下端部がタンク74に向けて開放されることにより形成されている。これにより、軸受73を通過した潤滑油は、還流路78を介して、タンク74に自重によって排出されるようになっている。尚、還流路78については、軸受73及びタンク74を接続するように別途設けられた配管によって構成することも可能である。
As shown in FIG. 2, the
(4.軸受90(73)の詳細)
静圧流体軸受である軸受90は、図4に示すように、軸受ハウジング91と、軸受部材92と、軸受面93と、を備えている。そして、回転軸部材72の外周側には軸受面93を有する円筒状の軸受部材92が軸受ハウジング91の内周面に圧入、焼き嵌め等により嵌着一体化されて構成されている。
(4. Details of bearing 90 (73))
As shown in FIG. 4, the
又、軸受90は、軸受部材92の軸受面93に設けられた、静圧ポケット94と、動圧発生ランド95と、2本一対の予圧溝96と、ドレン溝97と、を有している。これにより、軸受90は、回転軸部材72を静圧支持可能であるとともに動圧支持可能となっている。
Further, the
静圧ポケット94は、図4に示すように、軸受面93から数mm程度の深さを有するように、U字形状に設けられている。具体的に、静圧ポケット94は、軸受部材92の軸線方向(回転軸部材72の軸線方向と一致する方向であって、例えば、Z軸方向)に沿って延設された第一静圧ポケット部94aと、第一静圧ポケット部94aの軸線方向両端から軸受部材92の周方向(回転軸部材72の周方向と一致する方向)に沿ってそれぞれ延設された一対の第二静圧ポケット部94bと、から構成されている。静圧ポケット94は、軸受部材92の周方向に沿って複数、例えば、四〜六か所程度設けられている。
As shown in FIG. 4, the
ここで、本明細書、要約書及び特許請求の範囲の記載において、「軸線方向に沿って」とは、軸線と厳密に一致する方向を含むとともに、軸線と直交する方向の成分を有していて仮想平面上に投影した場合に軸線と交点を有する方向(例えば、軸線に対して45度以下となる方向)を含む概念である。又、本明細書、要約書及び特許請求の範囲の記載において、「周方向に沿って」とは、軸線に直交する平面と周面との交線と厳密に一致する方向を含むとともに、交線と直交する方向の成分を有していて仮想平面上に投影した場合に交線と交点を有する方向(例えば、交線に対して45度以下となる方向)を含む概念である。 Here, in the description of the present specification, the abstract, and the scope of claims, "along the axis direction" includes a direction that exactly coincides with the axis line and has a component in a direction orthogonal to the axis line. It is a concept including a direction having an intersection with an axis (for example, a direction of 45 degrees or less with respect to the axis) when projected onto a virtual plane. Further, in the description of the present specification, the abstract, and the scope of patent claims, "along the circumferential direction" includes a direction that exactly coincides with the line of intersection between the plane and the peripheral surface orthogonal to the axis, and intersects. It is a concept including a direction having a component in a direction orthogonal to the line and having an intersection with the line of intersection when projected on a virtual plane (for example, a direction of 45 degrees or less with respect to the line of intersection).
本実施形態において、第一静圧ポケット部94aには、潤滑油を供給する供給口94cが開口されている。供給口94cは、流通路75に連通するように軸受ハウジング91に設けられた潤滑油供給路91a、軸受部材92の外周に設けられて潤滑油供給路91aに連通する環状溝92a、及び、環状溝92aに連通して絞り作用をなす連通孔92bに連通している。
In the present embodiment, the first static
動圧発生ランド95は、U字形状の静圧ポケット94の第一静圧ポケット部94a及び一対の第二静圧ポケット部94bに囲まれた部分に形成されている。動圧発生ランド95は、軸受部材92の軸受面93とほぼ同一の内周面高さを有しており、後述するように、回転軸部材72の回転に伴って動圧を発生させる。
The dynamic
一対の予圧溝96は、図4に示すように、一対の第二静圧ポケット部94bにおいて各々の周方向先端近傍の互いに対向する内側に連通し、軸線方向に動圧発生ランド95側へそれぞれ延設されている。各予圧溝96は、図5に概略的に展開した断面図により示すように、動圧発生ランド95(軸受面93)から数百μm程度の深さを有するように設けられている。即ち、各予圧溝96は、軸受面93の径方向における深さが軸受隙間の大きさ(数μm〜十数μm)よりも大きく、且つ静圧ポケット94を構成する第一静圧ポケット部94a及び第二静圧ポケット部94bの深さ(例えば1〜1.5mm)よりも浅くなる(例えば、1/10程度となる)ように設けられている。すなわち、各予圧溝96は、基端部96a側は第二静圧ポケット部94bと連通する一方、先端部96b側は静圧ポケット94のいずれの部分にも連通しない閉塞端となっている。これにより、後述するように、回転軸部材72の回転に伴って一対の第二静圧ポケット部94bを介して各予圧溝96の各基端部96aに供給された潤滑油は、各先端部96bによって堰き止められることにより乱流となって動圧を発生する。
As shown in FIG. 4, the pair of
ドレン溝97は、U字形状の静圧ポケット94の第二静圧ポケット部94bに隣接するように、即ち、静圧ポケット94の軸線方向の両端に位置するように、軸受部材92の軸受面93に設けられている。ドレン溝97は、軸受部材92及び軸受ハウジング91に設けられた排出孔92c及び排出孔91bに連通している。尚、排出孔92c及び排出孔91bは、還流路78と連通しており、ドレン溝97に流入した潤滑油は、タンク74に排出されて回収される。
The
ここで、上述のように構成された軸受90の作用を説明する。ポンプ76によって汲み上げられた潤滑油は、流通路75及び圧力調整弁77を経ることにより数Mpa程度に調圧されて、軸受部材92の外周の環状溝92aから絞り作用をなす連通孔92bを経て最終的に静圧ポケット94に供給される。そして、例えば、5000〜6000rpmで回転する回転軸部材72が軸受部材92に対して偏心していない状態においては、静圧ポケット94内及び予圧溝96内に充満した潤滑油を回転軸部材72の外周面と動圧発生ランド95を含む軸受面93との隙間(軸受隙間)に強制的に供給することによって潤滑油膜が形成され、静圧が発生する。その結果、偏心していない回転軸部材72は、静圧支持される。
Here, the operation of the bearing 90 configured as described above will be described. The lubricating oil pumped up by the
尚、動圧発生ランド95と回転軸部材72との間に軸受隙間が存在する場合には、回転軸部材72が偏心していない。このため、U字形状の静圧ポケット94から流入される潤滑油により、動圧発生ランド95には静圧ポケット94と同一の静圧が発生する。
When there is a bearing gap between the dynamic
一方、砥石車43が工作物Wに接触して研削加工を行う場合、回転軸部材72に加工(研削)反力が作用して回転軸部材72の中心軸が偏心される。このように、中心軸が偏心されると、回転軸部材72の外径と動圧発生ランド95(即ち、軸受面93)の内径との差異により、軸受隙間が偏心した側に次第に狭くなる楔状隙間が形成される。この楔状隙間に潤滑油が回転する回転軸部材72の表面につれ廻りを起こして引き込まれることにより、動圧発生ランド95に動圧が発生して回転軸部材72が動圧支持される。
On the other hand, when the
ここで、軸受90による回転軸部材72の静圧及び動圧支持について、便宜上、円筒形状の軸受90を展開して示す図5を用いて説明する。動圧発生ランド95には、図5に示すように、静圧ポケット94よりも浅くなるように軸線方向に沿って形成され、且つ、基端部96aが静圧ポケット94に連通するとともに先端部96bが閉塞端となるように形成された予圧溝96が設けられている。これにより、回転軸部材72には、静圧ポケット94(より詳しくは、第二静圧ポケット部94b)によって静圧Pfが付与される。又、回転軸部材72が回転すると、回転軸部材72の中心軸が偏心されるか否かに拘わらず、潤滑油は静圧ポケット94から各予圧溝96の基端部96aに流入し、閉塞端である先端部96bに向けて乱流となって流れる。
Here, the static pressure and dynamic pressure support of the
予圧溝96における潤滑油の流れが乱流になる場合、図5に示すように、予圧溝96の形成位置においては乱流の応力、所謂、レイノルズ応力が発生し、回転軸部材72の外周面にはこのレイノルズ応力が予圧Pgとして作用する。即ち、予圧溝96を動圧発生ランド95に設けた場合には、回転する回転軸部材72に対して常に静圧Pfとレイノルズ応力に伴う予圧Pgとが作用する状態になる。
When the flow of lubricating oil in the
図5に示すように、軸受90においては、上述したように静圧ポケット94に供給される潤滑油の圧力により、第二静圧ポケット部94bとドレン溝97との間に形成される軸受面93において発生する静圧Pfが回転軸部材72に作用する。尚、第二静圧ポケット部94bに対応する部分では、図5に示すように、静圧Pfが維持されている。
As shown in FIG. 5, in the
軸受90は、一対の第二静圧ポケット部94bの間、即ち、動圧発生ランド95に2本一対の予圧溝96を有している。又、一対の予圧溝96の各先端部96bは、第一静圧ポケット部94aとは周方向に離間して設けられている。このため、回転軸部材72が回転している状態においては、動圧発生ランド95には、予圧溝96内の潤滑油が乱流により流れるため、静圧Pfに加えてレイノルズ応力に基づく予圧Pgが発生して回転軸部材72に作用する。
The
軸受90の動圧発生ランド95においては、回転している回転軸部材72が偏心していない場合には軸受隙間が形成されており、一対の予圧溝96間は、静圧Pfと予圧Pgとを合計した圧力よりも若干減少した支持圧Paを発生させている。
In the dynamic
そして、動圧発生ランド95においては、回転軸部材72が偏心した場合、回転軸部材72が近づく側においては楔状隙間が形成されることにより大きな動圧Phが発生し、その結果、図5にて一点鎖線により示すように、上に凸となる支持圧Pbを発生させる。一方、回転軸部材72が離れる側においては、軸受隙間よりも大きな隙間が生じるようになり、その結果、図5にて破線により示すように、支持圧Pcが大きく減少する。
Then, in the dynamic
(5.比較例との対比)
次に、回転軸部材72と軸受面93との間に発生する圧力について、本実施形態の軸受90と、図6に示す予圧溝96を有しない比較例の軸受190とを対比して説明する。予圧溝96を有している軸受90においては、上述したように、予圧Pgが付与されている。従って、回転軸部材72の偏心に伴って支持圧Pcが大きく減少した場合であっても、図5に示すように、支持圧Pcが負圧になることが防止される。一方、図6に示す予圧溝96を有しない比較例の軸受190では、図7に示すように、第二静圧ポケット部94bによる静圧Pfのみが付与されて予圧溝96による予圧Pgが付与されない。従って、回転軸部材72が偏心した場合には、図7にて破線により示すように、支持圧Pcが負圧になり、その結果、軸受90の内部即ち軸受部材92にキャビテーションが発生する。
(5. Comparison with comparative example)
Next, the pressure generated between the
このように、予圧溝96による予圧Pgが回転軸部材72に作用している場合には、図5に示すように、上述した支持圧Pa,Pb,Pc対して予圧Pgが加えられる。従って、例えば、研削加工時において砥石車43が工作物Wに接触することに伴って回転軸部材72に振れ(偏心)が発生した場合であっても、支持圧Pc(動圧)が負となる負圧の発生が抑制され、その結果、キャビテーションの発生が抑制される。
As described above, when the preload Pg formed by the
(6.まとめ)
上述したように、本実施形態によれば、軸受90は、動圧発生ランド95内で軸線方向の成分を有する方向に(特に軸線方向に沿って)延設され、基端部96aが静圧ポケット94の第二静圧ポケット部94bに連通すると共に、先端部96bが第一静圧ポケット部94aから周方向に離間する位置で閉塞端となる凹部であって、軸受面93の径方向における深さが回転軸部材72の回転に伴って少なくとも回転軸部材72と動圧発生ランド95との間に形成される軸受隙間の大きさよりも大きく且つ静圧ポケット94の径方向における深さに比べて小さい予圧溝96を備えている。
(6. Summary)
As described above, according to the present embodiment, the
また、回転軸部材支持装置70を砥石台42として備える研削盤1は、砥石台42としての回転軸部材支持装置70により回転可能に支持されて、砥石車43を保持する回転軸部材72と、潤滑油を貯留するタンク74と、タンク74と軸受73(90)とを接続して潤滑油を流通させる流通路75と、流通路75に配設され、タンク74に貯留された潤滑油を軸受73(90)の静圧ポケット94に供給する潤滑油供給装置としてのポンプ76と、軸受73(90)から排出された潤滑油をタンク74に還流させる還流路78と、を備えている。
Further, the grinding machine 1 including the rotary shaft
これらによれば、予圧溝96を超精密加工によって形成する必要がなく、簡単な構成且つ安価に形成することができ、軸受90(73)、ひいては、回転軸部材支持装置70を砥石台42として備えた研削盤1の製造コストを低減することができるという効果を奏する。
According to these, the
本実施形態において、一対の予圧溝96は、それぞれ全体として軸線方向を主成分とする方向に延設されるものであって、各々の基端部96aが一対の第二静圧ポケット部94bに連通すると共に、各々の先端部96b同士が互いに対向するように延設される。また、動圧発生ランド95に対して、軸線方向に沿って延設され、基端部96aが静圧ポケット94(第二静圧ポケット部94b)に連通すると共に、先端部96bが第一静圧ポケット部94aから周方向に離間する位置(具体的には、周方向において第二静圧ポケット部94bの第二端94b2と同等の位置)で閉塞端となる凹部である予圧溝96を設けることにより、回転軸部材72の回転に伴って予圧溝96に存在する潤滑油に乱流が生じる。その結果、軸受隙間、及び、回転軸部材72の偏心に伴って生じ、所謂、楔状隙間において効果的に予圧を付加することができる。従って、回転軸部材72に偏心が生じた場合であっても軸受90(73)の内部におけるキャビテーションの発生を抑制することができ、軸受90(73)は、回転軸部材72と軸受90(73)との間の焼き付き等の発生を抑制して回転軸部材72を安定して回転させることができるという効果を奏する。
In the present embodiment, the pair of
また、予圧溝96は、先端部96bが周方向において一対の第二静圧ポケット部94bの各第一端94b1よりも各第二端94b2に近い側に設けられている。この構成によれば、動圧発生ランド95内で周方向に広く予圧が付加され、負圧の発生を効果的に抑制することができる。
Further, the
また、予圧溝96は、静圧ポケット94における軸線方向の中心を挟んで両側に2本一対で設けられている。この構成によれば、動圧発生ランド95内で軸線方向に広く予圧が付加され、負圧の発生を効果的に抑制することができる。また、一対の予圧溝96は、各々の基端部96aが一対の第二静圧ポケット部94bの各第二端94b2の近傍に連通すると共に、各々の先端部96b同士が軸線方向に沿って互いに対向するように延設されている。この構成によれば、動圧発生ランド95内に広く効果的に予圧が付加され、負圧の発生を効果的に抑制することができる。
Further, the
(7.第一変形例)
上記実施形態においては、一対の予圧溝96は、各々の基端部96aが一対の第二静圧ポケット部94bに連通すると共に、各々の先端部96b同士が軸線方向に沿って互いに対向するように延設される構成を示したが、予圧溝96の構成はこれに限られるものではない。予圧溝96の基端部96aが静圧ポケット94の第一静圧ポケット部94aに連通する構成としてもよい。また、予圧溝96は、全体の延設方向が厳密に軸線方向に沿うものには限られず、一部分のみが厳密に軸線方向に沿うものでもよい。例えば、第一変形例では、図8に示すように、一対の予圧溝96は、各々の基端部96aが第一静圧ポケット部94aに連通している。さらに、本変形例では、一対の予圧溝96は、それぞれ、基端部96aを含み且つ周方向を主成分とする方向に延設される第一部分96cと、先端部96bを含み且つ軸線方向を主成分とする方向に延設される第二部分96dとを有する。第一部分96cは、基端部96aから周方向に沿って延設された部分であり、周方向において各第二静圧ポケット部94bの各第二端94b2と同一位置近傍まで延設されている。第二部分96dは、第一部分96cの基端部96aとは反対側の端部からそれぞれ静圧ポケット94の軸線方向中心側へ直角に屈曲して各々の先端部96b同士が軸線方向に沿って互いに対向するように延設されている。本変形例も上記実施形態と同様の効果を奏する。
(7. First modification)
In the above embodiment, in the pair of
(8.第二変形例)
第一変形例では、予圧溝96の一部分(第一部分96c)を周方向に沿って延設し、残りの一部分(第二部分96d)を軸線方向に沿って延設する構成としたが、予圧溝96全体を軸線方向成分及び周方向成分の両方を有する斜め方向に延設する構成としてもよい。第二変形例では、図9に示すように、一対の予圧溝96は、各々の基端部96aが第一静圧ポケット部94aに連通すると共に、延設方向が全体として周方向成分を主成分とする方向であって、周方向成分及び軸線方向成分の両成分を有する斜め方向であり且つ先端部96b同士が軸線方向に互いに遠ざかるハの字形状に延設されている。本変形例も上記実施形態と同様の効果を奏する。
(8. Second modification)
In the first modification, a part of the preload groove 96 (
(9.第三変形例)
第三変形例では、図10に示すように、一対の予圧溝96は、各々の基端部96aが第一静圧ポケット部94aに連通すると共に、延設方向が周方向成分を主成分として周方向成分及び軸線方向成分の両成分を有する斜め方向であり且つ先端部96b同士が軸線方向に互いに近づく逆ハの字形状に延設されている。本変形例も上記実施形態と同様の効果を奏する。
(9. Third modified example)
In the third modification, as shown in FIG. 10, each
(10.第四変形例)
第四変形例では、図11に示すように、一対の予圧溝96における先端部96b同士が離間して互いに非連通状態とされた第三変形例における逆ハの字形状に代えて、両方の先端部96bが互いに連通状態で設けられて一つの閉塞端として作用するV字形状に延設されている。本変形例も上記実施形態と同様の効果を奏する。
(10. Fourth modified example)
In the fourth modification, as shown in FIG. 11, instead of the inverted C shape in the third modification in which the
(11.その他の変形例)
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変更を施すことが可能である。上記実施形態では、2本一対の予圧溝96を設ける構成としたが、予圧溝96を1本のみ設ける構成としてもよい。また、上記実施形態では、予圧溝96を直線状に延設する構成としたが、曲線状に延設する構成としてもよい。要するに、予圧溝96は、動圧発生ランド95内で少なくとも一部分が軸線方向の成分を有する方向に延設される構成であればよい。
(11. Other modified examples)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. In the above embodiment, two pairs of
また、上記実施形態及び各変形例では、予圧溝96の先端部96bを周方向において各第二静圧ポケット部94bの各第二端94b2と同一位置近傍に設けた例を示したがこれには限られない。予圧溝96は、先端部96bが第一静圧ポケット部94aから周方向に離間する位置で閉塞端となっていればよく、周方向において一対の第二静圧ポケット部94bの各第一端94b1よりも各第二端94b2に近い側に設けられる構成であれば好ましい。また、上記実施形態では、一対の予圧溝96は、各々の基端部96aが一対の第二静圧ポケット部94bの各第二端94b2の近傍に連通する構成としたが、各第二静圧ポケット部94bにおける何れの位置に連通する構成としてもよい。また、上記実施形態や第1変形例においても、第3変形例と同様に各先端部96b同士を連通状態で設けて一つの閉塞端として作用する構成としてもよい。
Further, in the above-described embodiment and each modification, an example is shown in which the
1…研削盤、42…砥石台(回転軸部材支持装置)、43…砥石車、70…回転軸部材支持装置、72…回転軸部材、73…軸受(静圧流体軸受)、74…タンク、75…流通路、76…ポンプ(潤滑油供給装置)、78…還流路、90…軸受(静圧流体軸受)、91…軸受ハウジング、92…軸受部材、93…軸受面、94…静圧ポケット、94a…第一静圧ポケット部、94b…第二静圧ポケット部、94b1…第一端、94b2…第二端、94c…供給口、95…動圧発生ランド、96…予圧溝、96a…基端部、96b…先端部、96c…第一部分、96d…第二部分。 1 ... Grinding machine, 42 ... Grinding table (rotary shaft member support device), 43 ... Grinding wheel, 70 ... Rotating shaft member support device, 72 ... Rotating shaft member, 73 ... Bearing (hydrostatic fluid bearing), 74 ... Tank, 75 ... flow passage, 76 ... pump (lubricating oil supply device), 78 ... return path, 90 ... bearing (hydrostatic fluid bearing), 91 ... bearing housing, 92 ... bearing member, 93 ... bearing surface, 94 ... static pressure pocket , 94a ... 1st static pressure pocket, 94b ... 2nd static pressure pocket, 94b1 ... 1st end, 94b2 ... 2nd end, 94c ... Supply port, 95 ... Dynamic pressure generation land, 96 ... Preload groove, 96a ... Base end, 96b ... tip, 96c ... first part, 96d ... second part.
Claims (12)
前記軸受ハウジングに嵌着された軸受部材と、
回転軸部材の外周面と対向する前記軸受部材の軸受面に凹状に形成された静圧ポケットと、
前記静圧ポケットによって包囲されて前記軸受面に形成された動圧発生ランドと、
前記静圧ポケットに設けられて潤滑油を調圧して前記静圧ポケットに供給する供給口と、を有する静圧流体軸受を備え、
前記静圧流体軸受によって前記回転軸部材を回転可能に支持する回転軸部材支持装置であって、
前記静圧ポケットは、
前記軸受部材の軸線方向に沿って延設されて、前記供給口を介して供給された前記潤滑油を貯留するとともに、前記回転軸部材の回転に伴って少なくとも前記回転軸部材と前記動圧発生ランドとの間に形成される軸受隙間に前記潤滑油を供給する第一静圧ポケット部と、
前記第一静圧ポケット部の前記軸線方向における両端にそれぞれ第一端が連通し且つ周方向に沿って前記第一端側から第二端側へ延設される2本一対の第二静圧ポケット部と、を有してU字形状に形成されており、
前記静圧流体軸受は、さらに、
前記動圧発生ランド内で少なくとも一部分が前記軸線方向の成分を有する方向に延設され、基端部が前記静圧ポケットに連通すると共に、先端部が前記第一静圧ポケット部から前記周方向に離間する位置で閉塞端となる凹部であって、前記軸受面の径方向における深さが前記軸受隙間の大きさよりも大きく且つ前記静圧ポケットの前記径方向における深さに比べて小さい予圧溝を備えた、回転軸部材支持装置。 Bearing housing and
The bearing member fitted to the bearing housing and
A static pressure pocket formed concavely on the bearing surface of the bearing member facing the outer peripheral surface of the rotating shaft member, and
A dynamic pressure generating land surrounded by the static pressure pocket and formed on the bearing surface,
A hydrostatic fluid bearing provided in the static pressure pocket is provided with a supply port for adjusting the pressure of lubricating oil and supplying the lubricating oil to the static pressure pocket.
A rotary shaft member support device that rotatably supports the rotary shaft member by the hydrostatic fluid bearing.
The static pressure pocket
The lubricating oil is extended along the axial direction of the bearing member to store the lubricating oil supplied through the supply port, and at least the rotary shaft member and the dynamic pressure are generated as the rotary shaft member rotates. The first static pressure pocket portion that supplies the lubricating oil to the bearing gap formed between the land and the land,
A pair of two second static pressures having a first end communicating with both ends of the first static pressure pocket portion in the axial direction and extending from the first end side to the second end side along the circumferential direction. It has a pocket and is formed in a U shape.
The hydrostatic fluid bearing further
At least a part of the dynamic pressure generating land is extended in the direction having the component in the axial direction, the base end portion communicates with the static pressure pocket, and the tip portion is from the first static pressure pocket portion in the circumferential direction. A preload groove that is a recess that becomes a closed end at a position separated from the bearing surface, and the depth of the bearing surface in the radial direction is larger than the size of the bearing gap and smaller than the depth of the static pressure pocket in the radial direction. Rotating shaft member support device.
前記潤滑油を貯留するタンクと、
前記タンクと前記静圧流体軸受とを接続して前記潤滑油を流通させる流通路と、
前記流通路に配設され、前記タンクに貯留された前記潤滑油を前記静圧流体軸受の前記静圧ポケットに供給する潤滑油供給装置と、
前記静圧流体軸受から排出された前記潤滑油を前記タンクに還流させる還流路と、を備
えた研削盤。 A rotary shaft member that is rotatably supported by the rotary shaft member support device according to any one of claims 1 to 11 to hold a grindstone.
A tank for storing the lubricating oil and
A flow passage that connects the tank and the hydrostatic fluid bearing to allow the lubricating oil to flow, and
A lubricating oil supply device disposed in the flow passage and supplying the lubricating oil stored in the tank to the static pressure pocket of the hydrostatic fluid bearing.
A grinder provided with a return path for returning the lubricating oil discharged from the hydrostatic fluid bearing to the tank.
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