JP6981734B2 - 静圧パッド - Google Patents

Description

本発明は、工作機械などの静圧軸受等に使用される静圧パッドに関する。

従来より、静圧パッドは、リセス（圧力溜まり部）と、このリセスの周囲を囲むように形成されるランドとを有し、ランドに対向するように静圧を生じさせたい相手側部材が位置付けられることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

国際特許出願公開２００９／０６６６２８号明細書

従来の静圧パッドでは、理論上、パッドの隙間量に比例して受圧値（剛性値）は高くなるが、隙間量を狭くしていくと、油溜まり部のみに油が流れ込んだ状態で、油の流れが止まってしまう。このため、油溜まり部の外側にある数十μｍの隙間の中に油が入り込まない。

この隙間の中に油を流出させるためには４０μｍ程度の隙間を必要とする。そうすると、油の流出時の隙間量がかなり大きくなってくることから、隙間を流れる油の圧力降下が大きくなり、油による保持力が大幅に低下する。その結果、剛性値をかなり低下させた状況となる。つまり、油溜まり部から隙間に向かって油の圧力方向が、隙間の方向に対し損失させる方向に働き、従来のパッド形状では、油の平均化効果が作用しにくい状況となっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、静圧パッドにおいて、油の平均化効果を働かせて大きな反力を得られるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、油溜まりの外周に、油溜まりに連通する溝を設けた。

具体的には、第１の発明では、相手側部材に対向した位置に設けられたランド部と、
上記ランド部に向かって高圧油を供給する油供給路と、
上記油供給路と連通し、上記ランド部よりも所定量削り込まれた油溜まり部とを備えた静圧パッドを前提とし、
上記ランド部には、
上記油溜まり部の外周に所定の間隔を空けて設けた枠状の第１油誘導溝と、
上記第１油誘導溝及び上記油溜まり部に連通する連通油誘導溝とが形成されている。

すなわち、従来のパッド形状では、静圧パッドの一側面と支持物の当接面との間の隙間をある程度保たないと、油溜まり部に供給されてきた油がその外周へ偏りなく流れ込まず、静圧パッドによる保持力が大幅に低下する。しかし、上記の構成によると、隙間を小さくしても油溜まり部の油が連通油誘導溝を通って第１油誘導溝に流れ込み、この第１油誘導溝を通って隙間の大きい方へ油が確実に流れ込んで油の平均化効果が発揮される。このため、圧力損失が減少する働きに繋がってランド部での圧力が上昇し、静圧パッドの剛性及び負荷容量を向上させることができる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記油溜まり部は長方形状であり、
上記連通油誘導溝は、
上記油溜まり部の短辺側に連続する第２油誘導溝と、
上記油溜まり部の長辺側に連続する第３油誘導溝とからなり、
上記第３油誘導溝の本数は、上記第２油誘導溝の本数よりも多い。

上記の構成によると、長辺側にも油溜まり部からの油が流れ込みやすくなってさらに油の平均化効果が発揮される。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
工作機械の静圧軸受に使用される。

上記の構成によると、油の平均化効果が発揮された商品性の高い工作機械が得られる

以上説明したように、本発明によれば、静圧パッドのランド部における油溜まり部の外周に枠状に設けた第１油誘導溝及び油溜まり部に連通する連通油誘導溝を設けたことにより、油の平均化効果を働かせて大きな反力を得られるようにすることができる。

静圧パッドを示す底面図である。 静圧パッドの性能試験の様子を示す正面図である。 静圧パッドの性能試験の様子を示す平面図である。 静圧パッドの性能試験の様子を示す側面図である。 比較例１の静圧試験の実験結果を示す表である。 比較例１のクリアランスと供給部圧力降下を示すグラフである。 比較例１のクリアランスとパッドの力を示すグラフである。 比較例２を示す図１相当図である。 実施例１を示す図１相当図である。 実施例２の静圧試験の実験結果を示す表である。 比較例２の静圧試験の実験結果を示す表である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の静圧パッド１の底面を示し、この静圧パッド１は、例えば、工作機械の静圧軸受に使用される。工作機械としては、ボール盤、旋盤、マシニングセンタ等特に限定されない。なお、工作機械に限定されず、各種機械の静圧軸受にも使用できる。静圧軸受となるときには、例えば、静圧パッド１が回転する相手側部材を回転可能に支持することになる。静圧パッド１は回転体だけでなく、回転しない相手側部材を支持することもできる。

静圧パッド１は、例えば直方体状のブロックの底面に枠状の、相手側部材に対向するランド部２を有し、そのランド部２の内部に例えば角部の丸い長方形状に１ｍｍ程度削られた油溜まり部３が形成されている。その油溜まり部３には、垂直に油供給路４の下端が連通し、油供給路４の上端は解放している。油溜まり部３の形状は特に限定されず、角部が丸まっていない長方形でも、正方形でもよいし、角部の丸まった正方形、円形、楕円形等でもよい。油供給路４は、油溜まり部３に垂直に延びている必要はなく、また、図１に示すような油溜まり部３の中心に設ける必要もないし、その他端側が静圧パッド１のどの側面に解放していていてもよい。

そして、本発明の特徴として、油溜まり部３の外周に所定の間隔を空けて枠状の第１油誘導溝５ａが形成されている。この第１油誘導溝５ａは、油溜まり部３に向かって垂直に延びる、連通油誘導溝としての第２油誘導溝５ｂ及び第３油誘導溝５ｃに連通している。例えば、油溜まり部３の短辺側に繋がる第２油誘導溝５ｂは、図１の左右に１本ずつ設けられ、長辺側に繋がる第３油誘導溝５ｃは、上下にそれぞれ例えば３本設けられている。これら第１〜第３油誘導溝５ａ，５ｂ，５ｃは、例えば、幅１ｍｍで深さ３０μｍとし、例えばマシニングによって加工されている。第１〜第３油誘導溝５ａ，５ｂ，５ｃの深さは、油溜まり部３の深さよりも浅くてもよいし、同等でもよい。第２油誘導溝５ｂ及び第３油誘導溝５ｃは、第１油誘導溝５ａに対して垂直ではなく傾いて交わっていてもよい。

−静圧パッド性能評価ベンチ試験−
次に、静圧パッド性能評価ベンチ試験について、図２〜図４を用いて説明する。

この試験装置では、静圧パッド１は、ブロック状の支持台１０（相手側部材）の上面に支持されており、その上方にロードセル１１が設けられている。ロードセル１１は、天板１２の４本の支持ボルト１２ａによって支持台１０の上面に対して距離を開けて設けられている。ロードセル１１には、入口ポート１４ａを有する油供給ブロック１４が設けられ、その下に中継ブロック１５が挟持されている。中継ブロック１５には、圧力計測用の圧力ゲージ１６が設けられている。油供給ブロック１４及び中継ブロック１５には、入口ポート１４ａから供給された油が供給される油供給路１７が形成されている。試験中には、入口ポート１４ａから調整した圧力の作動油が供給される。

（実験方法）
入口ポート１４ａから高圧油を供給し、静圧パッド１に油圧を掛けた場合のロードセル１１の圧力ゲージ１６の値を読む。相手側部材となる支持台１０とランド部２との間の隙間は、１０μｍのシム（図示せず）を重ねて調整する。

図示しないが、静圧パッド１として、上記実施形態の静圧パッド１に対して第１〜第３油誘導溝５ａ，５ｂ，５ｃが形成されていない従来の静圧パッド（比較例１）を用意する。この比較例１では、底面の形状が長辺５４ｍｍｍ短辺４４ｍｍで、ランド幅８ｍｍのものを用意した。そして、入口ポート１４ａから３０ｋｇｆの油圧を供給し、負荷容量推定値は７１２８Ｎである。パッドクリアランス（隙間値）を１０μｍ〜１００μｍまで１０μｍずつ変化させた測定結果を図５〜図７に示す。本実験では、作動油としてＩＳＯ ＶＧ３２を用いたが、ＩＳＯ ＶＧ１０を用いてもほぼ同様のデータが得られた。

図５〜図７を見ると、比較例１では、隙間値に対して２０〜３０μｍを超えると、油の漏れ量が大量となり、静圧パッドの力が平均化効果によって生じる反力が急降下することがわかった。このため、圧力降下の傾きを抑えて静圧パッドとしての剛性を高める必要がある。

そこで、静圧パッドの底面の油溜まり部３の周囲に溝を形成してみた。比較例２として、油溜まり部３の外周のランド部に矩形状に連続する油誘導溝５’を有する静圧パッド１’を用意した。油誘導溝５’は、幅１ｍｍで深さ３０μｍのもので、マシニングによって加工した。但し、この油誘導溝５’は、油溜まり部３に連続していない。

実施例１として、図９に示すように、第１〜第３油誘導溝５ａ，５ｂ，５ｃを有する静圧パッド１０１を用意した。但し、第３油誘導溝５ｃは、１本のみ設けた。

実施例２として、上記実施形態と同じ静圧パッド１を用意した。実施例１と違って長辺側の第３油誘導溝５ｃを３本ずつ設けた。

これら比較例２、実施例１及び実施例２の静圧パッドを用いて上記静圧パッド性能評価ベンチ試験と同様の条件で流体解析を行った。比較例２では、油溜まり部３から油誘導溝５’へ油が流れ込むことはなかった。

実施例１では、油溜まり部３から第２油誘導溝５ｂを通って第１油誘導溝５ａへ油の流れ込みがあったが、第３油誘導溝５ｃへの油の流れ込みはなかった。

実施例２では、油溜まり部３から第２油誘導溝５ｂ及び第１油誘導溝５ａへ油が流れ込むだけでなく、油溜まり部３から第３油誘導溝５ｃを通って第１油誘導溝５ａへ油が流れ込んだ。

つまり、長辺側の第３油誘導溝５ｃについては、ある程度本数を増やした方がさらに圧力降下を防ぐ効果を期待できることがわかった。

次いで、実施例２及び比較例２の静圧パッドについて、上記静圧パッド性能評価ベンチ試験と同様の実験を行った。その結果を図１０及び図１１にそれぞれに示す。

図１０を見てわかるように、実施例２のように第１油誘導溝５ａ、第２油誘導溝５ｂ及び第３油誘導溝５ｃを設けた静圧パッド１では、図１１に示すような比較例２の誘導溝なしの静圧パッド１’に比べて内圧を高く保てることがわかった。

したがって、本実施形態に係る静圧パッド１によると、油の平均化効果を働かせて大きな反力を得ることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、説明の便宜上、連通油誘導溝を第２油誘導溝５ｂ及び第３油誘導溝５ｃを区別して説明したが、例えば、第１油誘導溝５ａが正方形状や円形状のときは、それらを区別する必要はない。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１，１０１ 静圧パッド
２ ランド部
３ 油溜まり部
４ 油供給路
５ａ 第１油誘導溝
５ｂ 第２油誘導溝（連通油誘導溝）
５ｃ 第３油誘導溝（連通油誘導溝）
１０ 支持台（相手側部材）
１１ ロードセル
１２ 天板
１２ａ 支持ボルト
１４ 油供給ブロック
１４ａ 入口ポート
１５ 中継ブロック
１６ 圧力ゲージ
１７ 油供給路

Claims (2)

1. 相手側部材に対向した位置に設けられたランド部と、
   上記ランド部に向かって高圧油を供給する油供給路と、
   上記油供給路と連通し、上記ランド部よりも所定量削り込まれた油溜まり部とを備えた静圧パッドにおいて、
   上記ランド部には、
   上記油溜まり部の外周に所定の間隔を空けて設けた枠状の第１油誘導溝と、
   上記第１油誘導溝及び上記油溜まり部に連通する連通油誘導溝とが形成されており、
   上記油溜まり部は長方形状であり、
   上記連通油誘導溝は、
   上記油溜まり部の短辺側に連続する第２油誘導溝と、
   上記油溜まり部の長辺側に連続する第３油誘導溝とからなり、
   上記第３油誘導溝の本数は、上記第２油誘導溝の本数よりも多い
   ことを特徴とする静圧パッド。
2. 請求項１に記載の静圧パッドにおいて、
   工作機械の静圧軸受に使用される
   ことを特徴とする静圧パッド。

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