JPH0518001Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、工作機械等におけるセラミツク製主
軸の軸受構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の旋盤をはじめとする工作機械には加工精
度を高めるため主要部を石材又はコンクリートで
構成したものもあるが、それらの主要部品自体を
高精度に仕上げることが難しく、また欠けや割れ
などが発生し易いなど強度が小さいという難点が
あつた。そのため、鉄鋼材料を主体とした金属材
を使用しているのが一般的である。

ところが、金属材で構成した工作機械では、金
属の有する比較的大きな熱膨張係数（鉄鋼材で11
〜13×10^-6／℃程度）の影響を受ける。その結
果、サブミクロン単位（1μm以下）の超精密加工
が要求されるような場合、工作機械装置全体を温
度、湿度等がきびしく制御された環境下において
稼動させるか、あるいは加工稼動を行う前に充分
な暖気運転をするとともに工作機械を安定した条
件にて運転稼動させるための特別な構造、装置を
付加する必要があるなど、高価な工作機械を、極
めて限られた運転条件下においてのみしか使用す
ることができないといつた不都合があり、かつ安
定した高品質、高精度の被加工物を得ることが困
難であつた。

一方これに対して、近年の科学技術の発展、と
りわけエレクトロニクス関連技術の発展に伴い、
各種光学機器、精密測定機械、電化製品、光通信
機器及び各種機械装置等は、小型化とともに極度
の高精度化がはかられつつあり、特に精度、品
質、耐久性などの大幅な向上をめざした製品の製
作過程において使用される各種部品の精度向上に
対する要望は年々高まり、サブミクロン単位の加
工精度を要求される例が数多くみられるようにな
つてきた。

このような超高精度をもつた旋盤の主軸には、
金属製主軸に代わつて熱膨張係数が小さく、軽量
なセラミツク材で形成した主軸を用いた旋盤が開
発され（例えば実願昭59−53161など）サブミク
ロン単位の超高精密級の加工に効果を発揮してい
る。

例えば、第２図にて工作機械における軸受の部
分断面図を示すように、セラミツク材より成る主
軸Ｓはラジアル軸受Ｒと軸受ホルダーＨによつて
保持されるスラスト軸受Ｃによつて回動自在に軸
支されるが、このうちスラスト軸受Ｃを保持する
軸受ホルダーＨに形成したスリツトｈを固定リン
グＫに螺入した六角穴付きネジＮで押し付けるこ
とにより軸受ホルダーＨと主軸Ｓを一体化してス
ラスト軸受Ｃを主軸Ｓに固定した構造のものがあ
つた。

〔従来技術の問題点〕

ところが、このような主軸Ｓを軸支する軸受構
造のものにあつては、主軸Ｓの回転中、ラジアル
軸受Ｒ、スラスト軸受Ｃ及び後部軸受（不図示）
の内部における摩擦損失が熱に変わり、これら軸
受や主軸Ｓ及び潤滑油の温度を上昇させる。この
ため軸受や主軸Ｓばかりでなく、ラジアル軸受Ｒ
を支承している主軸台をも熱変形させて軸心を狂
わせたり、軸受のクリアランス変化させるなど、
これらが工作精度を大幅に低下させる要因を成し
ていた。

また、このように各軸受から発生する摩擦熱が
各構成部品に伝導した場合、各構成部品がセラミ
ツク材、金属など異なつた材質で作られたものに
あつては熱膨張差が大きいため軸受ホルダーＨの
内径と主軸Ｓの外周面との間にガタが発生する。
一方軸方向についても軸受ホルダーＨは主軸Ｓよ
り熱膨張率が大きいのでスリツトｈの入つている
部分を基点としてスラスト軸受Ｃを前方（図右方
向）に押し出そうとする。このため、主軸Ｓと軸
受ホルダーＨの軸方向の熱膨張差がスラスト方向
のガタ（間隙）より大きい時には、軸受ホルダー
Ｈは前述の径方向のガタが合相乗して軸受ホルダ
ーＨは後方に移動してスラスト方向のガタが変化
するなど、これらに起因して工作精度の低下をも
たらせていた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の如き、欠点を排除すべく、セラミツク製
の主軸に形成した溝にネジリングを固定し、この
ネジリング螺入したナツトでスラスト軸受の位置
設定を行うことによつて各軸受、主軸台など構成
部品の温度が変化しても熱膨張差により、殊に軸
方向のガタが生ずるのを防止し、もつて加工精度
の低下をもたらせないようにしたものである。

〔実施例〕

第１図に本案実施例による工作機械Ｍとしての
軸受構造を示す。これにおいて、１は窒素珪素
質、ジルコニア、炭化珪素などのセラミツク材か
らなり、先端部に被加工物が着装される主軸で、
この主軸１は、主軸台２に配設されたラジアル軸
受３、後部軸受４によつて支承され、図示しない
動力伝達機構により後端部より回転駆動されるよ
うになつている。

しかして、主軸１はラジアル軸受３によつて一
端側が支承されるが、この場合、ラジアル軸受３
は主軸１に形成してあるテーパー面Ａ，Ｂを受け
て摺動するように、これらテーパー面Ａ，Ｂに対
応したテーパー内面形状が施してある。また、こ
のラジアル軸受３に隣接してスラスト軸受５及び
このスラスト軸受５を所定位置に保持する軸受ホ
ルダー６が配設されている。

さらに軸受ホルダー６とナツト８の間にピン７
を配設して回転防止を図るとともに、このナツト
８の緩み防止を図るべく主軸１の外周に形成した
溝１ａに固定した２分割型のネジリング１０，１
１に、更にナツト９が螺合締着してある。

なお、上記溝１ａに取付けるネジリング１０，
１１としては２分割型のものを接着剤Ｆでもつて
接着固定するとよい。

ところで、高度の加工精度を維持するため、上
記主軸１だけでなく、この主軸１を支承するラジ
アル軸受３、スラスト軸受５、主軸台２、後部軸
受４等をセラミツク材で構成することが好まし
い。またスラスト軸受５の位置設定を行つている
ナツト８とナツト９の材質と、これらナツト８，
９が螺合しているネジリング１０，１１とは同一
材質で作られているため、ナツト８，９とネジリ
ング１０，１１との熱膨張に基づくガタや応力の
変化はほとんどない。

一方、セラミツク製の主軸１と金属製ネジリン
グ１０，１１の間ではネジリング１１の方が熱膨
張が大きく、このため温度上昇に伴う寸法変化分
は、ネジリング１０，１１と主軸１とがネジリン
グ１１より大きな熱膨張係数をもつた接着材Ｆの
層を介して接合されていることにより径方向の熱
膨張分は互いに相殺されることになり、ガタが発
生することなく、安定した取付状態を維持するこ
とができる。その結果温度変化に起因して加工精
度に変動をもたらさずに、極めて安定した高精度
のもとに切削加工を行うことができる。

〔考案の効果〕

叙上のように、本考案によればセラミツク製主
軸の外周に形成した溝にネジリングを取付け、こ
のネジリングに螺入したナツトでもつてスラスト
軸受、軸受ホルダー等を最適状態に設定すること
が可能となり、また、運転中、摩擦熱、室温等の
温度変化により各構成部品が異なつた熱膨張をし
た場合、径方向については各構成部品の熱膨張差
を相殺させることによつてナツト、ネジリング、
主軸間の径方向のガタや応力の発生を解消し、一
方、軸方向については温度上昇にもとづいてナツ
トに対し軸受ホルダー方向から力が作用しても主
軸の溝中に嵌め込ませた状態でネジリングが取付
けられているため軸方向のガタ（クリアランス）
が変化することがないなど、その結果温度変化に
伴う熱膨張に起因した加工精度の低下を回避する
ことが可能となり、高度の精密加工仕上げを行う
に充分な高精度の回転をもたらすことができるな
ど多くの作用効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本案実施例に係る工作機械等における
主軸の軸受構造を示す縦断面図、第２図は在来の
主軸の軸受構造を示す縦断面図である。 １……主軸、２……主軸台、３……ラジアル軸
受、４……後部軸受、５……スラスト軸受、６…
…軸受ホルダー、７……ピン、８，９……ナツ
ト、１０，１１……ネジリング。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被加工物を回転駆動する主軸及び該主軸の軸受
   をセラミツク材で構成し、かつ上記主軸の外周に
   形成した溝に２分割型のネジリングを固定し、該
   ネジリングと同一金属材質から成るナツトを前記
   ネジリングに螺入するとともに、上記ナツトでも
   つて軸受ホルダーとの間に配設した回転防止用の
   ピンを係合して軸受の一つを成すスラスト軸受の
   位置設定を行うようにしたことを特徴とする工作
   機械等における主軸の軸受構造。