JPH0751903A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

工作機械の主軸装置

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JPH0751903A
JPH0751903A JP19565993A JP19565993A JPH0751903A JP H0751903 A JPH0751903 A JP H0751903A JP 19565993 A JP19565993 A JP 19565993A JP 19565993 A JP19565993 A JP 19565993A JP H0751903 A JPH0751903 A JP H0751903A
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main shaft
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高速回転時における遠心力による主軸の膨張を
抑え、空気軸受の焼き付きなどの損傷を防止すると共
に、各回転領域における剛性を向上させるようにした工
作機械の主軸装置を提供する。 【構成】主軸７を、空気軸受３、４、５によって回転可
能に支持した工作機械の主軸装置において、前記主軸７
の外周面の、少なくともラジアル空気軸受３と対向する
位置に、比重が小さく、弾性係数の大きな繊維層８を形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸装置に
かかり、特に、主軸を高速回転させるのに好適な主軸装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マシニングセンタなどの工作機械で、ア
ルミニウム、あるいはアルミニウム合金製のワークを効
率良く加工するため、工作機械の主軸には数万ｒｐｍの
高速回転が要求されている。
【０００３】工作機械の主軸を支持する軸受として、一
般に、回転速度が比較的遅く、高剛性を要求される場合
に転がり軸受、高速回転が要求される場合には流体軸受
が用いられている。前記流体軸受としては、通常空気軸
受が用いられている。
【０００４】空気軸受は、主軸と空気軸受の間に形成さ
れた微小な間隙に、圧縮空気を送って空気の膜を形成
し、この空気の膜で主軸と空気軸受の接触を防止するよ
うになっている。このため、前記間隙に異物が侵入した
り、主軸の回転による振動が大きくなると、主軸と空気
軸受が接触して焼き付きを起こし、主軸や空気軸受を損
傷する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、主軸を５００
００ｒｐｍの高速回転にすると、その遠心力により主軸
が、図２に実線で示すように１０数μｍ膨張し、空気軸
受と主軸のすきまが減少し、焼き付きなど、空気軸受の
損傷が起りやすくなるため、空気軸受と主軸の隙間を大
きく設定し、空気流量を大きくすることにより、低速回
転時の剛性の低下を補なわなければならない。
【０００６】本発明の目的は、上記の事情に鑑み、高速
回転時における遠心力による主軸の膨張を抑え、空気軸
受の焼き付きなどの損傷を防止すると共に、各回転領域
における剛性を向上させるようにした工作機械の主軸装
置を提供することに有る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、主軸の外周面の少なくとも空気
軸受と対向する面に、比重が小さく、縦弾性係数の大き
い繊維層を形成した。
【０００８】
【作用】そして、主軸の質量を軽くすることにより、回
転時に主軸に作用する遠心力を小さくし、さらに、縦弾
性係数の大きい繊維層で主軸の膨張を抑える。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。◆図１は、本発明の一実施例を示すもので、
同図において、１はハウジング。２はフランジで、ハウ
ジング１の一端に固定されている。３はラジアル空気軸
受で、ハウジング１に固定されている。４、５はスラス
ト空気軸受で、それぞれハウジング１とフランジ２に固
定されている。６は圧縮空気の供給路で、ハウジング１
およびフランジ２に、各空気軸受３、４、５に圧縮空気
を供給する。
【００１０】７は主軸で、ラジアル空気軸受３と対向す
る外周面に、繊維層８が形成され、ハウジング１に回転
可能に支持されている。
【００１１】前記繊維層８は、たとえば、炭素繊維に合
成樹脂を含浸させ、僅かに（炭素繊維に弛みが発生しな
い程度の）張力を与えながら巻き付けた後、乾燥炉に入
れて合成樹脂を硬化させて形成する。
【００１２】炭素繊維の縦弾性係数（６×１０4ｋｇｆ
／ｍｍ2）が鋼の縦弾性係数（２．１×１０4ｋｇｆ／ｍ
ｍ2）の約３倍であり、炭素繊維の比重（２．０）が鋼
の比重（７．８）の約１／３であるから、遠心力による
主軸７の半径方向への膨張を小さくすることができる。
【００１３】このような構成にすることにより、図２に
破線で示すように、大幅に改善することができる。すな
わち、主軸の回転を５００００ｒｐｍにしたとき、従来
の主軸では、その外形が１３μｍ膨張するのに対し、本
発明の主軸７では、６μｍ以下に抑えることができる。
したがって、空気軸受と主軸の隙間を小さく設定するこ
とができ、各回転領域における主軸の剛性を向上させる
ことができる。
【００１４】上記実施例においては、炭素繊維を用いた
場合について説明したが、炭素繊維以外でも、炭化珪素
繊維（比重３．０、弾性係数４．３×１０4）、ボロン
繊維（比重２．５７、弾性係数４．１×１０4）、アル
ミなナセラミックス繊維（比重３．８、弾性係数３．９
×１０4）等のほか、合成樹脂系の繊維など比重が小さ
く、弾性係数の大きな繊維を巻き付けることにより同様
の効果を得ることができる。
【００１５】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、空気
軸受によって回転可能に支持された工作機械の主軸装置
において、前記主軸の外周面の、少なくとも空気軸受と
対向する位置に、比重が小さく、弾性係数の大きな繊維
を巻き付けたので、高速回転時の遠心力による主軸の膨
張を抑えることができる。したがって、空気軸受と主軸
の隙間を小さく設定することができ、各回転領域におけ
る主軸の剛性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による主軸装置の正面断面図。
【図２】主軸の回転数と膨張量の関係を示す特性図。
【符号の説明】
３、４、５ 空気軸受 ７ 主軸 ８ 繊維層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】主軸を空気軸受によって回転可能に支持し
    た工作機械の主軸装置において、前記主軸の外周面の、
    少なくとも空気軸受と対向する位置に、比重が小さく、
    弾性係数の大きな繊維層を形成したことを特徴とする工
    作機械の主軸装置。
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