JPS61131840A - 工作機械装置 - Google Patents
工作機械装置Info
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- JPS61131840A JPS61131840A JP25457184A JP25457184A JPS61131840A JP S61131840 A JPS61131840 A JP S61131840A JP 25457184 A JP25457184 A JP 25457184A JP 25457184 A JP25457184 A JP 25457184A JP S61131840 A JPS61131840 A JP S61131840A
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- JP
- Japan
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- spindle
- ceramic material
- headstock
- machine tool
- main shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/01—Frames, beds, pillars or like members; Arrangement of ways
- B23Q1/015—Frames, beds, pillars
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turning (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は機械加工に広く使用される工作機械のうち、特
に高精度の加工が要求される場合の使用に適した工作機
械装置に関するものである。
に高精度の加工が要求される場合の使用に適した工作機
械装置に関するものである。
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った。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。
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った。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−も 〜１３Ｘ１０ ／’Ｃ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機運転をするととも
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った不都合があり、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っ
た。
る比較的大きな熱膨張係数（鉄鋼材で１１−も 〜１３Ｘ１０ ／’Ｃ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機運転をするととも
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った不都合があり、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っ
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達に伴い、各種光学機器
、精密測定機器、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に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ってき
た。
エレクトロニクス関連技術の発達に伴い、各種光学機器
、精密測定機器、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に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ってき
た。
上述のごとく、各種部品の加工精度がより一層高いもの
が要求されるに伴い従来の旋盤などにおける金属製の主
軸台を用いたものでは運転時の主軸の回転運動により軸
受との摺動部に発生する熱のため、主軸台枠、主軸、前
部軸受、後部軸受、スラスト座等の温度上昇をもたらす
結果、これら主軸台枠、主軸などが熱膨張して各構成部
材に微少な寸法変化が生じたり、部材間のクリアランス
が微妙に変化をするため、主軸の回転精度に悪影響を及
ぼし、その結果、主軸の先端に着装された被加工物の精
度が低下することとなる。
が要求されるに伴い従来の旋盤などにおける金属製の主
軸台を用いたものでは運転時の主軸の回転運動により軸
受との摺動部に発生する熱のため、主軸台枠、主軸、前
部軸受、後部軸受、スラスト座等の温度上昇をもたらす
結果、これら主軸台枠、主軸などが熱膨張して各構成部
材に微少な寸法変化が生じたり、部材間のクリアランス
が微妙に変化をするため、主軸の回転精度に悪影響を及
ぼし、その結果、主軸の先端に着装された被加工物の精
度が低下することとなる。
さらに、稼動運転を一時中断した場合も主軸台の冷却に
際して、各部材間に収縮差が生じるため、一時運転中止
後、再稼動する時にも被加工物の精度変化が生じ易く、
１μ以下の超精密級の精度が要求される加工には、極め
て不都合であり、しかも、高精度の加工が困難であると
いう欠点があり、従来の金属材料にかわる材料としてセ
ラミック材料が注目されていたが、工作機械の主構成要
素である各種の部品については、それらに要求される諸
特性を満足させ得るセラミック材が特定できず、それゆ
え、今日までセラミック製の工作機械構成用部品は未完
成の状況にあった。
際して、各部材間に収縮差が生じるため、一時運転中止
後、再稼動する時にも被加工物の精度変化が生じ易く、
１μ以下の超精密級の精度が要求される加工には、極め
て不都合であり、しかも、高精度の加工が困難であると
いう欠点があり、従来の金属材料にかわる材料としてセ
ラミック材料が注目されていたが、工作機械の主構成要
素である各種の部品については、それらに要求される諸
特性を満足させ得るセラミック材が特定できず、それゆ
え、今日までセラミック製の工作機械構成用部品は未完
成の状況にあった。
本発明者らは上記事情に鑑みて、工作機械における主軸
台を成す主軸、前、後部軸受、スラスト座、主軸台枠等
のうち、少なくとも主軸及び軸受を窒化珪素セラミック
材でもって形成することにより、きびしく制御された稼
動環境条件、高価な制御機器や複雑な構造のものを用い
ることなく、簡単な構造でｉ機運転時間が短く、かつ従
来の金属製主軸台を備えた工作機械では実現が困難であ
った超精密加工を行うことを可能とする。
台を成す主軸、前、後部軸受、スラスト座、主軸台枠等
のうち、少なくとも主軸及び軸受を窒化珪素セラミック
材でもって形成することにより、きびしく制御された稼
動環境条件、高価な制御機器や複雑な構造のものを用い
ることなく、簡単な構造でｉ機運転時間が短く、かつ従
来の金属製主軸台を備えた工作機械では実現が困難であ
った超精密加工を行うことを可能とする。
次に本発明に係る工作機械装置を旋盤を例にとり以下、
詳細に説明する。
詳細に説明する。
図において、１は旋盤の基体を成す架台で、こ。
の架台１の上部にはベッド２が戴置され、該ベッド２上
には、セラミック材で形成された主軸３を支承する同じ
くセラミック材で形成された主軸台４が累着等の固定手
段でもって固定されており、かかる主軸３は■ベルト５
を介して下方部に設置された主軸駆動用のモータ６によ
り回転するように連結されている。また、前記主軸３の
先端に支持される不図示の被加工物はベッド２の上面に
て左右、前後に移動自在に設置されたサドル７及びスラ
イダ８上に固定された刃物台（図示せず）に具備した刃
物でもって任意の形状に切削加工されるようになってい
る。
には、セラミック材で形成された主軸３を支承する同じ
くセラミック材で形成された主軸台４が累着等の固定手
段でもって固定されており、かかる主軸３は■ベルト５
を介して下方部に設置された主軸駆動用のモータ６によ
り回転するように連結されている。また、前記主軸３の
先端に支持される不図示の被加工物はベッド２の上面に
て左右、前後に移動自在に設置されたサドル７及びスラ
イダ８上に固定された刃物台（図示せず）に具備した刃
物でもって任意の形状に切削加工されるようになってい
る。
このうち、主軸台４において、被加工物を支持する主軸
３は第３図にて示すごと（、一方が後部軸受４１により
、他方が前部軸受４２によって支承され、カップリング
Ｃを介し、プーリＰに係合した■ベルト５より駆動力が
伝達される。なお、主軸３に回転中作用する軸方向の推
力は前部スラスト座４３、後部スラスト座４４でもって
規制されるようになっており、また、前部軸受４２と主
軸台４、前部スラスト座４３及び後部スラスト座４４は
主軸３と図示しない別途の金具によって固定されている
。
３は第３図にて示すごと（、一方が後部軸受４１により
、他方が前部軸受４２によって支承され、カップリング
Ｃを介し、プーリＰに係合した■ベルト５より駆動力が
伝達される。なお、主軸３に回転中作用する軸方向の推
力は前部スラスト座４３、後部スラスト座４４でもって
規制されるようになっており、また、前部軸受４２と主
軸台４、前部スラスト座４３及び後部スラスト座４４は
主軸３と図示しない別途の金具によって固定されている
。
また、前部軸受４２、後部軸受４３の内径及びこれら軸
受によって支承される部位の主軸３の外径は組合せ時の
加工精度をミクロン単位の高精度に仕上げることは極め
て困難であり、しかも、長期にわたる使用によって生ず
る微小な摩耗によってクリアランスが増大し、回転精度
に狂いが生じるといった問題が発生する。このように−
互生じた摩耗によるクリアランスを調整によって修正す
ることはセラミック製の主軸３、軸受４１．４２では不
可能であることから、第３図及び第４図に示したように
主軸３にテーパ面Ａ、Ｂを形成しておき、これらテーパ
面にＡＳＢをそれぞれ前部軸受４２、後部軸受４１に形
成したテーパ面で受けることにより主軸３を常に最小、
最適のクリアランスにて高精度で支承することができる
。さらに作用する軸方向の推力は前部スラスト座４３、
後部スラスト座４４でもって規制されるようになってお
り、また前部軸受４２と主軸台４、前部スラスト座４３
及び後部スラスト座４４は主軸３と図示しない別途の金
具によって固定されている。
受によって支承される部位の主軸３の外径は組合せ時の
加工精度をミクロン単位の高精度に仕上げることは極め
て困難であり、しかも、長期にわたる使用によって生ず
る微小な摩耗によってクリアランスが増大し、回転精度
に狂いが生じるといった問題が発生する。このように−
互生じた摩耗によるクリアランスを調整によって修正す
ることはセラミック製の主軸３、軸受４１．４２では不
可能であることから、第３図及び第４図に示したように
主軸３にテーパ面Ａ、Ｂを形成しておき、これらテーパ
面にＡＳＢをそれぞれ前部軸受４２、後部軸受４１に形
成したテーパ面で受けることにより主軸３を常に最小、
最適のクリアランスにて高精度で支承することができる
。さらに作用する軸方向の推力は前部スラスト座４３、
後部スラスト座４４でもって規制されるようになってお
り、また前部軸受４２と主軸台４、前部スラスト座４３
及び後部スラスト座４４は主軸３と図示しない別途の金
具によって固定されている。
畝上のごとく、構成された装置において、主軸３、該主
軸３を支承する前部軸受４２、後部軸受４１、主軸台４
、前部スラスト座４３、後部スラスト座４４などをセラ
ミック材で形成するが、ここで、本発明工作機械装置の
構成部品を形成するセラミ・ツク材には概ね次のような
特性を併せもつものが要求される。
軸３を支承する前部軸受４２、後部軸受４１、主軸台４
、前部スラスト座４３、後部スラスト座４４などをセラ
ミック材で形成するが、ここで、本発明工作機械装置の
構成部品を形成するセラミ・ツク材には概ね次のような
特性を併せもつものが要求される。
■機械的強度が大きいこと。
■耐摩耗性が大きいこと。
■熱膨張係数が小さく、かつ適性であること。
■金属との組合せ、結合が容易で、かつ適切に行いうろ
こと。
こと。
■振動に対する影響を受は難いこと。
などであるが、このような緒特性をもったセラミック材
の開発、選定には困難を極めたが、本発明者らにより、
従来から存在する多くのセラミック材のうち、窒化珪素
セラミック材が工作機械の主要素を成す主軸、軸受等の
構成に最も適していることを知見した。しかも窒化珪素
セラミック材のうちでも、特に熱膨張係数が３〜５ｘｌ
Ｏ／’ｃどの範囲にあり、酸化イツトリウム（Ｙ工ＯＳ
）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を主成分とした焼
結助剤を添加後、焼結した窒化珪素セラミックで、常温
における曲げ強度が５０ｋｇ／ ｗ１１’ （Ｊ Ｉｓ
による３点曲げ試験）以上の強度をもったものが必要で
ある。
の開発、選定には困難を極めたが、本発明者らにより、
従来から存在する多くのセラミック材のうち、窒化珪素
セラミック材が工作機械の主要素を成す主軸、軸受等の
構成に最も適していることを知見した。しかも窒化珪素
セラミック材のうちでも、特に熱膨張係数が３〜５ｘｌ
Ｏ／’ｃどの範囲にあり、酸化イツトリウム（Ｙ工ＯＳ
）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を主成分とした焼
結助剤を添加後、焼結した窒化珪素セラミックで、常温
における曲げ強度が５０ｋｇ／ ｗ１１’ （Ｊ Ｉｓ
による３点曲げ試験）以上の強度をもったものが必要で
ある。
次に各種セラミック材の微細結晶構造とそれらの特性に
ついて説明する。
ついて説明する。
第１図（Ａ）は、窒化珪素セラミックの結晶構造を模式
的に示し、この結晶粒は針状もしくは長柱状の微細構造
となっており、粒界層としてガラス層が存在し、このた
め後述する他のセラミック材よりも高靭性をもっている
。
的に示し、この結晶粒は針状もしくは長柱状の微細構造
となっており、粒界層としてガラス層が存在し、このた
め後述する他のセラミック材よりも高靭性をもっている
。
一方、酸化物系セラミック材料のうち、代表的なアルミ
ナセラミック材の結晶構造は同図（Ｂ）に示す如く各結
晶の粒径は平均１０μｍと比較的大きな結晶組織を成し
ており、そのため常温での曲げ強度は約３０ｋｇ／ｗｍ
で、強度が足らないばかりでなく、熱膨張係数が６〜８
ｘｌＯ／℃と大きく、工作機械の主要部である主軸及び
軸受等の構成材としては不適である。しかし、アルミナ
セラミック材は大型品の製造に適しており、かつ主軸を
構成する窒化珪素セラミック材と、主軸台関連部品を構
成する金属製のフランジ、リテーナ等の各種付属品との
中間的熱膨張係数をもつことなどから軸や軸受を保持す
る主軸台枠の形成には最も適した材料であった。
ナセラミック材の結晶構造は同図（Ｂ）に示す如く各結
晶の粒径は平均１０μｍと比較的大きな結晶組織を成し
ており、そのため常温での曲げ強度は約３０ｋｇ／ｗｍ
で、強度が足らないばかりでなく、熱膨張係数が６〜８
ｘｌＯ／℃と大きく、工作機械の主要部である主軸及び
軸受等の構成材としては不適である。しかし、アルミナ
セラミック材は大型品の製造に適しており、かつ主軸を
構成する窒化珪素セラミック材と、主軸台関連部品を構
成する金属製のフランジ、リテーナ等の各種付属品との
中間的熱膨張係数をもつことなどから軸や軸受を保持す
る主軸台枠の形成には最も適した材料であった。
また、炭化珪素セラミック材は同図（Ｃ）にて示すよう
に結晶粒径が３〜７μｍ程度のものが一般的であり、焼
結度も高く、高密度の焼結体が得られ、常温における曲
げ強度も約５０ｋｇ／ ｗｓ♂と比較的大きく、かつ摺
動特性も優れている反面、靭性に乏しく、機械的な衝撃
に対する耐性が小さいため°、軸、軸受を構成するセラ
ミック材としては好適なものとは言えない。
に結晶粒径が３〜７μｍ程度のものが一般的であり、焼
結度も高く、高密度の焼結体が得られ、常温における曲
げ強度も約５０ｋｇ／ ｗｓ♂と比較的大きく、かつ摺
動特性も優れている反面、靭性に乏しく、機械的な衝撃
に対する耐性が小さいため°、軸、軸受を構成するセラ
ミック材としては好適なものとは言えない。
さらに、ジルコニアセラミック材の結晶構造を第１図（
Ｄ）にて示すように、このジルコニアセラミック材は微
細な結晶構造を成し、焼結度も高く、高密度の焼結体と
なっている。また部分安定化ジルコニアと呼ばれている
セラミック材は結晶粒径が０．２〜１．θμ程度であり
、常温における曲げ強度も約８０ｋｇ／−以上と大きい
ものの、工作機械の主要部を構成する場合の重要項目で
ある熱膨張係数が８〜ｌｌＸｌ０’／’Ｉｌｌ：と金属
材の熱膨張係数に近いため、温度上昇に伴う寸法変化が
生じ易く、軸や軸受を構成する材料としては不適当であ
る。
Ｄ）にて示すように、このジルコニアセラミック材は微
細な結晶構造を成し、焼結度も高く、高密度の焼結体と
なっている。また部分安定化ジルコニアと呼ばれている
セラミック材は結晶粒径が０．２〜１．θμ程度であり
、常温における曲げ強度も約８０ｋｇ／−以上と大きい
ものの、工作機械の主要部を構成する場合の重要項目で
ある熱膨張係数が８〜ｌｌＸｌ０’／’Ｉｌｌ：と金属
材の熱膨張係数に近いため、温度上昇に伴う寸法変化が
生じ易く、軸や軸受を構成する材料としては不適当であ
る。
また、精度が１μ以下の、いわゆるサブミクロン単位の
超精密加工を行う工作機械を構成するセラミック材とし
ては各種振動からの影響を受は難いことも必要不可欠な
条件であり、その一つとして振動に対する減衰性が重要
なファクターとなる。
超精密加工を行う工作機械を構成するセラミック材とし
ては各種振動からの影響を受は難いことも必要不可欠な
条件であり、その一つとして振動に対する減衰性が重要
なファクターとなる。
そこで、代表的なセラミック材であるアルミナ、窒化珪
素、炭化珪素、サーメット及び比較材としての鉄鋼材の
振動に対する各減衰率を直径２０１１１１Ｘ長さ２０ｉ
ｎの棒状サンプルを用い比較解析をした。
素、炭化珪素、サーメット及び比較材としての鉄鋼材の
振動に対する各減衰率を直径２０１１１１Ｘ長さ２０ｉ
ｎの棒状サンプルを用い比較解析をした。
ＥＭ１方法はハンマーにてサンプルに衝撃を与え、サン
プルにあらかじめ取付けたセンサーによりサンプル中に
伝わる衝撃波の減衰率を測定・比較解析を行った結果を
第１表に示す。
プルにあらかじめ取付けたセンサーによりサンプル中に
伝わる衝撃波の減衰率を測定・比較解析を行った結果を
第１表に示す。
この表から明らかなように比較したセラミック材料４種
ならびに鉄鋼材料１種計５種のうち、窒化珪素、ならび
に炭化珪素が振動に対する減衰能が大きく、とりわけ窒
化珪素が最もすぐれていることが判る。このことは機械
加工中に生ずるびびり振動に対して窒化珪素製主軸及び
軸受がきわめて有効であることを示している。
ならびに鉄鋼材料１種計５種のうち、窒化珪素、ならび
に炭化珪素が振動に対する減衰能が大きく、とりわけ窒
化珪素が最もすぐれていることが判る。このことは機械
加工中に生ずるびびり振動に対して窒化珪素製主軸及び
軸受がきわめて有効であることを示している。
また主軸及び軸受に使用される最適のセラミック材料評
価のため潤滑油使用時の摺動特性比較試験を実施した。
価のため潤滑油使用時の摺動特性比較試験を実施した。
評価方法としては、直径３０ｉｎ＋、厚さ８寵の円環状
の試験片を用い、２ケの試験片の一方を固定、他方を回
転運動を起こさせた状態にて押圧し、摺動摩耗の比較評
価を実施した。固定片並びに回転片の摩耗体積及び摩耗
係数を測定し、それぞれの試験片について摩耗体積（Ｖ
ｍｍ）、押圧荷重（Ｐ第 １ 表 第 ２ 表 ｋｇ） 、すべり走行距離（Ｌ鶴）より定義される比摩
耗量（Ｖ／ＰｘＬ）を算出、更に総合評価値（固定片の
比摩耗量×摩耗係数×回転片の比摩耗量）にて比較評価
を行った。その評価結果を第２表に示す。
の試験片を用い、２ケの試験片の一方を固定、他方を回
転運動を起こさせた状態にて押圧し、摺動摩耗の比較評
価を実施した。固定片並びに回転片の摩耗体積及び摩耗
係数を測定し、それぞれの試験片について摩耗体積（Ｖ
ｍｍ）、押圧荷重（Ｐ第 １ 表 第 ２ 表 ｋｇ） 、すべり走行距離（Ｌ鶴）より定義される比摩
耗量（Ｖ／ＰｘＬ）を算出、更に総合評価値（固定片の
比摩耗量×摩耗係数×回転片の比摩耗量）にて比較評価
を行った。その評価結果を第２表に示す。
窒化珪素、炭化珪素、サーメットはアルミナに比べて摺
動特性については格段の優位差がみとめられ、前記３種
の中でも窒化珪素が最もすぐれていた。炭化珪素、サー
メットについては摺動特性も比較的優れていることから
耐摩耗部品としての候補材料として考え得るが、工作機
械の主軸及び軸受の如く機械的強度、靭性、摺動特性並
びに大型部品製造等の難易度等全般的に考慮した場合、
窒化珪素が最もすぐれていることが判明した。
動特性については格段の優位差がみとめられ、前記３種
の中でも窒化珪素が最もすぐれていた。炭化珪素、サー
メットについては摺動特性も比較的優れていることから
耐摩耗部品としての候補材料として考え得るが、工作機
械の主軸及び軸受の如く機械的強度、靭性、摺動特性並
びに大型部品製造等の難易度等全般的に考慮した場合、
窒化珪素が最もすぐれていることが判明した。
さらに窒化珪素材でも製法により、その結晶組織及び特
性に相違があり、種々の窒化珪素材料の比較試験を行い
、工作機械用として適用可能な窒化珪素材は下記の特性
を具備することが必要であることを見い出した。
性に相違があり、種々の窒化珪素材料の比較試験を行い
、工作機械用として適用可能な窒化珪素材は下記の特性
を具備することが必要であることを見い出した。
■結晶組織が針状もしくは長柱状であること。
■熱膨張係数が３．０〜５．ＯＸ １０／”Ｃであるこ
と。
と。
■室温における曲げ強度が５０ｋｇ／ ｗｌＩ’ （Ｊ
ＩＳ １６０１−１９８１による３点曲げ法）以上であ
ること。
ＩＳ １６０１−１９８１による３点曲げ法）以上であ
ること。
■材料の靭性を表す破壊靭性値（Ｋ Ｉ Ｃ）が５．０
（ＩＮＤ法）以上であること。
（ＩＮＤ法）以上であること。
■材料の強度のバラツキを表すワイブル係数（ｍ）が１
２以上であること。
２以上であること。
■気孔率が０．１％以下であること。
■材料の弾性を表すヤング率（Ｅ）が３．ＯＸ １０ｋ
ｇ／釧以上であり、かつポアソン比（μ）が０．２５以
上であること。
ｇ／釧以上であり、かつポアソン比（μ）が０．２５以
上であること。
畝上の如き特性を持たせた窒化珪素材が工作機械部品用
セラミック材として最適であることが判明した。すなわ
ち工作機械用部品として使用する際の機械的衝撃、振動
に対する減衰性、耐摩耗、摺動特性並びに発熱時の寸法
変化を極小におさえる等の効果を有効に発揮する。
セラミック材として最適であることが判明した。すなわ
ち工作機械用部品として使用する際の機械的衝撃、振動
に対する減衰性、耐摩耗、摺動特性並びに発熱時の寸法
変化を極小におさえる等の効果を有効に発揮する。
畝上のように本発明によれば、主軸、前部軸受、後部軸
受、主軸台、前部スラスト座、後部スラスト座などのう
ち少なくとも主軸、前部及び後部軸受を前述のセラミッ
ク材のうち低熱膨張係数をもった窒化珪素セラミック材
で構成したことから、軸受とのクリアランスを安定的に
最小、最適値に保持することが可能であり、また回転駆
動力をカンプリングを介して主軸後方から伝達する構造
としていることからセラミック製の主軸に過大な曲げ応
力を発生させることがない。
受、主軸台、前部スラスト座、後部スラスト座などのう
ち少なくとも主軸、前部及び後部軸受を前述のセラミッ
ク材のうち低熱膨張係数をもった窒化珪素セラミック材
で構成したことから、軸受とのクリアランスを安定的に
最小、最適値に保持することが可能であり、また回転駆
動力をカンプリングを介して主軸後方から伝達する構造
としていることからセラミック製の主軸に過大な曲げ応
力を発生させることがない。
このように特別な構造を施すことなく安定した高精度の
回転が得られる。
回転が得られる。
さらに前部、後部軸受間で駆動力を伝達亥°る方法にく
らべ上記実施例によれば駆動力は中心軸の延長棟上で与
えられるため安定した回転を与えることができる結果、
特別な稼動環境や長いｉ機運軸を要せず、超精密級の加
工精度をもった工作機械装置をもたらすことができる。
らべ上記実施例によれば駆動力は中心軸の延長棟上で与
えられるため安定した回転を与えることができる結果、
特別な稼動環境や長いｉ機運軸を要せず、超精密級の加
工精度をもった工作機械装置をもたらすことができる。
第１図は本発明工作機械装置の主要部を構成する窒化珪
素セラミック材と他のセラミック材の結晶状態の例を示
す模式図、第２図は本発明による工作機械装置の実施１
タリとしての旋盤の側面図、第３図は第２図における主
軸台４のみの縦断面図、第４図は同じく第１図における
主軸台４のみの他の実施例の縦断面図である。 １：架台 ２：ベッド ３：主軸 ４：主軸台 ７：サドル ８ニスライダ
素セラミック材と他のセラミック材の結晶状態の例を示
す模式図、第２図は本発明による工作機械装置の実施１
タリとしての旋盤の側面図、第３図は第２図における主
軸台４のみの縦断面図、第４図は同じく第１図における
主軸台４のみの他の実施例の縦断面図である。 １：架台 ２：ベッド ３：主軸 ４：主軸台 ７：サドル ８ニスライダ
Claims (1)
- 旋盤など、工作機械の構成要素である主軸、主軸台、軸
受のうち少なくとも主軸を及び軸受を窒化珪素セラミッ
ク材で構成したことを特徴とする工作機械装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59254571A JPH0694085B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 工作機械装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59254571A JPH0694085B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 工作機械装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61131840A true JPS61131840A (ja) | 1986-06-19 |
| JPH0694085B2 JPH0694085B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=17266892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59254571A Expired - Fee Related JPH0694085B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 工作機械装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0694085B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0714729A1 (de) * | 1994-12-01 | 1996-06-05 | Alfred H. Schütte GmbH & Co. KG. | Spindelkasten für Drehmaschinen |
| WO1998043764A1 (fr) * | 1997-03-28 | 1998-10-08 | Sodick Co., Ltd. | Broche de machine-outil |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51133649A (en) * | 1975-05-16 | 1976-11-19 | Toyohiko Naono | Sliding mechanism |
| JPS5641876A (en) * | 1979-09-07 | 1981-04-18 | Tokyo Shibaura Electric Co | Manufacture of ceramic sintered body |
| JPS56139848A (en) * | 1980-03-27 | 1981-10-31 | Makino Milling Mach Co Ltd | Spindle device for machine tool |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59254571A patent/JPH0694085B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51133649A (en) * | 1975-05-16 | 1976-11-19 | Toyohiko Naono | Sliding mechanism |
| JPS5641876A (en) * | 1979-09-07 | 1981-04-18 | Tokyo Shibaura Electric Co | Manufacture of ceramic sintered body |
| JPS56139848A (en) * | 1980-03-27 | 1981-10-31 | Makino Milling Mach Co Ltd | Spindle device for machine tool |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0714729A1 (de) * | 1994-12-01 | 1996-06-05 | Alfred H. Schütte GmbH & Co. KG. | Spindelkasten für Drehmaschinen |
| WO1998043764A1 (fr) * | 1997-03-28 | 1998-10-08 | Sodick Co., Ltd. | Broche de machine-outil |
| US6174115B1 (en) | 1997-03-28 | 2001-01-16 | Sodick Co., Ltd. | Spindle for machine tools |
| CN1118347C (zh) * | 1997-03-28 | 2003-08-20 | 沙迪克株式会社 | 机床的主轴 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0694085B2 (ja) | 1994-11-24 |
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