JPS61252044A - 防振効果を有する回転体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は防振効果を有する回転体に係り、特に回転軸自
体の振動を防止できる効果を有するものに関し、旋盤そ
の他の工作機械の主軸等に利用できるものである。

〔背景技術とその問題点〕

例えば、中ぐり盤もしくは旋盤等で機械加工を行う場合
、これら中ぐり盤や旋盤の主軸の振動が大きな問題とな
る。

即ちこれらの主軸が回転とともに自助のびびりやアンバ
ランスによる強制振動等によって振動し、この振動によ
って回転精度が低下し、その結果高精度のワーク加工等
を困難にしている。

第２図及び第３図は、これら主軸の振動モードを示す図
である。

第２図（ａ）において、回転軸２は回転中心４を中心に
回転可能なようにその両端を軸受手段６によって支持さ
れている。

第２図（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ前記第２図
（ａ）に示される回転系の一次振動モード、二次振動モ
ード及び三次振動モードを示すものである。

第３図（ａ）において回転軸８は回転中心１０を中心に
回転可能なようにその一端部及び中央部を軸受手段１２
によって支持されているものである。

第３図（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は第３図（ａ）で示さ
れる回転系の一次振動モード、二次振動モード及び三次
振動モードをそれぞれ示すものである。

このような振動を低下させるための方法としては、振動
の発生自体を防止する方法と、発生した振動を減衰させ
る方法とが考えられる。

前者の方法として従来考えられているのは、第１に回転
軸自体の剛性を向上させることが挙げられる。

前記第２図及び第３図で示されるように回転軸の振動は
、該回転軸が加振力をうけて屈曲運動をすることに起因
するものである。

従ってこの回転軸の剛性を向上させることによってこの
振動の発生を防止することができる。

しかしながらこの回転軸の剛性を向上させるためには回
転軸の径を大きくするかもしくは回転軸の材料として高
いヤング率を有するものを用いなければならないが、現
状のものよりも回転軸の径を大きくすることは種ケの観
点から困難であり、また、現状において用いている金属
よりも高いヤング率を有する材料によって回転軸を構成
することも極めて困難である。

このようなことから回転軸自体の剛性を現状のものより
向上させることは事実上困難である。

振動の発生自体を防止する第２の方法としては、軸受手
段の剛性を向上させる方法が考えられる。

これを直接実現する方法としては高剛性用軸受手段を用
いればよいが、一般に高剛性にするためには更に径の大
きな軸受にしなければならず、結局回転軸そのものも大
きなものとなり、事実上困難である。

また、軸受の個数を現状のもよりも多くすることが考え
られるが、これも以下の理由から十分な防振を得ること
はできない、・ 即ち、第４図は、前記第２図（ａ）で示される回転系の
力学的モデルを示すもので、前記回転軸２は軸受手段６
によって固定系に回転自在に支持されているが、この軸
受手段６は、剛性要素にと減衰要素Ｃとが並列に接続さ
れたものと考えることができる。

この場合、現状の軸受手段は、剛性要素Ｋに対し減衰要
素Ｃが極めて小さいために、第４図（ａ）における点線
で示されるように回転軸２が振動を開始すると、その振
動を減衰させる作用が殆ど加えられることがないため、
回転軸２が回転している限り振動が持続する。

この振動を防止するために、前記回転軸２の振動によっ
て生ずる振れの最も激しい部位に新たな軸受手段１４を
追加した場合の力学的モデルを第４図（ｂ）に示す。

同図において、前記軸受手段１４を追加したことにより
、回転軸２の振動による振れの大きさは減少されるが、
前記軸受手段１４は前記軸受手段６と同様の極めて僅か
な減衰要素Ｃを有するものにすぎないから、前記第４図
（ａ）で示される回転系に比較してその振動の振動モー
ドや周期が変わるものの、振動自体は回転軸２が回転し
ている限り持続し、十分な防振効果を得ることはできな
い。

回転軸の振動の発生自体を防止する第３の方法として回
転軸の用途に応じて軸受手段の間隔を適切なものに調整
する方法が考えられる。

即ち、例えば、切削機械であればその切削ボイント（荷
重点）のオーバーハング度が最小となるように軸受の間
隔を設定するものである。

しかしながら、オーバーハング度を最小になるようにす
るためには、軸受の間隔を従来のものに比較して大きく
取らなければならない。

このことは、切削機械等の工作機械においては、その主
軸の形状を大きくすることに繋がり、設計上極めて好ま
しくないものである。

このように、回転軸の振動の発生自体を防止する方法は
いずれも現実的なものとは言えないものである。

次に前記後者の方法、即ち、発生した振動を減衰させる
方法には以下のものが考えられている。

第１に、粘性減衰を応用したものが挙げられる。

これには、例えば、自動車に用いられているショックア
ブソーバ等と同様のダンパーを軸受架台に取付けるもの
や、軸受外輪とハウジングとの隙間に圧力油を導入し、
油膜のスクイズ作用で吸振作用を行わせるスクイズフィ
ルムダンパー等がある。

しかしながら、前者においてはダンパーを軸向体へ取付
けることがスペース的に極めて困難であり、後者におい
ては油圧を用いるため構造及びメンテナンスの上で不利
であるとともに、軸受の剛性を低下させるので使用箇所
が限定される等の不都合があるために工作機械等に用い
ることは不合理である。

発生した振動を減衰させる第２の方法として、振動系と
固定系との間に摩擦を生じさせてこの摩擦力により振動
を低下させるいわゆるクーロン減衰を応用した方法があ
る。

これは、一般にランケスタダンバーとして知られており
、ねじり振動の防振等に用いられるが、回転軸の防振手
段として用いることはその性質上困難である。

更に、発生した振動を減衰させる第３の方法として、内
部摩擦減衰（構造減衰）を応用した方法がある。

これは、材料が完全弾性体でないために生ずる材料自身
の減衰効果を利用したものであり、材料に繰返し荷重を
加え、歪を生しさせたとき、歪と応力との関係が、該材
料が完全弾性体でないことから、第５図に示されるよう
なヒステリシスループを作ることを利用したものであり
、このループ内の面積に比例する振動エネルギーの大部
分が熱となって消費され、減衰効果を得るものである。

この方法は、回転体のハウジングを外部に固定する際に
このハウジングと外部固定部との間に介在させて回転体
の振動を防止したり回転体の振動が外部に伝達するのを
防止したりするために用いられているが、回転軸自体の
防振に用いられている例は未だにない。

上述のように、従来考えられている方法によっては、工
作機械等に用いられる回転体として十分な防振効果を有
するものを得ることは出来なかったものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、回転軸自体の振動をを効に減衰させる
ことを可能にした防振効果を有する回転体を得ることに
ある。

〔開離点を解決するための手段および作用〕本発明は、
回転軸とハウジングとの間にヒステリシス効果を有する
防振手段を介在させることによって、回転に伴って生ず
る回転軸の振動を有効に減衰させることを可能としたも
のである。

具体的には、回転軸と、ハウジングと、このハウジング
に前記回転軸を回転自在に保持する軸受部材とを含む回
転体において、 前記回転軸とハウジングとの間にヒステリシス効果を有
する防振手段を介在させた構成を有している。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図である。

第１図において、ハウジング２ｏには、円筒状のスリー
ブ２２が嵌挿されており、このスリーブ２２の前記ハウ
ジング２ｏと接する面、即ち、該スリーブ２２の外周面
には、冷却された油等の冷却媒体を循環させる冷却媒体
通Ｉｔ！８２４が螺旋状に形成されている。

また、前記スリーブ２２の軸受穴２６には、その一端開
口側に軸受手段としての２つのフンギエラコンタクトベ
アリング２日の外輪が、他端開口側には軸受手段として
の２つのアンギュラコンタクト・ベアリング３０の外輪
がそれぞれ固定されている。

また、前記軸受穴２６の内周面であって、前記アンギュ
ラコンタクトベアリング２８とアンギュラコンタクトベ
アリン３０との中間部にはゴムその他のヒステリシス効
果を有する材料で形成された円環状の防振部材３２が固
定されており、この防振部材３２の内周面には軸受手段
３３の外輪が固着されている。

前記アンギュラコンタクトベアリング２８．３０及び軸
受手段３３のそれぞれの内輪は間座３４等によって主軸
３６に固定されている。

即ち、前記主軸３６は前記アンギュラコンタクトベアリ
ング２８．３０及び防振部材３２によって前記スリーブ
２２に回転自在なように支持されているものである。

前記主軸３６には、その中心軸方向における一端、即ち
、第１図における右端面から該中心軸方向他端へ向かっ
て内径が次第に小径となるように形成されたテーパー穴
３日が設けられ、このテーパー穴３８の終端から前記中
心軸方向他端へ向がって略同径をなしたコレットチャッ
ク収納穴４゜が設けられ、このコレットチャック収納穴
４ｏの終端から前記中心軸方向他端へ向がって前記コレ
ットチャック収納穴４０よりやや大径で且つ複数の皿ば
ね４２を収納した皿ばね収納穴４４が設けられている。

前記テーパー穴３８には工具ホルダ４６のテーバシャン
ク４８が嵌合されており、前記工具ホルダ４６には前記
テーパー穴３８内に嵌合された工具ホルダ４６のプレス
タッド５ｏをチャッキングするコレットチャック５２が
収納されている。

前記コレットチャック５２は前記皿ばね収納穴４４内を
通って嵌挿されたドローバ−５４によって開閉動作され
るように形成されている。

前記主軸３６の一端側、即ち、第１図における右端側に
はベルト５６が巻架されており、このベルト５６は駆動
軸５８に巻架され、この駆動軸５８は図示しない駆動用
モータによって回転駆動されるように構成されている。

なお、前記スリーブ２２の前記防振部材３２が固着され
ている部位には冷却された油等を流通して該防振部材３
２を冷却するための冷却媒体通路６０が設けられている
。

また、第６図は前記軸受手段３３の取付は部位の近傍の
拡大断面図であり、前記軸受手段３３は外輪６２と、ロ
ーラ６４及び内輪６６からなり、前記ローラ６４は前記
内輪６６に回転自在なように支持されて前記内輪６６の
外周に複数個設けられており、前記外輪６２に設けられ
た溝６８内を回転しつつ移動できるように構成されてい
る。

上述の実施例の装置において、図示しない駆動モータに
よって前記駆動軸５８□を回転させると前記ベルト５６
を介して前記主軸３６を回転駆動され前記工具ホルダ４
６に取付けられた工具によって機械加工を行うことがで
きる。

第７図は、このような回転体の力学的モデルを示す図で
ある。

第７図において前記アンギュラコンタクトベアリング２
８及びアンギュラコンタクトベアリン３０はそれぞれ第
７図における剛性要素にと減衰要素Ｃとを並列的に接続
したものと考えることができる。

この場合、前記Ｋに比較してＣは極めて小さいから、Ｃ
による減衰効果を殆ど期待出来ない。

また、前記軸受手段３３は第７図における剛性要素にと
して表すことがで、前記防振部材３２は第７図における
減衰要素Ｃとして表すことができる。

この場合、前記防振部材３２はヒステリシス効果を有す
る材料で構成されているから前記ｋに比較してＣは極め
て大きいものと考えることができる。

従って、回転によって生じた前記主軸３６の振動は前記
Ｃの作用によって速やかに減衰される。

これにより前記主軸３６の振動が有効に除去され、前記
工具ホルダ４６に保持された工具によって極めて正確な
工作を行うことを可能とする。

また、この場合、前記防振部材３２には減衰作用の結果
、熱を発生するが、この熱は前記冷却媒体通路６０に流
通される冷却油等によって有効に冷却される。

なお、前記実施例にあっては、前記軸受手段３３の外輪
６２の外周に防振部材３２を固着する構成としたが、こ
れは第８図に示すように前記軸受手段３３の内輪６６の
内周部に防振部材３２を取付け、該防振部材３２の内周
面を前記主軸３６の固着する構成としてもよいことは勿
論である。

第９図及び第１０図は本発明の他の実施例を示すもので
ある。

第９図において、前記主軸７０はその両端部近傍がそれ
ぞれアンギュラコンタクトベアリング７２及びアンギュ
ラコンタクトベアリング７４によってハウジング７６に
回転自在に支持されている。

これらアンギュラコンタクトベアリング７２とアンギュ
ラコンタクトベアリング７４との中間部付近の前記ハウ
ジング７６の内周面にはゴム等のヒステリシス効果を有
する材料で形成された円環状の防振部材７８が固着され
ており、この防振部材７８の内周面と前記主軸７０との
間には軸受手段８０が設けられている。

この実施例においても前記防振部材７８の減衰効果によ
り前記主軸７０の振動が極めて有効に防止される。

第１０図は本発明を外径研削盤砥石軸に応用した実施例
を示すものであり、第１０図において主軸８２はその両
端部近傍に設けられたヘアリング８４及びベアリング８
６によってハウジング８８に回転自在に支持されている
。

前記ベアリング８４とベアリング８６との中間部であっ
て前記ハウジング８８の内周面には略均等な間隔をおい
て２つの防振部材９０が固着されておりこれら防振部材
９０の内周面と前記主軸８２との間にはそれぞれ軸受手
段９２が設けられ、前記主軸８２を前記防振部材９０に
回転自在なように支持されている。

本実施例においては、減衰要素たる防振部材９０を主軸
８２の複数の箇所に設けたことにより、更に効果的に主
軸８２の振動を防止することが可能である。

なお、本発明は前記実施例に限られることなく防振が必
要な全ての回転体に適用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は回転軸とハウジンとの間
にヒステリシス効果を有する防振手段を介在させている
ので、回転軸自体の振動を有効に減衰させることができ
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す図、第２図乃至第３
図は回転体の振動モードを示す図、第４図は従来の回転
体の力学的モデルを示す図、第５図はヒステリシス曲線
を示す図、第６図は第１図における一部拡大断面図、第
７図は本発明の第１実施例の力学的モデルを示す図、第
８図は本発明の他の実施例を示す一部拡大断面図、第９
図乃至第１０図は本発明の更に他の実施例を示す図であ
る。 ２０．７６．８８・・・ハウジング、２２・・・スリー
ブ、２Ｂ、３０．７２．７４・・・アンギュラコンタク
トベアリング、３２．７８．９０・・・防振部材、３３
．９２・・・軸受手段、６，７０．８２・・・主軸、８
４．８６・・・ベアリング。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸と、ハウジングと、このハウジングに前記
   回転軸を回転自在に保持する軸受部材とを含む回転体に
   おいて、 前記回転軸とハウジングとの間にヒステリシス効果を有
   する防振手段を介在させたことを特徴とする防振効果を
   有する回転体。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記防振手段は
   、前記回転軸を前記ハウジングに回転自在に支持する軸
   受手段であって、前記ハウジングと回転軸との間にヒス
   テリシス効果を有する防振部材を介してハウジングに取
   付けられたものであることを特徴とする防振効果を有す
   る回転体。
3. （３）特許請求の範囲第１項ないし第２項において、 前記防振手段を前記回転軸の振動が最も大きくなる部位
   に設けたことを特徴とする防振効果を有する回転体。
4. （４）特許請求の範囲第１項ないし第２項において、 前記防振手段は、前記回転軸の振動モードに応じて２以
   上設けたことを特徴とする防振効果を有する回転体。
5. （５）特許請求の範囲第１項ないし第４項において、前
   記防振手段を冷却するための冷却手段をもけたことを特
   徴とする防振効果を有する回転体。