JPS6338715A - 回転軸受装置 - 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、工作機械などにおける加工用の刃物やワーク
などを回転支承するための回転軸受装置に関するもので
ある。

「従来の技術ｊ 旋盤、研削盤を始めとする工作機械においては、加工用
の刃物またはワークを回転させるための回転軸受装置を
有している。これにはすべり軸受、ころがり軸受、静圧
軸受、動圧軸受など多くの方式が用いられている。

最近は、従来の鉄、鋼材を中心とする金属に対し、アル
ミニウム、銅などの軟質金属を高精度に加工するため、
高速かつ高精度の回転装置が求められるようになり、そ
れぞれの軸受装置において種々の工夫がなされている。

「発明が解決しようとする問題点」 高精度加工を行うためには、回転軸が負荷の変動に対し
ても安定した回転が得られることが必要である。すなわ
ち、加工時に刃物ないしはワークを取付けられた軸端が
偏芯して回転するようなことは避けなければならないが
、ころがり軸受の軸受部においては、数μＩのガタつき
があるために予圧をかけるなどの工夫がなされているが
、完全なものとはいいがたい。

一方、高精度に仕上げられたすべり軸受や、高い回転精
度が得やすいといわれている静圧軸受、動圧軸受におい
ても、加工時において作用する負荷の大きさにより軸受
部の剛性に応じた軸芯の変位が発生する。負荷が一定で
あれば、回転軸が傾いた状態で安定回転するが、負荷が
一定であることは殆どなく、負荷の変化により回転軸の
振れまわりが発生することになり、これが加工表面の面
粗さの低下、うねりなどが発生する原因となっている。

このような回転軸の振れまわりをなくすために、部品精
度、組立精度の向上をはかり、また、軸受部の剛性を大
きくする方法がとられているが、これも限界がある。こ
れに対し、軸受部のガタ、変位が生じても軸芯の傾きを
小さくするために、ラジアル軸受間の距離を大きくする
方法がとられているが、これにも限界がある。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、この問題を解決するために、ラジアル軸受間
距離りを、軸支部直径りの５倍以上とし、かつ、回転軸
材料をヤング率が３　ＸＩＯ’　ｋｇ／ｍｍ”以上のセ
ラミック材とし、これを高精度に仕上げ、かつ組立てる
ことにより、回転軸端の精度を向上させるようにする。

「実施例」 以下、本発明を実施例により説明する。

セラミック材は、熱膨張係数が金属より小さく、加工時
における熱歪が小さいために適切な加工方法を用いるこ
とにより、μｍオーダないしはこれ以下の加工精度を出
すことができる。特に、すべり軸受、静圧軸受、動圧軸
受においては、対向する回転軸と軸受部との隙間を１０
μｍ以下とすることは金属材料においては、多くの困難
を伴うが、セラミック材においては、５μｍ程度の隙間
を容易に確保することができるようになった。これによ
り、軸受部の剛性を大幅に向上させることができる。

一方、構造面では、ラジアル軸受間路ＭＬと、軸支部直
径りとの関係について検討する。従来、両者の関係につ
いては、経験的にスペース上の制約などを考慮し、決定
されることが多かったが、高回転精度、高速回転を行う
目的で検討を加えた結果、軸受間距離と軸支部直径との
比Ｌ／Ｄ＝５以上とすることが有効であることを知見し
た。

第１図に静圧軸受のラジアル軸受部を示す。軸受ケース
１に前軸受２と後軸受３を距離りを隔てて嵌め、直径り
の回転軸４を前軸受２および後軸受３に内嵌めする。前
軸受２からの距離２のところに回転軸先端４ａがあり、
これに負荷が作用する場合に、前軸受２の変位および回
転軸４自身の撓みが加味されて軸先端の変位が発生する
。この変位を、軸受間距離と軸支部直径との比Ｌ／Ｄの
関係から検討した。

前後軸受部直径Ｄ＝φ２５龍、長さ２５鶴、軸先端距離
ｆｆ＝５（ｈｍとした。軸受絞りとしては、表面絞りと
し、５ｋｇ／ｃｍ”の加圧空気を供給した。軸受部の平
均隙間は、ステンレス鋼の場合には種々の加工方法を工
夫したが、１０μｍ以下にはできなかった。一方、セラ
ミック系材料（アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、サーメ
ット）においては、５μ情とすることができた。そして
、軸間距離りを変化させ軸先端に負荷と　□して１０ｋ
ｇを作用させ、先端での変位を測定した。結果は第２図
に示す通りである。

これから分るように、軸端の変位は、軸受間距離と軸支
部直径との比Ｌ／Ｄを大きくすることにより、小さくな
るが、軸受間距離と軸支部直径との比Ｌ／Ｄ＝５以上で
は変化が少なくなり効果的ではなくなる。すなわち、同
一材料においては、精度向上の限界があることが分る。

ステンレス鋼においては、変位は４μｍ程度になる。こ
れに対し、セラミックでは２μｍ程にすることができた
。これはセラミックでは加工精度を高くすることができ
、材料のヤング率が高いことが影響しテイル。なお、セ
ラミック材と金属材とのヤング率、曲げ強度、熱膨張係
数を表Ｉに示す。

表１ 表　　１ また、軸受間距離と軸支部直径との比Ｌ／Ｄ＝５の回転
軸受装置を旋盤の主軸とし、アルミニウム材を取付けて
、ダイヤモンドで加工したところ、その真円度はステン
レス材では０．３μｍであり、セラミック材では０．１
　μｍであった。負荷としては、前記１０ｋｇに対し、
小さいことが考えられるが、この場合においてもセラミ
ック材の効果が明らかになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な一実施例の縦断面図、第２図
はセラミック材、金属材の軸受間距離と軸支部直径との
比Ｌ／Ｄと回転軸変位量δとの関係を示す図である。 ４・・・回転軸 ２・・・前軸受 ３・・・後軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヤング率が３×１０＾４ｋｇ／ｃｍ＾２以上のセ
   ラミック材で回転軸を構成するとともに、ラジアル軸受
   間距離Ｌ、軸受部直径Ｄの比Ｌ／Ｄが５以上でもって、
   回転軸が支承されていることを特徴とする回転軸受装置