JPH08312647A

JPH08312647A - 流体潤滑軸受

Info

Publication number: JPH08312647A
Application number: JP11994995A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Taketomi; 尚之武富; Hirohisa Handa; 博久半田; Yukiharu Ootsuka; 行治大塚; Kiyokazu Okamoto; 清和岡本
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1996-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】スピンドルの軸膨張量が増加しても、軸受隙
間寸法を自動的に補正することができ、安定した軸受性
能を維持できる流体潤滑軸受を提供すること。【構成】流体潤滑軸受20は、電気的導体からなる軸受
部22と、ジャーナル部24の円周に複数の磁石25が設けら
れたスピンドル21とを備える。スピンドル21が回転する
と磁石25から軸受部22に貫通する磁力線の磁束が時間的
に変化し、軸受部22に起電力が生じて渦電流が流れ、導
体の電気的抵抗により渦電流損となりジュール熱が発生
する。スピンドル21と軸受部22とは、ジュール熱による
軸受部12の温度調整で同様に膨張・縮小するため、軸受
隙間23が常にほぼ一定に保持され、軸受性能の変化も極
めて小さくなり、常時安定した軸受性能が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体潤滑軸受に係り、
特に遠心力等による軸膨張が軸受性能に影響するような
高速で回転する加工機械等の回転スピンドルを軸支する
流体潤滑軸受に利用できる。

【０００２】

【背景技術】一般的な回転スピンドルの案内要素として
は、転がり・滑り軸受および流体潤滑軸受が利用されて
いた。このうち、転がり・滑り軸受では、振動、弾性変
形、スチィックスリップなどの問題があるので、高精度
・高速回転が要求される場合は、通常、流体潤滑軸受が
用いられている。例えば、高精度・高速回転を必要とす
る工作機械等においては、回転スピンドルの高速化が進
み、現在では数万回転以上の回転スピンドルも広く用い
られるようになり、このような回転スピンドルは流体潤
滑軸受で支持していた。従来の流体潤滑軸受５０として
は、図２に示すように、スピンドル５１と軸受部５２間
の軸受隙間５３に圧縮空気を供給することでスピンドル
５１を非接触状態で軸支する静圧空気軸受等が用いられ
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな流体潤滑軸受５０では、高速回転に伴い、スピンド
ル５１の遠心力等によって生じるスピンドル５１の軸膨
張量が無視できない量となり、軸受隙間５３の寸法Ｌが
減少して流体潤滑軸受５０の性能が低下し、加工精度等
に影響を与えてしまうという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、高速回転に伴い、スピン
ドルの軸膨張量が増加しても、軸受隙間の寸法を自動的
に補正してその変化を極めて小さくすることができ、安
定した軸受性能を維持することができる流体潤滑軸受を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の流体潤滑軸受
は、回転に伴い軸膨張するスピンドルを潤滑流体で軸支
する流体潤滑軸受において、軸受部を電気的導体で構成
し、スピンドルの少なくともジャーナル部の円周に複数
の磁石をその磁石から発生する磁力線が前記軸受部に貫
通するように設けたことを特徴とするものである。この
際、ジャーナル部の円周方向に隣接する前記各磁石は、
同極同士（Ｎ極同士およびＳ極同士）が対向される向き
に配置されていることが好ましい。

【０００６】

【作用】本発明においては、スピンドルが回転すると磁
石から軸受部に貫通する磁力線の磁束が時間的に変化
し、軸受部に起電力が生じて渦電流が流れる。渦電流が
流れると、導体の電気的抵抗により渦電流損となりジュ
ール熱が発生し、軸受部内径側がその法線方向外側に膨
張する。また、スピンドルの回転が低下すると磁束の時
間的変化も小さくなり渦電流損によるジュール熱も低下
して軸受部内径側がその法線方向内側に縮小する。これ
により、スピンドルと軸受部とが同様に膨張・縮小する
ため、軸受隙間寸法が常にほぼ一定に保持され、軸受性
能の変化も極めて小さくなり、常時安定した軸受性能が
得られる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１（Ａ），（Ｂ）には、本発明を従来の静圧空
気軸受に適用した実施例の要部が示されている。本実施
例の流体潤滑軸受２０は、スピンドル２１および軸受部
２２間の軸受隙間２３に圧縮空気などの潤滑流体を供給
してスピンドル２１を非接触状態で支持している。

【０００８】スピンドル２１のジャーナル部２４には、
円周方向に所定間隔（例えば４５度間隔）で複数の磁石
２５（図１（Ａ）にハッチングで表す）が埋設されてい
る。磁石２５は、図１（Ｂ）に示すように、そのＮ・Ｓ
極が隣接する他の磁石２５のＮ・Ｓ極と同極同士が対向
するように配置されている。一方、軸受部２２は、各種
金属などの電気的導体で構成されている。

【０００９】このような本実施例においては、スピンド
ル２１が回転すると、その遠心力によって軸膨張が生じ
る。この軸膨張量δc は、スピンドル２１の質量をｍ、
半径をｒ、角速度をωとすると次の数１で表される。

【００１０】

【数１】

【００１１】一方、電気的導体を用いた軸受部２２に
は、スピンドル２１の回転に伴う磁束の時間的変化によ
り、軸受部２２に起電力が発生して渦電流が流れる。こ
れにより、前記導体抵抗により渦電流損となってジュー
ル熱が発生し、前記導体（軸受部２２）の円周方向外側
に熱膨張が生じる。ここで、軸受部２２に発生する熱膨
張量δt は、次の数２で表される。

【００１２】

【数２】

【００１３】また、渦電流損Ｑは次の数３および数４で
表される。

【数３】

【数４】

【００１４】ここで、起電力Ｅは数５で表される。

【数５】

【００１５】そして、数５を数４に代入し、さらに数２
に代入すると熱膨張量δt は数６で表される。

【数６】

【００１６】一方、起電力Ｅと角速度ωの関係は数７で
表される。

【数７】

【００１７】従って、軸膨張量δc は数７を数１に代入
して数８で表される。

【数８】

【００１８】このため、δt ∝δc となる。すなわち、
磁束の強さを所定の値にすれば遠心力による軸膨張量δ
c と熱膨張量δt とが等しくなる。従って、スピンドル
２１が高速回転して軸膨張した場合も、またスピンドル
２１の回転が低下して元のサイズまで収縮した場合も、
軸受部２２の内径はスピンドル２１の回転速度に応じた
磁束変化によって発生するジュール熱によってスピンド
ル２１と同程度の変形量で膨張・収縮し、その際の軸受
隙間２３の寸法Ｌ’は初期状態の軸受隙間２３の寸法Ｌ
とほぼ同じとなる。これにより、軸受隙間２３が自動的
に補正されて常にほぼ一定間隔に維持され、軸受性能の
変化も極めて小さくなる。

【００１９】なお、本実施例において、軸受部２２に生
じる渦電流の深さ（半径方向）は、スピンドル２１の回
転数が数十万回転でも高々数ｋＨｚ（数ｋＨｚ×極数）
であり、表皮効果（skin effect)を考慮しても、この深
さが表面に偏ることはなく、軸受部２２の半径方向に一
様に熱損失（ジュール熱）が発生する。このため、軸受
部２２全体が均一に膨張・収縮し、軸受部２２の一部が
膨張等することによる変形なども防止される。

【００２０】このような本実施例によれば、スピンドル
２１が回転して軸膨張・収縮しても、その回転速度つま
りスピンドル２１の軸膨張量δc に応じて磁束変化に基
づくジュール熱が自動的に発生するため、軸受部２２の
内径を自動的に膨張・収縮することができ、軸受隙間２
３を常にほぼ一定間隔に維持することができる。このた
め、軸受性能の変化を極めて小さくでき、軸受性能を常
に安定して得ることができる。従って、工作機械等にお
ける軸受性能の低下による精度低下を防止することがで
きるとともに、かじり等による軸受部２２やスピンドル
２１の損傷も確実に防止することができる。

【００２１】さらに、前記軸受部２２の内径の膨張・収
縮は、物理的現象を利用しているために構造を容易にで
き、製造コストを低減することができる。すなわち、本
実施例では、スピンドル２１に磁石２５を埋設し、軸受
部２２を電気的導体で形成するだけでよいため、構造が
簡単となって製造コストを低減することができととも
に、取り扱いも簡単であり、長期間安定して運転するこ
とができる。さらに、前記軸受部２２の内径の膨張・収
縮による軸受隙間２３の寸法補正は、スピンドル２１の
回転に伴い自動的に行われるため、作業者が何ら操作す
る必要もなく、作業性も向上することができる。

【００２２】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。例え
ば、流体潤滑軸受２０の潤滑流体は、圧縮空気に限ら
ず、潤滑油等の適宜な潤滑流体を用いることができる。
但し、本発明においては、磁力線を妨げない潤滑流体を
用いる必要がある。

【００２３】また、本発明の流体潤滑軸受２０は、静圧
軸受および動圧軸受のいずれも適用可能である。さら
に、本発明の流体潤滑軸受２０は、工作機械のスピンド
ルの支持に限らず、各種機械のスピンドル支持に広く利
用することができ、特にスピンドルの遠心力や潤滑流体
のせん断発熱による軸膨張が軸受性能に影響するような
速度で回転する流体潤滑軸受に適している。

【００２４】また、前記実施例では、スピンドル２１の
円周方向に隣接する各磁石２５を、同じ磁極（Ｎ極、Ｓ
極）同士が対向するように配置していたが、異なる磁極
同士が対向するように各磁石２５の磁極の向きをすべて
同一にしてもよく、また複数の磁石２５のうち、一部は
同極同士が対向し、一部は異なる極同士が対向するよう
に配置してもよい。但し、前記実施例の配置のほうが軸
受部２２側に貫通する磁束密度が高くなるという利点が
ある。

【００２５】さらに、磁石２５はスピンドル２１の軸直
交方向の形状が正方形であってもよい。また、磁石２５
は軸受部２２に磁力線を貫通させることができる位置お
よび大きさで配置されていればよく、例えばジャーナル
部２４の一部やジャーナル部２４を越えて設けられてい
てもよい。また、磁石２５は、前記実施例のように、１
つづつ間隔を離して配置してもよいし、２個の磁石２５
を隣接配置し、これらの２個で１組とされた磁石２５を
各組ごとに所定間隔離して配置してもよい。さらに、前
記実施例では、主にスピンドル２１の遠心力による軸膨
張を考慮して対応していたが、潤滑流体のせん断発熱ま
でも考慮する場合には、比例定数つまり磁石２５の磁束
の強さを適宜に設定すればよい。

【００２６】

【発明の効果】このような本発明の流体潤滑軸受によれ
ば、高速回転に伴い、スピンドルの軸膨張量が増加して
も、軸受隙間を自動的に補正してその間隔寸法の変化を
極めて小さくすることができ、軸受性能の変化を極めて
小さくすることができて安定した軸受性能を維持するこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の流体潤滑軸受の要部を示す
構成図である。

【図２】本発明の背景技術である一般的な流体潤滑軸受
を示す構成図である。

【符号の説明】

２０流体潤滑軸受２１スピンドル２２軸受部２３軸受隙間２５磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本清和茨城県つくば市上横場430−１株式会社ミツトヨ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転に伴い軸膨張するスピンドルを潤滑
流体で軸支する流体潤滑軸受において、電気的導体からなる軸受部と、ジャーナル部の円周に複
数の磁石をその磁石から発生する磁力線が前記軸受部を
貫通するように設けたスピンドルとを備えることを特徴
とする流体潤滑軸受。
【請求項２】請求項１に記載の流体潤滑軸受におい
て、前記ジャーナル部の円周方向に隣接する各磁石は、
同じ磁極同士が対向して配置されていることを特徴とす
る流体潤滑軸受。