JPH1076403A - 主軸装置 - Google Patents
主軸装置Info
- Publication number
- JPH1076403A JPH1076403A JP23387796A JP23387796A JPH1076403A JP H1076403 A JPH1076403 A JP H1076403A JP 23387796 A JP23387796 A JP 23387796A JP 23387796 A JP23387796 A JP 23387796A JP H1076403 A JPH1076403 A JP H1076403A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- titanium
- alloy
- spindle
- main shaft
- matrix
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- Pending
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- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】内輪１２ａ、外輪１２ｂ、転動体１２ｃのうち
少なくとも内輪１２ａがセラミックスである転がり軸受
と該転がり軸受によって支持される主軸１とからなる主
軸装置において、内輪１２ａに生じる応力と主軸１の内
輪１２ａとの嵌合部に生じる応力を小さくして高速回転
を可能とする。 【解決手段】主軸１の材質をチタンまたはチタン合金あ
るいは鉄または鉄合金のマトリックス中にチタンの硼化
分を分散させた合金からなるようにした。
少なくとも内輪１２ａがセラミックスである転がり軸受
と該転がり軸受によって支持される主軸１とからなる主
軸装置において、内輪１２ａに生じる応力と主軸１の内
輪１２ａとの嵌合部に生じる応力を小さくして高速回転
を可能とする。 【解決手段】主軸１の材質をチタンまたはチタン合金あ
るいは鉄または鉄合金のマトリックス中にチタンの硼化
分を分散させた合金からなるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は工作機械等に利用
される主軸装置に関するものであり、特に高速回転に適
した主軸装置に関する。
される主軸装置に関するものであり、特に高速回転に適
した主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高能率加工の要求から工作機械の
主軸装置は非常に高速で回転することが要求されてい
る。主軸を転がり軸受で支持する場合、高速回転に対応
するために転がり軸受の内輪あるいは外輪、さらには転
動体にセラミックスが使用されている。転がり軸受にセ
ラミックスを使用すると、セラミックスは比重が小さく
ヤング率が高いことから、主軸の高速回転時の遠心力に
よる膨張量を小さく抑えることができるので、特殊な軸
受の潤滑方法や複雑な予圧の設定方法を取る必要がなく
有利である。
主軸装置は非常に高速で回転することが要求されてい
る。主軸を転がり軸受で支持する場合、高速回転に対応
するために転がり軸受の内輪あるいは外輪、さらには転
動体にセラミックスが使用されている。転がり軸受にセ
ラミックスを使用すると、セラミックスは比重が小さく
ヤング率が高いことから、主軸の高速回転時の遠心力に
よる膨張量を小さく抑えることができるので、特殊な軸
受の潤滑方法や複雑な予圧の設定方法を取る必要がなく
有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に主軸
の材質としては構造用鋼材（ＳＣＭ材）が用いられてい
る。この鋼材はセラミックスに比してヤング率が低く線
膨張係数が大きいので、高速回転の際に生じる遠心力に
よる遠心膨張および発熱による熱膨張の膨張量が、セラ
ミックスである内輪と鋼材である主軸とで大きく異な
り、この膨張量の違いから内輪に生じる応力と主軸の内
輪との嵌合部に生じる応力の和が大きくなるという問題
がある。このため主軸の回転速度に限界が生じ、この限
界を超えて高速回転させると内輪を破壊する恐れがあ
る。
の材質としては構造用鋼材（ＳＣＭ材）が用いられてい
る。この鋼材はセラミックスに比してヤング率が低く線
膨張係数が大きいので、高速回転の際に生じる遠心力に
よる遠心膨張および発熱による熱膨張の膨張量が、セラ
ミックスである内輪と鋼材である主軸とで大きく異な
り、この膨張量の違いから内輪に生じる応力と主軸の内
輪との嵌合部に生じる応力の和が大きくなるという問題
がある。このため主軸の回転速度に限界が生じ、この限
界を超えて高速回転させると内輪を破壊する恐れがあ
る。
【０００４】これを防止するために、予め内輪と主軸と
の締め代を小さく設定しておくことが考えられるが、締
め代を小さくすると主軸の回転精度を確保することがで
きなくなるので好ましくない。
の締め代を小さく設定しておくことが考えられるが、締
め代を小さくすると主軸の回転精度を確保することがで
きなくなるので好ましくない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決し、超高速回転が可能な主軸装置を提供するもので
あり、請求項１に記載の発明は、内輪、外輪、転動体の
うち少なくとも内輪がセラミックスである転がり軸受
と、該転がり軸受によって支持される主軸とからなる主
軸装置であって、前記主軸はその材質がチタンまたはチ
タン合金のマトリックス中にチタンの硼化物を分散させ
た合金からなることを特徴とするものである。
解決し、超高速回転が可能な主軸装置を提供するもので
あり、請求項１に記載の発明は、内輪、外輪、転動体の
うち少なくとも内輪がセラミックスである転がり軸受
と、該転がり軸受によって支持される主軸とからなる主
軸装置であって、前記主軸はその材質がチタンまたはチ
タン合金のマトリックス中にチタンの硼化物を分散させ
た合金からなることを特徴とするものである。
【０００６】また、請求項２に記載の発明は、内輪、外
輪、転動体のうち少なくとも内輪がセラミックスである
転がり軸受と、該転がり軸受によって支持される主軸と
からなる主軸装置であって、前記主軸はその材質が鉄ま
たは鉄合金のマトリックス中にチタンの硼化物を分散さ
せた合金からなることを特徴とするものである。
輪、転動体のうち少なくとも内輪がセラミックスである
転がり軸受と、該転がり軸受によって支持される主軸と
からなる主軸装置であって、前記主軸はその材質が鉄ま
たは鉄合金のマトリックス中にチタンの硼化物を分散さ
せた合金からなることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を工作機械の
主軸装置を例にとって説明する。第１図は工作機械に用
いられる主軸装置の断面図であり、１０および１１は主
軸ハウジングであり、この主軸ハウジング１０，１１の
内部に主軸１がアンギュラボールベアリング１２によっ
て回転可能に支持されている。
主軸装置を例にとって説明する。第１図は工作機械に用
いられる主軸装置の断面図であり、１０および１１は主
軸ハウジングであり、この主軸ハウジング１０，１１の
内部に主軸１がアンギュラボールベアリング１２によっ
て回転可能に支持されている。
【０００８】なお、１３，１４はベアリングケースであ
り、１５，１６はベアリングケースハウジングである。
また、１７はアンギュラボールベアリング１２に予圧を
与えるためにベアリングケース１３およびベアリングケ
ースハウジング１５の移動をガイドするストロークベア
リングである。１８は工具ホルダであり、公知のクラン
プ機構１９によって主軸１に把持されている。そして、
主軸１がビルトインモータ２０によって回転駆動され
て、工具ホルダ１８に取付けられた図略の工具によって
加工が行われるものである。
り、１５，１６はベアリングケースハウジングである。
また、１７はアンギュラボールベアリング１２に予圧を
与えるためにベアリングケース１３およびベアリングケ
ースハウジング１５の移動をガイドするストロークベア
リングである。１８は工具ホルダであり、公知のクラン
プ機構１９によって主軸１に把持されている。そして、
主軸１がビルトインモータ２０によって回転駆動され
て、工具ホルダ１８に取付けられた図略の工具によって
加工が行われるものである。
【０００９】ここで、本発明においては、主軸１を回転
可能に支持するアンギュラボールベアリング１２は内輪
１２ａ、外輪１２ｂ、および転動体１２ｃから構成され
ており、これらの内輪１２ａ、外輪１２ｂ、および転動
体１２ｃはセラミックスによって構成されている。
可能に支持するアンギュラボールベアリング１２は内輪
１２ａ、外輪１２ｂ、および転動体１２ｃから構成され
ており、これらの内輪１２ａ、外輪１２ｂ、および転動
体１２ｃはセラミックスによって構成されている。
【００１０】次に、この主軸１の材質について説明す
る。第１の実施例は、チタン（Ｔｉ）のマトリックス中
にチタン硼化物（ＴｉＢ）粒子を分散させたものであ
る。このチタン基合金は、純チタン粉末とアルミニウム
粉末と硼素粉末とを混合し、加圧成形した後、真空焼結
することによって得られるものである。このようにして
得られたチタン基合金は、チタン硼化物がチタンのマト
リックス中で安定しているので、チタン硼化物自体が有
する強い結合力がマトリックス中でも維持され、非常に
高いヤング率を有することになる。また、熱的にも安定
しており線膨張係数も低い。
る。第１の実施例は、チタン（Ｔｉ）のマトリックス中
にチタン硼化物（ＴｉＢ）粒子を分散させたものであ
る。このチタン基合金は、純チタン粉末とアルミニウム
粉末と硼素粉末とを混合し、加圧成形した後、真空焼結
することによって得られるものである。このようにして
得られたチタン基合金は、チタン硼化物がチタンのマト
リックス中で安定しているので、チタン硼化物自体が有
する強い結合力がマトリックス中でも維持され、非常に
高いヤング率を有することになる。また、熱的にも安定
しており線膨張係数も低い。
【００１１】なお、このチタン基合金およびその製造方
法についての詳細は特開平５−５１４２号公報および特
開平５−９６３０号公報に開示されている。
法についての詳細は特開平５−５１４２号公報および特
開平５−９６３０号公報に開示されている。
【００１２】第２の実施例は、鉄合金としてのステンレ
ス鋼（Ｆｅ−Ｃｒ合金）のマトリックス中にチタン二硼
化物（ＴｉＢ2 ）粒子を分散させたものである。この鉄
基合金は、ステンレス鋼粉末（ＳＵＳ４３０）にチタン
二硼化物粉末を混合し、加圧成形した後、真空焼結する
ことによって得られるものである。このようにして得ら
れた鉄基合金は、チタン二硼化物がステンレス鋼のマト
リックス中で安定しているので、チタン二硼化物自体が
有する強い結合力がマトリックス中でも維持され、非常
に高いヤング率を有することになる。また、熱的にも安
定しており線膨張係数も低い。
ス鋼（Ｆｅ−Ｃｒ合金）のマトリックス中にチタン二硼
化物（ＴｉＢ2 ）粒子を分散させたものである。この鉄
基合金は、ステンレス鋼粉末（ＳＵＳ４３０）にチタン
二硼化物粉末を混合し、加圧成形した後、真空焼結する
ことによって得られるものである。このようにして得ら
れた鉄基合金は、チタン二硼化物がステンレス鋼のマト
リックス中で安定しているので、チタン二硼化物自体が
有する強い結合力がマトリックス中でも維持され、非常
に高いヤング率を有することになる。また、熱的にも安
定しており線膨張係数も低い。
【００１３】なお、この鉄基合金およびその製造方法に
ついての詳細は特開平７−１８８８７４号公報に開示さ
れている。
ついての詳細は特開平７−１８８８７４号公報に開示さ
れている。
【００１４】上記の実施例における鉄基合金およびチタ
ン基合金のヤング率は１．６×１０ 11〜３．０×１０11
〔Ｎ／ｍ2 〕、線膨張係数は８．５×１０-6〜１０．５
×１０-6〔Ｋ-1〕である。したがって、主軸１を高速で
回転させた際に、遠心力および発熱により生じる主軸の
遠心膨張および熱膨張が小さく、内輪に働く応力および
主軸の内輪との嵌合部に生じる応力を小さく抑えること
ができる。
ン基合金のヤング率は１．６×１０ 11〜３．０×１０11
〔Ｎ／ｍ2 〕、線膨張係数は８．５×１０-6〜１０．５
×１０-6〔Ｋ-1〕である。したがって、主軸１を高速で
回転させた際に、遠心力および発熱により生じる主軸の
遠心膨張および熱膨張が小さく、内輪に働く応力および
主軸の内輪との嵌合部に生じる応力を小さく抑えること
ができる。
【００１５】具体的には、この合金を用いた直径５０
〔ｍｍ〕の主軸１を５００００〔ｒｐｍ〕で回転させ、
昇温が４０℃である場合、セラミックスである内輪１２
ａに生じる応力と主軸１の内輪１２ａとの嵌合部に生じ
る応力の和が、主軸に従来の構造用鋼材であるＳＣＭ４
１５Ｈを用いた場合に比して、２０〜３０％低減され
る。
〔ｍｍ〕の主軸１を５００００〔ｒｐｍ〕で回転させ、
昇温が４０℃である場合、セラミックスである内輪１２
ａに生じる応力と主軸１の内輪１２ａとの嵌合部に生じ
る応力の和が、主軸に従来の構造用鋼材であるＳＣＭ４
１５Ｈを用いた場合に比して、２０〜３０％低減され
る。
【００１６】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、主軸の
材質としてチタンまたはチタン合金のマトリックス中に
チタンの硼化物を分散させた合金を用いるようにしたの
で、主軸の遠心膨張および熱膨張が低減され、主軸とセ
ラミックスである内輪との嵌合部において、主軸および
内輪に働く応力が低減され高速回転が可能となる。
材質としてチタンまたはチタン合金のマトリックス中に
チタンの硼化物を分散させた合金を用いるようにしたの
で、主軸の遠心膨張および熱膨張が低減され、主軸とセ
ラミックスである内輪との嵌合部において、主軸および
内輪に働く応力が低減され高速回転が可能となる。
【００１７】請求項２に記載の発明によれば、主軸の材
質として鉄または鉄合金のマトリックス中にチタンの硼
化物を分散させた合金を用いるようにしたので、上記の
効果に加えて、母材となるマトリックスが鉄系材料であ
ることにより、機械加工が容易に行えるという効果を得
ることができる。
質として鉄または鉄合金のマトリックス中にチタンの硼
化物を分散させた合金を用いるようにしたので、上記の
効果に加えて、母材となるマトリックスが鉄系材料であ
ることにより、機械加工が容易に行えるという効果を得
ることができる。
【図１】本発明の主軸装置の断面図である。
１ 主軸 １２ アンギュラーボールベアリング １２ａ 内輪 １２ｂ 外輪 １２ｃ 転動体 ２０ ビルトインモータ
Claims (2)
- 【請求項１】 内輪、外輪、転動体のうち少なくとも内
輪がセラミックスである転がり軸受と、該転がり軸受に
よって支持される主軸とからなる主軸装置であって、前
記主軸はその材質がチタンまたはチタン合金のマトリッ
クス中にチタンの硼化物を分散させた合金からなること
を特徴とする主軸装置。 - 【請求項２】 内輪、外輪、転動体のうち少なくとも内
輪がセラミックスである転がり軸受と、該転がり軸受に
よって支持される主軸とからなる主軸装置であって、前
記主軸はその材質が鉄または鉄合金のマトリックス中に
チタンの硼化物を分散させた合金からなることを特徴と
する主軸装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23387796A JPH1076403A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 主軸装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23387796A JPH1076403A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 主軸装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1076403A true JPH1076403A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=16961973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23387796A Pending JPH1076403A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 主軸装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1076403A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011104743A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Sodick Co Ltd | スピンドル装置 |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP23387796A patent/JPH1076403A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011104743A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Sodick Co Ltd | スピンドル装置 |
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