(57)【要約】【課題】回転軸と軸受本体の寸法誤差が大きくても、回転軸に作用する力が小さいときに回転軸の剛性が無限大に近い特性を容易に得られる静圧ジャーナル軸受を提供する。【解決手段】軸受本体４の内周面４１と回転軸５の外周面５１は所定の隙間ｔ１を備えている。内周面４１には静圧ポケット４２、４３が直交して配置される。静圧ポケット４２、４３に対向する位置に押付ポケット４４、４５が配置されている。押付ポケット４４、４５には圧力制御弁１０により所望の圧力の流体が供給される。静圧ポケット４２、４３は夫々に可変絞り４５を経由して流体が供給される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の外周面と対向し所定の隙間を形成する内周面を備える軸受本体と、
前記内周面の円周方向に配置される少なくとも１個の、所望の圧力の流体が供給される押付ポケットと、
前記内周面の円周方向に配置される少なくとも２個の、可変絞りを経由して流体が供給される静圧ポケットを備え、
前記押付ポケットの図心と前記回転軸の軸心を結ぶ直線および前記静圧ポケットの図心と前記回転軸の軸心を結ぶ直線が、前記内周面の円周方向で１８０度を越える範囲に配置され、
前記可変絞りの流量が自身が流体を供給する前記静圧ポケットの圧力に応じて調整される静圧ジャーナル軸受。
【請求項２】
前記静圧ポケットを２個備え、前記押付ポケットを１個備える請求項１に記載の静圧ジャーナル軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の円筒部を支持する静圧ジャーナル軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転軸の円筒部を軸受本体で支持する静圧ジャーナル軸受において、軸受本体の回転軸に対向する内周面に、一対の対向する静圧ポケットを備え、一方の静圧ポケットには可変絞りを経由して軸受油を供給し、他方の静圧ポケットには固定絞りを経由して軸受油を供給する静圧ジャーナル軸受がある。この可変絞りの流量を、自身が軸受油を供給する静圧ポケットの回転軸の変位に伴う圧力変動に応じて調整することで、支持剛性を無限大に近くすることができる。（特許文献１）
図１０の下部に、このような静圧ジャーナル軸受における、静圧ポケットの圧力と回転軸の変位の関係を表す変位特性曲線を示す。この変位特性曲線においては静圧ポケットの圧力ＰｓがＰｓ１からＰｓ２の間である領域Ｇでは静圧ポケットの圧力が変動しても回転軸の変位がほとんど変動しない。すなわち、通常は回転軸に外力が作用すると回転軸が変位し、その結果、外力の方向に対向する側の静圧ポケットの圧力が増加して作用する外力と釣り合うが、領域Ｇでは回転軸の変位の変動が無くても静圧ポケットの圧力が増加することができる。この結果、領域Ｇでは回転軸の剛性が極めて大きくなり無限大に近くなる。
【０００３】
このような静圧軸受を研削盤の砥石軸や主軸に用いた場合には、研削による工作物の精度を決めるのは仕上げ研削時における砥石軸や主軸の回転精度である。高い回転精度を保つためには、研削力の変動に関わらず一定の位置で回転軸が回転することが重要である。つまり、研削力の小さな仕上研削時に回転軸の剛性が大きい（可能ならば無限大）ことが好適である。
このため、図１０の上部に示す、静圧ポケットの圧力と回転軸に作用する力の関係を表す力特性線における回転軸に作用する力の小さな部分が、静圧ポケットの圧力のＰｓ１からＰｓ２の間に含まれる（力特性線ｃとなる）ように設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５０−８９７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静圧ポケットの圧力Ｐｓは、静圧ポケットからの流出量をＱ、静圧ポケットと回転軸の対向する部位の距離を隙間ｔ１、比例定数をＫとすると式Ｐｓ＝Ｋ・Ｑ／ｔ１３で表される。静圧ポケットからの流出量Ｑは静圧ポケットへの流入油量と等しく、静圧ポケットへの流入油量は絞りにより制限があるため変動が少ない、このため隙間ｔ１の変動により静圧ポケットの圧力Ｐｓが大きく変化する。図１０の上部に示すように、隙間ｔ１が適正値より大き過ぎると圧力は低くなり力特性線ｂとなり、隙間ｔ１が小さ過ぎると圧力は高くなり力特性線ｄとなる。適正な力特性線ｃとするには、隙間ｔ１を１〜２μｍ以内の精度で決めることが要求される。隙間ｔ１は軸受本体の内週面の直径と回転軸の直径の差で決まるので、軸受本体と回転軸の寸法誤差を補正する高精度の調整が必要で工数と時間を要している。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、回転軸と軸受本体の寸法誤差が大きくても、回転軸に作用する力が小さいときに回転軸の剛性が無限大に近い特性を容易に得られる静圧ジャーナル軸受を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、回転軸と、
前記回転軸の外周面と対向し所定の隙間を形成する内周面を備える軸受本体と、
前記内周面の円周方向に配置される少なくとも１個の、所望の圧力の流体が供給される押付ポケットと、
前記内周面の円周方向に配置される少なくとも２個の、可変絞りを経由して流体が供給される静圧ポケットを備え、
前記押付ポケットの図心と前記回転軸の軸心を結ぶ直線および前記静圧ポケットの図心と前記回転軸の軸心を結ぶ直線が、前記内周面の円周方向で１８０度を越える範囲に配置され、
前記可変絞りの流量が自身が流体を供給する前記静圧ポケットの圧力に応じて調整されることである。
【０００８】
請求項1の静圧ジャーナル軸受によれば、押付ポケットに所望の圧力の流体を供給することで、回転軸が静圧ポケットと回転軸の隙間が小さくなる方向へ押され、回転軸と内周面の精度に無関係に静圧ポケットの圧力を所定の圧力に設定できる。
【０００９】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記静圧ポケットを２個備え、前記押付ポケットを１個備えることである。
【００１０】
請求項２の静圧ジャーナル軸受によれば、押付ポケットを１個とすることで、静圧ポケットの占有面積を大きくできるため、限界支持力を大きくできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転軸と軸受本体の内周面の精度に無関係に静圧ポケットの圧力を所定の圧力に設定でき、回転軸に作用する力が小さなときに回転軸の剛性が無限大に近くなる静圧ジャーナル軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の静圧ジャーナル軸受を用いた砥石軸装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態の軸受本体の断面図である。
【図４】図３のＢ矢視図である。
【図５】本実施形態の可変絞りの断面図である。
【図６】図５のＣ矢視図である。
【図７】静圧ジャーナル軸受の圧力特性を示すグラフである。
【図８】本実施形態の変形態様の静圧ジャーナル軸受の断面図である。
【図９】本実施形態の変形態様の軸受本体の断面図である。
【図１０】従来の静圧ジャーナル軸受の圧力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態として、研削盤の砥石軸装置に応用した、流体として軸受油を用いた静圧ジャーナル軸受の例で説明する。
図１に示すように、砥石軸装置１において、砥石７を保持する回転軸５が、軸受けハウジング２に固定されている軸受本体３、４により回転自在に支持され、モータ６により回転駆動される。軸受本体３、４には、ポンプ１１から圧力制御弁１０と管路１２を経由して圧力制御弁１０により所望の圧力に設定された軸受油（流体）が供給される。
軸受本体３、４は同一の構造を備えており、その詳細を図２に示す軸受本体４の例で説明する。軸受本体４の内周面４１と回転軸５の外周面５１は所定の隙間ｔ１を備えている。内周面４１には所定の深さを備えた窪みである静圧ポケット４２、４３と押付ポケット４４、４５が円周方向に分散配置されている。押付ポケット４４、４５は流路４８、４９により管路１２に連通している。静圧ポケット４２、４３は夫々に可変絞り４７を経由して管路１２に連通している。
【００１４】
静圧ポケット４２、４３と押付ポケット４４、４５は一定の関係を備えており、その詳細を説明する。
図３において、静圧ポケット４２と押付ポケット４５は、Ｘ軸方向で対向する位置に配置され、静圧ポケット４２のＸ軸方向への投影寸法をＬ２とし、押付ポケット４５のＸ軸方向への投影寸法をＬ１とすると、Ｌ２＞Ｌ１である。また、図４に示すように、静圧ポケット４２、４３と押付ポケット４４、４５の軸方向の幅寸法はＬｂで等しく設定されている。このため、押付ポケット４５の投影面積Ｌ１・Ｌｂと静圧ポケット４２の投影面積Ｌ２・ＬｂもＬ２・Ｌｂ＞Ｌ１・Ｌｂであり、投影面積のＬ２・Ｌｂに対するＬ１・Ｌｂの比率は０．４〜０．７が好適である。静圧ポケット４３と押付ポケット４４も同様の比率に設定されており、Ｘ軸と直交するＹ軸方向で対向する位置に配置されている。
【００１５】
次に、可変絞り４７の詳細を説明する。図５に示すように、可変絞り４７は、流体供給室４７２と流体貯留室４７３の間を板ばね４７０により分離されている。図６に示すように、板ばね４７０は円板で４箇所の開口４７１を同心円上に備えている。流体供給室４７２は管路１２に連通する供給流路４７６を備え、流体貯留室４７３はその中央部に突起部４７４を備え、突起部４７４の中心に静圧ポケット４１または静圧ポケット４２に連通する流出路４７５を備えている。突起部４７４と板ばね４７０は隙間ｔ２を備えて対向している。
【００１６】
静圧ジャーナル軸受の作動について説明する。
図２において、ポンプ１１が駆動され圧力制御弁１０により圧力Ｐ０の軸受油が管路１２に供給されると、流路４８、４９を経由して押付ポケット４４、４５に軸受油が充満し圧力がＰ０となる。
一方、可変絞り４７に軸受油が供給されると、図５に示すように軸受油は管路１２に連通する流路４７６を経由して流体供給室４７２に流入し、さらに、板ばね４７０の４箇所の開口４７１を経由して流体貯留室４７３に流入する。これにより、圧力がＰ０の軸受油が、流体供給室４７２と流体貯留室４７３内に充満する。次に、流体貯留室４７３内の軸受油は、板ばね４７０と突起部４７４の間の隙間ｔ２により絞られ圧力が低下しながら、流出路４７５を経由して静圧ポケット４２、４３に流入し、圧力がＰｓの軸受油が静圧ポケット４２、４３に充満する。
押付ポケット４４、４５の圧力Ｐ０と静圧ポケット４２、４３の圧力Ｐｓにより回転軸５の自重に対抗する浮上力が発生して、回転軸５を押付ポケット４４、４５と静圧ポケット４２、４３から所定の隙間を隔てた状態で支持する。その後、押付ポケット４４、４５と静圧ポケット４２、４３内に充満した軸受油は各ポケットの周りの回転軸５との隙間ｔ１を経由して軸受本体４からハウジング２に排出される。
軸受本体３においても同様にして、回転軸５を押付ポケットと静圧ポケットから所定の隙間を隔てた状態で支持する。
【００１７】
次に、静圧ポケット４２の圧力の説明をする。押付ポケット４５に圧力Ｐ０が供給されるため回転軸５は静圧ポケット４２の方向へ押付力Ｐ０・Ｌ１・Ｌｂで押される。このため、回転軸５と静圧ポケット４２の隙間は、静圧ポケット４２内の圧力Ｐｓが式Ｐ０・Ｌ１・Ｌｂ＝Ｐｓ・Ｌ２・Ｌｂを満足する値となる。つまり、Ｐｓ＝Ｐ０・Ｌ１・Ｌｂ／（Ｌ２・Ｌｂ）＝Ｐ０・Ｌ１／Ｌ２が成り立ち、回転軸５の外周面５１の外径寸法と軸受本体４の内周面４１の内径寸法に無関係に、供給圧力Ｐ０と押付ポケット４５と静圧ポケット４２の寸法により、回転軸５に力が作用しない時の静圧ポケット４２の圧力Ｐｓを決めることができる。同様にして、静圧ポケット４３の回転軸５に力が作用しない時の圧力Ｐｓも決めることができる。
【００１８】
次に、研削により砥石７に研削力が作用することで、軸受本体４の部位において回転軸５に図２のＸ方向にＦの力が作用した状態について説明する。
回転軸５が力Ｆにより静圧ポケット４２の方向に移動して、静圧ポケット４２と回転軸５との隙間が小さくなると、静圧ポケット４２から流出する軸受油の流量が低下して、静圧ポケット４２内の圧力Ｐｓが上昇する。図５において、可変絞り４７の板ばね４７０と突起部４７４の間の隙間ｔ２は、板ばね４７０の両面に作用する圧力Ｐ０と吐出口４７５に作用する静圧ポケット４２の圧力Ｐｓにより発生する力と、板ばね４７０の弾性回復力とが釣り合う大きさとなる。流出路４７５の圧力Ｐｓは上昇するので、板ばね４７０を突起部４７４から遠ざけ、隙間ｔ２を大きくする。このため、隙間ｔ２から静圧ポケット４２へ流入する軸受油の量が増大し、静圧ポケット４２から流出する軸受油の流量も増大する必要があり、静圧ポケット４２と回転軸５との隙間ｔ１の減少を防止する作用が働く。つまり、力の変動に対する間隔ｔ１（回転軸）の変動を少なくする（剛性を大きくする）作用が働く。
【００１９】
静圧ポケット４２の圧力Ｐｓが増大することによる、静圧ポケット４２からの流出流量の増大量と、可変絞り４７の板ばね４７０と突起部４７４の間の隙間ｔ２から静圧ポケット４２に流入する流入流量の増大量が等しくなるように可変絞り４７と静圧ポケットの寸法を定めることで、圧力が増大しても静圧ポケット４２と回転軸５との隙間ｔ１を一定とできる。すなわち、回転軸５の変位を伴うことなく静圧ポケット４２の圧力Ｐｓが増大して回転軸を支持する力が増大することが可能となる。図７において、変位特性曲線のＧで示す領域がこのような特性を示す静圧ポケットの圧力Ｐｓの範囲となる。
同様にして、押付ポケット４４と静圧ポケット４３の組合せにより、Ｙ方向においても同様の作用が働く。結果として、静圧ジャーナル軸受１の円周方向のどの方向においても無限剛性に近い特性を示す。
【００２０】
以上のように、本発明の静圧ジャーナル軸受によれば、回転軸５に力が作用しない時の静圧ポケット４２、４３の圧力Ｐｓを、供給圧力Ｐ０を制御することで容易に所望の値に設定できる。この圧力Ｐｓを図７に示すＰｓ１からＰｓ２までの変位特性曲線のＧの領域に設定することで、力特性線ｃのような特性となり、回転軸５に力が作用しない時から静圧ポケット４２、４３の圧力がＰｓ２となるまでは無限剛性に近い特性を示す静圧ジャーナル軸受を実現できる。
このような静圧ジャーナル軸受を研削盤等に用いることで、仕上研削時の研削力が小さい時に回転軸５の剛性が極めて大きいため外乱力に影響されずに高精度な加工ができる。
【００２１】
以上の説明では、静圧ポケットと押付ポケットを各２個としたが、図８に示すように押付ポケットを１個としてもよい。この場合、押付ポケット５４４の円周方向の中央点と軸受中心を結ぶ線に対して静圧ポケット５４２と静圧ポケット５４３を対称に配置する。さらに、図９に示すように、Ｙ軸方向における、押付ポケット５４４の投影寸法をＬ１１とし、静圧ポケット５４２、５４３の投影寸法をＬ１２とすると、２・Ｌ１２＞Ｌ１１に設定する。こうすることで、回転軸５５に力が作用しない時に無限剛性に近い特性を備えると共に、静圧ポケット５４２、５４３の円周方向の占有率を大きくできるためＸ方向の力の支持の限界値を大きくすることができる。このＸ方向に加工力が作用するように静圧ジャーナル軸受を配置することで、大きな加工力の作用する加工にも小型の静圧ジャーナル軸受で対応できる。
【００２２】
さらに、静圧ポケットと押付ポケットの配置に関しては各種の配置が考えられるが、押付ポケットの図心と回転軸の軸心を結ぶ直線および静圧ポケットの図心と回転軸の軸心を結ぶ直線が、軸受本体の内周面の円周方向で１８０度を越える範囲に配置されていればよい。
また、静圧ポケットと押付ポケットの軸方向の幅が同一として説明したが、異なってもよい。この場合も、押付ポケットの投影面積が静圧ポケットの投影面積の０．４〜０．７の比率はであれば好適である。
【符号の説明】
【００２３】
３、４：軸受本体  ５：回転軸  １０：圧力制御弁  １１：ポンプ  ４１：内周面  ４２、４３：静圧ポケット  ４４、４５：押付ポケット  ４７：可変絞り  ５１：外周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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