高速回転用水潤滑軸受に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452119
• Research Institution: SCIENCE UNIVERSITY OF TOKYO
• Principal Investigator: 阿武 芳朗 東京理科大学, 工学部, 教授 (40016209)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉本 成香 東京理科大学, 工学部, 助教授 (80096718)
• Keywords: 軸受 / 水潤滑 / コニカル / 弾性面 / 静特性

Research Abstract

電子機器、光学機器の高精度化に伴い、小径の内面研削盤や、小径ドリル用の高速回転スピンドルには、ますます高い剛性と回転精度、そしてより高い回転数が要求されるようになってきている。従来これらのスピンドルには転がり軸受や静圧気体軸受が広く応用されてきた。しかし転がり軸受は振動、回転精度および寿命の点で、また静圧気体軸受は剛性および負荷容量の点で十分とは言えず、高い剛性と負荷容量、そして優れた回転精度と十分な高速回転が可能なスピンドルの開発が強く要望されていた。
そこで本研究では、これらの要求を同時に満足できる高速回転スピンドル用軸受として、新構造の水潤滑静圧軸受を提案した。新構造の水潤滑軸受はコニカル形状であり、軸受面にはゴムが張られ、変形可能となっている。さらに潤滑流体の水は軸の中を通して軸受すきま内に給水される形式となっている。したがって回転速度が増加するにつれ、遠心力により給水圧力が増加する原理となっている。前年度は、主軸を実際に製作し、それを12万rpm程度にまで高速回転させ、提案する軸受が安定に動作することを確かめた。今年度は、遠心力による給水圧の増加を実験的に確かめるために、軸受面を金属とした軸受を製作し、軸受内圧力の計測を行った。また、有限要素法により、軸受内圧力を理論的に求め実験値との比較検討を行った。
その結果、軸受内の圧力上昇には、回転による遠心力だけではなく、軸表面に設けられたスパイラル溝の影響が大きいことが明かとなった。また、軸回転による動圧効果を有効に利用するために、軸受面に浅いポケットを設けた軸受についても理論的な検討を行い、高速回転スピンドル用軸受としてきわめて有用なことを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 吉本 成香 阿武 芳朗: "弾性面を持つ高速スピンドル用水潤滑コニカル軸受(静特性の理論解析)" 精密工学会1991年度秋季大会講演論文集. 427-428 (1991)
• [Publications] 吉本 成香 阿武 芳朗: "弾性面を持つ高速スピンドル用水潤滑コニカル軸受(実験結果)" 日本機械学会第70期全国大学講演論文集. 920-78. 264-266 (1992)