JPH076539B2 - 直線ころがり案内装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軌道とベアリングとからなる直線ころがり案
内装置に関する。

〔従来技術〕

たとえば工作機械において、直線方向の案内をする装置
としてすべり案内の代りに軌道とベアリングとからなる
ころがり案内を用いると次のような利点がある。すなわ
ち、摩擦が小さいため駆動モータの容量を小さくするこ
とができ、また、ステイツクスリツプ現象が発生しない
ため、精度の良い位置決めを容易に行なうことができ、
さらに剛性も大きい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、たとえば工作機械の１つである研削盤に
ころがり案内装置を採用すると次のような問題がある。
以下、図面により説明する。

第５図は研削盤の側面図を示すもので、１は砥石。２は
砥石１は回転自在に支持する主軸で、コラム３に対しＹ
方向に摺動自在である。4aはころがり案内装置４を構成
するベアリングで、コラム３の下部に固定されている。
4bはころがり案内装置４を構成する軌道で、ベツド５に
固定されている。すなわち、コラム３はベツド５に対し
Ｚ方向に摺動自在である。６はワーク７を載置するテー
ブルで、Ｘ方向に摺動自在である。

上記ころがり案内装置４を採用した研削盤の主軸２とテ
ーブル６との間に加振器を設置して加振力を加えると、
研削盤の各部は第５図において２点鎖線で示すように変
位する。すなわち、主軸２とコラム３（以下、まとめて
支持部８と呼ぶ）およびベツド５は十分な剛性を持ち、
変位はころがり案内装置４に起因するものであることが
わかる。さらに、前記加振器の加振周波数を変化させる
とき、横軸に加振周波数、縦軸にコンブライアンス（た
だし、縦軸は対数表示である。）をとると、支持部８の
応答曲線は第４図に２点鎖線で示す曲線（ａ）になる。
すなわち、一様な曲線ではなく、傾斜の急な山と谷を持
ち、しかも山と谷の差が大きく、支持部８は加振力によ
り大きく変位することがわかる。

加工時、砥石１とワーク７との間には研削抵抗により、
主としてＹ方向の力が変わる。一般に、砥石１およびワ
ーク７は完全に均一なものはではないから、前記した力
の大きいは一様ではなく、大きさが変動し、加振力とな
る。そこで、上記曲線（ａ）で示す特性を持つ研削盤で
ワーク７を加工すると、研削抵抗の変動により、ワーク
７の表面９には曲線（ａ）に対応した凹凸が発生する。
上記した凹凸の差をなくし、表面９の平面度を向上させ
るために仕上加工をしても、表面９にできた凹凸により
砥石１に加わる研削抵抗が変動し、砥石１には加振力が
加わることになる。このため、仕上加工をくり返して
も、表面９には数μｍの凹凸が残り、平面度を向上させ
ることができないという問題点があつた。

本発明の目的は、上記した問題点を解決し、ころがり案
内装置４の長所を損わず、しかも加振力による変位が少
ない直線ころがり案内装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、上記した加振力による支持部８の変位の原
因が、ベアリング4a内のボールと軌道4bとの間にできる
油膜の厚さがないか、あつても僅かであることによるも
のであることをつきとめた。そこで、上記の目的を達成
するため、本発明の一実施例図である第１図に示すよう
に、ベアリング10aに永久磁石11を載置すると共に、軌
道10bに流体槽12を設け、ベアリング10aの表面13と流体
槽12の内面14との間に５μｍ〜1mm程度の隙間15を持た
せて対向させ、磁性流体16を隙間15に充填した。なお、
永久磁石11はそれぞれのＮ極とＳ極を交互に所定の間隔
を持たせて倍地配置され、同図に点線で示す磁気回路を
形成する。

〔作用〕

第１図において、ベアリング10aに矢印で示す下向きの
力を加えるものとする。隙間15に何もなければ、ベアリ
ング10a内部のボールが弾性変形し、ベアリング10aは下
方に移動する。しかしながら、隙間15には磁性流体16が
入つているから、ベアリング10aは磁性流体16を排除し
ながら沈むことになる。磁性流体16には粘性があるか
ら、磁性流体16はすぐには移動せず、ベアリング10aに
は粘性抵抗が上向きに働く。すなわち、上記したベアリ
ング10a、流体槽12、および磁性流体16からなる振動減
衰装置17は、いわゆるダツシユポツトを構成する。ベツ
ド５の変形は少なく、剛体とみなせるから、第２図の等
価振動系をモデル化すると第３図に示すものとなる。同
図において、MsはＹ方向の振動モードに関する支持部８
の等価質量。同様に、Ksは支持部８をばねとみなしたと
きの等価剛性。Kbはころがり軸受４のばね定数。Cdは振
動減衰装置13の粘性抵抗である。

加工時、砥石１に加わるＹ方向の加振力は支持部８に伝
わる。しかしながら、前記加振力に対し、ばねKbに作用
する復元力は振動の変位置に応ずるものであり、粘性抵
抗Cdは振動の変位の速度に応ずるものであつて、力の位
相が90度ずれるため、振動の減衰効果が得られることに
なる。ここで、流体が磁性流体16であるから、永久磁石
11による磁場の大きさを変えることにより、粘性抵抗Cd
を磁場のない時に示す固有の粘性抵抗と、それよりも大
きい磁場のある時の見掛けの粘性抵抗との間で任意に調
整することができる。そこで、前記した第４図の曲線
（ａ）を求めたときと同一の加振力を主軸２に加え、第
２図における砥石１の振動がもつとも小さくなる粘性抵
抗Cdを選定すると、支持部８の応答曲線は同図（ｂ）で
示す曲線となる。すなわち、曲線（ｂ）は曲線（ａ）に
くらべて凹凸の少ない曲線となり、加工後の表面９は平
面度のすぐれたものとなる。

〔実 施 例〕

第１図は本発明の一実施例図、第２図は本発明の直線こ
ろがり案内装置を適用した研削盤の側面図である。な
お、第５図と同じもので同一の符号を付してある。

10aはベアリング。10bは軌道。11はベアリング10aに載
置された永久磁石で、点線で示す磁気回路を構成するよ
うに、それぞれのＮ極とＳ極を交互に所定の間隔を持た
せて配置する。12は軌道10bに設けられた流体槽。16は
磁性流体で、ベアリング10aの表面13と、流体槽12の内
面14との隙間15に充填されている。また、18はベアリン
グ10aに設けられた複数の細径の穴で、表面13と外気側
の側面19とを連通させている。さらに、永久磁石11が作
る磁界は、磁性流体16の見掛けの粘性抵抗Cdが砥石１の
振動をもつとも小さくする値にしていある。

以下、動作について説明する。

加工時、砥石１には大きさの変動する力、すなわち加振
力が主としてＹ方向に加わる。前記加振力は支持部８に
伝わるが、振動減衰装置17により支持部８の変位は小さ
くなる。

また、本実施例においては穴18により支持部８のＺ方向
の移動に円滑にすることができる。すなわち、隙間15が
狭く、表面13が内面14に対して傾いている状態で支持部
８をＺ方向に移動させると、いわゆる流体のくさび作用
によつて支持部８に対し上向きの力が発生し、移動が円
滑に行なれない。しかしながら、本実施例においては、
穴18により磁性流体16に発生する圧力を逃がすことがで
きるから、流体のくさび作用はほとんど発生せず、支持
部８をＺ方向に円滑に移動させることができる。

さらに、永久磁石11はベアリング10aの側面19にも配置
されているから、Ｙ方向だけでなく、Ｘ方向の加振力に
対しても減衰効果がある。

なお、本実施例においては、永久磁石11を磁性流体16に
対して垂直方向に配置したが、平行に配置してもよいこ
とは言うまでもない。また、ベアリング10aおよび軌道1
0bは強磁性体に限らず、非磁性体で構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の直線ころがり案内装置は
付加される加振力を減衰させることができるから、加振
力に対して変位の小さい装置とすることができ、加工精
度を向上させることができる。さらに、表面13と内面14
とは接触していないから、摩擦抵抗はほとんどなく、こ
ろがり案内の長所を損うことがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は本発明の一実施例図。第３図ない
し第４図は本発明の説明図。第５図は従来技術の説明図
である。 ４……ころがり案内装置、4a,10a……ベアリング、4b,1
0b……軌道、11……永久磁石、12……流体槽、13……表
面、14……内面、15……隙間、16……磁性流体、17……
振動減衰装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軌道とベアリングとからなる直線ころがり
   案内装置において、ベアリングの表面に磁石を載置する
   とともにベアリングの表面を大気に接続する穴を設け、
   軌道に磁性流体を容れるための流体槽を設け、ベアリン
   グの表面と対向する流体槽の内面とが５μｍ〜1mmの隙
   間を持つように構成したことを特徴とする直線ころがり
   案内装置。