特許 7247832 回転軸部材支持装置及び研削盤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-20

(45)【発行日】2023-03-29

(54)【発明の名称】回転軸部材支持装置及び研削盤

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/06 20060101AFI20230322BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20230322BHJP

   B24B 41/04 20060101ALI20230322BHJP

   B24B 47/12 20060101ALI20230322BHJP

   B23B 19/02 20060101ALI20230322BHJP

【ＦＩ】

F16C32/06 Z

F16C17/02 Z

B24B41/04

B24B47/12

B23B19/02 B

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2019171580

(22)【出願日】2019-09-20

(65)【公開番号】P2021046936

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-08-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】弁理士法人 共立特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大和 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】荒川 直矢

【審査官】稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３２３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４３４６９４７（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第９７８４３１２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １７／００－３２／００

Ｂ２４Ｂ ４１／００－４７／００

Ｂ２３Ｂ １９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸部材の外周面と対向する軸受面に凹状のポケット及びランドを有する静圧流体軸受と、
前記ポケットに潤滑流体を供給する流体供給装置と、
を備える回転軸部材支持装置であって、
前記流体供給装置は、
前記ポケットの供給口に接続される流通路に設けられて、前記潤滑流体を構成する液体を加圧して供給する加圧装置と、
前記加圧装置と前記供給口との間の前記流通路に設けられて、前記加圧装置によって加圧された前記液体に対して気体を混合することにより、前記液体に前記気体が混合された混合潤滑流体を生成し、前記混合潤滑流体を前記ポケットに供給する気液混合装置と、
を備え、
前記静圧流体軸受は、
前記回転軸部材の回転に伴う前記混合潤滑流体の回転により、前記混合潤滑流体における前記液体を主とする液体層を前記軸受面側に形成し、且つ、前記混合潤滑流体における前記液体から分離した前記気体を主とする気体層を前記回転軸部材の外周面側に形成した状態で、前記回転軸部材を支持する、回転軸部材支持装置。

【請求項2】

前記静圧流体軸受は、
前記回転軸部材の回転に伴って回転する前記混合潤滑流体に発生する遠心力により、前記混合潤滑流体における前記液体から前記気体を分離する、請求項１に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項3】

前記静圧流体軸受は、
前記混合潤滑流体に電気エネルギーを加えることにより、前記混合潤滑流体における前記液体から前記気体を分離する、請求項１又は２の回転軸部材支持装置。

【請求項4】

前記気体層は、前記気体の気泡が前記回転軸部材の前記外周面の周方向に複数形成されることにより構成される、請求項１－３のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項5】

前記液体層は、前記ランド側に形成される、請求項１－４のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項6】

前記流体供給装置は、
前記気液混合装置と前記供給口との間にて前記流通路から分岐された排出路に設けられて、前記ポケットに供給する前記混合潤滑流体の圧力を調整する圧力調整弁を備えた、請求項１－５のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項7】

前記流体供給装置は、
前記排出路に配置されて、前記圧力調整弁による圧力の調整に伴って余剰となり、且つ、排出される前記混合潤滑流体における前記気体を除去する気液分離装置を備えた、請求項６に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項8】

前記気液混合装置は、
前記加圧装置によって加圧されて前記流通路の内部を前記供給口に向けて流れる前記液体の流速に起因して発生する負圧により、前記気体を前記流通路の外部から内部に向けて吸引して供給するノズルを備える、請求項１－７のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項9】

前記気液混合装置は、
前記流通路の内部にて前記ノズルよりも下流側に配置されたディフューザを備える、請求項８に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項10】

前記流体供給装置から供給された前記混合潤滑流体における前記液体と前記気体との分離を促進する分離促進器を、前記回転軸部材の前記外周面に設けた、請求項１－９のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項11】

前記分離促進器は、
前記気体の気泡の接触角を大きくすることにより、前記混合潤滑流体における前記気泡を選択的に前記回転軸部材の前記外周面に集める、請求項１０に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項12】

前記分離促進器は、
前記回転軸部材の前記外周面に設けられた凹凸を有する、請求項１１に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項13】

前記分離促進器は、
前記混合潤滑流体における前記液体を選択的に撥く材料によって形成された、請求項１１又は１２に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項14】

前記分離促進器は、
前記混合潤滑流体における前記液体を選択的に撥く材料によって膜状に形成された、請求項１３に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項15】

前記液体の粘度は、前記気体の粘度よりも大きい、請求項１－１４のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項16】

前記液体層の径方向厚みは、前記気体層の径方向厚みよりも大きい、請求項１－１５のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置。

【請求項17】

請求項１乃至請求項１６のうちの何れか一項に記載の回転軸部材支持装置により回転可能に支持されて、砥石車を保持する前記回転軸部材を備えた研削盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転軸部材支持装置及びこの回転軸部材支持装置を備えた研削盤に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、回転軸部材支持装置に用いられる種々の静圧流体軸受が提案されている。例えば、下記特許文献１には、潤滑流体として水を使用する静圧受け構造の技術が開示されている。又、例えば、下記特許文献２には、加工工程に応じて潤滑流体を水及び空気の一方に切り替える静圧軸受装置の技術が開示されている。

【0003】

又、例えば、下記特許文献３には、回転軸部材の両端に気体を供給する気体供給部を備えると共に、気体供給部の間に液体を供給する液体供給部を備えた流体軸受装置の技術が開示されている。更に、例えば、下記特許文献４には、混入した空気を脱気した油を潤滑流体として用いる静圧軸受装置の技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－２４０６５２号公報

【文献】特開２００４－３０８７２６号公報

【文献】特開２００９－２１６２３２号公報

【文献】特開２００１－８２４７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、静圧流体軸受を有する回転軸部材支持装置では、粘性抵抗の大きな潤滑流体が用いられる。このため、潤滑流体の粘性抵抗に起因した動力損失が静圧流体軸受において発生し、その結果、電力消費が増大したり、発熱により軸受焼付きが発生したりする虞れがある。

【0006】

このような不具合を防止するため、上述した従来の技術では、潤滑流体の粘性抵抗を低減するように潤滑流体を適宜選択できるようになっている。しかしながら、上述した従来の技術では、潤滑流体を選択可能とするために、静圧流体軸受及び流体供給装置の構造が複雑になるという問題がある。

【0007】

一方、静圧流体軸受及び流体供給装置の構造を簡略化する場合、例えば、静圧流体軸受の小径化する場合がある。静圧流体軸受を小径化した場合には、潤滑流体において発生する粘性抵抗を低減することが可能であり、その結果、動力損失の低減や低発熱化を図ることができる。

【0008】

ところが、動力損失を低減するために静圧流体軸受を小径化すると、静圧流体軸受が支持する回転軸部材の直径も小さくなる。このため、回転軸部材の曲げ剛性が低下し、その結果、回転軸部材が工具（例えば、砥石車等）を支持した際の剛性が不足して、例えば、加工時における寸法精度の低下や固有振動数の低下による振動の発生等が懸念される。このため、回転軸部材支持装置においては、静圧流体軸受における動力損失を低減しながら、回転軸部材の剛性を確保することが重要となる。

【0009】

本発明は、動力損失の低減が可能な静圧流体軸受を有する回転軸部材支持装置及びこの回転軸部材支持装置を備えた研削盤を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（回転軸部材支持装置）
回転軸部材支持装置は、回転軸部材の外周面と対向する軸受面に凹状のポケット及びランドを有する静圧流体軸受と、ポケットに潤滑流体を供給する流体供給装置と、を備える回転軸部材支持装置であって、流体供給装置は、ポケットの供給口に接続される流通路に設けられて、潤滑流体を構成する液体を加圧して供給する加圧装置と、加圧装置と供給口との間の流通路に設けられて、加圧装置によって加圧された液体に対して気体を混合することにより、液体に気体が混合された混合潤滑流体を生成し、混合潤滑流体をポケットに供給する気液混合装置と、を備え、静圧流体軸受は、回転軸部材の回転に伴う混合潤滑流体の回転により、混合潤滑流体における液体を主とする液体層を軸受面側に形成し、且つ、混合潤滑流体における液体から分離した気体を主とする気体層を回転軸部材の外周面側に形成した状態で、回転軸部材を支持する。

【0011】

（研削盤）
研削盤は、上記回転軸部材支持装置により回転可能に支持されて、砥石車を保持する前記回転軸部材を備える。

【0012】

これらによれば、回転軸部材支持装置は、静圧流体軸受に混合潤滑流体を供給することができる。又、回転軸部材支持装置は、回転軸部材を回転させることにより、静圧流体軸受の軸受面側に液体層を形成すると共に回転軸部材の外周面側に気体層を形成する、即ち、気液二層化を実現することができる。これにより、回転軸部材の回転に伴って静圧流体軸受に発生する粘性抵抗を大幅に低減することができる。従って、静圧流体軸受を小径化することなく、回転軸部材の剛性を維持しながら動力の低減を実現することができる。その結果、研削盤の消費電力を低減することができるため、研削盤のランニングコストを削減することができる。

【0013】

又、気液二層化を実現することにより、回転軸部材を回転させる際に必然的に発生する粘性抵抗を低減することができるため、回転軸部材を回転させた際の温度上昇を抑制することができる。これにより、温度上昇に起因して発生する虞のある回転軸部材及び静圧流体軸受の熱変形等を抑制することができる。従って、研削盤による研削加工において、工作物や回転軸部材に取り付けられる研削盤の砥石車の位置決め精度及び再現性を向上させることができ、ひいては工作物の品質向上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】回転軸部材支持装置を適用した研削盤の平面図である。

【図2】図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿った砥石台の断面図である。

【図3】図２に示す砥石台本体の正面図である。

【図4】図２に示す流体供給装置の構成を説明するための概略図である。

【図5】図４に示す気液混合装置の構成を説明するための断面図である。

【図6】図１に示す静圧流体軸受の構成を示す断面図である。

【図7】図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った静圧流体軸受及び回転軸部材の断面図である。

【図8】図７の一部を拡大した断面図である。

【図9】速度勾配を説明するための一部断面図である。

【図10】第二例に係る分離促進器を説明するための断面図である。

【図11】第二例の分離促進器の変形例を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（１．回転軸部材支持装置の適用対象）
回転軸部材支持装置は、回転軸部材を回転可能に支持する静圧流体軸受を備えた装置、例えば、主軸装置等に適用される。本例では、主軸装置を有する装置として、研削盤を例に挙げて説明する。尚、主軸装置を有する装置以外として、例えば、静圧流体軸受を有して回転軸部材を有する各種測定器や、車両、船、タービン等のシャフト（回転軸部材）を静圧流体軸受によって回転可能に支持する装置等を例示することができる。

【0016】

（２．研削盤１の構成）
静圧流体軸受を有する回転軸部材支持装置を備えた研削盤１について図面を参照しながら説明する。研削盤１は、軸状の工作物Ｗの研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤を例示することができる。

【0017】

研削盤１は、図１に示すように、主として、ベッド１０と、主軸台２０と、心押台３０と、砥石支持装置４０と、定寸装置５０と、制御装置６０と、を備えている。尚、図１において、Ｚ軸方向は、トラバース方向であり、Ｘ軸方向は、トラバース方向と直角な水平方向であり、Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する鉛直方向である。

【0018】

ベッド１０は、平面矩形状に形成されており、設置面（床）上に固定される。このベッド１０の上面には、砥石支持装置４０を構成する後述の砥石台トラバースベース４１を摺動可能とする一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂが、互いに平行にＺ軸方向に沿って延設されて固定されている。一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂの間には、砥石台トラバースベース４１をＺ軸方向に駆動するためのＺ軸ボールねじ１１ｃが配置されている。そして、ベッド１０の上面には、Ｚ軸ボールねじ１１ｃを回転駆動するＺ軸モータ１１ｄが固定されている。

【0019】

主軸台２０は、主軸台本体２１と、主軸２２と、主軸モータ２３と、主軸センタ２４と、を備えている。主軸台本体２１は、挿通された主軸２２を回転可能に支持している。主軸台本体２１は、主軸２２の軸方向がＺ軸方向を向き、且つ、一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂと平行になるように、ベッド１０の上面に固定されている。

【0020】

主軸２２の一端（図１において紙面左側）には、主軸モータ２３が設けられている。これにより、主軸２２は、主軸モータ２３によって主軸台本体２１に対してＺ軸周りに回転駆動される。尚、主軸モータ２３には、主軸モータ２３の回転角を検出するエンコーダが設けられている。又、主軸２２の他端（図１において紙面右側）には、軸状の工作物Ｗの軸方向の一端を支持する主軸センタ２４が設けられている。

【0021】

心押台３０は、心押台本体３１と、心押センタ３２と、を備えている。心押台本体３１は、挿通された心押センタ３２を回転可能に支持している。心押台本体３１は、心押センタ３２の軸方向がＺ軸方向を向くように、且つ、心押センタ３２の回転軸が主軸２２の回転軸と同軸となるようにベッド１０の上面に固定されている。即ち、心押センタ３２は、主軸センタ２４と共に工作物Ｗの軸方向の両端を支持し、工作物ＷがＺ軸周りに回転可能となるように配置される。尚、心押センタ３２は、工作物Ｗの長さに応じて、心押台本体３１の端面からの突出量の変更が可能となるように構成されている。

【0022】

（３．砥石支持装置４０の構成）
砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１と、後に詳述する回転軸部材支持装置７０である砥石台４２と、工具としての円柱状の砥石車４３と、を備えている。砥石台トラバースベース４１は、矩形の平板状に形状されており、ベッド１０の上面に設けられた一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂ上を摺動可能に設けられている。

【0023】

砥石台トラバースベース４１は、Ｚ軸ボールねじ１１ｃのナット部材（図示省略）に連結されており、Ｚ軸モータ１１ｄの駆動により一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿って移動する。尚、Ｚ軸モータ１１ｄには、Ｚ軸モータ１１ｄの回転角を検出するエンコーダが設けられている。

【0024】

砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２を摺動可能とする一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂが、互いに平行に、且つ、Ｘ軸方向に沿って固定されて延設されている。砥石台トラバースベース４１の上面に固定された一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂの間には、砥石台４２をＸ軸方向に駆動するためのＸ軸ボールねじ４１ｃが配置されており、Ｘ軸ボールねじ４１ｃを回転駆動するＸ軸モータ４１ｄが配置されている。尚、Ｘ軸モータ４１ｄには、Ｘ軸モータ４１ｄの回転角を検出するエンコーダが設けられている。

【0025】

砥石台４２は、砥石台トラバースベース４１の上面に設けられた一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂ上を摺動可能となるように設けられている。砥石台４２は、Ｘ軸ボールねじ４１ｃのナット部材（図示省略）に連結されており、Ｘ軸モータ４１ｄの駆動により一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って移動可能とされている。これにより、砥石台４２は、ベッド１０、主軸台２０及び心押台３０に対して、Ｘ軸方向及びＺ軸方向（トラバース送り方向）に相対移動可能に構成されている。尚、砥石台４２（回転軸部材支持装置７０）の詳細については、後述する。

【0026】

定寸装置５０は、研削部位における工作物Ｗの外径を計測するための装置である。定寸装置５０は、計測した外径を表す計測信号を制御装置６０に出力する。

【0027】

制御装置６０は、Ｚ軸モータ１１ｄ及びＸ軸モータ４１ｄを含む各モータの駆動を制御する装置である。制御装置６０は、各モータを駆動させることにより、工作物Ｗ及び砥石車４３をＺ軸周りに回転させると共に工作物Ｗに対する砥石車４３のＺ軸方向及びＸ軸方向への相対位置を変更して工作物Ｗの外周面の研削を行う。

【0028】

（４．回転軸部材支持装置７０（砥石台４２）の第一例）
砥石台４２としての回転軸部材支持装置７０は、図２に示すように、砥石台本体７１と、回転軸部材７２と、静圧流体軸受としての軸受７３と、流体供給装置８０とを備えている。砥石台本体７１は、回転軸部材７２を軸受７３により回転可能に支持するものである。砥石台本体７１の下端部には、図２及び図３に示すように、Ｘ軸方向に延びるように形成され、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って案内される脚部７１ａ，７１ｂ（図２においては、脚部７１ｂのみを図示）が設けられている。

【0029】

回転軸部材７２は、砥石車４３を保持し、回転駆動されるものである。回転軸部材７２は、砥石台本体７１の上面にて、Ｚ軸周りに回転可能に支持されている。回転軸部材７２の一端には、円盤状の砥石車４３が同軸で取り付けられている。又、砥石台本体７１の上面には、ベルト・プーリ機構Ｄ（図１を参照）を介して回転軸部材７２を砥石車４３と共に回転駆動するための砥石回転用モータＭが固定されている。

【0030】

軸受７３は、静圧流体軸受であり、図３に示すように、回転軸部材７２のＺ軸方向に沿って離間した位置にて、回転軸部材７２を回転可能に支持するものである。軸受７３には、回転軸部材７２を静圧支持するために、潤滑流体である後述の混合潤滑流体が調圧されて供給されるようになっている（図２を参照）。尚、軸受７３（９０）の構成については、後に詳述する。

【0031】

（４－１．流体供給装置８０の構成）
流体供給装置８０は、図４に示すように、タンク８１と、流通路８２と、加圧装置としてのポンプ８３と、圧力調整弁８４と、還流路８５と、気液混合装置８６と、排出路８７と、気液分離装置８８とを備えている。タンク８１は、図１乃至図３に示すように、砥石台本体７１の上部に配設されており、潤滑流体（混合潤滑流体）を構成する液体としての潤滑油を貯留するものである。具体的に、タンク８１は、砥石台本体７１の上方（図２において紙面上方）となる上面から下方（図２において紙面下方）に向けて凹むように、且つ、上方を開放するように形成されている。又、タンク８１は、軸受７３（９０）の下方に位置する部位を有するように形成されている。

【0032】

流通路８２は、図４に示すように、タンク８１と軸受７３（９０）（より詳しくは、後述するポケット９４の供給口９４ａ）とを接続しており、タンク８１からポンプ８３によって汲み上げられた液体としての潤滑油及び後述する混合潤滑流体を流通させる流路である。尚、本例においては、図２に示すように、流通路８２を砥石台本体７１の外側に配設するようにするが、砥石台本体７１の内部に配設することも可能である。

【0033】

加圧装置であるポンプ８３は、流通路８２を介してタンク８１及び軸受７３に接続されており、タンク８１の貯留された潤滑油を汲み上げ、且つ、潤滑油を加圧して軸受７３に供給するものである。具体的に、ポンプ８３は、図２に示すように、吸入口８３ａがタンク８１に貯留された潤滑油を浸漬した状態で、砥石台本体７１に固定されている。これにより、ポンプ８３は、吸入口８３ａからタンク８１に貯留された潤滑油を汲み上げ、所定圧力（例えば、１．５Ｍｐａ～２．０Ｍｐａ程度）に加圧した潤滑油を流通路８２を介して軸受７３（９０）に供給する。

【0034】

ここで、ポンプ８３は、制御装置６０と電気的に接続されており、作動が制御装置６０によって制御されるようになっている。これにより、ポンプ８３は、制御装置６０によって回転数が制御されることによって、流通路８２を流通する潤滑油の流量や圧力、流速等を調整する。

【0035】

圧力調整弁８４は、流通路８２から分岐された排出路８７において静圧流体軸受である軸受７３（９０）よりも上流側に配設されている。このように配設されることにより、圧力調整弁８４は、軸受７３（９０）に供給される潤滑油の圧力を所定圧力に調圧する。尚、圧力調整弁８４としては、例えば、直動式リリーフ弁等を用いることが可能であり、省略することも可能である。

【0036】

還流路８５は、軸受７３（９０）から排出された潤滑油をタンク８１に還流させる流路である。本例において、還流路８５は、軸受７３（９０）の下端部がタンク８１に向けて開放されることにより形成されている。これにより、軸受７３（９０）に供給されて通過した潤滑油は、還流路８５を介して、タンク８１に自重によって排出される。尚、還流路８５については、軸受７３（９０）及びタンク８１を接続するように別途設けられた配管によって構成することも可能である。

【0037】

気液混合装置８６は、流通路８２に設けられる。気液混合装置８６は、ポンプ８３によって加圧された液体である潤滑油に対して気体（例えば、空気）を気泡として混合するものである。ここで、気液混合装置８６によって潤滑油に気泡として混合される気体の量は、特に限定されるものではなく、例えば、２０％程度、より好ましくは１０％程度とされる。

【0038】

気液混合装置８６は、図５に示すように、気体吸入口８６ａから吸入した気体をノズル８６ｂを介して流通路８２内に供給する。ここで、潤滑油は、ポンプ８３によって加圧されて流通路８２内を流れている。これにより、気体吸入口８６ａとノズル８６ｂとの間に存在する気体は、流通路８２を流れる潤滑油の流速に起因して発生する負圧による、所謂、ベンチュリー効果が作用することにより、ノズル８６ｂから流通路８２の内部即ち潤滑油に向けて吸引される。尚、ベンチュリー効果により気体を吸引することに代えて、例えば、気体吸入口８６ａから導入された高圧の気体（圧縮空気等）をノズル８６ｂから流通路８２即ち潤滑油に向けて吸引することも可能である。

【0039】

ノズル８６ｂによって外部から流通路８２の内部に吸引された気体は、後述する軸受隙間Ｇに対して十分小さいミクロンレベルの大きさに微小化された気泡、所謂、マイクロバブルやナノバブルとして、潤滑油の内部にて存在する。そして、気泡は、流通路８２の内部にてノズル８６ｂよりも下流側に配置されたディフューザ８６ｃによって潤滑油の内部に拡散される。本例において、ディフューザ８６ｃは、図５に示すように、ノズル８６ｂよりも下流側にて流通路８２を拡管することにより形成される。尚、以下の説明においては、気液混合装置８６によって微小化された気泡即ち気体を潤滑油に混合することによって生成された流体を「混合潤滑流体」と称呼する。

【0040】

気液分離装置８８は、図４に示すように、タンク８１に連通している排出路８７にて、圧力調整弁８４よりも下流側（即ち、タンク８１側）に設けられる。気液分離装置８８は、気液混合装置８６を介して吐出される混合潤滑流体のうち、例えば、圧力調整弁８４による圧力調整（減圧）に伴って余剰となった混合潤滑流体から気体（気泡）と潤滑油とを分離する。気液分離装置８８は、周知の気液分離機構を採用することができ、例えば、混合潤滑流体に振動を与えたり、混合潤滑流体を減圧したり、或いは、混合潤滑流体を筒内で旋回させたりすることによって、混合潤滑流体から気体（気泡）と潤滑油とを分離する。

【0041】

そして、気液分離装置８８は、分離した気体（気泡）を大気中に排気すると共に気体（気泡）を分離した潤滑油をタンク８１に戻す。ここで、タンク８１に戻される潤滑油は、微小化された気泡が除去されている。このため、ポンプ８３は、タンク８１に戻された潤滑油を汲み上げた場合において、所謂、エア噛みを生じることなく、適切に潤滑油を汲み上げて加圧することができる。尚、気液分離装置８８は、例えば、混合潤滑流体における気体の液体に対する混合比が小さい場合や、タンク８１の容量が大きい場合等においては、適宜省略することが可能である。

【0042】

（４－２．軸受９０（７３）の構成）
静圧流体軸受である軸受９０は、図６に示すように、軸受ハウジング９１と、軸受部材９２と、軸受面９３とを備えている。そして、回転軸部材７２の外周面７２ａには軸受面９３を有する円筒状の軸受部材９２が軸受ハウジング９１の内周面に圧入や焼き嵌め等により嵌着一体化されて構成されている。

【0043】

又、軸受９０は、軸受部材９２の軸受面９３に設けられた、ポケット９４と、ランド９５と、ドレン溝９６とを有している。これにより、軸受９０は、回転軸部材７２を静圧支持するようになっている。

【0044】

ポケット９４は、図６に示すように、軸受部材９２の軸受面９３から数ｍｍ程度の深さを有する凹状、且つ、四角形状に設けられている。ポケット９４は、軸受部材９２の周方向に沿って複数、例えば、４か所程度（図７を参照）設けられている。ポケット９４には、混合潤滑流体を供給する供給口９４ａが開口されている。供給口９４ａは、給油供給路９１ａ、環状溝９２ａ及び連通孔９２ｂに連通している。給油供給路９１ａは、流通路８２に連通するように軸受ハウジング９１に設けられている。環状溝９２ａは、軸受部材９２の外周に設けられて給油供給路９１ａに連通している。連通孔９２ｂは、環状溝９２ａに連通して絞り作用を発生する。

【0045】

ランド９５は、軸受部材９２の軸受面９３において、四角形状のポケット９４の周囲に形成されている。ランド９５は、軸受面９３とほぼ同一の内周面高さを有している。尚、ポケット９４及びランド９５の形状については、上述した形状及び配置に限定されるものではなく、回転軸部材７２を静圧支持可能であれば、如何なる形状及び配置であっても良い。

【0046】

ドレン溝９６は、ポケット９４に隣接するように、即ち、ポケット９４の軸線方向の両端に位置するように、軸受部材９２の軸受面９３にて開口して設けられている。ドレン溝９６は、軸受部材９２及び軸受ハウジング９１に設けられた排出孔９２ｃ及び排出孔９１ｂに連通している。尚、排出孔９２ｃ及び排出孔９１ｂは、還流路８５と連通しており、ドレン溝９６に流入した潤滑油は、タンク８１に排出されて回収される。

【0047】

（４－３．軸受９０（７３）の作動）
次に、上記のように構成された軸受９０（７３）の作動を説明する。ポンプ８３によってタンク８１から汲み上げられた潤滑油は、気液混合装置８６を通過することにより、潤滑油に微小化された気泡（気体）が混合された混合潤滑流体となる。混合潤滑流体は、圧力調整弁８４によって圧力が調整された状態で流通路８２を通り、軸受部材９２の外周の環状溝９２ａから絞り作用をなす連通孔９２ｂ及び供給口９４ａを経て最終的にポケット９４に供給される。尚、圧力調整弁８４による圧力調整（減圧）に伴って余剰となった混合潤滑流体は、気液分離装置８８によって気体と潤滑油とが分離される。そして、気体は大気中に排気され、潤滑油はタンク８１に戻される。

【0048】

回転軸部材７２は、例えば、６０００～１００００ｒｐｍ程度で回転する。ここで、回転軸部材７２が軸受部材９２に対して偏心していない状態では、回転軸部材７２の外周面７２ａとランド９５を含む軸受面９３との隙間（軸受隙間）において、回転軸部材７２の回転開始に伴って混合潤滑流体がつれ廻りを生じる。尚、軸受隙間は、後述する楔状隙間とは異なり、回転軸部材７２及び軸受面９３（ランド９５）の周方向においてほぼ均一に形成される隙間（例えば、数１０マイクロメートル程度）である。そして、混合潤滑流体が定常状態になると、軸受隙間に潤滑油膜が形成され、その結果、静圧が発生する。これにより、偏心していない回転軸部材７２は、静圧支持される。

【0049】

尚、ランド９５（即ち、軸受面９３）と回転軸部材７２の外周面７２ａとの間に軸受隙間が存在する場合には、回転軸部材７２の中心軸が偏心していない。このため、ポケット９４から流入する混合潤滑流体により、ランド９５にはポケット９４と同一の静圧が発生する。

【0050】

一方、砥石車４３が工作物Ｗに接触して研削加工を行う場合、回転軸部材７２に加工（研削）反力が作用することにより、回転軸部材７２の中心軸は偏心する。このように、回転軸部材７２の中心軸が偏心すると、回転軸部材７２の外径とランド９５（即ち、軸受面９３）の内径との差異により、中心軸が偏心した側において軸受隙間よりも次第に幅狭となる楔状隙間が形成される。この楔状隙間に混合潤滑流体が回転軸部材７２の回転に伴ってつれ廻りを起こし、且つ、大きな流速で引き込まれることにより、ランド９５に動圧が発生して回転軸部材７２が動圧支持される。

【0051】

（４－４．混合潤滑流体による速度勾配の緩和について）
上述したように、ランド９５（軸受面９３）と回転軸部材７２の外周面７２ａとの間に形成される軸受隙間（又は楔状隙間）において、ポケット９４を介して供給された混合潤滑流体は、回転軸部材７２の回転に伴ってつれ廻りする。そして、つれ廻りした混合潤滑流体には、遠心力が発生する。

【0052】

ところで、混合潤滑流体を形成する気体と潤滑油については、通常使用温度において、潤滑油は、気体に比べて、比重及び粘性（粘性率：粘度）が大きくなるように設定されている。このため、つれ廻りによって回転している混合潤滑流体においては、比重の大きな潤滑油には大きな遠心力が発生し、比重が潤滑油よりも小さい気体には潤滑油よりも小さな遠心力が発生する。これにより、軸受隙間Ｇにおいては、図７及び図８に示すように、大きな遠心力が発生した潤滑油は、ランド９５側（軸受面９３側）に向けて（外方側に向けて）相対的に移動して集まることにより、潤滑油を主とする液体層Ｌｅを形成する。

【0053】

一方、小さな遠心力が発生した気体は、潤滑油の移動により相対的に回転軸部材７２の外周面７２ａ側（内方側）に集まることにより、気体を主とする気体層Ｌｇを形成する。即ち、混合潤滑流体がつれ廻りによって回転した状態では、混合潤滑流体は、軸受隙間Ｇにおいて潤滑油と気体とに分離され、その結果、気体層Ｌｇと液体層Ｌｅの気液二層化して存在する。

【0054】

ここで、液体層Ｌｅは、混合潤滑流体を構成する液体である潤滑油を主として形成される。この場合、液体層Ｌｅにおける潤滑油と気体との構成比は、潤滑油が５０％よりも大きく、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％である。勿論、液体層Ｌｅは、潤滑油が１００％で形成されても良い。又、気体層Ｌｇは、混合潤滑流体を構成する気体を主として形成される。この場合、気体層Ｌｇにおける気体と潤滑油との構成比は、気体が５０％よりも大きく、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％である。勿論、気体層Ｌｇは、気体が１００％で形成されても良い。

【0055】

ここで、回転軸部材支持装置７０の使用温度において、ランド９５側（軸受面９３側）にて液体層Ｌｅを形成する潤滑油の粘性は、回転軸部材７２の外周面７２ａ側にて気体層Ｌｇを形成する気体の粘性よりも大きくなるように設定される。このため、回転軸部材７２が回転する際に、混合潤滑流体が引き起こす粘性抵抗に起因して発生する速度勾配は小さくなる。

【0056】

具体的に、気体は、粘性が小さい即ち粘性抵抗が小さいため、回転する回転軸部材７２の外周面７２ａの回転速度に対する速度低下、換言すれば、速度差が小さくなる。その結果、図９に示すように、回転軸部材７２の外周面７２ａの近傍における気体層Ｌｇの速度勾配は小さくなる。一方、潤滑油は、粘性が大きい即ち粘性抵抗が大きいため、回転する回転軸部材７２の外周面７２ａの回転速度に対する速度低下、換言すれば、速度差が大きくなる。その結果、図９に示すように、ランド９５（軸受面９３）から気体層Ｌｇまでの間における液体層Ｌｅの速度勾配は、気体層Ｌｇの速度勾配に比べて大きくなる。

【0057】

即ち、混合潤滑流体が気体層Ｌｇと液体層Ｌｅの気液二層化されて回転軸部材７２を支持する場合には、粘性の大きな液体層Ｌｅの速度勾配は、粘性の小さな気体層Ｌｇが回転軸部材７２に対する速度差を吸収することにより、緩和される。これにより、潤滑油によって生じる粘性抵抗を低減することができ、その結果、回転軸部材７２を回転させるために必要な動力を低減することができる。尚、気体層Ｌｇが形成されない場合には、軸受隙間Ｇの全域に亘って液体層Ｌｅが形成される。このため、気体層Ｌｇによって速度差が吸収されないため、図９において破線により示すように、速度勾配が大きくなり、その結果、粘性抵抗が大きくなる。

【0058】

従って、回転軸部材７２の曲げ剛性を維持しながら動力損失の低減を実現することができるため、研削盤１の消費電力を低減することができ、その結果、研削盤１のランニングコストを削減することができる。又、混合潤滑流体を用いることにより、回転軸部材７２を回転させる際に必然的に発生する粘性抵抗を低減することができる。

【0059】

これにより、例えば、高粘度の潤滑油を用いた場合であっても、回転軸部材７２を回転させた際の温度上昇を抑制することができ、その結果、温度上昇に起因して発生する虞のある回転軸部材７２及び軸受９０（７３）の熱変形等を抑制することができる。従って、研削盤１による研削加工において、工作物Ｗや砥石車４３の位置決め精度及び再現性を向上させることができ、ひいては工作物Ｗの品質向上を実現することができる。

【0060】

又、気液混合装置８６によって潤滑油に気泡として混合される気体の量に応じて、例えば、図９に示すように、形成される液体層Ｌｅの径方向厚みを気体層Ｌｇの径方向厚みよりも大きくすることができる。このように、液体層Ｌｅの径方向厚みが気体層Ｌｇの径方向厚みよりも大きくなることにより、回転軸部材７２の回転時における剛性を確保することができる。勿論、例えば、加工時における負荷が小さく必要な剛性が小さい場合には、気体層Ｌｇの径方向厚みを液体層Ｌｅの径方向厚みよりも大きくすることも可能である。

【0061】

（４－５．気体層Ｌｇの形成について）
上述したように、気体層Ｌｇは、回転軸部材７２の回転に伴って混合潤滑流体が回転することにより、回転軸部材７２の外周面７２ａ側に形成される。この場合、気体層Ｌｇは、回転軸部材７２の外周面７２ａの全周に亘り連続的に形成され、且つ、回転軸部材７２の軸線方向において外周面７２ａと軸受面９３とが対向する対向部分の全域に連続的に形成されることが好ましい。

【0062】

但し、液体である潤滑油と気体である空気の比重は異なり、又、重力の影響を受けることにより、気体層Ｌｇが、例えば、外周面７２ａの周方向にて鉛直上方のみや対向部分の一部に部分的に形成される場合がある。或いは、気体層Ｌｇが外周面７２ａの周方向にて部分的に（不連続的に）複数形成される場合もある。

【0063】

しかしながら、このように、気体層Ｌｇが部分的に（不連続的に）複数形成される場合であっても、上述したように、部分的に形成された気体層Ｌｇは、回転軸部材７２に対する速度差を吸収することができる。そして、気体層Ｌｇが形成された部分においては液体層Ｌｅの速度差を緩和することができるため、粘性抵抗を低減することができる。

【0064】

従って、気体層Ｌｇが部分的に（不連続的に）複数形成される場合であっても、例えば、軸受隙間Ｇの全域に液体層Ｌｅのみが形成される場合に比べて、粘性抵抗を低減することができる。これにより、回転軸部材７２を回転させる場合において、動力損失を低減することができると共に、粘性抵抗に起因する温度上昇を抑制することができる。

【0065】

（５．回転軸部材支持装置７０（砥石台４２）の第二例）
上述した第一例においては、回転軸部材７２の回転に伴って混合潤滑流体がつれ廻りすることによって発生する遠心力に起因して、混合潤滑流体が潤滑油と気体とに分離されるようにした。これに加えて、分離促進器として、回転軸部材７２の外周面７２ａに混合潤滑流体を形成する潤滑油を選択的に撥く撥油部７２ｂを設け、回転軸部材７２の外周面７２ａに混合潤滑流体を形成する気体が集まることを促進するように構成することも可能である。即ち、この第二例においては、物理的な力、例えば、表面張力等を利用することにより、混合潤滑流体を気体層Ｌｇと液体層Ｌｅとを有する気液二層化する。以下、具体的に、第二例を説明する。

【0066】

第二例においては、図１０に示すように、回転軸部材７２の外周面７２ａにおける所定の領域に撥油部７２ｂが設けられる。撥油部７２ｂは、図１０に示すように、液体である潤滑油に対しては接触角θが大きくなるように、換言すれば、置換される気泡に対しては接触角θが小さくなるように形成された微細な凹凸を有する。これにより、撥油部７２ｂに混合潤滑流体が接触した場合、混合潤滑流体を形成する潤滑油は接触角θが大きく（即ち、濡れ難く）なり撥油部７２ｂによって撥かれる。一方、撥油部７２ｂに混合潤滑流体が接触した場合、混合潤滑流体を形成する気泡は接触角θが小さくなり、撥油部７２ｂに対して拡がるように接触する。

【0067】

従って、外周面７２ａに撥油部７２ｂを有する回転軸部材７２が回転すると、第一例と同様に、混合潤滑流体に遠心力が発生する。この場合においても、比重の大きな潤滑油は大きな遠心力によって回転軸部材７２から軸受面９３に向けて移動する。このとき、撥油部７２ｂは、接触している潤滑油を撥くことにより、潤滑油を軸受面９３に向けて移動させることを促進する。

【0068】

一方で、比重の小さな気泡には小さな遠心力が発生し且つ潤滑油の軸受面９３に向けた移動に伴って回転軸部材７２の外周面７２ａ即ち撥油部７２ｂに向けて相対的に移動する。そして、気泡は撥油部７２ｂの表面で拡がりながら接触するため、撥油部７２ｂは気泡を回転軸部材７２の外周面７２ａに集めることを促進する。

【0069】

これにより、気体層Ｌｇと液体層Ｌｅとの気液二層化を効率よく行うことができる。従って、上述した第一例と同様に、潤滑油によって生じる粘性抵抗を低減することができ、その結果、回転軸部材７２を回転させるために必要な動力を低減することができる。

【0070】

（５－１．分離促進器の変形例）
ここで、回転軸部材７２の外周面７２ａに凹凸を有する撥油部７２ｂを形成することに代えて、図１１に示すように、潤滑油を選択的に撥く撥油性材料から膜状に形成された撥油膜７２ｃを回転軸部材７２の外周面７２ａに設ける（コーティングする）ことも可能である。ここで、撥油性材料としては、例えば、テフロン（登録商標）や、シリコン或いはアクリル、炭化シリコン（ＳｉＣ）等を例示することができる。

【0071】

この場合においても、撥油部７２ｂと同様に、気泡の接触角θを大きくすることができるため、混合潤滑流体の気体層Ｌｇと液体層Ｌｅを有する気液二層化を促進することができる。尚、凹凸を有する撥油部７２ｂを撥油性材料から即ち回転軸部材７２とは異なる材料から形成し、形成した撥油部７２ｂを回転軸部材７２の外周面７２ａに固定することも可能である。或いは、凹凸を有する撥油部７２ｂの表面に対して撥油性材料をコーティングすることも可能である。

【0072】

（６．回転軸部材支持装置７０（砥石台４２）の第三例）
上述した第一例においては、回転軸部材７２の回転に伴って混合潤滑流体がつれ廻りすることによって発生する遠心力に起因して、混合潤滑流体が潤滑油と気泡とに分離されるようにした。又、上述した第二例においては、回転軸部材７２の外周面７２ａに撥油部７２ｂを設けることにより、物理的な力（例えば、表面張力等）を利用して混合潤滑流体を潤滑油と気泡とに分離することを促進するようにした。

【0073】

第三例においては、上述した第一例及び第二例に代えて又は加えて、電気エネルギーを混合潤滑流体に加えることにより、混合潤滑流体が潤滑油と気体（気泡）とに分離されることを助長するように構成する。具体的に、混合潤滑流体がつれ廻りして回転すると、液体である潤滑油は、例えば、軸受面９３との摩擦により静電気が生じて帯電する。この場合、例えば、回転軸部材７２及び軸受９０（７３）に対して、帯電した潤滑油が軸受面９３に向けて移動するように電気的なエネルギーとして電圧を付与する。

【0074】

このように、回転軸部材７２及び軸受９０（７３）に電圧を付与することにより、混合潤滑流体を形成し且つ帯電した潤滑油は軸受面９３側に向けて移動して集まり液体層Ｌｅを形成する。一方、混合潤滑流体を形成する気体（気泡）は、潤滑油の軸受面９３に向けた移動に伴い、相対的に回転軸部材７２の外周面７２ａ側に向けて移動して集まり気体層Ｌｇを形成する。

【0075】

又、例えば、混合潤滑流体に電気エネルギーとして電流を付与することにより、潤滑油に溶解している気体を分離することもできる。この場合においても、混合潤滑流体が回転している状態において、潤滑油は軸受面９３側にて液体層Ｌｅを形成する。一方、溶解していた気体は、潤滑油の軸受面９３に向けた移動に伴い、相対的に回転軸部材７２の外周面７２ａ側に向けて移動して集まり気体層Ｌｇを形成する。従って、この第三例においても、上記第一例及び第二例と同様の効果が得られる。

【0076】

尚、混合潤滑流体に電気エネルギーとして電流を付与する場合には、回転軸部材７２及び軸受９０（７３）を電気防錆することが可能となる。従って、この場合には、混合潤滑流体を構成する液体として水を用いることが可能である。

【符号の説明】

【0077】

１…研削盤、１０…ベッド、１１ａ，１１ｂ…軸ガイドレール、１１ｃ…Ｚ軸ボールねじ、１１ｄ…軸モータ、２０…主軸台、２１…主軸台本体、２２…主軸、２３…主軸モータ、２４…主軸センタ、３０…心押台、３１…心押台本体、３２…心押センタ、４０…砥石支持装置、４１…砥石台トラバースベース、４１ａ，４１ｂ…軸ガイドレール、４１ｃ…Ｘ軸ボールねじ、４１ｄ…軸モータ、４２…砥石台（回転軸部材支持装置）、４３…砥石車、５０…定寸装置、６０…制御装置、７０…回転軸部材支持装置、７１…砥石台本体、７１ａ，７１ｂ…脚部、７１ｂ…脚部、７２…回転軸部材、７２ａ…外周面、７２ｂ…撥油部（分離促進器）、７２ｃ…撥油膜（分離促進器）、７３…軸受（静圧流体軸受）、８０…流体供給装置、８１…タンク、８２…流通路、８３…ポンプ（加圧装置）、８３ａ…吸入口、８４…圧力調整弁、８５…還流路、８６…気液混合装置、８６ａ…気体吸入口、８６ｂ…ノズル、８６ｃ…ディフューザ、８７…排出路、８８…気液分離装置、９０…軸受（静圧流体軸受）、９１…軸受ハウジング、９１ａ…給油供給路、９１ｂ…排出孔、９２…軸受部材、９２ａ…環状溝、９２ｂ…連通孔、９２ｃ…排出孔、９３…軸受面、９４…ポケット、９４ａ…供給口、９５…ランド、９６…ドレン溝、Ｄ…ベルト・プーリ機構、Ｇ…軸受隙間、Ｌｅ…液体層、Ｌｇ…気体層、Ｍ…砥石回転用モータ、Ｗ…工作物、θ…接触角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】