超高速回転用空気軸受に関する研究

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本研究では高速安定性に優れかつ剛性が高く, 消費動力の小さい軸受構造として, スロット絞り軸受を応用した浮動ブシュ静圧気体ジャーナル軸受を提案し, その基本特性について検討を行なった. 本軸受構造ではまず軸受剛性を上げるため, 浮動ブシュ内外周における軸受すきまを10〜15μm程度の狭いすきまとした. さらに浮動ブシュ内周側の軸受すきまへも給気圧力を直接導入できるように, 浮動ブシュ側面より給気する軸受構造とした. 本年度は, おもに本軸受の基本特性を理論的に明らかにし, 超高速スピンドル用軸受としての最適設計手法を確立するとともに, 若干の実験を行ない理論結果との比較検討を行なった. その結果次のようなことが明らかとなった.(1) 本軸受の負荷容量および剛性は, 従来の環状スロット給気軸受に匹敵する比較的高い値とすることができる.(2) 本軸受の高速における安定性は, 浮動ブシュ内外周の空気膜剛性比にα:k_1/k_2に依存するか, 剛性比が1以下の領域(内周側剛性が高い領域)では, ホワール比(安定限界速度/共振速度)が4以下のきわめて優れた高速安定性を持つ軸受を得ることができる.(3) 本軸受では, 浮動ブシュが軸とともに回転する構造となっているため, 軸受すきまが小さいにもかかわらず, 従来の環状スロット絞り軸受に較べ消費動力を小さくすることができる.(4) 本軸受では, 狭い軸受すきまを用いているため, 軸受すきま内の気体の慣性が小さく無視できることから, 基礎方程式が簡略化でき比較的精度よく安定限界値を理論的に予測することができる.以上のことより, 本軸受構造が超高速スピンドル用軸受としてきわめて有効なことが明らかとなった.