静圧エアスピンドルのロータ曲げ振動モードの減衰比の向上に関する研究

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本研究は静圧エアスピンドルのロータの曲げ振動モードに着目し,スピンドルロータの構造および気体膜特性が曲げ振動モードの減衰比におよぼす影響を明らかにするとともに、ロータの曲げ振動モードが静圧エアスピンドルの動剛性におよぼす影響を低減し得るエアスピンドル設計法を明らかにした。研究実績の概要は以下の通りである。1.2重構造ジャーナルを試作し,固有振動数およびモード減衰比を測定した結果,圧入しめしろが大きくなるほど固有振動数は高くなり、モード減衰比は低くなるが、その値は最大でも0.01程度であり、気体膜に起因する減衰能に比べさほど高くないことを明らかにした.2.有限要素法によるスピンドルの各部材の構造解析プログラムと、潤滑理論に基づく気体膜圧力の数値解析プログラムを結合し、エアスピンドル全体の振動解析プログラムを作成した。そして以前試作した格子形溝静圧エアスピンドルの固有振動数と減衰比を計算し、実験結果と比較検討することにより、数値解析の妥当性を明らかにした。また、曲げの固有振動数近傍で気体膜減衰を最大限に高めても曲げ振動モードの減衰比はさほど高くできないことを明らかにした。3.エアスピンドルのスラストおよびラジアル方向に特定のスペクトル分布を有する研削加工力が作用する場合について、加工点の振動振幅の2乗平均値を最小とし得るスラストおよびラジアル軸受面寸法の最適な組合せおよび軸受剛性と減衰比の最適な組合せを選択する静圧エアスピンドルの簡易設計法を明らかにした。そして、ロータの曲げが支配的となる振動モードの最低次の固有振動数を7kHz程度とすることにより、5kHz以下の周波数領域において高い動剛性を有する静圧エアスピンドルが実現できることを示した。