JP2000263359A - 静圧磁気複合軸受スピンドル装置 - Google Patents
静圧磁気複合軸受スピンドル装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 主軸に過大な負荷が印加し、主軸と静止側部
材の間に機械的接触があった場合にも、軸受や主軸への
影響が防止できるものとする。 【解決手段】 ラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７に
より主軸４を支持する。主軸４にラジアル隙間を介して
近接する摺動材４１をハウジング５に設ける。摺動材４
１のラジアル隙間を、静圧磁気複合軸受６，７を構成す
る静圧気体軸受６Ａ，７Ａおよび磁気軸受６Ｂ，７Ｂの
ラジアル軸受隙間以下に設定する。摺動材４１の材質は
カーボンまたは黒鉛とする。
材の間に機械的接触があった場合にも、軸受や主軸への
影響が防止できるものとする。 【解決手段】 ラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７に
より主軸４を支持する。主軸４にラジアル隙間を介して
近接する摺動材４１をハウジング５に設ける。摺動材４
１のラジアル隙間を、静圧磁気複合軸受６，７を構成す
る静圧気体軸受６Ａ，７Ａおよび磁気軸受６Ｂ，７Ｂの
ラジアル軸受隙間以下に設定する。摺動材４１の材質は
カーボンまたは黒鉛とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高速切削加工装
置や研削加工装置等に装備される静圧磁気複合軸受スピ
ンドル装置に関する。
置や研削加工装置等に装備される静圧磁気複合軸受スピ
ンドル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高能率で高精度な加工を行うためには、
高速回転が可能であって、高回転精度を有し、静剛性・
動剛性が高いスピンドル装置が必要となる。この要求に
対して静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化したハイブリ
ッド型の非接触軸受を提案した（特願平１０−０９７５
０５号など）。これによれば、静圧気体軸受の優れた動
剛性および回転精度と、磁気軸受の優れた静剛性という
両軸受の特長を生かしたコンパクトな軸受とできる。
高速回転が可能であって、高回転精度を有し、静剛性・
動剛性が高いスピンドル装置が必要となる。この要求に
対して静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化したハイブリ
ッド型の非接触軸受を提案した（特願平１０−０９７５
０５号など）。これによれば、静圧気体軸受の優れた動
剛性および回転精度と、磁気軸受の優れた静剛性という
両軸受の特長を生かしたコンパクトな軸受とできる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】静圧磁気複合軸受は非
接触軸受であるが、過大な負荷が作用した場合などに、
主軸が軸受面に接触する恐れがある。このような主軸の
接触に対して、従来の磁気軸受スピンドルでは、転がり
軸受からなる保護軸受が使用されている。しかし、静圧
磁気複合軸受は、磁気軸受部に静圧気体軸受を形成した
ものであるため、軸受部の主軸と磁気軸受ステータ間の
隙間が、例えば数十ミクロン以下と狭く、磁気軸受スピ
ンドルで通常使用されている転がり軸受からなる保護軸
受が使用できない。また、その静圧気体軸受面が磁気軸
受の電磁石を形成することから、静圧気体軸受面の材質
は潤滑性のない磁性金属に限られる。そのため、スピン
ドルに過大な負荷が印加された場合には、主軸と軸受面
との接触によって、軸受部に悪影響を及ぼす恐れがあ
る。
接触軸受であるが、過大な負荷が作用した場合などに、
主軸が軸受面に接触する恐れがある。このような主軸の
接触に対して、従来の磁気軸受スピンドルでは、転がり
軸受からなる保護軸受が使用されている。しかし、静圧
磁気複合軸受は、磁気軸受部に静圧気体軸受を形成した
ものであるため、軸受部の主軸と磁気軸受ステータ間の
隙間が、例えば数十ミクロン以下と狭く、磁気軸受スピ
ンドルで通常使用されている転がり軸受からなる保護軸
受が使用できない。また、その静圧気体軸受面が磁気軸
受の電磁石を形成することから、静圧気体軸受面の材質
は潤滑性のない磁性金属に限られる。そのため、スピン
ドルに過大な負荷が印加された場合には、主軸と軸受面
との接触によって、軸受部に悪影響を及ぼす恐れがあ
る。
【０００４】この発明の目的は、軸受隙間の狭い静圧気
体軸受部を有しながら、主軸に過大な負荷が印加し、主
軸と静止側部材の間に機械的接触があった場合にも、軸
受や主軸への影響が防止できる静圧磁気複合軸受スピン
ドル装置を提供することである。
体軸受部を有しながら、主軸に過大な負荷が印加し、主
軸と静止側部材の間に機械的接触があった場合にも、軸
受や主軸への影響が防止できる静圧磁気複合軸受スピン
ドル装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の静圧磁気複合
軸受スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複
合化されたラジアル型の静圧磁気複合軸受により主軸を
支持したスピンドル装置において、主軸にラジアル隙間
を介して近接する摺動材を、前記静圧磁気複合軸受の設
置されたハウジングに設けたものである。この摺動材の
ラジアル隙間は、静圧磁気複合軸受を構成する静圧気体
軸受および磁気軸受のラジアル軸受隙間以下に設定し、
かつ摺動材の材質をカーボンまたは黒鉛とする。この構
成によると、主軸に過大な負荷が印加し、主軸と静止側
の部材との間に機械的接触があった場合にも、その機械
的接触は摺動材と主軸との接触に止まる。また、摺動材
はカーボンまたは黒鉛であるため、摩擦係数が小さい。
そのためスピンドル装置は、前記接触によっても、主軸
にも、軸受面や摺動材にも損傷が生じない。
軸受スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複
合化されたラジアル型の静圧磁気複合軸受により主軸を
支持したスピンドル装置において、主軸にラジアル隙間
を介して近接する摺動材を、前記静圧磁気複合軸受の設
置されたハウジングに設けたものである。この摺動材の
ラジアル隙間は、静圧磁気複合軸受を構成する静圧気体
軸受および磁気軸受のラジアル軸受隙間以下に設定し、
かつ摺動材の材質をカーボンまたは黒鉛とする。この構
成によると、主軸に過大な負荷が印加し、主軸と静止側
の部材との間に機械的接触があった場合にも、その機械
的接触は摺動材と主軸との接触に止まる。また、摺動材
はカーボンまたは黒鉛であるため、摩擦係数が小さい。
そのためスピンドル装置は、前記接触によっても、主軸
にも、軸受面や摺動材にも損傷が生じない。
【０００６】前記静圧磁気複合軸受は、前記磁気軸受の
コアが、静圧気体軸受面を形成するものであっても良
い。このように磁気軸受のコアで静圧気体軸受面を形成
した場合、軸受構成が簡素化されるが、静圧気体軸受面
の材質は潤滑性のない磁性金属に限られ、主軸との接触
回避が重要となる。そのため、摺動材で主軸を受けるこ
とによる損傷防止が効果的である。
コアが、静圧気体軸受面を形成するものであっても良
い。このように磁気軸受のコアで静圧気体軸受面を形成
した場合、軸受構成が簡素化されるが、静圧気体軸受面
の材質は潤滑性のない磁性金属に限られ、主軸との接触
回避が重要となる。そのため、摺動材で主軸を受けるこ
とによる損傷防止が効果的である。
【０００７】この発明において、前記摺動材は、一つま
たは複数配置される前記ラジアル型静圧磁気複合軸受の
並びよりも主軸の端部側に配置しても良い。このように
摺動材を静圧磁気複合軸受よりも主軸の端部側に配置す
ることで、主軸が過大なラジアル負荷で傾きを生じた場
合でも、摺動材で主軸が確実に受けられ、主軸が軸受面
に接触することが防止される。
たは複数配置される前記ラジアル型静圧磁気複合軸受の
並びよりも主軸の端部側に配置しても良い。このように
摺動材を静圧磁気複合軸受よりも主軸の端部側に配置す
ることで、主軸が過大なラジアル負荷で傾きを生じた場
合でも、摺動材で主軸が確実に受けられ、主軸が軸受面
に接触することが防止される。
【０００８】この発明において、前記摺動材は、硬さが
シェア硬度で５０以上、曲げ強さが４００Kgf/cm2 以
上、圧縮強さが７００Kgf/cm2 以上で、かつ熱膨張係数
が５×１０-6以下であることが好ましい。摺動材を、こ
のような硬さ、曲げ強さ、および圧縮強さを持つ材質と
することで、主軸の接触が生じた場合の摺動材の損傷が
防止される。また、摺動材の熱膨張係数を上記の範囲と
することで、静圧磁気複合軸受の磁気軸受部分に一般に
用いられる軟磁性金属に対して熱膨張係数が同等以下と
なり、摺動材の熱膨張に伴う内径の増大が前記コアと同
等以下となる。そのため、温度上昇時に主軸に過大なラ
ジアル負荷が作用しても、確実に摺動材で受けることが
できる。カーボンおよび黒鉛は、上記の各材質上の要求
を満足するものにできる。
シェア硬度で５０以上、曲げ強さが４００Kgf/cm2 以
上、圧縮強さが７００Kgf/cm2 以上で、かつ熱膨張係数
が５×１０-6以下であることが好ましい。摺動材を、こ
のような硬さ、曲げ強さ、および圧縮強さを持つ材質と
することで、主軸の接触が生じた場合の摺動材の損傷が
防止される。また、摺動材の熱膨張係数を上記の範囲と
することで、静圧磁気複合軸受の磁気軸受部分に一般に
用いられる軟磁性金属に対して熱膨張係数が同等以下と
なり、摺動材の熱膨張に伴う内径の増大が前記コアと同
等以下となる。そのため、温度上昇時に主軸に過大なラ
ジアル負荷が作用しても、確実に摺動材で受けることが
できる。カーボンおよび黒鉛は、上記の各材質上の要求
を満足するものにできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図４と共に説明する。この静圧磁気複合軸受スピンド
ル装置１は、主軸４を、ハウジング５に設置された複数
のラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７と、アキシアル
型の静圧磁気複合軸受８，９とで支持し、スピンドル駆
動源１０を設けたものである。スピンドル駆動源１０
は、ハウジング５に内蔵のモータであって、主軸４に一
体に設けたられたロータ２１と、ハウジング５に設置さ
れたステータ２２とで構成され、ビルトインモータ形式
のスピンドル装置１を構成する。主軸４の先端には、工
具１１を取付けるチャック１２が設けられている。各軸
受６〜９とスピンドル駆動源１０の配置は、この例で
は、主軸４の前部（工具側部）および後部をラジアル型
の静圧磁気複合軸受６，７で支持し、その中間をアキシ
アル型の静圧磁気複合軸受８，９で支持し、後端にスピ
ンドル駆動源１０を配置した構成としてある。
し図４と共に説明する。この静圧磁気複合軸受スピンド
ル装置１は、主軸４を、ハウジング５に設置された複数
のラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７と、アキシアル
型の静圧磁気複合軸受８，９とで支持し、スピンドル駆
動源１０を設けたものである。スピンドル駆動源１０
は、ハウジング５に内蔵のモータであって、主軸４に一
体に設けたられたロータ２１と、ハウジング５に設置さ
れたステータ２２とで構成され、ビルトインモータ形式
のスピンドル装置１を構成する。主軸４の先端には、工
具１１を取付けるチャック１２が設けられている。各軸
受６〜９とスピンドル駆動源１０の配置は、この例で
は、主軸４の前部（工具側部）および後部をラジアル型
の静圧磁気複合軸受６，７で支持し、その中間をアキシ
アル型の静圧磁気複合軸受８，９で支持し、後端にスピ
ンドル駆動源１０を配置した構成としてある。
【００１０】この構成のスピンドル装置１において、主
軸４に内径面がラジアル隙間を介して近接する摺動材４
１をハウジング５に設置してある。摺動材４１は、ラジ
アル型静圧磁気複合軸受６，７の並びよりも主軸４の前
端側および後端側に各々配置してある。各摺動材４１
は、リング状の部材であって、ハウジング５に設けられ
た摺動材嵌合部に嵌合状態に取付けられている。摺動材
４１の内径面４１ａは円筒面状とされ、この内径面４１
ａと主軸４の外径面との間のラジアル隙間ｄ３（図３）
は、ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７を構成する
静圧気体軸受６Ａ，７Ａおよび磁気軸受６Ｂ，７Ｂのラ
ジアル軸受隙間ｄ以下に設定してある。摺動材４１の材
質は、カーボンまたは黒鉛であって、硬さがシェア硬度
で５０以上、曲げ強さが４００Kgf/cm2 以上、圧縮強さ
が７００Kgf/cm2 以上で、かつ熱膨張係数が５×１０-6
以下としてある。
軸４に内径面がラジアル隙間を介して近接する摺動材４
１をハウジング５に設置してある。摺動材４１は、ラジ
アル型静圧磁気複合軸受６，７の並びよりも主軸４の前
端側および後端側に各々配置してある。各摺動材４１
は、リング状の部材であって、ハウジング５に設けられ
た摺動材嵌合部に嵌合状態に取付けられている。摺動材
４１の内径面４１ａは円筒面状とされ、この内径面４１
ａと主軸４の外径面との間のラジアル隙間ｄ３（図３）
は、ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７を構成する
静圧気体軸受６Ａ，７Ａおよび磁気軸受６Ｂ，７Ｂのラ
ジアル軸受隙間ｄ以下に設定してある。摺動材４１の材
質は、カーボンまたは黒鉛であって、硬さがシェア硬度
で５０以上、曲げ強さが４００Kgf/cm2 以上、圧縮強さ
が７００Kgf/cm2 以上で、かつ熱膨張係数が５×１０-6
以下としてある。
【００１１】各静圧磁気複合軸受６〜９の構成を説明す
る。ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７は、互いに
同じ構成のものであり、片方の軸受６につき、図２に横
断面を示すと共に、図３に縦断面を拡大して示す。静圧
磁気複合軸受６，７は、各々静圧気体軸受６Ａ，７Ａと
磁気軸受６Ｂ，７Ｂとを複合化させたものである。この
明細書で言う複合化とは、静圧および磁気の両形式の軸
受を共通部分が生じるように組み合わせることを意味
し、例えば、静圧気体軸受面と磁気軸受面とに共通部分
（ラジアル軸受では軸方向の重なり部分）を生じさせる
か、あるいは両形式の軸受に少なくとも一部の部品が共
通化されるものであれば良い。
る。ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７は、互いに
同じ構成のものであり、片方の軸受６につき、図２に横
断面を示すと共に、図３に縦断面を拡大して示す。静圧
磁気複合軸受６，７は、各々静圧気体軸受６Ａ，７Ａと
磁気軸受６Ｂ，７Ｂとを複合化させたものである。この
明細書で言う複合化とは、静圧および磁気の両形式の軸
受を共通部分が生じるように組み合わせることを意味
し、例えば、静圧気体軸受面と磁気軸受面とに共通部分
（ラジアル軸受では軸方向の重なり部分）を生じさせる
か、あるいは両形式の軸受に少なくとも一部の部品が共
通化されるものであれば良い。
【００１２】この実施形態では、図３に示すように、磁
気軸受６Ｂ，７Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受
６Ａ，７Ａの絞り２４ａを設けることで、コア２３で静
圧気体軸受面の一部を構成している。コア２３は、軸方
向に離れた一対の主コア部２３ａ，２３ａと、これら主
コア部２３ａ，２３ａを連結した連結コア部２３ｂと、
両主コア部２３ａ，２３ａの主軸側端から対向して延び
る延出部２３ｃ，２３ｃとで、縦断面がＣ字状に形成さ
れている。主コア部２３ａと延出部２３ｃの内径側面
は、主軸４と所定の磁気ギャップを形成する円筒面とさ
れている。磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、このコア２３の連結
コア部２３ｂにコイル２５を巻装したものである。コイ
ル２５は、樹脂材等の非磁性体２６に埋め込まれてい
る。
気軸受６Ｂ，７Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受
６Ａ，７Ａの絞り２４ａを設けることで、コア２３で静
圧気体軸受面の一部を構成している。コア２３は、軸方
向に離れた一対の主コア部２３ａ，２３ａと、これら主
コア部２３ａ，２３ａを連結した連結コア部２３ｂと、
両主コア部２３ａ，２３ａの主軸側端から対向して延び
る延出部２３ｃ，２３ｃとで、縦断面がＣ字状に形成さ
れている。主コア部２３ａと延出部２３ｃの内径側面
は、主軸４と所定の磁気ギャップを形成する円筒面とさ
れている。磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、このコア２３の連結
コア部２３ｂにコイル２５を巻装したものである。コイ
ル２５は、樹脂材等の非磁性体２６に埋め込まれてい
る。
【００１３】静圧気体軸受６Ａ，７Ａは、コア２３およ
び非磁性体２６の内径側面で形成されて主軸４との間に
軸受隙間ｄを形成する静圧磁気受面６Ａａ，７Ａａと、
コア２３の各主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧
軸受面６Ａａ，７Ａａに開口する絞り２４ａとで構成さ
れる。絞り２４ａは、各主コア部２３ａの外径側面に開
口した給気孔２４の先端に設けられている。図２に階段
断面を示すように、コア２３は、主軸４の回りの円周方
向複数箇所（同図の例では４箇所）に配置されてハウジ
ング５に固定されている。円周方向に隣合うコア２３間
の隙間は、樹脂材等の非磁性体２７で埋められている。
この非磁性体２７は、コイル２５の周囲の非磁性体２６
（図４）と一体のものであっても良い。これら非磁性体
２６，２７と、コア２３とで、前記静圧磁気軸受６Ａ
ａ，７Ａａが構成される。
び非磁性体２６の内径側面で形成されて主軸４との間に
軸受隙間ｄを形成する静圧磁気受面６Ａａ，７Ａａと、
コア２３の各主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧
軸受面６Ａａ，７Ａａに開口する絞り２４ａとで構成さ
れる。絞り２４ａは、各主コア部２３ａの外径側面に開
口した給気孔２４の先端に設けられている。図２に階段
断面を示すように、コア２３は、主軸４の回りの円周方
向複数箇所（同図の例では４箇所）に配置されてハウジ
ング５に固定されている。円周方向に隣合うコア２３間
の隙間は、樹脂材等の非磁性体２７で埋められている。
この非磁性体２７は、コイル２５の周囲の非磁性体２６
（図４）と一体のものであっても良い。これら非磁性体
２６，２７と、コア２３とで、前記静圧磁気軸受６Ａ
ａ，７Ａａが構成される。
【００１４】磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、主軸４とコア２３
との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段２８を
有している。この変位検出手段２８は、変位量を直接に
検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受
隙間ｄの静圧を検出することで、その圧力検出値を変位
量に換算して磁気ギャップの変位を検出するものとして
ある。具体的には、変位検出手段２８は、静圧軸受隙間
ｄに先端が開口した圧力検出用の通気路２８ａと、この
通気路２８ａに連通したセンサ２８ｂとで構成される。
センサ２８ｂは、図１のようにコア２３から軸方向に離
れた位置に配置されている。通気路２８ａは、細孔また
はパイプで形成されていて、静圧軸受隙間ｄにはコア２
３の延出部２３ｃ，２３ｃ間における非磁性体２６の部
分で開口している。図２は、図面を見易くするために絞
り２４ａと通気路２８ａの開口位置を周方向にずらせて
図示してあるが、実際は互いに周方向の同じ位置とされ
ている。
との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段２８を
有している。この変位検出手段２８は、変位量を直接に
検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受
隙間ｄの静圧を検出することで、その圧力検出値を変位
量に換算して磁気ギャップの変位を検出するものとして
ある。具体的には、変位検出手段２８は、静圧軸受隙間
ｄに先端が開口した圧力検出用の通気路２８ａと、この
通気路２８ａに連通したセンサ２８ｂとで構成される。
センサ２８ｂは、図１のようにコア２３から軸方向に離
れた位置に配置されている。通気路２８ａは、細孔また
はパイプで形成されていて、静圧軸受隙間ｄにはコア２
３の延出部２３ｃ，２３ｃ間における非磁性体２６の部
分で開口している。図２は、図面を見易くするために絞
り２４ａと通気路２８ａの開口位置を周方向にずらせて
図示してあるが、実際は互いに周方向の同じ位置とされ
ている。
【００１５】図４は、アキシアル型の静圧磁気複合軸受
８，９の拡大図である。この一対の軸受８，９は、主軸
４に設けられた鍔部４ａの両面に対向してハウジング５
内に設置されたものであり、互いに一つの両面式アキシ
アル型静圧気体軸受３０を構成する。両側の静圧磁気複
合軸受８，９は、互いに同じ構成のものである。これら
静圧磁気複合軸受８，９は、各々静圧気体軸受８Ａ，９
Ａと磁気軸受８Ｂ，９Ｂとを複合化させたものである。
この実施形態では、磁気軸受８Ｂ，９Ｂの電磁石のコア
３３に、静圧気体軸受８Ａ，９Ａの絞り３４ａを設ける
ことで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が
軸方向に重なるようにしてある。コア３３は、スピンド
ル鍔部４ａの対向面に開き部３３ｄが生じるように、縦
断面形状がＣ字状に形成され、その内部にコイル３５が
収められている。開き部３３ｄは非磁性体で埋められて
いる。コア３３は、図示の例では断面Ｌ字状の内周コア
部３３ａと外周コア部３３ｂとの組立構成としてある
が、一体物であっても良い。コア３３には軸方向に間座
２９が隣接している。
８，９の拡大図である。この一対の軸受８，９は、主軸
４に設けられた鍔部４ａの両面に対向してハウジング５
内に設置されたものであり、互いに一つの両面式アキシ
アル型静圧気体軸受３０を構成する。両側の静圧磁気複
合軸受８，９は、互いに同じ構成のものである。これら
静圧磁気複合軸受８，９は、各々静圧気体軸受８Ａ，９
Ａと磁気軸受８Ｂ，９Ｂとを複合化させたものである。
この実施形態では、磁気軸受８Ｂ，９Ｂの電磁石のコア
３３に、静圧気体軸受８Ａ，９Ａの絞り３４ａを設ける
ことで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が
軸方向に重なるようにしてある。コア３３は、スピンド
ル鍔部４ａの対向面に開き部３３ｄが生じるように、縦
断面形状がＣ字状に形成され、その内部にコイル３５が
収められている。開き部３３ｄは非磁性体で埋められて
いる。コア３３は、図示の例では断面Ｌ字状の内周コア
部３３ａと外周コア部３３ｂとの組立構成としてある
が、一体物であっても良い。コア３３には軸方向に間座
２９が隣接している。
【００１６】アキシアル型の静圧気体軸受８Ａ，９Ａ
は、コア３３の側面で形成されてスピンドル鍔部４ａと
の間に軸受隙間ｄ２を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａ
ａと、コア３３に設けられて静圧軸受面８Ａａ，９Ａａ
に開口する絞り３４ａとで構成される。絞り３４ａは、
コア３３の外径側面に開口した給気孔３４の先端に設け
られている。
は、コア３３の側面で形成されてスピンドル鍔部４ａと
の間に軸受隙間ｄ２を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａ
ａと、コア３３に設けられて静圧軸受面８Ａａ，９Ａａ
に開口する絞り３４ａとで構成される。絞り３４ａは、
コア３３の外径側面に開口した給気孔３４の先端に設け
られている。
【００１７】アキシアル型の磁気軸受８Ｂ，９Ｂは、ス
ピンドル鍔部４ａとコア３３との磁気ギャップの変位を
検出する変位検出手段３８を有している。この変位検出
手段３８も、変位量を直接に検出するものであっても良
いが、この例では、静圧軸受隙間ｄ２の静圧を検出する
ことで、その圧力検出値を変位量に換算して磁気ギャッ
プの変位を検出するものとしてある。具体的には、変位
検出手段３８は、静圧軸受隙間ｄ２に先端が開口した圧
力検出用の通気路３８ａと、この通気路３８ａに連通し
たセンサ３８ｂ（図１）とで構成される。
ピンドル鍔部４ａとコア３３との磁気ギャップの変位を
検出する変位検出手段３８を有している。この変位検出
手段３８も、変位量を直接に検出するものであっても良
いが、この例では、静圧軸受隙間ｄ２の静圧を検出する
ことで、その圧力検出値を変位量に換算して磁気ギャッ
プの変位を検出するものとしてある。具体的には、変位
検出手段３８は、静圧軸受隙間ｄ２に先端が開口した圧
力検出用の通気路３８ａと、この通気路３８ａに連通し
たセンサ３８ｂ（図１）とで構成される。
【００１８】各静圧磁気複合軸受６〜９における静圧気
体軸受６Ａ〜９Ａの給気孔２４，３４には、ハウジング
５内に設けられた給気孔４０の給気入口４０ａから、圧
縮空気またはその他の圧縮気体が供給される。
体軸受６Ａ〜９Ａの給気孔２４，３４には、ハウジング
５内に設けられた給気孔４０の給気入口４０ａから、圧
縮空気またはその他の圧縮気体が供給される。
【００１９】この構成のスピンドル装置１によると、主
軸４に近接する摺動材４１を設け、そのラジアル隙間ｄ
３（図３）を、各ラジアル型静圧磁気複合軸受６，７の
静圧気体軸受面６Ａａ，７Ａａのラジアル隙間ｄ以下に
したため、主軸４に過大な負荷が印加し、主軸４と静止
側の部材との間に機械的接触があった場合にも、その機
械的接触は摺動材４１と主軸４との接触に止まる。ま
た、摺動材４１はカーボンまたは黒鉛であるため、摩擦
係数が小さい。そのためスピンドル装置１は、前記接触
によっても、主軸４にも、また軸受面６Ａａ，７Ａａや
摺動材４１にも損傷が生じない。磁気軸受６Ｂ，７Ｂの
コア２３で静圧気体軸受面６Ａａ，７Ａａを形成したた
め、軸受構成が簡素化されるが、静圧気体軸受面６Ａ
ａ，７Ａａの材質は潤滑性のない磁性金属に限られ、主
軸４との接触回避が重要となる。そのため、摺動材４１
で主軸４を受けることによる損傷防止が効果的である。
また、摺動材４１を静圧磁気複合軸受６，７の並びより
も主軸端部側に配置したため、主軸４が過大なラジアル
負荷で傾きを生じた場合でも、摺動材４１で主軸４を確
実に受け、主軸４が軸受面６Ａａ，７Ａａに接触するこ
とが防止される。摺動材４１は、硬さがシェア硬度で５
０以上、曲げ強さが４００Kgf/cm2 以上、圧縮強さが７
００Kgf/cm2 以上で、かつ熱膨張係数が５×１０-6以下
であるが、このような硬さ、曲げ強さ、および圧縮強さ
を持つ材質とすることで、主軸４の接触が生じた場合の
摺動材４１の損傷が防止される。また、摺動材４１の熱
膨張係数を上記の範囲とすることで、静圧磁気複合軸受
６，７の磁気軸受６Ｂ，７Ｂのコア２３に一般に用いら
れる軟磁性金属に対して熱膨張係数が同等以下となり、
摺動材４１の熱膨張に伴う内径の増大がコア２３と同等
以下となる。そのため、温度上昇時に主軸４に過大なラ
ジアル負荷が作用しても、確実に摺動材４１で受けるこ
とができる。カーボンおよび黒鉛は、上記の各材質上の
要求を満足するものとできる。
軸４に近接する摺動材４１を設け、そのラジアル隙間ｄ
３（図３）を、各ラジアル型静圧磁気複合軸受６，７の
静圧気体軸受面６Ａａ，７Ａａのラジアル隙間ｄ以下に
したため、主軸４に過大な負荷が印加し、主軸４と静止
側の部材との間に機械的接触があった場合にも、その機
械的接触は摺動材４１と主軸４との接触に止まる。ま
た、摺動材４１はカーボンまたは黒鉛であるため、摩擦
係数が小さい。そのためスピンドル装置１は、前記接触
によっても、主軸４にも、また軸受面６Ａａ，７Ａａや
摺動材４１にも損傷が生じない。磁気軸受６Ｂ，７Ｂの
コア２３で静圧気体軸受面６Ａａ，７Ａａを形成したた
め、軸受構成が簡素化されるが、静圧気体軸受面６Ａ
ａ，７Ａａの材質は潤滑性のない磁性金属に限られ、主
軸４との接触回避が重要となる。そのため、摺動材４１
で主軸４を受けることによる損傷防止が効果的である。
また、摺動材４１を静圧磁気複合軸受６，７の並びより
も主軸端部側に配置したため、主軸４が過大なラジアル
負荷で傾きを生じた場合でも、摺動材４１で主軸４を確
実に受け、主軸４が軸受面６Ａａ，７Ａａに接触するこ
とが防止される。摺動材４１は、硬さがシェア硬度で５
０以上、曲げ強さが４００Kgf/cm2 以上、圧縮強さが７
００Kgf/cm2 以上で、かつ熱膨張係数が５×１０-6以下
であるが、このような硬さ、曲げ強さ、および圧縮強さ
を持つ材質とすることで、主軸４の接触が生じた場合の
摺動材４１の損傷が防止される。また、摺動材４１の熱
膨張係数を上記の範囲とすることで、静圧磁気複合軸受
６，７の磁気軸受６Ｂ，７Ｂのコア２３に一般に用いら
れる軟磁性金属に対して熱膨張係数が同等以下となり、
摺動材４１の熱膨張に伴う内径の増大がコア２３と同等
以下となる。そのため、温度上昇時に主軸４に過大なラ
ジアル負荷が作用しても、確実に摺動材４１で受けるこ
とができる。カーボンおよび黒鉛は、上記の各材質上の
要求を満足するものとできる。
【００２０】図５は、この発明の他の実施形態にかかる
静圧磁気複合軸受スピンドル装置１Ａを示す。同図の例
において、図１の実施形態と対応する部分には同一の符
号を付してある。この実施形態では、主軸４を支持した
前後のラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７の中間にス
ピンドル駆動装置１０を配置し、後方の静圧磁気複合軸
受７よりも端部側にアキシアル型の静圧磁気複合軸受
８，９が配置してある。摺動材４１は、これらの静圧磁
気複合軸受６〜９の並びよりも前端側および後端側に位
置してハウジング５に設けられている。また、この実施
形態では、静圧磁気複合軸受６〜９の変位検出手段４
３，４４は、渦電流センサ等の磁気的に主軸４の変位を
検出するものが使用されている。この実施形態における
各静圧磁気複合軸受６〜９の具体的構成は、図１の例と
は異なるが、いずれも静圧気体軸受６Ａ〜９Ａと磁気軸
受６Ｂ〜９Ｂを複合化させ、また磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの
電磁石コア２３，３３で静圧気体軸受面の一部を構成し
たものである。この実施形態における摺動材４１のラジ
アル隙間と各ラジアル型静圧磁気複合軸受６，７のラジ
アル隙間との関係、および摺動材４１の材質は、図１の
実施形態と同じである。
静圧磁気複合軸受スピンドル装置１Ａを示す。同図の例
において、図１の実施形態と対応する部分には同一の符
号を付してある。この実施形態では、主軸４を支持した
前後のラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７の中間にス
ピンドル駆動装置１０を配置し、後方の静圧磁気複合軸
受７よりも端部側にアキシアル型の静圧磁気複合軸受
８，９が配置してある。摺動材４１は、これらの静圧磁
気複合軸受６〜９の並びよりも前端側および後端側に位
置してハウジング５に設けられている。また、この実施
形態では、静圧磁気複合軸受６〜９の変位検出手段４
３，４４は、渦電流センサ等の磁気的に主軸４の変位を
検出するものが使用されている。この実施形態における
各静圧磁気複合軸受６〜９の具体的構成は、図１の例と
は異なるが、いずれも静圧気体軸受６Ａ〜９Ａと磁気軸
受６Ｂ〜９Ｂを複合化させ、また磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの
電磁石コア２３，３３で静圧気体軸受面の一部を構成し
たものである。この実施形態における摺動材４１のラジ
アル隙間と各ラジアル型静圧磁気複合軸受６，７のラジ
アル隙間との関係、および摺動材４１の材質は、図１の
実施形態と同じである。
【００２１】なお、前記各実施形態では、ラジアル型の
静圧磁気複合軸受６，７における静圧気体軸受６Ａ，７
Ａのラジアル隙間と、磁気軸受６Ｂ，７Ｂのラジアル隙
間を同じとしたが、両者のラジアル隙間は互いに異なっ
ていても良い。その場合、狭い方のラジアル隙間より
も、さらに摺動材４１のラジアル隙間を狭くする。
静圧磁気複合軸受６，７における静圧気体軸受６Ａ，７
Ａのラジアル隙間と、磁気軸受６Ｂ，７Ｂのラジアル隙
間を同じとしたが、両者のラジアル隙間は互いに異なっ
ていても良い。その場合、狭い方のラジアル隙間より
も、さらに摺動材４１のラジアル隙間を狭くする。
【００２２】
【発明の効果】この発明の静圧磁気複合軸受スピンドル
装置は、主軸にラジアル隙間を介して近接する摺動材を
設け、そのラジアル隙間を静圧気体軸受および磁気軸受
のラジアル軸受隙間以下に設定し、かつ摺動材の材質を
カーボンまたは黒鉛としたため、軸受隙間の狭い静圧気
体軸受部を有しながら、主軸に過大な負荷が印加し、主
軸と静止側部材の間に機械的接触があった場合にも、軸
受や主軸への影響が防止できる。
装置は、主軸にラジアル隙間を介して近接する摺動材を
設け、そのラジアル隙間を静圧気体軸受および磁気軸受
のラジアル軸受隙間以下に設定し、かつ摺動材の材質を
カーボンまたは黒鉛としたため、軸受隙間の狭い静圧気
体軸受部を有しながら、主軸に過大な負荷が印加し、主
軸と静止側部材の間に機械的接触があった場合にも、軸
受や主軸への影響が防止できる。
【図１】この発明の一実施形態にかかるスピンドル装置
の縦断側面図である。
の縦断側面図である。
【図２】同スピンドル装置の横断正面図である。
【図３】ラジアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図で
ある。
ある。
【図４】アキシアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図
である。
である。
【図５】この発明の他の実施形態にかかるスピンドル装
置の縦断側面図である。
置の縦断側面図である。
１…スピンドル装置 ４…主軸 ５…ハウジング ６〜９…静圧磁気複合軸受 ６Ａ〜９Ａ…静圧気体軸受 ６Ｂ〜９Ｂ…磁気軸受 ６Ａａ，７Ａａ…静圧気体軸受面 １０…スピンドル駆動源 ４１…摺動材 ｄ…軸受のラジアル隙間 ｄ３…摺動材のラジアル隙間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C045 FD14 FD16 3C048 BC03 CC00 CC07 DD11 3J102 AA01 AA02 BA03 BA19 CA14 DA02 DA03 DA09 EA02 EA06 EA12 FA30 GA07
Claims (4)
- 【請求項１】 静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化され
たラジアル型の静圧磁気複合軸受により主軸を支持した
スピンドル装置において、主軸にラジアル隙間を介して
近接する摺動材を、前記静圧磁気複合軸受の設置された
ハウジングに設け、この摺動材のラジアル隙間を、前記
静圧磁気複合軸受を構成する静圧気体軸受および磁気軸
受のラジアル軸受隙間以下に設定し、かつ前記摺動材の
材質を、カーボンまたは黒鉛とした静圧磁気複合軸受ス
ピンドル装置。 - 【請求項２】 前記静圧磁気複合軸受は、前記磁気軸受
のコアが、静圧気体軸受面を形成するものである請求項
１記載の静圧磁気複合軸受スピンドル装置。 - 【請求項３】 前記摺動材は、一つまたは複数配置され
る前記ラジアル型静圧磁気複合軸受の並びよりも主軸の
端部側に配置した請求項１または請求項２記載の静圧磁
気複合軸受スピンドル装置。 - 【請求項４】 前記摺動材は、硬さがシェア硬度で５０
以上、曲げ強さが４００Kgf/cm2 以上、圧縮強さが７０
０Kgf/cm2 以上で、かつ熱膨張係数が５×１０-6以下で
ある請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静圧磁
気複合軸受スピンドル装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11071502A JP2000263359A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 静圧磁気複合軸受スピンドル装置 |
| US09/527,525 US6508614B1 (en) | 1999-03-17 | 2000-03-16 | Spindle device and machine tool utilizing the same |
| DE10013277A DE10013277A1 (de) | 1999-03-17 | 2000-03-17 | Spindelvorrichtung und Werkzeugmaschine zur Verwendung einer solchen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11071502A JP2000263359A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 静圧磁気複合軸受スピンドル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000263359A true JP2000263359A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13462529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11071502A Pending JP2000263359A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 静圧磁気複合軸受スピンドル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000263359A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1293971C (zh) * | 2004-08-09 | 2007-01-10 | 湖南大学 | 滑动轴承式电主轴 |
| CN100396437C (zh) * | 2005-10-26 | 2008-06-25 | 广东工业大学 | 高速高刚度复合多支承气体静压轴承电主轴 |
| CN102266951A (zh) * | 2011-04-27 | 2011-12-07 | 天津大学 | 一种精密型动静压陶瓷主轴装置 |
| CN102717102A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-10-10 | 无锡机床股份有限公司 | 工作台电主轴结构 |
| JP2013202727A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Ihi Corp | 磁気軸受スピンドル装置 |
-
1999
- 1999-03-17 JP JP11071502A patent/JP2000263359A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1293971C (zh) * | 2004-08-09 | 2007-01-10 | 湖南大学 | 滑动轴承式电主轴 |
| CN100396437C (zh) * | 2005-10-26 | 2008-06-25 | 广东工业大学 | 高速高刚度复合多支承气体静压轴承电主轴 |
| CN102266951A (zh) * | 2011-04-27 | 2011-12-07 | 天津大学 | 一种精密型动静压陶瓷主轴装置 |
| JP2013202727A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Ihi Corp | 磁気軸受スピンドル装置 |
| CN102717102A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-10-10 | 无锡机床股份有限公司 | 工作台电主轴结构 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040323 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060224 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060606 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061017 |