JP2001225240A - タービンロータを備えたスピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】固定されたハウジングとこれに対して回転自在
に支承されたスピンドル主軸との間でタービンロータの
駆動流体が漏出するのを可及的に防止し、以て供給され
た駆動流体を効率的に利用し、スピンドル主軸の回転ト
ルクを高めることが可能なスピンドル装置を提供する。 【解決手段】タービンロータ５を用いてスピンドル主軸
２を回転駆動するように構成したスピンドル装置におい
て、ハウジング１に対するスピンドル主軸２の回転をラ
ジアル動圧軸受４を用いて支承する共に、このラジアル
動圧軸受４を半径方向へ貫通するようにして上記タービ
ンロータ５の駆動流体の供給孔４５及び受給孔４６を形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砥石等のツールを
保持したスピンドル主軸を高速で回転させるスピンドル
装置に係り、詳細には、気体又は液体の流体エネルギを
タービンロータによって上記スピンドル主軸の回転動力
に変換するスピンドル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、研削盤等の工作機械に用いられる
スピンドル装置としては、被加工物に対する高精密加工
の要請から、小型で且つ主軸回転数の高い装置が必要と
されており、本願出願人は過去にタービンロータによっ
てスピンドル主軸を回転駆動すると共に、かかるスピン
ドル主軸の回転を動圧軸受によって支承したスピンドル
装置を提案している（特開平１０−１７５１３７号公
報）。

【０００３】かかるスピンドル装置では、タービンブレ
ードを備えたタービンロータがスピンドル主軸に固定さ
れる一方、上記スピンドル主軸の回転は高圧の流体潤滑
膜を発生する動圧軸受によって支承されており、上記タ
ービンブレードに対して駆動流体を噴きつけると、スピ
ンドル主軸がタービンロータと共に回転するように構成
されている。また、スピンドル主軸の回転を動圧軸受に
よって支承したことから、かかるスピンドル主軸が回転
を開始すると、該スピンドル主軸は流体潤滑膜の作用に
よって浮揚状態となり、抵抗や振動が殆ど作用すること
なく滑らかに回転するようになっている。

【０００４】更に、このスピンドル装置では駆動流体の
回収を容易にすると共にタービンロータの小型化を図る
ため、かかるタービンロータに具備されたタービンブレ
ードは遠心羽根として構成されており、駆動流体がター
ビンロータ内を半径方向へ放射状に吹き抜けることによ
って、かかるタービンロータに回転が与えられるように
なっている。このため、駆動流体はハウジング側に固定
された噴出ノズルから回転するタービンロータの中心へ
吹き込まれ、かかるタービンロータ内を放射状に吹き抜
ける際にタービンブレードによって回転駆動力を発生す
るように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来のス
ピンドル装置では噴出ノズルを用いてタービンロータの
中心へ駆動流体を吹き込む際に、かかる噴出ノズルが固
定されたハウジングと回転するタービンロータとの隙間
に駆動流体が漏出してしまい、噴出ノズルに対して供給
された駆動流体の全量をタービンロータに吹き込むこと
が困難であった。また、漏出した駆動流体がハウジング
とタービンロータとの間に静圧を発生させるため、スピ
ンドル主軸に対してはハウジングとタービンロータとの
隙間を拡開させる方向へ力が作用し易く、益々駆動流体
の漏出量が増加してしまう傾向にあった。このため、噴
出ノズルに対する駆動流体の供給圧力を増加させても、
スピンドル主軸の回転トルクは僅かにしか増加せず、被
加工物の加工効率の著しい向上を図ることが困難である
という問題点があった。

【０００６】このような駆動流体の漏出を防止する方法
としては、ハウジングとタービンロータとの間にメカニ
カルシール等の接触シールを設ける方法が挙げられる
が、かかるタービンロータは極めて高速で回転するた
め、シールの耐久性に問題が生じる他、構造が複雑にな
るといった不利益がある。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、固定されたハウ
ジングとこれに対して回転自在に支承されたスピンドル
主軸との間でタービンロータの駆動流体が漏出するのを
可及的に防止し、以て供給された駆動流体を効率的に利
用し、スピンドル主軸の回転トルクを高めることが可能
なスピンドル装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスピンドル装置は、ハウジングと、このハ
ウジングに対して回転自在に支承されたスピンドル主軸
と、このスピンドル主軸に回転を与えるべく該スピンド
ル主軸に固定されたタービンロータとを備え、かかるタ
ービンロータに対する駆動流体の吹き込みがスピンドル
主軸の軸心に形成された駆動流体通路を通じ、該タービ
ンロータの半径方向の外側に向けて放射状に行われるよ
うに構成されたスピンドル装置を前提とし、上記スピン
ドル主軸上にはラジアル動圧軸受を構成する回転スリー
ブを配置する一方、この回転スリーブと所定の軸受隙間
を介して対向するラジアル動圧軸受の固定スリーブをハ
ウジングに設け、かかるラジアル動圧軸受によって上記
ハウジングに対するスピンドル主軸の回転を支承すると
共に、上記スピンドル主軸の駆動流体通路に対してハウ
ジング側から駆動流体を供給する供給孔を上記固定スリ
ーブに対して放射状に形成する一方、この供給孔から駆
動流体を受け取って上記駆動流体通路へ導く受給孔を上
記回転スリーブに対して放射状に形成したことを特徴と
するものである。

【０００９】このように構成された本発明のスピンドル
装置において、上記スピンドル主軸はタービンロータに
よって回転駆動させられるが、かかるタービンロータを
駆動する駆動流体は先ずハウジング側からスピンドル主
軸の駆動流体通路に吹き込まれ、この後にスピンドル主
軸に固定されたタービンロータに吹き込まれる。上記駆
動流体通路はスピンドル主軸の軸心に形成されており、
駆動流体はこの駆動流体通路から半径方向の外側に向け
て放射状にタービンロータへ吹き込まれる。ここで、ハ
ウジングから高速回転するスピンドル主軸への駆動流体
の受け渡しは、かかるスピンドル主軸の回転を支承する
ラジアル動圧軸受の内部で行われる。すなわち、ラジア
ル動圧軸受を構成すると共にハウジングに設けられた固
定スリーブには放射状の供給孔を形成する一方、やはり
ラジアル動圧軸受を構成すると共にスピンドル主軸上に
設けられた回転スリーブには上記供給孔から駆動流体を
受け取って駆動流体通路へ導く放射状の受給孔を形成
し、これら供給孔と受給孔との間で駆動流体の受け渡し
が行われるように構成されている。

【００１０】このとき、ラジアル動圧軸受を構成する固
定スリーブと回転スリーブとの軸受隙間は数μｍと極僅
かであり、しかもスピンドル主軸の回転中は該軸受隙間
に高圧の流体潤滑膜が形成されていることから、供給孔
から噴出された駆動流体が固定スリーブと回転スリーブ
の隙間、すなわちラジアル動圧軸受の軸受隙間に漏れ出
すのを可及的に防止することができ、供給孔から噴出し
た駆動流体の略全量が回転スリーブの受給孔に流入させ
ることができる。換言すれば、ラジアル動圧軸受が駆動
流体の漏出を防止するシールとしての機能を発揮してい
ることになる。従って、ハウジングからスピンドル主軸
の駆動流体通路に対してタービンロータの駆動流体を吹
き込むに当たり、かかる駆動流体の漏出を可及的に防止
することができ、その分だけタービンロータで発生する
回転トルクの向上を図ることができるものである。

【００１１】このような技術的手段において、ラジアル
動圧軸受の軸受隙間は極めて小さく、回転スリーブの受
給孔に流入することなくこの軸受隙間に入り込んでしま
う駆動流体は極僅かであるが、供給孔から噴出する駆動
流体は加圧されているので、かかる加圧力が高い場合に
は、駆動流体が固定スリーブと回転スリーブとの隙間に
流れ込んでしまう懸念がある。従って、かかる観点から
すれば、上記回転スリーブの外周面又は固定スリーブの
内周面には上記受給孔又は供給孔を挟むようにして一対
の動圧発生用溝を形成し、これら供給孔及び受給孔の両
側においてラジアル動圧軸受の軸受隙間で高圧の流体潤
滑膜が発生するように構成するのが好ましい。このよう
に構成すれば、供給孔及び受給孔の両側において高圧の
流体潤滑膜が発生するので、供給孔から噴出する駆動流
体がラジアル動圧軸受の軸受隙間に流入するのを積極的
に防止することができ、供給孔から受給孔に受け渡され
る駆動流体の損失を可及的に防止することが可能とな
る。

【００１２】また、スピンドル主軸は回転していること
から、かかるスピンドル主軸の回転位置によっては固定
スリーブに形成された供給孔と回転スリーブに供給され
た受給孔との連通が遮蔽されることがあり、これに伴っ
てタービンロータに対する駆動流体の供給が遮断される
と、スピンドル主軸の回転トルクに著しい変動が生じる
ことになる。従って、このような観点からすれば、上記
供給孔及び受給孔を固定スリーブ又は回転スリーブの円
周方向に沿って夫々複数個設け、スピンドル主軸の回転
位置に関わらず、常にいずれかの供給孔と受給孔とが連
通するように構成するのが好ましい。このように構成す
れば、タービンロータに対しての駆動流体の供給が遮断
されることがないので、スピンドル主軸に与えられる回
転トルクの変動を可及的に防止することが可能となる。

【００１３】更に、本発明のスピンドル装置において
は、タービンロータの駆動流体がラジアル動圧軸受を半
径方向に貫通するようにしてスピンドル主軸に吹き込ま
れることから、ラジアル動圧軸受の軸受隙間に供給され
る潤滑流体を上記駆動流体と共用することも可能であ
る。但し、駆動流体と潤滑流体とを共用した場合、スピ
ンドル主軸の停止のために駆動流体の供給を停止する
と、ラジアル動圧軸受に対する潤滑流体の供給も停止し
てしまい、ラジアル動圧軸受の軸受隙間が著しい負圧と
なってしまうことから、固定スリーブと回転スリーブと
が互いに吸いついて固体接触を生じてしまう懸念があ
る。従って、かかる観点からすれば、軸受隙間に対する
潤滑流体の供給経路をタービンロータの駆動流体の供給
経路とは別個に設け、駆動流体の供給停止時にも潤滑流
体がラジアル動圧軸受の軸受隙間に供給されるように構
成するのが好ましい。

【００１４】また更に、駆動流体及び潤滑流体として
は、空気等の気体の他に、水やクラント液等の液体を用
いることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
のスピンドル装置を詳細に説明する。図１はフライス盤
等の主軸頭を構成するスピンドル装置に本発明を適用し
た第１実施例を示すものである。このスピンドル装置
は、工作機械の主軸頭に固定されるハウジング１と、ツ
ール３を保持して回転するスピンドル主軸２と、このス
ピンドル主軸２を上記ハウジング１に対して回転自在に
支承する動圧軸受手段４と、加圧された駆動流体の吹き
込みに伴って上記スピンドル主軸２を回転駆動するター
ビンロータ５とから構成されている。

【００１６】図２はこのスピンドル装置のうち、上記ス
ピンドル主軸２及びこれと共に回転する部材を省略し、
ハウジング１等の固定された部材のみを描いたものであ
る。この図に示されるように、上記ハウジング１は、機
械装置に固定される基部１ａと、この基部１ａと共に上
記タービンロータ５の収容室１０を形成するタービンケ
ース１ｂと、このタービンケース１ｂに固定されると共
に後述する動圧軸受手段４の固定スリーブ４０を保持す
る軸受ケース１ｃと、この軸受ケース１ｃに固定されて
スピンドル主軸２の先端を覆うカバー体１ｄとから構成
されており、これらを相互に結合して略円筒状に形成さ
れている。尚、図中の符号１１はロータ収容室１０から
ハウジング１外へ使用済み駆動流体を排出するための排
出ポートである。

【００１７】一方、図３は上記ハウジング１等の固定さ
れた部材を省略し、スピンドル主軸２及びこれと共に回
転する部材のみを描いたものである。このスピンドル主
軸２の先端にはコレットチャック２０が設けられてお
り、かかるスピンドル主軸２の先端に螺合する止めねじ
２１を締めつけることで、ツール３がコレットチャック
２０にくわえ込まれて固定されるようになっている。ま
た、スピンドル主軸２の胴部には動圧軸受手段４を構成
する回転スリーブ４１が固定されると共に、この回転ス
リーブ４１に隣接して上記タービンロータ５が固定され
ている。スピンドル主軸２にはフランジ部２２が突設さ
れており、回転スリーブ４１及びタービンロータ５はこ
のフランジ部２２を基準としてスピンドル主軸２に固定
されている。すなわち、スピンドル主軸２の後端から円
筒状に形成された回転スリーブ４１及びタービンロータ
５を該スピンドル主軸２に挿通させた後、エンドキャッ
プ２３をスピンドル主軸２の後端に螺合させることによ
り、回転スリーブ４１及びタービンロータ５が上記フラ
ンジ部２２とエンドキャップ２３に挟み込まれるように
してスピンドル主軸２に固定されるようになっている。

【００１８】また、上記タービンロータ５は円筒状の部
材であり、図４に示すように、軸方向長さを二分した位
置には遠心羽根としてスパイラル状に形成された複数枚
のタービンブレード５０が形成されている。従って、こ
のタービンブレード５０に対して加圧された駆動流体を
半径方向の内側から吹きつけると、かかるタービンブレ
ード５０の作用によってタービンロータ５が図中の矢線
方向へ回転し、スピンドル主軸２に回転が与えられるよ
うになっている。ここで、タービンロータ５に対する駆
動流体の供給はスピンドル主軸２を通じて行われてい
る。図１及び図３に示すように、スピンドル主軸２の軸
心には駆動流体通路２４が軸方向に沿って形成されてお
り、この駆動流体通路２４から半径方向へ放射状に延び
る噴出孔２５を介して駆動流体がタービンロータ５へ供
給されるようになっている。尚、この駆動流体通路２４
に対する駆動流体の供給経路については後に詳述する。

【００１９】更に、上記動圧軸受手段４は、ハウジング
１の軸受ケース１ｃに対して焼き嵌め又は接着等により
固定された円筒状の固定スリーブ４０と、上記スピンド
ル主軸２に対して固定された回転スリーブ４１とから構
成されている。後者の回転スリーブ４１は、固定スリー
ブ４０の内周面と所定の軸受隙間（例えば、５μｍ）を
介して対向する円筒状のジャーナル部４１ａと、このジ
ャーナル部４１ａの一端から半径方向の外側に張り出し
たフランジ部４１ｂとから構成されており、かかるジャ
ーナル部４１ａと上記固定スリーブ４０とが協働してラ
ジアル動圧軸受を構成している。図５は上記固定スリー
ブ４０と回転スリーブ４１との関係を示す図である。ジ
ャーナル部４１ａの外周面の軸方向の両端近傍にはヘリ
ングボーン状の動圧発生用溝４２が形成されており、ス
ピンドル主軸２と共に上記回転スリーブ４１が回転する
と、回転スリーブ４１のジャーナル部４１ａと固定スリ
ーブ４０との隙間、すなわちラジアル動圧軸受の軸受隙
間に高圧の流体潤滑膜が形成され、回転スリーブ４１が
固定スリーブ４０に対して非接触の状態でその回転を支
承されるようになっている。

【００２０】また、上記回転スリーブ４１のフランジ部
４１ｂはタービンロータ５と相まって上記固定スリーブ
４０を抱え込んでおり、かかるフランジ部４１ｂと固定
スリーブ４０、タービンロータ５と固定スリーブ４０は
夫々協働してスラスト動圧軸受を構成している。回転ス
リーブ４１のフランジ部４１ｂと固定スリーブ４０との
間、タービンロータ５と固定スリーブ４０との間には所
定の軸受隙間（例えば、９μｍ）が夫々形成されてお
り、固定スリーブ４０と対向するフランジ部４１ｂの側
面及びタービンロータ５の軸方向端面には夫々スパイラ
ル状の動圧発生用溝（図示せず）が形成されている。こ
のスパイラル状の動圧発生用溝は、回転スリーブ４１の
回転に伴って軸受隙間内の潤滑流体を内径側から外径側
に向けて吐き出すいわゆるポンプアウト型に形成されて
いる。このため、スピンドル主軸２と共に上記回転スリ
ーブ４１及びタービンロータ５が回転すると、各スラス
ト動圧軸受の軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成され、
固定スリーブ４０に対するスピンドル主軸２の軸方向の
移動が規制されるようになっている。尚、フランジ部４
１ｂに形成されたスパイラル状の動圧発生用溝と、ター
ビンロータ５に形成されたスパイラル状の動圧発生用溝
とは互いに向き合っているため、互いに逆方向に捩じれ
て形成されている。

【００２１】この実施例のスピンドル装置において、上
記ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受の軸受隙間に
供給される潤滑流体は空気であり、上記固定スリーブ４
０に穿設された吸入口４３からラジアル動圧軸受の軸受
隙間に吸引され、かかる軸受隙間からスラスト動圧軸受
の軸受隙間に流動する。上記吸入口４３は固定スリーブ
に対して放射状に複数形成されており、各吸入口４３は
固定スリーブ４０の外周面に形成された環状溝４４と連
通している。また、これら吸入口４３は回転スリーブ４
１のジャーナル部４１ａに形成された一対の動圧発生用
溝４２，４２に夫々対応し、軸方向の二箇所に分かれて
配置されている。図１及び図２に示すように、上記ハウ
ジング１には潤滑流体を供給するための吸入路１２が形
成されており、この吸入路１２は前述した固定スリーブ
４０の環状溝４４と連通している。従って、かかる吸入
路１２は固定スリーブ４０に形成された環状溝４４及び
吸入口４３を介してラジアル動圧軸受の軸受隙間と連通
しており、スピンドル主軸２が回転を開始すると、ハウ
ジング１外の空気がラジアル動圧軸受及びスラスト動圧
軸受の軸受隙間に吸引され、これら軸受隙間に高圧の流
体潤滑膜が形成される。

【００２２】動圧軸受では軸の回転に伴って軸受隙間に
高圧の流体潤滑膜が形成され、この流体潤滑膜によって
軸の回転を支承していることから、上記スピンドル主軸
２の起動時には固定スリーブ４０に対して回転スリーブ
４１やタービンロータ５が固体接触を生じ易く、いきな
りタービンロータ５に対して駆動流体を供給してスピン
ドル主軸２を回転させたのでは、回転スリーブ４１や固
定スリーブ７４０が破損してしまう懸念がある。そのた
め、この実施例のスピンドル装置では、タービンロータ
５に対する駆動流体の供給が開始される前に加圧された
空気（潤滑流体）を上記吸入路１２へ供給するように構
成している。このように加圧された空気をラジアル動圧
軸受及びスラスト動圧軸受の軸受隙間に供給すると、各
動圧軸受の軸受隙間に潤滑流体の静圧が作用して固定ス
リーブ４０と回転スリーブ４１、あるいは固定スリーブ
４０とタービンロータ５との接触を極力防止することが
できる。また、スラスト動圧軸受におけるスパイラル状
の動圧発生用溝は所謂ポンプアウト型に形成されている
ことから、加圧された空気がスラスト動圧軸受の軸受隙
間に流入すると、かかる空気の流れによってスピンドル
主軸２に回転が与えられる結果となり、タービンロータ
５に対する駆動流体の供給に先立ってスピンドル主軸２
に低速の回転を与えることができる。これにより、各動
圧軸受の軸受隙間には潤滑流体の動圧も発生することに
なり、スピンドル主軸２の起動時における固体接触の発
生を有効に回避することができる。

【００２３】一方、図５及び図６に示すように、スピン
ドル主軸２に固定された回転スリーブ４１のジャーナル
部４１ａにはスピンドル主軸２の駆動流体通路２４と連
通する複数の受給孔４５が放射状に形成されており、こ
れら受給孔４５は上記ジャーナル部４１ａの長手方向を
二分する位置、すなわちラジアル動圧軸受の軸方向長さ
を二分する位置に設けられている。また、上記固定スリ
ーブ４０の長手方向を二分する位置には、回転スリーブ
４１の受給孔４５に対向する駆動流体の供給孔４６が放
射状に複数形成されると共に、これら供給孔４６に連通
する環状溝４７が固定スリーブ４０の外周面に形成され
ている（図５参照）。図１及び図２に示すように、上記
ハウジング１には加圧された駆動流体を供給するための
供給路１３が形成されており、この供給路１３は上記固
定スリーブ４０の環状溝４７と連通している。従って、
かかる供給路１３は固定スリーブ４０に形成された環状
溝４７、供給孔４６及び回転スリーブ４１の受給孔４５
を介してスピンドル主軸２の駆動流体通路２４と連通し
ており、ハウジング１の供給路１３から固定スリーブ４
０の供給孔４６へ圧送された駆動流体は回転スリーブ４
１の受給孔４５を経てスピンドル主軸２の駆動流体通路
２４へと送り込まれ、最終的には駆動流体通路２４から
タービンロータ５のタービンブレード５０に吹き込まれ
る。尚、スピンドル主軸２の後端にはエンドキャップ２
３が螺合していることから、かかるスピンドル主軸２の
軸心に形成された駆動流体通路２４の開放端はこのエン
ドキャップ２３により閉塞されており、回転スリーブ４
１の受給孔４５から駆動流体通路２４に送り込まれた駆
動流体はその総量がタービンロータ５の駆動に用いられ
ることになる。

【００２４】ここで、受給孔４５が形成された回転スリ
ーブ４１は供給孔４６が形成された固定スリーブ４０に
対して回転しているため、スピンドル主軸２の回転中は
供給孔４６に対する受給孔４５の相対位置は刻一刻と変
化しており、供給孔４６及び受給孔４５の開設位置や大
きさによっては、総ての供給孔４６に対して受給孔４５
が閉塞された状態となり、タービンロータ５に対して駆
動流体が供給されない状態が生じてしまう。スピンドル
主軸２は高速で回転するので、タービンロータ５に対す
る駆動流体の遮断時間は極僅かではあるが、このように
駆動流体が遮断されると、スピンドル主軸２の回転トル
クに変動が発生してしまい、かかるスピンドル主軸２に
固定されたツール３の回転ムラ、ひいてはこのツール３
によって加工されるワークの加工精度に影響が及ぶこと
になる。

【００２５】そこで、タービンロータ５に対する駆動流
体の供給が一時でも遮断されることがないよう、この実
施例ではスピンドル主軸２の回転位置に関わらず常にい
ずれかの供給孔４６と受給孔４５とが連通した状態とな
るように、これら供給孔４６及び受給孔４５の大きさや
形成個数を決定している。すなわち、図６（ａ）に示す
ように、供給孔４６の断面積を受給孔４５の断面積より
も大きく設定し、受給孔４５が供給孔４６に正対しない
場合であっても、供給孔４６と受給孔４５とが連通する
ように構成している。また、図６（ｂ）に示すように、
受給孔４５を供給孔４６よりも多く形成し、いずれかの
受給孔４５が完全に閉塞された場合であっても、他の受
給孔４５が供給孔４６と連通するように構成しても良
い。

【００２６】そして、以上のように構成れされた本実施
例のスピンドル装置は、先ず、ハウジング１に形成され
た吸入路１２に対して加圧された潤滑流体を供給し、ス
ピンドル主軸２に低速の回転を与えた後、やはりハウジ
ング１に形成された供給路１３に対して加圧された駆動
流体を供給し、かかる駆動流体でタービンロータ５を回
転駆動してスピンドル主軸２に回転を与えて使用され
る。

【００２７】このとき、固定側のハウジング１と回転側
のスピンドル主軸２との間には必ず隙間が存在し、駆動
流体をハウジング１からスピンドル主軸２の駆動流体通
路２４に送り込む際に、かかる隙間に駆動流体の一部が
漏れ出してしまうと、ハウジング１の供給路１３に対し
て圧送した加圧駆動流体のすべてをタービンロータ５の
駆動に用いることができず、この駆動流体の損失によっ
てタービンロータ５の出力（回転トルク）が低下してし
まうことになる。

【００２８】しかし、本実施例のスピンドル装置では固
定スリーブ４０及び回転スリーブ４１から構成れされる
ラジアル動圧軸受を貫通するようにして駆動流体の供給
経路を設けているので、かかる駆動流体をハウジング１
からスピンドル主軸２の駆動流体通路２４に送り込む際
に、その損失を殆ど零に抑えることができ、タービンロ
ータ５の出力の向上を図ることができるものである。す
なわち、固定スリーブ４０及び回転スリーブ４１はラジ
アル動圧軸受を構成しており、固定スリーブ４０と回転
スリーブ４１との間には極僅かな軸受隙間が存在するの
みであり、しかも、スピンドル主軸２の回転中はこの軸
受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成されている。従って、
固定スリーブ４０の供給孔４６から噴出した駆動流体は
ラジアル動圧軸受の軸受隙間に流入することは殆どな
く、略全量が供給孔４６の対向位置に形成された回転ス
リーブ４１の受給孔４５に流入することになる。これに
より、本実施例のスピンドル装置ではハウジング１の供
給路１３に対して圧送した加圧駆動流体の略全量を回転
するスピンドル主軸２の駆動流体通路２４に送り込むこ
とができ、これをそのままタービンロータ５の回転駆動
に用いることができるものである。

【００２９】図７は、本実施例のスピンドル装置と従来
のスピンドル装置の双方について、駆動流体の供給圧力
に対するスピンドル主軸２の出力の変化を測定した結果
を示すグラフであり、また図８は、駆動流体の供給圧力
の変化に対するスピンドル主軸２の回転数の変化を測定
した結果を示すグラフである。いずれの場合も、従来品
とは特開平１０−１７５１３７号公報に開示されたスピ
ンドル装置である。これらの測定結果からわかるよう
に、スピンドル主軸２の回転数については本発明品と従
来品との間で大差はないが、スピンドル主軸２の出力に
ついては駆動流体の供給圧力が高まるにつれ、本発明品
の方が従来品よりも大きな出力を発揮していることが伺
われる。すなわち、従来品は駆動流体の供給圧力が大き
くなるにつれ、ハウジング１とスピンドル主軸２との間
における駆動流体の漏れ量が多くなり、スピンドル主軸
２の出力が頭打ちになると考えられるが、本発明品では
駆動流体の漏れ量が殆どないことから、供給圧力の増加
に比例するようにしてスピンドル主軸２の出力が増加し
ていると考えられる。

【００３０】次に、図８は本発明を適用したスピンドル
装置の第２実施例を示すものである。この第２実施例の
スピンドル装置の構造も基本的には前述の第１実施例の
スピンドル装置と略同じである。但し、このスピンドル
装置では固定スリーブ４０と回転スリーブ４１のフラン
ジ部４１ｂとの間にスピンドル主軸２とは無関係に回転
するフリー円板６を設け、このフリー円板６に形成され
たタービンブレードに対してタービンロータ５とは別系
統で駆動流体（以下、「円板駆動流体」という）を供給
するように構成した。尚、その他の構成は前述の第１実
施例のスピンドル装置と同一なので、図中に同一符号を
付することにして、その詳細な説明は省略する。

【００３１】スピンドル主軸２に固定されたタービンロ
ータ５に対する駆動流体（以下、「主軸駆動流体」とい
う）の供給経路は第１実施例と全く同じである。すなわ
ち、ハウジング１の供給路１３に圧送された主軸駆動流
体は固定スリーブ４０に形成された供給孔４６を介して
回転スリーブ４１の受給孔４５に送り込まれ、スピンド
ル主軸２に形成された駆動流体通路２４を経て放射状の
噴出孔２５からタービンロータ５に吹き込まれる。ま
た、主軸駆動流体の一部は固定スリーブ４０と回転スリ
ーブ４１との隙間にも入り込み、ラジアル動圧軸受及び
スラスト動圧軸受の潤滑流体としても利用される。ラジ
アル動圧軸受の軸受隙間は極めて小さいので、回転スリ
ーブ４１の受給孔４５に入ることなく潤滑流体として利
用される主軸駆動流体の量は極僅かであり、主軸駆動流
体を動圧軸受の潤滑流体として共用した場合であって
も、タービンロータ５に吹き込まれる主軸駆動流体の流
量は殆ど減少することがなく、スピンドル主軸２の出力
が第１実施例のそれと比較して極端に低下することは一
切ない。

【００３２】一方、上記フリー円板６は僅かな隙間を介
して回転スリーブ４１のジャーナル部４１ａに遊嵌して
おり、フリー円板６とジャーナル部４１とがラジアル動
圧軸受を構成している。また、フリー円板６の一方の端
面と固定スリーブ４０の端面、フリー円板６の他方の端
面と回転スリーブ４１のフランジ部４１ｂとの間にも僅
かな隙間が形成されており、固定スリーブ４０、フリー
円板６及びフランジ部４１ｂが一対のスラスト動圧軸受
を構成している。前述の第１実施例では回転スリーブ４
１のフランジ部４１ｂにスパイラル状の動圧発生用溝が
形成されていたが、この第２実施例では上記フリー円板
６の表裏両面に夫々スパイラル状の動圧発生用溝が形成
されており、スピンドル主軸２が停止している状態でフ
リー円板６を回転させると、かかるフリー円板６の表裏
に存在する軸受隙間に高圧の流体潤滑膜が形成されるよ
うになっている。更に、フリー円板６を停止させた状態
でスピンドル主軸２を回転させると、回転スリーブ４１
のフランジ部４１ｂとフリー円板６との間にのみ高圧の
流体潤滑膜が形成される。

【００３３】このフリー円板６にはタービンロータ５と
同様なタービンブレードが形成されており円板駆動流体
を半径方向の内側から外側に向けて吹き込むことで、該
フリー円板６をスピンドル主軸２とは別個に自由に回転
させることができるようになっている。フリー円板６に
対する円板駆動流体の供給経路はタービンロータ５に対
する主軸駆動流体の供給経路とは全く別個独立である
が、供給経路の構成それ事態は近似している。すなわ
ち、ハウジング１の供給口１４から圧送された円板駆動
流体は固定スリーブ４０に形成された放射状の供給口６
０から回転スリーブ４１の受給孔６１に流入した後、ス
ピンドル主軸２の軸心に形成された駆動流体通路２６を
経てフリー円板６に吹き込まれる。このとき、駆動流体
通路２６はスピンドル主軸２の先端に開放されている
が、コレットチャック２０によって閉塞されており、こ
こでも駆動流体の略全量を回転エネルギへ変換すること
ができる。

【００３４】そして、以上のように構成された第２実施
例のスピンドル装置によれば、タービンロータ５に対し
て主軸駆動流体を供給することによってスピンドル主軸
２が回転するのは勿論であるが、フリー円板６に対して
も円板駆動流体を供給することによって、スピンドル主
軸２とは別個にフリー円板６を回転させることができ
る。このとき、フリー円板６の回転方向をスピンドル主
軸２の回転方向とは逆向きに設定しておくと、フリー円
板６と回転スリーブ４１のフランジ部４１ｂとの間には
相対的に大きな回転差が生じるので、これらによって構
成されるスラスト動圧軸受の軸受隙間には一層高圧の流
体潤滑膜が発生し、スピンドル主軸２の軸方向の負荷に
対する剛性を高めることが可能となる。

【００３５】また、フリー円板６に対して加圧された円
板駆動流体を供給することにより、フリー円板６の表裏
両側に位置するスラスト動圧軸受の軸受隙間には加圧さ
れた円板駆動流体が流入することになるので、スピンド
ル主軸２の起動時に予めフリー円板６のみを回転させて
おくことにより、スピンドル主軸２の回転が停止してい
てもスラスト動圧軸受の軸受隙間には高圧の流体潤滑膜
が形成され、固定スリーブ４０とフリー円板６、回転ス
リーブ４１とフリー円板６の固体接触を防止して、スピ
ンドル主軸２を円滑に起動することが可能となる。一
方、スピンドル主軸２の停止のためにタービンロータ５
への主軸駆動流体の供給を停止した場合でも、フリー円
板６を回転させておくことにより、スラスト動圧軸受の
軸受隙間には依然として高圧の流体潤滑膜が形成される
ので、固体接触の発生を防止しながらスピンドル主軸２
を円滑に停止させることも可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のスピ
ンドル装置によれば、スピンドル主軸に形成された駆動
流体通路へハウジングから駆動流体を供給するに当た
り、かかるスピンドル主軸の回転を支承するラジアル動
圧軸受の固定スリーブと回転スリーブとの間で駆動流体
を供給するように構成したので、固定スリーブと回転ス
リーブとの隙間に駆動流体が漏れ出すのを可及的に防止
することができ、この装置に供給した駆動流体の略全量
を損失なくタービンロータの回転に利用して、スピンド
ル主軸の回転トルクの向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスピンドル装置の第１実施例を示す
断面図である。

【図２】 第１実施例に係る固定側部材を示す断面図で
ある。

【図３】 第１実施例に係る回転側部材を示す断面図で
ある。

【図４】 第１実施例に係るタービンロータに形成され
たタービンブレードを示す断面図である。

【図５】 第１実施例に係る固定スリーブ、回転スリー
ブ及びタービンロータの関係を示す拡大断面図である。

【図６】 第１実施例に係る固定スリーブに形成された
供給孔、回転スリーブに形成された受給孔の位置関係を
示す断面図である。

【図７】 第１実施例に係るスピンドル装置の出力と従
来のスピンドル装置の出力とを比較した結果を示すグラ
フである。

【図８】 第１実施例に係るスピンドル装置の回転数と
従来のスピンドル装置の回転数とを比較した結果を示す
グラフである。

【図９】 本発明のスピンドル装置の第２実施例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…スピンドル主軸、３…ツール、４
…動圧軸受手段、５…タービンロータ、６…フリー円
板、２４…駆動流体通路、４０…固定スリーブ、４１…
回転スリーブ、４５…受給孔、４６…供給孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、このハウジングに対して
   回転自在に支承されたスピンドル主軸と、このスピンド
   ル主軸に回転を与えるべく該スピンドル主軸に固定され
   たタービンロータとを備え、かかるタービンロータに対
   する駆動流体の吹き込みがスピンドル主軸の軸心に形成
   された駆動流体通路を通じ、該タービンロータの半径方
   向の外側に向けて放射状に行われるように構成されたス
   ピンドル装置において、 上記スピンドル主軸上にはラジアル動圧軸受を構成する
   回転スリーブを配置する一方、この回転スリーブと所定
   の軸受隙間を介して対向するラジアル動圧軸受の固定ス
   リーブをハウジングに設け、かかるラジアル動圧軸受に
   よって上記ハウジングに対するスピンドル主軸の回転を
   支承すると共に、 上記スピンドル主軸の駆動流体通路に対してハウジング
   側から駆動流体を供給する供給孔を上記固定スリーブに
   対して放射状に形成する一方、この供給孔から駆動流体
   を受け取って上記駆動流体通路へ導く受給孔を上記回転
   スリーブに対して放射状に形成したことを特徴とするス
   ピンドル装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスピンドル装置におい
   て、上記回転スリーブの外周面又は固定スリーブの内周
   面には上記受給孔又は供給孔を挟むようにして一対の動
   圧発生用溝が形成されていることを特徴とするスピンド
   ル装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のスピンドル装置に
   おいて、固定スリーブに形成された供給孔及び回転スリ
   ーブに形成された受給孔は円周方向に沿って夫々複数個
   設けられ、スピンドル主軸の回転位置に関わらず、常に
   いずれかの供給孔と受給孔とが連通していることを特徴
   とするスピンドル装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載のスピンドル装置に
   おいて、上記ラジアル動圧軸受を構成する回転スリーブ
   はフランジ部を具備し、このフランジ部が上記固定スリ
   ーブの軸方向端面と所定の軸受隙間を介して対向するこ
   とにより、上記スピンドル主軸の軸方向の移動を規制す
   るスラスト動圧軸受を構成していることを特徴とするス
   ピンドル装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のスピンドル装置におい
   て、上記固定スリーブと回転スリーブのフランジ部との
   間には、上記ハウジング及びスピンドル主軸のいずれに
   対しても回転自在なフリー円板が設けられ、このフリー
   円板と固定スリーブ及びスラスト板とが一対のスラスト
   動圧軸受を構成する一方、かかるフリー円板をスピンド
   ル主軸とは別個に回転駆動する手段を設けたことを特徴
   とするスピンドル装置。