JP2001304259A - 静圧空気軸受スピンドル - Google Patents
静圧空気軸受スピンドルInfo
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- JP2001304259A JP2001304259A JP2000118825A JP2000118825A JP2001304259A JP 2001304259 A JP2001304259 A JP 2001304259A JP 2000118825 A JP2000118825 A JP 2000118825A JP 2000118825 A JP2000118825 A JP 2000118825A JP 2001304259 A JP2001304259 A JP 2001304259A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速回転中に主軸と軸受面が接触したとき
に、主軸と軸受面との間に溶着がなく、主軸と軸受面の
耐焼付性や耐磨耗性を改善した信頼性の高い静圧空気軸
受スピンドルを提供する。 【解決手段】 フレーム１に収納した主軸２と、主軸２
のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受３、４と、
主軸２のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受５、６
とを備え、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することによ
り、主軸２をラジアル方向及スラスト方向に対し、非接
触で支持する静圧空気軸受スピンドルにおいて、主軸２
をステンレス鋼で構成すると共に、主軸２の表面を膜厚
０．５〜１．５μｍとした非晶質ダイヤモンド層でコー
ティングし、ジャーナル軸受３、４とスラスト軸受５、
６の軸受面を黒鉛材で形成した。
に、主軸と軸受面との間に溶着がなく、主軸と軸受面の
耐焼付性や耐磨耗性を改善した信頼性の高い静圧空気軸
受スピンドルを提供する。 【解決手段】 フレーム１に収納した主軸２と、主軸２
のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受３、４と、
主軸２のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受５、６
とを備え、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することによ
り、主軸２をラジアル方向及スラスト方向に対し、非接
触で支持する静圧空気軸受スピンドルにおいて、主軸２
をステンレス鋼で構成すると共に、主軸２の表面を膜厚
０．５〜１．５μｍとした非晶質ダイヤモンド層でコー
ティングし、ジャーナル軸受３、４とスラスト軸受５、
６の軸受面を黒鉛材で形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、脆性材料
加工機等の高速回転スピンドルに適し、主軸と軸受間の
軸受隙間に圧縮空気を供給することによって主軸を非接
触状態で支持する静圧空気軸受スピンドルに関する。
加工機等の高速回転スピンドルに適し、主軸と軸受間の
軸受隙間に圧縮空気を供給することによって主軸を非接
触状態で支持する静圧空気軸受スピンドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、主軸と軸受間に設けた微少な軸受
隙間に給気ノズルから圧縮空気を供給することにより、
主軸を非接触支持する構成の静圧空気軸受スピンドル
は、図２のようになっている。なお、図２は従来の静圧
空気軸受スピンドルの上半分を示した側断面図である。
図において、１はフレーム、２は主軸、３、４はジャー
ナル軸受、５、６はスラスト軸受、７はスペーサ、８は
圧縮空気供給路、１０はモータ、１０ａはモータのロー
タ、１０ｂはモータのステータ、１２、１３は給気ノズ
ル、１４、１５、１６は排気通路である。静圧空気軸受
スピンドルは、基本的にはフレーム１内に収納した主軸
２と、主軸のラジアル方向を軸支持する２個のジャーナ
ル軸受３、４と、主軸２のディスク部２ａの径方向に設
けたスペーサ７の両側を挟み込むように配置され、主軸
２のスラスト方向を軸支持する両面対向形のスラスト軸
受５、６とで構成されている。各ジャーナル軸受３、４
とスラスト軸受５、６には、フレーム１に設けた圧縮空
気供給路８と連通する給気ノズル１２、１３が設けら
れ、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することにより、主
軸２をラジアル方向及スラスト方向に対し、非接触で支
持し、各軸受隙間は排気通路１４、１５、１６によって
外部に連通し大気圧に保たれている。また、主軸２の後
端部にはモータ１０が取り付けられており、主軸２はモ
ータのロータ１０ａとステータ１０ｂによって、直接駆
動される。このような静圧空気軸受スピンドルは、軸受
面の油分を完全に除いた状態で使用されるが、加工時主
軸が高速回転中に、大きな負荷が加わったり、あるいは
給気エアーが事故等で遮断された時には、主軸と軸受面
が直接接触し、破損しやすい。このため、従来より、主
軸２をステンスレス合金で構成し、ジャーナル軸受３、
４、スラスト軸受５、６を青銅系合金で構成したもの、
また、軸受表面に硬質クロムメッキを施し、他の部材表
面を黒鉛材を用いて形成したものなど、硬く平滑な面に
仕上げるといった対策が取られている
隙間に給気ノズルから圧縮空気を供給することにより、
主軸を非接触支持する構成の静圧空気軸受スピンドル
は、図２のようになっている。なお、図２は従来の静圧
空気軸受スピンドルの上半分を示した側断面図である。
図において、１はフレーム、２は主軸、３、４はジャー
ナル軸受、５、６はスラスト軸受、７はスペーサ、８は
圧縮空気供給路、１０はモータ、１０ａはモータのロー
タ、１０ｂはモータのステータ、１２、１３は給気ノズ
ル、１４、１５、１６は排気通路である。静圧空気軸受
スピンドルは、基本的にはフレーム１内に収納した主軸
２と、主軸のラジアル方向を軸支持する２個のジャーナ
ル軸受３、４と、主軸２のディスク部２ａの径方向に設
けたスペーサ７の両側を挟み込むように配置され、主軸
２のスラスト方向を軸支持する両面対向形のスラスト軸
受５、６とで構成されている。各ジャーナル軸受３、４
とスラスト軸受５、６には、フレーム１に設けた圧縮空
気供給路８と連通する給気ノズル１２、１３が設けら
れ、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することにより、主
軸２をラジアル方向及スラスト方向に対し、非接触で支
持し、各軸受隙間は排気通路１４、１５、１６によって
外部に連通し大気圧に保たれている。また、主軸２の後
端部にはモータ１０が取り付けられており、主軸２はモ
ータのロータ１０ａとステータ１０ｂによって、直接駆
動される。このような静圧空気軸受スピンドルは、軸受
面の油分を完全に除いた状態で使用されるが、加工時主
軸が高速回転中に、大きな負荷が加わったり、あるいは
給気エアーが事故等で遮断された時には、主軸と軸受面
が直接接触し、破損しやすい。このため、従来より、主
軸２をステンスレス合金で構成し、ジャーナル軸受３、
４、スラスト軸受５、６を青銅系合金で構成したもの、
また、軸受表面に硬質クロムメッキを施し、他の部材表
面を黒鉛材を用いて形成したものなど、硬く平滑な面に
仕上げるといった対策が取られている
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は上記のような対策を取っても、主軸と軸受面が高速回
転中に接触したときに、摩擦熱により容易に変形や焼付
き、かじり付きあるいは溶着が生じ、主軸の回転が急停
止してロックするといった事故が発生するという問題が
あった。この様な事故が生じると静圧空気軸受スピンド
ルは、ダメージを受け。使用が不能となる。本発明は、
上記課題を解決するためになされたものであり、高速回
転中に主軸と軸受面が接触したときに、主軸と軸受面と
の間に溶着がなく、主軸と軸受面の耐焼付性や耐磨耗性
を改善した信頼性の高い静圧空気軸受スピンドルを提供
することを目的とする。
は上記のような対策を取っても、主軸と軸受面が高速回
転中に接触したときに、摩擦熱により容易に変形や焼付
き、かじり付きあるいは溶着が生じ、主軸の回転が急停
止してロックするといった事故が発生するという問題が
あった。この様な事故が生じると静圧空気軸受スピンド
ルは、ダメージを受け。使用が不能となる。本発明は、
上記課題を解決するためになされたものであり、高速回
転中に主軸と軸受面が接触したときに、主軸と軸受面と
の間に溶着がなく、主軸と軸受面の耐焼付性や耐磨耗性
を改善した信頼性の高い静圧空気軸受スピンドルを提供
することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の本発明は、フレームに収納した主軸と、
前記主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受
と、前記主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受
とを備え、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することによ
り、主軸をラジアル方向及スラスト方向に対し、非接触
で支持する静圧空気軸受スピンドルにおいて、前記主軸
をステンレス鋼で構成すると共に、前記主軸の表面を非
晶質ダイヤモンド層でコーティングしたものであり、前
記ジャーナル軸受と前記スラスト軸受のうち少なくとも
いずれか一方の軸受面を黒鉛材で形成したものである。
請求項２の本発明は、請求項１記載の静圧空気軸受スピ
ンドルにおいて、前記非晶質ダイヤモンド層の膜厚を
０．５〜１．５μｍとしたものである。請求項３の本発
明は、請求項１または２記載の静圧空気軸受スピンドル
において、前記主軸の表面のショア硬度を６０〜７０と
したものである。上記手段により、本静圧空気軸受スピ
ンドルは、、主軸の表面を非晶質ダイヤモンド層でコー
ティングし、ジャーナル軸受とスラスト軸受のうち少な
くともいずれか一方の軸受面を黒鉛材で形成したので、
主軸と軸受面が直接接触したとき、自己潤滑性があり、
融点の高い黒鉛と摩擦係数の極めて小さい非晶性ダイヤ
モンド層が接触することになるので、溶着がなく、耐か
じり性、耐磨耗性が著しく向上する。
め、請求項１の本発明は、フレームに収納した主軸と、
前記主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受
と、前記主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受
とを備え、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することによ
り、主軸をラジアル方向及スラスト方向に対し、非接触
で支持する静圧空気軸受スピンドルにおいて、前記主軸
をステンレス鋼で構成すると共に、前記主軸の表面を非
晶質ダイヤモンド層でコーティングしたものであり、前
記ジャーナル軸受と前記スラスト軸受のうち少なくとも
いずれか一方の軸受面を黒鉛材で形成したものである。
請求項２の本発明は、請求項１記載の静圧空気軸受スピ
ンドルにおいて、前記非晶質ダイヤモンド層の膜厚を
０．５〜１．５μｍとしたものである。請求項３の本発
明は、請求項１または２記載の静圧空気軸受スピンドル
において、前記主軸の表面のショア硬度を６０〜７０と
したものである。上記手段により、本静圧空気軸受スピ
ンドルは、、主軸の表面を非晶質ダイヤモンド層でコー
ティングし、ジャーナル軸受とスラスト軸受のうち少な
くともいずれか一方の軸受面を黒鉛材で形成したので、
主軸と軸受面が直接接触したとき、自己潤滑性があり、
融点の高い黒鉛と摩擦係数の極めて小さい非晶性ダイヤ
モンド層が接触することになるので、溶着がなく、耐か
じり性、耐磨耗性が著しく向上する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の実施例による静圧空気軸
受スピンドルの上半分を示した側断面図である。本発明
が従来と同じ構成要素については、同一符号を付して説
明を省略し、異なる点のみを説明する。本発明が従来と
異なる点は、以下のとおりである。静圧空気軸受スピン
ドルの主軸２はステンレス鋼を用いて形成され、主軸の
表面、すなわちジャーナル軸受３、４及びスラスト軸受
５、６に対向する箇所に摩擦係数の極めて小さい非晶質
ダイヤモンド層１９（ＤＬＣ）のコーティングが施され
ている。また、ジャナール軸受３、４は、融点の高い黒
鉛材を使用した軸受スリーブ１７を接着により固定し、
給気ノズル穴１２を設けている。一方、スラスト軸受
５、６は同じく黒鉛材を使用したスラスト板１８を接着
で固定し、給気ノズル１３を設けている。また、非晶質
ダイヤモンド層１９の膜厚を０．５〜１．５μｍとする
と共に、さらに、主軸２の表面のショア硬度を６０〜７
０としたものである。
いて説明する。図１は本発明の実施例による静圧空気軸
受スピンドルの上半分を示した側断面図である。本発明
が従来と同じ構成要素については、同一符号を付して説
明を省略し、異なる点のみを説明する。本発明が従来と
異なる点は、以下のとおりである。静圧空気軸受スピン
ドルの主軸２はステンレス鋼を用いて形成され、主軸の
表面、すなわちジャーナル軸受３、４及びスラスト軸受
５、６に対向する箇所に摩擦係数の極めて小さい非晶質
ダイヤモンド層１９（ＤＬＣ）のコーティングが施され
ている。また、ジャナール軸受３、４は、融点の高い黒
鉛材を使用した軸受スリーブ１７を接着により固定し、
給気ノズル穴１２を設けている。一方、スラスト軸受
５、６は同じく黒鉛材を使用したスラスト板１８を接着
で固定し、給気ノズル１３を設けている。また、非晶質
ダイヤモンド層１９の膜厚を０．５〜１．５μｍとする
と共に、さらに、主軸２の表面のショア硬度を６０〜７
０としたものである。
【０００６】
【表１】
【０００７】表１は各種主軸及び軸受スリーブの組合せ
において、周速１００ｍ／ｓｅｃの高速回転中に静圧空
気軸受スピンドルへの給気を止めて主軸と軸受を接触さ
せる試験を行った場合であって、主軸２が回転不能に至
るまでの回数を示している。記号Ａ及びＢが１回で回転
不能になっているのに対し、記号Ｃで示した本発明のも
のは１００回以上接触した後でも回転可能であり、高速
回転の主軸２と軸受スリーブ１７の接触に対して非常に
効果的である。また、上記試験では、主軸２の表面にコ
ーティングした非晶質ダイヤモンド層１９の膜厚は、
０．７〜１．３μｍの範囲が最適値であることが検証さ
れた。したがって、本発明は、主軸２の表面を非晶質ダ
イヤモンド層１９でコーティングし、ジャーナル軸受
３、４とスラスト軸受５、６の軸受面を黒鉛材で形成し
たので、加工時主軸２が高速回転中に、大きな負荷が加
わったり、あるいは給気エアーが事故等で遮断された時
に、軸受面に形成した融点の高い黒鉛と主軸２に形成し
た摩擦係数の極めて小さい非晶性ダイヤモンド層１９が
接触することになるので、主軸２と軸受面の間に摩擦熱
による溶着、焼付きあるいはかじり付きが生じることな
く、信頼性の高い静圧空気軸受スピンドルを提供するこ
とができる。
において、周速１００ｍ／ｓｅｃの高速回転中に静圧空
気軸受スピンドルへの給気を止めて主軸と軸受を接触さ
せる試験を行った場合であって、主軸２が回転不能に至
るまでの回数を示している。記号Ａ及びＢが１回で回転
不能になっているのに対し、記号Ｃで示した本発明のも
のは１００回以上接触した後でも回転可能であり、高速
回転の主軸２と軸受スリーブ１７の接触に対して非常に
効果的である。また、上記試験では、主軸２の表面にコ
ーティングした非晶質ダイヤモンド層１９の膜厚は、
０．７〜１．３μｍの範囲が最適値であることが検証さ
れた。したがって、本発明は、主軸２の表面を非晶質ダ
イヤモンド層１９でコーティングし、ジャーナル軸受
３、４とスラスト軸受５、６の軸受面を黒鉛材で形成し
たので、加工時主軸２が高速回転中に、大きな負荷が加
わったり、あるいは給気エアーが事故等で遮断された時
に、軸受面に形成した融点の高い黒鉛と主軸２に形成し
た摩擦係数の極めて小さい非晶性ダイヤモンド層１９が
接触することになるので、主軸２と軸受面の間に摩擦熱
による溶着、焼付きあるいはかじり付きが生じることな
く、信頼性の高い静圧空気軸受スピンドルを提供するこ
とができる。
【０００８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高速回
転中に大きな負荷が加わったり、あるいは、軸受への給
気が断たれ、主軸と軸受面とが直接接触することがあっ
ても摩擦熱による溶着、変形、焼付きあるいはかじりを
生じることはなく、主軸と軸受面の耐焼付性や耐磨耗性
を改善した信頼性の高い静圧空気軸受スピンドルを得る
効果がある。
転中に大きな負荷が加わったり、あるいは、軸受への給
気が断たれ、主軸と軸受面とが直接接触することがあっ
ても摩擦熱による溶着、変形、焼付きあるいはかじりを
生じることはなく、主軸と軸受面の耐焼付性や耐磨耗性
を改善した信頼性の高い静圧空気軸受スピンドルを得る
効果がある。
【図１】本発明の実施例による静圧空気軸受スピンドル
の上半分を示した側断面図である。
の上半分を示した側断面図である。
【図２】従来の静圧空気軸受スピンドルの上半分を示し
た側断面図である。
た側断面図である。
１ フレーム ２ 主軸 ３、４ ジャーナル軸受 ５、６ スラスト軸受 １２、１３ 給気ノズル １７ 軸受スリーブ １８ スラスト板 １９ 非晶質ダイヤモンド層
Claims (3)
- 【請求項１】 フレームに収納した主軸と、前記主軸の
ラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、前記主軸
のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受とを備え、軸
受隙間に対し圧縮空気を供給することにより、主軸をラ
ジアル方向及スラスト方向に対し、非接触で支持する静
圧空気軸受スピンドルにおいて、 前記主軸をステンレス鋼で構成すると共に、前記主軸の
表面を非晶質ダイヤモンド層でコーティングしたもので
あり、 前記ジャーナル軸受と前記スラスト軸受のうち少なくと
もいずれか一方の軸受面を黒鉛材で形成したことを特徴
とする静圧空気軸受スピンドル。 - 【請求項２】 前記非晶質ダイヤモンド層の膜厚を０．
５〜１．５μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の
静圧空気軸受スピンドル。 - 【請求項３】 前記主軸の表面のショア硬度を６０〜７
０としたことを特徴とする請求項１または２記載の静圧
空気軸受スピンドル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000118825A JP2001304259A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | 静圧空気軸受スピンドル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000118825A JP2001304259A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | 静圧空気軸受スピンドル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001304259A true JP2001304259A (ja) | 2001-10-31 |
Family
ID=18629895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000118825A Pending JP2001304259A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | 静圧空気軸受スピンドル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001304259A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006167822A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Konica Minolta Opto Inc | スピンドル装置 |
| CN102691723A (zh) * | 2011-12-17 | 2012-09-26 | 河南科技大学 | 一种薄膜反馈节流器模块及静压轴承模块和主轴箱模块 |
| CN103084588A (zh) * | 2013-01-29 | 2013-05-08 | 西安交通大学 | 使用气液两相润滑的高速动静压轴承支撑的电主轴装置 |
| WO2018161404A1 (zh) * | 2017-03-07 | 2018-09-13 | 广州市昊志机电股份有限公司 | 一种耐冲击气浮电主轴 |
| CN110380569A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-10-25 | 山东天瑞重工有限公司 | 磁悬浮电机及鼓风机 |
-
2000
- 2000-04-20 JP JP2000118825A patent/JP2001304259A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006167822A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Konica Minolta Opto Inc | スピンドル装置 |
| CN102691723A (zh) * | 2011-12-17 | 2012-09-26 | 河南科技大学 | 一种薄膜反馈节流器模块及静压轴承模块和主轴箱模块 |
| CN102691723B (zh) * | 2011-12-17 | 2014-06-04 | 河南科技大学 | 一种薄膜反馈节流器模块及静压轴承模块和主轴箱模块 |
| CN103084588A (zh) * | 2013-01-29 | 2013-05-08 | 西安交通大学 | 使用气液两相润滑的高速动静压轴承支撑的电主轴装置 |
| WO2018161404A1 (zh) * | 2017-03-07 | 2018-09-13 | 广州市昊志机电股份有限公司 | 一种耐冲击气浮电主轴 |
| CN110380569A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-10-25 | 山东天瑞重工有限公司 | 磁悬浮电机及鼓风机 |
| CN110380569B (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-20 | 山东天瑞重工有限公司 | 磁悬浮电机及鼓风机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20041203 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050630 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |