JP2001336527A - 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】 タッチダウン時の確実な保護を図る。
【解決手段】 ラジアル型の静圧磁気複合軸受６により
主軸４を支持したスピンドル装置１において、予圧によ
り軸受隙間を零とした転がり軸受４１をハウジング５に
設ける。転がり軸受４１の内輪４２の内径面と主軸５の
ラジアル隙間ｄ２を、静圧磁気複合軸受６のラジアル隙
間ｄ２以下に設定する。
主軸４を支持したスピンドル装置１において、予圧によ
り軸受隙間を零とした転がり軸受４１をハウジング５に
設ける。転がり軸受４１の内輪４２の内径面と主軸５の
ラジアル隙間ｄ２を、静圧磁気複合軸受６のラジアル隙
間ｄ２以下に設定する。
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
ンドル装置に関し、特にタッチダウン時の保護を図るも
のである。
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
ンドル装置に関し、特にタッチダウン時の保護を図るも
のである。
【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
接触をタッチダウンと呼んでいる。このタッチダウンに
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。この問題は、静圧磁気複合軸受に限ら
ず、静圧気体軸受の場合にも生じる。なお、静圧磁気複
合軸受の場合は、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、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より大きい。
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
接触をタッチダウンと呼んでいる。このタッチダウンに
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。この問題は、静圧磁気複合軸受に限ら
ず、静圧気体軸受の場合にも生じる。なお、静圧磁気複
合軸受の場合は、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、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より大きい。
【０００４】このようなタッチダウン時の保持を目的と
して、本出願人は、摺動材を静圧磁気複合軸受スピンド
ル装置に設けるものを提案した（特願平Ｈ１１−０７１
５０２号）。しかしながら、摺動材としてカーボン等の
縦弾性係数が小さなものを使用した場合、加工中におけ
る工具の破損、あるいは誤操作によるワークへの衝突な
どにより非常に大きな負荷が加わったときには、摺動材
が変形してこの摺動材の設定隙間以上に主軸が変位して
しまうことがある。この場合、摺動材による保護機能が
果たされない恐れがある。
して、本出願人は、摺動材を静圧磁気複合軸受スピンド
ル装置に設けるものを提案した（特願平Ｈ１１−０７１
５０２号）。しかしながら、摺動材としてカーボン等の
縦弾性係数が小さなものを使用した場合、加工中におけ
る工具の破損、あるいは誤操作によるワークへの衝突な
どにより非常に大きな負荷が加わったときには、摺動材
が変形してこの摺動材の設定隙間以上に主軸が変位して
しまうことがある。この場合、摺動材による保護機能が
果たされない恐れがある。
【０００５】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作用し、主
軸と静止側部材の間にタッチダウンがあった場合にも、
軸受や主軸の摩耗や損傷を防止することができる静圧磁
気複合軸受スピンドル装置を提供することである。この
発明の他の目的は、タッチダウン時保護用の転がり軸受
の空回りによる不具合を無くすことである。この発明の
さらに他の目的は、スラスト型の静圧磁気複合軸受にお
けるタッチダウン時の保護を図ることである。この発明
のさらに他の目的は、主軸に過大な負荷が作用し、主軸
と静止側部材の間にタッチダウンがあった場合にも、軸
受や主軸の摩耗や損傷を防止することができる静圧気体
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作用し、主
軸と静止側部材の間にタッチダウンがあった場合にも、
軸受や主軸の摩耗や損傷を防止することができる静圧磁
気複合軸受スピンドル装置を提供することである。この
発明の他の目的は、タッチダウン時保護用の転がり軸受
の空回りによる不具合を無くすことである。この発明の
さらに他の目的は、スラスト型の静圧磁気複合軸受にお
けるタッチダウン時の保護を図ることである。この発明
のさらに他の目的は、主軸に過大な負荷が作用し、主軸
と静止側部材の間にタッチダウンがあった場合にも、軸
受や主軸の摩耗や損傷を防止することができる静圧気体
軸受スピンドル装置を提供することである。
【０００６】
【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、予圧を与えた転がり
軸受をハウジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径
面と主軸の外径面とのラジアル隙間を、静圧磁気複合軸
受のラジアル隙間以下に設定したものである。この構成
によると、主軸に過大な負荷が印加された場合も、主軸
が静圧磁気複合軸受に接触する前に、転がり軸受によっ
て支持される。そのため静圧磁気複合軸受の損傷が防止
される。転がり軸受を用いるため、縦弾性係数が小さな
摺動材を用いるものと異なり、負荷が大きくても変形の
問題がなく、確実な保護が行える。また、転がり軸受は
予圧を与えるため、静圧磁気複合軸受の軸受面と主軸と
の隙間が狭くても、通常回転時に転がり軸受が主軸に接
触しない設計とできる。上記転がり軸受は、上記予圧に
よって軸受隙間を零にすることが好ましい。これによ
り、静圧磁気複合軸受と主軸との隙間がより一層狭い場
合にも対応可能となる。
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、予圧を与えた転がり
軸受をハウジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径
面と主軸の外径面とのラジアル隙間を、静圧磁気複合軸
受のラジアル隙間以下に設定したものである。この構成
によると、主軸に過大な負荷が印加された場合も、主軸
が静圧磁気複合軸受に接触する前に、転がり軸受によっ
て支持される。そのため静圧磁気複合軸受の損傷が防止
される。転がり軸受を用いるため、縦弾性係数が小さな
摺動材を用いるものと異なり、負荷が大きくても変形の
問題がなく、確実な保護が行える。また、転がり軸受は
予圧を与えるため、静圧磁気複合軸受の軸受面と主軸と
の隙間が狭くても、通常回転時に転がり軸受が主軸に接
触しない設計とできる。上記転がり軸受は、上記予圧に
よって軸受隙間を零にすることが好ましい。これによ
り、静圧磁気複合軸受と主軸との隙間がより一層狭い場
合にも対応可能となる。
【０００７】この発明において、上記転がり軸受の内輪
の端面に圧接する摺動材をハウジングに設けても良い。
このように、摺動材を設けることで、通常の運転時に、
主軸回転によって発生する空気せん断トルクにより内輪
が空回りすることが防止される。
の端面に圧接する摺動材をハウジングに設けても良い。
このように、摺動材を設けることで、通常の運転時に、
主軸回転によって発生する空気せん断トルクにより内輪
が空回りすることが防止される。
【０００８】この発明において、上記転がり軸受が、複
列のアンギュラ玉軸受であっても良い。複列のアンギュ
ラ玉軸受は、正面を向き合う組み合わせであっても、背
面を向き合う組み合わせであっても良い。複列のアンギ
ュラ玉軸受を用いると、予圧を与えて軸受隙間を零とす
ることが容易である。
列のアンギュラ玉軸受であっても良い。複列のアンギュ
ラ玉軸受は、正面を向き合う組み合わせであっても、背
面を向き合う組み合わせであっても良い。複列のアンギ
ュラ玉軸受を用いると、予圧を与えて軸受隙間を零とす
ることが容易である。
【０００９】この発明において、上記主軸に設けられた
鍔部に対面して主軸を支持するスラスト型の静圧磁気複
合軸受を設け、このスラスト型の静圧磁気複合軸受にお
ける軸受面およびこの軸受面に対面する主軸の鍔面のい
ずれか一方の面に、モリブデンまたはカーボンの溶射層
を設け、上記軸受面および主軸の鍔面の他方の面にセラ
ミックスの溶射層を施しても良い。スラスト型の静圧磁
気複合軸受を設けた場合、主軸の運転時の支持が、完全
に非接触で行える。この場合に、上記のように軸受面お
よび主軸鍔面に上記材質の溶射層を設けることで、スラ
スト方向のタッチダウン時の耐摩耗，摺動特性を向上さ
せることができる。スラスト軸受部に関しては、ラジア
ル軸受と同様にして並列に摺動部材を置くことは困難で
ある。本来の軸受面積を減らすこと無く摺動部材を置く
ためには、主軸の鍔部の径を大きくすることになるが、
固有振動数は著しく低下することになる。しかし、上記
のように軸受面に溶射層を設けることにより、鍔径を大
きくすることなく、タッチダウン時の保護が行える。
鍔部に対面して主軸を支持するスラスト型の静圧磁気複
合軸受を設け、このスラスト型の静圧磁気複合軸受にお
ける軸受面およびこの軸受面に対面する主軸の鍔面のい
ずれか一方の面に、モリブデンまたはカーボンの溶射層
を設け、上記軸受面および主軸の鍔面の他方の面にセラ
ミックスの溶射層を施しても良い。スラスト型の静圧磁
気複合軸受を設けた場合、主軸の運転時の支持が、完全
に非接触で行える。この場合に、上記のように軸受面お
よび主軸鍔面に上記材質の溶射層を設けることで、スラ
スト方向のタッチダウン時の耐摩耗，摺動特性を向上さ
せることができる。スラスト軸受部に関しては、ラジア
ル軸受と同様にして並列に摺動部材を置くことは困難で
ある。本来の軸受面積を減らすこと無く摺動部材を置く
ためには、主軸の鍔部の径を大きくすることになるが、
固有振動数は著しく低下することになる。しかし、上記
のように軸受面に溶射層を設けることにより、鍔径を大
きくすることなく、タッチダウン時の保護が行える。
【００１０】この発明の静圧気体軸受スピンドル装置
は、ラジアル型の静圧気体軸受により主軸を支持したス
ピンドル装置において、予圧を与えた転がり軸受をハウ
ジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径面と主軸の
外径面とのラジアル隙間を、静圧気体軸受のラジアル隙
間以下に設定し、主軸が過大な負荷によって静止側の部
材に接触するタッチダウンに対する保護を上記転がり軸
受で行うようにしたものである。静圧気体軸受スピンド
ル装置においても、静圧磁気複合軸受スピンドル装置と
同様に、タッチダウン時の軸受や主軸の保護が、転がり
軸受によって行える。静圧気体軸受は、静圧磁気複合軸
受と同様に、軸受面と主軸との隙間が狭いが、予圧を与
えた転がり軸受を使用することで、通常運転時に転がり
軸受が主軸に接しないように、タッチダウン保護用の転
がり軸受を設けることができる。静圧気体軸受スピンド
ル装置においても、予圧によって軸受隙間を零にするこ
とが好ましく、これにより、軸受面と主軸との隙間がよ
り一層狭い場合にも対応可能となる。
は、ラジアル型の静圧気体軸受により主軸を支持したス
ピンドル装置において、予圧を与えた転がり軸受をハウ
ジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径面と主軸の
外径面とのラジアル隙間を、静圧気体軸受のラジアル隙
間以下に設定し、主軸が過大な負荷によって静止側の部
材に接触するタッチダウンに対する保護を上記転がり軸
受で行うようにしたものである。静圧気体軸受スピンド
ル装置においても、静圧磁気複合軸受スピンドル装置と
同様に、タッチダウン時の軸受や主軸の保護が、転がり
軸受によって行える。静圧気体軸受は、静圧磁気複合軸
受と同様に、軸受面と主軸との隙間が狭いが、予圧を与
えた転がり軸受を使用することで、通常運転時に転がり
軸受が主軸に接しないように、タッチダウン保護用の転
がり軸受を設けることができる。静圧気体軸受スピンド
ル装置においても、予圧によって軸受隙間を零にするこ
とが好ましく、これにより、軸受面と主軸との隙間がよ
り一層狭い場合にも対応可能となる。
【００１１】
【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、スラスト型
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の先端には工具装着
部１１が設けられている。主軸４内を貫通したドローバ
１２は、主軸４の後方のアンクランプユニット１３で操
作される。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
中間をスラスト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、スラスト型
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の先端には工具装着
部１１が設けられている。主軸４内を貫通したドローバ
１２は、主軸４の後方のアンクランプユニット１３で操
作される。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
中間をスラスト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。
【００１２】この構成のスピンドル装置１において、図
２に拡大して示す示すように、タッチダウン保護用の転
がり軸受４１を、主軸４の先端近傍に位置してハウジン
グ５に設置してある。転がり軸受４１は、先端側の静圧
磁気複合軸受６よりも主軸４の先端側に配置してある。
転がり軸受４１は、予圧を与えて軸受隙間を零とし、そ
の内輪４２の内径面と主軸４の外径面とのラジアル隙間
ｄ２を、静圧磁気複合軸受６のラジアル隙間ｄ１以下に
設定してある。転がり軸受４１は、深溝玉軸受からな
り、内輪４２と外輪４３の間に、保持器（図示せず）に
保持された転動体４４を介在させたものである。転がり
軸受４１の予圧は、外輪４３をハウジング５に締まり嵌
めで固定することにより与えている。転がり軸受４１
は、具体的には、ハウジング５に設けられた円筒面から
なる軸受取付面４５に外輪４３を締まり嵌めし、軸受取
付面４５に続くハウジング５の段部４６と固定リング４
７とで外輪４３を軸方向に挟み付けることにより固定し
ている。固定リング４７はハウジング５にボルト４８で
取付けられられる。
２に拡大して示す示すように、タッチダウン保護用の転
がり軸受４１を、主軸４の先端近傍に位置してハウジン
グ５に設置してある。転がり軸受４１は、先端側の静圧
磁気複合軸受６よりも主軸４の先端側に配置してある。
転がり軸受４１は、予圧を与えて軸受隙間を零とし、そ
の内輪４２の内径面と主軸４の外径面とのラジアル隙間
ｄ２を、静圧磁気複合軸受６のラジアル隙間ｄ１以下に
設定してある。転がり軸受４１は、深溝玉軸受からな
り、内輪４２と外輪４３の間に、保持器（図示せず）に
保持された転動体４４を介在させたものである。転がり
軸受４１の予圧は、外輪４３をハウジング５に締まり嵌
めで固定することにより与えている。転がり軸受４１
は、具体的には、ハウジング５に設けられた円筒面から
なる軸受取付面４５に外輪４３を締まり嵌めし、軸受取
付面４５に続くハウジング５の段部４６と固定リング４
７とで外輪４３を軸方向に挟み付けることにより固定し
ている。固定リング４７はハウジング５にボルト４８で
取付けられられる。
【００１３】各静圧磁気複合軸受６〜９の構成を説明す
る。前後の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る。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。前後の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る。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。
【００１４】この実施形態では、図２に示すように、磁
気軸受６Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受６Ａ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２３
ａ，２３ａを連結した連結コア部２３ｂとを有する。磁
気軸受６Ｂは、コア２３の連結コア部２３ｂにコイル２
５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。なお、磁気軸受７Ｂお
よび静圧気体軸受７Ａは、それぞれ磁気軸受６Ｂおよび
静圧気体軸受６Ａと同じ構成である。
気軸受６Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受６Ａ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２３
ａ，２３ａを連結した連結コア部２３ｂとを有する。磁
気軸受６Ｂは、コア２３の連結コア部２３ｂにコイル２
５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。なお、磁気軸受７Ｂお
よび静圧気体軸受７Ａは、それぞれ磁気軸受６Ｂおよび
静圧気体軸受６Ａと同じ構成である。
【００１５】静圧気体軸受６Ａ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ｄ１を形成する静圧磁気受面６Ａａと、コア２３の各
主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧軸受面６Ａａ
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３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２）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２
３とで、前記静圧磁気軸受面６Ａａが構成される。
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ｄ１を形成する静圧磁気受面６Ａａと、コア２３の各
主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧軸受面６Ａａ
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３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２）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２
３とで、前記静圧磁気軸受面６Ａａが構成される。
【００１６】図４は、スラスト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スラス
ト型静圧磁気複合軸受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，
９Ａ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スラス
ト型静圧磁気複合軸受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，
９Ａ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。
【００１７】スラスト型の静圧気体軸受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ｄ３を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａａ
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。
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ｄ３を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａａ
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。
【００１８】スラスト型の静圧磁気複合軸受８，９にお
ける軸受面８Ａａ，９Ａａには、モリブデンまたはカー
ボンの溶射層５１を施し、主軸４の鍔面にはセラミック
スの溶射層５２を施してある。なお、溶射層５１，５２
の材質は上記と互いに逆に、軸受面の溶射層５１をセラ
ミックス、主軸鍔面の溶射層５２をモリブデンまたはカ
ーボンとしても良い。
ける軸受面８Ａａ，９Ａａには、モリブデンまたはカー
ボンの溶射層５１を施し、主軸４の鍔面にはセラミック
スの溶射層５２を施してある。なお、溶射層５１，５２
の材質は上記と互いに逆に、軸受面の溶射層５１をセラ
ミックス、主軸鍔面の溶射層５２をモリブデンまたはカ
ーボンとしても良い。
【００１９】図１の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。
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。
【００２０】この構成のスピンドル装置１によると、タ
ッチダウン防止用の転がり軸受４１を設けたため、主軸
４に過大な負荷が印加された場合も、主軸４が静圧磁気
複合軸受６，７に接触する前に、転がり軸受４１によっ
て支持される。そのため静圧磁気複合軸受６，７の摩耗
や損傷が防止される。転がり軸受４１を用いるため、縦
弾性係数が小さな摺動材を用いるものと異なり、負荷が
大きくても変形の問題がなくて確実な保護が行える。ま
た、転がり軸受４１は予圧を与えるため、静圧磁気複合
軸受６，７の軸受面と主軸４との隙間ｄ１が狭くても、
通常回転時に転がり軸受が主軸に接触しない設計とでき
る。予圧により、転がり軸受４１の軸受隙間を零にした
場合は、静圧磁気複合軸受６，７と主軸４との隙間ｄ１
がより一層狭い場合にも対応可能となる。
ッチダウン防止用の転がり軸受４１を設けたため、主軸
４に過大な負荷が印加された場合も、主軸４が静圧磁気
複合軸受６，７に接触する前に、転がり軸受４１によっ
て支持される。そのため静圧磁気複合軸受６，７の摩耗
や損傷が防止される。転がり軸受４１を用いるため、縦
弾性係数が小さな摺動材を用いるものと異なり、負荷が
大きくても変形の問題がなくて確実な保護が行える。ま
た、転がり軸受４１は予圧を与えるため、静圧磁気複合
軸受６，７の軸受面と主軸４との隙間ｄ１が狭くても、
通常回転時に転がり軸受が主軸に接触しない設計とでき
る。予圧により、転がり軸受４１の軸受隙間を零にした
場合は、静圧磁気複合軸受６，７と主軸４との隙間ｄ１
がより一層狭い場合にも対応可能となる。
【００２１】また、スラスト型の静圧磁気複合軸受８，
９には、軸受面にモリブデンまたはカーボンの溶射層５
１を施し、主軸鍔面にセラミックスの溶射層５２を施し
たため、タッチダウン時にはこれらの溶射層５１，５２
が接することになり、その滑りによって保護が行える。
また、溶射層５１，５２を施したものであるため、タッ
チダウン保護用の摺動部材を静圧磁気複合軸受８，９と
並べて設ける場合と異なり、鍔径を大きくすることな
く、タッチダウン時の保護が行える。
９には、軸受面にモリブデンまたはカーボンの溶射層５
１を施し、主軸鍔面にセラミックスの溶射層５２を施し
たため、タッチダウン時にはこれらの溶射層５１，５２
が接することになり、その滑りによって保護が行える。
また、溶射層５１，５２を施したものであるため、タッ
チダウン保護用の摺動部材を静圧磁気複合軸受８，９と
並べて設ける場合と異なり、鍔径を大きくすることな
く、タッチダウン時の保護が行える。
【００２２】図５は、上記実施形態において、深溝玉軸
受からなる転がり軸受４１を設けた代わりに、複列のア
ンギュラ玉軸受からなる転がり軸受４１Ａ設けたもので
ある。両列の軸受４１Ａａ，４１Ａｂは、互いに正面を
向けて組み合わせ、軸方向に予圧をかけてハウジング５
に固定してある。軸方向の予圧は、ハウジング５の軸受
取付面４５に続く段部４６と固定リング４７とで両列の
軸受４１Ａａ，４１Ａｂの外輪４３を軸方向に挟み付け
ることにより与えている。固定リング４７は、ボルト４
８でハウジング５に取付けられる。両列の軸受４１Ａ
ａ，４１Ａｂにわたり、内輪４２の内径面にはタッチダ
ウン時の主軸接触用のリング部材４９が締まり嵌め状態
に嵌合させてある。このリング部材４９と、各列の軸受
４１Ａａ，４１Ａｂの内輪４２とで、複列のアンギュラ
玉軸受からなる転がり軸受４１Ａの内輪５０が構成され
る。この例では、上記リング部材４９の内径面と主軸４
との隙間ｄ２が、静圧磁気複合軸受６，７の軸受隙間ｄ
１よりも小さくなるように設定される。この構成の場
合、転がり軸受４１Ａとして複列のアンギュラ玉軸受を
用いたため、予圧が与え易く、軸受隙間を零とすること
が容易である。そのため、静圧磁気複合軸受６，７の軸
受隙間ｄ１がより一層狭い場合にも適用できる。その他
の構成，効果は、図１ないし図４に示す第１の実施形態
と同じである。なお、複列のアンギュラ玉軸受における
両列の軸受４１Ａａ，４１Ａｂの組み合わせは、背面を
向き合うようにしても良い。モーメントの関係では、背
面を向き合うように配置することが好ましい。
受からなる転がり軸受４１を設けた代わりに、複列のア
ンギュラ玉軸受からなる転がり軸受４１Ａ設けたもので
ある。両列の軸受４１Ａａ，４１Ａｂは、互いに正面を
向けて組み合わせ、軸方向に予圧をかけてハウジング５
に固定してある。軸方向の予圧は、ハウジング５の軸受
取付面４５に続く段部４６と固定リング４７とで両列の
軸受４１Ａａ，４１Ａｂの外輪４３を軸方向に挟み付け
ることにより与えている。固定リング４７は、ボルト４
８でハウジング５に取付けられる。両列の軸受４１Ａ
ａ，４１Ａｂにわたり、内輪４２の内径面にはタッチダ
ウン時の主軸接触用のリング部材４９が締まり嵌め状態
に嵌合させてある。このリング部材４９と、各列の軸受
４１Ａａ，４１Ａｂの内輪４２とで、複列のアンギュラ
玉軸受からなる転がり軸受４１Ａの内輪５０が構成され
る。この例では、上記リング部材４９の内径面と主軸４
との隙間ｄ２が、静圧磁気複合軸受６，７の軸受隙間ｄ
１よりも小さくなるように設定される。この構成の場
合、転がり軸受４１Ａとして複列のアンギュラ玉軸受を
用いたため、予圧が与え易く、軸受隙間を零とすること
が容易である。そのため、静圧磁気複合軸受６，７の軸
受隙間ｄ１がより一層狭い場合にも適用できる。その他
の構成，効果は、図１ないし図４に示す第１の実施形態
と同じである。なお、複列のアンギュラ玉軸受における
両列の軸受４１Ａａ，４１Ａｂの組み合わせは、背面を
向き合うようにしても良い。モーメントの関係では、背
面を向き合うように配置することが好ましい。
【００２３】図６，図７は、それぞれ図２および図５の
実施形態において、転がり軸受４１，４１Ａの内輪４
２，５０の端面に摺動材６０を圧接させた例を示す。摺
動材６０は、軸受４１，４１Ａの外輪４３をハウジング
５に固定するリング部材４８に取付けてある。すなわ
ち、リング部材４７の内径部の軸受対向面に環状凹部を
形成し、その環状凹部にリング状の摺動材６０を嵌合状
態に取付けてある。摺動材６０は、例えばカーボンやフ
ッ素樹脂等の低摩擦係数の部材である。このように摺動
部材６０を設けた場合、主軸４の回転によって発生する
空気せん断トルクによって内輪４２，５０が回転するこ
とが防止される。そのため、無駄な内輪４２，５０の空
回りによる不具合が防止される。
実施形態において、転がり軸受４１，４１Ａの内輪４
２，５０の端面に摺動材６０を圧接させた例を示す。摺
動材６０は、軸受４１，４１Ａの外輪４３をハウジング
５に固定するリング部材４８に取付けてある。すなわ
ち、リング部材４７の内径部の軸受対向面に環状凹部を
形成し、その環状凹部にリング状の摺動材６０を嵌合状
態に取付けてある。摺動材６０は、例えばカーボンやフ
ッ素樹脂等の低摩擦係数の部材である。このように摺動
部材６０を設けた場合、主軸４の回転によって発生する
空気せん断トルクによって内輪４２，５０が回転するこ
とが防止される。そのため、無駄な内輪４２，５０の空
回りによる不具合が防止される。
【００２４】なお、前記各実施形態は、ラジアル形式の
静圧磁気複合軸受６，７を備える静圧磁気複合軸受スピ
ンドル装置の場合につき説明したが、この発明は、静圧
気体軸受スピンドル装置にも適用することができる。例
えば、図１〜図４に示す第１の実施形態において、静圧
磁気複合軸受６，７に代えて、図８に示すように静圧気
体軸受６６を設け、静圧気体軸受スピンドル装置として
も良い。その場合に、スラスト形式の静圧磁気複合軸受
８，９（図１）の代わりに、スラスト形式の静圧気体軸
受（図示せず）を設けても良い。
静圧磁気複合軸受６，７を備える静圧磁気複合軸受スピ
ンドル装置の場合につき説明したが、この発明は、静圧
気体軸受スピンドル装置にも適用することができる。例
えば、図１〜図４に示す第１の実施形態において、静圧
磁気複合軸受６，７に代えて、図８に示すように静圧気
体軸受６６を設け、静圧気体軸受スピンドル装置として
も良い。その場合に、スラスト形式の静圧磁気複合軸受
８，９（図１）の代わりに、スラスト形式の静圧気体軸
受（図示せず）を設けても良い。
【００２５】
【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、予圧を与えた転がり軸受をハウジングに設け、
この転がり軸受の内輪の内径面と主軸の外径面とのラジ
アル隙間を、静圧磁気複合軸受のラジアル隙間以下に設
定したものであるから、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作用し、主軸と静止
側部材の間にタッチダウンがあった場合にも、軸受や主
軸への影響を防止することができる。この発明の静圧気
体軸受スピンドル装置は、予圧を与えた転がり軸受をハ
ウジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径面と主軸
の外径面とのラジアル隙間を、静圧気体軸受のラジアル
隙間以下に設定したものであるから、軸受隙間の狭い静
圧気体軸受を有しながら、主軸に過大な負荷が作用し、
主軸と静止側部材の間にタッチダウンがあった場合に
も、軸受や主軸への影響を防止することができる。
装置は、予圧を与えた転がり軸受をハウジングに設け、
この転がり軸受の内輪の内径面と主軸の外径面とのラジ
アル隙間を、静圧磁気複合軸受のラジアル隙間以下に設
定したものであるから、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作用し、主軸と静止
側部材の間にタッチダウンがあった場合にも、軸受や主
軸への影響を防止することができる。この発明の静圧気
体軸受スピンドル装置は、予圧を与えた転がり軸受をハ
ウジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径面と主軸
の外径面とのラジアル隙間を、静圧気体軸受のラジアル
隙間以下に設定したものであるから、軸受隙間の狭い静
圧気体軸受を有しながら、主軸に過大な負荷が作用し、
主軸と静止側部材の間にタッチダウンがあった場合に
も、軸受や主軸への影響を防止することができる。
【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主軸先端部付近の拡大断面
図である。
図である。
【図３】同スピンドル装置おけるラジアル型の静圧磁気
複合軸受の横断面図である。
複合軸受の横断面図である。
【図４】同スピンドル装置おけるスラスト型の静圧磁気
複合軸受の拡大断面図である。
複合軸受の拡大断面図である。
【図５】この発明の他の実施形態にかかるスピンドル装
置の部分断面図である。
置の部分断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかるスピン
ドル装置の部分断面図である。
ドル装置の部分断面図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態にかかるスピン
ドル装置の部分断面図である。
ドル装置の部分断面図である。
【図８】この発明を静圧気体軸受スピンドル装置に適用
した実施形態の部分断面図である。
した実施形態の部分断面図である。
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…転がり軸受 ５１，５２…溶射層 ６０…摺動材 ｄ１，ｄ２…ラジアル隙間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 35/07 Ｆ１６Ｃ 35/07 Ｆターム(参考） 3C045 FD15 FD16 3J017 AA10 CA06 DA01 DB01 3J101 AA02 AA32 AA42 AA43 AA54 AA62 FA41 FA60 GA31 3J102 AA01 AA02 AA09 BA03 BA19 CA14 DA02 DA03 DA09 EA02 EA06 EA12 FA06 FA22 FA30 GA07 4K031 AA02 CB39 CB41 CB52
Claims (7)
- 【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、予圧を与えた転がり軸受をハ
ウジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径面と主軸
の外径面とのラジアル隙間を、静止磁気複合軸受のラジ
アル隙間以下に設定し、主軸が過大な負荷によって静圧
側の部材に接触するタッチダウンに対する保護を上記転
がり軸受で行うようにした静圧磁気複合軸受スピンドル
装置。 - 【請求項２】 上記予圧により上記転がり軸受の軸受隙
間を零にした請求項１に記載の静圧磁気複合軸受スピン
ドル装置。 - 【請求項３】 上記転がり軸受の内輪の端面に圧接する
摺動材をハウジングに設け、主軸回転時に生じる空気剪
断トルクで内輪が空回りすることを防止した請求項１ま
たは請求項２に記載の静圧磁気複合軸受スピンドル装
置。 - 【請求項４】 上記転がり軸受が、複列のアンギュラ玉
軸受である請求項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。 - 【請求項５】 上記主軸に設けられた鍔部に対面して主
軸を支持するスラスト型の静圧磁気複合軸受を設け、こ
のスラスト型の静圧磁気複合軸受における軸受面および
この軸受面に対面する主軸の鍔面のいずれか一方の面
に、モリブデンまたはカーボンの溶射層を設け、上記軸
受面および主軸鍔面の他方の面にセラミックスの溶射層
を施した請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静
圧磁気複合軸受スピンドル装置。 - 【請求項６】 ラジアル型の静圧気体軸受により主軸を
支持したスピンドル装置において、予圧を与えた転がり
軸受をハウジングに設け、この転がり軸受の内輪の内径
面と主軸の外径面とのラジアル隙間を、静圧気体軸受の
ラジアル隙間以下に設定し、主軸が過大な負荷によって
静止側の部材に接触するタッチダウンに対する保護を上
記転がり軸受で行うようにした静圧気体軸受スピンドル
装置。 - 【請求項７】 上記予圧により上記転がり軸受の軸受隙
間を零にした請求項６に記載の静圧気体軸受スピンドル
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156449A JP4146065B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 静圧磁気複合軸受スピンドル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000156449A JP4146065B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 静圧磁気複合軸受スピンドル装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001336527A true JP2001336527A (ja) | 2001-12-07 |
| JP4146065B2 JP4146065B2 (ja) | 2008-09-03 |
Family
ID=18661242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000156449A Expired - Fee Related JP4146065B2 (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 静圧磁気複合軸受スピンドル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4146065B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013202727A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Ihi Corp | 磁気軸受スピンドル装置 |
| CN107237820A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-10-10 | 燕山大学 | 一种电磁水静压双重悬浮被动径向轴承 |
| CN109322918A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-02-12 | 南京航空航天大学 | 一种磁悬浮轴承径向保护结构 |
| CN111022499A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 淮阴工学院 | 径向大承载力混合磁轴承 |
| CN111817482A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-23 | 库卡机器人制造（上海）有限公司 | 高转速驱动装置 |
| CN114673728A (zh) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | 迈格钠磁动力股份有限公司 | 一种永磁推力悬浮轴承及其控制方法 |
-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000156449A patent/JP4146065B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN109322918A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-02-12 | 南京航空航天大学 | 一种磁悬浮轴承径向保护结构 |
| CN111022499A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 淮阴工学院 | 径向大承载力混合磁轴承 |
| CN111022499B (zh) * | 2019-12-31 | 2023-09-29 | 淮阴工学院 | 径向大承载力混合磁轴承 |
| CN111817482A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-23 | 库卡机器人制造（上海）有限公司 | 高转速驱动装置 |
| CN114673728A (zh) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | 迈格钠磁动力股份有限公司 | 一种永磁推力悬浮轴承及其控制方法 |
| CN114673728B (zh) * | 2020-12-24 | 2024-01-26 | 迈格钠磁动力股份有限公司 | 一种永磁推力悬浮轴承及其控制方法 |
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| Publication number | Publication date |
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