JP2003307218A - 静圧気体軸受スピンドル装置 - Google Patents
静圧気体軸受スピンドル装置Info
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- JP2003307218A JP2003307218A JP2002113181A JP2002113181A JP2003307218A JP 2003307218 A JP2003307218 A JP 2003307218A JP 2002113181 A JP2002113181 A JP 2002113181A JP 2002113181 A JP2002113181 A JP 2002113181A JP 2003307218 A JP2003307218 A JP 2003307218A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 静圧気体軸受スピンドル装置のスラスト複合
軸受における永久磁石の吸引力を増大して、静圧気体ス
ラスト軸受のアキシアル剛性と負荷容量を向上させるこ
とである。 【解決手段】 静圧気体軸受スピンドル装置のスラスト
複合軸受４において、永久磁石１５、その永久磁石１５
と結合された磁気回路部材１７、軸受すき間及び主軸１
の端面上の回転側スラスト軸受面により磁気回路を構成
し、永久磁石１５と主軸１端面との間の漏れ磁束を効果
的に低減することで、永久磁石５から出る磁束を効率的
に利用しスラスト複合軸受４に発生する吸引力を高める
ようにした。
軸受における永久磁石の吸引力を増大して、静圧気体ス
ラスト軸受のアキシアル剛性と負荷容量を向上させるこ
とである。 【解決手段】 静圧気体軸受スピンドル装置のスラスト
複合軸受４において、永久磁石１５、その永久磁石１５
と結合された磁気回路部材１７、軸受すき間及び主軸１
の端面上の回転側スラスト軸受面により磁気回路を構成
し、永久磁石１５と主軸１端面との間の漏れ磁束を効果
的に低減することで、永久磁石５から出る磁束を効率的
に利用しスラスト複合軸受４に発生する吸引力を高める
ようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、塗装用噴霧装置
や各種加工機等の高速回転を必要とする機械装置に用い
られる静圧気体軸受スピンドル装置に関するものであ
る。
や各種加工機等の高速回転を必要とする機械装置に用い
られる静圧気体軸受スピンドル装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】主軸を半径方向に支持するラジアル静圧
気体軸受と、軸方向に支持するスラスト複合軸受と、上
記主軸の駆動手段及びこれらの軸受を支持するハウジン
グからなり、上記スラスト複合軸受を永久磁石とスラス
ト静圧気体軸受の組合せにより構成し、磁石の吸引力と
スラスト静圧気体軸受の軸受反力とをバランスさせるよ
うにした静圧気体軸受スピンドル装置は、従来から知ら
れている（例えば、実開平１−６５４２３号公報参
照）。
気体軸受と、軸方向に支持するスラスト複合軸受と、上
記主軸の駆動手段及びこれらの軸受を支持するハウジン
グからなり、上記スラスト複合軸受を永久磁石とスラス
ト静圧気体軸受の組合せにより構成し、磁石の吸引力と
スラスト静圧気体軸受の軸受反力とをバランスさせるよ
うにした静圧気体軸受スピンドル装置は、従来から知ら
れている（例えば、実開平１−６５４２３号公報参
照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の静圧気体軸受ス
ピンドル装置のように、永久磁石とスラスト静圧気体軸
受を組合わせたスラスト複合軸受を用いる場合は、永久
磁石の吸引力とスラスト静圧気体軸受の軸受反力を釣合
わせる必要があるため、磁石による吸引力が不十分な場
合には静圧気体軸受の軸受反力を小さくする必要が生
じ、静圧気体軸受への供給気体圧力を下げる等の対策が
なされる。しかし、静圧気体軸受の軸受反力を小さくす
ることは、スピンドルの軸方向の剛性や負荷容量を低下
させることにつながり、軸受としての性能が低下してし
まう。そのため上記の対策は、スラスト複合軸受の性能
を改善する対策とはいえない。
ピンドル装置のように、永久磁石とスラスト静圧気体軸
受を組合わせたスラスト複合軸受を用いる場合は、永久
磁石の吸引力とスラスト静圧気体軸受の軸受反力を釣合
わせる必要があるため、磁石による吸引力が不十分な場
合には静圧気体軸受の軸受反力を小さくする必要が生
じ、静圧気体軸受への供給気体圧力を下げる等の対策が
なされる。しかし、静圧気体軸受の軸受反力を小さくす
ることは、スピンドルの軸方向の剛性や負荷容量を低下
させることにつながり、軸受としての性能が低下してし
まう。そのため上記の対策は、スラスト複合軸受の性能
を改善する対策とはいえない。
【０００４】また、上記のスラスト複合軸受の回転側ス
ラスト軸受面及びこれと軸受すき間をおいて対向する固
定側スラスト軸受面は共に材料の潤滑性が高くないた
め、主軸回転中にスラスト軸受が接触した場合に焼き付
きを発生する可能性が高い。
ラスト軸受面及びこれと軸受すき間をおいて対向する固
定側スラスト軸受面は共に材料の潤滑性が高くないた
め、主軸回転中にスラスト軸受が接触した場合に焼き付
きを発生する可能性が高い。
【０００５】さらに、スピンドル装置の高速回転化を行
う場合には、軸受を含めた主軸の固有振動数を大きくす
るためにラジアル軸受の性能を高めることが必要であ
る。ラジアル軸受の性能は、スピンドル装置の主軸径を
大きくすることにより高めることができるが、前述した
従来例の構造を用いて主軸径を大きくした場合、主軸の
重量は主軸径の２乗に比例して増加するため、結果とし
て軸受を含めたスピンドル主軸の固有振動数を大きく改
善することが難しく、スピンドル高速回転化を達成する
ことが困難となる。
う場合には、軸受を含めた主軸の固有振動数を大きくす
るためにラジアル軸受の性能を高めることが必要であ
る。ラジアル軸受の性能は、スピンドル装置の主軸径を
大きくすることにより高めることができるが、前述した
従来例の構造を用いて主軸径を大きくした場合、主軸の
重量は主軸径の２乗に比例して増加するため、結果とし
て軸受を含めたスピンドル主軸の固有振動数を大きく改
善することが難しく、スピンドル高速回転化を達成する
ことが困難となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、主軸と、その主軸を半径方向に支持
するラジアル静圧気体軸受と、軸方向に支持するスラス
ト複合軸受、上記主軸の駆動手段及び各軸受を支持する
ハウジングとからなり、上記スラスト複合軸受が、上記
主軸の端部の磁性体からなる回転側スラスト軸受面に軸
受すき間を介して対向した永久磁石とスラスト静圧気体
軸受の組合わせからなり、該スラスト静圧気体軸受の給
気孔から供給される圧縮気体による軸受反力と上記永久
磁石の吸引力との釣合いによって上記主軸を軸方向に非
接触支持するようにしてなる静圧気体軸受スピンドル装
置において、上記永久磁石、その永久磁石と結合された
磁気回路部材、前記の軸受すき間及び上記回転側スラス
ト軸受面により磁気回路を構成したものである。
めに、この発明は、主軸と、その主軸を半径方向に支持
するラジアル静圧気体軸受と、軸方向に支持するスラス
ト複合軸受、上記主軸の駆動手段及び各軸受を支持する
ハウジングとからなり、上記スラスト複合軸受が、上記
主軸の端部の磁性体からなる回転側スラスト軸受面に軸
受すき間を介して対向した永久磁石とスラスト静圧気体
軸受の組合わせからなり、該スラスト静圧気体軸受の給
気孔から供給される圧縮気体による軸受反力と上記永久
磁石の吸引力との釣合いによって上記主軸を軸方向に非
接触支持するようにしてなる静圧気体軸受スピンドル装
置において、上記永久磁石、その永久磁石と結合された
磁気回路部材、前記の軸受すき間及び上記回転側スラス
ト軸受面により磁気回路を構成したものである。
【０００７】上記のような磁気回路を構成することによ
り、永久磁石と主軸端面との間の漏れ磁束を効果的に低
減することで、永久磁石から出る磁束を効率的に利用で
き、結果としてスラスト複合軸受に発生する吸引力が高
まる。
り、永久磁石と主軸端面との間の漏れ磁束を効果的に低
減することで、永久磁石から出る磁束を効率的に利用で
き、結果としてスラスト複合軸受に発生する吸引力が高
まる。
【０００８】なお、上記主軸端部に磁性体でなる主軸端
部材を固定して上記の回転側スラスト軸受面を構成する
ようにすれば、主軸はその端部材を除き、非磁性材料で
形成することができる。
部材を固定して上記の回転側スラスト軸受面を構成する
ようにすれば、主軸はその端部材を除き、非磁性材料で
形成することができる。
【０００９】また、上記永久磁石と磁気回路部材により
囲まれた部分に、前記スラスト静圧気体軸受を構成する
非磁性材料からなる給気部材を組み込み、その給気部材
に回転側スラスト軸受面に対向した前記の給気孔を設け
た構成を採ることもできる。
囲まれた部分に、前記スラスト静圧気体軸受を構成する
非磁性材料からなる給気部材を組み込み、その給気部材
に回転側スラスト軸受面に対向した前記の給気孔を設け
た構成を採ることもできる。
【００１０】また、上記磁気回路部材の回転側スラスト
軸受面に対向する面の面積を、該磁気回路部材の磁束が
飽和しない範囲で永久磁石の断面積より小さくした構成
をとると、回転側スラスト軸受面に対向する面における
磁束密度が大きくなり、スラスト複合軸受における吸引
力が増大する。
軸受面に対向する面の面積を、該磁気回路部材の磁束が
飽和しない範囲で永久磁石の断面積より小さくした構成
をとると、回転側スラスト軸受面に対向する面における
磁束密度が大きくなり、スラスト複合軸受における吸引
力が増大する。
【００１１】さらに、上記主軸の所要の外径を持ったラ
ジアル軸受面の部分を、該主軸の主体材料からなる中心
部の外周に低比重材料による外周部を固定した構成をと
ると、主軸の重量増加を最小に抑えながら、主軸径を大
きくすることができる。
ジアル軸受面の部分を、該主軸の主体材料からなる中心
部の外周に低比重材料による外周部を固定した構成をと
ると、主軸の重量増加を最小に抑えながら、主軸径を大
きくすることができる。
【００１２】なお、上記スラスト複合軸受の回転側スラ
スト軸受面及びこれに対向した固定側スラスト軸受面の
少なくとも一方に、固体潤滑剤を含む保護被膜層を形成
した構成をとることができる。
スト軸受面及びこれに対向した固定側スラスト軸受面の
少なくとも一方に、固体潤滑剤を含む保護被膜層を形成
した構成をとることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の静圧気体軸受ス
ピンドル装置の実施形態を添付図面に基づいて説明す
る。図１に示した第１実施形態は、主軸１、これを半径
方向に支持するラジアル静圧気体軸受２、３及び軸方向
に支持するスラスト複合軸受４、上記主軸１に駆動力を
与えるモータ５並びにこれらの軸受２〜４を支持するハ
ウジング６とからなる。
ピンドル装置の実施形態を添付図面に基づいて説明す
る。図１に示した第１実施形態は、主軸１、これを半径
方向に支持するラジアル静圧気体軸受２、３及び軸方向
に支持するスラスト複合軸受４、上記主軸１に駆動力を
与えるモータ５並びにこれらの軸受２〜４を支持するハ
ウジング６とからなる。
【００１４】上記の主軸１は磁性材料で形成され、その
中央部分にモータ５のロータ７が設けられる。ハウジン
グ６には、前記ロータ７に対向したモータ５のステータ
８が設けられ、そのステータ８を挟んで前記のラジアル
静圧気体軸受２、３が設けられる。また、主軸１の一端
面に対向して前記のスラスト複合軸受４が設けられる。
ハウジング６にはこれらの各軸受２、３、４に圧縮気体
を供給する給気通路９、１０、１１が設けられる。これ
らの各通路９、１０、１１は共通の給気継手１２を経て
エアチューブ２３に接続される。ハウジング６には、モ
ータ５及びラジアル静圧気体軸受２、３の冷却を行うた
めの冷却用水路１３、１４が設けられる。
中央部分にモータ５のロータ７が設けられる。ハウジン
グ６には、前記ロータ７に対向したモータ５のステータ
８が設けられ、そのステータ８を挟んで前記のラジアル
静圧気体軸受２、３が設けられる。また、主軸１の一端
面に対向して前記のスラスト複合軸受４が設けられる。
ハウジング６にはこれらの各軸受２、３、４に圧縮気体
を供給する給気通路９、１０、１１が設けられる。これ
らの各通路９、１０、１１は共通の給気継手１２を経て
エアチューブ２３に接続される。ハウジング６には、モ
ータ５及びラジアル静圧気体軸受２、３の冷却を行うた
めの冷却用水路１３、１４が設けられる。
【００１５】上記のラジアル静圧気体軸受２、３には、
所要数の給気ノズル２ａ、３ａが設けられ、各給気ノズ
ル２ａ、３ａは主軸１のラジアル軸受面に対し微小なラ
ジアル軸受すき間をおいて対向する。
所要数の給気ノズル２ａ、３ａが設けられ、各給気ノズ
ル２ａ、３ａは主軸１のラジアル軸受面に対し微小なラ
ジアル軸受すき間をおいて対向する。
【００１６】上記のスラスト複合軸受４は、軸線方向に
着磁された永久磁石１５と、非磁性材料からなる給気部
材１６と、高透磁率材料からなる磁気回路部材１７から
構成される。磁気回路部材１７は主軸１の端面の直径を
含む範囲内において該主軸１側に開放されたカップ状を
なし、その内部の中心部分に永久磁石１５が固着され、
その永久磁石１５の回りに環状の給気部材１６が嵌合固
着される。給気部材１６には給気孔１８が設けられ、そ
の給気孔１８に複数の給気ノズル１８ａが設けられる。
上記の給気孔１８が前記の給気通路１１に連通され、各
給気ノズル１８ａによりスラスト静圧気体軸受２０（図
２参照）が構成される。
着磁された永久磁石１５と、非磁性材料からなる給気部
材１６と、高透磁率材料からなる磁気回路部材１７から
構成される。磁気回路部材１７は主軸１の端面の直径を
含む範囲内において該主軸１側に開放されたカップ状を
なし、その内部の中心部分に永久磁石１５が固着され、
その永久磁石１５の回りに環状の給気部材１６が嵌合固
着される。給気部材１６には給気孔１８が設けられ、そ
の給気孔１８に複数の給気ノズル１８ａが設けられる。
上記の給気孔１８が前記の給気通路１１に連通され、各
給気ノズル１８ａによりスラスト静圧気体軸受２０（図
２参照）が構成される。
【００１７】上記の永久磁石１５の固着側と反対側の磁
極面２１と給気ノズル１８ａは同一面上にあり、固定側
スラスト軸受面４ａが構成される（図２参照）。この固
定側スラスト軸受面４ａに対し、微小なスラスト軸受す
き間をおいて主軸１の端面の回転側スラスト軸受面４ｂ
が対向する。前述のように、主軸１は磁性材料により形
成されるので、永久磁石１５、これとスラスト軸受すき
間を介して対向した回転側スラスト軸受面４ｂを含む主
軸１の端部、及び磁気回路部材１７により閉ループ状の
磁気回路２２が構成される。
極面２１と給気ノズル１８ａは同一面上にあり、固定側
スラスト軸受面４ａが構成される（図２参照）。この固
定側スラスト軸受面４ａに対し、微小なスラスト軸受す
き間をおいて主軸１の端面の回転側スラスト軸受面４ｂ
が対向する。前述のように、主軸１は磁性材料により形
成されるので、永久磁石１５、これとスラスト軸受すき
間を介して対向した回転側スラスト軸受面４ｂを含む主
軸１の端部、及び磁気回路部材１７により閉ループ状の
磁気回路２２が構成される。
【００１８】第１実施形態の静圧気体軸受スピンドル装
置は以上のように構成され、次にその作用について説明
する。
置は以上のように構成され、次にその作用について説明
する。
【００１９】エアチューブ２３を通じて圧縮気体をラジ
アル静圧気体軸受２、３及びスラスト複合軸受４に供給
するとともに、モータ５に通電すると、主軸１は、各軸
受２、３及び４によりラジアル方向及びスラスト方向に
静圧支持され高速回転する。このとき、スラスト複合軸
受４においては、圧縮気体が給気ノズル１８ａを通りス
ラスト軸受すき間へ供給されることで、主軸１に対して
軸線方向の軸受反力が発生し、軸方向に非接触支持す
る。
アル静圧気体軸受２、３及びスラスト複合軸受４に供給
するとともに、モータ５に通電すると、主軸１は、各軸
受２、３及び４によりラジアル方向及びスラスト方向に
静圧支持され高速回転する。このとき、スラスト複合軸
受４においては、圧縮気体が給気ノズル１８ａを通りス
ラスト軸受すき間へ供給されることで、主軸１に対して
軸線方向の軸受反力が発生し、軸方向に非接触支持す
る。
【００２０】また、前記の磁気回路２２の軸受すき間の
部分で、主軸１を軸線方向に吸引する力が発生し、その
吸引力と上記の給気ノズル１８ａによる軸受反力の釣合
いにより主軸１を軸方向に非接触支持する。永久磁石１
５単独ではなく、磁気回路部材１７との組合わせにより
磁気回路２２を構成することにより、漏れ磁束が低減さ
れ大きな軸方向の吸引力が得られる。
部分で、主軸１を軸線方向に吸引する力が発生し、その
吸引力と上記の給気ノズル１８ａによる軸受反力の釣合
いにより主軸１を軸方向に非接触支持する。永久磁石１
５単独ではなく、磁気回路部材１７との組合わせにより
磁気回路２２を構成することにより、漏れ磁束が低減さ
れ大きな軸方向の吸引力が得られる。
【００２１】なお、磁気回路部材１７の周囲のハウジン
グ６を非磁性材料で形成することにより、スピンドル主
軸装置外部からの磁気的な影響を受けにくい構造にな
る。
グ６を非磁性材料で形成することにより、スピンドル主
軸装置外部からの磁気的な影響を受けにくい構造にな
る。
【００２２】図３に示した第２実施形態は、主軸１が非
磁性材料で、その端面の回転側スラスト軸受面４ｂを構
成する部分に磁性材料でなる主軸端部材２４を固定した
ものである。主軸端部材２４の主軸１への固定は、ねじ
による締結、溶接、焼きばめなど、機械的な固定によ
る。その他の構成は前述の第１実施形態の場合と同じで
ある。
磁性材料で、その端面の回転側スラスト軸受面４ｂを構
成する部分に磁性材料でなる主軸端部材２４を固定した
ものである。主軸端部材２４の主軸１への固定は、ねじ
による締結、溶接、焼きばめなど、機械的な固定によ
る。その他の構成は前述の第１実施形態の場合と同じで
ある。
【００２３】このように、主軸１が非磁性材料により構
成される場合でも、磁性材料でなる主軸端部材２４を設
けることにより、第１実施形態の場合と同様に閉ループ
状の磁気回路２２が形成され、漏れ磁束の低減を図り、
大きな軸方向の吸引力を発生させることができる。
成される場合でも、磁性材料でなる主軸端部材２４を設
けることにより、第１実施形態の場合と同様に閉ループ
状の磁気回路２２が形成され、漏れ磁束の低減を図り、
大きな軸方向の吸引力を発生させることができる。
【００２４】図４に示した第３実施形態は、主軸１が非
磁性材料であって、その端面に磁性体の主軸端部材２４
が設けられる点で前記の第２実施形態と同じであるが、
スラスト複合軸受４の具体的な構成において、前記の各
実施形態の場合と相違する。即ち、この場合のスラスト
複合軸受４は、永久磁石１５がリング状をなし、その端
面の内径が主軸端部材２４の外径より小さい大きさに形
成される。また、磁気回路部材１７は上記の永久磁石１
５の他端面に固着された浅いカップ状部分の内面中央部
に中心ボス部２５を設けたものである。その中心ボス部
２５と永久磁石１５との間に環状の非磁性体でなる給気
部材１６が一体に設けられ、その給気部材１６に所要数
の給気孔１８が設けられる。その給気孔１８に給気ノズ
ル１８ａが設けられ、前記の永久磁石１５の磁極面２１
とともに固定側スラスト軸受面４ａを形成する。その固
定側スラスト軸受面４ａは、回転側スラスト軸受面４ｂ
となる主軸端部材２４に対し微小な軸受すき間をもって
対向する。
磁性材料であって、その端面に磁性体の主軸端部材２４
が設けられる点で前記の第２実施形態と同じであるが、
スラスト複合軸受４の具体的な構成において、前記の各
実施形態の場合と相違する。即ち、この場合のスラスト
複合軸受４は、永久磁石１５がリング状をなし、その端
面の内径が主軸端部材２４の外径より小さい大きさに形
成される。また、磁気回路部材１７は上記の永久磁石１
５の他端面に固着された浅いカップ状部分の内面中央部
に中心ボス部２５を設けたものである。その中心ボス部
２５と永久磁石１５との間に環状の非磁性体でなる給気
部材１６が一体に設けられ、その給気部材１６に所要数
の給気孔１８が設けられる。その給気孔１８に給気ノズ
ル１８ａが設けられ、前記の永久磁石１５の磁極面２１
とともに固定側スラスト軸受面４ａを形成する。その固
定側スラスト軸受面４ａは、回転側スラスト軸受面４ｂ
となる主軸端部材２４に対し微小な軸受すき間をもって
対向する。
【００２５】上記の構成により、永久磁石１５、磁気回
路部材１７、固定側スラスト軸受面４ａと回転側スラス
ト軸受面４ｂ間の軸受すき間、端部材２４とにより閉ル
ープ状の磁気回路２２が構成され、前記の各実施形態の
場合と同様の効果が得られる。
路部材１７、固定側スラスト軸受面４ａと回転側スラス
ト軸受面４ｂ間の軸受すき間、端部材２４とにより閉ル
ープ状の磁気回路２２が構成され、前記の各実施形態の
場合と同様の効果が得られる。
【００２６】図５に示した第４実施形態も非磁性体の主
軸１の端面に磁性体の主軸端部材２４を設けたものであ
るが、スラスト複合軸受４の磁気回路２２の構成におい
て前記各実施形態の場合と相違する。即ち、磁気回路部
材１７はカップ状をなす外側部材１７ａとこれと別体の
中心部材１７ｂとからなり、その中心部材１７ｂと外側
部材１７ａの底面との間に永久磁石１５を介在した構成
となっている。上記の外側部材１７ａと中心部材１７ｂ
がそれぞれ主軸端部材２４に対向する先端部１７ｃ、１
７ｄの断面積は、いずれも永久磁石１５の断面積よりも
小さい部分となっている。但し、先端部１７ｃ、１７ｄ
の断面積はこの部分の磁束が磁気飽和しない範囲で最も
狭く形成される。
軸１の端面に磁性体の主軸端部材２４を設けたものであ
るが、スラスト複合軸受４の磁気回路２２の構成におい
て前記各実施形態の場合と相違する。即ち、磁気回路部
材１７はカップ状をなす外側部材１７ａとこれと別体の
中心部材１７ｂとからなり、その中心部材１７ｂと外側
部材１７ａの底面との間に永久磁石１５を介在した構成
となっている。上記の外側部材１７ａと中心部材１７ｂ
がそれぞれ主軸端部材２４に対向する先端部１７ｃ、１
７ｄの断面積は、いずれも永久磁石１５の断面積よりも
小さい部分となっている。但し、先端部１７ｃ、１７ｄ
の断面積はこの部分の磁束が磁気飽和しない範囲で最も
狭く形成される。
【００２７】上記の中心部材１７ｂと永久磁石１５を中
心として外側部材１７ａとの間に介在される非磁性体で
なる給気部材１６を介在し、これに所要数の給気孔１８
を設ける点、これに給気ノズル１８ａを設ける点、さら
に給気孔１８を給気通路１１に連通する点、これらの部
材により磁気回路２２が構成される点は前記各実施形態
と同様である。上記のように構成すると、先端部１７
ｃ、１７ｄにおける吸引力が相対的に大きくなる。
心として外側部材１７ａとの間に介在される非磁性体で
なる給気部材１６を介在し、これに所要数の給気孔１８
を設ける点、これに給気ノズル１８ａを設ける点、さら
に給気孔１８を給気通路１１に連通する点、これらの部
材により磁気回路２２が構成される点は前記各実施形態
と同様である。上記のように構成すると、先端部１７
ｃ、１７ｄにおける吸引力が相対的に大きくなる。
【００２８】図６に示した第５実施形態は、前記の第１
実施形態の場合における主軸１のロータ７と主軸端部材
２４との間、即ちラジアル静圧気体軸受３に対向したラ
ジアル軸受面を含む部分を小径に形成して、上記主軸１
を形成する主体材料からなる中心部２６の外周に軽合金
材料等からなる低比重材料による外周部２７を固定した
ものである。このように構成することで、同一主軸径で
あっても主軸１の全体の重量を小さく抑えることが可能
となるため、軸受を含めた主軸１の固有振動数を大きく
することができる。なお、主軸１と外周部２７との固定
は、溶接、焼きばめなど機械的な固定方法による。ま
た、主軸端部材２４は、それ自体に設けたねじ２８によ
り主軸１に固定される。
実施形態の場合における主軸１のロータ７と主軸端部材
２４との間、即ちラジアル静圧気体軸受３に対向したラ
ジアル軸受面を含む部分を小径に形成して、上記主軸１
を形成する主体材料からなる中心部２６の外周に軽合金
材料等からなる低比重材料による外周部２７を固定した
ものである。このように構成することで、同一主軸径で
あっても主軸１の全体の重量を小さく抑えることが可能
となるため、軸受を含めた主軸１の固有振動数を大きく
することができる。なお、主軸１と外周部２７との固定
は、溶接、焼きばめなど機械的な固定方法による。ま
た、主軸端部材２４は、それ自体に設けたねじ２８によ
り主軸１に固定される。
【００２９】図６の場合において、主軸端部材２４の端
面、即ち、回転側スラスト軸受面４ｂを含む面に、二硫
化モリブデンや黒鉛等の固体潤滑剤を含む保護被膜層２
９を設けている（図７参照）。固定側スラスト軸受面４
ａにも、同様の保護被膜層を設けても良い。このような
保護被膜層は、各種の樹脂コーティングや溶射、めっき
などの方法で設けることができる。
面、即ち、回転側スラスト軸受面４ｂを含む面に、二硫
化モリブデンや黒鉛等の固体潤滑剤を含む保護被膜層２
９を設けている（図７参照）。固定側スラスト軸受面４
ａにも、同様の保護被膜層を設けても良い。このような
保護被膜層は、各種の樹脂コーティングや溶射、めっき
などの方法で設けることができる。
【００３０】このような固体潤滑剤を含む保護被膜層２
９を固定側又は回転側のスラスト軸受面４ａ又は４ｂの
少なくとも一方に設けることで、固定側スラスト軸受面
４ａを永久磁石１５や高透磁率材料の磁気回路部材１７
で構成した場合でも、スピンドル主軸１の回転中におけ
るスラスト軸受の接触による損傷を軽減するとともに焼
き付きの可能性を低減することができる。
９を固定側又は回転側のスラスト軸受面４ａ又は４ｂの
少なくとも一方に設けることで、固定側スラスト軸受面
４ａを永久磁石１５や高透磁率材料の磁気回路部材１７
で構成した場合でも、スピンドル主軸１の回転中におけ
るスラスト軸受の接触による損傷を軽減するとともに焼
き付きの可能性を低減することができる。
【００３１】なお、以上の各実施形態においては主軸１
の駆動手段としてモータ５を用いる場合について示した
が、モータ５に代えて、図８に示すように、エアタービ
ン３１を用いることもある。図において、３２はタービ
ンロータ、３３はエアノズル部材、３４は圧縮エア供給
ホースを示す。
の駆動手段としてモータ５を用いる場合について示した
が、モータ５に代えて、図８に示すように、エアタービ
ン３１を用いることもある。図において、３２はタービ
ンロータ、３３はエアノズル部材、３４は圧縮エア供給
ホースを示す。
【００３２】
【発明の効果】この発明は以上のようなものであるの
で、以下に列挙する効果を奏する。 （１）永久磁石と静圧気体スラスト軸受からなるスラス
ト複合軸受は、磁気回路を備えることにより、漏れ磁束
を効果的に低減して、永久磁石から出る磁束を効率的に
利用でき、結果としてスラスト複合軸受に発生する吸引
力が高まる。そのため、静圧気体スラスト軸受の軸受反
力を小さく抑えるために給気圧力を低下させる等の必要
がなくなり、静圧気体スラスト軸受のアキシアル剛性と
負荷容量を向上させた設計が可能となる。 （２）磁気回路の回転側スラスト軸受面に対向する面の
面積を、磁束が飽和しない範囲で永久磁石の断面積より
小さくすることにより、磁気回路の回転側スラスト軸受
面に対向する面における磁束密度が大きくなり、スラス
ト複合軸受部に発生する吸引力をより効果的に高めるこ
とができる。 （３）主軸の少なくとも外周部を軽合金等の低比重材料
で構成し、回転側スラスト軸受面を磁性材料で構成する
ことで、主軸の重量増加を最小に抑えながら、主軸径を
大きくすることができる。主軸径を大きくすることによ
り、ラジアル軸受の性能を向上させられるため、軸受を
含めた主軸の固有振動数が大きくでき、スピンドルの高
速回転化が可能となる。 （４）回転側スラスト軸受面を磁性材料で構成すること
で、その軸受面以外が非磁性材料で構成されていても、
スラスト複合軸受に必要な吸引力を発生するための磁気
回路を形成することが可能となる。 （５）スラスト複合軸受の、回転側スラスト軸受面およ
び固定側スラスト軸受面の少なくとも一方に固体潤滑材
を含む保護被膜層を設けることで、スピンドル主軸回転
中にスラスト軸受が接触した場合の焼き付きの可能性を
大幅に低減することが可能である。
で、以下に列挙する効果を奏する。 （１）永久磁石と静圧気体スラスト軸受からなるスラス
ト複合軸受は、磁気回路を備えることにより、漏れ磁束
を効果的に低減して、永久磁石から出る磁束を効率的に
利用でき、結果としてスラスト複合軸受に発生する吸引
力が高まる。そのため、静圧気体スラスト軸受の軸受反
力を小さく抑えるために給気圧力を低下させる等の必要
がなくなり、静圧気体スラスト軸受のアキシアル剛性と
負荷容量を向上させた設計が可能となる。 （２）磁気回路の回転側スラスト軸受面に対向する面の
面積を、磁束が飽和しない範囲で永久磁石の断面積より
小さくすることにより、磁気回路の回転側スラスト軸受
面に対向する面における磁束密度が大きくなり、スラス
ト複合軸受部に発生する吸引力をより効果的に高めるこ
とができる。 （３）主軸の少なくとも外周部を軽合金等の低比重材料
で構成し、回転側スラスト軸受面を磁性材料で構成する
ことで、主軸の重量増加を最小に抑えながら、主軸径を
大きくすることができる。主軸径を大きくすることによ
り、ラジアル軸受の性能を向上させられるため、軸受を
含めた主軸の固有振動数が大きくでき、スピンドルの高
速回転化が可能となる。 （４）回転側スラスト軸受面を磁性材料で構成すること
で、その軸受面以外が非磁性材料で構成されていても、
スラスト複合軸受に必要な吸引力を発生するための磁気
回路を形成することが可能となる。 （５）スラスト複合軸受の、回転側スラスト軸受面およ
び固定側スラスト軸受面の少なくとも一方に固体潤滑材
を含む保護被膜層を設けることで、スピンドル主軸回転
中にスラスト軸受が接触した場合の焼き付きの可能性を
大幅に低減することが可能である。
【図１】第１実施形態の断面図
【図２】同上の一部拡大断面図
【図３】第２実施形態の一部断面図
【図４】第３実施形態の一部断面図
【図５】第４実施形態の一部断面図
【図６】第５実施形態の一部断面図
【図７】同上の一部拡大断面図
【図８】駆動手段の変形例の一部断面図
１ 主軸
２ ラジアル静圧気体軸受
２ａ 給気ノズル
３ ラジアル静圧気体軸受
３ａ 給気ノズル
４ スラスト複合軸受
４ａ 固定側スラスト軸受面
４ｂ 回転側スラスト軸受面
５ モータ
６ ハウジング
７ ロータ
８ ステータ
９、１０、１１ 給気通路
１２ 給気継手
１３、１４ 冷却水路
１５ 永久磁石
１６ 給気部材
１７ 磁気回路部材
１７ａ 外側部材
１７ｂ 中心部材
１８ 給気孔
２１ 磁極面
２２ 磁気回路
２３ エアチューブ
２４ 主軸端部材
２５ 中心ボス部
２６ 中心部
２７ 外周部
２８ ねじ
２９ 保護皮膜層
３１ エアタービン
３２ タービンロータ
３３ エアノズル部材
３４ 圧縮エア供給ホース
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3C048 CC07
3J102 AA01 AA02 BA03 BA17 BA18
CA09 DA02 EA02 EA06 EA15
GA07
Claims (6)
- 【請求項１】 主軸と、その主軸を半径方向に支持する
ラジアル静圧気体軸受と、軸方向に支持するスラスト複
合軸受、上記主軸の駆動手段及び各軸受を支持するハウ
ジングとからなり、上記スラスト複合軸受が、上記主軸
の端部の磁性体からなる回転側スラスト軸受面に軸受す
き間を介して対向した永久磁石とスラスト静圧気体軸受
の組合わせからなり、該スラスト静圧気体軸受の給気孔
から供給される圧縮気体による軸受反力と上記永久磁石
の吸引力との釣合いによって上記主軸を軸方向に非接触
支持するようにしてなる静圧気体軸受スピンドル装置に
おいて、上記永久磁石、その永久磁石と結合された磁気
回路部材、前記の軸受すき間及び上記回転側スラスト軸
受面により磁気回路を構成したことを特徴とする静圧気
体軸受スピンドル装置。 - 【請求項２】 上記主軸端部に磁性体でなる主軸端部材
を固定して上記の回転側スラスト軸受面を構成したこと
を特徴とする請求項１に記載の静圧気体軸受スピンドル
装置。 - 【請求項３】 上記永久磁石と磁気回路部材により囲ま
れた部分に、前記スラスト静圧気体軸受を構成する非磁
性材料からなる給気部材を組み込み、その給気部材に回
転側スラスト軸受面に対向した前記の給気孔を設けたこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の静圧気体軸受ス
ピンドル装置。 - 【請求項４】 上記磁気回路部材の回転側スラスト軸受
面に対向する面の面積を、該磁気回路部材の磁束が飽和
しない範囲で永久磁石の断面積より小さくしたことを特
徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静圧気体軸
受スピンドル装置。 - 【請求項５】 上記主軸の所要の外径を持ったラジアル
軸受面の部分を、該主軸の主体材料からなる中心部の外
周に低比重材料による外周部を固定したことを特徴とす
る請求項１から４のいずれかに記載の静圧気体軸受スピ
ンドル装置。 - 【請求項６】 上記スラスト複合軸受の回転側スラスト
軸受面及びこれに対向した固定側スラスト軸受面の少な
くとも一方に、固体潤滑剤を含む保護被膜層を形成した
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の静
圧気体軸受スピンドル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002113181A JP4204251B2 (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 静圧気体軸受スピンドル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002113181A JP4204251B2 (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 静圧気体軸受スピンドル装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003307218A true JP2003307218A (ja) | 2003-10-31 |
| JP4204251B2 JP4204251B2 (ja) | 2009-01-07 |
Family
ID=29395437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002113181A Expired - Fee Related JP4204251B2 (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 静圧気体軸受スピンドル装置 |
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| JP (1) | JP4204251B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2449185C1 (ru) * | 2010-11-02 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") | Шпиндельный узел |
| CN103104602A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-05-15 | 吴江兰瑞特纺织品有限公司 | 一种防飞花悬浮辊轴 |
| JP2014111951A (ja) * | 2012-12-05 | 2014-06-19 | Yaskawa Electric Corp | スピンドル装置 |
| RU2641942C1 (ru) * | 2016-07-28 | 2018-01-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "КнАГТУ") | Способ управления выходными характеристиками ротора в виде его несущей способности и жесткости |
| CN113635085A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-12 | 江苏集萃精凯高端装备技术有限公司 | 一种外转子电机驱动的精密气浮转台 |
| CN117066373A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 广州市易鸿智能装备股份有限公司 | 一种锂电池极片辊压机主轧辊轴承座冷却装置及控制方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105363585A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-02 | 中冶焦耐工程技术有限公司 | 一种基于磁悬浮轴承永磁同步电机的高速雾化器 |
-
2002
- 2002-04-16 JP JP2002113181A patent/JP4204251B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2014111951A (ja) * | 2012-12-05 | 2014-06-19 | Yaskawa Electric Corp | スピンドル装置 |
| CN103104602A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-05-15 | 吴江兰瑞特纺织品有限公司 | 一种防飞花悬浮辊轴 |
| RU2641942C1 (ru) * | 2016-07-28 | 2018-01-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "КнАГТУ") | Способ управления выходными характеристиками ротора в виде его несущей способности и жесткости |
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| CN117066373A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 广州市易鸿智能装备股份有限公司 | 一种锂电池极片辊压机主轧辊轴承座冷却装置及控制方法 |
| CN117066373B (zh) * | 2023-10-16 | 2024-01-12 | 广州市易鸿智能装备股份有限公司 | 一种锂电池极片辊压机主轧辊轴承座冷却装置及控制方法 |
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| JP4204251B2 (ja) | 2009-01-07 |
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