【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静圧気体軸受等の非接触軸受によって支持されるスピンドル装置の給気構造に関し、特に高速スピンドル装置によって精密加工する加工機に使用される非接触軸受スピンドル装置の給気構造に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マシニングセンタに使われるスピンドル装置は、作業効率向上を図るために高速回転化している。また、作業効率向上だけでなく、加工ワークの品質への要求に応えるために、「浅切込み・高送り」といった工具１刃当たりの除去量を少なくした軽加工の方法により、加工時のワーク温度を抑えて高精度加工やワークの変質を抑えることが一般化してきている。このため、加工能率との兼ね合いから、高速回転が可能で優れた回転精度を有するスピンドル装置が必要となってきた。
【０００３】
このような背景の下に、最近では、スピンドル装置の高速回転化および高精度化のために、非接触軸受を利用した例が多く見られるようになってきている。この非接触軸受は、基本的に機械接触による摩擦がなく、高速回転が可能である。特に、回転精度を強く要求する場合には、軸受支持媒体に空気を用いた静圧気体軸受が使われる（例えば特許文献１，２）。
さらに、優れた回転精度と静剛性の両方が必要な場合には、静圧気体軸受と磁気軸受とをハイブリットさせることも行われている（例えば特許文献３）。
【０００４】
図６は、従来の静圧気体軸受スピンドル装置の一例の構成を示す。主軸６２を回転駆動するモータ６６は、そのロータ部６６ａを主軸６２の後端部外周に、ステータ部６６ｂをロータ部６６ａに対向するスピンドルハウジング６３の内周にそれぞれ配置して構成される。スピンドルハウンジング６３の後端部には、スピンドル装置６１内に圧縮エアを給気する給気入口７１と、スピンドル装置６１内からエアを排気する排気口７６とが設けられる。また、スピンドルハウジング６３には、上記給気入口７１に連通し、主軸６２とスピンドルハウジング６３の間の軸受隙間ｄ１，ｄ２に開口する複数の軸受給気ノズル６９，７２が設けられ、これら軸受隙間ｄ１，ｄ２と軸受給気ノズル６９，７２により、ラジアル型およびアキシアル型の静圧気体軸受６４，６５がそれぞれ構成される。スピンドルハウジング６３には、上記排気口７６に連通し、上記軸受隙間ｄ１，ｄ２に開口する複数のエア排気部７３，７４が設けられ、これにより静圧気体軸受６４，６５からの排気が行われる。主軸６２の前端部には工具ホルダ６７が設けられ、この工具ホルダ６７で工具６８が保持される。
【０００５】
主軸６２とスピンドルハウジング６３との間の軸受隙間ｄ１，ｄ２は、通常、数ミクロンから数１０ミクロンといった狭い隙間となる。そのため、この狭い軸受隙間ｄ１，ｄ２に供給される圧縮エア７９は、通常、コンプレッサ８３からスピンドル装置６１へのエア供給路にオイルミストセパレータ８５やエアフィルタ８６を介在させ、スピンドル装置６１へのごみや油の侵入を防止している。さらに、その後段に圧力レギュレータ８７を置き、静圧気体軸受６４，６５の給気圧をコントロールしている。また、コンプレッサ８３の後段に補助タンク８４が設けられ、コンプレッサ８３が停止しても、スピンドル装置６１にエア供給を継続できるようにされている。
このように構成することで、コンプレッサ８３からオイルミストセパレータ８５までの油分を、またコンプレッサ８３からエアフィルタ８６までのごみをせき止め、スピンドル装置６１への侵入を防ぐことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１１０８３６号公報
【特許文献２】
特開平６−２９２６８９号公報
【特許文献３】
特開平１１−１３７５９号公報
【特許文献４】
特開昭６０−２４１５１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成では、コンプレッサ８３が故障したり、スピンドル装置６１へのエア供給路を構成する配管８２が破損した場合には、スピンドル装置６１を瞬時に停止することができないために、主軸６２とスピンドルハウジング６３の間のエア圧力が低下し、これにより金属接触が起こって運転に支障が生じる。このような事態に対応するために、静圧気体軸受の近傍に、エアタンクや逆止弁を配置したものも提案されている（例えば特許文献４）。
【０００８】
しかし、このような対策は、オイルミストセパレータ８５からスピンドル装置６１の給気入口７１までの間に発生した油分や、エアフィルタ８６から給気入口７１までの間に発生したごみを取り除くことができない。さらに、エアタンクと静圧気体軸受とが直結していることから、エアタンク内のごみやエアタンクに付随する配管内のごみが静圧気体軸受６４，６５に侵入し、これによって静圧気体軸受面を傷付けるといった問題がある。
特に、図６のようなスピンドル装置６１を工作機械に搭載する場合には、工作機械にスピンドル装置６１を取付けた後に、スピンドル装置６１へ給気源ユニット８１の配管８２を接続する場合が多く、この際に配管８２内のごみや油分、あるいは配管８２を取付ける際に発生するごみが、その後のスピンドル装置６１の駆動中に主軸６２とスピンドルハウジング６３の間の軸受隙間ｄ１，ｄ２に侵入し、その静圧気体軸受面を傷付けるといった問題があった。
【０００９】
この発明の目的は、給気源や外部配管系における汚れの影響を極力避けることができて、狭い静圧気体軸受隙間へのごみや油分の侵入を十分に防ぐことができ、安定した回転が実現できる非接触軸受スピンドル装置の給気構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の非接触軸受スピンドル装置の給気構造は、スピンドルハウジング内に、静圧気体軸受、または静圧気体軸受と磁気軸受の組合せによって主軸を支持した非接触軸受スピンドル装置において、スピンドルハウジングの給気入口から静圧気体軸受に至る給気路内にフィルタ手段を設けたことを特徴とする。
この構成によると、給気源や、給気源からスピンドル装置へ給気を行う外部配管系で給気にごみや油分等の汚れが生じた場合でも、スピンドル装置内に設けられたフィルタ手段によりその汚れが除去される。そのため、静圧気体軸受には常に清浄化された気体が供給され、したがって給気中の汚れで狭い軸受隙間の静圧気体軸受面が傷つけられることがなく、主軸の安定した回転動作が可能となる。
【００１１】
上記フィルタ手段は、オイルミストセパレータまたはエアフィルタであっても良い。また、フィルタ手段としてオイルミストセパレータとエアフィルタの両方を設けても良い。
フィルタ手段がオイルミストセパレータの場合には、静圧気体軸受に供給される圧縮気体から油分を除去できる。フィルタ手段がエアフィルタの場合には、静圧気体軸受に供給される圧縮気体からごみを除去できる。オイルミストセパレータとエアフィルタとの両方を設けた場合は、油分とごみの両方を除去できて、主軸の回転動作をより安定したものとすることができる。
【００１２】
この発明において、上記スピンドルハウジング内における上記給気入口から上記静圧気体軸受に至る給気路内に圧力レギュレータを設けても良い。この圧力レギュレータは、上記フィルタ手段よりも後段に配置することが好ましい。
このように圧力レギュレータをスピンドルハウジング内のフィルタ手段の後段に配置すると、圧力レギュレータで調整された圧力がそのまま静圧気体軸受に作用することになる。このため、スピンドル装置内のフィルタ手段での圧力損失を考慮することなく、静圧気体軸受による適正圧による支持が行える。
【００１３】
また、この発明において、スピンドルハウジングの外部でかつ上記給気入口よりも前段に、他のフィルタ手段を設けても良い。この構成の場合、スピンドル装置に供給される前の１次処理として給気から油分やごみが除去され、さらにスピンドル装置内に供給された後の２次処理として給気から油分やごみが除去される。このため、スピンドル装置内の静圧気体軸受に供給される給気からごみや油分を極力除去でき、主軸の安定した回転動作が可能となる。
【００１４】
この発明は、静圧気体軸受を用いたものに限らず、気体圧を用いる軸受を持つスピンドル装置一般に適用することができる。例えば、この発明の上記いずれかの構成の非接触軸受スピンドル装置の給気構造において、上記静圧気体軸受に代えて、動圧気体軸受を設けても良い。この場合にも、スピンドル装置内の動圧気体軸受に供給される給気からごみや油分を十分に除去でき、主軸の安定した回転動作が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。図１は、非接触軸受スピンドル装置の縦断面図と、その給気源ユニットのブロック図とを組み合わせて示す説明図である。同図において、非接触軸受スピンドル装置１は、中心線より下側には給気経路の配置部を、上側には排気経路の配置部をそれぞれ示している。この非接触軸受スピンドル装置１は、工作機械のビルトインモータ形式のスピンドル装置であって、主軸２は、主軸頭となる円筒状のスピンドルハウジング３内に、複数のラジアル型の静圧気体軸受４と、１つのアキシアル型の静圧気体軸受５とで回転自在に支持されている。主軸２の軸方向の一部（図示の例では後端）にモータ６のロータ部６ａが形成されている。主軸２の先端には工具ホルダ７が設けられ、この工具ホルダ７に工具８が取付けられる。モータ６のステータ部６ｂは、スピンドルハウジング３内に設けられている。
【００１６】
上記各静圧気体軸受４，５は圧縮エア等の圧縮気体を軸支持媒体とするものである。ラジアル型の静圧気体軸受４は、スピンドルハウジング３と主軸２の間に形成された静圧気体軸受隙間ｄ１と、スピンドルハウジング３内に形成され上記静圧気体軸受隙間ｄ１に開口する複数の軸受給気ノズル９とで構成される。各軸受給気ノズル９はスピンドルハウジング３内に形成された給気路１０を経てスピンドルハウジング３の後端に開口する給気入口１１に連通している。主軸２は一部の外周に鍔状に突出した軸受ロータ２ａを有しており、アキシアル型の静圧気体軸受５は、軸受ロータ２ａとスピンドルハウジング３の間に形成された静圧気体軸受隙間ｄ２と、スピンドルハウジング３内の上記軸受ロータ２ａを挟んだ位置に形成されて静圧気体軸受隙間ｄ２に開口する一対の軸受給気ノズル１２，１２とで構成される。これら軸受給気ノズル１２も上記給気路１０を経て上記給気入口１１に連通している。
スピンドルハウジング３内には、上記静圧気体軸受隙間ｄ１，ｄ２に開口する複数の排気入口１３，１４が形成され、これら排気入口１３，１４はスピンドルハウジング３内に形成された排気路１５を経てスピンドルハウジング３の後端に開口する排気出口１６に連通している。
【００１７】
スピンドルハウジング３内における上記給気入口１１から各静圧気体軸受４，５に至る給気路１０内には、それぞれフィルタ手段であるエアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８が、給気流れ方向の前後に並べて設置されている。エアフィルタ１７は給気路１０に流入する給気１９に含まれるごみを除去するものであり、オイルミストセパレータ１８は給気１９に含まれる油分を除去するものである。これらエアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８は、給気路１０における給気入口１１から各軸受給気ノズル９，１２への分岐路部分に至るまでの間に配置されており、図示の例ではスピンドルハウジング３におけるモータ６の設置された軸方向位置に配置されている。
【００１８】
スピンドル装置１の給気入口１１には、スピンドル装置１内の各静圧気体軸受４，５に圧縮気体を供給する給気源ユニット２１が接続される。この給気源ユニット２１は、外部給気路２２により、コンプレッサ２３，補助タンク２４，オイルミストセパレータ２５，エアフィルタ２６，圧力レギュレータ２７が、前段側から、つまり上流側からこれらの順序で連結して構成される。外部供給路２２は配管で構成される。コンプレッサ２３は圧縮気体１９である圧縮エアの供給源であり、補助タンク２４はコンプレッサ２３の停止時にコンプレッサ２３に代わって圧縮気体１９を継続供給する補助供給源である。オイルミストセパレータ２５は給気源ユニット２１のエア供給路を流れる圧縮気体１９に含まれる油分を除去するものである。エアフィルタ２６は圧縮気体１９に含まれるごみを除去するものである。圧力レギュレータ２７は、外気供給路２２から供給する圧縮気体１９の圧力を一定値に調整する調整器である。スピンドルハウジング３内のエアフィルタ１７とオイルミストセパレータ１８とは、圧力レギュレータ２７の後段に配置されるので、これららエアフィルタ１７とオイルミストセパレータ１８の並びの圧力損失は、この並びの前後の圧力損失が１／１０以下となるようにすることが好ましい。
【００１９】
次に、上記構成の非接触軸受スピンドル装置１へのエア供給動作につき説明する。給気源ユニット２１のコンプレッサ２３から送り出される圧縮気体１９は、その外部給気路２２の途中に設けられる補助タンク２４、オイルミストセパレータ２５、エアフィルタ２６、圧力レギュレータ２７を経て、スピンドル装置１の給気入口１１からスピンドル装置１内に供給される。このとき、圧縮気体１９に含まれる油分がオイルミストセパレータ２５で除去され、さらに圧縮気体１９中のごみがエアフィルタ２６により除去されてから、圧力レギュレータ２７で圧力調整される。
【００２０】
このように、給気源ユニット２１で油分およびごみが１次的に除去されて圧力調整された圧縮気体１９は、スピンドル装置１の給気入口１１から給気路１０を経てスピンドル装置１内の各静圧気体軸受４，５に供給される。このとき、各静圧気体軸受４，５に至る前の圧縮気体１９に僅かに残るごみおよび油分が、給気路１０の途中のエアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８でさらに除去される。
また、例えば、このスピンドル装置１の給気入口１１に外部給気路２２を配管接続するときなどに生じて外部給気路２２内に残ったごみや、あるいは外部給気路２２におけるオイルミストセパレータ２５の後段で生じたオイルミストが静圧気体軸受４，５に吐出されることが、スピンドル装置１内のエアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８で除去される。このように給気源ユニット２１等の給気源や外部給気路２２等の外部配管系における汚れの影響を極力避けることができて、狭い静圧気体軸受４，５へのごみや油分の侵入を十分に防ぐことができ、安定した回転が実現できる。
【００２１】
なお、この実施形態では、スピンドル装置１内にエアフィルタ１７とオイルミストセパレータ１８の両方を設けた場合を示したが、これらのいずれか一方だけを設けても良い。
【００２２】
図２は、この発明の他の実施形態を示す。この非接触軸受スピンドル装置の給気構造は、図１に示した第１の実施形態において、給気源ユニット２１におけるオイルミストセパレータ２５およびエアフィルタ２６を省略したものである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
【００２３】
この実施形態の場合、給気源ユニット２１でのオイルミストセパレータ２５およびエアフィルタ２６の設置を省略しているので、給気源ユニット２１の配管作業を簡略化できる。なお、圧縮気体１９に含まれるごみおよび油分の除去を、スピンドル装置１の内外で分担して行わず、スピンドル装置１内のエアフィルタ１７とオイルミストセパレータ１８だけで行うようにしているので、エアフィルタ１７とオイルミストセパレータ１８のサイズはそれだけ大きなものとなる。これに伴い、エアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８での圧力損失は第１の実施形態の場合よりも大きくなるので、給気源ユニット２１に設置される圧力レギュレータ２７では、その圧力損失を見越した圧力調整が必要となる。
【００２４】
図３は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この非接触軸受スピンドル装置の給気構造は、図１に示した第１の実施形態において、スピンドル装置１外の給気源ユニット２１に圧力レギュレータ２７を設けていたのに代えて、この圧力レギュレータ２７をスピンドル装置１内の給気路１０の途中に設けている。ここでは、エアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８のさらに後段に圧力レギュレータ２７を設けている。
【００２５】
この実施形態の場合、圧力レギュレータ２７をスピンドル装置１内のエアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８のさらに後段に設けているので、圧力レギュレータ２７で調整された圧力がそのまま静圧気体軸受４，５に作用する。そのため、圧力レギュレータ２７による圧力調整において、スピンドル装置１内のエアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８での圧力損失を考慮する必要がなくなる。なお、この実施形態においても、図２の実施形態と同様に、給気源ユニット２１のエアフィルタ２６やオイルミストセパレータ２５を省略しても良い。その他の効果は第１の実施形態の場合と同じである。
【００２６】
図４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この非接触軸受スピンドル装置の給気構造は、図１に示した第１の実施形態において、支持軸受が静圧気体軸受４，５である非接触軸受スピンドル装置１に適用したのに代えて、支持軸受として静圧気体軸受４，５と磁気軸受３４，３５を併用した非接触軸受スピンドル装置１Ａに適用したものである。これら静圧気体軸受４，５と磁気軸受３４，３５は、後述のように静圧磁気複合軸受を構成している。
すなわち、このスピンドル装置１Ａは、２つのラジアル型の静圧気体軸受４，４および２つのラジアル型の磁気軸受３４，３４と、１つのアキシアル型の静圧気体軸受５および１つのアキシアル型の磁気軸受３５と、主軸２を回転させるモータ６とを有する。ラジアル型の静圧気体軸受４、アキシアル型の静圧気体軸受５、およびモータ６の構成は図１に示した第１の実施形態と同じである。各静圧気体軸受４，５の軸受給気ノズル９，１２は給気路１０を経てスピンドルハウジング３の一端に開口する給気入口１１に連通している。その給気路１０の途中にエアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８が設けられること、および上記給気入口１１に連結される給気源ユニット（図示せず）の構成も第１の実施形態の場合と同じである。
【００２７】
ラジアル型の磁気軸受３４は、主軸２の外周に設けられた磁性体の軸受ロータ（図示せず）と、スピンドルハウジング３に設けられた軸受ステータ３６とで構成され、軸受ステータ３６はコア３７とコイル３８とでリング状に形成されている。アキシアル型の磁気軸受３５は、アキシアル型の静圧気体軸受５と共通の主軸ロータ２ａと、スピンドルハウジング３に設けられ上記主軸ロータ２ａを軸方向に前後から挟む一対の軸受ステータ３９，３９とからなる。
これにより、磁気軸受３４と静圧気体軸受４とでラジアル型の静圧磁気複合軸受を構成し、また磁気軸受３５と静圧気体軸受５とでアキシアル型の静圧磁気複合軸受を構成している。
なお、複合型の軸受とせずに、磁気軸受３４，３５と静圧気体軸受４，５とを独立して設け、同じ主軸２の支持に併用しても良い。
【００２８】
このように、磁気軸受３４，３５を用いたスピンドル装置１Ａにおいても、静圧気体軸受３，４を一部に含むものである場合に、上記のようにスピンドル装置１Ａ内にエアフィルタおよびオイルミストセパレータ（図示せず）を設けることで、その静圧気体軸受３，４への給気を常に清浄化した状態で行え、安定した軸受支持が可能となる。
【００２９】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この非接触軸受スピンドル装置の給気構造は、図１に示した第１の実施形態において、支持軸受が静圧気体軸受４，５である非接触軸受スピンドル装置１に適用したのに代えて、動圧気体軸受４４を支持軸受とした非接触軸受スピンドル装置１Ｂに適用したものである。このスピンドル装置１Ｂは、小型の切削機械や医療機械、例えば歯科用ハンドピースにおけるグラインダユニット等に用いられる。このスピンドル装置１Ｂは、主軸４２の一端部にタービン４３が一体に設けてあり、主軸４２のジャーナル部はケース４１内において円筒型の動圧気体軸受４４で支持される。タービン４３はスピンドルハウジング４１の後蓋４５で閉鎖されたタービン室４６内に収納され、このタービン４３の側面とこれに対向する後蓋４５間にスラスト軸受４６が形成されている。主軸４２の他端部は、切削工具を装着可能にするか、切削工具を一体に設けた構造とされている。スピンドルハウジング４１に設けた給気路４７は、給気孔４８でタービン室４６に連通し、タービン４３を回転させたエアが排気路４９から排出される。
【００３０】
動圧気体軸受４４は、主軸４２に軸受隙間５０を介して外嵌する円筒ジャーナル軸受スリーブ５１をスピンドルハウジング４１内に収納し、主軸４２の外周面に回転に伴い圧力を発生させるためのヘリングボーン溝５２を形成した構造になっている。上記給気路４７の途中には、図１に示した第１の実施形態の場合と同様に、エアフィルタ１７およびオイルミストセパレータ１８が並べて設けられ、この給気路４７に第１の実施形態の場合と同様の給気源ユニット（図示せず）が接続される。
【００３１】
このように動圧気体軸受４４を用いたスピンドル装置１Ｂにおいても、スピンドルハウジング４１内にエアフィルタおよびオイルミストセパレータ（図示せず）を設けることで、その動圧気体軸受４４への給気を常に清浄化した状態で行えて、安定した軸受支持が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明の非接触軸受スピンドル装置の給気構造は、スピンドルハウジング内に、静圧気体軸受、または静圧気体軸受と磁気軸受の組合せによって主軸を支持した非接触軸受スピンドル装置において、上記スピンドルハウジングの給気入口から上記静圧気体軸受に至る給気路内にフィルタ手段を設けたため、給気源や外部配管系における汚れの影響を極力避けることができて、狭い静圧気体軸受隙間へのごみや油分の侵入を十分に防ぐことができ、安定した回転が実現できる。上記静圧気体軸受に代えて動圧気体軸受を設けた場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる非接触軸受スピンドル装置の給気構造を示す説明図である。
【図２】この発明の他の実施形態にかかる非接触軸受スピンドル装置の給気構造を示す説明図である。
【図３】この発明のさらに他の実施形態にかかる非接触軸受スピンドル装置の給気構造を示す説明図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかる給気構造が適用される非接触軸受スピンドル装置の断面図である。
【図５】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる給気構造が適用される非接触軸受スピンドル装置の断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１〜１Ｂ…非接触軸受スピンドル装置
２…主軸
３…スピンドルハウジング
４…ラジアル型の静圧気体軸受
５…アキシアル型の静圧気体軸受
１０…給気路
１１…給気入口
１７…エアフィルタ（フィルタ手段）
１８…オイルミストセパレータ（フィルタ手段）
２５…オイルミストセパレータ
２６…エアフィルタ
２７…圧力レギュレータ
４４…動圧気体軸受[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air supply structure of a spindle device supported by a non-contact bearing such as a static pressure gas bearing, and more particularly to an air supply structure of a non-contact bearing spindle device used for a processing machine that performs precision machining by a high-speed spindle device. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, spindle devices used in machining centers have been rotated at high speed in order to improve work efficiency. In addition to improving work efficiency, in order to respond to demands on the quality of the work piece, light machining methods such as "shallow cutting and high feed", which reduce the amount of removal per tool, reduce the work temperature during machining. It is becoming more common to suppress high-precision machining and deterioration of workpieces by suppressing noise. For this reason, a spindle device capable of high-speed rotation and having excellent rotation accuracy has been required in consideration of the processing efficiency.
[0003]
Against this background, recently, non-contact bearings have been frequently used to increase the speed and accuracy of spindle devices. This non-contact bearing basically has no friction due to mechanical contact and can rotate at high speed. In particular, when high rotational accuracy is required, a hydrostatic gas bearing using air as a bearing support medium is used (for example, Patent Documents 1 and 2).
Further, when both excellent rotational accuracy and static rigidity are required, a hybrid is used between a static pressure gas bearing and a magnetic bearing (for example, Patent Document 3).
[0004]
FIG. 6 shows a configuration of an example of a conventional hydrostatic gas bearing spindle device. The motor 66 for rotating the main shaft 62 has a rotor 66a disposed on the outer periphery of the rear end of the main shaft 62 and a stator 66b disposed on the inner periphery of the spindle housing 63 facing the rotor 66a. At the rear end of the spindle housing 63, an air supply inlet 71 for supplying compressed air to the spindle device 61 and an exhaust port 76 for exhausting air from the spindle device 61 are provided. The spindle housing 63 is provided with a plurality of bearing air supply nozzles 69 and 72 which communicate with the air supply inlet 71 and open in bearing gaps d1 and d2 between the main shaft 62 and the spindle housing 63. Radial and axial type static pressure gas bearings 64 and 65 are constituted by d1 and d2 and bearing air supply nozzles 69 and 72, respectively. The spindle housing 63 is provided with a plurality of air exhaust portions 73 and 74 which communicate with the exhaust port 76 and open to the bearing gaps d1 and d2, thereby exhausting from the static pressure gas bearings 64 and 65. . A tool holder 67 is provided at the front end of the main shaft 62, and a tool 68 is held by the tool holder 67.
[0005]
The bearing gaps d1 and d2 between the main shaft 62 and the spindle housing 63 are usually as narrow as several microns to several tens of microns. For this reason, the compressed air 79 supplied to the narrow bearing gaps d1 and d2 usually causes the oil mist separator 85 and the air filter 86 to intervene in the air supply path from the compressor 83 to the spindle device 61, and causes the dust to the spindle device 61. To prevent oil and oil from entering. Further, a pressure regulator 87 is provided at a subsequent stage to control the supply pressure of the static pressure gas bearings 64 and 65. An auxiliary tank 84 is provided downstream of the compressor 83 so that air supply to the spindle device 61 can be continued even when the compressor 83 stops.
With this configuration, the oil from the compressor 83 to the oil mist separator 85 and the dust from the compressor 83 to the air filter 86 can be damped, and entry into the spindle device 61 can be prevented.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-110836 A [Patent Document 2]
JP-A-6-292689 [Patent Document 3]
JP-A-11-13759 [Patent Document 4]
JP-A-60-241517
[Problems to be solved by the invention]
In the above configuration, if the compressor 83 fails or the pipe 82 constituting the air supply path to the spindle device 61 is damaged, the spindle device 61 cannot be stopped instantaneously. The air pressure during 63 drops, which causes metal contact and hinders operation. In order to cope with such a situation, an arrangement in which an air tank or a check valve is arranged near the hydrostatic gas bearing has been proposed (for example, Patent Document 4).
[0008]
However, such measures cannot remove oil generated between the oil mist separator 85 and the air supply inlet 71 of the spindle device 61 and dust generated between the air filter 86 and the air supply inlet 71. . Further, since the air tank and the static gas bearing are directly connected, dust in the air tank and dust in the pipes associated with the air tank enter the static gas bearings 64 and 65, thereby causing the static gas bearing surface to be reduced. There is a problem of being hurt.
In particular, when the spindle device 61 as shown in FIG. 6 is mounted on a machine tool, the pipe 82 of the air supply unit 81 is often connected to the spindle device 61 after attaching the spindle device 61 to the machine tool. At this time, dust or oil in the pipe 82 or dust generated when the pipe 82 is attached enters the bearing gaps d1 and d2 between the main shaft 62 and the spindle housing 63 during the subsequent operation of the spindle device 61, There is a problem that the static pressure gas bearing surface is damaged.
[0009]
An object of the present invention is to minimize the influence of dirt on an air supply source and an external piping system, sufficiently prevent dust and oil from entering a narrow static pressure gas bearing gap, and achieve stable rotation. An object of the present invention is to provide an air supply structure of a non-contact bearing spindle device that can be realized.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An air supply structure of a non-contact bearing spindle device according to the present invention is a non-contact bearing spindle device in which a main shaft is supported in a spindle housing by a hydrostatic gas bearing or a combination of a hydrostatic gas bearing and a magnetic bearing. A filter means is provided in an air supply passage from an air inlet to a static pressure gas bearing.
According to this configuration, even when the supply air is contaminated with dirt, oil, or the like in the air supply source or the external piping system that supplies air to the spindle device from the air supply source, the filter means provided in the spindle device is used. The dirt is removed. As a result, the purified gas is always supplied to the static pressure gas bearing, so that the static pressure gas bearing surface in the narrow bearing gap is not damaged by dirt during the supply, and stable rotation of the main shaft is possible. Become.
[0011]
The filter means may be an oil mist separator or an air filter. Further, both an oil mist separator and an air filter may be provided as filter means.
When the filter means is an oil mist separator, oil can be removed from the compressed gas supplied to the hydrostatic gas bearing. When the filter means is an air filter, dust can be removed from the compressed gas supplied to the hydrostatic gas bearing. When both the oil mist separator and the air filter are provided, both the oil component and the dust can be removed, and the rotation of the main shaft can be made more stable.
[0012]
In the present invention, a pressure regulator may be provided in an air supply passage from the air supply inlet to the hydrostatic gas bearing in the spindle housing. This pressure regulator is preferably disposed downstream of the filter means.
When the pressure regulator is disposed after the filter means in the spindle housing in this way, the pressure adjusted by the pressure regulator acts on the hydrostatic gas bearing as it is. For this reason, the support by the appropriate pressure by the static pressure gas bearing can be performed without considering the pressure loss in the filter means in the spindle device.
[0013]
Further, in the present invention, another filter means may be provided outside the spindle housing and before the air supply inlet. In this configuration, oil and dirt are removed from the air supply as primary processing before being supplied to the spindle device, and oil and dirt are removed from the air supply as secondary processing after being supplied to the spindle device. You. For this reason, dust and oil can be removed as much as possible from the supply air supplied to the hydrostatic gas bearing in the spindle device, and a stable rotation operation of the spindle can be performed.
[0014]
The present invention can be applied not only to a device using a static pressure gas bearing but also to a spindle device having a bearing using gas pressure in general. For example, in the air supply structure of the non-contact bearing spindle device having any one of the above configurations of the present invention, a dynamic pressure gas bearing may be provided instead of the static pressure gas bearing. Also in this case, dust and oil can be sufficiently removed from the supply air supplied to the dynamic pressure gas bearing in the spindle device, and a stable rotation operation of the main shaft can be performed.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a combination of a vertical cross-sectional view of a non-contact bearing spindle device and a block diagram of an air supply unit thereof. In the figure, the non-contact bearing spindle device 1 shows an arrangement part of an air supply path below the center line and an arrangement part of an exhaust path above the center line. This non-contact bearing spindle device 1 is a spindle device of a built-in motor type of a machine tool. A spindle 2 has a plurality of radial type hydrostatic gas bearings 4 in a cylindrical spindle housing 3 serving as a spindle head. It is rotatably supported by one axial-type hydrostatic gas bearing 5. A rotor portion 6a of the motor 6 is formed at a part (rear end in the illustrated example) of the main shaft 2 in the axial direction. A tool holder 7 is provided at the tip of the main shaft 2, and a tool 8 is attached to the tool holder 7. The stator 6 b of the motor 6 is provided in the spindle housing 3.
[0016]
Each of the static pressure gas bearings 4 and 5 uses a compressed gas such as compressed air as a shaft supporting medium. The radial type hydrostatic gas bearing 4 includes a plurality of shafts formed in the spindle housing 3 and opened in the hydrostatic gas bearing gap d1 formed between the spindle housing 3 and the main shaft 2. And a receiving air nozzle 9. Each bearing air supply nozzle 9 communicates with an air supply inlet 11 that opens at the rear end of the spindle housing 3 through an air supply passage 10 formed in the spindle housing 3. The main shaft 2 has a bearing rotor 2a protruding in a flange shape on a part of its outer periphery. An axial type hydrostatic gas bearing 5 is provided with a hydrostatic gas bearing gap formed between the bearing rotor 2a and the spindle housing 3. d2 and a pair of bearing air supply nozzles 12, 12 formed at positions sandwiching the bearing rotor 2a in the spindle housing 3 and opening into the hydrostatic gas bearing gap d2. These bearing air supply nozzles 12 also communicate with the air supply inlet 11 via the air supply path 10.
A plurality of exhaust ports 13 and 14 are formed in the spindle housing 3 and open to the static pressure gas bearing gaps d1 and d2. These exhaust ports 13 and 14 pass through an exhaust path 15 formed in the spindle housing 3. It communicates with an exhaust outlet 16 opening at the rear end of the spindle housing 3.
[0017]
An air filter 17 and an oil mist separator 18 as filter means are respectively provided in an air supply passage 10 from the air supply inlet 11 to each of the static pressure gas bearings 4 and 5 in the spindle housing 3. It is installed side by side. The air filter 17 removes dust contained in the air supply 19 flowing into the air supply passage 10, and the oil mist separator 18 removes oil contained in the air supply 19. The air filter 17 and the oil mist separator 18 are arranged between the air supply inlet 11 in the air supply path 10 and the branch path to each of the bearing air supply nozzles 9 and 12. It is arranged at the axial position where the motor 6 is installed in the housing 3.
[0018]
The air supply inlet 11 of the spindle device 1 is connected to an air supply unit 21 that supplies compressed gas to each of the hydrostatic gas bearings 4 and 5 in the spindle device 1. In this air supply source unit 21, a compressor 23, an auxiliary tank 24, an oil mist separator 25, an air filter 26, and a pressure regulator 27 are connected by an external air supply path 22 in this order from the upstream side, that is, from the upstream side. It is composed. The external supply path 22 is configured by a pipe. The compressor 23 is a supply source of compressed air that is the compressed gas 19, and the auxiliary tank 24 is an auxiliary supply source that continuously supplies the compressed gas 19 instead of the compressor 23 when the compressor 23 is stopped. The oil mist separator 25 removes oil contained in the compressed gas 19 flowing through the air supply passage of the air supply unit 21. The air filter 26 removes dust contained in the compressed gas 19. The pressure regulator 27 is a regulator that adjusts the pressure of the compressed gas 19 supplied from the outside air supply path 22 to a constant value. Since the air filter 17 and the oil mist separator 18 in the spindle housing 3 are arranged at the subsequent stage of the pressure regulator 27, the pressure loss of the air filter 17 and the oil mist separator 18 is reduced by the pressure loss before and after this arrangement. It is preferable that the loss be 1/10 or less.
[0019]
Next, an operation of supplying air to the non-contact bearing spindle device 1 having the above configuration will be described. The compressed gas 19 sent from the compressor 23 of the air supply unit 21 passes through an auxiliary tank 24, an oil mist separator 25, an air filter 26, and a pressure regulator 27 provided in the middle of the external air supply passage 22, and is supplied to the spindle device 1. The air is supplied from the air supply inlet 11 into the spindle device 1. At this time, the oil contained in the compressed gas 19 is removed by the oil mist separator 25, and the dust in the compressed gas 19 is removed by the air filter 26, and then the pressure is adjusted by the pressure regulator 27.
[0020]
As described above, the compressed gas 19 whose oil and dirt are primarily removed by the air supply unit 21 and the pressure of which has been adjusted is supplied from the air inlet 11 of the spindle device 1 through the air supply passage 10 to the inside of the spindle device 1. It is supplied to each of the static pressure gas bearings 4 and 5. At this time, dust and oil slightly remaining in the compressed gas 19 before reaching the static pressure gas bearings 4 and 5 are further removed by the air filter 17 and the oil mist separator 18 in the air supply passage 10.
Further, for example, dust generated when connecting the external air supply path 22 to the air supply inlet 11 of the spindle device 1 by piping or the like and remaining in the external air supply path 22 or an oil mist separator in the external air supply path 22 The discharge of the oil mist generated in the subsequent stage of the 25 to the static pressure gas bearings 4 and 5 is removed by the air filter 17 and the oil mist separator 18 in the spindle device 1. In this way, the influence of dirt on the air supply source such as the air supply unit 21 and the external piping system such as the external air supply passage 22 can be avoided as much as possible. Intrusion can be sufficiently prevented, and stable rotation can be realized.
[0021]
In this embodiment, the case where both the air filter 17 and the oil mist separator 18 are provided in the spindle device 1 has been described, but only one of them may be provided.
[0022]
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. The air supply structure of this non-contact bearing spindle device is the same as the first embodiment shown in FIG. 1 except that the oil mist separator 25 and the air filter 26 in the air supply source unit 21 are omitted. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0023]
In the case of this embodiment, since the installation of the oil mist separator 25 and the air filter 26 in the air supply source unit 21 is omitted, piping work of the air supply source unit 21 can be simplified. It should be noted that dust and oil contained in the compressed gas 19 are not removed inside and outside the spindle device 1 but are shared only by the air filter 17 and the oil mist separator 18 in the spindle device 1. The sizes of the filter 17 and the oil mist separator 18 are correspondingly large. Accordingly, the pressure loss in the air filter 17 and the oil mist separator 18 is larger than that in the first embodiment, so that the pressure regulator 27 installed in the air supply unit 21 allows for the pressure loss. Pressure adjustment is required.
[0024]
FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention. The air supply structure of this non-contact bearing spindle device is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the pressure regulator 27 is provided in the air supply source unit 21 outside the spindle device 1. 27 is provided in the air supply passage 10 in the spindle device 1. Here, a pressure regulator 27 is provided further downstream of the air filter 17 and the oil mist separator 18.
[0025]
In the case of this embodiment, since the pressure regulator 27 is provided further downstream of the air filter 17 and the oil mist separator 18 in the spindle device 1, the pressure adjusted by the pressure regulator 27 is directly applied to the hydrostatic gas bearings 4, 5. Works. Therefore, in the pressure adjustment by the pressure regulator 27, it is not necessary to consider the pressure loss in the air filter 17 and the oil mist separator 18 in the spindle device 1. In this embodiment, the air filter 26 and the oil mist separator 25 of the air supply unit 21 may be omitted as in the embodiment of FIG. Other effects are the same as those of the first embodiment.
[0026]
FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention. The air supply structure of this non-contact bearing spindle device is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the non-contact bearing spindle device 1 in which the support bearings are the hydrostatic gas bearings 4 and 5 is applied. The present invention is applied to a non-contact bearing spindle device 1A using both static pressure gas bearings 4 and 5 and magnetic bearings 34 and 35 as supporting bearings. The static pressure gas bearings 4 and 5 and the magnetic bearings 34 and 35 constitute a static pressure magnetic composite bearing as described later.
That is, the spindle device 1A includes two radial type static pressure gas bearings 4 and 4 and two radial type magnetic bearings 34 and 34, one axial type static pressure gas bearing 5 and one axial type magnetic bearing. It has a bearing 35 and a motor 6 for rotating the main shaft 2. The configurations of the radial type static pressure gas bearing 4, the axial type static pressure gas bearing 5, and the motor 6 are the same as those of the first embodiment shown in FIG. Bearing air supply nozzles 9, 12 of each of the static pressure gas bearings 4, 5 are connected to an air supply inlet 11 opened at one end of the spindle housing 3 through an air supply path 10. An air filter 17 and an oil mist separator 18 are provided in the middle of the air supply passage 10, and the structure of an air supply source unit (not shown) connected to the air supply inlet 11 is also the case of the first embodiment. Is the same as
[0027]
The radial magnetic bearing 34 includes a magnetic bearing rotor (not shown) provided on the outer periphery of the main shaft 2 and a bearing stator 36 provided in the spindle housing 3. It is formed in a ring shape with the coil 38. The axial type magnetic bearing 35 includes a main shaft rotor 2a common to the axial type hydrostatic gas bearing 5 and a pair of bearing stators 39, 39 provided in the spindle housing 3 and sandwiching the main shaft rotor 2a from front and rear in the axial direction. Become.
Thus, the magnetic bearing 34 and the hydrostatic gas bearing 4 constitute a radial type hydrostatic compound bearing, and the magnetic bearing 35 and the hydrostatic gas bearing 5 constitute an axial type hydrostatic compound bearing. I have.
The magnetic bearings 34 and 35 and the hydrostatic gas bearings 4 and 5 may be provided independently and used together to support the same main shaft 2 without using a composite type bearing.
[0028]
As described above, also in the spindle device 1A using the magnetic bearings 34 and 35, when the static pressure gas bearings 3 and 4 are partially included, as described above, the air filter and the oil mist separator ( (Not shown), the air supply to the static pressure gas bearings 3 and 4 can be always performed in a clean state, and stable bearing support becomes possible.
[0029]
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. The air supply structure of this non-contact bearing spindle device is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the non-contact bearing spindle device 1 in which the support bearings are the hydrostatic gas bearings 4 and 5 is applied. This is applied to a non-contact bearing spindle device 1B using a dynamic pressure gas bearing 44 as a support bearing. The spindle device 1B is used for a small cutting machine or a medical machine, for example, a grinder unit in a dental handpiece. In this spindle device 1B, a turbine 43 is integrally provided at one end of a main shaft 42, and a journal portion of the main shaft 42 is supported in a case 41 by a cylindrical dynamic pressure gas bearing 44. The turbine 43 is housed in a turbine chamber 46 closed by a rear lid 45 of the spindle housing 41, and a thrust bearing 46 is formed between a side surface of the turbine 43 and a rear lid 45 facing the turbine 43. The other end of the main shaft 42 has a structure in which a cutting tool can be mounted or a cutting tool is integrally provided. An air supply path 47 provided in the spindle housing 41 communicates with a turbine chamber 46 through an air supply hole 48, and the air that has caused the turbine 43 to rotate is discharged from an exhaust path 49.
[0030]
The dynamic pressure gas bearing 44 houses a cylindrical journal bearing sleeve 51 that fits over the main shaft 42 via a bearing gap 50 in a spindle housing 41, and a herringbone for generating pressure on the outer peripheral surface of the main shaft 42 with rotation. The structure is such that a groove 52 is formed. An air filter 17 and an oil mist separator 18 are provided side by side in the air supply passage 47 in the same manner as in the first embodiment shown in FIG. The same air supply unit (not shown) as in the case (1) is connected.
[0031]
Thus, also in the spindle device 1B using the dynamic pressure gas bearing 44, by providing an air filter and an oil mist separator (not shown) in the spindle housing 41, air supply to the dynamic pressure gas bearing 44 is always performed. This can be performed in a clean state, and stable bearing support is possible.
[0032]
【The invention's effect】
An air supply structure of a non-contact bearing spindle device according to the present invention is a non-contact bearing spindle device in which a main shaft is supported in a spindle housing by a hydrostatic gas bearing or a combination of a hydrostatic gas bearing and a magnetic bearing. Filter means are provided in the air supply passage from the air supply inlet to the static pressure gas bearing, so that the influence of dirt on the air supply source and the external piping system can be minimized, and dust in the narrow static pressure gas bearing gap can be reduced. Oil and oil can be sufficiently prevented, and stable rotation can be realized. The same effect as described above can be obtained when a dynamic pressure gas bearing is provided instead of the static pressure gas bearing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an air supply structure of a non-contact bearing spindle device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing an air supply structure of a non-contact bearing spindle device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing an air supply structure of a non-contact bearing spindle device according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a non-contact bearing spindle device to which an air supply structure according to still another embodiment of the present invention is applied.
FIG. 5A is a cross-sectional view of a non-contact bearing spindle device to which an air supply structure according to still another embodiment of the present invention is applied, and FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG. FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 to 1B non-contact bearing spindle device 2 spindle 3 spindle housing 4 radial type static pressure gas bearing 5 axial type static pressure gas bearing 10 air supply passage 11 air supply inlet 17 air filter means)
18. Oil mist separator (filter means)
25 oil mist separator 26 air filter 27 pressure regulator 44 hydrodynamic gas bearing
