JP2005188568A - スピンドルの回転支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとの設置を省き得、しかも、長期の使用でも正確な軸心位置でスピンドルを保持することができるスピンドルの回転支持装置を提供すること。
【解決手段】 鍔付きのスピンドル１を軸心２を中心としてＲ方向に回転自在に支持する回転支持装置３は、スピンドル１の円柱状の軸部４をラジアル方向に関してＲ方向に回転自在に支持する軸部用静圧気体軸受５と、軸部４に一体的に設けられたスピンドル１の円環状の鍔部６をスラスト方向に関してＲ方向に回転自在に支持すべく、鍔部６の両環状面７及び８の夫々に対面して配されている空気噴出用多孔面９及び１０を夫々有した鍔部用静圧気体軸受１１及び１２とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速で回転するスピンドルを静圧気体軸受によって非接触的に支持するためのスピンドルの回転支持装置に関する。

特開平７−２０８４７３号公報

静圧気体軸受、特に、多孔質金属焼結体を用いた多孔質静圧気体軸受は、すぐれた高速安定性と高い負荷容量並びに極めて小さい移動抵抗とをもつ軸受として知られていると共にこれら優れた利点のために精密工作機械等の多くの分野に用いられている。

多孔質静圧気体軸受に回転自在に支持された精密工作機械のスピンドルにワーク（被加工物）をチャックを介して取り付けたままで回転切削加工を施した後に継続して切り欠き又は溝加工を施す際に、スピンドルに制動を加えた後に回転しないようにスピンドルを保持することが必要となる場合があるが、斯かる制動、保持には従来ではブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとの間の摩擦力による機械的ブレーキ又はこの機械的ブレーキに加えてインバータ制御による電気的ブレーキが用いられている。

ところでスピンドルの制動、保持に対しては従来では上述のようにブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとを設置する必要がある上に、斯かる機械的ブレーキによれば繰り返しの摺動によりライニングの摩耗、変形を生じ長期の使用で正確な軸心位置でのスピンドルの保持が困難となる。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとの設置を省き得、しかも、長期の使用でも正確な軸心位置でスピンドルを保持することができるスピンドルの回転支持装置を提供することにある。

鍔付きのスピンドルを回転自在に支持する本発明の第一の態様の回転支持装置は、スピンドルの軸部をラジアル方向に関して回転自在に支持する軸部用静圧気体軸受と、軸部に一体的に設けられたスピンドルの鍔部をスラスト方向に関して回転自在に支持すべく、鍔部の両環状面の夫々に対面して配されている空気噴出用多孔面を夫々有した一対の鍔部用静圧気体軸受とを具備しており、ここで、各空気噴出用多孔面は多孔質金属焼結面からなっている。

第一の態様の回転支持装置によれば、一対の鍔部用静圧気体軸受の空気噴出用多孔面が鍔部の両環状面の夫々に対面して配されているために、一対の鍔部用静圧気体軸受によりスピンドルをスラスト方向に関して高速安定性と高い負荷容量並びに極めて小さい移動抵抗をもって支持できる上に、一方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給を維持したまま他方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給を停止することにより鍔部を他方の鍔部用静圧気体軸受の多孔質金属焼結面からなっている空気噴出用多孔面に圧接させることができる結果、ブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとを用いないでもスピンドルを回転停止状態に保持でき、而して、ブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとの設置を省き得、しかも、長期の使用でも正確な軸心位置でスピンドルを保持することができる。

本発明の回転支持装置は、その第二の態様のように、一対の鍔部用静圧気体軸受のうちの一方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給中に、他方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給、停止を行う空気手段を具備していてもよく、その第三の態様のように、一対の鍔部用静圧気体軸受のうちの一方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給中に、他方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給、供給停止に加えて他方の鍔部用静圧気体軸受から空気の吸引を行う空気手段を具備していてもよく、第三の態様の回転支持装置によれば、一方の鍔部用静圧気体軸受の空気噴出用多孔面からの高圧空気の鍔部への噴出による他方の鍔部用静圧気体軸受の空気噴出用多孔面である多孔質金属焼結面への鍔部の圧接に加えて他方の鍔部用静圧気体軸受の空気噴出用多孔面からの空気の吸引による当該他方の鍔部用静圧気体軸受の多孔質金属焼結面への鍔部の吸着を行うことができる結果、スピンドルを回転しないようにより強固に保持することができる。

軸部用静圧気体軸受は、好ましい例では本発明の第四の態様の回転支持装置のように、中空の裏金と、この裏金の内面に焼結されていると共に軸部の円筒状の外周面に対面する円筒状の内周面を有した中空の多孔質金属焼結層と、一端が多孔質金属焼結層の外面に開口すると共に他端が裏金の外面で開口して裏金に設けられた空気通路とを具備しており、各鍔部用静圧気体軸受は、好ましい例では本発明の第五の態様の回転支持装置のように、環状の裏金と、この裏金の一方の側面に焼結されていると共に鍔部の対応の円環状面に対面した空気噴出用多孔面である環状の一方の側面を有した環状の多孔質金属焼結層と、一端が多孔質金属焼結層の環状の他方の側面に開口すると共に他端が裏金の一方の側面以外で開口して裏金に設けられた空気通路とを具備している。

多孔質金属焼結層としては金属粉末と無機質粉末とを混合、焼結してなるものを好ましい一例として挙げることができ、ここで、金属粉末は、少なくとも錫、燐及び銅を含んでおり、更には、ニッケル及びマンガンのうちの少なくとも一方を含んでいるとよく、無機質粉末は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つを含んでいるとよいが、本発明はこれらに限定されない。

本発明によれば、ブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとの設置を省き得、しかも、長期の使用でも正確な軸心位置でスピンドルを保持することができるスピンドルの回転支持装置を提供することができる。

次に本発明及びそれを実施するための最良の形態を図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。

図１から図４において、高精密工作機械の主軸である鍔付きのスピンドル１を軸心２を中心としてＲ方向に回転自在に支持する本例の回転支持装置３は、スピンドル１の円柱状の軸部４をラジアル方向に関してＲ方向に回転自在に支持する軸部用静圧気体軸受５と、軸部４に一体的に設けられたスピンドル１の円環状の鍔部６をスラスト方向に関してＲ方向に回転自在に支持すべく、鍔部６の両環状面７及び８の夫々に対面して配されている空気噴出用多孔面９及び１０を夫々有した一対の鍔部用静圧気体軸受１１及び１２と、鍔部用静圧気体軸受１１及び１２の間に配されていると共に鍔部用静圧気体軸受１１及び１２に図示しないボルト等により固着された環状のスペーサ部材１３と、鍔部用静圧気体軸受１１への高圧空気の供給中に、鍔部用静圧気体軸受１２への高圧空気の供給、停止を行う空気手段（図示せず）とを具備している。

図示しないボルト等により鍔部用静圧気体軸受１２に同心に固着されているラジアル軸受である軸部用静圧気体軸受５は、円筒状であって中空の裏金２１と、裏金２１の円筒状の内面２２に焼結されていると共に軸部４の円筒状の外周面２３に円筒状の隙間２４を介して対面する円筒状の内周面２５を有した円筒状であって中空の多孔質金属焼結層２６と、複数の環状の一端２７が多孔質金属焼結層２６の円筒状外面２８に開口すると共に他端２９が裏金２１の外面３０で開口して裏金２１に設けられた空気通路３１とを具備している。

多孔質金属焼結層２６の多孔質金属焼結面からなっている内周面２５は、空気噴出用多孔面となっていると共に他端２９に供給されて多孔質金属焼結層２６内の多数の細孔を通った高圧空気を隙間２４に噴出するようになっている。

空気通路３１は、他端２９を有する導入孔３５と、導入孔３５に連通すると共に一端が栓３６により蓋された軸方向孔３７と、夫々軸方向孔３７に連通すると共に一端２７を有する円環状の複数の溝３８とを具備しており、他端２９に供給された高圧空気を多孔質金属焼結層２６の多孔質金属焼結面からなっている円筒状外面２８に導くようになっている。

スラスト軸受である鍔部用静圧気体軸受１１は、環状の裏金４１と、裏金４１の一方の環状の側面４２に焼結されていると共に鍔部６の環状面７に円環状の隙間４３を介して対面した円環状の空気噴出用多孔面９である一方の側面を有した環状の多孔質金属焼結層４４と、環状の一端４５が多孔質金属焼結層４４の円環状の他方の側面４６に開口すると共に他端４７が裏金４１の一方の側面４２以外で、本例では裏金４１の円筒状の外面４８で開口して裏金４１に設けられた空気通路４９とを具備している。

軸部４の外周面２３に円筒状の隙間５１を介して対面する円筒状の内周面５２を有した鍔部用静圧気体軸受１１における多孔質金属焼結面からなっている空気噴出用多孔面９は、他端４７に供給されて多孔質金属焼結層４４内の多数の細孔を通った高圧空気を隙間４３に噴出するようになっている。

空気通路４９は、他端４７を有する導入孔５５と、導入孔５５に連通すると共に一端４５を有する円環状の溝５６とを具備しており、他端４７に供給された高圧空気を多孔質金属焼結層４４の多孔質金属焼結面からなっている側面４６に導くようになっている。

スラスト軸受である鍔部用静圧気体軸受１２は、鍔部用静圧気体軸受１１と同様に構成されており、環状の裏金６１、裏金６１の一方の環状の側面６２に焼結されていると共に鍔部６の環状面８に円環状の隙間６３を介して対面した円環状の空気噴出用多孔面１０である一方の側面を有した環状の多孔質金属焼結層６４と、環状の一端６５が多孔質金属焼結層６４の円環状の他方の側面６６に開口すると共に他端６７が裏金６１の一方の側面６２以外で、本例では裏金６１の円筒状の外面６８で開口して裏金６１に設けられた空気通路６９とを具備している。

軸部４の外周面２３に円筒状の隙間７１を介して対面する円筒状の内周面７２を有した鍔部用静圧気体軸受１２における多孔質金属焼結面からなっている空気噴出用多孔面１０は、他端６７に供給されて多孔質金属焼結層６４内の多数の細孔を通った高圧空気を隙間６３に噴出するようになっている。

空気通路６９は、他端６７を有する導入孔７５と、導入孔７５に連通すると共に一端６５を有する円環状の溝７６とを具備しており、他端６７に供給された高圧空気を多孔質金属焼結層６４の多孔質金属焼結面からなっている側面６６に導くようになっている。

スペーサ部材１３は、その円筒状の内周面８１が円筒状の隙間８２をもって鍔部６の円筒状の外周面８３に対面して配されている。スペーサ部材１３、裏金４１及び６１には排気孔９０を適宜設けるとよい。

以上の回転支持装置３は、他端２９、４７及び６７に高圧空気が空気手段により供給されることにより内周面２５並びに空気噴出用多孔面９及び１０から隙間２４、４３及び６３に高圧空気を噴出して隙間２４、４３及び６３の空気圧により内周面２５、５２及び７２、空気噴出用多孔面９及び１０並びに内周面８１に接触しないようしてスピンドル１を軸心２を中心としてＲ方向に回転自在に支持する。

斯かる状態でスピンドル１が回転されるとスピンドル１にチャックを介して取り付けられたワークに対して切削加工が施される。この切削加工の完了後に引き続いてワークに対して切り欠き又は溝加工が施される場合、スピンドル１への回転エネルギの供給が停止される一方、空気手段は、他端２９及び４７への高圧空気の供給を維持したままで他端６７への高圧空気の供給停止を行う。他端６７への高圧空気の停止が行われると、スピンドル１が空気噴出用多孔面９から隙間４３に噴出される高圧空気により鍔部６を介して図５に示すように軸心２に沿う方向に移動されて鍔部６の環状面８は空気噴出用多孔面１０に接触して強く押し付けられる。環状面８の空気噴出用多孔面１０への押し付けで慣性で回転するスピンドル１は制動されて最後にＲ方向に回転しないように保持される。この保持状態でスピンドル１に取り付けられたワークに対して切り欠き又は溝加工が施されることになる。

このように回転支持装置３によれば、鍔部用静圧気体軸受１１及び１２の空気噴出用多孔面９及び１０が鍔部６の両環状面７及び８の夫々に対面して配されているために、鍔部用静圧気体軸受１１及び１２によりスピンドル１をスラスト方向に関して高速安定性と高い負荷容量並びに極めて小さい移動抵抗をもって支持できる上に、鍔部用静圧気体軸受１１への高圧空気の供給を維持したまま鍔部用静圧気体軸受１２への高圧空気の供給を停止することにより鍔部６を鍔部用静圧気体軸受１２の多孔質金属焼結面からなっている空気噴出用多孔面１０に圧接させることができる結果、ブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとを用いないでもスピンドル１を回転停止状態に保持でき、而して、ブレーキディスク若しくはブレーキドラムとライニングとの設置を省き得、しかも、長期の使用でも正確な軸心位置でスピンドル１を保持することができる。

他端６７への高圧空気の供給停止のみではスピンドル１を回転しないように保持する力が十分でない場合には、空気手段は、鍔部用静圧気体軸受１２への高圧空気の供給停止に加えて鍔部用静圧気体軸受１２から空気を吸引するように、より具体的には空気通路６９の空気を吸引するようになっていてもよい。

上記の鍔部用静圧気体軸受１１及び１２の夫々では、多孔質金属焼結層４４及び６４の夫々を裏金４１及び６１の側面４２及び６２の夫々に埋め込むようにして設けたが、これに代えて、図６に示すように多孔質金属焼結層４４及び６４の夫々を裏金４１及び６１の側面４２及び６２の全面に焼結により設けてもよい。

また軸部用静圧気体軸受５、鍔部用静圧気体軸受１１及び１２並びにスペーサ部材１３の外形を円筒状としたが、本発明ではこれに限定されず適用する工作機械等に合わせた四角形状等の任意の形態を採用し得る。

本発明の実施の形態の好ましい一例の断面説明図である。 図１の例に示すスピンドルの斜視図である。 図１に示す軸部用静圧気体軸受の外観図である。 図１に示す鍔部用静圧気体軸受の外観図である。 図１に示す例の動作説明図である。 軸部用静圧気体軸受の他の例の外観図である。

符号の説明

１ スピンドル
２ 軸心
３ 回転支持装置
４ 軸部
５ 軸部用静圧気体軸受
６ 鍔部
７、８ 環状面
９、１０ 空気噴出用多孔面
１１、１２ 鍔部用静圧気体軸受

Claims (5)

1. 鍔付きのスピンドルを回転自在に支持する回転支持装置であって、スピンドルの軸部をラジアル方向に関して回転自在に支持する軸部用静圧気体軸受と、軸部に一体的に設けられたスピンドルの鍔部をスラスト方向に関して回転自在に支持すべく、鍔部の両環状面の夫々に対面して配されている空気噴出用多孔面を夫々有した一対の鍔部用静圧気体軸受とを具備しており、各空気噴出用多孔面は多孔質金属焼結面からなっているスピンドルの回転支持装置。
2. 一対の鍔部用静圧気体軸受のうちの一方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給中に、他方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給、停止を行う空気手段を具備している請求項１に記載の回転支持装置。
3. 一対の鍔部用静圧気体軸受のうちの一方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給中に、他方の鍔部用静圧気体軸受への高圧空気の供給、供給停止に加えて他方の鍔部用静圧気体軸受から空気の吸引を行う空気手段を具備している請求項１に記載の回転支持装置。
4. 軸部用静圧気体軸受は、中空の裏金と、この裏金の内面に焼結されていると共に軸部の円筒状の外周面に対面する円筒状の内周面を有した中空の多孔質金属焼結層と、一端が多孔質金属焼結層の外面に開口すると共に他端が裏金の外面で開口して裏金に設けられた空気通路とを具備している請求項１から３のいずれか一項に記載の回転支持装置。
5. 各鍔部用静圧気体軸受は、環状の裏金と、この裏金の一方の側面に焼結されていると共に鍔部の対応の円環状面に対面した空気噴出用多孔面である一方の側面を有した環状の多孔質金属焼結層と、一端が多孔質金属焼結層の環状の他方の側面に開口すると共に他端が裏金の一方の側面以外で開口して裏金に設けられた空気通路とを具備している請求項１から４のいずれか一項に記載の回転支持装置。

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