JP2009068546A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアの圧縮性に起因するエアハンマーの発生を確実に抑制すること。
【解決手段】ハウジング１２に、スピンドル１４が多孔質空気軸受２６〜２９を介して回転自在に支持され、スピンドル１４が電動モータ３８のモータ回転軸４４に連結され、ハウジング１２には、給気口３４から導入したエアを多孔質空気軸受２６〜２９を介して排気口３６から排出するエア通路３０〜３３が形成され、多孔質空気軸受２６、２７は、ラジアル軸受として構成され、多孔質空気軸受２８、２９は、スラスト軸受として構成され、スピンドル１２のフランジ１６、には、軸受隙間を流れるエアや多孔質空気軸受２８、２９を通過したエアを導入して軸受外部に導くエア排出路５２と、エア排出路５２を通過するエアの流量を調整する絞り５４、５５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、静圧気体軸受によって回転自在に支持されたスピンドルを電動モータによって回転駆動し、スピンドルの回転力を精密な計測器や加工機などに伝達するのに好適なスピンドル装置に関する。

スピンドル装置は、切削、研削などの工具を回転駆動する工作機械の一要素として、あるいは磁気ディスクなどを回転駆動する検査機械の一要素として用いられている。この種のスピンドル装置は、円筒状のハウジングに、回転軸であるスピンドル（スピンドルシャフト）が静圧気体軸受を介して支持され、スピンドルには電動モータのモータ回転軸が連結され、電動モータの駆動によってスピンドルが回転駆動されるようになっている。この際、静圧気体軸受は、エアの供給を受けてスピンドルとの間に隙間を形成し、スピンドルを非接触で回転自在に支持し、スピンドルが高速で回転できるようになっている。

一方、精密加工機、精密測定器等に使用されるスピンドル装置は、高い剛性が要求される。そのため、スピンドル装置の静圧気体軸受として、空気軸受の中で最も剛性の高い多孔質空気軸受が採用されている。

しかし、静圧気体軸受として、空気軸受を用いた場合、空気の圧縮性に起因するエアハンマーと呼ばれる自励振動が発生することがある。特に、空気軸受に多孔質空気軸受を用いた場合、多孔質自体が空気溜りとなり、エアハンマーがより発生し易くなる。

そこで、この発明の目的は、空気の圧縮性に起因するエアハンマーの発生を確実に抑制することができるスピンドル装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、筒状のハウジングに、スピンドルが静圧スラスト気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結され、前記ハウジングには、給気口から導入したエアを前記静圧気体軸受を介して排気口から排出するエア通路が形成されてなるスピンドル装置において、前記静圧気体軸受は、前記スピンドルからラジアル方向の荷重を受けるラジアル軸受と、前記スピンドルのフランジからスラスト方向の荷重を受けるスラスト軸受とから構成され、前記スピンドルには、スラスト軸受隙間を流れるエアや前記静圧スラスト気体軸受を通過したエアを導入してスピンドル外に導くエア排出路と、前記エア排出路を通過するエアの流量を調整する絞りが形成されてなることを特徴とするものである。

係る構成によれば、スラスト軸受隙間を流れるエアや静圧スラスト気体軸受を通過したエアがエア排出路に導入されると、導入されたエアは、エア排出路を流れる過程で、絞りによってその流量が制御される。その際、絞りによるエアの減衰作用が高まり、エアの圧縮性に起因するエアハンマー（自励振動）が発生するのを確実に抑制することができる。

前記スピンドル装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。好適には、前記エア排出路及び絞りは、前記スピンドルのフランジに形成され、前記エア排出路のエア導入口は、前記静圧気体軸受のうちスラスト軸受のスラスト受面に相対向して形成されてなる。

係る構成によれば、エア排出路及び絞りは、回転部材としてのフランジに形成されているので、エア排出路及び絞りを容易に形成することができる。フランジのエア排出路のエア導入口は、前記静圧気体軸受のスラスト受面に相対向して形成されているので、軸受隙間を流れるエアや静圧気体軸受を通過したエアのうち静圧気体軸受のスラスト受面を流れるエアをエア排出路に円滑に導入することができる。

好適には、前記スピンドルの長手方向中程にはフランジが形成され、前記フランジを間にして、前記スピンドル外周には、前記フランジに隣接して静圧気体軸受のうちスラスト軸受がそれぞれ配設されてなる。

係る構成によれば、フランジに隣接してスラスト軸受をそれぞれ配設することで、各スラスト軸受でスピンドルを円滑に支持することができる。

好適には、前記各フランジには、前記エア排出路及び絞りが形成され、前記フランジのエア排出路のエア導入口は、前記各静圧気体軸受のスラスト受面に相対向して形成されてなる。

係る構成によれば、エア排出路及び絞りは、回転部材としてのフランジに形成されているので、エア排出路及び絞りを容易に形成することができる。フランジのエア排出路のエア導入口は、各静圧気体軸受のスラスト受面に相対向して形成されているので、軸受隙間を流れるエアや各静圧気体軸受を通過したエアのうち静圧気体軸受のスラスト受面を流れるエアをエア排出路に円滑に導入することができる。

好適には、前記静圧気体軸受は、多孔質空気軸受で構成されてなる。

係る構成によれば、エアの通気性を高めることができる。

本発明によれば、エアハンマーの発生を確実に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施例を示すスピンドル装置の断面図である。図1において、スピンドル装置１０は、ほぼ円筒状に形成された金属製（ステンレス製）ハウジング１２、１３を備えており、ハウジング１２、１３内には円柱状のスピンドル（スピンドルシャフト）１４が回転軸として回転自在に収納されている。

スピンドル１４の長手方向（軸方向）の途中には円環状のフランジ１６が一体に形成されており、スピンドル１４の長手方向端部には、切削、研磨などの工具、あるいは磁気ディスクなどが連結されるようになっている。

ハウジング１２とスピンドル１４との間には、静圧気体軸受として、一対の多孔質空気軸受２６、２７がスピンドル１４の長手方向（軸方向）に沿って配置されている。多孔質空気軸受２６、２７は、スピンドル１４からラジアル荷重（ラジアル方向の荷重）を受けるラジアル軸受として機能し、多孔質空気軸受２６、２７のうちスピンドル１４外周との対向面は、ラジアル荷重を受けるラジアル受面２６ａ、２７ａとして構成されている。

ハウジング１３とスピンドル１４との間には、静圧気体軸受として、一対の多孔質空気軸受２８、２９がスピンドル１４の長手方向（軸方向）に沿って配置されているとともに、各多孔質空気軸受２８、２９がフランジ１６を間にして、フランジ１６に隣接して配置されている。多孔質空気軸受２８、２９は、スピンドル１４のフランジ１６からスラスト荷重（スラスト方向の荷重）を受けるスラスト軸受として機能し、多孔質空気軸受２８、２９のうちフランジ１６との対向面は、スラスト荷重を受けるスラスト受面２８ａ、２９ａとして構成されている。

またハウジング１２、１３には、多孔質空気軸受２６、２７、２８、２９にエアを供給するためのエア通路３０、３１、３２、３３が形成されており、エア通路３０の給気口３４にはエア供給源からのエアが供給されるようになっている。給気口３４に導入されたエアは、エア通路３０を介して多孔質空気軸受２６、２７、２８、２９に供給され、多孔質空気軸受２６、２７、２８、２９を通過したエアは、エア通路３１、３２、３３を介して排気口３５、３６、３７から排出されるようになっている。エア供給源からのエアがエア通路３０と多孔質空気軸受２６〜２９およびエア通路３１〜３３を介して排気口３５〜３７から排気される過程では、エアの一部がスピンドル１４外周と各多孔質空気軸受２６〜２９との間の軸受隙間から排出されるとともに、多孔質空気軸受２８とフランジ１６との軸受隙間および多孔質空気軸受２９とフランジ１６との間の軸受隙間から排出される。

この際、多孔質空気軸受２６〜２９は、ハウジング１２、１３に支持された状態で、スピンドル１４との対向面が、ラジアル荷重を受けるラジアル受面２６ａ、２７ａとして機能し、フランジ１６との対向面が、スラスト荷重を受けるスラスト受面２８ａ、２９ａとして機能し、スピンドル１４とフランジ１６を非接触状態で回転自在に支持することができる。

一方、ハウジング１３には、ハウジング１３に隣接して電動モータ３８が並設されており、電動モータ３８は円筒状のモータブラケット４０内に収納されて固定されている。モータブラケット４０は、その長手方向一端部がハウジング１３に連結され、長手方向他端部がカバー４２によって閉塞されている。

電動モータ３８は、モータ回転軸４４、ロータ４６、ステータ４８を備え、モータ回転軸４４の長手方向（軸方向）一端側がスピンドル１４の長手方向端部にボルト（図示せず）を介して連結され、モータ回転軸４４の外周にはロータ４６が圧入されて固定されている。ロータ４６の外側には回転磁界を発生するステータ４８が配置されており、ステータ４８は、モータブラケット４０内壁面に固定されている。この電動モータ３８は、ロータ４６の回転に伴う回転力をモータ回転軸４４を介してスピンドル１４に伝達し、スピンドル１４を回転駆動するようになっている。

上記構成によるスピンドル装置１０において、エア供給源からのエアを多孔質空気軸受２６〜２９に供給し、多孔質空気軸受２６〜２９でスピンドル１４とフランジ１６を非接触状態で回転自在に支持するとともに、電動モータ３８でスピンドル１４を回転駆動するに際して、多孔質スラスト軸受表面の絞りが弱い場合は、エアの圧縮性に起因するエアハンマー（自励振動）が発生することがある。エアハンマーが発生すると、高い給気圧力では使用できず、高い剛性が得られなくなる。

そこで、本実施例においては、軸受隙間に排出されたエアや多孔質空気軸受２８、２９を通過したエアを外部に速やかに排出するために、スピンドル装置１０を構成する回転部材、例えば、スピドル１４やフランジ１６のうちフランジ１６に、図２に示すように、軸受隙間に排出されたエアや多孔質空気軸受２８、２９を通過したエアを導入して軸受外部に導くエア排出路５２と、エア排出路５２を通過するエアの流量を調整する絞り５４、５５を設けることとしている。

この際、各エア排出路５２のエア導入口５２ａ、５２ｂは、多孔質空気軸受２８、２９のスラスト受面２８ａ、２９ａに相対向して形成されている。すなわち、各エア排出路５２のエア導入口５２ａ、５２ｂは、軸受隙間を流れるエアや多孔質空気軸受２８、２９を通過したエアのうち多孔質空気軸受２８、２９のスラスト受面２８ａ、２９ａを流れるエアを円滑に導入できる位置に形成されている。

一方、軸受隙間を流れるエアや多孔質空気軸受２８、２９を通過したエアのうちスラスト受面２８ａ、２９ａを流れるエアがエア排出路５２に導入されると、このエアは、エア排出路５２を流れる過程で、絞り５４、５５によってその流量が制御される。その際、絞り５４、５５によるエアの減衰作用が高まり、エアの圧縮性に起因するエアハンマー（自励振動）が発生するのを確実に抑制することができる。

本実施例によれば、エア排出路５２に導入されたエアがエア排出路５２を流れる過程で、絞り５４、５５によってその流量を制御するようにしたため、絞り５４、５５によるエアの減衰作用が高まり、エアの圧縮性に起因するエアハンマー（自励振動）が発生するのを確実に抑制することができる。

また、本実施例によれば、エア排出路５２及び絞り５４、５５を、回転部材としてのフランジ１６に形成するようにしたため、固定部材にエア排出路５２及び絞り５４、５５を形成するときよりも、エア排出路５２及び絞り５４、５５を容易に形成することができる。

本発明の一実施例を示すスピンドル装置の断面図である。 エア排出路の断面図である。

符号の説明

１０ スピンドル装置、１２、１３ ハウジング、１４ スピンドル、１６ フランジ、２６、２７、２８、２９ 多孔質空気軸受、３０、３１、３２、３３ エア通路、３８ 電動モータ、４４ モータ回転軸、４６ ロータ、４８ ステータ、５２ エア排出路、５４、５５ 絞り

Claims (5)

1. 筒状のハウジングに、スピンドルが静圧気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結され、前記ハウジングには、給気口から導入したエアを前記静圧気体軸受を介して排気口から排出するエア通路が形成されてなるスピンドル装置において、
   前記静圧気体軸受は、前記スピンドルからラジアル方向の荷重を受けるラジアル軸受と、前記スピンドルのフランジからスラスト方向の荷重を受けるスラスト軸受とから構成され、前記スピンドルには、軸受隙間を流れるエアや前記静圧気体軸受を通過したエアを導入してスピンドル外に導くエア排出路と、前記エア排出路を通過するエアの流量を調整する絞りが形成されてなる、ことを特徴とするスピンドル装置。
2. 前記エア排出路及び絞りは、前記スピンドルのフランジに形成され、前記エア排出路のエア導入口は、前記静圧気体軸受のうちスラスト軸受のスラスト受面に相対向して形成されてなる、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
3. 前記スピンドルの長手方向中程にはフランジが形成され、前記フランジを間にして、前記スピンドル外周には、前記フランジに隣接して静圧気体軸受のうちスラスト軸受がそれぞれ配設されてなる、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
4. 前記各フランジには、前記エア排出路及び絞りが形成され、前記フランジのエア排出路のエア導入口は、前記各静圧気体軸受のスラスト受面に相対向して形成されてなる、ことを特徴とする請求項３に記載のスピンドル装置。
5. 前記静圧気体軸受は、多孔質空気軸受で構成されてなる、ことを特徴とする請求項１、２、３または４のうちいずれか１項に記載のスピンドル装置。

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