JP2009068547A - スピンドル装置 - Google Patents
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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、13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、13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、多孔質空気軸受28、29とハウジング13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、53と、エア排出路52、53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
【解決手段】ハウジング12、13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、13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、多孔質空気軸受28、29とハウジング13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、53と、エア排出路52、53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、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、前記静圧気体軸受には、前記静圧気体軸受と前記スピンドルとの間隙に生じるエアを導入して軸受外部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、前記エア排出路のエア導入口は、前記静圧気体軸受のスラスト受面に形成されてなる。
係る構成によれば、エア排出路のエア導入口は、静圧気体軸受のスラスト受面に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、前記各スラスト軸受のスラスト受面に前記エア排出路のエア導入口がそれぞれ形成されてなる。
係る構成によれば、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各スラスト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、28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、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、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を構成する固定部材、例えば、ハウジング12、13、多孔質空気軸受26〜29のうちハウジング13、多孔質空気軸受28、29に、図2に示すように、軸受隙間を流れるエアや多孔質空気軸受28、29を通過したエアを軸受外部に導くエア排出路52、53と、エア排出路52、53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、53のエア導入口52a、53aは、多孔質空気軸受28、29のスラスト受面28a、29aに形成されている。すなわち、各エア排出路52、53のエア導入口52a、53a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、53に導入されると、このエアは、エア排出路52、53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、53に導入されたエアがエア排出路52、53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、53及び絞り54、55を、固定部材としての多孔質空気軸受28、29とハウジング13に形成し、エア排出路52をエア通路32に連通させるとともに、エア排出路53をハウジング13外部に連通させるようにしたため、エアの排出を円滑にすることができる。
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、53 エア排出路、54、55 絞り
Claims (5)
- 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、前記静圧気体軸受には、前記静圧気体軸受と前記スピンドルとの間隙に生じるエアを導入して軸受外部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。
- 前記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。
- 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。
- 前記各スラスト軸受のスラスト受面に前記エア排出路のエア導入口がそれぞれ形成されてなる、ことを特徴とする請求項3に記載のスピンドル装置。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN114135583A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-03-04 | 郑州大学 | 一种高刚度大承载超声波挤压悬浮轴承 |
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