JP2016048102A - エアースピンドルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】エアーベアリングを構成する隙間に面した部分を腐食させないエアースピンドルユニットを提供する。【解決手段】エアースピンドルユニット１は、回転スピンドル２と、ラジアルエアーベアリング１０とスラストエアーベアリング２０とを有し回転スピンドル２を回転可能に支持するハウジング３と、ラジアルエアーベアリング１０とスラストエアーベアリング２０とに高圧エアーを供給するエアー供給経路７０とを少なくとも備え、少なくともスラストプレート２１の表面２１０ａ，２１０ｂと、ハウジング３のスラスト面５ｂとに、保護被膜９が形成されているため、隙間８に水や湿気が浸入したとしても、スラスト面５ｂと表面２１０ａ，２１０ｂとに腐食を生じさせない。よって、腐食によって生じたゴミにより回転スピンドル２が回転できなくなるのを防止することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、加工具を回転させる回転スピンドルをエアーで支持する構造のエアースピンドルユニットに関する。

板状ワークなどの被加工物を加工する加工装置は、例えば、加工具を回転させる回転スピンドルと、回転スピンドルを回転可能に支持するハウジングと、ハウジング内に配設され回転スピンドルをエアーで支持するエアーベアリングとを少なくとも有するスピンドルユニットを備えている。

エアーベアリングは、回転スピンドルのスラスト方向を支持するスラストエアーベアリングと、回転スピンドルのラジアル方向を支持するラジアルエアーベアリングとにより構成されている。スラストエアーベアリングは、回転スピンドルの径よりも大きく形成された円板状のスラストプレートを備えている。このように構成されるエアーベアリングでは、回転スピンドルとハウジングとの間の隙間にエアーを噴出することにより、エアーの圧力でラジアル方向に回転スピンドルを非接触状態で支持するとともに、スラストプレートとハウジングとの間の隙間にエアーを噴出することにより、スラスト方向に回転スピンドルを非接触状態で支持することができる（例えば、下記の特許文献１及び特許文献２を参照）。

エアーベアリングを構成する上記隙間が狭いほうが、高精度かつ高剛性のエアースピンドルユニットを構成することが可能となるが、隙間の間隔を狭くしすぎすると、噴出されるエアーに混入した細かなゴミが隙間に詰まってしまう可能性がある。そのため、回転スピンドルに例えばエアーフィルタを備えることにより、隙間にゴミが侵入するのを防ぐことができる。

特開２００７−２２３０１４号公報 特開２００４−０２５６６７号公報

ここで、例えば、エアースピンドルユニットを所望の位置に搬送する際に、ハウジング内部に結露が生じて水や湿気がエアーベアリングを構成する隙間に浸入することがあり、隙間に面した部分が斑点状に腐食する場合がある。この場合に、隙間にエアーを供給しつづけると腐食部分が崩れてゴミが発生するとともに、ゴミが隙間に挟まって回転スピンドルが回転できなくなるという不具合が生じる。

また、エアースピンドルユニットを研削ホイールに装着させた研削装置においては、高い研削力を確保するために、高い荷重を加えて被加工物を研削する必要がある。そのため、被加工物に対して研削ホイールを鉛直方向に荷重をかけることから、スラストプレートとハウジングとの間の隙間が狭まり、スラストプレートとハウジングとが接触してゴミが発生することがある。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、エアーベアリングを構成する隙間に面する部分に腐食を生じさせないようにすることを目的としている。

本発明は、エアースピンドルユニットに関するもので、回転スピンドルと、ラジアルエアーベアリングとスラストエアーベアリングとを有し該回転スピンドルをエアーで回転可能に支持するハウジングと、該ラジアルエアーベアリングと該スラストエアーベアリングとに高圧エアーを供給するエアー供給経路とを少なくとも備えており、少なくとも、該スラストエアーベアリングを構成するスラストプレートの表面と、該高圧エアーを介して該スラストプレートを挟持する該ハウジングのスラスト面とに、保護被膜が形成される。

本発明は、上記ラジアルエアーベアリングを構成する上記回転スピンドルの外周面と、高圧エアーを介して該外周面を支持する上記ハウジングのラジアル面とに、上記保護被膜を形成してもよい。

本発明にかかるエアースピンドルユニットは、回転スピンドルと、ラジアルエアーベアリングとスラストエアーベアリングとを有し該回転スピンドルを回転可能に支持するハウジングとを備え、少なくともスラストエアーベアリングを構成するスラストプレートの表面とハウジングのスラスト面とに保護被膜が形成されているため、例えばエアースピンドルユニットを所望の位置に搬送するときに、ハウジング内部に結露が生じることで水や湿気が発生したとしても、保護被膜がハウジングのスラスト面とスラストプレートの表面とをカバーするため、ハウジングのスラスト面とスラストプレートの表面とが腐食することはなく、回転スピンドルに動作不良が生じることはない。
また、エアースピンドルユニットを用いて被加工物に荷重を加えて研削する際に、スラストプレートの表面とハウジングのスラスト面とが接触しても、保護被膜によってスラストプレートの表面及びハウジングのスラスト面が保護される。

ラジアルエアーベアリングを構成する上記回転スピンドルの外周面と、高圧エアーを介して該外周面を支持する上記ハウジングのラジアル面とに、上記保護被膜を形成した場合についても、保護被膜によって水や湿気が回転スピンドルの外周面とハウジングのラジアル面とをカバーできるため、回転スピンドルの外周面とハウジングのラジアル面とが腐食するのを防止できる。

エアースピンドルユニットの一例を示す縦断面図である。 スラストエアーベアリングの構成を示す拡大断面図である。 ラジアルエアーベアリングの構成を示す拡大断面図である。

図１に示すエアースピンドルユニット１は、回転スピンドル２と、回転スピンドル２をエアーにより非接触状態で支持するハウジング３とを備えている。ハウジング３には、中央部分に回転スピンドル２を挿通させるための軸穴４が形成されている。軸穴４は、少なくとも回転スピンドル２の外径よりも大きい内径を有している。エアースピンドルユニット１は、この軸穴４に回転スピンドル２が挿通されハウジング３の下部から回転スピンドル２が突出した構成となっている。

回転スピンドル２の上端には、回転スピンドル２を回転させるモータ６が接続されている。モータ６は、回転スピンドル２の上端に連結されたロータ６０と、ロータ６０を回転させるステータ６１とを備えている。一方、回転スピンドル２の下端には、被加工物に対して研削加工を施す研削ホイール３０が装着されている。研削ホイール３０は、ボルト３３によってホイールマウント３１に固定されたホイール基台３２と、ホイール基台３２の下部において環状に固着された複数の研削砥石３４とにより構成されている。そして、電力供給源によってモータ６が駆動されて回転スピンドル２を回転させることにより、研削ホイール３０を回転させることができる。

エアースピンドルユニット１は、ハウジング３の内部に配設され回転スピンドル２を非接触の状態で支持するエアーベアリングとを備えている。エアーベアリングは、ラジアル方向から回転スピンドル２を支持するラジアルエアーベアリング１０とスラスト方向から回転スピンドル２を支持するスラストエアーベアリング２０とにより構成されている。ラジアルエアーベアリング１０は、回転スピンドル２に向けて高圧エアーを噴出するための噴出口１１を複数備えており、噴出口１１は、軸穴４の内周面であるハウジング３のラジアル面５ａに形成されている。

スラストエアーベアリング２０は、回転スピンドル２の下部に設けられた円板状のスラストプレート２１と、スラストプレート２１に向けて高圧エアーを噴出するための噴出口２２を複数備えている。噴出口２２は、ハウジング３のうちスラストプレート２１に対面するスラスト面５ｂに設けられている。スラストプレート２１とハウジング３のスラスト面５ｂとの間には、隙間８が形成されている。隙間８の間隔は、例えば１０μｍに設定されている。

スラストプレート２１とハウジング３との間には、薄膜の保護被膜９が形成されている。具体的には、図２に示すように、保護被膜９は、スラストプレート２１の表面２１０ａ，２１０ｂの全面に被覆されて形成されている。また、保護被膜９は、高圧エアーを介してスラストプレート２１を挟持するハウジング３のスラスト面５ｂにも被覆されて形成されている。噴出口２２には、保護被膜９が被覆されていない。

保護被膜９は、例えばフッ素樹脂によって膜厚が０．０１μｍに形成されている。保護被膜９をフッ素樹脂で構成することにより、極めて薄く保護被膜を形成することができ、隙間８の間隔を狭めることなくスラストエアーベアリング２０を構成することができる。また、フッ素樹脂からなる保護被膜９は、耐性が高いため、スラストプレート２１及びハウジング３の母材を保護するカバー材として機能する。

ハウジング３の内部には、ラジアルエアーベアリング１０とスラストエアーベアリング２０とに高圧エアーを供給するエアー供給経路７０が形成されている。エアー供給経路７０の一端には、エアー供給源７が接続されている。さらに、エアー供給経路７０は、各噴出口１１に接続されるエアー供給経路７１と、各噴出口２２に接続されるエアー供給経路７２とに連通している。

このように構成されるエアースピンドルユニット１を用いて被加工物を研削する際には、ステータ６１に電力を供給することによりロータ６０を回転させる。このロータ６０の回転にともなって回転スピンドル２が回転し、研削ホイール３０を回転させて被加工物に対して所望の研削加工を行う。

このとき、エアースピンドルユニット１のエアー供給源７が作動し、エアー供給経路７１を通じて各噴出口１１から軸穴４に高圧エアーを噴出することにより回転スピンドル２をラジアル方向に非接触状態で支持するとともに、エアー供給経路７２を通じて各噴出口２２から隙間８に高圧エアーを噴出することにより回転スピンドル２をスラスト方向に非接触状態で支持する。そして、噴出口１１，２２から噴出された高圧エアーは、ハウジング３の下端に形成された排出口７３から外部へ排出される。

エアースピンドルユニット１では、少なくともスラストエアーベアリング２０を構成する隙間８に面したスラストプレート２１の表面２１０ａ，２１０ｂと、ハウジング３のスラスト面５ｂとに保護被膜９を形成したため、研削砥石３４で被加工物に荷重を加えて研削する際に、回転スピンドル２が下方に下がって隙間８が狭まりスラストプレート２１の表面２１０ａ，２１０ｂとハウジング３のスラスト面５ｂとが接触しても、保護被膜９によってスラストプレート２１の表面２１０ａ，２１０ｂ及びハウジング３のスラスト面５ｂが保護される。

また、エアースピンドルユニット１を搬送する際等に、隙間８に水や湿気が浸入したとしても、ハウジング３のスラスト面５ｂとスラストプレート２１の表面２１０ａ，２１０ｂとに水や湿気が付着するのを保護被膜９がカバーするため、スラストプレート２１の表面２１０ａ，２１０ｂと、ハウジング３のスラスト面５ｂとが腐食するのを防止することができ、回転スピンドル２が回転できなくなるという不具合を生じさることがない。

なお、保護被膜９は、図２に示すスラストプレート２１の側面２１１及びハウジング３の内壁面５ｃに形成してもよい。また、各噴出口２２のエアー供給経路７２の開口付近に至るまで保護被膜９を形成してもよい。これにより、隙間８に面した面全体の腐食を効果的に防止することができる。

図３に示すエアースピンドルユニット１Ａのように、ラジアルエアーベアリング１０側にも保護被膜９Ａを形成することが望ましい。具体的には、回転スピンドル２の外周面２ａと、高圧エアーを介して外周面２ａを支持するハウジング３のラジアル面５ａとに保護被膜９を被覆して形成する。

ラジアルエアーベアリング１０を構成する回転スピンドル２の外周面２ａと、高圧エアーを介して外周面２ａを支持するハウジング３のラジアル面５ａとに保護被膜９Ａを形成した場合においても、水や湿気が外周面２ａとラジアル面５ａとに付着するのを保護被膜９Ａによって防ぐことができるため、外周面２ａとラジアル面５ａとが腐食するのを防止することができる。

なお、エアースピンドルユニット１が適用される加工装置は、特に限定されるものではなく、例えば、研削装置、切削装置及び研磨装置といった回転スピンドルを備える各種加工装置に適用することができる。

１，１Ａ：エアースピンドルユニット ２：回転スピンドル ２ａ：外周面
３：ハウジング ４：軸穴 ５ａ：ラジアル面 ５ｂ：スラスト面 ５ｃ：内壁面
６：モータ ６０：ロータ ６１：ステータ
７：エアー供給源 ７０，７１，７２：エアー供給経路 ７３：排出口
８：隙間 ９，９Ａ：保護被膜
１０，１０Ａ：ラジアルエアーベアリング １１：噴出口
２０：スラストエアーベアリング ２１：スラストプレート ２１０ａ，２１０ｂ：表面
２１１：側面 ２２：噴出口
３０：研削ホイール ３１：ホイールマウント ３２：ホイール基台 ３３：ボルト
３４：研削砥石

Claims (2)

1. 回転スピンドルと、ラジアルエアーベアリングとスラストエアーベアリングとを有し該回転スピンドルをエアーで回転可能に支持するハウジングと、該ラジアルエアーベアリングと該スラストエアーベアリングとに高圧エアーを供給するエアー供給経路とを少なくとも備えるエアースピンドルユニットであって、
   少なくとも、該スラストエアーベアリングを構成するスラストプレートの表面と、該高圧エアーを介して該スラストプレートを挟持する該ハウジングのスラスト面とに、保護被膜が形成されるエアースピンドルユニット。
2. 前記ラジアルエアーベアリングを構成する前記回転スピンドルの外周面と、前記高圧エアーを介して該外周面を支持する前記ハウジングのラジアル面とに、前記保護被膜が形成される請求項１記載のエアースピンドルユニット。

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