JP2518939Y2 - 静圧気体軸受スピンドル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、主軸と軸受間の軸受隙間に圧縮気体を供
給することによって、主軸を非接触状態で支持するよう
にした静圧気体軸受スピンドルに関する。

〔従来の技術〕

静圧気体軸受は、主軸と軸受の間に設けた微小な軸受
隙間に流体絞りノズルから圧縮気体を供給することによ
り、主軸を軸受に対して非接触で支持することができ
る。

従って、他の軸受形式に比べて摩擦損失が小さく、寿
命の問題がないため、高速スピンドルの軸受に適し、例
えば、研削盤、小径穴明機、脆性材料加工機等の高速回
転スピンドルに使用されている。

第４図は静圧気体軸受を使用した従来の高速回転スピ
ンドルの例を示しており、ハウジング１内に収納した主
軸２を、４個のジャーナル軸受３、４、５、６と主軸２
の鍔７を両側から挾む両面対向形のスラスト軸受８、９
によって軸受面に対して非接触に支持している。

各ジャーナル軸受３、４、５、６とスラスト軸受８、
９にはハウジング１に設けた圧縮気体供給路10と連通す
る給気絞りノズル11、12が設けられ、軸受隙間に対して
圧縮気体を供給することにより、主軸２をラジアル方向
及びスラスト方向に対して非接触で支持し、各軸受隙間
は排気通路13、14、15、16によって外部に連通し、大気
圧に保たれている。

上記主軸２の駆動方法は図示の場合、後端部に取付け
たモータ17のロータ17aとモータステータ17bによって直
接駆動するものを示したが、エアタービン駆動のほか、
ベルトやカップリングを用い、ハウジングの外部から他
の駆動源で間接的に駆動する方法も採用されている。

ところで、このようなスピンドルをさらに高速化する
ためには、主軸−軸受系の固有振動数（危険速度）を高
くする必要がある。固有振動数を向上させる方法として
軸受の高剛性化と、主軸の軽量化が考えられる。主軸の
軽量化は、アルミ合金やプラスチックなど比重の小さい
材料を採用することで可能になる。

しかし、静圧気体軸受は軸受面の油分を完全に除いた
状態で使用するので、主軸と軸受面が接触した場合にア
ルミ合金やプラスチックのような軟質材料では容易に摩
耗、変形、焼付け等を生じ、スピンドルは使用不可能に
なる。

〔考案が解決しようとする課題〕

この問題を解決するために、たとえばアルミ合金に陽
極酸化処理を行ない、さらに固体潤滑材を含浸する表面
処理等が提案されているが、高速回転中に軸受への給気
が断たれるような厳しい条件では必ずしも十分ではなか
った。

また、主軸を軟質材料のみで形成した構造は仕上加工
時や、ハウジングに組付時傷が付きやすく、さらにねじ
部においても軟質材料のみでは表面の摩耗が大きく耐久
性に問題があった。

そこでこの考案は主軸にアルミ合金又はプラスチック
を使用して軽量化を図り、かつ、その表面における軸受
面や工具取付面の耐焼付性や耐摩耗性を改善し、高速回
転が可能で信頼性の高い静圧気体軸受スピンドルを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記のような課題を解決するため、この考案は、ハウ
ジング内に主軸を収納し、該主軸を静圧気体軸受によっ
て支持した静圧気体軸受スピンドルであって、ハウジン
グに設けた銅合金の軸受スリーブと、該主軸表面全面に
無電解ニッケルメッキ層を施し、更に軸受面にクロムメ
ッキ層を施されたアルミ合金又はプラスチックから成る
主軸とからなる構成としたものである。

〔作用〕

主軸をアルミ合金又はプラスチックで形成したので軽
量化が図れ、この主軸の表面に無電解ニッケルメッキ層
を施し、軸受面に硬質クロムメッキ層を設けたので、軟
質材料を用いた主軸に対する硬質クロムメッキ層の密着
が可能となり、この硬質クロムメッキ層によって、軸受
面の耐焼付性、耐摩耗性が向上し、主軸の高速回転が可
能になる。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を添付図面の第１図乃至第３
図に基づいて説明する。なお、第４図に示した従来例と
同一部分については、同一符号を付すことによって説明
に代える。

第１図と第２図に示すように、静圧気体軸受の主軸２
は、アルミ合金等の軽合金やプラスチックのような軟質
材料を用いて形成され、その外面に無電解ニッケルメッ
キ層21がねじ部を含む全面に施されている。

上記主軸２におけるジャーナル軸受面31、スラスト軸
受面32及び工具取付部33等の特に硬度、耐摩耗性の必要
な部分には、無電解ニッケルメッキ層21の上に硬質クロ
ムメッキ層22が設けられている。

硬質クロムメッキは無電解ニッケルメッキに対して密
着性がよく、従って、主軸２に無電解ニッケルメッキ層
21がねじ部を含む全面に施されているため、硬質クロム
メッキのみでは密着しにくい、アルミ合金等の軟質材料
を主軸２に使用したとしても、ジャーナル軸受面31、ス
ラスト軸受面32、工具取付部33等に硬質クロムメッキ層
22を強固に固着することができる。

なお、主軸２の材料にプラスチックを使用する場合
は、軸の曲げ剛性を高めるため、ガラス繊維、炭素繊維
などによる強化プラスチックを用いることが望ましい。

また、場合によっては、メッキ層の下地として、電鋳
や溶射及びコーティング等によって他の表面処理を行な
うこともある。

更に、主軸２の軸受面は、静圧気体軸受の微小な隙間
を確保するために仕上げ加工が必要になり、材料として
強化プラスチックを使用すると、研削加工面に強化繊維
の先端が残り、そのままで使用できないという問題が生
じるが、この考案により、成形後のプラスチック表面に
硬質クロムメッキ層22を設け、このメッキ層22を研削加
工することにより通常と同様の工程で良好な仕上面を得
ることができる。

第３図は、アルミ合金の主軸（直径20mm）に各種の表
面処理を施し、15万rpmで回転中に静圧気体軸受への給
気を止めて主軸と軸受を接触させた場合の回転不能に至
るまでの接触回数を示す。軸受スリーブの材質は青銅系
の銅合金である。Ａ乃至Ｅの表面処理が１〜14回で回転
不能になっているのに対し、Ｆで示したこの考案の硬質
クロムメッキ層は88回接触した後でも回転可能であり、
高速回転時の主軸と軸受スリーブの接触に対して、非常
に効果的であり、硬質クロムメッキと下地との密着度も
良好なことがわかる。

〔効果〕

以上のように、この考案によると、アルミ合金又はプ
ラスチックの主軸として軽量化を図り、軸受の高剛性の
ために軸受スリーブを銅合金としたことで固有振動数を
高くでき、さらに、スピンドルの信頼性を高めるため
に、主軸の全表面に無電界ニッケルメッキ層を施し、主
軸の軸受面に硬質クロムメッキ層を施したので、これら
によって従来スピンドルよりも固有振動数が高く、高速
回転が可能で信頼性の高い静圧気体軸受スピンドルが可
能となる。

また、主軸のねじ部等には無電解ニッケルメッキ層が
施されているため、ねじ部の摩耗やこれにねじ込まれる
工具ねじ面とのくい付が防止できる。

更に主軸に無電解ニッケルメッキ層を全面に施したの
で、硬質クロムメッキのみでは密着しにくい、アルミ合
金等の軟質材料を主軸に使用したとしても、軸受や工具
取付部に硬質クロムメッキが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案に係るスピンドルの縦断面図、第２
図は同上の要部を拡大した断面図、第３図は耐焼付性試
験結果を示すグラフ、第４図は従来のスピンドルを示す
縦断面図である。 １……ハウジング、２……主軸、３、６……ジャーナル
軸受、８、９……スラスト軸受、11、12……給気絞りノ
ズル、21……無電解ニッケルメッキ層、22……硬質クロ
ムメッキ層、31……ジャーナル軸受面、32……スラスト
軸受面、33……工具取付部。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング内に主軸を収納し、該主軸を静
   圧気体軸受によって支持した静圧気体軸受スピンドルで
   あって、ハウジングに設けた銅合金の軸受スリーブと、
   該主軸表面全面に無電解ニッケルメッキ層を施し、更に
   軸受面にクロムメッキ層を施されたアルミ合金又はプラ
   スチックから成る主軸とからなる静圧気体軸受スピンド
   ル。