JP3261602B2 - 磁気軸受スピンドル装置 - Google Patents

磁気軸受スピンドル装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、工作機械として用い
られる磁気軸受スピンドル装置に関する。
【０００２】この明細書において、各図の左側を前、こ
れと反対側を後というものとする。
【０００３】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】工作機械
として用いられるスピンドル装置には、磁気軸受スピン
ドル装置の他に転がり軸受スピンドル装置がある。磁気
軸受スピンドル装置は、ハウジング内に、スピンドル、
モータ、ラジアル磁気軸受、アキシアル磁気軸受、ラジ
アルセンサ、アキシアルセンサおよびタッチダウン軸受
などが配置されており、スピンドルがラジアル磁気軸受
およびアキシアル磁気軸受によりハウジングに対して非
接触状態で支持されるようになされているものである。
転がり軸受スピンドル装置は、ハウジング内に、スピン
ドル、モータおよび転がり軸受が配置されており、スピ
ンドルが転がり軸受を介してハウジングに対して回転自
在に支持されるようになされているものである。そし
て、磁気軸受スピンドル装置には、転がり軸受スピンド
ル装置に比べてスピンドルの軸径を大として高剛性にす
ることができるとともに高速回転が可能になり、しかも
軸受損失も小さくなるというメリットがある。
【０００４】ところで、工作の種類によっては、スピン
ドルの前端から冷却加工液を被加工物に向けて吹き付
け、被加工物および工具を冷却する必要のある場合があ
る。このような要請に応えるために、転がり軸受スピン
ドル装置では、スピンドルに軸線方向に伸びる冷却加工
液流路が形成され、ハウジングの後端に筒状の冷却加工
液供給部材が固定状に設けられ、スピンドルと冷却加工
液供給部材とがロータリージョイントを介して接続され
たものが考えられている。このロータリージョイント
は、スピンドルの後端に取付けられたパイプ材を冷却加
工液供給部材に固定された外枠内に収納し、パイプ材と
外枠との間の隙間に環状シール部材を装着して密封構造
としたものである。このように、転がり軸受スピンドル
装置の場合、スピンドルのラジアル方向の位置は常に一
定であるので、冷却加工液供給部材とスピンドルとの接
続部分からの冷却加工液の洩れはオイルシールなどで容
易に防止できる。しかも、若干の加工液が洩れたとして
も装置全体に悪影響を及ぼすことはない。
【０００５】ところが、磁気軸受スピンドル装置の場
合、停止状態と作動状態とではスピンドルのラジアル方
向およびアキシアル方向の位置が変わるので、スピンド
ルに軸線方向に伸びる冷却加工液流路が形成され、ハウ
ジングの後端に筒状の冷却加工液供給部材が固定状に設
けられていたとしても、スピンドルと冷却加工液供給部
材とをロータリージョイントを介して接続することはで
きない。また、接触式の密封装置を用いると高速回転に
対応できなくなる。そのため、冷却加工液供給部材をス
ピンドルの冷却加工液流路に隙間をおいて挿入しておく
ことも考えられるが、これでは加工液の洩れを完全に防
止することはできない。そして、加工液の洩れが発生す
ると、特に加工液が水溶性の場合、絶縁不良などが発生
し、モータ、磁気軸受、センサなどが破損して磁気軸受
スピンドル装置全体の故障につながる。
【０００６】この発明の目的は、上記問題を解決した磁
気軸受スピンドルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明による磁気軸受
スピンドル装置は、ハウジング内にスピンドルが配置さ
れ、スピンドルが、回転時には磁気軸受によりハウジン
グに対して非接触状態で支持され、回転開始時および停
止時には機械式のタッチダウン軸受により接触状態で支
持されるようになされている磁気軸受スピンドル装置に
おいて、スピンドルに軸線方向に伸びる冷却加工液流路
が形成され、ハウジングの後端に、スピンドルの冷却加
工液流路内に隙間をおいて挿入される筒状の冷却加工液
供給部材が固定状に設けられ、冷却加工液供給部材の外
周面とスピンドルの冷却加工液流路の内周面との半径方
向の間隔が、スピンドルが非接触状態で支持されたさい
のタッチダウン軸受とスピンドルとの半径方向の間隔よ
りも大きくされ、スピンドルの冷却加工液流路の内周面
に、その後端から冷却加工液供給部材の挿入深さよりも
長い範囲にわたって、スピンドルが回転したさいに冷却
加工液を前方に送るらせん溝が形成され、ハウジング内
の後端部にスピンドルと冷却加工液供給部材との隙間に
連なった加工液溜めが形成され、ハウジングに加工液溜
めに連なったドレン穴が形成され、ハウジングとスピン
ドルとの間に、ハウジング内における加工液溜めの部分
とこれよりも前方の部分との間をシールするラビリンス
シールが設けられているものである。
【０００８】上記磁気軸受スピンドル装置において、冷
却加工液供給部材におけるスピンドルの冷却加工液流路
内に挿入されている部分の外周面に、スピンドルの冷却
加工液流路の内周面に形成されたらせん溝とは捩じれ方
向の異なるらせん溝が形成されていることがある。
【０００９】
【作用】スピンドルに軸線方向に伸びる冷却加工液流路
が形成され、ハウジングの後端に、スピンドルの冷却加
工液流路内に隙間をおいて挿入される筒状の冷却加工液
供給部材が固定状に設けられていると、冷却加工液供給
部材を通してスピンドルの冷却加工液流路内に送り込ま
れた冷却加工液が、冷却加工液流路を通って前方に送ら
れ、スピンドルの前端に取付けられた工具から被加工物
に吹き付けられる。
【００１０】冷却加工液供給部材の外周面とスピンドル
の冷却加工液流路の内周面との半径方向の間隔が、スピ
ンドルが非接触状態で支持されたさいのタッチダウン軸
受とスピンドルとの半径方向の間隔よりも大きくされて
いると、磁気軸受スピンドル装置の作動および停止の切
り替わりによりスピンドルの位置が変わるさいにも、ス
ピンドルと冷却加工液供給部材の接触干渉が防止され
る。
【００１１】スピンドルの冷却加工液流路の内周面に、
その後端から冷却加工液供給部材の挿入深さよりも長い
範囲にわたって、スピンドルが回転したさいに冷却加工
液を前方に送るらせん溝が形成されていると、スピンド
ルが回転したさいに加工液は前方に送られ、スピンドル
と冷却加工液供給部材との隙間からの後方への洩れが抑
制される。
【００１２】ハウジング内の後端部にスピンドルと冷却
加工液供給部材との隙間に連なった加工液溜めが形成さ
れ、ハウジングに加工液溜めに連なったドレン穴が形成
されていると、スピンドルと冷却加工液供給部材との隙
間から後方へ洩れた加工液は加工液溜めに溜められてド
レン穴から排出される。
【００１３】ハウジングとスピンドルとの間に、ハウジ
ング内における加工液溜めの部分とこれよりも前方の部
分との間をシールするラビリンスシールが設けられてい
ると、加工液溜め内に溜められた冷却加工液の加工液溜
めよりも前方の部分への浸入が防止される。
【００１４】冷却加工液供給部材におけるスピンドルの
冷却加工液流路内に挿入されている部分の外周面に、ス
ピンドルの冷却加工液流路の内周面に形成されたらせん
溝とは捩じれ方向の異なるらせん溝が形成されている
と、このらせん溝の働きにより、スピンドルの回転時に
おける冷却加工液供給部材とスピンドルとの間の冷却加
工液の後方への流れが抑制される。
【００１５】
【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照して
説明する。
【００１６】図１はこの発明による磁気軸受スピンドル
装置の全体構成を示し、図２および図３はその要部の構
成を示す。
【００１７】図１において、磁気軸受スピンドル装置
は、公知のように、ハウジング(1) 内に、スピンドル
(2) 、モータ(3) 、ラジアル磁気軸受(4) 、アキシアル
磁気軸受(5) 、ラジアルセンサ(6) 、アキシアルセンサ
(7) およびタッチダウン軸受(8)(9)などが配置されてい
る。スピンドル(2) の前端はハウジング(1) の前端を貫
通して外部に突出させられており、ここに工具が取付け
られるようになっている。そして、スピンドル(2) は、
回転時にはラジアル磁気軸受(4) およびアキシアル磁気
軸受(5) によりハウジング(1) に対して非接触状態で支
持され、回転開始時および停止時には機械式のタッチダ
ウン軸受(8)(9)により接触状態で支持されるようになさ
れている。
【００１８】ハウジング(1) は、円筒状の主構成部材(1
1)と、主構成部材(11)の前端に固定された環状の前部構
成部材(12)と、主構成部材(11)の後端に固定された環状
の後部構成部材(13)と、前部構成部材(12)の前面に固定
されかつ前部構成部材(12)とともに前側のタッチダウン
軸受(8) を固定する環状の前部押え部材(14)と、後部構
成部材(13)の後面に固定されかつ後部構成部材(13)とと
もに後側のタッチダウン軸受(9) を固定する環状の後部
押え部材(15)と、後部押え部材(15)の後面に固定されて
ハウジング(1) の後端を閉鎖する閉鎖板(16)とよりな
る。ハウジング(1) の後端部は主構成部材(11)に固定さ
れたカバー(17)により覆われている。なお、(18)はハウ
ジング(1) およびカバー(17)に形成されている冷却流体
通路である。
【００１９】図１〜図３に示すように、スピンドル(2)
に軸線方向に伸びる冷却加工液流路(19)が貫通状に形成
されている。冷却加工液流路(19)の後端部に大径部(19
a) が形成されている。冷却加工液流路(19)の大径部(19
a) よりも前方の小径部(19b)の後端部に、所定長さにわ
たってスピンドル(2) が回転したさいに冷却加工液を前
方に送る少なくとも１条、たとえば２条のらせん溝(21)
が形成されている。たとえば、後方から前方を見てスピ
ンドル(2) が時計方向（右方）に回転する場合には、ら
せん溝(21)は左捩じれとなされている。大径部(19a) の
内周面にも、スピンドル(2) が回転したさいに冷却加工
液を前方に送る少なくとも１条、たとえば２条のらせん
溝(22)が形成されている。このらせん溝(22)の捩じれ方
向も小径部(19b) のらせん溝(21)の捩じれ方向と同じに
なっている。冷却加工液流路(19)の前端部にテーパ部(1
9c) および大径部(19d) が形成されている。そして、前
部大径部(19d) および小径部(19b) の前端部の内周面に
それぞれ工具固定用のめねじ(23)(24)が形成されてい
る。後側のめねじ(24)よりもさらに後方の部分の内周面
には、前述のらせん溝(21)と同様の冷却加工液送出用の
らせん溝(25)が形成されている。
【００２０】図２に示すように、スピンドル(2) の後端
部に小径部(2a)が形成されており、小径部(2a)の後部外
周面におねじ(26)が形成されている。小径部(2a)の後端
部は後部押え部材(15)に形成された貫通穴(15a) を通っ
て後方に突出している。そして、後部押え部材(15)の後
方から貫通穴(15a) を通して、スピンドル(2) の小径部
(2a)のおねじ(26)にリング(27)がねじ嵌められている。
リング(27)と後部押え部材(15)との間に全周にわたって
ラビリンスシール(28)が設けられている。
【００２１】筒状の冷却加工液供給部材(29)が、カバー
(17)の後方からカバー(17)を貫通するとともに閉鎖板(1
6)を液密状に貫通してハウジング(1) 内に挿入され、カ
バー(17)および閉鎖板(16)に固定されている。冷却加工
液供給部材(29)の前部には小径部(29a) が形成されてお
り、この小径部(29a) がスピンドル(2) の冷却加工液流
路(19)の大径部(19a) 内に隙間をおいて挿入されてい
る。冷却加工液流路(19)の大径部(19a) の内周面と冷却
加工液供給部材(29)の小径部(29a) の外周面との半径方
向の間隔Ｌは、スピンドル(2) がラジアル磁気軸受(4)
およびアキシアル磁気軸受(5) により非接触状態で支持
されたさいのタッチダウン軸受(8)(9)とスピンドル(2)
との半径方向の間隔ｌよりも大きくなっている。冷却加
工液供給部材(29)の小径部(29a) の外周面に、スピンド
ル(2) の冷却加工液流路(19)の大径部(19a) 内周面に形
成されたらせん溝(22)と捩じれ方向の異なるらせん溝(3
1)が少なくとも１条、たとえば２条形成されている。
【００２２】ハウジング(1) 内の後端部、すなわち後部
押え部材(15)と閉鎖板(16)とリング(27)と冷却加工液供
給部材(29)とにより区画された部分に、スピンドル(2)
と冷却加工液供給部材(29)との間の隙間に連なった環状
の加工液溜め(32)が形成されている。そして、加工液溜
め(32)とハウジング(1) 内における後部押え部材(15)よ
りも前方の部分との間がラビリンスシール(28)によりシ
ールされている。後部押え部材(15)に、加工液溜め(32)
に連なったドレン穴(33)が、周方向に間隔をおいて複数
形成されている。カバー(17)の周壁を外側から貫通した
冷却加工液吸引部材(34)の先端部がドレン穴(33)内に差
し込まれて固定されている。冷却加工液吸引部材(34)に
吸引装置(35)から伸びている吸引管(36)が接続されてい
る。
【００２３】このような構成において、磁気軸受スピン
ドル装置の作動時にラジアル磁気軸受(4) およびアキシ
アル磁気軸受(5) により非接触状態で支持されているス
ピンドル(2) がモータ(3) により回転させられると、冷
却加工液供給部材(29)を通ってスピンドル(2) の冷却加
工液流路(19)内に送り込まれた冷却加工液が、冷却加工
液流路(19)を通って前方に送られ、工具から被加工物に
向けて吹き出される。このとき、冷却加工液流路(19)の
小径部(19b) の後端部内周面に形成されたらせん溝(21)
の働きによって冷却加工液は前方に送られ、後方に流れ
るのが抑制される。冷却加工液が後方に流れて冷却加工
液流路(19)の大径部(19a) 内周面と冷却加工液供給部材
(29)の小径部(29a) 外周面との隙間に流入したとして
も、冷却加工液流路(19)の大径部(19a) 内周面に形成さ
れたらせん溝(22)と冷却加工液供給部材(29)の小径部(2
9a) 外周面に形成されたらせん溝(31)との働きにより、
冷却加工液は前方に送られ、後方への流れが抑制され
る。その結果、冷却加工液がスピンドル(2) と冷却加工
液供給部材(29)との隙間からの後方へ洩れるのが抑制さ
れる。
【００２４】仮に、冷却加工液がスピンドル(2) と冷却
加工液供給部材(29)との隙間から後方へ洩れたとして
も、この冷却加工液は加工液溜め(32)に溜められ、ドレ
ン穴(33)を通して吸引装置(35)により吸引部材(34)およ
び吸引管(36)を経て吸引除去される。
【００２５】また、ラビリンスシール(28)の働きによ
り、加工液溜め(32)内の冷却加工液のハウジング(1) 内
における後部押え部材(15)よりも前方への浸入が防止さ
れる。なお、リング(27)が回転することにより生じる遠
心力によって、加工液溜め(32)内の冷却加工液がラビリ
ンスシール(28)側に流れるのが抑制される。その結果、
モータ(3) 、ラジアル磁気軸受(4) 、アキシアル磁気軸
受(5) 、ラジアルセンサ(6) およびアキシアルセンサ
(7) の破損が防止される。
【００２６】なお、上記実施例では、らせん溝(21)を冷
却加工液流路(19)の後端部にのみ形成したが、冷却加工
液流路(19)の軸方向の全体に形成しておいてもよい。こ
のようにすると、より確実に冷却加工液を前方に送出す
ることができる。
【００２７】
【発明の効果】この発明の磁気軸受スピンドル装置によ
れば、上述のように、冷却加工液供給部材を通してスピ
ンドルの冷却加工液流路内に送り込まれた冷却加工液
が、冷却加工液流路を通って前方に送られ、スピンドル
の前端に取付けられた工具から被加工物に吹き付けられ
るので、転がり軸受スピンドル装置に比べて種々のメリ
ットを有する磁気軸受スピンドル装置においても、被加
工物および工具の冷却が可能になる。
【００２８】また、磁気軸受スピンドル装置の作動およ
び停止の切り替わりによりスピンドルのラジアル方向お
よびアキシアル方向の位置が変わるさいにも、スピンド
ルと冷却加工液供給部材の干渉が防止される。
【００２９】さらに、スピンドルが回転したさいに加工
液が前方に送られる結果スピンドルと冷却加工液供給部
材との隙間からの後方への洩れが抑制されるとともに、
スピンドルと冷却加工液供給部材との隙間から後方へ洩
れた加工液が加工液溜めに溜められてドレン穴から排出
され、しかもラビリンスシールの働きにより加工液溜め
内に溜められた冷却加工液のハウジング内における加工
液溜めよりも前方の部分への浸入が防止される。したが
って、ハウジング内における加工液溜めよりも前方の部
分に存在するモータ、磁気軸受およびセンサ等の冷却加
工液による絶縁不良などに起因する破損が防止され、ひ
いては装置全体の故障が防止される。
【００３０】また、冷却加工液供給部材におけるスピン
ドルの冷却加工液流路内に挿入されている部分の外周面
に、スピンドルの冷却加工液流路の内周面に形成された
らせん溝とは捩じれ方向の異なるらせん溝が形成されて
いると、このらせん溝の働きにより、スピンドルの回転
時における冷却加工液供給部材とスピンドルとの間の冷
却加工液の後方への流れが抑制される。したがって、冷
却加工液流路内周面のらせん溝の働きと相俟って冷却加
工液の後方への洩れが一層確実に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による磁気軸受スピンドル装置の全体
構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１の要部を分解して示す図である。
【符号の説明】
(1) ハウジング (2) スピンドル (4) ラジアル磁気軸受 (5) アキシアル磁気軸受 (8) タッチダウン軸受 (9) タッチダウン軸受 (19) 冷却加工液流路 (21) らせん溝 (28) ラビリンスシール (29) 冷却加工液供給部材 (32) 加工液溜め
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 1/00 - 1/76 B23Q 11/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジング内にスピンドルが配置され、
    スピンドルが、回転時には磁気軸受によりハウジングに
    対して非接触状態で支持され、回転開始時および停止時
    には機械式のタッチダウン軸受により接触状態で支持さ
    れるようになされている磁気軸受スピンドル装置におい
    て、 スピンドルに軸線方向に伸びる冷却加工液流路が形成さ
    れ、ハウジングの後端に、スピンドルの冷却加工液流路
    内に隙間をおいて挿入される筒状の冷却加工液供給部材
    が固定状に設けられ、冷却加工液供給部材の外周面とス
    ピンドルの冷却加工液流路の内周面との半径方向の間隔
    が、スピンドルが非接触状態で支持されたさいのタッチ
    ダウン軸受とスピンドルとの半径方向の間隔よりも大き
    くされ、スピンドルの冷却加工液流路の内周面に、その
    後端から冷却加工液供給部材の挿入深さよりも長い範囲
    にわたって、スピンドルが回転したさいに冷却加工液を
    前方に送るらせん溝が形成され、ハウジング内の後端部
    にスピンドルと冷却加工液供給部材との隙間に連なった
    加工液溜めが形成され、ハウジングに加工液溜めに連な
    ったドレン穴が形成され、ハウジングとスピンドルとの
    間に、ハウジング内における加工液溜めの部分とこれよ
    りも前方の部分との間をシールするラビリンスシールが
    設けられている磁気軸受スピンドル装置。
  2. 【請求項２】 冷却加工液供給部材におけるスピンドル
    の冷却加工液流路内に挿入されている部分の外周面に、
    スピンドルの冷却加工液流路の内周面に形成されたらせ
    ん溝とは捩じれ方向の異なるらせん溝が形成されている
    請求項１記載の磁気軸受スピンドル装置。
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