JP3291947B2 - 吸着機構付スピンドル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吸着機構付スピンド
ル装置の改良に関し、スピンドルの軸受すきまへの切粉
等の異物の噛み込みを効果的に防止したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の吸着機構付スピンドル装置として
は、図６に示すように、中空回転軸１であるスピンドル
が、軸方向に間隔をおいて配設された一対の静圧気体軸
受２，２を介して円筒状のハウジング３に支持されてお
り、中空回転軸１の一方の開口端４がワーク吸着面とさ
れている。前記一対の静圧気体軸受２，２の中間に挟ま
れた軸受中間部３Ａのハウジング内径面３ａと中空回転
軸１との間のすき間ｄｃは、静圧気体軸受２のラジアル
軸受すき間ｄＡと同等以下の大きさ（ｄＡ≧ｄｃ）とな
るように形成されている。そして、軸受中間部３Ａのハ
ウジング内径面３ａには、軸方向の少なくとも三箇所
に、円周方向に連続する環状の溝６，７，７が形成され
ると共に、そのうちの中間の溝６とハウジング外面３ｂ
とを連通する流通孔８及び両側の溝７，７とハウジング
外面３ｂとをそれぞれ連通する複数本の排気孔９，９が
ハウジング３を半径方向に貫通して設けられている。一
方、中空回転軸１の中空孔１Ａは前記中間位置の溝６に
連通する。

【０００３】軸受中間部３Ａにおける流通孔８は、中空
回転軸１の中空孔１Ａから真空ポンプで吸い出される空
気の真空排気通路である。また、両側の排気孔９，９
は、ハウジング外面３ｂに開口する圧縮空気供給路１２
を経て静圧気体軸受２，２に供給される圧縮空気の排気
通路とされている。中空回転軸１の中空孔１Ａの一方の
開口端４の吸着面に被吸着体（ワーク）である磁気ディ
スクをあてて、流通孔８の開口８ａに真空ポンプを接続
して中空孔１Ａ内の空気を排気し、磁気ディスクを吸着
保持する。静圧気体軸受２，２に圧縮空気供給路１２か
ら供給した圧縮空気をラジアル軸受面２ａ，２ａからラ
ジアル軸受すき間ｄＡに噴出させ、中空回転軸１を非接
触に支持する。ラジアル軸受すき間ｄＡに噴出した圧縮
空気は、ハウジング内径面３ａに開口している圧縮空気
排気用の溝７，７及び静圧気体軸受２，２の軸方向外方
端からハウジングの外部に排出される。そして、中空回
転軸１をモータＭで回転駆動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の吸着機構付スピンドル装置では、ハウジングの軸受
中間部３Ａの中間位置の溝６は静圧気体軸受２のラジア
ル軸受すきまｄＡに、ハウジング内径面３ａと中空回転
軸１との間のすき間ｄｃを介して連通している。このよ
うに、ワークを吸着保持するための通気経路の一部が静
圧気体軸受の軸受すき間ｄＡに近接して連通している
と、ワークの加工時等に発生する切粉や研削液又は切削
液等の異物が交換時等でワークを吸着面から取り除いた
ときに開口端４から中空孔１Ａ内に侵入し、中空孔１Ａ
の吸気孔１１からすき間ｄｃを経由しつつラジアル軸受
すきまｄＡに到達する結果、静圧気体軸受２にかじりが
発生し易くなるという問題点がある。

【０００５】また、ワーク加工時にも研削液や切削液や
発生する切粉等が中空孔１Ａからラジアル軸受すきまｄ
Ａに侵入しやすい。そこでこの発明は、上記従来の問題
点に着目してなされたもので、吸着機構の通気経路を静
圧気体軸受の軸受すき間から隔離して配設することによ
り、異物がワークの吸着面の開口端から通気経路内に侵
入しても静圧気体軸受の軸受すき間に到達せず、かじり
が防止される吸着機構付スピンドル装置を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、ハウジング
に軸方向に間隔をおいて配設された一対の静圧気体軸受
が中空回転軸を支持し、該中空回転軸の中空孔の一方の
開口端側が吸着面とされた吸着機構付スピンドル装置に
おいて、前記中空回転軸は前記吸着面とは反対側にスピ
ンドル装置のハウジング外まで延長されて延長端部が軸
受部で支持され、該軸受部は前記ハウジングに軸方向に
隣接して設けられた弾性部材を介して前記ハウジング外
に露出された状態で装着されると共に前記中空回転軸の
中空孔と外部とを連通する流通孔を備えていることを特
徴とするものである。

【０００７】

【作用】吸着面側の一方の開口端と、反対端側の他方の
開口端とを連通する中空回転軸の中空孔が、静圧気体軸
受と中空回転軸との間の軸受すき間とは全く独立してい
るから、ワーク加工時に発生する切粉等の異物が吸着機
構の通気経路である中空孔から静圧気体軸受の軸受すき
間に入り込む余地はなく、従って静圧気体軸受にかじり
が生じることはない。

【０００８】中空回転軸の延長端部を支持する軸受部と
ハウジングとの間に介装された弾性部材は、中空回転軸
の延長端部の大きな振れ回りを吸収する。軸受部は延長
端部の回転に同期しながら細かく振動し、そのため延長
端部とのかじりが防止される。

【０００９】

【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。なお、従来と同一または相当部分には同一の符
号を付してある。先ず全体の構成を説明すると、図１は
この発明の一実施例の全体断面図である。スピンドル装
置本体は軸方向に四つの部分に分かれており、図の右端
の静圧空気軸受部２１、その左側にモータ部２２、その
左側にエンコーダ部２３、エンコーダ部２３の左側に、
軸受部２５が接続されている。なお、エンコーダ部２３
の構成図示は省略している。

【００１０】ハウジング８０を構成する静圧空気軸受部
２１のハウジング３は、ハウジング８０を構成するモー
タ部２２のハウジング２４にボルトＢ₂₄で一体に連結さ
れている。そのハウジング８０の内径面３ａに軸方向に
間隔をおいて装着された一対の静圧気体軸受２，２のラ
ジアル軸受面２ａが中空回転軸１の外径面に僅かの軸受
すき間ｄＡを介して非接触に対向してラジアル軸受が構
成されている。また、各静圧気体軸受２，２の軸方向外
端面にスラスト軸受面２ｓが形成されている。

【００１１】中空回転軸１を構成する中空軸１Ｂの両軸
端には中空回転軸１を構成するフランジ状の鍔部３１，
３２がそれぞれボルトＢ₃₁，Ｂ₃₂で着脱可能に取り付け
られており、各鍔部３１，３２の内側面は平面状のスラ
スト受面３１Ｓ，３２Ｓとされて、静圧気体軸受２のス
ラスト軸受面２Ｓと僅かの軸受すき間を介して非接触に
対向してスラスト軸受が構成されている。

【００１２】そして、図外の加圧気体供給源から圧縮空
気をハウジング８０の圧縮空気供給路１２を経て静圧気
体軸受２に送り込み、絞りとして機能する多孔質の静圧
気体軸受２から各ラジアル及びスラスト軸受すき間に噴
出させることにより流体膜を形成して、中空回転軸１を
非接触に浮上支持するようになっている。ハウジング８
０の軸受中間部３Ａの内径面３ａには、ラジアル軸受す
き間ｄＡに隣接させて軸方向の二箇所に、円周方向に連
続する環状の溝７，７が形成され、その溝７とハウジン
グ８０の外面３ｂとをそれぞれ連通する排気孔９，９が
ハウジング８０を半径方向に貫通して設けられている。
もっとも、溝７，７は中空回転軸１の外面に設けても良
い。

【００１３】モータ部２２側に面した鍔部３２には、中
空回転軸１を構成する回転軸延長部３３がボルトＢ₃₃で
鍔部３２に固定され、この回転軸延長部３３はモータ部
２２およびエンコーダ部２３の軸心を貫通してハウジン
グ８０を構成するエンコーダ部２３のハウジング４０の
外部に突出している。他方の鍔部３１はハウジング８０
の端面から突出して設けられ、その軸心の貫通孔３４の
開口端４が中空回転軸１の中空孔１Ａの開口端４であ
る。

【００１４】モータ部２２には、ブラシレスＤＣモータ
Ｍが内蔵されている。すなわち、モータハウジング２４
の内径面にモータステータ３５が固定されている。一
方、このステータにエアギャップを介して対向する磁石
からなるロータ３７の方は回転軸延長部３３の外径面に
固定して取り付けられている。このモータ部２２のモー
タハウジング２４には、図の左端側の端面にハウジング
８０を構成するエンコーダ部２３のハウジング４０が適
宜な方法によって固定され、このハウジング４０の内部
には、中空回転軸１の回転位置センサ、例えば完全非接
触型ロータリエンコーダが必要に応じて内蔵される。

【００１５】このエンコーダ部２３のハウジング４０の
外端面に、例えばウレタンゴムなどのような弾性部材４
１を介して軸受部２５がボルトＢ₂₃で取り付けられてい
る。軸受部２５は、取付けフランジ４２ｆを有する円筒
状のケース４２を備え、そのケース４２の内周面に軸受
部２５を構成する円筒状の例えばグラファイトからなる
摺動体４３が装着固定されている。中空回転軸１のハウ
ジング８０外まで延長された延長端部３３Ａは軸受部２
５に貫通して支持され、また中空回転軸１の軸心を貫通
する中空孔１Ａの他端は止め金４４で塞いで盲にしてあ
り、その中空孔１Ａの盲の端部近傍に軸外径面に開口す
る半径方向の通気孔４５を有している。この通気孔４５
に対向させて、摺動体４３の内径面に周方向の環状溝４
６が形成されると共に、その溝４６とケース４２の外面
に設けた真空ポンプの接続口４７とを連通する流通孔４
８が摺動体４３及びケース４２を半径方向に貫通して設
けられている。真空ポンプの接続口４７は、一方の開口
端４に対する他方の開口端になっている。なお、環状溝
４６は摺動体４３ではなく延長端部３３Ａの外面に設け
ても良い。

【００１６】次ぎに作用を述べる。ハウジング８０の外
面に開口する圧縮空気供給路１２には、加圧気体供給源
が接続される。また、軸受部２５のケース４２の外面に
開口する接続口４７には、真空ポンプ等の排気源が接続
される。中空回転軸１の先端の開口端４に図示しない磁
気ディスクを装着し、図外の真空ポンプを作動させて中
空孔１Ａ内の空気を溝４６，流通孔４８を経て吸引する
ことにより、磁気ディスクを吸着保持する。

【００１７】次いで、ブラシレスモータＭを始動させて
中空回転軸１とともに磁気ディスクを一定回転速度で回
転させて所定の機械加工を行う。このとき、軸受部２５
はハウジング８０の外に位置し、吸着機構の通気経路を
なす中空孔１Ａ，流通孔４８等が静圧気体軸受２と中空
回転軸１との間のラジアル軸受すき間ｄＡとは全く独立
して隔離されているから、ワーク加工時に発生する切粉
等の異物やワークを取り外した状態などに周辺のゴミ等
の異物が吸着機構の通気経路から静圧気体軸受２のラジ
アル軸受すき間ｄＡに入り込む余地はなく、従って中空
回転軸１にかじりが生じることはない。

【００１８】この回転始動に際して、前もってなされる
静圧空気軸受２の作用は次の通りである。ハウジング８
０の外面３ｂに開口している圧縮空気供給路１２に接続
された加圧気体供給源からの加圧気体が、溝２Ａを経て
多孔質部材からなる静圧気体軸受２にそれぞれ送られ
る。その加圧気体は、多孔質部材の内部を通りながら所
定の圧力・流量に絞られて、ラジアル軸受面２ａ及びス
ラスト軸受面２Ｓに分かれてラジアル軸受すきまとスラ
スト軸受すきまとに均一な圧力，流量で噴出し、流体膜
を形成して中空回転軸１をラジアル方向及びスラスト方
向に非接触支持する。

【００１９】スラスト軸受面２Ｓから噴出した気体は、
中空回転軸１の鍔部３１，３２との間のすき間から外部
に排出される。また、ラジアル軸受面２ａから噴出した
気体は、その一部がスラスト軸受面２Ｓと回転軸の鍔部
３１，３２との間のすき間から外部に排出されるととも
に、残部は軸受中間部３Ａの内径面３ａにおいてラジア
ル軸受すき間ｄＡに隣接している溝７，７を経て排気孔
９，９から外部に排出される。

【００２０】このように静圧気体軸受２で直接的に支持
されて回転する中空回転軸１には偏心による振れ回りは
生じないが、中空回転軸１の延長端部３３Ａの方は、中
空回転軸１に対してある程度の偏心は避けられず、振れ
回りながら回転する。この振れ回りつつ回転する延長端
部３３Ａを支持する軸受部２５とエンコーダハウジング
４０との間には弾性部材４１が介装されているため、軸
受部２５は延長端部３３Ａの振れ回りに同期して振動す
る。その同期振動により、軸受部材２５の摺動体４３に
回転する中空回転軸１が食い込んでかじりが発生する現
象を防止することができる。

【００２１】また、切粉等の異物が、中空孔１Ａから流
通孔４８を通り排気ポンプで吸引される際に、摺動体４
３と延長端部３３Ａとの間の微小な軸受すき間に噛み込
まれてかじりを生じることがあっても、その場合はボル
トＢ₂₃を取り外すだけで軸受部２５を中空回転軸１から
引き抜ことができるから、簡単に修理することが可能で
ある。

【００２２】図２〜図４に、軸受部２５とスピンドル装
置本体との接続構造の他の実施例を示す（スピンドル装
置本体部分は同一であり、図示を省略している）。図２
は第２の実施例であり、エンコーダ部２３のハウジング
４０の外端面と軸受部２５との間に介装される弾性部材
として、ゴム弾性部材４１の代わりにＵ形に湾曲した複
数個の板ばね５０を用いた点が第１の実施例と異なって
いる。板ばね５０の一端はボルトＢ₂₃でエンコーダ部の
ハウジング４０に固定し、他端はボルトＢ₂₅で軸受部２
５に固定している。

【００２３】この板ばね５０の作用・効果は上記第１実
施例におけるゴム弾性体の場合（かじり防止と修理容易
性）と同様である。図３は第３の実施例であり、エンコ
ーダ部２３のハウジング４０の外端面と軸受部２５との
間に介装される弾性部材として、複数個の圧縮コイルば
ね５１を用いた点が第１の実施例と異なっている。コイ
ルばね５１の一端はボルトＢ₂₃でエンコーダ部２３のハ
ウジング４０に固定し、他端はボルトＢ₂₅で軸受部２５
に固定している。

【００２４】このコイルばね５１の作用・効果も上記第
１実施例の場合と同様である。市販のコイルばねを使用
できる利点がある。図４は第４の実施例であり、エンコ
ーダ部２３のハウジング４０の外端面と軸受部２５との
間に介装される弾性部材として、複数個のＯ−リング５
２を用いた点が第１の実施例と異なっている。各Ｏ−リ
ング５２は軸受部２５を軸方向移動自在に嵌合してエン
コーダ部２３のハウジング４０に取り付けられたボルト
Ｂ₂₃に通して配設され、このＯ−リング５２の作用・効
果も上記第１実施例の場合と同様であり、市販のＯ−リ
ングを使用できる利点がある。

【００２５】図５に第５の実施例を示す。この実施例
は、軸受部２５とハウジング８０との接続構造は第２の
実施例と同じであるが、軸受部２５の構成が上記各実施
例のものとは異なっている。すなわち、円筒状のケース
４２の内部には、軸受部材として例えばグラファイトか
らなる摺動体に変えて、円筒状の多孔質体６０からなる
静圧空気軸受が装着固定されている。この多孔質体６０
の内径面６１は僅かな軸受すき間を介して中空回転軸１
の延長端部３３Ａの外径面に対向するラジアル軸受面を
構成している。その内径面６１には、環状溝４６を挟ん
で両側に、多孔質体６０のラジアル軸受面から軸受すき
間内に噴出されて中空回転軸１を支持した圧縮空気を外
部に排出するための環状溝６２，６２が形成されてい
る。各環状溝６２，６２は、多孔質体６０及びケース４
２を半径方向に貫通する排気路６３，６３を経て外部に
連通している。

【００２６】また、多孔質体６０の外径面に、それらの
排気路６３より外側に位置して環状溝６４，６４が形成
されている。これらの各環状溝６４，６４は、ケース４
２を半径方向に貫通する給気路６５，６５を経てケース
４２の外面に設けた圧縮空気供給口６６，６６に連通し
ている。その圧縮空気供給口６６，６６に圧力空気源を
接続して圧縮空気を供給することにより、多孔質体６０
が静圧空気軸受として機能し、中空回転軸１の延長端部
３３Ａを非接触でラジアル方向に支持し、安定した円滑
な回転を行わせる。なお多孔質体６０は両端面，環状溝
４６，６２，流通孔４８及び排気路６３に樹脂が含浸さ
れて多孔質の目を塞いで樹脂が含浸された個所での圧縮
空気の流通を防止している。

【００２７】なお、上記の各実施例における中空回転軸
１の回転を、エンコーダ部２３に内蔵の図示しないロー
タリエンコーダの検出信号をブラシレスモータＭの図示
しない制御装置にフィードバックすることにより制御し
て、磁気ディスク等の被吸着体の正確な回転を確保する
ことができるが、本発明は必ずしもロータリエンコーダ
のような回転センサを有しないものにも適用できる。

【００２８】また、上記各実施例ではワークの吸着機構
として真空吸着方式を用いたものを説明したが、これに
限らず、ワークを真空チャックする代わりに軸受部２５
の真空ポンプ接続口４７に圧縮空気源を接続して、流通
孔４８から中空回転軸１の中空孔１Ａに圧縮空気を送
り、開口端４に予め装着した図外の加圧流体式チャック
アダプタに高速気流に基づく減圧を作りだしてワークを
チャッキングする方式の加圧吸着機構を用いたものにも
この発明を適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の吸着機
構付スピンドル装置によれば、静圧気体軸受を介して支
持される中空回転軸の一方の開口端が吸着面とされた吸
着機構付スピンドル装置における中空回転軸を吸着面と
は反対側に延長し、その延長端部を支持する軸受部に吸
着機構操作用の気体通気経路を設けたため、異物がワー
クの吸着面の開口端から通気経路内に侵入しても、静圧
気体軸受の排気経路とは遠く隔たっている軸受すき間に
は入りこむ余地はなく、その結果静圧気体軸受のかじり
が防止されるという効果を奏する。

【００３０】また、軸受部はハウジングに外方から取り
付けられるので、軸受部が仮にかじっても修理が容易で
ある。また、中空回転軸の延長端部を支持する軸受部は
ハウジングに弾性部材を介して装着することで、当該延
長端部が振れ回りすると軸受部も同期して振動し、その
結果、中空回転軸延長端部と軸受部とのかじりも防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の全体断面図である。

【図２】この発明の第２の実施例の中空回転軸延長端部
の支持構造を説明する部分断面図である。

【図３】この発明の第３の実施例の中空回転軸延長端部
の支持構造を説明する部分断面図である。

【図４】この発明の第４の実施例の中空回転軸延長端部
の支持構造を説明する部分断面図である。

【図５】この発明の第５の実施例の中空回転軸延長端部
の支持構造を説明する部分断面図である。

【図６】従来の吸着機構付スピンドル装置の全体断面図
である。

【符号の説明】

１ 中空回転軸 １Ａ 中空孔 ２ 静圧気体軸受 ４ （一方の）開口端 ２５ 軸受部 ３３ （中空回転軸）延長端部 ４１ 弾性部材 ４７ （他方の）開口端 ４８ 流通孔 ５０ 弾性部材 ５１ 弾性部材 ５２ 弾性部材 ８０ ハウジング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−244823（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−263757（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−178642（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 32/06 F16C 21/00 - 27/08 B23B 1/00 - 25/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに軸方向に間隔をおいて配設
   された一対の静圧気体軸受が中空回転軸を支持し、該中
   空回転軸の中空孔の一方の開口端側が吸着面とされた吸
   着機構付スピンドル装置において、前記中空回転軸は前
   記吸着面とは反対側にスピンドル装置のハウジング外ま
   で延長されて延長端部が軸受部で支持され、該軸受部は
   前記ハウジングに軸方向に隣接して設けられた弾性部材
   を介して前記ハウジング外に露出された状態で装着され
   ると共に前記中空回転軸の中空孔と外部とを連通する流
   通孔を備えていることを特徴とする吸着機構付スピンド
   ル装置。
2. 【請求項２】 前記延長端部を支持する軸受部が静圧気
   体軸受であることを特徴とする請求項１記載の吸着機構
   付スピンドル装置。