JP3657312B2 - 磁気軸受型スピンドル装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械等の主軸を径方向及び軸方向に非接触支持する磁気軸受型スピンドル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記の磁気軸受型スピンドル装置は、例えば工作機械の主軸を支持するものとして用いられている。
一般に、上記の磁気軸受型スピンドル装置では、筒状のハウジングを貫通した主軸の径方向変位を検出するラジアル変位センサ、主軸の軸方向変位を検出するアキシァル変位センサ、主軸を径方向に非接触支持するラジアル磁気軸受、主軸を軸方向に非接触支持するアキシャル磁気軸受、及び上記主軸を誘導磁界により回転駆動するモータが、それぞれハウジング内に固定されている。
【0003】
ラジアル変位センサの出力信号に基づいてラジアル磁気軸受の磁気力が調整され、主軸が径方向の目標位置に保持されており、また、アキシャル変位センサの出力信号に基づいてアキシャル磁気軸受の磁気力が調整され、主軸が軸方向の目標位置に保持されている。
ところで、上記の各磁気軸受やモータは、電磁コイルを含んでいるので、動作中に発熱する。この熱により各部位が熱変形を起こしたり、コイルが絶縁破壊したりする。また、この熱が各変位センサに伝わると、温度依存特性を有する各変位センサの出力がドリフトする結果、主軸が目標位置からずれてしまうという問題があった。
【0004】
そこで、従来、上記の筒状のハウジングに、ハウジングを周回するらせん状の冷却水路を設けた磁気軸受型スピンドル装置が提供されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようならせん状の冷却水路を設けるためには、必然的に、ハウジングは、外周面にらせん状の溝を形成した内筒に、外筒を嵌め合わせた2ピース構造となる。このため、ハウジングが大型化して重くなるという問題があった。また、内、外筒間のシール性に関しても難点となっていた。
【0006】
さらに、らせん状の冷却水路では、この冷却水路へ冷却水を供給するための配管と冷却水路から冷却水を排出するための配管とが、必然的に、ハウジングの軸方向の反対側部分にそれぞれ接続されることになる。このため、この配管が他の部材のレイアウト等の邪魔になる場合があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型、軽量であって液漏れがなく且つ配管が邪魔にならない磁気軸受型スピンドル装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、筒状のハウジングを貫通した主軸を非接触支持する磁気軸受と、上記主軸を誘導磁界により回転駆動するモータとが、ハウジング内に固定された磁気軸受型スピンドル装置において、上記ハウジングを軸方向に貫通し周方向に並べられた複数の貫通孔からなる軸方向路と、ハウジングの各端面に設けられ且つ隣接する軸方向路同士を2つずつ連通する複数の周方向路とを含み、軸方向同側端面に接続される配管を通して冷却液が出入りされて、両軸方向端面間をジクザグ状に往復する冷却液路が、ハウジングに内蔵されており、ハウジングの各端面には、隣接する軸方向路の端部を一括して取り囲む円弧状溝が形成され、上記円弧状溝には、円弧状溝の内面との間に上記周方向路を区画する弾性体からなるシール部材が、ハウジングの端面に取り付けられた端部材によって弾力的に圧縮された状態で、嵌められており、上記円弧状溝の周壁部に環状段部が形成されており、上記シール部材は、弾力的に圧縮された状態で上記円弧状溝の環状段部と合致する環状段部を有しており、上記ハウジングは、アルミニウム合金でできていることを特徴するものである。
【0008】
また、請求項2に係る発明は、請求項1記載の磁気軸受型スピンドル装置において、上記ハウジングの外周面および冷却液路の内部に硬質アルマイト処理が施されていることを特徴とするものである
【0009】
【作用】
請求項1に係る発明の構成によれば、らせん状の冷却液路を設けた従来のように、内、外筒による2ピース構造のハウジングを採用する必要がなく、小型化、軽量化が図れる。また、ハウジングに内蔵した冷却液路へ冷却液を出入りさせるための配管は、ハウジングの軸方向同側端面に接続されるので、邪魔にならない。さらに、ハウジングの端面の円弧状溝に、弾力的に圧縮したシール部材を嵌め合わせることにより、ジグザグ状の冷却液路を容易に構成でき、且つシール性も高い。
【0010】
また、シール部材の環状段部が、円弧状溝の環状段部に弾力的に押し付けられることにより、シール性を一層高めることができる。
さらに、ハウジングがアルミニウム合金からなるので、さらに軽量化できると共に、冷却性能をより向上できる。
また、請求項2記載の発明では、ハウジングの外周面の傷つきや腐食を防止でき、冷却液路内の腐食の発生を防止することができる。
【0011】
【実施例】
以下実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る磁気軸受型スピンドル装置の部分断面側面図である。同図を参照して、本磁気軸受型スピンドル装置は、▲1▼筒状のハウジング1と、▲2▼このハウジング1を貫通した主軸2と、▲3▼この主軸2の軸方向略中央部の近傍に配置された、主軸2を回転駆動するためのモータ3と、▲4▼このモータ3に隣接して配置され、主軸2に固定されたロータディスク4を介して主軸2の軸方向位置を制御するアキシャル磁気軸受5と、▲5▼上記モータ3およびアキシャル磁気軸受5を挟んだ両側に一対が配置され、それぞれ主軸2の径方向位置を制御するラジアル磁気軸受6,7とを主に備えている。
【0012】
上記モータ3、アキシャル磁気軸受5及びラジアル磁気軸受6,7は、ハウジング1に固定されている。8,9は、各ラジアル磁気軸受6,7にそれぞれ対応して設けられ、主軸2の径方向変位を検出するラジアル変位センサであり、各ラジアル変位センサ8,9の検出結果に応じて、各ラジアル磁気軸受6,7の磁気力が調整されるようになっている。なお、主軸2の軸方向変位を検出するアキシャル変位センサについては、図示を省略してある。
【0013】
アキシャル磁気軸受5は、ロータディスク4を挟んで軸方向の両側に配置された一対の電磁石10,11を備えている。各電磁石10,11は、ロータディスク4の各端面とそれぞれ所定の間隔を隔てて対向している。
上記ハウジング1の各端面1a,1bには、スピンドル側に位置する第1の端部材12と、反スピンドル側に位置する第2の端部材13がそれぞれ取り付けられている。各端部材12,13はアルミニウム合金からなっていてもステンレスからなっていても良い。
【0014】
ハウジング1の一部破断側面図である図2を参照して、ハウジング1は、アルミニウム合金からなり、ハウジング1を冷却するための冷却液としての冷却水が循環される冷却水路14を内蔵している。この冷却水路14は、ハウジング1を軸方向に貫通した貫通孔からなる複数の軸方向路15と、ハウジング1の端面に設けられた複数の周方向路16とを含み、両端面1a,1b間を往復するジクザグ状のものからなる。
【0015】
なお、隣接する一対の軸方向路15の反スピンドル側の端部には、ねじが形成されており、端部材13を貫通した供給用及び排出用の配管19,20がそれぞれねじ込み固定されている。
ハウジング1の端面図である図3を参照して、上記軸方向路15は、複数のものが円周等配に配列されており、軸方向路15の両端部は、ハウジング1の両端面1a,1bにそれぞれ開口している。また、図2を参照して、上記周方向路16は、隣接する軸方向路15同士を2つずつ連通している。各軸方向路15の両端部に配置される一対の周方向路16は、上記軸方向路15をそれぞれ異なる他の軸方向路15に連通させている。
【0016】
周方向路16の横断面を示す図4、及び周方向路16を構成する部材の分解斜視図である図5を参照して、各周方向路16は、ハウジング1の各端面1a,1bに形成され且つ隣接する軸方向路15の開口端を一括して取り囲む円弧状溝17の内面と、円弧状溝17に嵌め合わされたシール部材18との間に区画されている。これらシール部材18は、対応する端部材12,13によって弾力的に圧縮された状態で、円弧状溝17に嵌められている。端部材12,13は、それぞれ軸方向に沿うボルト(図示せず)によって、ハウジング1の各端面1a,1bに密着するように固定されている。
【0017】
上記の円弧状溝17は、入口側の大径の部分17aと、溝底側の小径の部分17bとを有しており、両者の間に環状段部17cを形成している。一方、シール部材18は、同様にして、大径の部分18aと小径の部分18bとの間に、上記の円弧状溝17の環状段部17cに弾力的に圧縮された状態で合致する環状段部18aを有している。
【0018】
また、強度や対腐蝕性が求められる、ハウジング1の外周面1c、両端面1a,1b、及び冷却水路14の内部には、硬質アルマイト処理が施されている。
本実施例によれば、ハウジングとして、従来のように内、外筒による2ピース構造を採用する必要がなく、しかも、ハウジング1がアルミニウム合金からなるので、小型化、軽量化を達成できる。軽量化を達成できるので、例えば、本磁気軸受型スピンドル装置をNC装置に適用したマシニングセンタにおいて、高速加工を可能とすることができる。また、アルミニウム合金の高い放熱性を利用して冷却性能を向上できるので、各センサ8,9の出力の温度ドリフトを防止できる結果、主軸2を目標位置に安定して保持することができる。すなわち、高剛性のスピンドルが得られる。
【0019】
さらに、ハウジング1に内蔵した冷却水路14へ冷却水を出入りさせるための配管19,20は、ハウジング1の軸方向同側端面1bに接続されるので、配管が邪魔にならない。
さらに、ハウジング1の端面1a,1bの円弧状溝17に、弾力的に圧縮したシール部材18を嵌め合わせることにより、ジグザグ状の冷却水路14を容易に構成でき、且つシール性も高い。しかも、シール部材18の環状段部18cが、円弧状溝17の環状段部17cに弾力的に押し付けられるので、シール性を一層高めることができる。特に、この場合、シール面がクランク状となるので、密封性が非常に高く、水漏れの発生を確実に防止することができる。
【0020】
加えて、ハウジング1の外周面1c、両端面1a,1b、及び冷却水路14の内部に、硬質アルマイト処理が施されているので、本磁気軸受型スピンドル装置を、NC装置のロボットハンドへ取り付る時に、ハウジング1の外周面1cが傷つくことを防止することができ、また、ハウジング1の外周面1cに工業用水等がかかった際の腐蝕の発生や、冷却水路14内の腐蝕の発生を防止することができる。
【0021】
なお、本発明の範囲で種々の設計変更を施すことができる。
【0022】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、ハウジングとして従来のような二重筒構造を採用する必要がなく、小型化、軽量化を達成できる。また、冷却液を冷却液路へ出入りさせるための配管は、ハウジングの軸方向同側端面に接続されるので、邪魔にならない。さらに、ハウジングの端面の円弧状溝に、弾力的に圧縮したシール部材を嵌め合わせることにより、ジグザグ状の冷却液路を容易に構成でき、且つシール性も高い。
【0023】
また、シール部材の環状段部を、円弧状溝の環状段部に弾力的に押し付けることにより、シール性を一層高めることができる。
さらに、ハウジングがアルミニウム合金でできているので、さらに軽量化できると共に、冷却性能をより向上できる。
また、請求項2記載の発明では、ハウジングの外周面の傷つきや腐食を防止でき、冷却液路内の腐食の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての磁気軸受型スピンドル装置の部分断面側面図である。
【図2】ハウジングの一部破断側面図である。
【図3】ハウジングの端面の正面図である。
【図4】周方向路を横断するハウジングの要部の断面図である。
【図5】周方向路を区画するハウジングの端部及びシール部材の分解斜視図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
1a,1b 端面
2 主軸
3 モータ
4 ロータディスク
5 アキシャル磁気軸受
6,7 ラジアル磁気軸受
12,13 端部材
14 冷却水路
15 軸方向路
16 周方向路
17 円弧状溝
17c 環状段部
18 シール部材
18c 環状段部

Claims (2)

  1. 筒状のハウジングを貫通した主軸を非接触支持する磁気軸受と、上記主軸を誘導磁界により回転駆動するモータとが、ハウジング内に固定された磁気軸受型スピンドル装置において、
    上記ハウジングを軸方向に貫通し周方向に並べられた複数の貫通孔からなる軸方向路と、ハウジングの各端面に設けられ且つ隣接する軸方向路同士を2つずつ連通する複数の周方向路とを含み、軸方向同側端面に接続される配管を通して冷却液が出入りされて、両軸方向端面間をジクザグ状に往復する冷却液路が、ハウジングに内蔵されており、
    ハウジングの各端面には、隣接する軸方向路の端部を一括して取り囲む円弧状溝が形成され、
    上記円弧状溝には、円弧状溝の内面との間に上記周方向路を区画する弾性体からなるシール部材が、ハウジングの端面に取り付けられた端部材によって弾力的に圧縮された状態で、嵌められており、
    上記円弧状溝の周壁部に環状段部が形成されており、
    上記シール部材は、弾力的に圧縮された状態で上記円弧状溝の環状段部と合致する環状段部を有しており
    上記ハウジングは、アルミニウム合金でできていることを特徴とする磁気軸受型スピンドル装置。
  2. 請求項1記載の磁気軸受型スピンドル装置において、上記ハウジングの外周面および冷却液路の内部に硬質アルマイト処理が施されていることを特徴とする磁気軸受型スピンドル装置。
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