JP3862326B2 - Hydrostatic air bearing spindle - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密加工機や精密検査装置等のワークスピンドルまたは工具スピンドル等として利用する静圧空気軸受スピンドルに関する。
【0002】
【従来の技術】
静圧空気軸受は主軸を軸受面に対して非接触で支持するため、回転精度が高く、精密加工機や精密検査装置のワークスピンドルまたは工具スピンドル等に使用される。このようなスピンドルでは外乱の侵入を防ぎ制御性を高めるために、ベルト等を使用せず主軸にモータのロータを直接取付けて駆動する場合が多い。
【0003】
このようなダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルの従来例を図9に例示している。このダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルは、ハウジング3に軸受スリーブ4,5,6を固定し、主軸1を軸受スリーブ4,5に設けたジャーナル軸受7,8および主軸1に一体に設けたスラスト板2を両面からはさみこむ形で軸受スリーブ5,6に設けられた一対のスラスト軸受9,10によって、微小な軸受隙間を介してハウジング3に対して非接触で支持している。
【0004】
主軸1にはモータロータ11が一体に取り付けられ、ハウジング3に取付けられたモータステータ12との間の励磁により回転力を発生する。モータは様々な形式のものを利用できるが、非接触支持という静圧空気軸受の特色を生かすために、同期型または誘導型のACモータ等、ブラシを用いないモータが用いられる場合が多い。ACサーボモータを使用する場合には主軸1の回転角を検出するセンサが必要であり、例えば主軸1を図の右側に延長してロータリーエンコーダを取り付ける等の方法がとられる。
【0005】
ジャーナル軸受7,8には、軸受スリーブ5,6の軸方向両端部近傍に、軸受面に開口する複数個の微細な絞り穴を円周方向に配置した2列の給気列13が設けられており、主軸1の外径面の前記2列の給気列13に対向する位置に円周溝18を設けてある。このような構成により、比較的単純な構造でジャーナル軸受7,8の静剛性を大きくすることができる。また、スラスト軸受9,10には、円周上1列に、軸受面に開口する複数個の微細な絞り穴を配置した給気列14が設けてある。このスラスト軸受9,10の軸受面にも静剛性を上げる目的で、給気列14に対向して円周溝を設ける場合がある。
【0006】
軸受給気口15から圧縮空気を供給すると、圧縮空気はハウジング3に設けた給気通路16を経由して給気列13および14からジャーナル軸受7,8およびスラスト軸受9,10の軸受隙間に流入し、軸受隙間内の空気の圧力によって主軸1の自重や外部負荷に釣り合う軸受反力を生じる。ジャーナル軸受7,8およびスラスト軸受9,10から流出される空気は、軸受端部から直接、または排気通路17を通ってスピンドルの外部に排出される。
【0007】
前記静圧空気軸受スピンドルにおいて、主軸1の振れ回りの原因となる加振力は、主軸1とワークまたは工具等を含む回転体の不釣合いに起因するものであり、従って、その周波数は回転数と等しい。通常、主軸−軸受系の固有振動数は回転数よりもかなり高めに設計できるので、図9に示す2列給気円周溝付きジャーナル軸受7,8のような形で軸受の静剛性を高めることによって主軸1の振れ精度を改善することができた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、静圧空気軸受スピンドルにおいては、主軸1とワークまたは工具等を含む回転体の不釣合いによって発生する回転数と等しい周波数の振れに対しては、ジャーナル軸受7,8の静剛性の向上と不釣合い修正の精度向上によって対策がなされてきた。その結果、回転数と等しい周波数の振れはかなり小さくなったが、さらに振れ精度を改善するためには、モータのトルク変動や磁石の着磁むら、駆動電流波形の乱れ等が原因となって、モータの極数等に関連する回転数の整倍数の周波数で発生する振動が問題となっている。このモータに起因する加振力は主軸1の回転数よりも周波数が高く、主軸−軸受系の固有振動数に近い成分を含んでおり、固有振動数での主軸1の振動が問題になる場合が多い。
【0009】
主軸−軸受系の固有振動数での振幅を小さくするには軸受の剛性ではなく、減衰係数を大きくする必要がある。さらに、静圧空気軸受の剛性および減衰係数は周波数によって変化するので、従来のように静剛性だけに着目していたのでは、振動低減の効果は上がらない。
【0010】
そこで、本発明は、ダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルの動特性を改善し、主軸−軸受系の固有振動数で加振された場合の主軸1の振れを低減することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明は、静圧空気ジャーナル軸受および静圧空気スラ静圧空気ジャーナル軸受および静圧空気スラスト軸受によって、固定部に対して非接触で支持される主軸に、モータロータを取付けて直接駆動するダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルにおいて、前記ジャーナル軸受の軸方向両端部近傍の軸受面に開口する複数個の絞り穴を円周方向配置した2列の給気列を設けるとともに、該2列の給気列に対応する円周溝を主軸または該軸受の軸受面に設け、かつ、該軸受の軸方向中央部の圧力が両端部よりも高い圧力分布となるように、前記2列の給気列の中間部に、軸受面に開口する複数個の絞り穴を円周方向に配置した1列または複数列の給気列を設け、前記ジャーナル軸受の中間部の給気列の各列毎の絞り出口面積の総和が、軸受の中央寄りの給気列ほど小さくなるように、前記ジャーナル軸受の中央寄りの給気列の絞り穴の数を隣接する端部側の給気列の絞り穴の数より少なくし、または、前記ジャーナル軸受の中央寄りの給気列の円周溝の深さを隣接する端部側の給気列の円周溝の深さより浅くし、あるいは、中央寄りの給気列には円周溝を設けないこととした。
【0012】
ジャーナル軸受の軸方向両端部近傍の円周上に設けた2列の給気列に加えて、前記2列の給気列の中間部の円周上にも1列または複数列の給気列を設けたことにより、ジャーナル軸受の軸方向中央部の圧力が両端部よりも高い圧力分布となって軸受隙間の平均圧力が高くなり、ジャーナル軸受の高周波領域での減衰性能が改善され、主軸−軸受系の固有振動数付近の加振力に対する静圧軸受スピンドルの振れを低減することができる。この結果、ダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルの動特性を改善し、更に精度の高いスピンドルを実現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、図7に示す従来構成と実質的に同一の部材ないし部分にはすべての図を通じて同一の参照符号を付して示すこととし、重複する説明は省略する。
【0014】
図1はこの実施例に係わるダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルを示している。この実施例のダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルは、従来構成と同様、主軸1を2個のジャーナル軸受7,8および主軸1に一体に設けたスラスト板2の両面に対向するスラスト軸受9,10によってハウジング3に対して非接触で支持している。主軸1にはモータロータ11が一体に取り付けられ、ステータ12に通電すると主軸1が回転するようになっている。
【0015】
図2は、この実施例に係わる静圧空気軸受スピンドルに属するジャーナル軸受7,8の拡大図を示している。ジャーナル軸受7,8は、軸受スリーブ5,6の軸方向両端部近傍に、軸受面に開口する複数個の微細な絞り穴を円周方向に配置した2列の給気列13aを設けるとともに、主軸1の外径面の前記2列の給気列13aに対向する位置に円周溝18aを設け、かつ、前記2列の給気列13aの中間部(軸受スリーブ5,6の軸方向中央部)に、軸受面に開口する複数個の微細な絞り穴を円周方向に配置した1列の給気列13bを設けるとともに、主軸1の外径面の前記中央部の給気列13bに対向する位置に円周溝18bを設けたものである。更に、前記中間部の給気列13bの絞り出口面積の総和を、隣接する端部側の給気列13aの絞り出口面積の総和よりも小さくしている。ここで給気列の絞り出口面積とは、圧縮空気が絞り穴を通過する際に、圧縮空気の流路断面積がもっとも小さくなり、実際に絞りとして作用する部分の面積であり、通常は図3に示すように、絞り穴41の断面43の面積(所謂オリフィス絞り)と、絞り穴41の外周とそれと対向する軸受面または円周溝の底面42で区切られる円筒面44の面積(所謂自成絞り)のうち、小さい方の面積である。従って、ジャーナル軸受7,8の軸方向中央部の給気列13bの絞り出口面積の総和を、隣接する端部側の給気列13aの絞り出口面積の総和よりも小さくするには、給気列13bの絞り穴の直径を小さくする、給気列13bの絞り穴の数を減らす、また、自成絞りの場合は、それに対向する円周溝18bを浅くするか円周溝18bをなくすという3つの方法がある。
【0016】
この実施例のジャーナル軸受7,8は、従来からある軸方向両端部近傍の2列の給気列13aに加えて、軸方向中央部の円周上に給気列13bを設けたことにより、軸受隙間における空気の流れの様子が、図4(a)のようになるので(尚、図4(b)に従来のジャーナル軸受の軸受隙間における空気の流れの様子を比較として示す。)、図5に示すように、軸方向中央部の圧力が両端部よりも高い圧力分布となって軸受隙間の平均圧力が従来のジャーナル軸受よりも高くなり、下記のような理由でジャーナル軸受7,8の高周波領域での減衰性能が改善され、主軸−軸受系の固有振動数付近の加振力に対する静圧空気軸受スピンドルの振れを低減することができる。
【0017】
即ち、主軸1が振動すると、給気列13a,13bの絞り穴の作用で軸受隙間の圧力が変化し、主軸1の変化に応じた軸受反力を発生する。静圧空気軸受では軸受隙間が小さいので、軸受隙間内の空気は軸受面とほとんど同じ温度になり、等温変化を行なうので、圧力と密度は比例関係にある。主軸1の振動に伴う軸受隙間内の局所的な空気の移動は、軸受隙間の容積の変化分に対応する部分と、圧力変化に連動した空気の密度の変化に対応する部分に分けられる。局所的な圧力(空気の密度)の変化速度は、局所的な空気の質量流量と比例関係にあるから、体積流量が一定の場合には、軸受隙間の圧力(空気の密度)が高いほど質量流量が大きく、圧力の変化が速い。従って、軸受隙間の圧力が高いほど、ある圧力変化を短時間で終了することができる。これは軸受反力の軸変位に対する遅れが小さいということであり、言い換えれば減衰に対するマイナスの効果が小さいということになる。
【0018】
また、軸受隙間の圧力が変化する際に、軸受隙間内で空気の流動が生じ、この時の空気の粘性抵抗によって軸の振動に対する減衰力となる。振動の周波数が高くなると、軸受隙間の変化が速くなり、軸受の中央付近の空気は追従できず、流動せずにその場で圧縮・膨張するようになる。従って、空気の流動に伴う粘性力は小さくなり、減衰係数が小さくなる。特にジャーナル軸受の軸方向中央部分ではこの傾向が強い。
【0019】
本実施例においては、ジャーナル軸受7,8の軸方向中央部に給気列13bや円周溝18bを設けたため、軸受の中央付近の空気が給気列13bの絞り穴や円周溝18bに出入りすることによって比較的周波数の高い振動に対しても流動を生じやすくなり、高周波領域でのジャーナル軸受7,8の減衰係数が大きくなる。また、給気列13a,13bの数や円周溝18a,18bの深さによって空気の流動し易さが変化するので、主軸−軸受系の固有振動数に応じて給気列13a,13bの数や円周溝18a,18bの深さを設定することができる。
【0020】
一方、静剛性については、静剛性が最大となる最適な給気列13a,13bの絞り穴の出口圧力と軸受給気圧との圧力比が存在し、給気圧に対して給気列13a,13bの絞り穴の出口圧力が高すぎると、軸受隙間全体の圧力が上がり、上記の圧力比を実現することができなくなり、静剛性が低下する。このため、圧力の上がり易い軸受の軸方向中央部の圧力上昇を必要最低限に押える必要がある。この点、本発明の実施例においては、圧力の上がり易い軸受の軸方向中央部の給気列13bの絞り出口面積の総和を、隣接する端部側の給気列13aよりも小さくしたため、2列給気の場合の給気列間の圧力の落ち込みを補って、高周波領域での減衰係数を高めるために最小限度の軸受隙間平均圧力の上昇を実現することができる。従って、静圧空気軸受スピンドルの静剛性を維持しながら動特性を改善することができる。
【0021】
以上のように、本発明の実施例に係るダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルにおいては、ジャーナル軸受7,8の減衰性能が改善され、モータに起因する主軸−軸受系の固有振動数に近い比較的高周波領域での振動が発生しても、十分な主軸の振れ精度を実現できる。
【0022】
図6は、同一の主軸1を用いた従来のダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルと本発明の実施例に係るダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルのコンプライアンス(剛性の逆数で、加振力の大きさに対する主軸1の振れの大きさの比を表す。)を、加振力の周波数を横軸にとって比較したものである。コンプライアンスが小さいほど、同一の加振力に対して主軸1の振れが小さく、高精度なスピンドルである。本発明の実施例に関するスピンドルは、ジャーナル軸受7,8に3列の給気列13a,13bを設け、中央部の給気列13bにも円周溝18bを設けたもの(3列給気3列円周溝)と、中央部の給気列13bには円周溝18bを設けないもの(3列給気2列円周溝)のコンプライアンスを示す。固有振動数は、従来のスピンドルでは900Hz〜1500Hz付近、本発明のスピンドルでは1100Hz〜1600Hz付近である。本発明のスピンドルは、0Hz近傍のコンプライアンス(静剛性の逆数)は従来のものに比べて十数%小さいだけだが、固有振動数での最大値を比較すると従来のものの約1/2になっており、高周波領域での本発明の効果があらわれている。また、本発明の2種類を比較すると、中央の給気列13bに円周溝18bを設けることにより、コンプライアンスは約1600Hzを境としてそれ以上の高周波領域では小さくなり、低周波領域では大きくなる。つまり、主要な加振力や固有振動数の周波数に応じて円周溝18bの諸元を変更してその周波数でのコンプライアンスを小さくすることができる。
【0023】
また、本発明ではジャーナル軸受7,8の軸方向中央部に給気列13bを設けることによって軸受空気流量が増加する。このため、外部から供給される空気による軸受部の冷却効果が大きくなり、軸を高速で回転させた場合でも、軸受部の温度上昇が小さくなる。
【0024】
尚、前記実施例に係る静圧空気軸受スピンドルでは、ジャーナル軸受7,8に3列の給気列13a,13bを設けているが、本発明の静圧空気軸受スピンドルに属するジャーナル軸受7,8の給気列は3列に限定されるものではなく、3列以上、例えば図7に示すように、5列の給気列13c,13d,13eを設け、かつ、主軸1の外径面に5列の給気列13c,13d,13eに対向する5列の円周溝18c,18d,18eを設けることも可能である。この場合、中央の給気列13eの絞り出口面積の総和を隣接する端部側の給気列13dの絞り出口面積の総和よりも小さくするとともに、給気列13dの絞り出口面積の総和を隣接する端部側の給気列13cの絞り出口面積の総和よりも小さくする。但し、給気列の数が奇数の場合、中央の給気列からは軸方向両側に向かって圧縮空気が流れるので、中央の給気列の絞り出口面積の総和は、その端部側に隣接する給気列の絞り出口面積の総和よりも小さくする。
【0025】
図8は、本発明のダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルの他の実施例を示している。この実施例のダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルは、ハウジング3の両端にスラスト軸受9,10を設け、それぞれのスラスト軸受9,10に対向する2枚のスラスト板2を主軸1に固定している。また、ジャーナル軸受7,8の円周溝18fは軸方向両端部の2列の給気列13fにのみ設け、中央部の2列の給気列13gには溝を設けていない。この実施例は、主軸−軸受系の固有振動数が比較的小さい場合に適している。
【0026】
また、以上実施例ではジャーナル軸受7,8の内径側の軸受面に給気列13a〜13gを設け、かつ、主軸1の外周面に円周溝18a〜18fを設けているが、給気列を主軸1の外周面に設けたり、或いは、円周溝をジャーナル軸受7,8の内径側の軸受面に設けても良い。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ジャーナル軸受の軸方向両端部近傍の円周上に設けた2列の給気列に加えて、前記2列の給気列の中間部の円周上にも1列または複数列の給気列を設けたので、ジャーナル軸受の軸方向中央部の圧力が両端部よりも高い圧力分布となって軸受隙間の平均圧力が高くなり、ジャーナル軸受の高周波領域での減衰性能が改善され、主軸−軸受系の固有振動数付近の加振力に対する静圧軸受スピンドルの振れを低減することができ、これによりダイレクトドライブ型静圧軸受スピンドルの動特性を改善し、高い精度のスピンドルを実現できる。しかも、中間部の各給気列の絞り出口面積の総和を軸受の中央寄りの給気列ほど小さくしたので、高周波領域での減衰係数を高めるために最小限度の軸受隙間平均圧力の上昇を実現することができ、これによりダイレクトドライブ型静圧軸受スピンドルの静剛性を低下させることなく動特性を改善し、更に高い精度のスピンドルを実現できる。また、ジャーナル軸受の圧縮空気流量が増加し、軸受の冷却効果が高まる。更に、軸受部の温度上昇を低減できるとともに、必要な加工技術は従来のものとまったく同じであり、上記の効果を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わるダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルの縦断面図である。
【図2】本発明の実施例に係わる静圧空気軸受スピンドルに属するジャーナル軸受の拡大図である。
【図3】絞り出口面積の説明図である。
【図4】本発明(3列給気)と従来(2列給気)の空気の流れの様子を示す軸受面(半分)の展開図である。
【図5】本発明(3列給気)と従来(2列給気)の軸受隙間(半分)における圧力分布を示す線図である。
【図6】本発明(3列給気)と従来(2列給気)のコンプライアンスを比較する線図である。
【図7】本発明の実施例に係わる静圧空気軸受スピンドルに属するジャーナル軸受の他の例の拡大図である。
【図8】本発明の他の実施例の縦断面図である。
【図9】従来のダイレクトドライブ型静圧空気軸受スピンドルの縦断面図である。
【符号の説明】
1 主軸
2 スラスト板
3 ハウジング
4〜6 軸受スリーブ
7,8 ジャーナル軸受
9,10 スラスト軸受
11 モータロータ
12 モータステータ
13,13a〜13g ジャーナル軸受の給気列
14 スラスト軸受の給気列
15 軸受給気口
16 給気通路
17 排気通路
18,18a〜18f 円周溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrostatic air bearing spindle used as a work spindle or a tool spindle of a precision processing machine, a precision inspection apparatus, or the like.
[0002]
[Prior art]
Since the hydrostatic air bearing supports the main shaft in a non-contact manner with respect to the bearing surface, it has high rotational accuracy and is used for a work spindle or a tool spindle of a precision processing machine or a precision inspection device. In such a spindle, in order to prevent intrusion of disturbance and improve controllability, the motor rotor is often directly attached to the main shaft without using a belt or the like.
[0003]
A conventional example of such a direct drive type hydrostatic air bearing spindle is illustrated in FIG. In this direct drive type hydrostatic air bearing spindle,
[0004]
A motor rotor 11 is integrally attached to the
[0005]
The
[0006]
When compressed air is supplied from the
[0007]
In the hydrostatic air bearing spindle, the excitation force causing the swing of the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the hydrostatic air bearing spindle, the static stiffness of the
[0009]
In order to reduce the amplitude at the natural frequency of the main shaft-bearing system, it is necessary to increase the damping coefficient, not the rigidity of the bearing. Furthermore, since the rigidity and damping coefficient of the hydrostatic air bearing change depending on the frequency, if attention is paid only to the static rigidity as in the prior art, the effect of reducing the vibration does not increase.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to improve the dynamic characteristics of a direct drive hydrostatic air bearing spindle and to reduce the vibration of the
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a motor rotor on a main shaft supported in a non-contact manner with respect to a fixed portion by a hydrostatic air journal bearing, a hydrostatic air thrust hydrostatic air journal bearing, and a hydrostatic air thrust bearing. In a direct drive type hydrostatic air bearing spindle that is directly driven by mounting a plurality of throttle holes that are open in the bearing surface in the vicinity of both axial ends of the journal bearing are arranged in a circumferential direction. In addition, a circumferential groove corresponding to the two air supply rows is provided on the main shaft or the bearing surface of the bearing, and the pressure in the axial central portion of the bearing has a pressure distribution higher than both ends. One or a plurality of air supply rows in which a plurality of throttle holes opened in the bearing surface are arranged in the circumferential direction are provided in the middle portion of the two air supply rows, and the air supply in the intermediate portion of the journal bearing is provided . For each column The number of throttle holes in the air supply row near the center of the journal bearing is set to be equal to the number of throttle holes in the adjacent air supply row so that the sum of the throttle outlet areas becomes smaller as the air supply row closer to the center of the bearing. Or the depth of the circumferential groove of the air supply row near the center of the journal bearing is shallower than the depth of the circumferential groove of the air supply row on the adjacent end side, or The air train was not provided with a circumferential groove.
[0012]
In addition to the two air supply rows provided on the circumference in the vicinity of both axial ends of the journal bearing, one or more air supply rows are also provided on the circumference of the intermediate portion of the two air supply rows. The journal bearing has a higher pressure distribution at the center in the axial direction than the both ends, resulting in a higher average pressure in the bearing gap, improving the damping performance in the high frequency region of the journal bearing, The vibration of the hydrostatic bearing spindle with respect to the excitation force near the natural frequency of the bearing system can be reduced. As a result, the dynamic characteristics of the direct drive type hydrostatic air bearing spindle can be improved, and a spindle with higher accuracy can be realized.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that members and portions that are substantially the same as those in the conventional configuration shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and redundant description is omitted.
[0014]
FIG. 1 shows a direct drive type hydrostatic air bearing spindle according to this embodiment. In the direct drive type hydrostatic air bearing spindle of this embodiment, the
[0015]
FIG. 2 shows an enlarged view of the
[0016]
In the
[0017]
That is, when the
[0018]
Further, when the pressure in the bearing gap changes, air flows in the bearing gap, and a damping force against the shaft vibration is generated by the viscous resistance of the air at this time. When the frequency of vibration increases, the change in the bearing clearance becomes faster, and the air near the center of the bearing cannot follow and compresses and expands on the spot without flowing. Therefore, the viscous force accompanying the air flow is reduced, and the damping coefficient is reduced. This tendency is particularly strong in the axial center portion of the journal bearing.
[0019]
In the present embodiment, since the
[0020]
On the other hand, as for the static stiffness, there is an optimum pressure ratio between the outlet pressure of the throttle hole of the
[0021]
As described above, in the direct drive type hydrostatic air bearing spindle according to the embodiment of the present invention, the damping performance of the
[0022]
FIG. 6 shows the compliance of the conventional direct drive hydrostatic air bearing spindle using the same
[0023]
Further, in the present invention, the air flow rate of the bearing is increased by providing the
[0024]
In the hydrostatic air bearing spindle according to the above embodiment, the
[0025]
FIG. 8 shows another embodiment of the direct drive hydrostatic air bearing spindle of the present invention. The direct drive type hydrostatic air bearing spindle of this embodiment is provided with
[0026]
In the above embodiment, the
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in addition to the two air supply rows provided on the circumference in the vicinity of both axial ends of the journal bearing, the circumference of the intermediate portion of the two air supply rows is provided. Since one or more air supply rows are also provided on the upper side, the pressure in the central portion of the journal bearing in the axial direction is higher than that at both ends, and the average pressure in the bearing gap is increased. The damping performance in the region is improved, and the vibration of the hydrostatic bearing spindle against the excitation force near the natural frequency of the main shaft-bearing system can be reduced, thereby improving the dynamic characteristics of the direct drive hydrostatic bearing spindle. In addition, a highly accurate spindle can be realized. In addition , the sum of the throttle outlet areas of each air supply row in the middle is smaller for the air supply row closer to the center of the bearing, so the minimum bearing clearance average pressure is increased to increase the damping coefficient in the high frequency range. Thus, the dynamic characteristics can be improved without lowering the static rigidity of the direct drive hydrostatic bearing spindle, and a spindle with higher accuracy can be realized. Further, the compressed air flow rate of the journal bearing is increased, and the bearing cooling effect is enhanced. Furthermore, while the temperature rise of a bearing part can be reduced, the required processing technique is exactly the same as the conventional one, the above effects can be realized at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a direct-drive hydrostatic air bearing spindle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a journal bearing belonging to a hydrostatic air bearing spindle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a throttle outlet area.
FIG. 4 is a development view of a bearing surface (half) showing a state of air flow of the present invention (three-row air supply) and a conventional (two-row air supply).
FIG. 5 is a diagram showing a pressure distribution in a bearing gap (half) between the present invention (three-row air supply) and the conventional (two-row air supply).
FIG. 6 is a diagram comparing the compliance of the present invention (3-row air supply) and the conventional (2-row air supply).
FIG. 7 is an enlarged view of another example of a journal bearing belonging to a hydrostatic air bearing spindle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a conventional direct drive type hydrostatic air bearing spindle.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ジャーナル軸受の軸方向両端部近傍の軸受面に開口する複数個の絞り穴を円周方向配置した2列の給気列を設けるとともに、該2列の給気列に対応する円周溝を主軸または該軸受の軸受面に設け、かつ、該軸受の軸方向中央部の圧力が両端部よりも高い圧力分布となるように、前記2列の給気列の中間部に、軸受面に開口する複数個の絞り穴を円周方向に配置した1列または複数列の給気列を設け、
前記ジャーナル軸受の中間部の給気列の各列毎の絞り出口面積の総和が、軸受の中央寄りの給気列ほど小さくなるように、前記ジャーナル軸受の中央寄りの給気列の絞り穴の数を隣接する端部側の給気列の絞り穴の数より少なくしたことを特徴とする静圧空気軸受スピンドル。In a direct drive type hydrostatic air bearing spindle that is directly driven by attaching a motor rotor to a main shaft supported in a non-contact manner with respect to a fixed portion by a hydrostatic air journal bearing and a hydrostatic air thrust bearing.
The journal bearing is provided with two rows of air supply rows in which a plurality of throttle holes opened in the bearing surface in the vicinity of both axial ends of the journal bearing are arranged in the circumferential direction, and circumferential grooves corresponding to the two rows of air supply rows are provided. Provided on the main shaft or the bearing surface of the bearing, and open to the bearing surface in the middle of the two air supply rows so that the pressure in the axial central portion of the bearing has a higher pressure distribution than both ends. Providing one or a plurality of air supply rows in which a plurality of throttle holes are arranged in the circumferential direction ;
The sum of the throttle outlet areas for each of the air supply rows in the middle portion of the journal bearing becomes smaller as the air supply row closer to the center of the bearing reduces the throttle hole of the air supply row closer to the center of the journal bearing. A hydrostatic air bearing spindle characterized in that the number thereof is smaller than the number of throttle holes in the air supply row on the adjacent end side .
前記ジャーナル軸受の軸方向両端部近傍の軸受面に開口する複数個の絞り穴を円周方向配置した2列の給気列を設けるとともに、該2列の給気列に対応する円周溝を主軸または該軸受の軸受面に設け、かつ、該軸受の軸方向中央部の圧力が両端部よりも高い圧力分布となるように、前記2列の給気列の中間部に、軸受面に開口する複数個の絞り穴を円周方向に配置した1列または複数列の給気列を設け、
前記ジャーナル軸受の中間部の給気列の各列毎の絞り出口面積の総和が、軸受の中央寄りの給気列ほど小さくなるように、前記ジャーナル軸受の中央寄りの給気列の円周溝の深さを隣接する端部側の給気列の円周溝の深さより浅くするか、中央寄りの給気列には円周溝を設けないことを特徴とする静圧空気軸受スピンドル。 In a direct drive type hydrostatic air bearing spindle that is directly driven by attaching a motor rotor to a main shaft supported in a non-contact manner with respect to a fixed portion by a hydrostatic air journal bearing and a hydrostatic air thrust bearing.
The journal bearing is provided with two rows of air supply rows in which a plurality of throttle holes opened in the bearing surface in the vicinity of both axial ends of the journal bearing are arranged in the circumferential direction, and circumferential grooves corresponding to the two rows of air supply rows are provided. Provided on the main shaft or the bearing surface of the bearing, and open to the bearing surface in the middle of the two air supply rows so that the pressure in the axial central portion of the bearing has a higher pressure distribution than both ends. Providing one or a plurality of air supply rows in which a plurality of throttle holes are arranged in the circumferential direction;
The sum of the aperture exit area of each column of the charge air column in the middle portion of the journal bearing, the inboard air supply column as small Kunar so the bearing, circumferential air supply column close to the center of the journal bearing A hydrostatic air bearing spindle characterized in that the groove depth is shallower than the circumferential groove depth of the air supply row on the adjacent end side, or no circumferential groove is provided in the central air supply row .
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