JP4319479B2 - 主軸装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一端に工具保持手段を有する主軸と、この主軸を回転自在に支持し得る気体軸受手段と、を備える主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のプリント基板穴明機における主軸装置を示す断面図である。同図において、ケース１０内に収容された主軸１の先端部（図の下端部）には、雌形のテーパ面１ｔが形成されている。つまり、主軸１は、軸方向に沿って形成された底付き穴７を有しており、この底付き穴７の底面の中心部分には軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔の内面が、先端側（図の下側）に拡径する上記テーパ面１ｔとなっている。また、コレット２の外周には、テーパ面１ｔと同一の角度を有する雄形のテーパ面２ｔが形成されている。コレット２の中心部分には、ドリル（工具）３を係合させる穴４が軸方向に延びるように貫通穿設されている。コレット２は、テーパ面２ｔから穴４に達するように、かつ円周方向に等角度間隔となるように形成された複数の切り込み溝（図示せず）を有している。
【０００３】
また、主軸１の内周側において、コレット２の後端側（図の上側）には、ガイドブッシュ６を介してロッド５が支持されている。ロッド５は、ガイドブッシュ６の中心孔に嵌合される形で固定・支持されている。主軸１の内面に形成された底付き穴７の底面７ａとガイドブッシュ６との間には、コレット２を図の上方に向けて付勢するように皿ばね８が縮設されている。そして、テーパ面２ｔがテーパ面１ｔに密着することにより、コレット２が内径方向に弾性変形して閉じ、穴４内面とドリル３表面との間の摩擦力によりドリル３が強固に保持されている。
【０００４】
主軸１は、先端側（図の下側）近傍から外周方向に突出するように一体形成されたフランジ１ｆと、軸方向中央部における外周面に連結されかつ銅材を端絡環状に形成したロータ（回転子）９と、を有している。
【０００５】
ケース１０には、摺動及び回転自在に主軸１が嵌合し得る穴１１が形成されている。この穴１１の軸方向中央部には、外径方向に膨出するように収容部１１ｂが形成されており、この収容部１１ｂにおけるロータ９と対向する位置には、コイル（固定子）１２が配置されている。コイル１２は、図示を省略するインバータ電源に接続されている。
【０００６】
ケース１０における穴１１に面する部分には、オリフィス絞り形のジャーナル気体軸受を構成する複数の給気孔１３が、径方向に向くように、かつ軸線Ｏ方向に所定の間隔をあけるようにして設けられている。給気孔１３が気体（ここでは、圧縮空気）を吐出する方向は軸線Ｏと直交する方向であり、図示の場合、コイル１２の上下にそれぞれ２列ずつ配置されている。以下、コイル１２の下側に配置された給気孔１３群を備えているジャーナル気体軸受を空気軸受Ａ、コイル１２の上側に配置された給気孔１３群を備えているジャーナル気体軸受を空気軸受Ｂという。給気孔１３はそれぞれ第１の供給口１４に接続（連通）されている。
【０００７】
穴１１の先端側（図の下側）には、主軸１の先端側を摺動および回転自在に収容する軸収容部１１ｃと、この軸収容部１１ｃにフランジ１ｆを収容し得るように形成された環状凹部１１ｄと、が設けられている。この環状凹部１１ｄにおけるフランジ１ｆと対向する上下二面には、円周方向に複数の給気孔１５が形成されている。これら複数の給気孔１５は、給気方向がそれぞれ軸線Ｏ方向を向き、かつ第２の供給口１６に接続された形でスラスト気体軸受Ｃに具備される。
【０００８】
プッシュロッド２０の一端（図の上端）は、２連のピストン２２に固定されている。２連のピストン２２は、ケース１０の上部に配置されたシリンダ部を構成する２連のチャンバ１１ａ内に配置されている。ケース１０に形成された第３と第４の供給口２３，２４は、それぞれチャンバ１１ａに連通している。ばね２５は、何らかの原因により供給口２４に供給される圧縮空気が遮断された場合に、ピストン２２が落下してプッシュロッド２０がロッド５に接触することを予防する。
【０００９】
次に、上記構成を有する従来の主軸装置の動作を説明する。供給口２３から圧縮空気を供給し、ピストン２２を下降させる。すると、ピストン２２の下降に追従してプッシュロッド２０が図の下方に移動してロッド５を押し、皿ばね８の付勢力に抗してコレット２を図の下方に移動させる。
【００１０】
これにより、コレット２のテーパ面２ｔがテーパ面１ｔから離れると、コレット２の内径方向に働いていた力が無くなってコレット２が開放するので、この状態でドリル３をコレット２から取り外すことができる。次に、他のドリル３をコレット２に挿入した後、供給口２３に対する圧縮空気の供給を停止すると共に供給口２４に圧縮空気を供給し、ピストン２２を上昇させる。これに追従してプッシュロッド２０が図の上方に移動すると、皿ばね８の付勢力によりテーパ面２ｔがテーパ面１ｔに圧接されてコレット２が閉じ、これによりドリル３が主軸１に強く保持される。
【００１１】
次に、供給口１４、１６に圧縮空気を供給する。すると、主軸１は、空気軸受Ａ、Ｂの機能により、その軸線を穴１１の軸線Ｏと一致させるようにして径方向に支持されると共に、スラスト気体軸受Ｃの機能により軸線Ｏ方向に支持される。この状態で、コイル１２に電流を供給すると、コイル１２に発生する磁界によりロータ９に回転トルクが発生し、主軸１が回転する。
【００１２】
以下、図示を省略する手段によりケース１０を軸線Ｏ方向に移動させ、ドリル３によりワークを加工する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、０．１ｍｍ以下の極小径の穴明け加工の需要が増大している。極小径の穴を能率よく加工するためには、主軸の回転数を上げることが有効である。そして、気体軸受を採用した主軸を高速回転させる場合、主軸の固有振動数をできるだけ高くして、主軸に過大な振れが発生する等の気体軸受特有の不安定現象を回避する必要がある。
【００１４】
主軸の固有振動数を高くするためには、主軸を軽量にすることが有効であり、この場合、外径寸法を小さくする方法と、全長を短くする方法の２つの方法が考えられる。
【００１５】
しかし、主軸の外径寸法を小さくすると、空気軸受で主軸を支持する際の軸受剛性（軸受強度）が低下するため、主軸を高速で回転させる際に不安定現象が発生する虞がある。また、主軸の全長を短くするためには、空気軸受Ａ、Ｂを構成する給気孔１３の列間の距離を短くするか、あるいは、空気軸受Ａ、Ｂをいずれか一方のみ配置することが必要になるが、いずれの場合も、空気軸受による上記軸受剛性が低下するため、主軸を高速で回転させる際に不安定現象が発生する虞がある。
【００１６】
そこで本発明は、主軸を高速で回転させて作業能率を向上させることができるものでありながら、空気軸受の軸受剛性を低下させないように構成し、もって上述した従来技術における課題を解決した主軸装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明は、一端に工具保持手段を有する主軸と、該主軸をケース部材に対して回転自在に支持し得る気体軸受手段と、を備える主軸装置において、
前記主軸に、軸方向に沿って前記一端から他端に亘って中空部を形成し、
前記ケース部材に、少なくとも前記主軸の径方向に対して一体に支持され、前記主軸の軸方向に延びて前記中空部に挿通されたガイドロッド部材を備え、
前記気体軸受手段は、前記ガイドロッド部材の外周面に形成されて該外周面と前記主軸の内周面との間の空隙に気体を吐出する気体吐出孔を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により前記主軸をその内周面にて支持する、ことを特徴とする。
【００１８】
この場合、前記ガイドロッド部材が、前記ケース部材に一体に固定されていると、さらに有効である。
即ち、例えば図１を参酌すると、前記ケース部材（１０）にコイル（１２）を配置し、かつ前記主軸（１）にロータ（９）を配置し、
前記ガイドロッド部材は、その上端部（３０ｂ）が前記ケース部材の前記コイル（１２）の上方部分に固定されて、下部分が前記中空部内にて自由端となり、
前記ケース部材（１０）における前記ガイドロッド部材（３０）に対して前記工具保持手段（２）の軸方向反対側に、軸方向に移動駆動可能なピストン（２２）を配置し、
前記ガイドロッド部材（３０）にプッシュロッド（２０）を軸方向移動自在に貫通し、前記ピストンの（２２）移動駆動により前記プッシュロッド（２０）を介して前記工具保持手段（２）を作動し、
前記ガイドロッド部材（３０）に、その軸方向両端部分にて前記プッシュロッド（２０）を移動自在に支持すると共に、その間部分にて前記プッシュロッドの外周面との間でチャンバ（３２）を形成する貫通穴を配置し、
前記気体軸受手段（Ｄ）は、前記ガイドロッド部材（３０）の外周面に形成されて該外周面と前記主軸（１）の内周面との間の空隙に気体を吐出する内側気体吐出孔（３３）を有し、気体が前記チャンバ（３２）を介して前記内側気体吐出孔（３３）から吐出することにより前記主軸（１）を、前記ロータ（９）に対応する部分を含む軸方向の多数位置における内周面にて支持する（Ｄ）と共に、前記ケース部材（１０）における前記コイル（１２）の下方部の内周面に形成されて該内周面と前記主軸（１）の外周面との間の空隙に気体を吐出する外側気体吐出孔（１３）を有し、前記主軸（１）を、前記ロータ（９）の下部分における外周面にて支持する（Ａ）。
【００１９】
この場合、前記ガイドロッド部材が、前記ケース部材に、前記主軸の軸方向に対して移動自在に支持されて前記工具保持手段を作動し得るプッシュロッドを兼用するように構成すると、さらに有効である。
即ち、例えば図２を参照すると、前記ケース部材（１０）における前記ガイドロッド部材（３０）に対して前記工具保持手段（２）の軸方向反対側に、軸方向に移動駆動可能なピストン（２２）を配置し、
前記ピストンの移動駆動により前記ガイドロッド部材（３０）を介して前記工具保持手段（２）を作動して、前記ガイドロッド部材（３０）がプッシュロッドを兼用してなり、
前記気体軸受手段（Ｄ）は、前記ガイドロッド部材（３０）の外周面に形成されて該外周面と前記主軸（１）の内周面との間の空隙に気体を吐出する気体吐出孔（３３）を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により前記主軸（１）をその内周面にて支持する。
【００２０】
また、前記ケース部材の内周面に形成されて該内周面と前記主軸の外周面との間の空隙に気体を吐出する気体吐出孔を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により前記主軸をその外周面にて支持する気体軸受手段を更に備えるように構成することもできる。
【００２１】
また、前記ケース部材に、前記主軸の径方向に対して環状に拡がる環状凹部を形成し、前記主軸に、前記環状凹部に収納されるように、該主軸の径方向に対して環状に突出する環状突部を形成し、前記環状凹部の両側面に形成されて前記環状突部の両側面との空隙に気体を吐出する気体吐出孔を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により前記主軸を軸方向に支持する気体軸受手段を更に備えるように構成することもできる。
【００２２】
〔発明の作用〕
本発明によると、ケース部材における少なくとも主軸の径方向に対して一体に支持されたガイドロッド部材の外周面に配置した気体吐出孔（給気孔）を有するジャーナル気体軸受が、主軸を径方向に確実に支持するので、従来の主軸装置に備えていたような空気軸受Ｂ（図５参照）を設ける必要がない。この結果、空気軸受Ｂを省いた長さに相当する分、主軸の全長を従来よりも短くし、主軸を軽量化することができるので、主軸の固有振動数が高くなる。したがって、空気軸受で主軸を支持する際の軸受剛性を低下させることなく、主軸を安定に支持した状態で高速回転させることができる。また、上記ジャーナル気体軸受の軸受剛性が十分大きい場合には、従来の主軸装置に備えていたような空気軸受Ａ（図５参照）を省略した構成も可能になるが、その場合、空気軸受Ｂのみを省く構成に比して主軸の全長をさらに短くし、主軸をより軽量化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第一の実施形態）
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係る主軸装置の断面図であり、図５と同じ構成を有する要素、同じ機能を有する要素（構成部分）、および、形状はやや異なるが同様の機能を有する要素（構成部分）に、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
本実施の形態における主軸装置は、一端（図１の下側）にコレット（工具保持手段）２を有する主軸１と、この主軸１をケース（ケース部材）１０に対して回転自在に支持し得る気体軸受手段とを該ケース１０内に備えている。
【００２５】
ケース１０は、軸方向（図１の上下方向）に沿う穴１１を備えている。この穴１１は、２連のピストン２２を収容する２連のチャンバ１１ａと、コイル１２を収容するコイル収容部１１ｂと、主軸１の先端部分を摺動および回転自在に収容する軸収容部１１ｃと、主軸１のフランジ１ｆを回転自在に収納し得るように主軸１の径方向に対して環状に拡がる環状凹部１１ｄと、を備えている。ケース１０内方におけるチャンバ１１ａとコイル収容部１１ｂとの間には、センターガイド（ガイドロッド部材）３０のフランジ部３０ｂをスラスト方向に担持する段部１０ａが形成されている。なお、上記軸収容部１１ｃは、主軸１の外周面とケース１０の内周面との間の空隙を構成している。
【００２６】
ケース１０は更に、コイル収容部１１ｂの外周側の異なる位置に形成された連通路３７ａ，３８ａを備えている。連通路３７ａは、ケース１０外周面に貫通穿設された第１の供給口１４に連通すると共に、コイル１２の下側に設けられた給気孔１３に連通路３７ｂを介して連通している。連通路３８ａは、ケース１０外周面に貫通穿設された第２の供給口１６に連通すると共に、連通路３８ｂを介して給気孔１５に連通している。
【００２７】
コイル１２の下側に配置された給気孔１３群は、ジャーナル気体軸受である空気軸受Ａに備えられている。つまり、この空気軸受Ａは、ケース１０の軸収容部１１ｃに臨む内周面に形成されて該内周面と主軸１の外周面との間の空隙（軸収容部１１ｃ）に気体を吐出する給気孔１３を有し、この給気孔１３から吐出する気体により主軸１をその外周面にて支持する気体軸受手段を構成している。また給気孔１５群は、スラスト気体軸受Ｃに備えられている。本実施形態の主軸装置は、図５で説明した従来の主軸装置における、コイル１２の上側に配置された給気孔１３群によって構成される空気軸受Ｂを具備していない。
【００２８】
主軸１は、軸（軸線Ｏ）方向に沿って前記一端（図１の下側）から他端（図１の上側）に亘るように形成された底付き穴（中空部）７を備えている。主軸装置は、主軸１の軸方向に延びて底付き穴７に挿通されたセンターガイド３０を備えている。主軸１を回転自在に支持し得る前記気体軸受手段は、このセンターガイド３０の外周面に形成されて該外周面と主軸１の内周面との間の空隙に気体を吐出する給気孔（気体吐出孔）３３を備え、この給気孔３３から吐出する気体により主軸１をその内周面にて支持している。
【００２９】
センターガイド３０は、後述する中空状のチャンバ３２を軸方向に沿って形成された軸部３０ａと、この軸部３０ａの後端側（図の上側）に一体に形成された前記フランジ部３０ｂと、を備えている。センターガイド３０は、その軸線が軸線Ｏに一致するようにして軸部３０ａの先端（図の下側）を底付き穴７に摺動及び回転自在に嵌合すると共に、フランジ部３０ｂを段部１０ａに担持された形でケース１０に一体に固定されている。つまり、センターガイド３０は、ケース１０に、主軸１の径方向及び軸方向に対して一体に支持されて、後述のジャーナル気体軸受Ｄにて支持されるべき主軸１の基準の位置を確保している。センターガイド３０にはプッシュロッド２０が貫通する貫通穴が形成されており、該貫通穴の両端部には、中心部を軸方向に貫通してプッシュロッド２０を摺動自在に係合させる穴３１がそれぞれ形成されている。また軸部３０ａにおける穴３１と３１との間には、この穴３１よりも大径の前記チャンバ３２が位置している。
【００３０】
底付き穴７を有する主軸１の内周面に対向するセンターガイド３０の外周面には、オリフィス絞り形のジャーナル気体軸受（気体軸受手段）Ｄに備えられた給気孔３３が軸線Ｏ方向に複数列（図示の場合３列）配置され、かつ各列ごとに、複数個の給気孔３３が円周方向に配置されている。即ち、センターガイド３０の軸部３０ａの外周面には、チャンバ３２に連通するように複数の上記給気孔３３が貫通穿設されており、これら給気孔３３は、軸部３０ａの軸方向に略々等間隔で複数個ずつが群として設けられている。そして、この給気孔群のそれぞれにおいて、給気孔３３が軸部３０ａの円周方向に等角度間隔となるように配置されている。上記ジャーナル気体軸受Ｄの軸受剛性は、図５に示した空気軸受Ｂの軸受剛性と同等以上である。
【００３１】
上記プッシュロッド２０は、小径部２０ａと、大径部２０ｂと、この大径部２０ｂの下部に備えたフランジ部２０ｃと、この大径部２０ｂの上部に備えた突出部２０ｄと、全体の中間部分から軸方向上側に形成された連通孔３４と、を備えている。小径部２０ａは、センターガイド３０両端の穴３１，３１及びチャンバ３２内を摺動し得るように、穴３１と略々同径にかつチャンバ３２より小径に形成されている。大径部２０ｂは、小径部２０ａより大径に形成されており、センターガイド３０のフランジ部３０ｂから上方に突出して、ピストン２２の中心孔２２ａに摺動自在に嵌合している。突出部２０ｄは、大径部２０ｂよりやや小径に形成されており、ピストン２２の中心孔２２ａから上方に突出して、ケース１０最上部の中心孔１０ｂから突出している。連通孔３４は、その一方の端部が、プッシュロッド２０の中間部分に貫通穿設された穴３５を介してチャンバ３２に連通し、かつ他方の端部３６が、図示を省略する圧縮空気源に接続されている。なお、図中の符号３９は、ピストン２２の上面部にて突出部２０ｄに嵌め込まれたリング部材である。
【００３２】
上記構成を有するプッシュロッド２０は、小径部２０ａを軸部３０ａの中心に挿通すると共に、大径部２０ｂをピストン２２の中心孔２２ａに挿通し、かつ突出部２０ｄをケース１０の中心孔１０ｂから突出させた状態で、フランジ部２０ｃとフランジ部３０ｂとの間に縮設されたばね２５による上向きの付勢力を受けている。
【００３３】
以下、この実施形態の動作を説明する。すなわち、供給口１４、１６、およびプッシュロッド２０の連通孔３４の端部３６にそれぞれ圧縮空気を供給すると、端部３６から供給された圧縮空気が、段部１０ａに担持されたフランジ部３０ｂを介してケース１０に固定・支持されたセンターガイド３０の給気孔３３から噴出してジャーナル気体軸受Ｄを形成する。これにより、センターガイド３０の外周側に位置する主軸１が、中心側から径方向に支持される。また、空気軸受Ａは、図５に示した従来の場合と同様に、主軸１を外側から径方向に支持する。このため、ジャーナル気体軸受Ｄおよび空気軸受Ａにより、主軸１は回転の軸線が軸線Ｏに一致するようにして径方向に良好に支持される。また、スラスト気体軸受Ｃは、従来の場合と同様に、主軸１を軸線Ｏ方向に支持する。
【００３４】
この状態で、コイル１２に電流を供給し、主軸１を回転させる。そして、図示を省略する手段によりケース１０を軸線Ｏ方向（図の上下方向）に移動させ、ドリル３によりワーク（図示せず）を加工する。
【００３５】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態では、センターガイド３０の外周面に配置した給気孔３３を備えるジャーナル気体軸受Ｄが主軸１の内側で該主軸１を径方向に確実にかつ安定に支持することができるので、従来の主軸装置に備えていたような空気軸受Ｂ（図５参照）を設ける必要がない。従って、空気軸受Ｂを省いた長さに相当する分、主軸１の全長を従来よりも短くし、主軸１を軽量化（質量を小さく）することにより固有振動数を高くすることができる。このため、空気軸受で主軸１を支持する際の軸受剛性を低下させることなく、主軸１を安定に支持した状態で高速回転させることができる。また、従来構造の主軸に比べて最高回転数を高く設定しても不安定現象が発生しないので、加工能率を向上させることができる。
【００３６】
また本実施の形態では、ケース１の内周面に形成されて該内周面と主軸１の外周面との間の空隙に気体を吐出する給気孔（気体吐出孔）１３を有し、該給気１３から吐出する気体により主軸１をその外周面にて支持する空気軸受（気体軸受手段）Ａを備えるので、上述のジャーナル気体軸受Ｄに加え、空気軸受Ａにより主軸１をさらに安定に支持することができる。
【００３７】
また本実施の形態において、ケース１０には、フランジ（環状突部）１ｆを収容し得る環状凹部１１ｄが設けられている。さらに主軸１には、上記環状凹部１１ｄに収納されるように、該主軸１の径方向に対して環状に突出するように上記フランジ１ｆが形成されている。そして、上記環状凹部１１ｄの両側面に形成されてフランジ１ｆの両側面との空隙に気体を吐出する給気孔（気体吐出孔）１５を有し、該給気孔１５から吐出する気体により主軸１を軸方向に支持するスラスト気体軸受（気体軸受手段）Ｃが設けられている。このため、上述のようにジャーナル気体軸受Ｄ、空気軸受Ａにより径方向に安定支持した主軸１を、スラスト気体軸受Ｃにより軸線Ｏ方向に安定に支持することができる。
【００３８】
（第二の実施形態）
次に、本発明に係る第二の実施形態について図２に沿って説明する。同図は本実施形態に係る主軸装置の断面図である。本実施形態は、図１に示した先の実施形態に比し、センターガイド３０をプッシュロッド２０との一体型に構成した点が異なるだけで、他の部分は略々同一なので、図１、図５と同じ構成を有する要素、同じ機能を有する要素（構成部分）、および、形状はやや異なるが同様の機能を有する要素（構成部分）に、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
すなわち、ケース１０内方におけるチャンバ１１ａとコイル収容部１１ｂとの間には、円筒状のガイド部材４０を嵌合した状態で固定する小径部１０ｄと、この小径部１０ｄの下部側に形成された段部１０ｃと、を備えている。ガイド部材４０は、本実施形態のセンターガイド３０の外径と略々同じ内径を有しており、段部１０ｃで担持されて小径部１０ｄ内に固定（つまりケース１０に固定）された形で、摺動自在に挿入された上記センターガイド３０を軸線Ｏ方向（図２の上下方向）に案内する。
【００４０】
本実施形態における上記センターガイド３０は、図１におけるセンターガイド３０の軸部３０ａと略々同じ外径を有する軸部３０ｃと、この軸部３０ｃの上部に形成された、図１に示すプッシュロッド２０の大径部２０ｂと略々同じ外径を有する挿通部３０ｄと、これら軸部３０ｃと挿通部３０ｄとの間に設けられたフランジ部３０ｅと、ピストン２２の中心孔２２ａから上方に突出してケース１０の中心孔１０ｂから突出する、挿通部３０ｄよりやや小径の突出部３０ｆと、を備えている。そして、センターガイド３０は、フランジ部３０ｅとリング部材３９とに挟まれた形でピストン２２との相対移動を規制され、実質的にこのピストン２２に固定されている。
【００４１】
このようなセンターガイド３０は、中心部に軸心方向に沿って延びるように形成されたチャンバ３２と、軸線Ｏ方向に複数列（図示の場合３列）配置され、ジャーナル気体軸受Ｄに具備された給気孔３３と、下部側に突出してロッド５およびガイドブッシュ６を押下する押圧突起３０ｇと、を備えている。上記給気孔３３は、軸線Ｏ方向に配置された各列ごとに、センターガイド３０の円周方向に等角度間隔となるように複数個が設けられている。
【００４２】
以上に示すように、本実施形態におけるセンターガイド３０は、上記第一の実施形態におけるプッシュロッド２０の機能を併せ持っているが、上述したように他の部分の構成、および本実施形態における動作は、上記第一の実施形態と実質的に同じであるため、重複する説明は省略する。
【００４３】
このような本実施の形態によると、上記第一の実施形態と略々同様の効果を得ることができると共に、センターガイド３０にプッシュロッド２０の機能を持たせることにより、上記第一の実施形態に比べて装置構造をさらに簡略化することができるという効果も得ることができる。
【００４４】
（第三の実施形態）
図３は本発明の第三の実施形態に係る主軸装置の断面図であり、図１、図５と同じ構成を有する要素、同じ機能を有する要素（構成部分）、および、形状はやや異なるが同様の機能を有する要素（構成部分）に、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施形態における主軸装置が、図１に示した主軸装置と異なる点は、空気軸受Ａを設けていない点、主軸１先端のコレット（工具保持部）２の反対側（図３の上側）にフランジ１ｆを配置した点、および、ピストン２２を１個（１連）で構成したピストン２２Ａとした点である。これに伴い、図１では下方に設けられていた給気孔（気体吐出孔）１５が、ケース１０の中央部分におけるフランジ１ｆに対向する箇所に配設されている。
【００４６】
ジャーナル気体軸受Ｄの軸受剛性が十分大きい場合には、図３に示すように、図１の主軸装置に備えていた空気軸受Ａを設ける必要がないので、主軸１の全長を図１の場合に比べてさらに短くし、軽量化することができる。
【００４７】
また、主軸１先端のコレット２の反対側にフランジ１ｆを配置したことにより、主軸１の重心を軸線Ｏ方向の中央付近に位置させることができるので、主軸１を高速で回転させる場合に、主軸１の軸線が倒れるような現象を、より有効に予防することができる。さらに、ピストンを１個のピストン２２Ａとして構成したので、構成を簡単にし、主軸装置をより軽量化することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態における主軸装置は、図１に示す主軸装置と複数の異なる点を有しているが、上述したように他の部分の構成、および本実施形態における動作は、上記第一の実施形態と実質的に同じであるため、重複する説明は省略する。
【００４９】
（第四の実施形態）
図４は本発明の第四の実施形態に係る主軸装置の断面図であり、図１、図５と同じ構成を有する要素、同じ機能を有する要素（構成部分）、および、形状はやや異なるが同様の機能を有する要素（構成部分）に、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、本実施の形態は、厳密には参考例であるが、便宜的に実施の形態と称する。
【００５０】
本実施形態における主軸装置が、図１に示した主軸装置と異なる点は、空気軸受Ａを設けていない点、主軸１先端のコレット（工具保持部）２の反対側（図４の上側）にフランジ１ｆを配置した点、および、遠心力を利用したチャック（centrifugal chuck）を工具保持装置として用いた点である。
【００５１】
遠心力を利用した上記チャック（例えば、米国特許第５，９９７，２２３号参照）では、工具を保持する保持部材の工具保持力に、主軸が回転することにより前記保持部材に加わる遠心力を利用しており、工具を着脱する際には、主軸の回転数を低減して保持力を解除している。このため、図１において工具を着脱するための手段であるプッシュロッド２０およびプッシュロッド２０の駆動手段であるピストン２２が不要になっている。したがって、主軸１の構成部品を削減することができ、装置をさらに軽量化することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、主軸に、軸方向に沿って一端から他端に亘って中空部を形成し、ケース部材に、少なくとも主軸の径方向に対して一体に支持され、主軸の軸方向に延びて中空部に挿通されたガイドロッド部材を備え、気体軸受手段が、ガイドロッド部材の外周面に形成されて該外周面と主軸の内周面との間の空隙に気体を吐出する気体吐出孔を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により主軸をその内周面にて支持するので、気体吐出孔を備えるジャーナル気体軸受により主軸を径方向に確実に支持でき、空気軸受構造を簡略化して主軸全長を従来よりも短くかつ軽量化させ、主軸の固有振動数を高くすることができる。したがって、空気軸受の軸受剛性を低下させることなく主軸を安定に支持しつつ高速回転させ、作業能率を向上させることができる。また、これらに伴い、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る主軸装置の断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る主軸装置の断面図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る主軸装置の断面図である。
【図４】 本発明の第四の実施形態（参考例）に係る主軸装置の断面図である。
【図５】従来の主軸装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 主軸
２ コレット（工具保持手段）
３ 工具（ドリル）
７ 底付き穴
１０ ケース（ケース部材）
１１ｃ 主軸外周面とケース内周面間の空隙（軸収容部）
１１ｄ 環状凹部
１３ 給気孔（気体吐出孔）
１５ 給気孔（気体吐出孔）
３０ センターガイド（ガイドロッド部材）
３３ 給気孔（気体吐出孔）
Ａ ジャーナル気体軸受（気体軸受手段）
Ｄ ジャーナル気体軸受（気体軸受手段）

Claims (4)

1. 一端に工具保持手段を有する主軸と、該主軸をケース部材に対して回転自在に支持し得る気体軸受手段と、を備える主軸装置において、
   前記主軸に、軸方向に沿って前記一端から他端に亘って中空部を形成し、
   前記ケース部材に、前記主軸の径方向に対して一体にかつ軸方向に対して移動自在に支持され、前記主軸の軸方向に延びて前記中空部に挿通されたガイドロッド部材を備え、
   前記ケース部材における前記ガイドロッド部材に対して前記工具保持手段の軸方向反対側に、軸方向に移動駆動可能なピストンを配置し、
   前記ピストンの移動駆動により前記ガイドロッド部材を介して前記工具保持手段を作動して、前記ガイドロッド部材がプッシュロッドを兼用してなり、
   前記気体軸受手段は、前記ガイドロッド部材の外周面に形成されて該外周面と前記主軸の内周面との間の空隙に気体を吐出する気体吐出孔を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により前記主軸をその内周面にて支持する、
   ことを特徴とする主軸装置。
2. 一端に工具保持手段を有する主軸と、該主軸をケース部材に対して回転自在に支持し得る気体軸受手段と、を備える主軸装置において、
   前記ケース部材にコイルを配置し、かつ前記主軸にロータを配置し、
   前記主軸に、軸方向に沿って前記一端から他端に亘って中空部を形成し、
   前記主軸の軸方向に延びて前記中空部に挿通されたガイドロッド部材を備え、該ガイドロッド部材は、その上端部が前記ケース部材の前記コイルの上方部分に固定されて、下部分が前記中空部内にて自由端となり、
   前記ケース部材における前記ガイドロッド部材に対して前記工具保持手段の軸方向反対側に、軸方向に移動駆動可能なピストンを配置し、
   前記ガイドロッド部材にプッシュロッドを軸方向移動自在に貫通し、前記ピストンの移動駆動により前記プッシュロッドを介して前記工具保持手段を作動し、
   前記ガイドロッド部材に、その軸方向両端部分にて前記プッシュロッドを移動自在に支持すると共に、その間部分にて前記プッシュロッドの外周面との間でチャンバを形成する貫通穴を配置し、
   前記気体軸受手段は、前記ガイドロッド部材の外周面に形成されて該外周面と前記主軸の内周面との間の空隙に気体を吐出する内側気体吐出孔を有し、気体が前記チャンバを介して前記内側気体吐出孔から吐出することにより前記主軸を、前記ロータに対応する部分を含む軸方向の多数位置における内周面にて支持すると共に、前記ケース部材における前記コイルの下方部の内周面に形成されて該内周面と前記主軸の外周面との間の空隙に気体を吐出する外側気体吐出孔を有し、前記主軸を、前記ロータの下部分における外周面にて支持する、
   ことを特徴とする主軸装置。
3. 前記ケース部材の内周面に形成されて該内周面と前記主軸の外周面との間の空隙に気体を吐出する気体吐出孔を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により前記主軸をその外周面にて支持する気体軸受手段を更に備える、
   請求項１記載の主軸装置。
4. 前記ケース部材に、前記主軸の径方向に対して環状に拡がる環状凹部を形成し、
   前記主軸に、前記環状凹部に収納されるように、該主軸の径方向に対して環状に突出する環状突部を形成し、
   前記環状凹部の両側面に形成されて前記環状突部の両側面との空隙に気体を吐出する気体吐出孔を有し、該気体吐出孔から吐出する気体により前記主軸を軸方向に支持する気体軸受手段を更に備える、
   請求項１ないし３のいずれか記載の主軸装置。

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