JP4929968B2 - Hydrostatic gas bearing mechanism, shaft rotating device and spindle motor using the same - Google Patents
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Description
本発明は、浮動ブッシュを用いた静圧気体軸受機構並びに斯かる静圧気体軸受機構を用いた軸回転装置、特に、小径のドリル等の切削工具を高速で回転させることができるスピンドルモータに関する。 The present invention relates to a static pressure gas bearing mechanism using a floating bush and a shaft rotating device using such a static pressure gas bearing mechanism, and more particularly to a spindle motor capable of rotating a cutting tool such as a small-diameter drill at high speed.
孔明けドリル等の切削工具を高速で回転させるスピンドルモータでは、情報機械の小型化、高性能化により微細加工の高精度化、高速化の要求が高まっており、特に、電子回路のプリント基板に対する孔明け用のドリル最小径は、100μm以下となり、これに伴い孔明け用のスピンドルには、切削速度を確保し加工効率を上げるために、高速回転と高精度回転とが求められている。 In spindle motors that rotate cutting tools such as drilling drills at high speeds, there is a growing demand for higher precision and higher speeds in microfabrication due to downsizing and higher performance of information machines. The minimum drill diameter for drilling is 100 μm or less, and accordingly, a spindle for drilling is required to have high-speed rotation and high-precision rotation in order to ensure cutting speed and increase processing efficiency.
スピンドルモータにおいてスピンドルを回転自在に支持するために自成絞り又はオリフィス絞りを用いた静圧気体軸受では、軸受剛性、軸受隙間距離、軸受隙間での減衰特性、軸の慣性モーメント等により決定される1次共振速度の約2倍で自励振動(ホワール現象)が発生しスピンドルの回転動作が不安定となり、そのスピンドルの最高回転速度は、軸受剛性、軸受隙間距離、軸受隙間での減衰特性、軸の慣性モーメント等により異なるが、おおよそ15万rpmであって、それ以上になると、自励振動によってスピンドルの回転動作が不安定となる。 In a static pressure gas bearing that uses a self-formed throttle or orifice throttle to rotatably support the spindle in a spindle motor, it is determined by bearing rigidity, bearing gap distance, damping characteristics in the bearing gap, shaft inertia moment, etc. About twice as much as the primary resonance speed, self-excited vibration (Whirl phenomenon) occurs and the rotation of the spindle becomes unstable. The maximum rotation speed of the spindle is the bearing rigidity, bearing gap distance, damping characteristics in the bearing gap, Although it depends on the moment of inertia of the shaft, etc., it is approximately 150,000 rpm, and if it exceeds that, the rotational operation of the spindle becomes unstable due to self-excited vibration.
例えば非特許文献1及び2で提案されている浮動ブッシュを用いた静圧気体軸受機構では、比較的高い剛性と優れた高速安定性とを得ることができるとされているが、斯かる静圧気体軸受機構は、浮動ブッシュの外周面及び内周面周りの軸受隙間への高圧空気の給気が浮動ブッシュの両端面側からのみに限られているため、外周面及び内周面における軸受隙間での浮動ブッシュの径方向の振動の減衰を効果的に得ることが困難であって、浮動ブッシュを用いた提案の静圧気体軸受機構においても、より高い1次共振速度とすることができず、その安定限界速度は、1300rps程度であって、15万rpm以上を得ることができない。
For example, in the static pressure gas bearing mechanism using the floating bush proposed in
加えて、非特許文献1及び2に記載の静圧気体軸受機構では、浮動ブッシュの外周面及び内周面周りへの高圧空気の給気を浮動ブッシュの両端面側から行うために、構造が複雑となり、製造原価の増大の要因となる。
In addition, in the static pressure gas bearing mechanism described in
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、比較的高い剛性と優れた高速安定性とを得ることができる浮動ブッシュの特長を利用でき、しかも、より高い1次共振速度とすることができて、安定限界速度を更に向上させることができると共に簡単な構造とし得る静圧気体軸受機構並びにこれを用いた軸回転装置及びスピンドルモータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to utilize the features of the floating bush that can obtain relatively high rigidity and excellent high-speed stability, and more An object is to provide a static pressure gas bearing mechanism capable of achieving a high primary resonance speed, further improving the stability limit speed, and having a simple structure, and a shaft rotating device and a spindle motor using the same. .
本発明の静圧気体軸受機構は、中空体と、この中空体に対して径方向及び軸方向において隙間をもって当該中空体の内部に配されている浮動ブッシュと、中空体及び浮動ブッシュに対して径方向及び軸方向において隙間をもって中空体の内部に配されていると共に中空体に対して回転自在である軸と、中空体の外部から中空体の内部への高圧空気の給気のための給気通路と、中空体の内部から中空体の外部への高圧空気の排気のための排気通路とを具備しており、浮動ブッシュは、軸方向に配列されていると共に円筒状の多孔質金属焼結体からなる少なくとも二個の浮動ブッシュ体を具備しており、軸は、二個の浮動ブッシュ体に対して径方向において隙間をもって当該二個の浮動ブッシュ体を貫通していると共に少なくとも一方の端部が中空体の外部に突出してなる軸本体と、軸本体に一体的に形成されていると共に二個の浮動ブッシュ体の間に当該二個の浮動ブッシュ体に対して軸方向において隙間をもって配されたフランジ部とを具備しており、中空体と軸との間に浮動状態で配された浮動ブッシュを介して軸を中空体に対して浮動状態で相対的に回転自在に支持するようになっている。 The static pressure gas bearing mechanism of the present invention includes a hollow body, a floating bush disposed inside the hollow body with a gap in a radial direction and an axial direction with respect to the hollow body, and the hollow body and the floating bush. A shaft that is arranged inside the hollow body with a gap in the radial direction and the axial direction and that is rotatable with respect to the hollow body, and supply of high-pressure air from the outside of the hollow body to the inside of the hollow body An air passage and an exhaust passage for exhausting high-pressure air from the inside of the hollow body to the outside of the hollow body, and the floating bush is arranged in the axial direction and has a cylindrical porous metal structure. At least two floating bush bodies made of a ligated body, and the shaft passes through the two floating bush bodies in a radial direction with respect to the two floating bush bodies and at least one of the floating bush bodies. Inside edge A shaft body that protrudes to the outside of the body, and a flange that is integrally formed with the shaft body and that is disposed between the two floating bush bodies with a gap in the axial direction with respect to the two floating bush bodies The shaft is supported so as to be relatively rotatable in a floating state with respect to the hollow body via a floating bush arranged in a floating state between the hollow body and the shaft. .
本発明の静圧気体軸受機構によれば、軸は、中空体と当該軸との間に浮動状態で配された浮動ブッシュを介して中空体に対して径方向及び軸方向において浮動状態で相対的に回転自在に支持されるようになっており、斯かる浮動ブッシュの二個の浮動ブッシュ体の夫々は、内部に多数の細孔を有すると共に表面で斯かる多数の細孔が開口した多孔質金属焼結体からなっているために、給気通路から中空体の内部へ給気された高圧空気を浮動ブッシュ体の内部の多数の細孔に導入でき、この導入された高圧空気を多数の細孔から再び両隙間に給気することができるために、両隙間を確実に確保でき、而して、両隙間距離を大きくしても高い剛性を維持できて、安定限界速度を更に向上させることができる。 According to the hydrostatic gas bearing mechanism of the present invention, the shaft is relatively floated in the radial direction and the axial direction with respect to the hollow body via the floating bush arranged in a floating state between the hollow body and the shaft. Each of the two floating bush bodies of the floating bush has a large number of pores inside and a porous surface with a large number of such pores open on the surface. Since it is made of a sintered metal, high-pressure air supplied from the air supply passage into the hollow body can be introduced into a large number of pores inside the floating bush body. Since the air can be supplied to both gaps again from the small pores, both gaps can be secured reliably, and even if the gap distance is increased, high rigidity can be maintained and the stability limit speed can be further improved. Can be made.
本発明の軸回転装置は、上記の静圧気体軸受機構と中空体の内部に設けられていると共に中空体に対して軸を相対的に回転させる回転手段とを具備している。 The shaft rotating device of the present invention includes the above-described static pressure gas bearing mechanism and a rotating means that is provided inside the hollow body and rotates the shaft relative to the hollow body.
軸回転装置の好ましい例としての本発明のスピンドルモータは、中空体、この中空体に対して径方向及び軸方向において隙間をもって当該中空体の内部に配されている浮動ブッシュ、中空体及び浮動ブッシュに対して径方向及び軸方向において隙間をもって配されていると共に中空体に対して回転自在であるスピンドル、中空体の外部から中空体の内部への高圧空気の給気のための給気通路及び中空体の内部から中空体の外部への高圧空気の排気のための排気通路を有した静圧気体軸受機構と、中空体の内部に設けられていると共に中空体に対してスピンドルを相対的に回転させる回転手段とを具備しているスピンドルモータであって、浮動ブッシュは、軸方向に配列されていると共に円筒状の多孔質金属焼結体からなる少なくとも二個の浮動ブッシュ体を具備しており、スピンドルは、二個の浮動ブッシュ体に対して径方向において隙間をもって当該二個の浮動ブッシュ体を貫通していると共に少なくとも一方の端部が中空体の外部に突出してなるスピンドル本体と、スピンドル本体に一体的に形成されていると共に二個の浮動ブッシュ体の間に当該二個の浮動ブッシュ体に対して軸方向において隙間をもって配されたフランジ部とを具備しており、静圧気体軸受機構は、中空体とスピンドルとの間に浮動状態で配された浮動ブッシュを介してスピンドルを中空体に対して浮動状態で相対的に回転自在に支持するようになっている。 A spindle motor of the present invention as a preferred example of a shaft rotating device includes a hollow body, a floating bush disposed in the hollow body with a gap in a radial direction and an axial direction with respect to the hollow body, the hollow body, and the floating bush A spindle that is arranged with a gap in the radial direction and in the axial direction and is rotatable with respect to the hollow body, an air supply passage for supplying high-pressure air from the outside of the hollow body to the inside of the hollow body, and A static pressure gas bearing mechanism having an exhaust passage for exhausting high-pressure air from the inside of the hollow body to the outside of the hollow body, and a spindle that is provided inside the hollow body and is relatively positioned relative to the hollow body A spindle motor having a rotating means for rotating, wherein the floating bush is arranged in the axial direction and has at least two floats made of a cylindrical porous metal sintered body. The spindle has a bush body, and the spindle penetrates the two floating bush bodies with a gap in the radial direction, and at least one end protrudes outside the hollow body. And a flange portion formed integrally with the spindle body and disposed between the two floating bush bodies with a gap in the axial direction with respect to the two floating bush bodies. The hydrostatic gas bearing mechanism is configured to support the spindle so as to be relatively rotatable in a floating state with respect to the hollow body via a floating bush arranged in a floating state between the hollow body and the spindle. ing.
浮動ブッシュ体は、好ましくは、その円筒状の外周面に少なくとも一つの環状溝を有している。 The floating bush preferably has at least one annular groove on its cylindrical outer peripheral surface.
斯かる環状溝を有していると、浮動ブッシュ体の内部の細孔への高圧空気の導入を確実に行い得、給気通路からの高圧空気を浮動ブッシュ体の内部の多数の細孔により確実に導入でき、而して、高圧空気を多数の細孔から再び両隙間に給気することができる結果、両隙間距離を大きくしてもより高い剛性を維持できて、安定限界速度をより向上させることができる。 By having such an annular groove, high-pressure air can be reliably introduced into the pores inside the floating bush body, and the high-pressure air from the air supply passage can be introduced by the numerous pores inside the floating bush body. As a result, high pressure air can be supplied to both gaps again from a large number of pores, so that even if the gap distance is increased, higher rigidity can be maintained, and the stability limit speed can be further increased. Can be improved.
多孔質金属焼結体は、少なくとも錫、燐及び銅を含み、更に、必要によりニッケル、クロム及びマンガンのうちの少なくとも一方を含んでいる金属粉末と、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つを含んでいる無機質粉末とを混合、焼結してなるものを好ましい一例として挙げることができ、したがって、好ましくは本発明の静圧気体軸受機構の多孔質金属焼結体からなる浮動ブッシュ体は、金属部分は、少なくとも錫、燐及び銅を含んでおり、無機質部分は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つを含んでおり、また他の好ましい例では本発明の静圧気体軸受機構の浮動ブッシュ体は、金属部分は、ニッケル、クロム及びマンガンのうちの少なくとも一つを更に含んでいるとよいが、本発明はこれらに限定されない。斯かる金属粉末と無機質粉末との混合物の焼成により多数の細孔からなる通路が浮動ブッシュ体内に形成される。更に、焼成後の多孔質金属焼結体の円筒状の外周面及び内周面並びに環状の両端面を含む表面に切削加工又は研削加工を施すことにより、多孔質金属焼結体の表面で開口する多孔質金属焼結体内の細孔に当該開口で絞りを形成することができ、このように表面に切削加工又は研削加工が施された多孔質金属焼結体からなる浮動ブッシュ体を用いることにより、浮動ブッシュ体内に導入された高圧空気を浮動ブッシュ体内の多数の細孔から表面の絞りを介して再び両隙間に噴出させて給気することができる結果、両隙間距離を大きくしても極めて高い剛性を維持できて、安定限界速度を更に向上させることができる。円筒状の外周面に環状溝を有した浮動ブッシュ体の場合には、環状溝を規定する多孔質金属焼結体の環状溝壁面には、当該環状溝壁面での開口では絞られない細孔として高圧空気が容易にこの絞られない開口を介して浮動ブッシュ体内の細孔に導入されるように、切削加工又は研削加工を施さないようにするとよい。浮動ブッシュ体内の多数の細孔の各径は、例示すれば平均80μm程度であって、切削加工又は研削加工後の絞られた細孔の各開口径は、例示すれば平均30μm程度である。 The porous metal sintered body contains at least tin, phosphorus, and copper, and further includes a metal powder containing at least one of nickel, chromium, and manganese, and graphite, boron nitride, fluorinated graphite, and fluoride. A preferable example is a product obtained by mixing and sintering an inorganic powder containing at least one of calcium, aluminum oxide, silicon oxide, and silicon carbide. Therefore, the static pressure of the present invention is preferably used. The floating bush body made of a porous metal sintered body of a gas bearing mechanism includes a metal portion containing at least tin, phosphorus and copper, and an inorganic portion including graphite, boron nitride, graphite fluoride, calcium fluoride, and oxidation. It contains at least one of aluminum, silicon oxide and silicon carbide, and in another preferred example, the float of the hydrostatic gas bearing mechanism of the present invention. Bush bodies, metal parts, nickel, may further comprise at least one of chromium and manganese, the invention is not limited thereto. By firing such a mixture of metal powder and inorganic powder, a passage composed of a large number of pores is formed in the floating bush. Furthermore, the surface of the porous metal sintered body is opened by cutting or grinding the surface including the cylindrical outer peripheral surface and inner peripheral surface and both end faces of the porous metal sintered body after firing. The aperture can be formed in the pores in the porous metal sintered body by the opening, and the floating bush body made of the porous metal sintered body whose surface is cut or ground is used. As a result, the high pressure air introduced into the floating bush can be supplied again from a large number of pores in the floating bush through the surface restriction and supplied to both the gaps. Extremely high rigidity can be maintained, and the stability limit speed can be further improved. In the case of a floating bush body having an annular groove on a cylindrical outer peripheral surface, the pores of the porous metal sintered body defining the annular groove are not narrowed by the opening in the annular groove wall surface. It is recommended that no cutting or grinding be performed so that high-pressure air can be easily introduced into the pores in the floating bush through this non-squeezed opening. Each diameter of a large number of pores in the floating bush is, for example, an average of about 80 μm, and each opening diameter of the narrowed pores after cutting or grinding is an average of about 30 μm.
回転手段は、フランジ部に固着されたタービン翼と、このタービン翼に高圧空気を給気する給気手段とを有したエアーモータを具備していても、これに代えて又はこれと共にフランジ部に固着された回転子と、この回転子を回転させる固定子とを有した電動モータを具備していてもよい。 The rotating means may include an air motor having a turbine blade fixed to the flange portion and an air supply means for supplying high-pressure air to the turbine blade. An electric motor having a fixed rotor and a stator for rotating the rotor may be provided.
本発明によれば、比較的高い剛性と優れた高速安定性とを得ることができる浮動ブッシュの特長を利用でき、しかも、より高い1次共振速度とすることができて、安定限界速度を更に向上させることができると共に簡単な構造とし得る静圧気体軸受機構並びにこれを用いた軸回転装置及びスピンドルモータを提供することができる。 According to the present invention, the characteristics of the floating bush capable of obtaining relatively high rigidity and excellent high-speed stability can be utilized, and a higher primary resonance speed can be obtained, and the stability limit speed can be further increased. It is possible to provide a static pressure gas bearing mechanism which can be improved and can have a simple structure, and a shaft rotating device and a spindle motor using the same.
次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。 Next, the present invention will be described in more detail based on an example of a preferred embodiment shown in the drawings. The present invention is not limited to these examples.
図1から図4において、本例の軸回転装置としてのスピンドルモータ1は、静圧気体軸受機構2と回転手段3とを具備している。
1 to 4, a spindle motor 1 as a shaft rotating device of this example includes a static pressure
静圧気体軸受機構2は、中空体11と、中空体11に対して径方向A及び軸方向Bにおいて隙間13をもって当該中空体11の内部14に配されている浮動ブッシュ15と、中空体11及び浮動ブッシュ15に対して径方向A及び軸方向Bにおいて隙間16をもって中空体11の内部14に配されていると共に中空体11に対して軸心Cを中心として方向Rに回転自在である軸としてのスピンドル17と、中空体11の外部18から中空体11の内部14への高圧空気の給気のための給気通路19と、中空体11の内部14から中空体11の外部18への高圧空気の排気のための排気通路20とを具備している。
The hydrostatic
中空体11は、外側中空部材31と、外側中空部材31の内側に配された内側中空部材32とを具備しており、外側中空部材31は、円筒部材33と、円筒部材33の両端面に固着された蓋部材34及び35とを具備しており、内側中空部材32は、円筒部材33の円筒状の内周面36に固着された一対の円筒部材37及び38と、一対の円筒部材37及び38の対面する一端部間に配されていると共に当該一端部に固着された環状部材39と、円筒部材37及び38の他端部に固着された蓋部材40及び41とを具備している。
The
浮動ブッシュ15は、軸方向Bに配列されていると共に円筒状の多孔質金属焼結体からなる二個の浮動ブッシュ体45及び46を具備しており、少なくとも錫、燐及び銅を含んだ金属部分と、この金属部分に混合されていると共に黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つを含んだ無機質部分とを有している浮動ブッシュ体45及び46の夫々は、その円筒状の外周面47に環状溝48を有している。
The floating bush 15 includes two floating
内部に多数の細孔を有すると共に当該多数の細孔の夫々が全表面で開口した浮動ブッシュ体45は、その外周面47と円筒部材37の内周面50との間に10μm程度の径方向Aの隙間51をもち、しかも、その一方の環状の端面52と蓋部材40の環状の内側面53との間に10μm程度の軸方向Bの隙間54をもって内側中空部材32の内部14に円筒部材37と同心に配されており、内部に多数の細孔を有すると共に当該多数の細孔の夫々が全表面で開口する浮動ブッシュ体46は、その外周面47と円筒部材38の内周面55との間に10μm程度の径方向Aの隙間56をもち、しかも、その一方の環状の端面57と蓋部材41の環状の内側面58との間に同じく10μm程度の軸方向Bの隙間59をもって内側中空部材32の内部14に円筒部材38と同心に配されている。
The floating
スピンドル17は、二個の浮動ブッシュ体45及び46の円筒状の内周面65及び66に対して径方向Aにおいて外周面67が10μm程度の隙間68及び69をもって当該二個の浮動ブッシュ体45及び46を貫通していると共に中空体11の外部18に突出した一方の端部70を有した軸本体としてのスピンドル本体71と、スピンドル本体71に一体的に形成されていると共に二個の浮動ブッシュ体45及び46の互いに対面する他方の環状の端面72及び73間に当該二個の浮動ブッシュ体45及び46の環状の端面72及び73に対して側面74及び75が軸方向Bにおいて10μm程度の隙間76及び77をもって配された円環状のフランジ部78とを具備している。
The
スピンドル本体71は、他方の端部81で円環状の隙間82をもって蓋部材40を貫通しており、端部70とフランジ部78との間の部位83で円環状の隙間84をもって蓋部材41を貫通していると共に端部70側で円環状の隙間85をもって蓋部材35を貫通している。端部81は、端部70と同様に、円環状の隙間をもって蓋部材34を貫通していてもよい。
The spindle
フランジ部78は、環状部材39の環状の内周面91に対して外周面92で円環状の隙間93をもって環状部材39と同心に配されている。
The
隙間82、84及び85の夫々は、隙間68及び69の径方向Aの幅よりも十分に大きな径方向Aの幅を有している。
Each of the
浮動ブッシュ体45では、環状溝48を規定する環状溝壁面49を除いて、外周面47、端面52及び72並びに内周面65に切削加工又は研削加工が施されて、内部の多数の細孔の当該外周面47、端面52及び72並びに内周面65での開口が絞られており、浮動ブッシュ体46も同様に、環状溝48を規定する環状溝壁面49を除いて、外周面47、端面57及び73並びに内周面66に切削加工又は研削加工が施されて、内部の多数の細孔の当該外周面47、端面57及び73並びに内周面66での開口が絞られている。
In the floating
給気通路19は、円筒部材33及び円筒部材37に穿孔された貫通孔95と、円筒部材33及び円筒部材38に穿孔された貫通孔96とを具備しており、貫通孔95及び96の夫々は、その一端で浮動ブッシュ体45及び46の夫々の環状溝48に対面して内部14において隙間51及び56の夫々で開口しており、貫通孔95及び96の夫々の他端には、高圧空気供給用のプラグ97及び98の夫々の一端部が嵌装されており、プラグ97及び98の夫々は、配管99を介して高圧空気源に接続されている。
The air supply passage 19 includes a through
給気通路19は、高圧空気源に接続されたプラグ97及び98からの高圧空気を貫通孔95及び96を介して内部14の隙間51及び56において軸方向Bのほぼ中央部、換言すれば環状溝48が位置する部位の夫々に給気するようになっている。
The air supply passage 19 is formed in such a manner that the high-pressure air from the
排気通路20は、外側中空部材31の内部において蓋部材34及び蓋部材40間の中空部110と、一端では外部18に開口すると共に他端では中空部110に開口して円筒部材33に穿孔された複数の貫通孔111と、一端では中空部110に開口すると共に他端では内部14に開口して蓋部材40に穿孔された複数の貫通孔112と、外側中空部材31の内部において蓋部材35及び蓋部材41間の中空部113と、一端では外部18に開口すると共に他端では中空部113に開口して円筒部材33に穿孔された複数の貫通孔114と、一端では中空部113に開口すると共に他端では内部14に開口して蓋部材41に穿孔された複数の貫通孔115と、フランジ部78の外周面92に対面して一端では隙間93に開口すると共に他端では外部18にして円筒部材33及び環状部材39に穿孔された図示しない複数の貫通孔とを具備している。
The
排気通路20は、内部14の浮動ブッシュ体45側の高圧空気を、一方では、貫通孔112、中空部110及び貫通孔111を介して、他方では、隙間93に開口すると共に円筒部材33に穿孔された図示しない複数の貫通孔を介して夫々外部18に排気し、内部14の浮動ブッシュ体46側の高圧空気を、一方では、貫通孔115、中空部113及び貫通孔114を介して、他方では、隙間93に開口すると共に円筒部材33に穿孔された図示しない複数の貫通孔を介して夫々外部18に排気するようになっている。
The
以上の静圧気体軸受機構2は、内側中空部材32とスピンドル17との間に浮動状態で配された浮動ブッシュ体45及び46を介してスピンドル17を内側中空部材32に対して浮動状態で相対的に方向Rに回転自在に支持するようになっている。
The above-described hydrostatic
中空体11の内部14に設けられていると共に中空体11に対してスピンドル17を相対的に方向Rに回転させる回転手段3は、フランジ部78の外周面92に固着された複数のタービン翼121と、タービン翼121に対して高圧空気を給気する給気手段122とを有したエアーモータ123を具備しており、給気手段122は、配管124を介して高圧空気源に接続されていると共に外側中空部材31及び環状部材39に、互いに対向して嵌装された一対のノズル125を有しており、ノズル125からタービン翼121に向かって噴射する高圧空気によりタービン翼121を介してフランジ部78を方向Rに回転させるようにようになっており、フランジ部78を方向Rに回転させた高圧空気は、前記の隙間93に開口すると共に円筒部材33に穿孔された図示しない貫通孔を介して外部18に排出されるようになっている。
The rotating means 3 that is provided in the inside 14 of the
浮動ブッシュ体45側と浮動ブッシュ体46側とがほぼ同一に構成された以上のスピンドルモータ1では、回転手段3によりフランジ部78が方向Rに回転されることによりスピンドル本体71もまた同方向に回転される。斯かるスピンドル17の方向Rの回転において、給気通路19により内部14に高圧空気が給気されると、斯かる高圧空気は、隙間51、54、56及び59からなる隙間13並びに隙間68、69、76及び77からなる隙間16に給気されて、浮動ブッシュ体45及び46を内側中空部材32とスピンドル17との間で浮動させる結果、スピンドル17は、浮動ブッシュ体45及び46を介して内側中空部材32に対して浮動状態で相対的に方向Rに回転自在に支持される。
In the above spindle motor 1 in which the floating
そして、給気通路19により内部14に給気された高圧空気は、図5の流れPで示すように、環状溝48並びに外周面47と内周面50との間の表面絞り及び外周面47と内周面55との間の表面絞りを介して隙間51及び56に直接噴出される一方、環状溝48における浮動ブッシュ体45及び46の環状溝壁面49の絞られていない多数の開口から浮動ブッシュ体45及び46の内部の細孔にも部分的に導入される結果、斯かる細孔に導入された高圧空気は、図5の流れQで示すように、浮動ブッシュ体45及び46の表面の絞られた開口から隙間13及び隙間16に再び噴出されて、而して、給気通路19により内部14に給気された高圧空気は、隙間13及び隙間16を維持すると共に、隙間51、54、56、59、68、69、76及び77のいずれかの隙間幅の変動ではその変動をなくすようにし、隙間13及び16を確実に安定的に保持でき、したがって両隙間幅を大きくしても高い剛性を維持できて、スピンドル17の方向Rについての回転に対する安定限界速度を更に向上させることができる。
The high-pressure air supplied to the interior 14 by the air supply passage 19 is, as shown by the flow P in FIG. 5, the
上記の例では、エアーモータ123をもって回転手段3を構成したが、これに代えて、図6に示すように、回転手段3は、フランジ部78に固着された回転子131と、回転子131を回転させるべく円筒部材33に固着された固定子133とを有した電動モータ134を具備していてもよい。
In the above example, the rotating
更に、上記の例では、浮動ブッシュ体45及び46をスピンドル17の方向Rについての回転と共に回転できるように内側中空部材32に非拘束としたが、これに代えて、図7に示すように、蓋部材34に係止ピン141の一端部を植設すると共に係止ピン141の他端部を浮動ブッシュ体45の端面52に形成された凹所142に遊嵌させて、係止ピン141を介して浮動ブッシュ体45を内側中空部材32に拘束させて、浮動ブッシュ体45をスピンドル17の方向Rについての回転と共に一定以上回転できないようにしてもよい。浮動ブッシュ体46もまた、浮動ブッシュ体45と同様に、スピンドル17の方向Rについての回転と共に一定以上回転できないようにしてもよい。
Furthermore, in the above example, the floating
浮動ブッシュ15は、上記例では、二個の浮動ブッシュ体45及び46を具備しているが、複数個のフランジ部78を軸方向Bに離れてスピンドル本体71に一体的に形成する場合には、それに対応して浮動ブッシュ15は、フランジ部78間に配される浮動ブッシュ体を含めて三個以上の浮動ブッシュ体を具備していてもよく、この場合、フランジ部78間に配される浮動ブッシュ体は、主として径方向Aに関してスピンドル17を浮動状態で回転自在に支持することになる。また、上記では、環状溝壁面49に切削加工又は研削加工が施されないで、斯かる環状溝壁面49で開口する浮動ブッシュ体45及び46の内部の細孔は、当該環状溝壁面で絞られていないとしたが、これに代えて、環状溝壁面49にも切削加工又は研削加工を施して環状溝壁面49で開口する浮動ブッシュ体45及び46の内部の細孔は、当該環状溝壁面49で絞られていてもよく、こうして絞られた開口から浮動ブッシュ体45及び46の内部の細孔に高圧空気が導入されるようにし、この導入された高圧空気を浮動ブッシュ体45及び46の内部の細孔を介して絞られた開口をもった表面から隙間13及び隙間16に噴出させてもよい。
In the above example, the floating bush 15 includes the two floating
1 スピンドルモータ
2 静圧気体軸受機構
3 回転手段
11 中空体
13、16 隙間
14 内部
15 浮動ブッシュ
17 スピンドル
18 外部
19 給気通路
20 排気通路
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