JP5045456B2

JP5045456B2 - スピンドル装置

Info

Publication number: JP5045456B2
Application number: JP2008013050A
Authority: JP
Inventors: 浩志相沢; 淳高橋; 直也小林; 秀之佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: JP2009055777A

Description

本発明は、静圧気体軸受によって回転自在に支持されたスピンドルを電動モータによって回転駆動し、スピンドルの回転力を精密な計測器や加工器などに伝達するのに好適なスピンドル装置に関する。

スピンドル装置は、切削、研削などの工具を回転駆動する工作機械の一要素として、あるいは磁気ヘッドや磁気ディスクなどを回転駆動する検査機械の一要素として用いられている。この種のスピンドル装置は、円筒状のハウジングに、回転軸であるスピンドル（スピンドルシャフト）が静圧気体軸受を介して支持され、スピンドルには電動モータのモータ回転軸が連結され、電動モータの駆動によってスピンドルが回転駆動されるようになっている。この際、静圧気体軸受は、エアの供給を受けてスピンドルとの間に隙間を形成し、スピンドルを非接触で回転自在に支持し、スピンドルが高速で回転できるようになっている。

しかし、静圧気体軸受として、空気軸受を用いた場合、空気の圧縮性に起因するエアハンマーと呼ばれる自励振動が発生することがある。この振動は、空気軸受としてオリフィス絞り軸受のように、軸受部に空気溜りとなるポケットが設けられていると発生し易くなる。また空気軸受に多孔質軸受を用いた場合、多孔質自体が空気溜りとなり、軸受表面の絞りが小さいとエアハンマーがより発生し易くなる。

そのため、空気軸受を用いるに際しては、オリフィス絞りの代わりに自成絞りを形成したものを用いてエアハンマーの発生を防止する場合あるもある。また空気軸受として多孔質軸受を用いるに際しては、軸受表面を封孔剤で目潰しして絞りを大きくし、エアハンマーの発生を抑制するようにしたものが提案されているとともに（特許文献１参照）、多孔質部材の表面に別の多孔板を取付けて２層からなる軸受絞りを構成し、エアハンマーの発生を抑制するようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。

すなわち、従来技術においては、エアハンマーの原因である空気の圧縮性の影響を弱めて、エアハンマーの発生を抑制する工夫がなされている。

特開平２−２５６９１５号公報

特開２００１−５６０２７号公報

従来技術においては、空気軸受として多孔質軸受を用いることで、エアハンマーの発生を抑制するようにしているが、多孔質軸受の場合、エアハンマーの発生に関するパラメータは、軸受の通気性、給気圧力、軸受隙間、回転体の固有振動数など、多くの要因があるので、これらの要因を考慮しなければエアハンマーの発生を確実に抑制することはできない。

例えば、軸受表面の絞りを強くすると、エアハンマーの発生を抑制するには効果はあるが、条件によってはエアハンマーが発生し、エアハンマーの発生を確実に抑制することができないことがある。

具体的には、空気軸受の剛性を高めるため、給気圧力を高めたり、スピンドルに細長く固有振動数の低い部材を取付けたりすると、使用条件によってはエアハンマーの発生を確実に抑制することができないことがある。特に、電動モータのモータ回転軸として、細長く固有振動数が低いものが用いられると、よりエアハンマーが発生し易くなり、エアハンマーの発生を確実に抑制できないことがある。

使用条件によってエアハンマーが発生するということは、スピンドル装置の製作においては、最終的に全ての部品を組み立て、各種の使用条件についてエアハンマーの発生の有無の試験を行わなければ、エアハンマーの発生の有無を確認することができないことを意味している。しかも、最終工程でエアハンマーが発生した場合は、スピンドル装置を分解し、空気軸受の部分を修理して再度組み立て、その後エアハンマーの発生の有無の試験を行うことが余儀なくされる。エアハンマーの発生の有無の試験でエアハンマーが発生したときにはスピンドル装置の分解・組み立てをさらに繰り返すことが必要となる。スピンドル装置の分解・組み立てを繰り返してもエアハンマーの発生を抑制できないときには、空気軸受について再度製作することが余儀なくされる。

すなわち、使用条件によってエアハンマーが発生するということでは、生産性が悪く、コストダウンが困難となる。また高剛性のスピンドル装置を製作するにも、エアハンマーの発生を確実に抑制できないことになる。

そこで、この発明の目的は、使用条件によらずエアハンマーの発生を確実に抑制することができる、スピンドル装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、筒状のハウジングに、スピンドルが静圧気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結されてなるスピンドル装置において、前記モータ回転軸には、エアハンマーの発生に伴う振動を吸収する吸振器が装着されてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、モータ回転軸にはエアハンマーの発生に伴う振動を吸収する吸振器が装着されているため、静圧気体軸受として高剛性のオリフィス軸受や多孔質軸受を用い、静圧気体軸受を高い給気圧力で使用しても、エアハンマーの発生を確実に抑制することができ、高剛性で安価なスピンドル装置を実現できる。

前記スピンドル装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。好適には、前記吸振器は、前記モータ回転軸外周に弾性体を介して装着されてなる。

係る構成によれば、吸振器をモータ回転軸外周に弾性体を介して装着することで、エアハンマーの発生に伴う振動をより吸収することができる。

好適には、前記吸振器は、前記モータ回転軸両端部のうち前記スピンドルから離れた部位となるモータ回転軸端部に装着されてなる。

係る構成によれば、吸振器を、モータ回転軸両端部のうちスピンドルから離れた部位となるモータ回転軸端部に装着することで、モータ回転軸として、径が細く固有振動数が低いものを用いても、エアハンマーの発生を確実に抑制することができる。

また、本発明は、筒状のハウジングに、スピンドルが静圧気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結されてなるスピンドル装置において、前記モータ回転軸には、エアハンマーの発生に伴う振動を吸収するダンパ調整機能付き吸振器が装着されてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、モータ回転軸にはエアハンマーの発生に伴う振動を吸収するダンパ調整機能付き吸振器が装着されているため、静圧気体軸受として高剛性のオリフィス軸受や多孔質軸受を用い、静圧気体軸受を高い給気圧力で使用しても、スピンドルの回転に伴うエアハンマーの発生を確実に抑制することができ、高剛性で安価なスピンドル装置を提供することができる。

好適には、前記吸振器は、略環状に形成されて、その周方向の一部にすり割りを有する制振リングを備え、前記制振リングには、その周方向におけるすり割りの幅を調整するねじが装着されてなる。

係る構成によれば、防振リングにはその周方向におけるすり割の幅を調整するねじが装着されているので、ねじによって防振リングの周方向におけるすり割の幅を調整することで、最適なばね常数となるように組み立てることができる。

好適には、前記ねじは、前記制振リングの周方向におけるすり割の幅を調整し、前記弾性体の締め代を変えて、ばね常数を調整してなる。

係る構成によれば、ねじにより、防振リングの周方向におけるすり割の幅を調整し、弾性体の締め代を変えてばね常数を調整することで、最適なばね常数となるように組み立てることができ、エアハンマーの発生をより確実に抑制することができる。

好適には、前記吸振器は、前記モータ回転軸外周に第１の弾性体を介して装着され、前記吸振器には、前記吸振器を覆うカバーが第２の弾性体を介して装着され、前記カバーは、前記モータ回転軸外周に固定されたリングに連結されてなる。

係る構成によれば、吸振器にはカバーが第２の弾性体を介して装着され、カバーが、モータ回転軸外周に固定されたリングに連結されているため、電動モータが加減速したときでも吸振器が動くのを防止することができる。

好適には、前記吸振器は、前記リングとピンを介して連結されてなる。

係る構成によれば、吸振器がリングとピンを介して連結されているため、電動モータの急加速・減速時に吸振器がスリップするのを防止することができる。

好適には、前記吸振器は、前記モータ回転軸の長手方向端部に固定された押さえ板と前記モータ回転軸のフランジとの間に配置されて、前記モータ回転軸外周に第１の弾性体を介して装着され、前記押さえ板と前記吸振器との間に第２の弾性体が装着され、前記フランジと前記吸振器との間に第３の弾性体が装着されてなる。

係る構成によれば、吸振器が、押さえ板とモータ回転軸のフランジとの間に配置されて、モータ回転軸外周に第１の弾性体を介して装着され、押さえ板と吸振器との間に第２の弾性体が装着され、フランジと吸振器との間に第３の弾性体が装着されているため、電動モータの急加速・減速時に吸振器が動くのを防止することができる。

好適には、前記吸振器は、前記フランジとピンを介して連結されてなる。

係る構成によれば、吸振器がフランジとピンを介して連結されているため、電動モータの急加速・減速時に吸振器がスリップするのを防止することができる。

好適には、前記第１の弾性体は、単一又は複数のＯリングの中から選択された個数のＯリングで構成されてなる。

係る構成によれば、第１の弾性体を用いるに際して、単一または複数のＯリングの中から選択された個数のＯリングを用いることで、吸振器のダンパ効果（減衰性）を調整することができる。

好適には、前記静体気体軸受は、多孔質空気軸受で構成されているともに、その表面に樹脂含浸層が形成され、樹脂含浸前の流量をＱ１とし、樹脂を含浸した後の流量をＱ２としたときの、Ｑ２／Ｑ１が０．４以下に調整されてなる。

係る構成によれば、多孔質空気軸受の表面に樹脂含浸層を形成し、樹脂含浸前の流量をＱ１とし、樹脂を含浸した後の流量をＱ２としたときの、Ｑ２／Ｑ１を０．４以下に調整することで、樹脂含浸層内部のポケットとして作用する容積が小さくなり、空気の圧縮・膨張する体積も小さくなるので、エアハンマーの発生を抑制することができる。

また、本発明は、筒状のハウジングに、スピンドルが静圧気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結され、前記モータ回転軸には、エアハンマーの発生に伴う振動を吸収する吸振器が装着されているスピンドル装置の調整方法において、前記モータ回転軸を含む主振動系の変位と前記吸振器の変位を含む前記主振動系の運動方程式と、前記主振動系の変位と前記吸振器の変位を含む前記吸振器の運動方程式をそれぞれ規定し、前記各運動方程式における前記主振動系の変位が最小となるように、前記吸振器の質量と前記主振動系の質量との質量比を変数とする前記吸振器の弾性体のばね常数を調整することを特徴とする。

本発明によれば、モータ回転軸を含む主振動系の変位と吸振器の変位を含む主振動系の運動方程式と、主振動系の変位と吸振器の変位を含む吸振器の運動方程式をそれぞれ規定し、各運動方程式における主振動系の変位が最小となるように、吸振器の質量と主振動系の質量との質量比を変数とする吸振器の弾性体のばね常数を調整することで、

本発明によれば、静圧気体軸受に高剛性のオリフィス軸受や多孔質軸受を用い、静圧気体軸受を高い給気圧力で使用してもエアハンマーの発生を確実に抑制することができ、高剛性で安価なスピンドル装置を提供できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。（第１実施例）図1は、本発明の一実施例を示すスピンドル装置の断面図である。図1において、スピンドル装置１０は、ほぼ円筒状に形成された金属製ハウジング１２を備えており、ハウジング１２内には円筒状のスピンドル（スピンドルシャフト）が回転軸として回転自在に収納されている。ハウジング１２とスピンドル１４との間には、静圧気体軸受として、一対の空気軸受１６、１８がスピンドル１４の長手方向（軸方向）に沿って配置されている。

ハウジング１２の長手方向両端部には円筒状のフランジ２０、２２が配置されており、各フランジ２０、２２はスピンドル１４の長手方向両端部にそれぞれボルト（図示せず）を介して連結されている。フランジ２０、２２には、スピンドル１４の貫通孔２４に連なる貫通孔２６、２８がそれぞれ形成されており、貫通孔２６または貫通孔２４は、例えば、チャック機構として機能し、貫通孔２６または貫通孔２４には、切削、研磨などの工具、あるいは磁気ディスクや磁気ヘッドなどが連結されるようになっている。

またハウジング１２には、エア通路３０、３２が形成されており、エア通路３０の給気口３４にはエア供給源からのエアが供給されるようになっている。給気口３４に導入されたエアは、エア通路３０、３２を介して排気口３６から排出されるようになっている。エア供給源からのエアがエア通路３０、３２を介して排気口３６から排気される過程では、エアの一部がスピンドル１４外周と各空気軸受１６、１８との間の軸受隙間から排出されるとともに、空気軸受１６とフランジ２０との軸受隙間および空気軸受１８とフランジ２２との間の軸受隙間から排出される。この際、空気軸受１６、１８のうちスピンドル１４との対向面は、ラジアル荷重を受けるラジアル受面１６ａ、１８ａとして機能し、軸受１６、１８のうちフランジ２０、２２との対向面は、アキシアル荷重を受けるアキシアル受面１６ｂ、１８ｂとして機能し、各空気軸受１６、１８はスピンドル１４とフランジ２０、２２を非接触状態で回転自在に支持するようになっている。

一方、ハウジング１２には、ハウジング１２に隣接して電動モータ３８が並設されており、電動モータ３８は円筒状のモータブラケット４０内に収納されて固定されている。モータブラケット４０は、その長手方向一端部がハウジング１２に連結され、長手方向他端部がカバー４２によって閉塞されている。

電動モータ３８は、モータ回転軸４４、ロータ４６、ステータ４８を備え、モータ回転軸４４の長手方向（軸方向）一端側がフランジ２２にボルト（図示せず）を介して連結され、モータ回転軸４４の外周にはロータ４６が圧入されて固定されている。ロータ４６の外側には回転磁界を発生するステータ４８が配置されており、ステータ４８は、モータブラケット４０内壁面に固定されている。この電動モータ３８は、ロータ４６の回転に伴う回転力をモータ回転軸４４を介してフランジ２２に伝達し、スピンドル１４を回転駆動するようになっている。

ここで、スピンドル装置１０は、高精度の加工機械に使用されるため、空気軸受１６、１８としては高剛性のものが要求される。空気軸受１６、１８の剛性を高めるために、給気口３４に供給されるエアの給気圧力は通常よりも２倍（１Ｍｐａ）ほど高くして使用される。またスピンドル１４を電動モータ３８によってダイレクトで回転駆動する構成を採用しているため、モータ回転軸４４として、径が小さく、細長いもの（固有振動数が低いもの）が用いられている。

上記構成によるスピンドル装置１０において、スピンドル１４に、電動モータ３８が連結されていないときには、給気口３４に供給するエアの給気圧力を高くしてもエアハンマーは発生しないが、スピンドル１４にフランジ２２を介して電動モータ３８を連結した場合、給気口３４に供給するエアの吸気圧力を高くするとエアハンマーが発生した。

そこで、本実施例においては、空気軸受１６、１８として、高剛性のオリフィス軸受や多孔質軸受を用いるに際して、モータ回転軸４４の軸方向端部に、エアハンマーの発生に伴う振動を吸収する吸振器５０を装着する構成を採用した。

吸振器５０は、ほぼ円筒状に形成された制振リング５２から構成されており、この制振リング５２は、弾性体であるゴムリング５４を介してモータ回転軸４４外周面に固定されている。制振リング５２やゴムリング５４を用いるに際しては、制振リング５２の質量やゴムリング５４のばね常数として、エアハンマーの振動周波数や電動モータ３８の回転部の質量を基に最適の値を設定する。そして制振リング５２をモータ回転軸４４のうちスピンドル１４からより離れた部位に固定することで、より吸振効果を高めることができる。

一方、ゴムリング５４としては、入手が容易なＯリングを用いることができる。ゴムリング５４としてＯリングを使用した場合、Ｏリングはモータ回転軸４４の外周面に、締め代を持って固定され、制振リング５２で支持されるので、ずれたり、動いたりすることはない。

本実施例によれば、空気軸受１６、１８として、高剛性のオリフィス軸受や多孔質軸受を用い、高い給気圧力で使用しても、エアハンマーの発生を確実に抑制することができ、高剛性で安価なスピンドル装置を実現できる。

また、本実施例によれば、制振リング５２がゴムリング５４を介してモータ回転軸４４外周に装着されているので、エアハンマーの発生に伴う振動をより吸収することができる。

さらに、本実施例によれば、吸振器５０がモータ回転軸５４両端部のうちスピンドル１４から離れた部位となるモータ回転軸５４端部に装着されているので、モータ回転軸５４として、径が細く固有振動数が低いものを用いても、エアハンマーの発生を確実に抑制することができる。

(第２実施例)
一方、ゴムリング５４としては、入手が容易なＯリングを用いることができる。ゴムリング５４としてＯリングを使用した場合、Ｏリングはモータ回転軸４４の外周面に固定されるが、Ｏリングのばね常数は重要なパラメータであり、Ｏリングの締め代でばね常数が変わるため、最適な常数で組み立てることは困難となる。

そこで、第２実施例においては、図２に示すように、制振リング５２として、その周方向の一部にすり割り５６を有するものを用い、すり割り５６とほぼ直交する部位にねじ孔５８を形成するとともに、ねじ孔５８内にねじ６０を装着し、ねじ６０によってすり割り５６の幅を調整し、Ｏリングの締め代を変えてばね常数を調整可能とした。すなわち、吸振器５０は、ダンパ調整可能な吸振器として機能するようになっている。このため、ねじ６０により、すり割り５６の幅を調整し、Ｏリングの締め代を変えてばね常数を調整することで、最適なばね常数となるように組み立てることができ、エアハンマーの発生をより確実に抑制することができる。

さらに、制振リング５２の内周側にＯリング溝６２、６４を形成し、Ｏリング溝６２、６４内にＯリングを装着することで、制振リング５２を用いてＯリングをモータ回転軸４４外周面に固定した際に、Ｏリングがずれて動くことはなく、Ｏリングを確実にモータ回転軸４４外周面に固定することができる。

また、本実施例によれば、ねじ６０により、すり割り５６の幅を調整し、Ｏリングの締め代を変えてばね常数を調整することで、最適なばね常数となるように組み立てることができ、エアハンマーの発生をより確実に抑制することができる。

また、本実施例によれば、吸振器５０がモータ回転軸５４両端部のうちスピンドル１４から離れた部位となるモータ回転軸５４端部に装着されているので、モータ回転軸５４として、径が細く固有振動数が低いものを用いても、エアハンマーの発生を確実に抑制することができる。

(第３実施例)
次に、本発明の第３実施例を図３にしたがって説明する。本実施例は、モータ回転軸４４の軸方向端部に、モータ回転軸４４の大径部４４ａに隣接して小径部４４ｂを形成し、小径部４４ｂに鉄製のバランスリング８０を装着し、バランスリング８０に隣接して、制振リング５２を配置し、制振リング５２を第１の弾性体としてのＯリング８２、８４を介して小径部４４ｂに装着し、制振リング５２の周囲を、ほぼ椀形状に形成されたカバー８６で覆い、バランスリング８０とカバー８６とをボルト８８を介して連結したものであり、スピンドル１４および電動モータ３８の構成は第１実施例と同様である。

この際、制振リング５２には、Ｏリング８２、８４を装着するためのＯリング溝６２、６４が形成されているとともに、カバー８６と接触する部位にＯリング溝６６、６８、７０が形成され、バランスリング８０と接触する部位にＯリング溝７２が形成されている。Ｏリング６６、６８、７０には、第２の弾性体としてのＯリング９０、９２、９４が装着され、Ｏリング溝７２には第３の弾性体としてのＯリング９６が装着されている。またカバー８６の中心部にはモータ回転軸４４を挿通するための貫通孔９８が形成されている。

また、本実施例によれば、制振リング５２がＯリング８２、８４を介してモータ回転軸４４の小径部４４ｂに装着され、カバー８６がＯリング９０、９２、９４を介して制振リング５２に装着され、カバー８６がボルト８８を介してバランスリング８０に連結されているため、電動モータ３８の急加速・減速時に吸振器５０が動くのを防止することができる。なお、Ｏリング９０、９２、９４、９６は全て用いる必要はなく、Ｏリングによるダンパ効果を考慮して任意に組合せて用いることができる。

次に、第３実施例の吸振器（ダイナミックダンパ）５０を対象として、吸振器５０の変位を最小とするための調整方法について説明する。まず、図３に示すカバー８６を、矢印Ａ方向からインパクトハンマーで叩き、吸振器５０の振動の状態を、矢印Ｂ方向から加速度ピックアップで検出し、加速度ピックアップの検出出力を監視しながら吸振器５０の剛性を調整する。

この際、モータ回転軸４４に吸振器５０を取付けたときの振動系モデルを図４に示す。図４において、ｍ₁は、モータ回転軸４４を含む主振動系の質量、ｋ₁は、主振動系の剛性、ｍ₂は、吸振器５０の質量、ｋ₂は、吸振器の剛性、ｃは、吸振器５０の減衰係数、Ｐは、インパクトハンマーによる外力であると仮定すると、主振動系の運動方程式は、次の（数１）式で表される。

一方、吸振器５０の運動方程式は、次の（数２）式で表される。

数１および数２の連立微分方程式により、ｘ₁が最小となる条件を与えれば、エアハンマーによる吸振器５０の振動も最小となる。なお、ｍ₁およびｋ₁の値はモデルの１自由度系に置き換えた場合の等価質量、等価剛性として、インパクト加振の伝達関数（変位／力）より求めた。

主振動系の変位ｘ₁が最小となる条件は、質量比；μ＝ｍ₂／ｍ₁とすると、ｋ₂＝μ・ｋ₁／（１＋μ）²となる。

すなわち、各運動方程式における主振動系の変位ｘ１が最小となるように、吸振器５０の弾性体のばね常数、すなわちｋ２を調整する。

図５に、モータ回転軸４４に吸振器５０を装着しないときのインパクトハンマーによる加振試験結果の特性図を示す。また図６に、モータ回転軸４４に吸振器５０を装着したときのインパクトハンマーによる加振試験結果の特性図を示す。

図５および図６から、モータ回転軸４４にＯリング８２、８４を介して吸振器５０を装着することで、吸振器５０を装着しないときよりも２４ｄＢ程度減衰効果を高められることが分かる。

（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例を図７にしたがって説明する。本実施例は、制振リング５２の一部に貫通孔１００を形成し、この貫通孔１００と相対向して、バランスリング８０に穴１０２を形成し、貫通孔１００と穴１０２内に回り止め用のピン１０４を挿入し、制振リング５２とバランスリング８０とをピン１０４を介して連結したものであり、他の構成は第３実施例と同様である。

また、本実施例によれば、制振リング５２がピン１０４を介してバランスリング８０に連結されているため、電動モータ３８の急加速・減速時に吸振器５０がスリップするのを防止することができる。

（第５実施例）
次に、本発明の第５実施例を図８にしたがって説明する。本実施例は、モータ回転軸４４の長手方向端部に連結板１０８を介して、補助モータ回転軸としてのリング１１０を連結し、リング１１０のフランジ１１２とリング１１０の軸方向端部にボルト１１４で固定された押さえ板１１６との間に制振リング５２を配置し、制振リング５２を第１の弾性体としてのＯリング１１８、１２０、１２２を介してリング１１０の外周に装着し、制振リン５２と押さえ板１１６との間に第２の弾性体としてのＯリング１２４を装着し、フランジ１１２と制振リング５２との間に第３の弾性体としてのＯリング１２６を装着したものであり、他の構成は第１実施例と同様である。

この際、制振リング５２には、リング１１０と接触する部位にＯリング溝１２８、１３０、１３２が形成され、押さえ板１１６と接触する部位にはＯリング溝１３４が形成され、フランジ１１２と接触する部位にはＯリング溝１３６が形成され、各Ｏリング溝１２８〜１３６にはそれぞれＯリング１１８〜１２６が装着されている。

また、本実施例によれば、制振リング５２がＯリング１１８、１２０、１２２を介してリング１１０の外周に装着され、制振リング５２がＯリング１２４を介して押さえ板１１６で支持されているため、電動モータ３８の急加速・減速時に吸振器５０が動くのを防止することができる。

また、本実施例においては、弾性体としてのＯリング１２８、１３０、１３２は必ずしも３本用いる必要はなく、弾性体としてのダンパ効果（減衰性）を確認しながら本数を調整することができる。すなわちＯリングを１本あるいは２本あるいは３本用いることが可能である。

（第６実施例）
スピンドル装置１０に用いられる空気軸受１６、１８は、静圧空気軸受として、高圧空気を、絞りを通して軸受隙間に供給することで、負荷能力を得ることができる。したがって、スピンドル１４は、空気軸受１６、１８と非接触で回転するため、極低摩擦、低振動、低発熱、低発塵、高回転精度などの優れた特性を示し、精密な計測器や加工機に使用されている。エア通路３０に設けられる絞り（図示せず）は空気膜に剛性を与えて負荷能力を得るために装着される。この絞りの方式によって空気軸受１６、１８は分類される。

この種の絞りとしては、例えば、複数の細い孔を設けて絞り作用を与える自成絞りやオリフィス絞りが最も多く用いられている。また、焼結材などの通気性の材料自体で絞り作用を与える多孔質絞りは、軸受面に無数の微細孔が形成され、絞りとしては理想的で、軸受性能が最も優れているところから、前記各実施例においてはこの種の空気軸受が用いられている。

一方、空気軸受１６、１８を用いた場合、エアハンマーが発生することがある。エアハンマーは空気軸受特有の振動現象であって、その原因は空気の圧縮性にある。

具体的には、空気軸受では、絞りから軸受隙間への流路の中に、空気溜りとなるポケットが存在すると、条件によっては、ポケットへの空気流入量とポケットからの流出量に差が生じ、その結果、ポケット内で空気がその圧縮性により、膨張、収縮を始めようとする。これがエアハンマーと呼ばれる現象で、異音を伴った大きな振動となる。すなわち、エア通路３０中にオリフィス絞りを設けた場合、絞りの後のポケット容積と軸受隙間の容積の比が大きくなると、圧力の粗密に伴って空気が膨張・収縮を繰り返し、エアハンマーが発生する。

一方、エアハンマーに関するパラメータとしては、給気圧力、軸受隙間、ポケット容積、絞り抵抗の大きさ、回転部分の小用振動などがある。これらパラメータを考慮し、本実施例では、図９に示すように、空気軸受１６、１８を多孔質軸受として構成する際に、その軸受表面に樹脂含浸層１７、１９を形成し、絞り抵抗を大きくすることとしている。

すなわち、多孔質軸受に樹脂を含浸しないと、多孔質の中で絞りとポケットが混在することになってハンマーが発生する。これに対して、多孔質軸受に樹脂を含浸すると、樹脂の含浸したところが絞りとなり、絞りより後にポケットがない構造となり、エアハンマーが起きないと考えられる。

また空気軸受１６、１８を多孔質軸受としたときにエアハンマーが発生する要因の１つは、樹脂含浸層１７、１９の中で最も絞りが強くなっている部分から、軸受面までの経路がポケットとなっていることである。

そこで、本実施例では、空気軸受１６、１８に樹脂含浸層１７、１９を形成するに際して、樹脂含浸前の流量（素材流量）をＱ１とし、空気軸受１６、１８に樹脂を含浸した後の流量をＱ２としたときに、Ｑ２／Ｑ１が小さく、樹脂含浸量が多いものを用いた。これにより、樹脂含浸層１７、１９内部のポケットとして作用する容積が小さくなり、空気の圧縮・膨張する体積を小さくすることができた。これによりエアハンマーを回避できたものと想定される。

次に、空気軸受１６、１８として、径方向の長さが９０ｍｍ、内径が２００ｍｍ、外径が３２０ｍｍであって、その表面に樹脂含浸層１７、１９を形成したものを用いてエアハンマー発生の有無の相関関係を確認するために、流量Ｑ１、Ｑ２に関する特性を測定したところ、Ｑ２／Ｑ１に関しては、図１０に示すような結果が得られた。

これに対して、図１０からは、Ｑ２／Ｑ１が小さく、例えば０．４以下であって、質量増加率が高い（樹脂含浸量が多い）ときにはエアハンマー抑制効果があることが確認された。

本実施例によれば、空気軸受１６、１８を多孔質軸受として用いるときに、空気軸受１６、１８の軸表面に樹脂含浸層１７、１９を形成し、Ｑ２／Ｑ１を０．４以下にすることで、エアハンマーを抑制することができる。

本発明の第１実施例を示すスピンドル装置の断面図である。本発明の第２実施例を示す図であって、（ａ）は制振リングの正面図、（ｂ）は制振リングの要部断面図である。本発明の第３実施例を示すスピンドル装置の要部断面図である。第３実施例における振動系モデルの模式図である。モータ回転軸に吸振器を装着しないときのインパクトハンマーによる加振試験の試験結果を示す特性図である。モータ回転軸に吸振器を装着したときのインパクトハンマーによる加振試験の試験結果を示す特性図である。本発明の第４実施例を示すスピンドル装置の要部断面図である。本発明の第５実施例を示すスピンドル装置の要部断面図である。本発明の第６実施例を示すスピンドル装置の要部断面図である。軸受流量Ｑ２／Ｑ１と質量増加（樹脂含浸量）によるエアハンマー発生有無の相関図である。

符号の説明

１０スピンドル装置、１２ハウジング、１４スピンドル、１６、１８軸受、２０、２２フランジ、３０、３２エア通路、３８電動モータ、４４モータ回転軸、４６ロータ、４８ステータ、５０吸振器、５２制振リング、５４ゴムリング、５６すり割り、６０ねじ、６２、６４、６８、７０、７２Ｏリング溝、８０バランスリング、８２、８４Ｏリング、８６カバー、９０、９２、９４、９６Ｏリング、１０４ピン、１１６押さえ板、１１８、１２０、１２２Ｏリング

Claims

筒状のハウジングに、スピンドルが静圧気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結されてなるスピンドル装置において、前記モータ回転軸には、エアハンマーの発生に伴う振動を吸収する吸振器が装着されてなることを特徴とするスピンドル装置。
前記吸振器は、前記モータ回転軸外周に弾性体を介して装着されてなることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
前記吸振器は、前記モータ回転軸両端部のうち前記スピンドルから離れた部位となるモータ回転軸端部に装着されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のスピンドル装置。
筒状のハウジングに、スピンドルが静圧気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結されてなるスピンドル装置において、前記モータ回転軸には、エアハンマーの発生に伴う振動を吸収するダンパ調整機能付き吸振器が装着されてなることを特徴とするスピンドル装置。
前記吸振器は、前記モータ回転軸外周に弾性体を介して装着されてなることを特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。
前記吸振器は、略環状に形成されて、その周方向の一部にすり割りを有する制振リングを備え、前記制振リングには、その周方向におけるすり割りの幅を調整するねじが装着されてなることを特徴とする請求項４または５に記載のスピンドル装置。
前記ねじは、前記制振リングの周方向におけるすり割の幅を調整して、前記弾性体の締め代を変えて、ばね常数を調整してなることを特徴とする請求項６に記載のスピンドル装置。
前記吸振器は、前記モータ回転軸両端部のうち前記スピンドルから離れた部位となるモータ回転軸端部に装着されてなることを特徴とする請求項４、５、６または７のうちいずれか１項に記載のスピンドル装置。
前記吸振器は、前記モータ回転軸外周に第１の弾性体を介して装着され、前記吸振器には、前記吸振器を覆うカバーが第２の弾性体を介して装着され、前記カバーは、前記モータ回転軸外周に固定されたリングに連結されてなることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
前記吸振器は、前記リングとピンを介して連結されてなることを特徴とする請求項９に記載のスピンドル装置。
前記吸振器は、前記モータ回転軸の長手方向端部に固定された押さえ板と前記モータ回転軸のフランジとの間に配置されて、前記モータ回転軸外周に第１の弾性体を介して装着され、前記押さえ板と前記吸振器との間に第２の弾性体が装着され、前記フランジと前記吸振器との間に第３の弾性体が装着されてなることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
前記吸振器は、前記フランジとピンを介して連結されてなることを特徴とする請求項９に記載のスピンドル装置。
前記第１の弾性体は、単一又は複数のＯリングの中から選択された個数のＯリングで構成されてなることを特徴とする請求項９または１１に記載のスピンドル装置。
前記静体気体軸受は、多孔質空気軸受で構成されているともに、その表面に樹脂含浸層が形成され、樹脂含浸前の流量をＱ１とし、樹脂を含浸した後の流量をＱ２としたときの、Ｑ２／Ｑ１が０．４以下に調整されてなることを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載のスピンドル装置。
筒状のハウジングに、スピンドルが静圧気体軸受を介して回転自在に支持され、前記ハウジングに電動モータが並設され、前記スピンドルの長手方向一端側に、前記電動モータのモータ回転軸が連結され、前記モータ回転軸には、エアハンマーの発生に伴う振動を吸収する吸振器が装着されているスピンドル装置の調整方法において、
前記モータ回転軸を含む主振動系の変位と前記吸振器の変位を含む前記主振動系の運動方程式と、前記主振動系の変位と前記吸振器の変位を含む前記吸振器の運動方程式をそれぞれ規定し、前記各運動方程式における前記主振動系の変位が最小となるように、前記吸振器の質量と前記主振動系の質量との質量比を変数とする前記吸振器の弾性体のばね常数を調整することを特徴とするスピンドル装置の調整方法。