JP5764424B2 - 電磁振動を遮断したスピンドルユニット - Google Patents

Description

本発明は、モータによる電磁振動を遮断したスピンドルユニットに関する。

加工装置に搭載されるスピンドルユニットは、モータの駆動によってスピンドルを高速回転させて工具を回転させるように構成されている。

しかし、モータ本体をスピンドル本体部に直結している構造では、モータの駆動により発生する電磁振動がスピンドル本体部に伝達されて、所望の加工結果を得られないという問題がある。そこで、モータから発生する電磁振動を低減させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平７−３２３１９３号公報 特開２００９−２５４０１２号公報

上述のように、モータ本体をスピンドル本体部に直結している構造では、モータの駆動により発生する電磁振動がスピンドル本体部に伝達されるため、スピンドルによる回転振動であるかのような現象が発生し、被加工物の加工結果に悪影響を及ぼすことがある。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、モータから発生する電磁振動を遮断し、当該電磁振動をスピンドル本体部に伝達させないスピンドルユニットを提供することを目的とする。

本発明は、回転軸であるスピンドルシャフトをラジアル方向及びスラスト方向からエアで支持するエアベアリングと、エアベアリングにエアを供給するための複数の噴出口を持つスピンドルハウジングと、ロータとステータハウジングとから構成され回転駆動源となるモータと、ロータと直結されたスピンドルシャフトと、を備えたエアスピンドルユニットに関するもので、ステータハウジングは、ロータの回転軸を中心軸とし、中心部分がくり貫かれた円筒形状に形成され、内壁には２個以上の電磁コイルが配設されロータの外壁を囲う形に配置され、ステータハウジングが中心軸に対して垂直な方向に動作すること及び中心軸を中心として回転方向に動作することを静止する回転静止手段と、ステータハウジングが軸方向に動作することを静止する軸方向静止手段と、を備え、回転静止手段は、ステータハウジングの中心軸に向けてエアを噴出する複数の噴出口を備え、スピンドルハウジングの外壁に固定されステータハウジングの外壁を囲う２個以上の離間した側面ホルダにより構成され、軸方向静止手段は、ステータハウジングの軸方向の一方の面に向けてエアを噴出する噴出口を備えるとともに側面ホルダに連結されステータハウジングの軸方向の一方の面に対面する端面ホルダと、スピンドルハウジングに形成されステータハウジングの軸方向の他方の面に対してエアを噴出する複数の噴出口とを備える。

本発明では、回転静止手段及び軸方向静止手段によってステータハウジングが静止されるように支持されるとともに、ステータハウジングとスピンドルハウジングとが非接触となるため、モータから発生する電磁振動を遮断することができ、電磁振動がスピンドルシャフトに伝達されなくなる。したがって、スピンドルシャフトの振動を抑制することができ、電磁振動のバランス修正をする必要がなくなる。

スピンドルユニットの一例を示す縦断面図である。 スピンドルユニットの一例を示す横断面図である。

図１に示すスピンドルユニット１は、回転軸となるスピンドルシャフト２と、スピンドルシャフト２を非接触状態で支持するスピンドルハウジング３とを備えている。スピンドルシャフト２の上端には、スピンドルシャフト２を回転駆動するための回転駆動源となるモータ５が装着されている。モータ５は、スピンドルシャフト２の上端部に直結されたロータ７と、ロータ７を回転駆動する電磁コイル８と、電磁コイル８を支持するステータハウジング６とから構成されている。

スピンドルシャフト２の下端部には、工具を装着するためのマウント１５が装着されている。マウント１５には、基台１４ａの下部に複数の砥石１４ｂが固着された構成の研削ホイール１４がネジ１６によって固定されている。

スピンドルハウジング３は、円筒形状に形成され、スピンドルシャフト２を軸方向に貫通させるための軸穴２ａを有しており、この軸穴２ａにスピンドルシャフト２が挿通されている。スピンドルシャフト２の外周面とスピンドルハウジング３の軸穴２ａの内周面との間には隙間が形成されている。また、スピンドルハウジング３の軸穴２ａの内周面には、スピンドルシャフト２の軸心に向けてエアを噴出する噴出口１２０が複数形成されている。

スピンドルシャフト２の下部には、スピンドルシャフト２の軸方向に直交する平面を有する円板状のスラストプレート２ｂが設けられている。スラストプレート２ｂは、スピンドルシャフト２よりも外径が大きく形成されている。また、スピンドルハウジング３には、スラストプレート２ｂに向けて軸方向にエアを噴出する噴出口１３０が複数形成されている。

スピンドルハウジング３には、スピンドルシャフト２を支持するためのエアベアリングを備えている。ここで、エアベアリングは、スピンドルシャフト２をラジアル方向に支持するラジアルベアリング１２とスラスト方向に支持するスラストベアリング１３とから構成される。ラジアルベアリング１２は軸穴２ａの内周面に形成された噴出口１２０からエアを噴出し、スラストベアリング１３は、スラストプレート２ｂに対面する噴出口１３０からエアを噴出する。

ラジアルベアリング１２及びスラストベアリング１３を構成する噴出口１２０、１３０は、それぞれエア流路１８ａを介してスピンドルハウジング３の外壁３ａに設けられたエア供給口１８に連通している。したがって、エア供給口１８から導入されたエアがエア流路１８ａを通って噴出口１２０、１３０から噴出されることにより、スピンドルシャフト２を非接触状態で回転可能に支持している。また、噴出口１２０、１３０から噴出されたエアは、スピンドルハウジング２の一端に形成された排出口１８０、１８１から排出される。

ステータハウジング６は、図１に示すように、スピンドルハウジング３の上方に配置されており、ロータ７の回転軸である中心軸４を有している。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステータハウジング６は、その中心部分が貫かれて円筒形状に形成されており、当該くり貫かれた領域にロータ７が挿通されている。

ステータハウジング６の内壁、すなわち、円筒形状にくり抜かれた領域の内壁には、２個以上の電磁コイル８が備えられており、ロータ７の外壁を囲うようにして配設されている。

図１に示すように、スピンドルハウジング３の外壁３ａには、側面ホルダ１０ａが固定されている。側面ホルダ１０ａには、ステータハウジング６の中心軸４に向けてエアを噴出することができる複数の噴出口１００が形成されており、複数の噴出口１００によって回転静止手段４００が構成されている。噴出口１００は、ステータハウジング６の内部に形成されたエア流路１７ａを介してエア供給口１７に連通しており、エア供給口１７から流入するエアを噴出する。回転静止手段４００は、噴出口１００からエアを噴出することにより、ステータハウジング６が中心軸４に対して垂直な方向に動作することを静止するとともに、中心軸４を中心として回転方向に動作することを静止する機能を有する。

図２（ａ）に示すように、ステータハウジング６の外周側においては、断面Ｌ字型の２個の側面ホルダ１０ａが離間してステータハウジング６の外壁６ａを囲んでいる。

図１に示すように、側面ホルダ１０ａの端部には、端面ホルダ１０ｂが連結されている。端面ホルダ１０ｂは、ステータハウジング６の軸方向の一方の面である端面６ｂに対面しており、当該端面６ｂに向けてエアを噴出する噴出口１０１を複数備えている。噴出口１０１は、エア流路１７ａを介してエア供給口１７に連通しており、エア供給口１７から流入するエアを噴出する。

また、エア供給口１７は、エア流路１７ａを介してスピンドルハウジング３の内部に形成されたエア流路３０に連通しており、エア流路３０は、スピンドルハウジング３の一方の端面に形成された噴出口３００に連通している。噴出口３００は、ステータハウジング６の軸方向の他方の面６ｃに対してエアを噴出する。なお、ステータハウジング６に形成されたエア流路１７ａとスピンドルハウジング３に形成された流路３０とを連通させずに、エア供給口１８と噴出口３００とを連通させ、エア供給口１８から流入するエアを噴出口３００から噴出させるようにしてもよい。

端面ホルダ１０ｂと、スピンドルハウジング３に形成された噴出口３００とで、軸方向静止手段５００が構成されている。軸方向静止手段５００は、ステータハウジング６が軸方向に動作することを静止する機能を有している。

このように構成されるエアスピンドルユニット１においては、モータ５を構成する電磁コイル８に交流電力を印加することによりロータ７が回転し、ロータ７に連結されたスピンドルシャフト２も回転し、スピンドルシャフト２に装着された研削ホイール１４が回転して砥石１４ｂによって研削加工を行うことができる。

モータ５は、回転静止手段４００を構成する側面ホルダ１０ａに形成された噴出口１００、軸方向静止手段５００を構成する端面ホルダ１０ｂに形成された噴出口１０１及びスピンドルハウジング３に形成された噴出口３００から噴出されるエアによって非接触状態で支持されているため、モータ５の作動によりモータ５に電磁振動が生じたとしても、その電磁振動がスピンドルハウジング３に伝わることはない。また、ステータハウジング６が静止状態で支持されるため、ロータ７の振動を抑制することができる。したがって、モータ５の電磁振動がスピンドルシャフト２に伝わることがないため、電磁振動のバランス修正が不要となる。

なお、図２（ｂ）に示すように、ステータハウジング６の外周側においては、断面Ｌ字型の４個の側面ホルダ１０ａが離間してステータハウジング６の外壁６ａを囲んでいる構成としてもよい。

上記の実施形態では、スピンドルユニット１に研削ホイール１４を装着した例について説明したが、本発明に係るスピンドルユニット１を搭載する装置は、研削装置に限定されるものではない。例えば切削装置などの他の装置にもスピンドルユニット１を搭載することができる。

１：スピンドルユニット
２：スピンドルシャフト ２ａ：スラストプレート ２ｂ：軸穴
３：スピンドルハウジング ３ａ：外壁 ３０：エア流路 ３００：噴出口
４：中心軸
５：モータ
６：ステータハウジング ６ａ：外壁 ６ｂ：一方の面（端面） ６ｃ：他方の面
７：ロータ
８：電磁コイル
１０ａ：側面ホルダ １００：噴出口
１０ｂ：端面ホルダ １０１：噴出口
１２：ラジアルベアリング １２０：噴出口
１３：スラストベアリング １３０：噴出口
１４：研削ホイール １４ａ：基台 １４ｂ：砥石
１７：エア供給口 １７ａ：エア流路
１８：エア供給口 １８ａ：エア流路
１８０、１８１：エア排出口
４００：回転静止手段
５００：軸方向静止手段

Claims (1)

1. 回転軸であるスピンドルシャフトをラジアル方向及びスラスト方向からエアで支持するエアベアリングと、該エアベアリングにエアを供給するための複数の噴出口を持つスピンドルハウジングと、ロータとステータハウジングとから構成され回転駆動源となるモータと、該ロータと直結されたスピンドルシャフトと、を備えたエアスピンドルユニットにおいて、
   該ステータハウジングは、該ロータの回転軸を中心軸とし、中心部分がくり貫かれた円筒形状に形成され、内壁には２個以上の電磁コイルが配設され該ロータの外壁を囲う形に配置され、
   該ステータハウジングが該中心軸に対して垂直な方向に動作すること及び該中心軸を中心として回転方向に動作することを静止する回転静止手段と、
   該ステータハウジングが軸方向に動作することを静止する軸方向静止手段と、
   を備え、
   該回転静止手段は、該ステータハウジングの中心軸に向けてエアを噴出する複数の噴出口を備え、該スピンドルハウジングの外壁に固定され該ステータハウジングの外壁を囲う２個以上の離間した側面ホルダにより構成され、
   該軸方向静止手段は、該ステータハウジングの軸方向の一方の面に向けてエアを噴出する噴出口を備えるとともに該側面ホルダに連結され該ステータハウジングの該軸方向の一方の面に対面する端面ホルダと、該スピンドルハウジングに形成され該ステータハウジングの軸方向の他方の面に対してエアを噴出する複数の噴出口と、を備えた
   エアスピンドルユニット。

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