JPH074088Y2 - 磁気軸受スピンドル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、磁気軸受により軸受支持された回転スピンド
ルの一端部に設けられた加工具により加工作業を行うよ
うな、磁気軸受加工装置の回転スピンドルに関する。

〔考案の概要〕

本考案は、回転スピンドルの軸孔内に複数箇所に振動軽
減手段を設けることにより、加工時の負荷によって生じ
る回転スピンドルの第１次，第２次の曲げ共振点におけ
る過大な振動を軽減して、磁気軸受装置による回転スピ
ンドルの安定した軸受支持を維持しようとするものであ
る。

〔従来の技術〕

この種の磁気軸受スピンドルとしては従来、たとえば本
出願人よる先願（実願昭62-163313号）の明細書に記載
されたものがある。この先願に係る磁気軸受スピンドル
は、やはり磁気軸受装置において回転スピンドルの内部
に振動軽減手段を設けることにより、曲げ共振点におけ
る過大な振動を軽減して安定した軸受支持を維持しよう
とするものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来の磁気軸受スピンドルにあって
は、振動軽減手段が回転スピンドルの軸方向に１箇所し
か設けられていないため、回転スピンドルの第１次およ
び第２次の曲げ振動モード曲線において最も振動が顕著
となる複数の腹部分の位置すべての箇所において有効に
ダンピング作用を行なうことができず、結果的に回転ス
ピンドルの全体にわたって、振動を軽減して安定した軸
受支持を維持することができないおそれがあるという問
題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本考案は前記問題点を解決するため、回転スピン
ドルを磁気浮上させて軸受支持する磁気軸受を備えた磁
気軸受装置において、前記回転スピンドルの軸孔内に、
質量体と、工具重量の変化に対応して前記質量体の位置
を規定する部材とを複数個挿入することにより形成され
る振動軽減手段を設けた構成としたものである。

〔作用〕

このような磁気軸受スピンドルによれば、回転スピンド
ルの軸孔内に複数箇所に振動軽減手段を設けることによ
り、加工時の負荷によって生じる回転スピンドルの第１
次，第２次の曲げ共振点における過大な振動を軽減し
て、磁気軸受装置による回転スピンドルの安定した軸受
支持を維持することができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について図面に基づいて説明す
る。第１〜４図は本考案による磁気軸受スピンドルの一
実施例を示す図である。

第１図に示す磁気軸受加工装置１において、２はその外
形を構成する本体であり、この本体２の軸線部には回転
スピンドル３（磁気軸受スピンドル）が配置されてい
る。回転スピンドル３の両端部周囲には、この回転スピ
ンドル３を磁気浮上させて軸受支持するラジアル電磁石
5,6（磁気軸受）が、本体２側に設けられている。回転
スピンドル３の長さ方向中間部には、回転スピンドル３
を回転駆動するモータ８と、回転スピンドル３のフラン
ジ部10を介して回転スピンドル３の軸方向の変位を規制
する一対のアキシャル電磁石11,12が、本体２側に設け
られている。

ラジアル電磁石５の近傍には、ラジアル電磁石５の内径
側先端部と回転スピンドル３との間の隙間を検知して回
転スピンドル３の半径方向の変位を検知する変位センサ
14が、本体２側に設けられている。ラジアル電磁石６の
近傍には、やはり回転スピンドル３の半径方向の変位を
検知する変位センサ15が、本体２側に設けられている。
また、回転スピンドル３の一端側（図中左端側）に形成
された段部3aの近傍には、回転スピンドル３の軸方向の
変位を検知する変位センサ16が、本体２側に設けられて
いる。

回転スピンドル３の一端側の小径部3bおよび他端側の小
径部3cの周囲にはそれぞれ、ラジアル電磁石5,6が通電
を停止されて回転スピンドル３の磁気浮上力を失ったと
きに、小径部3b,3cを介して回転スピンドル３を直接軸
受支持する保護ベアリング18,19が、本体２側に設けら
れている。回転スピンドル３の小径部3bの先端部には、
回転スピンドル３が回転することによりワーク（図示せ
ず）を研削加工する加工具としての円柱状の砥石21が設
けられている。

回転スピンドル３の軸線部には第２図（ｂ）に示すよう
に軸孔3dが形成されており、この軸孔3d内には長さ方向
に間隔をおいて４箇所に、ゴム材料で形成された２つあ
るいは３つのＯリング22を介して質量体24,26が組み込
まれている（振動軽減手段）。質量体24,26は、たとえ
ばヘビーメタル（商品名）のような、鉄より比重の大き
い（鉄の約３倍）材料により形成されている。

回転スピンドル３の小径部3cの軸穴3d内には第３図に示
すような質量体24が設けられおり、この質量体24を軸穴
3d内に挿入するときは、割り溝24cの先端部の隙間が零
となるよう半径内方に潰すように質量体24を弾性変形さ
せ、凸部24bが軸穴3dの奥の方の大径部に入ると割り溝2
4cの先端部の隙間が元の寸法に開くように半径外方に弾
性的に復元して、凸部24bが軸穴3dの奥の大径部の手前
の小径部に引っ掛かり、回転スピンドル３の回転中に質
量体24が軸穴3dから抜け出るのを防止するようになって
いる。

質量体24の図中右端部にはネジ軸24dが形成されてお
り、そのネジ軸24dに図外のナットを螺合させてスペー
サ等を介して締め付けることにより、割り溝24cの先端
部の隙間が零となるよう質量体24を半径内方に弾性変形
させて、質量体24を軸穴3dから取り外せて交換可能にな
っている。

回転スピンドル３の小径部3c以外の軸穴3d内の質量体26
は、図中左端部の砥石を取り外し、左端開口部からカラ
ー28と交互に順次所定の数だけ挿入される。質量体26
は、第４図に示すように油圧バルブのスプール状に形成
されていて、その質量体26の２つのランド部26a（大径
部）の前後のＯリング22が設けられている。この質量体
26の長さ方向の位置決めは、質量体26相互間に介装され
る筒状のカラー28の長さを調整することにより行われ
る。

このような磁気軸受加工装置１にあっては、ラジアル電
磁石5,6、アキシャル電磁石11,12が回転スピンドル３を
磁気浮上させ無接触で軸受支持することにより、ころが
り軸受のように潤滑油を必要とせず、あるいは軸受の劣
化による不具合もない点で優れており、特に回転スピン
ドル３の回転数が高い場合に有利である。

また、前記振動軽減手段はダイナミックダンパの１種と
してのダンピング作用を発揮し、このようなダイナミッ
クダンパの１種を応用して振動軽減手段が設けられた回
転スピンドル３は、砥石21が加工時に受ける負荷によっ
て加振されて、回転スピンドル３全体が第１次および第
２次の曲げ共振点における過大な振動が発生しようとし
ても、振動軽減手段がその振動を有効に吸収することが
できる。

すなわち、第２図（ａ）に２つの曲線S₁,S₂で示すよう
な第１次および第２次の曲げ振動モードが発生しても、
振動軽減手段の質量体24,26がそれらの腹の位置A,B,C,D
に対応する位置、すなわちダンピングが最も大きく作用
する位置に配置されることにより、振動軽減手段を１つ
だけ設けた場合に比べて振動を非常に効果的に吸収する
ことができる。

このため、回転スピンドル３自体の振動を軽減してラジ
アル電磁石5,6、アキシャル電磁石11,12による安定した
軸受支持が維持され、磁気軸受加工装置１による円滑か
つ高精度の加工を実現することができる。

特に、回転スピンドル３のような高速回転体には大きな
ダンパを付けるのは困難なため、本考案のような小さな
ダンパを複数個設けるのが実用的かつ容易である。

なお、上記実施例においては、振動軽減手段を回転スピ
ンドルの長さ方向に４箇所設けたが工具質量や回転スピ
ンドル自体が変わった場合には曲げ振動モード曲線も変
わり、その腹の数や位置も変わるので、それに合わせて
振動軽減手段の数や位置を変えることは自由である。振
動軽減手段の数や位置を変える場合は、回転スピンドル
３の先端の砥石を取り外し、カラー28、質量体26を順次
取り外した上で、質量体26の変更位置に対応した長さの
カラー28および所定の数の質量体26を順次挿入する。

また、質量体の大径部やランド部の数も２つに限定する
必要はなく、いくつにしてもよいことはいうまでもな
い。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、回転スピンドルが
加振されて第１次および第２次の曲げ共振点における過
大な振動が発生しようとしても、振動軽減手段がその振
動モードの腹の位置でダンピングを最も大きく作用させ
ることにより振動を効果的に吸収し、回転スピンドル自
体の振動を軽減して磁気軸受による安定した軸受支持を
維持することができ、高精度の高速回転が実現される。

また、そのために磁気軸受加工装置による円滑かつ高精
度の加工を実現することができる。

また、振動軽減手段を回転スピンドルの軸線部に設ける
ため、回転スピンドル周囲の部品、レイアウトに全く影
響されないで済む。

また、振動軽減手段の径や長さ方向の位置を自由に調整
することができる。

さらに、回転スピンドルに軸孔をあけることによりその
質量が軽くなり、共振点が上がってより高速回転に適す
るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本考案による磁気軸受スピンドルの一実施
例を示す図であり、第１図は磁気軸受加工装置の全体構
成図、第２図は（ａ）は第１次および第２次の曲げ振動
モード曲線、第２図（ｂ）は回転スピンドルの一部破断
側面図、第３図，第４図は振動軽減手段の拡大側面図で
ある。 １……磁気軸受加工装置 ２……本体 ３……回転スピンドル（磁気軸受スピンドル） 3a……段部 3b,3c……小径部 3d……軸穴 5,6……ラジアル電磁石（磁気軸受） ８……モータ 10……フランジ部 11,12……アキシャル電磁石（磁気軸受） 14,15,16……変位センサ 18,19……保護ベアリング 21……砥石 22……Ｏリング（振動軽減手段） 24,26……質量体（振動軽減手段） 24a……大径部 24b……凸部 24c……割り溝 24d……ネジ軸 26a……ランド部 28……カラー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転スピンドルを磁気浮上させて軸受支持
   する磁気軸受を備えた磁気軸受装置において、 前記回転スピンドルの軸孔内に、質量体と、工具重量の
   変化に対応して前記質量体の位置を規定する部材とを複
   数個挿入することにより形成される振動軽減手段を設け
   たことを特徴とする磁気軸受スピンドル。