JPH085373Y2 - エアタービン駆動静圧気体軸受スピンドル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、塗装機や小径穴明機、内径研削盤等の高
速スピンドルに使用されるエアタービン駆動静圧気体軸
受スピンドルに関する。

〔従来の技術〕

静圧気体軸受は摩擦損失が小さく、他の軸受形式に比
べ高速回転が可能で、小径穴明機や内径研削盤などの主
軸の軸受として多く使用されている。このような高速ス
ピンドルの駆動機構として、エアタービンは、電動モー
タに比べて発熱が小さい、軽量であるなど、すぐれた特
性を備えている。

静圧気体軸受とエアタービンを組み合わせた従来の高
速スピンドルにおいては、主軸にはスラスト板が設けら
れており、主軸は２個の静圧気体ジャーナル軸受、およ
び、両面対向形の静圧気体スラスト軸受によって、軸受
面に対して非接触で支持される。スラスト板の外径面に
はエアータービン用のポケットが設けられ、ノズルから
ポケットに向かって接線方向に噴出する圧縮気体によっ
て主軸を回転させる。

〔考案が解決しようとする課題〕

このような静圧気体軸受スピンドルは、軸−軸受系の
危険速度以上の回転数で使用することが多い。ところ
が、主軸の不釣合が大きいと、危険速度近傍の回転数で
主軸の振れが大きくなり、主軸と軸受が接触して軸受面
の破損に結びつく。したがって、主軸の不釣合修正を精
度よく行う必要がある。

不釣合は、それと同位相の位置で質量を除去するか、
逆位相の位置に質量を付加することにより、修正するこ
とができる。高速スピンドルでは一般に主軸が小形にな
るので、釣合せおもりをねじ止め等で固定するのは不可
能な場合が多い。また、接着によって質量を付加する方
法では回転時の遠心力で飛散するおそれがある。そのた
め、実際の不釣合修正では、グラインダーやドリルで主
軸材の一部を除去する方法がとられている。

しかしながら、スラスト板の外径面にエアタービン用
のポケットを設けると、この部分の不釣合が大きくなる
ことが多い。また、所期の軸受性能を維持するため外径
面や軸受面の形状を崩すことはできないので、修正はス
ラスト軸受面より内径側で行わなければならない。不釣
合の量は（質量）×（半径）であらわされるので、半径
の小さい位置で修正を行うと、除去すべき質量が大きく
なる。以上の理由により、不釣合修正作業が困難であ
り、特に、初期の不釣合が大きい場合には、完全な修正
が不可能になる。また、グラインダやドリルで加工した
後の凹みが主軸の表面に露出するため、回転時に風切音
が発生し、騒音が大きくなるという問題もある。

この考案の主要な目的は、上記のような従来技術の問
題点を解消し、小型・軽量で、バランスのとれた、安定
した高速回転ができる静圧気体軸受スピンドルを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、エアタービンで駆動される静圧気体軸受
スピンドルのスラスト板主軸外径より内径の大きい中空
部を設け、この中空部の内側の面で不釣合修正を行うよ
うにした。

すなわち、この考案のエアタービン駆動静圧気体軸受
スピンドルは、主軸を静圧気体ジャーナル軸受および静
圧気体スラスト軸受で支持し、主軸の一端に位置するス
ラスト板の外径面に配設した翼またはポケットに向けて
圧力気体を噴射して主軸を回転駆動するようにしたもの
において、前記スラスト板に、主軸の不釣合い修正を施
すための、主軸の一端側に開口した中空部を設け、この
中空部の開口径をスラスト軸受面部分よりも小径とし、
かつ、中空部の内径を主軸外径よりも大きくしたことを
特徴とするものである。

エアタービン駆動とすることにより小型・軽量の静圧
気体軸受スピンドルを達成し、スラスト板に中空部を設
けることによってさらに軽量化が図られ、該中空部でバ
ランス修正を行い、該中空部の開口径をスラスト軸受面
部分よりも小径とすることで、軸受機能に影響を与えな
い高剛性の静圧気体軸受スピンドルとなし、中空部の内
径を主軸外径よりも大きくしたことにより、例えば主軸
外径面でバランス修正を行う場合に比べて、より大きな
半径位置で修正することになるため少ない質量で効率よ
く不釣合いを修正することができる。

〔実施例〕

第１図および第２図に示すように、主軸（１）は、２
個の静圧気体ジャーナル軸受（３）と、両面対向形の静
圧気体スラスト軸受（４）によって、軸受面に対して非
接触で、ハウジング（９）内に支持される。すなわち、
静圧気体軸受の分野で知られているとおり、ハウジング
（９）内に設けた給気通路（10）を通じて静圧気体ジャ
ーナル軸受（３）および静圧気体スラスト軸受（４）に
圧縮空気が供給され、図示するような絞りを介して軸受
すきまに噴出して静圧を発生させる。主軸（１）に設け
られたスラスト板（２）は、反主軸側端面に開口した中
空部（８）を有し、かつ、外径面にはエアタービンのポ
ケット（５）が配設されている。スラスト板（２）は主
軸（１）と一体的に形成してもよいし、あるいは別体の
ものを結合してもよい。ハウジング（９）内の給気通路
（11）を通して供給される圧縮空気を、ノズル（６）か
らポケット（５）に向かって接線方向に噴出させ、主軸
（１）を回転させるようになっている。スラスト板
（２）の両側面はいずれも静圧気体スラスト軸受の軸受
面となるので、軸受機能に影響を与えないように、中空
部（８）の開口は、当該軸受面部分よりも小径とするの
が望ましい。また、中空部（８）の内径は、図示するよ
うに、主軸（１）の外径より大きくする。不釣合修正
は、スラスト板（２）の中空部（８）の内壁面に施す。
例えば、中空部（８）の周壁面、または、軸方向で向か
い合った壁面のいずれかを、不釣合の位置および大きさ
に応じて削り取り、あるいは錘りを付加する。その際、
中空部（８）の内径を主軸（１）の外径より大きくして
おくことにより、主軸外径よりも大きな半径位置で不釣
合修正を実施することができるため、除去または付加す
べき質量が小さくて済み、しかもスラスト軸受面に悪影
響を及ぼすおそれがないことから、非常に能率よく作業
を行うことができる。

なお、静圧気体軸受は、図示するような自成絞り型の
ほか、多孔質、オリフィス絞り等を使用してもよく、ま
た、軸受隙間の圧力分布を最適化するために、軸受面に
溝を設けてもよい。静圧気体ジャーナル軸受は、必要に
応じて個数を増減することができる。また、エアタービ
ンの形式は、図示したもののほか、軸流式、半径流式も
採用可能であり、スラスト板の外径面にポケットの代わ
りに翼列を設けてもよい。

第３図および第４図はこの考案の完成に至る過程で考
えられた構造を示すものである。すなわち、スラスト板
（２）の近傍で主軸（１）に不釣合修正を施すのを可能
にするため、対応する軸受部分に環状の凹所（７）を設
けている。しかし、この場合軸受長さが犠牲になるの
で、回転数を上げるうえではマイナス要因として作用す
る。したがって、回転数が比較的低いうちはこのような
構造でもよいが、高速回転用としてはこの考案の構造が
とりわけ有利さを発揮する。

〔考案の効果〕

以上のとおり、この考案は、エアタービン駆動静圧気
体軸受スピンドルのスラスト板に中空部を設け、この中
空部の内側の面で不釣合修正を行うようにしたから、従
来より半径の大きい位置での修正が可能となり、除去ま
たは付加すべき質量が小さくて済む。また、内径面に釣
合せおもりを接着等の手段で固着しても遠心力で飛散す
ることは無いので、この種のスピンドルでは従来困難で
あった質量を付加する不釣合修正方法も採用可能にな
る。したがって、主軸の不釣合修正が従来よりも精度よ
く、しかも、非常に容易に行える。さらに、従来主軸に
設けていた不釣合修正スペースを省略でき、かつ、スラ
スト板が中空となるので、主軸の軽量化が図れ、スピン
ドルの回転数を向上させることができる。

また、不釣合修正のために除去または付加する質量が
小さいため、修正の結果生じる凹凸が小さく、それも中
空部の内側にあるため、回転時の風切音が小さく、スピ
ンドルの運転時の騒音も小さく抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は静圧気体軸受スピンドルの縦断面図、 第２図は第１図のII-II線断面図、 第３図は異なる態様を示す縦断面図、 第４図は第３図のIV-IV線断面図である。 1:主軸 2:スラスト板 5:ポケット 8:中空部 3:静圧気体ジャーナル軸受 4:静圧気体スラスト軸受 6:ノズル

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸を静圧気体ジャーナル軸受および静圧
   気体スラスト軸受で支持し、主軸の一端に位置するスラ
   スト板の外径面に配設した翼またはポケットに向けて圧
   力気体を噴射して主軸を回転駆動するようにしたものに
   おいて、前記スラスト板に、主軸の不釣合い修正を施す
   ための、主軸の一端側に開口した中空部を設け、この中
   空部の開口径をスラスト軸受面部分よりも小径とし、か
   つ、中空部の内径を主軸外径よりも大きくしたことを特
   徴とするエアタービン駆動静圧気体軸受スピンドル。