JPH0911001A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐久性の有る低コストのスピンドル装置を提
供する。 【構成】 スピンドル３の前部３０をラジアル磁気軸受
４を介してハウジング１に軸支すると共に、スピンドル
３の後端部３３を小径に形成して、該後端部３３をラジ
アル転り軸受５を介してハウジング１に軸支し、両軸受
４，５間にモータ２を配置する。スピンドル３に作用す
るスラスト力を受けるスラスト磁気軸受６を設け、転り
軸受５にスラスト力が作用しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータを組込んだハウ
ジング内にモータで駆動されるスピンドルを軸支する、
主として工作機械で使用するスピンドル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械では、大径のスピンドルを高速
回転させる必要があり、軸受部の摩耗や摩擦損失が問題
となる。そのため、従来、実開昭６２−１１７０４８号
公報に見られる如く、ハウジング内に、モータの前後に
位置させて１対のラジアル磁気軸受を設けると共に、前
後一方にスラスト磁気軸受を設け、スピンドルをこれら
磁気軸受により非接触で軸支するようにしたスピンドル
装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置では、ス
ピンドルの前後に夫々スピンドルのラジアル方向の変位
を検出する変位センサを設け、前側の変位センサの信号
に応じて前側のラジアル磁気軸受を制御して、スピンド
ルの前部の芯ずれを矯正すると共に、後側の変位センサ
の信号に応じて後側のラジアル磁気軸受を制御して、ス
ピンドルの後部の芯ずれを矯正し、スピンドルをハウジ
ングの中心軸線上に傾くことなく軸支し得るようにして
いるが、この場合、一方のラジアル磁気軸受の制御に伴
うラジアル荷重の変化で他方のラジアル磁気軸受での芯
ずれ矯正に必要なラジアル力のベクトルが変化するた
め、両ラジアル磁気軸受を相互に関連して制御する必要
があり、制御系が複雑になってコストが高くなる。本発
明は以上の点に鑑み、制御が簡単な低コストのスピンド
ル装置を提供することをその目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、モータを組込んだハウジング内にモータで駆
動されるスピンドルを軸支するスピンドル装置におい
て、ハウジングからのスピンドルの突出方向を前方とし
て、スピンドルの前部をラジアル磁気軸受で支持すると
共に、スピンドルの後端部を小径に形成して、該後端部
をラジアル転り軸受で支持し、ラジアル磁気軸受とラジ
アル転り軸受との間にモータを配置することを特徴とす
る。

【０００５】

【作用】スピンドルの剛性を確保する上で大径に形成す
る必要があるスピンドルの前部はラジアル磁気軸受で支
持されるため、スピンドルを高速回転しても、摩耗や摩
擦損失といった不具合は生じない。また、ラジアル転り
軸受で支持するスピンドルの後端部は小径に形成されて
いるため、周速が小さくなり、転り軸受での摩耗や摩擦
損失も実用上無視できる程度に小さくなる。

【０００６】そして、スピンドルの後端部の位置がラジ
アル転り軸受によって拘束されるため、スピンドルの前
部を支持するラジアル磁気軸受の単独制御でスピンドル
をハウジングの中心軸線上に傾くことなく軸支でき、制
御が簡単になる。尚、スピンドルの傾きを防止する上
で、ラジアル転り軸受は軸方向に間隔を存して２個並設
することが望ましい。

【０００７】ところで、ラジアル磁気軸受を用いる場
合、断線などの異常によりラジアル磁気軸受でスピンド
ルを支持できなくなることがあり、異常時にスピンドル
を支持するタッチダウン軸受を設ける必要がある。タッ
チダウン軸受は、従来、内径をスピンドルの外径よりも
少許大きくした転り軸受で構成されているが、これをス
ピンドルと同心の円周上に配置した複数のローラで構成
し、これらローラの配置ピッチにスピンドルの変位セン
サを配置すれば、タッチダウン軸受の軸方向配置スペー
スを変位センサの配置スペースに共用でき、スピンドル
装置の小型化を図れる。

【０００８】また、ラジアル転り軸受を併用することに
より、該軸受でスピンドルのスラスト力も受けられるよ
うになるが、ラジアル転り軸受の摩耗を防止して耐久性
を向上させるには、モータの前方に、スラスト力を受け
るスラスト磁気軸受を設けることが望ましい。この場
合、スラスト磁気軸受の異常時にスラスト力を受けられ
るように、スピンドルの適所に形成した段差部に対向す
るスラスト転り軸受を設けることが考えられるが、スラ
スト磁気軸受のステータにロータ（スピンドルに固定）
が当接する前に段差部がスラスト転り軸受に当接し、且
つ、常時は段差部とスラスト転り軸受との間のクリアラ
ンスが確保されるように、段差部とスラスト転り軸受と
の隙間を高精度に管理する必要があって、加工や組立に
手間がかかり、また、スラスト磁気軸受とは別にスラス
ト転り軸受を設ける必要があって、スペース効率が悪く
なる。

【０００９】一方、スラスト磁気軸受のステータとロー
タとの間の隙間に圧力流体を供給する手段を設けておけ
ば、スラスト磁気軸受の異常時、該軸受が圧力流体によ
り静圧軸受として機能してスラスト力が受けられる。従
って、別にスラスト転り軸受を設ける必要がなく、スペ
ース効率を向上して、且つ、コストダウンも図れる。

【００１０】

【実施例】図１を参照して、１はハウジングであり、該
ハウジング１にモータ２を組込むと共に、該モータ２で
駆動されるスピンドル３をハウジング１内に軸支して、
工作機械用のスピンドル装置を構成した。

【００１１】スピンドル３は、ハウジング１の前方に突
出する大径の主軸部３０と、中間のフランジ部３１と、
フランジ部３１から後方にのびるモータ軸部３２と、モ
ータ軸部３２より小径の後端の支軸部３３とを有する段
付形状に形成されており、主軸部３０をラジアル磁気軸
受４で支持すると共に、支軸部３３を軸方向に間隔を存
して並設した２個のラジアル転り軸受５，５で支持し、
更に、スピンドル３に作用するスラスト力をフランジ部
３１を介して受けるスラスト磁気軸受６を設けて、スラ
スト磁気軸受６とラジアル転り軸受５との間にモータ２
を配置した。

【００１２】モータ２は、スピンドル３のモータ軸部３
２に外嵌固定したロータ２０と、その周囲のステータ２
１とを有する誘導電動機で構成されており、ステータ２
１を内装するモータケース２２をハウジング１の後部に
内嵌させて、モータ２をハウジング１に組込むようにし
た。ハウジング１の内周面とのモータケース２２の外周
面との間には螺旋状の冷却水通路２３が形成されてお
り、該通路２３に通水することによってモータ２を水冷
するようにした。

【００１３】前記２個のラジアル転り軸受５，５は、共
通の軸受ケース５０に、両軸受５，５のインナーレース
間に介設したカラー５１を介して背面合わせで内装され
ており、支軸部３の後端に螺挿するねじ５２により押え
部材５３を介して両ラジアル転り軸受５，５を予圧し、
支軸部３３をガタ無く軸支し得るようにした。軸受ケー
ス５０は、モータケース２２のエンドカバーで構成され
るハウジング１の後端の蓋体１０に軸方向に移動可能に
嵌合されており、ラジアル転り軸受５，５にスラスト力
が作用しないようにしている。また、ラジアル転り軸受
５，５には軸受ケース５０に形成した油路５４を介して
潤滑油が供給される。

【００１４】前記ラジアル磁気軸受４は、主軸部３０に
外嵌固定したロータ４０と、ロータ４０の周囲４箇所に
ロータ４０との間に隙間を存して対設したステータ４１
とを備え、各ステータ４１のコイル４１ａへの通電によ
るラジアル方向の磁気吸引力のバランスで主軸部３０を
支持するように構成されており、ステータ４１を内装す
る軸受ケース４２をハウジング１の前部に内嵌させて、
ラジアル磁気軸受４をハウジング１に組込むようにし
た。ハウジング１の内周面と軸受ケース４２の外周面と
の間には螺旋状の冷却水通路４３が形成されており、該
通路４３に通水してラジアル磁気軸受４を水冷する。

【００１５】前記スラスト磁気軸受６は、フランジ部３
１に一体化したロータ６０と、ロータ６０の前後に夫々
隙間を存して対設した１対のステータ６１，６１とで構
成されており、各ステータ６１のコイル６１ａへの通電
による軸方向の磁気吸引力のバランスでロータ６０、即
ち、スピンドル３を軸方向に支持し、スピンドル３に作
用するスラスト力を受ける。両ステータ６１，６１は、
ロータ６０の外方でスペース６２を介して重ね合わさ
れ、モータケース２２の前端部にボルト止めされてい
る。また、各ステー６１に、ロータ６０との間の隙間に
臨む通路６３を形成し、ハウジング１の外面に開口する
供給路６４から通路６３を介してステータ６１とロータ
６０との間の隙間に圧力流体、例えば、高圧エアを供給
するようにした。これによれば、断線等の異常によりス
ラスト磁気軸受６の磁力によるロータ６０の支持が不能
になっても、高圧エアによりロータ６０が静圧的に支持
されて、ステータ６１へのロータ６０の衝突が防止され
る。尚、高圧エアはスラスト磁気軸受６の冷却にも役立
つ。

【００１６】また、ラジアル磁気軸受４の異常でスピン
ドル３のラジアル方向の支持が不能になった場合の対策
として、該軸受４の前方にタッチダウン軸受が設けられ
ている。タッチダウン軸受は、図２に示す如く、スピン
ドル３と同心の円周上に配置した複数、例えば、４個の
ローラ７で構成されており、各ローラ７と主軸部３０と
の間に、ラジアル磁気軸受４のロータ４０とステータ４
１との間の隙間より小さな隙間を確保し、異常時にステ
ータ４１がロータ４０に衝突する前に主軸部３０がロー
ラ７に当接して支持されるようにした。

【００１７】これら各ローラ７は、ラジアル磁気軸受４
の軸受ケース４２のフロントカバーで構成されるハウジ
ング１の前端の蓋体１１に取付けた各ローラ軸７０にベ
アリング７１を介して軸支されている。

【００１８】蓋体１１には、ローラ７の配置ピッチに位
置させて、主軸部３０のラジアル方向の変位を検出する
複数のラジアル変位センサ８が取付けられており、ラジ
アル磁気軸受４の各ステータコイル４１ａへの通電電流
をこれらラジアル変位センサ８の信号に基いて制御し、
主軸部３０の芯ずれを矯正するようにした。また、何れ
か１箇所のローラ配置ピッチに、ラジアル磁気軸受４の
ロータ４０の前端部に対向するスラスト変位センサ９を
設け、スラスト磁気軸受６の各ステータコイル６１ａへ
の通電電流をスラスト変位センサ９の信号に基いて制御
して、スピンドル３の軸方向のずれを矯正するようにし
た。

【００１９】以上の構成によれば、スピンドル３が後端
の支軸部３３でラジアル転がり軸受５によりラジアル方
向に拘束されるため、主軸部３０を支持するラジアル磁
気軸受４のみの制御で主軸部３０の芯ずれを矯正するこ
とにより、スピンドル３をハウジング１の中心軸線上に
傾くことなく軸支でき、制御が容易になって、制御系の
構成を簡素化できる。

【００２０】また、支軸部３３は小径であるため、スピ
ンドル３を高速回転しても周速は左程速くならず、ラジ
アル転り軸受５に無理がかかることはなく、且つ、スラ
スト磁気軸受６でスラスト力を受けてラジアル転り軸受
５にスラスト力が作用しないようにしているため、ラジ
アル転り軸受５の耐久性が確保される。尚、支軸部３３
を小径に形成することで、モータ軸部３２へのロータ２
０の装着も容易になる。 更に、タッチダウン軸受を複
数のローラ７で構成することにより、ローラ配置ピッチ
に変位センサ８，９を配置して、タッチダウン軸受の軸
方向スペースを変位センサ８，９の配置スペースに共用
できるようになり、装置の小型化を図れる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ラジアル磁気軸受とラジアル転り軸受との併
用により、磁気軸受の制御が容易になり、耐久性を損う
ことなく低コストのスピンドル装置を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置の一例の縦断面図

【図２】 図１の左側面図

【符号の説明】

１ ハウジング ２ モータ ３ スピンドル ３０ 主軸部（前部） ３３ 支軸部（後端部） ４ ラジアル磁気
軸受 ５ ラジアル転り軸受 ６ スラスト磁気軸
受 ６０ ロータ ６１ ステータ ７ ローラ ８，９ 変位センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを組込んだハウジング内にモータ
   で駆動されるスピンドルを軸支するスピンドル装置にお
   いて、ハウジングからのスピンドルの突出方向を前方と
   して、スピンドルの前部をラジアル磁気軸受で支持する
   と共に、スピンドルの後端部を小径に形成して、該後端
   部をラジアル転り軸受で支持し、ラジアル磁気軸受とラ
   ジアル転り軸受との間にモータを配置することを特徴と
   するスピンドル装置。
2. 【請求項２】 前記ラジアル磁気軸受の近傍にタッチダ
   ウン軸受を設け、該タッチダウン軸受を、前記スピンド
   ルと同心の円周上に配置した複数のローラで構成し、こ
   れらローラの配置ピッチにスピンドルの変位センサを配
   置することを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装
   置。
3. 【請求項３】 前記ラジアル転り軸受を、軸方向に間隔
   を存して２個並設することを特徴とする請求項１又は２
   に記載のスピンドル装置。
4. 【請求項４】 前記モータの前方に、前記スピンドルに
   作用するスラスト力を受けるスラスト磁気軸受を設ける
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の
   スピンドル装置。
5. 【請求項５】 前記スラスト磁気軸受のステータとロー
   タとの間の隙間に圧力流体を供給する手段を設けること
   を特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。