JPH09257038A - Spindle head for machine tool - Google Patents

Spindle head for machine tool

Info

Publication number
JPH09257038A
JPH09257038A JP7022096A JP7022096A JPH09257038A JP H09257038 A JPH09257038 A JP H09257038A JP 7022096 A JP7022096 A JP 7022096A JP 7022096 A JP7022096 A JP 7022096A JP H09257038 A JPH09257038 A JP H09257038A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
bearing
air bearing
spindle head
machine tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7022096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsutoshi Tanaka
克敏 田中
Takao Kawahara
孝郎 川原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
Priority to JP7022096A priority Critical patent/JPH09257038A/en
Publication of JPH09257038A publication Critical patent/JPH09257038A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0681Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
    • F16C32/0696Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for both radial and axial load
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To support the main spindle of a machine tool with sufficient bearing rigidity and to perform high speed rotation with high-precision and a high-load. SOLUTION: A spindle head 10 for a machine tool comprises a main spindle 30 rotationally driven by a built-in motor 40; air bearings 50 and 60 supporting the main spindle 30 radially and axially thereof; and a housing 20 to contain the air bearing 50 and 60. In this case, a plurality of the air bearings 50 and 60 are formed at bearing bushes 25, 26, and 27, and the air bearings 50 and 60 form a self-throttle type air hydrostatic bearing using air nozzles 51 and 61. Exhaust grooves 52 and 62 are formed between the air nozzles 51 and 61 and by exhausting the section, a restoration force during displacement of the axis of the main spindle 30, and bearing rigidity is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械用スピンド
ルヘッドに関し、高精度エンドミル加工等の高速送り切
削加工を行うためのNC工作機械などに利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spindle head for machine tools, and can be used for NC machine tools for performing high-speed feed cutting such as high-precision end milling.

【0002】[0002]

【背景技術】従来より、金属部品等の高精度加工にはN
C(数値制御)式の工作機械が利用されている。このよ
うな工作機械では、スピンドルヘッドに支承された主軸
の先端に刃物工具を装着し、主軸ないし工具を回転させ
つつスピンドルヘッドを被加工物に対して相対的に送り
移動させ、被加工物の切削加工を行っている。
BACKGROUND ART Conventionally, N has been required for high precision machining of metal parts and the like.
C (numerical control) type machine tools are used. In such a machine tool, a tool is attached to the tip of a spindle supported by a spindle head, and the spindle head is moved relative to the workpiece while rotating the spindle or the tool to move the workpiece. We are cutting.

【0003】(主軸の軸受について)このような回転主
軸を有する工作機械においては、相当な荷重の元で、高
精度を維持しつつ、主軸を高速回転させることが要求さ
れる。例えば、エンドミル加工を行う際に、高精度を維
持しつつ主軸を毎分数万回転程度で高速回転させると、
毎分数メートルに及ぶ切削送り速度での高効率加工が可
能であることが確認されている。このため、工作機械の
スピンドルヘッドにおいては主軸の支承が重要であり、
この軸受部分には高荷重、高精度、高速回転という条件
を満足することが要求される。
(Regarding bearing of main spindle) In a machine tool having such a rotary main spindle, it is required to rotate the main spindle at a high speed while maintaining high accuracy under a considerable load. For example, when performing end milling, if the spindle is rotated at high speed at tens of thousands of revolutions per minute while maintaining high accuracy,
It has been confirmed that high-efficiency machining at cutting feed rates of up to several meters per minute is possible. Therefore, it is important to support the spindle in the spindle head of machine tools.
This bearing portion is required to satisfy the conditions of high load, high accuracy and high speed rotation.

【0004】(ころがり軸受と油軸受について)従来よ
り、主軸を支承する軸受構造としては、ボールベアリン
グ等の転がり軸受、油膜で主軸を支承する油軸受、空気
圧で主軸を支持する空気軸受などが利用されている。し
かし、ころがり軸受あるいは油軸受では、それぞれ高精
度、高速回転という条件を十分に満足することができな
かった。
(Rolling bearing and oil bearing) Conventionally, as a bearing structure for supporting the main shaft, a rolling bearing such as a ball bearing, an oil bearing for supporting the main shaft by an oil film, an air bearing for supporting the main shaft by air pressure, etc. have been used. Has been done. However, rolling bearings and oil bearings have not been able to sufficiently satisfy the conditions of high precision and high speed rotation, respectively.

【0005】転がり軸受は、軸受の構造上、ボール等の
転動体が回転する軌道の直径と回転数との積が一定の限
界値に制限される等、高速回転を行うことが難しい。さ
らに、機械的な接触が避けられないため、高速回転を行
うと振動および騒音が大きく、かつ磨耗等による寿命の
短さが問題となり、毎分1万回転以上の高速回転には不
適切である。
Due to the structure of the bearing, the rolling bearing is difficult to rotate at high speed because the product of the diameter of the raceway in which rolling elements such as balls rotate and the number of revolutions is limited to a certain limit value. Further, since mechanical contact is unavoidable, high-speed rotation causes a large amount of vibration and noise, and a short life due to wear or the like poses a problem, which is inappropriate for high-speed rotation of 10,000 rpm or more. .

【0006】油軸受は、機械的には非接触であるため、
回転精度は良い。しかし、油が粘性流体であるため、回
転が高速になるに従って回転軸と軸受ブッシュとの間の
油膜に粘性摩擦抵抗が増大し、消費動力が増加するとと
もに、発熱が増加して熱変形誤差を生じる原因となり、
やはり毎分1万回転以上の動作には不適切である。
Since the oil bearing is mechanically non-contact,
The rotation accuracy is good. However, since oil is a viscous fluid, as the rotation speed increases, viscous friction resistance increases in the oil film between the rotating shaft and the bearing bush, power consumption increases, and heat generation increases, causing thermal deformation errors. Cause
After all, it is not suitable for the operation of 10,000 rpm or more.

【0007】また、油軸受では、軸受クリアランス部か
ら漏れ出す作動油を、回転精度に影響を与えない非接触
機構で軸シールすることが極めて困難である。工作機械
の主軸の支承に油軸受を用いた場合は、一般的に漏れ出
した作動油は垂流しとしている。これを切削屑や切削液
とともに切削剤タンクへ流し込み、油水分離装置等で油
を分離回収し、更に高度な濾過をして不純物を除去して
油軸受用作動油として再利用している。
In the oil bearing, it is extremely difficult to seal the working oil leaking from the bearing clearance with a non-contact mechanism that does not affect the rotation accuracy. When an oil bearing is used to support the main shaft of a machine tool, the leaked hydraulic oil is generally drained. This is poured into a cutting agent tank together with cutting chips and cutting fluid, oil is separated and collected by an oil / water separator, etc., and further highly filtered to remove impurities and reused as working oil for oil bearings.

【0008】これは大がかりな方法であり、経済的にも
負担が多きいため、作動油は回収せず、使い捨てにして
いるケースが殆どである。さらに、油軸受利用の工作機
械では作動油が垂流しとなるため、被加工物に無用な油
が付着し、その取扱いが不快であり、作業環境も悪くな
りがちである。以上のように、ころがり軸受や油軸受で
は高回転かつ高精度を確保することが難しかった。
Since this is a large-scale method and is economically burdensome, most of the cases do not collect the hydraulic oil but make it disposable. Further, in a machine tool using an oil bearing, the operating oil is spilled, so that useless oil adheres to the work piece, its handling is uncomfortable, and the working environment tends to deteriorate. As described above, it has been difficult to ensure high rotation and high accuracy in the rolling bearing and the oil bearing.

【0009】(空気軸受について)これに対し、空気軸
受は、軸受ブッシュと回転軸との間の軸受クリアランス
に空気圧を与え、回転軸を軸受ブッシュから浮かせるも
のであり、高精度、高速回転に適している。また、空気
軸受では、排出されるのはクリーンな空気であり、被加
工物や作業環境を汚染することはなく、また、これを回
収する必要もない。人や地球に優しい軸受といえる。
(Regarding Air Bearing) On the other hand, the air bearing applies air pressure to the bearing clearance between the bearing bush and the rotary shaft to float the rotary shaft from the bearing bush, and is suitable for high precision and high speed rotation. ing. Further, in the air bearing, the discharged is clean air, which does not pollute the work piece or the working environment, nor does it need to be recovered. It can be said that it is a bearing that is kind to people and the earth.

【0010】但し、空気軸受では負荷を大きくすること
が難しく、工作機械において、ミクロンオーダの高精
度、数万回転程度の高回転、一般的な金属を切削深さ数
ミリメートルで毎分数メートル程度の加工に対応した高
負荷という条件を全て満足して高効率の加工を実現でき
るようにすることは難しい。
However, it is difficult to increase the load with an air bearing, and in a machine tool, high precision on the order of micron, high rotation of about tens of thousands of revolutions, and cutting of a general metal with a depth of several millimeters of several meters per minute. It is difficult to realize high-efficiency machining by satisfying all conditions of high load corresponding to machining.

【0011】ところで、空気軸受は、回転軸を浮かせる
原理から動圧型と静圧型に分類される。動圧型の空気軸
受は、軸受クリアランスにくさび状すきまを形成し、回
転軸の回転に伴って回転軸表面近傍の空気がその粘性で
軸受クリアランスに引込まれるようにし、回転軸を浮上
させる圧力を発生する。従って、回転軸の停止時には浮
上力がなく、起動と停止を繰返すことのない装置等に使
用されるが、工作機械の主軸支承には適さない。
The air bearing is classified into a dynamic pressure type and a static pressure type based on the principle of floating the rotating shaft. A dynamic pressure type air bearing forms a wedge-shaped clearance in the bearing clearance so that the air near the surface of the rotating shaft is drawn into the bearing clearance due to its viscosity as the rotating shaft rotates, and the pressure for floating the rotating shaft is reduced. appear. Therefore, it is not suitable for a spindle support of a machine tool, although it is used for a device or the like that has no levitation force when the rotary shaft is stopped and does not repeatedly start and stop.

【0012】静圧型の空気軸受は、外部から軸受クリア
ランスに至る給気経路に絞りを形成し、この絞りを通し
て加圧した空気を軸受クリアランス内に導入し、その静
圧によって主軸を浮上させるものであり、回転速度に拘
りなく一定の浮上力が得られる。このため、工作機械の
主軸支承には静圧型が適している
In the static pressure type air bearing, a throttle is formed in the air supply path from the outside to the bearing clearance, and pressurized air is introduced into the bearing clearance through this throttle, and the main shaft is levitated by the static pressure. Yes, a constant levitation force can be obtained regardless of the rotation speed. Therefore, the static pressure type is suitable for the spindle support of machine tools.

【0013】静圧空気軸受は、給気の形式から多孔質絞
り式、スロット絞り式、表面絞り式、多数給気孔方式に
分類される。多孔質絞り式は、軸受クリアランスに面し
て多孔質材料を設け、この多孔質材料に外部からの空気
を通して軸受クリアランス内に吹込むものであり、多孔
質材料が適正な絞り密度であれば軸受剛性が大きく、高
速安定性もある。しかし、適正な多孔質材を得ることが
難しく、加工も難しい。
The static pressure air bearing is classified into a porous throttle type, a slot throttle type, a surface throttle type, and a multi-hole supply hole type, depending on the type of air supply. In the porous throttle type, a porous material is provided so as to face the bearing clearance, and air from the outside is blown into the bearing clearance to pass through the porous material. It has high rigidity and high-speed stability. However, it is difficult to obtain a proper porous material and it is difficult to process it.

【0014】スロット絞り式は、軸受クリアランスに通
じる給気経路の開口部を狭いスロット状に形成するもの
であるが、スロットの幅や長さを精度良く加工すること
が難しい。表面絞り式は、軸受クリアランスに面した軸
受面に給気経路と連通した極めて薄い溝部を設けるもの
であり、この溝部を通る際の抵抗が絞り効果を生じる
が、軸受クリアランスが極めて小さく、工作機械の主軸
支承には適していない。
In the slot throttle type, the opening of the air supply path leading to the bearing clearance is formed in a narrow slot shape, but it is difficult to accurately process the width and length of the slot. In the surface drawing type, a bearing surface facing the bearing clearance is provided with an extremely thin groove communicating with the air supply path, and the resistance when passing through this groove causes a throttling effect, but the bearing clearance is extremely small and the machine tool Is not suitable for spindle bearings.

【0015】多数給気孔方式は、更にオリフィス絞り
式、毛細管絞り、自成絞りに分類される。オリフィス絞
りは、給気経路の軸受クリアランス近傍にオリフィスを
形成するものであるが、ポケット(オリフィスの軸受ク
リアランス側に生じる空間)の容量、絞り径、使用圧力
の関係が適正でないとニューマティックハンマ(自励振
動)を生じやすく、不安定である。
The multiple air supply hole system is further classified into an orifice diaphragm system, a capillary diaphragm, and a self-made diaphragm. The orifice throttle forms an orifice in the vicinity of the bearing clearance of the air supply path. However, if the relationship between the capacity of the pocket (the space generated on the bearing clearance side of the orifice), the throttle diameter, and the working pressure is not appropriate, the pneumatic hammer ( Self-excited vibration) is likely to occur and is unstable.

【0016】毛細管絞りは、軸受クリアランスに至る給
気経路を極細にして絞り効果を得る物であるが、その製
造が困難であり、実用的ではない。自成絞り式は、給気
経路の軸受クリアランス近傍部分を細くし、この細い給
気経路と軸受クリアランスとで形成される仮想的な円筒
面で絞り効果を得る物であり、工作機械の主軸支承には
最も適している。
The capillary throttle is an article in which the air supply path leading to the bearing clearance is made extremely fine to obtain the throttle effect, but its manufacture is difficult and it is not practical. The self-throttled type is a product in which the portion near the bearing clearance of the air supply path is made thin, and the diaphragm effect is obtained by a virtual cylindrical surface formed by this thin air supply path and the bearing clearance. Most suitable for.

【0017】(軸受クリアランスの設定)回転軸受にお
いて、回転軸と軸受ブッシュとの間隔(軸受クリアラン
ス、つまり回転軸の浮上量)を大きくするためには、膨
大な空気供給エネルギが必要である。このため、従来の
空気軸受の軸受クリアランスは片側5〜10ミクロン程度
(回転軸が軸受中心にあるとき)の小さな値に設定され
る。
(Setting of Bearing Clearance) In a rotary bearing, enormous air supply energy is required to increase the distance between the rotary shaft and the bearing bush (bearing clearance, that is, the floating amount of the rotary shaft). For this reason, the bearing clearance of the conventional air bearing is set to a small value of about 5 to 10 microns on one side (when the rotating shaft is at the bearing center).

【0018】(複列型の空気軸受について)径方向に回
転軸を支承する円筒型の空気軸受では、軸受ブッシュを
精度よくハウジング内に圧入組立するため、軸方向寸法
をある程度の長さ(例えば軸受ブッシュ外径以上の長
さ)にすることが好ましい。この長さを、軸受性能を良
くするために有効に利用できるように、一つの軸受ブッ
シュにおいて、周方向に配列される絞り孔(空気ノズ
ル)を、軸方向に2列に並べた2列給気方式、あるいはそ
れ以上に並べた複列給気方式がある。
(About double row type air bearing) In a cylindrical type air bearing that supports a rotary shaft in a radial direction, the bearing bush is accurately press-fitted and assembled in the housing, so that the axial dimension has a certain length (for example, a certain length). The length is preferably equal to or larger than the outer diameter of the bearing bush). In order to effectively use this length to improve the bearing performance, in one bearing bush, the throttle holes (air nozzles) arranged in the circumferential direction are arranged in two rows in the axial direction. Air system or double-row air supply system with more than one line.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかし、複列式の空気
軸受において、単に一つの軸受ブッシュに複数の空気ノ
ズル列を形成しても、二つの空気軸受分の効果が得られ
ないことがある。例えば、図5において、空気軸受90は
工作機械の主軸91を径方向に支承する自成絞り式の空気
静圧軸受であり、軸受ブッシュ92にはそれぞれ周方向に
並ぶ2列の空気ノズル93、94が形成されている。
However, in a double-row type air bearing, even if a plurality of air nozzle rows are simply formed in one bearing bush, the effect of two air bearings may not be obtained. . For example, in FIG. 5, an air bearing 90 is a self-made throttle type aerostatic bearing that radially supports a main shaft 91 of a machine tool, and a bearing bush 92 has two rows of air nozzles 93 arranged in the circumferential direction. 94 are formed.

【0020】各空気ノズル93、94からの空気は、軸受ブ
ッシュ92の内面に吹込まれ、主軸91の外周面との間で主
軸91を支承するとともに、外部に開放された軸受ブッシ
ュ92の両端に向けて流れ、外部に排出される。従って、
通常、軸受ブッシュ92内周と主軸91外周との間の圧力
(多数の矢印列で模式的に表示)は、各空気ノズル93、9
4の間では外部に対して密閉状態となるからはP1で一定
であるが、各空気ノズル93、94と軸受ブッシュ92の端部
との間の部分では外部への流出により各空気ノズル93、9
4側がP1だが外部に開放された軸受ブッシュ92端部ではP
0となるように傾斜した圧力カーブ(図5に一点鎖線で
表示)を描くことになる。
The air from the air nozzles 93, 94 is blown into the inner surface of the bearing bush 92 to support the main shaft 91 with the outer peripheral surface of the main shaft 91, and to both ends of the bearing bush 92 opened to the outside. It flows toward and is discharged outside. Therefore,
Normally, the pressure between the inner circumference of the bearing bush 92 and the outer circumference of the main shaft 91 (schematically represented by a large number of arrow rows) is
Since it is in a sealed state with respect to the outside between 4 is constant at P1, but in the portion between each air nozzle 93, 94 and the end of the bearing bush 92 due to the outflow to the outside each air nozzle 93, 9
4 side is P1, but at the end of the bearing bush 92 that is open to the outside, P
A pressure curve (shown by a one-dot chain line in FIG. 5) inclined so as to be 0 is drawn.

【0021】ここで、一般的な1列ノズルの空気軸受で
あれば、主軸が外力等により径方向に変位したとする
と、主軸が近接した側では軸受クリアランスが小さくな
り、空気の流通抵抗が大きくなって軸受ブッシュ内周と
主軸外周との間の圧力が増す。一方、主軸が離隔した側
では軸受クリアランスが大きくなり、空気の流通抵抗が
小さくなって軸受ブッシュ内周と主軸外周との間の圧力
が減る。これにより、主軸は変位と逆向きの力を受け、
本来の軸受中心に復元される。これが空気軸受の軸受剛
性となる。
Here, in the case of a general one-row nozzle air bearing, if the main shaft is displaced in the radial direction by an external force or the like, the bearing clearance becomes small on the side where the main shaft is close, and the air flow resistance is large. As a result, the pressure between the inner circumference of the bearing bush and the outer circumference of the spindle increases. On the other hand, on the side where the main shaft is separated, the bearing clearance increases, the air flow resistance decreases, and the pressure between the inner circumference of the bearing bush and the outer circumference of the main shaft decreases. As a result, the spindle receives a force opposite to the displacement,
It is restored to the original bearing center. This is the bearing rigidity of the air bearing.

【0022】ところが、前述した図5の2列式軸受90で
は、各空気ノズル93、94の間の区間は外気に開放されて
いないため空気の流通がなく、圧力P1が変化しない。そ
して、各空気ノズル93、94から軸受ブッシュ92の端部に
至る区間でのみ前述したような圧力の変化(円弧状の圧
力カーブとなる)が生じ、図5の上側では圧力が増し、
下側では圧力が減り、主軸91の復元力を生じる。従っ
て、復元力は各空気ノズル93、94から軸受ブッシュ92の
端部に至る短い区間でしか得られず、軸方向に長く空気
ノズルが2列であるにも拘らず、軸受剛性の向上に寄与
しないという問題があった。
However, in the above-described two-row type bearing 90 of FIG. 5, since the section between the air nozzles 93 and 94 is not open to the outside air, there is no air flow and the pressure P1 does not change. Then, the above-described change in pressure (a circular arc-shaped pressure curve) occurs only in the section from the air nozzles 93, 94 to the end of the bearing bush 92, and the pressure increases on the upper side of FIG.
On the lower side, the pressure is reduced and a restoring force of the spindle 91 is generated. Therefore, the restoring force can be obtained only in a short section from each air nozzle 93, 94 to the end of the bearing bush 92, and although the air nozzle is long in two rows and contributes to the improvement of the bearing rigidity. There was a problem not to do.

【0023】前述のような問題に加え、空気軸受におい
ては、軸受クリアランスが小さいと、次のような問題が
生じる。 (許容変位量の問題)軸受クリアランスが小さいと、回
転軸の許容変位量(許容しうる中心軸位置の変位量)が
小さくなる。
In addition to the above-mentioned problems, in the air bearing, if the bearing clearance is small, the following problems occur. (Problem of allowable displacement amount) When the bearing clearance is small, the allowable displacement amount of the rotating shaft (the allowable displacement amount of the central axis position) becomes small.

【0024】回転軸の許容変位量が小さくなると、小さ
な外力でも回転軸が軸受ブッシュに接触することにな
り、高速回転時に接触した際には摩擦熱により瞬時に焼
付き(溶着)を生じ、動作を停止せざるを得ないばかり
か、その修復に多大な労力および出費が必要となる。
When the permissible displacement amount of the rotating shaft becomes small, the rotating shaft comes into contact with the bearing bush even with a small external force, and when the rotating shaft comes into contact with the bearing bush at a high speed, frictional heat causes instantaneous seizure (welding), which causes the operation. In addition to being forced to stop, the restoration requires a great deal of labor and expense.

【0025】このような許容変位量の制約により、従来
の工作機械への空気軸受の利用は、精密かつ静粛だが負
荷の軽い切削への利用(例えばアルミニウム合金等を数
ミクロンの深さで毎分数10ミリメートルの送りでという
程度)に限られており、主軸を変位させる荷重が大きく
なる重切削への適用が望まれていた。
Due to such a restriction of the allowable displacement amount, the conventional use of the air bearing for the machine tool is precise and quiet, but the use for light load cutting (for example, an aluminum alloy or the like is performed at a depth of several microns at a few minutes per minute). It is limited to a feed of 10 mm), and it was desired to be applied to heavy cutting where the load that displaces the spindle becomes large.

【0026】(異物による障害の問題)空気軸受におい
て、軸受クリアランスに流入する空気中に異物が混入し
ている場合、軸受クリアランスが小さいと、微少な異物
であっても軸受クリアランス内で引っかかりを生じ、前
述した焼付き等の動作障害を引き起す可能性がある。
(Problem of obstacle due to foreign matter) In the air bearing, when foreign matter is mixed in the air flowing into the bearing clearance, if the bearing clearance is small, even a minute foreign matter is caught in the bearing clearance. However, there is a possibility of causing the above-mentioned operation failure such as seizure.

【0027】(空気剪断による発熱の問題)軸受クリア
ランスが小さいと、このクリアランス内の空気は回転軸
側と軸受ブッシュ側との間で剪断力を受け、発熱を生じ
易くなる。そして、この発熱により熱変形を生じ、精度
を低下させる可能性がある。
(Problem of heat generation due to shearing of air) If the bearing clearance is small, the air in this clearance is likely to generate heat due to shearing force between the rotating shaft side and the bearing bush side. Then, this heat generation causes thermal deformation, which may reduce accuracy.

【0028】以上のような問題は、従来の空気軸受の工
作機械への適用が静粛な軽切削のみであったため、特に
支障が生じなかった事項である。しかし、エンドミル加
工のような断続的な高荷重切削への適用を検討する際に
は、軸受クリアランスを大きくすることが重要な事項で
ある。
The above-mentioned problems are matters in which the conventional air bearing is applied to the machine tool only for quiet and light cutting, so that no trouble is caused. However, when considering application to intermittent high-load cutting such as end milling, it is important to increase the bearing clearance.

【0029】本発明の目的は、工作機械の主軸を十分な
軸受剛性で支承でき、高精度、高荷重で高速回転させる
ことができる工作機械用スピンドルヘッドを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a spindle head for a machine tool which can support the main shaft of the machine tool with sufficient bearing rigidity and can rotate at high speed with high accuracy and high load.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】本発明は、工作機械用ス
ピンドルヘッドにおける主軸の支承に複列式の空気軸受
を用いるとともに、複数の空気ノズル列の間に空気を外
部へ排出する手段を設け、これにより主軸が偏心した際
に各空気ノズル列間にも復元力を発生させるようにして
軸受剛性を高めようとするものである。具体的に、本発
明は、駆動源で回転駆動される主軸と、前記主軸をその
径方向または軸方向に支承する少なくとも1個の空気軸
受と、前記空気軸受を収容するハウジングとを有する工
作機械用スピンドルヘッドであって、前記空気軸受を自
成絞り方式の空気静圧軸受とし、かつ一つの軸受ブッシ
ュに2列以上の空気ノズルが配列された複列空気軸受と
するとともに、これらの空気ノズル列の間に空気排出用
の逃し部を設けたことを特徴とする。
According to the present invention, a double row type air bearing is used to support a spindle in a spindle head for machine tools, and means for discharging air to the outside is provided between a plurality of air nozzle rows. Thus, when the main shaft is eccentric, a restoring force is also generated between the air nozzle rows to increase the bearing rigidity. Specifically, the present invention is a machine tool having a main shaft that is rotationally driven by a drive source, at least one air bearing that supports the main shaft in its radial direction or axial direction, and a housing that accommodates the air bearing. A spindle head for use, wherein the air bearing is a self-throttled aerostatic pressure bearing, and a single bearing bush is a double row air bearing in which two or more rows of air nozzles are arranged. It is characterized in that an escape portion for discharging air is provided between the rows.

【0031】このような本発明においては、主軸はハウ
ジング内の空気軸受により支承されて高精度、高速回転
が可能である。ここで、一つの軸受ブッシュに複数の空
気ノズル列が設けられており、この区間では通常は空気
が外部に逃れられないが、本発明では各空気ノズル列の
間の部分に空気排出用の逃し部が形成されているため、
各空気ノズル列からの空気は逃し部を経て外気に排出さ
れ、主軸の偏心時にはこの区間においても軸受クリアラ
ンスに応じた圧力変動が生じ、全体として逃し部がない
場合よりも主軸の復元力が強化される。これにより、軸
受剛性が高められ、高負荷への対応が可能となり、高速
回転、高精度と併せて前記目的を達成できることにな
る。
In the present invention as described above, the main shaft is supported by the air bearing in the housing, and high-precision and high-speed rotation is possible. Here, a single bearing bush is provided with a plurality of air nozzle rows, and normally air cannot escape to the outside in this section. However, in the present invention, the air discharge rows are provided in a portion between the air nozzle rows. Since the part is formed,
Air from each air nozzle row is exhausted to the outside air through the relief part, and when the main shaft is eccentric, pressure fluctuations also occur in this section depending on the bearing clearance, and the restoring force of the main shaft is stronger than when there is no relief part as a whole. To be done. As a result, the bearing rigidity is increased, it is possible to cope with a high load, and it is possible to achieve the above-mentioned object together with high-speed rotation and high accuracy.

【0032】前記空気軸受は焼結カーボン材料で形成さ
れた軸受ブッシュを有することが望ましい。このように
すれば、焼結カーボン材の自己潤滑性を利用して接触状
態の摩擦抵抗を低減することができる。すなわち、何ら
かの不具合で過大な負荷が作用した時や、供給空気圧が
降下した場合などに、主軸と軸受ブッシュが接触状態と
なっても、焼付き発生を防止することができる。
The air bearing preferably has a bearing bush made of a sintered carbon material. By doing so, it is possible to reduce the frictional resistance in the contact state by utilizing the self-lubricating property of the sintered carbon material. That is, it is possible to prevent seizure even if the main shaft and the bearing bush come into contact with each other when an excessive load acts due to some trouble or when the supply air pressure drops.

【0033】前記空気軸受は、前記主軸を径方向に支承
する円筒型空気軸受と、前記主軸を軸方向に支承する円
盤形空気軸受とであり、前記円筒型空気軸受の軸受ブッ
シュと前記円盤型空気軸受の軸受ブッシュは一体成形さ
れていることが望ましい。このようにすれば、円筒側空
気軸受のハウジングへの圧入長さを大きくとることがで
き、軸受の変形防止、精度向上、取付の確実化を図るこ
とができる。
The air bearings are a cylindrical air bearing that supports the main shaft in the radial direction and a disk-shaped air bearing that supports the main shaft in the axial direction. The bearing bush of the cylindrical air bearing and the disk-shaped air bearing are used. It is desirable that the bearing bush of the air bearing be integrally molded. With this configuration, the press-fitting length of the cylindrical air bearing into the housing can be made large, and the deformation of the bearing can be prevented, the accuracy can be improved, and the mounting can be ensured.

【0034】すなわち、円盤型の空気軸受ブッシュの背
面部には給気溝が形成されるが、ここに供給空気圧が作
用するとハウジングに圧入されている軸受ブッシュは軸
方向つまり抜ける方向の力を受ける。殊に摩擦係数の小
さい焼結カーボン材で形成されている場合は十分な圧入
長さをとり、圧入摩擦力を持たせないと圧入の抜け出し
により円盤型空気軸受のクリアランスが変化することに
なる。しかし、前述のように円盤形と円筒型とを一体化
することで、圧入長さを長くとることができ、この問題
を解消することができる。
That is, the air supply groove is formed on the back surface of the disk-type air bearing bush, and when the supply air pressure acts on the air supply groove, the bearing bush press-fitted into the housing receives a force in the axial direction, that is, the direction in which it is removed. . In particular, when it is made of a sintered carbon material having a small friction coefficient, a sufficient press-fitting length is taken, and unless the press-fitting friction force is provided, the clearance of the disk type air bearing changes due to the press-fitting out. However, as described above, by integrating the disc shape and the cylindrical shape, the press-fitting length can be increased, and this problem can be solved.

【0035】前記主軸は前記空気軸受で支承される部分
に不錆性高硬度材料による表面処理が施されていること
が望ましい。不錆性高硬度材料による表面処理として
は、クロムメッキ、ニッケル・リン無電解メッキ、ニッ
ケル・リン粒子分散無電解メッキ等が利用できる。
It is preferable that the portion of the main shaft supported by the air bearing is surface-treated with a non-rusting high hardness material. As the surface treatment with a non-corrosive high hardness material, chromium plating, nickel / phosphorus electroless plating, nickel / phosphorus particle dispersed electroless plating, etc. can be used.

【0036】このようにすれば、従来多用されている主
軸(ステンレス製で表面に焼入れ処理をしたもの等)に
比べて表面の錆発生を低減することができ、錆が異物と
して軸受クリアランスにおいて障害を引き起すことを防
止できる。また、各種材料に対して錆発生効果を確実に
得ることができ、熱変形を低減するために低膨張率の他
の材料を用いることも可能となる。
By doing so, it is possible to reduce the occurrence of rust on the surface as compared with a spindle that has been frequently used conventionally (made of stainless steel, the surface of which is hardened, etc.), and rust interferes with the bearing clearance as foreign matter. Can be prevented. Further, it is possible to reliably obtain the effect of generating rust on various materials, and it is possible to use other materials having a low expansion coefficient in order to reduce thermal deformation.

【0037】前記ハウジングには前記空気軸受の軸受ブ
ッシュが圧入保持され、前記ハウジングには前記空気軸
受に空気を供給する給気経路が形成され、前記ハウジン
グはステンレス鋼で形成されていることが望ましい。こ
のようにすれば、ステンレス製ハウジングと軸受ブッシ
ュ圧入とにより給気経路に面しての錆発生を防止でき、
給気経路から錆が軸受クリアランス内に侵入して障害を
生じることを防止できる。
A bearing bush of the air bearing is press-fitted and held in the housing, an air supply path for supplying air to the air bearing is formed in the housing, and the housing is preferably made of stainless steel. . By doing this, it is possible to prevent rust from occurring on the air supply path due to the stainless steel housing and the press fit of the bearing bush.
It is possible to prevent rust from entering the bearing clearance from the air supply path and causing a failure.

【0038】前記駆動源は前記ハウジング内に形成され
たビルトインモータであり、前記ハウジングには前記空
気軸受からの空気を前記ビルトインモータを経由して排
出する排気経路が形成されていることが望ましい。この
ようにすれば、ビルトインモータによりスピンドルヘッ
ドの小型化、構造簡素化が図れるとともに、このビルト
インモータの冷却を空気軸受からの排気によって冷却す
ることができる。特に、本発明では軸受クリアランスを
大きくとるため、通気量が増大し、冷却効果を大きなも
のにできる。
It is preferable that the drive source is a built-in motor formed in the housing, and that the housing has an exhaust path through which the air from the air bearing is discharged via the built-in motor. With this configuration, the spindle head can be downsized and the structure can be simplified by the built-in motor, and the built-in motor can be cooled by exhaust air from the air bearing. Particularly, in the present invention, since the bearing clearance is large, the amount of ventilation is increased, and the cooling effect can be increased.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1において、工作機械用スピン
ドルヘッド10は、ハウジング20、主軸30、ビルトインモ
ータ40、空気軸受50、60を備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, a machine tool spindle head 10 includes a housing 20, a spindle 30, a built-in motor 40, and air bearings 50 and 60.

【0040】(各部の概要)ハウジング20は、図示しな
い工作機械のコラム等に支持され、テーブル上のワーク
に対して相対移動されるものである。主軸30は、中間部
分に円盤状のフランジ31を有し、中間部分をハウジング
20内に形成された径方向の空気軸受50、軸方向の空気軸
受60により回転自在に支承されている。
(Outline of each part) The housing 20 is supported by a column or the like of a machine tool (not shown) and is moved relative to the work on the table. The spindle 30 has a disk-shaped flange 31 in the middle part, and the middle part is a housing.
It is rotatably supported by a radial air bearing 50 and an axial air bearing 60 formed inside 20.

【0041】径方向の空気軸受50は、主軸30のフランジ
31よりも先端側に1列、基端側に4列の計5列とされてい
る。軸方向の空気軸受60は、フランジ31を挟むように一
対2列が設けられている。主軸30の先端部分には、図示
しないチャック機構等が形成され、このチャック機構を
介して刃物等の工具を取付けた状態としたうえ、ビルト
インモータ40で回転駆動されることで、ワークに対する
切削加工等を行えるようになっている。
The radial air bearing 50 is a flange of the main shaft 30.
There are five rows, one row on the tip side and four rows on the base side rather than 31. The axial air bearing 60 is provided with a pair of two rows so as to sandwich the flange 31. A chuck mechanism or the like (not shown) is formed at the tip of the main shaft 30, and a tool such as a blade is attached via this chuck mechanism, and the built-in motor 40 drives the tool to rotate the workpiece. And so on.

【0042】ビルトインモータ40は、ロータ41、ステー
タ42を備えている。ロータ41は、主軸30の端部に連結さ
れて支持されている。ステータ42は、ロータ41を取囲む
ように配置され、図示しない外部の制御装置からの通電
を受けてロータ41を回転させ、これにより主軸30が回転
されるようになっている。
The built-in motor 40 has a rotor 41 and a stator 42. The rotor 41 is connected to and supported by the end of the main shaft 30. The stator 42 is arranged so as to surround the rotor 41, and receives electricity from an external control device (not shown) to rotate the rotor 41, whereby the main shaft 30 is rotated.

【0043】このようなビルトインモータ40はカバー29
で囲われている。カバー29は、内側面でステータ42を支
持するとともに、フランジ291をハウジング20の端部に
接続されることでロータ41とステータ42を被覆するよう
になっている。カバー29の外周部は、ビルトインモータ
部冷却用のウォータージャケット43で包囲されている。
このカバー29はハウジング20の一部を構成するものであ
る。
Such a built-in motor 40 has a cover 29.
It is surrounded by. The cover 29 supports the stator 42 on the inner side surface and covers the rotor 41 and the stator 42 by connecting the flange 291 to the end of the housing 20. The outer peripheral portion of the cover 29 is surrounded by a water jacket 43 for cooling the built-in motor portion.
The cover 29 constitutes a part of the housing 20.

【0044】(空気軸受の詳細)ハウジング20は、円筒
状の第一部材21と、その外周に嵌合された第二部材22と
を有し、第一筒体21の主軸30の先端側の端部には大径部
211が形成されている。そして、この大径部211には、第
三部材23を介して第四部材24が取付けられている。
(Details of Air Bearing) The housing 20 has a cylindrical first member 21 and a second member 22 fitted to the outer periphery thereof, and is provided on the tip side of the main shaft 30 of the first cylindrical body 21. Large diameter part at the end
211 is formed. Then, the fourth member 24 is attached to the large-diameter portion 211 via the third member 23.

【0045】第一部材21の内側には、主軸30の基端側に
段差部が形成され、この段差部には第一軸受ブッシュ25
が嵌合されている。また、大径部211側にも段差部が形
成され、この段差部には第二軸受ブッシュ26が嵌合され
ている。第二部材22は、その内部に軸受部冷却用のウォ
ータージャケットが形成されている。第四部材24の内側
には、大径部211に接続される側から第三軸受ブッシュ2
7が嵌合されている。
A step portion is formed inside the first member 21 on the base end side of the main shaft 30, and the first bearing bush 25 is formed in this step portion.
Are fitted. A step portion is also formed on the large diameter portion 211 side, and the second bearing bush 26 is fitted in this step portion. The second member 22 has a water jacket for cooling the bearing portion formed therein. Inside the fourth member 24, from the side connected to the large diameter portion 211 to the third bearing bush 2
7 is fitted.

【0046】(軸受ブッシュの詳細)第一軸受ブッシュ
25は、2列の径方向空気軸受50を形成するものであり、
この第一軸受ブッシュ25には空気ノズル51が周方向に所
定間隔で2列に配列されている。この空気ノズル51は第
一軸受ブッシュ25の外周および内周を主軸30の径方向に
貫通している。第一軸受ブッシュ25の内側には、空気排
出用逃し部として、空気ノズル51の各列の中間に周方向
に連続する排気溝52が形成され、この排気溝52内には外
周へと貫通する排気孔53が形成されている。
(Details of Bearing Bush) First Bearing Bush
25 forms two rows of radial air bearings 50,
Air nozzles 51 are arranged in two rows at predetermined intervals in the circumferential direction on the first bearing bush 25. The air nozzle 51 penetrates the outer circumference and the inner circumference of the first bearing bush 25 in the radial direction of the main shaft 30. Inside the first bearing bush 25, an exhaust groove 52 continuous in the circumferential direction is formed in the middle of each row of the air nozzles 51 as an air discharge escape portion, and the exhaust groove 52 penetrates to the outer periphery. An exhaust hole 53 is formed.

【0047】第二軸受ブッシュ26は、2列の径方向空気
軸受50と一対のうち一方の軸方向空気軸受60を形成する
ものであり、第一部材21の大径部211側の端面に嵌まり
込むフランジ261を備えている。第二軸受ブッシュ26に
は空気ノズル51が周方向に所定間隔で2列に配列され、
第三軸受ブッシュ27側の端部に形成されたフランジ261
には空気ノズル61が周方向に所定間隔で配列されてい
る。この空気ノズル51は第二軸受ブッシュ26の外周およ
び内周を主軸30の径方向に貫通し、空気ノズル61はフラ
ンジ261の表裏を主軸30の軸方向に貫通している。
The second bearing bush 26 forms two rows of radial air bearings 50 and one axial air bearing 60 of the pair, and is fitted to the end surface of the first member 21 on the large diameter portion 211 side. It has a flange 261 that fits in. In the second bearing bush 26, the air nozzles 51 are arranged in two rows at predetermined intervals in the circumferential direction,
Flange 261 formed at the end of the third bearing bush 27 side
The air nozzles 61 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. The air nozzle 51 penetrates the outer circumference and the inner circumference of the second bearing bush 26 in the radial direction of the main shaft 30, and the air nozzle 61 penetrates the front and back of the flange 261 in the axial direction of the main shaft 30.

【0048】第二軸受ブッシュ26の内側には、空気排出
用逃し部として、空気ノズル51の各列の中間に周方向に
連続する排気溝52が形成され、この排気溝52内には外周
へと貫通する排気孔53が形成されている。第二軸受ブッ
シュ26のフランジ261側端の内周縁には全周に連続した
切欠き状の排気溝62が形成されている。
Inside the second bearing bush 26, an exhaust groove 52 continuous in the circumferential direction is formed in the middle of each row of the air nozzles 51 as an air discharge escape portion. An exhaust hole 53 penetrating therethrough is formed. A notched exhaust groove 62 that is continuous over the entire circumference is formed on the inner peripheral edge of the end of the second bearing bush 26 on the flange 261 side.

【0049】第三軸受ブッシュ27は、1列の径方向空気
軸受50と一対のうち他方の軸方向空気軸受60を形成する
ものであり、第四部材24の第三部材23側の端面に嵌まり
込むフランジ271を備えている。第三軸受ブッシュ27に
は空気ノズル51が周方向に所定間隔で1列に配列され、
第二軸受ブッシュ26側の端部に形成されたフランジ271
には空気ノズル61が周方向に所定間隔で配列されてい
る。
The third bearing bush 27 forms one row of radial air bearings 50 and the other axial air bearing 60 of the pair, and is fitted to the end surface of the fourth member 24 on the third member 23 side. It has a recessed flange 271. Air nozzles 51 are arranged in a row in the third bearing bush 27 at predetermined intervals in the circumferential direction,
Flange 271 formed at the end of the second bearing bush 26 side
The air nozzles 61 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction.

【0050】この空気ノズル51は第三軸受ブッシュ27の
外周および内周を主軸30の径方向に貫通し、空気ノズル
61はフランジ271の表裏を主軸30の軸方向に貫通してい
る。第三軸受ブッシュ27のフランジ271側端の内周縁に
は全周に連続した切欠き状の排気溝62が形成されてい
る。
This air nozzle 51 penetrates the outer circumference and the inner circumference of the third bearing bush 27 in the radial direction of the main shaft 30, and
Reference numeral 61 penetrates the front and back of the flange 271 in the axial direction of the main shaft 30. A notched exhaust groove 62 that is continuous over the entire circumference is formed on the inner peripheral edge of the end of the third bearing bush 27 on the flange 271 side.

【0051】(給気経路)第一部材21の第一軸受ブッシ
ュ25が嵌合された部分の内周には周方向に連続した2本
の給気溝212が形成され、各給気溝212は各空気ノズル51
の外側開口に連通するような位置に配置されている。第
一部材21の第二軸受ブッシュ26が嵌合された部分の内周
にも周方向に連続した2本の給気溝212、213が形成され、
この給気溝212、213は第二軸受ブッシュ26の各空気ノズ
ル51の外側開口に連通するような位置に配置されてい
る。給気溝213はフランジ261側の端面まで延長され、フ
ランジ261に形成された各空気ノズル61にも連通するよ
うになっている。
(Air Supply Path) Two air supply grooves 212 continuous in the circumferential direction are formed on the inner periphery of the portion of the first member 21 where the first bearing bush 25 is fitted, and each air supply groove 212 is formed. Is each air nozzle 51
Is positioned so as to communicate with the outer opening of the. Two air supply grooves 212, 213 continuous in the circumferential direction are also formed on the inner periphery of the portion of the first member 21 where the second bearing bush 26 is fitted,
The air supply grooves 212, 213 are arranged at positions that communicate with the outer openings of the air nozzles 51 of the second bearing bush 26. The air supply groove 213 is extended to the end surface on the flange 261 side and communicates with each air nozzle 61 formed on the flange 261.

【0052】第一部材21には、基端側から1本の連通孔2
14が形成され、この連通孔214は4本の給気溝212、213の
全てに連通するようになっている。この連通孔214の基
端側端開口は封止部材2141で塞がれている。給気溝213
には大径部211の外周から径方向に給気孔215が貫通され
ている。従って、第一部材21においては、給気孔215か
ら加圧空気を供給することで、この空気は給気溝213か
ら空気ノズル61に供給され、さらに連通孔214から各給
気溝212を経て空気ノズル51へと供給されるようになっ
ている。
The first member 21 has one communicating hole 2 from the base end side.
14 is formed, and this communication hole 214 communicates with all of the four air supply grooves 212, 213. The opening on the base end side of the communication hole 214 is closed by a sealing member 2141. Air supply groove 213
An air supply hole 215 is radially penetrated from the outer circumference of the large diameter portion 211. Therefore, in the first member 21, by supplying the pressurized air from the air supply hole 215, this air is supplied to the air nozzle 61 from the air supply groove 213, and further from the communication hole 214 to the air via each air supply groove 212. It is adapted to be supplied to the nozzle 51.

【0053】第四部材24の第三軸受ブッシュ27が嵌合さ
れた部分の内周にも周方向に連続した給気溝243が形成
され、この給気溝243は第二軸受ブッシュ26の各空気ノ
ズル51の外側開口に連通し、かつフランジ271に形成さ
れた各空気ノズル61に連通するようになっている。第四
部材24には、給気溝243と第三部材23側端面を結ぶ連通
孔244が形成され、第三部材23にはこの連通孔244に連通
する連通孔234が形成され、第一部材21の大径部211には
連通孔234と給気孔215とを連通する連通孔216が形成さ
れている。従って、第四部材24においては、第一部材21
の給気孔215から加圧空気を供給することで、この空気
は各連通孔216、234、244を通して給気溝243へと供給さ
れ、空気ノズル51、61へと供給されるようになってい
る。
An air supply groove 243 that is continuous in the circumferential direction is also formed in the inner circumference of the portion of the fourth member 24 where the third bearing bush 27 is fitted, and this air supply groove 243 is formed in each of the second bearing bushes 26. The air nozzle 51 communicates with the outer opening and also communicates with each air nozzle 61 formed on the flange 271. A communication hole 244 that connects the air supply groove 243 and the end surface on the side of the third member 23 is formed in the fourth member 24, and a communication hole 234 that communicates with this communication hole 244 is formed in the third member 23. A communication hole 216 that connects the communication hole 234 and the air supply hole 215 is formed in the large-diameter portion 211 of 21. Therefore, in the fourth member 24, the first member 21
By supplying the pressurized air from the air supply hole 215 of this, this air is supplied to the air supply groove 243 through the respective communication holes 216, 234, 244, and is supplied to the air nozzles 51, 61. .

【0054】(排気経路)第一部材21には、第一軸受ブ
ッシュ25および第二軸受ブッシュ26の各排気溝52に連通
する2つの排気孔217が形成され、これらのブッシュ25、2
6の間の区間において内周側に連通する排気孔218が形成
されている。これらの各排気孔217、218を連通するよう
に連通孔219が形成されている。連通孔219の一端は第三
部材23側端面に開口されるとともに、他端はビルトイン
モータ40側端に開口されている。
(Exhaust path) The first member 21 is formed with two exhaust holes 217 communicating with the exhaust grooves 52 of the first bearing bush 25 and the second bearing bush 26.
An exhaust hole 218 communicating with the inner peripheral side is formed in the section between 6. A communication hole 219 is formed so as to communicate these exhaust holes 217 and 218. One end of the communication hole 219 is opened at the end surface on the third member 23 side, and the other end is opened at the end on the built-in motor 40 side.

【0055】第三部材23には内周側に連通する排気孔23
1が形成され、この排気孔231は第一部材21の連通孔219
にも連通されている。ビルトインモータ40を覆うカバー
29の内周縁には全周に連続した切欠き状の排気溝292が
形成され、この排気溝292は第一部材21の連通孔219に連
通されている。また、カバー29の端面の中心には外部に
連通する排気孔293が形成されている。
The third member 23 has an exhaust hole 23 communicating with the inner peripheral side.
1 is formed, and this exhaust hole 231 is a communication hole 219 of the first member 21.
It is also connected to. Cover for built-in motor 40
A notch-shaped exhaust groove 292 is formed continuously around the inner periphery of 29, and the exhaust groove 292 communicates with the communication hole 219 of the first member 21. An exhaust hole 293 communicating with the outside is formed at the center of the end surface of the cover 29.

【0056】従って、前述した各空気ノズル51、61へ供
給された空気は、各軸受ブッシュ25、26、27の内面と主軸
30の周面あるいはフランジ31の表面との隙間を経て、排
気溝52、62、軸受ブッシュ25、26の間、第三部材23の内側
の何れかに流れ出し、排気孔217、218、231の何れかから
連通孔219へと集められる。そして、排気溝292からカバ
ー29の内側(ビルトインモータ40の隙間)を通って排気
孔293により外部に排出されるようになっている。
Therefore, the air supplied to each of the air nozzles 51 and 61 described above is transmitted to the inner surface of each bearing bush 25, 26 and 27 and the main shaft.
Through the gap between the circumferential surface of 30 or the surface of the flange 31, flows between the exhaust grooves 52, 62, the bearing bushes 25, 26, and inside the third member 23, and any of the exhaust holes 217, 218, 231. It is collected from there to the communication hole 219. Then, the gas is discharged from the exhaust groove 292 through the inside of the cover 29 (the gap of the built-in motor 40) to the outside by the exhaust hole 293.

【0057】(空気軸受の設定)第一ないし第三の軸受
ブッシュ25、26、27と主軸30の周面との間には、それぞれ
各ブッシュの端部と排気溝52、62の間の円筒状の区間に
空気ノズル51による自成絞り式静圧型の径方向空気軸受
50が構成され、この空気軸受50により主軸30は径方向に
支承されている。第二および第三の軸受ブッシュ26、27
と主軸30のフランジ31表面との間には、それぞれフラン
ジ31外周縁と排気溝62の間の円盤状の区間に空気ノズル
61による自成絞り式静圧型の軸方向空気軸受60が構成さ
れ、この空気軸受60により主軸30は軸方向に支承されて
いる。
(Setting of air bearing) Between the first to third bearing bushes 25, 26 and 27 and the peripheral surface of the main shaft 30, there are cylindrical portions between the ends of the bushes and the exhaust grooves 52 and 62, respectively. Self-throttled static pressure radial air bearing with air nozzle 51
The air bearing 50 supports the main shaft 30 in the radial direction. Second and third bearing bushes 26, 27
Between the outer peripheral edge of the flange 31 and the exhaust groove 62 between the main shaft 30 and the surface of the flange 31 of the main shaft 30.
A self-made throttle static pressure type axial air bearing 60 is constituted by 61, and the main shaft 30 is axially supported by the air bearing 60.

【0058】ここで、各軸受50、60において、各空気ノ
ズル51、61の絞り直径は400〜800ミクロンとされてい
る。また、主軸30が空気軸受50の中心にある際の径方向
軸受クリアランスCr、およびフランジ31が空気軸受60の
中心にある際の軸方向軸受クリアランスCaは、それぞれ
片側で15〜30ミクロンとされている。
Here, in each bearing 50, 60, the throttle diameter of each air nozzle 51, 61 is set to 400 to 800 microns. Further, the radial bearing clearance Cr when the main shaft 30 is in the center of the air bearing 50 and the axial bearing clearance Ca when the flange 31 is in the center of the air bearing 60 are each set to 15 to 30 μm on one side. There is.

【0059】なお、各軸受ブッシュ25、26、27は、それぞ
れ焼結カーボン材料で形成され、それぞれ第一部材21、
第四部材24に圧入により固定されている。そして、ハウ
ジング20を形成する各部材のうち、連通孔214、219等の
給気経路、排気経路が形成される第一部材21、第四部材
24は、それぞれステンレス鋼製である。
The bearing bushes 25, 26, 27 are made of a sintered carbon material, and the first member 21,
It is fixed to the fourth member 24 by press fitting. Then, among the respective members forming the housing 20, the first member 21 and the fourth member in which the air supply paths such as the communication holes 214 and 219 and the exhaust paths are formed.
24 are each made of stainless steel.

【0060】また、主軸30の周面の空気軸受50で支承さ
れる部分、およびフランジ31の表面の空気軸受60で支承
される部分には、それぞれクロムメッキ、ニッケル・リ
ン無電解メッキ、ニッケル・リン粒子分散無電解メッキ
等の不錆性高硬度材料による表面処理が施されている。
さらに、主軸30は、鉄やアンバー(鉄とニッケルの合
金)等で構成されるが、本実施形態では主軸30を鉄など
に比べて熱膨張率が小さなアンバーで構成している。こ
れにより、主軸30自身の熱変形量を小さくすることがで
きるようになっている。
The portion of the peripheral surface of the main shaft 30 supported by the air bearing 50 and the portion of the surface of the flange 31 supported by the air bearing 60 are chromium plated, nickel-phosphorus electroless plated, nickel-plated, respectively. Surface treatment with non-corrosive high hardness material such as phosphorus particle dispersion electroless plating is performed.
Further, the main shaft 30 is made of iron, amber (an alloy of iron and nickel), or the like, but in the present embodiment, the main shaft 30 is made of amber having a smaller coefficient of thermal expansion than iron or the like. This makes it possible to reduce the amount of thermal deformation of the main shaft 30 itself.

【0061】また、各軸受ブッシュ25、26において、各
空気軸受50の空気ノズル51と軸受ブッシュ25、26の端部
もしくは排気溝52との間の区間距離は、それぞれ各空気
ノズル51、61の両側で等しくされている。具体的には、
図2に示すように、軸方向の距離A1,A2,A3,A4は全て等
しくされている。また、各軸受ブッシュ26、27におい
て、各空気軸受60の空気ノズル61とフランジ31の外周縁
もしくは排気溝62との間の区間距離B1,B2(図3参照)
は、それぞれ各空気ノズル51、61の両側で等しく、かつ
対向する空気軸受60同士でも等しくされている。
In each bearing bush 25, 26, the section distance between the air nozzle 51 of each air bearing 50 and the end of the bearing bush 25, 26 or the exhaust groove 52 is the same as that of each air nozzle 51, 61. Be equal on both sides. In particular,
As shown in FIG. 2, the axial distances A1, A2, A3, A4 are all equal. In each bearing bush 26, 27, the section distance B1, B2 between the air nozzle 61 of each air bearing 60 and the outer peripheral edge of the flange 31 or the exhaust groove 62 (see FIG. 3).
Are equal on both sides of each of the air nozzles 51 and 61, and also on the opposing air bearings 60.

【0062】(排気溝の作用)このような本実施形態に
おいては、主軸30はハウジング20内の空気軸受50、60に
より径方向および軸方向に高精度に支承され、ビルトイ
ンモータ40で高速回転される。この際、図2に示すよう
に、本実施形態の軸受ブッシュ25では、2列の空気軸受5
0を構成する2列の空気ノズル51からそれぞれ高圧の空気
が供給され、この空気は軸受ブッシュ25の内周面と主軸
30の外周面との間(軸受クリアランス)に流れ込んで主
軸30を浮上支持する。
(Operation of Exhaust Groove) In this embodiment, the main shaft 30 is supported by the air bearings 50, 60 in the housing 20 in the radial direction and the axial direction with high precision, and is rotated at a high speed by the built-in motor 40. It At this time, as shown in FIG. 2, in the bearing bush 25 of the present embodiment, the two rows of air bearings 5 are used.
High-pressure air is supplied from each of the two rows of air nozzles 51 forming 0, and this air is supplied to the inner peripheral surface of the bearing bush 25 and the main shaft.
The main shaft 30 floats and supports by flowing into the outer peripheral surface of 30 (bearing clearance).

【0063】各空気軸受50において、軸受クリアランス
に流れ込んだ空気はそれぞれ空気ノズル51から軸方向の
両側に分れて流れ、一方は軸受ブッシュ25の端部からブ
ッシュ外に流出するとともに、他方は排気溝52に流入
し、ブッシュの孔ないし排気孔217を通して排出され
る。なお、軸受ブッシュ25の図中左側に流出した空気は
第一部材21内部に連通する排気孔218を通して排気孔217
からの排気とともに連通孔219〜カバー29内へ排出さ
れ、図中右側に流出した空気は直接カバー29内へ排出さ
れ、それぞれ外気に開放される。
In each of the air bearings 50, the air that has flowed into the bearing clearance is divided into air nozzles 51 on both sides in the axial direction, and one flows out from the end of the bearing bush 25 to the outside of the bush, while the other exhausts. It flows into the groove 52 and is discharged through the bush hole or the exhaust hole 217. The air flowing out to the left side of the bearing bush 25 in the figure passes through the exhaust hole 218 communicating with the inside of the first member 21 and the exhaust hole 217.
The air discharged from the communication hole 219 to the inside of the cover 29 together with the exhaust air, and the air flowing out to the right side in the drawing is directly discharged into the cover 29 and released to the outside air.

【0064】従って、軸受ブッシュ25に形成された2列
の各空気軸受50において、軸受ブッシュ25内周と主軸30
外周との間の圧力(多数の矢印列で模式的に表示)は次
のようになる。各空気ノズル51と軸受ブッシュ25の端部
との間の部分では、外部への流出により各空気ノズル51
側がP1で外部に開放された軸受ブッシュ25端部ではP0と
なるように傾斜した圧力カーブ(図2に一点鎖線で表
示)を描くことになる。これは前述した図5の従来の軸
受と同様である。
Therefore, in each of the two rows of air bearings 50 formed in the bearing bush 25, the inner circumference of the bearing bush 25 and the main shaft 30
The pressure between the outer circumference and the outer circumference (schematically indicated by a large number of arrows) is as follows. At the portion between each air nozzle 51 and the end of the bearing bush 25, each air nozzle 51 is caused by the outflow to the outside.
At the end of the bearing bush 25, which is open to the outside at P1, the pressure curve (indicated by the one-dot chain line in FIG. 2) is inclined so that it becomes P0. This is similar to the conventional bearing shown in FIG.

【0065】各空気ノズル51の間の部分では、排気溝52
により当該部分の空気が排出され、各空気ノズル51側が
P1で排気溝52側ではP0となるように傾斜した圧力カーブ
(図2に一点鎖線で表示)を描くことになる。これは前
述した図5の従来の軸受(当該部分では排気されないの
で圧力P1で一定)と大きく異なる。
In the portion between the air nozzles 51, the exhaust groove 52
The air in the relevant part is discharged by the
On the exhaust groove 52 side at P1, a pressure curve (indicated by a dashed line in FIG. 2) that is inclined so as to become P0 is drawn. This is significantly different from the conventional bearing shown in FIG. 5 described above (constant at pressure P1 because it is not exhausted at that portion).

【0066】このため、本実施形態においては、主軸30
が外力等により径方向に変位したとすると、図2の軸受
ブッシュ25において、軸受クリアランスの変化に応じた
圧力の変化が、各空気ノズル51から軸受ブッシュ25の端
部に至る区間のみならず、各空気ノズル51の間(各空気
ノズル51から排気溝52に至る区間)でも生じる。
Therefore, in the present embodiment, the spindle 30
Is displaced in the radial direction by an external force or the like, in the bearing bush 25 of FIG. 2, the change in pressure according to the change in bearing clearance is not limited to the section from each air nozzle 51 to the end of the bearing bush 25. It also occurs between the air nozzles 51 (a section from each air nozzle 51 to the exhaust groove 52).

【0067】すなわち、図2では主軸30が図中上側へ変
位しており、これにより各空気ノズル51の両側の計4つ
の区間において、それぞれ図2上側では圧力が増し(円
弧状に盛上がった圧力カーブとなる)、下側では圧力が
減り(円弧状に凹んだ圧力カーブとなる)、各々の差分
(図2下側に点線で示した斜めの紡錘状の領域になる)
が主軸30の復元力として作用する。
That is, in FIG. 2, the main shaft 30 is displaced to the upper side in the figure, and as a result, the pressure increases (up to a circular arc shape) in the upper side of FIG. 2 in a total of four sections on both sides of each air nozzle 51. Pressure curve), the pressure decreases on the lower side (it becomes a pressure curve that is recessed in an arc shape), and each difference (it becomes an oblique spindle-shaped region shown by the dotted line on the lower side of FIG. 2)
Acts as a restoring force of the spindle 30.

【0068】これは図5の従来の空気軸受に対して2倍
の復元力を生じることを意味し、復元力は軸受ブッシュ
25のほぼ全長を利用し、2列の空気軸受50の軸方向長さ
の全体を利用して得ることができ、軸受剛性の向上を図
ることができる。この際、軸方向の距離A1,A2,A3,A4が
全て等しくされているため、各区間での復元力がほぼ等
しくされ、主軸30に不要なモーメント等を生じることが
ない。
This means that a restoring force twice as large as that of the conventional air bearing of FIG. 5 is generated, and the restoring force is the bearing bush.
By using almost the entire length of 25 and the entire axial length of the two rows of air bearings 50, it is possible to improve the bearing rigidity. At this time, since the axial distances A1, A2, A3, A4 are all made equal, the restoring forces in the respective sections are made substantially equal, and an unnecessary moment or the like is not generated in the main shaft 30.

【0069】以上は軸受ブッシュ25における2列の空気
軸受50について説明したが、同様に2列の空気軸受50の
間に排気溝52を有する軸受ブッシュ26でも同様の作用が
得られる。また、軸受ブッシュ26は、2列の径方向の空
気軸受50とともに軸方向の空気軸受60が一体に形成され
た3列式の空気軸受機構となっているが、空気軸受50、60
の間の部分も排気溝62によって排気が行われ、前述した
排気溝52と同様な作用を奏することになる。従って、軸
受ブッシュ26の軸方向長さおよび径寸法を有効に利用し
て軸受剛性を高めることができる。なお、軸受ブッシュ
27においても、空気軸受50、60の間の排気溝62による排
気が行われ、軸受ブッシュ26の相当部分と同様の作用を
奏することになる。
Although the two rows of air bearings 50 in the bearing bush 25 have been described above, the bearing bush 26 having the exhaust groove 52 between the two rows of air bearings 50 can also provide the same operation. The bearing bush 26 is a three-row air bearing mechanism in which two rows of radial air bearings 50 and axial air bearings 60 are integrally formed.
Exhaust is also performed by the exhaust groove 62 in the portion between them, and the same operation as that of the exhaust groove 52 described above is achieved. Therefore, the bearing rigidity can be increased by effectively utilizing the axial length and diameter of the bearing bush 26. Bearing bush
Also in 27, exhaust is performed by the exhaust groove 62 between the air bearings 50 and 60, and the same operation as that of the corresponding portion of the bearing bush 26 is achieved.

【0070】(本実施形態の効果)このような本実施形
態においては、主軸30はハウジング20内の空気軸受50、6
0の間に排気溝52、62を設けたため、軸受ブッシュ25、26、
27に設けた複数の空気軸受50、60の各々における主軸変
位時の復元力を十分に発生させることができ、軸受ブッ
シュ25、26、27で構成される複列式の空気軸受機構として
の軸受剛性を高めることができる。さらに、各空気軸受
50、60の軸受クリアランスCr、Caは、それぞれ片側で15〜
30ミクロンと従来の倍以上あるため、許容変位量を拡大
でき、異物の影響、空気発熱の問題等を解消できる。
(Effect of this Embodiment) In this embodiment, the main shaft 30 has the air bearings 50 and 6 in the housing 20.
Since the exhaust grooves 52, 62 are provided between 0, the bearing bushes 25, 26,
A bearing as a double-row type air bearing mechanism that is capable of sufficiently generating a restoring force at the time of displacement of the main shaft in each of the plurality of air bearings 50, 60 provided on the 27, and is constituted by the bearing bushes 25, 26, 27. The rigidity can be increased. In addition, each air bearing
Bearing clearances Cr and Ca of 50 and 60 are 15 to 15 on each side.
Since it is 30 microns, which is more than double that of the conventional one, the allowable displacement amount can be expanded, and the problem of foreign matter, air heat generation, etc. can be solved.

【0071】そして、空気軸受50、60として自成絞り方
式の空気静圧軸受を採用するとともに、絞り直径および
軸受クリアランスCr、Caを前述の値に設定することで十
分な軸受剛性を確保することができる。従って、工作機
械用スピンドルヘッド10として十分な高負荷への対応が
可能となり、空気軸受の特性である高速回転、高精度と
併せて、軽切削に限らず精密重切削をも行うことができ
る。
Further, the self-restriction type aerostatic pressure bearing is adopted as the air bearings 50 and 60, and the sufficient bearing rigidity is secured by setting the throttle diameter and the bearing clearances Cr and Ca to the above-mentioned values. You can Therefore, it becomes possible to cope with a sufficiently high load as the spindle head 10 for machine tools, and in addition to the characteristics of an air bearing, such as high speed rotation and high accuracy, not only light cutting but also precision heavy cutting can be performed.

【0072】一例として、空気軸受50について、60mm
径、空気ノズル51の数12個/列、空気ノズル51の孔径500
ミクロンで製作し、供給空気圧6kgf/平方cmで実測を行
った。その結果を図4に示す。図5において、実測値の
軸受剛性曲線99は、軸受クリアランスが16〜29ミクロン
の範囲内で軸受剛性が3kgf/ミクロンを超え、中でも軸
受クリアランスが18〜26ミクロンという広い領域で軸受
剛性4kgf/ミクロンを超えている。このことから、本発
明による設定の空気軸受としての有効性、軸受剛性の高
さが容易に得られること理解できる。
As an example, for the air bearing 50, 60 mm
Diameter, number of air nozzles 51 / row, hole diameter of air nozzles 51 500
It was manufactured with a micron, and the actual measurement was performed at a supply air pressure of 6 kgf / square cm. FIG. 4 shows the results. In FIG. 5, the measured bearing stiffness curve 99 shows that the bearing rigidity exceeds 3 kgf / micron in the bearing clearance range of 16 to 29 microns, and the bearing rigidity is 4 kgf / micron in a wide range of the bearing clearance of 18 to 26 microns. Is over. From this, it can be understood that the effectiveness of the setting according to the present invention as an air bearing and the high bearing rigidity can be easily obtained.

【0073】本実施形態において、各軸受ブッシュ25、2
6、27を焼結カーボン材料で形成したため、各空気軸受5
0、60においては焼結カーボン材の自己潤滑性を利用して
接触状態の摩擦抵抗を低減することができる。すなわ
ち、何らかの不具合で過大な負荷が作用した時や、供給
空気圧が降下した場合などに、主軸30と軸受ブッシュ25
〜27が接触状態となっても、焼付き発生を防止すること
ができる。
In this embodiment, each bearing bush 25, 2
Since 6 and 27 are made of sintered carbon material, each air bearing 5
In Nos. 0 and 60, the frictional resistance in the contact state can be reduced by utilizing the self-lubricating property of the sintered carbon material. That is, if an excessive load is applied due to some malfunction, or if the supply air pressure drops, the main shaft 30 and bearing bush 25
It is possible to prevent the occurrence of seizure even when ~ 27 is in contact.

【0074】また、主軸30を径方向に支承する円筒型の
空気軸受50と、主軸30(フランジ31)を軸方向に支承す
る円盤形の空気軸受60との両方を設けたため、径方向お
よび軸方向に前述した優れた支承性能を発揮できる。さ
らに、第二および第三の軸受ブッシュ26、27では、径方
向の空気軸受50の軸受ブッシュと軸方向の空気軸受60の
軸受ブッシュとを一体成形するようにしたため、空気軸
受50部分のハウジング20(第一部材21)への圧入長さを
大きくとることができ、軸受の変形防止、精度向上、取
付の確実化を図ることができる。
Since both the cylindrical air bearing 50 that supports the main shaft 30 in the radial direction and the disk-shaped air bearing 60 that supports the main shaft 30 (flange 31) in the axial direction are provided, the radial direction and the shaft The above-mentioned excellent bearing performance can be demonstrated in each direction. Furthermore, in the second and third bearing bushes 26, 27, the bearing bush of the radial air bearing 50 and the bearing bush of the axial air bearing 60 are integrally formed, so that the housing 20 of the air bearing 50 portion is formed. The press-fitting length into the (first member 21) can be made large, and the deformation of the bearing can be prevented, the accuracy can be improved, and the mounting can be ensured.

【0075】すなわち、円盤型の空気軸受ブッシュ26,2
7の背面部には給気溝213、243が形成されるが、ここに供
給空気圧が作用するとハウジング20に圧入されている軸
受ブッシュ26、27は抜ける方向の力を受ける。殊に摩擦
係数の小さい焼結カーボン材で形成されている場合は十
分な圧入長さをとり、圧入摩擦力を持たせないとクリア
ランスCaが変化することになる。しかし、前述のように
円盤形と円筒型とを一体化することで、圧入長さを長く
とることができ、この問題を解消することができる。
That is, the disk type air bearing bushes 26, 2
Air supply grooves 213 and 243 are formed on the back surface of 7, but when the supply air pressure acts on the air supply grooves 213 and 243, the bearing bushes 26 and 27 press-fitted into the housing 20 receive a force in the direction of removal. In particular, when it is made of a sintered carbon material having a small friction coefficient, the press-fitting length is sufficient, and the clearance Ca changes unless the press-fitting friction force is applied. However, as described above, by integrating the disc shape and the cylindrical shape, the press-fitting length can be increased, and this problem can be solved.

【0076】また、主軸30の空気軸受50、60で支承され
る部分に不錆性高硬度材料による表面処理を施したた
め、表面の錆発生を低減することができ、錆が異物とし
て軸受クリアランスCr、Caにおいて障害を引き起すこと
を防止できる。また、各種材料に対して錆発生効果を確
実に得ることができ、熱変形を低減するために低膨張率
の他の材料を用いることも可能となる。
Further, since the portion of the main shaft 30 supported by the air bearings 50 and 60 is subjected to a surface treatment with a non-corrosive high hardness material, the occurrence of rust on the surface can be reduced, and the rust as a foreign matter causes the bearing clearance Cr. , Ca can be prevented from causing a disorder. Further, it is possible to reliably obtain the effect of generating rust on various materials, and it is possible to use other materials having a low expansion coefficient in order to reduce thermal deformation.

【0077】さらに、ハウジング20の第一部材21および
第四部材24には軸受ブッシュ25、26、27が圧入保持され、
これらの第一部材21および第四部材24には空気軸受50、6
0に空気を供給する給気経路(連通孔214、給気溝212
等)が形成されるようにし、かつこれらの第一部材21お
よび第四部材24をステンレス鋼で形成したため、給気経
路に面しての錆発生を防止でき、給気経路から錆が軸受
クリアランスCr、Ca内に侵入して障害を生じることを防
止できる。
Further, bearing bushes 25, 26, 27 are press-fitted and held in the first member 21 and the fourth member 24 of the housing 20,
These first member 21 and fourth member 24 have air bearings 50, 6
Air supply path for supplying air to 0 (communication hole 214, air supply groove 212
Etc. are formed and the first member 21 and the fourth member 24 are formed of stainless steel, so that rust can be prevented from occurring on the air supply path, and rust can be generated from the air supply path to the bearing clearance. It is possible to prevent invasion into Cr and Ca to cause damage.

【0078】本実施形態において、主軸30の駆動源とし
てハウジング20内に形成されたビルトインモータ40を用
いたため、ビルトインモータ40によりスピンドルヘッド
の小型化、構造簡素化が図れるとともに、主軸30を非接
触で支承することが可能となる。また、ハウジング20の
第一部材21、第三部材23、カバー29には各空気軸受50、6
0からの空気をビルトインモータ40を経由して排出する
排気経路(連通孔219等)を形成したため、このビルト
インモータ40の冷却を空気軸受50、60からの排気によっ
て冷却することができる。特に、本実施形態では軸受ク
リアランスCr、Caを従来より大きくとるため、通気量が
増大し、冷却効果を大きなものにできる。
In the present embodiment, since the built-in motor 40 formed in the housing 20 is used as the drive source of the main shaft 30, the built-in motor 40 can downsize the spindle head, simplify the structure, and prevent the main shaft 30 from contacting. Can be supported by. Further, the air bearings 50, 6 are provided on the first member 21, the third member 23, and the cover 29 of the housing 20, respectively.
Since the exhaust path (communication hole 219 and the like) for discharging the air from 0 through the built-in motor 40 is formed, the built-in motor 40 can be cooled by the exhaust from the air bearings 50 and 60. In particular, in the present embodiment, the bearing clearances Cr and Ca are made larger than in the conventional case, so that the ventilation amount is increased and the cooling effect can be made large.

【0079】なお、本発明は前述した実施形態に限定さ
れるものではなく、以下に示すような変形等も本発明に
含まれるものである。前記実施形態では、径方向の空気
軸受50を一つの軸受ブッシュ25、26、27、に2列または1列
形成したが、それぞれ3列以上、あるいは1列だけ等、列
数は適宜変更しうるものである。各列の空気ノズル51の
数は実施にあたって適宜設定しうるものである。少なく
とも一つの軸受ブッシュに複数の空気軸受が形成され、
その間に排気溝等の空気排出用逃げ部を形成するもので
あれば本発明に含まれる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications and the like are also included in the present invention. In the above embodiment, the radial air bearing 50 is formed in one bearing bush 25, 26, 27 in two rows or one row, but the number of rows may be appropriately changed, such as three rows or more, or only one row. It is a thing. The number of air nozzles 51 in each row can be set as appropriate for implementation. A plurality of air bearings are formed on at least one bearing bush,
The present invention is included in the present invention as long as it forms an air exhaust relief portion such as an exhaust groove in between.

【0080】空気排出用逃し部としては、前述のような
排気溝52、62に限らず、周方向に延びる排気スリットを
並べた構造、多数の排気孔を帯状に並べた構造等であっ
てもよく、要するに2つの空気軸受の間の区間の空気を
排出できる構造であればよい。このため2つの空気軸受
の間に1個の排気孔等でも良いが、周方向の圧力バラン
スを考慮して周方向に均等配置することが望ましい。
The air discharge relief portion is not limited to the exhaust grooves 52 and 62 as described above, but may have a structure in which exhaust slits extending in the circumferential direction are arranged, a structure in which a large number of exhaust holes are arranged in a band, or the like. Well, in short, any structure that can discharge the air in the section between the two air bearings may be used. For this reason, one exhaust hole or the like may be provided between the two air bearings, but it is desirable to dispose them evenly in the circumferential direction in consideration of the pressure balance in the circumferential direction.

【0081】また、軸方向の空気軸受60は、フランジ31
を挟んで1列づつ一対を配置したが、同心円状に2列以上
形成してもよい。また、フランジ31を主軸30の2ヶ所以
上に配置し、各々径方向の空気軸受60で支承してもよ
い。
Further, the axial air bearing 60 has the flange 31
Although one pair is arranged in one row with the column sandwiched in between, two or more rows may be formed concentrically. Further, the flanges 31 may be arranged at two or more places on the main shaft 30, and each of them may be supported by the radial air bearing 60.

【0082】また、第二および第三の軸受ブッシュ26、2
7では、径方向の空気軸受50と軸方向の空気軸受60とを
一体的に形成したが、これらは個別の軸受ブッシュを用
いるようにしてもよい。さらに、主軸30を支承するべく
形成される軸受ブッシュの数は前記実施形態のように第
一ないし第三の3つに限らず、2つ以下あるいは3以上と
してもよい。これらの各軸受ブッシュ25、26、27は、ハウ
ジング20の第一部材21、第四部材24に対して圧入ではな
く、ねじ止等他の固定手段によって固定してもよい。
Also, the second and third bearing bushes 26, 2
In Fig. 7, the radial air bearing 50 and the axial air bearing 60 are integrally formed. However, separate bearing bushes may be used for these. Further, the number of bearing bushes formed to support the main shaft 30 is not limited to the first to third three as in the above embodiment, but may be two or less or three or more. These bearing bushes 25, 26, 27 may be fixed to the first member 21 and the fourth member 24 of the housing 20 by press-fitting or other fixing means such as screwing.

【0083】ハウジング20の構成は、前記実施形態のよ
うな第一ないし第四の部材21〜24およびカバー29による
構成に限らず、より少ない部材あるいはより多い部材の
組合せ等、あるいは他の分割形態による構成であっても
よく、ビルトインモータ40を覆うカバー29も適宜省略し
てもよい。前記実施形態では、各空気軸受50、60からの
排気をビルトインモータ40に経由させ、冷却に利用した
が、ビルトインモータ40を経由せず、連通孔219等から
直接外部に排出するようにしてもよい。
The structure of the housing 20 is not limited to the structure of the first to fourth members 21 to 24 and the cover 29 as in the above-described embodiment, but may be a combination of fewer members or more members, or another divided form. Alternatively, the cover 29 that covers the built-in motor 40 may be omitted as appropriate. In the above-described embodiment, the exhaust from each air bearing 50, 60 is used for cooling by passing through the built-in motor 40, but instead of passing through the built-in motor 40, the air may be exhausted directly to the outside through the communication hole 219 or the like. Good.

【0084】各軸受ブッシュ25、26、27は、焼結カーボン
材料ではなくステンレス鋼等の他の材料であってもよ
い。但し、所期の強度を有し、かつ錆を生じない材質、
あるいは自己潤滑性を有する材質であることが望まし
い。主軸30の空気軸受50、60で支承される部分には不錆
性高硬度材料による表面処理を施したが、これは主軸30
全面に対して行っても良い。また、主軸30をステンレス
鋼等の不錆性材料で形成する際には適宜省略してもよ
い。ハウジング40の材質は、ステンレス鋼に限らずプラ
スチック等でも良い。但し、給気経路が形成される部分
は錆を生じないこと、所期の強度を有することが望まし
い。
The bearing bushes 25, 26, 27 may be made of other material such as stainless steel instead of the sintered carbon material. However, a material that has the desired strength and does not rust,
Alternatively, a material having a self-lubricating property is desirable. The surface of the main shaft 30 supported by the air bearings 50 and 60 was surface-treated with a non-rusting high hardness material.
You may go to the entire surface. Further, when the main shaft 30 is made of a non-rust material such as stainless steel, it may be omitted as appropriate. The material of the housing 40 is not limited to stainless steel and may be plastic or the like. However, it is desirable that the portion where the air supply path is formed does not rust and that it has the desired strength.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
主軸をハウジング内の空気軸受により支承することで高
精度、高速回転が実現できる。ここで、軸受ブッシュに
複数の空気軸受を形成し、各空気軸受の空気ノズルの間
に空気排出用逃し部を形成して当該区間の排気を行うこ
とにより、主軸の軸芯変位時の復元力を確保し、軸受剛
性を高めることができ、これらにより工作機械用スピン
ドルヘッドにおいて高負荷、高速回転、高精度を実現す
ることができる。
As described above, according to the present invention,
High precision and high speed rotation can be realized by supporting the main shaft by the air bearing in the housing. Here, by forming a plurality of air bearings in the bearing bush, and forming an air discharge relief portion between the air nozzles of each air bearing to exhaust air in the relevant section, the restoring force at the time of displacement of the spindle axis Can be ensured and the bearing rigidity can be increased, and by these, high load, high speed rotation, and high precision can be realized in the spindle head for machine tools.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】前記実施形態における径方向の空気軸受の要部
を示す拡大断面図。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a radial air bearing in the embodiment.

【図3】前記実施形態における軸方向の空気軸受の要部
を示す拡大断面図。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a main part of an axial air bearing in the embodiment.

【図4】前記実施形態における空気軸受の実測値を示す
グラフ。
FIG. 4 is a graph showing measured values of the air bearing according to the embodiment.

【図5】従来の空気軸受の要部を示す拡大断面図。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a conventional air bearing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 工作機械用スピンドルヘッド 20 ハウジング 25、26、27 軸受ブッシュ 30 主軸 40 ビルトインモータ 50 径方向の空気軸受 60 軸方向の空気軸受 51、61 空気ノズル 52、62 空気排出用の逃し部である排気溝 10 Machine tool spindle head 20 Housing 25, 26, 27 Bearing bush 30 Spindle 40 Built-in motor 50 Radial air bearing 60 Axial air bearing 51, 61 Air nozzle 52, 62 Exhaust groove for air discharge

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動源で回転駆動される主軸と、前記主
軸をその径方向または軸方向に支承する少なくとも1個
の空気軸受と、前記空気軸受を収容するハウジングとを
有する工作機械用スピンドルヘッドであって、前記空気
軸受を自成絞り方式の空気静圧軸受とし、かつ一つの軸
受ブッシュに2列以上の空気ノズルが配列された複列空
気軸受とするとともに、これらの空気ノズル列の間に空
気排出用の逃し部を設けたことを特徴とする工作機械用
スピンドルヘッド。
1. A spindle head for machine tools, comprising: a main shaft that is rotationally driven by a drive source; at least one air bearing that supports the main shaft in its radial or axial direction; and a housing that houses the air bearing. The air bearing is a self-restricting aerostatic pressure bearing, and is a double row air bearing in which two or more rows of air nozzles are arranged in one bearing bush, and between these air nozzle rows. A spindle head for machine tools, characterized in that a relief portion for air discharge is provided in the.
【請求項2】 請求項1に記載した工作機械用スピンド
ルヘッドにおいて、前記空気軸受は焼結カーボン材料で
形成された軸受ブッシュを有することを特徴とする工作
機械用スピンドルヘッド。
2. The spindle head for a machine tool according to claim 1, wherein the air bearing has a bearing bush formed of a sintered carbon material.
【請求項3】 請求項2に記載した工作機械用スピンド
ルヘッドにおいて、前記空気軸受は、前記主軸を径方向
に支承する円筒型空気軸受と、前記主軸を軸方向に支承
する円盤形空気軸受とであり、前記円筒型空気軸受の軸
受ブッシュと前記円盤型空気軸受の軸受ブッシュとは一
体成形されていることを特徴とする工作機械用スピンド
ルヘッド。
3. The spindle head for a machine tool according to claim 2, wherein the air bearing includes a cylindrical air bearing that supports the spindle in a radial direction, and a disk-shaped air bearing that supports the spindle in an axial direction. A spindle head for a machine tool, wherein the bearing bush of the cylindrical air bearing and the bearing bush of the disk air bearing are integrally formed.
【請求項4】 請求項1から請求項3までの何れかに記
載した工作機械用スピンドルヘッドにおいて、前記主軸
は前記空気軸受で支承される部分に不錆性高硬度材料に
よる表面処理が施されていることを特徴とする工作機械
用スピンドルヘッド。
4. The spindle head for a machine tool according to claim 1, wherein a portion of the main shaft supported by the air bearing is surface-treated with an antirust high hardness material. A spindle head for machine tools that is characterized by
【請求項5】 請求項1から請求項4までの何れかに記
載した工作機械用スピンドルヘッドにおいて、前記ハウ
ジングには前記空気軸受の軸受ブッシュが圧入保持さ
れ、前記ハウジングには前記空気軸受に空気を供給する
給気経路が形成され、前記ハウジングはステンレス鋼で
形成されていることを特徴とする工作機械用スピンドル
ヘッド。
5. The spindle head for a machine tool according to claim 1, wherein a bearing bush of the air bearing is press-fitted and held in the housing, and the air bearing is installed in the air bearing in the housing. A spindle head for a machine tool, characterized in that an air supply path for supplying air is formed, and the housing is made of stainless steel.
【請求項6】 請求項1から請求項5までの何れかに記
載した工作機械用スピンドルヘッドにおいて、前記駆動
源は前記ハウジング内に形成されたビルトインモータで
あり、前記ハウジングには前記空気軸受からの空気を前
記ビルトインモータを経由して排出する排気経路が形成
されていることを特徴とする工作機械用スピンドルヘッ
ド。
6. The spindle head for a machine tool according to claim 1, wherein the drive source is a built-in motor formed in the housing, and the housing includes the air bearing A spindle head for a machine tool, wherein an exhaust path for discharging the above air through the built-in motor is formed.
JP7022096A 1996-03-26 1996-03-26 Spindle head for machine tool Pending JPH09257038A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7022096A JPH09257038A (en) 1996-03-26 1996-03-26 Spindle head for machine tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7022096A JPH09257038A (en) 1996-03-26 1996-03-26 Spindle head for machine tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09257038A true JPH09257038A (en) 1997-09-30

Family

ID=13425255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7022096A Pending JPH09257038A (en) 1996-03-26 1996-03-26 Spindle head for machine tool

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09257038A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6902362B2 (en) * 2002-06-21 2005-06-07 Jobs S.P.A. Machine tool
CN102979816A (en) * 2011-09-05 2013-03-20 株式会社安川电机 Main shaft device
JP2014111951A (en) * 2012-12-05 2014-06-19 Yaskawa Electric Corp Spindle device
JP2015116624A (en) * 2013-12-17 2015-06-25 株式会社安川電機 Spindle motor
KR102380143B1 (en) * 2020-11-30 2022-03-29 일윤주식회사 High precision high rigidity air spindle for ultra precision processing
CN116604118A (en) * 2023-07-06 2023-08-18 兰州工业学院 Main shaft structure of electrolytic machining machine tool

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6902362B2 (en) * 2002-06-21 2005-06-07 Jobs S.P.A. Machine tool
CN102979816A (en) * 2011-09-05 2013-03-20 株式会社安川电机 Main shaft device
JP2013053689A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Yaskawa Electric Corp Spindle device
JP2014111951A (en) * 2012-12-05 2014-06-19 Yaskawa Electric Corp Spindle device
JP2015116624A (en) * 2013-12-17 2015-06-25 株式会社安川電機 Spindle motor
KR102380143B1 (en) * 2020-11-30 2022-03-29 일윤주식회사 High precision high rigidity air spindle for ultra precision processing
CN116604118A (en) * 2023-07-06 2023-08-18 兰州工业学院 Main shaft structure of electrolytic machining machine tool
CN116604118B (en) * 2023-07-06 2023-12-22 兰州工业学院 Main shaft structure of electrolytic machining machine tool

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8646979B2 (en) Hybrid hydro (air) static multi-recess journal bearing
JP5333602B2 (en) Bearing device
Zeidan et al. Application Of High Speed And High Performance Fluid Film Bearings In Rotating Machinery.
JPH08506651A (en) Bearings for high temperature oil carryover control
KR20150074036A (en) Fluid film hydrodynamic flexure pivot tilting pad semi-floating ring journal bearing with compliant dampers
CN101568736A (en) Floating bearing cartridge for a turbocharger shaft
US20010014281A1 (en) Spindle device having turbine rotor
WO2018034240A1 (en) Ball bearing, ball bearing device, and machine tool
US5073036A (en) Hydrostatic bearing for axial/radial support
JPH09257037A (en) Spindle head for machine tool
US6328475B1 (en) Air bearing, in particular for the shaft of a motor spindle
WO2005121579A1 (en) Lubricating structure of rolling bearing
JPH09257038A (en) Spindle head for machine tool
JP2007321950A (en) Cylindrical roller bearing
CA1201741A (en) Semi-floating bearing
CN214424901U (en) Thrust bearing and air conditioning unit
CN1776241A (en) Integral multi-oil-wedge tiltable bush hydrodynamic sliding bearing
US3570191A (en) Hydrostatic spindle
JP3488084B2 (en) Liquid dynamic pressure spindle device
CN108608015B (en) Air turbine driven high-speed water lubrication dynamic and static pressure bearing rotor system
CN101402175B (en) Independent oil supply structure for oil recess inside and outside primary shaft gathering ring bearing of high-speed machine tool
KR20150050259A (en) Spindle structure of machine tool
JP3325082B2 (en) Pneumatic spindle device
CN201291389Y (en) Independent oil supply structure for oil recess inside and outside primary shaft gathering ring bearing of high-speed machine tool
WO2020090277A1 (en) Spindle device having built-in motor

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Effective date: 20040113

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02