(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングを貫通した主軸を非接触支持する磁気軸受と、上記主軸を誘導磁界により回転駆動するモータとが、ハウジング内に固定された磁気軸受型スピンドル装置において、
上記ハウジングを軸方向に貫通し周方向に並べられた複数の貫通孔からなる軸方向路と、ハウジングの各端面に設けられ且つ隣接する軸方向路同士を２つずつ連通する複数の周方向路とを含み、軸方向同側端面に接続される配管を通して冷却液が出入りされて、両軸方向端面間をジクザグ状に往復する冷却液路が、ハウジングに内蔵されており、
ハウジングの各端面には、隣接する軸方向路の端部を一括して取り囲む円弧状溝が形成され、
上記円弧状溝には、円弧状溝の内面との間に上記周方向路を区画する弾性体からなるシール部材が、ハウジングの端面に取り付けられた端部材によって弾力的に圧縮された状態で、嵌められており、
上記円弧状溝の周壁部に環状段部が形成されており、
上記シール部材は、弾力的に圧縮された状態で上記円弧状溝の環状段部と合致する環状段部を有しており、
上記ハウジングは、アルミニウム合金でできていることを特徴とする磁気軸受型スピンドル装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気軸受型スピンドル装置において、上記ハウジングの外周面および冷却液路の内部に硬質アルマイト処理が施されていることを特徴とする磁気軸受型スピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械等の主軸を径方向及び軸方向に非接触支持する磁気軸受型スピンドル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の磁気軸受型スピンドル装置は、例えば工作機械の主軸を支持するものとして用いられている。
一般に、上記の磁気軸受型スピンドル装置では、筒状のハウジングを貫通した主軸の径方向変位を検出するラジアル変位センサ、主軸の軸方向変位を検出するアキシァル変位センサ、主軸を径方向に非接触支持するラジアル磁気軸受、主軸を軸方向に非接触支持するアキシャル磁気軸受、及び上記主軸を誘導磁界により回転駆動するモータが、それぞれハウジング内に固定されている。
【０００３】
ラジアル変位センサの出力信号に基づいてラジアル磁気軸受の磁気力が調整され、主軸が径方向の目標位置に保持されており、また、アキシャル変位センサの出力信号に基づいてアキシャル磁気軸受の磁気力が調整され、主軸が軸方向の目標位置に保持されている。
ところで、上記の各磁気軸受やモータは、電磁コイルを含んでいるので、動作中に発熱する。この熱により各部位が熱変形を起こしたり、コイルが絶縁破壊したりする。また、この熱が各変位センサに伝わると、温度依存特性を有する各変位センサの出力がドリフトする結果、主軸が目標位置からずれてしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、従来、上記の筒状のハウジングに、ハウジングを周回するらせん状の冷却水路を設けた磁気軸受型スピンドル装置が提供されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようならせん状の冷却水路を設けるためには、必然的に、ハウジングは、外周面にらせん状の溝を形成した内筒に、外筒を嵌め合わせた２ピース構造となる。このため、ハウジングが大型化して重くなるという問題があった。また、内、外筒間のシール性に関しても難点となっていた。
【０００６】
さらに、らせん状の冷却水路では、この冷却水路へ冷却水を供給するための配管と冷却水路から冷却水を排出するための配管とが、必然的に、ハウジングの軸方向の反対側部分にそれぞれ接続されることになる。このため、この配管が他の部材のレイアウト等の邪魔になる場合があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型、軽量であって液漏れがなく且つ配管が邪魔にならない磁気軸受型スピンドル装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、筒状のハウジングを貫通した主軸を非接触支持する磁気軸受と、上記主軸を誘導磁界により回転駆動するモータとが、ハウジング内に固定された磁気軸受型スピンドル装置において、上記ハウジングを軸方向に貫通し周方向に並べられた複数の貫通孔からなる軸方向路と、ハウジングの各端面に設けられ且つ隣接する軸方向路同士を２つずつ連通する複数の周方向路とを含み、軸方向同側端面に接続される配管を通して冷却液が出入りされて、両軸方向端面間をジクザグ状に往復する冷却液路が、ハウジングに内蔵されており、ハウジングの各端面には、隣接する軸方向路の端部を一括して取り囲む円弧状溝が形成され、上記円弧状溝には、円弧状溝の内面との間に上記周方向路を区画する弾性体からなるシール部材が、ハウジングの端面に取り付けられた端部材によって弾力的に圧縮された状態で、嵌められており、上記円弧状溝の周壁部に環状段部が形成されており、上記シール部材は、弾力的に圧縮された状態で上記円弧状溝の環状段部と合致する環状段部を有しており、上記ハウジングは、アルミニウム合金でできていることを特徴するものである。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の磁気軸受型スピンドル装置において、上記ハウジングの外周面および冷却液路の内部に硬質アルマイト処理が施されていることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
請求項１に係る発明の構成によれば、らせん状の冷却液路を設けた従来のように、内、外筒による２ピース構造のハウジングを採用する必要がなく、小型化、軽量化が図れる。また、ハウジングに内蔵した冷却液路へ冷却液を出入りさせるための配管は、ハウジングの軸方向同側端面に接続されるので、邪魔にならない。さらに、ハウジングの端面の円弧状溝に、弾力的に圧縮したシール部材を嵌め合わせることにより、ジグザグ状の冷却液路を容易に構成でき、且つシール性も高い。
【００１０】
また、シール部材の環状段部が、円弧状溝の環状段部に弾力的に押し付けられることにより、シール性を一層高めることができる。
さらに、ハウジングがアルミニウム合金からなるので、さらに軽量化できると共に、冷却性能をより向上できる。
また、請求項２記載の発明では、ハウジングの外周面の傷つきや腐食を防止でき、冷却液路内の腐食の発生を防止することができる。
【００１１】
【実施例】
以下実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る磁気軸受型スピンドル装置の部分断面側面図である。同図を参照して、本磁気軸受型スピンドル装置は、▲１▼筒状のハウジング１と、▲２▼このハウジング１を貫通した主軸２と、▲３▼この主軸２の軸方向略中央部の近傍に配置された、主軸２を回転駆動するためのモータ３と、▲４▼このモータ３に隣接して配置され、主軸２に固定されたロータディスク４を介して主軸２の軸方向位置を制御するアキシャル磁気軸受５と、▲５▼上記モータ３およびアキシャル磁気軸受５を挟んだ両側に一対が配置され、それぞれ主軸２の径方向位置を制御するラジアル磁気軸受６，７とを主に備えている。
【００１２】
上記モータ３、アキシャル磁気軸受５及びラジアル磁気軸受６，７は、ハウジング１に固定されている。８，９は、各ラジアル磁気軸受６，７にそれぞれ対応して設けられ、主軸２の径方向変位を検出するラジアル変位センサであり、各ラジアル変位センサ８，９の検出結果に応じて、各ラジアル磁気軸受６，７の磁気力が調整されるようになっている。なお、主軸２の軸方向変位を検出するアキシャル変位センサについては、図示を省略してある。
【００１３】
アキシャル磁気軸受５は、ロータディスク４を挟んで軸方向の両側に配置された一対の電磁石１０，１１を備えている。各電磁石１０，１１は、ロータディスク４の各端面とそれぞれ所定の間隔を隔てて対向している。
上記ハウジング１の各端面１ａ，１ｂには、スピンドル側に位置する第１の端部材１２と、反スピンドル側に位置する第２の端部材１３がそれぞれ取り付けられている。各端部材１２，１３はアルミニウム合金からなっていてもステンレスからなっていても良い。
【００１４】
ハウジング１の一部破断側面図である図２を参照して、ハウジング１は、アルミニウム合金からなり、ハウジング１を冷却するための冷却液としての冷却水が循環される冷却水路１４を内蔵している。この冷却水路１４は、ハウジング１を軸方向に貫通した貫通孔からなる複数の軸方向路１５と、ハウジング１の端面に設けられた複数の周方向路１６とを含み、両端面１ａ，１ｂ間を往復するジクザグ状のものからなる。
【００１５】
なお、隣接する一対の軸方向路１５の反スピンドル側の端部には、ねじが形成されており、端部材１３を貫通した供給用及び排出用の配管１９，２０がそれぞれねじ込み固定されている。
ハウジング１の端面図である図３を参照して、上記軸方向路１５は、複数のものが円周等配に配列されており、軸方向路１５の両端部は、ハウジング１の両端面１ａ，１ｂにそれぞれ開口している。また、図２を参照して、上記周方向路１６は、隣接する軸方向路１５同士を２つずつ連通している。各軸方向路１５の両端部に配置される一対の周方向路１６は、上記軸方向路１５をそれぞれ異なる他の軸方向路１５に連通させている。
【００１６】
周方向路１６の横断面を示す図４、及び周方向路１６を構成する部材の分解斜視図である図５を参照して、各周方向路１６は、ハウジング１の各端面１ａ，１ｂに形成され且つ隣接する軸方向路１５の開口端を一括して取り囲む円弧状溝１７の内面と、円弧状溝１７に嵌め合わされたシール部材１８との間に区画されている。これらシール部材１８は、対応する端部材１２，１３によって弾力的に圧縮された状態で、円弧状溝１７に嵌められている。端部材１２，１３は、それぞれ軸方向に沿うボルト（図示せず）によって、ハウジング１の各端面１ａ，１ｂに密着するように固定されている。
【００１７】
上記の円弧状溝１７は、入口側の大径の部分１７ａと、溝底側の小径の部分１７ｂとを有しており、両者の間に環状段部１７ｃを形成している。一方、シール部材１８は、同様にして、大径の部分１８ａと小径の部分１８ｂとの間に、上記の円弧状溝１７の環状段部１７ｃに弾力的に圧縮された状態で合致する環状段部１８ａを有している。
【００１８】
また、強度や対腐蝕性が求められる、ハウジング１の外周面１ｃ、両端面１ａ，１ｂ、及び冷却水路１４の内部には、硬質アルマイト処理が施されている。
本実施例によれば、ハウジングとして、従来のように内、外筒による２ピース構造を採用する必要がなく、しかも、ハウジング１がアルミニウム合金からなるので、小型化、軽量化を達成できる。軽量化を達成できるので、例えば、本磁気軸受型スピンドル装置をＮＣ装置に適用したマシニングセンタにおいて、高速加工を可能とすることができる。また、アルミニウム合金の高い放熱性を利用して冷却性能を向上できるので、各センサ８，９の出力の温度ドリフトを防止できる結果、主軸２を目標位置に安定して保持することができる。すなわち、高剛性のスピンドルが得られる。
【００１９】
さらに、ハウジング１に内蔵した冷却水路１４へ冷却水を出入りさせるための配管１９，２０は、ハウジング１の軸方向同側端面１ｂに接続されるので、配管が邪魔にならない。
さらに、ハウジング１の端面１ａ，１ｂの円弧状溝１７に、弾力的に圧縮したシール部材１８を嵌め合わせることにより、ジグザグ状の冷却水路１４を容易に構成でき、且つシール性も高い。しかも、シール部材１８の環状段部１８ｃが、円弧状溝１７の環状段部１７ｃに弾力的に押し付けられるので、シール性を一層高めることができる。特に、この場合、シール面がクランク状となるので、密封性が非常に高く、水漏れの発生を確実に防止することができる。
【００２０】
加えて、ハウジング１の外周面１ｃ、両端面１ａ，１ｂ、及び冷却水路１４の内部に、硬質アルマイト処理が施されているので、本磁気軸受型スピンドル装置を、ＮＣ装置のロボットハンドへ取り付る時に、ハウジング１の外周面１ｃが傷つくことを防止することができ、また、ハウジング１の外周面１ｃに工業用水等がかかった際の腐蝕の発生や、冷却水路１４内の腐蝕の発生を防止することができる。
【００２１】
なお、本発明の範囲で種々の設計変更を施すことができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、ハウジングとして従来のような二重筒構造を採用する必要がなく、小型化、軽量化を達成できる。また、冷却液を冷却液路へ出入りさせるための配管は、ハウジングの軸方向同側端面に接続されるので、邪魔にならない。さらに、ハウジングの端面の円弧状溝に、弾力的に圧縮したシール部材を嵌め合わせることにより、ジグザグ状の冷却液路を容易に構成でき、且つシール性も高い。
【００２３】
また、シール部材の環状段部を、円弧状溝の環状段部に弾力的に押し付けることにより、シール性を一層高めることができる。
さらに、ハウジングがアルミニウム合金でできているので、さらに軽量化できると共に、冷却性能をより向上できる。
また、請求項２記載の発明では、ハウジングの外周面の傷つきや腐食を防止でき、冷却液路内の腐食の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての磁気軸受型スピンドル装置の部分断面側面図である。
【図２】ハウジングの一部破断側面図である。
【図３】ハウジングの端面の正面図である。
【図４】周方向路を横断するハウジングの要部の断面図である。
【図５】周方向路を区画するハウジングの端部及びシール部材の分解斜視図である。
【符号の説明】
１      ハウジング
１ａ，１ｂ  端面
２      主軸
３      モータ
４      ロータディスク
５      アキシャル磁気軸受
６，７  ラジアル磁気軸受
１２，１３  端部材
１４    冷却水路
１５    軸方向路
１６    周方向路
１７    円弧状溝
１７ｃ  環状段部
１８    シール部材
１８ｃ  環状段部
【図１】
0003657312.tif 000002
【図２】
0003657312.tif 000003
【図３】
0003657312.tif 000004
【図４】
0003657312.tif 000005
【図５】
0003657312.tif 000006