(57)【要約】【課題】スピンドル本体の全長を短くし、モータの出力を小さくできると主に、主軸の温度上昇を抑えることができる静圧空気軸受スピンドルを提供する。【解決手段】静圧空気軸受スピンドルは、静圧空気ジャーナル軸受３、静圧空気スラスト軸受５、６に加え、主軸２の内部に該主軸２の反負荷側に向かって軸方向に形成したボア１４と、モータハウジング１０の端部に設けたエンドプレート１１の中心部に取り付けられ、ボア１４の内部に空隙を介して延びるように挿設された内部軸１５を備え、内部軸１５は、エンドプレート１１と連通すると共に、ボア１４に、エンドプレート１１から気体を供給するための第３圧縮空気供給路１６を設けてあり、内部軸１５を静圧空気ジャーナル軸受１９に、ボア１４の内面を該静圧空気ジャーナル軸受１９の軸受面としたものとなっている。【選択図】    図１
2004197916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ハウジングに収納された主軸と、
前記主軸のラジアル方向を支持する静圧空気ジャーナル軸受と、
前記主軸のスラスト方向を支持する静圧空気スラスト軸受と、
前記軸受ハウジングと前記静圧空気ジャーナル軸受を連通する第１圧縮空気供給路と、
前記静圧空気スラスト軸受に設けた第２圧縮空気供給路と、
前記主軸の一端に取り付けたモータロータと、
前記軸受ハウジングに隣接して設けたモータハウジングに取り付けられ、前記モータロータと空隙を介して配置されたモータステータ
を備え、前記主軸と前記軸受間の軸受隙間に圧縮空気を供給することにより主軸を非接触支持する静圧空気軸受スピンドルにおいて、
前記主軸の内部に該主軸の反負荷側に向かって軸方向に形成したボアと、
前記モータハウジングの端部に設けたエンドプレートの中心部に取り付けられ、前記ボアの内部に空隙を介して挿設された内部軸を備え、
前記内部軸は、前記エンドプレートと連通すると共に、前記ボアに、該エンドプレートから気体を供給するための第３圧縮空気供給路を設けてあり、
前記内部軸を静圧空気ジャーナル軸受とし、前記ボアの内面を該静圧空気ジャーナル軸受の軸受面としたものであることを特徴とする静圧空気軸受スピンドル。
【請求項２】
前記静圧空気スラスト軸受を、前記主軸の軸方向の両端に形成した段付部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の静圧空気軸受スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸と軸受間の隙間に圧縮空気を供給することによって主軸を非接触で支持する静圧空気軸受スピンドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の静圧空気軸受スピンドルの上半分を示した断面図である。図において、１は軸受ハウジング、２は主軸、２ａはスラスト板、３、４は静圧空気ジャーナル軸受、５、６は静圧空気スラスト軸受、７はスペーサ、８は第１圧縮空気供給路、９は排気経路、１０はモータハウジング、１０ａはモータロータ、１０ｂはモータステータ、１１はエンドプレート、１２は静圧空気ジャーナル軸受３、４の給気ノズル、１３は静圧空気スラスト軸受５、６の給気ノズル、２０は第２圧縮空気供給路である。
静圧空気軸受スピンドルは基本的には軸受ハウジング１内に収納した主軸２と、主軸２のラジアル方向を支持する２個の静圧空気ジャーナル軸受３、４と、主軸２の一端に設けたスラスト板２ａの径方向に設けられたスペーサ７の両側を挟み込むように配置され、主軸２のスラスト方向を支持する両面対向形の静圧空気スラスト軸受５、６とで構成されている。
静圧空気ジャーナル軸受３、４には、軸受ハウジング１に設けられた第１圧縮空気供給路８と連結する給気ノズル１２が設けられ、また、静圧空気スラスト軸受５、６には、第２圧縮空気供給路２０と連結する給気ノズル１３が設けられており、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することにより、主軸２をラジアル方向およびスラスト方向に対し非接触で支持する。各軸受隙間は排気通路９によって外部に連結し大気圧に保たれている。また、主軸２の後端部にはモータロータ１０ａが取り付けられており、軸受ハウジング１に隣接して設けたモータハウジング１０には、モータロータ１０ａと空隙を介してモータステータ１０ｂが取り付けられている。主軸２はモータロータ１０ａとモータステータ１０ｂによって、直接駆動される。なお、図ではＯリングの図示を省略している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３０４２５９号公報（第３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術においては、２個の静圧空気ジャーナル軸受３、４が主軸２の外周面に長手方向へ並んで配置されていることから、以下の問題点があった。
（１）静圧空気ジャーナル軸受３、４の全長が大きくなるため、主軸、スピンドル本体の全長が長くなる。
（２）主軸２の長さが伸びることから、主軸２の質量が大きくなるため、モータの出力が大きくなる。
（３）主軸２の外周面しか空冷されないことから、主軸２の温度上昇が大きくなるため、主軸２の熱膨張による軸受隙間の変化して、空気軸受の性能が変化したり、最悪の場合は軸受が接触して焼き付いたりする恐れがある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、スピンドル本体の全長を短くし、モータの出力を小さくできると主に、主軸の温度上昇を抑えることができる静圧空気軸受スピンドルを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１の本発明は、軸受ハウジングに収納された主軸と、前記主軸のラジアル方向を支持する静圧空気ジャーナル軸受と、前記主軸のスラスト方向を支持する静圧空気スラスト軸受と、前記軸受ハウジングと前記静圧空気ジャーナル軸受を連通する第１圧縮空気供給路と、前記静圧空気スラスト軸受に設けた第２圧縮空気供給路と、前記主軸の一端に取り付けたモータロータと、前記軸受ハウジングに隣接して設けたモータハウジングに取り付けられ、前記モータロータと空隙を介して配置されたモータステータを備え、前記主軸と前記軸受間の軸受隙間に圧縮空気を供給することにより主軸を非接触支持する静圧空気軸受スピンドルにおいて、前記主軸の内部に該主軸の反負荷側に向かって軸方向に形成したボアと、前記モータハウジングの端部に設けたエンドプレートの中心部に取り付けられ、前記ボアの内部に空隙を介して挿設された内部軸を備え、前記内部軸は、前記エンドプレートと連通すると共に、前記ボアに、該エンドプレートから気体を供給するための第３圧縮空気供給路を設けてあり、前記内部軸を静圧空気ジャーナル軸受とし、前記ボアの内面を該静圧空気ジャーナル軸受の軸受面としたものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の静圧空気軸受スピンドルにおいて、前記静圧空気スラスト軸受を、前記主軸の軸方向の両端に形成した段付部に設けたものである。
【０００７】
上記手段により、主軸の外部と内部の夫々に静圧空気ジャーナル軸受を設けることにより、静圧空気ジャーナル軸受の全長が短くなる。そのため、スピンドルの全長が短くなる。また、主軸の長さが短くなることに加えて、主軸の内部が削られて主軸が軽量化するので、モータの出力を小さくできる。さらに、主軸の内側に形成した静圧空気ジャーナル軸受の排気が主軸の内側を冷却するため、主軸の温度上昇が小さくなり、主軸の熱膨張による軸受隙間の変化が小さくなる。その結果、空気軸受の性能が変化したり、最悪の場合は軸受が接触して焼き付いたりすることが無くなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例による静圧空気軸受スピンドルの上半分を示した側断面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図に於いて、１４はボア、１５は内部軸、１６は第３圧縮空気供給路、１７は給気ノズル、１８は排気通路、１９は静圧空気ジャーナル軸受である。
【０００９】
本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、静圧空気軸受スピンドルは、主軸２の内部に該主軸２の反負荷側に向かって軸方向に形成したボア１４と、モータハウジング１０の端部に設けたエンドプレート１１の中心部に取り付けられ、ボア１４の内部に空隙を介して延びるように挿設された内部軸１５を備えた点である。この内部軸１５は、エンドプレート１１と連通すると共に、ボア１４に、エンドプレート１１から気体を供給するための第３圧縮空気供給路１６を設けてあり、内部軸１５を静圧空気ジャーナル軸受１９に、ボア１４の内面を該静圧空気ジャーナル軸受１９の軸受面としたものとなっている。
【００１０】
次に動作を説明する。
軸受ハウジング１、静圧空気ジャーナル軸受３内部の第１圧縮空気供給路８から供給された圧縮空気が給気ノズル１２から噴出し、静圧空気スラスト軸受５、６内部の第２圧縮空気供給路２０から供給された圧縮空気が給気ノズル１３から噴出すると、主軸２が静圧空気の平均化効果によって、ラジアル方向およびスラスト方向に対し安定した状態で非接触支持される。この静圧空気ジャーナル軸受３と主軸２間の軸受隙間、静圧空気スラスト軸受５、６とスラスト板２ａ間の軸受隙間に供給された圧縮空気は、排気経路９を通ってモータ外部の大気に戻る。また、エンドプレート１１から内部軸１５の第３圧縮空気供給路１６に供給された圧縮空気が給気ノズル１７から噴出すると、内部軸１５とボア１４間の隙間で静圧空気ジャーナル軸受１９が形成されているため、同様に主軸は静圧空気の平均化効果によって、安定して支持される。この内部軸１５とボア１４間の隙間に供給された圧縮空気は、主軸ボア１４の内面に沿って流れて、排気経路１８を通ってモータ外部の大気に戻る。
【００１１】
したがって、本発明の第１の実施例に係る静圧空気軸受スピンドルは、主軸２の内部に該主軸２の反負荷側に向かって軸方向に形成したボア１４と、モータハウジング１０の端部に設けたエンドプレート１１の中心部に取り付けられ、ボア１４の内部に空隙を介して延びるように挿設された内部軸１５を備え、該内部軸１５を、エンドプレート１１と連通すると共に、ボア１４にエンドプレート１１から気体を供給するための第３圧縮空気供給路１６を設け、一方の内部軸１５を静圧空気ジャーナル軸受１９に、他方のボア１４の内面を該静圧空気ジャーナル軸受１９の軸受面としたので、ラジアル方向の軸受支持として主軸２の外部側に設けた静圧空気ジャーナル軸受３および主軸２の内部側に設けた静圧空気ジャーナル軸受１９を同時に配置することができ、静圧空気ジャーナル軸受の全長、スピンドル本体の全長を短くすることができる。
【００１２】
また、主軸２の長さが短くなることに加えて、主軸２の内部を中空状とすることで主軸が軽量化するので、主軸の慣性モーメントが軽減されモータの出力を小さくできる。
【００１３】
さらに、主軸２の内側に形成した静圧空気ジャーナル軸受１９の排気が主軸２の内側を冷却するため、主軸２の温度上昇が小さくなり、主軸２の熱膨張による軸受ギャップの変化が小さくなる。その結果、空気軸受の性能が変化したり、最悪の場合は軸受が接触して焼き付いたりすることが無くなる。
【００１４】
［第２の実施例］
図２は本発明の第２の実施例による静圧空気軸受スピンドルの上半分を示した側断面図である。
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、静圧空気スラスト軸受６１を、主軸２の軸方向の両端に形成した段付部２ｂに設けた点である。
この構成により、従来、主軸２の外周側に設けていたスラスト板２ａを省略することができる。そのため、スピンドルの構造がより簡略化できると共にスピンドル本体の長さや外径をより小さくすることが可能となる。
【００１５】
なお、本実施例では、給気ノズル１７は、ここでは軸方向に３列を配置したが、１列や２列あるいは４列以上でも構わない。
また、主軸の固定部は、軸受ハウジングとモータハウジングの夫々を設けた例について説明したが、これらを一体に構成したハウジングを設けるようにしても構わない。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下の効果がある。
本発明の第１の実施例は、軸受ハウジングに収納された主軸と、主軸のラジアル方向を支持する静圧空気ジャーナル軸受と、主軸のスラスト方向を支持する静圧空気スラスト軸受と、軸受ハウジングと、静圧空気ジャーナル軸受を連通する第１圧縮空気供給路と、静圧空気スラスト軸受に設けた第２圧縮空気供給路と、主軸の一端に取り付けたモータロータと、軸受ハウジングに隣接して設けたモータハウジングに取り付けられ、モータロータと空隙を介して配置されたモータステータを備え、主軸と軸受間の軸受隙間に圧縮空気を供給することにより主軸を非接触支持する静圧空気軸受スピンドルにおいて、主軸の内部に該主軸の反負荷側に向かって軸方向に形成したボアと、モータハウジングの端部に設けたエンドプレートの中心部に取り付けられ、ボアの内部に空隙を介して挿設された内部軸を備え、内部軸は、エンドプレートと連通すると共に、ボアにエンドプレートから気体を供給するための第３圧縮空気供給路を設けてあり、内部軸を静圧空気ジャーナル軸受に、ボアの内面を該静圧空気ジャーナル軸受の軸受面としたため、ラジアル方向の軸受支持として主軸の外部側に設けた静圧空気ジャーナル軸受および主軸の内部側に設けた静圧空気ジャーナル軸受を同時に配置することができ、静圧空気ジャーナル軸受の全長、スピンドル本体の全長を短くすることができる。
また、主軸の長さが短くなることに加えて、主軸の内部を中空状とすることで主軸が軽量化するので、主軸の慣性モーメントが軽減されモータの出力を小さくできる。
さらに、主軸の内側に形成した静圧空気ジャーナル軸受の排気が主軸の内側を冷却するため、主軸の温度上昇が小さくなり、主軸の熱膨張による軸受ギャップの変化が小さくなる。その結果、空気軸受の性能が変化したり、最悪の場合は軸受が接触して焼き付いたりすることが無くなる。
【００１７】
また、本発明の第２の実施例は、静圧空気スラスト軸受を、主軸の軸方向の両端に形成した段付部に設けたため、従来、主軸の外周側に設けていたスラスト板を省略することができる。そのため、スピンドルの構造がより簡略化できると共にスピンドル本体の長さや外径をより小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による静圧空気軸受スピンドルの上半分を示した断面図
【図２】本発明の第２実施例による静圧空気軸受スピンドルの上半分を示した断面図
【図３】従来例の静圧空気軸受スピンドルの上半分を示した断面図
【符号の説明】
１  軸受ハウジング
２  主軸
２ａ  スラスト板
３、４  静圧空気ジャーナル軸受
５、６  静圧空気スラスト軸受
７  スペーサ
８  第１圧縮空気供給路
９  排気経路
１０  モータハウジング
１０ａ  モータロータ
１０ｂ  モータステータ
１１  エンドプレート
１２  給気ノズル
１３  給気ノズル
１４  ボア
１５  内部軸
１６  第３圧縮空気供給路
１７  給気ノズル
１８  排気通路
１９  静圧空気ジャーナル軸受
２０  第２圧縮空気供給路
【図１】
2004197916.tif 000003
【図２】
2004197916.tif 000004
【図３】
2004197916.tif 000005