(57)【要約】【課題】  振動の発生がないエアスピンドルを得る。【解決手段】  エアスピンドルのローター１の駆動用空気が当接する面を平滑な面１ａとする。ノズルから該平滑な面１ａに対して所定角度をもって、ローター１を回転させる方向に駆動用空気が噴射される。空気の粘性により、ローター１は回転する。また、ローター１は静圧空気軸受を構成する面１ｃ，１ｅを有し、スピンドルを構成するハウジングやブラケットに静圧空気軸受される。ノズルから噴射される駆動用空気は平滑面１ａに吹き付けられるもので、従来の空気タービンスピンドルのようにブレードを持たず、空気噴射流を横切るようなものがないから振動は発生しない。又、ブレードの加工も必要なく、低コストで製造できる。振動の発生がないから、このエアスピンドルを用いる加工は高精度の加工ができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射される空気によって駆動されるスピンドルにおいて、少なくとも回転方向に沿って平滑な表面のローターと、該表面に対して駆動用空気を噴射するノズルを少なくとも１個備え、噴射された空気の粘性により前記ローターを回転させることを特徴とするエアスピンドル。
【請求項２】
前記ローターを支える軸受が静圧空気軸受であることを特徴とする請求項１記載のエアスピンドル。
【請求項３】
前記ノズルは、前記ローターの回転中心から半径方向に離れた位置に、かつ前記ローターに回転方向に回転力を与えるためにローター表面に対して所定の角度をもった状態で配置されている請求項１または２記載のエアスピンドル。
【請求項４】
前記ローターは、駆動用空気が噴射される前記ローター表面に、空気の粘性抵抗による回転力をより効率よく得るための、回転方向に沿った溝が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３の内何れか１項に記載のエアスピンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴射空気によって回転駆動されるエアスピンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超精密加工を行う工作機械のスピンドルには、噴射空気によって駆動される空気タービンスピンドルが用いられる。この空気タービンスピンドルの場合、ローターのブレード部に駆動力である空気を噴射することで回転力を得るものである。  
図５は、この空気タービンスピンドルにおけるローターの斜視図である。又、図６は、図５の円ハで囲んだ部分の拡大図である。ローター１０の円周面には、多数のブレード１１が設けられ、該ブレード１１に対して図６に示すように、ローター１０を矢印Ａ方向に回転させるように複数のノズル１２が配設され、該ノズル１２からブレード１１に対して矢印Ｂ方向に空気が噴射される。ブレード１１に空気が当たることによる抵抗力が駆動力となり、ローター１０を矢印Ａ方向に回転駆動するように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多軸の超精密加工において機械の振動は、形状精度と面粗さに影響するため、微小な振動も加工誤差として現れることから、振動の発生は極力抑える必要がある。  
従来の空気タービンスピンドルは、ローター１０のブレード１１に対してノズル１２から空気が噴射され、この空気がブレード１１に当たりローター１０が回転し回転力を得るが、ブレード１１がノズル１２の前面を通過する際、ノズル１２から噴射される空気流を横切る。そのため、ブレード１１とノズル１２との間から振動を発生することになる。このことにより、ローター本体が振動し、このローター１０と共にスピンドルを構成するブラケット等を介してスピンドル全体が振動してしまう。さらに、このスピンドルが固定されている部品などから機械本体が振動の影響を受けることになる。この状態で加工を行うと、その加工物には振動に起因する形状精度や面粗さの加工誤差となる。特に超精密加工の分野では無視できない加工誤差となる。  
そこで、本発明は、振動の発生がないエアスピンドルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、噴射される空気によって駆動されるスピンドルにおいて、少なくとも回転方向に沿って平滑な表面のローターと、該表面に対して駆動用空気を噴射するノズルを少なくとも１個備え、噴射された空気の粘性により前記ローターを回転させるようにして振動発生を防止した。さらに、このローターを支える軸受を静圧空気軸受とし、振動の発生をさらに防止した。また、前記ノズルを、前記ローターの回転中心から半径方向に離れた位置に、かつ前記ローターに回転方向に回転力を与えるためにローター表面に対して所定の角度をもった状態で配置する。さらには、空気の粘性抵抗による回転力をより効率よく得るために、駆動用空気が噴射される前記ローター表面に、回転方向に沿った溝を設ける。
【発明の効果】
【０００５】
ノズルから噴射される駆動用空気が当接するローター面は平滑な面であるから、ノズル噴射口と噴射空気が当接するローター面間の距離は一定で変化がない。そのため、周期的な振動発生をなくすことができる。また、従来の空気タービンスピンドルのようにブレードを必要としないから、ブレード加工がない分、製造コストが低下する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。  
図１（ａ）は本発明の一実施形態のエアスピンドルにおけるブレードを持たないローター１の斜視図であり、図１（ｂ）は逆方向から見たローター１の斜視図である。又、図２は図１（ａ）において円イで囲んだ部分の拡大図である。  
ローター１の端面は段差を持った平滑な面で形成され、又周面も平滑な面で形成されている。該ローター１の中心部の平滑な両側の端面１ｃ，１ｃは後述するように空気軸受の面を形成し、両端面の外周部の平滑な面１ａ，１ｂの一方の面１ａはノズルから噴射される駆動用空気が当接する駆動用空気噴射受面を形成している。ローター１の回転方向に沿って平滑なローター面１ａに対して、所定角度の傾斜を持ったノズル２より駆動用空気を図２の矢印Ｂに示すように、ローター１の回転方向に向けて噴射し、空気の粘性によりローター１を回転させる構造となっている。なお、ローター１のローター軸１ｄの一部の周面１ｅも空気軸受の面を形成している。
【０００７】
図３（ａ）は、このローター１を用いたエアスピンドルの断面図であり、ローター１のローター軸線に沿った断面図である。又、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ断面図であり、ブラケット３のハウジング４への当接面を示す。ローター１はスピンドルを形成するハウジング４に収納され、該ハウジング４にブラケット３を取付固定されエアスピンドルを形成する。  
ローター１のローター軸１ｄの一部周面１ｅとハウジング４及びブラケット３の対向面間及びローター１の端面の中心部平滑面１ｃ，１ｃと該平滑面と対向するハウジング４及びブラケット３の対向面間は、静圧空気軸受７の構造とされ、ローター１は、この静圧空気軸受７によって、ハウジング４及びブラケット３に軸支されている。そして、ブラケット３には、ノズル２及び該ノズル２に空気を供給する空気投入口５が設けられ、かつ、投入された空気を排出する空気排出口６がこのブラケット３に設けられている。
【０００８】
駆動用空気ノズル２は、この実施形態では２つ設けられ、ローター１の端面の外周部の平滑面１ａに対して、所定角度をもって斜め上方からローター１の回転方向（図２矢印Ａ参照）に空気を噴射するようにブラケット３に配設され、該ブラケット３の端面に設けられた噴射口から空気を噴射するように構成されている。また、空気排出口６も、ノズル配設位置と同一円周上でノズル配設位置から所定回転位置（図３（ｂ）では９０度回転した位置）に配設されてる。なお、静圧空気軸受のための圧縮空気投入口、通路等は図３では図示せず省略している。
【０００９】
空気投入口５から投入された空気は、２つのノズル２を通り、その噴射口からローター１の端面の平滑面１ａに対して斜め上方からローター１の回転方向に向けて噴射される。空気の粘性により、ローター１は駆動力が与えられ、図２の矢印Ａ方向に回転する。ローター１の回転と共に回転する空気は、空気排出口６からスピンドルの外に排出される。
【００１０】
このエアスピンドルはブレードを持たない構造であるため、従来の空気タービンスピンドルで発生していたブレードとノズルに起因する振動を抑制することができ、滑らかに回転することができる。これによりスピンドル本体の振動や機械への振動の影響が抑制できるため、加工物の形状精度や面粗さを向上させることができる。また、ブレードが必要ないため、ブレードの加工工数を削減できコストカットにもなる。さらに、この実施形態では、ローターを支える軸受が静圧空気軸受であるためブラケットとローターは非接触となっている。これによりブラケットに振動を伝えにくい構造となっている。
【００１１】
なお、上述した実施形態では、駆動用空気ノズル２を２つ設けたが、１つでもよく、又は２以上の駆動用空気ノズル２を設けてもよい。また、空気排出口６は、上述した実施形態では、各駆動用空気ノズル２に対応して９０度回転した位置に配置したが、この空気排出口は、ローターの回転方向に沿って次の駆動用ノズルの配設位置の直前の位置までの間であればよい。
【００１２】
図４（ａ）は、本発明の別の実施形態のエアスピンドルのローターの斜視図である。この別の実施形態は前述した実施形態のローター１における駆動用空気が噴射される面１ａに溝８が設けられたものである。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）の円ロで囲んだ部分の拡大図である。この溝８を設けることによってローター１表面に噴射される空気の粘性抵抗による回転力をより効率よく得るようにしたものである。この溝８は円周状についているので、空気の粘性抵抗は得られるが、ブレードのように周期的な振動を排除できる。
【００１３】
なお、上述した各実施形態では、ローター１の端面に向けて駆動用空気を噴射するようにノズル２を配設したが、ロータの周面１ｆに向けてノズル２より空気をローター回転方向に噴射するようにしてもよい。この場合、この周面１ｆを第１の実施形態のように平滑面としてもよく、又別の実施形態のように、この周面１ｆに溝８を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態のエアスピンドルにおけるローターの斜視図である。
【図２】図１における円イの部分拡大図である。
【図３】同実施形態のエアスピンドルの断面図と、ブラケットの平面図である。
【図４】本発明の別の実施形態におけるローターの斜視図と同斜視図における円ロの部分の拡大図である。
【図５】従来の空気タービンスピンドルのローターの斜視図である。
【図６】図５における円ハの部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  ローター
２  ノズル
３  ブラケット
４  ハウジング
５  空気投入口
６  空気排出口
７  静圧空気軸受
８  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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