JP5857537B2

JP5857537B2 - エアスピンドル

Info

Publication number: JP5857537B2
Application number: JP2011187715A
Authority: JP
Inventors: 秀樹金; 高橋　淳; 淳高橋; 小林　直也; 直也小林
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: JP2013050149A

Description

この発明は、エアスピンドル（軸と、ハウジングと、軸とハウジングとの間に配置されて、軸およびハウジングの一方である回転体を他方である固定体に対して回転可能に支持する静圧気体軸受と、を有する回転装置）に関する。

一般的なエアスピンドルにおいて、静圧気体軸受は固定体に固定され、回転体との間にアキシアル軸受面とラジアル軸受面を有する。すなわち、静圧気体軸受は軸方向に移動できない。そのため、エアスピンドルの温度上昇に伴って回転体が膨張して軸方向に伸びた場合、静圧気体軸受のアキシアル軸受面と回転体のアキシアル軸受面との隙間（アキシアル隙間）が広がって、良好な軸受性能が発揮できない場合がある。

特許文献１には、エアスピンドルの回転体であるハウジングと非回転体である支持軸との間に温度差が生じた場合に、軸受隙間が無くなることを防止するために、支持軸がアルミニウム製の場合には、ラジアル静圧気体軸受をカーボングラファイト製とし、ハウジングをカーボン繊維とカーボンとの複合材製とすることが記載されている。また、特許文献１に記載されたエアスピンドルでは、回転体がラジアル方向への突出部（スラストランナ）を有し、軸方向でスラストランナを挟んだ両側にスラスト静圧気体軸受が配置されている。

特許文献２には、回転軸が受けた外力や振動、共振などを吸収するために、外力や振動が生じた際に回転軸と軸受部材（静圧気体軸受）が共に動くように構成された、回転霧化静電塗装装置が記載されている。また、特許文献２に記載された装置では、回転体（回転軸）がラジアル方向への突出部（フランジ部）を有し、軸方向でフランジ部を挟んだ両側に静圧気体軸受が配置されている。また、静圧気体軸受が固定体（合成樹脂製のハウジング）に対して、Ｏリング等の弾性支持部材を介して取り付けられている。

特開平９−１５８９５０号公報特開平９−２９４９４２号公報

この発明の課題は、温度上昇に伴って回転体が膨張して軸方向に伸びた場合でも、静圧気体軸受による良好な軸受性能が発揮できるエアスピンドルを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のエアスピンドルは、固定体である軸と、回転体であるハウジングと、前記軸を内挿し前記ハウジングの軸方向端部に固定された端部材と、前記軸と前記ハウジングとの間に配置されて、前記ハウジングを前記軸に対して回転可能に支持する静圧気体軸受と、を有し、前記軸はラジアル方向（軸に垂直な方向）への突出部を有し、前記静圧気体軸受は、前記軸の軸方向で前記突出部を挟んだ両側の部分に、軸方向で移動可能に取り付けられ、前記静圧気体軸受は、前記端部材と対向するアキシアル軸受面、前記ハウジングの内周面と対向するラジアル軸受面、および前記突出部の軸方向端面と対向するアキシアル方向端面を有し、前記静圧気体軸受は円筒体からなり、前記軸の内部に、軸方向に延びる給気路および排気路と、前記排気路から分岐して前記軸の径方向に延びて前記軸の外周面に至る回収穴が形成され、前記回収穴に連通する排気穴が、前記円筒体を径方向に貫通する貫通穴として形成され、前記円筒体の内周面の軸方向で前記排気穴を挟んだ両側となる位置に、気体導入用の周溝が形成され、前記軸の外周部の前記周溝の位置に、前記給気路から分岐して径方向に延びる給気穴が形成されていることを特徴とする。

この発明のエアスピンドルでは、静圧気体軸受が軸方向で移動可能に取り付けられているため、エアスピンドルの温度上昇に伴って回転体が膨張して軸方向に伸びた場合でも、静圧気体軸受のアキシアル方向端面と回転体および固定体のアキシアル方向端面との隙間（アキシアル隙間）が適切な隙間に保持される。
前記静圧気体軸受は、前記固定体に対して、例えば、弾性支持部材またはラビリンスシールを介して取り付けることで、軸方向で移動可能にできる。

この発明のエアスピンドルによれば、温度上昇に伴って回転体が膨張して軸方向に伸びた場合でも、静圧気体軸受による良好な軸受性能が発揮できる。

第１実施形態のエアスピンドルを示す断面図である。図１の部分拡大図である。第２実施形態のエアスピンドルを示す断面図である。第３実施形態のエアスピンドルを示す断面図である。第４実施形態のエアスピンドルを示す断面図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
この実施形態のエアスピンドルは、軸が固定体でハウジングが回転体の例であり、図１および２に示すように、固定軸（固定体）１と、細長い円筒状のハウジング（回転体）２と、固定軸１とハウジング２との間に配置された１対の静圧気体軸受３と、１対の円環状の端部材（回転体）４と、Ｏリング（弾性支持部材）５とで構成されている。
固定軸１は、ハウジング２の軸方向中央部に配置される部分に、ラジアル方向への突出部１ａを有する。１対の静圧気体軸受３は円筒体からなり、軸方向で固定軸１の突出部１ａを挟んだ両側の部分（軸受部）１ｂに外嵌されている。

図２に示すように、固定軸１の軸受部１ｂの外周面には、各４本の周溝１１が形成されている。そして、全ての周溝１１にＯリング５が配置されている。これらのＯリング５により、１対の静圧気体軸受３が固定軸１に対して、軸方向で移動可能に取り付けられている。
静圧気体軸受３は、ハウジング２の内周面と対向するラジアル軸受面３１と、端部材４および突出部１ａの端面と対向するアキシアル方向端面３２を有する。静圧気体軸受３の軸方向中央部に、径方向に貫通する排気穴３５が形成されている。排気穴３５は周方向の複数箇所に形成されている。静圧気体軸受３の内周面には、軸方向で排気穴３５を挟んだ両側に、気体導入用の周溝３６が形成されている。固定軸１の周溝１１は、静圧気体軸受３の周溝３６を挟んだ両側となる位置に形成されている。

固定軸１の内部に、軸方向に延びる給気路（気体供給経路）１２と排気路（気体排出経路）１３が形成されている。固定軸１の突出部１ａの軸方向中央位置に、排気路１３から分岐して径方向に延び、突出部１ａの外周面に至る連通路（気体排出経路）１４が形成されている。
固定軸１の内部には、また、静圧気体軸受３の排気穴３５の位置に、排気路１３から分岐して径方向に延び、固定軸１の外周面に至る回収穴（気体排出経路）１５が形成されている。固定軸１の内部には、さらに、静圧気体軸受３の周溝３６の位置に、給気路１２から分岐して径方向に延びる給気穴（気体供給経路）１２ａが形成されている。

端部材４は、図２に示すように、ハウジング２の軸方向端面との接触面を有する大径部４１と、ハウジング２の軸方向端部内に挿入される中径部４２および小径部４３とからなる。端部材４には、軸方向に延びる排気穴４４が形成されている。端部材４は固定軸１を内挿し、ハウジング２の軸方向両端に固定されている。端部材４の小径部４３の端面と対向する面が、静圧気体軸受３のアキシアル軸受面３２ａとなっている。端部材４の小径部４３の外周面とハウジング２の内周面との間に気体排出隙間６が存在する。

この実施形態のエアスピンドルでは、外部から固定軸１の給気路１２に導入された加圧気体が、給気穴１２ａから静圧気体軸受３の内周溝３６に入り、静圧気体軸受３のラジアル軸受面３１とアキシアル方向端面３２に供給される。これにより、静圧気体軸受３が機能する。
ラジアル軸受面３１とアキシアル方向端面３２を通った気体は、排気穴３５から回収穴１５を介して排気路１３に回収される。排気路１３に回収された気体は外部に排出される。また、端部材４側のアキシアル方向端面３２（アキシャル軸受面３２ａ）を通った気体は、主に、気体排出隙間６から端部材４の排気穴４４を介して外部に排出される。

この実施形態のエアスピンドルによれば、静圧気体軸受３が固定軸１の軸受部１ｂにＯリング５により軸方向で移動可能に取り付けられているため、温度上昇に伴ってハウジング（回転体）２が膨張して軸方向に伸びた場合でも、静圧気体軸受３のアキシャル軸受面３２ａおよびアキシアル方向端面３２と、端部材（回転体）４の小径部４３の端面および固定軸（固定体）１の突出部１ａの端面との隙間（アキシアル隙間）が、適切な隙間に保持される。よって、静圧気体軸受３による良好な軸受性能が発揮できる。

［第２実施形態］
この実施形態のエアスピンドルは、軸が回転体でハウジングが固定体の例であり、図３に示すように、軸（回転体）７と、軸７に外嵌された円筒体（回転体）７１と、１対の端部材（回転体）７２と、ハウジング（固定体）８と、円筒体７１と端部材７２とハウジング８との間に配置された１対の静圧気体軸受９と、Ｏリング（弾性支持部材）５とで構成されている。

ハウジング８は、円筒部８１の軸方向中央部の内周面にラジアル方向への突出部８２を有する形状である。ハウジング８の軸方向両端部の内周面（突出部８２が形成されていない円筒部８１の内周面）に、各２本の周溝８４が形成されている。そして、全ての周溝８４にＯリング５が配置されている。これらのＯリング５により、１対の静圧気体軸受９がハウジング８に対して、軸方向で移動可能に取り付けられている。
１対の静圧気体軸受９は穴開き円板状で、軸方向でハウジング８の突出部８２を挟んだ両側に配置されている。静圧気体軸受９は、円筒体７１の外周面と対向するラジアル軸受面９１と、端部材７２および突出部８２の端面と対向するアキシアル方向端面９２を有する。静圧気体軸受９の外周面に気体導入用の周溝９６が形成されている。

ハウジング８には、円筒部８１の軸方向に延びる第１の給気路（気体供給経路）８１ａと、第１の給気路８１ａと繋がり、円筒部８１の径方向に延びて円筒部８１の内周面に至る一対の第２の給気路（気体供給経路）８１ｂと、排気路（気体排出経路）８３が形成されている。１対の第２の給気路８１ｂは、１対の静圧気体軸受９の周溝９６の位置に配置されている。また、一方の第２の給気路８１ｂは円筒部８１の外周面で開口し、この開口部が、気体供給管を接続する雌ねじ穴８１ｃとなっている。排気路８３は、ハウジング８の軸方向中央（突出部８２が形成されている位置）を径方向に沿って貫通している。

端部材７２の外径は静圧気体軸受９の外径と同じであり、端部材７２の内径は軸７の外径と同じである。端部材７２はボルトで円筒体７１の軸方向両端面に固定されている。
この実施形態のエアスピンドルでは、ハウジング８の雌ねじ穴８１ｃに接続された気体供給管から導入された加圧気体が、第２の給気穴８１ｂから静圧気体軸受９の外周溝９６に入り、静圧気体軸受９のラジアル軸受面９１とアキシアル方向端面９２に供給される。これにより、静圧気体軸受９が機能する。ラジアル軸受面９１およびアキシアル方向端面９２を通った気体は、円筒体７１とハウジング８との間を通って排気路８３から外部に排出される。

この実施形態のエアスピンドルによれば、静圧気体軸受９がハウジング８の円筒部８１に、Ｏリング５により軸方向で移動可能に取り付けられているため、温度上昇に伴って円筒体（回転体）７１が膨張して軸方向に伸びた場合でも、静圧気体軸受９のアキシアル軸受面９２ａおよびアキシアル方向端面９２と、端部材（回転体）７２およびハウジング（固定体）８の突出部８２の端面との隙間（アキシアル隙間）が、適切な隙間に保持される。よって、静圧気体軸受９による良好な軸受性能が発揮できる。

［第３実施形態］
第１実施形態では、Ｏリング５により、１対の静圧気体軸受３が固定軸１に対して軸方向で移動可能に取り付けられているが、この実施形態では、Ｏリング５に代えてラビリンスシール５０を使用している。これ以外の点は第１実施形態と同じである。
図４に示すように、この実施形態のエアスピンドルでは、固定軸１の軸受部１ｂの外周面の各４箇所にラビリンスシール５０が形成されている。これらのラビリンスシール５０により、１対の静圧気体軸受３が固定軸１に対して、軸方向で移動可能に取り付けられている。ラビリンスシール５０は、静圧気体軸受３の周溝３６を挟んだ両側となる位置に形成されている。

この実施形態のエアスピンドルによれば、静圧気体軸受３が固定軸１の軸受部１ｂにラビリンスシール５０により軸方向で移動可能に取り付けられているため、温度上昇に伴ってハウジング（回転体）２が膨張して軸方向に伸びた場合でも、静圧気体軸受３のアキシアル軸受面３２ａおよびアキシャル方向端面３２と、端部材（回転体）４の小径部４３の端面および固定軸（固定体）１の突出部１ａの端面との隙間（アキシアル隙間）が、適切な隙間に保持される。よって、静圧気体軸受３による良好な軸受性能が発揮できる。

［第４実施形態］
第２実施形態では、Ｏリング５により、１対の静圧気体軸受９がハウジング８に対して軸方向で移動可能に取り付けられているが、この実施形態では、Ｏリング５に代えてラビリンスシール５０を使用している。これ以外の点は第２実施形態と同じである。
図５に示すように、この実施形態のエアスピンドルでは、ハウジング８の軸方向両端部の内周面（突出部８２が形成されていない円筒部８１の内周面）の各２箇所に、ラビリンスシール５０が形成されている。これらのラビリンスシール５０により、１対の静圧気体軸受９がハウジング８に対して、軸方向で移動可能に取り付けられている。ラビリンスシール５０は、静圧気体軸受９の周溝９６を挟んだ両側となる位置に形成されている。

この実施形態のエアスピンドルによれば、静圧気体軸受９がハウジング８の円筒部８１に、ラビリンスシール５０により軸方向で移動可能に取り付けられているため、温度上昇に伴って円筒体（回転体）７１が膨張して軸方向に伸びた場合でも、静圧気体軸受９のアキシアル軸受面９２ａおよびアキシャル方向端面９２と、端部材（回転体）７２およびハウジング（固定体）８の突出部８２の端面との隙間（アキシアル隙間）が、適切な隙間に保持される。よって、静圧気体軸受９による良好な軸受性能が発揮できる。

１固定軸（固定体）
１ａ固定軸（固定体）の突出部
１ｂ固定軸の軸受部（固定体の突出部以外の部分）
１１周溝
１２給気路
１２ａ給気穴
１３排気路
１４連通路
１５回収穴
２ハウジング（回転体）
３静圧気体軸受
３１ラジアル軸受面
３２アキシャル方向端面
３２ａアキシアル軸受面
３５排気穴
３６周溝
４端部材（回転体）
４１端部材の大径部
４２端部材の中径部
４３端部材の小径部
４４排気穴
５Ｏリング（弾性支持部材）
５０ラビリンスシール
６気体排出隙間
７軸（回転体）
７１円筒体（回転体）
７２端部材（回転体）
８ハウジング（固定体）
８１ハウジング（固定体）の円筒部
８１ａ給気路
８１ｂ給気路
８１ｃ雌ねじ穴
８２ハウジング（固定体）の突出部
８３排気路
８４周溝
９静圧気体軸受
９１ラジアル軸受面
９２アキシャル方向端面
９２ａアキシアル軸受面
９６周溝

Claims

固定体である軸と、回転体であるハウジングと、前記軸を内挿し前記ハウジングの軸方向端部に固定された端部材と、
前記軸と前記ハウジングとの間に配置されて、前記ハウジングを前記軸に対して回転可能に支持する静圧気体軸受と、
を有し、
前記軸はラジアル方向への突出部を有し、
前記静圧気体軸受は、前記軸の軸方向で前記突出部を挟んだ両側の部分に、軸方向で移動可能に取り付けられ、
前記静圧気体軸受は、前記端部材と対向するアキシアル軸受面、前記ハウジングの内周面と対向するラジアル軸受面、および前記突出部の軸方向端面と対向するアキシアル方向端面を有し、
前記静圧気体軸受は円筒体からなり、
前記軸の内部に、軸方向に延びる給気路および排気路と、前記排気路から分岐して前記軸の径方向に延びて前記軸の外周面に至る回収穴が形成され、
前記回収穴に連通する排気穴が、前記円筒体を径方向に貫通する貫通穴として形成され、
前記円筒体の内周面の軸方向で前記排気穴を挟んだ両側となる位置に、気体導入用の周溝が形成され、
前記軸の外周部の前記周溝の位置に、前記給気路から分岐して径方向に延びる給気穴が形成されているエアスピンドル。
前記静圧気体軸受は、前記固定体に対して弾性支持部材を介して取り付けられている請求項１記載のエアスピンドル。
前記静圧気体軸受は、前記固定体に対してラビリンスシールを介して取り付けられている請求項１記載のエアスピンドル。