スピンドル装置
【課題】軸受の交換を容易にできるようにする。
【解決手段】ハウジング２と、ハウジング２に収納され、スラストディスク３ａを備えた主軸３と、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部３０Ａ、及び、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部３０Ｂを一体的に備えたラジアル・スラスト軸受３０と、スラスト軸受部３０Ｂを主軸３の軸方向に貫通し、ラジアル・スラスト軸受３０とハウジング２とを固定する固定ボルト５０と、主軸３に設けられた回転子４ａ、及び、ハウジング２の内周側に回転子４ａと対向して設けられた固定子４ｂを有するモータ４と、を有する。
【解決手段】ハウジング２と、ハウジング２に収納され、スラストディスク３ａを備えた主軸３と、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部３０Ａ、及び、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部３０Ｂを一体的に備えたラジアル・スラスト軸受３０と、スラスト軸受部３０Ｂを主軸３の軸方向に貫通し、ラジアル・スラスト軸受３０とハウジング２とを固定する固定ボルト５０と、主軸３に設けられた回転子４ａ、及び、ハウジング２の内周側に回転子４ａと対向して設けられた固定子４ｂを有するモータ４と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、主軸を非接触状態で支持するスピンドル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハウジング内に収納した主軸と、主軸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と、主軸の負荷側に設けたスラストディスクの径方向に設けたスペーサの両側を挟み込むように配置され、主軸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とを有する静圧空気軸受スピンドルが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３２５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スピンドル装置では、軸受を取り外して交換する場合があるが、上記従来技術では、軸受の交換について特に工夫等は施されていなかった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、軸受の交換を容易に行うことができるスピンドル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、ハウジングと、前記ハウジングに収納され、スラストディスクを備えた主軸と、前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部、及び、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部を一体的に備えた軸受と、前記スラスト軸受部を前記主軸の軸方向に貫通し、前記軸受と前記ハウジングとを固定する固定ボルトと、前記主軸に設けられた回転子、及び、前記ハウジングの内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、を有するスピンドル装置が適用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軸受の交換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るスピンドル装置の全体構成を表す縦断面図である。
【図２】実施形態に係るスピンドル装置の全体構成を表す他の縦断面図である。
【図３】軸受の交換手順を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
＜スピンドル装置の全体構成＞
まず、図１及び図２を用いてスピンドル装置の全体構成について説明する。なお、図１及び図２は、同一のスピンドル装置についての異なる角度での縦断面図である。以下では、図１及び図２中右側を負荷側、左側を反負荷側として説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るスピンドル装置１は、筒状のハウジング２と、ハウジング２に収納され、負荷側にスラストディスク３ａを備えた主軸３と、反負荷側に設けられたモータ４とを有している。モータ４は、主軸３の反負荷側に設けられた回転子４ａと、ハウジング２の内周側にスリーブ５を介して回転子４ａと対向するように設けられた固定子４ｂを有している。ハウジング２の反負荷側には、排出孔６ａを備えたバックプレート６が設けられている。
【００１２】
またスピンドル装置１は、反負荷側において主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受１０と、負荷側において主軸３のスラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受２０と、主軸３の軸方向においてこれらラジアル軸受１０とスラスト軸受２０の間に設けられ、主軸３のラジアル方向及びスラスト方向の両方向の支持を非接触で行うラジアル・スラスト軸受３０とを有している。ラジアル・スラスト軸受３０は、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部３０Ａと、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部３０Ｂを一体的に備えている。なお、ラジアル・スラスト軸受３０が特許請求の範囲に記載の軸受の一例に相当し、スラスト軸受２０が負荷側スラスト軸受の一例に相当する。
【００１３】
軸受１０，２０，３０は、流体を噴出して主軸３及びスラストディスク３ａとの間に流体膜を形成することにより非接触で支持する流体軸受である。本実施形態では、流体として圧縮空気を用いる場合を一例として説明するが、これに限定するものではなく、高圧水や高圧オイル等、他の流体を用いてもよい。
【００１４】
図１に示すように、ハウジング２には、軸受１０，２０，３０に圧縮空気を供給するための給気通路７と、空気を排気するための排気通路８が設けられている。これら給気通路７及び排気通路８は、ハウジング２の円周方向の適宜の箇所（１箇所でも複数箇所でもよい）に設けられている。図１に示す例では、給気通路７と排気通路８とが円周方向において対向配置されている。なお、給気通路７が、特許請求の範囲に記載の第１供給路の一例に相当する。
【００１５】
＜ラジアル軸受の構成＞
次に、ラジアル軸受１０の構成について説明する。ラジアル軸受１０は、ハウジング２の内周側に嵌合されている。ラジアル軸受１０は、軸受本体部１１と、軸受本体部１１の内周側に接着等により設けられ、主軸３の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ１２とを有している。軸受本体部１１は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ１２は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。軸受本体部１１には、給気通路７に連通する給気通路１３ａ，１３ｂが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ１２には、給気通路１３ａ，１３ｂにそれぞれ連通し、主軸３の表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル１４ａ，１４ｂが設けられている。これら給気通路１３及び給気ノズル１４は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、軸方向の２箇所に給気通路１３及び給気ノズル１４を設けているが、１箇所あるいは３箇所以上としてもよい。
【００１６】
ラジアル軸受１０の軸受本体部１１には、冷媒を循環させるための冷媒流路１５が軸方向略中央位置に設けられている。冷媒流路１５は、軸受本体部１１の外周面に凹状の溝として形成されており、ハウジング２に設けられた冷媒流路（図示省略）に連通している。なお、図示しないハウジング２の冷媒流路が、特許請求の範囲に記載の第１冷媒流路の一例に相当する。
【００１７】
ラジアル軸受１０の軸受本体部１１の外周面には、Ｏリング用の溝１６が軸方向の４箇所に設けられており、これらの溝１６にそれぞれＯリング５１が嵌め込まれている。溝１６及びＯリング５１は、負荷側の給気通路１３ａのさらに負荷側、給気通路１３ａと冷媒流路１５との間、冷媒流路１５と給気通路１３ｂとの間、反負荷側の給気通路１３ｂのさらに反負荷側、の４箇所に位置している。これらのＯリング５１により、ハウジング２とラジアル軸受１０との接合面における冷媒流路１５の密封と、給気通路７と給気通路１３ａ，１３ｂとの連通部の密封が行われる。
【００１８】
＜ラジアル・スラスト軸受の構成等＞
次に、ラジアル・スラスト軸受３０の構成について説明する。ラジアル・スラスト軸受３０は、ラジアル軸受部３０Ａがハウジング２の内周側に嵌合され、スラスト軸受部３０Ｂがハウジング２の負荷側に固定されている。ラジアル・スラスト軸受３０は、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂに跨って設けられた断面視略Ｌ字型の軸受本体部３１と、ラジアル軸受部３０Ａにおいて軸受本体部３１の内周側に接着等により設けられ、主軸３の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ３２と、スラスト軸受部３０Ｂにおいて軸受本体部３１の内周側に接着等により設けられ、主軸３及びスラストディスク３ａの表面に対向して配置された断面視略Ｌ字型のスラスト軸受用スリーブ３３とを有している。ラジアル軸受１０と同様に、軸受本体部３１は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ３２及びスラスト軸受用スリーブ３３は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。
【００１９】
軸受本体部３１のラジアル軸受部３０Ａ部分には、給気通路７に連通する給気通路３４ａ，３４ｂが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ３２には、給気通路３４ａ，３４ｂにそれぞれ連通し、主軸３の表面に圧縮空気を噴出する２つの給気ノズル３５ａ，３５ｂが設けられている。また、軸受本体部３１のスラスト軸受部３０Ｂ部分には、給気通路７に連通する給気通路３４ｃが設けられており、スラスト軸受用スリーブ３３には、給気通路３４ｃに連通し、スラストディスク３ａの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル３５ｃが設けられている。これら給気通路３４及び給気ノズル３５は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、ラジアル軸受部３０Ａにおいて軸方向の２箇所に給気通路３４及び給気ノズル３５を設けているが、１箇所あるいは３箇所以上としてもよい。また、スラスト軸受部３０Ｂにおいて半径方向の１箇所に給気ノズル３５ｃを設けているが、２箇所以上としてもよい。なお、給気通路３４ｃが特許請求の範囲に記載の第２供給路の一例に相当する。
【００２０】
軸受本体部３１のラジアル軸受部３０Ａ部分には、冷媒を循環させるための冷媒流路３６が設けられている。冷媒流路３６は、軸受本体部３１の外周面に凹状の溝として形成されており、ハウジング２に設けられた冷媒流路（図示省略）に連通している。また、軸受本体部３１のラジアル軸受部３０Ａ部分の外周面には、Ｏリング用の溝３７が軸方向の４箇所に設けられており、これらの溝３７にそれぞれＯリング５２が嵌め込まれている。溝３７及びＯリング５２の位置関係は、前述のラジアル軸受１０と同様である。これらのＯリング５２により、ハウジング２とラジアル・スラスト軸受３０との接合面における冷媒流路３６の密封と、給気通路７と給気通路３４ａ，３４ｂとの連通部の密封が行われる。なお、冷媒流路３６が特許請求の範囲に記載の第２冷媒流路の一例に相当する。
【００２１】
なお、軸受本体部３１のスラスト軸受部３０Ｂ部分には、排気通路８に連通する排気通路３８が設けられている。排気通路３８は、軸受本体部３１の円周方向の適宜の箇所（１箇所でも複数箇所でもよい）に設けられている。図１に示す例では、給気通路３４ｃと排気通路３８とが円周方向において対向配置されている。
【００２２】
ハウジング２とスラスト軸受部３０Ｂとの接合面において給気通路７と給気通路３４ｃとの連通部を密封するＯリング５３を設置するための凹部５４が、ハウジング２の負荷側の表面２ａに設けられている。同様に、排気通路８と排気通路３８との連通部を密封するＯリング５５を設置するための凹部５６が、ハウジング２の負荷側の表面２ａに設けられている。なお、凹部５４が特許請求の範囲に記載の第１凹部の一例に相当する。
【００２３】
図２に示すように、スラスト軸受部３０Ｂの円周方向の複数箇所には貫通孔３９が設けられており、この貫通孔３９を複数の固定ボルト５０がそれぞれ主軸３の軸方向に貫通し、ハウジング２のネジ孔（図示省略）に螺合することにより、ラジアル・スラスト軸受３０がハウジング２に固定されている。
【００２４】
＜スペーサの構成等＞
次に、スペーサ４０の構成について説明する。ラジアル・スラスト軸受３０のスラスト軸受部３０Ｂの負荷側には、スペーサ４０が設けられている。図２に示すように、スペーサ４０の円周方向の複数箇所（貫通孔３９と対応する位置）には、固定ボルト５０用の貫通孔４１が設けられている。スペーサ４０は、貫通孔４１を貫通した固定ボルト５０によりスラスト軸受部３０Ｂの負荷側に固定されることで、スラストディスク３ａの外周側に配置される。図１に示すように、スペーサ４０は、スラスト軸受部３０Ｂの給気通路３４ｃに連通し、スペーサ４０を軸方向に貫通する給気通路４２を有している。またスペーサ４０は、スラスト軸受部３０Ｂの排気通路３８に連通する排気通路４３を有している。排気通路４３の端部は、スラストディスク３ａと対向する内周面４０ａに開口している。図１に示す例では、給気通路４２と排気通路４３とが円周方向において対向配置されている。なお、給気通路４２が特許請求の範囲に記載の第３供給路の一例に相当する。
【００２５】
スラスト軸受部３０Ｂとスペーサ４０との接合面において給気通路３４ｃと給気通路４２との連通部を密封するＯリング５７を設置するための凹部５８が、スラスト軸受部３０Ｂの負荷側の表面３０ｂに設けられている。同様に、スラスト軸受部３０Ｂとスペーサ４０との接合面において排気通路３８と排気通路４３との連通部を密封するＯリング５９を設置するための凹部６０が、スラスト軸受部３０Ｂの負荷側の表面３０ｂに設けられている。なお、凹部５８が特許請求の範囲に記載の第２凹部の一例に相当する。
【００２６】
＜スラスト軸受の構成等＞
次に、スラスト軸受２０の構成について説明する。スペーサ４０の負荷側には、スラスト軸受２０が設けられている。図２に示すように、スラスト軸受２０の円周方向の複数箇所（貫通孔４１と対応する位置）には、固定ボルト５０用の貫通孔２１が設けられている。スラスト軸受２０は、貫通孔２１を貫通した固定ボルト５０によりスペーサ４０の負荷側に固定されることで、スラストディスク３ａを挟んでスラスト軸受部３０Ｂと対向配置されている。
【００２７】
スラスト軸受２０は、軸受本体部２２と、軸受本体部２２の内周側に接着等により設けられ、主軸３及びスラストディスク３ａの表面に対向して配置された断面視略Ｌ字型のスラスト軸受用スリーブ２３とを有している。ラジアル軸受１０やラジアル・スラスト軸受３０と同様に、軸受本体部２２は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、スラスト軸受用スリーブ２３は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。
【００２８】
図１に示すように、軸受本体部２２には、スペーサ４０の給気通路４２に連通する給気通路２４が設けられており、スラスト軸受用スリーブ２３には、給気通路２４に連通し、スラストディスク３ａの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル２５が設けられている。これら給気通路２４及び給気ノズル２５は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、半径方向の１箇所に給気ノズル２５を設けているが、２箇所以上としてもよい。なお、給気通路２４が特許請求の範囲に記載の第４供給路の一例に相当する。
【００２９】
スペーサ４０とスラスト軸受２０との接合面において給気通路４２と給気通路２４との連通部を密封するＯリング６１を設置するための凹部６２が、スペーサ４０の負荷側の表面４０ｂに設けられている。なお、凹部６２が特許請求の範囲に記載の第３凹部の一例に相当する。
【００３０】
＜スピンドル装置の動作＞
次に、スピンドル装置１の動作について説明する。スピンドル装置１において、給気通路７に圧縮空気を供給すると、圧縮空気が給気ノズル１４ａ，１４ｂを通過し、ラジアル軸受１０と主軸３の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル３５ａ，３５ｂを通過し、ラジアル・スラスト軸受３０のラジアル軸受部３０Ａと主軸３の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成すると共に、給気ノズル３５ｃを通過し、スラスト軸受部３０Ｂとスラストディスク３ａの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル２５を通過し、スラスト軸受２０とスラストディスク３ａの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。これにより、主軸３はラジアル方向及びスラスト方向の両方向に対して非接触で支持される。このようにして、主軸３は軸受１０，２０，３０により非接触で支持された状態で、モータ４によって駆動される。
【００３１】
一方、軸受１０，２０，３０に供給された圧縮空気の排気経路は次のようになる。図１に示すように、スラスト軸受２０に供給された空気の一部は、負荷側の排気隙間７１から外部へ排気される。また、ラジアル・スラスト軸受３０のスラスト軸受部３０Ｂに供給された空気の一部は、排気経路７２を通って排気通路４３，３８，８を経由し、排気経路７３へ流入すると共に、ラジアル軸受部３０Ａに供給された空気の一部は、排気経路７４を通って排気通路８を経由し、排気経路７３へ流入する。さらに、ラジアル軸受１０に供給された空気の一部は直接排気経路７３に流入する。このようにして排気経路７３に流入した空気は、モータ４の回転子４ａと固定子４ｂの間の磁気的空隙７５を通過する際に、固定子４ｂで発生した熱を強制対流に伴う熱伝達により冷却し、排出孔６ａを介してハウジング２の外部に放熱する。
【００３２】
なお、固定子４ｂで発生した熱の放熱経路は、前述の磁気的空隙７５を通過する空気によって奪われる経路以外に、次の２つの経路が存在する。１つは、固定子４ｂで発生した熱がスリーブ５を介してハウジング２へ熱伝導し、ハウジング２の外周面から空気中へ放熱される経路である。もう１つは、固定子４ｂで発生した熱が磁気的空隙７５を介して主軸３へ輻射熱伝達し、主軸３を介して放熱される経路である。主軸３に熱伝達された熱は主軸３の全体に広がり、主軸３の軸端面から直接空気中へ放熱されるか、軸受１０，２０，３０より主軸３及びスラストディスク３ａの表面に噴出される圧縮空気に熱伝達するか、あるいは、軸受隙間を介して軸受１０，２０，３０へ伝達し、直接若しくはハウジング２等を介して空気中へ放熱される。
【００３３】
＜軸受の交換手順＞
次に、図３を用いて軸受の交換手順について説明する。主軸３を非接触状態で支持するスピンドル装置１では、停電などで主軸３の浮上制御が不能になった時や装置の停止時ごとに主軸３と軸受１０，２０，３０とが接触するため、軸受１０，２０，３０に損傷を招く可能性がある。特に、負荷側に配置されるスラスト軸受２０及びラジアル・スラスト軸受３０は、反負荷側のラジアル軸受１０よりも接触が生じ易いため、交換頻度が多くなるのが一般的である。したがって、ここではスラスト軸受２０及びラジアル・スラスト軸受３０を交換する場合の手順について説明する。
【００３４】
図３に示す手順は、作業し易いようにスピンドル装置１の負荷側を上側に向けた状態で軸受交換作業を行う場合の一例である。まず図３（ａ）に示すように、全ての固定ボルト５０を緩め、スピンドル装置１より取り外す。次に図３（ｂ）に示すように、スラスト軸受２０及びスペーサ４０の順に上側へ向けて取り外す。次に図３（ｃ）に示すように、主軸３を上側へ向けて引き抜き、ハウジング２より取り外す。その後、図３（ｄ）に示すように、ラジアル・スラスト軸受３０を上側へ向けて引き抜き、ハウジング２より取り外す。ラジアル・スラスト軸受３０のラジアル軸受部３０Ａはハウジング２の内周側に嵌合されているが、例えば、スラスト軸受部３０Ｂの周方向複数箇所にネジ孔（図示省略）を設けておき、これに螺合させたネジ（図示省略）をハウジング２の負荷側の表面２ａに当接させつつネジを締め込むことで、スラスト軸受部３０Ｂを表面２ａより離間させ、ラジアル軸受部３０Ａをハウジング２より引き抜くことが可能である。
【００３５】
このようにして取り外したスラスト軸受２０及びラジアル・スラスト軸受３０について、必要に応じ、スラスト軸受用スリーブ２３，３３やラジアル軸受用スリーブ３２の交換を行う。スリーブの交換後、上述と逆の手順により、ラジアル・スラスト軸受３０、主軸３、スペーサ４０、スラスト軸受２０をハウジング２に取り付け、固定ボルト５０を締結する。これにより、軸受の交換が終了する。
【００３６】
＜実施形態の効果＞
以上説明した実施形態によれば、スピンドル装置１が、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部３０Ａ、及び、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部３０Ｂを一体的に備えたラジアル・スラスト軸受３０を有している。このように、ラジアル軸受とスラスト軸受を一体の軸受として構成することで、ラジアル軸受とスラスト軸受の着脱作業を一度に行うことができるので、軸受の交換を容易に行うことができる。特に、交換頻度の高い負荷側においてラジアル軸受とスラスト軸受を一体とするので、効果が高い。
【００３７】
また本実施形態においては、スラスト軸受部３０Ｂを主軸３の軸方向に貫通させた固定ボルト５０により、ラジアル・スラスト軸受３０とハウジング２とを固定する。これにより、次のような効果を得ることができる。例えば、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂを別体としたスピンドル装置を考えた場合、ラジアル軸受部３０Ａに作用するラジアル方向の荷重は、その外周側に位置するハウジング２によってのみ支持される。これに対し、本実施形態においてはラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂを一体の軸受として構成し、固定ボルト５０をスラスト軸受部３０Ｂに貫通させて固定するので、ラジアル軸受部３０Ａに作用するラジアル方向の荷重を、ハウジング２だけでなく固定ボルト５０によっても受けることができる。これにより、ラジアル方向の耐荷重を増大させ、スピンドル装置１の耐久性、信頼性を向上することができる。
【００３８】
さらに、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂは互いに直角となるように配置する必要があるが、これらを一体の部材とすることで同時加工することが可能となるため、別体とする場合に比べて直角の精度を出しやすい。したがって、スピンドル装置１の信頼性をさらに向上することができる。
【００３９】
また、本実施形態では特に、軸受１０，２０，３０の軸受本体部１１，２２，３１の内周側に、主軸３及びスラストディスク３ａと対向配置されるスリーブ１２，２３，３２，３３を設ける。これにより、軸受１０，２０，３０の交換の際には、主軸３やスラストディスク３ａとの接触により損傷したスリーブ部分のみを交換すれば足り、軸受全体を交換する場合に比べてコストを削減できる。特にラジアル・スラスト軸受３０では、スリーブを、ラジアル軸受用スリーブ３２とスラスト軸受用スリーブ３３の２部材で構成する。これにより、損傷部分がラジアル軸受部３０Ａ及びスラスト軸受部３０Ｂの一方側のみである場合に、該当するスリーブのみを交換すれば足り、スリーブ全体を交換する場合に比べてさらにコストを削減できる。このようにして、軸受の交換を容易に行うことを可能としつつ、交換に要するコストを必要最小限にすることができる。
【００４０】
なお、上述のように、固定子４ｂで発生した熱は、ハウジング２に熱伝導すると共に、磁気的空隙７５を介して主軸３に熱伝達する。さらに、ラジアル軸受１０及びラジアル・スラスト軸受３０と主軸３間の狭い隙間に流入した圧縮空気が主軸３の回転により発熱する。この圧縮空気で発生した熱は、軸受１０，３０及び主軸３それぞれに熱伝達する。そして、本実施形態では特に、ハウジング２が冷媒流路を有すると共に、ラジアル軸受１０及びラジアル・スラスト軸受３０がハウジング２の冷媒流路に連通する冷媒流路１５，３６をそれぞれ有している。これにより、固定子４ｂよりハウジング２に熱伝導した熱を冷媒流路を循環する冷媒によって冷却できると共に、圧縮空気より軸受１０，３０に熱伝達した熱や、主軸３を介して軸受１０，３０に熱伝達した熱を、冷媒流路１５，３６を循環する冷媒によって冷却することができる。また、冷媒流路１５，３６を流れる冷媒によりラジアル軸受１０の給気ノズル１４ａ，１４ｂより噴出される圧縮空気及びラジアル・スラスト軸受３０の給気ノズル３５ａ，３５ｂ，３５ｃより噴出される圧縮空気を冷却できるので、軸受１０，３０や主軸３を効率的に冷却できる。さらに、圧縮空気を冷却できる結果、空気の排出経路に位置する固定子４ｂで発生した熱を効率的に冷却できる。また、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂを一体の軸受として構成するので、ラジアル軸受部３０Ａに設けた冷媒流路３６によってスラスト軸受部３０Ｂについても熱伝導により冷却でき、別体とする場合に比べて軸受全体について効率的に冷却できる。以上のようにして、スピンドル装置１の冷却効率を向上できる。
【００４１】
また、本実施形態では特に、ハウジング２とスラスト軸受部３０Ｂとの接合面、スラスト軸受部３０Ｂとスペーサ４０との接合面、スペーサ４０とスラスト軸受２０との接合面において、各給気通路の連通部を密封するＯリング５３，５７，６１を設置するための凹部５４，５８，６２がそれぞれ、ハウジング２の負荷側の表面２ａ、スラスト軸受部３０Ｂの負荷側の表面３０ｂ、スペーサ４０の負荷側の表面４０ｂに設けられている。これにより、軸受の交換作業の際に各凹部５４，５８，６２がハウジング２、スラスト軸受部３０Ｂ及びスペーサ４０の上面に位置することとなるので、Ｏリング５３，５７，６１の着脱が容易となり、且つ、設置したＯリングの脱落を防止できる。なお、各排気通路の連通部を密封するＯリング５５，５９を設置するための凹部５６，６０についても同様の構成となっており、同様の効果を奏する。したがって、軸受の交換をさらに容易に行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態では特に、軸受１０，２０，３０のスリーブ１２，２３，３２，３３を自己潤滑性が高いカーボン等で構成することにより、スリーブ１２，２３，３２，３３が主軸３と接触した際の焼き付き等による損傷を抑制することができる。一方、軸受１０，２０，３０の軸受本体部１１，２２，３１を剛性の高いステンレス等で構成することにより、軸受１０，２０，３０の剛性を確保できる。
【００４３】
＜変形例＞
なお、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態ではラジアル軸受が２つ（ラジアル軸受１０とラジアル軸受部３０Ａ）である場合を一例として説明したが、ラジアル軸受が１つ（ラジアル軸受１０を設けず、ラジアル軸受部３０Ａのみ）、あるいは３つ以上である構成としてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、モータ４を反負荷側に配置した構成としたが、例えばモータ４をラジアル軸受１０とラジアル・スラスト軸受３０との間に配置する等、軸方向中央位置に配置した構成としてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、各軸受が流体軸受である場合を一例として説明したが、例えば磁力により主軸３を非接触で支持する磁気軸受としてもよい。
【００４７】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１ スピンドル装置
２ ハウジング
２ａ 表面
３ 主軸
３ａ スラストディスク
４ モータ
４ａ 回転子
４ｂ 固定子
７ 給気通路（第１供給路）
２４ 給気通路（第４供給路）
３０ ラジアル・スラスト軸受（軸受）
３０Ａ ラジアル軸受部
３０Ｂ スラスト軸受部
３０ｂ 表面
３１ 軸受本体部
３２ ラジアル軸受用スリーブ
３３ スラスト軸受用スリーブ
３４ｃ 給気通路（第２供給路）
３６ 冷媒流路（第２冷媒流路）
４０ スペーサ
４０ｂ 表面
４２ 給気通路（第３供給路）
５０ 固定ボルト
５３ Ｏリング
５４ 凹部（第１凹部）
５７ Ｏリング
５８ 凹部（第２凹部）
６１ Ｏリング
６２ 凹部（第３凹部）
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、主軸を非接触状態で支持するスピンドル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハウジング内に収納した主軸と、主軸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と、主軸の負荷側に設けたスラストディスクの径方向に設けたスペーサの両側を挟み込むように配置され、主軸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とを有する静圧空気軸受スピンドルが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３２５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スピンドル装置では、軸受を取り外して交換する場合があるが、上記従来技術では、軸受の交換について特に工夫等は施されていなかった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、軸受の交換を容易に行うことができるスピンドル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、ハウジングと、前記ハウジングに収納され、スラストディスクを備えた主軸と、前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部、及び、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部を一体的に備えた軸受と、前記スラスト軸受部を前記主軸の軸方向に貫通し、前記軸受と前記ハウジングとを固定する固定ボルトと、前記主軸に設けられた回転子、及び、前記ハウジングの内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、を有するスピンドル装置が適用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軸受の交換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るスピンドル装置の全体構成を表す縦断面図である。
【図２】実施形態に係るスピンドル装置の全体構成を表す他の縦断面図である。
【図３】軸受の交換手順を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
＜スピンドル装置の全体構成＞
まず、図１及び図２を用いてスピンドル装置の全体構成について説明する。なお、図１及び図２は、同一のスピンドル装置についての異なる角度での縦断面図である。以下では、図１及び図２中右側を負荷側、左側を反負荷側として説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るスピンドル装置１は、筒状のハウジング２と、ハウジング２に収納され、負荷側にスラストディスク３ａを備えた主軸３と、反負荷側に設けられたモータ４とを有している。モータ４は、主軸３の反負荷側に設けられた回転子４ａと、ハウジング２の内周側にスリーブ５を介して回転子４ａと対向するように設けられた固定子４ｂを有している。ハウジング２の反負荷側には、排出孔６ａを備えたバックプレート６が設けられている。
【００１２】
またスピンドル装置１は、反負荷側において主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受１０と、負荷側において主軸３のスラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受２０と、主軸３の軸方向においてこれらラジアル軸受１０とスラスト軸受２０の間に設けられ、主軸３のラジアル方向及びスラスト方向の両方向の支持を非接触で行うラジアル・スラスト軸受３０とを有している。ラジアル・スラスト軸受３０は、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部３０Ａと、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部３０Ｂを一体的に備えている。なお、ラジアル・スラスト軸受３０が特許請求の範囲に記載の軸受の一例に相当し、スラスト軸受２０が負荷側スラスト軸受の一例に相当する。
【００１３】
軸受１０，２０，３０は、流体を噴出して主軸３及びスラストディスク３ａとの間に流体膜を形成することにより非接触で支持する流体軸受である。本実施形態では、流体として圧縮空気を用いる場合を一例として説明するが、これに限定するものではなく、高圧水や高圧オイル等、他の流体を用いてもよい。
【００１４】
図１に示すように、ハウジング２には、軸受１０，２０，３０に圧縮空気を供給するための給気通路７と、空気を排気するための排気通路８が設けられている。これら給気通路７及び排気通路８は、ハウジング２の円周方向の適宜の箇所（１箇所でも複数箇所でもよい）に設けられている。図１に示す例では、給気通路７と排気通路８とが円周方向において対向配置されている。なお、給気通路７が、特許請求の範囲に記載の第１供給路の一例に相当する。
【００１５】
＜ラジアル軸受の構成＞
次に、ラジアル軸受１０の構成について説明する。ラジアル軸受１０は、ハウジング２の内周側に嵌合されている。ラジアル軸受１０は、軸受本体部１１と、軸受本体部１１の内周側に接着等により設けられ、主軸３の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ１２とを有している。軸受本体部１１は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ１２は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。軸受本体部１１には、給気通路７に連通する給気通路１３ａ，１３ｂが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ１２には、給気通路１３ａ，１３ｂにそれぞれ連通し、主軸３の表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル１４ａ，１４ｂが設けられている。これら給気通路１３及び給気ノズル１４は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、軸方向の２箇所に給気通路１３及び給気ノズル１４を設けているが、１箇所あるいは３箇所以上としてもよい。
【００１６】
ラジアル軸受１０の軸受本体部１１には、冷媒を循環させるための冷媒流路１５が軸方向略中央位置に設けられている。冷媒流路１５は、軸受本体部１１の外周面に凹状の溝として形成されており、ハウジング２に設けられた冷媒流路（図示省略）に連通している。なお、図示しないハウジング２の冷媒流路が、特許請求の範囲に記載の第１冷媒流路の一例に相当する。
【００１７】
ラジアル軸受１０の軸受本体部１１の外周面には、Ｏリング用の溝１６が軸方向の４箇所に設けられており、これらの溝１６にそれぞれＯリング５１が嵌め込まれている。溝１６及びＯリング５１は、負荷側の給気通路１３ａのさらに負荷側、給気通路１３ａと冷媒流路１５との間、冷媒流路１５と給気通路１３ｂとの間、反負荷側の給気通路１３ｂのさらに反負荷側、の４箇所に位置している。これらのＯリング５１により、ハウジング２とラジアル軸受１０との接合面における冷媒流路１５の密封と、給気通路７と給気通路１３ａ，１３ｂとの連通部の密封が行われる。
【００１８】
＜ラジアル・スラスト軸受の構成等＞
次に、ラジアル・スラスト軸受３０の構成について説明する。ラジアル・スラスト軸受３０は、ラジアル軸受部３０Ａがハウジング２の内周側に嵌合され、スラスト軸受部３０Ｂがハウジング２の負荷側に固定されている。ラジアル・スラスト軸受３０は、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂに跨って設けられた断面視略Ｌ字型の軸受本体部３１と、ラジアル軸受部３０Ａにおいて軸受本体部３１の内周側に接着等により設けられ、主軸３の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ３２と、スラスト軸受部３０Ｂにおいて軸受本体部３１の内周側に接着等により設けられ、主軸３及びスラストディスク３ａの表面に対向して配置された断面視略Ｌ字型のスラスト軸受用スリーブ３３とを有している。ラジアル軸受１０と同様に、軸受本体部３１は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ３２及びスラスト軸受用スリーブ３３は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。
【００１９】
軸受本体部３１のラジアル軸受部３０Ａ部分には、給気通路７に連通する給気通路３４ａ，３４ｂが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ３２には、給気通路３４ａ，３４ｂにそれぞれ連通し、主軸３の表面に圧縮空気を噴出する２つの給気ノズル３５ａ，３５ｂが設けられている。また、軸受本体部３１のスラスト軸受部３０Ｂ部分には、給気通路７に連通する給気通路３４ｃが設けられており、スラスト軸受用スリーブ３３には、給気通路３４ｃに連通し、スラストディスク３ａの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル３５ｃが設けられている。これら給気通路３４及び給気ノズル３５は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、ラジアル軸受部３０Ａにおいて軸方向の２箇所に給気通路３４及び給気ノズル３５を設けているが、１箇所あるいは３箇所以上としてもよい。また、スラスト軸受部３０Ｂにおいて半径方向の１箇所に給気ノズル３５ｃを設けているが、２箇所以上としてもよい。なお、給気通路３４ｃが特許請求の範囲に記載の第２供給路の一例に相当する。
【００２０】
軸受本体部３１のラジアル軸受部３０Ａ部分には、冷媒を循環させるための冷媒流路３６が設けられている。冷媒流路３６は、軸受本体部３１の外周面に凹状の溝として形成されており、ハウジング２に設けられた冷媒流路（図示省略）に連通している。また、軸受本体部３１のラジアル軸受部３０Ａ部分の外周面には、Ｏリング用の溝３７が軸方向の４箇所に設けられており、これらの溝３７にそれぞれＯリング５２が嵌め込まれている。溝３７及びＯリング５２の位置関係は、前述のラジアル軸受１０と同様である。これらのＯリング５２により、ハウジング２とラジアル・スラスト軸受３０との接合面における冷媒流路３６の密封と、給気通路７と給気通路３４ａ，３４ｂとの連通部の密封が行われる。なお、冷媒流路３６が特許請求の範囲に記載の第２冷媒流路の一例に相当する。
【００２１】
なお、軸受本体部３１のスラスト軸受部３０Ｂ部分には、排気通路８に連通する排気通路３８が設けられている。排気通路３８は、軸受本体部３１の円周方向の適宜の箇所（１箇所でも複数箇所でもよい）に設けられている。図１に示す例では、給気通路３４ｃと排気通路３８とが円周方向において対向配置されている。
【００２２】
ハウジング２とスラスト軸受部３０Ｂとの接合面において給気通路７と給気通路３４ｃとの連通部を密封するＯリング５３を設置するための凹部５４が、ハウジング２の負荷側の表面２ａに設けられている。同様に、排気通路８と排気通路３８との連通部を密封するＯリング５５を設置するための凹部５６が、ハウジング２の負荷側の表面２ａに設けられている。なお、凹部５４が特許請求の範囲に記載の第１凹部の一例に相当する。
【００２３】
図２に示すように、スラスト軸受部３０Ｂの円周方向の複数箇所には貫通孔３９が設けられており、この貫通孔３９を複数の固定ボルト５０がそれぞれ主軸３の軸方向に貫通し、ハウジング２のネジ孔（図示省略）に螺合することにより、ラジアル・スラスト軸受３０がハウジング２に固定されている。
【００２４】
＜スペーサの構成等＞
次に、スペーサ４０の構成について説明する。ラジアル・スラスト軸受３０のスラスト軸受部３０Ｂの負荷側には、スペーサ４０が設けられている。図２に示すように、スペーサ４０の円周方向の複数箇所（貫通孔３９と対応する位置）には、固定ボルト５０用の貫通孔４１が設けられている。スペーサ４０は、貫通孔４１を貫通した固定ボルト５０によりスラスト軸受部３０Ｂの負荷側に固定されることで、スラストディスク３ａの外周側に配置される。図１に示すように、スペーサ４０は、スラスト軸受部３０Ｂの給気通路３４ｃに連通し、スペーサ４０を軸方向に貫通する給気通路４２を有している。またスペーサ４０は、スラスト軸受部３０Ｂの排気通路３８に連通する排気通路４３を有している。排気通路４３の端部は、スラストディスク３ａと対向する内周面４０ａに開口している。図１に示す例では、給気通路４２と排気通路４３とが円周方向において対向配置されている。なお、給気通路４２が特許請求の範囲に記載の第３供給路の一例に相当する。
【００２５】
スラスト軸受部３０Ｂとスペーサ４０との接合面において給気通路３４ｃと給気通路４２との連通部を密封するＯリング５７を設置するための凹部５８が、スラスト軸受部３０Ｂの負荷側の表面３０ｂに設けられている。同様に、スラスト軸受部３０Ｂとスペーサ４０との接合面において排気通路３８と排気通路４３との連通部を密封するＯリング５９を設置するための凹部６０が、スラスト軸受部３０Ｂの負荷側の表面３０ｂに設けられている。なお、凹部５８が特許請求の範囲に記載の第２凹部の一例に相当する。
【００２６】
＜スラスト軸受の構成等＞
次に、スラスト軸受２０の構成について説明する。スペーサ４０の負荷側には、スラスト軸受２０が設けられている。図２に示すように、スラスト軸受２０の円周方向の複数箇所（貫通孔４１と対応する位置）には、固定ボルト５０用の貫通孔２１が設けられている。スラスト軸受２０は、貫通孔２１を貫通した固定ボルト５０によりスペーサ４０の負荷側に固定されることで、スラストディスク３ａを挟んでスラスト軸受部３０Ｂと対向配置されている。
【００２７】
スラスト軸受２０は、軸受本体部２２と、軸受本体部２２の内周側に接着等により設けられ、主軸３及びスラストディスク３ａの表面に対向して配置された断面視略Ｌ字型のスラスト軸受用スリーブ２３とを有している。ラジアル軸受１０やラジアル・スラスト軸受３０と同様に、軸受本体部２２は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、スラスト軸受用スリーブ２３は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。
【００２８】
図１に示すように、軸受本体部２２には、スペーサ４０の給気通路４２に連通する給気通路２４が設けられており、スラスト軸受用スリーブ２３には、給気通路２４に連通し、スラストディスク３ａの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル２５が設けられている。これら給気通路２４及び給気ノズル２５は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、半径方向の１箇所に給気ノズル２５を設けているが、２箇所以上としてもよい。なお、給気通路２４が特許請求の範囲に記載の第４供給路の一例に相当する。
【００２９】
スペーサ４０とスラスト軸受２０との接合面において給気通路４２と給気通路２４との連通部を密封するＯリング６１を設置するための凹部６２が、スペーサ４０の負荷側の表面４０ｂに設けられている。なお、凹部６２が特許請求の範囲に記載の第３凹部の一例に相当する。
【００３０】
＜スピンドル装置の動作＞
次に、スピンドル装置１の動作について説明する。スピンドル装置１において、給気通路７に圧縮空気を供給すると、圧縮空気が給気ノズル１４ａ，１４ｂを通過し、ラジアル軸受１０と主軸３の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル３５ａ，３５ｂを通過し、ラジアル・スラスト軸受３０のラジアル軸受部３０Ａと主軸３の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成すると共に、給気ノズル３５ｃを通過し、スラスト軸受部３０Ｂとスラストディスク３ａの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル２５を通過し、スラスト軸受２０とスラストディスク３ａの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。これにより、主軸３はラジアル方向及びスラスト方向の両方向に対して非接触で支持される。このようにして、主軸３は軸受１０，２０，３０により非接触で支持された状態で、モータ４によって駆動される。
【００３１】
一方、軸受１０，２０，３０に供給された圧縮空気の排気経路は次のようになる。図１に示すように、スラスト軸受２０に供給された空気の一部は、負荷側の排気隙間７１から外部へ排気される。また、ラジアル・スラスト軸受３０のスラスト軸受部３０Ｂに供給された空気の一部は、排気経路７２を通って排気通路４３，３８，８を経由し、排気経路７３へ流入すると共に、ラジアル軸受部３０Ａに供給された空気の一部は、排気経路７４を通って排気通路８を経由し、排気経路７３へ流入する。さらに、ラジアル軸受１０に供給された空気の一部は直接排気経路７３に流入する。このようにして排気経路７３に流入した空気は、モータ４の回転子４ａと固定子４ｂの間の磁気的空隙７５を通過する際に、固定子４ｂで発生した熱を強制対流に伴う熱伝達により冷却し、排出孔６ａを介してハウジング２の外部に放熱する。
【００３２】
なお、固定子４ｂで発生した熱の放熱経路は、前述の磁気的空隙７５を通過する空気によって奪われる経路以外に、次の２つの経路が存在する。１つは、固定子４ｂで発生した熱がスリーブ５を介してハウジング２へ熱伝導し、ハウジング２の外周面から空気中へ放熱される経路である。もう１つは、固定子４ｂで発生した熱が磁気的空隙７５を介して主軸３へ輻射熱伝達し、主軸３を介して放熱される経路である。主軸３に熱伝達された熱は主軸３の全体に広がり、主軸３の軸端面から直接空気中へ放熱されるか、軸受１０，２０，３０より主軸３及びスラストディスク３ａの表面に噴出される圧縮空気に熱伝達するか、あるいは、軸受隙間を介して軸受１０，２０，３０へ伝達し、直接若しくはハウジング２等を介して空気中へ放熱される。
【００３３】
＜軸受の交換手順＞
次に、図３を用いて軸受の交換手順について説明する。主軸３を非接触状態で支持するスピンドル装置１では、停電などで主軸３の浮上制御が不能になった時や装置の停止時ごとに主軸３と軸受１０，２０，３０とが接触するため、軸受１０，２０，３０に損傷を招く可能性がある。特に、負荷側に配置されるスラスト軸受２０及びラジアル・スラスト軸受３０は、反負荷側のラジアル軸受１０よりも接触が生じ易いため、交換頻度が多くなるのが一般的である。したがって、ここではスラスト軸受２０及びラジアル・スラスト軸受３０を交換する場合の手順について説明する。
【００３４】
図３に示す手順は、作業し易いようにスピンドル装置１の負荷側を上側に向けた状態で軸受交換作業を行う場合の一例である。まず図３（ａ）に示すように、全ての固定ボルト５０を緩め、スピンドル装置１より取り外す。次に図３（ｂ）に示すように、スラスト軸受２０及びスペーサ４０の順に上側へ向けて取り外す。次に図３（ｃ）に示すように、主軸３を上側へ向けて引き抜き、ハウジング２より取り外す。その後、図３（ｄ）に示すように、ラジアル・スラスト軸受３０を上側へ向けて引き抜き、ハウジング２より取り外す。ラジアル・スラスト軸受３０のラジアル軸受部３０Ａはハウジング２の内周側に嵌合されているが、例えば、スラスト軸受部３０Ｂの周方向複数箇所にネジ孔（図示省略）を設けておき、これに螺合させたネジ（図示省略）をハウジング２の負荷側の表面２ａに当接させつつネジを締め込むことで、スラスト軸受部３０Ｂを表面２ａより離間させ、ラジアル軸受部３０Ａをハウジング２より引き抜くことが可能である。
【００３５】
このようにして取り外したスラスト軸受２０及びラジアル・スラスト軸受３０について、必要に応じ、スラスト軸受用スリーブ２３，３３やラジアル軸受用スリーブ３２の交換を行う。スリーブの交換後、上述と逆の手順により、ラジアル・スラスト軸受３０、主軸３、スペーサ４０、スラスト軸受２０をハウジング２に取り付け、固定ボルト５０を締結する。これにより、軸受の交換が終了する。
【００３６】
＜実施形態の効果＞
以上説明した実施形態によれば、スピンドル装置１が、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部３０Ａ、及び、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部３０Ｂを一体的に備えたラジアル・スラスト軸受３０を有している。このように、ラジアル軸受とスラスト軸受を一体の軸受として構成することで、ラジアル軸受とスラスト軸受の着脱作業を一度に行うことができるので、軸受の交換を容易に行うことができる。特に、交換頻度の高い負荷側においてラジアル軸受とスラスト軸受を一体とするので、効果が高い。
【００３７】
また本実施形態においては、スラスト軸受部３０Ｂを主軸３の軸方向に貫通させた固定ボルト５０により、ラジアル・スラスト軸受３０とハウジング２とを固定する。これにより、次のような効果を得ることができる。例えば、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂを別体としたスピンドル装置を考えた場合、ラジアル軸受部３０Ａに作用するラジアル方向の荷重は、その外周側に位置するハウジング２によってのみ支持される。これに対し、本実施形態においてはラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂを一体の軸受として構成し、固定ボルト５０をスラスト軸受部３０Ｂに貫通させて固定するので、ラジアル軸受部３０Ａに作用するラジアル方向の荷重を、ハウジング２だけでなく固定ボルト５０によっても受けることができる。これにより、ラジアル方向の耐荷重を増大させ、スピンドル装置１の耐久性、信頼性を向上することができる。
【００３８】
さらに、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂは互いに直角となるように配置する必要があるが、これらを一体の部材とすることで同時加工することが可能となるため、別体とする場合に比べて直角の精度を出しやすい。したがって、スピンドル装置１の信頼性をさらに向上することができる。
【００３９】
また、本実施形態では特に、軸受１０，２０，３０の軸受本体部１１，２２，３１の内周側に、主軸３及びスラストディスク３ａと対向配置されるスリーブ１２，２３，３２，３３を設ける。これにより、軸受１０，２０，３０の交換の際には、主軸３やスラストディスク３ａとの接触により損傷したスリーブ部分のみを交換すれば足り、軸受全体を交換する場合に比べてコストを削減できる。特にラジアル・スラスト軸受３０では、スリーブを、ラジアル軸受用スリーブ３２とスラスト軸受用スリーブ３３の２部材で構成する。これにより、損傷部分がラジアル軸受部３０Ａ及びスラスト軸受部３０Ｂの一方側のみである場合に、該当するスリーブのみを交換すれば足り、スリーブ全体を交換する場合に比べてさらにコストを削減できる。このようにして、軸受の交換を容易に行うことを可能としつつ、交換に要するコストを必要最小限にすることができる。
【００４０】
なお、上述のように、固定子４ｂで発生した熱は、ハウジング２に熱伝導すると共に、磁気的空隙７５を介して主軸３に熱伝達する。さらに、ラジアル軸受１０及びラジアル・スラスト軸受３０と主軸３間の狭い隙間に流入した圧縮空気が主軸３の回転により発熱する。この圧縮空気で発生した熱は、軸受１０，３０及び主軸３それぞれに熱伝達する。そして、本実施形態では特に、ハウジング２が冷媒流路を有すると共に、ラジアル軸受１０及びラジアル・スラスト軸受３０がハウジング２の冷媒流路に連通する冷媒流路１５，３６をそれぞれ有している。これにより、固定子４ｂよりハウジング２に熱伝導した熱を冷媒流路を循環する冷媒によって冷却できると共に、圧縮空気より軸受１０，３０に熱伝達した熱や、主軸３を介して軸受１０，３０に熱伝達した熱を、冷媒流路１５，３６を循環する冷媒によって冷却することができる。また、冷媒流路１５，３６を流れる冷媒によりラジアル軸受１０の給気ノズル１４ａ，１４ｂより噴出される圧縮空気及びラジアル・スラスト軸受３０の給気ノズル３５ａ，３５ｂ，３５ｃより噴出される圧縮空気を冷却できるので、軸受１０，３０や主軸３を効率的に冷却できる。さらに、圧縮空気を冷却できる結果、空気の排出経路に位置する固定子４ｂで発生した熱を効率的に冷却できる。また、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂを一体の軸受として構成するので、ラジアル軸受部３０Ａに設けた冷媒流路３６によってスラスト軸受部３０Ｂについても熱伝導により冷却でき、別体とする場合に比べて軸受全体について効率的に冷却できる。以上のようにして、スピンドル装置１の冷却効率を向上できる。
【００４１】
また、本実施形態では特に、ハウジング２とスラスト軸受部３０Ｂとの接合面、スラスト軸受部３０Ｂとスペーサ４０との接合面、スペーサ４０とスラスト軸受２０との接合面において、各給気通路の連通部を密封するＯリング５３，５７，６１を設置するための凹部５４，５８，６２がそれぞれ、ハウジング２の負荷側の表面２ａ、スラスト軸受部３０Ｂの負荷側の表面３０ｂ、スペーサ４０の負荷側の表面４０ｂに設けられている。これにより、軸受の交換作業の際に各凹部５４，５８，６２がハウジング２、スラスト軸受部３０Ｂ及びスペーサ４０の上面に位置することとなるので、Ｏリング５３，５７，６１の着脱が容易となり、且つ、設置したＯリングの脱落を防止できる。なお、各排気通路の連通部を密封するＯリング５５，５９を設置するための凹部５６，６０についても同様の構成となっており、同様の効果を奏する。したがって、軸受の交換をさらに容易に行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態では特に、軸受１０，２０，３０のスリーブ１２，２３，３２，３３を自己潤滑性が高いカーボン等で構成することにより、スリーブ１２，２３，３２，３３が主軸３と接触した際の焼き付き等による損傷を抑制することができる。一方、軸受１０，２０，３０の軸受本体部１１，２２，３１を剛性の高いステンレス等で構成することにより、軸受１０，２０，３０の剛性を確保できる。
【００４３】
＜変形例＞
なお、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態ではラジアル軸受が２つ（ラジアル軸受１０とラジアル軸受部３０Ａ）である場合を一例として説明したが、ラジアル軸受が１つ（ラジアル軸受１０を設けず、ラジアル軸受部３０Ａのみ）、あるいは３つ以上である構成としてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、モータ４を反負荷側に配置した構成としたが、例えばモータ４をラジアル軸受１０とラジアル・スラスト軸受３０との間に配置する等、軸方向中央位置に配置した構成としてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、各軸受が流体軸受である場合を一例として説明したが、例えば磁力により主軸３を非接触で支持する磁気軸受としてもよい。
【００４７】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１ スピンドル装置
２ ハウジング
２ａ 表面
３ 主軸
３ａ スラストディスク
４ モータ
４ａ 回転子
４ｂ 固定子
７ 給気通路（第１供給路）
２４ 給気通路（第４供給路）
３０ ラジアル・スラスト軸受（軸受）
３０Ａ ラジアル軸受部
３０Ｂ スラスト軸受部
３０ｂ 表面
３１ 軸受本体部
３２ ラジアル軸受用スリーブ
３３ スラスト軸受用スリーブ
３４ｃ 給気通路（第２供給路）
３６ 冷媒流路（第２冷媒流路）
４０ スペーサ
４０ｂ 表面
４２ 給気通路（第３供給路）
５０ 固定ボルト
５３ Ｏリング
５４ 凹部（第１凹部）
５７ Ｏリング
５８ 凹部（第２凹部）
６１ Ｏリング
６２ 凹部（第３凹部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに収納され、スラストディスクを備えた主軸と、
前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部、及び、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部を一体的に備えた軸受と、
前記スラスト軸受部を前記主軸の軸方向に貫通し、前記軸受と前記ハウジングとを固定する固定ボルトと、
前記主軸に設けられた回転子、及び、前記ハウジングの内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、を有する
ことを特徴とするスピンドル装置。
【請求項２】
前記軸受は、
前記ラジアル軸受部と前記スラスト軸受部に跨って設けられた軸受本体部と、
前記ラジアル軸受部において前記軸受本体部の内周側に設けられ、前記主軸の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブと、
前記スラスト軸受部において前記軸受本体部の内周側に設けられ、前記スラストディスクの表面に対向して配置されたスラスト軸受用スリーブと、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、
冷媒を循環させる第１冷媒流路を有し、
前記軸受は、
前記第１冷媒流路に連通する第２冷媒流路を前記ラジアル軸受部に有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドル装置。
【請求項４】
前記軸受は、
流体を噴出して前記主軸及び前記スラストディスクを支持する流体軸受であり、
前記ハウジングは、
前記軸受に前記流体を供給するための第１供給路を有し、
前記スラスト軸受部は、
前記固定ボルトにより前記ハウジングの負荷側に固定され、前記第１供給路に連通する第２供給路を有し、
前記ハウジングと前記スラスト軸受部との接合面において前記第１供給路と前記第２供給路との連通部を密封するＯリングを設置するための第１凹部が、前記ハウジングの負荷側の表面に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスピンドル装置。
【請求項５】
前記固定ボルトにより前記スラスト軸受部の負荷側に固定されることで前記スラストディスクの外周側に配置され、前記第２供給路に連通する第３供給路を有するスペーサと、
前記固定ボルトにより前記スペーサの負荷側に固定されることで前記スラストディスクを挟んで前記スラスト軸受部と対向配置され、前記第３供給路に連通する第４供給路を有する負荷側スラスト軸受と、をさらに有し、
前記スラスト軸受部と前記スペーサとの接合面において前記第２供給路と前記第３供給路との連通部を密封するＯリングを設置するための第２凹部が、前記スラスト軸受部の負荷側の表面に設けられ、
前記スペーサと前記負荷側スラスト軸受との接合面において前記第３供給路と前記第４供給路との連通部を密封するＯリングを設置するための第３凹部が、前記スペーサの負荷側の表面に設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。
【請求項６】
前記軸受本体部は、
ステンレスで構成されており、
前記ラジアル軸受用スリーブ及び前記スラスト軸受用スリーブは、
カーボンで構成されている
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のスピンドル装置。
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに収納され、スラストディスクを備えた主軸と、
前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部、及び、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部を一体的に備えた軸受と、
前記スラスト軸受部を前記主軸の軸方向に貫通し、前記軸受と前記ハウジングとを固定する固定ボルトと、
前記主軸に設けられた回転子、及び、前記ハウジングの内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、を有する
ことを特徴とするスピンドル装置。
【請求項２】
前記軸受は、
前記ラジアル軸受部と前記スラスト軸受部に跨って設けられた軸受本体部と、
前記ラジアル軸受部において前記軸受本体部の内周側に設けられ、前記主軸の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブと、
前記スラスト軸受部において前記軸受本体部の内周側に設けられ、前記スラストディスクの表面に対向して配置されたスラスト軸受用スリーブと、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、
冷媒を循環させる第１冷媒流路を有し、
前記軸受は、
前記第１冷媒流路に連通する第２冷媒流路を前記ラジアル軸受部に有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドル装置。
【請求項４】
前記軸受は、
流体を噴出して前記主軸及び前記スラストディスクを支持する流体軸受であり、
前記ハウジングは、
前記軸受に前記流体を供給するための第１供給路を有し、
前記スラスト軸受部は、
前記固定ボルトにより前記ハウジングの負荷側に固定され、前記第１供給路に連通する第２供給路を有し、
前記ハウジングと前記スラスト軸受部との接合面において前記第１供給路と前記第２供給路との連通部を密封するＯリングを設置するための第１凹部が、前記ハウジングの負荷側の表面に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスピンドル装置。
【請求項５】
前記固定ボルトにより前記スラスト軸受部の負荷側に固定されることで前記スラストディスクの外周側に配置され、前記第２供給路に連通する第３供給路を有するスペーサと、
前記固定ボルトにより前記スペーサの負荷側に固定されることで前記スラストディスクを挟んで前記スラスト軸受部と対向配置され、前記第３供給路に連通する第４供給路を有する負荷側スラスト軸受と、をさらに有し、
前記スラスト軸受部と前記スペーサとの接合面において前記第２供給路と前記第３供給路との連通部を密封するＯリングを設置するための第２凹部が、前記スラスト軸受部の負荷側の表面に設けられ、
前記スペーサと前記負荷側スラスト軸受との接合面において前記第３供給路と前記第４供給路との連通部を密封するＯリングを設置するための第３凹部が、前記スペーサの負荷側の表面に設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。
【請求項６】
前記軸受本体部は、
ステンレスで構成されており、
前記ラジアル軸受用スリーブ及び前記スラスト軸受用スリーブは、
カーボンで構成されている
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のスピンドル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−５３６８９（Ｐ２０１３−５３６８９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２７２６（Ｐ２０１１−１９２７２６）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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