JPH0655309A - スピンドル支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スピンドル全体を非接触式に支持しつつ、微
小移動に関する機械的構造や制御回路を簡易化し、低コ
スト化等も有効的に図る。 【構成】 スピンドル１を非接触軸受によってスラスト
方向またはラジアル方向のいずれか一方に移動可能に支
持する。移動方向の支持を行う軸受を磁気軸受５とし、
固定方向の支持を行う軸受を流体軸受６とする。スピン
ドル１をその移動に必要な方向について磁気軸受５で支
持することにより、スピンドル１全体を非接触支持しつ
つ、テーブルなどに設定すべき移動制御要素を減少す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の刃物支持用ス
ピンドルの支持等に適用されるスピンドル支持装置に係
り、特に微小移動を簡易な構造で行えるようにしたスピ
ンドル支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば微小切込みを行う精密研削機にお
いては、砥石等の刃物を取付けた高速回転スピンドル
を、スラスト方向またはラジアル方向に精密に移動制御
することが行われている。そして近年、安定駆動および
耐用寿命長期化等を図るため、このようなスピンドルの
支持に流体軸受や磁気軸受等の非接触軸受が多用されて
いる。

【０００３】スピンドルの支持に流体軸受を適用する場
合には、スピンドルを支持した軸受を可動テーブルに固
定し、そのテーブル移動によって刃物等の位置を制御す
ることが行われている。一方、磁気軸受を適用する場合
には、スピンドルのスラスト方向およびラジアル方向に
多数の軸受を配置し、磁気調整によって直接スピンドル
を移動支持する軸受の５軸制御等が行われている。

【０００４】図５は、このような軸受の５軸制御を行う
従来のスピンドルを表したものである。この図に示すよ
うに、スピンドル１２には、スラスト方向（Ｚ軸方向）
の変位制御に利用される金属ディスク１４が固定されて
おり、この金属ディスク１４を挟んでＺ軸方向にスピン
ドルをスラスト方向に磁気浮上させる一対の電磁石３０
が配置されている。

【０００５】また、スピンドル１２の円周上には、スピ
ンドル１２を挟んで、半径方向（Ｗ軸方向、Ｖ軸方向）
に一対の磁気浮上用電磁石３２、３４がそれぞれ配置さ
れている。同様に、これら両電磁石３２、３４と離間し
た位置に磁気浮上用電磁石３６、３８がそれぞれ対向配
置されている。すなわち、電磁石３２、３４および電磁
石３６、３８は９０°間隔でスピンドル１２を中心とし
た円周上に４個が配置され、これらの電磁石３２、３
４、３６、３８によって、スピンドル１２をラジアル方
向に磁気浮上させるようになっている。

【０００６】そして、各電磁石３０、３２、３４、３
６、３８のそれぞれには、近接位置にスピンドル１２の
変位を検出するセンサ４０、４２、４４、４６、４８が
配置されている。これら各電磁石およびセンサは、図示
しないコントローラに接続されている。そして、スピン
ドル１２を磁気浮上させた際の金属ディスク１４が、セ
ンサー４０からの検知信号に基づいて、所定位置となる
ように、電磁石３０に供給する電流を変化させる。

【０００７】また、スピンドル１２が磁気浮上する際
に、センサー４２、４４、４６、４８からの検知信号に
基づいて、磁気浮上したスピンドル１２がＶ方向、Ｗ方
向で所定位置となるように電磁石３２、３４、３６、３
８に供給する電流を変化させることによって、スピンド
ル１２に対する５軸制御が行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来では流
体軸受と磁気軸受とを個別的に適用する場合が殆どであ
り、このため種々の問題が生じている。例えば流体軸受
利用の場合には、スピンドルの微小移動までもテーブル
の移動制御に依存せざるを得ないため、構造が複雑化す
る。

【０００９】また、磁気軸受を利用する場合には、各電
磁石３０、３２、３４、３６、３８に供給する電流を直
接制御することによってスピンドル自体の送り制御が可
能であるため、機械的な構造は比較的簡単であるが、制
御回路が複雑になり、製造コストがかなり高くなる。

【００１０】特に精密加工においては、刃物の原点位置
合せや、スピンドルの作業途中における熱伸びに対する
調整等も考慮する必要があり、極めて高精度の微動制御
を行う必要がある。このため、前記のような機械的構造
や制御回路の複雑化等は大きな問題となる。

【００１１】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、スピンドル全体を非接触式に支持しつ
つ、微小移動に関する機械的構造や制御回路を簡易化で
き、低コスト化等も有効的に図ることが可能なスピンド
ル支持装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、スピンドルを非接触軸受によってス
ラスト方向またはラジアル方向のいずれか一方に移動可
能に支持するスピンドル支持装置において、移動方向の
支持を行う軸受を磁気軸受とし、固定方向の支持を行う
軸受を流体軸受としたものである。

【００１３】

【作用】一般に工作機械等の切込みに設定される刃物支
持スピンドルの移動は、スラスト方向またはラジアル方
向のいずれか一方で十分である。したがって、上述した
本発明の構成によると、スピンドルをその移動に必要な
方向について磁気軸受で支持することにより、スピンド
ル全体の非接触支持という利点を失うことなく、テーブ
ルなどに設定すべき移動制御要素を減少することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下本発明のスピンドル支持装置における好
適な実施例について、図１から図４を参照して説明す
る。図１はスピンドル支持装置の基本構成を表したもの
であり、図２はその作用を説明するためのものである。

【００１５】本実施例のスピンドル支持装置は、研削装
置の砥石支持用スピンドルに適用したもので、スピンド
ル１の先端には刃物２が装着されている。この刃物２と
しては、スラスト方向の移動によって加工処理が行われ
る、例えばカップ砥石などが装着されている。このスピ
ンドル１および刃物２は、図示しない回転機構、例えば
モータによって回転駆動されるようになっている。

【００１６】そして、スピンドル１をスラスト方向に移
動可能に支持する軸受としては、磁気軸受５が配置され
ている。この磁気軸受５は、スピンドル１に設けた金属
ディスク３、および、この金属ディスク３の両側に対向
配置されたスラスト電磁石４から構成されている。そし
て、図５により説明した従来のスピンドル支持装置と同
様に、スラスト電磁石４の近接位置には、スピンドル１
のスラスト方向の変位を検出する図示しないスラスト位
置センサが配置されている。

【００１７】一方、スピンドル１をラジアル方向に固定
的に支持する軸受としては、空気軸受、油圧軸受等の静
圧軸受または動圧軸受からなる流体軸受６が配置されて
いる。このような構成によると、例えば図１に矢印ａで
示すように、カップ砥石等の刃物２をスラスト方向に前
進させる場合には、図示しないスラスト位置センサによ
ってスピンドル１の位置を検出しながら、磁気軸受５の
スラスト電磁石４に供給する電流を調整することよって
スピンドル１を移動させることができる。これにより図
２に示す状態とすることができ、同様にスラスト電磁石
４に供給する電流調整によって、スピンドル１を元の位
置まで後退させることができる。

【００１８】従って、このようなスピンドル支持装置に
よれば、スピンドル１のスラスト方向への移動を、スピ
ンドル全体の非接触支持という利点を失うことなく、簡
易な構造で行うことができるので、微小移動に関する機
械的構造や制御回路を簡易化でき、低コスト化を有効的
に達成することができる。

【００１９】図３および図４は本発明の他の実施例にお
けるスピンドル支持装置を表したものである。図３はス
ピンドル支持装置の基本構成を表したものであり、図４
はその作用を説明するためのものである。このスピンド
ル支持装置では、スピンドル１の先端に装置される刃物
２としては、ラジアル方向の移動によって加工処理が行
われる、例えば、円筒砥石や外周砥石等が装着されてい
る。

【００２０】このスピンドル支持装置では、図１、２に
示したスピンドル支持装置とは逆に、流体軸受９でスピ
ンドル１をスラスト方向に固定的に支持し、磁気軸受１
１でスピンドル１をラジアル方向に移動可能に支持する
ようになっている。すなわち、スラスト方向に支持する
流体軸受９は、スピンドル１に設けた金属ディスク７お
よびこの金属ディスク７の両側に配置された軸受部材８
から構成されている。

【００２１】一方、ラジアル方向に支持する磁気軸受１
１は、スピンドル１の円周上にスピンドル１を挟んで対
向配置された複数のラジアル電磁石１０で構成されてい
る。このラジアル電磁石１０の近接位置にも、スピンド
ル１のラジアル方向の変位を検出する図示しないラジア
ル位置センサが配置されている。

【００２２】このような構成によると、例えば図３に矢
印ｂで示すように、円筒砥石等の刃物２をラジアル方向
に移動させる場合には、図示しないラジアル位置センサ
によってスピンドル１の位置を検出しながら、磁気軸受
１１のラジアル電磁石１０に供給する電流を調整するこ
とよってスピンドル１を移動させる。これにより図４に
示す状態とすることができる。

【００２３】従って、本実施例によれば、スピンドル１
のラジアル方向への移動を、スピンドル全体の非接触支
持という利点を失うことなく、簡易な構造で行うことが
でき、前記同様に微小移動に関する機械的構造や制御回
路を簡易化できる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、スピン
ドルの移動に必要な方向の支持を磁気軸受で行い、固定
方向の支持を流体軸受で行うようにしたことにより、ス
ピンドル全体を非接触式に支持しつつ、移動要素の減少
が可能となり、移動のための機械的構造や制御回路を簡
易化でき、低コスト化も有効的に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す基本構成図である。

【図２】前記一実施例の作用説明図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す基本構成図である。

【図４】前記他の実施例の作用説明図である。

【図５】５軸方向制御を行う従来のスピンドル支持装置
概略構成図である。

【符号の説明】

１ スピンドル ２ 刃物 ３、７ 金属ディスク ４ スラスト電磁石 ５，１１ 磁気軸受 ６，９ 流体軸受 ８ 軸受部材 １０ ラジアル電磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピンドルを非接触軸受によってスラス
   ト方向またはラジアル方向のいずれか一方に移動可能に
   支持するスピンドル支持装置において、 移動方向の支持を行う軸受を磁気軸受とし、 固定方向の支持を行う軸受を流体軸受としたことを特徴
   とするスピンドル支持装置。