JPH1071505A - スピンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静圧エア軸受２，３を備えたスピンドルにお
いて、静圧エア軸受２，３から排出されるエアを有効に
活用できるようにする。 【構成】 ハウジング１の回転軸４先端部側に該先端部
側を覆うようにかつ回転軸４の先端部周りに環状の隙間
２３ａを形成するように設けられた第１カバー２３と、
静圧エア軸受２，３から排出されるエアを第１カバー２
３内に導入するエア通路２４とを備えるようにする。さ
らに、第１カバー２３に重なるように設けられ、ドリル
ｔの軸部が挿通可能な開口部２５ａを有するとともに、
排塵ブロワＳに接続可能な排気口２５ｂを有する第２カ
バー２５を備えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静圧気体軸受を備
えたスピンドルに関し、特に、静圧気体軸受からの排気
を活用する対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のスピンドルは、例えば特開平８
−１１００２号公報に記載されているように、外部から
供給された圧縮気体を、ハウジング内の給気通路を経由
して静圧気体軸受に導入し、そこで気体膜を形成させる
ことで回転軸を回転可能に支持するものであり、高速回
転が可能でかつ振れが極めて小さいことから、例えばプ
リント基板の孔明け加工等のような精密工作に用いられ
ている。

【０００３】ところで、上記公報のものでは、静圧気体
軸受から排出された気体をハウジングの外部に直接に排
出する第１の排気通路とは別に、上記気体を回転軸先端
のチャックに導く第２の排気通路が設けられている。そ
して、チャックが閉じているときには第１の排気通路を
経由して排気する一方、チャックが開いているときには
第２の排気通路を経由して排気するようになされてお
り、このことで、上記チャックを開いているときに該チ
ャック内に異物が侵入するのを未然に防止できるように
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスピンドルでは、チャックを閉じているときには、
静圧気体軸受から排出された気体は第１の排気通路を経
由してそのまま外部に排出されるようになっており、し
たがって、静圧気体軸受からの排気を十分に活用してい
るとはいい難い。

【０００５】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その主な目的は、静圧気体軸受を備えたスピンド
ルにおいて、その構造に改良を加えることで、静圧気体
軸受からの排気を有効に活用できるようにすることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、静圧気体軸受を備えたスピンドルが
高速回転で使用されるものであることから、ドリル等の
回転工具が加工時に過熱して寿命が短くなり易いという
事情に着目し、上記回転工具の冷却に静圧気体軸受から
の排気を活用してその長寿命化を図るようにした。

【０００７】具体的には、請求項１の発明では、ハウジ
ングに静圧気体軸受を介して回転可能に支持されてい
て、先端部に回転工具が該回転工具の軸部基端側におい
て回転一体に取り付けられる回転軸を備え、気体供給源
からの気体の供給を受けて上記静圧気体軸受を作動させ
るようにしたスピンドルが前提である。

【０００８】そして、上記ハウジングの回転軸先端部側
に該先端部側を覆うようにかつ回転軸の先端部周りに環
状の隙間を形成するように設けられたカバーと、上記静
圧気体軸受から排出される気体を上記カバー内に導入す
る気体通路とを備えるようにした。

【０００９】上記の構成において、スピンドルの静圧気
体軸受から排出される気体は、気体通路を経由してハウ
ジング先端部のカバー内に導入される。そして、カバー
内の気体は、回転軸の先端部周りの環状の隙間から外部
に吐出される。このとき、上記隙間から吐出される気体
により回転軸の先端部が冷却されるので、そのことで、
上記回転軸の先端部に取り付けられている回転工具も結
果的に冷却されることになる。

【００１０】請求項２の発明では、上記請求項１の発明
において、カバーを第１のカバーとした上で、上記第１
カバーに重なるように設けられていて、回転工具の軸部
が挿通可能な開口部を有するとともに、第１カバー及び
回転軸先端部間の隙間から吐出される気体を吸引する吸
気手段に接続可能な排気口を有する第２カバーを備える
ようにした。

【００１１】上記の構成において、第１カバーと、回転
軸の先端部との間の環状の隙間から吐出される気体は、
第２カバー内に導入されて該第２カバーの排気口から吸
引手段により外部に排出される。これにより、上記環状
隙間からの気体の吐出は円滑化されるので、その分だけ
回転工具に対する冷却作用は高くなる。また、上記気体
の吐出に起因する粉塵の周囲への飛散が防止されるよう
にもなる。

【００１２】請求項３の発明では、上記請求項１の発明
の場合と同じ前提に立ち、ハウジングの回転軸先端部側
に該先端部側を覆うようにかつ回転軸先端部の回転工具
の軸部周りに環状の隙間を形成するように設けられたカ
バーと、静圧気体軸受から排出される気体を上記カバー
内に導入する気体通路とを備えるようにした。

【００１３】上記の構成において、スピンドルの静圧気
体軸受から排出される気体は、気体通路を経由してハウ
ジング先端部のカバー内に導入される。そして、カバー
内の気体は、回転軸の先端部に取り付けられた回転工具
の軸部周りの環状の隙間から外部に吐出される。このと
き、上記隙間から吐出される気体により回転工具の軸部
自体が冷却されるので、上記請求項１の発明の場合より
も、回転工具に対する冷却作用は高くなる。また、上記
気体は回転工具の軸部周りから吐出されるので、回転工
具による加工に伴って発生する切粉等の粉塵の除去も行
われる。

【００１４】請求項４の発明では、上記請求項３の発明
において、カバーを第１のカバーであるとした上で、上
記第１カバーに重なるように設けられていて、回転工具
の軸部が挿通可能な開口部を有するとともに、第１カバ
ー及び回転工具軸部間の隙間から吐出される気体を吸引
する吸気手段に接続可能な排気口を有する第２カバーを
備えるようにした。

【００１５】上記の構成において、第１カバー及び回転
軸先端部間の隙間から吐出される気体は、第２カバー内
に導入されて該第２カバーの排気口から吸引手段により
外部に排出される。これにより、上記隙間からの気体の
吐出は円滑化されるので、その分だけ回転工具に対する
冷却作用は高くなる。また、上記気体の吐出により除去
される粉塵は気体と共に吸引手段により吸引されるの
で、粉塵の周囲への飛散は防止される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１７】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るスピンドルＡの全体構成を示し、このスピンド
ルＡは、プリント基板の孔明け加工等に使用される。

【００１８】上記スピンドルＡは、図１の上下方向に延
びるように配置された略円筒状をなすハウジング１と、
そのハウジング１内に静圧気体軸受としてのスラストエ
ア軸受２及びラジアルエア軸受３，３を介して回転可能
に支持された回転軸４と、ハウジング１及び回転軸４間
に配置されていて、該回転軸４を回転駆動する電動モー
タ５とを備えている。

【００１９】上記スラストエア軸受２は、ハウジング１
の上部に配置されていて、回転軸４に回転一体に設けら
れた円盤状のスラストカラー６と、このスラストカラー
６を所定間隔をおいて軸方向に挟む状態に設けられた上
下１対の軸受フランジ７，８とを有する。各軸受フラン
ジ７，８には、該各フランジ７，８を軸方向に貫通する
ように設けられた複数の給気孔７ａ，７ａ，…，８ａ，
８ａ，…が周方向に所定ピッチ間隔で配置されている。
また、上側フランジ７の上面には、該フランジ７の各給
気孔７ａ，７ａ，…に連通する第１環状路９が設けられ
ている。

【００２０】一方、上記ラジアルエア軸受３，３は、ス
ラストエア軸受２の下方に上下２段に設けられていて、
各々、相対する回転軸４の部分に所定のクリアランスを
おいて外嵌合された状態でハウジング１に固定された軸
受スリーブ１０を有する。そして、各軸受スリーブ１０
には、各々、該各スリーブ１０を半径方向に貫通するよ
うに設けられた複数の給気孔１０ａ，１０ａ，…が周方
向に所定ピッチ間隔で配置されている。尚、上側ラジア
ルエア軸受３の軸受スリーブ１０の上端開口縁には、ス
ラストエア軸受２の下側フランジ８が一体に設けられて
いる。

【００２１】上記電動モータ５は、上下両ラジアルエア
軸受３，３の間に配置されていて、回転軸４に所定のク
リアランスをおいて外嵌合された状態でハウジング１に
固定された電磁コイルからなるステータ５ａと、このス
テータ５ａの内周側に配置されていて、回転軸４の外周
側に回転一体に設けられた永久磁石からなるロータ５ｂ
とを有する。

【００２２】上記ハウジング１の上端部には、気体供給
源としての給気装置Ｆと接続可能に設けられていて該給
気装置Ｆからの気体の供給を受ける給気口１ａと、この
給気口１ａからスラストエア軸受２及びラジアルエア軸
受３，３に供給された後に該スラストエア軸受２及びラ
ジアルエア軸受３，３から排出されたエアをハウジング
１の外部に排出するための排気口１ｂとが設けられてい
る。

【００２３】また、ハウジング１内には、スラストエア
軸受２の下側フランジ８の各給気孔８ａ，８ａ，…及び
上側ラジアルエア軸受３の軸受スリーブ１０の各給気孔
１０ａ，１０ａ，…にそれぞれ連通する第２環状路１１
と、下側ラジアルエア軸受３の軸受スリーブ１０の各給
気孔１０ａ，１０ａ，…に連通する第３環状路１２とが
設けられているとともに、上記給気口１ａを第１環状路
９に、また第２及び第３環状路１１，１２にそれぞれ連
通する第１及び第２給気通路１３，１４が形成されてい
る。一方、上記排気口１ｂには、スラストエア軸受２及
びラジアルエア軸受３，３から排出されたエアを導くた
めの排気通路１５が連通している。

【００２４】上記回転軸４の下端部には、回転工具とし
てのドリルｔをその軸部基端側において保持するチャッ
ク４ａが設けられている。一方、ハウジング１の上端に
は、エアの供給を受けて上記チャック４ａの開閉を行な
う開閉機構部１６が設けられている。この開閉機構部１
６は、ハウジング１の上端面に開口部を下向きにした状
態で接合されたシリンダ１７と、このシリンダ１７内に
上下方向に摺動可能に嵌挿されたピストン１８と、この
ピストン１８の下面側に下方に向かって突出した状態に
一体に設けられたロッド１９と、このロッド１９とハウ
ジング１との間に介装されていて、該ロッド１９を上方
に向かって常に押圧付勢する圧縮コイルばね２０とを有
する。そして、上記シリンダ１７の底部中央に設けられ
た給気口１７ａにエアが供給されると、ピストン１８が
圧縮コイルばね２０の付勢力に抗してロッド１９を押し
下げ、このことで、上記チャック４ａを開くようになっ
ている。

【００２５】また、上記ハウジング１の電動モータ５の
外周側には、該モータ５の作動に伴う発熱を抑える環状
の水冷ジャケット２１が形成されており、ハウジング１
の吸水口２２ａに供給された水を該ジャケット２１に導
入した後に排水口２２ｂから排出するようになされてい
る。

【００２６】そして、本実施形態では、上記ハウジング
１の下端部に該下端部を覆うようにかつ回転軸４の下端
部周りに環状の隙間２３ａを形成するように設けられた
第１カバー２３と、上記スラストエア軸受２及びラジア
ルエア軸受３，３から排気口１ｂに排出されるエアを上
記第１カバー２３内に導入する気体通路としてのエア通
路２４とを備えている。さらに、上記第１カバー２３に
重なるように設けられていて、ドリルｔの軸部が挿通可
能な開口部２５ａを有するとともに、第１カバー２３か
ら吐出されるエアを吸引する吸気手段としての排塵ブロ
ワＳに接続可能な排気口２５ｂを有する第２カバーを備
えている。

【００２７】具体的には、上記第１カバー２３は、ハウ
ジング１と同じ外径を有しかつハウジング１からの回転
軸４の突出寸法と同じ高さ寸法を有する有底筒状をなし
ていて、その側周壁の上端面においてハウジング１の下
端面に気密状に接合されている。そして、その底壁中央
には回転軸４よりも大径の開口部が設けられていて、そ
の開口縁と回転軸４との間に半径方向に所定のクリアラ
ンスをおいた状態で上記隙間２３ａが形成されている。
また、第１カバー２３の側周壁には、上記エア通路２４
の下流端を接続するための導入口２３ｂが設けられてい
る。

【００２８】一方、上記第２カバー２５も第１カバー２
３の場合と略同じ大きさの有底筒状をなしていて、その
側周壁の上端面において第１カバー２３の底壁に気密状
に接合されている。そして、底壁中央に上記開口部２５
ａが設けられている一方、側周壁に上記排気口２５ｂが
設けられている。

【００２９】ここで、上記のように構成されたスピンド
ルＡの作動について説明する。上記スピンドルＡのスラ
ストエア軸受２及びラジアルエア軸受３，３から排出さ
れるエアは、エア通路２４を経由して第１カバー２３内
に導入される。そして、第１カバー２３内のエアは、回
転軸４の先端部周りの環状の隙間２３ａから外部に吐出
される。このとき、上記隙間２３ａから吐出されるエア
により回転軸４の下端部が冷却されるので、そのこと
で、回転軸４に取り付けられているドリルｔも結果的に
冷却されることになる。

【００３０】次いで、上記第１カバー２３から吐出され
るエアは、第２カバー２５内に導入されて該第２カバー
２５の排気口２５ｂから排塵ブロワＳにより外部に排出
される。これにより、上記隙間２３ａからのエアの吐出
は円滑化されるので、その分だけドリルｔに対する冷却
作用は高くなる。また、第１カバー２３からのエアの吐
出に起因する粉塵としての切粉の周囲への飛散が防止さ
れるようにもなる。

【００３１】したがって、本実施形態によれば、スラス
トエア軸受２及びラジアルエア軸受３，３を備えたスピ
ンドルＡにおいて、ハウジング１の下端部に該下端部を
覆うようにかつ回転軸４の下端部周りに環状の隙間２３
ａを形成するように設けられた第１カバー２３と、上記
エア軸受２，３から排出されるエアを上記第１カバー２
３内に導入するエア通路２４とを備えるようにしたの
で、上記エア軸受２，３から排気されるエアを利用して
ドリルｔを冷却することができ、ドリルｔの長寿命化を
図ることができる。

【００３２】さらに、上記第１カバー２３に第２カバー
２５を重ねるように設け、その第２カバー２５内のエア
を排塵ブロワＳで吸引するようにしたので、第１カバー
２３及び回転軸４間の隙間２３ａからのエアの吐出を円
滑化してドリルｔに対する冷却作用を高めることができ
るとともに、上記エアの吐出に起因する切粉の周囲への
飛散を防止することができる。

【００３３】尚、上記実施形態１では、ドリルｔが取り
付けられた場合について説明しているが、その他の回転
工具を取り付けるようにしてもよい。

【００３４】また、上記実施形態１では、エア軸受２，
３から排出されるエアの全てを第１カバー２３内に導入
させるようにしているが、その導入量は回転工具に対す
る冷却効果に応じて適宜設定することができる。

【００３５】さらに、上記実施形態１では、第１及び第
２の２つのカバー２３，２５を設けるようにしている
が、例えば第１カバー２３のみで十分な冷却効果が得ら
れる場合等には、第２カバー２５を省略してもよい。

【００３６】（実施形態２）図２は、本発明の実施形態
２に係るスピンドルＡの全体構成を示しており、上記実
施形態１の場合と同じ部分には同じ符号を付して示して
いる。

【００３７】本実施形態では、第１カバー２３は、回転
軸４の下端部に取り付けられたドリルｔの軸部周りに環
状の隙間２３ａを形成するように設けられている。つま
り、第１カバー２３は、上記実施形態１の場合よりも高
さ寸法が大きくなされている。そして、その底壁中央に
はドリルｔの軸部よりも大径の開口部が設けられてい
て、その開口縁とドリルｔの軸部との間に半径方向に所
定のクリアランスをおいた状態で上記隙間２３ａが形成
されている。尚、その他の部分は実施形態１の場合と同
じであるので説明は省略する。

【００３８】次に、上記のように構成されたスピンドル
Ａの作動について説明する。上記スピンドルＡのスラス
トエア軸受２及びラジアルエア軸受３，３から排出され
るエアは、エア通路２４を経由して第１カバー２３内に
導入される。そして、第１カバー２３内のエアは、ドリ
ルｔの軸部周りの環状の隙間２３ａから外部に吐出され
る。このとき、上記隙間２３ａから吐出されるエアによ
りドリルｔの軸部自体が冷却されるので、上記実施形態
１の場合よりも、ドリルｔに対する冷却作用は高くな
る。また、上記エアはドリルｔの軸部周りから吐出され
るので、ドリルｔによる加工に伴って発生する切粉の除
去も行われる。

【００３９】上記隙間２３ａから吐出されるエアは、第
２カバー２５内に導入されて該第２カバー２５の排気口
２５ｂから排塵ブロワＳにより外部に排出される。これ
により、上記エアの吐出は円滑化されるので、その分だ
けドリルｔに対する冷却作用は高くなる。また、上記エ
アの吐出により除去される切粉は該エアと共に排塵ブロ
ワＳにより吸引されるので、切粉の周囲への飛散は防止
される。

【００４０】したがって、本実施形態によれば、第１カ
バー２３を、回転軸１の下端部のみならずドリルｔの軸
部をも覆うようにし、該軸部との間の隙間２３ａからエ
アを吐出させるようにしたので、上記実施形態１の場合
よりも効率よくドリルｔを冷却することができるのみな
らず、該ドリルｔによる加工に伴って発生する切粉の除
去を行なうこともできる。

【００４１】さらに、上記第１カバー２３に第２カバー
２５を重ねるように設け、その第２カバー２５内のエア
を排塵ブロワＳで吸引するようにしたので、第１カバー
２３及びドリルｔ間の隙間２３ａからのエアの吐出を円
滑化してドリルｔに対する冷却作用を高めることができ
るとともに、除去される切粉が周囲に飛散するのを防止
することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、ハウジングに静圧気体軸受を介して回転可能に
支持され、先端部に回転工具が該回転工具の軸部基端側
において回転一体に取り付けられる回転軸を備えたスピ
ンドルにおいて、上記ハウジングの回転軸先端部側に該
先端部側を覆うようにかつ回転軸の先端部周りに環状の
隙間を形成するように設けられたカバーと、上記静圧気
体軸受から排出される気体を上記カバー内に導入する気
体通路とを備えるようにしたので、上記静圧気体軸受か
らの排気を利用して回転工具を冷却することができ、回
転工具の長寿命化を図ることができる。

【００４３】請求項２の発明によれば、上記カバーを第
１のカバーとした上で、上記第１カバーに重なるように
設けられ、回転工具の軸部が挿通可能な開口部を有する
とともに、第１カバー及び回転軸間の隙間から吐出され
る気体を吸引する吸気手段に接続可能な排気口を有する
第２カバーを備えるようにしたので、回転工具に対する
冷却効果をさらに高くすることができるとともに、上記
隙間からの気体の吐出に起因する粉塵の周囲への飛散を
防止することができる請求項３の発明によれば、上記ス
ピンドルにおいて、ハウジングの先端部に該先端部を覆
うようにかつ回転軸先端部の回転工具の軸部周りに環状
の隙間を形成するように設けられたカバーと、静圧気体
軸受から排出される気体を上記カバー内に導入する気体
通路とを備えるようにしたので、上記請求項１の発明の
場合よりも効率よく回転工具を冷却することができるの
みならず、該回転工具による加工に伴って発生する切粉
等の粉塵を除去することができる。

【００４４】請求項４の発明によれば、上記カバーを第
１のカバーとした上で、上記第１カバーに重なるように
設けられ、回転工具の軸部が挿通可能な開口部を有する
とともに、第１カバー及び回転工具軸部間の隙間から吐
出される気体を吸引する吸気手段に接続可能な排気口を
有する第２カバーを備えるようにしたので、回転工具に
対する冷却効果をさらに高くすることができるととも
に、上記気体の吐出により除去される粉塵の周囲への飛
散を防止することができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るスピンドルの全体構
成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施形態２に係るスピンドルの全体構
成を示す図１相当図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ スラストエア軸受（静圧気体軸受） ３ ラジアルエア軸受（静圧気体軸受） ４ 回転軸 ２３ 第１カバー ２３ａ 隙間 ２４ エア通路（気体通路） ２５ 第２カバー ２５ａ 開口部 ２５ｂ 排気口 Ａ スピンドル ｔ ドリル（回転工具） Ｆ 給気装置（気体供給源） Ｓ 排塵ブロワ（給気手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに静圧気体軸受を介して回転
   可能に支持され、先端部に回転工具が該回転工具の軸部
   基端側において回転一体に取り付けられる回転軸を備
   え、気体供給源からの気体の供給を受けて上記静圧気体
   軸受を作動させるようにしたスピンドルにおいて、 上記ハウジングの回転軸先端部側に該先端部側を覆うよ
   うにかつ回転軸の先端部周りに環状の隙間を形成するよ
   うに設けられたカバーと、 上記静圧気体軸受から排出される気体を上記カバー内に
   導入する気体通路とを備えていることを特徴とするスピ
   ンドル。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスピンドルにおいて、 カバーは、第１のカバーであり、 上記第１カバーに重なるように設けられ、回転工具の軸
   部が挿通可能な開口部を有するとともに、第１カバー及
   び回転軸先端部間の隙間から吐出される気体を吸引する
   吸気手段に接続可能な排気口を有する第２カバーを備え
   ていることを特徴とするスピンドル。
3. 【請求項３】 ハウジングに静圧気体軸受を介して回転
   可能に支持され、先端部に回転工具が該回転工具の軸部
   基端側において回転一体に取り付けられる回転軸を備
   え、気体供給源からの気体の供給を受けて上記静圧気体
   軸受を作動させるようにしたスピンドルにおいて、 上記ハウジングの回転軸先端部側に該先端部側を覆うよ
   うにかつ回転軸先端部の回転工具の軸部周りに環状の隙
   間を形成するように設けられたカバーと、 上記静圧気体軸受から排出される気体を上記カバー内に
   導入する気体通路とを備えていることを特徴とするスピ
   ンドル。
4. 【請求項４】 請求項３記載のスピンドルにおいて、 カバーは、第１のカバーであり、 上記第１カバーに重なるように設けられ、回転工具の軸
   部が挿通可能な開口部を有する一方、第１カバー及び回
   転工具軸部間の隙間から吐出される気体を吸引する吸気
   手段に接続可能な排気口を有する第２カバーを備えてい
   ることを特徴とするスピンドル。