JPH11303867A - 静圧磁気複合軸受およびスピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静圧軸受の優れた動剛性および回転精度と磁
気軸受の優れた静剛性とを併せ持ち、コンパクトが図れ
る軸受とする。 【解決手段】 静圧軸受２と磁気軸受３とを、互いに兼
用部分が生じるように一体化したラジアル形式の軸受１
とする。磁気軸受３のコイル７の中心線をロータ４ａの
軸方向と略平行とする。静圧軸受２の圧力流体のノズル
１５をコイル７に対して軸方向に並べて設ける。磁気軸
受３は、一対のヨーク結合体１２，１２の間に、コイル
７の巻かれたコア部品８を介在させたものとする。ヨー
ク結合体１２は、リング状の非磁性体１１に形成された
円周方向複数個所の孔１３にコア６の一部となるヨーク
９を締り嵌め状態に嵌合させたものとする。両ヨーク結
合体１２，１２の対向面の内周縁間は別の非磁性材体１
４で埋める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、静圧軸受と磁気
軸受とを組み合わせた静圧磁気複合軸受、およびその軸
受の製造方法、並びにこの軸受を備えたスピンドル装
置、例えば高速切削機械加工機等に用いられるスピンド
ル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】磁気軸受
は、大きな軸受ギャップを持つため回転によるトルクロ
スが極めて小さく、積分制御により大きな静剛性を付与
できる特徴がある。しかし、磁気軸受スピンドル装置
は、加工中に主軸の曲げ固有振動数の影響を受け易く、
そのため非常に複雑な制御系を構成する必要がある。し
たがって、様々な加工条件への対応が要求される汎用工
作機用スピンドル装置としては適さない。一方、非接触
の軸受として、磁気軸受のほかに静圧軸受がある。静圧
軸受は、回転精度が極めて高く優れた動的安定性を持っ
ているが、圧縮性を有するために、静剛性および負荷容
量が小さく、汎用工作機械用としてはほとんど適用例が
ない。

【０００３】そこで、最近、高速加工機用スピンドル装
置として、図１５（Ａ）に縦断面図で示すように、静圧
軸受１０１と磁気軸受１０２とを組合せた複合軸受スピ
ンドル装置が提案され、実用化が検討されている。同図
の複合軸受スピンドル装置では、磁気軸受１０１と、静
圧軸受１０２とを、軸方向に並べて配置しているため、
主軸１０３が長くなり、曲げ固有振動数が低くなるとい
う問題点がある。また、磁気軸受を単独で適用するスピ
ンドル装置の場合と全く同じ構造の制御系の構成を採用
しているために、静圧軸受の動的安定性を損ね、むしろ
外乱発生源として作用するという問題点もある。したが
って、静圧軸受，磁気軸受の特長を生かしつつ、欠点を
補い合うという目的は十分に達成されていないのが現状
である。

【０００４】このような従来の課題を解消するため、同
図（Ｂ）に示すように、静圧軸受と磁気軸受とを、互い
に兼用部分が生じるように一体化した静圧磁気複合軸受
１０４、およびこの軸受１０４を用いたスピンドル装置
を考えた。この提案例の静圧磁気複合軸受１０４は、磁
気軸受のコア１０５で静圧軸受の軸受隙間形成面１０６
の一部形成し、コア１０５に圧力流体のノズル１０７を
設けたものである。コア１０５は、主軸１０３の周方向
複数個所に設け、コイル１０８は、その中心軸が主軸１
０３の軸方向と垂直な方向となるように設ける。これに
よれば、静圧軸受の優れた動剛性および回転精度と磁気
軸受の優れた静剛性とを併せ持つ軸受とでき、主軸長も
短縮できる。しかし、コア１０５、および主軸１０３で
構成される磁気回路では、高速回転時に発生する電流を
小さくすることができないため、磁気回路形成、コンパ
クト化等の面で一層の改良が求められる。また、本発明
者は、ラジアル形式の静圧磁気複合軸受の具体的構成と
して、この明細書に実施形態の一つとして図９に示すよ
うに、円周方向に四分割したヨーク４９を設けたものを
提案した。静圧軸受が作用する面は、空気の漏れる隙間
を無くす必要があるため、各ヨーク４９の間に樹脂（非
磁性体）５１を充填した後、内径面研削仕上げを行う。
しかし、同図の軸受において、スピンドル回転によるモ
ータの発熱や、磁気浮上による磁気軸受からの発熱によ
って、ヨーク４９や樹脂５１が温度上昇する。この温度
上昇に対して、樹脂５１はヨーク４９に比較して熱膨張
係数が１桁程度大きいため、樹脂５１が、図１１に示す
ようにヨーク４９に対して表面の盛り上がり部５１ａを
生じ、静圧軸受性能に大きな影響を与える。前記樹脂５
１に代えて、ヨーク５１，５１間の隙間に合わせた非磁
性体の金属部材５１（図１２）を機械加工にて製作し、
挿入する方法も考えられるが、静圧軸受性能に影響を与
えない程度に隙間を無くすことは非常に困難である。

【０００５】図１６は、アキシャル軸受に応用した静圧
磁気複合軸受の提案例である。この例では、主軸１１０
に設けた鍔状の軸受ロータ部１１０ａと対面して静圧磁
気複合軸受１１１を設けている。静圧磁気複合軸受１１
１は、その幅面が静圧軸受の軸受隙間形成面１１４とな
る断面コ字状の環状のコア１１２を設け、このコア１１
２内にコイル１１３を設けると共に、コア１１２の内径
部にノズル１１５を設けている。アキシャル形式の具体
的構成としては、この明細書に実施形態の一つとして図
１０に示すように、コア２５を内径側コア部品２６と外
径側コア部品２７とに２分割し、静圧軸受面の隙間を無
くすために、両コア部品２６，２７の間に樹脂（非磁性
体）６５を充填したものを提案した。しかし、アキシャ
ル軸受においても、ラジアル軸受と同様に、樹脂の熱膨
張や隙間の発生による静圧軸受性能の低下の問題があ
る。すなわち、図１０の軸受において、スピンドル回転
によるモータの発熱や、磁気浮上による磁気軸受からの
発熱によって、コア２５や樹脂６５が温度上昇する。こ
の温度上昇に対して、樹脂６５はコア２５に比較して熱
膨張係数が１桁程度大きいため、樹脂６５が、図図１３
に示すようにコア２５に対して表面の盛り上がり部６５
ａを生じ、静圧軸受性能に大きな影響を与える。前記樹
脂６５に代えて、コア部品２６，２７間の隙間に合わせ
た非磁性体の金属部材２８Ａ（図１４）を機械加工にて
製作し、挿入する方法も考えられるが、静圧軸受性能に
影響を与えない程度に隙間を無くすことは非常に困難で
ある。

【０００６】この発明の目的は、このような課題を解消
し、静圧軸受の優れた動剛性および回転精度と磁気軸受
の優れた静剛性とを併せ持ち、一層のコンパクトが図れ
る静圧磁気複合軸受およびその軸受を備えたスピンドル
装置を提供することを目的とする。この発明の他の目的
は、軸受部の温度上昇による静圧軸受の軸受隙間が変動
することを防止でき、また組立誤差等で軸受隙間からの
無用な流体漏れが生じることをなくせる性能の安定した
静圧磁気複合軸受およびその簡単な製造方法を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の静圧磁気複合
軸受は、いずれも静圧軸受と磁気軸受とを所定の関係で
組み合わせて構成される。このため、静圧軸受の優れた
動剛性および回転精度と磁気軸受の優れた静剛性という
両者の特徴を生かした軸受とできる。このうち、請求項
１記載の静圧磁気複合軸受は、静圧軸受と磁気軸受と
を、互いに兼用部分が生じるように一体化したラジアル
形式の軸受とし、前記磁気軸受のコイルの中心線をロー
タの軸方向と略平行とし、かつ前記静圧軸受の圧力流体
のノズルを前記コイルに対して軸方向に並べて設けたも
のである。このように、静圧軸受と磁気軸受とに兼用部
分を設けると、単に静圧軸受と磁気軸受とを軸方向に並
べて配置する場合に比べて、構成がコンパクトになり、
ロータ長さも短縮できる。これにより、ロータとなり、
あるいはロータが設けられる主軸の曲げ固有振動数が高
められ、より高速回転が可能となる。また、コイルの中
心線をロータの軸方向と略平行としたため、コイルを小
型化しても必要な磁力が確保でき、より一層のコンパク
ト化が図れる。

【０００８】この発明におけるラジアル形式とした軸受
において、前記磁気軸受は、ロータの外周に円周方向へ
並べて配置された複数個の電磁石を有し、これら各電磁
石のコアは、ロータの軸方向に沿う断面形状がＣ字形状
であってその開口部がロータ側に向き、前記開口部が非
磁性体で埋められたものとし、円周方向に隣合う各コア
の間を非磁性体で埋め、前記各コアに前記ノズルを設け
たものとしても良い。この構成の場合、コアの開口部が
非磁性体で埋められるため、この開口部も静圧軸受の軸
受隙間形成面に利用できる。

【０００９】この発明におけるラジアル形式とした軸受
において、リング状の非磁性体に形成された円周方向複
数個所の孔に電磁石コアの一部となるヨークを締り嵌め
状態に嵌合させた一対のヨーク結合体を設け、これらヨ
ーク結合体は互いに軸方向に並べ、コイルが外周に巻か
れたコア部品を両ヨーク結合体の対向するヨーク間に介
在させ、両ヨーク結合体の対向面の内周縁間を非磁性材
体で埋め、この磁性体の内径面および前記ヨーク結合体
の内径面を静圧軸受の軸受隙間形成面とし、前記ヨーク
に前記軸受隙間形成面に開口するノズルを設けたものと
しても良い。この構成の場合、ヨークが非磁性体に形成
された孔に締り嵌め状態に取付けられるため、円周方向
に隣合うヨークの間を完全に隙間なく非磁性体が埋める
ことが容易である。また、そのため非磁性体に金属材料
等の線膨張係数の小さい材質を選定でき、これにより、
軸受部の温度上昇に対して軸受隙間の変動を小さくで
き、静圧軸受の性能維持が得られる。また、このように
ヨーク間の隙間を完全に無くす構成としながら、組立が
簡単に行える。

【００１０】この発明のラジアル形式の静圧磁気複合軸
受の製造方法は、円周方向に並ぶ複数のヨーク嵌合孔を
有する非磁性体を準備し、この非磁性体の前記各ヨーク
嵌合孔にヨークを締り嵌め状態に嵌め込む過程と、この
非磁性体の中心部に前記ヨークが露出した状態に円筒孔
を形成して前記非磁性体と複数のヨークとでなるリング
状のヨーク結合体とする過程と、このように各々加工さ
れた一対のヨーク結合体を軸方向に並べ、コイルが外周
に巻かれたコア部品を両ヨーク結合体の対向するヨーク
間に介在させると共に、両ヨーク結合体の対向面の内周
縁間を別の非磁性材体で埋める過程とを含み、前記ヨー
ク結合体の円筒孔の内径面および前記別の非磁性体の内
径面が静圧軸受の軸受隙間形成面となり、この軸受隙間
形成面に開口するノズルが前記ヨークに形成された静圧
磁気複合軸受を製造する方法である。このように、非磁
性体に設けた孔にヨークを締り嵌め状態に嵌合させた一
対のヨーク結合体を製作し、このヨーク結合体を用いて
組み立てることにより、簡単な組立方法で、円周方向に
隣合うヨーク間の隙間を完全に無くすことができ、上記
のような各種の優れた軸受性能を持つ静圧磁気複合軸受
を簡単に製作することができる。

【００１１】この軸受製造方法において、非磁性体の前
記各ヨーク嵌合孔にヨークを締り嵌め状態に嵌め込む過
程の後、またはこの非磁性体の中心部に前記ヨークが露
出した状態に円筒孔を形成して前記非磁性体と複数のヨ
ークとでなるリング状のヨーク結合体とする過程の後、
非磁性体とヨークとを溶接で接合しても良い。

【００１２】この発明の請求項６記載の静圧磁気複合軸
受は、静圧軸受と磁気軸受とを、互いに兼用部分が生じ
るように一体化したアキシャル形式の軸受とし、前記磁
気軸受は、ロータの幅面に対面するリング状の電磁石コ
アを有し、このコアは開口部がロータの幅面側に向くＣ
字状の断面形状とされて、その開口部が非磁性体で埋め
られ、前記コア内にコイルを有し、前記コアに静圧軸受
の圧力流体のノズルを有するものである。この構成の場
合も、単に静圧軸受と磁気軸受とを径方向に並べて配置
する場合に比べて、構成がコンパクトになる。

【００１３】この発明におけるアキシャル形式としたも
のにおいて、前記コアが、前記開口部から内径側へ延び
る内径側コア部品と、前記開口部から外径側へ延びる外
径側コア部品とに２分割されて、これら内径側コア部品
の前記開口部の形成面、および外径側コア部品の前記開
口部の形成面の両方に対して、この開口部に設けられる
リング状の非磁性体が締り嵌め状態に嵌り合い、前記内
径側部品に前記ノズルが設けられたものとしても良い。
このように、コアを２分割し、コアの開口部にリング状
の非磁性体を締り嵌め状態に取付けるようにしたため、
コアの開口部を容易にかつ完全に隙間なく非磁性体で埋
めることができる。また、開口部を埋める非磁性体に金
属材料等の線膨張係数の小さな材質を選定でき、これに
より、温度上昇に対しても軸受隙間の変動が防止でき、
静圧軸受の性能維持が得られる。

【００１４】この発明のアキシャル式の静圧磁気複合軸
受の製造方法は、互いに組み合わさって磁気軸受におけ
るＣ字状断面形状のリング状の電磁石コアを構成するコ
ア部品であって、前記開口部から内径側へ延びる内径側
コア部品、および前記開口部から外径側へ延びる外径側
コア部品を準備する過程と、これら内径側コア部品の前
記開口部の形成面、および外径側コア部品の前記開口部
の形成面の両方に対して、リング状の非磁性体が順次締
り嵌め状態に嵌り合うように、これら内径側コア部品、
外径側コア部品、および非磁性体を組み立てる過程とを
含み、前記コアが前記開口部側の幅面でロータの幅面に
対面してその対向面および前記非磁性体の表面が静圧軸
受の軸受隙間形成面となり、かつ前記内径側コア部品に
前記軸受隙間形成面に開口する圧力流体のノズルを有す
る静圧磁気複合軸受を製造する方法である。リング状の
非磁性体は、内径側コア部品および外径側コア部品のい
ずれに先に嵌合させても良い。この方法によると、コア
を２分割し、コアの開口にリング状の非磁性体を締り嵌
め状態に取付けるようにしたため、コアの開口を容易に
かつ完全に隙間なく非磁性体で埋めることができる。ま
た、リング状の非磁性体は、内径側コア部品および外径
側コア部品の一方に嵌合させた後、他方に嵌合させるよ
うにこれら内径側コア部品および外径側コア部品とリン
グ状の非磁性体とを組み立てるため、簡単に内外の両コ
ア部品に対して簡単な作業でリング状の非磁性体を締ま
り嵌め状態とすることができる。そのため、上記のよう
な各種の優れた軸受性能を持つアキシャル式の静圧磁気
複合軸受を簡単に製作することができる。この軸受製造
方法において、外径側コア部品の開口部の形成面にリン
グ状の非磁性体を締り嵌め状態に嵌め込んだ後、これら
外径側コア部品と非磁性体とを溶接で接合し、この非磁
性体の接合された外径側コア部品と内径側コア部品とを
嵌り合い状態に組み立てるようにしても良い。

【００１５】この発明の静圧磁気複合軸受スピンドル装
置は、この発明における前記のいずれかの静圧磁気複合
軸受を介して前記ロータを含む主軸をハウジングに回転
自在に支持したものである。この構成によると、大きな
静剛性と優れた動的安定性および回転精度が得られ、か
つ主軸を短くできて、主軸の曲げ固有振動数が高められ
るため、汎用の高速加工機用スピンドル装置として実用
化が可能となる。また、全体のコンパクト化が図れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図３と共に説明する。この実施形態にかかる静圧磁気
複合軸受１は、ラジアル軸受において、静圧軸受２と磁
気軸受３とを、互いに兼用部分が生じるように一体化し
たものである。軸受ロータ４ａは、主軸４の一部の長さ
部分からなる。軸受ロータ４ａは、主軸４と別体に形成
されて主軸４に取付けられたものであっても良い。磁気
軸受３の電磁石５は、円周方向に複数個（図示の例では
４個）設けられる。各電磁石５はコア６とコイル７とか
らなり、各コイル７は各々が電源１０に接続される。コ
ア６は、コイル７が巻かれた直線状のコア部品８と、こ
のコア部品８の両端から挟む一対のヨーク９，９とから
なり、主軸４の軸方向に沿う断面形状が、主軸４側に開
口したＣ字状となっている。コア部品８およびヨーク９
は、いずれも強磁性体からなる。コア部品８は、丸棒状
のものとしてあるが、角棒状のものであってもよい。

【００１７】円周方向に並ぶ複数のヨーク９は、非磁性
体１１（図１（Ｂ））と共にリング状のヨーク結合体１
２を構成する。すなわち、リング状の非磁性体１１に形
成された円周方向複数個所のヨーク嵌合孔１３にヨーク
９を締り嵌め状態に嵌合させてヨーク結合体１２として
ある。ヨーク結合体１２は、中心部に円筒孔１２ｂが貫
通して形成され、この円筒孔１２ａはヨーク９の一部を
切欠く内径に形成されている。各ヨーク９は、円板状体
または円柱状体から、前記円筒孔１２ａとなる部分が切
り欠かれた形状とされ、また円周方向に隣合うヨーク９
の間には、非磁性体１１のヨーク嵌合孔１３，１３間の
部分が介在する。ヨーク結合体１２は、片面の内周縁
に、ヨーク９および非磁性体１１の一部で形成された鍔
部１２ａを有している。ヨーク結合体１２は、鍔部１２
ａ，１２ａが互いに対向するように、一対のものが軸方
向に並べて設けられる。両ヨーク結合体１２の鍔部１２
ａ，１２ａ間は、別の非磁性体１４で埋められる。この
非磁性体１４は、円筒状のものとされ、鍔部１２ａと内
外径が同一とされている。各非磁性体１１，１４には、
金属材料のものが使用されている。

【００１８】両ヨーク結合体１２，１２およびその間の
非磁性体１４の内径面は、静圧軸受２の軸受隙間形成面
２ａとなる。両ヨーク結合体１２，１２の各ヨーク９に
は、軸受隙間形成面２ａに開口するノズル１５が設けら
れる。このノズル１５は、ヨーク９を主軸４の半径方向
に貫通した孔で形成してある。ノズル１５は、例えば、
コイル７の両側に対称に位置するように、各ヨーク９に
２本ずつ設けてある。なお、ノズル１５の個数はいくつ
であっても良く、またノズル１５の位置はコイル７とは
関係なく設けることができる。ノズル１５は、絞り（図
示せず）を有するものであっても良い。

【００１９】図２は、ヨーク結合体１２の製造過程を示
す。丸孔からなる複数のヨーク嵌合孔１３が円周方向に
等配された厚肉円板状の非磁性体１１Ａが準備される
（同図（Ａ））。この非磁性体１１Ａの各ヨーク嵌合孔
１３に円柱状の磁性体からなるヨーク素材９Ａを圧入ま
たは焼き嵌めにより、締り嵌め状態に嵌め込む（同図
（Ｂ））。このヨーク素材９Ａが嵌合した非磁性体１１
Ａを、旋削等の機械加工を施して、中央部にボス部１２
ｃが突出したボス付き円板状とする（同図（Ｃ））。ボ
ス部１２ｃの外径は、後に鍔部１２ａとなる外径とす
る。このボス付き円板状の工作物の中心に円筒孔１２ｂ
を形成し、ヨーク結合体１２とされる（同図（Ｄ））。
円筒孔１２ｂの内径面は研削加工等で仕上げられる。同
図（Ｅ）は、完成したヨーク結合体１２の平面図であ
る。このヨーク結合体１２は、ノズル１５（図１）を加
工した後、他の部品と共に組立てられる。この組立は、
図３に示すように、前記のように製作した一対のヨーク
結合体１２，１２の各ヨーク９，９間に、コイル７の巻
かれたコア部品８を挟み込み、ヨーク結合体１２，１２
の対向する鍔部１２ａ，１２ａ間に円筒状の非磁性体１
４を挟むことにより行う。非磁性体１４は、一方のヨー
ク結合体１２の鍔部１２ａに接合しておき、その状態で
各コア部品８をヨーク結合体１２，１２で挟み込む。な
お、ヨーク結合体１２は、図７に示すように、非磁性体
１１とヨーク９とを溶接１９で結合しても良い。

【００２０】この静圧磁気複合軸受１は、このように静
圧軸受２と磁気軸受３とを組み合わせたものであるた
め、静圧軸受２の優れた動剛性と磁気軸受３の優れた静
剛性という両者の特長を生かした軸受とできる。静圧軸
受２と磁気軸受３とは、構成部品が兼用されているた
め、単に静圧軸受と磁気軸受とを軸方向に並べて配置す
る場合に比べて、構成がコンパクトになり、主軸４の長
さも短縮できる。これにより、曲げ固有振動数が高めら
れ、より高速回転が可能となる。また、磁気軸受３のヨ
ーク９が静圧軸受２の軸受隙間ｄの形成部材を兼用し、
かつヨーク９がノズル１５の形成部材を兼用するため、
構成部品が高度に兼用化され、構成のコンパクト化の効
果が高い。また、ヨーク９が非磁性体１１に形成された
孔１３に締り嵌め状態に取付けられるため、後に示す各
実施形態に比べて円周方向に隣合うヨーク９，９間の隙
間を完全に非磁性体１１が埋めることが容易であり、軸
受性能に対する軸受部の温度上昇の影響が少ない。ま
た、このようにヨーク９，９間の隙間を完全に無くす構
成としながら、組立が簡単に行える。

【００２１】図４および図５は、この発明をアキシャル
軸受に適用した実施形態を示す。この静圧磁気複合軸受
２１は、静圧軸受２２と磁気軸受２３とを、互いに兼用
部分が生じるように一体化したものである。軸受ロータ
４ｂは、主軸４に設けられた鍔状部分からなる。磁気軸
受２３は、ロータ４ｂの幅面に対面するリング状の電磁
石コア２５を有し、このコア２５はＣ字状の断面形状と
されてそのＣ字形状の開口部２５ａがロータ４ｂの幅面
側に向き、非磁性体２８で埋められている。コア２５内
にコイル２９が設けられている。コイル２９は、その中
心線がロータ４ｂの軸心方向と平行となるように設けら
れ、電源３０に接続されている。なお、コア２５は強磁
性体からなり、非磁性体２８には金属材料のものが用い
られている。静圧軸受２２は、コア２５および非磁性体
２８によりロータ４ｂの幅面に対面する軸受隙間形成面
３１を設け、この軸受隙間形成面３１に開口する圧力流
体のノズル３２を設けたものである。ノズル３２は、エ
ア供給源（図示せず）に接続される。軸受隙間形成面３
１は研削仕上げする。

【００２２】コア２５は、そのＣ字形状の開口部２５ａ
から内径側へ延びる内径側コア部品２６と、開口部２５
ａから外径側へ延びる外径側コア部品２７とに２分割さ
れている。非磁性体２８はリング状に形成されたもので
あり、内径側コア部品２６の前記開口部２５ａの形成
面、および外径側コア部品２７の前記開口部２５ａの形
成面の両方に対して、圧入または焼き嵌めにより、締り
嵌め状態に嵌り合っている。内径側コア部品２６は、リ
ング状板部２６ａ（図５（Ｄ））と、このリング状板部
２６ａの内径縁から突出した内側筒部２６ｂと、この内
側筒部２６ｂの先端から外径側に延びる鍔部２６ｃとで
なり、鍔部２６ｃの先端が前記開口部２５ａの形成面と
なる。コイイル２９は、この内径側コア部品２６のリン
グ状板部２６ａの内面に設置されている。また、ノズル
３２は内径側コア部品２６の内側筒部２６ｂを軸方向に
貫通した孔で形成され、円周方向の複数個所に等配され
ている。外径側コア部品２７は、外側筒部２７ｂ（図５
（Ａ）と、この外側筒部２７ｂの先端から内径側に延び
る鍔部２７ｃとでなり、鍔部２７ｃの先端が前記開口部
２５ａの形成面となる。外側筒部２７ｂは、外径が内径
側コア部品２６のリング状板部２６ａの外径と同径とさ
れ、リング状板部２６ａの内面外周部に突き合わせられ
る。

【００２３】図５は、このアキシャル式の静圧磁気複合
軸受２１の組立工程を示す。外径側コア部品２７の鍔部
２７ｃの内径面に非磁性体２８が圧入または焼き嵌めで
取付けられる。この外径側コア部品２７と非磁性体２８
との組立体を、コイル２９の設置された内径側コア部品
２６と組み合わせる。この場合に、非磁性体２８に対し
て、内径側コア部品２６の鍔部２６ｃを圧入または焼き
嵌めすることで組み立てる。これにより、同図（Ｅ）の
ように静圧磁気複合軸受２１が組み立てられる。なお、
内径側コア部品２６には、組立前にノズル３２を加工し
ておく。また、図８に示すように、外径側コア部品２７
の鍔部２７ｃの内径面に非磁性体２８が圧入または焼き
嵌めで取付けた後、両部品２７，２８を溶接３３で結合
しても良い。

【００２４】このように、アキシャル軸受とした場合
も、磁気軸受２３のコア２５および非磁性体２８を静圧
軸受２２の軸受隙間形成面３１の構成部品として兼用
し、またコア２５をノズル３２の構成部品に兼用したた
め、構成がコンパクトになる。さらに、コア２５を２分
割し、コア２５の開口部２５ａにリング状の非磁性体２
８を順次締り嵌め状態に取付けるようにしたため、コア
２５の開口部を容易にかつ完全に隙間なく非磁性体２８
で埋めることができる。

【００２５】図６は、この発明の実施形態にかかる静圧
磁気複合軸受スピンドル装置を示す。このスピンドル装
置は、２組のラジアル形式の静圧磁気複合軸受８１，８
１と、両軸受８１，８１の間に配置された２組のアキシ
ャル形式の静圧磁気複合軸受８２，８２と、主軸４を回
転させるモータ８３とをハウジング８４内に設置したも
のである。モータ８３は、これら軸受８１，８２による
支持部分よりも後方に設置してある。アキシャル形式の
２組の静圧磁気複合軸受８２，８２は、主軸４に形成さ
れた同じロータ４ｂの両面に対面して配置してあるが、
１組の静圧磁気複合軸受８２をロータ４ｂの片面のみに
配置するようにしても良い。各軸受８１，８２には、ハ
ウジング８４内に設けられた共通の給気経路８５を介し
て空気圧源（図示せず）に接続される。前記各静圧磁気
複合軸受８１，８２は、この発明にかかる静圧磁気複合
軸受であれば良く、前記各実施形態の軸受１，２１であ
っても、また後述の各実施形態の軸受を用いても良い。
また、このスピンドル装置を構成する軸受８１，８２
は、必ずしも全てを静圧磁気複合軸受とする必要はな
く、いずれか一つにこの発明にかかる静圧磁気複合軸受
を用いれば良い。

【００２６】このように、この発明の静圧磁気複合軸受
を用いたスピンドル装置とすることにより、大きな静剛
性と優れた動的安定性および回転精度が得られ、かつ主
軸４を短くできて、主軸４の曲げ固有振動数が高められ
るため、汎用の高速加工機用スピンドル装置として実用
化が可能となる。また、装置全体のコンパクト化が図れ
る。

【００２７】図９は、この発明の他の実施形態にかかる
ラジアル形式の静圧磁気複合軸受を示す。この静圧磁気
複合軸受４１は、図１の実施形態にかる静圧磁気複合軸
受１において、コア部品８の両側に設けられるヨーク４
９を、図９（Ｂ）のように扇形のヨーク４９とし、円周
方向に隣合うヨーク４９，４９間に非磁性体５１を介在
させたものである。非磁性体５１は樹脂性のものであ
り、所定間隔で配置したヨーク４９，４９間に溶融樹脂
を充填して形成される。これにより、ヨーク４９と非磁
性体５１とが一体化したヨーク結合体５２が構成され
る。ヨーク結合体５２の軸受隙間形成面２２となる内径
面５２ｂは、樹脂製の非磁性体５１の硬化後に研削仕上
げされる。その他の構成は図１の例と同じであり、対応
部分に同一符号を付してその説明を省略する。このよう
に構成した場合も、磁気回路が綺麗に形成されるなど、
図１の実施形態で説明した各効果が得られる。ただし、
この実施形態の場合、温度上昇時に、ヨーク４９と樹脂
製の非磁性体５１との熱膨張差から、図１１に誇張して
示すように、樹脂製の非磁性体５１に軸受隙間形成面に
突出する盛り上がり部５１ａが生じることがある。この
盛り上がり部５１ａは、軸受隙間に影響するため、静圧
軸受の制御を工夫する必要がある。

【００２８】図９の例において、非磁性体５１を樹脂製
のものに代えて、非磁性の金属製とし、ヨーク４９，４
９間の隙間形状に合わせて機械加工により製作し、ヨー
ク４９，４９間に挿入しても良い。これによれば、温度
上昇時の盛り上がりの問題が解消される。しかし、非磁
性体５１を金属部材とした場合、精度良く加工すること
が難しいことから、図１２に誇張して示すように、非磁
性体５１とヨーク４９との間に余分な隙間ｅが生じるこ
とがある。この隙間ｅは、軸受隙間ｄに影響しない程度
であれば良いが、そのようにするには、非磁性体５１や
ヨーク４９を高精度に加工する必要がある。図１の実施
形態はこれらの盛り上がり部５１ａや余分な隙間ｅの発
生の課題を解消し、軸受の組み立て性の向上と共に、静
圧軸受の軸受性能の安定を図ったものである。

【００２９】図１０は、この発明のさらに他の実施形態
にかかるアキシャル形式の静圧磁気複合軸受を示す。こ
の静圧磁気複合軸受６１は、図４の実施形態にかかる静
圧磁気複合軸受２１において、非磁性体２８を締り嵌め
させる代わりに、コア２５内に樹脂製の非磁性体６５を
充填したものである。非磁性体６５は、コア２５の表面
と同一平面となるまで充填し、これらコア２５および非
磁性体６５の軸受隙間形成面３１となる面は研削仕上げ
する。その他の構成は図４の実施形態と同じである。こ
のように構成した場合も、磁気回路ｂが綺麗に形成され
るなど、図４の実施形態で説明した各効果が得られる。
ただし、この実施形態においても、図１３に示すよう
に、温度上昇時の非磁性体６５の盛り上がり部６５ａに
よる軸受隙間ｄへの影響があり、その対策が必要であ
る。

【００３０】また、図４の実施形態において、非磁性体
６５を外径側コア部品２７に圧入または焼き嵌めした後
に内径側コア部品２６と外径側コア部品２７とを組み立
てる代わりに、内径側コア部品２６と外径側コア部品２
７とが組み合わせられた状態のコア２５の開口部２５ａ
にリング状の非磁性体２８Ａを挿入する組み立て方法を
採っても良い。ただし、その場合、非磁性体６５を隙間
なく挿入することが難しく、図１４に誇張して示すよう
に、余分な隙間ｆが軸受隙間ｄと連通して生じることが
あり、静圧軸受の性能に影響する。このため、図５と共
に説明したように、非磁性体６５を外径側コア部品２７
に圧入または焼き嵌めした後に内径側コア部品２６と外
径側コア部品２７とを組み立てることが好ましい。

【００３１】

【発明の効果】この発明の静圧磁気複合軸受およびスピ
ンドル装置は、いずれも静圧軸受と磁気軸受とを所定の
関係で組み合わせたものであるため、静圧軸受の優れた
動剛性および回転精度と磁気軸受の優れた静剛性とを併
せ持ちながら、構成がコンパクトになる。ラジアル軸受
としたものでは、主軸長も短縮するできる。また、この
発明の静圧磁気複合軸受の製造方法によると、簡単な組
立過程で、ヨーク間の隙間を容易に無くすことができ、
軸受性能の安定が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかるラジア
ル形式の静圧磁気複合軸受の断面図、（Ｂ）は同破断平
面図である。

【図２】同静圧磁気複合軸受におけるヨーク結合体の製
造過程の説明図である。

【図３】同静圧磁気複合軸受の組み立て方法を示す斜視
図である。

【図４】（Ａ）はこの発明の他の実施形態にかかるアキ
シャル形式の静圧磁気複合軸受の破断側面図、（Ｂ）は
同破断平面図である。

【図５】同軸受の組み立て工程の説明図である。

【図６】この発明の一実施形態にかかる静圧磁気複合軸
受スピンドル装置の断面図である。

【図７】図１の実施形態におけるヨーク結合体の変形例
を示す斜視図である。

【図８】図４の実施形態における外径側コア部品および
非磁性体の変形例を示す断面図である。

【図９】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかか
るラジアル形式の静圧磁気複合軸受の断面図、（Ｂ）は
その破断平面図である。

【図１０】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にか
かるアキシャル形式の静圧磁気複合軸受の断面図、
（Ｂ）はその破断平面図である。

【図１１】図９の実施形態の問題点を示す破断平面図で
ある。

【図１２】さらに他の実施形態の問題点を示す破断平面
図である。

【図１３】図１０の実施形態の問題点を示す破断側面図
である。

【図１４】さらに他の実施形態の問題点を示す破断側面
図である。

【図１５】（Ａ）は従来のスピンドル装置の断面図、
（Ｂ）は比較提案例にかかるスピンドル装置の断面図で
ある。

【図１６】比較提案例にかかるアキシャル形式の静圧磁
気複合軸受の破断側面図である。

【符号の説明】

２…静圧軸受 １２…ヨーク結合体 ２ａ…軸受隙間形成面 １４…非磁性体 ３…磁気軸受 １５…ノズル ４…主軸 ２２…静圧軸受 ４ａ…ロータ ２３…磁気軸受 ４ｂ…ロータ ２５…コア ５…電磁石 ２６…内径側コア部品 ６…コア ２７…外径側コア部品 ７…コイル ２８…非磁性体 ８…コア部品 ２９…コイル ９…ヨーク ３１…軸受隙間形成面 １１…非磁性体 ３２…ノズル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静圧軸受と磁気軸受とを、互いに兼用部
   分が生じるように一体化したラジアル形式の軸受とし、
   前記磁気軸受のコイルの中心線をロータの軸方向と略平
   行とし、かつ前記静圧軸受の圧力流体のノズルを前記コ
   イルに対して軸方向に並べて設けた静圧磁気複合軸受。
2. 【請求項２】 前記磁気軸受は、ロータの外周に円周方
   向へ並べて配置された複数個の電磁石を有し、これら各
   電磁石のコアは、ロータの軸方向に沿う断面形状がＣ字
   形状であってその開口部がロータ側に向き、前記開口部
   が非磁性体で埋められたものとし、円周方向に隣合う各
   コアの間を非磁性体で埋め、前記各コアに前記ノズルを
   設けた請求項１記載の静圧磁気複合軸受。
3. 【請求項３】 リング状の非磁性体に形成された円周方
   向複数個所の孔に電磁石コアの一部となるヨークを締り
   嵌め状態に嵌合させた一対のヨーク結合体を設け、これ
   らヨーク結合体は互いに軸方向に並べ、コイルが外周に
   巻かれたコア部品を両ヨーク結合体の対向するヨーク間
   に介在させ、両ヨーク結合体の対向面の内周縁間を別の
   非磁性材体で埋め、この別の非磁性体の内径面および前
   記ヨーク結合体の内径面を静圧軸受の軸受隙間形成面と
   し、前記ヨークに前記軸受隙間形成面に開口するノズル
   を設けた請求項１記載の静圧磁気複合軸受。
4. 【請求項４】 円周方向に並ぶ複数のヨーク嵌合孔を有
   する非磁性体を準備し、この非磁性体の前記各ヨーク嵌
   合孔にヨークを締り嵌め状態に嵌め込む過程と、この非
   磁性体の中心部に前記ヨークが露出した状態に円筒孔を
   形成して前記非磁性体と複数のヨークとでなるリング状
   のヨーク結合体とする過程と、このように各々加工され
   た一対のヨーク結合体を軸方向に並べ、コイルが外周に
   巻かれたコア部品を両ヨーク結合体の対向するヨーク間
   に介在させると共に、両ヨーク結合体の対向面の内周縁
   間を別の非磁性材体で埋める過程とを含み、前記ヨーク
   結合体の円筒孔の内径面および前記別の非磁性体の内径
   面が静圧軸受の軸受隙間形成面となり、この軸受隙間形
   成面に開口するノズルが前記ヨークに形成されたラジア
   ル形式の静圧磁気複合軸受を製造する軸受製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の軸受製造方法において、
   非磁性体の前記各ヨーク嵌合孔にヨークを締り嵌め状態
   に嵌め込む過程の後、またはこの非磁性体の中心部に前
   記ヨークが露出した状態に円筒孔を形成して前記非磁性
   体と複数のヨークとでなるリング状のヨーク結合体とす
   る過程の後、非磁性体とヨークとを溶接で接合する軸受
   製造方法。
6. 【請求項６】 静圧軸受と磁気軸受とを、互いに兼用部
   分が生じるように一体化したアキシャル形式の軸受と
   し、前記磁気軸受は、ロータの幅面に対面するリング状
   の電磁石コアを有し、このコアは開口部がロータの幅面
   側に向くＣ字状の断面形状とされて、その開口部が非磁
   性体で埋められ、前記コア内にコイルを有し、前記コア
   に静圧軸受の圧力流体のノズルを有するアキシャル形式
   の静圧磁気複合軸受。
7. 【請求項７】 前記コアが、前記開口部から内径側へ延
   びる内径側コア部品と、前記開口部から外径側へ延びる
   外径側コア部品とに２分割されて、これら内径側コア部
   品の前記開口部の形成面、および外径側コア部品の前記
   開口部の形成面の両方に対して、この開口部に設けられ
   るリング状の非磁性体が締り嵌め状態に嵌り合い、前記
   内径側部品に前記ノズルが設けられた請求項６記載の静
   圧磁気複合軸受。
8. 【請求項８】 互いに組み合わさって磁気軸受における
   Ｃ字状断面形状のリング状の電磁石コアを構成するコア
   部品であって、前記Ｃ字状断面形状における開口部から
   内径側へ延びる内径側コア部品、および前記開口部から
   外径側へ延びる外径側コア部品を準備する過程と、これ
   ら内径側コア部品の前記開口部の形成面、および外径側
   コア部品の前記開口部の形成面の両方に対して、リング
   状の非磁性体が順次締り嵌め状態に嵌り合うように、こ
   れら内径側コア部品、外径側コア部品、および非磁性体
   を組み立てる過程とを含み、前記コアが前記開口部側の
   幅面でロータの幅面に対面してその対向面および前記非
   磁性体の表面が静圧軸受の軸受隙間形成面となり、かつ
   前記内径側コア部品に前記軸受隙間形成面に開口する圧
   力流体のノズルを有するアキシャル形式の静圧磁気複合
   軸受を製造する軸受製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の軸受製造方法において、
   外径側コア部品の開口部の形成面にリング状の非磁性体
   を締り嵌め状態に嵌め込んだ後、これら外径側コア部品
   と非磁性体とを溶接で接合し、この非磁性体の接合され
   た外径側コア部品と内径側コア部品とを嵌り合い状態に
   組み立てる軸受製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１または請求項２または請求項
    ３または請求項６または請求項７記載の静圧磁気複合軸
    受を介して前記ロータを含む主軸をハウジングに回転自
    在に支持した静圧磁気複合軸受スピンドル装置。