JPS618245A - スピンドル支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、工具の位置を正確にでき、高精度な加工がで
きるスピンドル支持装置に関する。

「従来の技術」 従来より、スピンドルを支持する装置としては、すべり
軸受やころがり軸受を用いたものがあった。

特に高精度の加工用のものとしては、静圧軸受や空気軸
受等を利用したものがあった。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに１、すべり軸受やころがり軸受を用いた支持装
置では、高精度な加工は困難であった。それは、軸受自
体の精度に一定の限界があることにより、工具の位置に
狂いが生ずるためである。この他、軸受の発熱や摩耗も
原因となっている。又、静圧軸受や空気軸受等を用いた
支持装置は精密加工に向いているが、構造が複雑であり
、又、一定の回転域でしか使用されないという欠点があ
った。

［問題点を解決するための手段」 そこで発明者は前記の諸欠点を解決すべり、鋭意、研究
を重ねた結果、本発明を、軸用磁石を斜設したフランジ
を軸方向に一対設けたスピンドルを、その軸用磁石と反
発する向きに軸受用磁石を斜設した軸受にて支持したス
ピンドル支持装置としたことにより、前述の諸欠点を解
決し、極めて精密な加工を可能にしたものである。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づき説
明する。Ａはスピンドルであり、軸方向に適宜の間隔を
有して一対のフランジ１，１が固着されている。このフ
ランジ１．１には、軸用磁石１ａ、１ａが斜設されてい
る。この軸用磁石ｌａ、ｌａは、そのフランジ１の斜面
（弧状面も含む）の一部分の法線方向に着磁された永久
磁石である。この場合、傾斜面を設けたフランジ１゜ｌ
に軸用磁石１ａ、ｌａが埋設されることが多いが、軸用
磁石１ａ、ｌａのみが斜設されていることもある（第３
図参照）。又、フランジ１，１及び軸用磁石１ａ、ｌａ
の形状は、円錐台状（第１図、第２図参照）のみならず
、半球状等としてもよい（第４図参照）。又、円周方向
にチップ状にその軸用磁石１ａ、ｌａを所定間隔に配設
することもある。さらに、フランジ１．１に別体とした
軸用磁石１ａ、ｌａを斜設せず、傾斜面を設けたフラン
ジ１，１内体が着磁されて、軸用磁石１ａ。

１ａを兼ねていることもある（第５図参照）。

２は軸受であり、クイル３に取付けられている。

軸受２，２は、前記フランジ１．１に各々対向して設け
られている。この軸受２，２は、特にクイル３と別体と
されず、クイル３の一部を軸受２゜２として用いること
もある。この軸受２，２には、前記軸用磁石１ａ、ｌａ
と反発力する向きに着磁された軸受用磁石２ａ、２ａが
斜設されている。

この軸受用磁石２ａ、２ａは、その軸受２．２の斜面（
弧状面も含む）の一部分の法線方向に着磁された永久磁
石である。この軸受用磁石２ａ、２ａは、固定式のため
、場合によっては電磁石が用いられることもある。又、
この軸受用磁石２ａ。

２ａは軸受２．２と別体とされず、軸受２．２内体が着
磁されて軸受用磁石’ｌａ、　　２ａを兼ねることもあ
る（第５図参照）。この場合にも、軸受用磁石２ａ、　
　２ａは、前記軸用磁石１ａ、ｌａに対応した形状を有
している。

前記クイル３内に前記スピンドルＡが挿入されており、
このスピンドルＡは、フランジ１．１に斜設された軸用
磁石１ａ、ｌａと前記軸受２，２に斜設された軸受用軸
受２ａ、２ａとの反発力にて支持されている。このとき
、スピンドル八がクイル３内番ど挿入された後に、片方
のフランジ１がスピンドルＡに挿入されて取付けられる
ことが多い（第２図乃至第５図参照）。又、片方の軸受
２を外しておいて、スピンドルＡを挿入後に、その軸受
２が頓着できるようにした実施例もある（第６図参照）
。

図中４は前記スピンドルＡにフランジ１を取付ける取付
ナンド、５は砥石等の切削又は研削用の工具、６は工具
取付用ナツトである。

「作用」 本発明の作用状態を第２図及び第７図乃至第１１図に基
づいて説明する。第２図では、スピンドルＡが中立状態
にある。このとき、磁石１ａ、１ａと軸受用磁石２ａ、
２ａが反発している。この反発力によりスピンドルＡが
そのフランジ１．１において受ける力は、スピンドルＡ
の前方（図では左方）のフランジ１の上部、前方のフラ
ンジ１の下部、後方（図では右方）のフランジ１の上部
及び後方のフランジ１の下部において釣り合っている。

即ちＦ　１　、Ｆ　２　＋　Ｆ　３　＋　Ｆ　４は大き
さが等しい（第７図参照）。ここで、そのＦ１＋ＦＩＩ
＋Ｆ３．Ｆ４はそのスピンドルＡを中心にして各々積分
して得られた反発力を略示している。従ってそれらの水
平方向の分力の和も垂直方向の分力の和も零となる。即
ち、スピンドルＡは、第２図に示すようにクイル３の略
センターの中立位置で保持されている。

第８図では、スピンドルＡに負荷等が加わり、スピンド
ルＡが同図において上方に変位した状態を示す。このと
き、軸用磁石１ａ、ｌａと軸受用磁石２ａ、　　２ａと
の反発力によりスピンドルＡがそのフランジ１．１にお
いて受ける力は以下のようになる。即ち、両フランジ１
．１の上部においては、軸用磁石１ａ、ｌａと軸受用磁
石２ａ、２ａとの間の距離が両フランジ１．１の下部に
おける距離よりも小さくなる。このため前方のフランジ
１の上部及び後方のフランジ１の上部における反発力は
、前方のフランジ１の下部及び後方のフランジ１の下部
における反発力よりも大きくなる。

これらの反発力Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３１　　Ｆ４を水平方向
と垂直方向に１分解して、 Ｆｕ　＝ＦＳｉ　十ＦＲｔ Ｆａ　＝ＦＳａ　＋ＦＲ３ Ｆｔ　−ＦＳｔ　＋ＦＲＩＩ Ｆ４　−Ｆ　Ｓ４　　＋Ｆ　Ｒ４ とする。水平方向についてみると、スピンドルＡが水平
方向に受ける力Ｆｓは、 ＦＳ＝ＦＳ１　＋ＦＳ３　＋ＦＳ２　＋ＦＳ４となる。

ここでＦＳｕ　＝　−ＦＳａ、Ｆｓ２−−Ｆｓ４である
ので、Ｆｓ　＝０となる。即ち、スピンドルＡは水平方
向に力を受けない。

一方垂直方向についてみると、スピンドルＡが垂直方向
に受けるちからＦｒは、 Ｆ　ｒ＝ＦＲｉ　＋ＦＲａ　＋ＦＲ２＋ＦＲ４となる。

ここでＦＲｉ　＝ＦＲａ　、ＦＲ２＝ＦＲ４であり、且
つＩＦＲＩ　ｌ＞ＩＦＲ２１である。従ってスピンドル
Ａは、前後で等しい下向きの力を受けることになる。即
ち、スピンドルＡが上方に移動したときは、軸角磁石１
ａ、ｌａと軸受用磁石２ａ、２ａとの反発力により、ス
ピンドルＡは　。

下方（旧位）に戻されるような力を受ける（第９図参照
）。

又、スピンドルＡに負荷等が加わり、スピンドルＡが後
方（第１０図では右方）に変位した状態が第１０図に示
されている。このとき軸角磁石１ａ、ｌａと軸受用磁石
２ａ、２ａとの反発力により、スピンドルＡがそのフラ
ンジ１．１において受ける力は以下のようになる。即ち
、前方のフランジ１の上部及び下部においては、軸角磁
石１ａ。

１ａと軸受用磁石２ａ、２ａとの間の距離は、後方のフ
ランジ１の上部及び下部における距離よりも小さくなる
。このため前方のフランジ１の上部及び下部における反
発力は、後方のフランジ１の上部及び下部における反発
力よりも大きくなる。

これらの反発力Ｆ１１　　Ｆ２　ｒ　　Ｆ３．Ｆ４を水
平方向と垂直方向に分解して、 Ｆｚ　＝ＦＳＸ　ＩＦＲＩ Ｆ２　＝ＦＳ２＋ＦＲ２ Ｆａ　−ＦＳａ　＋ＦＲ３ Ｆ４　＝ＦＳ４＋ＦＲ４ とする。垂直方向についてみると、スピンドルＡが垂直
方向に受ける力Ｆｒは、 Ｆ　ｒ＝ＦＲｚ　＋ＦＲ２＋ＦＲ３＋ＦＲ４となる。

ここでＦＲＩ　＝−ＦＲ２、ＦＲ３＝−ドＲ４であるの
でＦｒ　＝０となる。即ち、スピンドルＡは、垂直方向
に力を受けない。

一方水平方向についてみると、スピンドルＡが水平方向
に受ける力Ｆｓは、 Ｆｓ−ＦＳｉ　＋ＦＳ２　＋ＦＳ３＋ＦＳ４となる。こ
こでＦＳｚ　＝ＦＳ２　、ＦＳｓ　＝ＦＳ４であり、且
つ１Ｆｓｚ　ｌ＞１Ｆｓａ　ｌである。従うてスピンド
ルＡは、上下で等しい前向きの力を受けることになる。

即ち、スピンドルＡが後方に移動したときは、軸角磁石
１ａ、ｌａと軸受用磁石２ａ、２ａとの反発力により、
スピンドルＡは、前方（旧位）に戻されるような力を受
ける（第１１図参照）。

以上説明したことから明らかなように、スピンドルＡに
は、半径方向又は軸方向の何れに変位した場合でも常に
元の位置へ戻そうとする復元力が作用する。

「発明の効果」 本発明においては、軸角磁石１ａ、ｌａを斜設したフラ
ンジ１，１を軸方向に一対設けたスピンドルＡを、その
軸角磁石１ａ、ｌａと反発する向きに軸受用磁石２ａ、
２ａを斜設した軸受２，２にて支持したスピンドル支持
装置とした構成により、以下の効果を奏する。即ち、第
１に取付時のみならず、負荷が加わる加工中であっても
工具５の位置を正確にでき、第２に特にクイル３の軸心
にスピンドルＡを支持できるし、第３に騒音、振動等を
極めて小さくでき、第４に製造、保守等が容易にできる
等の効果を奏する。

以上について詳述すると、まず、本発明のスピンドル支
持装置は、軸角磁石１ａ、ｌａと軸受用磁石２ａ、　　
２ａとの間に、反発力が作用する。これにより半径方向
及び軸方向とも、定位置から少しでも移動する（ずれる
）とスピンドルＡに定位置に戻そうとする力が作用する
。従って、取付時に半径方向や軸方向にずれることなく
極めて正確な位置に取付けることができる。又、切削や
研削等の加工中に負荷が加わり工具５と共１にスピンド
ルＡが半径方向や軸方向に移動することがある。この場
合は前記復元力により、スピンドルＡが正確な位置に復
元する。特にその復元力は移動変化が大きければ、大き
い程復元力が増大し、旧位に復元できる大きな利点があ
る。従って工具５は、どのような回転域においても常に
正確な位置に保たれる。このため艙面加工のような高精
度の要求される加工に極めて好適である。

又、本発明のスピンドル支持装置によれば、摩擦部分が
ないため摩耗、発熱等の生ずる恐れがない。このため、
これらによる位置の狂いも生じない。従って、工具５を
正確な位置に保ちつづけることができる。

第２に、スピンドルＡの軸方向に、軸角磁石１ａ、ｌａ
を斜設したフランジ１．１を一対設け、これに対応して
軸受用磁石２ａ、　　２ａを斜設した軸受２，２を設け
たことで、そのスピンドルＡの軸方向に所定間隔を有し
て軸受支持構造が２箇所設けられたこととなり、そのク
イル３に対してスピンドルＡの軸心が著しくぶれないよ
うにでき、常に高精度のセンター支持が可能である。従
って前述の磁力による復元力の作用と、その軸受構造を
一対設けたこととが相乗的に作用して負荷状態であって
も、従来の静圧軸受支持構造や空気軸受支持構造とは異
なり、常に高精度の中立位置を保つことができ、これに
よって高精度の研摩、研削が可能であるという大きな効
果を発揮しうる。

第３に、本発明のスピンドル支持装置によれば、前述の
ように摩擦部分がないため、加工中に騒音、振動等が生
じない。従って作業を快適に進めることができ、作業能
率も向上できるという効果も有する。

第４に、本発明のスピンドル支持装置は極めて簡単な部
品より構成されているため、前述のように極めて高性能
ながら製造、保守が容易であるという著しい利点も有す
る。

なお、フランジ１を取付ける際に取付ナツト４を用いて
行うならば、この取付ナツト４を締付けることにより、
両フランジ１．１と両軸受２．２との間の距離を変化さ
せることができる。これがため軸角磁石１ａ、ｌａと軸
受用磁石２ａ、２ａとによる反発力を適宜調整すること
ができるという効果も生ずる。このとき、第２図乃至第
５図において水平方向の前後の軸角磁石１ａ、ｌａと軸
受用磁石２ａ、　　２ａとの反発力が等しく保たれて調
整され、片寄り等が生ずることもない効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであって、第１図は
本発明の一部切除した斜視図、第２図は第１部の断面図
、第３図乃至第６図は本発明の他の実施例を示す断面図
、第７図はスピンドルが中立状態にあるときにスピンド
ルに作用する力を示す作用図、第８図はスピンドルが上
方に変位した状態の断面図、第９図は第８図の状態にお
いてスピンドルに作用する力を示す作用図、第１０図は
スピンドルが下方に変位した状態の断面図、第１１図は
第１０図の状態においてスピンドルに作用する力を示す
作用図である。 Ａ・・・・・・スピンドル、　　　１・・・・・・フラ
ンジ、ｌａ・・・・・・軸角磁石、　　　２・・・・・
・軸受、２ａ・・・・・・軸受用磁石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸用磁石を斜設したフランジを軸方向に一対設け
   たスピンドルを、その軸用磁石と反発する向きに軸受用
   磁石を斜設した軸受にて支持したことを特徴とするスピ
   ンドル支持装置。