JP2009068649A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用中の発熱による悪影響を抑制することが可能なスピンドル装置を提供する。
【解決手段】スピンドル装置は、主軸１と、軸受スリーブ３、４と、冷却スリーブ１５と、ハウジング２とを備える。軸受スリーブ３、４は主軸１の側面の一部に対向するように配置され、主軸１の側面の一部との間の間隙に気体を供給するための給気孔３ｂ、３ｃ、４ｃが形成されている。冷却スリーブ１５は、主軸１の側面において軸受スリーブ３、４と対向する領域以外の領域の少なくとも一部に対向するように配置される。ハウジング２は開口部を有し、当該開口部の内部に軸受スリーブ３、４、冷却スリーブ１５および主軸１を保持する。多孔質材料からなる冷却スリーブ１５には主軸１の側面に向けて冷却用気体を供給する冷却用気体供給孔として、内周側表面に複数の孔が形成される。主軸１において冷却スリーブ１５と対向する側面には、冷却溝部１ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、スピンドル装置に関し、より特定的には、軸受として静圧気体軸受を用いたスピンドル装置に関する。

静圧気体軸受は主軸を軸受面に対して非接触状態で支持するため、その回転精度が高い。このため、この静圧気体軸受は、精密加工機や精密検査装置のワークスピンドル装置または工具スピンドル装置などに使用される。このような静圧気体軸受及びこれを用いたスピンドル装置の例は、たとえば特許文献１に開示されている。

従来のスピンドル装置を、図９を参照しながら説明する。図９は、従来のスピンドル装置を示す断面模式図である。このスピンドル装置における静圧気体軸受では、ハウジング１０３に軸受スリーブ１０４、１０５、１０６を適宜の手段で固定している。そして、主軸１０１を、二つの軸受スリーブ１０４、１０５により形成されたジャーナル軸受部１０７、１０８において、微小な軸受隙間を介して非接触状態で径方向に支持する。さらに、主軸１０１に一体に設けたスラスト板１０２を、その両面から二つの軸受スリーブ１０５、１０６で挟み込むことにより形成された一対のスラスト軸受部１０９、１１０で、微小な軸受隙間を介して非接触状態で軸方向に支持する。

この静圧気体軸受を備えるスピンドル装置では、主軸１０１と同軸的に駆動源１２２が設けられる。この駆動源１２２は、主軸１０１にモータロータ１１１が一体に取付けられ、モータステータ１１２との間に作用する電磁力により発生する駆動力によって主軸１０１を回転させるものである。ジャーナル軸受部１０７、１０８を構成する軸受スリーブ１０４、１０５には、主軸１０１と対向する軸受面に開口する複数個の微細な給気孔１１３が形成されている。複数個の給気孔１１３は、円周方向において等間隔に、軸方向二列の給気列１２３となるように配置されている。また、主軸１０１の外径面には、軸受スリーブ１０４、１０５に形成された二列の給気列１２３と対向する位置に円周溝１１８が設けられている。

スラスト軸受部１０９、１１０を構成する軸受スリーブ１０５、１０６には、スラスト板１０２と対向する軸受面に開口する複数個の微細な給気孔１４が形成されている。複数個の給気孔１４は、円周方向等間隔に配置され、円周上一列の給気列１２４を構成している。

この静圧気体軸受では、軸受給気口１１５から圧縮気体を供給する。供給された圧縮気体は、ハウジング１０３に設けられた給気路１１６を経由して給気列１２３、１２４の給気孔１１３、１１４からジャーナル軸受部１０７、１０８およびスラスト軸受部１０９、１１０の軸受隙間に流入する。この結果、軸受隙間内の圧縮気体の圧力によって主軸１０１の自重や外部負荷と釣り合う軸受反力を生じる。このジャーナル軸受部１０７、１０８およびスラスト軸受部１０９、１１０により、主軸１０１を非接触状態で支持しながら回転駆動させることによって、高精度の回転運動を実現している。なお、ジャーナル軸受部１０７、１０８およびスラスト軸受部１０９、１１０から流出する気体は、軸受端部から直接、または排気路１１７を通ってハウジング１０３の外部に排出される。

軸受スリーブ１０４と１０５の間には、シールスリーブ１１９が配設されている。このシールスリーブ１１９には、内径面と外径面間で貫通する排気孔１２５、および当該排気孔１２５と連通する円周溝１２６が内径面と外径面にそれぞれ形成されている。この排気孔１２５および円周溝１２６を介して、主軸１０１に設けた排気路１２１とハウジング１０３に設けた排気路１２０とが連通している。シールスリーブ１１９の内径面に形成された円周溝１２６の両側は、ジャーナル軸受部１０７、１０８の軸受隙間と同等の微小なシール隙間を介して主軸１０１の外径面と対向し、非接触シール構造を構成する。

ただしこの排気路１２１、１２０等は常に形成されるとは限らず、主軸１０１の端部に取付けられるワーク取付板においてワークを固定するために上記排気路１２１、１２０を経由して真空吸引する場合等に形成される。
特開２００３−３０１８４１号公報

上記のように従来のスピンドル装置は、高精度の精密加工機や精密検査装置のワークスピンドル装置等に使用されている。そして、使用中の発熱によって本スピンドル装置の主軸１０１が伸びると、軸端に取付けたワークの位置が変化するため加工や測定精度に悪影響を及ぼす場合がある。また使用中に発生した熱が、主軸１０１を経由し非加工物又は測定物（以下ワークと呼ぶ）に伝わり悪影響を及ぼす場合もある。このため、主軸１０１の回転中は出来る限り当該軸の温度上昇がなく、軸端位置も変化しない事が望まれる。

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、使用中の発熱による悪影響を抑制することが可能なスピンドル装置を提供することである。

この発明に従ったスピンドル装置は、主軸と、軸受スリーブと、冷却スリーブと、ハウジングとを備える。軸受スリーブは、主軸の側面の一部に対向するように配置され、主軸の側面の一部との間の間隙に気体を供給するための気体供給孔が形成されている。冷却スリーブは、主軸の側面において軸受スリーブと対向する領域以外の領域の少なくとも一部に対向するように配置される。ハウジングは、開口部を有し、当該開口部の内部に軸受スリーブ、冷却スリーブおよび主軸を保持する。冷却スリーブには主軸の側面に向けて冷却用気体を供給する冷却用気体供給孔が形成される。主軸において冷却スリーブと対向する側面には、凹凸形状部が形成されている。

このようにすれば、冷却スリーブから供給される冷却用気体によって主軸を冷却することができる。このため、スピンドル装置において使用中の発熱により主軸が伸びることで加工または測定精度が悪化する、あるいは主軸を介して非加工物または測定物に熱が伝わって悪影響を及ぼすことを防止できる。

本発明によれば、冷却スリーブから主軸に対して冷却用気体を供給して当該主軸を冷却できるので、使用中におけるスピンドル装置の温度上昇を抑制することができる。この結果、使用中の発熱に起因する悪影響を抑制できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明によるスピンドル装置の実施の形態１を示す断面模式図である。図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。図１および図２を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態１を説明する。

図１および図２を参照して、本発明によるスピンドル装置は、静圧気体軸受を用いたスピンドル装置であって、ハウジング２と軸受スリーブ３と主軸１とを備えている。ハウジング２は開口部を有する。ハウジング２の開口部には軸受スリーブ３、４が固定されている。そして、この軸受スリーブ３、４の中央部に形成された断面形状が円形状の開口部に主軸１が配置されている。主軸１には、フランジ状に外周側へと突出した、平面形状が円形状のスラスト板１ａが一体に形成されている。このスラスト板１ａの表面および主軸１の側面を囲むように、軸受スリーブ３、４が配置されている。

軸受スリーブ３、４には、主軸１の側面もしくはスラスト板１ａの表面と対向する領域に圧縮空気などの気体を供給するための給気孔３ｂ、３ｃ、４ｃが形成されている。この給気孔３ｂ、３ｃ、４ｃには、ハウジング２に形成された給気路２ａおよび軸受スリーブ３、４に形成された給気路２１を介して気体が供給される。また、軸受スリーブ３の主軸１と対向する内周面には、排気用円周溝３ｄが形成されている。この排気用円周溝３ｄには、軸受スリーブ３の内部に形成された排気路５およびハウジング２に形成された排気路１７が接続されている。

軸受給気口１８から給気路２ａ、２１を介して給気孔３ｂ、３ｃから供給された空気は、軸受スリーブ３、４と主軸１およびスラスト板１ａとの間に供給され、この主軸１とスラスト板１ａと軸受スリーブ３、４との間に微小な軸受隙間を形成する。このように、主軸１の側面と軸受スリーブ３との間にはジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂが形成されている。この結果、主軸１は、軸受スリーブ３、４に対して非接触の状態で回転可能になっている。

給気孔３ｂ、３ｃ、４ｃから供給された空気は、排気用円周溝３ｄや隙間１９から排気路５、１７を介してスピンドル装置の外部へと排出される。また、主軸１のスラスト板１ａの表面と軸受スリーブ３、４との間の間隙にも、給気孔３ｃ、４ｃから気体が供給されることにより微細な軸受空間が形成される。つまり、スラスト板１ａの表面と軸受スリーブ３、４との間にはスラスト軸受部３ａ、４ａが形成される。

次に、スラスト板１ａから見てジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂが形成された側と反対側における主軸１の端部には、駆動源が設けられている。具体的には、当該端部において主軸１にはモータロータ９ａが一体に取付けられている。そして、このモータロータ９ａと対向するようにモータステータ９ｂがハウジング２の内周側に固定されている。このモータロータ９ａとモータステータ９ｂとにより駆動源が構成される。そして、モータロータ９ａとモータステータ９ｂとの間に作用する電磁力によって、モータロータ９ａは回転し、この駆動力によって主軸１は回転する。

主軸１においてモータロータ９ａが設置された側と反対側の端部には、治具などを固定するための固定部８が設置されている。この固定部８においては、真空吸着などにより治具などを固定することができる。

上述したジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂを構成する軸受スリーブ３には、主軸１と対向する内周面（軸受面）に複数の給気孔３ｂが形成されている。複数の給気孔３ｂは、主軸１の側面を囲む円周方向において等間隔に配置されている。また、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂのそれぞれにおいては、主軸１の軸方向２列に給気孔３ｂが整列した給気列が構成されている。なお、主軸１の外周面には、軸受スリーブ３に形成された２列の上記給気列と対向する位置において、軸受剛性を高めるため円周溝（図示せず）が設けられていてもよい。

また、スラスト軸受部３ａ、４ａを構成する軸受スリーブ３、４の部分には、上述のようにスラスト板１ａと対向する内周面（軸受面）に数個の微細な給気孔３ｃ、４ｃが円周方向において等間隔に配置されている。この給気孔３ｃ、４ｃは、円周状に一列に並んだ給気列として設けられている。また、このスラスト軸受部３ａ、４ａにおいても軸受剛性を上げるため、軸受スリーブ３、４に形成された給気列と対向する位置に、スラスト板１ａの表面に円周溝を設けていてもよい。また、給気孔３ｃ、４ｃからなる給気列を含む円周状に、軸受スリーブ３、４の表面に円周溝を設けるようにしてもよい。

図１に示したスピンドル装置においては、主軸１においてスラスト板１ａが形成された側と反対側の端部において、主軸１の側面の一部と対向する位置に冷却スリーブ１５が配置されている。この冷却スリーブ１５には、その外周の一部に円周状の給気溝である冷却スリーブ外周溝１４が形成されている。冷却スリーブ１５は多孔質の材料からなる。この冷却スリーブ１５は、図１からもわかるように軸受スリーブ３と隙間１９を隔てた位置に配置される。また、冷却スリーブ１５は、軸受スリーブ３と同様にハウジング２の内部に挿入設置されている。この冷却スリーブ１５のスラスト板１ａ側の側面および当該スラスト板１ａ側の側面と反対側の側面は共に接着剤や他の樹脂等の材料で被覆されている。このような被覆層を設けることで、冷却スリーブ１５の対向する上記側面から冷却用気体（空気）が漏れることを防止している。

冷却スリーブ１５の冷却スリーブ外周溝１４に繋がるように、ハウジング２には給気口２ｃに繋がる給気路１３が形成されている。この給気口２ｃから上記給気路１３を介して冷却スリーブ外周溝１４には冷却用の空気が供給される。

また、主軸１の冷却スリーブ１５と対向する位置には、円周状の溝が複数配置された冷却溝部１ｂが形成されている。この冷却溝部１ｂにおいては、複数の円周溝が形成されている。このような円周溝を形成することによって、冷却スリーブ１５から噴出された冷却用気体（空気）と主軸１との接触面積を増やすことができる。

また、図２に示すように、冷却スリーブ１５の内径側（主軸１と対向する内周側）には、冷却に用いた空気の排気を行なうため、円周方向に等間隔に配置されるように、複数（たとえば４つ）の排気溝１５ａが設けられている。排気溝１５ａは、主軸１の軸方向に沿った方向に延びるように形成される。

次に、上述したスピンドル装置の動作を簡単に説明する。上述したスピンドル装置では、軸受給気口１８から圧縮気体を供給すると、当該圧縮気体はハウジング２に設けられた給気路２ａおよび軸受スリーブ３、４に形成された給気路２１を介して給気列の給気孔３ｂ、３ｃ、４ｃから、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａの軸受隙間に流入する。この軸受隙間内の圧縮気体の圧力によって、主軸１の自重や外部負荷に釣り合う軸受反力が生じる。このジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａによって、主軸１を非接触状態で支持しながら駆動源から発生した駆動力によって回転駆動させることができる。この結果、主軸１において高精度の回転運動を実現することができる。なお、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、３ｂから流出する気体は、軸受端部から直接、あるいは排気路１７を通ってハウジング２の外部に排出される。

上述したスピンドルの使用時には、ハウジング２に設けた給気口２ｃから給気路１３を介して冷却スリーブ１５の冷却スリーブ外周溝１４に冷却用の圧縮気体が給気される。そして、冷却スリーブ外周溝１４から多孔質の冷却スリーブ１５の内部を介して、主軸１の冷却溝部１ｂに向けて冷却用の圧縮気体が供給される。そして、冷却溝部１ｂにおいては当該冷却用の圧縮気体が表面に吹付けられることによって主軸１が冷却される。

この冷却に用いられた圧縮気体の大半は、主軸１の冷却溝部１ｂに形成された円周溝に沿って冷却スリーブ１５の排気溝１５ａ（図２参照）まで流れる。また、冷却に用いられた圧縮気体の一部は、冷却スリーブ１５と、軸受スリーブ３との間の隙間１９を通って、排気路１７を介してハウジング２の外部へ排気される。また、冷却に用いられた圧縮気体の一部は、排気溝１５ａの上端およびハウジング２と主軸１との隙間２０からハウジング２の外部に放出される。

上述したスピンドルでは、冷却溝部１ｂの周囲を取り囲む冷却スリーブ１５を構成する材料として多孔質材を用いているので、冷却に用いる気体が冷却スリーブ１５の内周側（主軸１の冷却溝部１ｂに対向する側の表面）の長手方向および円周方向において均一に主軸１に向けて噴出される。このため、スピンドル装置の回転精度に悪影響を及ぼすことなく、冷却溝部１ｂを効率的に冷却できる。また、要求される特性に応じて、主軸１の延在方向における冷却スリーブ１５および冷却溝部１ｂの長さを調節すれば（たとえば長くすれば）、冷却効率を変更する（たとえばより高める）ことができる。さらに、主軸１に吹付けられる冷却用の気体として、外部から事前に温度を下げた（冷却した）圧縮気体（たとえば圧縮空気）を用いれば、より冷却効率を高めることができる。

上述したスピンドル装置においては、たとえばジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａへ気体を供給する給気路２ａと冷却スリーブ外周溝１４とを連通させてもよい。この場合、１ヶ所からの給気でジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａでの空気軸受を動作させることと同時に、冷却溝部１ｂにおいて主軸１を冷却する効果を奏することもできる。ただし、この場合冷却溝部１ｂに供給される気体の量が多くなると、スラスト軸受部３ａ、４ａおよびジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂに供給される気体の圧力が低下し、当該軸受部の剛性の低下を招くことになる。したがって、本発明によるスピンドル装置の使用される用途に応じて、必要とされる軸受部の剛性の範囲内で冷却スリーブ１５の主軸１の軸方向の長さを決定することが好ましい。

また、冷却溝部１ｂおよび冷却スリーブ１５から構成される冷却部は、非接触シールとしての機能も有している。すなわち、この冷却溝部１ｂと冷却スリーブ１５とにより構成される冷却部に冷却用の気体が供給され、当該部分からハウジング２の外部へと気体が排気されるため、スラスト軸受部３ａ、４ａおよびジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂにスピンドルの外部から塵などの異物が侵入することを防止できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明によるスピンドル装置の実施の形態２を示す断面模式図である。図２を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態２を説明する。

図３を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態２は、基本的には図１および図２に示したスピンドル装置と同様の構造を備えるが、冷却スリーブ２５の構造が異なっている。すなわち、図３に示したスピンドル装置においては、冷却スリーブ２５を構成する材料としてカーボンまたは金属など中実体である材料を用いている。そして、冷却スリーブ外周溝１４から内周表面（主軸１の冷却溝部１ｂに対向する側の表面）に繋がる複数の通気路２５ａが形成されている。この通気路２５ａを介して、冷却スリーブ外周溝１４の内部から冷却溝部１ｂに対して冷却用の気体が吹付けられる。この通気路２５ａは、冷却スリーブ２５の円周方向および長手方向において複数個配置されている。たとえば、円周方向において複数の通気路２５ａは等間隔で配置されていてもよい。このような構造によっても、図１および図２に示したスピンドル装置と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明によるスピンドル装置の実施の形態３を示す断面模式図である。図４を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態３を説明する。

図４を参照して、スピンドル装置は基本的には図１および図２に示したスピンドルと同様の構造を備えるが、冷却スリーブ１５における冷却スリーブ外周溝１４に供給される冷却用の気体の供給方法が異なっている。具体的には、図４に示したスピンドル装置においては、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａからの排気を冷却用の気体として冷却スリーブ外周溝１４に供給している。つまり、図４に示したスピンドル装置においては、軸受スリーブ３において排気用円周溝３ｄと繋がる排気路３ｅが、通気路３ｆを介して冷却スリーブ１５に形成された通気路１４ｅに繋がっている。この通気路１４ｅは冷却スリーブ外周溝１４に接続されている。また、このように通気路３ｆと通気路１４ｅとを接続するため、冷却スリーブ１５と軸受スリーブ３とは互いに対向する面が接触した状態になるように配置されている。

図４に示したスピンドル装置では、冷却スリーブ１５の軸受スリーブ３に対向する側の側面が突出し、当該側面が軸受スリーブ３の表面に接触している。このようにすれば、冷却用の気体を供給するための供給通路をハウジング２において別途設けたり、当該冷却用の気体を供給するための供給部材などを別途設ける必要がなく、軸受に供給された気体を有効利用することができる。

なお、図４では冷却スリーブ１５と軸受スリーブ３とは各々別体とした場合の構造を示しているが、上記冷却スリーブ１５と軸受スリーブ３とは一体で形成されていてもよい。

（実施の形態４）
図５は、本発明によるスピンドル装置の実施の形態４を示す断面模式図である。図５を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態４を説明する。

図５を参照して、スピンドル装置は基本的には図１および図２に示したスピンドル装置と同様の構造を備えるが、冷却スリーブ１５の冷却スリーブ外周溝１４に供給される冷却用の気体の供給経路が異なっている。すなわち、図５に示したスピンドルにおいては、図４に示したスピンドルと同様に排気用円周溝３ｄに繋がるように排気路３ｅが形成されている。この排気路３ｅに繋がるように、ハウジング２において通気路２ｂが形成されている。この通気路２ｂは冷却スリーブ外周溝１４に接続されている。この結果、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａから排気された気体が排気路３ｅおよび通気路２ｂを介して冷却スリーブ外周溝１４に供給される。そして、この冷却スリーブ外周溝１４の内部から多孔質材料からなる冷却スリーブ１５を介して気体が冷却溝部１ｂへと吹付けられる。この結果、図４に示したスピンドル装置と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態５）
図６は、本発明によるスピンドル装置の実施の形態５を示す断面模式図である。図６を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態５を説明する。

図６を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態５は基本的には図１に示したスピンドル装置と同様の構造を備えるが、冷却溝部と冷却スリーブとにより構成される冷却部が複数箇所（３ヶ所）形成された構造となっている。すなわち、図６に示したスピンドル装置においては、図１などに示したスピンドル装置と同様に主軸１のスラスト板１ａが配置された側と反対側の端部に冷却溝部１ｂと冷却スリーブ１５とからなる冷却部が配置されている。さらに、図６に示したスピンドル装置においては、軸受スリーブ３３ａ、３３ｂの間に（すなわちジャーナル軸受部１１ａとジャーナル軸受部１１ｂとの間に）、冷却スリーブ３５と冷却溝部１ｃとからなる第２の冷却部が配置されている。この冷却溝部１ｃは、基本的には冷却溝部１ｂと同様の構造を備えており、主軸１の外周面に円周溝が複数個形成されている。また、冷却スリーブ３５は冷却スリーブ１５と同様の構造を備えている。

また、図６に示したスピンドル装置では、スラスト板１ａとモータロータ９ａとの間に、冷却スリーブ４５と冷却溝部１ｄとからなる第３の冷却部が配置されている。この冷却スリーブ４５も冷却スリーブ１５と同様の構造を備えている。また、冷却溝部１ｄも、上述した冷却溝部１ｃと同様の構造を備えており、複数の円周溝が主軸１の外周側面に形成されている。

このように３ヶ所（複数箇所）に冷却部を配置することで、スピンドル装置の主軸１をより効果的に冷却することができる。なお、これらの冷却スリーブ１５、３５、４５のそれぞれの冷却スリーブ外周溝１４には、外部から給気口２ｃを介して冷却用の気体が供給される。これは、第１から第３の冷却部における合計の冷却用の気体の消費量が比較的多くなるため、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａに供給する気体を冷却用気体に流用した場合に当該軸受部の剛性が悪影響を受けることを防止するためである。

なお、図６に示したスピンドル装置において、３ヶ所に冷却部を配置したが、冷却部の数は図６に示したような３個に限られることなく、２つあるいは４個以上の複数箇所としてもよい。また、冷却部の配置についても、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂの間やスラスト板１ａとモータロータ９ａとの間といった位置と異なる位置に配置してもよい。また、図６に示した３つの冷却部のうちの任意の２つの組合せ、あるいはこれらの３つの冷却部のうちの任意の１つを配置してもよい。

（実施の形態６）
図７は、本発明によるスピンドル装置の実施の形態６を示す断面模式図である。図７を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態６を説明する。

図７を参照して、スピンドル装置は基本的には図６に示したスピンドル装置と同様の構造を備えるが、冷却スリーブ１５、３５、４５へ冷却用の気体を供給する供給方法が異なっている。具体的には、図７に示したスピンドル装置においては、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａから排気された気体を排気用円周溝３ｄや通気路３ｆを介して各冷却スリーブ１５、３５の冷却スリーブ外周溝１４へと供給している。またさらに、ハウジング２において、上述した通気路３ｆに連通する通気路２ｄをさらに設け、当該通気路２ｄを介して冷却用の気体を冷却スリーブ４５の冷却スリーブ外周溝１４へと供給している。このようにすれば、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａへ十分な圧力の気体が供給されている場合に、これらの軸受部からの排気を冷却部における冷却用の気体として流用することができる。このため、冷却用の気体を別系統としてスピンドル装置に供給する必要がないため、スピンドル装置の装置構成を簡略化することができる。

図８は、図７に示した本発明によるスピンドル装置の実施の形態６の変形例を示す断面模式図である。図８を参照して、本発明によるスピンドル装置の実施の形態６の変形例を説明する。

図８を参照して、スピンドル装置は基本的には図７に示したスピンドル装置と同様の構造を備えるが、冷却スリーブ１５、３５の冷却スリーブ外周溝１４へ冷却用の気体を供給する経路が異なっている。具体的には、ジャーナル軸受部１１ａ、１１ｂおよびスラスト軸受部３ａ、４ａから排気された気体は、排気用円周溝３ｄおよび軸受スリーブ３３ａ、３３ｂに形成された通気路３ｆを介して、ハウジング２に形成された通気路２ｂを通り冷却スリーブ１５、３５、４５のそれぞれの冷却スリーブ外周溝１４へと供給されている。このようにしても、図７に示したスピンドルと同様の効果を得ることができる。

なお、上述した実施の形態３〜６においては、冷却スリーブ１５、３５、４５として、図３に示した冷却スリーブ２５と同じ構造のものを用いてもよい。

以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

この発明に従ったスピンドル装置は、主軸１と、軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４と、冷却スリーブ１５、２５、３５、４５と、ハウジング２とを備える。軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４は、主軸１の側面の一部に対向するように配置され、主軸１の側面の一部との間の間隙に気体を供給するための気体供給孔（給気孔３ｂ、３ｃ、４ｃ）が形成されている。冷却スリーブ１５、２５、３５、４５は、主軸１の側面において軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４と対向する領域以外の領域の少なくとも一部に対向するように配置される。ハウジング２は、開口部を有し、当該開口部の内部に軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４、冷却スリーブ１５、２５、３５、４５および主軸１を保持する。冷却スリーブには主軸の側面に向けて冷却用気体を供給する冷却用気体供給孔（多孔質材料からなる冷却スリーブ１５、３５、４５における内周側表面の複数の孔、および図３に示した冷却スリーブ２５の通気路２５の冷却溝部１ｂ側の開口端部）が形成される。主軸１において冷却スリーブ１５、２５、３５、４５と対向する側面には、凹凸形状部（冷却溝部１ｂ、１ｃ、１ｄ）が形成されている。

このようにすれば、冷却スリーブ１５、２５、３５、４５から供給される冷却用気体によって主軸１を冷却することができる。このため、スピンドル装置において使用中の発熱により主軸１が伸びることで加工または測定精度が悪化する、あるいは主軸１を介して非加工物または測定物に熱が伝わって悪影響を及ぼすことを防止できる。

上記スピンドル装置において、冷却スリーブ１５、２５、３５、４５には、主軸１の周囲を周回するように配置される円周状の給気溝（冷却スリーブ外周溝１４）が形成されていてもよい。冷却スリーブ外周溝１４は冷却スリーブ１５、２５、３５、４５の外周面に形成されていてもよいが、内部に形成されていてもよい。冷却用気体供給孔としての冷却スリーブ１５、３５、４５の内周側表面の複数の孔、および図３に示した冷却スリーブ２５の通気路２５は給気溝に連通していてもよい。

この場合、冷却用気体を一度冷却スリーブ外周溝１４に貯留し、一定の圧力で冷却スリーブ１５、２５、３５、４５の内周側表面から主軸１に向けて噴出することができる。このため、安定した条件で主軸１を冷却することができる。

上記スピンドル装置において、冷却スリーブ１５、３５、４５は多孔質材料からなる。この場合、複数の孔が形成されている多孔質材料によって冷却スリーブ１５、３５、４５を形成するので、当該複数の孔を冷却スリーブ１５、３５、４５の冷却用気体供給孔として利用することができる。このため、冷却スリーブ１５、３５、４５の製造工程において、冷却用気体供給孔を形成するための加工工程を別途行なう必要が無い。

上記スピンドル装置において、冷却溝部１ｂ、１ｃ、１ｄは、主軸１の側面における周方向の全周にわたって形成されていてもよい。冷却溝部１ｂ、１ｃ、１ｄに対向する冷却スリーブ１５、２５、３５、４５の表面に、主軸１の側面の周方向に添って複数の冷却用気体供給孔（多孔質材料からなる冷却スリーブ１５、３５、４５における内周側表面の複数の孔、および図３に示した冷却スリーブ２５の通気路２５の冷却溝部１ｂ側の開口端部）が形成されていてもよい。

この場合、主軸１の側面の周方向における全周にわたって、冷却用気体による冷却を行なうことができるので、主軸を効率的に冷却することができる。

上記スピンドル装置において、図４、図５、図７、図８に示すように、軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４と主軸１の側面との間の間隙から排出される気体を冷却スリーブ１５、３５、４５の冷却スリーブ外周溝１４に導入するための気体流路（通気路３ｆ、２ｂ、２ｄ）が形成されていてもよい。

この場合、軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４と主軸１の側面（主軸１の側面およびスラスト板１ａの表面）との間に、所定の間隙を形成して静圧気体軸受を形成するための気体を、冷却用気体として再利用することができる。このため、軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４の給気孔３ｂ、３ｃ、４ｃに供給するための気体を導入する系とは別に、冷却用気体を供給するための系を設ける必要が無いので、スピンドル装置全体の装置構成を簡略化できる。

上記スピンドル装置は、主軸１の側面から外側へ突出するスラスト板１ａと、主軸１の端部に接続された、主軸１を回転させるための駆動部（モータステータ９ｂおよびモータロータ９ａ）とをさらに備えていてもよい。冷却スリーブ１５、２５、３５、４５は、モータロータ９ａに接続された主軸１の端部とスラスト板１ａから見て反対側に位置する主軸１の側面、またはスラスト板１ａとモータロータ９ａとの間に位置する主軸１の側面のいずれかと対向する位置に配置されていてもよい。この場合、冷却スリーブ１５、２５、３５、４５と軸受スリーブ３、３３ａ、３３ｂ、４との配置を、スピンドル装置の装置構成に応じて適宜設定することができる。たとえば、主軸１においてスラスト板１ａから見てモータロータ９ａに接続された端部と反対側の領域に、スペース的な余裕があれば、当該領域に冷却スリーブ１５、２５、３５を配置することができる。また、スラスト板１ａとモータロータ９ａとの間に位置する領域での発熱が特に問題になっているような場合、当該領域に冷却スリーブ４５を配置することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によるスピンドル装置は、軸受として静圧気体軸受を用いたスピンドル装置であって、精密加工機や精密検査装置のワークスピンドル装置または工具スピンドル装置などに使用されるものに有利に適用される。

本発明によるスピンドル装置の実施の形態１を示す断面模式図である。 図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。 本発明によるスピンドル装置の実施の形態２を示す断面模式図である。 本発明によるスピンドル装置の実施の形態３を示す断面模式図である。 本発明によるスピンドル装置の実施の形態４を示す断面模式図である。 本発明によるスピンドル装置の実施の形態５を示す断面模式図である。 本発明によるスピンドル装置の実施の形態６を示す断面模式図である。 本発明によるスピンドル装置の実施の形態６の変形例を示す断面模式図である。 従来のスピンドル装置を示す断面模式図である。

符号の説明

１，１０１ 主軸、１ａ，１０２ スラスト板、１ｂ〜１ｄ 冷却溝部、２，１０３ ハウジング、２ｃ 給気口、２ａ，１３，２１，１１６ 給気路、２ｂ，２ｄ，３ｆ，５，１４ｅ，２５，２５ａ 通気路、３ａ，４ａ，１０９ スラスト軸受部、３ｄ 排気用円周溝、３ｅ，１７，１１７，１２０，１２１ 排気路、３ｂ，３ｃ，１４，１１３ 給気孔、３，３３ａ，３３ｂ，４，１０４，１０５ 軸受スリーブ、８ 固定部、９ｂ，１１２ モータステータ、９ａ，１１１ モータロータ、１１ａ，１１ｂ，１０７ ジャーナル軸受部、１４ 冷却スリーブ外周溝、１５，２５，３５，４５ 冷却スリーブ、１５ａ 排気溝、１８，１１５ 軸受給気口、１９，２０ 隙間、１１８，１２６ 円周溝、１１９ シールスリーブ、１２２ 駆動源、１２３，１２４ 給気列、１２５ 排気孔、１２６ 円周溝。

Claims (6)

1. 主軸と、
   前記主軸の側面の一部に対向するように配置され、前記主軸の側面の一部との間の間隙に気体を供給するための気体供給孔が形成された軸受スリーブと、
   前記主軸の側面において前記軸受スリーブと対向する領域以外の領域の少なくとも一部に対向するように配置された冷却スリーブと、
   開口部を有し、前記開口部の内部に前記軸受スリーブ、前記冷却スリーブおよび前記主軸を保持するハウジングとを備え、
   前記冷却スリーブには前記主軸の側面に向けて冷却用気体を供給する冷却用気体供給孔が形成され、
   前記主軸において前記冷却スリーブと対向する側面には、凹凸形状部が形成されている、スピンドル装置。
2. 前記冷却スリーブには、前記主軸の周囲を周回するように配置される円周状の給気溝が形成され、
   前記冷却用気体供給孔は前記給気溝に連通している、請求項１に記載のスピンドル装置。
3. 前記冷却スリーブは多孔質材料からなる、請求項１または２に記載のスピンドル装置。
4. 前記凹凸形状部は、前記主軸の側面における周方向の全周にわたって形成され、
   前記凹凸形状部に対向する前記冷却スリーブの表面に、前記主軸の側面の周方向に添って複数の前記冷却用気体供給孔が形成されている、請求項１または２に記載のスピンドル装置。
5. 前記軸受スリーブと前記主軸の側面との間の前記間隙から排出される前記気体を前記冷却スリーブの前記給気溝に導入するための気体流路が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のスピンドル装置。
6. 前記主軸の側面から外側へ突出するスラスト板と、
   前記主軸の端部に接続された、前記主軸を回転させるための駆動部とをさらに備え、
   前記冷却スリーブは、前記駆動部に接続された前記主軸の端部と前記スラスト板から見て反対側に位置する前記主軸の側面、または前記スラスト板と前記駆動部との間に位置する前記主軸の側面のいずれかと対向する位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスピンドル装置。

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