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JP4347395B2 - ロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル - Google Patents

ロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル Download PDF

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JP4347395B2 JP2008064216A JP2008064216A JP4347395B2 JP 4347395 B2 JP4347395 B2 JP 4347395B2 JP 2008064216 A JP2008064216 A JP 2008064216A JP 2008064216 A JP2008064216 A JP 2008064216A JP 4347395 B2 JP4347395 B2 JP 4347395B2
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Description

本発明は、エアで回転駆動されるスピンドルに関し、特に、ロータ側から流体を噴射することにより駆動するスピンドルに関する。
孔加工や切削加工を実行する超精密機械では、高精度を要求することや発熱を抑制することを目的として、前記超精密機械の主軸には静圧気体軸受のエアタービンスピンドルが使用されている。エアタービンスピンドルは、スピンドルの非回転側に設けられたノズルから、回転体であるロータに設けられた多数のブレードに対して、圧縮流体が噴射されることで、回転する。
このエアタービンスピンドルは、電動機を駆動源とするスピンドル装置に比較して、一般的に、主軸を高精度かつ低振動で高速回転できるとともに、発熱が少なく主軸の伸び(軸線方向熱膨張)を抑制できる。
このエアタービンスピンドルのロータにワークを固定し、ワークに加工の負荷がかかるような旋盤加工を行う場合、駆動源であるロータに設けられた前記ブレードのパターンがワーク表面に現れることがある。例えば、平面や球面の旋盤加工においてブレードの枚数分である数十nm程度の放射状に形成された模様がワーク表面に現れることがある。
ブレードのパターンがワークに現れる現象の原因は、超精密機械に使用されているエアタービンスピンドルのノズルとブレードへ流体が周期的に影響を及ぼすからである。この流体の周期的な影響を排除するため、特許文献1には、ステータ内部に配置されたロータ内部から空間に流体を噴射させてロータを回転駆動する技術が開示されている。
特開2003−191142号公報
背景技術で説明した従来技術では、ロータは、ロータ回転駆動用の流体をスピンドル内部で噴射させ、スピンドルに設けられた排気穴を通して流体をスピンドル外部に放出している。そのため、噴射口が排気穴を横切る時には、ロータから噴射される流体の流れが変動し、その流体の流れの変動による影響がロータに及ぶ。
また、流体軸受に供給される流体が駆動力を得るための流体と同一の経路で供給されるため、スピンドルの回転数が変化すると、軸受圧力が変動してしまう。これらの理由により、背景技術で説明したスピンドルは高精度の回転を実現することは困難である。
そこで、本発明は、高精度の回転を実現可能であるとともに、静粛性の優れたスピンドルを提供することを目的とする。
本願の請求項1に係る発明は、静圧流体軸受を介してロータがステータに支持されるスピンドルにおいて、前記ステータは、静圧流体軸受用流路を備え、該ステータは、ステータ側に設けられた少なくとも1つの供給口から前記ステータ表面と対向するロータ表面に駆動用流体を供給する流路を内部に有し、前記ステータの外部に延在するフランジ部を有するロータは、前記駆動用流体を流す流路を内部に有し、前記ステータに設けられる前記駆動用流体を供給する流路の流出口と前記ロータに設けられる前記駆動用流体を流す流路の流入口とは、前記ロータの回転軸の軸方向にずれて配置して設けられ、前記流出口に面する前記ロータの表面は前記ロータの回転方向に対して平滑な面であり、前記フランジ部はその外側面側に前記駆動用流体を噴射する噴射口を有し、駆動用流体を通す前記流路は前記供給口から前記噴射口まで連通して形成されており、前記静圧流体軸受用流路を介して軸受用流体を供給し、前記供給口から駆動用流体を供給し前記噴射口から前記駆動用流体を噴射しロータを回転駆動することを特徴とするロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドルである。
請求項2に係る発明は、前記流出口と前記流入口との近傍に軸受用流体の排気空間を設け、前記排気空間と前記流出口及び前記流入口との間に軸受隙間と同じ隙間となるシール面とを設けたことを特徴とする請求項1に記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドルである。
請求項に係る発明は、前記噴射口からの駆動用流体の噴射は、噴射口の傾斜角度をロータの回転軸の軸方向に対して角度をもつ方向または接線方向に角度をもつ方向に向けられていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一つに記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドルである。
請求項に係る発明は、前記ロータは2つのフランジ部を有し、それぞれのフランジ部に駆動用流体の噴出口を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドルである。
請求項に係る発明は、前記2つのフランジ部に設けられた噴出口はロータを時計回り方向か反時計回り方向に回転する向きに駆動用流体を噴射するように配置され、前記フランジへの駆動用流体の流路を独立した流路により供給できる手段と、回転方向に応じてフランジに駆動用流体を切り換えて供給する手段を有し、両フランジに設けられた前記噴出口からの駆動用流体を選択して噴射することを特徴とする請求項4に記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドルである。
請求項に係る発明は、前記噴射口が絞り部材を有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドルである。
本発明により、ロータの回転による周期的な影響を排除することができ、高精度の回転が可能であるとともに静粛性に優れたスピンドルを提供することができる。
以下、図面と共に本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1の内部構造を示す図である。
スピンドル1は、ロータ2、ステータ3、ロータ2をラジアル方向に支持するラジアル軸受4とスラスト方向に支持するスラスト軸受5を備えている。ラジアル軸受4及びスラスト軸受5は静圧流体軸受である。静圧流体軸受を使用することにより、ロータ2とステータ3とは非接触な状態となっている。
ステータ3には貫通孔が設けられており、ロータ2はステータ3の前記貫通孔を貫通する中心軸部2aと、中心軸部2aの両端部に設けられたステータ3の外側に延在するフランジ部2b,2cとを有する。そして、ロータ2の中心軸部2aは、静圧流体軸受を介してステータの貫通孔に回転自在に支持されている。ベース6はスピンドル1を工作機械などに据え付ける台である。ラジアル軸受4はロータ2の中心軸部2aの外周面を支持し、スラスト軸受5はロータ2のフランジ部2b、2cの一側面を支持する。
ステータ3の内部に駆動用流体を通すステータ内流路7を設け、ステータ3の外側面に駆動用流体を供給するための駆動用流体供給口8を設ける。また、ステータ3の内部に、ラジアル軸受4とスラスト軸受5に流体を供給するための軸受用流体流路9を設ける。さらに、ステータ3の外側面に、ラジアル軸受4とスラスト軸受5の静圧流体軸受用流体供給口10を設ける。
ロータ2の中心軸部2aの内部に、ロータ2の回転軸方向に伸びる中心流路12を設ける。図1では、この中心流路12は、中心軸部2aを貫通する流路として形成されている。また、ロータ2の中心軸部2aの内部に、ロータ2の回転軸と直交する平面内ロータ内流路11を設ける。図1では、このロータ内流路11は、前記直交する平面内であってロータ2の回転軸を中心として放射状に複数本配置されている。
ロータ2の中心軸部2aの一端部に配置されたフランジ部2bに、中心流路12に同軸に凹部13を中心流路12側の面に設ける。そして、ロータ2のフランジ部2b内部に、ロータ2の回転軸と直行する平面内でこの回転軸を中心として放射状に伸びるフランジ内流路14を設ける。
フランジ内流路14の一端部は凹部13に、他端部はフランジ部2bの外側面に配置する。フランジ部2bの外側面に配置した流路の端部には、駆動用流体噴射口ノズル15を設ける。なお、第一の実施形態では、ロータ2の中心軸部2aの他端部に配置されたフランジ部2cは、バランス調整用の重りとしての機能とともにスラスト方向(ロータ2の回転軸方向)の支持部材としての機能を有する。
ステータ3に設けられた駆動用流体供給口8から供給された駆動用流体は、ステータ内流路7→ロータ内流路11→中心流路12→フランジ内流路14を経由し、駆動用流体噴射口ノズル15からスピンドル1の外部に噴射される。なお、ステータ内流路7からロータ内流路11の連通部16の構成については後述(図5〜図7の説明を参照)する。なお中心軸部2a、フランジ部2b,2cはロータ2の構成要素であるから、中心流路12、フランジ内流路14及びロータ内流路11でロータ2内の流路を構成している。
軸受用流体排気口26は、後述する(図6(a)参照)軸受用流体排気流路27に流入する軸受用流体をスピンドル1から外部に放出する排気口である。この軸受用流体排気口26は、図6(a)に示される軸受用流体排気流路の配置に合わせてフランジ部2cに設けられている。
ステータ3に設けられた駆動用流体供給口8及び静圧流体軸受用流体供給口10から供給される流体は、例えば、加圧された空気、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、炭酸ガス等が使用される。
図2は、本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、ロータ2の内部の構造と駆動用流体の流れ17を示す図である。図2(a)はロータ2の内部の構造を示す断面図であり、図2(b)はフランジ部2bのロータ2の回転軸に直交する面での断面図である。図2(a)に示されるように、駆動用流体供給口8(図1参照)から供給された駆動用流体は、ロータ2の中心軸部2aに形成されたロータ内流路11→中心流路12→フランジ内流路14を経由し、駆動用流体噴射口ノズル15からスピンドル外部に噴射される。駆動用流体噴射口ノズル15から噴射された駆動用流体は、ロータ2の回転軸の周方向に噴出する。このように駆動用流体をフランジ部2bの周方向に噴射し、駆動用流体からの反力によりロータ2は回転力を獲得する。
なお、駆動用流体噴射口ノズル15のフランジ部2bへの取り付け方向を変更できるようにし、ロータ2の回転方向を時計回り方向回転(時計の針の進む方向の回転)と反時計回り方向回転(時計の針の進む方向と反対方向の回転)とを適宜に選択して設定するようにしてもよい。図2(b)で、駆動用流体噴射口ノズル15の方向を右向きに設定すると、ロータ2は反時計回り方向回転し、駆動用流体噴射口ノズル15の方向を左向きに設定すると、ロータ2は時計回り方向回転する(但し、回転方向は紙面上側から見た方向を基準としている)。
図3を用いて、駆動用流体の噴射方向18とロータ2の回転方向19について再度説明する。図3は、本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、流体の噴射方向18とロータ2の回転方向19とを示す図である。図3(a)はスピンドル1の側面図であり、図3(b)はフランジ部2bを図3(a)の破線部の切断線で示す箇所で切断した断面図である。図3(a)のフランジ部2bとステータ3との境界領域はより詳細に図5に示される。
図3(b)に示されるように、駆動用流体はフランジ部2bの外側面に配置した複数の駆動用流体噴射口ノズル15からロータの回転軸回りに均一に駆動用流体を噴射し(噴射方向18、白矢印方向参照)、この駆動用流体からの反作用によりロータ2は図面上では反時計回り方向(回転方向19、黒矢印方向参照)に回転する。
図4は、本発明の第一の実施形態のスピンドル1で、駆動用流体である噴出流体が回転角度によって流れの変化が起こらない構造を示す図である。図3について説明したように、駆動用流体は駆動用流体噴射口ノズル15から白抜き矢印で示される方向に噴射される。この噴射された駆動用流体からの反力により、ロータ2は図面上では反時計回り方向に回転する。
本発明の第一の実施形態において図4に示されるように、十分に開放された空間に駆動用流体を噴射するようにしている。これは、駆動用流体噴射口ノズル15の噴射口付近に突起物や穴などがあると、それらが周期的な影響をロータ2に対して及ぼす。このため、各駆動用流体噴射口ノズル15から噴射される流体の影響がなくなるのに十分離れた場所に位置する空間ないし平滑な面に対して噴射する。
図4に示されるように、駆動用流体噴射口ノズル15から噴射した駆動用流体の噴射方向18は、フランジ部2bの回転軸回りに一様に噴射されており、駆動用流体の噴射はフランジ部2b(ロータ2)の回転角度依存性がなく、また、駆動用流体の噴射に影響を及ぼす要素が存在しないことを示している。図4では駆動用流体を噴射方向18(白矢印方向)に噴射することによりロータ2は黒矢印で示される回転方向19に回転する。
図4に示されるように、噴出した駆動用流体の影響がフランジ部2bを含めてスピンドル1本体に及ばなくなり、駆動用流体の噴射による推力が減衰しないことから、ロータ2の回転が高精度に一様となるとともに高速回転が可能となる。したがって、本発明は、駆動用流体の影響で従来技術であるエアスピンドルで生ずることがあった放射状の模様が、ワークに現れることを防止することができる。
図5は、本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、ステータ3とロータ2に設けられる駆動用流体の流路の構造の一部を示す図である。ステータ内流路7とロータ内流路11とを連通する連通部16(図面破線円の内側箇所)は、空間1(符号20)と空間2(符号21)とを有する。空間1及び空間2はロータ2の中心軸部2aの周側面に一周する凹部である溝として形成される。
駆動用流体はステータ内流路7を通ってまず空間1(符号20)に流入する。そして、駆動用流体は次に空間1(符号20)と連通している空間2(符号21)に流入する。空間2(符号21)に流入した駆動用流体はロータ内流路11に流れていく。空間1(符号20)及び空間2(符号21)の構造及び機能について図6に対する説明で詳細に説明する。
図6は、本発明の第一実施形態におけるスピンドル1で、駆動用流体のステータ3からの流出口23とロータ2の内部に設けられたロータ内流路11との位置関係を示す図である。図6(a)は図6(b)のステータ内流路7(符号20の空間1)の部分の一点破線位置で切断した断面図である。図6(c)は図6(b)の排気空間25の部分の一点破線位置で切断した断面図である。そして、図6(d)は図6(b)のロータ内流路11(符号21の空間2)の部分の一点破線位置で切断した断面図である。なお、図6(b)、図6(c)、及び、図6(d)は、図6(a)の破線部分での紙面と垂直な面での断面図である。
前述の図5で説明したように、空間1(符号20)及び空間2(符号21)はロータ2の中心軸部2aの周側面に一周する凹部である溝として形成される。図6(b)に示されるように、空間1(符号20)と空間2(符号21)はロータ2の回転軸方向に並んで配置して形成される。そして、両空間1,2(符号20,21)は隙間22を介して連通していることから、図示されるようにステータ内流路7とロータ内流路11とは直接には連通していない。
このように駆動用流体の流路を構成することにより、本発明の第一の実施形態であるスピンドル1は、ステータ3に設けられるステータ内流路7の流出口とロータ2に設けられるロータ内流路11の流入口とを、ロータ2の回転軸の軸方向にずらした位置関係に配置して設けている。そして、空間1(符号20)の底面(前記流出口に面するロータ2の表面に相当)はロータ2の回転方向に対して段差や孔などが無い平滑な面として形成されている。
従って、空間1(符号20)に流入した駆動用流体はラジアル軸受4とロータの中心軸部2aの表面とで形成される狭い隙間22を経由して流れる。このような構成により、ロータ内流路11に流入する際に駆動用流体に脈動が発生することを抑止できる。脈動発生が抑止できることから、ロータ2の高精度な回転が実現できる。
なお、図6(a)に図示されるロータ2の中心軸部2aに設けられた軸受用流体排気流路27は、後述(図7に関する説明)する排気空間25に流入する軸受用流体を軸受用流体排気口26(図1、図2を参照)からスピンドル1の外部に放出するための流路である。軸受用流体排気流路27は、ロータ2の中心軸部2aの外周面に沿って均等に配設する。配設する軸受用流体排気流路27の数は適宜選択できるが、ロータの慣性モーメントの観点から、偶数個の軸受用流体排気流路27をロータ2の回転軸周りにロータ2の中心軸部2aに均等に配置するのが望ましい。
図7は、本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、シール面24と排気空間25とにより、静圧流体軸受に供給される軸受用流体がロータの回転駆動系へ流出することを抑制し、静圧流体軸受と駆動用流体による駆動系とが独立した流体圧を保つ構造を示す図である。この図では、静圧流体軸受はラジアル軸受4である。
この第一の実施形態では、ロータ2の中心軸部2aの空間1(符号20)や空間2(符号21)が形成されている近傍部表面に排気空間25を形成する。排気空間25は、静圧流体軸受に供給される軸受用流体を流出させるための排気手段である。この排気空間25も空間1(符号20)や空間2(符号21)と同様に、ロータ2の中心軸部2aの周側面に一周する凹部である溝として形成される。そして、排気空間25と空間1(符号20)や空間2(符号21)との間にはシール面を形成する。このシール面は、静圧流体軸受の隙間と同じ隙間間隔を有する。排気空間25を空間1(符号20)や空間2(符号21)の近傍部に配置することにより、静圧流体軸受に供給される軸受用流体がロータ2の回転駆動系へ流出することを抑制できる。
このように、静圧流体軸受の軸受用流体の駆動系への流出を抑制することで、静圧流体軸受と駆動用流体による回転駆動系とが独立した流体圧を保つことができる。空間1(符号20)に流入した駆動用流体は隙間22を通り空間2(符号21)に流れ込む。隙間22の隙間間隔はシール面24の隙間間隔より幅広に形成されていることから、駆動用流体は排気空間25に流入することはなく空間2(符号21)に流れ、そして、ロータ内流路11に流れ込む。なお、通常、静圧流体軸受に供給される軸受用流体の圧力が駆動用流体の圧力より高い。従って、静圧流体軸受からの軸受用流体の排気を排気空間25で集めることで、軸受用流体がロータ2の駆動系に影響を及ぼすことを防止できる。
このように構成することにより、本発明の第一の実施形態では、静圧流体軸受からロータ駆動用流体への影響を排除することができ、ロータ2を高精度に回転駆動することができる。
図8は、本発明の第一の実施形態であるスピンドル1で、ノズルの絞りにより駆動用流体の噴射径を絞り、駆動用流体の噴出流速を増大する構造を示す図である。フランジ部2bの周側面に配設された駆動用流体噴射口ノズル15に絞り15aを設ける。フランジ内流路14からの駆動用流体は駆動用流体噴射口ノズル15に達し、ノズル15の先端に取り付けられている絞り15aにより流出径が絞られる。これにより、駆動用流体を噴射した際に流体の噴出径を絞り、流速を増大することが可能である。
図9は、本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、駆動用流体噴射口ノズルに角度をつけることにより、高速回転時における排気の干渉を防止することを示す図である。後述する本発明の他の実施形態におけるスピンドル1に用いられる駆動用流体噴射口ノズル15も同様に角度をつけることができる。
駆動用流体噴射口ノズル15から噴射される駆動用流体の流速が大きくなると、隣接する駆動用流体噴射口ノズル15から噴射された駆動用流体同士が干渉を起こし、ロータ2の高精度な回転に対して影響を及ぼす。また、ロータ2の回転速度を増加することが困難になる。そこで、駆動用流体噴射口ノズル15の噴射方向18を、図9(a)に示すように接線方向に対して角度を持たせる(図9(a)では接線方向に対して外向き)、図9(b)に示すように軸方向に角度を持たせる(図9(b)ではスピンドル1本体から離れる方向)、または、この両者を組み合わせることにより設定する。このように噴射方向18を調整することで、各々の駆動用流体噴射口ノズル15から噴出した駆動用流体同士が干渉しあうことを抑制することができる。
図10は、本発明の第二の実施形態におけるスピンドル1で、駆動用流体のロータ2への供給がスラスト軸受5側になされる場合を示す図である。図10(a)は、駆動用流体をロータ2のフランジ部2bに供給する機構をスラスト軸受5側に設けた、スピンドル1の断面図である。図10(b)は、駆動用流体をロータ2のフランジ部2bに供給する機構の要部(図10(a)の破線部分)を説明した図である。
図10では、図示省略した駆動用流体供給口8から供給された駆動用流体は、ステータ3の内部に設けられたステータ内流路7aを経由してロータ2のフランジ部2bに設けられたフランジ内流路14aに流入する。そして、駆動用流体は、フランジ部2bの周側面に設けられた駆動用流体噴出口ノズル15からフランジ部2bを含むスピンドル1の外部に噴出する。
この第二の実施形態のスピンドル1の構成では、ロータ2の中心軸部2aに中心流路12である空間を形成する必要がない。このため、ロータ2の径を小径化することが可能である。また、本実施形態においても、ステータ内流路7aとフランジ内流路14aとを直接には連通させるのではなく、第1の実施形態について説明したように、空間1(符号20)、空間2(符号21)、隙間22に相当する機構をロータ2のフランジ部2bに設ける。このようにすることにより、フランジ部2bに設けられたフランジ内流路14aに流れこむ駆動用流体に脈動が発生することを抑制することができる。
図11は、本発明の第三の実施形態におけるスピンドル1が、駆動用流体噴射口ノズル15を備えたフランジ部2b,2cをロータ2の中心軸部2aの両端部であってステータ3の外部に備えた構造を示す図である。本発明の第一の実施形態では、フランジ部2bにのみ駆動用流体の流路などを形成し、フランジ部2cはバランス調整用のウェイトとして機能させていた。図11に示される本発明の第三の実施形態では、フランジ部2cに対しても駆動用流体噴射口ノズル15を配置する等、フランジ部2bと同様の構成を施す。この構成により、ロータ2の両端部で駆動トルクを得ることができる。このため、より高速回転が可能なスピンドルを提供することが可能である。
以上説明したように、本発明のスピンドルは、ブレードを持たない構造であるため、背景技術で説明したエアタービンスピンドルで発生していたブレードとノズルとに起因する振動を抑制することが可能である。振動を抑制できることから、本発明のスピンドルは滑らかに回転可能である。
これにより、スピンドルの振動や機械への振動の影響が抑制できるため、加工物の形状精度や面粗さを向上させることができる。また、ブレードが必要ないため、ブレードの加工工数を削減できる。さらに、静圧空気軸受をラジアル軸受及びスラスト軸受に用いているので、ロータとステータとは非接触となっている。これにより、ステータに振動が伝わりにくくなっている。
図12は、本発明の第四の実施形態におけるスピンドル1が、ベース側のフランジ部2cに取り付けられるノズルの噴射方向を前側のフランジ部2bに取り付けられるノズルと反対方向とし、駆動用流体の流路を切り換えることでロータ2を時計方向と反時計方向の両方向に回転することができる構図を示す図である。
図12に示されるように、時計回り方向(反対回転)用と反時計回り方向(正回転)用の駆動用流体の供給路をロータ2、ステータ3に設け、中心軸部2aの中央部に前記流路を独立した流路とするための隔壁を設ける。なお、隔壁は中央部に限定されるわけではなく、時計回り方向用の流路と反時計回り方向用の流路を中心軸部2aのどの位置に配置するかによって、適宜配置位置を変更して両流路を独立した流路とする。
この構成により、両フランジ部2b,2cに設けられたノズルからの駆動流体の噴射を選択して噴射することができ、フランジ部2bとフランジ部2cに設けられた駆動用流体噴射口ノズル15から、時計回り方向(反対回転)と反時計回り方向(正回転)用の駆動用流体をそれぞれ独立して噴出させることができる。
通常、流体回転によるスピンドルは制動手段を有しないが、本実施形態によれば、正回転から反対回転(または、反対回転から正回転)に駆動方向を切り換えることにより、非接触でロータの回転を減速や停止させることができる。また、ワークや治具の種類によっては加工空間が制限され加工時の姿勢が限定されてしまうことがあり、このような場合に、時計回り方向回転と反時計回り方向回転の両方向の回転が可能であることにより、加工空間を有効に使用できる。
本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1の内部構造を示す図である。 本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、ロータ2の内部の構造と駆動用流体の流れ17を示す図である。 本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、流体の噴射方向18とロータ2の回転方向19とを示す図である。 本発明の第一の実施形態のスピンドル1で、駆動用流体である噴出流体が回転角度によって流れの変化が起こらない構造を示す図である。 本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、ステータ3とロータ2に設けられる駆動用流体の流路の構造の一部を示す図である。 本発明の第一実施形態におけるスピンドル1で、駆動用流体のステータ3からの流出口23とロータ2内部に貫通するロータ内流路11との位置関係を示す図である。 本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、シール面24と排気空間25とにより、静圧流体軸受に供給される軸受用流体がロータの回転駆動系へ流出することを抑制し、静圧流体軸受と駆動用流体による駆動系とが独立した流体圧を保つ構造を示す図である。 本発明の第一の実施形態であるスピンドル1で、ノズルの絞りにより駆動用流体の噴射径を絞り、駆動用流体の噴出流速を増大する構造を示す図である。 本発明の第一の実施形態におけるスピンドル1で、駆動用流体噴射口ノズルに角度をつけることにより、高回転時における排気の干渉を防止することを示す図である。 本発明の第二の実施形態におけるスピンドル1で、駆動用流体のロータ2への供給がスラスト軸受5側になされる場合を示す図である。 本発明の第三の実施形態におけるスピンドル1が、駆動用流体噴射口ノズル15を備えたフランジ部2b,2cをロータ2の中心軸部2aの両端部であってステータ3の外部に備えた構造を示す図である。 本発明の第四の実施形態におけるスピンドル1が、ベース側のフランジ部2cに取り付けられるノズルの噴射方向を前側のフランジ部2bに取り付けられるノズルと反対方向とし、駆動用流体の流路を切り換えることでロータ2を時計方向と反時計方向の両方向に回転することができる構図を示す図である。
符号の説明
1 スピンドル
2 ロータ
2a 中心軸部
2b,2c フランジ部
3 ステータ
4 ラジアル軸受
5 スラスト軸受
6 ベース
7 ステータ内流路
8 駆動用流体供給口
9 軸受用流体流路
10 静圧流体軸受用流体供給口
11 ロータ内流路
12 中心流路
13 凹部
14 フランジ内流路
15 駆動用流体噴射口ノズル
15a 絞り
16 連通部
17 駆動用流体の流れ
18 噴射方向
19 ロータの回転方向
20 空間1
21 空間2
22 隙間
23 流出口
24 シール面
25 排気空間
26 軸受用流体排気口
27 軸受用流体排気流路

Claims (6)

  1. 静圧流体軸受を介してロータがステータに支持されるスピンドルにおいて、
    前記ステータは、静圧流体軸受用流路を備え、
    ステータは、ステータ側に設けられた少なくとも1つの供給口から前記ステータ表面と対向するロータ表面に駆動用流体を供給する流路を内部に有し、
    前記ステータの外部に延在するフランジ部を有するロータは、前記駆動用流体を流す流路を内部に有し、
    前記ステータに設けられる前記駆動用流体を供給する流路の流出口と前記ロータに設けられる前記駆動用流体を流す流路の流入口とは、前記ロータの回転軸の軸方向にずれて配置して設けられ、前記流出口に面する前記ロータの表面は前記ロータの回転方向に対して平滑な面であり、
    前記フランジ部はその外側面側に前記駆動用流体を噴射する噴射口を有し、
    駆動用流体を通す前記流路は前記供給口から前記噴射口まで連通して形成されており、
    前記静圧流体軸受用流路を介して軸受用流体を供給し、
    前記供給口から駆動用流体を供給し前記噴射口から前記駆動用流体を噴射しロータを回転駆動することを特徴とするロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル。
  2. 前記流出口と前記流入口との近傍に軸受用流体の排気空間を設け、前記排気空間と前記流出口及び前記流入口との間に軸受隙間と同じ隙間となるシール面とを設けたことを特徴とする請求項1に記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル。
  3. 前記噴射口からの駆動用流体の噴射は、噴射口の傾斜角度をロータの回転軸の軸方向に対して角度をもつ方向または接線方向に角度をもつ方向に向けられていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一つに記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル。
  4. 前記ロータは2つのフランジ部を有し、それぞれのフランジ部に駆動用流体の噴出口を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル。
  5. 前記2つのフランジ部に設けられた噴出口はロータを時計回り方向か反時計回り方向に回転する向きに駆動用流体を噴射するように配置され、
    前記フランジへの駆動用流体の流路を独立した流路により供給できる手段と、
    回転方向に応じてフランジに駆動用流体を切り換えて供給する手段を有し、
    両フランジに設けられた前記噴出口からの駆動用流体を選択して噴射することを特徴とする請求項に記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル。
  6. 前記噴射口が絞り部材を有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のロータ側から駆動用流体を噴射することにより駆動するスピンドル。
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