JP5253358B2 - ロータリエンコーダ制御式エアスピンドル - Google Patents

Description

本発明は、ロータリエンコーダ制御式エアスピンドルに関するものである。

エアスピンドルは回転軸をハウジングに対して静圧軸受で支持するため、回転精度が高く、精密加工装置や精密検査装置の回転部に使用されている。このエアスピンドルは回転軸の精密な回転を実現するために、回転軸自体をダイレクトドライブ式の回転モータで回転させ、その回転モータの回転速度と回転位置決めを回転軸に固定したロータリエンコーダによりフィードバック制御している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２３９１０２号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、回転モータをロータリエンコーダによるフィードバック制御で行っているため、モータ停止中でも、回転軸に回転方向での微小な振動が生じると、それに反応して回転モータのハンチング現象が生じ、回転軸が安定しないおそれがある。この現象は、特にエアスピンドルを精密検査装置の回転テーブルとして利用する場合に深刻で、正確な計測が行えない。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、回転モータの停止時にハンチング現象が生じないロータリエンコーダ制御式エアスピンドルを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、ハウジングに対して回転軸を静圧軸受を介して支持し、回転軸自体をダイレクトドライブ式の回転モータで回転させると共に、該回転軸の回転をロータリエンコーダで検出して回転モータをフィードバック制御するロータリエンコーダ制御式エアスピンドルであって、前記回転軸に外縁部が回転軸の軸方向に変形可能なディスクの内縁部を固定し、ハウジングにディスクの外縁部に対して小さな力で当接するパッドを設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、一対のパッドがディスクの外縁部に対して両側から当接することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、ディスクに対する一面側のパッドが固定式で、他面側のパッドがリング状の波形金属バネに固定され、該波形金属バネの弾性力でディスクに対して当接することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、ディスクが金属薄板製で、複数の円弧状のスリットが円周方向に形成されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、回転軸に固定されたディスクにパッドが当接するため、回転モータの停止時における回転軸の回転方向での振動が防止され、ハンチング現象が生じない。パッドはディスクの外縁部に小さいな力で当接し且つ外縁部が回転軸の軸方向で変形可能なため、ディスクとパッドとの当接が回転軸の本来の回転に影響を与えることはない。

請求項２記載の発明によれば、一対のパッドをディスクの外縁部に対して両側から当接させているため、回転モータの停止時における回転軸の回転方向での振動をより確実に防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、一対のパッドのうち、一方のパッドを波形金属バネの弾性力でディスクに当接させているため、回転軸の回転方向での振動を更に確実に防止することができる。

請求項４記載の発明によれば、円弧状のスリットがディスクの円周方向に複数形成されているため、ディスクの外縁部が回転軸の軸方向で変形自在となる。ディスクにスリットを形成するだけの薄型構造のため、エアスピンドルの狭いスペースにも設置可能である。

エアスピンドルの断面図。 図１中矢Ａ部分の拡大断面図。 ディスクと波形金属バネを示す斜視図。 ディスクに当接した一対のパッドをディスクの円周方向に沿って示す断面図。

図１〜図４は、本発明の好適な実施形態を示す図である。尚、図１において一体的に可動する部分は複数部材で形成されていても一体物として図示されている。

エアスピンドル１は、基本的に中心に孔部を有する筒形のハウジング２と、その中心に配された回転軸３とから構成されている。回転軸３の上面は平坦面な回転テーブル４となっている。回転テーブル４には精密検査装置の測定対象物などを支持できるようになっている。

ハウジング２は内筒部２ａと外筒部２ｂを有している。回転軸３は内筒部２ａ内に挿入されている。内筒部２ａの内面の上下両端にはそれぞれスリーブ５が設けられている。スリーブ５は多孔質材料製で、通気性を有する材料である。回転軸３の上端には回転テーブル４の外縁部から下方へ延びる外筒部３ａが形成され、回転軸３の下端にはフランジ３ｂが形成されている。

内筒部２ａ（スリーブ５含む）の内面と回転軸３の外面とは微小隙間Ｓ１を介してラジアル方向で対面している。内筒部２ａの上下面ではスリーブ５が回転テーブル４の下面及びフランジ３ｂの上面に対して微小隙間Ｓ２を介してスラスト方向で対面している。前記各微小隙間Ｓ１、Ｓ２には、ハウジング２の外面から形成された給気通路６を介して圧縮空気が送られ、静圧軸受を形成する。そのため、回転軸３はハウジング２に対して非接触状態で精密回転することができる。

ハウジング２の外筒部２ｂの内壁に固定されたステータ７と、回転軸３の外筒部３ａの外壁に固定されたロータ８とにより、ダイレクトドライブ式の回転モータ９が形成されている。この回転モータ９により回転軸３に対して回転方向での駆動力が与えられる。

回転軸３のフランジ３ｂの下面にはエンコーダ板１０が固定され、それに対面するハウジング２の一部には検出ヘッド１１が固定されている。このエンコーダ板１０と検出ヘッド１１によりロータリエンコーダ１２が構成される。ロータリエンコーダ１２により回転軸３の回転を検出して、前記回転モータ９をフィードバック制御している。ロータリエンコーダ１２で制御することにより、回転軸３を希望する回転数で定速回転させることもできるし、回転軸３を必要な角度だけ回転させて位置決めすることができる。

次に、回転軸３の外筒部３ａの上端には、金属薄板製でリング状のディスク１３が設けられている。ディスク１３は、その内縁部１３ａがピン１４により固定されている。ディスク１３の外縁部１３ｂはハウジング２の外筒部２ｂまで延びている。ディスク１３には、４本の円弧状のスリット１５が円周方向に形成されている。スリット１５は内側と外側に２重に形成され、互いに位相をずらしている。このスリット１５の形成により、ディスク１３の外縁部１３ｂは回転軸３の軸方向で変形可能となっている。

一方、ハウジング２の外縁部１３ｂの上部には３箇所に支柱１６が立設され、その上端にリング状の波形金属バネ１７が固定されている。波形金属バネ１７は外縁部が支柱１６に固定され、内縁部は前記ディスク１３の外縁部１３ｂの上方に位置している。

波形金属バネ１７の外縁部における下面には３箇所にパッド１８が固定されている。パッド１８の材質は樹脂である。この樹脂としては、摩擦係数の小さいフッ素樹脂等が好適である。波形金属バネ１７は、このパッド１８を固定した３箇所が他よりも下がった波側形状をしている。ハウジング２の外筒部２ｂの上面には別のパッド１９が３箇所に固定されている。パッド１９の材質も樹脂であり、パッド１８と同様に、フッ素樹脂によって形成されていることが好ましい。このパッド１９はディスク１３の外縁部１３ｂの下側に位置し、ディスク１３を上方から見た場合に前記パッド１８と位置が合致している。そのため、図２に示すように、下側のパッド１９はディスク１３の外縁部１３ｂにおける下面に当接し、上側のパッド１８は波形金属バネ１７の弾性力が付与された状態で外縁部１３ｂの上面に当接する。本実施形態において、ディスク１３に対するパッド１８、１９の当接面は平滑面であるが、後述する静止摩擦力及び動摩擦力が得られるのであればこの当接面に起伏等があってもよい。ディスク１３と波形金属バネ１７はハウジング２に固定されたカバー２０に覆われている。ディスク１３がスリット１５を形成しただけの薄型のため、カバー２０内の狭いスペースにも設置しやすい。

この実施形態によれば、回転軸３に固定されたディスク１３の外縁部１３ｂにパッド１８、１９が当接するため、回転モータ９の停止時では、回転軸３の回転方向での振動が防止される。ロータリエンコーダ１２による制御では、感度が良いため、僅かな回転軸３の振動でも反応してハンチング現象を起こすおそれがあるが、この実施形態では、回転モータ９の停止時における回転軸３の僅かな振動も、ディスク１３とパッド１８、１９との当接により防止されるため、ハンチング現象が生じない。換言すると、パッド１８、１９はディスク１３に対して、ハンチング現象を防止する静止摩擦力を生じるような小さな力で当接している。特に、一対のパッド１８、１９をディスク１３の外縁部１３ｂに上下両側から当接させているため、回転軸３の回転方向での振動をより確実に防止することができる。従って、回転テーブル４がハンチング現象により回転方向でがたついたりすることがなく、検査対象物を支持して計測する場合などに好適である。

パッド１８はディスク１３の外縁部１３ｂに対して波形金属バネ１７だけの小さいな力で当接するため、回転モータ９による回転軸３の本来の回転が影響を受けることはない。特に、ディスク１３の外縁部１３ｂが回転軸３の軸方向で変形可能なため、パッド１８がディスク１３に対して小さな力で当接している状態は維持され、強い力で当接したりすることはない。即ち、パッド１８はディスク１３に対して、回転モータ９による本来の回転に影響を与えない程度の動摩擦力を生じさせるような小さな力で当接している。このような当接は、パッド１９についても同様であり、ディスク１３の本来の回転に影響を与えない。

１ エアスピンドル
２ ハウジング
３ 回転軸
９ 回転モータ
１２ ロータリエンコーダ
１３ ディスク
１５ スリット
１７ 波形金属バネ
１８、１９ パッド
Ｓ１ ラジアル方向での微小隙間
Ｓ２ スラスト方向での微小隙間

Claims (4)

1. ハウジングに対して回転軸を静圧軸受を介して支持し、回転軸自体をダイレクトドライブ式の回転モータで回転させると共に、該回転軸の回転をロータリエンコーダで検出して回転モータをフィードバック制御するロータリエンコーダ制御式エアスピンドルであって、
   前記回転軸に外縁部が回転軸の軸方向に変形可能なディスクの内縁部を固定し、ハウジングにディスクの外縁部に対して小さな力で当接するパッドを設けたことを特徴とするロータリエンコーダ制御式エアスピンドル。
2. 一対のパッドがディスクの外縁部に対して両側から当接することを特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ制御式エアスピンドル。
3. ディスクに対する一面側のパッドが固定式で、他面側のパッドがリング状の波形金属バネに固定され、該波形金属バネの弾性力でディスクに対して当接することを特徴とする請求項２記載のロータリエンコーダ制御式エアスピンドル。
4. ディスクが金属薄板製で、複数の円弧状のスリットが円周方向に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリエンコーダ制御式エアスピンドル。

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