JP2004116580A - Bearing device and machining device - Google Patents

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JP2004116580A
JP2004116580A JP2002277734A JP2002277734A JP2004116580A JP 2004116580 A JP2004116580 A JP 2004116580A JP 2002277734 A JP2002277734 A JP 2002277734A JP 2002277734 A JP2002277734 A JP 2002277734A JP 2004116580 A JP2004116580 A JP 2004116580A
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JP
Japan
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bearing
liquid
cooling
motor
shaft member
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Pending
Application number
JP2002277734A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazutaka Hara
原 一敬
Akira Isobe
磯部 章
Yoshiyuki Tomita
冨田 良幸
Shinichiro Tsukahara
塚原 真一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearing device (machining device) equipped with a cooling device for controlling a temperature of liquid for a bearing whereby the cost regarding the cooling device can be reduced. <P>SOLUTION: This bearing device is equipped with a shaft member and a bearing member, and bears the shaft member by the bearing member through the liquid for the bearing. The bearing device is provided with a motor for rotating the shaft member, a first cooling means for cooling the liquid for the bearing and varying the operation condition in accordance with a temperature of the liquid for the bearing so as to be used, and a second cooling means for cooling the liquid for the bearing and varying the operation condition in accordance with a number of revolutions of the motor so as to be used. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置及び工作装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
軸部材を軸受部材が軸受する「軸受構造」は、多くの機械において採用されている。例えば、金属や半導体等の研削加工等(半導体ウエハの両頭研削加工等)に使用される工作機械の多くは、スピンドルである軸部材を軸受部材が軸受する「軸受構造」を具備している。
【0003】
軸部材を軸受部材が軸受する際の具体的態様として、軸受用液体を媒介として軸受する液体軸受、軸受用エアを媒介として軸受するエア軸受、などの流体軸受が知られている。例えば、金属や半導体等の研削加工等に使用される工作機械の多くは、スピンドルである軸部材を軸受部材が軸受用液体を媒介として軸受(液体軸受)している。なお、エア軸受ではなく液体軸受が採用されるのは、ダンピング特性においてエア軸受より液体軸受の方が勝っているため、高精度加工を目的とする場合にはエア軸受より液体軸受の方が適しているからである。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−33906号公報
【特許文献2】
特開2001−59521号公報。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、金属や半導体等の研削加工等に使用される工作機械の多くは、高精度加工を目的として液体軸受を採用する。このように高精度加工を目的とするからには、軸受用液体の温度を厳密に管理しなければならない。
【0006】
高精度加工を目的として液体軸受を採用する工作機械において、軸受用液体の温度は、通常、加工精度に応じて±0.1℃程度から±0.5℃程度の温度範囲内に管理される。例えば、図1のようにスラスト部から200mm突出した主軸を有するスピンドルにおいては、主軸が鉄により形成されている場合、±0.1℃程度の温度範囲内に管理されるときには軸方向に±0.2μm程度の誤差が発生して、±0.5℃程度の温度範囲内に管理されるときには軸方向に±1.0μm程度の誤差が発生する。
【0007】
軸受用液体の温度は、冷却装置や加熱装置などを使用して管理する。例えば、軸受用液体の温度を検出する温度センサを設けて、各冷却装置や各加熱装置の運転状態を温度センサにより検出された温度に応じて変化させて、軸受用液体の温度を管理する。このような温度センサは、例えば、軸受用液体を収容するタンク内に設けてもよいし、タンク内外の温度差や温度変化から温度検出までのタイムラグ等を考慮するならば、特開2001−59521号公報に記載の発明のように、軸受用液体の循環経路の戻り部に設けてもよい。
【0008】
ここで、液体軸受に伴う発熱量を評価してみる。図2の関係式(1)はスラスト軸受に係る摩擦トルクTの計算式であり、図2の関係式(2)は摩擦トルクTによる動力Nの計算式である。液体軸受に伴う発熱の発熱源は主に動力Nであるから、液体軸受に伴う発熱量は動力Nにより評価することができる。図2の関係式(2)によると、NはDの4乗に比例することがわかる。このことは、スピンドルの大型化に伴い発熱量は飛躍的に増大することを意味する。なお、図2の関係式はスラスト部とラジアル部のうち、スラスト部のみを考慮して計算しているが、ラジアル部を考慮して計算しても同様である。
【0009】
スピンドルの大型化に伴う発熱量の増大に対しては、軸受用液体の温度管理用の冷却装置の大型化により対応することができる。しかし、上述のようにスピンドルの大型化に伴い発熱量は飛躍的に増大するため、スピンドルの大型化の割合以上に冷却装置が大型化してしまう。これにより、冷却装置に関するコストが増大するという結果となる。
【0010】
したがって、本発明は、軸受用液体の温度管理用の冷却装置を備える軸受装置(工作装置)に関して、冷却装置に関するコストを抑制することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明(軸受装置)は、軸部材と、軸受部材とを備え、前記軸部材を前記軸受部材が軸受用液体を媒介として軸受する軸受装置において、前記軸部材を回転させるモータと、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記軸受用液体の温度に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第1冷却手段と、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記モータの回転数に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第2冷却手段とを備える。
【0012】
請求項2に記載の発明(軸受装置)は、請求項1に記載の発明(軸受装置)に関して、前記軸受用液体の温度を検出するセンサを備え、前記第1冷却手段は、前記センサにより検出された温度に応じて運転状態が自動制御される。
【0013】
請求項3に記載の発明(軸受装置)は、請求項1に記載の発明(軸受装置)に関して、前記第2冷却手段は、前記モータの回転数に応じて運転状態が自動制御される。
【0014】
請求項4に記載の発明(軸受装置)は、請求項3に記載の発明(軸受装置)に関して、前記モータの回転数を設定するコントローラを備え、前記第2冷却手段は、前記コントローラにより設定された回転数に応じて運転状態が自動制御される。
【0015】
請求項5に記載の発明(軸受装置)は、請求項3に記載の発明(軸受装置)に関して、前記モータの回転数を検出するセンサを備え、前記第2冷却手段は、前記センサにより検出された回転数に応じて運転状態が自動制御される。
【0016】
請求項6に記載の発明(軸受装置)は、請求項1に記載の発明(軸受装置)に関して、前記第2冷却手段は、前記モータの回転数に応じて運転状態を手動で切り替えることができる。
【0017】
請求項7に記載の発明(軸受装置)は、請求項6に記載の発明(軸受装置)に関して、前記モータの回転数を設定するコントローラを備え、前記第2冷却手段は、前記コントローラにより設定された回転数に応じて運転状態を手動で切り替えることができる。
【0018】
請求項8に記載の発明(軸受装置)は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の発明(軸受装置)に関して、前記第2冷却手段は、前記モータの回転数に応じて運転状態をON/OFF変化させて使用するための冷却手段である。
【0019】
請求項9に記載の発明(軸受装置)は、軸部材と、軸受部材とを備え、前記軸部材を前記軸受部材が軸受用液体を媒介として軸受する軸受装置において、前記軸部材を回転させるモータと、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記軸受用液体の温度に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第1冷却手段と、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記モータの動力により発生する熱エネルギをキャンセルするために運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第2冷却手段とを備える。
【0020】
請求項10に記載の発明(工作装置)は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の軸受装置を備え、前記軸部材をスピンドルとする。
【0021】
請求項11に記載の発明(工作装置)は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の軸受装置を備え、前記軸部材を研削加工用のスピンドルとする。
【0022】
請求項12に記載の発明(工作装置)は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の軸受装置を備え、前記軸部材を両頭研削加工用のスピンドルとする。
【0023】
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の発明(軸受装置又は工作装置)においては、軸受用液体の温度管理用の冷却装置を、比較的精密であるが小型・高価な第1冷却手段と、比較的精密でないが大型・安価な第2冷却手段とにより構成するなどして、軸受用液体の温度管理用の冷却装置に関するコストを抑制することが可能である。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
【0025】
図3は、本発明の実施の形態の例である軸受装置301を表す。図3の軸受装置301は、軸部材101と、軸受部材102と、モータ103と、液体供給ポンプ201と、温度センサ202と、冷却頭203と、精密冷却装置204と、大型冷却装置205とを備える。
【0026】
軸受装置301は、軸部材101を軸受部材102が軸受用液体302を媒介として軸受(液体軸受)する装置である。軸受装置301の用途としては、例えば、軸受装置301を搭載して軸部材101をスピンドルとする工作装置が考えられる。このような工作装置は、高精度加工を目的とする金属や半導体等の研削加工等(半導体ウエハの両頭研削加工等)に使用することができる。当該スピンドルを研削加工用等(両頭研削加工用等)のスピンドルとして、当該工作装置を研削加工用等(両頭研削加工用等)の工作装置とするのである。
【0027】
軸部材101は、軸先端104を有する。軸部材101をスピンドルとするとき、軸先端104が主軸となる。軸受部材102は、軸受メタル105と液体供給口106とを有する。軸受用液体302は、液体供給口106を通じて、軸部材101と軸受部材102との間に供給される。モータ103は、軸部材101を回転させる。モータ103は、軸部材101を直接的に回転させてもよいし、軸部材101をベルト部材等を介して間接的に回転させてもよい。
【0028】
液体供給ポンプ201は、図3のように、軸受用液体302を循環経路に沿って循環させる。温度センサ202は、軸受用液体302の温度を循環経路の途中にて検出する。精密冷却装置204は、ここでは1台の冷却機からなり、比較的精密であるが小型・高価な冷却装置であり、軸受用液体302を循環経路の途中にて冷却する。大型冷却装置205は、ここでは2台の冷却機からなり、比較的精密でないが大型・安価な冷却装置であり、軸受用液体302を循環経路の途中にて冷却する。精密冷却装置204は、軸受用液体302の温度に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却装置であり、大型冷却装置205は、モータ103の回転数に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却装置である。
【0029】
以下、工作装置を例にして軸受装置301の動作について説明する。
【0030】
図4は、モータ103の動力に係るグラフである。動力1は、液体軸受(静圧軸受)に係る軸部材101を4000rpmで回転させたときのグラフであり、動力2は、液体軸受(静圧軸受)に係る軸部材101を6000rpmで回転させたときのグラフである。定期的に現れる1kW程度の増分が加工のために必要となる動力である。図1のようなスピンドルを使用する場合は、4000rpmでは5kWがオフセットとして必要となり、6000rpmでは10kWがオフセットとして必要となる。このオフセットの値はほぼ設計の段階で求めることができ、モータ103の回転数が決定されればほぼその値となる。
【0031】
モータ103の動力は熱エネルギに転化されて、その一部が軸部材101や軸受部材102の温度上昇のために消費されるほか、その大部分が軸受用液体302の温度上昇のために消費される。そこで、軸受用液体302の温度を、精密冷却装置204や大型冷却装置205などを使用して管理する。
【0032】
工作装置の起動時における動作について説明する。
【0033】
工作装置の電源をONにすると、液体供給ポンプ201の運転が開始され、軸受用液体302が軸部材101と軸受部材102との間に供給される。軸部材101を軸受部材102が軸受用液体302を媒介として軸受(液体軸受)することになる。
【0034】
これと同時に又はこれと前後して、精密冷却装置204の運転も開始される。精密冷却装置204は、循環経路に沿って戻ってきた軸受用液体302を冷却頭203を通じて冷却する。ここで、循環経路に沿って戻ってきた軸受用液体302の温度が、温度センサ202により検出される。精密冷却装置204の運転状態は、温度センサ202により検出された温度に応じて自動制御される。こうして、軸受用液体302の温度が管理される。
【0035】
なお、軸受用液体302の温度は、設定温度に対して±0.1℃程度から±0.5℃程度の温度範囲内に管理される。精密冷却装置204の容量としては、加工動力による温度上昇を制御できるだけの容量が必要である。例えば、図4のような動力であれば1kW程度の加工動力が必要なので、想定される加工動力の2倍である2kW程度の容量が必要である。
【0036】
工作装置の加工時における動作について説明する。
【0037】
工作装置を使用して加工を行う際には、モータ103を回転させてスピンドルを回転させる。ここで、モータ103の動力により新たに発生する熱エネルギをキャンセルするために、精密冷却装置204に加えて大型冷却装置205の運転も開始させる。循環経路に沿って戻ってきた軸受用液体302は、まず大型冷却装置205により冷却され、続いて精密冷却装置204により冷却される。こうして、軸受用液体302の温度が管理される。このようにして、比較的精密でないが安価な大型冷却装置205を使用して、比較的精密であるが高価な精密冷却装置204を大型化しないようにすれば、軸受用液体302の温度管理用の冷却装置に関するコストを抑制することができる。なお、このような温度管理は、例えば、主軸が2本あって運転中の発熱量の変化が少ない「両頭研削加工用の工作装置」のような工作装置に特に適していると考えられる。
【0038】
工作装置を使用して加工を行う際には、モータ103の回転数(スピンドルの回転数)をコントローラにより設定する。所望の回転数を実現するために必要なモータ103の動力は一定しており、計算又は計測により得ることができる。よって、モータ103の動力により新たに発生する熱エネルギをキャンセルするためには、大型冷却装置205の運転状態を、モータ103の回転数に応じて変化させればよい。そこで、大型冷却装置205の運転状態は、コントローラにより設定された回転数に応じて自動制御されるようにする。または、大型冷却装置205の運転状態は、コントローラにより設定された回転数に応じて手動で切り替えることができるようにしてもよい。または、モータ103の回転数(スピンドルの回転数)を検出する回転数センサを設けて、大型冷却装置205の運転状態は、回転数センサにより検出された回転数に応じて自動制御されるようにしてもよい。
【0039】
なお、大型冷却装置205の運転状態の変化態様としては、ON/OFF変化が考えられる。この場合、大型冷却装置205は、ON/OFF変化のみが可能なものでもON/OFF変化以外も可能なものでもよいが、軸受用液体302の温度管理用の冷却装置に関するコストを抑制するという観点からは、前者の方が優れていると言える。
【0040】
特に、図3のように、大型冷却装置205が複数台(図3では2台)の冷却機からなる場合には、各冷却機ごとのON/OFF変化が考えられる。ONにする冷却機とOFFにする冷却機の組み合わせを変化させることにより、大型冷却装置205の運転状態のバリエーションが豊富になるからである。この場合、各冷凍機は、ON/OFF変化のみが可能なものでもON/OFF変化以外も可能なものでもよいが、軸受用液体302の温度管理用の冷却装置に関するコストを抑制するという観点からは、前者の方が優れていると言える。
【0041】
以上、静圧軸受に係る軸受装置について説明したが、動圧軸受に係る軸受装置であってもよい。
【0042】
以上、軸受用液体を冷却する冷却システムについて説明したが、その他の液体を冷却する冷却システムであってもよい。例えば、当初から熱量が判明している切削液を冷却するシステムであってもよい。
【0043】
【発明の効果】
このように、本発明は、軸受用液体の温度管理用の冷却装置を備える軸受装置(工作装置)に関して、冷却装置に関するコストを抑制することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】工作機械に係るスピンドルを表す。
【図2】液体軸受に伴う発熱量を評価するための関係式である。
【図3】本発明の実施の形態の例である軸受装置を表す。
【図4】モータの動力に係るグラフである。
【符号の説明】
101 軸部材
102 軸受部材
103 モータ
104 軸先端
105 軸受メタル
106 液体供給口
201 液体供給ポンプ
202 温度センサ
203 冷却頭
204 精密冷却装置
205 大型冷却装置
301 軸受装置
302 軸受用液体
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bearing device and a machine tool.
[0002]
[Prior art]
A "bearing structure" in which a bearing member bears a shaft member is employed in many machines. For example, many machine tools used for grinding of metals, semiconductors, and the like (double-side grinding of semiconductor wafers, etc.) include a “bearing structure” in which a bearing member bears a shaft member that is a spindle.
[0003]
Fluid bearings, such as a liquid bearing that uses a bearing liquid as a medium and an air bearing that uses a bearing air as a medium, are known as specific modes when the bearing member bears the shaft member. For example, in many machine tools used for grinding of metals, semiconductors, and the like, a bearing member (a liquid bearing) is used as a bearing member for a shaft member, which is a spindle, using a bearing liquid as a medium. Liquid bearings are used instead of air bearings. Liquid bearings are superior to air bearings in terms of damping characteristics, so liquid bearings are more suitable than air bearings for high-precision machining. Because it is.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-33906 [Patent Document 2]
JP-A-2001-59521.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, most machine tools used for grinding metal, semiconductors, and the like employ liquid bearings for the purpose of high-precision machining. In order to achieve high-precision machining, the temperature of the bearing liquid must be strictly controlled.
[0006]
In machine tools that employ liquid bearings for high-precision machining, the temperature of the bearing liquid is usually controlled within a temperature range of about ± 0.1 ° C. to ± 0.5 ° C. depending on the machining precision. . For example, in a spindle having a main shaft protruding 200 mm from the thrust portion as shown in FIG. 1, when the main shaft is formed of iron, when the temperature is controlled within a temperature range of about ± 0.1 ° C., the axial direction is ± 0 °. When an error of about 2 μm occurs and the temperature is controlled within a temperature range of about ± 0.5 ° C., an error of about ± 1.0 μm occurs in the axial direction.
[0007]
The temperature of the bearing liquid is controlled using a cooling device, a heating device, or the like. For example, a temperature sensor for detecting the temperature of the bearing liquid is provided, and the operating state of each cooling device and each heating device is changed according to the temperature detected by the temperature sensor to manage the temperature of the bearing liquid. Such a temperature sensor may be provided, for example, in a tank containing a bearing liquid, or if a time lag from a temperature difference between the inside and outside of the tank or a temperature change to a temperature detection is taken into consideration, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-59521. As in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-205, a return portion of the circulation path for the bearing liquid may be provided.
[0008]
Here, the amount of heat generated by the liquid bearing will be evaluated. The relational expression (1) in FIG. 2 is a calculation expression for the friction torque T relating to the thrust bearing, and the relational expression (2) in FIG. Since the heat source of the heat generated by the liquid bearing is mainly power N, the amount of heat generated by the liquid bearing can be evaluated by the power N. According to the relational expression (2) in FIG. 2, N is proportional to the fourth power of D. This means that the calorific value increases dramatically with the enlargement of the spindle. Although the relational expression of FIG. 2 is calculated by considering only the thrust portion of the thrust portion and the radial portion, the calculation is also performed by considering the radial portion.
[0009]
The increase in the amount of heat generated by the increase in the size of the spindle can be dealt with by increasing the size of the cooling device for managing the temperature of the bearing liquid. However, as described above, the amount of heat generated dramatically increases with the increase in the size of the spindle, so that the cooling device becomes larger than the rate of increase in the size of the spindle. This results in increased costs for the cooling device.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to suppress the cost of a cooling device for a bearing device (machine tool) including a cooling device for temperature management of a bearing liquid.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention (bearing device) according to claim 1 includes a shaft member and a bearing member, and in a bearing device in which the bearing member bears the shaft member through a bearing liquid, a motor that rotates the shaft member. A cooling means for cooling the bearing liquid, a first cooling means being a cooling means for changing an operation state according to the temperature of the bearing liquid, and cooling the bearing liquid. And a second cooling unit which is a cooling unit for changing an operation state according to the number of rotations of the motor for use.
[0012]
The invention (bearing device) according to claim 2 is the same as the invention (bearing device) according to claim 1, further comprising a sensor for detecting the temperature of the bearing liquid, and wherein the first cooling unit is detected by the sensor. The operation state is automatically controlled in accordance with the set temperature.
[0013]
The invention (bearing device) according to claim 3 is the same as the invention (bearing device) according to claim 1, wherein the operating state of the second cooling means is automatically controlled according to the rotation speed of the motor.
[0014]
An invention (bearing device) according to a fourth aspect is the invention (bearing device) according to the third aspect, further comprising a controller that sets the number of revolutions of the motor, and wherein the second cooling unit is set by the controller. The operation state is automatically controlled according to the rotation speed.
[0015]
An invention (bearing device) according to a fifth aspect is the invention (bearing device) according to the third aspect, further comprising a sensor for detecting the number of revolutions of the motor, and wherein the second cooling unit is detected by the sensor. The operation state is automatically controlled according to the rotation speed.
[0016]
The invention (bearing device) according to claim 6 relates to the invention (bearing device) according to claim 1, wherein the second cooling unit can manually switch an operation state according to the number of rotations of the motor. .
[0017]
An invention (bearing device) according to a seventh aspect is the invention (bearing device) according to the sixth aspect, further comprising a controller that sets the number of revolutions of the motor, and wherein the second cooling unit is set by the controller. The operating state can be manually switched according to the rotation speed.
[0018]
The invention (bearing device) according to claim 8 is the same as the invention (bearing device) according to any one of claims 1 to 7, wherein the second cooling means operates in accordance with the rotation speed of the motor. Is a cooling means for changing the ON / OFF state for use.
[0019]
The invention (bearing device) according to claim 9 is a bearing device comprising a shaft member and a bearing member, wherein the bearing member bears the shaft member through a bearing liquid, and the motor rotates the shaft member. A cooling means for cooling the bearing liquid, a first cooling means being a cooling means for changing an operation state according to the temperature of the bearing liquid, and cooling the bearing liquid. And a second cooling unit which is a cooling unit for changing an operation state and using the same in order to cancel thermal energy generated by the power of the motor.
[0020]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a machine tool including the bearing device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the shaft member is a spindle.
[0021]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a machining apparatus including the bearing device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the shaft member is a spindle for grinding.
[0022]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a machining apparatus including the bearing device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the shaft member is a spindle for double-head grinding.
[0023]
In the invention (bearing device or machine tool) according to any one of claims 1 to 12, the cooling device for managing the temperature of the bearing liquid is a relatively precise but small and expensive first cooling means. Thus, it is possible to suppress the cost of the cooling device for controlling the temperature of the bearing liquid by using a relatively inexpensive second cooling means which is relatively inexpensive and large.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described.
[0025]
FIG. 3 shows a bearing device 301 according to an embodiment of the present invention. 3 includes a shaft member 101, a bearing member 102, a motor 103, a liquid supply pump 201, a temperature sensor 202, a cooling head 203, a precision cooling device 204, and a large cooling device 205. Prepare.
[0026]
The bearing device 301 is a device in which the bearing member 102 carries the bearing (liquid bearing) of the shaft member 101 through the bearing liquid 302. As a use of the bearing device 301, for example, a machine tool having the bearing device 301 mounted thereon and the shaft member 101 serving as a spindle can be considered. Such a machining apparatus can be used for grinding of a metal, a semiconductor, or the like for the purpose of high-precision machining (double-side grinding of a semiconductor wafer, etc.). The spindle is used as a spindle for grinding and the like (for double-sided grinding) and the machine is used as a machine for grinding and the like (for double-sided grinding).
[0027]
The shaft member 101 has a shaft tip 104. When the shaft member 101 is a spindle, the shaft tip 104 becomes the main shaft. The bearing member 102 has a bearing metal 105 and a liquid supply port 106. The bearing liquid 302 is supplied between the shaft member 101 and the bearing member 102 through the liquid supply port 106. The motor 103 rotates the shaft member 101. The motor 103 may rotate the shaft member 101 directly, or may rotate the shaft member 101 indirectly via a belt member or the like.
[0028]
The liquid supply pump 201 circulates the bearing liquid 302 along a circulation path as shown in FIG. The temperature sensor 202 detects the temperature of the bearing liquid 302 in the middle of the circulation path. Here, the precision cooling device 204 is a relatively precise but small and expensive cooling device which is composed of one cooling device, and cools the bearing liquid 302 in the middle of the circulation path. Here, the large-sized cooling device 205 is composed of two coolers, and is a relatively inexpensive large-sized and inexpensive cooling device, and cools the bearing liquid 302 in the middle of the circulation path. The precision cooling device 204 is a cooling device for changing the operation state according to the temperature of the bearing liquid 302 and using it. The large cooling device 205 changes the operation state according to the rotation speed of the motor 103. A cooling device for use.
[0029]
Hereinafter, the operation of the bearing device 301 will be described using a machine tool as an example.
[0030]
FIG. 4 is a graph related to the power of the motor 103. The power 1 is a graph when the shaft member 101 according to the liquid bearing (hydrostatic bearing) is rotated at 4000 rpm, and the power 2 is the shaft member 101 according to the liquid bearing (hydrostatic bearing) is rotated at 6000 rpm. It is a graph at the time. An increment of about 1 kW that appears periodically is the power required for processing. When a spindle as shown in FIG. 1 is used, 5 kW is required as an offset at 4000 rpm, and 10 kW is required as an offset at 6000 rpm. The value of the offset can be obtained almost at the design stage, and becomes almost the same value when the rotation speed of the motor 103 is determined.
[0031]
The power of the motor 103 is converted into heat energy, a part of which is consumed for raising the temperature of the shaft member 101 and the bearing member 102, and most of it is consumed for raising the temperature of the bearing liquid 302. You. Therefore, the temperature of the bearing liquid 302 is managed using the precision cooling device 204, the large cooling device 205, and the like.
[0032]
The operation at the time of starting the machine tool will be described.
[0033]
When the power of the machine is turned on, the operation of the liquid supply pump 201 is started, and the bearing liquid 302 is supplied between the shaft member 101 and the bearing member 102. The bearing member 102 carries out the bearing (liquid bearing) of the shaft member 101 with the bearing liquid 302 as a medium.
[0034]
At the same time or before or after this, the operation of the precision cooling device 204 is also started. The precision cooling device 204 cools the bearing liquid 302 returned along the circulation path through the cooling head 203. Here, the temperature of the bearing liquid 302 returned along the circulation path is detected by the temperature sensor 202. The operation state of the precision cooling device 204 is automatically controlled according to the temperature detected by the temperature sensor 202. Thus, the temperature of the bearing liquid 302 is managed.
[0035]
The temperature of the bearing liquid 302 is controlled within a temperature range of about ± 0.1 ° C. to ± 0.5 ° C. with respect to the set temperature. The capacity of the precision cooling device 204 needs to be large enough to control the temperature rise caused by the processing power. For example, a power as shown in FIG. 4 requires a processing power of about 1 kW. Therefore, a capacity of about 2 kW, which is twice the assumed processing power, is required.
[0036]
The operation of the machining device during machining will be described.
[0037]
When performing machining using a machine tool, the spindle is rotated by rotating the motor 103. Here, in order to cancel the heat energy newly generated by the power of the motor 103, the operation of the large-sized cooling device 205 as well as the precise cooling device 204 is started. The bearing liquid 302 returned along the circulation path is first cooled by the large-sized cooling device 205 and then cooled by the precision cooling device 204. Thus, the temperature of the bearing liquid 302 is managed. In this way, by using the relatively inexpensive large-sized cooling device 205 which is relatively inexpensive but not to increase the size of the relatively accurate but expensive precision cooling device 204, it is possible to control the temperature of the bearing liquid 302. Cost of the cooling device can be suppressed. It is considered that such temperature management is particularly suitable for a machine tool such as a "machine tool for double-head grinding" in which there are two main spindles and the amount of heat generation during operation is small.
[0038]
When performing machining using a machine tool, the rotation speed of the motor 103 (the rotation speed of the spindle) is set by a controller. The power of the motor 103 required to achieve a desired rotation speed is constant and can be obtained by calculation or measurement. Therefore, in order to cancel the heat energy newly generated by the power of the motor 103, the operation state of the large-sized cooling device 205 may be changed according to the rotation speed of the motor 103. Therefore, the operation state of the large-sized cooling device 205 is automatically controlled according to the rotation speed set by the controller. Alternatively, the operation state of the large-sized cooling device 205 may be manually switched according to the rotation speed set by the controller. Alternatively, a rotation speed sensor for detecting the rotation speed of the motor 103 (the rotation speed of the spindle) is provided, and the operation state of the large-sized cooling device 205 is automatically controlled according to the rotation speed detected by the rotation speed sensor. You may.
[0039]
Note that an ON / OFF change can be considered as a change mode of the operation state of the large-sized cooling device 205. In this case, the large-sized cooling device 205 may be a device capable of only the ON / OFF change or a device other than the ON / OFF change, but from the viewpoint of suppressing the cost of the cooling device for temperature management of the bearing liquid 302. Therefore, it can be said that the former is superior.
[0040]
In particular, as shown in FIG. 3, when the large-sized cooling device 205 includes a plurality of cooling devices (two in FIG. 3), ON / OFF changes for each cooling device are conceivable. This is because, by changing the combination of the cooler to be turned on and the cooler to be turned off, variations in the operation state of the large-sized cooling device 205 become rich. In this case, each refrigerator may be capable of performing only the ON / OFF change or may be capable of performing other than the ON / OFF change, but from the viewpoint of suppressing the cost related to the cooling device for temperature management of the bearing liquid 302. Can be said to be superior to the former.
[0041]
Although the bearing device according to the hydrostatic bearing has been described above, the bearing device according to the dynamic pressure bearing may be used.
[0042]
The cooling system for cooling the bearing liquid has been described above, but may be a cooling system for cooling other liquids. For example, a system for cooling a cutting fluid whose calorific value is known from the beginning may be used.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the present invention makes it possible to suppress the cost of the cooling device with respect to the bearing device (machining device) including the cooling device for temperature management of the bearing liquid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a spindle according to a machine tool.
FIG. 2 is a relational expression for evaluating the amount of heat generated by the liquid bearing.
FIG. 3 shows a bearing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph related to the power of a motor.
[Explanation of symbols]
101 Shaft member 102 Bearing member 103 Motor 104 Shaft tip 105 Bearing metal 106 Liquid supply port 201 Liquid supply pump 202 Temperature sensor 203 Cooling head 204 Precision cooling device 205 Large cooling device 301 Bearing device 302 Bearing liquid

Claims (12)

軸部材と、軸受部材とを備え、前記軸部材を前記軸受部材が軸受用液体を媒介として軸受する軸受装置において、前記軸部材を回転させるモータと、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記軸受用液体の温度に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第1冷却手段と、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記モータの回転数に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第2冷却手段とを備えることを特徴とする軸受装置。In a bearing device including a shaft member and a bearing member, wherein the bearing member bears the shaft member through a bearing liquid, a motor for rotating the shaft member and cooling means for cooling the bearing liquid. A first cooling unit that is a cooling unit for changing an operation state according to a temperature of the bearing liquid, and a cooling unit that cools the bearing liquid. A bearing device comprising: a second cooling unit that is a cooling unit for changing an operation state according to use. 前記軸受用液体の温度を検出するセンサを備え、前記第1冷却手段は、前記センサにより検出された温度に応じて運転状態が自動制御されることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。The bearing device according to claim 1, further comprising a sensor for detecting a temperature of the bearing liquid, wherein an operation state of the first cooling unit is automatically controlled in accordance with the temperature detected by the sensor. . 前記第2冷却手段は、前記モータの回転数に応じて運転状態が自動制御されることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。The bearing device according to claim 1, wherein an operation state of the second cooling unit is automatically controlled in accordance with a rotation speed of the motor. 前記モータの回転数を設定するコントローラを備え、前記第2冷却手段は、前記コントローラにより設定された回転数に応じて運転状態が自動制御されることを特徴とする請求項3に記載の軸受装置。4. The bearing device according to claim 3, further comprising a controller that sets a rotation speed of the motor, wherein the second cooling unit automatically controls an operation state according to the rotation speed set by the controller. 5. . 前記モータの回転数を検出するセンサを備え、前記第2冷却手段は、前記センサにより検出された回転数に応じて運転状態が自動制御されることを特徴とする請求項3に記載の軸受装置。4. The bearing device according to claim 3, further comprising a sensor that detects a rotation speed of the motor, wherein the second cooling unit automatically controls an operation state according to the rotation speed detected by the sensor. 5. . 前記第2冷却手段は、前記モータの回転数に応じて運転状態を手動で切り替えることができること特徴とする請求項1に記載の軸受装置。The bearing device according to claim 1, wherein the second cooling unit can manually switch an operation state according to a rotation speed of the motor. 前記モータの回転数を設定するコントローラを備え、前記第2冷却手段は、前記コントローラにより設定された回転数に応じて運転状態を手動で切り替えることができることを特徴とする請求項6に記載の軸受装置。The bearing according to claim 6, further comprising a controller that sets a rotation speed of the motor, wherein the second cooling unit can manually switch an operation state according to the rotation speed set by the controller. apparatus. 前記第2冷却手段は、前記モータの回転数に応じて運転状態をON/OFF変化させて使用するための冷却手段であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の軸受装置。The said 2nd cooling means is a cooling means for changing an operation state ON / OFF according to the rotation speed of the said motor, and using it, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Bearing device. 軸部材と、軸受部材とを備え、前記軸部材を前記軸受部材が軸受用液体を媒介として軸受する軸受装置において、前記軸部材を回転させるモータと、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記軸受用液体の温度に応じて運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第1冷却手段と、前記軸受用液体を冷却する冷却手段であって、前記モータの動力により発生する熱エネルギをキャンセルするために運転状態を変化させて使用するための冷却手段である第2冷却手段とを備えることを特徴とする軸受装置。In a bearing device comprising a shaft member and a bearing member, wherein the bearing member bears the shaft member with a bearing liquid as a medium, a motor for rotating the shaft member and cooling means for cooling the bearing liquid. A first cooling unit that is a cooling unit for changing an operation state according to a temperature of the bearing liquid, and a cooling unit that cools the bearing liquid, wherein the first cooling unit is generated by power of the motor. A second cooling means which is a cooling means for changing the operating state and using the same in order to cancel the heat energy generated. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の軸受装置を備え、前記軸部材をスピンドルとすることを特徴とする工作装置。A machining apparatus comprising the bearing device according to claim 1, wherein the shaft member is a spindle. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の軸受装置を備え、前記軸部材を研削加工用のスピンドルとすることを特徴とする工作装置。A machining device comprising the bearing device according to claim 1, wherein the shaft member is a spindle for grinding. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の軸受装置を備え、前記軸部材を両頭研削加工用のスピンドルとすることを特徴とする工作装置。A machine tool comprising the bearing device according to claim 1, wherein the shaft member is a spindle for double-head grinding.
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