JP2004308726A - 静圧軸受装置及び両頭研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、主軸を静圧媒体の圧力により回転自在に支持して加工を行う静圧軸受装置及び両頭研削装置に関し、主軸の回転速度を荒加工から仕上げ加工に対応した速度に可変可能、かつ被加工物を高精度に加工することを目的とする
【解決手段】静圧軸受装置１０に静圧媒体３３を供給する供給機構を、水を供給するための液体冷却供給装置２５と、空気を供給するためのエアコンプレッサ２６と、三方弁２７とにより構成し、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に加圧供給する静圧媒体３３の切り替えを三方弁２７により行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静圧軸受装置及び両頭研削装置に係り、特に主軸を静圧媒体の圧力により回転自在に支持して加工を行う静圧軸受装置及び両頭研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に従来の静圧軸受装置では、静圧媒体として液体または空気が用いられており、軸受本体と主軸との間に形成された静圧ポケットに静圧媒体を加圧状態で供給し、主軸を静圧媒体の圧力により回転自在に支持している。このような静圧軸受装置は、工作機械や研削装置の１つである両頭研削装置等に用いられており、被加工物を高精度に加工するために、相当な荷重の元で、高精度を維持しつつ、主軸を高速回転させることが必要とされている。液体の静圧媒体には、潤滑油または水が用いられている。粘性の高い潤滑油は、振動吸収性が大きく、低速で回転する主軸を安定させることができるため、低速回転領域で使用される静圧軸受装置に用いられている。水は、潤滑油と比較して回転抵抗が小さく、動力損失や発熱量を抑制することができるので高速回転領域で使用される静圧軸受装置に用いられており、潤滑油を用いた場合よりも精度良く被加工物の加工を行うことができる。
【０００３】
また近年、加工精度のさらなる向上が望まれており、さらに高精度に被加工物を加工したい場合には、静圧媒体に空気を用いた静圧軸受装置が用いられている。静圧媒体に空気を用いた静圧軸受装置は、水を使用した静圧軸受装置よりもさらに高速な毎分１万回転以上の回転領域で使用することができる（例えば、特許文献１参照。）。このように非常に高速な回転領域で使用可能な静圧軸受装置は、高精度に加工ができるため、一対の砥石により被加工物の両面を加工する両頭研削装置にも用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２５７０３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被加工物の加工は、始めに主軸を低速で回転させて荒加工を行い、仕上げ加工においては主軸を高速で回転させて加工を行うため、静圧媒体の違う複数の静圧軸受装置を用意して加工しなければならないという問題があった。また、両頭研削装置を用いて被加工物の両面を高精度に加工する場合には、さらに主軸の回転速度を毎分１万回転以上にして別の静圧軸受装置を用いて加工を行わなければならないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、主軸の回転速度を荒加工から仕上げ加工に対応した速度に可変可能、かつ被加工物を高精度に加工することのできる静圧軸受装置及び両頭研削装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１記載の発明では、軸受本体と主軸との間に形成された静圧ポケットに静圧媒体を加圧状態で供給し、前記主軸を前記静圧媒体の圧力により回転自在に支持する静圧軸受装置において、前記静圧媒体として液体または気体を選択的に供給する供給機構を設けたことを特徴とする静圧軸受装置により、解決できる。
【０００９】
上記発明によれば、静圧媒体である液体または気体を選択的に供給する供給機構を設けたことにより、静圧ポケットに供給する静圧媒体を選択的に供給することができるので、加工する際の主軸の回転速度を可変させて加工を行うことができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の静圧軸受装置を備えたことを特徴とする両頭研削装置により、解決できる。
【００１１】
上記発明によれば、請求項１に記載の静圧軸受装置を備えた両頭研削装置を用いて加工を行うことにより、１台の両頭研削装置により被加工物の両面を高精度に加工することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１３】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例である静圧軸受装置の概略図を示したものである。同図に示したＸ１，Ｘ２方向はスラスト方向を示しており、Ｙ１，Ｙ２方向はＸ１，Ｘ２方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。図１を参照して、第１実施例である静圧軸受装置１０の構成について説明する。なお、本実施例においては、静圧媒体である気体に空気を用いた場合を例に挙げて以下の説明をする。図１に示すように、静圧軸受装置１０は、大略すると研削装置２０と、液体冷却供給装置２５と、エアコンプレッサ２６と、三方弁２７とにより構成されており、冷却液体供給装置２５、エアコンプレッサ２６及び三方弁２７は、静圧媒体を静圧ポケットに供給するための供給機構である。
【００１４】
始めに、研削装置２０の構成について説明する。研削装置２０は、大略すると主軸１１と、フランジ１２と、モータ１３と、砥石１４と、軸受本体１５と、シール部材１６と、ハウジング１８とにより構成されている。ハウジング１８は、円筒形の形状をしており、ハウジング１８の内部には主軸１１が貫通するように形成されている。主軸１１の図１中の右側には、砥石１４が主軸と一体に形成されている。ハウジング１８の両端部と主軸１１との間には、軸受本体１５が主軸１１と隙間を介在させた状態で形成されている。ハウジング１８の両端部に形成された軸受本体１５と主軸１１との間には、静圧媒体３３をシールするためのシール部材１６がそれぞれ形成されている。
【００１５】
軸受本体１５には、静圧を構成するための領域であるラジアル用静圧ポケット３７が形成されている。ラジアル用静圧ポケット３７は、加圧状態で供給された静圧媒体３３を導入して、主軸１１をＹ１，Ｙ２方向から回転自在に支持するためのものである。砥石１４側に形成された軸受本体１５の図１中の右側には、円盤状のフランジ１２が主軸１１と一体に形成されている。砥石１４が形成されていない側の軸受本体１５の図１中の左側には、主軸１１を回転駆動させるためのモータ１３が形成されている。このモータ１３が駆動することにより、砥石１４、フランジ１２及び主軸１１は一体に回転駆動する。フランジ１２とモータ１３との間には、軸受本体１５が主軸１１と隙間を介在させた状態で形成されている。
【００１６】
フランジ１２の両側に形成された軸受本体１５とフランジ１２との間には、それぞれ隙間が介在されており、軸受本体１５には複数のスラスト用静圧ポケット３８が形成されている。スラスト用静圧ポケット３８は、加圧状態で供給された静圧媒体３３を導入して、フランジ１２をＸ１，Ｘ２方向から回転自在に支持するためのものである。軸受本体１５及びハウジング１８には、管路１７がラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に静圧媒体３３である水または空気を供給可能な状態で形成されている。また、軸受本体１５及びハウジング１８には、管路１９が静圧媒体３３である水をラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８から回収可能な状態で形成されている。管路１９は、液体回収用管路３２と接続されている。
【００１７】
次に、図１を参照して、液体供給装置である液体冷却供給装置２５について説明する。液体冷却供給装置２５は、大略すると冷却器２３と、ポンプ２４とにより構成されている。冷却器２３は、液体回収用管路３２と接続されており、回収した静圧媒体３３である水を冷却するためのものである。回収された水は、図示していないセンサーに基づき、一定の温度に制御されている。ポンプ２４は、冷却器２３により冷却された水を液体供給用管路２９に所定の圧力で供給するためのものである。なお、所定の圧力とは、主軸１１を回転支持可能な圧力のことである。
【００１８】
次に、空気供給装置であるエアコンプレッサ２６について説明する。エアコンプレッサ２６は、静圧媒体３３である空気を供給するためのものであり、空気供給用管路３０と接続されている。エアコンプレッサ２６から供給された空気は、空気供給用管路３０に供給される。次に、切り替え手段である三方弁２７について説明する。三方弁２７は、液体供給用管路２９、空気供給用管路３０及び静圧媒体供給用管路３１と接続されている。三方弁２７は、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に加圧供給する静圧媒体３３を切り替えて供給するためのものである。
【００１９】
このように、供給機構として液体冷却供給装置２５、エアコンプレッサ２６及び三方弁２７を設けることにより、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に加圧供給する静圧媒体３３を切り替えることができる。
【００２０】
次に、図１乃至図２を参照して、第１実施例の静圧軸受装置１０の静圧媒体３３の切り替え方法について例を挙げて説明する。図２は、図１に示した研削装置のＡ１，Ａ２方向の断面図である。始めに、液体冷却供給装置２５のポンプ２４を起動し、三方弁２７を操作して、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に静圧媒体供給用管路３１を介して、加圧状態の水を供給する。この状態で、主軸１１をモータ１３により所望の回転速度で回転駆動させて、砥石１４により被加工物の荒加工を行う。荒加工終了後に、モータ１３を停止させて主軸１１の回転を停止させる。次に、ポンプ２４を停止させて、水の供給圧力を０Ｐａにする。
【００２１】
次に、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に残留した水を、液体回収用管路３２を介して液体冷却供給装置２５に回収する。その後、エアコンプレッサ２６を起動し、三方弁２７を操作して、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に静圧媒体供給用管路３１を介して、加圧状態の空気を供給する。この状態で、主軸１１をモータ１３により所望の回転速度で高速に回転駆動させて、砥石１４により被加工物の仕上げ加工を行う。仕上げ加工終了後には、次の被加工物の荒加工を行うために、エアコンプレッサ２６の動作を停止させて、液体冷却供給装置２５のポンプ２４を起動し、三方弁２７を操作して、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に加圧状態の水を供給する。上記説明した工程を繰り返し行うことで、複数の被加工物の加工を行う。このように、静圧媒体３３として水と空気とを切り替えて使用することにより、主軸１１の回転速度を所望の回転速度に可変することができ、１台の静圧軸受装置で被加工物の荒加工から仕上げ加工までの加工を行うことができる。また、仕上げ加工する際の静圧媒体３３に空気を用いるため、被加工物を高精度に加工することができる。さらに、複数の静圧軸受装置を用いて加工を行う場合と比較して、加工効率を向上させることができる。
【００２２】
上記に説明した静圧軸受装置１０は、被加工物の両面を高精度に加工する両頭研削装置に適用することができる。次に、図３を参照して、研削装置のうちの１つである両頭研削装置４０ついて説明する。図３は、一般的な両頭研削装置の概略図である。なお、同図に示したＸ１，Ｘ２方向はスラスト方向を示しており、Ｙ１，Ｙ２方向はＸ１，Ｘ２方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。図３に示すように、両頭研削装置４０は、大略すると研削加工部４１ａ，４１ｂとワーク保持装置５０とにより構成されている。
【００２３】
研削加工部４１ａ，４１ｂは、被加工物であるワーク４２の研削位置を挟んで同一構成のものが対向するよう２台配設されている。よって、図３に関しては、同図中右部に位置する研削加工部４１ａには符号ａを添記し、図中左部に位置する研削加工部４１ｂには符号ｂを添記して、主に符号ａを添記した側の研削加工部４１ａについて説明する。
【００２４】
研削加工部４１ａは、大略すると駆動装置４２ａと、移動装置４３ａと、砥石４５ａと、研削主軸４４ａとにより構成されている。研削主軸４４ａの一方の端部には砥石４５ａが形成されており、他方の端部には駆動装置４２ａが形成されている。また、砥石４５ａ及び駆動装置４２ａは、研削主軸４４ａと一体に形成されており、駆動装置４２ａが研削主軸４４ａを回転駆動させることにより、砥石はＹ１，Ｙ２方向に回転される。砥石４５ａには、ワーク５５と接触して加工を行う研削動作面４６ａが形成されている。駆動装置４２ａは、移動装置４３ａに移動可能な状態で形成されており、駆動装置４２ａ、研削主軸４４ａ及び砥石４５ａは移動装置４３ａによりＸ１，Ｘ２方向へ移動される。ワーク保持装置５０は、大略するとワーク保持器フレーム５１と、複数のＶ溝付きローラ５２と、駆動源５３とにより構成されている。ワーク保持器フレーム５１には、ワーク５５を回転支持するための複数のＶ溝付きローラ５２と、駆動源５３とが形成されており、Ｖ溝付きローラ５２により支持されたワーク５５は、駆動源５３によりＹ１，Ｙ２方向に回転される。両頭研削装置４０の加工は、回転するワーク５５に向かって回転移動する一対の砥石４５ａ，４５ｂの研削動作面４６ａ，４６ｂがワーク５５の両面と接触することにより行われる。
【００２５】
このような両頭研削装置４０が加工するワーク５５には、シリコンウエハやガラスディスク等があり、シリコンウエハ上には微細なパターンが形成されるため高精度の加工が要求される。本実施例に示した静圧軸受装置１０を両頭研削装置４０の研削主軸４４ａ，４４ｂに適用することにより、シリコンウエハやガラスディスク等のワーク５５を一台の両頭研削装置４０で高精度に加工を行うことができる。
【００２６】
（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例である静圧軸受装置の概略図を示したものであり、図５は、図４に示した研削装置のＢ１，Ｂ２方向の断面図である。図４に示したＸ１，Ｘ２方向はスラスト方向を示しており、Ｙ１，Ｙ２方向はＸ１，Ｘ２方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。なお、図４において、図１に示した構成と同一構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。また、図５において、図２に示した構成と同一構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２７】
図４乃至図５を参照して、第２実施例である静圧軸受装置４０の構成について説明する。図４に示すように、静圧軸受装置６０は、大略すると研削装置３５と、液体冷却供給装置２５と、エアコンプレッサ２６とにより構成されている。図４乃至図５に示すように、軸受本体１５及びフランジ１８には、ラジアル用静圧ポケット３７及びスラスト用静圧ポケット３８に静圧媒体３３を供給するための第１の管路である液体供給用管路５７及び第２の管路である空気供給用管路５８がそれぞれ形成されている。液体供給用管路５７は水を供給するためのものであり、空気供給用管路５８は空気を供給するためのものである。液体冷却供給装置２５と液体供給用管路５７とは、水供給用管路３８により水が加圧供給可能な状態で接続されている。エアコンプレッサ２６と空気供給用管路５８とは、空気供給用管路３７により空気を加圧供給可能な状態で接続されている。
【００２８】
このように、静圧媒体３３である水を供給するための液体供給用管路５７と、静圧媒体３３である空気を供給するための空気供給用管路５８とをそれぞれ形成することにより、液体供給用管路５７及び空気供給用管路５８は絞りとして機能し、水と空気とのそれぞれに対して最適な剛性を得ることができる。これにより、それぞれの静圧媒体３３で被加工物を加工した際、軸受剛性が大きくなり、主軸１１が高速回転領域においても安定するため、高精度に被加工物を加工することができる。なお、静圧軸受装置６０の静圧媒体３３の切り替え方法については、第１実施例において説明した静圧軸受装置１０と同様な方法により行うことができる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、静圧媒体である液体または気体を選択的に供給する供給機構を設けたことにより、静圧ポケットに供給する静圧媒体を選択的に供給することができるので、加工する際の主軸の回転速度を可変させて加工を行うことができる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、１台の両頭研削装置で被加工物の両面を高精度に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である静圧軸受装置の概略図である。
【図２】図１に示した研削装置のＡ１，Ａ２方向の断面図である。
【図３】一般的な両頭研削装置の概略図である。
【図４】本発明の第２実施例である静圧軸受装置の概略図である。
【図５】図４に示した研削装置のＢ１，Ｂ２方向の断面図である。
【符号の説明】
１０、６０ 静圧軸受装置
１１ 主軸
１２ フランジ
１３ モータ
１４ 砥石
１５ 軸受本体
１６ シール部材
１７、１９ 管路
１８ ハウジング
２０、３５ 研削装置
２３ 冷却器
２４ ポンプ
２５ 液体冷却供給装置
２６ エアコンプレッサ
２７ 三方弁
２９、５７、５９ 液体供給用管路
３０、５８、６１ 空気供給用管路
３１ 静圧媒体供給用管路
３２ 液体回収用管路
３３ 静圧媒体
３７ スラスト用静圧ポケット
３８ ラジアル用静圧ポケット
４０ 両頭研削装置
４１ａ、４１ｂ 研削加工部
４２ａ、４２ｂ 駆動装置
４３ａ、４３ｂ 移動装置
４４ａ、４４ｂ 研削主軸
４５ａ、４５ｂ 砥石
４６ａ、４６ｂ 研削動作面
５０ ワーク保持装置
５１ ワーク保持器フレーム
５２ Ｖ溝付きローラ
５３ 駆動源
５５ ワーク

Claims (2)

1. 軸受本体と主軸との間に形成された静圧ポケットに静圧媒体を加圧状態で供給し、前記主軸を前記静圧媒体の圧力により回転自在に支持する静圧軸受装置において、
   前記静圧媒体として液体または気体を選択的に供給する供給機構を設けたことを特徴とする静圧軸受装置。
2. 請求項１に記載の静圧軸受装置を備えたことを特徴とする両頭研削装置。

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