JP2013010159A - Hydrostatic gas bearing spindle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静圧気体軸受スピンドルに関し、特に、設置面に固定される静圧気体軸受スピンドルに関するものである。 The present invention relates to a static pressure gas bearing spindle, and more particularly to a static pressure gas bearing spindle fixed to an installation surface.
静圧気体軸受スピンドルは、精密加工装置および精密検査装置などに用いられている。特に、静圧気体軸受スピンドルが精密加工装置に用いられる場合、高精度な加工を行うために、加工物(ワーク)を固定するワーク搭載面(取付面)の位置の変化が小さいことが望ましい。 Static pressure gas bearing spindles are used in precision machining equipment and precision inspection equipment. In particular, when a static pressure gas bearing spindle is used in a precision machining apparatus, it is desirable that a change in the position of a workpiece mounting surface (mounting surface) on which a workpiece (workpiece) is fixed is small in order to perform high-precision machining.
しかし、環境の温度変化または静圧気体軸受スピンドルの回転軸の回転に伴う発熱によって静圧気体軸受スピンドルの構成部品に熱膨張が発生する。これにより、取付面の位置が変化する。熱膨張による取付面の位置の変化を抑制可能なスピンドル装置が、たとえば、特開2006−263824号公報(特許文献1)に提案されている。 However, thermal expansion occurs in the components of the hydrostatic gas bearing spindle due to temperature changes in the environment or heat generation accompanying rotation of the rotary shaft of the hydrostatic gas bearing spindle. Thereby, the position of the mounting surface changes. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-263824 (Patent Document 1) proposes a spindle device capable of suppressing a change in the position of the mounting surface due to thermal expansion.
この公報に記載のスピンドル装置は、床面に対してハウジングが第1の支持部材および第2の支持部材で支持されている。取付面から遠い側の第2の支持部材は平行弾性ばねを有している。主軸の回転によってハウジングの温度が上昇した場合、ハウジングは熱膨張により全長が長くなるように変形する。この際、取付面に近い側の第1の支持部材はほとんど変形しない。他方、取付面に遠い側の第2の支持部材は、平行弾性ばねが変形することで変形する。このため、ハウジングの軸線方向に沿って取付面から第2の支持部材の方向に、取付面は主に変位する。 In the spindle device described in this publication, the housing is supported by the first support member and the second support member with respect to the floor surface. The second support member on the side far from the mounting surface has a parallel elastic spring. When the temperature of the housing rises due to the rotation of the main shaft, the housing is deformed so that its entire length becomes longer due to thermal expansion. At this time, the first support member on the side close to the mounting surface is hardly deformed. On the other hand, the second support member on the side far from the mounting surface is deformed by the deformation of the parallel elastic spring. For this reason, the mounting surface is mainly displaced in the direction of the second support member from the mounting surface along the axial direction of the housing.
しかしながら、上記公報に記載されたスピンドル装置では、第2の支持部材の平行弾性ばね自体がある程度の剛性を有しているため、熱膨張によるハウジングの変位の全てが取付面から第2の支持部材の方向に生じることはない。つまり、熱膨張による変位の一部は第1の支持部材から取付面の方向にも生じる。これにより、取付面の軸線方向の位置が変化する。 However, in the spindle device described in the above publication, since the parallel elastic spring itself of the second support member has a certain degree of rigidity, all of the displacement of the housing due to thermal expansion is caused from the mounting surface to the second support member. It does not occur in the direction of That is, part of the displacement due to thermal expansion also occurs in the direction from the first support member to the mounting surface. As a result, the position of the mounting surface in the axial direction changes.
また、平行弾性ばねが軸線方向に変形することによって、平行弾性ばねの高さ方向(軸線方向に交差する方向)の位置が変化する。これにより、取付面の高さ方向の位置が変化する。 Further, when the parallel elastic spring is deformed in the axial direction, the position of the parallel elastic spring in the height direction (direction intersecting the axial direction) is changed. Thereby, the position of the mounting surface in the height direction changes.
また、第2の支持部材は平行弾性ばねによって高さ方向の位置が変位するように変形するが、第1の支持部材はほとんど変形しないため、熱膨張によってハウジングは床面に対して平行移動しない。つまり、ハウジングが床面に対して傾くため取付面も床面に対して傾いてしまう。 Further, the second support member is deformed so that the position in the height direction is displaced by the parallel elastic spring, but the first support member is hardly deformed, so that the housing does not move parallel to the floor surface due to thermal expansion. . That is, since the housing is inclined with respect to the floor surface, the mounting surface is also inclined with respect to the floor surface.
上述のように取付面の位置が変化すると、加工物の位置が変化するため高精度な加工を行うことが困難である。 If the position of the mounting surface changes as described above, the position of the workpiece changes, so that it is difficult to perform highly accurate processing.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、取付面の位置の変化を抑制することができる静圧気体軸受スピンドルを提供することである。 This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the static pressure gas bearing spindle which can suppress the change of the position of an attachment surface.
本発明の静圧気体軸受スピンドルは、設置面に固定される静圧気体軸受スピンドルであって、端面に取付面を有する回転軸と、回転軸を回転可能に支持するための軸受用気体が供給される軸受隙間をはさんで、回転軸の外周面を取り囲むハウジングと、ハウジングの軸線方向に互いに離れて配置され、ハウジングを設置面に固定するための第1および第2の固定台とを備えている。取付面に対して第1の固定台より離れた位置に配置された第2の固定台が軸線方向に直線的に案内可能な直線案内機構を含んでいる。 The hydrostatic gas bearing spindle of the present invention is a hydrostatic gas bearing spindle fixed to an installation surface, and is supplied with a rotating shaft having a mounting surface on an end surface and a bearing gas for rotatably supporting the rotating shaft. A housing that surrounds the outer peripheral surface of the rotating shaft across the bearing gap, and first and second fixing bases that are arranged apart from each other in the axial direction of the housing and fix the housing to the installation surface ing. The 2nd fixed base arrange | positioned in the position away from the 1st fixed base with respect to the attachment surface contains the linear guide mechanism which can guide linearly to an axial direction.
本発明の静圧気体軸受スピンドルによれば、取付面に対して第1の固定台より離れた位置に配置された第2の固定台が軸線方向に直線的に案内可能な直線案内機構を含んでいるため、熱膨張によるハウジングの変位を軸線方向に直線的に案内することができる。 According to the static pressure gas bearing spindle of the present invention, the second fixed base arranged at a position away from the first fixed base with respect to the mounting surface includes the linear guide mechanism capable of linearly guiding in the axial direction. Therefore, the displacement of the housing due to thermal expansion can be guided linearly in the axial direction.
このため、熱膨張で生じた軸線方向のハウジングの変位のほぼ全てを直線案内機構が第2の固定台側に移動することにより吸収することができる。これにより、軸線方向の取付面の位置の変化を抑制することができる。 For this reason, almost all the displacement of the housing in the axial direction caused by thermal expansion can be absorbed by the linear guide mechanism moving to the second fixed base side. Thereby, the change of the position of the attachment surface of an axial direction can be suppressed.
また、熱膨張によるハウジングの変位を軸線方向に直線的に案内することができるため、第2の固定台が高さ方向に変形することを抑制することができる。これにより、取付面の高さ方向の位置の変化を抑制することができる。 Moreover, since the displacement of the housing due to thermal expansion can be linearly guided in the axial direction, it is possible to suppress the second fixing base from being deformed in the height direction. Thereby, the change of the position of the height direction of an attachment surface can be suppressed.
また、第2の固定台が高さ方向に変形することを抑制することができるため、第1の固定台と第2の固定台とによってハウジングを設置面に対して略平行に保つことができる。そのため、ハウジングは設置面に対して平行移動することができる。これにより、取付面が設置面に対して傾くことを抑制することができる。 Moreover, since it can suppress that a 2nd fixing stand deform | transforms in a height direction, a housing can be kept substantially parallel with respect to an installation surface by a 1st fixing stand and a 2nd fixing stand. . Therefore, the housing can move in parallel with respect to the installation surface. Thereby, it can suppress that an attachment surface inclines with respect to an installation surface.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、第2の固定台は、設置面に固定される固定部材と、ハウジングに取り付けられ、かつ直線案内機構により固定部材に対して相対的に移動可能な支持部材とを有する。これにより、熱膨張によるハウジングの変位を軸線方向に直線的に案内することができる。 In the above hydrostatic gas bearing spindle, preferably, the second fixing base is a fixing member fixed to the installation surface, and a support attached to the housing and movable relative to the fixing member by a linear guide mechanism. Member. Thereby, the displacement of the housing due to thermal expansion can be linearly guided in the axial direction.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、直線案内機構がリニアガイドで構成されている。このため、リニアガイドで熱膨張によるハウジングの変位を軸線方向に直線的に案内することができる。 In the above hydrostatic gas bearing spindle, the linear guide mechanism is preferably constituted by a linear guide. For this reason, the displacement of the housing due to thermal expansion can be linearly guided in the axial direction by the linear guide.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、直線案内機構が滑り軸受で構成されている。このため、滑り軸受で熱膨張によるハウジングの変位を軸線方向に直線的に案内することができる。 In the above hydrostatic gas bearing spindle, preferably, the linear guide mechanism is constituted by a sliding bearing. For this reason, the displacement of the housing due to thermal expansion can be linearly guided in the axial direction by the sliding bearing.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、直線案内機構が静圧気体軸受スライドで構成されている。このため、静圧気体軸受スライドで熱膨張によるハウジングの変位を軸線方向に直線的に案内することができる。 In the above-mentioned hydrostatic gas bearing spindle, the linear guide mechanism is preferably constituted by a hydrostatic gas bearing slide. For this reason, the displacement of the housing due to thermal expansion can be linearly guided in the axial direction by the static pressure gas bearing slide.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、第2の固定台が熱膨張係数8×10-6/K以下の材質で構成されている。このため、第2の固定台の熱膨張に起因する取付面の位置の変化を抑制することができる。 In the above hydrostatic gas bearing spindle, preferably, the second fixed base is made of a material having a coefficient of thermal expansion of 8 × 10 −6 / K or less. For this reason, the change of the position of the attachment surface resulting from the thermal expansion of the 2nd fixed base can be suppressed.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、第2の固定台は、内部に流路をさらに備え、第2の固定台が流路に気体が流されることで冷却されるように構成されている。このため、気体で冷却されることによって第2の固定台の熱膨張に起因する取付面の位置の変化を抑制することができる。 In the above-mentioned static pressure gas bearing spindle, preferably, the second fixed base further includes a flow path inside, and the second fixed base is configured to be cooled by flowing a gas through the flow path. . For this reason, the change of the position of the attachment surface resulting from the thermal expansion of the 2nd fixed stand can be suppressed by being cooled with gas.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、第2の固定台は、内部に流路をさらに備え、第2の固定台が流路に液体が流されることで冷却されるように構成されている。このため、液体で冷却されることによって第2の固定台の熱膨張に起因する取付面の位置の変化を抑制することができる。 In the above hydrostatic gas bearing spindle, preferably, the second fixed base further includes a flow path inside, and the second fixed base is configured to be cooled by flowing a liquid through the flow path. . For this reason, the change of the position of the attachment surface resulting from the thermal expansion of the second fixing base can be suppressed by cooling with the liquid.
上記の静圧気体軸受スピンドルにおいて好ましくは、第2の固定台は、冷却フィンをさらに備えている。このため、冷却フィンで冷却されることによって第2の固定台の熱膨張に起因する取付面の位置の変化を抑制することができる。 In the above hydrostatic gas bearing spindle, preferably, the second fixed base further includes a cooling fin. For this reason, it is possible to suppress a change in the position of the mounting surface due to the thermal expansion of the second fixed base by being cooled by the cooling fins.
以上説明したように、本発明の静圧気体軸受スピンドルによれば、取付面の位置の変化を抑制することができる。 As described above, according to the static pressure gas bearing spindle of the present invention, the change in the position of the mounting surface can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
最初に本発明の実施の形態1の静圧気体軸受スピンドルの構成について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the configuration of the static pressure gas bearing spindle according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1および図2を参照して、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルは、設置面PSに固定される静圧気体軸受スピンドルである。静圧気体軸受スピンドルは回転軸1と、ハウジング2と、第1の固定台3と、第2の固定台4とを主に有している。
1 and 2, the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment is a static pressure gas bearing spindle fixed to installation surface PS. The hydrostatic gas bearing spindle mainly has a rotating shaft 1, a
回転軸1は端面にワークを取付可能な取付面1aを有している。ハウジング2は、回転軸1を回転可能に支持するための軸受用気体が供給される軸受隙間(図3参照)をはさんで、回転軸1の外周面を取り囲んでいる。
The rotating shaft 1 has an
第1の固定台3および第2の固定台4は、ハウジング2の軸線AX方向に互いに離れて配置されている。第1の固定台3および第2の固定台4はそれぞれ固定ボルト6aでハウジング2に固定されている。また第1の固定台3および第2の固定台4はそれぞれ設置ボルト6bで設置面PSにも固定されている。第1の固定台3および第2の固定台4は、ハウジング2を設置面PSに固定するためのものである。
The
第2の固定台4は、取付面1aに対して第1の固定台3より離れた位置に配置されている。第2の固定台4は、ハウジング2の軸線AX方向に直線的に案内可能な直線案内機構5を有している。
The second fixed
第2の固定台4は、固定部材41と、支持部材42とを有している。固定部材41は、設置面PSに固定される。支持部材42はハウジング2に取り付けられている。支持部材42は直線案内機構5により固定部材41に対して相対的に移動可能である。
The
直線案内機構5は、ハウジング2の軸線AX方向に直線的に案内可能な機構であればよい。直線案内機構5は、リニアガイド51で構成されていてもよい。リニアガイド51は、スライダ51aと、軸受用ボール51bと、レール51cとを有している。なお、図2では説明の便宜のため、軸受用ボール51bが図示されている。スライダ51aは軸受用ボール51bを介してレール51cと摺動可能に構成されている。軸受用ボール51bはスライダ51aの溝とレール51cの溝とで転動自在に保持されている。レール51cはハウジング2の軸線AX方向に伸びるように構成されている。
The
スライダ51aが軸受用ボール51bを介してレール51cに沿って摺動することで、スライダ51aがレール51cに沿って軸線AX方向に直線的に移動することができる。スライダ51aが支持部材42に接続されており、レール51cが固定部材41に接続されているため、固定部材41と支持部材42とはリニアガイド51によって相対的に移動可能であり、かつ軸線AX方向に直線的に移動可能である。
When the
続いて、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの構成をさらに詳しく説明する。なお、図3では見やすくするため、回転軸などの一部の構成部品は断面図で図示されておらず、平面図で図示されている。 Subsequently, the configuration of the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment will be described in more detail. In FIG. 3, some components such as the rotating shaft are not shown in a cross-sectional view, but are shown in a plan view for easy viewing.
図3を参照して、回転軸1は、円筒形状を有している。回転軸1は、回転中心軸CRを中心として回転可能に構成されている。回転中心軸CRはハウジング2の軸線AXと一致するように配置されている。回転軸1は、テーブル11と、軸スペーサ12と、スラスト板13とを主に有している。テーブル11、軸スペーサ12およびスラスト板13のそれぞれの回転の中心軸は、回転軸1の回転中心軸CRと一致している。テーブル11は回転軸1の一方端に設けられている。テーブル11の端面が回転軸1の端面を構成している。テーブル11に対して軸スペーサ12を挟んで円板状のスラスト板13が設けられている。
With reference to FIG. 3, the rotating shaft 1 has a cylindrical shape. The rotation shaft 1 is configured to be rotatable about a rotation center axis CR. The rotation center axis CR is disposed so as to coincide with the axis AX of the
ハウジング2は、ハウジング部材21と、軸受スリーブ22と、冷却ジャケット23と、エンコーダカバー24とを主に有している。ハウジング部材21は、軸受スリーブ22の外周を取り囲んで、軸受スリーブ22を保持している。ハウジング部材21は、テーブル11側に配置された第1ハウジング部材21aと、第1ハウジング部材21aに対してリングハウジング部材21cを挟んで配置された第2ハウジング部材21bとを有している。
The
軸受スリーブ22は、回転軸1を回転可能に支持するための軸受用気体が供給される軸受隙間10をはさんで、回転軸1の外周面を取り囲んでいる。軸受スリーブ22はスラスト板13のテーブル11側の面(上面)およびテーブル11とは反対側の面(下面)の各々に対して軸受隙間10を隔てて対向するように形成されている。軸受スリーブ22は、第1ハウジング部材21aに保持された第1軸受スリーブ22aと、第2ハウジング部材21bに保持された第2軸受スリーブ22bとを有している。
The bearing sleeve 22 surrounds the outer peripheral surface of the rotary shaft 1 with a
軸受スリーブ22には、軸受用気体を軸受隙間10に供給するノズル22cが形成されている。ノズル22cは、スラスト板13の上面および下面の各々と軸受スリーブ22との間の軸受隙間10に軸受用気体を供給できるように設けられている。
The bearing sleeve 22 is formed with a nozzle 22 c for supplying bearing gas to the
ノズル22cは軸受用気体給気路31に接続されている。軸受用気体給気路31は、図示しない軸受用気体供給部に接続されている。軸受用気体給気路31を通して軸受用気体が供給される。軸受用気体供給部としては、たとえばポンプが適用され得る。また、ハウジング部材21および軸受スリーブ22には、軸受隙間10とハウジング2の外部とを接続する軸受用気体排出路32が形成されている。軸受用気体排出路32を通して軸受用気体が排出される。
The nozzle 22 c is connected to the bearing
軸受用気体給気路31から供給された軸受用気体がノズル22cから軸受隙間10に供給されることで、軸受スリーブ22の内周面と回転軸1の外周面とは、回転軸1を径方向(ラジアル方向)に支持するジャーナル軸受(ジャーナル用の静圧気体軸受)101として機能する。
The bearing gas supplied from the bearing
また、軸受用気体給気路31から供給された軸受用気体がノズル22cから軸受隙間10に供給されることで、軸受スリーブ22の端面とスラスト板13の上面および下面のそれぞれとは、回転軸1を軸方向(アキシアル方向)に支持するスラスト軸受(スラスト用の静圧気体軸受)102として機能する。
Further, the bearing gas supplied from the bearing
また、回転軸11のテーブル11とは反対側の部分には、回転軸1の外周面を取り囲むように接続されたロータ7aが配置されている。また、ロータ7aの外周面に対向するようにステータ7bが配置されている。ロータ7aおよびステータ7bは、回転軸1を回転中心軸CRまわりに回転駆動するモータ7を構成している。ロータ7aとステータ7bとの間の電磁力によって回転方向の駆動力が発生し、回転軸1が回転中心軸CRまわりに回転する。モータ7は、モータカバー8で覆われている。
In addition, a
ハウジング部材21およびモータカバー8を取り囲むように冷却ジャケット23が設けられている。冷却ジャケット23は、冷媒供給口33と、冷媒流路34と、冷媒排出口35とを有している。冷媒供給口33より供給された冷媒としての冷却液または冷却気体が冷媒流路34を通って冷媒排出口35から排出される。この冷媒の流れにより静圧気体軸受スピンドル全体が冷却される。これにより静圧気体軸受スピンドルの温度の安定を図ることができる。また、静圧気体軸受スピンドルの熱膨張を抑制することができる。
A cooling
冷媒流路34は螺旋状に加工された溝または複数の環状溝からなっている。このため、1箇所の冷媒供給口33から冷媒を供給することにより冷却用の液体または気体(冷媒)が冷媒流路34の全体に行きわたる。冷媒流路34が環状溝の場合、隣接する環状溝同士が環状溝に対して直角方向に形成された溝により接続されていてもよい。そして、この溝は単数または複数の溝であってもよい。
The
また、回転軸11のテーブル11とは反対側の先端にはエンコーダ9が取り付けられている。エンコーダ9を覆うようにエンコーダカバー24が設けられている。
An
上記構成によって、軸受用気体給気路31から軸受用気体である圧縮空気が供給されると、軸受用気体はノズル22cからジャーナル軸受部101およびスラスト軸受部102に流入する。そして、圧縮空気の給気圧力によって回転軸1の自重や外部負荷に釣り合う軸受反力が生じる。このため、回転軸1は非接触状態でハウジング2に支持されつつ回転中心軸CRまわりに回転駆動する。
With the above configuration, when compressed air, which is a bearing gas, is supplied from the bearing
次に、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの動作について説明する。
図4を参照して、環境の温度変化または静圧気体軸受スピンドルの回転軸1の回転に伴う発熱によって静圧気体軸受スピンドルの構成部品に熱膨張が発生した場合、ハウジング2は全長が長くなるように変形する。その結果、ハウジング2は軸線AX方向に変位する。本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルでは、熱膨張で生じたハウジングの変位にあわせて直線案内機構5が軸線AX方向であって図中矢印X1方向に移動する。そのため、熱膨張で生じた軸線AX方向のハウジングの変位のほぼ全てが直線案内機構5が図中矢印X1方向に移動することにより吸収される。そのため、取付面1aの位置の変化は抑制される。
Next, the operation of the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment will be described.
Referring to FIG. 4, when thermal expansion occurs in the components of the static pressure gas bearing spindle due to the temperature change of the environment or the heat generated by the rotation of the rotary shaft 1 of the static pressure gas bearing spindle, the
上記では直線案内機構5としてリニアガイドが用いられている場合について説明したが、直線案内機構5として滑り軸受が用いられていてもよい。
Although the case where a linear guide is used as the
図5から図7を参照して、本実施の形態における静圧気体軸受スピンドルの変形例1では、直線案内機構5が滑り軸受52で構成されている。滑り軸受52は軸部材52aと、軸受部材52bと、潤滑材52cとを有している。軸部材52aは軸受部材52b側に向かって側面の面積が小さくなるようなテーパ形状を有している。軸受部材52bは、軸部材52aのテーパ形状を受け入れ可能に構成されている。軸受部材52bの軸受面はハウジング2の軸線AX方向に伸びるように構成されている。軸部材52aと軸受部材52bとの間に潤滑材52cが配置されている。
With reference to FIGS. 5 to 7, in the first modification of the hydrostatic gas bearing spindle in the present embodiment, the
軸部材52aと軸受部材52bとが潤滑材52cを介して相対的にすべり運動を行うことで、軸部材52aが軸線AX方向に軸受部材52bに沿って直線的に移動することができる。軸部材52aが支持部材42に接続されており、軸受部材52bが固定部材41に接続されているため、固定部材41と支持部材42とは滑り軸受52によって相対的に移動可能であり、かつ軸線AX方向に直線的に移動可能である。
Since the
滑り軸受52の方式として、油潤滑、デフリックコート等の潤滑性を有する塗装、テフロン(登録商標)コート等の潤滑性を有する処理などが適用され得る。
As the system of the sliding
また、滑り軸受52の形状は変形例1の形状に限定されない。本実施の形態における静圧気体軸受スピンドルの変形例2では、滑り軸受52の形状が変形例1の形状と異なっている。図8を参照して、変形例2では、滑り軸受52の軸部材52aと軸受部材52bとが矩形状に形成されている。軸部材52aの凸形状が軸受部材52bの凹形状に受け入れられる。軸部材52aの凸形状が軸受部材52bの凹形状に受入れられた状態で、軸部材52aと軸受部材52bとが潤滑材52cを介して相対的にすべり運動を行うことで、軸部材52aが軸受部材52bに沿って軸線AX方向に直線的に移動することができる。
Further, the shape of the sliding
また、直線案内機構5として、静圧気体軸受スライドが用いられてもよい。
図9および図10を参照して、本実施の形態における静圧気体軸受スピンドルの変形例3では、直線案内機構5が静圧気体軸受スライド53で構成されている。静圧気体軸受スライド53は、ステージ部53aと、ガイド部53bとを有している。ステージ部53aは、ガイド部53bが伸びる方向と交差する方向にガイド部53bの外周面を隙間を介して取り囲むように構成されている。ステージ部53aとガイド部53bとの間の隙間には図示しない軸受気体供給装置から軸受気体が供給されるように構成されている。軸受気体によってステージ部53aとガイド部53bとは非接触状態で支持される。ガイド部53bはハウジング2の軸線AX方向に伸びるように構成されている。
Further, a static pressure gas bearing slide may be used as the
With reference to FIG. 9 and FIG. 10, in the third modification of the hydrostatic gas bearing spindle in the present embodiment, the
ステージ部53aがガイド部53bに軸受気体によって非接触状態で支持されつつガイド部53bに沿って摺動することで、ステージ部53aがガイド部53bに沿って軸線AX方向に直線的に移動することができる。ステージ部53aが支持部材42に接続されており、ガイド部53bが固定部材41に接続されているため、固定部材41と支持部材42とは静圧気体軸受スライド53によって相対的に移動可能であり、かつ軸線AX方向に直線的に移動可能である。
The
次に、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの作用効果について比較例と比較して説明する。 Next, the effect of the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment will be described in comparison with a comparative example.
図11および図12を参照して、本実施の形態の比較例の静圧気体軸受スピンドルは、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルに対して、直線案内機構を有していない点で主に異なっている。比較例では、ハウジング2は、設置ボルト6bで設置面PSに固定された第1の固定台3および第2の固定台4のそれぞれと固定ボルト6aで固定されている。
Referring to FIGS. 11 and 12, the static pressure gas bearing spindle of the comparative example of the present embodiment is mainly different from the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment in that it does not have a linear guide mechanism. Is different. In the comparative example, the
図13を参照して、環境の温度変化または静圧気体軸受スピンドルの回転軸1の回転に伴う発熱によって、ハウジング2の温度が上昇した場合、ハウジング2は熱膨張により全長が長くなるように変形する。つまり、ハウジング2は軸線AX方向であって図中X1方向およびX2方向に広がるように変形する。この結果、取付面1aの位置が軸線AX方向であって図中X2方向に距離D1だけ変位する。
Referring to FIG. 13, when the temperature of the
この際、設置面PSの温度は室温のままであり上昇していないため、設置面PSに接する第1の固定台3および第2の固定台4のそれぞれの下端では熱膨張が発生してない。そのため、設置面PSに接する第1の固定台3および第2の固定台4のそれぞれの下端の間の距離は変わらない。他方、ハウジング2の熱膨張によって、固定ボルト6aでハウジング2に固定された第1の固定台3および第2の固定台4のそれぞれの上端の間の距離は大きくなる。そのため、第1の固定台3および第2の固定台4はそれぞれハウジング2の熱膨張に伴って変形している。
At this time, since the temperature of the installation surface PS remains at room temperature and has not risen, thermal expansion does not occur at the lower ends of the first fixing table 3 and the second fixing table 4 that are in contact with the installation surface PS. . Therefore, the distance between each lower end of the
これに対して、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、取付面に対して第1の固定台より離れた位置に配置された第2の固定台が軸線方向に直線的に案内可能な直線案内機構を含んでいるため、熱膨張によるハウジング2の変位を軸線方向に直線的に案内することができる。
On the other hand, according to the hydrostatic gas bearing spindle of the present embodiment, the second fixed base arranged at a position away from the first fixed base with respect to the mounting surface is linearly guided in the axial direction. Since the possible linear guide mechanism is included, the displacement of the
このため、熱膨張で生じた軸線AX方向のハウジング2の変位のほぼ全てを直線案内機構5が第2の固定台4側(図中矢印X1方向)に移動することにより吸収することができる。これにより、軸線AX方向の取付面1aの位置の変化を抑制することができる。
For this reason, almost all of the displacement of the
また、熱膨張によるハウジングの変位を軸線AX方向に直線的に案内することができるため、第2の固定台4が高さ方向に変形することを抑制することができる。これにより、取付面1aの高さ方向の位置の変化を抑制することができる。
Moreover, since the displacement of the housing due to thermal expansion can be linearly guided in the direction of the axis AX, it is possible to suppress the
また、第2の固定台4が高さ方向に変形することを抑制することができるため、第1の固定台3と第2の固定台4とによってハウジング2を設置面PSに対して略平行に保つことができる。そのため、ハウジング2は設置面PSに対して平行移動することができる。これにより、取付面1aが設置面PSに対して傾くことを抑制することができる。
Moreover, since it can suppress that the 2nd fixing stand 4 deform | transforms in a height direction, the
上述のように取付面1aの位置の変化を抑制することができるため、加工物の位置の変化を抑制することができる。これにより高精度な加工を行うことができる。
Since the change in the position of the
また。本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、第2の固定台4は、設置面PSに固定される固定部材41と、ハウジング2に取り付けられ、かつ直線案内機構5により固定部材41に対して相対的に移動可能な支持部材42とを有する。これにより、熱膨張によるハウジング2の変位を軸線AX方向に直線的に案内することができる。
Also. According to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, the
また、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、直線案内機構5がリニアガイド51で構成されていてもよい。これにより、リニアガイド51で熱膨張によるハウジング2の変位を軸線AX方向に直線的に案内することができる。
Further, according to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, the
また、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、直線案内機構5が滑り軸受52で構成されていてもよい。これにより、滑り軸受52で熱膨張によるハウジング2の変位を軸線AX方向に直線的に案内することができる。
Further, according to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, the
また、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、直線案内機構5が静圧気体軸受スライド53で構成されていていてもよい。これにより、静圧気体軸受スライド53で熱膨張によるハウジング2の変位を軸線AX方向に直線的に案内することができる。
Further, according to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, the
なお、図14を参照して、環境の温度変化または静圧気体軸受スピンドルの回転軸1の回転に伴う発熱によって、ハウジング2の温度が上昇した場合、ハウジング2は径方向(図中矢印Y1方向)に大きくなるように変形する。この場合、ハウジング2の軸線AXを中心に径方向にハウジング2は変形する。そのため、軸線AXの位置でハウジング2と第1の固定台3および第2の固定台4とが固定されると、ハウジング2の径方向の変形によって第1の固定台3および第2の固定台4は高さ方向に変位しない。そのため、第1の固定台3および第2の固定台4の固定ボルト6aの位置は、軸線AXと同じ高さにすることが望ましく、現実的には軸線AXと限りなく近い高さにすることが好ましい。
Referring to FIG. 14, when the temperature of the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2は、特に説明しない限り、上述した実施の形態1の構成と同様であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
(Embodiment 2)
Since the second embodiment of the present invention is the same as the configuration of the first embodiment described above unless otherwise described, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
実施の形態1では熱膨張による変位を影響のない方向に逃がす構造を説明したが、あわせて熱膨張の変位量そのものを抑制する構造も適用することができる。 In the first embodiment, the structure in which the displacement due to the thermal expansion is released in a direction that has no influence is described, but a structure that suppresses the displacement amount of the thermal expansion itself can also be applied.
再び図1を参照して、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルでは、構成部品の一部または全てが低い熱膨張係数を有する材料(低熱膨張材)で構成されている。より具体的には、第1の固定台3および第2の固定台4が熱膨張係数8×10-6/K以下の材質で構成されていることが好ましい。特に、第2の固定台4が熱膨張係数8×10-6/K以下の材質で構成されていることが好ましい。熱膨張係数8×10-6/K以下の材質として、たとえばインバー、セラミックなどが適用され得る。
Referring to FIG. 1 again, in the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, some or all of the components are made of a material (low thermal expansion material) having a low thermal expansion coefficient. More specifically, it is preferable that the first fixed
また、第1の固定台3および第2の固定台4が冷却機構を有していてもよい。特に、第2の固定台4が冷却機構を有していることが好ましい。
Moreover, the
図15を参照して、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの変形例1の第2の固定台4は、冷媒を内部に流すことで冷却することができる冷却機構を有している。第2の固定台4は、供給口4aと、流路4bと、排出口4cとを有している。第2の固定台4の内部に設けられた流路4bの両端に第2の固定台4の外部に開口する供給口4aおよび排出口4cが配置されている。
Referring to FIG. 15, the second fixed
供給口4aより供給された冷媒としての気体または液体が流路4bを通って排出口4cから排出される。流路4bに気体または液体が流されることで第2の固定台4が冷却される。
The gas or liquid as the refrigerant supplied from the
また、冷却機構は冷却フィンであってもよい。図16を参照して、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの変形例2の第2の固定台4は、外周面に冷却フィン4dを有している。
The cooling mechanism may be a cooling fin. Referring to FIG. 16, the second fixed
次に本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルの作用効果について、比較例と比較して説明する。 Next, the effect of the static pressure gas bearing spindle of this embodiment will be described in comparison with a comparative example.
図17を参照して、本実施の形態の比較例の静圧気体軸受スピンドルでは、環境の温度変化または静圧気体軸受スピンドルの回転軸1の回転に伴う発熱によって、第1の固定台3および第2の固定台4が熱膨張のために変形している。
Referring to FIG. 17, in the static pressure gas bearing spindle of the comparative example of the present embodiment, the first fixed
第1の固定台3および第2の固定台4が温度上昇によって熱膨張した場合、熱膨張によって設置面PSを基準に上方向(図中矢印Y2方向)にハウジング2が持ち上げられる。その結果、第1の固定台3および第2の固定台4がハウジング2の軸線AXの位置で固定されている場合でもハウジング2は上方に距離D2だけ変位する。これにより、取付面1aも上方に変位するため、取付面1aの位置が変化する。
When the
これに対して、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、第2の固定台4が熱膨張係数8×10-6/K以下の材質で構成されているため、第2の固定台4の熱膨張を抑制することができる。これにより、第2の固定台4の熱膨張に起因する取付面1aの位置の変化を抑制することができる。
On the other hand, according to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, the second fixed
また、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、第2の固定台4が流路4bに気体が流されることで冷却されるように構成されているため、気体で冷却されることによって第2の固定台の熱膨張に起因する取付面1aの位置の変化を抑制することができる。
In addition, according to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, the second fixed
また、本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、第2の固定台4が流路4bに液体が流されることで冷却されるように構成されているため、液体で冷却されることによって第2の固定台4の熱膨張に起因する取付面1aの位置の変化を抑制することができる。
Further, according to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, the second fixed
また。本実施の形態の静圧気体軸受スピンドルによれば、第2の固定台4は、冷却フィン4dをさらに備えているため、冷却フィン4dで冷却されることによって第2の固定台4の熱膨張に起因する取付面1aの位置の変化を抑制することができる。
Also. According to the static pressure gas bearing spindle of the present embodiment, since the second fixed
なお、低熱膨張材と冷却機構とが併用されてもよい。つまり、熱膨張係数8×10-6/K以下の材質で冷却機構が構成されてもよい。これにより、さらに安定した性能を発揮することができる。 A low thermal expansion material and a cooling mechanism may be used in combination. That is, the cooling mechanism may be made of a material having a thermal expansion coefficient of 8 × 10 −6 / K or less. Thereby, more stable performance can be exhibited.
上記の各実施の形態は適宜組み合わせられ得る。
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を意図される。
Each of the above embodiments can be combined as appropriate.
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、設置面に固定される静圧気体軸受スピンドルに特に有利に適用され得る。 The invention can be applied particularly advantageously to hydrostatic gas bearing spindles that are fixed to the installation surface.
1 回転軸、1a 取付面、2 ハウジング、3 第1の固定台、4 第2の固定台、4a 供給口、4b 流路、4c 排出口、4d 冷却フィン、5 直線案内機構、6a 固定ボルト、6b 設置ボルト、7 モータ、7a ロータ、7b ステータ、8 モータカバー、9 エンコーダ、10 軸受隙間、11 テーブル、12 軸スペーサ、13 スラスト板、21 ハウジング部材、21a 第1ハウジング部材、21b 第2ハウジング部材、21c リングハウジング部材、22 軸受スリーブ、22a 第1軸受スリーブ、22b 第2軸受スリーブ、22c ノズル、23 冷却ジャケット、24 エンコーダカバー、31 軸受用気体給気路、32 軸受用気体排出路、33 冷媒供給口、34 冷媒流路、35 冷媒排出口、41 固定部材、42 支持部材、51 リニアガイド、51a スライダ、51b 軸受用ボール、51c レール、52 滑り軸受、52a 軸部材、52b 軸受部材、52c 潤滑材、53 静圧気体軸受スライド、53a ステージ部、53b ガイド部、101 ジャーナル軸受部、102 スラスト軸受部、CR 回転中心軸、PS 設置面。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating shaft, 1a Mounting surface, 2 Housing, 3 1st fixing stand, 4 2nd fixing stand, 4a Supply port, 4b Flow path, 4c Discharge port, 4d Cooling fin, 5 Linear guide mechanism, 6a Fixing bolt, 6b Installation bolt, 7 Motor, 7a Rotor, 7b Stator, 8 Motor cover, 9 Encoder, 10 Bearing gap, 11 Table, 12 Shaft spacer, 13 Thrust plate, 21 Housing member, 21a First housing member, 21b Second housing member , 21c ring housing member, 22 bearing sleeve, 22a first bearing sleeve, 22b second bearing sleeve, 22c nozzle, 23 cooling jacket, 24 encoder cover, 31 bearing gas supply passage, 32 bearing gas discharge passage, 33 refrigerant Supply port, 34 Refrigerant flow path, 35 Refrigerant discharge port, 41 Fixing
Claims (9)
端面に取付面を有する回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持するための軸受用気体が供給される軸受隙間をはさんで、前記回転軸の外周面を取り囲むハウジングと、
前記ハウジングの軸線方向に互いに離れて配置され、前記ハウジングを前記設置面に固定するための第1および第2の固定台とを備え、
前記取付面に対して前記第1の固定台より離れた位置に配置された前記第2の固定台が前記軸線方向に直線的に案内可能な直線案内機構を含む、静圧気体軸受スピンドル。 A hydrostatic gas bearing spindle fixed to the installation surface,
A rotating shaft having a mounting surface on an end surface;
A housing that surrounds the outer peripheral surface of the rotary shaft across a bearing gap to which a bearing gas for rotatably supporting the rotary shaft is supplied;
A first and a second fixing base disposed apart from each other in the axial direction of the housing, and for fixing the housing to the installation surface;
A static pressure gas bearing spindle, comprising: a linear guide mechanism in which the second fixed base arranged at a position away from the first fixed base with respect to the mounting surface can linearly guide in the axial direction.
前記設置面に固定される固定部材と、
前記ハウジングに取り付けられ、かつ前記直線案内機構により前記固定部材に対して相対的に移動可能な支持部材とを有する、請求項1に記載の静圧気体軸受スピンドル。 The second fixing base is:
A fixing member fixed to the installation surface;
The hydrostatic gas bearing spindle according to claim 1, further comprising a support member attached to the housing and movable relative to the fixed member by the linear guide mechanism.
前記第2の固定台が前記流路に気体が流されることで冷却されるように構成されている、請求項1〜6のいずれかに記載の静圧気体軸受スピンドル。 The second fixing base further includes a flow path inside,
The static pressure gas bearing spindle according to any one of claims 1 to 6, wherein the second fixed base is configured to be cooled by flowing a gas through the flow path.
前記第2の固定台が前記流路に液体が流されることで冷却されるように構成されている、請求項1〜6のいずれかに記載の静圧気体軸受スピンドル。 The second fixing base further includes a flow path inside,
The static pressure gas bearing spindle according to claim 1, wherein the second fixed base is configured to be cooled by flowing a liquid through the flow path.
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