JP4529127B2 - 支持装置及び加工機 - Google Patents

Description

本発明は、静圧回転軸を備えた支持装置及びそれを有する加工機に関し、特に圧力伝達媒体を用いて静圧回転軸を回転可能に支持する支持装置及びそれを有する加工機に関する。

光学素子やその成形用型に対して、切削加工や研磨加工等を施すことができる加工機が知られている。かかる加工機においては、ワークを支持する作業テーブルを高精度に回転させるために静圧回転軸を用いた支持装置が設けられている。ここで、光学素子等に高精度な加工を行うためには、静圧回転軸の軸線の傾きや軸線のズレを抑えることが重要となる。これに対し、非特許文献１には、半径方向の力と軸線方向の力とを支持することができ、且つ軸線傾きを自律的に補正することができる流体静圧回転ベアリングが開示されている。
「Ａ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｒｏｔａｒｙ ｂｅａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｎｇｌｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｌｆ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」 Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２７（２００３） ｐ．１２５−１３９

ところで、非特許文献１の流体静圧回転ベアリングは、一対のテーパ静圧面に対して圧力伝達媒体の圧力を局所的に変化させることで、半径方向の力と軸線方向の力とを支持し、或いは軸線傾きを自律的に補正している。しかるに、非特許文献１の流体静圧回転ベアリングは、軸線傾き時に、静圧面への圧力伝達媒体の流量制限を変更しないため、静圧面に生じる静圧力の差が小さく、装置が大型である割には軸線傾きの自律補正力が弱いという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成ながら静圧回転軸の軸線傾きを抑制できる支持装置及びそれを有する加工機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の支持装置は、
第１の支持面と第２の支持面とを備える固定部材と、
前記第１の支持面に対向する第１の静圧面と、前記第２の支持面に対向する第２の静圧面とを備え、前記固定部材に対して圧力伝達媒体により回転可能に支持される静圧回転軸と、を有し、
前記第１の静圧面と前記第２の静圧面とは、前記静圧回転軸の回転軸線の方向において異なる位置で、表裏の関係で設けられ、
前記圧力伝達媒体が、供給側から排出側に移動する間に分けられて、分けられた前記圧力伝達媒体が、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間、及び前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間を、それぞれ移動するように構成されており、
前記静圧回転軸の回転軸線を通る装置全体の断面形状を、前記静圧回転軸の回転軸線を境界として２分割し、その片方の断面形状を見たときに、
前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間において前記圧力伝達媒体が移動する方向と、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間において前記圧力伝達媒体が移動する方向とは、共に前記静圧回転軸の回転軸線に近い側から遠ざかる側への方向であり、前記固定部材と前記静圧回転軸の少なくとも一方は、前記遠ざかる側に排出孔を有し、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間において、前記圧力伝達媒体が前記第１の静圧面と前記第１の支持面とが対向する一端側から他端側へ移動して前記排出孔を介して外部へと排出され、また前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間において、前記圧力伝達媒体が前記第２の静圧面と前記第２の支持面とが対向する一端側から他端側に移動して前記排出孔を介して外部へと排出されるように構成されており、
前記固定部材に対し、前記静圧回転軸の回転軸線が傾いた場合に、
前記第１の静圧面と前記第１の支持面とが対向する前記一端側よりも前記他端側において、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間隔が小さくなることにより、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間を通過する前記圧力媒体の流速が速くなり、前記第１の静圧面が前記圧力伝達媒体によって受ける圧力が大きくなり、
更に、前記第２の静圧面と前記第２の支持面とが対向する前記一端側よりも前記他端側において、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間隔が大きくなることにより、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間を通過する前記圧力媒体の流速が遅くなり、前記第２の静圧面が前記圧力伝達媒体によって受ける圧力が小さくなるよう構成されたことを特徴とする。

「静圧面」及び「支持面」は、単一の面であっても複数の面から形成されていても良く、更には単一の面の一部から構成されていても良い。例えば、静圧面を備えた部材を単純な円板とした場合、かかる円板の軸線が傾いたときに、水平面と、円板の上面とが、それぞれ円板の軸線を横切る位置で交差することにより得られる線分を境界にして、水平面より上方に位置する上面を「第１の静圧面」とでき、また水平面と、円板の下面とが、それぞれ円板の軸線を横切る位置で交差することにより得られる線分を境界にして、水平面より上方に位置する下面を「第２の静圧面」とできる。ここで、前記圧力伝達媒体が前記円板の上下面に沿って半径方向内側から外側に向かって移動するものとした場合には、前記一端側は前記円板の中心側、前記他端側は前記円板の外周側となる。一方、前記圧力伝達媒体が前記円板の上下面に沿って半径方向外側から内側に向かって移動するものとした場合には、前記一端側は前記円板の外周側、前記他端側は前記円板の中心側となる。

同様にして、静圧面を備えた円板の軸線が傾いたときに、水平面と、円板の上面とが、それぞれ円板の軸線を横切る位置で交差することにより得られる線分を境界にして、水平面より下方に位置する上面を「第２の静圧面」とでき、また水平面と、円板の下面とが、それぞれ円板の軸線を横切る位置で交差することにより得られる線分を境界にして、水平面より下方に位置する下面を「第１の静圧面」とできることは言うまでもない。

更に、「表裏の関係」とは、前記静圧回転軸の回転軸線を含む断面をとったとき、前記断面上において、前記第１の静圧面から遠ざかる方向に引いた法線と、前記第２の静圧面から遠ざかる方向に引いた法線とが互いに交差しない関係を言う。

本発明の静圧回転軸を備えた支持装置の作用効果を、図面を参照しつつ比較例と比較して説明する。図１は、比較例にかかる支持装置の断面図であり、図１（ａ）は、静圧回転軸に軸線傾きがない状態を示し、図１（ｂ）は、静圧回転軸に軸線傾きがある状態を示す。図１（ａ）において、静圧回転軸ＳＲＳは、上部円板部ＵＣと下部円板部ＬＣとを、大径シャフトＬＳにより連結した構成を有している。上部円板部ＵＣが、その上面にワーク（不図示）を支持する旋回テーブルとなる。

静圧回転軸ＳＲＳの一部を包囲するようにして、中空円筒状の固定部材ＦＭが設けられている。固定部材ＦＭは、中央開口ＣＡを形成した固定円板ＦＣを有している。固定円板ＦＣの中央開口ＣＡ内に、静圧回転軸ＳＲＳの大径シャフトＬＳがスキマを介在させた状態で挿通されており、更に上部円板部ＵＣの下面が、固定円板ＦＣの上面にスキマを介在させた状態で対向し、且つ下部円板部ＬＣの上面が、固定円板ＦＣの下面にスキマを介在させた状態で対向している。

固定円板ＦＣ内には、圧力伝達媒体の外部供給源に接続された配管ＤＰが形成されており、配管ＤＰの先端はオリフィスＯＲとなって通過する圧力伝達媒体を絞っている。オリフィスＯＲは、固定円板ＦＣの上面及び下面、並びに中央開口ＣＡ内に開口するようにして、周方向に等間隔で配置されている。従って、オリフィスＯＲから吐出された圧力伝達媒体を介して、静圧回転軸ＳＲＳは固定部材ＦＭに対して非接触で支持されるようになっており、不図示のモータにより駆動されることで、静圧回転軸ＳＲＳは回転可能となっている。

ここで、静圧回転軸ＳＲＳが、その軸線が傾く方向（図１（ｂ）の断面で反時計回り方向）に力を受けたとすると、上部円板部ＵＣと下部円板部ＬＣとは、固定円板ＦＣに対して傾くこととなる。より具体的には、図１（ｂ）に示す断面で、例えば上部円板部ＵＣと下部円板部ＬＣとが左下がりに傾いたとすると、上部円板部ＵＣと固定円板ＦＣとのスキマは、左方で小さくなり且つ右方で大きくなり、これとは逆に下部円板部ＬＣと固定円板ＦＣとのスキマは、右方で小さくなり且つ左方で大きくなる。

かかる場合、固定円板ＦＣ上面の左側のオリフィスＯＲに対して上部円板部ＵＣが接近することで、その近傍における圧力伝達媒体の圧力が増大し、右側のオリフィスＯＲに対して上部円板部ＵＣが遠ざかることで、その近傍における圧力伝達媒体の圧力が減少するので、これを利用し傾き復元力を得るようにしている。ところが、左側の上部円板部ＵＣと固定円板ＦＣとの間においても、傾きにより広いスキマと狭いスキマとが生じるため、オリフィスＯＲから供給された殆どの圧力伝達媒体は広いスキマの方に流れてしまうので、狭いスキマにおける圧力伝達媒体の圧力は、実際にはあまり高くならない。より具体的には、上部円板部ＵＣの左方部は、圧力伝達媒体の圧力によりＦＵＬの力を受け、一方、上部円板部ＵＣの右方部は、圧力伝達媒体の圧力によりＦＵＲの力を受けることになるが、上述の作用によりＦＵＬがあまり大きくならずＦＵＬ≒ＦＵＲとなって、ＦＵＲに対するＦＵＬの差があまり大きくならないから、結果として十分な復元力を得ることができないという問題がある。

更に、固定円板ＦＣ下面の左側のオリフィスＯＲに対して下部円板部ＬＣが遠ざかることで、その近傍における圧力伝達媒体の圧力が減少し、右側のオリフィスＯＲに対して下部円板部ＬＣが接近することで、その近傍における圧力伝達媒体の圧力が増大するので、これを利用し傾き復元力を得るようにしている。かかる場合も同様であり、下部円板部ＬＣの左方部は、圧力伝達媒体の圧力によりＦＬＬの力を受け、一方、下部円板部ＬＣの右方部は、圧力伝達媒体の圧力によりＦＬＲの力を受けることになるが、上述の作用によりＦＬＬ≒ＦＬＲとなって、ＦＬＲに対するＦＬＬの差があまり大きくならないから、結果として十分な復元力を得ることができないという問題がある。

このように、比較例にかかる静圧回転軸ＳＲＳは、軸線が傾いたときに十分な復元力を発揮できないことから、不安定な構成であるといえ、より高い復元力を得るためには、静圧面積を増大するなどの対策が必要となり、それにより構成の大型化を招くこととなる。

図２は、本発明にかかる静圧回転軸を備えた支持装置の一例を示す断面図である。図２において、静圧回転軸ＳＲＳは、上部円板部ＵＣと下部円板部ＬＣとを、大径シャフトＬＳにより連結した構成を有している。上部円板部ＵＣが、その上面にワーク（不図示）を支持する旋回テーブルとなる。

静圧回転軸ＳＲＳの一部を包囲するようにして、中空円筒状の固定部材ＦＭが設けられている。固定部材ＦＭは、上面に開放した中央開口ＣＡと、中央開口ＣＡに連通する円盤状空間ＣＳとを形成しており、中央開口ＣＡ内に静圧回転軸ＳＲＳの大径シャフトＬＳがスキマを介在させた状態で挿通され、且つ円盤状空間ＣＳ内においてスキマを介在させた状態で、下部円板部ＬＣ（静圧面を形成した部材）が配置されている。大径シャフトＬＳと中央開口ＣＡとの間は、Ｏ−リングＯＧにより封止されている。

固定部材ＦＭの下部に設けられた供給孔ＳＡを介して、圧力伝達媒体が供給されるようになっており、供給された圧力伝達媒体は、図２に示すように、円盤状空間ＣＳ内において、静圧回転軸ＳＲＳの底面と固定部材ＦＭの内表面との間を移動し、更に下部円板部ＬＣの下面と、それに対向する固定部材ＦＭの面との間を半径方向に移動して、下部円板部ＬＣの周縁から排出されるようになっている。又、下部円板部ＬＣに形成された軸線方向孔ＡＰを通過した圧力伝達媒体は、下部円板部ＬＣの上面と、それに対向する固定部材ＦＭの面との間を半径方向に移動して、下部円板部ＬＣの周縁から排出されるようになっている。

図３は、図２の矢印IIIで示す部位を拡大して示す図であり、図３（ａ）は、静圧回転軸ＳＲＳに軸線傾きがない状態を示し、図３（ｂ）は、静圧回転軸ＳＲＳに軸線傾きがある状態を示している。尚、図３において、圧力伝達媒体の流れを矢印で示しているが、太さを圧力、長さを流速として模式的に示している。図３に示すように、下部円板部ＬＣの上下面に対向する固定部材ＦＭの面には、それぞれ溝ＵＧ、ＬＧが複数本等角度で放射状に形成されているが、傾き補正を実現するためは必ずしも設ける必要はない。

本発明にかかる支持装置は、固定オリフィスを有していない。供給孔ＳＡ（図２）から供給された圧力伝達媒体は、上述したように、下部円板部ＬＣの右半部上面（第１の静圧面ＳＰ１とする）と、それに対向する固定部材ＦＭの面（第１の支持面ＨＰ１とする）との間、及び下部円板部ＬＣの右半部下面（第２の静圧面ＳＰ２とする）と、それに対向する固定部材ＦＭの面（第２の支持面ＨＰ２とする）との間を半径方向に移動するが、図３（ａ）に示すように、第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間を通過する圧力伝達媒体の圧力・流量と、第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２との間を通過する圧力伝達媒体の圧力・流量はほぼ等しくなるので、第１の静圧面ＳＰ１に作用する力Ｆ１と第２の静圧面ＳＰ２に作用する力Ｆ２は略等しくなり（厳密には、静圧回転軸ＳＲＳとワークの自重分だけＦ２が大きくなる）、それらの間のスキマが略等しくなるように、下部円板部ＬＣは、円盤状空間ＣＳ内に非接触状態で保持され、更に不図示のモータにより駆動されることで、静圧回転軸ＳＲＳは回転可能となっている。

ここで、静圧回転軸ＳＲＳが、その軸線が傾く方向（図３（ｂ）の断面で反時計回り方向）に力を受けたとすると、下部円板部ＬＣは、円盤状空間ＣＳ内で傾くこととなる。ここでは、図３（ｂ）に示す断面で、第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間の供給端のスキマ（圧力伝達媒体の上流側における第１の支持面ＨＰ１の端部と第１の静圧面ＳＰ１とのスキマ）Δ１に対し、第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間の排出端のスキマ（圧力伝達媒体の下流側における第１の静圧面ＳＰ１の端部と第１の支持面ＨＰ１とのスキマ）Δ３が小さくなる（Δ１＞Δ３）。一方、第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２との間の供給端のスキマ（圧力伝達媒体の上流側における第２の支持面ＨＰ２の端部と第２の静圧面ＳＰ２とのスキマ）Δ２に対し、第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２との間の排出端のスキマ（圧力伝達媒体の下流側における第２の静圧面ＳＰ２の端部と第２の支持面ＨＰ２とのスキマ）Δ４が大きくなる（Δ２＜Δ４）。尚、ここではΔ２，Δ３がそれぞれ最小スキマとなる。

このとき、幾何学的関係から、Δ１＜Δ２となるが、この部分は傾き中心に近いためΔ１≒Δ２となり、第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間のスキマに対する供給端（ここでは一端）と、第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２との間のスキマに対する供給端（ここでは一端）とで、圧力伝達媒体の流速・圧力は略等しくなる。しかし、前者の場合は、その排出端（ここでは他端）のスキマΔ３がΔ１よりも小さく絞られているため、スキマにおける圧力伝達媒体の流量が制限され、圧力伝達媒体の流速は増大し、圧力も増大する。一方、後者においては、その排出端（ここでは他端）のスキマΔ４がΔ２よりも大きくなるよう開いているため、スキマに入った圧力伝達媒体が流れやすく、圧力伝達媒体の流速は低下し、圧力も減少する。
第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間のような先細り流路の入口の圧力より出口の流速が速くなりかつ圧力が高くなる理由について、詳細に説明する。静圧回転軸の回転軸線が傾いた場合、対向する第１の静圧面と第１の支持面の隙間が外周に向かって先細りになるが、この時、この隙間内を定常的に流れていた流体は、傾く静圧面から強引におされて（反作用として支持面からも押されるが）、急速に存在できる体積を縮小させられることとなる。すなわち、傾いた時の隙間流路の体積に対して、元の流路体積との差として余る流体体積を出口から急激に吐出させることを強いられるのである。従って、外周の出口に近づくほど、流体の流速は速くなる。しかし、この微小隙間が出口に向かってさらに微小な隙間になることと、流体の流速が速くなることの両方の理由から、流体は自身の粘度による大きなせん断摩擦抵抗を流路壁面から発生し、容易には出口から出られない。よって、静圧面から押された運動エネルギーが出口の無い流体に加えられることになり、圧力に変換されるので、出口に近づくほど流体の圧力は高くなることとなる。つまり、出口に近いほど流体の流速が速くなることと圧力が高まることは両立するのである。一方、入口付近の流体に、出口側の高くなった圧力が伝搬しないのは、隙間がきわめて微小であるため流路のせん断摩擦力が大きく、流体が瞬間的には戻れないためである。これは、非常に長い配管に満たした水などの流体を、一方の入口から圧力をかけても配管内の摩擦抵抗によりエネルギーが消費されて、入口で流体に加えた圧力より出口側の圧力が低下するのと同じ原理である。微小隙間に於いては、流体のせん断摩擦抵抗が非常に大きくなっている領域のため、長さが短い流路であってもその影響が大きく現れ、それを利用することによって、静圧機構が支持体を非接触で高精度に保持する原理としている。流体が円周方向にも容易に動けない理由も、この理由によるものである。

ここで、第１の静圧面ＳＰ１が受ける力Ｆ１は、第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間に供給された圧力伝達媒体の圧力に面積を乗じた値であり、第２の静圧面ＳＰ２が受ける力Ｆ２は、第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２との間に供給された圧力伝達媒体の圧力に面積を乗じた値であるから、Ｆ１＞Ｆ２となることは明らかであり、その差に回転軸線からの距離を乗じた値が、静圧回転軸ＳＲＳに時計回りの方向にモーメントとして傾き補正を行うための復元力となる。軸線の傾きが大きくなれば、スキマの差も大きくなることから圧力伝達媒体の圧力差も大きくなり、かかる復元力は増大することとなる。以上の作用は、図３で図示していない、下部円板部ＬＣの左半部でも同様に生じており（但し下部円板部ＬＣの下面が上述の第１静圧面に対応し、その上面が上述の第２静圧面に対応する）、従って復元力としてのモーメントは２倍となる。尚、図２，３において時計回りに軸線が傾いたときは、反対の作用により逆方向のモーメントが生じることは言うまでもない。以上より、本発明の支持装置は、絞り効果によって剛性が向上することにより、同じ剛性を得るための装置としては、より小型化を図りつつも、高い復元力により静圧回転軸の軸線の傾きを自律補正可能であり、安定した回転を実現可能である。又、本発明によれば、比較例に用いているオリフィスを不要とできるので、精密な細孔の加工を省略でき、部品点数も削減されて、より低コストな支持装置を提供できる。以上より、本発明の静圧回転軸を備えた支持装置は、例えば超精密旋盤等の加工機の旋回テーブルを支持するのに好適であるといえる。

請求項２に記載の支持装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面は、前記静圧回転軸の回転軸線に対して直交する方向に延在していることを特徴とするので、それら静圧面の加工を例えば平面研削で容易に行え、静圧面間の距離も高精度にできて、所望のスキマを精度良く確保することができるため、簡素な部品構成と相まって、装置の組み上げが容易になる。

請求項３に記載の支持装置は、請求項２に記載の発明において、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面は、複数対設けられていることを特徴とする。軸線方向に並んだ前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を複数対設けることにより、前記静圧面の各対の支持力を足し合わせた力が全体の支持力となり、それにより前記静圧回転軸の剛性が高まる。

例えば非特許文献１に示すような従来の支持装置では、静圧回転軸の軸線方向や半径方向の負荷を受ける静圧面はテーパ状であり、そのため、剛性を大きくするために静圧面の面積を大きくすると、それに応じて静圧回転軸全体が大きくなってしまい、大型化し重くなる傾向があった。静圧回転軸が大きく重くなるということは、例えば加工機などに、かかる静圧回転軸を備えた支持装置を用いると、これを回すモーターや、積載して回転したり移動したりする回転テーブルやスライドテーブルの大型化が必要となり、慣性力も大きくなるのでその制御に大きなエネルギーを必要とし、制御レスポンスも遅れるので、高精度な駆動を目的とする用途には不向きであるといえる。又、静圧回転軸が大きく重くなると、加工機全体が大型化し、そのため高コストになるという問題もある。更に、加工機が大型化した場合、環境温度変化等による熱膨縮量も比例して大きくなるので、精密な環境温度や供給する圧力伝達媒体の温度の制御が必要となり、空調などの付帯設備を設けなくてはならず、設置費用も高額化する。

特に、一般的な支持装置の静圧回転軸では、その機能において重要な回転軸線の傾きに対する剛性（傾き剛性とも言う）が弱い（すなわち軸線の傾きに対する復元力が弱い）とされている。そのため、例え静圧面に垂直な方向の剛性（すなわち静圧面に垂直な方向の力を支持する力）が十分であっても、傾き剛性を向上させるために本体を非常に大きくして静圧面積を大きくしたり、静圧面を回転軸線から離してモーメント量を大きくして、高い傾き剛性を得るという手法がとられており、それにより静圧回転軸はより大型化し重くなることとなる。しかも、静圧面が一対だけの場合、静圧面を構成する部品の加工精度や組み立て精度が不十分であったときには、静圧面と支持面とのスキマが一様でなくなる恐れがあり、それがそのまま回転精度に影響を与えて、偏り誤差を生じることがあった。

これに対し、本発明によれば、前記第１の静圧面及び前記第２の静圧面を複数対にして増やすことで、静圧面の総面積を容易に２倍、３倍、・・・と増大することができるので、小型軽量の静圧回転軸であっても、回転軸線の傾き剛性が高く、軸線方向の剛性も高い静圧回転軸を備えた支持装置を実現できる。

また、本発明では、大きな静圧力を受ける前記第１の静圧面と前記第２の静圧面が複数対となるように、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を備えた部材を複数設けることで、１枚や１対だけの静圧面よりも、外力を受けたときにかかる外力が前記複数の部材に分散されることで、その部材がたわみにくくなり、傾きモーメントに対して大きな抗力（すなわち復元力）を与えることが出来る。従って、本発明によれば、単に傾きに対する復元力が大きくなるだけでなく、静圧受け部品のたわみ剛性も大きく確保できる。

しかも、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面が複数対になっていることで互いの部品誤差を平均化する働きが生じ、回転精度も必然的に向上する。例えば、ある静圧面と支持面との隙間が均一でなく狭い部分が出来るとすると、そこで静圧が高まるので静圧回転軸が振られる恐れがある。しかしながら、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を複数対設けることによって、他の静圧面では静圧回転軸を振ろうとする力に対して剛性を持っているから、静圧回転軸の振れが抑えられるのである。また、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を備えた部材を複数対とすることで、傾き剛性を、従来と比較して２倍、３倍、・・・と非常に大きくできるので、個々の静圧面を小さくしても小型にして実用上十分な傾き剛性を確保できる場合は、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を備えた部材を小さくできるため、部品加工においては精度を高めやすくなり、従来よりも高精度な回転精度を得ることができる。

本発明の特徴を、支持装置に採用すると静圧回転軸の回転軸線の傾き剛性が顕著に増大するので、従来、高剛性の要求により油を圧力伝達媒体として使用する静圧回転軸を、油より供給しやすい高圧エアを圧力伝達媒体として用いる、より小型の静圧回転軸に置き換えることが出来、それによりオイルポンプ等の付帯設備や油の回収などの煩雑な構造が不要となって、工場等に一般的に備えられた高圧エアを用いて、簡便に所望の高剛性を確保できる静圧回転軸も得ることができる。

請求項４に記載の支持装置は、請求項２に記載の発明において、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面は、円板状の部材上における表裏の関係にある面であることを特徴とするので、部材に対して同じ大きさの静圧が逆方向からかかるため、部材が静圧によって変形することが抑制され、それによりスキマを均一に保持することができることから、静圧面上における圧力伝達媒体の流れを一様に維持でき、それにより精度の高い回転精度と高い剛性を得ることができる。また、円板状の部材の軸線方向寸法を抑えることができ、小型の静圧回転軸を備えた支持装置を得ることができる。

請求項５に記載の支持装置は、請求項４に記載の発明において、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を有する前記円板状の部材を、前記静圧回転軸の軸線方向に沿って複数配置したことを特徴とするので、軸線方向に並んだ前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を有する前記円板状の部材を複数設けることにより、前記静圧面の各対の支持力を足し合わせた力が全体の支持力となり、それにより前記静圧回転軸の剛性が高まる。又、前記第１の静圧面と前記第２の静圧面は、円板状の部材上における表裏の関係にある面としたことで、前記円板状の部材の軸線方向寸法を小さくできるので、これを積層したときに、その寸法を抑制する効果がほぼ積層した数の倍数だけ得られ、従って重ねれば重ねるほど、同じ剛性を有する従来構造の静圧回転軸を備えた支持装置よりも顕著に小型化できる。

請求項６に記載の支持装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記静圧回転軸に付与される軸線方向力は、前記第１の静圧面とそれに対向する前記支持面との間、及び前記第２の静圧面とそれに対向する前記支持面との間における前記圧力伝達媒体により支持されることを特徴とするので、軸線の傾き補正のみならず軸線方向力も支持することができる。

請求項７に記載の支持装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記圧力伝達媒体は、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間、及び前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間において、前記静圧回転軸の軸線に近い側から遠い側へと、それぞれ移動するようになっていることを特徴とするので、前記静圧回転軸の回転を利用して前記圧力伝達媒体を、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間、及び前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間に効率的に供給できる。

請求項８に記載の支持装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間隔を前記断面上で比較したときに、前記他端側で最小間隔が生じたときは、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間隔を前記断面上で比較したときに、前記一端側で最小間隔が生じるようになっていることを特徴とするので、それぞれ前記最小間隔に応じて、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間、及び前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間に流れる前記圧力伝達媒体の圧力・流量が決定され、上述の作用効果を発揮できる。尚、「前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間隔を前記断面上で比較したときに、前記一端側で最小間隔が生じる」とは、前記断面上で、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間における最小間隔が生じた前記第１の静圧面上の点から、前記静圧回転軸の回転軸に対して平行線を引いたとき、かかる平行線が前記第２の静圧面と交差する点よりも、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間における最小間隔が生じた前記第２の静圧面上の点が前記一端側にあることを意味する。

請求項９に記載の支持装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との少なくとも一方には、前記圧力伝達媒体の少なくとも移動方向に沿って延在する溝が形成されており、及び／又は前記第２の静圧面と前記第２の支持面との少なくとも一方には、前記圧力伝達媒体の少なくとも移動方向に沿って延在する溝が形成されていることを特徴とする。

前記第１の静圧面と前記第１の支持面との少なくとも一方、及び／又は前記第２の静圧面と前記第２の支持面との少なくとも一方に前記溝を形成することで、前記溝を介して、前記圧力伝達媒体を高圧に維持しつつ、前記第１の静圧面及び前記第２の静圧面の供給側から排出側へと導くことができるので、前記圧力伝達媒体の流れ不良を抑制でき剛性が向上する。前記圧力伝達媒体が空気などの気体の場合は、この溝に表面絞り効果をもたせることができるよう、例えば１０μｍ以下の浅い溝とすると、剛性がさらに向上するので好ましい。前記圧力伝達媒体が油や水のような液体の場合は、リセスの役目を果たすので深い溝であっても良い。

前記静圧回転軸が静止しており前記圧力伝達媒体に圧力が付与されていない初期状態において、例えば前記第２の静圧面とそれに対向する第２の支持面とが密着し、且つ前記第１の静圧面とそれに対向する第１の支持面とのスキマが正常時の２倍となっているときに、前記溝を介して、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間における前記圧力伝達媒体に圧力を伝達することで、前記第２の支持面から前記第２の静圧面を引き離して浮上を容易にさせる効果がある。前記溝を設けることで、高圧の前記圧力伝達媒体が前記溝を介して、例えば密着した前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間に供給され、その間の圧力を高めることで浮上を容易にする。―旦浮上すると、前記溝の部分だけでなく前記静圧面と前記支持面の間全体に前記圧力伝達媒体が行き渡るので、本来の大きな浮上力が発生し、前記第１の静圧面と前記第１の支持面とのスキマと、前記第２の静圧面と前記第２の支持面とのスキマが略等しくなったときに、前記第１静圧面と前記第２静圧面に作用する力が拮抗して、大きな剛性を発生させることとなる。尚、前記溝は、前記静圧面と前記支持面の少なくとも一方に設けられていればよい。又、前記溝を前記静圧回転軸の軸線方向に見たときのパターンは、できるだけ前記静圧面全体に前記圧力伝達媒体が行き渡るようにするのが効果的であるが、パターン形状は本発明ではこだわらない。しかし、前記溝の底面積を大きくしすぎた場合、負荷変動に対するダンピング効果が薄れて、剛性が低下したり振動したりするので、前記溝の底面積は少なくとも前記静圧面又は前記支持面の面積の３０％以内であると好ましい。圧力伝達媒体が、圧縮性がほとんどなく、粘度が高く大きな粘性抵抗を有して液体であると、ダンピング特性が非常に優れた高剛性、高安定性の静圧回転軸を備えた支持装置を得ることができる。

請求項１０に記載の支持装置は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記第１の静圧面及び前記第２の静圧面の少なくとも一方を形成する部材がセラミックから形成されていることを特徴とする。

従来の静圧面を形成する部材の材料は、鋳鉄やステンレス材料が一般的である。これに対し、本発明のように前記静圧面を形成する部材にセラミック材料を用いると、ヤング率が高く変形がしにくいというセラミックの特性により、軸線方向の剛性や傾き剛性を発生するために必要な前記静圧面と前記支持面との間のスキマが外力で変わる恐れが少ないので、高負荷でも安定した高剛性を発揮できる。また、部品加工の際も加工歪みや内部応力などで変形することが殆ど無いので、部品形状精度を高く仕上げることが金属材料よりも容易であるから、結果として前記静圧面と前記支持面との間のスキマを精密に制御でき、高剛性の静圧回転軸の製作を容易に行える。さらに、セラミック材料は線膨張係数が鋼材よりも小さいので、温度変化においても部品寸法が安定しており、温度変化による前記静圧面と前記支持面との間のスキマ変化が小さいことから、環境に関わらず安定した性能を発揮できる。また、セラミック材料は比重が鋼材の半分以下と軽量であるので、回転駆動する場合にモーターの負荷が小さくて済み、従ってモーターの容量を小さくでき、コストと発熱を抑えることが出来る。また、サーボによる回転制御を行う際には、慣性力が小さく高速レスポンスが可能となるので制御特性が良く、より高精度な回転制御を行える。

セラミック材料の中でも、アルミナや窒化珪素、サイアロンは破壊じん性が高く、割れたり欠けたりしにくいのでより好ましいが、特に窒化珪素やサイアロンの破壊じん性値は６．０と高く、しかも室温における線膨張係数がアルミナの数分の１、従来の鋼材との比較においては約１／１０である１．３×１０^−６と著しく小さいので、温度変化による材料の膨縮がほとんどなく、従って静圧面のスキマの変化や回転テーブル上に固定した工具やワークなどの位置の変動もないので、高い回転精度と工具やワークの高い位置精度を実現でき、セラミック材料の中でも特に好ましい。また、窒化珪素やサイアロンの比重は３．３であり、アルミナの３．６に対して１０％近く小さいので、それだけ軽い部品を作ることができ、その材料を用いた本発明にかかる静圧回転軸は、サーボ回転駆動における駆動エネルギーの削減とレスポンスの高速化による高精度化が、より達成できて有利である。

請求項１１に記載の支持装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記圧力伝達媒体は、油や水などの液体であることを特徴とする。

本発明の加工機は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の支持装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトな構成ながら静圧回転軸の軸線傾きを抑制できる支持装置及びそれを用いた加工機を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施の形態にかかる支持装置を備えた５軸加工機１０の斜視図である。かかる支持装置は加工機のみならず、例えば対象物の表面を触針でなぞることにより形状を求めて形状測定を行うような計測器等において、触針や対象物を高精度に回転移動させるために用いることもできる。図１において、床Ｆ上に４本（３本のみ図示）の脚１１ａで支持されたアクティブエアマウント１１は、振動の伝達を抑制する抑制手段であり、床の振動をベース１２に伝達しない機能を有する。

アクティブエアマウント１１上に支持されたベース１２には、支持面を有する部材である一対のスライドレール１３が形成され、スライドレール１３の対向する支持面１３ａの間には、Ｚ軸方向に移動可能に静圧スライド２０が設けられ、静圧スライド２０上に回転可能に旋回テーブルの支持装置３０が設けられている。尚、静圧スライド２０はスライドレール１３に対し、旋回テーブルは静圧スライド２０に対し、それぞれ油を圧力伝達媒体として静圧で支持されている。

更に、ベース１２上において、一対のサポートブロック１５上に掛け渡されたレール１５ａには、Ｘ軸方向に移動可能にスライドテーブル１６が設けられ、スライドテーブル１６上のレール１６ａには、Ｙ軸方向に移動可能にスライドテーブル１７が設けられ、スライドテーブル１７上に回転可能に旋回テーブル１８が設けられている。尚、スライドテーブル１６はレール１５ａに対し、スライドテーブル１７はレール１６ａに対し、旋回テーブル１８はスライドテーブル１７に対し、それぞれ油を圧力伝達媒体として静圧で支持されている。

図５は、第１の実施の形態にかかる旋回テーブルの支持装置３０の軸線方向断面図である。図５において、円盤状のベース３１が、図５では不図示の静圧スライド２０の上面に取り付けられている。ベース３１の上面に、略同外径の外スリーブ３２が配置され、不図示のボルトにより固定されている。外スリーブ３２の内側には、上端に旋回テーブルＴを取り付けた内スリーブ３３が若干のスキマ（例えば１０μｍ程度、但し後述するリセスの部位を除く）を介して、外スリーブ３２に対して嵌合配置されている。尚、旋回テーブルＴと、外スリーブ３２の上端との間には、油の流出を防止するシールＳが配置されている。

内スリーブ３３の下端から半径方向内方に突出したフランジ部３３ａに支持されるようにして、第１ロータ部材３４Ａが配置されている。第１ロータ部材３４Ａの上面には第１ロータ間座３５Ａが配置され、第１ロータ間座３５Ａの上面には第２ロータ部材３４Ｂが配置されている。第２ロータ部材３４Ｂの上面には第２ロータ間座３５Ｂが配置され、第２ロータ間座３５Ｂの上面には第３ロータ部材３４Ｃが配置されている。第１ロータ部材３４Ａ、第１ロータ間座３５Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ、第２ロータ間座３５Ｂ、第３ロータ部材３４Ｃは、不図示のボルトで内スリーブ３３に固定されており、一体的に静圧回転軸ＳＲＳを形成している。

一方、ベース３１の上面に、第１ステータ部材３６Ａが配置されている。第１ステータ部材３６Ａの上面には第１ステータ間座３７Ａが配置され、第１ステータ間座３７Ａの上面には、第１ステータ部材３６Ａとの間に第１ロータ部材３４Ａの内周側を挟む形で、第２ステータ部材３６Ｂが配置されている。第２ステータ部材３６Ｂの上面には第２ステータ間座３７Ｂが配置され、第２ステータ間座３７Ｂの上面には、第２ステータ部材３６Ｂとの間に第２ロータ部材３４Ｂの内周側を挟む形で、第３ステータ部材３６Ｃが配置されている。第３ステータ部材３６Ｃの上面には第３ステータ間座３７Ｃが配置され、第３ステータ間座３７Ｃの上面には、第３ステータ部材３６Ｃとの間に第３ロータ部材３４Ｃの内周側を挟む形で、第４ステータ部材３６Ｄが配置されている。

第１ステータ間座３７Ａの軸線方向厚さは、第１ロータ部材３４Ａの厚さより厚く、その差が、後述する第１ロータ部材３４Ａにおける第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１とのスキマ及び第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２とのスキマの和に等しくなる。又、第２ステータ間座３７Ｂの軸線方向厚さは、第２ロータ部材３４Ｂの厚さより厚く、その差が、同様に第２ロータ部材３４Ｂにおける第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１とのスキマ及び第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２とのスキマの和に等しくなる。更に、第３ステータ間座３７Ｃの軸線方向厚さは、第３ロータ部材３４Ｃの厚さより厚く、その差が、同様に第３ロータ部材３４Ｃにおける第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１とのスキマ及び第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２とのスキマの和に等しくなる。第１ステータ部材３６Ａ、第１ステータ間座３７Ａ、第２ステータ部材３６Ｂ、第２ステータ間座３７Ｂ、第３ステータ部材３６Ｃ、第３ステータ間座３７Ｃ、第４ステータ部材３６Ｄは、不図示のボルトでベース３１に固定されている。

第１ステータ部材３６Ａ、第１ステータ間座３７Ａ、第２ステータ部材３６Ｂ、第２ステータ間座３７Ｂ、第３ステータ部材３６Ｃ、第３ステータ間座３７Ｃ、第４ステータ部材３６Ｄは、それぞれ上面に周溝を形成し、ここにＯ−リングＯＧを配置することで、相互の接触面からの油の漏れだしを防止している。

又、第１ステータ部材３６Ａ、第２ステータ部材３６Ｂ、第３ステータ部材３６Ｃは、中央開口を有するそれぞれ同一形状の円盤状であって、第１ステータ間座３７Ａ、第２ステータ間座３７Ｂ、第３ステータ間座３７Ｃの外径より外側であって、且つ第１ロータ部材３４Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ、第３ロータ部材３４Ｃの内径より内側の位置に、油の供給孔３６ａ、３６ｂ、３６ｃをそれぞれ形成しているが、第４ステータ部材３６Ｄには、油の供給孔は形成されていない。各供給孔３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、周方向に等間隔で複数本形成されており、油の供給孔３６ａは、Ｏ−リングＯＧによって油の漏れだしを防止された形で、ベース３１の上面の周溝３１ｃにより互いに連結され、且つベース３１に形成された油路３１ａに連通している。尚、第１ステータ部材３６Ａ、第１ステータ間座３７Ａ、第２ステータ部材３６Ｂ、第２ステータ間座３７Ｂ、第３ステータ部材３６Ｃ、第３ステータ間座３７Ｃ、第４ステータ部材３６Ｄ、ベース３１，外スリーブ３２により固定部材ＦＭを構成する。

一方、第１ロータ部材３４Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ、第３ロータ部材３４Ｃは、中央開口を有するそれぞれ同一形状の円盤状であって、第１ロータ間座３５Ａ、第２ロータ間座３５Ｂの内径より内側であって、且つ第１ステータ部材３６Ａ、第２ステータ部材３６Ｂ、第３ステータ部材３６Ｃ、第４ステータ部材３６Ｄの外径より外側の位置に、油の排出孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃをそれぞれ形成している。油の排出孔３４ａから排出された油は、内スリーブ３３の下方の空間に収集され、ベース３１に形成された排出路３１ｂを介して外部へと排出される。

図６は、第１ロータ部材３４Ａの斜視図である。第２ロータ部材３４Ｂ、第３ロータ部材３４Ｃは同様な形状を有するので図示を省略する。図６において、第１ロータ部材３４Ａの上面が第１の静圧面ＳＰ１となり、ここに内周側から延在し且つその中間位置と外端位置で周方向両方向に延在する溝ＵＧが形成されている。更に、第１ロータ部材３４Ａの下面が第２の静圧面ＳＰ２となり、ここに内周側から延在し且つその中間位置と外端位置で周方向両方向に延在する溝ＬＧが形成されている。第１ロータ部材３４Ａの外周近傍には、排出孔３４ａと固定用ねじ孔ＳＡとが交互に並んで配置されている。

更に、図５において、第２ロータ部材３４Ｂの上面が第１の静圧面ＳＰ１となり、ここに内周側から延在し且つその中間位置と外端位置で周方向両方向に延在する溝ＵＧが形成されている。更に、第２ロータ部材３４Ｂの下面が第２の静圧面ＳＰ２となり、ここに内周側から延在し且つその中間位置と外端位置で周方向両方向に延在する溝ＬＧが形成されている（図６参照）。

又、第３ロータ部材３４Ｃの上面が第１の静圧面ＳＰ１となり、ここに内周側から延在し且つその中間位置と外端位置で周方向両方向に延在する溝ＵＧが形成されている。更に、第３ロータ部材３４Ｃの下面が第２の静圧面ＳＰ２となり、ここに内周側から延在し且つその中間位置と外端位置で周方向両方向に延在する溝ＬＧが形成されている（図６参照）。

一方、第１ロータ部材３４Ａの下面である第２の静圧面ＳＰ２に対応する、第１ステータ部材３６Ａの上面が第２の支持面ＨＰ２を形成し、第１ロータ部材３４Ａの上面である第１の静圧面ＳＰ１に対応する、第２ステータ部材３６Ｂの下面が第１の支持面ＨＰ１を形成する。又、第２ロータ部材３４Ｂの下面である第２の静圧面ＳＰ２に対応する、第２ステータ部材３６Ｂの上面が第２の支持面ＨＰ２を形成し、第２ロータ部材３４Ｂの上面である第１の静圧面ＳＰ１に対応する、第３ステータ部材３６Ｃの下面が第１の支持面ＨＰ１を形成する。更に、第３ロータ部材３４Ｃの下面である第２の静圧面ＳＰ２に対応する、第３ステータ部材３６Ｃの上面が第２の支持面ＨＰ２を形成し、第３ロータ部材３４Ｃの上面である第１の静圧面ＳＰ１に対応する、第４ステータ部材３６Ｄの下面が第１の支持面ＨＰ１を形成する。尚、静圧面ＳＰ１，ＳＰ２及び支持面ＨＰ１，ＨＰ２は、それぞれ静圧回転軸ＳＲＳの回転軸線に直交する方向に延在している。

外スリーブ３２の中間部には、半径方向に貫通する貫通孔３２ａが複数個形成されており、ここにオリフィス部材３８が嵌合固定されている。又、貫通孔３２ａが露出する外スリーブ３２の内周面は、拡径されたリセス（凹部）３２ｂを形成している。リセスは内スリーブ３３の外周面に設けても良い。貫通孔３２ａは、外スリーブ３２に形成された軸線方向孔３２ｃを介し、Ｏ−リングＯＧによって油の漏れだしを防止された形で、ベース３１に形成された油路３１ａに連通している。従って、外部の供給源（不図示）より油路３１ａ、軸線方向孔３２ｃ、貫通孔３２ａを通って供給された油が、オリフィス部材３８に形成されたオリフィス孔３８ａを介して、流量を調整された態様で、リセス３２ｂ内へと供給されることとなる。ここで、内スリーブ３３の外周面が、半径方向の静圧面となり、外スリーブ３２の内周面が、半径方向の支持面となっている。

本実施の形態によれば、ベース３１の油路３１ａに対して外部の供給源より、圧力伝達媒体として油を供給すると、かかる油は供給孔３６ａ〜３６ｃを通り、図２，３を参照して上述したように、第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間、及び第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２との間でそれぞれ所定の油圧を発生させ、その油圧により固定部材ＦＭに対して静圧回転軸ＳＲＳを非接触で支持し、もって軸線方向力を支持すると共に静圧回転軸ＳＲＳの軸線の傾きに対する抗力（復元力ともいう）を与えることができる。特に、溝ＵＧ、ＬＧを介して、油が静圧面と支持面との間に均一に分散するので、圧力分布の偏りを抑制できる。第１の静圧面ＳＰ１と第１の支持面ＨＰ１との間、及び第２の静圧面ＳＰ２と第２の支持面ＨＰ２との間を通過した油は、排出孔３４ｃ〜３４ａを通って、ベース３１に形成された排出路３１ｂを介して外部へと排出されることとなる。

又、ベース３１の油路３１ａに対して外部の供給源より供給された油は、外スリーブ３２の内周面と、内スリーブ３３の外周面との間に送られて、その間で油圧を発生することで半径方向の力を支持することができ、それにより固定部材ＦＭに対する静圧回転軸ＳＲＳの軸線ズレを防止できる。かかる静圧面と支持面との間を通過した油は、同様に内スリーブ３３の下方の空間に収集され、排出路３１ｂを介して外部へと排出されることとなる。

図７は、ロータ部材の変形例を切断して示す斜視図である。図７に示すように、ロータ部材３４の上面である第１の静圧面ＳＰ１に、軸線方向に見てＵ字状の溝ＵＧを形成しており、またロータ部材３４の下面である第２の静圧面ＳＰ２に、同様に軸線方向に見てＵ字状の溝ＬＧを形成している。図６，７に示す溝は、支持面のみに、又は静圧面と支持面の双方に形成しても良く、形状は以上の例に限られない。

図８は、第２の実施の形態にかかる旋回テーブルの支持装置３０’の軸線方向断面図である。本実施の形態が、図５に示す実施の形態と異なるのは、第３ロータ部材、第３ステータ間座、第４ステータ部材を省略し、その代わりにモータをビルトインしている点である。又、溝ＵＧ、ＬＧはステータ部材の支持面側に形成されている。それ以外の点については、上述の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

より具体的に異なる点を説明する。内スリーブ３３に対し、ホルダＨＤを介して、永久磁石ＭＧとエンコーダスケールＥＳを取り付けている。一方、第３ステータ部材３６Ｃの上面において、永久磁石ＭＧに対向する位置にコイルＣＬを配置すると共に、エンコーダスケールＥＳに対向して、読み取りヘッドＲＨを配置している。外部からコイルＣＬに交流電流を供給すると、コイルＣＬと永久磁石ＭＧとの間に磁力が生じ、静圧回転軸ＳＲＳは固定部材ＦＭに対して回転する。このとき、エンコーダスケールＥＳを、読み取りヘッドＲＨで読みとることで回転角度が検出されるため、その信号を用いることでフィードバック回転制御を行うことができる。

（実施例）
図５に示す支持装置３０について、本発明者らが検討した結果、支持装置３０の直径を４２ｃｍ、高さを２０．５ｃｍとしたときに、それぞれ内径１４ｃｍ、外径２４ｃｍである３対の静圧面ＳＰ１，ＳＰ２を得た。かかる場合の静圧面ＳＰ１、ＳＰ２の総面積は約１７９０ｃｍ^２となり、十分な軸線方向の剛性を有することが確認された。即ち、ロータ部材３４Ａ〜３４Ｃを３枚用いることで、それが１枚の場合に比べ、３倍の静圧面の面積を稼げるため、コンパクトな構成ながら、高い軸線方向の剛性を確保できることがわかる。更に、ロータ部材３４Ａ〜３４Ｃが傾くと、３対の静圧面で差圧が発生するので、極めて大きな復元力が発生することもわかった。

尚、オリフィス孔３８ａを介して吐出された油がリセス３２ｂに溜まり大きな保持力を発生させ、更に内スリーブ３３の外周である静圧面と、１０μｍ程度の外スリーブ３２の内周である支持面との間に供給され、ここで大きなダンピング効果を発生させる。かかる静圧面は、内スリーブ３３の最外周部となっているので、直径３５ｃｍ、高さ１４ｃｍと大きな寸法を確保でき、それにより静圧面の面積は約１５４０ｃｍ^２と大きくなるので、複数の静圧面を有していないにもかかわらず、大きな半径方向の剛性を得ることができる。

また、第１ロータ部材３４Ａ、第１ロータ間座３５Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ、第２ロータ間座３５Ｂ、第３ロータ部材３４Ｃ、及び旋回テーブルＴを全て、窒化珪素のセラミック部材とし、それ以外の部品は、窒化珪素の線膨張係数に合わせたステンレスインバー材を用いることで、支持装置３０全体が室温付近で１．３×１０^−６という非常に小さな熱膨縮量を実現できる。そのため、旋回テーブルＴ上に設置する工具やワークなどの位置が、温度膨縮によりほとんど変動しないという効果を得られる。また、ロータ部材３４Ａ〜３４Ｃにおいて、静圧面ＳＰ１，ＳＰ２が受ける圧力は、それぞれ全面で均等に加わるため、その撓みがほとんどないという効果も得られる。

また、図５に示す支持装置に対して、比較的低粘度の油を５気圧で供給したところ、３５８０Ｎ／μｍの軸線方向の剛性と、１６００Ｎ／μｍの半径方向の剛性とを得た。このとき傾き剛性は、１２．５Ｎｍ／ａｒｃ秒であった。これに対し、図１に示す比較例の支持装置では、静圧回転軸に同じセラミックを用い、略同じ外形寸法とした場合、軸線方向の剛性が１０２０Ｎ／μｍで、半径方向の剛性が４００Ｎ／μｍで、傾き剛性が３．５Ｎｍ／ａｒｃ秒程度であるため、それぞれ図５に示す静圧回転軸の方が３〜４倍の高い剛性を有することがわかった。特に、比較例の静圧回転軸は、静圧面が円板の片方にしか存在しないため、片側からのみ大きな圧力を受けること、更にステンレス材料を用いた場合には、非常にたわみやすく、回転精度やテーブル面の平面度を悪くすることとなる。これに対し、図５に示す静圧回転軸では、第１ロータ部材３４Ａ、第１ロータ間座３５Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ、第２ロータ間座３５Ｂ、第３ロータ部材３４Ｃ、及び旋回テーブルＴがセラミックから形成され、且つ第１ロータ部材３４Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ、第３ロータ部材３４Ｃの両側に静圧面を設けていることから、撓みのない高精度な静圧回転軸を得られることがわかった。

比較例にかかる静圧回転軸を備えた支持装置の断面図である。 本発明にかかる静圧回転軸を備えた支持装置の一例を示す断面図である。 図２の矢印IIIで示す部位を拡大して示す図である。 本実施の形態にかかる支持装置を備えた５軸加工機１０の斜視図である。 第１の実施の形態にかかる旋回テーブルの支持装置３０の軸線方向断面図である。 第１ロータ部材３４Ａの斜視図である。 ロータ部材の変形例を切断して示す斜視図である。 第２の実施の形態にかかる旋回テーブルの支持装置３０’の軸線方向断面図である。

符号の説明

１０ ５軸加工機
１１ アクティブエアマウント
１２ ベース
１３ スライドレール
１５ サポートブロック
１６ スライドテーブル
１７ スライドテーブル
１８ 旋回テーブル
２０ 静圧スライド
３０ 支持装置
３１ ベース
３１ａ 油路
３１ｂ 排出路
３１ｃ 周溝
３２ 外スリーブ
３２ａ 貫通孔
３２ｂ リセス
３２ｃ 軸線方向孔
３３ 内スリーブ
３３ａ フランジ部
３４Ａ〜３４Ｃ ロータ部材
３４ａ 排出孔
３５Ａ、３５Ｂ ロータ間座
３６Ａ〜３６Ｄ ステータ部材
３６ａ 供給孔
３７Ａ〜３７Ｃ ステータ間座
３７ａ 排出孔
３８ オリフィス部材
３８ａ オリフィス孔
ＣＡ 中央開口
ＣＬ コイル
ＣＳ 円盤状空間
ＤＰ 配管
ＥＳ エンコーダスケール
ＦＣ 固定円板
ＦＭ 固定部材
ＨＤ ホルダ
ＨＰ１ 第１の支持面
ＨＰ２ 第２の支持面
ＬＣ 下部円板部
ＬＧ 溝
ＬＳ 大径シャフト
ＭＧ 永久磁石
ＯＧ リング
ＯＲ オリフィス
ＲＨ ヘッド
Ｓ シール
ＳＡ 供給孔
ＳＰ１ 第１の静圧面
ＳＰ２ 第２の静圧面
ＳＲＳ 静圧回転軸
Ｔ 旋回テーブル
ＵＣ 上部円板部
ＵＧ 溝

Claims (12)

1. 第１の支持面と第２の支持面とを備える固定部材と、
   前記第１の支持面に対向する第１の静圧面と、前記第２の支持面に対向する第２の静圧面とを備え、前記固定部材に対して圧力伝達媒体により回転可能に支持される静圧回転軸と、を有し、
   前記第１の静圧面と前記第２の静圧面とは、前記静圧回転軸の回転軸線の方向において異なる位置で、表裏の関係で設けられ、
   前記圧力伝達媒体が、供給側から排出側に移動する間に分けられて、分けられた前記圧力伝達媒体が、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間、及び前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間を、それぞれ移動するように構成されており、
   前記静圧回転軸の回転軸線を通る装置全体の断面形状を、前記静圧回転軸の回転軸線を境界として２分割し、その片方の断面形状を見たときに、
   前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間において前記圧力伝達媒体が移動する方向と、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間において前記圧力伝達媒体が移動する方向とは、共に前記静圧回転軸の回転軸線に近い側から遠ざかる側への方向であり、前記固定部材と前記静圧回転軸の少なくとも一方は、前記遠ざかる側に排出孔を有し、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間において、前記圧力伝達媒体が前記第１の静圧面と前記第１の支持面とが対向する一端側から他端側へ移動して前記排出孔を介して外部へと排出され、また前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間において、前記圧力伝達媒体が前記第２の静圧面と前記第２の支持面とが対向する一端側から他端側に移動して前記排出孔を介して外部へと排出されるように構成されており、
   前記固定部材に対し、前記静圧回転軸の回転軸線が傾いた場合に、
   前記第１の静圧面と前記第１の支持面とが対向する前記一端側よりも前記他端側において、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間隔が小さくなることにより、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間を通過する前記圧力媒体の流速が速くなり、前記第１の静圧面が前記圧力伝達媒体によって受ける圧力が大きくなり、
   更に、前記第２の静圧面と前記第２の支持面とが対向する前記一端側よりも前記他端側において、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間隔が大きくなることにより、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間を通過する前記圧力媒体の流速が遅くなり、前記第２の静圧面が前記圧力伝達媒体によって受ける圧力が小さくなるよう構成されたことを特徴とする支持装置。
2. 前記第１の静圧面と前記第２の静圧面は、前記静圧回転軸の回転軸線に対して直交する方向に延在していることを特徴とする請求項１に記載の支持装置。
3. 前記第１の静圧面と前記第２の静圧面は、複数対設けられていることを特徴とする請求項２に記載の支持装置。
4. 前記第１の静圧面と前記第２の静圧面は、円板状の部材上における表裏の関係にある面であることを特徴とする請求項２に記載の支持装置。
5. 前記第１の静圧面と前記第２の静圧面を有する前記円板状の部材を、前記静圧回転軸の軸線方向に沿って複数配置したことを特徴とする請求項４に記載の支持装置。
6. 前記静圧回転軸に付与される軸線方向力は、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間、及び前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間における前記圧力伝達媒体により支持されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の支持装置。
7. 前記圧力伝達媒体は、前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間、及び前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間において、前記静圧回転軸の軸線に近い側から遠い側へと、それぞれ移動するようになっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の支持装置。
8. 前記第１の静圧面と前記第１の支持面との間隔を前記断面上で比較したときに、前記他端側で最小間隔が生じたときは、前記第２の静圧面と前記第２の支持面との間隔を前記断面上で比較したときに、前記一端側で最小間隔が生じるようになっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の支持装置。
9. 前記第１の静圧面と前記第１の支持面との少なくとも一方には、前記圧力伝達媒体の少なくとも移動方向に沿って延在する溝が形成されており、及び／又は前記第２の静圧面と前記第２の支持面との少なくとも一方には、前記圧力伝達媒体の少なくとも移動方向に沿って延在する溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の支持装置。
10. 前記第１の静圧面及び前記第２の静圧面の少なくとも一方を形成する部材がセラミックから形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の支持装置。
11. 前記圧力伝達媒体は、液体であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の支持装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の支持装置を有することを特徴とする加工機。

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