静圧気体軸受スピンドル
【課題】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。
【解決手段】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って、端面に取付面１ａを有する回転軸１と、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の外周面を取り囲むハウジング２と、ハウジング２の軸線ＡＸ方向に互いに離れて配置され、ハウジング２を設置面ＰＳに固定するための第１の固定台３および第２の固定台４とを備えている。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た第２の固定台４が軸線ＡＸ方向に直線的に案内可能な直線案内機構５を含んでいる。
【解決手段】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って、端面に取付面１ａを有する回転軸１と、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の外周面を取り囲むハウジング２と、ハウジング２の軸線ＡＸ方向に互いに離れて配置され、ハウジング２を設置面ＰＳに固定するための第１の固定台３および第２の固定台４とを備えている。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た第２の固定台４が軸線ＡＸ方向に直線的に案内可能な直線案内機構５を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【発明の効果】
【００２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１および２における静圧気体軸受スピンドルの概略正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの概略側面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの動作を示す概略正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の直線案内機構の近傍を示す概略部分正面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の概略側面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の第２の固定台を示す概略分解側面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例２の第２の固定台を示す概略分解側面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例３の直線案内機構の近傍を示す概略部分正面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例３の概略側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例の概略正面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例の概略側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例のハウジングが軸線方向に変形した状態を示す概略側面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例のハウジングが径方向に変形した状態を示す概略側面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の第２の固定台の概略部分断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの変形例２の第２の固定台の概略部分断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの比較例の第１および第２の固定台が設置面に対して上方向に変形した状態を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
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。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【発明の効果】
【００２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１および２における静圧気体軸受スピンドルの概略正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの概略側面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの動作を示す概略正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の直線案内機構の近傍を示す概略部分正面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の概略側面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の第２の固定台を示す概略分解側面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例２の第２の固定台を示す概略分解側面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例３の直線案内機構の近傍を示す概略部分正面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの変形例３の概略側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例の概略正面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例の概略側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例のハウジングが軸線方向に変形した状態を示す概略側面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における静圧気体軸受スピンドルの比較例のハウジングが径方向に変形した状態を示す概略側面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの変形例１の第２の固定台の概略部分断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの変形例２の第２の固定台の概略部分断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２における静圧気体軸受スピンドルの比較例の第１および第２の固定台が設置面に対して上方向に変形した状態を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記第２の固定台は、
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。
【請求項３】
前記直線案内機構がリニアガイドで構成されている、請求項１または２に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項４】
前記直線案内機構が滑り軸受で構成されている、請求項１または２に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項５】
前記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、請求項１または２に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項６】
前記第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、請求項１〜５のいずれかに記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項７】
前記第２の固定台は、内部に流路をさらに備え、
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。
【請求項８】
前記第２の固定台は、内部に流路をさらに備え、
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。
【請求項９】
前記第２の固定台は、冷却フィンをさらに備えた、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。
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記第２の固定台は、
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。
【請求項３】
前記直線案内機構がリニアガイドで構成されている、請求項１または２に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項４】
前記直線案内機構が滑り軸受で構成されている、請求項１または２に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項５】
前記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、請求項１または２に記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項６】
前記第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、請求項１〜５のいずれかに記載の静圧気体軸受スピンドル。
【請求項７】
前記第２の固定台は、内部に流路をさらに備え、
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。
【請求項８】
前記第２の固定台は、内部に流路をさらに備え、
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。
【請求項９】
前記第２の固定台は、冷却フィンをさらに備えた、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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１０１５９（Ｐ２０１３−１０１５９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３８０４（Ｐ２０１１−１４３８０４）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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