(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハーの研削を行うための機械加工スピンドルであって、前記シリコンウエハーの研削を行うための第１の工具を搭載するように構成された内側シャフトと、前記シリコンウエハーの研削を行うための第２の工具を搭載するように構成された外側シャフトとを備え、前記内側シャフト及び前記外側シャフトは、共通軸を回転軸にして回転するとともに、互いに対して軸方向に移動するように搭載され、当該機械加工スピンドルは、さらに、前記内側シャフト及び前記外側シャフトを内部で軸支する本体を備え、前記内側シャフトは、前記外側シャフトの内部に搭載される一方で、前記外側シャフトは、前記本体内のラジアル空気軸受の内部で軸支された機械加工スピンドルであって、
前記内側シャフト及び前記外側シャフトは、第１の状態と第２の状態との間で、互いに対して移動可能であり、前記内側シャフトは、前記第２の状態では、前記第１の状態よりも前記外側シャフトに対して引き込まれ、当該機械加工スピンドルは、前記内側シャフト及び前記外側シャフトを前記第１の状態から前記第２の状態へと駆動するための、及び、前記内側シャフト及び前記外側シャフトを前記第２の状態から前記第１の状態へと駆動するための空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成を備え、前記内側シャフト及び前記外側シャフトのうちの少なくとも一方は、前記空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成に空気を送り込むための空気供給経路の少なくとも一部を備えていることを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２】
請求項１に記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成は、前記外側シャフトの内部に配置されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成は、前記外側シャフトとともに回転するように配置されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成は、複動式ピストンアセンブリを備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成は、複数のピストンを備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
２つの空気供給経路を備え、
第１の前記空気供給経路は、前記空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成に空気を送り込んで、前記内側シャフト及び前記外側シャフトを前記第１の状態から前記第２の状態に駆動するための経路であり、
第２の前記空気供給経路は、前記空気式の流体圧力駆動アクチュエータ構成に空気を送り込んで、前記内側シャフト及び前記外側シャフトを前記第２の状態から前記第１の状態に駆動するための経路である
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項７】
請求項６に記載の機械加工スピンドルであって、
前記第１の前記空気供給経路及び前記第２の前記空気供給経路のそれぞれにおける少なくとも一部は、円周方向に互いに離間されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の機械加工スピンドルであって、
前記第１の前記空気供給経路及び前記第２の前記空気供給経路はそれぞれ、駆動空気を受け入れるための個別の入口を備え、
該個別の入口は、軸方向に互いに離間されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項９】
請求項８に記載の機械加工スピンドルであって、
前記機械加工スピンドルは、前記個別の入口を介して、前記第１の前記空気供給経路及び前記第２の前記空気供給経路に空気を供給するための空気供給部を備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１０】
請求項９に記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気供給部は、前記経路の入口を規定する構成要素が内部へと突出する開口を規定している
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気供給部は、前記経路への前記入口に対面する表面を備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１２】
請求項１１に記載の機械加工スピンドルであって、
前記表面は、軸方向に互いに離間された２つの出口を備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１３】
請求項１２に記載の機械加工スピンドルであって、
第１の前記出口は、第１の前記入口に空気を送り込むように配置され、
第２の前記出口は、第２の前記入口に空気を送り込むように配置されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の機械加工スピンドルであって、
前記出口の各々は、前記空気供給部の前記表面に配置された結合溝を備えることで、前記空気供給部の前記表面によって規定された、軸方向に離間された２つの溝が存在している
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載の機械加工スピンドルであって、
第１の前記出口は、第１の前記入口に軸方向に一列に配列され、
第２の前記出口は、第２の前記入口に軸方向に一列に配列されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気供給部は、環状である
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１７】
請求項１２に従属したときの請求項１６に記載の機械加工スピンドルであって、
前記出口は、環状の前記空気供給部の前記内周面に設けられている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１８】
請求項９乃至請求項１７のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記空気供給部は、非接触密封軸受を備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項１９】
請求項６に記載の、または請求項６に従属したときの請求項７乃至請求項１８のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記外側シャフトは、前記第１の経路及び前記第２の経路の少なくとも一部を規定し、前記内側シャフトが占める領域を越えて延びる延長部を備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２０】
空気が供給される前記外側シャフトの延長部が配置されたボアを有する空気供給部を備えている請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記ボアの表面は、２つの空気供給溝を備え、
該２つの空気供給溝は、軸方向に互いに離間され、個別に空気を供給されるように配置され、
前記延長部は、２つの個別の空気経路を備え、該２つの空気経路のうちの各々は、個別の入口を有し、
該個別の入口は、軸方向に互いに離間され、該個別の入口の各々は、個別の前記溝の１つと軸方向に一列に配列されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記スピンドルは、
前記内側シャフト及び前記外側シャフトの互いに対する移動を制限するための、少なくとも１つの完全停止部を備えている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２２】
請求項２１に記載の機械加工スピンドルであって、
前記完全停止部は、前記第１の状態における前記内側シャフト及び前記外側シャフトの相対位置を決定するように配置されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２３】
請求項２２に記載の機械加工スピンドルであって、
第２の完全停止部は、前記第２の状態における前記内側シャフト及び前記外側シャフトの相対位置を決定するように配置されている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２４】
請求項２３に記載の機械加工スピンドルであって、
前記内側シャフト及び前記外側シャフトは、個別の噛み合いテーパを備え、
該噛み合いテーパは、完全に噛み合ったときに、前記第２の状態における前記内側シャフト及び前記外側シャフトの相対位置を決定する
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２５】
請求項２１乃至請求項２４のいずれかに記載の機械加工スピンドルであって、
前記少なくとも１つの完全停止部は、前記第１の工具及び前記第２の工具が搭載される位置に隣接して設けられている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【請求項２６】
請求項２３または請求項２４に記載の機械加工スピンドルであって、
前記完全停止部及び前記第２の完全停止部は、前記第１の工具及び前記第２の工具が搭載される位置に隣接して設けられている
ことを特徴とする機械加工スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、機械加工スピンドルに関する。特に注目すべきは、例えば半導体産業で使用するためのシリコンウエハーの研削を行うための、産業用研削加工に使用され得る機械加工スピンドルである。
【０００２】
多くの機械加工スピンドルは、比較的高い回転速度で回転するように構成されている。シリコンウエハーを研削する場合、回転速度は、ほぼ８，０００ｒｐｍ程度になり得る。さらに、ときには、２段階研削加工を行う必要があり、２段階研削加工では、まず、粗めの研削ホイールがバルク材を除去するのに使用されたのち、仕上げ研削ホイールが所望の仕上げを達成するのに用いられる。
【０００３】
このような研削作業を行うときには、工作物に対する研削ホイールの高い位置精度を達成できるようにすることが重要となり得る。
研削以外の他の加工に使用される機械加工スピンドルでも、同一の配慮が少なくともある程度は当てはまる。
【０００４】
例えば最初に粗い研削ホイールで研削を行ったのち、仕上げ研削ホイールで研削を行う２段階手順を実行するのが望ましい状況で役立つように、既存のシステムのなかには、一方のシャフトが他方のシャフトの内部で回転しながら、共通軸を回転軸として回転するように構成された２つのシャフトを備える構成を利用するものがある。このような場合、各シャフトは、工具を搭載するように構成され、これらシャフトは、機械加工のために、例えば研削のために、工作物に対して選択的に利用され得る。
【０００５】
このようなスピンドルでは、あるときには一方のシャフトに搭載された工具が工作物に作用し、またあるときには他方のシャフトに搭載された工具が工作物に作用するように、これらシャフトを軸方向において互いに対して駆動するための機構を設ける必要がある。
【０００６】
既存のシステムのうちのいくつかでは、これらシャフトを互いに対して駆動する機械的手段が用いられている。具体的には、既存のシステムでは、スプリングの作用によって内側シャフトを引込位置に後退させるように構成されたスプリングパックを利用するのが一般的である。
【０００７】
しかしながら、このようなシステムは、不都合となり得る。その理由は、内側シャフトを伸展位置へと押し出すのに使用される機構は、スプリング力に抗して動作しなければならないからである。現在のスプリングパックが有している摩擦変動問題により、スプリングパックに抗して内側シャフトを前方に押し出すのに必要な圧縮力は、大幅に変動し得るものであり、さらに、スプリングが圧縮された状態に落ち着くにつれて、短時間でスプリングのクリープが起こり得る。さらに、長時間でスプリングの衰えが発生する。摩擦変動とスプリングのクリープとに関係する問題は、伸展位置にあるときの内側シャフトの正確な位置の再現を実現したいときに、困難を生じ得る。スプリングの衰えは、引込位置にて問題を生じ得る。つまり、内側シャフトが、好ましくないノイズ及び／もしくは振動を避けるのに十分に強固に引込位置に保持されないことがあり得るのである。
【０００８】
さらに、実際のシステムでは、必要な力を付与する必要があるスプリングは、比較的大きくなければならず、このようなスプリングを高い回転速度で回転するシステムの内部で使用することは、変動し得る振動がシャフトアセンブリに生じるバランス問題をもたらし得る。このような振動は、機械加工処理の質に影響を及ぼし得る。例えば、研削されたウエハーの表面仕上げに影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、背景技術に付随する問題のうちの少なくとも一部を緩和することである。
本発明の一局面によれば、機械加工スピンドルであって、工作物を機械加工するための第１の工具を搭載するように構成された内側シャフトと、工作物を機械加工するための第２の工具を搭載するように構成された外側シャフトとを備え、内側シャフト及び外側シャフトは、共通軸を回転軸にして回転するとともに、互いに対して軸方向に移動するように搭載され、当該機械加工スピンドルは、さらに、内側シャフト及び外側シャフトを内部で軸支する本体を備え、内側シャフトは、外側シャフトの内部に搭載される一方で、外側シャフトは、本体の内部で軸支された機械加工スピンドルであって、内側シャフト及び外側シャフトは、第１の状態と第２の状態との間で、互いに対して移動可能であり、内側シャフトは、第２の状態では、第１の状態よりも外側シャフトに対して引き込まれ、当該機械加工スピンドルは、内側シャフト及び外側シャフトを第１の状態から第２の状態へと駆動するための流体圧力駆動アクチュエータ構成を備えていることを特徴とする機械加工スピンドルが提供される。
【００１０】
この構成により、内側シャフト、ひいては内側シャフトに搭載されている工具を、例えば空気圧駆動を利用して引き込ませることができる。例えば空気圧駆動を利用して、内側シャフト、ひいては工具を引き込ませることで、特に、高速回転システムにおいて、摩耗もしくは振動もしくは故障を生じ易いスプリング式引込システムもしくは別の機械式引込システムの必要性を排除することができる。
【００１１】
流体圧力駆動アクチュエータ構成は、外側シャフト及び内側シャフトを第２の状態から第１の状態へと駆動するようにも構成されていることが好ましい。流体圧力駆動アクチュエータ構成は、複動式流体圧力駆動アクチュエータ構成であってもよい。
【００１２】
複動式流体圧力駆動アクチュエータ構成によれば、装置をさらに簡素化でき、機械式駆動機構の使用を排除するのに役立つ。
流体圧力駆動アクチュエータ構成は、複動式ピストンアセンブリを備えてもよい。複数のピストンが設けられてもよい。複数のピストンは、軸配列、つまり、軸方向において一方のピストンが他方のピストンの後ろに配置されてもよい。動力は、各ピストンの両側に供給されてもよい。このような構成によれば、内側シャフトの伸展及び／もしくは引込において、より大きな力を内側シャフトに印加することができる。
【００１３】
流体圧力駆動アクチュエータ構成は、外側シャフトの内部に配置されていてもよい。流体圧力駆動アクチュエータ構成は、外側シャフトとともに回転するように構成されてもよい。
【００１４】
内側シャフト及び外側シャフトのうちの少なくとも１つは、流体圧力駆動アクチュエータ構成に流体を送り込むための１つの流体供給経路の少なくとも一部を備えてもよい。２つの流体供給経路が存在してもよい。第１の経路は、流体圧力駆動アクチュエータ構成に流体を送り込み、内側シャフト及び外側シャフトを第１の状態から第２の状態へと駆動するためのものであってもよく、第２の経路は、流体圧力駆動アクチュエータ構成に流体を送り込み、内側シャフト及び外側シャフトを第２の状態から第１の状態へと駆動するためのものであってもよい。
【００１５】
第１の経路及び第２の経路の少なくとも一部はそれぞれ、互いに円周方向に離間されてもよい。第１の経路及び第２の経路はそれぞれ、駆動流体を受け入れるための個別の入口を備えてもよい。個別の入口は、互いに軸方向に離間されてもよい。ここで、円周及び軸という表現は、スピンドルの形状（geometry）、及び／もしくは、第１の経路、第２の経路、入口がそれぞれ規定された構成要素の形状のことを指している。
【００１６】
スピンドルは、個別の入口を介して、第１の経路及び第２の経路に流体を供給するための流体供給部を備えてもよい。流体供給部は、経路入口を規定する構成要素が内部に突出する開口を規定してもよい。流体供給部は、第１経路及び第２経路への入口と対面する表面を備えてもよい。この表面は、軸方向に互いに離間された２つの出口を備えてもよい。第１の出口は、第１の入口に空気を送り込むように配置され、第２の出口は、第２の入口に空気を送り込むように配置されてもよい。各出口は、流体供給部の表面に配置された結合溝を備えてもよい。したがって、流体供給部の表面によって規定された、軸方向に離間された２つの溝が存在してもよい。
【００１７】
２つの出口及び／もしくは２つの溝の軸上の間隔は、２つの出口の軸上の間隔と同一でもよい。第１の出口及び／もしくは２つの溝は、第１の入口と軸方向に一列に配列されてもよい。第２の出口及び／もしくは２つの溝は、第２の出口と軸方向に一列に配列されてもよい。
【００１８】
流体供給部は、略環状であってもよい。２つの出口及び／もしくは２つの溝は、環状流体供給部の内周面に配設されてもよい。
流体供給部は、軸受を備えてもよい。流体供給部は、密封軸受を備えてもよい。流体供給部は、非接触密封軸受を備えてもよい。流体供給部は、スピンドルの本体に搭載されてもよい。
【００１９】
外側シャフトは、第１の経路及び第２の経路の少なくとも一部を規定する延長部を備えてもよい。延長部は、第１の経路の入口及び第２の経路の入口を規定してもよい。延長部は、内側シャフトで占められた領域を越えて伸展してもよい。
【００２０】
延長部は、流体供給部に形成された開口内に突出してもよい。延長部は、第１の経路の入口及び第２の経路の入口が規定され、且つ、２つの入口及び／もしくは２つの溝を規定する流体供給部の表面と対面する表面を備えてもよい。
【００２１】
１つの実施形態では、流体が供給される延長部を内部に配置されたボアを流体供給部が有するスピンドルであって、ボアの表面は、軸方向に互いに離間され、流体を別々に送り込まれるように配置された２つの流体供給溝を備え、延長部は、各々が個別の入口を有する２つの個別の流体経路を備え、個別の入口が軸方向に互いに離間され、個別の入口がそれぞれ、２つの溝の個別の１つと軸方向に一列に配列されたスピンドルがある。
【００２２】
スピンドルは、内側シャフト及び外側シャフトの互いに対する移動を制限するための少なくとも１つの完全停止部を備えてもよい。完全停止部は、第１の状態における内側シャフト及び外側シャフトの相対位置を決定するように構成されてもよい。この第１の状態は、内側シャフトに搭載された工具が工作物と接触するときに内側シャフト及び外側シャフトが配置された位置と対応してもよい。
【００２３】
第２の完全停止部は、第２の状態における内側シャフト及び外側シャフトの相対位置を決定するように構成されてもよい。内側シャフト及び外側シャフトは、個別の噛み合いテーパを備えてもよい。完全に噛み合ったときの噛み合いテーパは、第２の状態における内側シャフト及び外側シャフトの相対位置を決定してもよい。第２の状態は、使用時に、外側シャフトに搭載された工具のみが工作物と接触するように、完全に引き込まれている内側シャフトに対応してもよい。
【００２４】
流体圧力駆動アクチュエータ構成は、空気式アクチュエータ構成を備えていることが好ましい。このような構成は、スピンドル内に送り込まれた高圧空気によって駆動されてもよい。
【００２５】
スピンドルは、少なくとも１つの空気軸受を備えていることが好ましい。この場合、空気式駆動システムを配設することが特に有利である。スピンドルは、空気軸受に送り込まれた給気が流体圧力駆動アクチュエータ構成にも送り込まれることが可能に構成されてもよい。
【００２６】
本発明の別の局面によれば、流体が供給されるシャフト部を内部に配置されたボアを有する流体供給部を備える流体供給構成であって、ボアの表面は、２つの流体供給出口を備え、２つの流体供給出口は、軸方向に互いに離間され、個別に流体を送り込まれるように配置され、シャフト部は、２つの個別の流体経路を備え、２つの個別の流体経路のうちの各々は、個別の入口を有し、個別の入口は、軸方向に互いに離間され、個別の入口の各々は、個別の出口の１つと軸方向に一列に配列されている流体供給構成が提供される。
【００２７】
本発明の別の局面によれば、流体が供給されるシャフト部を内部に配置されたボアを有する流体供給部を備える流体供給構成であって、ボアの表面は、２つの流体供給溝を備え、２つの流体供給溝は、軸方向に互いに離間され、個別に流体を送り込まれるように配置され、シャフト部は、２つの個別の流体経路を備え、２つの個別の流体経路のうちの各々は、個別の入口を有し、個別の入口は、軸方向に互いに離間され、個別の入口の各々は、個別の溝の１つと軸方向に一列に配列されている流体供給構成が提供される。
【００２８】
ここで、添付図面を参照しつつ、単なる一例として、本発明の実施形態を説明する。
図１は、機械加工スピンドルを断面図で示し、この機械加工スピンドルは、本実施形態の場合には、研削スピンドルである。機械加工スピンドルは、概して、本体１を備えており、本体１内部では、外側シャフト２を備える２重シャフトアセンブリが軸支され、外側シャフト２の内部には、外側シャフト２に対して軸移動するように内側シャフト３が搭載されている。外側シャフト２は、ラジアル空気軸受４の内部で回転するように軸支され、モータ５は、外側シャフト２、ひいてはシャフトアセンブリ全体を本体１に対して回転駆動するために設けられている。外側シャフト２は、外側研削ホイールマウント２１を備え、外側研削ホイールマウント２１には、外側研削ホイール２２が搭載されている。同様に、内側シャフト３は、内側研削ホイールマウント３１を備え、内側研削ホイールマウント３１には、内側研削ホイール３２が搭載されている。
【００２９】
図１に示された位置では、内側シャフト３は、外側シャフト２に対して引込位置に位置し、内側シャフト３が引込位置に位置しているとき、外側研削ホイール２２は、内側研削ホイール３２よりも突出している。つまり、当然のことながら、スピンドルが工作物に接触される場合、（工作物が略平面であると仮定すると、）工作物は、内側研削ホイール３２ではなく外側研削ホイール２２に作用される。しかしながら、上述したように、内側シャフト３は、外側シャフト２に対して軸移動するように構成されている。したがって、内側研削ホイール３２が外側研削ホイール２２よりも突出するように、内側シャフト３は、さらに伸展された位置に向かって（図１に示されたようにスピンドルの配置における左に向かって）移動され得る。このような状況において、（シャフトアセンブリが回転しているときに）スピンドルが工作物に接触されると、（工作物が略平面であると再度仮定すると）内側研削ホイール３２が工作物に作用し、工作物を研削するようになる。
【００３０】
外側シャフト２の内部を軸方向に移動可能な内側シャフト３を有することで内側シャフトに搭載された工具、もしくは外側シャフトに搭載された工具を選択的に使用して、工作物を機械加工するというこの概略的な構造は、本スピンドルが実行するように設定された概略的な全体的な機能である。本スピンドルのさらに詳細な構造及び動作の局面については後述され、本明細書においてさらに関心のあるところである。
【００３１】
図１に示すように内側シャフトが引込位置にあると、内側シャフト３の凸面テーパ部３３は、外側シャフト２の凹面テーパ部２３と密着する。これら２つのテーパ２３，３３の密接な接触は、内側シャフト３が外側シャフト２内へとさらに引き込むことを防止し、内側シャフトを外側シャフト２に対して定着された関係に保持する。その結果、これらテーパ２３，３３は、外側シャフト２に対する内側シャフト３の移動の一端を規定する。
【００３２】
外側ホイールマウント２１は、半径方向の内端に切り込みを有するリング状停止部材２４を備えている。内側シャフト３は、停止部３４を備え、停止部３４は、内側シャフトが最大許容伸展位置にあるときに半径方向の内端の切り込みによって形成される、外側シャフト停止部材２４の突起に対して隣接するように構成された半径方向の突起を備えている。つまり、２つの停止部材２４，３４は、内側シャフト３が伸展位置に向かって駆動されたときに、外側シャフト２に対する内側シャフト３のさらなる移動が、２つの停止部材間の接触によって停止されるように構成されている。その結果、移動は、正確に決定された反復可能な位置で停止される。つまり、内側シャフト３が伸展位置にあるときに、内側研削ホイールもまた、スピンドルに対して正確に決定された反復可能な位置にある。
【００３３】
注目すべきは、これら停止部は、研削ホイール２２，３２の近傍に位置し、実際には、研削ホイール２２，３２に隣接している。これら停止部が研削ホイール２２，３２の近傍に位置していることは、伸展位置における内側研削ホイール３２の正確で反復可能な位置を達成するのにさらに役立つ。その理由は、完全停止位置を決定するこれら構成要素２４，３４と、ホイール３２自体との間には、完全停止構成要素がさらに離れている場合に比べて、存在する構成要素が少ないからである。構成要素２４，３４とホイール３２自体との間に存在する構成要素が少ないことにより、磨耗、製造上の公差、温度（熱膨張）などといった要因に起因して、伸展位置における内側研削ホイールの位置が変化する可能性が低減する。
【００３４】
本実施形態において、注目すべきは、内側シャフト３と外側シャフト２との間に相対的回転がないことである。回転駆動力を外側シャフト２から内側シャフト３へと伝達するために複数の駆動ピンＰが設けられている。これら駆動ピンＰ（ここでは、２つの駆動ピンＰが使用されているものの、図４では、これら駆動ピンＰの１つのみが図において視認可能である）は、外側ホイールマウント２１内にねじ込まれ、対応する数の固定ねじの代わりに使用されている。駆動ピンにおける、突出しているシンプルな軸部は、内側ホイールマウント２１における止まり穴と一致している。駆動ピンにおける、突出しているシンプルな軸部は、ホイールマウント２１，３１、ひいてはシャフト２，３を一緒に効果的に‘固定’する。
【００３５】
内側ホイールマウント３１内への駆動ピンＰの係合は、最大の前進ストロークにおいてもピンが依然係合しているように設定されている。駆動ピンがスピンドルの突出部に位置している利点は、シャフト結合機構のねじれ剛性が最大になることである。外側シャフト２に対する内側シャフト３の軸運動は、２組のリニア玉軸受枠６によって案内される。
【００３６】
内側シャフト３は、本実施形態では空気式アクチュエータ構成７の形態である流体圧力駆動アクチュエータ構成によって、（図１に示すような）引込位置と、（内側研削ホイール３２が外側研削ホイール２２よりも伸展する）伸展位置との間で駆動される。
【００３７】
空気式アクチュエータ構成の詳細は、図２においてより明確に見ることができる。空気式アクチュエータ構成７は、（図１に示された）引込位置から伸展位置への内側シャフトの駆動と、伸展位置から引込位置に向かって内側シャフトを戻す駆動との双方を行うように構成された複動式空気アクチュエータである。
【００３８】
ピストン軸部７１は、研削ホイール３２を搭載する内側シャフト３の一端の反対側端部に設けられている。複動ピストン部材７２は、ピストン軸７１に搭載され、リングナット７３によって所定位置に締結されている。ピストン７２は、（外側シャフト２２内に配置され、ピストン軸７１が通過する）ピストン密封板７４と、外側シャフト２の主要部の内側曲壁と、外側シャフト２の主要部に搭載された外側シャフト延長部２５とによってスピンドルの残りの部分から密封されたチャンバー内を移動するように構成されている。
【００３９】
注目することは、空気アクチュエータ構成７が外側シャフト２とともに回転するように構成されていることである。したがって、本実施形態において、空気アクチュエータ構成７は、シャフト２，３の双方、つまり、シャフトアセンブリとともに回転する。空気アクチュエータ構成７は、前段落で述べた部品で構成されたピストンハウジングを含んでいる。
【００４０】
加圧された空気が、ピストン密封板７４が配設されたピストン７２の側部、つまり、工具が搭載されたシャフトの自由端に最も近い側部に送り込まれると、ピストン７２は、工具が搭載されたシャフトの自由端から離間駆動され、内側シャフト３は、図１に示すように、引込位置３に引き込まれる。この移動は、噛み合いテーパー面３３，３４が互いに接触するまで生じる。一方、加圧された空気がピストン７３の反対側に送り込まれると、ピストン７３は、工具２２，３２が搭載されたシャフトの端部に向かって駆動され、内側シャフト３は、停止部２４，３４が互いに密着するまで伸展位置に向かって駆動される。
【００４１】
したがって、ピストン７２の一方の側部にあるチャンバーへの空気の供給を制御することによって、内側シャフト３を引込位置と伸展位置との間で駆動できる。
ピストン７２の一方の側部に加圧された空気を供給するための経路９ａ，９ｂが設けられ、経路９ａ，９ｂは、図２に見ることができる。第１経路９ａは、工具２２，３２が搭載されたシャフト２，３の端部に最も近いピストン７２の側部に空気を供給するように配置され、第２経路９ｂは、ピストン７２の反対側に空気を供給するために設けられている。給気密封軸受１０は、工具３２，２２が搭載されたスピンドルの端部の反対側端部に設けられている。この給気密封軸受１０は、第１供給経路９ａ及び第２供給経路９ｂに空気を供給するように構成されている。
【００４２】
第１空気供給経路９ａは、延長部２５に設けられた通路９ａを介して、給気密封軸受１０の領域から外側シャフト２の主要部に達するまで通じている。尚、外側シャフト２の主要部に達した位置では、第１空気供給経路９ａは、工具２３，３２が搭載されたシャフト２，３の端部に最も近いピストン７１の側部に通じている。一方、第２空気供給経路９ｂは、通路９ｂを備え、通路９ｂは、給気密封軸受１０の領域からの延長部２５に配設され、ピストン７２の反対側にあるチャンバー内に直接出ている。図２，３に示すように、２つの空気供給経路、もしくは、延長部２５における空気供給経路９ａ，９ｂにおける、少なくとも２つの空気供給経路部は、円周方向に互いに離間されている。
【００４３】
空気供給経路９ａ，９ｂはそれぞれ、給気密封軸受１０の領域に個別の入口９１ａ，９１ｂを備えている。これらの空気供給入口９１ａ，９１ｂは、軸方向に互いに離間されている。本実施形態では、これら空気供給入口もまた、円周方向に互いに離間されている。
【００４４】
給気密封軸受１０は、スピンドル１の本体における後部カバー１ａの内部に搭載された、略環状の部品である。給気密封軸受１０の内側曲面は、本実施形態では給気密封軸受１０のボアを通過しつつ、延長部２５の外側曲面と対面している。給気密封軸受１０の内側曲面は、軸方向に互いに離間された２つの円周溝１１ａ，１１ｂを備えている。第１円周溝１１ａは、第１空気供給経路９ａへの入口９１ａと軸方向に一列に並び、第２円周溝１１ｂは、第２空気供給経路９ｂの入口９１ｂと軸方向に一列に並んでいる。本実施形態ほど好ましくない代案では、円周溝は、円周溝１１ａ，１１ｂの代わりに設けられた、簡素な入口９１ａ，９１ｂ及び簡素な出口の位置にある延長部の外面に配設されてもよい。
【００４５】
また、給気密封軸受１０は、軸受を空気軸受として機能させるとともに密封をもたらすことを可能にする空気ジェット１２と、給気密封軸受１０によって形成された空気軸受から排気を排出させる排気溝１３とを備えている。注目すべきは、給気密封軸受１０が、外側シャフト延長部２５に２つの個別の給気を供給するように構成された非接触密封軸受であることである。
【００４６】
詳細が図示されていないものの、個別の給気源は、軸方向に離間され、独立して制御可能な円周溝１１ａ，１１ｂに設けられている。つまり、空気をピストン７２におけるどちらか一方の側部に選択可能に送り込むことが可能である。さらに、溝１１ａ，１１ｂの各々を選択的に給気源に接続して、ピストン７２における対応する側部に空気を送り込む、もしくは、溝１１ａ，１１ｂの各々を接続して、ピストンにおける対応する側部からの空気を大気へ排出させるバルブが設けられている。
【００４７】
給気密封軸受１０によって、２つの独立した空気の送出がシャフトにもたらされる。
スピンドルの作動時、ピストン７２の一方の側部にあるチャンバーに個別の空気経路９ａ，９ｂのうちの１つを介して空気が送り込まれているとき、個別の空気経路９ａ，９ｂのうちの残りの１つが大気に接続されて、ピストンの各側にあるチャンバー内の空気は流出できる。このようにして既知の空気圧をピストン７２の片側に印加して、ピストン７２の反対側の空気が放出されるように、再現可能な力を内側シャフト３に作用させてもよい。
【００４８】
本スピンドルの動作において、内側シャフト３を完全に伸展位置もしくは完全に引込位置に保持するために、空気圧は、ほぼ常時、ピストン７２のどちらか一方側に対して維持される。システムの状態を完全な引込状態から完全な伸展状態へと変化させたいとき、空気の送出及びピストン７２の各側からの空気の放出を制御された方法で制御するバルブ（図示せず）を使用することによって、制御された方法で、システムの状態を完全な引込状態から完全な伸展状態へと変化させることが可能である。
【００４９】
完全を期すため、外側シャフト延長部２５と、ピストン軸部７１と、内側シャフト３とを通る中心ボアは、作動中に、研削ホイールに冷却剤を供給するためのものであることが挙げられる。この冷却剤の供給源と、研削ホイール２２，３２から離れた中心ボアの端部との間に回転連結器Ｃが設けられている。
【００５０】
他の形態として、一般的な非接触空気軸受密封ユニットを設けることで、上述の給気密封軸受と、冷却液を送出可能な回転結合器との機能を組み合わせてもよい。このような一般的な密封ユニットは、給気密封軸受と回転結合器とに置き換わり得る。このような機器は、回転結合器の密封面同士が接触することで生じ得る、好ましくない振動作用を排除するのに役立ち得る。
【００５１】
本実施形態では、シャフトアセンブリ２３が回転中に、内側シャフト３が外側シャフト２に対して軸方向に移動可能であり、内側シャフト３の伸展及び引込の速度を精密に制御する能力とともに伸展機構及び引込機構から機械部品を排除することで、より一層滑らかに作動可能であり、振動によって生じ得る、好ましくない作用を避けることができる。
【００５２】
機械部品を避けることで、位置再現特性が改善されるとともに、メンテナンスの必要性が低減される。さらに、位置クリープ、非安定系、振動、及びスプリングの衰えに伴う問題が低減もしくは排除される。
【００５３】
他の形態として、複数のピストンが設けられてもよい。これらピストンは、軸配列、つまり、軸方向において一方のピストンが他方のピストンの後ろに配置されてもよい。動力は、各ピストンの両側に供給されてもよい。このような構成によれば、内側シャフトの伸展及び／もしくは引込において、より大きな力を内側シャフトに印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明を具現化している機械加工スピンドルを断面図で示している。
【図２】図１に示されたスピンドルの空気式アクチュエータ構成における別の断面部を、スピンドルを透視し、より明確となるように拡大寸法で示している。
【図３】図１に示されたスピンドルの流体供給密封軸受を断面図で示している。
【図４】図１に示されたスピンドルの一部を断面図で示し、スピンドルの２つのシャフト間で駆動力を伝達するのに使用される１対の駆動ピンの１つを図示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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