(57)【要約】  【課題】  主軸の振動を抑えて高精度な加工を行えるスピンドル装置を提供する。  【解決手段】  主ハウジング１０１Ａにおいて供給通路１０１ａの吐出口を周溝１０１ｃにつなげており、副ハウジング１０１Ｂにおいて供給通路１０１ｂの吐出口を周溝１０１ｄにつなげているので、例え主ハウジング１０１Ａ、副ハウジング１０１Ｂ又は主軸１０２の断面が真円でない場合でも、周溝１０１ｃ、１０１ｄが供給通路１０１ａ、１０１ｂから供給される空気が全周にわたりほぼ均一な圧力の一時的な蓄積領域となって、回転に伴う静圧スキマと吐出口との位置関係によらず圧力の急激な変動を抑えることができ、それにより主軸１０２の外周面に付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制できる。【選択図】    図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動手段により駆動されて回転する主軸と、前記主軸の周囲に配置されたハウジングと、前記主軸を回転自在に支持する静圧軸受とを有するスピンドル装置において、
前記ハウジングは、流体供給源から供給された流体を前記主軸と前記ハウジングとの間に供給する供給通路を有し、前記静圧軸受は、前記流体を供給されることで、前記ハウジングに対して前記主軸を支持し、
前記主軸の外周面と前記ハウジングの内周面の少なくとも一方に、前記供給通路につながった凹部を設けており、前記凹部の開口断面積は、前記供給通路の最小断面積より大きいことを特徴とするスピンドル装置。
【請求項２】
前記凹部は前記ハウジングの内周面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
【請求項３】
前記主軸の外周面には、軸線方向に延在する浅溝が、周方向に並んで複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスピンドル装置。
【請求項４】
前記浅溝は、ヘリングボーン形状を有していることを特徴とする請求項３に記載のスピンドル装置。
【請求項５】
前記凹部は前記主軸の外周面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
【請求項６】
前記凹部は、周方向に延在する周溝であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドル装置。
【請求項７】
前記供給通路の吐出口は、周面において軸線方向に離れて複数設けられており、前記吐出口から供給された流体は、隣接する前記供給通路と反対側における前記主軸の外周面と前記ハウジングの内周面との間を通って外部へと流出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスピンドル装置。
【請求項８】
駆動手段により駆動されて回転する主軸と、前記主軸の周囲に配置されたハウジングと、前記主軸を回転自在に支持する静圧軸受とを有するスピンドル装置において、
前記ハウジングは、流体供給源から供給された流体を前記主軸と前記ハウジングとの間に供給する供給通路を有し、前記静圧軸受は、前記流体を供給されることで、前記ハウジングに対して前記主軸を支持し、
前記主軸の軸線方向を向いた面と、前記ハウジングのそれに対向する軸線方向を向いた面の少なくとも一方に、前記供給通路につながった凹部を設けており、前記凹部の開口断面積は、前記供給通路の最小断面積より大きいことを特徴とするスピンドル装置。
【請求項９】
前記凹部は前記ハウジングの軸線方向を向いた面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のスピンドル装置。
【請求項１０】
前記主軸の軸線方向を向いた面には、半径方向に延在する浅溝が、周方向に並んで複数形成されていることを特徴とする請求項９に記載のスピンドル装置。
【請求項１１】
前記浅溝は、ヘリングボーン形状を有していることを特徴とする請求項１０に記載のスピンドル装置。
【請求項１２】
前記凹部は、前記主軸の軸線方向を向いた面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のスピンドル装置。
【請求項１３】
前記凹部は、周方向に延在する周溝であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のスピンドル装置。
【請求項１４】
前記供給通路の吐出口は、前記軸線方向を向いた面において半径方向に離れて複数設けられており、前記吐出口から供給された流体は、隣接する前記供給通路と反対側における前記主軸及び前記ハウジングの軸線方向を向いた面間を通って外部へと流出することを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載のスピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドル装置に関し、特に高精度な加工を行える工作機械に用いられると好適なスピンドル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のスピンドル装置としては、その主軸の回転を、玉軸受あるいはころ軸受に代表される転がり軸受や、油又は空気に代表される作動流体の静圧を利用した静圧軸受で支承しているものが一般的であった。
【０００３】
ここで、転がり軸受を用いたスピンドル装置は、ボールあるいはころが内外輪の間を転走するので、低速回転においては特に問題が生じないものの、高速回転においては振動や摩擦熱が発生し、スピンドル主軸の振れ回りや発熱等の問題が生じていた。また、内外輪の転走面を潤滑する必要があり、ランニングコストが嵩む他、メインテナンスに手間がかかるという問題点もあった。
【０００４】
一方、静圧軸受は流体の静圧によって軸を支承するので、これを用いたスピンドル装置（特許文献１参照）は、転がり軸受を用いたものに比べ高い回転精度を期待できるという利点がある。従って静圧軸受は、光学素子の光学面を成形する光学素子用成形金型の転写光学面を加工する加工機に用いると好適である。
【特許文献１】特開平７−１９２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、静圧軸受を用いたスピンドル装置の場合、主軸又はそれを覆うハウジングの形状精度が悪い場合、以下に述べる問題がある。即ち、主軸の外形又はハウジングの内形が真円でない場合、或いは主軸又はハウジングが反っている場合、主軸とハウジングとのスキマ（静圧スキマという）が周方向において不均一となる。静圧軸受においては、例えばハウジングに設けた供給通路を介して外部の流体供給源から流体を静圧スキマ内に送出することで主軸の支持力を得ているが、静圧スキマの小さい領域が供給通路の吐出口に対向すると局所的に流体の圧力が増大し、逆に静圧スキマの大きな領域が供給通路の吐出口に対向すると局所的に流体の圧力が減少することとなる。即ち、主軸が回転することに応じて、その外周において局所的に圧力の変化が生じ、それにより主軸に振れや振動が発生することとなる。振れや振動が発生すると、それに取り付けたワークや工具の振動を招き、高精度な加工が困難となる。
【０００６】
又、研削加工に用いる砥石スピンドルやフライカットに用いる工具スピンドルでは、通常、スピンドルの回転速度は１０，０００ｍｉｎ−１を超えることが多く、従ってこのような高速回転仕様では、主軸の質量をできるだけ小さくすることが、駆動モータを小型化して消費電力や発熱量を抑え、それとの相乗効果でスピンドル装置を取り付ける加工機の小型化・低コスト化を図るために重要である。しかし、主軸の質量を低減して小型化を図ると、静圧軸受を用いたスピンドル装置では、静圧軸受面積が減少し、急激に剛性が低下して、加工負荷などによって容易に回転する主軸に振れや振動が発生するようになる。かかる場合、高精度な加工は困難となる。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、主軸の振動を抑えて高精度な加工を行えるスピンドル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のスピンドル装置は、駆動手段により駆動されて回転する主軸と、前記主軸の周囲に配置されたハウジングと、前記主軸を回転自在に支持する静圧軸受とを有するスピンドル装置において、
前記ハウジングは、流体供給源から供給された流体を前記主軸と前記ハウジングとの間に供給する供給通路を有し、前記静圧軸受は、前記流体を供給されることで、前記ハウジングに対して前記主軸を支持し、
前記主軸の外周面と前記ハウジングの内周面の少なくとも一方に、前記供給通路につながった凹部を設けており、前記凹部の開口断面積は、前記供給通路の最小断面積より大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の原理を図面を参照して説明する。図１は、本発明にかかるスピンドル装置の一例を示す軸線直交方向の概略断面図である。図１において、主軸Ｓを覆うハウジングＨは、その外周から半径方向内方に延在する供給通路Ｐを、周方向に３カ所、等間隔で設けている。供給通路Ｐは、外部の流体供給源である正圧ポンプＰに接続されており、そこから配管を介して加圧された空気を受けるようになっている。ハウジングＨの内周面には、各供給通路Ｐにつながった凹部ＣＶが形成されている。凹部ＣＶは、主軸Ｓの外周面に対向している。凹部ＣＶの開口断面積（開口している領域の面積をいう）は、供給通路Ｐの最小断面積より大きくなっている。
【００１０】
ここで、主軸Ｓの外周面が真円でないものとする。すると、非円断面状態を誇張して示す図１から明らかなように、主軸ＳとハウジングＨとの間の静圧スキマが周方向において変化する。かかる場合、凹部ＣＶが設けられていないとすると、静圧スキマの小さい領域が供給通路Ｐ（図１では上方の供給通路）の吐出口に対向すると局所的に流体の圧力が増大し、逆に静圧スキマの大きな領域が供給通路Ｐ（図１では左右の供給通路）の吐出口に対向すると局所的に流体の圧力が減少することとなる。
【００１１】
これに対し本発明によれば、供給通路Ｐの内端を凹部ＣＶにつなげているので、静圧スキマの小さい領域が供給通路Ｐ（図１では上方の供給通路）に対向したときに、凹部ＣＶが供給通路Ｐから供給される空気が全周にわたりほぼ均一な圧力の一時的な蓄積領域となって、回転に伴う静圧スキマと吐出口との位置関係によらず圧力の急激な変動を抑えることができ、それにより主軸Ｓの外周面に付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制できる。
【００１２】
ここで、静圧軸受とは、前記主軸の表面と、それに対向する前記ハウジングの表面との間に画成されるスキマに、加圧された流体が供給されることにより、非接触状態で支持するものをいう。又、「前記供給通路につながった凹部」とは、前記凹部が前記ハウジングに形成されている場合には、前記供給通路と直接つながっており、前記凹部が前記主軸に形成されている場合には、前記ハウジングと前記主軸との間のスキマを介して前記供給通路と直接つながっているものをいう。
【００１３】
尚、本発明（以下の発明を含む）で用いる流体としては、静圧を発生させることができる媒体であれば、液体・気体を問わず用いることができるが、取り扱い容易性を考慮すると気体が好ましく、更に空気であれば安価に利用できるのでより好ましい。又、供給通路は主軸側に設けられていても良い。更に、回転するのはハウジング側であって、主軸は固定する構成であっても良い。
【００１４】
請求項２に記載のスピンドル装置は、請求項１に記載の発明において、前記凹部は前記ハウジングの内周面に形成されていることを特徴とする。前記凹部を前記ハウジングの内周面に形成すると、前記ハウジングに設けた前記供給通路との相対位置を適切に設定することができる。
【００１５】
請求項３に記載のスピンドル装置は、請求項２に記載の発明において、前記主軸の外周面には、軸線方向に延在する浅溝が、周方向に並んで複数形成されていることを特徴とする。
【００１６】
図２は、本発明のスピンドル装置の一例を示す概略部分断面斜視図である。図２において、ハウジングＨの内周面には、周方向に等間隔に３つの供給通路Ｐが２列に形成され（２つのみ図示）、周方向に並んだ供給通路Ｐの内端は、周溝である凹部ＣＶにつながっている。主軸Ｓの外周面には、軸線方向に延在する浅溝Ｇが、複数本、周方向に等間隔に形成されている。浅溝Ｇは、半径方向に見たときに前記供給通路と一部が重合する。より具体的には、浅溝Ｇは、少なくとも２列に並んだ供給通路Ｐに対して、その両端が軸線方向外方に位置するように形成されている。
【００１７】
主軸ＳとハウジングＨの間の軸受スキマが小さいと、軸線方向において供給通路Ｐに近い領域と遠い領域とで静圧が不均一となり、十分な支持剛性を得にくいということがある。一方、軸受スキマを大きくすると、静圧の不均一さは解消されるが、静圧自体が低くなって十分な支持剛性が得られない。これに対し、本発明によれば、軸線方向に延在する浅溝Ｇを介して、供給通路Ｐから流出した流体を均一に分配でき、それにより供給通路Ｐから遠い領域の静圧を増大させて、支持剛性を高めることができる。又、主軸Ｓの外周面に、周方向に等間隔に浅溝Ｇを形成すると、供給通路Ｐの吐出口に対向する領域の静圧スキマが主軸Ｓの回転に伴い周期的に変わることになるが、上述したように凹部ＣＶが設けられているので、主軸Ｓの外周面に付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制することができる。
【００１８】
請求項４に記載のスピンドル装置は、請求項３に記載の発明において、前記浅溝は、ヘリングボーン形状を有していることを特徴とする。
【００１９】
図３は、本発明のスピンドル装置の一例を示す概略部分断面斜視図である。図３において、ハウジングＨの内周面には、周方向に等間隔に３つの供給通路Ｐが２列に形成され（２つのみ図示）、周方向に並んだ供給通路Ｐの内端は、周溝である凹部ＣＶにつながっている。主軸Ｓの外周面には、ヘリングボーン形状の浅溝（螺旋溝の一部、ただしねじれが逆方向のものを一対組み合わせている）Ｇが、複数本、周方向に等間隔に形成されている。浅溝Ｇは、少なくとも２列に並んだ供給通路Ｐに対して、その両端が軸線方向外方に位置するように形成されている。
【００２０】
本発明によれば、図２を参照して上述した効果に加え、更に主軸Ｓの回転に応じて、ヘリングボーン形状の浅溝Ｇにより軸線方向に並んだ供給通路Ｐの間に動圧を与えることで、より支持剛性を高めることができる。ところで、ヘリングボーンの動圧効果を得るためには、主軸Ｓの回転が一方向に限定されるが（図３参照）、例えば研削加工に用いる砥石スピンドルやフライカットに用いる工具スピンドルでは、工具に方向性があるため通常回転方向が決まっているため、これらの用途では回転方向が限定されることは全く問題とならない。
【００２１】
請求項５に記載のスピンドル装置は、請求項１に記載の発明において、前記凹部は前記主軸の外周面に形成されていることを特徴とする。前記主軸の外周面に凹部を形成することにより、加工が容易になる。
【００２２】
請求項６に記載のスピンドル装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記凹部は、周方向に延在する周溝であることを特徴とする。前記凹部を周溝とする方が、連続的な加工を行えるので加工が容易となる。又、主軸の回転に伴う静圧の圧力変動を抑える上でも、周上では流体の圧力がほぼ均等になり静圧スキマが変動しても吐出口周辺で圧力変動が起きないので、周溝である方が有利である。
【００２３】
請求項７に記載のスピンドル装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記供給通路は軸線方向に離れて複数設けられており、前記供給通路から供給された流体は、隣接する前記供給通路と反対側における前記主軸の外周面と前記ハウジングの内周面との間を通って外部へと流出することを特徴とする。
【００２４】
図２を参照するに、軸線方向に並んだ供給通路Ｐから供給された流体の一部は、それらの間に向かうが、供給通路Ｐの間に流体の排出路を設けると、そこから流体が漏れ出てしまうため、静圧が供給通路Ｐから離れるに従い低下する恐れがある。これに対し、軸線方向に並んだ供給通路Ｐの間に排出路を設けないと、本発明のように、供給された流体は、隣接する前記供給通路と反対側における前記主軸の外周面と前記ハウジングの内周面との間を通って外部へと流出するのみであるので、供給通路Ｐの間では静圧が低下せず、支持剛性を高めることができる。
【００２５】
請求項８に記載のスピンドル装置は、駆動手段により駆動されて回転する主軸と、前記主軸の周囲に配置されたハウジングと、前記主軸を回転自在に支持する静圧軸受とを有するスピンドル装置において、
前記ハウジングは、流体供給源から供給された流体を前記主軸と前記ハウジングとの間に供給する供給通路を有し、前記静圧軸受は、前記流体を供給されることで、前記ハウジングに対して前記主軸を支持し、
前記主軸の軸線方向を向いた面と、前記ハウジングのそれに対向する軸線方向を向いた面の少なくとも一方に、前記供給通路につながった凹部を設けており、前記凹部の開口断面積は、前記供給通路の最小断面積より大きいことを特徴とする。
【００２６】
請求項１に記載の発明においては、ラジアル用の静圧軸受に本発明を適用したものであるが、同様の効果は、請求項８に記載の本発明のように、スラスト用の静圧軸受に適用しても得ることができる。より具体的には、前記供給通路の端部を前記凹部につなげているので、静圧スキマの小さい領域が供給通路に対向したときに、前記凹部が前記供給通路から供給される空気が全周にわたりほぼ均一な圧力の一時的な蓄積領域となって、回転に伴う静圧スキマと吐出口との位置関係によらず圧力の急激な変動を抑えることができ、それにより前記主軸の軸線方向を向いた面に付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制できる。尚、「主軸の軸線方向を向いた面」とはフランジ面であると、広い静圧面積を確保できるので好ましい。
【００２７】
請求項９に記載のスピンドル装置は、請求項８に記載の発明において、前記凹部は前記ハウジングの軸線方向を向いた面に形成されていることを特徴とする。前記凹部を前記ハウジングの軸線方向を向いた面に形成すると、前記ハウジングに設けた前記供給通路との相対位置を適切に設定することができる。
【００２８】
請求項１０に記載のスピンドル装置は、請求項９に記載の発明において、前記主軸の軸線方向を向いた面には、半径方向に延在する浅溝が、周方向に並んで複数形成されていることを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、半径方向に延在する前記浅溝を介して、前記供給通路から流出した流体を均一に分配でき、それにより前記供給通路から遠い領域の静圧を増大させて、支持剛性を高めることができる。又、前記主軸の軸線方向を向いた面に、周方向に等間隔に前記浅溝を形成すると、前記供給通路の吐出口に対向する領域の静圧スキマが周期的に変わることになるが、上述したように前記凹部が設けられているので、前記主軸の外周面に付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制することができる。
【００３０】
請求項１１に記載のスピンドル装置は、請求項１０に記載の発明において、前記浅溝は、ヘリングボーン形状を有していることを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、上述した効果に加え、更に前記主軸の回転に応じて、ヘリングボーン形状の浅溝により軸線方向に並んだ前記供給通路の間に動圧を与えることで、より支持剛性を高めることができる。
【００３２】
請求項１２に記載のスピンドル装置は、請求項８に記載の発明において、前記凹部は、前記主軸の軸線方向を向いた面に形成されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１３に記載のスピンドル装置は、請求項８〜１２のいずれかに記載の発明において、前記凹部は、周方向に延在する周溝であることを特徴とする。前記凹部を周溝とする方が、連続的な加工を行えるので加工が容易となる。又、主軸の回転に伴う静圧の圧力変動を抑える上でも、周上では流体の圧力がほぼ均等になり静圧スキマが変動しても吐出口周辺で圧力変動が起きないので、周溝である方が有利である。
【００３４】
請求項１４に記載のスピンドル装置は、請求項８〜１３のいずれかに記載の発明において、前記供給通路の吐出口は、前記軸線方向を向いた面において半径方向に離れて複数設けられており、前記吐出口から供給された流体は、隣接する前記供給通路と反対側における前記主軸及び前記ハウジングの軸線方向を向いた面間を通って外部へと流出することを特徴とする。
【００３５】
軸線方向に並んだ前記供給通路の間に排出路を設けないと、本発明のように、供給された流体は、隣接する前記供給通路と反対側における前記主軸及び前記ハウジングの軸線方向を向いた面間を通って外部へと流出するのみであるので、供給通路の間では静圧が低下せず、支持剛性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、主軸の振動を抑えて高精度な加工を行えるスピンドル装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。本発明の実施の形態にかかるスピンドル装置は、図４に示す２軸旋削精密加工機に用いることができる。図４において、不図示の制御装置によってＸ軸方向に駆動されるＸ軸テーブル２が、定盤１上に配置されている。Ｘ軸テーブル２上には、ダイヤモンド工具３が工具取り付け部７を介して取り付けられている。又、不図示の制御装置によってＺ軸方向に駆動されるＺ軸テーブル４が、定盤１上に配置されている。Ｚ軸テーブル４上には、駆動制御機構６と、駆動制御機構６により制御されるスピンドル装置ＳＤが設けられている。スピンドル装置ＳＤの主軸は、例えば光学素子用成形金型の被加工物Ｍを取り付け可能となっている。かかる２軸旋削精密加工機を用いて、光学素子用成形金型の転写光学面を高精度に切削できる。
【００３８】
更に、本発明の実施の形態にかかるスピンドル装置は、図５に示す旋削精密加工機に用いることができる。図５において、定盤１１上にＸ軸方向に駆動されるＸ軸テーブル１２とＺ軸方向に駆動されるＺ軸テーブル１４が取り付けられている。Ｘ軸テーブル１２上には、工具１３を旋回することが出来る旋回軸（Ｂ軸）１８が取り付けられており、その旋回軸１８の上には、工具取り付け部１７が取り付けられている。Ｚ軸テーブル１４上には、駆動制御機構１６と、駆動制御機構１６により制御されるスピンドル装置ＳＤが設けられている。スピンドル装置ＳＤの主軸は、例えば光学素子用成形金型の被加工物Ｍを取り付け可能となっている。かかる旋削精密加工機を用いて、光学素子用成形金型の転写光学面を高精度に切削できる。
【００３９】
更に、本発明の実施の形態にかかるスピンドル装置は、図６に示す、直交３軸の可動ステ一ジと、ダイヤモンド工具を回転させる回転機構とを有する超精密加工機に用いることができる。図６において、定盤２１上にＸ軸方向に駆動するＸ軸テーブル２２とＺ軸方向に駆動するＺ軸テーブル２４が取り付けられている。Ｘ軸テーブル２２上には、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸ステージ２６が取り付けられ、Ｙ軸ステージ２６上にスピンドル機構ＳＤが配置され、その主軸が、ダイヤモンド工具２３を回転させるための回転部２７に連結されている。その回転軸はＺ軸と平行である。また、Ｚ軸テーブル２４上には、被加工物Ｍが固定されている。
【００４０】
更に、本発明の実施の形態にかかるスピンドル装置は、図７に示すミーリング加工機に用いることができる。図７において、定盤４１上にＸ軸方向に駆動するＸ軸ステージ４２とＺ軸方向に駆動するＺ軸ステージ４４が取り付けられている。Ｘ軸テーブル４２上には、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸ステージ４６が取り付けられ、Ｙ軸ステージ４６にはダイヤモンド工具４３を回転させるスピンドル装置ＳＤがアーム４５により支持されている。アーム４５に組み込まれたスピンドル装置ＳＤの主軸の端面に、回転中心から半径方向に例えば１５ｍｍ離れた位置に工具刃先がくるように取り付け、Ｚ軸ステージ４４上に固定された被加工物Ｍに対して、Ｙ軸方向に切り込みを与え、Ｘ軸方向にダイヤモンド工具４３を送って切削加工を行う。
【００４１】
図８は、本実施の形態のスピンドル装置の断面図である。図８のスピンドル装置ＳＤは、例えば図７のミーリング加工機に組み込むことができるが、それに限られず、図４〜６の加工機或いはそれ以外の加工機にも組み込むことができるのはいうまでもない。
【００４２】
図８において、中空円筒状のハウジング１０１内に、円筒状の主軸１０２が嵌入されている。両者のスキマは１０μｍ程度である。主軸１０２は、図８で左端近傍にフランジ１０２ａを有し、中央に貫通孔１０２ｂを有している。ハウジング１０１は、フランジ１０２ａに対して右方に配置された主ハウジング１０１Ａと、フランジ１０２ａに対して左方に配置された副ハウジング１０１Ｂと、フランジ１０２ａの半径方向外方において主ハウジング１０１Ａと副ハウジング１０１Ｃを連結してなるリングブロック１０１Ｃとからなる。
【００４３】
主ハウジング１０１Ａは、一端が外周面に開口し外部の流体供給源である正圧ポンプＰ＋に接続された供給通路１０１ａを有している。供給通路１０１ａの他端は、主ハウジング１０１Ａの内周面において、軸線方向に並んで３列で且つ周方向に１２０度等間隔で主軸１０２の外周面に対向して開口している（これらを吐出口Ａ，Ｂ、Ｃという）と共に、主ハウジング１０１Ａの端面において、フランジ１０２ａに対向して、周方向に１２０度等間隔で開口している（これを吐出口Ｄという）。供給通路１０１ａの各吐出口においては、小穴（供給通路の最小断面積を規定する）のあいた絞り部材１０３が嵌合されている。供給通路１０１ａの吐出口Ａ，Ｂ、Ｃに接続するようにして、主ハウジング１０１Ａの内周面には周溝（凹部）１０１ｃが形成されている。尚、主ハウジング１０１Ａは、その内部に、冷却水を流す冷却ジャケット１０１ｆを有しているが、これは供給通路１０１ａとは非接続状態にある。
【００４４】
副ハウジング１０１Ｂは、一端が外周面に開口し外部の流体供給源である正圧ポンプＰ＋に接続された供給通路１０１ｂを有している。供給通路１０１ｂの他端は、副ハウジング１０１Ｂの内周面において、軸線方向に並んで２列で且つ周方向に１２０度等間隔で主軸１０２の外周面に対向して開口している（これらを吐出口Ｅ，Ｆ）と共に、副ハウジング１０１Ｂの端面において、フランジ１０２ａに対向して、周方向に１２０度等間隔で開口している（これを吐出口Ｇという）。供給通路１０１ｂの各吐出口においては、小穴のあいた絞り部材１０３が嵌合されている。供給通路１０１ｂの吐出口Ｅ，Ｆに接続するようにして、副ハウジング１０１Ｂの内周面には周溝（凹部）１０１ｄが形成されている。
【００４５】
リングハウジング１０１Ｃには、その内周と主軸１０２のフランジ１０２ａとの間のスキマから、外周に抜ける排気口１０１ｋが設けられている。
【００４６】
主ハウジング１０１Ａに隣接して、駆動手段であるモータ１０４が設けられている。モータ１０４は、モータケース１０４ａと、主軸１０２に取り付けられたロータ１０４ｂと、ロータ１０４ｂの半径方向外方であってモータケース１０４ａ内に配置されたコイル１０４ｃとからなり、コイル１０４ｃに外部から電力を供給することによって、主軸１０２を回転駆動することができるものである。
【００４７】
主軸１０２の右端には、縮径円筒部１０２ｄが同軸に形成されている。縮径円筒部１０２ｄは、その外周に一体的に回転するエンコーダ板１０５ｂを取り付けている。エンコーダ１０５ａは、エンコーダ板１０５ｂの回転角度を検出し、主軸１０２の回転角度を求めることができる。
【００４８】
縮径円筒部１０２ｄの先端は、吸引ケース１０６に挿入されている。吸引ケース１０６は、不図示のフレームに取り付けられており、その開口端には、縮径円筒部１０２ｄに対向して円管多孔質状の静圧パッド１０６ａを配置している。静圧パッド１０６ａの背面側で吸引ケース１０６に設けられた供給通路１０６ｃは、正圧ポンプＰ＋に接続され、これを介して縮径円筒部１０２ｄの外周面と、静圧パッド１０６ａの内周面との間に加圧された空気を供給することで、吸引ケース１０６と縮径円筒部１０６ｄとの接触が回避される。吸引ケース１０６の内部空間は、主軸１０２の貫通孔１０２ｂ及び排出口１０６ｂに連通しており、排出口１０６ｂに接続された負圧ポンプＰ−により、貫通孔１０２ｂ内の空気が吸引されるようになっている。
【００４９】
主軸１０２の左端は平坦面となっており、またボルト孔１０２ｇが設けられているため、これを利用して、工具Ｔを保持するホルダＨＤを取り付けることができる。ホルダＨＤの取り付け面を主軸１０２に押し当てた状態で、負圧ポンプＰ−を駆動すると、吸引ケース１０６を介して貫通孔１０２ｂ内の空気が吸引されて負圧になるので、大気圧との差圧によりホルダＨＤは主軸１０２に対して固定される。かかる段階で主軸１０２を回転しながら、ホルダＨＤの芯出しを行う。ホルダＨＤの芯出しが行われた後、ボルトＢＴをボルト孔１０２ｇに螺合することでホルダＨＤを主軸１０２に固定する。ホルダＨＤをボルトＢＴを用いて主軸１０２に固定すれば、主軸１０２を高速に回転駆動させた場合でも、遠心力などにより脱落やずれを招くことはない。
【００５０】
図８のスピンドル装置ＳＤを、図７のミーリング加工機に組み込んだ状態で動作させたとき、正圧ポンプＰ＋から供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｅ，Ｆを介して主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂの内部に供給される空気によって、主軸１０２は、主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂに対して非接触状態で支持されるため、工具Ｔから受けるラジアル方向の荷重を受けることができる。又、正圧ポンプＰ＋から供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口Ｄ、Ｇを介して主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂの内部に供給される空気によって、主軸１０２のフランジ１０２ａが主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂに対して非接触状態で支持されるため、工具Ｔから受けるスラスト方向の荷重を受けることができる。かかる状態でモータ１０４を駆動すると、主軸１０２が回転する。回転駆動時に加熱される主軸１０２は、冷却ジャケット１０１ｆに供給される冷却水により冷却され、その熱膨張が抑えられるようになっている。又、例え回転する主軸１０２と縮径円筒部１０２ｄとが偏心していたような場合にも、静圧パッド１０６ａから吐出される空気の静圧を用いて、縮径円筒部１０２ｄと吸引ケース１０６とのスキマは維持され、互いに接触することが防止される。
【００５１】
このとき、主ハウジング１０１Ａにおいて供給通路１０１ａの吐出口を周溝１０１ｃにつなげており、副ハウジング１０１Ｂにおいて供給通路１０１ｂの吐出口を周溝１０１ｄにつなげているので、例え主ハウジング１０１Ａ、副ハウジング１０１Ｂ又は主軸１０２の断面が真円でない場合でも、周溝１０１ｃ、１０１ｄが供給通路１０１ａ、１０１ｂから供給される空気が全周にわたりほぼ均一な圧力の一時的な蓄積領域となって、回転に伴う静圧スキマと吐出口との位置関係によらず圧力の急激な変動を抑えることができ、それにより主軸１０２の外周面に付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制できる。
【００５２】
尚、供給通路１０１ａから供給された空気は、主軸１０２と主ハウジング１０１Ａとの間を通過し、モータ１０４の間のスキマから外部へ流出する。又、供給通路１０１ｂから供給された空気は、主軸１０２と副ハウジング１０１Ｂとの間を通過し、ホルダＨＤの近傍から外部へ流出する。従って、内周に開放した軸線方向に並んだ供給通路１０１ａの吐出口Ａ、Ｂ、Ｃと、供給通路１０１ｂの吐出口Ｅ，Ｆの間に排出路を設けていないことから、供給された流体は、主軸１０２の外周面とハウジング１０１Ａ、１０１Ｂの内周面との間を通って外部へと流出するのみであるので、吐出口の間では静圧が低下せず、支持剛性を高めることができる。
【００５３】
図９は、別な実施の形態にかかるスピンドル装置のフランジを示す断面図である。本実施の形態において、図８に示す実施の形態と異なるのは、主軸１０２のフランジの軸線方向を向いた両面に、半径方向に並んだ周溝（凹部）１０１ｓ、１０１ｔを設けた点である。それ以外の点については、上述した実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
より具体的には、主ハウジング１０１Ａの軸線方向端面において、フランジ１０２ａの軸線方向を向いた面に対向して、周方向に１２０度等間隔で、且つ半径方向に並んで開口している（これを吐出口Ｄ、Ｈという）。供給通路１０１ａの各吐出口においては、小穴（供給通路の最小断面積を規定する）のあいた絞り部材１０３が嵌合されている。供給通路１０１ａの吐出口Ｄ、Ｈに接続するようにして、主ハウジング１０１Ａの軸線方向端面には２列の周溝１０１ｓが形成されている。
【００５５】
副ハウジング１０１Ｂの軸線方向端面において、フランジ１０２ａの軸線方向を向いた面に対向して、周方向に１２０度等間隔で、且つ半径方向に並んで開口している（これを吐出口Ｇ，Ｉという）。供給通路１０１ｂの各吐出口においては、小穴のあいた絞り部材１０３が嵌合されている。供給通路１０１ｂの吐出口Ｇ，Ｉに接続するようにして、副ハウジング１０１Ｂの軸線方向を向いた面には２列の周溝１０１ｔが形成されている。
【００５６】
このとき、主ハウジング１０１Ａにおいて供給通路１０１ａの吐出口を周溝１０１ｓにつなげており、副ハウジング１０１Ｂにおいて供給通路１０１ｂの吐出口を周溝１０１ｔにつなげているので、例え主ハウジング１０１Ａ、副ハウジング１０１Ｂの端面又は主軸１０２のフランジ１０２ａが平面でない場合でも、周溝１０１ｓ、１０１ｔが供給通路１０１ａ、１０１ｂから供給される空気が全周にわたりほぼ均一な圧力の一時的な蓄積領域となって、回転に伴う静圧スキマと吐出口との位置関係によらず圧力の急激な変動を抑えることができ、それにより主軸１０２の外周面に付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制できる。
【００５７】
尚、供給通路１０１ａから供給された空気は、主軸１０２と主ハウジング１０１Ａとの間を通過し、半径方向外方に抜けたものは、リングハウジング１０１Ｃの排出口１０１ｋを介して、また半径方向外方に抜けたものは、主ハウジング１０１Ａを斜めに貫通する排出口１０１ｍを介して外部へ流出する。又、供給通路１０１ｂから供給された空気は、主軸１０２と副ハウジング１０１Ｂとの間を通過し、半径方向外方に抜けたものは、リングハウジング１０１Ｃの排出口１０１ｋを介して、また半径方向外方に抜けたものは、副ハウジング１０１Ｂを斜めに貫通する排出口１０１ｎを介して外部へ流出する。従って、供給通路１０１ａの吐出口Ｄ、Ｈと、供給通路１０１ｂの吐出口Ｇ，Ｉの間に排出路を設けていないことから、供給された流体は、主軸１０２のフランジ面１０２ａとハウジング１０１Ａ、１０１Ｂの端面との間を通って外部へと流出するのみであるので、吐出口の間では静圧が低下せず、支持剛性を高めることができる。
【００５８】
図１０は、本実施の形態の変形例にかかる主軸の斜視図である。本実施の形態においては、主軸１０２のフランジ１０２ａの軸線方向に見た両面に、供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口Ｄ、Ｈ及びＧ，Ｉの半径方向内側から外側にかけて延在する浅溝ＲＧを、複数本、周方向に等間隔に形成している。
【００５９】
本変形例によれば、半径方向に延在する浅溝ＲＧを介して、供給通路１０１ａ１０１ｂ（図９参照）から流出した空気を均一に分配でき、それにより供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口Ｄ、Ｈ及びＧ，Ｉから遠い領域の静圧を増大させて、支持剛性を高めることができる。又、主軸１０２のフランジ１０２ａの軸線方向を向いた面に、周方向に等間隔に浅溝ＲＧを形成すると、供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口に対向する領域の静圧スキマが周期的に変わることになるが、上述したように周溝１０１ｓ、１０１ｔが設けられているので、主軸１０１のフランジ１０１ａに付与される圧力変動を抑えて、その振れや振動を抑制することができる。
【００６０】
図１１は、本実施の形態の別の変形例にかかる主軸の斜視図である。本実施の形態においては、主軸１０２のフランジ１０２ａの軸線方向に見た両面に、供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口Ｄ、Ｈ及びＧ，Ｉに跨るようにして延在するヘリングボーン状の浅溝ＲＨＢを、複数本、周方向に等間隔に形成している。
【００６１】
本変形例によれば、上述した効果に加え、更に主軸１０２の回転に応じて、ヘリングボーン形状の浅溝ＲＨＢにより軸線方向に並んだ供給通路１０１ａ、１０１ｂの隣接する吐出口間に動圧を与えることで、より支持剛性を高めることができる。
【００６２】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、図２，３に示す浅溝を図８のスピンドル装置に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかるスピンドル装置の一例を示す軸線直交方向の概略断面図である。
【図２】本発明のスピンドル装置の一例を示す概略部分断面斜視図である。
【図３】本発明のスピンドル装置の一例を示す概略部分断面斜視図である。
【図４】２軸旋削精密加工機の斜視図である。
【図５】旋削精密加工機の斜視図である。
【図６】直交３軸の可動ステ一ジと、ダイヤモンド工具を回転させる回転機構とを有する超精密加工機の斜視図である。
【図７】ミーリング加工機の斜視図である。
【図８】本実施の形態のスピンドル装置の断面図である。
【図９】別な実施の形態にかかるスピンドル装置の断面図である。
【図１０】本実施の形態の変形例にかかる主軸の斜視図である。
【図１１】本実施の形態の別な変形例にかかる主軸の斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 定盤
２ Ｘ軸テーブル
３ ダイヤモンド工具
４ Ｚ軸テーブル
６ 駆動制御機構
７ 工具取り付け部
１１ 定盤
１２ Ｘ軸テーブル
１３ 工具
１４ Ｚ軸テーブル
１６ 駆動制御機構
１７ 工具取り付け部
１８ 旋回軸
２１ 定盤
２２ Ｘ軸テーブル
２３ ダイヤモンド工具
２４ Ｚ軸テーブル
２６ Ｙ軸ステージ
２７ 回転部
４１ 定盤
４２ Ｘ軸ステージ
４３ ダイヤモンド工具
４４ Ｙ軸ステージ
４５ アーム
４６ Ｙ軸ステージ
４７ アーム
４７ 回転機構
１０１ ハウジング
１０１Ａ 主ハウジング
１０１Ｂ 副ハウジング
１０１ａ 供給通路
１０１ｂ 供給通路
１０１ｃ 周溝
１０１ｄ 周溝
１０１ｆ 冷却ジャケット
１０２ 主軸
１０２ 縮径円筒部
１０２ａ フランジ
１０２ｂ 貫通孔
１０２ｃ 排気口
１０２ｄ 縮径円筒部
１０３ 部材
１０４ モータ
１０５ エンコーダ
１０６ 吸引ケース
１０６ａ 静圧パッド
１０６ｂ 排出口
ＢＴ ボルト
ＣＶ 凹部
Ｇ 浅溝
Ｈ ハウジング
ＨＤ ホルダ
Ｍ 材料
Ｐ＋ 正圧ポンプ
Ｐ− 負圧ポンプ
Ｓ 主軸
ＳＤ スピンドル装置
Ｔ 工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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