(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトな構成ながら軸線ズレを抑制できる静圧回転軸及びそれを用いた支持装置を提供する。【解決手段】軸線ズレが生じると、第１の絞り部の圧力伝達媒体の流れ方向下流側にある大径円筒状の静圧面ＬＳＰと支持面ＬＨＰとのスキマΔＬ’は、第２の絞り部の下流側にある小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとのスキマΔＳ’より広く、小径円筒状の静圧面ＳＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＳは、大径円筒状の静圧面ＬＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＬより大きくなるため、ズレ量に応じて増大するその力の差分（ＦＳ−ＦＬ）により、大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとのスキマと、小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとのスキマが等しくなる方向に、前記静圧回転軸ＳＲＳを移動させる。【選択図】図２
2006052794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材の支持面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において、
それぞれ前記支持面に対向する、大径円筒状の静圧面と、前記大径円筒状の静圧面に対し同軸であり且つそれより小径の小径円筒状の静圧面とを有し、
前記固定部材と前記静圧回転軸との間には、前記大径円筒状の静圧面とそれに対向する前記支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第１の絞り部と、前記小径円筒状の静圧面とそれに対向する前記支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第２の絞り部と、が設けられており、
前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線が一致している場合と比較し、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線がずれたときは、大径スキマ拡大角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少すると共に、小径スキマ縮小角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大し、且つ大径スキマ縮小角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大すると共に、小径スキマ拡大角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少し、前記大径スキマ拡大角度領域と前記小径スキマ縮小角度領域、及び前記大径スキマ縮小角度領域と前記小径スキマ拡大角度領域とは、それぞれ前記固定部材の軸線を中心とし且つそれに直交する面上への投影において、少なくとも一部が共通な角度領域となることを特徴とする静圧回転軸。
【請求項２】
前記静圧回転軸は、前記大径円筒状の静圧面を外周に形成し、前記小径の小径円筒状の静圧面を内周に形成し、更に端部に凹部を形成した円管部を有し、
前記固定部材は、前記凹部に対応した凸部を有し、
前記凸部と前記凹部とをスキマを空けて対向させることによって、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部とが形成され、前記圧力伝達媒体は前記凸部と前記凹部との間に供給されることを特徴とする請求項１に記載の静圧回転軸。
【請求項３】
前記第１の絞り部は、前記大径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置され、前記第２の絞り部は、前記小径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静圧回転軸。
【請求項４】
少なくとも前記静圧面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３のいずれかに記載の静圧回転軸。
【請求項５】
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４のいずれかに記載の静圧回転軸。
【請求項６】
固定部材と、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、を有する支持装置において、
前記固定部材は、大径円筒状の支持面と、前記大径円筒状の静圧面に対し同軸であり且つそれより小径の小径円筒状の支持面とを有し、
前記静圧回転軸は、前記大径円筒状の支持面に対向した大径円筒状の静圧面と、前記小径円筒状の支持面に対向し、前記大径円筒状の静圧面に対し同軸であり且つそれより小径の小径円筒状の静圧面とを有し、
前記固定部材と前記静圧回転軸との間には、前記大径円筒状の静圧面と前記大径円筒状の支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第１の絞り部と、前記小径円筒状の静圧面と前記小径円筒状の支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第２の絞り部と、が設けられており、
前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線が一致している場合と比較し、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線がずれたときは、大径スキマ拡大角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少すると共に、小径スキマ縮小角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大し、且つ大径スキマ縮小角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大すると共に、小径スキマ拡大角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少し、前記大径スキマ拡大角度領域と前記小径スキマ縮小角度領域、及び前記大径スキマ縮小角度領域と前記小径スキマ拡大角度領域とは、それぞれ前記固定部材の軸線を中心とし且つそれに直交する面上への投影において、少なくとも一部が共通な角度領域となることを特徴とする支持装置。
【請求項７】
前記静圧回転軸は、前記大径円筒状の静圧面を外周に形成し、前記小径の小径円筒状の静圧面を内周に形成し、更に端部に凹部を形成した円管部を有し、
前記固定部材は、前記凹部に対応した凸部を有し、
前記凸部と前記凹部とをスキマを空けて対向させることによって、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部とが形成され、前記圧力伝達媒体は前記凸部と前記凹部との間に供給されることを特徴とする請求項６に記載の支持装置。
【請求項８】
前記第１の絞り部は、前記大径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置され、前記第２の絞り部は、前記小径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の支持装置。
【請求項９】
少なくとも前記静圧面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６乃至８のいずれかに記載の支持装置。
【請求項１０】
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６乃至９のいずれかに記載の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧回転軸及びそれを用いた支持装置に関し、特に圧力伝達媒体を用いて移動可能に支持される静圧回転軸及びそれを用いた支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【非特許文献１】「Ａ  ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  ｒｏｔａｒｙ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａｎｇｌｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｅｌｆ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ２７（２００３）  ｐ．１２５−１３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。即ち、非特許文献１の流体静圧回転ベアリングは、テーパ静圧面の上流側に円筒状の絞りを有しており、径方向の変位に対して圧力伝達媒体の流量が制御されて復元力を発揮するようになっている。しかるに、非特許文献１の流体静圧回転ベアリングは、軸線がずれたときに、比較的小さな復元力しか発生しないので、装置が大型である割には半径方向の剛性が弱いという問題がある。
【０００４】
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軸線ズレを抑制できる静圧回転軸及びそれを用いた支持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】
【０００５】
請求項１に記載の静圧回転軸は、
固定部材の支持面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において、
それぞれ前記支持面に対向する、大径円筒状の静圧面と、前記大径円筒状の静圧面に対し同軸であり且つそれより小径の小径円筒状の静圧面とを有し、
前記固定部材と前記静圧回転軸との間には、前記大径円筒状の静圧面とそれに対向する前記支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第１の絞り部と、前記小径円筒状の静圧面とそれに対向する前記支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第２の絞り部と、が設けられており、
前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線が一致している場合と比較し、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線がずれたときは、大径スキマ拡大角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少すると共に、小径スキマ縮小角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大し、且つ大径スキマ縮小角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大すると共に、小径スキマ拡大角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少し、前記大径スキマ拡大角度領域と前記小径スキマ縮小角度領域、及び前記大径スキマ縮小角度領域と前記小径スキマ拡大角度領域とは、それぞれ前記固定部材の軸線を中心とし且つそれに直交する面上への投影において、少なくとも一部が共通な角度領域となることを特徴とする。
【０００６】
ここで、「スキマ」とは、前記固定部材の軸線に直交する任意の面上において、この軸線から支持面に引いた直線に沿った支持面と静圧面の距離を、その支持面の場所におけるスキマという。「大径スキマ拡大領域」とは、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線が一致している場合と比較し、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線がずれたときに、前記大径円筒状の静圧面とそれに対向する前記支持面とのスキマが増大する領域をいい、「大径スキマ縮小領域」とは、それとは逆にスキマが減少する領域をいうものとする。従って、「大径スキマ拡大角度領域」とは、「大径スキマ拡大領域」が前記固定部材の軸線に直交する任意の面上において、この軸線を頂点として成す角度の領域をいい、径方向の位置と軸線方向の位置は問わないものとし、「大径スキマ縮小角度領域」とは、「大径スキマ縮小領域」が前記固定部材の軸線に直交する任意の面上において、この軸線を頂点として成す角度の領域をいい、径方向の位置と軸線方向の位置は問わないものとする。
【０００７】
更に、「小径スキマ拡大領域」とは、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線が一致している場合と比較し、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線がずれたときに、前記小径円筒状の静圧面とそれに対向する前記支持面とのスキマが増大する領域をいい、「小径スキマ縮小領域」とは、それとは逆にスキマが減少する領域をいうものとする。従って、「小径スキマ拡大角度領域」とは、「小径スキマ拡大領域」が前記固定部材の軸線に直交する任意の面上において、この軸線を頂点として成す角度の領域をいい、径方向の位置と軸線方向の位置は問わないものとし、「小径スキマ縮小角度領域」とは、「小径スキマ縮小領域」が前記固定部材の軸線に直交する任意の面上において、この軸線を頂点として成す角度の領域をいい、径方向の位置と軸線方向の位置は問わないものとする。
【０００８】
本発明の静圧回転軸の作用効果を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一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。図２は、図１の構成におけるII部を拡大して示す図であり、図３（ａ）は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図３（ｂ）は、図１の構成の絞り部付近を切断して示す図である。
【０００９】
図１において、固定部材ＦＭは、その上面に円管部ＣＹを形成している。一方、固定部材ＦＭの上方に配置された静圧回転軸ＳＲＳは、その下面に円周方向に延在する溝部ＧＲを形成している。円管部ＣＹを溝部ＧＲに収容するようにして、固定部材ＦＭに対して静圧回転軸ＳＲＳが配置されている。ここで、円管部ＣＹの外周面が大径円筒状の支持面ＬＨＰを構成し、円管部ＣＹの内周面が小径円筒状の支持面ＳＨＰを構成する。一方、溝部ＧＲの、大径円筒状の支持面ＬＨＰに対向する側面が大径円筒状の静圧面ＬＳＰを構成し、溝部ＧＲの、小径円筒状の支持面ＳＨＰに対向する側面が小径円筒状の静圧面ＳＳＰを構成する。固定部材ＦＭの内部には、外部の圧力伝達媒体の供給源（不図示）に接続され、圧力伝達媒体を供給する供給路ＤＰが形成されており、更に圧力伝達媒体は、供給路ＤＰに接続され円管部ＣＹの軸線方向に延在する開口ＯＰを介して、円管部ＣＹの上部から吐出するようになっている。
【００１０】
図２において、静圧回転軸ＳＲＳの溝部ＧＲの底面には、静圧回転軸ＳＲＳと同軸の環状突起（凸部）ＡＰが形成されている。一方、固定部材ＦＭの円管部ＣＹの頂面には、円筒部材ＣＹと同軸の環状溝（凹部）ＡＧが形成されている。環状突起ＡＰは、環状溝ＡＧにスキマを介在させつつ収容されるようにして取り付けられている。環状溝ＡＧの底面において、開口ＯＰが開口している。ここで、環状溝ＡＧの外方側面ＡＧＯと環状突起ＡＰの外周側面ＡＰＯとの間を第１の絞り部とし、環状溝ＡＧの内方側面ＡＧＩと環状突起ＡＰの内周側面ＡＰＩとの間を第２の絞り部とする。
【００１１】
静圧回転軸ＳＲＳの軸線と、固定部材ＦＭの円管部ＣＹの軸線とが一致している場合において（図２で示す点線の状態）、第１の絞り部を通過する圧力伝達媒体の流量と、第２の絞り部を通過する圧力伝達媒体の流量とはほぼ等しく、また大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとのスキマΔＬと、小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとのスキマΔＳはほぼ等しく（ΔＬ≒ΔＳ）なっている。従って、小径円筒状の静圧面ＳＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＳと、大径円筒状の静圧面ＬＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＬとが略等しく（ＦＳ≒ＦＬ）なるため、軸線のズレを引き起こすことがない。
【００１２】
ここで、静圧回転軸ＳＲＳの軸線と、固定部材ＦＭの円管部ＣＹの軸線とがずれた場合を考える。まず、図３に示す断面図で、固定部材ＦＭに対して、静圧回転軸ＳＲＳが水平方向左方にずれたものとする。このとき、図３（ｂ）において垂直線Ｖを挟んで、左側の第１の絞り部（環状溝ＡＧの外方側面ＡＧＯと環状突起ＡＰの外周側面ＡＰＯとの間；絞り縮小領域ともいう）が狭くなり、右側の第１の絞り部（絞り拡大領域ともいう）が広くなる。一方、垂直線Ｖを挟んで右側の第２の絞り部（環状溝ＡＧの内方側面ＡＧＩと環状突起ＡＰの内周側面ＡＰＩとの間；絞り拡大領域ともいう）が広くなり、右側の第２の絞り部（絞り縮小領域ともいう）が狭くなる。
【００１３】
更に、図３（ａ）において垂直線Ｖを挟んで、左側の大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとの間（大径スキマ拡大領域ともいう）におけるスキマは、左側の小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとの間（小径スキマ縮小領域ともいう）におけるスキマより大きくなる。一方、垂直線Ｖを挟んで、右側の大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとの間（大径スキマ縮小領域ともいう）におけるスキマは、右側の小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとの間（小径スキマ拡大領域ともいう）におけるスキマより小さくなる。
【００１４】
従って、軸線ズレが生じると、図２に示すように、第１の絞り部の絞り縮小領域を通過する圧力伝達媒体の流量は、第２の絞り部の絞り拡大領域を通過する圧力伝達媒体の流量より少なくなる。又、第１の絞り部の圧力伝達媒体の流れ方向下流側にある（上流側にあってもよい）大径スキマ拡大領域における大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとのスキマΔＬ’は、第２の絞り部の下流側にある（上流側にあってもよい）小径スキマ縮小領域における小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとのスキマΔＳ’より広く（ΔＬ’＞ΔＳ’）なっている。それにより、小径スキマ縮小領域における小径円筒状の静圧面ＳＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＳは、大径スキマ拡大領域における大径円筒状の静圧面ＬＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＬより大きくなる（ＦＳ＞ＦＬ）ため、ズレ量に応じて増大するその力の差分（ＦＳ−ＦＬ）により、大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとのスキマと、小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとのスキマが等しくなる方向に、前記静圧回転軸ＳＲＳを移動させることとなり、軸線ズレを抑制することができる。尚、図３（ａ）において、静圧回転軸ＳＲＳの軸線に直交している平面である紙面上に投影された垂直線Ｖの左の角度範囲αは、軸線を頂点とした「大径スキマ拡大角度領域」でありかつ「小径スキマ縮小角度領域」でもあり、右の角度範囲βは「大径スキマ縮小角度領域」でありかつ「小径スキマ拡大角度領域」である。即ち、図３（ａ）の例では、大径スキマ拡大角度領域と、小径スキマ縮小角度領域とが、固定部材ＦＭの軸線と直交する面上への投影において完全に共通となっている（角度αの範囲）が、少なくとも一部が共通な角度領域であれば足りる。
【００１５】
更に、図２の断面と１８０度位相が異なる断面では、逆の作用が生じている。図示していないが、第１の絞り部の絞り拡大領域を通過する圧力伝達媒体の流量は、第２の絞り部の絞り縮小領域を通過する圧力伝達媒体の流量より多くなる。又、第１の絞り部の圧力伝達媒体の流れ方向下流側にある（上流側にあってもよい）大径スキマ縮小領域における大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとのスキマは、第２の絞り部の下流側にある（上流側にあってもよい）小径スキマ拡大領域における小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとのスキマより狭くなっている。それにより、小径スキマ拡大領域における小径円筒状の静圧面ＳＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＳは、大径スキマ縮小領域における大径円筒状の静圧面ＬＳＰが圧力伝達媒体より受ける単位面積当たりの力ＦＬより小さくなる（ＦＳ＜ＦＬ）ため、ズレ量に応じて増大するその力の差分（ＦＬ−ＦＳ）により、大径円筒状の静圧面ＬＳＰと大径円筒状の支持面ＬＨＰとのスキマと、小径円筒状の静圧面ＳＳＰと小径円筒状の支持面ＳＨＰとのスキマが等しくなる方向に、前記静圧回転軸ＳＲＳを移動させることとなり、軸線ズレを抑制することができる（図３（ａ）参照）。尚、図３（ａ）の例では、大径スキマ縮小角度領域と、小径スキマ拡大角度領域とが、固定部材ＦＭの軸線と直交する面上への投影において完全に共通となっている（角度βの範囲）が、少なくとも一部が共通な角度領域であれば足りる。
【００１６】
以上より明らかであるが、静圧回転軸ＳＲＳが、固定部材ＦＭに対して軸線ズレを生じた場合における復元力は、１８０度位相の位置で同じ方向に作用することになり、より大きな復元力を得ることができる。特に、非特許文献１の構成に比較すると、本発明の場合は絞りが２つ設けられ、それらは一方が増大すれば他方が減少するというように差動的に作用するので、同じ外形寸法であれば２倍の径方向の剛性を得ることができるという利点がある。
【００１７】
請求項２に記載の静圧回転軸は、請求項１に記載の発明において、前記静圧回転軸は、前記大径円筒状の静圧面を外周に形成し、前記小径の小径円筒状の静圧面を内周に形成し、更に端部に凹部を形成した円管部を有し、前記固定部材は、前記凹部に対応した凸部を有し、前記凸部と前記凹部とをスキマを空けて対向させることによって、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部とが形成され、前記圧力伝達媒体は前記凸部と前記凹部との間に供給されることを特徴とするので、請求項１に記載の発明の作用効果を発揮できる。
【００１８】
請求項３に記載の静圧回転軸は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の絞り部は、前記大径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置され、前記第２の絞り部は、前記小径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とするので、前記圧力伝達媒体の流量を前記静圧面に到達する手前で調節するために、その影響を静圧面全体に効果的に発揮させて復元力として用いることができる。
【００１９】
請求項４に記載の静圧回転軸は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、少なくとも前記静圧面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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
請求項５に記載の静圧回転軸は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記圧力伝達媒体は、液体であることを特徴とする。油や水などの液体であると粘度が高く圧縮弾性がほとんどないので、本発明の絞り効果による流量調節の効果を発揮しやすく好ましいが、空気などの気体であってもよい。
【００２３】
請求項６に記載の支持装置は、固定部材と、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、を有する支持装置において、
前記固定部材は、大径円筒状の支持面と、前記大径円筒状の静圧面に対し同軸であり且つそれより小径の小径円筒状の支持面とを有し、
前記静圧回転軸は、前記大径円筒状の支持面に対向した大径円筒状の静圧面と、前記小径円筒状の支持面に対向し、前記大径円筒状の静圧面に対し同軸であり且つそれより小径の小径円筒状の静圧面とを有し、
前記固定部材と前記静圧回転軸との間には、前記大径円筒状の静圧面と前記大径円筒状の支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第１の絞り部と、前記小径円筒状の静圧面と前記小径円筒状の支持面との間において供給される圧力伝達媒体の流量を制限する第２の絞り部と、が設けられており、
前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線が一致している場合と比較し、前記固定部材の軸線に対し前記静圧回転軸の回転軸線がずれたときは、大径スキマ拡大角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少すると共に、小径スキマ縮小角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大し、且つ大径スキマ縮小角度領域において、前記第１の絞り部の絞りが拡大する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が増大すると共に、小径スキマ拡大角度領域において、前記第２の絞り部の絞りが縮小する領域を形成し、ここを通過する前記圧力伝達媒体の流量が減少し、前記大径スキマ拡大角度領域と前記小径スキマ縮小角度領域、及び前記大径スキマ縮小角度領域と前記小径スキマ拡大角度領域とは、それぞれ前記固定部材の軸線を中心とし且つそれに直交する面上への投影において、少なくとも一部が共通な角度領域となることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。
【００２４】
請求項７に記載の支持装置は、請求項６に記載の発明において、前記静圧回転軸は、前記大径円筒状の静圧面を外周に形成し、前記小径の小径円筒状の静圧面を内周に形成し、更に端部に凹部を形成した円管部を有し、前記固定部材は、前記凹部に対応した凸部を有し、前記凸部と前記凹部とをスキマを空けて対向させることによって、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部とが形成され、前記圧力伝達媒体は前記凸部と前記凹部との間に供給されることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明と同様である。
【００２５】
請求項８に記載の支持装置は、請求項６又は７に記載の発明において、前記第１の絞り部は、前記大径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置され、前記第２の絞り部は、前記小径円筒状の静圧面より前記圧力伝達媒体の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項３に記載の発明と同様である。
【００２６】
請求項９に記載の支持装置は、請求項６乃至８のいずれかに記載の発明において、少なくとも前記静圧面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。本発明の作用効果は、請求項４に記載の発明と同様である。
【００２７】
請求項１０に記載の支持装置は、請求項６乃至９のいずれかに記載の発明において、前記圧力伝達媒体は、液体であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項５に記載の発明と同様である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、コンパクトな構成ながら軸線ズレを抑制できる静圧回転軸及びそれを用いた支持装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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静圧回転軸（及び旋回テーブルの支持装置）を備えた５軸加工機１０の斜視図である。かかる静圧回転軸は加工機のみならず、高精度な測定を行う計測器等にも用いることができる。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
図５は、本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、円管部３２が配置され、不図示のボルトにより固定されている。円管部３２の上方には旋回テーブルＴが配置され、旋回テーブルＴの下面には、互いに同軸に配置された円管状の外スリーブ３９と、円管状の内スリーブ３３が取り付けられている。尚、外スリーブ３９の内周面を大径円筒状の静圧面ＬＳＰとし、それに対向する円管部３２の外周面を大径円筒状の支持面ＬＨＰとする。又、内スリーブ３３の外周面を小径円筒状の静圧面ＳＳＰとし、それに対向する円管部３２の内周面を小径円筒状の支持面ＳＨＰとする。
【００３３】
テーブルＴに対してスペースを空けて対向した円管部３２の上面には、環状溝（凹部）３２ａが形成されており、スキマを介在させて環状溝３２ａに収容されるようにして、２つのスリーブ３９，３３と同軸に環状突起（凸部）３８がテーブルＴの下面に形成されている。ここで、環状溝３２ａの外方側面と環状突起３８の外周側面との間を第１の絞り部とし、環状溝３２ａの内方側面と環状突起３８の内周側面との間を第２の絞り部とする。かかる構成は、基本的に図２に示す形状と同様である。尚、旋回テーブルＴと、ベース３１に取り付けられ外スリーブ３９を覆う円筒カバーＣＣ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。
【００３４】
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１ロータ部材３４Ａ、第１ロータ間座３５Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。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は、不図示のボルトでベース３１に固定されている。
【００３７】
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。
【００３８】
又、第１ステータ部材３６Ａ、第２ステータ部材３６Ｂ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の内径より内側の位置に、油の供給孔３６ａ、３６ｂをそれぞれ形成しているが、第３ステータ部材３６Ｃには、油の供給孔は形成されていない。各供給孔３６ａ、３６ｂ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、ベース３１，円管部３２により固定部材ＦＭを構成する。
【００３９】
一方、第１ロータ部材３４Ａ、第２ロータ部材３４Ｂ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の外径より外側の位置に、油の排出孔３４ａ、３４ｂ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。
【００４０】
更に、図５において、第１ステータ部材３６Ａの上面が第２の支持面ＨＰ２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ステータ部材３６Ｂの下面が第１の支持面ＨＰ１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。
【００４１】
又、第２ステータ部材３６Ｂの上面が第２の支持面ＨＰ２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ステータ部材３６Ｃの下面が第１の支持面ＨＰ１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。
【００４２】
一方、第１ステータ部材３６Ａの上面である第２の支持面ＨＰ２に対応する、第１ロータ部材３４Ａの下面が第２の静圧面ＳＰ２を形成し、第２ステータ部材３６Ｂの下面である第１の支持面ＨＰ１に対応する、第１ロータ部材３４Ａの上面が第１の静圧面ＳＰ１を形成する。又、第２ステータ部材３６Ｂの上面である第２の支持面ＨＰ２に対応する、第２ロータ部材３４Ｂの下面が第２の静圧面ＳＰ２を形成し、第３ステータ部材３６Ｃの下面である第１の支持面ＨＰ１に対応する、第２ロータ部材３４Ｂの上面が第１の支持面ＳＰ１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。
【００４３】
円管部３２には、軸線方向に貫通し環状溝３２ａに開口する開口３２ｂが複数個形成されている。開口３２ｂ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、開口３２ｂを通って供給された油が、上述した第１の絞り部と第２の絞り部とを介して、円管部３２と、スリーブ３９，３３との間に供給されるようになっている。
【００４４】
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。
【００４５】
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、３６ｂを通り、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３４ｂ、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。
【００４６】
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、図１〜３を参照して説明したように、円管部３２の内周面と、スリーブ３９，３３の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、且つ固定部材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。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明にかかる静圧回転軸の一例を示す断面図である。
【図２】図１の矢印IIで示す部位を拡大して示す図である。
【図３】図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】本実施の形態にかかる静圧回転軸（及び旋回テーブルの支持装置）を備えた５軸加工機１０の斜視図である。
【図５】本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】
【００４８】
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 円管部
３２ａ 環状溝
３２ｂ 開口
３３ 内スリーブ
３３ａ フランジ部
３４Ａ、３４Ｂ ロータ部材
３４ａ、３４ｂ 排出孔
３５Ａ ロータ間座
３６Ａ〜３６Ｃ ステータ部材
３６ａ、３６ｂ 供給孔
３７Ａ、３７Ｂ ステータ間座
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
【図１】
2006052794.tif 000003
【図２】
2006052794.tif 000004
【図３】
2006052794.tif 000005
【図４】
2006052794.tif 000006
【図５】
2006052794.tif 000007