(57)【要約】【課題】振動、騒音等の発生を防止し、高速かつ高精度の回転を維持可能なエアスピンドル用駆動装置を提供する。【解決手段】空気軸受６Ａ〜６Ｃにより本体２に浮動状態に支承される回転軸３、第１の板状部材４及び第２の板状部材５と、本体の外表面から中空部まで貫通する第１の空気供給路２ｇと、本体の外表面から各空気軸受の各々に貫通する第２の空気供給路２ａ〜２ｃと、各々の空気軸受６から本体の外表面に貫通する第１の空気排出路２ｄ〜２ｆと、回転軸の外周面上の溝部３ａと、溝部の底部から回転軸の一端まで貫通する第３の空気供給路３ｂ、３ｃと、第１の板状部材に、第３の空気供給路と連通する第２の空気排出路４ａ、４ｂとを備え、空気が第１の空気供給路、溝部、第３の空気供給路、第２の空気排出路の順に通過後、外部に噴出し、第１の板状部材等が回転するエアスピンドル用駆動装置１。【選択図】図２
2008025604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の中空部に挿嵌され、第１の空気軸受により浮動状態に支承される回転軸と、
該回転軸の一端に固定され、前記本体に対して浮動状態となるように、第２の空気軸受により支承される第１の板状部材と、
前記回転軸の他端に固定され、前記本体に対して浮動状態となるように、第３の空気軸受により支承される第２の板状部材と、
前記本体の外表面から前記中空部まで貫通する第１の空気供給路と、
前記本体の外表面から前記第１の空気軸受、前記第２の空気軸受及び前記第３の空気軸受の各々まで貫通する第２の空気供給路と、
前記第１の空気軸受、前記第２の空気軸受及び前記第３の空気軸受の各々から前記本体の外表面まで貫通する第１の空気排出路と、
前記回転軸の外周面上に、前記第１の空気供給路と連通するように設けられる溝部と、
該溝部の底部から前記回転軸の前記一端まで貫通する第３の空気供給路と、
前記第１の板状部材に、前記第３の空気供給路と連通するように設けられる第２の空気排出路とを備え、
前記第１の空気供給路を介して供給された空気が、前記溝部、前記第３の空気供給路、前記第２空気排出路の順に通過した後、外部に噴出することにより、前記第１の板状部材、前記回転軸及び前記第２の板状部材が回転することを特徴とするエアスピンドル用駆動装置。
【請求項２】
前記第１乃至第３の空気軸受は、多孔質焼結層を有することを特徴とする請求項１に記載のエアスピンドル用駆動装置。
【請求項３】
前記回転軸と前記第１の板状部材とが、又は、前記回転軸と前記第２の板状部材とが一体に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエアスピンドル用駆動装置。
【請求項４】
前記第２の空気供給路の一部は、前記本体の外表面から前記第２の空気軸受及び第３の空気軸受まで各々貫通するようにＴ字状に設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のエアスピンドル用駆動装置。
【請求項５】
前記第１の空気排出路は、前記第１の空気軸受と前記第２の空気軸受との境界部、及び前記第１の空気軸受と前記第３の空気軸受との境界部の各々から前記本体の外表面に貫通するようにＶ字状に設けられ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エアスピンドル用駆動装置。
【請求項６】
前記第３の空気供給路は、前記回転軸の軸線方向に延設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エアスピンドル用駆動装置。
【請求項７】
前記第２の空気排出路は、前記回転軸の軸線方向に対して垂直に延設され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エアスピンドル用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアスピンドル用駆動装置に関し、特に、サブミクロンクラスの高回転精度が得られ、超精密加工や超精密測定器等に使用されるエアスピンドル用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超精密加工や超精密測定器、例えば、回転砥石を備えた切削機械、磁気ヘッド、回転粘度計等に、ハウジングの中空部に挿嵌され、空気軸受により浮動状態に支承されたエアスピンドル(空気軸)が用いられ、このエアスピンドルの回転駆動手段として、回転軸にロータを直接ビルトインしたモータや、カップリングを介したベルト等の駆動装置が使用されている。
【０００３】
しかし、回転軸に直接モータのロータをビルトインする駆動手段は、他のものに比較して振動が少なく、高速、高出力であるが、モータのスペースが必要でコンパクトにならない、モータが発熱する、コストが高いなどの問題がある。また、カップリングを介したベルト駆動は、滑りやトルクスリップによる低周波振動の問題があるとともに、機械加工中の騒音も高いため、振動が小さく、騒音を低減することのできるエアスピンドル用駆動装置が求められていた。
【０００４】
そこで、上記問題を解決するため、特許文献１には、ハウジングの中空部に挿嵌され、空気軸受により浮動状態に支承された中空回転軸の頭頂部に、円板状噴射プレートを中空回転軸の軸心に対して垂直方向に軸承し、この円板状噴射プレートの内部に、中空回転軸の軸心を通る気体通路と、この気体通路の両先端部に該気体通路に直交し、かつ、中空回転軸の軸心に対し点対称に分岐路を設け、この分岐路に先端が円板状噴射プレートの側壁を貫通する気体排出路を設け、中空回転軸に圧縮気体を供給し、気体通路、分岐路及び気体排出路を経由して圧縮気体を円板状噴射プレート外へ排出することにより円板状噴射プレートを回転させ、中空回転軸を連れ回り回転するエアスピンドルが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４７３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載のエアスピンドルにおいては、円板状噴射プレートに圧縮気体を供給するにあたって、中空回転軸への圧縮気体の導入をロータリージョイントを介して行っているため、このジョイント部で振動、騒音、発熱、摩擦損失等が発生し、高速かつ高精度の回転を得ることができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来のエアスピンドルにおける問題点に鑑みてなされたものであって、従来ジョイント部で発生していた諸問題を解消し、高速かつ高精度の回転を維持することができるエアスピンドル用駆動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】
上記目的を達成するため、本発明は、エアスピンドル用駆動装置であって、本体の中空部に挿嵌され、第１の空気軸受により浮動状態に支承される回転軸と、該回転軸の一端に固定され、前記本体に対して浮動状態となるように、第２の空気軸受により支承される第１の板状部材と、前記回転軸の他端に固定され、前記本体に対して浮動状態となるように、第３の空気軸受により支承される第２の板状部材と、前記本体の外表面から前記中空部まで貫通する第１の空気供給路と、前記本体の外表面から前記第１の空気軸受、前記第２の空気軸受及び前記第３の空気軸受の各々まで貫通する第２の空気供給路と、前記第１の空気軸受、前記第２の空気軸受及び前記第３の空気軸受の各々から前記本体の外表面まで貫通する第１の空気排出路と、前記回転軸の外周面上に、前記第１の空気供給路と連通するように設けられる溝部と、該溝部の底部から前記回転軸の前記一端まで貫通する第３の空気供給路と、前記第１の板状部材に、前記第３の空気供給路と連通するように設けられる第２の空気排出路とを備え、前記第１の空気供給路を介して供給された空気が、前記溝部、前記第３の空気供給路、前記第２空気排出路の順に通過した後、外部に噴出することにより、前記第１の板状部材、前記回転軸及び前記第２の板状部材が回転することを特徴とする。
【０００９】
そして、本発明によれば、第１の空気供給路を介して供給された空気が、回転軸の外周面上の溝部、第３の空気供給路、第１の板状部材の空気排出路の順に通過した後、外部に噴出することにより、第１の板状部材、回転軸及び第２の板状部材が回転し、この際、回転軸は、第１及び第２の板状部材以外の部材とは完全に非接触の状態となるため、従来のロータリージョイントを用いた場合のような振動、騒音等が生じることがなく、高速かつ高精度の回転を維持することができる。また、ロータリージョイントを不要としたことにより、従来必要であったロータリージョイント回りの保守管理が不要となり、摩擦粉が発生することもなく、グリース等による汚染問題も解消され、エアスピンドル用駆動装置全体の部品点数も低減することができる。
【００１０】
前記エアスピンドル用駆動装置において、前記第１乃至第３の空気軸受を、多孔質焼結層を有する軸受とすることができる。
【００１１】
また、前記エアスピンドル用駆動装置において、前記回転軸と前記第１の板状部材とが一体に形成されていてもよく、前記回転軸と前記第２の板状部材とが一体に形成されるように構成することもできる。
【００１２】
さらに、前記エアスピンドル用駆動装置において、前記第２の空気供給路の一部を、前記本体の外表面から前記第２の空気軸受及び第３の空気軸受まで各々貫通するようにＴ字状に設けることができる。これにより、第２の空気軸受及び第３の空気軸受に同時に空気を供給することができるとともに、回転軸の加工が容易となる。
【００１３】
また、前記エアスピンドル用駆動装置において、前記第１の空気排出路を、前記第１の空気軸受と前記第２の空気軸受との境界部、及び前記第１の空気軸受と前記第３の空気軸受との境界部の各々から前記本体の外表面に貫通するようにＶ字状に設けることができる。これにより、空気の滞留しやすい上記両境界部から効率よく、また、第１乃至第３の空気軸受から同時に空気を本体の外部に排出することができる。
【００１４】
前記エアスピンドル用駆動装置において、前記第３の空気供給路を、前記回転軸の軸線方向に延設されるように構成することができる。これにより、第３の空気供給路を最短にすることができるとともに、回転軸の加工も容易となる。
【００１５】
また、前記エアスピンドル用駆動装置において、前記第２の空気排出路を、前記回転軸の軸線方向に対して垂直に延設することができる。これにより、第２の空気排出路を最短にすることができ、効率よく第１の板状部材を回転させることができるとともに、第１の板状部材の加工も容易となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、振動、騒音等の発生を防止することができ、高速かつ高精度の回転を維持することなどが可能なエアスピンドル用駆動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】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１乃至図３は、本発明にかかるエアスピンドル用駆動装置の一実施の形態を示し、この装置１は、大別して、本体２と、回転軸３と、円板部材（第１の板状部材）４と、スラストプレート（第２の板状部材）５と、回転軸３、円板部材４及びスラストプレート５を本体２に対して浮動状態に支承する空気軸受６（６Ａ〜６Ｃ）と、空気軸受６（６Ａ〜６Ｃ）に空気を供給するための給気口８等と、円板部材４を回転させるための空気を供給する給気口１０等で構成される。
【００１９】
本体２は、図１及び図２（ｃ）に示すように、中空円筒状に形成され、外周面に、給気口８を備える。給気口８は、空気軸受６Ｂ、６Ｃに空気を供給するために備えられ、空気供給路２ａ〜２ｃを通じて空気軸受６Ｂ、６Ｃに空気が供給される。また、図示を省略するが、本体２の外周面には、空気軸受６Ａに空気を供給するための別の給気口が備えられ、給気口と空気軸受６Ａを連絡する空気供給路が形成される。また、本体２には、空気軸受６Ａ〜６Ｃに供給された空気を排出するための空気排出路２ｄ〜２ｆと、排気口９とが設けられる。
【００２０】
本体２は、図３（ｂ）に示すように、もう一つの給気口１０を備え、この給気口１０は、空気供給路２ｇを介して回転軸３の溝部３ａに連通する。尚、給気口１０、及び、図２（ｃ）に示した給気口８等には、図示しない空気ポンプ及びチューブを介して空気が供給される。
【００２１】
回転軸３は、図２及び図３に示すように、中空円筒状に形成され、本体２の中空部に挿嵌され、空気軸受６Ａによって、浮動状態に支承される。また、回転軸３の外周面に一周にわたって、本体２の空気供給路２ｇと連通する溝部３ａが形成される。また、溝部３ａの底部には空気供給路３ｂが穿設され、空気供給路３ｂから回転軸３の軸線方向に平行に空気供給路３ｃが延設される。
【００２２】
円板部材４は、中央部に中空部を有する円板状に形成され、空気軸受６Ｂによって、本体２に対して浮動状態に支承される。円板部材４は、図３（ａ）に示すボルト１１を介して回転軸３の左端部に固定され、回転軸３の空気供給路３ｃと連通して外部に空気を排出するための２対の空気排出路４ａ、４ｂを備える。これらの空気排出路４ａ、４ｂは、円板部材４の中心に対して点対称に形成されている。
【００２３】
スラストプレート５は、中央部に中空部を有する円板状に形成され、空気軸受６Ｃによって、本体２に対して浮動状態に支承される。このスラストプレート５は、図示しないボルトを介して回転軸３の右端部に固定される。
【００２４】
空気軸受６Ａ〜６Ｃは、多孔質焼結層を有し、空気軸受６Ｂ、６Ｃへは、給気口８から空気供給路２ａ〜２ｃを介して常時空気が供給され、本体２と、円板部材４及びスラストプレート５の各々との間に一定の圧力の空気が介在し、本体２に対して、円板部材４及びスラストプレート５が浮動状態で支承される。また、空気軸受６Ａへは、図示しない給気口から本体２内の空気供給路（不図示）を介して常時空気が供給され、本体２と回転軸３との間に一定の圧力の空気が介在し、本体２に対して回転軸３が浮動状態で支承される。
【００２５】
次に、上記構成を有するエアスピンドル用駆動装置１の動作について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、エアスピンドル用駆動装置１を研磨加工に利用する場合を例にとって説明する。
【００２６】
図２（ｃ）において、スラストプレート５の右表面に、ボルト、治具等を介して研磨対象となるワーク（不図示）を固定する。
【００２７】
図示しない空気ポンプを駆動し、チューブ等を介して給気口８から空気供給路２ａ〜２ｃを通して空気軸受６Ｂ、６Ｃへ空気を供給する。また、同様に、空気軸受６Ａにも別の吸気口（不図示）から空気を供給する。これにより、本体２と、回転軸３、円板部材４及びスラストプレート５の各々との間に３〜２０μｍの空気層が形成され、回転軸３、円板部材４及びスラストプレート５の各々が本体２に対して浮動状態に支承される。尚、空気軸受６Ａ〜６Ｃからの空気は、空気排出路２ｄ〜２ｆを介して排気口９から本体２の外部に排出される。
【００２８】
次に、研磨加工を行うため、円板部材４を回転させる。図３（ｂ）において、図示しない空気ポンプを駆動し、チューブ等を介して給気口１０から空気を導入すると、導入された空気は、空気供給路２ｇ、溝部３ａ、空気供給路３ｂ、３ｃを経て、円板部材４の２対の空気排出路４ａ、４ｂを通過し、図２（ｂ）に示すように、矢印Ｘ方向に噴出する。この噴出空気の反力により、円板部材４は、矢印Ｙ方向に回転する。同時に、回転軸３及びスラストプレート５も同方向に回転する。
【００２９】
円板部材４の回転により、円板部材４に装着されたワークも回転し、ワークに研磨パッドを当接させてワークの表面を研磨する。
【００３０】
ワークの研磨加工が終了すると、空気ポンプを停止して給気口１０への空気の導入を停止し、円板部材４等の回転を停止させた後、空気軸受６Ａ〜６Ｃへの空気の供給も停止する。
【００３１】
尚、上記実施の形態においては、空気軸受６Ａ〜６Ｃを多孔質焼結層を有するものとしたが、本発明は、必ずしも多孔質焼結層を有するものに限定されず、本体２に対して回転軸３、円板部材４及びスラストプレート５を３〜２０μｍ程度の空気層を介在させて支承することができる空気軸受を使用することができる。
【００３２】
また、回転軸３と、円板部材４及びスラストプレート５とは、互いにボルト等で一体化する構造ではなく、回転軸３と、円板部材４又はスラストプレート５のいずれか一方とを一体構造とすることもできる。
【００３３】
さらに、空気軸受６Ａ〜６Ｃへの空気供給路２ａ〜２ｃについても、Ｔ字状ではなく、種々の経路を取ることができ、各々の空気軸受６Ａ〜６Ｃに対して個別に空気供給路を設けてもよい。同様に、空気排出路２ｄ〜２ｆについても、各々の空気軸受６Ａ〜６Ｃに対して個別に設けてもよい。
【００３４】
また、空気供給路３ｃについても、必ずしも回転軸３の軸線方向に延設される構成に限定されず、空気排出路４ａ、４ｂについても、円板部材４の円滑な回転を維持することができれば、図示の延設方向に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかるエアスピンドル用駆動装置の一実施の形態を示す外観斜視図である。
【図２】本発明にかかるエアスピンドル用駆動装置の一実施の形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明にかかるエアスピンドル用駆動装置の一実施の形態を示す図であって、（ａ）は図３（ａ）の側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  エアスピンドル用駆動装置
２  本体
２ａ〜２ｃ  空気供給路
２ｄ〜２ｆ  空気排出路
２ｇ  空気供給路
３  回転軸
３ａ  溝部
３ｂ  空気供給路
３ｃ  空気供給路
４  円板部材
４ａ  空気排出路
４ｂ  空気排出路
５  スラストプレート
６（６Ａ〜６Ｃ）  空気軸受
８  給気口
９  排気口
１０  給気口
１１  ボルト
【図１】
2008025604.tif 000003
【図２】
2008025604.tif 000004
【図３】
2008025604.tif 000005