(57)【要約】【課題】本発明は、軸受本体と主軸との間に形成された静圧ポケットに静圧媒体を加圧状態で供給して加工を行う静圧軸受装置及び両頭研削装置に関し、シールから漏洩した静圧媒体を回収して再利用し、かつ静圧媒体が装置の外部に漏れることを防止することを目的とする。【解決手段】ラジアル用静圧ポケット２８の軸受本体１５の開放端側に非接触式のメカニカルシール２２と、メカニカルシール２２の軸受本体１５の開放端側に非接触式のエアシール２５と、メカニカルシール２２とエアシール２５との間にドレイン２４とを形成し、メカニカルシール２２から漏れた静圧媒体２８をドレイン２４により回収する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受本体と主軸との間に静圧媒体である液体を加圧状態で供給する静圧軸受装置において、
前記静圧媒体をシールする非接触式の第１のシール手段と、
前記第１のシール手段に対して前記軸受本体の開放端側において前記静圧媒体をシールする非接触式の第２のシール手段と、
前記第１のシール手段と前記第２のシール手段との間に前記静圧媒体を回収する回収手段とを設けたことを特徴とする静圧軸受装置。
【請求項２】
前記第１のシール手段には、メカニカルシールを用い、前記第２のシール手段には、エアシールを用いることを特徴とする請求項１に記載の静圧軸受装置。
【請求項３】
前記回収手段は、前記軸受本体に形成されたドレインを含んでおり、前記ドレインは前記主軸の軸方向の中心線よりも下方側の領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静圧軸受装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静圧軸受装置を設けたことを特徴とする両頭研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静圧軸受装置及び両頭研削装置に係り、特に軸受本体と主軸との間に形成された静圧ポケットに静圧媒体を加圧状態で供給して加工を行う静圧軸受装置及び両頭研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に静圧軸受装置は、軸受本体と主軸との間に形成された静圧ポケットに静圧媒体である液体を加圧状態で供給して、主軸を静圧媒体の圧力により回転自在に支持している。静圧軸受装置には、主軸の軸方向を鉛直方向に立てて使用する縦型の静圧軸受装置（以下、縦型の静圧軸受装置）と、主軸の軸方向を水平方向に寝かせて使用する横型の静圧軸受装置（以下、横型の静圧軸受装置）とがある。
【０００３】
このような静圧軸受装置は、工作機械や研削装置の１つである両頭研削装置等に用いられており、静圧媒体である液体には、潤滑油または水が用いられている。これらの液体が、静圧軸受装置の外部に漏れると、加工中の被加工物に悪影響を及ぼすため、静圧媒体の漏洩を防ぐためのシールが軸受本体と主軸との間に形成されている。
【０００４】
シールの種類には、接触式のオイルシールや、隙間を介在させたリングによりシールする非接触式のメカニカルシールや、シールと主軸との間に隙間を介在させて、その隙間にエアを供給して、エアの供給圧力によりシールする非接触式のエアシール（例えば、特許文献１参照。）等がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−６１８３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接触式のオイルシールはゴムを用いており、軸受本体及び主軸とゴムとが接触するため、ゴムの磨耗によるゴミの発生や発熱によりシールの寿命が短いという問題点がある。非接触式のメカニカルシールは、非接触であるためシールの寿命を長くすることはできるが、単体ではシール性が低いため、シールしたい領域に複数形成しなければならないという問題がある。また、非接触式のメカニカルシールは、隙間を介在させたリングによりシールするため、静圧媒体を完全にシールすることができないという問題がある。
【０００７】
非接触式のエアシールは、非接触であるためシールの寿命を長くすることはできるが、シールと主軸との間に形成する隙間を１０〜１５μｍ程度に制御する必要があるため加工が困難である。また、シール性能を向上させるためにエアの供給圧力を高くした際、エアが静圧軸受装置内部に侵入して悪影響を及ぼすため、静圧軸受装置の安定性を低下させる。
【０００８】
また、縦型の静圧軸受装置の場合には、シールが形成された領域を均一に漏れにくくすることが可能であるが、横型の静圧軸受装置の場合には、重力の影響により主軸の下方に位置するシールから静圧媒体が漏れ易くなり、シールが形成された領域を均一に漏れにくくすることが難しく、シールからの静圧媒体の漏れを許容せざるを得ないという問題がある。
【０００９】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、シールから漏れた静圧媒体を回収して静圧媒体が装置の外部に漏れ出ることを防止し、かつ回収した静圧媒体を再利用することのできる静圧軸受装置及び両頭研削装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１記載の発明では、軸受本体と主軸との間に静圧媒体である液体を加圧状態で供給する静圧軸受装置において、前記静圧媒体をシールする非接触式の第１のシール手段と、前記第１のシール手段に対して前記軸受本体の開放端側において前記静圧媒体をシールする非接触式の第２のシール手段と、前記第１のシール手段と前記第２のシール手段との間に前記静圧媒体を回収する回収手段とを設けたことを特徴とする静圧軸受装置により、解決できる。
【００１２】
上記発明によれば、静圧ポケットの軸受本体の開放端側に静圧媒体をシールする非接触式の第１のシール手段と、第１のシール手段の軸受本体の開放端側に静圧媒体をシールする非接触式の第２のシール手段と、第１のシール手段と第２のシール手段との間に静圧媒体を回収する回収手段とを設けたことにより、第２のシール手段により第１のシール手段から漏れた静圧媒体である液体が装置の外部に漏れることを防いで、回収手段は、第１のシール手段と第２のシール手段との間に漏れた静圧媒体である液体を回収することができる。また、回収手段を設ける位置が第１のシール手段と第２のシール手段との間であるため、第１及び第２のシール手段は、従来の１つのシール手段により静圧媒体を漏れなくシールする場合に用いられるシール手段と比較して高いシール性能が必要なくなり構造を簡略化できる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、前記第１のシール手段には、メカニカルシールを用い、前記第２のシール手段には、エアシールを用いることを特徴とする請求項１に記載の静圧軸受装置により、解決できる。
【００１４】
上記発明によれば、第１のシール手段にメカニカルシールを用いたことにより、装置の内部にエアが侵入して装置に悪影響を及ぼすことを防止できる。また、第２のシール手段にエアシールを用いることで、エアの圧力により漏れた静圧媒体である液体を回収手段に導入させることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、前記回収手段は、前記軸受本体に形成されたドレインを含んでおり、前記ドレインは前記主軸の軸方向の中心線よりも下方側の領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静圧軸受装置により、解決できる。
【００１６】
上記発明によれば、回収手段であるドレインを主軸の軸方向の中心線よりも下方側の領域に形成することにより、主軸の軸方向の中心線よりも下方側の領域から漏れた静圧媒体である液体を効率良く回収することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静圧軸受装置を設けたことを特徴とする両頭研削装置により、解決できる。
【００１８】
上記発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静圧軸受装置を両頭研削装置に設けることにより、回収手段により第１のシール手段から漏れた静圧媒体である液体が回収されて、静圧軸受装置の外部に液体が漏れることを防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例である静圧軸受装置の概略図を示したものである。同図に示したＸ１，Ｘ２方向はスラスト方向を示しており、Ｙ１，Ｙ２方向はＸ１，Ｘ２方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。図１を参照して、本発明の実施例である静圧軸受装置１０の構成について説明する。図１に示すように、静圧軸受装置１０は、大略すると研削装置２０と、液体冷却供給装置３０と、エアコンプレッサ３８とにより構成されている。
【００２１】
始めに、研削装置２０の構成について説明する。研削装置２０は、大略すると主軸１１と、フランジ１２と、モータ１３と、砥石１４と、軸受本体１５と、ハウジング１８と、シール部２９とにより構成されている。ハウジング１８は、円筒形の形状をしており、ハウジング１８の内部には主軸１１が貫通するように形成されている。主軸１１の図１中の左側には、砥石１４が主軸１１に取り付くように形成されている。ハウジング１８の両端部と主軸１１との間には、軸受本体１５が主軸１１と隙間を介在させた状態で形成されている。ハウジング１８の両端部に形成された軸受本体１５と主軸１１との間には、静圧媒体２８である水をシールし、静圧媒体２８である水を回収するための回収部２９がそれぞれ形成されている。
【００２２】
軸受本体１５には、静圧ポケットのうちの１つであるラジアル用静圧ポケット２７が形成されている。ラジアル用静圧ポケット２７は、加圧状態で供給された静圧媒体２８である水を導入して、主軸１１をＹ１，Ｙ２方向から回転自在に支持するためのものである。砥石１４側に形成された軸受本体１５の図１中の右側には、円盤状のフランジ１２が主軸１１と一体に形成されている。砥石１４が形成されていない側の軸受本体１５の図１中の左側には、主軸１１を回転駆動させるためのモータ１３が形成されている。このモータ１３が駆動することにより、砥石１４、フランジ１２及び主軸１１は一体に回転駆動する。フランジ１２とモータ１３との間には、軸受本体１５が主軸１１と隙間を介在させた状態で形成されており、軸受本体１５には静圧ポケットのうちの１つであるラジアル用静圧ポケット２７が形成されている。
【００２３】
フランジ１２の両側に形成された軸受本体１５とフランジ１２との間には、隙間が介在されており、軸受本体１５には複数の静圧ポケットのうちの１つであるスラスト用静圧ポケット２６が形成されている。スラスト用静圧ポケット２６は、加圧状態で供給された静圧媒体２８である水を導入して、フランジ１２をＸ１，Ｘ２方向から回転自在に支持するためのものである。軸受本体１５及びハウジング１８には、ラジアル用静圧ポケット２７及びスラスト用静圧ポケット２６に静圧媒体２８である水を供給可能な状態で管路１７が形成されている。また、管路１７は、液体供給用管路３３と接続されている。軸受本体１５及びハウジング１８には、静圧媒体２８である水をラジアル用静圧ポケット２７及びスラスト用静圧ポケット２６から回収可能な状態で管路１９が形成されている。また、管路１９は、液体回収用管路３４と接続されている。
【００２４】
次に、図１を参照して、静圧媒体供給回収手段である液体冷却供給装置３０について説明する。液体冷却供給装置３０は、大略すると冷却器３１と、ポンプ３２とにより構成されている。冷却器２３は、液体回収用管路３４と接続されており、回収した静圧媒体２８である水を冷却するためのものである。回収された水は、図示していないセンサーに基づき、一定の温度に制御されている。ポンプ３２は、冷却器３１により冷却された水を液体供給用管路３３に加圧状態で供給するためのものである。次に、図１を参照して、エアコンプレッサ３８について説明する。エアコンプレッサ３８は、後述するエアシール２５にエアを供給するためのものである。エアコンプレッサ３８は、エア供給用管路３９とエア供給可能な状態で接続されている。
【００２５】
次に、図１乃至図２を参照して、非接触式の第１のシール手段と、非接触式の第２のシール手段と、回収手段とにより構成された静圧媒体回収部２９について説明する。図２は、砥石１４側の主軸１１の下方に形成された回収部を拡大した断面図である。図２に示したＸ１，Ｘ２方向はスラスト方向を示しており、Ｙ１，Ｙ２方向はＸ１，Ｘ２方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。なお、図２に示したＤは、シール部材２２Ａとシール部材２２Ｂとの間の隙間の幅（以下、幅Ｄ）を示している。また、図２に示したＥは、エアシール部材２１の上面２１Ａと主軸１１との間の隙間の幅（以下、幅Ｅ）を示している。同図中に示した領域４１は、メカニカルシール２２とエアシール２５との間に形成された空間を示している。
【００２６】
図１乃至図２に示すように、静圧媒体回収部２９は大略すると、メカニカルシール２２と、エアシール２５と、ドレイン２４と、ポンプ３７とにより構成されている。始めに、非接触式の第１のシール手段であるメカニカルシール２２について説明する。図２に示すように、メカニカルシール２２は、静圧媒体２８の同図中の左側の主軸１１と軸受本体１５との間に形成されている。メカニカルシール２２は、環状の２つのシール部材２２Ａ，２２Ｂから構成されており、シール部材２２Ａとシール部材２２Ｂとの間に隙間２２Ｃを介在させた状態で、シール部材２２Ａは主軸１１に圧入され、シール部材２２Ｂは軸受本体１５に圧入されている。
【００２７】
次に、非接触式の第２のシール手段であるエアシール２５について説明する。図２に示すように、エアシール２５は、メカニカルシール２２の軸受本体１５の開放端側に形成されている。エアシール２５は、大略するとエアシール部材２１と、管路２３と、エアコンプレッサ３８とにより構成されている。環状のエアシール部材２１には、エアを通過させるための開口部２１Ａが形成されている。エアを導入するための管路２３は、軸受本体１５及びハウジング１８を貫通するように形成されている。エアシール部材２１は、管路２３を介して開口部２１Ａからエアが導入可能な状態で軸受本体１５に形成されている。主軸１１とエアシール部材２１との間には、エアによる静圧を形成するための隙間２１Ｃが幅Ｅで形成されている。静圧を形成するためのエアは、エアコンプレッサ３８により供給される。
【００２８】
次に、回収手段であるドレイン２４及びポンプ３７について説明する。ドレイン２４は、メカニカルシール２２とエアシール２５との間に形成された軸受本体１５及びハウジング１８を貫通するように形成されている。ドレイン２４は、メカニカルシール２２から漏れて領域４１に侵入した静圧媒体２８である水を回収するためのものである。ポンプ３７は、領域４１及びドレイン２４内に溜まった静圧媒体３８である水を速やかに回収して、回収用管路３６を介して液体冷却供給装置３０に回収した水を導入するためのものである。
【００２９】
このように、回収部２９をメカニカルシール２２とエアシール２５との間にドレインを設けた構成とすることにより、ドレイン２４によりメカニカルシール２２から漏れた静圧媒体２８である水を回収することができ、静圧媒体２８である水がエアシール２５を介して研削装置２０の外部に漏れることを防止できる。また、回収用管路３６は、ドレイン２４及び液体冷却供給装置３０と接続されているため、回収した水を静圧媒体２８としてラジアル用静圧ポケット２７及びスラスト用静圧ポケット２６に供給して再利用することができる。さらに、メカニカルシール２２からの水の漏れ量がドレイン２４により回収可能な範囲内であれば、水がエアシール２５を介して研削装置２０の外部に漏れ出ることは無いので、メカニカルシール２２にはシール性能が低いものを用いることができる。したがって、メカニカルシール２２を複数並べる必要は無く、単体で用いることができる。なお、図２に示したメカニカルシール２２の隙間２２Ｃの幅Ｄは、５０〜１００μｍに形成することができる。
【００３０】
また、エアシール２５は、軸受本体１５の開放端側に設けられているため、エアシール２５に供給されたエアが領域４１及びドレイン２４に吹き込むため、領域４１に溜まった水をドレイン２４に流れ易くすることができる。また、メカニカルシール２２及びドレイン２４とエアシール２５とを組み合わせることにより、エアシール２５単体でシールする必要が無いため、エアシール２５単体でシールする場合と比較して、エアシール２５の構造を簡略化することができる。そのため、エアシール２５の隙間２１Ｃの幅Ｅを大きくすることができ、幅Ｅは５０〜１００μｍにすることができる。また、メカニカルシール２２からの静圧媒体２８である水の漏れ量が多い場合には、ポンプ３７を設けることにより、領域４１に溜まった静圧媒体２８である水を速やかに回収することができる。なお、回収部２９にポンプ３７が無い場合の構成においても、本発明を実施することが可能であり、ポンプ３７は必要に応じて設ければ良い。
【００３１】
上記説明した静圧軸受装置１０は、被加工物の両面を高精度に加工する両頭研削装置に適用することができる。次に、図３を参照して、研削装置のうちの１つである両頭研削装置５０ついて説明する。図３は、一般的な両頭研削装置の概略図である。なお、同図に示したＸ１，Ｘ２方向はスラスト方向を示しており、Ｙ１，Ｙ２方向はＸ１，Ｘ２方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。
【００３２】
図３に示すように、両頭研削装置５０は、大略すると研削主軸５１ａ，５１ｂと、ガイド６３ａ，６３ｂと、回転手段６６ａ，６６ｂと、サドル６２ａ，６２ｂと、移動手段６５ａ，６５ｂと、架台６６とにより構成されている。研削主軸５１ａ，５１ｂは、被加工物であるワーク６７の研削位置を挟んで同一構成のものが対向するよう２台配設されている。よって、図３に関しては、同図中右部に位置する研削主軸５１ａには符号ａを添記し、図中左部に位置する研削主軸５１ｂには符号ｂを添記して、主に符号ａを添記した側の研削主軸５１ａについて説明する。
【００３３】
始めに、図３を参照して、研削主軸５１ａについて説明をする。研削主軸５１ａは、大略するとアウター部材５２ａと、インナー部材５４ａと、スラスト用静圧ポケット５５ａと、ラジアル用静圧ポケット５７ａと、シール部５８ａとにより構成されている。スラスト用静圧ポケット５５ａ及びラジアル用静圧ポケット５７ａは、静圧ポケットである。
【００３４】
アウター部材５２ａは、砥石５３ａを一方の端面に設けている。アウター部材５２ａは、内側に存在するインナー部材５４ａに対して回転自在な構成とされている。従って、アウター部材５２ａがワーク保持器（図示せず）により保持されたワーク６７に向かって回転移動することで、砥石５３ａがワーク６７と接触してワーク６７が加工される。インナー部材５４ａは、サドル６２ａに支持され、さらにサドル６２ａは架台６６に固定され、アウター部材５２ａと協動して、ワーク６７に対してのインフィードあるいはアウトフィードに寄与する。インナー部材５４ａには、スラスト方向の支持を行うスラスト用静圧ポケット５５ａと、ラジアル方向の支持を行なうラジアル用静圧ポケット５７ａとが形成されている。アウター部材５２ａの開放端側のアウター部材５２ａとインナー部材５４ａとの間には、静圧媒体６９である水をシールするためのシール部５８ａが形成されている。
【００３５】
回転手段６６ａは、アウター部材５２ａと砥石５３ａとを一体に回転させるためのものであり、永久磁石５９ａと、ステータ６４ａとから構成されている。永久磁石５９ａはアウター部材５２ａに形成されており、ステータ６４ａはガイド６３ａに形成されている。移動手段６５ａは、サドル６２ａと一体に形成された研削主軸５１ａをＸ１，Ｘ２方向へ移動させるためのものである。
【００３６】
このような両頭研削装置５０のシール部５８ａに、図１乃至２で説明した非接触式の第１のシール手段であるメカニカルシール２２と、非接触式の第２のシール手段であるエアシール２５と、回収手段であるドレイン２４及びポンプ３７とを形成することにより、メカニカルシール２２から漏れた静圧媒体６９である水をドレイン２４から回収することができるため、静圧媒体６９である水がエアシール２５を介して研削主軸５１ａの外部に漏れることが無くなり、両頭研削装置５０を安定して稼動させてワーク６７の加工を行うことができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。なお、本実施例では静圧媒体に水を使用した場合について説明を行ったが、静圧媒体は液体であれば良く、水に限定されない。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、第２のシール手段により第１のシール手段から漏れた静圧媒体である液体が装置の外部に漏れることを防いで、回収手段は、第１のシール手段と第２のシール手段との間に漏れた静圧媒体である液体を回収することができる。また、第１のシール手段と第２のシール手段との間に静圧媒体である液体を回収する回収手段を設けることで、第１及び第２のシール手段には高いシール性能が必要なくなり、第１及び第２のシール手段の構造を簡略化できる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、第１のシール手段にメカニカルシールを用いたことにより、装置の内部にエアが侵入して装置に悪影響を及ぼすことを防止できる。また、第２のシール手段にエアシールを用いることで、エアの圧力により漏れた静圧媒体である液体を回収手段に導入させることができる。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、回収手段であるドレインを主軸の軸方向の中心線よりも下方側の領域に形成することにより、主軸の軸方向の中心線よりも下方側の領域から漏れた静圧媒体である液体を効率良く回収することができる。
【００４１】
請求項４記載の発明によれば、回収手段により第１のシール手段から漏れた静圧媒体である液体が回収されて、静圧軸受装置の外部に液体が漏れることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である静圧軸受装置の概略図である。
【図２】砥石側の主軸の中心線よりも下方に形成されたシール部の拡大図である。
【図３】一般的な両頭研削装置の概略図である。
【符号の説明】
１０  静圧軸受装置
１１  主軸
１２  フランジ
１３  モータ
１４  砥石
１５  軸受本体
１７、１９、２３  管路
１８  ハウジング
２０  研削装置
２１  エアシール部材
２１Ｃ、２２Ｃ  隙間
２１Ｅ  上面
２２  メカニカルシール
２２Ａ、２２Ｂ  シール部材
２４  ドレイン
２５  エアシール
２６  スラスト用静圧ポケット
２７  ラジアル用静圧ポケット
２８  静圧媒体
２９  静圧媒体回収部
３０  液体冷却供給装置
３１  冷却器
３２、３７  ポンプ
３３  液体供給用管路
３４  液体回収用管路
３６  回収用管路
３８  エアコンプレッサ
３９  エア供給用管路
４１  領域
５０  両頭研削装置
５１ａ、５１ｂ  研削加工部
５２ａ、５２ｂ  アウター部材
５３ａ、５３ｂ  砥石
５４ａ、５４ｂ  インナー部材
５５ａ、５５ｂ  スラスト用静圧ポケット
５７ａ、５７ｂ  ラジアル用静圧ポケット
５８ａ、５８ｂ  シール部
５９ａ、５９ｂ  永久磁石
６２ａ、６２ｂ  サドル
６３ａ、６３ｂ  ガイド部
６４ａ、６４ｂ  ステータ
６５ａ、６５ｂ  移動手段
６６  架台
６７  ワーク
６９  静圧媒体
【図１】
2004308725.tif 000003
【図２】
2004308725.tif 000004
【図３】
2004308725.tif 000005