(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気静圧軸受に支持される主軸を有する空気静圧主軸装置において、
前記主軸ハウジングの側面部に洗浄液供給口を有し、前記主軸と空気静圧軸受の間に形成される静圧ギャップの近傍に開口する出口部まで延びる洗浄液通路と、
前記主軸ハウジングの工具側端面に設けられ、前記主軸の外周面との間に前記洗浄液通路と連通する空間部を形成する洗浄液噴出部と、
前記主軸ハウジングの側面部にエア供給口を有し、前記洗浄液通路の出口部に隣接する出口部まで延びるエア通路と、
前記主軸ハウジングの工具側端面に配置され、前記エア通路と連通するとともに前記洗浄液噴出部の空間部とも連通する空間部を前記主軸との間に形成するエア噴出部と、
前記洗浄液噴出部とエア噴出部とで共通する噴出口と、
前記洗浄液流路、エア通路にそれぞれ洗浄液、エアの供給、停止を切り換える電磁弁と、を備えたことを特徴とする空気静圧主軸装置。
【請求項２】
前記主軸の工具側露出面に光触媒をコーティングしたことを特徴とする請求項１に記載の空気静圧主軸装置。
【請求項３】
空気静圧主軸装置を搭載する加工機械の電源を停止させる電源スイッチがオフした場合にあらかじめ決められた主軸の洗浄の手順にしたがって、前記洗浄液噴出部からの洗浄液の噴出および前記エア噴出部からのエアの噴出を決められた順序で行わせるため前記電磁弁の切り換えおよび当該空気静圧主軸装置の動作を制御するシーケンス制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の空気静圧主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体シリコンウエハやガラス等の加工に用いられる超精密加工機用の空気静圧主軸装置に係り、特に、加工中の研削剤や切削剤等の異物が主軸上に付着固化するのを未然に防止する機能を備える空気静圧主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の空気静圧主軸装置は、軸受けとして空気静圧軸受けを用いている。この空気静圧軸受で主軸を支持することで熱変形を抑制できるので、空気静圧主軸装置は超精密加工に適している。
【０００３】
図８は、超精密研削加工機に用いられる空気静圧主軸装置を示す。参照符号１は、スピンドルハウジングで、このスピンドルハウジング１の内部には、ロータとステータおよび空気静圧軸受けが内蔵され、主軸２は、空気静圧軸受けによって回転自在に支持されている。この主軸２には、工具３として研削砥石が取り付けられている。このような空気静圧主軸装置でワークＷを研削する場合、加工中には、図示しない研削剤がワークＷに向けて供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ワークＷを加工している間、研削剤は研削粉末や砥石砥粒とを含むミスト４になって主軸２の周辺に飛散する。このミスト４に含まれる研削粉末や砥石砥粒は、次第にスピンドルハウジング１の前面に付着して大きくなり、そのまま放置していると、やがてはスピンドルハウジングと主軸２との間の隙間から内部に浸透し、空気静圧軸受けと主軸２との間の微小ギャップに浸入して固化するに至る。この固化した研削粉末や砥石砥粒は、空気静圧軸受けの精密な軸受け面を傷めて回転精度を低下させ、ひどいに場合には、空気静圧軸受けを破損させる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、加工中に飛散するミスト中に含まれる研削粉末や砥石砥粒などの微粒異物がスビンドルハウジング内部に浸入し、空気静圧軸受けと主軸の間の微小ギャップで固化、埋積するのを未然に防止できるようにした空気静圧主軸装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、空気静圧軸受に支持される主軸を有する空気静圧主軸装置において、前記主軸ハウジングの側面部に洗浄液供給口を有し、前記主軸と空気静圧軸受の間に形成される静圧ギャップの近傍に開口する出口部まで延びる洗浄液通路と、前記主軸ハウジングの工具側端面に設けられ、前記主軸の外周面との間に前記洗浄液通路と連通する空間部を形成する洗浄液噴出部と、前記主軸ハウジングの側面部にエア供給口を有し、前記洗浄液通路の出口部に隣接する出口部まで延びるエア通路と、前記主軸ハウジングの工具側端面に配置され、前記エア通路と連通するとともに前記洗浄液噴出部の空間部とも連通する空間部を前記主軸との間に形成するエア噴出部と、前記洗浄液噴出部とエア噴出部とで共通する噴出口と、前記洗浄液流路、エア通路にそれぞれ洗浄液、エアの供給、停止を切り換える電磁弁と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、流体カーテンが加工中に生じるミストを周囲に飛散しないように封じ込めるので、ミストに含まれる研削粉末や砥石砥粒が主軸ハウジングの前端面に付着したり、主軸ハウジングと主軸の隙間から静圧ギャップを通って静圧軸受内部に侵入するのを阻止することができる。また、異物が入り込んだ場合でも、洗浄液の方がエアよりも静圧ギャップにより近い部位に噴出されるようになっているため、奥まで入り込んだ異物に対して洗浄液を効果的に洗浄に利用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による空気静圧主軸装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態による空気静圧主軸装置を示す。参照符号１０は、スピンドルハウジングで、このスピンドルハウジング１０の内部には、モータを構成するロータとステータおよび空気静圧軸受けが内蔵されている。主軸１２は、空気静圧軸受けによって回転自在に支持されている。この主軸１２には、工具１３として研削砥石が取り付けられている。１４は、空気静圧主軸装置の動作を制御するシーケンサである。なお、図１において、８は、空気静圧主軸装置が組み込まれている加工機械の電源スイッチで、９は、空気静圧軸受の洗浄を開始させるための洗浄スイッチである。
【００１０】
本実施形態による空気静圧主軸装置は、スピンドルハウジング１０の工具側端部にエアや洗浄液などの洗浄媒体を噴出する流体噴出部１５が設けられている。１６は、エアを供給する圧力空気源である。この圧力空気源１６から供給されるエアは、電磁切換弁１７を介してスピンドルハウジング１０に導入される。また、１８は洗浄液のたまっているタンクであり、ポンプ１９から吐出された洗浄液は、電磁切換弁２０を介してスピンドルハウジング１０に導入されるようになっている。
【００１１】
図２は、空気静圧主軸装置における空気静圧軸受けを示す断面図である。２２がスピンドルハウジング１０の内部において主軸１２を支持している空気静圧軸受である。図３に図２におけるＸ部を拡大して示す。空気静圧軸受２２の軸受面と主軸１２の外周面との間には、微小な静圧ギャップが形成されており、主軸１２のラジアル方向の荷重が空気の圧力で支持されている。
【００１２】
次に、スピンドルハウジング１０の工具側の端部に設けられている流体噴出部１５について説明する。
【００１３】
スピンドルハウジング１０の側面部には、洗浄液供給口２３、エア供給口２４が形成されている。図１において電磁切換弁１７、２０が開くと、洗浄液は洗浄液供給口２３に導入され、エアはエア供給口２４から導入されるようになっている。スピンドルハウジング１０の工具側の端面には、主軸先端部に向かって順に洗浄剤噴出部２５、エア噴出部２６が取り付けられている。洗浄液供給口２３から軸方向に延びる洗浄液通路２７は、洗浄液噴出部２５において半径方向に曲がって静圧ギャップの近傍に開口する洗浄液出口２８まで延びるようになっている。同様に、エア供給口２４から軸方向に延びるエア通路２９は、エア噴出部２６において半径方向に曲がって洗浄液出口２８に隣接して開口するエア出口３０まで延在している。洗浄剤噴出部２５の内周部と主軸１２の外周面の間には、アニュラー状の空間部３１が形成され、エア噴出部２６の内周面と主軸１２の外周面の間にも同様のアニュラー状の空間部３２が形成されている。これら空間部３１、３２は連通し合っており、エアおよび／または洗浄剤はアニュラー状の噴出口３４から主軸１２に向かって噴出されるようになっている。
【００１４】
本実施形態による空気静圧主軸装置でワークＷを加工するときには、上記の流体噴出部１５からエアを噴出しながら研削を行うことができる。図１に示されるように、噴出されるエアは、工具１３の回りにエアカーテン４０を形成する。このエアカーテン４０は、加工中に生じるミストＭを周囲に飛散しないように封じ込める。したがって、ミストＭに含まれる研削粉末や砥石砥粒がスピンドルハウジング１０の前端面に付着したり、スピンドルハウジング１０と主軸１２の隙間から静圧ギャップを通り静圧軸受内部に侵入するのを阻止することができるので、静圧軸受の回転精度を長期間に亘って維持することが可能となる。
【００１５】
このエアカーテン４０に代えて、流体噴出部１５から洗浄液を噴出させることで洗浄液によるカーテンを形成するようにしてもよい。また、エアと洗浄液を同時に噴出させてカーテンを形成するようにしてもよい。
【００１６】
なお、図２に示すように、主軸１２の表面には、工具側の露出面から静圧ギャップ近傍にかけて、光触媒メタルの膜４２を形成しておくことが好ましい。この光触媒層は、例えば、アモルファス型過酸化チタンのゾル剤と、アナターゼ型二酸化チタンのゾル剤を主軸表面に塗布し、２００℃以上で加熱することで成膜したアナターゼ型二酸化チタンからなる光触媒層である。このような光触媒の膜４２は、付着した異物を分解し表面を清浄に保つことができる。
【００１７】
以上のようにして、エアカーテンにより異物の付着侵入を防止し、また、光触媒メタルの層４２により主軸１２の露出面を清浄に保つことができるが、それでも長期間に亘って加工を続けていくと、スピンドルハウジング１０の内部に研削粉末や砥石砥粒が侵入することがあり得る。その場合を想定して、本発明による空気静圧主軸装置では、以下に説明するような洗浄機能を備えている。
【００１８】
図４は空気静圧軸受部２２を洗浄する動作のシーケンスを示すフローチャートである。図１のシーケンサ１４はフローチャートに従って空気静圧主軸装置のモータや電磁切換弁１７、２０の動作を制御するものである。
【００１９】
以下、本実施形態による一連の洗浄動作について説明する。
【００２０】
洗浄は研削加工の終了後に行われ、あるいは加工中であればいったん加工を中断してから開始される。このため、機械電源スイッチ８がオフになり、洗浄スイッチ９がオンになると（ステップＳ１０のｙｅｓ）、洗浄が開始される。本実施形態では、使用する洗浄媒体の違いによって３種類の態様がある。
【００２１】
エアを洗浄媒体とする場合（ステップＳ２０のｙｅｓ）には、図５のフローチャートに示すシーケンスにしたがってエア洗浄が実行される。このエアによる洗浄は、一番簡易な洗浄であって、研削剤や砥石砥粒等の異物の侵入、付着の程度が比較的軽い場合や、異物の蓄積を予防するために行われる洗浄である。
【００２２】
まず、電磁切換弁１７が開かれてエアの噴出が開始される。図２および図３において、エア供給口２３からエア通路２９に導入されたエアは、エア出口３０から勢いよく主軸１２の表面に向けて噴出する（ステップＳ２１）。これと同時に、主軸１２の回転が開始される（ステップＳ２２）。主軸１２が回転しながらエアが噴出されることで、静圧ギャップへの侵入口にあたる部分では主軸１２の表面にまんべんなくエアが吹き付けられ、主軸１２に付着した研削剤や砥石砥粒等の異物を残すことなく外部に吹き飛ばすことができるので、異物の蓄積を未然に防止することができる。次いで、主軸１２の回転が停止し（ステップＳ２３）、所定時間経過してから（ステップＳ２４）、電磁切換弁１７が閉じられてエアの噴出が停止される（ステップＳ２５）。異物が確実に除去されるように、以上のシーケンスは、あらかじめ設定された回数だけ繰り返し実行される（ステップＳ２６）。
【００２３】
次に、図４において洗浄液を洗浄媒体とする場合（ステップＳ３０のｙｅｓ）には、図６のフローチャートに示すシーケンスにしたがって液体洗浄が実行される。この液体洗浄は、研削剤や砥石砥粒等の異物の侵入、付着の程度が比較的奥まで進んだ場合に行われる洗浄である。
【００２４】
まず、電磁切換弁２０が開かれてエアの噴出が開始される。図２および図３において、洗浄液供給口２３から通路２７に導入された洗浄液は、洗浄液出口２８から勢いよく主軸１２の表面に向けて噴出する（ステップＳ３１）。その後、所定時間経過してから（ステップＳ３２）、主軸１２の回転が開始される（ステップＳ３３）。主軸１２が回転しながら洗浄液が噴出されることで、静圧ギャップ近傍の範囲では主軸１２の表面がまんべんなく洗浄液で洗浄され、主軸１２に付着した研削剤や砥石砥粒等の異物を残すことなく外部に除去されるので、異物の蓄積を未然に防止することができる。その際、矢印３６で示すように、静圧軸受部２２からの排気は、洗浄液の侵入を防止する働きをする。次いで、主軸１２の回転が停止し（ステップＳ３４）、電磁切換弁２０が閉じられて洗浄液の噴出が停止される（ステップＳ３５）。異物が確実に除去されるように、以上のシーケンスは、あらかじめ設定された回数だけ繰り返し実行される（ステップＳ３６）。
【００２５】
最後に、図４においてエアと洗浄液を併用して洗浄媒体とする場合（ステップＳ４０のｙｅｓ）には、図７のフローチャートに示すシーケンスにしたがって液体洗浄が実行される。このエアと液体の混合洗浄は、最も強力な洗浄であって、研削剤や砥石砥粒等の異物の侵入、付着の程度が大きい場合に有効な洗浄である。
【００２６】
この混合洗浄では、先に洗浄液による洗浄が実行される（ステップＳ４１〜Ｓ４６）。そのシーケンスは、上述した液体洗浄の場合と同様である。洗浄液が停止した後（ステップＳ４５）、エアによる洗浄が実行される（ステップＳ４７〜５０）。このシーケンスも上述したエア洗浄の場合と同様である。異物の残りがないように、あらかじめ設定された回数だけ繰り返される（ステップＳ５１）。なお、エアによる洗浄が後に行われるのは、洗浄液が残留しないようにするためである。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、流体カーテンの形成と、エア、洗浄液による洗浄の組み合わせにより、加工中に飛散するミスト中に含まれる研削粉末や砥石砥粒などの微粒異物がスビンドルハウジング内部に浸入することを防止するとともに、奥まで入り込んだ異物に対して洗浄液を効果的に利用し、空気静圧軸受けと主軸の間の微小ギャップで固化、埋積するのを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気静圧主軸装置の一実施例の構成説明図。
【図２】同空気静圧主軸装置の要部を示す縦断面図。
【図３】図２におけるＸ部を拡大して示す断面図。
【図４】洗浄工程におけるシーケンスを示すフローチャート。
【図５】エアを洗浄媒体とする場合のシーケンスを示すフローチャート。
【図６】洗浄液を洗浄媒体とする場合のシーケンスを示すフローチャート。
【図７】エアと洗浄液を洗浄媒体とする場合のシーケンスを示すフローチャート。
【図８】従来の空気静圧主軸装置の説明図。
【符号の説明】
８  電源スイッチ
９  洗浄スイッチ
１０  スピンドルハウジング
１２  主軸
１３  工具
１４  シーケンサ
１５  流体噴出部
１６  圧力空気源
１７  電磁切換弁
１８  洗浄液タンク
１９  ポンプ
２０  電磁切換弁
２２  空気静圧軸受
２７  洗浄液通路
２９  エア通路
４０  エアカーテン
４２  光触媒の膜
【図１】
0004405031.tif 000002
【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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