(57)【要約】【課題】被加工物の検出感度を向上することのできる空気軸受スピンドルおよび空気軸受スピンドルの制御方法を提供する。【解決手段】空気軸受スピンドル１は、中空部分６および１１を有するハウジング９と、中空部分６および１１に回転可能に配置される主軸５と、主軸５に固定され、軸方向の法線を有する主面を有するスラスト板７と、スラスト板７の軸方向の変位に関する情報を検知するセンサ４とを備えている。スラスト板７はハウジング９に対してスラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂによって支持されており、かつ主軸５はハウジング９に対してラジアル空気軸受２２によって支持されている。スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力と、ラジアル空気軸受２２に導入する気体Ａ２の圧力とを独立して制御可能であるようにハウジング９が構成されている。【選択図】図１
2007285386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部分を有するハウジングと、
前記中空部分に回転可能に配置される主軸と、
前記主軸に固定され、軸方向の法線を有するスラスト面を有するスラスト部材と、
前記スラスト部材の軸方向の変位に関する情報を検知するセンサとを備え、
前記スラスト部材は前記ハウジングに対してスラスト空気軸受によって支持されており、かつ前記主軸は前記ハウジングに対してラジアル空気軸受によって支持されており、
前記スラスト空気軸受に導入する気体の圧力と、前記ラジアル空気軸受に導入する気体の圧力とを独立して制御可能であるように前記ハウジングが構成されていることを特徴とする、空気軸受スピンドル。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記ハウジング外部から前記スラスト空気軸受に通じるスラスト用給気通路と、前記ハウジング外部から前記ラジアル空気軸受に通じるラジアル用給気通路とを有し、前記スラスト用給気通路と前記ラジアル用給気通路とは互いに分離していることを特徴とする、請求項１に記載の空気軸受スピンドル。
【請求項３】
前記スラスト部材は、軸方向の法線を有する第１スラスト面と第２スラスト面とを有し、前記第１スラスト面および前記ハウジングの間に導入する気体の圧力と、前記第２スラスト面および前記ハウジングの間に導入する気体の圧力とを独立して制御可能であるように前記ハウジングが構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気軸受スピンドル。
【請求項４】
前記スラスト用給気通路は、前記ハウジング外部から前記第１スラスト面および前記ハウジングの間に通じる第１スラスト用給気通路と、前記ハウジング外部から前記第２スラスト面および前記ハウジングの間に通じる第２スラスト用給気通路とを有し、前記第１スラスト用給気通路と前記第２スラスト用給気通路とは互いに分離していることを特徴とする、請求項３に記載の空気軸受スピンドル。
【請求項５】
前記スラスト部材は前記主軸の一端に固定されており、かつ前記センサは前記スラスト部材を隔てて前記主軸とは反対側における前記ハウジング内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の空気軸受スピンドル。
【請求項６】
中空部分を有するハウジングと、前記中空部分に回転可能に配置される主軸と、前記主軸に固定され、軸方向の法線を有するスラスト面を有するスラスト部材と、前記スラスト部材の軸方向の変位に関する情報を検知するセンサとを備え、前記スラスト部材は前記ハウジングに対してスラスト空気軸受によって支持されており、かつ前記主軸は前記ハウジングに対してラジアル空気軸受によって支持されている空気軸受スピンドルの制御方法であって、
前記スラスト空気軸受に導入する気体の圧力を前記ラジアル空気軸受に導入する気体の圧力よりも低くした状態で、前記スラスト部材の変位に基づいて被加工物の表面を検知する検知工程を備えることを特徴とする、空気軸受スピンドルの制御方法。
【請求項７】
前記スラスト空気軸受に導入する気体の圧力を前記検知工程の際の圧力よりも高くした状態で、前記被加工物を加工する加工工程をさらに備えることを特徴とする、請求項６に記載の空気軸受スピンドルの制御方法。
【請求項８】
前記スラスト部材は、軸方向の法線を有する第１スラスト面と第２スラスト面とを有し、
前記第１スラスト面および前記ハウジングの間に導入する気体の圧力と、前記第２スラスト面および前記ハウジングの間に導入する気体の圧力とを独立して制御することを特徴とする、請求項６または７に記載の空気軸受スピンドルの制御方法。
【請求項９】
前記中空部分における前記スラスト板の軸方向の位置が常に一定になるように、前記第１スラスト面および前記ハウジングの間に導入する気体の圧力と、前記第２スラスト面および前記ハウジングの間に導入する気体の圧力とを制御することを特徴とする、請求項８に記載の空気軸受スピンドルの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気軸受スピンドルおよび空気軸受スピンドルの制御方法に関し、より特定的には、回転工具が取り付けられる主軸を空気軸受によって支える空気軸受スピンドルおよび空気軸受スピンドルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気軸受スピンドルは、通常、ドリルなどの工具が着脱自在に装着された主軸を中空形状のハウジング内に回転可能に保持し、この主軸を空気軸受によりラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持した構造を有している。空気軸受スピンドルは、回転時の振動が少なく高精度な回転を実現することができるため、プリント基板の穴開け加工や、溝の加工などに使用されている。
【０００３】
空気軸受スピンドルを用いて小径の穴を開ける場合には、穴の径に合わせた小径の工具を使用する必要があるため、工具の強度が小さくなり、穴開け加工時に工具が折損しやすい。このため、工具に過負荷が加わることを防止したり、工具の折損を検出・予知したりするために、センサを用いて工具に加わる加工反力を検出する技術が提案されている。このような技術はたとえば特開平１０−４７３４９号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
図１６は、特許文献１に記載の静圧軸受スピンドルの構造を示す断面図である。図１６を参照して、主軸１０１はスラスト空気軸受１１０およびラジアル空気軸受１１１によってハウジング１０３に対して非接触で支持されており、ハウジング１０３に設けられたモータ１０４によって回転駆動される。主軸１０１の図中右端にはスラスト板１０７が固定されており、スラスト板１０７の図中右側には変位センサ１０５が設けられている。主軸１０１の左端にはドリル１０６が取り付けられている。ハウジング１０３には互いに連通する注入孔１０８、通路１０２ａおよび１０２ｂが設けられている。注入孔１０８および通路１０２ａを通じてスラスト軸受隙間（スラスト板１０７とハウジング１０３との隙間）に圧縮空気が供給されており、注入孔１０８および通路１０２ｂを通じてラジアル軸受隙間（主軸１０１とハウジング１０３との隙間）に圧縮空気が供給されている。変位センサ１０５は主軸１０１の軸方向の変位を検出し、これによりドリル１０６に加わる加工反力が検出される。
【特許文献１】特開平１０−４７３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の空気軸受スピンドルには被加工物の検出感度が悪いという問題があった。この理由について以下に説明する。
【０００６】
空気軸受スピンドルを用いて穴開け加工などを行なう際には、６００００〜１５００００回転／分程度の高速で工具を回転させ、かつ高速でワークに工具を押し付ける。このため、１個の穴を加工する毎に大きなスラスト荷重がスピンドルに加わる。空気軸受スピンドルのスラスト空気軸受はこのスラスト荷重を受け得るだけの高剛性を有している必要がある。従来の空気軸受スピンドルにおいては、スラスト軸受隙間に圧縮空気を供給するための通路１０２ａと、ラジアル軸受隙間に圧縮空気を供給するための通路１０２ｂとが連通しており、スラスト空気軸受およびラジアル空気軸受の両方に対して、同じ高圧力の圧縮空気が供給されていた。
【０００７】
一方で、スラスト軸受隙間に高圧力の圧縮空気が供給されると、圧縮空気の圧力によって主軸１０１の軸方向の移動が抑制されるので、ドリル１０６が加工反力を受けても主軸１０１の移動量が少ない。その結果、従来の空気軸受スピンドルには被加工物の検出感度が悪いという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、被加工物の検出感度を向上することのできる空気軸受スピンドルおよび空気軸受スピンドルの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における空気軸受スピンドルは、中空部分を有するハウジングと、中空部分に回転可能に配置される主軸と、主軸に固定され、軸方向の法線を有するスラスト面を有するスラスト部材と、スラスト部材の軸方向の変位に関する情報を検知するセンサとを備えている。スラスト部材はハウジングに対してスラスト空気軸受によって支持されており、かつ主軸はハウジングに対してラジアル空気軸受によって支持されている。スラスト空気軸受に導入する気体の圧力と、ラジアル空気軸受に導入する気体の圧力とを独立して制御可能であるようにハウジングが構成されている。
【００１０】
本発明の空気軸受スピンドルによれば、検出感度を高めたい場合にはスラスト空気軸受に導入する気体の圧力を低く制御することにより、主軸およびスラスト部材の軸方向への移動が容易になる。その結果、加工反力が主軸に加わると主軸が大きく移動するようになり、被加工物の検出感度が向上する。
【００１１】
上記空気軸受スピンドルにおいて好ましくは、ハウジングは、ハウジング外部からスラスト空気軸受に通じるスラスト用給気通路と、ハウジング外部からラジアル空気軸受に通じるラジアル用給気通路とを有しており、スラスト用給気通路とラジアル用給気通路とは互いに分離している。
【００１２】
これにより、スラスト用給気通路を通じてスラスト空気軸受に一の圧力の気体を注入し、ラジアル用給気通路を通じてラジアル空気軸受に他の圧力の気体を注入することができる。したがって、スラスト空気軸受に導入する気体の圧力と、ラジアル空気軸受に導入する気体の圧力とを独立して制御することができる。
【００１３】
上記空気軸受スピンドルにおいて好ましくは、スラスト部材は、軸方向の法線を有する第１スラスト面と第２スラスト面とを有しており、第１スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力と、第２スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力とを独立して制御可能であるようにハウジングが構成されている。これにより、中空部分におけるスラスト部材の位置を任意の位置に調節することができる。
【００１４】
上記空気軸受スピンドルにおいて好ましくは、スラスト用給気通路は、ハウジング外部から第１スラスト面およびハウジングの間に通じる第１スラスト用給気通路と、ハウジング外部から第２スラスト面およびハウジングの間に通じる第２スラスト用給気通路とを有しており、第１スラスト用給気通路と第２スラスト用給気通路とは互いに分離している。
【００１５】
これにより、第１スラスト用給気通路を通じて第１スラスト面およびハウジングの間に一の圧力の気体を注入し、第２スラスト用給気通路を通じて第２スラスト面およびハウジングの間に一の圧力の気体を注入することができる。したがって、第１スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力と、第２スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力とを独立して制御することができる。
【００１６】
上記空気軸受スピンドルにおいて好ましくは、スラスト部材は主軸の一端に固定されており、かつセンサはスラスト部材を隔てて主軸とは反対側におけるハウジング内に配置されている。
【００１７】
これにより、スラスト部材の位置が被加工物から離れる。通常、スラスト部材が配置される位置の空気軸受スピンドルの幅は大きくなるので、この幅の大きい部分を被加工物から離すことで、被加工物付近の空間を広くとることができる。
【００１８】
本発明の空気軸受スピンドルの制御方法は、中空部分を有するハウジングと、中空部分に回転可能に配置される主軸と、主軸に固定され、軸方向の法線を有するスラスト面を有するスラスト部材と、スラスト部材の軸方向の変位に関する情報を検知するセンサとを備えており、スラスト部材はハウジングに対してスラスト空気軸受によって支持されており、かつ主軸はハウジングに対してラジアル空気軸受によって支持されている空気軸受スピンドルの制御方法である。スラスト空気軸受に導入する気体の圧力をラジアル空気軸受に導入する気体の圧力よりも低くした状態で、スラスト部材の変位に基づいて被加工物の表面を検知する検知工程を備えている。
【００１９】
本発明の空気軸受スピンドルの制御方法によれば、検知工程においてスラスト空気軸受に導入する気体の圧力が低くされ、主軸およびスラスト部材の軸方向への移動が容易になる。その結果、検知工程における検出感度が向上する。加えて、検知工程における検出感度が向上するので、被加工物の加工部表面の高さ位置を正確に測定できる。このため、溝等を加工時、上記検知情報によって、加工する箇所の上方からその表面のごく近くまで早送りができ、タクトタイムが向上する。
【００２０】
上記制御方法において好ましくは、スラスト空気軸受に導入する気体の圧力を検知工程の際の圧力よりも高くした状態で、被加工物を加工する加工工程もさらに備えられている。
【００２１】
これにより、スラスト空気軸受の剛性が向上するので、加工能率の要求される穴加工のように、加工時において大きなスラスト荷重を主軸が受ける場合に、スラスト空気軸受によってこのスラスト荷重を受けることができる。
【００２２】
上記制御方法において好ましくは、スラスト部材は、軸方向の法線を有する第１スラスト面と第２スラスト面とを有している。第１スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力と、第２スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力とを独立して制御する。これにより、中空部分におけるスラスト部材の位置を任意の位置に調節することができる。
【００２３】
上記制御方法において好ましくは、中空部分におけるスラスト板の軸方向の位置が常に一定になるように、第１スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力と、第２スラスト面およびハウジングの間に導入する気体の圧力とを制御する。これにより、被加工物の軸方向の加工精度が向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の空気軸受スピンドルおよび空気軸受スピンドルの制御方法によれば、被加工物の検出感度を向上することができる。または、スラスト軸受の剛性を向上させて、高精度の加工が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における空気軸受スピンドルの構造を示す断面図である。図２は図１のスラスト板付近の拡大断面図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であり、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、図５は図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図であり、図６は図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。始めに、本実施の形態における空気軸受スピンドルの構造について、図１〜図６を用いて説明する。
【００２６】
特に図１を参照して、本実施の形態における空気軸受スピンドル１は、ハウジング９と、主軸５と、スラスト部材としてのスラスト板７と、センサ４とを備えている。ハウジング９は中空部分６および１１を有している。主軸５の後端（図中左側）にはスラスト板７が固定されており、主軸５およびスラスト板７は中空部分６および１１において回転可能に配置されている。スラスト板７付近のハウジング９にはセンサ４が取り付けられている。スラスト板７はハウジング９に対してスラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂによってスラスト方向に支持されており、主軸５はハウジング９に対してラジアル空気軸受２２によってラジアル方向に支持されている。スラスト空気軸受２１ａはスラスト板７を隔てて工具３とは反対の側（反工具側）に設けられており、スラスト空気軸受２１ｂはスラスト板７を隔てて工具３側に設けられている。なお、主軸５の前端（図中右側）にはたとえばエンドミル、砥石、またはドリルのような工具３が取り付けられる。
【００２７】
ハウジング９は円筒形状を有しており、後端付近の外径が前端付近の外径よりも大きくなっている。中空部分６および１１はハウジング９の外形にほぼ沿った形状を有しており、後端付近の中空部分６の径は前端付近の中空部分１１の径よりも大きくなっている。中空部分６にはスラスト板７が配置されており、中空部分１１には主軸５が配置されている。
【００２８】
特に図２を参照して、スラスト板７は円盤形状を有しており、軸方向（図中横方向）の法線を有する２つの主面７ａおよび７ｂ（スラスト面）を有している。主面７ａは空気軸受スピンドル１の後端方向に面しており、中空部分６の壁面６ａと対向している。主面７ｂは空気軸受スピンドル１の前端方向に面しており、中空部分６の壁面６ｂと対向している。また、スラスト板７の外周面には複数のタービン１６が設けられている。
【００２９】
ハウジング９の後端には中空部分６に通じる溝または穴１０が形成されており、溝または穴１０内にはセンサ４が配置されている。センサ４はスラスト板７を隔てて反工具側におけるハウジング９内に配置されている。センサ４はコンピュータ１２（図１）と電気的に接続されている。センサ４はスラスト板７の軸方向の変位に関する情報を検知するものである。このセンサとしては、静電容量型の変位センサや、渦電流式変位センサが使用される。センサ４はスラスト板の移動量に比例したアナログ信号をデジタル信号に変え、コンピュータ１２に出力する。コンピュータ１２は、センサ４からの情報に基づいてスラスト板７の軸方向の変位を計算し、出力する。
【００３０】
図１〜図６を参照して、空気軸受スピンドル１においては、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入（供給）する気体Ａ１の圧力と、ラジアル空気軸受２２に導入する気体Ａ２の圧力とを独立して制御可能であるようにハウジング９が構成されている。すなわち、ハウジング９は、ハウジング９外部からスラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの各々の軸受隙間に通じるスラスト用給気通路１５と、ハウジング９外部からラジアル空気軸受２２の軸受隙間に通じるラジアル用給気通路１３とを有している。
【００３１】
スラスト用給気通路１５は、通路１５ａ〜１５ｇによって構成されている。ハウジング９の後端付近の外径面から内径に向かって通路１５ａが延びており、通路１５ｃに連通している。通路１５ｃは図３で見て環状であり、たとえば周方向に等間隔に設けられた４つの通路１５ｄに連通している。通路１５ｄの各々は軸に沿って前端方向に延びており、スラスト板７の主面７ａおよび中空部分６の壁面６ａの間の空間（スラスト空気軸受２１ａの軸受隙間）に達している。また、ハウジング９の後端付近の外径面から内径に向かう途中において通路１５ａから通路１５ｂが直角に分岐している。通路１５ｂは軸に沿って前端方向に延びており、通路１５ｅに連通している。通路１５ｅは通路１５ｂから直角に曲がって内径に向かって延びており、通路１５ｆに連通している。通路１５ｆは図４で見て環状であり、たとえば周方向に等間隔に設けられた４つの通路１５ｇに連通している。通路１５ｇの各々は軸に沿って後端方向に延びており、スラスト板７の主面７ｂおよび中空部分６の壁面６ｂの間の空間（スラスト空気軸受２１ｂの軸受隙間）に達している。
【００３２】
ラジアル用給気通路１３は、通路１３ａ〜１３ｆによって構成されている。ハウジング９の後端面から軸に沿って前端方向に向かって通路１３ａが延びている。通路１３ａは中空部分６よりも前端方向に達した辺りで直角に曲がって内径に向かって延びており、通路１３ｂに連通している。通路１３ｂは図５で見て環状であり、たとえば周方向に等間隔に設けられた４つの通路１３ｃに連通している。通路１３ｃの各々は内径に向かって延びており、主軸５の外周面５ａおよび中空部分１１の壁面１１ａの間の空間（ラジアル空気軸受２２の軸受隙間）に達している。また、通路１３ｂおよび通路１３ｃの４つの連通部分の各々において通路１３ｄが分岐している。４つの通路１３ｄの各々は通路１３ａから直角に曲がって軸に沿って前端方向に延びており、通路１３ｅに連通している。通路１３ｅは図６で見て環状であり、たとえば周方向に等間隔に設けられた４つの通路１３ｆに連通している。通路１３ｆの各々は内径に向かって延びており、ラジアル空気軸受２２の軸受隙間に達している。
【００３３】
このように、スラスト用給気通路１５とラジアル用給気通路１３とは、ハウジング９外部から中空部分６および１１に達するまで、互いに連通することなく分離している。
【００３４】
なお、特に図１を参照して、ハウジング９にはハウジング９外部から中空部分６に達する通路１７ａおよび１７ｂ（図中点線）がさらに設けられている。通路１７ａを通じて流速の速い気体Ａ３をスラスト板７のタービン１６に吹きつけることにより、スラスト板７および主軸５が回転する。ハウジング９内に導入された気体Ａ１〜Ａ３は、主に通路１７ｂを通じて、気体Ｂとして外部へ放出される。
【００３５】
次に、本実施の形態における空気軸受スピンドル１の制御方法について説明する。
始めに図１、図２および図７を参照して、たとえばＺテーブル（図示なし）に空気軸受スピンドル１を取り付け、ＸＹテーブル（図示なし）上に被加工物２５を固定する。そして、工具３の真下に被加工物２５の加工位置が来るように、ＸＹテーブルで被加工物２５の位置を調節する。次に、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力をラジアル空気軸受２２に導入する気体Ａ２の圧力よりも低くする。これにより、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの圧力Ｐ１およびＰ３がラジアル空気軸受２２の圧力Ｐ２よりも小さくなる。この状態でＺテーブルを操作して空気軸受スピンドル１を降下する。空気軸受スピンドル１を降下する際には工具３の回転を停止する。
【００３６】
次に図１、図２および図８を参照して、空気軸受スピンドル１を高さｈ１だけ降下させると、工具３が被加工物２５の表面に接触し、被加工物２５からの加工反力Ｆが工具３に加わる。スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの圧力Ｐ１およびＰ３は小さいので、加工反力Ｆを受けるとスラスト板７は直ちに軸に沿って後端方向に変位する。このスラスト板７の変位がセンサ４によって検知され、コンピュータに出力される。その結果、被加工物２５の表面が検知される（検知工程）。
【００３７】
次に図１、図２および図９を参照して、たとえば穴開け加工のように、高速で切り込みを行ない、大きなスラスト荷重が発生するような加工を被加工物に施す場合には、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力を検知工程の際の圧力よりも高くする。これにより、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの圧力Ｐ１およびＰ３が検知工程の際の圧力よりも大きくなる。この状態で工具３を回転させながら所望の加工深さｄ１だけ空気軸受スピンドル１をさらに降下させ、被加工物２５に深さｄ１の穴を加工する（加工工程）。加工工程の際のスラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの圧力Ｐ１およびＰ３は検出工程の際の圧力Ｐ１およびＰ３よりも大きいので、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの剛性が向上し、穴開け加工の際に大きな加工反力Ｆが発生してもスラスト板７の変位は抑制される。なお、本穴加工において、貫通穴や穴深さの精度が厳しくない場合には、被加工物２５の表面を検知する工程を省略するか、またはその回数を減少させてもよい。
【００３８】
なお、図１、図２および図１０を参照して、たとえば小径のエンドミルや小径軸の砥石などを用いて軟質材の微細な溝を高精度に加工する場合のように、スラスト荷重があまり発生しないような加工を被加工物に施す場合には、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力を高くする必要はない。この場合には、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの圧力Ｐ１およびＰ３を低い状態にしたままで、まず上記によって検知した被加工面のごく近くの高さまで早送りで工具を接近させ、その後主軸５を低速で回転させつつ低速の切り込み送りで深さ要求深さｄ２の穴を加工した後、水平方向（図１０中横方向）に空気軸受スピンドル１を相対的に移動させて、工具３の外形によって被加工物を加工する。
【００３９】
本実施の形態における空気軸受スピンドル１の制御方法は、中空部分６および１１を有するハウジング９と、中空部分６および１１に回転可能に配置される主軸５と、主軸５に固定され、軸方向の法線を有する主面７ａおよび７ｂを有するスラスト板７と、スラスト板７の軸方向の変位に関する情報を検知するセンサ４とを備えており、スラスト板７はハウジング９に対してスラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂによって支持されており、かつ主軸５はハウジング９に対してラジアル空気軸受２２によって支持されている空気軸受スピンドル１の制御方法である。スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力をラジアル空気軸受２２に導入する気体Ａ２の圧力よりも低くした状態で、スラスト板７の変位に基づいて被加工物２５の表面を検知する検知工程を備えている。
【００４０】
本実施の形態における空気軸受スピンドル１およびその制御方法によれば、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力が検知工程において低くされるので、主軸５およびスラスト板７の軸方向への移動が容易になる。その結果、加工反力Ｆが主軸５に加わると主軸５が大きく移動するようになり、被加工物２５の検出感度が向上する。また、検知工程において被加工物２５の表面に工具３が加える力は小さいので、被加工物２５の表面の損傷を抑止することができる。
【００４１】
加えて、検知工程における検出感度が向上するので、被加工物２５の表面の検知速度が速くなり、加工のタクトタイムが向上する。すなわち、従来においては被加工物２５の表面の検知速度が遅いので、工具３の破損防止および被加工物２５の表面の損傷防止のために、空気軸受スピンドル１を高さｈ０（＜ｈ１）だけ降下させた後、空気軸受スピンドル１を低速で降下させて被加工物２５の表面に工具３を接触させ、大きな加工反力Ｆが生じないようにする必要があった。これに対して、本実施の形態における制御方法では被加工物２５の検出感度が高いので、高速で工具３を被加工物２５の表面に接触させても、工具３の破損や被加工物２５の表面の損傷を生じるほどの加工反力Ｆが生じる前に被加工物２５の表面を検知し、空気軸受スピンドル１の下降を停止することができる。
【００４２】
また、ハウジング９は、ハウジング９外部からスラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに通じるスラスト用給気通路１５と、ハウジング９外部からラジアル空気軸受２２に通じるラジアル用給気通路１３とを有しており、スラスト用給気通路１５とラジアル用給気通路１３とは互いに分離しているので、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力と、ラジアル空気軸受２２に導入する気体Ａ２の圧力とを独立して制御することができる。
【００４３】
また、スラスト板７は主軸５の後端に固定されており、かつセンサ４はスラスト板７を隔てて主軸５とは反対側におけるハウジング９内に配置されているので、被加工物２５付近の空間を広くとることができる。
【００４４】
また、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力を検知工程の際の圧力よりも高くした状態で、被加工物２５を加工する加工工程がさらに備えられている。これにより、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂの剛性が向上するので、たとえば穴開け加工などを行なう際などに大きなスラスト荷重を主軸５が受ける場合に、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂによってこのスラスト荷重を受けることができる。
【００４５】
さらに、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂに導入する気体Ａ１の圧力を検知工程の際の圧力よりも高くした状態で、被加工物２５を加工する加工工程がさらに備えられている。これにより、スラスト空気軸受の剛性が向上するので、たとえば穴開け加工などを行なう際などに大きなスラスト荷重を主軸５が受ける場合に、スラスト空気軸受２１ａおよび２１ｂによってこのスラスト荷重を受けることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態における通路１３ａ〜１３ｆおよび１５ａ〜１５ｇの形状は一例であり、スラスト用給気通路はハウジング外部からスラスト空気軸受に通じていればよく、ラジアル用給気通路はハウジング外部からラジアル空気軸受に通じていればよい。
【００４７】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２における空気軸受スピンドルの構造を示す断面図である。図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図であり、図１３は図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【００４８】
図１１〜図１３を参照して、本実施の形態における空気軸受スピンドルは、ハウジングに形成されたスラスト用給気通路の形状が、実施の形態１の空気軸受スピンドルと異なっている。本実施の形態においては、スラスト空気軸受２１ａに導入する気体Ａ１の圧力と、スラスト空気軸受２１ｂに導入する気体Ａ４の圧力とを独立して制御可能であるようにハウジング９が構成されている。すなわち、スラスト用給気通路１５は、互いに分離している通路１５ａ、１５ｃおよび１５ｄ（第１スラスト用給気通路）と、通路１５ｅ〜１５ｇ（第２スラスト用給気通路）とを有している。ハウジング９の後端付近の外径面から内径に向かって通路１５ａが延びており、通路１５ｃに連通している。通路１５ｃは図１３で見て環状であり、たとえば周方向に等間隔に設けられた４つの通路１５ｄに連通している。通路１５ｄの各々は軸に沿って前端方向に延びており、スラスト板７の主面７ａ（第１スラスト面）および中空部分６の壁面６ａの間の空間（スラスト空気軸受２１ａの軸受隙間）に達している。ハウジング９の後端付近の通路１５ａよりも前端側から内径に向かって通路１５ｅが延びており、通路１５ｆに連通している。通路１５ｆは図１４で見て環状であり、たとえば周方向に等間隔に設けられた４つの通路１５ｇに連通している。通路１５ｇの各々は軸に沿って後端方向に延びており、スラスト板７の主面７ｂ（第２スラスト面）および中空部分６の壁面６ｂの間の空間（スラスト空気軸受２１ｂの軸受隙間）に達している。
【００４９】
このように、通路１５ａ、１５ｃおよび１５ｄは、ハウジング９外部からスラスト空気軸受２１ａの軸受隙間に通じる通路を構成しており、通路１５ｅ〜１５ｇは、ハウジング９外部からスラスト空気軸受２１ｂの軸受隙間に通じる通路を構成している。通路１５ａ、１５ｃおよび１５ｄと通路１５ｅ〜１５ｇとは、ハウジング９外部から中空部分６に達するまで、互いに連通することなく分離している。
【００５０】
なお、これ以外の構成は、図１〜図６に示す実施の形態１の空気軸受スピンドルと同様であるので、同一部材には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００５１】
本実施の形態の空気軸受スピンドル１によれば、気体Ａ１およびＡ４の各々の圧力を独立して制御することで、中空部分６におけるスラスト板７の位置を任意の位置に調節することができる。図１４は図１１のスラスト板付近の拡大断面図である。図１４を参照して、気体Ａ１の圧力を気体Ａ４の圧力よりも高くすると、スラスト空気軸受２１ａの圧力Ｐ１がスラスト空気軸受２１ｂの圧力Ｐ３よりも高くなり、スラスト板７は前端方向に移動する。逆に気体Ａ１の圧力を気体Ａ４の圧力よりも低くすると、スラスト空気軸受２１ａの圧力Ｐ１がスラスト空気軸受２１ｂの圧力Ｐ３よりも低くなり、スラスト板７は後端方向に移動する。この現象を利用して、中空部分６におけるスラスト板７の位置を任意の位置に調節することができる。
【００５２】
また、本実施の形態の空気軸受スピンドル１によれば、加工時および非加工時においてスラスト板７を常に一定の軸方向位置に配置することもできる。図１４および図１５を参照してたとえば被加工物２５に深さｄ１の穴を加工する場合、工具３は被加工物２５から加工反力Ｆを受ける。この加工反力Ｆを受けて工具３は変位することがある。Δｘ１：スラスト空気軸受２１ａの軸受隙間の軸方向の幅、Δｘ２：スラスト空気軸受２１ｂの軸受隙間の軸方向の幅とし、変位Δｘ＝Δｘ２−Δｘ１＝０となる位置を基準の位置と仮定する。加工反力Ｆを受けてスラスト板７がΔｘ（Δｘ＞０）だけ変位すると、被加工物２５に実際に開けられる穴の深さは（ｄ１−Δｘ）となり、所望の深さよりもΔｘだけずれが生じる。そこで、加工時にスラスト板７の変位Δｘをセンサ４で検知した場合には、スラスト空気軸受２１ａの圧力Ｐ１がスラスト空気軸受２１ｂの圧力Ｐ３よりも高くすることにより、加工反力Ｆと反対方向の力を発生させ、スラスト板７の変位Δｘを０に保つことができる。その結果、所望の深さの穴を正確に加工することができ、その状態で工具３を水平面内で移動させることによって溝を高精度に加工することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態における１５ａおよび１５ｃ〜１５ｇの形状は一例であり、スラスト用給気通路は、互いに分離した第１スラスト用給気通路と第２スラスト用給気通路とを有していればよい。
【００５４】
また、実施の形態１および２においてはスラスト板７が主軸５の後端に固定されているが、スラスト部材の固定位置は任意であり、たとえば主軸の中央部分に固定されていてもよい。センサの位置ついても任意であり、スラスト部材の軸方向の変位に関する情報を検知できる位置に配置されていればよい。
【００５５】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、エンドミルや砥石などを用いた溝の加工などに使用される空気軸受スピンドルおよび空気軸受スピンドルの制御方法に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１における空気軸受スピンドルの構造を示す断面図である。
【図２】図１のスラスト板付近の拡大断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における空気軸受スピンドルを用いた被加工物の加工の第１工程を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１における空気軸受スピンドルを用いた被加工物の加工の第２工程を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態１における空気軸受スピンドルを用いた被加工物の加工の第３工程を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における空気軸受スピンドルを用いた被加工物の加工の第３工程の変形例を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における空気軸受スピンドルの構造を示す断面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１４】図１１のスラスト板付近の拡大断面図である。
【図１５】加工時に被加工物から加工反力を受けて工具が変位する様子を示す模式図である。
【図１６】特許文献１に記載の静圧軸受スピンドルの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  空気軸受スピンドル、３  工具、４  センサ、５，１０１  主軸、５ａ  主軸外周面、６，１１  中空部分、６ａ，６ｂ，１１ａ  中空部分壁面、７，１０７  スラスト板、７ａ，７ｂ  スラスト板主面、９，１０３  ハウジング、１０  溝、１２  コンピュータ、１３  ラジアル用給気通路、１３ａ〜１３ｆ，１５ａ〜１５ｇ，１７ａ，１７ｂ，１０２ａ，１０２ｂ  通路、１５  スラスト用給気通路、１６  タービン、２１ａ，２１ｂ，１１０  スラスト空気軸受、２２，１１１  ラジアル空気軸受、２５  被加工物、１０４  モータ、１０５  変位センサ、１０６  ドリル、１０８  注入孔、Ａ１〜Ａ４，Ｂ  気体、Ｆ  加工反力、Ｐ１〜Ｐ３  圧力。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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