JP2005022032A

JP2005022032A - 主軸装置及び両頭研削装置

Info

Publication number: JP2005022032A
Application number: JP2003190343A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Hara; 一敬原; Akira Isobe; 章磯部; Shinichiro Tsukahara; 真一郎塚原; Ryuji Furukawa; 竜治古川
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】本発明は、主軸を軸受部により回転可能に支持して被加工物の加工を行う主軸装置及び両頭研削装置に関し、主軸の危険速度を十分に高めて、高速回転する主軸により被加工物を高精度に加工することを目的とする。
【解決手段】第１のハウジング１５ａ内に配設された軸受本体２７ａに、第１及び第２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａを配設し、第１のハウジング１５ａに対して着脱可能に配設された第２のハウジング１６ａ内に第３のラジアル静圧軸受部３８ａを配設して、第１乃至３のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａ，３８ａにより主軸１２ａを回転可能に支持する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主軸装置及び両頭研削装置に係り、特に主軸を軸受部により回転可能に支持して被加工物の加工を行う主軸装置及び両頭研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に従来の主軸装置では、主軸を回転可能に支持する軸受部として静圧媒体を用いた静圧軸受部が適用されている。静圧軸受部には、静圧媒体として液体又は空気が加圧された状態で供給され、この静圧媒体の圧力により主軸は回転可能に支持される。このような静圧軸受部は、ハウジング内に設けられた軸受本体に配設されており、主軸の延在方向から主軸を回転可能に支持するスラスト静圧軸受部と、主軸の延在方向と直交する面方向から主軸を回転可能に支持するラジアル静圧軸受部とにより構成されている。また、主軸とハウジングとの間には、主軸を回転駆動させるためのビルトインモータが配設されている。砥石が配設される側の主軸の端部とビルトインモータとの間に配設された主軸は、２つのラジアル静圧軸受部により回転可能に支持されている。また、スラスト静圧軸受部は、２つのラジアル静圧軸受部の間に配設されたフランジと対向する軸受本体に配設されている。
【０００３】
このような主軸装置は、工作機械や研削装置等に適用されており、被加工物を高精度に加工するため、主軸を安定して高速回転させることが必要とされている。そのため、従来の主軸装置では、主軸の外径を大きくして、主軸の剛性及び危険速度を高め、主軸を高速回転させて被加工物の加工を行なっていた（例えば、特許文献１参照。）。このような主軸装置は、高精度に被加工物の加工ができるため、一対の砥石により被加工物の両面を加工する両頭研削装置に用いられている。なお、ここでの危険速度とは、主軸の回転数が主軸の持つ固有振動数と一致する速度のことであり、この危険速度が高い場合には、主軸を安定して高速回転させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２５７０３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、砥石が配設される側の主軸の端部とビルトインモータとの間に設けられた２つラジアル静圧部だけでは、高速回転する主軸を安定して支持することが難しく、主軸の危険速度を十分に高めることができないため、被加工物を精度良く加工することができないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、主軸の危険速度を十分に高めて、高速回転する主軸により被加工物を高精度に加工することのできる主軸装置及び両頭研削装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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。
【０００８】
請求項１記載の発明では、第１の軸受本体に配設され、主軸を回転可能に支持するラジアル静圧軸受部を有した主軸装置において、前記第１の軸受本体の外部に前記ラジアル静圧軸受部とは別にラジアル軸受部を設け、該ラジアル軸受部により前記主軸を回転可能に支持する構成としたことを特徴とする主軸装置により、解決できる。
【０００９】
上記発明によれば、第１の軸受本体に配設されたラジアル静圧軸受部と、ラジアル静圧軸受部の配設された位置から離れた第１の軸受本体の外部に設けられたラジアル軸受部とにより主軸を回転可能に支持するため、従来の第１の軸受本体に配設されたラジアル静圧軸受部のみで主軸を回転可能に支持する場合と比較して、高速回転する主軸を安定して支持することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、前記ラジアル静圧軸受部は、２つ設けられており、前記主軸は、前記２つのラジアル静圧軸受部と１つの前記ラジアル軸受部とにより回転可能に支持されることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置により、解決できる。
【００１１】
上記発明によれば、主軸は２つのラジアル静圧軸受部と１つの前記ラジアル軸受部との３点で支持されるため、従来の２つのラジアル静圧軸受部により主軸を支持する場合と比較して、高速回転する主軸を安定して支持することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記ラジアル軸受部は、前記第１の軸受本体とは別体とされた第２の軸受本体に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の主軸装置により、解決できる。
【００１３】
上記発明によれば、第２の軸受本体は第１の軸受本体に対して別体に形成されているため、第１の軸受本体に対する第２の軸受本体の取り付け位置を調整することができるため、ラジアル静圧軸受部及びラジアル軸受部が１つの軸受本体に配設された場合と比較して、容易に第１及び第２の軸受本体内に主軸を収納することができる。また、同一の軸受本体にラジアル静圧軸受部とラジアル軸受部とを配設する場合と比較して、容易にラジアル静圧軸受部とラジアル軸受部とを配設することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明では、前記第２の軸受本体の内部には、前記主軸を回転駆動させる駆動用モータが配設されており、前記ラジアル軸受部は、前記駆動用モータに近接した前記ラジアル静圧軸受部と該ラジアル軸受部との間の前記主軸の延在方向に前記駆動用モータを挟むような位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の主軸装置により、解決できる。
【００１５】
上記発明によれば、ラジアル静圧軸受部から離れた位置にラジアル軸受部を配設して、ラジアル静圧軸受部とラジアル軸受部とにより主軸全体を支持するため、主軸が高速回転された際、主軸を安定して支持することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明では、前記ラジアル軸受部には、静圧媒体を利用した静圧軸受部を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の主軸装置により、解決できる。
【００１７】
上記発明によれば、ラジアル軸受部には、静圧軸受部を用いることにより、主軸の荷重が大きい場合でも、高速回転する主軸を回転可能に支持することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明では、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする両頭研削装置により、解決できる。
【００１９】
上記発明によれば、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の主軸装置を両頭研削装置に具備することにより、高速回転する主軸により被加工物を高精度に加工することができる。
【００２０】
【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。
【００２１】
本実施例の主軸装置１１ａ，１１ｂは、研削装置の中の１つである両頭研削装置１０に適用することができる。始めに、図１を参照して、主軸装置１１ａ，１１ｂを適用した両頭研削装置１０の構成について説明し、主軸装置１１ａ，１１ｂについては図２を用いて詳述する。図１は、本発明の主軸装置を適用した両頭研削装置の概略図であり、図２は、本実施例の主軸装置の概略図である。なお、図１乃至２に示したＸ，Ｘ方向はスラスト方向を示しており、Ｙ，Ｙ方向はＸ，Ｘ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。また、図２において図１と同一構成部分に関しては同一の符号を付す。両頭研削装置１０は、大略すると主軸装置１１ａ，１１ｂとワーク保持装置１８とにより構成されている。
【００２２】
主軸装置１１ａ，１１ｂは、被加工物であるワーク２３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１に関しては、同図中上部に位置する主軸装置１１ａには符号ａを添記し、図中下部に位置する主軸装置１１ｂには符号ｂを添記して、主に符号ａを添記した側の主軸装置１１ａについて説明する。
【００２３】
図１に示すように、主軸装置１１ａは、大略すると主軸１２ａと、砥石１３ａと、第１のハウジング１５ａと、第２のハウジング１６ａとにより構成されている。主軸１２ａは、第１のハウジング１５ａと第２のハウジング１６ａとの内部に配設されている。なお、第２のハウジング１６ａは、請求項３に記載の第２の軸受本体のことである。ワーク２３と対向する側の主軸１２ａの端部には、ワーク２３を研削加工するための砥石１３ａが一体に配設されている。主軸１２ａと砥石１３ａとは、第２のハウジング１６ａ内に配設された後述するビルトインモータ３５ａにより一体にラジアル方向（Ｙ，Ｙ方向）に回転される。また、主軸１２ａと砥石１３ａとは、図示していない移動装置によりスラスト方向（Ｘ，Ｘ方向）に移動される。
【００２４】
ワーク保持装置１８は、大略するとワーク保持器フレーム１９と、複数のＶ溝付きローラ２１と、駆動源２２とにより構成されている。ワーク保持器フレーム１９には、ワーク２３を回転支持するための複数のＶ溝付きローラ２１と、駆動源２２とが形成されており、Ｖ溝付きローラ２１により支持されたワーク２３は、駆動源２２によりラジアル方向（Ｙ，Ｙ方向）に回転される。両頭研削装置１０による加工は、回転するワーク２３に向かって回転移動する一対の砥石１３ａ，１３ｂの研削動作面１４ａ，１４ｂがワーク２３の両面と接触することにより行われる。
【００２５】
次に、図２を参照して、本発明の実施例である主軸装置１１ａの構成について説明する。主軸装置１１ａは、大略すると第１のハウジング１５ａと、軸受本体２７ａと、主軸１２ａと、砥石１３ａと、第２のハウジング１６ａと、ビルトインモータ３５ａと、スラスト静圧軸受部２９ａと、第１乃至３のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａ，３８ａとにより構成されている。
【００２６】
主軸１２ａは、大略すると第１の回転軸体２５ａと、フランジ２６ａと、第２の回転軸体３４ａとにより構成されている。第１の回転軸体２５ａの一方の端部には砥石１３ａが一体に配設されており、他方の端部には第２の回転軸体３４ａが一体に配設されている。また、第２の回転軸体３４ａの外径は、第１の回転軸体２５ａの外径よりも小さくなるように構成されている。このように第２の回転軸体３４ａの外径を第１の回転軸体２５ａの外径よりも小さくなるように構成することにより、第１のハウジング１５ａに第２のハウジング１６ａを接続する際、第１のハウジング１５ａ内に配設された主軸１２ａを第２のハウジング１６ａ内に収納し易くすることができる。
【００２７】
第１の回転軸体２５ａには、フランジ２６ａが一体に配設されている。第１の回転軸体２５ａと、フランジ２６ａと、第２の回転軸体３４ａとは一体に配設されている。第１のハウジング１５ａは、円筒形の形状をしており、第１のハウジング１５ａ内には第１の回転軸体３１ａが第１のハウジング１５ａを貫通するように配設されている。第１のハウジング１５ａと第１の回転軸体２５ａとの間には、軸受本体２７ａが配設されている。この軸受本体２７ａは、請求項１に記載の第１の軸受本体のことである。
【００２８】
砥石１３ａ側の第１の回転軸体２５ａの端部と対向する軸受本体２７ａには、第１のラジアル静圧軸受部３０ａが配設されている。第２のラジアル静圧軸受部３２ａは、第１のラジアル静圧軸受部３０ａとの間にフランジ２６ａを挟むことのできる位置で、かつ第１の回転軸体２５ａと対向する軸受本体２７ａに配設されている。第１及び第２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａは、加圧状態で供給された静圧媒体を導入して、この静圧媒体の圧力により主軸１２ａをＹ，Ｙ方向に回転可能に支持するためのものである。なお、第１及び第２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａは、請求項１に記載のラジアル静圧軸受部のことである。
【００２９】
第１のラジアル静圧軸受部３０ａの砥石１３ａ側には、シール部材３１ａが配設されており、第２のラジアル静圧軸受部３２ａの図２中右側には、シール部材３３ａが配設されている。シール部材３１ａ，３３ａは、第１又は第２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａに供給された静圧媒体が外部に漏れることを防止するためのものである。フランジ２６ａと対向する軸受本体２７ａには、スラスト静圧軸受部２９ａが配設されている。スラスト静圧軸受部２９ａは、加圧状態で供給された静圧媒体を導入して、この静圧媒体の圧力により主軸１２ａをＸ，Ｘ方向から回転可能に支持するためのものである。
【００３０】
第２のハウジング１６ａは、円筒形の形状をしており、第１のハウジング１５ａとは別体に構成されている。第２のハウジング１６ａ内には、第２の回転軸体３４ａが第２のハウジング１６ａを貫通するように配設されている。なお、この第２のハウジング１６ａは、請求項３に記載の第２の軸受本体のことである。このように、第２のハウジング１６ａを第１のハウジング１５ａとは別体な構成とすることにより、主軸装置１１ａの組み立て時において、主軸１２ａが配設された第１のハウジング１５ａに第２のハウジング１６ａを取り付ける際、第２のハウジング１６ａの取り付け位置を調整することができる。
【００３１】
これにより、第２のハウジング１６ａ内に第２の回転軸体３４ａを精度良く収納することができ、主軸装置１１ａの組み立て精度を向上させることができる。また、第２のハウジング１６ａ内に配設された後述する第３のラジアル静圧軸受部３８ａと第１乃至２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａとを同一ハウジング内に配設することは技術的に困難であるが、第１乃至２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａを軸受本体２７ａに配設して、第３のラジアル静圧軸受部３８ａを第２のハウジング１６ａに配設することで、主軸１２ａを支持する３つの第１乃至３ラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａ，３８ａを容易に設けることができる。
【００３２】
第２のハウジング１６ａと第２の回転軸体３４ａとの間には、空間Ａが形成されている。空間Ａに位置する第２の回転軸体３４ａには、ロータ３６ａが第２の回転軸体３４ａと一体に配設されている。また、ロータ３６ａと対向する第２のハウジング１６ａの面には、ステータ３７ａが配設されている。駆動用モータであるビルトインモータ３５ａは、このロータ３６ａとステータ３７ａとにより構成されており、このビルトインモータ３５ａにより主軸１２ａはラジアル方向（Ｙ，Ｙ方向）に回転駆動させられる。第３のラジアル静圧軸受部３８ａは、第２の回転軸体３４ａの端部と対向する第２のハウジング１６ａに配設されている。この第３のラジアル静圧軸受部３８ａを設けることにより、ビルトインモータ３５ａは、スラスト方向（Ｘ，Ｘ方向）において、第２のラジアル静圧軸受部３２ａと第３のラジアル静圧軸受部３８ａとの間の位置に挟まれる。なお、第３のラジアル静圧軸受部３８ａは、請求項１に記載のラジアル軸受部のことである。
【００３３】
このように第３のラジアル静圧軸受部３８ａを第２のラジアル静圧軸受部３２ａから離れた主軸１２ａの端部に配設することで、互いに離間した第１乃至３のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａ，３８ａにより高速回転する主軸１２ａを安定して支持することができ、主軸１２ａの危険速度を高めることができる。また、従来の主軸装置のように、高速回転する主軸１２ａで被加工物の加工を行う際、主軸１２ａの剛性を高める必要が無いので、簡単な構成の主軸１２ａを用いることができる。さらに、軸受部に静圧媒体を用いた第１乃至３のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａ，３８ａを適用することにより、主軸１２ａの荷重が大きい場合でも、高速回転する主軸１２ａを安定して支持することができ、主軸１２ａの危険速度を高めることができる。
【００３４】
次に、本発明者が行った従来の主軸装置と本実施例の主軸装置１１ａとの主軸の危険速度の算出を行った結果について説明する。なお、従来の主軸装置には、第１及び第２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａの２つのラジアル静圧軸受部により主軸１２ａが支持された構成の装置を用い、主軸は同一の主軸１２ａを適用した。
【００３５】
危険速度の算出を行った結果、従来の主軸装置の主軸１２ａの危険速度は７４５４ｒｐｍであり、本実施例の主軸装置１１ａの主軸１２ａの危険速度は２６５６０ｒｐｍであった。この危険速度の算出結果から、従来の２つの第１及び第２のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａで主軸１２ａを支持する場合と比較して、本実施例の３つの第１乃至３のラジアル静圧軸受部３０ａ，３２ａ，３８ａで主軸１２ａを支持する場合の方が主軸１２ａの危険速度を高めることができ、主軸１２ａを高速回転させて被加工物の加工を行うことができることが分かった。
【００３６】
また、第３のラジアル静圧軸受部３８ａの両側には、第３のラジアル静圧軸受部３８ａに供給された静圧媒体の漏れを防ぐためのシール部材４１ａ，４２ａが配設されている。このように、第３のラジアル静圧軸受部３８ａの両側にシール部材３６，３７を配設することにより、静圧媒体が主軸装置１０の外部又は空間Ａ内に漏れることを防ぐことができ、ビルトインモータ３５ａの破損を防止することができる。
【００３７】
このような両頭研削装置１０が加工するワーク２３には、シリコンウエハやガラスディスク等があり、シリコンウエハ上には微細なパターンが形成されるため高精度の加工が要求される。本実施例に示した主軸装置１１ａ，１１ｂを両頭研削装置１０に適用することにより、主軸１２ａ，１２ｂを高速回転させてワーク２３の両面を精度良く加工することができる。
【００３８】
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、静圧媒体には、水や油等の液体又は空気を用いることができる。また、上記実施例では請求項１に記載のラジアル軸受部として、静圧媒体を用いた第３のラジアル静圧軸受部３８ａを用いたが、第３のラジアル静圧軸受部３８ａの代わりにボールベアリング等の接触型ベアリング機構を設けても良い。また、静圧媒体を用いたラジアル静圧軸受部を３つ以上設けても良い。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、第１の軸受本体に配設されたラジアル静圧軸受部と、ラジアル静圧軸受部の配設された位置から離れた第１の軸受本体の外部に設けられたラジアル軸受部とにより主軸を回転可能に支持するため、従来の第１の軸受本体に配設されたラジアル静圧軸受部のみで主軸を回転可能に支持する場合と比較して、高速回転する主軸を安定して支持することができる。
【００４０】
請求項２記載の発明によれば、主軸は２つのラジアル静圧軸受部と１つの前記ラジアル軸受部との３点で支持されるため、従来の２つのラジアル静圧軸受部により主軸を支持する場合と比較して、高速回転する主軸を安定して支持することができる。
【００４１】
請求項３記載の発明によれば、第１の軸受本体に対する第２の軸受本体の取り付け位置の調整が可能なため、ラジアル静圧軸受部及びラジアル軸受部が１つの軸受本体に配設された場合と比較して、容易に第１及び第２の軸受本体内に主軸を収納することができる。
【００４２】
請求項４記載の発明によれば、ラジアル静圧軸受部から離れた位置にラジアル軸受部を配設して、ラジアル静圧軸受部とラジアル軸受部とにより主軸全体を支持するため、主軸が高速回転された際、主軸を安定して支持することができる。
【００４３】
請求項５記載の発明によれば、ラジアル軸受部には、静圧軸受部を用いることにより、主軸の荷重が大きい場合でも、高速回転する主軸を回転可能に支持することができる。
【００４４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の主軸装置を両頭研削装置に具備することにより、高速回転する主軸により被加工物を高精度に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の主軸装置を適用した両頭研削装置の概略図である。
【図２】本実施例の主軸装置の概略図である。
【符号の説明】
１０両頭研削装置
１１ａ、１１ｂ主軸装置
１２ａ、１２ｂ主軸
１３ａ、１３ｂ砥石
１４ａ、１４ｂ研削動作面
１５ａ、１５ｂ第１のハウジング
１６ａ、１６ｂ第２のハウジング
１８ワーク保持装置
１９ワーク保持器フレーム
２１Ｖ溝付きローラ
２２駆動源
２３ワーク
２５ａ第１の回転軸体
２６ａフランジ
２７ａ軸受本体
２９ａスラスト静圧軸受部
３０ａ第１のラジアル静圧軸受部
３１ａ、３３ａ、４１ａ、４２ａシール部材
３２ａ第２のラジアル静圧軸受部
３４ａ第２の回転軸体
３５ａビルトンモータ
３６ａロータ
３７ａステータ
３８ａ第３のラジアル静圧軸受部
Ａ空間

Claims

第１の軸受本体に配設され、主軸を回転可能に支持するラジアル静圧軸受部を有した主軸装置において、
前記第１の軸受本体の外部に前記ラジアル静圧軸受部とは別にラジアル軸受部を設け、該ラジアル軸受部により前記主軸を回転可能に支持する構成としたことを特徴とする主軸装置。
前記ラジアル静圧軸受部は、２つ設けられており、
前記主軸は、前記２つのラジアル静圧軸受部と１つの前記ラジアル軸受部とにより回転可能に支持されることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
前記ラジアル軸受部は、前記第１の軸受本体とは別体とされた第２の軸受本体に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の主軸装置。
前記第２の軸受本体の内部には、前記主軸を回転駆動させる駆動用モータが配設されており、
前記ラジアル軸受部は、前記駆動用モータに近接した前記ラジアル静圧軸受部と該ラジアル軸受部との間の前記主軸の延在方向に前記駆動用モータを挟むような位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の主軸装置。
前記ラジアル軸受部には、静圧媒体を利用した静圧軸受部を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の主軸装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする両頭研削装置。