JP2000024805A - 加工機械およびそのスピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピンドルの支持につき、優れた動剛性およ
び静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、高速の加
工を精度良く行える加工機械を提供する。 【解決手段】 工具Ｔを回転させるスピンドル装置１
と、ワークＷを保持するワーク保持手段２と、これら工
具ＴとワークＷとを相対的に移動させる送り手段３とを
備える。スピンドル装置１は、スピンドル４を、静圧気
体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受２
３により回転自在に設置し、回転源２５を備えたものと
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、研削盤等の高速
の機械加工を行う加工機械に関し、静圧気体軸受と磁気
軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を用いたことを
特徴とする。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来よ
り、円筒研削盤などの加工機械において、スピンドルを
電磁石の磁力により支持する磁気軸受スピンドル装置を
備えたものが提案されている。磁気軸受は、大きな軸受
ギャップを持つため回転によるトルクロスが極めて小さ
く、また積分制御により大きな静剛性を付与できる特徴
がある。しかし、磁気軸受スピンドル装置は、制御の難
しさ等から、動剛性および高回転精度において、いま一
つ満足できる性能を得ることが難しい。また、磁気軸受
スピンドル装置は、加工中にスピンドルの曲げ固有振動
数の影響を受け易く、そのため非常に複雑な制御系を構
成する必要がある。

【０００３】一方、非接触の軸受として、磁気軸受のほ
かに静圧気体軸受がある。静圧気体軸受は、回転精度が
極めて高く優れた動的安定性を持っているが、圧縮性を
有するために、静剛性および負荷容量が小さく、加工機
械用としては、ほとんど適用例がない。

【０００４】そこで、最近、高速加工機械のスピンドル
装置として、静圧気体軸受と磁気軸受とを併用したもの
が提案され、実用化が検討されている。しかし、この提
案例のものは、独立した磁気軸受と静圧気体軸受とを軸
方向に並べて配置しているため、スピンドルが長くな
り、曲げ固有振動数が低くなるという問題点がある。ま
た、磁気軸受を単独で適用するスピンドル装置の場合と
全く同じ構成の制御系の構成を採用しているために、静
圧気体軸受の動的安定性を損ね、むしろ外乱発生源とし
て作用するという問題点もある。また、このスピンドル
装置で高回転精度を得るためには、磁気軸受用変位セン
サが高精度であることが要求されるが、通常、磁気軸受
に使用される変位センサは渦電流センサなどの磁気セン
サが用いられ、分解能は１μｍ程度である。一方、高精
度変位センサとしては静電容量型変位センサがあるが、
高価で利用は難しい。したがって、静圧気体軸受，磁気
軸受の特長を生かしつつ、欠点を補い合うという目的は
十分に達成されていないのが現状である。

【０００５】この発明の目的は、スピンドルの支持につ
き、優れた動剛性および静剛性が得られ、かつ高回転精
度が得られ、高速の加工を精度良く行える加工機械を提
供することである。この発明の他の目的は、スピンドル
を長くすることなく静圧気体軸受と磁気軸受とによる支
持を可能とし、スピンドルのより一層の高速回転を可能
とすることである。この発明のさらに他の目的は、高精
度な変位検出を可能にすると共に、静圧気体軸受と磁気
軸受の相互干渉の防止を容易とすることである。この発
明のさらに他の目的は、制御系の工夫により、静圧気体
軸受の優れた動的安定性を損ねることなく、磁気軸受の
特長である静剛性の向上を可能とすることである。この
発明のさらに他の目的は、加工機械に用いられるスピン
ドル装置において、スピンドルの支持につき、優れた動
剛性および静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、
高速の加工を精度良く行えるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の加工機械は、
工具を回転させるスピンドル装置と、ワークを保持する
ワーク保持手段と、これらスピンドル装置の工具とワー
ク保持手段に保持されたワークとを相対的に移動させる
送り手段とを備えた加工機械であって、前記スピンドル
装置を次の構成としたものである。すなわち、このスピ
ンドル装置は、工具を先端に取付けたスピンドルを、静
圧気体軸受と磁気軸受とが、互いに兼用部分が生じるよ
うに複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンド
ル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルを回転
駆動する駆動源を設けたものとする。この構成による
と、ワーク保持手段に保持されたワークが、スピンドル
装置のスピンドル先端に設けられた工具により加工さ
れ、前記送り手段により、ワークと工具の間の切り込み
や送り等の相対移動が行われる。この場合に、スピンド
ルを支持する軸受として、静圧気体軸受と磁気軸受とが
複合化された静圧磁気複合軸受を用いたため、静圧気体
軸受の優れた動剛性および回転精度と磁気軸受の優れた
静剛性という両者の特長を生かした支持が行える。この
ため、工具を低速回転させる場合や、高速回転させる場
合も、精度良く加工することができる。また、静圧気体
軸受と磁気軸受とは、互いに複合化されて静圧磁気複合
軸受とされているため、独立した静圧気体軸受と磁気軸
受とを単に並べて配置する場合に比べて、構成がコンパ
クトになる。

【０００７】この発明の加工機械において、前記スピン
ドルは、ラジアル軸受とアキシャル軸受とを介してスピ
ンドル装置本体に設置し、前記ラジアル軸受を前記静圧
磁気複合軸受としても良い。このように、スピンドルを
支持するラジアル軸受を静圧磁気複合軸受とすることに
より、静圧による支持と磁気による支持とに、スピンド
ルに別の長さ部分を必要とせず、スピンドル長さを短く
できる。これにより、曲げ固有振動数が高められ、より
高速回転が可能となる。また、軸方向に対する磁気軸受
の支持中心点と静圧気体軸受の支持中心点とを略一致さ
せることができ、両軸受の制御が容易になる。

【０００８】前記ラジアル軸受となる静圧磁気複合軸受
は、磁気軸受のステータに静圧気体軸受の絞りを設けた
ものであっても良い。例えば、ステータのコアに前記絞
りを設けても良い。このように、磁気軸受のステータに
静圧気体軸受の絞りを設けることにより、部品点数が削
減されると共に、前記のスピンドル長の短縮、および静
圧気体軸受および磁気軸受の支持中心点の一致化が容易
に実現できる。

【０００９】この発明の加工機械において、前記スピン
ドルの変位を求める変位測定手段として、前記静圧気体
軸受の軸受面の圧力を測定する圧力センサを設け、この
圧力センサの測定値から前記スピンドルの変位を求めて
前記磁気軸受の磁力制御を行う磁気軸受制御手段を設け
ても良い。このように静圧気体軸受面の圧力を測定し、
これをスピンドル変位に換算して磁気軸受の制御に利用
することにより、他の方式のセンサで問題となるスピン
ドルセンサターゲット面の磁気特性むらによるセンサの
誤動作がなく、高精度なセンシングが可能となる。例え
ば、分解能がサブミクロン以下の高精度な変位検出が可
能になると同時に、センサに小型のものが使用できて、
センサを軸受内部に収納することができ、コンパクトな
軸受構成が可能となる。また、静圧気体軸受の圧力をス
ピンドル変位に換算することで、静圧気体軸受の軸受中
心を磁気軸受中心に設定できることから、両軸受の相互
干渉を防ぐことが容易となる。したがって一層の加工精
度の向上が図れる。

【００１０】この発明の加工機械において、スピンドル
の変位を測定する変位測定手段を設け、この変位測定手
段の測定値に前記磁気軸受をフィードバック制御する磁
気軸受制御手段を設け、この磁気軸受制御手段は、積分
動作または比例積分動作のみで制御するものであって、
所定以上の高周波に対して制御を行わないものとしても
良い。このように、積分動作または比例積分動作のみを
行い、所定以上の高周波に対して制御を行わないものと
することで、静圧気体軸受の優れた動的安定性を損ねる
ことなく、磁気軸受は低周波数域のみの軸受作用力に限
定でき、特長である静剛性の向上が可能となる。すなわ
ち、動剛性（高周波領域）を静圧気体軸受で、静剛性
（低周波領域）を磁気軸受でそれぞれ分担して受け持つ
ことになり、両軸受の特長が共に生かされ、かつ互いに
干渉するのを回避できる。

【００１１】この発明の加工機械は、スピンドルの先端
に設けられた工具が砥石であり、前記ワーク保持手段
が、ワークを回転させる機能を有するものであり、円筒
研削を行う研削盤となるものであっても良い。研削盤
は、ワークの加工精度が高度に要求され、また工具であ
る砥石を高速で回転させることが必要な加工機械であ
り、このような研削盤に、スピンドルの静圧磁気複合軸
受による支持を適用することで、この静圧磁気複合軸受
による高精度な支持が効果的に発揮され、高精度の加工
が行える。また、静圧磁気複合軸受を用いるため、独立
した静圧気体軸受と磁気軸受とを併用する場合に比べて
軸受部がコンパクト化され、これに伴いスピンドル装置
が軽量化されるため、スピンドル装置の移動が高速に行
える。このため、多量のワークを高速に加工する場合
に、ワーク交換に伴う無駄時間が短縮でき、量産性の向
上が図れる。

【００１２】この発明のスピンドル装置は、この発明の
上記いずれかの構成の加工機械に備えられるスピンドル
装置であって、工具を先端に取付けたスピンドルを、静
圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸
受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、
前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図４と共に説明する。この加工機械は、ワークＷの内
面を研削する研削盤であって、工具Ｔを回転させるスピ
ンドル装置１と、ワークＷを保持するワーク保持手段２
と、これらスピンドル装置１の工具Ｔとワーク保持手段
２に保持されたワークＷとを相対的に移動させる送り手
段３とを備える。ワークＷは、リング状のものであり、
例えば、転がり軸受や滑り軸受における軌道輪となるも
のである。

【００１４】スピンドル装置１は、砥石からなる工具Ｔ
の取付けられたスピンドル４を回転自在に支持すると共
に内蔵のモータで回転駆動するものであり、砥石台であ
る工具台５上に固定設置されている。工具台５は、基台
６上に案内手段７を介して、スピンドル４の軸方向（Ｚ
軸方向）に進退自在に設置され、進退駆動手段８により
進退駆動される。案内手段７は、滑り案内等で接触支持
を行うものであっても、また磁力または静圧により非接
触で支持する直動軸受であっても良い。進退駆動手段８
は、ボールねじを介してモータにより送りを与える接触
型の送り手段であっても、また磁力等により工具台５に
非接触で送りを与えるものであっても良い。

【００１５】ワーク保持手段２は、ワークＷを把持する
チャック９を移動台１０に回転自在に設置したものであ
り、チャック９は、移動台１０に設置されたモータ１１
によりベルト等の伝達機構１２を介して回転駆動され
る。チャック９の回転中心は、スピンドル４と平行とさ
れる。移動台１０は、基台６上に案内手段１２を介し
て、工具台進退方向（Ｚ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸
方向）に進退自在に設置され、進退駆動手段１３により
進退駆動される。案内手段１２は、基台６に設けられた
滑り案内のレール等からなり、進退駆動手段１３はモー
タおよびボールねじ等からなる。この移動台１０の移動
により、ワークＷに対する工具Ｔの切り込み方向の相対
移動が行われ、工具台５の移動によりワークＷに対する
工具Ｔの送り方向の移動が行われる。これら工具台５の
案内手段７および進退駆動手段８と、移動台１０の案内
手段１２および進退駆動手段１３とにより、前記の送り
手段３が構成される。

【００１６】スピンドル装置１は、ビルトインモータ形
式のスピンドル装置であって、図２に示すように、スピ
ンドル装置本体となる円筒状のハウジング２２内に、回
転駆動源となるモータ２５を設け、モータ２５の前後に
配置された一対のラジアル型の軸受２３，２３と、後端
のアキシャル型の軸受３０とを介してスピンドル４を回
転自在に支持したものである。これらラジアル軸受２３
およびアキシャル軸受３０は、いずれも静圧磁気複合軸
受とされている。モータ２５は、スピンドル４に一体に
設けられたモータ部ロータ２６と、ハウジング２２に設
置されたステータ２７とで構成される。ハウジング２２
の前後端にはフランジ２２ａ，２２ｂが形成され、これ
らフランジ２２ａ，２２ｂの内周面は潤滑性に優れた材
料からなる保護用滑り軸受面とされている。これによ
り、静圧磁気複合軸受２３に異常が生じてスピンドル４
がタッチダウンした場合でも、スピンドル４の焼付きが
防止される。

【００１７】ラジアル型の各静圧磁気複合軸受２３，２
３は、次のように磁気軸受２８と静圧気体軸受２９と
を、構成部品に兼用部分が生じるように一体化させたも
のである。静圧気体軸受２９には静圧空気軸受が用いら
れている。磁気軸受２８は、スピンドル４の外周に設け
られた磁性体の軸受ロータ３１と、ハウジング２２に設
置された軸受ステータ３２とで構成される。軸受ロータ
３１は、スピンドル４自体の一部であっても良い。軸受
ステータ３２は、コア３３とコイル３４とコア覆い材３
８とでリング状に形成されている。コア３３は、図３に
示すようにリング状部分から複数のヨーク部３３ａを内
径側へ互いに放射状に突出させたものであり、各ヨーク
部３３ａに前記コイル３４が巻かれている。隣合うヨー
ク部３３ａ，３３ａ間の隙間は、樹脂モールド、または
非磁性金属材料もしくはセラミックス材料からなる溶射
による充填、または非磁性金属材料もしくはセラックス
材料からなる隔壁、などからなるコア覆い材３８によっ
て充填される。コア覆い材１８の内径面は、ヨーク部１
３ａの先端面と共に同一円筒面に仕上げ加工されてい
る。これらコア覆い材１８とヨーク部３３ａとで軸受ス
テータ３２の円筒面状の内径面を構成している。

【００１８】軸受ステータコア３３のリング状部の内部
には、全周にわたる給気通路３６が形成され、この給気
通路３６から各々分岐して、軸受隙間に給気する絞り３
５が各ヨーク部３３ａの電磁力発生面である先端内径面
に開口して設けられている。給気通路３６は、周方向の
１か所または複数箇所に設けた給気口３７から、圧力流
体である圧縮空気の供給源（図示せず）に配管等で接続
されており、供給された圧縮空気は、軸受ステータ３２
の内径面とスピンドル４との間に形成される軸受隙間ｄ
に噴出される。これら絞り３５と、軸受隙間形成部材を
兼用する軸受ステータコア３３およびコア覆い材３８と
で、ラジアル静圧気体軸受２９が構成される。また、軸
受ステータコア３３は、絞り３５および給気通路３６の
形成部材を兼用する。絞り３５は、オリフィス絞りや、
その他の各種の形式の絞りが採用できるが、この例では
自成絞りとしてあり、コア３３に設けられた給気孔３５
ａと軸受隙間ｄとで構成される。給気孔３５ａは、内径
が段付きに形成されて、コア３３の内面からなる静圧気
体軸受面に開口する部分が微細孔となっている。絞り３
５はスピンドル４の円周方向の少なくとも３か所に配置
することが好ましい。なお絞り３５の給気孔３５ａは、
コア３３を避けてコア覆い材３８等に形成しても良い。

【００１９】このラジアル型の静圧磁気複合軸受２３
は、このように静圧気体軸受２９と磁気軸受２８とを組
み合わせたものであるため、静圧気体軸受２９の優れた
動剛性および回転精度と磁気軸受２８の優れた静剛性と
いう両者の特長を生かした軸受とできる。しかも、静圧
気体軸受２９と磁気軸受２８とは、構成部品が兼用され
ているため、独立した静圧気体軸受と磁気軸受とを軸方
向に並べて配置する場合に比べて、構成がコンパクトに
なり、スピンドル４の長さを短縮できる。これにより、
曲げ固有振動数が高められ、より高速回転が可能とな
る。特に、この実施形態では、磁気軸受２８の軸受ステ
ータコア３３およびコア覆い材３８が静圧気体軸受２９
の軸受隙間形成部材を兼用し、かつ前記軸受ステータコ
ア３３が絞り３５および給気通路３６の形成部材を兼用
するため、構成部品が高度に兼用化され、構成のコンパ
クト化の効果が高い。

【００２０】前記静圧磁気複合軸受２３の制御系を説明
する。図３に示すように、軸受ステータ３２には、コア
覆い材３８を半径方向に貫通して軸受隙間ｄに開口する
圧力検出用通気孔４６が、絞り３５の近くの周方向４か
所に等間隔に設けられ、これに連通するセンサ装着孔４
５に圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄが設けられている。これ
ら圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄは、互いに直径方向に対向
する２つのセンサが１組となって、スピンドル４のラジ
アル変位を検出する差圧式のエアマイクロセンサとされ
ている。すなわち、互いに直径方向に対向する圧力セン
サ４７Ａ，４７Ｂが１つの組を、圧力センサ４７Ｃ，４
７Ｄが他の１つの組をなし、一方の圧力センサ４７Ａ，
４７Ｂの組の間では、対応する通気孔４６が開口する静
圧気体軸受面での圧力差を測定し、これをスピンドル４
のＹ軸方向の変位に換算する。また、他方の圧力センサ
４７Ｃ，４７Ｄの組の間でも、対応する通気孔４６が開
口する静圧気体軸受面での圧力差を測定し、これをスピ
ンドル４のＸ軸方向の変位に換算する。

【００２１】コントローラ４８ａおよびアンプ４９など
で構成される磁気軸受制御手段４８は、Ｙ軸方向および
Ｘ軸方向のフィードバック制御系を有しており、Ｙ軸方
向のフィードバック制御系では、上記圧力センサ４７
Ａ，４７Ｂにより検出されるスピンドル４のＹ軸方向へ
の変位に基づき、磁気軸受２８のＹ軸方向のフィードバ
ック制御が行われる。すなわち、スピンドル４の変位に
応じて、アンプ４９を経て圧力センサ４７Ａ，４７Ｂに
対応する位置のコイル３４またはその近隣の幾つかのコ
イル３４に供給する電流を加減し、スピンドル４がＹ軸
方向に偏らないように制御する。すなわち、スピンドル
４が目標位置に一致するように制御する。これと同様
に、磁気軸受制御手段４８のＸ軸方向のフィードバック
制御系は、他の圧力センサ４７Ｃ，４７Ｄの測定値によ
り、所定のコイル３４の電流制御を行う。このように、
磁気軸受２８の変位センサとして、軸受隙間ｄの静圧を
検出する圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄを用いたエアマイク
ロセンサ方式を採用するため、磁気軸受２８の制御系の
ゼロ点（目標値）と静圧気体軸受２９の支持中心点（圧
力平衡点）を容易に一致させることができ、複雑なセン
サ調整が不要となる。また、他の方式のセンサで問題と
なるロータセンサターゲット面の磁気特性むらや真円度
誤差は無関係となる。

【００２２】磁気軸受制御手段４８によるフィードバッ
ク制御は、積分動作または比例積分動作のみとされ、高
周波における補償は行われない。また、圧力センサ４７
Ａ，４７Ｂのドリフト等により磁気軸受制御系のゼロ点
と静圧気体軸受２９の支持中心点がずれる場合は、積分
制御において僅かな不感帯を設けてもよい。このように
不感帯を設けることにより、温度ドリフト等による磁気
軸受２８の誤動作を抑制することができる。すなわち、
動剛性（高周波領域）を静圧気体軸受２９で、静剛性
（低周波領域）を磁気軸受２８でそれぞれ分担して受け
持つ役割分担が確実に行えて、両軸受２８，２９の特長
が共に生かされ、互いに干渉することを回避できる。ま
た、このように、磁気軸受２８は積分動作または比例積
分動作という低周波制御系となるため、比較的応答性の
遅い圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄを変位センサとして用い
ることができる。磁気軸受２８の性能は、磁気軸受制御
手段４８の設定によって設定することができるが、一般
に磁気軸受の場合、高周波域に有効に減衰力を発生さ
せ、スピンドルを安定して浮上させることが難しいとい
った問題がある。そこで、この発明では、磁気軸受２８
は、その特長である低周波域での軸受剛性を高める役目
だけに利用するようにしている。

【００２３】磁気軸受２８のコイル３４に電流を供給す
るアンプ２９には、電流−電磁力を線型化させるための
線型化回路、例えば電流２乗フィードバック回路を有す
るものが用いられる。これにより、バイアス電流を流す
ことなく線形化でき、磁気軸受特有の負の剛性も発生し
ない。すなわち、磁気軸受２８で負の剛性が発生するの
を回避でき、その負の剛性により静圧気体軸受２９の安
定性が損なわれるのを防止できる。また、スピンドル４
が回転したときにそのバイアス電流によって発生するス
ピンドル４内の鉄損を無くすことができ、高速回転が可
能となる。磁気軸受制御手段４８には、スピンドル４の
回転数に同期したバンドエリミネートフィルタ５２を挿
入しても良い。これにより、スピンドル４の回転時のロ
ータアンバランスによる振れに対して、磁気軸受２８の
電磁石からの電磁力は作用しなくなる。前述したよう
に、磁気軸受制御手段４８を積分動作で構成した場合に
は高周波域での磁気軸受２８の作用力はスピンドル４に
対して、不安定力として働く。スピンドル４の回転時に
はスピンドル４の振れは回転同期成分が主成分となる。
これを選択的に除去することで、スピンドル４を安定し
て回転させることが可能となる。また、磁気軸受制御手
段４８は、低速回転時に磁気軸受２８の制御ゲインを下
げておき、スピンドル４が所定の回転数以上となったと
きに、前記制御ゲインを所定の値に変化させるようにす
ることが好ましい。このように、ゲインを下げた状態で
磁気軸受２８を作動させるようにすることにより、磁気
軸受２８を作動した瞬間のスピンドル４への外乱を抑制
することができる。

【００２４】図２におけるアキシャル軸受３０は、図４
に示すように磁性体からなるスピンドル４の鍔状のスラ
スト支持部である軸受ロータ４ａを軸方向両側から２つ
の静圧磁気複合アキシャル軸受部６２，６３で挟んで構
成される。各静圧磁気複合アキシャル軸受６２，６３
は、電磁石のコア６４，６５内にコイル６６，６７を収
納し、このコア６４，６５内に絞り６８を設けたもので
あって、スピンドル４の外周にリング状に設けられる。
絞り６８は自成絞りであり、コア６４，６５の軸受面に
開口する先端が微細孔となった給気孔６８ａと、軸受隙
間ｄ１，ｄ２とで構成される。前記のコア６４，６５と
コイル６６，６７とで、アキシャル磁気軸受６９の軸受
ステータ７２が構成され、コア６４，６５と絞り６８と
でアキシャル静圧気体軸受７０が構成される。

【００２５】コア６４，６５とロータ４ａ間にこの圧力
流体を噴出させることにより、コア６４，６５とロータ
４ａ間に圧力が発生する。また、自成絞り６８を設けた
ことによって、コア６４，６５とロータ４ａ間の隙間ｄ
１，ｄ２の変動によって、圧力および隙間の間隔が自動
的に変化し、自動調芯機能を有する静圧気体軸受を形成
できる。これにより、ロータ４ａを安定浮上させること
ができる。

【００２６】このアキシャル型の静圧磁気複合軸受３０
には、外部にコア６４，６５とロータ４ａ間の距離を測
定する変位センサ７１を設け、その変位センサ７１の測
定値に応じてコイル６６，６７に流す電流をフィードバ
ック制御する磁気軸受制御手段７３を設ける。磁気軸受
制御手段７３は、例えばアンプ７４を介して電流制御す
る。これにより、静圧気体軸受と磁気軸受とを兼用した
軸受構成が可能となる。この磁気軸受制御手段７３は、
ラジアル型の静圧磁気複合軸受２３における前記の磁気
軸受制御手段２８と同様な機能のものを用いることがで
きる。

【００２７】なお、変位センサ７１を設ける代わりに、
静圧気体軸受面の圧力を測定し、この圧力によって静圧
気体軸受７０における軸受隙間ｄ、すなわち電磁石のコ
ア６４，６５とロータ４ａ間の隙間ｄ（ｄ１，ｄ２）の
大きさを換算して求めてもよい。この隙間ｄの大きさの
検出結果により、磁気軸受制御手段７３でコイル６６，
６７の電流を制御する。また、アキシャル型の静圧磁気
複合軸受３０は、軸受ロータ４ａを軸方向両側から２つ
の静圧磁気複合アキシャル軸受部６２，６３で挟む構成
とする代わりに、軸受ロータ４ａの片面側にのみ設け、
磁力による吸引力と静圧とをつり合わせて非接触支持す
るものとしても良い。

【００２８】なお、この発明の加工機械およびそのスピ
ンドル装置において、必ずしも全ての軸受を静圧磁気複
合軸受で構成する必要はない。例えば図２の構成におい
て、アキシャル型の軸受３０を磁気軸受としても良い。
また、全てを静圧気体軸受とする場合に比べて、アキシ
ャル方向のみの静剛性を高める必要ある場合は、アキシ
ャル軸受部のみを静圧磁気複合軸受で構成し、ラジアル
方向の軸受支持を静圧気体軸受で構成すればよい。ま
た、ラジアル方向のみの静剛性を高める必要のある場合
は、スピンドル負荷側の端部に静圧磁気複合ラジアル軸
受を配置し、他の軸受支持部を静圧気体軸受で構成して
もよい。

【００２９】

【発明の効果】この発明の加工機械は、工具を回転させ
るスピンドル装置と、ワークを保持するワーク保持手段
と、これらスピンドル装置の工具とワーク保持手段に保
持されたワークとを相対的に移動させる送り手段とを備
えた加工機械であって、前記スピンドル装置は、工具を
先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受
とが、互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧
磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在
に設置し、前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設け
たものであるため、スピンドルの支持につき、優れた動
剛性および静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、
高速の加工を精度良く行えるという効果がある。前記ス
ピンドルを、ラジアル軸受とアキシャル軸受とを介して
スピンドル装置本体に設置し、前記ラジアル軸受を前記
静圧磁気複合軸受とした場合は、スピンドルを長くする
ことなく静圧気体軸受と磁気軸受とによる支持を可能と
し、スピンドルのより一層の高速回転を可能とすること
ができる。前記ラジアル軸受となる静圧磁気複合軸受
が、磁気軸受のステータに静圧気体軸受の絞りを設けた
ものである場合は、部品点数が削減されると共に、前記
のスピンドル長の短縮、および静圧気体軸受および磁気
軸受の支持中心点の一致化が容易に実現できる。前記ス
ピンドルの変位を求める変位測定手段として、前記静圧
気体軸受の軸受面の圧力を測定する圧力センサを設け、
この圧力センサの測定値から前記スピンドルの変位を求
めて前記磁気軸受の磁力制御を行う磁気軸受制御手段を
設けた場合は、スピンドルの高精度な変位検出が可能に
なり、静圧気体軸受と磁気軸受の相互干渉の防止を容易
に防止できる。また、前記スピンドルの変位を測定する
変位測定手段を設け、この変位測定手段の測定値に前記
磁気軸受をフィードバック制御する磁気軸受制御手段を
設け、この磁気軸受制御手段は、積分動作または比例積
分動作のみで制御するものであって、所定以上の高周波
に対して制御を行わないものとした場合は、静圧気体軸
受の優れた動的安定性を損ねることなく、磁気軸受は低
周波数域のみの軸受作用力に限定でき、特長である静剛
性の向上が可能となる。この発明の加工機械が円筒研削
盤であり、前記スピンドルの先端に設けられた工具が砥
石であり、前記ワーク保持手段が、ワークを回転させる
機能を有するものである場合は、高度な加工精度を要求
される円筒研削盤において、満足する加工精度を得るこ
とができる。この発明のスピンドル装置は、この発明の
加工機械に用いられるものであって、工具を先端に取付
けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが、互い
に兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸
受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、
前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたものであ
るため、スピンドルの支持につき、優れた動剛性および
静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、高速の加工
を精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる加工機械の斜視
図である。

【図２】そのスピンドル装置の縦断面図である。

【図３】同スピンドル装置の横断面図とそのラジアル静
圧磁気複合軸受の制御系のブロック図とを組み合わせて
示す構成説明図である。

【図４】同スピンドル装置のアキシャル静圧磁気複合軸
受の拡大縦断面図とその制御系のブロック図とを組み合
わせて示す構成説明図である。

【符号の説明】

１…スピンドル装置 ３５…絞り ２…ワーク保持手段 ４７Ａ〜４７Ｄ
…圧力センサ ３…送り手段 ４８…磁気軸受
制御手段 ４…スピンドル ６４，６５…ス
テータコア ５…工具台 ６６…コイル ９…チャック ６８…絞り １０…移動台 ６９…磁気軸
受 ２２…ハウジング ７０…静圧気
体軸受 ２３…ラジアル型の静圧磁気複合軸受 ７１…変位セ
ンサ ２８…ラジアル磁気軸受 ７２…軸受ス
テータ ２９…ラジアル静圧気体軸受 ７３…磁気軸
受制御手段 ３０…アキシャル型の静圧磁気複合軸受 ｄ…軸受隙
間 ３２…軸受ステータ Ｔ…工具 ３３…ステータコア Ｗ…ワーク ３４…コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C034 AA05 BB03 BB06 BB07 BB91 CA30 CB20 DD20 3C045 FD08 FD15 FD16 FD20 FD23 3J102 AA01 AA02 BA03 BA19 CA09 DA02 DA03 DA09 DB05 EA02 EA06 EA12 EB02 EB03 GA07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を回転させるスピンドル装置と、ワ
   ークを保持するワーク保持手段と、これらスピンドル装
   置の工具とワーク保持手段に保持されたワークとを相対
   的に移動させる送り手段とを備えた加工機械であって、
   前記スピンドル装置は、工具を先端に取付けたスピンド
   ルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが、互いに兼用部分が
   生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介して、
   スピンドル装置本体に回転自在に設置し、かつ前記スピ
   ンドルを回転駆動する駆動源を設けたものとした加工機
   械。
2. 【請求項２】 前記スピンドルは、ラジアル軸受とアキ
   シャル軸受とを介してスピンドル装置本体に設置し、前
   記ラジアル軸受を前記静圧磁気複合軸受とした請求項１
   記載の加工機械。
3. 【請求項３】 前記ラジアル軸受となる静圧磁気複合軸
   受は、磁気軸受のステータに静圧気体軸受の絞りを設け
   たものである請求項２記載の加工機械。
4. 【請求項４】 前記スピンドルの変位を求める変位測定
   手段として、前記静圧気体軸受の軸受面の圧力を測定す
   る圧力センサを設け、この圧力センサの測定値から前記
   スピンドルの変位を求めて前記磁気軸受の磁力制御を行
   う磁気軸受制御手段を設けた請求項１ないし請求項３の
   いずれかに記載の加工機械。
5. 【請求項５】 前記スピンドルの変位を測定する変位測
   定手段を設け、この変位測定手段の測定値に前記磁気軸
   受をフィードバック制御する磁気軸受制御手段を設け、
   この磁気軸受制御手段は、積分動作または比例積分動作
   のみで制御するものであって、所定以上の高周波に対し
   て制御を行わないものとした請求項１ないし請求項４の
   いずれかに記載の加工機械。
6. 【請求項６】 前記スピンドルの先端に設けられた工具
   が砥石であり、前記ワーク保持手段が、ワークを回転さ
   せる機能を有するものであり、円筒研削を行う研削盤と
   なる請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の加工機
   械。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかに記
   載の加工機械に用いられるスピンドル装置であって、工
   具を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気
   軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピ
   ンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルを
   回転駆動する駆動源を設けたスピンドル装置。