JP2003004042A - スピンドル装置及びその回転軸の振れを補正する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸の振れを抑制し、高い回転精度が得ら
れるスピンドル装置、及びそのようなスピンドル装置の
提供を実現するための回転軸の振れを補正する方法を提
供する。 【解決手段】 回転体(100)と、該回転体を回転可能に
支持する静圧気体軸受(341,342)と、該静圧気体軸受を
内周面に固定するハウジング(34)と、前記回転体を回転
駆動させるモータ部(5)と、を有するスピンドル装置(1
0)であって、前記回転体の軸方向に少なくとも２箇所、
互いに離間しかつ前記回転体に近接して配置され、該回
転体の半径方向の変位を検出する変位センサ(154,156,1
57,158)と、前記変位センサからの検出データに基い
て、前記ハウジングを前記回転体の半径方向に移動させ
る調整手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンドル装置に
関し、特に、回転軸の振れが低減され高精度な回転が行
なえるスピンドル装置及びその回転軸の振れを補正する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、サーボトラックライタや超精
密旋盤装置等に適用されるスピンドル装置が提案されて
いる。

【０００３】サーボトラックライタに適用されたスピン
ドル装置は、回転体と、この回転体を回転可能に支持す
る静圧気体軸受と、この静圧気体軸受を支持固定するハ
ウジングと、を備えている。回転体は、回転体本体と、
この回転体本体に取り付けられる被回転部であるワーク
（磁気ディスク）と、からなる。磁気ディスクをモータ
で高速回転させながら、磁気ヘッドによりサーボトラッ
ク信号の記録を行う。

【０００４】超精密旋盤装置に適用されたスピンドル装
置も、上記同様に回転体と、静圧気体軸受と、ハウジン
グと、を備えている。回転体は、主軸（回転体本体）
と、この回転体本体に保持される被回転部であるワーク
（被加工物）と、からなり、この主軸が静圧気体軸受に
よって回転可能に支持された構成を有しており、該主軸
を高速回転させながら工具により超精密機械加工を行う
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年では、サーボトラ
ックライタに適用されるスピンドル装置に対して、磁気
ディスクの大容量化及び高密度化がますます望まれてき
ている。したがって、高精度なデータの書き込みを行う
ために、スピンドル装置には、さらに高い回転精度が要
求されるようになってきている。

【０００６】また、超精密旋盤装置に適用されるスピン
ドル装置についても、被加工部に対するより高精度な加
工が要求されていることから、回転精度のさらなる向上
が要求されつつある。

【０００７】しかしながら、従来のスピンドル装置で
は、回転体の軸心が振れる回転軸の振れの大きさが、前
記要求には対応できなくなりつつある。

【０００８】この回転軸の振れには、回転体の軸心がラ
ジアル方向に振れる軸振れと、回転体の軸心が僅かに傾
く軸心のアンギュラモーションと、がある。ラジアル方
向の軸振れやアンギュラモーションが起こる原因として
は、例えば、モータのコギングトルクの発生や、各相に
流れる電流のバランスが悪いことによる影響等が考えら
れる。

【０００９】上述のように、要求される回転精度の水準
が高まってくるにつれて、このラジアル方向の軸振れや
アンギュラモーションにより生じる回転軸の振れが無視
できない問題となってきつつある。

【００１０】そこで、本発明は、上記の問題点を解決す
ることを目的とし、回転軸の振れを抑制し、高い回転精
度が得られるスピンドル装置、及びそのようなスピンド
ル装置の提供を実現するための回転軸の振れを補正する
方法を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解回転軸の振れ決するための手段】本発明によ
るスピンドル装置は、回転体と、該回転体を回転可能に
支持する静圧気体軸受と、該静圧気体軸受を内周面に固
定するハウジングと、前記回転体を回転駆動させるモー
タ部と、を有するスピンドル装置であって、前記回転体
の軸方向に少なくとも２箇所、互いに離間しかつ前記回
転体に近接して配置され、該回転体の半径方向の変位を
検出する変位センサと、前記変位センサからの検出デー
タに基いて、前記ハウジングを前記回転体の半径方向に
移動させる調整手段と、を備えてなる。

【００１２】本発明においては、回転体がその軸方向に
少なくとも２箇所変位センサを備え、回転体のラジアル
方向（半径方向）の変位を軸方向に離間した２箇所以上
において検出し、該変位センサからの検出データに基い
てハウジングを移動させる調整手段を備えるので、回転
体のラジアル方向における軸振れを補正することができ
るとともに、例えばワークを取り付けた影響によって起
こるラジアル方向の軸振れを精度よく補正することがで
きる。また、回転体の軸心のアンギュラモーションにつ
いても精度よく検出できこれを精度よく補正することが
できる。このように高精度に回転軸の振れを補正できる
ので、高い回転精度が得られる。

【００１３】前記調整手段は、前記ハウジングを前記回
転体の半径方向に移動させるアクチュエータと、前記変
位センサからの検出データに基いて該アクチュエータの
駆動を制御する制御手段と、からなることが好ましい。

【００１４】制御手段は、変位センサからの検出データ
に基いて、ハウジングの外周面に所望の圧力を掛けるよ
うに、アクチュエータの駆動を制御する。すなわち、制
御手段がアクチュエータを駆動させることにより、回転
体の軸心が変位した方向（振れた方向）にハウジングが
追従して微動され、回転体の軸心の振れが適切に補正さ
れる。

【００１５】なお、アクチュエータとしては、例えば、
ピエゾアクチュエータ（圧電素子）や磁歪素子を用い
る。

【００１６】前記アクチュエータは、前記回転体の軸方
向に少なくとも２箇所、互いに離間して配置されていて
もよい。アクチュエータを前記軸方向に少なくとも２箇
所離間して配置することにより、より正確にハウジング
を回転体の軸心の変位した方向に追従して微動させるこ
とができるので、より高い回転精度が得られる。

【００１７】上記のスピンドル装置は、前記回転体を所
定の角度回転させた際の位置である回転角度位置を測定
するエンコーダをさらに備え、前記制御手段は、前記測
定した回転角度位置のデータと、所定の回転角度位置に
おける前記変位センサからの検出データとを記憶するメ
モリを備え、該メモリに記憶されたデータに基いて、前
記アクチュエータの駆動を制御するものであることが好
ましい。

【００１８】このように、予め回転角度位置のデータと
各回転角度位置に対応する変位のデータを求めてメモリ
に記憶しておき、これに基きアクチュエータの駆動を適
切に制御することにより、より高い回転精度が得られ
る。すなわち、予めデータを取得して記憶しておくこと
により、各回転角度位置毎において、変位を検出するタ
イミングとアクチュエータにより補正するタイミングと
のタイムラグが生じないので、より高い回転精度を発揮
することができる。

【００１９】前記回転体は、回転体本体と、前記各々の
変位センサにより測定される被測定部と、を備え、該被
測定部の少なくとも一つは、前記測定対象となる測定対
象部と、該測定対象部を支持し、前記回転体本体に固定
される支持部材と、当該支持部材と前記回転体本体との
間に介在する球状体と、前記支持部材を回転体本体に固
定する固定部材と、を有し、前記支持部材に前記球状体
を保持可能な凹部を設け、前記支持部材が前記球状体を
前記回転体本体との間で挟持する位置調整機構を介して
前記回転体本体に支持されてなることが好ましい。

【００２０】このように被測定部の少なくとも一つが測
定対象部を支持する支持部材を位置調整機構を介して回
転体本体に支持することにより、回転体が回転した際に
おける被測定部の偏心を極小化することができる。ま
た、これにより、該被測定部における測定対象範囲を狭
く設定することができるので、分解能の高いセンサによ
る測定が可能となり、結果として、より高精度の測定が
可能となる。

【００２１】前記ハウジングは、該ハウジングから放射
状に伸びる複数の梁部材を介して基台に固定される。前
記アクチュエータの剛性は、前記梁部材の剛性よりも大
きいことが好ましい。これにより、アクチュエータによ
ってハウジングの外周面に圧力を掛けた場合に、ハウジ
ングを所望に微動させることができる。

【００２２】本発明によるスピンドル装置の回転軸の振
れを補正する方法は、回転体と、該回転体を回転可能に
支持する静圧気体軸受と、該静圧気体軸受を内周面に固
定するハウジングと、前記回転体を回転駆動させるモー
タ部と、を有するスピンドル装置の回転軸の振れを補正
する方法であって、前記回転体を回転させながら、該回
転体の軸方向に少なくとも２箇所、互いに離間しかつ該
回転体に近接して配置された変位センサによって該回転
体の半径方向の変位を検出し、該変位センサからの検出
データに基いて、前記ハウジングを前記回転体の半径方
向に移動させるものである。

【００２３】前記方法は、前記回転体を所定の角度回転
させた際の位置である回転角度位置をエンコーダにより
さらに測定し、該測定した回転角度位置のデータと、所
定の回転角度位置における前記変位センサからの検出デ
ータとを記憶し、該記憶したデータに基いて補正すべき
回転軸の振れの量を算出し、該算出結果に基いて前記ア
クチュエータの駆動を制御するものであってもよい。

【００２４】前記回転体は、回転体本体と、前記各々の
変位センサにより測定される被測定部と、を備え、前記
方法は、予め前記回転体を回転させて、その際測定した
回転角度位置のデータと、所定の回転角度位置における
前記変位センサからの検出データとから、前記被測定部
自身に起因する回転の誤差成分を求め、該誤差成分を記
憶し、該記憶した誤差成分に基いて補正すべき回転軸の
振れの量を算出し、該算出結果に基いて前記アクチュエ
ータの駆動を制御する予め前記回転体を回転させて、そ
の際測定した回転角度位置のデータと、所定の回転角度
位置における前記変位センサからの検出データとから、
回転による誤差成分を求め、該誤差成分を記憶し、該記
憶した誤差成分に基いて、前記アクチュエータの駆動を
制御するものであってもよい。

【００２５】検出したい回転軸の振れとは関係のない誤
差成分を除去するので、正確に回転軸の振れによる変位
を検出することができ、より高い回転精度が得られる。
すなわち、予め回転体を回転させて該回転体の半径方向
の変位を検出して被測定部を取り付けたことによる誤差
成分を除去することにより、被測定部の形状誤差やその
取り付け誤差等、被測定部自身に起因する誤差成分によ
る影響を補正することができる。回転体に複雑な構成が
必要とされず、また、被測定部の組み立てに高い組み立
て精度が要求されない。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ説明する。

【００２７】図１は本発明の実施の形態に係るスピンド
ル装置１０の機能ブロック図である。図２は、図１にお
けるＡ−Ａ断面図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ
断面図である。図４は、図１におけるＣ−Ｃ断面図であ
る。

【００２８】（本実施の形態に係るスピンドル装置の構
成）本実施の形態は、スピンドル装置１０をサーボトラ
ックライタに適用したものである。

【００２９】図１及び図２に示すように、本実施の形態
に係るスピンドル装置１０は、基台１７と、基台１７に
ねじ１８１により固定されたスピンドル本体１と、スピ
ンドル本体１の図１でいう上端部に固定されたマスタデ
ィスク１５１と、該マスタディスク１５１上に真空チャ
ックにより固定されたディスクチャック１５２と、ディ
スクチャック１５２に取り付けられたワーク１６と、デ
ィスクチャック１５２上に配置された芯出し板１５３
と、芯出し板１５３上に載置されたマスタボール１５５
と、センサ部１５と、互いに直交するように設けられそ
れぞれ固定ブロック１７１、１７５に支持されたピエゾ
アクチュエータ１７２、１７６と、互いに直交するよう
に設けられそれぞれ固定ブロック１７３ａ、１７３ｂに
支持されたピエゾアクチュエータ１７４ａ、１７４ｂ
（１７３ｂ、１７４ｂは図示せず）と、制御部１４から
構成される。

【００３０】スピンドル本体１は、略円筒形で中空のシ
ャフト３１と、該シャフト３１の図１でいう上端部の外
周面にシャフト３１とは非接触に配置された軸受３４１
と、該シャフト３１の下端部の外周面にシャフト３１と
は非接触に配置された軸受３４２と、該シャフト３１を
回転駆動するためのモータ部５を備えている。

【００３１】シャフト３１は穴３１１を有する略円筒形
であり、そのアキシャル方向の中央部には、穴３１１内
と連通する横孔３１２が形成されている。シャフト３１
の上端部には、ディスクチャック１５２等をシャフト３
１に固定するためのスラストプレート３２が設けられて
おり、シャフト３１の下端部には、モータ部５の可動部
をシャフト３１に固定するためのスラストプレート３３
が設けられている。スラストプレート３２は、略中央部
に穴３２２を有する略円筒形であり、複数のねじ３２１
によりシャフト３１の上端部に連結されている（図１に
は１本のみ示す）。スラストプレート３３は、略中央部
に穴３３１を有する略円筒形であり、複数のねじ３３２
によりシャフト３１の下端部に連結されている（図１に
は１本のみ示す。以下、後述のねじ１２６、５１２、５
２１、５５２、５４１も図１では１本のみ示している
が、いずれも複数用いている）。

【００３２】軸受３４１、３４２は静圧気体軸受であ
り、それぞれ略円筒形の多孔質グラファイトから構成さ
れている。軸受３４１は略円筒形のハウジング３４の内
周面の上端部側に固定されており、軸受３４２は該ハウ
ジング３４の内周面の下端部側に固定されている。

【００３３】ハウジング３４の内周面であって軸受３４
１及び軸受３４２の間は、シャフト３１とは非接触であ
り、ここには第一の環状溝３４３、第二の環状溝３４
４、第三の環状溝３４５が等間隔に形成されている。第
二の環状溝３４４は、前記シャフト３１の横孔３１２と
対向する位置に形成されている。また、ハウジング３４
には、気体をハウジング３４の外部から軸受３４１、３
４２へ導く給気孔３４７、縦通気孔３４８、横通気孔３
４６が設けられている。給気孔３４７は軸受３４２の位
置に対向してラジアル方向に形成されており、横通気孔
３４６は軸受３４１の位置に対向してラジアル方向に形
成されている。縦通気孔３４８はアキシャル方向に形成
されている。これらの給気孔３４７、横通気孔３４６、
及び縦通気孔３４８は互いに連通している。

【００３４】ハウジング３４において、縦通気孔３４８
が形成されている位相と互いに干渉しない位相（本実施
形態では１８０°の位相）に位置して、ラジアル方向
に、第一の環状溝３４３に対向する位置に排気孔４０が
形成されており、第二の環状溝３４４に対向する位置に
吸引孔４１が形成されており、第三の環状溝３４５に対
向する位置に排気孔４２が形成されている。排気孔４
０、４２は、軸受３４１、３４２とシャフト３１との間
に導かれた気体を第一の環状溝３４３、第三の環状溝３
４５を通じてハウジング３４の外へ排気するために形成
されている。吸引孔４１は、図示しない減圧装置に接続
されており、これを通じて吸引することにより、スラス
トプレート３２の上に取り付けられるディスクチャック
１５２を吸引固定する。

【００３５】モータ部５は、モータシャフト５１と、該
モータシャフト５１に固定されたマグネットケース５２
と、該マグネットケース５２に固定されたロータマグネ
ット５３と、該モータシャフト５１に固定されたバック
ヨーク５４と、スピンドル本体１を基台に固定するため
のモータブラケット５５と、該モータブラケット５５の
鍔部５５１に固定されたコイル基板５７と、該コイル基
板５７に固定されたコイル５８と、モータカバー５６
と、から構成されている。

【００３６】モータシャフト５１は、上部の太径部、中
部の中径部５１３、下部の小径部５１４からなる。太径
部は中径部５１３に対してフランジ５１１の役割を果た
しており、アキシャル方向にねじ５１２を締め付けるこ
とによってフランジ５１１をスラストプレート３３に固
定することにより、モータシャフト５１がスラストプレ
ート３３に連結されている。フランジ５１１には、下方
が開放された中空の略円柱形のマグネットケース５２が
ねじ５２１により固定されている。中径部５１３には、
アキシャル方向に下方からねじ５４１が締め付けられる
ことにより、バックヨーク５４が固定されている。

【００３７】マグネットケース５２にはロータマグネッ
ト５３が固定されている。ロータマグネット５３は、コ
イル基板５７と対向する面での極性がＮ極とＳ極が周方
向に交互になるように８つ配置されて全体として環状を
なしている。ロータマグネット５３のアキシャル方向に
下方には、コイル基板５７を介してコイル５８が配置さ
れている。コイル基板５７上には６つのコアレスのコイ
ルが環状に配置されている。各コイル５８に通電を行う
ことにより、ロータマグネット５３がコイル５８に対し
て回転し、これによりロータマグネット５３をマグネッ
トケース５２を介して固定してなるモータシャフト５１
が回転する。

【００３８】一方、ハウジング３４には、アキシャル方
向にねじ５５２を締め付けることによってモータブラケ
ット５５が連結されている。モータブラケット５５は、
アキシャル方向の下方へ向けて鍔部５５１を有する略円
柱形をなしており、鍔部５５１よりもラジアル方向外側
から放射状に伸びて、スピンドル本体１を基台に固定す
るための４つの梁部材１８が設けられている。鍔部５５
１にはコイル基板５７がねじ５７１により固定されてい
る。モータブラケット５５、コイル基板５７、及びコイ
ル５８は、マグネットケース５２、バックヨーク５４、
モータシャフト５１、スラストプレート３３とは、接触
しないようになっている。

【００３９】コイル基板５７の周縁部には、上部が開放
された中空の略円柱形をなすモータカバー５６が取り付
けられている。

【００４０】モータシャフト５１の下端部には、回転軸
の回転数等を測定するためのエンコーダ２１が設けられ
ており、また、モータシャフト５１の最下端部には、鋼
球２２が蝋付けにより固定されている。これらの部品
は、エンコーダハウジング２０にカバーされている。

【００４１】モータカバー５６には、板ばね２３の支持
部２５が取り付けられており、該支持部２５の先端には
板ばね２３が取り付けられている。該板ばね２３の先端
部にはカーボンブラシ２４が取り付けられており、板ば
ね２３の弾性力によってカーボンブラシ２４が鋼球２２
と常に接触するように構成されている。このようにし
て、モータシャフト５１をその下端部においてモータカ
バー５６に電気的に接続することにより、ディスク１６
に発生する静電気を、シャフト３１からモータシャフト
５１へ、モータシャフト５１から鋼球２２及びカーボン
ブラシ２４を介してモータカバー５６へ、と逃がすこと
ができる。

【００４２】マスタディスク１５１は、その中央部に穴
３２２に連通する穴を有する略円筒状をなしている。マ
スタディスク１５１の上にはディスクチャック１５２が
固定され、ディスクチャック１５２に磁気ディスクから
なるワーク１６（本実施の形態では３枚）が取り付けら
れる。ディスクチャック１５２の上端部の中央には、球
１５９を保持するための凹部１６４が形成されている。

【００４３】ディスクチャック１５２の上端部には、マ
スタボール（基準球）１５５を載置して支持しするとと
もにマスタボール１５５に芯出しするための芯出し板１
５３が配置されている。芯出し板１５３は、下端部の略
中央にすり鉢状の凹部１６３を有している。芯出し板１
５３の凹部１６３と、ディスクチャック１５２の凹部１
６４とによって球１５９を保持した状態で、４箇所のね
じ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄを挿入する
ことによって、芯出し板１５３がディスクチャック１５
２に固定される。

【００４４】上述のようにして、シャフト３１、スラス
トプレート３２、スラストプレート３３、モータシャフ
ト５１、マグネットケース５２、ロータマグネット５
３、バックヨーク５４、マスタディスク１５１、ディス
クチャック１５２、球１５９、芯出し板１５３、及びマ
スタボール１５５が一体となって、本発明にいう回転体
１００を構成している。

【００４５】センサ部１５は、静電容量型の変位センサ
１５４、１５６、１５７、１５８と、この変位センサ１
５４、１５６、１５７、１５８に接続された非接触変位
計１４１からなる。変位センサ１５４、１５６は、マス
タボール１５５の表面に近接して配置され、変位センサ
１５７、１５８は、マスタディスク１５１の外周面に近
接して配置されており、回転体１００の軸方向に２箇
所、互いに離間しかつ回転体１００に近接して配置され
ている。

【００４６】変位センサ１５４、１５６により測定され
る測定対象部は、マスタボール（基準球）１５５であ
る。図４に示すように、変位センサ１５４、１５６は、
マスタボール１５５の外壁面（表面）に近接して、シャ
フト３１の軸に直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に
配置されている。

【００４７】変位センサ１５４、１５６の測定対象部で
あるマスタボール１５５が球状体をなしているため、高
精度に回転軸の振れを検出することができる。

【００４８】変位センサ１５７、１５８により測定され
る測定対象部は、マスタディスク（基準円筒板）１５１
である。図３に示すように、変位センサ１５７、１５８
は、マスタディスク１５１の外周面に近接して、シャフ
ト３１の軸に直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に配
置されている。

【００４９】ピエゾアクチュエータ１７２、１７６は、
圧電素子からなり、図１及び図２に示すように基台１７
上に固定された固定ブロック１７１、１７５によって支
持されている。図２に示すように、ピエゾアクチュエー
タ１７２、１７６は、回転体の軸に直交する２方向（Ｘ
方向及びＹ方向）に、ハウジング３４の外周面に接触し
てそれぞれ配置されている。

【００５０】ピエゾアクチュエータ１７４ａ、１７４ｂ
は、圧電素子であり、基台１７上に固定された固定ブロ
ック１７３ａ、１７３ｂによって支持されており、モー
タカバー５６の外周面に接触して配置されている。ピエ
ゾアクチュエータ１７４ａは、ピエゾアクチュエータ１
７２とは回転体１００の軸方向に互いに離間して配置さ
れている。図２に示すピエゾアクチュエータ１７６とは
回転体１００の軸方向に離間した対応する箇所には、図
示しないピエゾアクチュエータ１７４ｂが配置されてい
る。

【００５１】図２に示すように、モータブラケット５５
は、該ハウジングから放射状に伸びる４つの梁部材１８
を有している。ねじ１８１を基台１７に挿入することに
よって、ハウジング３４が梁部材１８を介して基台１７
に固定される。固定ブロック１７１、１７３ａ、１７３
ｂ、１７５のラジアル方向における剛性は、梁部材１８
のラジアル方向における剛性に比べて、十分に大きい。

【００５２】制御部１４は、Ａ／Ｄコンバータ１４２
と、メモリ１４３と、ピエゾドライバ１４４と、コント
ローラ１４５と、スピンドルモータ用ドライバ１４６
と、コントローラ１４７からなる。非接触変位計１４１
及びエンコーダ２１は、Ａ／Ｄコンバータ１４２に接続
されており、変位センサ１５４、１５６、１５７、１５
８及びエンコーダ２１により測定されたデータが、それ
ぞれＡ／Ｄ変換され、メモリ１４３に記憶される。ピエ
ゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６
には、ピエゾドライバ１４４が接続されている。メモリ
１４３及びピエゾドライバ１４４には、コントローラ１
４５が接続されている。一方、モータ部５及びエンコー
ダ２１には、スピンドルモータ用ドライバ１４６を介し
てコントローラ１４７が接続されている。

【００５３】（本実施の形態に係る回転軸の振れの補正
方法）上述のスピンドル装置１０による回転軸の振れの
補正方法について図１を参照しながら以下に説明する。

【００５４】まず、芯出し板１５３のディスクチャック
１５２への固定角度を調節する。具体的には、芯出し板
１５３の凹部１６３とディスクチャック１５２の凹部１
６４とによって保持された球１５９により芯出し板１５
３を適宜動かしながら、前記ねじ１６０ａ、１６０ｂ、
１６０ｃ、１６０ｄの締め付け量を加減調整し、芯出し
板１５３のディスクチャック１５２への固定角度を調節
する。回転体１００をゆっくり回転させ、変位センサ１
５４、１５６のマスタボール１５５側の先端部とマスタ
ボール１５５の表面との距離データに基いてリサージュ
図形を描き、外接円と内接円の半径差が最小となるよう
に各ねじ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄの締
め付け量を調節する。このように、調節することによっ
て、回転体１００が回転する際におけるマスタボール１
５５の偏心が極小化される。なお、より高精度な測定結
果を得るためには、回転角度位置と変位量とのデータを
保存し、後述の補正に用いる。

【００５５】次に、ピエゾアクチュエータ１７２、１７
４ａ、１７４ｂ、１７６を駆動させずに、回転体１００
を１回転させ、回転体１００を所定の回転速度（回転軸
の振れの状況は回転速度によって異なるので、実際に使
用する際の回転速度とするのが好ましい）において、回
転させた際の位置である回転角度位置のデータと、所定
の回転角度位置における変位センサ１５４、１５６、１
５７、１５８の検出データ（変位センサの先端部と測定
対象部との距離データ）をメモリ１４３に記憶させる。
具体的には、回転体１００を回転させながら、エンコー
ダ２１によって所定の回転角度位置を測定するととも
に、変位センサ１５４、１５６、１５７、１５８によっ
て所定の角度間隔毎に各回転角度位置における回転体１
００の変位を検出した後、これらの検出データをＡ／Ｄ
コンバータ１４２によってＡ／Ｄ変換してメモリ１４３
に記憶させる。

【００５６】各回転角度位置における変位の検出は、変
位センサ１５４、１５６のマスタボール１５５側の先端
部とマスタボール１５５の表面との間の距離データを求
めるとともに、変位センサ１５７、１５８のマスタディ
スク１５１側の先端部とマスタディスク１５１の外周面
との間の距離データを求めることによって行う。

【００５７】エンコーダ２１は、原点信号（Ｚ相）を出
力するタイプ、すなわち回転角度の絶対位置を知ること
ができるタイプのものを用いる。つまり、原点信号が出
力されたときを測定開始点として、そこから１回転分の
データを取得する。これは前記マスタボール１５５のデ
ータ取得の際も同様に行なわれる。

【００５８】このようにして１回転分のデータの取り込
みを行う。同様にして、１回転分のデータの取り込みを
複数回繰り返し、各角度位置毎に平均値を取ることによ
り、データの信頼性を向上させる。

【００５９】上述のように全データの取り込みが終了し
たら、コントローラ１４５は、メモリ１４３に記憶され
たデータを参照して、補正すべき回転軸の振れの量を算
出した上で、各回転角度毎にピエゾアクチュエータ１７
２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６に与えるべき伸縮量
（移動量）をそれぞれ求めて、これをメモリ１４３に保
存する。

【００６０】ピエゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、
１７４ｂ、１７６に与えるべき移動量は、回転体１００
の軸心が変位した方向にハウジングを追従して微動させ
るのに必要な移動量である。この移動量は、回転体１０
０の回転により得られた回転角度位置毎の振れ量を打ち
消すのに必要な量である。なお、変位センサの測定位置
とピエゾアクチュエータの取付位置は軸方向に異なって
いるので、ピエゾアクチュエータに与えるべき移動量
は、その分を比例計算により考慮して定める。なお、変
位の測定値には、実際に知りたい回転体１００が高速回
転することにより生じる軸振れ以外に、被測定部の形状
誤差や、これらを取り付けたことにより生じるもの等も
含まれている。より好ましくは、これら不要な誤差は測
定値から差し引く補正をするとよい。

【００６１】すなわち、被測定部であるマスタディスク
１５１やマスタボール１５５を取り付けたことにより、
これらの取り付け誤差や形状誤差等に基く誤差成分があ
る場合には、コントローラ１４５は、必要に応じて、メ
モリ１４３を参照しつつ該誤差成分を前記のようにして
得られた移動量の値から差し引いた回転ができるように
ピエゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１
７６に与えるべき移動量を求める。被測定部の取り付け
精度や形状精度には一定の限界があり、極めて高精度が
要求されるような場合には、測定したい回転軸の振れと
は無関係であるこのような誤差成分を完全に排除するこ
とが困難だからである。

【００６２】具体的には、非接触変位計１４１に接続さ
れた図示しない周波数分析装置によって、変位センサ１
５４、１５６、１５７、１５８からの出力信号を周波数
成分毎に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、被測定部の偏
心量を求める。被測定部の取り付け誤差は、１回転当た
り１山の成分として現れ、一方、被測定部の形状誤差
は、１回転当たり２山以上の高次成分として現れる。し
たがって、コントローラ１４５は、これらの誤差成分を
取り除いた上で、ピエゾアクチュエータ１７２、１７４
ａ、１７４ｂ、１７６に与えるべき移動量を算出する。

【００６３】さらに、コントローラ１４５は、必要に応
じて、固定ブロック１７１、１７３ａ、１７３ｂ、１７
５の弾性変形に起因する誤差成分に基いて、ピエゾアク
チュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６に与え
るべき移動量を算出する。

【００６４】そして、コントローラ１４５は、算出した
ピエゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１
７６に与えるべき移動量に基いて、ピエゾドライバ１４
４を介してピエゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１
７４ｂ、１７６の駆動を制御する。梁部材１８の剛性よ
りもピエゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４
ｂ、１７６の剛性のほうが十分に大きいため、ピエゾア
クチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６を駆
動させてハウジング３４の外周面に圧力を掛けることに
よって、適切にハウジング３４を必要量微動させること
ができる。このように、回転体の軸方向に２箇所に設け
られたピエゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４
ｂ、１７６の駆動を制御することにより、高精度に回転
体の回転軸の振れを補正することができる。

【００６５】次に、コントローラ１４７、スピンドルモ
ータ用ドライバ１４６によって、モータ部５を駆動させ
て、回転体１００をハウジング３４に対して回転させる
とともに、図示しない気体供給装置から圧縮気体を給気
孔３４７へ供給する。

【００６６】給気孔３４７に供給された圧縮気体の一部
はハウジング３４の下端部側の軸受３４２に導かれる。
また、圧縮気体の一部は縦通気孔３４８から横通気孔３
４６を通じて上端部側の軸受３４１に導かれる。軸受３
４１、３４２に導かれた気体は、軸受３４１、３４２内
の気孔を通過し、シャフト３１及びスラストプレート３
２、３３と、軸受３４１、３４２と、の間に噴出され
る。このように、シャフト３１及びスラストプレート３
２、３３と軸受３４１、３４２との間に噴出された気体
による静圧によって、シャフト３１が軸受３４１、３４
２に対して非接触状態で回転支持される。

【００６７】シャフト３１及びスラストプレート３２、
３３と軸受３４１、３４２との間に噴出した気体は、そ
れぞれ軸方向両側に排出され、それらのうち軸受３４１
及び３４２の間に排出される分は、第一の環状溝３４３
及び第三の環状溝３４５を通じて、それぞれ排気口４０
及び排気口４２から排気される。

【００６８】また、穴３３１、穴３１１、穴３２２、及
びマスタディスク中央部の穴が、横穴３１２、環状溝３
４４及び吸引孔４１を通じてハウジング３４の外部と連
通するように構成される。図示しない真空吸引装置によ
って吸引孔４１を通じて吸引することにより、穴３１
１、穴３３１、穴３２２、並びにマスタディスク中央部
の穴及びディスクチャック１５２の穴の内部が負圧とな
り、ディスクチャックがスラストプレート３２に対して
密に固定される。

【００６９】そして、先端に記録用ヘッドが設けられた
図示しないスイングアームをスイングさせることによ
り、ワーク１６の表面及び又は裏面のサーボトラック信
号書き込み位置へ記録用ヘッドを移動させ、サーボトラ
ック信号の書き込みを行う。

【００７０】上述のように、スピンドル装置１０を上述
のように構成し、回転体の軸方向に２箇所にそれぞれ二
つずつ備えられた変位センサ１５４、１５６及び１５
７、１５８からの検出データに基いてピエゾアクチュエ
ータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６の駆動を制御
してハウジング３４を所望に移動させることにより、回
転体の回転軸の振れ正確に補正することができ、高い回
転精度が得られる。

【００７１】なお、本実施の形態においては、軸方向に
２箇所にそれぞれ二つずつ変位センサ１５４、１５６及
び１５７、１５８を設けたが、スピンドル装置１０をサ
ーボトラックライタや超精密旋盤のように特定方向の回
転軸の振れを補正できればよいものに適用する場合に
は、変位センサは軸方向に２箇所にそれぞれ一つずつ
（シャフトに直交する１方向のみ）に設けてもよい。ま
た、このような場合には、アクチュエータも軸方向に２
箇所にそれぞれ一つずつ配置してもよい。このような場
合には、軸心を通り変位センサ及びアクチュエータを設
けた角度方向上を、書き込み用ヘッドが移動するように
構成するとよい。

【００７２】変位センサ及び／又はアクチュエータは、
軸方向に３箇所以上設けてもよい。

【００７３】変位センサは、静電容量型の非接触型変位
センサに限定されるものではなく、他の各種非接触型セ
ンサや各種接触型センサを使用することができる。な
お、高精度測定の観点からは非接触型センサを使用する
ことが好ましい。

【００７４】上記においては、マスタボール１５５及び
マスタディスク１５１を被測定部の測定対象部とした
が、マスタディスク１５１の替わりに、モータシャフト
５１の小径部５１４の下端部をエンコーダ２１の下端か
ら延出させ、該延出した部分に芯出し板を介して別のマ
スタボールを取り付けるようにしてもよい。このように
２箇所ともマスタボールで測定すればより高精度に回転
軸の振れを補正でき、また、測定点の軸方向の距離を大
きくとることができるのでさらに高精度に回転軸の振れ
を補正することができる。

【００７５】アクチュエータは、ピエゾアクチュエータ
に限定されるものではなく、磁歪素子等を用いてもよ
い。

【００７６】スピンドル装置は、サーボトラックライタ
に適用される場合に限定されず、旋盤装置等、回転体を
高精度に回転させる各種装置にも適用される。

【００７７】また、本実施の形態においては、予め回転
角度位置のデータと対応する回転角度位置における変位
センサからの検出データを求めてこれをメモリ１４３に
記憶させ、コントローラ１４５がこのデータに基いてピ
エゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７
６の駆動を制御したが、これに限定されず、回転体１０
０を回転させた状態下で変位センサ１５４、１５６、１
５７、１５８で測定しながら回転軸の振れを補正するよ
うにを制御してもよい。本実施の形態のように予めデー
タを記憶させてこれに基き制御したほうが、変位センサ
１５４、１５６、１５７、１５８による検出タイミング
とピエゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、
１７６により補正するタイミングとのタイムラグが生じ
ないので、リアルタイムに、すなわち高精度に補正する
ことができる。

【００７８】また、被測定部の取り付け誤差や形状誤差
を測定する手段としては、ＦＦＴに限らず、別の形状測
定機器で予め測定しておきそのデータを利用してもよ
い。

【００７９】本実施の形態においては、吸引孔４１から
気体を積極的に吸引する場合について説明したが、本発
明は吸引をしない場合にも適用され得る。

【００８０】本実施の形態においては、予めアクチュエ
ータに与えるべき移動量を算出し、これに基きピエゾア
クチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６を駆
動させ回転軸の振れを補正した後に、モータ部５を駆動
させたが、これに限定されず、モータ部５を駆動させた
後に予め算出した移動量に基きピエゾアクチュエータ１
７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７６を駆動させてもよ
い。さらに、このように回転軸の振れの初期補正を行っ
た後に、モータ部５を駆動させながら変位センサによる
センシングを行いその結果をフィードバック制御してピ
エゾアクチュエータ１７２、１７４ａ、１７４ｂ、１７
６を駆動させてもよい。

【００８１】スピンドル装置１０において、上述のよう
に回転軸の振れを補正した。その後、マスタボール１５
５の偏心量を基にしてＸ方向とＹ方向の距離データを求
めて描いたリサージュ図形を図５に示す。またマスタデ
ィスク１５１の偏心量を基にしてＸ方向とＹ方向の距離
データを求めて描いたリサージュ図形を図６に示す。

【００８２】図５に示すように、マスタボール１５５に
関するリサージュ図形の外接円の半径（最大値：０．０
０８μｍ）と内接円の半径（最小値：−０．０１２μ
ｍ）との差は、０．０２０μｍと小さかった。図６に示
すように、マスタディスク１５１に関するリサージュ図
形の外接円の半径（最大値：０．０１１μｍ）と内接円
の半径（最小値：−０．０１３μｍ）との差も、０．０
２４μｍと小さかった。

【００８３】これより、上述のように回転軸の振れを補
正したスピンドル装置は、ラジアル方向における軸振れ
及び軸心のアンギュラモーションがほとんど起こらず、
回転運動要素の回転軸の振れが非常に小さかった。

【００８４】

【発明の効果】本発明のスピンドル装置及びその回転軸
の振れを補正する方法によれば、回転軸の振れを起こさ
ず、高い回転精度を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るスピンドル装置の
機能ブロック図である。

【図２】 図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図４】 図１におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図５】 マスタボールの偏心量を基にして描いたリサ
ージュ図形である。

【図６】 マスタディスクの偏心量を基にして描いたリ
サージュ図形である。

【符号の説明】

１ スピンドル本体 ３１ シャフト ３４１、３４２ 軸受 ５ モータ部 ３４ ハウジング ５１ モータシャフト １０ スピンドル装置 １５ センサ部 １５１ マスタディスク １５２ ディスクチャック １５３ 芯出し板 １５５ マスタボール １５４、１５６、１５７、１５８ 変位センサ １５９ 球 １６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ ねじ １６３、１６４ 凹部 １７１、１７３ａ、（１７３ｂ）、１７５ 固定ブロッ
ク １７２、１７４ａ、（１７４ｂ）、１７６ ピエゾアク
チュエータ １４ 制御部 １４１ 非接触変位計 １４２ Ａ／Ｄコンバータ １４３ メモリ １４４ ピエゾドライバ １４５、１４７ コントローラ １４６ スピンドルモータ用ドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｑ 17/12 Ｂ２３Ｑ 1/26 Ｅ Ｇ０５Ｄ 3/00 1/08 Ｚ Ｆターム(参考） 3C045 FD15 FD20 HA05 3C048 BB20 CC07 DD13 DD27 EE00 EE10 3J102 AA02 BA03 BA17 CA03 CA32 EA02 EA06 EB03 FA08 GA03 GA07 5H303 AA01 AA22 CC01 DD01 DD14 KK17 QQ07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体と、該回転体を回転可能に支持す
   る静圧気体軸受と、該静圧気体軸受を内周面に固定する
   ハウジングと、前記回転体を回転駆動させるモータ部
   と、を有するスピンドル装置であって、 前記回転体の軸方向に少なくとも２箇所、互いに離間し
   かつ前記回転体に近接して配置され、該回転体の半径方
   向の変位を検出する変位センサと、 前記変位センサからの検出データに基いて、前記ハウジ
   ングを前記回転体の半径方向に移動させる調整手段と、
   を備えたスピンドル装置。
2. 【請求項２】 前記調整手段は、前記ハウジングを前記
   回転体の半径方向に移動させるアクチュエータと、前記
   変位センサからの検出データに基いて該アクチュエータ
   の駆動を制御する制御手段と、からなる請求項１記載の
   スピンドル装置。
3. 【請求項３】 前記アクチュエータは、前記回転体の軸
   方向に少なくとも２箇所、互いに離間して配置されてな
   る、請求項２記載のスピンドル装置。
4. 【請求項４】 前記回転体を所定の角度回転させた際の
   位置である回転角度位置を測定するエンコーダをさらに
   備え、 前記制御手段は、前記測定した回転角度位置のデータ
   と、所定の回転角度位置における前記変位センサからの
   検出データとを記憶するメモリを備え、該メモリに記憶
   されたデータに基いて、前記アクチュエータの駆動を制
   御する請求項２又は３記載のスピンドル装置。
5. 【請求項５】 前記回転体は、回転体本体と、前記各々
   の変位センサにより測定される被測定部と、を備え、 該被測定部の少なくとも一つは、前記測定対象となる測
   定対象部と、該測定対象部を支持し、前記回転体本体に
   固定される支持部材と、当該支持部材と前記回転体本体
   との間に介在する球状体と、前記支持部材を回転体本体
   に固定する固定部材と、を有し、前記支持部材に前記球
   状体を保持可能な凹部を設け、前記支持部材が前記球状
   体を前記回転体本体との間で挟持する位置調整機構を介
   して前記回転体本体に支持されてなる請求項１ないし４
   のいずれか一項に記載のスピンドル装置。
6. 【請求項６】 前記ハウジングは、該ハウジングから放
   射状に伸びる複数の梁部材を介して基台に固定されてな
   る、請求項２ないし５のいずれか一項に記載のスピンド
   ル装置。
7. 【請求項７】 前記アクチュエータの剛性は、前記梁部
   材の剛性よりも大きい請求項６記載のスピンドル装置。
8. 【請求項８】 回転体と、該回転体を回転可能に支持す
   る静圧気体軸受と、該静圧気体軸受を内周面に固定する
   ハウジングと、前記回転体を回転駆動させるモータ部
   と、を有するスピンドル装置の回転軸の振れを補正する
   方法であって、 前記回転体を回転させながら、該回転体の軸方向に少な
   くとも２箇所、互いに離間しかつ該回転体に近接して配
   置された変位センサによって該回転体の半径方向の変位
   を検出し、 該変位センサからの検出データに基いて、前記ハウジン
   グを前記回転体の半径方向に移動させることにより、ス
   ピンドル装置の回転軸の振れを補正する方法。
9. 【請求項９】 前記回転体を所定の角度回転させた際の
   位置である回転角度位置をエンコーダによりさらに測定
   し、該測定した回転角度位置のデータと、所定の回転角
   度位置における前記変位センサからの検出データとを記
   憶し、 該記憶したデータに基いて補正すべき回転軸の振れの量
   を算出し、該算出結果に基いて前記アクチュエータの駆
   動を制御する請求項８記載のスピンドル装置の回転軸の
   振れを補正する方法。
10. 【請求項１０】 前記回転体は、回転体本体と、前記各
    々の変位センサにより測定される被測定部と、を備え、 予め前記回転体を回転させて、その際測定した回転角度
    位置のデータと、所定の回転角度位置における前記変位
    センサからの検出データとから、前記被測定部自身に起
    因する回転の誤差成分を求め、該誤差成分を記憶し、 該記憶した誤差成分に基いて補正すべき回転軸の振れの
    量を算出し、該算出結果に基いて前記アクチュエータの
    駆動を制御する請求項９記載のスピンドル装置の回転軸
    の振れを補正する方法。