JP2008254114A - 工作機械用磁気軸受スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製品コストを抑えつつ主軸の位置決めを高速に且つ高精度に行うことができる工作機械用磁気軸受スピンドル装置を提供する。
【解決手段】制御装置１３は、アキシャル電磁石２３ａ及びラジアル電磁石２４ａの吸引力の制御を通じて主軸２２のアキシャル方向及びラジアル方向における位置を、主軸２２の鍔部材２２ａとアキシャル磁気軸受２３との間隙Ｇａｘ並びに主軸２２とラジアル磁気軸受２４との間隙Ｇｒｄの範囲内において変位させて位置決め可能とした。アキシャル磁気軸受２３及びラジアル磁気軸受２４の制御を通じて主軸２２のみをアキシャル方向及びラジアル方向へ自在に変位させることが可能になることから、主軸２２の位置決めに対する高速化及び高精度化が図られる。また、磁気軸受スピンドル装置１１を変位させるべくボールねじ機構及びリニアモータ等を利用した送り機構を設ける必要がないので研削装置１０の製品コストの低減化が図られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械用磁気軸受スピンドル装置に関するものである。
もれ

従来、研削装置、切削装置及びマシニングセンタ等の工作機械において、主軸の高速回転化などを目的として、主軸（スピンドル）を磁気軸受により非接触支持する磁気軸受スピンドル装置が多く使用されるようになってきている。このような磁気軸受スピンドル装置としては、例えば特許文献１に示されるように、主軸を１組のアキシャル磁気軸受と２組のラジアル磁気軸受とにより非接触支持するようにしたものが一般的である。

複雑な機械加工を行うためには、ワーク又は加工工具が取り付けられる磁気軸受スピンドル装置自体を変位させる必要があることから、当該磁気軸受スピンドル装置は送り機構を通じて変位可能に設けられている。当該送り機構としては、例えば特許文献２に示されるように、テーブル等の移動体の移動方向に沿って配設されるボールねじと、当該ボールねじに螺合されるとともに前記移動体側に固定されるボールナットとを備えてなるボールねじ機構が多く採用されている。ボールねじに作動連結されたモータの駆動を通じてボールねじを回転させることにより、前記移動体はボールナットを介してボールねじに沿って直線的に移動する。

また、例えば特許文献３に示されるように、前述した移動体の高速な直線運動を実現すべく、同じく送り機構としてリニアモータを駆動源として使用する構成も従来提案されている。当該リニアモータは、基台に設けた１対のガイドレールに往復動可能に支持されるテーブル等の移動体側に設けられるコイルと、基台側に設けられる磁石とからなる。そして、前記移動体側のコイルに電流を通すことにより電磁石にし、当該電磁石と基台側の磁石との間の吸引力及び反発力を利用して、移動体を直線的に移動させる。
特開平１０−２９１０１号公報 特開平９−７６１３９号公報 特開２００４−２８３９７４号公報

近年では、生産性の向上及び微細加工に対する要求はますます高まりつつある。こうした要求に応えるためには、主軸を高速に且つ高精度に位置決めする必要がある。特許文献２のボールねじ機構が採用された工作機械において、磁気軸受スピンドル装置の送り速度の高速化及び位置決めの高精度化を図るためには、例えばモータの回転数を高めることが考えられる。しかし、振動及び騒音の増大、並びに温度上昇及び熱膨張の増加等の問題が懸念されることから、モータの高回転化による対応には限界がある。

そこで、ボールねじの送り速度はリード（ねじピッチ）と回転数との積で決まることを利用して、当該リードを大きくすることによってモータの回転数を上げることなく送り速度の高速化を図ることも考えられる。しかし、この場合には、ボールねじのリードを大きくするほど、ボールねじに対する捩じれ負荷が増大するとともに、これに起因する捩じれ振動及び位置決め誤差の問題が懸念される。このように、送り機構としてボールねじ機構を採用した場合、磁気軸受スピンドル装置の位置決めの高速化及び高精度化には限界があった。

一方、特許文献３のリニアモータを駆動源とする送り機構は、前述したボールねじ機構に比べれば磁気軸受スピンドル装置の位置決めに対する高速化及び高精度化に対応しやすい。しかし、当該リニアモータを駆動源とする送り機構は、原理的に送り速度及び位置決め精度を高めるほど大型化且つ高価になる傾向がある。工作機械においては、前述した送り速度及び位置決め精度の向上に対する要求に加えて、製品コストに対する要求もいっそう厳しいものとなってきている。このため、要求される送り速度及び位置決め精度等の性能と製品コストとのバランスが難しいという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、製品コストを抑えつつ主軸の位置決めを高速に且つ高精度に行うことができる工作機械用磁気軸受スピンドル装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、モータにより回転される主軸の外周面に対して所定のラジアルギャップを介して対向配置される複数のラジアル電磁石を含むとともに当該ラジアル電磁石の吸引力を通じて主軸をラジアル方向において磁気浮上させて非接触状態で支持するラジアル磁気軸受と、前記主軸の外周面に設けられた回転部材に対してアキシャル方向において所定のアキシャルギャップを介して対向配置される単数又は複数のアキシャル電磁石を含むとともに当該アキシャル電磁石の吸引力を通じて主軸をアキシャル方向において磁気浮上させて非接触状態で支持するアキシャル磁気軸受と、前記主軸のラジアル方向及びアキシャル方向における位置を検出して当該検出結果を前記主軸の変位情報として出力する変位検出手段と、前記変位検出手段を通じて取得される前記主軸の変位情報に基づき当該主軸を最適浮上位置に保持すべく前記ラジアル電磁石及びアキシャル電磁石の吸引力を制御する制御装置と、を備えた工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、前記制御装置は、前記ラジアル電磁石及びアキシャル電磁石の吸引力の制御を通じて、前記主軸を、前記ラジアルギャップ及びアキシャルギャップの範囲内において、アキシャル方向及びラジアル方向へ変位させて位置決め可能としたことをその要旨とする。

本発明によれば、ラジアル電磁石と主軸との隙間であるラジアルギャップ及びアキシャル電磁石と主軸との隙間であるアキシャルギャップの範囲内において、ラジアル磁気軸受及びアキシャル磁気軸受の制御を通じて、主軸のみをラジアル方向及びアキシャル方向へ自在に変位させて位置決めすることが可能となる。このため、主軸の位置決めの高速化及び高精度化が図られる。また、主軸自体を自在に変位可能となることから、工作機械用磁気軸受スピンドル装置を変位させるべくボールねじ機構及びリニアモータ等を利用した送り機構を設ける必要がない。したがって、工作機械の製品コストの低減化が図られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、前記制御装置は、前記主軸を、前記ラジアルギャップの１／２の範囲内において変位させるべく前記ラジアル電磁石の吸引力を制御するとともに、前記アキシャルギャップの１／２の範囲内において変位させるべく前記アキシャル電磁石の吸引力を制御するようにしたことをその要旨とする。

従来、主軸と磁気軸受との隙間であるアキシャルギャップ及びラジアルギャップが通常の１／２未満になったときに、警報を発するようにした工作機械用磁気軸受スピンドル装置も存在する。このような装置に対し本発明は特に有効である。すなわち、主軸は磁気軸受との間で通常確保されるアキシャルギャップ及びラジアルギャップの１／２の範囲内において変位するため、前述した警報が発せられることはなく、また主軸と磁気軸受との接触を好適に抑制可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、前記制御装置は、定められた加工制御プログラムに基づき前記主軸の位置決め制御を行うことをその要旨とする。

本発明によれば、定められた加工制御プログラムに従い主軸が位置決め制御されることにより加工が好適に行われる。

本発明によれば、製品コストを抑えつつ主軸の位置決めを高速に且つ高精度に行うことができる。

以下、本発明を、工作機械としての研削装置に搭載される磁気軸受スピンドル装置に具体化した一実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施の形態では、当該研削装置により非球面レンズの粗研削を行う。

図１に示されるように、研削装置１０の架台１０ａの上面には、ワークＷを回転可能に支持する磁気軸受スピンドル装置１１、及び加工工具としての砥石Ｓを回転させた状態で支持する砥石軸スピンドル装置１２が配設されている。また、研削装置１０は、磁気軸受スピンドル装置１１及び砥石軸スピンドル装置１２を制御する制御装置１３を備えてなる。磁気軸受スピンドル装置１１に支持されるワークＷは、所定の時間間隔で１８０度回転されるとともに、砥石軸スピンドル装置１２に回転した状態で支持される砥石Ｓに押し付けられる。これにより、ワークＷの表面における上下二箇所の研削加工が行われる。

＜磁気軸受スピンドル装置＞
図１に示されるように、磁気軸受スピンドル装置１１のケーシング２１の内部には、主軸（スピンドル）２２が架台１０ａの上面に対して水平に配設されている。この主軸２２の外周面には円環板状の鍔部材２２ａが外嵌固定されている。また、主軸２２の外端部（図１における右端部）には、ワークＷが取り付けられる。

ケーシング２１の内部には、主軸２２をアキシャル方向（軸方向）において非接触支持する１組のアキシャル磁気軸受２３、及び主軸２２をラジアル方向（半径方向）において非接触支持する左右２組のラジアル磁気軸受２４，２４が配設されている。アキシャル磁気軸受２３は、２組のラジアル磁気軸受２４，２４の間に設けられている。なお、アキシャル方向は、ＸＹＺ座標系におけるＺ軸方向に、同じくラジアル方向はＸ軸方向及びＹ軸方向に対応する。

アキシャル磁気軸受２３は、ケーシング２１の内周面に固定された２つの円環状のアキシャル電磁石２３ａ，２３ａ、及びケーシング２１の内底面に主軸２２の内端部（図１における左端部）に対向して固定されたアキシャル変位センサ２３ｂを備えてなる。

２つのアキシャル電磁石２３ａ，２３ａは、鍔部材２２ａを介して互いに対向するように配設されている。それらアキシャル電磁石２３ａ，２３ａの鍔部材２２ａ側の側面と主軸２２の軸方向において鍔部材２２ａの互いに反対側に位置する２つの環状面との間には、所定の間隙（アキシャルギャップ）Ｇａｘが形成されている。したがって、アキシャル変位センサ２３ｂによりアキシャル方向への変位を検出するとともに、当該検出結果に基づいて２つのアキシャル電磁石２３ａ，２３ａへの通電を制御することにより、これらアキシャル電磁石２３ａ，２３ａの吸引力の調節が行われる。これにより、主軸２２はアキシャル方向において浮上し、当該アキシャル方向における所定の中立位置に非接触状態で且つ安定して支持される。

図２に示されるように、１組のラジアル磁気軸受２４は、ケーシング２１の内周面に固定された４つのラジアル電磁石２４ａ、及びこれらラジアル電磁石２４ａに対応して配設される４つのラジアル変位センサ２４ｂを備えてなる。４つのラジアル電磁石２４ａの先端面には、主軸２２の外周面の曲率に対応した円弧面２４ｃが凹設されている。これら円弧面２４ｃと主軸２２の外周面との間には、所定の間隙（ラジアルギャップ）Ｇｒｄが形成されている。

４つのラジアル電磁石２４ａは、主軸２２の回転方向において９０度毎に配設されている。したがって、４つのラジアル変位センサ２４ｂにより主軸２２の互いに直交する２つの半径方向（ＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向）への変位を検出するとともに、これら検出結果に基づいて４つのラジアル電磁石２４ａへの通電が制御されることにより、これらラジアル電磁石２４ａの吸引力の調節が行われる。これにより、主軸２２はラジアル方向において浮上し、当該ラジアル方向における所定の中立位置に非接触状態で且つ安定して支持される。

さらに、図１に示されるように、ケーシング２１の内部において、ケーシング２１の奥側に配設されたアキシャル電磁石２３ａと、同じく奥側に配設されたラジアル電磁石２４ａとの間には、主軸２２を回転させる駆動源としてモータ２５が組み込まれている。モータ２５は、ケーシングの内周面に固定されるとともにコイルが巻回されたステータ、及び主軸２２の外周面における当該ステータに対応する部位に設けられた図示しないマグネットロータを備えてなる公知の構成とされている。

＜電気的構成＞
次に、研削装置１０の電気的な構成について説明する。
図３に示すように、研削装置１０の制御装置１３は、ＣＰＵ（中央処理装置）３１、ＲＯＭ（読み取り専用メモリ）３２及びＲＡＭ（読み取り書き込み専用メモリ）３３を備えてなる。これらＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２及びＲＡＭ３３は図示しないバスを介して相互に接続されている。ＲＯＭ３２には研削装置１０の各部を統括的に制御するための各種の制御プログラム等が格納されている。当該制御プログラムには、ワークＷに対して所定の加工を施すべく磁気軸受スピンドル装置１１及び砥石軸スピンドル装置１２を制御する加工制御プログラムが含まれる。ＲＡＭ３３はＲＯＭ３２に格納された制御プログラムを展開してＣＰＵ３１が各種の処理を実行するためのデータ記憶領域、即ち作業領域である。そしてＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に格納された加工制御プログラムに基づき磁気軸受スピンドル装置１１及び砥石軸スピンドル装置１２を統括的に制御する。

ＣＰＵ３１には、１組のアキシャル磁気軸受２３を構成する２つのアキシャル電磁石２３ａ及び２組のラジアル磁気軸受２４を構成する合計８つのラジアル電磁石２４ａが接続されている。また、ＣＰＵ３１には、１組のアキシャル磁気軸受２３を構成する単一のアキシャル変位センサ２３ｂ及び２組のラジアル磁気軸受２４を構成する合計８つのラジアル変位センサ２４ｂが接続されている。さらに、ＣＰＵ３１には、磁気軸受スピンドル装置１１のモータ２５及び砥石軸スピンドル装置１２（正確には、図示しない内蔵モータ）が接続されている。なお、図３では、便宜上、アキシャル電磁石２３ａ及びアキシャル変位センサ２３ｂ並びにラジアル電磁石２４ａ及びラジアル変位センサ２４ｂは、それぞれ一つだけ図示する。

アキシャル変位センサ２３ｂは、主軸２２のアキシャル方向における変位を検出し、その検出信号を主軸２２のアキシャル方向における変位情報としてＣＰＵ３１へ出力する。ラジアル変位センサ２４ｂは、主軸２２のラジアル方向における変位を検出し、その検出信号を主軸２２のラジアル方向における変位情報としてＣＰＵ３１へ出力する。これらアキシャル変位センサ２３ｂ及びラジアル変位センサ２４ｂは、本発明の変位検出手段を構成する。

ＣＰＵ３１は、アキシャル変位センサ２３ｂ及びラジアル変位センサ２４ｂを通じて取得した主軸２２の変位情報に基づきアキシャル電磁石２３ａ及びラジアル電磁石２４ａへの通電を制御することにより、アキシャル電磁石２３ａ及びラジアル電磁石２４ａの吸引力の調節を行う。これにより、主軸２２は浮上し、ラジアル方向及びアキシャル方向における所定の中立位置（図１に示される最適浮上位置）に非接触状態で且つ安定して支持される。

また、ＣＰＵ３１は、加工制御プログラムに従って、アキシャル変位センサ２３ｂ及びラジアル変位センサ２４ｂを通じて取得した主軸２２の変位情報に基づき当該主軸２２のアキシャル方向及びラジアル方向における位置を制御すべく、アキシャル電磁石２３ａ及びラジアル電磁石２４ａに対する通電量を制御する。これにより、主軸２２は前記中立位置を基準としてアキシャル方向及びラジアル方向へ所定距離（所定距離＜間隙Ｇａｘ，Ｇｒｄ）だけずれた所定の加工位置に非接触状態で且つ安定して支持される。

詳述すると、ＣＰＵ３１は、加工制御プログラムに従って、主軸２２をアキシャル方向において往復動させるべく当該主軸２２のアキシャル方向における浮上位置（目標位置）を変更し、当該変更した浮上位置を目標にして２つのアキシャル電磁石２３ａに対する通電量を制御する。

すなわち、図４に示されるように、主軸２２をケーシング２１に対して突出させる方向（図４における右方向）へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は、まず主軸２２のアキシャル方向における浮上位置（目標位置）を変更する。そして、ＣＰＵ３１は、変更した浮上位置を目標として主軸２２を変位させるべく当該主軸２２の外端側のアキシャル電磁石２３ａへの通電量を増大させる。この結果、主軸２２の外端側のアキシャル電磁石２３ａの吸引力は、同じく内端側のアキシャル電磁石２３ａの吸引力よりも大きくなり、主軸２２はケーシング２１に対して突出する方向へ変位する。ＣＰＵ３１は、アキシャル変位センサ２３ｂを通じて主軸２２が前述の変更した目標位置に到達したことを検出すると、主軸２２を当該目標位置に保持すべく２つのアキシャル電磁石２３ａに対する通電量を制御する。なお、ＣＰＵ３１は、アキシャル方向における間隙（アキシャルギャップ）Ｇａｘの範囲内において、主軸２２が定められた距離だけケーシング２１に対する突出方向へ変位するように２つのアキシャル電磁石２３ａの吸引力を調整する。

主軸２２をケーシング２１に対して没入させる方向（図４における左方向）へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は、前述と同様に、まず主軸２２のアキシャル方向における浮上位置（目標位置）を変更する。そして、ＣＰＵ３１は、変更した浮上位置を目標として主軸２２を変位させるべく当該主軸２２の内端側のアキシャル電磁石２３ａへの通電量を増大させる。この結果、主軸２２の内端側のアキシャル電磁石２３ａの吸引力は、同じく外端側のアキシャル電磁石２３ａの吸引力よりも大きくなり、主軸２２はケーシング２１に対して没入する方向へ変位する。ＣＰＵ３１は、アキシャル変位センサ２３ｂを通じて主軸２２が前述の変更した目標位置に到達したことを検出すると、主軸２２を当該目標位置に保持すべく２つのアキシャル電磁石２３ａに対する通電量を制御する。なお、ＣＰＵ３１は、アキシャル方向における間隙（アキシャルギャップ）Ｇａｘの範囲内において、主軸２２が定められた距離だけケーシング２１に対する没入方向へ変位するように２つのアキシャル電磁石２３ａの吸引力を調整する。

このケーシング２１に対する突出方向への変位と同じく没入方向への変位とが繰り返されることにより、主軸２２はアキシャル方向において往復動する。
また、ＣＰＵ３１は、加工制御プログラムに従って主軸２２を互いに直交する２つのラジアル方向（図２における左右方向及び上下方向）へ変位させるべく当該主軸２２のラジアル方向における浮上位置（目標位置）を変更し、当該変更した浮上位置を目標にして各ラジアル電磁石２４ａに対する通電量を制御する。

すなわち、主軸２２をケーシング２１に対して図２における左右方向（ＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向）へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は当該左右方向において主軸２２を介して対向配置された２つのラジアル電磁石２４ａ，２４ａへの通電量を制御する。

具体的には、主軸２２を図２における右側へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は、前述と同様に、まず主軸２２の図２の左右方向における浮上位置（目標位置）を変更する。そして、ＣＰＵ３１は、変更した浮上位置を目標として主軸２２を変位させるべく右側のラジアル電磁石２４ａへの通電量を増大させる。この結果、図２における右側のラジアル電磁石２４ａの吸引力は、同じく左側のラジアル電磁石２４ａの吸引力よりも大きくなり、主軸２２は図２における右側へ変位する。ＣＰＵ３１は、ラジアル変位センサ２４ｂを通じて主軸２２が前述の変更した目標位置に到達したことを検出すると、主軸２２を当該目標位置に保持すべく各ラジアル電磁石２４ａに対する通電量を制御する。なお、ＣＰＵ３１は、図５に併せ示されるように、ラジアル方向における間隙（ラジアルギャップ）Ｇｒｄの範囲内において、主軸２２が定められた距離だけ図２における右側へ変位するように、左右方向において対向配置された２つのラジアル電磁石２４ａの吸引力を調整する。

主軸２２を図２における左側へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は、前述と同様に、まず主軸２２の図２の左右方向における浮上位置（目標位置）を変更する。そして、ＣＰＵ３１は、変更した浮上位置を目標として主軸２２を変位させるべく左側のラジアル電磁石２４ａへの通電量を増大させる。この結果、図２における左側のラジアル電磁石２４ａの吸引力は、同じく右側のラジアル電磁石２４ａの吸引力よりも大きくなり、主軸２２は図２における左側へ変位する。ＣＰＵ３１は、ラジアル変位センサ２４ｂを通じて、主軸２２が前述の変更した目標位置に到達したことを検出すると、主軸２２を当該目標位置に保持すべく各ラジアル電磁石２４ａに対する通電量を制御する。なお、ＣＰＵ３１は、図５に併せ示されるように、ラジアル方向における間隙（ラジアルギャップ）Ｇｒｄの範囲内において、主軸２２が定められた距離だけ図２における左側へ変位するように、左右方向において対向配置された２つのラジアル電磁石２４ａの吸引力を調整する。

また、主軸２２をケーシング２１に対して図２における上下方向（ＸＹＺ座標系におけるＹ軸方向）へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は当該上下方向において主軸２２を介して対向配置された２つのラジアル電磁石２４ａ，２４ａへの通電量を制御する。

具体的には、主軸２２を図２における上側へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は、前述と同様に、まず主軸２２の図２の上下方向における浮上位置（目標位置）を変更する。そして、ＣＰＵ３１は、変更した浮上位置を目標として主軸２２を変位させるべく上側のラジアル電磁石２４ａへの通電量を増大させる。この結果、図２における上側のラジアル電磁石２４ａの吸引力は、同じく下側のラジアル電磁石２４ａの吸引力よりも大きくなり、主軸２２は図２における上側へ変位する。ＣＰＵ３１は、ラジアル変位センサ２４ｂを通じて、主軸２２が前述の変更した目標位置に到達したことを検出すると、主軸２２を当該目標位置に保持すべく各ラジアル電磁石２４ａに対する通電量を制御する。なお、ＣＰＵ３１は、ラジアル方向における間隙（ラジアルギャップ）Ｇｒｄの範囲内において、主軸２２が定められた距離だけ図２における上側へ変位するように、上下方向において対向配置された２つのラジアル電磁石２４ａの吸引力を調整する。

主軸２２を図２における下側へ変位させる場合には、ＣＰＵ３１は、前述と同様に、まず主軸２２の図２の上下方向における浮上位置（目標位置）を変更する。そして、ＣＰＵ３１は、変更した浮上位置を目標として主軸２２を変位させるべく下側のラジアル電磁石２４ａへの通電量を増大させる。この結果、図２における下側のラジアル電磁石２４ａの吸引力は、同じく上側のラジアル電磁石２４ａの吸引力よりも大きくなり、主軸２２は図２における下側へ変位する。ＣＰＵ３１は、ラジアル変位センサ２４ｂを通じて、主軸２２が前述の変更した目標位置に到達したことを検出すると、主軸２２を当該目標位置に保持すべく各ラジアル電磁石２４ａに対する通電量を制御する。なお、ＣＰＵ３１は、ラジアル方向における間隙（ラジアルギャップ）Ｇｒｄの範囲内において、主軸２２が定められた距離だけ図２における下側へ変位するように、上下方向において対向配置された２つのラジアル電磁石２４ａの吸引力を調整する。

また、ＣＰＵ３１は、加工制御プログラムに従って磁気軸受スピンドル装置１１に内蔵されたモータ２５及び砥石軸スピンドル装置１２（正確には、図示しない内蔵モータ）を駆動制御する。

＜研削装置の動作＞
次に、前述のように構成した研削装置１０の動作を説明する。ここでは、円筒状のワークＷの主軸２２に対する取り付け面である裏面と反対側の表面（図１における右側の側面）における上下２箇所の研削加工を行う。制御装置１３のＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に格納された加工制御プログラムに従って磁気軸受スピンドル装置１１及び砥石軸スピンドル装置１２を制御する。

ワークＷの研削加工を行うに際しては、まず磁気軸受スピンドル装置１１の主軸２２の外端部にワークＷを取り付けるとともに、砥石軸スピンドル装置１２に工具として砥石Ｓを取り付ける。このとき、主軸２２は図１に示される中立位置に保持されるとともに、当該主軸２２の軸線は、砥石軸スピンドル装置１２（砥石Ｓ）の軸線よりも上方に位置している。

この状態で、ＣＰＵ３１は、砥石軸スピンドル装置１２（正確には、内蔵モータ）を駆動させることにより砥石Ｓを回転させる。そして、ＣＰＵ３１は、主軸２２をアキシャル方向においてケーシング２１に対して突出する方向（図１における右側）へ変位させるべく主軸２２のアキシャル方向における浮上位置を変更し、２つのアキシャル電磁石２３ａへの通電量を制御する。これら２つのアキシャル電磁石２３ａの吸引力の均衡が崩れることにより、主軸２２はアキシャル方向においてケーシング２１に対して突出する方向へ変位する。そして、主軸２２の先端に取り付けられたワークＷの表面の下部が砥石Ｓに押し付けられることにより、ワークＷの下部は研削される。

次に、ＣＰＵ３１は、主軸２２をアキシャル方向においてケーシング２１に対して没入する方向（図１における左側）へ変位させるべく主軸２２のアキシャル方向における浮上位置を再び変更し、２つのアキシャル電磁石２３ａへの通電量を制御する。これら２つのアキシャル電磁石２３ａの吸引力の均衡が崩れることにより、主軸２２はアキシャル方向においてケーシング２１に対して没入する方向へ変位する。そして、主軸２２の先端に取り付けられたワークＷの表面は、砥石Ｓに対して離間する。

次に、ＣＰＵ３１は、モータ２５の駆動制御を通じて主軸２２を１８０度だけ回転させる。この後、ＣＰＵ３１は、前述と同様に２つのアキシャル電磁石２３ａの制御を通じて主軸２２をケーシング２１に対して突出する方向へ再び変位させる。この結果、ワークＷの表面において、前回研削された部位に対して当該ワークＷの周方向に１８０度だけずれた部位が砥石Ｓに押し付けられて研削される。

以後、ＣＰＵ３１は、前述と同様にして、主軸２２の位置決め制御を行う。すなわち、主軸２２は、ケーシング２１に対する突出方向への変位と、同じく没入方向への変位とを繰り返すことにより、アキシャル方向において往復動するとともに、１往復する毎に１８０度だけ回転される。なお、前述した研削加工時において、ＣＰＵ３１は、主軸２２のラジアル方向における位置ずれを補正すべく、２組のラジアル電磁石２４ａの通電制御を通じて、主軸２２のラジアル方向への位置決め制御を行うことも可能である。

＜実施の形態の効果＞
従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）制御装置１３は、アキシャル電磁石２３ａ及びラジアル電磁石２４ａの吸引力の制御を通じて、主軸２２のアキシャル方向及びラジアル方向における位置を、主軸２２の鍔部材２２ａとアキシャル磁気軸受２３との間隙Ｇａｘ、並びに主軸２２とラジアル磁気軸受２４との間隙Ｇｒｄの範囲内において、変位させて位置決め可能とした。

この構成によれば、アキシャル磁気軸受２３及びラジアル磁気軸受２４の制御を通じて主軸２２のみをアキシャル方向及びラジアル方向、すなわちＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向へ自在に変位させることが可能になる。このため、主軸２２の位置決めの高速化及び高精度化が図られ、ひいてはワークＷの高精度加工を実現することができる。また、主軸２２の高速移動、すなわちワークＷと砥石Ｓとの相対位置を高速で位置決めできることから、ワークＷの加工時間の短縮化が図られる。さらに、主軸２２自体を自在に変位させることから、磁気軸受スピンドル装置１１を変位させるべくボールねじ機構及びリニアモータ等を利用した高精度且つ高価な送り機構を設ける必要がない。したがって、研削装置１０の製品コストの低減化が図られる。

（２）また、制御装置１３は、アキシャル変位センサ２３ｂ及びラジアル変位センサ２４ｂを通じて好適に取得された主軸２２の変位情報に基づきアキシャル磁気軸受２３及びラジアル電磁石２４ａの吸引力の制御を行うことにより、主軸２２の位置決め制御を好適に行うことができる。

（３）さらに、制御装置１３は、定められた加工制御プログラムに基づくワークＷの加工タイミングに応じて主軸２２の位置決め制御を行うようにした。このように、定められた加工制御プログラムに従い主軸２２が好適に位置決め制御されることにより、ワークＷの加工が好適に行われる。

＜他の実施の形態＞
尚、前記実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
・本実施の形態では、制御装置１３はＣＰＵ３１を備えて構成したが、当該ＣＰＵ３１に代えて、デジタル信号処理に特化したＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）を採用することも可能である。

・本実施の形態では、主軸２２のアキシャル方向及びラジアル方向における変位範囲を、間隙（アキシャルギャップ及びラジアルギャップ）Ｇａｘ，Ｇｒｄの範囲内において任意に設定可能としたが、間隙Ｇａｘ，Ｇｒｄの１／２の範囲内において設定するようにしてもよい。すなわち、制御装置１３は、主軸２２の外周面とラジアル電磁石２４ａとの間隙Ｇｒｄの１／２の範囲内において当該ラジアル電磁石２４ａの吸引力を制御するとともに、鍔部材２２ａとアキシャル電磁石２３ａとの間の間隙Ｇａｘの１／２の範囲内において当該アキシャル電磁石２３ａの吸引力を制御する。

従来、主軸２２（正確には、鍔部材２２ａ）とアキシャル磁気軸受２３との間隙Ｇａｘ、並びに主軸２２とラジアル磁気軸受２４との間隙Ｇｒｄが通常、すなわち中立位置に保持された状態の半分未満になったときに、警報を発するようにした磁気軸受スピンドル装置も存在する。このような装置に対し本実施の形態の磁気軸受スピンドル装置１１は特に有効である。すなわち、主軸２２は、アキシャル磁気軸受２３及びラジアル磁気軸受２４との間で通常確保される間隙Ｇａｘ，Ｇｒｄの１／２の範囲内において変位するため、前述した警報が発せられることがない。また、主軸２２とアキシャル磁気軸受２３（正確には、鍔部材２２ａ）との間の接触、及び主軸２２とラジアル磁気軸受２４との接触を好適に抑制可能となる。

・本実施の形態では、特に述べていないが、砥石軸スピンドル装置１２は架台１０ａに対して固定してもよいし、当該架台１０ａに対し変位可能に設けるようにしてもよい。また、これらの場合において、砥石軸スピンドル装置１２を構成する砥石軸を１組のアキシャル磁気軸受２３及び２組のラジアル磁気軸受２４により非接触状態で支持するとともに、これら磁気軸受の吸引力の制御を通じて砥石軸、ひいては当該軸に取り付けられる砥石Ｓの位置決め制御を行うことも可能である。

・本実施の形態では、主軸２２の軸線がＸＹＺ座標系におけるＺ軸に沿うように磁気軸受スピンドル装置１１を架台１０ａに設けるようにしたが、主軸２２の軸線がＺ軸に直交するＹ軸に沿うように配設することも可能である。この場合、図６に示されるように、主軸２２の内端部に鍔部材２２ａを設けるとともに、ケーシング２１の内部に単一のアキシャル電磁石２３ａを鍔部材２２ａに所定の間隙（アキシャルギャップ）Ｇａｘを介して対向するように配設することも可能である。当該単一のアキシャル電磁石２３ａに対する通電制御を通じて主軸２２のアキシャル方向（図６における上下方向）における荷重が支持される。なお、図６においては、モータ２５は省略されている。

・本実施の形態では、磁気軸受スピンドル装置１１にワークＷを、また砥石軸スピンドル装置１２に砥石Ｓを取り付けるようにしたが、磁気軸受スピンドル装置１１に砥石Ｓ等の工具を、また砥石軸スピンドル装置１２にワークＷを取り付けるようにしてもよい。

・本実施の形態では、磁気軸受スピンドル装置１１が搭載される工作機械として、研削装置１０を例示したが、切削装置及びマシニングセンタ等に対しても適用可能である。
＜他の技術的思想＞
次に前記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

・請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、前記変位検出手段は、前記主軸のラジアル方向における位置を検出するラジアル変位センサ、及び前記主軸のアキシャル方向における位置を検出するアキシャル変位センサを含む工作機械用磁気軸受スピンドル装置。この構成によれば、ラジアル変位センサ及びアキシャル変位センサを通じて主軸の変位を好適に検出可能となる。

・請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の工作機械用磁気軸受スピンドル装置を備えてなる工作機械。この構成によれば、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態の研削装置の要部縦断面図。 同じく図１の１−１線要部横断面図。 同じく研削装置の電気的な構成を示すブロック図。 同じく主軸の鍔部材とアキシャル電磁石との位置関係を示す研削装置の要部縦断面図。 同じく主軸とラジアル電磁石との位置関係を示す研削装置の要部横断面図。 他の実施の形態の磁気軸受スピンドル装置の概略構成を示す縦断面図。

符号の説明

１１…磁気軸受スピンドル装置、１３…制御装置、２２…主軸、２２ａ…鍔部材（回転部材）、２３…アキシャル磁気軸受、２３ａ…アキシャル電磁石、２３ｂ…変位検出手段を構成するアキシャル変位センサ、２４…ラジアル磁気軸受、２４ａ…ラジアル電磁石、２４ｂ…変位検出手段を構成するラジアル変位センサ、２５…モータ、Ｇａｘ…間隙（アキシャルギャップ）、Ｇｒｄ…間隙（ラジアルギャップ）。

Claims (3)

1. モータにより回転される主軸の外周面に対して所定のラジアルギャップを介して対向配置される複数のラジアル電磁石を含むとともに当該ラジアル電磁石の吸引力を通じて主軸をラジアル方向において磁気浮上させて非接触状態で支持するラジアル磁気軸受と、
   前記主軸の外周面に設けられた回転部材に対してアキシャル方向において所定のアキシャルギャップを介して対向配置される単数又は複数のアキシャル電磁石を含むとともに当該アキシャル電磁石の吸引力を通じて主軸をアキシャル方向において磁気浮上させて非接触状態で支持するアキシャル磁気軸受と、
   前記主軸のラジアル方向及びアキシャル方向における位置を検出して当該検出結果を前記主軸の変位情報として出力する変位検出手段と、
   前記変位検出手段を通じて取得される前記主軸の変位情報に基づき当該主軸を最適浮上位置に保持すべく前記ラジアル電磁石及びアキシャル電磁石の吸引力を制御する制御装置と、を備えた工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、
   前記制御装置は、前記ラジアル電磁石及びアキシャル電磁石の吸引力の制御を通じて、前記主軸を、前記ラジアルギャップ及びアキシャルギャップの範囲内において、アキシャル方向及びラジアル方向へ変位させて位置決め可能とした工作機械用磁気軸受スピンドル装置。
2. 請求項１に記載の工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、
   前記制御装置は、前記主軸を、前記ラジアルギャップの１／２の範囲内において変位させるべく前記ラジアル電磁石の吸引力を制御するとともに、前記アキシャルギャップの１／２の範囲内において変位させるべく前記アキシャル電磁石の吸引力を制御するようにした工作機械用磁気軸受スピンドル装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、
   前記制御装置は、定められた加工制御プログラムに基づき前記主軸の位置決め制御を行う工作機械用磁気軸受スピンドル装置。

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