JP4194097B2 - 回転シャフト装置及びそれを備えてなる工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転シャフト装置及びそれを備えてなる工作機械に関し、より詳細には、回転シャフトをその回転軸に沿った方向にスライドさせる際に該回転軸のぶれを防止又は減少させる回転シャフト装置及びそれを備えてなる工作機械に関する。

所定の回転軸の周りに回転されると共に該回転軸に沿った方向にスライドされる回転シャフトを備える回転シャフト装置は広く用いられてきた。
例えば、ｘｙテーブル上に固定された被加工物に、回転する主軸の先端に取り付けられたエンドミルを当接させて、該被加工物を切削加工する工作機械が知られており、この場合では、所定の回転軸の周りに回転されると共に該回転軸に沿った方向にスライド（該被加工物に対して進退する。）される回転シャフトたる主軸を備える回転シャフト装置をかかる工作機械は備えている（例えば、特許文献１参照。）。

図３は、従来の工作機械の主軸を、該主軸の回転軸に沿った方向にスライドさせる装置１０１の一例を示す概略正面図（主要部分を透視した図）であり、図４は装置１０１の底面図（図３中、矢印Ａ方向から見たところを示している。）である。図３及び図４を参照して、装置１０１について簡単に説明する。

装置１０１は、工作機械の本体（メインフレーム）に取り付けられた基礎部分１０３と、基礎部分１０３に互いに平行に取り付けられた真っ直ぐな一対のガイド１０５ａ、１０５ｂと、ガイド１０５ａの長手方向に沿ってスライド自在にガイド１０５ａに取り付けられたブロック１０７ａ、１０７ｂと、ガイド１０５ｂの長手方向に沿ってスライド自在にガイド１０５ｂに取り付けられたブロック１０７ｃ、１０７ｄと、ブロック１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄに取り付けられた支持手段１０９と、支持手段１０９に回転自在に支持された主軸１１１（回転シャフト）と、主軸１１１を基礎部分１０３に対し回転軸の周りに回転させる回転手段たるビルトインモータ（図示せず。支持手段１０９内部に収容されている。回転手段）と、基礎部分１０３に回転自在に取り付けられたボールねじのおねじ１１３（軸受け１１５ａ、１１５ｂによって回転自在に軸支されている。）と、ボールねじのおねじ１１３に螺合し支持手段１０９に取り付けられた該ボールねじのめねじ１１７と、おねじ１１３を正逆両方に自由に回転させる駆動モータ１１９（なお、駆動モータ１１９は、カップリング１２１を介しておねじ１１３の一端に連結されている。なお、駆動モータ１１９は該ボールねじと共に駆動手段を構成している。）と、を備えている。そして、ガイド１０５ａ、１０５ｂの長手方向と、主軸１１１の回転軸と、おねじ１１３の長手方向と、はいずれも図３中の矢印Ｂ（ここでは略鉛直方向）に対して平行になっている。

このため、該ビルトインモータを回転させることで、主軸１１１の先端に取り付けられたエンドミル（図示せず）を回転させることができ、その状態において、駆動モータ１１９を正逆に回転させれば、回転する該エンドミル（図示せず）の先端付近を、ｘｙテーブル（主軸１１１の回転軸がｚ軸上に存するように座標軸をとった際、ｚ軸に対して直交するｘｙ面上において自由に移動するテーブル）上に固定された被加工物に対して進退させることにより（駆動モータ１１９の回転によりおねじ１１３が回転され、それに伴ってめねじ１１７が図３中の矢印Ｂに沿った方向に移動するので、主軸１１１を支持する支持手段１０９も該矢印Ｂに沿った方向に移動する。）、被加工物を切削加工することができる。

特開平１１−２９６２１３号公報（第２図、第３図）

図３及び図４に示したような装置１０１においては、図５に示すように、主軸１１１に加わる力（主として、主軸１１１の先端に取り付けられたエンドミル（図示せず）が被加工物に当接する際の反力２０１）に抗して、主軸１１１をその回転軸（図５中、点線Ｃにより示した。）に沿った方向（図５中、矢印Ｄ方向）にスライドさせるには、主軸１１１に加わる力（主として、反力２０１）とは逆向きの力２０３を主軸１１１に加える必要がある。この逆向きの力２０３を主軸１１１に加えるには、おねじ１１３を回転させ、めねじ１１７に逆向きの力２０３と同方向に向いた力３０１を加える必要があるが、力３０１は主軸１１１を回転軸（点線Ｃ）に沿った方向（矢印Ｄ方向）に移動させるように作用するばかりではなく、主軸１１１の回転軸（点線Ｃ）をぶれさせるようにも作用する。

即ち、めねじ１１７に加えられる力３０１の作用線から、主軸１１１の回転軸（点線Ｃ）への垂線の長さ３０３が０ではないため、力３０１は主軸１１１の回転軸（点線Ｃ）上の点の周りに回転モーメント（力３０１の大きさに、力３０１の作用線から主軸１１１の回転軸（点線Ｃ）への垂線の長さ３０３を乗じたもの）を生じ、該回転モーメントにより主軸１１１の回転軸は点線Ｃから点線Ｃ１の方向へぶれる（なお、理解を容易にするため、点線Ｃ１は実際よりもぶれを大きく示している。）。
この主軸１１１の回転軸のぶれは、主軸１１１の先端に取り付けられたエンドミル（図示せず）が被加工物に当接する位置を狂わせることから、被加工物の加工精度を低下させてしまう。
また、このような主軸１１１の回転軸のぶれは、主軸１１１の先端に取り付けられたエンドミル（図示せず）が被加工物に当接した状態においてのみ生じるものではなく、めねじ１１７に力３０１が加わっていればエンドミル（図示せず）が被加工物に当接していない状態においても生じるものである。かかる状態としては、例えば、停止していた主軸１１１にスライドを開始させたり、定速でスライドしている主軸１１１を停止させたり、定速でスライドしている主軸１１１のスライド速度を変えたりするような主軸１１１に加速度が生じる状態を例示することができる。

そこで、本発明においては、回転シャフトをその回転軸に沿った方向にスライドさせる際に該回転軸のぶれを防止又は減少させる回転シャフト装置を提供することを目的とする。

本発明の回転シャフト装置（以下、「本装置」という。）は、回転シャフトと、該回転シャフトを所定の回転軸の周りに回転自在に支持する支持手段と、該回転シャフトを該回転軸に沿った方向であるスライド方向にスライド自在に支持する基礎部分と、該回転シャフトを該回転軸の周りに回転させる回転手段と、該回転シャフトを該スライド方向にスライドさせる駆動手段と、を備えてなる回転シャフト装置であって、該駆動手段によって加えられる力により該回転軸上の任意の点の周りに生じる回転モーメントが、ほぼ０である、回転シャフト装置である。

こうすることで支持手段が、回転シャフトを所定の回転軸の周りに回転自在に支持すると共に、基礎部分が、回転シャフトを該回転軸に沿った方向であるスライド方向にスライド自在に支持する。回転手段が、回転シャフトを該回転軸の周りに回転させる。駆動手段が、回転シャフトを該スライド方向にスライドさせる。そして、本装置においては、駆動手段によって加えられる力により該回転軸上の任意の点（回転シャフトを構成する点）の周りに生じる回転モーメント（図５において説明したように、この回転モーメントが回転シャフトの回転軸をぶれさせる。）がほぼ０であるので、図３及び図４に示したような装置１０１とは異なり、駆動手段によって加えられる力によって回転シャフトの回転軸がぶれない。

前記基礎部分が、前記支持手段を前記スライド方向にスライド自在に支持することで、前記回転シャフトを前記スライド方向にスライド自在に支持すると共に、前記駆動手段が、前記支持手段を前記スライド方向にスライドさせることで、前記回転シャフトを前記スライド方向にスライドさせるもの（以下、「支持手段スライド装置」という。）であってもよい。
こうすることで回転シャフトを回転自在に支持する支持手段を基礎部分が前記スライド方向にスライド自在に支持し、駆動手段が、支持手段を前記スライド方向にスライドさせるので、駆動手段が、基礎部分に対して回転しない支持手段をスライドさせれば足りるので、本装置を簡単に構成することができる。

支持手段スライド装置の場合、前記支持手段が、前記回転シャフトが嵌入されるシャフト嵌入孔を有すると共に、前記所定の回転軸を軸とした円柱の側面である円柱側面部分を有しており、前記基礎部分が、前記支持手段が嵌入される支持手段嵌入孔を有しており、そして該円柱側面部分に沿って配設された第１磁力発生手段と、該支持手段嵌入孔の内壁に沿って配設された第２磁力発生手段と、によって構成されるリニアモータにより前記駆動手段が形成されるもの（以下、「支持手段嵌入装置」という。）であってもよい。
こうすることで基礎部分が有する支持手段嵌入孔に支持手段が嵌入され（前記所定の回転軸を軸とした円柱の側面である円柱側面部分が支持手段嵌入孔の内壁に面するように嵌入される。）、支持手段が有するシャフト嵌入孔に回転シャフトが嵌入されるので、回転シャフトが支持手段に確実に支持されると共に支持手段も基礎部分に確実に支持される。そして、円柱側面部分に沿って配設された第１磁力発生手段と、円柱側面部分が面する支持手段嵌入孔の内壁に沿って配設された第２磁力発生手段と、によって構成されるリニアモータにより駆動手段が形成されるので、駆動手段を小型に構成することができると共に駆動手段が内蔵されるので駆動手段を保護することができる。

支持手段嵌入装置の場合、前記第１磁力発生手段と前記第２磁力発生手段とが、前記所定の回転軸を中心に環状に配設されるものであってもよい。
こうすることで駆動手段たるリニアモータを構成する第１磁力発生手段及び第２磁力発生手段とが前記所定の回転軸を中心に環状に配設されるので、支持手段嵌入孔に嵌入された支持手段を前記スライド方向にスライドさせる力が、前記所定の回転軸の周りにバランスよく生じることから、駆動手段によって加えられる力により該回転軸上の任意の点（回転シャフトを構成する点）の周りに生じる回転モーメントをほぼ０にすることを一層容易かつ確実に実現することができる。

支持手段嵌入装置の場合、前記回転手段が、前記回転シャフトに取り付けられた回転子と、前記シャフト嵌入孔の内部に配設された固定子と、によって形成されるビルトインモータであってもよい。
回転シャフトに取り付けられた回転子と、シャフト嵌入孔の内部に配設された固定子と、によって形成されるビルトインモータは、通常、前記所定の回転軸を軸とした円柱形状をしていることから、かかるビルトインモータを回転手段とすることで前記所定の回転軸を軸とした円柱の側面である円柱側面部分を有する支持手段に回転手段を容易かつコンパクトに配設することができる。

支持手段嵌入装置の場合、前記支持手段の前記円柱側面部分と前記基礎部分の前記支持手段嵌入孔とのいずれか一方に沿って配設され、前記所定の回転軸に沿った方向に所定の周期で時間的に変化する磁力を生じるコイルである振動発生コイルと、前記支持手段の前記円柱側面部分と前記基礎部分の前記支持手段嵌入孔とのいずれか他方に沿って配設され、該振動発生コイルによって生じる磁力に吸引又は反発する部分である振動発生用磁力反応部分と、をさらに備えてなるもの（以下、「振動発生装置」という。）であってもよい。
こうすることで円柱側面部分と支持手段嵌入孔とのいずれか一方に沿って配設された振動発生コイルが前記所定の回転軸に沿った方向に所定の周期で時間的に変化する磁力を生じ、該いずれか他方に沿って配設された振動発生用磁力反応部分が振動発生コイルによって生じる磁力に吸引又は反発するので、振動発生コイルが生じる磁力の変化によって振動発生用磁力反応部分と振動発生コイルとの間に作用する力も変化することから、支持手段を前記所定の回転軸に沿った方向に振動させる。支持手段を前記所定の回転軸に沿った方向に振動させることにより、回転シャフトも前記所定の回転軸に沿った方向に振動させることができる。
なお、振動発生用磁力反応部分は、振動発生コイルによって生じる磁力に吸引され又は反発する部分であればいかなるものであってもよく、何ら限定されるものではないが、一例としては、永久磁石やコイル等を例示することができる。
回転シャフトを前記所定の回転軸に沿った方向に振動させることは種々の目的に用いられることができるが、一例としては、本装置を備えてなる工作機械であって回転シャフトが主軸である工作機械であれば、主軸に取り付けた工具を前記所定の回転軸に沿った方向に振動させつつ加工することにより加工時間を短縮することができ（加工速度を上昇させることができる。）、又、難削材の加工が可能となる。

振動発生装置の場合、前記第１磁力発生手段が、前記振動発生用磁力反応部分を兼ねるものであってもよい。
こうすることで振動発生用磁力反応部分を別個に配設する必要がないので、それを別個に配設する場合に比して、振動発生装置の構成部品を減少させることができ、振動発生装置のコスト低減及び小型化に資することができる。

前記駆動手段によって前記回転シャフトが前記スライド方向にスライドされる際、該スライドに抗して生じる抵抗力により前記回転軸上の任意の点の周りに生じる回転モーメントが、ほぼ０であってもよい。
こうすることで駆動手段により回転シャフトがスライドされる際に該スライドに抗するように生じる抵抗力（該スライドとは逆方向にはたらく力）による前記回転軸上の任意の点（回転シャフトを構成する点）の周りに生じる回転モーメントがほぼ０であるので、該抵抗力によって、スライドされつつある回転シャフトの回転軸がぶれない（この抵抗力は、回転シャフトがスライドされることによって生じるので、この抵抗力により該回転モーメントが生じるのであれば、スライドされつつある回転シャフトの回転軸が該回転モーメントによりぶれる。）。

本装置は種々の目的に用いられることができるが、工作機械に用いてもよい。
即ち、本装置を用いて、本装置を備えてなる工作機械であって、前記回転シャフトが主軸である工作機械（以下、「本機械」という。）の一部を構成することができる。
本機械は、主軸（回転シャフト）の回転軸のぶれが防止又は減少されるので、被加工物の加工精度を著しく向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。しかしながら、これらによって本発明は何ら制限されるものではない。

図１は、一実施形態の本発明の回転シャフト装置（本装置）１１を示す断面図である。図１を参照して、本装置１１について説明する。ここでは本装置１１は、回転シャフトが主軸である工作機械（本機械）の一部を構成している。また、図１は、後述する回転シャフトたる主軸１３の所定の回転軸（図１中、一点鎖線Ｒにて示した。）を含む平面による断面を示している。

本装置１１は、大まかには、図示しない本機械の本体（メインフレーム）に取り付けられる基礎部分２１と、基礎部分２１が有する略円柱形状の支持手段嵌入孔に嵌入された略円柱形状の支持手段３１と、支持手段３１が有するシャフト嵌入孔に嵌入された略円柱形状の主軸１３（回転シャフト）と、支持手段３１の外面に沿って配設された永久磁石４１（第１磁力発生手段）と、基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内壁に沿って配設されたコイル５１（第２磁力発生手段）と、主軸１３に取り付けられた回転子６１と、支持手段３１のシャフト嵌入孔の内部に配設された固定子６３と、基礎部分２１の支持手段嵌入孔に沿って配設された振動発生コイル７１と、を備えてなる。

基礎部分２１は、図示しない本機械の本体（メインフレーム）に取り付けられる取付部２３（取り付け用のボルトが嵌入されるボルト嵌入穴が穿設された板状部材により構成される。）と、取付部２３に外面が取り付けられた筒状部２５と、を有している。
筒状部２５は、略円筒形状（円筒形状とは、第１の半径を有する第１の直円柱から、第１の直円柱の軸を軸とし第１の半径よりも小さな第２の半径を有する第２の直円柱をくりぬいた形状をいう。以下、同じ。）をしている。

支持手段３１は、略直円柱形状をしており、基礎部分２１（筒状部２５）が有する略円柱形状の支持手段嵌入孔（基礎部分２１の筒状部２５が形成する略円筒形状の内部により形成される。）に遊嵌（僅かな遊びをもって嵌入）されることでスライド方向（主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）と略平行方向である。）にスライド自在に支持されている。
また、基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内周面と、支持手段３１の外周面と、の間には、ここでは加圧された油が供給されることで静圧軸受が形成されており、それによって支持手段３１は基礎部分２１に対してスライド方向に極めて円滑にスライドすることができる。該静圧軸受は、主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）中心に環状に形成されている。もっとも、支持手段３１が基礎部分２１に対してスライド自在であれば、基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内周面と、支持手段３１の外周面と、の間に静圧軸受が必ず必要となるものではなく、例えば、動圧軸受や転がり軸受（例えば、玉軸受、ころ軸受）が用いられても、またこれらの軸受が併用されてもよい。
なお、図１に示した本装置１１における基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内周面と、支持手段３１の外周面と、の間の静圧軸受は、基礎部分２１（筒状部２５）に形成された加圧油入口８１に供給された加圧油が、基礎部分２１（筒状部２５）内部の油流路８３を経由して油吐出口８５ａ、８５ｂから吐出されることによって形成される。さらに、ここでは基礎部分２１（筒状部２５）に形成された加圧空気入口９１に供給された加圧空気が、基礎部分２１（筒状部２５）内部の加圧空気流路９３を経由して空気吐出口９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ、９５ｅから吐出される（エアーパージ用）。

主軸１３（回転シャフト）は、その先端にエンドミル等のような工具が取り付けられ、該工具が取り付けられた状態で回転される（回転する該工具が被加工物に当接することで被加工物に切削等の加工を施す。）。
略円柱形状の主軸１３は、支持手段３１が有するシャフト嵌入孔３１ｈ（所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）が含まれる直線上に存する軸を有する略直円柱形状の孔であって、所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）に沿った支持手段３１の両端部のうち一端側に開いている孔）に嵌入されると共に、支持手段３１のシャフト嵌入孔３１ｈ内部に配設された軸受け３３によって所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の周りに回転自在に支持されている。
一方、回転子６１が主軸１３に取り付けられると共に、固定子６３が支持手段３１のシャフト嵌入孔３１ｈの内部に配設されている。これら回転子６１と固定子６３とによって回転手段たるビルトインモータが形成されており、これにより主軸１３が支持手段３１に対して所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の周りに回転される。

支持手段３１の形状である略直円柱（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を軸とする直円柱）の側面に沿って永久磁石４１（第１磁力発生手段）が埋設されるように配設されている。永久磁石４１は、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心に環状に配設されている。永久磁石４１は略円筒形状をしており、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）に沿ってＮ極とＳ極とが交互に存在するように前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）に沿って複数配設されている。
そして、基礎部分２１の支持手段嵌入孔（支持手段３１が基礎部分２１を貫通している部分）の内壁に沿ってコイル５１（第２磁力発生手段）が配設されている。コイル５１も前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心に環状に配設されており、図示しない制御装置から自由に電流を流すことができるようになっている。
これら永久磁石４１とコイル５１とによって駆動手段たるリニアモータが形成されており、かかるリニアモータによって支持手段３１が基礎部分２１に対して前記スライド方向に自由にスライドさせられる。
なお、支持手段３１の基礎部分２１に対する前記スライド方向への運動は、支持手段３１の前記スライド方向に関する一端側に形成された一端側ストッパー３１ａと他端側に形成された他端側ストッパー３１ｂとが基礎部分２１に当接することによって所定の範囲内に制限され、支持手段３１が基礎部分２１から不意に抜け落ちることを防止している。
また、支持手段３１の基礎部分２１に対する前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の周りの回転は、支持手段３１と基礎部分２１との一方に形成された突起（図示せず）と、支持手段３１と基礎部分２１との他方に形成され該突起が嵌入される溝（図示せず。該溝は、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）に平行に形成される。）と、によって構成されるまわり止めによって禁止される（該突起は該溝に沿って自由に移動することができるので、支持手段３１の基礎部分２１に対する前記スライド方向への運動は許容されるが、支持手段３１の基礎部分２１に対する前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の周りの回転は禁止される。）。

振動発生コイル７１は、コイル５１と同様、基礎部分２１の支持手段嵌入孔に沿って前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心に環状に配設されており、図示しない制御装置から自由に電流を流すことができるようになっている。
この振動発生コイル７１に前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）に沿った方向に所定の周期で時間的に変化する磁力を生じるよう電流を流すと（具体的には、例えば、正弦カーブに従って変化する電流を流す。）、支持手段３１の略直円柱の側面に沿って配設された永久磁石４１（第１磁力発生手段）が振動発生コイル７１により生じる磁力に吸引又は反発され、それによって支持手段３１が基礎部分２１に対して前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）に沿った方向（スライド方向）に振動する（振動発生コイル７１により生じる磁力は、所定の周期で時間的に変化するので、該磁力に吸引又は反発する永久磁石４１は、所定の周期で時間的に変化する力を受ける。）。即ち、ここでは永久磁石４１が、振動発生コイル７１によって生じる磁力に吸引又は反発する部分である振動発生用磁力反応部分を兼ねている。

また、ここでは主軸１３の前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）と、支持手段３１が形成する略直円柱の軸と、筒状部２５が形成する略直円筒の軸と、支持手段３１のシャフト嵌入孔３１ｈが形成する略直円柱の軸と、主軸１３が形成する略直円柱の軸と、前記静圧軸受（基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内周面と、支持手段３１の外周面と、の間に形成される静圧軸受）の中心軸と、は一直線上に略存する。
このような本装置１１は、回転シャフトが主軸１３である工作機械の一部を構成しているので、回転手段（回転子６１と固定子６３とによって形成されるビルトインモータ）により主軸１３を回転させ、駆動手段（永久磁石４１とコイル５１とによって形成されるリニアモータ）により主軸１３をスライド方向に進退させ、主軸１３の先端に取り付けられたエンドミル等のような工具を被加工物に当接させて被加工物に切削等の加工を施す。

図２は、駆動手段たるリニアモータによって加えられる力の状態を示す概念図（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む平面による断面を示している。）である。図２を参照して、駆動手段によって加えられる力の状態を説明する。ここでは駆動手段は、前述のように永久磁石４１とコイル５１とによって構成されるリニアモータであるが、コイル５１が生じる磁力によって永久磁石４１には力Ｆ１（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の一方側）と力Ｆ２（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の他方側）とが作用する。ここで主軸１３（回転シャフト）に属する位置のうち前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点Ｐを考える。まず、力Ｆ１によって点Ｐの廻りに生じる回転モーメントＭ１は、力Ｆ１の作用線に点Ｐから下ろした垂線の長さＬ１に、力Ｆ１の大きさｆ１を乗じたＬ１×ｆ１（方向は図２中、反時計回り）である。同様に、力Ｆ２によって点Ｐの廻りに生じる回転モーメントＭ２は、力Ｆ２の作用線に点Ｐから下ろした垂線の長さＬ２に、力Ｆ２の大きさｆ２を乗じたＬ２×ｆ２（方向は図２中、時計回り）である。そして、永久磁石４１は前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心に環状に配設されているのでＬ１＝Ｌ２であり、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の周りのいずれの位置においても永久磁石４１及びコイル５１の構造は同じであると共に永久磁石４１とコイル５１との位置関係（例えば、両者間の距離）も同じであることからｆ１＝ｆ２である。よって、回転モーメントＭ１の大きさＬ１×ｆ１と、回転モーメントＭ２の大きさＬ２×ｆ２と、は等しくなり、かつ両回転モーメントＭ１、Ｍ２の方向は逆向きであるので、両回転モーメントＭ１、Ｍ２は互いにうち消し合って点Ｐのまわりの回転モーメントは０になる。さらに、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含むいずれの平面による断面においても（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む全ての平面による断面において）、上述した関係が成立するので、全体としても点Ｐのまわりの回転モーメントは０になる（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む全ての平面における点Ｐの周りの回転モーメントを合計しても０になる。）。
また、ここでは主軸１３（回転シャフト）に属する位置のうち前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の特定の点Ｐを例にとって説明したが、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上のいずれの点の周りの回転モーメントも０になる（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の全ての点の周りの回転モーメントが０になる。）。
なお、図２では、力Ｆ１、Ｆ２の方向を図２中、下向きの場合を例にとって説明したが、これら力Ｆ１、Ｆ２の方向が図２中、上向きの場合であっても全く同様（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上のいずれの点の周りの回転モーメントも０）である。

また、前述のように、基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内周面と、支持手段３１の外周面と、の間には、主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心として環状に静圧軸受が形成されており、駆動手段（永久磁石４１とコイル５１とによって形成されるリニアモータ）により主軸１３（回転シャフト）がスライド方向にスライドされる際、該スライドに抗して生じる抵抗力はこの静圧軸受に生じる。該静圧軸受に生じる抵抗力は、ここでは支持手段３１が基礎部分２１に対してスライドすることを妨げる方向に生じ（主として摩擦力）、支持手段３１の外周面に作用する。該静圧軸受に生じる抵抗力は、主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心としたいずれの場所も同じ大きさ（回転モーメントを生じる力の大きさは該所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心としたいずれの場所も同じ。）であると共に、該抵抗力が作用する支持手段３１の外周面（円柱側面部分３１ｃ）は主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を軸とした直円柱の側面の一部を構成するので（該静圧軸受は主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心として環状に形成されている。）該所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点から抵抗力の作用線に下ろした垂線の長さは該所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心としたいずれの場所も同じになるから、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含むいずれの平面による断面においても（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む全ての平面による断面において）、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点の周りの該抵抗力により生じる回転モーメントは０になる（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点の一方側にはたらく回転モーメントと、他方側にはたらく回転モーメントと、が互いに同じ大きさで方向が逆向きであるので、互いにうち消し合う。）。そして、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む全ての平面における前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点の周りの該抵抗力により生じる回転モーメントを合計しても０になる。
図６は、駆動手段により主軸１３（回転シャフト）がスライド方向にスライドされる際、該スライドに抗して生じる抵抗力により前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点の周りに生じる回転モーメントを説明するための概念図である。図６を参照して、該回転モーメントについて説明する。図６は、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む一平面による断面を示している。ここに駆動手段（永久磁石４１とコイル５１とによって形成されるリニアモータ）により支持手段３１が基礎部分２１に対してスライドされることで主軸１３（回転シャフト）がスライド方向（例えば、図６中、矢印Ｋ方向）にスライドされるが、このとき支持手段３１の外周面３１ｄ（円柱側面部分３１ｃと同じ）に抵抗力Ｇ１、Ｇ２が作用する。抵抗力Ｇ１、Ｇ２は、支持手段３１が基礎部分２１に対してスライドすることを妨げる方向（即ち、ここでは矢印Ｋとは逆方向）に生じる。ここで主軸１３（回転シャフト）に属する位置のうち前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点Ｑを考える。まず、抵抗力Ｇ１によって点Ｑの廻りに生じる回転モーメントＭ３は、抵抗力Ｇ１の作用線に点Ｑから下ろした垂線の長さＬ３に、抵抗力Ｇ１の大きさｇ１を乗じたＬ３×ｇ１（方向は図６中、時計回り）である。同様に、抵抗力Ｇ２によって点Ｑの廻りに生じる回転モーメントＭ４は、抵抗力Ｇ２の作用線に点Ｑから下ろした垂線の長さＬ４に、抵抗力Ｇ２の大きさｇ２を乗じたＬ４×ｇ２（方向は図６中、反時計回り）である。そして、抵抗力Ｇ１、Ｇ２が作用する支持手段３１の外周面３１ｄ（円柱側面部分３１ｃ）は主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を軸とした直円柱の側面の一部を構成するので、該所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の点から抵抗力の作用線に下ろした垂線の長さＬ３、Ｌ４は該所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心としたいずれの場所も同じになる（Ｌ３＝Ｌ４）。また、基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内周面と、支持手段３１の外周面３１ｄと、の間の静圧軸受は、主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心として環状に形成されているので、抵抗力Ｇ１、Ｇ２の大きさｇ１、ｇ２は、主軸１３の所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心としたいずれの場所も同じである（ｇ１＝ｇ２）。よって、回転モーメントＭ３の大きさＬ３×ｇ１と、回転モーメントＭ４の大きさＬ４×ｇ２と、は等しくなり、かつ両回転モーメントＭ３、Ｍ４の方向は逆向きであるので、両回転モーメントＭ３、Ｍ４は互いにうち消し合って点Ｑのまわりの回転モーメントは０になる。さらに、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含むいずれの平面による断面においても（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む全ての平面による断面において）、上述した関係が成立するので、全体としても点Ｑのまわりの回転モーメントは０になる（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を含む全ての平面における点Ｑの周りの回転モーメントを合計しても０になる。）。
また、ここでは主軸１３（回転シャフト）に属する位置のうち前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の特定の点Ｑを例にとって説明したが、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上のいずれの点の周りの回転モーメントも０になる（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上の全ての点の周りの回転モーメントが０になる。）。
なお、図６では、力Ｇ１、Ｇ２の方向を図６中、上向きの場合（主軸１３（回転シャフト）が図６中、下方向にスライドされる場合）を例にとって説明したが、これら力Ｇ１、Ｇ２の方向が図６中、下向きの場合（主軸１３（回転シャフト）が図６中、下方向にスライドされる場合）であっても全く同様（前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）上のいずれの点の周りの回転モーメントも０）である。

以上説明したように、本装置１１は、回転シャフトたる主軸１３と、回転シャフトたる主軸１３を所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）の周りに回転自在に支持する支持手段３１と、回転シャフトたる主軸１３を該回転軸（一点鎖線Ｒ）に沿った方向であるスライド方向にスライド自在に支持する基礎部分２１と、回転シャフトたる主軸１３を回転軸（一点鎖線Ｒ）の周りに回転させる回転手段（回転子６１と固定子６３とによって形成されるビルトインモータが回転手段に該当する。また、ここでは基礎部分２１及び支持手段３１に対し主軸１３を回転させる。）と、回転シャフトたる主軸１３を該スライド方向にスライドさせる駆動手段（永久磁石４１とコイル５１とによって形成されるリニアモータが駆動手段に該当する。また、ここでは基礎部分２１に対し主軸１３を該スライド方向にスライドさせる。）と、を備えてなる回転シャフト装置であって、駆動手段（永久磁石４１とコイル５１とによって形成されるリニアモータ）によって加えられる力により回転軸（一点鎖線Ｒ）上の任意の点（例えば、上述の点Ｐ）の周りに生じる回転モーメントが、ほぼ０である、回転シャフト装置である。

そして、基礎部分２１が、支持手段３１を前記スライド方向（回転軸（一点鎖線Ｒ）に平行方向）にスライド自在に支持することで、回転シャフトたる主軸１３を前記スライド方向にスライド自在に支持すると共に、駆動手段（永久磁石４１とコイル５１とによって形成されるリニアモータ）が、支持手段３１を前記スライド方向にスライドさせることで、回転シャフトたる主軸１３を前記スライド方向にスライドさせる。
さらに、支持手段３１が、回転シャフトたる主軸１３が嵌入されるシャフト嵌入孔３１ｈを有すると共に、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を軸とした円柱の側面である円柱側面部分３１ｃを有しており、基礎部分２１が、支持手段３１が嵌入される支持手段嵌入孔（支持手段３１が基礎部分２１を貫通している部分）を有しており、そして円柱側面部分３１ｃに沿って配設された第１磁力発生手段たる永久磁石４１と、該支持手段嵌入孔（支持手段３１が基礎部分２１を貫通している部分）の内壁に沿って配設された第２磁力発生手段たるコイル５１と、によって構成されるリニアモータにより駆動手段が形成される。
また、ここでは第１磁力発生手段たる永久磁石４１と第２磁力発生手段たるコイル５１とが、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）を中心に環状に配設されている。

加えて、回転手段が、回転シャフトたる主軸１３に取り付けられた回転子６１と、シャフト嵌入孔３１ｈの内部に配設された固定子６３と、によって形成されるビルトインモータである。
そして、支持手段３１の円柱側面部分３１ｃと基礎部分２１の支持手段嵌入孔（支持手段３１が基礎部分２１を貫通している部分）とのいずれか一方（ここでは基礎部分２１の支持手段嵌入孔）に沿って配設され、前記所定の回転軸（一点鎖線Ｒ）に沿った方向に所定の周期で時間的に変化する磁力を生じるコイルである振動発生コイル７１と、支持手段３１の円柱側面部分３１ｃと基礎部分２１の支持手段嵌入孔（支持手段３１が基礎部分２１を貫通している部分）とのいずれか他方（ここでは支持手段３１の円柱側面部分３１ｃ）に沿って配設され、振動発生コイル７１によって生じる磁力に吸引又は反発する部分である振動発生用磁力反応部分たる永久磁石４１と、をさらに備えてなる。
また、ここでは第１磁力発生手段たる永久磁石４１が、振動発生用磁力反応部分を兼ねている。
加えて、駆動手段（永久磁石４１とコイル５１とによって形成されるリニアモータ）によって回転シャフトたる主軸１３が前記スライド方向にスライドされる際、該スライドに抗して生じる抵抗力（基礎部分２１の支持手段嵌入孔の内周面と、支持手段３１の外周面と、の間に形成される前記静圧軸受に生じる。）により前記回転軸（一点鎖線Ｒ）上の任意の点の周りに生じる回転モーメントがほぼ０である。
そして、本装置１１は、本装置１１を備えてなる工作機械であって、回転シャフトが主軸１３である工作機械の一部を構成している。

一実施形態の本発明の回転シャフト装置（本装置）を示す断面図である。 図１に示した本装置において、駆動手段によって加えられる力の状態を示す概念図である。 従来の工作機械の主軸を、該主軸の回転軸に沿った方向にスライドさせる装置の一例を示す概略正面図である。 図３に示した装置の底面図である。 図３及び図４に示した装置において、主軸の回転軸（点線Ｃ）がぶれる様子を示す概念図である。 駆動手段により主軸がスライド方向にスライドされる際の抵抗力により主軸の回転軸上の点の周りに生じる回転モーメントを説明するための概念図である。

符号の説明

１１ 本発明の回転シャフト装置（本装置）
１３ 主軸
２１ 基礎部分
２３ 取付部
２５ 筒状部
３１ 支持手段
３１ａ 一端側ストッパー
３１ｂ 他端側ストッパー
３１ｃ 円柱側面部分
３１ｄ 外周面
３１ｈ シャフト嵌入孔
３３ 軸受け
４１ 永久磁石
５１ コイル
６１ 回転子
６３ 固定子
７１ 振動発生コイル
８１ 加圧油入口
８３ 油流路
８５ａ、８５ｂ 油吐出口
９１ 加圧空気入口
９３ 加圧空気流路
９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ、９５ｅ 空気吐出口
１０１ 従来の装置
１０３ 基礎部分
１０５ａ、１０５ｂ ガイド
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ ブロック
１０９ 支持手段
１１１ 主軸
１１３ おねじ
１１５ａ、１１５ｂ 軸受け
１１７ めねじ
１１９ 駆動モータ
１２１ カップリング
２０１ 反力
２０３ 逆向きの力
３０１ 力
３０３ 垂線の長さ

Claims (6)

1. 回転シャフトと、
   該回転シャフトが嵌入されるシャフト嵌入孔を有し、該回転シャフトを所定の回転軸の周りに回転自在に支持すると共に、該回転軸を軸とした円柱の側面である円柱側面部分を有する支持手段と、
   該支持手段が嵌入される支持手段嵌入孔を有し、該支持手段を該回転軸に沿った方向であるスライド方向にスライド自在に支持することで、該回転シャフトを該スライド方向にスライド自在に支持する基礎部分と、
   該回転シャフトを該回転軸の周りに回転させる回転手段と、
   該円柱側面部分に沿って配設された第１磁力発生手段と、該支持手段嵌入孔の内壁に沿って配設された第２磁力発生手段と、によって構成されるリニアモータにより形成され、該支持手段を該スライド方向にスライドさせることで該回転シャフトを該スライド方向にスライドさせる駆動手段と、
   該支持手段の該円柱側面部分と該基礎部分の該支持手段嵌入孔とのいずれか一方に沿って配設され、該所定の回転軸に沿った方向に所定の周期で時間的に変化する磁力を生じるコイルである振動発生コイルと、
   該支持手段の該円柱側面部分と該基礎部分の該支持手段嵌入孔とのいずれか他方に沿って配設され、該振動発生コイルによって生じる磁力に吸引又は反発する部分である振動発生用磁力反応部分と、
   を備えてなる回転シャフト装置であって、
   該駆動手段によって加えられる力により該回転軸上の任意の点の周りに生じる回転モーメントが、ほぼ０である、回転シャフト装置。
2. 前記振動発生コイルが、前記基礎部分の前記支持手段嵌入孔に沿って配設されると共に、
   前記振動発生用磁力反応部分が、前記支持手段の前記円柱側面部分に沿って配設され、
   前記第１磁力発生手段が、前記振動発生用磁力反応部分を兼ねるものである、請求項１に記載の回転シャフト装置。
3. 前記第１磁力発生手段と前記第２磁力発生手段とが、前記所定の回転軸を中心に環状に配設されるものである、請求項１又は２に記載の回転シャフト装置。
4. 前記回転手段が、前記回転シャフトに取り付けられた回転子と、前記シャフト嵌入孔の内部に配設された固定子と、によって形成されるビルトインモータである、請求項１乃至３のいずれか１に記載の回転シャフト装置。
5. 前記駆動手段によって前記回転シャフトが前記スライド方向にスライドされる際、該スライドに抗して生じる抵抗力により前記回転軸上の任意の点の周りに生じる回転モーメントが、ほぼ０である、請求項１乃至４のいずれか１に記載の回転シャフト装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の回転シャフト装置を備えてなる工作機械であって、前記回転シャフトが主軸である工作機械。

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