JPH10217062A - 軸受装置およびその機上バランス修正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸装置または回転装置のバランス修正をそ
の主軸装置または回転装置を搭載する軸受装置上（機
上）でより高精度に行なう。 【解決手段】 主軸装置または回転装置を搭載する移動
テーブルと、該移動テーブルを移動方向に案内する案内
部と、前記移動テーブルを該案内部に対して静圧軸受を
介して支持する軸受部と、該軸受部への流体供給を調整
する流体供給調整手段と、前記移動テーブルを駆動する
駆動手段と、該駆動手段を制御し前記移動テーブルの位
置決めを行なう駆動制御装置とを具備する軸受装置にお
いて、前記主軸装置または回転装置のバランス修正を機
上で行なう際に前記軸受部の剛性を制御するための軸受
剛性制御手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸装置（または
回転装置）を静圧軸受で支持される移動テーブル上に搭
載して移動させる軸受装置、および前記主軸装置（また
は回転装置）を軸受装置上に搭載したまま（すなわち機
上で）バランス修正する機上バランス修正方法に関す
る。このような軸受装置および機上バランス修正方法
は、主軸（回転）装置を移動テーブル上に搭載し、高い
精度で主軸（回転）装置のバランス取りを要求される装
置、工作機械の主軸台を搭載するテーブル、研削盤の砥
石台を搭載するテーブル、および主軸を移動テーブル上
に搭載するポリゴンミラ加工機やスライサ・ダイサ等の
加工装置や精密加工装置および計測機器等に適用可能で
ある。

【０００２】

【従来の技術】主軸装置または回転装置（以下、主軸装
置という）を搭載する移動テーブルの代表的な構成を図
６に示す。ここでは案内１０２に対して静圧軸受を介し
て移動体１０１を支持するタイプの位置決め装置を想定
してある。ここで移動体１０１を案内１０２に対して支
持する軸受形式は静圧軸受に限ることはなく、すべり軸
受、リニアボールベアリング、リニアローラベアリング
等に代表される転がり軸受であっても差し支えない。移
動体１０１上には主軸１２４を有する主軸装置１２３が
搭載される。ここで主軸装置１２３は加工装置のように
工具を保持可能な主軸装置に限らず、一般の回転装置で
あっても構わない。モータ１１５に接続されたボールネ
ジ１１６の回転をナット部１２１で直線運動に変換する
ことで移動体１０１が駆動され、さらにモータ１１５に
取り付けられたエンコーダ１１７により検出される位置
情報を利用して駆動制御装置１２０により位置決めが行
なわれる。なお、ここではモータ１１５およびボールネ
ジ１１６による駆動を想定しているが駆動手段はこれに
限ることはなく、リニアモータ、ボイスコイルモータ、
摩擦駆動等その他の手段を用いても差し支えない。

【０００３】このような装置において移動テーブル上に
搭載される主軸装置のバランス取りはこれまで図７ある
いは図８に示すような方法で行なわれてきた。

【０００４】図７はいわゆる機上バランス取りの様子を
示している。これは市販されているバランス修正装置を
利用する方法である。使用可能なバランス修正装置とし
て、例えば大宮工業、ノリタケ、長瀬鉄工等から「バラ
ンスアイ」「バランスベクタ」等の商品名で発売されて
いるものがある。この方法は軸受装置に搭載された主軸
装置１２３における回転体のバランスを２面で修正する
ことが可能である。回転体の軸（主軸１２４）方向２カ
所に加速度計７１０および７１１を取り付け、これらの
加速度計７１０および７１１により回転体のアンバラン
スによる振動加速度を検出し、検出された振動加速度の
レベルから修正アンバランス量を計算し、これを回転体
の指定角度位置に付加あるいは除去することによって目
的の振動加速度レベルまでアンバランスを修正する。ま
た、場合によっては予め回転体に取り付けられているバ
ランス用マスの取付位置を変えることで修正を行なう方
法もある。

【０００５】図８は主軸装置が搭載、使用される機上
（軸受装置上）で主軸装置のバランス修正ができない場
合に採られる方法で、対象となる主軸装置を軸受装置上
から取り外し単体でバランス修正を行なうものである。
この場合に使用されるバランス修正装置としては長浜シ
ェンク等から市販されている装置が広く使われている。
対象となる主軸装置１２３は一方向に剛性が低い可撓部
８０６を介してバランス修正用基盤８０７に取り付けら
れる台上に固定される。主軸装置のアンバランスに起因
する回転時の振動は可撓部８０６の剛性が低い方向の振
動変位となり、これを検出器８０４および８０５を介し
てバランス修正装置８０３に取り込み、バランス修正を
行なう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７の方法
ではＬＭガイド等と呼ばれるリニアローラベアリング・
リニアボールベアリング等の転がり軸受を用いた軸受装
置上に主軸装置を搭載することを想定しているが、この
ような機上でのバランス取りでは一般に軸受部１０２が
比較的剛性の高い状態で主軸装置１２３および移動テー
ブル１０１を案内１０２に対して支持している。このた
め回転体のアンバランスに起因する外力に対して振動変
位は小さくなる傾向にあり、アンバランスに対しては鈍
感な状態で振動加速度を計測しているといえる。ここで
仮に軸受部が滑り軸受や静圧軸受であったとしても、通
常の装置設計や軸受設計として可能な限りの装置軸受部
の高剛性化が図られているので、回転体のアンバランス
に起因する振動加速度を検出する時点では、先の説明と
同じく外力に対して鈍感な状態にあるといえる。また移
動テーブルと対象となる主軸装置はボルト締結などで固
定されているため、回転体のアンバランスにより励振さ
れるマスは総じて主軸装置単体に比較して大きくなる傾
向にあり、これも外力に対する感度を鈍くする一因であ
る。このように従来の機上バランス取りでは振動加速度
を検出するには必ずしも好ましい状況とは言えず、高精
度なバランス取りには不利である。このような高精度の
バランス取りは特にポリゴンミラ加工機やスライサ・ダ
イサ等の精密加工装置において加工精度を向上するため
に解決が迫られる問題であり、従来の機上バランス修正
方法ではより一層高精度なバランス修正が困難である。

【０００７】図８に示す方法においては、機上でバラン
ス取りが行なえないために主軸装置１２３を軸受装置か
ら一旦取り外し、バランス修正後また取り付けるという
手間が必要になる。そのため、対象とする主軸装置が生
産ラインなどで使用されている場合は、バランス修正に
必要とする時間が膨大となり生産効率や装置稼働率を妨
げる大きな要因となっている。

【０００８】本発明は、上記従来例における問題点に鑑
みてなされたもので、主軸装置のバランス修正をその主
軸装置を移動テーブル上に搭載したままでより高精度に
行なうことができる軸受装置およびその軸受装置上（機
上）でのバランス修正方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、主軸装置あるいは回転装置と、該主軸装
置あるいは回転装置を搭載する移動テーブルと、該移動
テーブルを移動方向に案内する案内部と、前記移動テー
ブルを該案内部に対して静圧軸受を介して支持する軸受
部と、該軸受部への流体供給を調整する流体供給調整手
段と、前記移動テーブルを駆動する駆動手段と、該駆動
手段を制御し前記移動テーブルの位置決めを行なう駆動
制御装置とからなる軸受装置において、前記主軸装置あ
るいは回転装置の機上におけるバランス修正の際に前記
軸受部の剛性を制御するようにしたことを特徴とする。
軸受部の剛性は、例えば前記駆動制御装置からの指令に
よって前記流体供給調整手段を制御し前記軸受部への流
体供給を制御することによって行なう。

【００１０】また、本発明の機上バランス修正方法は、
ここで提供された軸受装置において、前記主軸装置ある
いは回転装置の機上におけるバランス修正の際に例えば
前記駆動制御装置からの指令によって前記流体供給調整
手段を制御し前記軸受部への流体供給を制御し、前記軸
受部の剛性を低下させた状態において前記主軸装置ある
いは回転装置の機上におけるバランス修正を行なう。

【００１１】さらに、本発明の好ましい実施の形態にお
いては、前記軸受部が前記移動テーブルの移動方向以外
の運動を拘束するように複数の軸受部から構成され、前
記複数の軸受部に対する流体供給が複数の流体供給管路
によって行なわれ、該複数の流体供給管路に対して複数
の流体供給調整手段を設けてある。そして、ここで提供
された軸受装置においては、前記主軸装置あるいは回転
装置の機上におけるバランス修正の際に例えば前記駆動
制御装置からの指令によって前記複数の流体供給調整手
段を制御し前記複数の軸受部への流体供給を制御し、前
記複数の軸受部の一部あるいは全部の剛性を低下させた
状態において前記主軸装置あるいは回転装置の機上にお
けるバランス修正を行なう。

【００１２】

【作用】上記の構成によれば、対象となる前記主軸装置
あるいは回転装置および前記主軸装置あるいは回転装置
が搭載されている移動テーブルが前記主軸装置あるいは
回転装置のアンバランスに対してより励振されやすい状
態となり、従来から使用されている機上バランス修正装
置を用いた場合でもより高精度なバランス修正が可能と
なる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。実施例１ 図１は本発明の第１の実施例に係る軸受装置の構成を示
す。本実施例では移動体１０１の移動方向以外の運動を
拘束するために対向する軸受部１０３，１０４および１
０７，１０８と１０５および１０６を設けている。これ
ら軸受部はそれぞれ独立した流体供給管路１０９〜１１
４を持ち、これらへの流体供給を一括して流体供給調整
手段１１９により調整している。ここでは流体供給調整
手段１１９としてサーボバルブを想定しているが、供給
流体の圧力または流量を調整できる手段であればこれに
限らない。流体供給調整手段１１９は圧力センサ１２２
により検出される供給流体の圧力に基づき駆動制御装置
１２０により制御される。本実施例では主軸装置１２３
の機上バランス修正を行なう際に、駆動制御装置１２０
からの指令により流体供給調整手段１１９が軸受部１０
３〜１０８への供給流体の供給圧を下げることにより、
移動体１０１が位置決め動作を行なう状態あるいは主軸
装置１２３が本来の機能を発現する状態あるいは本来の
装置設計または軸受設計に基づく状態に比較して軸受部
１０３〜１０８の剛性を低下させる。これにより前記主
軸装置（あるいは回転装置）１２３およびこれを搭載す
る移動テーブルは外力に対するコンブライアンス（剛性
の逆数）が大きくなり、前記主軸装置（あるいは回転装
置）のアンバランスに起因する外乱に対してより励振さ
れやすくなる。

【００１４】図１において、１０２は案内、１１５はモ
ータ、１１６はボールねじ、１１７はエンコ−ダ、１１
８は流体供給装置、１２１はナット部、１２４は主軸装
置１２３の主軸、１２５はドライバ、１２６はエンコー
ダ１１７の出力パルスを計数するカウンタである。駆動
制御装置１２０からの指令信号に基づいてドライバ１２
５がモータ１１５を駆動し、モータ１１５に接続された
ボールネジ１１６の回転をナット部１２１で直線運動に
変換することで移動体（移動テーブル）１０１が駆動さ
れ、さらにモータ１１５に取り付けられたエンコーダ１
１７により検出される位置情報を利用して駆動制御装置
１２０により位置決めが行なわれる。

【００１５】実施例２ 図２は本発明の第２の実施例に係る軸受装置の構成を示
す。この実施例では軸受部１０５，１０６に対してのみ
流体供給調整手段１１９が設けられている。ここでは流
体供給調整手段１１９として電磁弁を想定してあり、通
常軸受が使用される場合の流体供給圧に設定されている
流体供給手段１１８ａとこれよりも低い流体供給圧に設
定されている流体供給手段１１８ｂからの供給流体がこ
の電磁弁１１９を介して軸受部１０５，１０６に供給さ
れる。電磁弁１１９は駆動制御装置１２０からの指令に
より通常は流体供給手段１１８ａからの流体を軸受部に
供給しているが、主軸装置（あるいは回転装置）１２３
の機上バランス修正に際しては駆動制御装置１２０から
の指令により、低い流体供給圧に設定されている流体供
給手段１１８ｂからの流体を軸受部１０５，１０６に供
給するように切り換えられる。なお、軸受部１０３，１
０４，１０７，１０８には通常使用時も機上バランス修
正時も流体供給手段１１８ａからの流体が供給される。

【００１６】ここで軸受部１０５，１０６においてのみ
流体供給を調整する本実施例による効果は、流体として
空気を使用する空気静圧軸受の場合により顕著である。
一般に空気静圧軸受はモーメントに対して剛性が低く、
本実施例のように主軸装置１２３が移動体１０１上に搭
載されている場合、回転体アンバランスによる外力の作
用点が軸受面から離れて軸受部１０７，１０８，１０
３，１０４に対してモーメントが作用するような状態で
は、軸受部１０７，１０８，１０３，１０４は通常の流
体供給圧であっても比較的変位しやすい。そのため軸受
部１０５，１０６への流体供給圧を制御するだけで容易
に本発明による効果が得られる。

【００１７】さらに一般に移動体１０１はその形状寸法
に関して移動方向に直角な方向の寸法よりも移動方向の
寸法が長い。前述したように空気静圧軸受はモーメント
に対する剛性が軸受面に直角な方向の剛性に比較して低
いが、モーメントをあるスパンを持った複数の軸受部で
支持する場合では、そのスパンが長いほどモーメントに
対して剛となる。かかる点を考慮すると、空気静圧軸受
を使用する本実施例において、移動体は移動方向にその
寸法が長いことに起因して、様々な外力が同じ位置で作
用した場合にローリング運動を励起する外力に対する剛
性よりもピッチング運動を励起する外力に対する剛性の
ほうが高いことを意味する。すると軸受部１０７，１０
８，１０３，１０４を通常の流体供給圧に保ち、軸受部
１０５，１０６のみ流体供給圧を下げてこの部分の剛性
を低下させることで移動体が励振されやすい方向を移動
体の移動方向に対して直角な面内に拘束でき、これは図
８に示す従来のバランス修正法において一方向にのみ可
撓である状態と類似する状態を作ることになる。図１の
ように全ての軸受部における剛性を低下させた場合はア
ンバランスにより励起される振動が振れ回りと同じ状態
になる可能性が高く、この場合図７のような従来のバラ
ンス修正法においては加速度計７１０，７１１の検出方
向とアンバランスによる振動方向が一致することが無
く、正確な振動加速度を検出することが困難になり、高
精度なバランスの修正ができなくなる。これと比較して
本実施例のように剛性を低下させる軸受部を選択し、特
定の方向にのみ変位しやすい状態を作り出すことでより
正確かつ高精度な機上でのバランス修正が可能になる。

【００１８】実施例３ 図３は本発明の第３の実施例に係る軸受装置の構成を示
す。ここでは軸受部１０３，１０４に対して予圧付勢手
段３０７を設けた場合の実施例である。なお、予圧付勢
手段としてここでは永久磁石を想定してあるが電磁石等
その他の手段であっても差し支えない。図２における第
２の実施例と同じく軸受部１０５，１０６に対して流体
供給調整手段１１９を設けてある。また、ここで示した
ような予圧付勢手段３０７を必要とする形式の軸受部で
は軸受部１０３，１０４に対してのみ流体供給調整手段
１１９を設けてもよく、これは第１、第２の実施例の１
０７および１０８のような対向する軸受部が無いために
軸受部１０３，１０４に対してのみ流体供給調整手段を
設けることでも本発明の効果が得られるものである。

【００１９】実施例４ 図４は本発明の第４の実施例に係るポリゴン加工機の構
成を示す。このポリゴン加工機においては、主軸装置４
０４が搭載される主軸用テーブル４０３に本発明を実施
している。これにより主軸４０５のバランス修正がより
高精度に行なえ、ポリゴンミラの表面粗さの向上に寄与
することができる。また、機上でのバランス修正が可能
なためバイトの交換時等の再度のバランス修正が短時間
に行なえ、稼働率の向上も図ることができる。図４にお
いて、４０１は装置定盤、４０２は主軸用案内、４０６
はバイト、４０７は割り出し盤用案内、４０８は割り出
し盤用テーブル、４０９は割り出し盤、４１０はワーク
（ポリゴンミラ）である。

【００２０】実施例５ 図５は本発明の第５の実施例に係る円筒研削盤の構成を
示す。この円筒研削盤においては、砥石軸５０４を搭載
する砥石台用テーブル５０３に本発明を実施している。
研削盤では砥石のツルーイングおよびドレッシングや加
工中の砥石の摩耗により砥石軸のバランスが絶えず変化
している。そのため本発明を実施することで、従来のバ
ランス修正装置を用いた場合より高精度なバランス修正
が可能であると同時に、機上でのバランス修正であるた
め短時間でバランスの修正が行なえ、常に砥石軸が最適
なバランス状態を保って加工を行なうことができる。図
５において、５０１は装置ベース、５０２は砥石台用案
内、５０５は砥石、５０６はワークテーブル用案内、５
０７はワークテーブル、５０８は芯押し台、５０９はワ
ークである。

【００２１】以上、本発明の詳細を実施例を交えて説明
してきたが、本発明の実施においてはその趣旨を逸脱し
ない範囲で様々な形態において実施が可能であり、実施
例中に示された軸受形式、流体供給調整手段等に限定さ
れるものではない。

【００２２】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明により従
来のバランス修正装置を使用した場合にもより高精度に
バランスの修正を行なうことができ、さらには機上での
バランス修正のためバランス修正に要する時間が短時間
で済む、これらは加工機に関していえば高精度なバラン
ス修正による加工精度の向上が図れ、また量産工程で使
用される装置に関しては機上バランス修正により短時間
にバランスが修正できることにより装置の稼働率を上げ
ることができることを意味する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る軸受装置を説明
する図である。

【図２】 本発明の第２の実施例に係る軸受装置を説明
する図である。

【図３】 本発明の第３の実施例に係る軸受装置を説明
する図である。

【図４】 本発明の第４の実施例に係るポリゴン加工機
を説明する図である。

【図５】 本発明の第５の実施例に係る円筒研削盤を説
明する図である。

【図６】 従来の軸受装置を説明する図である。

【図７】 従来の機上バランス修正方法を説明する図で
ある。

【図８】 従来のバランス修正方法を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０１：移動体（移動テーブル）、１０２：案内、１０
３〜１０８：静圧軸受け部、１０９〜１１４：流体供給
管路、１１５：モータ、１１６：ボールねじ、１１７：
エンコ−ダ、１１８：流体供給装置、１１９：流体供給
調整手段（サーボバルブまたは電磁弁）、１２０：駆動
制御装置、１２１：ナット部、１２２：圧力センサ、１
２３：主軸装置、１２４：主軸、１２５：ドライバ、１
２６：カウンタ、３０７：永久磁石（予圧付勢手段）、
４０１：装置定盤、４０２：主軸用案内、４０３：主軸
用テーブル、４０４：主軸装置、４０５：主軸、４０
６：バイト、４０７：割り出し盤用案内、４０８：割り
出し盤用テーブル、４０９：割り出し盤、４１０：ワー
ク（ポリゴンミラ）５０１：装置ベース、５０２：砥石
台用案内、５０３：砥石台用テーブル、５０４：砥石
軸、５０５：砥石、５０６：ワークテーブル用案内、５
０７：ワークテーブル、５０８：芯押し台、５０９：ワ
ーク、７１０，７１１：加速度計、７１２：バランス修
正装置、８０３：バランス修正装置、８０４，８０５：
検出器、８０６：可撓部、８０７：バランス修正装置基
板。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸装置または回転装置を搭載する移動
   テーブルと、該移動テーブルを移動方向に案内する案内
   部と、前記移動テーブルを該案内部に対して静圧軸受を
   介して支持する軸受部と、該軸受部への流体供給を調整
   する流体供給調整手段と、前記移動テーブルを駆動する
   駆動手段と、該駆動手段を制御し前記移動テーブルの位
   置決めを行なう駆動制御装置とを具備する軸受装置にお
   いて、前記主軸装置または回転装置を前記移動テーブル
   に搭載した状態で該主軸装置または回転装置のバランス
   修正を行なう際に前記軸受部の剛性を制御する軸受剛性
   制御手段を設けたことを特徴とする軸受装置。
2. 【請求項２】 前記軸受剛性制御手段は、前記駆動制御
   装置からの指令により前記流体供給調整手段を制御する
   ものであることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
3. 【請求項３】 前記軸受剛性制御手段は、前記バランス
   修正を行なう際前記流体供給調整手段を制御することに
   より前記軸受部への流体供給を制御し該軸受部の剛性を
   低下させるものであることを特徴とする請求項２記載の
   軸受装置。
4. 【請求項４】 前記軸受部が前記移動テーブルの移動方
   向以外の運動を拘束するように複数の軸受部から構成さ
   れ、これら複数の軸受部に対する流体供給が複数の流体
   供給管路によって行なわれ、これら複数の流体供給管路
   に対して複数の前記流体供給調整手段を設けてあること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の軸受装
   置において前記主軸装置または回転装置の該軸受装置上
   におけるバランス修正の際に、前記軸受剛性制御手段か
   らの指令によって前記流体供給調整手段を制御して前記
   軸受部への流体供給を制御し、前記軸受部の剛性を低下
   させた状態において前記主軸装置または回転装置の該軸
   受装置上におけるバランス修正を行なうことを特徴とす
   る機上バランス修正方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の軸受装置において、前
   記主軸装置または回転装置の該軸受装置上におけるバラ
   ンス修正の際に前記駆動制御装置からの指令によって前
   記複数の流体供給調整手段を制御して前記複数の軸受部
   への流体供給を制御し、前記複数の軸受部の一部あるい
   は全部の剛性を低下させた状態において前記主軸装置ま
   たは回転装置の該軸受装置上におけるバランス修正を行
   なう機上バランス方法。