(57)【要約】【課題】回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際に、回転体の振動を抑制することができる回転体の支持装置を提供する。【解決手段】制御手段３４は、回転数調整手段３１により回転体１８の回転数を上昇させる際に、支持剛性変更手段２２により第一の軸受１３による支持剛性を低下させることで回転体１８の共振周波数ｆｎを低下させている間に、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎを通過するように支持剛性変更手段２２を制御する。【選択図】図４
2010071310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
回転体と、
前記ハウジングと前記回転体との間に介装され、前記ハウジングに対して前記回転体を回転可能に支承し、前記ハウジングに対して前記回転体を支持する支持剛性を変更可能な第一の軸受と、
前記回転体の回転数を調整する回転数調整手段と、
前記第一の軸受による前記支持剛性を変更する支持剛性変更手段と、
前記回転数調整手段により前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記支持剛性変更手段により前記第一の軸受による前記支持剛性を低下させることで前記回転体の共振周波数を低下させている間に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数を通過するように前記支持剛性変更手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記第一の軸受とは異なる軸受であって、前記ハウジングと前記回転体との間に介装され、前記ハウジングに対して一定の支持剛性により前記回転体を回転可能に支承する第二の軸受を備えることを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記ハウジングに対して前記回転体を支持する支持剛性を計算する剛性計算手段と、
前記剛性計算手段により計算された前記支持剛性に基づいて、前記回転体の共振周波数を解析する解析手段と、
前記制御手段は、前記解析手段による解析結果に基づいて、前記支持剛性変更手段を制御することを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項において、
前記制御部は、
前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数より低い状態を維持しながら、前記第一の軸受による前記支持剛性を上昇させることにより前記回転体の共振周波数を上昇させるように前記支持剛性変更手段を制御する第一のステップと、
前記第一のステップの後に、前記第一の軸受による前記支持剛性を低下させることにより前記回転体の共振周波数を低下させている間に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数を通過するように前記支持剛性変更手段を制御する第二のステップと、
を実行することを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記制御部は、前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記第一のステップを行う前において、前記第一の軸受による前記支持剛性を前記第一の軸受による前記支持剛性の変更可能範囲の最小値とすることを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記制御部は、前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記第二のステップにより前記第一の軸受による前記支持剛性を前記第一の軸受による前記支持剛性の変更可能範囲の最小値とすることを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項において、
前記制御部は、前記回転数調整手段により前記回転体の回転数を下降させる際に、前記支持剛性変更手段により前記第一の軸受による前記支持剛性を上昇させることで前記回転体の共振周波数を上昇させている間に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数を通過するように前記支持剛性変更手段を制御することを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項８】
請求項２において、
前記回転体の支持装置は、研削盤の主軸装置に適用され、
前記回転体の一端に砥石車を備え、
前記第一の軸受は、前記第二の軸受より前記回転体の一端側に配置されることを特徴とする回転体の支持装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項において、
前記第一の軸受は、転がり軸受であり、予圧を調整することにより前記ハウジングに対して前記回転体を支持する支持剛性を変更可能とであり、
前記支持剛性変更手段は、前記第一の軸受への前記予圧を調整することを特徴とする回転体の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の支持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開２００４−３５３７５６号公報（特許文献１）には、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過しないように、軸受の剛性や減衰特性を調整することで、回転体の共振周波数を回転体の回転周波数から遠ざけることが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３５３７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転体の共振周波数を大きくするには、回転体の支持剛性を大きくすることが必要となる。しかし、支持装置の構成上、回転体の支持剛性を大きくすることには限界がある。従って、特許文献１の手法を用いた場合には、回転体の回転数の上限ができてしまう。
【０００４】
仮に、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過することができれば、回転体の回転数の限界が設定されることはない。しかし、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過しようとすると、回転体の振動が大きくなるため、回転体の回転周波数を回転体の共振周波数を通過させることは容易ではない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際に、回転体の振動を抑制することができる回転体の支持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る回転体の支持装置の発明の特徴は、
ハウジングと、
回転体と、
前記ハウジングと前記回転体との間に介装され、前記ハウジングに対して前記回転体を回転可能に支承し、前記ハウジングに対して前記回転体を支持する支持剛性を変更可能な第一の軸受と、
前記回転体の回転数を調整する回転数調整手段と、
前記第一の軸受による前記支持剛性を変更する支持剛性変更手段と、
前記回転数調整手段により前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記支持剛性変更手段により前記第一の軸受による前記支持剛性を低下させることで前記回転体の共振周波数を低下させている間に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数を通過するように前記支持剛性変更手段を制御する制御手段と、
を備えることである。
【０００７】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、
さらに、前記第一の軸受とは異なる軸受であって、前記ハウジングと前記回転体との間に介装され、前記ハウジングに対して一定の支持剛性により前記回転体を回転可能に支承する第二の軸受を備えることである。
【０００８】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または２において、
前記ハウジングに対して前記回転体を支持する支持剛性を計算する剛性計算手段と、
前記剛性計算手段により計算された前記支持剛性に基づいて、前記回転体の共振周波数を解析する解析手段と、
前記制御手段は、前記解析手段による解析結果に基づいて、前記支持剛性変更手段を制御することである。
【０００９】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１〜３の何れか一項において、
前記制御部は、
前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数より低い状態を維持しながら、前記第一の軸受による前記支持剛性を上昇させることにより前記回転体の共振周波数を上昇させるように前記支持剛性変更手段を制御する第一のステップと、
前記第一のステップの後に、前記第一の軸受による前記支持剛性を低下させることにより前記回転体の共振周波数を低下させている間に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数を通過するように前記支持剛性変更手段を制御する第二のステップと、
を実行することである。
【００１０】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項４において、
前記制御部は、前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記第一のステップを行う前において、前記第一の軸受による前記支持剛性を前記第一の軸受による前記支持剛性の変更可能範囲の最小値とすることである。
【００１１】
請求項６に係る発明の特徴は、請求項４または５において、
前記制御部は、前記回転体の回転数を上昇させる際に、前記第二のステップにより前記第一の軸受による前記支持剛性を前記第一の軸受による前記支持剛性の変更可能範囲の最小値とすることである。
【００１２】
請求項７に係る発明の特徴は、請求項１〜６の何れか一項において、
前記制御部は、前記回転数調整手段により前記回転体の回転数を下降させる際に、前記支持剛性変更手段により前記第一の軸受による前記支持剛性を上昇させることで前記回転体の共振周波数を上昇させている間に、前記回転体の回転周波数が前記回転体の共振周波数を通過するように前記支持剛性変更手段を制御することである。
【００１３】
請求項８に係る発明の特徴は、請求項２において、
前記回転体の支持装置は、研削盤の主軸装置に適用され、
前記回転体の一端に砥石車を備え、
前記第一の軸受は、前記第二の軸受より前記回転体の一端側に配置されることである。
【００１４】
請求項９に係る発明の特徴は、請求項１〜８の何れか一項において、請求項１〜８の何れか一項において、
前記第一の軸受は、転がり軸受であり、予圧を調整することにより前記ハウジングに対して前記回転体を支持する支持剛性を変更可能とであり、
前記支持剛性変更手段は、前記第一の軸受への前記予圧を調整することである。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成した請求項１に係る回転体の支持装置の発明によれば、回転体の回転数を上昇させる場合に、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際に、コンプライアンス（支持剛性の逆数）が大きくなる時間を短くできる。その結果、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際において、コンプライアンスを小さくすることができる。つまり、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際に、回転体の振動を抑制することができるため、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過することが可能となる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、第二の軸受により基本的な支持剛性を安定して確保することができる。さらに、支持剛性が変化する第一の軸受のみを備える場合に比べると、支持剛性の安定性が非常に高くなる。
請求項３に係る発明によれば、確実に、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過することが可能となる。
【００１７】
ここで、第一の軸受による支持剛性を小さい状態とすることにより、消費エネルギーを抑制できる。つまり、請求項４に係る発明によれば、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数より低いときには、消費エネルギーを抑制することができる。請求項５に係る発明によれば、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数より低いときに、最も消費エネルギーを少なくできる。請求項６に係る発明によれば、第二のステップを実行した後において、最も消費エネルギーを少なくできる。
【００１８】
請求項７に係る発明によれば、回転体の回転数を下降する場合に、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際に、コンプライアンス（回転軸剛性の逆数）が大きくなる時間を短くできる。その結果、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際において、コンプライアンスを小さくすることができる。つまり、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過する際に、回転体の振動を抑制することができるため、回転体の回転周波数が回転体の共振周波数を通過することが可能となる。
【００１９】
請求項８に係る発明によれば、本発明の回転体の支持装置を研削盤の主軸装置に適用した場合を対象としている。ここで、研削盤の主軸装置において、砥石車の影響を受けた共振周波数が最も大きな一次共振周波数となることが多い。そして、第一の軸受を第二の軸受よりも砥石車が設けられる側に配置することで、砥石車の影響を受けた一次共振周波数を変更することが確実に可能となる。これにより、砥石車の影響を受けた一次共振周波数を、回転体の回数数が通過することが可能となる。
請求項９に係る発明によれば、転がり軸受への予圧を調整することにより、確実に上記構成を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の回転体の支持装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。回転体の支持装置を研削盤の主軸装置に適用した場合を例に挙げて説明する。本実施形態の研削盤の主軸装置について、図１〜図２を参照して説明する。図１は、研削盤の主軸装置を模式的に示した図であり、主軸装置の軸方向断面図とブロック図を含む。図２は、制御装置２４のブロック図である。
【００２１】
研削盤の主軸装置は、ハウジング１１と、回転軸１２と、予圧可変軸受１３と、予圧一定軸受１４、１５と、モータ１６と、砥石車１７と、回転数測定装置２１と、予圧調整機構２２と、一定予圧付与機構２３と、制御装置２４とから構成される。
【００２２】
ハウジング１１は、ほぼ円筒状に形成され、砥石台（図示せず）に固定される。このハウジング１１の貫通孔は、小径部１１ａと、大径部１１ｂとからなる。回転軸１２は、円柱状からなり、回転軸１２の外径がハウジング１１の大径部１１ｂの内径より小さく形成されている。この回転軸１２の軸長は、ハウジング１１の大径部１１ｂの軸長より僅かに短くされている。そして、回転軸１２は、ハウジング１１の大径部１１ｂの内部に収容されており、予圧可変軸受１３および予圧一定軸受１４、１５により、ハウジング１１に対して軸回りに回転可能に支承されている。
【００２３】
予圧可変軸受１３（本発明の「第一の軸受」に相当する）は、ハウジング１１と回転軸１２との間に介装されており、ハウジング１１に対して回転軸１２を回転可能に支承している。この予圧可変軸受１３は、回転軸１２の一端側、すなわち、ハウジング１１の大径部１１ｂの開口側の端部に設けられている。この予圧可変軸受１３は、アンギュラ転がり玉軸受であり、予圧を調整可能な構成からなる。従って、予圧可変軸受１３は、ハウジング１１に対して回転軸１２を支持する支持剛性を変更することができる。つまり、予圧可変軸受１３の予圧を上げると当該支持剛性が高くなり、反対に、予圧可変軸受１３の予圧を下げると当該支持剛性が低くなる。
【００２４】
予圧一定軸受１４、１５（本発明の「第二の軸受」に相当する）は、ハウジング１１と回転軸１２との間に介装されており、ハウジング１１に対して回転軸１２を回転可能に支承している。この予圧一定軸受１４、１５は、回転軸１２の両端側に離隔して設けられている。ただし、予圧一定軸受１４、１５は、予圧可変軸受１３より回転軸１２の他端側（予圧可変軸受１３より図１の右側）に設けられている。つまり、予圧可変軸受１３が最も回転軸の一端側に位置し、その近傍に予圧一定軸受１４が位置し、これらの軸受１３、１４から図１の右側に離隔した位置にもう一つの予圧一定軸受１５が位置している。
【００２５】
この予圧一定軸受１４、１５は、アンギュラ転がり玉軸受であり、予め付与された一定の予圧がかけられた状態を維持する。従って、予圧一定軸受１４、１５によりハウジング１１に対して回転軸１２を支持する支持剛性は、一定となる。予圧一定軸受１４、１５による一定の支持剛性は、ハウジング１１に対して回転体１８を安定して回転することができる最小の支持剛性である。つまり、予圧一定軸受１４、１５により、ハウジング１１に対して回転体１８を安定して回転可能となる。
【００２６】
この予圧一定軸受１４、１５による支持剛性は、予圧調整軸受１３による支持剛性の最小値（予圧を最小とした場合）よりも十分に大きく設定している。また、予圧一定軸受１４、１５による支持剛性は、予圧調整軸受１３による支持剛性の最大値（予圧を最大とした場合）と同じ桁数、具体的にはほぼ同等となるように設定している。
【００２７】
モータ１６は、ハウジング１１の小径部１１ａに収容されるように設けられている。つまり、モータ１６は、回転軸１２の他端側に設けられている。このモータ１６は、ステータとロータを備えており、ステータはハウジング１１に固定され、ロータは回転体１２に一体回転可能に連結されている。
【００２８】
砥石車１７は、工作物を研削可能な円盤状をなしている。砥石車１７は、回転軸１２の一端側に一体回転可能に取り付けられている。つまり、砥石車１７は、軸方向において予圧一定軸受１４、１５が設けられる位置よりも予圧調整軸受１３が設けられる側に位置している。ここで、回転軸１２、モータ１６のロータ、および、砥石車１７は、ハウジング１１に対して回転する部材である。以下、ハウジング１１に対して回転する部位を、回転体１８と称する。なお、この回転体１８が、本発明の回転体に相当する。
【００２９】
回転数測定装置２１は、モータ１６の回転数を測定可能な装置である。つまり、回転数測定装置２１は、回転体１８の回転数を測定することができる。この回転数測定装置２１には、例えば、エンコーダやレゾルバなどの検出器と、この検出器の出力情報に基づいてモータ１６の回転数を演算する演算処理部とが含まれる。
【００３０】
予圧調整機構２２（本発明の「支持剛性変更手段」に相当する）は、予圧可変軸受１３の予圧を付与する機構であって、予圧可変軸受１３へ付与する予圧を調整することができる。この予圧調整機構２２により付与される予圧には、油圧、空気圧、水圧などの圧力シリンダ、または、電磁力シリンダなどが適用可能である。この予圧調整機構２２により予圧可変軸受１３の予圧を調整することにより、予圧可変軸受１３による支持剛性を変更することができる。ここで、予圧調整機構２２により予圧調整軸受１３へ付与される予圧が大きいほど消費エネルギーが大きくなり、付与される予圧が小さいほど消費エネルギーが小さくなる。つまり、予圧調整軸受１３の予圧が最小値である場合に、支持装置全体としての消費エネルギーが最小となる。
【００３１】
一定予圧付与機構２３は、予圧一定軸受１４、１５に予め一定の予圧を付与する機構である。この一定予圧付与機構２３は、油圧、空気圧、水圧などが適用可能である。
【００３２】
制御装置２４は、回転数測定装置２１により測定される回転軸１２の回転数に基づいてモータ１６を制御し、且つ、予圧調整機構２２を制御する。この制御装置２４の詳細について、図２を参照して説明する。
【００３３】
図２に示すように、制御装置２４は、モータ制御部３１と、支持剛性計算部３２と、共振周波数解析部３３と、予圧制御部３４とから構成される。
【００３４】
モータ制御部３１（本発明の「回転数調整手段」に相当する）は、図示しない数値制御装置からの指令値に基づいて、モータ１６の回転制御を行う。モータ１６は、モータ制御部３１からの指令値に基づいて回転駆動する。さらに、モータ制御部３１は、回転数測定装置２１により測定されたモータ１６の回転数に基づいて、フィードバック制御を行っている。つまり、モータ制御部３１は、モータ１６の回転数を調整することにより、回転体１８の回転数を調整している。
【００３５】
支持剛性計算部３２（本発明の「剛性計算手段」に相当する）は、ハウジング１１に対して回転軸１２を含む回転体１８全体を支持する支持剛性を計算する。ここで、ハウジング１１に対して回転体１８を支持する支持剛性として機能する部材は、予圧調整軸受１３および予圧一定軸受１４、１５である。つまり、支持剛性計算部３２は、予圧調整軸受１３および予圧一定軸受１４、１５により、ハウジング１１に対して回転体１８を支持する支持剛性を計算する。そして、上述したように、予圧調整軸受１３による支持剛性は予圧調整機構２２により変更される。つまり、支持剛性計算部３２は、予圧調整機構２２により予圧調整軸受１３の予圧を変更された結果の情報に基づいて、予圧調整軸受１３および予圧一定軸受１４、１５による支持剛性を計算する。
【００３６】
共振周波数解析部３３（本発明の「解析手段」に相当する）は、支持剛性計算部３２により計算された支持剛性に基づいて、回転体１８の共振周波数を解析する。ここで、回転体１８の共振周波数ｆｎは、以下の式（１）（２）により表される。つまり、共振周波数解析部３３は、支持剛性計算部３２により計算された支持剛性に基づいて式（１）（２）の関係を用いて解析することにより、回転体１８の共振周波数ｆｎを求める。
【００３７】
【数１】
2010071310.tif 000003
2010071310.tif 000004
2010071310.tif 000005
2010071310.tif 000006
【００３８】
ここで、予圧調整軸受１３による支持剛性を変更した場合に、回転体１８の共振周波数ｆｎの変化について、図３を参照して説明する。図３は、回転体１８の回転周波数ｆと回転体１８のコンプライアンス（回転体１８の曲げ剛性ｋの逆数）との関係を示す周波数特性グラフである。
【００３９】
まず、予圧調整軸受１３の予圧を変更可能範囲の最小値とする。つまり、予圧調整軸受１３による支持剛性を最小値とする。ここで、上述したように、予圧調整軸受１３による支持剛性の最小値は、予圧一定軸受１４、１５による支持剛性に比べて十分に小さく設定している。従って、この場合、ハウジング１１に対する回転体１８の支持剛性は、主として、予圧一定軸受１４、１５による支持剛性となる。ただし、厳密には、予圧調整軸受１３による支持剛性がゼロでない限り、その影響度は小さいものの、ハウジング１１に対する回転体１８の支持剛性は、予圧調整軸受１３および予圧一定軸受１４、１５による支持剛性である。このときの回転体１８の共振周波数ｆｎは、Ｒ１となる。
【００４０】
次に、予圧調整軸受１３の予圧を変更可能範囲の最大値とする。つまり、予圧調整軸受１３による支持剛性を最大値とする。ここで、上述したように、予圧調整軸受１３による支持剛性の最大値は、予圧一定軸受１４、１５による支持剛性に比べてほぼ同等に設定している。従って、この場合、ハウジング１１に対する回転体１８の支持剛性は、予圧調整軸受１３による支持剛性の影響を大きく受けて、予圧調整軸受１３および予圧一定軸受１４、１５による支持剛性となる。このときの回転体１８の共振周波数ｆｎは、Ｒ２となる。
【００４１】
つまり、回転体１８の共振周波数ｆｎは、予圧調整軸受１３の予圧が小さいほど小さく、予圧調整軸受１３の予圧が大きいほど大きくなる。また、図３から分かるように、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎ付近では、回転体１８のコンプライアンスが大きくなり、回転体１８の回転周波数ｆが共振周波数ｆｎから遠ざかるほど、回転体１８のコンプライアンスが小さくなる。つまり、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎ付近となると、回転体１８の振動が大きくなる。
【００４２】
また、本実施形態においては、回転体１８の共振周波数ｆｎのうち一次共振周波数は、砥石車１７の影響を大きく受ける。この理由は、砥石車１７が回転体１８の端部に位置する部材しており、回転体１８の端部に位置する部材のうち砥石車１７の質量が他の部材に比べて大きいためである。回転体１８の共振周波数ｆｎのうち二次共振周波数は、モータ１６の影響を受ける。この理由は、モータ１６が回転体１８の端部に位置しており、回転体１８の端部に位置する部材のうちモータ１６の質量が砥石車１７の質量の次に他の部材より大きいためである。
【００４３】
予圧制御部３４は、モータ制御部３１が出力する指令値、共振周波数解析部３３により解析して得られた回転体１８の共振周波数ｆｎ、および、回転数測定装置２１により測定された回転体１８の回転数に基づいて、予圧調整機構２２が予圧調整軸受１３へ付与する予圧を制御する。予圧制御部３４は、回転数測定装置２１により、現在の回転体１８の回転数を入力する。また、予圧制御部３４は、モータ制御部３１から出力される指令値に基づいて、回転体１８の回転数が上昇するのか低下するのかを判断する。
【００４４】
まず、予圧制御部３４による制御のうち、回転体１８の回転数を上昇させる場合について、図４を参照して説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、回転体１８の回転周波数ｆと回転体１８のコンプライアンス（回転体１８の曲げ剛性ｋの逆数）との関係を示す周波数特性グラフである。図４は、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の順に、時間が経過している状態を示す。また、図４において、横軸のハッチング領域およびハッチング領域の内部に示す矢印は、その図の状態における実際の回転体１８の回転周波数ｆとその変化方向を示す。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆがゼロからＮ１まで上昇する間、予圧調整軸受１３の予圧は最小値としておく。つまり、この間における回転体１８の共振周波数ｆｎはＲ１となる。ここで、回転体１８の回転周波数Ｎ１は、予圧調整軸受１３の予圧を最小値としている場合における回転体１８の共振周波数Ｒ１より小さい周波数である。さらに、この場合には、支持装置全体としての消費エネルギーが最も小さい状態としている。
【００４６】
続いて、図４（ｂ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆがＮ１からＮ２に上昇する際に、予圧調整軸受１３の予圧を最小値から最大値へ上昇させる（本発明の「第一のステップ」に相当する）。ここで、回転体１８の回転周波数Ｎ１、Ｎ２は、予圧調整軸受１３の予圧を最小値としている場合における回転体１８の共振周波数Ｒ１より小さい周波数である。つまり、予圧制御部３４は、回転体１８の回転数を上昇させる際に、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎより低い状態を維持しながら、予圧調整軸受１３による支持剛性を上昇させることにより回転体１８の共振周波数ｆｎをＲ１からＲ２へ上昇させるように予圧調整機構２２を制御する。
【００４７】
その後、回転体１８の回転周波数ｆがＮ３直前に達するまでの間、または、回転体１８の回転周波数ｆがＮ３に達するまでの間、予圧調整軸受１３の予圧を最大値としたままとする。ここで、回転体１８の回転周波数Ｎ３は、予圧調整軸受１３の予圧を最小値とした場合の回転体１８の周波数特性と、予圧調整軸受１３の予圧を最大値とした場合の回転体１８の周波数特性とが交差する周波数である。つまり、回転周波数Ｎ３は、予圧調整軸受１３の予圧を最小とした場合の回転体１８の共振周波数Ｒ１より大きく、予圧調整軸受１３の予圧を最大とした場合の回転体１８の共振周波数Ｒ２より小さくなる。
【００４８】
続いて、図４（ｃ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆがＮ３直前またはＮ３に達すると、予圧制御部３４は、次のような制御を行う。すなわち、回転体１８の回転周波数ｆがＮ３直前またはＮ３からＮ３直後まで上昇する際に、予圧調整軸受１３の予圧を最大値から最小値へ低下させる（本発明の「第二のステップ」に相当する）。つまり、予圧制御部３４は、回転体１８の回転数を上昇させる際に、予圧調整軸受１３による支持剛性を低下させることで回転体１８の共振周波数ｆｎを低下させている間に、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎを通過するように予圧調整機構２２を制御する。このようにすることで、回転体１８の回転周波数ｆが、回転体１８の共振周波数ｆｎを通過することができる。
【００４９】
続いて、図４（ｄ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆをさらに上昇させる間、予圧制御部３４は、予圧調整軸受１３の予圧を最小値としたままとする。つまり、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎを確実に通過した後においては、支持装置全体としての消費エネルギーが最も小さい状態としている。
【００５０】
回転体１８の回転数が上昇する際に、以上説明したように予圧制御部３４を制御することにより、以下のような理由により、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎを通過できる。この説明に際して、図５を参照して説明する。図５は、図４のように予圧調整機構２２を制御した場合における、回転体１８の回転周波数ｆと回転体１８のコンプライアンスとの関係を示す周波数特性グラフである。
【００５１】
図４を用いて説明したように、回転体１８の回転数を上昇させる際に、予圧調整機構２により付与される予圧を制御することで、回転体１８の共振周波数ｆｎを通過する時間が短くなる。その結果、周波数特性は、図５の太実線にて示すようになる。つまり、回転体１８のコンプライアンスは、回転体１８の共振周波数ｆｎが一定の場合に比べて、大幅に小さくなる。従って、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎを通過する際に、回転体１８に発生する振動を大幅に抑制できる。
【００５２】
ここで、上記においては、予圧制御部３４による制御のうち、回転体１８の回転数を上昇させる場合について説明する。次は、予圧制御部３４による制御のうち、回転体１８の回転数を下降させる場合について、図６を参照して説明する。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、回転体１８の回転周波数ｆと回転体１８のコンプライアンス（回転体１８の曲げ剛性ｋの逆数）との関係を示す周波数特性グラフである。図６は、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の順に、時間が経過している状態を示す。また、図６において、横軸のハッチング領域およびハッチング領域の内部に示す矢印は、その図の状態における実際の回転体１８の回転周波数ｆとその変化方向を示す。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆがＲ２よりも大きな回転周波数ｆからＮ３直前またはＮ３まで低下する間、予圧調整軸受１３の予圧は最小値としておく。つまり、この間における回転体１８の共振周波数ｆｎはＲ１となる。この場合、支持装置全体としての消費エネルギーが最も小さい状態となる。
【００５４】
続いて、図６（ｂ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆがＮ３直前またはＮ３に達すると、予圧制御部３４は、次のような制御を行う。すなわち、回転体１８の回転周波数ｆがＮ３直前またはＮ３からＮ３直後まで下降する際に、予圧調整軸受１３の予圧を最小値から最大値へ上昇させる。つまり、予圧制御部３４は、回転体１８の回転数を下降させる際に、予圧調整軸受１３による支持剛性を上昇させることで回転体１８の共振周波数ｆｎを上昇させている間に、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎを通過するように予圧調整機構２２を制御する。このようにすることで、回転体１８の回転周波数ｆが、回転体１８の共振周波数ｆｎを通過することができる。
【００５５】
続いて、図６（ｃ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆがＮ３直後からＮ１に達するまでの間、予圧調整軸受１３の予圧を最大値としたままとする。
【００５６】
続いて、図６（ｄ）に示すように、回転体１８の回転周波数ｆがＮ１からさらに下降する際に、予圧調整軸受１３の予圧を最大値から最小値へ低下させる。ここで、回転体１８の回転周波数Ｎ１は、予圧調整軸受１３の予圧を最小値としている場合における回転体１８の共振周波数Ｒ１より小さい周波数である。つまり、予圧制御部３４は、回転体１８の回転数をＮ１からさらに下降させる際に、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎより低い状態を維持しながら、予圧調整軸受１３による支持剛性を低下させることにより回転体１８の共振周波数ｆｎをＲ２からＲ１へ低下させるように予圧調整機構２２を制御する。この場合、支持装置全体としての消費エネルギーが最も小さい状態となる。
【００５７】
回転体１８の回転数が下降する際に、以上説明したように予圧制御部３４を制御することにより、回転数を上昇させる際と同様の理由により、回転体１８の回転周波数ｆが回転体１８の共振周波数ｆｎを通過できる。
【００５８】
ここで、図４および図６において説明した共振周波数ｆｎは、砥石車１７の影響を大きく受ける一次共振周波数のみに適用してもよいし、当該一次共振周波数に加えてモータ１６の影響を大きく受ける二次共振周波数に適用してもよい。上述したように、予圧調整軸受１３は、回転軸１２のうち砥石車１７側の端部に設けられている。従って、予圧調整軸受１３の予圧を調整することにより、砥石車１７の影響を大きく受ける一次共振周波数に効果的に作用する。ただし、二次共振周波数に対してもある程度の効果を発揮できるため、一次および二次の共振周波数に対して上記制御を実行することにより、十分な効果を得ることができる。
【００５９】
また、上記実施形態においては、予圧一定軸受１４、１５により基本的な支持剛性を安定して確保することができる。従って、仮に、予圧調整軸受のみを適用した支持装置に比べると、支持剛性の安定性が非常に高くなる。
【００６０】
＜その他＞
上記実施形態においては、回転体１８の支持剛性を調整する構成として、転がり軸受とその予圧を適用した。これに限られることなく、他の軸受、例えば、静圧軸受や磁気軸受などを適用することもできる。例えば、静圧軸受の場合には、静圧軸受に付与する圧力を変更することで支持剛性を変更できる。また、磁気軸受の場合には、供給する電流量を変更することで、電磁力による発生する支持剛性を変更できる。
【００６１】
また、上記実施形態においては、主として、砥石車１７の影響を大きく受ける一次共振周波数に対して効果的に作用するために、予圧調整軸受１３を予圧一定軸受１４、１５よりも軸方向において砥石車１７側に配置した。予圧調整軸受１３を予圧一定軸受１４、１５の軸方向間や、予圧一定軸受１５よりも砥石車１７と反対側に配置したとしても、ある程度の効果を発揮できる。ただし、上述したように、最も効果的な構成は、上記実施形態の場合である。この他に、モータ１６の影響を大きく受ける二次共振周波数に対して、上記効果を得るためには、予圧調整軸受１３を予圧一定軸受１５よりもモータ１７側に配置するとよい。
【００６２】
また、上記実施形態において、本発明の回転体の支持装置として、研削盤の主軸装置に適用した場合について説明した。この他に、回転体であれば、どのような支持装置に対しても適用可能である。例えば、研削盤においても、工作物を支持する主軸装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】研削盤の主軸装置を模式的に示した図であり、主軸装置の軸方向断面図とブロック図を含む。
【図２】制御装置２４のブロック図である。
【図３】回転体１８の回転周波数ｆと回転体１８のコンプライアンス（回転体１８の曲げ剛性ｋの逆数）との関係を示す周波数特性グラフである。
【図４】回転体１８の回転数を上昇させる際に、予圧制御部３４による制御を示す周波数特性グラフである。
【図５】図４のように予圧調整機構２２を制御した場合における、回転体１８の回転周波数ｆと回転体１８のコンプライアンスとの関係を示す周波数特性グラフである。
【図６】回転体１８の回転数を下降させる際に、予圧制御部３４による制御を示す周波数特性グラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１１：ハウジング、  １１ａ：小径部、  １１ｂ：大径部
１２：回転軸、  １３：予圧可変軸受、  １４、１５：予圧一定軸受
１６：モータ、  １７：砥石車、  １８：回転体
２１：回転数測定装置、  ２２：予圧調整機構、  ２３：一定予圧付与機構
２４：制御装置
３１：モータ制御部、  ３２：支持剛性計算部、  ３３：共振周波数解析部
３４：予圧制御部
【図１】
2010071310.tif 000007
【図２】
2010071310.tif 000008
【図３】
2010071310.tif 000009
【図４】
2010071310.tif 000010
【図５】
2010071310.tif 000011
【図６】
2010071310.tif 000012