(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状からなり、エアの供給源に接続されるエア流路が形成されたハウジングと、
前記ハウジングに回転可能に支持される主軸と、
前記ハウジングに配置され、前記ハウジングに対する前記主軸の変位を検出する変位センサと、
前記主軸における前記変位センサの検出部位に配置されるターゲット部と、
を備え、
前記ハウジングの内周面および前記主軸の外周面により形成される隙間において、供給されるエアを滞留する環状の滞留領域が形成され、
前記滞留領域の形成面に前記エア流路の開口部が形成され、
前記変位センサおよび前記ターゲット部は、前記滞留領域の形成面において互いに対向するように、且つ当該対向する方向に前記ハウジングの径方向の成分が含まれるように配置され、
前記滞留領域の軸方向幅は、前記ターゲット部の軸方向幅よりも大きくなるように設定されることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項２】
筒状からなり、エアの供給源に接続されるエア流路が形成されたハウジングと、
前記ハウジングに回転可能に支持される主軸と、
前記ハウジングに配置され、前記ハウジングに対する前記主軸の変位を検出する変位センサと、
前記主軸における前記変位センサの検出部位に配置されるターゲット部と、
を備え、
前記ハウジングの内周面および前記主軸の外周面により形成される隙間において、供給されるエアを滞留する環状の滞留領域が形成され、
前記滞留領域の形成面に前記エア流路の開口部が形成され、
前記変位センサおよび前記ターゲット部は、前記滞留領域の形成面において互いに対向するように、且つ当該対向する方向に前記ハウジングの軸方向の成分が含まれるように配置され、
前記滞留領域の径方向幅は、前記ターゲット部の径方向幅よりも大きくなるように設定されることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記開口部は、前記滞留領域の形成面において、前記変位センサが配置された前記ハウジングの所定位相と異なる位相に形成されることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項において、
前記主軸は、
前記ハウジングに回転可能に支持される主軸本体と、
前記主軸本体に対して着脱可能な別体からなり、前記ターゲット部が配置される主軸キャップと、
を有することを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記主軸キャップは、前記主軸が保持する工具を心出しするために、前記工具のホルダの外周面と当接するテーパ状の内周面が形成されることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項において、
前記変位センサは、インダクタンス式センサであり、
前記ターゲット部は、積層された珪素鋼板により形成されることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸装置は、ハウジングに軸受を介して回転可能に支持される主軸などにより構成される。このような主軸装置を備える工作機械は、工具または工作物を主軸に取付けて加工を行う。そして、工作機械による加工において、加工精度の向上を図るためには適正な加工状態を維持する必要がある。そこで、例えば、特許文献１には、主軸装置に設けられた変位センサにより加工時に主軸に加えられる荷重を推定する装置が記載されている。この装置では、変位量から推定した荷重に応じて主軸の回転速度などを低減させ、軸受の損傷を防止できるものとされている。また、主軸装置の変位センサとして、例えば、特許文献２に、積層された珪素鋼板を変位センサのターゲット部として主軸に設ける装置が記載されている。
【０００３】
ここで、金属製などのワークを加工する際には、工具の冷却や焼き付き防止を目的として加工箇所にクーラント（切削液など）が供給される。しかし、クーラントや加工により生じる切り粉などがハウジングと主軸の間に侵入すると、軸受が損傷するおそれがある。そこで、ハウジングと主軸の隙間に異物侵入を防止する種々のシール構造が用いられている。例えば、この隙間を迷路状に入り組んだ形状にしたラビリンスシール（特許文献１を参照）や、隙間に圧縮されたエアを流通させるエアシールなどのシール構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６１５７１号公報
【特許文献２】特開２００９−２４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した主軸装置に設けられた変位センサの検出箇所へのクーラントや切り粉などの異物が侵入することにより、変位センサの検出精度の低下や検出部またはターゲット部の劣化などを招来するおそれがある。よって、変位センサにおいても軸受と同様に、異物侵入を防止する必要がある。また、変位センサは、ハウジングに対する主軸の変位をより確実に検出するために、主軸における刃具またはワークの取付端側に設けられる方が好適である。そうすると、変位センサとシール構造の位置関係によって、例えば、特許文献１の装置のようにラビリンスシールに変位センサを配置した位置関係では、変位センサに対する十分なシール効果を得られないおそれがある。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、変位センサの検出部への異物侵入を防止し、検出精度の低下および検出部の劣化を防止することが可能な工作機械の主軸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に係る発明の特徴は、筒状からなり、エアの供給源に接続されるエア流路が形成されたハウジングと、前記ハウジングに回転可能に支持される主軸と、前記ハウジングに配置され、前記ハウジングに対する前記主軸の変位を検出する変位センサと、前記主軸における前記変位センサの検出部位に配置されるターゲット部と、を備え、前記ハウジングの内周面および前記主軸の外周面により形成される隙間において、供給されるエアを滞留する環状の滞留領域が形成され、前記滞留領域の形成面に前記エア流路の開口部が形成され、前記変位センサおよび前記ターゲット部は、前記滞留領域の形成面において互いに対向するように、且つ当該対向する方向に前記ハウジングの径方向の成分が含まれるように配置され、前記滞留領域の軸方向幅は、前記ターゲット部の軸方向幅よりも大きくなるように設定されることである。
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の特徴は、筒状からなり、エアの供給源に接続されるエア流路が形成されたハウジングと、前記ハウジングに回転可能に支持される主軸と、前記ハウジングに配置され、前記ハウジングに対する前記主軸の変位を検出する変位センサと、前記主軸における前記変位センサの検出部位に配置されるターゲット部と、を備え、前記ハウジングの内周面および前記主軸の外周面により形成される隙間において、供給されるエアを滞留する環状の滞留領域が形成され、前記滞留領域の形成面に前記エア流路の開口部が形成され、前記変位センサおよび前記ターゲット部は、前記滞留領域の形成面において互いに対向するように、且つ当該対向する方向に前記ハウジングの軸方向の成分が含まれるように配置され、前記滞留領域の径方向幅は、前記ターゲット部の径方向幅よりも大きくなるように設定されることである。
【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、前記開口部は、前記環状領域の形成面において、前記変位センサが配置された前記ハウジングの所定位相と異なる位相に形成されることである。
【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、前記主軸は、前記ハウジングに回転可能に支持される主軸本体と、前記主軸本体に対して着脱可能な別体からなり、前記ターゲット部が配置される主軸キャップと、を有することである。
【００１０】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項４において、前記主軸キャップは、主軸が保持する工具を心出しするために、前記工具のホルダの外周面と当接するテーパ状の内周面が形成されることである。
【００１１】
請求項６に係る発明の特徴は、請求項１〜５の何れか一項において、前記変位センサは、インダクタンス式センサであり、前記ターゲット部は、積層された珪素鋼板により形成されることである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１および請求項２に係る発明によると、ハウジングの内周面および主軸の外周面により形成される隙間において、主軸装置におけるエアシールにより供給されるエアを滞留する環状の滞留領域が形成される。そして、変位センサおよびターゲット部は、滞留領域の形成面において互いに対向するように配置される構成としている。ここで、主軸装置に設けられたエアシールは、ハウジングおよび主軸の隙間に形成された環状のエアポケットに圧縮されたエアを供給する。これにより、主軸の全周に亘りエアが充填され、主として、主軸における刃具または工作物の取付端側にエアを流通させてシール効果を得るものである。
【００１３】
本発明では、このエアシールのエアポケットと同様に、エアを滞留する環状の滞留領域を形成している。そして、この滞留領域にエアシールにより供給されるエアの一部を分岐して流通させている。つまり、エアシールのエアポケットおよび滞留領域は、例えば、エアの供給源であるポンプユニットから分岐したエア流路を介して、エアがそれぞれに供給される。そのため、エアを滞留するエアポケットおよび滞留領域は、エアシールのシール構造の中でも異物が侵入し難い部位である。そこで、上記構成とすることにより、変位センサの検出部およびターゲット部への異物侵入を防止することができる。これにより、異物侵入に起因した変位センサの誤検出および検出部またはターゲット部の劣化を防止することができる。
【００１４】
上述した変位センサは、ラジアル方向（軸線の直交方向）の変位を検出する場合と、アキシャル方向（軸線の平行方向）の変位を検出する場合とがある。ラジアル方向の変位検出の場合に、変位センサおよびターゲット部は、ハウジングの内周面および主軸の外周面がラジアル方向に対向する部位にそれぞれ配置される。一方、アキシャル方向の変位検出の場合に、変位センサおよびターゲット部は、ハウジングの内周面および主軸の外周面がアキシャル方向に対向する部位にそれぞれ配置される。
【００１５】
請求項１に係る発明によると、変位センサおよびターゲット部がハウジングの径方向に対向する場合に、滞留領域の軸方向幅は、ターゲット部の軸方向幅よりも大きくなるように設定される構成としている。また、請求項２に係る発明によると、変位センサおよびターゲット部がハウジングの軸方向に対向する場合に、滞留領域の径方向幅は、ターゲット部の径方向幅よりも大きくなるように設定される構成としている。変位センサの検出部位に配置されるターゲット部は、主軸が変位しても適正にその変位を検出可能とするために、十分な軸方向幅または径方向幅が設定されることが好適である。そこで、上記構成にすることにより、ターゲット部への異物侵入を確実に防止することができる。これにより、変位センサとターゲット部の間に異物がない良好な検出状態を維持できるため、検出精度の低下を防止できる。
【００１６】
請求項３に係る発明によると、エア流路の開口部は、滞留領域の形成面において、変位センサが配置されたハウジングの所定位相と異なる位相に形成される構成としている。エアの滞留領域は、例えばエアの供給源であるポンプユニットからエア流路を介して、圧縮されたエアを供給される。そして、変位センサおよび開口部がハウジングの所定位相において同位相となるように位置すると、変位センサの検出部と開口部を配置するために、滞留領域の幅を広く設定する必要がある。そこで、上記構成とすることにより、変位センサおよび開口部の位置関係により、滞留領域の幅を適正化できる。
【００１７】
請求項４に係る発明によると、主軸は、ハウジングに回転可能に支持される主軸本体と、主軸本体に対して着脱可能な別体からなり、ターゲット部が配置される主軸キャップと、を有する構成としている。ここで、変位センサの検出部位に配置されるターゲット部は、主軸へ加えられる大きな荷重により他部材と接触すると破損するおそれがある。また、ターゲット部は、主軸装置における駆動環境などにより外力の影響や熱影響を受けて経年劣化するため、主軸装置からの取り外しや分解などのメンテナンスが容易であることが好ましい。
【００１８】
しかし、主軸装置において、ターゲット部が配置される主軸が軸受装置などを介してハウジングに回転可能に支持されるため、ターゲット部のメンテナンスに労力や時間が必要となっていた。そこで、上記構成とすることにより、主軸本体をハウジングに支持された状態のままで、ターゲット部が配置される主軸キャップを着脱することができる。これにより、例えば、ターゲット部の補修や交換が必要となった場合に、主軸キャップの交換などによりターゲット部を容易にメンテナンスすることができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によると、主軸キャップは、工具のホルダの外周面と当接するテーパ状の内周面が形成される構成としている。一般に、主軸が工具を保持する際には、工具のホルダの外周面に対して、この外周面に応じたテーパ状の内周面が主軸に形成される。そして、両面を当接させた状態で、工具のホルダをドローバーにより主軸の軸方向後側に引き込むことにより主軸に対して工具を心出ししている。この時、主軸は強固に工具を保持するため、テーパ状の内周面には大きな圧力が加えられることになる。
【００２０】
ここで、主軸におけるターゲット部が装着される部位のみを主軸キャップとすると、主軸本体がテーパ状の内周面を有することになる。そうすると、テーパ状の内周面から主軸キャップまでの距離が十分でないと、大きな圧力が加えられる部材としては剛性が不足するおそれがある。そこで、上記構成とすることで、主軸キャップがテーパ状の内周面を有するので、主軸本体に対してターゲット部を着脱可能としても、部材全体として剛性を向上させることができる。
【００２１】
請求項６に係る発明によると、変位センサは、インダクタンス式センサであり、ターゲット部は、積層された珪素鋼板により形成される構成としている。変位センサをインダクタンス式センサとした場合に、変位センサのコイルが発生する磁界の影響により、検出部位に渦電流が生じることがある。主軸に渦電流が生じると、発生した渦電流がインダクタンスの変化に影響を与え、ノイズとして現れることがある。そこで、上記構成とし、例えば、絶縁皮膜などを介して珪素鋼板を積層すると、渦電流は積層される個々の珪素鋼板の内部で生じることになる。これにより、ターゲット部全体として大きな渦電流の発生を防止できる。よって、変位センサの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一実施形態における工作機械の主軸装置１の軸方向断面図である。
【図２】工作機械の主軸装置１の前側部分（刃具の取付端側）の拡大軸方向断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】変位センサが配置された位相の拡大軸方向断面図である。
【図５】（ａ）エア流路が形成された位相の拡大軸方向断面図である。（ｂ）エアポケットＡｃと滞留領域Ｔａを示す拡大軸方向断面図である。
【図６】第二実施形態における工作機械の主軸装置１０１の前側部分（刃具の取付端側）の拡大軸方向断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】変位センサが配置された位相の拡大軸方向断面図である。
【図９】（ａ）エア流路が形成された位相の拡大軸方向断面図である。（ｂ）エアポケットＡｃと滞留領域Ｔａを示す拡大軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の工作機械の主軸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。また、工作機械の主軸装置は、主軸装置に工具を取付けるマシニングセンタなどの工作機械、または主軸装置に工作物を取付ける旋盤などの工作機械に搭載される。実施形態においては、主軸装置に工具を取付けて加工を行う工作機械に本発明の主軸装置を適用したものとして説明する。
また、以下の実施形態において、エア流路と変位センサは異なる位相に位置するが、各部材との軸方向位置の関係を示すことを目的として、図１，図２，図６においては、位相が異なる場合でも同図上に示すものとした。
【００２４】
＜第一実施形態＞
（主軸装置１の構成）
第一実施形態において、本発明の工作機械の主軸装置１の機械構成部分について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の工作機械の主軸装置１は、図１に示すように、主として、ハウジング１０と、主軸３０と、モータ５０と、４つの変位センサ７１〜７４とから構成される。この主軸装置１は、工作機械に固定されたハウジング１０の内周面１５に第一軸受装置６１、第二軸受装置６２および第三軸受装置６３を介して回転自在に主軸３０を支持している。そして、工作機械は、主軸装置１の主軸３０の先端側（図１の左側）に取付けられた工具ユニット８０の刃具８１を被加工物である工作物（ワーク）に対して相対移動させることにより加工を行う。
【００２５】
ハウジング１０は、図１，２に示すように、全体形状として筒状からなり、複数の部材から構成される主軸ハウジング２０を有する。このハウジング１０は、図１，３に示すように、主軸ハウジング２０に形成された２本のエア流路１１，１２を有している。ハウジング１０のエア流路１１，１２は、エアの供給源であるポンプユニット（図示せず）に接続され、そのポンプユニットより所定の圧力に調整されたエアが供給される。ハウジング１０の内周面１５は、主軸ハウジング２０により形成される面である。つまり、内周面１５は、図５（ｂ）の太線で示すように、主軸３０の軸線に対して平行でない面を含むものである。
【００２６】
主軸ハウジング２０は、図１に示すように、第一軸受装置６１、第二軸受装置６２および第三軸受装置６３を介して主軸３０を回転可能に支持する部材である。また、主軸ハウジング２０は、スリーブ部材２１と、前側ハウジング２２と、中央ハウジング２３と、後側ハウジング２４と、ハウジングキャップ２５と、カバー部材２６と、センサベース２７とから構成される。それぞれの部材２１〜２７は、略円筒状に形成され、それらが一体に連結固定されることにより主軸ハウジング２０を形成している。
【００２７】
スリーブ部材２１は、軸方向中央部に径方向外方へ突出するリング状のフランジ部２１ａを有する。このスリーブ部材２１のフランジ部２１ａが前側ハウジング２２と中央ハウジング２３との軸方向間に配置される。さらに、スリーブ部材２１におけるフランジ部２１ａの軸方向両側にある円筒部分が、中央ハウジング２３の前側（軸方向において、刃具８１の取付端側、図１の左側）端部の内周と前側ハウジング２２の内周に嵌合される。また、中央ハウジング２３の後側（図１の右側）端部に後側ハウジング２４が連結固定される。
【００２８】
ハウジングキャップ２５は、図２に示すように、スリーブ部材２１および前側ハウジング２２の軸方向前側端に取付けられる。このハウジングキャップ２５は、第一軸受装置６１の外輪を、スリーブ部材２１との軸方向間に挟んでいる。また、中央ハウジング２３は、その内周面に軸方向に摺動可能に設けられたピストン部材を介して第二軸受装置６２を支持している。後側ハウジング２４は、その内周面に第三軸受装置６３の外輪が固定され、当該第三軸受装置６３を支持している。
【００２９】
カバー部材２６は、ハウジング１０の前側端部に位置する円盤状の部材である。このカバー部材２６は、ハウジングキャップ２５にセンサベース２７が嵌合した状態で両部材に固定され、クーラント（切削液など）や切り粉などの異物が主軸装置１の内部に侵入することを防止している。また、カバー部材２６は、その内周縁が主軸３０の外周面４１に形成された環状のラビリンスシール溝４０ａとの間に僅かな間隔をもって挿入される。これにより、カバー部材２６とラビリンスシール溝４０ａとの隙間を迷路状に入り組んだ形状にしたラビリンスシールが形成される。
【００３０】
センサベース２７は、ハウジングキャップ２５とカバー部材２６の間に配置される略円筒状の部材である。このセンサベース２７は、図４に示すように、外周面に形成されたＯリング用シール溝２７ａと、内周面に形成された第一エアシール溝２７ｂおよびセンサ用シール溝２７ｃとを有する。センサベース２７は、主軸ハウジング２０において連結固定される各部材２１〜２５に対して着脱可能となっており、ハウジングキャップ２５の内周に嵌合することにより心出しされる。
【００３１】
Ｏリング用シール溝２７ａは、弾性部材で形成されたＯリング１６が嵌装される環状溝である。そして、センサベース２７が主軸ハウジング２０に嵌合した際に、Ｏリング１６がハウジングキャップ２５の内周面およびＯリング用シール溝の溝底面の両面から押圧された状態となる。これにより、Ｏリング１６は、ハウジングキャップ２５とセンサベース２７の間にクーラントなどが浸入することを防止している。
【００３２】
第一エアシール溝２７ｂは、主軸３０に外周面４１と対向するセンサベース２７の内周面において形成された環状溝である。また、センサベース２７の内周面に対向する主軸３０の外周面４１には、同一の軸方向位置に第二エアシール溝４０ｂが形成されている。このような構成により、図４，図５（ａ），（ｂ）に示すように、ハウジング１０の内周面１５および主軸３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐにおいて、供給されるエアを滞留する環状の領域であるエアポケットＡｃが形成される。つまり、第一エアシール溝２７ｂと第二エアシール溝４０ｂの各溝底面および各溝側面は、エアポケットＡｃを形成する形成面である。
【００３３】
また、センサベース２７は、ハウジング１０に対する主軸３０の変位を検出する４つの変位センサ７１〜７４が異なる所定位相にそれぞれ配置されている。本実施形態において、変位センサ７１〜７４は、主軸３０のラジアル方向（主軸３０の径方向）の変位を検出する。そのため、変位センサ７１〜７４は、その検出部７１ｂ〜７４ｂが主軸３０の外周面４１に向けて配置される。この時、変位センサ７１〜７４の検出部７１ｂ〜７４ｂと主軸３０の外周面４１とは、僅かに離間している。
【００３４】
４つの変位センサ７１〜７４は、図３に示すように、センサベース２７の周方向に等間隔となるように、９０（ｄｅｇ）間隔で配置される。これにより、主軸装置１は、Ｙ軸上の正方向川に配置される変位センサ７１と、Ｙ軸上の負方向側に配置される変位センサ７３とにより、主軸３０のＹ軸方向への変位を検出している。同様に、主軸装置１は、Ｘ軸上の正方向側に配置される変位センサ７２と、Ｘ軸上の負方向側に配置される変位センサ７４とにより、主軸３０のＸ軸方向への変位を検出している。このように、本実施形態の工作機械は、ハウジング１０に対する主軸３０のＸ軸方向およびＹ軸方向への変位を複数の変位センサ７１〜７４の検出値から求めている。これにより、加工による主軸装置１への熱影響や検出誤差などを補正し、変位検出の高精度化を図っている。
【００３５】
センサベース２７のセンサ用シール溝２７ｃは、主軸３０の外周面４１と対向するセンサベース２７の内周面において形成された環状溝である。また、センサベース２７の内周面に対向する主軸３０の外周面４１には、同一の軸方向位置に後述するターゲット部４３およびカラー４４が配置されている。このような構成により、図４，図５（ｂ）に示すように、ハウジング１０の内周面１５および主軸３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐにおいて、供給されるエアを滞留する環状の滞留領域Ｔａが形成される。つまり、センサ用シール溝２７ｃの溝底面および溝側面と主軸３０の外周面４１は、エアの滞留領域Ｔａを形成する形成面である。
【００３６】
ここで、本実施形態において、センサベース２７に配置された４つの変位センサ７１〜７４の各検出部７１ｂ〜７４ｂの先端がセンサ用シール溝２７ｃの溝底面の一部を形成している。このような構成において、複数の変位センサ７１〜７４およびターゲット部４３がハウジング１０の径方向に対向している。そして、センサ用シール溝２７ｃの軸方向幅（シール溝幅Ｗｓ）は、図４に示すように、ターゲット部４３の軸方向幅（ターゲット幅Ｗｔ）よりも大きくなるように設定されている。
【００３７】
また、このように複数の部材２１〜２７から構成される主軸ハウジング２０は、ハウジング１０のエア流路１１，１２が形成されている。これにより、センサベース２７および主軸３０により構成されるエアシールに圧縮されたエアを供給可能としている。また、ハウジングキャップ２５は、図２，３に示すように、軸方向前側端面に開口部を有する排気路２５ａおよび内部配管２５ｂが形成されている。排気路２５ａは、エアが流通可能に形成され、上記のエアシールで流通したエアをドレンに導いて排出している。内部配管２５ｂは、ハウジングキャップ２５よりも軸方向前側に配置される複数の変位センサ７１〜７４の各配線７１ａ〜７４ａが集約された後に挿通するための配管である。
【００３８】
ここで、センサベース２７においてエアポケットＡｃを構成する第一エアシール溝２７ｂの溝底面には、センサベース２７の周方向に等間隔となるように、１８０（ｄｅｇ）間隔でエア流路１１，１２の第一開口部１１ａ，１２ａが形成されている。また、エア流路１１，１２は、図５（ａ）に示すように、センサベース２７の内部で分岐している。そして、センサベース２７において滞留領域Ｔａを構成するセンサ用シール溝２７ｃの溝底面には、分岐したエア流路１１，１２の第二開口部１１ｂ，１２ｂが形成されている。そして、第二開口部１１ｂ，１２ｂは、複数の変位センサ７１〜７４が配置されたセンサベース２７の異なる複数の所定位相の何れとも異なる位相に形成されている。
【００３９】
また、複数の変位センサ７１〜７４は、図２に示すように、同一の軸方向位置に配置されている。そして、複数の変位センサ７１〜７４の各配線７１ａ〜７４ａは、図３に示すように、当該変位センサ７１〜７４が位置するセンサベース２７の軸方向位置において配線集約位置Ｐｇに集約されている。
【００４０】
また、上述したように、ハウジングキャップ２５には、軸方向前側端面に開口部を有する内部配管２５ｂが形成されている。ハウジングキャップ２５にセンサベース２７が嵌合して連結された際に、配線集約位置Ｐｇは、この内部配管２５ｂの開口部と一致するように設定されている。そして、センサベース２７に配置された複数の変位センサ７１〜７４の各配線７１ａ〜７４ａは、センサベース２７の軸方向に延びる状態で、センサベース２７からハウジングキャップ２５に連絡される。内部配管２５ｂの開口部は、内部配管２５ｂに各配線７１ａ〜７４ａを通した後に、簡易なシール部材により異物侵入を防止される。
【００４１】
主軸３０は、全体形状として略円筒状に形成され、主軸本体３１と、主軸キャップ４０とから構成される。主軸本体３１は、ハウジング１０の内周面１５に第一軸受装置６１、第二軸受装置６２および第三軸受装置６３を介して回転可能に支持されている。また、主軸本体３１の中空内部には、刃具８１が固定されたホルダ８２をクランプするクランプユニット８３や、クランプユニット８３を作動させるプッシュロッド８４およびドローバー８５が収容されている。
【００４２】
また、主軸本体３１の軸方向後側であって、後側ハウジング２４の中空内部には、クランプユニット８３を操作するためのシリンダ組立体８６が配置されている。主軸本体３１の外周の軸方向中央部には、ロータスリーブ８７を介してモータ５０のロータ５１が固定されている。このロータ５１の外周側には、中央ハウジング２３の内周に嵌合固定されたモータ５０のステータ５２が設けられている。主軸３０は、このモータ５０により回転駆動されるようになっている。
【００４３】
主軸キャップ４０は、主軸本体３１の軸方向前側に配置され、主軸本体３１に対して着脱可能な別体からなる略円筒状の部材である。この主軸キャップ４０は、ラビリンスシール溝４０ａおよび第二エアシール溝４０ｂが形成された外周面４１と、テーパ状内周面４２と、ターゲット部４３と、カラー４４とから構成される。主軸キャップ４０の外周面４１は、図５（ｂ）の太線で示すように、主軸３０の軸線に対して平行でない面も含むものであり、ハウジング１０の内周面１５と僅かな隙間Ａｐをもって離間している。
【００４４】
ラビリンスシール溝４０ａは、環状からなり、その溝底の外径がカバー部材２６の内径よりも小径に形成されている。また、ラビリンスシール溝４０ａの軸方向幅は、カバー部材２６の軸方向幅よりも大きく形成されている。これにより、主軸装置１が組付けられた状態において、カバー部材２６の内周縁とラビリンスシール溝４０ａによりラビリンスシールが構成される。
【００４５】
第二エアシール溝４０ｂは、センサベース２７の内周面と対向する主軸キャップ４０の外周面４１に形成された環状溝である。この第二エアシール溝４０ｂは、センサベース２７に形成された第一エアシール溝２７ｂと同一の軸方向位置に形成されている。また、第二エアシール溝４０ｂの溝幅（軸方向幅）と第一エアシール溝２７ｂの溝幅は同じ大きさに設定されている。これにより、第二エアシール溝４０ｂは、第一エアシール溝２７ｂとともにエアポケットＡｃを形成する。
【００４６】
テーパ状内周面４２は、刃具８１が固定されたホルダ８２の外周面と当接し、軸方向後側に向かって縮径するテーパ状の内周面である。また、工具ユニット８０のホルダ８２の外周面も同様に、軸方向後側に向かって縮径するテーパ状に形成されている。このような構成により、ドローバー８５によりホルダ８２を軸方向後側に引き込むことにより、主軸３０に対して工具ユニット８０の刃具８１が心出しされることになる。このように、本実施形態における主軸キャップ４０は、主軸本体３１に対して着脱可能な別体にからなるとともに、工具ユニット８０の刃具８１と当接し心出しを行うテーパ状内周面４２が形成されている。
【００４７】
ターゲット部４３は、センサベース２７に配置された変位センサ７１〜７４の検出部位に配置される。これにより、変位センサ７１〜７４は、主軸キャップ４０に配置されたターゲット部４３との距離を検出することにより、ハウジング１０に対する主軸３０の変位を検出している。本実施形態において、変位センサ７１〜７４にインダクタンス式センサを適用していることから、ターゲット部４３は、絶縁皮膜を介して積層された珪素鋼板により形成されるものとしている。カラー４４は、積層した複数の珪素鋼板を積層方向両側から挟み込み、ターゲット部４３とともに主軸キャップ４０に焼き嵌めにより固定される。
【００４８】
ここで、変位センサ７１〜７４をインダクタンス式センサとした場合に、変位センサ７１〜７４のコイルが発生する磁界の影響により、検出部位に渦電流が生じることがある。主軸３０に渦電流が生じると、発生した渦電流がインダクタンスの変化に影響を与え、ノイズとして現れることがある。そこで、本実施形態のようなターゲット部４３とすることにより、渦電流は積層される個々の珪素鋼板の内部で生じることになる。これにより、ターゲット部４３全体として大きな渦電流の発生を抑制している。
【００４９】
第一軸受装置６１および第二軸受装置６２は、図１に示すように、それぞれ二対のアンギュラ玉軸受を備えて構成されている。第一軸受装置６１は、モータ５０の軸方向前側（刃具８１の取付端側）であって、前側ハウジング２２の内周面と主軸３０の外周面との間に嵌合される。第二軸受装置６２は、モータ５０の軸方向前側であり、第一軸受装置６１の軸方向後側（刃具８１の取付端側とは反対側）に配置される。この第二軸受装置６２は、スリーブ部材２１の内周面に軸方向に摺動可能に設けられたピストン部材の内周面と主軸３０の外周面との間に嵌合される。
【００５０】
第一軸受装置６１のアンギュラ玉軸受の接触角と、第二軸受装置６２のアンギュラ玉軸受の接触角は、軸直交平面に対して対称となるように設けられている。具体的には、第一軸受装置６１の外輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向後側（第二軸受装置６２側）に位置し、第二軸受装置６２の外輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向前側（刃具８１の取付端側）に位置する。また、第一軸受装置６１の内輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向前側（刃具８１の取付端側）に位置し、第二軸受装置６２の内輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向後側（モータ５０側）に位置する。
【００５１】
第三軸受装置６３は、図１に示すように、一個の円筒ころ軸受を備えて構成されている。第三軸受装置６３は、モータ５０の軸方向後側（刃具８１の取付端側と反対側）であって、第一後側ハウジング１３の内周面と主軸３０の外周面との間に嵌合される。
【００５２】
このように構成される工作機械の主軸装置１において、工作機械の制御装置（図示せず）は、複数の変位センサ７１〜７４による出力値に基づいて、ハウジング１０に対する主軸３０のラジアル方向（径方向）の変位を検出する。そして、本実施形態において、制御装置は、検出された主軸３０の変位に基づいて、加工時に主軸３０に加えられるラジアル方向の荷重を算出し、算出された荷重と予め設定されている閾値とを比較する。これにより、制御装置により工作機械は、例えば、加工精度の低減を防止するために、オーバーライドにより工作物に対する刃具８１の送り速度を低減させるように制御する。また、大きな負荷が主軸に加えられていると判定された場合に、制御装置により工作機械は、主軸を停止させるように制御する。
【００５３】
その他に、制御装置は、上記主軸３０の変位に加えて、回転速度センサにより検出した主軸３０の回転速度（回転数）などを元情報として、ＦＦＴ解析などの周波数解析を行うものとしてもよい。これにより、加工時における主軸のびびり振動が解析され、びびり振動の周波数、径方向の位相および振幅が算出される。そして、制御装置は、この解析結果に基づいて、例えば、ハウジング１０に対する主軸３０のラジアル方向の減衰係数を調整するユニットを制御し、びびり振動の低減を図るものとしてもよい。このように、制御装置は、工作機械による加工における適正な加工状態を維持し、加工精度の向上を図っている。
【００５４】
ここで、上述したように種々の用途に使用される主軸装置１の変位センサ７１〜７４は、加工において主軸３０に加えられる負荷による主軸３０の変位を検出するものである。よって、変位センサ７１〜７４は、変位をより確実に検出するためには、主軸３０における刃具８１の取付端側に設けられる方が好適である。また、変位センサ７１〜７４は、各検出部７１ｂ〜７４ｂが変位を検出する主軸３０の外周面４１の検出箇所へ異物が侵入すると、検出精度の低下や検出部７１ｂ〜７４ｂの劣化などを招来するおそれがある。
【００５５】
しかし、変位センサ７１〜７４を主軸装置１における軸方向前側に配置すると、加工時にクーラントを供給され切り粉を生じる加工箇所に変位センサ７１〜７４が近接し、異物が侵入しやすくなることがある。そこで、本発明の工作機械の主軸装置１は、上記のような構成により、変位センサ７１〜７４の配置される位置に関わらず、各検出部７１ｂ〜７４ｂへの異物侵入を防止している。
【００５６】
（主軸装置１のエアシール）
ここで、主軸装置１のエアシールについて説明する。主軸装置１のエアシールは、カバー部材２６および主軸３０により形成されるラビリンスシールよりも軸方向後側に位置し、且つ複数の変位センサ７１〜７４よりも軸方向前側に位置し、主軸装置１の内部への異物侵入を防止するシール構造である。このエアシールは、上述したように、主として、ハウジング１０のエア流路１１，１２と、ハウジング１０の内周面１５および主軸３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐと、この隙間Ａｐにおいて第一エアシール溝２７ｂおよび第二エアシール溝４０ｂにより形成されるエアポケットＡｃと、ドレンに連結されるハウジングキャップ２５の排気路２５ａとから構成される。
【００５７】
また、主軸装置１のエアシールは、上記の構成に加えて、主軸装置１のエアシールは、上記の構成に加えて、センサ用シール溝２７ｃおよび主軸キャップ４０の外周面（主に、ターゲット部４３およびカラー４４の外周面）により形成される滞留領域Ｔａを有する。この滞留領域Ｔａは、変位センサ７１〜７４の検出部７１ｂ〜７４ｂおよびその検出部位に配置されたターゲット部４３への異物侵入を防止することを目的としている。
【００５８】
エアの供給源であるポンプユニットには、圧縮されたエアを流通可能な外部配管を接続される。そして、外部配管を２本の枝管に分岐した後、ハウジング１０のエア流路１１，１２の端部にそれぞれ形成されたコネクタにそれぞれの枝管が連結される。つまり、エア流路１１，１２は、外部配管を介してポンプユニットに接続されることになる。そして、上記のような構成からなるエアシールは、先ず、ポンプユニットにより供給されるエアをエア流路１１，１２を介してエアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａに圧送する。これにより、供給されたエアは、エアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａに一時的に充填されることになる。
【００５９】
次に、ハウジング１０の内周面１５および主軸３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐに、エアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａから滞留していたエアの一部が流通する。この時、エアは、図５（ｂ）の矢印で示すように、主にエアポケットＡｃから軸方向前側に向かって流通する。ここで、ハウジング１０の内部において、隙間Ａｐにより連通し、供給されるエアが流通し得るエアの流通領域が形成される。この供給されるエアは、第一開口部１１ａ，１２ａからエアポケットＡｃに供給されるエア、または第二開口部１１ｂ，１２ｂから滞留領域Ｔａに供給されるエアである。このエアの流通領域は、エアポケットＡｃまたは滞留領域Ｔａに供給されるエアの圧力や隙間Ａｐの大きさ、各部材間のシール状態または密閉状態などにより変動するものである。
【００６０】
続いて、隙間Ａｐを軸方向前側に抜けたエアは、センサベース２７の軸方向前側端面およびカバー部材２６の軸方向後側端面との間を径方向外方に流通する。そして、エアは、ハウジングキャップ２５の軸方向前側端面に開口部を有する排気路２５ａから排気され、ドレンに排出される。このようなエアの流通により、エアシールは、カバー部材２６よりも内側（軸方向後側）にクーラントや切り粉などが侵入した場合に、隙間Ａｐからエアを流出し隙間Ａｐへの異物侵入を防止している。さらに、エアシールは、エアを隙間Ａｐからハウジングキャップ２５の排気路２５ａへ流通させることにより、カバー部材２６よりも内側に侵入した異物をドレンに排出している。このように、主軸装置１のエアシールは、異物侵入を防止するシール構造を構成している。
【００６１】
上述したように、主軸装置１のエアシールは、隙間Ａｐへの異物侵入を防止することで、各軸受装置６１〜６３や変位センサ７１〜７４の検出部７１ｂ〜７４ｂ、およびターゲット部４３への異物侵入を防止するものである。ここで、このエアシールにおけるエアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａは、エア流路１１，１２を介してエアポンプから圧縮されたエアが供給される。この時、エアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａが環状からなるため、その形成面において第一開口部１１ａ，１２ａまたは第二開口部１１ｂ，１２ｂが形成された位相の内圧は、他の位相の内圧と比較して高い状態となる。そこで、第一、第二開口部１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂをより高いシール効果を要請される変位センサ７１〜７４などの部材が配置される位相またはその周辺に形成すると好適である。
【００６２】
（主軸装置１による効果）
本発明の工作機械の主軸装置１によると、ハウジング１０の内周面１５および主軸３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐにおいて、主軸装置１におけるエアシールにより供給されるエアを滞留する環状の滞留領域Ｔａが形成される。そして、変位センサ７１〜７４およびターゲット部４３は、滞留領域Ｔａの形成面において互いに対向するように配置される構成としている。ここで、主軸装置１に設けられたエアシールは、上述したように、ハウジング１０および主軸３０の隙間Ａｐに形成されたエアポケットＡｃに圧縮されたエアを供給する。これにより、主軸３０の全周に亘りエアが充填され、主として、主軸３０における刃具８１の取付端側にエアを流通させてシール効果を得るものである。
【００６３】
本発明では、このエアシールのエアポケットＡｃと同様に、エアを滞留する環状の滞留領域Ｔａを形成している。そして、この滞留領域Ｔａにエアシールにより供給されるエアの一部を分岐して流通させている。つまり、エアシールのエアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａは、例えば、エアの供給源であるポンプユニットから分岐したエア流路を介して、エアがそれぞれに供給される。そのため、エアを滞留するエアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａは、エアシールのシール構造の中でも異物が侵入し難い部位である。そこで、上記構成とすることにより、変位センサ７１〜７４の検出部７１ｂ〜７４ｂおよびターゲット部４３への異物侵入を防止することができる。これにより、異物侵入に起因した変位センサ７１〜７４の誤検出および検出部７１ｂ〜７４ｂまたはターゲット部４３の劣化を防止することができる。
【００６４】
ここで、変位センサ７１〜７４およびターゲット部４３は、ハウジング１０の径方向に対向するように配置されている。このように、変位センサ７１〜７４が主軸３０のラジアル方向の変位を検出する場合に、滞留領域Ｔａの軸方向幅であるシール溝幅Ｗｓは、ターゲット部４３の軸方向幅であるターゲット幅Ｗｔよりも大きくなるように設定される構成としている。変位センサ７１〜７４の検出部位に配置されるターゲット部４３は、主軸３０が変位しても適正にその変位を検出可能とするために、十分なターゲット幅Ｗｔが設定されることが好適である。そこで、上記構成にすることにより、ターゲット部４３への異物侵入を確実に防止することができる。これにより、変位センサ７１〜７４とターゲット部４３の間に異物がない良好な検出状態を維持できるため、検出精度の低下を防止できる。
【００６５】
エア流路１１，１２の第二開口部１１ｂ，１２ｂは、滞留領域Ｔａの形成面において、変位センサ７１〜７４が配置されたハウジング１０の所定位相と異なる位相に形成される構成としている。エアの滞留領域Ｔａは、例えばエアの供給源であるポンプユニットからエア流路１１，１２を介して、圧縮されたエアを供給される。そして、変位センサ７１〜７４および第二開口部１１ｂ，１２ｂがハウジング１０の所定位相において同位相となるように位置すると、変位センサ７１〜７４の検出部７１ｂ〜７４ｂと第二開口部１１ｂ，１２ｂを配置するために、滞留領域Ｔａの幅に相当するシール溝幅Ｗｓを広く設定する必要がある。そこで、上記構成とすることにより、変位センサ７１〜７４および第二開口部１１ｂ，１２ｂの位置関係により、シール溝幅Ｗｓを適正に設定することができる。
【００６６】
また、主軸３０は、ハウジング１０に回転可能に支持される主軸本体３１と、主軸本体３１に対して着脱可能な別体からなり、ターゲット部４３が配置される主軸キャップ４０と、を有する構成としている。ここで、変位センサ７１〜７４の検出部位に配置されるターゲット部４３は、主軸３０へ加えられる大きな荷重により他部材と接触すると破損するおそれがある。また、ターゲット部４３は、主軸装置１における駆動環境などにより外力の影響や熱影響を受けて経年劣化するため、主軸装置１からの取り外しや分解などのメンテナンスが容易であることが好ましい。
【００６７】
ここで、主軸装置１において、ターゲット部４３が配置される主軸３０が各軸受装置６１〜６３を介してハウジング１０に回転可能に支持される。そのため、主軸３０をハウジングから取り外し、ターゲット部を補修した後に、正確に位置決めして元の支持状態に戻すには大きな労力と時間が必要となっていた。そこで、上記構成とすることにより、主軸本体３１をハウジング１０に支持された状態のままで、ターゲット部４３が配置される主軸キャップ４０を着脱することができる。これにより、例えば、ターゲット部４３の補修や交換が必要となった場合に、主軸キャップ４０の交換などによりターゲット部４３を容易にメンテナンスすることができる。
【００６８】
さらに、この主軸キャップ４０は、工具ユニット８０のホルダ８２の外周面と当接するテーパ状内周面４２が形成される構成としている。一般に、主軸３０が工具ユニット８０を保持する際には、工具ユニット８０のホルダ８２の外周面に対して、この外周面に応じたテーパ状内周面４２が主軸３０に形成される。そして、両面を当接させた状態で、工具ユニット８０のホルダ８２をドローバー８５により主軸３０の軸方向後側に引き込むことにより主軸３０に対して工具ユニット８０の刃具８１を心出ししている。この時、主軸３０は強固に工具ユニット８０を保持するため、テーパ状内周面４２には大きな圧力が加えられることになる。
【００６９】
ここで、主軸３０におけるターゲット部４３が装着される部位のみを主軸キャップ４０とすると、主軸本体３１がテーパ状の内周面を有することになる。そうすると、テーパ状の内周面から主軸キャップ４０までの距離が十分でないと、大きな圧力が加えられる部材としては剛性が不足するおそれがある。そこで、上記構成とすることで、主軸キャップ４０がテーパ状内周面４２を有するので、主軸本体３１に対してターゲット部４３を着脱可能としても、部材全体として剛性を向上させることができる。
【００７０】
変位センサ７１〜７４は、インダクタンス式センサであり、ターゲット部４３は、積層された珪素鋼板により形成される構成としている。変位センサ７１〜７４をインダクタンス式センサとした場合に、変位センサ７１〜７４のコイルが発生する磁界の影響により、検出部位に渦電流が生じることがある。主軸３０に渦電流が生じると、発生した渦電流がインダクタンスの変化に影響を与え、ノイズとして現れることがある。そこで、上記構成とし、絶縁皮膜を介して珪素鋼板を積層すると、渦電流は積層される個々の珪素鋼板の内部で生じることになる。これにより、ターゲット部４３全体として大きな渦電流の発生を防止できる。よって、変位センサ７１〜７４の検出精度を向上させることができる。
【００７１】
＜第二実施形態＞
第二実施形態において、本発明の工作機械の主軸装置１０１の機械構成部分について、図６〜図９を参照して説明する。ここで、第二実施形態の構成は、主に、第一実施形態における複数の変位センサ７１〜７４が検出対象とする変位方向がラジアル方向であったのに対して、アキシャル方向とした点が相違する。なお、その他の構成については、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００７２】
（主軸装置１０１の構成）
本実施形態の工作機械の主軸装置１０１は、主として、ハウジング１１０と、主軸１３０と、モータ５０と、２つの変位センサ１７１，１７２とから構成される。この主軸装置１０１は、工作機械に固定されたハウジング１１０の内周面１５に第一軸受装置６１、第二軸受装置６２および第三軸受装置６３を介して回転自在に主軸１３０を支持している。
【００７３】
ハウジング１１０は、図６に示すように、主軸ハウジング１２０に形成された２本のエア流路１１１，１１２を有している。ハウジング１１０のエア流路１１１，１１２は、エアの供給源であるポンプユニット（図示せず）に接続され、そのポンプユニットより所定の圧力に調整されたエアが供給される。ハウジング１１０の内周面１５は、主軸ハウジング１２０により形成される面である。つまり、内周面１５は、図９（ｂ）の太線で示すように、主軸１３０の軸線に対して平行でない面を含むものである。
【００７４】
また、主軸ハウジング１２０は、ハウジング１１０のエア流路１１１，１１２の一部が軸方向に延びるように形成されている。これにより、センサベース１２７および主軸１３０により構成されるエアシールに圧縮されたエアを供給可能としている。また、ハウジングキャップ２５は、軸方向前側端面に開口部を有する内部配管２５ｂが形成されている。この内部配管２５ｂは、ハウジングキャップ２５よりも軸方向前側に配置される複数の変位センサ１７１，１７２の各配線１７１ａ，１７２ａが集約された後に挿通するための配管である。
【００７５】
センサベース１２７は、ハウジングキャップ２５とカバー部材２６の間に配置される略円筒状の部材である。このセンサベース１２７は、図９に示すように、外周面に形成されたＯリング用シール溝２７ａと、内周面に形成された第一エアシール溝２７ｂおよびセンサ用シール溝２７ｃとを有する。センサベース１２７は、主軸ハウジング２０において連結固定される各部材２１〜２５に対して着脱可能となっており、ハウジングキャップ２５の内周に嵌合することにより心出しされる。また、センサベース１２７の内周面に対向する主軸１３０の外周面４１には、同一の軸方向位置に第二エアシール溝４０ｂが形成されている。このような構成により、図９（ｂ）に示すように、ハウジング１１０の内周面１５および主軸１３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐにおいて、供給されるエアを滞留する環状のエアポケットＡｃが形成される。
【００７６】
また、センサベース１２７は、ハウジング１１０に対する主軸１３０の変位を検出する２つの変位センサ１７１，１７２が異なる所定位相にそれぞれ配置されている。本実施形態において、変位センサ１７１，１７２は、主軸１３０のアキシャル方向（主軸１３０の軸方向）の変位を検出する。そのため、変位センサ１７１，１７２は、その検出部１７１ｂ，１７２ｂが主軸１３０の外周面４１に向けて配置される。この時、変位センサ１７１，１７２の検出部１７１ｂ，１７２ｂと主軸１３０の外周面４１とは、僅かに離間している。
【００７７】
２つの変位センサ１７１，１７２は、図７に示すように、センサベース１２７の周方向に等間隔となるように、１８０（ｄｅｇ）間隔で配置される。これにより、主軸装置１０１は、Ｙ軸正方向に配置される変位センサ１７１と、Ｙ軸負方向に配置される変位センサ１７２とにより、主軸１３０のＺ軸方向への変位を検出している。このように、本実施形態の工作機械は、ハウジング１１０に対する主軸１３０のＺ軸方向への変位を複数の変位センサ１７１，１７２の検出値から求めている。これにより、加工による主軸装置１０１への熱影響や検出誤差などを補正し、変位検出の高精度化を図っている。
【００７８】
センサベース１２７のセンサ用シール溝２７ｃは、主軸１３０の外周面４１と対向するセンサベース１２７の内周面において形成された環状溝である。また、本実施形態において、変位センサ１７１，１７２は、渦電流式センサまたは静電容量式センサを適用している。そのため、主軸１３０の外周面４１において、変位センサ１７１（１７２）の検出部１７１ｂ（１７２ｂ）と対向する部分をターゲット部１４３としている。このような構成により、図８，図９（ｂ）に示すように、ハウジング１１０の内周面１５および主軸１３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐにおいて、供給されるエアを滞留する環状の滞留領域Ｔａが形成される。つまり、センサ用シール溝２７ｃの溝底面および溝側面と主軸３０の外周面４１は、エアの滞留領域Ｔａを形成する形成面である。
【００７９】
ここで、本実施形態において、センサベース１２７に配置された２つの変位センサ１７１，１７２の各検出部１７１ｂ，１７２ｂの先端がセンサ用シール溝２７ｃの溝底面の一部を形成している。このような構成において、複数の変位センサ１７１，１７２およびターゲット部１４３がハウジング１１０の径方向に対向している。そして、センサ用シール溝２７ｃの径方向幅（シール溝幅Ｗｓ）は、図８に示すように、ターゲット部１４３の径方向幅（ターゲット幅Ｗｔ）よりも大きくなるように設定されている。
【００８０】
センサベース１２７においてエアポケットＡｃを構成する第一エアシール溝２７ｂの溝底面には、センサベース１２７の周方向に等間隔となるように、１８０（ｄｅｇ）間隔でエア流路１１１，１１２の第一開口部１１１ａ，１１２ａが形成されている。また、エア流路１１１，１１２は、図９（ａ）に示すように、センサベース１２７の内部で分岐している。そして、センサベース１２７において滞留領域Ｔａを構成するセンサ用シール溝２７ｃの溝底面には、分岐したエア流路１１１，１１２の第二開口部１１１ｂ，１１２ｂが形成されている。そして、第二開口部１１１ｂ，１１２ｂは、複数の変位センサ１７１，１７２が配置されたセンサベース１２７の異なる複数の所定位相の何れとも異なる位相に形成されている。
【００８１】
また、複数の変位センサ１７１，１７２は、図６に示すように、同一の軸方向位置に配置されている。そして、複数の変位センサ１７１，１７２の各配線１７１ａ，１７２ａは、図７に示すように、当該変位センサ１７１，１７２が位置するセンサベース１２７の軸方向位置において配線集約位置Ｐｇに集約されている。
【００８２】
主軸１３０は、全体形状として略円筒状に形成され、主軸本体３１と、主軸キャップ１４０とから構成される。主軸キャップ１４０は、主軸本体３１の軸方向前側に配置され、主軸本体３１に対して着脱可能な別体からなる略円筒状の部材である。この主軸キャップ１４０は、ラビリンスシール溝４０ａおよび第二エアシール溝４０ｂが形成された外周面４１と、テーパ状内周面４２と、ターゲット部１４３とから構成される。主軸キャップ１４０の外周面４１は、図９（ｂ）の太線で示すように、主軸１３０の軸線に対して平行でない面も含むものであり、ハウジング１１０の内周面１５と僅かな隙間Ａｐをもって離間している。
【００８３】
第二エアシール溝４０ｂは、センサベース１２７の内周面と対向する主軸キャップ１４０の外周面４１に形成された環状溝である。この第二エアシール溝４０ｂは、センサベース１２７に形成された第一エアシール溝２７ｂと同一の軸方向位置に形成されている。また、第二エアシール溝４０ｂの溝幅（軸方向幅）と第一エアシール溝２７ｂの溝幅は同じ大きさに設定されている。これにより、第二エアシール溝４０ｂは、第一エアシール溝２７ｂとともにエアポケットＡｃを形成する。ターゲット部１４３は、主軸１３０の外周面４１において、変位センサ１７１（１７２）の検出部１７１ｂ（１７２ｂ）と対向する部分である。よって、変位センサ１７１，１７２は、直接的に主軸１３０の外周面４１との距離を検出することにより、ハウジング１０に対する主軸１３０の変位を検出している。
【００８４】
このように構成される工作機械の主軸装置１０１において、工作機械の制御装置（図示せず）は、複数の変位センサ１７１，１７２による出力値に基づいて、ハウジング１１０に対する主軸１３０のアキシャル方向（軸方向）の変位を検出する。そして、本実施形態において、制御装置は、検出された主軸１３０の変位に基づいて、加工時に主軸に加えられるアキシャル方向の荷重を算出する。この算出した荷重に基づく制御装置による工作機械の制御については、第一実施形態と同様なので説明を省略する。また、制御装置は、上記の制御により加工における適正な加工状態を維持し、加工精度の向上を図っている。本実施形態の主軸装置１０１のエアシールについては、第一実施形態と実質的に同一であるため詳細な説明を省略する。
【００８５】
（主軸装置１０１による効果）
本発明の工作機械の主軸装置１０１によると、第一実施形態の主軸装置１と同様の効果を奏する。即ち、本実施形態の主軸装置１０１において、ハウジング１１０の内周面１５および主軸１３０の外周面４１により形成される隙間Ａｐにおいて、主軸装置１０１におけるエアシールにより供給されるエアを滞留する環状の滞留領域Ｔａが形成される。そして、変位センサ１７１，１７２およびターゲット部１４３は、滞留領域Ｔａの形成面において互いに対向するように配置される構成としている。
【００８６】
ここで、主軸装置１０１に設けられたエアシールは、上述したように、ハウジング１１０および主軸１３０の隙間Ａｐに形成されたエアポケットＡｃに圧縮されたエアを供給する。これにより、主軸３０の全周に亘りエアが充填され、主として、主軸３０における刃具８１の取付端側にエアを流通させてシール効果を得るものである。
【００８７】
本発明では、このエアシールのエアポケットＡｃと同様に、エアを滞留する環状の滞留領域Ｔａを形成している。そして、この滞留領域Ｔａにエアシールにより供給されるエアの一部を分岐して流通させている。つまり、エアシールのエアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａは、例えば、エアの供給源であるポンプユニットから分岐したエア流路を介して、エアがそれぞれに供給される。
【００８８】
そのため、エアを滞留するエアポケットＡｃおよび滞留領域Ｔａは、エアシールのシール構造の中でも異物が侵入し難い部位である。そこで、上記構成とすることにより、変位センサ１７１，１７２の検出部１７１ｂ，１７２ｂおよびターゲット部１４３への異物侵入を防止することができる。これにより、異物侵入に起因した変位センサ１７１，１７２の誤検出および検出部１７１ｂ，１７２ｂまたはターゲット部１４３の劣化を防止することができる。その他の第一実施形態の主軸装置１による効果についても同様である。
【００８９】
＜第一、第二実施形態の変形態様＞
第一、第二実施形態の主軸装置１，１０１において、エアの滞留領域Ｔａの形成面にエア流路１１，１２，１１１，１１２の開口部１１ｂ、１２，１１１ｂ、１１２ｂを形成し、滞留領域Ｔａの形成面において互いに対向するように変位センサ７１〜７４，１７１，１７２とターゲット部４３，１４３を配置する構成とした。このように、変位センサおよびターゲット部は、エア流路からエアを供給される滞留領域Ｔａにおいて対向するように配置される位置関係であれば、主軸装置１の内部で配置される位置を適宜変更してもよい。例えば、第一、第二実施形態のエアポケットＡｃの形成面において、変位センサとターゲット部を対向するように配置する構成としてもよい。これにより、エア流路１１，１２，１１１，１１２を分岐を省略することができる。よって、装置全体としての構成を簡素化し、製造コストを低減することができる。
【００９０】
また、滞留領域Ｔａは、隙間Ａｐにおいてセンサ用シール溝２７ｃの溝底面および溝側面と主軸３０，１３０の外周面４１により形成されるものとした。これに対して、ハウジング１０，１１０の内周面１５および主軸３０，１３０の外周面４１の両面において、対向する２つの溝により滞留領域Ｔａを形成する構成としてもよい。また、主軸３０，１３０の外周面４１にセンサ用のシール溝を形成する構成としてもよい。つまり、例えば、センサ用シール溝２７ｃが形成されていない一様なセンサベース２７の外周面と、主軸３０，１３０の外周面４１に形成した環状のシール溝により滞留領域Ｔａを形成してもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。また、一方部材の加工のみで済むことから製造コストを低減することができる。
【００９１】
また、第一、第二実施形態において、複数の変位センサ７１〜７４，１７１，１７２により、ラジアル方向またはアキシャル方向（Ｘ，Ｙ軸方向またはＺ軸方向）を所定方向として、その変位を検出するものとした。これに対して、各方向の変位は、単数の変位センサにより検出するものとしてもよい。変位検出の高精度化の観点からは複数の変位センサを配置することが望ましいが、十分な検出値を得られる場合には単数の変位センサを配置することによりコストを低減することができる。また、変位センサは、ラジアル方向およびアキシャル方向の両方向の変位を検出するように複数配置する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１，１０１：主軸装置
１０，１１０：ハウジング、  １１，１２，１１１，１１２：エア流路
１１ａ，１２ａ，１１１ａ，１１２ａ：第一開口部
１１ｂ，１２ｂ，１１１ｂ，１１２ｂ：第二開口部
１５：内周面、  １６：Ｏリング
２０，１２０：主軸ハウジング、  ２１：スリーブ部材、  ２１ａ：フランジ部
２２：前側ハウジング、  ２３：中央ハウジング、  ２４：後側ハウジング
２５：ハウジングキャップ、  ２５ａ：排気路、  ２５ｂ：内部配管
２６：カバー部材、  ２７，１２７：センサベース  ２７ａ：Ｏリング用シール溝
２７ｂ：第一エアシール溝、  ２７ｃ：センサ用シール溝
３０，１３０：主軸、  ３１：主軸本体
４０，１４０：主軸キャップ、  ４０ａ：ラビリンスシール溝
４０ｂ：第二エアシール溝、  ４１：外周面、  ４２：テーパ状内周面
４３，１４３：ターゲット部、  ４４：カラー
５０：モータ、  ５１：ロータ、  ５２：ステータ
６１：第一軸受装置、  ６２：第二軸受装置、６３：第三軸受装置
７１〜７４，１７１，１７２：変位センサ
７１ａ〜７４ａ，１７１ａ，１７２ａ：配線
７１ｂ〜７４ｂ，１７１ｂ，１７２ｂ：検出部
８０：工具ユニット、  ８１：刃具、  ８２：ホルダ、  ８２ａ：テーパ状外周面
８３：クランプユニット、  ８４：プッシュロッド、  ８５：ドローバー
８６：シリンダ組立体、  ８７：ロータスリーブ
Ａｃ：エアポケット、  Ｔａ：滞留領域、  Ｗｓ：シール溝幅、  Ｗｔ：ターゲット幅
Ｐｇ：配線集約位置、  Ａｐ：隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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