(57)【要約】      （修正有）【課題】  熱変形の影響を回避して高精度な加工を行うのに適したスピンドル装置を提供する。【解決手段】  ハウジングＨの温度が上昇した場合には、ワークや工具を取り付ける主軸Ｓの先端に近い第１の支持部材ＨＬ１はほとんど変形することなく、第２の支持部材ＨＬ２のみがたわむこととなるが、かかる場合、ハウジングＨは中央が上方に反り返ることなく、右端が右方に変位するように変形することとなる。即ち、ワークや工具を取り付ける主軸Ｓの取り付け面は傾くことがなく、その軸線方向の位置は変位しないこととなるため、かかるスピンドル装置ＳＤにより高精度な加工を行うことができる。更に、ハウジングＨが熱変形により拡径したときでも、固定点Ｐ１，Ｐ２を中心として上下方向に拡径するため、主軸Ｘの水平方向位置は変わらず、主軸Ｓの先端に取り付けられたワークや工具の位置も不変となるため、高精度な加工を行えることとなる。【選択図】    図４
2006263824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと主軸とを備えたスピンドル装置において、
床面に対して前記ハウジングを支持する第１の支持部材と第２の支持部材とが、前記ハウジングの軸線方向に離れて配置されており、前記主軸のワークもしくは工具の取り付け面から遠い側における第２の支持部材の軸線方向の剛性が、前記取り付け面に近い側における第１の支持部材の軸線方向の剛性より低いことを特徴とするスピンドル装置。
【請求項２】
前記第２の支持部材の軸線方向の剛性は、前記第１の支持部材の軸線方向の剛性の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
【請求項３】
前記第２の支持部材は、弾性バネを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドル装置。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材の少なくとも一方に対して、前記床面からの高さが、前記主軸の軸線の高さとほぼ等しくなる位置で支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスピンドル装置。
【請求項５】
前記ハウジングは、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材の少なくとも一方に対して相対回転可能に支持されていることを特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。
【請求項６】
前記主軸は前記ハウジングに対して静圧軸受により回転自在に支持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドル装置に関し、特に高精度な加工を行える工作機械に用いられると好適なスピンドル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば光ピックアップ装置等に搭載される光学部品の成形金型の転写光学面には、非球面形状に加えて、回折構造などに対応した複雑かつ微細な形状の高精度な加工が要求されている。一方で、一本当たりの成形金型の加工を効率的に行いたいという要求もある。
【０００３】
ここで、成形金型の加工効率を向上させるには、加工の際に、金型素材（ワークという）又は工具を保持して回転させるスピンドル装置の主軸の回転速度を、強力なモータを用いて増大させればよい。ところが、例えばビルトインモータ型のスピンドル装置において、モータを強力なものとすると、スピンドル主軸を介してハウジングの温度が増大し、ハウジングが変形するという問題がある。
【０００４】
これに対し、特許文献１においては、ケーシング内に冷却用通路を設けて、ここに冷却媒体を供給し、ケーシングのねじれを抑制する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−６２６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術を用いれば、スピンドル装置のハウジングにおける熱膨張をある程度抑えることができる。しかしながら、ハウジングを室温と全く同じ温度まで冷却することは困難であり、ある程度の温度差を残した状態で加工を行わざるを得ない。ところが、ハウジングの支持態様によっては、ハウジングに生じる熱変形により、スピンドルヘッドの回転軸方向位置が変化したり、ハウジングがたわんで、スピンドル主軸を支持する静圧軸受の隙間量が円周方向で変わり、回転精度を低下させる恐れがある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、熱変形の問題を解消して迅速且つ高精度な加工を行うのに適したスピンドル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】
【０００７】
請求項１に記載のスピンドル装置は、ハウジングと主軸とを備えたスピンドル装置において、床面に対して前記ハウジングを支持する第１の支持部材と第２の支持部材とが、前記ハウジングの軸線方向に離れて配置されており、前記主軸のワークもしくは工具の取り付け面から遠い側における第２の支持部材の軸線方向の剛性が、前記取り付け面に近い側における第１の支持部材の軸線方向の剛性より低いことを特徴とする。
【０００８】
図面を参照して、本発明の作用効果について説明する。図１、２は、比較例によるスピンドル装置の支持状態を示す図であり、図３は、本発明によるスピンドル装置の支持状態を示す図である。なお、図１〜４において、変形は実際より誇張して描いている。
【０００９】
まず図１に示すスピンドル装置ＳＤ’において、主軸Ｓを回転自在に支持するハウジングＨは、床面である定盤Ｇの表面にボルト止めされた第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２によって支持されている。より具体的には、ハウジングＨの最下端部が、軸線方向に離れて配置された第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２の上端にそれぞれ当接した状態で支持されている。第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２の剛性は等しいものとする。
【００１０】
ここで、主軸Ｓを回転駆動することによって、ハウジングＨの温度が上昇したものとする。かかる場合、定盤Ｇは室温のままであるので、第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２の下端間距離は不変であるのに対し、ハウジングＨは熱膨張により全長が長くなるように変形する。しかるに、第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２の上端は、ハウジングＨに固定されているので、ハウジングＨの熱膨張に従い、図２に示すように上端同士が離隔するように変形し、それに応じてハウジングＨは、中央が上方に反り返るように変形する。すると、主軸Ｓの左端面（ワークや工具の取り付け面、単に取り付け面ともいう）が下方に傾き且つ前進することとなり、ここにワークや工具を取り付けたときに、その変位が生じ、かかるスピンドル装置ＳＤ’を用いては高精度な加工を行えないという問題がある。
【００１１】
これに対し、図３に示す本発明の一態様にかかるスピンドル装置ＳＤにおいては、比較例と同様に、ハウジングＨの最下端部が、軸線方向に離れて配置された第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２の上端にそれぞれ当接した状態で支持されているが、ワークや工具の取り付け面から遠い第２の支持部材ＨＬ２は、例えば平行弾性ばねＰＲＧを有し、その軸線方向の剛性が、第１の支持部材ＨＬ１の軸線方向の剛性より低くなっている。本スピンドル装置ＳＤは、それ以外については、図１に示す比較例と同様の構成を有する。
【００１２】
主軸Ｓを回転駆動することによって、ハウジングＨの温度が上昇した場合には、ワークや工具を取り付ける主軸Ｓの左端面（取り付け面）に近い第１の支持部材ＨＬ１はほとんど変形することなく、第２の支持部材ＨＬ２のみがたわむこととなるが、かかる場合、ハウジングＨは中央が上方に反り返ることなく、図で右端が右方に変位するように変形することとなる（点線位置から実線位置）。これを言い換えると、ワークや工具を取り付ける主軸Ｓの取り付け面は傾くことがなく、その軸線方向の位置は変位しないこととなるため、かかるスピンドル装置ＳＤにより高精度な加工を行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載のスピンドル装置は、請求項１に記載の発明において、前記第２の支持部材の軸線方向の剛性は、前記第１の支持部材の軸線方向の剛性の１／２以下であることを特徴とするので、前記ハウジングの変形に伴い前記第２の支持部材の撓みを大きく確保することで、前記第１の支持部材の変形を抑制することができる。なお、前記第２の支持部材の軸線方向の剛性は、前記第１の支持部材の軸線方向の剛性の１／２以下であれば、前記ハウジングの変形を前記第２の支持部材により容易に吸収することができ、例えば前記主軸の取り付け面の軸線方向変位を、剛性が等しい場合に比べ１／３以下程度とでき、高精度な加工を行うのに、より好適となる。
【００１４】
請求項３に記載のスピンドル装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第２の支持部材は、弾性バネを有することを特徴とする。
【００１５】
前記第２の支持部材の軸線方向の剛性を低くするために、弾性バネを用いると、軸線方向だけ剛性が低くなり、これに直交する方向や他の方向には剛性を高く維持できるので、前記ハウジングを支持するという本来の目的を損ねることがない。また、剛性を低くすると回転に伴う振動が発生する恐れもあるが、かかる不具合も回避できる。特に、回転軸方向の剛性を低くする弾性バネの中でも、複数本の柱を並べた構造の平行弾性バネを用いると、回転軸方向以外の剛性を高めることができ、高速回転に伴って振動などを発生することを効果的に抑制できる。
【００１６】
請求項４に記載のスピンドル装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記ハウジングは、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材の少なくとも一方に対して、前記床面からの高さが、前記主軸の軸線と等しくなる位置で支持されていることを特徴とする。ここで、前記床面からの高さが、前記主軸の軸線の高さとほぼ等しくなる位置とは、高さ方向に±１０ｍｍ程度の差がある位置も含めるものとする。
【００１７】
図４は、本発明の別な態様にかかるスピンドル装置ＳＤの支持状態を示す図である。本スピンドル装置ＳＤは、第１の支持部材ＨＬ１と第２の支持部材ＨＬ２の支持態様以外については、図３に示すものと同様の構成を有する。例えば、図３に示すスピンドル装置ＳＤにおいて、ハウジングＨの最下端部が第１の支持部材ＨＬ１と第２の支持部材ＨＬ２の上端部で支持されているので、ハウジングＨが熱変形により拡径する（一点鎖線）と、拡径した分だけ主軸Ｓの軸線Ｘが上方へと変位し、その先端に取り付けられたワークや工具の位置も上方に変位する恐れがある。
【００１８】
そこで、本発明においては、図４に示すように、ハウジングＨが、第１の支持部材ＨＬ１と第２の支持部材ＨＬ２の双方（少なくとも一方のみで効果がある）に対して、定盤Ｇからの高さが、主軸Ｓの軸線Ｘと等しくなる位置で支持するようにしている。より具体的には、第１の支持部材ＨＬ１と第２の支持部材ＨＬ２の上部を二股形状にして、或いは一対の柱構造にしてハウジングＨを挟むようにし、それぞれのハウジングＨに対する固定点Ｐ１，Ｐ２を、図４に示す水平方向から見て軸線Ｘと重なるようにしている。なお、第２の支持部材ＨＬ２は、例えば平行弾性ばねＰＲＧを有している。
【００１９】
かかる構成によれば、ハウジングＨが熱変形により拡径したとき（一点鎖線）でも、固定点Ｐ１，Ｐ２を中心として上下方向に拡径するため、主軸Ｓの軸線Ｘの水平方向位置の変位を抑制でき、その結果、主軸Ｓの左端面（取り付け面）に取り付けられたワークや工具の位置の変位も抑制できるため、高精度な加工を行えることとなる。
【００２０】
請求項５に記載のスピンドル装置は、請求項４に記載の発明において、前記ハウジングは、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材の少なくとも一方に対して相対回転可能に支持されていることを特徴とするので、前記ハウジングが変形時に拘束されることが抑制されるので好ましい。
【００２１】
請求項６に記載のスピンドル装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記主軸は前記ハウジングに対して静圧軸受により回転自在に支持されることを特徴とする。ただし、前記主軸は、前記ハウジングに対して、転がり軸受やスベリ軸受により支持されていても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、熱変形の問題を解消して迅速且つ高精度な加工を行うのに適したスピンドル装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。本発明の実施の形態にかかるモータビルトイン型のスピンドル装置は、図５に示す２軸旋削精密加工機に用いることができる。図５において、不図示の制御装置によってＸ軸方向に駆動されるＸ軸テーブル２が、定盤１上に配置されている。Ｘ軸テーブル２上には、ダイヤモンド工具３が工具取り付け部７を介して取り付けられている。又、不図示の制御装置によってＺ軸方向に駆動されるＺ軸テーブル４が、定盤１上に配置されている。Ｚ軸テーブル４上には、駆動制御機構６と、駆動制御機構６により制御されるスピンドル装置ＳＤが設けられている。スピンドル装置ＳＤの主軸は、例えば光学素子用成形金型の被加工物Ｍを取り付け可能となっている。かかる２軸旋削精密加工機を用いて、光学素子用成形金型の転写光学面を高精度に切削できる。
【００２４】
更に、本発明の実施の形態にかかるモータビルトイン型のスピンドル装置は、図６に示す旋削精密加工機に用いることができる。図６において、定盤１１上にＸ軸方向に駆動されるＸ軸テーブル１２とＺ軸方向に駆動されるＺ軸テーブル１４が取り付けられている。Ｘ軸テーブル１２上には、工具１３を旋回することが出来る旋回軸（Ｂ軸）１８が取り付けられており、その旋回軸１８の上には、工具取り付け部１７が取り付けられている。Ｚ軸テーブル１４上には、駆動制御機構１６と、駆動制御機構１６により制御されるスピンドル装置ＳＤが設けられている。スピンドル装置ＳＤの主軸は、例えば光学素子用成形金型の被加工物Ｍを取り付け可能となっている。かかる旋削精密加工機を用いて、光学素子用成形金型の転写光学面を高精度に切削できる。
【００２５】
更に、本発明の実施の形態にかかるモータビルトイン型のスピンドル装置は、図７に示す、直交３軸の可動ステ一ジと、ダイヤモンド工具を回転させる回転機構とを有する超精密加工機に用いることができる。図７において、定盤２１上にＸ軸方向に駆動するＸ軸テーブル２２とＺ軸方向に駆動するＺ軸テーブル２４が取り付けられている。Ｘ軸テーブル２２上には、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸ステージ２６が取り付けられ、Ｙ軸ステージ２６上にスピンドル機構ＳＤが配置され、その主軸が、ダイヤモンド工具２３を回転させるための回転部２７に連結されている。その回転軸はＺ軸と平行である。また、Ｚ軸テーブル２４上には、被加工物Ｍが固定されている。
【００２６】
更に、本発明の実施の形態にかかるモータビルトイン型のスピンドル装置は、図８に示すミーリング加工機に用いることができる。図８において、定盤４１上にＸ軸方向に駆動するＸ軸ステージ４２とＺ軸方向に駆動するＺ軸ステージ４４が取り付けられている。Ｘ軸テーブル４２上には、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸ステージ４６が取り付けられ、Ｙ軸ステージ４６にはダイヤモンド工具４３を回転させるスピンドル装置ＳＤがアーム４５により支持されている。アーム４５内に組み込まれたスピンドル装置ＳＤの主軸の端面に、回転中心から半径方向に例えば１５ｍｍ離れた位置に工具刃先がくるように取り付け、Ｚ軸ステージ４４上に固定された被加工物Ｍに対して、Ｙ軸方向に切り込みを与え、Ｘ軸方向にダイヤモンド工具４３を送って切削加工を行う。
【００２７】
図９は、本実施の形態にかかるモータビルトイン型のスピンドル装置の断面図である。図９のスピンドル装置ＳＤは、例えば図８のミーリング加工機に組み込むことができるが、それに限られず、図５〜７の加工機或いはそれ以外の加工機にも組み込むことができるのはいうまでもない。
【００２８】
図９において、中空円筒状のハウジングＨ内に、円筒状の主軸Ｓが嵌入されている。両者のスキマは１０μｍ程度である。主軸Ｓは、図９で左端近傍にフランジ１０２ａを有し、中央に貫通孔１０２ｂを有している。ハウジングＨは、フランジ１０２ａに対して右方に配置された主ハウジング１０１Ａと、フランジ１０２ａに対して左方に配置された副ハウジング１０１Ｂと、フランジ１０２ａの半径方向外方において主ハウジング１０１Ａと副ハウジング１０１Ｃを連結してなるリングブロック１０１Ｃとからなる。
【００２９】
主ハウジング１０１Ａは、一端が外周面に開口し外部の流体源である正圧ポンプＰ＋に接続された供給通路１０１ａを有している。供給通路１０１ａの他端は、主ハウジング１０１Ａの内周面において、軸線方向に並んで３列で且つ周方向に１２０度等間隔で主軸Ｓの外周面に対向して開口している（これらを吐出口Ａ，Ｂ、Ｃという）と共に、主ハウジング１０１Ａの端面において、フランジ１０２ａに対向して、周方向に１２０度等間隔で開口している（これを吐出口Ｄという）。供給通路１０１ａの各吐出口においては、小穴（供給通路の最小断面積を規定する）のあいた絞り部材１０３が嵌合されている。供給通路１０１ａの吐出口Ａ，Ｂ、Ｃに接続するようにして、主ハウジング１０１Ａの内周面には周溝１０１ｃが形成されている。本実施の形態においては、主ハウジング１０１Ａの内周面全体が静圧で満たされ、ラジアル用の静圧軸受として機能する。尚、主ハウジング１０１Ａは、その内部に、冷却水を流す冷却ジャケット１０１ｆを有しているが、これは供給通路１０１ａとは非接続状態にある。
【００３０】
副ハウジング１０１Ｂは、一端が外周面に開口し外部の流体源である正圧ポンプＰ＋に接続された供給通路１０１ｂを有している。供給通路１０１ｂの他端は、副ハウジング１０１Ｂの内周面において、軸線方向に並んで２列で且つ周方向に１２０度等間隔で主軸Ｓの外周面に対向して開口している（これらを吐出口Ｅ，Ｆ）と共に、副ハウジング１０１Ｂの端面において、フランジ１０２ａに対向して、周方向に１２０度等間隔で開口している（これを吐出口Ｇという）。供給通路１０１ｂの各吐出口においては、小穴のあいた絞り部材１０３が嵌合されている。供給通路１０１ｂの吐出口Ｅ，Ｆに接続するようにして、副ハウジング１０１Ｂの内周面には周溝１０１ｄが形成されている。本実施の形態においては、副ハウジング１０１Ｂの内周面全体が静圧で満たされ、ラジアル用の静圧軸受として機能する。
【００３１】
リングハウジング１０１Ｃには、その内周と主軸Ｓのフランジ１０２ａとの間のスキマから、外周に抜ける排気口１０１ｋが設けられている。
【００３２】
主ハウジング１０１Ａに隣接して、駆動手段であるモータ１０４が設けられている。モータ１０４は、ハウジングの一部を構成するモータケース１０４ａと、周方向に異極が交互になる（Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、・・・）ように主軸Ｓに取り付けられた４極２列（軸線方向に並んだ）の磁石１０４ｂ、１０４ｂと、磁石１０４ｂ、１０４ｂの半径方向外方であってモータケース１０４ａ内に配置された２対のコイル１０４ｃ、１０４ｃと、コイル１０４ｃ、１０４ｃにそれぞれ巻回されたコア１０４ｄ、１０４ｄとからなる。コイル１０４ｃ、１０４ｃに外部から電力を供給することによって、公知の態様で主軸Ｓを回転駆動することができる。なお、このモータケース１０４ａには、冷却水が通る孔１０４ｅが設けられ、ここを通過する冷却水によりコイル１０４ｃ、１０４ｃの発熱に起因するモータケース１０４ａの温度上昇を抑えている。
【００３３】
図９で左列の磁石１０４ｂはスキュウを与えられ、軸線に対して＋θ度傾けられており、図９で右列の磁石１０４ｂもスキュウを与えられているが、軸線に対して−θ度傾けられている。又、２列の磁石１０４ｂ、１０４ｂは、位相配置が周方向に互いに１／２ピッチずれている。
【００３４】
主軸Ｓの右端には、縮径円筒部１０２ｄが同軸に形成されている。縮径円筒部１０２ｄは、その外周に一体的に回転するエンコーダ板１０５ｂを取り付けている。エンコーダ１０５ａは、エンコーダ板１０５ｂの回転角度を検出し、それにより主軸Ｓの回転角度を求めることができる。
【００３５】
縮径円筒部１０２ｄの先端は、吸引ケース１０６に挿入されている。吸引ケース１０６は、ハウジングＨに取り付けられており、その開口端には、縮径円筒部１０２ｄに対向して円管多孔質状の静圧パッド１０６ａを配置している。静圧パッド１０６ａの背面側で吸引ケース１０６に設けられた供給通路１０６ｃは、正圧ポンプＰ＋に接続され、これを介して縮径円筒部１０２ｄの外周面と、静圧パッド１０６ａの内周面との間に加圧された空気を供給することで、吸引ケース１０６と縮径円筒部１０６ｄとの接触が回避される。吸引ケース１０６の内部空間は、主軸Ｓの貫通孔１０２ｂ及び排出口１０６ｂに連通しており、排出口１０６ｂに接続された負圧ポンプＰ−により、貫通孔１０２ｂ内の空気が吸引されるようになっている。
【００３６】
主軸Ｓの左端は平坦面（取り付け面ともいう）１０２ｈとなっており、またボルト孔１０２ｇが設けられているため、これを利用して、工具Ｔを保持するホルダＨＤを取り付けることができる。ホルダＨＤの取り付け面を主軸Ｓの取り付け面１０２ｈに押し当てた状態で、負圧ポンプＰ−を駆動すると、吸引ケース１０６を介して貫通孔１０２ｂ内の空気が吸引されて負圧になるので、大気圧との差圧によりホルダＨＤは主軸Ｓに対して固定される。かかる段階で主軸Ｓを回転しながら、ホルダＨＤの芯出しを行う。ホルダＨＤの芯出しが行われた後、ボルトＢＴをボルト孔１０２ｇに螺合することでホルダＨＤを主軸Ｓに固定する。ホルダＨＤをボルトＢＴを用いて主軸Ｓに固定すれば、主軸Ｓを例えば１００００ｍｉｎ-1以上の高速で回転駆動させた場合でも、遠心力などにより脱落やずれを招くことはない。
【００３７】
図９のスピンドル装置ＳＤを、図９のミーリング加工機に組み込んだ状態で動作させたとき、正圧ポンプＰ＋から供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｅ，Ｆを介して主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂの内部に供給される空気によって、主軸Ｓは、主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂに対して非接触状態で支持されるため、工具Ｔから受けるラジアル方向の荷重を受けることができる。
【００３８】
又、正圧ポンプＰ＋から供給通路１０１ａ、１０１ｂの吐出口Ｄ、Ｇを介して主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂの内部に供給される空気によって、主軸Ｓのフランジ１０２ａが主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂに対して非接触状態で支持されるため、工具Ｔから受けるスラスト方向の荷重を受けることができる。即ち、フランジ１０２ａの両側面と、これに対向する主ハウジング１０１Ａ及び副ハウジング１０１Ｂの端面とでスラスト用の静圧軸受を構成する。
【００３９】
かかる状態でモータ１０４を駆動すると、主軸Ｓが回転する。本実施の形態によれば、モータケース１０４ａに、２列の磁石１０４ｂ、１０４ｂにそれぞれ対向するようにして配置された２対のコイル１０４ｃ、１０４ｃを有するので、１列の磁石及び１つのコイルからなる場合に比べ、全体的に同レベルのトルクで主軸Ｓを回転駆動させることができるにもかかわらず、発熱体となる磁石１０４ｂ、１０４ｂを分散配置させることで、主軸Ｓにおいて局所的に高温となる部位が生じることを回避している。又、主軸Ｓに設けた磁石１０４ｂ、１０４ｂの面積が増大することで、磁石１０４ｂ、１０４ｂに発熱が生じても、１列に磁石を配置した場合に比べ、より高い冷却効果を得ることができる。加えて、モータケース１０４ａの孔１０４ｅに供給された冷却水により、コイル１０４ｃ、１０４ｃの発熱によるモータケース１０４ａの温度上昇を抑えることができる。
【００４０】
特に、２列の磁石１０４ｂ、１０４ｂが、異極が並ぶ位相を周方向に互いにずらしているので、４極の磁石配置でありながら、実質的に８極の磁石配置と同等のトルク変動に抑えることができる。これにより、主軸Ｓの小径化を図り高速回転を実現しながらも、トルクムラが大幅に抑制されて回転精度が向上し、高い加工精度を得ることができる。加えて、２列の磁石１０４ｂ、１０４ｂは、スキュウの傾き方向を互いに逆方向（＋θ度、−θ度）としているので、主軸Ｓに作用するスラスト分力を抑えつつ主軸Ｓの小径化を図り高速回転を実現しながらも、トルクムラが大幅に抑制されて回転精度が向上し、高い加工精度を得ることができる。
【００４１】
更に、回転駆動時にモータ１０４からの伝熱等で主軸Ｓが加熱されたとしても、冷却ジャケット１０１ｆに供給される冷却水により冷却され、その熱膨張が抑えられるようになっている。又、例え回転する主軸Ｓと縮径円筒部１０２ｄとが偏心していたような場合にも、静圧パッド１０６ａから吐出される空気の静圧を用いて、縮径円筒部１０２ｄと吸引ケース１０６とのスキマは維持され、互いに接触することが防止される。
【００４２】
このとき、主ハウジング１０１Ａにおいて供給通路１０１ａの吐出口を周溝１０１ｃにつなげており、副ハウジング１０１Ｂにおいて供給通路１０１ｂの吐出口を周溝１０１ｄにつなげているので、例え主ハウジング１０１Ａ、副ハウジング１０１Ｂ又は主軸Ｓの断面が真円でない場合でも、周溝１０１ｃ、１０１ｄが供給通路１０１ａ、１０１ｂから供給される空気が全周にわたりほぼ均一な圧力の一時的な蓄積領域となって、回転に伴う静圧スキマと吐出口との位置関係によらず、主軸Ｓの外周面に付与される圧力変動を抑えて、その振動を抑制できる。
【００４３】
尚、供給通路１０１ａから供給された空気は、主軸Ｓと主ハウジング１０１Ａとの間を通過し、モータ１０４の間のスキマから外部へ流出する。又、供給通路１０１ｂから供給された空気は、主軸Ｓと副ハウジング１０１Ｂとの間を通過し、ホルダＨＤの近傍から外部へ流出する。従って、内周に開放した軸線方向に並んだ供給通路１０１ａの吐出口Ａ、Ｂ、Ｃと、供給通路１０１ｂの吐出口Ｅ，Ｆの間に排出路を設けていないことから、供給された流体は、主軸Ｓの外周面とハウジング１０１Ａ、１０１Ｂの内周面との間を通って外部へと流出するのみであるので、それにより静圧を増大させて支持剛性を高めることができる。また、発熱による高温限界が同じであれば、本発明では従来よりも径の大きな、静圧面積の大きなローターシャフトが使用できるので、かかる場合剛性が高くでき、回転精度をより向上できる。
【００４４】
本実施の形態においては、図４に示すように、ハウジングＨが、第１の支持部材ＨＬ１と第２の支持部材ＨＬ２の双方に対して、床面である定盤Ｇからの高さが、主軸Ｓの軸線Ｘと等しくなる位置で支持するようにしている。より具体的には、第１の支持部材ＨＬ１と第２の支持部材ＨＬ２の上部を二股形状にして、或いは一対の柱構造にしてハウジングＨを挟むようにし、それぞれの固定点Ｐ１，Ｐ２を、図４に示す水平方向から見て軸線Ｘと重なるようにしている。なお、第２の支持部材ＨＬ２は、例えば平行弾性ばねＰＲＧを有している。
【００４５】
本実施の形態によれば、主軸Ｓを回転駆動することによって、ハウジングＨの温度が上昇した場合には、ワークや工具を取り付ける主軸Ｓの先端（取り付け面）に近い第１の支持部材ＨＬ１はほとんど変形することなく、第２の支持部材ＨＬ２のみがたわむこととなるが、かかる場合、ハウジングＨは中央が上方に反り返ることなく、図４で右端が右方に変位するように変形することとなる。即ち、ワークや工具を取り付ける主軸Ｓの取り付け面は傾くことがなく、その軸線方向の位置は変位しないこととなるため、かかるスピンドル装置ＳＤにより高精度な加工を行うことができる。更に、ハウジングＨが熱変形により拡径したとき（一点鎖線）でも、固定点Ｐ１，Ｐ２を中心として上下方向に拡径するため、主軸Ｘの水平方向位置は変わらず、主軸Ｓの先端に取り付けられたワークや工具の位置も不変となるため、高精度な加工を行えることとなる。
【００４６】
なお、第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２とハウジングＨとの固定は、ボルトによる締結でも良いが、例えば固定点Ｐ１，Ｐ２からの法線を軸線とする円筒凹部と円筒凹部との係合とすれば、その軸線回りに、第１の支持部材ＨＬ１及び第２の支持部材ＨＬ２とハウジングＨとの相対回動が許容されるので、ハウジングＨの変形を更に抑えることができる。
【００４７】
ここで、主軸外径φ４０ｍｍ、フランジ外径φ８０ｍｍのスピンドル装置を、１点で固定支持し、定盤に取り付けた。定盤は鋳鉄製で体積がスピンドル装置に比べて非常に大きいので、熱容量が極めて大きく、スピンドル装置の駆動発熱による温度上昇は、数１０分程度の回転時間ではほとんど生じないものである。スピンドル装置のハウジングは、ステンレスＳＵＳ４４０製である。スピンドル装置を３５０００ｍｉｎ-1で回転させたところ、このハウジング温度は室温から２３℃上昇した。この時、ハウジングの全長は熱膨張により約７２μｍ長くなり、直径は１８μｍ太くなった。また、１点支持のためスピンドル装置の固定が不十分で振動しているのが確認できた。
【００４８】
次に、軸線方向に前後２５０ｍｍの中心間隔をあけた第１の支持部材及び第２の支持部材で、ハウジングの底面２カ所で支持し、この支持部材を定盤にボルトで固定した。２つの支持部材はＳ４５Ｃ製で極一般的な鋼材である。同じく３５０００ｍｉｎ-1で回転させたところ、ハウジングの温度上昇と共にスピンドル主軸の取り付け面が約３０μｍ前進するのが、静電容量センサーにより確認された。
【００４９】
さらに、第１の支持部材及び第２の支持部材のうち、スピンドル主軸の取り付け面から遠い方の第２の支持部材を、ワイヤー放電加工でくりぬいて４つの弾性バネを形成した支持部材に交換して、同様に３５０００ｍｉｎ-1で回転させたところ、スピンドル主軸の取り付け面の前進は、約３．５μｍと大幅に減少した。
【００５０】
更に、第１の支持部材及び第２の支持部材をスピンドル装置に対して、主軸の回転軸線の高さで固定し、第２の支持部材には前述と同様に４つの弾性バネを用いた平行弾性バネ支持とした。スピンドル主軸の上下２カ所で変位を計り、その合計の１／２が回転中心の高さ変動という仮定で３５０００ｍｉｎ-1で回転させ、測定を行ったところ、回転軸線の高さ変動は＋４μｍであった。支持部材を線膨張係数１、３×１０-6の低線膨張材料に変えて同様の実験をしたところ、スピンドル主軸の高さ変動は、＋０．７μｍとなった。支持部材の材料により熱伝導率も異なるため、必ずしも線膨張係数の比で回転軸の高さ変動が縮小されるわけではないが、本発明により当初に比べて高さ変動を数１０分の１に大幅減少させることができることがわかった。
【００５１】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、スピンドル装置を駆動するモータの種類は問わない。コア付き、コア無しのＡＣサーボモータであっても良いし、上述した磁石の代わりに導体を用いた誘導モータであっても良い。特に誘導モータは、ＡＣサーボモータと比較してスベリによる損失があるので発熱しやすく、本発明の効果はより顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】比較例によるスピンドル装置の支持状態を示す図である。
【図２】比較例によるスピンドル装置の支持状態を示す図であり、ハウジングの変形後の状態を示している。
【図３】本発明によるスピンドル装置の支持状態を示す図であり、ハウジングの変形後の状態を示している。
【図４】本発明の別な態様にかかるスピンドル装置ＳＤの支持状態を示す図である。
【図５】２軸旋削精密加工機の斜視図である。
【図６】旋削精密加工機の斜視図である。
【図７】直交３軸の可動ステ一ジと、ダイヤモンド工具を回転させる回転機構とを有する超精密加工機の斜視図である。
【図８】ミーリング加工機の斜視図である。
【図９】本実施の形態のスピンドル装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 定盤
２ Ｘ軸テーブル
３ ダイヤモンド工具
４ Ｚ軸テーブル
６ 駆動制御機構
７ 工具取り付け部
１１ 定盤
１２ Ｘ軸テーブル
１３ 工具
１４ Ｚ軸テーブル
１６ 駆動制御機構
１７ 工具取り付け部
１８ 旋回軸
２１ 定盤
２２ Ｘ軸テーブル
２３ ダイヤモンド工具
２４ Ｚ軸テーブル
２６ Ｙ軸ステージ
２７ 回転部
４１ 定盤
４２ Ｘ軸ステージ
４３ ダイヤモンド工具
４４ Ｙ軸ステージ
４５ アーム
４６ Ｙ軸ステージ
４７ アーム
４７ 回転機構
１０１Ａ 主ハウジング
１０１Ｂ 副ハウジング
１０１Ｃ  リングハウジング
１０１ａ 供給通路
１０１ｂ 供給通路
１０１ｃ 周溝
１０１ｄ 周溝
１０１ｆ 冷却ジャケット
１０２ 縮径円筒部
１０２ａ フランジ
１０２ｂ 貫通孔
１０２ｃ 排気口
１０２ｄ 縮径円筒部
１０３ 部材
１０４ モータ
１０５ エンコーダ
１０６ 吸引ケース
１０６ａ 静圧パッド
１０６ｂ 排出口
Ｐ＋ 正圧ポンプ
Ｐ− 負圧ポンプ
Ｈ  ハウジング
Ｓ 主軸
ＳＤ スピンドル装置
Ｔ 工具
【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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