(57)【要約】【課題】主軸のより細やかな位置決めを可能とし、高度な位置決め精度を実現できる軸受装置を提供する。【解決手段】主スラスト軸受部２１は、主軸部１の第一面１１ａに対して第一スラスト力を発生させる第一規制部２１１と、主軸部１の第二面１２ａに第二スラスト力を発生させる第二規制部２１２とを有する。調整スラスト軸受部４は、主軸部１の第三面１３ａに非接触に対向配置される第三対向面４１ｂを有し且つ変更可能な調整スラスト力を第三面１３ａに対して発生させる。制御部５は、主軸部１のスラスト方向変位に基づいて、第三対向面４１ｂを移動させることにより調整スラスト力を能動的に変更する。そして、平衡状態において、主軸部１の所定変位に対する調整スラスト力の変化量は、所定変位に対する第一スラスト力および第二スラスト力の変化量の合計より小さい。【選択図】図２
2008275102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状からなり、軸外周面において、スラスト方向の一方側を向く第一面と、スラスト方向の他方側を向く第二面と、スラスト方向の一方側を向く第三面とを有する主軸部と、
前記主軸部のラジアル方向の外周面に対し対向配置されるラジアル軸受部と、
スラスト方向において前記第一面に非接触に対向配置される第一対向面を有し且つ前記第一面に対して流体または磁気により第一スラスト力を発生させる第一規制部と、スラスト方向において前記第二面に非接触に対向配置される第二対向面を有し且つ前記第二面に対して流体および磁気のうち前記第一スラスト力と同種の力源により第二スラスト力を発生させる第二規制部と、を有する主スラスト軸受部と、
前記主スラスト軸受部に対する前記主軸部のスラスト方向への変位を検出する変位検出部と、
スラスト方向において前記第三面に非接触に対向配置される第三対向面を有し且つ変更可能な調整スラスト力を流体または磁気により前記第三面に対して発生させる調整スラスト軸受部と、
前記変位検出部により検出された前記変位に基づいて、前記第三対向面を前記主軸部に対しスラスト方向に移動させることにより前記調整スラスト力を能動的に変更する制御部と、
を備え、
前記第一スラスト力と前記第二スラスト力と前記調整スラスト力とが平衡状態において、前記主軸部のスラスト方向への所定変位に対する前記調整スラスト力の変化量は、前記所定変位に対する前記第一スラスト力および前記第二スラスト力の変化量の合計より小さいことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記第三対向面を前記第三面に対してスラスト方向に駆動させる駆動部をさらに備え、
前記第三対向面は、開口部を有し、
前記調整スラスト軸受部は、前記開口部に接続される絞り部を有し、前記第三面に対して前記絞り部を介した流体により前記調整スラスト力を発生させ、
前記制御部は、前記変位検出部により検出された前記変位に基づいて、前記第三対向面を前記第三面に対してスラスト方向に移動させる請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
少なくとも一方に開口するハウジングをさらに備え、
前記主軸部は、前記ハウジングの開口から前記ハウジングに非接触に挿通され、
前記ラジアル軸受部および前記主スラスト軸受部は、前記ハウジングに固定され、
前記駆動部は、前記調整スラスト軸受部に一体に連結され、
前記調整スラスト軸受部は、前記ハウジングまたは前記主スラスト軸受部に着脱可能に連結される請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記駆動部は、前記調整スラスト軸受部に着脱可能に連結される請求項３に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記変位検出部は、前記主軸部の軸中心における前記変位を検出する請求項１〜４の何れか一項に記載の軸受装置。
【請求項６】
前記主軸部は、スラスト方向の一端側に動力伝達対象である対象物体が接続可能であり、
前記変位検出部は、前記主軸部の他端側で前記変位を検出する請求項５に記載の軸受装置。
【請求項７】
前記主軸部は、スラスト方向の一端側に動力伝達対象である対象物体が接続可能であり、
前記制御部は、さらに、
前記変位検出部により検出された前記変位に基づいて、熱変位による変位成分と熱変位によらない変位成分をそれぞれ抽出する抽出部と、
前記主軸部を熱変位のみにより変位させた場合における前記変位検出部が検出する変位と前記主軸部の一端側の変位量との関係を予め記憶し、前記抽出部により抽出された熱変位による変位成分を前記関係に従って前記変位量に換算する変位換算部と、
を有し、
前記抽出部により抽出された熱変位によらない変位成分および前記変位換算部により換算された前記変位量に基づいて、前記調整スラスト力を能動的に変更する請求項１〜６に記載の軸受装置。
【請求項８】
前記抽出部は、前記変位検出部により検出された前記変位の周波数に基づいて、熱変位による変位成分と熱変位によらない変位成分をそれぞれ抽出する請求項７に記載の軸受装置。
【請求項９】
前記主軸部は、スラスト方向の一端側に動力伝達対象である対象物体が接続可能であり、
前記変位検出部は、前記主軸部の前記一端側で前記変位を検出する請求項１〜４の何れか一項に記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、流体軸受および磁気軸受等であり、主軸を非接触に支持する軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸受装置は、例えば、工作機械等に用いられる。このとき、軸受装置の主軸には、ワーク（被加工部材）や加工工具等が取り付けられる。そして、主軸を非接触に支持する軸受装置では、主軸を接触させて支持する軸受装置に比べて、主軸のスラスト方向位置がずれる可能性が高い。従って、支持された主軸のスラスト方向位置が位置決めされていないと、ワークを高精度に加工することができない。そのため、軸受装置には、主軸の高度な位置決め精度が要求される。
【０００３】
そこで、この種の軸受装置において、主軸のスラスト方向の位置決めを高精度にする手段として、主軸の変位に対する軸受の剛性を大きくすることが考えられる。軸受の剛性を大きくするものとして、特開平１０−３０６８２５号公報（特許文献１）に記載の気体軸受がある。この気体軸受は、主軸に取り付けられた受圧体に対し軸受台が圧力気体を噴出し、主軸を位置決めする。そして、この気体軸受は、主軸の変位に応じて受圧体と軸受台との距離を変化させることにより、受圧体に加わる負荷を主軸の変位を打ち消すように変化させている。これにより、軸受の剛性を大きくし、位置決め精度を高めている。
【特許文献１】特開平１０−３０６８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記気体軸受では、大きな剛性を得るために、主軸を位置決めする軸受台自体を受圧体に対して相対移動させなければならない。つまり、軸受台の移動精度が、直接的に、主軸の位置決め精度を決定している。例えば、特許文献１に記載されるように、軸受台の移動量Δｈが、受圧体にかかる負荷の増減ΔＷに直結し、そのまま主軸の打ち消された変位量Δｈとなっている。これによれば、軸受台の移動量に僅かでも誤差があると、その誤差がそのまま主軸の変位となる。
【０００５】
また、ナノオーダの高精度が要求されるワークを加工する工作機械に適用する軸受装置では、当然、高度な位置決め精度が要求される。これを上記気体軸受で実現させるためには、軸受台が、要求された位置決め精度と同等の移動精度を有しなければならない。つまり、位置決め精度の要求が高度になるに伴い、軸受台の移動精度をそれと同等の域にまで高める必要がある。移動精度の向上は、実際の軸受台の移動に基づき、要求が高度になるほど技術的な困難性が高まることになる。すなわち、上記気体軸受のように、軸受台の移動精度が主軸の位置決め精度にそのまま反映される構成では、より細やかな位置決めが困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、主軸のより細やかな位置決めを可能とし、高度な位置決め精度を実現できる軸受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】
本発明の軸受装置は、主軸部と、ラジアル軸受部と、主スラスト軸受部と、変位検出部と、調整スラスト軸受部と、制御部とを備える。主軸部は、軸状からなり、軸外周面において、スラスト方向の一方側を向く第一面と、スラスト方向の他方側を向く第二面と、スラスト方向の一方側を向く第三面とを有する。ラジアル軸受部は、主軸部のラジアル方向の外周面に対し対向配置され、主軸部をラジアル方向に位置決めするラジアル力を主軸部に作用させる。なお、スラスト方向とは、主軸部の軸方向に相当し、ラジアル方向とは、主軸部の径方向に相当する。
【０００８】
主スラスト軸受部は、第一規制部と、第二規制部とを有する。第一規制部は、スラスト方向において第一面に非接触に対向配置される第一対向面を有し、且つ、第一面に対して流体または磁気により第一スラスト力を発生させる。第二規制部は、スラスト方向において第二面に非接触に対向配置される第二対向面を有し、且つ、第二面に対して流体および磁気のうち第一スラスト力と同種の力源により第二スラスト力を発生させる。
【０００９】
変位検出部は、主スラスト軸受部に対する主軸部のスラスト方向への変位を検出する。調整スラスト軸受部は、スラスト方向において第三面に非接触に対向配置される第三対向面を有し、且つ、変更可能な調整スラスト力を流体または磁気により第三面に対して発生させる。制御部は、変位検出部により検出された変位に基づいて、第三対向面を主軸部に対しスラスト方向に移動させることにより調整スラスト力を能動的に変更する。
【００１０】
そして、第一スラスト力と第二スラスト力と調整スラスト力とが平衡状態において、主軸部のスラスト方向への所定変位に対する調整スラスト力の変化量は、その所定変位に対する第一スラスト力および第二スラスト力の変化量の合計より小さくなっている。
【００１１】
ラジアル力、第一スラスト力、第二スラスト力、および、調整スラスト力（以下、「規制力」とも称する）は、それぞれ流体または磁気により、主軸部の該当する面にかかる力である。例えば、第一スラスト力を流体により発生させた場合、第一面は、全面に流体による圧力を受け、第一対向面から離れる方向に第一スラスト力を受ける。また、第一スラスト力を磁気により発生させた場合、第一面は、磁気による磁気吸引力を受け、第一対向面に近づく方向に第一スラスト力を受ける。第一規制部と第二規制部とは、同種の力源、すなわち、第一規制部が流体によれば第二規制部も流体により規制力を発生させ、第一規制部が磁気によれば第二規制部も磁気により規制力を発生させる。
【００１２】
そして、主軸部は、ラジアル力により、ラジアル方向への移動が規制される。また、主軸部は、第一スラスト力および調整スラスト力により、スラスト方向における一方側（他方側）への移動が規制される。同様に、主軸部は、第二スラスト力により、スラスト方向における他方側（一方側）への移動が規制される。従って、主軸部は、主スラスト軸受部に対して位置決めされる。そして、主軸部が位置決めされた状態において、スラスト方向の力はつりあっている（平衡状態）。
【００１３】
ここで、スラスト方向において、第一面と第一対向面との間隔（距離）を第一クリアランスｘ１とし、第二面と第二対向面との間隔を第二クリアランスｘ２とし、第三面と第三対向面との間隔を第三クリアランスｘ３とする。各規制力は、各クリアランスと所定の関係を有する。
【００１４】
流体軸受および磁気軸受において、一般に、規制力とクリアランスとは反比例の関係にある。つまり、クリアランスが小さくなると規制力は大きくなり、クリアランスが大きくなると規制力は小さくなる。流体の場合、クリアランスが小さくなると、クリアランス内の流体圧力が大きくなり、規制力が大きくなる。そして、クリアランスが大きくなると、クリアランス内の流体圧力が小さくなり、規制力が小さくなる。磁気の場合、クリアランスが小さくなると、面にかかる磁気吸引力が大きくなり（面積当りの磁力線数増加）、規制力が大きくなる。そして、クリアランスが大きくなると、面にかかる磁気吸引力が小さくなり（面積当りの磁力線数減少）、規制力が小さくなる。
【００１５】
ここで、物体を変位させるのに必要な力を示すもの、すなわち、物体の変位に対抗する力を示すものとして、物体の剛性（例えば、Ｎ／μｍ）が挙げられる。そこで、本発明の軸受装置において、クリアランスｘの剛性ｋは、当該クリアランスｘにおけるクリアランス（距離）の変化量に対する規制力Ｆの変化量（ｋ＝ΔＦ／Δｘ）と定義される。すなわち、規制力Ｆとクリアランスｘとの関係を示す反比例曲線において、各クリアランスにおける傾き（微分値）が、各クリアランスにおける剛性となる。
【００１６】
本発明の軸受装置は、スラスト方向の力が平衡状態において、主軸部のスラスト方向への所定変位に対する調整スラスト力の変化量が、その所定変位に対する第一スラスト力および第二スラスト力の変化量の合計より小さくなっている。つまり、第三クリアランスの剛性（第三剛性ｋ３）は、第一クリアランスの剛性（第一剛性ｋ１）と第二クリアランスの剛性（第二剛性ｋ２）との合計よりも小さい（ｋ３＜ｋ１+ｋ２）。
【００１７】
すなわち、本発明の軸受装置の特徴的な構成は、主軸部のスラスト方向の位置決めに対して、主スラスト軸受部と調整スラスト軸受部とを設け、且つ、各クリアランスの剛性関係がｋ３＜ｋ１＋ｋ２となっていることである。
【００１８】
本発明の軸受装置では、主スラスト軸受部と別個に調整スラスト軸受部が設けられている。従って、主軸部が外乱等により変位した場合、主スラスト軸受部および調整スラスト軸受部のうち少なくとも一方のスラスト方向の力を変更することで、当該変位をキャンセルすることが可能である。しかし、本発明の軸受装置では、制御部が調整スラスト力を能動的に変更し、当該変位をキャンセルする。
【００１９】
ここで、各スラスト軸受の規制力について、第一スラスト力をＦ１、第二スラスト力をＦ２、調整スラスト力をＦ３とする。ここで、主軸部のスラスト方向への変位時における各規制力の変化量ΔＦは、当該剛性ｋと当該クリアランスの変化量Δｘとの乗算で決定される（ΔＦ＝ｋ×Δｘ）。そこで、制御部は、Ｆ３を変更するために、ｘ３（第三クリアランス）を変更する。このｘ３は、第三面と第三対向面との間隔であるため、制御部が第三対向面を主軸部に対してスラスト方向に移動させることで変更される。そして、制御部によるＦ３の能動的な変化量ΔＦ３は、主軸部を介して、第一面および第二面にも加えられる。
【００２０】
ここで、第一面と第二面との間隔が固定で且つ第一対向面と第二対向面との間隔が固定であるため、第一クリアランスの変化量Δｘ１と第二クリアランスの変化量Δｘ２は、常に等しくなる（Δｘ１＝Δｘ２）。つまり、第一剛性ｋ１と第二剛性ｋ２の合計が、主スラスト軸受部に対する主軸部の位置を決定する剛性Ｋ（Ｋ＝ｋ１＋ｋ２）となる。
【００２１】
そこで、力のつりあいの関係から、ｘ３の能動的な変化に対するｘ１（ｘ２）の変化を考える。すると、「第三クリアランスの能動的な変化量Δｘ３」に対する「そのΔｘ３による第一クリアランスの変化量Δｘ１（Δｘ２）」（Δｘ１／Δｘ３）は、ｋ３／（ｋ１＋ｋ２＋ｋ３））となり、必ず１以下となる。つまり、第三クリアランスを能動的に変化させたことによる第一クリアランスの変化量Δｘ１（Δｘ２）は、当該第三クリアランスの能動的な変化量Δｘ３よりも小さくなる。
さらに、本発明の軸受装置において、第三剛性ｋ３は、第一剛性ｋ１と第二剛性ｋ２の合計の合成Ｋよりも小さくなっている。このため、上記Δｘ１／Δｘ３（＝ｋ３／（Ｋ＋ｋ３）は、より小さくなる。つまり、第三クリアランスの能動的な変化量Δｘ３による第一クリアランスの変化量Δｘ１（Δｘ２）は、Δｘ３の半分未満となり、より小さくなる（Δｘ１＜Δｘ３／２）。
【００２２】
本発明の軸受装置は、上記特徴的な構成からなるため、ΔＦ３を発生させるのに必要な第三クリアランスの変化量Δｘ３に対して、ΔＦ３によって変化する第一クリアランスの変化量Δｘ１が半分未満となる。第一クリアランスの変化は、主軸部の主スラスト軸受部に対するスラスト方向への変位に相当する。つまり、制御部による第三対向面の移動量（制御部による入力）に対し、主軸部の当該変位（主軸部への出力）が小さくなる。このため、制御部の所定制御精度による主軸部の位置決め精度は、当該所定制御精度以上となり、より高度なものとなる。本発明の軸受装置において、ｋ３をｋ１およびｋ２に対して小さくするほど、「制御部の精度」に対する「主軸部の位置決め精度」を向上させることができる。
【００２３】
また、規制力Ｆを変更するに当たり、剛性ｋを変更するよりも、クリアランスｘを変更するほうが変更精度がよい。剛性の能動的な変更には、例えば流体圧等を変更しなければならず、レスポンスのロスや誤差が生じるおそれがある。本発明の軸受装置では、第三対向面を移動（第三クリアラスを変更）させるため、即応的に調整スラスト力Ｆ３を変更できる。
【００２４】
以上より、本発明の軸受装置は、主軸部のより細やかなスラスト方向位置の位置決めを可能とし、高度なスラスト方向位置の位置決め精度を実現できる。
【００２５】
ここで、本発明の軸受装置は、さらに、第三対向面を第三面に対してスラスト方向に駆動させる駆動部を備えてもよい。このとき、第三対向面は、開口部を有する。そして、調整スラスト軸受部は、その開口部に接続される絞り部を有し、第三面に対して絞り部を介した流体により調整スラスト力を発生させる。そして、制御部は、変位検出部により検出された変位に基づいて、第三対向面を第三面に対してスラスト方向に移動させる。
【００２６】
例えば、制御部は、駆動部に指令し、第三対向面を主軸部の第三面に対してスラスト方向に移動させる。制御部がより直接的に第三クリアランスを変更することにより、外乱等による主軸部の変位をレスポンスよく是正できる。従って、主軸部のより高精度な位置決めが可能となる。
【００２７】
ここで、本発明の軸受装置は、少なくとも一方に開口するハウジングをさらに備えてもよい。このとき、主軸部は、ハウジングの開口からハウジングに非接触に挿通される。そして、ラジアル軸受部および主スラスト軸受部は、ハウジングに固定される。そして、駆動部は、調整スラスト軸受部に一体に連結され、調整スラスト軸受部は、ハウジングまたは主スラスト軸受部に着脱可能に連結される。
【００２８】
これにより、駆動部が連結された調整スラスト軸受部は、ハウジングおよび主スラスト軸受部から別個のユニットとしてユニット化される。従って、駆動部または調整スラスト軸受部に故障が発生したときや保守が必要となったとき等に、当該ユニット（駆動部と調整スラスト軸受部）のみを交換することができる。ナノオーダレベルの加工精度が要求される軸受装置において、故障や保守のたびにすべてを分解して対象部分を取り出し、交換、修理または保守後に元の精度となるよう組み立てるのは、熟練技術を要し、長時間の作業を要する。しかし、上記構成とすることにより、主スラスト軸受部およびラジアル軸受部を分解する必要はなく、当該ユニットに関しては、容易に修理交換等することができる。
【００２９】
制御部は駆動部に対し、主軸部が変位するたびに、第三対向面を駆動させる。従って、本発明の軸受装置における駆動部の負担は大きく、故障等も発生しやすくなる。そこで、本発明の軸受装置において、駆動部は、調整スラスト軸受部に着脱可能に連結されることが好ましい。駆動部は、例えば、嵌合やボルト締結等により調整スラスト軸受部に着脱可能に連結される。これにより、上記ユニットを取外し後、駆動部のみを交換することができ、保守コストの低減が可能となる。
【００３０】
ここで、本発明の軸受装置において、変位検出部は、主軸部の軸中心における変位を検出することが好ましい。つまり、変位検出部は、主軸部の主スラスト軸受部に対するスラスト方向への変位を、主軸部の軸中心において検出する。主軸部は、組立て誤差や外乱等により、軸ずれが生じる場合ある。軸ずれとは、例えば、軸中心が水平方向となるように配置され、その後、軸中心と水平方向とが角度をもつことである。この場合であっても、軸中心で変位を検出すれば、主軸部のスラスト方向への変位を高精度に検出でき、主軸部のスラスト方向の位置決め誤差を抑制することができる。
【００３１】
一般に、主軸部のスラスト方向の両端のいずれかには、主軸部が動力（回転）を伝える対象物体が接続される。ここで、本発明の軸受装置において、主軸部の一端側に対象物体が接続される場合の変位検出位置について説明する。
【００３２】
すなわち、主軸部は、スラスト方向の一端側に動力伝達対象である対象物体が接続可能であり、変位検出部は、主軸部の他端側で変位を検出してもよい。対象物体とは、主軸部に接続されるものであり、一般に主軸部の軸中心位置に接続される。対象物体は、例えば、ワークまたは加工工具等である。つまり、この場合、変位検出部は、主軸部における対象物体が接続されない側で変位を検出する。これにより、対象物体を考慮せずに検出位置を設定できるため、変位検出部が主軸部の軸中心で変位を検出するように設定することが容易となる。
【００３３】
しかし、この場合、主軸部が回転等によって熱変位した場合、一端側（対象物体側）の熱変位による変位を正確に検出できないおそれがある。熱変位には、例えば、主軸部の熱による膨張等が含まれる。具体的に、変位が熱変位による場合には、主軸部が膨張するため、主軸部のうち一端側以外（例えば、他端側）で検出される変位と、主軸部のうち一端側の変位量とが異なる。さらに、当該変位には、熱変位によるものと、熱変位によらないもの（外乱等）とが並存することもある。
【００３４】
つまり、主軸部の変位は、熱変位による変位成分と熱変位によらない変位成分との合計となる。例えば、熱変位による変位成分が１で熱変位によらない変位成分が２の場合、主軸部の変位は３（＝１＋２）となる。また、例えば、外乱のみにより変位が発生した場合、当該変位のうち熱変位による変位成分は０であり、熱変位のみにより変位が発生した場合、当該変位のうち熱変位によらない変位成分は０である。
【００３５】
そこで、制御部は、抽出部と、変位換算部とを有することが好ましい。抽出部は、変位検出部により検出された変位に基づいて、熱変位による変位成分と熱変位によらない変位成分をそれぞれ抽出する。変位換算部は、主軸部を熱変位のみにより変位させた場合における「変位検出部が検出する変位」と「主軸部の一端側の変位量」との関係を予め記憶し、抽出部により抽出された「熱変位による変位成分」をその関係に従って「主軸部の一端側の変位量」に換算する。なお、当該関係は、予め測定された測定結果から得ることができる。
【００３６】
そして、制御部は、抽出部により抽出された熱変位によらない変位成分および変位換算部により換算された変位量に基づいて、調整スラスト力を能動的に変更する。これにより、主軸部のスラスト方向への変位が熱変位である場合、および、当該変位に熱変位による変位が含まれる場合であっても、制御部が適切に調整スラスト力を変更できる。従って、主軸部の位置決め精度は、高精度に保たれる。さらに、この構成によれば、軸受装置は、熱変位を考慮した暖気運転が不要となり、サイクルタイムを短縮することができる。
【００３７】
ここで、抽出部は、変位検出部により検出された変位の周波数に基づいて、熱変位による変位成分と熱変位によらない変位成分をそれぞれ抽出することが好ましい。主軸部のスラスト方向への変位は、熱変位の場合、緩やかに変化する。一方、外乱等による変位は、外乱力等により直接的に変位するため、急激に変化する。つまり、熱変位の周波数は、外乱等による変位の周波数に比べて小さい。従って、変位の周波数に基づくことにより、抽出部は、より容易に且つ確実に、熱変位による変位成分と熱変位によらない変位成分とをそれぞれ抽出することができる。周波数成分の分解は、フィルタ回路を用いてもよく、またＣＰＵによる演算処理等によっても行うことができる。
【００３８】
一方、変位検出部の検出位置は、主軸部の一端側（対象物体側）であってもよい。すなわち、主軸部は、スラスト方向の一端側に動力伝達対象である対象物体が接続可能であり、変位検出部は、主軸部の一端側で変位を検出してもよい。主軸部の位置決めは、一般に、主軸部に取り付けられる対象物体を位置決めするために行われる。従って、この場合、主軸部の位置決め精度と共に、対象物体の位置決め精度を向上させることができる。さらに、対象物体側で変位検出できるため、主軸部の変位が熱変位によるものか否かを考慮する必要もない。
【００３９】
ただし、この場合、対象物体により、主軸部の一端面における検出位置は制限される。つまり、対象物体への影響を考慮しなければならないため、主軸部の軸中心周辺での変位検出が困難となる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の軸受装置によれば、主軸のより細やかな位置決めを可能とし、高度な位置決め精度を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態においては、本発明の軸受装置を工作機械等の気体軸受に用いた場合を例に挙げて説明する。
【００４２】
本実施形態の軸受装置について図１〜図３を参照して説明する。図１は、軸受装置全体の構成図である。図２は、制御部５を除く軸受装置の軸方向に切断した断面図である。図３は、制御部の構成図である。なお、図２では、説明の便宜上、接続孔１ａの図示を省略する。
【００４３】
まず、本実施形態の軸受装置の概略について説明する。図１に示すように、本実施形態の軸受装置は、主軸部１と、気体軸受部２と、変位検出部３と、調整スラスト軸受部４と、制御部５と、駆動部６と、ハウジング７と、モータ部８と、カバー９とを備えている。なお、ハウジング７は、スラスト方向の前方および後方に開口した筒状となっている。
【００４４】
主軸部１は、全体として軸状であり、前端側にワーク（図示せず）の接続孔１ａを有している。主軸部１は、ハウジング７に非接触に挿通されている。気体軸受部２は、筒状からなり、ハウジング７の前方の開口端に接着固定され、内周側で主軸部１を非接触に回転可能に支持している。変位検出部３は、主軸部１の軸中心における後端側に配置され、主軸部１のスラスト方向変位を検出し、制御部５に接続されている。調整スラスト軸受部４は、筒状からなり、ハウジング７の後方の開口端にボルト締結され、主軸部１を非接触に支持している。
【００４５】
制御部５は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置であり、入力端子が変位検出部３に接続され、出力端子が駆動部６に接続されている。駆動部６は、調整スラスト軸受部４にボルト締結されて、調整スラスト軸受部４を駆動する。モータ部８は、ハウジング７内部に配置され、主軸部１の軸中心を中心に主軸部１を高速回転させる。カバー９は、ハウジング７の後方で、調整スラスト軸受部４に対して着脱可能に取り付けられている。
【００４６】
主軸部１は、気体軸受部２および調整スラスト軸受部４により、ハウジング７に対して位置決めされた状態で支持されている。主軸部１は、モータ部８により高速回転し、前端側に取り付けられたワークに動力（高速回転力）を伝える。ワークは、主軸部１の前方に配置された加工工具（図示せず）により加工（切削等）される。
【００４７】
次に、本実施形態の軸受装置の詳細な構造について説明する。なお、制御部５の詳細な説明は後述する。図２に示すように、主軸部１は、第一大径部材１１と、第二大径部材１２と、変位調整用部材１３と、小径連結部材１４と、大径ロータ部材１５と、小径ロータ部材１６と、後端部材１７とからなっている。
【００４８】
第一大径部材１１は、円柱状であり、後方の端面である第一面１１ａの中央に小径連結部材１４の前方の端面が取り付けられている。第二大径部材１２は、第一大径部材１１と同形状であり、前方の端面である第二面１２ａの中央に小径連結部材１４の後方の端面が取り付けられている。変位調整用部材１３は、第一大径部材１１の径より小さい径の円柱状であり、前方の端面に小径ロータ部材１６の後方の端面が取り付けられ、後方の端面である第三面１３ａの中央に後端部材１７の前方の端面が取り付けられている。小径連結部材１４は、第一大径部材１１の径より小さい径の円柱状であり、前方の端面が第一面１１ａの中央に取り付けられ、後方の端面が第二面１２ａの中央に取り付けられている。
【００４９】
大径ロータ部材１５は、第一大径部材１１の径より僅かに小さい径の円柱状であり、前方の端面に第二大径部材１２の後方の端面が接続され、後方の端面の中央に小径ロータ部材１６の前方の端面が取り付けられている。小径ロータ部材１６は、大径ロータ部材１５の径より小さい径の円柱状であり、前方の端面が大径ロータ部材１５の後方の端面の中央に取り付けられ、後方の端面が変位調整用部材１３の前方の端面に取り付けられている。後端部材１７は、変位調整用部材１３の径より小さい径の円柱状であり、後方の端面の中央に開口孔１７ａを有している。後端部材１７は、前方の端面が第三面１３ａの中央に取り付けられ、開口孔１７ａに変位検出部３が挿入されている。主軸部１の各部材１１〜１７は、軸中心が一致するように一体的に取り付けられている。
【００５０】
気体軸受部２は、軸受本体部２０と、主スラスト軸受部２１と、ラジアル軸受部２２とを備えている。軸受本体部２０は、略円筒状であり、前方の端面の径方向内方部分に円筒状に陥没した第一陥没部２０ａと、後方の端面の径方向内方部分に円筒状に陥没した第二陥没部２０ｂとを有している。また、軸受本体部２０の内径は、小径連結部材１４の径よりも大きくなっている。そして、軸受本体部２０は、第一大径部材１１と第二大径部材１２とのスラスト方向間に主軸部１に非接触に配置され、且つ、ハウジング７の前方の開口端に図示しないボルトによって固定されている。この軸受本体部２０には、さらに、主流路２３と、主周状流路２３ａと、第一分流路２４と、第一周状流路２４ａと、第二分流路２５と、第二周状流路２５ａとが設けられている。各流路は、気体ポンプ等（図示せず）から供給される気体の供給路であり、軸受本体部２０に空洞として形成されている。
【００５１】
主流路２３は、軸受本体部２０のラジアル方向、すなわち軸受本体部２０の外周面から中心に向かって形成されている。主周状流路２３ａは、環状であり、主流路２３の径方向内方端に連通し、軸受本体部２０の内周に沿って全周に形成されている。第一分流路２４は、主流路２３からスラスト方向の前方に向かって分岐して形成されている。第一周状流路２４ａは、第一分流路２４の前方端に連通し、第一陥没部２０ａの底端面に周状に形成されている。第二分流路２５は、主流路２３からスラスト方向の後方に向かって分岐して形成されている。第二周状流路２５ａは、第二分流路２５の後方端に連通し、第二陥没部２０ｂの底端面に周状に形成されている。
【００５２】
主スラスト軸受部２１は、第一規制部２１１と、第二規制部２１２とを有している。第一規制部２１１は、円筒状の多孔質物質からなる。この第一規制部２１１の内径が、軸受本体部２０の内径と同一となり、外径が第一大径部材１１の径および第一陥没部２０ａの陥没径と同一となっている。そして、第一規制部２１１は、第一陥没部２０ａに嵌め込まれ固定されている。この第一規制部２１１の前方の端面が、第一大径部材１１の第一面１１ａに非接触に対向配置される第一対向面２１１ａとなっており、後方の端面が、第一周状流路２４ａに接続されている。
【００５３】
第二規制部２１２は、第一規制部２１１と同一構成であり、円筒状の多孔質物質からなる。この第二規制部２１２の内径が、軸受本体部２０の内径と同一となり、外径が第二大径部材１２の径および第二陥没部２０ｂの陥没径と同一となっている。そして、第二規制部２１２は、第二陥没部２０ｂに嵌め込まれ固定されている。この第二規制部２１２の前方の端面が、第二周状流路２５ａに接続され、後方の端面が、第二大径部材１２の第二面１２ａに非接触に対向配置される第二対向面２１２ａとなっている。
【００５４】
ラジアル軸受部２２は、円筒状の多孔質物質からなり、内径が小径連結部材１４の径よりも僅かに大きく、外径が軸受本体部２０の内径に一致している。ラジアル軸受部２２は、軸受本体部２０の内周面に固定され、主周状流路２３ａに接続されている。ラジアル軸受部２２の内周面は、小径連結部材１４のラジアル方向の外周面に全周に亘って非接触に対向配置されている。
【００５５】
つまり、気体軸受部２は、主軸部１と非接触に配置されている。そして、図示しないが、第一面１１ａと第一対向面２１１ａとの間には数μｍの間隔（以下、「第一クリアランス」とも称する）があり、同じく、第二面１２ａと第二対向面２１２ａとの間には数μｍの間隔（以下、「第二クリアランス」とも称する）がある。さらに、図示しないが、ラジアル軸受部２２の内周面と小径連結部材１４のラジアル方向の外周面との間にも、全周に亘って、数μｍの間隔（以下、「ラジアルクリアランス」とも称する）がある。
【００５６】
第一規制部２１１は、主流路２３、第一分流路２４、および、第一周状流路２４ａを介して全周に亘って気体が供給され、多孔質の空間を通過して、第一対向面２１１ａから第一クリアランスに圧縮空気を流入させる。第一面１１ａは、圧縮空気の圧力により、前方に向け第一スラスト力を受ける。すなわち、第一規制部２１１は、第一面に対して気体により第一スラスト力を発生させる。
【００５７】
第二規制部２１２は、主流路２３、第二分流路２５、および、第二周状流路２５ａを介して全周に亘って気体が供給され、多孔質の空間を通過して、第二対向面２１２ａから第二クリアランスに圧縮空気を流入させる。この圧縮空気の圧力により、第二面１１ａは、後方に向け第二スラスト力を受ける。すなわち、第二規制部２１２は、第二面に対して気体により第二スラスト力を発生させる。
【００５８】
これらの第一スラスト力および第二スラスト力と、後述する調整スラスト力とがつりあい、主軸部１が主スラスト軸受部２１に対してスラスト方向に位置決めされる。
【００５９】
ラジアル軸受部２２は、主流路２３および主周状流路２３ａを介して全周に亘って気体が供給され、多孔質の空間を通過して、内周面からラジアルクリアランスに圧縮空気を流入させる。この圧縮空気により、小径連結部材１４のラジアル方向の外周面は、内方に向けラジアル力を受ける。つまり、ラジアル軸受部２２は、小径連結部材１４の上記外周面に対して気体によりラジアル力を発生させる。これにより、主軸部１は、ラジアル軸受部２２に対してラジアル方向に位置決めされる。
【００６０】
変位検出部３は、後端部材１７の開口孔１７ａに挿入されている。つまり、変位検出部３の先端は、主軸部１の軸中心に配置されている。そして、この変位検出部３は、主軸部１の軸中心において、主軸部１の主スラスト軸受部２１に対するスラスト方向への変位を検出する。検出された変位は、制御部５に出力される。
【００６１】
調整スラスト軸受部４は、調整軸受本体部４０と、可動部４１と、連結部４３とを備えている。調整軸受本体部４０は、円筒状であり、ハウジング７の後方の開口端にボルト締結されている。詳しくは、調整軸受本体部４０には、スラスト方向に貫通するボルト挿通孔４０ａが周方向に等間隔に５箇所形成されている。そして、ボルト（図示せず）をボルト挿通孔４０ａに挿通し、ハウジング７のボルト取付孔７ａに螺合することで、調整軸受本体部４０とハウジング７とがボルト締結されている。また、調整軸受本体部４０には、後方の端面側の径方向内方寄りに非貫通のボルト取付孔４０ｂが周方向に等間隔に５箇所形成されている。
【００６２】
調整軸受本体部４０の内径は、後端部材１７の径より大きく、且つ、変位調整用部材１３の径より僅かに大きくなっている。調整軸受本体部４０は、軸受本体部２０同様、気体の流路となる調整流路４２と、調整周状流路４２ａとが設けられている。調整流路４２は、調整軸受本体部４０のラジアル方向、すなわち外周面から中心に向かって形成されている。調整周状流路４２ａは、環状であり、調整流路４２の径方向内方端に連通し、調整軸受本体部４０の内周に沿って全周に形成されている。
【００６３】
可動部４１は、略円筒状であり、後方の端面の径方向内方部分に円筒状に陥没した陥没部４１ａが形成されている。また、可動部４１には、陥没部４１ａから可動部４１の前方の端面に貫通したボルト挿通孔４１ｅが形成されている。可動部４１は、内径が後端部材１７の径より僅かに大きく、外径が調整軸受本体部４０の内径より僅かに小さくなっている。可動部４１は、調整本体軸受部４０の内周側であって、調整本体軸受部４０に対してスラスト方向に摺動可能に接続されている。そして、可動部４１の前方の端面が、第三面１３ａに非接触に対向配置される第三対向面４１ｂとなっている。この第三対向面４１ｂには、複数の開口部４１ｃが周方向に等間隔に形成されている。そして、可動部４１には、一端が調整周状流路４２ａに接続され他端が開口部４１ｃに接続される絞り流路４１ｄ（本発明における「絞り部」に相当する）が設けられている。
【００６４】
絞り流路４１ｄは、軸方向に切断した各断面形状が略Ｌ字型となっており、絞り流路４１ｄの他端側（第三対向面４１ｂ側）は、絞り流路４１ｄの他端側以外と比較して、流路の径が小さくなっている。すなわち、調整流路４２および調整周状流路４２ａを介して供給された気体は、他端側で縮径される絞り流路４１ｄを介して、開口部４１ｃから噴出される。
【００６５】
連結部４３は、円筒状であり、内径が後端部材１７の径より僅かに大きくなっている。連結部４３は、ボルト取付孔４０ｂに対応するボルト挿通孔４３ａと、径方向内方寄りに等間隔に６箇所設けられたボルト挿通孔４３ｂとを有している。連結部４３は、ボルト（図示せず）をボルト挿通孔４３ａに挿通しボルト取付孔４０ｂに螺合することで、調整軸受本体部４０にボルト締結されている。
【００６６】
調整スラスト軸受部４は、図示しない、第三面１３ａと第三対向面４１ｂとの間隔（以下、「第三クリアランス」と称する）に絞り流路４１ｄを介した圧縮空気を流入させる。この圧縮空気の圧力により、第三面１３ａは、前方に向け調整スラスト力を受ける。すなわち、調整スラスト軸受部４は、第三面１３ａに対して気体により調整スラスト力を発生させる。そして、調整スラスト軸受部４は、第三面１３ａをスラスト方向に移動させることで、発生させる調整スラスト力を変更させることができる。
【００６７】
駆動部６は、円筒状のピエゾ６１と、環状のスリーブ６２、６３とからなっている。ピエゾ６１は、圧電素子であり、内径が後端部材１７の径よりも僅かに大きく、外径が可動部４１の陥没部４１ａの径よりも小さくなっている。ピエゾ６１は、可動部４１の陥没部４１ａの内方に配置されている。ピエゾ６１は、制御部５の制御により、スラスト方向に伸縮する。
【００６８】
スリーブ６２は、ボルト挿通孔４１ｅに対応するボルト取付孔６２ａを有している。スリーブ６２は、ピエゾ６１の前方の端面に接着固定されている。スリーブ６３は、ボルト挿通孔４３ｂに対応するボルト取付孔６３ａを有している。スリーブ６３は、ピエゾ６１の後方の端面に接着固定されている。そして、スリーブ６２は、可動部４１にボルト締結されている。また、スリーブ６３は、連結部４３にボルト締結されている。
【００６９】
すなわち、駆動部６は、可動部４１に着脱可能に連結され、第三対向面４１ｂを駆動自在に支持している。そして、ピエゾ６１を伸縮させることで、第三対向面４１ｂは、第三面１３ａに対してスラスト方向に移動する。つまり、ピエゾ６１を伸縮させることで、調整スラスト力を変更できる。また、調整スラスト軸受部４は、連結部４３により駆動部６と共にユニット化されている。そして、このユニット（調整スラスト軸受部４と駆動部６）は、ボルト締結により、ハウジング７に着脱可能に連結されている。
【００７０】
モータ部８は、ステータ８１と、ロータ８２とを有している。ステータ８１は、小径ロータ部材１６のラジアル方向の外方に位置し、ハウジング７の内周面に固定されている。ロータ８２は、小径ロータ部材１６の外周面に固定されている。モータ部８は、主軸部１を高速回転させる。カバー９は、調整スラスト軸受部４の後方に配置されるエンコーダを覆うようにハウジング７および調整スラスト軸受部４の後方に取り付けられている。
【００７１】
次に、制御部５について図３を参照して説明する。図３に示すように、制御部５は、変位検出部３の検出結果に基づいて、調整スラスト力を能動的に変更することで、主軸部１の第一大径部材１１がスラスト方向に位置決めされるようにする。
【００７２】
この制御部５は、抽出部５１と、変位換算部５２と、指令部５３とを備えている。抽出部５１は、入力側が変位検出部３に接続され、出力側が変位換算部５２に接続されている。また、抽出部５１には、ハイパスフィルタ５１ａと、ローパスフィルタ５１ｂとが設けられている。従って、詳細には、各フィルタ５１ａ、５１ｂの入力側が変位検出部３に接続されている。そして、各フィルタ５１ａ、５１ｂの出力側は、それぞれ変位換算部５２に接続されている。抽出部５１は、入力信号（変位情報）をフィルタにかけ、出力する。
【００７３】
ここで、変位検出部３の検出結果（変位情報）、すなわち、ハウジング７に対する主軸部１のスラスト方向への変位は、外乱等によるものと、熱変位によるものとが考えられる。外乱による場合には、主軸部１全体がハウジング７に対して外乱を受けた方向のスラスト方向に変位する。つまり、外乱による場合には、主軸部１のうち変位検出部３により検出される後端部材１７におけるスラスト方向の変位量と、主軸部１のうち第一大径部材１１のスラスト方向の変位量とが一致する。一方、熱変位による場合には、主軸部１が膨張するため、主軸部１のうち変位検出部３により検出される後端部材１７におけるスラスト方向の変位量と、主軸部１のうち第一大径部材１１のスラスト方向の変位量とが異なる。
【００７４】
そして、熱変位の周波数は、外乱等による変位の周波数に比べて小さい。従って、抽出部５１は、変位情報をフィルタにかけることで、当該変位情報から、熱変位による変位成分と熱変位によらない変位成分をそれぞれ抽出している。つまり、熱変位による変位成分は、ローパスフィルタ５１ｂを通り、熱変位によらない変位成分は、ハイパスフィルタ５１ａを通り、それぞれ変位換算部５２に出力される。
【００７５】
変位換算部５２は、出力側に指令部５３が接続されている。変位換算部５２は、換算処理部５２ａを備えている。変位換算部５２は、入力がハイパスフィルタ５１ａから為された場合、入力値（熱変位によらない変位成分）をそのまま指令部５３に出力する。変位換算部５２は、入力がローパスフィルタ５１ｂから為された場合、入力値（熱変位による変位成分）を、換算処理部５２ａを介して指令部５３に出力する。
【００７６】
換算処理部５２ａには、予め測定により得られた関係（換算表等）が記憶されている。この関係とは、主軸部１を熱変位のみにより変位させた場合における「変位検出部３が検出する変位」と「主軸部１の第一大径部材１１の変位量」との関係である。そして、換算処理部５２ａは、ローパスフィルタ５１ｂからの入力信号（熱変位による変位成分）を、記憶した関係に従って、主軸部１の第一大径部材１１の変位量に換算する。換算処理部５２ａは、この換算結果を指令部５３に出力する。つまり、抽出された周波数の小さい変位は、予め測定された熱変位による変位量に換算される。
【００７７】
なお、本実施形態において、熱変位による変位と熱変位によらない（外乱による）変位とを区別する変位周波数の閾値は、１Ｈｚである。つまり、検出された変位のうち、１Ｈｚより小さい周波数のもの（ローパスフィルタ５１ｂ通過）を熱変位による変位とし、１Ｈｚより大きい周波数のもの（ハイパスフィルタ５１ａ通過）を熱変位によらない変位としている。
【００７８】
指令部５３は、入力信号（すなわち、熱変位によらない変位成分と換算された変位量）に基づき、駆動部６のピエゾ６１に対し、指令を出力する。つまり、ピエゾ６１にかける電力を変更し、ピエゾ６１を伸縮させる。これにより、制御部５は、主軸部１の変位が熱変位によるもの、または熱変位を含むものであっても、より高精度に第三対向面４１ｂを移動させることができる。
【００７９】
また、一般に、軸受装置では、熱変位による変位検出誤差の排除等を目的として、実際の稼動前に予め暖気運転を行っている。しかし、本実施形態の軸受装置によれば、主軸部の変位が熱変位によるものであっても適切に対応できるため、暖気運転が不要となり、サイクルタイムを短縮することが可能となる。軸受装置の運転効率が向上し、加工品の生産効率も向上させることができる。
【００８０】
次に、本実施形態の軸受装置の作用について説明する。主軸部１は、スラスト方向において、主スラスト軸受部２１に第一クリアランスおよび第二クリアラスを介して非接触支持され、且つ、調整スラスト軸受部２２に第三クリアランスを介して非接触支持されている。そして、主軸部１がスラスト方向に受ける力（第一スラスト力、第二スラスト力、および、調整スラスト力）がつりあい、主スラスト軸受部２１に対して位置決めされる。
【００８１】
ここで、本実施形態の軸受装置では、主軸部のスラスト方向への所定変位に対する調整スラスト力の変化量は、所定変位に対する第一スラスト力および第二スラスト力の変化量の合計より小さくなっている。変位量に対する力の変化量は、そのものの剛性を示す。つまり、本実施形態の軸受装置では、第三クリアランスの第三剛性ｋ３が、第一クリアランスの第一剛性ｋ１と第二クリアランスの第二剛性ｋ２とを足した剛性（ｋ１＋ｋ２）よりも小さくなっている。これにより、力のつりあいの関係から、第三クリアランスの変化量に対し、第一クリアラスの変化量（第二クリアランスの変化量に等しい）はより縮小される。
【００８２】
さらには、本実施形態の軸受装置では、第三剛性ｋ３が、第一剛性ｋ１と第二剛性ｋ２のそれぞれに対しても小さくなっている。これにより、第三クリアランスの変化量に対し、第一クリアラスの変化量（第二クリアランスの変化量に等しい）はさらに縮小される。
【００８３】
ここで、第一スラスト力等の力である規制力Ｆと、クリアランスｘとの関係を例示して、図４を参照して説明する。図４は、クリアランスと規制力との関係を示す図である。図４の横軸はクリアランス、縦軸は規制力をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、上記関係は、近似直線で表している。
【００８４】
図４に示すように、図の上方の直線をＹ１とし、下方の直線をＹ２とする。Ｙ１は、第一クリアランスｘ１と調整スラスト力Ｆ１との関係である。Ｙ１の傾きは、第一クリアランスの変化量に対する第一スラスト力の変化量を示している。つまり、Ｙ１の傾きは、第一クリアランスの剛性ｋ１である。同様に、Ｙ２の傾きは、第三クリアランスの剛性ｋ３である。
【００８５】
ここで、本実施形態において、第二規制部２１２が第一規制部２１１と同構造であるため、第二クリアランスと第二スラスト力との関係は、Ｙ１と同じである。従って、Ｙ１の傾きは、ｋ１を示すと共にｋ２も示している（ｋ１＝ｋ２）。そして、本実施形態において、剛性関係は、ｋ３＜ｋ１、ｋ３＜ｋ２に設定されている。従って、当然ではあるが、ｋ３＜（ｋ１＋ｋ２）の関係となる。
【００８６】
ここで、平衡状態におけるクリアランスを、それぞれ、第一クリアランスｘ１０、第二クリアランスｘ２０、第三クリアランスｘ３０とする。ｘ１０における規制力（第一スラスト力）をＦ１０とし、ｘ２０における規制力（第二スラスト力）をＦ２０とし、ｘ３０における規制力（調整スラスト力）をＦ３０とする。ここで、規制力はつりあっている（Ｆ１０＋Ｆ３０＝Ｆ２０）。
【００８７】
ここで、制御部５が第三対向面４１ｂをΔｘ３だけ前方に移動させた場合、第三クリアランスは、ｘ３０からｘ３１に変更される。これにより、調整スラスト力は、Ｆ３０からＦ３１となる。この規制力の変化量ΔＦ３（＝Ｆ３１−Ｆ３０）は、主軸部１を介して、Ｙ１側（第一クリアランスおよび第二クリアランス側）に伝えられる。
【００８８】
そして、Ｙ１側は、ΔＦ３に対してつりあうように作用する。つまり、第一スラスト力Ｆ１０は減少するように作用し、第二スラスト力は増加するように作用する。このとき、第一面１１ａと第二面１２ａとの間隔が固定され且つ第一対向面２１１ａと第二対向面２１２ａとの間が固定されているため、第一クリアランスの変化量と第二クリアランスの変化量は、常に等しくなる。つまり、第一クリアランスの変更が同時に第二クリアランスの変更となるため、主軸部１の変位に必要な力は、両剛性ｋ１、ｋ２の合計（ｋ１＋ｋ２）に比例する。
【００８９】
従って、力のつりあいの関係から、第一スラスト力はΔＦ３／２減少しようとし、第二スラスト力はΔＦ３／２増加しようとする。つまり、Ｆ１０がＦ１１となり、Ｆ２０がＦ２１となろうとする。図４に示すように、Ｆ１１における第一クリアランスはｘ１１であり、Ｆ２１における第二クリアランスはｘ２１である。ここで、第一クリアランスの変化量Δｘ１（＝Δｘ２）は、第三クリアランスの変化量Δｘ３に比べてはるかに小さくなっている。
【００９０】
ここで、厳密には、第一クリアランスおよび第二クリアランスが変化するということは、第三クリアランスも同時に変化することになる。ただし、第一クリアランスがｘ１１に、第二クリアランスがｘ２１になろうとする時には、第三クリアランスがｘ３１から大きくなる方向に変化する。そうすると、調整スラスト力がＦ３１から小さくなるように変化し、結果として、第一クリアランスの変化量Δｘ１および第二クリアランスの変化量Δｘ２を小さくする方向に作用する。従って、実際には、図４に示したΔｘ１、Δｘ２よりも、より小さくなる。つまり、第一クリアランスの変化量Δｘ１（＝Δｘ２）は、第三クリアランスの変化量Δｘ３に比べて、さらに小さくなる。
【００９１】
そして、本実施形態の軸受装置では、Δｘ１／Δｘ３＝ｋ３／（ｋ１＋ｋ２＋ｋ３）が成立する。さらに、ｋ３＜（ｋ１＋ｋ２）に設定されている。従って、制御部５の能動的な制御（第三対向面４１ｄの移動量）に対して、主軸部１の変位量Δｘ１はさらに小さくなる。例えば、ｋ１＝ｋ２＝５０、ｋ３＝１に設定すれば、Δｘ１／Δｘ３＝１／１０１となり、高精度な制御が可能となる。
【００９２】
以上より、本実施形態の軸受装置によれば、入力に対して出力が非常に小さいため、より細やかな位置決めが可能となり、高度な位置決め精度を実現できる。なお、クリアランスと規制力の関係において、剛性の変化（各クリアランスにおける微分値）が小さくなるよう、クリアランスおよび剛性特性等を設定してもよい。これにより、より安定した制御が可能となる。
【００９３】
なお、上記実施形態においては、変位検出部３を後端部材１７の開口孔１７ａに挿入して、後端部材１７の変位を検出している。この他に、変位検出部３は、後端部材１７の端面のうち、軸中心から偏心した位置におけるスラスト方向への変位を検出するようにしてもよい。ただし、軸中心の方が、より高精度に検出できる。
【００９４】
さらに、変位検出部３は、第一大径部材１１の前方端面における、主スラスト軸受部２１に対するスラスト方向への変位を検出することもできる。この場合、スラスト方向の位置決めを行いたい第一大径部材１１のスラスト方向変位を直接検出することで、確実に第一大径部材１１のスラスト方向の位置決めを行うことができる。さらに、このようにすることで、熱変位による換算を行うことなく、ピエゾ６１を駆動することができる。つまり、この場合は、制御部５において、抽出部５１および変位換算部５２が不要となる。
【００９５】
また、主スラスト軸受部２１は、上記した多孔質軸受形式に限らず、自成絞り、オリフィス絞り、表面絞り、および、スロット絞りなど他形式の静圧軸受や磁気軸受等でもよい。また、調整スラスト軸受部４は、上記した自成絞り形式に限らず、多孔質軸受、オリフィス絞り、表面絞り、および、スロット絞りなど他形式の静圧軸受や磁気軸受等でもよい。また、ラジアル軸受部２２は、上記した流体軸受に限らず、磁気軸受や転がり軸受などでもよい。このように軸受形式を変更した場合であっても、本実施形態の軸受装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】軸受装置全体の構成図である。
【図２】制御部５を除く軸受装置の軸方向に切断した断面図である。
【図３】制御部５の構成図である。
【図４】クリアランスと規制力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１：主軸部、  １ａ：接続孔、
１１：第一大径部材、  １１ａ：第一面、  １２：第二大径部材、  １２ａ：第二面、
１３：変位調整用部材、  １３ａ：第三面、
１４：小径連結部材、  １５：大径ロータ部材、  １６：小径ロータ部材、
１７：後端部材、  １７ａ：開口孔、
２：気体軸受部、  
２０：軸受本体部、  ２０ａ：第一陥没部、  ２０ｂ：第二陥没部、
２１：主スラスト軸受部、
２１１：第一規制部、  ２１１ａ：第一対向面、
２１２：第二規制部、  ２１２ａ：第二対向面、
２２：ラジアル軸受部、
２３：主流路、  ２３ａ：主周状流路、  ２４：第一分流路、  ２４ａ：第一周状流路、
２５：第二分流路、  ２５ａ：第二周状流路、
３：変位検出部、  
４：調整スラスト軸受部、  
４０：調整軸受本体部、  ４０ａ：ボルト挿通孔、  ４０ｂ：ボルト取付孔、
４１：可動部、  ４１ａ：陥没部、  ４１ｂ：第三対向面、  ４１ｃ：開口部、
４１ｄ：絞り流路、  ４１ｅ：ボルト挿通孔
４２：調整流路、  ４２ａ調整周状流路、
４３：連結部、  ４３ａ：ボルト挿通孔、  ４３ｂ：ボルト挿通孔、
５：制御部、
５１：抽出部、  ５１ａ：ハイパスフィルタ、  ５１ｂ：ローパスフィルタ、
５２：変位換算部、  ５２ａ：換算処理部、  ５３：指令部、
６：駆動部、  ６１：ピエゾ、
６２、６３：スリーブ、  ６２ａ、６３ａ：ボルト取付孔、
７：ハウジング、  ７ａ：ボルト取付孔、
８：モータ部、  ８１：ステータ、  ８２：ロータ、
９：カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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