(57)【要約】【課題】アキシアル方向における主軸の長さを短くすることができる磁気軸受装置およびこれを備えた工作機械を提供する。【解決手段】磁気軸受装置１は、ラジアル方向Ｒへ延設されたフランジ部１６を備える主軸１０と、アキシアル方向Ａにおいてフランジ部１６と対向して配設され、電磁石３２によって主軸１０をアキシアル方向Ａに支持するアキシアル磁気軸受３０と、アキシアル方向Ａにおける主軸１０の位置を検出するアキシアル変位センサ４０とを備える。アキシアル変位センサ４０は、ラジアル方向Ｒにおいてフランジ部１６と対向して配設されていることを特徴とする。【選択図】図１
2009002464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアル方向へ延設されたフランジ部を備える主軸と、
アキシアル方向において前記フランジ部と対向して配設され、電磁石によって前記主軸をアキシアル方向に支持するアキシアル磁気軸受と、
アキシアル方向における前記主軸の位置を検出するアキシアル変位センサとを備える磁気軸受装置において、
前記アキシアル変位センサは、ラジアル方向において前記フランジ部と対向して配設されていることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
前記アキシアル変位センサは、一対のセンサコイルにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の磁気軸受装置を備えることを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸を支持するアキシアル磁気軸受を備えた磁気軸受装置およびこれを備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば、研削装置や切削装置等の工作機械において、主軸（スピンドル）を高速で回転させるために、主軸を非接触支持するアキシアル磁気軸受を備えた磁気軸受装置が用いられている。磁気軸受装置のアキシアル磁気軸受は、より具体的には、アキシアル方向（即ち、主軸の回転軸に平行な方向）において主軸の一部と対向する電磁石を有し、電磁石が発生させる磁気によって、主軸に吸引力または反発力を付与する構成である。このような構成により、アキシアル磁気軸受は、主軸と非接触の状態で、主軸をアキシアル方向に支持している。
【０００３】
また、一般に、磁気軸受装置は、主軸とアキシアル磁気軸受が非接触の状態を保つために、アキシアル変位センサを備えている。即ち、上述の電磁石が発生させる磁力を制御して、アキシアル方向において主軸とアキシアル磁気軸受の間隔を調整するために、アキシアル方向における主軸の位置を検出するアキシアル変位センサを備えている。このようなアキシアル変位センサ（スラスト変位センサ）としては、例えば、センサ用コアと、センサ用コアに絶縁電線が巻回されてなるセンサコイルとを有しており、アキシアル方向における主軸の端部（即ち、回転軸の一方の軸方向端部）に取り付けられたセンサターゲットの表面を測定するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、従来、アキシアル方向における主軸の端部に取り付けられたセンサターゲットに対向して、アキシアル変位センサを配置させる必要があるため、アキシアル変位センサの配置上の制約があるという問題があった。
【０００５】
そこで、アキシアル変位センサの配置上の制約を少なくするため、ラジアル方向（即ち、アキシアル方向に垂直な方向）において主軸と対向するようにアキシアル変位センサ（１対のリング状の磁気センサ）を配設した磁気軸受装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−２６５２１号公報
【特許文献２】登録実用新案第２５５７４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献２に記載の磁気軸受装置においては、アキシアル変位センサの配置上の制約が少なくなるものの、主軸がアキシアル方向において長くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、アキシアル方向における主軸の長さを短くすることができる磁気軸受装置およびこれを備えた工作機械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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、ラジアル方向へ延設されたフランジ部を備える主軸と、アキシアル方向においてフランジ部と対向して配設され、電磁石によって主軸をアキシアル方向に支持するアキシアル磁気軸受と、アキシアル方向における主軸の位置を検出するアキシアル変位センサとを備える磁気軸受装置において、アキシアル変位センサは、ラジアル方向においてフランジ部と対向して配設されていることを特徴とする。
【０００９】
同構成によれば、アキシアル変位センサは、アキシアル方向における主軸の位置を検出するために、ラジアル方向においてフランジ部と対向して配設されているため、アキシアル変位センサを配設するためのスペースを別途設ける必要がない。従って、アキシアル方向における主軸の長さを短くすることができる。また、主軸の長さが短くなるため、主軸の固有振動数を高くして、共振の発生を抑えることができる。なお、アキシアル方向とは主軸の回転軸に平行な方向であり、ラジアル方向とはアキシアル方向に垂直な方向である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気軸受装置であって、アキシアル変位センサは、一対のセンサコイルにより形成されていることを特徴とする。
同構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気軸受装置を備えることを特徴とする。
同構成によれば、請求項１または請求項２に記載の磁気軸受装置を備えるため、上記請求項１または請求項２に記載の発明と同じ効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アキシアル方向における主軸の長さを短くすることができ、固有振動数を高くして、共振の発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、本発明の磁気軸受装置を備え、ワーク（加工対象物）を加工する工作機械を例に挙げて説明する。
【００１４】
図１に示すように、磁気軸受装置１は、主軸１０と、主軸１０をラジアル方向（図中の矢印Ｒの方向）に支持する一対のラジアル磁気軸受２０と、主軸１０をアキシアル方向（図中の矢印Ａの方向）に支持する一対のアキシアル磁気軸受３０と、アキシアル方向Ａにおける主軸１０の位置を検出するためのアキシアル変位センサ４０を備えている。
【００１５】
主軸１０は、図１に示すように、大径部１１と、大径部１１からアキシアル方向Ａへ突出した小径部１２を有している。大径部１１の外周には、積層された珪素鋼板１３，１４，１５が設けられるとともに、磁性材料により形成され、大径部１１の外周から円盤状のフランジ部１６がラジアル方向Ｒへ延設されている。また、小径部１２の先端には、研削用の工具１７が設けられている。
【００１６】
ラジアル磁気軸受２０は、アキシアル方向Ａにおける両端の珪素鋼板１３，１５と対向して配設されるとともに、鉄心２１と、鉄心２１に巻かれた導線からなるコイル２２とから構成された電磁石である。ラジアル磁気軸受２０は、珪素鋼板１３，１５と対向して、主軸１０の円周方向に沿って均等な間隔で複数配置されている。このため、コイル２２に電流を供給することによって、ラジアル磁気軸受２０は、珪素鋼板１３，１５を吸引する磁気吸引力を発生させて、主軸１０をラジアル方向Ｒに非接触支持する。
【００１７】
アキシアル磁気軸受３０は、アキシアル方向Ａにおいてフランジ部１６を挟むように、アキシアル方向Ａにおいてフランジ部１６と対向して配設されるとともに、環状の凹部３３が形成されたヨーク部材３１と、凹部３３に収容された電磁石３２とを有している。電磁石３２は、磁性体（不図示）と、磁性体に導線を巻くことによって形成されたコイル（不図示）とから構成されている。このため、電磁石３２のコイルに電流を供給することによって、アキシアル磁気軸受３０は、磁性材料により形成されたフランジ部１６を吸引する磁気吸引力を発生させて、主軸１０をアキシアル方向Ａに非接触支持する。また、各電磁石３２のコイルに供給される電流を制御して、アキシアル方向Ａにおける主軸１０の位置を調整することができる。
【００１８】
アキシアル変位センサ４０は、インダクタンスの等しい一対のセンサコイル４１により形成され、アキシアル方向Ａにおける主軸１０の位置を検出するために、ラジアル方向Ｒにおいてフランジ部１６と対向して配設されている。また、図２に示すように、アキシアル方向Ａにおける一対のセンサコイル４１の中心間の距離を、アキシアル方向Ａにおけるフランジ部１６の幅Ｄと一致させることにより、センサコイル４１間の中間位置Ｐ１は、アキシアル方向Ａにおけるフランジ部１６の中心位置Ｐ２と一致している。従って、一対のセンサコイル４１に交流電圧を印加し、各センサコイル４１における電圧降下の差を測定することでフランジ部１６の変位（即ち、アキシアル方向Ａにおける主軸１０の位置）を検出することができる。即ち、フランジ部１６の中心位置Ｐ２が、センサコイル４１間の中間位置Ｐ１からずれることにより、各センサコイル４１のインダクタンスが変化するように各センサコイル４１における電圧降下の量が変化する。従って、各センサコイル４１における電圧降下の差が大きいほど、フランジ部１６の中心位置Ｐ２は、センサコイル４１間の中間位置Ｐ１からアキシアル方向Ａにずれていることになる。
【００１９】
上記構成の磁気軸受装置１を備える工作機械は、磁気軸受装置１の他に、主軸１０をロータ（回転子）として回転させるための回転磁界を発生させるステータ（固定子）５０と、ラジアル磁気軸受２０、アキシアル磁気軸受３０、アキシアル変位センサ４０およびステータ５０を保護するためのハウジング６０とを備えている。即ち、ロータである主軸１０とステータ５０により、電動機（モータ）が構成されている。
【００２０】
ステータ５０は、珪素鋼板１４と対向して配設されるとともに、円筒状のステータコア５１と、ステータコア５１に巻かれた導線からなるコイル５２とから構成されている。ステータコア５１は軟質磁性材料により形成されているため、コイル５２に電流を供給することによって回転磁界を発生させることができる。
【００２１】
ハウジング６０は、円筒状に形成されるとともに、その内周には、ラジアル磁気軸受２０、アキシアル磁気軸受３０、アキシアル変位センサ４０およびステータ５０が固定されている。
【００２２】
次に、磁気軸受装置１を備える工作機械の動作について説明する。
ラジアル磁気軸受２０とアキシアル磁気軸受３０によって、主軸１０を非接触支持するとともに、ステータ５０が発生させる回転磁界によって、磁性体である珪素鋼板１４にトルクが生じて、非接触支持された主軸１０が回転する。そして、主軸１０の回転に伴い、主軸１０の先端に取り付けられた工具１７も回転する。この回転する工具１７をワーク（不図示）に押し付けることにより、工作機械はワークを研削して加工することができる。また、主軸１０がアキシアル磁気軸受３０と非接触の状態を維持して回転するために、アキシアル変位センサ４０によって検出された、アキシアル方向Ａにおける主軸１０の位置に基づいて、アキシアル磁気軸受３０の電磁石３２のコイルに供給される電流を制御する。
【００２３】
ここで、本実施形態においては、主軸１０がラジアル方向Ｒへ延設されたフランジ部１６を備え、アキシアル変位センサ４０がラジアル方向Ｒにおいてフランジ部１６と対向して配設されていることに特徴がある。
【００２４】
上記実施形態の磁気軸受装置１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）アキシアル変位センサ４０がラジアル方向Ｒにおいてフランジ部１６と対向して配設されているため、このため、アキシアル変位センサ４０を配設するためのスペースを別途設ける必要がない。従って、アキシアル方向Ａにおける主軸１０の長さを短くすることができる。また、主軸１０の長さが短くなるため、主軸１０の固有振動数を高くして、共振の発生を抑えることができる。
【００２５】
また、上記実施形態において、工作機械は磁気軸受装置１を備えているため、上記（１）に記載の効果と同じ効果を得ることができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００２７】
・上記実施形態においては、一対（２つの）のラジアル磁気軸受２０を備えていたが、ラジアル磁気軸受２０は３つ以上であってもよく、ラジアル磁気軸受２０を備えずに、主軸１０をラジアル方向Ｒに支持する他の軸受（例えば、フォイル軸受）を備えるようにしてもよい。
【００２８】
・上記実施形態においては、磁気軸受装置１は、フランジ部１６を挟むように配設された一対（２つの）のアキシアル磁気軸受３０を備えていたが、アキシアル磁気軸受３０が２つではなく、１つのアキシアル磁気軸受３０により主軸１０をアキシアル方向Ａに支持するようにしてもよい。
【００２９】
・上記実施形態においては、アキシアル変位センサ４０は、センサコイル４１により形成され、各々のセンサコイル４１における電圧降下の差を測定して、主軸１０の位置を検出するものであったが、ラジアル方向Ｒにおいて主軸１０と対向して配設されるアキシアル変位センサであれば、上記のように主軸１０の位置を検出するものでなくてもよい。例えば、フランジ部１６が永久磁石により形成され、永久磁石により形成されたフランジ部１６の磁束の大きさを検出して主軸１０の位置を検出するアキシアル変位センサであってもよい。
【００３０】
・磁気軸受装置は、図３に示すように、さらに、主軸１０を支持するためにタッチダウン軸受７０を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気軸受装置を備えた工作機械を示す断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気軸受装置の一部拡大図。
【図３】本発明の実施形態に係る磁気軸受装置を備えた工作機械の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
Ａ…アキシアル方向、Ｒ…ラジアル方向、１…磁気軸受装置、１０…主軸、１６…フランジ部、３０…アキシアル磁気軸受、３２…電磁石、４０…アキシアル変位センサ、４１…センサコイル。
【図１】
2009002464.tif 000003
【図２】
2009002464.tif 000004
【図３】
2009002464.tif 000005