(57)【要約】【課題】大幅なコストアップを招かずに、主軸のアキシャル方向の伸びを正確に測定することができ、主軸のアキシャル方向の位置を正確に補正できるよう改良された磁気軸受装置を供給する。【解決手段】アキシャル変位センサ１４によって測定されたアキシャル位置ターゲットの変位のデータは第１の主軸伸び演算部６４に送信され、一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びが演算される。演算結果は第２の主軸伸び演算部６５に送信され、一対のアキシャル位置ターゲットのうち工具側の一対のアキシャル位置ターゲットと工具側と間の主軸の伸びが演算される。演算結果はアキシャル位置制御部６６に送信される。アキシャル位置制御部６６はアキシャル磁気軸受部６に供給する電力を変化させることにより、工具のアキシャル方向の位置が一定となるように主軸のアキシャル位置を制御する。【選択図】図２
2009014136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱可能な工具がアキシャル方向の先端部に取り付けられる主軸を、ラジアル磁気軸受部とアキシャル磁気軸受部とにより非接触支承する軸受装置であって、
前記主軸に設けられた一対のアキシャル位置ターゲットと、
前記一対のアキシャル位置ターゲットの各々の変位を検出する一対のアキシャル変位センサと、
前記一対のアキシャル変位センサにより検出された前記一対のアキシャル位置ターゲットの各々の変位に基づいて、前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の伸びを演算する第１の主軸伸び演算部と、
前記第１の主軸伸び演算部により演算された前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の伸びより、前記一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって前記工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の伸びを演算する第２の主軸伸び演算部と、
前記工具のアキシャル位置が一定となるように、前記第２の主軸伸び演算部により演算された前記アキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の伸びに基づいて、前記主軸のアキシャル位置を制御するアキシャル位置制御部とを備える磁気軸受装置。
【請求項２】
前記第１の主軸伸び演算部により演算された前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の伸びより、前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の温度を演算する第１の主軸温度演算部と、
前記第１の主軸温度演算部により演算された前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の温度より、前記一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって前記工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の温度を演算する第２の主軸温度演算部とを更に備え、
前記第２の主軸温度演算部により演算された前記温度に基づいて、前記第２の主軸伸び演算部が前記アキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の伸びを演算する請求項１に記載の磁気軸受装置。
【請求項３】
前記アキシャル位置制御部は、前記主軸のアキシャル位置の前記制御をあらかじめ設定された時間において複数回行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気軸受装置に関し、更に特定的には熱による主軸の膨張による位置ずれを抑制する磁気軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨機などの工作機械の回転する主軸を支承する軸受として、高速回転が可能であるとともに耐久性が高い非接触型軸受が広く用いられている。このような工作機械に使用される主軸は高速回転するため、空気との摩擦などによる発熱が大きい。また、非接触型軸受により主軸が非接触支承されるため、伝導による熱の放散が少なく、高温となる。そのため主軸が熱膨張し、通常主軸の先端に備えられている研磨材などの工具の位置が標準位置よりアキシャル方向（軸方向）にずれるため問題となる。かかる工具の位置を外部よりセンサなどで監視し、工具の位置ずれを相殺するように研磨位置を制御することも可能であるが、特段のセンサを設ける必要がありコストが上昇する。
【０００３】
これに対してラジアルセンサによって主軸の径の膨張による伸びを測定することにより主軸の温度を演算し、更に演算した主軸の温度よりスラスト方向（アキシャル方向）の伸びを演算して、その伸びの量により主軸のスラスト方向の位置を調整する磁気軸受装置が開示されている（特許文献１〜３）。なお、特許文献１はかかる磁気軸受装置の基本特許であり、特許文献２および３はその改良発明である。
【特許文献１】特開２００３−２１１５１号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６９５９号公報
【特許文献３】特開２００７−１０７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に示されるような磁気軸受装置においては、主軸の径の膨張による伸びを測定している。しかし、主軸の径は軸のアキシャル方向の距離に比べて短く、径の伸びは更にわずかであるため、かかる変化を正確に測定することは困難である。また、主軸の温度はラジアル方向の各位置により異なるため、主軸上の特定のラジアル方向位置における径の伸びを測定しても、かかる点の温度が主軸全体の温度を示している訳ではない。特に主軸が回転機器（工作機械）のハウジング外部に突出している部分は、主軸が外気に触れることにより、大きく温度が異なると推定される。そうすると、主軸のアキシャル方向の伸びを正確に測定することができないため、アキシャル方向の位置補正も正確にできず問題となる。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するために成されたもので、大幅なコストアップを招かずに、主軸のアキシャル方向の伸びを正確に測定することができ、主軸のアキシャル方向の位置を正確に補正できるよう改良された磁気軸受装置を供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる磁気軸受装置は、着脱可能な工具がアキシャル方向の先端部に取り付けられる主軸を、ラジアル磁気軸受部とアキシャル磁気軸受部とにより非接触支承する軸受装置である。前記主軸に設けられた一対のアキシャル位置ターゲットと、前記一対のアキシャル位置ターゲットの各々の変位を検出する一対のアキシャル変位センサと、前記一対のアキシャル変位センサにより検出された前記一対のアキシャル位置ターゲットの各々の変位に基づいて、前記一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びを演算する第１の主軸伸び演算部と、前記第１の主軸伸び演算部により演算された前記一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びより、前記一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって前記工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の伸びを演算する第２の主軸伸び演算部と、前記工具のアキシャル位置が一定となるように、前記第２の主軸伸び演算部により演算された前記アキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の伸びに基づいて、前記主軸のアキシャル位置を制御するアキシャル位置制御部とを備える。
【０００７】
上記構成によると、第１の主軸伸び演算部は一対のアキシャル変位センサにより検出されたアキシャル位置ターゲットの各々の変位に基づいて、前記一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びを演算する。ここで、一対のアキシャル位置ターゲット間の距離は主軸の径より大きくとることができるため、一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の膨張による伸びも主軸の径の膨張による伸びより大きくなり、上記従来に比して容易に精度よく主軸の伸びを演算できる。また、一対のアキシャル変位センサはアキシャル磁気軸受部を有する軸受装置において、従来必須として使用されているものであり、特段にセンサを追加することなしに一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びが演算される。
【０００８】
また、第２の主軸伸び演算部は第１の主軸伸び演算部により演算された一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びより、一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと工具との間の主軸の伸びを演算する。ここで、第１の主軸伸び演算部により演算された一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びと、一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと工具との間の主軸の伸びとの関係は、実験的に求めることができる。かかる実験データを第２の主軸伸び演算部が備えることにより、第２の主軸伸び演算部は、一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びより、一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと工具との間の主軸の伸びを演算できる。
【０００９】
またアキシャル位置制御部は、第２の主軸伸び演算部により演算された一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと工具との間の主軸の伸びに基づいて、工具のアキシャル位置が一定となるように、前記主軸のアキシャル位置を制御する。従って、上記従来のアキシャル位置制御において考慮されていなかった、工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと工具との間の主軸の伸びに基き、工具のアキシャル位置が一定となるように制御されるので、従来に比べ正確に工具のアキシャル位置を固定できる。
【００１０】
本発明にかかる磁気軸受装置は、第１の主軸伸び演算部により演算された前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の伸びより、前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の温度を演算する第１の主軸温度演算部と、前記第１の主軸温度演算部により演算された前記一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の温度より、前記一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって前記工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の温度を演算する第２の主軸温度演算部とを更に備え、前記第２の主軸温度演算部により演算された前記温度に基づいて、前記第２の主軸伸び演算部が前記アキシャル位置ターゲットと前記工具との間の前記主軸の伸びを演算することが好ましい。
【００１１】
上記構成によると、第１の主軸温度演算部は、第１の主軸伸び演算部により演算された一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の伸びより、熱膨張と温度との関係から、一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の温度を演算する。ここで、一対のアキシャル位置ターゲット間の前記主軸の温度と、一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと工具との間の主軸の温度とは同一ではない。しかし両者の温度には相関関係があるとともに同相関関係は、実験的に求めることができる。かかる実験データを第２の主軸伸び演算部が備えることにより、第２の主軸温度演算部は、一対のアキシャル位置ターゲット間の主軸の温度より、一対のアキシャル位置ターゲットの一方であって工具側に設けられたアキシャル位置ターゲットと工具との間の主軸の温度を演算することができる。
【００１２】
本発明にかかる磁気軸受装置は、アキシャル位置制御部は、前記主軸のアキシャル位置の前記制御をあらかじめ設定された時間において複数回行なうことが好ましい。
【００１３】
上記構成によると、アキシャル位置制御部は、主軸のアキシャル位置の制御をあらかじめ設定された時間において複数回行なうため、主軸の伸びが変化した場合においても、工具のアキシャル位置が一定となるように主軸のアキシャル位置が制御される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、センサを追加することによる大幅なコストアップを招かずに、主軸のアキシャル方向の伸びを正確に測定することができ、主軸のアキシャル方向の位置を正確に補正できるよう改良された磁気軸受装置を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
次に、本発明に係る磁気軸受装置を具体化した第１の実施形態を図１〜図３を用いて説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態にかかる磁気軸受装置を備える工作機械のハウジング１は、略有底円筒状のモータハウジング２の開口部を略円盤状のフロントハウジング３によって封じた形状である。モータハウジング２の円周部内面であってかつ長手方向の中央部にはステータ３０が圧入されている。ハウジング１の円周部内面であってステータ３０を挟む位置には、モータハウジング２の中心軸１０方向に突出するとともに略円環形状である一対の突出部４が設けられている。この一対の突出部４のそれぞれの端部にはそれぞれ電磁石５が備えられている。また、それぞれの電磁石５は互いに対向する方向に磁力方向を向けられている。この一対の突出部４と電磁石５により一対のアキシャル磁気軸受部６が形成されている。モータハウジング２の円周部内面であって一対のアキシャル磁気軸受部６を挟む位置には、モータハウジング２の中心軸１０方向に突出するとともに略円環形状である一対の突出部７が設けられている。この一対の突出部７のそれぞれの先端部にはそれぞれ電磁石８が備えられている。また、それぞれの電磁石８は略有底円筒状のモータハウジング２の中心軸１０方向に磁力方向を向けられている。この突出部７と電磁石８とは一対のラジアル磁気軸受部９を形成している。モータハウジング２の円周部内面であって一対のラジアル磁気軸受部９を挟む位置には、モータハウジング２の中心軸１０方向に突出するとともにフランジ形状である一対の突出部１１および一対の突出部１２が設けられている。この一対の突出部１１のそれぞれの先端部にはそれぞれラジアル変位センサ１３が備えられている。また、一対の突出部１２のそれぞれ先端部にはそれぞれアキシャル変位センサ１４が備えられている。
【００１７】
一方モータハウジング２の中心軸１０を含む空間には、略円柱状の主軸１５が、一対のアキシャル磁気軸受部６および一対のラジアル磁気軸受部９によって非接触支承されている。略円柱状の主軸１５の外周面であってステータ３０に対向する位置にはロータ１６が備えられている。主軸１５の外周面であってロータ１６を挟む位置には、モータハウジング２の外周方向に突出するとともに略円板形状である一対のアキシャル磁気ディスク１７が設けられている。この一対のアキシャル磁気ディスク１７のそれぞれのアキシャル方向の外側面はそれぞれ一対のアキシャル磁気軸受部６を形成する電磁石５の磁力方向に対向するよう向けられている。また、一対のアキシャル磁気ディスク１７は磁性体で形成されているため、アキシャル方向であるとともに互いに反対向きに、それぞれ電磁石５によって引きつけられている。
【００１８】
主軸１５の外周面であって一対のアキシャル磁気ディスク１７を挟む位置であるとともに一対のラジアル磁気軸受部９を形成する電磁石８にそれぞれ対向する位置には、略円筒状の一対のラジアル軸受ターゲット１８がはめ込まれている。一対のラジアル軸受ターゲット１８の外周面はラジアル磁気軸受部９を形成する電磁石８の磁力方向に対向するよう向けられている。また、一対のラジアル軸受ターゲット１８は磁性体で形成されているため、電磁石８によって、それぞれラジアル方向に引きつけられている。
【００１９】
主軸１５の外周面であって一対のラジアル軸受ターゲット１８を挟む位置であるとともにそれぞれのラジアル変位センサ１３にそれぞれ対向する位置には、略円筒状の一対のラジアル位置ターゲット１９がはめ込まれている。一対のラジアル位置ターゲット１９の外周面はラジアル変位センサ１３の検知面に対向するよう向けられている。また、一対のラジアル軸受ターゲット１８は磁性体で形成されているため、ラジアル変位センサ１３によって、それぞれラジアル位置の変位が検知される。
【００２０】
同ラジアル位置ターゲット１９はアキシャル変位センサ１４の検知面にも対向しているため、ラジアル位置ターゲット１９はアキシャル位置ターゲット２０を兼ねている。アキシャル変位センサ１４はラジアル位置ターゲット１９即ちアキシャル位置ターゲット２０の変位を検知しており、その変位より一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸の伸びを検出することができる。
【００２１】
略円盤状のフロントハウジング３中央部には貫通孔２１が設けられており、同貫通孔２１を介して主軸１５のフロントハウジング３側の端部がハウジング１の外部に突出している。更にフロントハウジング３側の端部の先端部には工具２２が着脱自在に取り付けられる。
【００２２】
この工作機械の運転中において、ステータ３０に通電されることによりロータ１６が回転するとともに、主軸１５および工具２２が回転する。主軸１５は上述のようにアキシャル磁気軸受部６が、アキシャル磁気ディスク１７をアキシャル方向のそれぞれ逆向きに引き付けることによりアキシャル方向に非接触支承される。また、ラジアル磁気軸受部９がラジアル軸受ターゲット１８をラジアル方向に引き付けることにより、ラジアル方向に非接触支承される。
【００２３】
主軸１５がラジアル方向に変位すると、当該変位はラジアル変位センサ１３により検知され、図示しないラジアル磁気制御部によりラジアル磁気軸受部９ヘの供給電力を変化させることにより、一定位置に制御される。
【００２４】
一方主軸１５がアキシャル方向に変位すると、当該変位はアキシャル変位センサ１４により検知され、アキシャル位置制御回路６０によりによりラジアル磁気軸受部９ヘの供給電力を変化させることにより、一定位置に制御される。
【００２５】
次に、アキシャル位置制御回路６０について図２を用いて説明する。
アキシャル変位センサ１４により検知された一対のアキシャル位置ターゲット２０の変位に基づいて、第１の主軸伸び演算部６４がＣＰＵ６３により、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びを演算する。この一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びと、不揮発性メモリであるＲＯＭ６１に記憶されたテーブルとに基づいて、第２の主軸伸び演算部６５がＣＰＵ６３により、アキシャル位置ターゲット２０の一方であって工具２２側に設けられたアキシャル位置ターゲット（以下単に工具側アキシャル位置ターゲットとする）と工具２２との間の主軸１５の伸びを演算する。演算された工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びのデータは、作業用メモリであるＲＡＭ６２に一時記憶された後、アキシャル位置制御部６６に送信される。アキシャル位置制御部６６が、かかるデータに基づき、アキシャル磁気軸受部６が主軸を支承するアキシャル方向の位置を制御する。
【００２６】
次に、アキシャル方向の位置制御の具体的方法につき、図３を用いて説明する。
【００２７】
一対のアキシャル変位センサ１４はアキシャル位置ターゲット２０が各々のアキシャル変位センサ１４に及ぼすリアクタンス変化から、アキシャル位置ターゲット２０の変位を測定する（ステップ１）。アキシャル位置ターゲット２０の変位のデータは第１の主軸伸び演算部６４に送信され、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びが演算される（ステップ２）。第１の主軸伸び演算部６４により演算された一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びは第２の主軸伸び演算部６５に送信され、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びが演算される（ステップ３）。ここで、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びと、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びとの関係は、実験的に求められる。かかる実験結果をテーブル化したデータがＲＯＭ６１に保存されている。第２の主軸伸び演算部６５が、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びと、ＲＯＭ６１に保存されているテーブル化したデータとをＣＰＵ６３を用いて比較演算することにより工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びが求められる。
【００２８】
第２の主軸伸び演算部６５により演算された、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びは、アキシャル位置制御部６６に送信される。アキシャル位置制御部６６は、工具２２の位置が一定となるためのアキシャル位置を算出し（ステップ４）、アキシャル磁気軸受部６に供給する電力を変化させることにより、主軸１５のアキシャル位置を制御する（ステップ５）。その結果主軸のアキシャル位置が補正される（ステップ６）。
【００２９】
かかる制御に用いるアキシャル位置制御回路６０は、マイクロコンピュータで構成されている。従って、アキシャル磁気軸受部６を有する磁気軸受装置において従来使用されているアキシャル位置制御部６６を構成するマイクロコンピュータに、第１の主軸伸び演算部６４および第２の主軸伸び演算部６５の機能と実験データテーブルを追加するのみで、上述の制御が可能となる。
【００３０】
また、一対のアキシャル変位センサ１４によるアキシャル位置ターゲット２０の変位の測定およびアキシャル位置制御部６６による主軸１５のアキシャル位置の制御はこの工作機械運転中において、所定の時間ごとに複数回行なわれる。
【００３１】
上記実施形態の工作機械に用いられている磁気軸受装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００３２】
（１）上記実施形態において、第１の主軸伸び演算部は一対のアキシャル変位センサ１４により検出されたアキシャル位置ターゲット２０の各々の変位に基づいて、前記一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びを演算する。ここで、一対のアキシャル位置ターゲット２０はハウジング１内部であってアキシャル方向の主軸１５の両端部近傍に設けられているため、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の距離は主軸１５の径より大きい。したがって、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の膨張による伸びも主軸１５の径の膨張による伸びより大きくなり、従来の主軸１５の径の伸びを計測する方法よりも容易に精度よく主軸１５の伸びを演算できる。
【００３３】
（２）上記実施形態において使用する一対のアキシャル変位センサ１４は、アキシャル磁気軸受部６を有する軸受装置において、主軸のアキシャル位置制御のために従来から使用されているものであり、新たに追加したものではない。従って本実形態を実現するために特段にセンサを追加する必要はなく、センサ追加によるコストアップを招かない。
【００３４】
（３）またアキシャル位置制御部６６は、第２の主軸伸び演算部６５により演算された一対のアキシャル位置ターゲット２０の一方であって工具側に設けられたアキシャル位置ターゲット２０と工具２２との間の主軸１５の伸びに基づいて、工具２２のアキシャル位置が一定となるように、主軸１５のアキシャル位置を制御する。従って、上記従来のアキシャル位置制御において考慮されていなかった、工具側に設けられたアキシャル位置ターゲット２０と工具２２との間の主軸１５の伸びに基づき、工具のアキシャル位置が一定となるように制御されるため、従来に比して正確に工具のアキシャル位置を固定できる。
【００３５】
（４）上記実施形態において使用するアキシャル位置制御回路６０は、アキシャル磁気軸受部６を有する磁気軸受装置においてアキシャル位置制御部６６を構成するために従来使用されているマイクロコンピュータに、機能を追加したものである。従って、上述の制御のためのコストアップは抑制されている。
【００３６】
（５）上記実施形態において、アキシャル位置制御部は、主軸のアキシャル位置の制御をあらかじめ設定された所定の時間ごとに複数回行なわれる。従って、主軸の伸びが変化した場合においても、工具のアキシャル位置が一定となるように主軸のアキシャル位置が制御される。
【００３７】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３８】
・上記実施形態においては所定の時間ごとに複数回、アキシャル位置ターゲット２０の変位の測定および主軸１５のアキシャル位置の制御を行なっているが、必ずしも所定の同じ時間ごとに行なわなくとも良い。あらかじめ設定された時間において複数回アキシャル位置ターゲット２０の変位の測定および主軸１５のアキシャル位置の制御を行なえばよいのであり、例えば、運転初期においては短い時間間隔で行い、運転状態が安定したら時間間隔を伸ばしてもよい。これによって、主軸１５の温度変化が大きいため工具２２のアキシャル位置が変化しやすい運転初期において、より細かく主軸１５のアキシャル位置を制御できる。
【００３９】
・上記実施形態においては、ＲＯＭ６１が実験データをテーブル化したデータを備えている。しかし、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びと、工具側アキシャル位置ターゲット２０と工具２２との間の主軸１５の伸びとの関係を与えるデータであれば、テーブル以外のデータを備えていても良い。例えば、両者の関係が関係式で示されるものであれば、同関係式のデータを備えても良い。この場合、テーブルのデータを記憶するのに比べ、データ記憶のためのメモリ量が節約できる。また、更に別の方法として、両者の関係を示すグラフのデータを備えてもよい。この場合、テーブルに比べ連続的な関係が得られるため、より精密に主軸１５のアキシャル位置を制御できる。
【００４０】
・上記実施形態においては、アキシャル磁気軸受部６は一対のアキシャル磁気ディスク１７を使用しているが、一枚のアキシャル磁気ディスク１７を一対の電磁石５で引き合う構造のアキシャル磁気軸受部６を有していても良い。この場合、アキシャル方向の短縮化が可能である。
【００４１】
・上記実施形態において、アキシャル位置制御回路６０はマイクロコンピュータによって構成されているが、同様の機能を確保できる他の部材で構成されていてもよい。例えば、ＤＳＰ（digital signal processor）で構成すれば、汎用性は減ずるものの、簡単な構成で高速処理が可能となる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る磁気軸受装置を具体化した第２の実施形態を図４および図５を用いて説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の制御方法を変更したのみの構成である。従って機器構成としては第１の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
【００４３】
まず、アキシャル位置制御回路６０について図４を用いて説明する。
アキシャル変位センサ１４により検知された一対のアキシャル位置ターゲット２０の変位に基づいて、第１の主軸伸び演算部６４がＣＰＵ６３により、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びを演算する。この一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びにおよび不揮発性メモリであるＲＯＭ６１に記憶された演算式に基づいて、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度を第１の主軸温度演算部５１が演算する。一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度とＲＯＭ６１に記憶されたテーブルに基づいて、第２の主軸温度演算部５２が、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度を演算する。この工具側アキシャル位置タ
ーゲットと工具２２との間の主軸１５の温度とＲＯＭ６１に記憶された演算式に基づいて、第２の主軸伸び演算部６５がＣＰＵ６３により、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びを演算する。演算された工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びは作業用メモリであるＲＡＭ６２にデータとして一時記憶された後、同データはアキシャル位置制御部６６に送信される。アキシャル位置制御部６６が、かかるデータに基づき、アキシャル磁気軸受部６が主軸を支承するアキシャル方向の位置を制御する。
【００４４】
次に、アキシャル方向の位置制御の具体的方法につき、図５を用いて説明する。
【００４５】
一対のアキシャル変位センサ１４はアキシャル位置ターゲット２０が各々のアキシャル変位センサ１４に及ぼすリアクタンス変化から、アキシャル位置ターゲット２０の変位を測定する（ステップ１１）。アキシャル位置ターゲット２０の変位のデータは第１の主軸伸び演算部６４に送信され、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びが演算される（ステップ１２）。第１の主軸伸び演算部６４により演算された一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びは第１の主軸温度演算部５１に送信され、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度が演算される（ステップ１３）。ここで、第１の主軸伸び演算部６４により演算された一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の伸びと、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度との関係は下記の熱膨張係数の式で示される。
Ｌ１＝α・L０・（T１−T０）・・・（１）
（Ｌ１はアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の長さ、αは熱膨張係数、L０は初期状態あるいは標準状態におけるアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の長さ、T１はアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度、T０はアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の初期状態あるいは標準状態の温度）
なお、主軸１５が炭素鋼である場合αは１０．８×１０−６［／K］である。
第１の主軸温度演算部５１は第１の主軸伸び演算部６４により演算されたＬ１および標準状態の長さL０、標準状態のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度T０を式（１）に代入することにより、アキシャル位置ターゲット２０の変位測定時の主軸の温度T１をＣＰＵ６３を用いて演算する。
【００４６】
アキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度は、第２の主軸温度演算部５２に送信され、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度が演算される（ステップ１４）。ここで、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度と、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度との関係は、実験的に求められる。かかる実験結果をテーブル化したデータがＲＯＭ６１に保存されている。第２の主軸伸び演算部５２が、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度と、ＲＯＭ６１に保存されているテーブル化したデータとを比較することにより、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度がＣＰＵ６３により演算される。
【００４７】
演算された工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度は第２の主軸伸び演算部６５に送信され、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びが演算される（ステップ１５）。ここで、第２の主軸温度演算部５２により演算された工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度と、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びとの関係は下記の熱膨張係数の式で示される’。
Ｌ2＝α・L０’・（T２−T０）・・・（２）
（Ｌ2は工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の長さ、αは熱膨張係数、L０’は初期状態あるいは標準状態における工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の長さ、T２は工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度、T０は工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の初期状態あるいは標準状態の温度）
なお、主軸１５が炭素鋼である場合αは１０．８×１０−６［／K］である。
第２の主軸伸び演算部６５は第２の主軸温度演算部５２により演算された主軸の温度T２、標準状態の工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の温度T０および標準状態の長さL０’を式（２）に代入することにより、アキシャル位置ターゲット２０の変位測定時のＬ2をＣＰＵ６３を用いて演算する。
【００４８】
第２の主軸伸び演算部６５により演算された、工具側アキシャル位置ターゲットと工具２２との間の主軸１５の伸びは、アキシャル位置制御部６６に送信される。アキシャル位置制御部６６は、工具２２の位置が一定となるためのアキシャル位置を算出し（ステップ１６）、アキシャル磁気軸受部６に供給する電力を変化させることにより、主軸１５のアキシャル位置を制御する（ステップ１７）。その結果主軸のアキシャル位置が補正される（ステップ１８）。
【００４９】
また、第１の主軸伸び演算部６４、第２の主軸伸び演算部６５、アキシャル位置制御部６６、第１の主軸温度演算部５１、第２の主軸温度演算部５２は実際にはマイクロコンピュータで構成されている。同マイクロコンピュータは、アキシャル磁気軸受部６を有する磁気軸受装置において従来使用されているアキシャル位置制御部６６を構成するマイクロコンピュータに、第１の主軸伸び演算部６４、第２の主軸伸び演算部６５、第１の主軸温度演算部５１、第２の主軸温度演算部５２の機能を追加したものである。
【００５０】
かかる一対のアキシャル変位センサ１４によるアキシャル位置ターゲット２０の変位の測定およびアキシャル位置制御部６６による主軸１５のアキシャル位置の制御はこの工作機械運転中において、所定の時間ごとに複数回行なわれる。
【００５１】
従って、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
【００５２】
（１）第２の実施形態では、第１の主軸温度演算部５１および第２の主軸温度演算部５２において主軸１５の温度を演算する。従って、報知手段を付加すれば、主軸の温度上昇の程度や過度な温度上昇が生じていることを使用者に報知できる。
【００５３】
なお、上記第２の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００５４】
・上記実施形態においては所定の時間ごとに複数回、アキシャル位置ターゲット２０の変位の測定および主軸１５のアキシャル位置の制御を行なっているが、必ずしも所定の同じ時間ごとに行なわなくとも良い。あらかじめ設定された時間において複数回アキシャル位置ターゲット２０の変位の測定および主軸１５のアキシャル位置の制御を行なえばよいのであり、例えば、運転初期においては短い時間間隔で行い、運転状態が安定したら時間間隔を伸ばしてもよい。これによって、主軸１５の温度変化が大きいため工具２２のアキシャル位置が変化しやすい運転初期において、より細かく主軸１５のアキシャル位置を制御できる。
【００５５】
・上記実施形態においては、ＲＯＭ６１が実験データをテーブル化したデータを備えている。しかし、一対のアキシャル位置ターゲット２０間の主軸１５の温度と、一対のアキシャル位置ターゲット２０の一方であって工具２２側に設けられたアキシャル位置ターゲット２０と工具２２との間の主軸１５の温度との関係を示すものであれば、テーブル以外のデータを備えていても良い。例えば、両者の関係が関係式で示されるものであれば、同関係式を備えても良い。この場合、テーブルを記憶するのに比べ、データ記憶のためのメモリ量が節約できる。また、更に別の方法として、両者の関係を示すグラフを備えてもよい。この場合、テーブルに比べ連続的な関係が得られるため、より精密に主軸１５のアキシャル位置を制御できる。
【００５６】
・上記実施形態においては、第１の主軸伸び演算部６４からアキシャル位置制御部６６までをマイクロコンピュータによって構成しているが、同様の機能を確保できる他の部材で構成してもよい。例えば、ＤＳＰ（digital signal processor）で構成すれば、汎用性は減ずるものの、簡単な構成で高速処理が可能となる。
【００５７】
・上記実施形態においては特に設けていないが、第１の主軸温度演算部５１または第２の主軸温度演算部５２によって演算された主軸の温度が過度に上昇している場合に、運転者に過度の温度上昇が生じていることを知らせる報知手段を備えても良い。かかる報知手段としては赤色ランプ、液晶表示、ブザーなどが上げられる。報知手段を備えることにより、運転者に主軸１５の加熱による故障等の危険を知らせることができる。
【００５８】
・また、主軸の温度が過度に上昇している場合に、自動的にモータの回転数を減少させるあるいは停止させる手段を更に備えても良い。かかる手段を備えることにより、軸受装置や工作機械の故障を回避できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、熱による主軸の膨張による位置ずれを抑制する磁気軸受装置に関するものであり、特に工作結果をフィードバック制御しない工作機械に広く用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の磁気軸受装置を具現化した第１の実施形態にかかる磁気軸受装置を備える工作機械の断面図であって、中心軸を含む平面による断面図である。
【図２】第１の実施形態にかかる磁気軸受装置のアキシャル位置制御回路のブロック図である。
【図３】第１の実施形態にかかる磁気軸受装置のアキシャル位置制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態にかかる磁気軸受装置の磁気軸受装置の制御回路部分のブロック図である。
【図５】第２の実施形態にかかる磁気軸受装置のアキシャル位置制御回路の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・ハウジング、２・・・モータハウジング、３・・・フロントハウジング、４・・・突出部、５・・・電磁石、６・・・アキシャル磁気軸受部、７・・・突出部、８・・・電磁石、９・・・ラジアル磁気軸受部、１０・・・中心軸、１１・・・突出部、１２・・・突出部、１３・・・ラジアル変位センサ、１４・・・アキシャル変位センサ、１５・・・主軸、１６・・・ロータ、１７・・・アキシャル磁気ディスク、１８・・・ラジアル軸受ターゲット、１９・・・ラジアル位置ターゲット、２０・・・アキシャル位置ターゲット、２１・・・貫通孔、２２・・・工具、３０・・・ステータ、５１・・・第１の主軸温度演算部、５２・・・第２の主軸温度演算部、６０・・・アキシャル位置制御回路、６１・・・ＲＯＭ、６２・・・ＲＡＭ、６３・・・ＣＰＵ、６４・・・第１の主軸伸び演算部、６５・・・第２の主軸伸び演算部、６６・・・アキシャル位置制御部。
【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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