(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を回転させるスピンドル装置と、ワークを保持するワーク保持手段と、これらスピンドル装置の工具とワーク保持手段に保持されたワークとを相対的に移動させる送り手段とを備えた加工機械であって、前記スピンドル装置は、工具を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが、互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、かつ前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたものとし、前記スピンドルは、ラジアル軸受とアキシャル軸受とを介してスピンドル装置本体に設置し、前記ラジアル軸受を前記静圧磁気複合軸受とし、このラジアル軸受となる静圧磁気複合軸受は、磁気軸受のステータが、コアとコイルとコア覆い材とでリング状に形成されて、前記コアにおける放射状に並んだヨーク部に、このヨーク部の内径側の先端面に開口して静圧気体軸受の絞りが設けられ、前記コア覆い材とヨーク部の先端面とで円筒面状の内径面が構成されたものである加工機械。
【請求項２】
前記スピンドルの変位を求める変位測定手段として、前記静圧気体軸受の軸受面の圧力を測定する圧力センサを設け、この圧力センサの測定値から前記スピンドルの変位を求めて前記磁気軸受の磁力制御を行う磁気軸受制御手段を設けた請求項１に記載の加工機械。
【請求項３】
前記スピンドルの変位を測定する変位測定手段を設け、この変位測定手段の測定値に前記磁気軸受をフィードバック制御する磁気軸受制御手段を設け、この磁気軸受制御手段は、積分動作または比例積分動作のみで制御するものであって、所定以上の高周波に対して制御を行わないものとした請求項１または請求項２に記載の加工機械。
【請求項４】
前記スピンドルの先端に設けられた工具が砥石であり、前記ワーク保持手段が、ワークを回転させる機能を有するものであり、円筒研削を行う研削盤となる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加工機械。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の加工機械に用いられるスピンドル装置であって、工具を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたスピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、研削盤等の高速の機械加工を行う加工機械に関し、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を用いたことを特徴とする。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来より、円筒研削盤などの加工機械において、スピンドルを電磁石の磁力により支持する磁気軸受スピンドル装置を備えたものが提案されている。磁気軸受は、大きな軸受ギャップを持つため回転によるトルクロスが極めて小さく、また積分制御により大きな静剛性を付与できる特徴がある。
しかし、磁気軸受スピンドル装置は、制御の難しさ等から、動剛性および高回転精度において、いま一つ満足できる性能を得ることが難しい。また、磁気軸受スピンドル装置は、加工中にスピンドルの曲げ固有振動数の影響を受け易く、そのため非常に複雑な制御系を構成する必要がある。
【０００３】
一方、非接触の軸受として、磁気軸受のほかに静圧気体軸受がある。静圧気体軸受は、回転精度が極めて高く優れた動的安定性を持っているが、圧縮性を有するために、静剛性および負荷容量が小さく、加工機械用としては、ほとんど適用例がない。
【０００４】
そこで、最近、高速加工機械のスピンドル装置として、静圧気体軸受と磁気軸受とを併用したものが提案され、実用化が検討されている。
しかし、この提案例のものは、独立した磁気軸受と静圧気体軸受とを軸方向に並べて配置しているため、スピンドルが長くなり、曲げ固有振動数が低くなるという問題点がある。また、磁気軸受を単独で適用するスピンドル装置の場合と全く同じ構成の制御系の構成を採用しているために、静圧気体軸受の動的安定性を損ね、むしろ外乱発生源として作用するという問題点もある。
また、このスピンドル装置で高回転精度を得るためには、磁気軸受用変位センサが高精度であることが要求されるが、通常、磁気軸受に使用される変位センサは渦電流センサなどの磁気センサが用いられ、分解能は１μｍ程度である。一方、高精度変位センサとしては静電容量型変位センサがあるが、高価で利用は難しい。
したがって、静圧気体軸受，磁気軸受の特長を生かしつつ、欠点を補い合うという目的は十分に達成されていないのが現状である。
【０００５】
この発明の目的は、スピンドルの支持につき、優れた動剛性および静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、高速の加工を精度良く行える加工機械を提供することである。
この発明の他の目的は、スピンドルを長くすることなく静圧気体軸受と磁気軸受とによる支持を可能とし、スピンドルのより一層の高速回転を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、高精度な変位検出を可能にすると共に、静圧気体軸受と磁気軸受の相互干渉の防止を容易とすることである。
この発明のさらに他の目的は、制御系の工夫により、静圧気体軸受の優れた動的安定性を損ねることなく、磁気軸受の特長である静剛性の向上を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、加工機械に用いられるスピンドル装置において、スピンドルの支持につき、優れた動剛性および静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、高速の加工を精度良く行えるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の加工機械は、工具を回転させるスピンドル装置と、ワークを保持するワーク保持手段と、これらスピンドル装置の工具とワーク保持手段に保持されたワークとを相対的に移動させる送り手段とを備えた加工機械であって、前記スピンドル装置を次の構成としたものである。すなわち、このスピンドル装置は、工具を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが、互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたものとする。
この構成によると、ワーク保持手段に保持されたワークが、スピンドル装置のスピンドル先端に設けられた工具により加工され、前記送り手段により、ワークと工具の間の切り込みや送り等の相対移動が行われる。この場合に、スピンドルを支持する軸受として、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を用いたため、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度と磁気軸受の優れた静剛性という両者の特長を生かした支持が行える。このため、工具を低速回転させる場合や、高速回転させる場合も、精度良く加工することができる。また、静圧気体軸受と磁気軸受とは、互いに複合化されて静圧磁気複合軸受とされているため、独立した静圧気体軸受と磁気軸受とを単に並べて配置する場合に比べて、構成がコンパクトになる。
【０００７】
この発明の加工機械において、前記スピンドルは、ラジアル軸受とアキシャル軸受とを介してスピンドル装置本体に設置し、前記ラジアル軸受を前記静圧磁気複合軸受とする。  このように、スピンドルを支持するラジアル軸受を静圧磁気複合軸受とすることにより、静圧による支持と磁気による支持とに、スピンドルに別の長さ部分を必要とせず、スピンドル長さを短くできる。これにより、曲げ固有振動数が高められ、より高速回転が可能となる。また、軸方向に対する磁気軸受の支持中心点と静圧気体軸受の支持中心点とを略一致させることができ、両軸受の制御が容易になる。
【０００８】
前記ラジアル軸受となる静圧磁気複合軸受は、磁気軸受のステータに静圧気体軸受の絞りを設けたものとする。具体的には、このラジアル軸受となる静圧磁気複合軸受は、磁気軸受のステータが、コアとコイルとコア覆い材とでリング状に形成されて、前記コアにおける放射状に並んだヨーク部に、このヨーク部の内径側の先端面に開口して静圧気体軸受の絞りが設けられ、前記コア覆い材とヨーク部の先端面とで円筒面状の内径面が構成されたものとする。このように、磁気軸受のステータに静圧気体軸受の絞りを設けることにより、部品点数が削減されると共に、前記のスピンドル長の短縮、および静圧気体軸受および磁気軸受の支持中心点の一致化が容易に実現できる。
【０００９】
この発明の加工機械において、前記スピンドルの変位を求める変位測定手段として、前記静圧気体軸受の軸受面の圧力を測定する圧力センサを設け、この圧力センサの測定値から前記スピンドルの変位を求めて前記磁気軸受の磁力制御を行う磁気軸受制御手段を設けても良い。
このように静圧気体軸受面の圧力を測定し、これをスピンドル変位に換算して磁気軸受の制御に利用することにより、他の方式のセンサで問題となるスピンドルセンサターゲット面の磁気特性むらによるセンサの誤動作がなく、高精度なセンシングが可能となる。例えば、分解能がサブミクロン以下の高精度な変位検出が可能になると同時に、センサに小型のものが使用できて、センサを軸受内部に収納することができ、コンパクトな軸受構成が可能となる。また、静圧気体軸受の圧力をスピンドル変位に換算することで、静圧気体軸受の軸受中心を磁気軸受中心に設定できることから、両軸受の相互干渉を防ぐことが容易となる。したがって一層の加工精度の向上が図れる。
【００１０】
この発明の加工機械において、スピンドルの変位を測定する変位測定手段を設け、この変位測定手段の測定値に前記磁気軸受をフィードバック制御する磁気軸受制御手段を設け、この磁気軸受制御手段は、積分動作または比例積分動作のみで制御するものであって、所定以上の高周波に対して制御を行わないものとしても良い。
このように、積分動作または比例積分動作のみを行い、所定以上の高周波に対して制御を行わないものとすることで、静圧気体軸受の優れた動的安定性を損ねることなく、磁気軸受は低周波数域のみの軸受作用力に限定でき、特長である静剛性の向上が可能となる。すなわち、動剛性（高周波領域）を静圧気体軸受で、静剛性（低周波領域）を磁気軸受でそれぞれ分担して受け持つことになり、両軸受の特長が共に生かされ、かつ互いに干渉するのを回避できる。
【００１１】
この発明の加工機械は、スピンドルの先端に設けられた工具が砥石であり、前記ワーク保持手段が、ワークを回転させる機能を有するものであり、円筒研削を行う研削盤となるものであっても良い。
研削盤は、ワークの加工精度が高度に要求され、また工具である砥石を高速で回転させることが必要な加工機械であり、このような研削盤に、スピンドルの静圧磁気複合軸受による支持を適用することで、この静圧磁気複合軸受による高精度な支持が効果的に発揮され、高精度の加工が行える。また、静圧磁気複合軸受を用いるため、独立した静圧気体軸受と磁気軸受とを併用する場合に比べて軸受部がコンパクト化され、これに伴いスピンドル装置が軽量化されるため、スピンドル装置の移動が高速に行える。このため、多量のワークを高速に加工する場合に、ワーク交換に伴う無駄時間が短縮でき、量産性の向上が図れる。
【００１２】
この発明のスピンドル装置は、この発明の上記いずれかの構成の加工機械に備えられるスピンドル装置であって、工具を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この加工機械は、ワークＷの内面を研削する研削盤であって、工具Ｔを回転させるスピンドル装置１と、ワークＷを保持するワーク保持手段２と、これらスピンドル装置１の工具Ｔとワーク保持手段２に保持されたワークＷとを相対的に移動させる送り手段３とを備える。ワークＷは、リング状のものであり、例えば、転がり軸受や滑り軸受における軌道輪となるものである。
【００１４】
スピンドル装置１は、砥石からなる工具Ｔの取付けられたスピンドル４を回転自在に支持すると共に内蔵のモータで回転駆動するものであり、砥石台である工具台５上に固定設置されている。工具台５は、基台６上に案内手段７を介して、スピンドル４の軸方向（Ｚ軸方向）に進退自在に設置され、進退駆動手段８により進退駆動される。案内手段７は、滑り案内等で接触支持を行うものであっても、また磁力または静圧により非接触で支持する直動軸受であっても良い。進退駆動手段８は、ボールねじを介してモータにより送りを与える接触型の送り手段であっても、また磁力等により工具台５に非接触で送りを与えるものであっても良い。
【００１５】
ワーク保持手段２は、ワークＷを把持するチャック９を移動台１０に回転自在に設置したものであり、チャック９は、移動台１０に設置されたモータ１１によりベルト等の伝達機構１２を介して回転駆動される。チャック９の回転中心は、スピンドル４と平行とされる。移動台１０は、基台６上に案内手段１２を介して、工具台進退方向（Ｚ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置され、進退駆動手段１３により進退駆動される。案内手段１２は、基台６に設けられた滑り案内のレール等からなり、進退駆動手段１３はモータおよびボールねじ等からなる。
この移動台１０の移動により、ワークＷに対する工具Ｔの切り込み方向の相対移動が行われ、工具台５の移動によりワークＷに対する工具Ｔの送り方向の移動が行われる。これら工具台５の案内手段７および進退駆動手段８と、移動台１０の案内手段１２および進退駆動手段１３とにより、前記の送り手段３が構成される。
【００１６】
スピンドル装置１は、ビルトインモータ形式のスピンドル装置であって、図２に示すように、スピンドル装置本体となる円筒状のハウジング２２内に、回転駆動源となるモータ２５を設け、モータ２５の前後に配置された一対のラジアル型の軸受２３，２３と、後端のアキシャル型の軸受３０とを介してスピンドル４を回転自在に支持したものである。これらラジアル軸受２３およびアキシャル軸受３０は、いずれも静圧磁気複合軸受とされている。モータ２５は、スピンドル４に一体に設けられたモータ部ロータ２６と、ハウジング２２に設置されたステータ２７とで構成される。
ハウジング２２の前後端にはフランジ２２ａ，２２ｂが形成され、これらフランジ２２ａ，２２ｂの内周面は潤滑性に優れた材料からなる保護用滑り軸受面とされている。これにより、静圧磁気複合軸受２３に異常が生じてスピンドル４がタッチダウンした場合でも、スピンドル４の焼付きが防止される。
【００１７】
ラジアル型の各静圧磁気複合軸受２３，２３は、次のように磁気軸受２８と静圧気体軸受２９とを、構成部品に兼用部分が生じるように一体化させたものである。静圧気体軸受２９には静圧空気軸受が用いられている。磁気軸受２８は、スピンドル４の外周に設けられた磁性体の軸受ロータ３１と、ハウジング２２に設置された軸受ステータ３２とで構成される。軸受ロータ３１は、スピンドル４自体の一部であっても良い。軸受ステータ３２は、コア３３とコイル３４とコア覆い材３８とでリング状に形成されている。
コア３３は、図３に示すようにリング状部分から複数のヨーク部３３ａを内径側へ互いに放射状に突出させたものであり、各ヨーク部３３ａに前記コイル３４が巻かれている。隣合うヨーク部３３ａ，３３ａ間の隙間は、樹脂モールド、または非磁性金属材料もしくはセラミックス材料からなる溶射による充填、または非磁性金属材料もしくはセラックス材料からなる隔壁、などからなるコア覆い材３８によって充填される。コア覆い材１８の内径面は、ヨーク部１３ａの先端面と共に同一円筒面に仕上げ加工されている。これらコア覆い材１８とヨーク部３３ａとで軸受ステータ３２の円筒面状の内径面を構成している。
【００１８】
軸受ステータコア３３のリング状部の内部には、全周にわたる給気通路３６が形成され、この給気通路３６から各々分岐して、軸受隙間に給気する絞り３５が各ヨーク部３３ａの電磁力発生面である先端内径面に開口して設けられている。給気通路３６は、周方向の１か所または複数箇所に設けた給気口３７から、圧力流体である圧縮空気の供給源（図示せず）に配管等で接続されており、供給された圧縮空気は、軸受ステータ３２の内径面とスピンドル４との間に形成される軸受隙間ｄに噴出される。
これら絞り３５と、軸受隙間形成部材を兼用する軸受ステータコア３３およびコア覆い材３８とで、ラジアル静圧気体軸受２９が構成される。また、軸受ステータコア３３は、絞り３５および給気通路３６の形成部材を兼用する。
絞り３５は、オリフィス絞りや、その他の各種の形式の絞りが採用できるが、この例では自成絞りとしてあり、コア３３に設けられた給気孔３５ａと軸受隙間ｄとで構成される。給気孔３５ａは、内径が段付きに形成されて、コア３３の内面からなる静圧気体軸受面に開口する部分が微細孔となっている。絞り３５はスピンドル４の円周方向の少なくとも３か所に配置することが好ましい。なお絞り３５の給気孔３５ａは、コア３３を避けてコア覆い材３８等に形成しても良い。
【００１９】
このラジアル型の静圧磁気複合軸受２３は、このように静圧気体軸受２９と磁気軸受２８とを組み合わせたものであるため、静圧気体軸受２９の優れた動剛性および回転精度と磁気軸受２８の優れた静剛性という両者の特長を生かした軸受とできる。
しかも、静圧気体軸受２９と磁気軸受２８とは、構成部品が兼用されているため、独立した静圧気体軸受と磁気軸受とを軸方向に並べて配置する場合に比べて、構成がコンパクトになり、スピンドル４の長さを短縮できる。これにより、曲げ固有振動数が高められ、より高速回転が可能となる。特に、この実施形態では、磁気軸受２８の軸受ステータコア３３およびコア覆い材３８が静圧気体軸受２９の軸受隙間形成部材を兼用し、かつ前記軸受ステータコア３３が絞り３５および給気通路３６の形成部材を兼用するため、構成部品が高度に兼用化され、構成のコンパクト化の効果が高い。
【００２０】
前記静圧磁気複合軸受２３の制御系を説明する。図３に示すように、軸受ステータ３２には、コア覆い材３８を半径方向に貫通して軸受隙間ｄに開口する圧力検出用通気孔４６が、絞り３５の近くの周方向４か所に等間隔に設けられ、これに連通するセンサ装着孔４５に圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄが設けられている。これら圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄは、互いに直径方向に対向する２つのセンサが１組となって、スピンドル４のラジアル変位を検出する差圧式のエアマイクロセンサとされている。すなわち、互いに直径方向に対向する圧力センサ４７Ａ，４７Ｂが１つの組を、圧力センサ４７Ｃ，４７Ｄが他の１つの組をなし、一方の圧力センサ４７Ａ，４７Ｂの組の間では、対応する通気孔４６が開口する静圧気体軸受面での圧力差を測定し、これをスピンドル４のＹ軸方向の変位に換算する。また、他方の圧力センサ４７Ｃ，４７Ｄの組の間でも、対応する通気孔４６が開口する静圧気体軸受面での圧力差を測定し、これをスピンドル４のＸ軸方向の変位に換算する。
【００２１】
コントローラ４８ａおよびアンプ４９などで構成される磁気軸受制御手段４８は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向のフィードバック制御系を有しており、Ｙ軸方向のフィードバック制御系では、上記圧力センサ４７Ａ，４７Ｂにより検出されるスピンドル４のＹ軸方向への変位に基づき、磁気軸受２８のＹ軸方向のフィードバック制御が行われる。すなわち、スピンドル４の変位に応じて、アンプ４９を経て圧力センサ４７Ａ，４７Ｂに対応する位置のコイル３４またはその近隣の幾つかのコイル３４に供給する電流を加減し、スピンドル４がＹ軸方向に偏らないように制御する。すなわち、スピンドル４が目標位置に一致するように制御する。これと同様に、磁気軸受制御手段４８のＸ軸方向のフィードバック制御系は、他の圧力センサ４７Ｃ，４７Ｄの測定値により、所定のコイル３４の電流制御を行う。
このように、磁気軸受２８の変位センサとして、軸受隙間ｄの静圧を検出する圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄを用いたエアマイクロセンサ方式を採用するため、磁気軸受２８の制御系のゼロ点（目標値）と静圧気体軸受２９の支持中心点（圧力平衡点）を容易に一致させることができ、複雑なセンサ調整が不要となる。また、他の方式のセンサで問題となるロータセンサターゲット面の磁気特性むらや真円度誤差は無関係となる。
【００２２】
磁気軸受制御手段４８によるフィードバック制御は、積分動作または比例積分動作のみとされ、高周波における補償は行われない。また、圧力センサ４７Ａ，４７Ｂのドリフト等により磁気軸受制御系のゼロ点と静圧気体軸受２９の支持中心点がずれる場合は、積分制御において僅かな不感帯を設けてもよい。このように不感帯を設けることにより、温度ドリフト等による磁気軸受２８の誤動作を抑制することができる。すなわち、動剛性（高周波領域）を静圧気体軸受２９で、静剛性（低周波領域）を磁気軸受２８でそれぞれ分担して受け持つ役割分担が確実に行えて、両軸受２８，２９の特長が共に生かされ、互いに干渉することを回避できる。また、このように、磁気軸受２８は積分動作または比例積分動作という低周波制御系となるため、比較的応答性の遅い圧力センサ４７Ａ〜４７Ｄを変位センサとして用いることができる。
磁気軸受２８の性能は、磁気軸受制御手段４８の設定によって設定することができるが、一般に磁気軸受の場合、高周波域に有効に減衰力を発生させ、スピンドルを安定して浮上させることが難しいといった問題がある。そこで、この発明では、磁気軸受２８は、その特長である低周波域での軸受剛性を高める役目だけに利用するようにしている。
【００２３】
磁気軸受２８のコイル３４に電流を供給するアンプ２９には、電流−電磁力を線型化させるための線型化回路、例えば電流２乗フィードバック回路を有するものが用いられる。これにより、バイアス電流を流すことなく線形化でき、磁気軸受特有の負の剛性も発生しない。すなわち、磁気軸受２８で負の剛性が発生するのを回避でき、その負の剛性により静圧気体軸受２９の安定性が損なわれるのを防止できる。また、スピンドル４が回転したときにそのバイアス電流によって発生するスピンドル４内の鉄損を無くすことができ、高速回転が可能となる。
磁気軸受制御手段４８には、スピンドル４の回転数に同期したバンドエリミネートフィルタ５２を挿入しても良い。これにより、スピンドル４の回転時のロータアンバランスによる振れに対して、磁気軸受２８の電磁石からの電磁力は作用しなくなる。前述したように、磁気軸受制御手段４８を積分動作で構成した場合には高周波域での磁気軸受２８の作用力はスピンドル４に対して、不安定力として働く。スピンドル４の回転時にはスピンドル４の振れは回転同期成分が主成分となる。これを選択的に除去することで、スピンドル４を安定して回転させることが可能となる。
また、磁気軸受制御手段４８は、低速回転時に磁気軸受２８の制御ゲインを下げておき、スピンドル４が所定の回転数以上となったときに、前記制御ゲインを所定の値に変化させるようにすることが好ましい。このように、ゲインを下げた状態で磁気軸受２８を作動させるようにすることにより、磁気軸受２８を作動した瞬間のスピンドル４への外乱を抑制することができる。
【００２４】
図２におけるアキシャル軸受３０は、図４に示すように磁性体からなるスピンドル４の鍔状のスラスト支持部である軸受ロータ４ａを軸方向両側から２つの静圧磁気複合アキシャル軸受部６２，６３で挟んで構成される。各静圧磁気複合アキシャル軸受６２，６３は、電磁石のコア６４，６５内にコイル６６，６７を収納し、このコア６４，６５内に絞り６８を設けたものであって、スピンドル４の外周にリング状に設けられる。絞り６８は自成絞りであり、コア６４，６５の軸受面に開口する先端が微細孔となった給気孔６８ａと、軸受隙間ｄ１，ｄ２とで構成される。前記のコア６４，６５とコイル６６，６７とで、アキシャル磁気軸受６９の軸受ステータ７２が構成され、コア６４，６５と絞り６８とでアキシャル静圧気体軸受７０が構成される。
【００２５】
コア６４，６５とロータ４ａ間にこの圧力流体を噴出させることにより、コア６４，６５とロータ４ａ間に圧力が発生する。また、自成絞り６８を設けたことによって、コア６４，６５とロータ４ａ間の隙間ｄ１，ｄ２の変動によって、圧力および隙間の間隔が自動的に変化し、自動調芯機能を有する静圧気体軸受を形成できる。これにより、ロータ４ａを安定浮上させることができる。
【００２６】
このアキシャル型の静圧磁気複合軸受３０には、外部にコア６４，６５とロータ４ａ間の距離を測定する変位センサ７１を設け、その変位センサ７１の測定値に応じてコイル６６，６７に流す電流をフィードバック制御する磁気軸受制御手段７３を設ける。磁気軸受制御手段７３は、例えばアンプ７４を介して電流制御する。これにより、静圧気体軸受と磁気軸受とを兼用した軸受構成が可能となる。この磁気軸受制御手段７３は、ラジアル型の静圧磁気複合軸受２３における前記の磁気軸受制御手段２８と同様な機能のものを用いることができる。
【００２７】
なお、変位センサ７１を設ける代わりに、静圧気体軸受面の圧力を測定し、この圧力によって静圧気体軸受７０における軸受隙間ｄ、すなわち電磁石のコア６４，６５とロータ４ａ間の隙間ｄ（ｄ１，ｄ２）の大きさを換算して求めてもよい。この隙間ｄの大きさの検出結果により、磁気軸受制御手段７３でコイル６６，６７の電流を制御する。
また、アキシャル型の静圧磁気複合軸受３０は、軸受ロータ４ａを軸方向両側から２つの静圧磁気複合アキシャル軸受部６２，６３で挟む構成とする代わりに、軸受ロータ４ａの片面側にのみ設け、磁力による吸引力と静圧とをつり合わせて非接触支持するものとしても良い。
【００２８】
なお、この発明の加工機械およびそのスピンドル装置において、必ずしも全ての軸受を静圧磁気複合軸受で構成する必要はない。例えば図２の構成において、アキシャル型の軸受３０を磁気軸受としても良い。また、全てを静圧気体軸受とする場合に比べて、アキシャル方向のみの静剛性を高める必要ある場合は、アキシャル軸受部のみを静圧磁気複合軸受で構成し、ラジアル方向の軸受支持を静圧気体軸受で構成すればよい。また、ラジアル方向のみの静剛性を高める必要のある場合は、スピンドル負荷側の端部に静圧磁気複合ラジアル軸受を配置し、他の軸受支持部を静圧気体軸受で構成してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
この発明の加工機械は、工具を回転させるスピンドル装置と、ワークを保持するワーク保持手段と、これらスピンドル装置の工具とワーク保持手段に保持されたワークとを相対的に移動させる送り手段とを備えた加工機械であって、前記スピンドル装置は、工具を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが、互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたものであるため、スピンドルの支持につき、優れた動剛性および静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、高速の加工を精度良く行えるという効果がある。
前記スピンドルは、ラジアル軸受とアキシャル軸受とを介してスピンドル装置本体に設置し、前記ラジアル軸受を前記静圧磁気複合軸受とするため、スピンドルを長くすることなく静圧気体軸受と磁気軸受とによる支持を可能とし、スピンドルのより一層の高速回転を可能とすることができる。
前記ラジアル軸受となる静圧磁気複合軸受は、磁気軸受のステータに静圧気体軸受の絞りを設けたものとするため、部品点数が削減されると共に、前記のスピンドル長の短縮、および静圧気体軸受および磁気軸受の支持中心点の一致化が容易に実現できる。
前記スピンドルの変位を求める変位測定手段として、前記静圧気体軸受の軸受面の圧力を測定する圧力センサを設け、この圧力センサの測定値から前記スピンドルの変位を求めて前記磁気軸受の磁力制御を行う磁気軸受制御手段を設けた場合は、スピンドルの高精度な変位検出が可能になり、静圧気体軸受と磁気軸受の相互干渉の防止を容易に防止できる。
また、前記スピンドルの変位を測定する変位測定手段を設け、この変位測定手段の測定値に前記磁気軸受をフィードバック制御する磁気軸受制御手段を設け、この磁気軸受制御手段は、積分動作または比例積分動作のみで制御するものであって、所定以上の高周波に対して制御を行わないものとした場合は、静圧気体軸受の優れた動的安定性を損ねることなく、磁気軸受は低周波数域のみの軸受作用力に限定でき、特長である静剛性の向上が可能となる。
この発明の加工機械が円筒研削盤であり、前記スピンドルの先端に設けられた工具が砥石であり、前記ワーク保持手段が、ワークを回転させる機能を有するものである場合は、高度な加工精度を要求される円筒研削盤において、満足する加工精度を得ることができる。
この発明のスピンドル装置は、この発明の加工機械に用いられるものであって、工具を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが、互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルを回転駆動する駆動源を設けたものであるため、スピンドルの支持につき、優れた動剛性および静剛性が得られ、かつ高回転精度が得られ、高速の加工を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる加工機械の斜視図である。
【図２】そのスピンドル装置の縦断面図である。
【図３】同スピンドル装置の横断面図とそのラジアル静圧磁気複合軸受の制御系のブロック図とを組み合わせて示す構成説明図である。
【図４】同スピンドル装置のアキシャル静圧磁気複合軸受の拡大縦断面図とその制御系のブロック図とを組み合わせて示す構成説明図である。
【符号の説明】
１…スピンドル装置                  ３５…絞り
２…ワーク保持手段                  ４７Ａ〜４７Ｄ…圧力センサ
３…送り手段                        ４８…磁気軸受制御手段
４…スピンドル                      ６４，６５…ステータコア
５…工具台                          ６６…コイル
９…チャック                        ６８…絞り
１０…移動台                          ６９…磁気軸受
２２…ハウジング                      ７０…静圧気体軸受
２３…ラジアル型の静圧磁気複合軸受    ７１…変位センサ
２８…ラジアル磁気軸受                ７２…軸受ステータ
２９…ラジアル静圧気体軸受            ７３…磁気軸受制御手段
３０…アキシャル型の静圧磁気複合軸受    ｄ…軸受隙間
３２…軸受ステータ                      Ｔ…工具
３３…ステータコア                      Ｗ…ワーク
３４…コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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