JP2006263824A

JP2006263824A - Spindle device

Info

Publication number: JP2006263824A
Application number: JP2005074828A
Authority: JP
Inventors: Hide Hosoe; 秀細江
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-10-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spindle device suitable for avoiding the influence of thermal deformation to perform high-accuracy machining. SOLUTION: When the temperature of a housing H rises, a first support member HL1 near the tip of a spindle S to which a work and a tool are fitted hardly deforms, and only a second support member HL2 bends. In such a case, the housing H is deformed so that the central part does not bend back upward in the center, but the right end displaces to the right. That is, the fitting surface of the spindle S to which the work or the tool are fitted is not inclined, and the position in the axial direction is not displaced to perform high-accuracy machining by the spindle device SD. Further, even when the housing H is increased in diameter due to thermal deformation, it is vertically increased in diameter around the fixed points P1, P2 so that the horizontal position of a main shaft X is not changed and the positions of the work and the tool fitted to the tip of the spindle S are also unchanged to perform high-accuracy machining. COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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。 The present invention relates to a spindle device, and more particularly to a spindle device suitable for use in a machine tool capable of high-precision machining.

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。 For example, a transfer optical surface of a molding die of an optical component mounted on an optical pickup device or the like requires high-precision processing of a complicated and fine shape corresponding to a diffractive structure in addition to an aspheric shape. . On the other hand, there is also a demand for efficient processing of one molding die.

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。 Here, in order to improve the processing efficiency of the molding die, the rotational speed of the spindle of the spindle device that holds and rotates the mold material (called a workpiece) or a tool during processing can be increased using a powerful motor. What is necessary is just to increase. However, for example, in a built-in motor type spindle device, if the motor is made strong, there is a problem that the temperature of the housing increases via the spindle main shaft and the housing is deformed.

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。
特開２００１−６２６７０号公報 On the other hand, Patent Document 1 discloses a technique in which a cooling passage is provided in a casing and a cooling medium is supplied thereto to suppress twisting of the casing.
JP 2001-62670 A

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。 If the technique of patent document 1 is used, the thermal expansion in the housing of a spindle apparatus can be suppressed to some extent. However, it is difficult to cool the housing to exactly the same temperature as room temperature, and processing must be performed with a certain temperature difference left. However, depending on the support mode of the housing, the position of the spindle head in the rotational axis direction changes due to thermal deformation that occurs in the housing, or the housing bends and the amount of clearance of the hydrostatic bearing that supports the spindle spindle changes in the circumferential direction. , There is a risk of reducing the rotation accuracy.

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。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a spindle apparatus suitable for solving the problem of thermal deformation and performing quick and highly accurate processing.

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。 The spindle device according to claim 1, wherein the first support member and the second support member that support the housing with respect to a floor surface are in an axial direction of the housing. The axial rigidity of the second support member on the side far from the workpiece or tool attachment surface of the main shaft is arranged in the axial direction of the first support member on the side close to the attachment surface. It is characterized by being lower.

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。 The effects of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing a support state of the spindle device according to the comparative example, and FIG. 3 is a view showing a support state of the spindle device according to the present invention. 1 to 4, the deformation is exaggerated from the actual one.

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。 First, in the spindle device SD ′ shown in FIG. 1, the housing H that rotatably supports the main shaft S has a first support member HL1 and a second support member HL2 that are bolted to the surface of the surface plate G that is the floor surface. Is supported by. More specifically, the lowermost end portion of the housing H is supported in a state of being in contact with the upper ends of the first support member HL1 and the second support member HL2 that are arranged apart in the axial direction. The first support member HL1 and the second support member HL2 have the same rigidity.

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。 Here, it is assumed that the temperature of the housing H is increased by rotationally driving the main shaft S. In this case, since the surface plate G remains at room temperature, the distance between the lower ends of the first support member HL1 and the second support member HL2 is not changed, whereas the housing H is increased in length due to thermal expansion. Transforms into However, since the upper ends of the first support member HL1 and the second support member HL2 are fixed to the housing H, the upper ends of the first support member HL1 and the second support member HL2 are deformed so as to be separated from each other as shown in FIG. Accordingly, the housing H is deformed so that the center warps upward. Then, the left end surface (workpiece or tool mounting surface, also simply referred to as a mounting surface) of the spindle S is inclined downward and moves forward, and when the workpiece or tool is mounted here, the displacement occurs, and the spindle device There is a problem that high-precision machining cannot be performed using SD ′.

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。 In contrast, in the spindle device SD according to the aspect of the present invention shown in FIG. 3, the first support member HL1 in which the lowermost end portion of the housing H is spaced apart in the axial direction, as in the comparative example, and The second support member HL2 is supported in a state of being in contact with the upper ends of the second support members HL2, but the second support member HL2 far from the work or tool mounting surface has, for example, a parallel elastic spring PRG in the axial direction thereof. The rigidity is lower than the rigidity in the axial direction of the first support member HL1. Otherwise, the spindle device SD has the same configuration as that of the comparative example shown in FIG.

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。 When the temperature of the housing H rises by rotationally driving the spindle S, the first support member HL1 close to the left end face (attachment surface) of the spindle S to which the workpiece or tool is attached is hardly deformed, However, in this case, the housing H is deformed so that the right end of the housing H is displaced rightward in the drawing (the position from the dotted line to the solid line). . In other words, since the attachment surface of the spindle S to which the workpiece or tool is attached is not inclined and the position in the axial direction is not displaced, high-precision machining can be performed by the spindle device SD.

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。 According to a second aspect of the present invention, in the spindle device according to the first aspect, the rigidity of the second support member in the axial direction is not more than ½ of the rigidity of the first support member in the axial direction. Therefore, the deformation of the first support member can be suppressed by ensuring a large deflection of the second support member in accordance with the deformation of the housing. If the rigidity of the second support member in the axial direction is equal to or less than ½ of the rigidity of the first support member in the axial direction, the deformation of the housing is easily absorbed by the second support member. For example, the axial displacement of the mounting surface of the main shaft can be reduced to about 1/3 or less compared to the case where the rigidity is equal, which is more suitable for performing highly accurate machining.

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。 According to a third aspect of the present invention, the spindle device according to the first or second aspect is characterized in that the second support member has an elastic spring.

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。 When an elastic spring is used to reduce the rigidity of the second support member in the axial direction, the rigidity is reduced only in the axial direction, and the rigidity can be maintained high in the direction orthogonal to this and other directions. The original purpose of supporting the housing is not impaired. Further, if the rigidity is lowered, there is a possibility that vibration accompanying the rotation may occur, but such a problem can be avoided. In particular, among elastic springs that reduce the rigidity in the rotation axis direction, using a parallel elastic spring with a structure in which a plurality of pillars are arranged can increase the rigidity in directions other than the rotation axis direction, such as vibration with high-speed rotation. Can be effectively suppressed.

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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spindle device according to any one of the first to third aspects of the present invention, the housing may be configured such that the floor is at least one of the first support member and the second support member. The height from the surface is supported at a position equal to the axis of the main shaft. Here, the position where the height from the floor surface is substantially equal to the height of the axis of the main shaft includes a position having a difference of about ± 10 mm in the height direction.

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。 FIG. 4 is a diagram showing a support state of the spindle device SD according to another aspect of the present invention. The spindle device SD has the same configuration as that shown in FIG. 3 except for the support mode of the first support member HL1 and the second support member HL2. For example, in the spindle device SD shown in FIG. 3, since the lowermost end portion of the housing H is supported by the upper end portions of the first support member HL1 and the second support member HL2, the diameter of the housing H increases due to thermal deformation. There is a possibility that the axis line X of the main spindle S is displaced upward by the amount of the one-dot chain line and the diameter of the workpiece or the tool attached to the tip thereof is also displaced upward.

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。 Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 4, the housing H is formed from the surface plate G against both the first support member HL 1 and the second support member HL 2 (effective in at least one of them). Is supported at a position where the height is equal to the axis X of the main shaft S. More specifically, the upper portions of the first support member HL1 and the second support member HL2 have a bifurcated shape or a pair of columnar structures so that the housing H is sandwiched therebetween, and the fixing points P1, P2 overlaps with the axis X when viewed from the horizontal direction shown in FIG. The second support member HL2 includes a parallel elastic spring PRG, for example.

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。 According to such a configuration, even when the diameter of the housing H is increased due to thermal deformation (dashed line), the diameter is increased in the vertical direction around the fixed points P1 and P2. As a result, since the displacement of the position of the workpiece or tool attached to the left end surface (attachment surface) of the spindle S can also be suppressed, highly accurate machining can be performed.

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。 According to a fifth aspect of the present invention, in the spindle device according to the fourth aspect, the housing is supported so as to be rotatable relative to at least one of the first support member and the second support member. Therefore, it is preferable that the housing is restrained from being restrained during deformation.

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。 A spindle device according to a sixth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the main shaft is rotatably supported by a hydrostatic bearing with respect to the housing. However, the main shaft may be supported by a rolling bearing or a sliding bearing with respect to the housing.

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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the spindle apparatus suitable for solving the problem of a thermal deformation and performing a quick and highly accurate process can be provided.

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The motor built-in type spindle apparatus according to the embodiment of the present invention can be used in the two-axis turning precision machine shown in FIG. In FIG. 5, an X-axis table 2 driven in the X-axis direction by a control device (not shown) is disposed on the surface plate 1. A diamond tool 3 is mounted on the X-axis table 2 via a tool mounting portion 7. A Z-axis table 4 driven in the Z-axis direction by a control device (not shown) is disposed on the surface plate 1. On the Z-axis table 4, a drive control mechanism 6 and a spindle device SD controlled by the drive control mechanism 6 are provided. For example, the spindle M of the spindle device SD can be attached with a workpiece M of a molding die for optical elements. Using such a biaxial turning precision processing machine, the transfer optical surface of the optical element molding die can be cut with high accuracy.

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。 Furthermore, the motor built-in spindle device according to the embodiment of the present invention can be used in the turning precision machine shown in FIG. In FIG. 6, an X-axis table 12 driven in the X-axis direction and a Z-axis table 14 driven in the Z-axis direction are attached on the surface plate 11. On the X-axis table 12, a turning axis (B axis) 18 capable of turning the tool 13 is attached. On the turning axis 18, a tool mounting portion 17 is attached. A drive control mechanism 16 and a spindle device SD controlled by the drive control mechanism 16 are provided on the Z-axis table 14. For example, the spindle M of the spindle device SD can be attached with a workpiece M of a molding die for optical elements. Using such a turning precision processing machine, the transfer optical surface of the optical element molding die can be cut with high accuracy.

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。 Furthermore, the motor built-in type spindle apparatus according to the embodiment of the present invention is used for an ultra-precision machining machine having a three-axis movable stage and a rotating mechanism for rotating a diamond tool, as shown in FIG. Can do. In FIG. 7, an X-axis table 22 driven in the X-axis direction and a Z-axis table 24 driven in the Z-axis direction are mounted on a surface plate 21. A Y-axis stage 26 that is driven in the Y-axis direction is mounted on the X-axis table 22, and a spindle mechanism SD is disposed on the Y-axis stage 26, and the main axis of the rotating unit 27 that rotates the diamond tool 23. It is connected to. The rotation axis is parallel to the Z axis. A workpiece M is fixed on the Z-axis table 24.

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。 Furthermore, the motor built-in spindle device according to the embodiment of the present invention can be used in the milling machine shown in FIG. In FIG. 8, an X-axis stage 42 that drives in the X-axis direction and a Z-axis stage 44 that drives in the Z-axis direction are mounted on a surface plate 41. A Y-axis stage 46 that drives in the Y-axis direction is mounted on the X-axis table 42, and a spindle device SD that rotates the diamond tool 43 is supported by the arm 45 on the Y-axis stage 46. A tool blade tip is attached to the end surface of the spindle of the spindle device SD incorporated in the arm 45 so that the tool blade edge is positioned, for example, 15 mm away from the rotation center in the radial direction, and fixed to the workpiece M fixed on the Z-axis stage 44. On the other hand, cutting is performed in the Y-axis direction, and the diamond tool 43 is sent in the X-axis direction to perform cutting.

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。 FIG. 9 is a cross-sectional view of the motor built-in spindle device according to the present embodiment. The spindle device SD of FIG. 9 can be incorporated into the milling machine of FIG. 8, for example, but is not limited thereto, and it goes without saying that it can be incorporated into the machining machine of FIGS. Absent.

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。 In FIG. 9, a cylindrical main shaft S is fitted in a hollow cylindrical housing H. Both clearances are about 10 μm. The main shaft S has a flange 102a near the left end in FIG. 9, and a through hole 102b in the center. The housing H includes a main housing 101A disposed on the right side with respect to the flange 102a, a sub-housing 101B disposed on the left side with respect to the flange 102a, and the main housing 101A and the sub-housing on the radially outer side of the flange 102a. The ring block 101C is formed by connecting 101C.

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、***（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。 The main housing 101A has a supply passage 101a having one end opened on the outer peripheral surface and connected to a positive pressure pump P + that is an external fluid source. The other end of the supply passage 101a opens on the inner peripheral surface of the main housing 101A so as to face the outer peripheral surface of the main shaft S in three rows aligned in the axial direction and at equal intervals of 120 degrees in the circumferential direction (there are (Referred to as discharge ports A, B, and C), and at the end face of the main housing 101A, facing the flange 102a, are opened at equal intervals of 120 degrees in the circumferential direction (referred to as discharge ports D). In each discharge port of the supply passage 101a, a throttle member 103 having a small hole (which defines the minimum cross-sectional area of the supply passage) is fitted. A circumferential groove 101c is formed on the inner peripheral surface of the main housing 101A so as to be connected to the discharge ports A, B, and C of the supply passage 101a. In the present embodiment, the entire inner peripheral surface of the main housing 101A is filled with static pressure and functions as a radial static pressure bearing. The main housing 101A has a cooling jacket 101f through which cooling water flows, but is not connected to the supply passage 101a.

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、***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。 The sub housing 101B has a supply passage 101b having one end opened on the outer peripheral surface and connected to a positive pressure pump P + that is an external fluid source. The other end of the supply passage 101b opens on the inner peripheral surface of the sub-housing 101B so as to face the outer peripheral surface of the main shaft S in two rows side by side in the axial direction and at equal intervals of 120 degrees in the circumferential direction (there are Along with the discharge ports E and F), the end face of the sub-housing 101B is opposed to the flange 102a and is opened at equal intervals of 120 degrees in the circumferential direction (this is called the discharge port G). A throttle member 103 having a small hole is fitted in each discharge port of the supply passage 101b. A peripheral groove 101d is formed on the inner peripheral surface of the sub housing 101B so as to be connected to the discharge ports E and F of the supply passage 101b. In the present embodiment, the entire inner peripheral surface of the sub-housing 101B is filled with static pressure and functions as a radial hydrostatic bearing.

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。 The ring housing 101C is provided with an exhaust port 101k that passes from the gap between the inner periphery of the ring housing 101 and the flange 102a of the main shaft S to the outer periphery.

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。 A motor 104, which is a driving means, is provided adjacent to the main housing 101A. The motor 104 is attached to the main shaft S so that the motor case 104a constituting a part of the housing and the different polarities alternate in the circumferential direction (N pole, S pole, N pole, S pole,...). 4-pole 2-row (aligned in the axial direction) magnets 104b, 104b, two pairs of coils 104c, 104c disposed radially outside the magnets 104b, 104b and in the motor case 104a, and coils 104c, It consists of cores 104d and 104d wound around 104c. By supplying electric power to the coils 104c and 104c from the outside, the main shaft S can be rotationally driven in a known manner. The motor case 104a is provided with a hole 104e through which cooling water passes, and the temperature rise of the motor case 104a due to heat generation of the coils 104c and 104c is suppressed by the cooling water passing therethrough.

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。 In FIG. 9, the magnet 104b in the left row is skewed and tilted by + θ degrees with respect to the axis, and the magnet 104b in the right row in FIG. 9 is also skewed but tilted by −θ degrees with respect to the axis. It has been. Further, the phase arrangement of the two rows of magnets 104b and 104b is shifted from each other by ½ pitch in the circumferential direction.

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。 At the right end of the main shaft S, a reduced diameter cylindrical portion 102d is formed coaxially. The reduced diameter cylindrical portion 102d has an encoder plate 105b that rotates integrally with the outer periphery thereof. The encoder 105a can detect the rotation angle of the encoder plate 105b and thereby determine the rotation angle of the main shaft S.

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。 The tip of the reduced diameter cylindrical portion 102d is inserted into the suction case 106. The suction case 106 is attached to the housing H, and a circular tube porous static pressure pad 106a is disposed at an open end of the suction case 106 so as to face the reduced diameter cylindrical portion 102d. A supply passage 106c provided in the suction case 106 on the back side of the static pressure pad 106a is connected to a positive pressure pump P +, through which the outer peripheral surface of the reduced diameter cylindrical portion 102d and the inner peripheral surface of the static pressure pad 106a. Between the suction case 106 and the reduced diameter cylindrical portion 106d is avoided. The internal space of the suction case 106 communicates with the through hole 102b and the discharge port 106b of the main shaft S so that air in the through hole 102b is sucked by the negative pressure pump P− connected to the discharge port 106b. It has become.

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。 The left end of the main shaft S is a flat surface (also referred to as an attachment surface) 102h, and a bolt hole 102g is provided, so that the holder HD for holding the tool T can be attached using this. When the negative pressure pump P− is driven in a state where the mounting surface of the holder HD is pressed against the mounting surface 102h of the main shaft S, the air in the through hole 102b is sucked through the suction case 106 and becomes negative pressure. The holder HD is fixed with respect to the main shaft S by the differential pressure from the atmospheric pressure. The holder HD is centered while rotating the spindle S at this stage. After centering the holder HD, the holder HD is fixed to the main shaft S by screwing the bolt BT into the bolt hole 102g. If the holder HD is fixed to the main shaft S using the bolt BT, even if the main shaft S is rotationally driven at a high speed of, for example, 10,000 min ⁻¹ or more, it will not drop off or be displaced due to centrifugal force or the like.

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。 When the spindle device SD of FIG. 9 is operated in a state where it is incorporated in the milling machine of FIG. 9, the main pressure pump P + is connected to the supply passages 101a and 101b through the discharge ports A, B, C, E, and F. Since the main shaft S is supported in a non-contact state with respect to the main housing 101A and the sub housing 101B by the air supplied into the housing 101A and the sub housing 101B, the main shaft S can receive a radial load received from the tool T. it can.

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。 Further, the flange 102a of the main shaft S is moved from the positive pressure pump P + into the main housing 101A and the sub housing 101B through the discharge ports D and G of the supply passages 101a and 101b, so that the main housing 101A and the sub housing 101B. Therefore, it is possible to receive a load in the thrust direction received from the tool T. That is, the hydrostatic bearing for thrust is constituted by the both side surfaces of the flange 102a and the end surfaces of the main housing 101A and the sub-housing 101B facing the flange 102a.

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。 When the motor 104 is driven in such a state, the spindle S rotates. According to the present embodiment, the motor case 104a has the two pairs of coils 104c and 104c disposed so as to face the two rows of magnets 104b and 104b, respectively. Although the main shaft S can be rotationally driven with the same level of torque as a whole, the magnets 104b and 104b serving as heating elements are dispersedly arranged, so that the main shaft S has a locally high temperature. The part which becomes becomes is avoided. Further, since the areas of the magnets 104b and 104b provided on the main shaft S are increased, even if heat is generated in the magnets 104b and 104b, a higher cooling effect can be obtained as compared with the case where the magnets are arranged in one row. . In addition, the cooling water supplied to the hole 104e of the motor case 104a can suppress an increase in the temperature of the motor case 104a due to heat generated by the coils 104c and 104c.

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。 In particular, since the two rows of magnets 104b and 104b are shifted in the circumferential direction from one another in the circumferential direction, the torque variation is substantially the same as that of the 8-pole magnet arrangement although the 4-pole magnet arrangement is used. be able to. As a result, while reducing the diameter of the spindle S and realizing high-speed rotation, torque unevenness is greatly suppressed, rotation accuracy is improved, and high machining accuracy can be obtained. In addition, since the two rows of magnets 104b and 104b have skew directions opposite to each other (+ θ degrees, −θ degrees), the diameter of the spindle S can be reduced while suppressing the thrust component force acting on the spindle S. While realizing high-speed rotation, torque unevenness is greatly suppressed, rotation accuracy is improved, and high machining accuracy can be obtained.

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。 Further, even if the main shaft S is heated by heat transfer from the motor 104 or the like at the time of rotational driving, it is cooled by the cooling water supplied to the cooling jacket 101f, and the thermal expansion is suppressed. Further, even when the rotating main shaft S and the reduced diameter cylindrical portion 102d are eccentric, the reduced diameter cylindrical portion 102d and the suction case 106 are formed using the static pressure of the air discharged from the static pressure pad 106a. These gaps are maintained and are prevented from contacting each other.

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。 At this time, the discharge port of the supply passage 101a is connected to the circumferential groove 101c in the main housing 101A, and the discharge port of the supply passage 101b is connected to the circumferential groove 101d in the sub housing 101B. For example, the main housing 101A and the sub housing 101B Alternatively, even when the cross section of the main shaft S is not a perfect circle, the circumferential grooves 101c and 101d serve as a temporary accumulation region of substantially uniform pressure for the air supplied from the supply passages 101a and 101b over the entire circumference. Regardless of the positional relationship between the pressure gap and the discharge port, the fluctuation in pressure applied to the outer peripheral surface of the main shaft S can be suppressed, and the vibration can be suppressed.

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。 The air supplied from the supply passage 101a passes between the main shaft S and the main housing 101A and flows out from the gap between the motors 104 to the outside. Further, the air supplied from the supply passage 101b passes between the main shaft S and the sub housing 101B, and flows out from the vicinity of the holder HD to the outside. Therefore, since no discharge path is provided between the discharge ports A, B, and C of the supply passage 101a arranged in the axial direction opened to the inner periphery and the discharge ports E and F of the supply passage 101b, the supplied fluid Only flows out between the outer peripheral surface of the main shaft S and the inner peripheral surfaces of the housings 101A and 101B, so that the static pressure can be increased and the support rigidity can be increased. Further, if the high temperature limit due to heat generation is the same, the present invention can use a rotor shaft having a larger diameter and a larger static pressure area than conventional ones, so that rigidity can be increased and rotation accuracy can be further improved.

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。 In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the height of the housing H from the surface plate G, which is the floor surface, with respect to both the first support member HL1 and the second support member HL2, The main shaft S is supported at a position equal to the axis X. More specifically, the upper portions of the first support member HL1 and the second support member HL2 are formed in a bifurcated shape or a pair of pillar structures so as to sandwich the housing H, and the fixing points P1 and P2 are It is made to overlap with the axis X as seen from the horizontal direction shown in FIG. The second support member HL2 includes a parallel elastic spring PRG, for example.

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。 According to the present embodiment, when the temperature of the housing H rises by driving the spindle S to rotate, the first support member HL1 close to the tip (attachment surface) of the spindle S to which the workpiece or tool is attached is Only the second support member HL2 bends with almost no deformation, but in this case, the housing H is deformed so that the right end in FIG. Become. That is, the attachment surface of the spindle S to which the workpiece or tool is attached is not inclined, and the position in the axial direction is not displaced, so that the spindle device SD can perform highly accurate machining. Further, even when the housing H is expanded in diameter by thermal deformation (dashed line), the horizontal position of the main shaft X does not change and is attached to the tip of the main shaft S because the diameter increases in the vertical direction around the fixed points P1 and P2. Since the position of the workpiece and the tool that has been made does not change, high-precision machining can be performed.

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。 The first support member HL1 and the second support member HL2 and the housing H may be fixed by fastening with bolts. For example, a cylindrical recess and a cylindrical recess with the normal line from the fixing points P1 and P2 as axes. Since the relative rotation of the first support member HL1 and the second support member HL2 and the housing H is allowed around the axis, the deformation of the housing H can be further suppressed.

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。 Here, a spindle device having a spindle outer diameter of 40 mm and a flange outer diameter of 80 mm was fixedly supported at one point and attached to a surface plate. Since the surface plate is made of cast iron and has a very large volume compared to the spindle device, the heat capacity is extremely large, and the temperature rise due to the drive heat generation of the spindle device hardly occurs in a rotation time of about several tens of minutes. The housing of the spindle device is made of stainless steel SUS440. When the spindle device was rotated at 35000 min ⁻¹ , the housing temperature rose from room temperature by 23 ° C. At this time, the total length of the housing was increased by about 72 μm due to thermal expansion, and the diameter was increased by 18 μm. In addition, it was confirmed that the spindle device was not fixed enough to vibrate because it was supported at one point.

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。 Next, the first support member and the second support member having a center interval of 250 mm in the longitudinal direction in the axial direction were supported at two locations on the bottom surface of the housing, and this support member was fixed to the surface plate with bolts. The two support members are made of S45C and are extremely common steel materials. Similarly, when rotating at 35000 min ⁻¹ , it was confirmed by the capacitance sensor that the spindle spindle mounting surface advances about 30 μm as the housing temperature rises.

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。 Further, of the first support member and the second support member, the second support member far from the mounting surface of the spindle main shaft is replaced with a support member formed by hollowing out by wire electric discharge machining to form four elastic springs. Similarly, when rotating at 35000 min ⁻¹ , the advancement of the spindle spindle mounting surface was greatly reduced to about 3.5 μm.

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。 Further, the first support member and the second support member are fixed to the spindle device at the height of the rotation axis of the main shaft, and the second support member is parallel using four elastic springs as described above. Elastic spring support. Displacement was measured at two locations above and below the spindle spindle, and the rotation was performed at 35000 min ^-1 assuming that one half of the total was height fluctuation at the center of rotation. It was. When the same experiment was performed by changing the support member to a low linear expansion material having a linear expansion coefficient of 1, 3 × 10 ⁻⁶ , the height fluctuation of the spindle main shaft was +0.7 μm. Since the thermal conductivity varies depending on the material of the support member, the fluctuation in the height of the rotating shaft is not necessarily reduced by the ratio of the linear expansion coefficient. However, the present invention can reduce the fluctuation in height by several tenths compared to the beginning. It was found that it can be greatly reduced.

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。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the type of motor that drives the spindle device does not matter. An AC servo motor with or without a core may be used, or an induction motor using a conductor instead of the magnet described above may be used. In particular, induction motors tend to generate heat because of loss due to sliding compared to AC servomotors, and the effects of the present invention are more remarkable.

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。It is a figure which shows the support state of the spindle apparatus by a comparative example. 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。It is a figure which shows the support state of the spindle apparatus by a comparative example, and has shown the state after the deformation | transformation of a housing. 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。It is a figure which shows the support state of the spindle apparatus by this invention, and has shown the state after the deformation | transformation of a housing. 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。It is a figure which shows the support state of the spindle apparatus SD concerning another aspect of this invention. ２軸旋削精密加工機の斜視図である。It is a perspective view of a 2-axis turning precision processing machine. 旋削精密加工機の斜視図である。It is a perspective view of a turning precision processing machine. 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。It is a perspective view of an ultraprecision machine having a movable stage with three orthogonal axes and a rotating mechanism for rotating a diamond tool. ミーリング加工機の斜視図である。It is a perspective view of a milling machine. 本実施の形態のスピンドル装置の断面図である。It is sectional drawing of the spindle apparatus of this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１定盤
２Ｘ軸テーブル
３ダイヤモンド工具
４Ｚ軸テーブル
６駆動制御機構
７工具取り付け部
１１定盤
１２Ｘ軸テーブル
１３工具
１４Ｚ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
２２Ｘ軸テーブル
２３ダイヤモンド工具
２４Ｚ軸テーブル
２６Ｙ軸ステージ
２７回転部
４１定盤
４２Ｘ軸ステージ
４３ダイヤモンド工具
４４Ｙ軸ステージ
４５アーム
４６Ｙ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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface plate 2 X-axis table 3 Diamond tool 4 Z-axis table 6 Drive control mechanism 7 Tool attachment part 11 Surface plate 12 X-axis table 13 Tool 14 Z-axis table 16 Drive control mechanism 17 Tool attachment part 18 Turning axis 21 Surface plate 22 X axis table 23 Diamond tool 24 Z axis table 26 Y axis stage 27 Rotating part 41 Surface plate 42 X axis stage 43 Diamond tool 44 Y axis stage 45 Arm 46 Y axis stage 47 Arm 47 Rotating mechanism 101A Main housing 101B Sub housing 101C Ring Housing 101a Supply passage 101b Supply passage 101c Circumferential groove 101d Circumferential groove 101f Cooling jacket 102 Reduced diameter cylindrical portion 102a Flange 102b Through hole 102c Exhaust port 102d Reduced diameter cylindrical portion 103 Member 104 Motor 105 En Over da 106 suction case 106a hydrostatic pad 106b outlet P + positive pressure pump P- negative pressure pump H housing S spindle SD spindle device T tool

Claims

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。 In a spindle device having a housing and a main shaft,
A first support member and a second support member that support the housing with respect to the floor surface are arranged apart from each other in the axial direction of the housing, and are on the side far from the work surface of the main spindle or the tool mounting surface. The spindle device characterized in that the rigidity of the second support member in the axial direction is lower than the rigidity of the first support member on the side close to the mounting surface.

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。 2. The spindle device according to claim 1, wherein the rigidity of the second support member in the axial direction is ½ or less of the rigidity of the first support member in the axial direction.

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。 The spindle device according to claim 1, wherein the second support member includes an elastic spring.

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。 The housing is supported with respect to at least one of the first support member and the second support member at a position where the height from the floor surface is substantially equal to the height of the axis of the main shaft. The spindle device according to any one of claims 1 to 3.

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。 The spindle device according to claim 4, wherein the housing is supported so as to be rotatable relative to at least one of the first support member and the second support member.

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。

The spindle device according to claim 1, wherein the main shaft is rotatably supported by a hydrostatic bearing with respect to the housing.