以下、本発明を実施するための好適な実� ��形態について、図面を用いて説明する。な� ��、以下の実施形態は、各請求項に係る発明� ��限定するものではなく、また、実施形態の� ��で説明されている特徴の組み合わせの全て� ��発明の解決手段に必須であるとは限らない� ��

 図1は、本実施形態に係る工作機械用スピ ンドル駆動機構5を示す部分縦断面側面図で� �る。なお、本実施形態に係る工作機械用ス� �ンドル駆動機構5は、従来技術で説明した主� ��頭を提供するものであり、説明の便宜のた� ��に、工作機械を構成する他の部材について� ��詳細な説明を省略している。

 本実施形態に係る工作機械用スピンドル� ��動機構5は、ねじ軸11と、ボールねじナット1 2とによって構成されるボールねじ機構部15と 、本機構の駆動源となる中空モータ21と、ケ� ��シング31と外筒41とによって構成される案内 機構部35と、外部に対して仕事を行うスピン� ��ル51とを備えている。

 ねじ軸11は、サドル103に設置された固定� �ーム14に固定設置される部材であり、回転不 能な状態で構成されている。ねじ軸11の外周� ��には、螺旋状のねじ溝11aが形成されており� ��ボールねじナット12と協働してボールねじ� �構部15を構成している。

 ここで、ボールねじ機構部15を構成する� �じ軸11とボールねじナット12の具体的な構造� ��ついて、図2を用いて説明する。なお、図2� �、本実施形態に係るねじ軸11とボールねじナ ット12の具体的な構造を説明するための縦断� ��側面図であり、エンドキャップ型のボール� ��じ機構部15を例示するものである。

 上述したように、ねじ軸11は、その外周� �に螺旋状のねじ溝11aを備えている。一方、� �ールねじナット12は、ねじ軸11のねじ溝11aに� ��応する螺旋状のナット溝12aを内周面に備え� ��いる。そして、ねじ溝11aとナット溝12aとが� ��向配置されることによって、ねじ軸11の周� �を螺旋状に取りまく負荷転動体転走路11bが� �成されている。さらに、螺旋状にねじ軸11の 周りを取りまく負荷転動体転走路11bは、その 両終端部がボールねじナット12内に設けられ� ��戻し路12bによってそれぞれ接続されており� ��これら負荷転動体転走路11bと戻し路12bとに� ��って、無限循環路12cが形成されている。

 無限循環路12c内には、転走自在な状態で� ��数の転動体としてのボール13が設置されて� �り、ねじ軸11に対するボールねじナット12の� ��ール13を介した螺合が実現している。ねじ� �11は、サドル103に設置された固定アーム14に� ��動状態で固定設置されているので、ボール� ��じナット12がねじ軸11の軸心周りで回転運動 することにより、ボールねじナット12の軸線� ��向での往復直線運動が可能となっている。

 本機構の駆動源となる中空モータ21は、� �ールねじナット12の外周面に固定設置されて 界磁束発生源となる円筒形のインナーロータ 22と、このインナーロータ22の外周面から所� �の空隙を介して対向配置されるとともにイ� �ナーロータ22に回転駆動力を与えるための回 転磁界を発生する円筒形のアウターステータ 23とから構成されている。

 図1では図示を簡略化しているが、本実施 形態に係るインナーロータ22は、円周状にN極 ,S極を交互に着磁したロータマグネットと、� ��のロータマグネットを固着した円筒状の内� ��レームと、その内フレームを回転自在に支� ��する軸受と、から構成されている。一方、� ��実施形態に係るアウターステータ23は、前� �ロータマグネットから所定の空隙を介して� �向配置される複数個の偏平なステータコイ� �と、そのステータコイルを配線したフレキ� �ブルプリント基板と、前記ステータコイル� �前記フレキシブルプリント基板と前記軸受� �固定した円筒状の外フレームとを備えて構� �されている。

 そして、インナーロータ22の内フレーム� �ボールねじナット12の外周面に固定されてお り、アウターステータ23の外フレームは後述� ��るケーシング31に固定されているので、中� �モータ21を駆動させるとインナーロータ22の� ��転駆動にともなってボールねじナット12が� �転し、ねじ軸11の軸線方向に沿ったケーシン グ31の往復直線運動が実現する。

 ケーシング31は、概略円筒形に形成され� �部材であり、上述したように一端側にアウ� �ーステータ23が固定設置されており、一方、 他端側には工作機械用のスピンドル51が固定� ��置されている。ケーシング31の内部は、ア� �ターステータ23及びスピンドル51が設置され� ��以外は空洞となっており、ねじ軸11のスト� �ーク確保と軽量化が同時に実現されている� �なお、ケーシング31を構成する材質や形状(� �さや肉厚等)等については、工作機械の用途� ��仕様等に応じて適宜最適なものを選択すれ� ��よい。

 また、ケーシング31の外周側には外筒41が 設置されており、ケーシング31と外筒41とに� �って案内機構部35が構成されている。この外 筒41の存在によって、ねじ軸11の軸線方向に� �ったケーシング31の安定した往復直線運動が 実現されている。

 ここで、図3を用いて、ケーシング31と外� ��41とによって構成される案内機構部35の詳細 な構造を説明する。なお、図3は、本実施形� �に係る案内機構部35の構成を説明するための 図であり、特に、図中(a)は案内機構部35の縦� ��面正面を、図中(b)は案内機構部35の部分縦� �面側面を示している。なお、図3では、説明� ��便宜のため、案内機構部35以外の部材の図� �を略している。

 案内機構部35の軌道部材を構成するケー� �ング31は、その外周面に直線状の転動体転走 溝31aを備えている。この転動体転走溝31aは、 ボール32の軌道となってケーシング31の周方� �での回転モーメントを受けるとともに、ケ� �シング31自体の移動方向を規定するものであ る。

 このケーシング31に取り付けられる外筒41 は、案内機構部35の案内部材として機能する� ��のであり、その内周面には転動体転走溝31a� ��対応する負荷転動体転走溝41aが形成されて� ��る。そして、外筒41に形成した負荷転動体� �走溝41aとケーシング31に形成した転動体転走 溝31aとによって、負荷転動体転走路が形成さ れる。さらに、外筒41の内部には、負荷転動� ��転走路の両端部分にそれぞれ接続し、負荷� ��動体転走路内での荷重から解放されたボー� ��32を掬い上げて循環させ、再度負荷転動体� �走路内に戻すための転動体戻り通路41bが形� �されている。つまり、複数のボール32…は、 外筒41の負荷転動体転走溝41aとケーシング31� �転動体転走溝31aとの間に転走自在に設置さ� �、転動体戻り通路41bを通って無限循環する� �うに設置されている。

 本実施形態に係る案内機構部35は、上述� �た構成を備えているので、ケーシング31が周 方向で回転することがなく、ねじ軸11の軸線� ��向に沿ったケーシング31の安定した往復直� �運動が実現されている。

 なお、ケーシング31の他端側に設置され� �スピンドル51については、高速回転・高出力 を発揮できる空気静圧スピンドルなど、公知 のあらゆる型式のスピンドルを採用すること ができる。特に、空気静圧スピンドルは、高 速回転に適した絞りとして自成絞りを使用し 、高速回転・高出力に対応してインダクショ ンモータを搭載した構造が採られているので 、高速ミーリング加工等に好適に対応できる という利点を有している。

 以上、本実施形態に係る工作機械用スピ� ��ドル駆動機構5の具体的な構成を説明した。 本実施形態に係る工作機械用スピンドル駆動 機構5は、ボールねじ機構部15と案内機構部35� ��いう転動体を用いてコンパクトに安定した� ��内精度を得ることのできる機構を備えてい� ��ので、従来技術と同等以上の剛性を有しな� ��らも、コンパクトな前後方向(Z軸方向)の動� ��を行うことができる主軸頭を実現している� ��

 また、ボールねじ機構部15と案内機構部35 との作用によって、主軸頭の案内精度は飛躍 的な向上が達成されている。特に、ウェービ ングと呼ばれる微小な脈動については、例え ば1.6μm以下の変動に抑えることができており 、従来の滑り運動をともなう主軸頭では実現 不可能であった案内精度を実現することがで きている。このウェービング現象の改善は、 主軸頭の直進度の改善にも効果を発揮するも のである。

 さらに、本実施形態に係る工作機械用ス� ��ンドル駆動機構5では、ケーシング31を中空� ��筒形状としたことによってねじ軸11をコン� �クトに収納できているとともに、中空部分� �存在によって軽量化をも実現している。ま� �、ケーシング31の中空部分の存在は、機構自 体の合理的なコンパクト化をも実現している 。具体的には、ねじ軸11の軸中心を通過する� ��想の軸中心線αと、スピンドル51が有する回 転軸の軸中心を通過する仮想の軸中心線βと� ��想定したとき、ねじ軸11の軸中心線αとスピ ンドル51が有する回転軸の軸中心線βとが、� �畳するように構成されている。この構成は� �ボールねじ機構部15と案内機構部35という2つ の複雑な機構をコンパクトに一体化する上で 効果を発揮するものであり、このように無駄 のない装置構成を採用することによって、軽 量化と高剛性化という一見相反する課題を同 時に満足することが初めて可能となっている 。

 なお、ケーシング31と外筒41との間、及び ねじ軸11とボールねじナット12との間につい� �は、外部から侵入しようとする異物除去や� �部の潤滑剤を保持したりする目的で、シー� �部材(不図示)を設置することが好適である。 シール部材の設置によって、安定且つ長寿命 の工作機械用スピンドル駆動機構5を得るこ� �ができる。ちなみに、本実施形態に係るケ� �シング31は、その外形形状に円筒形を採用し ているので、シール部材を設置したときに抜 群のシール性能を発揮することができる。た だし、ケーシング31の形状については、中空� ��分を備える筒状であり、且つ、外筒41を設� �できるものであればよく、本実施形態のよ� �な円筒形のほか、多角筒形や楕円筒形、長� �筒形などを採用することもできる。

 以上、本発明の好適な実施形態について� ��明したが、本発明の技術的範囲は上記実施� ��態に記載の範囲には限定されない。上記実� ��形態には、多様な変更又は改良を加えるこ� ��が可能である。

 例えば、上述した実施形態では、ケーシ� ��グ31に対して1つの外筒41を配置した構成に� �いて説明を行った。しかしながら、ケーシ� �グ31に設置される外筒41の個数は1つに限られ ず、複数個設置することが可能である。

 そこで、ケーシング31に対して2つの外筒� ��配置した場合の実施形態について、図4及び 図5を用いて説明を行う。ここで、図4は、本� ��明の別の実施形態に係る工作機械用スピン� ��ル駆動機構の要部を示す側面図である。ま� ��、図5は、図4で示した別の実施形態に係る� �作機械用スピンドル駆動機構を工作機械に� �置した状態を示す概略斜視図である。なお� �図4及び図5では、説明の簡略化のため、ねじ 軸11等を省略しており、既に説明した部材と� ��一又は類似する部材については同一符号を� ��して説明を省略している。

 図4及び図5に示す別の実施形態に係る工� �機械用スピンドル駆動機構5では、ケーシン� ��31に対して2つの外筒61,62が設置されている� �合を例示している。なお、以下の説明では� �ケーシング31のスピンドル51固定設置側に配� ��される方の外筒を第1の外筒61とし、ケーシ� ��グ31のアウターステータ固定設置側に配置� �れる方の外筒を第2の外筒62と呼ぶこととす� �。

 第1の外筒61と第2の外筒62という2つの外筒 を設けることで有利な点は、ケーシング31の� ��対的な位置調整を容易に行うことが可能と� ��る点にある。すなわち、ケーシング31が突� �したときには、その重量によって撓み力が� �くので、主軸頭の直進度に悪影響を及ぼす� �とになる。そこで、2分割された外筒61,62を� �ってケーシング31の設置角度を調整してやる ことにより、直進度を簡単に向上させること ができる。具体的には、例えば第1の外筒61の 取り付け面、すなわち第1の外筒61とこれを支 持するサドル103との接触面間にシム等の高さ 調整部材を挿入することにより、ケーシング 31の取り付け角度を調整することができる。

 また、第1の外筒61と第2の外筒62について� ��、単に同一寸法のものを適用することもで� ��るが、図4及び図5に示すように、第1の外筒6 1の方が第2の外筒62よりも大きい軸方向長さ� �有するように構成することも好適である。� �のように構成すれば、主に軸方向長さが大� �い第1の外筒61によってねじり剛性や自重、� �工反力等の負荷を受け、軸方向長さが短い� �2の外筒62によって直進度等の精度調整を行� �ことができる。2つの外筒61,62の発揮する機� �の分担を図ることによって、より効率的な� �置構成が可能となるので、機構全体として� �コンパクト化が実現する。

 なお、2つの外筒61,62の構成条件として、� ��1の外筒61の軸方向長さをX、第2の外筒62の軸 方向長さをY、としたとき、例えばX=Yとして� �良いが、X>Yなる数式が成り立つように構� �しても良い。

 さらに、発明者の鋭意努力によって、例� ��ばX≧1.5×Yとなるように構成することも好適 であることが確認されている。この場合、そ れぞれの外筒に設置される複数のボール32の� ��については、第1の外筒61ではスペースが許� ��限り多く設置し、第2の外筒62では第1の外筒 61よりも少ない数で構成することが好ましい� ��第1の外筒61でボール数を増やすのは、より� ��い負荷を受容するための措置であり、第2の 外筒62でボール数を減らすのは、負荷の受容� ��第1の外筒61に任せ、動作精度と直進度の向� ��に主眼を置いたための措置である。このよ� ��な構成を採用することによって、2つの外筒 61,62間でのより効率的な機能分担を図ること� ��可能となる。

 もちろん、2つの外筒61,62についても、ケ� ��シング31との間にシール部材を設置するこ� �が好適であり、シール部材の作用によって� �機構の安定度と寿命の向上が図られる。

 さらに、上述した実施形態では、エンド� ��ャップ型のボールねじ機構部15を例示して� �明したが、本発明に適用可能なボールねじ� �構部はエンドキャップ型に限られず、リタ� �ンパイプを用いたパイプ型のボールねじ機� �部や、デフレクタを用いたデフレクタ型の� �ールねじ機構部を採用することもできる。

 またさらに、上述した実施形態では、ボ� ��ル32が無限循環する形式の案内機構部35を例 示して説明したが、スピンドル51に求められ� ��稼動範囲に応じて有限循環形式の案内機構� ��を採用しても良い。

 さらにまた、本発明の工作機械用スピン� ��ル駆動機構では、上記実施形態で例示した� ��ールねじ機構部15や案内機構部35について、 その断面形状や無限循環路の条数等を使用環 境や使用条件等に応じて任意に変更すること が可能である。

 また、上述した本実施形態では、Z軸が前 後方向に設定されたいわゆる横型の工作機械 用スピンドル駆動機構5を例示して説明した� �、Z軸が上下方向に設定された縦型の工作機� ��に用いることもできる。

 さらに、上述した本実施形態に係る工作� ��械用スピンドル駆動機構5は、説明の簡略化 のために、工作機械のサドル103に工作機械用 スピンドル駆動機構5のみが設置された場合� �例示して説明した。しかしながら、本発明� �工作機械用スピンドル駆動機構は、鉛直方� �(Y軸方向)及び左右方向(X軸方向)の動作を行� �第1送り台及び第2送り台を備えた工作機械や 、3軸以上の主軸を備えた多軸駆動の工作機� �にも設置することができる。また、工作機� �用スピンドル駆動機構の取り付け部材は、� �記したサドル103のみに限られず、本発明の� �作機械用スピンドル駆動機構の作用を発揮� �きる場所であれば、どのような部材にも設� �することができる。

 以上の様な変更又は改良を加えた形態も� ��発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特� ��請求の範囲の記載から明らかである。