温度・変位制御機能と高い熱的安定性を有する超高速高剛性水静圧スピンドルの開発

本研究は、微細形状を有する金型を含む各種精密部品の加工用途に適した、これまでのスピンドル性能を大きく上回る高速高剛性スピンドルの開発を目的にして実施している。特に、高い加工精度を達成するために、高い熱的安定性を有するスピンドル開発を目指している．具体的には、10 万min-1の超高速回転時においても、スピンドルの初期温度が保てるようにスピンドルの基本設計を目指している。さらに、チラーの温度制御性能を超える高精度高応答水温制御系に加え、スピンドル温度のフィードバック制御機能を具備させることによって、従来にない高性能スピンドルシステムの実現を図ろうとするものである。今年度の主な研究実績の概要は次の通りである。1. スピンドルのフィードバック温度制御スピンドル各部の温度は、スピンドル内部の熱源による影響に加えて、設置環境の温度変化、スピンドルに供給される水温変化、設置環境における他の要素との熱放射により、複雑に変化する。そこで、今年度は、開発したフィードバック温度制御システムをスピンドルの温度制御に適用し、実験によりその効果検証を行なった。その結果、スピンドル回転数、環境温度変化があっても、開発システムにより、スピンドル温度変動が抑制可能なことを実証した。２． スピンドルの軸心冷却構造等、内部冷却構造がスピンドル温度に及ぼす影響本研究では，特殊構造の冷却構造を回転するロータに具備させている。さらに、スピンドル本体には、２種類の冷却流路が構成されている。そこで、これら３種類の冷却構造がスピンドル各部の温度変化、さらに熱変形に及ぼす影響をコンピュータシミュレーションにより検討した。

本研究は、微細形状を有する金型を含む各種精密部品の加工用途に適した、これまでのスピンドル性能を大きく上回る高速高剛性スピンドルの開発を目的にして実施している。特に、高い加工精度を達成するために、高い熱的安定性を有するスピンドル開発を目指している．具体的には、10 万min-1の超高速回転時においても、スピンドルの初期温度が保てるようにスピンドルの基本設計を目指している。さらに、チラーの温度制御性能を超える高精度高応答水温制御系に加え、スピンドル温度のフィードバック制御機能を具備させることによって、従来にない高性能スピンドルシステムの実現を図ろうとするものである。今年度の主な研究実績の概要は次の通りである。1. スピンドルのフィードバック温度制御スピンドル各部の温度は、スピンドル内部の熱源による影響に加えて、設置環境の温度変化、スピンドルに供給される水温変化、設置環境における他の要素との熱放射により、複雑に変化する。そこで、今年度は、開発したフィードバック温度制御システムをスピンドルの温度制御に適用し、実験によりその効果検証を行なった。その結果、スピンドル回転数、環境温度変化があっても、開発システムにより、スピンドル温度変動が抑制可能なことを実証した。２． スピンドルの軸心冷却構造等、内部冷却構造がスピンドル温度に及ぼす影響本研究では，特殊構造の冷却構造を回転するロータに具備させている。さらに、スピンドル本体には、２種類の冷却流路が構成されている。そこで、これら３種類の冷却構造がスピンドル各部の温度変化、さらに熱変形に及ぼす影響をコンピュータシミュレーションにより検討した。