JP2000263363A - 主軸装置及びころがり軸受の予圧方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予圧性能を高める。 【解決手段】 戻し用油圧室Ｒａと予圧用後側油圧室Ｒ
ｂとを脱圧して予圧用前側油圧室Ｒｃに充分に高圧の作
動油を供給すると、前側ピストン部材１３がストッパ部
材１４に突き当たるまで中間部材１６を介して押圧部材
８を後側に押圧し、後側ころがり軸受５に予圧を付加す
る。この時の予圧は定位置予圧となる。また作動油を油
圧室Ｒａと油圧室Ｒｂとに供給し、予圧用前側油圧室Ｒ
ｃを脱圧にすると、油圧室Ｒａの油圧力と油圧室Ｒｂの
油圧力の差圧（Ａ1 ＜Ａ2 ）に予圧ばね１７の付勢力を
加えた力が予圧として作用することになる。この状態で
油通路３ａ，３ｂを閉じると、作動油の非圧縮性によ
り、可動スリーブ部材７と後側ピストン部材９とが固定
されるので、予圧は、作動油による定位置予圧となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸等
のころがり軸受に予圧をかけることができる主軸装置及
びろがり軸受の予圧方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、ハウジング６１内
に、主軸６２をタンデム配置の前後２組のころがり軸受
６３，６４で回転自在に支持した工作機械の主軸装置に
おいては、一般に、ころがり軸受６３，６４の外輪の間
にそれらに予圧を付加して間座６５を組み込むことが行
われている。

【０００３】この予圧方式はシンプルであるが、図６の
ように、高速回転で軸受予圧が急上昇して焼付きに至る
ため（予圧Ａ曲線）、回転数ｎB まで運転するには組込
み時に停止時予圧ＰA が与えられず、組込み時に予圧が
抜けてガタになる予圧ＰB の予圧Ｂ曲線を取らなければ
ならない。このため、低速回転時に主軸剛性がなく、切
削能力が劣ってしまうことになる。

【０００４】そこで、実公平４−５３４５７号公報と特
許第２５２８２３６号公報において、次のような主軸装
置が提案されている。

【０００５】（実公平４−５３４５７号公報）この主軸
装置は、図７に示すように、ハウジング６１内に、主軸
６２を、前後２組のころがり軸受６３，６４で回転自在
に支持した主軸装置であって、ころがり軸受６３の外輪
に嵌着されてハウジング６１の後端部に主軸６２の軸方
向に移動自在に嵌挿された可動スリーブ部材６６と、ハ
ウジング６１に形成された油圧室Ｒｒ内に軸方向に移動
自在に装入され、介在部材６７を介して可動スリーブ部
材６６を後側（図７で右側）に移動させてころがり軸受
６３の外輪に予圧をかけるピストン部材６８と、可動ス
リーブ部材６６を後側に付勢してころがり軸受６３の外
輪に予圧をかける予圧ばね６９と、介在部材６７を介し
てピストン部材６８を前側に押し戻す戻しばね７０とを
備え、図８に示すように、主軸６２の低速回転時には、
油圧回路（図示せず）から油圧室Ｒｒに作動油を供給し
てピストン部材６８と予圧ばね６９とで可動スリーブ部
材６６を後側に押して定位置予圧を行い、また高速回転
時には、予圧ばね６９のみで可動スリーブ部材６６を押
して定圧予圧を行うことができる構造となっている。

【０００６】（特許第２５２８２３６号公報）この主軸
装置は、図９に示すように、ハウジング６１内に、主軸
６２を、前後２組のころがり軸受６３（前側のころがり
軸受は図示されていない。）で回転自在に支持した主軸
装置であって、ころがり軸受６３の外輪に嵌着されてハ
ウジング６１の後端部に主軸６２の軸方向に移動自在に
嵌挿された可動スリーブ部材６６と、油圧室Ｒｓ，Ｒｔ
内に軸方向に移動自在に装入され、可動スリーブ部材６
６を後側（図９で右側）に移動させてころがり軸受６３
の外輪に予圧をかけるピストン部材６８と、ハウジング
６１に取り付けられ、可動スリーブ部材６６とピストン
部材６８の移動量を制限する調整部材７２とを備え、図
１０のように、定位置予圧を３段に切り換え、低速時の
予圧を高めて焼付き限界内に推移させることができるよ
うになっている。符号７３は、油圧室Ｒｓ，Ｒｔに作動
油を供給する油圧回路であり、油圧ポンプ７４を主体と
する。なお、図９において、δ1 はころがり軸受６３の
初期隙間（初期隙間の総和）、δ2 は調整部材７２と可
動スリーブ部材６６の間に形成される隙間、δ3 は調整
部材７２とピストン部材６８の間に形成される隙間であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の主軸装
置には次のような問題点がある。 （実公平４−５３４５７号公報） （イ） 定圧予圧量を定位置予圧における停止時予圧量
よりも大きくすることができない。 （ロ） 定位置予圧量は予め製作設定する必要がある。 （ハ） 高速（定圧予圧）と低速（定位置予圧）の２段
しか切り換えられない。

【０００８】（特許第２５２８２３６号公報） （ニ） 全域定位置予圧方式であるため、回転数を高く
するほど高速回転側の予圧設定「予圧Ｃ曲線」になる
が、組込み時に予圧抜けする量が増える。 （ホ） 高速回転設定で回転指令を与えると、低速回転
時に予圧抜けしているため、加速・減速時にころがり軸
受６３のボールがスリップを起こして発熱を生じたり、
回転がガタつくなどの現象を生じる。 （ヘ） 高速回転側では停止時に予圧抜けで主軸６２が
ガタつき、振れ精度がでない。 （ト） 予圧を高めた後に、予圧を下げる操作を行って
も可動スリーブ部材６６のＯリングが抵抗となり動きが
悪い。 （チ） 予圧切換えの段数を多くするほど組込みスペー
スが長く必要になる。

【０００９】また、いずれかの主軸装置も、油圧ポンプ
７４（図９）で作動油を油圧室に供給する構造となって
いるが、油流量が非常に少なく、油圧の圧力調整弁で
は、油の流れがある程度生じないと圧力が変化しにくい
ため、幾つかの圧力調整弁をセットして切り換えて圧力
制御することになり、連続可変にできない。

【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
定圧予圧量を定位置予圧における停止時予圧量よりも大
きく設定することができる主軸装置を提供することを目
的とする。本発明の他の目的は、可動スリーブ部材や後
側ピストン部材を固定して定位置予圧を行うことができ
るころがり軸受の予圧方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、ハウジング内に、主軸
が、ころがり軸受で回転自在に支持された主軸装置にお
いて、上記ころがり軸受の外輪に嵌着されるとともに戻
し用油圧室を形成して上記ハウジングに主軸の軸方向に
移動自在に嵌挿された可動スリーブ部材と、予圧用後側
油圧室を有し、上記可動スリーブ部材の前端部に一体に
固定された押圧部材と、上記予圧用後側油圧室内に軸方
向に移動自在に装入され、上記押圧部材を後側に移動さ
せて上記ころがり軸受の外輪に予圧をかける後側ピスト
ン部材と、予圧用前側油圧室を有し、該予圧用前側油圧
室を上記予圧用後側油圧室に向き合わせてハウジングに
一体に固定された固定スリーブ部材と、上記予圧用前側
油圧室内に軸方向に移動自在に装入された前側ピストン
部材と、上記固定スリーブ部材の後端部に設けられ、上
記前側ピストン部材の後側への移動を阻止する前側スト
ッパ部材と、上記後側ピストン部材と前側ピストン部材
との間及び上記押圧部材と固定スリーブ部材との間に軸
方向に移動自在に設けられた中間部材と、上記押圧部材
と前側ストッパ部材の部分にそれらの間隔が大きくなる
ように付勢して設けられた予圧ばねとを具備した構成と
した。

【００１２】この手段では、戻し用油圧室と予圧用後側
油圧室とを脱圧状態にして予圧用前側油圧室に作動油を
充分大きな圧力で供給すると、前側ピストン部材がスト
ッパ部材に突き当たるまで中間部材を介して押圧部材を
後側に押圧し、後側ころがり軸受に予圧を付加する（定
位置予圧）。

【００１３】また、予圧用前側油圧室を脱圧にした状態
で、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室とに油通路をそれ
ぞれ通じて作動油を供給すると、後側ピストン部材が前
側に移動して中間部材を固定スリーブ部材に押し付け
る。後側ピストン部材の油圧力を戻し用油圧室の油圧力
よりも大きくした場合、両油圧力の差圧に予圧ばねの力
を加えた力が後側ころがり軸受の外輪に予圧となって付
加される。この状態で両油通路を閉じると、油通路と油
圧室内に封入された作動油の非圧縮性により、可動スリ
ーブ部材と後側ピストン部材とが固定されるので、定位
置予圧となる。上記において、予圧用後側油圧室の油圧
力を相対的に低くし、後側ころがり軸受の外輪の変位力
よりも小さくすると、予圧ばねによる定圧予圧となる。

【００１４】なお、前側ピストン部材等の「前側」は、
通常、工具が装着される主軸の先端側であり、「後側」
はその反対側であるが、絶対的なものではなく、見る方
向によって変わるので、上記の逆に解釈することもでき
る。

【００１５】上記の主軸装置において、戻し用油圧室の
受圧面積よりも予圧用後側油圧室の受圧面積を大きくす
ることができる（請求項２）。この構成では、戻し用油
圧室と予圧用後側油圧室に同一圧力の作動油を供給した
場合、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室の受圧面積差に
対応した力が働いて予圧を高める。したがって、戻し用
油圧室と予圧用後側油圧室の油圧回路を同一にすること
が可能となる。

【００１６】また、請求項１又は２記載の主軸装置にお
いて、油圧室に作動油を供給する油圧回路を、空圧源
と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油を油管路
を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記
空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に
設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱
圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備した構成とする
ことができる（請求項３）。

【００１７】上記の手段では、電磁方向切換弁を加圧状
態にすると、空圧源の空気圧によってエアオイルブース
タが作動し、作動油を油圧室に供給する。また、電磁方
向切換弁を脱圧に切り換えると、エアオイルブースタの
脱圧によって油圧室が脱圧状態となる。エアオイルブー
スタは、空気の受圧面積と作動油の加圧面積の差によ
り、空気源から与えられた空気圧を油圧に変換（通常は
増圧）するが、作動油の使用流量が微量（例えば、０．
００５〜１．５ｃｃ）でも圧力を確実に調整できるた
め、無段階の連続的な圧力調整を可能とする上、油圧室
の圧力が異常に上昇したような場合、空気のクッション
作用によって上昇圧力を吸収する。

【００１８】請求項１又は２記載の主軸装置において、
戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給する油
圧回路を、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に変換し
て作動油を油管路を通じて上記油圧室に供給するエアオ
イルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブースタ
を連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエアオイ
ルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切換弁と
を具備した油圧回路とし、予圧用前側油圧室に作動油を
供給する油圧回路を、油圧源の油管路に減圧弁と電磁方
向切換弁が設けられた油圧回路とした構成とすることが
できる（請求項４）。

【００１９】この構成では、エアオイルブースタから戻
し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給し、また
予圧用前側油圧室に油圧ポンプ等の油圧源から作動油を
供給して請求項１又は２記載の主軸装置を作動させる。

【００２０】請求項３又は４記載の主軸装置において、
空気管路に電空レギュレータをが設けることが好ましい
（請求項５）。この構成では、電空レギュレータは、Ｎ
Ｃ装置等からの電圧式や電流式等の外部指令によって作
動し、空気圧を調整して油圧室の作動油圧力を制御す
る。この場合、使用空気流量が少なくても確実に圧力が
調整されるので、圧力制御が連続して迅速にかつ容易に
できるようになる。

【００２１】また、油管路に電磁比例流量制御弁を設け
ることが好ましい（請求項６）。この構成では、電磁比
例流量制御弁で作動油の流量を制御する。この場合、通
常は、電磁比例流量制御弁を開くことにより、作動油の
流量を多くして短時間で作動油を油圧室に供給し、その
後は、電磁比例流量制御弁を絞って作動油の流動抵抗を
大きくすることにより、例えば、断続切削力のピークが
油圧力により大きくなった時に生じる主軸の振動を軽減
させる。主軸の振動量と周波数は切削条件によって異な
るため、電磁比例流量制御弁の開度を幾つか設定して使
い分けることで減衰特性を変えて最良の切削を選定でき
る。

【００２２】また、油管路にノンリーク形切換弁を設け
ることが好ましい（請求項７）。この構成では、ノンリ
ーク形切換弁で油管路を開閉する。油管路を閉じて、例
えば、可動スリーブ部材を固定することにより、工具交
換時における主軸の変位を抑えてガタつきを防ぐことが
可能になる。

【００２３】請求項８記載の発明は、請求項７記載の主
軸装置において、エアオイルブースタから作動油を油管
路を通じて油圧室に供給した後、ノンリーク形切換弁を
閉じて定位置予圧を行う構成とした。この手段では、主
軸ユニットを組立後に自由に予圧設定を換えることがで
き、従来と違って、定位置予圧量を機械構造的に予め製
作設定する必要がなくなる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面を
参照して説明する。図１ないし図４は本発明の実施の形
態を示すもので、符号１は主軸装置である。主軸装置１
は、ハウジング３と、主軸４と、ころがり軸受５，６
と、可動スリーブ部材７と、押圧部材８と、後側ピスト
ン部材９と、固定スリーブ部材１２と、前側ピストン部
材１３と、前側ストッパ部材１４と、中間部材１６と、
予圧ばね１７と、モータ１８とを具備し、油圧回路１
９，２０（図３）によってころがり軸受に予圧を付加す
ることができるようになっている。

【００２５】ハウジング３は、油通路３ａ，３ｂ，３ｃ
を有する。主軸４は、ハウジング３内に、タンデム配置
の２組のころがり軸受５，６によって周方向に回転自在
に支持されている。可動スリーブ部材７は、円筒形状と
されており、後側（図１で右側）の一対のころがり軸受
５の外輪に嵌着されるとともに円環状の戻し用油圧室Ｒ
ａを形成してハウジング３に主軸４の軸方向に移動自在
に嵌挿されている。戻し用油圧室Ｒａは、ハウジング３
の油通路３ａに直接連通されている。可動スリーブ部材
７には、ハウジング３の油通路３ｂに連通する油通路７
ａが形成されている。

【００２６】押圧部材８は円環状とされ、可動スリーブ
部材７の前端部に多数のボルト１１ａ（図１には１本し
か示されていない。）で一体に固定されている。押圧部
材８には、円環状の予圧用後側油圧室Ｒａと、該予圧用
後側油圧室Ｒｂを可動スリーブ部材７の油通路７ａに連
通させる油通路８ａと、ころがり軸受５の外輪を押圧す
る押圧部８ｂとが設けられている。予圧用後側油圧室Ｒ
ｂには、円環状の後側ピストン部材９が主軸４の軸方向
に移動自在に液密に装入されている。

【００２７】固定スリーブ部材１２は円筒形状に形成さ
れ、前側の一対のころがり軸受６の外輪に嵌着されてハ
ウジング３に一体に固定されている。固定スリーブ部材
１２には、円環状の予圧用前側油圧室Ｒｃと、該予圧用
前側油圧室Ｒｃをハウジング３の油通路３ｃに連通させ
る油通路１２ａが設けられている。予圧用前側油圧室Ｒ
ｃには、円環状の前側ピストン部材１３がこれも主軸４
の軸方向に移動自在に液密に装入されている。また、固
定スリーブ部材１２の後端部には前側ストッパ部材１４
が押圧部材８に向き合わせて多数のボルト１１ｃ（図１
には１本しか示されていない。）で一体に固定され、前
側ピストン部材１３の後側への移動を阻止している。

【００２８】中間部材１６は円環状に形成され、後側ピ
ストン部材９と前側ピストン部材１３との間及び押圧部
材８と固定スリーブ部材１２との間に両ストッパ部材１
０，１４に案内されて主軸４の軸方向に移動自在に設け
られている。また、予圧ばね１７は、押圧部材８と前側
ストッパ部材１４との間にそれらの間隔が大きくなるよ
うに付勢して設けられている。予圧ばね１７には、コイ
ルばねや板ばね等が、主軸４と同心状に、或いは所定の
角度間隔で配置して用いられる。なお、戻し用油圧室Ｒ
ａの受圧面積Ａ1 よりも予圧用後側油圧室Ｒｂの受圧面
積Ａ2 が大きく設定されている。

【００２９】モータ１８は主軸４を回転させるものであ
り、ステータ１８ａによって回転させられるロータ１８
ｂのロータスリーブに主軸４を嵌挿して、ハウジング３
内のころがり軸受５と軸受２１との間に設けられてい
る。符号２２は固定スリーブ部材１２の前端面に一体に
固定された押え部材、２３は可動スリーブ部材７の動き
を良くしているボールガイドである。

【００３０】油圧回路１９は、戻し用油圧室Ｒａと予圧
用後側油圧室Ｒｂに作動油をそれぞれ供給するものであ
り、空圧源２５と、エアオイルブースタ２６と、電空レ
ギュレータ（電磁空圧レギュレータ）２７と、一対の電
磁方向切換弁２８と、一対の電磁比例流量制御弁２９
と、一対のノンリーク形切換弁（電磁切換弁）３０と、
一対の圧力センサ３１とを有する。

【００３１】空圧源２５はコンプレッサ等から成る。エ
アオイルブースタ２６は、受圧面積の大きい空圧シリン
ダ２６ａに加圧面積の小さい油圧シリンダ２６ｂを一体
に連結して成り、受圧面積と加圧面積の差により、与え
られた空気圧を油圧に変換・増圧するもので、空圧シリ
ンダ２６ａを空気源２５に空気管路３３で接続して設け
られている。電空レギュレータ２７は、ＮＣ装置等の制
御装置（図示せず）からの電圧式又は電流式の外部指令
にしたがって空気圧を調整するものであり、空気管路３
３に設けられている。

【００３２】電磁方向切換弁２８は、励磁状態で空気管
路３３を空圧シリンダ２６ａのボトム側空気室に連絡す
るとともに、空圧シリンダ２６ａのロッド側空気室を大
気に開放してエアオイルブースタ２６を作動させ、ま
た、消磁状態で空圧シリンダ２６ａのロッド側空気室に
空気管路３３を連絡するとともに、ボトム側空気室を大
気に開放してエアオイルブースタ２６を脱圧状態にする
もので、空気管路３３の分岐管３３ａ，３３ｂにそれぞ
れ設けられている。

【００３３】各電磁比例流量制御弁２９と各ノンリーク
形切換弁３０及び各圧力センサ３１は、エアオイルブー
スタ２６の油圧シリンダ２６ｂにそれぞれ接続された油
管路３４，３５に、上流側から下流側に上記の順でそれ
ぞれ設けられている。各ノンリーク形切換弁３０は、油
管路３４，３５をそれぞれ開閉するものである。圧力セ
ンサ３１の出力信号は、前記制御装置に入力され、電空
レギュレータ２７のフィードバック制御に利用されるよ
うになっている。油管路３４はハウジング３の油通路３
ａに接続され、他の油管路３５はハウジング３の油通路
３ｂに接続されている。

【００３４】油圧回路２０は、予圧用前側油圧室Ｒｃに
作動油を提供するものであり、油圧ポンプ等の油圧源３
７の油管路３８に、減圧弁３９と電磁方向切換弁４０を
設けて成る。油管路３８は、ハウジング３の油通路３ｃ
に接続されている。

【００３５】減圧弁３９には、前記油圧室Ｒｃの受圧面
積Ａ3 に作用する油圧を予め設定する。この設定圧力
は、主軸４への逆スラスト力（主軸４が前側に引き抜か
れる向きの力）に充分耐えうる圧力とされる。例を挙げ
ると、 許容逆スラスト力 Ｆａ＝１００００Ｎ なら、 油圧力Ｐ1 ＝（Ｆａ／Ａ3 ）×１．５〜２ として、 Ａ3 ＝５０ｃｍ² なら、 Ｐ1 ＝３００〜４００Ｎ／ｃｍ²（３〜４Ｍｐａ） となる。一般に油圧源３７は、５Ｍｐａ以上なので減圧
弁３９で圧力を下げる。油圧室Ｒｃに流れる作動油量が
少なく、可変にしても圧力追従が悪いので、減圧弁３９
の設定圧力は１種類に固定するのが普通である。

【００３６】電磁方向切換弁３９は、ソレノイドａが励
磁されると、油管路３８の油圧源３７側を閉じるととも
に、油通路３ｃ側を油タンク４１に接続して予圧用前側
油圧室Ｒｃを脱圧状態にし、またソレノイドｂが励磁さ
れると（ソレノイドａは消磁）、油管路３８を開いて作
動油を予圧用前側油圧室Ｒｃに供給し、更に両ソレノイ
ドａ，ｂが消磁された中立位置で油管路３８を閉じるよ
うになっている。

【００３７】次に、上記の構成とされた主軸装置の作用
を説明する。図２は、油圧回路１９の分岐管３３ａ，３
３ｂの両電磁方向切換弁２８のソレノイドをそれぞれ消
磁して戻し用油圧室Ｒａと予圧用後側油圧室Ｒｂとをそ
れぞれ脱圧するとともに、油圧回路２０の電磁方向切換
弁４０のソレノイドｂを励磁して予圧用前側油圧室Ｒｃ
に充分に高圧の作動油を供給した状態を示す。

【００３８】この場合は、前側ピストン部材１３がスト
ッパ部材１４に突き当たるまで中間部材１６を介して押
圧部材８を後側に押圧し、後側ころがり軸受５に予圧を
付加する。この時の予圧は定位置予圧となる（図４の予
圧Ａ曲線）。

【００３９】図１は、主軸４の回転停止時に予圧量がＰ
B になるように電空レギュレータ２７に指令を出力し、
油圧回路１９の分岐管３３ａ，３３ｂの両電磁方向切換
弁２８のソレノイドをそれぞれ励磁して作動油を戻し用
油圧室Ｒａと予圧用後側油圧室Ｒｂとにそれぞれ供給
し、油圧回路２０の電磁方向切換弁４０のソレノイドａ
を励磁して予圧用前側油圧室Ｒｃを脱圧にした状態を示
す。

【００４０】この場合は、後側ピストン部材９が前側に
移動して中間部材１６を固定スリーブ部材１２に押し付
け、後側に反力を生じさせる。この反力（油圧力）は、
前述のように、戻し用油圧室Ｒａと予圧用後側油圧室Ｒ
ｂの受圧面積Ａ1 ，Ａ2 がＡ1 ＜Ａ2 に設定されてい
る関係から戻し用油圧室Ｒａの油圧力よりも大きいの
で、後側ころがり軸受５には、戻し用油圧室Ｒａの油圧
力と予圧用後側油圧室Ｒｂの油圧力の差圧に予圧ばね１
７の付勢力を加えた力が予圧として作用することにな
る。この状態で油圧回路１９の両ノンリーク形切換弁３
０を作動させて油管路３４，３５をそれぞれ閉じると、
油管路３４，３５と油通路３ａ，７ａ及び油圧室Ｒａ，
Ｒｂ内の作動油の非圧縮性により、可動スリーブ部材７
と後側ピストン部材９とが固定されるので、予圧は、作
動油による定位置予圧となる（図４の予圧Ｂ曲線）。こ
の際、両圧力センサ３１の検出圧力をモニターし、両油
圧室Ｒａ，Ｒｂの圧力差から予圧変化を割り出して設定
内を維持するようにノンリーク形切換弁３０を制御す
る。

【００４１】上記において、電空レギュレータ２７に指
令を出力して空気圧を低下させることにより、戻し用油
圧室Ｒａと後側油圧室Ｒｂの両油圧力の差圧を、後側こ
ろがり軸受５の外輪の変位力よりも小さくすると、予圧
ばね１７の付勢力が直接予圧に働くようになり、定圧予
圧となる（図４の予圧Ｃ曲線）。この定圧予圧の場合、
前述のように、戻し用油圧室Ｒａと予圧用後側油圧室Ｒ
ｂの両油圧力の差圧が、予圧ばね１７の付勢力に重畳さ
れるので、その時の予圧量ＰC （図４）は、定位置予圧
の停止時予圧量ＰA（予圧ばね１７の付勢力のみの予圧
量）も常に大きくなる。したがって、高速回転時におい
て充分な主軸剛性が得られる。

【００４２】空気圧を設定するエアオイルブースタ２６
は、リリーフ弁の機能を持つため、流量が極めて少ない
場合でも圧力制御が可能になる。

【００４３】図４の予圧Ｃ曲線の後半は、主軸４の回転
数と設定予圧のテーブルに従い電空レギュレータ２７に
指令を与えて空気圧を変え、主軸４の回転上昇に伴って
油圧力、軸受予圧の上限を徐々に下げたものである。高
速回転で高い予圧を維持すると、軸受寿命が低下する
が、上記のように制御することによって寿命を延ばすこ
とができる。

【００４４】電磁比例流量制御弁２９は、通常、油圧室
Ｒａ，Ｒｂへの作動油の供給時には全開状態とし、供給
終了後は、適宜に絞って作動油の流動抵抗を大きくす
る。この結果、作動油の供給時間が短くなって素早い予
圧切換えが可能になり、また、切削力の変動に起因する
主軸４の変位が減衰されるようになる。

【００４５】予圧を下げたり解除したりする場合は、必
要があれば、予圧用の両油圧室Ｒｂ，Ｒｃを脱圧状態に
して、戻し用油圧室Ｒａに作動油を供給し、可動スリー
ブ部材７を前側に変位させる。なお、上記の予圧操作は
基本的なもので、これ以外の方法でも予圧を付加するこ
とが可能である。

【００４６】図３の油圧回路１９は、空気管路３３を２
つに分岐し、空圧源２５と電空レギュレータ２７を２つ
の系に共用させた構造となっているが、空気管路３３を
分岐しない単独構造とすることも、また空気管路３３を
３つに分岐してその三系統に空圧源２５と電空レギュレ
ータ２７を共用させることができる。前者の単独構造の
場合は、１〜３個の油圧回路１９を油通路３ａ，３ｂ，
３ｃの任意の１以上に接続することができる。この場
合、油圧回路１９に接続されないで残された油通路に
は、油圧回路２０を接続する。後者の場合は、すべての
油通路３ａ，３ｂ，３ｃに油圧回路１９の油管路を接続
することは言うまでもない。空気管路３３を複数に分岐
した油圧回路１９において、空圧源２５のみを全系統に
共用させ、電空レギュレータ２７は各系に設けたり、或
いは一部の系のみに共用されるなどの構成とすることが
できる。上記のすべてにおいて、油圧回路１９，２０の
一方又は両方を、例えば、ノンリーク形切換弁３０を省
くなど、種々変更することができる。

【００４７】また、油圧室Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの受圧面積
Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 の大小関係は、図のものに限らず任意
であり、油圧回路１９，２０の構成や油圧室Ｒａ，Ｒ
ｂ，Ｒｃに対する接続構成等によってこれらも種々変更
される。なお、作動油が非圧縮性があるといっても完全
ではないため、ノンリーク形切換弁３０や電磁比例流量
制御弁２９は油圧室の近傍に設置し、伸縮性のない配管
部品で接合する必要がある。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、次の効果を期待することができる。 （ａ） 定圧予圧量を、定位置予圧における停止時予圧
量よりも大きく設定することができる。したがって、剛
性が不足になりがちな定圧予圧主軸に対して、予圧を大
きく設定することで剛性を高めることができる。 （ｂ） 通常の定位置予圧と、作動油の非圧縮性を利用
した定位置予圧、及び定圧予圧の３段に切り換えること
ができる。 （ｃ） 常に予圧ばね１７が作用しているため、定位置
予圧設定における停止や低回転での予圧抜けを生じるこ
とはない。 （ｄ） 予圧を下げる時に、可動スリーブ部材７の外周
に設けられたＯリングの抵抗を考慮して戻し用油圧室Ｒ
ａに油圧を与えることにより、可動スリーブ部材７を予
圧減少方向に確実に変位させることができる。

【００４９】請求項１記載の主軸装置において、戻し用
油圧室の受圧面積よりも予圧用後側油圧室の受圧面積を
大きく設定すると、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室の
油圧回路を同一にして両油圧室の油圧力の差圧を予圧に
利用することができるようになるので、油圧回路の簡略
化が可能になる上、制御が容易になる。したがって製造
コストを低減することができる。

【００５０】また、請求項１又は２記載の主軸装置にお
いて、油圧室に作動油を供給する油圧回路が、空圧源
と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油を油管路
を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記
空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に
設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱
圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備した構成とする
と、エアオイルブースタは、作動油の使用流量が微量で
も圧力を確実に調整できるため、無段階の連続的な圧力
調整ができるようになり、予圧の制御性が向上する。ま
た、エアオイルブースタは、油圧室の圧力が異常に上昇
したような場合、空気のクッション作用によって上昇圧
力を吸収するので、異常な圧力上昇に起因する弊害を低
減することができる。

【００５１】また、請求項１又は２記載の主軸装置にお
いて、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給
する油圧回路が、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に
変換して作動油を油管路を通じて上記油圧室に供給する
エアオイルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブ
ースタを連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエ
アオイルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切
換弁とを具備した構成とした場合は、油圧回路を総合的
に最も簡単にすることができ、製造コストを一層低減す
ることが可能となる。

【００５２】請求項３又は４記載の主軸装置において、
空気管路に電空レギュレータを設けると、電空レギュレ
ータは、使用空気流量が少なくても確実に圧力を調整で
きるので、圧力制御を連続して迅速かつ容易にできるよ
うになり、予圧の制御性が一層向上する。また、定圧予
圧時の予圧量を連続的に可変でき、ころがり軸受に対し
て中速回転域での高剛性化と高速回転域での長寿化を図
ることができる。

【００５３】また、油管路に電磁比例流量制御弁を設け
た場合は、電磁比例流量制御弁を開くことで作動油を短
時間に油圧室に供給し、その後、電磁比例流量制御弁を
絞ることで作動油の流動抵抗を大きくして主軸の振動を
軽減させることができる。主軸の振動量と周波数は切削
条件によって異なるが、電磁比例流量制御弁の開度を幾
つか設定して使い分けることにより減衰特性を変えて最
良の切削を選定できる。

【００５４】また、油管路にノンリーク形切換弁を設け
ると、油管路を閉じることにより、非圧縮性の作動油に
よる定位置予圧が可能となる。

【００５５】請求項８記載の発明によれば、主軸ユニッ
トを組立後に自由に予圧設定を変えることができ、従来
と違って、定位置予圧量を機械構造的に予め製作設定す
る必要がなくなる。したがって、主軸の作動状態に適合
した定位置予圧を簡単に付加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る主軸装置の実施の形態を示す断
面図である。

【図２】 図１の主軸装置において、戻し用油圧室と予
圧用後側油圧室を脱圧し、予圧用前側油圧室に作動油を
供給した状態を示す主要部の断面図である。

【図３】 図１の主軸装置の油圧回路の一例を示す図で
ある。

【図４】 図１の主軸装置の、回転数と予圧の関係を示
す図である。

【図５】 従来の主軸装置の主要部の断面図である。

【図６】 図５の主軸装置の、回転数と予圧の関係を示
す図である。

【図７】 従来の他の主軸装置の主要部の断面図であ
る。

【図８】 図７の主軸装置の、回転数と予圧の関係を示
す図である。

【図９】 従来の別の主軸装置の主要部の断面図であ
る。

【図１０】 図９の主軸装置の、回転数と予圧の関係を
示す図である。

【符号の説明】

１ 主軸装置 ３ ハウジング ３ａ，３ｂ，３ｃ 油通路 ４ 主軸 ５ ころがり軸受 ７ 可動スリーブ
部材 ８ 押圧部材 ９ 後側ピストン
部材 １２ 固定スリーブ部材 １３ 前側ピスト
ン部材 １４ 前側ストッパ部材 １６ 中間部材 １７ 予圧ばね １９，２０ 油圧
回路 ２５ 空圧源 ２６ エアオイル
ブースタ ２６ａ 空圧シリンダ ２６ｂ 油圧シリ
ンダ ２７ 電空レギュレータ ２８，４０ 電磁
方向切換弁 ２９ 電磁比例流量制御弁 ３０ ノンリーク
形切換弁 ３１ 圧力センサ ３３ 空気管路 ３３ａ，３３ｂ 分岐管 ３４，３５，３８
油管路 ３７ 油圧源 ３９ 減圧弁

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に、主軸が、ころがり軸受
   で回転自在に支持された主軸装置において、 上記ころがり軸受の外輪に嵌着されるとともに戻し用油
   圧室を形成して上記ハウジングに主軸の軸方向に移動自
   在に嵌挿された可動スリーブ部材と、 予圧用後側油圧室を有し、上記可動スリーブ部材の前端
   部に一体に固定された押圧部材と、 上記予圧用後側油圧室内に軸方向に移動自在に装入さ
   れ、上記押圧部材を後側に移動させて上記ころがり軸受
   の外輪に予圧をかける後側ピストン部材と、 予圧用前側油圧室を有し、該予圧用前側油圧室を上記予
   圧用後側油圧室に向き合わせてハウジングに一体に固定
   された固定スリーブ部材と、 上記予圧用前側油圧室内に軸方向に移動自在に装入され
   た前側ピストン部材と、 上記固定スリーブ部材の後端部に設けられ、上記前側ピ
   ストン部材の後側への移動を阻止する前側ストッパ部材
   と、 上記後側ピストン部材と前側ピストン部材との間及び上
   記押圧部材と固定スリーブ部材との間に軸方向に移動自
   在に設けられた中間部材と、 上記押圧部材と前側ストッパ部材の部分にそれらの間隔
   が大きくなるように付勢して設けられた予圧ばねとを具
   備したことを特徴とする主軸装置。
2. 【請求項２】 戻し用油圧室の受圧面積よりも予圧用後
   側油圧室の受圧面積が大きくされたことを特徴とする請
   求項１記載の主軸装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の主軸装置におい
   て、 油圧室に作動油を供給する油圧回路が、 空圧源と、 該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油を油管路を通
   じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、 上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管
   路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧
   と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備したことを
   特徴とする主軸装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の主軸装置におい
   て、 戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給する油
   圧回路が、 空圧源と、 該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油を油管路を通
   じて上記油圧室に供給するエアオイルブースタと、 上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管
   路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧
   と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備した油圧回
   路とされ、 予圧用前側油圧室に作動油を供給する油圧回路が、油圧
   源の油管路に減圧弁と電磁方向切換弁が設けられた油圧
   回路とされたことを特徴とする主軸装置。
5. 【請求項５】 空気管路に電空レギュレータが設けられ
   たことを特徴とする請求項３又は４記載の主軸装置。
6. 【請求項６】 油管路に電磁比例流量制御弁が設けられ
   たことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに
   記載の主軸装置。
7. 【請求項７】 油管路にノンリーク形切換弁が設けられ
   たことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに
   記載の主軸装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の主軸装置において、 エアオイルブースタから作動油を油管路を通じて油圧室
   に供給した後、ノンリーク形切換弁を閉じて定位置予圧
   を行うことを特徴とするころがり軸受の予圧方法。