JP2000280102A - スピンドルのダンパ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イナーシャダンパ（マス）によらずにスピン
ドルの回転に伴う高周波振動成分を効果的に抑制する。 【解決手段】 スピンドル５側の可動側リング１９と、
スピンドル５を支持しているヘッド本体１側の固定側リ
ング２１との間に、微少隙間Ｇ１，Ｇ２をもってダンパ
ポケット部２２を形成する。ダンパポケット部２２に外
部から油圧を導入して面圧を発生させ、それに伴うダン
ピング抵抗をもってスピンドル５の回転に伴う高周波振
動成分を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転駆動されるス
ピンドルのダンパ装置に関し、特に工作機械のスピンド
ルヘッド等においてスピンドルの回転に伴って発生する
高周波成分の振動を抑制するようにしたダンパ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械のスピンドルヘッドにおいて、
そのスピンドルの回転に比較的高精度が要求される場合
には、モータやベアリングの高周波成分の振動を抑制す
るために、モータ軸と同一軸線上にイナーシャダンパ
（マス）を取り付けることが行われている。

【０００３】図３はその一例を示したもので、ヘッド本
体等の支持体５１にベアリング５２を介して回転可能に
支持されたスピンドル５３は、これと同一軸線上に配置
されたモータ５４の出力軸５５にカップリング５６を介
して連結されていて、このモータ５４の起動によりスピ
ンドル５３が回転駆動されるようになっているととも
に、モータ５４の出力軸５５には略円板状のイナーシャ
ダンパ５７を固定してある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の構
造において、イナーシャダンパ５７自体のイナーシャと
しては一般的にモータ５４のロータの４〜５倍程度必要
であるあため、必然的にイナーシャダンパ５７自体の形
状が大型化し、モータ５４の負荷イナーシャの増加とと
もにスピンドル５３自体の大型化が余儀なくされる。ま
た、上記イナーシャダンパ５７のイナーシャを微調整す
ることが必要となった場合にその対応が困難であり、場
合によっては再加工や再製作が必要となり、工数の増加
によってコストアップが余儀なくされる結果となって好
ましくない。

【０００５】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、とりわけコンパクトな構造でありながら必
要十分なダンパ効果が得られ、しかもそのダンパ効果の
度合いを容易に調整できるようにしたダンパ装置を提供
しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転駆動されるスピンドルの外周面とこのスピンド
ルを軸受支持する支持体の内周面との間に、微少隙間か
らなるダンパポケット部を形成し、このダンパポケット
部に外部から油圧等の所定の液圧を供給することによ
り、スピンドルの回転に伴って上記ダンパポケット部に
て液圧によるダンピング抵抗を生じさせるようにしたこ
とを特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の発明は、上記請求項１に
記載の発明におけるスピンドルの回転数が可変制御可能
となっているとともに、そのスピンドルの回転数と該ス
ピンドルの回転数に応じた前記ダンパポケット部での液
圧との関係が予め設定されていて、スピンドルの回転数
に応じて上記液圧が可変制御されるようになっているこ
とを特徴としている。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は、上記請求
項２に記載の発明におけるダンパポケット部を形成して
いるところの微少隙間の流れ方向の途中に絞りが設けら
れていることを特徴としている。

【０００９】さらに、請求項４に記載の発明は、上記請
求項３に記載の発明におけるダンパポケット部は、スピ
ンドルの外周面および支持体の内周面のうちのいずれか
一方側に設けられた断面略凸状のリングと、これに微少
隙間を保ちつつ対向するように前記スピンドルの外周面
および支持体の内周面のうちの他方側に設けられた断面
略凹状のリングとによって、スピンドルのスラスト方向
およびラジアル方向の面圧を発生するような形状に形成
されていることを特徴としている。

【００１０】したがって、請求項１に記載の発明では、
支持体に支持されているスピンドルが回転駆動されてい
る状態において、両者の間に微少隙間をもって形成され
ているダンパポケット部に外部から例えば油圧を供給す
ると、その油圧は支持体側およびスピンドル側の双方に
対し面圧として作用し、これが回転体たるスピンドルの
ダンピング抵抗となってダンパ効果が発生する。そし
て、この場合において、油圧媒体たる作動油の粘性もし
くは油圧そのものを適宜調整することにより、抑制した
い高周波振動成分のチューニングを容易に行えることに
なる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明のように、ス
ピンドル自体の回転数を積極的に可変制御する必要があ
る場合には、例えばスピンドルの回転数とそのスピンド
ルの回転数に応じた最適油圧との関係を多段階に分けて
関連付けたマップのごときテーブルを予め用意してお
き、スピンドル回転数の可変制御に併せて上記テーブル
を参照しながらダンパポケット部に供給されるべき油圧
も可変制御する。こうすることにより、スピンドルの回
転数が変化してもその都度スピンドル回転数に応じた最
適な油圧に自動調整され、ダンパ効果が効率よく、しか
も安定して発揮される。

【００１２】そして、請求項３に記載の発明のように、
ダンパポケット部に絞りが設けられているとその絞りに
よる流量制限機能が発揮されて、必要とされる油量が少
なくて済む故に経済的であるとともに、作動油の回収も
容易となる。

【００１３】さらに、請求項４に記載の発明のように、
スピンドルの外周面および支持体の内周面のうちのいず
れか一方側に設けられた断面略凸状のリングと、これに
微少隙間を保ちつつ対向するように前記スピンドルの外
周面および支持体の内周面のうちの他方側に設けられた
断面略凹状のリングとによって、断面が略ハット型状を
なす環状のダンパポケット部が形成されていると、この
ダンパポケット部にてスピンドルのスラスト方向（軸
心）およびラジアル方向（半径方向）の面圧が発生し
て、これがダンピング抵抗として効果的に作用する。

【００１４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、スピン
ドルと支持体との間に形成された微少隙間からなるダン
パポケット部に外部から油圧等の所定の液圧を供給する
ことにより、スピンドルの回転に伴って上記ダンパポケ
ット部にて液圧によるダンピング抵抗を生じさせるよう
にしたことから、従来のように形状的に大きなイナーシ
ャダンパを設けることなく所期の目的を達成することが
でき、その省スペース化によってスピンドルヘッドその
ものを小型化できる効果がある。また、液圧媒体たる液
体の粘度や圧力を調整することにより、ダンパ効果の微
調整や抑制したい高周波振動成分の微調整等をきわめて
容易に行える効果がある。

【００１５】また、請求項２に記載の発明によれば、ス
ピンドルの回転数と該スピンドルの回転数に応じた前記
ダンパポケット部での液圧との関係を予め設定してお
き、可変制御されるスピンドルの回転数に応じて上記液
圧も可変制御するようにしたため、請求項１に記載の発
明と同様の効果のほかに、スピンドルの回転数が変化し
ても特定の高周波成分の振動を安定的にしかも効率よく
抑制できる効果がある。

【００１６】請求項３に記載の発明によれば、ダンパポ
ケット部を形成しているところの微少隙間の流れ方向の
途中に絞りを設けた構成としたため、その絞り効果のた
めに液体流量が少なくても所期のダンピング抵抗を発生
させることができ、請求項２に記載の発明と同様の効果
のほかに、必要とされる液体の減少によってその回収が
容易となる効果がある。

【００１７】請求項４に記載の発明によれば、スピンド
ルの外周面および支持体の内周面のうちのいずれか一方
側に設けられた断面略凸状のリングと、これに微少隙間
を保ちつつ対向するように他方側に設けられた断面略凹
状のリングとによってダンパポケット部を形成し、この
微少隙間たるダンパポケット部にてスピンドルのスラス
ト方向およびラジアル方向の面圧を発生させるようにし
たため、請求項３に記載の発明と同様の効果のほかに、
上記二つのリングを追加するだけでダンパポケット部を
形成でき、その省スペース化のために装置全体を一段と
小型化できる効果がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１，２は本発明に係るスピンド
ルダンパ装置の好ましい実施の形態を示す図であって、
特に図１の（Ａ）はダンパ装置全体の概略構成説明図
を、（Ｂ）は同図（Ａ）および図２のｂ部の要部拡大図
を、図２はスピンドルの詳細をそれぞれ示している。

【００１９】図１，２に示すように、支持体たるスピン
ドルヘッドのヘッド本体１にはスリーブ２が内挿されて
おり、このスリーブ２に複数のベアリング３，４を介し
てスピンドル５が回転可能に支持されている。また、ヘ
ッド本体１の後端にはスピンドル５と同一軸線上に位置
するように変速制御可能なモータ６が固定されており、
このモータ６の出力軸７はカップリング８を介してスピ
ンドル５に連結されている。そして、前記各ベアリング
３，４は潤滑油供給通路９，１０を通して供給される潤
滑油によって潤滑されるようになっている。なお、図２
において、１１，１２は各ベアリング３，４を固定する
ためのアダプタナット、１３はメカニカルシール、１４
はカバープレート１５に取り付けられた回転センサであ
る。

【００２０】図１の（Ａ）および図２のほか図１の
（Ｂ）に拡大して示すように、スピンドル５には、イン
ナカラー１６と、そのインナカラー１６よりも大径であ
って且つ該インナカラー１６を両側から挟む一対のサイ
ドプレート１７とがアダプタナット１８にて固定されて
いて、これらインナカラー１６とサイドプレート１７と
により断面略凹形状をなす可動側リング１９が形成され
ている。そして、インナカラー１６の外周面には周溝２
０が形成されている。

【００２１】他方、スピンドル５を支持しているスリー
ブの２内周面には微少隙間を隔てて上記可動側リング１
９と対向するように断面凸形状をなす固定側リング２１
が配置されており、これら凹凸形状をなす可動側リング
１９と固定側リング２１とによりハット型の断面形状を
なす微少隙間たるダンパポケット部２２が形成されてい
る。上記固定側リング２１には単一の油孔２３が形成さ
れている一方、スピンドル５を支持しているスリーブ２
およびヘッド本体１には上記油孔２３に挿入されるパイ
プ状の油圧供給ノズル２４が設けられている。この油圧
供給ノズル２４は、ポート２５に外部から導入される油
圧をダンパポケット部２２に供給する油路としての機能
のほかに、固定側リング２１が可動側リング１９ととも
に連れ回りするのを阻止するいわゆる回り止めとしての
機能を併せ持っている。そして、上記可動側リング２１
と固定側リング１９とで形成されるところのダンパポケ
ット部２２に導入された油圧はそのダンパポケット部２
２にて所定の面圧を発生させ、後述するようにこの面圧
たるダンピング抵抗をもってスピンドル５の回転に伴う
高周波振動成分を抑制するようになっている。

【００２２】ここで、上記のダンパポケット部２２は、
スピンドル５のスラスト方向での受圧面と同じくラジア
ル方向の受圧面とを兼ね備えるように断面がハット型状
に形成されているものであるが、上記スラスト方向の受
圧面となる双方のリング１９，２１の縦壁面同士のなす
間隙Ｇ１を、ラジアル方向の受圧面となる円筒面同士の
なす間隙Ｇ２よりも小さく設定することで、上記ダンパ
ポケット部２２の流れ方向の中間部に絞り機能を持たせ
てある。より具体的には、図１の（Ｂ）に示すように、
ラジアル方向の受圧面たる円筒面同士のなす間隙Ｇ２が
例えば０．１〜０．２ｍｍ程度に設定されているのに対
して、スラスト方向の受圧面たる縦壁面同士のなす間隙
Ｇ１は０．０１〜０．０２ｍｍ程度に設定されていて、
この間隙Ｇ１が絞りとしての機能を発揮するようになっ
ている。

【００２３】また、図１の（Ａ）に示すように、モータ
６はＮＣ装置２６からの指令により変速制御されながら
起動されるようになっているとともに、モータ６の指令
回転数たる回転数情報は油圧制御装置２７に逐次入力さ
れるようになっている。この油圧制御装置２７には、モ
ータ６の実用使用域における回転数と上記ダンパポケッ
ト部２２に導入されるべき油圧の大きさの度合いとを予
め関連付けた回転数−油圧特性のテーブルが用意されて
いて、上記モータ６の指令回転数に適した油圧の大きさ
が油圧制御装置２７にて演算されて、その値が油圧制御
指令として自動圧力制御弁２８に入力されることによ
り、上記ダンパポケット部２２に導入されるべき油圧が
自動調整されるようになっている。また、上記ダンパポ
ケット部２２の上流側には流量制御弁２９とともに圧力
センサ３０が設けられていて、このセンサ圧力に応じて
ダンパポケット部２２に導入されるべき油圧がフィード
バック制御されるようになっている。

【００２４】したがって、本実施の形態によれば、モー
タ６によってスピンドル５が回転駆動される際には、油
圧制御装置２７および自動圧力制御弁２８にて決定され
る油圧がダンパポケット部２２に導入されて該ダンパポ
ケット部２２を流れ、ダンパポケット部２２から漏れ出
した油は各ベアリング３，４を潤滑した後の潤滑油とと
もに一括して図示外のドレーン回路Ｄによって回収され
る。回収された油は、オイルコントローラＯにて調整さ
れたのち、油圧供給装置Ｙによりダンパ装置側へ供給さ
れる。

【００２５】ここで、上記スピンドル５の回転時にはダ
ンパポケット部２２を形成しているところの可動側リン
グ１９と固定側リング２１とが相対回転して、それら両
者の間の隙間Ｇ１，Ｇ２をもって形成されるダンパポケ
ット部２２の油圧は双方のリング１９，２１の縦壁面お
よび円筒面にそれぞれラジアル方向もしくはスラスト方
向の面圧を発生させる。そして、この面圧が、相対回転
しているスリーブ２とスピンドル５との間にダンピング
抵抗を生じさせ、このダンパ効果をもってスピンドル５
の回転に伴って発生する高周波振動成分が十分に抑制も
しくは吸収される。

【００２６】その上、前述したように、スラスト方向の
面圧を発生すべき縦壁面同士の隙間Ｇ１は円筒面同士の
なす隙間Ｇ２のおよそ十分の一程度ときわめて小さく設
定してあるため、この小さい隙間Ｇ１が絞り効果を発揮
し、結果として供給油量が少なくても必要十分な面圧を
発生させることができる。しかも、上記ダンパポケット
部２２を形成している可動側，固定側双方のリング１
９，２１は、スリーブ２とスピンドル５との間のベアリ
ング配置間隙内に配置することが十分に可能であること
から、装置全体の省スペース化の面でもきわめて有効で
ある。

【００２７】さらに、ダンパポケット部２２を形成して
いる固定側リング２１が可動側リング１９とともに連れ
回りしようとしても、その固定側リング２１は油圧供給
ノズル２４にて拘束されているために連れ回りすること
がなく、余分な振動の発生を未然に防止できることにな
る。

【００２８】なお、モータ６を一定の回転数で定速回転
させるだけでスピンドル５の回転数を積極的に変速制御
しない場合には、ダンパポケット部２２に導入されるべ
き油圧の大きさは必ずしも変化させる必要はなく、一定
の圧力としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、
（Ａ）はダンパ装置全体の概略構成説明図、（Ｂ）はダ
ンパポケット部のｂ部の拡大断面説明図。

【図２】スピンドルの支持形態を示す要部断面説明図。

【図３】従来のスピンドルのダンパ装置の一例を示す構
成説明図。

【符号の説明】

１…ヘッド本体（支持体） ５…スピンドル ６…モータ １６…インナカラー １７…サイドプレート １９…可動側リング ２１…固定側リング ２２…ダンパポケット部 ２７…油圧制御装置 Ｇ１…スラスト方向面圧発生用の縦壁面隙間 Ｇ２…ラジアル面圧発生用の円筒面隙間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動されるスピンドルの外周面とこ
   のスピンドルを軸受支持する支持体の内周面との間に、
   微少隙間からなるダンパポケット部を形成し、このダン
   パポケット部に外部から所定の液圧を供給することによ
   り、スピンドルの回転に伴って上記ダンパポケット部に
   て液圧によるダンピング抵抗を生じさせるようにしたこ
   とを特徴とするスピンドルのダンパ装置。
2. 【請求項２】 スピンドルの回転数が可変制御可能とな
   っているとともに、そのスピンドルの回転数と該スピン
   ドルの回転数に応じた前記ダンパポケット部での液圧と
   の関係が予め設定されていて、スピンドルの回転数に応
   じて上記液圧が可変制御されるようになっていることを
   特徴とする請求項１に記載のスピンドルのダンパ装置。
3. 【請求項３】 前記ダンパポケット部を形成している微
   少隙間の流れ方向の途中に絞りが設けられていることを
   特徴とする請求項２に記載のスピンドルのダンパ装置。
4. 【請求項４】 前記ダンパポケット部は、スピンドルの
   外周面および支持体の内周面のうちのいずれか一方側に
   設けられた断面略凸状のリングと、これに微少隙間を保
   ちつつ対向するように前記スピンドルの外周面および支
   持体の内周面のうちの他方側に設けられた断面略凹状の
   リングとによって、スピンドルのスラスト方向およびラ
   ジアル方向の面圧を発生するような形状に形成されてい
   ることを特徴とする請求項３に記載のスピンドルのダン
   パ装置。