JP2008002480A - 予圧可変式スピンドルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】予圧を迅速に切り換えるための構造が複雑にならず、製造コストの上昇を抑える。
【解決手段】主軸１と外筒２との間に、主軸１を回転自在に支持する３個のアンギュラ軸受と、一端側の軸受３を押圧するスリーブ６と、このスリーブ６と接触・離間する位置決めリング７と、スリーブ６の軸方向の移動を規制する調整部材８とが組み込まれる。スリーブ６の段差部１３と、調整部材８の段差部１９との間に、螺旋溝１８と連通する戻し用油圧室２３を形成し、この戻し用油圧室２３に螺旋溝１８の圧油を充填して、油圧室２１に充填された圧油が前記スリーブ６を押圧する向きと反対の向きにスリーブ６を押圧する。この戻し用油圧室２３に螺旋溝１８の圧油が充填されているので、スリーブ６を外筒２の内径面と円滑に摺動させる圧油と、戻し用油圧室２３に充填されスリーブ６を押圧する圧油とを兼用できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、主軸の回転速度に応じて主軸を支持する軸受の予圧荷重を変化させることができる予圧可変式スピンドルユニットに関するものである。

一般に、最近の工作機械には、低速回転域から高速回転域まで良好な回転精度が要求されるため、回転速度によらないで主軸に適度な剛性を与えることのできる予圧可変式スピンドルユニットが採用されている。

この予圧可変式スピンドルユニットとして、従来から、主軸の回転速度に応じて主軸を支持する軸受の予圧荷重を変化させられるようにして、低速回転域で重予圧、高速回転域では軽予圧とすることにより、主軸の剛性と高速性を両立させたものが知られている（特許文献１ 図１、図７参照）。
実開平６−１５９０６号公報

上記予圧可変式スピンドルユニットは、主軸と主軸を通す外筒との間に、主軸を回転自在に支持する４個のアンギュラ軸受と、外筒と軸方向に摺動して一端側の２個の軸受を押圧するスリーブと、外筒と軸方向に摺動して前記スリーブと接触・離間する中間リングと、前記スリーブおよび中間リングの軸方向の移動を規制する調整部材とが組み込まれたものである。

上記スリーブと中間リングとの間および中間リングと調整部材との間にそれぞれ油圧室が形成され、各油圧室への圧油の供給・排出を制御してスリーブを押圧するとともに、スリーブで軸受を押圧して、一端側の２個の軸受に予圧を加えることができる。

また、上記スリーブの一端部に作動リングが軸方向に移動可能に挿入され、この作動リングの一端部に外筒の一端面を覆う蓋板が取り付けられ、作動リングと蓋板との間に戻し用油圧室が設けられる。この戻し用油圧室への圧油の充填により、上記各油圧室に充填される圧油でスリーブを押圧する向きと反対の向きにスリーブが押圧され、スリーブを元の位置に復帰させることで、スリーブが押圧する軸受の予圧を軽減させる。

また、従来の予圧可変式スピンドルユニットの他の実施例として、上記戻し用油圧室の代わりに、コイルばねが作動リングと蓋板との間に取り付けられたものがある。このコイルばねの弾性力により、上記各油圧室に充填された圧油でスリーブを押圧する向きと反対の向きにスリーブが押圧されて、スリーブを元の位置に復帰させることで、スリーブが押圧する軸受の予圧を低減する。

このように、上記各油圧室に充填された圧油と、戻し用油圧室に充填された圧油またはコイルばねの弾性力とによってスリーブを押圧することで、軸受の重予圧と軽予圧とを切り換えることができる。

上記予圧可変式スピンドルユニットは、上記戻し用油圧室に充填された圧油の圧力によって、または、コイルばねの弾性力によってスリーブを押圧して、軸受の予圧を軽予圧に切り換えるようにしている。しかし、前記戻し用油圧室に充填された圧油の圧力を利用する場合、その戻し用油圧室へ圧油を導入する横穴を上記蓋板に形成する必要があり、スピンドルユニットの構造が複雑になるとともに、製造コストが上昇する。

そこで、この発明は、予圧を迅速に切り換えるための構造が複雑にならず、製造コストの上昇を抑えることができる予圧可変式スピンドルユニットを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、スリーブに螺旋溝と連通する戻し用油圧室を形成し、前記戻し用油圧室に螺旋溝の圧油を充填して、油圧室に充填された圧油がスリーブを押圧する向きと反対の向きにスリーブを押圧するようにしたのである。

このようにすると、上記戻し用油圧室に螺旋溝の圧油が充填されれば、スリーブを外筒の内径面と円滑に摺動させる圧油と、戻し用油圧室に充填されスリーブを押圧する圧油とを兼用することができる。この圧油を兼用することで、新たに、圧油導入用の横穴を形成する必要がなくなる。

以上のように、この発明の予圧可変式スピンドルユニットは、新たに、圧油導入用の横穴を形成する必要がなくなるため、スピンドルユニットの構造が複雑にならず、製造コストの上昇を抑えることができる。

この発明の実施形態は、主軸と外筒との間に、前記主軸を回転自在に支持する軸受と、前記外筒と摺動して前記軸受を軸方向に押圧するスリーブと、このスリーブを軸方向に押圧する圧油が充填される油圧室とを組み込み、前記スリーブと前記外筒との摺動面のいずれか一方に螺旋溝を設け、この螺旋溝に圧油を充填して前記スリーブと前記外筒とを摺動させる予圧可変式スピンドルユニットおいて、前記スリーブに上記螺旋溝と連通する戻し用油圧室を形成し、この戻し用油圧室に前記螺旋溝の圧油を充填して、前記油圧室に充填された圧油が前記スリーブを押圧する向きと反対の向きにスリーブを押圧する構成を採用することができる。

以下、この発明の実施例を図１〜図３に基づいて説明する。この実施例の予圧可変式スピンドルユニットは、図１、図２に示すように、主軸１と、この主軸１を通す外筒２との間に、主軸１を回転自在に支持する３個のアンギュラ軸受３、４、５と、外筒２と軸方向に摺動して一端側の軸受３を押圧するスリーブ６と、このスリーブ６と接触・離間する位置決めリング７と、前記スリーブ６および位置決めリング７の軸方向の移動を規制する調整部材８とが組み込まれたものである。

上記各軸受３、４、５は、主軸１の一端側に１個、他端側に２個組み込まれ、上記スリーブ６内に組み込まれた一端側の軸受３と、外筒２内に直接組み込まれた他端側の軸受４、５とが背面合わせとなるように配置される。

上記一端側の軸受３は、その外輪端面が上記スリーブ６の他端部１２に間座９を介して当接している。また、他端側の軸受４、５は、間座１０を挟んで組み込まれ、さらに、軸受５は、前記間座１０と反対側に組み込まれた間座１１と当接している。

上記スリーブ６は、その他端部１２の内径が、軸受３を組み込んだ部分よりも小さく形成され、一端側へ移動するときに、前記他端部１２が隣り合う上記間座９を介して軸受３の外輪を押圧し、この軸受３に予圧を与える。また、このスリーブ６の他端部１２には、後述するようにスリーブ６を位置決めするために、内周に段差部１３が設けられる。

上記スリーブ６の一端側の端部には、作動リング１４が軸方向に移動可能に挿入され、さらに、その作動リング１４の一端側の端部に、上記外筒２の端部を覆う蓋板１５が取り付けられる。前記作動リング１４に設けられた筒部１６と、スリーブ６の他端部１２とで、上記軸受３の外輪が挟持されている。前記蓋板１５の内部には、圧縮されたコイルばね１７が装着され、その弾性力により作動リング１４の端面を押圧する。前記作動リング１４が主軸１の他端側へ移動するときに、軸受３の外輪が押されて予圧が軽減される。

また、上記スリーブ６の他端側の端部には、上記主軸１との間にスリーブ６の軸方向の移動を規制する上記調整部材８が組み込まれ、外筒２の内側の側壁との間に上記位置決めリング７が設けられる。

上記スリーブ６の上記外筒２との摺動面には螺旋溝１８が形成され、この螺旋溝１８に後述する油圧制御装置２２から圧油が充填されている。圧油が螺旋溝１８に充填されれば、スリーブ６が縮径して外筒２との間に適度なすき間が生じ、スリーブ６の軸方向の移動を円滑に行うことができる。なお、前記螺旋溝１８は、外筒２の内周面に形成してもよい。

上記調整部材８は、上記スリーブ６の他端部１２の段差部１３と当接してスリーブ６の一端側への移動を規制する段差部１９が設けられ、上記位置決めリング７と軸方向に挿通するボルト２０により一体に固定される。前記スリーブ６の他端部１２の段差部１３と、調整部材８の段差部１９とは、この実施例のユニットを組み込んだ初期状態において所定のすき間ａをもって設けられる。

上記スリーブ６と位置決めリング７との間に油圧室２１が形成され、この油圧室２１への圧油の供給・排出は、外筒２の外部に設けられた油圧制御装置２２によって制御される。この油圧室２１への圧油の供給・排出を制御してスリーブ６を主軸１の一端側へすき間ａ分だけ移動させるとともに、前記位置決めリング７と調整部材８とでスリーブ６を位置決めして、すき間ａに応じて軸受３に予圧を付与する。

また、上記スリーブ６の段差部１３と、調整部材８の段差部１９との間に、戻し用油圧室２３が形成される。この戻し用油圧室２３は、スリーブ６の螺旋溝１８と連通し、その螺旋溝１８の圧油が充填されている。この戻し用油圧室２３に螺旋溝１８の圧油が充填されているので、スリーブ６を外筒２の内径面と円滑に摺動させる圧油と、戻し用油圧室２３に充填されたスリーブ６を押圧する圧油とを兼用することができる。このように、圧油を兼用することで、新たに圧油導入用の横穴を形成する必要がなくなるため、スピンドルユニットの構造が複雑にならず、製造コストの上昇を抑えることができる。

また、上記戻し用油圧室２３は、螺旋溝１８に充填された圧油によって、常時、スリーブ６を他端側に押圧する。この戻し用油圧室２３の外径寸法が、上記油圧室２１の圧油によりスリーブ６を一端側に移動させたときに、その段差部１３を調整リング８の段差部１９に突き当て移動を規制させるため、調整リング８の段差部１９の外径寸法よりも小さく形成されている。このように形成されれば、戻し用油圧室２３の圧油によりスリーブ６を他端側に押圧する力が、上記油圧室２１の圧油によりスリーブ６を一端側に押圧する力よりも小さくなるため、軸受３の予圧を迅速に切り換えする際に悪影響を及ぼさない。

この実施例の予圧可変式スピンドルユニットは、以上のように構成され、次にその作用について説明する。

まず、主軸１の低速回転時では、上記油圧室２１に圧油を供給し、供給された圧油がスリーブ６を押圧し、主軸１の一端側へ移動させる。このとき、スリーブ６はその他端部１２の段差部１３が、調整部材８の段差部１９に当接するまで移動し、軸受３には、すき間ａに対応して予圧が付与され、重予圧状態となる。

この状態から、主軸１の回転速度が上がると、遠心力や主軸１の熱膨張などにより、軸受の予圧が徐々に上昇する。予圧が許容最大予圧に達すれば、上記油圧室２１から圧油を排出する。

上記油圧室２１から圧油が排出されれば、上記戻し用油圧室２３に充填されている圧油および蓋板１５に装着されたコイルばね１７の弾性力が、スリーブ６を他端側へ移動させ、位置決めリング７に当接させる。スリーブ６を他端側へ移動させることにより、軸受３の予圧を軽予圧状態に切り換えることができる。

このように、上記戻し用油圧室の圧油による圧力と、上記コイルばねの弾性力とを同時にスリーブに作用させているので、従来のコイルばねの弾性力のみの場合と比較して、スリーブの軸受の予圧を軽予圧に切り換えるための押圧を大きくすることができ、より迅速に軽予圧状態に切り換えることができる。

次に、この発明の他の実施例の予圧可変式スピンドルユニットを図３に示す。この予圧可変式スピンドルユニットは、上記スリーブ６と、位置決めリング７との間に、中間リング２４を組み込み、前記スリーブ６と中間リング２４との間に第一油圧室２５を、中間リング２４と位置決めリング７との間に第二油圧室２６が形成された点で、上述の実施例と相違する。その他の構成は上述の実施例と同様である。

この実施例の予圧可変式スピンドルユニットは、スリーブ６を一端側に押圧する油圧室が２箇所に形成され、前記スリーブ６と中間リング２４との間のすき間、および中間リング２４と位置決めリング７との間のすき間に対応して予圧を付与できる。このため、軸受３に対して３段階の予圧切り換えを行うことができるとともに、上述の実施例と同様に、スリーブ６を外筒２の内径面と円滑に摺動させる圧油と、戻し用油圧室２３によりスリーブ６を押圧する圧油とを兼用することができる。この実施例の場合も、新たに、圧油導入用の横穴を形成する必要がなくなり、スピンドルユニットの構造が複雑にならないので、製造コストの上昇を抑えることができる。

実施例の予圧可変式スピンドルユニットを示す断面図 同上の要部を示す断面拡大図 他の実施例の予圧可変式スピンドルユニットを示す断面図

符号の説明

１ 主軸
２ 外筒
３、４、５ アンギュラ軸受
６ スリーブ
７ 位置決めリング
８ 調整部材
９、１０、１１ 間座
１２ 他端部
１３ 段差部
１４ 作動リング
１５ 蓋板
１６ 筒部
１７ コイルばね
１８ 螺旋溝
１９ 段差部
２０ ボルト
２１ 油圧室
２２ 油圧制御装置
２３ 戻し用油圧室
２４ 中間リング
２５ 第一油圧室
２６ 第二油圧室

Claims (1)

1. 主軸（１）と外筒（２）との間に、前記主軸（１）を回転自在に支持する軸受（３）（４）、（５）と、前記外筒（２）と摺動して前記軸受（３）を軸方向に押圧するスリーブ（６）と、このスリーブ（６）を軸方向に押圧する圧油が充填される油圧室（２１）とを組み込み、前記スリーブ（６）と前記外筒（２）との摺動面のいずれか一方に螺旋溝（１８）を設け、この螺旋溝（１８）に圧油を充填して前記スリーブ（６）と前記外筒（２）とを摺動させる予圧可変式スピンドルユニットおいて、
   上記スリーブ（６）に上記螺旋溝（１８）と連通する戻し用油圧室（２３）を形成し、この戻し用油圧室（２３）に前記螺旋溝（１８）の圧油を充填して、上記油圧室（２１）に充填された圧油が前記スリーブ（６）を押圧する向きと反対の向きにスリーブ（６）を押圧することを特徴とする予圧可変式スピンドルユニット。

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