JP2015128800A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】びびり振動をより確実に抑制することができる主軸装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１０と、回転工具２１を保持する主軸２０と、ハウジングに対して主軸を回転可能に支持する支持装置と、を備え、支持装置は、主軸の外周面に設けられる転がり軸受４１，４２と、転がり軸受の外輪を支持する１つの外輪支持体５０と、ハウジングと外輪支持体との径方向間において主軸の軸線方向の異なる２箇所にそれぞれ設けられ、ハウジングに対して外輪支持体を支持し、転がり軸受が有する減衰係数よりも大きな減衰係数Ｃをそれぞれ有する２個の粘弾性軸受６１、６２と、を備える。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、工作機械に使用される主軸装置に関する。

例えば、特許文献１には、主軸の前側（工具側）に配置された前側転がり軸受と前側ハウジングとの間に中間ハウジングを介装し、減衰性を付加した1箇所の静圧軸受で中間ハウジングの径方向を支持して加工中の主軸のびびり振動を抑制する主軸装置が開示されている。

特開平６−８００５号公報

本発明は、びびり振動をより確実に抑制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。

（請求項１）本発明に係る主軸装置は、ハウジングと、回転工具を保持する主軸と、前記ハウジングに対して前記主軸を回転可能に支持する支持装置と、を備え、前記支持装置は、前記主軸の外周面に設けられる転がり軸受と、前記転がり軸受の外輪を支持する１つの外輪支持体と、前記ハウジングと前記外輪支持体との径方向間において前記主軸の軸線方向の異なる２箇所にそれぞれ設けられ、前記ハウジングに対して前記外輪支持体を支持し、前記転がり軸受が有する減衰係数よりも大きな減衰係数をそれぞれ有する２個の粘弾性軸受と、を備える。

このように、外輪支持体を、大きな減衰係数を有する２個の粘弾性軸受によって支持するので、従来技術に示すように、外輪支持体を、１個の粘弾性軸受によって支持する場合と比較し安定して外輪支持体を支持でき、回転工具のびびり振動を効果的に抑制することができる。

（請求項２）また、前記転がり軸受による前記外輪支持体への径方向荷重による前記外輪支持体の端部を中心としたモーメントと、単一の仮想集中荷重による前記外輪支持体の端部を中心としたモーメントとが同一となるように、前記単一の仮想集中荷重の位置を定義した場合に、前記２個の粘弾性軸受は、前記単一の仮想集中荷重の位置に対して前記軸線方向の前後両側に設けられてもよい。

これにより、２個の粘弾性軸受は、外輪支持体に回転モーメントを発生させることがない。よって、２個の粘弾性軸受は、安定して外輪支持体を支持でき、回転工具のびびり振動を効果的に抑制することができる。

（請求項３）また、前記単一の仮想集中荷重は、前記主軸の回転速度に応じて変化し、前記主軸の回転速度に応じて変化する前記単一の仮想集中荷重の範囲を仮想集中荷重範囲と定義した場合に、前記２個の粘弾性軸受は、前記仮想集中荷重範囲に対して前記軸線方向の両外側に設けられてもよい。

このため、主軸の回転速度が変化した場合にも、２個の粘弾性軸受が、外輪支持体に回転モーメントを発生させることがない。よって、２個の粘弾性軸受は、安定して外輪支持体を支持でき、回転工具のびびり振動を効果的に抑制することができる。

（請求項４）前記粘弾性軸受は、前記ハウジングの内周面と前記外輪支持体の外周面との間に油圧ポケットが設けられ形成された静圧流体軸受であってもよい。これにより、主軸の振動を抑制する際には、流体静圧軸受に供給する油量等を調整することにより、最も各回転工具に適した減衰係数に容易に合わせ込むことができ効率的である。

（請求項５）また、前記静圧軸受に供給された流体が排出されるドレンは、前記ハウジングの重力方向下方に配置されてもよい。これにより、流体は重力によって効率よく排出される。

（請求項６）また、前記外輪支持体は、前記ハウジングに対して回転不能に固定されてもよい。このため、支持体は前方側軸受の外輪と供回りすることが確実に防止されるので、支持体と静圧軸受との間に相対回転は発生しない。これにより、静圧軸受に供給される油が支持体と静圧軸受との間でせん断されて熱を発生させ各部に熱変位を生じさせて、回転工具のびびり振動を助長することもない。

（請求項７）また、前記主軸の前記回転工具側の端部には、前記回転工具が加工する工作物と前記粘弾性軸受との間を遮蔽する遮蔽部材が設けられてもよい。これにより、工作物の切削くず等が、支持体軸受に入り込むことを防止できる。

（請求項８）また、前記転がり軸受は、前記回転工具側に位置する転がり軸受であってもよい。これにより、回転工具のびびり振動を回転工具の近傍で効果的に抑制することができる。

本発明の実施形態における主軸装置の軸方向断面図である。 図１の静圧軸受部の拡大図である。 径方向荷重Ｐ１、Ｐ２により発生するモーメントＭ１を説明する図である。 仮想集中荷重Ｐ３により発生するモーメントＭ２を説明する図である。 荷重Ｆａ、Ｆｂと、仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬとの位置関係を説明する図である。 仮想集中荷重Ｐ３により発生するモーメントＭ２と、荷重Ｆａ、Ｆｂにより発生するモーメントＭ３との関係を説明する図である。 荷重Ｆａ、Ｆｂと、仮想集中荷重範囲Ｄとの関係を説明する図である。 振動抑制効果−減衰係数グラフである。 振動抑制効果−バネ定数グラフである。 振動抑制効果−外輪支持体質量グラフである。

（主軸装置の全体構成）
以下、本発明の主軸装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。主軸装置の構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、主軸装置は、ハウジング１０と、主軸２０と、モータ３０と、支持装置４０と、キャップ７０（本発明の遮断部材に相当する）と、を備える。

ハウジング１０は、中空筒状に形成され、その中に主軸２０を挿通する。主軸２０は、先端側（図１の左側）に、ホルダ２２に保持された状態の回転工具２１を保持する。モータ３０は、ハウジング１０の筒内に配置されており、ハウジング１０に固定されたステータ３１および主軸２０に固定されたロータ３２を備える。

支持装置４０は、ハウジング１０に対して、主軸２０を回転可能に支持する。支持装置４０は、転がり軸受４１〜４５と、外輪支持体５０と、静圧軸受６０とを備えている。

転がり軸受４１〜４５は、ハウジング１０に対して主軸２０を回転可能に支持する。転がり軸受４１〜４５の内周面は、主軸２０の外周面に係合される。転がり軸受４１〜４４は、例えば玉軸受を適用し、モータ３０より回転工具２１側（前側）に配置される。玉軸受はどのようなものでもよく、例えば、主軸２０の軸線方向に与圧を付与するアンギュラ玉軸受であってもよい。なお、以降の説明においても、軸線方向とのみいった場合には、主軸２０の軸線方向のことをいうものとする。

一方、転がり軸受４５は、例えば、ころ軸受を適用し、モータ３０より回転工具２１の反対側（後側）に配置される。つまり、転がり軸受４１〜軸受４４および軸受４５は、モータ３０を軸線方向中央に挟むように配置される。なお、主軸装置の説明においては、以降も回転工具２１が保持される図１の左側を前側と称し、図１の右側を後側と称す。

本実施形態においては、転がり軸受４１〜４４のうち、最も回転工具２１側に配置される主軸２０の軸線方向に整列した２列の転がり軸受４１、４２を前方側軸受４１，４２と定義する。転がり軸受４１、４２は、本発明に係る転がり軸受に相当する。

図２に示すように、前方側軸受４１，４２は、外輪支持体５０、および静圧軸受６０を介してハウジング１０の内周面１０ａに支持されている。外輪支持体５０は、例えば鉄等の金属材料によって円筒状に形成され、円筒の内周面５０ａで前方側軸受４１，４２の各外輪を支持している。前方側軸受４１，４２の各外輪は外輪支持体５０の内周面５０ａに圧入されている。ただし、この態様に限らず、前方側軸受４１，４２の各外輪は外輪支持体５０の内周面５０ａに挿入されるだけでもよい。また、外輪支持体５０と前方側軸受４１，４２の各外輪とが一体的に形成されていてもよい。

静圧軸受６０は、第一静圧軸受６１および第二静圧軸受６２（本発明の２個の粘弾性軸受、および静圧流体軸受に相当する）を有する。第一静圧軸受６１および第二静圧軸受６２は、ハウジング１０と外輪支持体５０との径方向間において主軸２０の軸線方向の異なる２箇所にそれぞれ設けられ、ハウジング１０に対して外輪支持体５０を支持する。

第一静圧軸受６１は、主軸２０の軸線方向において回転工具２１側に設けられ、第二静圧軸受６２は第一静圧軸受６１の後側に配置される。第一および第二静圧軸受６１、６２は、例えば油などの流体が、後述する各油圧ポケット６１ａ、６１ｂに所定の流量だけ供給されることにより、所定の減衰係数Ｃおよび所定のバネ定数ｋで、ハウジング１０に対し、外輪支持体５０を主軸２０の径方向で支持する軸受として機能する。

第一および第二静圧軸受６１、６２で設定される所定の減衰係数Ｃは、転がり軸受４１、４２がそれぞれ有する減衰係数よりも大きくなるよう設定されている。また、第一および第二静圧軸受６１、６２で設定される所定のバネ定数ｋは、転がり軸受４１、４２がそれぞれ有するバネ定数より小さくなるよう設定されている。

なお、本実施形態においては、第一静圧軸受６１および第二静圧軸受６２は同様の構成からなるものとする。よって、第一および第二静圧軸受６１、６２の有する各減衰係数Ｃおよび各バネ定数ｋはそれぞれ同じであるものとする。

第一および第二静圧軸受６１、６２は、所定の減衰係数Ｃおよび所定のバネ定数ｋの付加によって生じる減衰効果およびバネ効果により、外輪支持体５０、前方側軸受４１，４２、および前方側軸受４１，４２が支持する主軸２０（回転工具２１）の振動を抑制する。なお、第一および第二静圧軸受６１、６２は、付加する減衰係数Ｃおよびバネ定数ｋに応じて、空気静圧軸受、磁気軸受、ゴム製Ｏリングなどの他の粘弾性軸受に適宜変更することができる。

キャップ７０（本発明の遮蔽部材に相当する）は、円筒状の部材であり、主軸２０の回転工具２１側端部に円筒内周面が挿入されている。円筒内周面と主軸２０の外周面との間には、２本のＯリング７１、７２が軸線方向に整列して介装され、円筒内周面と主軸２０の外周面との間がシールされている。ただし、これに限らず、Ｏリングは、Ｏリング７１が１本だけ設けられていてもよい。また、円筒内周面と主軸２０の外周面との間のシールは、Ｏリングではなく、オイルシールまたはエアシールによってもよい。また、キャップ７０のハウジング１０側の端面の外周部は、ハウジング１０のキャップ７０側の端面の外周部に当接されている。

また、図１に示すように、キャップ７０のハウジング１０側の端面には、ピン７３およびピン７４が１本ずつ突設されている。キャップ７０を主軸２０に装着した状態において、ピン７３は、外輪支持体５０に設けられた嵌合孔５０ｂと嵌合し、ピン７４はハウジング１０に設けられた嵌合孔１０ｂと嵌合する。これにより、ピン７３、ピン７４およびキャップ７０を介してハウジング１０に対する外輪支持体５０の相対回転を規制する。なお、ピン７３およびピン７４は、それぞれ１本ずつに限らず何本ずつ設けてもよい。また、ハウジング１０に対する外輪支持体５０の相対回転を規制する方法は、上記態様には限らず、どのような方法によってもよい。

（静圧軸受６０の詳細構成）
支持装置４０を構成する静圧軸受６０の構成について詳細に説明する。前述したように静圧軸受６０は、第一および第二静圧軸受６１、６２を有しており、両者は同一の構成によって形成されている。そこで、構成の説明については、代表として第一静圧軸受６１のみについて説明する。図１、図２に示すように、第一静圧軸受６１は、油圧ポケット６１ａと、第一ドレン通路６３と、第二ドレン通路６１ｂと、対向面６１ｃと、対向面６１ｄと、流体供給経路６１ｅと、絞り６１ｆと、を有する。

油圧ポケット６１ａは、外輪支持体５０の外周面と対向するハウジング１０の内周面１０ａの全周に亘って凹状に刻設され形成されている。第一ドレン通路６３は、油圧ポケット６１ａと壁６４を隔てて軸線方向の後側に形成されている。なお、第一ドレン通路６３は、第二静圧軸受６２が有する第一ドレン通路と共用である。第一ドレン通路６３は、ハウジング１０の内周面１０ａの全周に亘って凹状に形成されている。壁６４の内周面であり、外輪支持体５０の外周面と対向する対向面６１ｃは、外輪支持体５０の外周面と若干の隙間を有して対向している。当該隙間によって、油圧ポケット６１ａに供給された油が油圧ポケット６１ａから第一ドレン通路６３に向かって流れる流路が形成される。

第二ドレン通路６１ｂは、油圧ポケット６１ａと壁６５を隔てて軸線方向の前側に形成されている。第二ドレン通路６１ｂは、ハウジング１０の内周面１０ａの全周に亘って凹状に形成されている。壁６５の内周面であり、外輪支持体５０の外周面と対向する対向面６１ｄは、外輪支持体５０の外周面と若干の隙間を有して対向している。当該隙間によって、油圧ポケット６１ａに供給された油が油圧ポケット６１ａから第二ドレン通路６１ｂに向かって流れる流路が形成される。

流体供給経路６１ｅは、流路６６を介して油圧ポケット６１ａと図略の油圧ポンプとを接続している。油圧ポンプは、作動することによって、図略のリザーバから油を吸入し図略の制御装置が指示する流量の油を油圧ポケット６１ａに供給する。また、流体供給経路６１ｅには、所定の径の絞り６１ｆが設けられている。ここでいう所定の径とは、第一静圧軸受６１が有する減衰係数が、所定の減衰係数Ｃとなるように設定される径である。

油圧ポケット６１ａ、第一ドレン通路６３および第二ドレン通路６１ｂは、図１に示すように、それぞれが有する接続通路４６がドレン回収通路４７に接続されている。本実施形態において、接続通路４６およびドレン回収通路４７は、主軸２０の重力方向の真下に位置している。ドレン回収通路４７は、図略のリザーバに接続されている。

前述のとおり、第二静圧軸受６２は、第一静圧軸受６１と同様の構成を有している。つまり、第一静圧軸受６１が有する、油圧ポケット６１ａ、第一ドレン通路６３（共用）、第二ドレン通路６１ｂ、対向面６１ｃ、対向面６１ｄ、流体供給経路６１ｅおよび絞り６１ｆが、第二静圧軸受６２が有する油圧ポケット６２ａ、第一ドレン通路６３、第二ドレン通路６２ｂ、対向面６２ｃ、対向面６２ｄ、流体供給経路６２ｅ、および絞り６２ｆにそれぞれ対応する。そして、第一静圧軸受６１の前側および第二静圧軸受６２の後側では、ゴム製のＯリングによって、外輪支持体５０の外周面と、ハウジング１０の内周面１０ａとの間がシールされている。

（静圧軸受６０の配置位置について）
ここで、静圧軸受６０の軸線方向における配置位置について詳細に説明する。本実施形態における静圧軸受６０は、前方側軸受４１，４２との間の力のバランス関係に基づいて配置位置が設定される。具体的には、（１）静圧軸受６０（第一および第二静圧軸受６１、６２）が外輪支持体５０を支持する位置と、（２）前方側軸受４１，４２が外輪支持体５０に及ぼす力の作用する位置と、の関係が下記で説明する所定の状態となるよう設定される。

（（１）静圧軸受６０が外輪支持体５０を支持する位置について）
油圧ポンプが作動し、第一および第二静圧軸受６１、６２の各油圧ポケット６１ａ、６２ａに所定流量の油が供給されると、各油圧ポケット６１ａ、６２ａ内から油が対向面６２ｃ、対向面６２ｄおよび対向面６１ｃ、対向面６１ｄと外輪支持体５０との間の各流路を通過して第一ドレン通路６３、および各第二ドレン通路６１ｂ、６２ｂに流れていく。

このような状態において、第一および第二静圧軸受６１、６２は、外輪支持体５０をそれぞれ所定の減衰係数Ｃおよびバネ定数ｋを付加した状態で支持する。この場合、第一および第二静圧軸受６１、６２が、外輪支持体５０を支持する位置（範囲）は、それぞれ図２に示すＡおよびＢの範囲となる。つまり、第一および第二静圧軸受６１、６２は外輪支持体５０を所定の範囲ＡおよびＢの幅で支持している。

（（２）前方側軸受４１，４２が外輪支持体５０に及ぼす力の作用する位置について）
外輪支持体５０が前方側軸受４１，４２を支持する際、各前方側軸受４１，４２は、それぞれ図２、図３Ａに示すように各転がり軸受４１、４２の軸線方向における各中心において、径方向荷重Ｐ１、Ｐ２を外輪支持体５０に対して付与する。

このとき、径方向荷重Ｐ１、Ｐ２による外輪支持体５０の端部Ｔを中心としたモーメントＭ１（図３Ａ参照）と、単一の仮想集中荷重Ｐ３による外輪支持体５０の端部Ｔを中心としたモーメントＭ２（図３Ｂ参照）とが同一となるように、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬを定義する。上記Ｍ１、Ｍ２をそれぞれ式で表すと下記式（１）および（２）となる。また、Ｍ１とＭ２との関係を式で表すと下記式（３）となる。なお、各式において、外輪支持体５０の端部Ｔから径方向荷重Ｐ１、Ｐ２および単一の仮想集中荷重Ｐ３までの距離はそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３とする。

［数１］
Ｍ１＝Ｐ１×Ｌ１＋Ｐ２×Ｌ２・・・（１）

［数２］
Ｍ２＝Ｐ３×Ｌ３・・・（２）

［数３］
Ｍ１＝Ｍ２・・・（３）

本実施形態においては、上記のような状態において、第一静圧軸受６１が外輪支持体５０を支持する範囲Ａおよび、および第二静圧軸受６２が外輪支持体５０を支持する範囲Ｂが、すべて軸線方向における各転がり軸受４１、４２の幅の中に含まれるよう、２箇所で配置されている。このため、第一および第二静圧軸受６１、６２が外輪支持体５０へ付与する力は、すべて各転がり軸受４１、４２によって支持される。これにより、各転がり軸受４１、４２と第一および第二静圧軸受６１、６２とは、安定した状態で配置されているといえる。

また、図４Ａに示すように、本実施形態においては、第一および第二静圧軸受６１、６２が、それぞれ外輪支持体５０を支持する各範囲Ａ、Ｂが、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの前後（両側）にそれぞれ配置される。なお、図４Ａにおいては、各範囲Ａ、Ｂで外輪支持体５０を支持する荷重をそれぞれ荷重Ｆａ、Ｆｂとして記載する。また、荷重Ｆａ、Ｆｂの軸線方向位置は、図２に示す流体供給経路６１ｅおよび６２ｅの軸中心と一致するものとする。そして、荷重Ｆａ、Ｆｂが、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの前後（両側）にそれぞれ配置されるよう、第一および第二静圧軸受６１、６２の位置が設定される（図２、図４Ａ参照）。

これにより、図４Ｂに示すように、単一の仮想集中荷重Ｐ３による外輪支持体５０の端部Ｔを中心としたモーメントＭ２と、荷重Ｆａ、Ｆｂによる外輪支持体５０の端部Ｔを中心としたモーメントＭ３（図３Ａ参照）との間の差を所定の閾値（Ｔｈ）より小さくすることができる。これにより、端部Ｔを中心として発生する外輪支持体５０の回転モーメントの大きさを抑制することができる。なお、所定の閾値（Ｔｈ）は、外輪支持体５０に回転モーメントを発生させるのに十分な大きさの差であり、任意に設定すればよい。よって、各転がり軸受４１、４２と第一および第二静圧軸受６１、６２とは、さらに安定した状態で配置されたといえる。

なお、モーメントＭ２の数式、モーメントＭ３の数式およびモーメントＭ２とモーメントＭ３との関係数式は、それぞれ、前述した下記式（２）、および式（４）、式（５）となる。なお、各数式において、外輪支持体５０の端部Ｔから荷重Ｆａ、Ｆｂまでの距離はそれぞれＬ４、Ｌ５とする。

[数２]
Ｍ２＝Ｐ３×Ｌ３・・・（２）

[数４]
Ｍ３＝Ｆａ×Ｌ４＋Ｆｂ×Ｌ５・・・（４）

[数５]
｜Ｍ２−Ｍ３｜≦Ｔｈ・・・（５）

しかし、この態様に限らず、第一および第二静圧軸受６１、６２が外輪支持体５０を支持する範囲Ａおよび範囲Ｂの各位置が、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの前と後にそれぞれ配置されてさえいれば、第一および第二静圧軸受６１、６２をどのように配置してもよい。つまり、範囲Ａおよび範囲Ｂの各一部のみが軸線方向における各転がり軸受４１、４２の幅の中に交差するよう配置されてもよい。また、範囲Ａおよび範囲Ｂが、軸線方向における各転がり軸受４１、４２の幅の中に含まれないよう配置されてもよい。

また、例えば、各転がり軸受４１、４２が、大きさの異なる軸受で設定され、径方向荷重Ｐ１、Ｐ２が異なった値となる場合には、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬは軸線方向において変動する。しかし、その場合にも、第一および第二静圧軸受６１、６２が外輪支持体５０を支持する範囲Ａおよび範囲Ｂが、単一の仮想集中荷重Ｐ３が発生する軸線方向の発生位置ＣＬの前後に配置されるよう第一および第二静圧軸受６１、６２の位置を設定すればよい。

さらに、主軸２０の回転数の上昇に伴い、各転がり軸受４１、４２の回転速度（回転数）が上昇したときには、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬは変動する場合がある。このとき、変動する単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの範囲を仮想集中荷重範囲Ｄと定義する（図２，図５参照）。このような場合にも、第一および第二静圧軸受６１、６２が外輪支持体５０を支持する径方向荷重Ｐ１の範囲Ａおよび、径方向荷重Ｐ２の範囲Ｂが、仮想集中荷重範囲Ｄの前後（両外側）となるよう配置されることが好ましい。このような条件を満足させるよう、第一および第二静圧軸受６１、６２を配置することにより、所定の流量の油が供給された第一および第二静圧軸受６１、６２の作用によって支持される外輪支持体５０に発生する回転モーメントを抑制できる。

（作用効果）
上記のように構成された主軸装置では、主軸２０が回転しても、ハウジング１０との相対回転が規制されている外輪支持体５０自体は回転しない。これにより、主軸２０が高速回転しても、静圧軸受６０（第一および第二静圧軸受６１、６２）の各油圧ポケット６１ａ、６２ａ内の油および、対向面６１ｃ、６１ｄおよび対向面６２ｃ、６２ｄと外輪支持体５０の外周面との間の油にせん断が発生せず、よってせん断熱を発生させることがない。このため、油のせん断により発生した熱によって主軸装置の各部が変位し、当該変位によって主軸２０の回転バランスを変動させて、主軸２０および回転工具２１のびびり振動を増大させることもない。

上記のように、本実施形態においては、油のせん断熱の発生を防止することによって主軸２０および回転工具２１の振動を抑制するという効果を有している。しかし、これに加え、さらに、第一および第二静圧軸受６１、６２が、それぞれ外輪支持体５０を支持する範囲Ａおよび範囲Ｂが、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの前後（両側）に配置されている。これにより、外輪支持体５０には、静圧軸受６０（第一および第二静圧軸受６１，６２、粘弾性軸受）の支持によって回転モーメントが発生されることはなく、安定して主軸２０（回転工具２１）のびびり振動を抑制することができる。

また、粘弾性軸受を第一および第二静圧軸受６１、６２とした。これにより、主軸２０のびびり振動を抑制する際には、第一および第二静圧軸受６１、６２（静圧軸受６０）に供給する油量等を調整することにより、最も各回転工具に適した減衰係数に容易に合わせ込むことができ効率的である。

なお、周知の事項であるが、上記のように第一および第二静圧軸受６１，６２によって、主軸２０（回転工具２１）のびびり振動を抑制する場合、回転工具２１および主軸２０等に応じてもっとも効率よく振動を抑制することが可能な減衰係数Ｃおよびバネ定数ｋの範囲がある（図６、図７中、効果大の範囲参照）。

よって、第一および第二静圧軸受６１、６２には、これらの振動抑制効果が高い減衰係数Ｃおよびバネ定数ｋの範囲が得られるのに適した流量の油が供給されることが好ましい。ただし、振動抑制効果が高い減衰係数Ｃの範囲のみが得られるよう、第一および第二静圧軸受６１、６２に所定の流量の油が供給されるだけでもよい。これらによって、静圧軸受６０による振動抑制効果はより大きなものとなる。

また、本実施形態において、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置は、主軸２０の回転速度に応じて変化する。主軸２０の回転速度に応じて変化する単一の仮想集中荷重Ｐ３の範囲を仮想集中荷重範囲Ｄと定義した場合に、第一および第二静圧軸受６１，６２（２個の粘弾性軸受）は、それぞれが外輪支持体５０を支持する範囲である範囲ＡおよびＢが、仮想集中荷重範囲Ｄに対して軸線方向の両外側に配置されるよう設定されている。

このため、主軸２０の回転速度が変化した場合にも、第一および第二静圧軸受６１，６２による支持の力が、外輪支持体５０に回転モーメントを発生させることがない。これにより、静圧軸受６０（第一および第二静圧軸受６１，６２、粘弾性軸受）は、安定して主軸２０（回転工具２１）のびびり振動を抑制することができる。

また、上記実施形態によれば、接続通路４６およびドレン回収通路４７（ドレン）を重力方向下方に設けたので、流体は重力によって効率よく排出される。また、上記実施形態によれば、主軸２０の回転工具２１側端部には回転工具２１が加工する工作物と静圧軸受６０（第一および第二静圧軸受６１、６２、粘弾性軸受）との間を遮蔽するキャップ７０を備えている。これにより、工作物の切粉等が、静圧軸受６０に入り込むことを防止できる。

また、上記実施形態によれば、転がり軸受４１、４２は、回転工具２１側に位置する転がり軸受である。これにより、回転工具のびびり振動を回転工具２１の近傍で効果的に抑制することができる。

なお、上記実施形態によれば、第一および第二静圧軸受６１、６２が、それぞれ外輪支持体５０を支持する範囲Ａおよび範囲Ｂが、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの前後（両側）に配置されるよう第一および第二静圧軸受６１、６２の位置を設定した。

しかし、この態様に限らず、外輪支持体５０に回転モーメントを発生させない位置であれば、第一および第二静圧軸受６１、６２がそれぞれ外輪支持体５０を支持する範囲Ａおよび範囲Ｂが、ともに単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの前側のみに配置されてもよい。また、外輪支持体５０を支持する範囲Ａおよび範囲Ｂが、単一の仮想集中荷重Ｐ３の発生位置ＣＬの後ろ側のみに配置されてもよい。これらによっても、従来技術のように、静圧軸受が径方向で外輪支持体５０を一箇所だけで支持する場合と比べて、安定して主軸２０を支持できるので、主軸２０のびびり振動を安定して抑制できる。

また、上記実施形態では、静圧軸受６０が支持する転がり軸受を転がり軸受４１、４２の２箇所とした。しかし、この態様に限らず静圧軸受６０が支持する転がり軸受は３箇所を超えて設けてもよい。また、転がり軸受は１箇所でもよい。転がり軸受を１箇所とした場合には、転がり軸受が外輪支持体５０に対して付与する径方向荷重Ｐ１（またはＰ２）と、単一の仮想集中荷重Ｐ３とは、同じものであると考えればよい。

また、上記実施形態では、接続通路４６およびドレン回収通路４７（ドレン）を主軸２０の重力方向の真下に設けた。しかし、この態様に限らず、接続通路４６およびドレン回収通路４７は主軸２０の真下の近傍に設けてもよい。このとき、近傍とは、主軸２０の軸線方向の真下を中心として主軸２０の軸線周りに±４５度までの範囲とする。

また、上記実施形態では、キャップ７０によって、外輪支持体５０をハウジング１０に対して回転不能に固定した。しかし、この態様に限らず、外輪支持体５０をハウジング１０に対して回転不能に固定しなくてもよい。これによっても、静圧軸受６０の油にせん断熱を発生させない効果は相応に得られる。

また、上記実施形態では、静圧軸受６０の減衰係数Ｃおよびバネ定数ｋの範囲を最適な状態に設定して振動抑制効果を高めることが好ましいと説明した。しかし、これだけではなく、図８に示すように、外輪支持体５０の質量を振動抑制効果がもっとも高くなるよう効果大の範囲に調整してもよい。これによっても、静圧軸受６０による振動抑制効果は、大きなものとなる。

さらに、静圧軸受６０（第一および第二静圧軸受６１、６２）に換えて、Ｏリング等のゴムリングを粘弾性軸受として適用してもよい。

１０：ハウジング、 ２０：主軸、 ２１：回転工具、 ２２：ホルダ、 ４１〜４５：転がり軸受、 ４６：接続通路、 ４７：ドレン回収通路、 ４０：支持装置、 ５０：外輪支持体、 ６０：粘弾性軸受（静圧流体軸受）、 ６１：第一静圧軸受、 ６２：第二静圧軸受、 ７０：遮蔽部材（キャップ）。

Claims (8)

1. ハウジングと、
   回転工具を保持する主軸と、
   前記ハウジングに対して前記主軸を回転可能に支持する支持装置と、
   を備え、
   前記支持装置は、
   前記主軸の外周面に設けられる転がり軸受と、
   前記転がり軸受の外輪を支持する１つの外輪支持体と、
   前記ハウジングと前記外輪支持体との径方向間において前記主軸の軸線方向の異なる２箇所にそれぞれ設けられ、前記ハウジングに対して前記外輪支持体を支持し、前記転がり軸受が有する減衰係数よりも大きな減衰係数をそれぞれ有する２個の粘弾性軸受と、
   を備える、主軸装置。
2. 前記転がり軸受による前記外輪支持体への径方向荷重による前記外輪支持体の端部を中心としたモーメントと、単一の仮想集中荷重による前記外輪支持体の端部を中心としたモーメントとが同一となるように、前記単一の仮想集中荷重の位置を定義した場合に、
   前記２個の粘弾性軸受は、前記単一の仮想集中荷重の位置に対して前記軸線方向の前後両側に設けられる、
   請求項１に記載の主軸装置。
3. 前記単一の仮想集中荷重は、前記主軸の回転速度に応じて変化し、
   前記主軸の回転速度に応じて変化する前記単一の仮想集中荷重の範囲を仮想集中荷重範囲と定義した場合に、
   前記２個の粘弾性軸受は、前記仮想集中荷重範囲に対して前記軸線方向の両外側に設けられる、
   請求項２に記載の主軸装置。
4. 前記粘弾性軸受は、前記ハウジングの内周面と前記外輪支持体の外周面との間に油圧ポケットが設けられ形成された静圧流体軸受である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の主軸装置。
5. 前記静圧軸受に供給された流体が排出されるドレンは、前記ハウジングの重力方向下方に配置されている、請求項４に記載の主軸装置。
6. 前記外輪支持体は、前記ハウジングに対して回転不能に固定される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の主軸装置。
7. 前記主軸の前記回転工具側の端部には、前記回転工具が加工する工作物と前記粘弾性軸受との間を遮蔽する遮蔽部材が設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の主軸装置。
8. 前記転がり軸受は、前記回転工具側に位置する転がり軸受である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の主軸装置。

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