JP3624396B2 - 主軸装置及びころがり軸受の予圧方法 - Google Patents
主軸装置及びころがり軸受の予圧方法 Download PDFInfo
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Description
【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６６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、前側と後側の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、上記後側のころがり軸受の外輪に嵌着されるとともに、上記ハウジングとの間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、上記戻し用油圧室に供給された作動油の加圧により前側に、作動油の脱圧により後側にそれぞれ移動可能と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、該予圧用後側油圧室の後側に供給された作動油の加圧により前側に、作動油の脱圧により後側にそれぞれ移動可能とされた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、該予圧用前側油圧室の前側に供給された作動油の加圧により後側に、作動油の脱圧により前側にそれぞれ移動可能と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所定以上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、上記前側ピストン部材が後側に移動されたとき、該前側ピストン部材によって後側に移動されて前記押圧部材を後側に押圧し、上記後側ピストン部材が前側に移動されたとき、上記固定スリーブ部材に押し付けられて後側ピストン部材を停止させる中間部材と、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、ＮＣ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けるころがり軸受の予圧方法であって、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１９，２０（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、上記ハウジング３との間に円環状の戻し用油圧室Ｒａ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７ａ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Ｒｂと、該予圧用後側油圧室Ｒｂの後側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Ｒｂ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の前側をハウジング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Ｒｃ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の後側への所定以上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との間に前側ストッパ部材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、すなわち、上記押圧部材８を後側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Ｒａ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１８ｂ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３３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３ａ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３７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４０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，３３ｂ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が前側ストッパ部材１４に突き当たるまで中間部材１６を介して後側ピストン部材９と押圧部材８を後側に押圧し、該押圧部材８と一体の可動スリーブ部材７を後側に押圧し、これにより、可動スリーブ部材７に嵌着させた後側ころがり軸受５の外輪が後側に押圧されることとなり、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ＰＢ 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Ｒｂ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。この状態で油圧回路１９の両ノンリーク形切換弁３０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Ｒｂ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，Ｒｂ，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Ｒａ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
【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６６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、前側と後側の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、上記後側のころがり軸受の外輪に嵌着されるとともに、上記ハウジングとの間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、上記戻し用油圧室に供給された作動油の加圧により前側に、作動油の脱圧により後側にそれぞれ移動可能と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、該予圧用後側油圧室の後側に供給された作動油の加圧により前側に、作動油の脱圧により後側にそれぞれ移動可能とされた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、該予圧用前側油圧室の前側に供給された作動油の加圧により後側に、作動油の脱圧により前側にそれぞれ移動可能と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所定以上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、上記前側ピストン部材が後側に移動されたとき、該前側ピストン部材によって後側に移動されて前記押圧部材を後側に押圧し、上記後側ピストン部材が前側に移動されたとき、上記固定スリーブ部材に押し付けられて後側ピストン部材を停止させる中間部材と、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、ＮＣ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けるころがり軸受の予圧方法であって、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１９，２０（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、上記ハウジング３との間に円環状の戻し用油圧室Ｒａ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７ａ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Ｒｂと、該予圧用後側油圧室Ｒｂの後側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Ｒｂ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の前側をハウジング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Ｒｃ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の後側への所定以上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との間に前側ストッパ部材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、すなわち、上記押圧部材８を後側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Ｒａ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１８ｂ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３３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３ａ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３７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４０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，３３ｂ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が前側ストッパ部材１４に突き当たるまで中間部材１６を介して後側ピストン部材９と押圧部材８を後側に押圧し、該押圧部材８と一体の可動スリーブ部材７を後側に押圧し、これにより、可動スリーブ部材７に嵌着させた後側ころがり軸受５の外輪が後側に押圧されることとなり、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ＰＢ 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Ｒｂ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。この状態で油圧回路１９の両ノンリーク形切換弁３０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Ｒｂ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，Ｒｂ，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Ｒａ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)
- ハウジング内に、主軸が、前側と後側の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、
上記後側のころがり軸受の外輪に嵌着されるとともに、上記ハウジングとの間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、上記戻し用油圧室に供給された作動油の加圧により前側に、作動油の脱圧により後側にそれぞれ移動可能と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、該予圧用後側油圧室の後側に供給された作動油の加圧により前側に、作動油の脱圧により後側にそれぞれ移動可能とされた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、該予圧用前側油圧室の前側に供給された作動油の加圧により後側に、作動油の脱圧により前側にそれぞれ移動可能と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所定以上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、上記前側ピストン部材が後側に移動されたとき、該前側ピストン部材によって後側に移動されて前記押圧部材を後側に押圧し、上記後側ピストン部材が前側に移動されたとき、上記固定スリーブ部材に押し付けられて後側ピストン部材を停止させる中間部材と、
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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 請求項７記載の主軸装置におけるころがり軸受の予圧方法であって、
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。
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