JP5585297B2 - 工作機械用主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械用主軸装置に関する。

従来の主軸装置として、図５は、特許文献１に記載のモータビルトイン式の主軸装置を示している。主軸装置１００は、ハウジング１０１の内部に回転軸１０２が配置されており、回転軸１０２は、前側軸受１０３、後側軸受１０４によって回転自在に支承されている。また、後側軸受１０４に外嵌される軸受スリーブ１０５は、ハウジング１０１の内周面に嵌合して取り付けられており、軸方向への摺動が可能なように構成されている。

このような主軸装置１００では、回転による前側及び後側軸受１０３，１０４やモータ１０６の発熱によって、回転軸１０２が発熱して軸方向に膨張するが、この回転軸１０２の伸びは、軸受スリーブ１０５をハウジング１０１に対して軸方向に移動させることで吸収される。

実公昭６３−２５８８３号公報

ところで、軸受スリーブ１０５がハウジング１０１に対して傾いていたり、軸受スリーブ１０５とハウジング１０１との間のすきまが熱膨張により予想以上に減少したり、不均一な発熱で部品が変形したりすると、軸受スリーブ１０５がハウジング１０１に対して十分に軸方向に移動することができず、後側軸受１０４に大きな負荷が掛かって、後側軸受１０４が損傷するという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受スリーブがハウジングに対して十分に軸方向に移動ができない場合であっても、後側軸受の損傷を回避することができる工作機械用主軸装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） ステータを有するハウジングと、
ロータを有する回転自在な回転軸と、
前記回転軸の工具側に配置されて前記回転軸を回転自在に支持する前側軸受と、
前記ハウジングに嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能な軸受スリーブと、
前記回転軸の反工具側に配置されると共に前記軸受スリーブに内嵌され、前記回転軸を回転自在に支持する後側軸受と、
を備えた主軸装置であって、
前記後側軸受は、複数の玉軸受によって構成され、
前記複数の玉軸受は、前記軸受スリーブにすきま嵌めで内嵌されており、前記軸受スリーブに対して軸方向に移動可能に配置されていることを特徴とする工作機械用主軸装置。
（２） 前記複数の玉軸受の各外輪は、前記軸受スリーブの段部と、前記軸受スリーブに固定された外輪押えによって、前記軸受スリーブに対する軸方向移動を規制されており、
前記軸受スリーブの段部と該段部に対向する前記玉軸受の外輪との間、及び前記外輪押えと該外輪押えに対向する前記玉軸受の外輪との間の少なくとも一方には、弾性体が配置されていることを特徴とする（１）に記載の工作機械用主軸装置。
（３） 前記ハウジングは、前記ステータが取り付けられるハウジング本体と、該ハウジング本体の前側に設けられ、前記前側軸受が内嵌される前側ハウジングと、を有し、
前側ハウジングは、前記回転軸、前記ロータ、前記前側軸受、前記軸受スリーブ、前記後側軸受とともに、前記ハウジング本体に対して取り外し可能であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の工作機械用主軸装置。

本発明の工作機械用主軸装置によれば、後側軸受は、複数の玉軸受によって構成され、複数の玉軸受は、軸受スリーブにすきま嵌めで内嵌されており、軸受スリーブに対して軸方向に移動可能に配置されている。これにより、回転軸の伸びに対して軸受スリーブがハウジングに対して十分に軸方向に移動ができない場合であっても、後側軸受が軸受スリーブに対して軸方向に移動することで、後側軸受に作用する負荷が減少され、後側軸受の損傷を回避することができる。

また、軸受スリーブの段部と該段部に対向する玉軸受の外輪との間、及び外輪押えと該外輪押えに対向する玉軸受の外輪との間の少なくとも一方には、弾性体が配置されているので、上記効果に加えて、微振動などによるフレッチングを防止することができる。

さらに、前側ハウジングは、回転軸、ロータ、前側軸受、軸受スリーブ、後側軸受とともに、ハウジング本体に対して取り外し可能である。このため、これら部品の抜き取り時や組み込み時に軸受スリーブが他の部品とぶつかって外力を受けても、後側軸受が軸受スリーブに対して軸方向に移動することで後側軸受の損傷を抑えることができる。

本発明の主軸装置の断面図である。 主軸装置の要部を示す拡大断面図である。 (ａ)は、ボルトを外して前側ハウジングとの一体物をハウジング本体から抜き出す過程を示す図であり、（ｂ）は、前側ハウジングとの一体物をハウジング本体から抜き出した状態を示す図である。 主軸装置の変形例の要部を示す拡大断面図である。 従来の主軸装置の例を示す断面図である。

以下、本発明に係る工作機械用主軸装置について図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、主軸装置１０は、モータビルトイン式のものであり、ステータ１１を有するハウジング１２と、ロータ１３を有して、ハウジング１２の内部に挿入される回転軸１４と、回転軸１４のロータ１３に対して工具側に配置されて回転軸１４を回転自在に支持する前側軸受１５，１５と、ハウジング１２に嵌合して回転軸１４の軸方向に移動可能な軸受スリーブ１６と、回転軸１４のロータ１３に対して反工具側に配置されると共に軸受スリーブ１６に内嵌され、回転軸１４を回転自在に支持する後側軸受１７，１７と、を備える。

ハウジング１２は、略円筒形状のハウジング本体２１と、ハウジング本体２１の前側に嵌合しボルト２８によって固定される前側ハウジング２２と、ハウジング本体２１の後側に嵌合固定される後側ハウジング２３とを有している。前側ハウジング２２の前端には、前蓋２４が締結固定され、後側ハウジング２３の後端には、後蓋２５が締結固定されている。

軸受スリーブ１６は、後側ハウジング２３の内周面にすきま嵌めで支持されており、軸受スリーブ１６は、後側ハウジング２３に対して軸方向に移動可能に配置されている。なお、軸受スリーブ１６は、すきま嵌めに限らず、ボールブッシュやボールスプライン、静圧軸受などによって、後側ハウジング２３に対して軸方向に移動可能に配置されてもよい。

ステータ１１は、ハウジング本体２１の内周に冷却用溝２６ａを有する冷却筒２６を介してハウジング本体２１に固定されており、回転軸１４の軸方向中間部に焼き嵌め締結されたスリーブ２７に焼き嵌めされたロータ１３と対向する。これにより、ステータ１１が発生する回転磁界によって回転力が与えられ回転軸１４を回転駆動する。

回転軸１４の内部には、軸方向に延びるドローバー３１と、ドローバー３１の先端側に設けられるコレット３２と、ドローバー３１と回転軸１４との間に設けられ、コレット３２を反工具側に引き込む皿バネ３３と、が組み込まれている。従って、コレット３２に装着された工具ホルダ３４は、反工具側に引き込まれることで、回転軸１４の工具側内周面に形成されたテーパ面１４ａと嵌合する。また、後側ハウジング２３の後方には、回転軸１４の内径部に組み込まれた皿バネ３３を圧縮して工具ホルダ３４をアンクランプするアンクランプユニット３５が取り付けられている。

後側ハウジング２３には、センサ６１が取り付けられており、センサ６１は、センサ６１と対向して回転軸１４に取り付けられた歯車エンコーダ６２で、回転軸１４の回転速度位相などを測定する。

前側軸受１５，１５は、転動体として玉４１，４１を有する一対のアンギュラ玉軸受を背面組合せすることで構成され、内輪４２，４２が回転軸１４に外嵌され、外輪４３，４３が前側ハウジング２２に内嵌される。内輪４２，４２は、内輪間座４４を介して回転軸１４の前側段部１４ａと、回転軸１４に螺合するナット４５とによって挟持されて回転軸１４に対して軸方向に位置決めされ、また、ナット４５を締め付けることで、前側軸受１５，１５には定位置予圧が付与される。外輪４３，４３は、外輪間座４６を介して前側ハウジング２２の段部２２ａと前蓋２４とによって挟持されて前側ハウジング２２に対して軸方向に位置決めされる。

図２にも示すように、後側軸受１７，１７も、転動体として玉５１，５１を有する一対のアンギュラ玉軸受を背面組合せすることで構成され、内輪５２，５２が回転軸１４に外嵌され、外輪５３，５３が軸受スリーブ１６に内嵌される。内輪５２，５２は、内輪間座５４と歯車エンコーダ６２を介して回転軸１４の後側段部１４ｂと、回転軸１４に螺合するナット５５とによって挟持されて回転軸１４に対して軸方向に位置決めされる。また、ナット５５を締め付けることで、後側軸受１７，１７には、定位置予圧が付与される。外輪５３，５３は、外輪間座５６を介して軸受スリーブ１６の段部（内向き鍔部）１６ａと、軸受スリーブ１６に固定される外輪押え５７とによって挟持される一方、軸受スリーブ１６の段部１６ａと段部１６ａに対向する後側軸受の外輪５３との間、及び外輪押え５７と外輪押え５７に対向する後側軸受の外輪５３との間には、すきまΔ１、Δ２がそれぞれ設けられている。従って、外輪５３，５３は、軸受スリーブ１６に対して軸方向に移動可能に配置されている一方、軸受スリーブの段部１６ａと外輪押え５７とによって、軸受スリーブ１６に対する軸方向移動が規制される。
なお、すきまΔ１、Δ２はいずれか一方に設けられていてもよく、また、すきまΔ１、Δ２は同じすきま量であってもよいし、異なるすきま量であってもよい。

このように構成された主軸装置１０では、通常、回転による前側及び後側軸受１５，１５，１７，１７の発熱により、回転軸１４が発熱して軸方向に膨張し、回転軸１４が伸びる。通常、この回転軸１４の伸びは、軸受スリーブ１６をハウジング１２に対して軸方向に移動させることで吸収されるが、なんらかの原因で、回転軸１４の伸びに対して軸受スリーブ１６がハウジング１２に対して十分に軸方向に移動ができない場合がある。このとき、上述した主軸装置１０では、上述したすきまΔ１、Δ２によって後側軸受１７，１７が軸受スリーブ１６に対して軸方向に移動することができるように構成されているので、後側軸受１７，１７に作用する負荷が減少され、後側軸受１７，１７の損傷を回避することができる。

また、図３に示すように、本実施形態の主軸装置１０は、前側ハウジング２２とハウジング本体２１とを締結するボルト２８を外すことで、前側ハウジング２２は、回転軸１４、ロータ１３、前側軸受１５，１５、軸受スリーブ１６、後側軸受１７，１７とともに、一体となってハウジング本体２１に対して取り外すことができる。このため、これら部品の抜き取り時や組み込み時に軸受スリーブ１６が他の部品とぶつかって外力を受けても、後側軸受１７，１７が軸受スリーブ１６に対して軸方向に移動することで、後側軸受１７，１７の損傷を抑えることができる。

図４は、本発明の変形例に係る主軸装置の要部拡大断面図である。この変形例では、軸受スリーブ１６の段部１６ａと該段部１６ａに対向する玉軸受１７の外輪５３との間のすきま、及び外輪押え５７と該外輪押え５７に対向する玉軸受１７の外輪５３との間のすきまに、弾性体としての一対のウェーブワッシャ７０，７０が配置されている。このような構成によれば、前述した回転軸１４の伸びに対して軸受スリーブ１６がハウジング１２に対して十分に軸方向に移動ができない場合においても後側軸受１７、１７が軸受スリーブ１６に対して軸方向に移動することを許容して、後側軸受１７，１７の損傷を回避することができるとともに、微振動などによるフレッチングを防止することができる。
また、後側軸受１７，１７の外輪５３，５３の外周面と対向する軸受スリーブ１６の内周面に形成された溝には、Ｏリング７１，７１がそれぞれ配置されているので、軸受スリーブ１６に対する後側軸受１７，１７の軸方向移動を許容しつつ、微振動などによるフレッチングをより良く防止することができる。
なお、弾性体としては、ウェーブワッシャ７０に限定されるものでなく、樹脂スペーサや、皿ばね、コイルばねのようなばね部材によって構成されてもよい。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
上述した実施形態は、後側軸受を一対のアンギュラ玉軸受によって構成したが、複数の玉軸受であれば種類や数はこれに限定されず、使用状態に応じて適宜設計することができる。また、前側軸受についても、種類や数は上記実施形態に限定されるものでない。さらに、前側軸受及び後側軸受の潤滑方式も任意に設定することができる。

１０ 主軸装置
１１ ステータ
１２ ハウジング
１３ ロータ
１４ 回転軸
１５ 前側軸受
１６ 軸受スリーブ
１７ 後側軸受
２１ ハウジング本体
２２ 前側ハウジング
２３ 後側ハウジング
７０ ウェーブワッシャ（弾性体）
７１ Ｏリング
Δ１，Δ２ すきま

Claims (3)

1. ステータを有するハウジングと、
   ロータを有する回転自在な回転軸と、
   前記回転軸の工具側に配置されて前記回転軸を回転自在に支持する前側軸受と、
   前記ハウジングに嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能な軸受スリーブと、
   前記回転軸の反工具側に配置されると共に前記軸受スリーブに内嵌され、前記回転軸を回転自在に支持する後側軸受と、
   を備えた主軸装置であって、
   前記後側軸受は、複数の玉軸受によって構成され、
   前記複数の玉軸受は、前記軸受スリーブにすきま嵌めで内嵌されており、前記軸受スリーブに対して軸方向に移動可能に配置されていることを特徴とする工作機械用主軸装置。
2. 前記複数の玉軸受の各外輪は、前記軸受スリーブの段部と、前記軸受スリーブに固定された外輪押えによって、前記軸受スリーブに対する軸方向移動を規制されており、
   前記軸受スリーブの段部と該段部に対向する前記玉軸受の外輪との間、及び前記外輪押えと該外輪押えに対向する前記玉軸受の外輪との間の少なくとも一方には、弾性体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸装置。
3. 前記ハウジングは、前記ステータが取り付けられるハウジング本体と、該ハウジング本体の前側に設けられ、前記前側軸受が内嵌される前側ハウジングと、を有し、
   前側ハウジングは、前記回転軸、前記ロータ、前記前側軸受、前記軸受スリーブ、前記後側軸受とともに、前記ハウジング本体に対して取り外し可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械用主軸装置。

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