JP6131139B2 - スピンドル装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転工具を高速で回転させるスピンドル装置に関する。

自動車等のエアコンディショナに用いられる所謂スクロールコンプレッサの部品は、エンドミルなどの回転工具を用いて金属素材から削り出し加工される。部品（以下、ワークという。）の加工精度及び加工速度を向上するために、１つの工作機械において、エンドミルの低速回転による荒切削加工と、エンドミルの高速回転による仕上げ加工とを両立させることが求められる。

エンドミルはスピンドル装置の回転軸に装着され、この回転軸は軸受で回転自在に支持される。一般の軸受には内部すきまが存在する。軸受の内部すきまが大きいと、回転軸を高速で回転させたときに、回転軸が振動することがある。対策の一つとして、軸受の内部すきまを小さくする予圧法がある。予圧により内部すきまを変更することができる。更には、内部すきまを適量に維持することが求められる。そのために、予圧の大きさを調整する装置が提案されている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１の図１に示されるように、スピンドル装置は、主軸（２）（括弧付き数字は特許文献１に記載されている符号を示す。以下同じ。）を支持する軸受（５）、（６）を軸受箱（７）に収納し、この軸受箱（７）を主軸（２）の軸方向に移動自在に外筒（１）で支持する。軸受箱（７）と外筒（１）との間に設けられた圧力室（１２）、（１３）に、外部の空気供給装置（１７）から空気を供給することで、予圧を付与する。

しかし、外筒（１）内部の主軸（２）近傍に圧力室（１２）、（１３）を設けているので、供給する空気にゴミが混入した場合、このゴミがスピンドル装置の内部に侵入する。ゴミを除去するには、スピンドル装置全体を分解する必要があり、分解・再組立が面倒である。また、圧力室（１２）、（１３）等から構成される空気圧機構部が専用部品であるため、スピンドル装置が高価になる。さらには、予圧の付与は空気のみで行うため、大きな切削力が主軸（２）に伝わる場合、予圧力が不足する。この対策として、大きな予圧力を得るスピンドル装置が知られている（例えば、特許文献２（図１）参照。）。

特許文献２の図１に示されるように、スピンドル装置は、主軸（４）（括弧付き数字は特許文献２に記載されている符号を示す。以下同じ。）を支持する軸受（８）、（９）を軸受箱（１０）に収納し、この軸受箱（１０）を主軸（４）の軸方向に移動自在に外筒（１）で支持する。軸受箱（１０）へ一体的に設けられた押圧部材（１２）を弾性部材により付勢することで、大きな初期予圧を付与する。そして、外筒（１）に設けた通路（１６）から高圧油を供給することで予圧を調整する。

しかし、通路（１６）、円周溝（２０）等から構成される油且つ機構部が専用部品であるため、スピンドル装置が高価になる。油圧により予圧を調整する機構では、作動油の劣化等により、金属水酸化物を主体とした汚濁物質、いわゆるスラッジが発生するため、スピンドル装置の内部の点検清掃が必要となる。スピンドル装置を、分解しなければならず保守点検が面倒になる上、作動油を定期的に補充する必要があり、維持費が嵩む。

実開平６−１５９０７号公報 実開平６−３３６０５号公報

本発明は、装置の費用の低減を図るとともに、保守点検を容易に行うことができるスピンドル装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、軸方向前側に回転工具を装着可能な回転軸と、玉軸受を介して前記回転軸を回転自在に支持するハウジングと、前記玉軸受に予圧を付与する予圧手段とからなり、前記玉軸受が軸受ケースに収納され、この軸受ケースが前記ハウジングに前記回転軸の軸方向へ移動可能に設けられ、前記軸受ケースが前記予圧手段で移動されるスピンドル装置であって、前記予圧手段は、定圧予圧手段と可変予圧手段とからなり、
前記定圧予圧手段は、前記ハウジングの軸方向後側の端面に形成された凹部と、この凹部に対向するように前記軸受ケースに形成されたフランジ部と、前記凹部に設けられ前記フランジ部を付勢して玉軸受に所定の予圧を付与する弾性部材とからなり、
前記可変予圧手段は、前記スピンドル装置の外部から供給されるエアーを所要圧力に調整する給排気手段と、前記給排気手段に接続される圧力室を有し、前記回転軸の軸方向後側へ臨むフランジ部の外面側に脱着自在に設けられるピンシリンダと、このピンシリンダに進退自在に設けられ前記圧力室のエアー圧力に応じて前記ハウジングへ当接して前記フランジ部を付勢するロッドとからなることを第1の特徴とする。

請求項２に係る発明では、第1の特徴の構成に加えて、前記可変予圧手段は、スピンドル装置の作動状態に基づいて給排気手段の所要圧力を変化させる制御手段をさらに備えていることを第２の特徴とする。

請求項３に係る発明では、第２の特徴の構成に加えて、前記スピンドル装置の作動状態は、回転軸の回転速度、回転軸の回転速度変動量、回転軸の温度、玉軸受の温度、ワーク切削条件の少なくとも１つから選択されてなることを第３の特徴とする。

請求項４に係る発明では、さらに本発明は、第３の特徴のスピンドル装置を用いたコンピュータ数値制御の工作機械であって、工作機械は、ベッドと、スピンドル装置と、ワーク保持装置と、制御手段とよりなっており、前記スピンドル装置とワーク保持装置は信号線を介して前記制御手段と接続されてなることを第４の特徴とする。

請求項１に係る発明では、可変予圧手段のピンシリンダは回転軸の軸方向後側へ臨むフランジ部の外面側に脱着自在に設けられてスピンドル装置の外面に配置され、これにより、スピンドル装置の外部から供給されるエアーを介してピンシリンダの内部にゴミが侵入しても軸受ケースや玉軸受等を分解せずにピンシリンダのみをフランジ部から取り外すことができ、スピンドル装置の保守点検の容易化を図ることができる。しかも、予圧を調整する機構部に専用部品を用いて外筒（１）へと収納していた従来スピンドル装置と比して、フランジ部の外面側にピンシリンダを設けたのでピンシリンダには比較的安価な汎用品を用いることができ、装置の費用の低減を図ることができる。

請求項２に係る発明では、可変予圧手段は、スピンドル装置の作動状態に基づいて、給排気手段の所要圧力を変化させる制御手段をさらに備えている。制御手段で予圧が好適に制御され、軸受の内部すきまが良好に保たれる。軸受の寿命が長くなり、軸受の交換頻度が少なくなる。

請求項３に係る発明では、制御手段は、回転軸の回転速度、回転軸の回転速度変動量、回転軸の温度、玉軸受の温度、ワーク切削条件の少なくとも１つから選択されたスピンドル装置の作動状態に基づいて給排気手段の所要圧力を制御する。遠心力による軸受のはめあいの変化、回転軸の熱による伸び、玉軸受の熱膨張、ワークの種類による回転軸への負荷に基づいて予圧を補正できるので、回転軸が安定し、軸受の寿命が長くなり、軸受の交換頻度が少ないスピンドル装置が提供される。

請求項４に係る発明では、スピンドル装置は、コンピュータ数値制御の工作機械に用いられる。本発明によれば、ワーク切削加工時のスピンドル装置の作動状態に応じて軸受の予圧が制御され、工具の低速回転による荒切削加工と、工具の高速回転による仕上げ加工とが両立され、ワークの加工精度および加工速度を向上させることができる。回転軸が安定するので、軸受の寿命が長くなり、軸受の交換頻度が少ないＣＮＣ工作機械（Computerised Numerically Controlled Machine Tool）が提供される。

本発明に係るスピンドル装置を採用した工作機械の側面図である。 図１の要部拡大図である。 図１の３矢視図である。 図２のピンシリンダの断面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、コンピュータ数値制御の工作機械１０（以下、ＣＮＣ工作機械という。）は、ベッド１１と、このベッド１１に第１レール１２を介して移動自在に設けられワーク１３を保持するワーク保持装置２０と、このワーク保持装置２０に対向するようにベッド１１に設けられ回転工具としてのエンドミル４３を回転させるスピンドル装置３０とからなる。

ワーク保持装置２０は、ベッド１１に第１レール１２を介して移動自在に設けられた第１基部２１と、この第１基部２１に第１レール１２と直交する方向に設けられた第２レール２２と、この第２レール２２に移動自在に設けられた第２基部２３と、この第２基部２３に昇降自在に設けられた昇降機構２４と、この昇降機構２４に設けられたワーク保持本体部２５と、このワーク保持本体部２５にワーク保持装置２０と対向するように設けられたワーク用チャック２６とからなる。

ワーク用チャック２６に、ワーク１３が保持される。なお、実施例ではワーク１３はスクロール形コンプレッサの空気を圧縮するスクロール部品としたが、これに限定されず、コンプレッサのハウジング等、他の一般の機械部品であっても差し支えない。
また、ワーク用チャック２６はワーク保持装置２０から脱着可能とされ、ワーク１３の形状や所要加工精度に適合する所要の把握力を発揮させるべく都度交換される。
第１基部２１、第２基部２３、昇降機構２４にはそれぞれ図示しない電動サーボモータが取り付けられ、それぞれ信号線１２６により後述する制御部１２１に接続される。

図１、図２に示されるように、スピンドル装置３０は、ベッド１１に台座３１を介して設けられるモータ部３２と、このモータ部３２によって駆動され回転する回転軸４１と、この回転軸４１の軸方向前側の端部に設けられ、回転工具としてのエンドミル４３を脱着自在に保持する工具用チャック４２と、モータ部３２の工具用チャック４２側に隣接して設けられ玉軸受４７、４８を介して回転軸４１の軸方向前側を回転自在に支持する前側ハウジング３９と、回転軸４１の軸方向後側に面するモータ部３２の端部３３に隣接して設けられるハウジング６１と、このハウジング６１の内周面６２にボールスライド６３を介して設けられる軸受ケース６４と、この軸受ケース６４の内周面６５に設けられ回転軸４１を回転自在に支持する玉軸受５０、５１と、軸受ケース６４において回転軸４１の軸方向後側に面する後端部６６にボルト６７で締結されたフランジ部６８と、フランジ部６８に取り付けられ玉軸受５０、５１に予圧を付与する予圧手段８０とを有する。

回転軸４１の軸方向後側で並列する玉軸受５０、５１において、玉軸受５０の外輪５３と玉軸受５１の外輪５７との間に外輪用カラー７６が配置される。玉軸受５０の内輪５６と玉軸受５１の内輪５９との間に内輪用カラー７７が配置される。
回転軸４１の軸方向前側において並列する玉軸受４７、４８も同様に、外輪、転動体、及び内輪から構成され、外輪の間に外輪用カラー４９ａ、内輪の間に内輪用カラー４９ｂが配置される。

回転軸４１を支持する玉軸受４７、４８、５０、５１にはアンギュラ玉軸受が用いられ、回転軸４１の軸方向前側と後側とで対を成す背面組合せの状態とされる。
回転軸４１は、モータ部３２に囲繞される大径軸部４５と、この大径軸部４５の軸方向後側に隣接される小径軸部４６と、大径軸部４５の軸方向前側に隣接される大径フランジ４５ｂと、大径フランジ４５ｂの軸方向前側に隣接される段付部４６ｃと、段付部４６ｃからさらに軸方向前側に延出され、その端部に工具用チャック４２が設けられる工具側小径軸部４６ｂとを有する。

モータ部３２は、モータハウジング３５と、モータハウジング３５に設けられ通電作用下に励磁されるステータ３６と、モータ内軸受を介してモータハウジング３５に支持されて、回転軸４１の大径軸部４５へ軸方向摺動自在に嵌め合わされるロータ３４とを有する、いわゆるインナーロータ型ブラシレスモータとされる。回転軸４１はモータ部３２に対して工具用チャック４２側から嵌挿され、ステータ３６への通電作用下にロータ３４は回転軸４１と一体に回転される。なお、回転軸４１とロータ３４との摺動範囲は大径フランジ４５ｂとロータ３４との当接により所定の範囲に規制され、したがって回転軸４１がモータ部３２を通過してその軸方向後側に抜け出ることはない。

軸受ケース６４は、断面Ｌ字状に形成され、回転軸４１に沿って円筒状に延びて玉軸受５０、５１の外周面５２、５２を支持する外周面支持部７４と、この外周面支持部７４のモータ部３２側端部から回転軸４１へ向かって円筒の底面状に延びて玉軸受５０の外輪５３の端面５４に当接する外輪端面当接部７５とからなる。

スピンドル装置の組立に際して、ボールスライド６３はハウジング６１の内周面６２に形成された内周側凹部７１に収納される。玉軸受５０、外輪用カラー７６、内輪用カラー７７および玉軸受５１は一挙に軸受ケース６４の内周部へと収容され、さらに回転軸４１の後側の端部に位置する小径軸部４６のねじ山部に挿通され小組み状態とされる。次いで、この小組みされた玉軸受５１の内輪５９の回転軸４１の後端部側に端部側内輪用カラー７８を外嵌しつつ回転軸４１の後側の端部にナット４４を締め付けることで玉軸受５０、５１の内輪５６、５９は回転軸４１の小径軸部４６に圧入固定され、同時に、軸受ケース６４はボールスライド６３の内周面に受容される。

ハウジング６１の回転軸４１の軸方向後側の端面７２には規制部材７３が図示しないねじで固定され、ボールスライド６３の回転軸４１の軸方向後方への抜け出しが規制される。こうして、軸受ケース６４はハウジング６１にボールスライド６３を介して回転軸４１の軸方向へ移動可能に支持される。

前側ハウジング３９の内周側凹部において、玉軸受４８の外輪とモータハウジング３５との間に回転軸４１の段付き部４６ｃと実質的に同一幅を有するモータ側外輪用カラー７８ｂが配置される。玉軸受４８はその内輪部が段付き部４６ｃの工具用チャック４２側段差面に接するまで回転軸４１の小径軸部４６ｂに圧入され、同時に、玉軸受４８の外輪部はモータ側外輪用カラー７８ｂと当接するまで前側ハウジング３９の内周側凹部に圧入される。

玉軸受４８の外輪の工具用チャック４２側に外輪用カラー４９ａが配置される。同様に、玉軸受４７の内輪と玉軸受４８の内輪との間に内輪用カラー４９ｂが配置される。
玉軸受４７は、その外輪部が外輪用カラー４９ａに当接されつつ前側ハウジング３９の内周側凹部に圧入され、同時に、内輪部は内輪用カラー４９ｂへと当接されつつ工具側小径軸部４６ｂに圧入固定される。

さらに、玉軸受４７の外輪の工具用チャック４２側には、前側ハウジング３９の蓋体３９ｂが配置される。
蓋体３９ｂは、前側ハウジング３９の工具用チャック４２側端部と接する円盤状のフランジ部３９ｂ１と、この円盤状のフランジ部からモータ部３２側へ凸状に突きだして前側ハウジング３９の内周側凹部に嵌め合わされ、玉軸受４７の外輪部と当接する前側円状当接部３９ｂ２とからなり、円盤状のフランジ部３９ｂ１と前側ハウジング３９の工具用チャック４２側端部とは図示しないボルトで締結される。こうして、玉軸受４７、外輪用カラー４９ａ、内輪用カラー４９ｂおよび玉軸受４８は前側ハウジング３９の内周側凹部に取り付けられる。

図２に示されるように、予圧手段８０は、玉軸受５０、５１に所定の予圧を付与する定圧予圧手段８１と、スピンドル装置３０の状態に応じて玉軸受５０、５１に付与する予圧の大きさを変更する可変予圧手段９１とからなる。

定圧予圧手段８１は、回転軸４１の軸方向後側に面するハウジング６１の軸方向後側の端面７２に形成された第１の凹部８２と、規制部材７３に第１の凹部８２に対応する位置に設けられた貫通孔８３と、軸受ケース６４に第１の凹部８２に対向するように設けられたフランジ部６８と、第１の凹部８２に受け入れられフランジ部６８を付勢する弾性部材８４とからなる。

フランジ部６８は段面L字状で、後述するピンシリンダ１００を受け入れる取付ねじ孔９４と、軸受ケース６４の内周面に沿ってモータ部３２側に向かって延び、玉軸受５１の外輪５７と当接する円状当接部６８ｂとを有する。
定圧予圧手段８１の組立に際しては、まず第１の凹部８２へと弾性部材８４が収容され、次いで、ボルト６７によってフランジ部６８が回転軸４１の軸方向後側から軸受ケース６４へ脱着自在に固定される。

こうして、定圧予圧手段８１は、フランジ部６８を所定の力で回転軸４１の軸方向後側へ向けて付勢する。フランジ部６８と一体に軸受ケース６４も軸方向後側へ付勢される。軸受ケース６４の外輪端面当接部７５で、玉軸受５０の外輪５４が押圧される。外輪５４で外輪用カラー７６を介して玉軸受け５１の外輪５７が押圧される。結果、玉軸受５０、５１に所定の予圧が付与される。

なお、第１の凹部８２は、ハウジング６１の軸方向後側の端面７２に形成されているので、玉軸受５０、５１を回転軸４１へ圧入固定した状態で第１の凹部８２へと弾性部材８４を挿入することができ、さらに、フランジ部６８は回転軸４１の軸方向後側から脱着自在に取り付けられ、弾性部材８４は回転軸４１に固定されている玉軸受５０、５１、ナット４４らを分解する必要なしに挿脱可能となる。結果、定圧予圧手段８１の保守点検は容易なものとなる。

弾性部材８４は、端末が平坦に形成されたいわゆるクローズドエンドのコイルスプリングが好ましい。なお、このようなコイルスプリングは、比較的安価に入手でき、部品コストを低減することができる。

図２、図３に示されるように、回転軸４１を中心とした円周を６等分するようにして、６個の弾性部材８４・・・が配置される。結果、６個の弾性部材８４・・・により、バランス良くフランジ部６８を付勢することができる。なお、実施例では、弾性部材８４を６個配置したが、これに限定されず、フランジ部６８にバランス良く付勢することができれば、弾性部材８４の数は、３個等であっても差し支えない。

一方、可変予圧手段９１は、ハウジング６１の端面７２に形成された第２の凹部９２と、第２の凹部９２に対応する位置に設けられた規制部材７３の貫通孔９３と、軸受ケース６４に第２の凹部９２に対向するように設けられたフランジ部６８と、このフランジ部６８の取付ねじ孔９４に外面９５側から取り付けられたピンシリンダ１００と、スピンドル装置３０の外部のエアー供給源１１１から供給される所定圧の圧縮エアーを所要圧力に調整する給排気手段９６と、制御手段１２０とを有する。

エアー供給源１１１は、一般に機械工場等に配管設置されている０．６〜０．８ＭＰａの圧縮エアー源であり、このエアー供給源１１１の圧縮エアーは、図示しないエアドレンフィルタを介してエアーに混入しうる水・油分・ゴミ等の不純物ををあらかじめ除去され、給排気手段９６へ供給される。

給排気手段９６は、エアー配管９７を介してピンシリンダ１００・・・に接続され、エアー供給源１１１から供給される所定圧の圧縮エアーの一部を装置外へ排出可能なエアリリーフ弁９６ａと、このエアリリーフ弁９６ａによる排気後のエアー配管９７内のエア圧力を検出する圧力センサ９６ｂとを備える。この圧力センサ９６ｂによって検出される圧力指示値が予め実験によって求められた所要の予圧に対応する目標設定圧力へと適合するようにエアリリーフ弁からの排気量が調節され、結果、ピンシリンダ１００に供給される圧縮エアーは所要圧力に制御される。

図２、図４に示されるように、ピンシリンダ１００は、カバー１０２と、このカバー１０２内のシリンダ部１０３に移動自在に設けられるピストン１０４と、このピストン１０４から延び出して規制部材７３の貫通孔９３に通され、ハウジング６１の第２の凹部９２に当接されるロッド１０１と、シリンダ部１０３の開口を塞ぐカラー１０５と、このカラー１０５とピストン１０４間に設けられるリターンスプリング１０６と、ピストン１０４の外周に設けられるピストンパッキン１０７と、エアー配管９７が接続される連通路１０８と、シリンダ部１０３に形成され連通路１０８に繋がる圧力室１０９とからなる。
カバー１０２は外周にナット部１１２及びねじ部１１３を有し、ねじ部１１３がフランジ部６８の取付ねじ孔９４に締結される。

ピンシリンダ１００の圧力室１０９に給排気手段９６からの所要圧力のエアーが導入されると、ピストン１０４がリターンスプリング１０６の付勢力に抗して図４左方向へと移動するとともにロッド１０１がハウジング６１の第２の凹部９２を押圧し、その反作用によりカバー１０２がフランジ部６８とともにハウジング６１から離間する方向に移動する。結果、定圧予圧手段８１の予圧力に加えて、可変予圧手段９１の発揮する予圧力が軸受ケース６４を介して玉軸受５０、５１に付与される。

図２、図３に示されるように、回転軸４１を中心とした円周を３等分するようにして、フランジ部６８の取付ねじ孔９４・・・に３個のピンシリンダ１００・・・が締結される。結果、３個のピンシリンダ１００・・・により、バランス良くフランジ部６８に力を加えることができる。
また、３個のピンシリンダ１００・・・は全てフランジ部６８のハウジング６１の軸方向後側から締結されるので、ピンシリンダ１００の脱着に際しては回転軸４１に圧入されている玉軸受５０、５１、軸受ケース６４、ナット４４、フランジ部６８および弾性部材８４らを分解する必要はなく、結果、可変予圧手段９１の保守点検は非常に容易なものとなる。

次に、制御手段１２０について説明する。
図１、図２に示されるように、制御手段１２０は、ワーク切削条件を入力又は記録する切削条件記録部１２５と、回転軸４１の温度を検出する回転軸用温度センサ１２３と、玉軸受５１の温度を検出する軸受用温度センサ１２４と、回転軸用温度センサ１２３、軸受用温度センサ１２４の温度信号を読み取ると共に切削条件記録部１２５のワーク切削条件に基づいて、モータ部３２と給排気手段９６とワーク保持装置２０とを制御する制御部１２１と、モータ部３２または回転軸４１の回転信号を読み取って回転速度を演算する回転速度演算部１２２と、この演算した回転速度に基づいて単位時間毎の回転速度変動量を演算する回転速度変動量演算部１２２ｂとを有する。

回転軸用温度センサ１２３は、測定対象物の放射赤外線を検出する方式の非接触式温度センサであり、図示しないステー部材によって前側ハウジング３９の蓋体３９ｂに固定される。
また、軸受用温度センサ１２４は、玉軸受５１に隣接してその外輪５７と当接するフランジ部６８の円状当接部６８ｂに設けられる。結果、この回転軸用温度センサ１２３、軸受用温度センサ１２４はそれぞれその脱着に際して回転軸４１に固定されている玉軸受４７、４８、５０、５１、およびナット４４らを分解する必要はないものとされる。

制御部１２１と、回転速度変動量演算部１２２と、回転速度変動量演算部１２２ｂと、切削条件記録部１２５とはパソコン等の演算処理装置により提供されてなるもので、モータ部３２、給排気手段９６、ワーク保持装置２０、回転軸用温度センサ１２３、軸受用温度センサ１２４は、それぞれ信号線１２６により制御部１２１に接続される。

なお、信号線１２６には、図示しない中間カプラが適宜配置されて容易に接続・切り離しが出来るようにされる。

モータ部３２は、切削条件記録部１２５に入力又は記録された切削条件に基づいて制御部１２１から発せられるモータ駆動信号によりステータ３６の通電を制御され、ロータ３４および回転軸４１は一体に回転駆動される。
回転速度演算部１２２においては、制御部１２１から発せられるモータ駆動信号を読み取ってロータ３４および回転軸４１の回転速度が演算される。
制御部１２１により、回転速度演算部１２２により演算された回転速度と、温度センサ１２３、１２４の温度信号とに基づき、予め実験により求められて切削条件記録部１２５に記憶されているルックアップテーブルなどを参照する演算手段を介して、給排気手段９６のエアリリーフ弁９６ａの開度を制御する、いわゆるパルス幅変調（PWM）などの弁開度制御信号が出力される。

制御部１２１からモータ駆動信号が出力されてモータ部３２が回転駆動されると、モータ部３２、玉軸受４７、４８、５０、５１等における発熱を受けた回転軸４１はその熱膨張によって軸方向の伸びを生ぜられ、この軸方向の伸びにより、回転軸４１に圧入された軸方向前側の玉軸受４７、４８の内輪と、軸方向後側の玉軸受５０、５１の内輪との軸方向距離は離間方向へと拡大されることとなる。このとき、玉軸受４７、４８は前側ハウジング３９に固定されているので、回転軸４１は玉軸受４７、４８の外輪を基点として軸方向後側へと偏奇することとなる。すなわち、玉軸受５０、５１に付与される予圧は回転軸４１の回転増加による熱膨張により増大しようとするが、制御部１２１によるエアリリーフ弁９６ａの開度制御により熱膨張による予圧の増大分は相殺される。このように、玉軸受５０、５１に付与される予圧は回転速度または温度信号に基づいて好適に制御されることとなる。なお、上記切削条件記録部１２５に記憶されるルックアップテーブルはワークに対応するＣＮＣ工作機械の数値制御データに関連付けて適宜変更可能とされても良く、この場合、玉軸受５０、５１に付与される予圧の制御特性はワーク１３の形状や所要加工精度、材質、切削に使用する回転工具の種別等に応じて都度変更されることとなる。

ところで、ワークの切削加工時に玉軸受４７、４８、５０、５１に付与される予圧が切削負荷と比して相対的に不足すると、回転軸の保持剛性が不足することとなってビビリ振動すなわち回転軸の回転変動が生じることがあるが、制御部１２１は、回転速度変動量演算部１２２ｂにより演算された回転速度変動量に基づき、予め実験により求められて切削条件記録部１２５に記憶されているルックアップテーブルなどを参照する演算手段を介してエアリリーフ弁９６ａへ出力する弁開度制御信号が補正され、回転軸４１の振動は減少される。

結果、玉軸受５０、５１の寿命が長くなり、玉軸受５０、５１の交換頻度が少なくなる。しかも、遠心力による玉軸受４７、４８、５０、５１のはめあいの変化、回転軸４１の熱による伸び、玉軸受５０、５１の熱膨張、ワーク１３の形状や所要加工精度、材質、切削に使用する回転工具の種別等による回転軸４１への負荷、定圧予圧手段用の弾性部材８４の製造のばらつきに基づいて、予圧を補正できるので、ワーク１３の加工精度を向上させることができる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
実施の形態では、スピンドル装置３０をＣＮＣ工作機械１０に採用し、このＣＮＣ工作機械１０は、ワーク保持装置２０が３軸方向に移動するものとしたが、これに限定されず、回転軸４１と同心状にワーク用チャック２６を回動させるＣ軸および回転軸４１に対してワークの傾斜角を与えるＡ軸を加えた５軸方向に移動するものとしても差し支えない。また、実施例では、回転工具４３をエンドミルとしたが、これに限定されず、ドリル、リーマ、砥石など、回転軸４１に保持して用いる他の工具であっても差し支えない。
また、スピンドル装置３０は、自動工具交換機能が付与されたマシニングセンタに採用されても差し支えない。この場合、マシニングセンタにおける工具交換時にスピンドル装置３０の予圧は自動的に補正されることができる。

本発明は、回転工具を高速で回転させるスピンドル装置に好適である。

１０…コンピュータ数値制御の工作機械（ＣＮＣ工作機械）、１１…ベッド、１３…ワーク、２６…ワーク用チャック、３０…スピンドル装置、３９…前側ハウジング（工具チャック側のハウジング）、４１…回転軸、４３…工具（エンドミル）、４７、４８、５０、５１…玉軸受、６１…ハウジング、６４…軸受ケース、６８…フランジ部、７２…ハウジングの軸方向後側の端面、８０…予圧手段、８１…定圧予圧手段、８２…凹部（第１の凹部）、８４…弾性部材（コイルスプリング）、９１…可変予圧手段、９５…フランジ部の外面、９６…給排気手段（レギュレータ）、１００…ピンシリンダ、１０１…ロッド、１０９…圧力室、１１１…エアー供給源、１２０…制御手段、１２２…回転速度演算部、１２２ｂ…回転速度変動量演算部、１２３…回転軸用温度センサ、１２４…軸受用温度センサ、１２６…信号線。

Claims (4)

1. 軸方向前側に回転工具を装着可能な回転軸と、玉軸受を介して前記回転軸を回転自在に支持するハウジングと、前記玉軸受に予圧を付与する予圧手段とからなり、
   前記玉軸受が軸受ケースに収納され、この軸受ケースが前記ハウジングに前記回転軸の軸方向へ移動可能に設けられ、前記軸受ケースが前記予圧手段で移動されるスピンドル装置であって、
   前記予圧手段は、定圧予圧手段と可変予圧手段とからなり、
   前記定圧予圧手段は、前記ハウジングの軸方向後側の端面に形成された凹部と、この凹部に対向するように前記軸受ケースに形成されたフランジ部と、前記凹部に設けられ前記フランジ部を付勢して玉軸受に所定の予圧を付与する弾性部材とからなり、
   前記可変予圧手段は、前記スピンドル装置の外部から供給されるエアーを所要圧力に調整する給排気手段と、前記給排気手段に接続される圧力室を有し、前記回転軸の軸方向後側へ臨むフランジ部の外面側に脱着自在に設けられるピンシリンダと、このピンシリンダに進退自在に設けられ前記圧力室のエアー圧力に応じて前記ハウジングへ当接して前記フランジ部を付勢するロッドとからなることを特徴とするスピンドル装置。
2. 前記可変予圧手段は、スピンドル装置の作動状態に基づいて前記給排気手段の所要圧力を変化させる制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のスピンドル装置。
3. 前記スピンドル装置の作動状態は、
   前記回転軸の回転速度、前記回転軸の回転速度変動量、前記回転軸の温度、前記玉軸受の温度、ワーク切削条件の少なくとも１つから選択されてなることを特徴とする請求項２記載のスピンドル装置。
4. 請求項３記載のスピンドル装置を用いたコンピュータ数値制御の工作機械であって、工作機械は、ベッドと、スピンドル装置と、ワーク保持装置と、制御手段とからなっており、前記スピンドル装置とワーク保持装置は信号線を介して前記制御手段と接続されてなることを特徴とする、コンピュータ数値制御の工作機械。

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