JP6524596B2

JP6524596B2 - 予圧の調整のための軸受の可変予圧システム

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Publication number: JP6524596B2
Application number: JP2016525263A
Authority: JP
Inventors: ボクキム、ソン
Original assignee: Echo Tech Co ltd
Current assignee: Echo Tech Co ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: JP2016524110A; EP3020507A4; EP3020507A1

Description

本発明は、軸受の可変予圧システムに関し、より詳細には、高速に回転できるスピンドルを支持する軸受の外輪に定圧及び可変予圧を印加できる、予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムに関する。

工作機械の主軸系の性能と軸受の寿命は、軸受に加えられる予圧によって多くの影響を受け、回転数及び使用条件に応じて適正な予圧を変化させて加える場合、スピンドルの振動を減殺させることができる。尚、工作機械のスピンドルに予圧が加えられる場合、工作物の表面粗さを高めることができると共に、スピンドルの発熱の抑制と寿命の延長效果も期待できる。よって、工作機械の使用条件に応じた適切な軸受の予圧を選定及び付与することが重要である。

工作機械において、スピンドルが低速に回転する場合は、工作物を強力な切削加工とすることが多い。よって、強力な予圧が必要であり、スピンドルが高速に回転する場合は、軽切削加工が行われるので比較的に緩い予圧が必要であるところ、常に同じ予圧を加えることは不適切である。

基本的に、軸受結合体は、使用条件に適切なスピンドルの剛性を確保するために、適切な予圧を加えるように構成されるが、その予圧はスピンドルの高速回転及び低速回転の際に、上記のような理由によって使用条件に適当に異なるように適用することが適切である。

これまで可変予圧構造のスピンドルは多くのメリットを有していることを認知しているが、これを構成するのに多くの空間の確保と複雑な構造、及び可変予圧構造の具現のために多くの費用が所要されるという問題があり、確実な機能の具現において困難があるため、実際への適用には非常に制限があった。

参考的に、通常、高速回転（ＤＮ値が１００万以上）する工作機械のスピンドルは、軸受の内輪とボールから発生される遠心力によって、ボールが外輪に加えられる圧力が急激に増加することで、ボールの遠心力によって外側に移動され、不適切にスピンドルに加えられる予圧の変化が発生する。固定予圧方式の場合、このような問題の解決にも定圧や可変予圧が適切である。

工作機械の主軸系の軸受に予圧を加える目的は、スピンドルがスピンドル方向（アクシャル方向）及び半径方向（ラジアル方向）の位置決定を正確にすると同時に、スピンドルの振動を抑制し、軸受の剛性を高めることができ、スピンドル方向の振動、共振の防止、及び転動体の旋回スライド、空転スライド、自転スライドの抑制、軌道輪に対して転動体を正しい位置に維持するためのものである。つまり、軸受の予圧はその方法と予圧条件に応じて、スピンドルの剛性、振動、騒音、発熱、製品の加工精度などに大きな影響を与えるところ、主に、定圧予圧はスピンドルが高速に回転する際に適用され、定位置予圧はスピンドルが低速である際、または回転数の変化が少ない際に適用される。軸受に加えられる予圧は、高速では低く設定し、低速では高く設定するのが一般的である。

特許文献１（大韓民国特許登録第０２４６３０９号）には、マシーニングセンターの主軸軸受の予圧変更装置が開示されている。開示されている予圧変更装置は、一側は固定組立体に固定され、他側は加圧体と微細な離隔が形成されるように固定され、その内側に主軸の低速回転の際に、前記加圧体と面接触され、加圧しながら軸受の予圧を増大させるピストンが構成されたシリンダと、前記固定組立体の一端面に主軸の高速回転の際に、前記加圧体を押しながら軸受に予圧を加えるようにする軸受予圧バネと、前記主軸の低速回転の際に、前記ピストンが加圧されるように固定組立体内に形成される供給流路と、加圧されたピストンが主軸の高速回転の際に、元の位置に戻るように常にピストンを加圧の反対側に押す力を有する弾性バネと、を備える。

さらに、特許文献２（大韓民国公開実用新案第９６−２９２３２号）に開示されているような圧電素子を用いて予圧を調節する装置があり、特許文献３（大韓民国公開実用新案第９４−２７６７５号）、特許文献４（大韓民国公開実用新案第９１−１４４０３号）、特許文献５（ＥＰ００９７６５７号）、及び特許文献６（ＵＳ４，６１１，９３４号）には軸受予圧可変装置が開示されている。

従来の可変予圧構造において、圧電素子を用いる構造は反応速度が速いが、多くの空間と費用が所要されるので、実際への適用は非常に制限的であるしかない。バネを用いて予圧を自動的に調節する装置は、常に同一の定圧予圧のみを軸受に加えるしかない。一般的なマシーニングセンターの主軸軸受の予圧変更装置は、空圧または油圧を用いて可変的に軸受の予圧を調節することで、その反応速度が速いという長所はあるが、ピストンとシリンダー、加圧体、弾性バネ、及び軸受予圧バネなどの構成を有するため、その構成が複雑であり、これによって制作コストが上昇してしまうと共に、多くの空間が必要となり、前後の軸受の規格差等によって実際への適用は非常に制限的である。

さらに、特許文献７（大韓民国特許登録第０９２５９１９号）には、圧縮空気を用いた軸受の可変予圧装置が開示されている。開示されている可変予圧装置は、高速に回転が可能なスピンドルの外部に形成されている軸受に予圧を加えることのできる軸受スリーブを形成し、前記軸受スリーブが圧縮空気によって移動されるピストンと共に移動できるようにする構造を有する。

このような軸受の可変予圧装置は、次のような問題点を有している。

第一、軸受の外輪とハウジングとの間に軸受スリーブが設けられている構成を有しているので、軸受の予圧の調整のために軸受の外輪に作用する作用点が外側に傾くようになり、軸受の外輪に正確（精密）な予圧を加えることは難しい。

第二、軸受の外輪とハウジングとの間にスリーブが設けられているので、主軸が相対的に大きくなるか、スピンドルを支持する軸受が小さくなる問題がある。このような軸受の縮小は、軸受の許容回転数が増加するが、適用する予圧が小さくなり、上下部の軸受の規格差によって、予圧の側面から見ると、小さい方の軸受の寿命が短縮される問題がある。

大韓民国特許登録第０２４６３０９号大韓民国公開実用新案第９６−２９２３２号大韓民国公開実用新案第９４−２７６７５号大韓民国公開実用新案第９１−１４４０３号ＥＰ００９７６５７号ＵＳ４，６１１，９３４号大韓民国特許登録第０９２５９１９号

本発明は、前述したような問題点を解決するためのものであって、軸受の可変予圧を加えるための別途の追加的な空間が不要であり、構造を最小化することができ、設計の自由度を高めることができる、予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムを提供することにその目的がある。

上記の目的を達構成するための本発明は、工作機械の主軸系に設けられる軸受に加えられる予圧の調整が容易であり、さらに、軸受の寿命を延長することができ、加工面の粗さの向上及びスピンドルの振動抑制効果が期待できる、予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、軸受の外輪を加圧する加圧部材とハウジングとの間のストロークがゼロの状態で予圧の調整ができる、予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、軸受に外輪を加えるための圧力作用断面積を相対的に大きくすることができるため空圧の利用が可能である、予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、スピンドルの高速回転と低速回転の際、その回転速度に応じて予圧を容易に変更できるため、制御が容易であり、追加的な空間を不要とし、製造原価を最小化することができる、ストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムは、軸受を支持する軸受ハウジング部を備えたハウジングと、前記軸受ハウジング部に設けられる軸受と、この軸受の内輪と結合して回転されるスピンドルと、前記軸受ハウジング部に設けられて軸受の外輪に可変予圧を加えるための可変予圧ユニットと、を備え、可変予圧ユニットは、前記軸受の外輪と接触される加圧部材と軸受ハウジング部との間に、シーリング部材によって気密が維持されるチャンバーが形成され、前記軸受ハウジング部に形成された供給管路を通じてチャンバーに空圧または油圧を供給し、軸受の外輪に加えられる予圧を可変させる圧力供給ユニットを備えることを特徴とする。

本発明において、前記チャンバーは、前記加圧部材と軸受ハウジング部との間にシーリング部材によって区画されることができ、前記チャンバーは、シーリング部材によって区画された加圧部材と軸受ハウジング部が対応する面にそれぞれ引込部が形成されて構成される。

前記チャンバーに、軸受の外輪に定圧を供給するためのバネが更に備えられる。

代案として、上記の目的を達成するための本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムは、軸受を支持する軸受ハウジング部を備えたハウジングと、前記軸受ハウジング部に設けられる軸受と、この軸受の内輪と結合して回転されるスピンドルと、前記軸受ハウジング部に設けられて、軸受の外輪に可変予圧を加えるための可変予圧ユニットと、を備え、可変予圧ユニットは、前記軸受の間に設けられ、各軸受の外輪と接触される第１及び第２の加圧部材と、第１及び第２の加圧部材の間に設けられるシーリング部材によって気密が維持されるチャンバーが形成され、前記ハウジングに形成された供給管路を通じてチャンバーに予圧の調整のための空圧及び油圧を供給し、軸受の外輪に加えられる予圧を可変させる圧力供給ユニットを備えることを特徴とする。

本発明において、前記チャンバーに軸受の外輪に定圧を供給するためのバネが更に備えられる。

本発明のシーリング部材の弾性変形を用いた予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムは、次のような作用効果を有する。

第一、軸受の可変予圧システムの設置空間の確保が容易であり、従来のように別途の設置空間を主軸に確保する必要がない。

第二、低速と高速である場合、軸受の外輪に加えられる予圧の調整が容易であり、変化する回転数や状況に応じて適正な予圧を加えることができる場合、軸受の寿命を延長することができ、これを採用した工作機械によって加工された工作物の加工面の粗さの向上と、スピンドルの振動及び発熱を抑制するなどの効果が期待できる。

第三、本願の発明は、予圧のために軸受の外輪に作用する作用点を軸受の外輪の移動方向と同軸線上又は同軸線上より更に外側に位置させることができるので、空圧または油圧による予圧の作用効率を高めることができ、スピンドルに作用する軸受に予圧の調整のために軸受の規格を調整する必要がない。これは、スピンドルを支持する軸受として単一の規格を有するものを使用することができるので、従来のようにスピンドルを支持する軸受の規格差によって回転数は増加することができるが、適用可能な予圧が減少することによって派生される寿命が短縮する問題を根本的に解決することができる。

第四、本発明は、バネによる固定予圧と、空圧または油圧による可変予圧を軸受の外輪に加えることで、最上のスピンドルの状態を維持することができる。

第五、スピンドルを支持するものであって、上部側に位置される軸受と、下部側に位置される軸受と、を同一の規格又は上部に位置する軸受と、下部に位置される軸受と、が軸受の規格集（ＫＳ、ＪＩＳまたはＡＳＭ）において１段階から２段階以上の差が発生しないように設計することができるので、適切であり、バランスの取れた予圧を加えることで軸受の寿命を向上させることができる。

第六、回転指令のない場合には、可変予圧を加えないため、工作物のセッティング及び検査時にスピンドルを容易に回転させることができるので、作業者の疲労度を減らすことができ、さらに、品質及び生産性の向上を図ることができる。

第七、本発明は、追加的な空間を必要とせず、少ない費用でも可変予圧構造のスピンドルの具現ができるので、関連産業の発展において波及効果を大きくすることができる。

本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムを示す主軸台の断面図である。図１に示す予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムを示す断面図である。本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの他の実施例を示す断面図である。本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの他の実施例を示す断面図である。本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの他の実施例を示す断面図である。本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの他の実施例を示す断面図である。本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの他の実施例を示す断面図である。本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの更に他の実施例を示す断面図である。スピンドルの回転数によって軸受の外輪に定圧及び可変予圧が作用する状態を示すグラフである。スピンドルの回転数によって軸受の外輪に定圧及び可変予圧が作用する状態を示すグラフである。スピンドルの回転数によって軸受の外輪に定圧及び可変予圧が作用する状態を示すグラフである。

本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムは、工作機械の主軸系スピンドルを支持する軸受に定圧及び可変予圧を印加するためのものであって、その一実施例を図１ないし図７に示した。

図面を参照すると、本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システム１０は、工作機械の主軸のハウジングに設けられ、スピンドルを支持する軸受の外輪に予圧を加えるためのものであって、内輪３１と外輪３２、及びこれらの間に設けられるボール３３を備えた軸受３０を備え、前記ハウジング２０に設けられた軸受３０の内輪にはスピンドル４０が設けられて回転され得る。

前記軸受３０の間にはスペーサーが設けられることができ、前記ハウジング２０にはスピンドル４０を回転させるためのモーターのステーター（ｓｔａｔｏｒ）５０が設けられ得る。前記軸受３０には、別途のオイル潤滑装置として、オイルミストを通じて潤滑油を供給可能に形成することができ、チラーによって主軸を冷却させるための冷却ユニットが更に備えられ得る。

さらに、前記工作機械の主軸のハウジング２０と軸受３０の外輪３２との間に設けられ、軸受３０の外輪３２に定圧または可変予圧を印加するための可変予圧ユニット６０を備える。

前記可変予圧ユニット６０は、図２に示すように、空圧または油圧によって軸受の外輪に可変予圧を印加できるものであって、ハウジング２０の一部を構成し、軸受３０を支持する軸受ハウジング部２１と、軸受３０の外輪３２の上面又は下面の少なくとも一側との間に加圧部材６１が設けられる。前記軸受ハウジング部２１と加圧部材６１との間には、空圧の供給によって加圧部材６１を前記軸受３０の外輪にスピンドル軸方向に加圧するためのチャンバー６２が形成される。さらに、前記軸受ハウジング部２１と加圧部材６１との間には、チャンバー６２に供給される空圧が流出されることを防止するためのシーリング部材６４が設けられる。前記シーリング部材６４は、チャンバー６２の周囲を包むことができるように、オーリング（Ｏ−ＲＩＮＧ）が用いられることができるが、これに限定されない。前記チャンバーは油圧または空圧を供給するための最小限の隙間（０．０１ないし０．０２ｍｍ）を維持することが望ましい。

さらに、前記シーリング部材６４によって区画された空間に形成されたチャンバー６２は、図３に示すように、加圧部材６１と軸受ハウジング部２１に対応される面が引き込まれて引込部６２ａ、６２ａが形成されて構成され得る。ここで、前記加圧部材６１と軸受ハウジング部２１との間の間隔、即ち、ストロークは維持されなくても良い。これは、前記加圧部材６１と軸受ハウジング部２１の対応される面にそれぞれ引込部６２ａ、６２ａが形成されているので、これに作用する空圧または油圧によって加圧部材６１を上昇させ、スピンドルを支持する軸受３０の外輪３２に予圧を加えることができるようになる。前記軸受ハウジング部２１と加圧部材６１との間にストロークがゼロ（ｚｅｒｏ）である場合、加圧部材と対応される軸受の外輪の上部側に軸方向に流動可能な最小限の流動裕隔９７は確保されるべきである。

さらに、前記チャンバー６２は、軸受ハウジング部２１に形成された供給管路６５と連通される。この供給管路６５は、圧力供給ユニット７０と供給管６６によって連結されるところ、前記供給管６６はスピンドル４０の回転数に応じて供給管６６を通じて供給される空圧を可変させるためのレギュレーター６７が設けられるところ、このレギュレーター６７は前記スピンドル４０の回転数を感知する感知信号に応じて制御部７１によって制御され得る。前記スピンドルの回転数は主軸に設けられるモーターの回転数又は別途の回転感知センサーが設けられ得る。前記圧力供給ユニット７０は、制御用空気圧縮機（ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｉｒＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒ、ＩＡＣ）が利用され得る。

さらに、図３に示すように、前記チャンバー６２の内部には、設計時の圧力に予圧として作用可能にするバネ６８が設けられ得る。このバネ６８は、コイルバネ、皿バネの中から選択された一つが設けられ得るが、これに限定されない。ここで、前述したように構成された軸受の可変予圧システムは、軸受３０の外輪３２の円周軌跡に沿って複数個が設けられ得る。一方、前記引込部６２ａ、６２ａによって形成されるチャンバー６２に設けられたバネ６８は、バネの弾性力によって軸受の外輪３２に定圧を提供することができる。

前述したように構成された本発明に係るシーリング部材の弾性変更を用いた軸受可変予圧システム１０は、図９ないし図１１に示すように、バネ６８によって軸受の外輪に予圧が加えられた状態で前記スピンドル４０が低速回転する場合、前記制御部によって前記レギュレーター６７が操作され、圧力供給ユニット７０から前記供給管６６及び貫通管路６５を通じて相対的に大きな圧力の空圧または油圧がチャンバー６２に供給される。よって、前記加圧部材６１が軸受３０側に移動して軸受３０の外輪３２を加圧することで予圧を加えるようになる。さらに、前記スピンドル４０が高速に回転することによって、前記チャンバー６２に加えられる圧力を制御して予圧を減らすことで、スピンドルの高速回転による最適の状態を維持させることができる。図９に示すように、スピンドルを駆動させるために回転指令のない場合、圧力供給ユニットによって実質的にチャンバー６２に空圧または油圧が作用しなくなるので、バネによる定圧が作用するようになる。

特に、図２に示すように、定圧を提供するためのバネが設けられていない場合、前記供給管路６５を通じてチャンバー６２に供給される空圧または油圧によって軸受３０に可変予圧を加えることができる。この場合、加圧部材６１と軸受ハウジング２１との間に設けられたシーリング部材６４によって、予圧のための最小の隙間が維持されるところ、前記軸受ハウジング２１に引込部が形成された場合、最小限の隙間を維持する必要はない。前記加圧部材６１と軸受ハウジング２１との間に裕隔が発生されない場合、これと対応される軸受のうち、一側の上部側は軸受の外輪に可変予圧を加えるための最小限の隙間が確保される。

図４には、本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの他の実施例を示した。上記の実施例と同一の符号は同一の構成要素を指す。

図面を参照すると、本発明に係る軸受可変予圧システムは、軸受３０、３０´が隣接するように設けられる場合、その間にスペーサーの形態の第１及び第２の加圧部材８１、８２が軸受３０、３０´の外輪を加圧できるように設けられる。さらに、前記第１及び第２の加圧部材８１、８２の間には空圧または油圧が供給されるチャンバー８３を区画できるようにシーリング部材６４が設けられる。

前記第１及び第２の加圧部材８１、８２の間に設けられるシーリング部材６４は、前記チャンバー８３に供給された空圧または油圧が漏れることを防止するためにチャンバーの周りの軌跡が設けられる。この際、前記第１及び第２の加圧部材８１、８２の間にはシーリング部材６４によって隙間が形成され得る。

前記チャンバー８３は、図４に示すように、シーリング部材６４が第１及び第２の加圧部材８１、８２に介在されることによって形成されるか、図５に示すように、第１及び第２の加圧部材８１、８２に対応される部位にそれぞれ形成された引込部８３ａ、８３ｂによって構成され得る。前記第１及び第２の加圧部材８１、８２によって形成されたチャンバー８３の内部は、定められた予圧、即ち、定圧を供給するためのバネ８４が設けられる。しかし、必ず設けられる必要はない。前記第１及び第２の加圧部材８１、８２の間のチャンバー８３に形成されたバネ８４は、第１及び第２の加圧部材８１、８２を相手移動させることで、前記軸受３０、３０´の外輪３２、３２´に定圧を加えるようになる。

さらに、前述したように、前記チャンバー８３を構成する少なくとも一側の第１の加圧部材８１には、ハウジング部２１に形成された供給管路６５と連通される。この貫通管路６５は、圧力供給ユニット７０と供給管６６によって連結されるところ、前記供給管６６は、スピンドル４０の回転数に応じて、供給管６６を通じて供給される空圧を可変させるためのものであって、制御部７１により駆動されるコントロールバルブであるレギュレーター６７が設けられる。前記第１及び第２の加圧部材には潤滑油を供給するための別途の潤滑油供給ラインが形成され得る。

一方、前記第１及び第２の加圧部材８１、８２とスピンドル４０との間には、別途のスペーサーが更に備えられ得る。

さらに、前記軸受３０の外輪３２と軸受ハウジング２１との間には、軸受の外輪に定圧または予圧の印加時に、軸受３０の外輪３２の移動のための裕隔が形成されるところ、この裕隔が形成された部位には弾性部材８５が設けられ得る。

図６及び図７には、本発明に係る予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムの他の実施例を示した。上記の実施例と同一の図面符号は同一の構成要素を指す。

図面を参照すると、本発明に係る可変予圧ユニット９０は、ハウジング２０の一部を構成する軸受ハウジング部２１と軸受３０の外輪３２との間に加圧部材９１が設けられる。前記加圧部材９１は、軸受の外輪３２と接触される予圧部９２と、前記予圧部９２から軸受ハウジング２１の段差のある側面に延長されるスカート部９３と、を備える。さらに、加圧部材９１の予圧部９２と軸受ハウジング部２１との間には、それぞれ引き込まれて形成されたチャンバー６２が形成され、このチャンバー６２は軸受ハウジング２１に形成された供給管路６５と連通される。

前記加圧部材９１の予圧部９２と軸受ハウジング２１との間の周縁と、前記軸受ハウジング２１と前記スカート部９３の内周面と、の間に第１及び第２のシーリング部材９５、９６がそれぞれ設けられる。前記チャンバー６２に供給される空圧を維持するための第１のシーリング部材９５は、加圧部材９１の予圧部９２と軸受ハウジング２１との間に設けられて間隔を維持することができるところ、この間隔は予圧の調整のための最小限の間隔として利用されることができ、これと対応される軸受の外輪とハウジングとの間に最小限の隙間（０．０１ないし０．０３ｍｍ）が形成され得る。

特に、図７に示すように、前記第１のシーリング部材９５が予圧部９２の外側面と軸受ハウジング２１との間に設けられる場合、前記加圧部材９１と軸受ハウジング２１との間に、軸受の外輪に予圧を加えるための加圧部材の間隔がゼロ（ｚｅｒｏ）の状態を維持することができる。この場合、前記軸受３０、３０´の外輪は予圧の調整のための裕隔が確保されるべきである。（図７の９７を参照）

上記の実施例において、前記チャンバー６２には上述したようにバネ８６が設けられ得る。

図８には、本発明に係る軸受の可変予圧システムの更に他の実施例を示した。

図面を参照すると、軸受の可変予圧システムは、ハウジング２１に設けられる軸受３０、３０´と、この軸受３０、３０´の内輪と結合されて回転するスピンドル４０と、を備え、ハウジング２１に形成された段差部２１ａと軸受３０、３０´の外輪との間に設けられるものであって、軸受の下部側の外輪と接触して予圧を加えるための支持部１０１と、前記支持部１０１からスピンドルの方向に延長され、前記段差部２１ａの内周面と軸受３０、３０´の外輪との間に位置される外輪支持部１０２と、前記外輪支持部１０２の上端部から半径方向に延長され、前記ハウジング２１の段差部２１ａの上面に密着されるプランジ部１０３を有するスリーブ１００と、を備える。

更に、前記段差部２１ａの上面とプランジ部１０３との間にはチャンバー６２が形成される。前記チャンバーは、前記段差部２１ａの内周面と外輪支持部１０２との間に設けられる第３のシーリング部材１１１と、前記プランジ部１０３の外周面とハウジング２１との間に設けられる第４のシーリング部材１１２によって密閉される。

前記チャンバー６２には上記の実施例のように、弾性部材であるバネ１２０が設けられることができ、前記チャンバー６２は、ハウジング２１に形成された供給管路６５と連通される。前記供給管路には、上記の実施例のように、圧力供給ユニットによって空圧または油圧が供給される。

上述したように構成された本発明に係る軸受の可変予圧システムは、図３に示すように、第１及び第２の加圧部材８１、８２の間にバネ８４が設けられているので、図６に示すように、スピンドル４０の回転数に関わらず、軸受３０、３０´の外周面に定圧予圧を加えることができる。特に、加圧部材と軸受ハウジング部との間に、シーリング部材によって最高の回転数に適合した定圧が加えられ得る。

さらに、前記スピンドルの回転数に応じて、前記チャンバー８３に圧力供給ユニットの供給管を通じて空圧または油圧を供給することで、軸受３０、３０´の外輪に加えられる予圧を調整することができる。

前記チャンバー８３内に圧縮空気が抜け出した状態になると、第１及び第２の加圧部材８１、８２は元の位置に戻り、前記バネ８４によって軸受の外輪を押す力が減少されるので、結局、軸受３０に初期に設定した最高の回転数に適合した定圧予圧を印加する状態になる。

よって、スピンドル４０が高速に回転される際は、チャンバー８３内に空気のない状態として、軸受３０、３０´が定圧予圧の状態となり、前記スピンドル４０が低速、中速である場合は、チャンバー８３内に圧縮空気を印加し、前記圧縮空気の圧力に応じて可変的に予圧を調節できる状態となる。

図７に示すように、加圧部材９１と軸受ハウジング２１との間に、予圧の調整のためのストロークがゼロ（ｚｅｒｏ）である状態で前記チャンバー６２に空圧または油圧を供給することで、軸受３０の外輪３２に外圧を加えることができるので、予圧の調整のための設置空間を最小化することができる。

一方、図８に示すように、軸受の可変予圧システムは、チャンバーに空圧または油圧が供給されることによって、ハウジングの段差部２１ａと共にチャンバー６２を形成するプランジ部１０３と、軸受の外輪と接触される支持部１０１を有するスリーブ１００が上昇することで、軸受の外輪に可変予圧を印加することができる。さらに、前記チャンバー６２にはバネ１２０が設けられているので、バネによる定圧を印加することができる。

更に、図９及び図１１に示すように、スピンドルが高速回転することによって、軸受のボールによって遠心力が作用して、軸受の外輪に作用する力が大きくなるところ、バネによる定圧と、加圧部材と軸受のハウジングとの間に設けられる回転数に応じて設定された空圧を印加することで、スピンドルにプリロードを加えることができる。

本発明の予圧の調整のためのストロークの隙間及びシーリング材の弾性変形を用いた軸受の可変予圧システムは、スピンドルの低速で相対的に大きな予圧を加えることができ、高速で予圧を減らすことができ、スピンドルの高速回転時に最上の状態を維持することができる。これは、スピンドルを支持する軸受の寿命を延長することができる。さらに、この主軸が設けられた工作機械によって加工された工作物の加工面の粗さを向上させ、さらに、スピンドルの振動の減殺効果も期待できる。

本発明は、図面に示された実施例を参考としながら説明されているが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する人であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが理解できるだろう。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきであろう。

本発明のシーリング部材の弾性変更を用いた軸受の可変予圧システムは、各種の工作機械及び精密な駆動軸を有する産業機械において広く適用可能である。

Claims

ハウジングと、ハウジングに設けられる軸受と、この軸受の内輪と結合されて回転するスピンドルと、前記ハウジングに設けられて軸受の外輪に可変予圧を加えるための可変予圧ユニットと、を備え、
可変予圧ユニットは、前記軸受の間に対応される軸受の外輪の下面と上面にそれぞれ接触される第１及び第２の加圧部材が設けられ、前記第１及び第２の加圧部材の間に、シーリング部材によって区画されたチャンバーが形成され、前記ハウジングに形成された供給管路を通じて、チャンバーによる空圧または油圧を供給し、軸受の外輪に加えられる予圧を可変させる圧力供給ユニットを備え、
前記供給管路は、前記スピンドルの回転数に応じて空圧を可変させるレギュレーターに連結され、制御部は、スピンドルの回転数に応じて前記レギュレーターを制御し、
前記チャンバーに、軸受の外輪に定圧を供給するためのバネが更に備えられ、
前記スピンドルを駆動する回転指令がない場合、空圧が作用しないようにし、前記バネによる定圧が作用するようにすることを特徴とする、予圧の調整のための軸受の可変予圧システム。
前記チャンバーは、第１及び第２の加圧部材に引込部が形成されて構成されることを特徴とする、請求項１に記載の予圧の調整のための軸受の可変予圧システム。