JPH0488206A

JPH0488206A - 軸受の予圧装置

Info

Publication number: JPH0488206A
Application number: JP2202985A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okura; 健司大倉
Original assignee: Koyo Machine Industries Co Ltd
Current assignee: JTEKT Machine Systems Corp
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1992-03-23
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2816596B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、フライス盤や研削盤等の工作機械の主軸部
に装着される軸受の予圧装置に関し、さらに詳細には、
圧電素子を用いた予圧装置に関するものである。

（従来の技術）近時の工作機械は、駆動モータや刃具などを含めた構成
機器の高性能化に伴い、主軸の高速化による生産性およ
び仕上精度の大幅な向上が図られており、上記主軸を支
承する軸受の予圧設定にも高い精度が要求されるに至っ
ている。

しかし、従来の予圧設定方法では、主軸の高速回転に伴
う軸受の発熱による焼付や高速回転向きの軸受における
低速域での剛性不足の問題があるとともに、特別な予圧
装置の設置に伴う構造の複雑化など新たな問題が生じて
いた。

この点に関して、軸受の予圧を与える部材に圧電素子を
用いた予圧装置が開発されており、該予圧装置は、軸受
間において、複数個の圧電素子が円周方向へ配列されて
組み込まれてなる。そして、これら圧電素子に、軸受の
検出温度や検出回転数に対応した電圧が印加されること
により、該圧電素子が軸方向へ変位して、軸受に所要の
予圧が与えられるように構成されており、これにより、
低速・高速回転のいかんを問わず軸受の予圧を適正値に
保持するようにされている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような圧電素子を用いた予圧装置に
おいても、次のような問題があって完全なものではなく
、さらなる改良が要望されていた。

すなわち、円周方向へ配列された複数の圧電素子は、そ
の製造条件等を起因として、これら個々の寸法差や変位
量差を避けることができず、これがため、上記軸受に均
等な変位（予圧）を与えることが困難であった。

また、両側の軸受が軸方向に固定的であるため、これら
が固定される主軸やハウジングの熱膨張等も予圧設定に
直接影響することになる。これがため、上記圧電素子の
電圧制御には、これら外因も考慮した複雑な制御が要求
され、より高精度な制御実現のためには、さらなる改良
の余地があった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、圧電素子個々の寸法差や変位量差を調節して、
均一で高精度な予圧制御が可能な軸受の予圧装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明の軸受の予圧装置は
、軸受の軸方向側方に隣接して設けられた圧電アクチュ
エータを備え、該圧電アクチュエータは、その一方の軸
方向側部に、前記軸受の外輪の軸方向側部に当接する一
対の第一突子を備えるとともに、その他方の軸方向側部
に、前記第一突子と円周方向へ交互に配列された一対の
第二突子を備え、これにより、前記圧電アクチュエータ
が、前記突子を支点として揺動可能に配設されているこ
とを特徴とする。

前記圧電アクチュエータの具体的な構造は、環状本体と
、該環状本体に設けられた一対の圧電素子とからなり、
該圧電素子は、前記環状本体の一方の軸方向側部におい
て、環状本体の一直径線上に配置されて、その先端部が
前記第一突子とされ、前記環状本体の他方の軸方向側部
に第二突子が設けられ、該第二突子は、前記圧電素子が
配置された一直径線に直交する一直径線上に配置されて
いる。また、前記軸受の内輪が軸部に固定されるととも
に、外輪がハウジング部に対して軸方向へ移動可能とさ
れ、該外輪の軸方向側部に、前記圧電素子の第一突子が
当接されている。一方、前記ハウジング部の固定部分に
、歪ゲージを備える筒体が支持され、該筒体の軸方向側
部に、前記第二突子が当接されている。

（作用）圧電アクチュエータは、第一突子および第二突子を支点
としたシーソー運動を行うため、一対の圧電素子相互の
寸法差や変位量差の釣合いが有効に保たれる。

また、圧電アクチュエータの第一突子が押圧する外輪が
、ハウジング部に対して軸方向へ移動可能とされている
ことにより、圧電素子の軸方向変位が、確実かつ円満に
上記外輪に伝達されて、高精度な予圧制御が行われる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

本発明に係る軸受の予圧装置を備えた工作機械の主軸部
を第１図に示し、該主軸部は具体的にはフライス盤のも
のであって、主軸１は、前後一対の複列アンギュラ玉軸
受２．３を介して、主軸ケース４の支持穴５内に回転可
能に軸承されている。

該主軸１の先端部１ａはテーバ状の刃具取付穴とされ、
この刃具取付穴１ａに、図示しないフェイスミル等の刃
具が着脱可能に取り付けられる構造とされている。また
、主軸１の後端部１ｂは、上記主軸ケース４の後方へ突
出されており、ここにベルト車６が固定的に取り付けら
れている。図示しないが、該ベルト車６は、伝導ベルト
を介して、駆動源である駆動モータに連係されている。

そして、上記一対の軸受２，３間に、後側の軸受３に予
圧を与える予圧装置７が設置されている。

前側の軸受２は、内輪２ａ、２ａが主軸１の外周面に固
定されるとともに、外輪２ｂ、２ｂが主軸ケース４の支
持穴５の前端部５ａに固定され、これら内外輪間に多数
の鋼球２ｃ、２ｃ・・・が転動可能に装填されている。

８は上記外輪２ｂ、２ｂを固定するための固定部材であ
る。

一方、後側の軸受３は、内輪３ａ、３ａが主軸ｌの外周
面に固定されるとともに、外輪３ｂ、３ｂが軸受ケース
９に固定されており、これら内外輪間に多数の鋼球３ｃ
、３ｃ・・・が転動可能に装填されている。なお、上記
軸受ケース９は後述するように、主軸ケース４の支持穴
５の後端部５ｂに、軸方向へ移動可能に収納されている
。前後軸受２゜３の内輪２ａ、３ａ間には間座１０．１
１が介装されており、間座１０の外周面と上記主軸ケー
ス４の支持穴５の中間部５Ｃとの間には、上記予圧装置
７が介装されている。１２は上記内輪３ａ３ａを固定す
るための固定部材である。

上記軸受ケース９は、軸受３の外輪３ｂ、３ｂを主軸ケ
ー不４に対し軸方向へ移動可能に保持するためのもので
、その外周面９ａの前後両端部に、環状溝１３．１３が
円周方向へ全周にわたり平行して設けられるとともに、
これら環状溝１３．１３内に、多数の鋼球１４，１４・
・・が装填されている。そして、これら鋼球１４．１４
川が、上記環状溝１３と主軸ケース４の支持穴５の後端
部５ｂとの間で転勤可能とされて、これにより、上記軸
受ケース９つまり外輪３ｂ、３ｂは、主軸ケース４に対
して、軸方向へ移動可能に支承されている。

すなわち、外輪３ｂ、３ｂは、主軸ケース４の当り端面
４ｃと、該主軸ケース４に取り付けられた固定部材３０
との間に設定された間隔の範囲内で、軸方向へ移動可能
とされている。

予圧装置７は、圧電アクチュエータ１５と、これを作動
制御する制御装置（図示省略）とを主要部として備えて
なり、圧電アクチュエータ１５は、後側の軸受３の前側
（軸方向側方）に隣接するとともに、歪ゲージ３１を備
えた筒体１６と一体的に設けられている。

圧電アクチュエータ１５は、第２図および第３図に示す
ように、環状本体、１７と、これに設けられた一対の圧
電素子１８．１８とを備えてなる。

上記環状本体１７は、上記支持穴５の中間部５Ｃと間座
１０との間に納まる程度の内外径寸法を有する円筒状の
もので、その前側面１７ａの外周部には係合段部１７ｂ
が全周にわたって設けられている。また、前側面１７ａ
の一直径線上には、一対の第２突子１７ｄ、１７ｄが突
設されており、これら突子は、その先端部が先細のくさ
び形状とされて、後述する第１突子１８ａ、１８ａと協
働するようにされている。

上記圧電素子１８は、リート線１９を介して上記制御装
置に連結されており、予め設定された予圧値に対応した
印加電圧により、あるいは、主軸１の回転数や軸方向変
位または軸受２，３の温度の変化などの運転時の諸条件
に対応した印加電圧により、軸方向へ所定量変位するよ
うに構成されている。また、これら一対の圧電素子１８
．１８は、上記環状本体１７の後側面１７ｃにおいて、
第２図に示すように、上記第二突子１７ｄ、１７ｄを結
ぶ直径線に対して直交する直径線上に配置されている。

該圧電素子１Ｂの先端部１８ａは先細のくさび形状とさ
れて、上記第二突子１７ｄ１７ｄと協働する第一突子と
されている。

すなわち、これら第一突子１８ａ、１８ａが上記軸受ケ
ース９と一体とされた間座２１の前側面２１ａに当接し
、一方、上記第二突子１７ｄ、１７ｄが筒体１６の後側
面１６ａに当接されており、これにより、圧電アクチュ
エータ１５が、これら突子を支点として揺動するように
されている。この圧電アクチュエータ１５のいわゆるシ
ーソー運動により、上記圧電素子１８．１８個々の寸法
差や変位量差の釣合いが保たれる。

また、上記環状本体１７は、その後側面１７ｃに変位セ
ンサ２２も備えている。該変位センサ２２は、上記間座
２１の前側面２１ａに対向して、この間の距離を常時検
出し、この検出結果が上記制御装置に送られて、これに
より、主軸１の軸方向変位が間接的に測定されるように
されている。

上記歪ゲージ３１は、圧電アクチュエータ１５の軸方向
変位量を検出して、これを上記制御装置にフィードバッ
クするもので、筒体１６の外周に設けられるとともに、
リード線２０を介してこの制御装置と連結されている。

上記筒体１６は、上記圧電アクチュエータ１５と同心状
の円筒形状で、その後側面１６ａの外周部に係合突部１
６ｂが全周にわたって設けられており、この係合突部１
６ｂは、上記圧電アクチュエータ１５の係合段部１７ｂ
に係合するようにされている。一方、筒体１６の前側面
１６ｃは、主軸ケース４の固定部分つまり支持穴５の前
端ｉ５ａと中間部５Ｃとの境界段部５ｄに当接されてい
る。

しかして、以上のように構成された予圧装置７において
、まず初期の段階では、予め設定された予圧値に応じた
電圧が圧電アクチュエータ１５の圧電素子１８．１８に
印加される。すると、これら圧電素子が軸方向へ膨張し
て、軸受ケース９と一体となった軸受３の外輪３ｂ、３
ｂに適正な初期予圧を与える。一方、運転中においては
、主軸１の回転数や軸方向変位または軸受２，３の温度
の変化などの諸条件に応じた印加電圧により、上記軸受
３の予圧の修正が適宜行われる。

この場合、上記軸受３の外輪３ｂ、３ｂは軸受ケース９
と共に、主軸ケース４に対して軸方向へ移動可能とされ
ているから、上記圧電素子１８゜１８の軸方向変位が、
確実かつ円滑に上記外輪３ｂ、３ｂに伝達されて、高精
度な予圧設定が行われる。

また、圧電素子１８．１８には、その製作精度に起因し
て、相互に寸法差や膨張率等の特性値差などが存在する
場合もありうるが、これらの差は、突子１８ａ、１７ｄ
・・・を支点とした圧電アクチュエータ１５のシーソー
運動により適宜補正されて、予圧設定への悪影響が有効
に防止される。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、以下に列挙する
ような種々のすぐれた効果が得られる。

（１）軸受の軸方向側方に隣接して設けられた圧電アク
チュエータは、その一方の軸方向側部に、上記軸受の外
輪の軸方向側部に当接する一対の第一突子を備えるとと
もに、その他方の軸方向側部に、第一突子と円周方向へ
交互に配列された一対の第二突子を備えてなり、これに
より、圧電アクチュエータが、上記突子を支点として揺
動可能に配設されているから、均一で高精度な予圧制御
が可能となる。

すなわち、圧電アクチエエータは、上記第一突子および
第二突子を支点としたシーソー運動を行うことにより、
一対の圧電素子相互の寸法差や変位量差が存在していて
も、これらの差が適宜補正されて、両者の釣合いが有効
に保たれる。この結果、軸受外輪に均等な軸方向変位を
与えて、均一で高精度な予圧制御が可能となる。

（２）　　また、圧電アクチュエータの第一突子が押圧
する軸受の外輪が、ハウジング部に対して軸方向へ移動
可能とされているので、圧電素子の軸方向変位が、確実
かつ円滑に上記外輪に伝達されることとなり、上記シー
ソー運動との相乗効果により、きわめて高精度な予圧制
御が実現する。

（３）シかも、このような構成とすることにより、軸受
が取り付けられるハウジングや主軸の熱膨張等の影響を
、軸受が直接的に受けることがなく、圧電素子の制御に
あたってこれらの外因を考慮した複雑な制御方法は不要
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例である軸受の予圧装置を
備えた工作機械の主軸部を一部断面で示す側面図、第２
図は同予圧装置の圧電アクチュエータを示す正面図、第
３図は第２図における■■線に沿った同圧電アクチュエ
ータの断面図である。１・・・主軸（軸部）、３・・・複列アンギュラ玉軸受
、３ａ・・・内輪、３ｂ・・・外輪、３Ｃ・・・鋼球（
転動体）、４・・・主軸ケース（ハウジング部）、５・
・・支持穴、７・・・予圧装置、９・・・軸受ケース、
１５・・・圧電アクチュエータ、１５ｄ・・・境界段部
（ハウジング部の固定部分）、１６・・・歪ゲージ、１
６ａ・・・後側面（軸方向側部）、１７・・・環状本体
、１７ａ・・・前側側面（軸方向側部）、１７Ｃ・・・
後側側面（軸方向側部）、１７ｄ・・・第二突子、１８
・・・圧電素子、１８ａ・・・先端部（第一突子）、２
１・・・間座（外輪の軸方向側部）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸受の軸方向側方に隣接して設けられた圧電アク
チュエータを備え、該圧電アクチュエータは、その一方の軸方向側部に、前
記軸受の外輪の軸方向側部に当接する一対の第一突子を
備えるとともに、その他方の軸方向側部に、前記第一突
子と円周方向へ交互に配列された一対の第二突子を備え
、これにより、前記圧電アクチュエータが、前記突子を支
点として揺動可能に配設されていることを特徴とする軸
受の予圧装置。
（２）前記圧電アクチュエータは、環状本体と、該環状
本体に設けられた一対の圧電素子とからなり、該圧電素子は、前記環状本体の一方の軸方向側部におい
て、環状本体の一直径線上に配置されて、その先端部が
前記第一突子とされ、前記環状本体の他方の軸方向側部に第二突子が設けられ
、該第二突子は、前記圧電素子が配置された一直径線に
直交する一直径線上に配置されている請求項第１項記載の軸受の予圧装置。
（３）前記軸受の内輪が軸部に固定されるとともに、外
輪がハウジング部に対して軸方向へ移動可能とされ、該外輪の軸方向側部に、前記圧電素子の第一突子が当接
されている請求項第２項記載の軸受の予圧装置。
（４）前記ハウジング部の固定部分に、歪ゲージを備え
る筒体が支持され、該筒体の軸方向側部に、前記第二突子が当接されている
請求項第３項記載の軸受の予圧装置。