JPH052802U - 予圧可変式スピンドルユニツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、外径寸法がコンパクトに形成さ
れ、かつスピンドル剛性が高い予圧可変式スピンドルユ
ニットを提供する。 【構成】 外筒１を、外筒本体２と端部部材３とから構
成し、外筒本体２内に、軸受箱１５を移動可能に挿入
し、その軸受箱と当接する押圧部材７の両側に、圧力室
２２、２３を設ける。外筒と軸受箱の間には、軸受に初
期予圧を与える弾性部材２７を設け、圧力室２２、２３
に高圧油を導入して予圧量を変化させる。この構造で
は、圧力室や予圧変換部品が外筒の端部に集中するの
で、軸受間の支持距離を短くでき、外筒の外径を小さく
できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、工作機械のスピンドルなどに用いられる予圧可変式のスピンドル ユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

工作機械においては、低速から高速までの回転域でスピンドルの十分な剛性を 得るために、回転数の変化に応じてスピンドルの予圧量を変化させる予圧可変の 機構が求められる。

【０００３】 従来、このようなスピンドルの回転数に応じて軸受に与える予圧を可変にした スピンドルユニットとして、特開平２−２７９２０３号公報により提案されたも のがある。

【０００４】 このスピンドルユニットは、図８に示すように、外筒６１の内部に、主軸６２ を支持する軸受６７、６８、６９、７０を軸方向に押圧する軸受箱６３と、その 軸受箱６３を押圧する中間リング６４を移動可能に設け、中間リング６４の両側 に、軸受箱６３の端面と向き合わう圧力室６５、６６を設けて構成されており、 各圧力室６５、６６に高圧油を導入排出して軸受箱６３を軸方向に移動させるこ とにより、各軸受に加わる予圧を変化させるようにしている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記の提案構造のものは、主軸６２を支持する軸受６７、６８ と６９、７０の間に、圧力室６５、６６や軸受箱６３、中間リング６４を軸方向 に配列し、また、主軸６２と外筒６１の間に、軸受箱６３を位置決めする調整部 材７１を取付ける必要があるため、組立性を容易にする改善が望まれている。

【０００６】 また、外筒６１の内部に、圧力室６５、６６へ高圧油を導入排出するための油 通路７２、７３を設ける必要があるため、ユニットの外径寸法のコンパクト化が 図りにくい面ももっている。

【０００７】 そこで、この考案は、組立を簡素化すると共に、スピンドル剛性を低下させる ことなくユニット全体寸法をコンパクトに形成することができる予圧可変式スピ ンドルユニットを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、この考案は、主軸が挿通する外筒の端部部材と、 主軸を支持する軸受との間に、高圧流体が導入排出する圧力室を設け、その圧力 室と軸受との間に、圧力室の圧力を軸方向の押圧力として軸受に伝える押圧部材 を組込み、外筒の内部に、軸受を端部部材に向かって軸方向に押圧する弾性部材 を組込んだ構造としたものである。

【０００９】 なお、上記の構造において、軸受を、外筒内部に軸方向に移動可能に設けた軸 受箱で保持し、その軸受箱に上記押圧部材と弾性部材の押圧力が加わるようにし てもよい。

【００１０】 また、外筒に、押圧部材の移動量を制限するストッパ用端面を設けることもで きる。

【００１１】

【作用】

上記の構造においては、弾性部材の押圧力により軸受に初期予圧が与えられ、 圧力室に高圧流体を導入して軸受箱を移動させることにより、予圧を変化させる 。

【００１２】 この構造では、外筒の端部に圧力室を設けるため、主軸を支持する軸受間の距 離を短くでき、また、外筒の中央部に調整部材や流体通路を設ける必要がないた め、外筒の外径を小さくできる。

【００１３】

【実施例】

図１及び図２は、この考案の第１の実施例を示している。 図に示すように、外筒１は、主軸８を支持する外筒本体２と、外筒の端部を形 成する端部部材３とから成り、端部部材３は、外筒本体１にボルト４で固定され る円筒部品５と、その円筒部品５の端部に固定される蓋部品６とから形成されて いる。

【００１４】 この外筒１内を挿通する主軸８は、その両端部が、それぞれ間座９を介して並 列配置したアンギュラ玉軸受１０、１１及び１２、１３により回転自在に支持さ れ、各間座９には、エアオイルやジェット潤滑などの軸受潤滑用ノズル１４が設 けられている。

【００１５】 上記の２対の軸受のうち、主軸８のワーク取付け側の端部に設けられる軸受１ ０、１１は、外筒本体２と主軸８の間に直接組み込まれている。また、端部部材 ３側に設けられる軸受１２、１３は、内輪が主軸８の外径面に固定され、外輪が 、外筒本体２の間に挿入した軸受箱１５の内側に組込まれている。

【００１６】 上記軸受箱１５は、外筒本体２の内径面に移動可能に挿入される円筒状の軸受 保持部品１６と、その保持部品１６にボルト１８を介して一体に固定される位置 決め部品１７とから形成され、保持部品１６に設けたつば１９と位置決め部品１ ７の端面との間で、軸受１２、１３の外輪を抱持している。

【００１７】 また、位置決め部品１７は、端部部材３の円筒部品５の内径面２１に移動可能 に収納され、その位置決め部品１７と蓋部品６との間に、押圧部材７が移動可能 に組込まれている。また、位置決め部品１７の端面と押圧部材７との間、及び押 圧部材７と蓋部品６との間には、それぞれ圧力室２２、２３が形成されている。

【００１８】 さらに、この各圧力室２２、２３には、円筒部品５の径方向に延びる油通路２ ４、２５を介して、油圧制御弁やポンプ等を備える油圧制御装置２６が接続して いる。この油圧制御装置２６は、主軸８の回転数検出器（図示略）から信号が入 力されるようになっており、主軸の回転数の変化に応じて各圧力室２２、２３に それぞれ高圧油を導入又は排出する。

【００１９】 また、位置決め部品１７の先端側端面と、端部部材３の内部端面との間には、 軸受箱１５を端部部材３に向かって軸方向に押圧する弾性部材２７が組込まれて いる。この弾性部材２７のばね定数は、各軸受１０、１１、１２、１３の軸方向 剛性に比べて大きく設定され、図２に示すように位置決め部品１７が蓋部品６に 押し当った状態で、弾性部材２７の押圧力により軸受箱１５が軸受１２、１３の 外輪を押し、各軸受に初期状態の重予圧を与えるようになっている。

【００２０】 一方、高圧油を受ける圧力室２２、２３で発生する押圧力は、上記弾性部材２ ７の発生する押圧力に比べてはるかに大きく設定されており、弾性部材２７を変 形させて予圧を変化させた際に、圧力室２２、２３の圧力が軸受箱１５や押圧部 材７の動きを確実に固定して、定位置予圧に匹敵する高いスピンドル剛性が得ら れるようにしている。

【００２１】 また、端部部材３の円筒部品５の内径面には、軸受箱１５と押圧部材７の動き を制限するストッパ用端面としての２つの段部２８、２９が設けられ、ユニット を組付けた状態で、段部２８と軸受箱１５の位置決め部品１７との間のすき間δ₂ は、段部２９と押圧部材７の間のすき間δ₁ よりも大きく（δ₂ ＞δ₁ ）設定 されている。さらに、軸受箱１５の保持部品１６の端面と、外筒本体２の内部端 面３０との間には、上記すき間δ₂ に対して同等以上の大きさのすき間δ₃ が設 けられている。なお、円筒部品６の段部２８に代えて、外筒本体２の内部端面３ ０を軸受箱１５の動きを制限する面として利用してもよい。

【００２２】 この実施例の予圧可変式スピンドルユニットは、上記のような構造であり、次 にその作用を説明する。

【００２３】 先ず、スピンドルユニットを組立てた状態では、図２に示すように、弾性部材 ２７の弾性力により押圧部材７と軸受箱１５が蓋部品６に押付けられ、軸受箱１ ５と主軸８との相対移動により、各軸受には初期状態の重予圧Ｐ₁₀（図３参照） が与えられる。

【００２４】 この状態から、主軸８の回転数が上がると、遠心力や主軸の熱膨張等のために 、軸受の予圧が徐々に上昇するが、予圧が許容最大予圧になった時点で、右側の 圧力室２２に高圧油を導入し、その圧力によって弾性部材２７を圧縮変形させる 。これにより、押圧部材７と軸受箱１５は、すき間δ₁ の分だけ左側に移動し、 軸受に加わる予圧が軽減して、中予圧Ｐ₂₀に切換わる。

【００２５】 さらに、主軸８の回転数が上昇し、予圧が再び許容値に達すると（Ｎ₂ の時点 ）、左側の圧力室２３に高圧油を導入し、すき間δ₂ の分だけ軸受箱１５を左側 へ移動させる。これにより各軸受に加わる予圧はさらに軽減され、軽予圧Ｐ₃₀に 切換わる。

【００２６】 一方、主軸８の回転数を減少させる場合は、圧力室２２、２３に対する高圧油 の排出を上記とは逆の方向で行なえばよい。この場合は、弾性部材２７の弾性力 が、軸受箱１５や押圧部材７を元の位置に確実に復帰させる作用をする。

【００２７】 上記の構造では、圧力室２２、２３や、押圧部材７、位置決め部品１７などの 予圧変換部品がスピンドルユニットの端部に集中しているので、主軸を支持する 軸受１０、１１と１２、１３の間の距離を短くでき、ユニット長の短縮を図るこ とができる。

【００２８】 また、端部部材３を取外すことにより、押圧部材７や軸受箱１５を交換できる ので、部品の交換やユニットの組立て作業が簡単に行なえる。

【００２９】 さらに、端部部材３の内径面に、押圧部材７や軸受箱１５の動きを制限する段 部２８、２９を設けて、従来構造における調整部材を不要にし、それに加えて、 外筒１の内部に軸方向に延びる油通路を設けていないので、外筒の外径寸法を小 さくでき、ユニット全体の形状を小さくすることができる。

【００３０】 図４は第２の実施例を示し、押圧部材３１と蓋部品６との間だけに１個の圧力 室３２を設け、予圧切換えを２段階で行なうようにしたものである。

【００３１】 図５は第３の実施例を示している。この例では、端部部材３’の蓋部品３３を 、円筒部品５に固定される固定リング３４と、その固定リング３４の内面のねじ に係合するナット３５とから形成し、押圧部材３６の両側面と、円筒部品５の段 部２９及び固定リング３４との間に、それぞれすき間Ｓ₁ Ｓ₂ を設けている。上 記の構造では、ナット３５を回転させると、すき間Ｓ₂ の分だけ押圧部材３６の 位置が変化するため、初期状態の予圧量を任意に調整することができる。

【００３２】 図６は第４の実施例を示す。 この例では、軸受箱を無くして外筒４１と主軸４２との間に直接アンギュラ玉 軸受４３、４４を組込み、端部部材４６を、外筒本体４５にボルト固定されるリ ング状の部材で形成している。また、端部部材４６の内部に、高圧油の通路４７ が連通する環状の圧力室４８を形成し、その圧力室４８と軸受４４の端面との間 に、その軸受４４に直接接触する押圧部材４９を組込んでいる。

【００３３】 さらに、外筒本体４１の内側端面５０と軸受４３との間に、スペーサ５１を介 して断面Ｕ字形の弾性部材５２を組込み、スペーサ５１と内側端面５０には、す き間δ₄ を設けている。上記の弾性部材５２は、軸受４３、４４のアキシャル剛 性に比べてはるかに大きいばね定数をもつ高剛性のばねが用いられ、外筒の内部 に組込んだ状態で軸受４３、４４に初期予圧を与えるようになっている。この初 期予圧は、弾性部材５２の弾性変形を考慮した定位置予圧の設定となる。

【００３４】 上記の構造では、主軸４２の高速回転による温度上昇や遠心力によって軸受の 予圧が増加すると、外部から圧力室４８に高圧油を供給し、軸受４４の外輪押さ えを兼ねた押圧部材４９により直接軸受４３、４４を押圧して、弾性部材５２を 縮ませる。これにより、軸受予圧は減少する方向へ制御される。この場合、予圧 の変化量はすき間δ₄ で規制することができ、また、そのすき間δ₄ の設定によ って高速回転時での予圧を初期予圧よりも小さくできるため、バネ予圧方式の定 圧予圧に匹敵する高速性能を得ることができる。

【００３５】 この実施例の構造では、軸受部材を無くし、しかも押圧部材４９や端部部材４ ６を外筒本体４５と主軸４２の間に組込むようにしたので、上述した第１、第２ 、第３実施例のものに比べて、一層スピンドルの小型化を図ることができる。

【００３６】 図７は第５の実施例を示す。この例では、図６の構造に対して、外筒本体５３ と軸受４３、４４の間に軸受箱５４を設け、その軸受箱５４に押圧部材５５を一 体に固定して、押圧部材５５の押圧力が軸受箱５４を介して軸受４３、４４に加 わるようにしている。

【００３７】 この構造では、軸受箱５４の外径面が摺動するので、軸受自体が摺動する図６ のものに比べて、スピンドルの回転精度を向上させることができる。

【００３８】 なお、上述した各実施例では、各すき間δ₁ 、δ₂ 、δ₄ により段階的に予圧 を切り換える例を示したが、主軸の回転数や軸受の温度変化を連続して監視しつ つ、圧力室に加える圧力を調整して予圧を連続的に変化させるような連続可変式 の構造としてもよい。

【００３９】 また、圧力室には高圧油に代えて高圧空気を送り込むようにしてもよく、さら に、主軸を支持する軸受の形式やその組み合せ、潤滑方法等も他の様式のものを 採用することができる。

【００４０】

【効果】

以上のように、この考案は、圧力室を外筒の端部側に配置したので、押圧部材 や軸受箱等の部品の組立てをユニットの端部だけで行なうことができ、組立てが 簡素化すると共に、主軸を支持する軸受間の距離を短くすることができる利点が ある。

【００４１】 また、外筒の中央部に圧力室や流体通路等を設ける必要がないため、外筒の外 径寸法を小さくでき、可変機構の小型スピンドルへの適用を可能にする効果があ る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示す縦断正面図

【図２】同上の要部の拡大断面図

【図３】同上の予圧量の変化を示すグラフ

【図４】第２実施例を示す縦断正面図

【図５】第３実施例を示す縦断正面図

【図６】第４実施例を示す縦断正面図

【図７】第５実施例を示す縦断正面図

【図８】従来例を示す縦断正面図

【符号の説明】

１、４１ 外筒 ２、４５、５３ 外筒本体 ３、４６ 端部部材 ７、３１、４９、５５ 押圧部材 ８、４２ 主軸 １０、１１、１２、１３、４３、４４ 軸受 １５、５４ 軸受箱 ２２、２３、３２、４８ 圧力室 ２６ 油圧制御装置 ２７、５２ 弾性部材 ２８、２９ 段部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸が挿通する外筒の端部部材と、主軸
   を支持する軸受との間に、高圧流体が導入排出する圧力
   室を設け、その圧力室と軸受との間に、圧力室の圧力を
   軸方向の押圧力として軸受に伝える押圧部材を組込み、
   外筒の内部に、軸受を端部部材に向かって軸方向に押圧
   する弾性部材を組込んだ予圧可変式スピンドルユニッ
   ト。
2. 【請求項２】 上記軸受を、外筒内部に軸方向に移動可
   能に設けた軸受箱で保持し、その軸受箱に上記押圧部材
   と弾性部材の押圧力が加わるようにした請求項１に記載
   の予圧可変式スピンドルユニット。
3. 【請求項３】 外筒に、押圧部材の移動量を制限するス
   トッパ用端面を設けた請求項１又は２に記載の予圧可変
   式スピンドルユニット。