JPH0633605U - 予圧切換式スピンドルユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、高剛性の弾性部材によって軸受に
初期予圧を与える予圧切換式のスピンドルユニットにお
いて、初期予圧の変更を簡単にでき、予圧切換えがスム
ーズに行なえるようにする。 【構成】 外筒１内部に移動可能に設けた軸受箱１０の
端部に、押圧部材１２を着脱可能に取付け、そん押圧部
材１２の両側に、弾性部材１３と油圧の圧力室１５を設
け、押圧部材１２を取外すことで弾性部材１３を交換で
きるようにする。また、軸受箱１０の外周面に設けた円
周溝２０と螺旋溝２１に油圧を導入し、軸受箱１０を縮
径させてスムーズに移動できるようにする。

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等に用いられる予圧切換式のスピンドルユ ニットに関する。

【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十分なスピンドルの剛性を 得るために、回転数の変化に応じてスピンドルを支持する軸受の予圧量を変化さ せる予圧切換の機構が求められる。

【０００３】 このようなスピンドルの軸受に対する予圧を回転数に応じて切換え可能にした ユニットとして、従来、本出願人が実願平２−１１５０４１号により提案したも のがある。

【０００４】 このスピンドルユニットは、図３に示すように外筒３１の内部に、主軸３２を 支持する軸受３３、３４を軸方向に押圧する軸受箱３５を移動可能に設け、外筒 ３１と軸受箱３５の間に軸受２２、２３の軸方向剛性より大きな剛性を有する弾 性部材３６と、高圧流体が導入排出される圧力室３７を設けて構成され、弾性部 材３６のばね力により軸受３３、３４に大きな初期予圧を与え、圧力室３７に導 入する流体の圧力によって軸受箱３５を弾性部材３６に向かう方向に押圧して、 軸受３３、３４に加わる予圧を切換えるようにしている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記提案のユニットでは、軸受３３、３４に対する初期予圧を変化 させる場合、弾性部材３６の剛性を変える必要があるが、この弾性部材３６が軸 受３３、３４より奥側に配置されているため、弾性部材３６を交換するには、各 軸受３３、３４や軸受箱３５などを外筒３１から取り外す必要があり、ユニット の大がかりな分解が必要になる不具合がある。

【０００６】 また、軸受を押圧する軸受箱３５と外筒３１は、小さなすき間で嵌め合される 構造がとられるが、運転中に生じる温度差により外筒３１と軸受箱３５の間の変 形量に違いが生じると、両者の嵌合部が締まりばめの状態となる場合がある。 このように締まりばめ状態になると、スムーズな軸受箱３５の移動が妨げられる ことになり、軸受の予圧調整が不安定になる恐れがある。しかし、上記のように 締まりばめ状態になるのを防止するために、外筒３１と軸受箱３５間の嵌合すき 間を大きくすると、スピンドル剛性が低下する問題がある。

【０００７】 そこで、この考案の第１の目的は、上記のような高剛性の弾性部材によって軸 受に初期予圧を与える予圧切換式のスピンドルユニットにおいて、スピンドルを 大きく分解することなく初期予圧の調整を簡単に行なうことができるユニットを 提供することにある。

【０００８】 また、この考案の第２の目的は、上記構造のスピンドルユニットにおいて、ス ピンドル剛性を低下させることなく、スムーズな軸受の予圧切換えを可能とする 構造を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記第１の目的を達成するため、この考案は、弾性部材を、軸受箱に対して取 外し可能な押圧部材を介して軸受箱と接触させ、その組立状態において弾性部材 が、主軸を支持する軸受に対して外径側又は外筒の端部側に位置するように構成 したのである。

【００１０】 また、上記第２の目的を達成するため、この考案は、外筒と軸受箱の境界部に 、その境界部を円周方向にめぐる溝を設け、その溝に圧力流体の供給手段を連結 した構造を採用したのである。

【００１１】

【作用】 上記の第１の手段においては、軸受箱から押圧部材を取外すことにより、弾性 部材が外部に露出するため、軸受を主軸から分解せずに弾性部材を交換すること ができる。

【００１２】 また、第２の手段では、外筒と軸受箱間の境界部をめぐる溝に流体圧力を加え ると、軸受箱が縮径し、境界部にすき間ができるため、軸受箱をスムーズに移動 させることができる。

【００１３】

【実施例】

図１及び図２は、実施例の予圧切換式スピンドルユニットを示している。 図に示すように、外筒１は、円筒状の外筒本体２と、その本体２の端部に固定 される蓋部材３から成り、外筒本体２の内部に主軸４が挿通している。

【００１４】 上記主軸４は、その両端部が、それぞれ間座５を介して並列配置したアンギュ ラ玉軸受６、７及び８、９により回転自在に支持されている。このうち、一端側 の軸受６、７は、外輪が外筒１に直接固定され、その軸受側の主軸端部が使用状 態において加工側になる。また、他端側の軸受８、９は、内輪が主軸４に固定さ れ、外輪が、軸受８、９と外筒１の間に挿入された軸受箱１０の内側に組込まれ ており、この軸受８、９と軸受６、７間の内輪間寸法Ｌ₁ と外輪背面間寸法Ｌ₀ の寸法差により軸受の予圧力が決定される。

【００１５】 上記軸受箱１０は、外筒１の内径面に移動可能に嵌合されており、その端部に ボルト１１を介して押圧部材１２が取付けられ、その押圧部材１２と、軸受箱の 他方の端部に設けた段部１２ａとの間で軸受８、９の外輪を抱持している。

【００１６】 また、上記押圧部材１２は、軸受箱１０の外径面より外側に突出し、その突出 した押圧部材１２と外筒１の内部端面１ａとの間に、弾性部材１３と、初期予圧 量の調整部材１４が組込まれている。

【００１７】 上記弾性部材１３は、断面Ｕ字形をした円環状のばねが用いられ、そのばね定 数は、各軸受６、７、８、９の軸方向剛性に比べて大きく設定されており、ユニ ットに組付けた状態で各軸受間の軸方向すき間をなくし、大きな初期予圧を軸受 に与えるようになっている。

【００１８】 また、上記調整部材１４の厚みは、弾性部材１３を組込んだ状態で押圧部材１ ２との間ですき間δが生じる寸法に設定されている。このすき間δは、弾性部材 １３の圧縮弾性限界内で設定され、弾性部材１３の塑性変化を防止する機能をも っている。

【００１９】 一方、上記押圧部材１２と蓋部材３の間には、圧力室１５が形成され、その圧 力室１５に連通した蓋部材３内部の通路１６に、圧力制御弁１７を介して油圧を 供給する圧力源１８が連結されている。上記圧力制御弁１７には、主軸４の回転 数を検出する回転検出器１９から信号が入力されるようになっており、この信号 に基づいて所定の予圧を得るための油圧力を算出し、圧力室１５に加える油圧を 制御するように設定されている。

【００２０】 また、上記軸受箱１０の外周面には、その周面をめぐる円周溝２０、２０と、 その両円周溝２０に連続する螺旋溝２１が形成されており、その一方の円周溝２ ０に、切換弁を介して高圧油を供給する圧力源２２が連結されている。この圧力 源２２は、上記した予圧調整用の圧力源１８から圧力室１５に油圧が加えられる と、その予圧切換えのタイミングに合せて円周溝２０に油圧を加えるように設定 されている。

【００２１】 実施例の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。 軸受の予圧設定は、スピンドルユニットを組立てた時点で、弾性部材１３を撓 ませた状態となるように各軸受６〜１０間の外輪背面間寸法Ｌ₀ を設定する。こ れにより弾性部材１３の撓み量に相当した力が軸受に加わり、初期予圧量となる 。この状態から圧力室１５に高圧油を導入すると、その油圧力により軸受箱１０ 及び押圧部材１２が弾性部材１３を撓ませる方向に移動し、軸受の予圧量は減少 する。このため、圧力室１５に加える油圧力と弾性部材１３の撓み量の関係を予 め求めておけば、油圧の制御によって軸受の予圧量を任意に切換えることができ る。

【００２２】 一方、軸受に対する初期予圧量を変更するには、弾性部材１３のばね定数を変 えるか、調整部材１４の厚みを変えて軸受間の寸法Ｌ₀ を変更する必要があるが 、この構造では、外筒１から蓋３を外し、軸受箱１０にボルト止めした押圧部材 １２を取外すと、弾性部材１３が外側に露出するため、弾性部材１３と調整部材 １４を取出すことができる。すなわち、外筒１から軸受８、９や軸受箱１０を取 外さなくても弾性部材１３や調整部材１４を交換できるため、簡単に軸受の初期 予圧を変化させることができる。

【００２３】 また、上記の予圧切換において、スピンドルが低温度の場合は外筒１と軸受箱 １０の嵌合部にすき間があり、軸受箱１０をスムーズに移動させることができる が、長時間の運転によりスピンドルの温度が上昇すると、熱膨張差により外筒１ と軸受箱１０間の嵌合が締まりばめの状態になる場合がある。この場合は、嵌合 部の摩擦力のために油圧力と弾性部材１３の撓み量の関係が変動し、正確な予圧 調整が行なえない不都合がある。

【００２４】 このような不具合を無くすため、この実施例のスピンドルユニットでは、予圧 調整時に圧力室１５へ油圧を加えると共に、別の圧力源２２から円周溝２０と螺 旋溝２１に一定圧力の高圧油を導入する。これにより、軸受箱１０が縮径して外 筒１との嵌合部にすき間ができるため、軸受箱１０をスムーズに移動させること ができ、正確な予圧調整を行なうことができる。この円周溝２０や螺旋溝２１に 導入する油圧は、嵌合部の締まりばめ状態を一瞬だけすき間状態にするだけでよ く、その油圧の供給時間は極めて短い時間だけでよい。

【００２５】 なお、上記の円周溝２０や螺旋溝２１は、外筒１の内径面に設けるようにして もよい。

【００２６】 また、上記の例では、圧力室１５や螺旋溝２１等の油圧を導入するようにした が、高圧空気やその他の圧力ガスを導入することもできる。

【００２７】

【効果】

以上のように、この考案の第１の手段は、弾性部材を軸受等を分解することな く交換できるので、軸受の初期予圧の変更を簡単に行なうことができ、分解作業 性や予圧調整のやりやすいスピンドルユニットを提供することができる。

【００２８】 一方、この考案の第２の手段では、外筒と軸受箱の境界部に流体圧力によりす き間を形成するので、軸受箱の移動がスムーズになり、正確な軸受の予圧調整が 行なえる効果がある。また、境界部に自由にすき間を形成できることは、境界部 の初期のはめ合いすき間を小さくしたり、運転中の境界部を締まりばめの状態と することが可能となるため、主軸の剛性向上が図れる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のスピンドルユニットを示す断面図

【図２】同上の要部を拡大して示す断面図

【図３】従来例を示す断面図

【符号の説明】

１ 外筒 ４ 主軸 ６、７、８、９ 軸受 １０ 軸受箱 １２ 押圧部材 １３ 弾性部材 １５ 圧力室 １７ 圧力制御弁 １８、２２ 圧力源 ２０ 円周溝 ２１ 螺旋溝

Claims (2)

【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内部に、主軸を支
   持する軸受を軸方向に押圧する軸受箱と、上記軸受の軸
   方向剛性より大きな剛性を有する弾性部材と、圧力流体
   が導入排出される圧力室とを設け、上記弾性部材と圧力
   室の流体圧力とにより上記軸受箱をそれぞれ軸方向の逆
   方向に押圧するようにした予圧切換式スピンドルユニッ
   トにおいて、上記弾性部材を、上記軸受箱に対して取外
   し可能な押圧部材を介して軸受箱と接触させ、その組立
   状態において弾性部材が上記軸受に対して外径側又は外
   筒の端部側に位置するように構成したことを特徴とする
   予圧切換式スピンドルユニット。
2. 【請求項２】 主軸が挿通する外筒の内部に、主軸を支
   持する軸受を軸方向に押圧する軸受箱と、上記軸受の軸
   方向剛性より大きな剛性を有する弾性部材と、圧力流体
   が導入排出される圧力室とを設け、上記弾性部材と圧力
   室の流体圧力とにより上記軸受箱をそれぞれ軸方向の逆
   方向に押圧するようにした予圧切換式スピンドルユニッ
   トにおいて、上記外筒と軸受箱の境界部に、その境界部
   を円周方向にめぐる溝を設け、その溝に圧力流体の供給
   手段を連結したことを特徴とする予圧切換式スピンドル
   ユニット。