JPH07109216B2 - スピンドル回転支持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は軸受を用いてスピンドルを回転支持する装置に
係り、とりわけ低速域から高速域までをカバーし得るス
ピンドルの回転支持装置に関する。

（従来の技術） 工作機械のスピンドル（主軸）等、各種のスピンドルは
軸受を用いて回転支持されている。スピンドルを回転支
持する軸受は、精度の他に高速回転状態、軸受剛性など
の性能を要求される。

従来、ころがり軸受は、転動体が軌道面をころがり移動
する構造であるため、低速で高剛性が要求される場合に
使用され、高速回転領域には不向きとされている。ま
た、軸圧空気軸受は、回転速度に応じて軸受隙間を設計
することが可能であるため、比較的高速回転領域で使用
できるが、軸受隙間を大きくとればそれだけ軸受剛性が
低下するという欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） １つのスピンドルを低速域から高速域の広い範囲におい
て運転する場合、ころがり軸受を用いた場合には、その
高速回転数に限界があり、また高速化のため軸受の潤滑
方式、冷却方式が複雑で大がかりなものとなる。一方、
静圧空気軸受を用いた場合には、高速回転速度に応じて
軸受隙間を設計しなければならず、その結果軸受隙間が
比較的大きくなる。このため低速域で回転した場合、軸
受性能が低下するとともに軸受剛性も低下する。

このように高速化を図ろうとする剛性が低下し、高剛性
化を求めると高速化が難しくなるという問題がある。こ
のような問題を解決する技術として、例えば油静圧軸受
と静圧空気軸受を組合せたハイブリッド軸受が開発され
ているが（通産省レーザ応用複合生産システムに関する
研究）、発熱、シール方法等に問題点があり、まだ実用
化されていない。また、玉軸受と空気軸受とを組合せた
ハイブリッド軸受も知られているが（特公昭58−37081
号公報）、この軸受装置は空気軸受の外側に玉軸受が配
設されているため、玉軸受にとっては空気軸受の隙間が
ガタになり、振動、軸芯ブレなどの諸問題が発生すると
いう欠点がある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
低速域から高速域までをカバーすることができるととも
に、軸受剛性を維持することのできるスピンドル回転支
持装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、スピンドルを回転支持する軸受装置を備えた
スピンドル回転支持装置であって、軸受装置はスピンド
ルの軸線方向に配設されたころがり軸受と静圧空気軸受
とを備え、ころがり軸受は転動体と軌道輪とが軸方向に
分離可能とされ、外輪が中空円筒状の可動スリーブ内に
両端を挟持された状態で嵌着され、この可動スリーブ
は、軸受ハウジング内に、スピンドルの軸線方向に摺動
可能に嵌装され、さらにその一方端側に可動スリーブを
スピンドル軸線方向に付勢するばね部材が当接配置さ
れ、他方端側がリング状のピストンに形成され、軸受ハ
ウジング内に形成されたシリンダ室にスピンドルの軸線
方向に移動可能に挿入されていることを特徴としてい
る。

（作 用） 本発明においては、低速域においてはころがり軸受によ
り回転支持され、高速域においてはころがり軸受の転動
体と軌道輪とが分離され、静圧空気軸受において回転支
持される。

また、ばね部材のばね力で可動スリーブをスピンドル軸
方向に移動させるだけで、ころがり軸受の転動体を軌道
輪から容易に分離することができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。

第１図および第２図は本発明によるスピンドル回転支持
装置の一実施例を示す断面図であり、第１図はその低速
域における使用状態を、第２図は高速域における使用状
態を示している。

図において符号11は工作機械のスピンドルであり、その
前端部には、工具ホルダ12の装着用テーパ穴13、内部に
は工具ホルダ12のクランプ保持機構14が設けられてい
る。

スピンドル11の外周囲には、２組のアンギュラ玉軸受15
が、スピンドル11の軸線方向に間隔をおいてそのスラス
ト荷重負荷方向を互いに対向させて嵌着されている。こ
れらのアンギュラ玉軸受15は、その転動体（ボール）15
a、保持器（図示せず）および外輪15bとが一体となって
内輪15cと分離可能の構造とされている（内輪分離等型
アンギュラ玉軸受）。

アンギュラ玉軸受15の外輪15bは、中空円筒状の可動ス
リーブ16内に両端をフランジ16bにより挟持された状態
で嵌着されている。この可動スリーブ16は、軸受ハウジ
ング17内に、スピンドル11の軸線方向に摺動可能に嵌装
され、その一方端側に可動スリーブ16をスピンドル軸線
方向に付勢するばね部材18が当接配置され、他方端側16
aがリング状のピストンに形成され、軸受ハウジング17
内に形成されたシリンダ室19にスピンドルの軸線方向に
移動可能に挿入されている。シリンダ室19には、圧油供
給通路21が接続され、圧油が供給され得るようになって
いる。

２組のアンギュラ玉軸受15の間のスピンドル11の外周囲
には、外周囲を仕上げ加工された軸受ブッシュ22が嵌合
固定されている。この軸受ブッシュ22の外周囲22aと軸
受ハウジング17の内周面17aとの間には、静圧空気軸受
性能を発揮するのに要求される隙間23が設けられてい
る。この隙間23に対しては軸受ハウジング17に設けられ
た圧縮空気吹出口24（第２図参照）から、圧縮空気が供
給可能とされている。

スピンドル11の外周囲には、さらに半径方向に向けて延
びる平らな円盤状フランジ25が嵌着され、このフランジ
25をスピンドル軸線方向の両側から挟むように、スラス
ト受座26がフランジ25と隙間を有して軸受ハウジング17
に形成されている。スラスト受座26には圧縮空気吹出口
27（第２図参照）が設けられ、フランジ25との間の隙間
に圧縮空気を供給することによりスラスト空気軸受が構
成されるようになっている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

まず低速でスピンドル11を回転する場合には、第１図に
示すように、圧油供給通路21から圧油をシリンダ室19に
供給し、可動スリーブ16をばね部材18のばね力に抗して
スピンドル軸線方向に移動させるとともに、所定の圧力
で可動スリーブ16を押圧した状態を保持する。これによ
り、アンギュラ玉軸受15の転動体15aは、内輪15cに対し
所定の予圧をかけた状態で当接させられる。

スピンドル11はアンギュラ玉軸受15により回転支持さ
れ、ラジアル荷重とスラスト荷重とを支える。スピンド
ル11はアンギュラ玉軸受15が支持されているので、高い
軸受剛性を得ることができる。

一方高速でスピンドル11を回転する場合には、第２図に
示すように、圧油供給通路21を通してシリンダ室19から
圧油を抜き、ばね部材18のばね力により可動スリーブ16
をスピンドル軸方向に移動させる。

可動スリーブ16の移動により、アンギュラ玉軸受15は、
転動体15a、外輪15bが内輪15cから分離される。これと
同時に圧縮空気吹出口24から圧縮空気が隙間23内に供給
され、軸受ブッシュ22と軸受ハウジング17の内周面との
間に静圧空気軸受が形成される。また、圧縮空気吹出口
27から圧縮空気が供給され、フランジ25とスラスト受座
26との間にスラスト空気軸受が形成される。

スピンドル11はこれらの空気軸受により軸受支持され、
高速回転が可能となる。

このように本実施例によれば、スピンドルの低速域と高
速域とをそれぞれアンギュラ玉軸受および空気軸受によ
り軸受支持することができ、軸受剛性を低下させること
なく、低速域から高速域までの範囲でスピンドル11の良
好な回転支持が可能となる。

第３図は本発明によるスピンドル回転支持装置の第２の
実施例を示す断面図であり、図面上半部は低速域での使
用状態を、下半部は高速域での使用状態を示している。

本実施例においては、前述したアンギュラ玉軸受の代わ
りに、内輪分離型の円すいこ３軸受31が用いられてお
り、この円すいころ軸受31の外輪31bは、同様に可動ス
リーブ32を介して軸受ハウジング33内に装着されてい
る。可動スリーブ32は、スピンドル34の軸線方向に摺動
可能に配設され、その一端側が圧油の供給されるシリン
ダ室35内に嵌挿されるとともに、他方端側がばね部材26
により付勢されている。

スピンドル34の外周囲には軸受ブッシュ37が嵌合され、
この軸受ブッシュ37と軸受ハウジング33の内周壁との間
に所定の隙間38が形成されるとともに、この隙間38内に
軸受ハウジング33に設けられた圧縮空気供給口39から圧
縮空気を供給することにより静圧空気軸受が構成される
ようになっている。また、スピンドル34にはスラスト軸
受用フランジ41が嵌着され、軸受ハウジング33に形成さ
れた凹溝42内に所定の隙間を有して挿入されるととも
に、この隙間内に圧縮空気供給口43から圧縮空気を供給
することによりスラスト空気軸受が構成されるようにな
っている。

本実施例によるスピンドル回転支持装置は、第３図上半
部に示すように、前述した第１の実施例に比べ、大きな
ラジアル荷重を支持する場合に用いられる。本実施例に
おいても同様に、低速域においては、シリンダ室35に圧
油を供給し、可動スリーブ32を移動させて、円すいころ
軸受31の転動体31aと内輪31cとを予圧をかけた状態で当
接させることにより、スピンドル34を円すいころ軸受31
で回転支持する。また、高速域においては、第３図下半
部に示すように、シリンダ室35から圧油を抜き、ばね部
材36のばね力により可動スリーブ32を移動させ、円すい
ころ軸受31の転動体31aを内輪31cと分離するとともに、
圧縮空気吹出口39,43から圧縮空気を吹出し、空気軸受
を構成することにより回転支持する。

このように本実施例によれば、比較的大きいラジアル荷
重が作用する場合でも、スピンドルを、低速域から高速
域の範囲において剛性を低下させることなく回転支持す
ることができる。

なお、以上説明した実施例においては、可動スリーブを
スピンドルの軸線方向に移動させて転動体と内輪とを分
離する例を示したが、転動体を保持器とともに半径方向
に移動させて分離することもできる。また、可動スリー
ブを油圧とばね力を用いて移動させる例を示したが、可
動スリーブの両端側に圧油を供給し、油圧のみで移動さ
せることもできる。また、この油圧の代わりに空気圧を
用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、転動体と軌道輪
とが分離可能なころがり軸受と軸圧空気軸受とを組合せ
ることにより、低速域と高速域の広い範囲にわたって回
転支持可能であるとともに、高い軸受剛性を得ることが
できる。

本発明は工作機械のスピンドルの他に、種々の回転体の
回転支持装置として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明によるスピンドル回転支持
装置の一実施例を示す断面図であり、第１図はその低速
域での使用状態を示し、第２図は高速域での使用状態を
示す図、第３図は本発明の他の実施例を示す断面図であ
る。 11,34……スピンドル、15……アンギュラ玉軸受、15a…
…転動体、15b……外輪、15c……内輪、16,32……可動
スリーブ、18……ばね部材、22,37……軸受ブッシュ、2
4,27……圧縮空気吹出口、31……円すいころ軸受。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピンドルを回転支持する軸受装置を備え
   たスピンドル回転支持装置であって、軸受装置はスピン
   ドルの軸線方向に配設されたころがり軸受と静圧空気軸
   受とを備え、ころがり軸受は、転動体と軌道輪とが軸方
   向に分離可能とされ、外輪が中空円筒状の可動スリーブ
   内に両端を挟持された状態で嵌着され、この可動スリー
   ブは、軸受ハウジング内に、スピンドルの軸線方向に摺
   動可能に嵌装され、さらにその一方端側に可動スリーブ
   をスピンドル軸線方向に付勢するばね部材が当接配置さ
   れ、他方端側がリング状のピストンに形成され、軸受ハ
   ウジング内に形成されたシリンダ室にスピンドルの軸線
   方向に移動可能に挿入されていることを特徴とするスピ
   ンドル回転支持装置。
2. 【請求項２】ころがり軸受は内輪分離型のアンギュラ玉
   軸受であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のスピンドル回転支持装置。
3. 【請求項３】ころがり軸受は内輪分離型の円すいころが
   り軸受であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のスピンドル回転支持装置。
4. 【請求項４】ころがり軸受の転動体保持器および外輪は
   スピンドルの軸線方向に移動可能であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のスピンドル回転支持装
   置。