JPH0826898B2 - 軸受用予圧装置 - Google Patents

軸受用予圧装置

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JPH0826898B2
JPH0826898B2 JP1076500A JP7650089A JPH0826898B2 JP H0826898 B2 JPH0826898 B2 JP H0826898B2 JP 1076500 A JP1076500 A JP 1076500A JP 7650089 A JP7650089 A JP 7650089A JP H0826898 B2 JPH0826898 B2 JP H0826898B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
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    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はマシニングセンタのスピンドルなどに使用で
きる軸受用予圧装置に関するものである。
従来の技術 近年、工作機械における高速切削の需要が高まってい
る。主軸が15,000rpm,あるいは20,000rpm以上の高速で
回軸する超高速切削の場合には、軸受が相当の高温にな
る。軸受が高温になると焼付が起り易くなる。また高温
では軸受やその周辺部材が膨張して予圧が過度に大きく
なる傾向があり、軸受破損が頻発していた。
一方、低速で行う切削においては重切削が要求され、
大きな予圧が必要となる。
そこで、低速重切削と高速軽切削とで予圧を多段階に
調整する予圧装置が考案されている。これらの予圧装置
においては例えば、圧電センサー,油圧系を用いて予圧
を制御している。
また、特開昭56−150614号公報には、予圧ばねと形状
記憶合金コイルを軸方向に直列に配置し、予圧ばね及び
形状記憶合金コイルのばね力により軸受予圧を与えるス
ピンドル装置が記載されている。
このスピンドル装置においては、温度の変化によって
形状記憶合金コイルが変形して軸受予圧を調整する。
発明が解決しようとする課題 前述の油圧系や圧電センサーを用いて予圧を制御する
予圧装置は、構造が複雑で大型になりがちである。ま
た、製造コスト,メンテナンスの点でも問題があった。
また、前述の特開昭56−150614号公報に記載のスピン
ドル装置においては、1種類の形状記憶合金コイルによ
って軸受予圧を調整するので、軸受予圧を2段階に調整
することができるが、3段階以上に調整することができ
ない。
そのため、軸受予圧の調整範囲を広く設定することが
容易でなく、例えば主軸の回転速度の範囲が広い場合な
どに軸受予圧を的確に調整できないという問題がある。
しかも、予圧ばねと形状記憶合金コイルを直列に配置
するので、形状記憶合金コイルの変形によって、予圧ば
ねの長さと形状記憶合金コイルの長さがそれぞれ変化
し、軸受に対する予圧ばねの加圧力と形状記憶合金コイ
ルの加圧力がそれぞれ変化する。そのため、予圧調整の
各段階における予圧ばねの加圧力と形状記憶合金コイル
の加圧力の合計、つまり軸受予圧を所望の大きさに設定
するのが容易ではない。したがって、多段階の予圧調整
に適していない。
このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は構造が
簡単で、比較的低コストで製作でき、しかもメンテナン
スが容易であり、しかも予圧力をいろいろと正確に調整
できる軸受用予圧装置を提供することを目的としてい
る。
課題を解決するための手段 前述の課題を解決するために、本発明は、フレーム
と、軸受設置用部材と、ばね設置用部材と、回転軸と、
軸受設置用部材と回転軸の間に設けられて回転軸を回転
自在に支持する軸受と、複数のばねを備え、それらのば
ねが、形状記憶合金で一部又は全部構成されていて互い
に異なる形状記憶特性を有する複数種類のばねを含み、
軸受設置用部材とばね設置用部材を一緒にフレームに対
して回転軸の軸心方向に移動可能に設け、各ばねを設置
するための第1ばね設置部をばね設置用部材に設けると
ともに、第1ばね設置部に対応させて第2ばね設置部を
フレームの一部に設け、しかも、各ばねを第1ばね設置
部と第2ばね設置部の間に配置して、温度の変化に応じ
て形状記憶効果により一部の種類のばねが変形し、か
つ、その他の種類のばねが変形しない時に、一方の種類
のばねが予圧を付与し、他方の種類のばねが遊ぶように
して、予圧力を3段階以上に調整する構成にしたことを
特徴とする軸受用予圧装置を要旨とする。
本発明の軸受用予圧装置においては、形状記憶合金と
して、Ti−Ni,Au−Cd,Cu−Au−Zn,In−Tl,In−Cd,Ti−N
i−Cu,Cu−Zn−Al,Cu−Al−Ni等を用いることができ
る。
作用 本発明の軸受用予圧装置においては、回転軸の回転速
度が高まって、軸受の温度が上昇し、それが複数の種類
のばねに伝わり、ばねが所定温度以上になると、一部の
種類のばねが形状記憶効果によって変形し、他の種類の
ばねは変形せず、その結果、予圧力が3段階以上に段階
的に変化する。
しかも、形状記憶特性の異なるばねを複数種類用いる
ので、温度の上昇に伴い予圧力が正確に多段階的に変化
するように設計しやすい。
実 施 例 以下、図面を参照して本発明の軸受用予圧装置を説明
する。図面は軸受用予圧装置を工作機械の主軸(スピン
ドル)に適用した例を示している。この場合、回転軸の
代表例として工作機械の主軸を例示するものである。
工作機械は、ベッド1、テーブル2、コラム3、主軸
頭4、モータ5,6,7,11を有している。
テーブル2にワースWが取付けてあり、テーブル2は
モータ5によりX方向に移動可能である。コラム3はモ
ータ6によりY1,Y2方向に移動可能である。主軸頭4は
モータ7によりZ1,Z2方向に移動可能である。
主軸頭4の主軸12には、ツールホルダ10が着脱可能に
取付けてある。ツールホルダ10とそのツール13は、モー
タ11により回転可能である。
次に第1図を参照する。第1図は主軸頭4の一部を示
している。主軸12は、軸受16,17,18,19を介してフレー
ム15に回転可能に支持されている。
部材20のフランジ22はボルト23によりフレーム15に固
定されている。部材20の下端には部材21がボルト21aを
介して設定されている。軸受18,19は部材20と主軸12の
間に設けてあり、主軸12を回転自在に支持している。
フレーム15の中間部にあるフランジ部15aの内側には
軸受設置用部材25が位置している。軸受設置用部材25の
上側にはばね設置用部材24がボルト27で固定してある。
ばね設置用部材24にはばねを設置するための凹部24bが
第1ばね設置部として多数設けてある。この凹部24bに
対応してフランジ部15aにも多数の穴15bが第2ばね設置
部として設けてある。
凹部24bと穴15bの間にばね26a〜26dが配置してある
(第2図参照)。ばね26a〜26cは全体的に形状記憶合金
から成り、一定温度以上で収縮する構成になっている。
ばね26dは形状記憶特性をもたない通常のばねである。
形状記憶合金は周知のように高温で記憶させた形状を
覚えていて、室温で変形を与えても、加熱すると元に戻
る性質を有する。形状記憶効果は、通例、マルテンサイ
ト変態をする合金においてみられ、形状記憶合金の例と
してはTi−Ni,Cu−Zn−Al,Cu−Al−Ni等を挙げることが
できる。
軸受設置用部材25と主軸12の間には軸受16,17が配置
してあり、主軸12を回転自在に支持している。軸受内輪
の上方には管状の部材28が設けてある。さらに部材28の
上方には、ネジ付きの押え部材29が主軸12にネジ込んで
ある。
ばね26a〜26dは、ばね設置用部材24及び軸受設置用部
材25を上方に加圧することにより、軸受16,17に予圧を
与えている。
ばね26a〜26dは図示例では各種類毎に4本ずつ設けら
れていて、各ばね26a〜26dの特性はそれぞれ異なってお
り、例えば以下のようになっている。ばね26aの1本当
り荷重が12kg,ばね26bの1本当り荷重が9kg,ばね26cの
1本当り荷重が7kg,ばね26dの1本当り荷重が5kgであ
り、ばね26a,26b,26cはそれぞれ25℃(常温),30℃,40
℃以上の温度で縮む形状記憶特性を有する。
主軸の高速回転によって軸受16,17の温度が上昇し、
熱伝導により、ばねの温度が上昇していった場合に、形
状記憶合金製のばね26a〜26cを有する予圧機構は以下の
ように作用する。25℃未満の温度では全部のばね26a〜2
6dが働き、最大の予圧,例えば132kgが得られる。25℃
以上30℃未満では、ばね26aが遊び、ばね26b〜26dが働
き、中間の予圧,例えば84kgが得られる。30℃以上40℃
未満では、ばね26aと26bが遊び、ばね26cと26dによって
中間の予圧,例えば48kgが与えられる。40℃以上では、
ばね26a〜26cが遊び、ばね26dのみによって最小の予
圧,例えば20kgが与えられる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されない。例え
ば、ばねの本数や配置は任意に設定できる。また、軸受
は周知のように様々な型式のものを組み合せて用いるこ
とができる。図示例では、ばね設置用部材24と軸受設置
用部材25は別体になっているが、一体的に構成すること
もできる。さらに、図示例では所定温度以上でばねが収
縮する構成としたが、これに限らず、例えば反対に所定
温度以上でばねが伸長することによって予圧力を低減さ
せるようにばねを配置してもよい。この場合にそのばね
は低温では遊んでいる。
また、本発明の軸受用予圧装置はすでに説明したよう
に工作機械の主軸を支持する軸受以外の軸受に用いるこ
とも可能である。
発明の効果 本発明は、互いに異なる形状記憶特性を有する複数種
類のばねを設けることにより、軸受の予圧を3段階以上
に調整する。例えば、2種類の互いに異なる形状記憶特
性を有するばねを使用する場合は、両方のばねが伸びて
いる段階、一方のばねだけが縮んでいて他方のばねが伸
びている段階、両方のばねが縮んだ段階の3段階に予圧
調整できる。
しかも、本発明は、各ばねを設置するための第1ばね
設置部をばね設置用部材に設けるとともに、第1ばね設
置部に対応させて第2ばね設置部をフレームの一部に設
け、各ばねを第1ばね設置部と第2ばね設置部の間に配
置して、温度の変化に応じて形状記憶効果により一部の
種類のばねが変形し、その他の種類のばねが変形しな
い、ので、ばねの種類によって予圧付与状態のばねと遊
び状態のばねが併存する。そのため、予圧調整の各段階
において、予圧状態(つまり伸びている状態)のばねの
加圧量の合計(各段階の軸受予圧力)を所望の大きさに
正確に設定することが容易である。しかも、安価で簡単
な構成にしやすい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の好適な実施例による軸受用予圧装置
を工作機械に設置したときの主軸頭の一部分を示す断面
図、第2図は、第1図におけるA−A断面図、第3図
は、第1図に示した主軸頭を備えた工作機械の側面図で
ある。 4……主軸頭 12……主軸 15……フレーム 15a……フランジ部 15b……穴(第2ばね設置部) 16,17,18,19……軸受 24……ばね設置用部材 24b……凹部(第1ばね設置部) 25……軸受設置用部材 26a,26b,26c……形状記憶特性のある3種類のばね 26d……形状記憶特性のないばね

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フレームと、軸受設置用部材と、ばね設置
    用部材と、回転軸と、軸受設置用部材と回転軸の間に設
    けられて回転軸を回転自在に支持する軸受と、複数のば
    ねを備え、 それらのばねが、形状記憶合金で一部又は全部構成され
    ていて互いに異なる形状記憶特性を有する複数種類のば
    ねを含み、 軸受設置用部材とばね設置用部材を一緒にフレームに対
    して回転軸の軸心方向に移動可能に設け、 各ばねを設置するための第1ばね設置部をばね設置用部
    材に設けるとともに、第1ばね設置部に対応させて第2
    ばね設置部をフレームの一部に設け、しかも、各ばねを
    第1ばね設置部と第2ばね設置部の間に配置して、温度
    の変化に応じて形状記憶効果により一部の種類のばねが
    変形し、かつ、その他の種類のばねが変形しない時に、
    一方の種類のばねが予圧を付与し、他方の種類のばねが
    遊ぶようにして、予圧力を3段階以上に調整する構成に
    したことを特徴とする軸受用予圧装置。
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