JPH09108903A - 予圧可変スピンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】予圧荷重の変動を抑えて実際の予圧荷重を設定
予圧荷重に維持可能な予圧可変スピンドルを提供するこ
とを課題としている。 【解決手段】予圧調整手段から設定予圧荷重に応じた押
圧量信号が予圧付与手段に供給され、予圧付与手段は、
上記押圧量信号に応じた押圧量で軸受４の外輪を押圧す
る。また、軸受３の外輪に歪みゲージ１１０が設けら
れ、歪みゲージ１１０が検出した荷重信号が上記予圧検
出手段に供給される。上記予圧調整手段は、上記歪みゲ
ージ１１０、ロータリエンコーダからの信号に基づき、
所望の設定予圧荷重に応じた信号を出力すると共に、上
記歪みゲージ１１０からの荷重信号に基づき、上記設定
予圧荷重と実際の設定予圧荷重との偏差に応じて出力す
る信号を補正している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンドルを回転
支持する軸受の予圧の大きさを調整可能な予圧可変スピ
ンドルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸を支持する軸受の予圧
は、通常、重切削を行う低速回転時には高剛性となるよ
うに所定以上の大きな荷重に設定される。しかし、設定
予圧荷重が大きいと、高速回転させる場合に、軸受の回
転摩擦による発熱量が大きくなり軸の膨張等によって軸
受内の隙間が小さくなるなど、軸受の予圧が一般に過大
となって早期に焼き付けを起こすおそれがある。このた
め、従来から予圧を調整可能な予圧可変スピンドルが用
いられている。

【０００３】従来、この種の予圧可変スピンドルとして
は、例えば、特開平３−７９２０５号公報等に記載され
ているものがある。この従来のスピンドルは、主軸と主
軸ハウジングとの間に、相互に軸方向に間隔を開けた一
対の軸受が介装され、その一対の軸受によって主軸が回
転可能に支持されている。そして、その一対の軸受のう
ちの一方の軸受の外輪に可動スリーブを係合している。
その可動スリーブは、軸方向にのみ移動可能に設定さ
れ、電動モータ等のアクチュエータによって軸方向に移
動するようになっている。そのアクチュエータは、予圧
調整手段からの押圧量信号によって駆動制御されるよう
になっている。

【０００４】また、上記スピンドルには、ロータリエン
コーダ等からなる回転位置検出手段が装備されており、
その回転位置検出手段によって、上記主軸の回転速度や
回転方向が検出可能となっている。その検出された検出
信号は上記予圧調整手段に供給可能となっている。そし
て、上記予圧調整手段は、回転位置検出手段からの検出
信号に基づいて軸受に付与すべき設定予圧荷重を選択
し、現在の主軸の回転状態に応じた設定予圧荷重となる
押圧量信号をアクチュエータに供給するようになってい
る。そして、アクチュエータに駆動されて可動スリーブ
が軸方向に所定量だけ変位することで、当該可動スリー
ブによって軸受の外輪が押圧され、上記可動スリーブの
変位量に応じた所定の予圧が軸受に付与される。

【０００５】これによって、例えば、低速重切削が行わ
れる場合には、必要な剛性を得るべく大きな予圧荷重が
軸受に付与されると共に、高速での軽切削が行われる場
合には、軸受の発熱を抑えるべく小さな予圧に切り換え
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような予圧可変スピンドルにおいては、主軸の回転速度
に応じて予圧が調整されるが、スピンドル運転時のモー
タや軸受の温度変化などによって生じる実際の予圧荷重
の変化に対処されていない。即ち、回転することによっ
て軸受が発熱して軸に熱膨張等が生じると、実際の予圧
荷重が設定された予圧荷重から変動する。この結果、ス
ピンドルの支持剛性が変化して加工精度を悪化させる一
因になるという問題がある。

【０００７】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、予圧荷重の変動を抑えて実際の予圧荷
重を設定予圧荷重に維持可能な予圧可変スピンドルを提
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】上記目的を達成するため
に、本発明の予圧可変スピンドルは、主軸と主軸ハウジ
ングとの間に介装された軸受の外輪又は内輪を押圧して
当該軸受に予圧を付与する予圧付与手段と、設定予圧荷
重に応じた押圧量信号を上記予圧付与手段に供給する予
圧調整手段とを備えて、上記予圧付与手段が、上記予圧
調整手段からの押圧量信号に応じた押圧量で上記外輪又
は内輪を押圧する予圧可変スピンドルにおいて、上記軸
受に負荷されている予圧荷重を検出する予圧検出手段を
備え、上記予圧調整手段が、上記予圧検出手段によって
検出された予圧荷重と上記設定予圧荷重との偏差に基づ
いて上記押圧量信号を補正する補正手段を備えることを
特徴としている。

【０００９】ここで、上記予圧検出手段は、例えば、主
軸と主軸ハウジングとの間に介装された軸受や間座にお
ける、軸受外輪又は外輪側間座と主軸ハウジングとの間
や、軸受内輪又は内輪側間座と主軸との間にセンサを配
設することで予圧荷重を検出する。この予圧可変スピン
ドルでは、軸受が発熱するなどにより実際の予圧荷重が
変化しても、その実際の予圧荷重と設定予圧荷重との偏
差に応じて押圧量信号が補正されることで、予圧付与手
段による上記外輪又は内輪への押圧量が微調整され、も
って、予圧荷重が所望の設定予圧荷重に常に調整され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態を示
す縦断面図であり、モータビルトイン形の予圧可変スピ
ンドルを表している。そのスピンドルの構成を説明する
と、同軸に配置された主軸１と主軸ハウジング２との間
に、相互に軸方向に所定間隔をあけて一対の軸受３，４
が介装されている。各軸受３，４は、それぞれ２個の例
えばアンギュラ玉軸受のような転がり軸受を、間座５を
挟んで並列に組み合わせたものである。

【００１１】上記軸受３，４のうち前側の軸受３（図１
中左側の軸受）は、主軸１の先端側から挿入され、内輪
３Ａの一側面が軸段部１ａに係止されている。その軸受
３の外輪３Ｂの一側面は、前軸受ハウジング６の端面に
ボルトＢ１で取り付けた前蓋７に係止されている。ここ
で、８Ａは、軸受３の内輪３Ａの一側面を押さえる内輪
押さえ、８Ｂは、カバーである。また、９は、前軸受ハ
ウジング６に埋設された給油ノズル、１０は、主軸１に
嵌合された前側のバランスリングである。

【００１２】また、上記前側の軸受３を構成する一の転
がり軸受の外輪３Ｂの外周面には、予圧検出手段を構成
する歪みゲージ１１０が張り付けられている。この歪み
ゲージ１１０は、軸受３に負荷されているスラスト荷重
を検出し、その検出した荷重信号を後述する予圧調整手
段１１１に供給可能となっている。また、上記主軸１の
外周面には、当該主軸１の後端から挿入されたロータ１
１が、締めばりで固定されている。また、そのロータ１
１の外周面に対向してステータ１２が配置されている。
そのステータ１２は、上記ロータ１１と同軸に配置され
た状態で、上記主軸ハウジング２の外筒１３の内周面に
対してステータスリーブ１４を介して固着されている。

【００１３】なお、ステータスリーブ１４の外周面は、
上記外筒１３の内周面側に形成された環状空間からなる
冷却ジャケット１５に面しており、その冷却ジャケット
１５を通過する冷却流体で強制冷却されるようになって
いる。また、１６は、冷却流体の漏れ止め用のオーリン
グシールである。ここで、上記外筒１３の前端には前記
前軸受ハウジング６がボルトＢ２で取り付けられると共
に、外筒１３の後端には後蓋１７が取り付けられること
で、上記前軸受ハウジング６、外筒１３、及び後蓋１７
によって主軸ハウジング２が構成されている。そして、
この主軸ハウジング２で囲まれたスペース内に、前側の
バランスリング１０と、ロータ１１及びステータ１２か
らなるモータと、後側のバランスリング１８とが内蔵さ
れた構成になっている。また、上記後側のバランスリン
グ１８は、主軸１の段部に係止することにより、軸方向
の位置決めがされている。

【００１４】また、上記後蓋１７の内周面が小径面と大
径面とから構成されることで、その内周面と主軸１との
間に段付きのスペースが形成され、そのスペースに後側
の軸受４及び予圧調整を行う可動スリーブ１９などが配
設されている。即ち、上記後蓋１７の小径面１７ａと主
軸１との間に、主軸１の後端側から可動スリーブ１９が
挿入され、また、当該可動スリーブ１９と後蓋１７の小
径面との間に可動スリーブ案内ボールブシュ２３が介挿
されることで、当該可動スリーブ１９は、軸方向へ移動
可能に取り付けられている。また、可動スリーブ１９の
前端面には軸方向に向かう回り止め用の穴が開口し、そ
の回り止め用の穴に、後蓋１７の対向面から突設する回
り止めピンＰが遊嵌されている。そして、この回り止め
穴及びピンＰによって、可動スリーブ１９の回転は阻止
され、軸方向にのみ移動可能となっている。

【００１５】この可動スリーブ１９と主軸１との間の環
状空間には、内輪間座２０、軸受４、及び間座２１が順
に挿入され、さらに、内輪押さえナット２２が挿通され
ている。このナット２２は、主軸１の外周面に形成され
た雄ねじ２５に螺合して止めネジＢ３で固定されてい
る。これによって、上記軸受４の内輪４Ａは、後側のバ
ランスリング１８と内輪押さえナット２２との間に上記
内輪間座２０，２１を介して挟持され、もって、軸方向
に不動に位置決めされて固定されている。一方、可動ス
リーブ１９の内周面に挿入されてボルト止めされた外輪
押さえ２４で、上記軸受４の外輪４Ｂが上記可動スリー
ブ１９に固定されて、当該外輪４Ｂは上記可動スリーブ
１９と一体的に移動可能となっている。

【００１６】ここで、２６は、給油ノズルであり、主軸
ハウジング２を外周面側から軸心に向かって貫通する取
り付け穴に挿通されて小ネジＢ４で固定支持され、その
先端から軸受４に潤滑油を噴射可能となっている。従っ
て、上記給油ノズル２６は上記可動スリーブ１９をも軸
直角の方向に貫通しているが、可動スリーブ１９での貫
通孔を大きく設定して可動スリーブ１９に必要な軸方向
の変位が妨げられないようになっている。なお、２６Ａ
は給油路、３４は軸受４に噴射された後の潤滑油を戻す
ためのドレン抜き孔である。

【００１７】上記可動スリーブ１９は、後側が大径の頭
部を構成し当該頭部の外周面にボールねじのねじ溝２７
が形成されることで、ねじ軸を構成している。そして、
このねじ軸である可動スリーブ１９に、ボール２８を介
して予圧調整用のナット２９が螺合されている。このナ
ット２９と可動スリーブ１９との関係は、図２から図５
に示すように、周知の内部循環式のボールねじとほぼ同
様に構成されている。

【００１８】即ち、ナット２９は、可動スリーブ１９に
遊嵌する内周面を有し、この内周面に可動スリーブ１９
のねじ溝２７に対応する螺旋溝３０が形成されている。
また、ナット２９内周面には、上記螺旋溝３０より深い
溝部分を有する長Ｓ字状のボール循環溝３１が形成され
て上記螺旋溝３０に接続されている。このボール循環溝
３１は、可動スリーブ１９とは別体のこま３２に形成さ
れており、そのこま３２が可動ナット２９の側壁に一体
的に嵌め込まれている。そして、可動スリーブ１９とナ
ット２９との相対螺旋運動時には、可動スリーブ１９の
ねじ溝２７とナット２９の螺旋溝３０とに沿って転動移
動する多数のボール２８が、長Ｓ字状のボール循環溝３
１により可動スリーブ１９の相隣るねじ溝２７を隔てて
いる峰部（ねじランド部）２７Ｌを乗り越えて隣のねじ
溝２７に戻され循環可能となっている。

【００１９】上記ナット２９は、上記後蓋１７の大径の
内径面１７ｂで囲まれたスペースに主軸１の後端から挿
入されている。そして、ナット２９と後蓋１７の内径面
１７ｂとの間にナット案内ボールブシュ３３が介装され
るとことで、当該ナット２９は、滑らかに軸回転可能に
支持されている。主軸１の後端には、回転位置センサと
して例えば磁気式ロータリエンコーダ３５の検出リング
３６が嵌め込まれ、その検出リング３６は、主軸１の後
端に形成されている雄ねじ３７に締め付けナット３８が
螺合することで固定されている。上記ロータリエンコー
ダ３５の検出リング３６の外周には、一定間隔を開けて
並ぶ歯が形成されている。また、磁気読み取りヘッド３
９は可動スリーブ１９に取り付けられて支持されてい
る。そして、このロータリエンコーダ３５の位置検出信
号に基づいて、上記ステータ１２とロータ１１とからな
るサーボモータの回転を制御するようになっていると共
に、当該ロータリエンコーダ３５によって検出された位
置検出信号は、後述の予圧調整手段１１１に供給可能と
なっている。

【００２０】なお、主軸１の軸心部には軸方向に貫通孔
１ｂが設けられ、その貫通孔１ｂに工具着脱機構４１が
装備されている。これは、先端に工具端末を把持するボ
ール式把持部４２を備えて、常時は皿バネ４３の付勢力
で図の右方に押されて後端が主軸１の後端から突出して
いる長尺の着脱駆動棒４４を有する。上記予圧調整用の
ナット２９の後端面には、取付け部材４６の前端面がボ
ルトＢ５で取り付けられ、その取付け部材４６の後端面
に、直接駆動形モータ（ダイレクトドライブモータ）５
０の出力軸５１がボルトＢ９で接続されている。この直
接駆動形モータ５０は、ナット２９を回転させること
で、上記ねじ軸である可動スリーブ１９を軸方向に移動
させて軸受３，４の予圧を調整する際の駆動手段であ
り、基台１００の内部スペース１０１内に収納されると
共に、その基台１００に取付けフランジ５２がボルトＢ
６で固定されている。一方、予圧可変スピンドルの外筒
１３は、外筒フランジ１３ａを挿通したボルトＢ７で基
台１００の外面に固定支持されている。

【００２１】図６は、直接駆動形モータ５０の詳細を示
す図である。即ち、上記モータ５０は、中心部に軸方向
の空孔５４を有する２重筒型形状のハウジング５５の内
部に、モータステータ５６と、これに同軸に配設された
モータロータ５７とが対向する構造のモータＭを内蔵し
ている。この実施の形態のモータＭは、２基のモータス
テータ５６を配した高トルク型の場合を示したが、モー
タステータ５６は１基のみでもよい。

【００２２】各モータステータ５６は、コイルＣＡと共
に図示されない複数の歯を持った磁極を複数有してお
り、それぞれハウジング５５の内筒５５Ａと外筒５５Ｂ
の内面に圧入固着されている。その２基のモータステー
タ５６に挟まれて、モータステータ５６と同ピッチの歯
を設けたモータロータ５７が回転自在に配設されてい
る。そして、モータステータ５６の各磁極を順次励磁す
ることにより、モータロータ５７を回転させるようにな
っている。モータステータ５６の磁極相互では、位相変
化させてある。

【００２３】モータロータ５７の一端側には、軸方向に
延びる円環状の出力軸５１が延設されて、ボルトＢ１０
で一体回転可能に固着されている。その出力軸５１の中
間部分にはクロスローラ軸受６１の外輪６１ａが嵌め込
まれ、固定部材６２を固定ボルトＢ１１で締めつけるこ
とによって固定されている。また、クロスローラ軸受６
１の内輪６１ｂは、ハウジング内筒５５Ａの周面の上部
に嵌め込まれ、ハウジング内筒５５Ａの上端面にボルト
Ｂ１２で固着された環状の軸受押え６５で固定されてい
る。

【００２４】ハウジング外筒５５Ｂの上端面には上蓋６
７がボルトＢ１３で固着され、その上蓋６７の裏面に取
り付けたシール部材６９で、出力軸５１の外周面がシー
ルされている。上記上蓋６７、ハウジング外筒５５Ｂ、
及び出力軸５１により囲まれた空間Ｓには、モータロー
タ５７を高精度に位置決めするべく、高分解能の回転回
転検出器であるレゾルバ７０が内蔵されている。コイル
ＣＬを有するレゾルバ７０のステータ７１は、ハウジン
グ外筒５５Ｂの内面にボルトＢ１４で固着されている。
これに対してレゾルバ７０のロータ７３は、前記レゾル
バ７０のステータ７１に対向させて出力軸５１の段部に
固定されている。レゾルバ７０のステータ７１は、モー
タステータ５６と同様な歯を備えた複数の磁極を有し、
コイルＣＬは各磁極に巻回されている。レゾルバ７０の
ロータ７３は、モータロータ５７と同様にレゾルバ７０
のステータ７１と同一ピッチの歯を有している。

【００２５】そして、モータロータ５７が回転するとレ
ゾルバ７０のロータ７３も回転するから、レゾルバ７０
のステータ７１との歯間のリアクタンスが変化する。そ
の変化をドライブユニット７５のレゾルバ制御回路によ
りデジタル化し、位置信号及び速度信号として利用する
ことで、レゾルバ７０のロータ７３の回転角ひいては出
力軸５１の回転位置、回転速度を検出するようになって
いる。

【００２６】これらの検出信号と予圧調整手段１１１７
６からの指令入力とにより、クローズド・ループ・サー
ボシステムによる制御を行うように構成されている。な
お、７７はレゾルバ７０とドライブユニット７５間の電
気配線を接続するレゾルバコネクタ、７８はモータＭと
ドライブユニット７５間の電線配線を接続するモータコ
ネクタである。

【００２７】このように構成された直接駆動形モータ５
０は、その出力軸の軸心を主軸１の軸心と同心に合わせ
て、上記のように取付けフランジ５２により基台１００
の内部スペース１０１に内壁面に取り付けられる。ま
た、予圧調整手段１１１は、上記歪みゲージ１１０、ロ
ータリエンコーダ３５からそれぞれ荷重信号、及び位置
検出信号を入力する。そして、位置検出信号に基づいて
現在の主軸１の回転数を求めて、当該回転数に応じた設
定予圧荷重を決定し、その設定予圧荷重に応じた信号を
上記ドライブユニット７５に供給すると共に、上記荷重
信号に基づき、上記設定予圧荷重と実際の設定予圧荷重
との偏差に応じて上記ドライブユニット７５に供給する
信号を補正している。

【００２８】即ち、予圧調整手段１１１は、図７に示す
ように、入力部１１２、ノイズ除去部１１３、偏差演算
部１１４、出力部１１５、回転数算出部１１６、及び目
標値算出部１１７から構成される。そして、ロータリエ
ンコーダ３５から位置検出信号を入力し、従来と同様
に、回転数算出部１１６において上記信号から主軸１の
回転数を求める。また、目標値算出部１１７では、上記
回転数算出部１１６で算出した回転数を入力し、その回
転数の対応する設定予圧荷重に応じた基準電圧値を求め
て偏差演算部１１４に供給する。

【００２９】また、入力部１１２が、歪みゲージ１１０
からの荷重信号をストレインアンプ１０９を介して入力
すると、ノイズ除去部１１３は、上記回転数算出部１１
６から回転数を入力し、その回転数から軸受３，４のボ
ールの通過周期の周波数を推測すると共に、その周波数
に基づいて設定された周波数のバンドパスフィルタ１１
３ａに上記入力部１１２が入力した荷重信号を通し、さ
らにＡ／Ｄ変換１１３ｂをした後、平滑化処理１１３ｃ
を行い、続けて、ノイズを除去した荷重信号を電圧値に
変換して偏差演算部１１４に供給する。

【００３０】ここで、上記ボール通過周期の周波数に基
づくバンドパスフィルタ１１３ａを使用しているのは、
歪みゲージ１１０が検出した荷重信号から軸受３のボー
ルの公転による周波数成分を取り出すためである。次
に、上記偏差演算部１１４では、目標値算出部１１７及
び上記ノイズ除去部１１３から供給された設定予圧荷重
に応じた基準電圧値、及び実際の予圧荷重に応じた電圧
値との電圧差（偏差）を求め、その偏差を出力部１１５
に供給する。出力部１１５では、入力した電圧差をパル
ス列に変換し押圧量信号としてドライブユニット７５に
供給可能となっている。

【００３１】ここで、上記ノイズ除去部１１３及び偏差
演算部１１４により補正手段が構成されている。また、
上記可動スリーブ１９、ナット２９、及びモータ５０に
よって予圧付与手段が構成されている。次に、上記構成
の予圧可変スピンドルの動作等について説明する。上記
スピンドルの主軸１の回転速度及び回転方向は、ロータ
リエンコーダ３５の検出信号に基づいてステータ１２の
コイルへの通電を制御することで、低速や高速、及び正
逆自在に制御される。

【００３２】そして、主軸１の回転状態に応じて主軸１
を支承する軸受３，４の予圧が調整される。例えば、低
速重切削が行われる場合には、必要な高剛性を得るべく
大きな設定予圧荷重を付与し、一方、高速で軽切削が行
われる場合には、軸受３，４の発熱を抑えるべく小さな
設定予圧荷重に切り換える。この予圧調整は、ロータリ
エンコーダ３５からの検出信号を入力した予圧調整手段
１１１が、現在の主軸１の回転数に応じた設定予圧荷重
を選択し、その設定予圧荷重に応じた押圧量信号をドラ
イブユニット７５に供給することで行われる。そして、
上記押圧量信号が供給されたドライブユニット７５の図
示しない電流制御部から、パワーアンプ回路を経てモー
タ電流出力が直接駆動形モータ５０のモータステータ５
６のコイルＣＡに出力される。

【００３３】モータステータ５６のコイルＣＡに、モー
タ電流を通電すると、モータステータ５６の各歯が所定
の順序に励磁されてモータロータ５７が回転する。モー
タロータ５７が回転するとレゾルバ７０のロータ７３も
回転して、レゾルバ７０のステータ７１との歯間のリア
クタンスが変化する。その変化をドライブユニット７５
のレゾルバ制御回路を経て位置信号としてフィードバッ
クすることでレゾルバ７０のロータ７３の回転角ひいて
は出力軸５１の回転角度を制御する。この結果、出力軸
５１に接続されているナット２９がモータロータ５７に
よりダイレクトドライブされ、制御された所定角度だけ
正確に転動する。

【００３４】ナット２９が転動する際には、ボール２８
がナット２９の螺旋溝３０と可動スリーブ１９のねじ溝
２７との間を転動しつつ移動する。そして、螺旋溝３０
のＡ点（図５参照）からこま３２の溝に入り、可動スリ
ーブ１９のねじランド部２７Ｌを斜めに乗り越え、Ｂ点
で隣接する螺旋溝３０に入り、もとのＡ点に戻って循環
する。

【００３５】ボール２８の転動に応じて、ねじ軸である
可動スリーブ１９が軸方向に所定量移動すると共に、軸
受４の外輪４Ｂが可動スリーブ１９と一体的に移動し
て、位置決め制御がなされる。その結果、軸受４の外輪
４Ｂが上記押圧量信号に応じた大きさで押圧されて、軸
受３，４の予圧が調整される。この場合、可動スリーブ
１９、即ち外輪４Ｂを内輪４Ａに対して図１で右方向に
変位させれば、軸受３，４の予圧は増加する。反対に、
図１で左方向に変位させれば、軸受３，４の予圧は減少
する 例えば、可動スリーブ１９を図１で右方向に相対変位さ
せると、後側の軸受４の外輪３Ｂが右方向に相対変位し
軸受のボールが押圧されて後側の軸受４の予圧荷重が増
加する。すると、後側の内輪４Ａ、及び主軸１に右側に
向かう荷重が負荷されることで、前側の軸受３の内輪３
Ａに右方向に向かう荷重が入力されて前側の軸受３の予
圧が増加する。このとき、当該前側の軸受３の外輪３Ｂ
にも軸受３のボールを介して右方向に向かう荷重が入力
される。この結果、当該外輪３Ｂの外周面に張り付けら
れた歪みゲージ１１０によって、上記予圧荷重に応じた
荷重が検出される。

【００３６】因みに、上記軸受３，４の予圧を重切削か
ら軽切削の範囲で適切に調整するにあたっては、軸受４
外輪４Ｂの軸方向可動量として０〜５０μｍ程度の範
囲、又その位置決め精度としては２μｍ程度が必要とな
る。いま、上記ねじ溝２７及び螺旋溝３０からボールね
じのリードを１０mmとすると２μｍの位置決め精度に相
当する回転精度は、２×１０^-4回転すなわち回転角度に
して０．０７°になる。この高い回転精度は、図６に示
す上記直接駆動形モータ５０により十分に達成可能であ
る。

【００３７】この理由は、この直接駆動形モータ５０で
は、歯車等の減速機構を必要としないゼロ・バックラッ
シュでしかも高トルクが得られ、且つ内蔵のロータリエ
ンコーダ３５を用いて完全なクローズド・ループ・サー
ボシステムが得られるから、負荷と直結して高い回転位
置精度、繰り返し精度を確保することができるためであ
る。更に、直接駆動形モータ５０の回転出力を直線駆動
出力に変換する手段として、可動スリーブ１９とナット
２９とがボール２８を介して螺合したボールねじを採用
しているので、すべりネジや歯車を使用した場合よりも
スティックスリップやがたを生じることがないためであ
る。

【００３８】なお、上記直接駆動形モータ５０には、軸
心部を貫通する空孔５４が設けられているから、図示し
ないが、この空孔５４を利用して空圧シリンダ装置を組
み込み、その出力ロッドを工具着脱機構４１の着脱駆動
棒４４に連結することにより、主軸１に対する工具の着
脱を容易に自動化する利便もある。上記のようにして主
軸１の回転数に応じた押圧力で軸受４の外輪４Ｂが押圧
されて、軸受３，４に上記回転数に応じた設定予圧荷重
が付与される。

【００３９】ここで、主軸１が回転すると、主軸１を支
持する軸受３，４が発熱して熱膨張等を生じる。このと
き、一般に主軸ハウジング２側の方が熱伝導がよいため
軸受３，４の内輪と外輪との間の間隙が小さくなるなど
して、軸受３，４の実際の予圧荷重が設定した予圧荷重
から変動する。しかし、本実施の形態では、歪みゲージ
１１０によって実際の予圧荷重が検出され、その検出信
号が予圧調整手段１１１に供給される。すると、予圧調
整手段１１１では、上記実際の予圧荷重に応じた電圧値
の現在の設定予圧荷重に応じた基準電圧値からの偏差を
求め、その偏差である電圧差に応じたパルス数を補正す
べき押圧量信号としてドライブユニット７５に供給す
る。すると、上記電圧差に応じた分だけモータを介して
ナット２９を回転し、軸受４の外輪４Ｂに付与する押圧
量を変化させる。これによって、実際の軸受３，４に生
じている予圧を設定すべき設定予圧に近づくように動的
に微調整され、軸受３，４の予圧が、常に回転数に応じ
た設定予圧荷重に維持される。

【００４０】これによって、スピンドル回転等によって
軸受３，４が発熱などしても常に安定した予圧荷重が得
られるため、最適なスピンドルの支持剛性が常に確保さ
れ、加工精度の向上に繋がる。なお、上記実施の形態で
は、ナット２９の回転駆動手段として直接駆動形モータ
５０を使用した場合で説明したが、その他の周知の直流
サーボモータ５０、交流サーボモータ５０、パルスモー
タ５０などを利用することもできる。

【００４１】また、ドライブユニット７５には、上記予
圧調整手段１１１からパルス数を押圧量信号として供給
しているが、電圧値などの他の形式によって押圧量信号
をドライブユニット７５に供給するようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、ボールネジ式の予圧可変機
構を採用しているが、他の周知の予圧可変機構を使用し
た予圧可変スピンドルにも適用可能である。但し、上記
ボールネジ式の予圧可変機構を採用すると高精度の位置
決めを確保することができる。

【００４２】また、上記実施の形態では、軸受の外輪側
を押圧する機構の予圧付与手段を持った予圧可変スピン
ドルを例に説明しているが、軸受の内輪側を押圧するこ
とで予圧を付与する機構の予圧付与手段を持った予圧可
変スピンドルに本願発明に基づく補正手段を採用しても
構わない。また、上記実施の形態では、外輪３Ｂの外周
面に予圧検出手段である歪みゲージ１１０を張り付けて
いるが、内輪３Ａの内周面や図示しない内輪側間座の内
周面に予圧検出手段である歪みゲージ１１０を張り付け
てもよい。また、予圧検出手段は、上記歪みゲージに限
定されるものではなく、他の公知の荷重センサ、例えば
圧電素子などを採用してもよい。

【００４３】また、図７に示すように、可動スリーブ１
９の先端部と後蓋１７との対向面間に予圧用コイルばね
９０を介装して、定位置予圧と定圧予圧とを切り換え可
能に設定してもよい。即ち、可動スリーブ１９を図７中
左方向に移動させて、ボール２８と各溝との軸方向すき
まが最大となり可動スリーブ１９がフリーとなると、上
記予圧用コイルばね９０の弾性力のみが可動スリーブ１
９に作用することとなり、軸受３，４のトルク変動が抑
制できる安定した定圧予圧が付与される。

【００４４】次に、第２の実施の形態について説明す
る。上記第１の実施の形態と同様な部材については、同
一の符号を付して説明する。本第２の実施の形態の予圧
可変スピンドルの基本構成は、図８に示すように、上記
第１の実施の形態と同様な構成であって、前側の軸受３
の構成及び歪みゲージ１１０の設置位置が相違するだけ
である。

【００４５】即ち、上記第１の実施の形態の前側の軸受
３は、２個の転がり軸受を間座５を介して並列に組み合
わせて構成されているが、本実施の形態においては、さ
らに、上記２個の転がり軸受のうち後側の転がり軸受と
軸段部１ａとの間に別途間座１２０を配して構成したも
のである。そして、上記新たに追加した間座１２０の外
輪側間座の外周面に予圧検出手段としての歪みゲージ１
１０を張り付けたものである。

【００４６】他の構成は、上記第１の実施の形態と同様
である。但し、上記第１の実施の形態のノイズ除去部１
１３では、回転数に基づいて周波数が設定されるバンド
パスフィルタ１１３ａを使用していたが、本実施の形態
では、回転数の有無に関係なくローパスフィルタ１１３
ｄを使用している部分が相違している。これは、上記第
１の実施の形態では、歪みゲージ１１０に当接する外輪
３Ｂが、ボールの転動による影響を直接受けるのでバン
ドパスフィルタ１１３ａを使用しているが、本実施の形
態では、ボールの循環による影響は間接的に受けるため
にボールの循環による影響が小さいため当該ボールの循
環による影響を無視し、ノイズをカットして静的信号を
取り出すべくローパスフィルタ１１３ｄを使用してい
る。

【００４７】この第２の実施の形態のスピンドルでは、
上記軸受３，４に付与されている予圧に応じたスラスト
荷重が前側の軸受３の外輪３Ｂに負荷されると、外輪３
Ｂから間座１２０の外輪にスラスト荷重が伝達され、そ
の間座１２０の外輪側間座の外周面に張り付けられた歪
みゲージ１１０によって予圧荷重に応じた荷重が検出さ
れる。そして、検出された荷重信号が予圧調整手段１１
１に供給される。

【００４８】そして、予圧調整手段１１１では、上記実
際の予圧荷重に応じた電圧値の現在の設定予圧荷重に応
じた基準電圧値からの偏差を求め、その偏差である電圧
差に応じたパルス数をドライブユニット７５に供給し
て、上記電圧差の応じた分だけモータ５０を介してナッ
ト２９を回転させ、軸受４の外輪４Ｂに付与する押圧量
を変化させる。このように、実際の軸受３，４に生じて
いる予圧を設定すべき設定予圧に近づくように動的に微
調整され、軸受３，４の予圧が、常に回転数に応じた設
定予圧荷重に維持される。

【００４９】これによって、スピンドル回転等によって
軸受３，４が発熱などしても常に安定した予圧荷重が得
られるため、最適なスピンドルの支持剛性が常に確保さ
れ、加工精度の向上に繋がる。他の作用・効果は、上記
第１の実施の形態と同様である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の予圧
可変スピンドルでは、スピンドルの回転等によって軸受
が発熱するなどにより軸受の実際の予圧荷重が変動して
も、その変動が常に吸収されて実際の予圧荷重が設定予
圧荷重に調整されるため、加工条件に合わせた最適なス
ピンドル支持剛性が常に確保されて、加工精度が向上す
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る予圧可変スピンドル
を示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る可動スリーブ部分の
部分縦断面図である。

【図３】図２の外形図である。

【図４】図２のＸ−Ｘ断面図である。

【図５】ナットの斜視図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る直接駆動形モータの
半縦縦断面で示す側面図である。

【図７】本発明の実施の形態に係る予圧調整手段を示す
図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る予圧調整手段
を示す図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ 主軸ハウジング ３，４ 軸受 ４Ａ 内輪 ４Ｂ 外輪 １９ 可動スリーブ ２９ ナット ５０ モータ ７５ ドライブユニット １１０ 歪みゲージ（予圧検出手段） １１１ 予圧調整手段 １１３ ノイズ除去部 １１４ 偏差演算部 １１６ 回転数算出部 １１７ 目標値算出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸と主軸ハウジングとの間に介装され
   た軸受の外輪又は内輪を押圧して当該軸受に予圧を付与
   する予圧付与手段と、設定予圧荷重に応じた押圧量信号
   を上記予圧付与手段に供給する予圧調整手段とを備え
   て、上記予圧付与手段が、上記予圧調整手段からの押圧
   量信号に応じた押圧量で上記外輪又は内輪を押圧する予
   圧可変スピンドルにおいて、 上記軸受に負荷されている予圧荷重を検出する予圧検出
   手段を備え、上記予圧調整手段が、上記予圧検出手段に
   よって検出された予圧荷重と上記設定予圧荷重との偏差
   に基づいて上記押圧量信号を補正する補正手段を備える
   ことを特徴とする予圧可変スピンドル。