JPH106104A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸３０の支持剛性を高めるために、ベアリ
ング２４を保持しているベアリングケース１５にかける
油圧による予圧が、常に一定に保たれるようにする。 【解決手段】 ストロークボール２８を保持するストロ
ークボールリテーナ２７の両側を位置拘束手段２６、３
２により拘束して、ストロークボール２８の締め代が無
くなり軸線方向へ移動自由になった時でも、ストローク
ボールリテーナ２７がストロークボールケース１７の内
周とベアリングケース１８の外周のどちらの端面とも接
触しない位置に拘束されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生産性や加工精度の向上のために工作機
械の主軸は高速化が図られている。主軸が高速回転する
と遠心力の影響が大きくなり、主軸を確実に支持しない
と主軸が振れ回り正確な加工が行えなくなるので、主軸
を支持しているベアリングに予圧をかけ主軸の支持剛性
を高めることが一般に行われている。

【０００３】このベアリングに予圧をかける方法として
は、例えばアンギュラボールベアリングを用いた主軸装
置においては、アンギュラボールベアリングを保持して
いるベアリングケースを油圧により軸線方向に移動させ
ることでアンギュラボールベアリングの外輪を移動さ
せ、アンギュラボールベアリングに一定の予圧をかけて
いるものがある。

【０００４】この技術は図３に示すように、ベアリング
ケース５４の軸線方向の移動のガイドのためにベアリン
グケース５４を保持しているハウジング５１の外周とス
トロークボールケース５０の内周に挟まれた空間にリテ
ーナ５２に保持されたストロークボール５３を配置す
る。そして、図略の油圧源より供給路５８を介してピス
トン部５９に圧油を供給してピストン部５９に油圧を作
用させ、ストロークボール５３が転動することによりハ
ウジング５１、ベアリングケース５４、ベアリング押さ
え６０を一体的に図中右方へ移動させることでベアリン
グ５５の外輪を図中右方へ移動させ、アンギュラボール
ベアリング５５に予圧がかかるようにしている。

【０００５】そして、主軸５７の回転が上昇または下降
するとアンギュラボールベアリング５５のボールに作用
する遠心力が変化する。このアンギュラボールベアリン
グ５５のボールに作用する遠心力の軸線方向の分力によ
りアンギュラボールベアリング５５の外輪が軸線方向へ
移動しようとする。そして、この外輪の動きにともない
アンギュラボールベアリング５５にかかる予圧が増大す
る場合は減少させる方向（図中左方）へ、予圧が減少す
る場合は増大させる方向（図中右方）へ移動し、アンギ
ュラボールベアリング５５にかかる予圧を常に一定に保
つようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ストロークボール５３
は転動することでベアリングケース５４の軸線方向への
移動をガイドしているが、ストロークボール５３の軸線
方向への移動は拘束されていない。よって、主軸駆動用
のビルトインモータ５６の回転による温度上昇にともな
いストロークボール５３を保持しているストロークボー
ルケース５０が熱膨張し、図４に示すようにストローク
ボール５３の締め代が無くなりストロークボール５３と
ストロークボールケース５０との間に隙間ができると主
軸５７の回転による振動等のためにストロークボール５
３とストロークボール５３を保持しているリテーナ５２
が移動してしまい、ベアリングケース５４を保持してい
るハウジング５１の外周かストロークボールケース５０
の内周のどちらかの端面に接触してしまうことがある。
そして、リテーナ５２が端面に接触している状態でスト
ロークボールケース５０が収縮して再び締め代が発生す
るとストロークボール５３はその位置から転動できなく
なり、従って、ストロークボール５３によってガイドさ
れているベアリングケース５４も移動できなくなり、ア
ンギュラボールベアリング５５へかかる予圧を一定に保
つことができなくなるという問題があった。

【０００７】主軸５７の回転の上昇によるアンギュラボ
ールベアリング５５のボールに作用する遠心力の軸線方
向の分力の増大にともない、アンギュラボールベアリン
グ５５の外輪が図３中で左方に移動しようとし、アンギ
ュラボールベアリング５５にかかる予圧が増大し始めた
とき、ベアリングケース５４が図３中で左方に移動でき
ないと、アンギュラボールベアリング５５にかかる予圧
を減少させることができず、アンギュラボールベアリン
グ５５にかかる予圧が正常よりも高くなってしまい、ア
ンギュラボールベアリング５５が焼きついてしまう。

【０００８】また、主軸５７の回転の下降によるアンギ
ュラボールベアリング５５のボールに作用する遠心力の
軸線方向の分力の減少にともない、アンギュラボールベ
アリング５５の外輪が図３中で右方に移動しようとし、
アンギュラボールベアリング５５にかかる予圧が減少し
始めたとき、ベアリングケース５４が図３中で右方に移
動できないと、アンギュラボールベアリング５５にかか
る予圧を増大させることができず、アンギュラボールベ
アリング５５にかかる予圧が正常よりも低くなってしま
い、アンギュラボールベアリング５５による主軸５７の
支持剛性が不足し、主軸５７が振れ回り加工精度が悪く
なる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、主軸を回転可能に支持する
ベアリングと、前記ベアリングを保持するベアリングケ
ースと、前記ベアリングケースの軸線方向への移動をガ
イドするためのストロークボールとを備えた主軸装置に
おいて、前記ストロークボールの締め代が無くなり軸線
方向へ移動自由になった時に、前記ストロークボールの
軸線方向の位置を拘束する位置拘束手段を設けたことを
特徴とするものである。

【００１０】（作用）ストロークボールケースが熱膨張
してストロークボールの締め代が無くなり、主軸回転の
振動等によりストロークボールが移動しようとすると、
ストロークボールの軸線方向の位置を拘束する位置拘束
手段によりその位置が拘束され、ストロークボールはそ
の位置が保たれる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図１、
図２に基づいて説明する。１３、１６は主軸ハウジング
を示し、この主軸ハウジング１３、１６の内部には主軸
３０がアンギュラボールベアリング１０、２４により回
転可能に支持され、ビルトインモータ１４によって回転
駆動されるようになっている。

【００１２】主軸ハウジング１３のフロント側の内部に
はフロント側のベアリングケースハウジング１２が固定
されており、このベアリングケースハウジング１２には
フロント側のベアリングケース１１が固定されている。
このフロント側のベアリングケース１１の内周にはアン
ギュラボールベアリング１０の外輪、主軸３０の外周に
はアンギュラボールベアリング１０の内輪が嵌挿された
状態で保持されている。そして、このアンギュラボール
ベアリング１０はベアリングケースハウジング１２に固
定されたベアリング押さえ３２とベアリングケース１１
に固定されたスリーブ３３により両側から押さえられて
いる。

【００１３】主軸ハウジング１６のリヤ側の内部にはス
トロークボールケース１７が固定されており、また、リ
ヤ側のベアリングケースハウジング１８が軸線方向へ摺
動可能に保持されている。このストロークボールケース
１７とベアリングケースハウジング１８の間には、スト
ロークボールリテーナ２７に保持されたストロークボー
ル２８が軸線方向に摺動可能に介装されている。このス
トロークボールリテーナ２７の両側にはスプリングプラ
ンジャ２６、３２（位置拘束手段）が配置されており、
図中左側のスプリングプランジャ３２はストロークボー
ルケース１７に、図中右側のスプリングプランジャ２６
はベアリングケースハウジング１８にそれぞれ螺合され
ている。また、このスプリングプランジャ２６、３２の
後ろには抜け止めのために、それぞれ止めねじ２５、２
９が螺合されている。

【００１４】なお、スプリングプランジャ２６、３２は
ストロークボールケース１７の内周とベアリングケース
ハウジング１８の外周のどちらの端面とも接触しない位
置にストロークボールリテーナ２７が拘束されるように
セットされている。ベアリングケースハウジング１８の
内部にはベアリングケース１５が固定されており、この
ベアリングケース１５の内周にはアンギュラボールベア
リング２４の外輪、主軸３０の外周にはアンギュラボー
ルベアリング２４の内輪が嵌挿された状態で保持されて
いる。そして、このアンギュラボールベアリング２４は
ベアリングケース１５とこのベアリングケース１５に固
定されたベアリング押さえ３４により両側から押さえら
れている。

【００１５】また、ストロークボールケース１７とベア
リングケースハウジング１８の間にはピストン部Ｐが形
成されており、このピストン部Ｐには図略の油圧源より
図中の２点鎖線で示す供給路３５を通り圧油が供給され
る。この圧油によりベアリングケースハウジング１８が
軸線方向の図中右方に移動し、ベアリングケースハウジ
ング１８が移動する際にスプリングプランジャ２６、３
２により両側を拘束されたストロークボールリテーナ２
７が移動してストロークボール２８が転動することで、
ベアリングケースハウジング１８の移動をガイドしてい
る。

【００１６】そして、ベアリングケースハウジング１８
が図中右方に移動するとリヤ側のベアリングケースハウ
ジング１８に固定されているベアリングケース１５、こ
のベアリングケース１５に固定されているベアリング押
さえ３４も一体的に図中右方に移動する。このため、ア
ンギュラボールベアリング２４の外輪が図中右方に押圧
され、アンギュラボールベアリング２４に予圧がかか
る。

【００１７】また、アンギュラボールベアリング２４の
外輪が図中右方に押圧されると、その力がベアリングの
ボール、内輪を介して主軸３０に伝達され、主軸３０が
図中右方へ移動する。この主軸３０の移動によりフロン
ト側のアンギュラボールベアリング１０の内輪が図中右
方へ移動する。このアンギュラボールベアリング１０の
外輪を押さえているベアリング押さえ３２、スリーブ３
３、ベアリングケース１１はベアリングケースハウジン
グ１２、主軸ハウジング１３を介して主軸ハウジング１
６に固定されているのでアンギュラボールベアリング１
０の外輪は移動することができない。つまり、フロント
側のアンギュラボールベアリング１０の外輪は移動せ
ず、内輪が図中右方へ移動するので、アンギュラボール
ベアリング１０にもリヤ側のアンギュラボールベアリン
グ２４と同様に予圧がかかる。このようにしてフロント
側とリヤ側のアンギュラボールベアリング１０、２４に
は一定の予圧がかかるようになっている。

【００１８】なお、図中の２点鎖線で示される圧油の供
給路３５は図の断面とは円周方向において異なる位相の
位置に設けられている。主軸３０の内部には図略の工具
が取り付けられる工具ホルダ２３をクランプ、アンクラ
ンプするためのクランプエレメント２２、クランプエレ
メント２２に固定されたプッシュロッド２１、皿ばね３
１が保持されている。そして、皿ばね３１によりプッシ
ュロッド２１、クランプエレメント２２を図中右方へ移
動させることで図示の状態のように工具ホルダ２３をク
ランプエレメント２２と主軸３０の間で挟持し、図略の
工具が取り付けられる工具ホルダ２３をクランプするよ
うになっている。

【００１９】また、図略のアンクランプシリンダによっ
てこのプッシュロッド２１、クランプエレメント２２を
図示の状態から図中左方へ移動させることでクランプエ
レメント２２と主軸３０による工具ホルダ２３の挟持を
開放し、工具ホルダ２３をアンクランプするようになっ
ている。次に、以上の構成の本実施形態の主軸装置の作
動について図１、図２を参照して説明する。

【００２０】主軸３０の回転が上昇または下降するとア
ンギュラボールベアリング２４のボールに作用する遠心
力が変化する。このアンギュラボールベアリング２４の
ボールに作用する遠心力の軸線方向の分力によりアンギ
ュラボールベアリング２４の外輪が軸線方向へ移動しよ
うとする。主軸３０の回転が上昇する場合、アンギュラ
ボールベアリング２４のボールに作用する遠心力の軸線
方向の分力の増大にともないアンギュラボールベアリン
グ２４の外輪が図中で左方に移動しようとし、アンギュ
ラボールベアリング２４にかかる予圧が増大し始めたと
きは、ベアリングケース１５、ベアリングケースハウジ
ング１８、ベアリング押さえ３４が一体的にストローク
ボール２８にガイドされて図中で左方に移動してアンギ
ュラボールベアリング５５にかかる予圧を減少させる。

【００２１】また、主軸３０の回転の下降する場合、ア
ンギュラボールベアリング２４のボールに作用する遠心
力の軸線方向の分力の減少にともないアンギュラボール
ベアリング２４の外輪が図中で右方に移動しようとし、
アンギュラボールベアリング２４にかかる予圧が下降し
始めたときはベアリングケース１５、ベアリングケース
ハウジング１８、ベアリング押さえ３４が一体的にがス
トロークボール２８にガイドされて図中で右方に移動し
てアンギュラボールベアリング２４にかかる予圧を増大
させる。

【００２２】このようにして、アンギュラボールベアリ
ング２４にかかる予圧を常に一定に保つようにしてい
る。次に、ビルトインモータ１４の回転による温度上昇
にともないストロークボール２８が介装されているスト
ロークボールケース１７が熱膨張してストロークボール
２８の締め代が無くなった場合の作動を説明する。この
ように締め代が無くなると、ストロークボール２８とス
トロークボールケース１７との間に隙間ができ、主軸３
０の回転による振動等によりストロークボール２８を保
持しているストロークボールリテーナ２７が移動しよう
とするが、ストロークボールリテーナ２７はスプリング
プランジャ２６、３２により、ストロークボールリテー
ナ２７がストロークボールケース１７の内周とベアリン
グケースハウジング１８の外周のどちらの端面とも接触
しない位置に拘束される。この状態で締め代が発生して
も、ストロークボール２８を保持しているストロークボ
ールリテーナ２７、リヤ側のベアリングケースハウジン
グ１８は移動可能な状態となる。

【００２３】以上のように、ストロークボール２８の締
め代が無くなった場合、ストロークボール２８を保持し
ているストロークボールリテーナ２７がスプリングプラ
ンジャ２６、３２によりストロークボールケース１７の
内周とリヤ側のベアリングケースハウジング１８の外周
のどちらの端面とも接触しない位置に拘束されるので、
アンギュラボールベアリング２６、３２にかかる予圧を
常に一定に保つことができ、主軸３０が振れ回り加工精
度が悪くなったり、アンギュラボールベアリング１０、
２４が焼きつくことがない。

【００２４】なお、この実施の形態においてはストロー
クボールリテーナ２７とスプリングプランジャ２６、３
２はストロークボール２８の締め代が在る段階から接触
しており、ストロークボールの締め代が無くなるとすぐ
にスプリングプランジャ２６、３２が作用してストロー
クボールリテーナ２７の位置が拘束されるようにした
が、ストロークボールリテーナ２７とスプリングプラン
ジャ２６、３２がストロークボール２８の締め代が在る
段階では少し間隔があり接触しておらず、ストロークボ
ール２８の締め代が無くなりストロークボールリテーナ
２７が少し移動するとスプリングプランジャ２６、３２
と接触してスプリングプランジャ２６、３２が作用して
ストロークボールリテーナ２７の位置が拘束されるよう
にしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、主軸を回転
可能に支持するベアリングと、前記ベアリングを保持す
るベアリングケースと、前記ベアリングケースの軸線方
向への移動をガイドするためのストロークボールとを備
えた主軸装置において、前記ストロークボールの締め代
が無くなり軸線方向へ移動自由になった時に、前記スト
ロークボールの軸線方向の位置を拘束する位置拘束手段
を設けるようにしたので、ベアリングケースは軸線方向
へ常に移動可能な状態であり、ベアリングにかかる予圧
を常に一定に保つことができ、加工精度の低下やベアリ
ングの焼きつきが発生することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す主軸装置の断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態におけるリヤ側ベアリング
部の拡大断面図である。

【図３】従来の主軸装置のリヤ側ベアリング部の拡大断
面図である。

【図４】従来の主軸装置のリヤ側ベアリング部において
ストロークボールに締め代が無くなった場合の拡大断面
図である。

【符号の説明】

１０、２４ アンギュラボールベアリング １１ ベアリングケース １４ ビルトインモータ １５ ベアリングケース １７ ストロークボールケース １８ ベアリングケースハウジング ２６、３２ スプリングプランジャ（位置拘束手
段） ２７ ストロークボールリテーナ ２８ ストロークボール ３０ 主軸 ３５ 供給路 Ｐ ピストン部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸を回転可能に支持するベアリングと、
   前記ベアリングを保持するベアリングケースと、前記ベ
   アリングケースの軸線方向への移動をガイドするための
   ストロークボールとを備えた主軸装置において、前記ス
   トロークボールの締め代が無くなり軸線方向へ移動自由
   になった時に、前記ストロークボールの軸線方向の位置
   を拘束する位置拘束手段を設けたことを特徴とする主軸
   装置。