JPS639722A - スピンドル回転支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１−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ｒ３１１ｖ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
、静圧空気軸受は、同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
Ｆ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３ｉＩ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と剛性が低下し、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５８−３
７０８１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ｒＡ聞がガタになり、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。

（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図は高速域におりる使用状
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のクランプ保持線描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［ｉ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）１５ａ１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−万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１６ａ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ツシュ２２
が嵌合固定されている。この軸受ブツシュ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
が設置ノられている。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７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１
９から圧油を扱き、ばね部材１８のばねノｊ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１５ａ１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、軸受ブツシュ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ろ軸受３１が用いられてお
り、この円づ゛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ｖＲ
着されている。σ動スリーブ３２は、スピンドル３４の
軸線方向に贋動可能に配設され、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ツシュ３７が嵌合さ
れ、この軸受ブツシュ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が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、大ぎな
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３１Ｇ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
１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
圧油を抜ぎ、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
ブを油フ王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、転動体と軌道幅
とが分離可能なころがり軸受と静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ａ遠域での使用状態を
示す図、第３図は本発明の他の実施例を示を断面図であ
る。 １１．３４・・・スピンドル、１５・・・アンギュラ玉
軸受、１５ａ・・・転動体、１５ｂ・・・外輪、１′５
Ｃ・・・内輪、１’６．３２・・・可動スリーブ、１８
・・・ばね部材、２２．３７・・・軸受ブツシュ、２４
．２７・・・圧縮空気吹出口、３１−・・円すいころ軸
受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スピンドルを回転支持する軸受装置を備えたスピン
   ドル回転支持装置において、前記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、前記ころがり軸受は転動体と軌道輪とが軸方向
   に分離可能とされていることを特徴とするスピンドル回
   転支持装置。 ２、ころがり軸受は内輪分離型のアンギユラ玉軸受であ
   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、ころがり軸受は内輪分離型の円すいころ軸受である
   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、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。