(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に、主軸が、ころがり軸受で回転自在に支持された主軸装置において、
上記ころがり軸受の外輪に嵌着されるとともに戻し用油圧室を形成して上記ハウジングに主軸の軸方向に移動自在に嵌挿された可動スリーブ部材と、
予圧用後側油圧室を有し、上記可動スリーブ部材の前端部に一体に固定された押圧部材と、
上記予圧用後側油圧室内に軸方向に移動自在に装入され、上記押圧部材を後側に移動させて上記ころがり軸受の外輪に予圧をかける後側ピストン部材と、
上記押圧部材の前端部に固定され、上記後側ピストン部材の前側への移動を阻止する後側ストッパ部材と、
予圧用前側油圧室を有し、該予圧用前側油圧室を上記予圧用後側油圧室に向き合わせてハウジングに一体に固定された固定スリーブ部材と、
上記予圧用前側油圧室内に軸方向に移動自在に装入された前側ピストン部材と、
上記固定スリーブ部材の後端部に上記後側ストッパ部材に向き合わせて設けられ、上記前側ピストン部材の後側への移動を阻止する前側ストッパ部材と、
上記後側ピストン部材と前側ピストン部材との間及び上記押圧部材と固定スリーブ部材との間に軸方向に移動自在に設けられた中間部材と、
上記後側ストッパ部材と前側ストッパ部材の部分にそれらの間隔が大きくなるように付勢して設けられた予圧ばねとを具備したことを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
戻し用油圧室の受圧面積よりも予圧用後側油圧室の受圧面積が大きくされたことを特徴とする請求項１記載の主軸装置。
【請求項３】
後側ピストン部材が後側ストッパ部材と中間部材とに当接するとともに、前側ピストン部材が前側ストッパ部材と中間部材とに当接した状態における、押圧部材と中間部材との間の隙間よりも固定スリーブ部材と中間部材との間の隙間が大きくされたことを特徴とする請求項１又は２記載の主軸装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の主軸装置において、
油圧室に作動油を供給してピストン部材でころがり軸受の外輪を押圧する軸受予圧用油圧回路が、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油をノンリーク形切換弁が設けられた油管路を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備したことを特徴とする主軸装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の主軸装置において、
戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給してピストン部材でころがり軸受の外輪を押圧する軸受予圧用油圧回路が、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油をノンリーク形切換弁が設けられた油管路を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備した油圧回路とされ、
予圧用前側油圧室に作動油を供給する油圧回路が、油圧源の油管路に減圧弁と電磁方向切換弁が設けられた油圧回路とされたことを特徴とする主軸装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の主軸装置におけるころがり軸受の予圧方法であって、エアオイルブースタから作動油を油管路を通じて油圧室に供給した後、ノンリーク形切換弁を閉じて定位置予圧を行うことを特徴とするころがり軸受の予圧方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸等のころがり軸受に予圧をかける軸受予圧用油圧回路及び主軸装置並びにころがり軸受の予圧方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、ハウジング６１内に、主軸６２をタンデム配置の前後２組のころがり軸受６３，６４で回転自在に支持した工作機械の主軸装置においては、一般に、ころがり軸受６３，６４の外輪の間にそれらに予圧を付加して間座６５を組み込むことが行われている。
【０００３】
この予圧方式はシンプルであるが、図８のように、高速回転で軸受予圧が急上昇して焼付きに至るため（予圧Ａ曲線）、回転数ｎＢ  まで運転するには組込み時に停止時予圧ＰＡ  が与えられず、組込み時に予圧が抜けてガタになる予圧ＰＢ  の予圧Ｂ曲線を取らなければならない。このため、低速回転時に主軸剛性がなく、切削能力が劣ってしまうことになる。
【０００４】
そこで、実公平４−５３４５７号公報と特許第２５２８２３６号公報において、次のような主軸装置が提案されている。
【０００５】
（実公平４−５３４５７号公報）
この主軸装置は、図９に示すように、ハウジング６１内に、主軸６２を、前後２組のころがり軸受６３，６４で回転自在に支持した主軸装置であって、ころがり軸受６３の外輪に嵌着されてハウジング６１の後端部に主軸６２の軸方向に移動自在に嵌挿された可動スリーブ部材６６と、ハウジング６１に形成された油圧室Ｒｒ内に軸方向に移動自在に装入され、介在部材６７を介して可動スリーブ部材６６を後側（図９で右側）に移動させてころがり軸受６３の外輪に予圧をかけるピストン部材６８と、可動スリーブ部材６６を後側に付勢してころがり軸受６３の外輪に予圧をかける予圧ばね６９と、介在部材６７を介してピストン部材６８を前側に押し戻す戻しばね７０とを備え、図１０に示すように、主軸６２の低速回転時には、油圧回路（図示せず）から油圧室Ｒｒに作動油を供給してピストン部材６８と予圧ばね６９とで可動スリーブ部材６６を後側に押して定位置予圧を行い、また高速回転時には、予圧ばね６９のみで可動スリーブ部材６６を押して定圧予圧を行うことができる構造となっている。
【０００６】
（特許第２５２８２３６号公報）
この主軸装置は、図１１に示すように、ハウジング６１内に、主軸６２を、前後２組のころがり軸受６３（前側のころがり軸受は図示されていない。）で回転自在に支持した主軸装置であって、ころがり軸受６３の外輪に嵌着されてハウジング６１の後端部に主軸６２の軸方向に移動自在に嵌挿された可動スリーブ部材６６と、油圧室Ｒｓ，Ｒｔ内に軸方向に移動自在に装入され、可動スリーブ部材６６を後側（図１１で右側）に移動させてころがり軸受６３の外輪に予圧をかけるピストン部材６８と、ハウジング６１に取り付けられ、可動スリーブ部材６６とピストン部材６８の移動量を制限する調整部材７２とを備え、図１２のように、定位置予圧を３段に切り換え、低速時の予圧を高めて焼付き限界内に推移させることができるようになっている。
符号７３は、油圧室Ｒｓ，Ｒｔに作動油を供給する油圧回路であり、油圧ポンプ７４を主体とする。
【０００７】
なお、図１２において、δ１  はころがり軸受６３の初期隙間（初期隙間の総和）、δ２  は調整部材７２と可動スリーブ部材６６の間に形成される隙間、δ３  は調整部材７２とピストン部材６８の間に形成される隙間である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の主軸装置には次のような問題点がある。
（実公平４−５３４５７号公報）
（イ）  高速回転設定の定圧予圧時に、切削力により主軸６２が予圧ばね６９のばね力よりも大きい力で引っ張られると、主軸６２が動き、振れ回ることでころがり軸受に損傷を与える。
【０００９】
（ロ）  定圧予圧量を定位置予圧量よりも大きく設定できない。小さなばね力の定圧予圧時は切削能力が低下してしまう。
（ハ）  プッシュロッドを主軸６２の後部から前に押して工具の把持を解く構造の主軸装置の場合、プッシュロッドの操作時に主軸６２が前に出てしまう。
（ニ）  高速（定圧予圧）と低速（定位置予圧）の２段しか切り換えられない。
【００１０】
（特許第２５２８２３６号公報）
（ホ）  全域定位置予圧方式であるため、回転数を高くするほど高速回転側の予圧設定「予圧Ｃ曲線」になるが、組込み時に予圧抜けする量が増える。
（ヘ）  高速回転設定で回転指令を与えると、低速回転時に予圧抜けしているため、加速・減速時にころがり軸受６３のボールがスリップを起こして発熱を生じたり、回転がガタつくなどの現象を生じる。
【００１１】
（ト）  高速回転側では停止時に予圧抜けで主軸６２がガタつき、振れ精度がでない。
（チ）  予圧を高めた後に、予圧を下げる操作を行っても可動スリーブ部材６６のＯリングが抵抗となり動きが悪い。
（リ）  予圧切換えの段数を多くするほど組込みスペースが長く必要になる。
【００１２】
また、いずれかの主軸装置も、油圧ポンプ７４（図１１）で作動油を油圧室に供給する構造となっているが、油流量が非常に少なく、油圧の圧力調整弁では、油の流れがある程度生じないと圧力が変化しにくいため、幾つかの圧力調整弁をセットして切り換えて圧力制御することになり、連続可変にできない。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、主軸装置及びその主軸装置における合理的なころがり軸受の予圧方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ハウジング内に、主軸が、ころがり軸受で回転自在に支持された主軸装置において、上記ころがり軸受の外輪に嵌着されるとともに戻し用油圧室を形成して上記ハウジングに主軸の軸方向に移動自在に嵌挿された可動スリーブ部材と、予圧用後側油圧室を有し、上記可動スリーブ部材の前端部に一体に固定された押圧部材と、上記予圧用後側油圧室内に軸方向に移動自在に装入され、上記押圧部材を後側に移動させて上記ころがり軸受の外輪に予圧をかける後側ピストン部材と、上記押圧部材の前端部に固定され、上記後側ピストン部材の前側への移動を阻止する後側ストッパ部材と、予圧用前側油圧室を有し、該予圧用前側油圧室を上記予圧用後側油圧室に向き合わせてハウジングに一体に固定された固定スリーブ部材と、上記予圧用前側油圧室内に軸方向に移動自在に装入された前側ピストン部材と、上記固定スリーブ部材の後端部に上記後側ストッパ部材に向き合わせて設けられ、上記前側ピストン部材の後側への移動を阻止する前側ストッパ部材と、上記後側ピストン部材と前側ピストン部材との間及び上記押圧部材と固定スリーブ部材との間に軸方向に移動自在に設けられた中間部材と、上記後側ストッパ部材と前側ストッパ部材の部分にそれらの間隔が大きくなるように付勢して設けられた予圧ばねとを具備した構成とした。
【００２０】
この手段では、戻し用油圧室を脱圧状態にして予圧用後側油圧室と予圧用前側油圧室に油圧回路から作動油を供給すると、後側ピストン部材と前側ピストン部材とが油圧力により後側ストッパ部材と前側ストッパ部材とにそれぞれ強く押し付けられ、中間部材を介して可動スリーブ部材と固定スリーブ部材を突っ張る。油圧力を最大切削スラスト力よりも充分大きくすることで、切削力が主軸に作用しても両ピストン部材が動くことはなく、定位置の重予圧に相当する性能が得られる。
【００２１】
また、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室を脱圧状態にし、予圧用前側油圧室に作動油を供給して前側ピストン部材に最大切削スラスト力以上の油圧力を作用させると、前側ピストン部材が中間部材を介し押圧部材を強く押して前側ストッパ部材に押し付けられ、ころがり軸受に予圧を付加する。この場合は、中間部材が押圧部材に当接してそれらの間の隙間をなくしており、タンデム配置のころがり軸受の外輪スパンが上記の隙間分短くなっている結果、定位置の中予圧となる。
【００２２】
また、戻し用油圧室と予圧用前側油圧室を脱圧状態にし、予圧用後側油圧室に作動油を供給して後側ピストン部材に最大切削スラスト力以上の油圧力を作用させると、後側ピストン部材が中間部材を固定スリーブ部材に押し付けて後側ストッパ部材に押し付けられ、押圧部材を可動スリーブ部材側に動かしてころがり軸受に定位置の予圧を加える。
また、予圧用前側油圧室を脱圧状態にし、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に油圧回路から作動油を供給した状態では、油圧力と予圧ばねのばね力がころがり軸受の予圧に働く。この場合は、定圧予圧となる。
【００２３】
なお、前側ピストン部材等の「前側」は、通常、工具が装着される主軸の先端側であり、「後側」はその反対側であるが、絶対的なものではなく、見る方向によって変わるので、上記の逆に解釈することもできる。
【００２４】
上記の主軸装置において、戻し用油圧室の受圧面積よりも予圧用後側油圧室の受圧面積を大きくすることができる（請求項２）。
この構成では、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に同一圧力の作動油を供給した場合、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室の受圧面積差に対応した力が働いて予圧を高める。したがって、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室の油圧回路を同一にすることが可能となる。
【００２５】
また、後側ピストン部材が後側ストッパ部材と中間部材とに当接するとともに、前側ピストン部材が前側ストッパ部材と中間部材とに当接した状態における、押圧部材と中間部材との間の隙間よりも固定スリーブ部材と中間部材との間の隙間を大きくした構成とすることができる（請求項３）。
この構成では、戻し用油圧室と予圧用前側油圧室を脱圧状態にして予圧用後側油圧室に作動油を供給した場合、中間部材が固定スリーブ部材に隙間を無くして当接し、タンデム配置のころがり軸受の外輪スパンが、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室とを脱圧状態にして予圧用前側油圧室に作動油を供給した時の外輪スパンよりも小さくなっているので、最低の定位置予圧となる。
【００２６】
また、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の主軸装置において、油圧室に作動油を供給してピストン部材でころがり軸受の外輪を押圧する軸受予圧用油圧回路が、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油をノンリーク形切換弁が設けられた油管路を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備することが望ましい（請求項４）。
この構成では、電磁方向切換弁を加圧状態にすると、空圧源の空気圧によってエアオイルブースタが作動し、作動油を油圧室に供給する。また、電磁方向切換弁を脱圧に切り換えると、エアオイルブースタの脱圧によって油圧室が脱圧状態となる。エアオイルブースタは、空気の受圧面積と作動油の加圧面積の差により、空気源から与えられた空気圧を油圧に変換（通常は増圧）するが、作動油の使用流量が微量（例えば、０．００５〜１．５ｃｃ）でも圧力を確実に調整できるため、無段階の連続的な圧力調整を可能とする上、油圧室の圧力が異常に上昇したような場合、空気のクッション作用によって上昇圧力を吸収する。このような軸受予圧用油圧回路の機能を生かして請求項１ないし３のいずれかに記載の主軸装置のころがり軸受に予圧を付加する。ノンリーク形切換弁で油管路を閉じて、例えば、可動スリーブ部材を固定することにより、工具交換時における主軸の変位を抑えてガタつきを防ぐことが可能になる。
【００２７】
また、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の主軸装置において、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給してピストン部材でころがり軸受の外輪を押圧する軸受予圧用油圧回路を、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油をノンリーク形切換弁が設けられた油管路を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備した油圧回路とし、予圧用前側油圧室に作動油を供給する油圧回路を、油圧源の油管路に減圧弁と電磁方向切換弁が設けられた油圧回路とすることができる（請求項５）。
この構成では、上記軸受予圧用油圧回路から、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給し、また予圧用前側油圧室に油圧源を持つ別の油圧回路から作動油を供給して、請求項１ないし３のいずれかに記載された主軸装置のころがり軸受に予圧を付加する。ノンリーク形切換弁で油管路を閉じて、例えば、可動スリーブ部材を固定することにより、工具交換時における主軸の変位を抑えてガタつきを防ぐことが可能になる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の主軸装置におけるころがり軸受の予圧方法であって、エアオイルブースタから作動油を油管路を通じて油圧室に供給した後、ノンリーク形切換弁を閉じて定位置予圧を行う構成とした。
この手段では、油圧室内の作動油の非圧縮性によって、例えば、可動スリーブ部材や後側ピストン部材を固定することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１ないし図６は本発明の実施の形態を示すもので、符号１は主軸装置である。主軸装置１は、ハウジング３と、主軸４と、ころがり軸受５，６と、可動スリーブ部材７と、押圧部材８と、後側ピストン部材９と、後側ストッパ部材１０と、固定スリーブ部材１２と、前側ピストン部材１３と、前側ストッパ部材１４と、中間部材１６と、予圧ばね１７と、モータ１８とを具備し、油圧回路１９，２０（図５）によってころがり軸受に予圧を付加することができるようになっている。
【００３０】
ハウジング３は、油通路３ａ，３ｂ，３ｃを有する。主軸４は、ハウジング３内に、タンデム配置の２組のころがり軸受５，６によって周方向に回転自在に支持されている。可動スリーブ部材７は、円筒形状とされており、後側（図１で右側）の一対のころがり軸受５の外輪に嵌着されるとともに円環状の戻し用油圧室Ｒａを形成してハウジング３に主軸４の軸方向に移動自在に嵌挿されている。戻し用油圧室Ｒａは、ハウジング３の油通路３ａに直接連通されている。可動スリーブ部材７には、ハウジング３の油通路３ｂに連通する油通路７ａが形成されている。
【００３１】
押圧部材８は円環状とされ、可動スリーブ部材７の前端部に多数のボルト１１ａ（図１には１本しか示されていない。）で一体に固定されている。押圧部材８には、円環状の予圧用後側油圧室Ｒｂと、該予圧用後側油圧室Ｒｂを可動スリーブ部材７の油通路７ａに連通させる油通路８ａと、ころがり軸受５の外輪を押圧する押圧部８ｂとが設けられている。予圧用後側油圧室Ｒｂには、円環状の後側ピストン部材９が主軸４の軸方向に移動自在に液密に装入されている。また、押圧部材８の前端部には後側ストッパ部材１０が多数のボルト１１ｂ（この場合も図１には１本しか示されていない。）で一体に固定され、後側ピストン部材９の前側への移動を阻止している。
【００３２】
固定スリーブ部材１２は円筒形状に形成され、前側の一対のころがり軸受６の外輪に嵌着されてハウジング３に一体に固定されている。固定スリーブ部材１２には、円環状の予圧用前側油圧室Ｒｃと、該予圧用前側油圧室Ｒｃをハウジング３の油通路３ｃに連通させる油通路１２ａが設けられている。予圧用前側油圧室Ｒｃには、円環状の前側ピストン部材１３がこれも主軸４の軸方向に移動自在に液密に装入されている。また、固定スリーブ部材１２の後端部には前側ストッパ部材１４が後側ストッパ部材１０に向き合わせて多数のボルト１１ｃ（図１には１本しか示されていない。）で一体に固定され、前側ピストン部材１３の後側への移動を阻止している。
【００３３】
中間部材１６は円環状に形成され、後側ピストン部材９と前側ピストン部材１３との間及び押圧部材８と固定スリーブ部材１２との間に両ストッパ部材１０，１４に案内されて主軸４の軸方向に移動自在に設けられている。また、予圧ばね１７は、後側ストッパ部材１０と前側ストッパ部材１４との間にそれらの間隔が大きくなるように付勢して設けられている。予圧ばね１７には、コイルばねや板ばね等が、主軸４と同心状に、或いは所定の角度間隔で配置して用いられる。
【００３４】
なお、戻し用油圧室Ｒａの受圧面積Ａ1 よりも予圧用後側油圧室Ｒｂの受圧面積Ａ2 が大きく設定され、また、後側ピストン部材９が後側ストッパ部材１０と中間部材１６とにそれぞれ当接するとともに、前側ピストン部材１３が前側ストッパ部材１４と中間部材１６とにそれぞれ当接した状態においては、押圧部材８における予圧用後側油圧室Ｒｂの内径側前端面と中間部材１６の後端面との間に隙間Δ１  があけられ、固定スリーブ部材１２における予圧用前側油圧室Ｒｃの内径側後端面と中間部材１６の前端面との間に隙間Δ2 があけられるようになっており、上記隙間Δ１  よりも上記隙間Δ2 が大きく設定されている。
【００３５】
モータ１８は主軸４を回転させるものであり、ステータ１８ａによって回転させられるロータ１８ｂのロータスリーブに主軸４を嵌挿して、ハウジング３内のころがり軸受５と軸受２１との間に設けられている。符号２２は固定スリーブ部材１２の前端面に一体に固定された押え部材、２３は可動スリーブ部材７の動きを良くしているボールガイドである。
【００３６】
油圧回路１９は、戻し用油圧室Ｒａと予圧用後側油圧室Ｒｂに作動油をそれぞれ供給するものであり、空圧源２５と、エアオイルブースタ２６と、電空レギュレータ（電磁空圧レギュレータ）２７と、一対の電磁方向切換弁２８と、一対の電磁比例流量制御弁２９と、一対のノンリーク形切換弁（電磁切換弁）３０と、一対の圧力センサ３１とを有する。
【００３７】
空圧源２５はコンプレッサ等から成る。エアオイルブースタ２６は、受圧面積の大きい空圧シリンダ２６ａに加圧面積の小さい油圧シリンダ２６ｂを一体に連結して成り、受圧面積と加圧面積の差により、与えられた空気圧を油圧に変換・増圧するもので、空圧シリンダ２６ａを空気源２５に空気管路３３で接続して設けられている。電空レギュレータ２７は、ＮＣ装置等の制御装置（図示せず）からの電圧式又は電流式の外部指令にしたがって空気圧を調整するものであり、空気管路３３に設けられている。
【００３８】
電磁方向切換弁２８は、励磁状態で空気管路３３を空圧シリンダ２６ａのボトム側空気室に連絡するとともに、空圧シリンダ２６ａのロッド側空気室を大気に開放してエアオイルブースタ２６を作動させ、また、消磁状態で空圧シリンダ２６ａのロッド側空気室に空気管路３３を連絡するとともに、ボトム側空気室を大気に開放してエアオイルブースタ２６を脱圧状態にするもので、空気管路３３の分岐管３３ａ，３３ｂにそれぞれ設けられている。
【００３９】
各電磁比例流量制御弁２９と各ノンリーク形切換弁３０及び各圧力センサ３１は、エアオイルブースタ２６の油圧シリンダ２６ｂにそれぞれ接続された油管路３４，３５に、上流側から下流側に上記の順でそれぞれ設けられている。各ノンリーク形切換弁３０は、油管路３４，３５をそれぞれ開閉するものである。圧力センサ３１の出力信号は、前記制御装置に入力され、電空レギュレータ２７のフィードバック制御に利用されるようになっている。油管路３４はハウジング３の油通路３ａに接続され、他の油管路３５はハウジング３の油通路３ｂに接続されている。
【００４０】
油圧回路２０は、予圧用前側油圧室Ｒｃに作動油を提供するものであり、油圧ポンプ等の油圧源３７の油管路３８に、減圧弁３９と電磁方向切換弁４０を設けて成る。油管路３８は、ハウジング３の油通路３ｃに接続されている。
【００４１】
減圧弁３９には、前記油圧室Ｒｃの受圧面積Ａ３  に作用する油圧を予め設定する。この設定圧力は、主軸４への逆スラスト力（主軸４が前側に引き抜かれる向きの力）に充分耐えうる圧力とされる。例を挙げると、
許容逆スラスト力  Ｆａ＝１００００Ｎ
なら、
油圧力Ｐ１  ＝（Ｆａ／Ａ３  ）×１．５〜２  として、
Ａ３  ＝５０ｃｍ２
なら、
Ｐ１  ＝３００〜４００Ｎ／ｃｍ２（３〜４Ｍｐａ）
となる。
一般に油圧源３７は、５Ｍｐａ以上なので減圧弁３９で圧力を下げる。油圧室Ｒｃに流れる作動油量が少なく、可変にしても圧力追従が悪いので、減圧弁３９の設定圧力は１種類に固定するのが普通である。
【００４２】
電磁方向切換弁４０は、ソレノイドａが励磁されると、油管路３８の油圧源３７側を閉じるとともに、油通路３ｃ側を油タンク４１に接続して予圧用前側油圧室Ｒｃを脱圧状態にし、またソレノイドｂが励磁されると（ソレノイドａは消磁）、油管路３８を開いて作動油を予圧用前側油圧室Ｒｃに供給し、更に両ソレノイドａ，ｂが消磁された中立位置で油管路３８を閉じるようになっている。
【００４３】
次に、上記の構成とされた主軸装置の作用を説明する。
図１は、油圧回路１９の分岐管３３ａの電磁方向切換弁２８のソレノイドを消磁して戻し用油圧室Ｒａを脱圧するとともに、他の分岐管３３ｂの電磁方向切換弁２８のソレノイドを励磁して作動油を予圧用後側油圧室Ｒｂに供給し、また油圧回路２０の電磁方向切換弁４０のソレノイドｂを励磁して予圧用前側油圧室Ｒｃに作動油を供給した状態を示す。
【００４４】
この場合は、後側ピストン部材９と前側ピストン部材１３とが油圧力により後側ストッパ部材１０と前側ストッパ部材１４とにそれぞれ押し付けられる結果、前側ピストン部材１３が中間部材１６、後側ピストン部材９を介して押圧部材８を後側へ押圧し、該押圧部材８が押圧部８ｂでころがり軸受５の外輪を後側に押圧する。中間部材１６と押圧部材８及び固定スリーブ部材１２との間に隙間Δ1 ，Δ2 が生じ、ころがり軸受５，６の外輪スパンＬは最大となるので、油圧力を最大切削力よりも充分大きくすることで、切削力が主軸４に作用しても両ピストン部材９，１３が動くことはなく、定位置の重予圧となる（図６の予圧Ａ曲線）。
【００４５】
図２は、油圧回路１９の両電磁方向切換弁２８，２８を消磁して油圧室Ｒａ，Ｒｂをそれぞれ脱圧し、また油圧回路２０の電磁方向切換弁４０のソレノイドｂを励磁して予圧用前側油圧室Ｒｃに作動油を供給した状態を示す。
この場合は、後側ピストン部材９が後側ストッパ部材１０から離れて中間部材１６の後端部が上記隙間Δ1 をつめて押圧部材８の内径側前端面に当接し得る状態となるので、前側ピストン部材１３が、前側ストッパ部材１４に押し付けられるまで移動することにより、中間部材１６を介して押圧部材８を強く後側へ押圧し、該押圧部材８が押圧部８ｂでころがり軸受５の外輪を後側に押圧する。外輪スパンＬが図１の状態よりもΔ1 だけ短い分、軸受予圧量が小さくなり、油圧力を最大切削スラスト力以上とすることで、定位置の中予圧となる（図６の予圧Ｂ曲線）。
【００４６】
図３は、油圧回路１９の分岐管３３ａの電磁方向切換弁２８のソレノイドを消磁して戻し用油圧室Ｒａを脱圧状態にするとともに、他の分岐管３３ｂの電磁方向切換弁２８のソレノイドを励磁して作動油を予圧用後側油圧室Ｒｂに供給し、また油圧回路２０の電磁方向切換弁４０のソレノイドａを励磁して予圧用前側油圧室Ｒｃを脱圧した状態を示す。
この時は、前側ピストン部材１３が前側ストッパ部材１４から離れて中間部材１６の前端部が上記隙間Δ2 をつめて固定スリーブ１２の内径側後端面に当接し得る状態となるので、後側ピストン部材９が、後側ストッパ部材１０に押し付けられるまで移動することにより、中間部材１６を固定スリーブ部材１２に押し付ける。この結果、反力で押圧部材８が後側に動かされ、押圧部８ｂでころがり軸受５の外輪を後側に押圧する。外輪スパンＬが図２の状態よりもΔ2 −Δ1 （前述のように、Δ2 ＞Δ1 ）だけ短い分、軸受予圧量が小さくなり、油圧力を最大切削スラスト力以上とすることで、定位置の低予圧となる（図６の予圧Ｃ曲線）。
【００４７】
図４は、油圧回路１９の両電磁方向切換弁２８，２８を励磁して油圧室Ｒａ，Ｒｂに作動油を供給し、また油圧回路２０のソレノイドａを励磁して予圧用前側油圧室Ｒｃを脱圧した状態で示す。この場合は、油圧力を予圧ばね１７の力を含めてＰD （図６）に設定する。主軸４の回転数の上昇に伴って軸受内部の予圧がＰD よりも高くなると、後側ピストン部材９が、中間部材１６の後端部と押圧部材８の内径側前端面との間に前記隙間Δ１より小さい隙間Δ１’をあける位置まで前側に移動し、外輪スパンＬを短くして予圧の上昇を抑える（定圧予圧、図６の予圧Ｄ曲線）。
【００４８】
上記において、両油圧室Ｒａ，Ｒｂに供給される作動油の圧力が同一であっても、前に述べたように、戻し用油圧室Ｒａの受圧面積Ａ１  よりも予圧用後側油圧室Ｒｂの受圧面積Ａ２  が大きくなっているため、軸受予圧が高まる方向にころがり軸受５の外輪が変位する。
予圧Ｄ曲線は、軸受予圧上昇の上限を設定するリリーフ形と言えるもので、軸受予圧が設定値ＰＤ  に達するまでは定位置予圧の状態保つ。
【００４９】
また上記において、制御装置から指令を電空レギュレータ２７に与えて空気圧を設定する。エアオイルブースタ２６は、リリーフ弁の機能を持つため、流量が極めて少ない場合でも圧力制御が可能になる。ノンリーク形切換弁３０で油管路３４，３５を閉じると、作動油の非圧縮性により可動スリーブ部材７と後側ピストン部材９が固定される。これにより、工具交換時に主軸４に逆スラスト力が作用しても、主軸４の変位を防ぐことができる。
【００５０】
図６の予圧Ｅ曲線は、主軸４の回転数と設定予圧のテーブルに従い電空レギュレータ２７に指令を与えて空気圧を変え、主軸４の回転上昇に伴って油圧力、軸受予圧の上限を徐々に下げたものである。高速回転で高い予圧を維持すると、軸受寿命が低下するが、予圧Ｅ曲線の設定によって寿命を延ばすことができる。
【００５１】
また、従来、１ｍｍ以上であった主軸４の最大移動量（Δ１  ＋Δ２  ）を０．０５〜０．３ｍｍにすることが可能で、このように設定すると、定圧予圧時の設定油圧力（予圧の上限値）よりも大きな逆スラスト力が主軸４に加わった場合でも、ころがり軸受へのダメージを回避できる。
電磁比例流量制御弁２９は、通常、油圧室Ｒａ，Ｒｂへの作動油の供給時には全開状態とし、供給終了後は、適宜に絞って作動油の流動抵抗を大きくする。この結果、作動油の供給時間が短くなって素早い予圧切換えが可能になり、また、切削力の変動に起因する主軸４の変位が減衰されるようになる。
【００５２】
予圧を下げたり解除したりする場合は、必要があれば、予圧用の両油圧室Ｒｂ，Ｒｃを脱圧状態にして、戻し用油圧室Ｒａに作動油を供給し、可動スリーブ部材７を前側に変位させる。
なお、上記の予圧操作は基本的なもので、これ以外の方法でも予圧を付加することが可能である。
【００５３】
結局、図の主軸装置は次の長所を有する。
（ａ）  主軸剛性を高めることのできる定位置予圧量を３段階まで設定することができる。
（ｂ）  高速回転が可能な定圧予圧において、低速回転時に定位置予圧の要素を付加させたリリーフ予圧方式を取ったことで予圧設定が高く主軸剛性を高めることができる。もちろん通常の定圧予圧にも設定できる。
【００５４】
（ｃ）  定圧予圧時の予圧量を連続的に可変にでき、ころがり軸受５に対して中速回転域での高剛性化と高速回転域での長寿命化を図れる。
（ｄ）  可変量をΔ１  とΔ２  で小さく規制するため、大きな逆スラスト力が作用しても主軸４が振れ回ったりガタついたりしない。
（ｅ）  油圧回路９に設けた電磁比例流量制御弁２９により、作動油の非圧縮性を利用して振動を減衰させることができる。
【００５５】
（ｆ）  油圧回路１９にノンリーク形切換弁３０が設けられ、工具交換時に主軸４に逆スラスト力が作用しても、閉じた系内での作動油の非圧縮性により、主軸４が前側に大きく飛び出ることがない。
（ｇ）  常に予圧ばね１７が作用しているため、定位置予圧設定における停止や低回転での予圧抜けを生じることはない。
（ｈ）  予圧を下げる時に、可動スリーブ部材７の外周に設けられたＯリングの抵抗を考慮して戻し用油圧室Ｒａに油圧を与えることにより、可動スリーブ部材７を予圧減少方向に確実に変位させることができる。
【００５６】
図５の油圧回路１９は、空気管路３３を２つに分岐し、空圧源２５と電空レギュレータ２７を２つの系に共用させた構造となっているが、空気管路３３を分岐しない単独構造とすることも、また空気管路３３を３つに分岐してその三系統に空圧源２５と電空レギュレータ２７を共用させることもできる。前者の単独構造の場合は、１〜３個の油圧回路１９を油通路３ａ，３ｂ，３ｃの任意の１以上に接続することができる。この場合、油圧回路１９に接続されないで残された油通路には、油圧回路２０を接続する。後者の場合は、すべての油通路３ａ，３ｂ，３ｃに油圧回路１９の油管路を接続することは言うまでもない。空気管路３３を複数に分岐した油圧回路１９において、空圧源２５のみを全系統に共用させ、電空レギュレータ２７は各系に設けたり、或いは一部の系のみに共用されるなどの構成とすることができる。上記のすべてにおいて、油圧回路１９，２０の一方又は両方を、例えば、ノンリーク形切換弁３０を省くなど、種々変更することができる。
【００５７】
また、油圧室Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの受圧面積Ａ１  ，Ａ２  ，Ａ３  の大小関係と、隙間Δ１  ，Δ２  の大小関係は、図のものに限らず任意であり、油圧回路１９，２０の構成や油圧室Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃに対する接続構成等によってこれらも種々変更される。なお、作動油が非圧縮性があるといっても完全ではないため、ノンリーク形切換弁３０や電磁比例流量制御弁２９は油圧室の近傍に設置し、伸縮性のない配管部品で接合する必要がある。
油圧回路１９は、図１の主軸装置以外の、例えば、図９や図１１等の主軸装置にも使用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、定圧予圧と３段の定位置予圧が得られ、主軸の回転速度等に幅広く適合して予圧を付加することができる。
【００６２】
請求項１記載の主軸装置において、戻し用油圧室の受圧面積よりも予圧用後側油圧室の受圧面積を大きくすると、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に同圧の作動油を供給して予圧を高めることができるので、油圧回路の構成を簡単にしてコストを下げることができる。
また、請求項２又は３記載の主軸装置において、後側ピストン部材が後側ストッパ部材と中間部材とに当接するとともに、前側ピストン部材が前側ストッパ部材と中間部材とに当接した状態における、押圧部材と中間部材との間の隙間よりも固定スリーブ部材と中間部材との間の隙間を大きくすると、戻し用油圧室と予圧用前側油圧室を脱圧状態にして予圧用後側油圧室に作動油を供給した場合、前側ころがり軸受と後側ころがり軸受の外輪スパンが最小となるため、３段目の最も低い定位置予圧が得られる。
【００６３】
また、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の主軸装置において、油圧室に作動油を供給してピストン部材でころがり軸受の外輪を押圧する軸受予圧用油圧回路が、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油をノンリーク形切換弁が設けられた油管路を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備し、又は戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給してピストン部材でころがり軸受の外輪を押圧する軸受予圧用油圧回路を、空圧源と、該空圧源の空気圧を油圧に変換して作動油をノンリーク形切換弁が設けられた油管路を通じて油圧室に供給するエアオイルブースタと、上記空圧源に上記エアオイルブースタを連絡した空気管路に設けられ、空圧源によるエアオイルブースタの加圧と脱圧を切り換える電磁方向切換弁とを具備した油圧回路とし、予圧用前側油圧室に作動油を供給する油圧回路を、油圧源の油管路に減圧弁と電磁方向切換弁を設けた油圧回路とした場合は、自体の機能に、エアオイルブースタにより油圧力を精度よく確実に調整して作動状態に適合した予圧を付加することができ、エアオイルブースタが持つ空気のクッション作用を有効に活用して予圧をより良好なものとすることができるといった軸受予圧用油圧回路の機能を相乗的に組み合わせることができる、高性能な主軸装置を得ることができる。また、ンリーク形切換弁で油管路を閉じることにより、例えば、工具交換時の主軸の前側変位を抑えてガタつきを防止することができる。
【００６４】
請求項６記載の発明によれば、油圧室内の作動油の非圧縮性を利用して、例えば、可動スリーブ部材や後側ピストン部材を固定し、逆スラスト力による主軸の前側変位を防ぐことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る主軸装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の主軸装置において、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室を脱圧し、予圧用前側油圧室に作動油を供給した状態を示す主要部の断面図である。
【図３】図１の主軸装置において、戻し用油圧室と予圧用前側油圧室を脱圧し、予圧用後側油圧室に作動油を供給した状態を示す主要部の断面図である。
【図４】図１の主軸装置において、戻し用油圧室と予圧用後側油圧室に作動油を供給し、予圧用前側油圧室を脱圧にした状態を示す主要部の断面図である。
【図５】本発明に係る軸受予圧用油圧回路の実施の形態を示す図である。
【図６】図１の主軸装置の回転数と予圧の関係を示す図である。
【図７】従来の主軸装置の主要部の断面図である。
【図８】図７の主軸装置の回転数と予圧の関係を示す図である。
【図９】従来の他の主軸装置の主要部の断面図である。
【図１０】図９の主軸装置の回転数と予圧の関係を示す図である。
【図１１】従来の別の主軸装置の主要部の断面図である。
【図１２】図１１の主軸装置の回転数と予圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  主軸装置                      ３  ハウジング
３ａ，３ｂ，３ｃ  油通路          ４  主軸
５  ころがり軸受                  ７  可動スリーブ部材
８  押圧部材                      ９  後側ピストン部材
１０  後側ストッパ部材            １２  固定スリーブ部材
１３  前側ピストン部材            １４  前側ストッパ部材
１６  中間部材                    １７  予圧ばね
１９，２０  油圧回路              ２５  空圧源
２６  エアオイルブースタ          ２６ａ  空圧シリンダ
２６ｂ  油圧シリンダ              ２７  電空レギュレータ
２８，４０  電磁方向切換弁        ２９  電磁比例流量制御弁
３０  ノンリーク形切換弁          ３１  圧力センサ
３３  空気管路                    ３３ａ，３３ｂ  分岐管
３４，３５，３８  油管路          ３７  油圧源
３９  減圧弁
【図１】
0003613753.tif 000002
【図２】
0003613753.tif 000003
【図３】
0003613753.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003613753.tif 000006
【図６】
0003613753.tif 000007
【図７】
0003613753.tif 000008
【図８】
0003613753.tif 000009
【図９】
0003613753.tif 000010
【図１０】
0003613753.tif 000011
【図１１】
0003613753.tif 000012
【図１２】
0003613753.tif 000013