(57)【要約】【課題】  ラジアル方向及びアキシアル方向からの衝突力による損傷を、ボルト等を破損させることなく、良好に防止できる主軸装置を提供する。【解決手段】  この主軸装置１０は、固定緩衝リング２５の内周面と回転緩衝リング２７の外周面との半径方向の隙間Ｃｒを、ラジアル切削荷重Ｆｒｎが作用したときの回転軸１１のたわみ量σｒｎよりも大きく、且つ、ラジアル衝突荷重Ｆｒｃが作用したときの回転軸１１のたわみ量σｒｃよりも小さく設定し、固定緩衝リング２３の前端面と回転緩衝リング２７の後端面との軸方向の隙間Ｃａを、アキシアル切削荷重Ｆａｎが作用したときの転がり軸受１３のたわみによる回転軸１１の軸方向移動量σａｎよりも大きく、且つ、アキシアル衝突荷重Ｆａｃが作用したときの転がり軸受１３のたわみによる該回転軸１１の軸方向移動量σａｃよりも小さく設定する。【選択図】  図１
2006321038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
該回転軸の周囲に配置される軸受ハウジングと、
前記回転軸に外嵌される内輪と、前記軸受ハウジングに内嵌される外輪とを備え、前記回転軸を前記軸受ハウジングに対して回転可能に支持する軸受と、
前記軸受ハウジングの前端に固定される固定緩衝リングと、
前記回転軸の前端に固定され、前記固定緩衝リングの内周面に対して半径方向に対向する外周面と、前記固定緩衝リングの前端面に対して軸方向に対向する後端面とを有する回転緩衝リングと、
を備える主軸装置であって、
前記固定緩衝リングの内周面と前記回転緩衝リングの外周面との半径方向の隙間Ｃｒは、加工によるラジアル荷重Ｆｒｎが作用するときの前記回転軸のたわみ量σｒｎよりも大きく、且つ、前記軸受が損傷するラジアル荷重Ｆｒｃが前記回転軸に作用するときの該回転軸のたわみ量σｒｃよりも小さく設定され、
前記固定緩衝リングの前端面と前記回転緩衝リングの後端面との軸方向の隙間Ｃａは、加工によるアキシアル荷重Ｆａｎが作用するときの前記軸受のたわみによる前記回転軸の軸方向移動量σａｎよりも大きく、且つ、該軸受が損傷するアキシアル荷重Ｆａｃが前記回転軸に作用するときの前記軸受のたわみによる該回転軸の軸方向移動量σａｃよりも小さく設定されることを特徴とする主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸装置に関し、特に、フライス盤やマシニングセンタ等の工作機械に用いられる主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の主軸装置としては、例えば、図６に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この主軸装置１００は、前端に工具１０７が装着される回転軸１０６が転がり軸受１０３を介して軸受ハウジング１０５に回転可能に支持され、送り軸（図示せず）により工具１０７とワーク１１２とを相対移動させてワーク１１２を加工するようにしたものである。また、主軸装置１００は、回転軸１０６まわりに微小間隙を有して挿嵌され、軸受ハウジング１０５の前端部に着脱可能に固定されたシール部材１１０と、シール部材１１０を外輪押え１１４を介して軸受ハウジング１０５に固定する剪断ボルト１０８，１０９とを備えている。
【０００４】
そして、回転軸１０６にブログラムミスなどによる意図しないラジアル方向の衝突力が作用し、工具１０７の後端側で回転軸１０６とシール部材１１０とが接触して、該接触部を支点をとした大きな曲げモーメントが回転軸１０６に作用した場合、剪断ボルト１０８，１０９が所定の抗力を発して変形又は剪断して衝突エネルギーを吸収し、これにより、主軸装置１００をワーク等との衝突による損傷から保護するようにしている。
【特許文献１】特開平１１−１９７９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の主軸装置１００においては、衝突のたびに剪断ボルトが破損して修理が必要となる。また、この主軸装置１００は、ラジアル方向の衝突力に対しては損傷を防止することができても、アキシアル方向からの衝突力に対しての損傷を防止することができない。
【０００６】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、ラジアル方向及びアキシアル方向からの衝突力による損傷を、ボルト等を破損させることなく、良好に防止することができる主軸装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）回転軸と、
該回転軸の周囲に配置される軸受ハウジングと、
前記回転軸に外嵌される内輪と、前記軸受ハウジングに内嵌される外輪とを備え、前記回転軸を前記軸受ハウジングに対して回転可能に支持する軸受と、
前記軸受ハウジングの前端に固定される固定緩衝リングと、
前記回転軸の前端に固定され、前記固定緩衝リングの内周面に対して半径方向に対向する外周面と、前記固定緩衝リングの前端面に対して軸方向に対向する後端面とを有する回転緩衝リングと、
を備える主軸装置であって、
前記固定緩衝リングの内周面と前記回転緩衝リングの外周面との半径方向の隙間Ｃｒは、加工によるラジアル荷重Ｆｒｎが作用するときの前記回転軸のたわみ量σｒｎよりも大きく、且つ、前記軸受が損傷するラジアル荷重Ｆｒｃが前記回転軸に作用するときの該回転軸のたわみ量σｒｃよりも小さく設定され、
前記固定緩衝リングの前端面と前記回転緩衝リングの後端面との軸方向の隙間Ｃａは、加工によるアキシアル荷重Ｆａｎが作用するときの前記軸受のたわみによる前記回転軸の軸方向移動量σａｎよりも大きく、且つ、該軸受が損傷するアキシアル荷重Ｆａｃが前記回転軸に作用するときの前記軸受のたわみによる該回転軸の軸方向移動量σａｃよりも小さく設定されることを特徴とする主軸装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、固定緩衝リングの内周面と回転緩衝リングの外周面との半径方向の隙間Ｃｒを、加工によるラジアル荷重Ｆｒｎが作用するときの回転軸のたわみ量σｒｎよりも大きく、且つ、転がり軸受が損傷するラジアル荷重Ｆｒｃが回転軸に作用するときの該回転軸のたわみ量σｒｃよりも小さく設定しているので、ラジアル方向の衝突荷重Ｆｒｃが回転軸に作用すると、回転軸が弾性変形して回転緩衝リングの外周面が固定緩衝リングの内周面に接触して、衝突荷重Ｆｒｃがそれ以上転がり軸受に作用しなくなり、これにより、ボルト等を破損させることなく、ラジアル方向からの衝突力による転がり軸受の損傷を良好に防止することができる。
【０００９】
また、回転緩衝リングが回転軸の前端部に固定されていることから、回転緩衝リング外周面と固定緩衝リング内周面との接触部が回転軸の前端に位置して、回転軸に大きな曲げモーメントが作用しないため、ラジアル方向からの衝突力による回転軸の損傷を良好に防止することができる。
【００１０】
更に、固定緩衝リングの前端面と回転緩衝リングの後端面との軸方向の隙間Ｃａを、加工によるアキシアル荷重Ｆａｎが作用するときの転がり軸受のたわみによる回転軸の軸方向移動量σａｎよりも大きく、且つ、該転がり軸受が損傷するアキシアル荷重Ｆａｃが回転軸から作用するときの転がり軸受のたわみによる該回転軸の軸方向移動量σａｃよりも小さく設定しているので、アキシアル方向の衝突荷重Ｆａｃが回転軸に作用すると、転がり軸受が弾性変形して回転緩衝リングの後端面が固定緩衝リングの前端面に接触して、衝突荷重Ｆａｃがそれ以上転がり軸受に作用しなくなり、これにより、アキシアル方向からの衝突力による転がり軸受の損傷を良好に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る主軸装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の主軸装置１０は、回転軸１１と、回転軸１１の周囲に配置される軸受ハウジング１２と、回転軸１１に外嵌される内輪１４と、軸受ハウジング１２に内嵌される外輪１５と、内輪１４及び外輪１５間に転動自在に配置される転動体１６とを備え、回転軸１１を軸受ハウジング１２に対して回転可能に支持する複数の転がり軸受１３と、を備える。
【００１３】
転がり軸受１３の外輪１５は、軸受ハウジング１２の前端面にボルト１７等で固定された外輪押え１８によって外輪間座１９を介して軸方向に押圧され、また、転がり軸受１３の内輪１４は、回転軸１１の前端部近傍に螺合された軸受ナット２０によって内輪間座２１を介して軸方向に押圧される。これにより、複数の転がり軸受１３は、軸受ハウジング１２内に所定の予圧が付与された状態で固定されている。
【００１４】
回転軸１１の前端面には、後端側に向けて次第に縮径するテーパ状のホルダ装着孔２２が形成されており、該ホルダ装着孔２２には切削工具２３が取り付けられた工具ホルダ２４が装着されている。
【００１５】
外輪押え１８の前端側には、固定緩衝リング２５がボルト２６によって外輪押さえ１８に固定されており、また、回転軸１１の前端部には、回転緩衝リング２７が螺合固定されている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、固定緩衝リング２５の内周側には、大径孔部２８と小径孔部２９とが前端側と後端側にそれぞれ形成され、回転緩衝リング２７の外周側には、固定緩衝リング２５の大径孔部２８及び小径孔部２９とそれぞれ半径方向に対向する大径部３０及び小径部３１が前端側と後端側にそれぞれ形成される。これにより、固定緩衝リング２５の小径孔部２９の前端面３２は、回転緩衝リング２７の大径部３０の後端面３３と軸方向に対向する。なお、固定緩衝リング２５、回転緩衝リング２７は、後述するラジアル方向の衝突荷重及びアキシアル方向の衝突荷重によって破損等が生じないように、十分な強度を持たせてある。
【００１７】
そして、固定緩衝リング２５の大径孔部２８の内周面と回転緩衝リング２７の大径部３０の外周面との半径方向の隙間Ｃｒは、次式（１）が成立するように設定されるとともに、固定緩衝リング２５の小径孔部２９の前端面３２と回転緩衝リング２７の大径部３０の後端面３３との軸方向の隙間Ｃａは、次式（２）が成立するように設定される。
【００１８】
σｒｎ＜Ｃｒ＜σｒｃ                            …（１）
ここで、
σｒｎ：通常の切削時において切削工具２３に作用するラジアル荷重Ｆｒｎによって回
転軸１１が隙間Ｃｒ位置においてたわむ量
σｒｃ：回転軸１１より前方の任意の位置に作用し、転がり軸受１３が損傷する大きさ
のラジアル荷重Ｆｒｃによって回転軸１１が隙間Ｃｒ位置においてたわむ量
【００１９】
σａｎ＜Ｃａ＜σａｃ                            …（２）
ここで、
σａｎ：通常の切削時において切削工具２３に作用するアキシアル荷重Ｆａｎによって
転がり軸受１３がたわみ、回転軸１１が軸方向に移動する量
σａｃ：切削工具２３に作用し、転がり軸受１３が損傷する大きさのアキシアル荷重Ｆ
ａｃによって転がり軸受１３がたわみ、回転軸１１が軸方向に移動する量
【００２０】
上記（１）式が成立することにより、図２に示すように、通常、転がり軸受１３は切削工具２３から受けるラジアル切削荷重Ｆｒｎを、工具ホルダ２４及び回転軸１１を介して受けて軸受ハウジング１２に伝達している（図２（ａ）のＦ１参照。）。このため、このラジアル方向の切削荷重Ｆｒｎによって固定緩衝リング２５の大径孔部２８の内周面と回転緩衝リング２７の大径部３０の外周面とは接触することがない。即ち、図２（ｂ）に示すように、隙間Ｃｒ＞０が維持されるため、切削加工時における回転軸１１の円滑な回転が確保される。
【００２１】
また、図３に示すように、ブログラムミスなどにより切削工具２３又は工具ホルダ２４にワークなどがラジアル方向から衝突すると、ラジアル衝突荷重Ｆｒｃが回転軸１１に伝わり、該回転軸１１がたわむが、一定以上たわむと、回転緩衝リング２７の大径部３０の外周面が固定緩衝リング２５の大径孔部２８の内周面に接触して隙間Ｃｒ＝０（図３（ｂ）参照。）となる。このため、衝突荷重Ｆｒｃは回転緩衝リング２７と固定緩衝リング２５を介して軸受ハウジング１２に伝達され（図３（ａ）のＦ２参照。）、衝突荷重Ｆｒｃがそれ以上転がり軸受１３に作用しなくなる。これにより、ボルト等を破損させることなく、ラジアル方向からの衝突力による転がり軸受１３の損傷を良好に防止することができる。
【００２２】
また、回転緩衝リング２７が回転軸１１の最前端に固定されていることから、回転緩衝リング２７の大径部３０の外周面と固定緩衝リング２５の大径孔部２８の内周面との接触部が回転軸１１の最前端に位置して、回転軸１１に曲げモーメントが作用しないことになり、これにより、ボルト等を破損させることなく、ラジアル方向からの衝突力による回転軸１１の損傷を良好に防止することができる。
【００２３】
一方、上記（２）式が成立することにより、図４に示すように、切削工具２３からアキシアル方向の切削荷重Ｆａｎを受けても、切削荷重Ｆａｎは、工具ホルダ２４及び回転軸１１並びに転がり軸受１３を介して軸受ハウジング１２に伝達される（図４（ａ）のＦ３参照。）。このため、固定緩衝リング２５の小径孔部２９の前端面３２と回転緩衝リング２７の大径部３０の後端面３３とは接触することはない。即ち、図４（ｂ）に示すように、隙間Ｃａ＞０が維持され、切削加工時における回転軸１１の円滑な回転が確保される。
【００２４】
また、図５に示すように、ブログラムミスなどにより切削工具２３又は工具ホルダ２４にワークなどがアキシアル方向から衝突すると、アキシアル方向の衝突荷重Ｆａｃにより転がり軸受１３が弾性変形して回転軸１１が後方に移動するが、一定以上移動すると、固定緩衝リング２５の小径孔部２９の前端面３２に回転緩衝リング２７の大径部３０の後端面３３が接触して、Ｃａ＝０（図５（ｂ）参照。）となる。このため、衝突荷重Ｆａｃは、回転緩衝リング２７と固定緩衝リング２５を介して軸受ハウジング１２に伝達され（図５（ａ）のＦ４参照。）、衝突荷重Ｆａｃがそれ以上転がり軸受１３に作用しなくなる。これにより、アキシアル方向からの衝突力による転がり軸受１３の損傷を良好に防止することができる。
【００２５】
従って、本実施形態の主軸装置１０によれば、固定緩衝リング２５の大径孔部２８の内周面と回転緩衝リング２７の大径部３０の外周面との半径方向の隙間Ｃｒを、切削加工によるラジアル荷重Ｆｒｎが作用するときの回転軸のたわみ量σｒｎよりも大きく、且つ、転がり軸受１３が損傷するラジアル荷重Ｆｒｃが回転軸１１に作用するときの回転軸１１のたわみ量σｒｃよりも小さく設定しているので、ラジアル方向の衝突荷重Ｆｒｃが回転軸１１に作用すると、回転軸１１が弾性変形して回転緩衝リング２７の大径部３０の外周面が固定緩衝リング２５の大径孔部２８の内周面に接触して、衝突荷重Ｆｒｃがそれ以上転がり軸受１３に作用しなくなり、これにより、ボルト等を破損させることなく、ラジアル方向からの衝突力による転がり軸受１３の損傷を良好に防止することができる。
【００２６】
また、回転緩衝リング２５が回転軸１１の前端部に固定されていることから、回転緩衝リング２７の外周面と固定緩衝リング２５の内周面との接触部が回転軸１１の前端に位置して、回転軸１１に大きな曲げモーメントが作用しないため、ラジアル方向からの衝突力による回転軸１１の損傷を良好に防止することができる。
【００２７】
更に、固定緩衝リング２５の小径孔部２９の前端面３２と回転緩衝リング２７の大径部３０の後端面３３との軸方向の隙間Ｃａを、切削加工によるアキシアル荷重Ｆａｎが作用するときの転がり軸受１３のたわみによる回転軸１１の軸方向移動量σａｎよりも大きく、且つ、転がり軸受１３が損傷するアキシアル荷重Ｆａｃが回転軸１１から作用するときの転がり軸受１３のたわみによる回転軸１１の軸方向移動量σａｃよりも小さく設定しているので、アキシアル方向の衝突荷重Ｆａｃが回転軸１１に作用すると、転がり軸受１３が弾性変形して回転緩衝リング２７の後端面３３が固定緩衝リング２５の前端面３２に接触して、衝突荷重がそれ以上転がり軸受１３に作用しなくなり、これにより、アキシアル方向からの衝突力による転がり軸受１３の損傷を良好に防止することができる。
【００２８】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変更、改良等が可能である。
例えば、本実施形態は、固定緩衝リングの内周側と回転緩衝リングの外周側が共に段差を持って形成されているが、本発明は、固定緩衝リングが内周面と前端面、回転緩衝リングがこれらとそれぞれ対向する外周面と後端面とを形成するように構成されればよく、少なくとも一方が段差を持って形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態である主軸装置を示し、（ａ）はその要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI部拡大図である。
【図２】図１の主軸装置にラジアル方向の切削荷重Ｆｒｎが作用したときの隙間Ｃｒの状態を示し、（ａ）はその要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のII部拡大図である。
【図３】図１の主軸装置にラジアル方向の衝突荷重Ｆｒｃが作用したときの隙間Ｃｒの状態を示し、（ａ）はその要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のIII部拡大図である。
【図４】図１の主軸装置にアキシアル方向の切削荷重Ｆａｎが作用したときの隙間Ｃａの状態を示し、（ａ）はその要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のIV部拡大図である。
【図５】図１の主軸装置にアキシアル方向の衝突荷重Ｆａｃが作用したときの隙間Ｃａの状態を示し、（ａ）はその要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のV部拡大図である。
【図６】従来の主軸装置の一例を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  主軸装置
１１  回転軸
１２  軸受ハウジング
１３  転がり軸受
２５  固定緩衝リング
２７  回転緩衝リング
【図１】
2006321038.tif 000003
【図２】
2006321038.tif 000004
【図３】
2006321038.tif 000005
【図４】
2006321038.tif 000006
【図５】
2006321038.tif 000007
【図６】
2006321038.tif 000008