(57)【要約】【課題】装置内に異物が混入することがなく、また、バランス修正面の設置位置に制限がなく、多面でのバランス修正を実施することができ、装置の振動及び騒音を大幅に低減することができる主軸装置を提供する。【解決手段】主軸装置は、複数の転がり軸受１３と、転がり軸受１３によって回転自在に支持される主軸１２と、を備え、主軸１２の中心軸ＣＬ上に端面から設けられるバランサ取付穴２０，２０と、バランサ取付穴２０に嵌合して取り付けられる複数のバランサ３０，３０・・・と、を有し、バランサ取付穴２０の軸方向の任意の位置に複数のバランサ３０，３０・・・を取り付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の転がり軸受と、前記転がり軸受によって回転自在に支持される主軸と、を備える主軸装置であって、
前記主軸の中心軸上に端面から設けられる少なくとも１つのバランサ取付穴と、前記バランサ取付穴に嵌合して取り付けられる少なくとも１つのバランサと、を有し、
前記バランサ取付穴の軸方向の任意の位置に前記バランサを取り付けることを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
前記バランサは、円周方向に略等間隔に配置され、軸方向に沿って形成される複数の雌ねじ部と、前記複数の雌ねじ部の少なくとも１つに螺着されるねじ錘と、を有し、
前記複数の雌ねじ部に前記ねじ錘を螺着して、前記主軸の回転バランスを修正するのに必要なアンバランス量を前記主軸に付与することを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸装置に関し、より詳細には、高速回転領域で振動を効果的に低減できる主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速回転する工作機械の主軸装置では、加工精度に重要な影響を及ぼす振動を低減するためにバランス修正が行われている。従来、そのバランス修正は、主軸を剛性ロータ（アンバランスがあっても変形しないと仮定）として取り扱い、主軸の組立後に２面釣り合せのバランス修正（２面修正）により行われていた（例えば、特許文献１参照）。このバランス修正は、主軸のフロント側、リア側の端面で行うことができるので作業が容易である利点を有する。しかし、近年、加工能率向上のために工作機械主軸を高速回転化する傾向があり、回転数の増加に伴って主軸に変形が生じ、変形に起因するアンバランスによって振動が発生する場合がある。そこで、主軸を弾性ロータとして取り扱い、主軸のフロント側、リア側の２面でのバランス修正に加えて、中間部に新たなバランス修正面を加えた３面以上でバランスを修正する多面修正が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−１２６５８８号公報
【特許文献２】特開平２００３−１２７０４１号公報
【特許文献３】特開平２００６−８２１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、高速回転での振動を低減させるためには、主軸単体でのバランス修正だけでは十分ではなく、主軸装置として組み立てた後にバランス修正を実施することが求められる。このため、多面修正を行うには、フロント側とリア側の中間に位置する新たなバランス修正面に外部からアクセス（バランス修正）できる構造とすることが必要である。そして、上記特許文献２に記載の主軸装置では、軸受用冷却溝とモータ用冷却溝とを分離し、その中間に調整ねじの組込用穴を設け、この組込用穴からバランス修正用のねじを挿入して主軸に固定できるようにしている。また、上記特許文献３に記載の主軸装置では、主軸の軸方向両端部及び中央部に樹脂からなるバランサを設け、ハウジングに設けられた開口部から中央部の樹脂の一部を削ってバランスを修正している。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２に記載の主軸装置では、中央のバランス修正面にアクセスするために設けられる組込用穴や開口部は、モータロータやステータとの干渉を避けなければならず、バランス修正面の設置位置に制限があるので、必ずしも十分なバランス修正を行うことができない可能性があった。また、上記特許文献３に記載の主軸装置では、ハウジングに設けられた開口部からバランサにアクセスする際やバランサを削る作業の際に装置内に異物が入り込む場合があり、装置の異常振動や、軸受が異物を噛み込むことによる装置の破損や寿命低下の原因となる可能性があった。
【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、装置内に異物が混入することがなく、また、バランス修正面の設置位置に制限がなく、多面でのバランス修正を実施することができ、装置の振動及び騒音を大幅に低減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、下記の構成により達成される。
（１）  複数の転がり軸受と、転がり軸受によって回転自在に支持される主軸と、を備える主軸装置であって、主軸の中心軸上に端面から設けられる少なくとも１つのバランサ取付穴と、バランサ取付穴に嵌合して取り付けられる少なくとも１つのバランサと、を有し、バランサ取付穴の軸方向の任意の位置にバランサを取り付けることを特徴とする主軸装置。
（２）  バランサは、円周方向に略等間隔に配置され、軸方向に沿って形成される複数の雌ねじ部と、複数の雌ねじ部の少なくとも１つに螺着されるねじ錘と、を有し、複数の雌ねじ部にねじ錘を螺着して、主軸の回転バランスを修正するのに必要なアンバランス量を主軸に付与することを特徴とする（１）に記載の主軸装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の主軸装置によれば、主軸の中心軸上に端面から設けられる少なくとも１つのバランサ取付穴と、バランサ取付穴に嵌合して取り付けられる少なくとも１つのバランサと、を有し、バランサ取付穴の軸方向の任意の位置にバランサを取り付けるため、主軸の両端部でのバランス修正だけでなく、主軸の軸方向の任意の位置でのバランス修正を実施することができる。これにより、３面以上でバランス修正（多面修正）を実施することができるので、装置の振動及び騒音を大幅に低減することができる。また、バランサをバランサ取付穴内に配置して、装置の端面側からバランサの設置作業を行うことができるので、モータや冷却穴などの位置に制限されることなく、バランサを主軸の軸方向の任意の位置に配置することができる。さらに、バランサ取付穴が主軸の端面から設けられるので、バランサを主軸に組み付けた状態でバランサを削ったとしても装置内（軸受等）に異物が混入することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る主軸装置の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明に係る主軸装置の第１実施形態について説明する。
図１は本発明に係る主軸装置の第１実施形態を説明するための概略構成図、図２は図１のＡ部の拡大断面図、図３は図２に示すバランサ単品を軸方向後方から見た図である。
【００１１】
本実施形態の主軸装置１０は、図１に示すように、ハウジング１１と、主軸１２と、主軸１２をハウジング１１に対して回転自在に支持する一対の玉軸受（転がり軸受）１３，１３と、を備える。玉軸受１３は、主軸１２のフロント側、及びリア側にそれぞれ配置されており、外輪１４がハウジング１１の内周面に内嵌され、内輪１５が主軸１２の外周面に外嵌される。
【００１２】
また、主軸装置１０の軸方向の略中央部には、モータ部１６が配設されており、このモータ部１６は、主軸１２の外周面に固定されるロータ１７と、ロータ１７と径方向に対向配置され、ハウジング１１の内周面に固定されるステータ１８と、を備える。
【００１３】
そして、本実施形態では、図１〜図３に示すように、主軸１２の中心軸ＣＬ上に、前端面１２ｆ及び後端面１２ｒから中央部に向けてバランサ取付穴２０，２０がそれぞれ形成される。このバランサ取付穴２０は、端面から段階的に縮径し、径の異なる３つの穴２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有し、この穴２１ａ，２１ｂ，２１ｃの内周面の軸方向内端部には、雌ねじ部２２がそれぞれ形成される。また、バランサ取付穴２０の穴２１ａ，２１ｂ，２１ｃには、バランサ３０がそれぞれ取り付けられる。
【００１４】
バランサ３０は、図２及び図３に示すように、略円柱状部材であり、外周面に形成される雄ねじ部３１と、円周方向に略等間隔で配置され、軸方向に沿って形成される複数の雌ねじ部３２（本実施形態では、４５°間隔で８個）と、複数の雌ねじ部３２に螺着される複数のねじ錘３３と、を有する。複数のねじ錘３３は、それぞれ所定の質量に調整されたバランス調整用の錘であり、その外周面には、複数の雌ねじ部３２と螺合する不図示のねじ部が形成される。なお、ねじ錘３３を螺着しなくてもバランサ３０のバランスが取れている場合は、バランサ３０にねじ錘３３を使用しなくてもよい。
【００１５】
そして、バランサ３０は、雄ねじ部３１を各穴２１ａ，２１ｂ，２１ｃの雌ねじ部２２に螺合させることにより、主軸１２に固定される。また、バランサ３０は、固定の際、バランサ取付穴２０の各穴２１ａ，２１ｂ，２１ｃの端面に当接されるので、バランサ３０の回転方向の位相は常に一定である。このため、バランサ３０を一度取り外したとしても、再度取り付けることにより同じ位相が再現される。
【００１６】
ここで、ねじ錘３３のそれぞれの所定の質量とは、トータルで主軸１２の回転バランスを修正するのに必要十分な質量のことであり、ねじ錘３３の一部を切削加工したり、或いは、異なる材質で形成するなど、適宜手段で質量が調整される。そして、質量が異なるねじ錘３３を、バランサ３０の複数の雌ねじ部３２の適宜位置に調節して螺着することにより、主軸１２のアンバランス位相と逆位相となる位置に、主軸１２の回転バランスを修正するのに必要なアンバランス量が付与され、主軸１２の回転バランスが精度よく修正される。また、ねじ錘３３のバランサ３０の雌ねじ部３２への着脱は、バランサ３０をバランサ取付穴２０に取り付けた状態でも、取り外した状態でも可能である。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態の主軸装置１０によれば、主軸１２の中心軸ＣＬ上に端面から設けられるバランサ取付穴２０，２０と、バランサ取付穴２０に嵌合して取り付けられる複数のバランサ３０，３０・・・と、を有し、バランサ取付穴２０の軸方向の任意の位置に複数のバランサ３０，３０・・・を取り付けるため、主軸１２の両端部でのバランス修正だけでなく、主軸１２の軸方向の任意の位置でのバランス修正を実施することができる。これにより、３面以上でバランス修正（多面修正）を実施することができるので、装置１０の振動及び騒音を大幅に低減することができる。
【００１８】
また、本実施形態の主軸装置１０によれば、バランサ３０をバランサ取付穴２０内に配置して、装置１０の端面側からバランサ３０の設置作業を行うことができるので、モータや冷却穴などの位置に制限されることなく、バランサ３０を主軸１２の軸方向の任意の位置に配置することができ、また、バランス修正作業を容易に行うことができる。
【００１９】
また、本実施形態の主軸装置１０によれば、バランサ取付穴２０，２０が主軸１２の端面から設けられるので、バランサ３０を主軸１２に組み付けた状態でバランサ３０を削ったとしても装置１０内（軸受１３等）に異物が混入することはない。
【００２０】
また、本実施形態の主軸装置１０によれば、ねじ錘３３は、その一部が切削加工されて質量が調整されるため、ねじ錘３３の質量を容易に調整することができ、主軸１２の回転バランスを修正するのに必要なアンバランス量を正確に付与することができる。
【００２１】
また、本実施形態の主軸装置１０によれば、バランサ３０は、外周面に形成される雄ねじ部３１を有し、雄ねじ部３１をバランサ取付穴２０に形成される雌ねじ部２２に螺合させて、主軸１２に固定されるため、バランサ３０の取り付け、取り外しを容易に行うことができるので、バランス修正作業を効率的に行うことができる。
【００２２】
（第２実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、本発明に係る主軸装置の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図４は本発明に係る主軸装置の第２実施形態を説明するため図であり、複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれる前の状態を示す概略図、図５は図４に示す複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれた後の状態を示す概略図、図６は図４に示すバランサ単品を軸方向後方から見た図である。
【００２３】
図４〜図６に示すように、本実施形態では、主軸１２の中心軸ＣＬ上に、前端面１２ｆ及び後端面１２ｒから中央部に向けてバランサ取付穴４０，４０がそれぞれ形成されており、このバランサ取付穴４０は、ストレート穴であり、その内周面の軸方向外端部には、雌ねじ部４１が形成される。
【００２４】
また、本実施形態では、バランサ取付穴４０には、バランサ取付穴４０の最内部に配置される内側バランサ５１と、バランサ取付穴４０の最外部に配置される外側バランサ５３と、内側バランサ５１と外側バランサ５３との間に配置される複数（本実施形態では７個）の中間バランサ５２，５２・・・と、が取り付けられる。
【００２５】
内側バランサ５１、中間バランサ５２、及び外側バランサ５３は、それぞれ略円柱状部材であり、内側バランサ５１には、軸方向後端面に断面六角形の凹部５４が形成される。また、中間バランサ５２には、軸方向前端面に内側バランサ５１の凹部５４と嵌合する断面六角形の凸部５５が形成されると共に、軸方向後端面に断面六角形の凹部５４が形成される。また、外側バランサ５３には、軸方向前端面に中間バランサ５２の凹部５４と嵌合する断面六角形の凸部５５が形成されると共に、外周面に雄ねじ部５６が形成される。そして、内側バランサ５１、中間バランサ５２、及び外側バランサ５３は、互いの凹部５４及び凸部５５を嵌合させることにより、相対位相が固定される。
【００２６】
また、内側バランサ５１、中間バランサ５２、及び外側バランサ５３は、図６に示すように、円周方向に略等間隔で配置され、軸方向に沿って形成される複数の雌ねじ部３２（本実施形態では、４５°間隔で８個）と、複数の雌ねじ部３２に螺着される複数のねじ錘３３と、を有する。なお、内側バランサ５１、中間バランサ５２、及び外側バランサ５３の全てにねじ錘３３を取り付ける必要はなく、バランス修正面の設置数に応じて適宜取り付ければよい。
【００２７】
そして、内側バランサ５１、中間バランサ５２、及び外側バランサ５３は、まず、ねじ錘３３により質量が調整された後、互いの凹部５４及び凸部５５を嵌合させて、バランサ取付穴４０に挿入される。次いで、外側バランサ５３の雄ねじ部５６をバランサ取付穴４０の雌ねじ部４１に螺合させ、外側バランサ５３で内側バランサ５１及び中間バランサ５２を押圧することにより、主軸１２に固定される。このとき、内側バランサ５１、中間バランサ５２、及び外側バランサ５３の相対位相は、互いに嵌合する凹部５４及び凸部５５により固定される。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の主軸装置１０によれば、主軸１２の中心軸ＣＬ上に端面から設けられるバランサ取付穴４０，４０と、バランサ取付穴４０に嵌合して取り付けられる複数のバランサ５１，５２，５３と、を有し、複数のバランサ５１，５２，５３は、積層された状態でバランサ取付穴４０に挿入され、主軸１２に固定されるため、主軸１２の両端部でのバランス修正だけでなく、主軸１２の軸方向の任意の位置でのバランス修正を実施することができる。これにより、３面以上でバランス修正（多面修正）を実施することができるので、装置１０の振動及び騒音を大幅に低減することができる。
【００２９】
また、本実施形態の主軸装置１０によれば、複数のバランサ５１，５２，５３をバランサ取付穴２０内に配置して、装置１０の端面側から複数のバランサ５１，５２，５３の設置作業を行うことができるので、モータや冷却穴などの位置に制限されることなく、複数のバランサ５１，５２，５３を主軸１２の軸方向の任意の位置に配置することができ、また、バランス修正作業を容易に行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態の主軸装置１０によれば、バランサ取付穴４０の最外部に配置されるバランサ５３を着脱するだけで、その他のバランサ５１，５２を着脱することができるので、バランス修正作業を効率的に行うことができる。
その他の構成および作用効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００３１】
（第３実施形態）
次に、図７〜図９を参照して、本発明に係る主軸装置の第３実施形態について説明する。なお、第１及び第２実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図７は本発明に係る主軸装置の第３実施形態を説明するため図であり、複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれる前の状態を示す概略図、図８は図７に示す複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれた後の状態を示す概略図、図９は本発明に係る主軸装置の第３実施形態の変形例を説明するため図であり、複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれた後の状態を示す概略図である。
【００３２】
図７及び図８に示すように、本実施形態では、主軸１２の中心軸ＣＬ上に、前端面１２ｆ及び後端面１２ｒから中央部に向けてバランサ取付穴６０，６０がそれぞれ形成されており、このバランサ取付穴６０は、ストレート穴であり、その内周面の軸方向外端部には、雌ねじ部６１が形成され、軸方向内端壁には、断面六角形の凸部６２が形成される。
【００３３】
また、本実施形態では、バランサ取付穴６０には、バランサ取付穴６０の最内部から配置される複数（本実施形態では７個）の内側バランサ７１，７１・・・と、バランサ取付穴６０の最外部に配置される外側バランサ７３と、内側バランサ７１，７１・・・と外側バランサ７３との間に配置される中間バランサ７２と、が取り付けられる。
【００３４】
内側バランサ７１、中間バランサ７２、及び外側バランサ７３は、それぞれ略円柱状部材であり、内側バランサ７１には、軸方向前端面にバランサ取付穴６０の凸部６２と嵌合する断面六角形の凹部７４が形成されると共に、軸方向後端面に断面六角形の凸部７５が形成される。中間バランサ７２には、軸方向前端面に内側バランサ７１の凸部７５と嵌合する断面六角形の凹部７４が形成される。外側バランサ７３には、外周面に雄ねじ部７６が形成される。そして、内側バランサ７１、中間バランサ７２、及び外側バランサ７３は、バランサ取付穴６０の凸部６２、及び互いの凹部７４及び凸部７５を嵌合させることにより、相対位相が固定される。
【００３５】
また、内側バランサ７１、中間バランサ７２、及び外側バランサ７３は、上記第２実施形態と同様、円周方向に略等間隔で配置され、軸方向に沿って形成される複数の雌ねじ部３２（本実施形態では、４５°間隔で８個）と、複数の雌ねじ部３２に螺着される複数のねじ錘３３と、を有する（図６参照）。
【００３６】
そして、内側バランサ７１、中間バランサ７２、及び外側バランサ７３は、まず、ねじ錘３３により質量が調整された後、互いの凹部７４及び凸部７５を嵌合させ、バランサ取付穴６０に挿入されて、最内部に配置される内側バランサ７１の凹部７４をバランサ取付穴６０の凸部６２に嵌合させる。次いで、外側バランサ７３の雄ねじ部７６をバランサ取付穴６０の雌ねじ部６１に螺合させ、外側バランサ７３で内側バランサ７１及び中間バランサ７２を押圧することにより、主軸１２に固定される。このとき、内側バランサ７１、中間バランサ７２、及び外側バランサ７３の相対位相は、バランサ取付穴６０の凸部６２、及び互いに嵌合する凹部７４及び凸部７５により固定される。
その他の構成および作用効果は、上記第１及び第２実施形態と同様である。
【００３７】
なお、本実施形態の変形例として、図９に示すように、中間バランサ７２を使用せず、複数の内側バランサ７１，７１・・・及び外側バランサ７３で主軸１２のバランス調整を行ってもよい。この場合、外側バランサ７３の軸方向前端面には、内側バランサ７１の断面六角形の凸部７５が回動可能に嵌入される断面円形の凹部７７が形成される。なお、本変形例では、外側バランサ７３と係合する内側バランサ７１の凸部７５のみを凹部７７と嵌合するように断面円形に形成してもよい。
【００３８】
なお、本発明は上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施形態では、バランサ取付穴は、主軸に２本形成されているが、主軸の中心軸上を貫通する１本の穴でもよく、その本数に特に制限はない。
また、上記各実施形態では、バランサは、ねじ錘を取り付けることによりバランス修正を実施しているが、これに限定されず、バランサ自体を削ることによりバランス修正を実施してもよい。
また、上記第１実施形態では、バランサを合計６個使用し、６面で主軸のバランス修正を実施しているが、３面以上で主軸のバランス修正を実施できれば、バランサの個数に特に制限はない。
また、上記第２実施形態では、中間バランサを７個使用しているが、３面以上で主軸のバランス修正を実施できれば、その個数に特に制限はない。
また、上記第２実施形態では、凹部及び凸部は、断面六角形に形成されているが、内側バランサ、中間バランサ、及び外側バランサの相対位相を固定できる形状であれば、任意の形状（例えば、三角形、四角形、五角形、雄ねじ及び雌ねじ等）を採用してもよい。
また、バランサ取付穴は、クイル等の取付穴や貫通孔と兼用してもよい。
さらに、本発明の主軸装置は、その他のバランス修正機構と組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る主軸装置の第１実施形態を説明するための概略構成図である。
【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】図２に示すバランサ単品を軸方向後方から見た図である。
【図４】本発明に係る主軸装置の第２実施形態を説明するため図であり、複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれる前の状態を示す概略図である。
【図５】図４に示す複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれた後の状態を示す概略図である。
【図６】図４に示すバランサ単品を軸方向後方から見た図である。
【図７】本発明に係る主軸装置の第３実施形態を説明するため図であり、複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれる前の状態を示す概略図である。
【図８】図７に示す複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれた後の状態を示す概略図である。
【図９】本発明に係る主軸装置の第３実施形態の変形例を説明するため図であり、複数のバランサが主軸のバランサ取付穴に組み込まれた後の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０      主軸装置
１１      ハウジング
１２      主軸
１２ｆ    前端面
１２ｒ    後端面
１３      玉軸受（転がり軸受）
２０      バランサ取付穴
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ    穴
２２      雌ねじ部
３０      バランサ
３１      雄ねじ部
３２      雌ねじ部
３３      ねじ錘
４０，６０      バランサ取付穴
４１，６１      雌ねじ部
５１，７１      内側バランサ（バランサ）
５２，７２      中間バランサ（バランサ）
５３，７３      外側バランサ（バランサ）
５４，７４      凹部
５５，７５      凸部
５６，７６      雄ねじ部
６２            凸部
７７            凹部
【図１】
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【図２】
2008290219.tif 000004
【図３】
2008290219.tif 000005
【図４】
2008290219.tif 000006
【図５】
2008290219.tif 000007
【図６】
2008290219.tif 000008
【図７】
2008290219.tif 000009
【図８】
2008290219.tif 000010
【図９】
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