(57)【要約】【課題】加工精度の低下をなくした支持剛性を維持した状態で定位置予圧と定圧予圧とを切り替える。【解決手段】油室１５に圧油を所定の油圧力で供給し、ピストン１４による移動ハウジング９の押圧力を所定圧力に保持して外輪８の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受３，４にに予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、主軸２の回転速度が上昇して遠心力が増加して遠心膨張及び熱膨張により予圧が高くなった際には、アンギュラ玉軸受４の外輪８側から移動ハウジング９に油圧力に抗して力が作用して定位置予圧から定圧予圧への切り替えが行なわれ、定位置予圧から定圧予圧に切り替わる時にその予圧力を維持し、定圧予圧への切り替え時に予圧の低下による主軸２の変位を抑制する。【選択図】　　　　図１
2004036746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、
アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、
移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持すると固定ハウジングと、
移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、
移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、
固定ハウジングに取り付けられピストンの押圧による移動ハウジングの移動端を規制するストッパと、
移動ハウジングをストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、ピストンによる移動ハウジングの押圧力を所定圧力に保持して外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、定位置予圧から定圧予圧への切り替え時にその時の予圧力を維持する制御手段とを備えた
ことを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、
アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、
移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持すると固定ハウジングと、
移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、
移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、
固定ハウジングに取り付けられピストンの押圧による移動ハウジングの移動端を規制するストッパと、
移動ハウジングをストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、主軸の回転速度が上昇した際にアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用して押圧力に抗してストッパへの当接が解除される状態になり、この状態で外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する制御手段と
を備え、
移動ハウジングをストッパに当接させる押圧力は、予圧が最大の所定値でアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用する押圧力とされていることを特徴とする主軸装置。
【請求項３】
請求項２において、
移動ハウジングは一定の押圧力により押圧され、
一定の押圧力は、予圧が最大の所定値でアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用する押圧力となるように設定されていることを特徴とする主軸装置。
【請求項４】
請求項３において、
一定の押圧力は一定の油圧力であることを特徴とする主軸装置。
【請求項５】
アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、
移動ハウジングを一定の押圧力でストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、ピストンによる移動ハウジングの押圧力を所定圧力に保持して外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、定位置予圧から定圧予圧への切り替え時にその時の予圧力を維持するようにしたことを特徴とする予圧制御方法。
【請求項６】
アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、
移動ハウジングを一定の押圧力でストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、主軸の回転速度が上昇した際にアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力を作用させて押圧力に抗してストッパへの当接を解除し、この状態で外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施することを特徴とする予圧制御方法。
【請求項７】
請求項５もしくは請求項６において、
移動ハウジングの押圧力は、油圧力により得られることを特徴とする予圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等の主軸が回転自在に支持される主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の主軸装置には、ボールブッシュを介して固定ハウジングの内周に移動ハウジングを軸方向に移動可能とし、移動ハウジングと主軸との間にアンギュラ玉軸受を取り付け、アンギュラ玉軸受の外輪の主軸の軸方向移動を許容するものが種々提案されている。このような主軸装置では、アンギュラ玉軸受の外輪の位置を調整して予圧調整（切替）が主軸の回転速度に応じて行えるようになっており、主軸の支持剛性が良好に保たれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した主軸装置では、アンギュラ玉軸受の外輪の位置を所定位置に維持して予圧を付与する定位置予圧と、所定の予圧に維持されるように外輪の位置を調整宇して一定の予圧を付与する定圧予圧とに切り替えられるようになっている。定位置予圧で主軸の回転速度が上昇すると、遠心力が増加して遠心膨張及び熱膨張により予圧が高くなるので、限界の予圧力になる前に定圧予圧に切り替えられるようになっている。予圧力は低すぎると支持剛性に問題が生じるため、限界の予圧力近傍で定位置予圧を実施することが好ましい。
【０００４】
一方、定圧予圧に切り替える際に、焼きつき等を防止するために定圧予圧の予圧力を低下させると、アンギュラ玉軸受が必要以上に移動して主軸がアキシャル方向に移動して加工精度に影響を及ぼす虞があった。このため、予圧力に変化が生じない状態で定圧予圧に切り替えることができる技術が求められているのが現状である。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、加工精度の低下をなくした支持剛性を維持した状態で定位置予圧と定圧予圧とを切り替えることができる主軸装置及び予圧制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の主軸装置は、内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持すると固定ハウジングと、移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、固定ハウジングに取り付けられピストンの押圧による移動ハウジングの移動端を規制するストッパと、移動ハウジングをストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、ピストンによる移動ハウジングの押圧力を所定圧力に保持して外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、定位置予圧から定圧予圧への切り替え時にその時の予圧力を維持する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明の主軸装置は、内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持すると固定ハウジングと、移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、固定ハウジングに取り付けられピストンの押圧による移動ハウジングの移動端を規制するストッパと、移動ハウジングをストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、主軸の回転速度が上昇した際にアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用して押圧力に抗してストッパへの当接が解除される状態になり、この状態で外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する制御手段とを備え、移動ハウジングをストッパに当接させる押圧力は、予圧が最大の所定値でアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用する押圧力とされていることを特徴とする。
【０００８】
そして、移動ハウジングは一定の押圧力により押圧され、一定の押圧力は、予圧が最大の所定値でアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用する押圧力となるように設定されていることを特徴とする。また、一定の押圧力は一定の油圧力であることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の予圧制御方法は、アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、移動ハウジングを一定の押圧力でストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、ピストンによる移動ハウジングの押圧力を所定圧力に保持して外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、定位置予圧から定圧予圧への切り替え時にその時の予圧力を維持するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明の予圧制御方法は、アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、移動ハウジングを一定の押圧力でストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、主軸の回転速度が上昇した際にアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力を作用させて押圧力に抗してストッパへの当接を解除し、この状態で外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施することを特徴とする。
【００１１】
そして、移動ハウジングの押圧力は、油圧力により得られることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１、図２には本発明の第１実施形態例に係る主軸装置の断面を示してあり、図１は定位置予圧状態、図２は定圧予圧状態である。また、図３には油圧回路の概略構成、図４には主軸の回転速度と予圧及び油圧力との関係を表すグラフを示してある。
【００１３】
図１、図２に示すように、主軸ヘッドに固定された固定ハウジング１には主軸２が一対のアンギュラ玉軸受３，４を介して回転自在に支持されている。即ち、主軸２の外周にはアンギュラ玉軸受３，４の内輪５，６が取り付けられている。前側（工具装着側）のアンギュラ玉軸受３の外輪７は固定ハウジング１に取り付けられ、後側のアンギュラ玉軸受４の外輪８は移動ハウジング９の内面に固定されている。
【００１４】
移動ハウジング９は固定ハウジング１の内周面に主軸２の軸方向に移動自在に支持され、移動ハウジング９と固定ハウジング１の間には軸方向移動支持部材としてのボールブッシュ１０が介在している。ボールブッシュ１０は円筒状の保持器１１に多数のボール１２が転動自在に支持されて構成され、ボールブッシュ１０は多数のボール１２が移動ハウジング９の外周と固定ハウジング１の内周とにわたり転動自在に配されている。
【００１５】
移動ハウジング９を図中右側に移動させることにより、外輪７，８に図中左右側の力が作用してアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与される。移動ハウジング９は固定ハウジング１に取り付けられたストッパ１３に当接する位置が移動端となっており、移動ハウジング９がストッパ１３に当接した位置で外輪７，８が所定位置に位置決めされ定位置予圧としてアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与されて主軸２が所定の支持剛性で支持される。
【００１６】
尚、軸方向移動支持部材としては、移動ハウジング９の固定ハウジング１に対する軸方向の移動を支持できるものであれば、ボールブッシュ１０に限定されるものではない。例えば、ころ、磁気軸受、循環型軸受、直線運動用軸受、リニアボールベアリング等を用いて移動ハウジング９の軸方向移動を支持することも可能である。
【００１７】
移動ハウジング９の図中左側、即ち、一対のアンギュラ玉軸受３，４の間における固定ハウジング１の内部にはピストン１４が主軸２の軸方向に移動自在に支持され、ピストン１４の背面側（図中左側）の油室１５には油圧供給手段１６から所定の油圧力の圧油が供給され、ピストン１４が図中右側に駆動して移動ハウジング９がストッパ１４に当接する状態に移動してアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与される（図１の状態：定位置予圧）。この時、油室１５の軸方向の隙間はδ１となる。
【００１８】
ピストン１４の先端部（図中右端部）は移動ハウジング９に当接し、ピストン１４の背面側の油室１５から圧油を排出し移動ハウジング９がストッパ１３との当接を解除し、ピストン１４を所定位置に保持することで、移動ハウジング９は所定の力で位置が保持されてアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与される（図２の状態：定圧予圧）。この時、油室１５の軸方向の隙間はδ２となり、移動ハウジング６とストッパ１０との隙間はδ３となり、隙間δ２と隙間δ３との和が定位置予圧圧の時の油室１５の隙間δ１と等しくなる。
【００１９】
一方、油室１５に圧油を供給する油圧供給手段１６は制御手段１７に指令により制御され、油室１５への所定の油圧力の圧油の供給及び油室１５からの圧油の排出が実施されて定位置予圧と定圧予圧が切り替えられる。定位置予圧から定圧予圧への切り替え時には、その時の予圧力が維持されるようになっている。つまり、油室１５へは一定の油圧力で圧油が供給され、主軸２の回転速度が上昇して予圧が高くなった際にはアンギュラ玉軸受４側から移動ハウジング９に力が作用してピストン１４の押圧力に抗してストッパ１３への当接が解除される状態になり、この状態で外輪８の移動位置が制御されてアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与される。
【００２０】
図３に基づいて油圧供給手段１６の油圧回路を説明する。
【００２１】
油圧ポンプ２１から圧力調整弁（減圧弁）２２及び切替弁２３を介して流路が油室１５につなげられている。切替弁２３はオン・オフが切り替えられる弁となっており、通常運転中はオン状態（図示の状態）にされて圧力調整弁２２で調整された所定圧力の圧油が油室１５に供給される。尚、一般の工作機械では、一つの油圧ポンプ２１からの圧油が摺動部等へも供給されるため、圧力調整弁２２を介して油室１５に圧油を供給するようにしているが、油室１５に圧油を供給する専用の定圧吐出の油圧ポンプを設けることが可能であれば、圧力調整弁２２を設けなくてもよい。
【００２２】
上記構成の主軸装置では、図３に示すように、切替弁２３をオン状態にしてピストン１４の背面側の油室１５に圧油を所定の油圧力で供給し、ピストン１１を図中右側に駆動させて移動ハウジング９をストッパ１３に当接する状態に移動させる（図１参照）。この状態で外輪７，８が所定位置に位置決めされてアンギュラ玉軸受３，４に予圧が付与され、ピストン１４の押圧力による移動ハウジング９の位置固定により予圧力がアンギュラ玉軸受３，４に付与されて主軸２の支持剛性が確保される。
【００２３】
図４に示すように、主軸２の回転速度が上昇すると、遠心力が増加して遠心膨張及び熱膨張により、移動ハウジング９の位置が固定されているため、外輪７，８の移動が規制されて予圧が高くなるが、移動ハウジング９はストッパ１３に当接したままの状態、即ち、外輪７，８を所定位置に移動させた状態でアンギュラ玉軸受３，４に予圧力が付与され、焼きつきが生じない高い予圧力で軸受剛性が確保される（定位置予圧）。
【００２４】
主軸２の回転速度が速くなると、更に遠心膨張及び熱膨張により予圧が高くなる。予圧が高くなると（主軸２の回転速度が所定の回転速度Ｎに達すると）、アンギュラ玉軸受４の外輪８側から移動ハウジング９の力が大きくなって、ピストン１４の押圧力（油室１５への油圧力）に抗して移動ハウジング９のストッパ１３への当接が解除される状態になる。即ち、油室１５に供給される圧油の所定の油圧力は、予圧が最大の所定値でアンギュラ玉軸受８側から移動ハウジング９に力が作用する押圧力となっている。この状態で外輪８の移動位置が制御されてアンギュラ玉軸受３，４に所定の予圧力が付与される（定圧予圧）。つまり、定位置予圧から定圧予圧に切り替わり、定位置予圧から定圧予圧に切り替わる時にその時の予圧力が維持される。
【００２５】
従って、上述した主軸装置では、油室１５に圧油を所定の油圧力で供給したまま、即ち、ピストン１４による移動ハウジング９の押圧力を所定圧力に保持して外輪８の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受３，４にに予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、主軸２の回転速度が上昇して遠心力が増加して遠心膨張及び熱膨張により予圧が高くなると、アンギュラ玉軸受４の外輪８側から移動ハウジング９に油圧力に抗して力が作用して定位置予圧から定圧予圧への切り替えが行なわれる。そして、定位置予圧から定圧予圧に切り替わる時にその予圧力が維持される。
【００２６】
このため、定圧予圧への切り替え時に予圧の低下による主軸２の変位を抑制することができ、加工精度の低下をなくした支持剛性を維持した状態で定位置予圧と定圧予圧とを切り替えることが可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の主軸装置は、内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持すると固定ハウジングと、移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、固定ハウジングに取り付けられピストンの押圧による移動ハウジングの移動端を規制するストッパと、移動ハウジングをストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、ピストンによる移動ハウジングの押圧力を所定圧力に保持して外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、定位置予圧から定圧予圧への切り替え時にその時の予圧力を維持する制御手段とを備えたので、定圧予圧への切り替え時に予圧の低下による主軸の変位を抑制することができ、加工精度の低下をなくした支持剛性を維持した状態で定位置予圧と定圧予圧とを切り替えることが可能になる。
【００２８】
また、本発明の主軸装置は、内輪が主軸外周に取り付けられるアンギュラ玉軸受と、アンギュラ玉軸受の外輪が取り付けられる移動ハウジングと、移動ハウジングを主軸の軸方向に移動可能に支持すると固定ハウジングと、移動ハウジングと固定ハウジングの間に介在される軸方向移動支持部材と、移動ハウジングを押圧して外輪を移動させることによりアンギュラ玉軸受に予圧を付与するピストンと、固定ハウジングに取り付けられピストンの押圧による移動ハウジングの移動端を規制するストッパと、移動ハウジングをストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、主軸の回転速度が上昇した際にアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用して押圧力に抗してストッパへの当接が解除される状態になり、この状態で外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する制御手段とを備え、移動ハウジングをストッパに当接させる押圧力は、予圧が最大の所定値でアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力が作用する押圧力とされているので、移動ハウジングを一定の押圧力により押圧することで、定位置予圧から定圧予圧への切り替えを実施することができ、定圧予圧への切り替え時に予圧の低下による主軸の変位を抑制することができ、加工精度の低下をなくした支持剛性を維持した状態で定位置予圧と定圧予圧とを切り替えることが可能になる。
【００２９】
本発明の予圧制御方法は、アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、移動ハウジングを一定の押圧力でストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、ピストンによる移動ハウジングの押圧力を所定圧力に保持して外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施する一方、定位置予圧から定圧予圧への切り替え時にその時の予圧力を維持するようにしたので、定圧予圧への切り替え時に予圧の低下による主軸の変位を抑制することができ、加工精度の低下をなくした支持剛性を維持した状態で定位置予圧と定圧予圧とを切り替えることが可能になる。
【００３０】
また、本発明の予圧制御方法は、アンギュラ玉軸受の外輪の移動位置を制御することで予圧を制御する予圧制御方法において、移動ハウジングを一定の押圧力でストッパに当接させて外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定位置予圧を実施すると共に、主軸の回転速度が上昇した際にアンギュラ玉軸受側から移動ハウジングに力を作用させて押圧力に抗してストッパへの当接を解除し、この状態で外輪の移動位置を制御することでアンギュラ玉軸受に予圧を付与する定圧予圧を実施するようにしたので、移動ハウジングを一定の押圧力により押圧することで、定位置予圧から定圧予圧への切り替えを実施することができ、定圧予圧への切り替え時に予圧の低下による主軸の変位を抑制することができ、加工精度の低下をなくした支持剛性を維持した状態で定位置予圧と定圧予圧とを切り替えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】定位置予圧状態にある本発明の第１実施形態例に係る主軸装置の断面図。
【図２】定圧予圧状態にある本発明の第１実施形態例に係る主軸装置の断面図。
【図３】油圧回路の概略構成図。
【図４】主軸の回転速度と予圧及び油圧力との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１　固定ハウジング
２　主軸
３，４　アンギュラ玉軸受
５，６内輪
７，８　外輪
９　移動ハウジング
１０　ボールブッシュ
１１　保持器
１２　ボール
１３　ストッパ
１４　ピストン
１５　油室
１６　油圧供給手段
１７　制御手段
２１　油圧ポンプ
２２　圧力調整弁
２３　切替弁
【図１】
2004036746.tif 000003
【図２】
2004036746.tif 000004
【図３】
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【図４】
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