(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツールを保持するホルダを先端に嵌合させると共に主軸台に回動自在に支承され軸方向に中空穴が設けられた主軸と、軸方向に摺動可能とされて前記主軸の前記中空穴内に配設されたドローバーと、前記ドローバーの外周に嵌合して前記ドローバーを前記ホルダから離間する軸方向に付勢する螺旋皿ばねとを備えた工作機械の主軸装置において、
前記ドローバーの外周に嵌合し前記ドローバーの一方の側に配設された右巻き螺旋皿ばねと、
前記ドローバーの外周に嵌合し前記ドローバーの他方の側に配設された左巻き螺旋皿ばねと、
を備え、
前記右巻き螺旋皿ばね及び前記左巻き螺旋皿ばねは、同一特性を有する左右対称形の一対の螺旋皿ばねを構成し、
前記右巻き螺旋皿ばねと前記左巻き螺旋皿ばねとの間に配置され前記一対の螺旋皿ばねの端部が夫々当接されて前記ドローバーの外周に嵌合する中間間座と、
前記中間間座を前記ドローバーに回動自在に支承し、前記ドローバーとのラジアル隙間が２μｍ以下である、前記中間間座とは別体のラジアル転がり軸受と、
を備え、
前記右巻き螺旋皿ばね及び前記左巻き螺旋皿ばねの捩じれは、前記中間間座に当接している端面において同一方向及び同一角度であり、
前記ラジアル転がり軸受はニードル軸受であって、外輪ところと保持器からなり、前記中間間座の内径及び前記ドローバー外径は前記ニードル軸受の軌道面となっており、
ツールをクランプ、アンクランプ操作して前記一対の螺旋皿ばねを圧縮したとき、前記一対の螺旋皿ばねに生じる螺旋を解放する方向の捩れが、前記中間間座を回転させることで吸収され、前記螺旋皿ばねと前記中間間座とのずれの発生を防止したことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸装置に関し、詳しくは主軸のアンバランス量が極めて小さく、且つツールのクランプ及びアンクランプ操作を繰り返し行っても、該アンバランス量が殆ど変化せず、超高速回転時におけるバランスを安定させて主軸の振動及び騒音を極小に抑制すると共に、加工精度を向上させるようにした工作機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の工作機械の主軸装置として、例えば特許第３１３４０１５号公報に開示されている主軸装置は、主軸台に回動自在に支承されて中空の主軸が配設されている。該主軸の先端には、ツールを保持するホルダを嵌合させるテーパ穴が設けられている。
主軸内には、軸方向に移動可能なドローバーと、該ドローバーの先端に配設されてホルダの後端に係合、離脱可能な連結部材とが配設されると共に、該ドローバーの外周に嵌合させて多数の皿ばねが適当な枚数ずつ重ね合わせ、交互に配設されており、ドローバーを主軸の軸線に沿って後方に付勢した構成となっている。そして、ツールのクランプ、アンクランプ時には、ドローバーの後方に配設された駆動装置により、皿ばねの付勢力に抗してドローバーを軸方向に前進させ、連結部材によるホルダの把持を解除するようになっている。
【０００３】
また、他の従来の工作機械の主軸装置１としては、図５に示したように、主軸台２に回動自在に支承されて中空穴３ａが軸方向に形成された主軸３が配設されている。該主軸３の先端には、ツールを保持するホルダ４を嵌合させるテーパ穴３ｂが設けられている。
主軸３の中空穴３ａ内には、軸方向に移動可能なドローバー５と、該ドローバー５の先端に配設されてホルダ４の後端に係合、離脱可能な連結部材６とが配設されると共に、該ドローバー５の外周に嵌合して右螺旋皿ばね８と左螺旋皿ばね９とが対向して配置されている。
なお、右螺旋皿ばね８とは、螺旋の巻き方向が時計方向の螺旋皿ばねであり、左螺旋皿ばね９とは、螺旋の巻き方向が反時計方向の螺旋皿ばねのことである。
【０００４】
該右螺旋皿ばね８と左螺旋皿ばね９の間には、ドローバー５に対して滑り摺動する中間間座１０が回動自在に配設され、該中間間座１０の両側面には右螺旋皿ばね８及び左螺旋皿ばね９の一端が、夫々当接している。
右螺旋皿ばね８と左螺旋皿ばね９は、そのばね力によってドローバー５を主軸３の軸線に沿って後方（ホルダ４から離間する方向）に付勢している。そして、ツールのクランプ、アンクランプ時には、ドローバー５の後方に配設された駆動装置（図示せず）により、一対の螺旋皿ばね８，９の付勢力に抗してドローバー５を軸方向に前進させてホルダ４の把持を解除するようになっている。
【０００５】
右螺旋皿ばね８及び左螺旋皿ばね９の対称形の一対の螺旋皿ばねを用いるのは、螺旋皿ばね８，９を圧縮すると螺旋を解放する方向に捩じれが生じる性質があるので、この捩じれを相殺して打ち消すためであり、螺旋皿ばね８，９の一端に当接させて右螺旋皿ばね８及び左螺旋皿ばね９の間に設けた中間間座１０をドローバー５上で回動させて該捩じれを吸収するように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許第３１３４０１５号公報に開示されている工作機械の主軸装置は、ドローバーに嵌合させた多数枚の皿ばねによって該ドローバーを後方に付勢している。この皿ばねは、圧縮されると内径が小さくなる特性があり、ドローバーとの間に適正な大きさの隙間が設定されて嵌合している。
従って、ドローバーを後方から押圧して皿ばねを弾性変形させるクランプ、アンクランプ操作を繰り返し行うと、該隙間が原因して夫々の皿ばねが完全に元の位置に復帰せずにズレが発生し、主軸のバランスが崩れて主軸の回転時に振動や騒音が発生するという問題があった。
また、皿ばねの圧縮時に、個々の皿ばねの接触面で摺動摩擦が発生し、ドローバーの操作力が大きくなり、クランプ力が低下するという問題があった。
【０００７】
図５に示した一対の螺旋皿ばね８，９を用いた工作機械の主軸装置１は、夫々の螺旋皿ばね８，９が、一対のコイルスプリングを強固に組み合わせた構造となっているので、螺旋ばねが仮にドローバー端部５ａ，５ｂ及び中間間座端部１０ａ，１０ｂでズレなければ、クランプ、アンクランプ操作を繰り返しによるアンバランスの発生はない。
螺旋皿ばね８，９の圧縮により生じる捩じれを解消するために、一対の螺旋皿ばね８，９間に、中間間座１０が配設されている。中間間座１０は、一対の螺旋皿ばね８，９が押圧されたとき、ドローバー５に対して軸方向に摺動すると共に回動して、該捩じれを吸収するようになっており、ドローバー５との間に隙間を持って嵌合する滑り軸受の形態として構成されている。
【０００８】
しかしながら、該隙間が原因して、アンバランスを招く可能性があった。また、中間間座１０の僅かな傾きによって、該中間間座１０の回転が阻害されるという問題があった。
中間間座１０が回転しなくなると、該中間間座１０の側面に当接している螺旋皿ばね８，９が、該中間間座１０に対して回転方向にずれる現象が発生する場合があり、アンバランスの原因となるという問題があった。
例えば、質量が８００ｇの一対の螺旋皿ばね８，９が相対的に円周方向に１．２μｍずれると、アンバランス量は０．１ｇｃｍ増加し、該主軸を４００００ｒｐｍで回転させた場合、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ−Ｂ０９０５）のＧ１レベルのバランスを保持することが困難となり、振動、騒音が発生し、且つ加工精度に重大な影響を与えるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、主軸のアンバランス量が極めて小さく、且つツールのクランプ及びアンクランプ操作を繰り返し行っても、該アンバランス量の変化は殆ど発生せず、超高速回転時のバランスを安定させて主軸の振動や騒音を極小にすると共に、加工精度を向上させることができる主軸装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の主軸装置は、ツールを保持するホルダを先端に嵌合させると共に主軸台に回動自在に支承され軸方向に中空穴が設けられた主軸と、軸方向に摺動可能とされて前記主軸の前記中空穴内に配設されたドローバーと、前記ドローバーの外周に嵌合して前記ドローバーを前記ホルダから離間する軸方向に付勢する螺旋皿ばねとを備えた工作機械の主軸装置において、前記ドローバーの外周に嵌合し前記ドローバーの一方の側に配設された右巻き螺旋皿ばねと、前記ドローバーの外周に嵌合し前記ドローバーの他方の側に配設された左巻き螺旋皿ばねと、を備え、前記右巻き螺旋皿ばね及び前記左巻き螺旋皿ばねは、同一特性を有する左右対称形の一対の螺旋皿ばねを構成し、前記右巻き螺旋皿ばねと前記左巻き螺旋皿ばねとの間に配置され前記一対の螺旋皿ばねの端部が夫々当接されて前記ドローバーの外周に嵌合する中間間座と、前記中間間座を前記ドローバーに回動自在に支承し、前記ドローバーとのラジアル隙間が２μｍ以下である、前記中間間座とは別体のラジアル転がり軸受と、を備え、前記右巻き螺旋皿ばね及び前記左巻き螺旋皿ばねの捩じれは、前記中間間座に当接している端面において同一方向及び同一角度であり、前記ラジアル転がり軸受はニードル軸受であって、外輪ところと保持器からなり、前記中間間座の内径及び前記ドローバー外径は前記ニードル軸受の軌道面となっており、ツールをクランプ、アンクランプ操作して前記一対の螺旋皿ばねを圧縮したとき、前記一対の螺旋皿ばねに生じる螺旋を解放する方向の捩れが、前記中間間座を回転させることで吸収され、前記螺旋皿ばねと前記中間間座とのずれの発生を防止したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
前記構成の主軸装置によれば、ドローバーを軸方向に付勢するばねとして、左螺旋皿ばね及び右螺旋皿ばねからなる一対の螺旋皿ばねを用い、該左螺旋皿ばね及び右螺旋皿ばね間に、ラジアル転がり軸受に嵌合して該ドローバーに回動自在に配設された中間間座を配置するようにした。
従って、クランプ、アンクランプに際し、一対の螺旋皿ばねを押圧したとき、該螺旋皿ばねに螺旋を解放する方向の捩じれが生じると、中間間座が回転して該捩じれを吸収し、螺旋皿ばねと中間間座とのずれの発生を防止することができる。よって、クランプ、アンクランプ操作を繰り返し行っても、主軸装置のアンバランス量を極めて小さな値に安定して保つことができ、主軸装置の振動、騒音を防止し、且つ加工精度を向上させることができる。
【００１２】
また、ドローバーとのラジアル隙間が２μｍ以下であるニードル軸受によって、中間間座をドローバーに回動自在に装着したので、中間間座はガタなく、且つ殆ど抵抗を受けることなく自由に回転することができ、中間間座及びドローバー間の隙間に起因するバランスの崩れを防止し、バランスの安定した主軸装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の主軸装置の一実施形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の主軸装置の一実施形態を示す要部縦断面図であり、下半分はドローバーが軸方向に付勢されたアンクランプ状態を示し、上半分はクランプ操作されてドローバーがばね力により軸方向に後退し、ツールをクランプした状態を示している。
図１に示すように、本実施形態の主軸装置２０は、複数の転がり軸受２２によって両端が支承された主軸２３が、主軸台２１に回動自在に配設されている。
この主軸２３は、軸方向に中空穴２３ａが形成された鋼製の軸であり、焼入れ、焼戻しの熱処理によって硬化処理が施され、先端にはツール２４のテーパ面２４ａに嵌合するテーパ穴２３ｂが形成されている。
主軸２３の中空穴２３ａ内には、ドローバー２６が軸方向に移動可能に配設され、該ドローバー２６の先端に形成された細径部２６ａには、ツール２４の後端に係合する連結部材２７が連結して配設されている。また、ドローバー２６の後端側には、段部２６ｃが形成された大径部２６ｂが設けられている。
【００１４】
ドローバー２６には、先端側から右螺旋皿ばね２８、ラジアル転がり軸受の一例たるニードル軸受３１、その外輪外側に外嵌された中間間座３０、左螺旋皿ばね２９及び押えリング３２が、上記の順序で軸方向に挿入され、該ドローバー２６に遊嵌して組み付けられている。該組み付けられた各部品は、押えリング３２を中空穴２３ａ内に形成された段部２３ｃに当接させ、後端を主軸２３の後端部に固定された抜け止め３５により中空穴２３ａ内に配置されている。
クランプ時、ドローバー２６は、右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９のばね力（圧縮状態を解放する力）によって、軸方向後方（図１中、右方向）に付勢され、ボール２７ａを介してツール２４を固定させる。
【００１５】
右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９は、同一特性を有し、左右対称形の一対の螺旋皿ばねであり、ドローバー２６と最小隙間を以て嵌合している。
右螺旋皿ばね２８の一端２８ａは、ドローバー２６の段部２６ｃに当接し、他の一端２８ｂは、中間間座３０の右側面に当接している。また、左螺旋皿ばね２９の一端２９ａは、中間間座３０の左側面に当接し、他の一端２９ｂは押えリング３２に当接して軸方向に位置決めされている。
中間間座３０が外嵌したニードル軸受３１は、ドローバー２６とラジアル隙間０〜２μｍ程度の極く小さな隙間を以て遊嵌され、中間間座３０をドローバー２６に対して軸方向に摺動可能、且つ滑らかに回動できるように支持している。また、ニードル軸受３１は、ころと保持器からなり、中間間座３０の内径及びドローバー２６の外径は、ニードル軸受３１の軌道面となる。
【００１６】
主軸２３の軸方向における略中央には、ロータ３２が外嵌固定されており、該ロータ３２の外周面側にはステータ３３が同軸上に配置されている。このステータ３３は、主軸台２１の内周面にステータスリーブ３４を介して固着されている。
ドローバー２６の後方には、駆動装置（図示せず）が配設されており、ツール２４のクランプ、アンクランプ時には、該駆動装置により右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９のばね力に抗して、ドローバー２６を軸方向に押圧して前進（図１中、左方向）させ、連結部材２７に係合されているツール２４の把持を解除するようになっている。
【００１７】
本実施形態の主軸装置の作用を説明する。
図１及び図２において、ツール２４にクランプ又はアンクランプするため、駆動装置を作動させてドローバー２６を軸方向に押圧して前進させると、右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９は圧縮される。
該圧縮に伴なって右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９は、螺旋を解放する方向に捩じれが生じて回動しようとする。
右螺旋皿ばね２８の一端２８ａはドローバー２６の段部２６ｃに当接し、左螺旋皿ばね２９の他の一端２９ｂは押えリング３２に当接しているので、該当接部では摩擦によって該回転に対して抵抗力が作用する。
【００１８】
一方、右螺旋皿ばね２８の他の一端２８ｂ及び左螺旋皿ばね２９の一端２９ａは、ニードル軸受３１によって回動自在に支承されている中間間座３０に当接しているので、中間間座３０がニードル軸受３１と共に滑らかに回動し、右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９の捩じれが吸収される。
なお、右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９の捩じれは、夫々の螺旋皿ばねが、右螺旋及び左螺旋の対称形に巻かれ、且つ同一特性を有する螺旋皿ばねとなっているので、中間間座３０に当接している端面における捩じれの方向及び角度は同一である。
【００１９】
中間間座３０は、ニードル軸受３１によって極めて低トルクで回動可能にドローバー２６に嵌合し、且つ右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９の捩じれ角度は同一角度であるので、中間間座３０と右螺旋皿ばね２８、及び中間間座３０と左螺旋皿ばね２９との相対位置及び相対位相はずれることなく、夫々の端部は中間間座３０と共に回転する。このとき、左螺旋皿ばね２９が圧縮された長さ分、ニードル軸受３１もドローバー２６上を軸方向に移動する。
【００２０】
次に、ドローバーを軸方向に移動させたときの一対の螺旋皿ばねの挙動を、図２に基づいて説明する。図２は図１における一対の螺旋皿ばねの挙動を示す模式図であり、（ａ）はドローバーが移動する前（初期状態）の一対の螺旋皿ばねの状態を示す模式図である。また、（ｂ）は回転抵抗が大きい従来の中間間座を用いた主軸装置のドローバーを軸方向に移動させたときの一対の螺旋皿ばねの状態を示す模式図である。また、（ｃ）はニードル軸受によって回動自在に支承された本発明の中間間座を用いた主軸装置のドローバーを軸方向に移動させたときの一対の螺旋皿ばねの状態を示す模式図である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、初期状態においては、右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９の捩じれは発生しておらず、右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９の両端の任意の予め決められた点同士を結ぶ線であるマーキングラインＲＬ，ＬＬは直線状態となっている。
ツール２４をクランプ又はアンクランプするため、ドローバー２６を軸方向に押圧して右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９を圧縮すると、該右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９に生じる捩じれによって、中間間座３０は、矢印Ａ方向に回動する（図２（ｂ）参照）。
しかしながら、図２（ｂ）に示すように、回転抵抗が大きい従来の中間間座１０は、右螺旋皿ばね８及び左螺旋皿ばね９が捩じれようとする角度よりも小さい角度しか回転しない。
右螺旋皿ばね８又は左螺旋皿ばね９の捩れ力が、中間間座１０と右螺旋皿ばね８又は左螺旋皿ばね９との間の摩擦力よりも大きくなると、右螺旋皿ばね８又は左螺旋皿ばね９は、中間間座１０との間で滑りが生じ、円周方向にずれが発生する。
【００２２】
図２（ｂ）は、左螺旋皿ばね９と中間間座１０との間で滑りが生じた状態を示しており、右螺旋皿ばね８のマーキングラインＲＬと、左螺旋皿ばね９のマーキングラインＬＬの角度が異なり、中間間座１０を挟んでずれており、左螺旋皿ばね９の捩じれ角度が小さい状態となっている。
上述した右螺旋皿ばね８又は左螺旋皿ばね９のずれは、クランプ又はアンクランプする毎に累積され、次第にずれが大きくなる。
右螺旋皿ばね８と左螺旋皿ばね９との間にずれが生じると、初期状態では極めて良好に調整されていたバランスが崩れてアンバランス状態となり、該主軸装置１を回転させると、振動や騒音の発生原因となる。
【００２３】
一方、図２（ｃ）に示すように、本実施形態の中間間座３０は、ニードル軸受３１によって極めて小さな回転抵抗で支承されており、矢印Ａ方向に滑らかに回転して右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９の捩じれを吸収する。
従って、右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９の捩れ角度は同一角度となって、中間間座３０と右螺旋皿ばね２８及び左螺旋皿ばね２９との間にずれが生じることはない。これにより、主軸装置２０のバランスは、初期状態の良好なまま維持される。
【００２４】
なお、本発明の主軸装置において、ラジアル転がり軸受はニードル軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、軸方向に摺動可能なラジアル転がり軸受であってもよい。具体的には、低摩擦係数の表面処理（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）皮膜処理など）を施した、焼結軸受、或いは円筒ころ軸受などの転がり軸受であってもよい。
また、右螺旋皿ばね及び左螺旋皿ばねは、ドローバー上の位置を左右入れ換えて配置しても、同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００２５】
本発明の主軸装置に係る実施例と、該実施例と比較する比較例について説明する。
本発明の実施例はニードル軸受を用いた中間間座を使用し、比較例においては従来の中間間座を用い、試験を行った。中間間座以外の部品は実施例、比較例において同一のものを使用した。
比較例における従来の中間間座は内径１６ｍｍ、外径２９ｍｍ、幅１３ｍｍの円筒状の間座であり、ドローバー外径と中間間座内径のすきまを１０μｍとして、回転及び軸方向に摺動可能にしている。
本発明の実施例における中間間座はニードル軸受を使用しており、外径１６ｍｍのドローバーと、内径２０ｍｍ、外径２９ｍｍ、幅１３ｍｍの中間間座との間に、ニードル径２ｍｍ、ニードル長さ１２ｍｍのニードル軸受を挿入した構成としている。このニードル軸受のラジアルすきまは、ニードルのころ径又は中間間座内径寸法を調整することにより、２μｍに設定している。ニードル軸受を用いることで、コンパクトで、ガタ付きなくスムーズに回転、摺動する中間間座を構成できる。
試験に用いた螺旋皿ばねは、外径２８ｍｍ、内径１６ｍｍ、長さ１３０ｍｍ、ばね定数１０６０Ｎ／ｍｍの同一特性を有する右螺旋皿ばねと左螺旋皿ばねの対であり、クランプ時のツール保持力を約８０００Ｎ、アンクランプ荷重を約１１００Ｎとしている。アンクランプ荷重によりドローバーはクランプ時に比べて約６ｍｍ前進するが、中間間座はその半分の約３ｍｍドローバーに対して軸方向に移動する。この３ｍｍのストローク中に中間間座がガタ付きなくスムーズに回転すれば、螺旋皿ばねによるバランス変動を抑えることができる。
なお、初期状態における本発明の実施例、及び従来例の試験装置のアンバランス量は、０．０５ｇｃｍ以下の十分に小さな値に入念に調整した。
また、本発明の実施例では、ドローバー及び中間間座は、耐久性向上のため軸受鋼の焼き入れ焼戻し品を用い、ニードル軸受が転動する面は０．８μｍＲａ未満の表面粗さとした。
【００２６】
試験は、ツールのクランプ操作を５回行う毎に、該試験主軸装置の前端部及び後端部の２ヵ所の振動を測定し、該測定結果から夫々のアンバランス量を演算により求めた。
試験結果の評価は、クランプ操作回数によるアンバランス量の変化の有無で判断した。
【００２７】
次に、アンバランス量の測定方法について詳述する。
測定は、主軸を剛性ロータと仮定して、フィールドバランサの２面つり合わせ機能を用いて行った。なお、剛性ロータとは、ロータの回転時に、ロータの軸方向アンバランス分布によってロータが曲げ変形を起こすと考えたとき、該曲げ変形によって生じるアンバランス荷重が十分小さい軸のことである。
図１において、主軸２３を剛性ロータと仮定すると、主軸のアンバランスは、試験主軸装置２０の前部バランス測定位置４３及び後部バランス測定位置４４の２ヵ所のみに集中しているとみなすことができる。
一方、アンバランス量と振動との関係は、線形関係でよく近似できることが知られているので、試験主軸装置２０の前端部４０及び後端部４１の２ヵ所の振動を測定することで、アンバランス量を演算により求めることができる。
【００２８】
本試験では、図１に示すように、振動計４２を前端部４０及び後端部４１に取り付けて振動を測定した。試験主軸装置２０の前部バランス測定位置４３及び後部バランス測定位置４４のアンバランス量をＵ１，Ｕ２とし、該前端部４０及び後端部４１における振動をＶ１，Ｖ２とすると、夫々は次式の関係で近似できる。
【式１】
【００２９】
0004715820.tif 000002
【００３０】
ここで、Ａは、複素数２×２行列の影響係数と呼ばれる主軸装置（系）に固有の値である。
また、アンバランス量Ｕ１，Ｕ２は、アンバランスの大きさ及び任意の基準位相からの位相情報を持つ複素数であり、振動Ｖ１，Ｖ２は、回転数成分振動振幅と回転センサ基準信号に対する位相情報を持つ複素数である。
影響係数Ａ、アンバランス量Ｕ１，Ｕ２は、当初は未知数であるが、例えば、前部バランス測定位置４３に既知のアンバランスΔＵ１を付加して振動Ｖ１，Ｖ２を測定し、更に後部バランス測定位置４４に既知のアンバランスΔＵ２を付加して振動Ｖ１，Ｖ２を測定し、夫々の値を上記式１に代入して連立させることにより求めることができる。
影響係数Ａの値が求まれば、振動計４２の測定結果を上記式１に代入して演算し、アンバランス量Ｕ１，Ｕ２を知ることができる。
【００３１】
本試験では、既知バランスなし、前部バランス測定位置４３にΔＵ１＝０．６ｇｃｍのアンバランスを付加、後部バランス測定位置４４にΔＵ２＝０．７ｇｃｍのアンバランスを付加の３条件で振動を測定して影響係数Ａを求めた。
また、試験に用いた主軸２３の危険回転数は、約６００００ｒｐｍであり、該主軸２３を剛性ロータと仮定し得る危険回転数に対して、十分小さな回転数である１００００ｒｐｍで試験を行った。
従来の試験主軸装置の振動測定結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
0004715820.tif 000003
【００３３】
本発明の試験主軸装置の振動測定結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
0004715820.tif 000004
【００３５】
なお、従来の試験主軸装置及び本発明の試験主軸装置のクランプ繰り返し回数を夫々５０回及び１００回としたのは、従来の試験主軸装置は、５０回目の測定において、許容値を越えると思われる測定結果を得たので、以後の試験を中止した。
【００３６】
本発明の試験主軸装置は、５０回目までの測定結果に変化が認められなかったので、確認の意味で１００回まで延長して試験を行った。
表１及び表２の測定値を用い、上記式１から夫々のアンバランス量を演算により求め、結果をクランプ回数とアンバランス量の関係として図３及び図４に示す。図３は前部バランス測定位置におけるアンバランス量をクランプ回数との関係で示したグラフであり、図４は後部バランス測定位置におけるアンバランス量をクランプ回数との関係で示したグラフである。
【００３７】
図３に示すように、前部バランス測定位置におけるアンバランス量は、従来の試験主軸装置及び本発明の試験主軸装置共に、殆ど変化がみられず、安定した小さな値を示している。これは、前端側は螺旋皿ばねから比較的離れているので、該螺旋皿ばねの影響が少ないことによる。
【００３８】
図４に示すように、後部バランス測定位置におけるアンバランス量は、従来の試験主軸装置では、クランプ操作する毎に、中間間座の回転が不足するため、螺旋皿ばねが初期位置から徐々にズレて、アンバランス量が増加し、５０回目のクランプ時には、０．２ｇｃｍを越えている。これに対して、本発明の試験主軸装置では、螺旋皿ばねと中間間座とのズレがないので、アンバランス量にも殆ど変化が見られず安定している。
【００３９】
また、主軸装置において、低振動で高速回転を実現するには、主軸を剛性ロータと仮定した場合、Ｇ１〜Ｇ２．５レベルのバランスとすることが必要条件であることが経験的に知られている。
主軸の質量は約１１ｋｇ、最高回転数は４５０００ｒｐｍであることから、ＪＩＳ  Ｇ１レベルのバランス量を計算すると、夫々のバランス測定位置において、約０．１２ｇｃｍとなる。
本発明の試験主軸装置のアンバランス量は、図３及び図４に示すように、１００回のクランプ操作中、全て０．１ｇｃｍ以下となっており、本発明の有効性が実証された。
【００４０】
なお、ｄｍＮ値が３００万を越える超高速回転では、主軸を剛性ロータと仮定することができない場合が多い。
しかし、超高速回転における低振動を実現させるためには、剛性ロータと仮定できる回転数領域において、アンバランス量が十分に小さいことが必要であり、この条件を満たさなければ超高速回転において、低振動で安定して回転することができない。
本試験の結果は、該条件を満たしており、振動や騒音が少なく、加工精度の優れた主軸装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の主軸装置の一実施形態を示す要部縦断面図であり、上半分はドローバーが工具を保持するクランプ状態を示し、下半分はアンクランプ操作されてドローバーが軸方向に前進した状態を示している。
【図２】図１における一対の螺旋皿ばねの挙動を示す模式図であり、（ａ）はドローバーが移動する前（初期状態）の一対の螺旋皿ばねの状態を示し、（ｂ）は回転抵抗が大きい従来の中間間座を用いた主軸装置のドローバーを軸方向に移動させたときの一対の螺旋皿ばねの状態を示し、（ｃ）はニードル軸受によって回動自在に支承された本発明の中間間座を用いた主軸装置のドローバーを軸方向に移動させたときの一対の螺旋皿ばねの状態を示している。
【図３】前部バランス測定位置のアンバランス量をクランプ回数との関係で示し、従来の主軸装置と本発明の主軸装置とを比較したグラフである。
【図４】後部バランス測定位置のアンバランス量をクランプ回数との関係で示し、従来の主軸装置と本発明の主軸装置とを比較したグラフである。
【図５】従来の主軸装置の要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
２０    主軸装置
２１    主軸台
２３    主軸
２３ａ  中空穴
２６    ドローバー
２８    右螺旋皿ばね
２８ｂ  右螺旋皿ばねの端部
２９    左螺旋皿ばね
２９ａ  左螺旋皿ばねの端部
３０    中間間座
３１    ニードル軸受（ラジアル転がり軸受）
【図１】
0004715820.tif 000005
【図２】
0004715820.tif 000006
【図３】
0004715820.tif 000007
【図４】
0004715820.tif 000008
【図５】
0004715820.tif 000009