(57)【要約】スピンドルＳは、ハウジングＨ内で、少なくとも２つの転がり軸受Ｂ、Ｅ上で回転する。２つの転がり軸受Ｂ、Ｅは、軸受の軸Ｘに対して傾き、またはスラスト荷重及びラジアル荷重を伝えるように構成されたレースウェイ１０、１６を有する。前記軸受は、対向して反対の位置に配設されている。一方の軸受は、締りばめによってアクチュエータ・スリーブ６８内にはめ合うレース４を有し、前記アクチュエータ・スリーブもハウジング内にはめ合い、前記アクチュエータ・スリーブは、軸受の端部を越えて設けられた端部領域を有する。ここで、前記アクチュエータ・スリーブは、締りばめによってハウジング内にはめ合っており、ハウジングに封止されている。前記アクチュエータ・スリーブはまた、その２つの端部領域間に介在領域９０を有し、上記レースの周囲に配設されている。その反対側の面において、アクチュエータ・スリーブは、ハウジングと共にチャンバを形成する。前記チャンバが加圧されると、スリーブの介在領域は内方に撓みレースを撓め、それにより２つの軸受の設定を変更する。しかし、スリーブの端部領域はハウジングに抗したままであり、また回転軸は固定されたままである。制御装置は、ハウジング内の温度等の状態を監視し、軸受の設定が、スピンドルが作動する状態に最も良く適応するように、アクチュエータ・スリーブの背後のチャンバ内の圧力を変化させる。
2004508509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と、
前記第１の部材が第２の部材に対して軸周りに回転する前記第２の部材と、
前記第１及び第２の部材間に配設され、かつ前記第１の部材により前記第１の部材に対して固定した位置に支えられたレースウェイと、前記第２の部材によって支えられ、前記第１の部材上の前記レースウェイに対して向けられたレースウェイを有するレースと、前記第１の部材上の前記レースウェイと、前記第２の部材によって支えられているレース上の前記レースウェイとの間に配設された転動体とを有する軸受と、
前記第２の部材により前記第２の部材上のレース背後に支えられたアクチュエータ・スリーブであって、前記スリーブは、その両端部を前記第２の部材上の定位置に固定しているが、その両端部間の中間部はフレキシブルであり、前記アクチュエータ・スリーブが前記第２の部材と共に、加圧流体を収容するチャンバを前記スリーブの背後に形成する前記アクチュエータ・スリーブとを備え、
前記チャンバ内の圧力が上昇したときに、前記チャンバ内の圧力を変化させることによって前記軸受の設定を制御することができるように前記レース及びそのレースウェイの形状が変化する、アセンブリ。
【請求項２】
前記第２の部材が、前記第２の部材により支えられているレースの背後に円形面を有し、前記アクチュエータ・スリーブが前記円形面に沿って配設され、かつその端部近傍が前記円筒形面と抗して密閉されていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記軸受レースが端面を有し、前記アクチュエータ・スリーブの端部が前記レースの端面を越えて配設されていることを特徴とする請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記アクチュエータ・スリーブが、前記軸受レースの端面近くに配設され、前記スリーブを前記レースの端部近傍でよりフレキシブルにする内側溝を有することを特徴とする請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記端部近傍の前記アクチュエータ・スリーブと、前記第２の部材との間に、締りばめが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記軸受のレースと前記アクチュエータ・スリーブとの間に締りばめが設けられていることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記第２の部材が前記第１の部材を囲み、前記第１の部材が前記第２の部材内で回転することを特徴とする請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記レースウェイが前記軸に対して傾いていることを特徴とする請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記第２の部材上の定位置に固定され、端部が前記軸受レースの端面と抗して堅密となっている閉じ込めスリーブを更に備え、前記閉じ込めスリーブは、前記軸受レースの端面と抗している場合に、前記レースの収縮及び膨張に順応するように撓むフィンガを有することを特徴とする請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
流体ポートを含むハウジングと、
前記ハウジング内に配設されたスピンドルと、
前記スピンドルが前記ハウジング内で軸周りに回転できるように、前記ハウジングと前記スピンドルとの間に設けられた少なくとも２つの軸受とを備え、各軸受が、前記スピンドルにより支えられたインナーレースウェイと、前記ハウジングにより支えられたアウターレースウェイと、前記インナーレースウェイとアウターレースウェイとの間に一列に配設された転動体とを有し、前記転動体を前記レースウェイと抗して着座させ、前記軸受が、軸方向にラジアル荷重及びスラスト荷重を伝えるように、各軸受のレースウェイが前記軸に対して傾いており、前記２つの軸受は、一方がスラスト荷重を一方の軸方向に受け、かつ他方が他方の軸方向にスラスト荷重を受けるように、対向して設けられており、前記２つの軸受のうちの一方のアウターレースウェイが、前記ハウジング内に配設されているレース上にあり、かつ端面を有し、
前記ハウジング内に配設され、かつ前記レースの回りに嵌合されているアクチュエータ・スリーブを備え、前記アクチュエータ・スリーブは、フレキシブルであり、また、前記ハウジングと抗して密閉されている両端部領域を有し、かつ前記両端部領域同士の間に、前記ハウジングのポートと連通するチャンバを前記ハウジングと共に形成する介在領域を有し、
前記アクチュエータ・スリーブが、前記チャンバ内の圧力の変化によって撓み、前記軸受レース及び前記レース上のアウターレースウェイの形状を変化させ、それによって前記軸受の状態を変化させるアセンブリ。
【請求項１１】
前記アクチュエータ・スリーブが、前記軸受レースの端面を越えて前記ハウジングに対して密閉されており、前記スリーブの前記介在領域が前記レースを囲んでおり、前記スリーブが、その介在領域内で撓むことを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記スリーブが、その介在領域の両端部に内側溝を有することを特徴とする請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記アクチュエータ・スリーブ内の内側溝が、前記ハウジングに向けて開口し、かつ前記スリーブと前記ハウジングとの間に存在する前記チャンバの一部を形成することを特徴とする請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記ハウジングが、前記アクチュエータ・スリーブが抗して密閉される包囲面を有し、締りばめが、前記チャンバが加圧された場合でも、前記スリーブの両端部領域と前記ハウジングの前記包囲面との間に存在していることを特徴とする請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
締りばめが、前記チャンバが加圧されていない場合でも、前記アクチュエータ・スリーブの介在領域と前記軸受のアウターレースとの間に存在していることを特徴とする請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記アクチュエータ・スリーブの溝が、前記軸受レースの端面から略内方に配設されていることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記アクチュエータ・スリーブの両端部領域が、前記ハウジングの包囲面に向けて開口している外側溝を有し、前記外側溝が、前記ハウジングの包囲面と抗して圧縮されるエラストマーシールを含むことを特徴とする請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記ハウジング内にさらに閉じ込めスリーブを備え、前記閉じ込めスリーブの間には前記閉じ込めスリーブによって軸方向に固定された軸受レースを有しており、前記閉じ込めスリーブの端部は前記軸受レースの端面に対してクランプされており、端部において前記レースを支えている前記閉じ込めスリーブは、前記レースの径方向の膨張及び収縮に順応するように撓むフィンガを有することを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記チャンバ内の流体と、
前記流体の圧力を変化させるレギュレータであって、それにより前記軸受の設定が変わる前記レギュレータと、
前記軸受のうちの少なくとも一つの作動状態を検知するセンサと、
前記センサ及びレギュレータと接続され、前記センサにより検知された状態に応じて前記レギュレータを作動させるコントローラとを更に備えることを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記センサが前記一つの軸受の温度を検知することを特徴とする請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
第１及び第２の流体ポートを含むハウジングと、
前記ハウジング内に配設されたスピンドルと、
前記スピンドルが前記ハウジング内で軸周りに回転できるように、前記ハウジングと前記スピンドルとの間に設けられた第１及び第２の軸受とを備え、各軸受が、前記スピンドルにより支えられたインナーレースウェイと、前記ハウジングにより支えられタアウターレースウェイを備え、前記インナーレースウェイに向けられて配設されたアウターレースウェイを具備し、前記インナーレースウェイとアウターレースウェイとの間に一列に配設された転動体とを有し、前記軸受がラジアル荷重と、前記転動体を前記レースウェイと抗して着座させる、軸方向のスラスト荷重を伝えるように、各軸受のレースウェイが前記軸に対して傾いており、前記第１及び第２の軸受は、第１の軸受がスラスト荷重を一方の軸方向に受け、かつ第２の軸受が他の軸方向にスラスト荷重を受けるように対向して設けられており、
前記ハウジング内に配設され、かつ前記第１の軸受のアウターレースの回りに嵌合されている第１のアクチュエータ・スリーブ及び前記ハウジング内に配設され、かつ前記第２の軸受のアウターレースの回りに嵌合されている第２のアクチュエータ・スリーブを備え、各アクチュエータ・スリーブが、フレキシブルであり、かつ、前記アクチュエータ・スリーブが前記ハウジングと抗して密閉されている端部領域を有し、かつ前記端部領域の間に、前記ハウジングと共にチャンバを形成する介在領域を有し、前記第１のスリーブの背後のチャンバが前記ハウジングの第１のポートと連通し、前記第２のスリーブの背後のチャンバが前記ハウジングの第２のポートと連通し
各アクチュエータ・スリーブが、前記スリーブの背後の前記チャンバ内の圧力の変化によって撓み、かつ前記軸受のレース及び前記レース上のアウターレースウェイの形状を変化させるアセンブリ。
【請求項２２】
前記スピンドルの前記ハウジングに対する軸方向の位置を監視する軸方向変位プローブを更に備えることを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、転がり軸受に関し、特に、軸受の作動中に軸受の設定を変更することができる軸受マウンティングに関する。
【０００２】
（背景技術）
工作機械用スピンドルは、充分な剛性、すなわち、前記スピンドルが回転するハウジングに対して、前記スピンドルの回転軸が正確に固定されたままであるという意味での剛性をもって作動しなければならない。工作機械用スピンドルをハウジング内で支持するための様々な軸受装置があるが、それらは一種又はそれ以上のいくつかの転がり軸受を用いている。一般的な転がり軸受は、その種類に関係なく、ハウジング内に配設されたアウターレースと、スピンドルの周りにはめ合わされたインナーレースと、上記２つのレース上のレースウェイ同士間に配設された転動体とを有する。スピンドルの剛性を得るためには、アウターレースとハウジングとの間に隙間が存在してはならず、また、インナーレースとスピンドルとの間にも隙間が存在してはならない。更に、軸受は、転動体とレースウェイとの間に隙間がない状態で作動しなければならない。要するに、軸受は予圧をかけて作動しなければならない。通常、予圧をかけた軸受は、ペア又は複数で作動するため、一つの軸受は、もう一つの軸受に対して調節される。
【０００３】
例えば、一つのスピンドルは、両側に配設された２つの単列円錐ころ軸受によって支持することができる。前記軸受は２つともラジアル荷重を支えるが、一方は一方向のスラスト荷重を受け、他方は反対方向のスラスト荷重を受ける。一般に、コーンと呼ばれるインナーレースの一方は、軸受が予圧されるまで、他方に向かって軸方向に進む。この種のマウンティング装置は大きなラジアル及びスラスト荷重を伝えるが、スピンドルは、並程度のスピードでしか作動しない。アンギュラ玉軸受は、円錐ころ軸受のようにラジアル及びスラスト荷重の両方を支えることができ、また、これは高速にも耐えうるが、円錐ころ軸受程には荷重負担能力を有していない。このため、複列アンギュラ玉軸受においては多数の高速スピンドルが回転し、そのうちいくつかは、先頭部から内方に向いたスラスト荷重を受けるように向けられ、残りは反対方向のスラスト荷重を受けるように向けられている。マウンティングにおける多数の軸受の存在は、軸受の設定手順を極度に冗長で困難なものにする。
【０００４】
スピンドル軸受に適量の予圧を与えて工作機械マウンティングが組立てられた場合でも、予圧が存続するという保障、あるいは予圧が変化しないという保障はない。作動中に、軸受は熱を発生するが、この熱は、スピンドルとハウジングを異なるレートで膨張させる。またこのことは、軸受における設定を乱し、変化させる。予圧が増加すると軸受を損傷させる可能性があり、一方、予圧が減少すると、予圧が全部除去され、内部すきまを生じさせる可能性がある。工作機械においてはどちらも好ましくない。
【０００５】
工作機械用スピンドル、あるいはそのためのいかなる回転構成要素も、その共振周波数又はその近傍で作動すべきではない。しかし、機械加工動作は、その激しい状態においてびびりと呼ばれる自励振動を引き起こす。びびりを回避するためには、工作機械オペレータは、スピンドルスピード、送りレートあるいは切込み深さを変えることができるが、しばしばこれらの条件は、機械加工操作に支障をきたす程大幅に変更する必要がある。
【０００６】
確かに、特殊な軸受を用いて、上述の問題を回避するために努力がなされてきた。例えば、ティムケン社（Ｔｉｍｅｋｅｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ）は、対向して配設された２つの円錐ころ軸受を基にしたスピンドル軸受装置（図１Ａ）を開発した。前記軸受のうちの一方は、本質的に単列円錐ころ軸受である。他方の軸受は、油圧流体によって支持された浮動リブリングを有し、かつころを、軸受の２つのレースウェイ間で同軸方向に位置させる。前記油圧流体の圧力は、軸受の予圧及びスピンドルの剛性を決める。更に、リブリングの後ろの油圧流体の一様な圧力が２つのレースウェイの軸方向位置に関係なく一定の予圧もたらすことになるので、油圧流体の圧力は、熱膨張及び熱収縮を自動的に相殺する。また、オペレータは、スピンドルの剛性を制御することにより前記スピンドルの共振周波数を変更させることができ、それによりびびりを回避できる。しかし、上記軸受装置はなお円錐ころ軸受に依存しており、そのためスピンドルスピードが、穏やかな速度に制限されている。さらに、２つの軸受は、工作機械用スピンドルに望ましい大きさの予圧下でしか操作できないが、この予圧の大きさは、他の用途には望ましくないものである可能性がある。米国特許第３，７１６，２８０号に、そのような軸受装置が開示されている。
【０００７】
工作機械用スピンドルのための他の特殊な軸受装置では、円筒ころ軸受とアンギュラ玉軸受とを組み合わせて用いている（図１Ｂ）。円筒ころ軸受は、ラジアル荷重の大部分を支え、アンギュラ玉軸受は、スラスト荷重を少しだけ伝える。しかし円筒ころ軸受は、本質的に内部すきまを有し、内部すきまがない場合には、軸受を組付けることができない。前記内部すきまを排除するために、円筒ころ軸受のインナーレースはテーパ穴を有し、それらテーパ穴において、スピンドルのテーパ面に嵌合する。前記インナーレースが、スピンドルのテーパ面に対して軸方向に押し込まれると、スピンドルのテーパはインナーレースを拡大させ、それにより円筒ころとレースウェイとの間のすきまをなくす。しかし、正しい設定を行うために、インナーレースをスピンドル上に軸方向に配設するのに止め具が必要となり、前記止め具は、かなり精密に配置しなければならない。これにより、実用的な問題として、複数回にわたる組み立ての試行や、軸受が適切な大きさの予圧を得るまで止め具や軸受表面を削ることを要することになってしまう。
【０００８】
理想的には、工作機械用スピンドルをハウジング内で支持する軸受は、スピンドル、ハウジング及び軸受自体の温度変化に関係なく規定の予圧で継続的に作動するように、軸受の作動中に調節できなければならない。この予圧を調整する能力により、スピンドルの共振周波数を変えることが可能になり、また、それにより容易にびびりを補正できる。
工作機械に関して上述したことは、一つの構成要素が転がり軸受上で他の構成要素に対して回転する他の用途にもあてはまる。具体的には、ある用途においては端部遊び部分を有することが好ましく、それにより端部遊びと予圧の間で調整することが可能となる。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、１つの部材によって支えられているレースウェイと他方の部材によって支えられているレース上のもう一つのレースウェイを有する軸受上で、１つの部材が他方の部材に対して回転するマウンティングと、２つのレースウェイの間に一列に配置された転動体に関する。上記レースを支持する部材は、両端部で前記部材に対してピッタリとはめ合わされるが、撓む介在領域を有するアクチュエータ・スリーブを有する。前記スリーブは、前記スリーブがはめ合わされる部材と共に、チャンバを画定する。前記スリーブの介在領域は、軸受レースの背後にはまる。上記チャンバが加圧されると、スリーブの介在領域は撓み前記スリーブが押すレースの形状を変化させる。これにより軸受の設定が変化する。
【００１０】
（発明を実施するための最良の形態）
まず図面（図２）について説明すると、スピンドルＳは、ハウジングＨ内において、単列アンギュラコンタクト玉軸受の形をとる２つの転がり軸受Ｂ１、Ｂ２に対して、軸Ｘ周りに回転する。スピンドルＳ、ハウジングＨ及び軸受Ｂは、先端位置Ｎ及び後端位置Ｔを有する軸受アセンブリ又はマウンティングＭを形成する。軸受Ｂ１は、加工する被加工物に最も近い先端位置Ｎで作動し、軸受Ｂ２は後端位置Ｔで作動する。各軸受Ｂ１、Ｂ２は、ハウジングＨの内側とスピンドルＳの周りで嵌合して単列アンギュラコンタクト玉軸受となり、一つの軸方向にスラスト荷重を伝えるだけでなく、ラジアル荷重も伝える能力を持つ。２つの軸受Ｂ１、Ｂ２は、対向して取りつけられるため、軸受Ｂ１は、ハウジングＨの先端部方向に向かう軸方向にスラスト荷重を受け、他方の軸受Ｂ２は、反対方向のスラスト荷重を受ける。また、２つの軸受Ｂ１、Ｂ２は予圧の状態に調節されるため、軸Ｘは、ハウジングＨに対して固定した状態になる。即ち、完全に剛性のままである。
【００１１】
まず軸受Ｂについて考えると、軸受Ｂ１は、先端位置ＮにおいてスピンドルＳとハウジングＨとの間に嵌合し、他方の軸受Ｂ２は、後端位置ＴにおいてスピンドルＳとハウジングＨとの間に嵌合する。各軸受Ｂは、インナーレース２、インナーレース２を囲みかつ前記インナーレースから離間しているアウターレース４と、インナーレース２とアウターレース４との間に単列に配設されたボール６の形をとる転動体とを有する（図２）。更に、各軸受Ｂは、ボール６を収容するポケットを備えたケージ８を有し、そのためケージ８は、ボール６間の適切な間隔を維持する。２つのレース２、４は、その共通の中心である軸Ｘに対し、互いに同心に配設されている。
【００１２】
インナーレース２はスピンドルＳに嵌合し、また、レース２の外側にあって軸Ｘから外離れたところにある、レースウェイ１０を有する。レースウェイ１０は、軸Ｘに対して直角な２つの端面間に位置し、一方の端面は、スラスト荷重がそれを介して伝わる裏面１２であり、他方の端面は前面１４である（図２、３）。アウターレース４はハウジングＨ内に嵌合し、アウターレース４の内側にあってインナーレース２のレースウェイ１０の方へ向けられている、レースウェイ１６を有する。レースウェイ１６は、同様に、軸Ｘに対して直角な２つの端面間に位置し、一方の端面は裏面１８であり、他方の端面は前面２０である。レース２、４の裏面１２、１８は、互いに離れて存在する。２つのレースウェイ１０、１６は、断面が弓形であり、また、ボール６の輪郭と概して一致する。インナーレース２のレースウェイ１０は、前面１４に対してよりも、裏面１２に対して高くなっており、それにより裏面１２に、より大きな表面積を与えている。同様に、アウターレース４のレースウェイ１６は、裏面１８の方に対する側が最も高く、前面２０に対する側がより低くなっており、そのため裏面１８は、前面２０より大きな表面積を有する。上記高さの変化はレースウェイ１０、１６を傾斜させる。すなわち、上記レースウェイを軸Ｘに対して傾けて配置させる。その結果として軸受Ｂは、スラスト荷重が裏面１２、１８を介して伝達されたときに、ラジアル荷重だけでなくスラスト荷重も伝えることになる。実際に、そのように伝わったスラスト荷重は、ボール６をレースウェイ１０、１６と抗して位置させるので、レースウェイ１０、１６と、いずれのボール６との間にも、隙間は存在しない。外部からの負荷がなく、スラスト荷重が軸受Ｂ１及びＢ２の両方に存在する場合、軸受Ｂは予圧状態に設定される。
【００１３】
スピンドルＳは、ハウジングＨを完全に貫いて伸びている（図２）。前記スピンドルは、その先端位置Ｎにおいて、比較的短い、大径の円筒形面２６を有し、その後端位置Ｔにおいては、より小さい径及び多数の溝を有するプーリ２８を有する。スピンドルＳの残りの部分は、長い部分からなる円筒形面３０である。上記２つの円筒形面２６、３０は、後端位置Ｔよりも先端位置Ｎにより近接している肩部３２において相接する。先端位置Ｎにおける軸受Ｂ１のインナーレース２は、その裏面１２を肩部３２に対向させた状態で、小径面３０に嵌合する。後端位置Ｔにおける軸受Ｂ２のインナーレース２は、Ｂ１から離れて位置する裏面１２で、スピンドルＳの後端部近くの小径面３０に嵌合する。締りばめは、２つの軸受Ｂのインナーレース２と、スピンドルＳの円筒形面３０との間にある。
【００１４】
２つの軸受Ｂのインナーレース２上の前面１４は、互いに対向して向けられており、また、その小径面３０においてスピンドルＳに嵌合するスペーサスリーブ３４によって離されている。更に、スリーブ３４の両端部は、２つの軸受Ｂのインナーレース２の前面１４をしっかりと支えている。後端部側の軸受Ｂ２の裏面１２の側において、クランプリング３６が円筒形面３０に嵌合し、エンドキャップ３８もクランプリング３６を支えている。エンドキャップ３８は、スピンドルＳの端面をおおって広がり、かつ前記端面から離れて伸びる円筒形面３０の部分に沿って同軸方向に広がっている。上記エンドキャップは、軸Ｘと平行にスピンドルＳにねじ込まれる小ねじ４０によってスピンドルＳに固定される。しかし、キャップ３８の末端壁部は常にスピンドルＳの端面と離間している。小ねじ４０がねじ込まれると、前記小ねじは、肩部３２と隔離スリーブ３４との間で先端側軸受Ｂ１のインナーレース２を、また、隔離スリーブ３４とクランプリング３６との間で後端側の軸受Ｂ２のインナーレース２を実質的にきつく締め付ける。これにより、２つの軸受Ｂのインナーレース２がスピンドルＳ上の固定した軸方向位置に配置され、また、インナーレース２と円筒形面３０との間の締りばめにより、前記インナーレース２を固定した径方向位置に配置される。インナーレース２とスピンドルＳとの間には、径方向又は軸方向のいずれにもから動きがない。インナーレース４、隔離リング３４及びクランプリング３６をスピンドルＳ上に保持するために、エンドキャップ３８の代わりにロックナットを、クランプリング３６に対してスピンドルＳの端部でねじ込むこともできる。
【００１５】
ハウジングＨはスピンドルＳを包囲し、かつ先端位置ＮにおいてハウジングＨの外に開口する主穴部４８と、包囲又は支持面を形成する後端位置ＴにおいてハウジングＨの外に開口するカウンタボア５０とを含む（図２）。主穴部４８及びカウンタボア５０は、後端位置Ｔに対して向けられている肩部５２において相接する。
【００１６】
先端側軸受Ｂのアウターレース４は、先端位置Ｎにおいて、締りばめ、及び後端位置Ｔに対して向けられた裏面１８と共に主穴部４８内に嵌合する。これにより、アウターレース４の前面２０は、反対方向に向けられたままであり、またハウジングＨの先端部より内方にセットされる。ここで、前面２０は、小ねじ５６によってハウジングＨの端面に固定されているエンドリング５４を支えている。
【００１７】
主穴部４８の残りの部分は、わずかなすき間ばめによって主穴部４８内にはめ合わされたスペーサスリーブ６０によって占められている。スリーブ６０の一端部は、先端側軸受Ｂ１の側のアウターレース４の裏面１８を支える。スリーブ６０の他端は、肩部５２をわずかに越えており、カウンタボア５０内に位置する。ここで、スペーサスリーブ６０は、スリーブ６０の上記他端において、軸方向に向けられたフィンガ６４を形成する、径方向に向けられたスリット６２（図４）を備えている。後端側の軸受Ｂ２の側のアウターレース４の裏面１８を支えるフィンガ６４は、スピンドルＳの周囲に配設されたスペーサスリーブ３４の方へわずかに内方に撓む能力を有する。
【００１８】
後端側軸受Ｂ２は、また、カウンタボア５０の周囲面と軸受Ｂ２のアウターレース４との間にはまるアクチュエータ・スリーブ６８（図３）により安定化されているカウンタボア５０内にも位置している。アクチュエータ・スリーブ６８の一端部は、スペーサスリーブ６０の端部においてフィンガ６４を取り囲んでおり、フィンガ６４におけるスペーサスリーブ６０の外側面とアクチュエータ・スリーブ６８の内側面との間にはわずかなすき間がある。ここで、アクチュエータ・スリーブ６８の末端部は、肩部５２に当接している。スリーブ６８の他方の端部は、後端側の軸受Ｂのアウターレース４の前面２０に当接するクランプ・スリーブ７２を囲んでいる。ここで、クランプ・スリーブ７２は、スリーブ７２の端部にフィンガ７６を形成するラジアルスリット７４（図５）を有する。ここでも、フィンガ７６におけるクランプ・スリーブ７２の外側面と、アクチュエータ・スリーブ６８の内側面との間に、わずかなすき間が存在する。フィンガ７６は、スリーブ７２が後端側軸受Ｂ２のアウターレース４に当接しているスリーブ７２の端部に対して、ある程度の柔軟性を与える。フィンガ７６を軸方向に越えたところで、クランプ・スリーブ７２は径が縮小し、スリーブ７２の反対側端部に凹部７８を形成している。前記反対側端部は、後端位置ＴにおいてハウジングＨの端面にわたって広がるエンドリング８０を圧迫しており、また、小ねじ８２によりハウジングＨに固定されている（図２）。２つのエンドリング５４、８０は、先端側軸受Ｂ１のアウターレース４、スペーサスリーブ６０、後端側軸受Ｂ２のアウターレース４及びクランプ・スリーブ７２が全てハウジングＨの主穴部４８及びカウンタボア５０内に固定され、それによりハウジングＨに対して軸方向に変位できないように、各小ねじ５６、８２によってそれぞれ固定されている。後端側軸受Ｂ２のアウターレース４については、スペーサスリーブ６０及びクランプ・スリーブ７２により軸方向に閉じ込められているため、それらのスリーブは閉じ込めスリーブとして機能する。カウンタボア５０の端部は、そのほとんどの部分が、わずかなすき間ばめによってカウンタボア５０内に嵌合する位置決めリング８４によって占められている。リング８４の一端は、アクチュエータ・スリーブ６８の端部を押す。そのリング８４の他端で、リング８４は、クランプ・スリーブ７２の端部において凹部７８内へ径方向内方に向けられているリブ８６を有する。リブ８６は凹部７８内に捕捉された形となっており、これにより、カウンタボア５０内における位置決めリング８４のずれが防止される。位置決めリング８４は２つの目的を担う。第一に、前記位置決めリングは、クランプ・スリーブ７２を軸Ｘ周りの中心を保持させる。これに関しては、スリーブ７２の大径部と位置決めリング８４との間に締り・すき間ばめが存在するが、クランプ・スリーブ７２の外側面とアクチュエータ・スリーブ６８の内側面との間に存在する隙間の方がわずかに大きくなっている。第二に、位置決めリング８４は、アクチュエータ・スリーブがカウンタボア５０内から外れて移動することを防ぐ。
【００１９】
アクチュエータ・スリーブ６８について更に詳しく述べると（図３）、前記スリーブは、前記スリーブが肩部５２と位置決めリング８４との間に捕捉されているカウンタボア５０内に位置している。上記アクチュエータ・スリーブは、端部領域８８と、２つの端部領域８８の間の介在領域９０とを有する。一方の端部領域８８は、スペーサスリーブ６０のフィンガ６４を囲み、他方の端部領域８８は、クランプ・スリーブ７２のフィンガ７６を囲んでいる。これらの端部領域８８においては、アクチュエータ・スリーブ６８は、カウンタボア５０内にきつく嵌合されており、すなわち、きつい締りばめがアクチュエータ・スリーブ６８の２つの端部領域８８と、カウンタボア５０の周囲面との間に存在する。アクチュエータ・スリーブ６８の介在領域９０は、後端側の軸受Ｂ２のアウターレース４を包囲し、ここでは、締りばめが領域９０とアウターレース４との間に存在する。実際は、アクチュエータ・スリーブ６８は、その端部領域とカウンタボア５０の表面との間が約０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）の締りばめによってカウンタボア５０内に圧入される。この結合においては、スリーブ６８の内径は、小さいままである。そこで、スリーブ６８の内径は、スリーブ６８と、後端側の軸受Ｂ２のアウターレース４との間に０．０００５〜０．００２インチ（０．０１２７ｍｍ〜０．０５０８ｍｍ）の締りばめを提供できるように研磨され、あるいは加工される。これにより、スリーブ６８の内側面は、ハウジングＨの主穴部４８の表面とほぼ面一になる。
【００２０】
アクチュエータ・スリーブ６８の端部領域８８は、カウンタボア５０の表面にきつく嵌合されたままであるが、軸受Ｂ２のアウターレース４の周囲の領域である介在領域９０は、カウンタボア５０の表面とわずかに離間しており、そのほとんどの部分は約０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）の間隙である。実際、スリーブ６８がカウンタボア５０内に挿入された当初は、前記間隙は０．００３インチ（０．０７６２ｍｍ）に達するが、後端側軸受Ｂのアウターレース４がスリーブ６８内に嵌合されたときには、前記間隙は約０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）に減る。いずれにせよ、上記間隙は、スリーブ６８の中間部９０とカウンタボア５０の包囲面との間に流体チャンバを形成する。
【００２１】
介在領域９０の端部において、アクチュエータ・スリーブ６８は、カウンタボア５０の表面に向かって外側に開口する２つの内側溝９２を有する（図３）。溝９２は、アウターレース４の裏面１８及び前面２０より内方に設けられているが、前記アウターレースの端部において、アウターレース４を包囲している。溝９２は、前記溝がスリーブ６８内に形成する相対的に薄い断面と共に、スリーブ６８がその介在領域９０において内方に撓むのを可能にする一方、その端部領域８８はカウンタボア５０の表面にきつく嵌合されたままである。
【００２２】
締りばめによりスリーブ６８がカウンタボア５０の表面に対してきつく嵌合している各端部領域８８において、スリーブ６８は外側溝９４を有し、その外側末端壁部は径方向に広がっている。各外側溝９４は、Ｏリング９６と、Ｏリング９６の後方にある支持リング９８と有する。支持リング９８は、Ｏリング９６と溝９４の外側壁部との間にある。Ｏリング９６は、硬度約９０のエラストマー材で形成されている。前記Ｏリングは、溝９４の底部とカウンタボア５０の表面との間でわずかに圧縮された状態にある。支持リング９８はより固い材質からなり、カウンタボア５０の表面を押している。
【００２３】
ハウジングＨは、アクチュエータ・スリーブ６８の背後のチャンバに通じるポート１００を含む（図２）。ポート１００は、高圧油圧流体源に接続されており、また、前記流体源は、ポート１００内及びスリーブ６８の背後のチャンバ内の流体圧力を変化させるように制御することができる。
【００２４】
軸受Ｂの近傍において、ハウジングＨは、スペーサスリーブ６０内のより多くの開口部１０４と整合する開口部１０２を有する（図２）。開口部１０２は、スペーサスリーブ６０内の開口部１０４を通って突出するインジェクタ１０６を収容し、そのため、前記開口部の端部は、２つのレース２、４間の環状空間、即ち、ボール６が占有している空間と抗して配設されている。インジェクタ１０６は、上記環状空間の方に向けられ、かつ潤滑油源に接続されているオリフィスを有する。
【００２５】
先端位置ＮにおけるスピンドルＳとハウジングＨとの間の空間は、スピンドルＳの大径円筒形面２８に嵌合し、かつハウジングＨの先端部４におけるエンドリング５４内に嵌合するノーズシール１０８によって閉塞されている。後端位置ＴにおけるスピンドルＳとハウジングＨとの間の環状空間は、スピンドルＳ上でエンドキャップ４８に嵌合し、かつハウジングＨのエンドリング８０内に嵌合するもう一つのシール１１０によって閉塞されている。
【００２６】
マウンティングＭは、その軸受Ｂを、一般に、約０．０００５〜０．００２インチ（０．０１２７ｍｍ〜０．０５０８ｍｍ）程度遊びの状態に設定して組立てられ、その設定は、スピンドルＳの小径の円筒形面３０をおおって広がるスペーサスリーブ３４において、最も容易に制御される。スリーブ３４を短く削ると、軸受Ｂの遊びが減る。スピンドルＳがハウジングＨ内で回転すると、軸受Ｂ内のボール６が、インナーレース２及びアウターレース４のレースウェイ１０、１６に沿って回転する。インジェクタ１０６によって潤滑油を軸受Ｂに供給しても、軸受Ｂは、特に高速時に熱を発生する。結局、限られた量の滑りがボール６とレースウェイ１０、１６との間に存在し、また、潤滑油は攪拌される。このどちらも、スピンドルＳをハウジングＨよりも径方向及び軸方向に膨張させる熱を発生し、このことが軸受Ｂの設定を乱す。一般に、軸受Ｂへの影響に関する限り、径方向の膨張は、軸方向の膨張よりも多くを相殺し、軸受Ｂは端部の遊びが少なくなる。また、スピンドルＳの角速度が増すにつれて、遠心力がインナーレース２に作用して、端部の遊びが少なくなる。それでも、端部の遊びは軸受Ｂに残り、端部が遊びの状態において、軸Ｘは、ハウジングＨに対して固定されたままではない。このことは、もちろん、回転するスピンドルＳが行ういかなる精密な機械加工動作に対しても、大変有害である。
【００２７】
軸受Ｂを、精密な機械加工動作を維持するのに適した予圧の状態にするために、軸受Ｂ２の背後のポート１００内の油圧流体の圧力が上げられる。ポート１００と連通しているので、アクチュエータ・スリーブ６８上の２つの内側溝９２の間の狭い空間は、前記２つの内側溝９２自体と同様に、圧力が上昇する。その結果として、スリーブ６８の介在領域９０は内方に撓み（図６）、軸受Ｂ２のアウターレース４を収縮させる。アウターレース４の収縮は、前記アウターレース４上のレースウェイ１６の直径を減少させ、それにより両軸受Ｂにおける内部すきまが減少する。これにより、端部遊びが減り、さらに充分な圧力が加えられると、端部遊びは全くなくなり、軸受Ｂに予圧が付与される。予圧のための変圧を超えて圧力を変化させると、軸受Ｂの予圧の量が変化する。軸受Ｂが予圧されている場合には、軸Ｘは固定されたままである。スピンドルＳの剛性は、予圧の大きさに依存する。軸受Ｂ２のアウターレース４を軸方向に閉じ込める、スペーサスリーブ６０及びクランプ・スリーブ７２の端部のフィンガ６４、７６は、圧力が上昇するにつれて、アウターレース４と共に内方に撓むため、前記圧力が解放されると、アウターレース４は直ちに膨張してその初期形状へ戻る。アクチュエータ・スリーブ６８の介在領域９０は、アウターレース４を撓める圧力の上昇を伴って内方に撓むが、スリーブ６８の端部領域８８は、カウンタボア５０の円筒形表面と締りばめで対向したままである。
【００２８】
軸受アセンブリＡの作動中、即ち、そのスピンドルＳが回転している状態において、軸受Ｂの予圧は、事実上、測定することは不可能である。しかし、軸受Ｂの所定の作動状態は、軸受の予圧を反映する。おそらく、温度が予圧に最も多く影響し、それは、２つの軸受Ｂの近傍のハウジングＨ内に設けられた温度センサによって容易に測定される。速度もまた、容易にモニターし、測定することができるものである。更に、振動も、加速度計又は音響マイクロフォンによって測定することができる。切削中においては、高剛性のスピンドルＳは、低剛性のものよりもびびりが少ない。更にまた、スピンドルＳのたわみも測定することができる。
【００２９】
変形例のマウンティングＭ１（図７）は、先頭位置Ｎと後端位置Ｔに、複数の軸受Ｂを有し、各定位置の軸受Ｂのインナーレース２をスペーサ１１６によって離間し、アウターレース４を同様にスペーサ１１８によって離間した状態にしていることを除いて、マウンティングＡととてもよく似ている。先頭位置Ｎにおけるスペーサ１１６及び１１８は、軸受Ｂがラジアル荷重及びスラスト荷重をほぼ等しく分担するように研磨されている。後端位置Ｔにおいては、軸受Ｂの各々のアウターレース４は、その場所で別々のアクチュエータ・スリーブ６８内に嵌合する。スリーブ６８は、個別のポート１００を介して供給される流体によって個別に作動する。後端位置Ｔにおけるスペーサ１１６及び１１８は、作動するスリーブ６８の周囲の圧力が等しい場合に、後端位置Ｔにおける軸受Ｂがラジカル荷重及びスラスト荷重をほぼ等しく分担するように研磨されている。ここでも、センサは、全ての軸受Ｂの作動状態を監視する。後端位置Ｔにおける２つの軸受Ｂに対するアクチュエータ・スリーブ６８の背後の圧力は、独立して制御されるため、各後端側の軸受Ｂの予圧も同様に独立に制御される。
【００３０】
アクチュエータ・スリーブ６８は、アンギュラ玉軸受Ｂの他に有用性を有する。つまり、前記スリーブは、互いに対向して配設された円錐ころ軸受Ｅを含む別の変形例のマウンティングＭ２（図８）において用いることができる。これらの軸受も、軸Ｘに対して傾斜しているレースウェイと、円錐ころの形をとる転動体とを有する。
【００３１】
マウンティングＭは、スピンドルＳが行う機械加工動作の適応制御に適しており、同じことがマウンティングＭ１、Ｍ２にもあてはまる。最も基本的な形態において、適応制御は、２つの軸受Ｂの温度や及びスピンドルＳの速度をモニタリングすることにほかならず、略一定の温度を維持するために軸受Ｂの設定を変更することもそれに含まれる。この点に関し、軸受Ｂに予圧が付与されると、アクチュエータ・スリーブ６８にかかる圧力の上昇は、予圧を増加させ、軸受Ｂを高温で作動させることになる。設定の変更をしても、温度の急激な変化は生じないので、温度の記録は、マウンティングＭの温度を安定化できるようにするために、設定の変更時から充分に時間を空けなければならない。スピンドルＳが回転する速度は、軸受Ｂが作動する温度を予測するのに用いることができ、また、温度変化の予想や、適切な圧力変化によってそれに順応させるために用いることができる。
【００３２】
より高性能の適応制御システム（図９）においては、さらに付加的な作動状態がモニターされ、スピンドルＳの動作に影響を及ぼすその付加的な条件について、制御が行われる。上記高性能のシステムは、もちろん、ポート１００における油圧流体の圧力及びアクチュエータ・スリーブ６８の背後のチャンバ内の圧力を制御する。このために、油圧流体は、電子式エアレギュレータ１２２を有するエア・油圧ブースタ１２０によって加圧される。ブースタ１２０は、６０：１の比を有する。各軸受Ｂのアウターレース４の背後のハウジングＨは、熱電対１２４が嵌めこまれている。先端位置Ｎにおいて、ハウジングＨは、びびり、あるいはスピンドルＳ内の自励振動を検知する能力を有する音響マイクロフォン１２６を更に備えている。また、先端位置Ｎにおいて、ハウジングＨは、互いに９０°離間して配設された２つの変位プローブ１２８を有し、これらはスピンドルＳの径方向の動きを測定するために配置されている。そして、ハウジングＨは、スピンドルＳの角速度をモニターする速度センサ１３０を備えている。熱電対１２４、マイクロフォン１２６、変位プローブ１２８及び速度センサ１３０は、それらがモニターする状態を表わす信号を発生し、信号は、マイクロプロセッサ及びメモリを含むコントローラ１３２へ送られる。
【００３３】
コントローラ１３２は、エア・油圧ブースタ１２０上のエアレギュレータ１２２を作動させるだけでなく、インジェクタ１０６によって軸受Ｂ内に注入される潤滑油の量、潤滑油が供給される時間、及びハウジングＨの周囲の冷却材の流量も制御する。
【００３４】
通常の稼動サイクルにおいて、変位プローブ１２８は、スピンドルＳが最初に運転されたとき、軸受Ｂが作動している上にある、端部あそびによるスピンドルＳの径方向の変位を検知する。軸受Ｂに一旦予圧が付与されると、プローブ１２８は、スピンドルＳの動きを監視するために連係するが、このことは、スピンドルＳが正しい予圧を有しているか否かを判断する際に有用である。過度な動きがあった場合、コントローラ１３２はそのことを検知し、アクチュエータ・スリーブ６８の背後の圧力を上昇させて、軸受Ｂの予圧を増加させる。
【００３５】
熱電対１２４は、軸受Ｂの温度を監視し、コントローラ１３２は、熱電対１２４によって検知された温度に応答して、アクチュエータ・スリーブ６８の背後の圧力を変化させる。圧力を低下させると、予圧が減少し、温度が低下する。逆に、圧力を上昇させると、予圧が増加し、温度が上昇する。また、コントローラ１３２がインジェクタ１０６を作動させて、インジェクタに潤滑油をさらに軸受Ｂに注入させ、そのことによって軸受Ｂの作動温度を変化させてもよい。同様に、軸受Ｂの温度が上昇しすぎた場合、コントローラ１３２が冷却流体をハウジングＨに供給してもよい。
【００３６】
音響マイクロフォン１２６がびびりを検知した場合、コントローラ１３２は、軸受Ｂの予圧を変化させる。これは、スピンドルＳの共振周波数を、びびりを取り除く周波数に変化させる効果を有する。
【００３７】
コントローラ１３２は、様々な作動状態でデータを集めて蓄積するので、特定の圧力設定と速度とにより帰結されると思われる温度を予め決めることができる。スピンドルＳの速度が上記特定の設定まで増加した場合、軸受Ｂの温度はもちろん上昇し、軸受Ｂの予圧が上昇する。しかし、コントローラ１３２は、このような状態を生じる条件を既にそのメモリ内に蓄積しているので、アクチュエータ・スリーブ６８の背後の圧力、及び軸受Ｂの予圧を、上記状態が発生する前に減じることができる。
【００３８】
適応制御の考え方は、スピンドルＳの軸方向位置の制御に関しても適用してよい。これは、後端位置Ｔの軸受Ｂ２におけるスリーブ６８に加えて、先端位置Ｎの軸受Ｂ１の周囲に別のアクチュエータ・スリーブ６８を必要とする。更に、ハウジングＨに対するスピンドルＳの軸方向位置を監視するために、後端位置Ｔの端面等のスピンドルＳ沿った何れかの箇所に、軸方向変位センサ１３４を必要とする。スピンドルＳをハウジングＨ内で軸方向にたとえわずかでも変位させるためには、一般に、２つのアクチュエータ・スリーブ６８の背後の圧力は、一方のスリーブ６８の背後の圧力が増加し、かつ他方のスリーブ６８の背後の存在が減少するように操作される。例えば、スピンドルＳをハウジングＨの先端部から更に突出させるために、後端位置Ｔの軸受Ｂ２のためのスリーブ６８の背後の圧力は減じられると共に、先端位置Ｎの軸受Ｂ１のためのスリーブ６８の背後の圧力は増加される。それでもなお、両位置の圧力は、剛性及びその他の所望の特性を維持するのに充分残っている。もちろん、スピンドルＳをハウジングＨの先端部内に更に挿入するためには、軸受Ｂ１の背後の圧力が減じられ、かつ軸受Ｂ２の背後の圧力が増加される。軸方向変位プローブ１３４は、スピンドルＳの軸方向位置を表わす信号を生成し、コントローラ１３２は、それらの信号に反応してスピンドルＳを所望の軸方向位置に保持する。
【００３９】
マウンティングＭ、Ｍ１及びＭ２は、工作機械における基本的な有用性を有する一方、これらは、別の場所での応用性も有する。それは、一般に、温度、荷重、あるいはその他のファクターの変化を伴う設定の変更を受ける軸受上の、一つの部材が別の部材に対して回転する場所である。制御される設定は、予圧、端部遊びあるいはそれらの両方でもよい。軸受は、アクチュエータ・スリーブ６８が、円筒ころ軸受又はラジアル玉軸受の設定を制御することができるので、スラスト荷重を支える必要はなく、この場合、制御される設定は、結局は、軸受の内部すきまである。アクチュエータ・スリーブ６８は、アウターレースに閉じ込められる必要はない。一方、前記スリーブは、インナーレースを膨張させるためにインナーレース内に設けることができ、それにより予圧を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
１Ａ、１Ｂは、従来のスピンドルマウンティングの長手方向断面図である。
【図２】
本発明を具体化する、本発明に従って構成されたマウンティングの長手方向断面図である。
【図３】
アクチュエータ・スリーブが加圧されていない場合の、本発明のマウンティングの一部拡大断面図である。
【図４】
本発明の一部を構成するスペーサスリーブの斜視図である。
【図５】
本発明の一部を構成するクランプ・スリーブの斜視図である。
【図６】
図３と同様の一部断面図であるが、アクチュエータ・スリーブが、高圧にさらされて内側に撓んでいる状態を示す図である。ただし、説明のために誇張して撓ませている。
【図７】
先端部と後端部に複列アンギュラ玉軸受を用いた変更マウンティングの長手方向断面図である。
【図８】
円錐ころ軸受を用いた変更マウンティングの長手方向断面図である。
【図９】
軸受が作動する設定や他の条件を選定する適応制御装置を示す概略図である。
【図１】
2004508509.tif 000003
【図２】
2004508509.tif 000004
【図３】
2004508509.tif 000005
【図４】
2004508509.tif 000006
【図５】
2004508509.tif 000007
【図６】
2004508509.tif 000008
【図７】
2004508509.tif 000009
【図８】
2004508509.tif 000010
【図９】
2004508509.tif 000011
【国際公開パンフレット】
2004508509.tif 000012
2004508509.tif 000013
2004508509.tif 000014
2004508509.tif 000015
2004508509.tif 000016
2004508509.tif 000017
2004508509.tif 000018
2004508509.tif 000019
2004508509.tif 000020
2004508509.tif 000021
2004508509.tif 000022
2004508509.tif 000023
2004508509.tif 000024
2004508509.tif 000025
2004508509.tif 000026
2004508509.tif 000027
2004508509.tif 000028
2004508509.tif 000029
2004508509.tif 000030
2004508509.tif 000031
2004508509.tif 000032
2004508509.tif 000033
2004508509.tif 000034
2004508509.tif 000035
2004508509.tif 000036
2004508509.tif 000037
2004508509.tif 000038
2004508509.tif 000039
2004508509.tif 000040
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004508509.tif 000041
【国際調査報告】
2004508509.tif 000042
2004508509.tif 000043