(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で、主軸の振動を抑制し、衝撃荷重に対する主軸の変位を抑え、さらに、系としての共振点を高くして、加工精度や高速回転に有利な工作機械用主軸装置を提供する。【解決手段】後側軸受１４の外輪３１とハウジング１１の後側段部１１ｂとの軸方向対向面間には、複数の転がり軸受１３、１３，１４、１４に定圧予圧を付与するように予圧用ばね４１，４１が設けられ、且つ、上述の軸方向対向面間には、予圧用ばね４１，４１と並列に、自身の変形速度が高くなるにつれて剛性が増大する変形部材４４，４４が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に、主軸が、複数の転がり軸受を介して回転自在に支持される工作機械用主軸装置であって、
前記転がり軸受の外輪と前記ハウジングとの軸方向対向面間、又は、前記転がり軸受の内輪と前記主軸に固定される固定部材との軸方向対向面間には、前記複数の転がり軸受に定圧予圧を付与するように予圧用ばねが設けられ、且つ、
前記軸方向対向面間には、前記予圧用ばねと並列に、自身の変形速度が高くなるにつれて剛性が増大する変形部材が設けられることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【請求項２】
前記予圧用ばねは、前記軸方向対向面間に、円周方向に間隔を空けて複数配置されており、
複数の前記変形部材は、それぞれ前記複数の予圧用ばね内を貫通するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械用主軸装置に関し、より詳細には、ばねによる予圧が軸受に付与される工作機械用主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械の主軸装置として、高速回転する主軸を支持するため、転がり軸受にばねによる定圧予圧を付与することが知られている。このような主軸装置では、ばねは剛性が低いため、予圧荷重と同方向（通常は軸方向）の振動が作用すると、主軸が振動しやすい。このような振動の対策として、ばね予圧荷重、又はばねの剛性を大きくする方法があるが、軸受荷重が常時大きくなり、高速性や寿命の点で不利となる。
また、通常のばね予圧の主軸装置では、ばねを縮ませる方向（いわゆる逆スラスト方向）に衝撃荷重が作用する場合、ばねの剛性が小さいため、主軸が大きく変位してしまう。さらに、ばねは軸受より剛性が小さいため、スピンドル装置の軸方向の共振点は、ばねの特性が支配的となる。
【０００３】
また、従来、予圧を必要なときに変化させるようにした可変型のスピンドルが知られている。特許文献１に記載の装置では、主軸とハウジングとの間には、一対の転がり軸受が軸方向に間隔をおいて配置されると共に、外周面に軸方向に離れて一対の滑りねじが形成された回転体と、軸方向に移動する移動体と、が配置されている。そして、回転体は、一方の滑りねじがハウジングの内周面に形成された滑りねじと螺合し、他方の滑りねじが移動体の内周面に形成された滑りねじと螺合する。回転体には、回転駆動用のピニオンが設けられ、このピニオンに噛み合う小歯車を電動機で回転させる。これにより、回転体を回転させ、移動体を軸方向に移動させて、一対の転がり軸受の外輪が互いに反対向きに移動して予圧の大きさを制御している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の予圧可変スピンドルでは、軸受の外輪と一体的に固定された可動スリーブがボールねじを介してダイレクトドライブモータによって軸方向に移動して予圧を制御するように構成されている。また、この予圧可変スピンドルでは、可動スリーブを付勢する予圧用コイルばねを用い、モータによる可動スリーブの位置を変えることで、定位置予圧と定圧予圧の切換えを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２２３３２４号公報
【特許文献２】特開平３−７９２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の予圧可変スピンドルでは、回転方向が逆転する際に円滑な動作が出来ず、予圧荷重を最適に制御することができない。また、移動体の位置を変える際、モータ駆動力をピニオンを介して伝達しているが、ピニオンでバックラッシュが発生し、ハウジングの位置精度が悪く、予圧荷重を最適に制御することができない。このため、主軸剛性が想定より低くなり、加工精度に悪影響を及ぼす。
【０００７】
また、ピニオンでバックラッシュが発生する為、加工時に発生する振動を吸収するのは困難であると共に、衝撃荷重を吸収したり、共振点による主軸自身の振動を抑制できるほどの追従性が無い。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の予圧可変スピンドルでは、ピニオンでのバックラッジュの発生や、ハウジングと回転体の滑りねじによる円滑な動作が出来ないという課題については解決されているが、ダイレクトドライブを要し、また、滑りねじの代わりにボールネジを設けている為、構造的に非常に複雑で高価であるという課題がある。
【０００９】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構造で、主軸の振動を抑制し、衝撃荷重に対する主軸の変位を抑え、さらに、系としての共振点を高くして、加工精度や高速回転に有利な工作機械用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】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  ハウジング内に、主軸が、複数の転がり軸受を介して回転自在に支持される工作機械用主軸装置であって、
前記転がり軸受の外輪と前記ハウジングとの軸方向対向面間、又は、前記転がり軸受の内輪と前記主軸に固定される固定部材との軸方向対向面間には、前記複数の転がり軸受に定圧予圧を付与するように予圧用ばねが設けられ、且つ、
前記軸方向対向面間には、前記予圧用ばねと並列に、自身の変形速度が高くなるにつれて剛性が増大する変形部材が設けられることを特徴とする工作機械用主軸装置。
（２）  前記予圧用ばねは、前記軸方向対向面間に、円周方向に間隔を空けて複数配置されており、
複数の前記変形部材は、それぞれ前記複数の予圧用ばね内を貫通するように設けられることを特徴とする（１）に記載の工作機械用主軸装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の工作機械用主軸装置によれば、予圧用ばねと並列に、自身の変形速度が高くなるにつれて剛性が増大する変形部材が設けられるので、比較的簡単な構造で、主軸の振動を抑制し、衝撃荷重に対する主軸の変位を抑え、さらに、系としての共振点を高くして、加工精度や高速回転に有利な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の主軸装置の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の工作機械用主軸装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１を参照して、工作機械用主軸装置１０は、ハウジング１１と、一端（図中左側）に工具Ｔが取り付けられ、ハウジングに対して相対回転自在な主軸１２と、主軸１２の前側（図中左側）に配設された一対の前側軸受（本実施形態では、転がり軸受）１３，１３と、主軸１２の後側（図中右側）に配設された一対の後側軸受（本実施形態では、転がり軸受）１４，１４と、ハウジング１１の後端面から後方に突出する主軸１２の後端部に取り付けられたプーリー１５と、を備える。
【００１５】
前側軸受１３，１３は、ハウジング１１に内嵌され、カウンターボアを有する外輪２１，２１と、主軸１２に外嵌される内輪２２，２２と、外輪２１，２１及び内輪２２，２２間に接触角を持って配置される玉２３，２３と、を備えるアンギュラ玉軸受によって構成される。外輪２１，２１は、外輪間座２４を介してハウジング１１の前側段部１１ａと、ハウジング１１に螺合する前側外輪抑え２５とによってハウジング１１に位置決めされる。内輪２２，２２は、内輪間座２６及び前蓋２７を介して主軸１２の前側段部１２ａと、主軸１２に螺合するナット２８とによって主軸１２に位置決めされる。
【００１６】
後側軸受１４，１４は、ハウジング１１に内嵌され、カウンターボアを有する外輪３１，３１と、主軸１２に外嵌される内輪３２，３２と、外輪３１，３１及び内輪３２，３２間に接触角を持って配置される玉３３，３３と、を備えるアンギュラ玉軸受によって構成される。外輪３１，３１は、外輪間座３４及び後述する予圧用ばね４１，４１を介してハウジング１１の後側段部１１ｂと、ハウジング１１に螺合する後側外輪押え３５とによってハウジング１１に位置決めされる。内輪３２，３２は、内輪間座３６、３７を介して主軸１２の後側段部１２ｂと、主軸１２に螺合するナット３８によって主軸１２に位置決めされる。
【００１７】
ここで、本実施形態では、後側軸受１４の外輪３１とハウジング１１の後側段部１１ｂとの軸方向対向面間、即ち、工具寄りの後側軸受１４の外輪３１の軸方向端面とハウジング１１の後側段部１１ｂの軸方向端面との間には、前側軸受１３，１３及び後側軸受１４，１４に定圧予圧を付与するように複数の予圧用ばね４１，４１が設けられている。複数の予圧ばね４１，４１は、円周方向に間隔を空けて配置されており、その軸方向両側に設けられたリング状のばね受け４２，４３を介して、外輪３１の軸方向端面とハウジング１１の後側段部１１ｂの軸方向端面にそれぞれ予圧荷重を伝達する。
【００１８】
また、後側軸受１４の外輪３１の軸方向端面とハウジング１１の後側段部の軸方向端面との間には、予圧用ばね４１，４１と並列に、自身の変形速度が高くなるにつれて剛性が増大する複数の変形部材４４，４４が設けられている。複数の変形部材４４は、複数の予圧用ばね４１，４１内を貫通するように設けられる。
【００１９】
複数の変形部材４４は、ばね受け４２，４３の少なくとも一方に固定されており、予圧用ばね４１，４１が所定の予圧荷重を付与するように、長さが設計されている。
なお、変形部材４４としては、具体的には、ダイラタント特性を有した部材が用いられる。
【００２０】
このように構成された主軸装置１０では、通常運転時は、変形部材４４，４４に作用する変形速度が小さいので変形部材４４，４４の剛性は小さく、予圧用ばね４１，４１による適度な予圧荷重のみが前側及び後側軸受１３，１３，１４，１４に作用する。一方、主軸１２に予圧荷重と同方向の振動が作用すると、振動により変形部材４４，４４が瞬間的に変形することで剛性が増大し、主軸剛性が高まる。その結果、主軸１２の振動が減少して、加工精度の低下を抑制することができる。
【００２１】
また、予圧用ばね４１，４１を縮ませる方向に衝撃荷重が作用すると、変形部材４４，４４が高速で変形するために剛性が増大し、主軸１２の変位を抑制することができる。
【００２２】
さらに、共振点付近の速度で運転されると、主軸自身の振動により変形部材４４，４４が高速で変形するために剛性が増大し、主軸剛性が増大する。このため、系としての共振点を高くでき、加工精度や安定した高速運転に有利となる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の主軸装置１０によれば、後側軸受１４の外輪３１とハウジング１１の後側段部１１ｂとの軸方向対向面間には、複数の転がり軸受１３、１３，１４、１４に定圧予圧を付与するように予圧用ばね４１，４１が設けられ、且つ、上述の軸方向対向面間には、予圧用ばね４１，４１と並列に、自身の変形速度が高くなるにつれて剛性が増大する変形部材４４，４４が設けられる。これにより、比較的簡単な構造で安価でありながら、主軸１２の振動を抑制し、衝撃荷重に対する主軸１２の変位を抑え、さらに、系としての共振点を高くして、加工精度や高速回転に有利な構成とすることができる。
【００２４】
また、予圧用ばね４１，４１は、軸方向対向面間に、円周方向に間隔を空けて複数配置されており、複数の変形部材４４，４４は、それぞれ複数の予圧用ばね４１，４１内を貫通するように設けられるので、複数の変形部材４４，４４を設置するスペースを別途設ける必要がなく、主軸装置１０をコンパクトに設計することができる。
【００２５】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、予圧用ばね４１，４１及び変形部材４４，４４は、工具寄りの後側軸受１４の外輪３１とハウジング１１の後側段部１１ｂとの軸方向対向面間に配置されているが、ハウジング１１や主軸１２の形状に応じて、反工具寄りの前側軸受１３の外輪２１とハウジング１１の前側段部１１ａとの軸方向対向面間に配置されてもよい。
また、予圧用ばね４１，４１及び変形部材４４，４４は、工具寄りの前側軸受１３の内輪２２と主軸１２に固定される固定部材である前蓋２７やナット２８との軸方向対向面間や、反工具寄りの後側軸受１４の内輪３２と主軸１２に固定される固定部材である外輪間座３７やナット３８との軸方向対向面間に配置されてもよい。
さらに、本実施形態では、前側軸受と後側軸受の両方に予圧用ばねの予圧荷重が作用する構成としているが、前側軸受、又は後側軸受のいずれかに予圧荷重が作用する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０    主軸装置
１１    ハウジング
１２    主軸
１３    前側軸受（転がり軸受）
１４    後側軸受（転がり軸受）
２１，３１    外輪
２２，３２    内輪
２３，３３    玉
４１    予圧用ばね
４４    変形部材
【図１】
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