(57)【要約】【課題】主軸の支持剛性を向上させることが可能な工作機械の主軸装置の提供。【解決手段】主軸９はハウジング１に対して回転可能に支承されている。主軸９の外周面には、複数のリング状のボール溝９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅが形成され、これらの中にはそれぞれ軸受け１０、１１、１２、１３のボール１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂが配置されている。前方軸受け１０の外輪１０ａはハウジング１に固定されており、第１軸受け１１の外輪１１ａは、第１流体圧室１９内へ供給される流体圧により、第１ピストン１８とともに主軸９の軸方向前方に押圧される。また第２軸受け１２および第３軸受け１３の外輪１２ａ、１３ａは、それぞれ第２流体圧室２１および第３流体圧室２３内へ供給される流体圧により、第２ピストン２０および第３ピストン２２とともに主軸９の軸方向後方に押圧される。【選択図】図１
2009297811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
外輪が前記ハウジングに固定された基準ベアリングと、
それぞれ外輪が前記ハウジングに対して互いに独立して移動可能に取り付けられた複数の予圧ベアリングと、
前記基準ベアリングおよび前記予圧ベアリングの内周側と係合することにより、前記ハウジングに対して回転可能に支承された主軸と、
前記予圧ベアリングの各々の前記外輪に対して、別々に前記主軸の軸方向への荷重を加え、前記予圧ベアリングの前記外輪を前記主軸の軸方向へ移動させることが可能な予圧印加手段と、
を備えたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項２】
前記基準ベアリングは、前記ハウジング中において、複数の前記予圧ベアリングの取付位置よりも、前記主軸における刃具またはワークの取付端側に固定されることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
【請求項３】
前記主軸の前記外周面にはリング状のボール溝が複数個形成され、
前記基準ベアリングおよび前記予圧ベアリングは、それぞれ前記ボール溝内に配置され前記外輪の内周面との間で転動可能なボール体を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械の主軸装置。
【請求項４】
前記予圧印加手段は、前記予圧ベアリングのそれぞれの前記外輪を前記主軸の軸方向に所定の荷重で押圧する互いに独立した複数の押圧手段を有していることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の工作機械の主軸装置。
【請求項５】
前記押圧手段はそれぞれ前記予圧ベアリングの前記外輪と当接するピストンであって、該ピストンは前記ハウジングとの間で互いに独立した圧力室を形成し、該圧力室に流体圧が供給されることにより付勢され前記外輪を押圧することを特徴とする請求項４に記載の工作機械の主軸装置。
【請求項６】
前記圧力室の各々には、流体圧源から複数に分岐された流体管路が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の工作機械の主軸装置。
【請求項７】
それぞれの前記流体管路上には圧力調整弁が設けられており、
該圧力調整弁により前記流体圧源によって発生された流体圧が減圧されることを特徴とする請求項６に記載の工作機械の主軸装置。
【請求項８】
それぞれの前記流体管路上には流体圧の伝播を遅延させる絞り管路が形成されたことを特徴とする請求項６または７に記載の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、主軸を回転可能に支持する工作機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械において加工用の刃具あるいはワークを回転させるための主軸を、ハウジングに取り付けるための主軸装置に関しては、従来より様々なものが工夫されてきた。
主軸装置は加工品質を維持するために、その主軸の芯振れ等の低減に関してきわめて高い精度が要求されてきた。そのために、主軸の支持剛性の増大を目的として、主軸を支持するベアリングの外輪と内輪との間において、主軸の軸方向に荷重を与える予圧機構が一般的に用いられてきた。予圧機構は主軸の支持剛性にきわめて大きな影響を与えることから、その発生する予圧荷重はきびしく管理される必要があった。
【０００３】
それに加えて近年は、加工時間を短縮する等の目的のために主軸の高速回転化が著しい。主軸を高速で回転させるためには、主軸の外径を大きくして固有振動数を増大させる必要がある。ところが主軸の外径を大きくした場合、主軸を支持するベアリング外輪の外径も大きくなり、却って主軸の高速回転化の支障となる。
【０００４】
そこで、ベアリングに内輪を設けずに主軸の外周面に転動体が配置される溝を形成して、ベアリング外輪の外径を増大させずに主軸の外径を大きくすることが考えられた。しかしながら、転動体を主軸外周面の溝に配置した場合、転動体の内周側の位置決めが容易でなくなるためベアリングの予圧調整が困難になり、上述した予圧荷重の高精度化のニーズと相反することになった。
【０００５】
さらに、主軸が高速で回転することにともなう支持部材の発熱の問題も無視できない。主軸は回転速度が高まるにつれて発熱が大きくなるが、発熱にともない支持部材が膨張して、各部材の寸法関係が不揃いとなる恐れがある。ベアリング等の支持部材が膨張して寸法がばらつくと、設定されている予圧荷重に変動が起こりうる。
【０００６】
このような問題に対して、熱膨張によりベアリングの予圧荷重が低下した場合、予圧荷重を補正する主軸装置に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。これは、圧力検出器により予圧低下を検出して、流体圧力発生器のピストンにより外輪を押圧することで予圧荷重を補正している。
【特許文献１】特開平８−９０３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常、工作機械の主軸装置においては主軸の芯振れを防ぐために、複数のベアリングを用いて形成した軸受ユニットにより主軸を支持している。上述した従来技術においても、一対のベアリングの外輪同士を互いに連結するとともに、一対の内輪同士も互いに連結して軸受ユニットを形成し、一対の外輪に一体的に予圧を加えている。
【０００８】
ここで、軸受ユニットの半径方向外方には冷却用の油路が形成されている場合が多いことから、主軸の回転に伴い、外輪側に比べて内輪側の温度上昇が著しく、熱膨張によって軸受ユニット内の一対の外輪間寸法に対して内輪間寸法が大きくなりやすい。このため、一対のベアリングの外輪または内輪同士を互いに連結するベアリングケースを介して、軸受ユニットの複数の外輪に一体的に予圧を加えていても、個々のベアリングにかかる予圧荷重がばらついてしまい、適正値よりも過剰な予圧が加えられベアリングに焼きつきが生じたり、予圧が不足して主軸の支持剛性が低下する恐れがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、主軸の支持剛性を向上させることが可能な工作機械の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】
【０００９】
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
（手段１）手段１に係る工作機械の主軸装置は、
ハウジングと、
外輪が前記ハウジングに固定された基準ベアリングと、
それぞれ外輪が前記ハウジングに対して互いに独立して移動可能に取り付けられた複数の予圧ベアリングと、
前記基準ベアリングおよび前記予圧ベアリングの内周側と係合することにより、前記ハウジングに対して回転可能に支承された主軸と、
前記予圧ベアリングの各々の前記外輪に対して、別々に前記主軸の軸方向への荷重を加え、前記予圧ベアリングの前記外輪を前記主軸の軸方向へ移動させることが可能な予圧印加手段と、
を備えている。
【００１０】
予圧印加手段が、予圧ベアリングの各々の外輪に対して別々に主軸の軸方向への荷重を加えることが可能なため、主軸の回転により内輪側と外輪側との間で温度差が発生し内輪間座と外輪間座との間で幅寸法が異なっても、各々のベアリングに加えられる予圧荷重を一定にすることができる。また、各々の予圧ベアリングの外輪の取付位置調整を行う必要がなく、組み付け性を向上させることができる。
【００１１】
（手段２）手段１に記載の工作機械の主軸装置において、
前記基準ベアリングは、前記ハウジング中において、複数の前記予圧ベアリングの取付位置よりも、前記主軸における刃具またはワークの取付端側に固定される。
主軸は、ハウジングに対して基準ベアリングの取付位置が軸方向において基準位置となる。従って、主軸が熱変位などにより軸方向に膨張する場合には、主軸は、基準ベアリングの取付位置を基準に軸方向に膨張する。そして、予圧ベアリングの取付位置より主軸における刃具またはワークの取付端側に基準ベアリングを固定している。つまり、各ベアリングから主軸における刃具またはワークの取付端側までの軸方向距離のうち、基準ベアリングから主軸における刃具またはワークの取付端側までの軸方向距離が最短となる。従って、主軸が熱変位などにより膨張したとしても、主軸における刃具またはワークの取付端側の位置が変化することを抑制できる。その結果、高い加工品質を確保できる。なお、主軸に刃具が取り付けられる場合における主軸とは、例えば、マシニングセンタの主軸や研削盤の砥石軸などである。主軸にワークが取り付けられる場合における主軸とは、例えば、研削盤または旋盤などのワーク軸である。
【００１２】
（手段３）手段１または２に記載の工作機械の主軸装置において、
前記主軸の前記外周面にはリング状のボール溝が複数個形成され、
前記基準ベアリングおよび前記予圧ベアリングは、それぞれ前記ボール溝内に配置され前記外輪の内周面との間で転動可能なボール体を有している。
主軸の外周面にリング状のボール溝を形成し、基準ベアリングおよび予圧ベアリングはボール溝内に転動可能なボール体を配置することにより形成されているため、基準ベアリングおよび予圧ベアリングの内輪を省略して、外輪の径を変えずに主軸径を大きくすることができ、予圧荷重の変動を低減することができると同時に、主軸の高速化を図ることができる。
【００１３】
（手段４）手段１乃至３のうちのいずれか一項に記載の工作機械の主軸装置において、
前記予圧印加手段は、前記予圧ベアリングのそれぞれの前記外輪を前記主軸の軸方向に所定の荷重で押圧する互いに独立した複数の押圧手段を有している。
したがって、簡単な手段により予圧荷重を補正することができる。
【００１４】
（手段５）手段４に記載の工作機械の主軸装置において、
前記押圧手段はそれぞれ前記予圧ベアリングの前記外輪と当接するピストンであって、該ピストンは前記ハウジングとの間で互いに独立した圧力室を形成し、該圧力室に流体圧が供給されることにより付勢され前記外輪を押圧する。
したがって、発熱により各部材に発生した寸法のばらつきにかかわらず、圧力室内の流体圧に基づき安定して適正な予圧荷重を印加することができる。
【００１５】
（手段６）手段５に記載の工作機械の主軸装置において、
前記圧力室の各々には、流体圧源から複数に分岐された流体管路が接続されている。
したがって、一つの流体圧源により、複数の押圧手段に対して流体圧を供給することができる。
【００１６】
（手段７）手段６に記載の工作機械の主軸装置において、
それぞれの前記流体管路上には圧力調整弁が設けられており、
該圧力調整弁により前記流体圧源によって発生された流体圧が減圧される。
したがって、流体圧源の数を増やさずに、各圧力室へ供給する流体圧を別々に設定することができる。
【００１７】
（手段８）手段６または７に記載の工作機械の主軸装置において、
それぞれの前記流体管路上には流体圧の伝播を遅延させる絞り管路が形成されている。
したがって、回転中の主軸に振動が発生しても、絞り管路により減衰されて圧力室内の流体圧が振動することがなく予圧荷重も変動することがないため、主軸の動剛性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜実施形態１＞
図１乃至図３に基づき、本発明の実施形態１による工作機械の主軸装置について説明する。説明中、図１において、左方を主軸装置の前方とする。主軸装置のハウジング１（本発明のハウジングに該当する）は、フロントハウジング２、リヤハウジング３、モータハウジング４、外周カバー５、リヤスリーブ６、前蓋７、ピストン押え８により形成されており、これらは互いに移動不能に固定されて全体として略円筒形に形成されている。
【００１９】
フロントハウジング２はシール材２ａ、２ｂ、４ａにより、モータハウジング４の内周面に対して液密的に嵌合している。また、モータハウジング４とリヤハウジング３は、それぞれシール材４ｂ、４ｃおよび３ａにより、外周カバー５の内周面と嵌合している。また、フロントハウジング２の内周側には前蓋７が嵌合し、フロントハウジング２の後端面には、シール材８ａによりピストン押え８が液密的に固定されている（図３示）。さらに、リヤハウジング３の内周面には、シール材３ｂ、３ｃによりリヤスリーブ６が液密的に嵌合している。
【００２０】
ハウジング１の内周側には、主軸９（本発明の主軸に該当する）が設けられている。主軸９は４個の単列のアンギュラ式玉軸受け１０、１１、１２、１３の内周側と係合して、ハウジング１に対して回転可能に支承されている。主軸９の軸方向略中央部の外周面にはロータスリーブ９ａが嵌合しており、ロータスリーブ９ａの外周には、電動モータ１４のロータ１４ａが一体回転可能に固定されている。一方、モータハウジング４の内周面には、電動モータ１４のステータ１４ｂがロータ１４ａと径方向に対向するように固定されている。これにより、主軸９は電動モータ１４によりハウジング１に対して回転駆動される。
【００２１】
また、主軸９中には、加工用刃具Ｔを保持するクランプ（符号なし）を作動させるためのドローバー１５が内蔵されている。加工用刃具Ｔは、主軸９の前端側に取り付けられている。また、主軸９の後端部には、センサリング１６が取り付けられ、これと径方向に対向するように検出器１７がリヤハウジング３に固定されている。
【００２２】
前方軸受け１０（本発明の基準ベアリングに該当する）の外輪１０ａ（本発明の外輪に該当する）は、前蓋７の後端面とフロントハウジング２の段部との間で狭持されて位置決め固定されている。前方軸受け１０は、主軸９の外周面に形成されたリング状の前方ボール溝９ｂ（本発明のボール溝に該当する）内に配置されたボール１０ｂ（本発明のボール体に該当する）を有しており、ボール１０ｂは外輪１０ａの内周面との間で転動可能に形成されている。外輪１０ａの内周面は、当接するボール１０ｂを前方（図１において左方）に押圧可能な形状を呈している。また、前方軸受け１０はボール１０ｂの保持器１０ｃを具備している。
【００２３】
上述したように、外輪１０ａがハウジング１に固定されている前方軸受け１０は、主軸９が熱変位などにより軸方向に膨張する場合であっても、主軸９に取り付けられる刃具Ｔ等の位置精度を向上させるために、主軸９の最も前方位置に配置することが望ましい。つまり、前方軸受け１０は、ハウジング１中における他の軸受け１１、１２、１３の取付位置より、主軸９の前端側（刃具Ｔの取付端側）に固定されていることが望ましい。
【００２４】
図１に示すように、第１ピストン体１８ａと第１ピストンガイド１８ｂは互いに相対移動不能に連結され、第１ピストン１８（本発明の押圧手段およびピストンに該当する）を形成している。第１軸受け１１（本発明の予圧ベアリングに該当する）の外輪１１ａ（本発明の外輪に該当する）は第１ピストン体１８ａと第１ピストンガイド１８ｂとにより狭持され、第１ピストン１８に固定されている。第１軸受け１１は前方軸受け１０と同様に、主軸９の外周面に形成されたリング状の第１ボール溝９ｃ（本発明のボール溝に該当する）内に配置されたボール１１ｂ（本発明のボール体に該当する）を有しており、ボール１１ｂは外輪１１ａの内周面との間で転動可能に形成されている。外輪１１ａの内周面は前方軸受け１０の外輪１０ａと同様に、当接するボール１１ｂを前方に押圧可能な形状を呈している。また、第１軸受け１１もボール１１ｂの保持器１１ｃを具備している。
【００２５】
図３に示すように、第１ピストン１８の外周面は、シール材１８ｃ、１８ｄによりフロントハウジング２およびピストン押え８の内周側に対して液密的に嵌合しており、フロントハウジング２、ピストン押え８および第１ピストン１８との間には、第１流体圧室１９（本発明の圧力室に該当する）が形成されている。第１ピストン１８は第１軸受け１１の外輪１１ａと一体となって、フロントハウジング２およびピストン押え８に対して主軸９の軸方向（図１において左右方向）に移動可能に設けられている。第１流体圧室１９は後述する第２流体圧室２１および第３流体圧室２３とは独立して形成され、第１ピストン１８は、後述する第２ピストン２０および第３ピストン２２に対して独立して移動可能に形成されている。
【００２６】
フロントハウジング２中には、上端から斜め下方へと延びて第１流体圧室１９へと連通するハウジング管路２ｃが設けられ、ハウジング管路２ｃ上には、流動する流体の液量を制限し、流体圧の伝播を遅延させる小径の第１絞り管路２ｄ（本発明の絞り管路に該当する）が形成されている。
【００２７】
図２示すように、第２ピストン体２０ａと第２ピストンガイド２０ｂは互いに相対移動不能に連結され、第２ピストン２０（本発明の押圧手段およびピストンに該当する）を形成している。第２軸受け１２（本発明の予圧ベアリングに該当する）の外輪１２ａ（本発明の外輪に該当する）は第２ピストン体２０ａと第２ピストンガイド２０ｂとにより狭持され、第２ピストン２０に固定されている。第２軸受け１２は第１軸受け１１と同様に、主軸９の外周面に形成されたリング状の第２ボール溝９ｄ（本発明のボール溝に該当する）内に配置されたボール１２ｂ（本発明のボール体に該当する）を有しており、ボール１２ｂは外輪１２ａの内周面との間で転動可能に形成されている。外輪１２ａの内周面は、当接するボール１２ｂを後方（図１において右方）に押圧可能な形状を呈している。また、第２軸受け１２もボール１２ｂの保持器１２ｃを具備している。
【００２８】
第２ピストン２０の外周面とリヤスリーブ６の内周面とは、シール材２０ｃ、６ａにより互いに液密的に嵌合しており、リヤスリーブ６と第２ピストン２０との間には、第２流体圧室２１（本発明の圧力室に該当する）が形成されている（図２示）。第２ピストン２０は第２軸受け１２の外輪１２ａと一体となって、リヤスリーブ６に対して軸方向に移動可能に設けられている。第２流体圧室２１は第１流体圧室１９および後述する第３流体圧室２３とは独立して形成され、第２ピストン２０は、第１ピストン１８および後述する第３ピストン２２に対して独立して移動可能に形成されている。
【００２９】
リヤスリーブ６中には、右端から軸方向へと延びて第２流体圧室２１へと連通する第１スリーブ管路６ｂが設けられ、第１スリーブ管路６ｂの第２流体圧室２１への流入口付近には、流動する流体の液量を制限し、流体圧の伝播を遅延させる小径の第２絞り管路６ｃ（本発明の絞り管路に該当する）が形成されている。
【００３０】
また、第３軸受け１３（本発明の予圧ベアリングに該当する）の外輪１３ａ（本発明の外輪に該当する）も第３ピストン体２２ａと第３ピストンガイド２２ｂとにより狭持され、第３ピストン２２（本発明の押圧手段およびピストンに該当する）に固定されている。第３軸受け１３のボール１３ｂ（本発明のボール体に該当する）も、主軸９の外周面に形成されたリング状の第３ボール溝９ｅ（本発明のボール溝に該当する）内に配置され、外輪１３ａの内周面との間で転動可能に形成されている。外輪１３ａの内周面は第２軸受け１２の外輪１２ａと同様に、当接するボール１３ｂを後方に押圧可能な形状を呈している。また、第３軸受け１３もボール１３ｂの保持器１３ｃを具備している。
【００３１】
第３ピストン２２の外周面とリヤスリーブ６の内周面とは、シール材２２ｃ、６ｄにより互いに液密的に嵌合しており、リヤスリーブ６と第３ピストン２２との間には、第３流体圧室２３（本発明の圧力室に該当する）が形成されている（図２示）。第３ピストン２２は第３軸受け１３の外輪１３ａと一体となって、リヤスリーブ６に対して軸方向に移動可能に設けられている。第３流体圧室２３は第１流体圧室１９および第２流体圧室２１とは独立して形成され、第３ピストン２２は、上述した第１ピストン１８および第２ピストン２０に対して独立して移動可能に形成されている。
【００３２】
また、リヤスリーブ６中には、右端から軸方向へと延びて第３流体圧室２３へと連通する第２スリーブ管路６ｅが設けられ、第２スリーブ管路６ｅの第３流体圧室２３への流入口付近には、流動する流体の液量を制限し、流体圧の伝播を遅延させる小径の第３絞り管路６ｆ（本発明の絞り管路に該当する）が形成されている。
【００３３】
図１に示すように、外周カバー５には外部から流体を供給可能な第１導入管路５ａが形成されており、第１導入管路５ａは外周カバー５中を通過した後、モータハウジング４中に形成された第１中間管路４ｄへと接続され、第１中間管路４ｄは上述したフロントハウジング２に形成されたハウジング管路２ｃへと連通している。
【００３４】
また、外周カバー５には外部から流体を供給可能な第２導入管路５ｂが形成されており、第２導入管路５ｂは外周カバー５中を通過した後、リヤハウジング３中に形成された第２中間管路３ｄへと接続され、第２中間管路３ｄは上述したリヤスリーブ６に形成された第１スリーブ管路６ｂへと連通している。
【００３５】
さらに、外周カバー５には外部から流体を供給可能な第３導入管路５ｃが形成されており、第３導入管路５ｃは外周カバー５中を通過した後、リヤハウジング３中に形成された第３中間管路３ｅへと接続され、第３中間管路３ｅは上述したリヤスリーブ６に形成された第２スリーブ管路６ｅへと連通している。
【００３６】
図１に示すように、ポンプユニット２４（本発明の流体圧源に該当する）は、図示しない駆動回路および電動モータを有する流体圧発生装置であって、例えば、油圧ポンプ装置等が使用される。ポンプユニット２４のアウトレットにはポンプ管路２５が接続されており、ポンプ管路２５は３つの減圧管路２６ａ、２６ｂ、２６ｃに分岐された後、それぞれ上述した第１導入管路５ａ、第２導入管路５ｂおよび第３導入管路５ｃに接続されている。
【００３７】
各々の減圧管路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ上には減圧弁２７ａ、２７ｂ、２７ｃ（本発明の圧力調整弁に該当する）が設けられ、これらは駆動回路によって形成された減圧弁ドライバ２８に電気的に接続されている。ポンプユニット２４および減圧弁ドライバ２８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭにより形成された制御装置２９に電気的に接続されており、制御装置２９には検出器１７からの検出信号が入力可能とされている。
【００３８】
ポンプユニット２４および減圧弁ドライバ２８は、制御装置２９からの制御信号により作動制御され、ポンプユニット２４によって発生された流体圧力が、ポンプ管路２５から減圧管路２６ａ、２６ｂ、２６ｃを通って、各々の減圧弁２７ａ〜２７ｃにより減圧された後、導入管路５ａ〜５ｃ、中間管路４ｄ、３ｄ、３ｅ、ハウジング管路２ｃ、スリーブ管路６ｂ、６ｅを介して、各流体圧室１９、２１、２３へと流入する。尚、減圧管路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、導入管路５ａ〜５ｃ、中間管路４ｄ、３ｄ、３ｅ、ハウジング管路２ｃ、スリーブ管路６ｂ、６ｅは、本発明の流体管路に該当する。また、ポンプユニット２４、減圧弁ドライバ２８、減圧弁２７ａ〜２７ｃおよび各ピストン１８、２０、２２は、本発明の油圧印加手段に該当する。
【００３９】
また、図１に示すように、モータハウジング４の内周面と当接するフロントハウジング２の外周面には、主軸９の回転により発生する熱の冷却のために、冷却流体が流動する複数の冷却流路２ｅが形成されている。
また、同様に外周カバー５の内周面と当接するモータハウジング４の外周面には、複数の冷却流路４ｅが形成されている。
さらに、同様にリヤスリーブ６の外周面と当接するリヤハウジング３の内周面には、複数の冷却流路３ｆが形成されている。
【００４０】
次に、本実施形態による主軸装置の作動方法について説明する。主軸９は電動モータ１４の作動により、ハウジング１に対して回転する。制御装置２９は検出器１７からの検出信号に基づいて、回転中の主軸９が十分な剛性によって支持されるようにポンプユニット２４を作動させて流体圧を発生させる。それとともに、減圧弁ドライバ２８を駆動して各減圧弁２７ａ〜２７ｃを作動させ、ポンプユニット２４による流体圧をそれぞれ別々に所定の流体圧に減圧した後、各流体圧室１９、２１、２３に供給する（減圧弁２７ａ〜２７ｃにより減圧されて各流体圧室１９、２１、２３に供給される流体圧は、互いに等しくてもよいし、異なった圧力であってもよい）。
【００４１】
第１流体圧室１９に流体圧が印加されると、流体圧室１９内の流体圧により、第１ピストン１８は図１において左方へと付勢され、当接している第１軸受け１１の外輪１１ａを、所定の予圧荷重で軸方向前方に押圧する（予圧荷重を印加する）。また、第２流体圧室２１および第３流体圧室２３に流体圧が印加されると、流体圧室２１、２３内の流体圧により、第２ピストン２０および第３ピストン２２は、図１において右方へとそれぞれ付勢され、各々当接している第２軸受け１２の外輪１２ａおよび第３軸受け１３の外輪１３ａを、所定の予圧荷重で軸方向後方に押圧する（予圧荷重を印加する）。このとき、第１ピストン１８、第２ピストン２０および第３ピストン２２は、各流体圧室１９、２１、２３内の流体圧に基づき、互いに独立して別々の荷重で外輪１１ａ、１２ａ、１３ａを押圧することができる。
【００４２】
ここで、通常、第２ピストン２０および第３ピストン２２から、外輪１２ａ、１３ａおよびボール１２ｂ、１３ｂを介して主軸９に対して後方に加わる荷重は、第１ピストン１８から、外輪１１ａおよびボール１１ｂを介して主軸９に対して前方に加わる荷重よりも大きい。したがって、外輪１０ａがハウジング１に固定された前方軸受け１０のボール１０ｂに対しても、主軸９から後方への荷重が働く。
【００４３】
この結果、主軸９は、前方軸受け１０および第１軸受け１１の外輪１０ａ、１１ａから各ボール１０ｂ、１１ｂを介して前方に働く予圧荷重と、第２軸受け１２および第３軸受け１３の外輪１２ａ、１３ａから各ボール１２ｂ、１３ｂを介して後方に働く予圧荷重とによりバランスし、所定の剛性を具備してハウジング１に支持される。
【００４４】
本実施形態によれば、ハウジング１と、外輪１０ａがハウジング１に固定された前方軸受け１０と、それぞれ外輪１１ａ、１２ａ、１３ａがハウジング１に対して互いに独立して移動可能に取り付けられた複数の軸受け１１、１２、１３と、前方軸受け１０のボール１０ｂおよび軸受け１１、１２、１３のボール１１ｂ、１２ｂ、１３ｂと係合することにより、ハウジング１に対して回転可能に支承された主軸９と、軸受け１１、１２、１３の各々の外輪１１ａ、１２ａ、１３ａに対して別々に、主軸９の軸方向への荷重を加え、外輪１１ａ、１２ａ、１３ａを主軸９の軸方向へ移動させることが可能なピストン１８、２０、２２とを備えている。
【００４５】
これにより、ピストン１８、２０、２２が軸受け１１、１２、１３の各々の外輪１１ａ、１２ａ、１３ａに対して別々に主軸９の軸方向への予圧荷重を加えることが可能なため、主軸９の回転により軸受け１０、１１、１２、１３の内輪側と外輪側との間で温度差が発生し主軸９の各ボール溝９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ間と外輪１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ間との間で寸法が異なっても、各々の軸受け１０、１１、１２、１３に加えられる予圧荷重を一定にすることができる。また、各々軸受け１１〜１３の外輪１１ａ、１２ａ、１３ａの取付位置調整を行う必要がなく、組み付け性を向上させることができる。
【００４６】
また、軸受け１０、１１、１２、１３が内輪を有するものであれば、内輪間座に対して加工を施すことで転動面の位置を容易に調整することができるが、本実施形態のように主軸９の外周面に軸受け１０、１１、１２、１３のボール溝９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅを設けた場合、ボール１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂの転動面の位置を主軸９に対する加工により調整することは難しく、従来のような複数の軸受けに一体的に予圧を加える方法では、適正な予圧を印加することは難しい。しかし、上述したように各々の軸受け１０、１１、１２、１３に別々に予圧を加えることで、軸受け１０、１１、１２、１３が内輪を有さない場合でも、容易に適正な予圧を与えることができる。
【００４７】
また本実施形態によれば、主軸９の外周面にはリング状の複数のボール溝９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅが形成され、各軸受け１０〜１３は、それぞれボール溝９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ内に配置され外輪１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａの内周面との間で転動可能なボール１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂを有している。
これにより、各軸受け１０〜１３はその内輪を省略することにより、外輪１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａの径を変えずに主軸９の径を大きくすることができ、予圧荷重の変動を低減することができると同時に、主軸９の高速化を図ることができる。
【００４８】
また本実施形態によれば、ピストン１８、２０、２２は、軸受け１１〜１３のそれぞれの外輪１１ａ、１２ａ、１３ａを主軸９の軸方向に所定の荷重で押圧するように互いに独立して複数個設けられている。
したがって、簡単な手段により予圧荷重を補正することができる。
【００４９】
また本実施形態によれば、ピストン１８、２０、２２はそれぞれ軸受け１１〜１３の外輪１１ａ、１２ａ、１３ａと当接するとともに、ハウジング１との間で互いに独立した流体圧室１９、２１、２３を形成し、流体圧室１９、２１、２３に流体圧が供給されることにより付勢されて外輪１１ａ、１２ａ、１３ａを押圧している。
したがって、発熱により各部材に発生した寸法のばらつきにかかわらず、流体圧室１９、２１、２３内の流体圧に基づき、軸受け１１〜１３の外輪１１ａ、１２ａ、１３ａに対して安定して適正な予圧荷重を印加することができる。
【００５０】
また本実施形態によれば、流体圧室１９、２１、２３の各々には、ポンプユニット２４から複数に分岐された減圧管路２６ａ、２６ｂ、２６ｃが導入管路５ａ〜５ｃ、中間管路４ｄ、３ｄ、３ｅ、ハウジング管路２ｃ、スリーブ管路６ｂ、６ｅをそれぞれ介して接続されている。
したがって、一つのポンプユニット２４により、複数のピストン１８、２０、２２に対して流体圧を供給することができる。
【００５１】
また本実施形態によれば、それぞれの減圧管路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ上には減圧弁２７ａ〜２７ｃが設けられており、減圧弁２７ａ〜２７ｃによりポンプユニット２４によって発生された流体圧が減圧される。
したがって、ポンプユニット２４の数を増やさずに、各流体圧室１９、２１、２３へ供給する流体圧を別々に設定することができる。
【００５２】
また本実施形態によれば、フロントハウジング２に設けられたハウジング管路２ｃ上には流体圧の伝播を遅延させる絞り管路２ｄが形成され、同様に、リヤスリーブ６に設けられた第１スリーブ管路６ｂの第２流体圧室２１への流入口付近には絞り管路６ｃが形成され、さらに、リヤスリーブ６中に設けられた第２スリーブ管路６ｅの第３流体圧室２３への流入口付近には絞り管路６ｆが形成されている。
したがって、回転中の主軸９に振動が発生しても、絞り管路２ｄ、６ｃ、６ｆにより減衰されて流体圧室１９、２１、２３内の流体圧が振動することがなく予圧荷重も変動することがないため、主軸９の動剛性を向上させることができる。
【００５３】
＜実施形態２＞
次に、図４および図５に基づき、本発明の実施形態２による工作機械の主軸装置について説明する。本実施形態についての説明は、実施形態１との相違点のみについて行う。説明中、図４において、左方を主軸装置の前方とする。本実施形態は実施形態１に対して、各軸受け４２、４３、４４、４５が内輪４２ｄ、４３ｄ、４４ｄ、４５ｄを有する点が異なる。主軸装置の主軸４１は、前方軸受け４２、第１軸受け４３、第２軸受け４４および第３軸受け４５を介して、ハウジング１に対して回転可能に支承されている。各軸受け４２、４３、４４、４５の内輪４２ｄ、４３ｄ、４４ｄ、４５ｄは、それぞれの内周面において主軸４１の外周面に対して嵌着され固定されている。
【００５４】
前方軸受け４２の内輪４２ｄは、その前端が主軸４１の前方にある段部４１ａに当接することにより、主軸４１に対する軸方向の位置決めが行われている。主軸４１の外周面には内輪間座４６が固定されており、内輪間座４６はその前端が前方軸受け４２の内輪４２ｄの後端に当接するように位置決めされている。また、第１軸受け４３の内輪４３ｄは、前端が内輪間座４６の後端に当接するように位置決めされており、さらに、内輪４３ｄの後端にその前端が当接するようにロータスリーブ４１ｂが主軸４１に固定されている。
【００５５】
ロータスリーブ４１ｂの後端には、内輪位置決め間座４７の前端が当接しており、内輪位置決め間座４７の後端には第２軸受け４４の内輪４４ｄの前端が当接するように位置決めされている。さらに、第２軸受け４４の内輪４４ｄの後端には内輪間座４８の前端が当接し、内輪間座４８の後端には第３軸受け４５の内輪４５ｄの前端が当接するように位置決めされている。内輪４５ｄの後端には内輪位置決め端座４９の前端が当接するように固定されている。
【００５６】
各軸受け４２、４３、４４、４５の外輪４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａと内輪４２ｄ、４３ｄ、４４ｄ、４５ｄとの間には、それぞれ転動可能なボール４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂが介装されている。また、各軸受け４２、４３、４４、４５はボール４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂの保持器４２ｃ、４３ｃ、４４ｃ、４５ｃを具備している。さらに、前方軸受け４２の外輪４２ａの内周面および第１軸受け４３の外輪４３ａの内周面は、当接するボール４２ｂ、４３ｂを軸方向前方に押圧可能な形状を呈しており、第２軸受け４４の外輪４４ａの内周面および第３軸受け４５の外輪４５ａの内周面は、当接するボール４４ｂ、４５ｂを軸方向後方に押圧可能な形状を呈している。
【００５７】
前方軸受け４２の外輪４２ａは実施形態１と同様に、フロントハウジング２と前蓋７とにより狭持されて位置決め固定されている。また、第１軸受け４３の外輪４３ａも実施形態１と同様に、第１ピストン１８に固定され、第１ピストン１８と一体となって、他の軸受け４４、４５の外輪４４ａ、４５ａに対して独立して軸方向前方に移動可能となっている。また、第２軸受け４４、第３軸受け４５の外輪４４ａ、４５ａも実施形態１と同様に、それぞれ第２ピストン２０、第３ピストン２２に固定され、これらのピストン２０、２２とそれぞれ一体となって、互いに独立して軸方向後方に移動可能となっている。
【００５８】
実施形態１と同様に、ポンプユニット２４により発生された流体圧が減圧弁２７ａ〜２７ｃにより減圧された後、各流体圧室１９、２１、２３内に供給される。流体圧室１９、２１、２３内の流体圧により、各ピストン１８、２０、２２が所定の予圧荷重により別々に軸受け４３、４４、４５の外輪４３ａ、４４ａ、４５ａを軸方向に押圧する。その他の構成については実施形態１と同様であるため、説明は省略する。
【００５９】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
外輪が主軸の軸方向に移動可能な軸受けは３個に限られるものではなく、２個であってもよいし４個以上であってもよい。
【００６０】
外輪がハウジングに固定された軸受けは、必ずしも主軸の最も前方の位置になくてもよく、主軸の中央部、あるいは後方部にあってもよい。ただし、外輪がハウジングに固定される軸受けが、主軸の最も前方の位置にあることが望ましいことは、上述したとおりである。
各流体圧室に供給される流体圧は油圧に限られず、エア圧等のあらゆる流体圧が適用可能である。
また、主軸は刃具を取り付けるものに限られず、本発明による主軸装置はワークを取り付ける主軸にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施形態１による主軸装置の全体図
【図２】図１に示した主軸装置の後方部位の拡大図
【図３】図１に示した主軸装置の前方部位の拡大図
【図４】実施形態２による主軸装置の主要部の断面図
【図５】図４に示した主軸装置の後方部位の拡大図
【符号の説明】
【００６２】
図面中、１はハウジング、２はフロントハウジング（ハウジング）、２ｃはハウジング管路（流体管路）、２ｄは第１絞り管路（絞り管路）、３はリヤハウジング（ハウジング）、３ｄは第２中間管路（流体管路）、３ｅは第３中間管路（流体管路）、４はモータハウジング（ハウジング）、４ｄは第１中間管路（流体管路）、５は外周カバー（ハウジング）、５ａは第１導入管路（流体管路）、５ｂは第２導入管路（流体管路）、５ｃは第３導入管路（流体管路）、６はリヤスリーブ（ハウジング）、６ｂは第１スリーブ管路（流体管路）、６ｃは第２絞り管路（絞り管路）、６ｅは第２スリーブ管路（流体管路）、６ｆは第３絞り管路（絞り管路）、７は前蓋（ハウジング）、８はピストン押え（ハウジング）、９，４１は主軸、９ｂは前方ボール溝（ボール溝）、９ｃは第１ボール溝（ボール溝）、９ｄは第２ボール溝（ボール溝）、９ｅは第３ボール溝（ボール溝）、１０，４２は前方軸受け（基準ベアリング）、１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａは外輪、１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂはボール（ボール体）、１１，４３は第１軸受け（予圧ベアリング）、１２，４４は第２軸受け（予圧ベアリング）、１３，４５は第３軸受け（予圧ベアリング）、１８は第１ピストン（押圧手段、ピストン）、１９は第１流体圧室（圧力室）、２０は第２ピストン（押圧手段、ピストン）、２１は第２流体圧室（圧力室）、２２は第３ピストン（押圧手段、ピストン）、２３は第３流体圧室（圧力室）、２４はポンプユニット（予圧印加手段、流体圧源）、２６ａ〜２６ｃは減圧管路（流体管路）、２７ａ〜２７ｃは減圧弁（予圧印加手段、圧力調整弁）、２８は減圧ドライバ（予圧印加手段）を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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