JPH034020A - 予圧可変式軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械の主軸等における軸受の予圧を可変
とした予圧可変式軸受装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の予圧可変式スピンドル装置としては、例えば特開
昭６１−１２７９２２号公報（第１従来例）、実開昭６
２−８５３０２号公報（第２従来例）等に提示されたも
のがある。これらの従来例のものは、回転軸を支承する
ころがり軸受の外輪または内輪に軸方向から作用して予
圧を与える予圧手段として、圧電素子を用いている。そ
の圧電素子に電圧を印加して素子の軸方向の長さを変化
させ、軸受に対する予圧の大きさを調整する。例えば高
速運転の際は、回転軸の熱膨張の影響で軸受予圧の大き
さが変化するが、予め圧電素子の長さと印加電圧との間
の関係を求めておき、回転軸の温度膨張に対応させて圧
電素子の長さを変えるように電圧を印加することにより
、高速回転時の予圧変動を防止し適正予圧を得るように
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記各従来例にあっては、圧電素子の押
圧力が直接に軸受の外輪または内輪の端面に負荷される
構造であり、圧電素子に均一な作動特性を得ることが困
難であるため、圧電素子の印加電圧を変化させたとき、
軸受にかかる荷重が周方向で不均一になるという問題点
があった。

又、複数個の圧電素子を円周方向に等分に配して組付け
る場合、それぞれの圧電素子に同電圧を印加しても各圧
電素子の伸びは完全に同値とはならない。それゆえ、軸
受にかかる予圧の大きさが周方向で不均一になるという
問題が生じる。

また、各圧電素子の特性に合わせた電圧を個々に供給す
ることは制御がが複雑となる。

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされた
ものであり、その目的とするところは、簡単な制御で圧
電素子の印加電圧を変化させたときに軸受にかかる荷重
が急変することがなく、又、軸受にかかる予圧の大きさ
が不均一にならないようにした予圧可変式軸受装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、回転軸を支承する
転がり軸受と、該転がり軸受の端面を軸方向に押圧する
べく前記回転軸に軸方向移動可能に挿通されると共に外
径面には前記転がり軸受に向かって先細に傾斜しハウジ
ング側に設けた斜面に摺接した斜面状被案内面を有する
テーパ間座環と、該テーパ間座環の反軸受側端面に円周
等分に配置され印加電圧で軸方向の長さを可変とし得る
複数の圧電素子とを備えている。

〔作用〕

圧電素子に印加する電圧を調整して、軸受の外輪または
内輪に負荷する軸方向の押圧力を調整する。そのとき、
圧電素子と軸受間の押圧力は、両者間に介挿されハウジ
ングに摺接されているテーパ間座環の斜面を介して作用
する。したがって、軸受にかかる予圧荷重が急変したり
、その予圧の大きさが不均一になることは防止される。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

第１図は、本発明の一実施例の予圧可変式軸受を組み込
んだ工作機械の主軸受装置の縦断側面図である。ハウジ
ング１に組み込まれた２組の並列組合わせアンギュラ玉
軸受２，３で回転軸である主軸４を支承している。組合
わせアンギュラ玉軸受２は、短い間座５を介して並列に
配された２個一組のアンギュラ玉軸受６，７でなる。同
様に組合わせアンギュラ玉軸受３は、短い間座５を介し
て並列に配された２個一組のアンギュラ玉軸受９゜１０
でなる。反対方向のスラスト荷重をそれぞれ分担する両
並列組合わせアンギュラ玉軸受２．３は、長い間座１１
を介して軸方向に所定の間隔を保っている。

一香臭に位置する玉軸受６の内輪６Ｎの端面ば１軸４の
外径段部４Ａに当接されている。一番手前に位置する玉
軸受１０の内輪１ＯＮの端面ば、主軸４のねじ４Ｂに螺
合したナツト１２により、スペーサ１３を介して押圧さ
れている。かくして各玉軸受６，７，９．１０の内輪が
、軸方向に位置決めして固定されている。

一番手前の玉軸受１０の外輪１０Ｇの正面は、ハウジン
グ１の一端面にポル）Ｂｌで固着された押さえ板１４に
当接している。一方、−香臭の玉軸受６の外輪６Ｇの正
面は環状のスペーサ１５の端面に当接している。このス
ペーサ１５は主軸４の外径より大きな内径を有しており
、その外径面はハウジング】の他端面に当接させたドー
ナツ板形状のテーパ間座骨は部材２０の内径面２ＯＡに
軸方向可動に嵌合されている。

テーパ間座骨は部材２０の内径面２ＯＡに隣接する内径
面は、玉軸受６に向かって次第に小径になるように形成
した斜面２０Ｂになっている。又、テーパ間座骨は部材
２０の反軸受側の座面２０Ｃに開口するシリンダ穴２１
が複数個、円周等分に配設され、この各シリンダ穴２１
内にそれぞれピストン２２が軸方向摺動自在に取付けら
れている。

２３はピストン２２の作動油圧の供給路である。

このように形成されたテーパ間座骨は部材２０の中心孔
にテーパ間座環２５が嵌合している。テーパ間座環２５
は、主軸４の外径より大きな寸法の内径を有してラジア
ル隙間Ｃを介し軸方向移動可能に挿通された筒状胴部２
６と、その一端側で外径方向に突設されたフランジ部２
７とでなり、胴部２６の外径面２８は軸受６に向かって
先細に傾斜した斜面になっている。この斜面状の外径面
２８が前記テーパ間座受は部材２０の斜面２０Ｂに嵌合
されて摺接している。フランジ部２７の軸受側の面は前
記ピストン２２で反軸受方向に押圧されるようになって
いる。一方、フランジ部２７の反軸受側の面には、複数
個の圧電素子片３０が円周等分に配分して当接させであ
る。

これらの圧電素子３０は、リード線３１を介して負荷さ
れる印加電圧に応じてその軸方向の長さを制御できるも
のである。例えば、長さ方向に分極され、その分極方向
に印加する電圧を高くすると長さが増大する縦効果素子
タイプのものである。

そして各圧電素子３０は、素子保持孔３２を設けたドー
ナツ板状保持板３３により軸方向に変位可能に保持され
ている。

その圧電素子保持板３３は、前記テーパ間座受は部材２
０と、同じくドーナツ板形状を有する蓋部材３５との間
に挟持されており、それら３枚のドーナツ板がボルトＢ
２で一体的に固着されて予圧調整ユニットを構成してい
る。

この予圧調整ユニットは、長ボルトＢ３によりハウジン
グ１の端面に固着されている。

次に作用を述べる。

主軸４は、重切削時は低速回転とされ、小径の穴加工の
ような軽切削時は高速回転とされる。低速回転にあって
は、重切削に耐えうる高剛性が要求され、その場合の各
軸受６，７，９．１０の予圧は、ナツト１２の締めつけ
により与えられている。又、圧電素子３０の印加電圧と
素子変位との関係を予め実験的に求めておく。

低速回転状態では、圧電素子３０に電圧は印加されない
。軽切削に移ると、主軸４０回転は高速回転に切り換え
られる。そのとき、回転数が図外の検出器で検知され、
その信号に基づく図示しない制御装置からの指令で圧電
素子３０に所定の電圧が印加される。すると圧電素子３
０が電圧に応じて軸方向に伸長する。この伸長力はテー
パ間座環２５を軸方向に動かす。このときハウジング側
の斜面２０Ｂによりテーパ間座環２５は拘束され、径が
小さぐなるように弾性変形を伴ってスペーサ１５を介し
て軸受６の外輪６Ｇを押圧し、ナツト１２で各軸受６．
７，９．１０に与えられている予圧力と拮抗して、予圧
を低減させる。その場合、各圧電素子３０には同じ大き
さの電圧を印加するが、圧電素子３０の伸び量は、印加
電圧の大きさが同じであっても、同一にはならない。

したがって、各圧電素子３０の軸方向の長さ変化が微妙
に異なる。しかし、本実施例では、圧電素子３０の伸長
力はテーパ間座環２５を介して伝達される。テーパ間座
環２５はテーパ間座受は部材２０の斜面２０Ｂに案内さ
れつつ先に述べたように径方向に弾性変形するから、各
圧電素子３０の伸びがばらついても、そのばらつきは径
方向に吸収され、真っ直ぐに軸沿いに軸受方向に進行し
て、軸受６の外輪６Ｇの端面には全面にほぼ均一な力が
かけられることになる。又、圧電素子３０へ急激に電圧
を印加しても、圧電素子による荷重変化の急変はテーパ
間座環２５の径方向弾性変位で緩和されるから、軸受予
圧が象、変するおそれはない。

主軸４は回転数の増大に伴う温度の上昇により熱膨張す
る。主軸径の熱膨張で、各軸受６，７゜９、ＩＯの予圧
は実質的に増大する方向に変動する。そこで、主軸４が
低速回転から高速回転に切り換えられた後もその温度を
検出して、圧電素子３０への印加電圧を温度上昇に応じ
て制御すれば、熱膨張による予圧増大分を補償すること
ができる。

主軸４の回転を再び低速回転に戻す場合や停止させる場
合には、圧電素子３０への電圧印加を遮断すると共に、
油圧の供給路２３に図外の油圧源から油圧を供給し、ピ
ストン２２を押し上げてテーパ間座環２５を元の位置へ
復帰させる。

しかし主軸等の温度上昇が高い場合には、電圧を雰まで
下げずある小さな電圧とし、軸受に過大な予圧が生じな
いようにする。

なお、上記実施例は、テーパ間座環２５と圧電素子３０
を主軸４の端部に設けたものを説明したが、これに限ら
ず、中央の軸受７，９の中間、すなわちハウジング１内
の間座１１の部分に設けてもよい。この場合は、重切削
の低速回転時に圧電素子に電圧を印加し、伸長させて各
軸受６，７゜９、ｌＯに高予圧を与える。一方、高速運
転時は、圧電素子の電圧を切るか又は低減させて、低予
圧に調整する。このようにすれば、高予圧を圧電素子３
０への印加電圧の調整で制御するので制御し易い。又、
重切削時でも、切削開始前は低予圧状態にして主軸４を
軽く回転させ、切削中のみ電圧を印加して高子圧とする
制御を行えば、主軸４および各軸受６，７，９．１０が
長寿命になる利点がある。

又、第１図におけるテーパ間座環２５の戻し機構につい
ては、シリンダ穴２１とピストン２２をいずれも環状に
形成してもよい。

なお、テーパ間座環２５を元の位置へ復帰させるため、
油圧ピストン２２を設けたものを説明したが、ピストン
の代わりに復帰ばねを使用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、回転軸を支承す
る転がり軸受と、その軸受の端面を軸方向に押圧するべ
く回転軸に軸方向移動可能に挿通されハウジング側に設
けた斜面に摺接した斜面状被案内面を有するテーパ間座
環と、そのテーパ間座環の反軸受側端面に円周等分に配
置され印加電圧で軸方向の長さを可変とした複数の圧電
素子とを備えたものとした。そのため、圧電素子に印加
する電圧の調整により軸受の外輪または内輪に負荷する
軸方向の押圧力を、テーパ間座環の斜面による弾性変形
を伴って軸受に均一に作用させ、各圧電素子に同じ電圧
を供給する簡単な駆動で軸受予圧を均一に調整し得る予
圧可変式軸受装置を提供できるという効果が得られる。

又、圧電素子の印加電圧を変化させたとき軸受にかかる
予圧荷重が、圧電素子の接触部の端部で急変することが
ない予圧可変式軸受装置を提供できるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図である。 １はハウジング、４は主軸、６，７，９．１０はころが
り軸受、２０はテーパ間座受は部材、２０Ｂはハウジン
グ側に設けた斜面、２５はテーパ間座環、２８は斜面状
被案内面、３０は圧電素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸を支承する転がり軸受と、該転がり軸受の
   端面を軸方向に押圧するべく前記回転軸に軸方向移動可
   能に挿通されると共に外径面には前記転がり軸受に向か
   って先細に傾斜しハウジング側に設けた斜面に摺接した
   斜面状被案内面を有するテーパ間座環と、該テーパ間座
   環の反軸受側端面に円周等分に配置され印加電圧で軸方
   向の長さを可変とし得る複数の圧電素子とを備えた予圧
   可変式軸受装置。