JPH05180220A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定圧予圧方式の軸受装置において、軸受に予
圧を付与するシリンダ力より大きな反スラスト方向の力
がスピンドルに加わるような場合に、スピンドルの軸方
向の動きを制止でき、スピンドルに剛性を付与すること
を目的とする。 【構成】 シリンダ６にて駆動される予圧調整用のスラ
イド体７をハウジング２内面に嵌着した環状スリーブ１
４の内面で移動自在に支持する。このスリーブ１４に加
圧室２１と薄肉部２３を形成し、スピンドル３に反スラ
スト方向の大きな力が加わる場合に、流体圧力によって
上記加圧室２１を加圧し薄肉部２３を弾性変形させてス
ライド体７表面に接触させそこに大きな摩擦抵抗を生じ
させる。これにより、スライド体７の動きすなわち軸受
４、５の動きを制止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械等のスピンド
ルの軸受装置に関し、特にその軸受にある一定の予圧を
加えるいわゆる定圧予圧方式を採用した軸受装置に係
る。

【０００２】

【従来技術】従来、この種の軸受装置として例えば本出
願人が先に提案している実開平１−１２６４１９号公報
に示すものがある。これは、ハウジングとスピンドルと
の間に形成されたシリンダ室内に圧力流体を流入させ、
後部軸受を保持するピストン体を介して軸受にスラスト
方向にある一定の予圧が与えている。これにより重切削
または軽切削に適合する適切な予圧力が運転中にも調整
できるとともに、熱膨張による予圧変化がないため高速
回転主軸に適用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来のも
のでは例えばエンドミル加工等において、スピンドルに
対しスラスト方向と反対方向のしかも上記シリンダ力よ
り大きな力が加わると、スピンドルはほとんど剛性を持
ち得ず動いてしまう。したがって、この方式のスピンド
ルでは加工内容が限定されてしまう。

【０００４】そこで、本発明は、定圧予圧方式の軸受装
置において、軸受に予圧を付与するシリンダ力より大き
な反スラスト方向の力がスピンドルに加わるような場合
に、スピンドルの軸方向の動きを制止でき、スピンドル
に剛性を付与することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、シ
リンダにて駆動される予圧調整用のスライド体をハウジ
ング内面に嵌着した環状スリーブの内面で移動自在に支
持し、このスリーブに加圧室と薄肉部を形成し、スピン
ドルに反スラスト方向の大きな力が加わる場合に、流体
圧力によって上記加圧室を加圧し薄肉部を弾性変形させ
てスライド体表面に接触させそこに大きな摩擦抵抗を生
じさせることにより、スライド体の動きすなわち軸受の
動きを制止し、よってスピンドルに剛性を付与するよう
にしたものである。

【０００６】また、環状スリーブとスライド体の間で静
圧軸受を形成しスライド体を非接触に滑りやすく支持す
るとともに、この静圧軸受と圧力流体供給源を共通にし
て圧力調整手段により、スライド体制止時には高圧の圧
力流体を加圧室へ送り込めるようにしている。

【０００７】

【作用】スピンドル回転と同時に、第１の流体圧力供給
源よりシリンダ内に所定圧の流体を流入させスライド体
を移動して軸受に対しある一定の予圧を与える。予圧調
整後に加工開始となるが、例えばエンドミル加工のよう
なスピンドルに反スラスト方向の大きな力が作用するよ
うな加工内容である場合、予圧調整によって軸受に加わ
る予圧力がほぼ安定したとき、第２の流体圧力供給源か
ら環状スリーブの加圧室に高圧の圧力流体を流入し、薄
肉部を変形させスライド体の表面に圧接させ、その摩擦
抵抗によりスライド体の動きを制止する。これによって
軸受は加工中にスピンドルに反スラスト方向の大きな力
が作用しても動くようなことがなく、剛性が高められ
る。

【０００８】また、第２の圧力流体供給源より、予圧調
整時には圧力調整手段を介して低圧の圧力流体が加圧室
に供給される。圧力流体は加圧室からノズルを介しスラ
イド体表面に噴出されてスライド体は静圧支持される。
これにより、スライド体は環状スリーブとの間で摩擦抵
抗なくかつ安定して支持され、予圧調整がスムーズに行
われる。一方、スライド体制止時には圧力調整手段を介
して高圧の圧力流体が加圧室に送り込まれる。これによ
って薄肉部が変形しスライド体表面に圧接し、ここに大
きな摩擦抵抗を生じてスライド体および軸受の動きを制
止できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を説明する。

【００１０】本発明の軸受装置１は例えば工作機械のス
ピンドルに用いられ、固定ヘッド側のハウジング２とス
ピンドル３との間に組み込まれる。このスピンドル３
は、ハウジング２の内部で、先端側および後端側のそれ
ぞれ２つの組合せ玉軸受４、５によって回転自在に支持
されている。上記各組み合わせ玉軸受４、５はそれぞれ
アンギュラ玉軸受を２個組み合わせたものであり、内輪
４ａ、５ａ、玉４ｂ、５ｂ及び外輪４ｃ、５ｃによって
構成されている。そして、それぞれ外輪をスピンドル３
の軸線方向に移動させてそれらの間の隙間を調整し、そ
れによってスラスト方向およびラジアル方向の予圧を同
時に調整できることになる。

【００１１】軸受装置１はハウジング２の内部におい
て、軸受５の一端側においてハウジング２内面とスピン
ドル３周面との間に環状のシリンダ６を形成し、このシ
リンダ６に摺動自在に遊嵌するスライド体７を備えてい
る。

【００１２】このスライド体７は、円筒状で、キー８に
よってハウジング側で回り止め状態となって、かつハウ
ジング２内周面とスピンドル３の外周面との間に接触し
ない程度の微小隙間σを介してスピンドル３の軸線方向
に移動自在に遊嵌されており、またその外周面とハウジ
ング２の内周面との間にも接触しない程度に微小隙間
σ′を形成している。また、９は上記シリンダ６の前端
壁を形成ためのカラーで、ハウジング２側内面に固定さ
れ、スピンドル３の外周面との間に接触しない程度の微
小隙間σ″を形成している。これらの微小隙間σ、
σ′、σ″は例えばミクロン程度に設定され、軸受４、
５の隙間を介して大気に連通している。

【００１３】そして、このスライド体７の後端面側の段
部７ａで軸受５の外輪５ｃの肩に当接している。さら
に、シリンダ６内のスライド体７の前端面側に形成され
る圧力室１０は、給気口１１、圧力調整弁１２を介し、
第１の圧力流体供給源としての例えば空圧源１３に接続
されている。

【００１４】一方、上記スライド体７の右後部には上記
後端側の軸受５の外輪５ｃを嵌着保持する円筒状の軸受
ハウジング部７ｂが一体に形成され、一方この軸受ハウ
ジング部７ｂの外周面側は、ハウジング２内面に嵌着固
定された環状スリーブ１４の内周面に対し静圧によるフ
ローティング状態で非接触に支持されている。

【００１５】上記環状スリーブ１４は、外周部に加圧室
２１を凹設し、この加圧室２１に面して内周部に凹設し
たポケット部２２とを隔てる薄肉部２３が形成されてい
る。この薄肉部２３には複数のノズル１５が貫通形成さ
れている。

【００１６】上記ハウジング２には加圧室２１に連通す
る圧力流体供給口１６が形成され、この供給口１６は第
２の圧力流体供給源としての例えば油圧源１７に接続さ
れている。また、上記油圧源１７には圧力調整手段とし
ての圧力調整弁２４が設けられ、加圧室２１への供給圧
力が調整される。

【００１７】さらに、上記スライド体７およびハウジン
グ２には、圧力流体を外気に排出するための連通路１８
および排出口１９が形成されている。なお、上記各圧力
調整弁１２、２４は制御装置２０によって制御される。
また、先端側の軸受４はハウジング２に直接嵌着固定さ
れている。

【００１８】次に本実施例の作用を説明する。

【００１９】スピンドル３は、図示しないスピンドル回
転駆動手段によって回転され、先端に取り付けた工具に
より被加工物に必要な切削加工を施す。

【００２０】通常、油圧源１７からの圧力流体は、圧力
調整弁２４を介し比較的低圧で、供給口１６から環状ス
リーブ１４の加圧室２１へ供給され、ノズル１５を介し
スライド体７の軸受ハウジング部７ｂの外周面に向けて
噴射される。このため、環状スリーブ１４の内周面と軸
受ハウジング部７ｂの外周面との間に圧力流体層が形成
され、静圧流体軸受の原理によってスライド体７は、環
状スリーブ１４の内周面に対し非接触な状態で、浮上し
ている。また、シリンダ６内においてもスライド体７の
外周面および内周面がハウジング２とスピンドル３に対
しそれぞれの隙間σ、σ′を介し、非接触となってい
る。このときに加圧室２１内圧は薄肉部２３がポケット
部２２側へ変形を生じない程度の圧力に維持される。

【００２１】一方、重切削または軽切削に応じてシリン
ダ６の圧力室１０内部に空圧源１３から圧力空気が送り
込まれる。このときの圧力空気の圧力は、圧力調整弁１
２によって圧力制御される。この圧力室１０の内部の圧
力空気は、スライド体７の前端面に作用し、後端側の軸
受５に向かって、つまり矢印Ａ方向に移動させる。

【００２２】このとき、スライド体７は、圧力空気の圧
力に基づいて、段部７ａを介して軸受５の外輪５ａに対
し予め設定された予圧を与える。

【００２３】また、このとき軸受ハウジング部７ｂは、
静圧軸受によってハウジング２に対し摩擦抵抗の全くな
い状態で摺動できるため、スライド体７から軸受５に対
し直接予圧が与えられる。これと同時に上記予圧はスピ
ンドル３とともに先端側の軸受４の内輪４ａをＡ方向に
移動させる力となり、したがって、先端側の軸受４に対
しても同時に予圧力がかかる。

【００２４】重切削の場合に、スライド体７は、高い圧
力の圧力空気によって、軸受５に大きな予圧を与えるた
め、十分な剛性のもとに、回転自在に支持されることに
なる。また、軽切削、高速回転には、小さな予圧を与え
ることにより、不用な摩擦による発熱等を抑えることが
できる。しかも、この予圧は、スピンドル３の回転中に
も、切削条件や発熱状況に応じて連続的に調整すること
ができる。

【００２５】スピンドル３が連続的に回転すると、軸受
４、５の部分に熱が発生する。しかし、圧力空気がスピ
ンドル３およびスライド体７に触れながら通過し、ま
た、軸受４、５の内部を通ってスピンドル３の先端部分
および後方にも排出されるため、その過程でそれらの熱
を吸収し、外部に放熱することになる。したがって、ス
ピンドル３および軸受４、５の部分の発熱をも十分に抑
えることができる。

【００２６】一方、エンドミル加工等スピンドル３に矢
印Ｂ方向のいわゆる反スラスト方向にシリンダ６力より
大きな力が加わるような加工の場合には、予圧調整後、
制御装置２０より圧力調整弁２４を制御して、油圧源１
７からの圧力流体を加圧室２１に対し高圧で供給する。
これにより、加圧室２１は加圧され、ポケット部２２側
よりもかなり高い圧力に上昇し、図２のように薄肉部２
３をポケット部２２内で弾性変形させる。薄肉部２３は
変形によりスライド体７表面に面接触で圧接し、そこに
大きな摩擦抵抗を発生する。

【００２７】よって、加工中に例え大きな反スラスト方
向の力が作用しても、スライド体７は薄肉部２３との間
の摩擦抵抗によって動きが制止されるため、軸受４、５
は所定の予圧を維持したままその剛性が保たれる。

【００２８】なお、第１および第２の圧力流体供給源
は、実施例のような空圧源および油圧源に限定すること
なく、他にクーラントや水等の流体源を用いることもで
きる。また、同一の圧力流体供給源を用いその供給源を
共通とすることもできる。さらに、圧力調整手段は圧力
調整弁に限定されず、他に圧力切替弁等を用いることも
できる。

【００２９】また、ポケット部２２を環状スリーブ１４
側に形成せずに、図３のようにスライド体７側に形成し
てもよく、この場合も加圧室２１が加圧されることによ
り、図４のように薄肉部２３がスライド体７に向かって
食い込むように弾性変形し、スライド体７の動きを制止
することができる。

【００３０】さらに、図５のようにポケット部２２を環
状スリーブ１４側に設ける他、スライド体７側にもやや
狭いポケット部２２ａを凹設することにより、図６のよ
うに薄肉部２３の弾性変形により、摩擦抵抗とともに、
凹部２２ａの端縁２５部分でひっかかりを生じるため、
よりスライド体７の制止作用が高まる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、シリンダで駆動される
スライド体により、重切削または軽切削に応じて軸受部
分に適切なスラスト方向の予圧が与えられるとともに、
スライド体を移動自在に支持する環状スリーブに加圧室
と薄肉部を形成し、スピンドルに反スラスト方向の大き
な力が加わる場合に、流体圧力によって上記加圧室を加
圧し薄肉部を弾性変形させることにより、その薄肉部が
スライド体表面に接触し、そこに大きな摩擦抵抗を生じ
るので、スライド体の動きすなわち軸受の動きが制止さ
れ、よってスピンドルに剛性を付与することができる。

【００３２】また、このスライド体制止用の第２の圧力
流体供給源より、予圧調整時には圧力調整手段を介して
低圧の圧力流体を加圧室に供給し、薄肉部に形成したノ
ズルより噴出してスライド体を静圧支持することによ
り、スライド体は環状スリーブとの間で摩擦抵抗なく安
定して支持され、予圧調整がスムーズにかつ正確に行え
る。

【００３３】そして、スライド体の静圧支持用と制止用
の作用部材および圧力源を共通にしているので、構造が
コンパクトとなり安価にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受装置の一実施例を示す断面図。

【図２】環状スリーブの薄肉部の変形状態を示す要部拡
大断面図。

【図３】他の実施例を示す要部拡大断面図。

【図４】図３における薄肉部の変形状態を示す断面図。

【図５】さらに他の実施例を示す要部拡大断面図。

【図６】図５における薄肉部の変形状態を示す断面図。

【符号の説明】

１ 軸受装置 ２ ハウジング ３ スピンドル ４、５ 軸受 ６ シリンダ ７ スライド体 １３ 第１の圧力流体供給源としての空圧源 １４ 環状スリーブ １５ ノズル １７ 第２の圧力流体供給源としての油圧源 ２１ 加圧室 ２２ ポケット部 ２３ 薄肉部 ２４ 圧力調整手段としての圧力調整弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内で軸受を介しスピンドルを
   回転自在に支持する軸受装置において、ハウジングとス
   ピンドルとの間に第１の圧力流体供給源と接続される環
   状のシリンダを形成し、このシリンダ内に一端側を嵌合
   し他端側で上記軸受の外輪を保持する環状のスライド体
   を、ハウジング内面に嵌着した環状スリーブの内面で軸
   方向に移動自在に支持し、上記環状スリーブはハウジン
   グ内面との間に第２の圧力流体供給源と接続される加圧
   室を形成するとともに、この加圧室に面しかつスライド
   体表面との間に形成したポケット部でスライド体表面に
   対し接触する方向に弾性変形可能な薄肉部を有し、上記
   加圧室を圧力流体によって加圧することにより上記薄肉
   部を変形させ上記スライド体の動きを制止することを特
   徴とする軸受装置。
2. 【請求項２】 上記環状スリーブの薄肉部に複数のノズ
   ルを形成し、第２の圧力流体供給源に設けた圧力調整手
   段により上記加圧室への流体供給圧力を、予圧調整時に
   は低圧にして環状スリーブの内面でスライド体を非接触
   で静圧支持し、スライド体制止時には高圧にして上記薄
   肉部を変形させることを特徴とする請求項１記載の軸受
   装置。