JPH11138305A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自励振動を減衰させてビビリ発生を抑制する
こと。 【解決手段】 予圧部材９は、後蓋４１ｂの端面である
第１のバネ座８１と内筒部材４２に設けたフランジ部４
２ａの内側面である第２のバネ座８２との間に挟持され
た第１及び第２の積層バネ９１、９２を備える。両積層
バネ９１、９２は、同一形状の一対の皿バネをその凸方
向を揃えて積層した環状体であり、内径側で互いに接し
ており、外径側で両バネ座８１、８２と接している。そ
して、予圧部材８は、両部材４１、４２を軸ＲＡに沿っ
た反対方向に付勢する。これにより、外筒部材４１に固
定された軸受５と、内筒部材４２に固定された軸受６相
互間に軸ＲＡ方向に沿って離間するほぼ一定の荷重を与
えることができ、皿バネを積層することによって生じた
面接触により回転部材２の自励振動を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削加工や研削加
工に使用されるスピンドル装置に関し、特に軸受に予圧
荷重を与える定圧予圧構造のスピンドル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスピンドル装置として、軸方向に
可動な一対の軸受間に軸方向に一定の予圧荷重を与え一
対の軸受に支持された回転軸の熱膨張等を吸収する定圧
予圧構造のスピンドル装置が知られている。

【０００３】図４は、従来例のスピンドル装置の構造を
示す断面図である。このスピンドル装置は、回転部材２
とこの回転部材２を包む筒状の静止部材４とを備える。
回転部材２の外周面にはロータ２０が固定され、静止部
材４の内周面にはステータ４０が固定されている。静止
部材４は、一対の軸受５、６を介して、回転部材２を軸
ＲＡの回りに回転自在に支持する。静止部材４は、一方
の軸受５を内部に保持する外筒部材４１と、他方の軸受
６を内部に固定する内筒部材４２とを備える。両部材４
１、４２は、摺動面４４を介して互いに軸ＲＡ方向に移
動可能となっており、両部材４１、４２の位置変化に応
じて両軸受５、６の間隔も変化する。また、外筒部材４
１の端部にはコイルバネ４５を収容するスプリング穴４
１ａが形成されており、スプリング穴４１ａに収納され
たコイルバネ４５の一端は、内筒部材４２に設けたフラ
ンジ部４２ａに当接している。このコイルバネ４５によ
り、外筒部材４１と内筒部材４２が軸ＲＡに沿った反対
方向に相対的に付勢される。これにより、回転部材２と
静止部材４との熱膨張差を吸収するとともに両軸受５、
６相互間に軸ＲＡ方向に沿ったほぼ一定の負荷を与える
ことができる。なお、このスピンドル装置では、コイル
バネ４５のバネ定数を軸受５、６自体のバネ定数よりも
相当小さく（約１／１０００程度）して、回転部材２の
伸び等に起因する軸受予圧荷重の変化を防止している。

【０００４】また、一対の軸受に予圧荷重を与えて回転
軸の熱膨張等を吸収するスピンドル装置として、実公平
６−１５４８４号公報に開示のものが存在する。このス
ピンドル装置では、上記のような予圧荷重を与える手段
として、一対の対向する皿バネを用いている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示す前
者のスピンドル装置では、切削や研削等に際して、回転
部材２に加わっている荷重が軸ＲＡ方向に押し引き交互
に変化した場合、回転部材２が軸ＲＡ方向に自励振動し
てビビリと呼ばれる共振が生じてしまう場合がある。

【０００６】また、実公平６−１５４８４号公報に開示
された後者のスピンドル装置においても、回転部材に加
わる荷重が軸方向に押し引き交互に変化した場合、上記
と同様に回転部等が軸方向に自励振動してビビリが発生
し得る。

【０００７】そこで、本発明は、様々な使用状態で自励
振動の発生を抑制することができるスピンドル装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のスピンドル装置は、第１の部材と、当該第
１の部材をともに回転可能に支持するとともに、互いに
軸方向に相対的に摺動可能な第２及び第３部材と、前記
第２部材を前記第３部材に対し軸方向に付勢する予圧荷
重を発生する予圧部材とを備える予圧構造のスピンドル
装置であって、前記予圧部材が、前記第２部材と前記第
３部材との間に挟持されるとともに、複数の板状のバネ
を面接触させるように積層した積層バネであることを特
徴とする。

【０００９】また、好ましい態様では、前記積層バネ
が、凸方向を揃えて重ねた複数の皿バネであることを特
徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
スピンドル装置について図面を参照しつつ説明する。

【００１１】図１は、実施形態のスピンドル装置の構造
を示す縦断面図である。このスピンドル装置は、スピン
ドル軸である回転部材２とこの回転部材２を回転可能に
支持する筒状の静止部材４とを備える。

【００１２】静止部材４は、一組の軸受５を内部に固定
する外筒部材４１と、一組の軸受６を内部に固定した軸
受スリーブである内筒部材４２とを備える。内筒部材４
２は、軸ＲＡの回りに対して図示を省略する回り止め機
構により回転しないようにしてあり、軸ＲＡ方向には移
動可能になっている。両部材４１、４２は、軸ＲＡの回
りに同心に配置され互いに軸ＲＡ方向に相対的に移動可
能となっている。このように、両部材４１、４２の相対
位置を可変にすることにより、回転部材２が熱膨張によ
って軸ＲＡ方向に伸びた場合にもその伸長分だけ両軸受
５、６の間隔を変化させることができ、両軸受５、６に
不要な歪み負荷が発生することを防止できる。

【００１３】両部材４１、４２の相対位置を可変にする
機構についてより詳細に説明する。外筒部材４１の本体
４１ａの一端に固定した後蓋４１ｂの内周は、複数のボ
ール７を介在させつつ、内筒部材４２の外周に対向して
いる。すなわち、後蓋４１ｂの内周と内筒部材４２の外
周とは等距離に保たれ、後蓋４１ｂと内筒部材４２とは
軸ＲＡ方向に互いに滑らかに移動してこの軸ＲＡ方向の
相対位置が変化するようになっている。なお、後蓋４１
ｂと内筒部材４２との間隙に配置されたボール７は、図
示を省略する保持器に案内されている。

【００１４】予圧部材９、両部材４１、４２を軸ＲＡに
沿った反対方向に付勢する。これにより、外筒部材４１
に固定された軸受５と、内筒部材４２に固定された軸受
６相互間に軸ＲＡ方向に沿って離間するほぼ一定の荷重
を与えることができる。

【００１５】予圧部材９は、内筒部材４２の外周に、後
蓋４１ｂの後端面である第１バネ座８１と内筒部材４２
に設けたフランジ部４２ａの前端面である第２バネ座８
２との間に挟持されいる第１及び第２の積層バネ９１、
９２を備える。各積層バネ９１、９２は、同一形状の一
対の皿バネをその凸方向を揃えて積層した環状体であ
り、その内径側で対向するように互いに接しており、そ
の外径側で両バネ座８１、８２と接している。

【００１６】回転部材２の外周面にはロータ２０が固定
され、外筒部材４１の本体４１ａの内周面にはロータ２
０に対向してステータ４０が固定されている。これらロ
ータ２０とステータ４０とでモータが構成される。な
お、ステータ４０には、誘導用のコイル４０ａが巻設さ
れている。コイル４０ａに適当なタイミングで電力を供
給することにより、静止部材４に対して回転部材２が回
転する。なお、回転部材２の延長上には、例えば加工具
を接続することができ、この場合切削や研削といった加
工が可能になる。

【００１７】図２及び図３は、積層バネ９２の構造を説
明する図である。図２は図１の積層バネ９２を構成する
１つの皿バネ９２ａの構造を説明するためのものであ
り、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は側方断面
図である。この皿バネ９２ａは、環状で一方が凸になっ
ている板状体であり、凸側の外面ＵＳと凹側の内面ＩＳ
とを備える。

【００１８】図３は、積層バネ９２の側方断面図であ
る。図１の積層バネ９２は、図２に示す構造の一対の皿
バネ９２ａ、９２ｂを図３に示すように積層して構成し
たもので、皿バネ９２ａの内面ＩＳと皿バネ９２ｂの外
面ＵＳとを面接触させている。このように、両皿バネ９
２ａ、９２ｂを面接触させて積層することにより、図１
に示す回転部材２が軸ＲＡ方向に自励振動してビビリと
呼ばれる共振が生じてしまうことを防止できる。すなわ
ちバネ座８１、８２間に挟まれて両積層バネ９１、９２
が圧縮された場合、例えば第２の積層バネ９２は扁平に
変形する。これにより、第２の積層バネ９２では、一対
の皿バネ９２ａ、９２ｂ間の面接触によって摩擦力が発
生する。この摩擦力が回転部材２に軸ＲＡ方向の正逆荷
重を加えた場合の自励振動をダンピングさせてビビリ発
生を効果的に抑制する。なお、一対の皿バネ９２ａ、９
２ｂを重ねないで外径同士が当接するように配置した場
合、一対の皿バネ９２ａ、９２ｂ間で摩擦力が発生しな
いので、軸ＲＡ方向の正逆荷重に応じてを自励振動が発
生してしまう。

【００１９】また、皿バネ９２ａ、９２ｂを積層して積
層バネ９２を構成したことにより、コイルバネ等に比し
て軸ＲＡ方向のバネ定数を大きくすることができ、その
圧縮変形量を比較的小さくして、自励振動の発生を防止
する効果を高めることができる。なお、一対の積層バネ
９１、９２からなる予圧部材９のバネ定数は、軸受５、
６自体のバネ定数の約１／２０〜１／７０程度の範囲に
入るように調整してある。つまり、予圧部材９を構成す
る皿バネの材質及び形状やこれらを挟持するバネ座８
１、８２の間隔等を適宜調節して予圧部材９のバネ定数
を適宜設定している。

【００２０】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は、上記実施形態に限定されるものでは
ない。例えば、一対のバネ座８１、８２の間に挟持され
る予圧部材９は、単一の積層バネ９１のみから構成した
ものであっても良く、さらに３つ以上の積層バネを連結
したものであってもよい。

【００２１】また、積層バネ９１、９２は、２枚の皿バ
ネを積層したものに限らず、３枚以上の皿バネを凸方向
を揃えて積層したものであってもよい。

【００２２】また、積層バネ９１、９２は、内筒部材４
２と同心に配置する必要はなく、例えば両部材４１、４
２のバネ座８１、８２の半径方向の幅にほぼ等しい直径
を有する小型の積層バネを複数準備し、これらを適当な
間隔で配置することとしても良い。

【００２３】また、積層バネ９１、９２は、皿バネを積
層したものに限らず、各種板状のバネを積層したものと
することができる。

【００２４】また、両部材４１、４２の相対位置を可変
にする機構は、図１に示すボールブッシュタイプの摺動
機構に限らず、面接触で摺動する滑りタイプ等の各種機
構に置き換えることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のスピンドル装置によれば、前記予圧部材が、前記第２
部材と前記第３部材との間に挟持されるとともに、複数
の板状のバネを面接触させるように積層した積層バネで
あるので、前記第２及び第３部材の相対的位置が変化し
て各バネが変形する際に各バネ間の面接触によって摩擦
力が発生する。この摩擦力が自励振動を減衰させて第１
部材に軸方向の正逆荷重を加えた場合の自励振動を減衰
させてビビリ発生を抑制する。

【００２６】また、好ましい態様では、前記積層バネ
が、凸方向を揃えて重ねた複数の皿バネであるので、簡
易な構造で効果的に自励振動の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のスピンドル装置の構造を
説明する縦断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は、図１のスピンドル装置の要
部を構成する皿バネの構造を示す正面図及び側方断面図
である。

【図３】図２の皿バネを積層した積層体の構造を説明す
る図である。

【図４】従来のスピンドル装置の構造を説明する縦断面
図である。

【符号の説明】

２ 回転部材 ４ 静止部材 ５，６ 軸受 ９ 予圧部材 ４１ 外筒部材 ４１ａ 本体 ４１ｂ 後蓋 ４２ 内筒部材 ４２ａ フランジ部 ８１、８２ バネ座 ９１，９２ 第１及び第２の積層バネ ９２ａ，９２ｂ 皿バネ ＲＡ 軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の部材と、当該第１の部材をともに
   回転可能に支持するとともに、互いに軸方向に相対的に
   摺動可能な第２及び第３部材と、前記第２部材を前記第
   ３部材に対し軸方向に付勢する予圧荷重を発生する予圧
   部材とを備える予圧構造のスピンドル装置であって、 前記予圧部材は、前記第２部材と前記第３部材との間に
   挟持されるとともに、複数の板状のバネを面接触させる
   ように積層した積層バネであることを特徴とするスピン
   ドル装置。