JP2006088245A

JP2006088245A - スピンドル装置

Info

Publication number: JP2006088245A
Application number: JP2004274678A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoneyama; 博樹米山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】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を提供する。
【解決手段】自由側の軸受を軸方向にスライドさせる機構として軸受６を円筒状のスリーブ４２に組み込み、後蓋４１の内径と隙間とで組み付けられた軸受スリーブ構造を有するスピンドル装置において、軸受スリーブ４２、後蓋４１、外輪押え４２aの各部材を鋼よりも熱膨張係数が小さい材質で構成させ、高速スピンドルにおいても軸受の発熱による温度上昇があっても、初期設定隙間の変化が少なくなり、スライド機能を維持することを可能とした。
【選択図】図１

Description

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。

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。

図３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である外筒４とを備える。前記回転部材２の外周面にはロータ２０が固定され、前記外筒４の内周面にはステータ４０が固定されている。
また、前記外筒４は、一対の軸受５、６を介して、前記回転部材２をその軸ＲＡ周りに回転自在に支持する。また、外筒４は、一方の軸受５を内部に保持する後蓋４１と、他方の軸受６を内部に固定する軸受スリーブ４２とを備える。
前記後蓋４１及び軸受スリーブ４２の両部材は、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、後蓋４１の端部には予圧を与えるコイルバネ４５を収容するスプリング穴４１ａが形成されており、前記スプリング穴４１ａに収納されたコイルバネ４５の一端は、軸受スリーブ４２に設けた外輪押え部４２ａに当接している。このコイルバネ４５により、後蓋４１と軸受スリーブ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と外筒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（例えば、特許文献１参照）。
特開１１−１３８３０５号公報

しかし、図３に示す前者のスピンドル装置では、主要な構成部品はその材料として鋼を用いているので、高速において切削や研削等に際して、軸受５，６の発熱による温度上昇により、軸受スリーブ４２とそれが嵌合されている後蓋４１とにおいて温度上昇に差が生じ、初期段階において設定した摺動面４の隙間が変化し、摺動がスムースに行かなくなるという問題がある。
このため、摺動面によるスライド機能が発揮できず、回転部材２と外筒４との熱膨張差を吸収することができず、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なくなるという、問題が発生する場合がある。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたもので、高速スピンドルにおいて、軸受の発熱による温度上昇に伴って軸受スリーブと後蓋とに温度上昇が生じた場合でも、隙間量の変化が少なく、スライド機能が低下することがない、より信頼性・耐久性のあるスピンドル装置を供給することを課題とする。

上記課題を達成する本発明の第１の発明は、回転部材を軸周りに回転自在に支持する工具側軸受と、自由側軸受とを備えてなり、自由側軸受を軸方向にスライドさせてなるスピンドル装置において、自由側の軸受を内部に固定する軸受スリーブと、該軸受スリーブとその内径側で摺動する後蓋と、該後蓋を押える外輪押えを設けてなり、これらの各部材を鋼よりも熱膨張係数が小さい材質で構成させてなることを特徴とするスピンドル装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記後蓋に冷却ジャケットを設けてなることを特徴とするスピンドル装置にある。

以上述べたように、本発明によれば、工具側軸受ではない自由側の軸受を軸方向にスライドさせる機構として軸受を円筒状のスリーブに組み込み、後蓋内径と隙間とで組み付けられた軸受スリーブ構造を有するスピンドル装置において、軸受スリーブ、後蓋、外輪押さえの各部材を鋼よりも熱膨張係数が小さい材質で構成させるようにしたので、高速スピンドルにおいても軸受の発熱による温度上昇があっても、初期設定隙間の変化が少なくなり、スライド機能を維持することができる。

以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［第一実施形態］
図１は本発明の第一実施形態におけるスピンドル装置の構造を示す縦断面図である。なお、図３に示した構成と同一の部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図１に示すように、本実施形態にかかるスピンドル装置は、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外筒４とを備える。

前記外筒４は、一組の軸受５を内部に固定する後蓋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軸受スリーブ４２とを備える。
また、前記軸受スリーブ４２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方向には両者の摺動面４４にて移動可能になっている。そして、前記両部材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。

ここで、本実施形態においては、後蓋４１と軸受スリーブ４２と外輪押え４２aの材質をいずれも、鋼の熱膨張係数１０．７×１０^-6／℃よりも熱膨張係数の小さなものを用いるようにしている。

具体的には、熱膨張係数が１．７〜４．５×１０^-6／℃である「鉄系低熱膨張鋳造材料（ＪＩＳＧ−５５１１）」を用いるようにすればよい。更に、インバー、スーパーインバーなどの鋼材でも良い。

このように、後蓋４１と軸受スリーブ４２と外輪押え４２aの材質をいずれも、鋼の熱膨張係数よりもより小さな熱膨張係数の材質を用いるようにしたので、これらの部材の嵌合変化を小さくすることができ、この結果、自由側の軸受６のスライド機構である摺動面４４における隙間の変化も小さなものとなる。よって、初期設定の隙間を小さく設定できるので、振動の発生防止、軸受の焼付き防止などが解消され、性能向上を図ることができる。

また、両部材４１、４２の相対位置を可変にする機構は、図１に示す面接触で摺動する滑りタイプ機構に限らず、例えばボールブッシュタイプの摺動機構などの各種機構に置き換えることができる。

［第二実施形態］
図２は、本発明の第二実施形態におけるスピンドル装置の構造を示す自由側軸受側の要部縦断面図である。なお、図１に示した構成と同一の部材については同一符号を付してその説明は省略する。

図２に示すように、本実施形態にかかるスピンドル装置は、後蓋４１に冷却液出入口５１と、該出入口５１に連通し、冷却材により摺動面４４を冷却する冷却ジャケット５２を設けるようにしたものである。なお、外輪押え４２a側にはＯリング５３を設けている。

この冷却ジャケット５２より温度上昇を小さくし、嵌合隙間の変化を小さくするようにしている。
これにより初期隙間を小さく設定でき、振動の発生防止、軸受焼きつき防止などの性能向上を図ることができる。

第１実施形態にかかるスピンドル装置の概略図。第２実施形態にかかるスピンドル装置の要部概略図。従来技術にかかるスピンドル装置の概略図。

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後蓋
４２軸受スリーブ
４２ａ外輪押え
５１冷却液出入口
５２冷却ジャケット
ＲＡ軸

Claims

回転部材を軸周りに回転自在に支持する工具側軸受と、自由側軸受とを備えてなり、自由側軸受を軸方向にスライドさせてなるスピンドル装置において、
自由側の軸受を内部に固定する軸受スリーブと、該軸受スリーブとその内径側で摺動する後蓋と、該後蓋を押える外輪押えを設けてなり、
これらの各部材を鋼よりも熱膨張係数が小さい材質で構成させてなることを特徴とするスピンドル装置。
後蓋に冷却ジャケットを設けてなることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。