JP4325254B2

JP4325254B2 - Spindle unit

Info

Publication number: JP4325254B2
Application number: JP2003096503A
Authority: JP
Inventors: 好史稲垣; 康司森田; 満穂青木; 澄雄杉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004299008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルユニットに関し、より詳細には、高速回転するスピンドルユニットの剛性を高めて回転軸の振動を低減できるスピンドルユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スピンドルユニットは、高速回転時の発熱等によって回転軸が軸方向に伸縮したとき、該軸方向変位を吸収できるように、一方の軸受（自由側軸受）が、ハウジングに嵌合して軸方向に移動可能とされたスリーブに固定されている。ハウジングとスリーブとの嵌合は、単純なはめあいとした滑り面方式や軸方向に移動可能なボールブッシュを用いたボールスライド方式、等が知られている。回転軸の自由端側を支持するスリーブには、スライド性と共に、ラジアル剛性及びアキシャル方向の振動減衰性が要求される。
【０００３】
ハウジングとスリーブとの嵌合が滑り面方式の場合、発熱に伴って嵌合隙間が減少するので、初期嵌合隙間を大きく設定する必要がある。これは、スピンドルユニット回転時に回転軸の振動を増大させる一因となっていた。また、ボールブッシュを用いた嵌合のボールスライド方式の場合、発熱によって締め代が増大してスリーブの滑らかな軸方向移動が阻害されたり、アキシャル剛性が低く、回転軸のびびりと呼ばれる自励振動が生じる場合があった。
【０００４】
また、回転軸の自励振動を減衰させるため、ハウジングとスリーブの間に複数枚の皿ばねを積層して配置してアキシャル剛性を高めると共に、皿ばねの摩擦によって自励振動を防止するようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１３８３０５号公報（第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示されているスピンドル装置は、皿ばねの摩擦によって自励振動を減衰させるようになっており、減衰力は、皿ばねのバネ常数、枚数、設置方向、等で決まる。これらの事項は、スピンドル装置の組付け時に設定されてしまうので、スピンドル装置を分解するなどして皿ばねを組み替えない限り一定不変である。言い換えると、例えば減衰率等を運転条件に最適な値に再設定するなど、回転条件に応じて特性を変更することは困難であった。
近年、スピンドルユニットの高速化が著しく、該高速化に伴って発生熱量も多くなっていることから、これに対抗し得る、より高度な回転軸の支持方法が求められている。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い剛性を有し、かつ良好な減衰特性、スライド性に優れたスピンドルユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載したスピンドルユニットは、回転自在な回転軸と、外輪がハウジングに固定されると共に内輪が前記回転軸の一端に外嵌する固定側軸受と、前記回転軸の他端側に配設され前記ハウジングに嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能とされたスリーブと、内輪が前記回転軸の他端に外嵌すると共に外輪が前記スリーブに固定されて前記固定側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持する自由側軸受と、を備え、前記回転軸の他端を軸方向に変位可能としたスピンドルユニットであって、
前記ハウジングと前記スリーブとの嵌合面に前記ハウジングと前記スリーブとの間をシールする弾性体を備えると共に、前記弾性体に圧力を負荷する流体を供給して前記弾性体を変形する手段を備え、前記弾性体の変形による剛性の変化を利用して自励振動の減衰率を変更するように構成したことを特徴としている。
【０００９】
前記構成のスピンドルユニットによれば、ハウジングと、該ハウジングに嵌合して回転軸の軸方向に移動可能とされたスリーブとの嵌合面に弾性体を配置したので、該弾性体によってラジアル剛性を高めると共に、アキシャル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動を防止することができる。また、弾性体に圧力を負荷する流体を供給するようにしたので、弾性体を変形させて、更にラジアル剛性を高めると共に、アキシャル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動抑制効果を高めることができる。
【００１０】
また、本発明に係る請求項２に記載したスピンドルユニットは、請求項１に記載のスピンドルユニットであって、前記弾性体はオーリングであり、前記流体は圧縮空気であって、複数本配設された前記オーリングの間に前記圧縮空気を供給して前記オーリングに圧力を負荷するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
前記構成のスピンドルユニットによれば、弾性体はオーリングとし、また流体は圧縮空気として複数本配設されたオーリングの間に圧縮空気を供給してオーリングに圧力を負荷するようにしたので、高いスライド性を維持したままラジアル剛性を高めて効果的に回転軸の自励振動を防止することができる。また、オーリングは、加工性や汎用性に富むため、複雑な製造工程を必要とせず高性能のスピンドルユニットを製作することができる。
【００１２】
また、本発明に係る請求項３に記載したスピンドルユニットは、請求項１又は請求項２に記載のスピンドルユニットであって、前記弾性体に圧力を負荷する前記流体の圧力は、可変であることを特徴としている。
【００１３】
前記構成のスピンドルユニットによれば、弾性体に圧力を負荷する流体の圧力を可変としたので、スピンドルユニットの使用条件に応じて圧力を変えて、流体の圧力による弾性体の変形量を変えることができる。また、弾性体のラジアル剛性や減衰率を使用条件に最適な値に設定して効果的に回転軸の自励振動を防止することができる。また、弾性体のラジアル剛性や減衰率の変更は、供給する流体の圧力を変えるだけで可能であり、極めて容易に変更することができる。
【００１６】
また、本発明に係る請求項４に記載したスピンドルユニットは、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスピンドルユニットであって、前記弾性体は、複数個の弾性体によって１セットとなる弾性体セットが複数セット配置されると共に、両端に配置された前記弾性体セットは、一方の前記弾性体セットが前記スリーブに配設され、他方の前記弾性体セットが前記ハウジングに配設されたことを特徴としている。
【００１７】
前記構成のスピンドルユニットによれば、複数個の弾性体によって構成した弾性体セットを、複数セット配置し、両端に配置された弾性体セットは、一方の弾性体セットをスリーブに、また他方の弾性体セットをハウジングに配設したので、組み立てが容易で、オーリングの損傷の心配が少ない。なお、スピンドルユニットに種々の負荷が作用した場合のスリーブの移動を均一且つ安定して行わせる効果は、弾性体をスリーブにのみ配設した場合及びハウジングにのみ配設した場合と同等である。さらに、スピンドルユニットに２個の弾性体を、一方はスリーブに、他方はハウジングに配設し、その弾性体の間に流体を供給する構成としても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンドルユニットの一実施形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態であるスピンドルユニットの縦断面図、図２は図１におけるスリーブ部を拡大して示す縦断面図、図３は図２における供給される流体の圧力によって弾性体が変形する状態を示す要部拡大断面図、図４はスリーブ部の各種特性を測定するための試験装置の要部縦断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本実施形態のスピンドルユニット１は、回転軸２と、固定側軸受である一対の転がり軸受３，４と、スリーブ５と、自由側軸受である一対の転がり軸受６，７と、ハウジング８と、スリーブハウジング９とを備えている。スリーブハウジング９は、ハウジング８に固定されており、実質的にハウジング８の一部として機能する。
【００２０】
一対の転がり軸受３，４は、外輪３ａ，４ａがハウジング８に固定されると共に内輪３ｂ、４ｂが回転軸２の一端に嵌合、固定されてハウジング８との相対位置が固定された固定側軸受となっており、回転軸２を回転自在に支持している。
【００２１】
スリーブ５は、回転軸２の他端側に配設されたスリーブハウジング９の孔９ａに嵌合し、軸方向に移動可能に配設されている。スリーブ５とスリーブハウジング９の孔９ａとの隙間Ｃは、スリーブ寸法、要求される剛性、回転軸２の回転に伴う発熱による熱膨張等を考慮して決められ、１〜２００μｍの範囲から適宜選択して設計される。隙間Ｃが小さ過ぎると熱膨張によってスリーブ５とスリーブハウジング９の孔９ａとが接触する可能性がある。また、大き過ぎるとスリーブ５の中心位置が不安定となる傾向がある。
【００２２】
スリーブ５とスリーブハウジング９の孔９ａとの嵌合面には、弾性体の一例であるオーリング１０が両端部に２本ずつ、合計４本のオーリング１０が配設されている。オーリング１０は、複数本がまとめられて１つのセットを構成している。本実施形態においては、２セットのオーリング１０がスリーブ５の外周面５ａの両端に配置されている。
すなわち、固定側軸受に近い側に配置された２本のオーリング１０は、スリーブハウジング９の孔９ａに設けられたオーリング溝９ｂに装着される。また、固定側軸受から遠い側に配置された２本のオーリング１０は、スリーブ５の外周面５ａに設けられたオーリング溝５ｂに装着されている。なお、本実施形態の配置とは逆に、固定側軸受に近い側のスリーブ外周面にオーリング溝を設け、固定側軸受から遠い側のスリーブハウジングにオーリング溝を設ける構成も可能である。また、スリーブ外周面のみにオーリング溝を設ける構成やスリーブハウジングのみにオーリング溝を設ける構成も可能である。
【００２３】
オーリング１０の締め代は、オーリングの使用標準値以下、且つ使用標準値の１０％以上とするのがよく、例えば内径８４．５ｍｍ、太さ２ｍｍのオーリングの場合の締め代は、０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とするのがよい（使用標準値は通常オーリングメーカーより推奨値として提供されており、前記オーリングは約０．５ｍｍである）。好ましくは、０．２ｍｍ〜０．４５ｍｍとするのがよい。また、弾性体は、オーリング１０に限定されるものではなく、シール性を有するゴムパッキンや金属製パッキンなどであってもよい。
【００２４】
ここで、締め代の上限値を使用標準値以下としたのは、これより大きくすると、スリーブ５のスライド性が悪くなり、またオーリング１０の変形量が大きくなってオーリング１０の寿命が短くなる可能性がある。また、締め代の下限値を使用標準値の１０％以上としたのは、これより小さくなるとオーリング１０のシール性能が悪くなるからである。
【００２５】
一対の転がり軸受６，７は、内輪６ｂ，７ｂが回転軸２の他端に外嵌すると共に、外輪６ａ，７ａがスリーブ５に嵌合し、外輪押え１１によってスリーブ５に固定されており、スリーブ５と共に回転軸２の軸方向に移動可能とされた自由側軸受となっている。そして、固定側軸受３，４と共働して回転軸２を回動自在に支持している。予圧ばね１２は、スリーブハウジング９と外輪押え１１との間に装着されており、外輪押え１１を介してスリーブ５を後方に引っ張って転がり軸受６，７及び転がり軸受３，４に予圧をかけている。なお、定圧予圧の場合、定位置予圧で予圧ばねのない場合もある。
【００２６】
スリーブハウジング９には、夫々の一対のオーリング１０の間に流体供給口９ｃが開口する流体供給路９ｄが設けられており、該流体供給路９ｄは、スピンドルユニット１の外部に配設された圧縮流体供給装置（図示せず）に接続されて、該圧縮流体供給装置から圧縮流体を供給されて一対のオーリング１０の間に圧縮流体を供給するようになっている。圧縮流体供給装置は、例えばコンプレッサであり、流体は、例えば空気である。
【００２７】
本実施形態の作用を説明する。本発明の一実施形態であるスピンドルユニット１は、図１及び図２に示すように、回転軸２が高速回転すると、発生する摩擦熱などによって温度が上昇する。これによって、回転軸２は軸方向に伸びるが、自由側軸受である一対の転がり軸受６，７がスリーブ５と共に軸方向（図１において右方向）に移動して熱による回転軸２の伸びを吸収する。同時に、スリーブ５は熱膨張して外径が大きくなってスリーブハウジング９との隙間Ｃが小さくなるので、熱膨張を予め予測して隙間Ｃが、例えば１０μｍ程度に設定されている。隙間Ｃが大きいと、ラジアル剛性が低下するが、実際にはスリーブ５とスリーブハウジング９との間に複数本のオーリング１０が締め代分、潰された状態で配設されているので、オーリング１０によってラジアル剛性が高められ、回転軸２の振動が抑制されている。
【００２８】
図３に示すように、圧縮流体供給装置であるコンプレッサから圧縮空気を流体供給路９ｄを介して矢印Ａ方向に圧送し、一対のオーリング１０の間に供給すると、オーリング溝５ｂに嵌合して装着されている一対のオーリング１０は、互いに離れる方向に押圧されて潰れる（圧縮量ｃ）。これによって、一対のオーリング１０の剛性が更に高くなり、スリーブ５のラジアル剛性及びアキシャル剛性が高くなる。一対のオーリング１０の剛性は、圧縮空気の圧力を調整してオーリング１０の潰し量を調整することによって、任意の剛性を得ることができる。また、両方のオーリング１０に作用する圧力は、どちらのオーリング１０にも均一に作用するので、その潰し量も均一とすることができ、両方のオーリング１０の剛性のバランスを維持したまま高めることができる。
【００２９】
【実施例】
次に、試験装置２０（一例として要部を図４に示す）を用いて行った剛性の測定結果について説明する。
試験装置２０は、実機のスピンドルユニット１と同一寸法、外径８５ｍｍとしたダミースリーブ５Ａに、内径８５ｍｍとしたダミーハウジング９Ａを嵌合隙間１５０μｍを持たせて嵌合して配置されている。ダミーハウジング９Ａの固定軸受側（図４において左側）には２本のオーリング溝９ｂが設けられ、ダミースリーブ５Ａの自由軸受側（図４において右側）には、同様に２本のオーリング溝５ｂが平行に設けられており、夫々のオーリング溝５ｂ，９ｂに内径８４．５ｍｍ、太さ２ｍｍのオーリング１０が装着されている。また、ダミーハウジング９Ａの外周面９Ａｅには、電気マイクロメータのピックアップが取り付けられており、ダミーハウジング９Ａの外周面９Ａｅの半径方向変位量（ダミーハウジング９Ａの中心の変位量でもある）を電気マイクロメータ２１で検出できるようになっている。
【００３０】
このように構成された試験装置２０に、エアシリンダ（図示せず）によってダミーハウジング９Ａの外周面を矢印Ｂ方向に押圧して荷重を付与した。
上述した以外の各試験条件は以下のようである。
オーリングの素材：Ａ）ニトリルゴム
Ｂ）フッ素ゴム
オーリングの締め代：Ａ）０．３００ｍｍ
Ｂ）０．２７５ｍｍ
Ｃ）０．２５０ｍｍ
圧縮空気の圧力：Ａ）０ＭＰａ
Ｂ）０．４９ＭＰａ
エアシリンダによるオーリング２個の負荷荷重：Ａ) ５０Ｎ
Ｂ) １００Ｎ
試験方法：オーリングの素材、オーリングの締め代、圧縮空気の圧力、エアシリンダによる荷重、の各条件をランダムに変更して試験し、その時のダミーハウジング９Ａの外周面９Ａｅの変位量（中心の変位量）を電気マイクロメータ２１で測定した。夫々の測定は、５回ずつ測定して、その平均値を測定結果とした。
【００３１】
（試験結果）
圧縮空気の圧力を０ＭＰａとしたとき（つまり圧縮空気の供給がないとき）のオーリング剛性の測定結果を、エアシリンダでダミーハウジング９Ａに負荷した荷重と、中心の変位量との比として表１に示す。なお、単位は、Ｎ／μｍであり数値が大きいほどラジアル剛性が大きいことを示している。
【００３２】
【表１】

【００３３】
圧縮空気の圧力を０．４９ＭＰａとしたときのオーリング剛性の測定結果を、エアシリンダでダミーハウジング９Ａに負荷した荷重と、中心の変位量の比として表２に示す。なお、単位は、Ｎ／μｍであり数値が大きいほどラジアル剛性が大きいことを示している。
【００３４】
【表２】

【００３５】
また、締め代０．２５０ｍｍに設定したフッ素ゴム製オーリング１０をランダムな装着順で装着してダミーハウジング９Ａの中心位置のずれを５回測定した。そのばらつき（最大値−最小値）を表３に示す。
【００３６】
【表３】

【００３７】
表１から分かるように、オーリング１０に圧縮空気を供給しない場合、オーリング１０の締め代が大きい方がラジアル剛性が高い。また、締め代の変化量に対するラジアル剛性の変化量は、ニトリルゴム製オーリングよりフッ素ゴム製オーリングのほうが大きい。
【００３８】
表１及び表２から、オーリング１０に圧縮空気を供給することによって、ラジアル剛性を高められることが分かる。これは、圧縮空気によってオーリング１０が潰され（図３参照）、オーリング１０自身の剛性が高くなったことによる。また、締め代が小さい方が圧縮空気供給によるラジアル剛性の変化量が大きい。更に、圧縮空気供給によるラジアル剛性の変化量は、フッ素ゴム製オーリングの方がニトリルゴム製オーリングより大きくなっている。
【００３９】
表３から分かるように、ダミーハウジング９Ａの中心位置のずれ量のばらつきは、圧縮空気を供給しない場合は５６μｍであるのに対して、圧縮空気を供給すると２２μｍと小さくなっており、圧縮空気を供給することによって、オーリング１０の形状や姿勢が安定することが分かる。
【００４０】
以上の試験結果から、ハウジング８とスリーブ５の間に、複数のオーリング１０を配設すると共に、オーリング１０間に圧縮空気を供給することによって、ラジアル剛性を高めることができ、且つ圧縮空気の圧力を調整することにより、ラジアル剛性を任意の硬さに調整できることが理解できる。
【００４１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のスピンドルユニットによれば、ハウジングと、該ハウジングに嵌合して回転軸の軸方向に移動可能とされたスリーブとの嵌合面に弾性体を配置したので、該弾性体によってラジアル剛性を高めると共に、アキシャル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動を防止することができる。また、弾性体に圧力を負荷する流体を供給するようにしたので、弾性体を変形させて、ラジアル剛性を高めると共に、アキシャル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動抑制効果を高めることができる。よって、オーリングの剛性を適度に高めてスライド性を維持したまま、ラジアル剛性及びアキシャル減衰性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるスピンドルユニットの縦断面図である。
【図２】図１におけるスリーブ部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図２における供給される流体の圧力によって弾性体が変形する状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明のスリーブ部の各種特性を測定するための試験装置の要部縦断面図である。
【符号の説明】
１スピンドルユニット
２回転軸
３，４固定側軸受
３ａ，４ａ固定側軸受の外輪
３ｂ，４ｂ固定側軸受の内輪
５スリーブ
６，７自由側軸受
６ａ，７ａ自由側軸受の外輪
６ｂ，７ｂ自由側軸受の内輪
８ハウジング
９スリーブハウジング
１０オーリング（弾性体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spindle unit, and more particularly to a spindle unit that can increase the rigidity of a spindle unit that rotates at a high speed to reduce vibration of a rotating shaft.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a spindle unit, when a rotating shaft expands and contracts in the axial direction due to heat generated during high-speed rotation, one bearing (free-side bearing) is fitted into a housing so that the axial displacement can be absorbed. It is fixed to a sleeve that is movable in the direction. As a fitting between the housing and the sleeve, a simple fitting sliding surface method, a ball sliding method using a ball bush movable in the axial direction, and the like are known. The sleeve that supports the free end side of the rotating shaft is required to have radial rigidity and vibration damping in the axial direction as well as slidability.
[0003]
When the housing and the sleeve are fitted with a sliding surface method, the fitting gap decreases with heat generation, so the initial fitting gap needs to be set large. This contributes to an increase in vibration of the rotating shaft when the spindle unit rotates. In addition, in the case of a ball slide system that uses a ball bushing, the allowance increases due to heat generation, hindering smooth axial movement of the sleeve, low axial rigidity, and self-excited vibration called chattering of the rotating shaft. May occur.
[0004]
In addition, in order to attenuate the self-excited vibration of the rotating shaft, a plurality of disc springs are stacked between the housing and the sleeve to increase the axial rigidity, and the self-excited vibration is prevented by friction of the disc springs. (For example, refer to Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-138305 (page 2-3, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The spindle device disclosed in Patent Document 1 attenuates self-excited vibration by friction of a disc spring, and the damping force is determined by the spring constant of the disc spring, the number, the installation direction, and the like. Since these items are set when the spindle device is assembled, they are constant unless the disc spring is reassembled by disassembling the spindle device or the like. In other words, it has been difficult to change the characteristics according to the rotation conditions, such as resetting the attenuation rate or the like to a value optimal for the operating conditions.
In recent years, the speed of the spindle unit has been remarkably increased, and the amount of heat generated has increased with the increase in speed. Therefore, a more advanced method for supporting the rotating shaft that can counter this has been demanded.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a spindle unit having high rigidity and excellent damping characteristics and sliding properties.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a spindle unit according to claim 1 of the present invention includes a rotatable rotating shaft, an outer ring fixed to the housing, and an inner ring fitted to one end of the rotating shaft. A side bearing, a sleeve disposed on the other end side of the rotating shaft, fitted in the housing and movable in the axial direction of the rotating shaft, and an inner ring is fitted on the other end of the rotating shaft. A spindle having an outer ring fixed to the sleeve and cooperating with the fixed-side bearing to rotatably support the rotating shaft, the other end of the rotating shaft being displaceable in the axial direction A unit,
The fitting surface between the housing and the sleeve includes an elastic body that seals between the housing and the sleeve, and includes means for deforming the elastic body by supplying a fluid that applies pressure to the elastic body. The present invention is characterized in that the damping rate of the self-excited vibration is changed using a change in rigidity due to the deformation of the elastic body .
[0009]
According to the spindle unit configured as described above, the elastic body is disposed on the fitting surface between the housing and the sleeve that is fitted to the housing and is movable in the axial direction of the rotation shaft. In addition, it is possible to prevent the self-excited vibration of the rotating shaft by improving the attenuation factor in the axial direction. In addition, since the fluid that applies pressure to the elastic body is supplied, the elastic body is deformed to further increase the radial rigidity and to improve the axial damping rate, thereby suppressing the self-excited vibration of the rotating shaft. Can be increased.
[0010]
A spindle unit according to a second aspect of the present invention is the spindle unit according to the first aspect, wherein the elastic body is an O-ring, the fluid is compressed air, and a plurality of the spindle units are arranged. The compressed air is supplied between the O-rings so as to apply pressure to the O-rings.
[0011]
According to the spindle unit configured as described above, the elastic body is an O-ring, and the fluid is compressed air, so that compressed air is supplied between the O-rings and pressure is applied to the O-ring. Further, it is possible to effectively prevent the self-excited vibration of the rotating shaft by increasing the radial rigidity while maintaining high slidability. In addition, since O-ring is rich in workability and versatility, a high-performance spindle unit can be manufactured without requiring a complicated manufacturing process.
[0012]
The spindle unit according to claim 3 of the present invention is the spindle unit according to claim 1 or 2, wherein the pressure of the fluid that applies pressure to the elastic body is variable. It is characterized by.
[0013]
According to the spindle unit configured as described above, since the pressure of the fluid that applies pressure to the elastic body is variable, the pressure is changed according to the use conditions of the spindle unit, and the deformation amount of the elastic body due to the pressure of the fluid is changed. Can do. In addition, the radial rigidity and damping factor of the elastic body can be set to optimum values for the use conditions, and the self-excited vibration of the rotating shaft can be effectively prevented. Further, the radial rigidity and damping rate of the elastic body can be changed only by changing the pressure of the fluid to be supplied, and can be changed very easily.
[0016]
A spindle unit according to a fourth aspect of the present invention is the spindle unit according to any one of the first to third aspects, wherein the elastic body is a set of a plurality of elastic bodies. A plurality of elastic body sets are arranged, and the elastic body set arranged at both ends includes one elastic body set disposed on the sleeve and the other elastic body set disposed on the housing. It is characterized by that.
[0017]
According to the spindle unit configured as described above, a plurality of elastic body sets constituted by a plurality of elastic bodies are arranged, and the elastic body sets arranged at both ends are configured such that one elastic body set is used as a sleeve and the other elastic body set is used as an elastic body set. Since the body set is arranged in the housing, it is easy to assemble and there is little fear of O-ring damage. Note that the effect of uniformly and stably moving the sleeve when various loads are applied to the spindle unit is equivalent to the case where the elastic body is provided only on the sleeve and the case where only the housing is provided. Furthermore, it is good also as a structure which arrange | positions two elastic bodies to a spindle unit, one is arrange | positioned at a sleeve and the other is a housing, and supplies a fluid between the elastic bodies.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a spindle unit according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 is a longitudinal sectional view of a spindle unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a sleeve portion in FIG. 1, and FIG. 3 is an elastic body according to the pressure of fluid supplied in FIG. FIG. 4 is an essential part longitudinal cross-sectional view of a test apparatus for measuring various characteristics of the sleeve part.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, the spindle unit 1 of this embodiment includes a rotating shaft 2, a pair of rolling bearings 3 and 4 that are fixed-side bearings, a sleeve 5, and a pair of rolling bearings that are free-side bearings.

Bearings

6 and 7, a housing 8, and a sleeve housing 9 are provided. The sleeve housing 9 is fixed to the housing 8 and substantially functions as a part of the housing 8.
[0020]
The pair of rolling bearings 3, 4 has a fixed side in which the

outer rings

3 a, 4 a are fixed to the housing 8 and the

inner rings

3 b, 4 b are fitted and fixed to one end of the rotating shaft 2, and the relative position to the housing 8 is fixed. It is a bearing and rotatably supports the rotary shaft 2.
[0021]
The sleeve 5 is fitted in a hole 9a of a sleeve housing 9 disposed on the other end side of the rotary shaft 2, and is disposed so as to be movable in the axial direction. The clearance C between the sleeve 5 and the hole 9a of the sleeve housing 9 is determined in consideration of the sleeve size, the required rigidity, the thermal expansion due to the heat generated by the rotation of the rotating shaft 2, etc., and is appropriately selected from the range of 1 to 200 μm. Designed. If the gap C is too small, the sleeve 5 and the hole 9a of the sleeve housing 9 may come into contact with each other due to thermal expansion. If it is too large, the center position of the sleeve 5 tends to become unstable.
[0022]
On the mating surface between the sleeve 5 and the hole 9 a of the sleeve housing 9, two O-rings 10, which are an example of an elastic body, are disposed at both ends, for a total of four O-rings 10. A plurality of O-rings 10 are combined to form one set. In the present embodiment, two sets of O-rings 10 are disposed at both ends of the outer peripheral surface 5 a of the sleeve 5.
That is, the two O-rings 10 arranged on the side close to the fixed-side bearing are mounted in the O-ring groove 9 b provided in the hole 9 a of the sleeve housing 9. Further, the two O-rings 10 arranged on the side far from the fixed-side bearing are mounted in an O-ring groove 5 b provided on the outer peripheral surface 5 a of the sleeve 5. In contrast to the arrangement of the present embodiment, an O-ring groove may be provided on the outer peripheral surface of the sleeve near the fixed-side bearing, and an O-ring groove may be provided on the sleeve housing far from the fixed-side bearing. Also, a configuration in which an O-ring groove is provided only on the outer peripheral surface of the sleeve, or a configuration in which an O-ring groove is provided only on the sleeve housing is possible.
[0023]
The tightening allowance of the O-ring 10 is preferably equal to or less than the use standard value of the O-ring and 10% or more of the use standard value. For example, the tightening allowance in the case of an O-ring having an inner diameter of 84.5 mm and a thickness of 2 mm is 0. .05mm or more and 0.5mm or less (standard value used is usually provided as a recommended value by an O-ring manufacturer, and the O-ring is about 0.5 mm). Preferably, it is good to set it as 0.2 mm-0.45 mm. The elastic body is not limited to the O-ring 10 and may be a rubber packing or a metal packing having a sealing property.
[0024]
Here, the upper limit of the tightening margin is set to be equal to or less than the standard value for use. If the upper limit is larger than this, the slidability of the sleeve 5 is deteriorated, and the deformation amount of the O-ring 10 is increased to shorten the life of the O-ring 10. There is a possibility. Moreover, the reason why the lower limit of the tightening margin is set to 10% or more of the use standard value is that the sealing performance of the O-ring 10 is deteriorated if the lower limit is set.
[0025]
The pair of rolling

bearings

6, 7 has inner rings 6 b, 7 b fitted to the other end of the rotary shaft 2,

outer rings

6 a, 7 a fitted to the sleeve 5, and fixed to the sleeve 5 by the outer ring presser 11, It is a free-side bearing that is movable in the axial direction of the rotary shaft 2 together with the sleeve 5. Then, the rotary shaft 2 is rotatably supported in cooperation with the fixed side bearings 3 and 4. The preload spring 12 is mounted between the sleeve housing 9 and the outer ring retainer 11, and pulls the sleeve 5 rearward through the outer ring retainer 11 to apply preload to the rolling

bearings

6 and 7 and the rolling bearings 3 and 4. Yes. In the case of constant pressure preload, there may be a fixed position preload and no preload spring.
[0026]
The sleeve housing 9 is provided with a fluid supply path 9d in which a fluid supply port 9c is opened between each pair of O-rings 10. The fluid supply path 9d is disposed outside the spindle unit 1. Connected to a compressed fluid supply device (not shown), the compressed fluid is supplied from the compressed fluid supply device to supply the compressed fluid between the pair of O-rings 10. The compressed fluid supply device is, for example, a compressor, and the fluid is, for example, air.
[0027]
The operation of this embodiment will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the spindle unit 1 according to an embodiment of the present invention rises in temperature due to generated frictional heat when the rotary shaft 2 rotates at a high speed. As a result, the rotary shaft 2 extends in the axial direction, but the pair of rolling

bearings

6 and 7 which are free-side bearings move together with the sleeve 5 in the axial direction (rightward in FIG. 1), and the extension of the rotary shaft 2 due to heat is increased. Absorb. At the same time, since the sleeve 5 is thermally expanded to increase the outer diameter and the gap C with the sleeve housing 9 is reduced, the thermal expansion is predicted in advance and the gap C is set to about 10 μm, for example. When the gap C is large, the radial rigidity is lowered, but actually, since a plurality of O-rings 10 are disposed between the sleeve 5 and the sleeve housing 9 so as to be crushed by the tightening allowance. The radial rigidity is increased by the ring 10, and the vibration of the rotating shaft 2 is suppressed.
[0028]
As shown in FIG. 3, when compressed air is pumped from a compressor, which is a compressed fluid supply device, in the direction of arrow A through a fluid supply path 9d and supplied between a pair of O-rings 10, it fits in an O-ring groove 5b. Then, the pair of O-rings 10 attached to each other are crushed by being pressed away from each other (compression amount c). This further increases the rigidity of the pair of O-rings 10 and increases the radial rigidity and the axial rigidity of the sleeve 5. The rigidity of the pair of O-rings 10 can be obtained by adjusting the pressure of the compressed air to adjust the crushing amount of the O-ring 10. Further, since the pressure acting on both O-rings 10 acts uniformly on both O-rings 10, the amount of crushing can be made uniform, and the balance of rigidity of both O-rings 10 is maintained. Can be increased.
[0029]
【Example】
Next, a description will be given of the measurement results of rigidity performed using the test apparatus 20 (main parts are shown in FIG. 4 as an example).
The test apparatus 20 is arranged by fitting a dummy housing 9A having an inner diameter of 85 mm to a dummy sleeve 5A having the same dimensions as the actual spindle unit 1 and having an outer diameter of 85 mm with a fitting clearance of 150 μm. Two o-ring grooves 9b are provided on the fixed bearing side (left side in FIG. 4) of the dummy housing 9A, and two o-ring grooves are similarly formed on the free bearing side (right side in FIG. 4) of the dummy sleeve 5A. 5b is provided in parallel, and an O-ring 10 having an inner diameter of 84.5 mm and a thickness of 2 mm is mounted in each of the O-

ring grooves

5b and 9b. Further, an electric micrometer pickup is attached to the outer peripheral surface 9Ae of the dummy housing 9A, and the radial displacement amount (which is also the displacement amount at the center of the dummy housing 9A) of the outer peripheral surface 9Ae of the dummy housing 9A is set to the electric micrometer. It can be detected by the meter 21.
[0030]
A load was applied to the test apparatus 20 configured in this manner by pressing the outer peripheral surface of the dummy housing 9A in the direction of arrow B with an air cylinder (not shown).
Test conditions other than those described above are as follows.
O-ring material: A) Nitrile rubber B) Fluoro rubber O-ring tightening allowance: A) 0.300 mm
B) 0.275mm
C) 0.250mm
Pressure of compressed air: A) 0 MPa
B) 0.49 MPa
Load load of two O-rings by air cylinder: A) 50N
B) 100N
Test method: The test was performed by randomly changing the conditions of the O-ring material, O-ring tightening margin, compressed air pressure, and air cylinder load, and the displacement amount (center of the outer peripheral surface 9Ae of the dummy housing 9A at that time) ) Was measured with an electric micrometer 21. Each measurement was performed five times, and the average value was taken as the measurement result.
[0031]
(Test results)
Table 1 shows the measurement results of the O-ring rigidity when the pressure of the compressed air is 0 MPa (that is, when compressed air is not supplied) as a ratio between the load applied to the dummy housing 9A by the air cylinder and the displacement amount at the center. Shown in The unit is N / μm, and the larger the value, the greater the radial rigidity.
[0032]
[Table 1]

[0033]
Table 2 shows the measurement result of the O-ring rigidity when the pressure of the compressed air is 0.49 MPa as a ratio of the load applied to the dummy housing 9A by the air cylinder and the center displacement amount. The unit is N / μm, and the larger the value, the greater the radial rigidity.
[0034]
[Table 2]

[0035]
Further, the fluororubber O-ring 10 set to a tightening margin of 0.250 mm was mounted in a random mounting order, and the deviation of the center position of the dummy housing 9A was measured five times. The variation (maximum value-minimum value) is shown in Table 3.
[0036]
[Table 3]

[0037]
As can be seen from Table 1, when compressed air is not supplied to the O-ring 10, the radial rigidity is higher when the tightening margin of the O-ring 10 is larger. In addition, the amount of change in radial stiffness relative to the amount of change in the tightening allowance is greater for fluororubber O-rings than for nitrile rubber O-rings.
[0038]
From Tables 1 and 2, it can be seen that the radial rigidity can be increased by supplying compressed air to the O-ring 10. This is because the O-ring 10 is crushed by the compressed air (see FIG. 3), and the rigidity of the O-ring 10 itself is increased. In addition, the smaller the tightening margin, the larger the amount of change in radial rigidity due to the supply of compressed air. Furthermore, the amount of change in radial stiffness due to the supply of compressed air is greater for fluororubber O-rings than for nitrile rubber O-rings.
[0039]
As can be seen from Table 3, the variation in the deviation of the center position of the dummy housing 9A is 56 μm when compressed air is not supplied, whereas it is as small as 22 μm when compressed air is supplied. It turns out that the shape and attitude | position of O-ring 10 are stabilized by supplying.
[0040]
From the above test results, by arranging a plurality of O-rings 10 between the housing 8 and the sleeve 5 and supplying compressed air between the O-rings 10, radial rigidity can be increased, and compressed air It can be understood that the radial rigidity can be adjusted to an arbitrary hardness by adjusting the pressure.
[0041]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the spindle unit of the present invention, the elastic body is arranged on the fitting surface between the housing and the sleeve fitted into the housing and movable in the axial direction of the rotating shaft. The elastic body can increase the radial rigidity and improve the attenuation factor in the axial direction to prevent self-excited vibration of the rotating shaft. In addition, since the fluid that applies pressure to the elastic body is supplied, the elastic body is deformed to increase the radial rigidity and to improve the axial direction damping rate to increase the self-excited vibration suppression effect of the rotating shaft. be able to. Therefore, it is possible to improve the radial rigidity and the axial damping performance while appropriately increasing the rigidity of the O-ring and maintaining the slidability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a spindle unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a sleeve portion in FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a state in which an elastic body is deformed by the pressure of a supplied fluid in FIG. 2;
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an essential part of a test apparatus for measuring various characteristics of a sleeve portion of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spindle unit 2 Rotating shaft 3, 4

Fixed side bearing

3a,

4a Outer ring

3b, 4b of fixed side bearing 5 Inner ring of fixed side bearing 5

Sleeve

6, 7 Free side bearing 6a, 7a Outer ring 6b, 7b of free side bearing Free side bearing Inner ring 8 housing 9 sleeve housing 10 O-ring (elastic body)

Claims

A rotatable rotating shaft, an outer ring fixed to the housing and an inner ring fitted to one end of the rotating shaft; a fixed-side bearing disposed on the other end of the rotating shaft; A sleeve that is movable in the axial direction of the rotating shaft, an inner ring is fitted on the other end of the rotating shaft, and an outer ring is fixed to the sleeve and rotates with the fixed-side bearing to rotate the rotating shaft. A free-side bearing that freely supports, and a spindle unit in which the other end of the rotating shaft can be displaced in the axial direction,
The fitting surface between the housing and the sleeve includes an elastic body that seals between the housing and the sleeve, and includes means for deforming the elastic body by supplying a fluid that applies pressure to the elastic body. A spindle unit configured to change a damping rate of self-excited vibration by using a change in rigidity due to deformation of the elastic body .

The elastic body is an O-ring, and the fluid is compressed air, and the compressed air is supplied between the O-rings arranged in plural so as to apply pressure to the O-ring. 2. The spindle unit according to claim 1, wherein

The spindle unit according to claim 1, wherein the pressure of the fluid that applies pressure to the elastic body is variable.

The elastic body has a plurality of elastic body sets arranged as one set by a plurality of elastic bodies, and one elastic body set of the elastic body sets disposed at both ends is disposed on the sleeve. the spindle unit according to any of claims 1 to 3 in which the other of the elastic body set, characterized in that disposed in the housing.