JP2005177908A - Spindle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械等の高速回転する主軸装置に関する。 The present invention relates to a spindle device that rotates at high speed, such as a machine tool.
従来の主軸装置の一例として、予圧付与用のピストンと、このピストンが軸方向に変位可能に内嵌されるシリンダ部と、シリンダ部においてピストンの背部に形成されるとともに該ピストン位置に応じて容量が可変する作動油収容空間と、この作動油収容空間へ供給する作動油を貯溜する作動油貯溜部と、この作動油貯溜部と前記作動油収容空間とを連通するオリフィス通路と、前記作動油貯溜部の作動油を前記作動油収容空間側へ加圧供給する油圧発生手段とを含む構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照：従来例１）。 As an example of a conventional main shaft device, a piston for applying a preload, a cylinder portion in which the piston is fitted so as to be axially displaceable, and a back portion of the piston in the cylinder portion, and a capacity corresponding to the piston position A hydraulic oil storage space in which the hydraulic oil is stored, a hydraulic oil storage portion that stores hydraulic oil supplied to the hydraulic oil storage space, an orifice passage that communicates the hydraulic oil storage portion and the hydraulic oil storage space, and the hydraulic oil There is known one having a structure including a hydraulic pressure generating means that pressurizes and supplies hydraulic oil in a reservoir to the hydraulic oil storage space (see, for example, Patent Document 1: Conventional Example 1).
一般的に、定圧予圧では、スリーブが軸方向にスライドする構成となっているが、それによって、スリーブが軸方向に振動してしまう問題点がある。
特に、高速回転の主軸装置においては、主軸系のアキシャル方向共振点が回転速度以下に存在する場合が多く、振動の問題がある。そのために、従来例１では、スリーブの振動をダンパで防いでいる。
In general, the constant pressure preload is configured such that the sleeve slides in the axial direction, but there is a problem that the sleeve vibrates in the axial direction.
In particular, in a spindle device that rotates at high speed, there are many cases where the axial resonance point of the spindle system is below the rotation speed, and there is a problem of vibration. Therefore, in the conventional example 1, the vibration of the sleeve is prevented by a damper.
また、図７に示す主軸装置８０は、ドローバ８２を内装した回転軸８１の前端部にフロント側軸受８３，８３が配され、回転軸８１の後端部にリア側軸受８４，８４が配されている。リア側軸受８４，８４は、内輪８５，８５が回転軸８１に外嵌され、外輪８６，８６がスリーブ８７に内挿され、外輪押え部材８８によって押圧されている。
スリーブ８７はスリーブハウジング８９に内嵌されており、潤滑ノズル９０、排油口９１を有する（従来例２）。
The
ところが、従来例１では、スリーブの振動を防ぐためのダンパの減衰性能に限界があるので、振動を確実に防止できない。
一方、従来例２の主軸装置８０において、定圧予圧におけるアキシャル共振モデルは、図８に示すようになり、共振点は軸受８３，８３，８４，８４のアキシャル剛性および軸（回転軸）８１とスリーブ８７の質量によって決まる。軸受８３，８３，８４，８４の剛性および軸８１の質量は他の制約により変化させることが困難である。スリーブ８７の質量は軽いほど共振点が高いので、スリーブ８７を軽くすることが必要となる。
However, in the first conventional example, there is a limit to the damping performance of the damper for preventing the vibration of the sleeve, so that the vibration cannot be reliably prevented.
On the other hand, in the
主軸装置８０では、スリーブ８７の材質が鋼である。これに代えて、比重の小さいアルミニウム等でスリーブ８７を造ると軽くできるが、一般にアルミニウム等の軽金属は、比重が軽いが線膨張係数が大きい。そのため、何の工夫もなくスリーブ８７にアルミニウムのような金属を用いると、回転中の温度上昇によって、スリーブ８７のスライドすきまが小さくなり、その結果、スライド不良を招く虞れがある。
In the
主軸装置８０において、スリーブ８７，スリーブハウジング８９，および外輪押え部材８８の材質が、いずれも鋼である場合について、主軸装置８０におけるアキシャル共振点を、以下の条件で求めてみた。
In the
(条件)
回転体質量（回転軸＋ドローバー） ：13kg
スリーブ質量（スリーブ本体＋外輪押え部材） ：６kg
フロント側軸受アキシャル剛性 ：50Ｎ／μｍ
リア側軸受アキシャル剛性 ：45Ｎ／μｍ
とすると、アキシャル共振点は、563Hz（33800min-1，２次），242Hz（14500min-1，１次）となる（このときの質量比は0.46である）。そのため、主軸装置８０を40000min-1以上で使用しようとすると、２次アキシャル共振点が40000min-1以下の回転速度域の共振点付近または共振点以上の回転速度域で振動の問題が発生する。なお、１次の共振点は、通過する回転速度が低く加振エネルギーが小さいので通常問題にはならない。
(conditions)
Rotating body mass (rotating shaft + drawbar): 13kg
Sleeve mass (sleeve body + outer ring presser member): 6kg
Front side bearing axial rigidity: 50 N / μm
Rear side bearing axial rigidity: 45 N / μm
Then, the axial resonance points are 563 Hz (33800 min −1 , secondary) and 242 Hz (14500 min −1 , primary) (the mass ratio at this time is 0.46). Therefore, if the
図９に示すように、上記の条件において、スリーブ８７の質量のみを変更させたときの共振点を計算した。なお、横軸は回転軸８１の質量を１としたときのスリーブ８７の質量である。
図９により明らかなように、２次の共振点は、スリーブ８７の質量が、軸の質量の0.3倍よりも小さくなると急に上昇する。使用回転速度40000min-1を目指す場合、スリーブ質量比を0.23（前記条件でスリーブ質量３kg）とすることにより共振点を42000min-1程度とすることが可能となる。
したがって、前記条件に比べてスリーブの質量を半分にする必要がある。これを、従来と同じ鋼にて実現することは非常に困難である。スリーブ８７には、潤滑ノズル９０や排油口９１が設けられているため、スリーブ８７を薄肉化して軽量化するのは限度があるからである。
As shown in FIG. 9, the resonance point when only the mass of the
As is apparent from FIG. 9, the secondary resonance point suddenly increases when the mass of the
Therefore, it is necessary to halve the mass of the sleeve compared to the above conditions. It is very difficult to achieve this with the same steel as before. This is because the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、主軸系のアキシャル共振点を上げることにより振動を制御できる主軸装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a spindle device capable of controlling vibration by raising the axial resonance point of the spindle system.
１）本発明の主軸装置は、回転自在な回転軸と、内輪が前記回転軸の一端に外嵌され、外輪がハウジングに固定されたフロント側軸受と、前記回転軸の他端側に配され、前記ハウジングに内挿されて前記回転軸の軸方向にスライド移動可能なスリーブと、内輪が前記回転軸の他端に外嵌され、外輪が前記スリーブに固定されて定圧予圧され、前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、を備えた主軸装置であって、前記スリーブが、少なくとも二重の環状構造をなし、一方の環状部材が、鋼より比重が小さい材質からなるとともに、他方の環状部材が、鋼または鋼以下の線膨張係数の材質からなり、互いの環状部材が、締まり嵌めで嵌合されていることを特徴とする。 1) A main shaft device according to the present invention includes a rotatable rotating shaft, an inner ring fitted to one end of the rotating shaft, a front bearing having an outer ring fixed to a housing, and the other end of the rotating shaft. A sleeve inserted in the housing and slidable in the axial direction of the rotating shaft, an inner ring is fitted on the other end of the rotating shaft, an outer ring is fixed to the sleeve and constant pressure preloaded, and the front side And a rear-side bearing that rotatably supports the rotating shaft in cooperation with a bearing, wherein the sleeve has at least a double annular structure, and one annular member is made of steel. It is made of a material having a smaller specific gravity, the other annular member is made of steel or a material having a linear expansion coefficient equal to or less than that of steel, and the annular members are fitted with each other by an interference fit.
前記構成の主軸装置によれば、スリーブを、鋼より比重が小さい材質の一方の環状部材と、鋼または鋼以下の線膨張係数の材質の他方の環状部材と、からなる二重の環状構造とし、それらを締まり嵌めで嵌合している。 According to the spindle apparatus having the above configuration, the sleeve has a double annular structure including one annular member made of a material having a specific gravity smaller than that of steel and the other annular member made of steel or a material having a linear expansion coefficient equal to or less than that of steel. They are fitted with an interference fit.
従って、温度上昇した際に、はめあいが変化し、はめあいひずみが熱膨張を打ち消すように変化する。すなわち、見かけの線膨張係数が小さくなる。これにより、軽量で線膨張係数が大きくないスリーブを得ることができ、主軸系のアキシャル共振点を上げることにより振動を制御することができる。 Therefore, when the temperature rises, the fit changes, and the fit strain changes so as to cancel the thermal expansion. That is, the apparent linear expansion coefficient is reduced. As a result, it is possible to obtain a sleeve that is lightweight and does not have a large linear expansion coefficient, and it is possible to control vibration by raising the axial resonance point of the spindle system.
なお、鋼より比重が小さい材質（鋼の比重：約7.8）としては、例えばアルミニウムを例示できる。より具体的には、A5052（JIS H4000）のようなAl−Mg系合金や、A2017，A7075のような（超超）ジュラルミン等のアルミ合金を例示できる。さらに軽量化が必要な場合はチタン合金、マグネシウム合金を用いることもできる。また、鋼または鋼以下の線膨張係数の材質（鋼の線膨張係数：10.4×10-6/℃〜13.5×10-6/℃，代表値として12.5×10-6/℃を用いることができる）としては、例えば鉄を例示できる。具体的には、熱膨張を抑えるために鉄（機械構造用鋼（S45C）や高炭素クロム軸受鋼（SUJ2）等）を用いたが、セラミックや低熱膨張鋳物、低熱膨張鋼材（例えばSUS440C）を用いても良い。 In addition, as a material (specific gravity of steel: about 7.8) whose specific gravity is smaller than steel, aluminum can be illustrated, for example. More specifically, an Al-Mg alloy such as A5052 (JIS H4000) and an aluminum alloy such as (super-super) duralumin such as A2017 and A7075 can be exemplified. In addition, a titanium alloy or a magnesium alloy can also be used when weight reduction is required. The linear expansion coefficient of the material (steel steel or steel following linear expansion coefficient: 10.4 × 10 -6 /℃~13.5×10 -6 / ℃, can be used 12.5 × 10 -6 / ℃ as a representative value For example, iron can be exemplified. Specifically, iron (machine structural steel (S45C), high carbon chrome bearing steel (SUJ2), etc.) was used to suppress thermal expansion, but ceramic, low thermal expansion castings, low thermal expansion steel (for example, SUS440C) were used. It may be used.
セラミックは、比重が軽い性質ももつが、熱伝導率が小さいため、軸受の温度上昇が大きくなる欠点があり、さらに、セラミックのみでは線膨張係数が小さすぎてスライド部分のガタつきが生じたり、軸受の外輪のはめあい変化が生じたりするといった問題も発生する。
アルミニウムとセラミックの組み合わせによって、軽量かつ鋼に近い熱膨張係数を得ることができる。
Ceramic has a light specific gravity, but because of its low thermal conductivity, there is a drawback that the temperature rise of the bearing is large. There is also a problem that the fit of the outer ring of the bearing changes.
The combination of aluminum and ceramic makes it possible to obtain a thermal expansion coefficient that is light and close to steel.
２）本発明の主軸装置は、回転自在な回転軸と、内輪が前記回転軸の一端に外嵌され、外輪がハウジングに固定されたフロント側軸受と、前記回転軸の他端側に配され、前記ハウジングに内挿されて前記回転軸の軸方向にスライド移動可能なスリーブと、内輪が前記回転軸の他端に外嵌され、外輪が前記スリーブに固定されて定圧予圧され、前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、を備えた主軸装置であって、前記スリーブが、鋼よりも軽い比重の材質からなり、かつ、スライド移動する際の相手部品が、鋼よりも大きい線膨張係数を有することを特徴とする。 2) The main shaft device of the present invention is arranged on a rotatable rotating shaft, an inner ring is fitted on one end of the rotating shaft, a front bearing having an outer ring fixed to a housing, and the other end of the rotating shaft. A sleeve inserted in the housing and slidable in the axial direction of the rotating shaft, an inner ring is fitted on the other end of the rotating shaft, an outer ring is fixed to the sleeve and constant pressure preloaded, and the front side A spindle device comprising a rear side bearing that cooperates with a bearing and rotatably supports the rotating shaft, wherein the sleeve is made of a material having a specific gravity lighter than steel and slides. The mating part has a linear expansion coefficient larger than that of steel.
前記構成の主軸装置によれば、鋼よりも軽い比重の材質からなるスリーブと、鋼よりも大きい線膨張係数を有する相手部品との組み合わせにより、スリーブ自体を軽くすることができるとともに、スライド移動する際の相手部品の線膨張係数を大きくすることで、温度変化によるすきまの減少を抑えることができる。 According to the spindle device having the above-described configuration, the sleeve itself can be lightened and slid by a combination of a sleeve made of a material having a specific gravity lighter than steel and a counterpart part having a linear expansion coefficient larger than that of steel. By increasing the coefficient of linear expansion of the mating part at that time, it is possible to suppress a decrease in the clearance due to a temperature change.
３）本発明の主軸装置は、前記スリーブが複合スリーブであるとともに、前記相手部品が２以上の部材からなり、かつ、前記相手部品における各部材の線膨張係数を合成した値が鋼よりも大きいことを特徴とする。 3) In the spindle device of the present invention, the sleeve is a composite sleeve, the mating part is composed of two or more members, and a value obtained by synthesizing the linear expansion coefficients of the respective members in the mating part is larger than that of steel. It is characterized by that.
前記構成の主軸装置によれば、温度上昇した際に、はめあいが変化し、はめあいひずみが熱膨張を打ち消すように変化するため、見かけの線膨張係数が小さくなる。これにより、軽量で線膨張係数が大きくないスリーブを得ることができ、主軸系のアキシャル共振点を上げることにより振動を制御することができる。 According to the spindle device having the above-described configuration, when the temperature rises, the fit changes, and the fit strain changes so as to cancel the thermal expansion, so that the apparent linear expansion coefficient becomes small. As a result, it is possible to obtain a sleeve that is lightweight and does not have a large linear expansion coefficient, and it is possible to control vibration by raising the axial resonance point of the spindle system.
本発明によれば、従来のような、振動を確実に防げない、という問題を解消でき、これにより、主軸系のアキシャル共振点を上げることにより振動を制御ができる。 According to the present invention, it is possible to solve the conventional problem that vibration cannot be reliably prevented, and thus vibration can be controlled by increasing the axial resonance point of the spindle system.
以下、本発明に係る複数の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る主軸装置の第１実施形態を示す断面図、図２は図１に示す主軸装置におけるスリーブの断面図、図３は図２に示すスリーブの物性値比較表、図４は図２に示すスリーブの変形例の断面図、図５は本発明に係る主軸装置の第２実施形態を示す断面図、図６は図５に示す主軸装置におけるスリーブの断面図である。 Hereinafter, a plurality of suitable embodiments concerning the present invention are described in detail based on a drawing. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a spindle device according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a sleeve in the spindle device shown in FIG. 1, FIG. 3 is a physical property comparison table of the sleeve shown in FIG. Is a sectional view of a modification of the sleeve shown in FIG. 2, FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the spindle device according to the present invention, and FIG. 6 is a sectional view of the sleeve in the spindle device shown in FIG.
図１に示すように、本発明の第１実施形態である主軸装置１０は、回転自在な回転軸（以下、単に軸とも言う。）１１と、内輪１３，１３が回転軸１１の一端に外嵌され、外輪１４，１４がハウジング１５に固定されたフロント側軸受１２，１２と、回転軸１１の他端側に配され、ハウジング１５に内挿されて回転軸１１の軸方向にスライド移動可能なスリーブ１６と、内輪１８，１８が回転軸１１の他端に外嵌され、外輪１９，１９がスリーブ１６に固定されて定圧予圧され、フロント側軸受１２，１２と共働して回転軸１１を回動自在に支持するリア側軸受１７，１７と、を備えた主軸装置１０であって、スリーブ１６が、少なくとも二重の環状構造をなし、一方の環状部材（第１スリーブ）２０が、鋼より比重が小さい材質からなるとともに、他方の環状部材（第２スリーブ）２１が、鋼または鋼以下の線膨張係数の材質からなり、互いの環状部材２０，２１が、締まり嵌めで嵌合されている。
As shown in FIG. 1, the
ハウジング１５は、内ハウジング２６と、外筒２３と、後側スリーブハウジング２４と、リアカバー２５と、からなる。
The
フロントカバー２２は、前方端部に配されている。外筒２３は、円筒形状に形成されており、前段のフロント側軸受１２，１２を内嵌した内ハウジング２６に外嵌されているとともに、ビルトインモータのステータ２７を内周部に固定している。
内ハウジング２６には、潤滑油ノズル２８，２８が組付けられているとともに、排油口２９が形成されている。ステータ２７は、モータ電源線（不図示）から所定の電流を供給されることにより、内周部に回転磁界を発生する。
The
Lubricating
後側スリーブハウジング２４は、円筒形状に形成されており、リア側軸受１７，１７に外嵌された、スリーブ１６の一方を構成する第２スリーブ２１に外挿されている。リアカバー２５は、後方端部に配されている。
The
回転軸１１は、ドローバ３０を内装しており、このドローバ３０を、戻しばね３１に抗して進退移動させることにより、工具（不図示）をクランプまたはアンクランプする。
また、回転軸１１は、ビルトインモータのロータ３２を、ステータ２７の内周部に非接触に固定している。ロータ３２は、ステータ２７が発生した回転磁界により回転力を与えられて、回転軸１１を回転させる。
The
Further, the
フロント側軸受１２，１２は、アンギュラ玉軸受を並列組合せで用いており、内輪１３，１３が回転軸１１の前端側に外嵌され、外輪１４，１４が内ハウジング２６に内嵌されている。
The
リア側軸受１７，１７は、フロント側軸受１２，１２と同様の、アンギュラ玉軸受を並列組合せで用いており、内輪１８，１８が回転軸１１の後端側に外嵌され、外輪１９，１９が、スリーブ１６の他方を構成する第１スリーブ２０に内嵌されている。
The rear-
スリーブ１６は、第１スリーブ２０と、第２スリーブ２１と、から二重の環状構造を形成している。
第１スリーブ２０は、鋼より比重が小さい、例えばアルミニウムを素材として円環形状に形成されている。第２スリーブ２１は、鋼または鋼以下の線膨張係数を有する、例えば鉄を素材として第１スリーブ２０に外装される円環形状に形成されている。
The
The
そして、第１スリーブ２０と第２スリーブ２１とは互いに、締まり嵌めで嵌合されている。鋼より比重が小さい材質としては、例えば、A5052（JIS H4000）のようなAl−Mg系合金や、A2017，A7075のような（超超）ジュラルミン等のアルミ合金が適用される。さらに軽量化が必要な場合はチタン合金、マグネシウム合金を用いても良い。
The
また、鋼または鋼以下の線膨張係数の材質としては、例えば、鉄（機械構造用鋼（S45C）や高炭素クロム軸受鋼（SUJ2）等）が適用される。これとは異なり、セラミックスや低熱膨張鋳物、低熱膨張鋼材（例えばSUS440C）を用いても良い。
セラミックスは、比重が軽い性質ももつが、熱伝導率が小さいため、軸受の温度上昇が大きくなる欠点があり、さらに、セラミックスのみでは線膨張係数が小さすぎてスライド部分のガタつきが生じたり、外輪１９，１９のはめあい変化が生じたりするといった問題も発生する。アルミニウムとセラミックスの組み合わせによって軽量、かつ、鋼に近い熱膨張係数を得ることができる。
Further, as the material of steel or a material having a linear expansion coefficient equal to or lower than steel, for example, iron (machine structural steel (S45C), high carbon chromium bearing steel (SUJ2), etc.) is applied. Unlike this, ceramics, low thermal expansion castings, and low thermal expansion steel materials (for example, SUS440C) may be used.
Ceramics also has a light specific gravity, but because of its low thermal conductivity, there is a drawback that the temperature rise of the bearing is large.In addition, ceramics alone has a linear expansion coefficient that is too small, causing looseness of the slide part, There also arises a problem that the fit of the
第１スリーブ２０は、リア側軸受１７，１７の外輪１９，１９に外挿されており、潤滑油ノズル３３，３３が組付けられているとともに、排油口３４が形成されている。
The
第２スリーブ２１は、第１スリーブ２０よりも小さい厚さを持ち、第１スリーブ２０の外径に対して締まり嵌めとなる内径を有する。そして、第２スリーブ２１は、後側スリーブハウジング２４に内嵌されている。
The
後側スリーブハウジング２４は、円環形状に形成されており、第２スリーブ２１を内嵌している。後側スリーブハウジング２４と、第２スリーブ２１との直径すきまは30μｍ〜60μｍであり、高速回転主軸では直径の1/2000〜1/4000のすきま、より好ましくは1/2000のすきまとすることが望ましい。従来の鋼のスリーブ場合（1/3000〜1/7000）に比べて若干大きくしている。後側スリーブハウジング２４は、後端部に、予圧ばね３５を内蔵した予圧ピストン３６が組み付けられている。
The
第１スリーブ２０および第２スリーブ２１は、後端部に、外輪押え部材３７が当接されており、外輪押え部材３７は、リア側軸受１７の外輪１９に当接しているとともに、予圧ピストン３６の予圧ばね３５が当接している。外輪押え部材３７は、アルミニウムを素材として成形されている。
The
図２に示すように、リア側軸受１７の外輪１９に外嵌された第１スリーブ２０は、厚さＤ１を有し、この第１スリーブ２０に締まり嵌めで外嵌された第２スリーブ２１は、第１スリーブ２０よりも薄い厚さＤ２を有する。
As shown in FIG. 2, the
図３に示すように、第１スリーブ２０および第２スリーブ２１の物性値比較において、合成比重（第１，第２スリーブ２０，２１を合成してスリーブ１と記す。）は、3.8となり、スリーブ質量３kgを達成している。また、第１，第２スリーブ２０，２１は、アルミニウム製の第１スリーブ２０の外側に鉄製の第２スリーブ２１が焼き嵌めされているので、温度が上昇しても実際の熱膨張係数はアルミニウムよりも小さくなる。また、外径に関する線膨張係数は、アルミニウムが、23×10-6／℃であるのに対して、合成した線膨張係数は18.7×10-6／℃と小さくすることができる。
なお、アルミニウムは鋼に比べて熱伝導率がよいため、実際の温度上昇は鋼よりも低く抑えられ、熱膨張係数が大きくなる欠点は、ある程度緩和される。
As shown in FIG. 3, in the comparison of the physical property values of the
Since aluminum has better thermal conductivity than steel, the actual temperature rise is suppressed lower than that of steel, and the disadvantage of increasing the thermal expansion coefficient is alleviated to some extent.
第１実施形態の主軸装置１０によれば、スリーブ１６が、鋼より比重が小さい材質の第１スリーブ２０と、鋼または鋼以下の線膨張係数の材質の第２スリーブ２１と、からなる二重の環状構造とされ、それらが締まり嵌めで嵌合されている。従って、温度上昇した際に、はめあいが変化し、はめあいひずみが熱膨張を打ち消すように変化する。
すなわち、見かけの線膨張係数が小さくなる。これにより、軽量で線膨張係数が大きくないスリーブ１６を得ることができ、主軸系のアキシャル共振点を上げることにより振動を制御することができる。
主軸装置１０は、従来の主軸８０に対し、スリーブが軽量化された以外は同じであり、図９の解析結果が使える。この図９によると、主軸装置１０の２次共振周波数が700Hzとなり、先に述べたように40000min-1の高速までの運転が可能となる。
According to the
That is, the apparent linear expansion coefficient is reduced. Thereby, the
The
次に、図４を参照して、スリーブの変形例について説明する。
図４に示すように、本変形例のスリーブ４０は、内周側の第１スリーブ４１が鉄を素材として円環形状に形成され、外周側の第２スリーブ４２がアルミニウムを素材として円環形状に形成され、両スリーブ４１，４２を約150μｍの締まり嵌めとしている。
リア側軸受１７の外輪１９に外嵌された第１スリーブ４１は、厚さＤ３を有し、この第１スリーブ４１に締まり嵌めで外嵌された第２スリーブ４２は、第１スリーブ４１よりも厚い厚さＤ４を有する。
Next, a modified example of the sleeve will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the
The
この場合、温度が上昇すると、しめしろが減少するため、結果として、外径の膨張量がアルミニウム単体のときより小さくなる。第１スリーブ４１および第２スリーブ４２の物性値比較（図３参照）において、合成比重（第１，第２スリーブ４１，４２を合成してスリーブ２と記す。）は、3.8、合成した線膨張係数は、16.8×10-6／℃となり、スリーブ１より線膨張の小さなスリーブを得ることができる。
同じ合成比重のスリーブを造る場合、内側に重い鉄を用いることにより、鉄を肉厚にすることができ、その結果、合成の線膨張係数を小さくすることができる。ただし、この場合、スライド面に、柔らかいアルミニウム製の第１スリーブ４１が配されるが、例えば硬質アルマイト処理やカニゼンメッキ等表面処理を行うことにより、摩擦やかじりの問題を解決できる。
In this case, when the temperature rises, the interference decreases, and as a result, the expansion amount of the outer diameter becomes smaller than that of the case of aluminum alone. In the physical property value comparison between the
When making a sleeve having the same composite specific gravity, the iron can be thickened by using heavy iron on the inside, and as a result, the composite linear expansion coefficient can be reduced. However, in this case, the
次に、図５，図６を参照して、本発明に係る主軸装置の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号または相当符号を付することにより、説明を簡略化あるいは省略する。 Next, a second embodiment of the spindle device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that in the second embodiment, members and the like having the same configurations and functions as those already described are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawing, and the description thereof is simplified or omitted.
図５に示すように、第２実施形態の主軸装置５０は、回転自在な回転軸１１と、内輪１３，１３が回転軸１１の一端に外嵌され、外輪１４，１４がハウジング１５に固定されたフロント側軸受１２，１２と、回転軸１１の他端側に配され、ハウジング１５に内挿されて回転軸１１の軸方向にスライド移動可能なスリーブ５１と、内輪１８，１８が回転軸１１の他端に外嵌され、外輪１９，１９がスリーブ５１に固定されて定圧予圧され、フロント側軸受１２，１２と共働して回転軸１１を回動自在に支持するリア側軸受１７，１７と、を備えた主軸装置５０であって、スリーブ５１の平均比重が、鋼よりも軽く、かつ、スライド移動する際の相手部品（第１スリーブハウジング，第２スリーブハウジング）５２，５３の合成した線膨張係数が、鋼よりも大きい。
As shown in FIG. 5, the
スリーブ５１は、第１スリーブ５４と、第２スリーブ５５と、からなり、後側軸受１７，１７に外嵌された第１スリーブ５４が、鋼より比重が小さい、例えばアルミニウムを素材として円環形状に形成されている。第２スリーブ５５は、鋼または鋼以下の線膨張係数を有する、例えば鋼を素材として円環形状に形成されており、第１スリーブ５４に焼き嵌めにより嵌合されている。本例では５４がアルミニウム合金（A5052）、５５が炭素鋼（S54C）である。
The
第１スリーブハウジング５２は、鋼または鋼以下の線膨張係数を有する、例えば鉄を素材として円環形状に形成されている。第１スリーブハウジング５２に外嵌された第２スリーブハウジング５３は、鋼より比重が小さい、例えばアルミニウムを素材として円環形状に形成されている。本例では５２が鋼、５３がアルミニウムである。
なお、第１，第２スリーブ５４，５５および第１，第２スリーブハウジング５２，５３は、それぞれ一体のアルミニウムにより成形しても良い。ただし、本例のように、第１スリーブハウジング５２と第２スリーブ５５とを鋼とすることが望ましい。これにより双方のスライド面が鋼となるので摩耗等の心配がなくなる。
The
The first and
図６に示すように、リア側軸受１７の外輪１９に外嵌された第１スリーブ５４は、厚さＤ５を有し、この第１スリーブ５４に外嵌焼き嵌めされた第２スリーブ５５は、第１スリーブ５４よりも薄い厚さＤ６を有する。
また、第２スリーブ５５にすきま嵌めで外嵌された第１スリーブハウジング５２は、厚さＤ７を有し、この第１スリーブハウジング５２に外嵌焼き嵌めされた第２スリーブハウジング５３は、厚さＤ８を有する。
Ｄ５，Ｄ６は、スリーブの質量条件により決定され、Ｄ７，Ｄ８は、Ｄ５，Ｄ６の合成線膨張係数はよりわずかに大きい、または同等の線膨張係数となるように決定する。
As shown in FIG. 6, the
Further, the
D5 and D6 are determined by the mass condition of the sleeve, and D7 and D8 are determined so that the combined linear expansion coefficient of D5 and D6 is slightly larger or equivalent.
第２実施形態の主軸装置５０によれば、鋼よりも軽い比重の材質からなる第１，第２スリーブ５４，５５と、鋼よりも大きい線膨張係数を有する第１，第２スリーブハウジング５２，５３との組み合わせにより、スリーブ自体を軽くすることができるとともに、スライド移動する際の第１，第２スリーブハウジング５２，５３の線膨張係数を大きくすることで、温度変化によるすきまの減少を抑えることができる。
第１，第２スリーブ５４，５５と第１，第２スリーブハウジング５２，５３との直径すきまを従来と同様に直径の1/3000〜1/7000と小さくできる。
According to the
The diameter clearance between the first and
尚、本発明に係る主軸装置は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、軸受は、アンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受等の各種転がり軸受を適用しても良い。
The spindle device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications and improvements can be made.
For example, the bearing is not limited to an angular ball bearing, and various rolling bearings such as a deep groove ball bearing may be applied.
１０，５０ 主軸装置
１１ 回転軸
１２ フロント側軸受
１３ 内輪
１４ 外輪
１５ ハウジング
１６ スリーブ
１７ リア側軸受
１８ 内輪
１９ 外輪
２０ 第１スリーブ（一方の環状部材）
２１ 第２スリーブ（他方の環状部材）
５２ 第１スリーブハウジング（相手部品）
５３ 第２スリーブハウジング（相手部品）
DESCRIPTION OF
21 Second sleeve (the other annular member)
52 1st sleeve housing (mating part)
53 Second sleeve housing (parts)
Claims (3)
内輪が前記回転軸の一端に外嵌され、外輪がハウジングに固定されたフロント側軸受と、
前記回転軸の他端側に配され、前記ハウジングに内挿されて前記回転軸の軸方向にスライド移動可能なスリーブと、
内輪が前記回転軸の他端に外嵌され、外輪が前記スリーブに固定されて定圧予圧され、前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、
を備えた主軸装置であって、
前記スリーブが、少なくとも二重の環状構造をなし、一方の環状部材が、鋼より比重が小さい材質からなるとともに、他方の環状部材が、鋼または鋼以下の線膨張係数の材質からなり、互いの環状部材が、締まり嵌めで嵌合されていることを特徴とする主軸装置。 A rotatable axis of rotation,
A front-side bearing in which an inner ring is fitted on one end of the rotating shaft and an outer ring is fixed to the housing;
A sleeve arranged on the other end side of the rotating shaft, inserted into the housing and slidable in the axial direction of the rotating shaft;
A rear-side bearing in which an inner ring is externally fitted to the other end of the rotating shaft, an outer ring is fixed to the sleeve and constant pressure preloaded, and cooperates with the front-side bearing to rotatably support the rotating shaft;
A spindle device comprising:
The sleeve has at least a double annular structure, and one annular member is made of a material having a specific gravity smaller than that of steel, and the other annular member is made of a material having a linear expansion coefficient equal to or less than that of steel. A main shaft device in which an annular member is fitted with an interference fit.
内輪が前記回転軸の一端に外嵌され、外輪がハウジングに固定されたフロント側軸受と、
前記回転軸の他端側に配され、前記ハウジングに内挿されて前記回転軸の軸方向にスライド移動可能なスリーブと、
内輪が前記回転軸の他端に外嵌され、外輪が前記スリーブに固定されて定圧予圧され、前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、
を備えた主軸装置であって、
前記スリーブが、鋼よりも軽い比重の材質からなり、かつ、スライド移動する際の相手部品が、鋼よりも大きい線膨張係数を有することを特徴とする主軸装置。 A rotatable axis of rotation,
A front-side bearing in which an inner ring is fitted on one end of the rotating shaft and an outer ring is fixed to the housing;
A sleeve arranged on the other end side of the rotating shaft, inserted into the housing and slidable in the axial direction of the rotating shaft;
A rear-side bearing in which an inner ring is externally fitted to the other end of the rotating shaft, an outer ring is fixed to the sleeve and constant pressure preloaded, and cooperates with the front-side bearing to rotatably support the rotating shaft;
A spindle device comprising:
A main spindle device characterized in that the sleeve is made of a material having a specific gravity lighter than that of steel, and a counterpart component for sliding movement has a larger linear expansion coefficient than that of steel.
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