JP2013022675A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転する回転軸において、熱膨張及び遠心力が軸受に及ぼす影響を抑制して、軸受の予圧の増大に起因する焼付きなどの不具合を防止することができる主軸装置を提供する。
【解決手段】回転軸１２を回転自在に支持する前側軸受５０の内輪５２の両側面に対向配置される一対の前側内輪間座３２は、外周側から軸方向に突出して内輪５２の肩部の外周面５２ａに外嵌する鍔状突部３２ｂを有し、内輪５２より熱膨張係数が小さく、且つ比弾性率が大きい材料から形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、主軸装置に関し、特に、多軸制御の工作機械等に適用され、高速回転可能な主軸装置に関する。

従来、線膨張係数が異なる部材同士を嵌合する際、例えば、鋼からなる軸と、軸より線膨張係数が小さなセラミックスからなる内輪と、内周面が内輪の外周面と嵌合して軸と固く結合する間座と、を備え、軸と内輪とをすきま嵌め嵌合すると共に間座で内輪を押え込むようにして、温度上昇時に軸の熱膨張によって内輪に応力が作用しないようにして、内輪の破損を防止するようにした軸と環体との取付装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１‐２９５０２５号公報

ところで、近年、工作機械主軸の高速回転化に伴い、これに対応した最適条件の設定が要望されており、高速回転に対応した軸受及びモータ設計仕様が不可欠となっている。即ち、高速回転になると、軸受内輪みぞの遠心力による膨張が大きくなることに加え、モータや主軸の温度上昇の影響で内輪の熱膨張（特に、径方向熱膨張）も大きくなる。この２つの要因が重なり、例えばアンギュラ玉軸受においては、内部すきまが減少し、軸受に予め予圧を付与した構造の場合、軸受の予圧が更に増大する。特に、高速回転中においては、内輪みぞと玉、及び外輪みぞと玉間の転がり接触部のＰＶ値（Ｐ：接触面圧、Ｖ：すべり速度）が上昇し、潤滑油膜切れ等の潤滑不良が生じて焼付の不具合が発生する虞がある。

特許文献１に記載の装置は、軸と内輪とをすきま嵌め嵌合としており、軸と内輪とを零以上のしめしろ嵌合とする主軸装置には適用することができない。

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、高速回転する回転軸において、熱膨張及び遠心力が軸受に及ぼす影響を抑制して、軸受の予圧の増大に起因する焼付きなどの不具合を防止することができる主軸装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 回転軸と、
前記回転軸をハウジングに対して回転自在にそれぞれ支持する前側及び後側軸受と、
を備え、
前記回転軸と、前記前側及び後側軸受の内輪と、が零以上のしめしろで嵌合する主軸装置であって、
前記前側及び後側軸受の少なくとも一方の内輪の両側面に対向配置されて前記回転軸に外嵌する一対の内輪間座を備え、
前記内輪間座は、外周側から軸方向に突出して前記内輪の肩部の外周面に外嵌する鍔状突部を有し、前記内輪より熱膨張係数が小さく、且つ比弾性率が大きい材料から形成されることを特徴とする主軸装置。
（２） 前記内輪の肩部の外周面は、軸方向端部に向かうに従って直径が次第に小さくなる外周テーパ部を有し、
前記内輪間座の鍔状突部の内周面は、軸方向端部に向かうに従って直径が次第に大きくなる内周テーパ部を有し、
前記内輪の外周テーパ部と、前記内輪間座の鍔状突部の内周テーパ部と、が嵌合することことを特徴とする上記（１）に記載の主軸装置。
（３） 前記内輪間座は、円環状に形成されて前記回転軸に外嵌する本体部と、該本体部とは別体に形成された前記鍔状突部と、
とからなり、
前記鍔状突部は、前記本体部の外周面に締結固定されることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の主軸装置。
（４） 前記鍔状突部は、円環状に形成されることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１つに記載の主軸装置。
（５） 前記鍔状突部は、周方向に離間する複数の突部から形成されることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１つに記載の主軸装置。
（６） 前記内輪間座は、炭素繊維複合材料により形成されることを特徴とする上記（１）から（５）の何れか１つに記載の主軸装置。
（７） 前記内輪間座に加え、更に前記回転軸が炭素繊維複合材料により形成されることを特徴とする上記（６）に記載の主軸装置。
（８） 前記主軸装置は、前記前側及び後側軸受との間で前記回転軸に外嵌されるロータと、該ロータの周囲に配置されるステータと、を有するモータが配設されるモータビルトイン方式の主軸装置であることを特徴とする上記（１）から（７）の何れか１つに記載の主軸装置。

上記（１）に記載の主軸装置によれば、回転軸を回転自在に支持する前側及び後側軸受の内輪の少なくとも一方の側面に対向配置されて回転軸に外嵌する内輪間座を備え、内輪間座は、外周側から軸方向に突出して内輪の肩部の外周面に外嵌する鍔状突部を有し、内輪より比弾性率が大きく、且つ熱膨張係数が小さい材料から形成される。したがって、高速回転時の遠心力による内輪間座の膨張が抑制されて、内輪の肩部の外周面に外嵌する内輪間座の鍔状突部によって内輪を拘束し、内輪の遠心力膨張を抑制することができる。さらに、主軸装置の昇温に伴う内輪間座の径方向熱膨張量は、内輪の径方向熱膨張量より小さくなるため、この熱膨張量の差分で内輪を押さえ込んで、内輪の熱膨張をより小さく押え込むことができる。これによって、軸受の内部荷重の増大を抑制して焼付きなどの発生を防止することができる。

上記（２）に記載の主軸装置によれば、内輪の肩部の外周面に形成されて軸方向端部に向かうに従って直径が次第に小さくなる外周テーパ部が、内輪間座の鍔状突部の内周面に形成された内周テーパ部と嵌合するので、内輪と内輪間座の軸方向の締結力を調整することによって、テーパ嵌合部のはめあいを適切に調整することが可能となる。さらに、回転軸、内輪、内輪間座の軸方向における相対熱膨張差によって、内輪と内輪間座との軸方向締結力が減少することを抑制することができる。

上記（３）に記載の主軸装置によれば、内輪間座は、円環状に形成されて回転軸に外嵌する本体部と、該本体部とは別体に形成された鍔状突部と、とからなるので、内輪と内輪間座との間にしめしろを付けた状態で容易に組み付けることができる。

上記（４）に記載の主軸装置によれば、鍔状突部は、円環状に形成されるので、内輪の外周面全周に亘って内輪間座で押さえ込み、確実に内輪の遠心力膨張及び半径方向熱膨張を規制することができる。

上記（５）に記載の主軸装置によれば、鍔状突部は、周方向に離間する複数の突部から形成されるので、隣り合う突部間に形成される隙間によって、内輪の放熱性を高めることができる。

上記（６）に記載の主軸装置によれば、内輪間座は、炭素繊維複合材料により形成されるので、適正な比弾性率及び熱膨張係数を有する内輪間座の製作が可能となる。

上記（７）に記載の主軸装置によれば、内輪間座に加え、更に回転軸が炭素繊維複合材料により形成されるので、主軸装置の軽量化、慣性力の低減が可能となり、主軸装置の移動加速度を大きくすることで、生産効率が向上する。また、モータ負荷が低減されるのでモータの小型化、更には主軸装置の小型化が可能となる。

上記（８）に記載の主軸装置によれば、前側及び後側軸受との間にモータが内蔵して配設されたモータビルトイン方式の主軸装置であるので、モータからの発熱があっても、内輪間座と内輪との熱膨張量の差分で内輪の熱膨張を小さく押え込み、モータの熱が前側及び後側軸受に及ぼす影響を抑制して焼付きなどの発生を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る主軸装置の断面図である。 （ａ）は図１に示す主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第５実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第６実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第７実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第８実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 （ａ）は本発明の第９実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 図１０に示す主軸装置において、前側内輪間座及び内輪を締結する方法を説明するための図であり、（ａ）はナット締め付け前の図であり、（ｂ）はナット締め付け後の図である。 （ａ）は本発明の第１０実施形態に係る主軸装置の前側軸受近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座の側面図、（ｃ）は前側内輪間座の正面図である。 本発明の第１１実施形態に係る主軸装置の後側軸受近傍を拡大して示す断面図である。

以下、本発明に係る主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態の主軸装置１０は、モータビルトイン方式であり、その軸方向中心部には、金属材料、より具体的にクロムモリブデン鋼材（ＳＣＭ材）からなる中空状の回転軸１２が設けられ、回転軸１２の軸芯には、図示しないドローバーが摺動自在に挿嵌されている。ドローバーは、いずれも図示しない工具ホルダを固定するコレット部を、皿ばねの力によって反工具側方向（図の右方向）に付勢しており、工具ホルダは、回転軸１２のテーパ面と嵌合する。工具ホルダには工具が取り付けられており、この結果、回転軸１２は、一端（図の左側）に工具をクランプして、工具を取り付け可能としている。

回転軸１２は、その工具側を支承する２列の前側軸受５０，５０と、反工具側を支承する２列の後側軸受６０，６０とによって、ハウジングＨに回転自在に支持されている。なお、ハウジングＨは、工具側から順に、フロントカバー４０、前側軸受外輪押え２９、外筒１９、後側ハウジング２４及び後蓋２６によって構成されている。

回転軸１２の前側軸受５０，５０と後側軸受６０，６０間における回転軸１２の外周面には、ロータ２０が焼き嵌めにより外嵌されている。また、ロータ２０の周囲に配置されるステータ２２は、ステータ２２に焼き嵌めされた冷却ジャケット２３を、ハウジングＨを構成する外筒１９に内嵌することで、外筒１９に固定される。したがって、ロータ２０とステータ２２はモータＭを構成し、ステータ２２に電力を供給することでロータ２０に回転力を発生させ、回転軸１２を回転させる。

各前側軸受５０は、外輪５１と、内輪５２と、接触角を持って配置される転動体としての玉５３と、保持器５４と、をそれぞれ有するアンギュラ玉軸受であり、各後側軸受６０は、外輪６１と、内輪６２と、転動体としての玉６３と、保持器６４と、を有するアンギュラ玉軸受である。前側軸受５０，５０（並列組合せ）と後側軸受６０，６０（並列組合せ）とは、互いに協働して背面組み合わせとなるように配置されている。

前側軸受５０，５０の外輪５１，５１は、外筒１９に内嵌されており、且つ外筒１９にボルト締結された前側軸受外輪押え２９によって前側外輪間座３０を介して外筒１９に対し軸方向に位置決め固定されている。また、前側軸受５０，５０の内輪５２，５２は、回転軸１２に零以上のしめしろで外嵌されており、複数の前側内輪間座３２を介して回転軸１２の段部１３と、回転軸１２に締結されたナット３１との間に狭持されて、回転軸１２に対し位置決めされている。

後側軸受６０，６０の外輪６１，６１は、後側ハウジング２４の内側において軸方向に摺動自在の状態とされたスリーブ２５に内嵌されており、且つスリーブ２５にボルト締結された後側軸受外輪押え３３によって後側外輪間座３４を介してスリーブ２５に対し軸方向に位置決め固定されている。また、後側軸受６０，６０の内輪６２，６２は、回転軸１２に零以上のしめしろで外嵌されており、且つ回転軸１２に締結された他のナット３５によって後側内輪間座３６を介して回転軸１２に対し位置決め固定されている。

次に、前側、後側内輪間座３２，３６、及び前側、後側軸受５０，６０の内輪５２，６２について詳細に説明する。なお、前側内輪間座３２と前側軸受５０、及び後側内輪間座３６と後側軸受６０は共に同様の構成を有するので、以後の説明においては、前側内輪間座３２と前側軸受５０を例に説明するものとする。

図２（ａ）は主軸装置１０の前側軸受５０近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は前側内輪間座３２の側面図、（ｃ）は前側内輪間座３２の正面図であり、各内輪５２は、その両側面に、回転軸１２に外嵌する一対の前側内輪間座３２が対向配置されている。

前側内輪間座３２は、円環状の本体部３２ａと、本体部３２ａの外周側から軸方向に突出して内輪５２の肩部の外周面５２ａに外嵌し、本体部３２ａと一体形成される円環状の鍔状突部３２ｂと、を有している。また、前側内輪間座３２は、内輪５２より熱膨張係数が小さく、且つ比弾性率が大きい材料、例えば、炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）により形成されている。

前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂは、内輪５２の肩部の外周面５２ａに、組み付け時において零以上のしめしろで外嵌しており、内輪５２の肩部の外周面５２ａは、全周に亘って鍔状突部３２ｂによって径方向内側に押え付けられる。ここで、鍔状突部３２ｂと内輪５２の肩部の外周面５２ａとを、零以上のしめしろで嵌合させるのは、主軸装置１０の運転に伴って温度上昇したとき、両者の熱膨張係数の差によってしめしろが増大する方向にあるので、両者の間にすきまが生じず、鍔状突部３２ｂによる内輪５２の肩部の外周面５２ａの拘束を維持できることによる。

なお、前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂと内輪５２の肩部の外周面５２ａとの最大しめしろ（直径法）は、前側内輪間座３２（鍔状突部３２ｂ）の形状や肉厚等にもよるが、組込みの容易性を考慮すると、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下とするのがよい。

また、鍔状突部３２ｂと内輪５２の肩部の外周面５２ａとの嵌合部の軸方向幅は、両者の嵌合状態を強固に維持するために、内輪５２の軸方向幅の１０％以上であることが望ましい。本実施形態においては、鍔状突部３２ｂの外径を保持器５４の内径よりも小径としているので、鍔状突部３２ｂを保持器５４と干渉させないようにしつつ、鍔状突部３２ｂと内輪５２の肩部の外周面５２ａとの嵌合部の軸方向幅を大きくすることができる。

また、上記と同様の理由により、前側内輪間座３２と回転軸１２との嵌合、及び内輪５２と回転軸１２との嵌合は、組込時において、零以上のしめしろで嵌合するのがよい。これにより、温度上昇しても嵌合状態が維持されて、両者間のクリープが防止されると共に、鍔状突部３２ｂと内輪５２の肩部の外周面５２ａとの嵌合状態を強固に維持することができる。

炭素繊維複合材料からなる前側内輪間座３２は、金属からなる内輪５２と比較して、比弾性率が大きく、比重が小さく、且つ熱膨張係数が小さいので、運転時の遠心力による遠心力膨張が少なくなり、且つ温度上昇による熱膨張量が少なくなる。したがって、前側内輪間座３２と内輪５２間の膨張量の差分で内輪５２の肩部の外周面５２ａを鍔状突部３２ｂで押え込み、効果的に内輪５２の膨張を抑制することができる。このことは、回転軸１２と内輪５２とのはめあい維持にも寄与する。鍔状突部３２ｂによる内輪５２の抑え込み効果は、特に、ｄｍｎが１００万以上となるような高速回転する主軸装置１０において特に有効である。

なお、炭素繊維複合材料としては、例えば、ＰＡＮ（ポリアクリルニトリル）を主原料とした炭素繊維からなる糸を平行に引きそろえたものや、炭素繊維からなる糸で形成した織物（シート状）に、硬化剤を含むエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂を含浸させてなるシートを多数層重ね合わせて、芯金などに巻きつけ、加熱硬化させることで製造される。

炭素繊維複合材料の特性としては、例えば、東邦テナックス社の炭素繊維タイプ：ＨＴＡを使用すると引張強度２０６０ＭＰａ、引張弾性率１３７ＧＰａ、比重１．５５ｇ／ｃｃであり、従来の高張力鋼などと比べて、引張強度は同等以上であり、比重は１／５程度になる。また、熱膨張率も、繊維方向・角度を最適化することにより、−５〜＋５×１０^−６（Ｋ^−１）にすることができるので、従来の炭素鋼に比べて１／２〜１／１０程度にすることができる。

以上説明したように、本実施形態の主軸装置１０によれば、回転軸１２を回転自在に支持する前側軸受５０の内輪５２の両側面に対向配置されて回転軸１２に外嵌する前側内輪間座３２を備える。前側内輪間座３２は、外周側から軸方向に突出して内輪５２の肩部の外周面５２ａに外嵌する鍔状突部３２ｂを有し、内輪５２より比弾性率が大きく、且つ熱膨張係数が小さい材料から形成される。したがって、前側内輪間座３２は、高速回転時の遠心力による遠心力膨張が小さいため、内輪５２の肩部の外周面５２ａに外嵌する鍔状突部３２ｂによって内輪５２を拘束し、内輪５２の遠心力膨張を抑制することができる。さらに、主軸装置１０の昇温に伴う前側内輪間座３２の径方向熱膨張量は、内輪５２の径方向熱膨張量より小さくなるため、この熱膨張量の差分で内輪５２を押さえ込んで、内輪５２の熱膨張をより小さく押え込むことができる。これによって、軸受５０の予圧の増加や、内部荷重の増大を抑制して焼付きなどの発生を防止することができる。

また、前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂは、円環状に形成されるので、内輪５２の肩部の外周面５２ａ全周に亘って前側内輪間座３２で押さえ込むことができ、確実に内輪５２の遠心力膨張及び半径方向熱膨張を規制することができる。

また、前側内輪間座３２は、炭素繊維複合材料により形成されるので、適正な比弾性率及び熱膨張係数を有する前側内輪間座３２の製作が可能となる。

更に、前側及び後側軸受５０，６０との間にモータＭが内蔵して配設されたモータビルトイン方式の主軸装置１０であるので、モータＭからの発熱があっても、前側内輪間座３２と内輪５２との熱膨張量の差分で内輪５２の熱膨張を小さく押え込み、モータＭの熱が前側軸受６０に及ぼす影響を抑制して焼付きなどの発生を防止することができる。

なお、上述の通り、本実施形態の後側軸受６０及び後側内輪間座３６は、前側軸受５０及び前側内輪間座３２と同様の構成を有しているので、同様の効果を奏することは言うまでもない。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の主軸装置１０について図３を参照して説明する。本実施形態の内輪５２は、両側の肩部の外周面５２ａが小径とされて小径部５２ｂが形成されている。また、前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂの内周面は、小径部５２ｂの直径に合わせて小径となっている。換言すれば、鍔状突部３２ｂは、第１実施形態の鍔状突部３２ｂと比較して肉厚に形成されており、鍔状突部３２ｂの強度が向上するので破損し難く、内輪５２を強固に抑え込むことができる。その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の主軸装置１０について図４を参照して説明する。本実施形態の内輪５２は、外輪５１よりも軸方向幅が広く形成されており、これに合わせて鍔状突部３２ｂは、本体部３２ａの軸方向幅が狭く、鍔状突部３２ｂの軸方向幅が広く形成されている。したがって、前側軸受５０内部の構造に影響を及ぼすことなく、比較的広い軸方向幅（面積）で内輪５２の肩部の外周面５２ａを鍔状突部３２ｂによって抑え込むことができる。その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様である。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の主軸装置１０について図５を参照して説明する。本実施形態の内輪５２は、第２及び第３実施形態の内輪５２及び前側内輪間座３２の形態を併用したものであり、内輪５２が幅広に形成されると共に、両側の肩部の外周面５２ａに小径部５２ｂが形成されている。これにより、前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂの強度を向上させると共に、広い軸方向幅で内輪５２の小径部５２ｂ（外周面５２ａ）を強固に抑え込むことができる。その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様である。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態の主軸装置１０について図６を参照して説明する。本実施形態の内輪５２は、保持器５４の軸方向幅を狭くすることにより、保持器５４と鍔状突部３２ｂの接触（干渉）を防ぎつつ、鍔状突部３２ｂの外径を大きくしている。これにより、鍔状突部３２ｂは、その肉厚を厚くして強度を向上し、効果的に内輪５２の肩部の外周面５２ａを抑え込むことができる。その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様である。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態の主軸装置１０について図７を参照して説明する。本実施形態の前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂは、互いに周方向に離間し、本体部３２ａから軸方向に突出する複数（本実施形態では３個）の突部３２ｃからなり、本体部３２ａと一体に形成されている。このように、複数の突部３２ｃを周方向に離間して設けることにより、隣接する突部３２ｃ間に形成された隙間によって、内輪５２の持つ熱を放熱することができる。

なお、突部３２ｃの個数、周方向長さ、周方向間隔等は、内輪５２の放熱性や、鍔状突部３２ｂの強度等を考慮して適宜設定可能である。また、本実施形態の鍔状突部３２ｂは、上述の実施形態で説明した何れの主軸装置にも適用可能であり、上述の実施形態で説明した効果に加え、更に内輪５２の放熱性を向上させることが可能である。その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様である。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態の主軸装置１０について図８を参照して説明する。本実施形態の前側内輪間座３２は、円環状に形成された本体部３２ａと、本体部３２ａとは別体に形成された鍔状突部３２ｂと、から構成されている。鍔状突部３２ｂは、第６実施形態と同様に、周方向に離間する３個の突部３２ｃからなり、それぞれの突部３２ｃがネジ３７によって本体部３２ａの外周面に締結固定され、内輪５２の肩部の外周面５２ａに零以上のしめしろで外嵌される。

このように、本実施形態においては、前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂと、内輪５２の肩部の外周面５２ａと、を零以上のしめしろで嵌合させて組み付ける際、鍔状突部３２ｂを構成する複数の突部３２ｃをそれぞれネジ３７によって締付ける構成としたので、組付性を向上させることが可能となる。さらに、周方向に隣り合う突部３２ｃ間に隙間が形成されるので、この隙間から内輪５２の熱を放熱することができる。

なお、本実施形態の主軸装置は、上述の実施形態で説明した何れの主軸装置にも適用可能であり、その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様である。

（第８実施形態）
次に、第８実施形態の主軸装置１０について図９を参照して説明する。本実施形態の主軸装置１０は、第６実施形態（図７参照）と同一形状の内輪５２及び前側内輪間座３２を備えており、回転軸１２Ａが前側内輪間座３２と同一材料である炭素繊維複合材料により形成されている。

このように、前側内輪間座３２に加えて回転軸１２Ａも炭素繊維複合材料で形成することで、主軸装置１０が軽量化され、固有振動数（共振周波数）を大きくすることができる。また、同時に加減速イナーシャが小さくなるので、主軸装置１０の加減速時間の低減が可能になり、結果として実加工時間を多く確保することで生産性が向上する。更に、モータへの負荷が軽減する。従って、加減速時間を同一とする場合、低トルク仕様のモータが採用可能であり、主軸装置１０の小型化が図れる。

なお、回転軸１２及び前側内輪間座３２を同一材料（炭素繊維複合材料）で形成する場合、両者の肉厚差によって回転軸１２の遠心力膨張量が前側内輪間座３２の遠心力膨張量より小さくなる傾向にあるので、この遠心力による膨張量の差を考慮して、最高回転時においても、回転軸１２と前側内輪間座３２との間にすきまが発生しないように適正なしめしろを選定する必要がある。仮に、回転軸１２と前側内輪間座３２との間にすきまが生じると、内輪５２の遠心力膨張及び熱膨張を前側内輪間座３２で抑えきれなくなる虞がある。

なお、本実施形態の主軸装置は、上述の実施形態で説明した何れの主軸装置にも適用可能であり、その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様である。

（第９実施形態）
図１０は第９実施形態に係る主軸装置１０の前側軸受５０近傍を拡大して示す断面図である。本実施形態の内輪５２は、肩部の外周面５２ａに、軸方向端部に向かうに従って直径が次第に小さくなる外周テーパ部５２ｃが形成されており、軸方向端部に向かうに従って肉薄となっている。また、前側内輪間座３２は、鍔状突部３２ｂの内周面に、軸方向端部に向かうに従って直径が次第に大きくなる内周テーパ部３２ｄが形成されており、軸方向端部に向かうに従って肉厚となっている。そして、内輪５２の外周テーパ部５２ｃと、前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂの内周テーパ部３２ｄと、が嵌合することによって、内輪５２は径方向外側から拘束される。

以下に、図１１を参照して、本実施形態における内輪５２及び前側内輪間座３２の締結方法を詳述する。まず、図１１（ａ）に示すように、内輪５２の外周テーパ部５２ｃと鍔状突部３２ｂの内周テーパ部３２ｄとを当接させた状態で、内輪５２と前側内輪間座３２とが、軸方向隙間ΔＬ（＞０）を介して対向配置される。次に、前側内輪間座３２に当接させたナット３１（図１０参照）を軸方向後方に向かって軸方向隙間ΔＬが零となるまで締め付けることによって、内輪５２を軸方向に位置決めするとともに、内輪５２の外周テーパ部５２ｃと鍔状突部３２ｂの内周テーパ部３２ｄとをしめしろ嵌合させる（図１１（ｂ）参照）。

このように、本実施形態の主軸装置１０によれば、ナット３１締め付け前（図１１（ａ）に示す状態）の軸方向隙間ΔＬの値を適切に設定することによって、内輪５２と前側内輪間座３２の軸方向の締結力を調整し、外周テーパ部５２ｃ及び内周テーパ部３２ｄのはめあいを適切に調整することが可能となる。さらに、内輪５２の外周テーパ部５２ｃと、前側内輪間座３２の鍔状突部３２ｂの内周テーパ部３２ｄと、が嵌合するので、回転軸１２、内輪５２、前側内輪間座３２の軸方向の相対熱膨張差によって、内輪５２と前側内輪間座３２との軸方向締結力が減少することを抑制することができる。その他の構成及び効果は、上述の実施形態の主軸装置と同様であり、本実施形態の主軸装置１０は、上記実施形態のいずれの主軸装置１０にも適用可能である。

なお、内輪５２と前側内輪間座３２との軸方向締結力を減少させないための構成としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、内輪５２、ナット３１と前側内輪間座３２の間に皿バネ（図示せず）などの弾性部材を配置する構成や、ナット３１の締め付け力を大きくして、炭素繊維複合材料からなる前側内輪間座３２を予め弾性変形させておく構成等を採用してもよい。

（第１０実施形態）
上述の実施形態の主軸装置１０においては、二列のアンギュラ玉軸受（前側軸受）５０が、並列組合せされた構成について説明したが、図１２に示した第１０実施形態の主軸装置１０のように、背面組合せされた構成としてもよい。なお、後側軸受６０についても、同様に、背面組合わせされたアンギュラ玉軸受５０によって構成してもよい。

（第１１実施形態）
更に、図１３に示した第１１実施形態の主軸装置のように、後側軸受６０を円筒ころ軸受としてもよい。この場合、後側軸受６０の両側面には、本体部３６ａと鍔状突部３６ｂとからなる後側内輪間座３６が対向配置され、後側内輪間座３６の鍔状突部３６ｂによって内輪６２の肩部の外周面６２ａを抑え、内輪６２の膨張を抑制する。

尚、本発明は、前述した各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。例えば、前側及び後側軸受５０，６０は、アンギュラ玉軸受として説明したが、これに限定されず、玉軸受と円筒ころ軸受との組み合わせなど、軸受の種類、列数、配置、配列などは任意に設定することができる。

また、上述の実施形態では、前側軸受５０及び前側内輪間座３２と、後側軸受６０及び後側内輪間座３６と、が同様の構成を有するとしたが、必ずしも両者が同様の構成を有する必要はなく、前側及び後側軸受５０，６０の少なくとも一方の内輪５２，６２の両側面に鍔状突部３２ｂ，３６ｂを有する一対の内輪間座３２，３６が対向配置されていればよい。

１０ 主軸装置
１２ 回転軸
３２ 前側内輪間座（内輪間座）
３２ａ 本体部
３２ｂ 鍔状突部
３２ｄ 内周テーパ部
３２ｃ 突部
３６ 後側内輪間座（内輪間座）
３６ａ 本体部
３６ｂ 鍔状突部
５０ 前側軸受
５２ 内輪
５２ａ 外周面
５２ｃ 外周テーパ部
６０ 後側軸受
６２ 内輪
６３ 玉
６４ 保持器
Ｈ ハウジング（ハウジング）
ΔＬ 軸方向隙間（軸方向隙間）

Claims (8)

1. 回転軸と、
   前記回転軸をハウジングに対して回転自在にそれぞれ支持する前側及び後側軸受と、
   を備え、
   前記回転軸と、前記前側及び後側軸受の内輪と、が零以上のしめしろで嵌合する主軸装置であって、
   前記前側及び後側軸受の少なくとも一方の内輪の両側面に対向配置されて前記回転軸に外嵌する一対の内輪間座を備え、
   前記内輪間座は、外周側から軸方向に突出して前記内輪の外周面の肩部に外嵌する鍔状突部を有し、前記内輪より熱膨張係数が小さく、且つ比弾性率が大きい材料から形成されることを特徴とする主軸装置。
2. 前記内輪の肩部の外周面は、軸方向端部に向かうに従って直径が次第に小さくなる外周テーパ部を有し、
   前記内輪間座の鍔状突部の内周面は、軸方向端部に向かうに従って直径が次第に大きくなる内周テーパ部を有し、
   前記内輪の外周テーパ部と、前記内輪間座の鍔状突部の内周テーパ部と、が嵌合することを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
3. 前記内輪間座は、円環状に形成されて前記回転軸に外嵌する本体部と、該本体部とは別体に形成された前記鍔状突部と、
   とからなり、
   前記鍔状突部は、前記本体部の外周面に締結固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の主軸装置。
4. 前記鍔状突部は、円環状に形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の主軸装置。
5. 前記鍔状突部は、周方向に離間する複数の突部から形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の主軸装置。
6. 前記内輪間座は、炭素繊維複合材料により形成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の主軸装置。
7. 前記内輪間座に加え、更に前記回転軸が炭素繊維複合材料により形成されることを特徴とする請求項６に記載の主軸装置。
8. 前記主軸装置は、前記前側及び後側軸受との間で前記回転軸に外嵌されるロータと、該ロータの周囲に配置されるステータと、を有するモータが配設されるモータビルトイン方式の主軸装置であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の主軸装置。

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