JPH06346924A - 高速スピンドルユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】軸受内輪に大きな締代を与えて高速回転時の予
圧増大や発熱，焼付を防ぎ、軸受の取り付け，取り外し
も容易にできる高速スピンドルユニットを提供する。 【構成】軸受内輪の取付箇所に軸側から油圧力を与えて
軸受の取付，取外時に軸受内輪を径方向に膨張させる構
造とした。また軸受内輪の内周面に周状の段付部を形成
し、軸側から軸受内輪の内周面に供給した圧油により軸
受に軸方向抜取力が生じる構造にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の工具主軸等に
用いられるスピンドルユニットに関し、特にハウジング
にころがり軸受を介して支承される軸部が高速〜超高速
回転する高速スピンドルユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等の主軸スピンドルユニットは
ハウジングにころがり軸受を介して軸部が貫通するよう
に支承され、この軸部の先端のテーパ孔に工具が装着さ
れ、軸部後端が回転駆動源に連結されて高速回転する。
この種の高速スピンドルユニットは一般に前記ころがり
軸受が定位置予圧で組み付けられるので、例えばマシニ
ングセンタのように軸部が超高速回転するような場合
は、遠心力の作用で軸受内輪が膨張し、その結果軸受予
圧が増大して発熱や焼付の原因となる。この場合、軸部
に対して軸受内輪の締代を大きくすることで軸受内輪の
膨張による予圧増大を防止できる。しかし大きな締代で
軸受を軸部外周に組み込むことは簡単ではなく、また軸
受の締代をあまり大きくすると軸受交換時に軸受が軸部
より外せなくなる。超高速回転の場合、軸受内輪の膨張
量は２０μｍ以上にもなるが、軸受の組み付け，抜き取
りの関係で、従来は内輪膨張量２０μｍの計算値に対し
実際には１０μｍ程度の締代しか与えておらず、発熱や
焼付に対してはもっぱら軸受の潤滑に工夫を凝らすこと
で対処していた（特願平５−１９３１１号，特願平５−
１９３１０号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の高速スピンドル
ユニットは軸受の取り外しや組み付けの点から軸部に対
する軸受内輪の締代を充分にとることができず、超高速
回転時の遠心力の作用で軸受内輪や軸部の膨張が生じ、
軸受予圧の増大の一要因となっている。予圧増大による
発熱，焼付を防止し、寿命低下を防ぐため軽予圧としな
ければならず、その結果剛性が低下し、ビビリ等が発生
し、加工精度も悪くなる。発熱や焼付の防止手段として
軸受内輪に軸部側から潤滑油を供給して冷却するいわゆ
るアンダレース潤滑方式は装置が大がかりとなり、潤滑
油の供給動力の消費が大きく、ランニングコストが大と
なる。また軸受内輪の締代を軸受の取り外しが困難とな
らない範囲に適切に定めなければならないので、内輪と
軸部の寸法精度も厳しさが要求され、予圧調整や軸受締
付調整も熟練者を必要とする等の問題があった。

【０００４】そこで本発明は、軸受内輪を大きな締代で
軸部外周に容易に取り付けることができ、軸受の取り外
しも簡単になし得、軸受内輪の大きな締代により、高
速，超高速回転時の予圧増大，発熱，焼付の防止を図り
得る高速スピンドルユニットを提供することにある。

【０００５】また本発明は、軸受内輪に内径を変えた段
付部を形成し、固定スリーブタイプとして大きな締代を
与えても軸部側からの油圧により簡単に抜き取ることが
でき、締付調整，組付等も簡単になし得る高速スピンド
ルユニットを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は軸部外周面に装
着される軸受内輪の内周面に軸部側から油圧力を加えて
前記軸受内輪を締代分だけ径方向に拡開させつつ軸受を
前記軸部外周面に装着または抜き取るようにしたもので
あり、軸受取付位置の軸部外周面に開口する油路を軸部
に形成し、前記油路の一端から軸部内を通して加圧油を
前記軸受内輪と前記軸部外周面との間に与える。

【０００７】また本発明によれば、前記軸受の内輪内周
面および前記軸部外周面にそれぞれ、互いに対向する段
差周部を形成し、前記油路をこれらの段差周部間に開口
せしめ、前記油路の一端から供給される加圧油によって
前記軸受に軸方向抜取力を発生させて前記軸受の内輪を
前記軸部に組み付けた高速スピンドルユニットが提供さ
れる。

【０００８】

【作用】軸受内輪の内面中途位置に露出する油路を軸部
に形成し、該油路に油圧をかけて軸受内輪を拡開させな
がら軸受を軸部外周の軸受取付位置に装着することによ
り、大きな締代を軸受に与え得る。また軸受を取り外す
ときも軸部外周の油路の開口から軸受内輪に油圧力をか
けることで軸受内輪を拡開させつつ軸受を軸方向に容易
に移動させ得る。このようにして高速または超高速回転
時の遠心力で軸受内輪が膨張する量以上の締代で軸受の
装着および取り外しが可能となる。軸受内輪の内面に径
方向の段差部を形成した場合は、油圧がかかる部分の軸
部と軸受内輪がシリンダとピストンの関係になって軸受
が軸方向に押し出される。また油圧を与えておきながら
軸受後側から内輪側に油圧ナット等を用いて軸方向荷重
を与えて予圧調整や軸受の締付調整が可能となる。軸受
内輪の締付が大きくできることから高速〜超高速回転に
よる軸部自体の膨張も防止できる。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図７の実施例は高速スピンドルユニットに組み込ま
れる単体のころがり軸受と軸部の位置関係を示したもの
である。軸部１には、その肉厚内に軸方向に穿孔した軸
方向穴２と、軸受取付位置の軸部外周面に開口しかつ前
記軸方向穴２につながる径方向穴３と、該径方向穴３の
開口部を通る周方向溝４から成る油路が形成されてい
る。図示していないが軸方向穴２の一端は軸部１の軸端
または軸端近くの外周部に抜けて外部の油圧供給装置に
脱着可能に連結される。ころがり軸受５は、その内輪５
ａの内周面が軸部１の周方向溝４を閉塞するように軸部
外周面に装着される。

【００１０】軸受内輪５ａによる周方向溝４の閉塞状態
で軸部１の前記油路に油圧力を加えることで、締代を有
する内輪５ａが径方向に膨張し軸受５の脱着が容易とな
るが、この実施例は超高速回転用としての大きな締代を
与えない場合においても予圧調整のため内輪５ａの移動
を容易にするのに有用である。軸部１の前記油路からの
油圧力で内輪５ａを膨張させつつ、内輪間座６を介して
締付ナット７で締め付けて内輪５ａを軸方向に移動させ
ることにより、細かな予圧調整が容易となる。軸受５の
組付完了後は前記油路の油圧力は解除する。軸受５の取
外時には、軸受５に予圧を与える締付ナット７および内
輪間座６を外して前記軸方向穴２に外部から圧油を供給
し、この油圧力で内輪５ａに径方向の膨張力を加えつつ
軸受５を内輪間座６側へ公知の手段で移動させ、抜き方
向と反対側の外輪間座８と軸受５との間に隙間を生じさ
せる。この後は前記隙間から抜取工具を挟み込むなどし
て軸受５を軸部１から抜き出す。

【００１１】図１の実施例は、軸部１に形成される軸方
向穴２，径方向穴３および周方向溝４から成る油路は図
７の場合と同じであるが、ころがり軸受５の内輪５ａの
内周面に異内径による周状の段差部１０が形成され、ま
た軸部１の外径は周方向溝４の両側で軸受内輪５ａの内
径に対応した異外径となっている。軸受５の所定位置へ
の装着状態においては、軸受内輪５ａの大径内周面と軸
部外周面の周方向溝４との間に油室１１が形成される。
軸受５の装着および予圧調整時に軸部１の前記油路に油
圧をかけ、内輪５ａに径方向の膨張力を与えることで締
代をもつ軸受５の装着が容易となるのは図７の場合と同
じであるが、図１の実施例ではさらに軸部５の取り外し
に際して前記油室１１の油圧が内輪５ａの段差部１０に
作用して軸方向（段差部１０の小径側）への押出力が生
じ、これによって軸受５と抜取方向反対側の外輪間座８
との間に隙間が形成され、大きな締代を有する場合にも
軸受５の取り外しが容易となる。図２の実施例は軸受５
の転動体としてローラを用いた円筒コロ軸受５の内輪５
ａに図１で述べた段差部１０を形成した例である。な
お、軸部１の前記油路に油圧をかけたとき内輪５ａが軸
方向に傾斜して膨張するのを避けるために軸部１の周方
向溝４は軸受５の組付位置で内輪５ａの略軸方向中央位
置に対峙するようにし、また内輪５ａの段差部１０は内
輪５ａの内周面の略軸方向中央位置に形成する。

【００１２】図３，図４の実施例は別体の外輪５ｂ，５
ｃに対し内輪５ａを一体とし、外輪５ｂ，５ｃ間に２つ
割りの外輪間座１２を挿入した場合のＤＢまたはＤＴ組
合せ軸受５に本発明を適用した例であって、内輪５ａを
固定スリーブタイプとして大きな締代を与えるのに適し
ている。内輪５ａは大径の内周面と小径の内周面によっ
て略軸方向中央位置に周状の段差部１０が形成され、軸
受５が装着される軸部１は図１で説明したように内輪５
ａの内周面に対応した異外径の外周面を有し、かつ内輪
段差部１０の位置に対峙した周方向溝４と径方向穴３お
よび軸方向穴２から成る油路が形成されている。内輪５
ａの大内径部と軸部１の大外径部が嵌合された状態で軸
部１の前記油路に圧油を送って内輪５ａを膨張させ、軸
受５を所定組付位置へ移動させた後、油圧を抜くことに
より大きな締代で軸受５を装着でき、また、取り外しの
際は前記油路を介して内輪５ａの大内径部と軸部１の大
外径部間の油室１１に与えた油圧が段差部１０に作用
し、軸受５が抜取側へ移動する。

【００１３】図５を参照して図３のＤＢ組合せ軸受５を
組み込んだマシニングセンタ用の高速スピンドルユニッ
トの例を説明する。前端に工具嵌合用のテーパ孔１３を
もつ中空の軸部１の外周部に前部端板１４および前側組
合せ軸受５が装着され、前部内輪間座１６および前部締
付ナット１７によって予圧が付与された状態で軸部１が
ハウジング１８の前端側から該ハウジング１８内へ挿入
される。前側，後側とも軸部１の軸方向穴２，１９はそ
れぞれ回転時のバランスをとるため軸部１の直径上に対
称に設けられる。この場合の組合せ軸受５の軸部１への
圧入に際しては、軸部１の前端へ抜ける前側軸方向穴２
の一方を図外の油圧供給装置に連結するとともに、これ
と直径方向対称位置にある他方の前側軸方向穴２に栓を
して閉塞し、前記一方の軸方向穴２から導入された圧油
により、径方向穴３を介して周方向溝４から軸受内輪５
ａの大径内周面に油圧をかけて該内輪５ａを膨張させ、
同時に図６に示す２つ割外輪間座１２ａ，１２ｂを径方
向から外輪５ｂ，５ｃ間に挿入し、前部内輪間座１６お
よび前部締付ナット１７を締め付けて内輪５ａを押動
し、前部端板１４および外輪間座１２ａ，１２ｂとの間
で予圧調整し、組付を行う。

【００１４】後側ころがり軸受１５は、この実施例では
前側の軸受５より小径となっているが、形式および構造
は前側と同じＤＢ組合せ軸受であり、内輪１５ａの内周
面に異内径の段差部１０を有している。後側軸受１５も
前側軸受５と同様に軸部１の後端側へ抜ける後側軸方向
穴１９の一方を閉栓した状態で他方の後側軸方向穴１９
に圧油を送り、径方向穴２０および周方向溝２１を通し
て内輪１５ａに軸側から油圧をかけて締代分膨張させ、
２つ割りの外輪間座１２ａ，１２ｂ（図６）を外輪１５
ｂ，１５ｃ間に挟み、後部端板２２を軸部１に挿入して
から後部内輪間座２３および後部締付ナット２４の締付
で予圧調整，組付を行う。軸受５，１５の組付後は前後
部の端板１４，２２をハウジング１８にボルト止めす
る。また圧油供給時に栓をした片側の軸方向穴２，１９
は栓を取り外しておく。

【００１５】２つ割外輪間座１２ａ，１２ｂの一方の外
輪間座１２ａにはハウジング内を通る潤滑油供給路２５
と連通しかつ軸受５，１５の内外輪間に潤滑油を与える
ノズル２６が形成され、他方の外輪間座１２ｂには内外
輪間の潤滑油をハウジング１８の潤滑油排出路２８へ導
く排出口２９が形成されている。軸部１の後端はハウジ
ング１８より大きく突出し、その外周部に軸部の回転駆
動源に伝動連結されるようになっている。また軸部１の
中空部内には軸部前端のテーパ孔に装着された工具の固
定，解放を行うドローバ装置（図示省略）が組み込まれ
る。

【００１６】上述のように組合せ軸受５，１５は前側，
後側とも内輪５ａ，１５ａが固定スリーブタイプとして
軸側からの油圧力で径方向に膨張させて圧入されるの
で、２０μｍ以上の大きな締代での装着，予圧調整が可
能となるが、取り外す場合も軸側からの油圧力供給で内
輪５ａ，１５ａの膨張とともに内輪５ａ，１５ａの段差
部１０に作用する軸方向力により容易に取り外しができ
る。さらに詳しく説明すれば、スピンドルユニットの分
解はまず後部端板２２の径方向切欠３０を利用して後部
締付ナット２４のビス３１を緩めて締付ナット２４を外
し、前部端板１４の取付ボルトを外し、さらに後部内輪
間座２３および後部端板２２を外した段階で軸部１の後
側軸方向穴１９の一方から油圧を与えて（他方の穴１９
は閉塞）後側軸受１５に後端側への軸方向力を発生させ
つつ軸部１に対してハウジング１８と後側軸受１５を一
体で後側へ抜き出す。この場合、両軸受５，１５間のハ
ウジング中間部分の内径部１８ａは後側軸受１５の外径
より小となっているので、ハウジング１８の内径部１８
ａの段差に後側軸受１５の外輪１５ｂを突き当てて抜き
出すのが容易となる。ハウジング１８を外した後は同様
にして前部締付ナット１７および前部内輪間座１６を外
し、前側軸方向穴２の一方（他方は閉塞）から油圧力を
加えて前側軸受５を軸部１から抜き取る。

【００１７】上述の実施例はＤＢ組合せ軸受を組み付け
た高速スピンドルユニットの例であるが、他の形式の組
合せ軸受あるいは単体ころがり軸受を有するスピンドル
ユニットとしてもよいことは勿論である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、軸
受の内輪の組付箇所に軸側から油圧を加える構造とした
ので、軸部に対する軸受内輪の締代を大きくすることが
可能となり、軸受の取り付け，取り外しも容易である。
内輪の内周面を段付にして固定スリーブタイプとしたも
のにあっては、油圧によって内輪の膨張に加え取外方向
の力を発生させることができる。内輪の締代を大きくで
きることから回転時の遠心力により内輪が膨張しても予
圧の増大を招くことがなくなる。本発明により予圧増大
の要因が減るので定位置予圧時により高速回転が可能と
なる。さらに内輪の締代を大きくして高速回転による軸
部の膨張も防止でき、発熱や焼付のない耐久性に富んだ
高速スピンドルユニットが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した段付内輪を有する軸受と軸部
の組付状態を示す部分的な縦断面図である。

【図２】本発明の他の実施例による段付内輪を有する円
筒コロ軸受の部分的な縦断面図である。

【図３】本発明の実施例による固定スリーブタイプの段
付内輪をもつＤＢ組合せ軸受の装着状態を示す部分的な
縦断面図である。

【図４】本発明の他の実施例によるＤＴ組合せ軸受の部
分的な縦断面図である。

【図５】図３に示す段付内輪をもつＤＢ組合せ軸受を用
いた高速スピンドルユニットの縦断面図である。

【図６】組合せ軸受の２つ割外輪間座の正面図である。

【図７】本発明の実施例に係るスピンドルユニットの単
体のころがり軸受と軸部の位置関係を示した縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 軸部 ２，１９ 軸方向穴 ３，２０ 径方向穴 ４，２１ 周方向溝 ５，１５ ＤＢ組合せ軸受 ５ａ，１５ａ 内輪 ７，１７，２４ 締付ナット １０ 段差部 １１ 油室 １２ ２つ割外輪間座 １８ ハウジング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受の内輪が嵌合される部位の軸部外周面
   に開口する油路を軸部に形成し、前記油路の一端から加
   圧油を供給して前記軸受の内輪に径方向拡開力を発生さ
   せて前記軸受の内輪を軸部に組み付けたことを特徴とす
   る高速スピンドルユニット。
2. 【請求項２】前記軸受の内輪内周面および前記軸部外周
   面にそれぞれ、互いに対向する段差周部を形成し、前記
   油路をこれらの段差周部間に開口せしめ、前記油路の一
   端から供給される加圧油によって前記軸受に軸方向抜取
   力を発生するようにしたことを特徴とする請求項第１項
   に記載した高速スピンドルユニット。