(57)【要約】【課題】軸受の冷却または潤滑油の搬送に用いたエアを利用することで、簡単な構造でコンタミの侵入防止が行えるスピンドル装置を提供する。【解決手段】ハウジング１内に軸受２を介して主軸４が回転自在に支持される。主軸４の主軸頭４ａとハウジング１との間にラビリンスシール５が設けられる。軸受２および間座１１，１２からなる軸受部７にエアを供給して軸受２の冷却または前記軸受２への潤滑油の供給に用いられるエア送り装置８が設けられる。このようなスピンドル装置において、ハウジング１に設けられてエア送り装置８で供給されたエアを排出する排気路９の排気口９ａが、ラビリンスシールの入口部に位置する。【選択図】図１
2020051479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に軸受を介して主軸が回転自在に支持され、前記主軸の前記ハウジングの一端から突出する主軸頭と前記ハウジングとの間にラビリンスシールが設けられ、前記軸受および間座からなる軸受部にエアを供給して前記軸受の冷却または前記軸受への潤滑油の搬送に用いられるエア送り装置が設けられたスピンドル装置であって、
前記ハウジングに設けられて前記エア送り装置で供給されたエアを排出する排気路の排気口が、前記ラビリンスシールの入口部に位置するスピンドル装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスピンドル装置において、前記エア送り装置が、前記間座のうちの外輪間座に設けられて内輪間座に前記エアを吹き付ける冷却用エアノズルと、この冷却用エアノズルにエアを供給する圧縮エア供給装置とを備えるスピンドル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスピンドル装置において、前記ラビリンスシールの最外径部に対して軸方向の端部側の位置または同じ位置に前記排気路の前記排気口が位置するスピンドル装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のスピンドル装置において、前記排気口が前記ラビリンスシールの入口部の全周にわたり設けられているスピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械や産業機械におけるスピンドル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械のスピンドル装置は、高速と高剛性が求められる。そのためには軸受回転に伴う発熱の取り扱いが重要である。最近の開発では軸受と軸受の間に冷却用間座を設け、間座部にエアを吹き付けて内外輪温度差の低減を図っている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１４４０２４号公報
【特許文献２】特開２００９−２１４２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
工作機械のスピンドル装置は、内外輪温度差の低減に加えて、軸受内部へのクーランントや切粉等のコンタミネーション（以下、「コンタミ」の略称する）の侵入を防止する必要がある。コンタミが軸受内部に侵入した場合、軸受寿命や切削精度に大きな影響を与える。特許文献２は、外部からのコンタミの侵入を防ぐために複数のラビリンスシールを設けている。しかしながら、このシール構造は非常に複雑で製造コストが増加する。
【０００５】
この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、軸受の冷却または潤滑油の搬送に用いたエアを利用することで、簡単な構造でコンタミの侵入防止が行えるスピンドル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のスピンドル装置は、ハウジング内に軸受を介して主軸が回転自在に支持され、前記主軸の前記ハウジングの一端から突出する主軸頭と前記ハウジングとの間にラビリンスシールが設けられ、前記軸受および間座からなる軸受部にエアを供給して前記軸受の冷却または前記軸受への潤滑油の搬送に用いられるエア送り装置が設けられたスピンドル装置であって、
前記ハウジングに設けられて前記エア送り装置で供給されたエアを排出する排気路の排気口が、前記ラビリンスシールの入口部に位置する。
【０００７】
この構成によると、クーラントや切粉等のコンタミが、主軸頭とハウジングの一端の隙間から軸受部に侵入することが、ラビリンスシールで防止される。ラビリンスシールは、非接触であるためトルク増の問題は生じないが、接触式のシールと異なり、コンタミが軸受部に侵入することを確実に防止することは難しい。しかし、この発明では、エア送り装置で軸受の冷却または潤滑油の搬送に供されたエアが、ラビリンスシールの入口部で開口する排気口から吐出される。そのため、ラビリンスシールに侵入しようとするコンタミが前記排気口から排出されるエアによって吹き戻され、侵入が緩和され、軸受部へのコンタミの侵入防止効果が高まる。
この排気するエアは、軸受の冷却または潤滑油の搬送に供されたエアを利用するため、コンタミの侵入防止専用にエア送り装置を設ける場合に比べ、スピンドル装置の全体として構成が簡素になる。前記潤滑油の搬送は、例えばエアオイル潤滑する場合に適用される。
このように、軸受の冷却または潤滑油の搬送に用いたエアを利用することで、簡単な構造でコンタミの侵入防止が行える。
【０００８】
この発明において、前記エア送り装置が、前記間座のうちの外輪間座に設けられて内輪間座に前記エアを吹き付ける冷却用エアノズルと、この冷却用エアノズルにエアを供給する圧縮エア供給装置とを備える構成であってもよい。
この構成の場合、外輪間座の冷却用エアノズルから内輪間座へエアが吹き付けられることにより内輪間座が冷却され、熱伝導により軸受の内輪が冷却される。このように軸受の空冷に利用されたエアを利用して、前記コンタミの侵入防止が行える。
【０００９】
この発明において、前記ラビリンスシールの最外径部に対して軸方向の端部側の位置または同じ位置に前記排気路の前記排気口が位置するようにしてもよい。
この構成の場合、前記ラビリンスシールの侵入路を長く形成することができる。そのためコンタミの侵入防止効果が高まる。
【００１０】
この発明において、前記排気口が前記ラビリンスシールの入口部の全周にわたり設けられていてもよい。
前記排気口がラビリンスシールの入口部の全周にわたり設けられていると、排気エアによるコンタミの侵入防止効果がより確実に得られる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のスピンドル装置は、ハウジング内に軸受を介して主軸が回転自在に支持され、前記主軸の前記ハウジングの一端から突出する主軸頭と前記ハウジングとの間にラビリンスシールが設けられ、前記軸受および間座からなる軸受部にエアを供給して前記軸受の冷却または前記軸受への潤滑油の搬送に用いられるエア送り装置が設けられたスピンドル装置であって、前記ハウジングに設けられて前記エア送り装置で供給されたエアを排出する排気路の排気口が、前記ラビリンスシールの入口部に位置するため、軸受の冷却または潤滑油の搬送に用いたエアを利用することで、簡単な構造でコンタミの侵入防止が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態に係るスピンドル装置の概略断面図、（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ同図（Ａ）のＢ部およびＣ部の拡大断面図である。
【図２】図１（Ｂ）をさらに拡大した断面図と機能ブロックとを組み合わせた説明図である。
【図３】同スピンドル装置の冷却用エアノズルを有する軸方向部分の横断面図である。
【図４】同スピンドル装置の冷却用エアノズルを有する軸方向部分の他の例の断面図である。
【図５】同スピンドル装置のハウジング本体の排気孔を断面で示す説明図である。
【図６】同スピンドル装置の前蓋におけるラビリンスシール側部分の断面図である。
【図７】同スピンドル装置の前蓋におけるハウジング本体側部分の断面図である。
【図８】図１（Ｃ）の部分の変形例を示す断面図である。
【図９】この発明の他の実施形態におけるエアオイル潤滑部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を図１〜図７と共に説明する。
図１に示すように、このスピンドル装置は、工作機械における工具またはワーク（図示せず）を回転させる装置であって、ハウジング１内にフロント側およびリア側の軸受２，３を介して主軸４が回転自在に支持され、主軸４のハウジング１の一端から突出する主軸頭４ａとハウジング１との間にラビリンスシール５が設けられている。主軸頭４ａは、工具またはワークを把持するチャック（いずれも図示せず）を有している。また、フロント側の４個の軸受２のうちの中央２個の軸受２，２およびその間の間座１１，１２からなる軸受部７に、エアを供給して軸受２，２を冷却する空冷装置となるエア送り装置８が設けられている。
この構成のスピンドル装置において、前記ハウジング１に設けられて前記エアを排出する排気路９の排気口９ａが、前記ラビリンスシール５の入口部５ａに位置する。
【００１４】
主軸４は、フロント側の４個の軸受２と、リア側の１個の軸受３とでハウジング１に回転自在に支持されている。フロント側の軸受２はアンギュラ玉軸受等の予圧可能な転がり軸受、リア側の軸受３は円筒ころ軸受等の転がり軸受である。フロント側の軸受２とリア側の軸受３との間に、主軸４を回転駆動するモータ１０が設けられ、ビルトインモータ形式のスピンドル装置を構成する。モータ１０は、ハウジング１の内周に固定されたステータ１０ａと主軸４の外周に設けられたロータ１０ｂとでなる。モータ１０は、ハウジング１の外部に設けられていてもよい。
【００１５】
前記フロント側の４個の軸受２のうちの中央２個の軸受２，２と、これら軸受２，２の内輪間および外輪間にそれぞれ介在した内輪間座１１および外輪間座１２により、前記エア送り装置８による冷却機能付きの軸受装置が構成される。
【００１６】
図２に示すように、前記エア送り装置８は、外輪間座１２の円周方向複数箇所に設けられて内輪間座１１に冷却エアを吹き付ける冷却用エアノズル１３と、圧縮エア供給装置１６と、圧縮エア供給装置１６から冷却用エアノズル１３へエアを供給する給気路１７と、前記排気路９とで構成される。給気路１７は、ハウジング１内に軸方向に設けられた給気孔１９と、外輪間座１２の外周に設けられて前記給気孔１９と前記複数の冷却用エアノズル１３とに開口した冷却溝２０とで構成される。
【００１７】
冷却用エアノズル１３は、図３のように半径方向に設けられていても、図４のように半径方向に対して主軸回転方向に傾斜して設けられていてもよい。この傾斜は、半径方向の直線Ｌに対してオフセット量ＯＳだけオフセットさせることで設けられている。
【００１８】
図２に示すように、前記排気路９の一部として、外輪間座１２の側面における円周方向の一部に排気溝２１が設けられ、排気溝２１から径方向孔２２を介して、ハウジング１内に軸方向に設けられた前記排気孔１８に連通する。
【００１９】
図１（Ａ）おいて、ハウジング１は、ハウジング本体１ａと、このハウジング本体１ａのフロント側の端部にボルト等で取付けられた前蓋１ｂとを有する。前蓋１ｂは、主軸１と同軸心のリング状の部材であり、最フロント側の軸受２の外輪に接して、この外輪の位置固定を行う。
【００２０】
図１（Ｃ）に示すように、前蓋１ｂの内周面は、微小な隙間を介して主軸頭４ａに近接し、この隙間によってラビリンスシール５を構成している。具体的には、主軸値４ａの外周面は、大径部４ａ１と、小径部４ａ２と、これら大径部４ａ１と小径部４ａ２とを繋ぐ傾斜面部４ａ３および段差面部４ａ４を有している。前蓋１ｂの内周面は、前記傾斜面部４ａ３、段差面部４ａ４、および小径部４ａ１の表面に、前記微小な隙間を介して沿っている。主軸頭４ａは、前記傾斜面部４ａ３に隣接して前記大径部４ａ１に鍔部４ａ５が設けられ、鍔部４ａ５と前蓋１ｂの前面とは微小隙間を対して対向する。
【００２１】
前記排気口９ａは、ハウジング本体１ａ内の排気孔９に連通する前蓋１ｂ内の排気孔部２３に設けられている。排気口９ａは、前蓋１ｂの前面に開口して設けられることで、前記ラビリンスシール５の入口部５ａに位置する。より詳しくは、主軸頭４ａの前記鍔部４ａ５の外周縁に、排気口９ａの内周側縁が位置している。
【００２２】
排気路９の排気孔１８およびその排気口９ａの断面形状の例を図５〜図７に示す。
図５に示すように、ハウジング１内において排気路９の排気孔１８は、主軸軸心Ｏの回りの円周方向に並んで３か所に設けられている。
図６、図７に示すように、前蓋１ｂに設けられた排気孔部２３の断面形状は、軸方向の中間を境に２種類に変わっている。
前蓋１ｂに設けられた排気孔部２３ａは、ラビリンスシール５側の部分、つまり前蓋１ｂの前面に開口する開口９ａが、図６に示すように、主軸軸心Ｏの回りに全周に続けて設けられている。
図７に示すように、前蓋１ｂに設けられた排気孔部２３のうち、ハウジング本体１ａに面する後ろ側排気孔部２３ｂは、円周方向に延びる円弧状とされ、ハウジング本体１ａ内における排気孔１８の本数と同じ個数（図示の例では３個）だけ設けられている。この円弧状の後ろ側排気孔部２３ｂの周方向の中央に、ハウジング１内の通気孔１８が位置する。
【００２３】
上記構成のスピンドル装置の作用を説明する。
外輪間座１２に設けられた冷却用エアノズル１３から内輪間座１１にエアを吹き付けるため、内輪間座１１が冷却され、熱伝導により両側の軸受２，２における内輪の温度が低下する。そのため、軸受２，２の内外輪の温度差が低減する。冷却に供されたエアは、外輪間座１２の排気溝２１（図２参照）からハウジング本体１ａ内の排気孔１８を通って排気される。
スピンドル装置による加工時に、クーラントや切粉が飛散し、主軸頭４ａとハウジング１との隙間から軸受部７に侵入しようとすることがある。前記隙間は、ラビリンスシール５として構成されているため、侵入しようとするコンタミがラビリンスシール５で防止される。ラビリンスシールであるため、接触式のシールと異なり、トルクの増加は生じないが、コンタミが軸受部７に侵入することを確実に防止することは難しい。しかし、ハウジング１の前蓋１ｂに、冷却用エアの排気路９の排気口９ａが、ラビリンスシール５の入口部５ａに位置して設けられているため、ラビリンスシール５に侵入しようとするコンタミが、侵入する前に排気エアによって吹き飛ばされ、侵入が防止され、軸受部７へのコンタミの侵入防止効果が高まる。
排気するエアは、軸受２の冷却に供されたエアを利用するため、コンタミの侵入防止専用にエア送り手段を設ける場合に比べ、スピンドル装置の全体として構成が簡素になる。
このように、主軸軸受２の内外輪の温度差を低減しながら、簡単な構造でコンタミの侵入防止が行える。
【００２４】
前記冷却エアの排気口９ａは、主軸の軸心Ｏ回りの全周に設けられており、ラビリンスシール５の入口部５ａの全周にわたり、排気口９ａが位置するため、排気エアによるコンタミの侵入防止効果が高く得られる。
前記排気口９ａが周方向に断続的である場合、排気口９ａの途切れた部分からコンタミが侵入する可能性が高いが、排気口９ａが全周に設けられて排気エアが全周にから流れることで、コンタミの侵入がより確実に防止される。
【００２５】
前蓋１ｂの排気孔部２３のハウジング本体側部分となる後ろ側排気孔部２３ｂの断面形状は、図７に示すように、ハウジング本体１の排気孔１８の出口部の全てを覆い、周方向に広がる断面とすることが望ましい。前蓋１ｂにおける排気孔部２３につき、ラビリンスシール５側となる前側排気孔部２３ａの断面積がハウジング本体１の排気孔１８の断面積より小さい場合や、前蓋１ｂのハウジング本体側となる後ろ側排気孔部２３ｂの断面積がハウジング本体１の排気孔１８の開口全面を覆えてない場合、排気エアの圧力が上がり、排気効率が悪化し、冷却効果が薄れる可能性がある。そのため、前蓋１ｂのラビリンスシール５側となる前側排気孔部分２３ａの断面積についても、ハウジング本体１の排気孔１８の断面積よりも大きく形成されている。
【００２６】
図８は、排気孔部の他の例を示す。この例では、ラビリンスシール５の最外径部に対して軸方向の端部側または同じ位置に前記排気口９ａが位置している。具体的には、前蓋１ｂのラビリンスシール５を構成する部分を主軸頭１ａの鍔部４ａ５の外周まで延ばすことでラビリンスシール５を図１の例よりも長くし、前蓋１ｂの排気口９ａを鍔部１ｂの外径側に位置させている。
このようにラビリンスシール５を長く形成すると、ラビリンスシール５の入口部５ａにコンタミが入った場合も軸受部７へ侵入し難くなる。
【００２７】
なお、前記各実施形態では、エア送り装置８が空冷装置である場合につき説明したが、前記エア送り装置８は、例えば図９に示すように、軸受２に対してエアオイルのノズル２５を設けてエアオイル潤滑とした場合における、オイル搬送用のエアを送る装置であってもよい。ノズル２５は、エア供給源２６に接続されており、供給経路にオイルを混入させる手段（図示せず）が設けられている。
この場合も、オイル搬送用のエアを前記排気口９ａから吐出させることで、その排気を利用してコンタミの侵入防止が行え、別途にコンタミ侵入防止用のエア源を設ける必要がなくて、構成が簡単となる。
【００２８】
以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２９】
１…ハウジング
１ａ…ハウジング本体
１ｂ…前蓋
２…軸受
４…主軸
４ａ…主軸頭
５…ラビリンスシール
５ａ…入口部
８…エア送り装置
９…排気路
９ａ…排気口
１１…内輪間座
１２…外輪間座
１３…冷却用エアノズル
１７…給気路
１８…排気孔
２３…排気孔部
【図１】
2020051479.tif 000003
【図２】
2020051479.tif 000004
【図３】
2020051479.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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