(57)【要約】【課題】長時間の連続加工でも、主軸の熱変形を少なくし、かつ、主軸の振動を低く抑えるように主軸を冷却する。【解決手段】主軸冷却装置は、主軸11と、主軸11を収容している筒状ハウジング12と、主軸11およびハウジング12間に、主軸軸方向に間隔をおいて介在させられている隣り合う２つの軸受22、23とを備えている。主軸11に冷却通路44が形成されている。ハウジング12に供給通路53および回収通路54がそれぞれ形成されている。冷却通路44は、同両軸受22、23間における主軸11外面に主軸半径方向外向きに開口させられかつ供給通路53に連通させられた流入口72と、同両軸受21、23間における主軸11外面に主軸半径方向外向きに開口させられかつ回収通路54に連通させられた流出口73とを有している。【選択図】図１
2010260150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸と、主軸を収容している筒状ハウジングと、主軸およびハウジング間に、主軸軸方向に間隔をおいて介在させられている隣り合う２つの軸受とを備えており、主軸に冷却通路が形成されており、ハウジングに供給通路および回収通路がそれぞれ形成されており、冷却通路が、同両軸受間における主軸外面に主軸半径方向外向きに開口させられかつ供給通路に連通させられた流入口と、同両軸受間における主軸外面に主軸半径方向外向きに開口させられかつ回収通路に連通させられた流出口とを有している主軸冷却装置。
【請求項２】
流入口の容積を流出口の容積が超えている請求項１に記載の主軸冷却装置。
【請求項３】
主軸が、外面に螺旋溝を形成している主軸本体と、螺旋溝を一端から他端にかけて被覆して螺旋溝内に冷却通路を形成するように主軸本体外面に固定状に被せられかつ同両軸受に通されている冷却スリーブとによって構成されており、冷却スリーブに、流入口および螺旋溝を連通させた流入側連通孔と、流出口および螺旋溝を連通させた流出側連通孔とがそれぞれ形成されている請求項１または２に記載の主軸冷却装置。
【請求項４】
同両軸受の内輪間に、流入口および流出口をそれぞれ形成した筒状可動シール部材が、冷却スリーブ外面に固定されるように介在させられており、同両軸受の外輪間に、筒状固定シール部材が、ハウジング本体内面に固定されるように介在させられており、可動シール部材および固定シール部材間に、流入口および流出口をそれぞれ開口させた非接触シール間隙が形成されている請求項３に記載の主軸冷却装置。
【請求項５】
固定シール部材に、非接触シール間隙に連通させられたエアシール形成用空気通路が形成されている請求項４に記載の主軸冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械の主軸冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタに代表される高速で回転する主軸では、軸受の発熱量が大きい。発熱量が大きくなると、軸受の潤滑膜の形成に悪影響を与えたり、主軸に熱が伝わって熱変形となり加工精度を悪化させる等不具合の原因となる。そのため、軸受ハウジングに冷却液を循環させ、主軸軸受を冷却する装置が広く用いられている。
【０００３】
この種の装置としては、主軸のほぼ全長にわたって複数の冷却通路が並列状に形成されており、主軸の基部において、冷却通路に回転継手を介して冷却液供給／回収パイプが接続されているものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００４】
回転継手を主軸基部に設けると、主軸の全長が長くなり、振動が大きくなり易い。また、主軸が長いと危険速度を大きくとることができず、最高回転数を高くすることができない。さらに、高速回転になるとシールは接触方式で実現させることは難しく、非接触シールを採用するため、ラビリンスやエアシール、吸引回路など長手方向に場所をとるのでさらに全長が長くなってしまう。
【０００５】
主軸基部および先端部間において、冷却液を供給／回収するには、深くて長い冷却通路を設ける必要がある。そのためアンバランスや加工性を考えると、加工にコストがかかってしまう。
【０００６】
また、高速回転する主軸に冷却液を供給するには、流体の抵抗が大きくなるため高い圧力が必要になる。供給する冷却液圧力を大きくし過ぎると、非接触シールから冷却液が漏れ出す恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平７−４６４５０号公報
【特許文献２】特開平６−３１５８５号公報
【特許文献３】特開平９−３１７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、長時間の連続加工でも、主軸の熱変形を少なくし、かつ、主軸の振動を低く抑えるように主軸を冷却することのできる主軸冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による主軸冷却装置は、主軸と、主軸を収容している筒状ハウジングと、主軸およびハウジング間に、主軸軸方向に間隔をおいて介在させられている隣り合う２つの軸受とを備えており、主軸に冷却通路が形成されており、ハウジングに供給通路および回収通路がそれぞれ形成されており、冷却通路が、同両軸受間における主軸外面に主軸半径方向外向きに開口させられかつ供給通路に連通させられた流入口と、同両軸受間における主軸外面に主軸半径方向外向きに開口させられかつ回収通路に連通させられた流出口とを有しているものである。
【００１０】
この発明による主軸冷却装置では、隣り合う２つの軸受の間から、流入口および流出口を通じて、冷却液を冷却通路に供給しかつ回収することができる。そのため、冷却通路の長さを長くする必要が無く、ひいては、軸受の全長を短くすることができる。したがって、長時間の連続加工でも、軸受の熱変形を少なくし、かつ、振動を低くすることができる。
【００１１】
さらに、流入口の容積を流出口の容積が超えていると、主軸回転による遠心力が、流入口内の冷却液に対してよりも、流出口内の冷却液に大きく作用させられる。そのため、流入口内の冷却液が冷却通路内に流入する際の圧力が、流出口内の冷却液が冷却通路内から流出しようとする圧力よりも小さくなり、冷却液が冷却通路内に流入し易くなる。したがって、主軸回転による遠心力に逆らって、冷却通路内に冷却液を流入させるための圧力を小さくすることができる。
【００１２】
また、主軸が、外面に螺旋溝を形成している主軸本体と、螺旋溝を一端から他端にかけて被覆して螺旋溝内に冷却通路を形成するように主軸本体外面に固定状に被せられかつ同両軸受に通されている冷却スリーブとによって構成されており、冷却スリーブに、流入口および螺旋溝を連通させた流入側連通孔と、流出口および螺旋溝を連通させた流出側連通孔とがそれぞれ形成されていると、発熱体である軸受の内輪近傍を、効率良く冷却することができる。
【００１３】
また、同両軸受の内輪間に、流入口および流出口をそれぞれ形成した筒状可動シール部材が、冷却スリーブ外面に固定されるように介在させられており、同両軸受の外輪間に、筒状固定シール部材が、ハウジング本体内面に固定されるように介在させられており、可動シール部材および固定シール部材間に、流入口および流出口をそれぞれ開口させた非接触シール間隙が形成されていると、隣り合う２つの軸受の間における主軸回転精度が良好なカ所に非接触シール間隙があり、これを小さくすることが可能となる。
【００１４】
また、固定シール部材に、非接触シール間隙に連通させられたエアシール形成用空気通路が形成されていると、非接触シール間隙のシール性能を強化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、長時間の連続加工でも、主軸の熱変形を少なくし、かつ、主軸の振動を低く抑えるように主軸を冷却することのできる主軸冷却装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明による主軸冷却装置の垂直縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明において、前後とは、図１の左側（主軸先端部側）を前、その右側（主軸基部側）を後というものとする。
【００１８】
図１を参照すると、主軸11と、主軸11を収容している筒状ハウジング12とが示されている。
【００１９】
主軸11およびハウジング12間に、前から後にかけて、第１〜第４軸受21〜24が主軸軸方向に間隔をおいて介在させられている。
【００２０】
主軸11は、軸孔31aを有している主軸本体31と、主軸本体31外面に固定状に被せられかつ同軸受21〜24に一連に通されている冷却スリーブ32とによって構成されている。
【００２１】
冷却スリーブ32間の前後両端に位置する、主軸本体31外面の２カ所には、Ｏリング41をそれぞれ装着した内Ｏリング溝42がそれぞれ形成されている。両内Ｏリング溝42間に位置する、主軸本体31外面には螺旋溝43が形成されている。螺旋溝43は、その全長にわたって冷却スリーブ32によって被覆されており、これにより、主軸本体31および冷却スリーブ32間に、螺旋溝43にそってのびた冷却通路44が形成されている。
【００２２】
第２および第３軸受22、23間に位置する、冷却スリーブ32外面の２カ所には、Ｏリング45をそれぞれ装着した中間Ｏリング溝46がそれぞれ形成されている。
【００２３】
両中間Ｏリング溝46間の前後方向中央には１つの流入側連通孔51が形成されるとともに、流入側連通孔51とは周方向反対側の１カ所およびこれと周方向に間隔をおきかつ前後方向に間隔をおいた１カ所には流出側連通孔52がそれぞれ形成されている。２つの流出側連通孔52の前後方向の間隔は、螺旋溝43のピッチに相当する。これらの流入側連通孔51および流出側連通孔52は、いずれも螺旋溝43、即ち、冷却通路44に連通させられている。
【００２４】
ハウジング12には、縦供給通路53および縦回収通路54が形成されている。縦供給通路53および縦回収通路54は、ともに主軸11軸線と平行にのびて、それぞれの前端は、第２および第３軸受22、23間に達しており、そこで、閉鎖されている。
【００２５】
第１および第２軸受21、22の内輪間には前内輪間座61が介在させられるとともに、その外輪間には前外輪間座62が介在させられている。第３および第４軸受23、24の内輪間には後内輪間座63が介在させられるとともに、その外輪間には後外輪間座64が介在させられている。
【００２６】
第２および第３軸受22、23の内輪間には筒状可動シール部材65が介在させられるとともに、その外輪間には筒状固定シール部材66が介在させられている。可動シール部材65および固定シール部材66間には非接触シール間隙67が形成されている。
【００２７】
可動シール部材65内面の、流入側連通孔51に臨ませられた１カ所に中浅底環状溝71aが、これの前後両側の、両流出側連通孔52にそれぞれ臨ませられた２カ所に前および後浅底環状溝71b、71cがそれぞれ形成されている。中浅底環状溝71を介して、流入側連通孔51に一直線上に連なるように丸孔状流入口72が可動シール部材65を貫通状に形成されている。前および後浅底環状溝71b、71cを介して、両流出側連通孔52にそれぞれ一直線上に連なるように２つの丸孔状前および後流出口73が可動シール部材65をそれぞれ貫通状に形成されている。これらの流入口72および流出口73の外端は、いずれも、非接触シール間隙67に開口させられている。流入口72の内径よりも各流出口73の内径が大であり、かつ、流入口72および流出口73の長さは、等しい。これにより、流入口72の容積を流出口73の容積が超えている。
【００２８】
可動シール部材65外面の前端近くには２つの前環状シール溝74が並列に形成されるとともに、その後端近くには２つの後環状シール溝75が並列に形成されている。
【００２９】
固定シール部材66内面の、流入口72に臨ませられた１カ所に深底環状溝76aが、これの前後両側の、両流出流出口73にそれぞれ臨ませられた２カ所に前および後深底環状溝76b、76cがそれぞれ形成されている。中の深底環状溝76aの底から縦供給通路53に向かって横供給通路77がのびている。前および後の深底環状溝76、76cの底から両縦回収通路54に向かって２つの横回収通路78がそれぞれのびている。横供給通路77および横回収通路78は、縦供給通路53および縦回収通路54にそれぞれ達した延長部77a、78aをそれぞれ有している。
【００３０】
前環状シール溝74の後方に位置して、前深底環状溝76bの前側に、環状前エア溝81が形成されるとともに、後環状シール溝75の前方に位置して、後深底環状溝76cの後側に、環状後エア溝82が形成されている。前後のエア溝81、82には前後空気通路83、84がそれぞれ連通させられている。
【００３１】
固定シール部材66外面の、前空気通路83前方および後空気通路84後方に、Ｏリング91をそれぞれ装着した外Ｏリング溝92がそれぞれ形成されている。
【００３２】
図示しない手段によって、縦供給通路53に加圧冷却液が供給される。供給された冷却液は、横供給通路77、流入口72および流入側連通孔51を経由して、冷却通路44内に流入する。流入した冷却液は、冷却通路44を循環して、流出側連通孔52、流出口73および横回収通路78を経由して、縦回収通路54に流出する。流出した冷却液は、縦回収通路54によって回収される。冷却液が冷却通路44内を循環させられる間に、冷却スリーブ32が冷却される。冷却スリーブ32によって、各軸受21〜24、とくに、その内輪が効率良く冷却される。
【００３３】
主軸11の回転にともない、流入口72から流出口73まで移動させられる冷却液には遠心力が作用させられる。縦および横供給通路53、77から流入口72に流入させられる冷却液は、その遠心力に打ち勝つ圧力が必要である。こここで、注目すべきは、流入口72の容積よりも流出口73の容積が大きいことである。換言するならば、流入口72内の冷却液重量よりも流出口73内の冷却液重量が大きい。そのため、遠心力によって、流入口72内の冷却液全体に働く外向きの力より、流出口73内の冷却液全体により大きい外向きの力が働く。これにより、冷却液の循環をアシストし、効率良く冷却液を循環させ、これと同時に、この双方の力の差の分だけ、流入口72に流入させられる冷却液の圧力を低くすることが可能となる。
【００３４】
非接触シール間隙67には空気通路83、84エアシール圧力が作用させられる。これにより、流出口73から流出した冷却液が非接触シール間隙67から漏れることを防げる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明による主軸冷却装置は、主軸を、長時間の連続加工でも熱変形を少なく、かつ、振動を低く抑えることを達成するのに適している。
【符号の説明】
【００３６】
11  主軸
12  ハウジング
22、23  軸受
44  冷却通路
53  供給通路
54  回収通路
72  流入口
73  流出口
【図１】
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