(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に複数のベアリングで回転可能に承持した主軸を備え、上記ハウジングの内壁面内に第１経路から冷却液を注入する冷却ジャケットを設けると共に、主軸内に第２経路から冷却液を注入する冷却路を形成し、上記第１経路と第２経路には、１つの冷却液装置からの冷却液を各々独立して調節供給する２つの絞り弁を介して接続し、ベアリング内輪側の冷却液温度がベアリング外輪側の冷却液温度よりも低くなるように、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を調節設定したことを特徴とする主軸のベアリング冷却装置。
【請求項２】
ハウジング内に複数のベアリングで回転可能に承持した主軸を備え、上記ハウジングの内壁面内に第１経路から冷却液を注入する冷却ジャケットを設けると共に、主軸内に第２経路から冷却液を注入する冷却路を形成し、上記第１経路と第２経路には、１つの冷却液装置からの冷却液を各々独立して調節供給する２つの絞り弁を介して接続し、ベアリング内輪側の冷却液温度がベアリング外輪側の冷却液温度よりも低く抑え且つ内輪・外輪の温度差による内輪膨張がなくなるように、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を調節設定したことを特徴とする主軸のベアリング冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸の冷却及びこの軸受部の冷却装置に関し、特に、軸受部の内輪側温度を外輪側よりも低く保ち、ベアリング予圧の増加を抑制したベアリング冷却技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械の主軸及びこれを回転自在に支持する軸受等の冷却装置は、ハウジングの外周に螺旋溝を施したジャケットを気密にして取付け、このジャケットの螺旋溝に配管から冷却液を注入し、ハウジング及びベアリングの外輪を冷却するものである。また、センタースルー・クーラントにより主軸中心部に冷却液を注入し、ベアリングの内輪側を間接的に冷却するものが提供されている。この軸受冷却装置には、潤滑作用も兼ねた「グリース潤滑方式」や「オイルエア潤滑方式」や「ジエット潤滑方式」などがある。
【０００３】
また、図３に示すように、例えばアンギュラ玉軸受における予圧変化は主軸回転数に関係して増加する。図示において、アンギュラ玉軸受の単体で予圧荷重Ｐｏは比較的低い値に設定されているが、ハウジングへの主軸組込みにより予圧荷重はＰｏからＰ１に増加する。この予圧荷重Ｐ１は、主軸回転数に関係して増加し、その予圧変化Ｙの内容は「アンギュラ玉軸受のボールの遠心力」によるものと、「内輪軌道溝が遠心力により膨張」Ｙ１するものと、「内輪・外輪の温度差による内輪膨張」Ｙ２などである。従って、各潤滑方式において、主軸の回転速度の限界値があり、その限界値内の回転領域で使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記主軸及び軸受等の冷却装置では、主軸のハウジング及びベアリングの冷却効果が充分に発揮されない。即ち、冷却液の大部分は、ハウジングを直接冷却するために使用され、且つハウジングの外周表皮部を中心にした冷却方法であるから、これから遠い位置にある肝心なベアリングの内輪側の冷却効果が殆ど発揮されず、このために「内輪・外輪の温度差による内輪膨張」が大きく、ベアリング予圧の増加を余儀なくされている。
【０００５】
本発明は、上記従来の主軸及び軸受等の潤滑冷却装置が持つ問題に鑑み、特に、軸受部の内輪側温度を外輪側よりも低く保って内輪膨張を抑制することで、ベアリング予圧の増加を抑制したベアリング冷却装置（ハイブリッドクーリングシステム）を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成すべく、請求項１において、ハウジング内に複数のベアリングで回転可能に承持した主軸を備え、上記ハウジングの内壁面内に第１経路から冷却液を注入する冷却ジャケットを設けると共に、主軸内に第２経路から冷却液を注入する冷却路を形成し、ベアリング内輪側の冷却液温度がベアリング外輪側の冷却液温度よりも低くなるように、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を調節設定したことを特徴とする主軸のベアリング冷却装置としたものである。
【０００７】
本発明の請求項１によると、潤滑冷却装置により冷却された冷却液の第１経路は、ハウジング内の冷却ジャケットに送り込まれ、ベアリングの外側やビルトインモータのステータ部を通り、これらを冷却して再び潤滑冷却装置に戻る。また、冷却液の第２経路は、主軸内を冷却する冷却路に送り込まれ、ベアリング内側や主軸内を通り、これらを冷却して再び潤滑冷却装置に戻る。上記状態において、ベアリング内輪側の冷却液温度がベアリング外輪側の冷却液温度よりも低くなるように、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を上記各経路により調節される。
【０００８】
本発明は上記目的を達成すべく、請求項２において、ハウジング内に複数のベアリングで回転可能に承持した主軸を備え、上記ハウジングの内壁面内に第１経路から冷却液を注入する冷却ジャケットを設けると共に、主軸内に第２経路から冷却液を注入する冷却路を形成し、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を上記各経路により調節してベアリング内輪側の冷却液温度をベアリング外輪側の冷却液温度よりも低く保ち、ベアリング予圧の増加を抑えたことを特徴とする主軸のベアリング冷却装置としたものである。
【０００９】
本発明の請求項２によると、潤滑冷却装置により冷却された冷却液の第１経路は、ハウジング内の冷却ジャケットに送り込まれ、ベアリングの外側やビルトインモータのステータ部を通り、これらを冷却して再び潤滑冷却装置に戻る。また、冷却液の第２経路は、主軸内を冷却する冷却路に送り込まれ、ベアリング内側や主軸内を通り、これらを冷却して再び潤滑冷却装置に戻る。上記状態において、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を上記各経路により調節してベアリング内輪側の冷却液温度がベアリング外輪側の冷却液温度よりも低く保ち、ベアリング予圧の増加を抑える。
【００１０】
【実施の形態】
以下、図面に示す実施形態につき説明する。図１は本発明に係る工作機械における主軸のベアリング冷却装置（ハイブリッドクーリングシステム）の全体を示す縦断面図であり、図２はベアリング予圧の抑制作用を示す特性曲線図である。
【００１１】
先ず、図１において、主軸１は、その先端側１Ａを２つのベアリング３，４によってハウジング１０の内孔壁に嵌合支持され、後端側１Ｂもベアリング５によって支持されている。上記主軸１は、その中腹部にビルトインモータＭのローターＲを嵌着し、軸芯位置に明けた内周孔１Ｃには多層の皿バネ６とドローイングバー７を内装し、コレットが主軸先端のテーパー穴１Ｄに挿入した工具Ｈ１のプルスタットを強力に引き込み嵌着する。そして、上記ドローイングバー７の後端には、アンクランプ装置ＡＣを備え、ドローイングバー側へ前進するときドローイングバーを強力に押出してアンクランプ動作する。
【００１２】
上記ハウジング１０には、この先端１０Ａに開口する入口１１から各ベアリング３，４の外輪を間接的に冷却する通路１１Ｂやハウジング１０の中央部に設けた冷却ジャケット１１ＣでビルトインモータＭのステータＳの冷却を行うための冷却液Ｏが供給されている。上記入口１１は第１経路１１´としてハウジング１０の中腹部に出口１１〃を開口している。他方、主軸１内には、ドローイングバー７の軸心尾端に開けた入口１２による第２経路１２´とし導入しており、各ベアリング３，４，５の内輪（Ａ）に近い主軸内周に開口する。そして、この位置に配置した各ベアリング３，４，５の内輪に通孔１３，１４，１５により連絡している。また、この通孔１３，１４，１５から各ベアリング３，４，５の外輪（Ｂ）に隣接した通路１６，１７から出口１８，１９に「アンダーレース潤滑ＯＵＴ」として連なっている。
【００１３】
上記各入口１１，１２には、各々の絞り弁Ｖ１，Ｖ２を介して共通の「オイルクーラ」２０に接続されており、冷却液Ｏの供給量が絞り弁Ｖ１，Ｖ２により調節されるようになっている。上記入口１１，１２に対応する各出口１１〃と１８，１９から「オイルクーラ」２０に戻る
【００１４】
本発明の主軸のベアリング冷却装置（ハイブリッドクーリングシステムは、上記のように構成され、以下のように作用する。先ず、オイルクーラ２０により冷却された冷却液Ｏたる潤滑油は、その一方が絞り弁Ｖ１を介してハウジング１０の先端１０Ａに開口する入口１１から各ベアリング３，４の外輪を間接的に冷却する通路１１Ｂやハウジング１０の中央部に設けた冷却ジャケット１１ＣでビルトインモータＭのステータＳの冷却を行う冷却液Ｏが適量供給される。上記入口１１は第１経路１１´としてハウジング１０の中腹部に出口１１〃を開口し、ここからオイルクーラ２０へ戻る。
【００１５】
他方、絞り弁Ｖ２を介して適量の冷却液Ｏがドローイングバー７の尾端入口１２の第２経路１２´から供給される。主軸１内に導入した冷却液Ｏは、各ベアリング３，４，５の内輪（Ａ）側を冷却する。そして、この位置に配置した各ベアリング３，４，５の内輪を通孔１３，１４，１５により連絡して冷却する。その後、この通孔１３，１４，１５から各ベアリング３，４，５のアンダーレース潤滑を行ない、外輪（Ｂ）に隣接した通路１６，１７から出口１８，１９に「アンダーレース潤滑ＯＵＴ」として排出され、ここからオイルクーラ２０へ戻る。また、ビルトインモータＭのローターＲも冷却液Ｏで冷却される。
【００１６】
上記第１経路１１´及び第２経路１２´への冷却液Ｏの流量は、各ベアリング３，４，５の内輪（Ａ）側の温度を外輪（Ｂ）側の温度よりも低く保持されるように、各々の絞り弁Ｖ１，Ｖ２により共通の「オイルクーラ」２０からの冷却液Ｏの供給量が調節される。このように各ベアリング３，４，５の内輪（Ａ）側の温度を外輪（Ｂ）側の温度よりも低く保持するような冷却液Ｏの供給方法により、軸受部の内輪側温度を外輪側よりも低く保って内輪膨張が抑制され、ベアリング予圧の増加を抑制しベアリング予圧の増加を抑えることができる。
【００１７】
上記ベアリング予圧の抑制作用を図２に示す特性曲線図で説明する。従来の「オイルエアースピンドル」においては、主軸回転が停止時に適正な予圧Ｐ２を付与しても、主軸回転数の上昇に伴い、「ボールに働く遠心力や内輪軌道溝が遠心力により膨張」することで予圧Ｐ２が点線（Ｘ１）のように増加し、２０，０００ｍｉｎ−１のとき予圧Ｐ２がＰ３に増加幅（ｂ）だけ増加する。また、「内輪・外輪の温度差による内輪膨張」で予圧Ｐ２が点線（Ｘ２）のように増加し、２０，０００ｍｉｎ−１のとき予圧Ｐ２がＰ４に増加幅（ａ）だけ増加して発熱を増大する。
【００１８】
これに対して、本発明の「ハイブリツドクーリングスピンドル」によると、内輪・外輪の温度差による内輪膨張を抑えるべく内輪温度を外輪温度よりも低くなるように、冷却液Ｏの供給量が調節される。これにより、「内輪・外輪の温度差による内輪膨張」がなくなり、実線（Ｘ３）のように主軸回転数に殆ど影響されない予圧曲線になる。この実線（Ｘ３）は、遠心力による発熱も若干抑えられるから点線（Ｘ１）よりも低い値に制御される。
【００１９】
上記本発明によると以下のような効果を奏することができる。ベアリング予圧を小さく抑えているから、主軸組立て時の予圧管理が確実となり、低速回転においても主軸の剛性を高める予圧がかかり、高速回転においてはバラツキの小さい安定した予圧と低発熱の主軸を実現可能としている。
【００２０】
本発明は上記実施形態に限定されず、要部構成を設計変更できる。例えば、ベアリング３，４，５の型式や個数及び第１経路１１´及び第２経路１２´の流通経路も適宜変更できる。また、主軸を回転駆動するモータの型式や主軸構造も上記実施形態に限定されず、各種のものが採用可能である。
【００２１】
【効果】
本発明の請求項１によると、ベアリング内輪側の冷却液温度がベアリング外輪側の冷却液温度よりも低くなるように、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を調節設定したから、ベアリング予圧を小さく抑えることができ、高速回転においてバラツキの小さい安定した予圧と低発熱の主軸を実現可能にする。
【００２２】
本発明の請求項２によると、冷却ジャケットに注入する冷却液量と主軸内に注入する冷却液量との供給比を上記各経路により調節してベアリング内輪側の冷却液温度をベアリング外輪側の冷却液温度よりも低く保ち、ベアリング予圧の増加を抑えたから、、主軸組立て時の予圧管理が確実となり、低速回転においても主軸の剛性を高める予圧がかかり、高速回転においてはバラツキの小さい安定した予圧と低発熱の主軸を実現可能にするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作機械における主軸のベアリング冷却装置全体を示す断面図である。
【図２】本発明のベアリング予圧の抑制作用を示す特性曲線図である。
【図３】アンギュラ玉軸受における予圧変化を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１                                主軸
１０                              ハウジング
Ｏ                                冷却液
３，４，５                        ベアリング
（Ａ）                            内輪
（Ｂ）                            外輪
７                                ドローイングバー
１１，１２                        入口
１１´                            第１経路
１１〃                            出口
１１Ｂ                            通路
１１Ｃ                            冷却ジャケット
１２´                            第２経路
１３，１４，１５                  通孔
１６，１７                        通路
１８，１９                        出口
２０                              オイルクーラ
Ｏ                                冷却液
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３                  予圧
Ｖ１，Ｖ２                        絞り弁
【図１】
0003548330.tif 000002
【図２】
0003548330.tif 000003
【図３】
0003548330.tif 000004