(57)【要約】【課題】よりシンプルな構造にて、軸受への予圧と、発熱部の冷却とを効率的に行うことが可能であり、大型化、複雑化を抑制することができる主軸装置を提供する。【解決手段】一対のアンギュラ軸受４０Ａ〜４０Ｄの周囲には、アンギュラ軸受を冷却する流体を流す冷却溝が円周方向に形成され、一方のアンギュラ軸受４０Ｃ、４０Ｄに隣接する位置には、主軸回転軸方向に往復移動可能な予圧伝達部材２０Ｂが設けられており、予圧伝達部材とハウジングとの当接面の一部には、アンギュラ軸受に予圧をかけるための流体を保持する予圧用流体保持ポケットＰ１が形成されている。ハウジングには、予圧用流体保持ポケットＰ１に供給された流体を冷却溝ＭＡに導く連通路５０Ｂが形成されており、流体を、流体供給手段から予圧用流体保持ポケットＰ１に供給した後、連通路５０Ｂを経由させて冷却溝ＭＡ、ＭＢに導き、流体供給手段に戻す経路が形成されている。【選択図】図２
2011062799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
工具を保持して主軸回転軸回りに回転する回転軸部材と、
流体を供給する流体供給手段と、を備えた主軸装置において、
前記回転軸部材は、少なくとも一対のアンギュラ軸受を用いて前記ハウジング内において回転可能に支持されており、
前記ハウジング内における前記一対のアンギュラ軸受の周囲となる軸受外周ハウジング部には、前記流体供給手段から供給されて一対のアンギュラ軸受を冷却する流体、を流す冷却溝が円周方向に形成されており、
前記一対のアンギュラ軸受における一方のアンギュラ軸受に隣接する位置には、アンギュラ軸受に必要な主軸回転軸方向の力である予圧をかけることが可能な、主軸回転軸方向に往復移動可能な予圧伝達部材が設けられており、
前記予圧伝達部材と前記ハウジングとの当接面の一部には、アンギュラ軸受に前記予圧をかけるための流体を保持する予圧用流体保持ポケットが形成されており、
前記ハウジングには、前記予圧用流体保持ポケットに供給された流体を前記冷却溝に導く連通路が形成されており、前記流体を、前記流体供給手段から前記予圧用流体保持ポケットに供給した後、前記連通路を経由させて前記冷却溝に導き、前記流体供給手段に戻す経路が形成されている、
主軸装置。
【請求項２】
請求項１に記載の主軸装置であって、
前記流体供給手段は、前記回転軸部材の回転速度が高くなるほど高い圧力で流体を供給することで、前記回転軸部材の回転速度が高くなるほど前記予圧を大きくするとともに前記冷却溝に流す流体の流量を増加させ、
前記連通路には、前記予圧の圧力に応じて前記冷却溝に導く流体の流量を調整可能な絞り部が設けられている、
主軸装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の主軸装置であって、
前記回転軸部材を回転駆動する駆動手段を前記ハウジング内に備えており、
前記冷却溝は、前記軸受外周ハウジング部に形成された軸受冷却溝と、前記ハウジング部における前記駆動手段の周囲となる駆動手段外周ハウジング部に形成された駆動手段冷却溝と、で構成されており、
前記連通路は、前記予圧用流体保持ポケットと前記軸受冷却溝を連通するとともに、前記予圧用流体保持ポケットと前記駆動手段冷却溝を連通するように形成されている、
主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械にて用いる主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載された従来の主軸装置では、回転軸部材を、フロント側アンギュラ軸受とリア側アンギュラ軸受にて、ハウジングに対して回転可能に支持し、フロント側アンギュラ軸受とリア側アンギュラ軸受との間にビルトインモータを設けて回転させている。また、アンギュラ軸受は、軸方向に予圧調整する必要があり、特許文献１の主軸装置では、静圧用の作動油を用いて、リア側アンギュラ軸受を予圧調整している。
なお、この構成の主軸装置は、ビルトインモータを駆動して回転軸部材を回転させると、ビルトインモータ、フロント側アンギュラ軸受、リア側アンギュラ軸受が発熱する。この発熱を冷却しなければ熱変位の影響で精度劣化を招く可能性があるため、周囲のハウジング部に冷却油を流して冷却している。
このため、特許文献１に記載された主軸装置では、冷却油と予圧用油の２通りの作動油を２通りの別々の経路で供給しており、フロント側アンギュラ軸受とビルトインモータとの冷却には、冷却油用の経路にて、フロント側アンギュラ軸受の周囲に円環状に設けた冷却油溝とビルトインモータの周囲に円環状に設けた冷却油溝のそれぞれに冷却油を流して冷却している。また、リア側アンギュラ軸受の冷却には予圧用油を利用して冷却しており、冷却油の経路の近傍に予圧用油の経路を配置して冷却油を用いて予圧用油を冷却し、この予圧用油をリア側アンギュラ軸受の冷却に利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７７９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された従来技術では、冷却油と予圧用油の２通りの作動油を、２通りの別々の経路で供給しているため、２通りの圧力または流量の作動油を供給する必要があり、作動油の供給手段が２通り必要である。
また、主軸の回転速度を高くすると予圧を高める必要があり、その場合は発熱量が増加する。この場合、冷却油の流量を増加する必要があり、予圧の圧力（主軸の回転速度）に応じて冷却油の流量を調整する仕組みが必要である。
これらより、特許文献１に記載された従来技術では、主軸装置が大型化、複雑化する可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、よりシンプルな構造にて、軸受への予圧と、発熱部の冷却とを効率的に行うことが可能であり、大型化、複雑化を抑制することができる主軸装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項１に記載の主軸装置は、ハウジングと、工具を保持して主軸回転軸回りに回転する回転軸部材と、流体を供給する流体供給手段と、を備えた主軸装置である。
前記回転軸部材は、少なくとも一対のアンギュラ軸受を用いて前記ハウジング内において回転可能に支持されており、前記ハウジング内における前記一対のアンギュラ軸受の周囲となる軸受外周ハウジング部には、前記流体供給手段から供給されて一対のアンギュラ軸受を冷却する流体、を流す冷却溝が円周方向に形成されている。
また、前記一対のアンギュラ軸受における一方のアンギュラ軸受に隣接する位置には、アンギュラ軸受に必要な主軸回転軸方向の力である予圧をかけることが可能な、主軸回転軸方向に往復移動可能な予圧伝達部材が設けられており、前記予圧伝達部材と前記ハウジングとの当接面の一部には、アンギュラ軸受に前記予圧をかけるための流体を保持する予圧用流体保持ポケットが形成されている。
そして、前記ハウジングには、前記予圧用流体保持ポケットに供給された流体を前記冷却溝に導く連通路が形成されており、前記流体を、前記流体供給手段から前記予圧用流体保持ポケットに供給した後、前記連通路を経由させて前記冷却溝に導き、前記流体供給手段に戻す経路が形成されている。
【０００６】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項２に記載の主軸装置は、請求項１に記載の主軸装置であって、前記流体供給手段は、前記回転軸部材の回転速度が高くなるほど高い圧力で流体を供給することで、前記回転軸部材の回転速度が高くなるほど前記予圧を大きくするとともに前記冷却溝に流す流体の流量を増加させ、前記連通路には、前記予圧の圧力に応じて前記冷却溝に導く流体の流量を調整可能な絞り部が設けられている。
【０００７】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの主軸装置である。
請求項３に記載の主軸装置は、請求項１または２に記載の主軸装置であって、前記回転軸部材を回転駆動する駆動手段を前記ハウジング内に備えており、前記冷却溝は、前記軸受外周ハウジング部に形成された軸受冷却溝と、前記ハウジング部における前記駆動手段の周囲となる駆動手段外周ハウジング部に形成された駆動手段冷却溝と、で構成されている。
そして、前記連通路は、前記予圧用流体保持ポケットと前記軸受冷却溝を連通するとともに、前記予圧用流体保持ポケットと前記駆動手段冷却溝を連通するように形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の主軸装置を用いれば、アンギュラ軸受の予圧に用いた流体を、連通路を経由させて冷却溝に導くことで、１通りの流体の供給経路でアンギュラ軸受の予圧と冷却を行うことができる。
これにより、流体を供給する流体供給手段が１つで済み、流体供給手段からの供給経路も１通りでよいので、よりシンプルな構造にて、アンギュラ軸受の予圧調整と、発熱部の冷却とを効率的に行うことが可能であり、主軸装置の大型化、複雑化を抑制することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の主軸装置によれば、流体供給手段は、回転軸部材の回転速度が高くなるほど、アンギュラ軸受の支持力を増加させるための予圧の圧力を高くすることで、自動的に冷却溝への流体の流量を増加させる。また、連通路の絞り部にて、冷却溝への流体の流量が調整可能である。
このため、予圧の圧力に応じて冷却用の流体の流量を調整する複雑な調整装置を特に必要とせず、よりシンプルな構造にて、アンギュラ軸受の予圧調整と、発熱部の冷却とを効率的に行うことが可能である。
【００１０】
また、請求項３に記載の主軸装置によれば、流体供給手段からの流体の供給経路を２通りにすることなく、連通路の先を二股に分けて軸受冷却溝と駆動手段冷却溝に接続することで、アンギュラ軸受の冷却に加えて、ビルトインモータの冷却も、効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の主軸装置１の一実施の形態を説明する断面図である。
【図２】主軸装置１に形成した流体の経路を説明する断面図である。
【図３】本願の主軸装置１の流体の経路と、従来の主軸装置の流体の経路の違いを説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の主軸装置１における主軸回転軸を通る面で切断した断面図の例を示している。
なお、本実施の形態にて説明する主軸装置１は、マシニングセンタを含む種々の工作機械に用いることができる。
【００１３】
●［主軸装置１の全体構成（図１）］
図１の例に示す主軸装置１は、ハウジング２０と、工具を保持して主軸回転軸回りに回転する回転軸部材１０と、流体供給手段（図示省略）を備えている。なお、流体供給手段は、エアーや作動油等の流体を供給する装置であり、本実施の形態の説明では、作動油を供給する装置の例で説明する。また、図１〜図３に示す主軸装置１は、左側がフロント側を示し、右側がリア側を示している。
【００１４】
回転軸部材１０は、フロント側においてアンギュラ軸受４０Ａ〜４０Ｄにてハウジング２０に対して回転可能に支持されており、リア側において円筒ころ軸受４０Ｅにてハウジング２０に対して回転可能に支持されている。
なお、図１に示す例では、ビルトインモータ３０（駆動手段に相当）が、円筒ころ軸受４０Ｅとアンギュラ軸受４０Ｄとの間に設けられているが、ビルトインモータ３０と各軸受の配置位置は、特に図１に示す配置位置に限定されるものではない。
アンギュラ軸受４０Ａ〜４０Ｄは、フロント側により近い位置に配置されたアンギュラ軸受４０Ａと４０Ｂを組み合わせたフロント側軸受グループと、フロント側からより遠い位置に配置されたアンギュラ軸受４０Ｃと４０Ｄを組み合わせたリア側軸受グループの、一対のアンギュラ軸受（一対の軸受グループ）にて構成されている。なお、アンギュラ軸受４０Ａと４０Ｂは接触角の方向が同じである並列組み合わせであり、アンギュラ軸受４０Ｃと４０Ｄも接触角（アンギュラ軸受４０Ａ、４０Ｂとは反対方向となる接触角）の方向が同じである並列組み合わせである。
【００１５】
図１に示す主軸装置１は、回転軸部材１０のリア側から、アンギュラ軸受４０Ａ、円環状の間隙部材２０Ｃ、アンギュラ軸受４０Ｂ、内側ハウジング２０Ａ、予圧伝達部材２０Ｂ、アンギュラ軸受４０Ｃ、間隙部材２０Ｄ、アンギュラ軸受４０Ｄ、軸受蓋２０Ｅ、が嵌め込まれている。なお、予圧伝達部材２０Ｂは主軸回転軸方向に往復移動が可能であり、予圧による力をアンギュラ軸受４０Ｃ、４０Ｄに伝達し、図１の例では、予圧伝達部材２０Ｂが予圧によってリア側に移動した場合、アンギュラ軸受４０Ｃと４０Ｄの外輪をリア側に押付ける。
そして回転軸部材１０のリア側から、更に、外側ハウジング２０Ｇ、固定子３０Ｂと回転子３０Ａを有するビルトインモータ３０、内側ハウジング２０Ｆ、円筒ころ軸受４０Ｅ、モータ蓋２０Ｋ、が嵌め込まれている。
また回転軸部材１０のフロント側から、外側ハウジング２０Ｊ、主軸蓋２０Ｌ、が嵌め込まれ、外側ハウジング２０Ｈが嵌め込まれている。
【００１６】
●［流体の経路（図２）］
次に、図２を用いて、ハウジング内に形成した流体の経路について説明する。
予圧伝達部材２０Ｂと内側ハウジング２０Ａとが接触している当接面の一部には、アンギュラ軸受４０Ｃ、４０Ｄに予圧をかけるための作動油を保持する予圧用流体保持ポケットＰ１が形成されている。
流体供給手段（図示省略）から供給される作動油は、図２中のＶｉｎから供給され、ハウジングに形成された入力路５０Ａを通って予圧用流体保持ポケットＰ１に充填される。予圧用流体保持ポケットＰ１は円環状の空間であり、充填された作動油は、予圧伝達部材２０Ｂを主軸回転軸方向に沿ってリア側に移動させる。本実施の形態の構造では、予圧伝達部材２０Ｂがピストンに相当し、内側ハウジング２０Ａがシリンダに相当している。
【００１７】
予圧伝達部材２０Ｂがリア側に移動すると、アンギュラ軸受４０Ｃ、４０Ｄの外輪がリア側に押圧され、回転軸部材１０を主軸回転軸方向に沿ってリア側に移動させる。すると、アンギュラ軸受４０Ａ、４０Ｂの内輪がリア側に引っ張られ、アンギュラ軸受４０Ａ、４０Ｂ（フロント側アンギュラ軸受セット）と、アンギュラ軸受４０Ｃ、４０Ｄ（リア側アンギュラ軸受セット）と、のそれぞれに、適切な方向の予圧がかけられる。
【００１８】
アンギュラ軸受４０Ａ、４０Ｂの径方向における内側ハウジング２０Ａと外側ハウジング２０Ｊとの境界部（軸受外周ハウジング部に相当）には、螺旋状の空間である軸受冷却溝ＭＡが形成されている。同様に、アンギュラ軸受４０Ｃ、４０Ｄの径方向における内側ハウジング２０Ａと外側ハウジング２０Ｇとの境界部（軸受外周ハウジング部に相当）には、螺旋状の空間である軸受冷却溝ＭＢが形成されている。
また、ビルトインモータ３０の径方向における内側ハウジング２０Ｆと外側ハウジング２０Ｇとの境界部（駆動手段外周ハウジング部に相当）には、螺旋状の空間である駆動手段冷却溝ＭＣが形成されている。
【００１９】
そして予圧用流体保持ポケットＰ１には連通路５０Ｂが接続されており、連通路５０Ｂは二股に分岐して、一方は軸受冷却溝ＭＡの入力側に接続され、他方は駆動手段冷却溝ＭＣの入力側に接続されている。
そして、軸受冷却溝ＭＡの出力側にはバイパス路５０Ｄの一方が接続され、バイパス路５０Ｄの他方は軸受冷却溝ＭＢの入力側に接続されている。そして軸受冷却溝ＭＢの出力側には排出路５０Ｅが形成されている。
また、駆動手段冷却溝ＭＣの出力側には排出路５０Ｃが形成されている。
【００２０】
以上に説明した経路により、流体供給手段から供給される作動油は、入力路５０Ａを経由して予圧用流体保持ポケットＰ１に充填された後、連通路５０Ｂを通って軸受冷却溝ＭＡと駆動手段冷却溝ＭＣに分配される。
軸受冷却溝ＭＡに分配された作動油は、アンギュラ軸受４０Ａと４０Ｂを冷却した後、バイパス路５０Ｄを経由して軸受冷却溝ＭＢに到達してアンギュラ軸受４０Ｃと４０Ｄを冷却して排出路５０Ｅから排出（図２中のＶｏｕｔ２）されて流体供給手段に戻される。
駆動手段冷却溝ＭＣに分配された作動油は、ビルトインモータ３０を冷却して排出路５０Ｃから排出（図２中のＶｏｕｔ１）されて流体供給手段に戻される。
【００２１】
●［本願の主軸装置１の流体の経路と、従来の主軸装置の流体の経路との違い（図３）］
次に図３（Ａ）に示す本願の流体の経路と、図３（Ｂ）に示す従来の流体の経路との違い等について説明する。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す流体の経路は、解かり易くするために模式的に示しており、実際に形成されている経路の位置とは異なる。
図３（Ｂ）に示す従来の流体の経路では、第１所定圧力（または第１所定流量）の流体を供給可能な第１流体供給手段から供給される第１流体Ｗｉｎを、供給経路ＨＷ、５０Ｘを経由させて軸受冷却溝ＭＡに導き、供給経路ＨＷ、５０Ｙを経由させて駆動手段冷却溝ＭＣに導いている。また、第２所定圧力の流体を供給可能な第２流体供給手段から供給される第２流体Ｖｉｎを、供給経路ＨＶから入力路１５０Ａを経由させて予圧用流体保持ポケットＰ１に充填させており、予圧用流体保持ポケットＰ１から作動油を排出する経路は特に形成されていない。
軸受冷却溝ＭＡに導かれた流体はバイパス路１５０Ｄを通って軸受冷却溝ＭＢに導かれた後、排出路１５０Ｅから排出されて第１流体供給手段に戻される。また駆動手段冷却溝ＭＣに導かれた流体は排出路１５０Ｃから排出されて第１流体供給手段に戻される。
【００２２】
このように、図３（Ｂ）に示す従来の主軸装置では、流体供給手段が２つ必要であり、それぞれの流体供給手段からのそれぞれの流体Ｖｉｎ、Ｗｉｎを供給するための２本の供給経路ＨＶ、ＨＷが必要であった。
また、回転軸部材１１０の回転速度を高くする場合は、第２流体供給手段から供給される流体Ｖｉｎの圧力を高くして予圧を高くし、アンギュラ軸受の支持力を増加させている。この場合、アンギュラ軸受の発熱量が増加するので、第１流体供給手段から供給される流体Ｗｉｎの圧力を高く（または流量を増加）して、冷却能力を増加させる必要がある。
従って、回転軸部材の回転速度の増加（または流体Ｖｉｎの圧力の増加）に応じて第２流体供給手段から供給される流体Ｗｉｎの流量（または圧力）を調整する調整装置が必要であり、主軸装置が大型化、複雑化する傾向がある。
【００２３】
これに対して図３（Ａ）に示す本願の主軸装置１では、流体供給手段の数は流体Ｖｉｎを供給する１つの流体供給手段でよい。また流体Ｖｉｎを主軸装置１に供給する供給経路ＨＶも１本でよい。
また、回転軸部材１０の回転速度を高くする場合は、流体供給手段から供給される流体Ｖｉｎの圧力を高くして、予圧用流体保持ポケットＰ１の予圧を高くしてアンギュラ軸受の支持力を増加させるだけで、軸受冷却溝ＭＡ、ＭＢ、及び駆動手段冷却溝ＭＣへ導く流体の流量を自動的に増加させることができる。回転軸部材１０の回転速度に応じて供給する流体の圧力を高くする調整手段は、既存の調整手段を用いることができる。
なお、予圧（予圧用流体保持ポケットＰ１内の流体の圧力）に応じた流量（軸受冷却溝ＭＡ、ＭＢ、及び駆動手段冷却溝ＭＣへ導く流体の流量）は、流体供給手段から流体Ｖｉｎを供給する際の流体Ｖｉｎの圧力と、連通路５０Ｂに設けた絞り部Ｓ１による絞り量を調整することで、所望する流量に調整することが可能である。
このように、１本の供給経路ＨＶから供給される流体Ｖｉｎを主軸装置１に供給するだけで、アンギュラ軸受への予圧調整と、発熱部の冷却とを、効率的に行うことが可能であり、主軸装置１の大型化、複雑化を抑制することができる。
【００２４】
本発明の主軸装置１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態の説明では、連通路５０Ｂを二股に分けたが、連通路５０Ｂを軸受冷却溝ＭＡの入力側のみに接続し、排出路５０Ｅを、軸受冷却溝ＭＢの出力側と駆動手段冷却溝ＭＣの入力側とを接続するバイパス路と置き換えてもよい。
一対のアンギュラ軸受におけるアンギュラ軸受の数や配置位置は、本実施の形態にて説明したアンギュラ軸受の数と配置位置に限定されるものではない。
軸受冷却溝ＭＡ、ＭＢ、駆動手段冷却溝ＭＣは、流体が発熱部（アンギュラ軸受、ビルトインモータ等）の周囲を流れることが可能な空間であれば、特に螺旋状の空間に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２５】
１        主軸装置
１０      回転軸部材
２０      ハウジング
２０Ａ、２０Ｆ    内側ハウジング
２０Ｂ    予圧伝達部材
２０Ｊ、２０Ｇ    外側ハウジング
３０      ビルトインモータ（駆動手段）
４０Ａ〜４０Ｄ    アンギュラ軸受
４０Ｅ    円筒ころ軸受
５０Ａ    入力路
５０Ｂ    連通路
５０Ｄ    バイパス路
ＨＶ、ＨＷ    供給経路
ＭＡ、ＭＢ    軸受冷却溝
ＭＣ      駆動手段冷却溝
Ｐ１      予圧用流体保持ポケット
Ｓ１      絞り部
【図１】
2011062799.tif 000003
【図２】
2011062799.tif 000004
【図３】
2011062799.tif 000005