(57)【要約】【課題】自由側軸受からの発熱による温度上昇を効果的に抑制して、自由側軸受の寿命延長、即ち、主軸装置の寿命延長を図ると共に、加工精度を向上させることができる主軸装置を提供する。【解決手段】自由側軸受１４，１４が内嵌する軸受スリーブ１６の外周面１６ｂとリアハウジング３３の内周面３３ａとの間には、冷却媒体が流動可能な冷却路４０が形成される。冷却路４０は、軸受スリーブ１６の外周面１６ｂに形成され、スリーブの軸方向一端側から他端側までの間で、スリーブの外周面に形成された複数条の螺旋溝４１Ａ，４１Ｂである。ハウジングは、螺旋溝それぞれの一端部に連通して冷却媒体が供給される複数の供給口５１Ａ，５１Ｂと、螺旋溝それぞれの他端部に連通して螺旋溝を流動した冷却媒体が排出される複数の排出口５２Ａ，５２Ｂとを備える。【選択図】図１
2015178168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
該ハウジングに対して相対回転自在な回転軸と、
内輪が前記回転軸の一端側に外嵌され、外輪が前記ハウジングに固定される固定側軸受と、
前記回転軸の他端側で前記ハウジング内に配置され、前記回転軸の軸方向に移動可能なスリーブと、
内輪が前記回転軸の他端側に外嵌され、外輪が前記スリーブに内嵌される自由側軸受と、
を有する主軸装置であって、
互いに対向する前記スリーブの外周面と前記ハウジングの内周面との間には、冷却媒体が流動可能な冷却路が形成され、
前記冷却路は、前記スリーブの軸方向一端側から他端側までの間で、該スリーブの外周面に形成された複数条の螺旋溝であり、
前記ハウジングは、前記複数条の螺旋溝それぞれの一端部に連通して前記冷却媒体が供給される複数の供給口と、前記複数条の螺旋溝それぞれの他端部に連通して螺旋溝を流動した前記冷却媒体が排出される複数の排出口とを備えることを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
前記冷却路の前記軸方向両側には、前記スリーブの外周面と前記ハウジングの内周面との間を液密に封止する環状の弾性部材が配設されることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
【請求項３】
前記スリーブの前記ハウジングの内周面と対面する外周面の両端縁部、又は前記ハウジングの内周面の両端縁部には、面取り部が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の主軸装置。
【請求項４】
前記螺旋溝の側壁面は、前記軸方向と直交する方向に対して傾斜して形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の主軸装置。
【請求項５】
前記螺旋溝は、前記一端部と前記他端部とが、それぞれ前記スリーブの外周面の周方向に１８０°位相を異ならせて配置されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の主軸装置。
【請求項６】
前記複数条の螺旋溝は、前記一端部同士、前記他端部同士が、前記スリーブの外周面の周方向に４５°以内で位相を異ならせて配置されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸装置に関し、より詳細には、工作機械主軸、高速モータ、遠心分離機、或いはターボ冷凍機などの高速回転する回転機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械主軸の高速化は著しく発展しており、主軸の高速化を可能にするための潤滑方法として、オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑が採用されている。また、他の潤滑方法として、環境保護の観点から、潤滑油を外部に排出しないグリース潤滑も改めて見直されており、高速回転で耐焼付き性に優れた軽量のセラミック転動体（例えば、窒化けい素など）を使用した転がり軸受と共に採用されている。
また、高速回転主軸における駆動方法としては、歯車駆動やベルト駆動、或いは、カップリングによる直結駆動よりも、主軸内にモータを内蔵した、所謂、モータビルトイン主軸が大勢を占めている。
【０００３】
このような構成の高速主軸では、主軸を支持する転がり軸受からの発熱以外にも、内蔵するモータ（ステータ及びロータ）からの発熱も大きい。工作機械主軸の場合、主軸の温度上昇が高いと、熱変形が生じ加工精度が低下する。このため、主軸の温度上昇を抑制するように、主軸外筒であるハウジングに外部から冷却油を流す手段が用いられている。熱膨張による主軸の変形は、固定側となる前側軸受を原点として、軸方向に発生するので、固定側である前側軸受及びモータのステータの外周部を冷却することが多い。
【０００４】
例えば、前側軸受からの発熱を抑制する従来の冷却装置１００としては、図１１に示すように、主軸１０１の前側を支持する一対の前側軸受１０２，１０３が内嵌するフロントハウジング１０４の外周面に円周方向溝１０５を設ける。そして、フロントハウジング１０４の外周面と他のハウジング１０６の内周面との間に、冷却媒体を循環させて前側軸受１０２，１０３を冷却している。
【０００５】
また、特許文献１には、前側軸受と後側軸受との間に配置した内輪間座に冷却媒体通路を設け、ポンプなどから圧送される冷却媒体によって内輪間座を冷却するようにした工作機械におけるスピンドル冷却装置が開示されている。
【０００６】
一方、自由側軸受となる後側軸受は、前側軸受と比較して、サイズが若干小さい軸受（例えば、軸受内径寸法で、固定側軸受よりφ１０〜φ３０ｍｍ前後小さいサイズ）が使用されることが多い。このため、軸受のｄｍｎ値が小さくなって、その分、温度上昇が少なくなる。また、後側軸受は、自由側であること、及び、主軸後部の熱変形は加工精度に及ぼす影響度が前側軸受に比べて小さいこと（例えば、仮に、回転軸が非回転部品に対して軸方向に相対膨張しても主軸後側は後方にスライド移動して、刃物が装着される主軸前側の変位には現れ難い）などの理由により、後側軸受には、構造が複雑となる冷却構造を付加しないことが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平４−１３３５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近の高速主軸は、使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上、或いは、１５０万を超える、更には２００万以上のタイプが増加しており、これに伴って後側軸受のｄｍｎ値も増加し、発熱が大きくなっている。後側軸受の発熱が大きいと、軸受の内部温度の上昇により、潤滑油粘度が低下し、転がり接触部などでの油膜形成不良による焼付きが発生する虞がある。
【０００９】
このため、図１２に示す冷却装置１１０では、周辺構造を簡素化しつつ、後側軸受を冷却することが考えられる。この場合、主軸１０１の後側を支持する一対の自由側軸受１１２，１１３が内嵌するスリーブ１１４をリアハウジング１１５に内嵌し、このリアハウジング１１５の外周面に円周方向溝１１６を設ける。そして、リアハウジング１１５の外周面と他のハウジング１１７の内周面との間に冷却媒体を循環させて、自由側軸受１１２，１１３を冷却する。
しかしながら、図１２に示す構造では、冷却部は、発熱部（軸受１１２，１１３）から径方向に離れた位置に配置されており、また、すきま嵌めで嵌合するスリーブ１１４とリアハウジング１１５との間の熱伝達効率が低いため、冷却効率が低いという問題がある。したがって、リアハウジングは冷却されるが、スリーブが効率良く冷却されず、リアハウジングとスリーブとの間の隙間が小さくなってスライド不良が発生する虞がある。このため、前側軸受（固定側軸受）と後側軸受（自由側軸受）間で熱膨張による突っ張り荷重が発生し、軸受に過大荷重が負荷されて軸受が損傷する可能性がある。或いは、予圧抜けが発生して異音や異常振動が発生する要因となる。
【００１０】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、後側軸受からの発熱による温度上昇を高効率で抑制して、後側軸受の寿命延長、即ち、主軸装置の寿命延長を図ると共に、加工精度を向上させることができる主軸装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  ハウジングと、
該ハウジングに対して相対回転自在な回転軸と、
内輪が前記回転軸の一端側に外嵌され、外輪が前記ハウジングに固定される固定側軸受と、
前記回転軸の他端側で前記ハウジング内に配置され、前記回転軸の軸方向に移動可能なスリーブと、
内輪が前記回転軸の他端側に外嵌され、外輪が前記スリーブに内嵌される自由側軸受と、
を有する主軸装置であって、
互いに対向する前記スリーブの外周面と前記ハウジングの内周面との間には、冷却媒体が流動可能な冷却路が形成され、
前記冷却路は、前記スリーブの軸方向一端側から他端側までの間で、該スリーブの外周面に形成された複数条の螺旋溝であり、
前記ハウジングは、前記複数条の螺旋溝それぞれの一端部に連通して前記冷却媒体が供給される複数の供給口と、前記複数条の螺旋溝それぞれの他端部に連通して螺旋溝を流動した前記冷却媒体が排出される複数の排出口とを備えることを特徴とする主軸装置。
（２）  前記冷却路の前記軸方向両側には、前記スリーブの外周面と前記ハウジングの内周面との間を液密に封止する環状の弾性部材が配設されることを特徴とする（１）に記載の主軸装置。
（３）  前記スリーブの前記ハウジングの内周面と対面する外周面の両端縁部、又は前記ハウジングの内周面の両端縁部には、面取り部が形成されることを特徴とする（１）又は（２）に記載の主軸装置。
（４）  前記螺旋溝の側壁面は、前記軸方向と直交する方向に対して傾斜して形成されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか一項に記載の主軸装置。
（５）  前記螺旋溝は、前記一端部と前記他端部とが、それぞれ前記スリーブの外周面の周方向に１８０°位相を異ならせて配置されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一項に記載の主軸装置。
（６）  前記複数条の螺旋溝は、前記一端部同士、前記他端部同士が、前記スリーブの外周面の周方向に４５°以内で位相を異ならせて配置されることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか一項に記載の主軸装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の主軸装置によれば、互いに対向するスリーブの外周面とハウジングの内周面との間には、冷却媒体が流動可能な冷却路が形成される。冷却路は、スリーブの外周面に形成され、スリーブの軸方向一端側から他端側までの間で、スリーブの外周面に形成された複数条の螺旋溝を有し、ハウジングは、複数条の螺旋溝それぞれの一端部に連通して冷却媒体が供給される複数の供給口と、複数条の螺旋溝それぞれの他端部に連通して螺旋溝を流動した冷却媒体が排出される複数の排出口とを備えるようにしている。このため、軸受が内嵌されるスリーブを直接冷却可能となり、自由側軸受を高効率で冷却できる。また、複数条の螺旋溝に対して、それぞれ独立して冷却媒体の給排出を行うことで、スリーブ或いは自由側軸受の冷却制御精度が向上する。これにより、軸受の内部温度が下がり、回転中の転がり接触部や保持器案内面などでの粘度低下による潤滑油膜切れが生じ難くなり、潤滑不良による寿命低下や軸受の焼付きが防止される。そして、ハウジングとスリーブとの両部材を同時に冷却するので、両部材の半径方向収縮量が均一となり、スライド部の隙間（ハウジングとスリーブとの隙間）が詰まらず、隙間不足によるスライド不具合の発生を防止することができる。更に、冷却路を螺旋溝とすることで、螺旋溝内における冷却媒体の流れがスムーズとなり、スリーブ全体を均一に冷却でき、冷却による変形歪が生じない。その結果、内嵌する軸受の歪も発生せず、主軸の回転精度が高い精度で維持され、主軸の加工精度が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の主軸装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す自由側軸受近傍の拡大断面図である。
【図３】螺旋溝を説明するための、軸受スリーブの外周面を示す図２に対応する部分断面図である。
【図４】図１のＡ方向矢視図である。
【図５】図２のＢ方向から見た軸受スリーブの外周面を示す部分断面図である。
【図６】螺旋溝の断面図である。
【図７】各種変形例の螺旋溝の断面図である。
【図８】外周面両端縁部に面取り部が形成された軸受スリーブの部分断面図である。
【図９】螺旋溝の肩部に面取り部が形成された軸受スリーブの部分断面図である。
【図１０】自由側軸受の冷却構造の違いによる温度上昇を比較して示すグラフである。
【図１１】従来の固定側軸受の構造を示す断面図である。
【図１２】従来の自由側軸受の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の主軸装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
まず、図１を参照して、本発明の主軸装置の全体構成について説明する。
主軸装置１０は、ハウジング１１と、一端（図中左側）に不図示の工具が取り付けられ、ハウジング１１に対して相対回転自在な回転軸１２と、回転軸１２の前端側（図中左側）に配設された一対の固定側軸受（本実施形態では、アンギュラ玉軸受）１３，１３と、回転軸１２の後端側（図中右側）に配設された一対の自由側軸受（本実施形態では、アンギュラ玉軸受）１４，１４と、ハウジング１１に内挿されて軸方向にスライド移動可能なスリーブ１５と、を備える。
【００１６】
ハウジング１１は、略円筒形状のハウジング本体３１と、ハウジング本体３１の前端側に嵌合固定されるフロントハウジング３２と、ハウジング本体３１の後端側に嵌合固定されるリアハウジング３３とを有している。フロントハウジング３２の前端には、前蓋３４が締結固定され、リアハウジング３３の後端には、後蓋３６が締結固定されている。
【００１７】
ハウジング本体３１の内周面３１ａに内嵌するスリーブ２９には、ビルトインモータ３７のステータ３８が固定されている。また、回転軸１２の軸方向中間部には、ステータ３８と対向してロータ３９が固定されており、ステータ３８が発生する回転磁界によって回転力が与えられて回転軸１２を回転駆動する。スリーブ２９の外周面には、円環状の複数の溝２９ａが形成されており、ハウジング本体３１に内嵌することで内周面３１ａとの間に冷却路２８が形成される。
【００１８】
固定側軸受１３，１３は、外輪１８，１８がフロントハウジング３２に内嵌され、内輪１９，１９が回転軸１２に外嵌されて、回転軸１２の前端側を回転自在に支承する。固定側軸受１３，１３の外輪１８，１８は、外輪間座２０を介してフロントハウジング３２の段部３２ａと前蓋３４とによって狭持されてフロントハウジング３２に対して軸方向に位置決めされる。内輪１９，１９は、内輪間座２１を介して回転軸１２の前側段部１２ａと、回転軸１２に螺合するナット２２とによって狭持されて回転軸１２に対して軸方向に位置決めされる。フロントハウジング３２の外周面には、円環状の複数の溝３２ｂが形成されており、ハウジング本体３１に内嵌することでハウジング本体３１の内周面３１ｂとの間に冷却路３０が形成される。
【００１９】
リアハウジング３３の内周面３３ａには、軸方向に移動可能な略円筒形状の軸受スリーブ１６が嵌合している。また、軸受スリーブ１６の工具取り付け側とは反対側の端面には、軸受スリーブ１６の外周面から径方向外方に延出する外輪押え１７が不図示のネジによって取り付けられている。なお、軸受スリーブ１６と外輪押え１７は、スリーブ１５を構成する。
【００２０】
リアハウジング３３には、その工具取り付け側とは反対側の端面（図中右側面）に開口する複数のばね室５５が形成されており、軸受スリーブ１６から径方向外方に延出する外輪押え１７のフランジ部分の工具取り付け側端面と対向する。コイルスプリング５６は、ばね室５５に収容されて外輪押え１７のフランジ部分とばね室５５との間に介装される。コイルスプリング５６は、スリーブ１５に軸方向（図中右方向）の弾性力を付与し、これにより固定側軸受１３，１３及び自由側軸受１４，１４に定圧予圧を付与している。
【００２１】
自由側軸受１４，１４は、外輪２３，２３が軸受スリーブ１６に内嵌され、内輪２４，２４が回転軸１２に外嵌されて、回転軸１２の後端側を回転自在に支承する。自由側軸受１４，１４の外輪２３，２３は、外輪間座２５を介して軸受スリーブ１６の段部１６ａと外輪押え１７の円環状凸部１７ａとによって狭持されて軸受スリーブ１６に対して軸方向に位置決めされる。内輪２４，２４は、内輪間座２６を介して回転軸１２の後側段部１２ｂと、回転軸１２に螺合するナット２７とによって狭持されて回転軸１２に対して軸方向に位置決めされる。
【００２２】
図２及び図３に示すように、軸受スリーブ１６の外周面１６ｂには、軸受スリーブ１６の軸方向一端側から他端側までの間で、複数条（図示例では２条）の螺旋溝４１が設けられている。本構成の螺旋溝４１は、第１の螺旋溝４１Ａと、第２の螺旋溝４１Ｂとが並設されている。軸受スリーブ１６をリアハウジング３３の内周面３３ａに嵌合することで、互いに対向する軸受スリーブ１６の外周面とリアハウジング３３の内周面３３ａとの間に冷却路４０が形成される。この冷却路４０には、冷却油等の冷却媒体が流動する。第１の螺旋溝４１Ａと第２の螺旋溝４１Ｂには、不図示の冷却装置によって冷却媒体がそれぞれ独立してハウジング冷却経路を通じて供給され、排出される。
【００２３】
図１に示すリアハウジング３３には、第１の螺旋溝４１Ａの溝始端となる一端部に連通して、螺旋溝４１Ａ内に冷却媒体を供給する（図中、矢印ＩＮ（Ａ）で示す）供給路５７Ａの供給口５１Ａと、第１の螺旋溝４１Ａの溝終端となる他端部に連通して、螺旋溝４１Ａを流動した冷却媒体が排出される（図中、矢印ＯＵＴ（Ａ）で示す）排出口５２Ａとが形成されている。
【００２４】
また、リアハウジング３３には、第２の螺旋溝４１Ｂの溝始端となる一端部に連通して、冷却媒体が供給される（図中、矢印ＩＮ（Ｂ）で示す）供給口５１Ｂと、第２の螺旋溝４１Ｂの溝終端となる他端部に連通して、螺旋溝４１Ｂを流動した冷却媒体が排出される（図中、矢印ＯＵＴ（Ｂ）で示す）排出口５２Ｂとが形成されている。
【００２５】
供給口５１Ａは、最もビルトインモータ３７側に位置する螺旋溝４１Ａの一端部４１Ａａに向けて開口するように形成されている。排出口５２Ａは、ビルトインモータ３７から最も離間する螺旋溝４１Ａの他端部４１Ａｂに向けて開口するように形成され、供給口５１Ａとは円周方向に１８０°異なる位相で形成されている。
【００２６】
上記のように、第１の螺旋溝４１Ａと第２の螺旋溝４１Ｂとは、一端部４１Ａａ（供給口５１Ａの対応位置），４１Ｂａ（供給口５１Ｂの対応位置）の円周方向の位相を０°と０°（以下、（０°−０°）と記す）とする以外にも、（０°−１８０°）としてもよく、第１の螺旋溝４１Ａの他端部４１Ａｂ（排出口５２Ａの対応位置），４１Ｂｂ（排出口５２Ｂの対応位置）の円周方向の位相を（１８０°−１８０°）とする以外にも、（０°−１８０°）としてもよい。
【００２７】
次に、第１の螺旋溝４１Ａと第２の螺旋溝４１Ｂとを、一端部４１Ａａ，４１Ｂａの円周方向の位相を（０°−４５°）、他端部４１Ａｂ、４１Ｂｂの円周方向の位相を（０°−４５°）とした場合を説明する。
【００２８】
図４に図１のＡ方向矢視図を示す。本構成の場合、リアハウジング３３及び後蓋３６に形成される供給路５７Ａと排出路５８Ａとは、円周方向に１８０°異なる位相で配置されている。螺旋溝４１Ｂ内に冷却媒体を供給する供給路５７Ｂは、供給路５７Ａに対して、軸受スリーブ１６の軸線Ａｘを中心に角度α（図示例ではα＝４５°）だけ円周方向に異なる位相で配置されている。また、排出路５８Ｂは、供給路５７Ｂに対して円周方向に１８０°異なる位相で配置されている。
【００２９】
螺旋溝４１Ａと同様に、螺旋溝４１Ｂに冷却媒体を供給する供給路５７Ｂの供給口５１Ｂは、最もビルトインモータ３７側に位置する螺旋溝４１Ｂの一端部４１Ｂａに向けて開口するように形成されている。冷却媒体を排出する排出路５８Ｂの排出口５２Ｂは、ビルトインモータ３７から最も離間する螺旋溝４１Ｂの他端部４１Ｂｂに向けて開口し、供給口５１Ｂとは１８０°異なる位相で形成されている。
【００３０】
図５に図２のＢ方向から見た軸受スリーブの外周面の部分断面図を示す。前述したように、螺旋溝４１Ａの溝始端である一端部４１Ａａと、螺旋溝４１Ａの溝終端である他端部４１Ａｂとは、軸受スリーブ１６の円周方向に１８０°異なる位相で配置されている。つまり、軸受スリーブ１６上の螺旋溝４１Ａの一端部４１Ａａを軸垂直方向から正面視した場合に、螺旋溝４１の他端部４１Ｂｂは、軸受スリーブ１６の軸線Ａｘと重なった位置に配置される。
【００３１】
そして、螺旋溝４１Ｂの溝始端である一端部４１Ｂａは、螺旋溝４１Ａの一端部４１Ａａと軸受スリーブ１６の円周方向に角度α（例えばα＝４５°）異なる位相で配置されている。また、螺旋溝４１Ｂの一端部４１Ｂａと、螺旋溝４１Ｂの他端部４１Ｂｂとは、軸受スリーブ１６の円周方向に１８０°異なる位相で配置されている。したがって、螺旋溝４１Ｂの他端部４１Ｂｂは、螺旋溝４１Ａの他端部４１Ａｂとは軸受スリーブ１６の円周方向に角度α異なる位相で配置されている。
【００３２】
これら螺旋溝４１Ａ，４１Ｂには、それぞれ独立したハウジング冷却経路からの冷却媒体の給排出がなされることで、螺旋溝４１Ａ，４１Ｂ毎に、冷却媒体の流量や温度を制御できるので、軸受スリーブ１６の温度や、自由側軸受温度を正確、かつ、安定してコントロールすることが可能となる。
【００３３】
更に、各螺旋溝４１Ａ，４１Ｂの供給口５１Ａ，５１Ｂの位相同士、及び排出口５２Ａ，５２Ｂの位相同士を、それぞれ円周方向で等間隔にする、即ち、供給口５１Ａと供給口５１Ｂとの位相差、及び排出口５２Ａと排出口５２Ｂとの位相差を等しくすることで、軸受スリーブ１６の円周に沿った冷却効果が平均化され、軸受スリーブ１６周辺の冷却による熱変形が均一となる。これにより、主軸の回転精度が維持でき、振動発生が抑制され、加工精度が良好となる。
【００３４】
また、螺旋溝４１Ａ，４１Ｂの一端部４１Ａａ，４１Ｂａ同士、及び他端部４１Ａｂ，４１Ｂｂ同士は、それぞれ軸受スリーブ１６の円周方向に４５°以内で位相を異ならせて配置するとよい。これにより、供給口と排出口とを干渉させずに配置できる。
【００３５】
上記した軸受スリーブ１６の螺旋溝４１の加工は、まず、スリーブ軸方向のいずれか一方の端部近傍から、エンドミル工具をスリーブ半径方向に切り込みを入れて溝を掘る。その後、切り込みを維持しつつ螺旋状にエンドミル工具を送り、螺旋溝を加工する。そして、スリーブ軸方向のいずれか他方の端部近傍に到達すると、送りを停止し、エンドミル工具を引き上げることで溝が出来上がる。
【００３６】
一般的に、円筒形状部材への螺旋溝の加工は、これまでは非常に困難であり加工精度を高めにくく、加工コストも嵩む不利があった。しかし、近年では多軸加工機や複合加工機が広く使用されるようになり、本構成の螺旋溝４１が容易にかつ高精度でしかも低コストで加工が可能になっている。これにより、例えば供給口５１Ａ，５１Ｂと排出口５２Ａ，５２Ｂとの円周方向の位相誤差を小さくでき、均一な冷却が可能となる。
【００３７】
そして、不図示のポンプから圧送される冷却媒体は、供給口５１Ａ，５１Ｂからそれぞれ供給されて冷却路４０内を流動し、冷却路４０の周囲を冷却した後、排出口５２Ａ，５２Ｂからそれぞれ排出される。冷却媒体をビルトインモータ３７に近い螺旋溝４１Ａ，４１Ｂの一端部４１Ａａ，４１Ｂａからそれぞれ供給することにより、発生熱量の大きな、即ち、温度が高くなり易い部分を、より低温の冷却媒体で冷却することができ、高効率で冷却が可能となる。また、供給口５１Ａ，５１Ｂと排出口５２Ａ，５２Ｂとを、それぞれ円周方向に１８０°位相を異ならせて配置することで、第１，第２の螺旋溝４１Ａ，４１Ｂの各冷却路４０が、それぞれシンメトリック配置となり、自由側軸受部をより均一に冷却することができる。
【００３８】
なお、供給口５１Ａ，５１Ｂと排出口５２Ａ，５２Ｂとの位相差は、本構成においては（０°−４５°）としたが、周辺部品の配置に応じて任意に変更できる。例えば、位相差を（０°−１８０°）としてもよい。
【００３９】
更には、各螺旋溝４１Ａ，４１Ｂの軸方向溝幅は、同一であってもよく、異なった幅であってもよい。螺旋状の軸方向ピッチも任意に設定することができる。なお、本構成では、モータ側を冷却媒体の供給側、主軸端部側を冷却媒体の排出側としたが、これに限らない。
【００４０】
軸受スリーブ１６の外周面１６ｂには、冷却路４０より軸方向外側に一対の環状凹溝４４が形成されている。環状凹溝４４には、弾性部材であるＯリング４５が装着されて、リアハウジング３３の内周面３３ａと軸受スリーブ１６との嵌合部を封止している。Ｏリング４５のつぶし代は０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲にすることが好ましく、軸受スリーブ１６の摺動不具合をより解消しやすくするには、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にすることが望ましい。また、軸受スリーブ１６とリアハウジング３３との嵌め合い隙間は、直径寸法の差、即ち、リアハウジング３３の内径−軸受スリーブ１６の外径で示される寸法を、５μｍ〜１００μｍの範囲にすることが好ましく、隙間不足や軸受スリーブ１６の傾きにより摺動不具合を解消しやすくするには、１５μｍ〜５０μｍの範囲にすることが望ましい。
【００４１】
Ｏリング４５の材料としては、一般的なニトリルゴムやアクリルゴムなどに加え、モータビルトインスピンドルの発熱に対応した耐熱性のあるシリコンゴムや各種エラストマー、或いは、冷却媒体に対応した耐膨潤性・耐油性のあるフッ素ゴムなどが、必要に応じて選定される。なお、本実施形態における軸受スリーブ１６とリアハウジング３３とのスライド量は、加工荷重による変形やスピンドルの熱的な軸方向の膨張を逃げる程度の変位であるので、±０．５ｍｍ以下、多くとも±１ｍｍ以下である。したがって、可動シリンダ部に装着されるピストンリングに見られるような大きく、且つ、早いストロークによる摺動摩耗によるシール性低下の問題は小さく、経年変化（熱や初期のしめしろ嵌合）による耐クリープ特性に優れた材料を選定するのが望ましい。
【００４２】
図１に示すように、主軸装置１０が、固定側軸受１３，１３を冷却する冷却路３０、ビルトインモータ３７のステータ３８を冷却する冷却路２８、及び自由側軸受１４，１４を冷却する冷却路４０の複数の冷却路を備える場合、自由側軸受１４，１４の最適な冷却としては、冷却装置（図示せず）も他の冷却路２８，３０とは別系統で設け、冷却路４０用に独立させて配設することが好ましい。これにより、冷却媒体の温度調整が、他の冷却路２８，３０の状況に影響されることなく行うことができる。
【００４３】
しかし、実用上困難な場合には、冷却装置は独立させず、冷却路４０を独立させるだけでもよい。この場合、冷却路４０への供給側配管のどこかに絞りを設け、冷却媒体の供給量を制御することで、最適な冷却条件を調整することができる。
【００４４】
なお、１経路冷却構成とした場合には、先に発熱量が大きい傾向があるステータ３８を冷却する冷却路２８に冷却媒体を通過させた後、自由側軸受１４，１４を冷却する冷却路４０に循環させるような経路構成とすれば、主軸装置１０全体の温度をより効率的に下げられる。また、自由側軸受１４，１４の温度をより効率的に冷却したい場合には、上記と逆の経路構成として、より低温の冷却媒体を冷却路４０に先に循環させればよく、必要に応じて選択することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の主軸装置１０によれば、軸受スリーブ１６の外周面１６ｂとリアハウジング３３の内周面３３ａとの間には、冷却媒体が流動可能な冷却路４０が形成される。冷却路４０は、軸受スリーブ１６の外周面１６ｂに形成され、軸受スリーブ１６の外周面に形成された複数条の螺旋溝を有する。リアハウジング３３は、複数条の螺旋溝それぞれの一端部４１Ａａ，４１Ｂａに連通して冷却媒体が供給される複数の供給口５１Ａ、５１Ｂと、複数条の螺旋溝４１Ａ，４１Ｂそれぞれの他端部４１Ａｂ，４１Ｂｂに連通して螺旋溝を流動した冷却媒体が排出される複数の排出口５２Ａ，５２Ｂとを備える。このため、自由側軸受１４，１４が内嵌する軸受スリーブ１６を直接冷却可能となり、自由側軸受１４，１４を高効率で冷却できる。
【００４６】
また、冷却路４０に複数条の螺旋溝４１Ａ、４１Ｂを用いることにより、冷却媒体が、螺旋溝に沿って排出側へ向かう一方向にスムーズに流れ、熱冷却効率が向上する。軸受スリーブ１６は、螺旋溝４１Ａ，４１Ｂの一端部にそれぞれ連通する供給口５１Ａ，５１Ｂから冷却媒体が供給され、螺旋溝４１Ａ，４１Ｂの他端部にそれぞれ連通する排出口５２Ａ，５２Ｂから螺旋溝を流動した冷却媒体が排出される構造となっている。
【００４７】
つまり、冷却媒体の供給と排出の経路が、螺旋溝４１内に直接連通しているので、螺旋溝４１の一端部から他端部までの溝全体に、冷却媒体が滞ることなく流動する。その結果、効率の良い熱交換が可能となる。更に、螺旋溝４１の両端側に、冷却媒体の供給経路や排出経路をとなる円周環状溝を形成する場合に対して、軸受スリーブ１６の軸方向の省スペース化が図れる。
【００４８】
また、上記円周環状溝のスペース分に、更なる螺旋溝が形成できるため、冷却経路や冷却熱伝達面積を大きく、即ち、溝長を長くでき、冷却効率を高められる。なお、組立上のリアハウジング３３と軸受スリーブ１６との間の円周位相ずれに関しては、回転中にリアハウジング３３と軸受スリーブ１６とを回り止めする既設のキー部材によって解消可能であり、新規に回り止め部材を追加する必要もない。
【００４９】
上記構成により、自由側軸受１４，１４の内部温度が下がり、回転中の転がり接触部や保持器案内面などでの粘度低下による潤滑油膜切れが生じ難くなり、潤滑不良による寿命低下や自由側軸受１４，１４の焼付きが防止される。
【００５０】
また、リアハウジング３３と軸受スリーブ１６との両部材を同時に冷却するので、両部材の半径方向収縮量が均一となり、スライド部の隙間（リアハウジング３３と軸受スリーブ１６との隙間）が詰まらず、隙間不足によるスライド不具合の発生を防止することができる。更に、螺旋溝４１の溝内における冷却媒体の流れがスムーズとなり、軸受スリーブ１６全体を均一に冷却することで、冷却による変形歪が生じない。その結果、内嵌する自由側軸受１４，１４の歪も発生せず、回転軸１２の回転精度が高い精度で維持され、主軸装置１０の加工精度が良好となる。
【００５１】
また、スライド部は、常時冷却油が循環しているので、摩擦係数も小さく、よりスライド性が向上される効果もある。スライド部に、ボールガイド（ボールブッシュ）等を配置させ、転がり作用によってスライド性を良くする方法もあるが、剛性低下により、振動の発生や、スピンドルの固有振動数の低下などの不具合が生じる。一方、剛性を上げるために、予圧すきま（即ち、ハウジング内径、ボール、スリーブ外径間のラジアルすきま）を大きくすると、かえって逆に、滑りによるスライドよりもスライド性が悪くなるという問題が生じる。
【００５２】
また、重切削加工中などに発生することがあるびびり振動などにより、リアハウジング３３と軸受スリーブ１６間に初期のフレッチング摩耗粉が発生した場合でも、冷却媒体が微摩耗粉を外部に運び去ってくれるので、摩耗粉が助剤となって更にフレッチングが進行してしまうのを抑制することができる。
【００５３】
更に、冷却路４０の軸方向両側には、軸受スリーブ１６の外周面１６ｂとリアハウジング３３の内周面３３ａとの間を液密に封止するＯリング４５が配設されるため、冷却媒体のリークが防止されると共に、Ｏリング４５の弾性により主軸装置１０における減衰特性が向上して、特に難削材の加工特性に影響を与える動剛性向上にも寄与する。また、スライド部を流れる冷却媒体のダンパー効果による減衰作用も加わる。
【００５４】
なお、上記実施形態においては、螺旋溝４１は、図６に示すように、底面４１ａと側壁面４１ｂとによって矩形の断面形状に形成されている。この矩形断面形状の螺旋溝４１の溝幅Ｂ及び深さＴの大きさは、適宜選択可能である。
【００５５】
Ｂ＞Ｔとすると、螺旋溝４１の半径方向深さが浅いので、軸受スリーブ１６の径方向厚みが確保され、スリーブ剛性を大きくすることができる。このような形状は、スリーブの加工精度向上を重視する場合や、主軸の剛性を向上する場合などに適用される。また、Ｂ＜Ｔとすると、螺旋溝４１の半径方向深さが深いので、螺旋溝４１が軸受の近くに形成され、軸受近傍をより高効率で冷却することができる。その結果、主軸の冷却効率を向上することができる。このような形状は、主軸の冷却特性向上を重視する場合に適用される。Ｂ＝Ｔとすると、上記の効果をバランスよく両立させることができる。
【００５６】
また、螺旋溝４１の断面形状は、矩形以外にも図７（ａ）〜（ｃ）に示すような各種形状が可能である。例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、螺旋溝４１の側壁面４１ｂは、軸方向と直交する方向、即ち、半径方向に対して傾斜して形成されてもよい。
【００５７】
具体的に、図７（ａ）に示す軸受スリーブ１６の螺旋溝４１は、溝幅Ｂが螺旋溝４１の底面４１ａから軸受スリーブ１６の外周面１６ｂに向かって次第に大きくなる台形溝となっている。即ち、台形状の螺旋溝４１では、螺旋溝４１の断面形状は、底面４１ａと側壁面４１ｂのなす角度が鈍角（θ１）であるので、リアハウジング３３の内周面３３ａとの干渉がなく、スライド性が向上する。また、図７（ｂ）に示す軸受スリーブ１６の螺旋溝４１は、溝幅Ｂが螺旋溝４１の底面４１ａから軸受スリーブ１６の外周面１６ｂに向かって次第に小さくなる、所謂、アリ溝となっている。即ち、アリ溝の螺旋溝４１では、螺旋溝４１の断面形状は、底面４１ａと側壁面４１ｂのなす角度が鋭角（θ２）であるので、発熱源である自由側軸受１４，１４に近い部分の表面積が大きく、自由側軸受１４，１４の熱を効率的に冷却媒体に伝達することができ、冷却性能が向上する。
【００５８】
また、図７（ｃ）に示す軸受スリーブ１６の螺旋溝４１は、曲率半径Ｒの断面半円形であるので、丸形状のバイトで加工することができ、加工する際にバイトの摩滅が少なく、加工性を向上することができる。
【００５９】
また、軸受スリーブ１６のリアハウジング３３の内周面３３ａと対面する外周面１６ｂの両端縁部には、図８に示すように、面取り部４３が形成されてもよい。面取り部４３の外周面１６ｂに対する角度θ３は、３°〜４５°、より好ましくは、３°〜３０°とするのがよい。これにより、軸受スリーブ１６がリアハウジング３３内で傾いても、リアハウジング３３の内周面３３ａとの干渉が防止され、スライド性が確保される。
【００６０】
また、図９に示すように、軸受スリーブ１６の両端縁部の面取り部４３に加えて、螺旋溝４１の側壁の頂部（肩部）に面取り部４６を形成すれば、リアハウジング３３の内周面３３ａとの干渉が更に防止されて、スライド性が維持される。螺旋溝４１の肩部の面取り角度θ４は、３°〜４５°、より好ましくは、３〜３０°である。
【００６１】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、固定側軸受と自由側軸受間に定圧予圧により予圧が付与された主軸装置について説明したが、これに限定されず、固定側軸受と自由側軸受にそれぞれ定位置予圧された主軸装置にも適用することができ、同様の効果が得られる。このため、自由側軸受としては、アンギュラ玉軸受に限定されず、円筒ころ軸受などの他の転がり軸受が適用されてもよい。
【実施例】
【００６３】
ここで、軸受スリーブ１６の外周面に冷却路を設けた本発明の冷却構造と、リアハウジングの外周面に冷却路を設けた図１２に示す冷却構造と、軸受スリーブにもリアハウジングにも冷却路を設けない冷却なしの構造とを用いて、軸受スリーブ内径からハウジング外径までの温度上昇値を比較した。図１０は、冷却構造の違いによる軸受スリーブ内径からハウジング外径までの温度上昇値を比較したグラフである。
【００６４】
図１０から明らかなように、各冷却構造による温度上昇は、軸受スリーブ１６の外周面に冷却路４０を設けた本発明の冷却構造の温度上昇値が最も小さく、主軸装置１０を高効率で冷却していることが分かる。また、ハウジング内径（スリーブ内嵌部）と軸受スリーブの温度上昇値の差も図１２に示す外筒冷却構造に比べて極めて小さくなっており、熱膨張差によるスライド部の嵌め合い隙間の減少を小さくでき、良好な摺動特性が維持できる。
【００６５】
詳しくは、軸受スリーブとハウジング内径の温度差が、図１２に示す外筒冷却構造の場合の８．５℃に比べて本発明の構成では１．５℃であり、約７℃の優位差がある。仮にスライド部（＝スリーブ外径寸法）がφ１５０ｍｍの場合、軸受スリーブとハウジング（炭素鋼）の線膨張係数を１１．５×１０−６とすると、双方の熱膨張量の差は、
１１．５×１０−６(/℃) × １５０(ｍｍ) × ７(℃) ＝ ０．０１２（ｍｍ）
となる。
【００６６】
つまり、本発明の構成の場合、スライド部の設定すきまを従来構造（外筒冷却）での適正設定すきまより１２μｍ小さくしても、良好なスライド特性の維持が可能となる。その結果、軸受温度上昇が比較的低く、スライド部の温度差が小さい低速回転での重切削加工時において、従来構造では、スライド部のすきまが過剰になることによる剛性不足や振動の発生及びフレッチング不具合が生じるところ、本発明の構成ではこれらを防止する効果が得られる。
【００６７】
また、軸受スリーブの温度も約１２℃低いので、軸受温度も低くなり潤滑剤の基油粘度が維持でき、転がり接触部の油膜形成も良好となる。グリース潤滑の場合、基油の増ちょう剤からの分離（離油）もしにくくなり、軸受外部へのグリース流出も少なくなり、グリース寿命の延長化も図れる。
【符号の説明】
【００６８】
１０    主軸装置
１１    ハウジング
１２    回転軸
１３    固定側軸受
１４    自由側軸受
１６    軸受スリーブ（スリーブ）
１６ｂ    スリーブの外周面
１８，２３    外輪
１９，２４    内輪
２８，３０，４０    冷却路
３１    ハウジング本体
３２    フロントハウジング
３３    リアハウジング（ハウジング）
３３ａ    ハウジングの内周面
４１    螺旋溝
４１Ａ    第１の螺旋溝
４１Ｂ    第２の螺旋溝
４１Ａａ  第１の螺旋溝の一端部
４１Ａｂ  第１の螺旋溝の他端部
４１Ｂａ  第２の螺旋溝の一端部
４１Ｂｂ  第２の螺旋溝の他端部
４３    面取り部
４５    Ｏリング（弾性部材）
５１    供給口
５２    排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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