(57)【要約】【課題】流体のせん断発熱を低減できる流体静圧軸受で支持される主軸を備える主軸装置を提供する。【解決手段】本手段に係る主軸装置１は、回転工具２１を保持して回転駆動される主軸２０と、円筒内周５０ａにおいて周方向に間隔をあけて複数のポケット５１が設けられ、ポケット５１に供給される流体の静圧により主軸２０を回転可能に支持する流体静圧軸受５０と、を備える。円筒内周５０ａにおける隣り合うポケット５１の周方向間の位相であって、少なくとも前記ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲に、凹部５２が設けられ、凹部５２は、当該凹部５２の凹部周縁部５２ａとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄａを、円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄｂ以上となるように形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転工具を保持して回転駆動される主軸と、
円筒内周において周方向に間隔をあけて複数のポケットが設けられ、前記ポケットに供給される流体の静圧により前記主軸を回転可能に支持する流体静圧軸受と、
を備え、
前記円筒内周における隣り合う前記ポケットの周方向間の位相であって、少なくとも前記ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲に、凹部が設けられ、
前記凹部は、当該凹部の周縁部と前記ポケットの周縁部との最小長さを、前記円筒内周の縁部と前記ポケットの周縁部との最小長さ以上となるように形成される、主軸装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲のみに形成される、請求項１の主軸装置。
【請求項３】
回転工具を保持して回転駆動される主軸と、
円筒内周において周方向に間隔をあけて複数のポケットが設けられ、前記ポケットに供給される流体の静圧により前記主軸を回転可能に支持する流体静圧軸受と、
を備え、
前記円筒内周における隣り合う前記ポケットの周方向間の位相であって、前記ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲のみに、凹部が設けられる、主軸装置。
【請求項４】
前記凹部は、前記円筒内周の縁部に開口している、請求項１〜３の何れか一項の主軸装置。
【請求項５】
前記凹部には、前記流体を供給するための供給孔が設けられる、請求項１〜４の何れか一項の主軸装置。
【請求項６】
前記主軸装置は、前記ポケット及び前記凹部に前記流体を供給する流体供給装置を備え、
前記凹部には、前記流体供給装置から供給される前記流体の流量を絞る絞り手段を備える、請求項１〜５の何れか一項の主軸装置。
【請求項７】
前記凹部の周方向幅は、前記円筒内周の縁部に向かうに従って広がる形状に形成される、請求項１〜６の何れか一項の主軸装置。
【請求項８】
前記主軸装置は、前記主軸を回転可能に支持する転がり軸受を備え、
前記流体静圧軸受は、減衰性を有する減衰付加軸受である、請求項１〜７の何れか一項の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体静圧軸受で支持される主軸を備え、工作機械に使用される主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、主軸を支持する転がり軸受と、転がり軸受における減衰係数より大きな減衰係数を有する流体静圧軸受とを備える主軸装置が開示されている。また、特許文献２には、円筒内周において周方向に一定間隔で複数のポケットが設けられ、ポケット間に軸線方向に延びて流体内の異物を排出するための溝が形成される流体静圧軸受が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−６３７号公報
【特許文献２】特開平５−１３３４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、流体静圧軸受において、ポケットの周囲に形成されるランドのうちポケットの軸方向外側の部位に存在する流体が、つれ回りによりせん断発熱を生じる。流体のせん断発熱により流体の粘度が下がり、軸受剛性や減衰性能が低下するという課題がある。この課題を解消するには、流体のせん断発熱を冷却すればよいが、冷却能力の大きな流体冷却装置が必要になる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、流体のせん断発熱を低減できる流体静圧軸受で支持される主軸を備える主軸装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（請求項１）本手段に係る主軸装置は、回転工具を保持して回転駆動される主軸と、円筒内周において周方向に間隔をあけて複数のポケットが設けられ、前記ポケットに供給される流体の静圧により前記主軸を回転可能に支持する流体静圧軸受と、を備え、前記円筒内周における隣り合う前記ポケットの周方向間の位相であって、少なくとも前記ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲に、凹部が設けられ、前記凹部は、当該凹部の周縁部と前記ポケットの周縁部との最小長さを、前記円筒内周の縁部と前記ポケットの周縁部との最小長さ以上となるように形成される。
【０００７】
少なくともポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲に、凹部が形成される。そのため、ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲において、凹部を設けることによる体積増により、主軸の回転に伴う流体のつれ回り速度が低下する。従って、流体のせん断発熱が低減して、流体の粘度の低下が抑制される。つまり、流体の粘度低下に伴う、軸受剛性や減衰性能の低下が抑制される。
【０００８】
さらに、凹部の周縁部とポケットの周縁部との最小長さが、円筒内周の縁部とポケットの周縁部との最小長さ以上である。つまり、凹部は、ポケットの周囲に形成されるランドの最小距離に影響を及ぼさない。その結果、ランドが広く確保されるので、ランドにおける静圧が確保される。従って、この観点からも、軸受剛性や減衰性能の低下が抑制される。
【０００９】
（請求項２）また、前記凹部は、前記ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲のみに形成されてもよい。
凹部が、ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲のみに形成、すなわち、急激な温度上昇する部位にのみ形成されることで、せん断発熱を低減しつつ、ランド部を確保できるため、軸受剛性や減衰性能の低下が抑制される。
【００１０】
（請求項３）本手段に係る主軸装置は、回転工具を保持して回転駆動される主軸と、円筒内周において周方向に間隔をあけて複数のポケットが設けられ、前記ポケットに供給される流体の静圧により前記主軸を回転可能に支持する流体静圧軸受と、を備え、前記円筒内周における隣り合う前記ポケットの周方向間の位相であって、前記ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲のみに、凹部が設けられる。
【００１１】
凹部が、ポケットの軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲のみに形成、すなわち、急激な温度上昇する部位にのみ形成されることで、せん断発熱を低減しつつ、ランド部を確保できるため、軸受剛性や減衰性能の低下が抑制される。
【００１２】
（請求項４）また、前記凹部は、前記円筒内周の縁部に開口していてもよい。
これにより、ランドにおいて高温になった流体は、凹部を通して外部へ排出できるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制できる。
【００１３】
（請求項５）また、前記凹部には、前記流体を供給するための供給孔が設けられてもよい。
これにより、ランドにおいて高温になった流体は、凹部の供給孔から供給される流体により冷却されるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制できる。
【００１４】
（請求項６）また、前記主軸装置は、前記ポケット及び前記凹部に前記流体を供給する流体供給装置を備え、前記凹部には、前記流体供給装置から供給される前記流体の流量を絞る絞り手段を備えてもよい。
絞り手段は、凹部に必要な最小限の流体の供給量に絞ることができるので、ポケットには軸受の機能を確保可能な流体の供給量を供給できる。
【００１５】
（請求項７）また、前記凹部の周方向幅は、前記円筒内周の縁部に向かうに従って広がる形状に形成されてもよい。
これにより、ランドにおいて高温になった流体は、凹部を通して外部へ容易に排出できるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制できる。
【００１６】
（請求項８）また、前記主軸装置は、前記主軸を回転可能に支持する転がり軸受を備え、前記流体静圧軸受は、減衰性を有する減衰付加軸受であるとよい。
減衰付加軸受には、高粘度の流体が使用されるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制することにより、所望の軸受剛性や減衰性能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における主軸装置の軸方向の断面図である。
【図２】減衰付加軸受の第一の実施形態の円筒内周を周方向に展開した図である。
【図３Ａ】図２に示す減衰付加軸受の円筒内周における流体の温度分布状態を示す図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ線断面における流体の温度分布状態を示す図である。
【図４Ａ】従来の減衰付加軸受の円筒内周における流体の温度分布状態を示す図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＡ−Ａ線断面における流体の温度分布状態を示す図である。
【図５】減衰付加軸受の第二の実施形態の円筒内周を周方向に展開した図である。
【図６】別形態の主軸装置の軸方向の断面図である。
【図７】減衰付加軸受の第三の実施形態の円筒内周を周方向に展開した図である。
【図８】減衰付加軸受の第四の実施形態の円筒内周を周方向に展開した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（主軸装置の概略構成）
以下、本発明の実施形態における主軸装置について図面を参照しつつ説明する。主軸装置１の概略構成について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、主軸装置１は、ハウジング１０と、主軸２０と、モータ３０と、複数の転がり軸受４１〜４４と、減衰付加軸受５０と、流体供給装置６０とを備える。
【００１９】
ハウジング１０は、中空筒状に形成され、その中に主軸２０を保持する。主軸２０は、先端側（図１の左側）に回転工具２１を保持し、モータ３０によって回転駆動される。モータ３０は、ハウジング１０の筒内に配置されており、ハウジング１０に固定されたステータ３１及び主軸２０に固定されたロータ３２を備える。
【００２０】
転がり軸受４１〜４４は、ハウジング１０に対して主軸２０を回転可能に支持する。転がり軸受４１〜４３は、例えば玉軸受を適用し、モータ３０よりも回転工具２１側に配置される。一方、転がり軸受４４は、例えば、ころ軸受を適用し、モータ３０より回転工具２１の反対側（後端側）に配置される。つまり、転がり軸受４１〜４４は、モータ３０を軸方向中央に挟むように配置される。
【００２１】
減衰付加軸受５０は、例えば油などの流体による流体静圧軸受を適用し、最も回転工具２１側に位置する転がり軸受４１よりもさらに回転工具２１側に配置される。減衰付加軸受５０は、円筒内周５０ａにおいて周方向に一定間隔で静圧を発生させるための複数のポケット５１を備えるとともに、隣り合うポケット５１の周方向間にせん断発熱により高温となった流体を冷却するための一対の凹部５２を備える。なお、ポケット５１及び凹部５２についての詳細は、後述する。
【００２２】
流体供給装置６０は、ポンプ６１により絞り弁６２（本発明の「絞り手段」に相当）を介して減衰付加軸受５０のポケット５１に流体を供給する。絞り弁６２は、供給する流体が多量になると回収が困難となるため、ポケット５１に必要な最小限の流体を供給するために設ける。
【００２３】
（減衰付加軸受の第一の実施形態の概略構成）
図２に示すように、ポケット５１は、矩形状のポケット周縁部５１ａを有し、図示矢印ｒで示す周方向に所定の間隔ｃをあけて設けられる。ポケット５１内には、流体供給装置６０から供給される流体をポケット５１内に供給する供給孔５１ｂが穿孔される。減衰付加軸受５０は、ポケット５１の供給孔５１ｂから供給される流体により、軸受剛性及び減衰性能の軸受としての機能を発揮する。
【００２４】
一対の凹部５２は、三角形状の凹部周縁部５２ａを有し、隣り合うポケット５１の周方向間であって、ポケット５１の軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲、すなわち、ランド５３における減衰付加軸受５０の円筒内周５０ａの両軸受縁部５０ｂ側に設けられる。凹部５２は、軸受縁部５０ｂに向かうに従って周方向に広がり、軸受縁部５０ｂにおいて軸線方向に開口するように設けられる。
【００２５】
従来の凹部５２が設けられていない減衰付加軸受では、図４Ａ、図４Ｂに示すように、流体の温度Ｔは、ポケット７１のポケット周縁部７１ａの点Ｐ１から軸線方向ａに減衰付加軸受の円筒内周７０ａの軸受縁部７０ｂの点Ｐ２に向かうに従ってＴｏまで急激に上昇し、また図４Ａに示すように、この温度傾向、すなわち軸受縁部７０ｂ近傍の高温領域（図示黒色の網掛け領域）Ｈａ及びポケット周縁部７１ａ近傍の中温領域（図示白色の網掛け領域）Ｈｂは、円筒内周７０ａの周方向ｒに一様に分布している。
【００２６】
しかし、本実施形態の減衰付加軸受５０は、少なくともポケット５１の軸線方向の形成範囲ａｐとは異なる軸線方向範囲ａｖに、凹部５２を形成している。そのため、ポケット５１の軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲において、凹部５２を設けることにより、主軸２０と減衰付加軸受５０との隙間の体積増により、主軸２０の回転に伴う流体のつれ回り速度が低下する。従って、流体のせん断発熱が低減して、流体の粘度の低下が抑制される。つまり、流体の粘度低下に伴う、軸受剛性や減衰性能の低下が抑制される。また、凹部５２は、軸受縁部５０ｂに向かうに従い（従来（図４Ａ）の高温領域Ｈａに向かうに従い）周方向に広がり、軸受縁部５０ｂにおいて軸線方向ａに開口しているので、ランド５３において高温になった流体を凹部５２を通して外部へ容易に排出できるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制できる。
【００２７】
よって、減衰付加軸受５０では、図３Ａ、図３Ｂに示すように、流体の温度Ｔは、ポケット５１の図示上部におけるポケット周縁部５１ａの点Ｐ１１から軸線方向ａに円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂの点Ｐ１２に向かうに従って徐徐に上昇するが、従来（図４Ｂ）の温度Ｔｏより低い温度Ｔｐに抑えられる。また、図３Ａに示すように、この温度傾向は、円筒内周５０ａの周方向ｒに凹部５２に向かうに従って徐徐に低下し、凹部５２付近では完全に冷却される。なお、図示黒色の網掛け領域Ｈｃが、高温領域であり、図示白色の網掛け領域Ｈｄが、中温領域である。
【００２８】
さらに、図２に示すように、凹部５２は、凹部５２の凹部周縁部５２ａとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄａを、減衰付加軸受５０の円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄｂ以上となるように形成される。
このように凹部５２を形成することにより、凹部５２は、ポケット５１の周囲に形成されるランド５３の最小距離に影響を及ぼさない。その結果、減衰付加軸受５０は、ランド５３を広く確保できるので、ランド５３における静圧を確保できる。従って、この観点からも、軸受剛性や減衰性能の低下が抑制される。
【００２９】
上記実施形態においては、凹部５２は、凹部５２の凹部周縁部５２ａとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄａを、減衰付加軸受５０の円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄｂよりも大きくなるように形成したが、この凹部５２の形成条件を満たす場合は、凹部５２を三角形状の凹部周縁部５２ａを有する形状以外の例えば多角形状や半円状等に形成しても上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００３０】
また、凹部５２内に、流体供給装置６０から供給される流体を凹部５２内に供給する供給孔を設ける構成としてもよい。これにより、ランド５３において高温になった流体は、凹部５２の供給孔から供給される流体により冷却されるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制できる。この減衰付加軸受５０は、後述する別形態の主軸装置１に適用する。
【００３１】
（減衰付加軸受の第二の実施形態の概略構成）
次に、減衰付加軸受５０の第二の実施形態について図２に対応させて示す図５を参照して説明する。なお、図５においては、図２と同一部材は同一番号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【００３２】
図５に示すように、凹部５６は、図２に示す凹部５２と同様に、凹部５６の凹部周縁部５６ａとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄａを、減衰付加軸受５０の円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄｂ以上となるように形成される。
【００３３】
さらに、凹部５６は、図２に示す凹部５２と異なり、ポケット５１の軸線方向ａの形成範囲ａｐとは異なる軸線方向ａの範囲ａｖのみに形成、すなわち円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂから凹部５６の凹部周縁部５６ａまでの軸線方向ａの最大長さｄｃを、円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂからポケット５１のポケット周縁部５１ａまでの軸線方向の最小長さｄｂよりも小さくなるように形成される。
【００３４】
凹部５６が、ポケット５１の軸線方向の形成範囲とは異なる軸線方向範囲のみに形成、すなわち、急激な温度上昇する部位にのみ形成されることで、せん断発熱を低減しつつ、ランド部を確保できるため、軸受剛性や減衰性能の低下が抑制される。
【００３５】
上記実施形態においては、凹部５６は、凹部５６の凹部周縁部５６ａとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄａを、減衰付加軸受５０の円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄｂよりも大きくなるように形成し、さらに、ポケット５１の軸線方向ａの形成範囲ａｐとは異なる形成範囲ａｖとなる条件を満たすように形成したが、どちらか一方の条件を満たすように凹部５２を形成しても上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
また、この凹部５６の形成条件を満たす場合は、凹部５６を三角形状の凹部周縁部５６ａを有する形状以外の例えば多角形状や半円状等に形成しても上記実施形態と同様の効果が得られる。また、凹部５６内に、流体供給装置６０から供給される流体を凹部５６内に供給する供給孔を設ける構成としてもよい。これにより、ランド５３において高温になった流体は、凹部５６の供給孔から供給される流体により冷却されるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制できる。この減衰付加軸受５０は、後述する別形態の主軸装置１に適用する。
【００３７】
（別形態の主軸装置の概略構成）
以下、本発明の別形態の主軸装置について、図１に対応させて示す図６を参照して説明する。なお、図６においては、図１と同一部材は同一番号を付してそれらの詳細な説明を省略する。この主軸装置１には、後述する図７に示す減衰付加軸受５０が適用される。
【００３８】
流体供給装置６０は、ポンプ６１により絞り弁６２を介して減衰付加軸受５０のポケット５１に流体を供給するとともに、ポンプ６１により絞り弁６３（本発明の「絞り手段」に相当）を介して減衰付加軸受５０の凹部５４（図７参照）に流体を供給する。絞り弁６２，６３は、供給する流体が多量になると回収が困難となるため、ポケット５１及び凹部５４に必要な最小限の流体を供給するために設ける。
【００３９】
ポケット５１用の絞り弁６２は、軸受の機能を確保するため、ポケット５１内への液体の供給量が凹部５４内への液体の供給量よりも多くなるような絞りに設定する。よって、ポケット５１用の絞り弁６２は、絞りが固定の弁でよい。一方、凹部５４用の絞り弁６３は、絞りが可変の弁とすることで、流体の冷却効果を調整することが可能となる。なお、流体供給装置６０は、ポケット５１及び凹部５４に共通の一つの絞り弁を備える構成としてもよい。
【００４０】
（減衰付加軸受の第三の実施形態の概略構成）
次に、減衰付加軸受５０の第三の実施形態について図２に対応させて示す図７を参照して説明する。なお、図７においては、図２と同一部材は同一番号を付してそれらの詳細な説明を省略する。図７に示すように、一対の凹部５４は、矩形状の凹部周縁部５４ａを有し、ランド５３における減衰付加軸受５０の円筒内周５０ａの両軸受縁部５０ｂ側において軸線方向に開口せずに閉塞するように設けられる。
【００４１】
この凹部５４は、上述の２つの形成条件の少なくとも一方を満たし、さらに凹部５４の凹部周縁部５４ａとポケット５１のポケット周縁部５１ａとの最小長さｄｅを、凹部５４の凹部周縁部５４ａと減衰付加軸受５０の円筒内周５０ａの軸受縁部５０ｂとの最小長さｄｆよりも大きくなるように形成される。このように閉塞した凹部５４を設けても、減衰付加軸受５０は、ランド５３を広く確保できるので、ランド５３における静圧を確保でき、また、ランド５３において高温になった流体を凹部５２により冷却できる。
【００４２】
さらに、凹部５４内には、流体供給装置６０から供給される流体を供給する供給孔５４ａが設けられる。これにより、ランド５３において高温になった流体は、凹部５２の供給孔５４ａから供給される流体により冷却されるので、流体のせん断発熱を低減して粘度の低下を抑制できる。
【００４３】
また、この凹部５４の形成条件を満たす場合は、凹部５４を矩形状の凹部周縁部５４ａを有する形状以外の例えば三角形状、多角形状、半円状等に形成しても同様の効果が得られる。また、凹部５４内には、流体の供給孔５４ｂを設ける構成としたが、流体の供給孔５４ｂを設けない構成としても上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００４４】
（減衰付加軸受の第四の実施形態の概略構成）
次に、減衰付加軸受５０のさらに別形態について図２に対応させて示す図８を参照して説明する。なお、図８においては、図２と同一部材は同一番号を付してそれらの詳細な説明を省略する。図８に示すように、一対の凹部５５は、流体供給装置６０から供給される流体を吐出する上記別形態の凹部５４の形成条件を満たした吐出孔として形成される。このような凹部５５を設けても、減衰付加軸受５０は、ランド５３を広く確保できるので、ランド５３における静圧を確保でき、また、ランド５３において高温になった流体を凹部５５により冷却できる。
【符号の説明】
【００４５】
２０…主軸、  ２１…回転工具、  ４１〜４４…転がり軸受、  ５０…減衰付加軸受、  ５０ａ…円筒内周、  ５０ｂ…軸受縁部、  ５１…ポケット、  ５１ａ…ポケット周縁部、  ５１ｂ…供給孔、  ５２，５４，５５，５６…凹部、  ５２ａ，５４ａ，５６ａ…凹部周縁部、  ５２ｂ，５４ｂ…供給孔、  ５３…ランド、  ６０…流体供給装置、  ６２，６３…絞り弁。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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