(57)【要約】【課題】モータ出力をより有効にワークの加工に活用できる主軸の軸受潤滑構造を提供する。【解決手段】主軸２０は、その前端に工具装着用ねじ孔２０ｇをもち、転がり軸受２２，２８を介してケーシング１０に支持される。主軸２０には、モータを構成するロータ２４が固定され、その周囲にはステータ１４が設けられる。軸受２２，２８に対応する箇所には、オイルミストを供給するノズル３３，３５がそれぞれ設けられている。これらのノズル３３，３５は、軸受２２，２８に対して主軸２０の回転駆動方向における上流側から下流側に向かってオイルミストを吹き付けるように設けられている。【選択図】　　　図１
2004142022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端に工具装着部をもち、軸受を介してケーシングに回転可能に支持される主軸を有し、この主軸をモータにより回転駆動する加工装置の前記軸受の潤滑構造であって、前記軸受に潤滑油を供給するノズルが設けられ、このノズルは、前記軸受に対して前記主軸の回転駆動方向における上流側から下流側に向かって潤滑油を吹き付けるように設けられていることを特徴とする主軸の軸受潤滑構造。
【請求項２】
請求項１に記載の主軸の軸受潤滑構造において、
前記ノズルは、前記主軸の方向に対して該主軸の回転方向下流側に１０°〜３０°の範囲で傾斜した方向に潤滑油を供給するように構成されていることを特徴とする主軸の軸受潤滑構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の主軸の軸受潤滑構造において、
前記加工装置は、前記ケーシングに組付けられて前記軸受を前記主軸の方向から覆うカバー部材を有するものであって、このカバー部材に、前記軸受に向かって開口するノズル形成孔と、このノズル形成孔に潤滑油を供給する供給路とが形成されていることを特徴とする主軸の軸受潤滑構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の主軸の軸受潤滑構造において、
前記ノズルとして前記主軸回りに複数のノズルが設けられていることを特徴とする主軸の軸受潤滑構造。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の主軸の軸受潤滑構造において、
前記主軸は、その中間部分に前記モータを構成するロータが固定されるとともに、このロータ固定部分の前後両側が前記軸受により回転可能に支持されているものであることを特徴とする主軸の軸受潤滑構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸がモータにより直接駆動される加工装置などの主軸の軸受潤滑構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、旋盤やボール盤等の加工装置の中には、例えば主軸駆動モータを構成するロータを直接主軸に固定し、その周囲にステータを配して、主軸を高速で回転駆動するようにしたものがある。
【０００３】
この種の加工装置では、主軸が前記ロータ部分の両側で転がり軸受を介して装置のケーシングに支持されており、前記ロータを外側から囲むようにステータが前記ケーシングに固定されている。そして、前記ケーシングには、主軸を支持する前後の軸受に対応してノズルが設けられ、これらノズルから各軸受にオイルミスト（潤滑油）が吹き付けられることにより、高速駆動による軸受の焼き付きを防止するように構成されている。なお、ノズルは、軸受近傍に設けられ、一般に、主軸の回転方向と直交する方向（主軸と平行な方向）から軸受に対してオイルミストを吹き付けるように設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような加工装置では、より一層の高速駆動が求められており、近年では例えば毎分１０〜１８万回転での駆動が要求されるに至っている。
【０００５】
ところが、主軸をより高速で駆動させようとすると、主軸の共振周波数の制約から軸受のスパンを大きくとることが難しくなり、また、遠心力の影響を軽減する必要もあることから、主軸に固定されるロータの小型化を余儀なくされ、いきおいモータの出力（トルク）が低くなる傾向にある。そのため、モータ出力をワークの加工により有効的に活用することが必要となり、主軸の軸受に対する潤滑構造についても、かかる観点から構造を見直すことが迫られている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、モータ出力をより有効にワークの加工に活用できる主軸の軸受潤滑構造を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の潤滑構造、すなわち主軸の回転方向と直交する方向（主軸と平行な方向）から軸受に対して潤滑油を吹き付ける構造では、主軸の回転速度が上がると、軸受に対する吹き付け潤滑油の相対速度が回転方向逆向きに偏り、その分回転抵抗が大きくなってモータ出力（トルク）の損失が大きくなる点に着目し、この観点から主軸の軸受に対する潤滑構造を見直したものである。
【０００８】
すなわち、前端に工具装着部をもち、軸受を介してケーシングに回転可能に支持される主軸を有し、この主軸をモータにより回転駆動する加工装置の前記軸受の潤滑構造であって、前記軸受に潤滑油を供給するノズルが設けられ、このノズルは、前記軸受に対して前記主軸の回転駆動方向における上流側から下流側に向かって潤滑油を吹き付けるように設けられているものである。
【０００９】
このような潤滑構造によると、潤滑油の吹き付け圧力が軸受に対して前記主軸の回転駆動方向における上流側から下流側に向かって働くので、主軸の回転速度が上がっても、軸受に対する吹き付け潤滑油の相対速度が回転方向逆向きに偏り難くなり、主軸の回転抵抗となり難くなる。また、潤滑油の吹き付け圧力が主軸の回転補助力としても作用する。従って、潤滑油の吹き付けによるモータ出力の機械的損失を従来構造に比べて軽減することができるようになる。
【００１０】
この軸受潤滑構造において、前記ノズルの具体的な傾斜角度は適宜選定可能であるが、発明の実施の形態中で詳述するように、上記の作用効果をより効果的に発揮させる上では、１０°〜３０°の範囲で傾斜した方向に潤滑油を供給するように構成されているのが好ましい。
【００１１】
なお、前記加工装置が、ケーシングに組付けられて前記軸受を前記主軸の方向から覆うカバー部材を有する場合には、このカバー部材に、前記軸受に向かって開口するノズル形成孔と、このノズル形成孔に潤滑油を供給する供給路とを設けるようにするのが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、既存のカバー部材を利用して、上記のようなノズルを軸受近傍に設けることが可能となり、合理的な構成となる。
【００１３】
また、この構造においては、前記ノズルとして主軸回りに複数のノズルを設けるのが好ましい。
【００１４】
この構造によれば、複数箇所から潤滑油の吹き付け圧力が働くので、主軸の回転補助効果を高めることができ、モータ出力の損失をより一層軽減することができるようになる。
【００１５】
なお、このような軸受潤滑構造は、特に、主軸の中間部分に前記モータを構成するロータが固定され、このロータ固定部分の前後両側が前記軸受により回転可能に支持された、いわゆるダイレクトドライブ構造を有する加工装置において有用である。つまり、このような主軸構造は高速回転型の装置に多いが、この高速回転型の装置では、主軸の共振周波数の制約から軸受のスパンを大きくとることが難しく、また、遠心力の影響を軽減する必要もあることから主軸に固定されるロータの小型化を余儀なくされ、いきおいモータの出力（トルク）が低くなる傾向にある。従って、この種の主軸構造においては、特に、モータ出力を有効にワークの加工に活用できるようにすることが要求されるからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図１には内面研削盤における主軸ヘッドを示すが、本発明はこれに限らず、主軸をもつ種々の加工装置について適用が可能である。
【００１７】
図１に示す主軸ヘッドは、ケーシング１０を備え、このケーシング１０内には、前後方向（図１では左右方向）に延びる主軸２０が回転可能に支持されている。
【００１８】
同図に示す主軸２０は、その前端側から順に、前側軸受固定部２０ａ、前側軸受位置決め部２０ｂ、ロータ位置決め部２０ｃ、ロータ固定部２０ｄ及びスリーブ装着部２０ｅを有している。前側軸受固定部２０ａには、前方に開口する工具装着用ねじ孔２０ｇが設けられ、この工具装着用ねじ孔２０ｇに適当な工具の後端がねじ込まれることにより、当該工具が主軸の前端に固定されるようになっている。なお、主軸２０の外径は、前側軸受位置決め部２０ｂが最も大きく、次いで前側軸受固定部２０ａ、ロータ位置決め部２０ｃ、ロータ固定部２０ｄ、スリーブ装着部２０ｅの順となっている。
【００１９】
前側軸受固定部２０ａには、前側軸受位置決め部２０ｂに対して前方から当たる位置で前側軸受（図例では転がり軸受）２２の内輪が固定され、ロータ固定部２０ｄには、ロータ位置決め部２０ｃに対して後方から当たる状態でロータ２４が固定されている。
【００２０】
また、上記スリーブ装着部２０ｅには、ロータ固定部２０ｄの後端に対して後方から当たる状態でスリーブ２６が固定されている。このスリーブ２６は、その前部２６ａの外径が後部２６ｂの外径よりも大きく、これら前後部２６ａ，２６ｂの境界に段部が形成された形状となっている。そして、上記前部２６ａに対して後側軸受（図例では転がり軸受）２８の内輪が後方から当たる状態で当該内輪が後部２６ｂに固定されている。
【００２１】
なお、上記前側軸受２２及び後側軸受２８には、図示の転がり軸受の他、例えばすべり軸受を適用することも可能である。
【００２２】
一方、ケーシング１０側では、その前壁（図１では左側壁）を上記主軸２０の前端が貫通する状態で、前側軸受２２の外輪が上記前壁内周面に固定されているとともに、この前側軸受２２を覆うように前記ケーシング１０の前壁に上記主軸２０を貫通させた状態でカバー部材３０が固定されている。
【００２３】
ケーシング１０内では、玉軸受１５を介して軸受保持スリーブ１６が前後移動可能に保持されるとともに、この軸受保持スリーブ１６が圧縮コイルばね１８の弾発力によって前方に付勢され、この軸受保持スリーブ１６の内周面に上記後側軸受２８の外輪が固定されている。これにより、主軸２０は前後軸受２２，２８を介してケーシング１０に回転可能に支持された状態となっている。さらに、上記ロータ２４を取り囲む位置には、このロータ２４とともに主軸駆動モータを構成するステータ１４が固定され、このステータ１４の通電によって主軸２０及びこれに装着された工具が一体に高速回転駆動されるようになっている。
【００２４】
なお、上記ケーシング１０には、その後端にオイルミスト（潤滑油）供給口１１が設けられ、ケーシング１０内には、上記オイルミスト供給口１１から延びるオイルミスト供給通路１２が形成され、ケーシング１０内の適所にオイルミストが供給されるようになっている。
【００２５】
特に、ケーシング１０の前壁に固定される上記前側カバー部材３０とケーシング１０の後壁（図１では右側壁）に固定されて上記圧縮コイルばね１８を後側から支持する後側カバー部材３２には、ノズルがそれぞれ一体的に設けられており、前側カバー部材３０のノズルから前側軸受２２に対してその前側（図１では左側）からオイルミストが供給される一方、後側カバー部材３２のノズルから後側軸受２８に対してその後側からオイルミストが供給されるようになっている。
【００２６】
詳しく説明すると、上記前側カバー部材３０には、図２に示すように、上記ケーシング１０への組付け面に、上記主軸２０を中心とするリング状凹部３９と、この凹部３９から外側（同図では上側）に延びる凹部３１とが形成されており、上記のようにケーシング１０に上記カバー部材３０が固定された状態で、ケーシング１０とカバー部材３０との間にリング状凹部３９によるオイルミストのリング状供給路が形成され、このリング状供給路が上記凹部３１を介してケーシング１０の上記オイルミスト供給通路１２に連通している。また、前側カバー部材３０の内部には、リング状凹部３９の内側に開口してその径方向外側から内側に向かって延びる供給路３４ａと、この供給路３４ａの先端から主軸２０の後端側に向かって延びて前側軸受２２へ向かって開口するノズル形成孔３４ｂとが形成されている。これによりオイルミスト供給口１１からケーシング１０内にオイルミストが導入されると、このオイルミストがオイルミスト供給通路１２、凹部３１、リング状供給路（リング状凹部３９）、供給路３４ａおよびノズル形成孔３４ｂを通じて前側軸受２２にその前側から噴射されるようになっている。
【００２７】
また、後側カバー部材３２には、図１に示すように前後方向に真っ直ぐに延びてその途中部分で前記オイルミスト供給通路１２に連通する供給路３６ａと、この供給路３６ａの先端から主軸２０の前端側に向かって延び、かつ後側軸受２８へ向かって開くノズル形成孔３６ｂとが一体に形成されている。これによりオイルミストがオイルミスト供給通路１２、供給路３６ａおよびノズル形成孔３６ｂを通じて後側軸受２８にその後側から噴射されるようになっている。
【００２８】
なお、以下の説明では、供給路３４ａおよびノズル形成孔３４ｂをノズル３３とよび、供給路３６ａ及びノズル形成孔３６ｂをノズル３５と呼ぶことにする。
【００２９】
前側カバー部材３０のノズル３３は、主軸回りに複数個設けられており、各ノズル３３は、図３に示すように、ノズル形成孔３４ｂが主軸２０の方向（同図では左右方向）に対して角度θだけその回転方向下流側に傾斜した状態で設けられており、当実施形態では２５°だけ傾斜した状態で設けられている。これにより前側軸受２２に対して主軸２０の回転駆動方向における上流側から下流側（同図中の実線矢印方向；同図では下側から上側）に向かって斜め方向にオイルミストを噴射するように構成されている。一方、後側カバー部材３２のノズル３５も、前側カバー部材３０のノズル３３と同様に、主軸回りに複数個設けられており、図示を省略するが、前記ノズル形成孔３６ｂが主軸２０の方向（同図では左右方向）に対して角度θ（当実施形態では２５°）だけ回転方向下流側に傾斜した状態で設けられ、これにより後側軸受２８に対して主軸２０の回転駆動方向における上流側から下流側に向かって斜め方向にオイルミストを噴射するように構成されている。
【００３０】
以上のような主軸ヘッドによると、主軸２０の駆動中は、上記各ノズル３３，３５から前後の軸受２２，２８に対してオイルミストが供給（吹き付け）され、これにより軸受２２，２８の焼き付き等が防止される。この際、オイルミストは、上記のように主軸２０の回転駆動方向における上流側から下流側に向かって斜め方向に吹き付けられるため、主軸２０の回転速度が上がっても、軸受２２，２８に対する吹き付けオイルミストの相対速度が回転方向逆向きに偏り難くなり、主軸の回転抵抗となり難くなる。また、オイルミストの吹き付け圧力が主軸２０の回転補助力としても作用する。
【００３１】
従って、オイルミストの吹き付けによるモータ出力（トルク）の損失を軽減することができ、これによってモータ出力をより有効にワークの加工に活用できるようになる。
【００３２】
特に、この主軸ヘッドでは、前後の軸受２２，２８に対応してそれぞれ複数のノズル３３，３５を設け、軸受２２，２８に対して複数箇所からオイルミストを吹き付けるので、オイルミストの吹き付けによる主軸２０の回転補助効果が高く、従って、モータ出力の損失をより一層軽減することができる。
【００３３】
なお、上述した主軸ヘッドは、本発明に係る主軸軸受の潤滑構造が適用される加工装置の一例であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、以下のような構成を採用することもできる。
【００３４】
（１）　当実施形態では、各ノズル３３，３５（ノズル形成孔３４ｂ，３６ｂ）が主軸２０の方向に対して４５°だけその回転方向下流側に傾斜した状態で設けられているが、主軸２０に対するノズル形成孔３４ｂ，３６ｂの角度θは、例えば０°＜θ＜９０°の範囲内で適宜設定すればよく、Ｄｍｎ値２００００００以上の場合、好ましくは１０°〜３０°の範囲内で設定するのがよい。これは１０°未満であるとオイルミストの吹き付け速度がボールの公転速度より遅くなる可能性があるためで、逆に、３０°を超えるとオイルミストがボールのまわりに発生する空気の壁を打ち破れない可能性があるためである。なお、Ｄｍｎ値とは、ベアリングのボールピッチ径（ｍｍ）×回転数（ｍｉｎ−１）である。
【００３５】
（２）　当実施形態では、前後の軸受２２、２８に対するオイルミストの吹き付け角度（ノズル形成孔３４ｂ，３６ｂの角度θ）を同一にしているが、前後の軸受２２、２８の種類（構造）に応じ、前後の軸受２２、２８に対してそれぞれ異なる角度でオイルミストを吹き付けるようにしてもよい。
【００３６】
（３）　主軸２０の方向は問わず、例えば主軸２０に装着した工具を下に向けた状態で加工を行う加工装置にも本発明は適用が可能である。
【００３７】
（４）　実施形態の主軸ヘッドは、モータを構成するロータ２４を直接主軸２０に固定し、その周囲にステータ１４を配設する、いわゆるダイレクトドライブ構造であるが、モータの出力軸を主軸の後端に直接連結したドライブ構造の主軸ヘッドにも本発明を適用することは可能である。
【００３８】
（５）　実施形態では、軸受２２，２８に対してその外側（前側軸受２２の前側、後側軸受２８の後側）からオイルミストを供給するようにしているが、可能な場合には内側（前側軸受２２の後側、後側軸受２８の前側）から供給するようにしてもよいし、また内外双方から各軸受２２，２８に対してオイルミストを供給するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、前端に工具装着部をもち、転がり軸受を介して回転可能に支持される主軸を有する加工装置の軸受部分の潤滑構造であって、前記軸受に対して主軸の回転駆動方向における上流側から下流側に向かって潤滑油を吹き付けるように潤滑油供給用のノズルを設け、これにより潤滑油の吹き付け圧力が主軸の回転抵抗となり難くするとともに、主軸の回転補助力として作用するようにしたので、潤滑油の吹き付けによるモータ出力の機械的損失を効果的に軽減することができ、その結果、モータ出力をより有効にワークの加工に活用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される内面研削盤（加工装置）における主軸ヘッドを示す断面側面図である。
【図２】主軸の前側軸受の部分を示す図１の拡大図である。
【図３】オイルミストを噴射するノズルの形状を示す図２のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１０　ケーシング
１１　オイルミスト供給口
１２　オイルミスト供給通路
２０　主軸
２２　前側軸受
２８　後側軸受
３０　前側カバー部材
３２　後側カバー部材
３３，３５　ノズル
３４ａ，３６ａ　供給路
３４ｂ，３６ｂ　ノズル形成孔
【図１】
2004142022.tif 000003
【図２】
2004142022.tif 000004
【図３】
2004142022.tif 000005