(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内の閉鎖空間にステータとロータとを配設し、ステータをハウジングに固定し、ロータを主軸に固定し、主軸の軸方向前方側の負荷側端部を第１軸受によりハウジングに支持し、主軸の軸方向後方側の反負荷側端部に第２軸受を設け、第２軸受を軸受保持部材によりハウジングに保持し、軸受保持部材には第２軸受より前方の第１空間と後方の第２空間とを連通させる開口部を設ける一方、
主軸に、軸受保持部材の前後の第１空間と第２空間とで開口する空気通路を形成すると共に、第２軸受より前方の第１空間において主軸に固定した回転バランス調整用のバランスリングに複数の半径方向溝又は孔を形成することでファン部材を構成し、そのファン部材を半径方向溝又は孔が空気通路の第１空間側開口部と対応する位置で主軸に固定して、
ファン部材の回転によりハウジング内の空気を主軸の空気通路及び軸受保持部材の開口部を通して軸受保持部材の前後の第１空間と第２空間との間で循環させるように構成した工作機械の主軸装置。
【請求項２】
ハウジングに熱交換用のフィンを設けた請求項１記載の工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を支持する軸受を備えた工作機械の主軸装置に係り、特に軸受を冷却する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動機のロータや軸受に発生した熱はハウジングを通して外気に放散される。しかしながら、ビルトインモータ型の主軸装置では、通常、主軸の反負荷側端部を支持する軸受が主軸の伸びを許すように軸方向へ摺動可能に保持されているため、軸受の熱がハウジング側に逃げにくくなり、軸受が過熱して破損するおそれがある。また、この種の主軸装置では、軸受を切削液や切粉から保護するためにハウジング内の閉鎖空間に設けているため、外気による軸受の直接冷却が困難である。そこで、従来、特許２５２１５６６号公報では、主軸の中心孔に工具引張棒を挿入し、工具引張棒にエア通路と吸引ファンと排出ファンとを設け、主軸中心孔にエア推進用のスクリューを刻設し、スクリュー及びファンを主軸と一体に回転し、主軸の全長にわたって冷却用エアを流し、主軸の熱変位を抑制するとともに、軸受を間接冷却する技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この主軸装置によると、主軸内に冷却用エアを流すために複数のファンとスクリューとを設ける必要があり、またエア通路を外部のエア供給源に接続する必要もあって、冷却機構が複雑化するという問題点があった。特に、回転軸が比較的短く熱変位がさほど問題視されない電動機や小型主軸装置の場合には、こうした複雑な冷却機構は不向きであり、むしろ回転軸の反負荷側端部を支持する軸受を重点的に冷却する機構が望まれていた。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、ハウジング内の閉鎖空間に設けられた軸受、特に回転軸の反負荷側端部を支持する軸受を簡単な機構で重点的に冷却して、軸受の過熱による破損を防止できる工作機械の主軸装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の工作機械の軸受装置は、ハウジング内の閉鎖空間にステータとロータとを配設し、ステータをハウジングに固定し、ロータを主軸に固定し、主軸の軸方向前方側の負荷側端部を第１軸受によりハウジングに支持し、主軸の軸方向後方側の反負荷側端部に第２軸受を設け、第２軸受を軸受保持部材によりハウジングに保持し、軸受保持部材には第２軸受より前方の第１空間と後方の第２空間とを連通させる開口部を設ける一方、主軸に、軸受保持部材の前後の第１空間と第２空間とで開口する空気通路を形成すると共に、第２軸受より前方の第１空間において主軸に固定した回転バランス調整用のバランスリングに複数の半径方向溝又は孔を形成することでファン部材を構成し、そのファン部材を半径方向溝又は孔が空気通路の第１空間側開口部と対応する位置で主軸に固定して、ファン部材の回転によりハウジング内の空気を主軸の空気通路及び軸受保持部材の開口部を通して軸受保持部材の前後の第１空間と第２空間との間で循環させるように構成される（請求項１）。
【０００６】
また、循環空気の温度を低下させるために、ハウジングに熱交換用のフィンを設けるのが好ましい（請求項２）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をマシニングセンタに装備されるビルトインモータ型の主軸装置に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この主軸装置のハウジング１は、本体部２に前面プレート３と後部キャップ４とを組み付け、全長が例えば４００ｍｍ程度の小型に構成されている。本体部２の外周には、ビルトインモータの熱を大気中に効率よく逃がすための多数の放熱フィン５が突設され、また、後部キャップ４の内、外面には熱交換用のフィン６ａ，６ｂが設けられている。なお、後部キャップ４には端子箱７が取り付けられている。
【００１０】
ハウジング１内の閉鎖空間にはビルトインモータを構成するステータ８とロータ９とが配設され、ステータ８は本体部２の内周に固定され、ロータ９は回転軸として例示する主軸１０の中間部に固定されている。主軸１０はハウジング１と略同じ長さで形成され、その負荷側端部１１には一対の第１軸受１２がナット１３で固定され、反負荷側端部１４には一対の第２軸受１５がラビリンス２４、スペーサ１６を介しナット１７により固定されている。
【００１１】
前面プレート３には第１軸受１２が嵌合する凹部１９と、第１軸受１２をハウジング１の定位置に保持するリテーナ２０とが設けられている。本体部２の後端に形成された取付壁部２１には第２軸受１５を保持する軸受保持部材としてのホルダー２２が組み付けられ、このホルダー２２と取付壁部２１とによって第２軸受１５側の閉鎖空間が第１空間３０と第２空間３１とに二分されている。
【００１２】
第２軸受１５は、主軸１０の伸びを許すように、ホルダー２２の凹部２３に軸方向へ摺動可能に嵌合されている。ホルダー２２には主軸１０の回転速度を検出する速度検出器２５が取り付けられ、主軸１０側のスペーサ１６には被検出リング２６が検出器２５と非接触で相対するように固定されている。
【００１３】
主軸１０の反負荷側端部１４には空気通路２８が軸方向に形成され、その前端は複数の半径方向孔２９を介し第２軸受１５より前方（ロータ９側）の第１空間３０で開口し、後端は第２軸受１５より後方の第２空間３１で開口している。また、本体部２の取付壁部２１には両空間３０，３１とを連通させる切欠３２が設けられている。なお、ホルダー２２を複数本のアームを介してハウジング１に取り付け、各アームの間の開口部により２つの空間３０，３１を連通させてもよい。
【００１４】
第２軸受１５の前方において、主軸１０にはその回転バランスを調整するバランスリング３４が設けられている。バランスリング３４の第２軸受１５側端面には図２に示すような複数の半径方向溝３５が形成され、バランスリング３４にファン部材としての機能が与えられている。そして、バランスリング３４は、半径方向溝３５が空気通路２８の半径方向孔２９と対応する位置で主軸１０に焼き嵌め等の手段により固定され、ロータ９の回転に伴いハウジング１内の空気を空気通路２８及び切欠３２を通して第１空間３０と第２空間３１とで循環させるようになっている。なお、半径方向溝３５にかえ、バランスリング３４に半径方向孔を設けてもよい。
【００１５】
すなわち、主軸装置の運転中には、ロータ９と主軸１０とバランスリング３４とが一体に回転され、ハウジング１の後部閉鎖空間に図１に矢印で示すような循環空気流が形成される。そして、主軸１０の空気通路２８を流れる空気により主軸１０の反負荷側端部１４及びこれを支持する第２軸受１５が冷却され、温度上昇した空気は半径方向孔２９を通って第１空間３０に送られ、第１空間３０の空気は切欠３２を通って第２空間３１に送られ、ここで後部キャップ４の熱交換用のフィン６ａ，６ｂにより急速に冷却され、冷却された空気は空気通路２８に吸引され、その冷却空気によって第２軸受１５が再び冷却される。
【００１６】
この実施形態の主軸装置によれば、循環空気流を形成するファン部材がバランスリング３４を利用して構成されているので、単一のリング３４に２つの機能を持たせて部品点数を減らすことができる。また、バランスリング３４の半径方向溝３５と空気通路２８の半径方向孔２９とが主軸１０上の同一箇所に設けられているため、空気通路２８の空気を強力に吸引して第１空間３０に送り込むことができる。従って、ハウジング１内の空気を一つのバランスリング３４で効率よく循環させることができ、外部エア供給源を必要としない簡単な機構で第２軸受１５を重点的に冷却して、第２軸受１５の過熱による破損を確実に防止することができる。
【００１７】
図３は本発明の別の実施形態を示すものである。この主軸装置においては、単一の第２軸受１５が軸受保持部材としての可撓性ホルダ３７によってハウジング１に保持されている。可撓性ホルダ３７は、ハウジング１に固定される厚肉部３８と、第２軸受１５が嵌合する凹部３９を備えた保持部４０と、保持部４０を厚肉部３８に連結する薄板部４１とから弾性材料で一体形成され、薄板部４１を弾性変形させた状態で組み付けることにより、その弾性復元力を利用して、第２軸受１５に主軸軸線方向の予圧を付与するように構成されている。なお、薄板部４１には第１空間３０と第２空間３１とを連通させる連通孔４２が形成されている。
【００１８】
この実施形態の主軸装置においては、可撓性ホルダ３７に薄板部４１が設けられているため、第２軸受１５の熱がハウジング１側へ逃げにくくなる。しかしながら、前記実施形態と同様に、バランスリング３４の回転に伴う循環空気流によって第２軸受１５が効率よく冷却されるため、第２軸受１５の過熱による破損を確実に防止することができる。図３において、４３は第２軸受１５を凹部３９に保持するリテーナ、４４は速度検出器２５の取付部材である。
【００１９】
なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ハウジング内の閉鎖空間に設けられた軸受、特に主軸等の回転軸の反負荷側端部を支持する軸受を簡単な機構で重点的に冷却して、軸受の過熱による破損を防止することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す主軸装置の断面図である。
【図２】同装置のバランスリングを示す斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示す主軸装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１・・ハウジング、６ａ，６ｂ・・熱交換用フィン、８・・ステータ、９・・ロータ、１０・・主軸、１１・・負荷側端部、１２・・第１軸受、１４・・反負荷側端部、１５・・第２軸受、２２・・ホルダー、２８・・空気通路、２９・・半径方向孔、３０・・第１空間、３１・・第２空間、３２・・切欠、３４・・バランスリング、３５・・半径方向孔、３７・・可撓性ホルダ。
【図１】
0004207242.tif 000002
【図２】
0004207242.tif 000003
【図３】
0004207242.tif 000004