JP2000317755A - 工作機械の主軸装置及びその監視方法 - Google Patents
工作機械の主軸装置及びその監視方法Info
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- JP2000317755A JP2000317755A JP11125342A JP12534299A JP2000317755A JP 2000317755 A JP2000317755 A JP 2000317755A JP 11125342 A JP11125342 A JP 11125342A JP 12534299 A JP12534299 A JP 12534299A JP 2000317755 A JP2000317755 A JP 2000317755A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可動スリーブ部材の軸方向の移動を円滑にす
る。 【解決手段】 ポンプ付オイルクーラ２９から油圧室Ｏ
ａに供給された作動油は、絞り隙間ｔを通って排油室Ｏ
ｂに流れ、ハウジング１と主軸のころがり軸受の外輪に
嵌着された可動スリーブ部材７を冷却する。この際、絞
り隙間ｔの働きで油圧室Ｏａと排油室Ｏｂの間に圧力差
が生じ、可動スリーブ部材７に浮力Ｆが作用するので、
ハウジング１に対する可動スリーブ部材７の軸方向の摩
擦抵抗が小さくなる。したがって、モータの発熱等によ
って主軸が熱膨張した場合、可動スリーブ部材７は主軸
と一緒に軸方向に円滑に移動して熱膨張に起因する支障
を防ぐ。また、可動スリーブ部材７が軸方向に円滑に移
動するので、予圧ばねによってころがり軸受に設計通り
の適正な予圧が付加される。
る。 【解決手段】 ポンプ付オイルクーラ２９から油圧室Ｏ
ａに供給された作動油は、絞り隙間ｔを通って排油室Ｏ
ｂに流れ、ハウジング１と主軸のころがり軸受の外輪に
嵌着された可動スリーブ部材７を冷却する。この際、絞
り隙間ｔの働きで油圧室Ｏａと排油室Ｏｂの間に圧力差
が生じ、可動スリーブ部材７に浮力Ｆが作用するので、
ハウジング１に対する可動スリーブ部材７の軸方向の摩
擦抵抗が小さくなる。したがって、モータの発熱等によ
って主軸が熱膨張した場合、可動スリーブ部材７は主軸
と一緒に軸方向に円滑に移動して熱膨張に起因する支障
を防ぐ。また、可動スリーブ部材７が軸方向に円滑に移
動するので、予圧ばねによってころがり軸受に設計通り
の適正な予圧が付加される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジングに主軸
をアンギュラ玉軸受等のころがり軸受を介して回転自在
に支持した工作機械の主軸装置及びその監視方法に関す
る。
をアンギュラ玉軸受等のころがり軸受を介して回転自在
に支持した工作機械の主軸装置及びその監視方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】工作機械の主軸装置として、図５に示す
ものが知られている。この主軸装置は、ハウジング１内
に、主軸２が、前後２組（図５では左側を前とする。）
のころがり軸受３，４で回転自在に支持され、主軸２を
回転させる電動モータ６がころがり軸受３，４の間に設
けられたものであって、ハウジング１と後側のころがり
軸受４との間に、可動スリーブ部材７を、ころがり軸受
４の外輪に嵌着するとともにスライドボールベアリング
８によって主軸２の軸方向に移動自在に嵌挿し、予圧ば
ね９で後側に付勢してころがり軸受に予圧をかける構造
となっている。なお、ハウジング１は、その後端にボル
ト１１で着脱自在に一体に固定された後部部材（リヤハ
ウジング）１ａを有し、可動スリーブ部材７はその後部
部材１ａに嵌挿されている。スライドボールベアリング
８は、発熱体であるモータ６等の温度変化によりころが
り軸受３，４間の大きな熱膨張を逃がし、ガタツキを防
止するために用いられる。
ものが知られている。この主軸装置は、ハウジング１内
に、主軸２が、前後２組（図５では左側を前とする。）
のころがり軸受３，４で回転自在に支持され、主軸２を
回転させる電動モータ６がころがり軸受３，４の間に設
けられたものであって、ハウジング１と後側のころがり
軸受４との間に、可動スリーブ部材７を、ころがり軸受
４の外輪に嵌着するとともにスライドボールベアリング
８によって主軸２の軸方向に移動自在に嵌挿し、予圧ば
ね９で後側に付勢してころがり軸受に予圧をかける構造
となっている。なお、ハウジング１は、その後端にボル
ト１１で着脱自在に一体に固定された後部部材（リヤハ
ウジング）１ａを有し、可動スリーブ部材７はその後部
部材１ａに嵌挿されている。スライドボールベアリング
８は、発熱体であるモータ６等の温度変化によりころが
り軸受３，４間の大きな熱膨張を逃がし、ガタツキを防
止するために用いられる。
【０００３】また、図６と図７に示す工作機械の主軸装
置も知られている（特開平１０−２２５８０２号公
報）。この主軸装置は、ハウジング１（後部部材１ａ）
の内周面と可動スリーブ部材７の外周面との間に、油流
入空間Ｓａと流通隙間ｇ及び油流出空間Ｓｂとを３個宛
周方向に交互に形成し、油循環装置１３で作動油を油流
入空間Ｓａから流通隙間ｇを通じて油流出空間Ｓｂに流
すことにより、可動スリーブ部材７を作動油の圧力で中
心に浮かせて支持する構造となっている。なお、他の構
造は図５の主軸装置と同一であるので、同一の部材等に
同一の符号を付してその説明を省略する。
置も知られている（特開平１０−２２５８０２号公
報）。この主軸装置は、ハウジング１（後部部材１ａ）
の内周面と可動スリーブ部材７の外周面との間に、油流
入空間Ｓａと流通隙間ｇ及び油流出空間Ｓｂとを３個宛
周方向に交互に形成し、油循環装置１３で作動油を油流
入空間Ｓａから流通隙間ｇを通じて油流出空間Ｓｂに流
すことにより、可動スリーブ部材７を作動油の圧力で中
心に浮かせて支持する構造となっている。なお、他の構
造は図５の主軸装置と同一であるので、同一の部材等に
同一の符号を付してその説明を省略する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５に示す上記前者の
主軸装置は、スライドボールベアリング８に、ガタツキ
防止のために予圧が与えられ、また径方向の大きな熱膨
張力や切削反力が働くため、可動スリーブ部材７やハウ
ジング１の後部部材１ａにボールの圧痕が生じ、その圧
痕により可動スリーブ部材７の動きが鈍くなってころが
り軸受３，４が焼き付くおそれがある。
主軸装置は、スライドボールベアリング８に、ガタツキ
防止のために予圧が与えられ、また径方向の大きな熱膨
張力や切削反力が働くため、可動スリーブ部材７やハウ
ジング１の後部部材１ａにボールの圧痕が生じ、その圧
痕により可動スリーブ部材７の動きが鈍くなってころが
り軸受３，４が焼き付くおそれがある。
【０００５】また、図６と図７に示す後者の静圧軸受方
式の主軸装置には次のような問題点がある。 （ａ） 可動スリーブ部材を油圧で中心に保持する構造
のため、作動油圧力の非常に大きい油循環装置１３が必
要であり、しかも加圧に伴う作動油の温度上昇を抑える
ためには、大型の油循環装置１３に見合う冷却能力を持
つ大型の温度制御装置１４が必要で、製造費のみならず
運転費が割高になる。 （ｂ） また、油流入空間Ｓａと流通隙間ｇ及び油流出
空間Ｓｂを交互に３個（或いは４個以上）宛形成しなけ
ればならないので、内部構造が複雑になり、この点でも
コスト高になる。
式の主軸装置には次のような問題点がある。 （ａ） 可動スリーブ部材を油圧で中心に保持する構造
のため、作動油圧力の非常に大きい油循環装置１３が必
要であり、しかも加圧に伴う作動油の温度上昇を抑える
ためには、大型の油循環装置１３に見合う冷却能力を持
つ大型の温度制御装置１４が必要で、製造費のみならず
運転費が割高になる。 （ｂ） また、油流入空間Ｓａと流通隙間ｇ及び油流出
空間Ｓｂを交互に３個（或いは４個以上）宛形成しなけ
ればならないので、内部構造が複雑になり、この点でも
コスト高になる。
【０００６】（ｃ） 静圧軸受としての機能を持たせる
ために、油循環装置１３から油流入空間Ｓａ、油流出空
間Ｓｂにそれぞれ配管通路を設けており、さらに流通隙
間ｇのように絞りを付加するなど一層構造が複雑にな
り、コストも高くなる。
ために、油循環装置１３から油流入空間Ｓａ、油流出空
間Ｓｂにそれぞれ配管通路を設けており、さらに流通隙
間ｇのように絞りを付加するなど一層構造が複雑にな
り、コストも高くなる。
【０００７】本発明は、可動スリーブ部材の軸方向の移
動が円滑で、しかも大きな支持剛性と負荷容量を得るこ
とができる工作機械の主軸装置及びその監視方法を提供
することを目的とする。本発明の他の目的は、軸受予圧
の安定化を図ることができる工作機械の主軸装置及びそ
の監視方法を提供することである。
動が円滑で、しかも大きな支持剛性と負荷容量を得るこ
とができる工作機械の主軸装置及びその監視方法を提供
することを目的とする。本発明の他の目的は、軸受予圧
の安定化を図ることができる工作機械の主軸装置及びそ
の監視方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の少なくとも１つの
目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ハウジ
ング内に、主軸がころがり軸受で回転自在に支持された
工作機械の主軸装置において、上記ハウジングところが
り軸受との間に、可動スリーブ部材をころがり軸受の外
輪に嵌着して主軸の軸方向に移動自在に嵌挿し、水平に
配置されたハウジングの内周面のほぼ下半分と、これに
対向する可動スリーブ部材の外周面のほぼ下半分との間
に、作動油により可動スリーブ部材に浮力を付加する油
圧室を、油供給孔に連絡して形成し、該油圧室上部のハ
ウジングの内周面と可動スリーブ部材の外周面との間
に、作動油の流出に抵抗をかける絞り隙間を、油排出孔
に連絡して形成した構成とした。
目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ハウジ
ング内に、主軸がころがり軸受で回転自在に支持された
工作機械の主軸装置において、上記ハウジングところが
り軸受との間に、可動スリーブ部材をころがり軸受の外
輪に嵌着して主軸の軸方向に移動自在に嵌挿し、水平に
配置されたハウジングの内周面のほぼ下半分と、これに
対向する可動スリーブ部材の外周面のほぼ下半分との間
に、作動油により可動スリーブ部材に浮力を付加する油
圧室を、油供給孔に連絡して形成し、該油圧室上部のハ
ウジングの内周面と可動スリーブ部材の外周面との間
に、作動油の流出に抵抗をかける絞り隙間を、油排出孔
に連絡して形成した構成とした。
【０００９】この手段では、作動油を油供給孔から油圧
室に供給すると、絞り隙間の流出抵抗によって油圧室の
作動油圧力が高まり、可動スリーブ部材に浮力を作用さ
せる。このため、ハウジングに加わる可動スリーブ部材
の下方向荷重が軽減され、ハウジングと可動スリーブ部
材間の軸方向の摩擦抵抗が低下する。また、作動油は、
ハウジングと可動スリーブ部材とを冷却してそれらの温
度上昇を抑え、両者間の隙間を適正に保つ。
室に供給すると、絞り隙間の流出抵抗によって油圧室の
作動油圧力が高まり、可動スリーブ部材に浮力を作用さ
せる。このため、ハウジングに加わる可動スリーブ部材
の下方向荷重が軽減され、ハウジングと可動スリーブ部
材間の軸方向の摩擦抵抗が低下する。また、作動油は、
ハウジングと可動スリーブ部材とを冷却してそれらの温
度上昇を抑え、両者間の隙間を適正に保つ。
【００１０】請求項１記載の工作機械の主軸装置におい
て、可動スリーブ部材に予圧手段を付設することができ
る（請求項２）。この構成では、軸受予圧の安定化が図
られる。予圧手段には、ばね等を用いた定予圧手段や油
圧等を利用した定位置予圧手段等があるが、それらを単
独で使用することも、また併用することもできる。
て、可動スリーブ部材に予圧手段を付設することができ
る（請求項２）。この構成では、軸受予圧の安定化が図
られる。予圧手段には、ばね等を用いた定予圧手段や油
圧等を利用した定位置予圧手段等があるが、それらを単
独で使用することも、また併用することもできる。
【００１１】請求項１又は２記載の工作機械の主軸装置
において、ハウジングの線膨張係数を可動スリーブ部材
の線膨張係数よりも大きくすることが好ましい（請求項
３）。この構成では、発熱源であるころがり軸受にハウ
ジングよりも近い可動スリーブ部材の温度が上昇する方
向で温度差がついても、ハウジングと可動スリーブ部材
の間の間隙の減少が軽減されるので、予め上記間隙を小
さく設定できる。例えば、可動スリーブ部材に鋼材をハ
ウジングに鋼材よりも線膨張係数の大きいアルミ材や黄
銅などを使用することができる。
において、ハウジングの線膨張係数を可動スリーブ部材
の線膨張係数よりも大きくすることが好ましい（請求項
３）。この構成では、発熱源であるころがり軸受にハウ
ジングよりも近い可動スリーブ部材の温度が上昇する方
向で温度差がついても、ハウジングと可動スリーブ部材
の間の間隙の減少が軽減されるので、予め上記間隙を小
さく設定できる。例えば、可動スリーブ部材に鋼材をハ
ウジングに鋼材よりも線膨張係数の大きいアルミ材や黄
銅などを使用することができる。
【００１２】請求項１ないし３のいずれか１つに記載の
工作機械の主軸装置において、油圧室と絞り隙間の前後
の側部にそれらよりも小さい軸受隙間をそれぞれ形成す
ることが好ましい（請求項４）。この構成では、軸受隙
間が最小でこれよりも絞り隙間が大きくされているの
で、可動スリーブ部材が径方向に動いてその外周面をハ
ウジングの内周面に部分的に接触させた場合でも（接触
部分の軸受隙間はゼロ）、絞り隙間が閉塞されることは
ない。
工作機械の主軸装置において、油圧室と絞り隙間の前後
の側部にそれらよりも小さい軸受隙間をそれぞれ形成す
ることが好ましい（請求項４）。この構成では、軸受隙
間が最小でこれよりも絞り隙間が大きくされているの
で、可動スリーブ部材が径方向に動いてその外周面をハ
ウジングの内周面に部分的に接触させた場合でも（接触
部分の軸受隙間はゼロ）、絞り隙間が閉塞されることは
ない。
【００１３】請求項４記載の工作機械の主軸装置におい
て、油圧室の前後幅よりも絞り隙間の前後幅を小さくす
ることが好ましい（請求項５）。この構成では、可動ス
リーブ部材の径方向の動きや膨張に対する絞り隙間の絞
り機能の変化が小さく抑えられる。
て、油圧室の前後幅よりも絞り隙間の前後幅を小さくす
ることが好ましい（請求項５）。この構成では、可動ス
リーブ部材の径方向の動きや膨張に対する絞り隙間の絞
り機能の変化が小さく抑えられる。
【００１４】請求項３記載の工作機械の主軸装置におい
て、油圧室と絞り隙間の前後の側部にそれらよりも小さ
い軸受隙間をそれぞれ形成し、ハウジングと可動スリー
ブ部材が使用温度範囲の最低の同一温度となった場合
に、上記軸受隙間がゼロとならないように設定すること
が好ましい（請求項６）。この構成では、使用温度範囲
でハウジングと可動スリーブ部材が同一温度なら線膨張
係数の差から必ず軸受隙間を確保できる。
て、油圧室と絞り隙間の前後の側部にそれらよりも小さ
い軸受隙間をそれぞれ形成し、ハウジングと可動スリー
ブ部材が使用温度範囲の最低の同一温度となった場合
に、上記軸受隙間がゼロとならないように設定すること
が好ましい（請求項６）。この構成では、使用温度範囲
でハウジングと可動スリーブ部材が同一温度なら線膨張
係数の差から必ず軸受隙間を確保できる。
【００１５】請求項７記載の発明は、請求項１ないし６
のいずれか１つに記載の工作機械の主軸装置に、油圧室
に供給された作動油の流量を検出する流量センサやハウ
ジングの温度を検出する温度センサ等の監視センサを設
け、該監視センサで作動油流量やハウジング温度を検出
して主軸装置を監視する構成とした。
のいずれか１つに記載の工作機械の主軸装置に、油圧室
に供給された作動油の流量を検出する流量センサやハウ
ジングの温度を検出する温度センサ等の監視センサを設
け、該監視センサで作動油流量やハウジング温度を検出
して主軸装置を監視する構成とした。
【００１６】この手段では、例えば、監視センサの検出
値が異常となった場合、警報を発したり、主軸回転を停
止させるなどの措置をとる。監視センサとして、温度セ
ンサと流量センサの両方を設け、温度が設定範囲外にな
った場合に、その時の流量センサの検出信号から実際に
警報を発信するか否かを判定することもできる。
値が異常となった場合、警報を発したり、主軸回転を停
止させるなどの措置をとる。監視センサとして、温度セ
ンサと流量センサの両方を設け、温度が設定範囲外にな
った場合に、その時の流量センサの検出信号から実際に
警報を発信するか否かを判定することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を添付図面を参
照して説明する。図１ないし図４は本発明に係る工作機
械の主軸装置の実施の形態を示す。なお、工作機械の主
軸装置の基本的な構造は、図５の工作機械の主軸装置と
同じであるので、同一の部材等に同一の符号を付してそ
の説明を省略する。
照して説明する。図１ないし図４は本発明に係る工作機
械の主軸装置の実施の形態を示す。なお、工作機械の主
軸装置の基本的な構造は、図５の工作機械の主軸装置と
同じであるので、同一の部材等に同一の符号を付してそ
の説明を省略する。
【００１８】後部部材１ａには、カバー部材１ｂがボル
ト２３で一体に取り付けられ、また可動スリーブ部材７
の前後の端部には、軸受押え７ａとばね押え７ｂがそれ
ぞれボルト２５，２６で一体に取り付けられている。後
部部材１ａは温度センサ２０を有する。なお、ボルト１
１，２３，２５，２６はいずれも図１に１個しか示され
ていないが、複数環状に配設されている。
ト２３で一体に取り付けられ、また可動スリーブ部材７
の前後の端部には、軸受押え７ａとばね押え７ｂがそれ
ぞれボルト２５，２６で一体に取り付けられている。後
部部材１ａは温度センサ２０を有する。なお、ボルト１
１，２３，２５，２６はいずれも図１に１個しか示され
ていないが、複数環状に配設されている。
【００１９】水平状態のハウジング１の後部部材１ａの
内周面のほぼ下半分と、これに対向する可動スリーブ部
材７の外周面のほぼ下半分との間に、油圧室Ｏａが油供
給孔１ｃに連絡して形成されるとともに、ハウジング１
の後部部材１ａの内周面のほぼ上半分と、これに対向す
る可動スリーブ部材７の外周面のほぼ上半分との間に、
排油室Ｏｂが油排出孔１ｄに連絡して形成され、また、
油圧室Ｏａと排油室Ｏｂの間に、油圧室Ｏａから排油室
Ｏｂに流れる作動油の流出に抵抗をかけて排油室Ｏｂと
油圧室Ｏａに圧力差を生じさせる絞り隙間ｔ，ｔが形成
されている。
内周面のほぼ下半分と、これに対向する可動スリーブ部
材７の外周面のほぼ下半分との間に、油圧室Ｏａが油供
給孔１ｃに連絡して形成されるとともに、ハウジング１
の後部部材１ａの内周面のほぼ上半分と、これに対向す
る可動スリーブ部材７の外周面のほぼ上半分との間に、
排油室Ｏｂが油排出孔１ｄに連絡して形成され、また、
油圧室Ｏａと排油室Ｏｂの間に、油圧室Ｏａから排油室
Ｏｂに流れる作動油の流出に抵抗をかけて排油室Ｏｂと
油圧室Ｏａに圧力差を生じさせる絞り隙間ｔ，ｔが形成
されている。
【００２０】また、油圧室Ｏａと絞り隙間ｔ及び排油室
Ｏｂの両側部には、軸受隙間ｃが後部部材１ａと可動ス
リーブ部材７の全内外周面にわたって形成されている。
そして、後部部材１ａにはリング状のシール部材２７が
装着され、軸受隙間ｃを液密にしている。
Ｏｂの両側部には、軸受隙間ｃが後部部材１ａと可動ス
リーブ部材７の全内外周面にわたって形成されている。
そして、後部部材１ａにはリング状のシール部材２７が
装着され、軸受隙間ｃを液密にしている。
【００２１】ここで、後部部材１ａは可動スリーブ部材
７よりも線膨張係数の大きい材料、例えば、可動スリー
ブ部材７が鋼材の場合、アルミ材や黄銅で製造される。
また、絞り隙間ｔの前後幅Ｗ3 は、油圧室Ｏａと排油室
Ｏｂの前後幅Ｗ2 よりも小さくされている。また、軸受
隙間ｃの大きさδ1 は、後部部材１ａと可動スリーブ部
材７が使用温度範囲の最低の同一温度となった条件下で
ゼロとならないように設定されるとともに、絞り隙間ｔ
の大きさよりも小さく（最小）とされている。
７よりも線膨張係数の大きい材料、例えば、可動スリー
ブ部材７が鋼材の場合、アルミ材や黄銅で製造される。
また、絞り隙間ｔの前後幅Ｗ3 は、油圧室Ｏａと排油室
Ｏｂの前後幅Ｗ2 よりも小さくされている。また、軸受
隙間ｃの大きさδ1 は、後部部材１ａと可動スリーブ部
材７が使用温度範囲の最低の同一温度となった条件下で
ゼロとならないように設定されるとともに、絞り隙間ｔ
の大きさよりも小さく（最小）とされている。
【００２２】油供給孔１ｃと油排出孔１ｄは、ハウジン
グ１の後部部材１ａに穿設されており、油供給孔１ｃに
は供給管２８によってポンプ付オイルクーラ２９が接続
され、また油排出孔１ｄには、流量センサ３０を有する
排油管３１が接続されている。供給管２８電磁流量調整
弁３２を持ち、供給管２８の分岐管３３には電磁リリー
フ弁３４が設けられている。ポンプ付オイルクーラ２９
は、油ポンプとオイルクーラとを分離した構造であって
も、また場合によっては油ポンプのみであってもよい。
グ１の後部部材１ａに穿設されており、油供給孔１ｃに
は供給管２８によってポンプ付オイルクーラ２９が接続
され、また油排出孔１ｄには、流量センサ３０を有する
排油管３１が接続されている。供給管２８電磁流量調整
弁３２を持ち、供給管２８の分岐管３３には電磁リリー
フ弁３４が設けられている。ポンプ付オイルクーラ２９
は、油ポンプとオイルクーラとを分離した構造であって
も、また場合によっては油ポンプのみであってもよい。
【００２３】電磁流量調整弁３２は、ポンプ付オイルク
ーラ２９から供給管２８を通って油圧室Ｏａに供給され
る作動油（冷却油）の流量を調整するものである。ま
た、電磁リリーフ弁３４は、次式（１）によって表わさ
れる浮力Ｆが、絞り隙間ｔと軸受隙間ｃの大きさδ1 ，
δ2 の変動によって大きくなり過ぎないように作動油の
供給圧力に上限を設けるために使用する。 Ｆ ≒Ｗ1 ×Ｗ2 ×（ＰA −ＰB ） ……（１） 但し、 Ｗ1 ；油圧室Ｏａの鉛直方向の投影幅 ＰA ；油圧室Ｏａの作動油圧力 ＰB ；排油室Ｏｂの作動油圧力
ーラ２９から供給管２８を通って油圧室Ｏａに供給され
る作動油（冷却油）の流量を調整するものである。ま
た、電磁リリーフ弁３４は、次式（１）によって表わさ
れる浮力Ｆが、絞り隙間ｔと軸受隙間ｃの大きさδ1 ，
δ2 の変動によって大きくなり過ぎないように作動油の
供給圧力に上限を設けるために使用する。 Ｆ ≒Ｗ1 ×Ｗ2 ×（ＰA −ＰB ） ……（１） 但し、 Ｗ1 ；油圧室Ｏａの鉛直方向の投影幅 ＰA ；油圧室Ｏａの作動油圧力 ＰB ；排油室Ｏｂの作動油圧力
【００２４】前後幅Ｗ3 を油圧室Ｏａ及び排油室Ｏｂの
前後幅Ｗ2 よりも小さくされた絞り隙間ｔの部分の軸受
隙間ｃも絞りとして機能し、作動油の流れに抵抗をかけ
るが、後部部材１ａと可動スリーブ部材７間の負荷容量
やそれらの嵌め合いを決定することが主体であり、作動
油の流れを制御する割合は小さくされている。
前後幅Ｗ2 よりも小さくされた絞り隙間ｔの部分の軸受
隙間ｃも絞りとして機能し、作動油の流れに抵抗をかけ
るが、後部部材１ａと可動スリーブ部材７間の負荷容量
やそれらの嵌め合いを決定することが主体であり、作動
油の流れを制御する割合は小さくされている。
【００２５】次に、上記の構成とされた工作機械の主軸
装置の作用を説明する。リリーフ弁３４を、浮力Ｆが可
動スリーブ部材７を含めた主軸２の自重ところがり軸受
４に加わる支持荷重以下となるように設定してポンプ付
オイルクーラ２９を作動させ、作動油を油圧室Ｏａに供
給しながらモータ６で主軸２を回転させて作業を開始す
る。
装置の作用を説明する。リリーフ弁３４を、浮力Ｆが可
動スリーブ部材７を含めた主軸２の自重ところがり軸受
４に加わる支持荷重以下となるように設定してポンプ付
オイルクーラ２９を作動させ、作動油を油圧室Ｏａに供
給しながらモータ６で主軸２を回転させて作業を開始す
る。
【００２６】ポンプ付オイルクーラ２９から油圧室Ｏａ
に供給された作動油は、絞り隙間ｔを通って排油室Ｏｂ
に流れ、後部部材１ａと可動スリーブ部材７を冷却して
それらの温度差を低下させるが、この際、絞り隙間ｔの
働きによって油圧室Ｏａと排油室Ｏｂの間に圧力差が生
じ、可動スリーブ部材７に浮力Ｆが作用するので、後部
部材１ａに対する可動スリーブ部材７の軸方向の摩擦抵
抗が小さくなる。したがって、モータ６の発熱等によっ
て主軸２が熱膨張した場合、可動スリーブ部材７は主軸
２と一緒に軸方向に円滑に移動して熱膨張に起因する支
障を防ぐ。また、可動スリーブ部材７が上記のように軸
方向に円滑に移動するので、予圧ばね９によってころが
り軸受３，４に設計通りの適正な予圧が付加される。
に供給された作動油は、絞り隙間ｔを通って排油室Ｏｂ
に流れ、後部部材１ａと可動スリーブ部材７を冷却して
それらの温度差を低下させるが、この際、絞り隙間ｔの
働きによって油圧室Ｏａと排油室Ｏｂの間に圧力差が生
じ、可動スリーブ部材７に浮力Ｆが作用するので、後部
部材１ａに対する可動スリーブ部材７の軸方向の摩擦抵
抗が小さくなる。したがって、モータ６の発熱等によっ
て主軸２が熱膨張した場合、可動スリーブ部材７は主軸
２と一緒に軸方向に円滑に移動して熱膨張に起因する支
障を防ぐ。また、可動スリーブ部材７が上記のように軸
方向に円滑に移動するので、予圧ばね９によってころが
り軸受３，４に設計通りの適正な予圧が付加される。
【００２７】上記において、モータ６やころがり軸受４
の発熱によって可動スリーブ部材７と後部部材１ａの温
度が上昇しても、後部部材１ａの線膨張係数が可動スリ
ーブ部材７の線膨張係数よりも大きくされ、かつ可動ス
リーブ部材７の温度≧後部部材１ａの温度であるので、
軸受隙間ｃ（δ1 ）がゼロになって可動スリーブ部材７
の外周面が後部部材１ａの内周面に接触することはな
い。
の発熱によって可動スリーブ部材７と後部部材１ａの温
度が上昇しても、後部部材１ａの線膨張係数が可動スリ
ーブ部材７の線膨張係数よりも大きくされ、かつ可動ス
リーブ部材７の温度≧後部部材１ａの温度であるので、
軸受隙間ｃ（δ1 ）がゼロになって可動スリーブ部材７
の外周面が後部部材１ａの内周面に接触することはな
い。
【００２８】ところで、本発明においては、後部部材１
ａを、可動スリーブ部材７の線膨張係数と等しいか或い
はそれよりも小さい材料で製造することもできるが、こ
のような場合、或いは何等かの事情で可動スリーブ部材
７の外周面が後部部材１ａの内周面に接触した場合に
は、作動油の流量が減少する（但し、絞り隙間ｔが閉じ
ることがないので流れが止まることはない。）。この油
量減少を流量センサ３０で検知して警報を出し、モータ
６を停止させるような措置がとられる。温度センサ２０
で後部部材１ａの温度を検出し、設定温度範囲外となっ
たら警報を出すことができる他、警報を出すか否かをそ
の時の流量センサ３０の検出信号から判定することもで
きる。
ａを、可動スリーブ部材７の線膨張係数と等しいか或い
はそれよりも小さい材料で製造することもできるが、こ
のような場合、或いは何等かの事情で可動スリーブ部材
７の外周面が後部部材１ａの内周面に接触した場合に
は、作動油の流量が減少する（但し、絞り隙間ｔが閉じ
ることがないので流れが止まることはない。）。この油
量減少を流量センサ３０で検知して警報を出し、モータ
６を停止させるような措置がとられる。温度センサ２０
で後部部材１ａの温度を検出し、設定温度範囲外となっ
たら警報を出すことができる他、警報を出すか否かをそ
の時の流量センサ３０の検出信号から判定することもで
きる。
【００２９】また、作動油の温度が下がり、過冷却にな
ると、ころがり軸受４の外輪側が冷やされて従来構造で
は予圧上昇・変動につながるが、本主軸装置において
は、温度低下により作動油の絶対粘度μが大きくなるこ
とから、絞り隙間ｔ（δ2 ）で作動油流量Ｑが下式
（２）により絞られるため、過冷却が自動的に防止され
る。 Ｑ ＝δ23 ・Ｗ3 ・（ＰA −ＰB ）／（１２μ・Ｌ） ……（２） 但し、 Ｌ ；絞り隙間ｔの長さ
ると、ころがり軸受４の外輪側が冷やされて従来構造で
は予圧上昇・変動につながるが、本主軸装置において
は、温度低下により作動油の絶対粘度μが大きくなるこ
とから、絞り隙間ｔ（δ2 ）で作動油流量Ｑが下式
（２）により絞られるため、過冷却が自動的に防止され
る。 Ｑ ＝δ23 ・Ｗ3 ・（ＰA −ＰB ）／（１２μ・Ｌ） ……（２） 但し、 Ｌ ；絞り隙間ｔの長さ
【００３０】ころがり軸受４の発熱で内側の可動スリー
ブ部材７が膨張し、軸受隙間δ1 が小さくなると、作動
油流量が減少してその温度が高くなる。この熱は線膨張
係数の大きい後部部材１ａに伝わり内径が大きくなるこ
とで軸受隙間δ1 が増加する。両部品が接触した場合、
熱が更に伝わりやすくなり、隙間増加方向に移行するこ
とになる。
ブ部材７が膨張し、軸受隙間δ1 が小さくなると、作動
油流量が減少してその温度が高くなる。この熱は線膨張
係数の大きい後部部材１ａに伝わり内径が大きくなるこ
とで軸受隙間δ1 が増加する。両部品が接触した場合、
熱が更に伝わりやすくなり、隙間増加方向に移行するこ
とになる。
【００３１】上記において、絞り隙間ｔの前後幅Ｗ3 が
狭められてその分絞り隙間ｔ（δ2）が大きくされ、所
定量の作動油が流れるようになっているため、可動スリ
ーブ部材の径方向の動きや膨張に対する絞り隙間ｔの絞
り機能の変化が小さく抑えられる。
狭められてその分絞り隙間ｔ（δ2）が大きくされ、所
定量の作動油が流れるようになっているため、可動スリ
ーブ部材の径方向の動きや膨張に対する絞り隙間ｔの絞
り機能の変化が小さく抑えられる。
【００３２】予圧には、ばね、油圧、空圧を用いた定圧
予圧と油圧シリンダ等を用いた予圧切換装置により定位
置予圧を取る方法が一般に使用されているが、本主軸装
置においては、予圧ばね９の他に、定位置予圧を可能に
する油圧シリンダを設けることができることは勿論、定
位置予圧のみとすることも、場合によっては予圧の全く
ない主軸装置に適用することも可能である。また、予圧
構造は、図のものに限らず任意である。また、図の主軸
装置は、モータ６がハウジング１内に設けられたモータ
内蔵型となっているが、モータ内蔵型でない主軸装置に
適用することもできる。油圧室Ｏａを２個以上とした
り、絞り隙間ｔを油排出孔１ｄに直接連絡して排油室Ｏ
ｂを無くすることも可能である。
予圧と油圧シリンダ等を用いた予圧切換装置により定位
置予圧を取る方法が一般に使用されているが、本主軸装
置においては、予圧ばね９の他に、定位置予圧を可能に
する油圧シリンダを設けることができることは勿論、定
位置予圧のみとすることも、場合によっては予圧の全く
ない主軸装置に適用することも可能である。また、予圧
構造は、図のものに限らず任意である。また、図の主軸
装置は、モータ６がハウジング１内に設けられたモータ
内蔵型となっているが、モータ内蔵型でない主軸装置に
適用することもできる。油圧室Ｏａを２個以上とした
り、絞り隙間ｔを油排出孔１ｄに直接連絡して排油室Ｏ
ｂを無くすることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ハウジングに加わる可動スリーブ部材の下
方向荷重を軽減してハウジングと可動スリーブ部材間の
軸方向の摩擦抵抗を低下させることができ、また作動油
でハウジングと可動スリーブ部材とを冷却してそれらの
温度上昇を抑え、両者間の隙間を適正に保つことができ
る。したがって、熱膨張を吸収してこれの弊害を防止す
ることができる上、広い円筒面で支持する大きな支持剛
性と負荷容量を持つ、構造が簡単で安価につく工作機械
の主軸装置を得ることができる。
明によれば、ハウジングに加わる可動スリーブ部材の下
方向荷重を軽減してハウジングと可動スリーブ部材間の
軸方向の摩擦抵抗を低下させることができ、また作動油
でハウジングと可動スリーブ部材とを冷却してそれらの
温度上昇を抑え、両者間の隙間を適正に保つことができ
る。したがって、熱膨張を吸収してこれの弊害を防止す
ることができる上、広い円筒面で支持する大きな支持剛
性と負荷容量を持つ、構造が簡単で安価につく工作機械
の主軸装置を得ることができる。
【００３４】請求項１記載の工作機械の主軸装置におい
て、可動スリーブ部材に予圧手段を付設すると、軸受予
圧の安定化が図られ、主軸を低速から高速の全範囲にお
いて円滑に回転させて精度よく加圧することが可能とな
る。また、請求項１又は２記載の工作機械の主軸装置に
おいて、ハウジングの線膨張係数を可動スリーブ部材の
線膨張係数よりも大きくすると、ころがり軸受の発熱に
より可動スリーブ部材の温度が上昇しても、ハウジング
と可動スリーブ部材の間の間隙の減少が軽減されるの
で、予め上記の間隙を小さくして支持剛性を高めること
ができる。
て、可動スリーブ部材に予圧手段を付設すると、軸受予
圧の安定化が図られ、主軸を低速から高速の全範囲にお
いて円滑に回転させて精度よく加圧することが可能とな
る。また、請求項１又は２記載の工作機械の主軸装置に
おいて、ハウジングの線膨張係数を可動スリーブ部材の
線膨張係数よりも大きくすると、ころがり軸受の発熱に
より可動スリーブ部材の温度が上昇しても、ハウジング
と可動スリーブ部材の間の間隙の減少が軽減されるの
で、予め上記の間隙を小さくして支持剛性を高めること
ができる。
【００３５】請求項１ないし３のいずれか１つに記載の
工作機械の主軸装置において、油圧室と絞り隙間の前後
の側部にそれらよりも小さい軸受隙間をそれぞれ形成す
ると、可動スリーブ部材が径方向に動いてハウジングに
接触した場合でも、絞り隙間が閉塞されることがないの
で、可動スリーブ部材の径方向移動や膨張等に関係な
く、常時可動スリーブ部材に浮力を作用させ、また可動
スリーブ部材等を冷却することができる。また、上記の
工作機械の主軸装置において、油圧室の前後幅よりも絞
り隙間の前後幅を小さくした場合は、可動スリーブ部材
の径方向の動きや膨張に対する絞り隙間の絞り機能の変
化が小さく抑えられるので、可動スリーブ部材に所定の
浮力を正確かつ安定よく作用させることができる。
工作機械の主軸装置において、油圧室と絞り隙間の前後
の側部にそれらよりも小さい軸受隙間をそれぞれ形成す
ると、可動スリーブ部材が径方向に動いてハウジングに
接触した場合でも、絞り隙間が閉塞されることがないの
で、可動スリーブ部材の径方向移動や膨張等に関係な
く、常時可動スリーブ部材に浮力を作用させ、また可動
スリーブ部材等を冷却することができる。また、上記の
工作機械の主軸装置において、油圧室の前後幅よりも絞
り隙間の前後幅を小さくした場合は、可動スリーブ部材
の径方向の動きや膨張に対する絞り隙間の絞り機能の変
化が小さく抑えられるので、可動スリーブ部材に所定の
浮力を正確かつ安定よく作用させることができる。
【００３６】請求項３記載の工作機械の主軸装置におい
て、油圧室と絞り隙間の前後の側部にそれらよりも小さ
い軸受隙間をそれぞれ形成し、ハウジングと可動スリー
ブ部材が使用温度範囲の最低の同一温度となった場合
に、上記軸受隙間がゼロとならないように設定した場合
は、軸受隙間が常に確保され、通常の熱膨張によるハウ
ジングと可動スリーブ部材の接触が防止される。
て、油圧室と絞り隙間の前後の側部にそれらよりも小さ
い軸受隙間をそれぞれ形成し、ハウジングと可動スリー
ブ部材が使用温度範囲の最低の同一温度となった場合
に、上記軸受隙間がゼロとならないように設定した場合
は、軸受隙間が常に確保され、通常の熱膨張によるハウ
ジングと可動スリーブ部材の接触が防止される。
【００３７】請求項７記載の発明によれば、監視センサ
の検出信号によって異常を早期に知り、より大きい事故
を未然に防止することができる。
の検出信号によって異常を早期に知り、より大きい事故
を未然に防止することができる。
【図１】 本発明に係る工作機械の主軸装置の実施の形
態を示す垂直断面図である。
態を示す垂直断面図である。
【図２】 図１の工作機械の主軸装置の水平断面図であ
る。
る。
【図３】 油圧室と絞り隙間及び排油室の関係を示す図
である。
である。
【図４】 油圧室と絞り隙間等の関係を示す図である。
【図５】 従来の工作機械の主軸装置の断面図である。
【図６】 従来の他の工作機械の主軸装置の断面図であ
る。
る。
【図７】 図６の工作機械の主軸装置の（VII−VII）部
分の断面図である。
分の断面図である。
１ ハウジング １ａ 後部部材（リヤハ
ウジング） １ｃ 油供給孔 １ｄ 油排出孔 ２ 主軸 ４ ころがり軸受 ６ モータ ７ 可動スリーブ部材 ９ 予圧ばね（予圧手段） ２０ 温度センサ ３０ 流量センサ Ｏａ 油圧室 Ｏｂ 排油室 ｔ 絞り隙間 ｃ 軸受隙間
ウジング） １ｃ 油供給孔 １ｄ 油排出孔 ２ 主軸 ４ ころがり軸受 ６ モータ ７ 可動スリーブ部材 ９ 予圧ばね（予圧手段） ２０ 温度センサ ３０ 流量センサ Ｏａ 油圧室 Ｏｂ 排油室 ｔ 絞り隙間 ｃ 軸受隙間
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C011 AA05 AA14 FF01 3C045 FD20 FD28 HA05 3C048 EE02 EE07 EE10 3J012 AB04 AB11 AB20 BB03 BB05 CB03 CB05 DB05 FB10 3J101 AA02 AA42 AA54 AA62 BA77 FA21 FA22 FA41 FA60 GA31
Claims (7)
- 【請求項１】 ハウジング内に、主軸がころがり軸受で
回転自在に支持された工作機械の主軸装置において、 上記ハウジングところがり軸受との間に、可動スリーブ
部材がころがり軸受の外輪に嵌着して主軸の軸方向に移
動自在に嵌挿され、 水平に配置されたハウジングの内周面のほぼ下半分と、
これに対向する可動スリーブ部材の外周面のほぼ下半分
との間に、作動油により可動スリーブ部材に浮力を付加
する油圧室が、油供給孔に連絡して形成され、 該油圧室上部のハウジングの内周面と可動スリーブ部材
の外周面との間に、作動油の流出に抵抗をかける絞り隙
間が、油排出孔に連絡して形成されたことを特徴とする
工作機械の主軸装置。 - 【請求項２】 可動スリーブ部材に予圧手段が付設され
たことを特徴とする請求項１記載の工作機械の主軸装
置。 - 【請求項３】 ハウジングの線膨張係数が可動スリーブ
部材の線膨張係数よりも大きくされたことを特徴とする
請求項１又は２記載の工作機械の主軸装置。 - 【請求項４】 油圧室と絞り隙間の前後の側部にそれら
よりも小さい軸受隙間がそれぞれ形成されたことを特徴
とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の工作機
械の主軸装置。 - 【請求項５】 油圧室の前後幅よりも絞り隙間の前後幅
が小さくされたことを特徴とする請求項４記載の工作機
械の主軸装置。 - 【請求項６】 請求項３記載の工作機械の主軸装置にお
いて、 油圧室と絞り隙間の前後の側部にそれらよりも小さい軸
受隙間がそれぞれ形成され、 ハウジングと可動スリーブ部材が使用温度範囲の最低の
同一温度となった場合に、上記軸受隙間がゼロとならな
いように設定されたことを特徴とする工作機械の主軸装
置。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１つに記載
の工作機械の主軸装置に、油圧室に供給された作動油の
流量を検出する流量センサやハウジングの温度を検出す
る温度センサ等の監視センサを設け、該監視センサで作
動油流量やハウジング温度を検出して主軸装置を監視す
ることを特徴とする主軸装置の監視方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12534299A JP3500530B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 工作機械の主軸装置及びその監視方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12534299A JP3500530B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 工作機械の主軸装置及びその監視方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000317755A true JP2000317755A (ja) | 2000-11-21 |
| JP3500530B2 JP3500530B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=14907755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12534299A Expired - Lifetime JP3500530B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 工作機械の主軸装置及びその監視方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3500530B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008015777A1 (fr) * | 2006-08-03 | 2008-02-07 | Ntn Corporation | Unité de turbine de machine refrigérante à cycle à air |
| JP2009518186A (ja) * | 2005-12-27 | 2009-05-07 | ポスコ カンパニーリミテッド | 双ロール式連続薄板キャスティングロールムービング装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6193803B2 (ja) * | 2014-05-19 | 2017-09-06 | 株式会社松浦機械製作所 | 振れ止め装置 |
| JP6518204B2 (ja) * | 2016-03-04 | 2019-05-22 | 株式会社松浦機械製作所 | 振れ止め方法 |
| CN110836224B (zh) * | 2019-11-25 | 2021-03-16 | 南京工业大学 | 一种自由膨胀间隙补偿式转盘轴承 |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP12534299A patent/JP3500530B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009518186A (ja) * | 2005-12-27 | 2009-05-07 | ポスコ カンパニーリミテッド | 双ロール式連続薄板キャスティングロールムービング装置 |
| JP4794633B2 (ja) * | 2005-12-27 | 2011-10-19 | ポスコ | 双ロール式連続薄板キャスティングロールムービング装置 |
| WO2008015777A1 (fr) * | 2006-08-03 | 2008-02-07 | Ntn Corporation | Unité de turbine de machine refrigérante à cycle à air |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3500530B2 (ja) | 2004-02-23 |
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