JP4099634B2 - 主軸装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等の各種高速回転機械に用いられる主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械等の各種高速回転主軸用の軸受の潤滑には、通常、潤滑油を微細な霧状にして、圧縮空気により空気配管中を搬送し、軸受内部に向けて噴出させるオイルミスト方式、一定量に調整された潤滑油滴（０．０１〜０．０３ｍ１）を空気配管中に吐出し、圧縮空気によりノズルまで運んで軸受内部に向けて噴出させるオイルエア方式、或いは空気源を用いず、高圧ポンプにより潤滑油を高圧にし、吐出径を絞ったノズルから潤滑油を高速で軸受内部に向けて噴射させるジェット方式等の各種方式が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した如きオイルミスト方式及びオイルエア方式の潤滑においては、いずれも圧縮エアを使用することから、エアの風切り音等の騒音問題や潤滑油のミストが大気中に飛散することによる作業環境の悪化がある。また、潤滑油のミストが大気中に飛散することから軸受内に供給される潤滑油の量が不確定になると共に、高速回転になると主軸回転に伴ってエアカーテンが形成されるので、潤滑油が軸受内部に殆ど供給されず、軸受の焼き付き等を生じるおそれがある。
【０００４】
また、上記ジェット方式の潤滑では、上述したエアカーテンの影響はオイルミスト方式及びオイルエア方式に比べると殆ど受けないが、高圧ポンプを含む付帯装置が必要になるうえ、軸受に供給される油が多くなることによる撹拌抵抗の増大から、主軸を駆動させるためのモータに大きなものが必要となり、コスト高になっている。
【０００５】
そこで、このような不具合を解消するために、本出願人は特願２０００−３２７２５２号明細書に記載の主軸装置を先に提案した。
この主軸装置は、ノズルを介して前記軸受内部に対して吐出速度１０ｍ／ｓｅｃ以上１００ｍ／ｓｅｃ以下、吐出油量０．０００５ｍｌ／ショット以上０．０１ｍｌ／ショット以下の微量な潤滑油を直接噴射して供給する潤滑装置を備えたものである。
【０００６】
そして、かかる構成を採用することにより、圧縮エアを用いないためエアの風切り音等の騒音問題や潤滑油のミストが大気中に飛散することによる作業環境の悪化をなくすことができると共に、ノズルから吐出される潤滑油の吐出速度が１０〜１００ｍ／ｓｅｃと速いため、高速回転時に発生するエアカーテンの影響を受けずに確実に軸受内部に潤滑油を供給することができる。また、潤滑油の吐出量が０．０００５ｍｌ／ショット以上０．０１ｍｌ／ショット以下と微量なため、軸受温度の上昇を低く抑えることができる。更に、ジェット方式のような高圧ポンプを含む付帯装置を使用しないので、軸受に供給される油量が多くなることによる撹拌抵抗の増大がなく、主軸を駆動させるためのモータに安価な小型のものを使用できる。
【０００７】
ところで、軸受内部の潤滑に使用された後の油は速やかに外部に排出されることが望ましいが、上記構成の主軸装置においては、軸受内部の確実な潤滑は可能にはなるものの、潤滑油の吐出に圧縮エアを使っていないため油の排出性が良くなく、軸受近傍や軸受内部に油が滞留して転がり抵抗による発熱で軸受の温度が上昇する可能性がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、エアの風切り音等の騒音問題や潤滑油のミストが大気中に飛散することによる作業環境の悪化をなくすことができ、且つ軸受の潤滑面に確実に潤滑油を供給することができると共に軸受温度の上昇を最小限に抑えることができ、更には安価に製造することができるのは勿論のこと、軸受内部の潤滑に使用された後の油を速やかに外部に排出することができる主軸装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、軸と、この軸の軸方向に隔離して内輪が嵌合された少なくとも２個の軸受と、該軸受の外輪と嵌合されたハウジングと、該ハウジングの内周面内で前記外輪に隣接して配置され、前記外輪の端面に接する面を有する外輪間座と、ノズルを介して前記軸受に吐出速度１０ｍ／ｓｅｃ以上１００ｍ／ｓｅｃ以下、吐出油量０．０００５ｍｌ／ショット以上０．０１ｍｌ／ショット以下の微量な潤滑油を供給する潤滑装置とを具備し、前記軸受の内輪と外輪とが転動体を介して相対的に回転可能となった主軸装置であって、
前記外輪間座は、前記外輪の端面と接する面に所定間隔で周方向に複数個所形成された半径方向に延びる半径方向溝と、前記外輪の端面と接する面から離間した外周面に前記外輪と同心に設けられた環状流路と、該環状流路と前記半径方向溝とを連通するように前記外周面に設けられる連通路とを備えており、
前記環状流路は、前記ハウジングに設けられた、前記潤滑油を前記主軸装置の外部に排出する排油口に接続されることを特徴とする主軸装置により達成される。
【００１０】
上記構成によれば、複数の半径方向溝が、軸の回転速度や回転方向によって外輪の端面側の内周付近を周回したり、ある位置で停滞したりする潤滑油を軸の回転速度に関係なく効率よく捕捉する。そして、前記半径方向溝に捕捉された潤滑油は、連通路を介して軸の回転による気流の影響を殆ど受けない環状流路内に導かれ、環状流路に導かれた潤滑油は、重力によってハウジング下部に設けられた排油口に流れ込んで外部に排出される。
これにより、軸受内部の潤滑に使用された後の潤滑油を速やかに外部に排出することができ、安定した軸受の運転状態を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態に係る主軸装置を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る主軸装置を説明するための断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２に示した外輪間座の全体斜視図である。
【００１４】
先ず、本発明の第１実施形態に係る主軸装置から説明すると、図１に示したように、主軸ハウジング１は、ハウジング本体２と、該ハウジング本体２の前端（図中左端）に内嵌固定された前側軸受ハウジング３と、ハウジング本体２の後端に固定された後側軸受ハウジング４とを備えている。前側軸受ハウジング３の端部には、外輪押さえ部材５および前蓋７が取り付けられ、後側軸受ハウジング４には、後蓋１０が取り付けられている。
【００１５】
前記主軸ハウジング１内に挿通配置された主軸１１は、前側軸受ハウジング３内に軸方向に互いに離間配置された前後二個の軸受１２ａ，１２ｂと、軸受スリーブ４ａ内に軸方向に互いに離間配置された前後二個の軸受１３ａ，１３ｂとによって、回転自在に支承されている。
前記軸受１２ａ，１２ｂは、各外輪１７が前側軸受ハウジング３に内嵌固定されると共に各内輪１４が主軸１１に外嵌固定されている。又、前記軸受１３ａ，１３ｂは、各外輪２３が軸受スリーブ４ａに内嵌固定されると共に、各内輪１９が主軸１１に外嵌固定されている。尚、これら軸受１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂには、例えばアンギュラ玉軸受のような転がり軸受が用いられる。
【００１６】
前側軸受ハウジング３内の前後の二個の軸受１２ａ，１２ｂの各内輪１４の間、後側の軸受１２ｂの内輪１４と主軸１１の段部１５との間、および前側の軸受１２ａの内輪１４と内輪押さえ部材６との間には、それぞれ内輪間座１６が介装されている。
また、前後の二個の軸受１２ａ，１２ｂの各外輪１７の間、および後側の軸受１２ｂの外輪１７と前側軸受ハウジング３の段部１８との間には、それぞれ外輪間座２０ａ，２０ｂが介装され、前側の軸受１２ａの外輪１７は、外輪押さえ部材５によって軸方向後方に押圧されている。
【００１７】
一方、軸受スリーブ４ａ内の前後の二個の軸受１３ａ，１３ｂの各内輪１９の間、および前側の軸受１３ａの内輪１９と主軸１１に外嵌された筒部２１との間には、それぞれ内輪間座２２が介装されており、後側の軸受１３ｂの内輪１９は、内輪押さえ部材９によって軸方向前方に押圧されている。
また、前後の二個の軸受１３ａ，１３ｂの各外輪２３の間、および前側の軸受１３ａの外輪２３と軸受スリーブ４ａの段部２４との間には、それぞれ外輪間座２５ａ，２５ｂが介装され、後側の軸受１３ｂの外輪２３は、外輪押さえ部材８によって軸方向前方に押圧されている。
また、軸受スリーブ４ａは、後側軸受ハウジング４の内周面に摺動可能に嵌合して、バネ４ｂにより後方に押圧され、軸受１２ａ，１２ｂと軸受１３ａ，１３ｂに予圧荷重を与える。
【００１８】
前記主軸１１の軸方向における略中央部には、ロータ２６が外嵌固定されており、該ロータ２６の外周面側にはステータ２７が同軸配置されている。ステータ２７は、ハウジング本体２の内周面にステータスリーブ２８を介して固着されている。
【００１９】
前側軸受ハウジング３側の外輪間座２０ａ，２０ｂおよび後側軸受ハウジング４側の外輪間座２５ａ，２５ｂには、それぞれノズル３０が貫通配置されており、該ノズル３０には主軸ハウジング１内に形成された油供給路３１を介して微量潤滑装置３２から潤滑油が供給されるようになっている。
【００２０】
前記微量潤滑装置３２は、図示しない制御装置によってノズル３０の吐出口から軸受１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂに向けて吐出される潤滑油の吐出速度、供給間隔および供給量等が所定の値になるように制御される。
そして、本実施形態では、ノズル３０の吐出口から各軸受１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂに向けて吐出される潤滑油の吐出速度を１０ｍ／ｓｅｃ以上１００ｍ／ｓｅｃ以下、吐出油量を０．０００５ｍｌ／ショット以上０．０１ｍｌ／ショット以下としている。
【００２１】
これにより、本出願人が先に提案した特願２０００−３２７２５２号と同様の作用効果、即ち、圧縮エアを用いないためエアの風切り音等の騒音問題や潤滑油のミストが大気中に飛散することによる作業環境の悪化をなくすことができると共に、ノズルから吐出される潤滑油の吐出速度が１０〜１００ｍ／ｓｅｃと速いため、高速回転時に発生するエアカーテンの影響を受けずに確実に軸受内部に潤滑油を供給することができる。
【００２２】
また、潤滑油の吐出量が０．０００５ｍｌ／ショット以上０．０１ｍｌ／ショット以下と微量なため、軸受温度の上昇を低く抑えることができる。
更に、ジェット方式のような高圧ポンプを含む付帯装置を使用しないので、軸受に供給される油量が多くなることによる撹拌抵抗の増大がなく、主軸を駆動させるためのモータに安価な小型のものを使用できる。
【００２３】
ところで、通常、主軸ハウジング１内の潤滑油は重力にしたがって下方向へ排出されるが、主軸１１等の回転体が高速回転する場合においては、回転体が発生する気流の影響で、潤滑油は下へ流れず、外輪１７，２３の内周や外輪近傍のハウジング内周を周回するか、気流の力と重力の釣り合う位置にて停滞する場合がある。
【００２４】
前記微量潤滑装置３２から各軸受１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂに供給される油の量は、一個の軸受当り０．１〜０．００３ｌ／ｍｉｎ程度であるが、潤滑に使用された後の油は速やかに排出されないと、軸受内の転がり抵抗が増大し、軸受温度が上昇したり不安定になり、最悪の場合、焼付きに至る可能性がある。
【００２５】
そこで、本第１実施形態では、各軸受１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ内部の潤滑に使用された後の潤滑油を速やかに外部に排出すべく、前側軸受ハウジング３側の外輪間座２０ａ，２０ｂ及び後側軸受ハウジング４側の外輪間座２５ａ，２５ｂを次のように構成している。尚、各外輪間座２０ａ，２０ｂ，２５ａ，２５ｂとも、本発明に基づく基本的な構成と作用効果は同様なので、図２に示した外輪間座２０ｂを例に、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００２６】
前記外輪間座２０ｂは、図２に示したように、外径が軸受１２ｂの外輪１７と略同径とされると共に、内径が内輪間座１６の外径より若干大径とされている。図３に示したように、外輪間座２０ｂの外輪１７側を向く端部には、該外輪１７より若干薄肉の環状突起３３が軸方向に突出形成されており、該環状突起３３の先端面は外輪１７の端面に接触するようになっている。
【００２７】
前記環状突起３３の先端面には、半径方向に延びる半径方向溝３４が略等間隔で周方向に複数箇所形成されており、該半径方向溝３４の前記外輪１７と離間する側である外輪間座２０ｂの軸方向の略中央部外周面には、環状溝３５が形成されており、該環状溝３５と前記半径方向溝３４とは連通路を構成する連通溝３６によって連通されている。尚、図２の左側の外輪間座２０ａの場合は、両端部に半径方向溝３４及び連通溝３６が形成されている。
【００２８】
前記環状溝３５は、外周側を前側軸受ハウジング３の内径面によって塞がれることにより、前記外輪１７と同心に設けられた略閉塞状態の環状流路３７を構成する。
そして、前記環状流路３７は、図２に示したように、ハウジング下部である前側軸受ハウジング３の下側壁に形成された排油口３８に接続されている。
【００２９】
即ち、前記外輪間座２０ａ，２０ｂの各環状突起３３に設けられた複数の半径方向溝３４が、主軸１１の回転速度や回転方向によって外輪１７の端面側の内周付近を周回したり、ある位置で停滞したりする潤滑油を主軸１１の回転速度に関係なく効率よく捕捉する。
【００３０】
前記半径方向溝３４に捕捉された潤滑油は、連通溝３６を介して環状流路３７内に導かれる。この環状流路３７内は、略閉塞状態とされて主軸１１の回転による気流の影響を殆ど受けないため、環状流路３７に導かれた潤滑油は、重力によって前側軸受ハウジング３の下側壁に形成された排油口３８に流れ込んで外部に排出される。
【００３１】
従って、前側軸受ハウジング３側の軸受１２ａ，１２ｂ内部の潤滑に使用された後の潤滑油を速やかに外部に排出することができ、安定した軸受の運転状態を確保することができる。尚、後側軸受ハウジング４側の軸受１３ａ，１３ｂについても同様である。
【００３２】
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る主軸装置を説明する。
図４に示したように、主軸ハウジング５１は、ハウジング本体５２と、該ハウジング本体５２の前端（図中左端）に内嵌固定された前側軸受ハウジング５３と、ハウジング本体５２の後端に内嵌固定された後側軸受ハウジング５４とを備えている。前側軸受ハウジング５３の端部には、外輪押さえ部材５５が取り付けられ、後側軸受ハウジング５４には、外輪押さえ部材５８および後蓋６０が取り付けられている。
【００３３】
前記主軸ハウジング５１内に挿通配置された主軸６１は、前側軸受ハウジング５３内に軸方向に互いに離間配置された前後二個の軸受６２ａ，６２ｂと、後側軸受ハウジング５４内に配置された一個の軸受６３とによって、回転自在に支承されている。
【００３４】
前記軸受６２ａ，６２ｂは、各外輪６７が前側軸受ハウジング５３に内嵌固定されると共に各内輪６４が主軸６１に外嵌固定されている。又、前記軸受６３は、外輪７３が後側軸受ハウジング５４に内嵌固定されると共に、内輪６９が主軸６１に外嵌固定されている。尚、これら軸受６２ａ，６２ｂには、例えば背面組合せに定位置予圧されたアンギュラ玉軸受のような転がり軸受が用いられ、軸受６３には円筒ころ軸受のような転がり軸受が用いられる。
【００３５】
前側軸受ハウジング５３内の前後の二個の軸受６２ａ，６２ｂの各内輪６４の間には、内輪間座６６が介装され、後側の軸受６２ｂの内輪６４は主軸６１の段部６１ａに係止されるとともに、前側の軸受６２ａの内輪６４は内輪押さえ部材５６によって軸方向後方に押圧されている。
また、前後の二個の軸受６２ａ，６２ｂの各外輪６７の間には、外輪間座７０が介装され、後側の軸受６２ｂの外輪６７は前側軸受ハウジング５３の段部６８に係止されるとともに、前側の軸受６２ａの外輪６７は外輪押さえ部材５５によって軸方向後方に押圧されている。
【００３６】
前記主軸６１の軸方向における略中央部には、ロータ７６が外嵌固定されており、該ロータ７６の外周面側にはステータ７７が同軸配置されている。ステータ７７は、ハウジング本体５２の内周面にステータスリーブ７８を介して固着されている。
【００３７】
前側軸受ハウジング５３側の外輪間座７０および後側軸受ハウジング５４側の外輪間座７５には、それぞれノズル８０が貫通配置されており、該ノズル８０には主軸ハウジング５１内に形成された油供給路８１を介して微量潤滑装置８２から潤滑油が供給されるようになっている。
前記微量潤滑装置８２は、図示しない制御装置によってノズル８０の吐出口から軸受６２ａ，６２ｂ，６３に向けて吐出される潤滑油の吐出速度、供給間隔および供給量等が所定の値になるように制御される。
【００３８】
そして、本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ノズル８０の吐出口から各軸受６２ａ，６２ｂ，６３に向けて吐出される潤滑油の吐出速度を１０ｍ／ｓｅｃ以上１００ｍ／ｓｅｃ以下、吐出油量を０．０００５ｍｌ／ショット以上０．０１ｍｌ／ショット以下としている。
これにより、本出願人が先に提案した特願２０００−３２７２５２号と同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】
ここで、本第２実施形態では、図５に示したように、前記軸受６２ｂ内部の潤滑に使用された後の潤滑油を速やかに外部に排出すべく、前記ノズル８０の反対側の内輪６７の端面に隣接する部位には、前記内輪６７から離れるにしたがって外径が大きくなる断面Ｒ状の潤滑油案内面６５ａを備えた突起列６５が設けられている。前記突起列６５は、主軸６１の段部６１ａの外周面に突設されており、該主軸６１と一体的に回転することができる回転部分である。
【００４０】
そして、前記潤滑油案内面６５ａの外径が最大となる軸方向位置と前記内輪６４の端面の軸方向位置との間に対応する前側軸受ハウジング５３には、前記潤滑油を外部に排出する排油口８８の開口が設けられている。
【００４１】
即ち、主軸６１と一体的に回転する突起列６５の潤滑油案内面６５ａは、外径が大きくなると外周速度が速くなるので、 突起列６５の潤滑油案内面６５ａと伴に連れ回る空気の圧力が降下して該潤滑油案内面６５ａの近傍は負圧となる。
そこで、前記ノズル８０の反対側では軸受６２ｂから離れる方向に軸方向の空気の流れが形成され、この流れによって排油口８８に潤滑油が導かれる。
【００４２】
これにより、軸受６２ｂ内部の潤滑に使用された後の潤滑油を速やかに外部に排出することができ、安定した軸受の運転状態を確保することが可能となる。
また、上記第１実施形態の外輪間座２０ｂにおける半径方向溝３４、環状溝３５及び連通溝３６のような排油溝を多数形成する必要がないので、第１実施形態の主軸装置に比べて、低コストなものとすることができる。
更に、前記突起列６５の外径をあまり大きくすると、主軸６１の危険速度が低下する問題が発生するので、危険速度に比較的余裕のある主軸においては特に有効である。
【００４３】
尚、本発明の主軸装置は、上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記第２実施形態では、突起列６５を主軸６１と一体構造とした場合を例示したが、突起列６５を間座として主軸６１と分離させてもよい。
又、上記第２実施形態では、突起列６５の潤滑油案内面６５ａを断面Ｒ状とした場合を例示したが、これに限らず、直線テーパ状または階段状等にしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上、上述した本発明の主軸装置によれば、複数の半径方向溝が、軸の回転速度や回転方向によって外輪の端面側の内周付近を周回したり、ある位置で停滞したりする潤滑油を軸の回転速度に関係なく効率よく捕捉する。そして、前記半径方向溝に捕捉された潤滑油は、連通路を介して軸の回転による気流の影響を殆ど受けない環状流路内に導かれ、環状流路に導かれた潤滑油は、重力によってハウジング下部に設けられた排油口に流れ込んで外部に排出される。
これにより、軸受内部の潤滑に使用された後の潤滑油を速やかに外部に排出することができ、安定した軸受の運転状態を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る主軸装置を説明するための断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２に示した外輪間座の全体斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る主軸装置を説明するための断面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【符号の説明】
１ 主軸ハウジング
１１ 主軸
１２ａ，１２ｂ 軸受
１４ 内輪
１７ 外輪
３０ ノズル
３２ 微量潤滑装置
３４ 半径方向溝
３６ 連通溝（連通路）
３７ 環状流路
３８ 排油口

Claims (1)

1. 軸と、この軸の軸方向に隔離して内輪が嵌合された少なくとも２個の軸受と、該軸受の外輪と嵌合されたハウジングと、該ハウジングの内周面内で前記外輪に隣接して配置され、前記外輪の端面に接する面を有する外輪間座と、ノズルを介して前記軸受に吐出速度１０ｍ／ｓｅｃ以上１００ｍ／ｓｅｃ以下、吐出油量０．０００５ｍｌ／ショット以上０．０１ｍｌ／ショット以下の微量な潤滑油を供給する潤滑装置とを具備し、前記軸受の内輪と外輪とが転動体を介して相対的に回転可能となった主軸装置であって、
   前記外輪間座は、前記外輪の端面と接する面に所定間隔で周方向に複数個所形成された半径方向に延びる半径方向溝と、前記外輪の端面と接する面から離間した外周面に前記外輪と同心に設けられた環状流路と、該環状流路と前記半径方向溝とを連通するように前記外周面に設けられる連通路とを備えており、
   前記環状流路は、前記ハウジングに設けられた、前記潤滑油を前記主軸装置の外部に排出する排油口に接続されることを特徴とする主軸装置。

Images