JPH06134651A - 温度制御アンダレース潤滑スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スピンドル軸と外筒の冷却油をそれぞれ制御し
て軸と外筒間で温度差が生じないようにし、熱変形によ
る精度劣化の防止を図る。 【構成】外筒の外周に冷却ジャケットを配置して第１の
冷却ユニット部から冷却流体を供給し、第２の冷却ユニ
ット部によりスピンドル軸の中心部から軸受内輪を通し
て軸受転動体転動空間へ潤滑油を供給するようにし、外
筒に取り付けた第１の温度センサおよびスピンドル軸に
近接して配置した第２の温度センサによりそれぞれ外筒
およびスピンドル軸の温度を検出し、この検出温度によ
り第１，第２の冷却ユニット部を制御するコントローラ
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスピンドル軸を支承する
軸受内輪にスピンドル軸中心部から潤滑油を供給するア
ンダレース潤滑スピンドル装置に関し、特に高速動作中
の熱変位による精度低下を防止でき、マシニングセンタ
等工作機械の主軸用スピンドルとして有用な軸受温度制
御アンダレース潤滑スピンドル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシンニングセンタの工具主軸を支承す
る高速スピンドル装置の潤滑方式として、従来、多量の
潤滑油を軸受側方のノズルから軸受内部に向けて噴射す
るジェット潤滑と称する方式が用いられている。これよ
りさらに超高速のスピンドル装置においては、軸受の外
側からでなくスピンドル軸の内側から軸受内輪を潤滑す
る方式（アンダレース潤滑）も提案されている。

【０００３】また超高速のマシニングセンタ用スピンド
ル装置でアンダレース潤滑方式を採用したものとして、
実開平４−５７３５５号に係るスピンドル装置がある。
これはスピンドル軸の貫通孔内にドローバーと称する工
具把持棒を貫挿した潤滑油供給用中空間座を軸受に対応
する位置に合わせて軸中心部に配置し、この間座の内外
面にそれぞれ環状の油溝を設けるとともにこれらの油溝
を連通するように半径方向の油路を設け、さらに間座外
面側の油溝と軸受内輪に形成した半径方向の給油孔とを
前記スピンドル軸に設けた半径方向の給油路を介して連
通せしめ、間座内面の油溝は前記ドローバーの軸方向に
延設した給油路に連通させてスピンドル軸の軸端から潤
滑油を給送する構造を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ジェット潤滑方式の場
合は、潤滑油の噴射で強制的に軸受内部に給油するため
冷却効果は大きいという利点がある。超高速マシニング
センタ用スピンドル装置で前掲の実開平４−５７３５５
号に示すものは、スピンドル軸内部に工具着脱機構が内
蔵されているにも拘らずアンダレース潤滑を可能とした
ものであって、前記ジェット潤滑より遥かに少ない潤滑
油量で大きな冷却効果が得られる点ですぐれているが、
潤滑油の温度コントロールは軸および外筒ともスピンド
ル装置の使用される室温を基準として行われている。し
かし軸に室温と同じ温度の冷却油を供給しても、軸と外
筒には熱の伝達の遅れがあり、軸と外筒は同じ温度とは
ならず、どうしても軸側と外筒側に温度差が生じるの
で、これによる熱変位の差がスピンドルを支持する軸受
の予圧変動となり一般に予圧過大となって軸受の寿命低
下および焼付きの原因となりまた熱変位による軸の伸び
によって加工精度に影響を与える原因となっていた。

【０００５】そこで本発明は、スピンドル軸の冷却に加
えて外筒の冷却のための冷却油をそれぞれ制御して該軸
と外筒間で温度差が生じないようにし、熱変位によって
精度が低下することのない温度制御アンダレース潤滑ス
ピンドル装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、筒状の
ハウジングに嵌合されたころがり軸受によりスピンドル
軸が回転自在に支承されたスピンドル装置であって、前
記スピンドル軸は軸方向に貫通した内孔と該内孔に連通
し前記ころがり軸受の近傍に開口する半径方向の潤滑油
供給孔を有し、前記内孔に中間スリーブを介してスピン
ドル前端に装着される工具を着脱するドローバーが挿入
され、該ドローバーは軸方向に貫通した潤滑油供給通路
を有し、該潤滑油供給通路は前記中間スリーブに設けら
れた半径方向の孔を介して前記スピンドル軸の潤滑油供
給孔と連通しており、前記ハウジングの外面とハウジン
グ取付ブラケットとの間に冷却ジャケットが形成され、
さらに前記冷却ジャケットに冷却流体を供給する第１の
冷却ユニット部と、前記ドローバーの後端部に取り付け
た回転継手を介して前記潤滑油供給通路にころがり軸受
用潤滑油を供給する第２の冷却ユニット部と、前記ハウ
ジングに設けた第１の温度センサにより前記第１の冷却
ユニット部を、前記スピンドル軸に近接して設けた第２
の温度センサにより前記第２の冷却ユニット部をそれぞ
れ制御するコントローラとを有し、該コントローラは前
記ころがり軸受の内外輪間の温度勾配を検出し、該検出
値に基づいて前記第１および第２の冷却ユニット部の少
なくとも一方の流体温度および／または流体流量を制御
し前記軸受の内外輪間の温度勾配を小さくする制御手段
を有する温度制御アンダレース潤滑スピンドル装置が提
供される。

【０００７】

【作用】スピンドル軸外周のころがり軸受の外輪側の冷
却は、ハウジング外面とスピンドル取付ブラケット間に
形成された冷却ジャケットと前記第１の冷却ユニット部
との間を循環する冷却流体によりなされ、軸受内輪側を
冷却する潤滑油は前記第２の冷却ユニット部から軸中心
部のドローバーの潤滑油供給路，中間スリーブおよびス
ピンドル軸の半径方向孔を通って軸受内輪に至り、該内
輪に形成した半径方向の給油孔を通って内外輪間を経て
前記ハウジングの排油孔から前記第２の冷却ユニットに
戻される。前記ハウジングおよび前記スピンドル軸のそ
れぞれの温度検出信号を用いて発熱の温度勾配に応じて
前記第１，第２の冷却ユニット部の温度及び又は流量を
温度勾配を小さくするように制御することで前記ハウジ
ングと前記スピンドル軸との温度差が生じないようにす
ることができ、またハウジング側，軸側とも温度上昇の
ない状態に保つことも可能となる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明を実施例について図面を参照し
て説明する。スピンドル装置本体部１はスピンドル軸２
を回転自在に水平に支承した複数個（実施例では４個）
のころがり軸受３と、この軸受３の外側を覆うハウジン
グ４を有している。ハウジング４は軸受３の外周を囲包
する外筒６と、外筒６の前端面に固着された前蓋７およ
び後端面に固着された後蓋８とで構成されている。４個
の軸受３は２個づつ組となってスピンドル軸２の前側と
後側とをそれぞれに分担して支承するべく軸方向に間隔
をおいて配置されており、各軸受３の外輪３Ａは外筒６
の内周面に固定され、最前部の軸受３の外輪３Ａは前蓋
７に接当して係止され、最後尾の軸受３の外輪３Ａは外
輪押え１２を介して外筒６の内径段部に係止されてい
る。各外輪３Ａに対応した軸受３の各内輪３Ｂは、スピ
ンドル軸２の外径面に一体回転可能に固定され、その最
前部の内輪３Ｂはスピンドル軸２の外径段部２Ａに係止
した前内輪押え１７に接している。最後尾の軸受３の内
輪３Ｂはスピンドル軸２に嵌合された後内輪押え１８を
介してスピンドル軸２の後部に螺着した押えリング２０
に係止して軸方向前方に押圧されている。なお各軸受３
の間には軸方向に固定するための間座が設けられてい
る。

【０００９】スピンドル軸を水平とした横形の使用状態
においてハウジング４の下部には軸受３の内外輪３Ａ，
３Ｂ間から流出した潤滑油の排油路２５が軸方向に長く
内設されている。排油路２５の排油出口２６は、後述す
る第２の冷却ユニット部としての第２の冷却ユニット６
５の入口６６に配管６８を介して連通している。なお排
油路２５は前記間座に形成した孔を通して軸受３の内外
輪間に連通している。スピンドル軸２は、前端部に工具
取付用テーパ面３０が形成されるとともに軸芯部にはこ
のテーパ面３０の奥からスピンドル軸後端に抜ける貫通
孔３１が形成されている。貫通孔３１には工具着脱機構
が内設されている。

【００１０】工具着脱機構は、工具端末Ｔを把持する複
数個のボール３３を円周等分に配してラジアル方向に退
避可能に保持した内スリーブ３４と、この内スリーブ３
４を軸方向摺動可能に保持するシリンダ３５とよりなる
工具把持手段を備えており、内スリーブ３４が後退する
と、ボール３３はシリンダ内径面に押されて内スリーブ
内径面から突出して工具端末Ｔを把持し、内スリーブ３
４が前進すると、ボール３３はシリンダ内径の拡大によ
り退避可能となって内スリーブ内径面から引っ込むよう
にされている。この工具把持手段は主軸の貫通孔３１の
先端部に挿入されている。そして、内スリーブ３４を前
後進駆動させるための駆動棒（ドローバー）３７が貫通
孔３１に挿通され、その先端はシリンダ３５の後部を貫
通して内スリーブ３４の後端に係合している。ドローバ
ー３７の後部は貫通孔３１の内面に摺動可能に嵌合さ
れ、後端はスピンドル軸２から突き出している。その後
端に、ストッパ３８が取り付けられてドローバー３７の
前進限が規制されている。ドローバー３７の軸芯には、
ドローバー外周面に開口する複数箇所の分岐路４０ａを
有する給油路４０が後端から先端付近まで設けられてい
る。また、貫通孔３１内には、ドローバー３７に挿通さ
れた多数の皿ばね４１が挿入されている。これはドロー
バー３７を常時後方に弾圧するものである。更に、この
皿ばね４１の間に挟まれて、かつドローバー３７を囲包
するように、環状の中間スリーブ４２，４２が後方の軸
受３，３の直下位置になるように配設されている。中間
スリーブ４２は、後側の軸受３への潤滑油供給用であ
り、その内面と外面とに環状の油溝４３，４４が設けら
れ、それらの油溝４３，４４は半径方向の油路４５で連
通している。中間スリーブ４２の内面の油溝４３は、ド
ローバー３７の軸心部に延設された給油路４０に、分岐
路４０ａを経て連通されている。しかして、この実施例
の内面の油溝４３の溝幅は、ドローバー３７の前方への
ストロークに対応させて、前側に向かって特に広幅に形
成してある。

【００１１】前記工具把持手段のシリンダ３５には、ド
ローバー３７が挿通された内径面に環状の油溝４６ａ
が、またシリンダ外径面に多数の連通油溝４６ｂが形成
されて、径方向の油路４６ｃで連通させてある。その内
面の油溝４６ａの溝幅は、ドローバー３７の前方へのス
トロークに対応させて、前側に向かって広幅に形成して
あり、ドローバー３７に設けられた給油路４０の前端の
分岐路４０ａに連通されている。

【００１２】一方、各軸受３の内輪３ｂには、半径方向
の給油孔４７が設けられており、この軸受の給油孔４７
に合わせて、スピンドル軸２の外周に環状の油溝４８を
設けると共に、スピンドル軸２の胴部には油溝４８に開
口する半径方向の給油路４９が設けられている。そし
て、前側に設けられた給油路４９はシリンダ３５の外径
面の連通油溝４６ｂに、また後側に設けられた給油路４
９は中間スリーブ４２の外面の軸方向に長くのびた油溝
４４に、それぞれ連通している。ドローバー３７の後端
は、回転継手５１に連結されており、これに接続した給
油配管５２は前記第２の冷却ユニット６５の吐出口６７
に連結され、該冷却ユニット６５からの潤滑油が、回転
継手５１を経てドローバー３７の給油路４０に送り込ま
れ、これによって潤滑油はスピンドル装置本体部１と第
２の冷却ユニット６５間を循環するようになっている。

【００１３】次に第２の冷却ユニット６５からの潤滑油
によるスピンドル軸２および軸受３の冷却作用につき詳
しく説明する。まず、上述のようにして温度制御された
潤滑油が第２の冷却ユニットから給油配管５２を通り回
転継手５１を経てスピンドル装置本体部１のスピンドル
軸２の端部からドローバー３７内の給油路４０に供給さ
れ、更に給油路４０から各分岐路４０ａに分配される。
前端の分岐路４０ａから分配された潤滑油は、シリンダ
３５の内面の油溝４６ａ，油路４６ｃを経て連通油溝４
６ｂに至り、更に給油路４９を抜けて軸受の内輪３Ｂの
給油孔４７を経て前方の軸受３内に給油される。そして
軸受３の転動体転動空間に入って軸受３を潤滑すると同
時に発生した熱を奪う。こうして前方の各軸受３の下部
に至った潤滑油は、スピンドル軸２の回転による遠心力
で排油路２５，排油口２６に排出され、第２の冷却ユニ
ット６５に戻る。一方、後方の分岐路４０ａから分配さ
れた潤滑油は、中間スリーブ４２の内面の油溝４３から
油路４５を経て外面の油溝４４に至り、更に給油路４９
を抜けて軸受の内輪３Ｂの給油孔４７を経て後方の軸受
３内に給油される。そして転動体転動空間内に入って軸
受３を潤滑すると同時に発生した熱を奪う。こうして後
方の各軸受３に至った潤滑油も同様にしてスピンドル軸
２の回転による遠心力で排油路２５に排出され、排油口
２６から前記第２の冷却ユニット６５に戻る。なお、以
上の給油中に、工具を主軸２から取り外すべくドローバ
ー３７が前方に駆動されても、シリンダ３５の内面の油
溝４６Ａおよび中間スリーブ４２の内面の油溝４３は、
いずれも前向きに広幅とされているから、給油路４０の
分岐路４０ａが油溝から外れて給油不能になることはな
い。

【００１４】ハウジング４は、その外筒６の部分でマシ
ニングセンタ等工作機械のスピンドル取付ブラケット５
５に取り付けられ、スピンドル軸２の後端はプーリを介
して図外の駆動モータに連結される。ここで外筒６の外
周面とスピンドル取付ブラケット５５間には環状の冷却
ジャケット５６が形成されている。ブラケット５５に穿
けられた冷却ジャケット５６の冷却流体（実施例では冷
却油）の供給口５８および排出口５７はそれぞれ第１の
冷却ユニット部としての第１の冷却ユニット５９の吐出
口６０および吸入口６１に冷却油配管７０を介して接続
され、これによって冷却油が冷却ジャケット５６と第１
の冷却ユニット５９間を循環し、外筒６、したがってハ
ウジング４の冷却がなされる。

【００１５】ハウジング４の外筒６の前側部分に第１の
温度センサ６２が取り付けられる。またハウジング４か
ら露出したスピンドル軸２に近接して第２の温度センサ
（非接触温度センサ）６３が設けられ、これら第１，第
２の温度センサ６２，６３の出力信号がコントローラ６
４に入力されるようになっている。コントローラ６４は
第１，第２の温度センサ６２，６３の検出信号に基づ
き、動作中のスピンドル軸２と外筒６が予め設定された
温度条件となるように温度上昇の勾配に合せて第１，第
２の冷却ユニット５９，６５を制御する。この制御はこ
れらの冷却ユニット５９，６５から吐出される冷却油お
よび潤滑油の油温及び／又は流量を温度センサによって
検出される検出値がなだらかとなるように、即ち温度勾
配がちいさくなるように制御を行う。なお両冷却ユニッ
ト５９，６５およびコントローラ６４は分離した個別の
ユニットとして構成するか、あるいは１つのケースにま
とめられた１ユニットとして構成してもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ピンドル軸と外筒の温度をそれぞれ測定し、これを基に
軸中心部に通す潤滑油と外筒を冷却する冷却油の温度，
及び又は流量を温度上昇の勾配に合せてそれぞれ制御す
るようにしたので、スピンドル軸と外筒を設定された同
じ温度に保った状態で安定させることができ、両者の熱
変位を同じにして軸と外筒の熱変位が生じないようにし
たので、スピンドル軸を支持する軸受の予圧の変動によ
る軸受の寿命低下、焼付きを防止することができ、また
外筒に対するスピンドルの熱変位による精度低下を防止
することができる。またスピンドル軸および外筒とも温
度上昇が生じない状態に保持することも可能となり、熱
変位の発生がきわめて少ないスピンドル装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る温度制御アンダレース潤
滑スピンドル装置のスピンドル本体部の縦断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例に係る温度制御アンダレース潤
滑スピンドル装置の冷却油制御系統を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

２ スピンドル軸 ３ ころがり軸受 ４ ハウジング ６ 外筒 ３７ ドローバー ４２ 中間スリーブ ５１ 回転継手 ５５ スピンドル取付ブラケット ５６ 冷却ジャケット ５９ 第１の冷却ユニット ６２ 第１の温度センサ ６３ 第２の温度センサ ６４ コントローラ ６５ 第２の冷却ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状のハウジングに嵌合されたころがり軸
   受によりスピンドル軸が回転自在に支承されたスピンド
   ル装置であって、前記スピンドル軸は軸方向に貫通した
   内孔と該内孔に連通し前記ころがり軸受の近傍に開口す
   る半径方向の潤滑油供給孔を有し、前記内孔に中間スリ
   ーブを介してスピンドル前端に装着される工具を着脱す
   るドローバーが挿入され、該ドローバーは軸方向に貫通
   した潤滑油供給通路を有し、該潤滑油供給通路は前記中
   間スリーブに設けられた半径方向の孔を介して前記スピ
   ンドル軸の潤滑油供給孔と連通しており、前記ハウジン
   グの外面とハウジング取付ブラケットとの間に冷却ジャ
   ケットが形成され、さらに前記冷却ジャケットに冷却流
   体を供給する第１の冷却ユニット部と、前記ドローバー
   の後端部に取り付けた回転継手を介して前記潤滑油供給
   通路にころがり軸受用潤滑油を供給する第２の冷却ユニ
   ット部と、前記ハウジングに設けた第１の温度センサに
   より前記第１の冷却ユニット部を、前記スピンドル軸に
   近接して設けた第２の温度センサにより前記第２の冷却
   ユニット部をそれぞれ制御するコントローラとを有し、
   該コントローラは前記ころがり軸受の内外輪間の温度勾
   配を検出し、該検出値に基づいて前記第１および第２の
   冷却ユニット部の少なくとも一方の流体温度および／ま
   たは流体流量を制御し前記軸受の内外輪間の温度勾配を
   小さくする制御手段を有することを特徴とする温度制御
   アンダレース潤滑スピンドル装置。