JPH04141346A - 工作機械の主軸冷却機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械の主軸の冷却機構に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

工作機械の主軸軸受装置は、その稼働中に負荷駆動によ
って発熱し、熱伝導によって主軸を加熱膨張させる結果
、たとえばハウジングに対して主軸が伸びて稼働中、ワ
ークに対する工具位置が変動するとか、発熱・放熱の不
均等に基づく主軸の姿勢変形が生じる等の不都合がある
。

その対策として従来、主軸軸受のハウジング外周のジャ
ケットに冷媒を通して、主軸軸受から発生する熱エネル
ギーを吸収させる。

あるいは、主軸軸受に、直接的に冷却空気−油混合ミス
トを吹き付けて発生熱を吸収する。

また、主軸軸受、それ自体に潤滑・冷却油を直接供給、
循環させて熱発生部分を冷却する。

等々の一つまたは、それ以上の手当を施すことが行われ
ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、主軸軸受のハウジング外周のみを冷却する間
接方式では、軸受装置の冷却が充分でなく、そのため主
軸の熱変位を低減することができないという欠点がある
。

主軸軸受を冷却液または気体により直接冷却する方式で
は、主軸の一定の回転数以上で冷却効果が優良とはいえ
ず、また、冷却液の供給−回収孔の間においてハウジン
グ、軸受取付機構等に温度勾配が生し易く、その為、主
軸に姿勢変形を生じるおそれがある。

また、構造上、冷却液またはミストを回収し易い軸受と
、回収し難い軸受とができ、冷却（潤滑液を完全に回収
できない軸受では、同装置に滞留する冷却液が連れ回り
して撹拌抵抗が生じ発熱して、主軸の熱変位を起す。

また、これに伴なって主軸駆動モータの負荷も大きくな
って好ましくない。

軸受ハウジングのジャケット冷却方式と主軸軸受を直接
冷却する方式とを併用することによって、主軸の熱変位
を低減できる技術が開発されているが、主軸軸受の間接
冷却と、前記軸受装置の直接冷却（潤滑）とを別々の装
置〔ジャケット冷却は液冷でもよく、軸受装置の冷却は
一般に気・液混合流体または＃滑油を使用するがら、両
者の冷却（潤滑）装置は、別々のものとなる可能性が高
い〕で行うことは、主軸冷却装置の構造を複雑にして、
トラブル発生の要因を多くさせるばかりでなく、コスト
アップの原因となる。

そこで本発明は、従来装置に内在する上述のような各種
の問題点を解消し、要するに工作機械における主軸の熱
変位の低減と、主軸駆動モータの不用な負荷の低減とを
目的とした、工作機械の主軸の冷却機構を提供しようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上述目的を達成するため、以下に述べるとお
りの各構成要件を具備する。

（１）主軸ハウジングに設けたジャケット内に潤滑油を
循環させて主軸軸受外周の間接的冷却を行うと共に、当
該潤滑油を前記主軸軸受に噴出させての直接的冷却を行
うようにしたことを特徴とする工作機械の主軸冷却機構
。

（２）前記主軸軸受に噴出する潤滑油の供給側と前記潤
滑油が、その軸受を貫通した側との双方の空隙に油回収
口を穿設して、格別にサクションポンプを連結し、前記
潤滑油を回収するようにしたことより成る上記第（１）
項記載の工作機械の主軸冷却機構。

〔作　　　用〕

冷却した潤滑油を軸受ハウジングのジャケット内を通し
てハウジング外周部分を均一に、かつ広範囲に間接冷却
すると共に、前記ジャケットと、主軸軸受の各々に対向
して配置されたノズルとの間を連通する。

ノズルから噴出した冷却（潤滑）液は、主軸軸受に供給
され、軸受を潤滑すると共に、直接的に冷却する。そし
て、各主軸軸受を冷却・潤滑した冷却（潤滑）液は、そ
れぞれの軸受取付部空隙に滞留するが、各軸受に対応し
て、それぞれの空隙部に開口する前記冷却液の回収孔に
つながる回収ラインには、各別にサクションポンプを連
結して、各軸受毎に独立して冷却特性を従い、また冷却
液の回収を効果的に行えるようにし、結果的には、各軸
受側々の特性に合わせて冷却・給油量の設定を行う。

要するに、冷却（潤滑）液回収の個別系統化を実現する
。

かくして、主軸軸受の発熱量および、使用済み潤滑液の
滞留によって生じる連れ回り・撹拌等の作用で失われる
主軸の駆動トルクを最小に押えることができ、主軸の熱
変位も、また減少させることができる。

なお、主軸軸受から回収した冷却・潤滑液は、サクショ
ンポンプ通過後、潤滑油タンク兼冷却装置に送られ、前
記タンクから再び軸受ハウジングのジャケットに供給さ
れ全体的に循環作用を行うものとなる。

さらに、潤滑油を軸受に噴射供給した側と、貫通した側
との双方から使用済み潤滑油を吸引することにより、前
記潤滑油が確実に軸受に回り込み、かつ、余分に供給さ
れた潤滑油は、軸受装置に滞留せずに回収される。

〔実　施　例〕

以下に、図面に沿って本発明装置の一実施例につき説明
するが、当該実施例を構成する各部材の構成は、本発明
の出願当時、当業界における技術レベル範囲内において
適宜の設計変更が可能であるから、格別の理由を示さな
い限り、以下記載の実施例の構造のみに基づき本発明の
各構成要件を限定して解すべきではない。

第１図は、本発明にかかる工作機械の主軸装置の実施例
の側断面および冷却系統図を示す。

図中、］は、主軸で、その一端は工作機械のハウジング
外に伸びて、端面には工具のシャンク髪嵌着するテーパ
孔２を開口し、その他端は前記機械に搭載した電動機３
の出力軸４に直結している。

主軸１は、その長手軸方向に沿って不連続に配置された
複数個のベアリング５〜８によって後述するハウジング
１２に軸受されており、本実施例の場合は、主軸先端側
から順に、ローラベアリング５、スペーサ９を隔ててボ
ールベアリング６、さらにスペーサ１０を隔ててボール
ベアリング７、それから、やや間隔をおいて電動機３寄
りに、ローラベアリング８に続いてスペーサ１１が配置
されている。

上述の各ベアリングおよびスペーサは、いずれも工作機
械のハウジング１２に内装され、相互に移動・回動不能
なように取付けられる。

したがって、上記各スペーサによって形成された各軸受
相互間の空間は、それぞれ主軸１周面とハウジング１２
の内壁とに囲まれ各ベアリングを隔てて略、独立してい
るものと解して差支えない。

もっとも、主軸１の長手軸方向におけるベアリング７と
ベアリング８との間にはスペーサが施されていないけれ
ども、主軸１に段差を設けるとか、締付はリングを前記
軸に固着する等の手段によって、当該部分にスペーサを
施したと同等の構成を実現している。

なお、前記電動機３は、工作機械のハウジング１２に取
付けられている。

１３および１４は、冷却液循環ジャケット１５．　ｌｆ
ｌ設けたハウジングの外被で、前記外被は、それぞれハ
ウジング１２を介してベアリング列５〜７およびベアリ
ング８の取付位置に対応する外周に隙間なく（部材相互
の接触面には、それぞれシール材一 を介在させである）嵌着しである。

なお、３４は、主軸１の外側延長部に遊嵌し、かつハウ
ジング１２に固着した主軸軸受５の押え板である。

」二連構造の主軸軸受装置に対して、別に設けた、１７
は、冷却（潤滑）液の冷却兼供給・送出装置、１８は、
下流側をジャケット１５とジャケット１６とに分岐・供
給する冷却液供給パイプで、供給・送出装置１７とハウ
ジングの各ジャケット１５．１６との間を連結している
。

１９〜２２は、主軸軸受に対向し、各スペーサ空間に設
置された潤滑油供給ノズルで、各ノズル１９〜２２とジ
ャケット１５．１６との間を、それぞれ連結して送油パ
イプが設けである。

２３〜２７は、それぞれ各スペーサ空間に開口する潤滑
油等の排出孔で、ベアリング５〜８の各両側から潤滑油
を回収できるようになっている。

すなわち、ノズル】９から供給された潤滑油は排出孔２
３および２４から、ノズル２０から供給された潤滑油は
排出孔２４および２５から、ノズル２１がら供給＝８− された潤滑油は排出孔２５および２６から、ノズル２２
から供給された潤滑油は排出孔２６および２７から、そ
れぞれ吸引される。

そして、排出孔２３〜２７に連なる各油排出パイプの下
流側には、各別にインバータモータ付サクションポンプ
２８〜３２が、それぞれ独立して連結されている。

インバータモータの出力は各スペーサ空間から回収する
使用済み潤滑油の油温センサからの信号に基づいて制御
され、前記回収油温が所定よりも高い場合にはサクショ
ンポンプの機能を高めて、その結果、冷却潤滑油の供給
量を増加するよう調整し、比較的に低い場合にはサクシ
ョンポンプを通常運転するよう設けである。

したがって、主軸軸受の配置、軸受および、その取付構
造などの相違に起因して各軸受部分の発熱量が異なると
か冷却効果が相違するなどの原因で、各スペーサ空間か
ら回収する使用済み潤滑油の油温に差異が生じた場合に
も、それに応して、使用済み潤滑油をスペーサ空間から
排出する各すクションポンプの能力を個々に制御するこ
とにより、ジャケットによる軸受外周部分の間接冷却効
果と相俟って、稼働中、主軸および各軸受部分のすべて
が設計値に近い温度範囲に納まるよう冷却・潤滑するこ
とができる。

もっとも、定型機種の軸受構造の場合には、経験−に、
各軸受部分の発熱量は前もって予測または計測可能であ
るから、冷却潤滑油供給ノズルまたは、これに対応する
サクションポンプ容量を前記発熱量に合わせて、あらが
しめ調整しておくことにより、敢えてインバータモータ
などを設備する必要はない。

かくして、主軸の各軸受温度を所定範囲内に納めるよう
調整できることは勿論、各スペーサ空間に使用済み潤滑
油が必要量以」二滞留して主軸軸受の駆動に応じて連れ
回り撹拌され、それが原因で発熱するとか、主軸の回転
１〜ルクを無用に消費するといった不都合が生じること
を防ぐことができる。

すなわち、稼働中の主軸の熱変形を所定の範囲、最小限
に納めることが可能となると共に、潤滑油の撹拌による
ロストルクを最小に押えることができる。

サクションポンプ２８〜３２から排出された潤滑油は、
まとめて潤滑油タンク３３に放出され、潤滑油がタンク
３３に残る。

タンク３３に滞留した潤滑油は、潤滑油冷却兼供給装置
１７に移送され、再び冷却（潤滑）液供給パイプ１８を
通してジャケット］５および１６に移送され、かくして
、冷却・潤滑油は主軸装置に付設した冷却機構内を循環
する。

なお、ジャケット１５．１６に供給される冷却（潤滑）
液は、必要に応じ、その全部を主軸軸受の冷却・潤滑の
ために利用する事を要さず、たとえば軸受冷却機構に対
してバイパス流路を施し、余剰分の冷却液をジャケット
１５．１６から直接潤滑油冷却・供給装置１７に戻すこ
とも自由である。

上述のように、本実施例主軸冷却機構は、一種類の冷却
・潤滑油を循環させるだけで効果的に、かつ広範囲に軸
受部分を冷却・潤滑し、殊に、軸受構造とか、その配置
などが異なるために生じる当該個所の発熱または冷却量
の相違に応じ、きめ細かく冷却・潤滑油の供給・排出を
調整でき、また、冷却作用の調整が軸受温度に敏速に対
応するので、主軸の熱変形を所定範囲内に納め、かつ、
使用済み潤滑油撹拌に基づく主軸のロス１−ルクを大１
］に軽減することができた。

〔発明の効果〕

以４二のとおりであるから、本発明装置によれば、（１
）主軸軸受（発熱源）を外周から冷却する間接冷却と、
ノズルによる直接冷却とを共用しているために、冷却効
果が良好で、かつ、軸受装置の温度変動に対する応答速
度も速い。

（２）主軸軸受を直接冷却する方式は、冷却（潤滑）液
の出入口の間付近で温度勾配が生じ易いが、ジャケット
による間接冷却方式を併用することによって略、均等に
装置を冷却することができて、主軸の熱変形を低減でき
た。

（３）必要個所（各スペーサ空間）に、それぞれ独立し
てサクション機構を連結したから、各主軸軸受側々の条
件に合わせて冷却・潤滑油の供給量（冷却能力）を設定
・調整することが可能となり、結果的には使用済み潤滑
油撹拌に起因する発熱を減少し、かつ、主軸モータ負荷
に軽減することができる。

（４）潤滑油を軸受に噴射供給する側と、潤滑油が貫通
した側との双方から使用済み潤滑油を吸引することによ
り、潤滑油が確実に軸受に回り込み、かつ、余分に供給
された潤滑油は装置に滞留せず効果的に回収される。

（５）主軸外周の間接冷却も主軸軸受の直接冷却につい
ても、一種類の潤滑油を用いて装置内を循環させるだけ
であるから、潤滑油冷却装置が一個で済み、経済的であ
る。

等々、従来、実施されている工作機械の主軸冷却機構に
は期待することができない、格別の作用および効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明、主軸冷却機構の側断面および冷却液
循環系統図を示すものである。 １・主軸、 ３・・電動機、 ５〜８　主軸軸受、 １２・ハウジング、 １５．１６・・ジャケット、 １７・潤滑油冷却・供給装置、 １８・・冷却（潤滑）液供給パイプ、 １９〜２２・・・冷却液供給ノズル、 ２３〜２７・潤滑油排出パイプ、 ２８〜３２・・・インバータモータ付すクショ３３・・
潤滑油タンク、　　３４・・・押え板。 ２・・テーバ孔、 ４　出力軸、 ９〜１トスペーサ、 １．３．１４・・外被、 ンボンプ、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸ハウジングに設けたジャケット内に潤滑油を
   循環させて主軸軸受外周の間接的冷却を行うと共に、当
   該潤滑油を前記主軸軸受に噴出させての直接的冷却を行
   うようにしたことを特徴とする工作機械の主軸冷却機構
   。
2. （２）前記主軸軸受に噴出する潤滑油の供給側と前記潤
   滑油が、その軸受を貫通した側との双方の空隙に油回収
   口を穿設して、格別にサクションポンプを連結し、前記
   潤滑油を回収するようにしたことより成る請求項（１）
   記載の工作機械の主軸冷却機構。