JPS63245351A - 工作機械の主軸台 - 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〕 この発明は、工作機械、特に、ＯＡ部品、光学部品、電
子機械部品等を加工対象とする精密旋盤等の工作機械の
主軸台に関する。

〔従来の技術〕

一般に、工作機械、特に、ＯＡ部品、光学部品、電子機
械部品等を加工対象とする精密旋盤等の工作機械につい
ては、旋削加工の際の反作用等によって主軸に歪が生じ
ないように機械の剛性を向上させるために強固な主軸台
が設けられている。この主軸台については、加工精度に
重要な影啓を与える構成要素であるため、機械の稼動に
伴って主軸と軸受との間で発生する回転摩擦熱と、主軸
と軸受けとの間の間隙内に切削油及び切削油内に含まれ
る微細切屑の侵入とに対して充分な注意を払う必要があ
る。

従来、主軸台の軸受には精密軸受を使用し、軸受空間容
量の約１５％程度の高品質グリースを精密軸受に塗布し
、潤滑油撹拌によって発生する熱を抑えていた。

また、実開昭６１−１４４９４３号公報Ｇこ記載されて
いるように、工具回転主軸を複数の軸受を介して保持す
る主軸ケーシングの外周に半径方向に突出する複数のフ
ィンを設け、フィンの先端から離間して位置する凹面を
存する主軸支持台を備え、主軸後端部に羽根車を取付け
て、軸受で発生する回転摩擦熱を羽根車で生した空気流
れによってフィンから放熱する工作機械の主軸の冷却構
造が知られている。

更に、実開昭６１−１３１２５４号公報Ｇこ記載されて
いるように、軸方向前後の軸受を介して主軸ケーシング
に保持される工具回転主軸に、前記軸受の内側において
放熱フィン又は放熱リングを嵌合取着し、前記主軸ケー
シング外部から貫通する孔を通して放熱リングに空気を
送り込んで軸受で発生する回転摩擦熱を空気放熱する工
作機械の主軸の冷却構造が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら従来技術については、高品質グリ
ースを使用する場合に、グリース使用量が少量であると
はいえ、主軸の回転に伴って軸受部に回転摩擦熱が発生
するのを避けることができない。また、主軸が主軸ケー
シングから突出する端部において、両者の間隙を狭くし
たラビリンスを設けて高速軸密封としており、このラビ
リンスは、グリースの運動エネルギーを熱エネルギーに
変換させ、グリースが主軸ケーシング外部へ漏れ出るの
を防止しているが、このような構造であっても完全な密
封が得られるものではなく、従って、切削油に含まれる
微細切屑が工作機械の稼動時間の経過につれて回転主軸
と主軸ケーシングとの間隙内に侵入して精密軸受に対し
て悪影響を与えることがあった。加えて、切削油の油質
が工作物材質に対して最適であっても、切削油に含まれ
る添加剤が精密軸受に塗布した高品質グリースに化学変
化を生じさせることがあり、切削油の選定に細心の注意
を払う必要があった。

また、前掲実開昭６１−１４４９４３号公報に記載され
た工作機械の主軸の冷却構造にあっては、冷却風を生し
させる羽根車が主軸後端部に取付けであるので、主軸ケ
ーシング全体を冷却するといっても主軸ケーシング後部
からの空冷であるため、加工精度に最も重要な部分であ
る工具取付部分又は工作物取付部分としての前方軸受部
を冷却するのに時間を費やしてしまう問題がある。更に
、冷却風は主軸ケーシング後部から送風されるので、主
軸ケーシング前部を冷却する冷却風は既に主軸ケーシン
グ後部や中央部で熱を奪って加熱されているため、主軸
ケーシング前部の冷却効率が悪いという問題点がある。

そこで、冷却羽根車を主軸前端部に取付ければ上記問題
点は幾分解消するが、主軸ケーシングへの冷却羽根車の
取付スペースを確保する必要がでて（るので、主軸ケー
シングから工具のチャック取付面までのオーバーハング
距離が大きくなり、加工精度維持に良い方策とは言えな
い。ましてや切削油を使用する加工にあっては冷却羽根
車が切削油を主軸台に向けて飛散させるため、切削油等
の回転部分への侵入のみならず作業環境を劣悪にさせる
ことになる。

更に、前掲実開昭６１−１３１２５４号公報に記載され
た工作機械の主軸の冷却構造にあっては、発熱源である
回転摩擦熱を生じる軸受部の近傍を冷却しているため、
上記従来例に比べると、冷却効率は良いが、放熱フィン
又は放熱リングに冷却風を送る空気供給装置を必要とし
、しかも主軸回転速度の変化に対して供給する空気圧と
空気量が一定である。従って、空気供給装置による供給
空気圧が必要以上に高すぎると回転部分に封入されてい
る潤滑油が押し流されてしまう危険性が高く、逆に前記
空気圧が必要以下に低いとラビリンス効果が不足して外
部からの微細切削屑が軸受部への侵入するという問題が
あり、最適な供給空気圧を調整維持するのが難しいとい
う欠点がある。また、前軸受と後軸受に対する送風空気
量、空気圧が独自に制御できないので、軸受状態に応じ
た冷却を行うのが難しいという欠点もあった。

この発明の目的は、この様な事情に鑑みて案出されたも
のであり、精密加工で嫌われる熱を、その熱の発生源近
くで冷却すると共に、空気供給圧力と供給量を主軸の回
転速度に対して順特性で変化するようにし、更に外部の
空気供給装置を不要にするために主軸の回転駆動力の一
部を利用し、加えて外部から取入れる空気に油分、微細
切削屑等の異物混入を防止するために空気流入路にフィ
ルタ機能を持たせ、それによって熱の発生源である主軸
の軸受の冷却と、この主軸軸受に塗布されたグリースの
品質を保つことができる工作機械の主軸台を提供するこ
とである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の問題点を解決し、上記の目的を達成
するために、次のように構成されている。

即ち、この発明による工作機械の主軸台は、一対の軸受
を介して主軸を主軸ケーシングに回転自在に支持し、前
記軸受間の前記主軸に送風機を取付け、前記送風機が空
気吸引路を通じて空気を吸引して前記軸受に送風すると
共に、前記送風機と前記軸受との間の部位の前記主軸ケ
ーシングに圧力調整弁を備えた空気排出路を形成して前
記軸受への空気流量を調節することを特徴とする工作機
械の主軸台に関し、更に具体的に詳述すると、前記空気
吸引路は前記主軸ケーシングに形成され且つ前記空気吸
引路にはフィルタ及び一方弁が設けられており、前記送
風機が主軸回転中心軸線に対してそれぞれ取付角度が逆
向きに取付けられた一対の羽根を有し、また、前記空気
吸引路が前記主軸ケーシングを半径方向に貫通し且つ前
記主軸と前記主軸ケーシングとで囲まれた前記羽根間に
形成された第−空間部に連通ずるように形成されている
か、又は前記空気吸引路が前記主軸を貫通し且つ前記主
軸と前記主軸ケーシングとで囲まれた前記羽根間に形成
された第−空間部に連通ずるように形成され、更に、前
記軸受の軸方向外側における前記主軸と前記主軸ケーシ
ングとの間にはラビリンスが形成されていることを特徴
とする工作機械の主軸台に関する。

〔作用〕

この発明による工作機械の主軸台は、上記のように構成
されているので、次のような作用をする。

即ち、被加工物に切削等の加工を行うために主軸を回転
すると、前記主軸に取付けた送風機の羽根が回転する。

前記送風機の前記羽根は一対の羽根即ち前羽根と後羽根
が取付角度を互いに逆向きになるように取付けられてい
るので、前記送Ｊ！ｔｓの回転速度、即ち前記主軸の回
転速度が上昇するにつれて、前記前羽根と前記後羽根の
中間に位置し且つ前記主軸と主軸ケーシングとの間で形
成される第−空間部の圧力は大気圧より低い圧力となり
、負圧となる。負圧となった前記第−空間部には、外部
からフィルタで濾過された空気が一方弁を介して空気吸
引路を通って流入する。当初、前記第−空間部にあった
空気及び後続の流入空気は、前記前羽根及び前記後羽根
の取付角度が上記の如く逆向きであるため、これら前記
両羽根を通って前軸受と後軸受に向かって、前記軸受と
前記送風機との間に形成された第二空間部へと分流する
。前記第二空間部に流入した空気の一部は、各々の前記
軸受で発生した回転摩擦熱を奪いながら前記主軸と前記
主軸ケーシングの間に形成されたラビリンスを通り外気
中に放出される。また、前記第二空間部に流入した空気
の残部は空気排出路を通り、やはり外気へ放出されるが
、前記空気排出路の排出口に設けた圧力調整弁により、
全流入空気の前記ラビリンスを通って外気中に放出され
る量と前記圧力調整弁を通って外気中に放出される量と
の配分比が調整される。更に、空気流入量は全量、前記
主軸の回転により、前記主軸に取付けである前記送風機
が回転して空気の吸入を行うので、流入空気は前記主軸
の回転速度に比例した空気量と、該回転速度の二乗に比
例した空気圧を存する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による工作機械の主軸
台の一実施例を詳述する。

第１図は、主軸台をその主軸の回転軸線を含む垂直面で
切断した構造を示す縦断面図である。

主軸台１は、主として、主軸２、及び該主軸２を回転軸
ｖＡＡ−Ａ方向前後の一対の軸受、即ち前軸受３と後軸
受４とで回転自在に支持する主軸ケーシング５から成る
。この主軸２は、中央に後述のチャック等の操作のため
に、作動ロッドが貫通する貫通孔６を有しており、前方
端部７は貫通孔６に連なる孔径が拡大した形状を有して
チャック取付面８を構成し、切削ハイド、工作物取付チ
ャック等が取付可能に構成されている。主軸２の後方端
部９には、キー及びキー溝や止めねじ等の周知手段によ
って主軸駆動プーリｌＯが取付けられており、この主軸
駆動プーリ１０は図示しない駆動源からベルトを介して
回転駆動力を与えられて主軸２を回転する。

主軸ケーシング５は、主軸２の前後両端部７゜９の間の
略全長にわたって該主軸２を取り囲んでおり、下部据付
部１１によって図示しない機械本体等に据付けられる。

主軸２は、前方端部７、前軸受３の内側レース部４′３
及びスペーサ１２を支持する中間部、送風機４０を支持
する中間部１３、後軸受４の内側レース部４４及びスペ
ーサ１４を支持する中間部４６、並びに後方端部９から
成り、これらの部位はその順序に外径が順次小さくなっ
た外周面を有している。また、これらの外径に合わせて
、主軸ケーシング５は、前軸受３の外側レース部４７及
びスペーサ１５を支持する中間部４９、送風機４０が位
置する中間部１６、並びに後軸受４の外側レース部４８
及びスペーサ１７を支持する中間部５０から成り、これ
らの部位はその１１１ｉ序に内径が順次小さくなった内
周面に形成されている。従って、主軸２を主軸ケーシン
グ５に挿入する場合には、主軸２に関しては、前方端部
７の外周面に一方の前軸受押え部材１８を嵌合させ、次
いで前軸受３、スペーサ１２及びスペーサ１５を所望の
数だけ（図では３個宛）嵌合し、更に、主軸２にねじ止
めした他方の前軸受押え部材１９でもって前軸受３を予
め取付けておく。次に、主軸２の中間部１３に送風機４
０を嵌合して固定する。最後に、主軸２の中間部４６に
スペーサ１４及びスペーサ１７を所望の数だけ（図では
２個宛）嵌合する。勿論、この段階では主軸駆動プーリ
１０を取付けない。一方、主軸ケーシング５の後方端に
は、後軸受押え部材２０をねし止めておき、この状態で
前方より主軸２を主軸ケーシング５内に挿入して、後軸
受４の外側レース部４８が主軸ケーシング５側の後軸受
押え部材２０に当接した時に、前方側の前軸受押え部材
１８を貫通したポルト２１を主軸ケーシング５にねじ込
む。これによって、主軸２を主軸ケーシング５に取付け
た状態になる。

前方の前軸受押え部材１８をボルト２１でねし止めした
場合に、該前軸受押え部材１８の内周面と主軸２の前方
端部７の外周面との間には前方ラビリンス２２が形成さ
れる。また、主軸２の後方端部９側においては、内側の
後軸受押え部材２３を後軸受４の主軸２に形成した雄ね
じ部１４ａに後軸受４に向かってねじ込むことにより、
後軸受４の内側レース部４４の抜は出めを防止すると共
に、外側の後軸受押え部材２０の内周面と内側の後軸受
押え部材２３の外周面との間に後方ラビリンス２４が形
成される。最後に、主軸駆動プーリ１０を主軸２の後方
端部９にキー止めして固定し、次いで、加工工具、チャ
ック等を前方端部７のチャック取付面８に取付けること
によって主軸金工の組立てを行うことができる。

次に、第２図及び第３図を参照して、主軸２に取付けら
れた送風機４０について説明する。この送風機４０は、
送風機前羽根２５及び送風ａ後羽根２６（図示の例では
各々４枚から成る）から成る。各々の送風機前胴ｌＩ２
５及び送風機後羽根２６は、前軸受３と後軸受４との中
間において、主軸２の中間部１３の外周面上に対して、
回転軸線Ａ−Ａに対してそれぞれ取付角度が、第２図で
示されるように、角度α、周角度αで表されるように互
いに逆向きに取付けられている。

更に、主軸ケーシング５の中間部１６の内外周面は、送
風機前羽根２５及び送風機後羽根２６の外径先端との間
に僅かな間隙２７を形成するように構成されており、従
って、この主軸ケーシング５は主軸２の回転を防げるこ
とがないと共に、後述するように吸引空気を効率的に送
り出している。

送風機前羽根２５と送風機後羽根２６との間において、
主軸２の中間部１３の外周面と主軸ケーシング５の中間
部１６の内周面とで区画された第−空間部２８が負圧室
として形成されており、そして送風機前羽根２５の前方
で且つ前軸受３の後方、及び送風機後羽根２６の後方で
且つ後軸受４の前方においては、いずれも主軸２の中間
部１３の外周面と主軸ケーシング５の中間部１６の内周
面との間に前加圧室２９及び後加圧室３０である第二空
間部が形成されている。この負圧室である第−空間部２
８には、主軸ケーシング５を半径方向に貫通する複数の
空気吸引路３１が連通しており、空気吸引路３１の外気
と通じる空気流入口３２には流人外気を濾過するフィル
タ３３と空気流入方向にのみ開く一方弁３４が設けられ
ている。

更に、前加圧室２９及び後加圧室３０は、主軸ケーシン
グ５を貫通して外気と連通ずる空気排出路３５と接続し
ている。この空気排出路３５の外気と通じる空気排出口
３６には、それぞれ前加圧室圧力調整弁３６ａと後加圧
室圧力調整弁３６ｂが設けられている。

また、負王室である第−空間部に連通ずる空気吸引路に
ついては、主軸ケーシング５側に設ける代わりに、第１
図に符号３７で示す想像線のように、主軸２側に設けて
もよい。即ち、主軸２の貫通孔６から半径方向に伸びて
負圧室２８に連通ずる複数の空気吸引路３７を設け、該
空気吸引路３７に、フィルタ３８と一方弁３９を設けて
もよい。

勿論、上記の空気吸引路３１．３７については、主軸ケ
ーシング５と主軸２との両者に形成してもよく、又は主
軸ケーシング５又は主軸２のいずれか一方に形成するよ
うに構成してもよいものである。

次に、この発明による工作機械の主軸台の作動について
説明する。図において示す矢印は、冷却用空気又は排気
空気の流れ方向を示すものである。

加工工具、工作物等を取付けた主軸２が主軸駆動プーリ
１０からの回転駆動力によって回転すると、送風機羽根
２５．２６も回転し、負圧室即ち第−空間部２８内の空
気を各々の加圧室２９．３０へ送り出す。これにより第
−空間部２８内の圧力は下がり始め、空気吸引路３１を
介して外気を吸引し始める。空気吸引路３１の空気流入
口３２に設けられたフィルタ３３は外気中の塵埃等の異
物を濾過して主軸２の回転に悪影響を与えないようにし
ている。また、空気流入口３２の一方弁３４は、空気流
入時に開くように設定しである。送風機羽根２５．２６
より各軸受へ向かって送られた空気は、加圧室２９．３
０に至り、若干加圧される。

加圧室２９．３０を外気と連通ずる空気排出路３５の空
気排出口３６には、それぞれ前加圧室圧力調整弁３６ａ
と後加圧室圧力調整弁３６ｂとが設けてあって加圧室２
９．３０内の圧力をそれぞれ独立的に調整可能に構成さ
れている。次いで、加圧室２９．３０内の空気は、それ
ぞれ調整された圧力でもって、一部は空気排出口３７か
ら外気へ放出されるが、その他の空気はそれぞれ前軸受
３、後軸受４、そして前方ラビリンス２２、後方ラビリ
ンス２４を通って主軸２の前後端部から外気へ排出され
る。空気は、前軸受３、後軸受４を通る時、回転摩擦に
よって熱を帯びている軸受部から熱を吸収し冷却する。

また、熱を奪い取りつつ軸受部を通過した空気は、ラビ
リンス２２．２４において常に外気へ流出する流れとな
るので、雰囲気中の切削油や微細切屑がラビリンス２２
．２４を通って送風機羽根２５．２６へ侵入するのが防
止される。更に、ラビリンス２２．２４を通って外気へ
排出される空気流れの強さは、各加圧室圧力調整弁３６
ａ、３６ｂによりそれぞれ独立して制御されるので、空
気流れが送風機羽根２５，２６に用いられている高品質
グリースをラビリンス２２．２４から外へ排出させるこ
ともない。

送風機羽根によって負圧室である第−空間部２８から加
圧室２９．３０へ送り出される空気の空気量と空気圧は
、送風機羽根の回転速度に順特性で増大する。言い換え
れば、空気量は送風機羽根の回転速度に比例して増加し
、空気圧は送風機羽根の回転速度の二乗に比例して増加
する。

通常、送風機羽根の大きさ及び回転速度が同一であると
いう条件のもとでは、羽根の枚数を増やせば送風される
空気量も空気圧も増加する。更に、羽根の取付角度を急
にする、即ら取付角度Ｘを大きくとればとるほど、空気
量も空気圧も増すことになる。従うて、送風機前羽根２
５と送風機後羽根２６を上記のように枚数、取付角度を
異なるように構成すれば、負圧室である第−空間部２日
から前加圧室２９及び後加圧室３０へ分流される割合、
流量及び圧力が異なるため、前軸受３及び後軸受４の軸
受状態に最適条件の値に設定することができる。また、
羽根の材質についてはプラスチック成形品等で主軸２の
中間部１３に嵌着するスリーブ部分４２と一体的に成形
し、ビス等の固着手段４１で主軸２に固定してもよいが
、熱伝導率の高いアルミ、銅等の金属で作る方が放熱効
果がよい。

以上、この発明による工作機械の主軸台の実施例につい
て詳述したけれども、上記実施例に限定されるものでは
ないことは勿論である。即ち、上記実施例では、図にお
いて送風機として軸流送風機が組み込まれているが、必
ずしも軸流送風機に限定されるものでなく、例えば、遠
心送風機等を適用することも可能であることは勿論であ
る。また、図では空気吸引路を一箇所に設けたものが示
しているが、必ずしも一箇所に限定されるものでなく、
適宜の場所、或いは両軸受に対してそれぞれ設けるよう
に構成することもできることは勿論である。更に、主軸
については、切削バイト、工作物取付チャック等のみに
限らず、工作物を取付けることも可能であることは勿論
である。

〔発明の効果〕

この発明は、以上のように構成されているので、次のよ
うな効果を奏する。即ち、工作機械において、精密な旋
削加工で嫌われる熱は、主軸を回転支持する軸受で発生
するが、この主軸に取付けた送風機羽根が送り出す冷却
風を熱の発生源たる軸受を通すことにより、熱の発生源
の近くで効率的に冷却することができる。また、送風機
羽根によって送られる供給空気圧力と供給空気量は、主
軸の回転速度に対して順特性でもって変化するので、回
転摩擦熱の発生量が多い高回転数の時はど供給空気圧力
及び供給空気流量を増大することになり、回転摩擦熱の
発生量に適格的に対応することができる。しかも、冷却
空気の供給は、主軸の回転駆動力のほんの一部を利用す
るのみであるので、冷却空気の供給のみに外部の空気供
給装置を用意する必要がない。更に、空気流入路にはフ
ィルタが設けであるので、取入れ空気の中に工作機械の
雰囲気中の油分、微細切削屑等の異物混入を防止するこ
とができる。また、前後両端のラビリンスを通して排出
される空気量は、前後の加圧室圧力調整弁により前後独
立して各軸受状態及びラビリンス状態に応じて制御でき
るので、これらラビリンスから軸受に譬布した高品質グ
リースの無駄な露出を防止し、合わせてこの高品質グリ
ースの品質を維持することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による工作機械の主軸台の実施例を示
す断面図、第２図は第１図の工作機械の主軸台における
送風機羽根の正面図、第３図は第２図の線■−■の方向
からみた側面図である。 １−・−・−・主軸台、２−・−主軸、３−・−前軸受
、４・・−・・・後軸受、５−・−主軸ケーシング、２
２−・−前方ラビリンス、２４−・・・−後方ラビリン
ス、２５−−送風機前羽根、２６・・−−−一送風機後
羽根、２７・−−・間隙、２８−・−・・第−空間部（
負圧室）、２９゜３０−・−第二空間部（前加圧室、後
加圧室）、３１　、　３７−−−−空気吸引路、３２−
−−一空気流入口、３３．３Ｌ−−・−フィルタ、３４
．３９−・−−一方弁、３５−・・・・−・空気排出路
、３６−−−〜・空気排出口、３６ａ−−・−前加圧室
圧力調整弁、３６　ｂ−・−・−後加圧室圧力調整弁、
４０−・−送風機。 特許出願人　　　西部電機株式会社 代理人　弁理士　　尾　仲　−宗 第２［ 第３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の軸受を介して主軸を主軸ケーシングに回転
   自在に支持し、前記軸受間の前記主軸に送風機を取付け
   、前記送風機は空気吸引路を通じて空気を吸引して前記
   軸受に送風すると共に、前記送風機と前記軸受との間の
   部位の前記主軸ケーシングに圧力調整弁を備えた空気排
   出路を形成して前記軸受への空気流量を調節することを
   特徴とする工作機械の主軸台。
2. （２）前記空気吸引路は前記主軸ケーシングに形成され
   且つ前記空気吸引路にはフィルタ及び一方弁が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   工作機械の主軸台。
3. （３）前記送風機は主軸回転中心軸線に対してそれぞれ
   取付角度が逆向きに取付けられた一対の送風機羽根を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の工
   作機械の主軸台。
4. （４）前記空気吸引路は前記主軸ケーシングを半径方向
   に貫通し且つ前記主軸と前記主軸ケーシングとで囲まれ
   た前記羽根間に形成された第一空間部に連通するように
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の工作機械の主軸台。
5. （５）前記空気吸引路は前記主軸を貫通し且つ前記主軸
   と前記主軸ケーシングとで囲まれた前記羽根間に形成さ
   れた第一空間部に連通するように形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の工作機械の主
   軸台。
6. （６）前記軸受の軸方向外側における前記主軸と前記主
   軸ケーシングとの間にはラビリンスが形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の工作機械
   の主軸台。