JP5455578B2 - スピンドル装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドル装置に関し、特に工具を取り付ける回転体を回転自在に支持する軸受け部を冷却するスピンドル装置に関する。

スピンドル装置は、回転体にワークを加工する工具を取り付けて構成され、回転体は例えばベアリング軸受け部に回転自在に支持される。このようなスピンドル装置は、例えば特許文献１に開示される技術が参照される。

特開２０００−１２６９３８号公報

ところで、上述したスピンドル装置による切削加工の際にはベアリング軸受け部に発熱を生じることがあり、このような発熱を低減させるべく、従来のスピンドル装置１００においては例えば図８に示すような冷却構造が採用されている。

すなわち、同図に示すように、回転体１０１を支持するフロント側およびリア側のベアリング軸受け部１０２，１０３にはその外周側を覆うように冷却室１０４，１０５が設けられており、この冷却室１０４，１０５に冷却液を供給して各ベアリング軸受け部１０２，１０３を冷却する構成となっている。

そして、ベアリング軸受け部１０２，１０３のうちリア側の冷却室１０５の外周側には収納室１０７が設けられ、この収納室１０７にボールゲージ１０８が収納される。このボールゲージ１０８は、リア側のベアリング軸受け部１０３を軸方向に移動可能に支持する支持部材として機能し、これにより回転体１０１の軸方向の伸びがリア側に逃げるように考慮されている。更に、ボールゲージ１０８つまり収納室１０７と冷却室１０５との間にはボールゲージケース１０６が介装されている。

しかしながら、このようにリア側においてベアリング軸受け部１０３を冷却する冷却室１０５を設け、更にこの冷却室１０５の外周側にボールゲージケース１０６を介してボールゲージ１０８を収納する収納室１０７を設けることとすると、リア側のベアリング軸受け部１０３の胴径が大きくなりスピンドル装置１００が大型化してコストアップとなるばかりか、クイル１０９や加工ヘッドも大型化して近年の高加速切削の要請に応えることもできず加工時間の短縮を図ることもできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、軸受け部の胴径を小さくして装置のコンパクト化を実現することができるスピンドル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、スピンドル装置に係る請求項１の発明は、ハウジング内において軸受け部に回転自在に支持され、ワークを加工する工具を取り付ける回転体と、所定の収納室に収納され、軸受け部を軸方向に移動可能に支持する支持部材と、を有するスピンドル装置において、所定の収納室は、軸受け部に隣接して配置されるとともに、収納室に冷却液を供給して軸受け部を冷却し、支持部材は、軸受け部を覆うように形成された環状体に第１の孔を設けて該第１の孔に球状体を回転可能に嵌め込み、該球状体により軸受け部を軸方向に移動可能に支持するとともに、収納室は、環状体により、内側に形成され軸受け部との間で所定の空間をなし球状体により軸受け部を支持する側となる第１の区画と、外側に形成されハウジングとの間で所定の空間をなす第２の区画と、に区分けされ、第１の区画に冷却液を供給して軸受け部を冷却し、環状体に冷却液が流通可能に形成された第２の孔を設け、冷却液を第２の区画および第２の孔を介して第１の区画に供給することを特徴とする。

本発明によれば、所定の収納室は、軸受け部に隣接して配置されるとともに、収納室に冷却液を供給して軸受け部を冷却することとしたので、支持部材のケースや冷却室が省略され、軸受け部の胴径を小さくして装置のコンパクト化を実現することができる。

第１の孔または第２の孔を軸方向および該軸方向に直交する方向の位置が異なるように複数設けることとすれば、収納室内における冷却液の流れが複雑となり、軸受け部の冷却効率を向上させることができ、収納室のコンパクト化が図られる。これにより装置の更なるコンパクト化を実現することができる（請求項２）。

上記目的を達成するために、スピンドル装置に係る請求項３の発明は、ハウジング内において軸方向に沿って複数設けられたベアリング軸受け部に回転自在に支持され、ワークを加工する工具を取り付ける回転体と、所定の収納室に収納され、複数のベアリング軸受け部のうち工具と相対的に離間する位置に配置されるリア側のベアリング軸受け部における回転体の軸方向の伸縮に伴う移動を可能に支持する支持部材と、を有するスピンドル装置において、所定の収納室は、ベアリング軸受け部に隣接して配置されるとともに、支持部材は、ベアリング軸受け部を外側から覆うように形成された環状体に第１の孔を軸方向および該軸方向に直交する方向の位置を異なるように複数設けて該第１の孔に球状体を回転可能に嵌め込み、該球状体によりベアリング軸受け部を軸方向に移動可能に支持し、更に収納室を環状体により内側に形成されベアリング軸受け部との間で所定の空間をなし球状体によりベアリング軸受け部を支持する側となる第１の区画と、外側に形成されハウジングとの間で所定の空間をなす第２の区画と、に区分けし、更にまた、環状体に冷却液が流通可能に形成された第２の孔を軸方向および該軸方向に直交する方向の位置が異なるように複数設けるとともに、第１の孔および第２の孔を軸方向および直交する方向の位置が相互に異なるように設け、冷却液を第２の区画および第２の孔を介して第１の区画に供給してベアリング軸受け部を冷却することを特徴とする。

本発明によれば、回転体のリア側において支持部材のケースや冷却室が省略され、リア側のベアリング軸受け部の胴径を小さくして装置のコンパクト化を実現することができるとともに、収納室内における冷却液の流れが複雑となり、ベアリング軸受け部の冷却効率を向上させることができる。

本発明によれば、軸受け部の胴径を小さくして装置のコンパクト化を実現することができる。

本発明の実施形態に係るスピンドル装置を備えた工作機械の構成の概略を示す側面図である。 本発明の実施形態に係るスピンドル装置の構成を示す断面を含む側面図である。 リア側ベアリング軸受け部の周辺構造を示す断面を含む拡大側面図である。 収納室およびボールゲージの構造を示す断面を含む拡大平面図である。 ボールゲージの構成を示す展開図である。 ボールゲージの第１の孔の詳細構造を示す断面を含む拡大側面図である。 スピンドル装置のリア側の組み付け方法を説明するための断面を含む側面図である。 従来のスピンドル装置の構成を示す断面を含む側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るスピンドル装置を備えた工作機械の概略を示す構成図である。

同図を参照して工作機械の概要を説明すると、工作機械１は、該工作機械１の基部をなすベッド２、ベッド２の上面前部に設けられるワークテーブル３、ベッド２の後部上面から立設するコラム４、コラム４の上面に設けられるサドル５、サドル５の前面に設けられる加工ヘッド６、加工ヘッド６の内部に設けられ、加工ヘッド６の下端から出没可能に構成されたクイル７等の各構造体を有しており、クイル７に本発明のスピンドル装置８が装着されている。

図２に示すように、スピンドル装置８は、ハウジング９内にフロント側ベアリング軸受け部１０およびリア側ベアリング軸受け部１１を介して回転自在に支持された回転体１２を有しており、該回転体１２の下端に工具を取り付けて、スピンドルモータ１４により回転体１２を所要に回転させつつワークの切削加工を行う。フロント側ベアリング軸受け部１０およびリア側ベアリング軸受け部１１はそれぞれベアリングケース１０ａ，１１ａに収納されている。

図３および図４に拡大して示すように、リア側ベアリング軸受け部１１の外周側、厳密にはリア側ベアリング軸受け部１１の一構成をなすリア側のベアリングケース１１ａの外周側には、所定の収納室２０が隣接して設けられている。すなわち、収納室２０は、ハウジング９およびリア側のベアリングケース１１ａに囲まれた収納空間となっており、この収納室２０にはボールゲージ３０が備えられている。

ボールゲージ３０は、環状体３１を有しており、環状体３１は、リア側のベアリングケース１１ａを外側から覆うように形成されている。
図５に示すように、環状体３１にはその中間部に円形の第１の孔３２が複数設けられており、該複数の第１の孔３２は、所定幅の各領域Ｘ乃至Ｚにおいて、軸方向の位置Ａ乃至Ｄ（正確には第１の孔３２の軸方向の中心位置Ａ乃至Ｄ）および周方向の位置Ｅ乃至Ｖ（正確には第１の孔３２の周方向の中心位置Ｅ乃至Ｖ）が異なるように配置されている。これら第１の孔３２にはそれぞれ球状体３３が回転可能に嵌め込まれている。

すなわち、図６に拡大して示すように、第１の孔３２はテーパ形状となっており、該テーパ形状はベアリングケース１１ａ側の端部が径が漸次減少する形状となっている。これにより球状体３３が第１の孔３２から抜け出ることがないように考慮されている。

このように構成されたボールゲージ３０は、球状体３３の一の頂部がリア側のベアリングケース１１ａの外周側に当接するように、かつ、球状体３３の他の一の頂部がハウジング９の内壁に当接するように、それぞれ備えられている。

つまり、本発明にあっては、回転体１２の軸方向の伸びをリア側に逃がすように構成されており、ボールゲージ３０は、リア側ベアリング軸受け部１１すなわち工具と相対的に離間する位置に配置されたベアリング軸受け部１１を、回転体１２の軸方向の伸縮に伴う移動を可能に支持する支持部材として機能している。

ここで、収納室２０は、図２乃至図４から明らかなように、環状体３１により、第１の区画２１と第２の区画２２とに区分けされている。
すなわち、第１の区画２１は、環状体３１により、内側に形成されリア側軸受け部１１との間で所定の空間をなしリア側ベアリング軸受け部１１を支持する側の区画となっており、第２の区画２２は、外側に形成されハウジング９との間で所定の空間をなしハウジング９を支持する側の区画となっている。

そして、ハウジング９の下部側には開口４０が設けられており、第２の区画２２の下部側から開口４０およびノズル４１を介して冷却液が供給されるとともに、ハウジング９の上部側にも開口４２が設けられており、第２の区画２２の上部側から開口４２およびノズル４３を介して冷却液が排出される。

つまり、環状体３１にはその上部、下部、および中間部のそれぞれに円形の第２の孔３４が複数設けられており、該複数の第２の孔３４は、所定幅の各領域Ｘ乃至Ｚにおいて、軸方向の位置ａ乃至ｃ（正確には第２の孔３４の軸方向の中心位置ａ乃至ｃ）および周方向の位置ｄ乃至ｌ（正確には第２の孔３４の周方向の中心位置ｄ乃至ｌ）が異なるように配置されるとともに、第２の孔３４は第１の孔３２との相互間においても、所定幅の各領域Ｘ乃至Ｚにおいて、軸方向の位置および周方向の位置が異なるように配置されている。

これにより、第２の区画２２の下部側から供給された冷却液は、第２の孔３４を介して第１の区画２１内を複雑な上昇流を形成しながら流通し、リア側ベアリング軸受け部１１が冷却される。
なお、冷却液の供給および排出は冷却液循環ユニット５０を介して行われる。冷却液循環ユニット５０は循環ポンプ５１および冷却装置５２からなる。

ここで、上記の如く構成されたスピンドル装置８のリア側の組み付け方法を説明すると次のようになる。すなわち、図７に示すように、ハウジング９の上方位置からハウジング９の内壁に沿って球状体３３を転がしながらボールゲージ３０をスライドさせ、更にボールゲージ３０の上方位置からベアリングケース１１ａの外周側で球状体３３を転がしながらベアリングケース１１ａをリア側ベアリング軸受け部１１と一体にスライドさせて組み付けていく。この組み付けの際には、ハウジング９に設けられた上部側の開口４２に詰め物４４をしておき、該開口４２から球状体３３が抜け出ることがないように考慮する。

以上説明したように本発明によれば、ボールゲージ３０を収納する収納室２０は、リア側ベアリング軸受け部１１に隣接して配置されるとともに、収納室２０に冷却液を供給してリア側ベアリング軸受け部１１を冷却することとしたので、従来のボールゲージケースや冷却室を省略することができる。

つまり、本発明においては、収納室２０が冷却室としても機能するので、図８に示される従来の冷却室を省略することができ、更に従来の冷却室と収納室との間に介在するボールゲージケースも省略することができる等、リア側ベアリング軸受け部１１の胴径を小さくしてスピンドル装置８のコンパクト化を実現することができる。これにより、装置のコストダウンを実現することができるとともに、高加速切削を実現して加工時間の短縮も図ることができる。

また、第１の孔３２および第２の孔３４のそれぞれを所定幅の各領域Ｘ乃至Ｚにおいて、軸方向つまり冷却液の流通方向、および周方向つまり冷却液の流通方向に直交する方向、の位置が異なるように複数設けることとしたので、収納室２０内における冷却液の流れが複雑となり、リア側ベアリング軸受け部１１の冷却効率を向上させることができ、収納室２０のコンパクト化が図られる。これにより、スピンドル装置８の更なるコンパクト化を実現することができる。

更に、第１の孔３２および第２の孔３４を、所定幅の各領域Ｘ乃至Ｚにおいて、流通方向および該流通方向に直交する方向の位置が相互に異なるように設けることとしたので、収納室２０内における冷却液の流れが一層複雑となり、リア側ベアリング軸受け部１１の冷却効率を更に向上させることができる。

本発明は、スピンドル装置に利用できる。具体的には工具を取り付ける回転体を回転自在に支持する軸受け部を適宜冷却する場合に役立つ。

１：工作機械
２：ベッド
３：ワークテーブル
４：コラム
５：サドル
６：加工ヘッド
７：クイル
８：スピンドル装置
９：：ハウジング
１０：フロント側ベアリング軸受け部
１０ａ：ベアリングケース（フロント側）
１１：リア側ベアリング軸受け部
１１ａ：ベアリングケース（リア側）
１２：回転体
１４：スピンドルモータ
２０：収納室
２１：第１の区画
２２：第２の区画
３０：ボールゲージ（支持部材）
３１：環状体
３２：第１の孔
３３：球状体
３４：第２の孔
４０：開口（下部側）
４１：ノズル（下部側）
４２：開口（上部側）
４３：ノズル（上部側）
４４：詰め物
５０：冷却液循環ユニット
５１：循環ポンプ
５２：冷却装置
１００：スピンドル装置
１０１：回転体
１０２：ベアリング軸受け部（フロント側）
１０３：ベアリング軸受け部（リア側）
１０４：冷却室（フロント側）
１０５：冷却室（リア側）
１０６：ボールゲージケース
１０７：収納室
１０８：ボールゲージ（支持部材）
１０９：クイル

Claims (3)

1. ハウジング内において軸受け部に回転自在に支持され、ワークを加工する工具を取り付ける回転体と、所定の収納室に収納され、前記軸受け部を軸方向に移動可能に支持する支持部材と、を有するスピンドル装置において、
   前記所定の収納室は、前記軸受け部に隣接して配置されるとともに、前記収納室に冷却液を供給して前記軸受け部を冷却し、
   前記支持部材は、前記軸受け部を覆うように形成された環状体に第１の孔を設けて該第１の孔に球状体を回転可能に嵌め込み、該球状体により前記軸受け部を前記軸方向に移動可能に支持するとともに、
   前記収納室は、前記環状体により、内側に形成され前記軸受け部との間で所定の空間をなし前記球状体により前記軸受け部を支持する側となる第１の区画と、外側に形成され前記ハウジングとの間で所定の空間をなす第２の区画と、に区分けされ、
   前記第１の区画に前記冷却液を供給して前記軸受け部を冷却し、
   前記環状体に前記冷却液が流通可能に形成された第２の孔を設け、前記冷却液を前記第２の区画および前記第２の孔を介して前記第１の区画に供給することを特徴とするスピンドル装置。
2. 前記第１の孔または前記第２の孔を前記軸方向および該軸方向に直交する方向の位置が異なるように複数設けることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
3. ハウジング内において軸方向に沿って複数設けられたベアリング軸受け部に回転自在に支持され、ワークを加工する工具を取り付ける回転体と、所定の収納室に収納され、前記複数のベアリング軸受け部のうち前記工具と相対的に離間する位置に配置されるリア側のベアリング軸受け部における前記回転体の軸方向の伸縮に伴う移動を可能に支持する支持部材と、を有するスピンドル装置において、
   前記所定の収納室は、前記ベアリング軸受け部に隣接して配置されるとともに、前記支持部材は、前記ベアリング軸受け部を外側から覆うように形成された環状体に第１の孔を前記軸方向および該軸方向に直交する方向の位置が異なるように複数設けて該第１の孔に球状体を回転可能に嵌め込み、該球状体により前記ベアリング軸受け部を前記軸方向に移動可能に支持し、更に前記収納室を前記環状体により内側に形成され前記ベアリング軸受け部との間で所定の空間をなし前記球状体により前記ベアリング軸受け部を支持する側となる第１の区画と、外側に形成され前記ハウジングとの間で所定の空間をなす第２の区画と、に区分けし、
   更にまた、前記環状体に前記冷却液が流通可能に形成された第２の孔を前記軸方向および該軸方向に直交する方向の位置が異なるように複数設けるとともに、前記第１の孔および前記第２の孔を前記軸方向および前記直交する方向の位置が相互に異なるように設け、
   前記冷却液を前記第２の区画および前記第２の孔を介して前記第１の区画に供給して前記ベアリング軸受け部を冷却することを特徴とするスピンドル装置。

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