JPH09317778A

JPH09317778A - 主軸軸受冷却装置

Info

Publication number: JPH09317778A
Application number: JP8161106A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Umemoto; 武彦梅本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-09

Abstract

(57)【要約】【課題】主軸軸受の初期剛性を向上させることができ
て、低速から高速までの剛性向上が図れ、かつ構成が簡
単で、動力損失の問題も生じないものとする。【解決手段】主軸軸受３の内輪３ａと主軸１との間に
冷却用スリーブ４を設ける。この冷却用スリーブ４に冷
却油の流路１４を貫通させる。主軸軸受３を設置したハ
ウジング２に、冷却用スリーブ４の流路１４の入口へ冷
却油を供給する冷却油供給路９と、流路１４の出口から
冷却油を回収する冷却油回収路１０とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、研削盤や、マシ
ニングセンタ、旋盤等の工作機械における主軸に応用さ
れる主軸軸受冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸スピンドルは、近年高速
化が進み、主軸軸受のｄｎ値（ｄ：軸受内径寸法、ｎ：
回転数）が６０×１０⁴〜１５０×１０⁴程度に達して
いる。このような主軸スピンドルの高速化は、軸受の内
部発熱による予圧の上昇と、焼き付き等の問題を伴う。
このような問題の解消のため、次の三つの対策が採用さ
れている。主軸軸受の初期剛性を小さくする（初期予圧を低くす
る）。ジェット潤滑を採用する。スピンドルハウジングの外径面を冷却油で冷却する。

【０００３】図１３に示す従来例で前記の対策を説明す
ると、前記の方法は、スピンドルハウジング１０１の
外径面にねじ溝状の溝部を１０２を形成し、その外側に
冷却ジャケット１０３を形成して冷却油を流す方法であ
る。すなわち、主軸スピンドル装置の全体を冷却し、発
熱による主軸１００の全体の精度劣化を防ぐことを目的
とする。前記の方法は、主軸軸受１０４につき、最高
回転数の発熱を予想して軸受隙間を大き目に設定する方
法である。軸受１０４内の温度分布は、（転動体）＞
（内輪）＞（外輪）の順に温度が高く、外輪よりも内輪
の方が温度が高いため、運転に伴って内部隙間が小さく
なり、予圧量が上昇する。このため、初期予圧を低くす
ることが必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、最高回転数を予想して軸受隙間を大き目に設定する
方法では、低速回転で使用した場合に、発熱が小さく、
軸受隙間が小さくならないで、予圧量が増加せず、主軸
１００の支持剛性が不足する。特に、の冷却方法のよ
うに、冷却ジャケット１０３をハウジング１０１の外周
に設けた場合、軸受１０４の外輪側を冷却するため、高
速運転時の内外輪間温度差はさらに大きくなる。その時
に過大予圧とならない様にするために初期予圧を小さく
する必要が生じ、低速回転時の剛性不足の問題が大きく
なる。工作機械では、加工の仕上がり等の面から、低速
回転で使用することが必要な場合も多くあり、この場合
の加工精度の向上が難しい。前記のジェット潤滑は、
軸受の側面に設けたノズル等から潤滑油を噴出させて軸
受内の冷却と潤滑を兼ねる方法であるが、構造が複雑で
あるため、それ程採用されておらず、また大量の潤滑油
を軸受に吹き付ける方法であるため、軸受の回転に抵抗
が生じ、主軸の動力損失が生じるという課題がある。ジ
ェット潤滑の一種として、内輪の軌道面に設けたノズル
から潤滑油を吐出する方法（アンダーレース潤滑）があ
り、これによれば内輪の冷却も兼ねられるが、これも構
造が複雑であり、動力損失の問題があり、また内輪の軌
道面にノズルが設けられることから、転動寿命の面でも
好ましくない。

【０００５】この発明は、これらの課題を解消するもの
であり、主軸軸受の初期剛性を向上させることができ
て、低速から高速までの剛性向上が図れ、かつ構成が簡
単で、動力損失の問題も生じない主軸軸受冷却装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解消するため、主軸軸受の内輪と主軸との間に冷却用ス
リーブを設け、この冷却用スリーブに冷却油の流路を一
端から他端に貫通させて設けたものである。主軸軸受を
設置したハウジングには、前記冷却用スリーブの流路の
入口へ冷却油を供給する冷却油供給路と、前記流路の出
口から冷却油を回収する冷却油回収路とを設ける。この
構成によると、主軸に軸受内輪を冷却する冷却用スリー
ブを設けたため、次の各作用が得られる。運転時に最も温度が高くなる内輪より熱を奪うため、
内外輪間の温度差が少なくなる。このため、高速回転時
に予圧過剰とならないように初期予圧を設定しても、初
期予圧が低くなり過ぎず、主軸軸受の初期剛性を高くと
れる。したがって、低速から高速まで主軸の支持剛性が
確保される。冷却用スリーブに冷却油を流すだけであるため、ジェ
ット潤滑のような軸受の回転の抵抗とならずに冷却が行
える。軸受自体には冷却油用のノズル等を加工することが不
要であり、構造が簡単である。最も高温となる内輪より熱を奪うため、熱による潤滑
油の劣化が防がれる。温度の高くなり易い内輪より熱を奪うため、精度劣化
が防げる。主軸が冷却されるため、主軸の軸方向の熱膨張が抑制
され、主軸による加工精度が向上する。

【０００７】冷却用スリーブの流路は、貫通孔であって
も良く、また内径面に形成された螺旋溝であっても良
い。螺旋溝とした場合、冷却用スリーブ内に流路を長く
形成することができ、少ない冷却油量で効率良く冷却で
きる。

【０００８】上記構成において、前記主軸の外周に、前
記冷却用スリーブの入口に一端が連通して他端が外径面
に開口した導入路を有する流路入口部材を設け、この流
路入口部材の外径面に内径面が近接する供給路部材を前
記ハウジングに設けても良い。供給路部材には内径面に
前記流路入口部材の導入路の入口部に対面する環状溝を
設け、その溝底にハウジングの冷却油供給路を開口させ
る。このように、径方向に近接する流路入口部材と供給
路部材とを介して冷却油を供給することにより、ハウジ
ングから回転する主軸の冷却用スリーブへの潤滑油の供
給が簡単な構成で行える。また、環状溝を介して供給す
るため、回転位相にかかわらず連続して円滑に冷却油が
供給される。また、前記主軸の外周に、前記冷却用スリ
ーブの出口に一端が連通して他端が外径面に開口した導
出路を有する流路出口部材を設け、この流路出口部材の
外径面に内径面が近接する回収路部材を前記ハウジング
に設けても良い。回収路部材には、内径面に前記流路出
口部材の導出路の出口部に対面する環状溝を設け、溝底
に前記ハウジングの冷却油回収路を開口させる。これに
より、回転する冷却用スリーブから固定のハウジングへ
の冷却油の回収が簡単な構成で行える。

【０００９】また、上記構成において、前記回収路部材
の内径面における主軸軸受側の端部に、前記流路出口部
材の側面に近接してラビリンスシールを構成する環状突
壁を設けても良い。前記ラビリンスシールにより、軸受
に対するシール効果も得られ、軸受の密封性が増す。ま
た、上記構成において、前記ハウジングに、主軸軸受に
潤滑油を噴出するノズル、およびこのノズルに潤滑油を
供給する潤滑油供給路を設けても良い。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図７と共に説明する。この例は、研削盤等の工作機械
におけるスピンドル装置に適用したものであり、主軸１
は、ハウジング２に複列の主軸軸受３を介して支持され
ている。この主軸軸受冷却装置は、両列の主軸軸受３，
３にわたり、内輪３ａと主軸１との間に介在させた冷却
用スリーブ４と、その両側に設けた流路入口部材５およ
び流路出口部材６と、これら流路入口部材５および流路
出口部材６に対応してハウジング１の内径面に配置した
供給路部材７および回収路部材８との５つの部品で主に
構成される。供給路部材７および回収路部材８に各々連
通してハウジング２内に冷却油供給路９と冷却油回収路
１０とが設けられる。両列の主軸軸受３，３の間にはエ
アオイル潤滑用のノズル付き外輪間座１１が配置され
る。ハウジング１内にはこのノズル付き外輪間座１１に
連通する潤滑油供給路１２と、主軸軸受３，３の並びの
両側から潤滑油や冷却油を回収する油回収路１３とが形
成してある。

【００１１】冷却用スリーブ４は、図５（Ａ），（Ｂ）
に示すように、軸方向に直線状に貫通する丸孔状の流路
１４を、周方向複数箇所に設けたものである。冷却用ス
リーブ４の両端面には円周溝１５，１６を設け、この円
周溝１５，１６に流路１４を開口させてある。流路１４
は、図５（Ｃ）のように入口１４ａから出口１４ｂ側へ
向かって外径側へ近づく勾配を有するものとしても良
い。これにより、遠心力によって油の流れが良くなる。
また、丸孔からなる流路１４の内径面は、ねじ溝等の螺
旋溝を設けると、表面積が大きくなり、熱の発散効率が
良くなる。

【００１２】図１における流路入口部材５は、冷却用ス
リーブ４の流路１４の入口１４ａに一端が連通して他端
が外径面に開口したＬ形の導入路１７を周方向複数箇所
に設けたものである（図４）。流路入口部材５の冷却用
スリーブ側端の外周部には、冷却用スリーブ４の外径面
に嵌合して主軸軸受３の内輪３ａの幅面に接する環状位
置決め片５ａが設けてある。流路入口部材５の内径面、
および環状位置決め片５ａの内径面の基端には、環状の
シール嵌合溝を形成し、Ｏリング等のシール部材を内部
に設けて主軸１および冷却用スリーブ４の外径面との間
を密封している。環状位置決め片５ａの外周には、供給
路部材７の側面に近接してラビリンスシールを構成する
環状の突条５ｂが形成してある。

【００１３】流路出口部材６は、流路入口部材５と同様
な構成であり、冷却用スリーブ４の流路１４の出口１４
ｂに一端が連通して他端が外径面に開口したＬ形の導出
路１８を周方向複数箇所に設けてある（図６）。流路出
口部材６の冷却用スリーブ側端の外周部には、冷却用ス
リーブ４の外径面に嵌合して主軸軸受３の内輪３ａの幅
面に接する環状位置決め片６ａが設けてある。流路出口
部材６の内径面、および環状位置決め片６ａの内径面の
基端には、環状のシール嵌合溝を形成し、Ｏリング等の
シール部材を内部に設けて主軸１および冷却用スリーブ
４の外径面との間を密封している。

【００１４】流路出口部材６、冷却用スリーブ４、およ
び流路入口部材５は、段付軸状に形成された主軸１の段
部１ａよりも先端側の部分にこの順に外嵌させ、先端の
ラビリンスシール用のシールリング１９と共に、主軸１
の雄ねじ部に螺着されたナット部材２０により、前記段
部１ａとの間で締め付けて主軸１に取付けてある。両列
の主軸軸受３，３の内輪３ａ，３ａは、両者の間に介在
させた内輪間座２９と共に、流路入口部材５と流路出口
部材６の環状位置決め片５ａ，６ａ間に挟み込まれる。

【００１５】供給路部材７は、流路入口部材５の外径面
に微小な隙間（例えば数１０〜数１００ミクロン程度）
を介して内径面が近接するものであり、図３に示すよう
に、内径面に環状溝２１が形成されている。環状溝２１
は、流路入口部材５の導入路１７の入口部に対面するよ
うに形成され、溝底にハウジング２の冷却油供給路９と
連通する貫通孔２２が開口している。貫通孔２２の供給
路部材外径面の開口周囲には、座繰り部を形成してＯリ
ング等の環状のシール材が設けられており、ハウジング
２の内径面との間が密封される。供給路部材７は、外径
部が両側へ鍔状に広がった断面形状とされ、その両側の
鍔状部分の周方向一箇所または複数箇所に、油排出用の
切欠口２３，２４が形成されている。

【００１６】回収路部材８は、供給路部材７と同様に、
流路出口部材６の外径面に微小な隙間を介して内径面が
近接するものであり、図７に示すように、内径面に環状
溝２５が形成されている。環状溝２５は、流路出口部材
６の導出路１８の出口部に対面するように形成され、溝
底にハウジング２の冷却油回収路１０と連通する貫通孔
２６が開口している。貫通孔２６の回収路部材外径面の
開口周囲には、座繰り部を形成してＯリング等の環状の
シール材が設けられ、ハウジング１の内径面との間が密
封される。回収路部材８は、外径部が両側へ鍔状に広が
った断面形状とされ、その両側の鍔状部分の周方向一箇
所または複数箇所に、油排出用の切欠口２７，２８が形
成されている。

【００１７】供給路部材７および回収路部材８は、両列
の軸受３，３における外輪３ｂ，３ｂの並びの外側に隣
接して配置され、これら軸受外輪３ｂ，３ｂおよび前記
ノズル付き外輪間座１１と共に、ハウジング１の内径面
の段部２ａと、ハウジング２の先端のハウジング蓋２Ａ
との間に締め付け状態に取付けられる。供給路部材７と
ハウジング蓋２Ａとの間にはラビリンスシール用のシー
ルリング３０を介在させる。

【００１８】両列の主軸軸受３は、アンギュラ玉軸受か
らなり、接触角の傾き方向が互いに対向するように配置
される。ノズル付き外輪間座１１には、両側の主軸軸受
３における内輪３ａの軌道面に潤滑油を各々噴出するノ
ズル１１ａが両面の周方向複数箇所に設けられている。

【００１９】ハウジング２内に設けられた前記潤滑油供
給路１２は、軸方向孔の一端に連通して潤滑油入口１２
ａをハウジング外径面に開口させ、前記軸方向孔の他端
から径方向孔を介してノズル付き外輪間座１１内に連通
させたものである。潤滑油入口１２ａには、潤滑油を搬
送空気と共に送り込む潤滑油供給装置（図示せず）が配
管で接続される。ハウジング２内の油回収路１３は、軸
方向孔の一端に連通して油回収口１３ａをハウジング外
径面に開口させ、供給路部材７および回収路部材８の各
切欠口２３，２４，２７，２８と各々対応してハウジン
グ内径面に開口する複数の径方向孔を前記軸方向孔から
分岐させたものである。冷却油供給路９および冷却油回
収路１０はいずれもハウジング２に設けた径方向孔から
なり、外径面に冷却油入口９ａおよび冷却油出口１０ａ
が各々開口している。ハウジング２の外径面には、ね
じ溝状の溝部２ｂが形成され、その外周に冷却ジャケッ
ト（図示せず）が設けられる。

【００２０】上記構成の作用を説明する。ハウジング２
の冷却油入口９ａから供給された冷却油は、図２（Ａ）
に矢印で示すように、冷却油供給路９を介して供給路部
材７の環状溝２１に流れ、微小隙間を介して対向する流
路入口部材５に流入する。流入した冷却油は、冷却用ス
リーブ４の流路１４を通って流路出口部材６から、回収
路部材８に回収され、冷却油出口１０ａから排出され
る。この間、冷却用スリーブ４内を流れるときに、主軸
軸受３の内輪３ａを冷却する。内輪３ａの熱を奪った冷
却油は、ハウジング２の冷却油回収口１０ａから排出さ
れてオイルクーラ（図示せず）によって冷却された後、
再び冷却油入口９ａから供給される。高速回転する主軸
１に前記のように冷却油を供給するときに、供給路部材
７と流路入口部材５との間、および流路出口部材６と回
収路部材８との間には僅かではあるが隙間があるため、
この隙間から冷却油が漏れる。漏れた冷却油は、図２
（Ｂ）に矢印で示すように、供給路部材７および回収路
部材８に設けられた切欠口２３，２４，２７，２８から
を通りハウジング２外に回収される。潤滑油は、搬送空
気と共に潤滑油入口１２ａからハウジング２内に供給さ
れ、ノズル付き外輪間座１１のノズル１１ａから両側の
主軸軸受３の内輪３ａに噴出して供給される。この軸受
３に供給された潤滑油は、軸受両側の供給路部材７およ
び回収路部材８の切欠口２３，２７から冷却油と共に回
収される。

【００２１】このように、主軸軸受３の内輪３ａを冷却
するため、内外輪間の温度差が少なくなる。このため、
高速回転時に予圧過剰とならないように初期予圧を設定
しても、初期予圧が低くなり過ぎず、主軸軸受３の初期
剛性を大きくとれる。したがって、低速から高速まで主
軸１の支持剛性が確保される。主軸軸受３の潤滑は、グ
リース潤滑と油潤滑等のいずれでも可能であるが、主軸
１の動力損失を考慮すると、この例のようにエアオイル
潤滑とするか、あるいはオイルミスト潤滑とすることが
好ましい。

【００２２】冷却用スリーブ４の流路１４は、上記実施
形態では軸方向の貫通孔としたが、図８〜図１１に示し
た例のように、冷却用スリーブ４の内径面に形成した螺
旋溝であっても良い。溝断面は、同図の例のような角溝
状としても、Ｖ溝状等としても良い。流路入口部材５お
よび流路出口部材６は、この例では内径面を段付き面に
形成し、その大径部５ｃ，６ｃに螺旋溝からなる流路１
４の両端を開口させてある。このように、流路１４を螺
旋溝とすることで、冷却用スリーブ４内に流路１４を長
く形成することができ、少ない冷却油量で効率良く冷却
できる。図８の例における他の構成，効果は図１の例と
同じである。

【００２３】また、図１２に示すように、回収路部材８
の内径面における主軸軸受側の端部に、流路出口部材６
の側面に近接してラビリンスシールを構成する環状突壁
８ｂを設けも良い。この例では、流路出口部材６の側面
外周部に環状凹部６ｂを形成し、この環状凹部６ｂに前
記環状突壁８ｂを遊嵌させている。このようにラビリン
スシールを構成することより、この主軸軸受冷却装置が
主軸軸受３のさらなるシールと兼ね、密封性が増す。こ
の例におけるその他の構成，効果は図１の例と同じであ
る。

【００２４】

【発明の効果】この発明の主軸軸受冷却装置は、主軸軸
受の内輪と主軸との間に冷却用スリーブを設け、この冷
却用スリーブに冷却油の流路を設けたため、主軸軸受の
初期剛性を向上させることができて、低速から高速まで
の剛性向上が図れ、しかも構成が簡単で、動力損失の問
題も生じないという効果が得られる。冷却用スリーブの
流路をねじ溝状とした場合は、流路を長くして少ない冷
却油で効果的な冷却が行える。主軸とハウジングとの間
に、互いに径方向に近接する流路入口部材および供給路
部材と、流路出口部材および回収路部材とを設けた場合
は、簡単な構成で固定のハウジングと回転する冷却用ス
リーブとの間の冷却油の供給や回収が行える。前記流路
出口部材と回収路部材との間にラビリンスシールを構成
する環状突壁を設けた場合は、冷却済みの冷却油が軸受
に流れることが防止されると共に、軸受に対するシール
効果も向上する。また、この主軸軸受冷却装置は、主軸
軸受に潤滑油噴出ノズルから噴出させる構成と組み合わ
せて使用した場合に、効果的な冷却および潤滑が行われ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる主軸軸受冷却装
置の断面図である。

【図２】その油流経路の説明図である。

【図３】（Ａ），（Ｂ）は各々同主軸軸受冷却装置の供
給路部材の断面図および正面図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は各々同じく流路入口部材の断
面図および正面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、各々同じく冷却用スリーブ
の正面図および断面図と、冷却用スリーブの変形例の部
分断面である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）は各々その流路出口部材の正面
図および断面図である。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は各々その回収路部材の断面図
および正面図である。

【図８】この発明の他の実施形態にかかる主軸軸受冷却
装置の断面図である。

【図９】その冷却用スリーブの正面図および断面図であ
る。

【図１０】その流路入口部材の正面図および断面図であ
る。

【図１１】その流路出口部材の正面図および断面図であ
る。

【図１２】この発明のさらに他の実施形態にかかる主軸
軸受冷却装置の断面図である。

【図１３】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１…主軸２…ハウジング３…主軸軸受３ａ…内輪４…冷却用スリーブ５…流路入口部材６…流路出口部材７…供給路部材８…回収路部材９…冷却油供給路１０…冷却油回収路１１ａ…ノズル１２…潤滑油供給路１４…流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸軸受の内輪と主軸との間に冷却用ス
リーブを設け、この冷却用スリーブに冷却油の流路を一
端から他端に貫通させて設け、前記主軸軸受を設置した
ハウジングに、前記冷却用スリーブの流路の入口へ冷却
油を供給する冷却油供給路と、前記流路の出口から冷却
油を回収する冷却油回収路とを設けた主軸軸受冷却装
置。
【請求項２】前記冷却用スリーブの流路が、内径面に
形成された螺旋溝である請求項１記載の主軸軸受冷却装
置。
【請求項３】前記主軸の外周に、前記冷却用スリーブ
の入口に一端が連通して他端が外径面に開口した導入路
を有する流路入口部材を設け、この流路入口部材の外径
面に内径面が近接する供給路部材を前記ハウジングに設
け、前記供給路部材の内径面に前記流路入口部材の導入
路の入口部に対面する環状溝を設け、この環状溝の溝底
に前記ハウジングの冷却油供給路を開口させた請求項１
または請求項２記載の主軸軸受冷却装置。
【請求項４】前記主軸の外周に、前記冷却用スリーブ
の出口に一端が連通して他端が外径面に開口した導出路
を有する流路出口部材を設け、この流路出口部材の外径
面に内径面が近接する回収路部材を前記ハウジングに設
け、前記回収路部材の内径面に前記流路出口部材の導出
路の出口部に対面する環状溝を設け、この環状溝の溝底
に前記ハウジングの冷却油回収路を開口させた請求項１
または請求項２または請求項３記載の主軸軸受冷却装
置。
【請求項５】前記回収路部材の内径面における前記主
軸軸受側の端部に、前記流路出口部材の側面に近接して
ラビリンスシールを構成する環状突壁を設けた請求項４
記載の主軸軸受冷却装置。
【請求項６】前記ハウジングに、前記主軸軸受に潤滑
油を噴出するノズル、およびこのノズルに潤滑油を供給
する潤滑油供給路を設けた請求項１ないし請求項５のい
ずれかに記載の主軸軸受冷却装置。