JP2016084912A - Spindle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主軸装置に関し、更に詳細には、滑り軸受によって主軸が支持されている主軸装置に関する。 The present invention relates to a main shaft device, and more particularly to a main shaft device in which a main shaft is supported by a sliding bearing.
工作機械に用いられる主軸装置として、主軸の支持をメタル軸受と呼ばれる滑り軸受によって行うものが知られている(例えば、特許文献1)。滑り軸受装置として、マッケンゼン軸受と呼ばれるような非真円形状の滑り軸受部材を用い、滑り軸受部材の内周と主軸の外周との間の周方向の複数箇所、多くの場合、120度間隔の3箇所に楔形状の間隙(圧力発生部)が形成され、当該隙間に潤滑油(非圧力性の粘性流体)が引き込まれることにより生じる動圧(油膜圧力)によって回転軸(主軸)の支持を行うものが知られている(例えば、特許文献2)。 2. Description of the Related Art As a main spindle device used in a machine tool, one that supports a main spindle by a sliding bearing called a metal bearing is known (for example, Patent Document 1). As a plain bearing device, a non-circular shaped plain bearing member called a McKensen bearing is used, and a plurality of circumferential positions between the inner circumference of the plain bearing member and the outer circumference of the main shaft, often at intervals of 120 degrees. Wedge-shaped gaps (pressure generators) are formed at three locations, and the rotating shaft (main shaft) is supported by dynamic pressure (oil film pressure) generated by drawing lubricating oil (non-pressure viscous fluid) into the gaps. What is performed is known (for example, Patent Document 2).
動圧方式の滑り軸受装置では、高い同心支持精度を得るために、主軸の円周周りの複数箇所の圧力発生部が互いに均等な動圧を生じるように、滑り軸受部材の配置部の全体が潤滑油に浸漬され、複数箇所の圧力発生部の全てが同じ条件で潤滑油によって満たされていることが好ましい。 In the dynamic pressure type sliding bearing device, in order to obtain high concentric support accuracy, the entire arrangement of the sliding bearing member is arranged so that the pressure generating parts at a plurality of locations around the circumference of the main shaft generate equal dynamic pressure. It is preferable to be immersed in the lubricating oil, and all of the plurality of pressure generating portions are filled with the lubricating oil under the same conditions.
主軸は、滑り軸受部材より軸線方向に延出し、主軸及び滑り軸受部材を収容しているハウジングに形成されている貫通孔を通ってハウジングの外部に突出するから、滑り軸受部材の配置部を浸漬している潤滑油が、主軸の外周と貫通孔の内周の間との間隙よりハウジング外に漏洩することを防ぐ必要がある。この漏洩の防止を一般的な接触式のオイルシールによって行うことが考えられるが、主軸とオイルシールとの回転摩擦によって発熱が生じ、主軸の熱膨張による位置精度の低下を招くことになる。 The main shaft extends in the axial direction from the slide bearing member, and protrudes to the outside of the housing through a through hole formed in the housing containing the main shaft and the slide bearing member. It is necessary to prevent the lubricating oil from leaking out of the housing through the gap between the outer periphery of the main shaft and the inner periphery of the through hole. Although it is conceivable to prevent this leakage by using a general contact-type oil seal, heat is generated by rotational friction between the main shaft and the oil seal, leading to a decrease in positional accuracy due to thermal expansion of the main shaft.
本発明が解決しようとする課題は、滑り軸受部材の配置部が潤滑油に浸漬される主軸において、発熱を生じることなく潤滑油がハウジング外に漏洩しないようにすることである。 The problem to be solved by the present invention is to prevent the lubricating oil from leaking out of the housing without generating heat in the main shaft in which the arrangement portion of the sliding bearing member is immersed in the lubricating oil.
本発明による主軸装置は、主軸(24)と、前記主軸(24)のジャーナル部分(24B)を支持する滑り軸受部材(36)と、主軸(24)と滑り軸受部材(36)とを収容するハウジング(12)とを有し、前記滑り軸受部材(36)が潤滑油に浸漬される主軸装置(10)であって、前記滑り軸受部材(36)から延出する前記主軸(24)の延出部(24E)を外囲し、前記主軸(24)の外周との間に環状空隙(48)を画定する開口(46)を備えた隔壁(18A)と、前記隔壁(18A)の、前記滑り軸受部材(36)から離反する側に画定されて前記環状空隙(48)に連通し、加圧空気を供給される空気通路(70)と、前記滑り軸受部材(36)と前記隔壁(18A)との間を前記ハウジング(12)の外部に開放する排気通路(74)とを有する。 The spindle apparatus according to the present invention accommodates a spindle (24), a slide bearing member (36) that supports a journal portion (24B) of the spindle (24), a spindle (24), and a slide bearing member (36). A spindle device (10) having a housing (12), wherein the sliding bearing member (36) is immersed in lubricating oil, and extending the spindle (24) extending from the sliding bearing member (36). A partition wall (18A) having an opening (46) that surrounds the protruding portion (24E) and defines an annular gap (48) between the outer periphery of the main shaft (24), and the partition wall (18A), An air passage (70) defined on a side away from the sliding bearing member (36) and communicating with the annular gap (48) and supplied with pressurized air, the sliding bearing member (36) and the partition wall (18A) ) To the outside of the housing (12). And a gas-passage (74).
この構成によれば、空気通路(70)より環状空隙(48)に流出し、滑り軸受部材(36)と滑り軸受部材(36)に対向する隔壁(18A)の側との間に流れた加圧空気は、排気通路(74)よりハウジング(12)外に排出されるので、背圧が高くなることがなく、環状空隙(48)より滑り軸受部材(36)と隔壁(18A)との間へ流れる加圧空気の流れが確実になり、滑り軸受部材(36)側から潤滑油が環状空隙(48)を通過して外部へ漏洩することが確実に回避される。そして、このことは、回転摩擦を生じない非接触式に行われるので、発熱耗を生じることがない。 According to this configuration, the air flowing out from the air passage (70) into the annular gap (48) and flowing between the sliding bearing member (36) and the side of the partition wall (18A) facing the sliding bearing member (36). Since the compressed air is discharged out of the housing (12) through the exhaust passage (74), the back pressure does not increase, and the space between the sliding bearing member (36) and the partition wall (18A) through the annular gap (48). As a result, the flow of the pressurized air flowing to the side is ensured, and it is reliably avoided that the lubricating oil leaks from the sliding bearing member (36) side through the annular gap (48) to the outside. And since this is performed in a non-contact manner that does not cause rotational friction, there is no heat wear.
本発明による主軸装置は、好ましくは、前記隔壁(18A)が前記ハウジング(12)の一部からなり、前記空気通路(70)が、前記ハウジング(12)に設けられた半径方向通路(66)及び該半径方向通路(66)に連通し、前記主軸(24)を外囲する環状通路(68)を含む。 In the spindle device according to the present invention, preferably, the partition wall (18A) is a part of the housing (12), and the air passage (70) is a radial passage (66) provided in the housing (12). And an annular passage (68) communicating with the radial passage (66) and surrounding the main shaft (24).
この構成によれば、環状空隙(48)の全域に加圧空気が満遍なく流出し、潤滑油が環状空隙(48)を通過して外部へ漏洩することが、より一層確実に回避される。 According to this configuration, it is more reliably avoided that the pressurized air uniformly flows out over the entire area of the annular gap (48) and the lubricating oil leaks outside through the annular gap (48).
本発明による主軸装置は、好ましくは、空気通路(70)より更に前記滑り軸受部材(36)から離反する側にラビリンスシール(72)が構成されている。 In the spindle device according to the present invention, a labyrinth seal (72) is preferably formed on the side further away from the sliding bearing member (36) than the air passage (70).
この構成によれば、万一、潤滑油が環状空隙(48)より前側へ漏洩しようとしても、漏洩することがフェールセーフ的に防止される。 According to this configuration, even if the lubricating oil leaks to the front side from the annular gap (48), the leakage is prevented in a fail-safe manner.
本発明による主軸装置は、好ましくは、前記滑り軸受部材(36)と該滑り軸受部材(36)に対向する前記隔壁(18A)の側との間に前記主軸(24)の外周側から径方向外方に拡張された拡張室(62)が画定されている。 The spindle device according to the present invention is preferably configured such that a radial direction from the outer peripheral side of the spindle (24) between the sliding bearing member (36) and the side of the partition wall (18A) facing the sliding bearing member (36). An outwardly expanded expansion chamber (62) is defined.
この構成によれば、拡張室(62)は環状空隙(48)より拡張された空間になるから、環状空隙(48)より拡張室(62)への加圧空気の流出が良好に行われ、拡張室(62)の潤滑油が環状空隙(48)を通過して外部へ漏洩することを回避する効果が向上する。 According to this configuration, since the expansion chamber (62) becomes a space expanded from the annular gap (48), the flow of pressurized air from the annular gap (48) to the expansion chamber (62) is favorably performed. The effect of preventing the lubricating oil in the expansion chamber (62) from leaking outside through the annular gap (48) is improved.
本発明による主軸装置は、好ましくは、前記滑り軸受部材(36)の前記隔壁(18A)から離反する端部側に、前記ハウジング(12)の内周と前記主軸(24)の外周との間の間隙を狭める油留めリング(50)が、前記ハウジング(12)の内周および前記主軸(24)の外周の何れか一方に他方に対して非接触状態で取り付けられており、前記油留めリング(50)より前記滑り軸受部材(36)の側の潤滑油を供給する潤滑油供給通路(52)を有する。 The main shaft device according to the present invention is preferably arranged between the inner periphery of the housing (12) and the outer periphery of the main shaft (24) on the end side away from the partition wall (18A) of the sliding bearing member (36). An oil retaining ring (50) for narrowing the gap is attached to any one of the inner periphery of the housing (12) and the outer periphery of the main shaft (24) in a non-contact state with respect to the other. (50) has a lubricating oil supply passage (52) for supplying lubricating oil on the sliding bearing member (36) side.
この構成によれば、油留めリング(50)が設けられていることにより、ハウジング(12)内に充填する潤滑油の油量を削減できる。 According to this configuration, since the oil retaining ring (50) is provided, the amount of lubricating oil filled in the housing (12) can be reduced.
本発明による主軸装置によれば、空気通路より環状空隙に流出し、滑り軸受部材と滑り軸受部材に対向する隔壁の側との間に流れた加圧空気は、排気通路よりハウジング外に排出されるので、背圧が高くなることがなく、環状空隙から滑り軸受部材と隔壁との間へ流れる加圧空気の流れが確実になり、滑り軸受部材側から潤滑油が環状空隙を通過して外部へ漏洩することが、発熱を生じることなく、確実に防止される。 According to the spindle device of the present invention, the pressurized air that flows out from the air passage into the annular gap and flows between the sliding bearing member and the partition wall facing the sliding bearing member is discharged out of the housing through the exhaust passage. Therefore, the back pressure does not increase, the flow of pressurized air flowing from the annular gap between the sliding bearing member and the partition wall is ensured, and the lubricating oil passes through the annular gap from the sliding bearing member side to the outside. Leakage into the water is reliably prevented without generating heat.
以下に、本発明による主軸装置の一つの実施形態を、図1〜図3を参照して説明する。 Hereinafter, one embodiment of a spindle device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
主軸装置10は、円筒形状のハウジング組立体12を有する。ハウジング組立体12は、前部ハウジング部材14と後部ハウジング部材16との連結体と、前部ハウジング部材14の前端に固定された前端部材18と、後部ハウジング部材16の後端に固定された後端部材20とを有する。これらはボルト(不図示)によって一体化され、軸線方向に貫通する円形横断面の内部空間22を有する。
The
内部空間22には主軸24が配置されている。主軸24は、内部空間22の中心軸線上を延在しており、前部を滑り軸受装置26によって回転可能に支持され、後部を4列のボール軸受28による転がり軸受装置30によって回転可能に支持されている。主軸24の前端は前端部材18より前方に延出しており、この延出部は工具ホルダ等を装着されるテーパシャンク部24Aになっている。
A
滑り軸受装置26は内部空間22の前側に挿入されて前部ハウジング部材14に固定された軸受ケース32を有する。軸受ケース32は後部に向かうに従って縮径するテーパ孔34を有する。テーパ孔34には滑り軸受部材36が挿入されている。
The plain bearing
滑り軸受部材36は、ホワイトメタル等の金属製で、図3に示されているように、マッケンゼン軸受と呼ばれる非真円形状のものであり、主軸24が貫通する中心孔38と、周方向の3箇所(180度の等間隔)に形成されてテーパ孔34に嵌合するテーパ形状の厚肉部36Aと、隣接する厚肉部36A同士を接続する薄肉部36Bとを有する。主軸24は中心孔38を貫通する部分が滑り軸受部材36によって回転可能に支持されるストレート軸部によるジャーナル部24Bをなす。ジャーナル部24Bの外周面と中心孔38の内周面との間には油膜形成のための環状間隙40が形成されている。
The sliding bearing
滑り軸受部材36は、軸受ケース32にねじ係合したプレッシャリング42によってテーパ孔34の小径側に押されることにより、厚肉部36Aとテーパ孔34とのテーパ係合(楔係合)のもとに薄肉部36Bが径方向外方に弾性変形する。この弾性変形によって環状間隙40が各厚肉部36Aにおいて周方向に延在する楔形状に変形し、楔形状部分が油膜による圧力発生部をなす。
The sliding bearing
主軸24は滑り軸受部材36より前方に延出しており、この延出部は、図2に示されているように、ジャーナル部24Bの側から順に、ねじ軸部24C、円環突条部24D、ストレート軸部による延出部24E、前述のテーパシャンク部24Aになっている。ねじ軸部24Cにはナット44がねじ係合している。
The
前端部材18は、ハウジング組立体12の前側の端壁をなすと共に、中央部に貫通形成された円形断面形状の開口46を延出部24Eが貫通していることにより、延出部24Eを外囲する隔壁をなし、延出部24Eの外周面と開口46の内周面との間に環状空隙48を画定している。環状空隙48は微少空隙であることにより、前端部材18は非接触のメタルシール(油留め部)をなす。
The
課題を解決するための手段及び特許請求の範囲で云っている隔壁は、本実施形態では、図2に、符号18Aによって示されているように、前端部材18のうち、後述する環状通路68より滑り軸受部材36の側の部分を指す。
In the present embodiment, the partition wall referred to in the claims and the means for solving the problem is, as indicated by
滑り軸受部材36より後側(前端部材18(隔壁)から離反する端部側)に位置する前部ハウジング部材14の後端部には油留めリング50(図1参照)が固定されている。油留めリング50は、主軸24の外周面に他方に対して非接触で、前部ハウジング部材14の内周と主軸24の外周との間の間隙を狭め、オイルダムとして作用する。
An oil retaining ring 50 (see FIG. 1) is fixed to the rear end portion of the
前部ハウジング部材14には油供給通路52が形成されている。油供給通路52は油留めリング50より滑り軸受部材36側の内部空間22に連通している。油供給通路52には外部より加圧された潤滑油(粘性を有する非圧縮性流体)が供給され、潤滑油は、内部空間22のうちメタルシールをなす前端部材18と油留めリング50との間の、環状間隙40を含む空間の全域を満たすようにハウジング組立体12内に充填される。油留めリング50の存在により、ハウジング組立体12内に充填する潤滑油の油量を削減できる。
An
なお、水平配置の主軸装置10の場合には、潤滑油は、必ずしも内部空間22のうちメタルシールをなす前端部材18と油留めリング50との間の空間の全域を満たすようにハウジング組立体12内に充填される必要はなく、環状間隙40の全体が潤滑油に浸漬する液位の潤滑油の充填でよい。
In the case of the
油供給通路52から環状間隙40への潤滑油の供給は、前部ハウジング部材14の内周部に形成された凹部54、軸受ケース32の外周部に形成された環状溝56、軸受ケース32内に形成された油路58、軸受ケース32の後側の拡張室60を経由する経路と、油路58で分岐して軸受ケース32の前側の拡張室62、ジャーナル部24Bの外周面を経由する経路とをもって行われる。油供給通路52から拡張室62への潤滑油の供給は前部ハウジング部材14の内周面と軸受ケース32の外周面との間に形成された環状空隙64によっても行われる。なお、拡張室62は滑り軸受部材36と前端部材18(滑り軸受部材36に対向する隔壁の側)との間を径方向外方に拡張した拡張室である。
Lubricating oil is supplied from the
前端部材18には、半径方向通路66及び半径方向通路66に連通して延出部24Eを外囲する環状通路68による空気通路70が形成されている。空気通路70は、隔壁18Aの、滑り軸受部材36から離反する側(前側)に画定されて環状空隙48に連通しており、外部より加圧空気を供給される。
The
空気通路70より滑り軸受部材36から離反する側(前側)の、前端部材18と延出部24Eとの空隙には、環状通路68に供給された加圧空気の一部が流れることによるエアシール72が構成されている。
An
前端部材18には、滑り軸受部材36と滑り軸受部材36に対向する隔壁18Aの側との間、つまり拡張室62の上部をハウジング組立体12の外部に開放、つまり大気開放する排気通路74が形成されている。
The
図1に示されているように、後部ハウジング部材16及び後端部材20には油留めリング50の間隙より後側へ漏洩した潤滑油をハウジング組立体12外に排出するための排油通路75、76が形成されている。後端部材20には転がり軸受装置30を通過して後側へ漏洩した潤滑油をハウジング組立体12外に排出するための排油通路78が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
主軸24の後端部24Fは後端部材20に形成された円形横断面の開口80を貫通して後端部材20より後方に延出している。後端部材20には、開口80の内周面と後端部24Fの外周面との間の環状空隙82に加圧空気を供給して非接触式のエアシールを行う空気通路84が形成されている。
The
油供給通路52より、ハウジング組立体12内、換言すると、滑り軸受装置26に供給される潤滑油の油量は、排気通路74、排油通路75、76、78よりハウジング組立体12外に自然排出される油量より多く、ジャーナル部24Bと滑り軸受部材36との間の環状間隙40は常に潤滑油によって満たされ、環状間隙40には油膜が形成されている。
The amount of lubricating oil supplied from the
主軸24が回転すると、環状間隙40が滑り軸受部材36の各厚肉部36Aに対応する部分において楔形状に変形している部分に、潤滑油が主軸24の回転に伴って引き込まれ、当該楔形状の変形部分に動圧が生じる。この動圧によって主軸24が滑り軸受部材36より非接触状態で回転可能に支持される。
When the
空気通路70に供給された加圧空気は、その環状通路68より環状空隙48に流出(噴出)し、環状空隙48を拡張室62の側へ流れて環状空隙48より拡張室62内に流出する。拡張室62内に流出した加圧空気は、拡張室62を満たしている潤滑油内を気泡となって流れて排気通路74より潤滑油と共にハウジング組立体12外に排出される。
The pressurized air supplied to the
排気通路74より加圧空気の排出が行われることにより、拡張室62の内圧が加圧空気によって高くなること、つまり背圧が高くなることがなく、環状空隙48を拡張室62側へ流れる加圧空気の流れが確実になり、これに伴い環状空隙48より拡張室62内に対する加圧空気の流出も大流量をもって確実に行われるようになる。そして、拡張室62内に対する加圧空気の流出圧が大気開放の拡張室62の潤滑油の圧力より高いことにより、拡張室62より環状空隙48への潤滑油の流入が阻止され、拡張室62の潤滑油が環状空隙48を通過して外部へ漏洩することが、発熱を生じることなく、確実に回避される。このことは、回転摩擦を生じない非接触式に行われるので、発熱や摩耗を生じることがない。
By discharging the pressurized air from the
これにより、滑り軸受部材36の配置部が潤滑油に浸漬される主軸装置10において、潤滑油がハウジング組立体12外に漏洩することが、発熱や摩耗を生じることなく、確実に行われる。
Thereby, in the
また、環状通路68より環状空隙48の全域に加圧空気が満遍なく流出するので、潤滑油が環状空隙48を通過して外部へ漏洩することが、より一層確実に回避される。また、拡張室62は環状空隙48より拡張された空間であるので、環状空隙48より拡張室62への加圧空気の流出が良好に行われる。このことにより、拡張室62の潤滑油が環状空隙48を通過して外部へ漏洩することを回避する効果が向上する。
Further, since the pressurized air uniformly flows out from the
万一、潤滑油が環状空隙48より前側へ漏洩しようとしても、環状通路68より前側(拡張室62と離反する側)に、加圧空気の一部が環状通路68より流れことによってエアシール72が構成されていることにより、その流れが遮断され、環状空隙48より外部へ潤滑油が漏洩することがない。これにより、フェールセーフ効果が得られる。
In the unlikely event that the lubricating oil leaks to the front side from the
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、環状空隙48に対する加圧空気の流出は、隔壁18Aが滑り軸受部材36から離反する(前側)から、隔壁18Aとは別の空気通路構成部材によって行われてもよい。また、排油通路75、76に排油ポンプが接続されて強制排油が行われてもよい。油留めリング50は、前部ハウジング部材14の内周に代えて主軸24の外周に固定されていてもよい。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to such embodiments and can be deviated from the spirit of the present invention, as will be readily understood by those skilled in the art. It is possible to change appropriately within the range not to be. For example, the outflow of the pressurized air to the
10 主軸装置
12 ハウジング組立体
14 前部ハウジング部材
16 後部ハウジング部材
18 前端部材
18A 隔壁
20 後端部材
22 内部空間
24 主軸
26 滑り軸受装置
30 転がり軸受装置
32 軸受ケース
34 テーパ孔
36 滑り軸受部材
36A 厚肉部
36B 薄肉部
38 中心孔
40 環状間隙
42 プレッシャリング
46 開口
48 環状空隙
50 油留めリング
52 油供給通路
66 半径方向通路
68 環状通路
70 空気通路
72 エアシール
74 排気通路
75 排油通路
78 排油通路
80 開口
82 環状空隙
84 空気通路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記滑り軸受部材から延出する前記主軸の延出部を外囲し、前記主軸の外周との間に環状空隙を画定する開口を備えた隔壁と、
前記隔壁の、前記滑り軸受部材から離反する側に画定されて前記環状空隙に連通し、加圧空気を供給される空気通路と、
前記滑り軸受部材と前記隔壁との間を前記ハウジングの外部に開放する排気通路とを有する主軸装置。 A spindle device having a spindle, a sliding bearing member for supporting a journal portion of the spindle, and a housing for housing the spindle and the sliding bearing member, wherein the sliding bearing member is immersed in lubricating oil;
A partition wall that includes an opening that surrounds the extension portion of the main shaft that extends from the slide bearing member, and that defines an annular gap with the outer periphery of the main shaft;
An air passage that is defined on a side of the partition wall that is separated from the sliding bearing member, communicates with the annular gap, and is supplied with pressurized air;
A spindle device having an exhaust passage that opens between the sliding bearing member and the partition wall to the outside of the housing.
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