JP3555634B2

JP3555634B2 - 主軸装置

Info

Publication number: JP3555634B2
Application number: JP32786795A
Authority: JP
Inventors: 康生新野; 稔彦嶋
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: JPH09150336A; EP0779127A1; US5833522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械の工具主軸装置、特に研削盤の砥石軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
研削盤の砥石軸装置には、ベルト駆動方式とダイレクト駆動方式とがある。前者は、砥石車と反対側の砥石軸の後端部に設けられたプーリと駆動モータのモータ軸のプーリとに巻掛けられたベルト伝動によるもので、例えば実公昭６１−２５９２１号公報に記載されている。
後者は、砥石車と反対側の砥石軸の後端部に駆動モータのモータ軸が結合されているもので、例えば特開昭６２−１４８１０２号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術によるベルト駆動方式の砥石軸装置においては、ベルトの張力を砥石軸の軸受、特に後部軸受が支承する必要があり、ダイレクト駆動方式の砥石軸装置においては、モータがオーバーハングしており、その荷重を砥石軸の軸受、特に後部軸受が支承する必要があるので、後部軸受は、それに応じた軸受面積が必要となり、軸受面積を所定値以下に減少させることはできない。
【０００４】
そして、その砥石軸装置に静圧流体軸受を用いた場合には、静圧流体軸受の流体の剪断抵抗が軸受面積に比例すると共に、回転速度の増大に際しては、静圧流体軸受の流体の剪断抵抗による消費動力が回転速度の２乗に比例して増大する。従って、軸受面積を減少させない限り、静圧流体軸受の流体の剪断抵抗を低減させることはできない。
【０００５】
このように二律背反の問題が避けられない。
又、上記の従来の技術の形式においては、スラスト軸受の定圧油室も砥石軸に設けたフランジ部に設けなければならないので、定圧油室の回転半径も大きくなり、その分、静圧流体軸受の流体の剪断抵抗も大きく上記の問題が助長される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の主軸装置は、中空部を形成するハウジング、ハウジングの中空部中央域内に装着されたビルドインモータ、ハウジングの前端部及び後端部に夫々設けられた前端静圧軸受部及び後端静圧軸受部、並びに前端静圧軸受部及び後端静圧軸受部とで回転自在に支持され、ビルドインモータによって駆動される主軸から構成されている。
【０００７】
そして、前端静圧軸受部は、夫々主軸の外周面に対向したラジアル軸受ポケットが形成されている前部軸受メタル及びラジアル軸受ポケットを挟む位置に設けられた一対のエアシールを具備し、後端静圧軸受部は、主軸の外周面に対向したラジアル軸受ポケットが形成されている後部軸受メタル及びラジアル軸受ポケットを挟む位置に設けられた一対のエアシールを具備している。
【０００８】
更に、主軸には、フランジ部が備えられ、前部軸受メタルには、フランジ部の端面に対向するスラスト軸受ポケットが形成されていると共に、後部軸受メタルには、主軸の後端面に対向した定圧油室が形成されていてもよい。
そして、その場合、前端静圧軸受部には、前部軸受メタルの両端においてラジアル軸受ポケット及びスラスト軸受ポケットを挟む位置に一対のエアシールが設けられ、後端静圧軸受部には、後部軸受メタルの両端においてラジアル軸受ポケット及び定圧油室を挟む位置に一対のエアシールが設けられる。
【０００９】
上記の主軸装置において、潤滑油が前部ラジアル軸受ポケット及びスラスト軸受ポケットに供給されると共に、後部ラジアル軸受ポケット及び定圧油室に供給される。
そして、前部ラジアル軸受ポケット及び後部ラジアル軸受ポケットにおける静圧軸受により、主軸は前後箇所でラジアル荷重が支持される。それと共に、スラスト軸受ポケット及び定圧油室おける対向した静圧軸受により、主軸は、軸線方向の両スラスト荷重が支持される。
【００１０】
静圧軸受部への給油とは別に、前後端の各静圧軸受部の両端外側において圧縮空気が噴出してエヤシールが構成されると、静圧軸受部における潤滑油の流出を促進させ潤滑油の強制的な排出・回収が行われると共に、静圧軸受部からの潤滑油の漏洩が防止される。
更に、外部から塵埃が前端静圧軸受部内部に侵入するが防止される。
その状態で、ビルトインモータが運転されて主軸は回転し、所定の加工が行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の一形態である工作機械の主軸装置の具体例としての砥石頭を図１及び図２に従って説明する。
研削盤の砥石頭は、円形断面中空部を形成するハウジング１、ハウジング１の中空部中央域内に装着されたビルドインモータ２、ハウジング１の前端部及び後端部に夫々設けられた前端静圧軸受部と後端静圧軸受部とで回転自在に支持され、ビルドインモータ２のモータ軸と一体の主軸、即ち砥石軸３（前部砥石軸３ａ・後部砥石軸３ｂ・後端突出部３ｃ）及びハウジング１の前端部から突出した前部砥石軸３ａの先端部に取り付けられた砥石車４から構成されている。ビルドインモータ２より前側の前部砥石軸３ａには、外周面に環状溝３２をもつフランジ部３１がビルドインモータ２に近接して形成されている。
【００１２】
前部砥石軸３ａを支承する前端静圧軸受部について述べると、ハウジング１の前端開口にはフランジ付きの前部軸受メタル５が嵌着され、前部軸受メタル５の前端面には、前部キャップ６が取り付けられ、前部軸受メタル５の前端面と前部キャップ６の裏面との間に隙間６１を形成する共に前部キャップ６の裏面側から隙間６１に連通する連通溝６２を形成するようになっている。そして、ハウジング１内の前部軸受メタル５の後端面には、段部を形成するように前部軸受メタル５より内周径が大きい環状の中間リング７が取り付けられている。
【００１３】
前部軸受メタル５の内周面全周に亘って、前端部及び後端部の環状溝５２，５２並びにその中間位置の前部ラジアル軸受ポケット５３が形成されている。又、前部軸受メタル５の段部には、環状のスラスト軸受ポケット５４が形成されると共に、スラスト軸受ポケット５４の外周のランド部をあけて環状溝５５が形成されている。環状溝５２，５２は、隙間６１及びフランジ部３１に近接しており、環状溝５５は、フランジ部３１の環状溝３２に近接している。
【００１４】
ビルドインモータ２より後側の後部砥石軸３ｂを支承する後端静圧軸受部について述べると、ハウジング１の後端開口には、フランジ付き円筒形の後部ハウジング１ａが嵌着され、更に後部ハウジング１ａには、フランジ付きの後部軸受メタル８（前部軸受メタル５より内径が小さい）が嵌着されている。後部ハウジング１ａ内の後部軸受メタル８の前端面には、環状の中間リング９が取り付けられ、後部軸受メタル８の前端面と中間リング９の裏面との間に隙間９１を形成する共に中間リング９の裏面側から隙間９１に連通する連通溝９２を形成するようになっている。
【００１５】
後部軸受メタル８は、段部をもつ段付孔を形成し、後部軸受メタル８の後端面凹部には、環状の後部キャップ１０が嵌着され、内周面側に環状溝１０ａを形成すると共に外周面から環状溝１０ａに連通する半径方向の連通溝１０ｂを形成するようになっており、内周面が後部軸受メタル８の段付孔の後半と一体の小径孔を形成するようになっている。
【００１６】
そして、後部軸受メタル８、後部キャップ１０及び後端突出部３ｃの後端面を覆うように後部カバー１１が取り付けられている。
後部軸受メタル８の前半大径孔の内周面全周に亘って、前端部及び後端部の環状溝８２，８２並びにその中間位置の後部ラジアル軸受ポケット８３が形成されている。又、後部軸受メタル８の後半小径孔の内周面全周に亘って環状溝８４が形成されている。
【００１７】
前部砥石軸３ａは、フランジ部３１から前方に伸びて、一体となっている中間リング７、前部軸受メタル５及び前部キャップ６を貫通して回転自在に支持されて外部に突出し、フランジ部３１は、中間リング７の内周面に回転自在に嵌合すると共に、前部軸受メタル５の段部に対向している。
【００１８】
後部砥石軸３ｂは、一体となった中間リング９及び後部軸受メタル８を貫通して回転自在に支持されているのであり、更に段部を形成して小径となって後部キャップ１０を貫通して、後端面が後部カバー１１で覆われている。
後部砥石軸３ｂと後端突出部３ｃとの段部及び後部軸受メタル８の段部は、後述の定圧油室１２を形成するように間隙をあけて対向している。
【００１９】
図１に従って、静圧軸受部の圧油回路について説明する。
ハウジング１の周壁部には、一端が外周面に流入口として開口し、分岐して他端が前端静圧軸受部と後端静圧軸受部とにおける内周面に流出口として開口した圧油通路４０が穿設されており、ハウジング１の周壁部の最下位置には、一端側が流入口として前端静圧軸受部側における内周面に２箇所及び後端静圧軸受部側の内周面に１箇所分岐開口し、合流して他端が流出口として外周面に開口した排出通路４１が穿設されている。
【００２０】
前部軸受メタル５には、一端が流入口として外周面に開口し、他端が分岐して流出口として前部ラジアル軸受ポケット５３及びスラスト軸受ポケット５４に開口した圧油通路４２が穿設されている。圧油通路４２の両流出口には絞り５０が設けられている。
【００２１】
そして後部ハウジング１ａには、一端が外周面に流入口として開口し、他端が分岐して内周面に軸線方向に離れた２つの流出口として開口した圧油通路４３が穿設されており、後部軸受メタル８には、外周面に流入口が開口し、後部ラジアル軸受ポケット８３に流出口が開口した圧油通路４４及び外周面に流入口が開口し、後部砥石軸３ｂと後端突出部３ｃの段部と後部軸受メタル８の段部との間隙で形成された定圧油室１２に流出口が開口した圧油通路４５が穿設されている。圧油通路４４の流出口には、絞り５０が設けられている。
圧油通路４０は、流入口には圧油供給源（図示しない）からの管路が接続され、流出口が圧油通路４２及び圧油通路４３に連通しており、圧油通路４３は、流出口が圧油通路４４及び圧油通路４５に連通している。
【００２２】
前部軸受メタル５の内周面の最下位置において、一端が流入口として前端部及び後端部の環状溝５２，５２並びに後端面の環状溝５２に開口し、他端が流出口として外周面に開口した排出通路４６，４６が穿設されており、後部軸受メタル８の内周面の最下位置において、一端が流入口として前端部及び後端部の環状溝８２，８２に開口し、他端が流出口として外周面に開口した排出通路４７，４７が穿設されると共に、一端が流入口として小径孔の環状溝８４に開口し、他端が流出口として外周面に開口した排出通路４８が穿設されている。そして後部ハウジング１ａの内周面には、一端が軸線方向に離れた３つの流入口として開口し、合流して他端が外周面に流出口として開口した排出通路４９が穿設されている。
【００２３】
排出通路４６，４６は、流出口が排出通路４１に連通しており、排出通路４７，４７及び排出通路４８は、流出口が排出通路４９に連通し、排出通路４９は、流出口が排出通路４１に連通している。そして、排出通路４１の流出口には、油槽への管路が接続されている。
なお、後述するように、潤滑油は、圧縮空気により強制的に排出・回収されるので、排出通路は必ずしも最下位置に設けられなくてもよい。
図２に従って、静圧軸受部の圧油回路とは独立して、位相をずらすなどして交わらないように別に設けられたエアシール用の圧縮空気回路について説明する。
【００２４】
ハウジング１の周壁部には、一端が外周面に流入口として開口し、分岐して他端がハウジング１の前端面及び後端面に流出口として開口した空気通路２０が穿設されている。
前部軸受メタル５には、一端が流入口としてフランジ部の後端面に開口し、他端が分岐して流出口として前部軸受メタル５の前端面及び後端面に開口した空気通路２１が穿設されている。
【００２５】
中間リング７には、一端が流入口として前端面に開口し、他端が流出口として内周面に開口した空気通路２２が穿設されている。
そして後部ハウジング１ａには、一端が流入口としてフランジ部の前端面に開口し、他端が流出口として後部ハウジング１ａの後端面に開口した空気通路２３が穿設されている。
後部軸受メタル８には、一端が流入口としてフランジ部の前端面に開口し、分岐して他端が流出口として前端面及び後端面凹部の内周面に開口した空気通路２４が穿設されている。
【００２６】
空気通路２０は、流入口には圧縮空気供給源（図示しない）からの管路が接続され、流出口が空気通路２１及び空気通路２３に連通し、空気通路２１の流出口は、前部キャップ６の連通溝６２を介して隙間６１に連通すると共に、空気通路２２を介してフランジ部３１の環周溝３２に連通している。空気通路２３の流出口は、空気通路２４に連通し、空気通路２４の流出口は、中間リング９の連通溝９２を介して隙間９１に連通すると共に、後部キャップ１０の連通溝１０ｂを介して環状溝１０ａに連通している。
【００２７】
上記の砥石頭の作用について説明する。
図１において、圧油供給源（図示しない）からの管路を介して潤滑油が圧油通路４０に圧送されると、圧油通路４２を介して絞り５０から噴出する潤滑油が前部ラジアル軸受ポケット５３、スラスト軸受ポケット５４に供給されると共に、圧油通路４３及び圧油通路４４を介して絞り５０から噴出する潤滑油が後部ラジアル軸受ポケット８３に、圧油通路４３を介して圧油通路４５から流出する潤滑油が定圧油室１２に夫々供給される。
【００２８】
そして、前部ラジアル軸受ポケット５３及び後部ラジアル軸受ポケット８３における静圧軸受により、砥石軸３は前後２箇所でラジアル荷重が支持される。それと共に、スラスト軸受ポケット５４及び定圧油室１２おける対向した静圧軸受により、砥石軸３は、軸線方向の両スラスト荷重が支持される。
【００２９】
図１において、前部ラジアル軸受ポケット５３及びスラスト軸受ポケット５４から流出する潤滑油は、夫々ランド部で絞られて環状溝５２，５２，５５及び排油通路４６，４６を介して排油通路４１に流出すると共に、後部ラジアル軸受ポケット８３及び定圧油室１２から流出する潤滑油は、夫々ランド部で絞られて環状溝８２，８２，８４及び排油通路４７，４７及び排油通路４８並びに排油通路４９を介して、排油通路４６に流出する。そして全て排出通路４１の流出口から管路を介して油槽へ排出される。
【００３０】
図２において、静圧軸受の給油とは別に、圧縮空気供給源（図示しない）からの管路を介して圧縮空気が空気通路２０に供給されると、空気通路２１及び連通溝６２を介して隙間６１から前部砥石軸３ａの外周面に向って、又空気通路２１を介して空気通路２２からフランジ部３１の環周溝３２に向って夫々圧縮空気が噴出して、前端静圧軸受部（ラジアル静圧軸受・スラスト静圧軸受）の両端外側にエアシールを構成し、前端静圧軸受部における潤滑油の流出を促進させ潤滑油の強制的な排出・回収を行う。それと共に、砥石頭の外部から研削屑等の塵埃が前端静圧軸受部等の砥石頭の内部に侵入する防止と共に、静圧軸受からの潤滑油の漏洩を防止する。
【００３１】
同様に、空気通路２３、空気通路２４及び連通溝６２をを介して隙間９１から後部砥石軸３ｂの外周面に向ってに圧縮空気が噴出し、又空気通路２３、空気通路２４及び連通溝１０ｂを介して環状溝１０ａから後端突出部３ｃの外周面に向って圧縮空気が噴出して、後端静圧軸受部（ラジアル静圧軸受・定圧油室）の両端外側にエアシールを構成し、後端静圧軸受部における潤滑油の流出を促進させ潤滑油の強制的な排出・回収を行う。それと共に、後端静圧軸受部からの潤滑油の漏洩を防止する。
その状態で、ビルトインモータ２が運転されて砥石軸３は回転し、研削加工が行われる。
【００３２】
【発明の効果】
上記の主軸装置においては、下記のような効果が奏せられる。
１ビルドインモータがハウジングの中空部中央域内に装着され、主軸はハウジングの前端部及び後端部に夫々設けられた前端静圧軸受部及び後端静圧軸受部に回転自在に支持されているので、即ち、両端支持に主軸の中間部にビルドインモータが設けられているので、後端静圧軸受部への荷重負担が軽減されて、それにより、後端静圧軸受部の軸受面積を減少することができる。
【００３３】
又、上記のようにビルドインモータが中間位置に装着されているので、主軸の後端部で適宜縮径された軸端面にスラスト軸受ポケットに対向する定圧油室を設けことができる。従って、定圧油室における潤滑油の剪断抵抗を小さくすることができる。
【００３４】
２主軸の静圧軸受部におけるシールにエアシールを採用しているので、従来の採用されているラビリンスシールに較べて主軸先端の工具と前端静圧軸受部との距離を短縮することが可能となり、それによって、前端静圧軸受部に加わるモーメント負荷が小さくなり、延いては軸受面積、即ち前端静圧軸受部自体を小さくすることができる。
【００３５】
３主軸の静圧軸受部におけるシールにエアシールを採用しているので、軸受ポケット及び定圧油室から潤滑油を強制排出・回収することが行われ、それによって排出される潤滑油の主軸に対する付着が防止されるので、排出される潤滑油による剪断抵抗を減少することができる。
特に、スラスト軸受ポケットにおいては、フランジ部等では径が大きく、周速が大きくなり、前記の排出される潤滑油による剪断抵抗も大きいので、上記のエアシールによる効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例における砥石頭の縦断面図である。
【図２】この発明の実施例における砥石頭の図１とは異なった位相の縦断面図である。
【符号の説明】
１ハウジング１ａ後部ハウジング１ａ
２ビルドインモータ３砥石軸
３ａ前部砥石軸３ｂ後部砥石軸
３１フランジ部
３２，５２，５５，８２，８４，１０ａ環状溝
４砥石車５前部軸受メタル
５３前部ラジアル軸受ポケット５４スラスト軸受ポケット
６前部キャップ６１，９１隙間
６２，９２，１０ｂ連通溝７，９中間リング
８後部軸受メタル８３後部ラジアル軸受ポケット
１０後部キャップ１１後部カバー
１２定圧油室５０絞り
２０，２１，２２，２３，２４空気通路
４０，４２，４３，４４，４５圧油通路
４１，４６，４７，４８，４９排出通路

Claims

中空部を形成するハウジング、ハウジングの中空部中央域内に装着されたビルドインモータ、ハウジングの前端部及び後端部に夫々設けられた前端静圧軸受部及び後端静圧軸受部、並びに前端静圧軸受部と後端静圧軸受部とで回転自在に支持され、ビルドインモータによって駆動される主軸から構成され、
前端静圧軸受部は、主軸の外周面に対向したラジアル軸受ポケットが形成されている前部軸受メタル及びラジアル軸受ポケットを挟む位置に設けられた一対のエアシールを具備し、後端静圧軸受部は、主軸の外周面に対向したラジアル軸受ポケットが形成されている後部軸受メタル及びラジアル軸受ポケットを挟む位置に設けられた一対のエアシールを具備している主軸装置。
中空部を形成するハウジング、ハウジングの中空部中央域内に装着されたビルドインモータ、ハウジングの前端部及び後端部に夫々設けられた前端静圧軸受部及び後端静圧軸受部、並びにフランジ部を備え、前端静圧軸受部と後端静圧軸受部とで回転自在に支持され、ビルドインモータによって駆動される主軸から構成され、
前端静圧軸受部は、主軸の外周面に対向したラジアル軸受ポケット及びフランジ部の端面に対向したスラスト軸受ポケットが形成されている前部軸受メタルを具備し、後端静圧軸受部は、主軸の外周面に対向したラジアル軸受ポケット及び主軸の後端面に対向した定圧油室が形成されている後部軸受メタルを具備している主軸装置。