JP5359319B2 - 主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、主軸装置に関し、より詳細には、多軸制御の工作機械等に適用され、外部から潤滑油が供給される、高速回転可能な主軸装置に関する。

例えば、５軸加工機や複合加工工作機械のような多軸制御される工作機械では、工具が取り付けられる回転軸が、水平位置と垂直位置との間、或いは、３６０度全域に亘って旋回可能な、チルトタイプの主軸装置が使用されている。

このような主軸装置では、内部に配置された軸受を潤滑する方式として、エアを利用して、外部から軸受内部に微量の潤滑油を供給するオイルエア潤滑方式やオイルミスト潤滑方式、また、潤滑油を軸受内部に間欠的に高速度で直接噴射する直接噴射方式が採用されている。

例えば、オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑では、図２０に示すように、ノズル９０１から軸受９００に潤滑油を供給するとともに、外輪９００ａや間座９０２に形成された排油穴９０３ａや排油溝９０３ｂからハウジング９０４の排油通路９０５を経て外部に排出される構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

実開昭６３−１３９３２４号公報（第３図）

ところで、特許文献１に記載の工作機械用主軸装置では、重力作用により潤滑油をハウジング９０４の排油通路９０５を介して自然に排油するものであるが、軸受内部やその周辺に潤滑のために使用された潤滑油が排出しきれない可能性がある。特に、ｄｍ・Ｎ５０万以上、さらに軸受内部の残油量が潤滑条件に敏感に作用するｄｍ・Ｎ１００万以上で高速回転可能な主軸装置においては、潤滑油過多や攪拌抵抗によって異常発熱を生じる可能性がある。また、チルトタイプの主軸装置に適用した場合には、主軸装置の姿勢変化により、一端排油穴９０３ａや排油溝９０３ｂ内に排出された潤滑油が軸受内部に戻り、潤滑油過多や攪拌抵抗によって異常発熱を生じる可能性がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な排油性を有し、潤滑油過多や異常発熱を抑制することができる主軸装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に配置される複数の転動体と、を有し、オイル潤滑によって潤滑される複数の軸受と、
工具を取り付け可能な回転軸と、
該回転軸を前記軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
を有する主軸装置であって、
前記外輪には、排油穴が径方向に貫通形成されるとともに、前記外輪の外周面には、前記排油穴と連通する周方向溝が形成され、
前記軸受は、前記転動体が接触角を持って配置される玉であり、前記複数の玉を略等間隔で保持する外輪案内の保持器がさらに設けられたアンギュラ玉軸受を含み、
前記アンギュラ玉軸受において、カウンターボア側の内周面に開口する前記排油穴の開口は、その軸方向内端が前記外輪軌道面と前記保持器のポケットの軸方向内端面との間に位置し、且つ、その軸方向外端が前記保持器の軸方向外端面よりも軸方向内側に位置するように、前記外輪軌道面の近傍に配置され、
前記ハウジングには、少なくとも一つの前記軸受の前記排油穴と前記主軸装置の外部に設けられた負圧発生装置との間のみを連通する排油通路が形成され、
該排油穴内には、前記負圧発生装置からの吸引力によって、負圧が作用することを特徴とする主軸装置。
（２） 前記外輪の内周面には、前記排油穴が開口する軸方向位置に集油溝が周方向に亘って形成されることを特徴とする（１）に記載の主軸装置。
（３） 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に配置される複数の転動体と、を有し、オイル潤滑によって潤滑される複数の軸受と、
工具を取り付け可能な回転軸と、
該回転軸を前記軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
を有する主軸装置であって、
前記外輪には、排油穴が径方向に貫通形成されるとともに、前記外輪の内周面には、前記排油穴が開口する軸方向位置に集油溝が周方向に亘って形成され、
前記軸受は、前記転動体が接触角を持って配置される玉であり、前記複数の玉を略等間隔で保持する外輪案内の保持器がさらに設けられたアンギュラ玉軸受を含み、
前記アンギュラ玉軸受において、カウンターボア側の内周面に開口する前記排油穴の開口は、その軸方向内端が前記外輪軌道面と前記保持器のポケットの軸方向内端面との間に位置し、且つ、その軸方向外端が前記保持器の軸方向外端面よりも軸方向内側に位置するように、前記外輪軌道面の近傍に配置され、
前記ハウジングには、少なくとも一つの前記軸受の前記排油穴と前記主軸装置の外部に設けられた負圧発生装置との間のみを連通する排油通路が形成され、
該排油穴内には、前記負圧発生装置からの吸引力によって、負圧が作用することを特徴とする主軸装置。

本発明の主軸装置によれば、外輪に形成される排油穴内には、負圧発生装置からの吸引力によって、負圧が作用するので、軸受内部の余分な潤滑油を排油穴を介して速やかに排出することができる。特に、チルトタイプの主軸装置では、その姿勢が変化した場合であっても、排出されるはずの排油穴内の潤滑油が軌道面に戻ることが防止され、潤滑油過多や異常発熱を抑制することができる。また、排油穴の開口は、外輪軌道面の近傍に配置されるので、転がり接触部を潤滑後、玉に付着した油が遠心力により振り切られた後、直接排油穴に導くことができる。

また、外輪の外周面には、排油穴と連通する周方向溝が形成されているので、ハウジングの排油通路との位相合わせを行うことなく、軸受をハウジングに組み付けることができ、主軸装置の組み付け性が向上される。

また、外輪の内周面には、排油穴が開口する軸方向位置に集油溝が周方向に亘って形成されているので、外輪の内周面に付着する、軸受を潤滑した潤滑油が集油溝に集められ、さらに、集油溝内の潤滑油が、軸受外部からの吸引力によって、排油穴へと速やかに排出される。これにより、軸受内部の潤滑油が過多となることが防止され、異常発熱を抑制することができる。

軸受が高速回転していると、玉の公転や保持器や内輪の自転の際、内部の空気もその粘性抵抗により、同様に回転させられ、円周方向の空気流が生じている。従って、外輪の内周面に付着した油も内周面に沿って円周方向に移動している。特に、回転軸が立軸の場合、重力効果が少ないのでこの油の移動が発生しやすい。従って、集油溝があると、集油溝内に油が集まりやすく、排油性が向上される。従って、集油溝は、角型より円弧状がより好ましい。

本発明の軸受を備える主軸装置が適用される門形マシニングセンタの概略図である。 第１実施形態の軸受が適用される主軸装置において、一方の前側軸受の給油通路及び排油通路を示す断面図である。 主軸装置において、他方の前側軸受の給油通路及び排油通路を示す断面図である。 主軸装置において、後側軸受の給油通路及び排油通路を示す断面図である。 主軸装置の前側軸受の拡大断面図である。 （ａ）は、本実施形態の前側軸受の変形例を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、本実施形態の前側軸受の他の変形例を示す拡大断面図である。 主軸装置の後側軸受の拡大断面図である。 第２実施形態の主軸装置の工具側断面図である。 図８の前側軸受の拡大断面図である。 （ａ）は、本実施形態の前側軸受の変形例を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、本実施形態の前側軸受の他の変形例を示す拡大断面図である。 本実施形態の変形例の主軸装置の工具側断面図である。 （ａ）は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った外筒と外輪の断面図であり、（ｂ）は、さらに他の変形例に係る（ａ）に対応する断面図である。 （ａ）は、第３実施形態の主軸装置用軸受に係る前側軸受の拡大断面図であり、（ｂ）は、外輪の斜視図である。 （ａ）は、第３実施形態の前側軸受の変形例を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、第２実施形態の前側軸受の他の変形例を示す拡大断面図である。 第４実施形態の主軸装置用軸受に係る前側軸受部分の拡大断面図である。 給油通路と排油通路の変形例を示す主軸装置の断面図である。 本考案品と従来品での、軸受回転数と軸受外輪温度上昇との関係を示す。 スピンドルの旋回状態を説明するための図である。 ４０，０００ｍｉｎ^−１運転時にスピンドルを旋回させた場合の外輪温度を示すグラフである。 従来の主軸装置における断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る主軸装置用軸受について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態の軸受を備えた主軸装置が組み込まれる、複合加工工作機械としての門形マシニングセンタを示す。門形マシニングセンタ１では、ベッド２の上にテーブル３がＸ軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド２の両側には一対のコラム４が立設されている。コラム４の上端にはクロスレール５が架設されており、クロスレール５には、サドル６がＹ軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル６には、Ｚ軸方向に昇降可能なラム７が支持されており、ラム７の下端には、主軸装置２０をＹ軸回り及びＺ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド８が装着されている。

主軸ヘッド８には、主軸装置２０のブラケット２１を挟むように一対の支持アーム９が設けられており、一対の支持アーム９は、ブラケット２１の両側面に固定された図示しない一対の旋回シャフトを回転可能に支持する。これにより、主軸装置２０は、主軸ヘッド８側に設けられた図示しない駆動機構によって一対の支持アーム９に対してＹ軸回りに旋回可能であり、水平位置と垂直位置との間、或いは、３６０度全域に亘って取付姿勢を変化することができるチルトタイプを構成する。

図２に示すように、主軸装置２０は、モータビルトイン方式であり、その軸方向中心部には、中空状の回転軸２２が設けられ、回転軸２２の軸芯には、ドローバ２３が摺動自在に挿嵌されている。ドローバ２３は、工具ホルダ２４に取付けられたプルスタッド２５を、クランプボール２６を介して、皿ばね２７の力によって反工具側方向（図の右方向）に付勢しており、工具ホルダ２４は、回転軸２２のテーパ面２８と嵌合する。工具ホルダ２４には図示しない工具が取り付けられており、この結果、回転軸２２は、一端（図の左側）に工具をクランプして、工具を取り付け可能としている。

また、回転軸２２は、その工具側を支承する２列の前側軸受６０，７０と、反工具側を支承する１列の後側軸受８０とによって、ブラケット２１（図１参照。）に固定されたハウジングＨを構成する外筒２９に回転自在に支持されている。なお、前側軸受６０，７０及び後側軸受８０は、本実施形態の主軸装置用軸受を構成する。

前側軸受６０，７０と後側軸受８０間における回転軸２２の外周面には、ロータ３０が焼き嵌めされたロータスリーブ３１が外嵌されている。また、ロータ３０の周囲に配置されるステータ３２は、ステータ３２に焼き嵌めされた冷却ジャケット３３を外筒２９に内嵌することで、外筒２９に固定される。従って、ロータ３０とステータ３２はモータを構成し、ステータ３２に電力を供給することでロータ３０に回転力を発生させ、回転軸２２を回転させる。

また、外筒２９と反工具側で固定されたハウジングＨを構成する後蓋３４には、工具アンクランプピストン３５を摺動自在に内嵌したハウジングＨを構成する工具アンクランプシリンダ３６が固定されている。よって、工具を交換する際には、油路３７から油圧室３８に作動油を導き、工具アンクランプピストン３５を工具側（図の左側）へ前進させることにより、ドローバ２３を工具側（図の左側）へ前進させて、工具をアンクランプする。

前側軸受６０，７０は、外輪６１，７１と、内輪６２，７２と、接触角を持って配置される転動体としての玉６３，７３と、玉６３，７３を略等間隔で保持する外輪案内の保持器６４，７４と、をそれぞれ有するアンギュラ玉軸受であり、背面組み合わせとなるように配置されている。後側軸受８０は、外輪８１と、内輪８２と、転動体としての円筒ころ８３と、円筒ころ８３を略等間隔で保持する外輪案内の保持器８４と、を有する円筒ころ軸受である。

前側軸受６０，７０の外輪６１，７１は外筒２９に内嵌されており、且つ外筒２９にボルト締結された前側軸受外輪押え３９によってノズル付き外輪間座４０を介して外筒２９に対し軸方向に固定されている。また、前側軸受６０，７０の内輪６２，７２は、回転軸２２に外嵌されており、且つ回転軸２２に締結されたナット４１によって内輪間座４２を介して回転軸２２に対し軸方向に固定されている。

後側軸受８０の外輪８１は後蓋３４に内嵌されており、且つ後蓋３４にボルト締結された後側軸受外輪押え４３によって後蓋３４に固定されている。後側軸受８０の内輪８２は、回転軸２２に形成されたテーパ面４４とテーパ嵌合されており、回転軸２２に締結された他のナット４５によって、内輪間座４６及び速度センサ４７の被検出部４８を介して位置決めされている。

なお、後側軸受外輪押え４３の反工具側には、被検出部４８と径方向に対向する位置に速度センサ４７の検出部４９が固定されており、回転軸２２の回転速度を検出する。また、前側軸受外輪押え３９の工具側端面には、フロントカバー５０がボルト固定されている。

ここで、図２〜図４に示すように、ハウジングＨを構成する外筒２９、後蓋３４、工具アンクランプシリンダ３６には、前側軸受６０，７０及び後側軸受８０をそれぞれ潤滑するための複数の給油通路（ハウジングＨの給油用穴）９０，９１，９２が形成されており、これら通路９０，９１，９２の一端側には、潤滑油を送り込む潤滑装置９３が図示しない配管を介してそれぞれ取り付けられている。なお、潤滑装置９３によって供給される潤滑方式は、オイル潤滑であればよく、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑等のいずれであってもよい。

例えば、オイルエア潤滑の場合、給油通路９０，９１，９２の他端側は、外輪間座４０に形成されたノズル４０ａ（図２参照。），４０ｂ（図３参照。）、後側軸受外輪押え４３に形成されたノズル４３ａ（図４参照。）と連通しており、潤滑装置９３によって送られた潤滑油を各軸受６０，７０，８０の側方から軸受空間内に供給する。

また、ハウジングＨには、各軸受６０，７０，８０を潤滑した潤滑油をそれぞれ排出する複数の排油通路（ハウジングＨの排油用穴）１００（図２参照。），１０１（図３参照。），１０２（図４参照。）が形成されており、これら通路１００，１０１，１０２の一端側には、潤滑油を吸引するための負圧発生装置１０３がそれぞれ図示しない配管を介して接続されている。

具体的に、図５に拡大して示すように、前側軸受７０では、複数の玉７３が、外輪７１の内周面に形成された断面略円弧状の外輪軌道面７１ｃと、内輪７２の外周面に形成された断面略円弧状の内輪軌道面７２ａとの間に径方向に対して接触角を持って配置されている。前側軸受７０の外輪７１には、カウンターボア側、及び反カウンターボア側の内周面で玉７３が通過する外輪軌道面７１ｃの近傍に開口して、且つ、径方向に貫通する排油穴７１ａ，７１ｂが周方向に略等間隔で複数本ずつ形成されている。また、外輪７１の外周面には、これら排油穴７１ａ，７１ｂがそれぞれ開口する環状の周方向溝７５ａ，７５ｂが形成されており、これら周方向溝７５ａ，７５ｂは、これら排油穴７１ａ，７１ｂと、外筒２９に形成された排油通路１０１の排油穴２９ａ，２９ｂとをそれぞれ連通する。なお、排油穴７１ａ，７１ｂは、外輪軌道面７１ｃの近傍に開口することが好ましく、図５に示すように、径方向から見て、玉７３とオーバーラップする位置にそれぞれ形成されている。この結果、転がり接触部を潤滑後、玉７３に付着した油が遠心力により振り切られた後、直接排油穴７１ａ，７１ｂに導かれるメリットがある。また、前側軸受６０は、前側軸受７０と背面組み合わせで配置される、前側軸受７０と同一の構成であるので、説明を省略する。

さらに、図６（ａ）に示すように、外輪７１の外周面には、排油穴７１ａ，７１ｂの両方が開口するような軸方向幅を有する単一の周方向溝７５ｃが形成されてもよい。この場合、この周方向溝７５ｃは、排油穴７１ａ，７１ｂと、軸受７０の軸方向中間位置における外筒２９に形成された排油通路１０１の一本の排油穴２９ｃとを連通する。

また、図６（ｂ）に示すように、玉７３に対して潤滑油を給油する側と反対側に位置するカウンターボア側の排油穴７１ｂのみが形成される場合には、この排油穴７１ｂが開口する周方向溝７５ｂのみが形成される。この場合、周方向溝７５ｂは、排油穴７１ｂと排油通路の排油穴２９ｂとを連通する。

また、図７に示すように、後側軸受８０も、前側軸受６０，７０と同様、外輪８１の軸方向両側の内周面で、円筒ころ８３と干渉しない円筒ころ８３が通過する外輪軌道面８１ｃの近傍に、径方向に貫通する排油穴８１ａ，８１ｂが周方向に略等間隔で複数本ずつ形成されている。そして、外輪８１の外周面には、これら排油穴８１ａ，８１ｂがそれぞれ開口する環状の周方向溝８５ａ，８５ｂが形成されており、これら周方向溝８５ａ，８５ｂは、これら排油穴８１ａ，８１ｂと、後蓋３４に形成された排油通路１０２の排油穴３４ａ，３４ｂとをそれぞれ連通する。

従って、各軸受６０，７０，８０を潤滑した、排油穴７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの潤滑油が、周方向溝７５ａ，７５ｂ，８５ａ，８５ｂと、各排油通路１００，１０１，１０２とを介して、外部へ排出される。この際、軸受外部からの吸引力、即ち、負圧発生装置１０３の吸引力によって、排油穴７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂ内には、負圧が作用し、排油穴７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂ内の潤滑油が強制的に吸引される。また、各外輪軌道面６１ｃ，７１ｃ，８１ｃの近傍の外輪６１，７１，８１の内周面に付着した潤滑油も、負圧発生装置１０３の吸引力によって、排油穴７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂへと導かれる。

これにより、各軸受６０，７０，８０の外輪軌道面６１ｃ，７１ｃ，８１ｃの近傍に設けられた排油穴７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂから余分な潤滑油を速やかに排出することができる。特に、本実施形態のようなチルトタイプの主軸装置２０において、その姿勢が変化した場合であっても、排出されるはずの潤滑油が軸受内部に戻ること、特に、排油穴７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂに存在する潤滑油が外輪軌道面６１ｃ，７１ｃ，８１ｃに戻ることが防止され、潤滑油過多や攪拌抵抗による異常発熱を抑制することができる。

また、外輪６１，７１，８１の外周面には、排油穴７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂとハウジングＨの排油通路１００，１０１，１０２とを連通する周方向溝７５ａ，７５ｂ，８５ａ，８５ｂが形成されているので、排油通路１００，１０１，１０２との位相合わせを行うことなく、軸受６０，７０，８０をハウジングＨに組み付けることができ、主軸装置２０の組み付け性が向上される。

また、本実施形態では、排油通路１００，１０１，１０２は、軸受６０，７０，８０毎に形成されているので、負圧発生装置１０３の吸引能力条件を変化させることで、各軸受６０，７０，８０の吸引効率を最適化することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る主軸装置用軸受について、図８及び図９を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、各軸受の外輪に形成される周方向溝の代わりに、ハウジングＨの内周面に環状溝を形成する点において、第１実施形態と異なる。そのため、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
また、以下に説明するアンギュラ玉軸受に係る各実施形態では、複列の前側軸受のうち、反工具側のアンギュラ玉軸受について説明するものとし、工具側のアンギュラ玉軸受は同一構成であるとして、説明を省略する。

本実施形態の前側軸受７０では、図８及び図９に示すように、排油穴７１ａ，７１ｂの外周側と対向する、ハウジングＨを構成する外筒２９の内周面に、環状溝１２０ａ，１２０ｂが形成されている。これにより、環状溝１２０ａ，１２０ｂは、排油穴７１ａ，７１ｂと、外筒２９に形成された排油通路１０１の排油穴２９ａ，２９ｂとをそれぞれ連通する。

従って、本実施形態では、外輪７１の外周面に周方向溝を形成せずに、環状溝１２０ａ，１２０ｂを介して潤滑油を外部へ排出することができ、外輪７１の形状を簡素化して、加工精度を向上でき、さらに、軸受のコストダウンを図ることができる。また、周方向溝を形成した場合と同様に、外輪７１の排油穴７１ａ，７１ｂと外筒２９の排油穴２９ａ，２９ｂとの円周方向の位相合わせを容易に行なうことができる。

なお、上記構成は、第１実施形態の図６（ａ）、図６（ｂ）の前側軸受や、図７の後側軸受の構成においても適用可能である。即ち、図６（ａ）に対応する図１０（ａ）に示すように、単一の周方向溝７５ｃの代わりに、外筒２９の内周面には、排油穴７１ａ，７１ｂの両方が開口するような軸方向幅を有する単一の環状溝１２０ｃが形成されてもよい。この場合、この環状溝１２０ｃは、排油穴７１ａ，７１ｂと、軸受７０の軸方向中間位置における外筒２９に形成された排油通路１０１の一本の排油穴２９ｃとを連通する。

また、図６（ｂ）に対応する図１０（ｂ）に示すように、玉７３に対して潤滑油を給油する側と反対側に位置するカウンターボア側の排油穴７１ｂのみが形成される場合には、この排油穴７１ｂが開口する環状溝１２０ｂのみが形成される。この場合、環状溝１２０ｂは、排油穴７１ｂと排油通路１０１の排油穴２９ｂとを連通する。

これら図１０（ａ）、（ｂ）においても、位相合わせが容易に行なうことができると共に、外輪７１、８１の形状を簡素化して、加工精度を向上でき、軸受のコストダウンを図ることができる。

また、上述した環状溝１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２１ａ，１２１ｂは、３６０°全周に亘って形成されてもよいが、主軸の旋回範囲や旋回角度等に応じて、周方向に部分的に形成されてもよい。例えば、図１１及び図１２（ａ）に示すように、外輪７１の排油穴７１ｂが真下位置及びそこから９０度離れた真横位置の３箇所に形成されている場合には、環状溝１２０ｂは、これら３つの排油穴７１ｂに跨るような角度範囲で形成されればよい。これにより、給油穴や他の部品取り付け用のねじ穴等、主軸装置の他の構成要素と干渉することなく、環状溝１２０ｂを最適な角度範囲で形成することができる。

また、図１２（ｂ）に示すように、外輪７１の排油穴７１ｂが真下位置のみに形成されている場合には、環状溝１２０ｂは、この排油穴７１ｂのみを跨ぐように形成されればよい。

なお、第１実施形態の外輪の外周面に形成される周方向溝も、最適な角度範囲にて部分的に形成することができ、同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る主軸装置用軸受について、図１３を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、前側軸受であるアンギュラ玉軸受の構成において、第１実施形態と異なる。そのため、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

図１３に示すように、本実施形態のアンギュラ玉軸受１７０では、外輪１７１は、玉７３に対して潤滑油を給油する側と反対側に位置するカウンターボア側に形成される排油穴７１ｂと、この排油穴７１ｂが開口する、外周面に形成される周方向溝７５ｂと、排油穴７１ｂが開口する軸方向位置の内周面に周方向に亘って形成される環状の集油溝１７２ｂと、を有する。また、周方向溝７５ｂは、排油穴７１ｂと排油通路１０１の排油穴２９ｂとを連通する。

従って、本実施形態では、外輪１７１の内周面には、排油穴７１ｂが開口する軸方向位置に集油溝１７２ｂが周方向に亘って形成されているので、外輪１７１の内周面に付着する、軸受１７０を潤滑した潤滑油が集油溝１７２ｂに集められ、さらに、集油溝１７２ｂ内の潤滑油が、負圧発生装置１０３の吸引力によって、排油穴７１ｂへと速やかに排出される。これにより、排油性をより向上することができ、潤滑油過多や異常発熱をさらに抑制することができる。

軸受１７０が高速回転していると、玉７３の公転や保持器７４や内輪７２の自転の際、内部の空気もその粘性抵抗により、同様に回転させられ、円周方向の空気流が生じている。従って、外輪１７１の内周面に付着した油も内周面に沿って円周方向に移動している。特に、回転軸２２が立軸の場合、重力効果が少ないのでこの油の移動が発生しやすい。従って、集油溝１７２ｂがあると、集油溝１７２ｂ内に油が集まりやすく、排油性が向上される。従って、集油溝１７２ｂは、角型より円弧状がより好ましい。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

なお、図１４（ａ）に示すように、周方向溝７５ｂの代わりに、排油穴７１ｂの外周側開口と対向する外筒２９の内周面に、環状溝１０４が形成されてもよい。この場合、環状溝１０４は、排油通路１０１の排油穴２９ｂと連通するように形成される。このため、負圧発生装置１０３によって吸引されながら、潤滑油は、集油溝１７２ｂによって集められ、排油穴７１ｂへと送られた後、環状溝１０４、排油穴２９ｂを介して排油通路１０１から外部へと排出される。

また、図１４（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様、反カウンターボア側にも排油穴７１ａ、円周方向溝７５ａが形成される場合には、排油穴７１ａが開口する軸方向位置の内周面に周方向に亘って形成される環状の集油溝１７２ａが形成されてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る主軸装置用軸受について、図１５を参照して詳細に説明する。なお、第３実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態では、第３実施形態に係るアンギュラ玉軸受１７０の側方に配置された鍔付き外輪間座５００に、外筒２９の排油通路１０１と連通する排油穴５０１が形成されている。排油穴５０１は、軸受側方に対向する軸方向端面開口と外周面開口とを連通するように略Ｌ字状に形成されている。また、鍔付き外輪間座５００の外周面には、排油穴５０１の外周面開口が臨む環状の周方向溝５０２が形成されている。

従って、外輪１７０のカウンターボア側の内周面に付着した、軸受内部を潤滑した潤滑油は、負圧発生装置１０３の吸引力によって、集油溝１７２ｂ、排油穴７１ｂ、周方向溝７５ｂ、排油通路１０１を介して強制的に外部に排出される。また、このカウンターボア側の内周面から軸受側方に流出した潤滑油も、負圧発生装置１０３の吸引力によって、排油穴５０１、周方向溝５０２、排油通路１０１を介して強制的に外部に排出される。これにより、潤滑油をより効果的に排出することができる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、前側軸受６０，７０を２列のアンギュラ玉軸受，後側軸受８０を円筒ころ軸受としたが、各軸受の種類や列数は任意に設定可能である。
また、本実施形態では、アンギュラ玉軸受の排油穴７１ａ，７１ｂや円筒ころ軸受の排油穴８１ａ，８１ｂは、それぞれ周方向に複数本ずつ形成されているが、周方向に少なくとも一本形成されればよい。

さらに、図１６に示す工作機械用主軸装置２０ａのように、各軸受６０，７０，８０の排油穴が、ハウジングＨに形成された単一の排油通路１１０と連通し、この排油通路１１０が、負圧発生装置１０３に図示しない配管を介して接続されてもよい。

これにより、各軸受６０，７０，８０を潤滑した潤滑油は、負圧発生装置１０３の吸引力によって強制的に吸引されながら、排油穴を介して、単一の排油通路１１０から外部へ排出され、軸受内部の潤滑油過多や異常発熱を抑制することができる。また、ハウジングＨに穴加工する排油通路の数を少なくすることができ、加工コストを低減することができる。なお、図１６では、異なる位相の前側軸受６０，７０のノズル４０ａ，４０ｂと、後側軸受８０のノズル４３ａとを同じ断面に示している。

また、本実施形態では、軸受６０，７０，８０毎に複数の給油通路９０，９１，９２が設けられているが、これら給油通路９０，９１，９２を単一の給油通路として、主軸装置２０内で分岐して供給するようにしてもよく、潤滑方式や潤滑条件により複数の軸受毎に別通路とするか単一の共有通路とするかは最適方式を選択できる。

ここで、第１実施形態（図５の前側軸受、及び図７の後側軸受）に示す本考案の主軸装置（本考案品）と、従来の主軸装置（従来品）を用いて、運転時の軸受の温度上昇を測定した。以下、試験条件について列挙する。

＜試験条件＞
（１）主軸軸受形式：アンギュラ玉軸受
（２）軸受主要寸法：軸受内径５０ｍｍ、軸受外径８０ｍｍ
（３）試験時のスピンドル回転数：最高４０，０００ｍｉｎ^−１（軸受ｄｍ・Ｎ値：２．
６×１０^６）
（４）潤滑方法：オイルエア潤滑
（５）排油方法
・本考案品：排油孔からの吸引あり（負圧吸引あり）
・従来品：排油孔からの吸引なし（重力による排出のみ：大気圧条件）

図１７は、本考案品と従来品での、軸受回転数と軸受外輪温度上昇との関係を示す。図１７からわかるように、従来品に対して本考案品は、軸受外輪の温度上昇値が回転数上昇に伴い低く推移しており、特に、２０，０００ｍｉｎ^−１以上の高速回転において、約３〜４℃前後低くなっている。

これは、排油孔からの吸引により重力の影響を受けず、軸受に供給された潤滑油が軸受内部に停滞することなく、スムーズに排出されていることによるものである。高速運転状態において、油の軸受内部での滞油が続くと、攪拌抵抗による昇温が急激に生じる場合があり、発熱の際の潤滑油の粘度低下によりころがり接触部の油膜厚が薄くなり金属接触から瞬時に焼付きが発生する。本考案品は、高速スピンドルや旋回型のスピンドルの構造において、これらの焼付きリスクを大幅に低減することが可能となる。

次に、高速回転時にスピンドルを旋回させて、排油孔からの吸引効果の確認を行った。図１８に示すように、スピンドル水平状態（回転軸芯が水平：位相を０°とする。）で、４０，０００ｍｉｎ^−１で連続運転（３０分）している状態から、旋回サイクルをスタートした。即ち、垂直状態：スピンドル工具取付面が下方（位相９０°）、さらに、水平状態（位相１８０°）へ旋回させ、その後、垂直状態（位相９０°）を経て、スタート時の水平状態（位相０°）へ戻る首振り旋回サイクル（１サイクル約２０秒）を行った。なお、その他の試験条件は上記のものと同じである。

図１９に示すように、従来品では、首振り前の状態での温度上昇も本考案品に対して約５℃高い。また、従来品では、首振り旋回サイクル開始後、約１時間の間に３℃前後外輪温度が変化しているが、本考案品では、ほとんど温度が変化しないことが確認できた。これは、本考案品では、旋回時における内部潤滑油の排出むらが発生していないことが理由と考えられる。

本考案品は、従来品に比べて温度上昇が５℃程度低く、さらに旋回サイクル運転時の温度のばらつきが少ないことから、スピンドルの熱変位を抑制し加工精度の向上を図ることが可能である。
また、潤滑油が軸受内部から速やかに排出されるので、高速運転時に潤滑油の軸受内部停滞による攪拌抵抗から異常発熱が生じて焼付きに至るリスクを軽減することができる。
その結果、安定した高速回転でのスピンドル首振り運転による加工が可能となる。

１ 門形マシニングセンタ（複合加工工作機械）
２０ 主軸装置
２２ 回転軸
３０ ロータ
３２ ステータ
４０ 外輪間座
６０，７０，１７０ 前側軸受
６１，７１，８１，１７１ 外輪
７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂ 排油穴
８０ 後側軸受（円筒ころ軸受）
１００，１０１，１０２ 排油通路
１０３ 負圧発生装置
１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ 環状溝
１７２ａ，１７２ｂ 集油溝
５００ 外輪間座
Ｈ ハウジング

Claims (3)

1. 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に配置される複数の転動体と、を有し、オイル潤滑によって潤滑される複数の軸受と、
   工具を取り付け可能な回転軸と、
   該回転軸を前記軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
   を有する主軸装置であって、
   前記外輪には、排油穴が径方向に貫通形成されるとともに、前記外輪の外周面には、前記排油穴と連通する周方向溝が形成され、
   前記軸受は、前記転動体が接触角を持って配置される玉であり、前記複数の玉を略等間隔で保持する外輪案内の保持器がさらに設けられたアンギュラ玉軸受を含み、
   前記アンギュラ玉軸受において、カウンターボア側の内周面に開口する前記排油穴の開口は、その軸方向内端が前記外輪軌道面と前記保持器のポケットの軸方向内端面との間に位置し、且つ、その軸方向外端が前記保持器の軸方向外端面よりも軸方向内側に位置するように、前記外輪軌道面の近傍に配置され、
   前記ハウジングには、少なくとも一つの前記軸受の前記排油穴と前記主軸装置の外部に設けられた負圧発生装置との間のみを連通する排油通路が形成され、
   該排油穴内には、前記負圧発生装置からの吸引力によって、負圧が作用することを特徴とする主軸装置。
2. 前記外輪の内周面には、前記排油穴が開口する軸方向位置に集油溝が周方向に亘って形成されることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
3. 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に配置される複数の転動体と、を有し、オイル潤滑によって潤滑される複数の軸受と、
   工具を取り付け可能な回転軸と、
   該回転軸を前記軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
   を有する主軸装置であって、
   前記外輪には、排油穴が径方向に貫通形成されるとともに、前記外輪の内周面には、前記排油穴が開口する軸方向位置に集油溝が周方向に亘って形成され、
   前記軸受は、前記転動体が接触角を持って配置される玉であり、前記複数の玉を略等間隔で保持する外輪案内の保持器がさらに設けられたアンギュラ玉軸受を含み、
   前記アンギュラ玉軸受において、カウンターボア側の内周面に開口する前記排油穴の開口は、その軸方向内端が前記外輪軌道面と前記保持器のポケットの軸方向内端面との間に位置し、且つ、その軸方向外端が前記保持器の軸方向外端面よりも軸方向内側に位置するように、前記外輪軌道面の近傍に配置され、
   前記ハウジングには、少なくとも一つの前記軸受の前記排油穴と前記主軸装置の外部に設けられた負圧発生装置との間のみを連通する排油通路が形成され、
   該排油穴内には、前記負圧発生装置からの吸引力によって、負圧が作用することを特徴とする主軸装置。

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