JP6997763B2 - 主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に取り付けられる主軸装置に関する。

工作機械は、工具またはワークを回転する主軸装置を備える。例えば、工作機械が工具を回転する主軸装置を備える場合には、工作機械は、工具を軸線の周りに回転させることができる。工作機械は、工具をワークに接触させて、ワークに対して工具を相対的に移動することにより、所望の形状にワークを加工することができる。主軸装置は、工具が連結された主軸を備える。主軸は、軸受を介してハウジングに支持されている。主軸が回転することにより、工具またはワークが回転する。

工作機械では、切削の種類に応じて工具またはワークを高速で回転させる場合がある。主軸が高速で回転する主軸装置には、主軸を支持する軸受として転がり軸受を採用することができる。

特開２００３－０５６５８２号公報には、軸心の冷却液通路およびハウジングの冷却液通路を備える回転軸装置が開示されている。この回転軸装置は、軸心の冷却液通路およびハウジングの冷却液通路に供給する冷却液の温度を制御して、軸受の外輪を軸受の内輪よりもわずかに膨張させることが開示されている。

特開２００３－０５６５８２号公報

転がり軸受を備える主軸装置では、転がり軸受に主軸の径方向に予め定められた圧力が加えられる。すなわち、主軸装置は、転がり軸受に予圧が加えられるように組み立てられる。転がり軸受に与圧を与えることにより、所望の転がり軸受の特性が得られる。適正な予圧の大きさの範囲は予め定められている。

主軸装置が駆動して主軸が回転すると、転がり軸受の転動体と内輪との摩擦および転動体と外輪との摩擦により、転がり軸受の温度が上昇する。主軸およびハウジングは、同じ材質で形成されていても、体積が異なるために熱容量が異なる。ハウジングよりも体積が小さい主軸は、熱容量が小さいために温度が上昇しやすい。一方で、主軸よりも体積の大きいハウジングは、熱容量が大きいために温度が上昇しにくい。このために、主軸の膨張量はハウジングの膨張量よりも大きくなる。特に、主軸の径方向の膨張量は、ハウジングの径方向の膨張量よりも大きくなる。このために、主軸が回転すると、軸受に加わる圧力は増大する。主軸の回転速度が大きくなるほど、軸受の温度は上昇する。このために、主軸の高速で回転すると、軸受に作用する圧力が大きくなる。

また、軸受の内輪は主軸と共に回転するために、内輪には遠心力が作用する。更に、内輪の周りを回転する転動体にも遠心力が作用する。内輪および転動体の遠心力により、軸受に作用する圧力が増大する。特に、主軸が高速で回転すると、軸受に作用する圧力が大きくなる。

このように、主軸が回転して軸受に加わる圧力が大きくなると、軸受の寿命が短くなったり、軸受が破損したりする場合がある。特に、主軸が高速で回転すると、軸受の寿命が短くなったり、軸受が破損したりする虞がある。

本発明は、運転期間中に転がり軸受に加わる圧力を抑制する主軸装置を提供することを目的とする。

本発明の主軸装置は、工作機械に取り付けられ、工具またはワークを回転する。主軸装置は、工具またはワークを支持する主軸と、主軸を回転させる主軸モータとを備える。主軸装置は、内輪、転動体、および外輪を有し、内輪にて主軸を支持する転がり軸受と、転がり軸受の外輪を固定する軸受支持部とを備える。主軸装置は、軸受支持部に第１の冷却液を供給する第１の冷却液供給装置と、第１の冷却液供給装置にて供給される第１の冷却液の温度を調整するように第１の冷却液供給装置を制御する制御装置とを備える。軸受支持部は、主軸よりも熱膨張係数が大きい材質にて形成されている。軸受支持部は、第１の冷却液が流れる第１の流路を有する。第１の流路は、転がり軸受の外輪の側方に配置されている。第１の冷却液供給装置は、第１の冷却液の温度を調整する機能を有し、第１の流路に第１の冷却液を供給する。制御装置は、主軸モータの回転速度が予め定められた判定値以下の場合に第１の冷却液の温度を一定に維持する制御と、主軸モータの回転速度が判定値よりも大きい場合に主軸モータの回転速度が高くなるほど第１の冷却液の温度を上昇させる制御とを実施する。

本発明によれば、運転期間中に転がり軸受に加わる圧力を抑制する主軸装置を提供することができる。

実施の形態における主軸装置の概略断面図である。 実施の形態における工作機械のブロック図である。 実施の形態における主軸モータの回転速度と転がり軸受に加わる圧力との関係を示すグラフである。 実施の形態における主軸モータの回転速度と第１の冷却液の目標温度との関係を示すグラフである。 実施の形態における主軸モータの回転速度と第２の冷却液の目標温度との関係を示すグラフである。

図１から図５を参照して、実施の形態における主軸装置について説明する。本実施の形態の主軸装置は、工作機械に取り付けられている。本実施の形態の工作機械は、加工プログラムに基づいて工具とワークとを相対的に移動させて自動的に加工を行う数値制御式の工作機械である。

図１に、本実施の形態の主軸装置の概略断面図を示す。本実施の形態では、工具１８が配置されている方向を主軸装置１０の前側と称し、工具１８が配置されている側と反対側を後側と称する。主軸装置１０は、中空状のハウジング１２と、ハウジング１２に支持された主軸１４とを含む。主軸１４は、円柱状に形成されている。主軸１４は、工具ホルダ１９を介して工具１８を支持している。主軸１４は、フロントベアリングとしての軸受１６ａ，１６ｂと、リアベアリングとしての軸受１７を介して回転自在に支持されている。本実施の形態の軸受１６ａ，１６ｂ，１７は、転がり軸受である。転がり軸受は、内輪、外輪、および内輪と外輪との間に配置された転動体を含む。軸受１６ａ，１６ｂ，１７の内輪は、主軸１４を支持する。

主軸装置１０は、軸受１６ａ，１６ｂ，１７の外輪を固定する軸受支持部を備える。軸受１６ａ，１６ｂの外輪は、ハウジング１２の内面に固定されている。ハウジング１２の軸受１６ａ，１６ｂに接触する部分が軸受支持部として機能する。また、主軸装置１０は、ハウジング１２の内面に固定されたリアハウジング１３を含む。リアハウジング１３は、軸受１７を支持する。軸受１７の外輪は、リアハウジング１３に固定されている。リアハウジング１３は、軸受支持部として機能する。

主軸装置１０は、主軸１４を回転させる主軸モータ３５を含む。本実施の形態の主軸モータ３５は、ビルトインタイプのモータである。主軸モータ３５は、主軸１４の外面に固定されたロータ３２と、ハウジング１２の内面に固定されたステータ３４とを含む。主軸装置１０は、主軸モータ３５に電気を供給する電気供給装置としてのアンプ９４を含む。

主軸１４の内部は、工具ホルダ１９を保持したり解放したりする機構が配置されている。ワークの加工時には、主軸１４は、工具ホルダ１９を介して工具１８を保持する。主軸モータ３５が駆動することにより、工具１８が主軸１４と共に回転する。

主軸装置１０は、主軸１４の回転速度を検出するための回転角検出器としてのエンコーダ３６を含む。本実施の形態のエンコーダ３６は、ギヤ３６ａとエンコーダセンタ３６ｂとを含む。本実施の形態のギヤ３６ａは、主軸１４の後側の端部に配置されている。エンコーダセンタ３６ｂは、ギヤ３６ａと対向するようにリアハウジング１３に固定されている。

本実施の形態における主軸装置１０は、軸受１６ａ，１６ｂ，１７を冷却液にて冷却可能に形成されている。冷却液としては、冷却水または冷却オイルを用いることができる。

ハウジング１２は、第１の冷却液が流れる第１の流路２１，２３を有する。流路２１は、軸受１６ａ，１６ｂの位置に対応して形成されている。流路２１は、軸受１６ａ，１６ｂの側方に配置されている。流路２１は、軸受１６ａ，１６ｂの近傍に形成されている。本実施の形態の流路２１は、軸受１６ａ，１６ｂを取り囲むように形成されている。リアハウジング１３は、第１の冷却液が流れる第１の流路２３を有する。流路２３は、軸受１７の位置に対応して形成されている。流路２３は、軸受１７の側方に配置されている。流路２３は、軸受１７の近傍に形成されている。本実施の形態の流路２３は、軸受１７を取り囲むように形成されている。

また、本実施の形態における第１の冷却液は、主軸モータ３５を冷却するように形成されている。ハウジング１２とステータ３４を支持する部材との間には、第１の冷却液が流れる第１の流路２２が形成されている。

主軸１４は、第２の冷却液が流れる第２の流路２５，２６を含む。流路２５は、軸受１６ａ，１６ｂの位置に対応して形成されている。流路２５は、軸受１６ａ,１６ｂの側方に配置されている。流路２５は、軸受１６ａ,１６ｂの近傍に形成されている。流路２６は、軸受１７の位置に対応して形成されている。流路２６は、軸受１７の側方に配置されている。流路２６は、軸受１７の近傍に形成されている。

主軸装置１０は、軸受支持部に第１の冷却液を供給する第１の冷却液供給装置４１を備える。第１の冷却液供給装置４１は、ハウジング１２およびリアハウジング１３に形成された第１の流路２１，２２，２３に、第１の冷却液を供給する。第１の冷却液供給装置４１は、第１の冷却液の温度を調整できるように形成されている。本実施の形態の第１の冷却液供給装置４１は、冷却液を供給するためのポンプと、冷却液を冷却するためのチラーユニットと、冷却液を加熱するためのヒータとを含む。チラーユニットは、圧縮機、膨張弁、および熱交換器を含む。第１の流路２３から第１の冷却液供給装置４１に戻る流路の途中には、第１の温度センサ４３が配置されている。第１の温度センサ４３は、ハウジング１２およびリアハウジング１３を冷却した後の冷却液の温度を検出する。

第１の流路２１に第１の冷却液が供給されることにより、軸受１６ａ，１６ｂが冷却される。第１の流路２３に第１の冷却液が供給されることにより、軸受１７が冷却される。また、第１の流路２２に第１の冷却液が供給されることにより、主軸モータ３５が冷却される。なお、主軸モータ３５を冷却するための第１の流路２２には、他の冷却液供給装置から冷却液が供給されていても構わない。すなわち、主軸モータ３５を冷却する装置は、軸受を冷却する装置とは別に形成されていても構わない。

主軸装置１０は、主軸１４に第２の冷却液を供給する第２の冷却液供給装置４２を備える。第２の冷却液供給装置４２は、主軸１４に形成された第２の流路２５，２６に、第２の冷却液を供給する。第２の冷却液供給装置４２は、第２の冷却液の温度を調整できるように形成されている。本実施の形態の第２の冷却液供給装置４２は、第１の冷却液供給装置４１と同様に、冷却液を供給するためのポンプと、冷却液を冷却するためのチラーユニットとを含む。第２の流路２５から第２の冷却液供給装置４２に戻る流路の途中には、第２の温度センサ４４が配置されている。第２の温度センサ４４は、主軸１４を冷却した後の冷却液の温度を検出する。

本実施の形態の温度センサ４３，４４は、主軸１４、ハウジング１２、およびリアハウジング１３を冷却した後の冷却液の温度を検出するように形成されているが、この形態に限られない。温度センサは、冷却液の温度を検出可能な任意の位置に配置することができる。例えば、温度センサは、冷却液供給装置４１，４２から流出する冷却液の温度を検出するように配置されていても構わない。または、温度センサは、それぞれの流路２１，２２，２３，２５，２６を流れる冷却液の温度を検出するように配置されていても構わない。

図２に、本実施の形態における工作機械のブロック図を示す。図１および図２を参照して、工作機械８０は、機械本体８１と制御装置８２とを備える。機械本体８１は、主軸装置１０と、ワークに対して工具１８を相対移動させる移動装置９１とを含む。機械本体８１には、たとえば、直線送り軸として互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されている。移動装置９１は、工具をＸ軸方向に移動させる装置および工具をＹ軸方向に移動させる装置を含む。また、移動装置９１は、ワークが固定されたテーブルをＺ軸方向に移動させる装置を含む。移動装置９１としては、この形態に限られず、ワークに対して工具を相対的に移動させる任意の装置を採用することができる。

制御装置８２は、例えば、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えるデジタルコンピュータにて構成されている。工作機械８０には、ワークを加工する手順が設定された加工プログラム７８が入力される。制御装置８２は、加工プログラム７８に基づいて、機械本体８１を制御する。

制御装置８２は、数値制御部８３を含む。数値制御部８３は、加工プログラム７８に基づいて送り軸に関する送り指令を移動装置９１に送出する。移動装置９１は、送り指令に基づいてワークと工具１８との相対移動を行う。制御装置８２は、主軸装置１０を制御するための主軸制御部８４を含む。数値制御部８３は、加工プログラム７８に基づいて、主軸を制御する主軸指令を主軸制御部８４に送出する。加工プログラム７８には、主軸モータ３５の回転速度が定められている。主軸指令には、例えば主軸モータ３５の回転速度に関する指令および冷却液の流量および温度に関する指令が含まれる。

主軸制御部８４は、主軸指令に基づいて、主軸装置１０を制御する。主軸制御部８４は、主軸モータ３５を制御する主軸モータ制御部８６を含む。主軸モータ制御部８６は、主軸指令に基づいて、主軸モータ３５の動作指令をアンプ９４に送出する。主軸モータ３５の動作指令には、主軸モータ３５の回転速度が含まれる。アンプ９４は、主軸モータの動作指令に基づいて、主軸モータ３５に電気を供給する。主軸モータ３５が駆動することにより、主軸１４が回転する。主軸１４の回転速度は、エンコーダ３６にて検出される。エンコーダ３６の出力は、主軸モータ制御部８６に送信される。主軸モータ制御部８６は、エンコーダ３６の出力に基づいて主軸モータ３５の動作指令を修正することができる。

主軸制御部８４は、冷却液供給装置４１，４２を制御する冷却液制御部８７を含む。冷却液制御部８７は、動作指令を第１の冷却液供給装置４１および第２の冷却液供給装置４２に送出する。また、冷却液制御部８７は第１の温度センサ４３から第１の冷却液の温度を取得する。冷却液制御部８７は、第２の温度センサ４４から第２の冷却液の温度を取得する。

冷却液制御部８７は、主軸モータ制御部８６から主軸モータ３５の回転速度（主軸１４の回転速度）を取得する。冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度に応じた冷却液の温度となるように、第１の冷却液供給装置４１および第２の冷却液供給装置４２を制御する。例えば、温度センサ４３，４４から取得した冷却液の温度が予め定められた目標温度よりも高い場合に、冷却液制御部８７は、冷却液の温度を下げるように冷却液供給装置４１，４２を制御する。

制御装置８２は、工作機械８０に関する情報を記憶する記憶部８５を含む。例えば、記憶部８５は、加工プログラム７８、冷却液の目標温度、および冷却液の目標流量を記憶する。特に、記憶部８５は、主軸モータ３５の回転速度に対応する第１の冷却液の目標温度および第２の冷却液の目標温度を記憶する。主軸モータ３５の回転速度と冷却液の目標温度との関係は、数式で予め定められている。記憶部８５は、この数式を記憶する。または、主軸モータ３５の回転速度と冷却液の目標温度との関係は、対応表にて予め定められていても構わない。記憶部８５は、この対応表を記憶しても構わない。

図１を参照して、本実施の形態の主軸装置１０の軸受支持部は、主軸１４よりも熱膨張係数が大きい材質にて形成されている。本実施の形態においては、ハウジング１２の熱膨張係数は、主軸１４の熱膨張係数よりも大きい。また、リアハウジング１３の熱膨張係数は、主軸１４の熱膨張係数よりも大きい。本実施の形態では、主軸１４は炭素鋼にて形成され、ハウジング１２およびリアハウジング１３は、アルミニウム合金にて形成されている。主軸１４の材質および軸受支持部の材質は、この形態に限られない。軸受支持部の熱膨張係数が主軸の熱膨張係数よりも大きくなる任意の材質を採用することができる。例えば、主軸の材質として炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を採用し、ハウジングの材質としてアルミニウム合金を採用することができる。

図３に、主軸の回転速度と運転時に軸受に加わる圧力との関係のグラフを示す。ここでは、フロントベアリングとしての軸受１６ａ，１６ｂに加わる圧力を例示するが、リアベアリングとしての軸受１７に加わる圧力も同様の傾向を有する。主軸装置１０は、転がり軸受に予め定められた圧力（予圧）が加わるように組み立てられる。主軸装置１０が停止している状態において、転がり軸受には圧力が加えられている。

図３には、主軸の材質および軸受支持部の材質が同一の比較例の主軸装置のグラフが示されている。比較例の主軸装置は、例えば、主軸、ハウジング、およびリアハウジングが炭素鋼にて形成されている。比較例の主軸装置は、第１の冷却液供給装置および第２の冷却液供給装置を備える。

図４に、第１の冷却液の目標温度のグラフを示す。図５に、第２の冷却液の目標温度のグラフを示す。図４および図５に示すグラフでは、横軸は主軸モータ３５の回転速度を示し、縦軸は冷却液の目標温度を示している。グラフの冷却液の目標温度は、制御装置８２の記憶部８５に記憶された目標温度に対応する。

図４を参照して、比較例の主軸装置では、回転速度に関わらずに、第１の冷却液の温度が一定になるように第１の冷却液供給装置４１を制御する。図５を参照して、比較例の主軸装置では、回転速度に関わらずに、第２の冷却液の温度が一定になるように第２の冷却液供給装置４２を制御する。本実施の形態では、このような一定に維持する温度を基準温度Ｔｒと称する。基準温度Ｔｒは、例えば、工作機械が配置されている部屋の気温または工作機械のベッドの温度等を採用することができる。第１の冷却液供給装置４１の基準温度Ｔｒと第２の冷却液供給装置４２の基準温度Ｔｒは、同じ値であっても異なる値であっても構わない。以後、第１の冷却液供給装置４１の基準温度をＴｒ１にて示し、第２の冷却液供給装置４２の基準温度をＴｒ２にて示す。

主軸が回転することにより、軸受の内輪と転動体と摩擦および外輪と転動体との摩擦により、軸受の温度が上昇する。図３を参照して、比較例の主軸装置では、第１の冷却液の温度および第２の冷却液の温度を一定に維持しているが、冷却液の流路２１，２３，２５，２６は、軸受１６ａ，１６ｂ，１７から離れている。このために、冷却液の温度と軸受１６ａ，１６ｂ，１７の温度とに差が生じる。主軸モータ３５の回転速度が上昇すると、軸受１６ａ，１６ｂ，１７の温度は上昇する。さらに、主軸１４が回転すると、軸受１６ａ，１６ｂ，１７の内輪に対して外側に向かう方向の遠心力が作用する。外輪は固定されているために、主軸モータ３５の回転速度が上昇すると軸受１６ａ，１６ｂ，１７に加わる圧力が増大する。

このように、主軸モータ３５の回転速度が大きくなるほど、軸受１６ａ，１６ｂ，１７の温度が上昇して膨張量が大きくなる。また、主軸１４の回転速度が大きくなるほど遠心力が大きくなる。このために、主軸モータ３５の回転速度が大きくなるほど、軸受１６ａ，１６ｂ，１７に加わる圧力が増大する。

特に、本実施の形態における主軸装置１０および比較例の主軸措置では、主軸が高速にて回転する。高速の回転速度としては、例えば、２００００ｒｐｍ以上を例示することができる。比較例の主軸装置では、高速の領域において軸受に加わる圧力の上昇幅は大きくなる。

図３には、比較例から材質を変更した主軸装置の実施例が示されている。この主軸装置では、冷却液制御部８７は、比較例の主軸装置と同様に、第１の冷却液の温度および第２の冷却液の温度を一定に維持する制御を実施している。本実施の形態における主軸装置１０では、ハウジング１２の熱膨張係数およびリアハウジング１３の熱膨張係数が、主軸１４の熱膨張係数よりも大きい。すなわち、軸受支持部の熱膨張係数は、主軸の熱膨張係数よりも大きい。同一の上昇幅にて温度が上昇すると、軸受支持部の膨張量は、主軸１４の膨張量よりも大きくなる。

軸受１６ａ，１６ｂ，１７の温度が上昇したときに、軸受支持部の径方向の膨張量は、主軸１４の径方向の膨張量よりも大きくなる。このために、軸受１６ａ，１６ｂ，１７に加わる圧力の上昇を抑制することができる。材質を変更した主軸装置における軸受に加わる圧力は、比較例の主軸装置における軸受に加わる圧力よりも小さくなる。特に、主軸１４を高速にて回転させた時に、軸受１６ａ，１６ｂ，１７に加わる圧力の上昇を抑制することができる。この結果、軸受１６ａ，１６ｂ，１７の破損を抑制したり、軸受１６ａ，１６ｂ，１７の寿命が短くなることを抑制したりすることができる。

本実施の形態における主軸装置１０は、軸受１６ａ，１６ｂ，１７が、ハウジング１２およびリアハウジング１３に固定されている装置に好適である。例えば、フロントベアリングに加わる圧力を調整する為のばねが主軸装置の内部に配置されている場合がある。このような主軸装置では、軸受の温度が上昇したときに、ばねにより軸受に加わる圧力の上昇を抑制することができる。一方で、軸受が軸受支持部に固定されている主軸装置では、主軸装置の運転に伴って軸受に加わる圧力が上昇しやすい。このために、本発明の効果が顕著になる。

図１および図２を参照して、本実施の形態においては、第１の冷却液供給装置４１により、ハウジング１２およびリアハウジング１３に供給する第１の冷却液の温度を調整することができる。冷却液制御部８７は、第１の流路２１～２３に供給する冷却液の温度を変化させる第１の温度制御を実施することができる。なお、本実施の形態では、第１の冷却液の流量を一定に制御しているが、この形態に限られず、第１の冷却液の流量を変化させても構わない。

主軸モータ３５の回転速度が低い領域では、軸受が受ける圧力の上昇幅が小さいために、冷却液の温度が一定の基準温度Ｔｒ１になるように制御することができる。図４を参照して、第１の温度制御において、冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度がＮｔ以下の領域では、回転速度に依存せずに、第１の冷却液の温度を一定に維持する制御を実施する。ここでの例では、第１の冷却液の温度が基準温度Ｔｒ１に維持される。回転速度Ｎｔは、予め定められている。回転速度Ｎｔは、例えば、軸受１６ａ，１６ｂ，１７が損傷する虞のある回転速度を採用することができる。

主軸モータ３５の回転速度がＮｔよりも大きな領域では、冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度が大きくなるほど第１の冷却液の温度が高くなるように制御する。すなわち、冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度が大きくなるほど、基準温度Ｔｒ１からの温度上昇幅を大きくする制御を行うことができる。このように、第１の温度制御は、主軸モータ３５の回転速度に応じて第１の冷却液の温度を上昇させる制御を含む。

図１、図２、および図４を参照して、主軸制御部８４の冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度（主軸１４の回転速度）を主軸モータ制御部８６から取得する。冷却液制御部８７は、アンプ９４に送信する主軸モータ３５の動作指令の回転速度を取得する。または、冷却液制御部８７は、エンコーダ３６の出力値を取得しても構わない。冷却液制御部８７は、第１の温度センサ４３から第１の冷却液の温度を取得する。

冷却液制御部８７は、第１の冷却液の温度が回転速度に基づく目標温度に近づくように、第１の冷却液の温度を調整する。冷却液制御部８７は、第１の冷却液供給装置４１を制御する。たとえば、第１の冷却液の温度を上げる場合には、冷却液制御部８７は、第１の冷却液供給装置４１の冷却能力を低下させる制御を実施することができる。または、ヒータを駆動して第１の冷却液の温度を上昇させても構わない。

第１の温度制御により、回転速度がＮｔよりも大きな領域において、主軸モータ３５の回転速度が大きくなるほど、ハウジング１２およびリアハウジング１３の温度を上昇させることができる。ハウジング１２およびリアハウジング１３の膨張量を大きくすることができる。

図３には、本実施の形態の主軸装置１０において第１の温度制御を実施した時の実施例のグラフが示されている。この実施例では、回転速度がＮｔよりも大きな領域において、第１の冷却液の温度を変化させる一方で、第２の冷却液の温度を基準温度Ｔｒ２に維持する制御が実施されている。回転速度がＮｔよりも大きな領域において、ハウジング１２およびリアハウジング１３の膨張を促進することができる。第１の温度制御を実施することにより、回転速度がＮｔよりも大きな領域で、軸受１６ａ，１６ｂ，１７に加わる圧力の上昇を効果的に抑制できることが分かる。

図１および図２を参照して、本実施の形態においては、第２の冷却液供給装置４２により、主軸１４に供給する第２の冷却液の温度を調整することができる。冷却液制御部８７は、第２の流路２５，２６に供給する冷却液の温度を変化させる第２の温度制御を実施することができる。なお、本実施の形態では、第２の冷却液の流量を一定に制御しているが、この形態に限られず、第２の冷却液の流量を変化させても構わない。

図５を参照して、第２の温度制御において、冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度がＮｔ以下の領域では、回転速度に依存せずに、第２の冷却液の温度を一定に維持する制御を実施する。ここでの例では、第２の冷却液の目標温度が基準温度Ｔｒ２に維持される。

主軸モータ３５の回転速度がＮｔよりも大きな領域では、冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度が大きくなるほど第２の冷却液の温度が低くなるように制御する。すなわち、冷却液制御部８７は、主軸モータ３５の回転速度が大きくなるほど、基準温度Ｔｒ２からの温度低下幅を大きくする制御を行うことができる。このように、第２の温度制御は、主軸モータ３５の回転速度に応じて第２の冷却液の温度を低下させる制御を含む。

図１、図２、および図５を参照して、冷却液制御部８７は、第２の温度センサ４４から第２の冷却液の温度を取得する。冷却液制御部８７は、第２の冷却液の温度が目標温度に近づくように、第２の冷却液の温度を調整する。冷却液制御部８７は、第２の冷却液供給装置４２を制御する。例えば、第２の冷却液の温度を下げる場合には、冷却液制御部８７は、第２の冷却液供給装置４２の冷却能力を上昇させる制御を実施することができる。

図３には、本実施の形態の主軸装置１０において、第１の温度制御および第２の温度制御を実施した時の実施例のグラフが示されている。この実施例では、回転速度がＮｔよりも大きな領域において、第１の冷却液の温度を上昇させると共に第２の冷却液の温度を低下させている。回転速度が大きくなるほど、第１の冷却液の温度と第２の冷却液の温度との差が大きくなる。回転速度がＮｔよりも大きな領域において、ハウジング１２およびリアハウジング１３の膨張を促進することができる。また、回転速度がＮｔよりも大きな領域において、主軸１４の膨張を抑制することができる。この結果、軸受１６ａ，１６ｂ，１７に加わる圧力の上昇を効果的に抑制することができる。

本実施の形態の主軸装置１０は、第１の冷却液供給装置４１および第２の冷却液供給装置４２を備えるが、この形態に限られず、主軸装置は、第１の冷却液供給装置および第２の冷却液供給装置のうち、少なくとも一方を備えることができる。第１の冷却液供給装置を備える主軸装置は、第１の温度制御を実施することができる。第２の冷却液供給装置を備える主軸装置は、第２の温度制御を実施することができる。または、主軸装置は、冷却液供給装置を備えていなくても構わない。

上記の第１の温度制御および第２の温度制御においては、主軸モータ３５の回転速度がＮｔよりも大きな領域において冷却液の目標温度を変化させているが、この形態に限られず、任意の回転速度の領域において冷却液の目標温度を変化させることができる。例えば、第１の温度制御では、全ての回転速度の領域において、回転速度が大きくなるほど第１の冷却液の目標温度を大きくしても構わない。第２の温度制御では、全ての回転速度の領域において、回転速度が大きくなるほど第２の冷却液の目標温度を小さくしても構わない。

主軸を支持する転がり軸受としては、任意の種類の転がり軸受を採用することができる。例えば、アンギュラー軸受およびコロ軸受などの転がり軸受を採用することができる。

本実施の形態の主軸装置は、工具を保持するが、この形態に限られない。主軸装置は、ワークを保持しても構わない。主軸装置がワークを保持する工作機械としては、旋盤を例示することができる。旋盤では、主軸装置がワークを保持して回転させる一方で、移動装置がワークに対して工具を相対的に移動させることができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。

１０ 主軸装置
１２ ハウジング
１３ リアハウジング
１４ 主軸
１６ａ，１６ｂ，１７ 軸受
１８ 工具
２１，２３，２５，２６ 流路
３５ 主軸モータ
３６ エンコーダ
４１，４２ 冷却液供給装置
４３，４４ 温度センサ
８２ 制御装置
８６ 主軸モータ制御部
８７ 冷却液制御部

Claims (1)

1. 工作機械に取り付けられ、工具またはワークを回転する主軸装置であって、
   工具またはワークを支持する主軸と、
   前記主軸を回転させる主軸モータと、
   内輪、転動体、および外輪を有し、内輪にて前記主軸を支持する転がり軸受と、
   転がり軸受の外輪を固定する軸受支持部と、
   前記軸受支持部に第１の冷却液を供給する第１の冷却液供給装置と、
   前記第１の冷却液供給装置にて供給される第１の冷却液の温度を調整するように該第１の冷却液供給装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記軸受支持部は、前記主軸よりも熱膨張係数が大きい材質にて形成されており、第１の冷却液が流れる第１の流路を有し、
   第１の流路は、前記転がり軸受の外輪の側方に配置されており、
   前記第１の冷却液供給装置は、第１の冷却液の温度を調整する機能を有し、第１の流路に第１の冷却液を供給し、
   前記制御装置は、前記主軸モータの回転速度が予め定められた判定値以下の場合に第１の冷却液の温度を一定に維持する制御と、前記主軸モータの回転速度が前記判定値よりも大きい場合に前記主軸モータの回転速度が高くなるほど第１の冷却液の温度を上昇させる制御とを実施することを特徴とする、主軸装置。

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