JPH0192048A - 冷却手段を備えたモータ内蔵形主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はモータ内蔵形主軸装置に関し、特にモータの効
率を上げるための冷却手段を備えたモータ内蔵形主軸装
置に関する。

〔従来の技術〕

一般に工作機械において、主軸ヘッド部の小形化、主軸
慣性力の低下や高速化、主軸部の振動や騒音の低下、及
び部品点数の低減等を目的として、モータ内蔵形、所謂
ビルトイン形のモータを有した主軸装置が使用されてい
る。例えば特開昭６２−１０７９０３号公報にはモータ
を内蔵した主軸装置であって、その主軸が主軸ヘッドに
対して回転可能であると共に軸心方向に摺動可能なタイ
プのものが開示されている０本公報にはモータの冷却に
ついて開示されてはいないが、一般に高出力のビルトイ
ンモータに対しての冷却は不可欠であり、従来ステータ
を収納するハウジングや、ステータ内に埋設した冷却管
に冷却液を循環させることにより冷却していた。あるい
は発熱が少ない場合は、フィンによる自然放熱や強制空
冷により冷却していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

モータは高出力で小形化される程発熱量は大きい、近年
、従来の様にステータの外側のみを液体冷却していたの
では冷却効果が充分得られない程の高出力で小形のビル
トインモータが要求されるようになって来た。こうした
要求に応えるべく、例えば実開昭６２−７８２４５号公
報に開示されている主軸軸受部の吸熱用にヒートパイプ
を主軸内に埋め込んだ技術を応用するとしても、高出力
モータの様な発熱量の大きな場合には必ずしも充分な吸
熱効果が得られない。

依って本発明は斯る問題点の解決を図るべく、モータの
内部をも冷却することによって、モータの冷却を充分に
行ない、主軸の熱膨張を低減させてワークの加工精度を
高めると共に、より小形で高速、高出力なモータ内蔵形
主軸装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的に鑑みて第１の発明は、ハウジングに回転自在
に軸支された主軸の外周にロータを取り付け、該ロータ
と対向させて前記ハウジングの内周にステータを取り付
け主軸を回転させるようにしたモータ内蔵形主軸装置に
おいて、前記ステータを冷却するステータ冷却手段と、
前記ロータを前記主軸内に循環させた冷却液により該ロ
ータの内周側から冷却するロータ冷却手段とを具備した
ことを特徴とする冷却手段を備えたモータ内蔵形主軸装
置を提供する。

第２の発明は上記第１の発明に対して、ステータとロー
タとの対向隙間に冷却用加圧気体を流す気体冷却手段を
追加したものである。

第３の発明は、上記第２の発明に対して更にステータ及
びロータの端部を冷却する他の冷却液を流す端部冷却手
段を追加したものである。

〔作　用〕

上記第１の発明ではステータ側のみならずロータの内周
側からも液体によって冷却されるのでモータの吸熱効果
が高くなる。第２の発明ではステータの内周とロータの
外周の冷却作用が加わるため一段とモータの冷却効果が
高まる。更には第３の発明ではステータ及びロータの端
部からも液体によって冷却されるため更に一段と冷却効
果が高まる。この第３の発明によるステータとロータの
端部に流す液体がステータとロータとの対向隙間に侵入
しようとするが、冷却用加圧気体の流出作用によってこ
の侵入が阻止できる。

〔実施例〕

以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳細
に説明する。第１図は本発明に係る主軸装置の縦断面図
、第２図は第１図の矢視線ｎ−ｎによる横断面図、第３
図は本発明に係る主軸装置の他の実施例を示す。

まず第１図を参照すると、工作機械の主軸１゜は前方軸
受１２と後方軸受３６とを介して回転可能ニハウジング
１４内に収容保持されている。前方軸受１２は内輪用カ
ラー１８と外輪用カラー２０とを介して隔てられ、該軸
受１２の前後方向端部は軸受押え１６と軸受押えナフト
２２によって前後方向（長手方向）に移動しない様に固
定されている。更に後方軸受３６は同様な軸受押えナツ
ト２３によって長手方向に移動しない様に固定されてい
る。この様に回転可能に軸承された主軸１０の先端部に
は、テーパシャンク２８を有した工具ホルダ２６を引き
込み、主軸１０と一体回転可能にするテーバ孔２４が設
けられている。主軸１０の中心貫通孔４１にはドローバ
−３４が挿通されており、該ドローバ−３４は上記中心
貫通孔４１内を長手方向に摺動可能な止め金４０に螺合
させることによって、その中心軸線が主軸１０の中心軸
線と一致するようにセンタリング保持されている。この
ドローバ−３４は、上記テーパシャンク２８の後端部に
固定されたプルスタンド３２をボールコレット３０を介
して引き込むことにより、工具（図示省略）を保持した
工具ホルダ２６を主軸１０と一体的に固定する０皿ばね
３８は上記の工具ホルダ２６を引き込む力を作用させる
ためにドローバ−３４の外周空間（中心貫通孔４１の空
間）に配設されている。皿ばね３８の一端側は止め金４
０を押圧し、他端側はスリーブ３３を押圧しており、該
スリーブ３３によって上記ボールコレット３０を保持し
ている。工具ホルダ２６のクランプを解除するには主軸
１０の後方に設けられた工具アンクランプピストン５８
を使用する。

即ち、油圧源５２からの油圧力により、皿ばね３８のば
ね力に抗して止め金４０を前方（図の左方向）に押すこ
とによりドローバ−３４をボールコレット３０と共に前
方に移動させ、工具ホルダ２６のプルスタンド３２部分
を解放する。こうして工具を工具ホルダ２６毎取り外す
ことができ、新しい工具を固定した工具ホルダ２６と交
換可能となる。上述した止め金４０の後方には主軸１０
の内周に固定されたカラー７４が配設されている。

上記の如く構成された主軸装置の中心軸線に沿って、切
削液供給用の貫通孔４４を有した主軸貫通パイプ４２が
配設されている。更にほこの主軸貫通バイブ４２と協働
して切削液を工具先端部へ導くための管路４６がプルス
タッド３２及び工具ホルダ２６の中心に設けられている
。こうした切削液は切削液源５０からロータリジツィン
ト４８を介して、主軸１０と共に回転する主軸貫通パイ
プ４２へ供給される。工具を主軸１ｏに保持している間
は、主軸貫通パイプ４２はラジアルスラストベアリング
５７を介して、コイルばね５６によって左方向に常時押
圧されており、プルスタッド３２の端面に当接している
。こうして切削液を工具先端部へ供給することが可能と
なっている。工具交換を行う際には、前述の油圧源５２
がらの油圧によってパイプ進退用ピストン５４を右方向
へ後退させて主軸貫通パイプ４２をプルスタンド３２と
の当接位置から後退させておき、工具交換時にプルスタ
ンド３２と該主軸貫通パイプ４２とが衝突することを防
止する。

以上説明した主軸装置において、主軸１ｏを回転させる
ために、モータを該主軸袋装置に組み込んでいる。ロー
タ６４を主軸１０の適宜位置外周に固定し、該ロータ６
４と対向させてステータ６２をハろリング１４の内周に
固定している。こうしたビルトインタイブのモータにお
いてはその冷却が重要な課題となるが、以下にその対策
を説明する。

まずステータ６２の外周にはら旋状の冷却液通路６８を
設けて、外部の冷却液源６６から入口孔１０２を経由し
て冷却液を流し、ステータ６２を外周側から冷却して出
口１０４を通して、冷却液源６６へ回収する。次に、ロ
ータ６４を冷却するロータ冷却手段につき説明する。主
軸ｌＯの後端に近接して、ハウジング１４の内側に冷却
液供給リング７２を固定している。このリング７２とハ
ウジング１４とに亘って半径方向に冷却液供給孔７０を
設けてあり、上述した冷却液源６６から冷却液を流入さ
せる。この冷却液は、必ずしも前述のステータ６２を冷
却する冷却液と同一である必要はないが、本実施例では
同一の冷却液を使用することとした。

主軸１０の後端部に固定された上述のカラー７４は、そ
の内周孔がテーパ状に形成されており、図の左方向に進
むに従がって内径が大きくなっている。このため上記冷
却液供給リング７２から流入した冷却液は主軸１０と共
に回転して遠心力を受けるため、内径の大きな左方向へ
と押し流される。前述の止め金４０には適所に切欠き７
５が設けられており、前記カラー７４の内周孔と連通し
ており、更に前述の主軸１０の中心貫通孔４１内の空間
であってドローバ−３４の外周側環状空間７６とも連通
している。このためカラー７４内を通過した冷却液は、
皿ばね３８の配設されている前記環状空間７６に流入す
る。一方主軸１０内には、ロータ６４の内周に近接して
適数本の冷却液戻り管路７８が形成されており、ロータ
６４の左端近くの所で上記環状空間７６と連通している
。

この戻り管路７８は冷却液の流れる方向（右方向）に進
むに従がってその半径位置が漸増する形態が好ましい。

こうした形態にすると回転に伴う遠心力の作用のもとに
冷却液がスムーズに右方向へ流れる。この冷却液の作用
によりロータ６４はその内周側から効率よく冷却される
。こうしてロータ６４を冷却した冷却液は、主軸１０の
半径方向に設けられて上記戻り管路７８と連通した出口
孔７９から外方向に流出し、ハウジング１４に固定され
たブラケット部材８１の孔８０に流入し、最終的に冷却
液源６６に回収される。この時出口孔７９から外方向に
冷却液を吸引すると循環しやすくなる。

回転している主軸１０から静止しているハウジング１４
へ冷却液を流出させる際の液漏れを防止するために、空
気圧源８２からエアシール用孔８４を通して加圧空気が
供給されている。この加圧空気は後述の孔９８Ｒから供
給される冷却液が上記ブラケット部材８１と回転主軸ｌ
Ｏとの間に浸入することを防止する役目も果たす。

上記環状空間７６内に流入した冷却液の一部は、前述の
前方軸受１２の内周近くに複数本（本実施例では４本）
等角度配設した軸受冷却液管路８６に流入している。第
２図を参照すると分かる様に、軸受冷却液管路８６は主
軸１０の前端部において、半径方向位置の位置寸法の大
きな軸受冷却液戻り管路８８に連結通路１１０を介して
連通している。

この連結通路１１０は冷却液の流れる方向に進むに従っ
て半径位置寸法が大きくなるので、遠心力の作用によっ
て冷却液がスムーズに流れる。上記連結通路のみならず
、軸受冷却液管路８６も軸受冷却液戻り管路８８も同様
に、冷却液の流れる方向に沿ってその管路の半径方向位
置寸法が漸増する形態が好ましい。こうして前方軸受１
２をその内側から冷却した冷却液は前述の冷却液源６６
へ回収される。この際にも吸引すると回収しやすくなる
。そして前述のロータ６４の冷却液の回収の場合と同様
に、エアシール用孔１０８を通して空気圧源８２から加
圧空気を供給し、冷却液の漏れを防止している。更にこ
の加圧空気は後述の孔９８Ｌから供給される冷却液がブ
ラケット部材１０６と回転主軸ｌＯとの間に浸入するこ
とをも防止する。

更にモータを効率よく冷却するためにロータ６４とステ
ータ６２との対向隙間９４に前記空気圧源８２から加圧
空気を流す。このためロータ６４の中央位置に対向する
よう、ハウジング１４とステータ６２とに亘って半径方
向孔９０を円周方向に適数個配設する。ロータ６４の外
周は、前記孔９０と対向するロータ６４の中央位置を最
も半径の小さな底部となし、ロータ６４の左右各端面方
向に進むに従って外径が漸増するテーパ面９２を有して
構成している。このためロータ６４とステータ６２との
対向隙間９４の断面積はロータ６４の各端面に近づくに
従って小さくなり、加圧空気の流速は漸増する。この加
圧空気はロータ６４の外周部とステータ６２の内周部を
冷却するのみならず、後述するモータの両端部を冷却す
べく流す冷却液がロータ６４とステータ６２との対向隙
間９４に該隙間９４の両端９６から浸入しない様にシー
ルをする作用をも果たす。このシール効果を大きくする
ために、前述の如く隙間９４の両端９６において流出速
度が最大となるようロータ６４の外径をテーパ面９２で
構成している。

次にステータ６２とロータ６４の各端部を冷却させるた
めにハウジング１４に設けた半径方向孔９８Ｌ、９８Ｒ
を通して冷却液源６６から冷却液を供給し、ステータ６
２とロータ６４の各端部を冷却した後に出口孔１００Ｌ
と１００Ｒとから上記冷却液源６６へ回収する。この際
に冷却液がモータの内部へ浸入することを防止するため
に、上述の如くロータ６４とステータ６２との対向隙間
９４から加圧空気を流出させてシールする他、ステータ
６２とロータ６４とをエポキシ樹脂で含浸処理している
。このとき半径方向孔９８Ｌ、９８Ｒから流入した冷却
液は、主軸１０の外周にも直接的にかがり、主軸の発熱
を防止するのに一役かっている。

以上の如くモータを外周、内周、及び両端から冷却液に
よって冷却し、更にはシール作用を兼ねた加圧空気をロ
ータ６４とステータ６２との対向隙間９４に流すことに
よってモータ全体を冷却することができる。

上記第１の実施例に対し、第３図に第２の実施例を図示
している。本第２実施例では、加工領域へ供給する切削
液は主軸１０の中を通過させる構造とはしておらず、例
えば主軸頭の外部に配管した切削油ノズル等図示してい
ない他の供給手段により供給する。従って第１図に示す
切削液供給用の主軸貫通バイブ４２や工具ホルダ２６を
貫通する管路４６は存在しない。この切削液供給用の主
軸貫通バイブ４２の代わりに、第３図では冷却液供給用
の導管１４２がドローバ−３４を貫通して主軸１０の中
心に配設されており、冷却液源６６から供給される冷却
液をロータリジヨイント４８を経由して上記導管１４２
に送り込む。導管１４２に送り込まれた冷却液は該導管
１４２とドローバ−３４とを半径方向に貫通させた孔１
１６と、該孔１１６と連通する孔を有したカラー１１２
とを経由して、第１の実施例で説明したものと同じ冷却
液戻り管路７８に流入する。また導管１４２内の冷却液
の一部は、該導管１４２の先端部から半径方向に固定さ
れた管路１１４を経由し、第１の実施例で説明したもの
と同じ軸受冷却液管路８６に流入する。

第１の実施例と第２の実施例の相違に関しては、上記事
項の他、第１図に示す主軸貫通バイブ４２を進退させる
ためのパイプ進退用ピストン５４やコイルばね５６、及
びラジアルスラストベアリング５７等が第２実施例中に
は存在しないことが挙げられるが、その他の主たる構成
については両者は同一である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな様に本発明に依れば、モータ内
蔵形の主軸装置において、ステータを冷却するのみなら
ず主軸に冷却液を循環させてロータの内周からも液冷す
るので、該モータからの吸熱率が高い、更にはモータの
ステータ及びロータの端部を直接的に液冷し、またロー
タとステータとの対向隙間に冷却用気体を流すことによ
り、ロータの外周並びにステータの内周からも冷却でき
るので、−段とモータからの吸熱率が上昇する。

この様に吸熱率が上昇すると、モータの使用限界が向上
すると共に小型でコンパクトなモータを使用可能となり
、更には主軸の熱膨張が低減可能となる。延いては本発
明の主軸装置モワークを加工したときの加工精度が向上
する。またモータが小型化することによって主軸装置全
体がコンパクトになるのみならず、主軸の回転慣性力が
低減され、回転の立上り、立下りの俊敏な主軸装置が得
られ、ワーク加工能率も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る主軸装置の縦断面図、第２図は第
１図の矢視線ｎ−ｎによる横断面図、第３図は本発明に
係る主軸装置の他の実施例。 ｌＯ・・・主軸、　　　　　１２・・・前方軸受、１４
・・・ハウジング、　　３４・・・ドローバー、３８・
・・皿ばね、　　　　６２・・・ステータ、６４・・・
ロータ、　　　６８・・・ら旋状冷却液通路、７６・・
・環状空間、　　７８・・・冷却液戻り管路、８４・・
・エアシール用孔、 ８６・・・軸受冷却液管路、 ８８・・・軸受冷却液戻り管路、 ９４・・・ロータとステータとの対向隙間、１０８・・
・エアシール用孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジングに回転自在に軸支された主軸の外周にロ
   ータを取り付け、該ロータと対向させて前記ハウジング
   の内周にステータを取り付け主軸を回転させるようにし
   たモータ内蔵形主軸装置において、前記ステータを冷却
   するステータ冷却手段と、前記ロータを前記主軸内に循
   環させた冷却液により該ロータの内周側から冷却するロ
   ータ冷却手段とを具備したことを特徴とする冷却手段を
   備えたモータ内蔵形主軸装置。 ２、前記ロータ冷却手段が、前記主軸の軸心に挿入され
   た工具クランプ用のドローバーと該主軸内周との環状隙
   間に該主軸の後方から前記冷却液を供給し、軸心方向途
   中位置から前記環状隙間の外側に配設されると共に前記
   ロータの内周側に近接して前記主軸内に設けられた戻り
   管路を通して前記冷却液を循環させて成る特許請求の範
   囲第１項記載の冷却手段を備えたモータ内蔵形主軸装置
   。 ３、前記ロータ冷却手段が、前記主軸の軸心に挿入され
   た工具クランプ用のドローバーの軸心に設けた軸心方向
   孔に前記主軸の後方から前記冷却液を供給し、軸心方向
   途中位置から前記ロータの内周側に近接して前記主軸内
   に設けられた戻り管路を通して前記冷却液を循環させて
   成る特許請求の範囲第１項記載の冷却手段を備えたモー
   タ内蔵形主軸装置。 ４、前記ロータ冷却手段は、前記冷却液を循環させる管
   路が前記冷却液の流れる方向に進むに従って前記主軸の
   軸心からの径方向位置が遠ざかって成る特許請求の範囲
   第２項又は第３項記載の冷却手段を備えたモータ内蔵形
   主軸装置。 ５、ハウジングに回転自在に軸支された主軸の外周にロ
   ータを取り付け、該ロータと対向させて前記ハウジング
   の内周にステータを取り付け主軸を回転させるようにし
   たモータ内蔵形主軸装置において、前記ステータを冷却
   するステータ冷却手段と、前記ロータを前記主軸内に循
   環させた冷却液により該ロータの内周側から冷却するロ
   ータ冷却手段と、前記ステータと前記ロータとの間隙に
   冷却用加圧気体を流して該ステータの内周及び該ロータ
   の外周を冷却する気体冷却手段とを具備したことを特徴
   とする冷却手段を備えたモータ内蔵形主軸装置。 ６、前記気体冷却手段は、前記ステータとロータとの間
   隙に向けて前記ステータの内周面に開口した加圧気体供
   給孔を設け、該加圧気体供給孔付近の前記ロータ外径を
   小さくし、該ロータ端面に近づくに従って該ロータ外径
   を大きくして形成した特許請求の範囲第５項記載の冷却
   手段を備えたモータ内蔵形主軸装置。 ７、ハウジングに回転自在に軸支された主軸の外周にロ
   ータを取り付け、該ロータと対向させて前記ハウジング
   の内周にステータを取り付け主軸を回転させるようにし
   たモータ内蔵形主軸装置において、前記ステータを冷却
   するステータ冷却手段と、前記ロータを前記主軸内に循
   環させた冷却液により該ロータの内周側から冷却するロ
   ータ冷却手段と、前記ステータと前記ロータとの間隙に
   冷却用加圧気体を流して該ステータの内周及び該ロータ
   の外周を冷却する気体冷却手段と、前記ステータ及びロ
   ータの端面に沿って流れるよう他の冷却液を流す端部冷
   却手段とを具備したことを特徴とする冷却手段を備えた
   モータ内蔵形主軸装置。 ８、前記ステータ及びロータは、共に樹脂を含浸させて
   前記他の冷却液の浸入を防止して成る特許請求の範囲第
   ７項記載の冷却手段を備えたモータ内蔵形主軸装置。 ９、前記気体冷却手段は、前記ステータとロータとの間
   隙に向けて前記ステータの内周面に開口した加圧気体供
   給孔を設け、該加圧気体供給孔付近の該ロータ外径を小
   さくし、該ロータ端面に近づくに従って該ロータ外径を
   大きく形成した特許請求の範囲第７項または第８項記載
   の冷却手段を備えたモータ内蔵形主軸装置。