JPH07290344A - スピンドルヘッドの冷却方法及び装置 - Google Patents

スピンドルヘッドの冷却方法及び装置

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JPH07290344A
JPH07290344A JP10784894A JP10784894A JPH07290344A JP H07290344 A JPH07290344 A JP H07290344A JP 10784894 A JP10784894 A JP 10784894A JP 10784894 A JP10784894 A JP 10784894A JP H07290344 A JPH07290344 A JP H07290344A
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JP
Japan
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spindle
cooling
housing
air
cooling space
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JP10784894A
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English (en)
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Yoshiaki Mase
善明 間瀬
Yukihiro Sakakibara
幸宏 榊原
Shinichi Hitomi
真一 人見
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Howa Machinery Ltd
Original Assignee
Howa Machinery Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スピンドル回転時に軸受で発熱しスピンドル
及びハウジングに伝わる熱を圧縮空気のみで同程度に冷
却可能なスピンドルヘッドの冷却装置を提供することに
ある。 【構成】 限られた冷却面積のスピンドル冷却空間10
より広い冷却面積のハウジング冷却空間63をハウジン
グ62に形成し、まず、コンプレッサ21からの低温冷
気をスピンドル冷却空間10に供給して、その後、この
スピンドル冷却である程度温度の上昇した低温冷気をハ
ウジング冷却空間63に供給してハウジングを冷却す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願は、回転で発熱する熱変位に
基づく加工精度低下防止のためのスピンドルヘッドの冷
却方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスピンドルヘッドの冷却装置とし
て実開昭62−153036号公報に開示されたものが
あり、これは、スピンドルを回転自在に支持するハウジ
ングにハウジング冷却空間(リング状溝5c)を形成
し、スピンドルとハウジングの間にはスピンドル冷却空
間を形成し、スピンドル外周にはスピンドル冷却空間に
臨む冷却フィンを設け、スピンドル回転時に、ハウジン
グ冷却空間には冷却油を循環させてハウジングの冷却を
し、スピンドル冷却空間の冷却フィンには圧縮空気を吹
き付けてスピンドルの冷却を行うようにしたものであっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のスピンドル
ヘッドの冷却装置では、スピンドル回転時に軸受で発熱
しスピンドル及びハウジングに伝わる熱を同程度に冷却
することができるが、しかし、ハウジング冷却用の冷却
媒体として冷却油を用いているので、冷却油の密封のた
めに構造が複雑となるとともに、冷却油の温度制御装置
や循環装置等が圧縮空気源の外に必要であり、コスト高
となってしまう問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】以上より本願の目的は、
スピンドル回転時に軸受で発熱しスピンドル及びハウジ
ングに伝わる熱を圧縮空気のみで同程度に冷却可能なス
ピンドルヘッドの冷却方法及び装置を提供することにあ
る。この目的を達成するため、請求項1では、コンプレ
ッサからの圧縮空気を冷却する空気冷却装置を備え、ハ
ウジングにはハウジング冷却空間を設け、先ず、空気冷
却装置で冷却された圧縮空気をスピンドル冷却空間に供
給してスピンドルを冷却し、その後、スピンドルを冷却
した圧縮空気をハウジング冷却空間に供給してハウジン
グを冷却するようにしたことを特徴とし、請求項2で
は、コンプレッサからの圧縮空気を冷却する空気冷却装
置を備え、ハウジングにはハウジング冷却空間を設け、
このハウジング冷却空間を、スピンドル冷却空間と外気
とに連通したことを特徴とし、請求項3では、限られた
広さのスピンドル冷却空間でスピンドルの冷却面積をで
きるだけ大きくするため、スピンドル外周面にスピンド
ル冷却空間に臨む冷却フィンを設けたことを特徴とす
る。
【0005】
【作用】コンプレッサからの圧縮空気は空気冷却装置に
より低温の冷気とされ、先ず、この冷気はスピンドル冷
却空間に供給され、軸受で発熱してスピンドルに伝わる
熱を冷却し、その後、このスピンドル冷却である程度温
度の上がった冷気はハウジング冷却空間に至り、軸受で
発熱しハウジングに伝わる熱を冷却し、その後、外気に
排出される。
【0006】
【実施例】次に、図1を用いて、スピンドルヘッドの冷
却装置2の実施例について説明する。工作機械のコラム
60にはスライドユニット61を介してハウジング62
及びスピンドル7から成るスピンドルヘッド1が往復動
自在に支持されている。このハウジング62の円筒状の
スピンドル支持面3には、前後の軸受5,6を介してス
ピンドル7が回転自在に支持されている。このスピンド
ル7は駆動モータMにより回転可能とされている。ま
た、スピンドル支持面3には、前後の軸受5,6間に嵌
まり込む軸方向長さを有する大径リング部材8が一体に
取り付けられている。また、スピンドル7の外周面に
は、前後の軸受5,6間に嵌まり込む軸方向長さを有す
る小径リング部材9が一体に取り付けられている。これ
らの両リング部材8,9によりスピンドルヘッド1内に
円筒状のスピンドル冷却空間10が形成されている。小
径リング部材9の外周面には、スピンドル冷却空間10
に臨む冷却フィン11が形成されている。また、ハウジ
ング62には、限られた広さのスピンドル冷却空間に較
べより広い空間のハウジング冷却空間63が形成される
とともに、このハウジング冷却空間63と外気とを連通
するエア排出口64が形成されている。ハウジング62
外周には後述のコンプレッサ21からの圧縮空気が供給
されるエア供給口17と、このエア供給口17に連続す
る連通路19とが形成された取付部材18が取付けられ
ている。また、前記大径リング部材8には、スピンドル
冷却空間10と連通する複数(図面では2つ)の環状の
第1エア供給路12と、複数(図面では3つ)の環状の
第2エア供給路13とが形成されている。ハウジング6
2には、第1エア供給路12と取付部材18の連通路1
9とを連通する連通路15及び、第2エア供給路13と
ハウジング冷却空間63とを連通する連通路14が形成
されている。
【0007】次に、図2,3を用いて、コンプレッサ2
1と取付部材18のエア供給口17とを連繋する配管1
6の途中に設けたボルテックスチューブ22(空気冷却
装置として例示する)について説明する。このボルテッ
クスチューブ22は、円筒状のチューブ本体23の一端
に接線方向に複数のノズル24を形成して構成され、こ
れらのノズル24は、コンプレッサ21からの圧縮空気
が供給される配管接続口25と連通している。そして、
この配管接続口25を介してこれらのノズル24にコン
プレッサ21からの圧縮空気が供給されると、チューブ
本体23内周面に沿って渦巻流が生じ図面で右方向に向
かって流れる。このときチューブ本体23の軸心付近と
内周面付近との間で大きな圧力差が生じて軸心付近に向
かって空気の移動が起こり、この空気は膨張によって温
度が低下する。こうして軸心付近で生じる冷気は図面で
左方向に流れオリフィス26を介して冷気吐出口27よ
り吐出されるようになっており、また、渦巻流は熱気吐
出口30から吐出される。尚、このボルテックスチュー
ブ22の特徴は、コンプレッサ21からこのボルテック
スチューブ22に供給される圧縮空気の供給圧あるいは
供給量を変更すれば、これと対応して冷気吐出口27か
ら吐出される冷気温度も変化することである。また、こ
のボルテックスチューブ22の配設位置は、配管供給中
での冷気の温度上昇を押えるために、なるべく取付部材
18に近接する配管途中に配設することが望ましい。
【0008】図1に示すように、コンプレッサ21とボ
ルテックスチューブ22とを連繋する配管16の途中に
は圧力比例電磁弁28が配設され、この圧力比例電磁弁
28は、スピンドル7の駆動モータMの回転数を検知可
能なエンコーダ等の検知手段40からの検出信号が入力
される制御装置29に連結されている。この制御装置2
9は、エンコーダ等の検知手段40で検知される駆動モ
ータMの回転数、つまり、スピンドル回転数に対応した
電圧で圧力比例電磁弁28を励磁し、このように励磁さ
れた圧力比例電磁弁28の作用でコンプレッサ21から
送られる圧縮空気は、スピンドル回転数に対応した圧力
でボルテックスチューブ22に供給されるようになって
いる。従って、ボルテックスチューブ22の特性より、
ボルテックスチューブ22から吐出される冷気は、スピ
ンドル回転数に対応した温度でスピンドルヘッド1に供
給されることになり、このようにスピンドル回転数に対
応して冷気温度を制御することにより、単にスピンドル
回転数に対応して冷気の供給量を制御するものに較べ、
スピンドル回転数がかなり高回転となってもスピンドル
及びハウジングの冷却を十分行うことができる。
【0009】図1に示すように、スピンドル冷却空間1
0に供給される冷気のスピンドル温度Tsに対する温度
差をΔTs、ハウジング冷却空間63に供給される冷気
のハウジング温度Thに対する温度差をΔTh(ΔTs
>ΔTh)、スピンドル冷却空間10における冷却フィ
ン11の総冷却面積をFs、ハウジング冷却空間63に
おける総冷却面積をFhとすると、ある回転数でスピン
ドル7を回転させたときの冷気による冷却フィン11の
放熱量Qsは、Qs=α・Fs・ΔTs(α:スピンド
ルの熱伝達率)、冷気によるハウジング冷却空間63の
放熱量Qhは、Qh=β・Fh・ΔTh(β:ハウジン
グの熱伝達率)として表される。そして、温度差ΔTs
及び総冷却面積Fsの値は、軸受5,6の内輪側で発熱
する熱量と放熱量Qsとが略等しくなり、スピンドル温
度Tsが外気温度と略同じ温度となるように設定され、
また、温度差ΔTh及び総冷却面積Fhの値は、軸受
5,6の外輪側で発熱する熱量と放熱量Qhとが略等し
くなり、ハウジング温度Thが外気温度と略同じ温度と
なるように設定されている。
【0010】次に、以上のように構成されたスピンドル
ヘッドの冷却装置2の作用について説明する。駆動モー
タMの駆動によりスピンドル7が回転されると、検知手
段40がスピンドル回転数を検知し、制御装置29は、
このスピンドル回転数と対応した電圧で圧力比例電磁弁
28を励磁する。すると、圧力比例電磁弁28の作用で
コンプレッサ21から送られる圧縮空気は、スピンドル
回転数に対応した圧力でボルテックスチューブ22の配
管接続口25に供給される。ボルテックスチューブ22
に供給された圧縮空気は、チューブ本体23内周面を渦
巻流として流れ、このとき、チューブ本体23軸心では
渦巻流より低温な冷気が流れ、この冷気は冷気吐出口2
7より吐出され取付部材18のエア供給口17に供給さ
れる。そして、この冷気は、連通路19,15及び第1
エア供給路12を介してスピンドル冷却空間10に至
り、前後の軸受5,6で発熱しスピンドル7の冷却フィ
ン11に伝達する熱を冷却し、スピンドル温度は外気温
度に近い温度Tsに保たれる。その後、このスピンドル
冷却を行ないある程度温度の上がった冷気は第2エア供
給路13及び連通路14を介してハウジング冷却空間6
3に至り、前後の軸受5,6で発熱しハウジング62に
伝達される熱を冷却し、ハウジング温度は、前記スピン
ドル温度Tsと同じように外気温度に近い温度Thに保
たれる。そして、ハウジング冷却後に外気温度と略同じ
温度まで上がった冷気はエア排出口64より外気に排出
される。
【0011】以上のように、本実施例のスピンドルヘッ
ドの冷却装置2では、ハウジング62には、限られた広
さのスピンドル冷却空間10に較べ比較的広いハウジン
グ冷却空間63を形成し、先ず、スピンドル冷却空間1
0に極めて温度の低い冷気を供給してスピンドル7の冷
却を行ない、その後、このスピンドル冷却を行ないある
程度温度の上がった冷気をハウジング冷却空間63に供
給してハウジング62の冷却を行なうようにしたので、
コンプレッサからの必要最小限の圧縮空気により、スピ
ンドル7回転時に前後の軸受5,6の発熱により熱せら
れるスピンドル7とハウジング62とを同程度に冷却で
き、スピンドル温度Tsとハウジング温度Thとを外気
温度に近い略同等の温度に保つことができ、回転で発熱
する熱変位に基づく加工精度低下を防止することができ
る。また、コンプレッサ21からの圧縮空気を、簡易な
構成のボルテックスチューブ22によりスピンドルの冷
却を十分行ない得る低温冷気まで冷却することができ
る。また、ボルテックスチューブ22からスピンドル冷
却空間10に供給される冷気温度は、スピンドル回転数
に対応した温度であるため、スピンドル回転数が低速な
場合や停止している場合には、無駄にスピンドルヘッド
1を冷却しすぎることはなく、効率の良い冷却を行なう
ことができる。
【0012】尚、本実施例では、スピンドル冷却空間1
0を、スピンドル7とハウジング62のスピンドル支持
面3との間に形成したが、例えば、実開平3−1000
51号公報に開示されたように、スピンドル7外周の軸
承部位に、前後の軸受5,6により回転自在に支持され
る外筒を嵌合し、スピンドル7外周と外筒内周との間
に、スピンドル冷却空間10としての螺旋溝を形成し、
この螺旋溝をエア供給口17とハウジング冷却空間63
に連通して構成しても良い。また、本実施例では、空気
冷却装置をボルテックスチューブ22として構成した
が、これに限定されることなく、例えば、水冷式クーラ
ー装置で構成しても良い。
【0013】
【発明の効果】以上より本願のスピンドルの冷却装置で
は、コンプレッサからの圧縮空気を冷却する空気冷却装
置を備え、ハウジングにはハウジング冷却空間を設け、
このハウジング冷却空間を、スピンドル冷却空間と外気
とに連通し、先ず、空気冷却装置で冷却された圧縮空気
をスピンドル冷却空間に供給してスピンドルを冷却し、
その後、スピンドルを冷却した圧縮空気をハウジング冷
却空間に供給してハウジングを冷却するようにしたの
で、スピンドルとハウジングとを圧縮空気のみで同程度
に冷却可能な簡易な構成で、かつ、安価なスピンドルヘ
ッドの冷却装置を提供することができる。また、スピン
ドル外周面にスピンドル冷却空間に臨む冷却フィンを設
けたので、限られた広さのスピンドル冷却空間でのスピ
ンドル冷却面積をできるだけ大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スピンドルヘッドの冷却装置の説明図である。
【図2】ボルテックスチューブの説明図である。
【図3】図2のIII−III線断面図である。
【符号の説明】
7 スピンドル、 10 スピンドル冷却空間、 11
冷却フィン、21 コンプレッサ、 22 ボルテッ
クスチューブ、 62 ハウジング、63 ハウジング
冷却空間

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ハウジングに軸受を介してスピンドルを回
    転自在に支持し、ハウジングとスピンドルとの間あるい
    はスピンドル内に設けたスピンドル冷却空間に、コンプ
    レッサからの圧縮空気を供給するようにしたスピンドル
    ヘッドの冷却方法において、コンプレッサからの圧縮空
    気を冷却する空気冷却装置を備え、ハウジングにはハウ
    ジング冷却空間を設け、先ず、空気冷却装置で冷却され
    た圧縮空気をスピンドル冷却空間に供給してスピンドル
    を冷却し、その後、スピンドルを冷却した圧縮空気をハ
    ウジング冷却空間に供給してハウジングを冷却するよう
    にしたことを特徴とするスピンドルヘッドの冷却方法。
  2. 【請求項2】ハウジングに軸受を介してスピンドルを回
    転自在に支持し、ハウジングとスピンドルとの間あるい
    はスピンドル内に、コンプレッサからの圧縮空気が供給
    されるスピンドル冷却空間を設けて成るスピンドルヘッ
    ドの冷却装置において、コンプレッサからの圧縮空気を
    冷却する空気冷却装置を備え、ハウジングにはハウジン
    グ冷却空間を設け、このハウジング冷却空間を、スピン
    ドル冷却空間と外気とに連通したことを特徴とするスピ
    ンドルヘッドの冷却装置。
  3. 【請求項3】スピンドル外周面にスピンドル冷却空間に
    臨む冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項2記載
    のスピンドルヘッドの冷却装置。
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