JPH0929582A

JPH0929582A - スピンドルヘッドの冷却装置

Info

Publication number: JPH0929582A
Application number: JP20396395A
Authority: JP
Inventors: Norimitsu Araki; 宣光荒木; Yukihiro Sakakibara; 幸宏榊原; Munetaka Yogo; 宗孝余吾
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ハウジングを圧縮空気による噴流により効率
良く安価に冷却できるスピンドルヘッドの冷却装置を提
供することである。【構成】ハウジング３内に軸受４，５，６，７を介し
て主軸２を軸支し、ハウジング３の外周面３ａを円柱状
に形成し、外周面３ａの円周方向に沿って噴流を噴出す
る噴出口１５を有する噴出部１６を設ける。主軸２に
は、主軸２の回転数を検知する検知手段１９と、この検
知手段１９の検出値に比例するように圧縮空気の供給量
を制御する制御手段２０を連結してある。また、噴出部
１６とコンプレッサ１４を連繋する配管１７の途中の圧
力比例電磁弁１８には、制御手段２０を連結してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主軸の回転による発
熱により、スピンドルヘッドに伝わる熱を冷却するスピ
ンドルヘッドの冷却装置に関し、特に、ハウジングを外
周面に沿う噴流により冷却するスピンドルヘッドの冷却
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号公報等に開示されたもの
があり、これは主軸を軸受を介して回転自在に軸支する
ハウジングにブッシュを介装し、このブッシュのハウジ
ングとの嵌合面に螺旋溝状の流路を設けてあり、この流
路にハウジング冷却用の流体を循環して、ハウジングを
冷却していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術では、
ハウジング冷却用の流体として油等の冷却液を用いるも
のでは冷却液密封のため構造や組立が複雑となり、付帯
装置として冷却液の温度制御装置や循環装置が必要であ
り、高価であった。また、ハウジング内に流路を設けて
あるので、スピンドルヘッドの外径が大きく、付帯装置
が必要なのでスペースを取る問題があった。

【０００４】本願の課題は、主軸の回転時に軸受で発熱
し、ハウジングに伝わる熱を圧縮空気による噴流により
効率良く冷却可能であり、省スペースで安価なスピンド
ルヘッドの冷却装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、ハウジング内に軸受を介して主軸を軸支し、ハウジ
ングを圧縮空気を用いて冷却するスピンドルヘッドの冷
却装置であって、ハウジングの外周面を円柱状に形成
し、コアンダ効果を生じさせる圧縮空気による噴流であ
り、外周面に対して垂直な方向の速度成分と共に少なく
とも円周方向の速度成分または軸方向の速度成分のいず
れか１つの方向の速度成分を有する噴流をハウジングの
外周面に噴き出す噴出口をハウジングの外周面の円周方
向に沿って設けてあることを特徴とする。また、ハウジ
ング内に軸受を介して主軸を軸支し、ハウジングを圧縮
空気を用いて冷却するスピンドルヘッドの冷却装置であ
って、ハウジングの外周面を円柱状に形成し、コアンダ
効果を生じさせる圧縮空気による噴流であり、円周方向
の速度成分と軸方向の速度成分との少なくとも１つの方
向の速度成分を有する噴流をハウジングの外周面に噴き
出す噴出口をハウジングの外周面の円周方向に沿って設
けてあることを特徴とする。そして、主軸の回転数を検
知する検知手段と、この検知手段の検出値に比例するよ
うに圧縮空気の供給量を制御する制御手段を備えて成る
ことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明のスピンドルヘッドの冷却装置では、請
求項１、請求項２により、主軸の回転時に軸受で発生し
ハウジングに伝わる熱を、圧縮空気を噴流としてハウジ
ングの外周面に噴出し、噴流がコアンダ効果によりハウ
ジングの外周面に沿って流れて冷却するので、ハウジン
グ内に流路を設ける必要がなくなりスピンドルヘッドを
小さくでき、省スペースにできる。また、噴流を利用
し、圧縮空気を主軸の回転数に比例して供給するので効
率的にハウジングを冷却することができる。また、圧縮
空気を使用してハウジングを外周面から冷却しているの
で付帯装置が不必要であり、簡易な構成で安価にでき
る。

【０００７】

【実施例】次に、本願のスピンドルヘッドの冷却装置の
実施例について説明する。図１において、スピンドルヘ
ッド１は主軸２と外周面３ａが円柱状に形成されたハウ
ジング３とから成り、主軸２を前後夫々一対のアンギュ
ラ玉軸受４，５と６，７とで軸支してあり、これらの軸
受４，５，６，７をハウジング３内に嵌合してあり、主
軸２がハウジング３に対して相対回動自在になってい
る。軸受５と６との間には内輪間座８と外輪間座９とを
介在してあり、内輪間座８と外輪間座９とにより各軸受
４，５，６，７の相対位置が変化しないようにしてあ
る。主軸２の一方にはヘッドキャップ１０がハウジング
３に取付けられており、軸受４とヘッドキャップ１０と
の間には油漏れ等を防止する周知構造のラビリンスカラ
ー１１が介装してある。また、主軸の先端には工具ホル
ダが取付けられている。また、軸受７の外輪とハウジン
グ３の小径肩部との間にはカラー１２が介装してある。
主軸２には、主軸２を各軸受４，５，６，７に対して軸
方向に移動しないようにするナット２５が螺合してあ
り、軸受とこのナット２５間にはスペーサ１３を介在さ
せてあり、ナット２５を十分に締め付けることでスペー
サ１３を介して軸受４，５，６，７に予圧が付与され
る。主軸２は駆動モータＭにより回転可能とされてい
る。

【０００８】ハウジング３の外周面３ａには後述のコン
プレッサ１４からの圧縮空気による噴流（ジェット）を
噴出する複数の噴出口（ノズル）１５をハウジング３の
外周面３ａの円周方向に沿って設けられた環状の噴出部
１６がハウジングの後部に取付けてある。この噴出部１
６に設けられた噴出口１５は図１，図２に示すように、
外周面３ａに対して前方斜めに中心に向いて指向し、か
つ、主軸軸線Ｌに対して交叉するように傾いていて、そ
こから噴き出す噴流に外周面３ａに対して垂直な方向の
速度成分と円周方向の速度成分と軸方向の速度成分とを
与えるような方向に向いている。コンプレッサ１４と噴
出部１６とは配管１７により連繋されており、その途中
には圧力比例電磁弁１８が配設され、この圧力比例電磁
弁１８は、主軸２の駆動モータＭの回転数を検知可能な
検知手段１９からの検出信号が入力される制御手段２０
に連結されている。この制御手段２０は、検知手段１９
で検知される駆動モータＭの回転数、つまり、主軸回転
数に対応した電圧で圧力比例電磁弁１８を励磁し、この
ように励磁された圧力比例電磁弁１８の作用でコンプレ
ッサ１４から送られる圧縮空気は、主軸回転数に対応し
た圧力で噴出部１６に供給され、噴出口１５から噴出さ
れる圧縮空気の供給量つまり噴流の速度が主軸回転数に
比例し、噴流の最高速度を超えないように制御されてい
る。

【０００９】次に、以上のように構成されたスピンドル
ヘッドの冷却装置の作用について説明する。駆動モータ
Ｍの駆動により主軸２が回転すると、検知手段１９がス
ピンドル回転数を検知し、制御手段２０は、この主軸回
転数と対応した電圧で圧力比例電磁弁１８を励磁する。
すると、圧力比例電磁弁１８の作用でコンプレッサ１４
から送られる圧縮空気は、主軸回転数に対応した圧力つ
まり供給量で噴出部１６に供給される。噴出部１６に供
給された圧縮空気は、噴出口１５から噴流となってハウ
ジング３の外周面３ａに向けて後方から前方（工具ホル
ダ方向）へ噴出される。そして、この噴流は図３に示す
ように後述のコアンダ効果によりハウジング３の外周面
３ａに沿って螺旋を描きながら流れ、軸受４，５，６，
７で発熱しハウジング３に伝達する熱を冷却する。ハウ
ジング冷却時の圧縮空気の熱伝達量は、温度差と流速に
比例するので、圧縮空気の供給量により噴出口からの噴
流の流速が決まり、圧縮空気が噴流の最高速度を超えな
いように供給され、ハウジングを冷却するので効率が良
い。また、後方から前方（工具ホルダ方向）に噴流を噴
き出すので、噴流がエアーカーテンとなって加工面に作
用し、加工時の切粉を除去するのにも役立つ。コアンダ
効果とは、ノズル出口下流の壁面が凸曲面の場合、壁面
噴流はかなりの範囲にわたって、この壁面に沿って流れ
ること、つまり、曲面固体壁に沿って流れる現象のこと
である。図１１（ａ）に示すように扇風機などの一様流
は壁面から離れた位置でも速度分布が一様であり、噴流
は同図（ｂ）に示すように壁面近くで速度分布が大き
く、壁面からはなれるに従って０に近づき、噴流は一様
流に比べ図１１（ｂ）に示すように熱伝達に取って無駄
となっているエネルギ（領域Ｙの部分）が非常に少ない
ので効率が良い。

【００１０】次に、他の実施例について説明する。構成
は第１の実施例と略同様である。図４は、スピンドルヘ
ッド１が長い場合や、流速や噴出口の向きなどによりハ
ウジング３の途中で噴流が剥離してしまう場合でも冷却
可能なようにハウジング３の外周面３ａに沿って複数の
噴出部１６（本実施例では２つ）が設けられている。ま
た、夫々の噴出部１６とコンプレッサ１４とを連繋する
配管１７の途中には周知構造のボルテックスチューブ２
１が設けられている。このボルテックスチューブは複数
のノズルに圧縮空気が供給されて、ノズルから圧縮空気
をスパイラル流れになるように管内に噴出し、ノズル側
の吐出口から冷気を、反対側の吐出口から暖気を流出す
るものである。噴出部１６には噴流に円周方向の速度成
分と軸方向の速度成分とを与えるように噴出する噴出口
１５が円周方向に沿って複数設けられており、噴流はコ
アンダ効果により外周面３ａに付着して、第１の実施例
と同様に外周面３ａに沿って螺旋を描きながら流れる。
コンプレッサ１４からの圧縮空気を、配管１７の途中に
介在した簡易な構成のボルテックスチューブ２１により
低温で供給するので、スピンドルヘッド１を十分に冷却
できる。

【００１１】図５は、ハウジング３の外周面３ａにハウ
ジングを支持するリブ２２が設けられている。ハウジン
グ３の外周面３ａには図６に示すようにパイプをＣ字状
に形成した噴出部１６ｃが設けられている。また、配管
１７と連繋されたパイプ２４がＣ字状の噴出部１６の一
端に連結され、他端はキャップ２３で塞いである。この
噴出部１６ｃには複数の噴出口１５ｃが噴流に外周面に
対して垂直な方向と軸線方向との速度成分を与えるよう
に設けられている。噴流は噴出口付近では外周面３ａ近
くを離れて流れるが、コアンダ効果により噴流軸が外周
面３ａ方向に曲がりハウジング３の外周面３ａに付着し
て、軸線と平行に流れてハウジング３を冷却する。

【００１２】図７は、図８に示すように複数（本実施例
では２つ）の噴出部１６ｄが軸線方向に沿って設けられ
ている。この噴出部１６ｄは軸線方向に沿った噴出口
（スリット）１５ｄが設けられていて、噴流をハウジン
グ外周面３ａの円周方向の速度成分のみを与えるように
噴出する。噴出した噴流はコアンダ効果により外周面３
ａを円周方向に沿って流れて、下流のある範囲を超える
と外周面３ａから剥離するが、噴流が剥離する位置より
前に噴出部を設けてあるのでハウジング外周面全体を覆
い冷却できる。尚、噴出部は、１つでもよい。

【００１３】図９は噴出部１６ｅをハウジング３の外周
面３ａの円周方向に沿って設けてあり、この噴出部１６
ｅに噴出口１５ｅを図１０に示すように連続して設けて
あり、この噴出口１５ｅから噴出される噴流は軸線方向
の速度成分のみを有していて軸線と平行に噴出され、ハ
ウジング３に沿って流れて冷却する。これも、噴流が壁
面近くにあるときは噴流軸が壁面方向に曲がり、壁面に
付着して流れるコアンダ効果によるものである。

【００１４】尚、噴流をハウジング外周面に対して略垂
直（ハウジングの方線方向）に噴出し、噴流が外周面に
略垂直に衝突したとき、衝突領域から下流の流れはコア
ンダ効果により外周面に沿って流れてハウジングを冷却
するが、衝突領域ではよどみ点が発生し、よどみ点では
流れがせき止められ流速が０になっているので、衝突領
域ではハウジングの冷却は十分に行われないので、噴流
をハウジング外周面に対して垂直に噴出するものは実用
的でない。尚、ボルテックスチューブや水冷式クーラー
装置によりコンプレッサからの圧縮空気を結露が発生し
ない程度に冷却して使用すれば、さらにハウジングを十
分に冷却できる。

【００１５】本実施例のスピンドルヘッドの冷却装置で
は、ハウジングの外周面を円柱状に形成し、噴流による
コアンダ効果を利用しているので、一様流のように流れ
がハウジング外周面から離れ、うずが発生し、効率が悪
くなることがなく、また、熱伝達に取って無駄となるエ
ネルギが少ない。また、主軸の回転数に比例した供給空
気量で冷却するので、スピンドルの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。スピンドルエアーブロー等で使用しているコン
プレッサからの圧縮空気を利用して冷却しているので、
付帯装置が不必要になり、構造が簡単で安価になる。ま
た、噴流がエアーカーテンとなり、加工時の切粉除去に
効果的である。また、ハウジングの外周面を圧縮空気に
より冷却するので、ハウジング内に流路を設ける必要が
無く、スピンドルヘッドを細くできて、省スペースで軽
くなり、スピンドルヘッドの送り速度を高速にできる。
スピンドルヘッドをハウジングの外周面から冷却するの
で、スピンドルヘッドに冷却装置を後付けすることも可
能である。

【００１６】

【発明の効果】以上のようにこの発明では、ハウジング
の外周面を円柱状に形成し、噴流によるコアンダ効果を
利用し、主軸の回転数に比例した供給量の供給空気でハ
ウジングの外周面を冷却しているので、一様流に比べて
効率が良い。また、スピンドルヘッドを細くできて、省
スペースになる。また、コンプレッサからの圧縮空気を
利用して冷却しているので、構造が簡単で安価である。

【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】図１のII視図である。

【図３】噴流の流れの説明図である。

【図４】他の実施例の説明図である。

【図５】他の実施例の説明図である。

【図６】図５のVI視図である。

【図７】他の実施例の説明図である。

【図８】図７のVIII視図である。

【図９】他の実施例の説明図である。

【図１０】図９のX視図である。

【図１１】一様流と噴流の説明図である。

【符号の説明】

１スピンドルヘッド、２主軸、３ハウジン
グ、３ａ外周面、４，５，６，７アンギュラ玉軸
受、１５，１５ｄ，１５ｅ噴出口、１９検知手
段、２０制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内に軸受を介して主軸を軸支
し、ハウジングを圧縮空気を用いて冷却するスピンドル
ヘッドの冷却装置であって、ハウジングの外周面を円柱
状に形成し、コアンダ効果を生じさせる圧縮空気による
噴流であり、外周面に対して垂直な方向の速度成分と共
に少なくとも円周方向の速度成分または軸方向の速度成
分のいずれか１つの方向の速度成分を有する噴流をハウ
ジングの外周面に噴き出す噴出口をハウジングの外周面
の円周方向に沿って設けてあることを特徴とするスピン
ドルヘッドの冷却装置。
【請求項２】ハウジング内に軸受を介して主軸を軸支
し、ハウジングを圧縮空気を用いて冷却するスピンドル
ヘッドの冷却装置であって、ハウジングの外周面を円柱
状に形成し、コアンダ効果を生じさせる圧縮空気による
噴流であり、円周方向の速度成分と軸方向の速度成分と
の少なくとも１つの方向の速度成分を有する噴流をハウ
ジングの外周面に噴き出す噴出口をハウジングの外周面
の円周方向に沿って設けてあることを特徴とするスピン
ドルヘッドの冷却装置。
【請求項３】主軸の回転数を検知する検知手段と、こ
の検知手段の検出値に比例するように圧縮空気の供給量
を制御する制御手段を備えて成ることを特徴とする請求
項１または請求項２記載のスピンドルヘッドの冷却装
置。