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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindelvorrichtung, die in einer Drehbank (Werkzeugmaschine) verwendet wird, die ein Werkstück unter Verwendung eines Werkzeugs bearbeitet.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Es gibt Spindelvorrichtungen, die ein Werkstück bearbeiten, indem sie die Spindelwelle drehen, während sie das Werkstück an einem Ende der Spindelwelle anhand eines Mechanismus einer Unterdruckspannvorrichtung halten. Die
japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2014-042945 offenbart eine Werkstückhaltevorrichtung, wie etwa eine Spindelvorrichtung.
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Bei der Werkstückhaltevorrichtung, die in der
japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2014-042945 offenbart wird, ist ein Mechanismus einer Unterdruckspannvorrichtung auf einer Endseite einer Drehwelle angeordnet, während ein Drehgelenk zum Verbinden eines Luftsaugkreislaufs und der Drehwelle auf der anderen Endseite der Drehwelle angeordnet ist. Dieses Drehgelenk weist eine kontaktlose Dichtungsstruktur auf, die eine Abdichtung zwischen sich selber und der äußeren Peripheriefläche der Drehwelle erstellt, wenn der Luftsaugkreislauf angetrieben wird, um die Luft von der Außenseite auf den Strömungsweg in der Spindelwelle durch den Mechanismus der Unterdruckspannvorrichtung hindurch anzusaugen. Somit kann bei dieser Konfiguration die Abdichtung ohne die Verwendung eines physischen Dichtungselements erfolgen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Bei dieser Werkstückhaltevorrichtung in der
japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2014-042945 wird ein Motor auf der anderen Endseite der Spindelwelle gegenüber der einen Endseite, auf welcher der Mechanismus der Unterdruckspannvorrichtung angeordnet ist, bereitgestellt. Aus diesem Grund kann es sein, dass sich Wärme, die in dem Motor entsteht, über die Spindelwelle überträgt und dazu neigt, eine Temperaturdifferenz zwischen der Spindelwelle und dem Gehäuse, das die Spindelwelle einschließt, zu verursachen. Falls diese Temperaturdifferenz zunimmt, besteht das Risiko, dass sich die Geometrien, wie etwa der Zwischenraum zwischen den Lagern, die in dem Gehäuse bereitgestellt werden, und der Spindelwelle, die von den Lagern getragen wird, ändern, wodurch sich die Bearbeitungsgenauigkeit verringert.
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Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Spindelvorrichtung bereitzustellen, die eine Verringerung der Bearbeitungsgenauigkeit einschränken kann.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Spindelvorrichtung, die umfasst: ein Spindelgehäuse, das ein Durchgangsloch aufweist; eine Spindelwelle, die in das Durchgangsloch eingesetzt ist; ein Drehelement, das an einem Ende der Spindelwelle angeordnet ist und konfiguriert ist, um sich in Verbindung mit der Drehung der Spindelwelle zu drehen; und einen Motor, der an einem anderen Ende der Spindelwelle angeordnet ist und konfiguriert ist, um die Spindelwelle zu drehen, wobei: in dem Drehelement ein Saugkanal gebildet ist, durch den Luft strömt, die von der Außenseite angesaugt wird; die Spindelwelle einen ersten Leitkanal aufweist, der konfiguriert ist, um Luft zu leiten, die durch den Saugkanal bis zu einem Zwischenraum zwischen der Innenwand des Spindelgehäuses, die das Durchgangsloch definiert, und der Außenwand der Spindelwelle, die der Innenwand gegenübersteht, über das Innere der Spindelwelle hindurch strömt, und in dem Spindelgehäuse ein zweiter Leitkanal gebildet ist, der konfiguriert ist, um Luft, die zu dem Zwischenraum geleitet wird, zur Außenseite des Spindelgehäuses zu leiten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Außenwand der Spindelwelle gekühlt werden, wenn Luft, die von der Außenseite angesaugt wird, von dem ersten Leitkanal zu dem zweiten Leitkanal strömt. Daher kann die Temperaturdifferenz, die zwischen der Spindelwelle und dem Spindelgehäuse, in das die Spindelwelle eingesetzt ist, entsteht, reduziert werden, und folglich ist es möglich, eine Verringerung der Bearbeitungsgenauigkeit zu verhindern.
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser hervorgehen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen wird, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als erläuterndes Beispiel gezeigt wird.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 ein schematisches Diagramm, das eine Drehbank gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
- 2 ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt der Spindelvorrichtung aus 1 zeigt;
- 3 ein schematisches Diagramm, das einen Teil der Spindelwelle aus 1 zeigt;
- 4 ein vergrößertes schematisches Diagramm, das einen Teil der Spindelvorrichtung aus 2 zeigt;
- 5 ein Diagramm, das die Luftströmung während des Ansaugens zeigt, die durch Pfeile angegeben ist;
- 6 ein schematisches Diagramm, das einen ersten Leitkanal, einen zweiten Leitkanal und einen dritten Leitkanal gemäß der Variante 1 abbildet; und
- 7 eine schematische Ansicht, die eine Nut der Variante 2 zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Ausführungsform
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine Erscheinungsbildkonfiguration einer Drehmaschine 10 zeigt. Die Drehmaschine 10 wird verwendet, um ein zu bearbeitendes Werkstück unter Verwendung eines Werkzeugs zu bearbeiten, und umfasst ein Basisbett 12, einen Spindelträger 14, einen Maschinentischträger 16, einen Maschinentisch 18 und eine Spindelvorrichtung 20.
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Der Spindelträger 14 wird auf dem Basisbett 12 bereitgestellt, um die Spindelvorrichtung 20 derart zu tragen, dass sich die Spindelvorrichtung im Verhältnis zum Basisbett 12 nach links und rechts bewegen kann. Dabei wird die Richtung (axiale Richtung), in der sich eine Spindelwelle 22 der Spindelvorrichtung 20 erstreckt, als die Richtung von vorne nach hinten bezeichnet, die Richtung, die zu der axialen Richtung in einer Ebene rechtwinklig ist, die zu einer Montagefläche F parallel ist, auf der die Spindelvorrichtung 20 montiert ist, wird als die Richtung von links nach rechts bezeichnet, und die Richtung, die zu der Montagerichtung und der axialen Richtung rechtwinklig ist, wird als die Richtung von oben nach unten bezeichnet. Die Richtung nach unten ist die Schwerkraftrichtung. Ferner wird bei der Spindelvorrichtung 20 eine Endseite der Spindelwelle 22, an der ein Spannvorrichtungsabschnitt 30 montiert ist, als die Vorderseite bezeichnet, wohingegen die andere Endseite der Spindelwelle 22 als die Rückseite bezeichnet wird.
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Der Spindelträger 14 umfasst ein erstes Gleitstück 14a, das entlang der Richtung von links nach rechts auf dem Basisbett 12 angeordnet ist, einen Spindelschlitten 14b, der entlang des ersten Gleitstücks 14a bewegbar ist, und einen nicht abgebildeten ersten Antriebsmechanismus zum Antreiben des Spindelschlittens 14b.
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Der erste Antriebsmechanismus umfasst einen Motor und Bauteile, wie etwa eine Kugelumlaufspindel, welche die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umwandelt. Wenn der Spindelschlitten 14b entlang des ersten Gleitstücks 14a durch den ersten Antriebsmechanismus bewegt wird, bewegt sich die Spindelvorrichtung 20 auf dem Spindelschlitten 14b im Verhältnis zum Basisbett 12 nach links und nach rechts.
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Der Maschinentischträger 16 ist auf dem Basisbett 12 angeordnet, um den Maschinentisch 18 im Verhältnis zum Basisbett 12 in der Richtung von vorne nach hinten bewegbar zu tragen. Der Maschinentischträger 16 umfasst ein zweites Gleitstück 16a, das entlang der Richtung von vorne nach hinten auf dem Basisbett 12 bereitgestellt wird, und einen nicht abgebildeten zweiten Antriebsmechanismus zum Antreiben des Maschinentisches 18, der entlang des zweiten Gleitstücks 16a bewegbar ist.
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Der zweite Antriebsmechanismus umfasst einen Motor und Bauteile, wie etwa eine Kugelumlaufspindel, welche die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung umwandelt. Der Maschinentisch 18 wird im Verhältnis zum Basisbett 12 in durch das zweite Gleitstück 16a hindurch durch den zweiten Antriebsmechanismus der Richtung von vorne nach hinten bewegt. Der Maschinentisch 18 kann um eine senkrechte Achse als Drehachse herum drehbar bereitgestellt werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird vorausgesetzt, dass ein Werkstück durch den Spannvorrichtungsabschnitt 30 der Spindelvorrichtung 20 gehalten wird, während ein Werkzeug durch den Maschinentisch 18 gehalten wird. Das Werkzeug kann jedoch durch den Spannvorrichtungsabschnitt 30 in der Spindelvorrichtung 20 gehalten werden, während das Werkstück durch den Maschinentisch 18 gehalten werden kann.
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2 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt der Spindelvorrichtung 20 aus 1 zeigt. Die Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform hält ein Werkstück drehbar, und wird beispielsweise verwendet, um das Werkstück mit einer Steuerung im Nanometerbereich zu bearbeiten. Die Spindelvorrichtung 20 enthält als Hauptbestandteile die Spindelwelle 22, ein Spindelgehäuse 24, eine Spindelhalterung 26 und ein Abdeckelement 28.
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Die Spindelwelle 22 ist ein stabförmiges Element. Der Spannvorrichtungsabschnitt 30 ist auf der einen Endfläche (Vorderseite) der Spindelwelle 22 angeordnet, und ein Motor 40 ist auf der anderen Endfläche (Rückseite) angeordnet.
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Der Spannvorrichtungsabschnitt 30 ist ein Drehelement, das an dem einen Ende der Spindelwelle 22 bereitgestellt wird, um sich zusammen mit der Drehung der Spindelwelle 22 auf der Vorderseite des Spindelgehäuses 24 zu drehen. Dabei kann der Spannvorrichtungsabschnitt 30, obwohl er in 1 scheibenförmig gebildet ist, eine andere Form aufweisen. Der Spannvorrichtungsabschnitt 30 weist eine Basis 30a, die an der Vorderseite der Spindelwelle 22 befestigt ist, und einen Saugnapf 30b, der abnehmbar an der Basis 30a angebracht ist, auf. Saugkanäle 30c, durch die Luft strömt, die von der Außenseite angesaugt wird, sind in der Basis 30a und dem Saugnapf 30b gebildet. Mehrere Saugöffnungen oder Sauganschlüsse OP der Saugkanäle 30c sind auf der Saugflächenseite des Saugnapfs 30b gebildet.
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Der Motor 40 ist konfiguriert, um die Spindelwelle 22 zu drehen, und umfasst ein Motorgehäuse 40a, das auf der Rückseite des Spindelgehäuses 24 angebracht ist, und einen Rotor 40b und einen Stator 40c, die im Innern des Motorgehäuses 40a bereitgestellt werden. Die Spindelwelle 22 ist an dem Rotor 40b befestigt. Daher dreht sich die Spindelwelle 22 zusammen mit dem Rotor 40b.
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Das Spindelgehäuse 24 weist ein Durchgangsloch 24H auf und trägt die Spindelwelle 22, die durch das Durchgangsloch 24H hindurch eingesetzt ist, drehbar. Das Spindelgehäuse 24 weist einen Gehäusekörper 24a auf.
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Auf einer Vorderseite des Gehäusekörpers 24a wird ein ringförmiger Flanschabschnitt 50 bereitgestellt, der von der äußeren Peripheriefläche des Gehäusekörpers 24a aus nach außen vorsteht. Das Motorgehäuse 40a des Motors 40 ist an der hinteren Endfläche des Gehäusekörpers 24a befestigt. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Flanschabschnitt 50 mit dem Gehäusekörper 24a einstückig gebildet. Der Flanschabschnitt 50 kann jedoch als ein separater Körper von dem Gehäusekörper 24a gebildet sein und an dem Gehäusekörper 24a durch vorbestimmte Befestigungsmittel befestigt sein.
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Der Gehäusekörper 24a ist mit dem Durchgangsloch 24H gebildet, das in den Gehäusekörper 24a in der Richtung von vorne nach hinten eindringt. Die Spindelwelle 22 wird in das Durchgangsloch 24H eingesetzt, und die Spindelwelle 22, die in das Durchgangsloch 24H eingesetzt ist, wird durch Lager 60 drehbar getragen.
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Die Lager 60 sind hydrostatische Lager, welche die Spindelwelle 22 durch Druckgas drehbar tragen und in dem Gehäusekörper 24a angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Lager 60 Axiallager 60a und Radiallager 60b. Das Axiallager 60a ist jeweils auf der linken Seite und der rechten Seite der Spindelwelle 22 angeordnet. Die Radiallager 60b sind auf den vorderen und hinteren Seiten eines Abschnitts der Spindelwelle 22 auf einer Endseite angeordnet, der sich auf der Vorderseite (d. h. einer Endseite) der Axiallager 60a befindet.
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Druckgas wird den Lagern 60 über einen nicht abgebildeten Strömungsweg, der in dem Gehäusekörper 24a gebildet ist, zugeleitet. Das Druckgas, das jedem Lager 60 zugeleitet wird, strömt von dem Lager 60 zu einem Lagerspalt zwischen dem Innenring des Lagers 60 und der Außenwand der Spindelwelle 22 und dient als Träger für die Spindelwelle 22. Daher werden das Lager 60 und die Spindelwelle 22 über das Druckgas außer Kontakt miteinander gehalten. Das Druckgas, das durch den Lagerspalt strömt, wird durch einen nicht abgebildeten Ablassweg, der in dem Gehäusekörper 24a gebildet ist, zur Außenseite abgelassen.
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Die Spindelhalterung 26 wird auf die Montagefläche F (1) des Spindelschlittens 14b gelegt. Die Spindelhalterung 26 weist einen Einsatzhohlraum 26H auf, in den das Spindelgehäuse 24 entlang der axialen Richtung der Spindelwelle 22 eingesetzt wird.
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Die Vorderseite des Spindelgehäuses 24, das in den Einsatzhohlraum 26H eingesetzt wird, ist an der Vorderseite der Spindelhalterung 26 durch den Flanschabschnitt 50, der an dem Gehäusekörper 24a bereitgestellt wird, befestigt. Insbesondere wird der Flanschabschnitt 50 an der Vorderseite (einer Öffnungsseite des Einsatzhohlraums 26H) der Spindelhalterung 26 durch stabförmige Befestigungsmittel, wie etwa Bolzen, abnehmbar befestigt.
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Das Abdeckelement 28 wird bereitgestellt, um die vorderseitige Oberfläche des Flanschabschnitts 50, die äußere Peripheriefläche des Gehäusekörpers 24a, die sich von der Flanschfläche aus nach vorne erstreckt, und einen Teil der äußeren Peripheriefläche des Spannvorrichtungsabschnitts 30 abzudecken. Obwohl das Abdeckelement 28 einen Teil der äußeren Peripheriefläche des Spannvorrichtungsabschnitts 30 abdeckt, kann es angeordnet sein, um entweder die gesamte äußere Peripheriefläche oder mindestens einen Teil der äußeren Peripheriefläche des Spannvorrichtungsabschnitts 30 abzudecken.
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In dem Abdeckelement 28 ist ein Gasströmungsdurchgang 28a zum Strömen eines Sperrgases gebildet, um einen abzudichtenden Dichtungsabschnitt abzudichten (auch einfach als abgedichteter Abschnitt bezeichnet). Der abgedichtete Abschnitt ist ein Spalt zwischen dem Spannvorrichtungsabschnitt 30 und dem Abdeckelement 28 und ein Spalt zwischen dem Spannvorrichtungsabschnitt 30 und dem Gehäusekörper 24a. Das Sperrgas kann auf einen vorbestimmten Druck komprimiert werden. Spezifische Beispiele des Sperrgases umfassen Luft und so weiter. Durch das Zuführen des Sperrgases zu dem abgedichteten Abschnitt kann verhindert werden, dass Späne, die während der Bearbeitung des Werkstücks entstehen, Kühlmittel, das bei der Bearbeitung verwendet wird, usw., über den abgedichteten Abschnitt in das Innere des Spindelgehäuses 24 eindringen. Das Sperrgas, das in den abgedichteten Abschnitt geströmt ist, wird von der Vorderseite der Spindelvorrichtung 20 und dergleichen zur Außenseite abgelassen.
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Ferner ist ein nicht abgebildeter Kühlmittelströmungsdurchgang zum Strömen des Kühlmittels in dem Abdeckelement 28 gebildet, so dass das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelströmungsdurchgang strömt, die Temperatur des Abdeckelements 28 anpasst. Das Kühlmittel ist beispielsweise Wasser, Luft oder dergleichen.
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3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Teil der Spindelwelle 22 aus 1 zeigt. Bei der Spindelwelle 22 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Nut 70 in der äußeren Peripheriewand der Spindelwelle 22 gebildet. Die Nut 70 ist ringförmig entlang der Peripheriefläche der Spindelwelle 22 gebildet. Eine Ablauföffnung 74 des ersten Leitkanals 72 ist auf dem Boden der Nut 70 gebildet. Der Boden der Nut 70 ist ein vertiefter Abschnitt der Außenwand der Spindelwelle 22, der die Nut 70 bildet.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, leitet der erste Leitkanal 72 die Luft, die durch die Saugkanäle 30c des Spannvorrichtungsabschnitts 30 zu dem Innen- und Außenwandzwischenraum ström, über das Innere der Spindelwelle 22. Der Innen- und Außenwandzwischenraum ist ein Spalt zwischen der Innenwand des Spindelgehäuses 24, die das Durchgangsloch 24H bildet, in das die Spindelwelle 22 eingesetzt wird, und der Außenwand der Spindelwelle 22, die der Innenwand gegenübersteht.
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Der erste Leitkanal 72 weist spezifisch einen ersten Kanalabschnitt 72a und einen zweiten Kanalabschnitt 72b auf. Der erste Kanalabschnitt 72a erstreckt sich im Innern der Spindelwelle 22 entlang der axialen Richtung der Spindelwelle 22 und kommuniziert mit den Saugkanälen 30c des Spannvorrichtungsabschnitts 30. Bei dem in 2 und 3 gezeigten Beispiel ist der vordere Teil des ersten Kanalabschnitts 72a breiter als der hintere Teil gebildet.
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Der zweite Kanalabschnitt 72b ist im Innern der Spindelwelle 22 gebildet, um sich in der radialen Richtung der Spindelwelle 22 von dem ersten Kanalabschnitt 72a bis zum Innen- und Außenwandzwischenraum zu erstrecken, um dazwischen eine Verbindung herzustellen. Der Auslass des zweiten Kanalabschnitts 72b ist die Ablauföffnung 74 des ersten Leitkanals 72. Die Innenwand des Spindelgehäuses 24 ist insbesondere der Wandabschnitt des Gehäusekörpers 24a, der das Durchgangsloch 24H definiert, wie in 2 gezeigt.
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4 ist ein vergrößertes Diagramm, das schematisch einen Teil der Spindelvorrichtung 20 aus 2 zeigt. Wie in 2 und 4 gezeigt, weist das Spindelgehäuse 24 einen Verbindungsabschnitt 24b zusätzlich zu dem Gehäusekörper 24a auf. Der Verbindungsabschnitt 24b ist ein Gehäuseteil, um eine Verbindung mit dem ersten Leitkanal 72 zu erstellen, das in der Spindelwelle 22 gebildet ist und im Innern des Motorgehäuses 40a angeordnet ist. D. h. der Verbindungsabschnitt 24b ist von dem Motorgehäuse 40a abgedeckt.
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Dieser Verbindungsabschnitt 24b wird bereitgestellt, um eine äußere Peripheriefläche eines Teils der Spindelwelle 22 abzudecken, der von dem Gehäusekörper 24a aus nach hinten vorsteht, und ist an der hinteren Endfläche des Gehäusekörpers 24a angebracht. Die Nut 70 befindet sich in der Außenwand der Spindelwelle 22, die durch den Verbindungsabschnitt 24b abgedeckt ist. Bei dem in 2 und 4 gezeigten Beispiel ist der Verbindungsabschnitt 24b von dem Gehäusekörper 24a getrennt gebildet, kann jedoch mit dem Gehäusekörper 24a einstückig gebildet sein.
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Ein zweiter Leitkanal 76 ist in dem Verbindungsabschnitt 24b und dem Gehäusekörper 24a gebildet. Der zweite Leitkanal 76 ist konfiguriert, um die Luft von dem Innen- und Außenwandzwischenraum aus zur Außenseite des Spindelgehäuses 24 strömen zu lassen. Insbesondere umfasst der zweite Leitkanal 76 einen Verbindungskanalabschnitt 76a, der in dem Verbindungsabschnitt 24b gebildet ist, und einen Gehäusekanalabschnitt 76b, der in dem Gehäusekörper 24a gebildet ist.
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Der Verbindungskanalabschnitt 76a steht mit dem zweiten Kanalabschnitt 72b des ersten Leitkanals 72, der in der Spindelwelle 22 gebildet ist, in Verbindung. Der Einlass des Verbindungskanalabschnitts 76a ist eine Zulauföffnung 78 des zweiten Leitkanals 76 und wird in einem Wandabschnitt des Verbindungsabschnitts 24b bereitgestellt, welcher der Nut 70 der Spindelwelle 22 gegenübersteht.
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Der Gehäusekanalabschnitt 76b verbindet den Verbindungskanalabschnitt 76a mit der Außenseite des Spindelgehäuses 24. Der Auslass des Gehäusekanalabschnitts 76b ist eine Ablauföffnung 80 des zweiten Leitkanals 76 und wird an der Außenwand des Gehäusekörpers 24a bereitgestellt.
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Auch ist ein dritter Leitkanal 82 in dem Verbindungsabschnitt 24b gebildet. Der dritte Leitkanal 82 leitet Luft außerhalb des Spindelgehäuses 24 zu dem Innen- und Außenwandzwischenraum und ist gebildet, um nicht mit dem Verbindungskanalabschnitt 76a des zweiten Leitkanals 76 in Verbindung zu stehen.
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Eine Zulauföffnung 84 des dritten Leitkanals 82 ist innerhalb des Motorgehäuses 40a angeordnet. Eine Ablauföffnung 86 des dritten Leitkanals 82 ist auf der Innenwand des Verbindungsabschnitts 24b gebildet, der sich zwischen der Zulauföffnung 78 des zweiten Leitkanals 76 und dem Axiallager 60a befindet. Eine Röhre von einer nicht abgebildeten Saugquelle (Vakuumpumpe) ist mit der Ablauföffnung 86 des dritten Leitkanals 82 verbunden.
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Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung der Luftströmung, wenn die Saugquelle (Vakuumpumpe) angetrieben wird. 5 ist ein Diagramm, das die Luftströmung während des Saugvorgangs zeigt, wie durch Pfeile angegeben. Wenn die Saugquelle (Vakuumpumpe) angetrieben wird, wird die Luft auf der Vorderseite des Saugnapfs 30b (2) in den Saugkanal 30c (2) aus den Sauganschlüssen OP (2) angesaugt, geht durch die Saugkanäle 30c und strömt in den ersten Kanalabschnitt 72a des ersten Leitkanals 72, der in der Spindelwelle 22 gebildet ist.
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Die Luft, die in den ersten Kanalabschnitt 72a strömt, strömt in Richtung auf die andere Endseite (Rückseite) der Spindelwelle 22 und tritt in den zweiten Kanalabschnitt 72b ein. Die Luft, die in den zweiten Kanalabschnitt 72b strömt, strömt aus der Ablauföffnung 74, die in der Außenwand der Spindelwelle 22 gebildet ist, und gelangt in die Nut 70.
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Da die Nut 70 entlang der äußeren Peripheriefläche der Spindelwelle 22 ringförmig gebildet ist, strömt die Luft, die aus der Ablauföffnung 74 strömt, umfangsmäßig entlang der äußeren Peripheriefläche der Spindelwelle 22. Selbst wenn sich die Ablauföffnung 74 des ersten Leitkanals 72 von der Zulauföffnung 78 des zweiten Leitkanals 76 entfernt (d. h. sich die Öffnungen nicht gegenüberstehen), wenn sich die Spindelwelle 22 dreht, tritt dann die Luft, die aus der Ablauföffnung 74 heraus geströmt ist, in den zweiten Leitkanal 76 aus der Zulauföffnung 78, die in dem Verbindungsabschnitt 24b bereitgestellt wird, ein.
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Andererseits wird dank der Saugkraft der Saugquelle (Vakuumpumpe) die Luft im Innern des Motorgehäuses 40a in den Innen- und Außenwandzwischenraum von dem hinteren Ende des Verbindungsabschnitts 24b angesaugt und strömt auch durch den dritten Leitkanal 82, der in dem Verbindungsabschnitt 24b gebildet ist, hindurch und tritt dann in den Innen- und Außenwandzwischenraum ein.
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Die Luft, die durch den dritten Leitkanal 82 hindurch in den Innen- und Außenwandzwischenraum angesaugt wird, dient dazu einzuschränken, dass das Lagerdruckgas, das zwischen der Spindelwelle 22 und dem Axiallager 60a zugeleitet wird, durch den Innen- und Außenwandzwischenraum hindurch in den zweiten Leitkanal 76 angesaugt wird. Genauer gesagt kann die Luft im Innern des Motorgehäuses 40a, die durch den dritten Leitkanal 82 hindurch in den Innen- und Außenwandzwischenraum angesaugt wurde, bevorzugt in den zweiten Leitkanal 76 strömen, wodurch das Druckgas, das in Richtung auf den zweiten Leitkanal 76 strömt, gesperrt oder blockiert wird, so dass nur eine sehr geringe Menge des Druckgases in den zweiten Leitkanal 76 eintritt. Daher wird verhindert, dass sich der Spalt oder der Zwischenraum zwischen der Spindelwelle 22 und dem Lager 60 durch eine zu starke Strömung des Lagerdruckgases in den zweiten Leitkanal 76 ändert.
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Die Luft, die in den zweiten Leitkanal 76 geströmt ist, geht durch den zweiten Leitkanal 76 und strömt aus der Ablauföffnung 80 des zweiten Leitkanals 76 heraus. Die Luft, die aus der Ablauföffnung 80 herausströmt, wird in eine Saugquelle (Vakuumpumpe) angesaugt und über die Saugquelle abgelassen.
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Wie zuvor beschrieben, bei der Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform, wenn Luft, die von der Außenseite angesaugt wird, von dem ersten Leitkanal 72 in den zweiten Leitkanal 76 strömt, strömt die Luft an der Außenwand der Spindelwelle 22 entlang der äußeren Peripheriefläche der Spindelwelle 22. Dadurch wird die Außenwand der Spindelwelle 22 durch die Luft abgekühlt, die von der Außenseite angesaugt wird. Ferner wird die Wärmeübertragung von dem Motor 40 auf die Vorderseite der Spindelwelle 22 reduziert.
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Somit ist es gemäß der Spindelvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Temperaturdifferenz zu reduzieren, die zwischen der Spindelwelle 22 und dem Spindelgehäuse 24, durch welches die Spindelwelle 22 eingesetzt ist, entsteht. Dadurch kann eine Reduzierung der Bearbeitungsgenauigkeit verhindert werden.
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Varianten
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Obwohl die obige Ausführungsform als ein einziges Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform einzuschränken. Es versteht sich, dass diverse Änderungen und Verbesserungen zu der obigen Ausführungsform hinzugefügt werden können. Es geht ebenfalls aus dem Umfang der Ansprüche hervor, dass Ausführungen, zu denen derartige Änderungen und Verbesserungen hinzugefügt wurden, zum technischen Umfang der Erfindung gehören sollen. Beispiele, bei denen die obige Ausführungsform geändert oder verbessert wird, werden nachstehend beschrieben.
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Variante 1
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6 ist ein schematisches Diagramm, das einen ersten Leitkanal 72A, einen zweiten Leitkanal 76A und einen dritten Leitkanal 82A der Variante 1 zeigt. In 6 erhalten die gleichen Bestandteile wie diejenigen, die bei der obigen Ausführungsform beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen, und eine Beschreibung der Bestandteile, die bereits bei der obigen Ausführungsform beschrieben wurden, entfällt gegebenenfalls.
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Der erste Leitkanal 72A der Variante 1 unterscheidet sich von der obigen Ausführungsform dadurch, dass der zweite Kanalabschnitt 72b zwischen den Radiallagern 60b angeordnet ist, die an der Vorderseite und der Rückseite der Spindelwelle 22 bereitgestellt werden.
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Bei der Variante 1 ist die Nut 70 auf der äußeren Peripheriewand der Spindelwelle 22 zwischen den Radiallagern 60b, die vorne und hinten an der Spindelwelle 22 bereitgestellt werden, gebildet, und die Ablauföffnung 74 des ersten Leitkanals 72A ist auf dem Boden der Nut 70 gebildet.
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Ferner sind der zweite Leitkanal 76A und der dritte Leitkanal 82A dadurch anders als die obige Ausführungsform, dass sie in dem Gehäusekörper 24a gebildet sind.
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Insbesondere ist der zweite Leitkanal 76A zwischen den Radiallagern 60b, die an den vorderen und hinteren Seiten der Spindelwelle 23 bereitgestellt werden, gebildet, während die Zulauföffnung des zweiten Leitkanals 76A auf der Innenwand des Gehäusekörpers 24a gebildet ist, die der Nut 70 gegenübersteht, die an der Spindelwelle 22 zwischen den Radiallagern gebildet ist. Die Ablauföffnung des zweiten Leitkanals 76A wird in dem Außenwandabschnitt des Gehäusekörpers 24a bereitgestellt, wie bei der obigen Ausführungsform.
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Der dritte Leitkanal 82A ist sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des zweiten Leitkanals 76A gebildet, und die Zulauföffnungen des dritten Leitkanals 82A auf den vorderen und hinteren Seiten sind auf dem Außenwandabschnitt des Gehäusekörpers 24a gebildet. Die Ablauföffnung des dritten Leitkanals 82A auf der Vorderseite ist auf der Innenwand des Gehäusekörpers 24a angeordnet, der sich zwischen der Zulauföffnung des zweiten Leitkanals 76A und dem Radiallager 60b auf der Vorderseite befindet. Die Ablauföffnung des dritten Leitkanals 82A auf der Rückseite ist auf der Innenwand des Gehäusekörpers 24a zwischen der Zulauföffnung des zweiten Leitkanals 76A und dem Radiallager 60b auf der Rückseite angeordnet.
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Bei der Variante 1 strömt Luft, die von der Außenseite angesaugt wird und dann durch den ersten Leitkanal 72A hindurch strömt, aus der Ablauföffnung des ersten Leitkanals 72A heraus, strömt durch die Nut 70 hindurch, und tritt dann in den zweiten Leitkanal 76A von der Zulauföffnung des zweiten Leitkanals 76A ein, ebenso wie bei der obigen Ausführungsform.
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Andererseits strömt dank der Saugkraft der Saugquelle (Vakuumpumpe) die Luft zwischen dem Gehäusekörper 24a und der Spindelhalterung 26 durch den dritten Leitkanal 82A hindurch und wird in den Innen- und Außenwandzwischenraum angesaugt. Die Luft, die in den Innen- und Außenwandzwischenraum angesaugt wird, dient dazu einzuschränken, dass das Lagerdruckgas, das zwischen der Spindelwelle 22 und dem Radiallager 60b zugeleitet wird, durch den Innen- und Außenwandzwischenraum hindurch in den zweiten Leitkanal 76A gesaugt wird. D. h. ähnlich wie bei der obigen Ausführungsform kann die Luft, die in den Innen- und Außenwandzwischenraum angesaugt wird, bevorzugt in den zweiten Leitkanal 76A strömen, wodurch das Lagerdruckgas, das in Richtung auf den zweiten Leitkanal 76A strömt, gesperrt oder blockiert wird, so dass nur eine sehr kleine Menge des Druckgases in den zweiten Leitkanal 76A eintritt.
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Somit können der erste Leitkanal 72A, der zweite Leitkanal 76A und der dritte Leitkanal 82A der Variante 1 auch eine Luftströmung sicherstellen, die ähnlich ist wie die bei der obigen Ausführungsform. Daher kann die Außenwandseite der Spindelwelle 22 wie bei der obigen Ausführungsform gekühlt werden.
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Variante 2
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7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Nut 70A der Variante 2 zeigt. In 7 erhalten die gleichen Bestandteile wie diejenigen, die bei der obigen Ausführungsform beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen, und eine Beschreibung der Bestandteile, die bereits bei der obigen Ausführungsform beschrieben wurden, entfällt gegebenenfalls.
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Die Nut 70A der Variante 2 unterscheidet sich von der Nut 70 der obigen Ausführungsform dadurch, dass die Nut 70A in dem Spindelgehäuse 24 (Verbindungsabschnitt 24b) gebildet ist. Insbesondere ist die Nut 70A auf der Innenwand des Spindelgehäuses 24 (Verbindungsabschnitt 24b), die der Ablauföffnung 74 des ersten Leitkanals 72 gegenübersteht, entlang der Peripheriefläche der Spindelwelle 22 ringförmig gebildet. Eine Zulauföffnung 78 des zweiten Leitkanals 76 ist auf dem Boden der Nut 70A gebildet. Der Boden der Nut 70A ist ein vertiefter Abschnitt in der Innenwand des Verbindungsabschnitts 24b, der die Nut 70A bildet.
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Bei der Variante 2 strömt Luft, die aus der Ablauföffnung 74, die an der Außenwand der Spindelwelle 22 bereitgestellt wird, herausströmt, um die Außenwand der Spindelwelle 22 herum durch die Nut 70A, die auf der Innenwand des Verbindungsabschnitts 24b gebildet ist, hindurch. Daher kann auch für den Fall, dass die Nut 70A auf der Innenwand des Verbindungsabschnitts 24b gebildet ist, die Außenwand der Spindelwelle 22 durch die Luft, die von der Außenseite angesaugt wird, wie bei der obigen Ausführungsform gekühlt werden.
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Variante 3
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Bei der obigen Ausführungsform ist die Nut 70 auf der äußeren Peripheriewand der Spindelwelle 22 gebildet, und bei der Variante 2 ist die Nut 70A auf der Innenwand des Verbindungsabschnitts 24b gebildet. Die Nut 70 auf der äußeren Peripheriewand der Spindelwelle 22 und die Nut 70A auf der Innenwand des Verbindungsabschnitts 24b können jedoch gebildet sein, um sich gegenüberzustehen. Kurz gesagt reicht es aus, dass mindestens eine der Nuten 70 und 70A in dem Innen- und Außenwandzwischenraum bereitgestellt wird.
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Die Nuten 70 und 70A sind entlang der Peripheriefläche der Spindelwelle 22 ringförmig gebildet, können jedoch entlang der Peripheriefläche der Spindelwelle 22 schraubenförmig gebildet sein.
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Variante 4
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Bei der obigen Ausführungsform ist die Nut 70 auf der äußeren Peripheriewand der Spindelwelle 22 gebildet. Es kann jedoch sein, dass die Nut 70 nicht bereitgestellt wird. Wenn keine Nut 70 bereitgestellt wird, werden beispielsweise mehrere zweite Kanalabschnitte 72b des ersten Leitkanals 72 und mehrere Verbindungskanalabschnitte 76a des zweiten Leitkanals 76 in Intervallen entlang der Umfangsrichtung der Spindelwelle 22 bereitgestellt. Zudem ist jeder zweite Kanalabschnitt 72b gebildet, um mit dem ersten Kanalabschnitt 72a in Verbindung zu stehen, wohingegen jeder Verbindungskanalabschnitt 76a gebildet ist, um mit dem Kanalabschnitt 76b des Gehäuses in Verbindung zu stehen.
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Somit kann wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform Luft, die von der Außenseite angesaugt wird und dann durch den ersten Leitkanal 72 hindurch zu dem zweiten Leitkanal 76 strömt, die Außenwand der Spindelwelle 22 kühlen. Um jedoch die äußere Peripheriewand der Spindelwelle 22 entlang ihrer Peripheriefläche zu kühlen, wird es bevorzugt, dass die Nut 70 wie bei der obigen Ausführungsform gebildet wird.
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Variante 5
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Bei der obigen Ausführungsform ist der dritte Leitkanal 82 in dem Verbindungsabschnitt 24b des Spindelgehäuses 24 gebildet. Es kann jedoch sein, dass der dritte Leitkanal 82 nicht bereitgestellt wird. Wenn kein dritter Leitkanal 82 bereitgestellt wird, kann beispielsweise ein gegebener Anpassungszielwert angepasst werden, so dass nur eine sehr kleine Menge des Lagerdruckgases aus der Zulauföffnung 78 des zweiten Leitkanals 76 angesaugt wird.
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Beispiele des Anpassungszielwertes umfassen den Saugdruck der Saugquelle (Vakuumpumpe), den Gasdruck des Druckgases, das dem Lager 60 zugeleitet wird, und dergleichen. Da jedoch das Anpassen des Anpassungszielwertes wahrscheinlich kompliziert wird, wird es bevorzugt, dass der dritte Leitkanal 82 in dem Verbindungsabschnitt 24b des Spindelgehäuses 24 gebildet wird, um eine derartige Anpassung auszulassen.
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Variante 6
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Die obige Ausführungsform und die obigen Varianten können beliebig kombiniert werden, solange keine Widersprüche entstehen.
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Technische Ideen
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Die technischen Ideen, die aus der zuvor beschriebenen Ausführungsform und den Varianten zu verstehen sind, werden nachstehend beschrieben.
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Die Spindelvorrichtung (20) umfasst: ein Spindelgehäuse (24), das ein Durchgangsloch (24H) aufweist; eine Spindelwelle (22), die in das Durchgangsloch (24H) eingesetzt wird; ein Drehelement (30), das an einem Ende der Spindelwelle (22) angeordnet ist und konfiguriert ist, um sich in Verbindung mit der Drehung der Spindelwelle (22) zu drehen; und einen Motor (40), der an einem anderen Ende der Spindelwelle (22) angeordnet ist und konfiguriert ist, um die Spindelwelle (22) zu drehen.
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In dem Drehelement (30) ist ein Saugkanal (30c) gebildet, durch den Luft hindurch strömt, die von der Außenseite angesaugt wird.
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Die Spindelwelle (22) weist einen ersten Leitkanal (72, 72A) auf, der konfiguriert ist, um die Luft, die durch den Saugkanal (30c) hindurch strömt, zu einem Zwischenraum (Innen- und Außenwandzwischenraum) zwischen der Innenwand des Spindelgehäuse (24), die das Durchgangsloch (24H) definiert, und der Außenwand der Spindelwelle (22), die der Innenwand gegenübersteht, über das Innere der Spindelwelle (22) zu leiten.
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In dem Spindelgehäuse (24) ist ein zweiter Leitkanal (76, 76A) gebildet, der konfiguriert ist, um die Luft, die zu dem Zwischenraum geleitet wird, zur Außenseite des Spindelgehäuses (24) zu leiten.
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Gemäß der Spindelvorrichtung (20), wenn Luft, die von der Außenseite angesaugt wird, durch den ersten Leitkanal (72, 72A) hindurch strömt und dann entlang des zweiten Leitkanals (76, 76A) strömt, kann die Außenwand der Spindelwelle (22) gekühlt werden. Daher ist es möglich, die Temperaturdifferenz zu reduzieren, die zwischen der Spindelwelle (22) und dem Spindelgehäuse (24), in das die Spindelwelle (22) eingesetzt ist, entsteht. Dadurch kann eine Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit verhindert werden.
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Eine Nut (70, 70A) kann in dem Zwischenraum entlang der Peripheriefläche der Spindelwelle (22) bereitgestellt werden, damit der erste Leitkanal (72, 72A) mit dem zweiten Leitkanal (76, 76A) in Verbindung stehen kann.
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Diese Konfiguration ermöglicht es, die Außenwand der Spindelwelle (22) entlang der Umfangsrichtung um die Achse herum zu kühlen. Dadurch kann die Temperaturdifferenz, die zwischen der Spindelwelle (22) und dem Spindelgehäuse (24), in das die Spindelwelle (22) eingesetzt ist, entsteht, weiter reduziert werden.
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Das Spindelgehäuse (24) kann einen dritten Leitkanal (82, 82A) aufweisen, der konfiguriert ist, um die Luft außerhalb des Spindelgehäuses (24) zu dem Zwischenraum zu leiten, wobei der dritte Leitkanal gebildet ist, um nicht mit dem zweiten Leitkanal (76, 76A) in Verbindung zu stehen, und eine Ablauföffnung (86) des dritten Leitkanals (82, 82A) kann zwischen einem Lager (60), das konfiguriert ist, um die Spindelwelle (22) durch ein Druckgas drehbar zu tragen, und einer Zulauföffnung (78) des zweiten Leitkanals (76, 76A) gebildet sein.
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Somit kann die Luft, die von der Außenseite in den Innen- und Außenwandzwischenraum durch den dritten Leitkanal (82, 82A) hindurch durch den Saugdruck der Saugquelle (Vakuumpumpe) angezogen wird, die Strömung des Lagerdruckgases in den zweiten Leitkanal (76, 76A) reduzieren. Daher kann verhindert werden, dass sich der Spalt oder der Zwischenraum zwischen der Spindelwelle (22) und dem Lager (60) ändert.
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Das Spindelgehäuse (24) kann einen Gehäusekörper (24a), der mit dem Lager (60) versehen ist, und einen Verbindungsabschnitt (24b), der bereitgestellt wird, um die äußere Peripherieoberfläche eines Teils der Spindelwelle (22) zwischen dem Gehäusekörper (24a) und dem Motor (40) abzudecken, umfassen, und der zweite Leitkanal (76) kann einen Verbindungskanalabschnitt (76a), der in dem Verbindungsabschnitt (24b) gebildet ist und konfiguriert ist, um mit dem ersten Leitkanal (72) in Verbindung zu stehen, und einen Gehäusekanalabschnitt (76b), der in dem Gehäusekörper (24a) gebildet ist und konfiguriert ist, um den Verbindungskanalabschnitt (76a) mit der Außenseite des Spindelgehäuses (24) in Verbindung zu setzen, umfassen.
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Diese Konfiguration ermöglicht es, die Spindelwelle (22), die Wärme von dem Motor (40) empfängt, effizient zu kühlen.
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Der Verbindungsabschnitt (24b) kann konfiguriert sein, um durch ein Motorgehäuse (40a), das einen Rotor (40b) und einen Stator (40c) des Motors (40) aufnimmt, abgedeckt zu sein.
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Diese Konfiguration ermöglicht es, die Spindelwelle (22), die Wärme von dem Rotor (40b) empfängt, effizient zu kühlen.
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Der dritte Leitkanal (82) kann konfiguriert sein, um mit dem Innern des Motorgehäuses (40a), das den Rotor (40b) und den Stator (40c) des Motors (40) aufnimmt, in Verbindung zu stehen.
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Bei dieser Konfiguration kann die Luft, die durch die Wärme erwärmt wird, die aus dem Rotor (40b) entsteht, der an der Spindelwelle (22) angebracht ist, durch den dritten Leitkanal (82, 82A) hindurch in den Innen- und Außenwandzwischenraum angezogen werden und dazu gebracht werden, durch den Innen- und Außenwandzwischenraum hindurch zu dem zweiten Leitkanal (76) unter dem Saugdruck der Saugquelle (Vakuumpumpe) zu strömen. Dadurch kann eine Wärmeübertragung von dem Rotor (40b) auf die Spindelwelle (22) einfach verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014042945 [0002, 0003, 0004]