JP2001219339A - 工作機械における主軸台冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】空気冷却でありながら冷却能力を向上させ、工
作機械の熱変位を減少させて、工作物の加工精度も向上
させる主軸台冷却装置を提供する。 【構成】加工領域を覆うスプラッシュガードと、主軸５
を回転可能に支持するとともに内部に発熱体８１，８２
を備え、主軸台側吸気口４２，４３および主軸台側排気
口４１が設けられた主軸台４と、スプラッシュガードの
外方から主軸台側吸気口に空気を吸引する吸気ダクト
２，３と、主軸台側排気口からスプラッシュガードの外
方に排気するための排気ダクト１と、主軸台内部の発熱
体の外周部に形成され空気が流通可能な冷却通路４４
と、排気ダクトの排気口近傍に設けられ、排気ダクトか
ら空気を排出する送風機とを有し、主軸台側吸気口、主
軸台側排気口および冷却通路は、熱変位による加工精度
への影響が顕著に現れる方向に関して、熱対称となるよ
うに設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械における
主軸台の冷却装置に関し、特に、主軸の軸線方向がほぼ
鉛直方向に設けられている工作機械の主軸台内部に設け
られた発熱体を冷却するための主軸台の冷却装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】旋盤等の工作機械の主軸台、主軸頭を冷
却するための装置としては、冷却した冷却液等の冷却媒
体を循環させて冷却するものが従来から利用されてい
た。しかし、このような冷却装置は、冷却器、熱交換
器、冷却媒体の供給路、制御装置等の複雑な構成とな
り、そのコストも高く、工作機械全体のコストをも上昇
させることになる。このため、主軸台の内部に空気を通
過させて冷却を行う装置も従来から知られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷却液等を循環させて
主軸台の冷却を行う装置では、前述のように工作機械の
コスト上昇を引き起こすとともに、冷却液の保守、管理
等の作業が煩雑になり、また、交換等により生じた不要
冷却液の処理等にもコストがかかる。このような、いわ
ゆるランニングコストはできるだけ少ない方が望まし
い。その点、空気冷却による主軸台の冷却装置では、ラ
ンニングコストが小さくなるが、冷却能力においては十
分といえるものがなかった。そのため、工作機械本体や
主軸台が熱変位を起こし、工作物の加工精度にも影響す
るという問題点を有していた。

【０００４】そこで、本発明は、工作機械において、空
気冷却でありながら冷却能力を向上させ、工作機械に熱
変位を起こしにくくするとともに、主軸台が熱変位を起
こしても工作物の加工精度に対する影響の少ない主軸台
冷却装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の工作機械における主軸台冷却装置は、工作
物の加工に使用する領域である加工領域を覆うスプラッ
シュガードと、主軸を回転可能に支持し、主軸台側吸気
口および主軸台側排気口が形成された主軸台と、一端が
前記主軸台側吸気口に連通するように設けられ、他端の
吸気口が前記スプラッシュガードの外方に位置している
吸気ダクトと、一端が前記主軸台側排気口に連通するよ
うに設けられ、他端の排気口が前記スプラッシュガード
の外方に位置している排気ダクトと、前記主軸台内部に
設けられ、前記主軸台の前記主軸台側吸気口および前記
主軸台側排気口と連通するとともに、前記主軸を回転さ
せたときに熱を発生する発熱体の外周部に形成され空気
が流通可能な冷却通路と、前記排気ダクトの前記排気口
近傍に設けられ、前記排気ダクトから空気を排出する送
風機とを有し、前記主軸台側吸気口、前記主軸台側排気
口および前記冷却通路は、前記発熱体からの発熱で生じ
る熱変位による前記工作物の加工精度への影響が顕著に
現れる方向に関して、熱対称となるように設けられてい
るものである。

【０００６】また、上記の工作機械における主軸台冷却
装置において、前記主軸台は、前記主軸をその軸線方向
がほぼ鉛直方向になるように支持しているものであるこ
とが好ましい。

【０００７】また、上記の工作機械における主軸台冷却
装置において、前記発熱体は、前記主軸に設けられたロ
ータと前記主軸台に設けられたステータとからなり、前
記主軸を回転駆動するためのビルトインモータであるこ
とが好ましい。

【０００８】また、上記の工作機械における主軸台冷却
装置において、前記吸気ダクトは少なくとも２本設けら
れ、かつ、前記発熱体からの発熱で生じる熱変位による
前記工作物の加工精度への影響が顕著に現れる方向に対
して、熱対称となるように設けられているものであるこ
とが好ましい。

【０００９】また、上記の工作機械における主軸台冷却
装置において、前記吸気ダクトの前記吸気口は、水平方
向に向かって開口しているものであることが好ましい。

【００１０】また、上記の工作機械における主軸台冷却
装置において、前記排気ダクトの前記排気口は、水平方
向に向かって開口し、かつ、排出された空気が工作機械
の主要部に当たらないように配置されているものである
ことが好ましい。

【００１１】また、上記の工作機械における主軸台冷却
装置において、前記主軸台は、前記主軸の軸線と平行な
方向に移動可能に設けられており、前記主軸台側吸気口
の少なくとも一つは、前記主軸台の案内面側に設けられ
ているものであることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は、本発明を適用する工作機
械の主軸台４近傍を示す正面図である。図２は、図１に
おける矢視Ａによる側面図である。また図３は、図１に
おける矢視Ｂによる平面図である。工作機械としては主
軸軸線が鉛直方向に設けられている立て旋盤の場合の例
である。主軸台４は、工作機械の機体に対して主軸軸線
と平行な方向であるＺ軸方向に移動可能に設けられてい
る。すなわち、工作機械のサドル１１１にはＺ軸ガイド
レール４７ａがＺ軸方向に設けられており、主軸台４は
スライド本体４７ｂを介してＺ軸ガイドレール４７ａ上
をＺ軸サーボモータ４８および送りねじ（図示せず）等
の移動機構によりＺ軸方向に移動制御される。Ｚ軸ガイ
ドレール４７ａとスライド本体４７ｂは、直動ころがり
案内を構成する。なお、この案内面は、すべり案内面、
ころがり案内面、静圧案内面等の他の方式の案内面であ
ってもよい。

【００１３】工作機械の機体であるベッド１１０には、
Ｘ軸ガイドレール１１２がＸ軸方向に設けられており、
サドル１１１がスライド本体１１３を介してＸ軸ガイド
レール１１２上をＸ軸サーボモータ（図示せず）および
送りねじ（図示せず）等の移動機構によりＸ軸方向に移
動制御される。Ｘ軸ガイドレール１１２とスライド本体
１１３は、直動ころがり案内を構成する。この案内面
を、すべり案内面、ころがり案内面、静圧案内面等の他
の方式の案内面としてもよい。

【００１４】主軸台４には、Ｚ軸方向に回転軸線を有す
る主軸５が回転可能に軸支されており、主軸５の下端に
はチャック６が設けられている。主軸５は、主軸台４の
内部に設けられたビルトインモータ８（図４参照）によ
って回転駆動される。チャック６には工作物が把持さ
れ、タレット７に保持されたバイト７１、穴あけ工具７
２等の加工工具によって工作物の加工が行われる。サド
ル１１１に移動可能に支持された主軸台４は、タレット
７を支持する刃物台７ａに対して、Ｚ軸と直交するＸ軸
方向に移動が可能である。刃物台７ａは、ベッド１１０
の前面１１０ａに固定されている。Ｘ軸方向は、加工工
具が主軸５の中心軸に向かって相対的に接近離反する方
向である。加工工具によって工作物の加工が行われる領
域は加工領域１００として、スプラッシュガード９によ
って覆われており、切削加工によって生じた切り屑や切
削油剤が工作機械の外部に飛散するのを防いでいる。

【００１５】なお、カバー１０２はスプラッシュガード
９の左側の側面部９ｂと第２の移動カバー９２ｂとの間
に設けられたテレスコピック式、巻き取り式、蛇腹式等
のカバーであり、主軸台４の左側の加工領域１００上方
を覆っているものである。また、仕切りカバー１０３
は、スプラッシュガード９の前面部９ａとベッド１１０
とに固定されたＬ字状のカバーである。仕切りカバー１
０３には、下方ワイパ１０５、側方ワイパ１０４が設け
られている。側方ワイパ１０４および下方ワイパ１０５
は、常時、第１の移動カバー９２ａの前面９２ｃおよび
下面９２ｄと摺接することにより主軸台４の右側を仕切
り、切り屑や切削油剤が加工領域１００より飛散するの
を防いでいる。スプラッシュガード９は、少なくとも前
面部９ａと側面部９ｂとを有する本体カバー、カバー１
０２、仕切りカバー１０３、第１の移動カバー９２ａ、
第２の移動カバー９２ｂとから構成されている。

【００１６】主軸台４には、主軸台カバー４９が固定さ
れており、主軸台カバー４９と主軸台４とは一体的にＺ
軸方向に移動する。主軸台カバー４９とサドル１１１に
固定された第２の移動カバー９２ｂとの間にはワイパ９
１が設けられており、主軸台カバー４９とサドル１１１
に固定された第１の移動カバー９２ａとの間にはワイパ
９３が設けられている。主軸台カバー４９の前面側とス
プラッシュガード９との間にはワイパ９４が設けられて
いる。ワイパ９１，９３，９４により、切り屑や切削油
剤が外部に漏れることなく、主軸台カバー４９のＺ軸方
向移動が可能である。

【００１７】また、主軸台４には、工作機械のスプラッ
シュガード９の外部から空気を吸引する吸気ダクト２，
３が接続されている。吸気ダクト２，３の一端は、主軸
台カバー４９から上方に突出してスプラッシュガード９
の外部に露出している。吸気ダクト２の露出部には吸気
口２２が水平方向に開口しており、吸気ダクト３の露出
部には吸気口３２が水平方向（吸気口２２とは反対側）
に開口している。そして、吸気口２２，３２の上側には
ひさし状部材２３，３３が取り付けられているため、工
場内に浮遊する塵埃等の異物が吸気口２２，３２から入
りにくくなっている。

【００１８】吸気ダクト２，３の他端には、主軸台４へ
の接続部２１，３１が形成されており、それぞれ吸気ダ
クト２と主軸台側吸気口４２（図５参照）、吸気ダクト
３と主軸台側吸気口４３（図５参照）が連通するように
主軸台４に接続されている。さらに、主軸台４には、工
作機械のスプラッシュガード９の外部に空気を排出する
排気ダクト１が接続されている。排気ダクト１の一端は
接続部１１として主軸台に接続されており、排気ダクト
１と主軸台側排気口４１（図５参照）が連通している。
排気ダクト１の他端側には送風機１３が設けられてい
る。主軸台４の内部を冷却した空気は、送風機１３によ
り排気ダクト１を介して吸引され、水平方向に開口する
排気口１２，１２ａから水平方向に排出される。排気口
１２，１２ａが水平方向に開口しているため、送風機１
３の停止時にも工場内に浮遊する塵埃等の異物が排気口
１２，１２ａから進入しにくくなっている。

【００１９】送風機１３の羽根車１３ａを駆動モータ
（図示せず）により回転させると、図２に矢印で示すよ
うに、排気ダクト１内、主軸台４内の空気が排気口１２
により排気される。主軸台４の内部を冷却した空気は送
風機１３により吸引されて排気ダクト１を上昇し、図３
に示すように、排気口１２，１２ａから水平方向に排出
される。それに伴って、主軸台４の内部の発熱体である
ビルトインモータ８を冷却するための空気として、図３
に示すように、スプラッシュガード９の外部の室温の空
気が吸気口２２，３２から水平方向に吸気ダクト２，３
内に流入する。空気は吸気ダクト２，３内を流下して主
軸台４の内部に流入する。

【００２０】なお、排気ダクト１と吸気ダクト２，３の
長さは、主軸台４が最下端に移動した場合でも、吸気口
２２，３２および排気口１２，１２ａがスプラッシュガ
ード９の外部に突出する長さとする。また、排気ダクト
１の断面積と吸気ダクト２，３の断面積の和とは、１：
１．２程度の比率になるようにすればよい。すなわち、
排気ダクト１の断面積と吸気ダクト２，３の断面積の和
とは、ほぼ同一であってもよいが、空気の抵抗を考慮し
て、吸気ダクト側の断面積を所定の比率分大きくすると
さらによい。

【００２１】図４は、主軸台４の内部構造を示すため
の、図１におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。そして図５
は、主軸台４の図４におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。
主軸台４には、主軸５が軸受４５，４６によって回転可
能に支持されている。また、主軸５にはロータ８１が固
定されており、主軸台４にはステータ８２が固定されて
いる。ロータ８１およびステータ８２は、ビルトインモ
ータ８を構成しており、主軸５を主軸台４に対して回転
駆動するものである。このビルトインモータ８は駆動の
ための電力消費により熱を発生する発熱体であるため、
冷却して主軸台４の熱変位を最小限にとどめる必要があ
る。

【００２２】このために、ステータ８２の外周を取り巻
くように空気通路４４が形成されており、空気通路４４
を冷却用の空気が通過することによって、空冷でビルト
インモータ８を冷却するようになっている。前述のよう
に、送風機１３の羽根車１３ａを回転させると、主軸台
４、排気ダクト１内等の空気が排気口１２より排気され
る。それに伴って、冷却用の空気として、スプラッシュ
ガード９の外部からの室温空気が吸気ダクト２，３を介
して主軸台側吸気口４２，４３から吸入されるため、空
気の温度が低く冷却効果が高い。

【００２３】空気通路４４を通過した空気は、主軸台側
排気口４１から排気ダクト１に排気され、排気口１２，
１２ａからスプラッシュガード９の外部に排出される。
このように、ビルトインモータ８を冷却して温度の上が
った空気は、スプラッシュガード９の外部の工作機械の
基体にあたらない方向に排出され、工作機械の機体に再
び接触することがないため、冷却後の温度の上昇した排
気により工作機械が熱変位を起こすことがない。

【００２４】また、図５に示すように、主軸台側吸気口
４２，４３は、主軸台４の案内面側（Ｚ軸ガイドレール
４７ａ側）の基部近傍に設けられており、吸気ダクト
２，３は、それぞれ主軸台側吸気口４２，４３に連通す
るように取り付けられている。そして、主軸台側排気口
４１は案内面側とは反対側に設けられている。このよう
に配置することにより、温度の低い冷却用の空気は、ま
ず主軸台４の案内面側の基部を冷却し、その後、空気通
路４４を通過して排出される。そのため主軸台４の基部
側がより多く冷却されるようになり、主軸５の中心位置
の熱変位はより少なくなる。なぜならば、主軸５の中心
位置から案内面側の部分の主軸台４の熱膨張は、直接、
主軸５の中心位置の熱変位量に結びつくからである。

【００２５】さらに、図５に示すように、吸気ダクト
２，３、主軸台側吸気口４２，４３、空気通路４４、主
軸台側排気口４１および排気ダクト１は、Ｘ軸方向に関
して熱的に対称な構造とされている。このため、主軸台
４が熱変形を起こしたとしても、主軸５の中心位置はＸ
軸方向には変位しない。この工作機械では、刃物台と主
軸台４との相対的な切込み送り方向がＸ軸方向であるた
め、主軸５の中心位置のＸ軸方向の変位は、工作物の加
工径の精度に直接的な影響を及ぼす。それに比較する
と、Ｘ，Ｚ両軸と直交するＹ軸方向の主軸５の中心位置
の変位は、加工径の精度に及ぼす影響が極めて小さい。

【００２６】このように、加工精度に対する影響が顕著
に現れる方向（この場合はＸ軸方向）に関して、主軸台
および冷却装置を熱対称の構造および配置とすることに
より、加工精度を向上させることができる。すなわち、
主軸５の中心位置を通り、かつ、Ｙ−Ｚ軸平面と平行な
平面に対して、主軸台、冷却装置を熱対称とすることに
より、加工精度に対する影響をほとんどなくすことがで
きる。

【００２７】図６は、吸気ダクト、排気ダクトおよび空
気通路の配置の他の形態を示す図である。この形態の主
軸台４ａでは、２つの主軸台側吸気口４２，４３ととも
に２つの主軸台側排気口４１ａ，４１ｂが設けられてい
る。主軸台側吸気口４２，４３には、それぞれ吸気ダク
ト２，３が接続されており、主軸台側排気口４１ａ，４
１ｂには、それぞれ排気ダクト１ａ，１ｂが接続されて
いる。このため、主軸台４ａおよび冷却装置の構造が、
Ｘ軸方向に関して熱対称となるだけでなく、Ｙ軸方向に
関しても熱対称に近い構造となる。これにより、Ｘ軸方
向だけでなくＹ軸方向の熱変位も小さくすることができ
る。

【００２８】なお、以上の実施の形態においては、工作
機械として主軸軸線が鉛直方向に設けられている立て旋
盤の場合を例にとって説明したが、これに限らず任意の
工作機械にも適用可能である。すなわち、主軸軸線が水
平方向の通常の旋盤や、ターニングセンタ、研削盤、マ
シニングセンタといった任意の工作機械の主軸台の冷却
に適用することができる。また、以上の実施の形態にお
いては、ビルトインモータ８を主な発熱体として冷却す
るようにしているが、主軸５を軸支する軸受４５，４６
も主軸の回転によって熱を発生する発熱体であるので、
軸受４５，４６も冷却するようにしてもよい。

【００２９】さらに、主軸台を主軸軸線方向およびこの
主軸軸線と直交する方向に移動する工作機械で説明を行
っているが、主軸台が両方向またはどちらか一方の方向
に移動しない工作機械や、主軸台が主軸軸線方向を含む
直交３軸方向に移動する工作機械であってもよい。ま
た、スプラッシュガードも、工作機械の構成によって種
々のものを使用することができる。すなわち、加工領域
から切り屑、切削油剤等が加工領域外へ飛散することを
防止する囲いとなるものであればよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。

【００３１】冷却用の空気をスプラッシュガードの外方
から吸入するようにしたので、室温の空気により主軸台
内部の発熱体を冷却することができ、冷却能力が向上す
る。また、冷却後の排気をスプラッシュガードの外方に
排出するようにしたので、冷却後の温度の上昇した排気
が工作機械の機体に再び接触することがないため、排気
との接触による工作機械の熱変位を発生させることがな
い。さらに、主軸台および冷却装置が、熱変位による加
工精度への影響が顕著に現れる方向に関して、熱対称と
なるように設けられているので、加工精度が向上する。

【００３２】吸気ダクト吸気口が水平方向に向かって開
口しているので、工場内に浮遊する塵埃等の異物が吸気
口から入りにくくなる。

【００３３】排気ダクトの排気口が水平方向に向かって
開口しているので、送風機の停止時にも工場内に浮遊す
る塵埃等の異物が排気口から進入しにくくなる。また、
排出された空気が工作機械の主要部に当たらないように
配置されているので、冷却後の温度の上昇した排気が工
作機械の機体に再び接触することがないため、排気との
接触による工作機械の熱変位を発生させることがない。

【００３４】主軸台側吸気口が主軸台の案内面側に、主
軸台側排気口が主軸台の案内面と反対側に設けられてい
るので、主軸台の基部側がより多く冷却されるようにな
り、主軸の中心位置の熱変位をより減少させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を適用する工作機械の主軸台近
傍を示す正面図である。

【図２】図２は、図１における矢視Ａによる側面図であ
る。

【図３】図３は、図１における矢視Ｂによる平面図であ
る。

【図４】図４は、主軸台の図１におけるＣ−Ｃ矢視断面
図である。

【図５】図５は、主軸台の図４におけるＤ−Ｄ矢視断面
図である。

【図６】図６は、吸気ダクト、排気ダクトおよび空気通
路の配置の他の形態を示す図である。

【符号の説明】

１…排気ダクト ２，３…吸気ダクト ４…主軸台 ５…主軸 ６…チャック ７…タレット ８…ビルトインモータ ９…スプラッシュガード １１…接続部 １２，１２ａ…排気口 １３…送風機 ２１，３１…接続部 ２２，３２…吸気口 ２３，３３…ひさし状部材 ４１…主軸台側排気口 ４２，４３…主軸台側吸気口 ４４…空気通路 ４５，４６…軸受 ４７ａ…Ｚ軸ガイドレール ４８…Ｚ軸サーボモータ ４９…主軸台カバー ７１…バイト ８１…ロータ ８２…ステータ ９１，９３，９４…ワイパ １００…加工領域 １０２…カバー １０３…仕切りカバー １０４…側方ワイパ １０５…下方ワイパ １１０…ベッド １１１…サドル １１２…Ｘ軸ガイドレール

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作物の加工に使用する領域である加工領
   域を覆うスプラッシュガード（９）と、 主軸（５）を回転可能に支持し、主軸台側吸気口（４
   ２，４３）および主軸台側排気口（４１）が形成された
   主軸台（４）と、 一端が前記主軸台側吸気口（４２，４３）に連通するよ
   うに設けられ、他端の吸気口（２２，３２）が前記スプ
   ラッシュガード（９）の外方に位置している吸気ダクト
   （２，３）と、 一端が前記主軸台側排気口（４１）に連通するように設
   けられ、他端の排気口（１２）が前記スプラッシュガー
   ド（９）の外方に位置している排気ダクト（１）と、 前記主軸台（４）内部に設けられ、前記主軸台（４）の
   前記主軸台側吸気口（４２，４３）および前記主軸台側
   排気口（４１）と連通するとともに、前記主軸（５）を
   回転させたときに熱を発生する発熱体（８）の外周部に
   形成され空気が流通可能な冷却通路（４４）と、 前記排気ダクト（１）の前記排気口（１２）近傍に設け
   られ、前記排気ダクト（１）から空気を排出する送風機
   （１３）とを有し、 前記主軸台側吸気口（４２，４３）、前記主軸台側排気
   口（４１）および前記冷却通路（４４）は、前記発熱体
   （８）からの発熱で生じる熱変位による前記工作物の加
   工精度への影響が顕著に現れる方向に関して、熱対称と
   なるように設けられているものである工作機械における
   主軸台冷却装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載した工作機械における主軸
   台冷却装置であって、 前記主軸台（４）は、前記主軸（５）をその軸線方向が
   ほぼ鉛直方向になるように支持しているものである工作
   機械における主軸台冷却装置。
3. 【請求項３】請求項１，２のいずれか１項に記載した工
   作機械における主軸台冷却装置であって、 前記発熱体は、前記主軸（５）に設けられたロータ（８
   １）と前記主軸台（４）に設けられたステータ（８２）
   とからなり、前記主軸（５）を回転駆動するためのビル
   トインモータ（８）である工作機械における主軸台冷却
   装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載した工
   作機械における主軸台冷却装置であって、 前記吸気ダクト（２，３）は少なくとも２本設けられ、
   かつ、前記発熱体（８）からの発熱で生じる熱変位によ
   る前記工作物の加工精度への影響が顕著に現れる方向に
   対して、熱対称となるように設けられているものである
   工作機械における主軸台冷却装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載した工
   作機械における主軸台冷却装置であって、 前記吸気ダクト（２，３）の前記吸気口（２２，３２）
   は、水平方向に向かって開口しているものである工作機
   械における主軸台冷却装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載した工
   作機械における主軸台冷却装置であって、 前記排気ダクト（１）の前記排気口（１２）は、水平方
   向に向かって開口し、かつ、排出された空気が工作機械
   の主要部に当たらないように配置されているものである
   工作機械における主軸台冷却装置。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載した工
   作機械における主軸台冷却装置であって、 前記主軸台（４）は、前記主軸（５）の軸線と平行な方
   向に移動可能に設けられており、 前記主軸台側吸気口（４２，４３）の少なくとも一つ
   は、前記主軸台（４）の案内面側に設けられているもの
   である工作機械における主軸台冷却装置。