JP2002160141A - 工作機械の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配索スペースを縮小して装置本体を小型化で
きるとともに、部品点数を削減してコストを低減できる
工作機械の冷却装置を提供する。 【解決手段】 主軸１１を主軸機構及び送り機構を介し
て相対移動させることにより所定のワーク加工を行なう
横型マシニングセンタ（工作機械）において、上記主軸
機構の主軸モータ１５及び送り機構のサーボモータ１３
からの熱を放熱させるようにした冷却装置であって、上
記各モータ１５，１３にそれぞれ作動液が封入されたヒ
ートパイプ２５、３１の一端部２５ａ，３１ａを接続す
るとともに、他端部２５ｂ，３１ｂを放熱板２６，３２
に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸を主軸機構及
び送り機構の各駆動モータにより相対移動させることに
より所定のワーク加工を行なうようにした工作機械に関
し、詳細には上記各駆動モータからの発熱を放熱するこ
とにより上記駆動モータを冷却するようにした冷却装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、工作機械では、主軸を回転駆動
する主軸機構の主軸モータや主軸を移動させる送り機構
のサーボモータからの発熱による加工精度への影響を回
避するために冷却装置を備える場合がある。

【０００３】このような主軸機構の冷却装置として、従
来、図４に示すものがある。これは主軸頭５０内に主軸
５１を回転駆動する主軸モータ５２を内蔵したものであ
り、上記主軸頭５０内に主軸モータ５２のステータ５２
ａの外周を囲むように冷却通路５３を形成し、該冷却通
路５３の上流端５３ａにトロコイドポンプ５６が介設さ
れた供給ホース５４を接続するとともに、下流端５３ｂ
に回収ホース５５を接続し、両ホース５４，５５をクー
ラタンク５７に接続した構造となっている。そしてトロ
コイドポンプ５６により冷却液を冷却通路５３に供給す
るとともに回収ホース５５を介して回収することにより
主軸モータ５２を冷却する。

【０００４】また、図示していないが、送り機構の冷却
装置としては、従来、サーボモータに搭載された送風フ
ァンにより冷却するのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の主軸モータの冷却装置では、トロコイドポンプで冷
却液を供給するとともに各ホースを介して循環させる構
造を採用しており、トロコイドポンプ及び供給，回収ホ
ースを配索するためのスペースを確保する必要があり、
装置全体が大型化するとともに、部品点数が増える分だ
けコストが上昇するという問題がある。

【０００６】また上記従来のサーボモータを送風ファン
で冷却する構造の場合には、冷却ファンの分だけ部品コ
ストが上昇するとともに、モータが大型化するという上
記同様の問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、配索スペースを縮小して装置本体の大型化を
回避できるとともに、部品点数を削減してコストを低減
できる工作機械の冷却装置を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、主軸
を主軸機構及び送り機構を介して相対移動させることに
より所定のワーク加工を行なう工作機械の、上記主軸機
構及び送り機構の各駆動モータからの熱を放熱させるこ
とにより上記駆動モータを冷却するようにした冷却装置
において、上記各駆動モータにヒートパイプの一端部を
接続し、該各ヒートパイプの他端部を放熱板に接続し、
該ヒートパイプを、パイプ本体内に作動液を封入してな
り、該パイプ本体の一端側にて上記駆動モータの熱を作
動液が蒸発することによって吸収し、該吸収した熱を蒸
気流により他端側に熱輸送するとともに該他端側にて蒸
気の凝縮によって放熱するように構成されたものとした
ことを特徴としている。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、上
記各放熱板は共通の冷却液中に浸漬されていることを特
徴としている。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、上記主軸機構の駆動モータには冷却液が充填された
冷却通路が形成されており、該冷却通路に上記ヒートパ
イプの一端部が接続されていることを特徴としている。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１又は２におい
て、上記送り機構の駆動モータの外表面には放熱板が貼
着されており、該放熱板に上記ヒートパイプの一端部が
接続されていることを特徴としている。

【００１２】

【発明の作用効果】請求項１の発明にかかる冷却装置に
よれば、主軸機構及び送り機構の各駆動モータに作動液
が封入されたヒートパイプの一端部を接続するととも
に、他端部を放熱板に接続したので、各駆動モータから
の熱はヒートパイプの一端部側にて作動液が蒸発するこ
とによって吸収され、該吸収した熱は蒸気流により他端
部側に熱輸送されるとともに該他端部側にて蒸気の凝縮
によって放熱板を介して放熱される。そしてこの放熱に
よって凝縮した作動液は一端部側に還流されることとな
る。このようにして各駆動モータの熱は外部に放熱され
ることとなり、熱変位による加工精度への影響を防止で
きる。

【００１３】また１本のヒートパイプにより駆動モータ
の冷却を行なうことができ、従来のトロコイドポンプ，
回収ホース及び送風ファン等を不要にでき、配索スペー
スを縮小して装置本体を小型化できるとともに、部品点
数を削減してコストを低減できる。

【００１４】さらに上記ヒートパイプにより各駆動モー
タの熱を放熱するするようにしたので、大量な熱輸送が
可能となり、冷却効率を高めることができるとともに、
温度制御を精度よく行なうことができる。

【００１５】請求項２の発明では、各放熱板を共通の冷
却液中に浸漬したので、放熱板の冷却効率を高めること
ができ、また各ヒートパイプの放熱を１ヶ所で行なうこ
とができ、機械本体の冷却効率を向上できる。

【００１６】請求項３の発明では、主軸モータの冷却通
路に冷却液を充填し、該冷却通路に上記ヒートパイプを
接続したので、従来のトロコイドポンプ，回収ホースを
不要にでき、上記同様に小型化できるとともに、コスト
を低減できる。

【００１７】請求項４の発明では、送り機構のサーボモ
ータの外表面に放熱板を貼着し、該放熱板にヒートパイ
プを接続したので、従来の送風ファンを不要にでき、こ
の場合にも上記同様に小型化できるとともに、コストを
低減できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１９】図１ないし図３は、本発明の一実施形態に
よる工作機械の冷却装置を説明するための図であり、図
１は冷却装置が配設された横型マシニングセンタの斜視
図、図２は冷却装置の全体構成図、図３はヒートパイプ
の動作を説明するための模式図である。

【００２０】図において、１は横型マシニングセンタ
（工作機械）を示しており、この横型マシニングセンタ
１は機械本体２の外方をカバー３により覆った構造のも
のである。

【００２１】機械正面から見て、上記機械本体２のベッ
ド３の後端部にはコラム４が一対のリニアガイド５によ
りＸ軸方向（左右方向）に移動可能に配設されており、
このコラム４の前面にはサドル６が一対のリニアガイド
７によりＹ軸方向（上下方向）に移動可能に配設されて
いる。また上記ベッド３の手前側には加工テーブル８が
一対のリニアガイド９によりＺ軸方向（前後方向）に移
動可能に配設されている。

【００２２】上記コラム４，サドル６，及び加工テーブ
ル８はそれぞれ独立して配設された送り機構（不図示）
により往復駆動される。この送り機構は、上記コラム
４，サドル６，及び加工テーブル８のナットにボールね
じを螺合挿入し、該ボールねじをサーボモータ１３で回
転駆動する構造となっている。

【００２３】上記サドル６には略円筒状の主軸頭１０が
軸線を水平に向けて固定されている。この主軸頭１０内
には主軸１１が挿入配置されており、該主軸１１は複数
の軸受１２により回転自在に支持されている。この主軸
１１には工具Ｔが着脱可能に装着されている。

【００２４】また上記主軸頭１０内には主軸１１を回転
駆動する主軸機構としての主軸モータ１５が組み込まれ
ている。この主軸モータ１５は、上記主軸頭１０の内周
面にスリーブ１６を介してステータ１７を挿入固定し、
上記主軸１１にステータ１７と対向するようにロータ１
８を装着固定した構造のものである。上記主軸モータ１
５により主軸１１を回転駆動しつつ、上記各サーボモー
タ１３によりＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に相対移動させるこ
とにより所定のワーク加工が行われる。

【００２５】上記機械本体２には本実施形態の特徴をな
す冷却装置が配設されている。この冷却装置は、主とし
て上記主軸モータ１５，各サーボモータ１３を冷却する
ためのものであり、以下の構造を有している。

【００２６】上記主軸頭１０のスリーブ１６にはステー
タ１７及び軸受１２の外周部を囲むように冷却通路２０
が螺旋状に形成されており、この冷却通路２０内には冷
却オイル２１が充填されている。また上記冷却通路２０
にはアルミあるいはヒートパイプからなる熱伝導部材２
２が挿入されており、該熱伝導部材２２は上記冷却通路
２０を油密に閉塞するとともに、上記冷却オイル２１中
に浸漬されている。

【００２７】上記熱伝導部材２２にはヒートパイプ２５
の一端部２５ａが接続されており、該ヒートパイプ２５
の他端部２５ｂにはアルミ板あるいはヒートレーンから
なる放熱板２６が接続されている。

【００２８】上記ヒートパイプ２５は、図３に示すよう
に、熱伝導率の高いアルミ製パイプ本体内に毛細管物質
（不図示）をライニングするとともに、部分真空中に少
量の作動液ａを封入した金属封管よりなるものである。
上記ヒートパイプ２５の一端部２５ａ側にて冷却オイル
２１の熱を作動液ａが蒸発（破線参照）することによっ
て吸収し、この吸収した熱は蒸気流となって他端部２５
ｂ側に熱輸送され、該他端部２５ｂにて蒸気の凝縮（実
線参照）によって放熱される。そして放熱によって凝縮
した作動液ａは一端部２５ａ側に還流される。なお、上
記ヒートレーンにおいても上記ヒートパイプ２５と略同
様の機能を有している。

【００２９】また上記サーボモータ１３の外表面にはア
ルミあるいはヒートレーンからなる複数枚の放熱板３０
が貼着固定されている。この各放熱板３０にはヒートパ
イプ３１の途中から複数に分岐された分岐パイプの各一
端部３１ａが接続されており、該ヒートパイプ３１の他
端部３１ｂにはアルミ板あるいはヒートレーンからなる
放熱板３２が接続されている。

【００３０】また、図示しないが、上記機械本体２に配
設された油圧ポンプ，等の発熱部には上記同様のヒート
パイプ３３の一端部が接続されており、他端部３３ｂに
は放熱板３４が接続されている。

【００３１】上記各放熱板２６，３２，３４は共通の冷
却液４０中に浸漬されている。この冷却液４０はクーラ
タンク４１内に貯留されており、該クーラタンク４１の
底壁にはバイパス管４２が接続され、該バイパス管４２
の途中には冷却器４３が介設されている。この冷却器４
３はバイパス管４２の流入側４２ａから流入した冷却液
４０を冷却して流出側４２ｂからクーラタンク４１内に
戻すようになっており、これにより冷却液温度を所定値
に保持している。

【００３２】次に本実施形態の作用効果について説明す
る。

【００３３】主軸モータ１５，各サーボモータ１３の運
転により発生した熱は、ヒートパイプ２５，３１の作動
液ａが蒸発することで吸収され、該作動液ａの蒸気が他
端部２５ｂ，３１ｂ側に移動することで熱輸送され、該
蒸気が他端部２５ｂ，３１ｂ側にて凝縮することで放熱
板２６，３２を介して冷却液４０中に放熱される。そし
て上記凝縮した作動液ａは一端部２５ａ，３１ａ側に還
流され、再び熱を吸収して熱輸送を行なう。このように
して主軸モータ１５，各サーボモータ１３，ならびに油
圧ポンプ等からの熱が放熱されることとなる。

【００３４】このように本実施形態によれば、送り機構
の各サーボモータ１３及び主軸機構の主軸モータ１５に
それぞれヒートパイプ２５，３１の一端部２５ａ，３１
ａを接続するとともに、他端部２５ｂ，３１ｂに放熱板
２６，３２に接続したので、各モータ１３，１５からの
熱を外部に放熱することができ、異常温度上昇による加
工精度への影響を防止できる。

【００３５】また各モータ１３，１５を１本のヒートパ
イプ２５，３１により冷却することができ、従来のトロ
コイドポンプ，回収ホース及び送風ファンを不要にで
き、配索スペースを縮小でき、装置全体を小型化できる
とともに、部品点数を削減でき、コストを低減できる。

【００３６】さらに上記ヒートパイプ２５，３１により
放熱するようにしたので、大量な熱輸送が可能となり、
冷却効率を高めることができるとともに、温度制御を精
度よく行なうことができる。

【００３７】本実施形態では、各放熱板２６，３２，３
４を共通のクーラタンク４１内に貯留した冷却液４０よ
り冷却するようにしたので、各放熱板２６，３２，３４
の冷却効率を高めることができ、また各ヒートパイプ２
５，３１，３３の放熱を１ヶ所で行なうことができ、機
械本体の冷却効率を向上でき、省エネルギー化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による冷却装置が配設され
た横型マシニングセンタの斜視図である。

【図２】上記冷却装置の全体構成図である。

【図３】上記冷却装置のヒートパイプの動作を説明する
ための概略図である。

【図４】従来の一般的な主軸機構の冷却装置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 横型マシニングセンタ（工作機
械） １１ 主軸 １３ サーボモータ（送り機構） １５ 主軸モータ（主軸機構） ２０ 冷却通路 ２１ 冷却液 ２５，３１，３３ ヒートパイプ ２５ａ，３１ａ 一端部 ２５ｂ，３１ｂ 他端部 ２６，３０，３２，３４ 放熱板 ４０ 冷却液 ａ 作動液

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸を主軸機構及び送り機構を介して相
   対移動させることにより所定のワーク加工を行なう工作
   機械の、上記主軸機構及び送り機構の各駆動モータから
   の熱を放熱させることにより上記駆動モータを冷却する
   ようにした冷却装置において、上記各駆動モータにヒー
   トパイプの一端部を接続し、該各ヒートパイプの他端部
   を放熱板に接続し、該ヒートパイプを、パイプ本体内に
   作動液を封入してなり、該パイプ本体の一端側にて上記
   駆動モータの熱を作動液が蒸発することによって吸収
   し、該吸収した熱を蒸気流により他端側に熱輸送すると
   ともに該他端側にて蒸気の凝縮によって放熱するように
   構成されたものとしたことを特徴とする工作機械の冷却
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記各放熱板は共通
   の冷却液中に浸漬されていることを特徴とする工作機械
   の冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、上記主軸機構
   の駆動モータ内には冷却液が充填された冷却通路が形成
   されており、該冷却通路に上記ヒートパイプの一端部が
   接続されていることを特徴とする工作機械の冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、上記送り機構
   の駆動モータの外表面には放熱板が貼着されており、該
   放熱板に上記ヒートパイプの一端部が接続されているこ
   とを特徴とする工作機械の冷却装置。