JP2003094286A - 回転主軸の冷却構造 - Google Patents

回転主軸の冷却構造

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JP2003094286A
JP2003094286A JP2001285319A JP2001285319A JP2003094286A JP 2003094286 A JP2003094286 A JP 2003094286A JP 2001285319 A JP2001285319 A JP 2001285319A JP 2001285319 A JP2001285319 A JP 2001285319A JP 2003094286 A JP2003094286 A JP 2003094286A
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hollow
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cooling
flow path
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JP2001285319A
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Katsuto Endo
克仁 遠藤
Yoshiaki Kai
義章 甲斐
Yutaka Asanome
裕 浅野目
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸周りのバランスに優れ、且つ熱膨張によっ
てもバランスが崩れにくく、従って、高速回転に適した
回転主軸の冷却構造を提供する。 【解決手段】 主軸1の内部には、主軸1と同心の円筒
状の中空部が形成され、その中に主軸1と同心の中空円
筒状の第一中空部材3が嵌め込まれている。この第一中
空部材3の外周には、インボリュートスプライン形状の
歯が形成され、互いに隣接する前記各歯と主軸1の内周
面との間には第一の流路6が形成されている。第一中空
部材3の内側には、更に、主軸1と同心の中空円筒状の
第二中空部材4が嵌め込まれ、第一中空部材3の内周と
第二中空部材4の外周との間には第二の流路7が形成さ
れている。冷却油は、第一の流路6の中を上記の歯型に
沿って先端方向に向かって流れ、主軸1を内側から冷却
した後、第一中空部材3の先端で方向を反転し、第二の
流路7の中を後端方向に向かって流れる。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械で使用さ
れるスピンドルユニットなどの回転主軸の冷却部の構造
に係る。 【0002】 【従来の技術】スピンドルユニットでは、高速回転を行
う場合、軸受部の摩擦熱などに起因する主軸の熱膨張が
問題になる。主軸の温度上昇を抑えるため、主軸の発熱
部であるモータ及び軸受を冷却するための構造が各種知
られている。 【0003】従来の主軸の冷却部の構造の一例として、
実開平6−27047号公報に記載されている「主軸冷
却構造」がある。この構造では、主軸の内側に、外周に
複数条の螺旋溝が形成された中空円筒状の部材(「イン
ナーケーシング」)を嵌め込み、螺旋溝と主軸の内周の
間に形成されるクーラント溝内にクーラントを流すこと
によって、主軸を内側から冷却している。 【0004】(従来技術の問題点)上記の構造では、イ
ンナーケーシングの外周に螺旋溝が形成されているの
で、インナーケーシング単体での軸周りのバランスが取
り難い。そのため、上記の構造は、高速回転の際にアン
バランスによる騒音及び振動が発生し易く、高速回転に
適しているとは言えない。そのうえ、高速回転中、ベア
リング及びロータの摩擦熱による熱膨張に伴い、主軸が
螺旋溝に沿って捩れるように変形する。このような変形
は、当該構造が使用された工作機械の加工精度を低下さ
せる要因となる。 【0005】更に、主軸の軸方向の断面に注目すると、
隣り合った螺旋溝を、往路側の冷たい冷却油と復路側の
暖かい冷却油が交互に流れることになるので、上記の構
造は冷却効率的にも不利なものとなっている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来のスピンドルユニットの冷却部の構造についての
問題に鑑み成されたもので、本発明の目的は、軸周りの
バランスに優れ、且つ熱膨張によってもバランスが崩れ
にくく、従って、高速回転に適した回転主軸の冷却構造
を提供することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明の回転主軸の冷却
構造は、軸受機構によって支持される部分の内部に、同
心の円筒状の中空部が形成された回転主軸と、この中空
部の中に嵌め込まれ、回転主軸と同心の中空円筒状の形
状を備え、外周にスプライン形状の歯が形成され、互い
に隣接する前記各歯と回転主軸の内周面との間で第一の
流路を形成する第一中空部材と、この第一中空部材の内
側に嵌め込まれ、回転主軸と同心の中空円筒状の形状を
備え、第一中空部材の内周との間で第二の流路を形成す
る第二中空部材とを備え、冷却用の流体が、前記第一の
流路の中を回転主軸の後端から先端に向かって流れ、前
記第一中空部材の先端に到達した後、前記第二の流路の
中を回転主軸の先端から後端に向かって流れるように構
成されていることを特徴とする。 【0008】本発明の回転主軸の冷却構造によれば、前
記第一中空部材の外周にインボリュートスプライン形状
の歯を設けることによって冷却用の流体の往路側の流路
(第一の流路)を構成しているので、従来のような螺旋
溝の場合とは異なり、軸周りのバランスを取ることが比
較的容易である。また、熱膨張が軸対称に生ずるので、
熱膨張によって軸周りのバランスが崩れることがない。 【0009】従って、本発明の冷却構造を備えた回転主
軸は、高速回転の際に騒音及び振動が発生しにくい。更
に、この回転主軸を工作機械に適用すれば、高い加工精
度を実現することができる。 【0010】 【発明の実施の形態】図1及び図2に、本発明の冷却構
造を備えた回転主軸の例を示す。なお、図1は、主軸及
び軸受ユニットの軸方向の断面図、図2は、主軸の内部
に設けられた冷却構造の軸に対して垂直方向の断面図で
ある。図中、1は主軸(回転主軸)、3は第一中空部
材、4は第二中空部材、6は第一の流路、7は第二の流
路である。 【0011】主軸1の先端(図示せず、図では左側)に
は、工具等が保持される。主軸1は、その後端部(図で
は右側)で軸受ユニットによって支持されている。 【0012】この例では、軸受ユニットは、予圧機構を
備え、4個のアンギュラベアリング11a〜d、内輪間
座12、外輪間座13、ベアリングスリーブ14、スナ
ウト15などから構成されている。各2個のアンギュラ
ベアリング(11a、11bと11c、11d)は、互
いに背面を向けた状態で、主軸1の後端部近傍に装着さ
れている。双方のアンギュラベアリングのインナーレー
スの間には内輪間座12が配置され、アウターレースの
間には外輪間座13が配置されている。後端側に配置さ
れたアンギュラベアリング11aのインナーレースの背
面(後端側の端面)は、主軸後端のフランジ状の径拡大
部に接している。先端側に配置されたアンギュラベアリ
ング11dのインナーレースの背面(先端側の端面)に
は、ストッパ17が押し当てられている。これに対応し
て、後端側に配置されたアンギュラベアリング11aの
アウターレースの背面(後端側の端面)には、前蓋18
が押し当てられている。 【0013】予め、内輪間座12と外輪間座13の長さ
の差を適切な値に設定するとともに、ストッパ17を用
いてアンギュラベアリング11bと11cの間の間隔を
設定することによって、アンギュラベアリング11a〜
dに予圧が付加される。更に、前蓋18の軸方向の位置
(ねじ込み量)を調整することによって、予圧量の微調
整が行われる。 【0014】アンギュラベアリング11a〜d及び外輪
間座13の外側には、それらの全体を覆うように、ベア
リングスリーブ14が装着されている。スリーブ14の
周囲は、更に、スナウト15によって覆われている。 【0015】主軸1の内部には、上記の軸受ユニットに
よって支持される部分の内側において、主軸1と同心の
円筒状の中空部が形成されている。この中空部の中に第
一中空部材3が嵌め込まれている。この第一中空部材3
は、主軸1と同心の中空円筒状の形状を備え、その外周
には、図2に示すように、インボリュートスプライン形
状の歯が形成されている。互いに隣接する前記各歯と主
軸1の内周面との間には、軸方向の流路(第一の流路
6)が形成されている。 【0016】更に、この第一中空部材3の内側には、第
二中空部材4が嵌め込まれている。この第二中空部材4
も、主軸1と同心の中空円筒状の形状を備えている。第
一中空部材3の内周と第二中空部材4の外周との間に
は、環状の流路(第二の流路7)が形成されている。 【0017】主軸1の後端部(図では右端)には、プラ
グ5が取り付けられている。プラグ5の内部には、冷却
油の供給用の孔5a及び排出用の孔5bが形成されてい
る。プラグ5は、回転継手(図示せず)を介してオイル
クーラント装置(図示せず)に接続されている。 【0018】冷却油は、オイルクーラント装置から、回
転継手及びプラグ5の孔5aを経て、第一中空部材3の
外側の第一の流路6の中に導入される。次いで、冷却油
は、第一の流路6の中を、上記のインボリュートスプラ
イン形状の歯に沿って先端方向に向かって(図では右か
ら左へ)流れる。これにより、アンギュラベアリング5
a〜dから発生した熱が冷却油に吸収され、主軸1が内
側から冷却される。 【0019】冷却油は、第一中空部材3の先端に到達す
ると、そこで方向を反転し、第一中空部材3の内側の第
二の流路7の中を後端方向に向かって(図では左から右
へ)流れる。次いで、冷却油は、プラグ5の孔5b及び
回転継手を経て、オイルクーラント装置へ戻る。 【0020】冷却油の流路を上記のように形成すること
によって、主軸1を内部から効率良く冷却することがで
きる。また、主軸1、第一中空部材3及び第二中空部材
4が、いずれも軸対称の形状で形成されているので、軸
周りのバランスを取ることが容易であり、高速回転に伴
う騒音や振動の発生を防止することができる。更に、主
軸1、第一中空部材3及び第二中空部材4の熱膨張が、
軸対称に生ずるので、熱膨張によって軸周りのバランス
が崩れることもない。 【0021】前述した実施の形態では、外周にインボリ
ュートスプライン形状の歯が形成された第一中空部材3
を用いた例を示したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、スプライン形状の歯が形成された第一中空部材
3を用いてもよい。しかし、インボリュートスプライン
形状の歯の方が、スプライン形状の歯よりもより効果は
絶大である。 【0022】 【発明の効果】本発明の回転主軸の冷却構造は、軸周り
のバランスを取ることが比較的容易である。また、熱膨
張が軸対称に生ずるので、熱膨張によって軸周りのバラ
ンスが崩れることがない。 【0023】従って、本発明の冷却構造を備えた回転主
軸は、高速回転の際に騒音及び振動が発生しにくい。更
に、この回転主軸を工作機械に適用すれば、高い加工精
度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の冷却構造を備えた回転主軸の概要を示
す軸方向の断面図。 【図2】主軸の内部に設けられた冷却構造の軸に対して
垂直方向の断面図。 【符号の説明】 1・・・主軸、 3・・・第一中空部材、 4・・・第二中空部材、 5・・・プラグ、 6・・・第一の流路、 7・・・第二の流路、 11a〜d・・・アンギュラベアリング、 12・・・内輪間座、 13・・・外輪間座、 14・・・ベアリングスリーブ、 15・・・スナウト、 17・・・ストッパ、 18・・・前蓋。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野目 裕 静岡県沼津市大岡2068の3 東芝機械株式 会社内 Fターム(参考) 3C011 FF00

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 軸受機構によって支持される部分の内部
    に、同心の円筒状の中空部が形成された回転主軸と、 この中空部の中に嵌め込まれ、回転主軸と同心の中空円
    筒状の形状を備え、外周にスプライン形状の歯が形成さ
    れ、互いに隣接する前記各歯と回転主軸の内周面との間
    で第一の流路を形成する第一中空部材と、 この第一中空部材の内側に嵌め込まれ、回転主軸と同心
    の中空円筒状の形状を備え、第一中空部材の内周との間
    で第二の流路を形成する第二中空部材とを備え、 冷却用の流体が、前記第一の流路の中を回転主軸の後端
    から先端に向かって流れ、前記第一中空部材の先端に到
    達した後、前記第二の流路の中を回転主軸の先端から後
    端に向かって流れるように構成されていることを特徴と
    する回転主軸の冷却構造。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017159388A (ja) * 2016-03-08 2017-09-14 三井精機工業株式会社 工作機械の送り軸冷却構造
CN109173833A (zh) * 2018-11-21 2019-01-11 深圳市杰维工业设备有限公司 一种高速分散机构

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JPH0253342A (ja) * 1988-08-18 1990-02-22 Mitsubishi Electric Corp データ受信装置
JPH0425343A (ja) * 1990-05-21 1992-01-29 Makino Milling Mach Co Ltd 機械の主軸用軸受の冷却方法

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