JPH07237085A - 加工機の主軸冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の主軸を各々適切な温度で冷却でき、冷
却効率のよい加工機の主軸冷却装置を提供する。 【構成】 複数の主軸３を有する加工機の基底部１に送
出ポンプ１５を設ける。送出ポンプ１５を接続チューブ
１３を介してモータにより回転するファンが内蔵された
冷却器１６に接続する。冷却器１６の数を主軸３の数と
対応させ、それぞれの冷却器１６を対応する主軸３に接
続チューブ１３を介して接続する。ファンを駆動させる
ファン用モータ１７を、制御回路１８に接続する。制御
回路１８に、主軸３の温度を検出するための検出手段１
９を接続する。制御回路１８に、ファン用モータ１７に
接続された回転数制御部２０と、検出手段１９に接続さ
れた回転数指令部２１とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば回転する主軸
の先端に取り付けられたドリルによって、プリント基板
の穴あけ加工をおこなう加工機に設けられる加工機の主
軸冷却装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】駆動機構によって作動する主軸を有し、
この主軸の先端に設けられた工具で被加工物を加工する
加工機には、金属加工用、木材加工用など、様々のもの
がある。なかでも、回転する主軸の先端にドリルを設
け、このドリルによって被加工物を加工する装置は、多
くの工業製品の製造に不可欠である。そして、加工機
は、工場における大量生産の要請に応じて一度に多数の
被加工物を加工するため、加工用の工具を有する主軸を
複数設けているものが多い。

【０００３】このような加工機に備える主軸は、所定の
駆動機構によって回転する構成となっているが、作動中
に他の部材や被加工物との摩擦、およびモータや軸受部
からの熱によって発熱する。このような高温化は、主軸
の加工精度および耐久性を著しく低下させるため、作動
中に冷却する必要がある。そこで、通常の加工機には、
主軸を冷却するための冷却装置が設けられている。

【０００４】このような従来の冷却装置の一例として、
多数の主軸を有するプリント基板加工機に設けたもの
を、図面にしたがって以下に説明する。本従来例は、図
４，図５に示すように、基底部１に設けられたテーブル
２上にプリント基板を乗せ、このプリント基板に、上下
に移動する主軸３の下端に装着されたドリル４によって
穴を開けるものである。

【０００５】テーブル２上には、サブプレート５が水平
方向に設けられている。このテーブル２は、駆動源（図
示せず）により前後および左右方向に移動可能な構成と
なっている。このようなテーブル２の上方に、主軸３が
設けられているが、この主軸３を胴部７を介して後方か
ら支持しているのが背板６である。この背板６は、テー
ブル２に対して垂直な方向に設けられている。背板６に
は、テーブル２に垂直な方向に筒状の胴部７が、複数平
行に配列され固定されている。胴部７の上部には、サー
ボモータ８が設けられている。このサーボモータ８の回
転軸には、テーブル２に対して垂直な送り用軸９の上端
が接続されているので、送り用軸９はサーボモータ８の
作動により回動可能に設けられている。送り用軸９の表
面には、送り用ねじ溝９ａが形成されている。送り用ね
じ溝９ａには軸受１０が係合し、この軸受１０は送り用
軸９の回動にしたがって上下動可能な構成となってい
る。そして、送り用軸９と平行な方向に設けられた主軸
３は、軸受１０の前方に取り付けられ、軸受１０ととも
に上下動可能に設けられている。この主軸３は、主軸用
モータ（図示せず）によって回動可能な構成となってい
る。

【０００６】主軸３の下端には、図６に示すように、ド
リル４を装着するための装着穴３ａが形成され、装着穴
３ａの奥には、ドリル４をクランプするためのコレット
１１が設けられている。このコレット１１は、ドリル４
のシャンク部４ａを保持する保持爪が、円筒状に複数配
設されたものである。コレット１１の外周面はテーパ状
になっていて、装着穴３ａの外側にはテーパ穴３ｂが形
成されている。このテーパ穴３ｂは、コレット１１を引
き込んで工具をクランプするためのもので、コレット１
１のテーパ形状に対応して形成されている。したがっ
て、コレット１１は、テーパ穴３ｂ内に引き込まれたと
きに各保持爪が半径方向に閉じてドリル４のシャンク部
４ａをクランプし、テーパ穴３ｂから押し出されたとき
には各保持爪が半径方向に開いてドリル４のシャンク部
４ａをアンクランプする構成となっている。

【０００７】以上のような主軸３を冷却するために設け
られた冷却器を説明する。すなわち、冷却器１２はコン
プレッサーを用いて所望の温度に冷却することが可能な
装置であり、図４に示すように、加工機とは別体となっ
ている。この冷却器１２は、接続チューブ１３の一端に
接続され、接続チューブ１３の他端は分配器１４を介し
て各主軸３の近傍に接続されている。各接続チューブ１
３はループ状になっていて、接続チューブ１３内には冷
却水または冷却油等の冷却媒体が循環可能となってい
る。

【０００８】以上のような構成を有する従来例の作用
は、以下の通りである。すなわち、テーブル２上のサブ
プレート５にプリント基板を乗せ、駆動源によってサブ
プレート５の位置を移動させることにより位置合わせを
おこなう。そして、主軸用モータを作動させることによ
って、主軸３およびドリル４を回転させる。つぎに、サ
ーボモータ８を作動させると、送り用軸９が回転するの
で、送り用ねじ溝９ａが回転する。すると、送り用ねじ
溝９ａに係合している軸受１０が下方に移動するので、
主軸３も下方に移動する。したがって、主軸３の下端の
回転するドリル４によって、プリント基板に穴をあける
ことができる。

【０００９】このように回転する主軸３は、周囲の部材
やプリント基板との摩擦等によって発熱する。そして、
すべての主軸３はその近傍を流れる冷却媒体によって、
一律に冷却される。すなわち、冷却器１２によって冷却
された冷却媒体は、接続チューブ１３を通り分配器１４
を介して各主軸３の近傍を流れる。冷却媒体は、各主軸
３の熱を奪うことにより温度が上昇し、分配器１４を介
して冷却器１２に戻る。冷却媒体は冷却器１２において
冷却され、再び加工機側に流れて主軸３を冷却する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような加工機の主軸冷却装置には、以下のような問題点
があった。すなわち、被加工物の種類によっては、各主
軸３によってその作動状態を変化させたり、所望の主軸
３のみ作動させたりする場合があり、このような場合に
各主軸３をすべて一括に一つの冷却器１２によって冷却
することとすると、温度にばらつきを生じる。つまり、
一つの冷却器１２によって冷却をおこなうと、すべての
主軸３の冷却が一定の冷却温度によっておこなわれるこ
とになるので、回転数が低く発熱量の少ない主軸３にと
っては過冷却となり、回転数が高く発熱量の多い主軸３
にとっては冷却不足となる事態が生じる。このような温
度差が生じると、部材間の熱変位が拡大し、変形を招く
おそれがある。

【００１１】また、冷却器１２自体が、加工機から独立
して設けられているので、冷却媒体の流路となる接続チ
ューブ１３が長くなるとともに、大量の冷却媒体を一か
所で冷やすことになるので、消費電力が多く、冷却効率
もよくない。

【００１２】さらに、冷却温度は冷却器１２の温度設定
によって決定されるが、たとえ一定の冷却温度を維持で
きても、室温とのバランスをとることは困難な場合が多
く、過冷却による結露を生じる可能性がある。

【００１３】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案したものであり、その目的は、複
数の主軸を各々適切な温度で冷却でき、冷却効率のよい
加工機の主軸冷却装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、請求項１記載の発明は、駆動源と、前記駆動源によ
り作動する複数の主軸とを有する加工機に設けられ、前
記主軸の作動による発熱を冷却するための冷却媒体と、
前記冷却媒体を冷却する冷却器と、前記冷却器および前
記主軸近傍に接続され、前記冷却媒体が循環可能な流路
とを有する加工機の主軸冷却装置において、前記冷却器
を複数設け、少なくとも一つの冷却器が、一つの主軸を
冷却するように、前記冷却器を各々の主軸に対応する位
置に設けたことを特徴とする。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の加
工機の主軸冷却装置において、前記冷却器は、モータ
と、前記モータの回転軸に接続されたファンとを有し、
前記ファンにより前記冷却媒体を冷却する空冷式冷却器
であることを特徴とする。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項２記載の加
工機の主軸冷却装置において、前記主軸の発熱量を検出
する検出手段と、前記検出手段により検出された発熱量
に基づいて、前記モータの回転軸の回転数を決定する回
転数指令部と、前記回転数指令部により決定された回転
数により前記モータの回転軸を回転させる回転数制御部
とを有することを特徴とする。

【００１７】

【作用】上記のような構成を有する本発明は次のような
作用を有する。すなわち請求項１記載の発明では、ま
ず、駆動源によって主軸を作動させ、被加工物の加工を
行う。すると、他の部材や被加工物との摩擦、およびモ
ータ、軸受部からの熱によって主軸が発熱する。このと
き、冷却器において冷却された冷却媒体が、流路を介し
て主軸近傍に流れる。よって、冷却媒体による主軸の冷
却がおこなわれる。主軸は、複数設けられているが、一
つの主軸に対応する冷却器が少なくとも一つ設けられて
いるので、それぞれの主軸の発熱量に対応させて、個々
の冷却器の冷却温度を変更することにより、主軸の温度
を一定に保ち、各主軸間の温度差を最小限に抑える。

【００１８】請求項２記載の発明では、主軸の作動とと
もに冷却器のモータを作動させファンを回動させる。す
ると、ファンにより冷却された冷却媒体によって、主軸
の冷却がおこなわれる。この冷却器は、ファンによる空
冷式なので、室温から極端にかけ離れた低温で冷却がお
こなわれることはない。

【００１９】請求項３記載の発明では、主軸の発熱量が
検出手段により自動的に検出され、検出された発熱量の
信号は、回転数指令部に送られる。回転数指令部におい
ては、主軸の発熱量に応じてモータの回転軸の回転数が
決定され、モータは決定された回転数によって作動する
ように、回転数制御部によって制御される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の複数の実施例について、図面
に従って具体的に説明する。なお、請求項１記載の駆動
源は主軸用モータ、流路は接続チューブとし、請求項２
記載のモータはファン用モータとする。そして、前記従
来例と同一の部材については、同一の符号を付し、説明
は省略する。

【００２１】（１）実施例の構成 本実施例の構成を以下に説明する。本実施例における加
工機は、図１に示すように、従来例と同様、複数の主軸
３を有している。この加工機の基底部１には、送出ポン
プ１５が設けられ、この送出ポンプ１５は接続チューブ
１３を介して冷却器１６に接続されている。この冷却器
１６は、図２に示すように、内部にモータにより回転す
るファン（図示せず）が設けられた機器が内蔵されてい
て、下方から上方への空気の流れ（図中矢印方向に流れ
る）によって、接続チューブ１３内の冷却媒体を冷却す
るものである。冷却器１６の数は、主軸３の数と対応し
ていて、それぞれの冷却器１６は対応する主軸３と接続
チューブ１３を介して接続されている。接続チューブ１
３は、内部を流れる冷却媒体が、送出ポンプ１５から主
軸３の間を循環するように構成されている。

【００２２】個々の冷却器１６は、主軸３の発熱状態に
対応してそれぞれ独立して作動するように構成されてい
る。すなわち、図３に示すように、冷却器１６のファン
を駆動させるファン用モータ１７は、制御回路１８に接
続されている。制御回路１８には、主軸３の温度を検出
するための検出手段１９が接続されている。この検出手
段１９は、測定された温度をデジタルまたはアナログの
電気的信号に変換できる温度計であればどのようなもの
でもよい。制御回路１８は、ファン用モータ１７に接続
された回転数制御部２０と、検出手段１９に接続された
回転数指令部２１とを有し、所定の電子回路またはコン
ピュータ上に実現されている。回転数指令部２１は、検
出手段１９により検出された発熱量に対応して、ファン
用モータ１７の回転数を決定する機能を有する。回転数
制御部２０は、回転数指令部２１において決定された回
転数によってファン用モータ１７の回転軸を回転させる
機能を有する。

【００２３】（２）実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の作用を以下に説明
する。すなわち、従来例と同様に、テーブル２上にプリ
ント基板を乗せて位置決めし、主軸３の下端にドリル４
を装着する。主軸用モータを作動させることにより主軸
３のドリル４を回動させる。この状態で、送り用軸９を
回転させると、主軸３が下降して、ドリル４によりプリ
ント基板に穴があく。

【００２４】主軸３は回動することによって発熱する
が、送出ポンプ１５によって接続チューブ１５内を循環
する冷却媒体により冷却される。すなわち、送出ポンプ
１５から送り出された冷却媒体は、冷却器１６内で回転
するファンによって冷却される。このように冷却された
冷却媒体は、主軸３の近傍を通過することにより主軸３
を冷却し、送出ポンプ１５に戻る。送出ポンプ１５に戻
った冷却媒体は、再び冷却器１６に送られて冷却され
る。

【００２５】本実施例のような複数の主軸３を有する加
工機の場合、それぞれの主軸３に異なった種類のドリル
４を装着するとき、異なった種類のプリント基板を加工
するとき、異なった大きさの穴をあけるとき等があり、
それに応じて個々の主軸の回転数等を変更したり、所望
の主軸３のみを作動させたりする必要性が生じる。個々
の主軸３の作動状態が異なると、その発熱量も異なって
くる。それぞれの主軸３の発熱量は、検出手段１９によ
って検出される。そして、検出手段１９によって検出さ
れた発熱量に基づいて、回転数指令部２１においてファ
ン用モータ１７の回転数が決定される。決定された回転
数の信号は回転数制御部２０に送られ、回転数制御部２
０によってファン用モータ１７の回転数が制御される。

【００２６】すると、主軸３の発熱量が高い場合には、
検出値に応じてファン用モータ１７の回転数を上昇させ
ることができ、強い冷却をおこなうことができる。主軸
３の発熱量が低い場合には、検出値に応じてファン用モ
ータ１７の回転数を低下させることができ、弱い冷却を
おこなうことができる。

【００２７】（３）実施例の効果 以上のような本実施例の効果は、以下の通りである。す
なわち、各主軸４を別々の冷却器１６によって冷却する
ので、異なる主軸３間の温度を均一に保ちやすい。つま
り、別個の冷却器１６によって冷却することとすると、
個々の主軸３の発熱量に応じて、冷却の強弱を調節する
ことができるので、過冷却や冷却不足が生じにくい。し
たがって、部材間の熱変位が縮小し、変形等が発生しに
くい。

【００２８】冷却器１６と主軸３との距離が短いので、
冷却媒体の流路となる接続チューブ１３が短くなり、冷
却媒体を分散して冷却することになる。よって、冷却効
率がよい。

【００２９】冷却器１６の冷却方式が空冷式なので、室
温に比べて極端に低下することがなく、室温とのバラン
スをとりやすい。したがって、過冷却による結露を防止
することができる。

【００３０】（４）他の実施例 本発明は、以上のような実施例に限定されるものではな
く、各部材の形状、材質、大きさ、配置等は、適宜変更
可能である。たとえば、冷却器１６の位置は、主軸３の
近傍であれば、加工機の上でなくともよい。また、冷却
器１６の方式は、空冷式に限定されるものではない。さ
らに、加工機はプリント基板の穴あけ機に限定されるも
のではなく、本発明は、複数の主軸を有するものであれ
ば、金属加工機、木工加工機、金型治具加工機等、どの
ような加工機であっても適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷却器
を複数の主軸に対応させて別個に設けるという単純な構
成によって、複数の主軸を各々適切な温度で冷却でき、
冷却効率のよい加工機の主軸冷却装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工機の主軸冷却装置の一実施例を示
す外観斜視図

【図２】図１の実施例における冷却器を示す斜視図

【図３】図１の実施例におけるファン用モータの制御回
路を示す回路ブロック図

【図４】従来の加工機の主軸冷却装置を示す外観斜視図

【図５】図３の加工機の主軸近傍の構造を示す側面図

【図６】図３の加工機の主軸の下端の構造を示す拡大断
面図

【符号の説明】

１…基底部 ２…テーブル ３…主軸 ４…ドリル ４ａ…シャンク部 ５…サブプレート ６…背板 ７…胴部 ８…サーボモータ ９…送り用軸 ９ａ…送り用ねじ溝 １０…軸受 １１…コレット １２，１６…冷却器 １３…接続チューブ １４…分配器 １５…送出ポンプ １７…ファン用モータ １８…制御回路 １９…検出手段 ２０…回転数制御部 ２１…回転数指令部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動源と、前記駆動源により作動する複
   数の主軸とを有する加工機に設けられ、前記主軸の作動
   による発熱を冷却するための冷却媒体と、前記冷却媒体
   を冷却する冷却器と、前記冷却器および前記主軸近傍に
   接続され、前記冷却媒体が循環可能な流路とを有する加
   工機の主軸冷却装置において、 前記冷却器を複数設け、 少なくとも一つの冷却器が、一つの主軸を冷却するよう
   に、前記冷却器を各々の主軸に対応する位置に設けたこ
   とを特徴とする加工機の主軸冷却装置。
2. 【請求項２】 前記冷却器は、モータと、前記モータの
   回転軸に接続されたファンとを有し、前記ファンにより
   前記冷却媒体を冷却する空冷式冷却器であることを特徴
   とする請求項１記載の加工機の主軸冷却装置。
3. 【請求項３】 前記主軸の発熱量を検出する検出手段
   と、 前記検出手段により検出された発熱量に基づいて、前記
   モータの回転軸の回転数を決定する回転数指令部と、 前記回転数指令部により決定された回転数により前記モ
   ータの回転軸を回転させる回転数制御部とを有すること
   を特徴とする請求項２記載の加工機の主軸冷却装置。