JPH07290345A - スピンドルヘッドの冷却装置 - Google Patents

スピンドルヘッドの冷却装置

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JPH07290345A
JPH07290345A JP10784994A JP10784994A JPH07290345A JP H07290345 A JPH07290345 A JP H07290345A JP 10784994 A JP10784994 A JP 10784994A JP 10784994 A JP10784994 A JP 10784994A JP H07290345 A JPH07290345 A JP H07290345A
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JP
Japan
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spindle
temperature
cooling
air
compressor
Prior art date
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Pending
Application number
JP10784994A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Mase
善明 間瀬
Yukihiro Sakakibara
幸宏 榊原
Shinichi Hitomi
真一 人見
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Howa Machinery Ltd
Original Assignee
Howa Machinery Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡易であり、かつ、コスト高とならな
い空冷式のスピンドルヘッドの冷却装置であって、発熱
した熱を十分に奪い去ることができる冷却装置を提供す
ることにある。 【構成】 スピンドルヘッド1に形成したスピンドル冷
却空間10とコンプレッサ21とを連繋する配管16の
途中に、コンプレッサ21からの圧縮空気の温度を低下
させ得るボルテックスチューブ22を介在した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願は、回転で発熱する熱変位に
基づく加工精度低下防止のためのスピンドルヘッドの冷
却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスピンドルヘッドの冷却装置は、
ハウジングに軸受を介してスピンドルを回転自在に支持
し、コンプレッサからの圧縮空気が供給される冷却空間
を形成し、この冷却空間に冷却液あるいは圧縮空気を供
給してスピンドルヘッドを冷却するようにしたものであ
った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のスピンドル
ヘッドの冷却装置において、冷却液を用いる油冷式のも
のでは、冷却液の密封のため構造が複雑となるととも
に、冷却液の温度制御装置や循環装置等が必要であり、
コスト高となってしまう問題があった。また、圧縮空気
をもちいる空冷式のものでは、発熱した熱を充分に奪い
去ることができないといった問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】以上より本願の目的は、
構造が簡易であり、かつ、コスト高とならない空冷式の
スピンドルヘッドの冷却装置であって、発熱した熱を充
分に奪い去ることができ、さらに、より効率の良い冷却
を行ない得る冷却装置を提供することにある。この目的
を達成するため、請求項1では、コンプレッサと冷却空
間とを連繋する配管の途中に、コンプレッサからの圧縮
空気の温度を低下させ得るボルテックスチューブを配設
したことを特徴とし、請求項2では、スピンドルの回転
数を検知する検知手段と、この検知手段の検出値に基づ
いてコンプレッサからボルテックスチューブへ供給され
る圧縮空気の圧力又は流量を制御する制御手段とを備え
て成ることを特徴とする。
【0005】
【作用】請求項1の発明によれば、コンプレッサからの
圧縮空気はボルテックスチューブにより低温の冷気とさ
れ、この低温冷気が冷却空間においてスピンドルヘッド
で発熱した熱を充分奪い去り、スピンドルヘッドの冷却
が行なわれる。請求項2の発明によれば、コンプレッサ
からの圧縮空気は、制御手段によりスピンドルの回転数
に対応した圧力あるいは流量でボルテックスチューブに
供給され、このボルテックスチューブの作用でスピンド
ル回転数に対応した温度の低温冷気とされ、この低温冷
気でスピンドルヘッドの冷却が効率良く行なわれる。
【0006】
【実施例】次に、図1を用いて、スピンドルヘッドの冷
却装置2の実施例について説明する。工作機械のコラム
60にはスライドユニット61を介してハウジング62
及びスピンドル7から成るスピンドルヘッド1が往復動
自在に支持されている。このハウジング62の円筒状の
スピンドル支持面3には、前後の軸受5,6を介してス
ピンドル7が回転自在に支持されている。このスピンド
ル7は駆動モータMにより回転可能とされている。ま
た、スピンドル支持面3には、前後の軸受5,6間に嵌
まり込む軸方向長さを有する大径リング部材8が一体に
取り付けられている。また、スピンドル7の外周面に
は、前後の軸受5,6間に嵌まり込む軸方向長さを有す
る小径リング部材9が一体に取り付けられている。これ
らの両リング部材8,9によりスピンドルヘッド1内に
円筒状のスピンドル冷却空間10(冷却空間として例示
する)が形成されている。小径リング部材9の外周面に
は、スピンドル冷却空間10に臨む冷却フィン11が形
成されている。また、ハウジング62には、限られた広
さのスピンドル冷却空間に較べより広い空間のハウジン
グ冷却空間63(冷却空間として例示する)が形成され
るとともに、このハウジング冷却空間63と外気とを連
通するエア排出口64が形成されている。ハウジング6
2外周には後述のコンプレッサ21からの圧縮空気が供
給されるエア供給口17と、このエア供給口17に連続
する連通路19とが形成された取付部材18が取付けら
れている。また、前記大径リング部材8には、スピンド
ル冷却空間10と連通する複数(図面では2つ)の環状
の第1エア供給路12と、複数(図面では3つ)の環状
の第2エア供給路13とが形成されている。ハウジング
62には、第1エア供給路12と取付部材18の連通路
19とを連通する連通路15及び、第2エア供給路13
とハウジング冷却空間63とを連通する連通路14が形
成されている。
【0007】次に、図2,3を用いて、コンプレッサ2
1と取付部材18のエア供給口17とを連繋する配管1
6の途中に設けたボルテックスチューブ22について説
明する。このボルテックスチューブ22は、円筒状のチ
ューブ本体23の一端に接線方向に複数のノズル24を
形成して構成され、これらのノズル24は、コンプレッ
サ21からの圧縮空気が供給される配管接続口25と連
通している。そして、この配管接続口25を介してこれ
らのノズル24にコンプレッサ21からの圧縮空気が供
給されると、チューブ本体23内周面に沿って渦巻流が
生じ図面で右方向に向かって流れる。このときチューブ
本体23の軸心付近と内周面付近との間で大きな圧力差
が生じて軸心付近に向かって空気の移動が起こり、この
空気は膨張によって温度が低下する。こうして軸心付近
で生じる冷気は図面で左方向に流れオリフィス26を介
して冷気吐出口27より吐出されるようになっており、
また、渦巻流は熱気吐出口30から吐出される。尚、こ
のボルテックスチューブ22の特徴は、コンプレッサ2
1からこのボルテックスチューブ22に供給される圧縮
空気の供給圧力あるいは供給流量を変更すれば、これと
対応して冷気吐出口27から吐出される冷気温度も変化
することである。また、このボルテックスチューブ22
の配設位置は、配管供給中での冷気の温度上昇を押える
ために、なるべく取付部材18に近接する配管途中に配
設することが望ましい。
【0008】図1に示すように、コンプレッサ21とボ
ルテックスチューブ22とを連繋する配管16の途中に
は圧力比例電磁弁28が配設され、この圧力比例電磁弁
28は、スピンドル7の駆動モータMの回転数を検知可
能なエンコーダ等の検知手段40からの検出信号が入力
される制御装置29に連結されている。この制御装置2
9は、エンコーダ等の検知手段40で検知される駆動モ
ータMの回転数、つまり、スピンドル回転数に対応した
電圧で圧力比例電磁弁28を励磁し、このように励磁さ
れた圧力比例電磁弁28の作用でコンプレッサ21から
送られる圧縮空気は、スピンドル回転数に対応した圧力
でボルテックスチューブ22に供給されるようになって
いる。従って、ボルテックスチューブ22の特性より、
ボルテックスチューブ22から吐出される冷気は、スピ
ンドル回転数に対応した温度でスピンドルヘッド1に供
給されることになり、このようにスピンドル回転数に対
応して冷気温度を制御することにより、単にスピンドル
回転数に対応して冷気の供給量を制御するものに較べ、
スピンドル回転数がかなり高回転となってもスピンドル
ヘッドの冷却を十分行うことができる。
【0009】図1に示すように、スピンドル冷却空間1
0に供給される冷気のスピンドル温度Tsに対する温度
差をΔTs、ハウジング冷却空間63に供給される冷気
のハウジング温度Thに対する温度差をΔTh(ΔTs
>ΔTh)、スピンドル冷却空間10における冷却フィ
ン11の総冷却面積をFs、ハウジング冷却空間63に
おける総冷却面積をFhとすると、ある回転数でスピン
ドル7を回転させたときの冷気による冷却フィン11の
放熱量Qsは、Qs=α・Fs・ΔTs(α:スピンド
ルの熱伝達率)、冷気によるハウジング冷却空間63の
放熱量Qhは、Qh=β・Fh・ΔTh(β:ハウジン
グの熱伝達率)として表される。そして、温度差ΔTs
及び総冷却面積Fsの値は、軸受5,6の内輪側で発熱
する熱量と放熱量Qsとが略等しくなり、スピンドル温
度Tsが外気温度と略同じ温度となるように設定され、
また、温度差ΔTh及び総冷却面積Fhの値は、軸受
5,6の外輪側で発熱する熱量と放熱量Qhとが略等し
くなり、ハウジング温度Thが外気温度と略同じ温度と
なるように設定されている。
【0010】次に、以上のように構成されたスピンドル
ヘッドの冷却装置2の作用について説明する。駆動モー
タMの駆動によりスピンドル7が回転されると、検知手
段40がスピンドル回転数を検知し、制御装置29は、
このスピンドル回転数と対応した電圧で圧力比例電磁弁
28を励磁する。すると、圧力比例電磁弁28の作用で
コンプレッサ21から送られる圧縮空気は、スピンドル
回転数に対応した圧力でボルテックスチューブ22の配
管接続口25に供給される。ボルテックスチューブ22
に供給された圧縮空気は、チューブ本体23内周面を渦
巻流として流れ、このとき、チューブ本体23軸心では
渦巻流より低温な冷気が流れ、この冷気は冷気吐出口2
7より吐出され取付部材18のエア供給口17に供給さ
れる。そして、この冷気は、連通路19,15及び第1
エア供給路12を介してスピンドル冷却空間10に至
り、前後の軸受5,6で発熱しスピンドル7の冷却フィ
ン11に伝達する熱を冷却し、スピンドル温度は外気温
度に近い温度Tsに保たれる。その後、このスピンドル
冷却を行ないある程度温度の上がった冷気は第2エア供
給路13及び連通路14を介してハウジング冷却空間6
3に至り、前後の軸受5,6で発熱しハウジング62に
伝達される熱を冷却し、ハウジング温度は、前記スピン
ドル温度Tsと同じように外気温度に近い温度Thに保
たれる。そして、ハウジング冷却後に外気温度と略同じ
温度まで上がった冷気はエア排出口64より外気に排出
される。
【0011】以上のように、本実施例のスピンドルヘッ
ドの冷却装置2では、ハウジング62には、限られた広
さのスピンドル冷却空間10に較べ比較的広いハウジン
グ冷却空間63を形成し、先ず、スピンドル冷却空間1
0に極めて温度の低い冷気を供給してスピンドル7の冷
却を行ない、その後、このスピンドル冷却を行ないある
程度温度の上がった冷気をハウジング冷却空間63に供
給してハウジング62の冷却を行なうようにしたので、
コンプレッサからの必要最小限の圧縮空気により、スピ
ンドル7回転時に前後の軸受5,6の発熱により熱せら
れるスピンドル7とハウジング62とを同程度に冷却で
き、スピンドル温度Tsとハウジング温度Thとを外気
温度に近い略同等の温度に保つことができ、回転で発熱
する熱変位に基づく加工精度低下を防止することができ
る。また、コンプレッサ21からの圧縮空気を、簡易な
構成のボルテックスチューブ22によりスピンドルの冷
却を十分行ない得る低温冷気まで冷却することができ
る。また、ボルテックスチューブ22からスピンドル冷
却空間10に供給される冷気温度は、スピンドル回転数
に対応した温度であるため、スピンドル回転数が低速な
場合や停止している場合には、無駄にスピンドルヘッド
1を冷却しすぎることはなく、効率の良い冷却を行なう
ことができる。
【0012】尚、本実施例では、スピンドル冷却空間1
0を、スピンドル7とハウジング62のスピンドル支持
面3との間に形成したが、例えば、実開平3−1000
51号公報に開示されたように、スピンドル7外周の軸
承部位に、前後の軸受5,6により回転自在に支持され
る外筒を嵌合し、スピンドル7外周と外筒内周との間
に、スピンドル冷却空間10としての螺旋溝を形成し、
この螺旋溝をエア供給口17とハウジング冷却空間63
に連通して構成しても良い。
【0013】
【発明の効果】以上より本願のスピンドルヘッドの冷却
装置では、コンプレッサと冷却空間とを連繋する配管の
途中に、コンプレッサからの圧縮空気の温度を低下させ
得るボルテックスチューブを配設し、コンプレッサから
の圧縮空気をボルテックスチューブにより低温な冷気と
して冷却空間に供給するようにしたので、簡易構成で、
かつ、コスト高とならない空冷式であって、スピンドル
ヘッドで発熱した熱を十分奪い去るスピンドルヘッドの
冷却装置を提供できる。また、スピンドルの回転数を検
知する検知手段と、この検知手段の検出値に基づいてコ
ンプレッサからボルテックスチューブに供給される圧縮
空気の圧力又は流量を制御する制御手段とを備えて構成
したので、スピンドルの回転数に対応した温度の冷気を
冷却空間に供給することができ、スピンドルの回転数が
低速の場合や停止している場合にスピンドルヘッドが冷
えすぎることを防止でき、効率の良い冷却を行なうこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スピンドルヘッドの冷却装置の説明図である。
【図2】ボルテックスチューブの説明図である。
【図3】図2のIII−III線断面図である。
【符号の説明】
3 ハウジング、 7 スピンドル、 10 スピンド
ル冷却空間、16 配管、 21 コンプレッサ、22
ボルテックスチューブ、 28 圧力比例電磁弁、2
9 制御装置、 30 検知手段、 63 ハウジング
冷却空間

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ハウジングに軸受を介してスピンドルを回
    転自在に支持し、ハウジングあるいはスピンドルにはコ
    ンプレッサからの圧縮空気が供給される冷却空間を形成
    して成るスピンドルヘッドの冷却装置において、前記コ
    ンプレッサと冷却空間とを連繋する配管の途中に、コン
    プレッサからの圧縮空気の温度を低下させ得るボルテッ
    クスチューブを配設したことを特徴とするスピンドルヘ
    ッドの冷却装置。
  2. 【請求項2】スピンドルの回転数を検知する検知手段
    と、この検知手段の検出値に基づいてコンプレッサから
    ボルテックスチューブへ供給される圧縮空気の圧力又は
    流量を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とす
    る請求項1のスピンドルヘッドの冷却装置。
JP10784994A 1994-04-21 1994-04-21 スピンドルヘッドの冷却装置 Pending JPH07290345A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100455712B1 (ko) * 2002-01-29 2004-11-08 구봉석 초저온 압축공기 분사장치
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