JPH1148087A - ビルトインモータ主軸台付工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ベッドと、ビルトインモータを備えた主軸台と
の間の温度勾配を少なくしてベッド、主軸台等の工作機
械本体の熱変位を少なくする。 【構成】ファン４０の電動機を起動すると羽根車が回転
駆動され冷却空間３５、上面開口３６の空気が排出され
る。それに伴ってベッド周辺の空気をベッドの空気吸込
口から吸い込み、ベッドの主軸台固定部２１の最上部の
連通口２３、主軸台本体２５の下面開口３３を通り、ス
テータ３２の外周に形成されてた冷却空間３５を通り、
主軸台本体２５の上面の上面開口３６から上方に排出さ
れる循環を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビルトインモータ
主軸台付工作機械に関する。更に詳しくは、主軸を駆動
するビルトインモータを内蔵した旋盤等のビルトインモ
ータ主軸台付工作機械において、ビルトインモータ等か
ら発生する熱を効果的に冷却するビルトインモータ主軸
台の工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】主軸台にビルトインされたモータを冷却
する方法として、ビルトインモータの外周部にジャケッ
トを設け、このジャケット内に冷却した冷却媒体を循環
させて冷却する冷却装置が良く知られている。しかしな
がら、この冷却装置は冷凍機、熱交換器、冷媒回路、制
御回路等の複雑なユニットで高価な装置となり汎用の旋
盤等工作機械には使用しにくい。また、主軸台を部分組
付けすることも多く行われているが、この段階で主軸台
単体のランニングテストを行うことが容易ではない。

【０００３】特開昭６３−２０７５３６号、実開昭５９
−６２９４７号、実公平３−９９６５号には、簡易的に
冷却するものとして主軸台（または主軸ヘッド）の上部
または下部に冷却ファンを配置し、主軸台近傍より空気
を主軸台内部または主軸台外周に室内の空気を送って冷
却する方法も提案されている。これらの技術はビルトイ
ンモータタイプの主軸台ではない。

【０００４】特表平８−５０８３９３号には、主軸台に
内蔵したビルトインモータを冷却剤で冷却するものであ
る。主軸ハウジングと駆動モータとを断熱するために外
側冷却剤通路と内側冷却剤通路とを設けて冷却するもの
である。この構造は主軸ハウジング等の構成が複雑とな
るとともに、冷却剤（冷却空気）を圧力下で供給する必
要があり、ファンのような簡素な構造で構成することは
困難である。また、冷却剤の使用により、ロータ、ステ
ータ等が結露する恐れもある。

【０００５】特開昭６１−２０３２４７号、実開昭６１
−１４８５５０号には、ヘッドストックに設けられたフ
ァンによって、ヘッドストック内の空気を吸い出す冷却
方法が記載されている。この技術もビルトインモータに
関する技術ではなく、金網によって周囲の塵埃等の各部
位への侵入をしようとしているが完全に防止することが
かなり困難である。実開平４−７０４５２号には、冷却
風が送風装置で主軸ヘッド内に送られビルトインモータ
のロータ、ステータ間等を冷却することが記載されてい
る。この技術は、入口よりノズルまでの穴、スピンドル
内の連続孔内に冷却風を通すため送風装置はファンのよ
うに簡素な装置ではなく、スピンドル台と一体化するの
は困難である。

【０００６】更に、上述した技術は、主軸、主軸台（主
軸頭）等を冷却するものではあるが、ビルトインモータ
等から発熱する熱が主軸台を取り付けるベッドに伝導し
てベッドに熱変位が生じることを防止するためのベッド
の熱変位対策を考慮した技術は記載されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成
する。

【０００８】本発明の目的は、ベッドと、ビルトインモ
ータを備えた主軸台との間の温度勾配を少なくしてベッ
ド、主軸台等の工作機械本体の熱変位を少なくしたビル
トインモータ主軸台付工作機械を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、ベッド、主軸台に備
えたビルトインモータの冷却のために簡素、かつ制御が
容易なファン等送風機を備えたビルトインモータ主軸台
付工作機械を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、次の手段を採る。

【００１１】本発明のビルトインモータ主軸台付工作機
械は、台であるベッドと、このベッド上に搭載され主軸
を備えた主軸台と、前記ベッドの前記主軸台搭載位置の
近傍に設けられ空気を吸い込むための空気吸込口と、前
記空気吸込口と連通して形成された第１空気通路と、前
記主軸を回転駆動するために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るビルト
インモータと、前記第１空気通路と連通し前記ビルトイ
ンモータの外周に形成された第２空気通路と、前記主軸
台に配置され前記第２空気通路から空気を主軸台外方に
排出するための送風機とからなり、第２空気通路の空気
を主軸台外方に排出することによって空気吸込口より周
辺の空気を吸込みベッドおよび主軸台の冷却を行うもの
である。

【００１２】前記送風機はファンを用いると良い。

【００１３】更に、前記主軸台は前記ベッドに形成され
た主軸台固定部に搭載され、前記主軸台および前記主軸
台固定部は側面視で左右対称形に構成すると良い。

【００１４】更に、前記空気吸込口は、前記ベッドまた
は前記ベッドの主軸台固定部の側面に配置すると良い。

【００１５】更に、前記第１空気通路は、前記主軸台の
内壁と前記ステータの外周部との間にのみ形成しても良
い。

【００１６】更に、前記送風機または前記ファンは、前
記主軸台の最上部に配置すると効果的である。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明をＮＣ旋盤に適用したときのＮＣ旋
盤の左側面図である。図２は、図１の主軸台部分の平面
図である。図３は、図１のIII−III線断面図、図４は図
３のIV−IV線断面図である。

【００１８】ベッド２は、ＮＣ旋盤１の本体を構成する
台であり、地面の基礎上に据え付けられている。ベッド
２の一端上には、主軸台３が配置固定されており、主軸
台３は主軸とその駆動のためのビルトインモータ等を内
蔵したものである。また、主軸台３は側面視（図１の状
態）において、垂直軸線に対して左右対称形状をしてい
る。また、熱源もビルトインモータ、軸受であるのでこ
の主軸台３は熱対称形状でもある。主軸台３の反対側の
ベッド１上には心押台（図示せず）が配置され、心押台
は工作物が長尺物の場合にチャック５０と共にセンタで
支えるものであり、ベッド２上の案内面を主軸台３側へ
後述する主軸の軸線方向（Ｚ軸方向）に移動できる。

【００１９】ベッド２上で背面には、タレット刃物台６
が配置されている。タレット刃物台６は、加工のための
工具を取り付けるためのものであり、複数の工具Ｔを放
射状に取り付け、旋回割出しを行うタレット７を備えて
いる。タレット刃物台６は、クロススライド１０上に搭
載されている。タレット７は、タレット割出しモータ
（図示せず）により駆動されて、必要な工具Ｔを所定の
位置に割出しする。クロススライド１０は、サドル１５
上に設けられた案内面上をＺ軸方向と直交するＸ軸方向
に移動する。クロススライド１０は、Ｘ軸サーボモータ
（図示せず）によりＸ軸送りねじ（図示せず）を介して
駆動され、Ｘ軸方向案内部（図示せず）に案内されてサ
ドル１５上をＸ軸方向に移動する。

【００２０】サドル１５の下面には、複数個のスライド
部材１７が固定されている。スライド部材１７は、ベッ
ド２上にＺ軸線方向に固定された２本のガイドレール１
８上をころがり案内される。スライド部材１７とガイド
レール１８によってＺ軸方向案内部が構成される。Ｚ軸
方向案内部はすべり案内の案内部であってもよい。サド
ル１５のＺ軸方向の駆動はＺ軸サーボモータ１９によ
り、Ｚ軸送りねじ（図示せず）により駆動される。ＮＣ
旋盤１はＸ軸サーボモータ及びＺ軸サーボモータ１９に
より、主軸前端に固定されたチャック５０に把持された
工作物に対してタレット刃物台６に固定された工具Ｔを
移動させる。工具経路を数値制御装置（図示せず）より
指令して所望の旋削加工を行う。

【００２１】ベッド２の一端には、主軸台３を搭載する
ための主軸台固定部２１がベッド２に一体に形成されて
いる。主軸台固定部２１は、ベッド２の他の部分より高
く形成されている。主軸台固定部２１の側面には、空気
吸込口２２が形成されている。空気吸込口２２は、主軸
台３を冷却するために機体の外部から空気を取り入れる
ための矩形の開口である。主軸台固定部２１の最上部に
は、空気吸込口２２と連通する連通口２３が形成されて
いる（図３参照）。

【００２２】主軸台固定部２１上には概略箱状で内部が
空洞の主軸台本体２５が固定して配置されている。主軸
台本体２５の一端側面の開口部には、フランジ２６が固
定され、軸受２９は外輪をフランジ２６に支持されると
ともに、端部をカバー２９ａで押さえられている。主軸
台本体２５には主軸２７が前後を軸受２８、軸受２９で
回転自在に支持されている。フロントカバー５１は主軸
台本体２５に固定され、軸受２８の外輪を支持するとと
もに、軸受２８の端部を押さえている。

【００２３】すなわち、主軸２７の他端側を支持してい
る。また、主軸２８の一端側はフランジ２６で支持され
ている。主軸台２５にはスプラッシュガード４５の一部
となる仕切りカバー５２が固定され加工領域５３と非加
工領域５４とを分割している。非加工領域５４には切粉
や切削油剤が飛散してくることはない。主軸２７には、
ビルトインモータ３０のロータ３１が固定されている。
ロータ３１の外周側でかつ主軸台本体２５には、ステー
タ３２が固定されている。

【００２４】ビルトインモータ３０の構造、機能につい
ては周知であり、その説明は省略する。主軸２７にはチ
ャック５０が取り付けられ工作物を図示しないチャック
爪駆動装置で複数の爪を駆動して把持する。主軸台本体
２５の下面には、ベッド２の空気吸込口２２と連通し空
気流通のための開口である下面開口３３が形成されてい
る。ロータ３２の外周面３４と主軸台本体２５の内周面
との間には、環状の冷却空間３５が形成されている（図
４参照）。

【００２５】下面開口３３と冷却空間３５は連通してい
る。主軸台本体２５の上面には上面開口３６が形成さ
れ、この上面開口３６と冷却空間３５とは連通されてい
る。主軸台本体２５の最上面には送風機であるファン４
０が搭載され固定されている。ファン４０は、図２に示
すように円筒状のケーシング４１を備えたタイプの軸流
式ファンである。ケーシング４１の中心位置に電動機
（図示せず）を内蔵し、その出力軸端に羽根車４２を固
定したものである。

【００２６】電動機の外周とケーシング４１との間には
静翼でもある支持部４３が配置されていて、電動機およ
び羽根車４２を支持している。電動機を起動すれば羽根
車４２が回転駆動され、ベッド２の空気吸込口２２から
吸い込んだ空気を主軸台３の上部から排出する。図５
は、ＮＣ旋盤１をスプラッシュガードで覆ったときの状
態を示す側面図である。スプラッシュガード４５側面に
は、ベッド２の空気吸込口２２と対応する位置に複数の
スリット状の開口４６が形成されている。

【００２７】同様に、スプラッシュガード４５の側面の
ファン４０の上部の排出口に対応する位置に複数のスリ
ット状の開口４７が形成されている。図５には開口４６
をスプラッシュガード４５の側面上部に形成している
が、上面開口３６にファン４０停止時に塵埃が入らない
位置であればスプラッシュガード４５の上面に形成して
もよい。

【００２８】電動機を起動すれば羽根車４２が回転駆動
され、主軸台３内の上面開口３７、冷却空間３５より排
出された空気が、上部の開口４６から排出されるととも
に、開口４７に介して空気吸込口２２より周囲の空気が
吸込まれる。吸込まれた空気はベッド２の主軸台固定部
２１内、下面開口３３、冷却空間３５を通過してベッド
３の主軸台固定部２１、主軸台３の内壁を主軸台固定部
２１、主軸台３が周囲の室温より上昇しようとした場合
に冷却する。

【００２９】また、冷却空間３５内では、主軸２７を回
転駆動するために温度上昇するステータ３２の熱を奪っ
て冷却するとともに、ステータ３２の熱が主軸台３の内
壁に伝導するのを防止する。すなわち、冷却空間３５を
通過した空気はあたたかくリ、主軸台３の上面開口３６
近傍はこの空気の通過によって少しあたたかくなるが主
軸熱変位すなわち、主軸２７中心の変位に与える影響は
微少なものである。排出された空気は、スプラッシュガ
ード４５の上部空間に上昇し、スプラッシュガードのス
リット状の開口４７から排出され、吸込まれる空気はス
リット状の開口４６より吸込まれる。

【００３０】［実施の形態１の動作］次に、前記実施の
形態１の動作を説明する。ファン４０の電動機を起動す
ると羽根車４２が回転駆動され、冷却空間３５、上面開
口３７の空気を排出するので空気吸気口２２、下面開口
３３よりベッド２の空気吸込口２２周辺のあたたまって
いない空気（周囲の室温、温度の空気）すなわち冷たい
空気を取り入れる。従って、スプラッシュカード４５の
開口４７より空気を排出して開口４６からスプラッシュ
カード４５の外側の空気を吸い込む。

【００３１】この周辺の空気の温度は、ＮＣ旋盤１の本
体を構成するベッド２等の機温と略同じでもあり、この
空気を循環させても主軸台３、主軸台固定部２１に何の
影響を与えることはない。この空気は、主軸台固定部２
１の最上部の連通口２３に吸引される。更に、空気は主
軸台本体２５の下面開口３３を通り、ステータ３２の外
周に形成された冷却空間３５を通り、主軸台本体２５の
上面の上面開口３６から排出される。

【００３２】冷却空間３５を通過するときに、空気はス
テータ３２より熱を奪ってくる。このあたたまった空気
はファン４０に吸い込まれてその上部から排出される。
このあたたかくなった空気は、スプラッシュガード４５
の上部に上昇するのでＮＣ旋盤の他の部位をあたためる
ことがなく、排出された空気はスプラッシュガード４５
の開口４７から排出される。

【００３３】空気はこのように循環して主軸台３内部、
特にビルトインモータのステータ３２外周部および主軸
台３のステータ３２外周近傍の熱を外部に排出するとと
もに、ステータ３２外周近傍の熱が主軸台３側に伝導す
るのを防止する。また、ベッド２の主軸台固定部２１近
傍を外部の空気を循環させることにより、主軸台３側よ
りベッド２に伝導する熱を奪うようにベッド２の主軸台
固定部２１を冷却するので、ベッド２の熱変位の発生を
も抑制する。

【００３４】更に、主軸台３、主軸台固定部２１は側面
視で垂直軸線に対して左右対称の熱対称形状となってい
るので、主軸２７の中心の水平方向の変位は微少のもの
となる。すなわち、この実施状態のＮＣ旋盤１のよう
に、水平方向に近い角度または水平方向をＸ軸方向とす
ると熱変位防止構造としてさらに好適となる。

【００３５】［その他の実施の形態］前記実施の形態で
はＮＣ旋盤に適用したものであったが、前記実施の形態
から理解されるように、ビルトインモータを備えた主軸
台であれば他の種類の工作機械であっても良い。また、
送風機は軸流式ファンで説明を行っているが、遠心式フ
ァン、ブロア等の送風機であってもよい。すなわち、主
軸台内の空気を外部に排出できるものであればよい。

【００３６】更に、送風機は主軸台に直接固定しなくて
もよい。主軸台に一端側を取付けたダクト、ホース等の
他端側に設けてもよい。すなわち、排出された主軸台内
の空気が他の工作機械の部位にあたって工作機械に熱変
位を生じさせない位置に排出すればよい。

【００３７】冷却の対象は、ビルトインモータのみであ
ったが、軸受部外周近傍に形成されるジャケット部等に
ファンによって循環する空気を通過させて軸受部外周を
冷却してもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、ベッドの側面から冷却用の空
気を取り入れるため主軸台に面しているベッドも冷却さ
れるので、ベッドと主軸台との間の温度勾配が少なくな
り、主軸の熱変位が少ない、また送風機を主軸台に設け
るだけの簡素な構造であり、主軸台の部分組付け時に一
体化が可能でランニングテストを行うことが容易であ
る、更にステータの外周に自然に空気を流すのみであり
空気の流れの制御も必要ない、等の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明をＮＣ旋盤に適用したときのＮ
Ｃ旋盤の側面図である。

【図２】図２は、図１の主軸台部分の平面図である。

【図３】図３は、図１のIII−III線で切断したときの主
軸台の断面図である。

【図４】図４は、図３のIV−IV線で切断したときの側面
図である。

【図５】図５は、ＮＣ旋盤をカバーしたときの主軸台の
側面図である。

【符号の説明】

１…ＮＣ旋盤 ２…ベッド ３…主軸台 ６…タレット刃物台 ２１…主軸台固定部 ２２…空気吸込口 ２３…連通口 ２５…主軸台本体 ３１…ロータ ３２…ステータ ３３…下面開口 ３６…上面開口 ４０…ファン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】台であるベッドと、 このベッド上に搭載され主軸を備えた主軸台と、 前記ベッドの前記主軸台搭載位置の近傍に設けられ空気
   を吸い込むための空気吸込口と、 前記空気吸込口と連通して形成された第１空気通路と、 前記主軸を回転駆動するために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るビル
   トインモータと、 前記第１空気通路と連通し前記ビルトインモータの外周
   に形成された第２空気通路と、 前記主軸台に配置され前記第２空気通路から空気を主軸
   台外方に排出するための送風機とからなり、第２空気通
   路の空気を主軸台外方に排出することによって空気吸込
   口より周辺の空気を吸込みベッドおよび主軸台の冷却を
   行うビルトインモータ主軸台付工作機械。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記送風機はファンであることを特徴とするビルトイン
   モータ主軸台付工作機械。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記主軸台は前記ベッドに形成された主軸台固定部に搭
   載され、 前記主軸台および前記主軸台固定部は側面視で左右対称
   形に構成されていることを特徴とするビルトインモータ
   付工作機械。
4. 【請求項４】請求項１から３の何れかの１項において、 前記空気吸込口は、前記ベッドまたは前記ベッドの主軸
   台固定部の側面に配置されていることを特徴とするビル
   トインモータ主軸台付工作機械。
5. 【請求項５】請求項１から４の何れかの１項において、 前記第１空気通路は、前記主軸台の内壁と前記ステータ
   の外周部との間にのみ形成されていることを特徴とする
   ビルトインモータ主軸台付工作機械。
6. 【請求項６】請求項１から５の何れか１項において、 前記送風機または前記ファンは、前記主軸台の最上部に
   配置されていることを特徴とするビルトインモータ主軸
   台付工作機械。