JPS58131430A - 静圧軸受の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静圧軸受の冷却装置に関する。

ジャーナル静圧軸受やスラスト静圧軸受などの静圧軸受
を使用する従来の工作機械を第１図に示す。同図に示場
れるように、工作機械のハウジング７にスリーブ４が鍼
合されナツト８により固定されておシ、該スリーブ４に
は回転軸１が貫通している。該回転軸ｌはその後基部Ａ
に図示しない通常の駆動機構が連結されて駆動回転され
るようになっておシ、該回転軸ｌと回転軸ｌの貫通する
スリーブ４との間にＦｉ該回転軸ｌｔ回転自在に支持す
る静圧軸受が介装されている。すなわち線画転軸ｌとス
リーブ４との一方の間隙にはジャーナル静圧軸受及びス
ラスト静圧軸受が介設され、又他方の間隙にはジャーナ
ル静圧軸受が介設されておりこれらジャーナル静圧軸受
及びスラスト静圧軸受は次のように構成嘔れている０回
転軸ｌの軸受都に軸受管１７が一体に嵌合されると共に
該軸受管１７會介して回転軸ｌ管回転自在に支持する軸
受２がスリーブ４の内径に嵌合されておシ、該軸受２と
軸受管１７の間にはポケツ）１６＆、１６ｂ及びそのラ
ンド部が形成されている。また核軸受２を位置決めする
軸受抑え５がスリーブ４の前端面に固定されている。更
に該軸受２０両側面との間にそれぞれ一ケツ）１５ｍ、
１５ｂ及びそのランドＳを形成するようスラストリング
ｌｓ　ａ　ｔ　ｉ　８　ｂが上記回転軸ｌに一体に嵌合
している。このようなポケツ）１５ｍ、１５ｂ及び１６
ａ、１６ｂにそれぞれ潤滑油を供給して回転軸１との抵
抗を少なくするよう、該ポケツ）１５ａ、１５ｂ及び１
６＆、１６ｂにそれぞれ潤滑油を供給する孔９、＃１１
　ｏ、孔１１、溝１２がそれぞれ連通して設けられると
共に該軸受２には該＃＄１２からポケットｔｓａ、１ｓ
ｂ。

１６ａ、１６ｂに連通ずる孔がそれぞれ絞り１３＆　、
１３ｂ　、１４＆　、１４ｂｔ−介して設けられている
。更に供給嘔れた潤滑油を排出するようスラストリング
１８ｍ、１８ｂに排油溝１９ａ、１９ｂ及び排油孔２Ｑ
ａ、２０ｂがそれぞれ設けられ、又スリーブ４及びノ・
ウジング７を貫通する排油孔２８ｄが下方に穿設されて
いる。このようにして回転軸ｌとスリーブ４の前側にジ
ャーナル静圧軸受及びスラスト静圧軸受が構成される。

又他方のジャーナル静圧軸受は次の′＃ＩＩ成を有して
いる。すなわち回転軸１の軸受部分には軸受管２７が一
体に嵌合すると共に該軸受管２７を介して回転＠１を支
持する軸受３がスリーブ４に嵌着され、該軸受３を位置
決めする軸受抑え６がスリーブ４０前亀面に固定されて
いる。該軸受管２７と該軸受３の間にはＩケラ）２６ｍ
、２６ｂ及びそのランド部が形成されており、該Ｉケラ
ト２６ａ、２６ｂＫ潤滑油含供給して、回転軸１との抵
抗をｋするよう潤滑油を供給する孔２１．＃Ｉ２２、孔
２３、溝２４がそれぞれ連通して設けられると共に該軸
受３には該溝２４と４ケット２６ａ、２６ｂとを連通ず
る孔が絞？）２５＆、２５ｂ’に介して設けられている
。更にｆケラ）２６ｍ、２６ｂに供給された潤滑油ｆ：
排出するようスリーブ４とハウジング７を貫通する孔が
下方に穿設され、又、スリーブ４の中央には孔２８ｂと
ノ翫つジング７の中央には孔２８ｅがそれぞれ穿設され
ている。

このような構成の静圧軸受を用いた工作機械等において
従来次のような問題があつ九、すなわち回転軸１を高速
回転させると、静圧軸受の潤滑油の大きなせん断変形速
度に起因する熱が発生する。核熱の大部分は潤滑油によ
って奪い去られるものの、その他の熱量は軸受２，３０
部分からスリーブ４とハウジング７側へと熱伝導によっ
て放散され、又あるいは回転軸ｌ側から周辺空気への熱
輻射によって放散される。軸受２，３＠は外周面がスリ
ーブ４に接触しているため回転軸１ｆｌｌｌよりも熱放
散が良い九め、回転軸１１１１の温度上昇は軸受２　、
３＠よりも大きいことまた軸受２，３＠の温度上昇によ
る外径面の熱膨張はスリーブ４側の拘束によって抑制さ
れることなどの理由などにより、高速回転時には熱膨張
により軸受すきまが減少して、焼付くことがある。従来
この軸受すきまが減少せぬよう発熱を抑制する手段とし
て低粘度の潤滑油を使用する方法もあるが、極低粘度の
潤滑油は引火爆発の危険性があること、また低粘度の潤
滑油の場合には潤滑油吐出ポンプの吐出圧力を高く設定
できないなどの不具合がある。又軸受部の媒体として空
気を用いる空気軸受も実用化されており、この場合には
上述した発熱の問題は少なくなって回転軸１の高速化が
可能となるものの、空気１老ｆＪｉされ易いので、油を
媒体とする静圧軸受と比較して所要の軸受剛性を得るた
めにＦｉ、軸受すき筐を一層小さくする必要があシこの
ため加工精度が厳しくなり、製作が離しい。

近年、切削工具の性能が飛蒙的に向上したため特にアル
建゛などの非鉄金属の加工において切削速度を上げて加
工能率と仕上げ面精度を向上させたいというニーズや、
小径砥石による研削加工で研削能率管上けて高速化した
いというニーズが高まっている。しかし上述した理由に
より、これらのニーズを満たすことはできなかった。

本考案は、ペルチェ効果による熱電素子を用え、回転軸
の高速回転を可能にする静圧軸受の冷却装置を提供する
ことを目的とするものであって゛、その構成はハウジン
グに静圧軸受を介して回転自在に支持される回転軸と該
ハウジングとの間に内筒と外筒が挿入され、該内筒と外
筒との間に複数個の熱電素子が介設されると共に該熱電
素子はその吸熱面を内側に向は又発熱面を外側に向けて
上記回転軸を取り囲む冷却機構が形成されることを特徴
とする。

以下、本発明に係る静圧軸受の冷却装を管実施例に基づ
いて詳細に説明する。

第２図〜第６図に静圧軸受の冷却装置の一例を示す。ハ
ウジング７には貫通孔が設けられると共に該貫通孔の両
開口側にはそれぞれ７ランノ型のスリーブ４ａ、４ｂが
装着されると共に該スリーブ４８．４ｂに回転軸１が挿
入されている。スリーブ４ｂの設けられる方向が回転軸
１の後側となっておシ、その４１に熾Ａに図示しない通
常の駆動機構が連結されて１回転軸ｌが駆動回転される
ようになっており、該回転軸１會回転自在に支持する静
圧軸受が回転軸１とスリーブ４　ａ　＋　４　ｂとの関
に設けられている。すなわち、蚊回転軸ｌとスリーブ４
ａとの間にはジャーナル静圧軸受及びスラスト静圧軸受
が介設され、又、該回転軸１とスリーブ４ｂとの間に＃
′ｉジャーナル靜圧軸圧軸受設されており、一方の間隙
のジャーナル静圧軸受及びスラスト静圧軸受は次のよう
に構成されている０回転軸１の軸受部分には軸受管１７
が一体に嵌合すると共に骸軸受管１７を介して（ロ）転
軸１を回転自在に支持する軸受２がスリーブ４ａの内周
に嵌合されており、該軸受２と軸受管１７の間にはポケ
ット１６ａ、１６ｂ及びそのランド部が形成てれている
。また核軸受２ｆ：位置決めする軸受抑え５がスリーブ
４ａの前端面に固定されている。更に該軸受２の両側面
との閾にそれぞれポケット１５ａ、１５ｂ及びそのラン
ド部金形成するようスラストリング１８ｍ、１８ｂが上
記回転軸ｌに一体に嵌合している。このよりなＩケラト
１５＆、１５ｂ及びｌ　６　ａ　ｓ　１６　ｂ　Ｋそれ
ぞれ潤滑油を供給して、回転軸ｌの抵抗を少なくするよ
う、皺４ケット１５ｊＬ、１５ｂ及び１６ａ、ｘｓｂｒ
ｃ＃滑油の供給孔が穿設式れている。つまクハウジング
７Ｋｔ；を孔９が、ハウジング７とスリーブ４ａとの間
には溝１０が、スリーブ４ａには孔１１が、スリーブ４
と軸受２との間には＄１２がそれぞれ連通して設けられ
ると共に該軸受２には該害１２からポケット１５ａ、１
５ｂ、１６ａ、１６ｂ、に連通する孔７５１　ソＡぞれ
絞５１３ａ、１３１）１１４１Ｌ。

１４ｂを介して設けられている。更に供給された潤滑油
を排出するよう、スラストリング１８ａ。

１８ｂに排油＃１１１９ａ、１９ｂと該排油溝に連通す
る排油孔が設けられ、又、スリーブ４ａ及びハウジング
を貫通する排油孔２８ｅ、２８ｆ。

２８ｇが下方に穿設されている。このようにしてスリー
ブ４ａと回転軸１との間にジャーナル静圧軸受及びスラ
スト静圧軸受が構成される一方、スリーブ４ｂと回転軸
ｌとの間にジャーナル静圧軸受が次のように＃ＩＩ敗て
れている。すなわち、回転軸ｌの他方の軸受部分には軸
受１１２７が一体に嵌合すると共に該軸受管２７Ｙｒ介
して回転軸ｌを装着する軸受３がスリーブ４ｂＫ嵌Ｉｓ
Ｉ窟れ、軸受３を位置決めする軸受抑え６がスリーブ４
ｂの前端面に設けられている。該軸受管２７と軸受３の
間には４ケツト２６　＆、２６　ｂ及びそのランド部が
形成きれておシ、該ボケツ）２６ａ、２６ｂＫ＃滑油を
供給して回転軸１を浮遊状態で支持するよう潤滑油を供
給する孔が設けられている。つま９ハウジング７に孔２
１が、ハウジング７とスリーブ４との間ＩＣＦ１２２が
、スリーブ４ｂと軸受３との閤に壽２４がそれぞれ連通
して設けられると共に該軸受３には該溝２４と４ケツト
２５ｍ、２６ｂと連通ずる孔が絞９２５　ｍ　＊　２５
　ｂ　ｆ介して設けられている。更にｆケラ）２６ａ、
２６ｂに供給された潤滑油を排出するようスリー１４ｂ
とハウジングＴを貫通する孔２８ｂ、２８ｅ、２８ｄが
下方に穿設されている。更に、回転＠ｌｔｉ筒状となっ
ており該回転軸ｌの内筒及び外周に、熱伝導性の良好な
管３２．３３が嵌合されており、該管３２．３３１介し
て、静圧軸受の発熱か効率よく伝導するようになってい
る。また管３２と前記軸受管２７との＠には環状のスペ
ーサ３６が介装されている回転軸ｌに対する’ｌｉ　３
２．３３の密着性をよくして嵌合部の熱抵抗を小さくす
るためには、回転軸田対して管３２，３３ｔ−焼きばめ
、格冷やしばめして嵌合すると良く、また回転４１１１
の管３２．３３との接触面にグリース状の熱伝導性向上
材′ｔ−塗布しても良い、グリース状の熱伝導性向上材
としては例えばオレフィンを基材とするグリース、シリ
コンペースのグリース、インジウムベースのグリースな
どの市販品などがあけられる。

このようにして回転軸ｌは静圧軸受によシ回転自在に支
持されており、この静圧軸受の発熱を回転軸１１１Ｉか
ら放散する筒状の冷却装置２９が上記スリーブ４ｍ、４
ｂに挾まれるようにハウジング７と回転軸ｌとの間に挿
入され、ハウジング７の内周面に固定されている。該冷
却装Ｍ２９と軸受部３との間には環状のスペーサ３０が
介装されている。該冷却装置２９は、ペルチェ効果によ
る熱電素子として本寮施例では一般に市販嘔れているサ
ーモモジール４ｏｔ−ｍ、ｔ”ｃいる。−（ルチェ効果
とは２種類の物質が接合され九箇所に一方向から電流を
通じると、その接合面で吸熱又は発熱が起こる現象ｔい
い、この効果を応用したサーモモジュールゝ４０では一
面が吸熱面となり他の一面が発熱面となってヒー）／ｙ
７”とし、て機能すゐ、このサーモモジュール４０は第
３図にその斜視図か示？れるように１平板状ｔなすと共
に端子３７ｍ、３７ｂか付設されてお夛、該端子３７　
ａ　＊　３７　ｂから電流會通じると、サーモモジュー
ル４０の一面３８　ｍから収熱湯れた熱が他の一面３８
ｂから発熱されるようになっている。また電流の向きを
逆にすると発熱面と吸熱面が入れ替るようになっている
。このようなサーモモジュール４０會備える冷却装置２
９は、第４図〜第６図に七の内部構造が示されるように
、ハウジング７の内周面に嵌合する外筒４３　ｔＪＩｌ
、えると共に該外筒４３の内１１に位置し回転軸ＩＫ遊
嵌される内筒３９に具えている。該内筒３９の外周面は
多角面となってお９、該多角面の各面にｆ　−モモＪ　
ｚ　−ル４０が回転軸ｉｔ取フ囲むように取り付けられ
ている。すなわち、内筒３９の円周方向に沿うよう多角
面の各面にサーモモジュール４０が取り付けられると共
に、軸方向に沿うよう各面に列をなすようにサーモモジ
ュール４０が並らべられている。またこの時、サーモモ
ジュール４０の内側面が吸熱面となｐ１１側面が発熱面
となるように配列される。更に該サーモモジュール４０
と外筒４３との間に長手方向に伸びる保持体４１が多角
面の各面ごとに介装され、該保持体４　ｌｎｖす一毫モ
ジュール４０會貫通するがルト４２により保持体４１及
びサーモモジュール４０が円筒３９に固定されている（
第６図参照）。

更□に保持体４１と外筒４３とｔ固定するがルト４４が
設けられている。これら内筒３９、保持体４１％外筒４
３はそれぞれｆその他の熱伝導性の良い材質から成シ、
また内筒３９、サーモモジュール４０．保持体４１　％
外筒４３との接触面にはそれぞれインジウムを基材とす
る熱伝導性向上材が塗布されている。一方サーモモジュ
ール４０に電流を通じるための電気配線が保持体４１相
互の隙間４５に設けられてお９、更に骸糧関４５には熱
伝導率とｔｔ伝導率の比較的小さな石膏その他の材析が
充撫されている。また内筒３９と外筒４３の両端面に社
すイドカノヤ−４７ａ、４７ｂが取り付けられると共に
、誼サイドカバー４７＆と内筒３９との間にはオー・リ
ング４８ｂが介装されると共に外筒４３との間にはオー
・リング４８＆が介装されている。

蚊サイドカバー４７ａＶＣｕ、サーモモジュール４０に
通じる配縁を外部に導く端子４６が設けられている。該
端子４６はノ１ウジング７を貫通するリード＠３１に接
鹸されてサーモモジュール４０に電流が供給されるよう
になっている。

このようにして構成される冷却装置２９はサーモモジュ
ール４０を具えるため、内筒３９匈から外筒４３１１へ
熱を輸送できるようになっており、該外筒４３に伝達さ
れた熱量を更に外部に運びだすよう外筒４３と−・ウジ
ング７との間に空間３５が形成され、該空間３５に冷却
油を供給するようノ１ウジ／グアの上面に給油孔３４が
穿設′２！れ、また該冷却油を排出するよう排油孔２８
龜がハウジング７の下側に穿設されている。

上記構成を有する静圧軸受の冷却装置において、回転軸
１が回転するとジャーナル静圧軸受及びスラスト静圧軸
受の軸受＝Ｗ６２とスラスト静圧軸受の軸受４１ｂ３が
ら発熱するが、その発熱のために軸受す！ｌまが小さく
なって静圧軸受が焼き付くことはない。それは、軸受＃
２．３からの発熱は回転軸１及び該回転軸ＩＫ嵌合する
管３２．３３′ｔ−介して冷却装ｆｆ１１２９、つまり
サーモモジュール４ｏに伝達されて効率よく熱放散する
ので熱膨張して軸受すきまが小さくなることはないから
である。そのとき管３２と冷却装ｆｉｌ１２９の内側面
との間には空気の薄膜が形成されておシ、該空気の薄膜
を介して管３２がら冷却袈ｆｋ２９の内側面に伝わって
いる。そして該冷却装ｆｌ１２９の内Ｎ面に伝達された
熱はその外１ｌｉｆｉに輸送きれ、該外側面に輸送され
急熱は空間３５に給油孔３４から流入された冷却油によ
って奪いとられ、冷却油と共に排油穴２８ａがら外部に
排出される。

このように熱管内側面から外側面へ輸送する冷却装置２
９の内側面は温度が＾く、外側面の温度が下がるため該
冷却装置２９の各構成部品間は熱変形を起こすが、がル
）４２．４４により所定圧力が加わっておシ更にその接
触面には比較的弾性変形しやすい熱伝導性向上材が塗布
されているため、その接触面のすＩまが最小に保たれ、
熱伝導性劣化が最少とされている。

又、本発明の冷却装置は、外筒４３と内筒３９とを有し
、内筒の外周面にサーモモ・シュ〜ル４０を配設して固
定できるので製作が容易であると共に回転軸に嵌合する
管３２と内筒３９との−少な間隙も良好に保持できる。

以上、実施例に基づいて詳細に説明したように本発明の
静圧軸受の冷却装置によれば、ペルチェ効果による熱電
素子を用いて、静圧軸受に発生する熱を回転４１１１か
ら効率よく放散することができる。そのため熱膨張によ
る軸受すき壕の減少が抑えられ、回転軸の高速回転か可
能となる。尚本発明の静圧軸受の冷却装置１ｔｉ研削盤
、旋盤、中ぐり盤、印桐機等の産業様全般に広く用いる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の静圧軸受を説明するための説明図、第２
図〜第６図は本発明の静圧軸受の冷却装置に係り、第２
図はその縦断面図、第３図はサーモモジュールの斜視図
、第４図〜第６図祉冷却装置に係シ、第４図はその縦断
面図、第５図＃″ｉ！４４図中Ａ−Ａ矢視断面図、第６
図は第４図中Ｂ−Ｂ矢視断面図である。 図面中、 ｌは回転軸、 ２．３は軸受、 ４ａ１４ｂはスリーブ、 ７はハウジング、 ３２．３３は管、 ３９は内筒、 ４０はサーモモジュール（熱電素子）、４１は保持体、 ４３は外筒である。 特許出願人　　　三菱重工業株式会社 惟代理人弁理士　　　　光　　石　　　士　　部（他１
名ン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ハウジングに静圧軸受を介して回転自在に支持される回
   転軸と該ハウジングとの間に円筒と外筒が挿入され、該
   内筒と外筒との間に複数個の熱電素子か介設されると共
   に該熱電素子はその吸熱ｉｆＩを内側に向は又発熱面を
   外側に向けて上記回転軸を取シ囲む冷却機構が形成され
   ることを特徴とする静圧軸受の冷却装置。