JPS62271674A

JPS62271674A - 回転軸冷却装置

Info

Publication number: JPS62271674A
Application number: JP61115348A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Kikuchi; 菊池　俊秀; Keiichi Kimura; 景一木村; Seiji Hirai; 平井　聖児
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1987-11-25

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】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は加工装置の高速回転する回転軸（以後、スピン
ドルと呼ぶ）の冷却装置に関するものである。

（従来の技術）従来、スピンドルを用いた切削、研磨等の加工を行う加
工装置においては、スピンドルやモータ等の冷却を行う
場合に、それらをケーシングしているケースを外部から
冷却することにより間接的に行っていた。

（発明の解決しようとする問題点）例えば、エアースピンドルを用いた加工装置などでは、
スピンドルの高速回転により、スピンドルが空気を剪断
する際に発生する熱がスピンドルを加熱し、この加熱を
防止する為にケース外部から冷却を行うが、熱伝導率の
低い空気を介して行う為に冷却が効果的に行われないと
言う欠点があった。その結果、高速回転するスピンドル
等を間接的に冷却する方法では、充分に冷却することは
難しく、その為にスピンドルの熱膨張により（例えば、
軸方向に伸びたり）加工精度が低下したり、スピンドル
やモータ等の温度を一定に保つために冷却制御が難しく
なったりするという問題点があった。

本発明は、加工精度低下の防止、高速回転する回転軸の
熱膨張の防止、及び回転軸の冷却制御を安定させること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明では、高速回転する回転軸１を中空軸に形成する
と共に、冷却液を一方向に流す手段（例えば、螺旋溝４
）を該中空軸に形成した。

（作用）本発明では、冷却液を一方向に流す手段を中空軸の内面
に形成したので、その手段に沿って冷却液の循環がスム
ースになり、冷却が確実に行われ軸の熱膨張を防止でき
、更に冷却制御も安定して行える。

（実施例）第１図乃至第４図は本発明の実施例であり、第１図は加
工装置の縦型スピンドル部の断面図、第２図は該スピン
ドル部の中空部の断面図、第３図（ａ）は該スピンドル
部の冷却液の供給部の拡大横断面図（第３図（ｂ）の矢
視Ａ−Ａ断面図）、第３図（ｂ）は該スピンドル部の冷
却液の供給部の拡大縦断面図、第４図（ａ）及び第４図
（ｂ）は該供給部の別の例を示す横断面図を示す。

第１図において、切削、研磨等の加工に使用される加工
装置のエアースピンドルは、スピンドルｌとケーシング
２との間にエアーを介在させ、エアースピンドル本体に
設けられたモータ（電磁石７、永久磁石８から成る）に
よりスピンドルｌを高速回転させ、その先端側の工具取
り付は部１）に取り付けられた不図示の工具を高速回転
させるように構成されている。このエアースピンドルは
、その内部のモータ側に非接触型液体供給装置５を有し
、また装置外部に露出する工具取り付は部ｌｌ側に非接
触型液体排出装置６を有し、この供給装置５と排出装置
６とは、管１０により接続され、その管１０内を介して
不図示のポンプにより冷却液が循環するように成ってい
る。このスピンドル１は、工具取り付は部ｌｌ側に大口
径の第一中空部１ｃを、又モータ側に第一中空部１ｃに
連通した小口径の第二中空部ｌｄを有している。この第
一中空部１ｃには、軸方向に伸びた螺旋溝４が形成され
、またこの第二中空部１ｄには、テーパを有する管３が
嵌め込まれている。

この加工装置のエアースピンドルは、縦型である為に、
冷却液がスピンドルｌ内を循環し易いように第２図の如
く形成されている。第２図において、非接触型液体供給
装置５側から延びる第二中空部１ｄには、テーパ（第一
中空部側から角度を有したテーパ）を有する管３が嵌め
込まれており、スピンドル１の高速回転により遠心力で
冷却液が第二中空部１ｄの内壁面を伝わって下方へスム
ースに流れ、第一中空部ＩＣへ導かれる。第一中空部１
ｃの内壁に形成された螺旋溝４がその回転により冷却液
を下方へ導（ように成っているので、第一中空部ＩＣに
導かれた冷却液は、スピンドルｌ内部での滞留時間が短
く、効率良く冷却できる。

そして、この冷却液は、スピンドルｌの工具取り付は部
ｌｌ側に形成された複数の冷却液排出口ｌｆから排出さ
れる。この冷却液排出口１ｆから冷却液が積極的に排出
されるように、工具取り付は部１）にはテーパの付いた
螺旋溝１）ａが形成されており、そしてスピンドルｌ下
部に溜まった冷却液を滞留させることなく排出する。こ
の螺旋溝１）ａは、スピンドルｌの回転方向と逆方向に
螺旋が形成されており、底に溜まった冷却液を排出口１
ｆに導くように成っている。

次に、非接触型液体供給装置５の構成について第３図（
ａ）、　　（ｂ）を用いて説明する。尚、非接触型液体
排出装置６の構成は供給装置５と同様な液体シール方式
であるので説明を省略する。

非接触型液体供給装置５は、ケーシング２に複数のビス
１７で固定されるケーシング１２ａ、１２ｂと、このケ
ーシング１２ａ、１２ｂ内部に固定配置された円環状永
久磁石１４ａ、１４ｂと、スピンドルｌの複数の吸入口
１ｅとから構成されている。この円環状永久磁石１４ａ
、１４ｂは、スピンドル１の外径より少し大きめの穴を
有し、その穴をスピンドル１が貫通している。このケー
シング１２ａ、１２ｂには、吸入口１ｅに対向する位置
に管ｌＯと接続する貫通穴１３Ｂが明けられ、この貫通
穴１３ａを挟んで、円環状永久磁石１４ａ、１４ｂがそ
の内部に固定配置されている。

永久磁石１４ａと１４ｂと間に空間Ｎ１が形成され、ま
たスピンドル１と永久磁石１４ａ、１４ｂとの間に隙間
Ｎ２が形成される。この隙間Ｎ２に　。

は、磁性流体が注入されている。この磁性流体と永久磁
石１４ａ、１４ｂとの作用により、スピンドル１と永久
磁石との間には磁性流体が介在して、スピンドルｌが高
速回転しようとも確実に空間Ｎｌに供給された冷却液１
６を液体シール（密封）することができる、向、この磁
性流体と冷却液１６とは相溶性がない。

このように密封された冷却液１６は、スピンドルｌの高
速回転により複数の吸入口１ｅに吸入され、スピンドル
１内部に送り込まれる。この吸入口１ｅは、スピンドル
ｌの回転により冷却液１６を効率良く吸入できるように
構成されており、次にその形状を説明する。

この吸入口１ｅは、第３図（ａ）、　　（ｂ）に示すよ
うに、スピンドルｌの外周部に複数（ここでは４カ所）
明けられ、それぞれ吸入口１ｅ先端部ではスピンドルｌ
の周方向に卵型状に削られ且つ吸入口ｉｏの貫通穴は互
いに直角に第二中空部ｌｄの接線方向に明けられている
。このうように、冷却液１６の流入面積が広くなるよう
に吸入口ｌｅが形成されている為に、冷却液１６の吸入
が効率良く行われる。

また、この吸入口１ｅの別の例としては、第４図（ａ）
に示すように、スピンドルｌの４カ所に明けられ、回転
方向Ｘに沿って巻出線や対数うず巻線等の曲線を描くよ
うに形成されている。

また、この吸入口１ｅの別の例としては、第４図（ｂ）
に示すように、スピンドルｌの４カ所に明けられ、第二
中空部１ｄの接線方向に明けられた穴に、円筒を斜に切
った管が挿入されており、その円筒の切り口の角度やそ
の挿入深さと、スピンドルｌの回転速度とにより吸入の
効率を変化させることができる。

このように、吸入口１ｅの形状を回転方向Ｘに沿って形
成しているので、スピンドルｌの高速回転により冷却液
１６はスピンドルｌ内部に効率よく取り込まれるように
成っている。

尚、本発明の実施例は上述した縦型スピンドルを有する
加工装置に限られることはなく、適宜変更可能であり、
例えば、横型スピンドルを有する加工装置では、その螺
旋溝をスピンドル先端方向に冷却液を伝達するように形
成すれば良い、また、冷却液を一方向に流す手段は実施
例の螺旋溝に限らず、例えば、スピンドル１の中空軸（
第一、第二）とも螺旋溝で形成しても良いし、スピンド
ルｌの中空軸（第一、第二）ともテーパを有する管を嵌
合させても良いし、更に螺旋溝を多条に形成しても良い
し、テーパに軸方向にストレート溝を形成しても良い、
また、吸入口１ｅの向き（角度）は、実施例の如く中空
部の接線方向に限られることなく、例えば空間Ｎ１に在
る冷却液１６の流れの状態によっては適当な角度を付け
ることで吸入の効率が向上するようにすることも可能で
あり、更にスピンドルｌの回転方向も一方向に限らず正
転、反転させても良い。

（発明の効果）本発明によれば、中空軸の内面に冷却液を一方向に流す
手段を形成したので、その手段に沿って軸方向に冷却液
の循環がスムースになり、冷却が確実に行われ加工精度
も向上することになり、更に冷却制御も容易に行えるよ
うになる。

尚、実施例によれば、スピンドルｌの第一中空部１ｃに
螺旋溝を形成し、また第二中空部１ｄにテーパを有した
管を配置しているので、峡入された冷却液１６がテーパ
の管により遠心力により下方に送られ、且つ螺旋溝４に
よりスムースに送られて、スピンドルｌの冷却が効率良
く行われる。

また、スピンドルＩに冷却液を供給する際に、永久磁石
１４ａ、１４ｂ及び磁性流体１６を使用しているので、
非接触型の液体シールが可能となり、接触型のシール方
式に比べてスピンドルｌの回転効率に損失を与えること
なく、スピンドル１内部に冷却液を容易に供給できるよ
うに成っている。

更に、吸入口１ｅ及び排出口Ｉｆに上述したような工夫
を施しているので、冷却液１６の循環がより効率良く行
われる。

マタ、本発明は実施例に限られることなく、例えば、ス
ピンドルｌの中空部に発熱体を有する場合（例えば、ソ
レノイド、電磁石、超音波振動子、モータ等）にも、直
接、中空部を冷却しているので、極めて有効に冷却が可
能である。上述した非接触型の液体シール方式を、転が
り軸受式スピンドルや油圧・空圧式スピンドルや磁気軸
受式スピンドルの研削液及び切削液等の供給装置に使用
すれば、効率良く液体を供給でき、工具の損傷等を防止
でき、高精度の機械加工を行う時にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例であり、第１図は加
工装置の縦型スピンドル部の断面図、第２図は該スピン
ドル部の中空部の断面図、第３図（ａ）は該スピンドル
部の冷却液の供給部の拡大横断面図（第３図（ｂ）の矢
視Ａ−Ａ断面図）、第３図（ｂ）は該スピンドル部の冷
却液の供給部の拡大縦断面図、第４図（ａ）及び第４図
（ｂ）は該供給部の別の例を示す横断面図を示す。（主要部分の符号の説明）１・・・スピンドル、２・・・ケーシング、４・・・螺
旋溝、５・・・非接触型液体供給装置、６・・・非接触
型液体排出装置、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高速回転可能な回転軸を有する加工装置において
、該回転軸を液体冷却する為に、該回転軸を中空軸に形
成すると共に、冷却液を一方向に流す手段を該中空軸の
内面に構成したことを特徴とする回転軸冷却装置。