(57)【要約】【課題】  モータビルトイン型の主軸を備えた工作機械において高発熱部を効果的に冷却することができる工作機械を提供すること。【解決手段】  スピンドル１０を回転自在に支持するための主軸部２を備え、スピンドル１０に被加工物又は加工工具が取り付けられる工作機械。主軸部２は、軸受手段６，８を介してスピンドル１０を回転自在に支持する主軸ハウジング４と、主軸ハウジング４の内周面に取り付けられた駆動用ステータ３２と、スピンドル１０の外周面に駆動用ステータ３２に対向して取り付けられた駆動用ロータ３４とを備えている。主軸ハウジング１４には、駆動用ステータ３２を冷却するための冷却媒体が流れる冷却用流路２２が設けられ、冷却用流路２２は、駆動用ステータ３２の高発熱部（例えば、軸方向中央部）に対応してその幅が広くなっている。【選択図】  図１
2010221360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルを回転自在に支持するための主軸部を備え、前記スピンドルに被加工物又は加工工具が取り付けられる工作機械において、
前記主軸部は、軸受手段を介して前記スピンドルを回転自在に支持する主軸ハウジングと、前記主軸ハウジングの内周面に取り付けられた駆動用ステータと、前記スピンドルの外周面に前記駆動用ステータに対向して取り付けられた駆動用ロータとを備え、前記主軸ハウジングには、前記駆動用ステータを冷却するための冷却媒体が流れる冷却用流路が設けられ、前記冷却用流路は、前記駆動用ステータの高発熱部に対応してその幅が広くなっていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記駆動用ステータの軸方向中央部に対応して前記冷却用流路の流入部が設けられ、その軸方向両端部に対応して前記冷却用流路の流出部が設けられ、前記冷却用流路の前記流入部の幅が他の部位よりも広くなっており、前記冷却用流路の前記中央部から軸方向片側に一方の流出部まで第１流路部が延び、その中央部から軸方向他側に他方の流出部まで第２流路部が延びていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記冷却用流路の流れ方向の少なくとも一部は、前記駆動用ロータ側の径方向内側部の幅が径方向外側部の幅よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
【請求項４】
スピンドルを回転自在に支持するための主軸部を備え、前記スピンドルに被加工物又は加工工具が取り付けられる工作機械において、
前記主軸部は、軸受手段を介して前記スピンドルを回転自在に支持する主軸ハウジングと、前記主軸ハウジングの内周面に取り付けられた駆動用ステータと、前記スピンドルの外周面に前記駆動用ステータに対向して取り付けられた駆動用ロータとを備え、前記主軸ハウジングには、前記駆動用ステータを冷却するための冷却媒体が流れる冷却用流路が設けられ、前記冷却用流路の径方向内側周面の少なくとも一部には、冷却媒体が流れる多孔質金属材が配設されていることを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を加工するための工作機械、更に詳しくはモータビルトイン型の主軸を冷却するための主軸冷却構造を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工工具を取り付けるための主軸を冷却するための冷却構造を備えた工作機械として、ハウジングとスピンドル冷却筒との間に冷却用流路が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この公知の工作機械では、スピンドル冷却筒の外周面に螺旋状に冷却用流路が設けられ、この冷却用流路の流入側にエアー供給源が設けられ、冷却媒体としてのエアーがエアー供給源から冷却用流路に供給されるように構成されている。
【０００３】
この工作機械の冷却構造においては、エアー流入部からエアー流出部に向けて、冷却用流路の隣接する間隔が除々に狭くなるように、また冷却用流路の幅が除々に広くなるように構成され、このように構成することによって、エアーの流入側においては、冷却用流路の幅は狭いが、冷却エアーの温度が低くなり、またエアーの流出側においては、暖まったエアーで冷却するが、冷却用流路の幅が広くなり、このようなことから主軸をほぼ均一に冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４５２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、工作機械の主軸部においては、その全体にわたって温度が均一に上昇するのではなく、その一部に高発熱部（即ち、温度が高くなる部位）が存在し、例えばモータビルトイン型の主軸（即ち、駆動用モータが主軸部に内蔵され直接的にスピンドルを駆動する形態のもの）を備えた工作機械（例えば、ＮＣ旋盤）では、駆動用モータでの発熱が多く、この駆動モータを内蔵する部位が高発熱部となる。
【０００６】
そして、このような工作機械の主軸部に高発熱部が生じると、加工時に被加工物（又は加工工具）が取り付けられる主軸を高精度に回転駆動することが難しくなり、主軸の回転精度の低下に起因して被加工物を高精度に加工することが難しくなる。また、この高発熱部が高温に上昇すると、駆動用モータが焼き付いたり、軸受けが破損したりするという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、モータビルトイン型の主軸を備えた工作機械において高発熱部を効果的に冷却することができる工作機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の工作機械は、スピンドルを回転自在に支持するための主軸部を備え、前記スピンドルに被加工物又は加工工具が取り付けられる工作機械において、
前記主軸部は、軸受手段を介して前記スピンドルを回転自在に支持する主軸ハウジングと、前記主軸ハウジングの内周面に取り付けられた駆動用ステータと、前記スピンドルの外周面に前記駆動用ステータに対向して取り付けられた駆動用ロータとを備え、前記主軸ハウジングには、前記駆動用ステータを冷却するための冷却媒体が流れる冷却用流路が設けられ、前記冷却用流路は、前記駆動用ステータの高発熱部に対応してその幅が広くなっていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の工作機械では、前記駆動用ステータの軸方向中央部に対応して前記冷却用流路の流入部が設けられ、その軸方向両端部に対応して前記冷却用流路の流出部が設けられ、前記冷却用流路の前記流入部の幅が他の部位よりも広くなっており、前記冷却用流路の前記中央部から軸方向片側に一方の流出部まで第１流路部が延び、その中央部から軸方向他側に他方の流出部まで第２流路部が延びていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載の工作機械では、前記冷却用流路の流れ方向の少なくとも一部は、前記駆動用ロータ側の径方向内側部の幅が径方向外側部の幅よりも大きくなっていることを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の請求項４に記載の工作機械は、スピンドルを回転自在に支持するための主軸部を備え、前記スピンドルに被加工物又は加工工具が取り付けられる工作機械において、
前記主軸部は、軸受手段を介して前記スピンドルを回転自在に支持する主軸ハウジングと、前記主軸ハウジングの内周面に取り付けられた駆動用ステータと、前記スピンドルの外周面に前記駆動用ステータに対向して取り付けられた駆動用ロータとを備え、前記主軸ハウジングには、前記駆動用ステータを冷却するための冷却媒体が流れる冷却用流路が設けられ、前記冷却用流路の径方向内側周面の少なくとも一部には、冷却媒体が流れる多孔質金属材が配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の工作機械によれば、主軸ハウジングに冷却用流路が設けられ、この冷却用流路は駆動用ステータの高発熱部に対応してその幅が広くなっているので、この高発熱部に対応する部位おける冷却媒体の量が多く、多量の冷却媒体でもって高発熱部を冷却することができ、これによって、高発熱部の温度上昇を抑えてスピンドルを高精度に回転駆動することができる。尚、冷却媒体としては水、オイルなどの液体、空気などの気体を用いることができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載の工作機械によれば、駆動用ステータの軸方向中央部に対応して冷却用流路の流入部が設けられ、その軸方向両端部に対応して冷却用流路の流出部が設けられているので、冷却された冷却媒体が駆動用ステータの軸方向中央部に対応する冷却用流路の流入部に流入し、またかく流入した冷却媒体は、第１流路部を通して一方の流出部に流れるとともに、第２流路部を通して他方の流出部に流れ、このような冷却媒体の流れによって駆動用ステータの軸方向中央部、即ち駆動用ステータの高発熱部を効果的に冷却することができる。加えて、冷却用流路の流入部の幅が他の部位よりも広くなっているので、この流入部における冷却媒体の量が多く、多量の冷却媒体でもって駆動用ステータの軸方向中央部を一層効果的に冷却することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項３に記載の工作機械によれば、冷却用流路の流れ方向の少なくとも一部は、駆動用ロータ側の径方向内側部の幅が径方向外側部の幅よりも大きくなっているので、この冷却用流路の上記一部においては、主軸ハウジングと冷却媒体との接触面積が大きく、主軸ハウジングの上記一部を効果的に冷却することができる。尚、このような冷却用流路の構成は、その大部分乃至ほぼ全体にわたって採用するのが好ましい。
【００１５】
更に、本発明の請求項４に記載の工作機械によれば、駆動用ステータを冷却するための冷却用流路が設けられ、この冷却用流路の径方向内側周面の少なくとも一部に多孔質金属材が配設されているので、冷却用流路を流れる冷却媒体の一部が多孔質金属材を通して流れ、この多孔質金属材において冷却媒体との接触面積が大きく、従って、この多孔質金属材の配設部位に対応して駆動用ステータを効果的に冷却することができる。尚、この多孔質金属材は、冷却用流路に間隔を置いて配設するようにしてもよく、或いは駆動用ステータの軸方向中央部、即ちその高発熱部対応して配設するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に従う工作機械の一例としてのＮＣ旋盤における主軸部の一部を示す断面図。
【図２】第１の変形形態のＮＣ旋盤における主軸部の一部を拡大して示す部分拡大断面図。
【図３】第２の変形形態のＮＣ旋盤における主軸部の一部を拡大して示す部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う工作機械の一例としてのＮＣ旋盤に適用して説明する。工作機械の一例としてのＮＣ旋盤の一部を示す図１において、図示のＮＣ旋盤の主軸部２は、図示しない旋盤本体の一端部に上部に取り付けられる。この主軸部２は、旋盤本体に取り付けられる主軸ハウジング４と、この主軸ハウジング４に軸受手段６，８を介して回転自在に支持されたスピンドル１０とを備え、このスピンドル１０がビルトインモータ１２により所定方向に回転駆動される。
【００１８】
主軸ハウジング４は、スピンドル１０及びビルトインモータ１２を覆うハウジング本体１４と、このハウジング本体１４の両端部に配設された支持壁１６，１８と、ハウジング本体１４の内周面に取り付けられた筒状取付壁２０とを備え、この筒状取付壁２０に後述する冷却用流路２２が設けられている。片方（図１において右側）の支持壁１６はハウジング本体１４の一端部に取り付けられ、軸受手段６を介してスピンドル１０の一端側（図１において右側）を回転自在に支持し、また他方（図１において左側）の支持壁１８はハウジング本体１４の他端部に取り付けられ、軸受手段８を介してスピンドル１０の他端側（図１において左側）を回転自在に支持する。この実施形態では、片方の軸受手段６は一対のラジアル軸受２４，２６及びラジアル・アキシャル軸受２８から構成され、他方の軸受手段８はラジアル・アキシャル軸受３０から構成されている。
【００１９】
ビルトインモータ１２は、スピンドル１０とハウジング本体１４との間の環状空間に内蔵されている。このビルトインモータ１２は、それ自体周知の構成のものであり、駆動用ステータ３２及び駆動用ロータ３４から構成されている。駆動用ステータ３２は、筒状取付壁２０の内周面に取り付けられ、またスピンドル１０の外周面には支持スリーブ３６が装着され、この支持スリーブ３６の外周面に駆動用ロータ３４が取り付けられ、この駆動用ロータ３４は、駆動用ステータ３２の径方向内側に配設される。
【００２０】
スピンドル１０には、図示していないが、チャック手段が取り付けられ、このチャック手段に、ＮＣ旋盤によって加工すべき被加工物（図示せず）が取り付けられる。このように構成されているので、ビルトインモータ１２が作動すると、駆動用ステータ３２と駆動用ロータ３４との磁気的作用によって、この駆動用ロータ３４が回動され、これによって、スピンドル１０（及びこれに装着されたチャック手段及び被加工物）が所定方向に回転される。
【００２１】
このＮＣ旋盤では、ビルトインモータ１２の駆動用ステータ３２に関連して、冷却媒体を流すための冷却用流路２２が設けられている。図示の形態では、冷却用流路２２は、駆動用ステータ３２の取付部位に対応して筒状取付壁２０の外周面（ハウジング本体１４と接触する周面）に設けられ、その断面形状が矩形状に形成されている。この冷却用流路２２は、駆動用ステータ３２の軸方向（図１において左右方向）中央部に対応して設けられた流入部４２と、駆動用ステータ３２の軸方向両端部に対応して設けられた流出部４４，４６とを有し、流入部４２と片方（図１において右方）の流出部４４とが第１流路部４８によって接続され、またこの流入部４２と他方（図１において左方）の流出部４６とが第２流路部５０によって接続され、第１及び第２流路部４８，５０が筒状取付壁２０の外周部を螺旋状に延びている。
【００２２】
この形態では、ハウジング本体１４には、冷却用流路２２の流入部４２に連通する流入貫通口５２が設けられているとともに、その一方の流出部４４に連通する流出貫通口５４と、その他方の流出部４６に連通する流出貫通口５６とが設けられている。流入貫通口５２には、冷却媒体を冷却するための冷却装置（例えば、ラジエタ）（図示せず）からの供給ライン（図示せず）が接続され、流出貫通口５４，５６には冷却装置への戻りラインが接続される。
【００２３】
この形態では、更に、図１に示すように、冷却用流路２２の流入部４２の幅が冷却用流路２２のその他の部位の幅よりも大きく形成されている。ビルトインモータ１２を備えた主軸構造では、駆動用ステータ３２の軸方向中央部における発熱が大きく、この軸方向中央部が高発熱部となって温度が高くなるが、このように流入部４２（即ち、高発熱部に対応する部位）の幅を広くすることによって、流入部４２を流れる冷却媒体の流量が多くなり、この冷却媒体によって、駆動用ステータ３２の軸方向中央部、即ち高発熱部に対応する部位を効果的に冷却することができ、この高発熱部の温度上昇を抑えることができる。また、この高発熱部に対応する部位に冷却用流路２２の流入部４２を配置することによって、冷却装置（図示せず）にて冷却された冷却媒体が流入部４２に送給され、これによって、この高発熱部に対応する部位を一層効果的に冷却することができる。尚、冷却媒体としては、水、オイルなどの液体を用いることができるが、空気などの気体などを用いるようにしてもよい。
【００２４】
この主軸冷却構造を備えたＮＣ旋盤では、冷却装置にて冷却された冷却媒体は、供給ライン（図示せず）を通して供給され、矢印５８で示すように、ハウジング本体１４の流入貫通口５２を通して冷却用流路２２の流入部４２に流入する。そして、流入した冷却媒体の一部は、第１流路部４８を通して図１において右側に流出部４４に流れ、この流出部４４からハウジング本体１４の流出貫通口５４を通して矢印６０で示すように流出し、また冷却媒体の残部は、第２流路部５０を通して図１において左側に流出部４６に流れ、この流出部４６からハウジング本体１４の他方の流出貫通口５４を通して矢印６２で示すように流出し、かく流出した冷却媒体が戻りライン（図示せず）を通して冷却装置に戻され、このようにして冷却媒体が冷却用流路２２を通して循環される。冷却用流路２２の流入部４２、第１流路部４８及び流出部４４を通して流れる間、冷却媒体は駆動用ステータ３２の軸方向中央部から片側部（図１において右側部）を冷却し、またその流入部４２、第２流路部５０及び流出部４６を通して流れる間、冷却媒体は駆動用ステータ３２の軸方向中央部から他側部（図１において左側部）を冷却し、このようにして駆動用ステータ３２に対応する部位が冷却媒体により冷却され、駆動用ステータ３２の温度上昇が抑えられる。
【００２５】
この実施形態では、駆動用ステータ３２の軸方向中央部に対応して冷却用流路２２の流入部４２を配設し、駆動用ステータ３２の軸方向両端部に対応して冷却用流路２２の流出部４４，４６を配設しているが、このような構成に限定されず、駆動用ステータ３２の軸方向一端部に対応して流入部を配設し、その軸方向他端部に対応して流出部を配設するようにしてもよく、この場合においても、高発熱部（例えば、駆動用ステータ３２の軸方向中央部）に対応して冷却用流路２２の幅を広げて冷却媒体の流量を多くするようにすることができる。
【００２６】
主軸冷却構造として、図２に示すように構成することができる。図２は、第１の変形形態のＮＣ旋盤における主軸部の一部を拡大して示し、以下の実施形態において、図１に示す実施形態と実質上同一の部材は同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
図２において、この変形形態では、主軸冷却構造としての冷却用流路に修正が施されている。即ち、主軸ハウジング４Ａの筒状取付部２０Ａの外流部に設けられた冷却用流路２２Ａは、その全長にわたって、その径方向内側部（即ち、駆動用ステータ３２側の底部）の幅がその径方向外側部の幅よりも大きく、その断面形状が台形状に形成されている。この変形形態のその他の構成は、上述した実施形態と実質上同一である。
【００２８】
このような主軸冷却構造を備えたＮＣ旋盤においては、冷却用流路２２Ａの径方向内側部の幅が広くなっているので、筒状取付部２０Ａと冷却用流路２２Ａを流れる冷却媒体との接触面積が大きくなり、これによって、主軸ハウジングを効果的に冷却することができる。
【００２９】
この実施形態では、冷却用流路２２Ａの全体にわたって断面形状を台形状にしているが、その少なくとも一部（例えば、高発熱部に対応する部位に設けられた流路部）の断面形状を台形状にすればよく、このように構成することによって、上述した所望の効果が達成される。
【００３０】
主軸冷却構造として、図３に示すように構成することができる。図３は、第２の変形形態のＮＣ旋盤における主軸部の一部を拡大して示している。
【００３１】
図３において、この変形形態でも、主軸冷却構造としての冷却用流路に修正が施されている。即ち、主軸ハウジング４Ｂの筒状取付部２０Ｂの外周部に設けられた冷却用流路２２Ｂの底部に多孔質金属材７２が配設されている。多孔質金属材７２（例えば、富山住友電工株式会社から商品名「セルメット」として販売されているもの）はプレート状に形成され、冷却用流路２２Ｂの底部にその全体にわたって、又は所定の間隔をおいて設けられる。この第２の変形形態のその他の構成は、上述した実施形態と実質上同一である。
【００３２】
このような主軸冷却構造を備えたＮＣ旋盤においては、冷却用流路２２Ｂの底部に多孔質金属材７２が設けられているので、冷却用流路２２Ｂを流れる冷却媒体の一部が多孔質金属材７２を通して流れる。この多孔質金属材７２においては、冷却媒体との接触面積が大きく、従って、多孔質金属材７２から冷却媒体への熱伝導が効率的に行われ、ビルトインモータ１２の駆動用ステータ３２を効果的に冷却してその温度上昇を抑えることができる。
【００３３】
この第２の変形形態では、冷却用流路２２Ｂの断面形状を矩形状に形成しているが、この断面形状を第１の変形形態と同様に台形状に形成するようにしてもよい。尚、この多孔質金属材７２は従来の冷却用流路（換言すると、流路幅が全長にわたって均一なもの）に組み合わせて用いることもできるが、図１に示す実施形態の冷却用流路（換言すると、高発熱部に対応して流路幅が広くなっているもの）に組み合わせて用いることもできる。
【００３４】
以上、本発明に従う工作機械の一例としてのＮＣ旋盤に適用し、このＮＣ旋盤においてはスピンドルに被加工物が取り付けられるが、このような工作機械に限定されず、マシニングセンタなどの工作機械にも同様に適用することができ、このマシニングセンタにおいてはスピンドルに、被加工物に加工を施す加工工具が取り付けられる。
【００３５】
また、上述した実施形態では、冷却用流路を主軸ハウジングの筒状取付壁の外周部に設けているが、筒状取付壁に代えて、ハウジング本体の内周部に設けるようにしてもよく、或いはハウジング本体及び筒状取付壁に設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
２  主軸部
４，４Ａ，４Ｂ  主軸ハウジング
６，８  軸受手段
１０  スピンドル
１２  ビルトインモータ
１４  ハウジング本体
１６，１８  支持壁
２０，２０Ａ，２０Ｂ  筒状取付壁
２２，２２Ａ，２２Ｂ  冷却用流路
３２  駆動用ステータ
３４  駆動用ロータ
４２  流入部
４４，４６  流出部
４８  第１流路部
５０  第２流路部
７２  多孔質金属材
【図１】
2010221360.tif 000003
【図２】
2010221360.tif 000004
【図３】
2010221360.tif 000005