(57)【要約】【課題】主軸の熱を外部へ効率良く排出可能にした主軸装置を提供すること。【解決手段】工作機械の主軸装置１０が、主軸１４をハウジング１２に対して回転可能に支持するリア側軸受１６とフロント側軸受１８、２０と、フロント側軸受とリア側軸受との間で主軸の周囲に配置されたビルトインモータ２２、２４と、主軸に内蔵され主軸の中央部と後端部との間で熱を伝えるヒートパイプ５０と、リア側軸受よりも後方に突出した主軸の後方部分に固定され、主軸の回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状の複数の内側フィン５４ｂと、ハウジングに固定され、複数の内側フィンに接触しないように、同内側フィンの間に配置された板状の複数の外側フィン５６ｂとを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに対して回転可能に支持された主軸の前端部に工具またはワークを保持するように形成された工作機械の主軸装置において、
前記主軸の前側で該主軸を回転可能に支持するフロント側軸受と、
前記フロント側軸受よりも後側で前記主軸を回転可能に支持するリア側軸受と、
前記フロント側軸受とリア側軸受との間の中央部分において、前記主軸の周囲に配置され該主軸を回転駆動するビルトインモータと、
前記主軸に内蔵され、前記主軸の中央部と後端部との間で熱を伝えるヒートパイプと、
前記リア側軸受よりも後方に突出した前記主軸の後方部分に固定され、前記主軸の回転軸線方向に配列され、かつ、前記主軸の回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状の複数の内側フィンと、
前記ハウジングに固定され、前記複数の内側フィンに接触しないように、同内側フィンの間に配置された板状の複数の外側フィンと、
を具備することを特徴とした工作機械の主軸装置。
【請求項２】
前記外側フィンは２つの半体部分を具備しており、該２つの半体部分の各々は、少なくとも部分的に円筒形状のベース部材と、該ベース部材の内周面から半径方向に突出した複数のフィン部材とを有しており、２つの半体部分のベース部材の間に付勢部材が配設され、該付勢部材が該２つの半体部分を互いに離反する方向に付勢し、これによって、外側フィンが前記ハウジングの内面に押圧されるようにした請求項１に記載の主軸装置。
【請求項３】
前記リア側軸受とヒートパイプとの間に断熱材が配設されている請求項１に記載の主軸装置。
【請求項４】
前記内側フィンは、円筒形状のベース部材と、該ベース部材の外周面から半径方向外側に突出した複数のフィン部材とを有しており、前記内側フィンは、そのベース部材が前記リア側軸受の内輪に接するように配置されている請求項３に記載の主軸装置。
【請求項５】
前記ヒートパイプは、前記主軸装置の回転軸線に対して所定の角度を以て主軸の後端から先端へ向けて拡開するように配置されている請求項１に記載の主軸装置。
【請求項６】
前記主軸の回転方向に前記外側フィンと少なくとも部分的に重なり合うように配置された冷却液通路を更に具備する請求項１に記載の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプと熱交換器とを用いて、先端部に工具またはワークを取り付けるように形成された主軸から熱を効率良く排出するようにした工作機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライス盤や旋盤のような工作機械の主軸が回転すると軸受において発熱し、主軸温度が上昇して主軸が延びるため工作精度が低下する。この主軸の温度上昇を防止または低減するため、従来から種々の軸受冷却方法が開発されている。例えば特許文献１には、工作機械の主軸を回転可能に支持する前軸受と後軸受とに亘って延在するように、主軸内にヒートパイプを埋設し、前軸受と後軸受との間の主軸の中央部分の外周面にフィンを設け、前軸受と後軸受で生じた熱をヒートパイプによって主軸の中央部分に輸送し、前記フィンから主軸の外部に放熱するようにした主軸の軸受冷却構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平０２−０３６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の主軸の軸受冷却構造では、前軸受と後軸受とで発生した熱は、主軸装置のハウジング内に排出され、次いでハウジングを通して外部へ排出されるため、主軸を含めた主軸装置全体の温度が上昇する。従って、主軸の外周面に設けたフィンからの排熱も不十分であり、主軸の温度上昇抑制効果は限定的である。また、前軸受と後軸受との間にモータを組み込むビルトインモータ方式の主軸に適用する場合には、モータのロータおよびステータが主軸の外周面を覆うため排熱が妨げられる。更に、モータのロータおよびステータ自体も発熱源となり主軸の温度を上昇させる。
【０００５】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、主軸の熱を外部へ効率良く排出可能にした主軸装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、ハウジングに対して回転可能に支持された主軸の前端部に工具またはワークを保持するように形成された工作機械の主軸装置において、前記主軸の前側で該主軸を回転可能に支持するフロント側軸受と、前記フロント側軸受よりも後側で前記主軸を回転可能に支持するリア側軸受と、前記フロント側軸受とリア側軸受との間の中央部分において、前記主軸の周囲に配置され該主軸を回転駆動するビルトインモータと、前記主軸に内蔵され、前記主軸の中央部と後端部との間で熱を伝えるヒートパイプと、前記リア側軸受よりも後方に突出した前記主軸の後方部分に固定され、前記主軸の回転軸線方向に配列され、かつ、前記主軸の回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状の複数の内側フィンと、前記ハウジングに固定され、前記複数の内側フィンに接触しないように、同内側フィンの間に配置された板状の複数の外側フィンとを具備する工作機械の主軸装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ビルトインモータから主軸に伝達される熱をヒートパイプを通して効率良く主軸の後方部分に輸送し、更に、該主軸の後方部分から内側フィンから外側フィンに非接触式に効率良く輸送することが可能となる。これにより、主軸を効果的に冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の好ましい実施形態による主軸装置の断面図である。
【図２】図１の矢視線II-IIに沿う主軸装置の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
以下に説明する本発明の好ましい実施形態では、主軸装置は、主軸の先端に工具を装着し、該工具をテーブルに取り付けたワークに対して、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交三軸方向に相対移動させて、回転する工具によってワークを加工する工作機械の主軸装置である。然しながら、本発明の主軸装置は、主軸の先端にワークを取り付け、回転するワークに静止した切削工具（バイト）を押し付けてワークを加工する工作機械の主軸装置としてもよい。
【００１０】
主軸装置１０は、中空のハウジング１２と、該ハウジング１２に回転可能に支持された主軸１４とを具備している。主軸１４の先端部には、工具ホルダTHを介してエンドミルのような回転工具Ｔを装着するテーパ穴１４ａが形成されている。主軸１４は、リア側軸受１６と、フロント側軸受１８、２０によって、回転軸線Ｏを中心として回転可能に支持されている。
【００１１】
図１の実施形態では、リア側軸受は、主軸１４の後端側の部分を支持し、フロント側軸受１６、１８は主軸１４の前端側の部分を支持している。主軸１４の前端側の部分には、加工中に大きな力が作用するので、主軸１４の前端側の部分は、２つのフロント側軸受１６、１８によって支持されている。これに対して、負荷が比較的小さい主軸１４の後端側の部分は、１つのリア側軸受１６によって支持されている。リア側軸受１６およびフロント側軸受１８、２０の配置や個数は必要に応じて選択することができる。なお、本発明の中央部分とは、主軸１４の回転軸線方向の前端と後端から距離が中央にある位置という意味ではなく、前端側を支持するフロント側軸受１６、１８と後端側を支持するリア側軸受との間にある部分という意味で用いていることに注意されたい。
【００１２】
ハウジング１２内において、リア側軸受１６と、フロント側軸受１８、２０の間の主軸１４の中央部分に対応したハウジング１２の部分には、主軸１４を回転駆動するビルトインモータが組み込まれている。該ビルトインモータは、主軸１４の中央部分の外表面に固定されたロータ２２と、該ロータ２２に対面するように、ハウジング１２に固定されたステータ２４とを具備している。該ビルトインモータ２２、２４は、工作機械の制御装置、例えばＮＣ装置（図示せず）に接続されており、該ＮＣ装置によって回転の起動、停止および回転速度が制御される。
【００１３】
主軸装置１０は、後方部分（図１では主軸装置１０の上端側）に後部熱交換器を具備している。該後部熱交換器は、内側フィン５４と外側フィン５６とを備える。内側フィン５４は、主軸１４と共に回転するように、主軸１４のリア側軸受１６よりも後方に突出した後方部分に固定さている。内側フィン５４は、主軸１４の外周面に固定される円筒形状のベース部材５４ａと、該ベース部材５４ａから半径方向外側に突出した複数のフィン部材５４ｂとを有している。フィン部材５４ｂの各々は、回転軸線Ｏに対して垂直な方向に延びる板部材であって、好ましくはリング状に形成されている。また、複数のフィン部材５４ｂは、ベース部材５４ａの外周面に沿って主軸１４の回転軸線Ｏ方向に所定の間隔で配列されている。内側フィン５４は、例えばベース部材５４ａの外表面にリング状のフィン部材５４ｂをろう付けまたは溶接することによって形成することができる。或いは、円筒部材の外周面に複数の周溝を形成することによって、フィン部材５４ｂとベース部材５４ａとを一体的に形成してもよい。内側フィン５４は、好ましくは、そのベース部材５４ａの内周面が直接主軸１４の外周面に接触するように配置される。
【００１４】
外側フィン５６は、内側フィン５４に対面するようにハウジング１２の後方部分に固定されている。外側フィン５６は、主軸１４と共に回転することはない。外側フィン５６は、円筒状または円弧状のベース部材５６ａと、該ベース部材５６ａの内周面から半径方向内側に突出した複数のフィン部材５６ｂとを有している。フィン部材５６ｂの各々は、回転軸線Ｏに対して垂直な方向に延びる板部材であって、環状または後述するように円弧状に形成することができる。外側フィン５６は、好ましくは、そのベース部材５６ａの外周面が円筒部材２６の内周面に直接接触するように配置される。
【００１５】
内側フィン５４と外側フィン５６は、各々のフィン部材５４ｂ、５６ｂが回転軸線Ｏの方向に交互に配置されるように、主軸１４とハウジング１２にそれぞれ取り付けられる。内側フィン５４と外側フィン５６の各々のフィン部材５４ｂ、５６ｂ間の間隔は小さい方が好ましいが、主軸１４の回転中に振動等によって両者が接触しないように選択される。
【００１６】
ここで、回転軸線Ｏに垂直な平面に沿う主軸装置１０の部分断面である図２を参照すると、後部熱交換器の外側フィン５６は、２つの半体部分５６′を具備している。半体部分５６′は、半円筒部材または少なくとも部分的に円筒状の部材の内周面に円弧状のフィン部材５６ｂをろう付けまたは溶接することによって形成することができる。或いは、半体部分５６′は、半円筒部材または少なくとも部分的に円筒状の部材の内周面に複数の溝を形成することによって、フィン部材５６ｂとベース部材５６ａとを一体的に形成するようにしてもよい。２つの半体部分５６′の間には、半体部分５６′をハウジング１２の内面、本実施形態では、後部冷却液通路２６ａを形成する円筒部材２６の内周面に押圧する付勢部材５６ｃが配設されている。付勢部材５６ｃは、コイルばねや皿ばねから形成することができる。
【００１７】
主軸装置１０の前方部分（図１では下端部分）にも、後部熱交換器と同様の前部熱交換器が設けられている。前部熱交換器は、主軸１４の前方部分、より詳細には２つのフロント側軸受１８、２０の間の部分に設けられた内側フィン５８と、内側フィン５８に対面するようにハウジング１２の内面に固定された外側フィン６０とを具備している。
【００１８】
内側フィン５８は、主軸１４の外周面に固定される円筒形状のベース部材５８ａと、該ベース部材５８ａから半径方向外側に突出した複数のフィン部材５８ｂとを有している。内側フィン５８は、好ましくは、そのベース部材５８ａの内周面が主軸１４の外周面に直接接触するように配置される。
【００１９】
外側フィン６０は、円筒状または円弧状のベース部材６０ａと、該ベース部材６０ａの内周面から半径方向内側に突出した複数のフィン部材６０ｂとを有している。外側フィン６０は、好ましくは、そのベース部材６０ａの外周面が円筒部材３０の内周面に直接接触するように配置される。外側フィン６０は、後部熱交換器の外側フィン５６と同様に、２つの半体部分から形成するようにできる。
【００２０】
内側フィン５８と外側フィン６０は、各々のフィン部材５８ｂ、６０ｂが回転軸線Ｏの方向に交互に配置されるように、主軸１４とハウジング１２にそれぞれ取り付けられる。内側フィン５８と外側フィン６０の各々のフィン部材５８ｂ、６０ｂ間の間隔は小さい方が好ましいが、主軸１４の回転中に振動等によって両者が接触しないように選択される。
【００２１】
ハウジング１２の後方部分には冷却液が流通する後部冷却液通路２６ａが形成されている。後部冷却液通路２６ａは、例えば円筒部材２６の外周面に螺旋状の溝を形成し、円筒部材２６をハウジング１２の内面に密着するように嵌合させることによって円筒部材２６の外周面とハウジング１２の内周面との間に形成することができる。本実施形態では、後部冷却液通路２６ａは、外側フィン５６のベース部材５６ａに少なくとも部分的に、好ましくは回転軸線Ｏ方向にベース部材５６ａの全体と重なるように配置される。
【００２２】
後部冷却液通路２６ａには、冷却液供給管路３２によって冷却液供給装置（図示せず）から冷却液、例えば水が供給される。後部冷却液通路２６ａを流通した冷却液は、冷却液戻り管路３４によって冷却液供給装置に戻される。冷却液供給装置は、例えば冷却液を貯留するタンク（図示せず）、該タンクから冷却液を後部冷却液通路２６ａへ向けて送り出すポンプ（図示せず）、関連する弁、および、前記ポンプおよび弁の動作を制御する制御装置または制御回路（図示せず）等を含むことができる。冷却供給装置は、後部冷却液通路２６ａから戻ってきた冷却液を冷却する冷却装置（図示せず）含んでいてもよい。
【００２３】
ハウジング１２の中央部分には、冷却液が流通する中間冷却液通路２８ａが形成されている。中間冷却液通路２８ａは、例えば円筒部材２８の外周面に螺旋状の溝を形成し、円筒部材２８をハウジング１２の内面に密着するように嵌合させることによって円筒部材２８の外周面とハウジング１２の内周面との間に形成することができる。本実施形態では、中間冷却液通路２８ａは、ステータ２４に少なくとも部分的に、好ましくは回転軸線Ｏ方向にステータ２４の全体と重なるように配置される。また、好ましくは、ステータ２４は、中間冷却液通路２８ａを形成する円筒部材２８の内周面に直接接触するように配置される。中間冷却液通路２８ａには、冷却液供給管路３６によって前記冷却液供給装置から冷却液が供給される。中間冷却液通路２８ａを流通した冷却液は、冷却液戻り管路４０によって前記冷却液供給装置に戻される。
【００２４】
ハウジング１２の前方部分には、冷却液が流通する前部冷却液通路３０ａが形成されている。前部冷却液通路３０ａは、例えば円筒部材３０の外周面に螺旋状の溝を形成し、円筒部材３０をハウジング１２の内面に密着するように嵌合させることによって円筒部材３０の外周面とハウジング１２の内周面との間に形成することができる。本実施形態では、前部冷却液通路３０ａは、外側フィン６０のベース部材６０ａに少なくとも部分的に、好ましくは回転軸線Ｏ方向にベース部材６０ａの全体と重なるように、より好ましくは、フロント側軸受１８、２０およびベース部材６０ａに重なるように配置される。前部冷却液通路３０ａには、冷却液供給管路４２によって前記冷却液供給装置から冷却液が供給される。前部冷却液通路３０ａを流通した冷却液は、冷却液戻り管路４４によって前記冷却液供給装置に戻される。
【００２５】
主軸装置１０は、更に、後部ヒートパイプ５０を具備している。後部ヒートパイプ５０は主軸１４の後方部分に組み込まれている。複数の後部ヒートパイプ５０が、主軸１４の回転軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に配置される。複数の後部ヒートパイプ５０は、好ましくは、回転軸線Ｏに対して所定の角度θを以て主軸１４の後端から先端へ向けて拡開するように埋設されている。つまり、複数の後部ヒートパイプ５０は、主軸１４内で主軸１４の後端から先端へ向けて拡開する所定の円錐面に沿って配置するようにできる。
【００２６】
また、後部ヒートパイプ５０は、後部熱交換器５４、５６の少なくとも一部に重なり合う位置から、ビルトインモータ２２、２４の少なくとも一部に重なり合う位置まで延設されている。より好ましくは、後部ヒートパイプ５０は後部熱交換器５４、５６の全体、リア側軸受１６およびビルトインモータ２２、２４の全体と重なるように延設される。本実施形態では、ビルトインモータ２２、２４に隣接した後部ヒートパイプ５０の前端部分が高温部となり、後部熱交換器５４、５６に隣接した後部ヒートパイプ５０の後端部分が低温部となる。
【００２７】
主軸装置１０は、更に、前部ヒートパイプ５２を具備することができる。前部ヒートパイプ５２は主軸１４の前方部分に組み込まれている。複数の前部ヒートパイプ５２が、主軸１４の回転軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に配置される。複数の前部ヒートパイプ５２は、好ましくは、回転軸線Ｏに対して平行に延設され、主軸１４内に埋設される。また、前部ヒートパイプ５２は、前部熱交換器５８、６０の少なくとも一部と、前部熱交換器５８、６０に重なり合うように延設されている。本実施形態では、フロント側軸受１８、２０に隣接した前部ヒートパイプ５２の両端部分が高温部となり、前部ヒートパイプ５２の中央部分が低温部となる。
【００２８】
主軸装置１０は、更に、後部熱交換器の内側フィン５４と外側フィン５６との間に冷却空気を供給するようにしてもよい。本実施形態では、冷却空気供給管路４６によって、冷却空気が冷却空気源（図示せず）から内側フィン５４と外側フィン５６との間に供給される。内側フィン５４と外側フィン５６との間に供給された冷却空気は、内側フィン５４と外側フィン５６との間を流通して主軸装置１０の後端側から外部に排出される。
【００２９】
同様に、前部熱交換器の内側フィン５８と外側フィン６０との間に冷却空気を供給するようにしてもよい。冷却空気は、前記冷却空気源から冷却空気供給管路４８によって前部熱交換器の内側フィン５８と外側フィン６０との間に供給される。内側フィン５８と外側フィン６０との間に供給された冷却空気は、内側フィン５８と外側フィン６０との間を流通して主軸装置１０の前端側から外部に排出される。
【００３０】
冷却空気源は、例えば空気を圧縮するコンプレッサ（図示せず）、圧縮された空気を貯留するタンクまたはアキュムレータ（図示せず）、関連する弁（図示せず）等を含むことができる。更に、冷却空気源は、タンクまたはアキュムレータからの空気を除湿するドライヤ（図示せず）や、タンクまたはアキュムレータからの空気を冷却する冷却装置（図示せず）を含んでいてもよい。
【００３１】
以下、本実施形態の作用を説明する。
主軸１４が回転すると、リア側軸受１６、フロント側軸受１８、２０およびビルトインモータ２２、２４から発熱する。リア側軸受１６に作用する負荷は比較的小さく、従ってリア側軸受１６からの発熱量は比較的小さい。ビルトインモータ、特にそのステータ２４から発生する熱は、中間冷却液通路２８ａを流通する冷却液によって、主軸装置１０の外部に効果的に排出される。
【００３２】
一方、ロータ２２から生じた熱により、主軸１４内に埋設されている後部ヒートパイプ５０が加熱される。特に、後部ヒートパイプ５０において、ロータ２２と重なる後部ヒートパイプ５０の高温部がロータ２２から生じる熱によって加熱される。これにより、各後部ヒートパイプ５０の高温部内では、作動流体、例えば水が気化する。作動流体が気化することにより、作動流は周囲から気化熱に相当する熱量を奪い、これによりロータ２２が冷却される。気化した作動流体は、後部ヒートパイプ５０の低温部へ向けて主軸１４の後端方向に流動する。
【００３３】
リア側軸受１６と主軸１４の後端との間の主軸１４の後方部分は、後部熱交換器５４、５６によって冷却される。これにより、後部ヒートパイプ５０の低温部も冷却され、後部ヒートパイプ５０の低温部において気体の作動流体が凝縮、液化する。低温部で液化した作動流体は、後部ヒートパイプ５０内のウィック内に吸収され、毛細管作用によって高温部へ移動する。作動流体が高温部へ移動する間、作動流体は、後部ヒートパイプ５０内でリア側軸受１６の近傍を通過する。リア側軸受１６からの発熱は比較的小さいが、リア側軸受１６からの熱によって、高温部へ向かう作動流体の移動が阻害される場合には、リア側軸受１６の内輪と、後部ヒートパイプ５０との間に断熱部材６２を配設するようにしてもよい。
【００３４】
また、作動流体が高温部へ向かって移動するとき、回転軸線Ｏに対して所定の角度θを以て主軸１４の後端から先端へ向けて拡開するように後部ヒートパイプ５０を配置することによって、ウィック内を移動する液体の作動流体に、主軸１４の回転に伴う遠心力が作用し、高温部へ向かう移動が促進される。こうして、ロータ２２から発生する熱は、後部ヒートパイプ５０によって、効果的に主軸１４の後方部分へ輸送される。
【００３５】
後部ヒートパイプ５０によって主軸１４の後方部分へ輸送された熱、および、リア側軸受１６、特にその内輪から熱伝導によって主軸１４の後方部分に輸送された熱は、後部熱交換器５４、５６によって、後部冷却液通路２６ａ内を流通する冷却液に輸送される。また、図１に示すように、内側フィン５４の円筒形状のベース部材５４ａの端部（図１では下端部）をリア側軸受１６の内輪に接触させることによって、リア側軸受１６の内輪から熱が直接内側フィン５４のベース部材５４ａに伝達される。
【００３６】
後部熱交換器の外側フィン５６のフィン部材５６ｂは、内側フィン５４のフィン部材５４ｂに接触しないように、同内側フィン５４のフィン部材５４ｂの間に配置されているので、対流熱伝達および放射熱伝達によって、内側フィン５４のフィン部材５４ｂから外側フィン５６のフィン部材５６ｂへ熱が輸送される。これにより内側フィン５４が冷却され、主軸１４の後方部分が冷却される。
【００３７】
また、冷却空気供給管路４６によって冷却空気源から後部熱交換器５４、５６へ冷却空気を供給することによって、内側フィン５４のフィン部材５４ｂが一層効果的に冷却される。後部熱交換器５４、５６へされる冷却空気は、内側フィン５４のフィン部材５４ｂと外側フィン５６のフィン部材５６ｂとの間の隙間を通って、主軸装置１０の後端から排出される。これによって、更に、内側フィン５４と外側フィン５６との間を通って塵埃等の異物がハウジング１２内に侵入することが防止される。
【００３８】
フロント側軸受１８、２０からの発熱によって、前部ヒートパイプ５２の高温部である両端部分が加熱される。これにより、前部ヒートパイプ５２の高温部では作動流体が気化する。作動流体が気化するとき、気化熱に相当する熱量が高温部の周辺から作動流体に吸収される。気化した作動流体は、前部ヒートパイプ５２の低温部である中央部分へ移動し、前部熱交換器５８、６０によって冷却されて、凝縮、液化する。凝縮に際して、凝縮熱に相当する熱量が作動流体から解放され、このネウが前部熱交換器５８、６０を通じて前部冷却液通路３０ａ内を流通する冷却液に輸送される。液化した作動流体は、前部ヒートパイプ５２のウィック内を高温部である前部ヒートパイプ５２の両端部分へ向けて移動する。こうして、主軸装置１０のフロント側軸受１８、２０、特にその内輪が効果的に冷却される。
【００３９】
また、冷却空気供給管路４８によって冷却空気源から前部熱交換器５８、６０へ冷却空気を供給することによって、内側フィン５８のフィン部材５８ｂが一層効果的に冷却される。前部熱交換器５８、６０へされる冷却空気は、内側フィン５８のフィン部材５８ｂと外側フィン６０のフィン部材６０ｂとの間の隙間を通って、主軸装置１０の前端から排出される。これによって、更に、内側フィン５８と外側フィン６０との間を通って、工作機械がワークを加工する際に発生する切り屑や、加工領域に供給される加工液のような塵埃等の異物がハウジング１２内に侵入することが防止される。
【符号の説明】
【００４０】
１０    主軸装置
１２    ハウジング
１４    主軸
１６    リア側軸受
１６    フロント側軸受
１８    フロント側軸受
２０    フロント側軸受
２２    ロータ
２４    ステータ
２６    円筒部材
２６ａ    後部冷却液通路
２８    円筒部材
２８ａ    中間冷却液通路
３０    円筒部材
３０ａ    前部冷却液通路
３２    冷却液供給管路
３４    冷却液戻り管路
３６    冷却液供給管路
４０    冷却液戻り管路
４２    冷却液供給管路
４４    冷却液戻り管路
４６    冷却空気供給管路
４８    冷却空気供給管路
５０    後部ヒートパイプ
５２    前部ヒートパイプ
５４    内側フィン
５４ａ    ベース部材
５４ｂ    フィン部材
５６    外側フィン
５６′    半体部分
５６ａ    ベース部材
５６ｂ    フィン部材
５６ｃ    付勢部材
５８    内側フィン
５８ａ    ベース部材
５８ｂ    フィン部材
６０    外側フィン
６０ａ    ベース部材
６０ｂ    フィン部材
６２    断熱部材
【図１】
2019162707.tif 000003
【図２】
2019162707.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月19日(2019.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、ハウジングに対して回転可能に支持された主軸の前端部に工具またはワークを保持するように形成された工作機械の主軸装置において、前記主軸の前側で該主軸を回転可能に支持し、該主軸の回転軸線方向に間隔をあけて設けられた複数のフロント側軸受と、前記フロント側軸受よりも後側で前記主軸を回転可能に支持するリア側軸受と、前記フロント側軸受とリア側軸受との間の中央部分において、前記主軸の周囲に配置され該主軸を回転駆動するビルトインモータと、前記リア側軸受よりも後方に突出し、前記リア側軸受の内輪に接して前記主軸の後方部分に固定され、前記主軸の回転軸線方向に配列され、かつ、前記主軸の回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状の複数の内側フィンと、前記ハウジングに固定され、かつ、前記複数の内側フィンに接触しないように、同内側フィンの間に配置された板状の複数の外側フィンとを有する後部熱交換器と、前記複数のフロント側軸受間に設けられ、前記主軸の回転軸線方向に配列され、かつ、前記主軸の回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状の複数の内側フィンと、前記ハウジングに固定され、前記複数の内側フィンに接触しないように、同内側フィンの間に配置された板状の複数の外側フィンとを有する前部熱交換器と、前記後部熱交換器および前部熱交換器の各々の外側フィンの外周に配置された後部冷却液通路および前部冷却液通路と、前記主軸に内蔵され、前記主軸の中央部と前記後部熱交換器との間で熱を伝える後部ヒートパイプと、前記リア側軸受と前記後部ヒートパイプとの間に配設された断熱材と、前記主軸に内蔵され、前記フロント側軸受と前記前部熱交換器との間で熱を伝える前部ヒートパイプとを具備する工作機械の主軸装置が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
図１の実施形態では、リア側軸受は、主軸１４の後端側の部分を支持し、フロント側軸受１８、２０は主軸１４の前端側の部分を支持している。主軸１４の前端側の部分には、加工中に大きな力が作用するので、主軸１４の前端側の部分は、２つのフロント側軸受１８、２０によって支持されている。これに対して、負荷が比較的小さい主軸１４の後端側の部分は、１つのリア側軸受１６によって支持されている。リア側軸受１６およびフロント側軸受１８、２０の配置や個数は必要に応じて選択することができる。なお、本発明の中央部分とは、主軸１４の回転軸線方向の前端と後端から距離が中央にある位置という意味ではなく、前端側を支持するフロント側軸受１８、２０と後端側を支持するリア側軸受との間にある部分という意味で用いていることに注意されたい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
主軸装置１０は、後方部分（図１では主軸装置１０の上端側）に後部熱交換器を具備している。該後部熱交換器は、内側フィン５４と外側フィン５６とを備える。内側フィン５４は、主軸１４と共に回転するように、主軸１４のリア側軸受１６よりも後方に突出した後方部分に固定されている。内側フィン５４は、主軸１４の外周面に固定される円筒形状のベース部材５４ａと、該ベース部材５４ａから半径方向外側に突出した複数のフィン部材５４ｂとを有している。フィン部材５４ｂの各々は、回転軸線Ｏに対して垂直な方向に延びる板部材であって、好ましくはリング状に形成されている。また、複数のフィン部材５４ｂは、ベース部材５４ａの外周面に沿って主軸１４の回転軸線Ｏ方向に所定の間隔で配列されている。内側フィン５４は、例えばベース部材５４ａの外表面にリング状のフィン部材５４ｂをろう付けまたは溶接することによって形成することができる。或いは、円筒部材の外周面に複数の周溝を形成することによって、フィン部材５４ｂとベース部材５４ａとを一体的に形成してもよい。内側フィン５４は、好ましくは、そのベース部材５４ａの内周面が直接主軸１４の外周面に接触するように配置される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
フロント側軸受１８、２０からの発熱によって、前部ヒートパイプ５２の高温部である両端部分が加熱される。これにより、前部ヒートパイプ５２の高温部では作動流体が気化する。作動流体が気化するとき、気化熱に相当する熱量が高温部の周辺から作動流体に吸収される。気化した作動流体は、前部ヒートパイプ５２の低温部である中央部分へ移動し、前部熱交換器５８、６０によって冷却されて、凝縮、液化する。凝縮に際して、凝縮熱に相当する熱量が作動流体から解放され、この熱量が前部熱交換器５８、６０を通じて前部冷却液通路３０ａ内を流通する冷却液に輸送される。液化した作動流体は、前部ヒートパイプ５２のウィック内を高温部である前部ヒートパイプ５２の両端部分へ向けて移動する。こうして、主軸装置１０のフロント側軸受１８、２０、特にその内輪が効果的に冷却される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
１０    主軸装置
１２    ハウジング
１４    主軸
１６    リア側軸受
１８    フロント側軸受
２０    フロント側軸受
２２    ロータ
２４    ステータ
２６    円筒部材
２６ａ    後部冷却液通路
２８    円筒部材
２８ａ    中間冷却液通路
３０    円筒部材
３０ａ    前部冷却液通路
３２    冷却液供給管路
３４    冷却液戻り管路
３６    冷却液供給管路
４０    冷却液戻り管路
４２    冷却液供給管路
４４    冷却液戻り管路
４６    冷却空気供給管路
４８    冷却空気供給管路
５０    後部ヒートパイプ
５２    前部ヒートパイプ
５４    内側フィン
５４ａ    ベース部材
５４ｂ    フィン部材
５６    外側フィン
５６′    半体部分
５６ａ    ベース部材
５６ｂ    フィン部材
５６ｃ    付勢部材
５８    内側フィン
５８ａ    ベース部材
５８ｂ    フィン部材
６０    外側フィン
６０ａ    ベース部材
６０ｂ    フィン部材
６２    断熱部材
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに対して回転可能に支持された主軸の前端部に工具またはワークを保持するように形成された工作機械の主軸装置において、
前記主軸の前側で該主軸を回転可能に支持し、該主軸の回転軸線方向に間隔をあけて設けられた複数のフロント側軸受と、
前記フロント側軸受よりも後側で前記主軸を回転可能に支持するリア側軸受と、
前記フロント側軸受とリア側軸受との間の中央部分において、前記主軸の周囲に配置され該主軸を回転駆動するビルトインモータと、
前記リア側軸受よりも後方に突出し、前記リア側軸受の内輪に接して前記主軸の後方部分に固定され、前記主軸の回転軸線方向に配列され、かつ、前記主軸の回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状の複数の内側フィンと、前記ハウジングに固定され、かつ、前記複数の内側フィンに接触しないように、同内側フィンの間に配置された板状の複数の外側フィンとを有する後部熱交換器と、
前記複数のフロント側軸受間に設けられ、前記主軸の回転軸線方向に配列され、かつ、前記主軸の回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状の複数の内側フィンと、前記ハウジングに固定され、前記複数の内側フィンに接触しないように、同内側フィンの間に配置された板状の複数の外側フィンとを有する前部熱交換器と、
前記後部熱交換器および前部熱交換器の各々の外側フィンの外周に配置された後部冷却液通路および前部冷却液通路と、
前記主軸に内蔵され、前記主軸の中央部と前記後部熱交換器との間で熱を伝える後部ヒートパイプと、
前記リア側軸受と前記後部ヒートパイプとの間に配設された断熱材と、
前記主軸に内蔵され、前記フロント側軸受と前記前部熱交換器との間で熱を伝える前部ヒートパイプと、
を具備することを特徴とした工作機械の主軸装置。
【請求項２】
前記後部熱交換器および前部熱交換器の各々の外側フィンは２つの半体部分を具備しており、該２つの半体部分の各々は、少なくとも部分的に円筒形状のベース部材と、該ベース部材の内周面から半径方向に突出した複数のフィン部材とを有しており、２つの半体部分のベース部材の間に付勢部材が配設され、該付勢部材が該２つの半体部分を互いに離反する方向に付勢し、これによって、後部熱交換器および前部熱交換器の各々の外側フィンが前記ハウジングの内面に押圧されるようにした請求項１に記載の主軸装置。
【請求項３】
前記後部ヒートパイプは、前記主軸装置の回転軸線に対して所定の角度を以て主軸の後端から先端へ向けて拡開するように配置されている請求項１に記載の主軸装置。