(57)【要約】【課題】簡単な構造で容易に形成することができ、かつ大量の冷却液を必要としない冷却構造を提供する。【解決手段】工作機械の冷却構造は、工作機械の中ぐり主軸１３と、中ぐり主軸１３の軸方向に沿って配列され中ぐり主軸１３を支持するための複数の軸受４１と、配列された複数の軸受４１の配列方向に沿って冷却液を流す冷却溝３１と、を備え、冷却溝３１は、中ぐり主軸１３の周方向に延び、中ぐり主軸１３の軸方向に配列された複数の周方向溝３３と、中ぐり主軸１３の軸方向に延び、隣接する周方向溝３３同士を接続する軸方向溝３５とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の冷却構造であって、
工作機械の主軸と、
前記主軸の軸方向に沿って配列され前記主軸を支持するための複数の軸受と、
配列された前記複数の軸受の配列方向に沿って冷却液を流す冷却溝と、を備え、
前記冷却溝は、前記主軸の周方向に延び、前記主軸の軸方向に配列された複数の周方向溝と、前記主軸の軸方向に延び、隣接する前記周方向溝同士を接続する軸方向溝と、を備えている、ことを特徴とする冷却構造。
【請求項２】
前記複数の周方向溝には、溝を横切るように形成された堰き止め部が形成されており、前記軸方向溝は、前記堰き止め部に隣接して前記周方向溝に接続されている、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項３】
前記堰き止め部は、軸方向に直線上に配列されており、前記軸方向溝は、隣接する軸方向溝に対して、前記堰き止め部をまたいだ位置に形成されている、請求項２に記載の冷却構造。
【請求項４】
前記主軸の外周面に形成されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の冷却構造。
【請求項５】
隣接する軸受の間に配置され、軸受の外輪に予圧を加える外輪間座を備えており、前記冷却溝は、前記外輪間座に形成されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の冷却構造。
【請求項６】
前記軸受を収容するハウジングを備え、前記冷却溝は、前記ハウジングに形成されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の冷却構造に関し、特に、工作機械の軸受周辺の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、中ぐり盤のような工作機械において工具が装着された主軸を支持するための軸受を冷却するための構造として、主軸を囲むように主軸に固定されたスリーブの内周面に螺旋状の溝を設け、スリーブの内周と主軸の外周との間に冷却液を流し、主軸の冷却を効果的に行えるようにした冷却構造が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、このような軸受を有する工作機械において、主軸の回転精度と剛性を得る目的で、中ぐり盤の主軸を支持する軸受の外輪の間に外輪間座を設け、この外輪間座の熱変形を用いて外輪内輪を介して主軸に予圧を付与するこが知られている（例えば、特許文献２）。外輪間座を用いて軸受に予圧を付与する場合、低速回転時には高剛性を実現するために予圧を大きくするが、高速回転時には主軸又は軸受の熱による損傷を防止するために予圧を小さくするように調整する必要がある。この場合、外輪間座又は軸受ハウジングに冷却液を流す溝を設け、冷却液の温度を調整することにより予圧を適切に制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５６５９７号公報
【特許文献２】特開平３−７３２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、工作機械の軸受には、主軸と軸受の焼き付きを防止するために冷却する目的、場合によってはこれに加えて、軸受に予圧を加えるときの予圧を制御することを目的として、冷却液を流す溝を設けることが非常に重要である。
【０００６】
しかしながら、冷却液を流すための冷却溝の形成の容易にして形成のコストを抑制し、かつ冷却時に必要な冷却液の量を抑制する、という二つの課題を同時に解決することは困難である。即ち、冷却溝の形状が複雑だと冷却効率は向上する一方で溝を形成するコストが高価になり、また、独立した複数の冷却溝を設けると冷却効率が向上し、冷却溝の形状を単純にできるものの、冷却時に使用する冷却液の量や冷却液の圧送時に必要なポンプの台数が増えてしまう。
【０００７】
従って、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、簡単な構造で容易に形成することができ、かつ大量の冷却液を必要としない冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、工作機械の冷却構造であって、工作機械の主軸と、前記主軸の軸方向に沿って配列され前記主軸を支持するための複数の軸受と、配列された前記複数の軸受の配列方向に沿って冷却液を流す冷却溝と、を備え、前記冷却溝は、前記主軸の周方向に延び、前記主軸の軸方向に配列された複数の周方向溝と、前記主軸の軸方向に延び、隣接する前記周方向溝同士を接続する軸方向溝と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、容易に形成できる周方向溝と、同様に容易に形成できる軸方向溝との組み合わせによって形成された冷却溝を有する冷却構造を提供することができる。このように、容易に形成することができる二種類の溝を組み合わせて冷却溝を形成することによって、冷却溝の形成時のコストを抑制することができる。また、冷却溝は、二種類の溝を組み合わせて形成された実質的に１本の溝なので、大量の冷却溝を必要としない。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、前記複数の周方向溝には、溝を横切るように形成された堰き止め部が形成されており、前記軸方向溝は、前記堰き止め部に隣接して前記周方向溝に接続されている。
【００１１】
このように構成された本発明によれば、堰き止め部によって冷却液の周方向の流れを堰き止めた位置付近で冷却液を軸方向溝に流すことができる。これにより、周方向溝内において冷却溝の滞留を抑制し、スムーズに冷却液の流れる方向を切り替えることができる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、前記堰き止め部は、軸方向に直線上に配列されており、前記軸方向溝は、隣接する軸方向溝に対して、前記堰き止め部をまたいだ位置に形成されている。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、堰き止め部を形成し易くすると共に、隣接する周方向溝同士で冷却液の流れる方向を逆向きにすることができる。
【００１４】
これらの場合において前記冷却溝は、前記主軸の外周面に形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、これらの場合において、隣接する軸受の間に配置され、軸受の外輪に予圧を加える外輪間座を備えており、前記冷却溝は、前記外輪間座に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、これらの場合において、前記軸受を収容するハウジングを備え、前記冷却溝は、前記ハウジングに形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、簡単な構造で容易に形成することができ、かつ大量の冷却液を必要としない冷却構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による冷却構造を適用した工作機械の正面図である。
【図２】本発明の実施形態による冷却構造を適用した工作機械の側面図である。
【図３】本発明の実施形態による冷却構造を構成する冷却溝を示す上面図である。
【図４】本発明の実施形態による中ぐり盤の主軸に沿った断面図であり、冷却溝の位置の一例を説明するためのものである。
【図５】本発明の実施形態による中ぐり盤の主軸に沿った断面図であり、冷却溝の位置の一例を説明するためのものである。
【図６】本発明の実施形態による中ぐり盤の主軸に沿った断面図であり、冷却溝の位置の一例を説明するためのものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による冷却構造について説明する。図１は、本発明の実施形態による冷却構造を適用した工作機械としての中ぐり盤の正面図であり、図２は、同中ぐり盤の側面図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、中ぐり盤１には、床面に固定されるベッド３が設けられており、このベッド３の上面には、コラムベース５が水平なＸ軸方向に移動可能に支持されている。また、コラムベース５の上面には、コラム７が立設されており、このコラム７の側面には、サドル９が鉛直なＹ軸方向に昇降可能に支持されている。更に、サドル９内には、ラム（ハウジング）１１が水平なＺ軸方向に移動可能に支持されており、このラム７内には、中ぐり主軸１３が、後述する軸受によって、中ぐり主軸１３の軸心周りに回転可能に支持されている。そして、中ぐり主軸１３の先端（前端）には、工具Ｔが着脱可能に装着されている。
【００２１】
ここで、中ぐり盤１においては、中ぐり主軸１３に対する冷却及び潤滑を行うために、当該中ぐり主軸１３に対して、サドル９及びラム１１を介して、冷却液の給排を行うようにしている。
【００２２】
そこで、中ぐり盤１には、冷却液が貯蔵される貯蔵タンク１５が設けられており、この貯蔵タンク１５には、供給管１７及び排出管１９がサドル９との間において接続されている。このうち、供給管１７には、ポンプ２１が接続されている。更に、貯蔵タンク１５には、オイルクーラ２３が接続されている。従って、貯蔵タンク１５に貯蔵された冷却液は、オイルクーラ２３との間で常時循環され、当該オイルクーラによって所定温度に調整されるようになっている。
【００２３】
詳細は後述するが、中ぐり主軸１３は、ラム１１内に配列された複数の軸受によって回転可能に支持されており、ラム１１内には、軸受の回転時に発生する熱のための冷却構造が設けられている。
【００２４】
図３は、冷却構造を構成する冷却溝を示す上面図である。図３に示すように、ラム１１内の所定の円柱形状部分には、軸受の回転時に発生する熱を冷却する冷却液を流すための冷却溝３１が形成されている。ここで「ラム１１内の所定の円柱形状部分」とは、例えば、中ぐり主軸１３、軸受の外輪を予圧するための外輪間座、軸受を収容するための軸受ハウジングのように外形が円柱形状を有し、かつ中ぐり主軸１３の中心軸と同心にラム１１内に配置されている様々な部材をいう。
【００２５】
冷却溝３１は、供給管１７を通じて流れてきた冷却液を、円柱形状部分の軸方向に沿って流し、ラム１１内部を冷却するものである。そして冷却溝３１の終点まで流れて冷却液は、排出管１９を通じて貯蔵タンク１５まで戻される。このような冷却溝３１は、円筒形状部分の周方向を一周して延びる、複数の周方向溝３３と、周方向溝３３の間で円柱形状部分の軸線方向に沿って延びる、複数の軸方向溝３５とを備えている。複数の周方向溝３３は、冷却溝３１が形成されている円柱形状部分の円周に沿って円柱形状部分を一周している。そして複数の周方向溝３３は、軸線方向に所定の間隔をもって配列されている。そして軸方向溝３５は、隣接する周方向軸３３同士を接続しており、周方向溝３３の間に形成された分離壁を横切るように形成されている。
【００２６】
また、周方向溝３３の各々には、周方向溝３３を横切って溝内の冷却液を遮断できるように延びる堰き止め部３７が設けられている。この堰き止め部３７は、例えば樹脂成形されたものであり、周方向溝３３の断面形状に適合する形状を有している。そして複数の周方向溝３３は、それぞれ１つの堰き止め部３７を有しており、これら複数の堰き止め部３７は、好ましくは軸線方向に沿って一直線状に配列されている。そして複数の軸方向溝３５は、堰き止め部３７に近接した位置で、周方向溝３３に接続されている。より具体的には、複数の軸方向溝３５は、隣接する軸方向溝３５に対して、堰き止め部３７をまたいだ位置に形成されており、図３に示す例では、或る軸方向溝３５が堰き止め部３７の左側に形成されている場合には、それに隣接する軸方向溝３５は、堰き止め部３７をまたいで堰き止め部３７の右側に形成されている。このように軸方向溝３５をジグザグに配置することにより、矢印Ａによって示すように、隣接する周方向溝３３内における冷却液の流れを周方向において逆向きになる。
【００２７】
このように、隣接する軸方向溝３５を、堰き止め部３７をまたいでジグザグに配置することにより、周方向溝３３の端部、即ち堰き止め部３７で堰き止められている部分において、周方向溝３３と軸方向溝３５とを接続することができる。これにより、周方向溝３３に袋小路が形成されるのを防止することができ、冷却溝３１内の冷却液の流れをスムーズにすることができる。
【００２８】
このような冷却溝３１を形成する場合、まず、対象となる部品の外周に、所定の間隔で複数の周方向溝３３を切削する。次いで、上述したように、隣接する軸方向溝３５同士がジグザグに配置されるように、軸方向溝３５を切削する。これらの切削加工は、例えば螺旋加工時に必要な複雑な加工プログラムや、このプログラムを実行可能な旋盤装置を用いることなく行うことができる。そして、全ての周方向溝３３の一部を樹脂によって堰き止め、堰き止め部３７を形成する。
【００２９】
図４は、中ぐり盤の主軸に沿った断面図であり、冷却溝の位置の一例を説明するためのものである。この例では、中ぐり盤１は、中ぐり主軸１３を支持するための、中ぐり主軸１３の軸線方向に沿って配列された複数の軸受４１と、軸受４１の間に配置され軸受４１の外輪４３に予圧を付与するための外輪間座４５とを備えている。外輪間座４５は、軸受４１の外輪４３の間に圧入され、中ぐり主軸１３と同心に配置された円筒形状を有している。そしてこの例では、冷却溝３１は、外輪間座４５の外周に形成されている。そして図示は省略するが、供給管１７と排出管１９は、外輪間座４５よりも外周側に設けられた軸受ハウジング４７を貫通して冷却溝３１と連結されている。
【００３０】
この例では、冷却液によって、単に軸受４１の回転時に発生する熱を取り除けるだけではなく、外輪間座４５の熱膨張を制御することもできる。即ち、中ぐり盤１を低速駆動させる場合には、外輪間座４５から外輪４３に加える予圧を大きくする必要があるため、冷却溝３１を流れる冷却液の温度を比較的高くし、外輪間座４５に熱膨張を生じさせる。一方で、中ぐり盤１を高速駆動させる場合には、外輪間座４５から外輪４３に加える予圧を小さくする必要があるため、冷却溝３１を流れる冷却液の温度を比較的低くし、外輪間座４５の温度を低下させて熱膨張を抑制する。従って、この例のように、外輪間座４５に冷却溝３１を設けることにより、軸受４１の熱を取り除くと同時に、軸受４１に加える予圧を調整することができる。
【００３１】
図５は、中ぐり盤の主軸に沿った断面図であり、冷却溝の位置の更なる一例を説明するためのものである。この例では、冷却溝３１は、中ぐり主軸１３の外周に設けられている。冷却溝３１を設ける範囲としては、中ぐり主軸１３における軸受４１と近接している範囲であることが好ましい。そして、この例のように、中ぐり主軸１３の外周に冷却溝３１を設けることによって、中ぐり盤１の駆動時に軸受４１が発生させる熱を効果的に取り除くことができる。
【００３２】
図６は、中ぐり盤の主軸に沿った断面図であり、冷却溝の位置の更なる一例を説明するためのものである。この例では、冷却溝３１は、軸受ハウジング４７の外周に設けられている。冷却溝３１を設ける範囲としては、軸方向において、軸受４１が設けられている範囲と重複する範囲であることが好ましい。そして、この例のように、軸受ハウジング４７の外周に冷却溝３１を設けることによって、中ぐり盤１の駆動時に軸受４１が発生させる熱を効果的に取り除くことができる。
【００３３】
以上のように本発明の実施形態による中ぐり盤１の冷却構造によれば、周方向溝３３と軸方向溝３５とを組み合わせた実質的に１本の冷却溝３３によって軸受４１が発した熱を好適に除去することができる。そして、冷却溝３３は、容易に形成することができる二種類の溝を組み合わせたものであるので、冷却溝３３の形成時のコストを抑制することができる。
【００３４】
また、軸受４１間に外輪間座４５を設けて軸受４１に予圧を与える構造においては、外輪間座４５に冷却溝３３を形成することにより、冷却溝３３の形成時のコストを抑制という効果に加えて、外輪間座４５による予圧を制御できる、という追加の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１      中ぐり盤
３１    冷却溝
３３    周方向溝
３５    軸方向溝
３７    堰き止め部
４１    軸受
４３    外輪
４５    外輪間座
４７    軸受ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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