(57)【要約】【課題】簡易にかつ安価に構築することができ、効率的に主軸を冷却することが可能な主軸の冷却装置を提供する。【解決手段】主軸装置Ｍには、冷却液源１４、冷却液供給路１１、冷却液供給部２、冷却液流路６、冷却液回収路１２、冷却液回収部３からなる冷却装置Ｃが付設されており、冷却液流路６の往路２０ａ，２０ｂおよび復路２１ａ，２１ｂが、主軸１の外周を螺旋状に捲回した状態になっている。また、往路２０ａ，２０ｂの断面積は、復路２１ａ，２１ｂの断面積より大きくなっている。そして、冷却装置Ｃは、冷却液源１４から供給される冷却液を、冷却液供給路１１、冷却液供給部２を介して往路２０ａ，２０ｂへと供給し、主軸１の基端から先端へと流下させ、ポンプ作用の差を利用して復路２１ａ，２１ｂへと導いた後に、主軸１の先端から基端へと流下させ、冷却液回収部３、冷却液回収路１２を介して回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸を回転可能にハウジングに軸支してなる主軸装置において、主軸を冷却するための冷却装置であって、
外部の冷却液源から冷却液を供給するための冷却液供給手段と、供給された冷却液を主軸の外周で流通させるための冷却液流路と、主軸の外周で流通した冷却液を回収するための冷却液回収手段とを備えているとともに、
前記冷却液流路が、多重の螺旋状の往復および流路を有しており、
その往路の断面積と復路の断面積とに差が設けられていることを特徴とする主軸の冷却装置。
【請求項２】
前記往路および復路が、それぞれ、主軸の中心に対して等間隔の角度毎に複数本設けられていることを特徴とする請求項１に記載の主軸の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却液供給手段から前記往路へ冷却液を供給するための冷却液供給部と、前記復路から冷却液回収手段へ冷却液を回収するための冷却液回収部とを、主軸装置の内部の一箇所に設置したことを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の主軸の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却液供給部、前記冷却液流路、前記冷却液回収部の順に、主軸の半径方向に対して外側に位置するように設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の主軸の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受によって回転可能に支持された主軸を有する主軸装置、特にマシニングセンタのように高速回転する主軸を有する主軸装置において主軸を直接的に冷却することが可能な冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、主軸装置、特にマシニングセンタ等においては、ワーク加工時の主軸の回転数を高く設定することができるようになってきている。そのような主軸の回転数の増加は、軸受の発熱量を高め、主軸による加工の精度に悪い影響を与えるのみならず、軸受の内外輪の温度差による面圧増加により、主軸の損傷を誘発してしまう虞れがある。それゆえ、そのような不具合を防止するために、工具の熱安定性を高める方法、軸受を内輪側と外輪側の両側から冷却する方法や、主軸を直接的に冷却する方法が開発されている。
【０００３】
従来の主軸の冷却装置としては、特許文献１の如く、ドローバの軸心に、冷却液供給用の往路と復路からなる略Ｕ字状の長尺な導管を、復路が往路より主軸の半径方向において外側に位置するように設けて、往路内の冷却液を、主軸の回転時の遠心力を利用して復路へと導き、ロータおよび軸受を冷却させた後に復路から回収するようにしたものが知られている。
【０００４】
また、特許文献２の如く、フロント側の軸受の前方から主軸側へ冷却液を供給し、供給された冷却液によってフロント側の軸受を冷却した後、フロント側の軸受の後方から冷却液を回収する冷却装置も知られている。
【０００５】
さらに、特許文献３の如く、主軸の外周に冷却液循環用の往路を螺旋状に形成するとともに、その往路の外側に、復路を逆向きの螺旋状に形成し、主軸の回転により、往路と復路の両方にポンプ作用（軸流ポンプ作用）を働かせることにより、冷却液を循環させるようにした冷却装置も知られている。
【０００６】
一方、フロント側の軸受の後側から供給した潤滑液を、噴射ノズルによって、フロント側の軸受の内輪に設けた穴から吐出することにより、軸受を冷却させた後に回収する冷却装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−１０６５３４号公報
【特許文献２】特開平９−３１７７７８号公報
【特許文献３】特開２０００−１５５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の冷却装置は、ドローバの軸心に冷却液供給用の導管を設ける必要があるため、スルークーラントの使用が制限される。また、冷却液流通用の導管として細い長穴を穿設する必要があるため、構築するために高度な技術、時間、およびコストを要する。さらに、主軸の先端が工具の取付部分となっている主軸装置の場合には、導管を穿設することができないため、構築不可能である。
【０００９】
また、特許文献２の冷却装置は、冷却液供給部と冷却液回収部とが別々の位置に存在するため、高精度な部品の点数が多い、という不具合がある。また、冷却液が軸受に侵入しないようにエアシールやラビリンスシール等の非接触シールが不可欠であり、軸受の前側と後側の両方に当該非接触シール設置用のスペースが必要であるため、主軸装置全体を長くせざるを得ない、という不具合もある。
【００１０】
さらに、特許文献３の冷却装置は、向きの異なる螺旋状の往路と復路とを別々に設けなければならないため、構築するために多大な手間とコストを要する。また、往路の外側に復路を設ける必要があるため、主軸の径を太くせざるを得ず、ＤＮ値が大きくなってしまう、という問題点もある。
【００１１】
また、噴射ノズルによって潤滑液を吐出する冷却装置は、動力損失が大きいため、ランニングコストが嵩み易い、という不具合がある。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来の主軸の冷却装置が有する問題点を解消し、主軸の回転時の動力損失の小さいオイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、グリス潤滑等の軸受の潤滑方法を用いた主軸装置において、簡易にかつ安価に構築することができ、効率的に主軸を冷却することが可能な主軸の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の内、請求項１に記載された発明は、主軸を回転可能にハウジングに軸支してなる主軸装置において、主軸を冷却するための冷却装置であって、外部の冷却液源から冷却液を供給するための冷却液供給手段と、供給された冷却液を主軸の外周で流通させるための冷却液流路と、主軸の外周で流通した冷却液を回収するための冷却液回収手段とを備えているとともに、前記冷却液流路が、多重の螺旋状の往復および流路を有しており、その往路の断面積と復路の断面積とに差が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記往路および復路が、それぞれ、主軸の中心に対して等間隔の角度毎に複数本設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、前記冷却液供給手段から前記往路へ冷却液を供給するための冷却液供給部と、前記復路から冷却液回収手段へ冷却液を回収するための冷却液回収部とを、主軸装置の内部の一箇所に設置したことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載された発明において、前記冷却液供給部、前記冷却液流路、前記冷却液回収部の順に、主軸の半径方向に対して外側に位置するように設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の主軸の冷却装置によれば、主軸の外周に冷却液流通用の往路と復路とを設けその往路の断面積と復路の断面積とを異ならせるだけの簡易かつ安価に構築可能な構成によって、主軸を直接的に冷却することが可能となり、主軸や工具の熱変位を防止し、軸受の内外輪温度差上昇による面圧増加をも防止することが可能となる。加えて、請求項１の主軸の冷却装置によれば、往路の径と復路の径とを同一にして主軸径を小さく保つことが可能となる。
【００１８】
請求項２の主軸の冷却装置は、往路および復路が、それぞれ、主軸の中心に対して等間隔の角度毎に複数本設けられているため、往路の断面積と復路の断面積との違いによるアンバランス（すなわち、往路内を流れる冷却液の量と復路内を流れる冷却液の量との違いに基づくアンバランス）を防止することができる。
【００１９】
請求項３の主軸の冷却装置は、冷却液供給手段から往路へ冷却液を供給するための冷却液供給部と、復路から冷却液回収手段へ冷却液を回収するための冷却液回収部とが、主軸装置の内部の一箇所に設置されている（すなわち、隣接するように設置されている）ので、従来の主軸装置や主軸に大きな改造、設計変更を必要とすることなく、簡易かつ安価に構築することができる。
【００２０】
請求項４の主軸の冷却装置は、冷却液供給部、冷却液流路、冷却液回収部の順に、主軸の半径方向に対して外側に位置するように設置されているので、主軸の回転時に働く遠心力を利用して、冷却液供給部から冷却液流路（往路）へとスムーズに冷却液を導くことができ、冷却液流路（復路）から冷却液回収部へとスムーズに冷却液を導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】主軸装置の断面（軸方向に沿った断面）を示す説明図である。
【図２】冷却液流路の設置部分（主軸の外周）を示す説明図である。
【図３】主軸の断面（軸方向に対する垂直断面）を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る主軸の冷却装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
［主軸装置の構造］
図１は、本発明に係る主軸の冷却装置を採用した主軸装置を示したものである。主軸装置Ｍは、略円筒状のハウジング１６の中心に、主軸１が、フロント側の軸受５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、および、リア側の軸受（図示せず）を介して、回転可能に支持されている。なお、主軸１の先端部分は、各種の工具１０を取り付け可能になっている。また、フロント側の軸受５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの後方には、ビルトインモータが設置されており、ステータ８の内部に、円筒状のロータ７が回転可能に保持されている。そして、そのロータ７の先端が、主軸１の軸方向の中央部に嵌着されている。さらに、長尺状のドローバ９が、ロータ７および主軸１の軸心を貫通した状態になっている。加えて、主軸１の外周には、軸受５ｄの後側から主軸１の先端（軸受５ａの前端付近）までを往復するように冷却液流路６が設けられている。
【００２４】
図２は、主軸１の冷却液流路６の設置部分を示したものである。主軸１の外周には、主軸１の表層部分を螺旋状に刻設することによって、往路２０ａ，２０ｂおよび復路２１ａ，２１ｂからなる冷却液流路６が設けられており、往路２０ａ（２０ｂ）と復路２１ａ（２１ｂ）とが、リブ１７を隔てて隣り合い、主軸１の外周を螺旋状に捲回した状態になっている。
【００２５】
また、図３は、主軸１の断面（軸方向に対する垂直断面）を示したものである。各往路２０ａ，２０ｂ、および、各復路２１ａ，２１ｂは、それぞれ、断面積が同一であり、往路２０ａ，２０ｂの断面積は、復路２１ａ，２１ｂの断面積より小さくなっている。さらに、往路２０ａと往路２０ｂとは、主軸１の軸心に対して向かい合わせに（対称に）配置されており、復路２１ａと復路２１ｂとは、主軸１の軸心に対して向かい合わせに（対称に）配置されている。加えて、主軸１の先端部分においては、往路２０ａ，２０ｂと復路２１ａ，２１ｂとが連通した状態になっている。
【００２６】
一方、ハウジング１６の上部の外側には、冷却液源１４が付設されており、ハウジング１６内に設けられた冷却液供給手段である冷却液供給路（孔）１１と接続された状態になっている。さらに、当該冷却液供給路１１は、先端に設けられた冷却液供給部２を介して、冷却液流路６の往路２０ａ，２０ｂの基端と接続された状態になっている。さらに、冷却液源１４は、ハウジング１６内に設けられた冷却液回収手段である冷却液回収路（孔）１２と接続されており、当該冷却液回収路１２は、先端に設けられた冷却液回収部３を介して、冷却液流路６の復路２１ａ，２１ｂの先端と接続された状態になっている。主軸装置Ｍにおいては、上記した冷却液源１４、冷却液供給路１１、冷却液供給部２、冷却液流路６（往路２０ａ，２０ｂ、復路２１ａ，２１ｂ）、冷却液回収路１２、冷却液回収部３によって、主軸１の冷却装置Ｃが構成された状態になっている。
【００２７】
加えて、主軸装置Ｍにおいては、冷却液供給部２、冷却液流路６（往路２０ａ，２０ｂ、復路２１ａ，２１ｂ）、冷却液回収部３の順に、主軸１の半径方向に対して外側に位置した状態になっている。また、冷却液供給部２および冷却液回収部３の前後の両端には、それぞれ、シールエア用溝４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが配置されている。
【００２８】
一方、ハウジング１６の下部の外側には、空気圧源１５が付設されており、当該空気圧源１５は、ハウジング１６内に設けられたシールエア供給路（孔）１３を介して、シールエア用溝４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと接続された状態になっている。
【００２９】
［主軸装置の作動内容］
上記の如く構成された主軸装置Ｍにおいては、冷却液源１４から供給された冷却液が、冷却液供給路１１を通って冷却液供給部２へ流れた後、主軸ｌの回転の遠心力によって外側に飛ばされ、冷却液流路６の往路２０ａ，２０ｂへと流入する。各往路２０ａ，２０ｂは螺旋状になっており、往路２０ａ，２０ｂへと流入した冷却液には、主軸ｌの回転に伴って、慣性によるポンプ作用が働くため、冷却液は主軸１の先端側へと流下し、主軸１の先端（往路２０ａ，２０ｂの先端と復路２１ａ，２１ｂの基端とが連通した部分）まで至る。
【００３０】
主軸装置Ｍにおいては、上記の如く、各復路２１ａ，２１ｂの断面積が各往路２０ａ，２０ｂの断面積より小さくなっているため、主軸１が回転している場合には、各復路２１ａ，２１ｂ内の冷却液に、各往路２０ａ，２０ｂ内の冷却液に対するポンプ作用（軸流ポンプ作用）よりも小さなポンプ作用が働くことになる。それゆえ、往路側のポンプ作用が復路側のポンプ作用に打ち勝ち、主軸１の先端まで至った冷却液は、往路２１ａ，２１ｂへと流入し、ポンプ作用に伴って主軸１の基端側へと流下する。
【００３１】
そして、主軸１の基端の冷却液回収部３へと至った冷却液は、主軸１の回転の遠心力によって外側に飛ばされ、冷却液回収路１２内へと流下し、冷却液源１４へと回収される。回収された冷却液（温度が高くなった冷却液）は、冷却液源１４の内部で冷却されて、再度、冷却液供給路１１へと供給される。なお、主軸１の回転中には、空気圧源１５から冷却液供給部２、冷却液回収部３の前後両端のシールエア用溝４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに高圧エアが供給され、主軸１の回転部と固定部との隙間からの冷却液の漏洩が防止される。
【００３２】
［主軸の冷却装置による効果］
主軸１の冷却装置Ｃは、上記の如く、冷却液供給路（冷却液供給手段）１１と、冷却液流路６と、冷却液回収路（冷却液回収手段）１２とを備えているとともに、冷却液流路６が、多重の螺旋状の往復２０ａ，２０ｂおよび復路２１ａ，２１ｂを有しており、それらの往路２０ａ，２０ｂの断面積と復路２１ａ，２１ｂの断面積に差が設けられているため（往路２０ａ，２０ｂの断面積の方が、復路２１ａ，２１ｂの断面積よりも大きくなっているため）、主軸１の回転時におけるポンプ作用の働き方の違いを利用して、冷却液を往路２０ａ，２０ｂから復路２１ａ，２１ｂへと循環させることができる。すなわち、冷却装置Ｃによれば、簡易かつ安価に構築可能な構成によって、主軸１を直接的に冷却することができ、主軸１や工具の熱変位を防止し、軸受５ａ，５ｂ・・・の内外輪温度差上昇による面圧増加をも防止することができる。加えて、上記の如き冷却装置Ｃによれば、往路２０ａ，２０ｂの最外までの径と復路２１ａ，２１ｂの最外までの径とを同一にすることにより（揃えることにより）、主軸１の外径を小さく保つことが可能となる。
【００３３】
また、冷却装置Ｃは、往路２０ａ，２０ｂおよび復路２１ａ，２１ｂが、それぞれ、主軸１の中心に対して等間隔の角度毎に２本ずつ設けられているため、往路２０ａ，２０ｂの断面積と復路２１ａ，２１ｂの断面積との違いによるアンバランス（すなわち、往路２０ａ，２０ｂ内を流れる冷却液の量と復路２１ａ，２１ｂ内を流れる冷却液の量との違いに基づくアンバランス）を防止することができる。
【００３４】
さらに、冷却装置Ｃは、冷却液供給路１１から往路２０ａ，２０ｂへ冷却液を供給するための冷却液供給部２と、復路２１ａ，２１ｂから冷却液回収路１２へ冷却液を回収するための冷却液回収部３とが、主軸装置Ｍの内部の一箇所に設置されている（すなわち、隣接するように設置されている）ので、従来の主軸装置や主軸に大きな改造、設計変更を必要とすることなく、簡易かつ安価に構築することができる。
【００３５】
加えて、冷却装置Ｃは、冷却液供給部２、冷却液流路６（往路２０ａ，２０ｂおよび復路２１ａ，２１ｂ）、冷却液回収部３の順に、主軸１の半径方向に対して外側に位置するように設置されているので、主軸１の回転時に働く遠心力を利用して、冷却液供給部２から冷却液流路６（往路２０ａ，２０ｂ）へとスムーズに冷却液を導くことができ、冷却液流路６（復路２１ａ，２１ｂ）から冷却液回収部３へとスムーズに冷却液を導くことができる。
【００３６】
［主軸の冷却装置の変更例］
なお、本発明に係る主軸の冷却装置は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、冷却液供給手段（冷却液供給路）、冷却液回収手段（冷却液回収路）、冷却液流路（往路、復路）、冷却液供給部、冷却液回収部等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて適宜変更することができる。また、本発明に係る主軸の冷却装置を設置する主軸装置も、上記実施形態の態様に何ら限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。
【００３７】
たとえば、本発明に係る主軸の冷却装置は、上記実施形態の如く、主軸の外周に冷却水の往路および復路を２つずつ設けたものに限定されず、往路および復路を１つずつ設けたものや、３つ以上の往路あるいは復路を設けたものに変更することも可能である。また、冷却装置は、上記実施形態の如く、往路と復路の数が同一であるものに限定されず、往路と復路の数を異ならせたものでも良い。さらに、冷却装置は、上記実施形態の如く、冷却液供給部および／または冷却液回収部を高圧エアによってシールドしたものに限定されず、他の方法によって冷却液の漏洩を防止したものに変更することも可能である。
【００３８】
また、本発明に係る主軸の冷却装置は、上記実施形態の如く、フロント側の軸受設置部分にのみ冷却液流路を設けたものに限定されず、リア側の軸受設置部分にも冷却液流路を設けたもの等に変更することも可能である。加えて、冷却装置は、上記実施形態の如く、冷却液が往路内を主軸の基端から先端へと流下し、復路内を主軸の先端から基端へと流下するものに限定されず、冷却液が往路内を主軸の先端から基端へと流下し、復路内を主軸の基端から先端へと流下するもの等に変更することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る主軸の冷却装置は、上記の如く優れた効果を奏するものであるから、回転する主軸を有する各種の主軸装置における冷却装置として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１・・主軸
２・・冷却液供給部
３・・冷却液回収部
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ・・軸受
６・・冷却液流路
１１・・冷却液供給路（孔）
１２・・冷却液回収路（孔）
１４・・冷却液源
１６・・ハウジング
２０ａ，２０ｂ・・往路
２１ａ，２１ｂ・・復路
【図１】
2012024878.tif 000003
【図２】
2012024878.tif 000004
【図３】
2012024878.tif 000005