JP2000237930A - スピンドルの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハウジング内に転がり軸受を介してスピンド
ルを回転自在に支持したスピンドルの冷却構造におい
て、冷却剤を使用することなくスピンドルを直接冷却し
て構造を簡易化する。 【解決手段】 ハウジング１を構成する外筒２及び内筒
３間に冷却剤通路１４を形成して冷却すると共に、内筒
３に転がり軸受群６及び転がり軸受７を介して回転自在
に支持されたスピンドル５の外周面にペルチェ素子２２
ａ及び２２ｂを配設し、これらに直流電源２７から直流
電流を供給することにより、冷却効果を発揮させてスピ
ンドル５を直接冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ハウジングに転が
り軸受を介してスピンドルを回転自在に支持したスピン
ドルの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスピンドルの冷却構造としては、
例えば本出願人が先に提案した特公平６−９４１００号
公報に記載されたものが知られている。この従来例は、
ハウジング内に転がり軸受を介してスピンドルを回転自
在に支持し、ハウジングの外周面に冷却剤を通過させて
冷却効果を与える螺旋溝を形成すると共に、スピンドル
に外周面にフィンを形成した間座を外嵌し、このフィン
と対向するハウジング内面との間に冷却剤通路を形成
し、この冷却剤通路の両側にエアシール部を形成するこ
とにより、ハウジングとスピンドルとの双方を冷却して
スピンドルを支持する転がり軸受の外輪及び内輪間の温
度差を抑制するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスピンドルの冷却構造にあっては、スピンドルの外
周面にフィンを形成した間座を外嵌し、このフィンとハ
ウジングとの間に形成した冷却剤通路に冷却剤を供給す
るようにしているので、冷却剤の漏れを防止するために
エアシール部も必要となり、構造が複雑となるという未
解決の課題がある。

【０００４】そこで、本発明は、上記従来例の未解決の
課題に着目してなされたものであり、冷却剤を使用する
ことなくスピンドルを直接冷却して構造を簡易化するこ
とができるスピンドルの冷却構造を提供することを目的
としている。

【０００５】

【課題を解決すのための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係るスピンドルの冷却構造は、ハウジン
グ内に転がり軸受を介してスピンドルを回転自在に支持
したスピンドルの冷却構造において、前記スピンドルに
冷却用のペルチェ素子を配設したことを特徴としてい
る。

【０００６】この請求項１に係る発明においては、スピ
ンドルにペルチェ素子を配設し、これに電流を供給する
ことにより、ペルチェ効果によってスピンドルを直接冷
却することができ、ハウジングとスピンドルとの間の温
度差を小さく抑制する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示
す断面図であって、図中、１はマシニングセンタ等の工
作機械の主軸台であって、外筒２及び内筒３で構成され
るハウジング４にスピンドル主軸５がそのチャック装着
側を支持する複数列の転がり軸受群６と、駆動源側を支
持する単列の転がり軸受７とで回転自在に支持されてい
る。

【０００８】ここで、転がり軸受群６は、例えば４つの
単列アンギュラ玉軸受６ａ〜６ｄが２列づつ間座６ｅを
介して配設され、左端側の単列アンギュラ玉軸受６ａの
外輪が内筒３の前端面に取付けられたカバー８によって
定位置予圧され、右端側の単列アンギュラ玉軸受６ｄの
内輪がスピンドル主軸５の外周面に螺合されたナット９
によって定位置予圧されている。また、転がり軸受７
は、例えば単列円筒ころ軸受で構成され、その外輪が内
筒３の右端面にボルト締めされたカバー１０によってハ
ウジング４に、内輪がスピンドル主軸５に螺合されたナ
ット１１によってスピンドル主軸５にそれぞれ定位置予
圧されている。

【０００９】一方、ハウジング４の内筒３の外周面には
螺旋溝１３が形成され、この螺旋溝１３が外筒２の内周
面で覆われることにより、冷却剤通路１４が形成され、
この冷却剤通路１４の一端が外筒２に穿設された冷却剤
通路１５を通じて外周面に形成した冷却剤供給口１６に
連通され、他端が同様に外筒２に形成された冷却剤通路
１７を通じて外周面の冷却剤排出口１８に連通されてい
る。

【００１０】また、スピンドル主軸５の中央部における
外周面には、中心軸を挟む対称位置に少なくとも一対の
軸方向溝２１ａ及び２１ｂが形成され、これら軸方向溝
２１ａ及び２１ｂ内にペルチェ素子２２ａ及び２２ｂが
配設されている。これらペルチェ素子２２ａ及び２２ｂ
の夫々は、例えばｐ型半導体と金属とを接触させて、半
導体中の正孔が金属中へ移動することにより、接続部に
電位差を生じさせ、半導体側から金属側へ電流を通電す
ることにより、接合部で熱の吸収を生じさせて、冷却効
果を発揮するように構成されている。

【００１１】そして、軸方向溝２１ａ及び２１ｂ間に貫
通孔２３が穿設されていると共に、この貫通孔２３に連
通する中心孔２４がスピンドル主軸５の右端面から穿設
され、これら貫通孔２３及び中心孔２４内にペルチェ素
子２２ａ及び２２ｂの接続線２５が挿通され、その先端
がスリップリング２６を介して直流電源２７に接続され
ている。

【００１２】また、ペルチェ素子２２ａ及び２２ｂの接
合部で熱吸収効果を発揮する際に、その外周面から発熱
を生じるが、ペルチェ素子２２ａ及び２２ｂと対向する
内筒３の内周面に単列又は複列の単数又は複数の空冷用
ノズルリング２８を配設し、前記空冷用ノズルリング２
８へ通じる内筒３に形成された冷却用空気供給口２９か
ら供給される冷却用空気を空冷用ノズルリング２８より
噴出させることにより前記発熱を除去する。

【００１３】さらに、スピンドル主軸５の内筒３より右
方に突出した外周面には回転駆動源にタイミングベルト
等を介して連結されるプーリ３０が配設され、左端側に
はチャック等の取付面３１が形成されている。次に、上
記実施形態の動作を説明する。今、スピンドル主軸５を
回転駆動する前に、先ず冷却剤供給口１６に冷却剤とし
ての冷却油を供給すると、これが外筒２に穿設された冷
却剤通路１５を通じて螺旋溝１３の外周側を覆って形成
される冷却剤通路１４の先端に供給され、この冷却剤通
路１４を通過して、その終端側から冷却剤通路１７を通
じて冷却剤排出口１８から排出され、これによって内筒
３が循環冷却される。

【００１４】一方、直流電源２７からスリップリング２
６を介してペルチェ素子２２ａ，２２ｂに夫々直流電流
を供給することにより、これらペルチェ素子２２ａ及び
２２ｂで冷却効果を発揮し、これによってスピンドル主
軸５を冷却する。したがって、内筒３とスピンドル主軸
５とが夫々冷却されることにより、これら内筒３及びス
ピンドル主軸５間に配設された転がり軸受群６と単列転
がり軸受７の外輪及び内輪間の温度差を極めて小さい値
に抑制することができ、これら外輪及び内輪間の温度差
による予圧の変化を抑制することができる。

【００１５】また、ペルチェ素子２２ａ及び２２ｂによ
ってスピンドル主軸５を直接冷却するので、冷却効果を
向上させることができ、さらにスピンドル主軸５の絶対
温度が低くなることから、基準面からの軸の伸びも抑制
され、スピンドル主軸５の左端面側に取付けられる工具
やワークのセット位置の変化を抑制することが可能とな
ると共に、外部からの冷却油等の冷却剤を供給する必要
がないので、そのための供給通路やシール部材を設ける
必要がなく、構成を簡易化することができるうえ、組立
作業を容易に行うことができる。

【００１６】なお、上記実施形態においては、スリップ
リング２６を介してペルチェ効果素子２２ａ及び２２ｂ
に直流電流を供給する場合について説明したが、これに
限定されるものではなく、他の接触式又は非接触式の電
源供給装置を適用することもでき、さらには、スピンド
ル主軸５内にバッテリを内臓させるようにしてもよい。

【００１７】また、上記実施形態においては、スピンド
ル主軸５の外周面にペルチェ素子２２ａ及び２２ｂを配
設した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、スピンドル主軸５を中空の円筒状に形成して
その内周面にペルチェ素子２２ａ及び２２ｂを配設し、
スピンドル主軸５の内周面に挿通した固定筒体の外周面
に形成した空冷用ノズルリングを配設するようにしても
よい。

【００１８】さらに、上記実施形態においては、転がり
軸受群６及び単列転がり軸受７でスピンドル主軸５を回
転自在に支持する場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、転がり軸受群６に代えて単列転が
り軸受を適用してもよく、単列転がり軸受７に代えて転
がり軸受群を適用するようにしてもよく、しかも転がり
軸受群６の軸受数は任意に設定することができると共
に、適用する転がり軸受としては単列に限らず複列転が
り軸受も適用し得ることは言うまでもない。

【００１９】さらにまた、上記実施形態においては、内
筒３を冷却剤で冷却する場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、使用条件によって、内筒３
の冷却を省略することもできる。なおさらに、上記実施
形態においては、軸方向に１つのペルチェ素子を配設し
た場合について説明したが、スピンドル主軸５が長い場
合に、軸方向に複数のペルチェ素子を配設するようにし
てもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るス
ピンドルの冷却構造によれば、スピンドルにペルチェ素
子を配設し、これに電流を供給することにより、ペルチ
ェ効果によってスピンドルを直接冷却することができ、
ハウジングとスピンドルとの間の温度差を小さく抑制す
るようにしたので、ハウジング及びスピンドル間に配設
された転がり軸受の外輪及び内輪の温度差を少なくして
予圧の変化を抑制することができ、最高回転数を向上さ
せることができると共に、スピンドルの絶対温度が低く
なることから、基準面からの軸の伸びも抑制され、スピ
ンドルに取付けられる工具ワークのセット位置の変化も
抑制することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 主軸台 ２ 外筒 ３ 内筒 ４ ハウジング ５ スピンドル主軸 ６ 転がり軸受群 ７ 転がり軸受 １３ 螺旋溝 １４ 冷却剤通路 ２２ａ，２２ｂ ペルチェ素子 ２６ スリップリング ２７ 直流電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に転がり軸受を介してスピ
   ンドルを回転自在に支持したスピンドルの冷却構造にお
   いて、前記スピンドルに冷却用のペルチェ素子を配設し
   たことを特徴とするスピンドルの冷却構造。