JPH02269435A - 冷却型モータスピンドルをもった工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は本体自身にロータとステータを備えたスピンド
ル軸と同軸のワークスピンドルに組み込んだメインモー
タと、ガス状冷却剤をメインモータ冷却面に供供するた
めの冷却装置とからなる、モータスピンドルを有する工
作機械に関する。

〔従来の技術〕

モータスピンドルを有する工作機械の場合、メインモー
ターとして使用されるのはとくに調節が可能な非同期式
の三相電流モータであるが、その理由はこのモータはき
わめて高負荷を受けることが多く、またその出力は広い
調整範囲にわたって定常化しているためである。この種
のモータスピンドルについては、メインモータの温度安
定性はとくに重要な要因となるが、その理由はメインモ
ータ自身きわめて高精度のワークスピンドルの一成分で
あり、温度変動があまりにも大であると、スピンドルハ
ウジングの変形により精度が損われるためである。した
がってモータスピンドル全体に対し、単独でも十分余裕
ある冷却を保証し、モータの運転操作とは無関係に、必
ず熱放散を十分に行わせ、モータの温度を設定希望値以
下に保つ必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に公知の工作機械においては三相電流モータは軸方
向にハウジングに沿って通過する電気流によりそのハウ
ジング周縁面中だけで冷却が行われ、ステータの保有熱
はノ１ウジングの熱伝導作用により除かれる。冷却効果
を高めるには、たとえばハウジングの冷却面をフィンま
たは二重ジャケットを使って増大させる。しかしこの冷
却方式では精度の高いモータスピンドルに対しては十分
と言えない。液体による冷却はこの種モータの冷却には
唯一の効果の高い方式であるが、経費がかする上に実際
問題として冷却液の供給と除去については、致命的な難
点を抱えている。

したがって本発明の目的は、上記したような工作機械を
改良してモータスピンドルのメインモータの冷却を有効
かつ単純に実施できることにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は当初に述べたモータスピンドルを有する工作
機械において、ステータは冷却面を形成するステータプ
レートからなり、さらに、ガス状冷却剤がステータプレ
ートの冷却面に沿って直接に導入される、ようにして達
成される。

本発明の利点は、ステータプレート自身が冷却面を構成
することと、ステータから追加取付の冷却用ジャケット
内冷却フィンに熱を伝達する型式のどのものより、−層
効果的な冷却効果を得ることとにある。

とくに冷却面を増大さすには、ステータプレートを不規
則に半径方向に伸長させ、これにより冷却面を構成さす
のがきわめて好適なことが分かった。たとえばステータ
プレート自身任意の形状とし、冷却面を大きくでき、こ
の冷却面はステータプレート全体中にチャンネルを設け
るか、またはステータプレートにより面を構成さすかに
より得られる。本発明によれば、ことなるステータプレ
ートをことなる範囲にわたって半径方向に伸長させるか
んたんな方式で対策できる。従来の記載の実施例ではス
テータ上に設ける冷却面が規定されていない。前述のご
とく冷却面はステータプレート全体内でチャンネルによ
り構成できる。しかしモータから離隔した対向ステータ
外側に冷却面を突出させるステータプレートの配設によ
りとくに冷却をかんたんに達成できる。

ステータプレートに関して、この冷却面をもっとも簡単
に得る方法は、スピンドル軸に対し半径方向に伸長する
冷却フィンを構成さすことである。

この冷却フィンは連結するステータプレートを不規則な
範囲内で半径方向に伸長させることにより、すなわちス
テータ・プレートが順次長短形状のもとに半径方向に伸
長し、この結果ステータの外側面上で大きな冷却面が得
られる形態とすることにより、きわめて簡単に得られる
。たとえばステータプレートが交互にことなる直径を有
し大径のステーターレートに小径のステータプレートが
位置するごとく配設すると好都合である。

しかし冷却フィンの安定性を大きく高めまた冷却フィン
間に十分な隙間を持たせ、さらに冷却フィン間の空隙部
がごみで閉塞するのを防ぎ、かつ十分良好な流れ状態と
するには、冷却フィンをセット構成のステータプレート
を用いこのセットを相互にことなる半径方向長に伸長さ
せると効果的である。′このようにすれば同−半径方向
長を示すステータプレートの幾組かは一つのセットを構
成し、ことなる半径方向長を示すステータープレートの
別のセットがこれに続く配設となる。

この結果ステータープレート群の各セットは多数のこと
なる冷却フィン構造とすることができ、さらに特殊の場
合、スピンドル軸に対し冷却フィンはどの方向をも取り
得る。

なお、冷却フィンをスピンドル軸と横断方向を示す面中
で伸長する場合は、本発明の範囲内で一層簡単に実施で
きる。この場合はたとえば交互に入れかわる径の同一ス
テータープレートセツトを継続して配設すればよい。

これまで示した実施例では冷却フィンを単に短かくすれ
ばよいか、またはステータの外側上で長く伸長した方が
よいかについては示されていなかった。とくに小型のモ
ータスピンドル設計を必要とする場合は、少くとも一部
をステータ周囲に伸長させる冷却チャンネルに対しては
、スピンドルを冷却フィン間に設け、ガス状冷却剤がフ
ィンの全側面からステータ側に流入させぬことがのぞま
しい。ステータについてはある個所で、一部ステータ周
囲に伸長する冷却チャンネル中で循環できるガス状冷却
剤により冷却させれば十分・である。

冷却チャンネルはどの方向に伸長させてもよく、たとえ
ば冷却チャンネルをステータまわりにらせん状またはジ
グザグ形状に配設する方式も採用できる。しかしとくに
合理的な方法は冷却チャンネルをスピンドル軸の横方向
に伸長する面内にとりつけることである。この場合はス
テータ冷却用の冷却剤をステータに対し横断方向に流す
ことができ、工作機械でモータスピンドルを使用する場
合きわめて好都合となる。

本発明でとくに好ましい実施態様としては、メインモー
タ中の冷却剤圧力が大気圧以上を示すごとく冷却装置を
設計することである。この場合は全体的に、メインモー
タへのごみ侵入が防止され、またたとえば冷却液ミスト
または冷却液自身のモータへの侵入も防がれる。

本発明による工作機械ではそのスピンドル軸受けが大気
圧以上の冷却剤の作用する作動部分に対向している場合
がとくにのぞましい。このスピンドル軸受けはモータス
ピンドルのうち比較的微妙な部分に属するが、それは本
質的に作業面に接近している関係上、冷却液ミストまた
は冷却液自身もしくはその他ごみ粒子と接するおそれが
きわめて高く、その結果腐食を受けやすいか、何等から
の破損を受けやすくなるためである。このため、このス
ピンドル軸受けは、ごみおよび冷却液の侵入を防ぐ大気
圧以上の圧力下にある冷却剤の接触から絶えず保護され
ているのがのぞましい。

スピンドル軸受は保有のスピンドルはたえず大気圧以上
の圧力下で冷却剤と接触させ、この冷却剤が両スピンド
ル軸受は構成の場合でもごみふよび液の侵入を防止する
役割りを果し、さらにスピンドル自体の温度を補助調節
するごとく配慮すると最適である。

とくに冷却剤の温度調節にあたり上記した実施例すべて
の冷却装置にメインモータに供給する冷却剤用のクーラ
ーを設け、この冷却剤を作動中の主モータ−（群）に導
入するに先き立ち希望温度まで予冷し、他方で主モータ
の冷却面積を小さくさせ、逐次工作機械中にとりつけの
メインモーターの構造を一層小型化させこの結果構造上
の立場からとくにスピンドルドラム内に数組のメインモ
ータを配したすぐれた工作機械設計とすることがのぞま
しい。

さらに冷却装置にとって好ましい条件はこのものにファ
ンをとりつけ強制気流を与えることである。ファンはで
きれば機械フレーム中にとりつけメインモータとは別個
に配設・運転できるごとくし、この結果メインモータの
回転速度と関係なく温度を調節するとよい。

なお、数組のモータスピンドルをスピンドルドラム中に
配設しドラム自身は工作機械フレーム中に回転とりつけ
すると一層よい効果が得られる。

この場合、据付面積が制限されるためたとえば６または
８組のモータスピンドルのドラム内とりつけ冷却が困難
な際には一層その効果が保証される。

この実施例では冷却フィンに冷却チャンネルをとりつけ
、これをスピンドルドラムの半径方向に伸長させると一
層好都合であるが、その理由はこの場合ガス状冷却剤は
スピンドルドラム軸の半径方向に注入することができ、
ガス状冷却剤送り込み装置によるスピンドルの前後端部
の損傷を避けたい場合、とくに好都合となるからである
。

またとくに好ましい実施例としては冷却装置に一種のチ
ャンネルを設けこれをスピンドルドラムの外側周縁部に
沿わせ、メインモータで囲まれた中央チャンネルを設け
、一方これらチャンネル群に対してはガス状冷却剤をス
ピンドルドラムに供給し、他方ドラムからチャンネルに
冷却剤を戻すごとくする。

メインモータはすべて、チャンネルを利用しとくに簡単
な方式でまとめて冷却でき、このチャンネルはスピンド
ルドラムの外方周縁部まで配設し、全メインモータに冷
却剤を供給できる。

中央チャンネルはスピンドルドラムの軸方向に伸長させ
るとなお好都合である。

スピンドルドラム中、数組のモータスピンドルを有する
本発明による工作機械のすべての実施例で共通となる問
題点はスピンドルドラムが十分安定性を示すことにある
ため、さらに効果的な手段は、前記冷却フィンが同時に
スピンドル・ドラム中でステータを保持させること、し
たがってこの点についてはまたとくに伸長、補助手段を
要しないことおよび他方ではまた、構造体すべての安定
性を確保することにある。

好ましい実施態様として、モータスピンドルのメインモ
ータ用ステーターがその作動域で相互に隣接して冷却フ
ィンを備え、これにより相互の保持を保証し、スピンド
ルドラム中のステータの結合状態を改善させる方式が挙
げられる。この場合とくに好ましい方法はその作業域で
冷却フィンに対応した外周円形セグメントの一定半径方
向面を持たせることであり、上記円形セグメントの大き
さはスピンドル数により求める。たとえばモータスピン
ドルが６および８の場合は、円形セグメントは１７６ま
たは１／８とする。

さらに好ましい態様は冷却フィンをスピンドルドラムの
フレームの役割りを果すケージの支持板上にとりつける
ことである。

なおワークスピンドルがロータを保持しこの結果、とく
にステータに対しこのスピンドルがステータに対し回転
するロータを支えるようにすれば、構造的見地から本発
明の一層の改善策となる。た１゛シこの場合には当初指
摘のごとくメインモータの温度制御をきわめて巧妙に行
う必要がある。

次に添付図にもとづき本発明をさらにくわしく説明する
。

〔実施例〕

本発明にもとづく工作機械を示す第１図において、多軸
自動旋盤１０のフレーム１２はスピンドルハウジング１
４とコントロール装置ハウジング１６とを備え、両ハウ
ジング間には作動領域１８が設けられる。スピンドルド
ラム２０はスピンドルハウジング１４に収容され、前端
面２２を備えた作業領域１８に対向位置する。スピンド
ルドラム２０は数組の（好ましくは６〜８）スピンドル
２４をとりつけ、このスピンドルは前端面２２より突出
した前面２２を有し、作業領域１８に対向している。

第２図では、さらに、このスピンドル２４はモータスピ
ンドルとして設計配設されこのスピンドル２４にメイン
モーター２８を組込み、モータ中にはロータ３２を備え
、このロータはスピンドルチューブ３０上に固定させ、
チューブに伴って回転させる。

さらにモータにはステータ３６を組み込み、これをスピ
ンドルドラム２０のフレーム３４に固定する。

スピンドルチューブ３０はスピンドルドラム２０のフレ
ーム３４中にある前方軸受け３８と後方軸受け４０によ
り支持する。フレーム３４は交替式にスピンドルドラム
２０の軸４２周囲を回転できるごとくしドラム自体はス
ピンドル２４のスピンドル軸４４に平行に伸長させる。

フレーム３４の回転とりつけは、スピンドルドラム２０
のシリンダ円周面４６を利用して行い、このシリンダ面
は軸４２と同軸とし、同じくこれと同軸のスピンドルハ
ウジング１４中の凹設部４８で保持させる。

軸４２と同軸の供給バイブ５０はフレーム３４上に保持
され、相伴って回転する。供給バイブ５０はスピンドル
ドラム２０の端面２２から突出させコントロール装置ハ
ウジング１６内にある限り作業領域１８内に伸長させる
。たとえば電線のごときメインモータ２８用の供給コン
トロール線はこの供給バイブ５０を経由させる。

第３図では、ロータ３２は前後にとりつけした複数のロ
ータプレート５２の構成とし、僅かの空隙５８をロータ
５２の外周部５４と、対向のステータ３６の内側面５６
間に設ける。

ステータ３６も同様に、スピンドル軸４４方向に前後に
とりつけした複数のステータプレート６０から成る。ス
テータプレート６０はスピンドル軸４４に直角方向にほ
ぼ配設され、ロータ３２の周囲に伸長させる。

ステータ３６を発明技術により最適冷却させるには、前
後とりつけしたステータプレート６０を一次セット６２
および二次セット６４と組み合わせ１．このセット群は
スピンドル軸４４方向に前後、交互にとりつける。

一次セット６２にはステータプレート６０を設け、この
プレートをスピンドル軸４４の回転方向にステータ３６
の内側面５６から伸長させ、その外側縁部６６と合体し
て、スピンドル軸４４と同軸の円筒状外側冷却面６８を
形成させる。

二次セット６４も同要領でステータ３６の内側面５６か
ら伸長させるが、第一セット６２の外側冷却面６８の外
に延長し、対応する外側縁部７０と合体して外側周縁７
２を構成させ、この外側周縁とスピンドルドラム２０の
特定寸法とは適合させる。外側周縁７２はスピンドルド
ラム２０の軸４２に対し半径方向外側に位置する周縁部
７４と合体して円筒状円周面４６に適合させ、第二セッ
ト６４の外側周縁７２がスピンドルドラム２０外に突出
せぬごとくする。周縁部７４０両側合体部は外側周縁７
２の保持域７６に相当し、この外側周縁と第二セット６
４とはフレーム３４の支持板７８に寄りかかり、この板
面は一般に三角形状とし、軸４２と併行して伸長する。

支持板７８はそれぞれ二組のメインモータ２８間に設け
、隣接してケージを構成し、このケージによりスピンド
ルドラム２０の周縁域にあるメインモータ２８を支える
。外側周縁７２は保持域７６と隣接して軸４２に対し半
径方向内側に半径方向域８０と伸長し、その間、周縁域
８２は外側周縁７２の二つの半径方向域８０と合体し、
そのもの自身では中央チャンネル８４を構成する。周縁
域８２はできれば軸４２と同軸にあるシリンダの円周面
のセグメントを構成するごとく設計する。

半径方向域８０とともに隣接メインモータの二次セット
６４は相互に寄りかかり、したがってまた交互に支持し
合う。

第４図では、ステータプレート６０の二次セット６４外
側周縁７２はこの結果一方ではスピンドルドラム２０の
フレーム３４上の支持板７８で形成されるケージ上に各
メインモータのステータ３６の取りつけ役を果し、他方
では相互に半径方向域８０内での支持段となり、その結
果第４図で示す合計６組のステータ３６がスピンドルド
ラム２０内に堅牢安定した装置を形成する。

なお、二次セット６４は一次セット６２の外側面６８外
方に半径方向に伸長する構造であるため、ステータプレ
ート６０の二次セットの突出部分により複数の冷却フィ
ン８６が構成され、このフィン自体は複数の冷却チャン
ネル８８を形成し、このチャンネルは冷却フィン８６間
に位置するとともに一次セット６２の外側面６８で形状
設定される。冷却チャンネル８８は軸４２に対し内方半
径方向に周縁域７４から一次セット６２の外側面６８の
周辺に軸４２と直角にすわる血中の中央チャンネル８４
に向けて伸長し、同様にステータ３６でかこんだロータ
３２の全周のまわりで同じ構成を示す。

とくに第２図から分かるごとく、周縁域７４全体とのか
み合い部９０を有するスピンドルハウジング１４は、二
次セット６４の外側周縁７２０周縁域７４の後方に設け
、周縁域７４とかみ合い部９０間にチャンネル空隙９２
を設け、これをスピンドルドラム２００周囲に沿って伸
長させている。この空隙チャンネル９２は空気導入チャ
ンネル９４に開口し、このチャンネルはフレーム１２の
底部に設けたファン９６からスピンドルハウジング１４
へ延長させる。空気導入チャンネル９４と空隙チャンネ
ル９２間転換部直前に、ファン９６からの送入空気用ク
ーラ９８をとりつけ、空隙チャンネル９２中への送入空
気を冷却させる。

こ、の冷却空気をスピンドルドラム２０周辺の空隙チャ
ンネル９２内に吹込み、スピンドルドラム２０の軸４２
に対し、中央チャンネル８４に向け、内方半径方向へ伸
長の冷却チャンネル８８に上記空気を導入させ、この中
央チャンネルから第２図に示すごとく開口部１００を介
して供給バイブ５０に空気を送入し、ついで、供給バイ
ブ５０を経てコントロール装置ハウジング１６方向に空
気を送り出す。空気はできればコントロール装置ハウジ
ング１６に設けた供給バイブ５０の端部１０２で集積さ
せ、ファン９６に送気し、最終形態として全メインモー
タ２８のステータ３６を効果的に冷却できる冷却空気回
路を形成させる。

本発明によるメインモータ２８の冷却はできれば大気圧
以上のガス状冷却剤を用いて行い、各スピンドル２４の
圧力が、軸受け３８．４０、とくに作業領域１８に面し
た前方軸受け３８中にごみおよび冷却液の侵入を効果的
に防止するごとく大気圧以上とすることがのぞましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工作機械の一例を示す多軸旋盤の
全体斜視図、第２図は第１図中線２−２方向からの断面
図、 第３図は第２図中Ａの部分の詳細図、第４図は第２図中
線４−４方向からの断面図である。 １２・・・フレーム、 １４・・・スピンドルハウジング、 １６・・・コントロール装置ハウジング、２４・・・ス
ピンドノベ　　　　２８−・・メインモータ、３２・・
・ロータ、３６・・・ステータ、６０・・・ステータプ
レート、 ６８．８６・・・冷却面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スピンドル軸と同軸にワークスピンドルに組込みの
   メインモータを備え、該メインモータはロータと、ステ
   ータと、ガス状冷却剤を該メインモータの冷却面に供給
   する冷却装置とからなり、該ステータ（３６）は冷却面
   （６８、８６）を形成するステータプレート（６０）か
   らなり、さらに、ガス状冷却液が該ステータプレート（
   ６０）の該冷却面（６８、８６）に沿って直接に導入さ
   れることを特徴とするモータスピンドルをもった工作機
   械。 ２、該ステータプレート（６０）を不規則に該スピンド
   ル軸（４４）の半径方向に伸長させ、冷却面（６８、８
   ６）を構成することを特徴とする請求項１に記載の工作
   機械。 ３、ことなるステータプレート（６０）を不等に半径方
   向に伸長させることを特徴とする請求項２に記載の工作
   機械。 ４、該ステータプレート（６０）を該ロータ（３２）と
   離隔して対向する該ステータ（３６）の外側上に配設す
   ることを特徴とする請求項１からのいずれかに記載の工
   作機械。 ５、該ステータプレート（６０）が該スピンドル軸（４
   ４）に対し半径方向に伸長する冷却フィン（８６）を形
   成することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記
   載の工作機械。 ６、該冷却フィン（８６）を不規則に半径方向に伸長さ
   せた連続ステータプレート（６０）で構成することを特
   徴とする請求項５に記載の工作機械。 ７、該冷却フィン（８６）を相互不規則に半径方向に伸
   長するセット（６２、６４）保有の連続ステータープレ
   ート（６０）で構成さすことを特徴とする請求項６に記
   載の工作機械。 ８、該冷却フィン（８６）と該スピンドル軸（４４）の
   横方向伸長面内に延長することを特徴とする請求の範囲
   ５から７のいずれかに記載の工作機械。 ９、該ステータ（３６）周囲の少くとも一部伸長させた
   冷却チャンネル（８８）を該冷却フィン（８６）間に設
   けることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載
   の工作機械。 １０、該冷却装置を該メインモータ（２８）内の冷却剤
   が大気圧以上を示す設計とすることを特徴とする請求項
   １から９のいずれかに記載の工作機械。 １１、作業面（１８）に対向するスピンドル軸受け（３
   ８）が大気圧以上の冷却剤のもとに作動することを特徴
   とする請求項１０に記載の工作機械。 １２、スピンドル軸受け（３８、４０）を有する該スピ
   ンドル（２４）が大気圧以上の冷却剤のもとに作動する
   ことを特徴とする請求項１１に記載の工作機械。 １３、該冷却装置に該メインモータ（２８）に供給する
   冷却剤用クーラ（９８）を設けることを特徴とする請求
   項１から１２のいずれかに記載の工作機械。 １４、該冷却装置にファン（９６）を設けることを特徴
   とする請求請求項１から１３のいずれかに記載の工作機
   械。 １５、該ファン（９６）を該工作機械のフレーム（１２
   ）中に設けることを特徴とする請求項１４に記載の工作
   機械。 １６、数個のモータスピンドル（２４）をスピンドルド
   ラム（２０）中にとりつけ、このドラムを工作機械のフ
   レーム（１２）内に回転連結することを特徴とする請求
   項１から１５のいずれかに記載の工作機械。 １７、該冷却面（８６）が該スピンドルドラム（２０）
   の前面軸（４２）の半径方向に伸長する冷却チャンネル
   （８８）を構成することを特徴とする請求項１６に記載
   の工作機械。 １８、該冷却装置が該スピンドルドラム（２０）の外側
   周縁部に通ずるチャンネル（９２）と、該メインモータ
   （２８）が取り巻く中央チャンネル（８４）とを備え、
   かつ一方で該チャンネル（８４、９２）がガス状冷却剤
   を該スピンドルドラム（２０）に供給し、他方、これか
   ら逆送されることを特徴とする請求項１７に記載の工作
   機械。 １９、該スピンドルドラム（２０）の外側周縁側に向う
   該チャンネル（９２）がドラムの外側周縁側面を囲む配
   列とすることを特徴とする請求項１８に記載の工作機械
   。 ２０、該中央チャンネル（８４）を該スピンドルドラム
   （２０）の前記軸（４２）方向に伸長さすことを特徴と
   する請求項１８または１９に記載の工作機械。 ２１、該冷却フィン（８６）を同時に該スピンドルドラ
   ム（２０）内で該ステータ（３６）の保持に利用するこ
   とを特徴とする請求項１６から２０のいずれかに記載の
   工作機械。 ２２、該モータスピンドル（２４）のメインモータ（２
   ８）のための該ステータ（３６）を、その領域内にある
   別のフィンと接するその冷却フィン（８６）と連結する
   ことを特徴とする請求項１６から２１のいずれかに記載
   の工作機械。 ２３、該作業スピンドル（２４）が該ロータ（３２）を
   備えることを特徴とする請求項１から２２のいずれかに
   記載の工作機械。