JPH0666268U - アウターローター型回転機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定軸に冷却構造を設け、固定軸の周りの内
側空間を一定に維持し、主軸の回転の安定化を図ったア
ウターロータ型回転機の冷却構造を提供する。 【構成】 内部にリングおよびディスタンスピースを有
する円筒状の固定ケース本体と、上記固定ケース本体か
ら突出した前端部に加工工具を取り付け固定ケース本体
内に収納される円筒状の大径部の一部にフランジ部を有
する主軸と、上記主軸の内側に設けたモータロータと対
向するモータステータを外周に設けた固定軸が上記固定
ケース本体後端側の後側板に取り付けられて一体的に構
成され、上記リングと主軸との間の狭い空間にエアを噴
出させて静圧軸受を構成したアウターロータ型回転機に
おいて、上記固定軸に中央を通した給水管とこの給水管
と一端で接続管で連通する冷却管を設け、後側板に設け
た給水口および排出口を介して熱交換機を有する冷却水
循環装置に接続するように形成し、固定軸を均一に冷却
するようにした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、先端部に加工工具を有する加工スピンドルを、内蔵されたモータ によって高速回転させるようにしたモータ内蔵型スピンドル装置の冷却構造に関 する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のモータ内蔵型スピンドル装置としては、例えば特開平３−３６２９号公 報に記載されているようなものが知られている。即ち、モータケースにその後部 が遊嵌され、上記モータケースから突出した前端部にエンドミルを有するスピン ドルと、上記モータケースの内周に取り付けられたステータと、このステータに 対抗する位置のスピンドル外周に取り付けられ、上記ステータと組み合わされて スピンドルを高速回転させる内蔵モータを構成するモータと、モータケースおよ びステータ内に形成され、ステータの内周において開口する噴出口を有するエア 通路とを具備したものであり、上記エア通路の噴出口からエアをステータとロー タとの間の狭い空間に連続的に供給することにより空気軸受を形成し、回転中の スピンドルを軸支するようにしているものである。

【０００３】 ところで、このような従来のモータ内蔵型スピンドル装置にあっては、ロータ の外周が何物によっても被覆されておらず、しかも、このようなロータは一般に 比較的に脆弱な材料から構成されているため、ロータが例えば１０万ＲＰＭとい うような高速回転を行うような場合には、遠心力によってロータの内部に大きな 引張力が発生し、これによりロータが半径方向外端部から破損するという問題点 があった。また、ステータとロータとのあいだに位置する狭い空間の間隔が小さ いため、エアの静圧を受ける有効面積が狭く、この結果、軸支の安定性が低くな るという問題点もあった。

【０００４】 そこで、本件出願人はこれを改良して、高速回転中におけるモータの破損を防 止することができ、しかも軸支の安定性を向上させることができるモータ内蔵型 スピンドル装置を提案している。（実用新案登録願平成４年第５２９９号参照） 以下、この先願の慨略を図面を参照して説明する。

【０００５】 図５はモータ内蔵型スピンドル装置の正面断面図、図６は図５のＩ−Ｉ矢視図 、図７は図５のII−II矢視図である。即ち、略円筒状の固定ケース１１の左右両 端には円板状の前側板１２および後側板１３が固定されて閉止される。ケース本 体１１内には一対のリング１４，１５が挿入され、これらのリング１４，１５の 間にはディスタンスピース１６が、リング１５と後側板１３との間にはディスタ ンスピース１７介装され、それぞれケース本体１１の内周に密着している。そし て、全体として円筒状の固定ケース本体１８を構成している。

【０００６】 上記固定ケース本体１８内には、リング１４，１５の内径より僅かに小径の大 径部２１と、この大径部２１の前端から前方に向かって延び、大径部２１より小 径の小径部２２とからなる主軸２０が挿入されている。そして、この主軸２０の 小径部２２の前端面には研削砥石２５を有する研削工具２４がねじ込み固定され 、加工スピンドル２６を構成している。上記前側板１２と小径部２２との間はラ ビリンス２７によりシールされている。そして、固定ケース１８内に挿入された 主軸２０の後端面には円筒部２９が形成され、この内周に永久磁石あるいは電磁 石で円筒状のモータロータ３３が焼きばめにより取り付けられている。

【０００７】 一方、上記モータロータ３３の対向する位置の内側には、後側板１３の中央に 突出するように固定された固定軸３６の外周に円筒状のモータステータ３８が焼 きばめにより取り付けられ、上記モータロータ３３と組み合わされて加工スピン ドル２６を駆動回転させる内蔵モータ３９を構成している。

【０００８】 ケース本体１１内に設けられたリング１４，１５には複数本の円周溝４５，４ ６が形成されていて、ケース本体１１内のエア通路４４とそれぞれ連通している 。そして、図示しないエア源に接続され、噴出口４７，４８から高圧のエアをリ ング１４，１５と円筒状の大径部２１との間の狭い空間５０に噴出させ、ここで 静圧軸受を構成して軸支するように形成されている。この供給された高圧のエア は、ディスタンスピース１６にに形成された円周溝５２，孔５３、およびリング １４，１５にそれぞれ形成された孔５４，５５を通してケース本体１１の孔５６ を介して外部に排出される。

【０００９】 また、モータステータ３８の内周に対抗する固定軸３６の外周にも複数本の半 径方向穴６０が形成され、固定軸３６内に設けられた給気口６１の一端が連通し ている。そして、この給気口６１の他端は図示しないエア源と接続し、供給され た高圧のエアはモータステータ３８とモータロータ３３の間の狭い空間６５に噴 出口から噴出し、ここでも静圧軸受を構成して軸支するようになっている。この 供給されたエアは、固定軸３６内に形成された軸方向に延びる排出口６６を通し て外部に排出される。

【００１０】 さらに、加工スピンドル２６、詳しくは主軸２０の円筒状の大径部２１の後端 にリング状の受け体７１が取り付けられ、一方、この受け体７１を挟み込むよう に固定軸３６に取り付けた軸受ブロック７２が設けられ、これにも高圧のエアを 噴出するための噴出口７６，７７が両側に形成され、円周溝７５を通して後側板 １３の給気口７９を介して外部の図示しないエア源に接続し、エアを供給するよ うに構成されている。従って、噴射口７６，７７から噴出したエアは軸受ブロッ ク７２の円周溝７５の前後面と受け体７１との間の狭い空間８０，８１に供給さ れ、非接触のスラスト軸受を構成し、加工スピンドル２６のスラスト力を非接触 で支持することになる。

【００１１】 従って、このように構成されたモータ内蔵型加工スピンドル装置は、高速回転 中の加工スピンドル２６は噴出口４７，４８から空間に噴出された高圧のエアに 基づく静圧軸受により主軸２０が非接触で外側から軸支され、このエアが供給さ れる狭い空間５０がモータステータ３８，モータロータ３３を囲む円筒部２９よ り半径方向外側に位置しているため、その直径が大きく、エアの受ける有効面積 が広くなって軸支の安定性が向上する。しかも、モータロータ３３は加工スピン ドル２６の円筒部２９の内周に取り付けられているため、円筒部２９がモータロ ータ３３の外側を被覆することになり、該モータロータ３３の破損が防止される 。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前記のように構成されたアウターロータ型回転機によれば、内側の 静圧軸受けを構成する狭い空間６５の間隔は１０〜３０ミクロンと狭く、モータ ステータ３８およびモータロータ３３からなる内蔵モータ３９の高速回転駆動に よる発熱のため、固定軸３６が熱膨張して上記空間６５を一定に維持して円滑な 回転駆動することが困難であった。この内側の空間６５にも固定軸３６の中央の 給気口６１からのエアを噴出するように構成しているが、これによる冷却機能は 殆ど影響を与えるまでには働らかなった。

【００１３】 そこで、この考案のはこのような点に鑑みてなされたもので、固定軸に冷却構 造を設けて固定軸の周りの内側の空間の間隔を常に一定に維持し、主軸の回転の 安定化を図ることができるアウターロータ型回転機の冷却構造を提供することを 目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

内部にリングおよびディスタンスピースを有する円筒状の固定ケース本体と、 上記固定ケース本体から突出した前端部に加工工具を取り付け固定ケース本体内 に収納される円筒状の大径部の一部にフランジ部を有する主軸と、上記主軸の内 側に設けたモータロータと対向するモータステータを外周に設けた固定軸が上記 固定ケース本体後端側の後側板に取り付けられて一体的に構成され、上記リング と主軸との間の狭い空間にエアを噴出させて静圧軸受を構成したアウターロータ 型回転機において、上記固定軸に中央を通した給水管とこの給水管と一端で接続 管または溝で連通する冷却管を設け、後側板に設けた給水口および排出口を介し て熱交換機を有する冷却水循環装置に接続するように形成し、固定軸を均一に冷 却するようにしたことを特徴とするアウターローター型回転機の冷却構造である 。また、この冷却構造は、固定軸に設ける冷却管が固定軸の表面側に蛇行するよ うに複数設けられるか、固定軸の表面側全周に亘り冷却水を通す溝が設けられる か、あるいは固定軸の表面側に多重の螺旋状に形成されている。

【００１５】

【作用】

固定軸の表面側にジグザクに蛇行する複数の冷却水の冷却管、または固定軸の 表面側全周に亘り冷却水を通す溝、あるいは固定軸の表面側に多重の螺旋状に形 成されている冷却管を配設し、固定軸の中央を通した給水管よりの冷却水を通す ことにより、固定軸の温度分布は均一になるように冷却され、モータステータお よびモータロータからなる内蔵モータの作動を確実にするとともに、内蔵モータ の過熱を防止してその寿命を延ばすことが可能となる。

【００１６】

【実施例】

以下、図面に基づいてこの考案の一実施例を説明する。なお、前記先行技術に おける同一部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。図１（Ａ）は アウターロータ型回転機の構成を示す断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ 線に沿った固定軸端部の断面図である。即ち、アウターロータ型回転機は、両側 を前側板１２および後側板１３により蓋をするように設けられ、内部にリング１ ４，１５を有する外側の円筒状の固定ケース本体１８と、その内側に空間５０を 形成して設けられた円筒状の加工スピンドル２６の主軸２０と、さらにその内側 に空間６５を形成して設けられた外周にモータステータ３８を有する円筒状の固 定軸３６とから主に構成されている。

【００１７】 上記固定ケース本体１８には、図示しないエア源に一端を接続するエア通路４ ９が設けられ、上記内部に取り付けたリング１４，１５を介して円周溝４５およ び噴出口４７，４８から高圧のエアをリング１４，１５と主軸２０の大径部２１ との間の狭い空間５０に噴出させ、固定ケース本体１８と主軸２０の大径部２１ との間で表面積を大きくして非接触の静圧軸受を形成している。

【００１８】 また、上記加工スピンドル２６の主軸２０の大径部２１の後端部は、外側に折 れ曲がったフランジ部２１ａが形成され、この両側にも図示しないエア源に一端 を接続するエア通路４９からの高圧のエアがデスタンスピース１７ａのエア通路 ４７ａ，４７ｂから噴出され、加工スピンドル２６、即ち主軸２０のスラスト方 向の移動を防止するように非接触のスラスト軸受を構成されている。そして、上 記主軸２０の内側は円筒状に穿設され、その内表面に円筒状のモータロータ３３ がやきばめにより取り付けられている。

【００１９】 外周にモータステータ３８を有する円筒状の固定軸３６は、後端部を後側板１ ３の中央に突出するように固定される。そして、この固定軸３６の内側には、図 ２に展開図を示すように熱交換機を有する冷却水循環装置９０に接続した断面形 状が半円形の冷却管９１，９２がそれぞれ固定軸３６の表面に接するようにジグ ザグ状に蛇行して設けられており、また、固定軸３６の中央を真直ぐ通した給水 管９３との間に、図１（Ｂ）に示すように接続管９４により一端においてそれぞ れ連通し、回転機外に設けられる熱交換機を有する冷却水循環装置９０から送出 される冷却水を、給水口９６，給水管９３，接続管９４，冷却管９１，９２およ び排出口９５を通って冷却水循環装置９０に戻すように循環させるように構成さ れている。

【００２０】 従って、モータステータ３８およびモータロータ３３からなる内蔵モータの高 速回転駆動によって熱が発生しても、固定軸３６を通してモータステータ３８が その全長に亘り効率よく冷却されるので、モータステータ３８とモータロータ３ ３との間の狭い空間６５の間隔は常に一定に保たれた状態で高速回転駆動するこ とになる。

【００２１】 次に、この考案の他の実施例を説明する。図３（Ａ）はアウターロータ型回転 機の構成を示す断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った固定軸端部 の断面図である。主な構成は上述した図１に示すものと殆ど同じであり、固定軸 の部分のみが相違しているので、固定軸の部分について説明する。即ち、外周に モータステータ３８を有する円筒状の固定軸３６は、後端部を後側板１３の中央 に突出するように固定されている。そして、この固定軸３６の内側表面には、図 ３（Ｂ）に固定軸３６の端部の断面図に示されるように、冷却水を通す溝９７が 全周面に渡り設けられており、また、固定軸３６の中央を真直ぐ通した給水管９ ３との間にその端部で接続管９４により連通しており、回転機外に設けられる図 示しない熱交換機を有する冷却水循環装置から送出された冷却水を、給水口９６ ，給水管９３，接続管９４，溝９７および排出口９５を通して循環させ、固定軸 ３６を全長に亘り効率良く冷却し、温度上昇を防止するようになっている。この 例のものは、固定軸の加工製作が上記図１のものよりも容易である。

【００２２】 次に、この考案の第３実施例を説明する。図４（Ａ）はアウターロータ型回転 機の構成を示す断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った固定軸端部 の断面図である。主な構成は図１に示すものと殆ど同じであり、固定軸の部分の みが相違しているので、固定軸の部分についてのみ説明する。即ち、外周にモー タステータ３８を有する円筒状の固定軸３６は、後端部を後側板１３の中央に突 出するように固定される。そして、この固定軸３６の内側表面には、図１（Ｂ） に固定軸３６の端部の断面図にも示されるように断面形状が半円形の冷却水を通 す冷却管９８が全周面に渡り多重に螺旋状に設けられており、また、固定軸３６ の中央を真直ぐ通した給水管９３との間にその端部で接続管９４により連通して おり、回転機外に設けられる図示しない熱交換機を有する冷却水循環装置から送 出された冷却水を、給水口９６，給水管９３，接続管９４，冷却管９８および排 出口９５を通して循環させ、固定軸３６を全長に亘り効率良く均一に冷却し、温 度上昇を防止するようになっている。

【００２３】

【考案の効果】

以上説明したとおり、この考案のアウターローター型回転機の冷却構造によれ ば、固定軸の表面にジグザクに蛇行する複数の冷却水の冷却管、または固定軸の 表面全周に亘り冷却水を通す溝、あるいは固定軸の表面に多重の螺旋状に形成さ れている冷却管を配設し、固定軸の中央を通した給水管よりの冷却水を外部の冷 却水循環装置からの冷却水を循環させることにより、効率よく内蔵モータ部分を 冷却することができるので、アウターローター型回転機の高速回転駆動を安定し て行うことが可能となる。また、内蔵モータの発熱を押さえ高温となって寿命が 短かった内蔵モータの寿命を延ばすことが可能となり、優れたアウターロータ型 回転機が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は実施例のアウターローター型回転機の
冷却構造の構成を示す断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ
−Ａ矢視図

【図２】冷却管の展開図、

【図３】（Ａ）は第２実施例のアウターローター型回転
機の冷却構造の構成を示す断面図、（Ｂ）は図３（Ａ）
のＡ−Ａ矢視図

【図４】（Ａ）は第３実施例のアウターローター型回転
機の冷却構造の構成を示す断面図、（Ｂ）は図４（Ａ）
のＡ−Ａ矢視図

【図５】先願のアウターローター型回転機の構成を示す
断面図、

【図６】図３のＩ−Ｉ矢視図、

【図７】図３のII−II矢視図である。

【符号の説明】

１１ 固定ケース １２ 前側板 １３ 後側板 １４，１５ リング １７ａ ディスタンスピース １８ 固定ケース本体 ２０ 主軸 ２１ 大径部 ２１ａ フランジ部 ２６ 加工スピンドル ３３ モータロータ ３６ 固定軸 ３８ モータステータ ４７，４８ 噴出口 ４７ａ，４７ｂ エア通路 ４９ エア通路 ５０，６５ 空間 ９０ 冷却水循環装置 ９１，９２，９８ 冷却管 ９３ 給水管 ９４ 接続管 ９５ 排出口 ９６ 給水口 ９７ 溝

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にリングおよびディスタンスピース
   を有する円筒状の固定ケース本体と、上記固定ケース本
   体から突出した前端部に加工工具を取り付け固定ケース
   本体内に収納される円筒状の大径部の一部にフランジ部
   を有する主軸と、上記主軸の内側に設けたモータロータ
   と対向するモータステータを外周に設けた固定軸が上記
   固定ケース本体後端側の後側板に取り付けられて一体的
   に構成され、上記リングと主軸との間の狭い空間にエア
   を噴出させて静圧軸受を構成したアウターロータ型回転
   機において、上記固定軸に中央を通した給水管とこの給
   水管と一端で接続管で連通する冷却管を設け、後側板に
   設けた給水口および排出口を介して熱交換機を有する冷
   却水循環装置に接続するように形成し、固定軸を均一に
   冷却するようにしたことを特徴とするアウターローター
   型回転機の冷却構造。
2. 【請求項２】 上記固定軸に設ける冷却管は、固定軸の
   表面側に蛇行するように複数設けられていることを特徴
   とする請求項１記載のアウターローター型回転機の冷却
   構造。
3. 【請求項３】 上記固定軸に設ける冷却管は、固定軸の
   表面側全周に亘り冷却水を通す溝が設けられていること
   を特徴とする請求項１記載のアウターローター型回転機
   の冷却構造。
4. 【請求項４】 上記固定軸に設ける冷却管は、固定軸の
   表面側に多重の螺旋状に形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載のアウターローター型回転機の冷却構
   造。