JPH10113845A - スピンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な剛性を有しながら効率よく伝熱させる
ことができると共に、安定した高速回転が可能なスピン
ドルを提供する。 【解決手段】 先端で工具の基端を保持し且つ軸心方向
に沿って長手方向を向けた溝２ａが外周面に周方向に沿
って所定の間隔で複数形成された内管２と、内管２の溝
２ａと外部とを遮蔽するように当該内管２の外周面に嵌
合し且つ外周面の先端寄りに軸受２３ａが嵌合されると
共に外周面の基端寄りに冷却液が接触する冷却フィン３
ａを有する外管３と、外管３の基端に同軸をなして嵌合
して回転駆動される保持管４と、前記溝２ａ内に入れら
れたメタノールなどの伝熱媒体とを備え、内管２の溝２
ａを連通させる連通路２ｂを当該内管２に形成すると共
に、外管３の冷却フィン３ａ部分の内径が前記基端側ほ
ど小さくなるように当該外管３の内周面をテーパ状に形
成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
などのような工作機械などに適用されるスピンドルに関
する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタなどのような工作機械
などのスピンドルの構造を図３に示す。図３において、
２１はハウジング、２１ａ〜２１ｃは潤滑油供給口、２
１ｄ，２１ｅは潤滑油排出口、２１ｆは冷却液供給口、
２１ｇは冷却液排出口、２１ｈは空気供給口、２２はス
ピンドル、２２ａは冷却フィン、２３ａ〜２３ｃは軸
受、２４はステータ、２５はロータである。

【０００３】ハウジング２１は、軸受２３ａ〜２３ｃを
介してスピンドル２２を回転可能に支持している。ステ
ータ２４は、ハウジング２１の内周面に取り付けられ、
ロータ２５は、スピンドル２２の外周面に設けられ、当
該ステータ２４と当該ロータ２５とは、対向するように
配設されている。

【０００４】潤滑油供給口２１ａ〜２１ｃは、上記軸受
２３ａ〜２３ｃに潤滑油を供給できるようにハウジング
２１に設けられている。潤滑油排出口２１ｄ，２１ｅ
は、上記軸受２３ａ〜２３ｃで使用された潤滑油を外部
へ排出できるようにハウジング２１に設けられている。
冷却液供給口２１ｆは、スピンドル２２の外周面に形成
された冷却フィン２２ａに冷却液を供給できるようにハ
ウジング２１に形成されている。冷却液排出口２１ｇ
は、上記冷却フィン２２ａの冷却に使用された冷却液を
外部へ排出できるようにハウジング２１に形成されてい
る。空気供給孔２１ｈは、上記冷却液供給口２１ｆおよ
び上記冷却液排出口２１ｇをスピンドル２２の軸方向に
挟むようにハウジング２１に対をなして形成され、スピ
ンドル２２の外周面へ向けて空気を送給することによ
り、上記軸方向への上記冷却液の漏れを防止することが
できるようになっている。

【０００５】つまり、スピンドル２２は、ステータ２４
に電流が流れると、軸受２３ａ〜２３ｃを介してハウジ
ング２１に対して回転し、冷却液供給口２１ｆからの冷
却液で冷却フィン２２ａが冷却されることにより、当該
回転に伴って上記軸受２３ａ〜２３ｃ等の発熱箇所から
生じる熱を外部へ放出し、軸受２３ａ〜２３ｃの予圧の
過大化等を抑えるようになっているのである。

【０００６】ところが、このようにして冷却を行うよう
にすると、上記軸受２３ａと上記冷却フィン２２ａとの
間に距離があるため、冷却効率が悪いだけでなく、スピ
ンドル２２に軸方向に沿って大きな熱勾配がつきやす
く、スピンドル２２の精度低下等を引き起こしてしまう
場合があった。

【０００７】そこで、図４，５に示すように、スピンド
ル３２の内周面に円筒状をなすヒートパイプ５１を同軸
をなすようにして嵌合したり、図６，７に示すように、
スピンドル４２の内周面と外周面との間にヒートパイプ
５２を周方向に沿って所定の間隔で複数設けたりするこ
とにより、上記冷却フィン３２ａ，４２ａと上記軸受２
３ａとの間での伝熱効率を向上させ、スピンドル３２，
４２の軸方向の熱勾配を小さくすることが考えられてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４，
５に示すようにしてスピンドル３２にヒートパイプ５１
を設けようとすると、スピンドル３２の内径および外径
のサイズが規定されていることから、スピンドル３２の
ヒートパイプ５１部分の肉厚を薄くしなければず、スピ
ンドル３２が十分な剛性を有することができなくなって
しまう。

【０００９】一方、図６，７に示すようにしてスピンド
ル４２にヒートパイプ５２を設けようとすると、ヒート
パイプ５２の径方向のサイズを大きくすることができな
い、すなわち、十分な伝熱媒体量を使用することができ
ないため、効率よく伝熱させることが困難となってしま
うだけでなく、すべてのヒートパイプ５２内の伝熱媒体
の量が均等でないと、スピンドル４２が回転時に振動し
てしまい、安定した高速回転が困難となってしまう。

【００１０】このようなことから、本発明は、十分な剛
性を有しながら効率よく伝熱させることができると共
に、安定した高速回転が可能なスピンドルを提供するこ
とを目的とした。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明によるスピンドルは、先端で工具の基端
を保持して回転駆動されるスピンドルであって、先端で
前記工具の基端を保持し、軸心方向に沿って長手方向を
向けた溝が外周面に周方向に沿って所定の間隔で複数形
成された内管と、前記内管の前記溝と外部とを遮蔽する
ように当該内管の外周面に嵌合し、外周面の先端寄りに
軸受が嵌合されると共に、外周面の基端寄りに冷却液が
接触する外管と、前記溝内に入れられた伝熱媒体とを備
えてなることを特徴とする。

【００１２】上述のスピンドルにおいては、前記内管の
前記溝を連通させる連通路が当該内管に形成されている
ことを特徴とする。

【００１３】上述のスピンドルにおいては、前記外管の
前記冷却液と接触する部分の内径が前記基端側ほど小さ
くなるように当該外管の内周面がテーパ状に形成されて
いることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明によるスピンドルの実施の
形態を図１，２を用いて説明する。なお、図１は、その
構造を表す断面図、図２は、図１のII−II線断面矢視図
である。ただし、ハウジングやステータ等については、
その記載を省略すると共に、前述した従来技術で説明し
た部材と同様な部材については、前述した従来技術の説
明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、その
説明を省略する。

【００１５】図１において、１はスピンドルであり、当
該スピンドル１は、先端で工具の基端を保持する内管２
と、当該内管２の外周面に焼嵌め等でしまり嵌めされ且
つ外周面の基端寄りに冷却液と接触する冷却フィン３ａ
を有すると共に外周面の先端寄りに軸受２３ａ等を嵌合
される外管３と、上記内管２の基端に同軸をなしてしま
り嵌めされ且つ当該内管２を保持して回転させる保持管
４とを備えてなっている。

【００１６】前記内管２は、図１，２に示すように、軸
心方向に沿って長手方向を向けた溝２ａが外周面に周方
向に沿って所定の間隔で複数形成されると共に、隣接す
る当該溝２ａ間を連通する連通路２ｂが軸方向に沿って
所定の間隔で複数形成されている。一方、前記外管３
は、図１に示すように、前記冷却フィン３ａ部分、すな
わち、冷却液と接触する部分の内径が上記内管２の基端
側ほど小さくなるように当該部分の内周面がテーパ状に
形成されると共に、上記内管２の上記溝２ａおよび上記
連通路２ｂと連通する導入管３ｂが当該内管２の軸心を
中心として点対称となるように対をなして設けられてい
る。この内管２と外管３との間の先端部および基端部は
銀ろう付されており、当該間は完全に密閉されている。
つまり、外管３は、内管２の前記溝２ａを外部と遮蔽す
るように当該内管２に嵌合しているのである。

【００１７】前記内管２の前記溝２ａ内には、メタノー
ルなどのような伝熱媒体が前記外管３の前記導入管３ｂ
を通じて入れられており、当該導入管３ｂは、当該伝熱
媒体を液相で導入された後、その導入口がかしめられる
と共に銀ろう付されることにより完全に閉塞される。

【００１８】つまり、スピンドル１を構成する内管２と
外管３とによりヒートパイプを構成したのである。この
ため、スピンドル１の肉厚を十分に確保しながらも十分
な伝熱媒体量を使用することができるようになる。

【００１９】したがって、回転に伴う軸受２３ａ等から
の熱を外管３の冷却フィン３ａへ前記伝熱媒体により効
率よく伝導する（例えば、スピンドルの軸受当接部分と
冷却フィンとの間の温度差が約２５℃である場合の熱輸
送量は、従来例では約５００Ｗであるのに対し、本例で
は１０００Ｗとなる。）ことおよび十分な剛性を備える
（溝２ａおよび連通路２ｂを形成する前に対して約２割
程度の剛性低下で済む。）ことが両立できる。

【００２０】また、内管２の前記溝２ａが前記連通路２
ｂにより互いに連通していることから、回転に伴ってす
べての溝２ａ内の伝熱媒体量が均一になるので、スピン
ドル１は、高速回転時でも振動することなく、安定した
回転を継続する（溝２ａのみの場合では約１６０００ｒ
ｐｍ程度が限界であるのに対し、連通路２ｂを形成した
場合では約２５０００ｒｐｍでも振動することがな
い。）ことができる。

【００２１】また、外管３の冷却フィン３ａ部分の内周
面が上述のようにテーパ状に形成されることから、スピ
ンドル１の回転に伴って、伝熱媒体の液相分が先端寄り
に移動しやすくなるので、伝熱媒体による熱移動のサイ
クルタイムを短縮させることができ、伝熱効率を向上さ
せることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明のスピンドルによれば、内管と外
管との間の溝に伝熱媒体を介在させるようにしたので、
肉厚を十分に確保しながらも十分な伝熱媒体量を使用す
ることができ、十分な剛性を有しながらも効率のよい伝
熱が可能となった。また、上記溝を連通路により連通し
たので、各溝内の伝熱媒体の量が回転に伴って均一とな
り、高速回転に伴う振動を抑えることができ、安定した
回転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスピンドルの実施の形態の構造を
表す断面図である。

【図２】図１のII−II線断面矢視図である。

【図３】従来のスピンドルの一例の構造を表す断面図で
ある。

【図４】従来のスピンドルの他の例の構造を表す断面図
である。

【図５】図４のスピンドルの径方向の断面図である。

【図６】従来のスピンドルのさらに他の例の構造を表す
断面図である。

【図７】図６のスピンドルの径方向の断面図である。

【符号の説明】

１ スピンドル ２ 内管 ２ａ 溝 ２ｂ 連通路 ３ 外管 ３ａ 冷却フィン ３ｂ 導入管 ４ 保持管 ２３ａ〜２３ｃ 軸受

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端で工具の基端を保持して回転駆動さ
   れるスピンドルであって、 先端で前記工具の基端を保持し、軸心方向に沿って長手
   方向を向けた溝が外周面に周方向に沿って所定の間隔で
   複数形成された内管と、 前記内管の前記溝と外部とを遮蔽するように当該内管の
   外周面に嵌合し、外周面の先端寄りに軸受が嵌合される
   と共に、外周面の基端寄りに冷却液が接触する外管と、 前記溝内に入れられた伝熱媒体とを備えてなることを特
   徴とするスピンドル。
2. 【請求項２】 前記内管の前記溝を連通させる連通路が
   当該内管に形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載のスピンドル。
3. 【請求項３】 前記外管の前記冷却液と接触する部分の
   内径が前記基端側ほど小さくなるように当該外管の内周
   面がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項
   １または２に記載のスピンドル。