JPS58178013A

JPS58178013A - 回転軸の熱変位低減装置

Info

Publication number: JPS58178013A
Application number: JP5813882A
Authority: JP
Inventors: Kazu Watabe; 渡部　和; Shigeteru Yamaguchi; 山口　栄輝
Original assignee: Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1982-04-09
Filing date: 1982-04-09
Publication date: 1983-10-18

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】本発明は支持体に軸受を介して回転自在に支゛持された
回転軸において、上記回転軸の回転に５伴なって上記軸
受に発生する発熱により該回転軸の熱変位を低減する回
転軸の熱変位低減装置に関するものである。

従来たとえば工作機械の主軸に使用されている熱変位低
減装置は第１図および第２図に示す＋（・如きものが実
施されている。即ち、同図ｔこ示す如く、工作機械の主
軸ヘッド１内に軸受２を介して回転自在に支持された主
軸３を設け、この主軸３の外周面に上記軸受２の内輪２
ａが挿入する部分に形成された外方に開口する第１の環
状１−１溝４と、軸端側に形成され、外方に開口する牙
の内輪２ａにて、上記第２の環状溝５を一方の密２．１
閉用蓋７ａにて、上記溝６を他方の密閉用蓋７ｂにて夫
々脱気密閉してこれら第１．第２壌状溝４．５および溝
６内にヒートパイプ８を形成している。上記軸受２の内
輪２ａの内側面にはウィック９を固定している。このウ
ィック９は上記主゛゛軸３の回転停止時でも上記内輪２
ａの内周面にヒートパイプ８内の液体が接する如くして
いる。

なお、図示していないが上記一方の密閉用無油等をあて
一強制冷却する装置が設けられている。

つぎに上記の構成による作動は主軸３が回転して軸受２
が発熱すると、第１の環状溝４内の作動液が上記軸受２
の発熱によって蒸発される。１−・このとき蒸気は第２
環状溝５内との圧力差により軸方向の溝６内金通って冷
却部である第２の譲状溝５内に達し、この第２の環状溝
５内で冷却され、凝縮して液化される。液化された作動
液は主軸３の回転による遠心力で軸方向の溝６・１゜全
通って再び第１の環状溝４内に戻され、以下上記作用を
繰返している。

然るに上記の構成においては、つぎに述べる゛ような問
題点がある。

（１）２個の密閉用蓋７ａ　、　７ｂの合せ部分および
他５方の密閉用蓋７ｂと軸受２の内輪２ａとの合せ部。

で、長期間ヒートパイプとしての機能即ち牙。

１、第２の環状溝４，５および溝６内を真空゛に保持さ
せることは実際上困難である。　　　゛（１１）上！ｅ
　２　ｌｌｉ！ｉｔの密閉用蓋７ａ　ＨＶｂｓ軸受２の
内輪１０２ａおよび主軸３などの鉄系統で形成されたも
゛のが直接ヒートバイブ８の作動液体に接触するため、
ヒートパイプ８の作動液体として水金使用した場合、化
学反応によりヒートパイプとしての性能が劣下する。　
　　　　　　　１５（１ゆ　主軸３の外周面に外方に開
口する２個の環状隣４，５とこれを軸方向に連結する外
方に開口する溝６と、これらを脱気密閉するため・の２
個の密閉用ｔｉ７ａ　、　７ｂおよび軸受２の内輪・２
ａとを設けているため、構成が複雑である。・１（本発
明は上記の欠点全除去し簡単な構成にてヒートパイプ内
の液体による腐蝕を防止してヒートパイプとしての性能
を向上し、かつ冷却能力全向上して、軸受の温度上昇を
低く押え、軸の熱変位の減少全可能にした回転軸の熱変
位低″減装置ｉｎ提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するため、回転軸の外周付近
に該回転軸の軸心方向と平行に穿設し、内部にヒートパ
イプを封入した深穴を円周方向に複数個設け、かつ上記
回転軸の外周面に１１１支持された冷却用フィンを設け
、上記支持体に上記冷却用フィンに向って冷却用流体全
噴出さ゛せる機構全役けたことを特徴とするものである
。゛以下実施例を示す第３図乃至第６図につき説明する
。第３図は本発明を工作機械の主軸に実Ｉ５施した場合
を示す断面正面図、第４図はその平面図、牙５図はヒー
トパイプを示す断面正面図、第６図は本発明による工作
機械の主軸の時間と熱変位量との関係を示す図である。

第３図および第４図において、耳は主軸ヘラ・・・ドに
して、両端壁部１０ａに２個の支持体１３ａ　、　。

１３ｂを固定し、これらの間には可能な限り大き゛な空
間部１０ｂを中央壁部１０ｃにて形成し１この゛中央壁
部１０ｃには一端部が開口し、空気または用フィン１４
に向って冷却用流体を噴出するため・の噴出穴１２を上
記冷却用フィン１４と同一方向に間隔をおいて複数個穿
設している。上記一方の支持体１３ａは後述の主軸１゛
５を回転自在に支持す１１］る３個のラジアルスラスト
軸受１６とこの３個の。

ラジアルスラスト軸受１６の軸方向の移動を固定する止
め金１７と、２個のナツト１８とを設けている。上記他
方の支持体１３ｂはラジアル軸受１９とこのラジアル軸
部１９の軸方向の移動を固定する１５ナツト２０と冷却
体２１とを設けている。この冷却。

体２１は上記主軸１５のナツト１８とラジアル軸受１９
との間に挿入する軸部２１ａと、この軸部２１＆の。

外周面に、上記空間部１０ｂ内に位置する如く、。

軸方向に間隔をおいて複数個のフィン１４を固定、。

している。

上記主軸１５はその先端内周部に工具（図示せず）を挿
入保持するため該主４１］１５の先端に向って拡開する
テーパ穴１５ａと、上記工具全後方から軸方向に引張っ
て工具全上記テーパ穴１５ａに゛固定するためのボルト
（図示せず）全押入する穴１５ｂとを形成し、後端部を
回転駆動装！（図示せず）に接続している。また上記主
軸１５は、一端部が開口し、該主軸１５の外周面に可能
な限り近い位置１１Ｃその軸心方向と平行に穿設した深
１・１穴２２を円周方向に複数個穿設している。これら
各深穴２２の内周面には熱伝導性が良くかつ毛細管作用
を有するペーストラ塗布し、このペーストを介して後述
のヒートパイプ２３ヲ挿入し、先端開口部には上記ヒー
トパイプ２３が／外！方に、抜け１゜出すのを防止する
止栓２４ヲ固定している。

上記ヒートバイア’２３は牙５図に示す如く、パイプ状
に形成した容器の内周面に毛細管作用を有する材料たと
えば金網などにて形成されたウィック２５ヲ固定し、両
端部に止栓２６′ｔ−固定して１．。

内部を鋭気密閉状にし、その内部に上記ウィック２５を
浸だす程度の量の水等の作動液全封入し゛ている。

上記の構成であるから、予じめ、各深穴２２内にペース
トを介してヒートパイプ益ヲ挿入して５止栓２４にて固
定する。また、冷却用流体供給源゛ト軸受１６が発熱し
、これによって主軸１５の上記口】３個のラジアルスラ
スト軸受１６の軸方向中心位・ｆＯより先端側がＡ軸方
向に延伸される。これ・に対して上記３個のラジアルス
ラス）軸受１６の発熱をヒートパイプ、η内上記うジア
ルスラスト軸受１６側端部（以下発熱部という）の作動
液体１ｈか蒸発し、ヒートパイプ姐内うジアル軸受１９
側端部（以下冷却部という）との圧力差によってヒート
パイプ整向を軸方向に移動して冷却部に達すると、主軸
１５とともに回転する冷却用フィン１４の放熱作用と、
噴出穴１２より上記冷却用フ−１１゜フイン１４に向って噴出される冷却用流体の冷却作用とに
よって蒸気が冷却され、凝縮して液化される。液化され
た液体は毛細管現象によってつ。

インク２５０表面全つたわって元の発熱部に戻り、以下
上記作用を繰返すことによって上記３個の１ラジアルス
ラスト軸受１６の発熱温度を低温に保持させる。

而して本願発明者の実験によれば、上記主軸５を１分間
に３，０００　　回転させたときの軸方向の熱変位はオ
６図に示す如く回転後僅少な時間経１１１過後低い値で
略一定に保持させうろことが明らかになった。

この理由は、主軸１５に穿設された深穴２２内にヒート
パイプηを封入しかつヒートパイプ−η内に作動液体を
封入しているため、ヒートパイブトη内の作動液体によ
る腐蝕作用を防止してヒー）　ハ（）２３として機能低
下を防止し、かつ上記深穴２２を可能な限り主軸１５の
外周面即ち３個の・ラジアルスラスト軸受１６に近づけ
たので、これらによって熱伝導作用が向上したこと、ま
た主−１゜軸ヘッド１０の両端支持体１０ａ　＃　１Ｏ
ｂ間に空間１０ｃ　ｆ形成し、この空間１０ｃ内に上記
主軸１５の外周面に支持された冷却用フィン１４ヲ設け
たの゛で、従来の一方の密閉用蓋の外周面に冷却用フィ
ンを設けた場合に比較して放熱表面積を大き５くするこ
とができ、かつ上記冷却用フィン１４を主軸１５ととも
に回転させ、その遠心力によって放熱作用を高めかつ噴
出穴１２より冷却用フィン１４に向って冷却用流体を噴
出させて冷却用フィ゛ン１４を冷却させたので、これら
によって冷却用１）□フィン１４の冷却性能全向上した
ことの総合効果によるものと考える。

さらに上記の総合効果を高める必要がある場゛合にはつ
ぎのごとくすることが考えられる。　　゛即ち１上記実
旌例においては、上記深穴２１１５主軸１５の軸心方向
と平行に穿設しているが、上記深穴２２ヲ主軸１５の外
周面付近で上記ヒートパイプηがその発熱部に対して冷
却部を上記主軸１５の内方軸心側に位置する如く穿設す
れば１ヒ一トバイブ翌内冷却部で冷却された作動液体が
！（１ウィック２５０毛細管現象と主軸１５の回転によ
る゛遠心力によってより早く発熱部ｅこ戻ることができ
、これによってヒートバイブ２３内の作動液体の循環速
度が早くなって、上記３個のラジアルスラスト軸受１６
の発熱を低く押えることができ゛る。

なお、主軸１５０回転に伴なってラジアル軸受１９も発
熱し、これによって主＄１１１５の上記ラジアル軸受１
９の軸方向中心位置より後側が後方軸方向に延伸する。

然るに上記主軸１５の後方軸方向１′”の延伸は主１１
１１１５の先端部に取付けられた工具の位置には何等影
響されない、即ち主軸１５の上記ラジアル軸受１９の軸
方向中心位置より先端側は主軸１５の長さが長いので延
伸することがなくしかも冷却用ファン１４によって主軸
１５が冷却され１・でいるためである。

したがって、本発明においては、簡単な構成゛にて、回
転軸の回転に伴なって発生する軸受部の発熱を低く押え
ることができ、これによって回転軸の軸方向の熱変位を
低くすることができ・・１する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の工作機械の主軸の低い熱変位装置を示す
断面正面図ｔ第２図はその平面図、牙３図は本発明を工
作機械の主軸に実施した場１合を示す断面正面図、第４
図はその平面図、第５図はヒートパイプを示す断面図、
第６図は縦軸に熱変位、横軸に時間にしたときの本発明
による工作機械の主軸の熱変位を示す図である。１０・・・主軸ヘッド、１１・・・冷却用流体供給穴、
　１″１２・・・噴出穴、　　１３ａ　、　１３ｂ・・
・支持体、　１４・・・冷却用ファン、１５・・・主軸
、１６・・・ラジアルスラスト、１９・・・ラジアル軸
受、２１・・・冷却体、２２・・・深穴、２３・・・ヒ
ートパイプ、２４・・・止栓２５・・・ウィック。　　
　　　　　　　　　　　　　　ｌ迅ネ１図第３図　　　　　　　　　第４図２０ノ３ｂ５１ｑ　　　　　（ＥＥ≠Ｈ今シ＝ヌ■；園１５α １２２？至２１ａ−第５圀１５ｂ　　　　　颯　　１２：　　　　−１１百ヤ（、（ｉｌ。埼閏

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　支持体に軸受を介して回転自在に支持された
回転軸において、上記回転軸の開局付近に一゛該回転軸
の細心方向と平行に穿設し、内部に。ヒートパイプを封入した深穴を円周方向に複′数個設け
、かつ上記回転軸の外周面に支持された冷却用フィンを
設け、かつ上記支持体に・上記冷却用フィンに向って冷
却用流体全噴出１・（させる機構を設けたことを特徴と
する回転軸の熱変位低減装置。
（２）上記支持体の回転軸を支持する複数個の支持部間
に空間全形成し、この空間内に上記回・転軸に支持され
た上記冷却用フィンを設けた］“・ことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載・の回転軸の熱変位低減装置。
（３）上記回転軸にヒートパイプの発熱部に対して冷却
部を該回転軸の内方軸心側に傾斜して位置する如く上記
深穴を穿設したことを特徴、。とする特許請求の範囲第１項記載の回転軸の・　　熱変
位低減装置。