JPS601961Y2 - 回転軸の冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、高速回転する回転軸の熱放散が良好に行ない
得るように企図した回転軸の冷却装置に関し、特に工作
機械のスピンドルに組み込んで好適なものである。

工作機械のスピンドルの転がり軸受の温度上昇は、これ
に伴う熱変形により被加工物の加工精度を劣化させたり
、場合によっては転がり軸受自体の焼付きの原因となる
こともある。

このため、軸受の温度上昇を低くする方法として極微量
のグリースを軸受に封入し、軸受の転がり接触部でグリ
ースが受ける大きな変形速度に起因した軸受の発熱量を
小さくする方法が採用されている。

しかしながら、近年の工作機械におけるスピンドルの高
速化に伴い、加工精度の確保のために軸受の発熱を一層
小さくする必要にせまられており、軸受の外輪を支持す
るハウジング内を油や水或いは空気等の流体で冷却する
方法が多用されつつある。

一般に、軸受の外輪はハウジングに接触しているため、
その内輪よりも熱の放散性が良くて温度も低いのが普通
である。

しかし、上述した冷却構造では更に外輪の温度が内輪よ
りも下がる傾向にあるため、内輪と外輪との温度差が大
きくなって熱膨張差により軸受すきまがより小さくなり
、今後、スピンドルの一層の高速化を推進する上でこの
軸受すきまの減少が新たな発熱原因となる可能性がある
。

スピンドルには工具交換装置の一部が装備されているこ
とが多いため、スピンドル内部にヒートパイプや冷却流
体を通すことが困難である。

そこで、軸受の内輪側の熱放散を良くするためにはスピ
ンドルの外周部を冷却することも考えられるが、油冷却
では高速回転軸の油の剪断変形が新たな発熱要因となる
。

又、空気冷却では熱伝導率の低い空気を低温にしておか
なければならず、空気中の水分の結露と軸受内への空気
流入によるグリース劣化が問題となって来る。

本考案者らは、以前に二種の金属を組み合わせた回路に
電流を流すと両者の接合部で熱の吸収或いは発生が起こ
るというペルチェ効果に着目し、上述した従来の高速回
転スピンドルの冷却装置における種々の不具合に鑑みて
効率の非常によい熱放散性に優れた冷却装置を特願昭５
６−１７６７７６１−で発明しているが、これはその全
体の構造を表す第１図に示すように、先端部に図示しな
い工具が嵌合されるテーパ穴１１を形成したスピンドル
１２内には、スピンドル１２に対して工具の固定及び固
定解除を行うドローバ１３がスピンドル１２の中心軸に
沿って移動自在に取り付けられている。

前記スピンドル１２は前後一対の軸受１４，１５を介し
てハウジング１６に駆動回転自在に支持されており、こ
れら軸受ｉ４，１５はそれぞれ軸受押え１７．１８及び
ナツト１９．２０等によりスピンドル１２とハウジング
１６との間に固定されている。

一方、これら軸受１４．１５の間のハウジング１６の内
周壁には筒状をなす冷却装置２１が設けられており、こ
の冷却装置２１を拡大した第２図に示すように、環状を
なすＮ型のテルル化ビスマス２２と同形状のＰ型のテル
ル化ビスマス２３とが交互に樹脂板２４を介して配置さ
れ、この樹脂板２４により一つおきに仕切られる筒状の
内部銅板２５と外部銅板２６とがＮ型のテルル化ビスマ
ス２２の内周面とＰ型のテルル化ビスマス２３の外周面
とに当接している。

これらは樹脂板２４と同様な熱伝導率や導電率が小さな
エポキシ樹脂や四フッ化エチレン樹脂等の樹脂フランジ
２７で一体化されており、これらの内周面や外周面は比
較的熱伝導率の良いセラミック等の絶縁層２８でコーテ
ィングされている。

前記内部銅板２５の両端部にはハウジング１６の外部か
ら導かれたリード線２９が電気的に接続し、内部銅板２
５が吸熱側となり且つ外部銅板２６が発熱側となるよう
に第２図中、右端の内部銅板２５が正電位に接続し且つ
左端の内部銅板２５が負電位に接続している。

本例では熱電素子としてＮ型のテルル化ビスマス２２と
Ｐ型のテルル化ビスマス２３とを使用しているが、ペル
チェ効果のあるものであれば他のＰＮ接合素子等を任意
に使うことが可能である。

この冷却装置２１の外周とハウジング１６との間には、
冷却油が送給される冷却油供給路３０とこの冷却油を排
出する冷却油排出路３１とに連通ずる油溝３２が形成さ
れており、この油溝３２を流れる冷却油が高温となる外
部銅板２６を冷却するようになっている。

本例では冷却装置２１の冷却手段としてその周囲に冷却
油を流すようにしたが、他の周知の冷却手段を用いても
よいことは当然である。

従って、内部銅板２５及び外部銅板２６を介してＮ型の
テルル化ビスマス２２及びＰ型のテルル化ビスマス２３
に通電すると、ペルチェ効果により内部銅板２５に吸熱
作用が発生し、高速回転するスピンドル１２からの熱を
吸収するため、スピンドル１２及び軸受１４，１５が高
温化する虞はない。

一方、これと並行して外部銅板２６が発熱するが、油溝
３２を流れる冷却油が外部銅板２６との間で熱交換を行
い、外部銅板２６が冷却されて高温となった冷却油が冷
却油排出路３１からハウジング１６外に導き出される。

この外部銅板２６の冷却により内部銅板２５の吸熱効率
が高まるため、スピンドル１２及び軸受１４，１５の冷
却が一層促進されるようになっている。

ところが、このような構造のものでは発熱体である軸受
１４，１５の内輪と接触するスピンドル１２の熱抵抗が
大きく、軸受１４，１５の内輪から充分な熱量を冷却装
置２１の内部銅板２５へ伝達できないことが判明した。

そこで本考案は特願昭５６−１７６７７６号の発明を更
に改善し、一層の冷却効率の向上を企図した回転軸の冷
却装置を提供することを目的とする。

この目的を遠戚する本考案の回転軸の冷却構造にかかる
構成は、筒状をなす回転軸を駆動回転自在に支持するハ
ウジング内に前記回転軸を取り囲み且つ外周側が発熱部
となると共に内周側が吸熱部となった円筒状の熱電素子
を固定し、更にこの熱電素子の外周側に冷却手段を設け
る一方、前記回転軸の内周及び外周のうちの少なくとも
一方に熱伝導管を嵌合したことを特徴とするものである
。

以下、本考案による回転軸の冷却装置を第１図及び第２
図に示す従来のものに対して応用した一実施例について
、その断面構造を表す第３図を参照しながら詳細に説明
するが、主要部はほとんど従来のものと同一であるので
、この従来のものと異なる部分についてのみ説明し、他
の説明は省略すると共に第１図及び第２図に示したもの
と同一部材に対してはこれと同一の符号を以って示す。

円筒状をなすスピンドル１２の内周には銅製の熱伝導管
３３と焼き入れしたブシュ３４とが冷やし嵌めされてい
る。

この熱伝導管３３は熱伝導率の良いものが好ましく、こ
れによってスピンドル１２の熱抵抗を減少でき、本実施
例のような調風外のものでもよい。

軸受１４，１５と冷却装置２１との間のスピンドル１２
の内周に熱伝導管３３を設けたことにより、これら軸受
１４．１５の内輪で発生する熱の一部が熱伝導管３３に
よって冷却装置２１の内部銅板２５側へ伝達し易くなる
ため、冷却効率を従来のものより高めることができる。

この場合、本考案の他の一実施例の構造を表す第４図に
示すように、軸受１４，１５の内輪の位置決めスペーサ
としても機能するように熱伝導管３５をスピンドル１２
の外周に焼き嵌めするようにしてもよく、この方がより
一層効果的に熱の移動を行うことが可能となる。

なお、本実施例ではスピンドル１２に対して第１図に示
したナツト１９を一体的に形威しである。

又、熱伝導管をスピンドル１２の内周と外周とにそれぞ
れ嵌合することにより更に冷却効果を向上できることは
当然である。

このように本考案の回転軸の冷却装置によると、高速回
転するスピンドルの周囲を熱電素子で取り囲み、ペルチ
ェ効果を利用してスピンドルの熱を冷却手段で吸熱する
一方、スピンドルの内周及び外周のうちの少くとも一方
に熱伝導管を嵌合してスピンドルの熱抵抗を減少させる
ようにしたので、熱放散性に優れた効率の高い冷却を行
うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスピンドルの冷却装置の概略構造を表す
断面図、第２図はその冷却装置の一部の詳細構造を拡大
した断面図、第３図及び第４図は本考案を工作機械のス
ピンドルに応用したそれぞれ一実施例の概略構造を表す
断面図であり、図中の符号で、１２はスピンドル、１４
． １５ｇｔ軸受、１６はハウジング、２１は冷却装置
、２２はＮ型のテルル化ビスマス、２３はＰ型のテルル
化ビスマス、２４は樹脂板、２５は内部銅板、２６は外
部銅板、２９はリード線、３０は冷却油供給路、３１は
冷却油排出路、３２は油溝、３３，３５は熱伝導管であ
る。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 筒状をなす回転軸を駆動回転自在に支持するハウジング
   内に前記回転軸を取り囲み且つ外周側が発熱部となる共
   に内周側が吸熱部となった円筒状の熱電素子を固定し、
   更にこの熱電素子の外周側に冷却手段を設ける一方、前
   記回転軸の内周及び外周のうちの少なくとも一方に熱伝
   導管を嵌合したことを特徴とする回転軸の冷却装置。