JPS6158261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作機械の主軸に装置されるチヤツク
と共に用いられる回転流体圧シリンダに関し、該
回転流体圧シリンダの冷却装置にある。

近年、工作機械主軸の高速回転化が進み、切削
時間の短縮化が図られるようになつてきている
が、該高速回転化に伴い回転流体圧シリンダの発
熱エネルギもつれて増大し、該発熱による作動流
体の昇温に影響されて所望高速回転域に達するこ
とができないばかりか、昇温した作動流体の冷却
に多くの問題を残している。本発明は、回転流体
圧シリンダであつて、供給体と該供給体側に向つ
て突出し、その中心部に嵌挿される軸承部を備え
る回転体とからなり、軸承部はその内部に供給体
の作動流体通路と連通する作動流体通路を穿設
し、且つ供給体に対しベアリングを介して回転自
在に装着されており、軸承部以外の回転体外周面
に起風のためのフアンを配設すると共に、該フア
ンを内方に覆包する筒状のカバアを供給体に固設
し、該筒状カバアとフアンの間に外気を導入する
ための空気導入室を形成せしめて冷却装置となし
た回転流体圧シリンダの冷却装置に特徴をもつと
ころの簡単な構造でしかも前述問題が解決できる
優れた装置である。

以下実施の一例を流体が油である例について図
面にもとづき説明する。

第１図及び第２図において、１はシリンダ、２
はピストンロツド、３はピストンロツド２上に固
定されたピストンであつて、シリンダ１の空洞４
内を摺動自在に嵌入されてなる。５は前記ピスト
ンロツド２に嵌挿される回転バルブであつて、内
部には油の流通を一方向にのみ規制するロツク機
構６，６′が組込まれて、前記シリンダ１に対し
ボルト７を使用して接合されてなる。８，９，１
０は空洞４の気密性を保つためのＯリングであ
る。

１１はピストン３に固定されたガイドピンで該
ガイドピンの両端Ｐ，P′のいづれか片端は常にシ
リンダ１または回転バルブ５に設けたガイドピン
用穴１２に（図示例ではシリンダ側に）案内され
ることにより、ピストンロツド２の自由な回動が
制限されるようになつている。

一方、ピストンロツド２の片端はドローチユー
ブに螺合連結され、図示しないチヤツクのジヨウ
を移動させるようになすのである。

他方、回転バルブ５は外形が二段の鍵状の段部
になされており、一方が上部鍵状段部Ｋ１に、他
方が下部鍵状段部Ｋ２に構成されてなり、下部鍵
状段部Ｋ２にはスリーブボデイ１３が設けられ
る。ここにスリーブボデイ１３内部にはスリーブ
１４が次のようにして圧入される。即ち、スリー
ブ１４の両端に嵌込んだベアリング１５，１５′
の一方（図示例では１５）は、直接にスリーブボ
デイ１３の内側壁へ当接され、他方のベアリング
（図示例では１５′）は、ボルト１６にてスリーブ
ボデイ１３に接合されたスリーブカバア１７の内
側壁へ当接されるようになされて固設一体化され
ている。従つて、スリーブボデイ１３と共に静止
しているスリーブ１４の内周は、回転する下部鍵
状段部Ｋ２の外周と常にわずかな間隙空間を介し
て接しており、該間隙空間の半径方向間隔は通常
数10ミクロンの微小な隙間である。また、下部鍵
状段部Ｋ２の端縁部にはストツパ１８がボルト１
９を使用して止着させてなり、前記スリーブカバ
ア１７と対向する両者間にはラビリンスシール構
造の凹凸形状が形成されている。しかして外部か
ら浸入する切削油などは排油溝２０から外部へ排
出し、これに対し内部から漏洩して来る油は排油
溝２１を経てスリーブボデイ１３内のドレン溜め
２２内に回収させるようになすのである。このさ
い、その排出及び回収の分離及び区別を容易且つ
確実となすために、スリーブカバア１７には大気
を導入するための空気栓２３が設けてある。

次に、シリンダ１内でのピストン３の作動を説
明すれば、以下のようにして行われる。図示しな
い外部供給装置（油槽）からの加圧油はスリーブ
ボデイ１３の注油口２４を介し油路２５を通り、
ロツク機構６を経て油路２６、油室２７へと導か
れ、ピストン３を押圧移動させる。該ピストン３
の移動に伴つて押出される油室２７′の排油はロ
ツク機構６′を経て油路２５′を通り、排油口２
４′から外部供給装置へ回収されるのである。

以上によるピストンの往工程が終了し、復工程
に移るときは前述の排油口２４′は注油口に、ま
た注油口２４は排油口となるように切換弁（図示
せず）が切換えられることによつて変更されるの
であり、同様の逆経路回路にて復工程が行われ
る。このさい、加圧油の微量は回転バルブ５とス
リーブ１４の間隙Ｔ，T′を通つて両側ベアリン
グ１５，１５′へ供給され、該ベアリング１５，
１５′を潤滑せしめた後にドレン溜め２２を経て
外部供給装置へ回収される。

以上に詳述した作動によつて、チヤツクのジヨ
ウを開閉し、図示しないワークがジヨウに把握さ
れ、この状態を保持しながらワークの機械加工が
行われる。この状態の機械加工を継続するとき
は、静止部分であるスリーブ１４と回転部分であ
る下部鍵状段部Ｋ２との間に設けた前述のわずか
な間隙空間が常に加圧油で充満されている状態と
なつているのであり、これらが原因して熱発生と
なるのである。しかるに高速回転に伴つて発生す
る発生熱は、前記油路２５，２５′，２６，２
６′（図示せず）及び油室２７，２７′内の油に伝
熱されてこれらを加熱し、該油温を上昇させる。
係る熱発生源の主なものを挙げれば、静止部と
回転部との間に設けたわずかな間隙空間に充満さ
れている加圧油の剪断熱、ベアリングの摩擦熱
と該ベアリング部における油の撹拌熱、加圧油
の洩れに伴う変換熱などである。

しかして、この発生熱が原因する加熱による油
温の上昇は、加圧油の使用限界温度を越えるもの
となるから、到底その所望高速回転域にて使用で
きる回転油圧シリンダとならない。或は、各部品
の熱膨張による変形歪は、ピストンロツドなどの
焼付原因を生んだり、さらには加圧油の高温化に
よる粘度低下が加圧油洩れによる加圧力の低下原
因を生むのである。しかもこの加圧力の低下は、
ジヨウの把握力を弱めることからワークの加工精
度を著しく悪くする欠点が内存されているのであ
る。

本発明では、この加熱による装置全体の温度上
昇及び油温の上昇を共に阻止するために次の如く
なして冷却手段を備えるようにしたものである。

２９は冷却のためのフアンであつて、該フアン
２９の取付けられる位置は、図においては上部鍵
状段部Ｋ１の凹みＫ３であつて、該上部鍵状段部
Ｋ１の凹みＫ３に沿つて外気を空気導入室Ｒに導
入させるべくフアン２９の外方一定長さとその前
面には筒状の端部が折り曲げられた鍔縁Ｑを有す
る筒状カバア３０が取付けられる。これにより外
気を略層流になして前方のシリンダ１表面から回
転バルブ５及び空気導入室Ｒを経てスリーブボデ
イ１３の後方に向つて流すようになすのである。
このさい、図示と反対する側のシリンダ１の他方
端にフアン２９′を備えるときは、外気の導入が
該他方端から導かれ始めることになつて、外周面
の表面積が広くなるため、放熱面積が増大して空
洞４などの作動油の効果的な冷却が行われるので
ある。３１及び３２はフアン２９及び筒状カバア
３０の取付け用ボルトである。

本発明は、係るフアン２９の起風による強制冷
却に特徴があることから、本発明をより有効とな
すために具体的な実施にさいしては筒状カバア３
０の内部を中空構造となし、該中空内部へ吸熱物
質を封入したり、これをポンプ手段により循環さ
せたりすると一層効果的な冷却作用が得られるよ
うになる。さらに、フアン２９を可変ピツチ構造
になして起風の風量を調整可能にするとか、外気
の送風方向を正、逆変更可能にすると良い。或は
筒状カバア３０をフイン３６上に固定するとき、
穿設したスリツト３３，３４（第３図及び第４図
参照）内で適宜位置を移動させ、フアン２９と筒
状カバア３０の鍔縁Ｑとの間の隙間量を適宜変え
て固定するようにすると良い。説明を省いたが、
フアン２９の形状及び筒状カバア３０の形状、特
に空気の取入口３５の形状は、騒音とも関係する
ので適宜に決めるべき事項であり、また、空気の
流れを層流とするための整風手段を設けても良
い。

第４図に示すフアン２９の詳細構造は、回転バ
ルブ５の上部鍵状段部Ｋ１の凹みＫ３と、同径の
内径を有する環輪２９ａの外周面に複数のブレー
ド２９ｂをピストンロツド２の方向と同方向の並
列に多数取付けたものである。このフアンの特徴
は構造が簡単で安価に製造できることと、鍔縁Ｑ
を有する前記筒状カバア３０と連係し、回転方向
の正、逆転換によつても起風の送風方向に変化を
生じさせない点で優れているのである。なお、シ
リンダ１の表面から回転バルブ５を経てスリーブ
ボデイ１３の後方に向つて流れる外気を供給体
（１３及び１４）の冷却により有効活用するた
め、スリーブボデイ１３の外周面にはピストンロ
ツド２と平行な筒長方向に互いに平行をなす多数
のフイン３６が設けてあり、これにより前述の間
隙空間に充満している加圧油などの効果的な冷却
が行われるのである。

本実施例は、以上の構成によつて常に外気が当
初シリンダ１の外周面に沿つて流れるため、先づ
もつてシリンダ自身を冷却させ、油路及びシリン
ダ内の空洞４における作動油の油温低下に寄与す
るのである。またフアンを設けたり、フインを設
けたりすることは放熱のための表面積が広くなる
ことであり、この事は該冷却用の外気との接触面
積を大となすため、より効果的な冷却作用が発揮
されるのである。特に筒状カバア３０の空気取入
口３５附近は、導入される外気の速度を加速する
ために絞つて狭くしてあることから、この附近で
の吸熱作用は非常に大である。この吸熱作用の著
効はシリンダ内におけるピストン作用が、熱エネ
ルギ発生源からの伝熱を該空気取入口３５附近で
阻止できることから全く熱エネルギの影響を受け
ない点で好ましく、このことはシリンダ押圧力が
高速回転域においても変化しないので、ワークの
加工精度の面からも優れた特徴となる。他の重要
な点は冷却用外気の流れが常にシリンダ１側から
スリーブボデイ１３の側へ向うようになることで
あり、このことは熱勾配の面からみると低温側か
ら高温側へ向けて外気を送風することであつて、
旋盤などに好都合な送風方向なのである。即ち、
旋盤のスピンドル側と反対する方向へ常に外気を
移動させるようになすものであるから、該移動中
に装置温度で加温される外気によつて旋盤のスピ
ンドルなどがあるヘツド部を加熱することが全く
ないのであつて、該部分に熱気による悪影響を与
えるようなことがないのである。

また、スリーブボデイ１３内のスリーブ１４や
ベアリング１５，１５′附近において発生する熱
エネルギは、シリンダ１の側に向つて熱伝導され
るが、本実施例では詳述の通り冷却用外気の流れ
が所謂熱エネルギが伝播する方向と逆方向となる
ため、上記熱伝播を効果的に阻止するようになす
のである。さらに上記の熱エネルギは回転数が増
加すればする程増大する傾向にあるが、冷却用外
気の流れもこれに追随して強くなる傾向にあるた
め、同調した冷却作用が得られる優れた特徴があ
る。他の特徴は、起風による強制冷却作用にさい
し、別にフアンの駆動源を必要としないものであ
り、しかも回転数の制御手段も必要としないもの
である。なお、フアン自体は間接的にフインとし
ての放熱作用をも有するのである。

上記実施例では、回転バルブ５に形成される鍵
状の段部Ｋ１，Ｋ３はスリーブボデイ１３の側に
向つて降段する状態に設けたものについて説明し
たが、回転体（１及び５）とスリーブボデイ１３
の相対的な大きさの関係、その他によつて逆に昇
段する状態、或は無段の状態となることもある。
また、フアン２９の取付けられる位置は、回転体
外周面の任意位置となされる。

実施例におけるフアンの作用効果を実測して見
たところ、外気温度が30℃のとき7000R.P.Mの高
速回転中、前記フアンのない場合にはスリーブボ
デイのフイン箇所で70℃〜80℃の高温度が測定さ
れたが、これを最高50℃に保つことができた。

なお、運転時間の経過と共に油の温度が加熱に
より上昇する状態を、本実施例装置における冷却
手段を有する回転油圧シリンダと、これを有しな
い回転油圧シリンダで比較すると、第５図のグラ
フで示す如くなる。グラフ中、Ｈの横線は加圧油
の使用限界温度を示しており、ａ１及びａ２は冷
却手段を有する場合で、ａ１は回転数が3500R.P.
M、ａ２は7000R.P.Mのときのものであり、ｂ１
及びｂ２は冷却手段を有しない場合で、ｂ１は回
転数が3500R.P.M、ｂ２が7000R.P.Mのときのも
のである。このグラフ線図から解る通り、本実施
例装置では回転数が２倍に増速変更されても油温
の温度差が小さくて、且つ短時間で平衡するので
あり、またそれらはいづれも加圧油の使用限界温
度以下で平衡する。これに対し、冷却手段を有し
ないものでは油温の温度差も大きく、且つ温度上
昇が長く続いて仲々平衡しにくいのであり、また
早晩は加圧油の使用限界温度以上に達することか
ら、既に述べた如く各種トラブルの原因をなすの
である。

本発明は、実施例の油にかえて、他の流体を用
いることもできる。要するに回転体に備えて該回
転体と共に回転するフアンを筒状カバアで覆包す
る構造となして起風せしめる強制冷却の点に特徴
がある。

そして、係る冷却装置を備えることにより、次
のような著効が得られる特徴をもつた優れた回転
流体圧シリンダなのである。

(一) 主軸の高速回転化に追随して増大するピスト
ン周辺の温度上昇が、冷却装置によつて阻止さ
れ、良好な加工精度を保持するに有効である。

(二) 主軸の高速回転化に追随して増大する作動流
体（油）の昇温が、冷却装置によつて阻止さ
れ、ピストンロツドなどの焼付きを防止するに
有効であり、またジヨウの把握力低下を防止す
るに有効である。

(三) 回転流体圧シリンダが発生する発生熱エネル
ギは、主軸の回転数が増加すればする程に増大
するものであるが、冷却装置による起風も強化
されることから短時間のうちにこの発生熱エネ
ルギによる昇温を阻止し、使用限界温度以下の
温度に平衡させるに有効である。

(四) 供給体に嵌挿された軸承部を備える回転体と
該回転体の外周面に配設するフアンが一体にな
されていることから、フアンの駆動源を別に必
要としない点に著効がある。

次に、第１図における４０，４０′はピストン
３に取付けてなるリリーフバルブであつて、その
詳細は第６図に示す通りである。

４１はピストン３を貫通するようにして設けら
れる頭付きハウジングであつて、スプリング４２
で弾撥されたニードルバルブ４３が油路４４を開
閉する構成である。４５はニードルバルブに穿設
された油孔、４６は孔あきスペーサ、４７はスト
ツプリング、４８はＯリング、４９は止着用カラ
である。

このさい、リリーフバルブ４０と４０′はその
弁作用が互いに逆方向に行われるように取付けて
あり、その作用は休止中の回転油圧シリンダにお
いて外気温が異状に上昇し、該外気温とシリンダ
内にある油温との間に著しい温度差が生じた場
合、シリンダ内加圧油が外気熱によつて昇温され
体積膨張して異常圧を発生し、これによつてシリ
ンダ壁面を破壊させたりすることを未然に防止す
るようになすのである。

【図面の簡単な説明】

各図面は、本発明の具体的な実施例を示す中空
型回転油圧シリンダであり、第１図は縦断面図、
第２図は斜視図、第３図は筒状カバアの詳細図、
第４図はフアンの詳細図、第５図は加圧油の昇温
状態を示すグラフ、第６図は第１図におけるピス
トン部分の拡大縦断面図である。 １……シリンダ、２……ピストンロツド、３…
…ピストン、４……空洞、５……回転バルブ、１
３……スリーブボデイ、１４……スリーブ、１
５，１５′……ベアリング、２９……フアン、３
０……筒状カバア、３５……空気取入口、３６…
…フイン、Ｋ１……上部鍵状段部、Ｒ……空気導
入室、Ｋ２……下部鍵状段部、、１及び５……回
転体、１３及び１４……供給体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の主軸に取付けたチヤツクのジヨウ
   を開閉操作する回転流体圧シリンダであつて、供
   給体と該供給体側に向つて突出しその中心部に嵌
   挿される軸承部を備える回転体とからなり、軸承
   部はその内部に供給体の作動流体通路と連通する
   作動流体通路を穿設し、且つ供給体に対しベアリ
   ングを介して回転自在に装着されており、軸承部
   以外の回転体外周面に起風のためのフアンを配設
   すると共に該フアンを内方に覆包する筒状のカバ
   アを供給体に固設し、該筒状カバアとフアンの間
   に外気を導入するための空気導入室を形成せしめ
   て冷却装置となした回転流体圧シリンダの冷却装
   置。 ２ 回転体の外形を大径と小径の鍵状段部に形成
   し、大径の鍵状段部にはフアンを、また小径の鍵
   状段部には供給体を夫々配置した特許請求の範囲
   第１項記載の回転流体圧シリンダの冷却装置。 ３ 回転体に対してフアンを脱着可能に取付けた
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の回転流
   体圧シリンダの冷却装置。 ４ 筒状のカバアはその先端を折り曲げた鍔縁Ｑ
   に形成されている特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれか１項に記載の回転流体圧シリンダの
   冷却装置。 ５ フアンのブレードが軸芯方向と同一方向であ
   り、各ブレードは互に並列である特許請求の範囲
   第４項記載の回転流体圧シリンダの冷却装置。 ６ 回転体の外周面に配設するフアンの位置が、
   軸承部側の近傍である特許請求の範囲第１項乃至
   第５項のいずれか１項に記載の回転流体圧シリン
   ダの冷却装置。 ７ 筒状のカバアを中空構造に形成し、該中空内
   部に吸熱物質が封入されている特許請求の範囲第
   １項乃至第６項のいずれか１項に記載の回転流体
   圧シリンダの冷却装置。 ８ 吸熱物質を循環するためのポンプ手段が備え
   てある特許請求の範囲第７項記載の回転流体圧シ
   リンダの冷却装置。