JP2007021600A

JP2007021600A - スピンドル

Info

Publication number: JP2007021600A
Application number: JP2005203643A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Mizukami; 敦司水上; Yukio Oura; 大浦　　行雄; Sumio Sugita; 澄雄杉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】軸受の内外輪温度差を容易に低減できるようにすること。
【解決手段】リア側の内輪間座４_inの外径面及び外輪間座４_outの内径面に伝熱フィン５_in、５_outを形成した。そのため、内輪間座４_in及び外輪間座４_outの表面積を大きくすることができるため、リア側のアンギュラ玉軸受２ｂの内輪の熱を内輪間座４_in及び外輪間座４_outを介して効率よく外輪へと伝達することができる。また、本発明のスピンドルは、従来のスピンドルの内輪間座及び外輪間座に代えて、伝熱フィン５_in、５_outが形成された内輪間座４_in及び外輪間座４_outを用いるだけで製造することができ、その結果、アンギュラ玉軸受４_outの内外輪温度差を容易に小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マシニングセンタ等の工作機械等に用いられるスピンドルに関する。

従来、この種のスピンドルとしては、例えば、複数のアンギュラ玉軸受で回転自在に支持された主軸を高速で回転駆動するものがある（特許文献１参照）。
このようなスピンドルにあっては、一般に、主軸の高速回転に伴う熱変位を防止するために、アンギュラ玉軸受で支持された主軸が取り付けられたハウジングを冷却している。
しかしながら、ハウジングが冷却されると、アンギュラ玉軸受の外輪の温度が低下し、内外輪温度差が増大する。そのため、内輪の径の変化が外輪の径の変化より大きくなり、軸受の予圧が増大して、最悪の場合は焼き付きが生じる恐れがあった。

そのため、例えば、特許文献２に記載のスピンドルにあっては、主軸と内輪との間に溝を設け、溝内にメタノール等の伝熱媒体を封入してヒートパイプを形成し、内輪の温度を低下させることで、内外輪温度差を低減するようになっている。
特開２００４−３２２２２３号公報特開平１０−１１３８４５号公報

しかしながら、上記従来の技術にあっては、伝熱媒体の封入溝を主軸に設ける加工工程が増えるため、多くの手間がかかり、コストが増大するという問題点があった。
本発明は、上記従来の技術の未解決の問題点を解決することを課題とするものであって、軸受の内外輪温度差を容易に低減可能なスピンドルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のスピンドルは、軸受で回転自在に支持された主軸を回転駆動するスピンドルであって、前記軸受の内輪端面又は外輪端面に一端面が当接され且つ互いに対向して配された内輪間座及び外輪間座を備え、前記内輪間座の外径面及び前記外輪間座の内径面のそれぞれに伝熱フィンが形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、内輪間座及び外輪間座の表面積を大きくすることができるため、軸受の内輪の熱を内輪間座の伝熱フィンと外輪間座の伝熱フィンとを介して効率よく外輪へと伝達することができる。また、本発明のスピンドルは、従来のスピンドルの内輪間座及び外輪間座に代えて、伝熱フィンが形成された内輪間座及び外輪間座を用いるだけで製造でき、その結果、軸受の内外輪温度差を容易に小さくすることができる。

また、前記内輪間座の伝熱フィンと前記外輪間座の伝熱フィンとは、前記主軸の軸方向に隙間をもって重なるように形成されるようにしてもよい。
さらに、前記内輪間座の伝熱フィンと前記外輪間座の伝熱フィンとは、複数形成され、前記主軸の軸方向に交互に隙間を持って重なるように形成されるようにしてもよい。
このような構成によれば、内輪間座の伝熱フィンと外輪間座の伝熱フィンとの間の隙間を小さくすることができ、内輪の熱を効率よく外輪に伝達することができる。

以下、本発明のスピンドルの一実施形態を図面に基づいて説明する。
このスピンドルは、主軸に連結されたロータ及び当該ロータ外周に設けられたステータにより、軸受で回転自在に支持された主軸を回転駆動させるものである。
＜軸受の構成＞
図１は、本実施形態のスピンドルの主軸１を支持する軸受を破断して示す断面図である。この図１に示すように、軸受は、一対のアンギュラ玉軸受２ａ、２ｂが内輪間座３_in及び外輪間座３_outを挟んで背面組み合わせされている。

また、リア側（図１中右側）のアンギュラ玉軸受２ｂのリア側端には、伝熱フィン５_in、５_outが形成されている内輪間座４_in及び外輪間座４_outの一端面が当接している。
具体的には、リア側の内輪間座４_inは、リア側のアンギュラ玉軸受２ｂの内輪２ｂ_inと内径が等しく、当該アンギュラ玉軸受２ｂの外輪２ｂ_outより外径が小さい（当該外輪２ｂ_outの内径より外形が大きい）薄い第１円盤部材４_in1と、リア側のアンギュラ玉軸受２ｂの内輪２ｂ_inと内径及び外径が等しく、第１円盤部材４_in1より厚い第２円盤部材４_in2とが、フロント側（図１中左側）から交互に重ね合わされて形成される。そして、リア側の内輪間座４_inには、外径が大きい第１円盤部材４_in1と、外径が小さい第２円盤部材４_in2とが交互に重ね合わされることで、第２円盤部材４_in2と等しい外径を有する内輪間座４ａの外径面には、第１円盤部材４_in1と第２円盤部材４_in2との外径の差の高さをもつ伝熱フィン５_inが形成される。

また、リア側の外輪間座４_outは、リア側のアンギュラ玉軸受２ｂの外輪２ｂ_outと外径が等しく、第１円盤部材４_in1の外径より内径が大きい厚い（第２円盤部材４_in2と厚みが等しい）第３円盤部材４_out1と、リア側のアンギュラ玉軸受２ｂの外輪２ｂ_outと外径が等しく、第２円盤部材４_in2の外径より内径が大きい薄い（第１円盤部材４_in1と厚みが等しい）第４円盤部材４_out2とが、フロント側から交互に重ね合わされて形成される。そして、内径が大きい第３円盤部材４_out1と、内径が小さい第４円盤部材４_out2とが交互に重ね合わされることで、第３円盤部材４_out1と等しい内径を有する外輪間座４ｂの内径面には、第３円盤部材４_out1と第４円盤部材４_out2との外径の差の高さをもつ伝熱フィン５_outが形成される。

さらに、リア側の内輪間座４_inにあっては、外径を形成する第１円盤部材４_in1と伝熱フィン５_inを形成する第２円盤部材４_in2とが交互に重ね合わされ、リア側の外輪間座４_outにあっては、伝熱フィン５_outを形成する第３円盤部材４_out1と内径を形成する第４円盤部材４_out2とが交互に重ね合わされることで、内輪間座４_inの外径面と外輪間座４_outの内径面とが対向し、内輪間座４_inの伝熱フィン５_inと外輪間座４_outの伝熱フィン５_outとが、主軸１の軸方向に対して交互に隙間をもって重なる。

このように、本実施形態のスピンドルにあっては、リア側の内輪間座４_inの外径面及び外輪間座４_outの内径面に伝熱フィン５_in、５_outを形成した。そのため、内輪間座４_in及び外輪間座４_outの表面積を大きくし、また、内輪間座４_inと外輪間座５_inとを近づけることができるため、リア側のアンギュラ玉軸受２ｂの内輪２ｂ_inの熱を内輪間座４_in及び外輪間座４_outを介して効率よく外輪２ｂ_outへと伝達することができる。そのため、アンギュラ玉軸受２ｂの内外輪２ｂ_out間の温度差を小さくすることができ、予圧の増加を抑制することができ、その結果、スピンドルを高速回転することができる。

また、本実施形態のスピンドルは、従来のスピンドルの内輪間座及び外輪間座に代えて、伝熱フィン５_in、５_outが形成された内輪間座４_in及び外輪間座４_outを用いるだけで製造でき、アンギュラ玉軸受４_outの内外輪温度差を容易に小さくすることができる。
また、リア側の内輪間座４_inの伝熱フィン５_inと外輪間座４_outの伝熱フィン５_outとを、複数形成し、主軸１の軸方向に対して隙間をもって重なるように形成した。そのため、内輪間座４_inの伝熱フィン５_inと外輪間座５_inの伝熱フィン５_outとの間の隙間を小さくすることができ、その結果、アンギュラ玉軸受２ｂの内輪２ｂ_inの熱をより効率よく外輪２ｂ_outに伝達することができる。

さらに、伝熱フィン５_in、５_outの間隔を狭くしたり、伝熱フィン５_in、５_outの数を増やしたり、伝熱フィン５_in、５_outを熱伝導率のよい材質で制作したりすることで、内輪２ｂ_inの熱を外輪２ｂ_outに伝達する際の効率を容易に向上することができる。
なお、本発明のスピンドルは、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上記実施形態では、リア側の内輪間座４_in及び外輪間座４_outに伝熱フィン５_in、５_outを形成する例を示したが、これに限られるものではない。例えば、図２に示すように、フロント側の内輪間座３_in及び外輪間座３_outに伝熱フィン５_in’、５_out’を形成してもよい。そのようにすれば、多くの伝熱フィン５_in’、５_out’を設けることができる。
ちなみに、リア側の内輪間座４_in及び外輪間座４_outに伝熱フィン５_in、５_outを形成する方法によれば、アンギュラ玉軸受２ａ、２ｂの予圧調整を容易に行うことができる。

また、図３に示すように、フロント側及びリア側両方の内輪間座３_in、４_in及び外輪間座３_out、４_outに伝熱フィン５_in、５_out、５_in’、５_out’を形成してもよい。
また、伝熱フィン５_in、５_outの幅、形状、間隔はどのようなものであってもよい。伝熱フィン５_in、５_outを径方向に分割する例を示したが、軸方向に分割してもよい。

＜実施例＞
図４は、本発明の効果を検証するために用いたスピンドルを破断して示す断面図である。このスピンドルの主軸には、図４に示すように、フロント側に２つのアンギュラ玉軸受６ａ、６ｂが配され、リア側に円筒ころ軸受６ｃが配されている。
本実施例では、フロント側のアンギュラ玉軸受６ａ、６ｂのうち、リア側のアンギュラ玉軸受６ｂのリア側端に当接する内輪間座及び外輪間座に本発明における伝熱フィンを形成したものを用いた。また、比較例としては、当該内輪間座及び外輪間座として伝熱フィンのない通常の形状の内輪間座及び外輪間座を有するスピンドルを用いた。

なお、アンギュラ玉軸受６ｂとしては、内径φ:７０mm、外径φ１１０mm、幅２０mm、定位置予圧、背面組み合わせ、組み込み時予圧荷重４０Nのものを用いた。また、伝熱フィンとしては、厚さ０．５mm、フィン間の間隔０．５mm、材質黄銅のものを用いた。さらに、比較例の内輪間座及び外輪間座は、材質ＳＵＪ２のものを用いた。

図５は、本実施例の検証結果として、スピンドルの回転速度とアンギュラ玉軸受６ｂの内外輪温度差との関係を示すグラフである。図６は、スピンドルの回転速度と前記内外輪温度差に基づいて計算されたアンギュラ玉軸受６ｂの予圧との関係を示すグラフである。
この図５から理解されるように、本実施例にあっては、どの回転速度にあっても比較例より内外輪温度差を小さくすることができた。即ち、本実施例にあっては、アンギュラ玉軸受６ｂの内輪２ｂ_inの熱を外輪２ｂ_outに効率よく逃がすことができることが分かる。
また、図６から理解されるように、本実施例にあっては、いずれの回転速度にあっても比較例より予圧の増加量を小さくすることができる。即ち、アンギュラ玉軸受６ｂの内外輪温度差を小さくすることができ、予圧の増加を抑制できることが分かる。

本発明のスピンドルの一実施形態を軸方向に破断して示す断面図である。本発明の変形例を説明するための説明図である。本発明の変形例を説明するための説明図である。本発明の実施例のスピンドルを破断して示す断面図である。実施例の回転速度と内外輪温度差との関係を示すグラフである。実施例の回転速度と予圧との関係を示すグラフである。

符号の説明

１は主軸、２ａ、２ｂ、６ａ、６ｂはアンギュラ玉軸受、６ｃは円筒ころ軸受、３_in、４_inは内輪間座、３_out、４_outは外輪間座、５_in、５_outは伝熱フィン

Claims

軸受で回転自在に支持された主軸を回転駆動するスピンドルであって、
前記軸受の内輪端面又は外輪端面に一端面が当接され且つ互いに対向して配された内輪間座及び外輪間座を備え、前記内輪間座の外径面及び前記外輪間座の内径面のそれぞれに伝熱フィンが形成されていることを特徴とするスピンドル。
前記内輪間座の伝熱フィンと前記外輪間座の伝熱フィンとは、前記主軸の軸方向に隙間をもって重なるよう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。
前記内輪間座の伝熱フィンと前記外輪間座の伝熱フィンとは、それぞれ複数形成され、前記主軸の軸方向に交互に隙間をもって重なるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスピンドル。