JP2015116624A - Spindle motor - Google Patents
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Abstract
Description
開示の実施形態は、主軸を非接触状態で支持するスピンドルモータに関する。 The disclosed embodiment relates to a spindle motor that supports a main shaft in a non-contact state.
特許文献1には、ハウジング内に収納した主軸(回転スピンドル)と、主軸のラジアル方向を支持する2つのラジアル軸受(ラジアルエアーベアリング)と、主軸に設けたスラストディスク(スラスト軸受フランジ)の軸方向両側を挟み込むように配置され、主軸のスラスト方向を支持する両面対向形のスラスト軸受(スラストエアーベアリング)とを有するスピンドルユニットが記載されている。 In Patent Document 1, the main shaft (rotary spindle) housed in a housing, two radial bearings (radial air bearings) that support the radial direction of the main shaft, and the axial direction of a thrust disk (thrust bearing flange) provided on the main shaft A spindle unit having a double-sided thrust bearing (thrust air bearing) arranged so as to sandwich both sides and supporting the thrust direction of the main shaft is described.
スピンドルモータは、生産機械に対しハウジングを高い位置決め精度で組み付けられて使用される場合が多い。このため、ハウジングを生産機械から取り外すことなくスピンドルモータを分解してメンテナンスできることが要望されている。しかし上記従来技術のように、主軸の回転ぶれによるハウジングとの干渉を抑制する目的でスラストディスクの軸方向両側にラジアル軸受とスラスト軸受を設けた構成では、主軸をハウジングの付加側から抜き出す作業が繁雑となっていた。 A spindle motor is often used with a housing assembled to a production machine with high positioning accuracy. For this reason, it is desired that the spindle motor can be disassembled and maintained without removing the housing from the production machine. However, as in the above prior art, in a configuration in which radial bearings and thrust bearings are provided on both axial sides of the thrust disk in order to suppress interference with the housing due to rotational shake of the main shaft, the work of extracting the main shaft from the additional side of the housing is not performed. It was complicated.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、主軸とハウジングの干渉を抑制できるとともにメンテナンスのための分解作業を容易に行うことができるスピンドルモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a spindle motor that can suppress interference between a main shaft and a housing and can easily perform a disassembly operation for maintenance.
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、負荷側に開口部を有して反負荷側へ連通する軸孔を備えたハウジングと、スラストディスクを備え、前記軸孔内で略同軸的に収納される主軸と、前記軸孔内に収納され、前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うよう構成されたラジアル軸受と、前記軸孔内に収納され、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うよう構成されたスラスト軸受と、前記主軸に設けられた回転子、及び、前記軸孔の内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、を有し、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受は、それぞれ前記スラストディスクの負荷側と反負荷側の両方に配置され、前記開口部は、前記スラストディスクより負荷側に配置された前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受と、前記スラストディスクを含めた前記主軸を軸方向に挿脱可能に構成されている、スピンドルモータが適用される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a housing having a shaft hole that has an opening on the load side and communicates with the anti-load side, and a thrust disk, A main shaft that is accommodated substantially coaxially, a radial bearing that is accommodated in the shaft hole and that supports the main shaft in a radial direction, and is accommodated in the shaft hole. A thrust bearing configured to perform support in a thrust direction in a non-contact manner; a rotor provided on the main shaft; and a stator provided on the inner peripheral side of the shaft hole so as to face the rotor. The radial bearing and the thrust bearing are arranged on both the load side and the anti-load side of the thrust disk, respectively, and the opening is arranged on the load side of the thrust disk. axis And said thrust bearing, said that the main shaft, including the thrust disk is removably configured in the axial direction, the spindle motor is applied.
本発明によれば、主軸とハウジングの干渉を抑制できるとともにメンテナンスのための分解作業を容易に行うことができる。 According to the present invention, the interference between the main shaft and the housing can be suppressed, and the disassembly work for maintenance can be easily performed.
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
<本実施形態のスピンドルモータの全体構成>
まず、図1及び図2を用いて本実施形態に係るスピンドルモータの全体構成について説明する。なお、図1及び図2は、同一のスピンドルモータについての異なる中心軸周りの角度での縦断面図である。なお、図1では主軸の一部を縦断面で表し、図2では主軸を外観で表している。また以下では、図1及び図2中の右側が加工工具を装着する負荷側、左側を反負荷側として説明する。
<Overall configuration of spindle motor of this embodiment>
First, the overall configuration of the spindle motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 and 2 are longitudinal sectional views at different angles around the central axis of the same spindle motor. In FIG. 1, a part of the main shaft is represented by a longitudinal section, and in FIG. 2, the main shaft is represented by an external appearance. In the following description, the right side in FIGS. 1 and 2 will be described as the load side on which the machining tool is mounted, and the left side as the anti-load side.
図1及び図2に示すように、本実施形態に係るスピンドルモータ1は、筒状のハウジング2と、ハウジング2の中心に連通された軸孔2A内に収納され、中央よりやや負荷側にスラストディスク3aを備えた主軸3と、反負荷側に設けられたモータ4とを有している。モータ4は、主軸3の反負荷側に設けられた回転子4aと、ハウジング2の軸孔2Aの内周側にスリーブ5を介して回転子4aと対向するように設けられた固定子4bを有している。ハウジング2の反負荷側には、排出孔6aを備えたバックプレート6が設けられている。またハウジング2の負荷側には、軸孔2Aに連通して主軸3を貫通させる連通孔9aを備えたフロントプレート9が設けられている。またハウジング2の軸孔2Aは、モータ4より負荷側の範囲のうち、反負荷側部分が内径の小さい軸孔小径部2aとなり、負荷側部分が内径の大きい軸孔大径部2bとなっている。主軸3とそのスラストディスク3aは、軸孔2Aの軸孔小径部2aと軸孔大径部2bの内部において、それぞれの中心軸が略一致する略同軸的な配置で収納されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the spindle motor 1 according to the present embodiment is housed in a
またスピンドルモータ1は、主軸3の軸方向において、モータ4の近傍で主軸3のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受10と、スラストディスク3aの反負荷側において主軸3のラジアル方向及びスラストディスク3aのスラスト方向の両方向の支持を非接触で行う反負荷側ラジアル・スラスト軸受20と、スラストディスク3aの負荷側において主軸3のラジアル方向及びスラストディスク3aのスラスト方向の両方向の支持を非接触で行う負荷側ラジアル・スラスト軸受30とを有している。反負荷側ラジアル・スラスト軸受20は、主軸3のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部20Aと、スラストディスク3aのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部20Bを一体的に備えている。負荷側ラジアル・スラスト軸受30は、主軸3のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部30Aと、スラストディスク3aのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部30Bを一体的に備えている。
The spindle motor 1 includes a
軸受10,20,30は、流体を噴出して主軸3及びスラストディスク3aとの間に流体膜を形成することにより非接触で支持する流体軸受である。本実施形態では、流体として圧縮空気を用いる場合を一例として説明するが、これに限定するものではなく、高圧水や高圧オイル等、他の流体を用いてもよい。
The
図1に示すように、ハウジング2には、軸受10,20,30に圧縮空気を供給するための給気通路7と、空気を排気するための排気通路8が設けられている。これら給気通路7及び排気通路8は、ハウジング2の円周方向の適宜の箇所(1箇所でも複数箇所でもよい)に設けられている。図1に示す例では、給気通路7と排気通路8とが円周方向において対向配置されている。なお、給気通路7が、特許請求の範囲に記載の第1供給路の一例に相当する。
As shown in FIG. 1, the
<ラジアル軸受の構成等>
次に、ラジアル軸受10の構成について説明する。ラジアル軸受10は、ハウジング2の軸孔小径部2aの内周側に嵌合されている。ラジアル軸受10は、軸受本体部11と、軸受本体部11の内周側に接着等により設けられ、主軸3の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ12とを有している。軸受本体部11は、剛性の高い材料(例えばステンレス)で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ12は、自己潤滑性の高い材料(例えばカーボン)で構成されている。軸受本体部11には、給気通路7に連通する給気通路13a,13bが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ12には、給気通路13a,13bにそれぞれ連通し、主軸3の表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル14a,14bが設けられている。これら給気通路13及び給気ノズル14は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図1に示す例では、軸方向の2箇所に給気通路13及び給気ノズル14を設けているが、1箇所あるいは3箇所以上としてもよい。また、ラジアル軸受10の軸受本体部11の外周面で上記給気通路13a,13bのそれぞれ軸方向両側にはOリング52が嵌め込まれており、給気通路7と給気通路13a,13bとの連通部の密封が行われる。
<Configuration of radial bearing>
Next, the configuration of the radial bearing 10 will be described. The
<反負荷側ラジアル・スラスト軸受の構成等>
次に、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20の構成について説明する。反負荷側ラジアル・スラスト軸受20は、ラジアル軸受部20Aがハウジング2の軸孔小径部2aの内周側に嵌合され、スラスト軸受部20Bがラジアル軸受部20Aの負荷側でハウジング2の軸孔大径部2bの内周側に嵌合されている。反負荷側ラジアル・スラスト軸受20は、ラジアル軸受部20Aとスラスト軸受部20Bに跨って設けられた断面視略L字型の軸受本体部21と、ラジアル軸受部20Aにおいて軸受本体部21の内周側に接着等により設けられ、主軸3の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ22と、スラスト軸受部20Bにおいて軸受本体部21の内周側に接着等により設けられ、主軸3及びスラストディスク3aの表面に対向して配置された断面視略L字型のスラスト軸受用スリーブ23とを有している。ラジアル軸受10と同様に、軸受本体部21は、剛性の高い材料(例えばステンレス)で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ22及びスラスト軸受用スリーブ23は、自己潤滑性の高い材料(例えばカーボン)で構成されている。
<Configuration of the anti-load side radial thrust bearing>
Next, the configuration of the anti-load side radial thrust bearing 20 will be described. The anti-load side radial thrust bearing 20 has a radial bearing
軸受本体部21のラジアル軸受部20A部分には、給気通路7に連通する給気通路24a,24bが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ22には、給気通路24a,24bにそれぞれ連通し、主軸3の表面に圧縮空気を噴出する2つの給気ノズル25a,25bが設けられている。また、軸受本体部21のスラスト軸受部20B部分には、給気通路7に連通する給気通路24cが設けられており、スラスト軸受用スリーブ23には、給気通路24cに連通し、スラストディスク3aの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル25cが設けられている。これら給気通路24及び給気ノズル25は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図1に示す例では、ラジアル軸受部20Aにおいて軸方向の2箇所に給気通路24及び給気ノズル25を設けているが、1箇所あるいは3箇所以上としてもよい。また、スラスト軸受部20Bにおいて半径方向の1箇所に給気ノズル25cを設けているが、2箇所以上としてもよい。また、軸受本体部21のラジアル軸受部20A部分の外周面には、上記ラジアル軸受10と同等の配置でOリング52が嵌め込まれており、給気通路7と給気通路24a,24bとの連通部の密封が行われる。
The
図2に示すように、スラスト軸受部20Bの円周方向の複数箇所には貫通孔29が設けられており、この貫通孔29を複数の固定ボルト50がそれぞれ主軸3の軸方向に貫通し、ハウジング2のネジ孔(図示省略)に螺合することにより、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20がハウジング2に固定されている。
As shown in FIG. 2, through-
<スペーサの構成等>
次に、スペーサ40の構成について説明する。反負荷側ラジアル・スラスト軸受20のスラスト軸受部20Bの負荷側には、スペーサ40が設けられている。図2に示すように、スペーサ40の円周方向の複数箇所(貫通孔29と対応する位置)には、固定ボルト50用の貫通孔41が設けられている。スペーサ40は、貫通孔41を貫通した固定ボルト50によりスラスト軸受部20Bの負荷側に固定されることで、スラストディスク3aの外周側に配置される。図1に示すように、スペーサ40は、スラスト軸受部20Bの給気通路24cに連通し、スペーサ40を軸方向に貫通する給気通路42を有している。
<Spacer configuration>
Next, the configuration of the
<負荷側ラジアル・スラスト軸受の構成等>
次に、負荷側ラジアル・スラスト軸受30の構成について説明する。スペーサ40の負荷側には、負荷側ラジアル・スラスト軸受20が設けられている。負荷側ラジアル・スラスト軸受30は、ラジアル軸受部30A及びスラスト軸受部30Bのいずれもハウジング2の軸孔大径部2bの内周側に嵌合されている。負荷側ラジアル・スラスト軸受30は、ラジアル軸受部30Aとスラスト軸受部30Bに跨って設けられた断面視略矩形型の軸受本体部31と、ラジアル軸受部30Aにおいて軸受本体部31の内周側に接着等により設けられ、主軸3の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ32と、スラスト軸受部30Bにおいて軸受本体部31の内周側に接着等により設けられ、主軸3及びスラストディスク3aの表面に対向して配置された断面視略L字型のスラスト軸受用スリーブ33とを有している。ラジアル軸受10や反負荷側ラジアル・スラスト軸受20と同様に、軸受本体部31は、剛性の高い材料(例えばステンレス)で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ32及びスラスト軸受用スリーブ33は、自己潤滑性の高い材料(例えばカーボン)で構成されている。
<Configuration of load side radial thrust bearing>
Next, the configuration of the load side radial thrust bearing 30 will be described. On the load side of the
軸受本体部31のラジアル軸受部30A部分には、スペーサ40の給気通路42に連通する給気通路34a,34bが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ32には、給気通路34a,34bにそれぞれ連通し、主軸3の表面に圧縮空気を噴出する2つの給気ノズル35a,35bが設けられている。また、軸受本体部31のスラスト軸受部30B部分には、スペーサ40の給気通路42に連通する給気通路34cが設けられており、スラスト軸受用スリーブ33には、給気通路34cに連通し、スラストディスク3aの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル35cが設けられている。これら給気通路34及び給気ノズル35は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図1に示す例では、ラジアル軸受部30Aにおいて軸方向の2箇所に給気通路34及び給気ノズル35を設けているが、1箇所あるいは3箇所以上としてもよい。また、スラスト軸受部30Bにおいて半径方向の1箇所に給気ノズル35cを設けているが、2箇所以上としてもよい。
The
図2に示すように、軸受本体部31の円周方向の複数箇所(貫通孔29、41と対応する位置)には固定ボルト50用の貫通孔39が設けられている。負荷側ラジアル・スラスト軸受30は、貫通孔39を貫通した固定ボルト50のヘッドで負荷側を抑えられることにより、スペーサ40の負荷側位置でハウジング2に固定される。この配置において、スラスト軸受部20Bとスラスト軸受部30Bがスラストディスク3aを挟んで対向配置される。
As shown in FIG. 2, through
<排気迂回路の構成等>
次に排気迂回路の構成について説明する。負荷側ラジアル・スラスト軸受30及びフロントプレート9は、それらの間を連通する排気迂回路60を有している。図2において、ラジアル軸受用スリーブ32における給気ノズル35aの反負荷側、つまりスラストディスク3aとラジアル軸受部30Aの間の位置に吸気口61が設けられている。また軸受本体部31には吸気口61に連通する本体部排気路62が設けられ、フロントプレート9には本体部排気路62に連通するプレート排気路3が設けられている。またフロントプレート9の連通孔9Aには、プレート排気路3に連通し、主軸3の表面に向けて排気空気を噴出する排気口64が設けられている。これら吸気口61、本体部排気路62、プレート排気路63、及び排気口64が一体に連通して排気迂回路60を構成している。そして、フロントプレート9の排気口64は、いずれのラジアル軸受10,20A,30Aよりも負荷側の位置で排気空気を噴出して主軸3をラジアル方向で支持するラジアル軸受として機能する。この排気迂回路60は、上記給気通路34a,34bや貫通孔39と重複しない円周方向の複数箇所に設けられている。
<Exhaust bypass configuration>
Next, the configuration of the exhaust bypass route will be described. The load-side
<スラストディスクの構成等>
次に主軸3が備えるスラストディスク3aの構成について説明する。スラストディスク3aは、主軸3の他の部分よりも最も径の大きい略円盤形状の部位であり、主軸3と一体に形成されている。このスラストディスク3aは、円周方向の複数箇所で、外周側面から開通して内周側に延設するラジアル方向排気路3bと、スラスト方向で両側端面間を開通するスラスト方向排気路3cとをそれぞれ当該スラストディスク3aの内部で連通して有している。なお、各スラスト方向排気路3cは、スラストディスク3a周辺における主軸3の外周側面と略同じ径方向位置に配置されており、軸方向両側の間において空気を流通できる。
<Thrust disk configuration, etc.>
Next, the configuration of the
<その他各部の構成等>
主軸3は、その負荷側に他の部位よりも径の小さい小径部3dを備え、さらに最も負荷側の端部には最も径の小さい工具装着部3eを備えている。また、負荷側ラジアル・スラスト軸受20の負荷側には、フロントプレート9が設けられている。フロントプレート9の円周方向の複数箇所(給気通路34a,34b、貫通孔39、及び排気迂回路と重複しない位置)には固定ボルト51用の貫通孔91が設けられている。フロントプレート9は、貫通孔91を貫通した固定ボルト51のヘッドで負荷側を抑えられることにより、負荷側ラジアル・スラスト軸受20の負荷側に固定される。なお図2中では、図示の便宜上、負荷側ラジアル・スラスト軸受20等を固定するための固定ボルト50と重複して、フロントプレート用の固定ボルト51を示している。またフロントプレート9は、上述したように主軸3を貫通させる連通孔9aを有しており、この連通孔9aの内径は主軸3の大部分の外径より小さく、上記主軸小径部3dより少しだけ大きい。これによりフロントプレート9は、その連通孔9aと主軸小径部3dの径方向の軸受隙間を介して給気ノズル35a,35b等から噴出された空気を排出できるとともに、主軸3の負荷側への抜けを防ぐことができる。
<Other components>
The main shaft 3 includes a small-
また、ハウジング2の軸孔2Aは、上述したようにモータ4より負荷側の範囲のうち、反負荷側部分が内径の小さい軸孔小径部2aとなり、負荷側部分が内径の大きい軸孔大径部2bとなっている。ラジアル軸受10は軸孔小径部2aの内周側に嵌合され、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20のうちのラジアル軸受部20Aが軸孔小径部2aの内周側に、スラスト軸受部20Bが軸孔大径部2bの内周側にそれぞれ嵌合され、スペーサ40は軸孔大径部2bの内周側に嵌合され、負荷側ラジアル・スラスト軸受30は全体が軸孔大径部2bの内周側に嵌合されている。すなわち、全ての軸受10,20,30とスペーサ40がハウジング2の軸孔2A内の内周側に嵌合されており、当該軸孔2Aの最も負荷側の開口部2Bを介して軸方向負荷側で挿脱できる(後述の図4も参照)。
As described above, the
<加工工具の構成例>
本実施形態のスピンドルモータ1は、主軸3の上記工具装着部3eに回転型の加工工具を装着し、回転駆動する。図1、図2に示す例では、加工工具として研削ブレード100が装着されている。この研削ブレード100は、外周側の縁部に刃先を有する円盤形状のブレード101を2つのフランジ102,103で軸方向に挟み、それらを円周方向で等間隔に配置された複数のボルト104で一体に固定されている。この研削ブレード100が、主軸3の最も負荷側に位置する工具装着部3eに同軸的に装着された状態で回転駆動され、ブレード101の外周縁部の刃先で加工対象物の表面に溝などを形成加工する(図示省略)。これにより、加工作業中には、研削ブレード100を介して主軸3の負荷側端部にラジアル方向の荷重Fが付加される。なおこの例では、主軸3に装着する加工工具の一例として研削ブレード100を説明したが、他にも切削用のカッターなどを装着してもよい。この場合でも共通して、加工作業中には主軸3の負荷側端部にラジアル方向の荷重Fが付加される。
<Configuration example of machining tool>
The spindle motor 1 of this embodiment mounts a rotary processing tool on the
<スピンドルモータの動作>
次に、スピンドルモータ1の動作について説明する。スピンドルモータ1において、給気通路7に圧縮空気を供給すると、圧縮空気が給気ノズル14a,14bを通過し、ラジアル軸受10と主軸3の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル25a,25bを通過し、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20のラジアル軸受部20Aと主軸3の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成すると共に、給気ノズル25cを通過し、スラスト軸受部20Bとスラストディスク3aの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル35a,35bを通過し、負荷側ラジアル・スラスト軸受30のラジアル軸受部30Aと主軸3の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成すると共に、給気ノズル35cを通過し、スラスト軸受部30Bとスラストディスク3aの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。これにより、主軸3はラジアル方向及びスラスト方向の両方向に対して非接触で支持される。このようにして、主軸3は軸受10,20,30により非接触で支持された状態で、モータ4によって駆動される。
<Operation of spindle motor>
Next, the operation of the spindle motor 1 will be described. In the spindle motor 1, when compressed air is supplied to the air supply passage 7, the compressed air passes through the
一方、軸受10,20,30に供給された圧縮空気の排気経路は次のようになる。図1に示すように、負荷側ラジアル・スラスト軸受30のラジアル軸受30Aに供給された空気は、フロントプレート9の連通孔9aと主軸小径部3dの軸受隙間から直接外部へ排気されるか、又は排気迂回路60を介して連通孔9aと主軸小径部3dの軸受隙間から外部へ排気される。なお、スラスト軸受30Bに供給された空気のうちスラストディスク3aの外周側へ回り込んだ一部は、スラストディスク3a内のラジアル方向排気路3b及びスラスト方向排気路3cを通って排気迂回路60へ流入し、外部へ排気される。また、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20のスラスト軸受部20Bに供給された空気の一部は、スラストディスク3a内のラジアル方向排気路3b及びスラスト方向排気路3cを経由して排気迂回路90へ流入するか、又は排気経路74及び排気通路8を経由して排気経路73へ流入し、いずれも外部へ排気される。さらに、ラジアル軸受10に供給された空気は直接排気経路73に流入するか、又は排気経路74及び排気通路8を経由して排気経路73へ流入し、いずれも外部へ排気される。排気経路73に流入した空気については、モータ4の回転子4aと固定子4bの間の磁気的空隙75を通過する際に、固定子4bで発生した熱を強制対流に伴う熱伝達により冷却し、排出孔6aを介してハウジング2の外部に放熱する。
On the other hand, the exhaust path of the compressed air supplied to the
なお、固定子4bで発生した熱の放熱経路は、前述の磁気的空隙75を通過する空気によって奪われる経路以外に、次の2つの経路が存在する。1つは、固定子4bで発生した熱がスリーブ5を介してハウジング2へ熱伝導し、ハウジング2の外周面から空気中へ放熱される経路である。もう1つは、固定子4bで発生した熱が磁気的空隙75を介して主軸3へ輻射熱伝達し、主軸3を介して放熱される経路である。主軸3に熱伝達された熱は主軸3の全体に広がり、主軸3の負荷側軸端面から直接空気中へ放熱されるか、軸受10,20,30より主軸3及びスラストディスク3aの表面に噴出される圧縮空気に熱伝達するか、あるいは、軸受隙間を介して軸受10,20,30へ伝達し、直接若しくはハウジング2等を介して空気中へ放熱される。
In addition, the heat dissipation path | route of the heat | fever which generate | occur | produced in the
<本実施形態の特徴>
上述したように、本実施形態のスピンドルモータ1は、主軸3及び加工工具100を高速回転させるとともに騒音、振動を抑えるよう、ハウジング2内で主軸3を非接触で支持する軸受10,20,30を用いている。主軸3のラジアル方向に対しては、主軸3の外周側面を非接触で支持するよう構成されたラジアル軸受20A,30Aを用いている。主軸3のスラスト方向に対しては、主軸3が備えるスラストディスク3aの軸方向両端面をそれぞれ非接触で支持するよう構成されたラジアル軸受20B,30Bを用いている。
<Features of this embodiment>
As described above, the spindle motor 1 of the present embodiment has the
このような非接触型の軸受10,20,30を備えるスピンドルモータ1では、主軸3の外周側面が各軸受10,20,30の内周側面と干渉しないよう、主軸3の軸中心の位置決め精度(芯出し精度)が厳格に要求される。しかし、主軸回転の高速化に伴い、加工工具100自体の組み立てやその取り付けにおける円周方向マスバランスのわずかな狂い、又は加工時におけるラジアル方向への負荷に対して容易に主軸3の軸中心に軸ぶれや振動が生じてしまい、主軸3と各軸受10,20,30の内周側面が干渉していわゆる「かじり」といわれる焼き付きが発生しやすい。
In the spindle motor 1 provided with such
例えば、上記図1に対応した図3に示すようなスピンドルモータ1′の比較例では、全てのラジアル軸受10,20Aが主軸3のスラストディスク3aより反負荷側に配置されている(スラストディスク3aの負荷側にラジアル軸受が設けられていない)。このようなスピンドルモータ1′では、最も負荷側に位置するラジアル軸受20Aでも加工工具100までの軸方向距離L′がスラストディスク3aを挟んで長くなってしまう。このため、負荷側における主軸3のラジアル方向での支持剛性が低くなり、主軸3の軸ぶれや振動が発生しやすく、主軸3の外周側面とハウジング2の軸孔2Aや各ラジアル軸受10,20Aの内周側面との間で干渉が発生しやすい。
For example, in the comparative example of the spindle motor 1 ′ shown in FIG. 3 corresponding to FIG. 1, all the
これに対して本実施形態では、ラジアル軸受とスラスト軸受をそれぞれ主軸3のスラストディスク3aの負荷側と反負荷側の両方に設けており、つまりスラストディスク3aの負荷側にもラジアル軸受30Aを配置している。これにより、負荷側における主軸3への支持剛性を向上させることができ、主軸3の軸ぶれや振動を抑制できる。また主軸3自体においても、力点となる加工工具100の位置から支点となる最も負荷側のラジアル軸受30Aの位置までの軸方向距離Lを短縮化でき、すなわち主軸3における片持ち梁部分の長さを短縮化できるため、主軸3に付加される曲げモーメントを抑制でき、主軸3の外周側面と軸孔2Aや各ラジアル軸受10,20A,30Aの内周側面との干渉を回避できる。
On the other hand, in the present embodiment, the radial bearing and the thrust bearing are provided on both the load side and the non-load side of the
また、スピンドルモータ1は、生産機械(図示省略)に対しハウジング2を高い位置決め精度で組み付けられて使用される場合が多い。このため、ハウジング2を生産機械から取り外すことなくスピンドルモータ1を分解してメンテナンスできることが要望される。しかし、上記のようにスラストディスク3aより負荷側にラジアル軸受30Aとスラスト軸受30Bを設けた構成では、主軸3をハウジング2の負荷側から抜き出す作業が繁雑になりやすい。
Further, the spindle motor 1 is often used by assembling the
これに対して本実施形態では、ハウジング2における軸孔2Aの負荷側開口部2Bが、スラストディスク3aより負荷側に配置された負荷側ラジアル・スラスト軸受30と、スラストディスク3aを含めた主軸3の全体を軸方向に挿脱可能な径の大径部2bで構成されていることにより、主軸3をハウジング2の負荷側から容易に抜き出すことが可能となる。
On the other hand, in the present embodiment, the
<軸受の交換手順>
次に、図4を用いて軸受の交換手順について説明する。主軸3を非接触状態で支持するスピンドルモータ1では、停電などで主軸3の浮上制御が不能になった時や装置の停止時ごとに主軸3と軸受10,20,30とが接触するため、軸受10,20,30に損傷を招く可能性がある。特に、負荷側ラジアル・スラスト軸受30と反負荷側のラジアル・スラスト軸受20は、モータ4近傍のラジアル軸受10よりも接触が生じ易いため、交換頻度が多くなるのが一般的である。これに対応して負荷側ラジアル・スラスト軸受30と反負荷側負荷側ラジアル・スラスト軸受20を交換する場合の手順について以下に説明する。
<Bearing replacement procedure>
Next, the bearing replacement procedure will be described with reference to FIG. In the spindle motor 1 that supports the spindle 3 in a non-contact state, the spindle 3 and the
図4中では図示の便宜上、スピンドルモータ1の負荷側を上側に向けた配置で示している。まず図4(a)に示すように、全ての固定ボルト50,51を緩め、フロントプレート9とともにハウジング2から取り外す。次に図4(b)に示すように、ハウジング2の開口部2Bから負荷側ラジアル・スラスト軸受30及びスペーサ40の順で負荷側へ抜き出す。次に図4(c)に示すように、主軸3をハウジング2の開口部2Bから負荷側へ引き抜いて取り外す。その後、図4(d)に示すように、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20をハウジング2の開口部2Bから負荷側へ抜き出す。反負荷側ラジアル・スラスト軸受20のラジアル軸受部30Aは軸孔小径部2aの内周側に嵌合されているが、例えば、スラスト軸受部20Bの周方向複数箇所にネジ孔(図示省略)を設けておき、これに治具として別途用意したネジ(図示省略)を螺合させてハウジング2における軸孔小径部2aの負荷側端面2cに当接させつつ締め込むことで、スラスト軸受部20Bを負荷側端面2cより離間させ、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20全体をハウジング2より引き抜くことが可能である。
In FIG. 4, for convenience of illustration, the spindle motor 1 is shown with the load side facing upward. First, as shown in FIG. 4A, all the fixing
このようにして取り外した負荷側ラジアル・スラスト軸受30及び反負荷側ラジアル・スラスト軸受20について、必要に応じ、スラスト軸受用スリーブ23,33やラジアル軸受用スリーブ22,32の交換を行う。スリーブの交換後、上述と逆の手順により、反負荷側ラジアル・スラスト軸受20、主軸3、スペーサ40、負荷側ラジアル・スラスト軸受30をハウジング2に取り付けて固定ボルト50を締結し、その後に、フロントプレート9を取り付けて固定ボルト51を締結する。これにより、軸受の交換が終了する。
For the load-side
<実施形態の効果>
以上説明した実施形態によれば、主軸3のスラストディスク3aの負荷側と反負荷側の両方にそれぞれラジアル軸受とスラスト軸受を設けており、つまりスラストディスク3aの負荷側にもラジアル軸受30Aを配置している。これにより、負荷側における主軸3への支持剛性を向上させることができ、主軸3の軸ぶれや振動を抑制できる。また主軸3自体においても、主軸3に付加される曲げモーメントを抑制でき、主軸3の外周側面と、ハウジング2の軸孔2Aや軸受10,20,30の内周側面との干渉を回避できる。また、本実施形態では、軸孔2Aの負荷側の開口部2Bが、スラストディスク3aより負荷側に配置されたラジアル軸受30A及びスラスト軸受30Bと、スラストディスク3aを含めた主軸3の全体を軸方向に挿脱可能な軸孔大径部2bで構成されていることにより、主軸3をハウジング2の負荷側から容易に抜き出すことが可能となる。この結果、主軸3とハウジング2の干渉を抑制できるとともにメンテナンスのための分解作業を容易に行うことができる。
<Effect of embodiment>
According to the embodiment described above, the radial bearing and the thrust bearing are provided on both the load side and the anti-load side of the
また、本実施形態では特に、ラジアル軸受10,20A,30Aとスラスト軸受20B,30Bは、流体である圧縮空気を噴出して主軸3とスラストディスク3aを支持する流体軸受として構成され、ハウジング2は、ラジアル軸受10,20A,30Aとスラスト軸受20B,30Bに圧縮空気を供給するための給気通路7を有している。これにより、ラジアル軸受10,20A,30Aとスラスト軸受20B,30Bがそれぞれ主軸3に対してラジアル方向とスラスト方向の支持を非接触で行うことができるとともに、使用する流体をハウジング2内の給気通路7を介して循環させることにより当該スピンドルモータ1の冷却効果も得られる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、負荷側ラジアル・スラスト軸受30とフロントプレート9は、スラストディスク3aと負荷側に配置されたラジアル軸受30Aとの間から軸孔開口部2Aの近傍へ空気を排気するための排気迂回路60を有している。負荷側ラジアル・スラスト軸受30におけるスラスト軸受30Bとラジアル軸受30Aの間には空気が集中するため、そこからハウジング2の外部へ空気を排気する必要がある。スラストディスク3aより負荷側に配置される排気迂回路60は、上記の集中箇所から軸孔2Aの開口部2B近傍の排気口64までの全長を短くできることから、ハウジング2を大径化することなく空気を円滑に排気できる。なお、排気迂回路60は、少なくともハウジング2、ラジアル軸受部30A、及びスラスト軸受部30Bのいずれかを通過する配置で設けられることで、軸孔開口部2B近傍の排気口64までの全長を比較的短くできる。
In the present embodiment, in particular, the load side
また、本実施形態では特に、排気迂回路60の排気口64は、いずれのラジアル軸受10,20A,30Aよりも負荷側の位置で空気を噴出して主軸3をラジアル方向で支持するラジアル軸受として機能するよう構成されている。これにより、流体軸受に一度利用された空気を再利用して負荷側における主軸3への支持剛性のさらなる向上と、主軸3における片持ち梁部分の短縮化による曲げモーメントのさらなる抑制が可能となる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では特に、スラストディスク3aは、外周側面から開通して内周側に延設するラジアル方向排気路3bと、スラスト方向で両側端面間を開通するスラスト方向排気路3cとを当該スラストディスク3aの内部で連通して有している。これにより、スラスト方向排気路3cを介してスラストディスク3aの軸方向両側の間における空気の流通を円滑に行うことができる。また、スラストディスク3aの外周側に集中した流体もラジアル方向排気路3bとスラスト方向排気路3cを介してスラストディスク3aの軸方向一方側(本実施形態の例の負荷側)へ流通できる。このようにしてスラストディスク3aの周辺に噴出された空気に対し、スラストディスク3aの軸方向一方側へ向けた排気を円滑に促すことができる。特に本実施形態の例のように空気の排気機能が高い上記排気迂回路60を備えている場合には、ハウジング2を大径化することなくスラストディスク3a周辺の空気を排気迂回路60を介して円滑に排気できる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、スラストディスク3aより負荷側に配置されたラジアル軸受部30Aとスラスト軸受部30Bが負荷側ラジアル・スラスト軸受30として一体的に形成され、この負荷側ラジアル・スラスト軸受30が固定ボルト50により主軸3の軸方向に貫通されてハウジング2に固定されている。これにより、スラストディスク3aよりも負荷側に配置されたラジアル軸受部30Aとスラスト軸受部30Bの着脱作業を一度に行うことができ、スピンドルモータ1のメンテナンス性を向上できる。また、スラストディスク3aよりも負荷側に付加されるラジアル方向とスラスト方向の両方の荷重を固定ボルト50で受けることができるため、ハウジング2を大径化することなく両方向の耐荷重性を増大させ、スピンドルモータ1の耐久性、信頼性を向上できる。
In the present embodiment, in particular, the
<変形例>
なお、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
<Modification>
In addition, it is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range which does not deviate from the meaning and technical idea.
例えば、上記実施形態ではラジアル軸受が3つ(ラジアル軸受10とラジアル軸受部20Aとラジアル軸受部30A)である場合を一例として説明したが、ラジアル軸受が2つ(例えばラジアル軸受部20Aを設けず、ラジアル軸受10とラジアル軸受部30Aのみ)である構成としてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where there are three radial bearings (
また、上記実施形態では、モータ4を反負荷側に配置した構成としたが、例えばモータ4をラジアル軸受10と反負荷側ラジアル・スラスト軸受20との間に配置する等、軸方向中央位置に配置した構成としてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、各軸受が流体軸受である場合を一例として説明したが、例えば磁力により主軸を非接触で支持する磁気軸受としてもよい。 Moreover, although the case where each bearing was a fluid bearing was demonstrated as an example in the said embodiment, it is good also as a magnetic bearing which supports a main shaft by non-contact, for example with magnetic force.
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。 In addition to those already described above, the methods according to the above-described embodiments and modifications may be used in appropriate combination. In addition, although not illustrated one by one, the above-mentioned embodiment and each modification are implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.
1 スピンドルモータ
2 ハウジング
2A 軸孔
2B 開口部
3 主軸
3a スラストディスク
3b ラジアル方向排気路
3c スラスト方向排気路
4 モータ
4a 回転子
4b 固定子
7 給気通路(第1供給路)
9 フロントプレート
10 ラジアル軸受
20 反負荷側ラジアル・スラスト軸受
20A ラジアル軸受部
20B スラスト軸受部
30 負荷側ラジアル・スラスト軸受
30A ラジアル軸受部
30B スラスト軸受部
40 スペーサ
50、51 固定ボルト
60 排気迂回路
64 排気口
100 研削ブレード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
9
Claims (6)
スラストディスクを備え、前記軸孔内で略同軸的に収納される主軸と、
前記軸孔内に収納され、前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うよう構成されたラジアル軸受と、
前記軸孔内に収納され、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うよう構成されたスラスト軸受と、
前記主軸に設けられた回転子、及び、前記軸孔の内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、
を有し、
前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受は、それぞれ前記スラストディスクの負荷側と反負荷側の両方に配置され、
前記開口部は、前記スラストディスクより負荷側に配置された前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受と、前記スラストディスクを含めた前記主軸を軸方向に挿脱可能に構成されている、
ことを特徴とするスピンドルモータ。 A housing having a shaft hole having an opening on the load side and communicating with the anti-load side;
A main shaft provided with a thrust disk and accommodated substantially coaxially in the shaft hole;
A radial bearing housed in the shaft hole and configured to support the main shaft in a radial direction in a non-contact manner;
A thrust bearing housed in the shaft hole and configured to perform non-contact support in the thrust direction of the thrust disk;
A motor having a rotor provided on the main shaft, and a stator provided on the inner peripheral side of the shaft hole so as to face the rotor;
Have
The radial bearing and the thrust bearing are respectively disposed on both the load side and the anti-load side of the thrust disk,
The opening is configured such that the radial bearing and the thrust bearing disposed on the load side from the thrust disk, and the main shaft including the thrust disk can be inserted and removed in an axial direction.
A spindle motor characterized by that.
前記ハウジングは、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受に前記流体を供給するための第1供給路を有している、
ことを特徴とする請求項1記載のスピンドルモータ。 The radial bearing and the thrust bearing are configured as a fluid bearing that ejects fluid to support the main shaft and the thrust disk,
The housing has a first supply path for supplying the fluid to the radial bearing and the thrust bearing.
The spindle motor according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2記載のスピンドルモータ。 At least one of the housing, the radial bearing, and the thrust bearing on the load side of the thrust disk exhausts the fluid from between the thrust disk and the radial bearing arranged on the load side to the vicinity of the opening. Has an exhaust detour to
The spindle motor according to claim 2.
ことを特徴とする請求項3記載のスピンドルモータ。 The exhaust port of the exhaust bypass route is configured as a radial bearing that ejects fluid at a position closer to the load side than any of the radial bearings and supports the main shaft in a radial direction.
The spindle motor according to claim 3.
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のスピンドルモータ。 The thrust disc has a radial exhaust passage that opens from the outer peripheral side surface and extends toward the inner peripheral side, and a thrust exhaust passage that opens between both end surfaces in the thrust direction, and communicates inside the thrust disc. ing,
The spindle motor according to any one of claims 2 to 4, wherein the spindle motor is provided.
一体化した前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受部が固定ボルトにより前記主軸の軸方向に貫通されて前記ハウジングに固定される、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスピンドルモータ。
The radial bearing and the thrust bearing arranged on the load side from the thrust disk are integrally formed,
The integrated radial bearing and the thrust bearing are penetrated in the axial direction of the main shaft by a fixing bolt and fixed to the housing;
The spindle motor according to claim 1, wherein the spindle motor is a motor.
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