JP2016026900A - Spindle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スピンドル装置に関し、より詳細には、フリンガーを有するスピンドル装置に関する。 The present invention relates to a spindle device, and more particularly to a spindle device having a flinger.
工作機械等に適用されるスピンドル装置では、工具が取り付けられた回転軸を高速回転して被加工物の切削加工や研削加工を行っている。加工に際して、一般的に、工具および加工部位の潤滑や冷却を目的として多量の加工液が加工部位に供給される。即ち、潤滑により、被削特性の向上、加工刃先の摩耗抑制、工具寿命の延長などが図られる。また、冷却により、工具及び被加工物の熱膨張が抑制されて加工精度の向上、加工部位の熱溶着を防止して加工効率の向上や加工面の表面性状の向上が図られる。スピンドル装置と加工部位との距離が近いこともあり、加工液がスピンドル装置の前面にも多量にかかる。この加工液が軸受内部に浸入すると、軸受の潤滑不良や焼付きなどの原因となるため、軸受の防水性能が重要となる。特に、グリース封入潤滑やグリース補給潤滑される軸受においては、エアと共に潤滑油が供給されるオイル・エア潤滑やオイルミスト潤滑の軸受と比較して軸受内部が低圧であるため、加工液が軸受内部に浸入しやすく、より高い防水性能が必要となる。 In a spindle apparatus applied to a machine tool or the like, a workpiece is cut or ground by rotating a rotating shaft to which a tool is attached at high speed. In machining, a large amount of machining fluid is generally supplied to the machining site for the purpose of lubricating and cooling the tool and the machining site. That is, lubrication can improve the machining characteristics, suppress wear on the cutting edge, extend the tool life, and the like. In addition, the thermal expansion of the tool and the workpiece is suppressed by cooling, so that the machining accuracy is improved, the thermal welding of the machining part is prevented, the machining efficiency is improved, and the surface property of the machined surface is improved. Since the distance between the spindle device and the processing part is close, a large amount of processing liquid is also applied to the front surface of the spindle device. If this working fluid enters the inside of the bearing, it may cause poor lubrication or seizure of the bearing, so the waterproof performance of the bearing becomes important. In particular, in bearings that are lubricated with grease or lubricated with grease, the inside of the bearing is at a lower pressure than oil / air lubricated or oil mist lubricated bearings that are supplied with lubricating oil along with air. It is easy to intrude into and requires higher waterproof performance.
一般的な防水機構としては、オイルシールやVリングなどの接触式シールが知られている。しかしながら、この接触式シールを、dmn値が40万以上(より好適には、50万以上)の高速回転で使用されるスピンドル装置に適用した場合、接触式シールの接触部からの発熱が大きく、シールが短期で摩耗してしまうことから、接触式シールをスピンドル装置には使用することができない。
このため、工作機械では、スピンドル装置の前端部(工具側)に、回転軸と一体回転可能にフリンガーを固定し、該フリンガーとハウジングとの間の隙間を小さくした非接触シールである、所謂ラビリンスシールを構成して防水を図っている。高速で回転するフリンガーは、ラビリンス効果と共に、フリンガーに降りかかった加工液を遠心力で径方向外方に振り飛ばして、加工液の軸受内部への浸入を防止する。
As a general waterproof mechanism, a contact seal such as an oil seal or a V ring is known. However, when this contact type seal is applied to a spindle device used at a high speed rotation with a dmn value of 400,000 or more (more preferably 500,000 or more), heat generated from the contact part of the contact type seal is large. Contact seals cannot be used in spindle devices because the seals wear out in a short time.
For this reason, in a machine tool, a so-called labyrinth is a non-contact seal in which a flinger is fixed to a front end portion (tool side) of a spindle device so as to be able to rotate integrally with a rotary shaft, and a gap between the flinger and a housing is reduced. The seal is made to be waterproof. The flinger that rotates at high speed, together with the labyrinth effect, swings the working fluid that has fallen on the flinger outward in the radial direction by centrifugal force to prevent the working fluid from entering the bearing.
フリンガーによる遠心力及びラビリンス効果を利用した防水効果は、回転の高速化や大径のフリンガーを用いることで遠心力を大きくすると共に、フリンガーとハウジングとの間の隙間を極力小さく、且つ、長く設けることが効果的である。しかし、高速回転したり、フリンガーの直径を大きくすると、フリンガーに作用する遠心力及びフープ応力もこれに比例して大きくなる。 The waterproofing effect using the flinger's centrifugal force and labyrinth effect increases the centrifugal force by increasing the rotation speed and using a large-diameter flinger, and the gap between the flinger and the housing is as small and long as possible. It is effective. However, when rotating at a high speed or increasing the diameter of the flinger, the centrifugal force and the hoop stress acting on the flinger also increase in proportion thereto.
また、工作機械の主軸装置として、工具取付側端部の外周面に形成された溝内に、比重が小さく、縦弾性係数が大きい繊維を巻き付けた繊維層を設け、主軸の膨張を抑制したものが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 Also, as a spindle device for machine tools, a fiber layer wrapped with fibers having a small specific gravity and a large longitudinal elastic modulus is provided in the groove formed on the outer peripheral surface of the tool mounting side end portion to suppress the expansion of the spindle Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
一般的にフリンガーは、SC材、SCM材、SUS材、AL材、CU材などの比較的比重が大きな金属材料で製作されている。従って、フリンガーに降りかかる加工液に大きな遠心力を作用させるために、フリンガーの直径を大きくすると、フリンガー自身、特に外径側に大きな遠心力が作用する。工作機械の回転軸のようにdmn値が100万以上となる高速回転においては、遠心力によってフリンガーが変形したり、極端な場合には遠心力がフリンガーの引張強度を越えて破壊に至る可能性がある。このため、遠心力による影響が許容される程度に、フリンガーの直径や回転軸の回転速度を制限する必要がある。 In general, the flinger is made of a metal material having a relatively large specific gravity such as an SC material, an SCM material, a SUS material, an AL material, or a CU material. Therefore, if the diameter of the flinger is increased in order to apply a large centrifugal force to the working fluid falling on the flinger, a large centrifugal force acts on the flinger itself, particularly on the outer diameter side. In high-speed rotation with a dmn value of 1 million or more, such as the rotation axis of a machine tool, the flinger may be deformed by centrifugal force, or in extreme cases, the centrifugal force may exceed the tensile strength of the flinger and cause destruction. There is. For this reason, it is necessary to limit the diameter of a flinger and the rotational speed of a rotating shaft to such an extent that the influence of centrifugal force is allowed.
従来のdmn値が100万以上となる環境下で使用されるスピンドル装置では、遠心力の大きさを考慮してフリンガーの径方向寸法を制限していたために、防水性能の点で改善の余地があった。 In a conventional spindle device used in an environment where the dmn value is 1 million or more, the radial dimension of the flinger is limited in consideration of the centrifugal force, so there is room for improvement in terms of waterproof performance. there were.
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、dmn値が100万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を有するスピンドル装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a spindle device having a dmn value of 1 million or more and capable of high-speed rotation and a good waterproof function.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 軸受の外輪に外嵌される外筒と、該外筒の軸方向端面に固定され、前記外輪を軸方向に位置決めする外輪押さえと、を有するハウジングと、
前記ハウジングに前記軸受を介して相対回転可能に支持される回転軸と、
前記回転軸の周囲に一体回転可能に固定され、前記外輪押さえとの間にラビリンスシールを構成するフリンガーと、を備えたスピンドル装置であって、
前記フリンガーは、前記回転軸に外嵌されるボス部と、該ボス部から径方向外方に延設される円盤部と、を備え、前記円盤部の外周部が前記フリンガーの先端部を構成し、
前記円盤部の外周部は、前記外輪押さえの軸方向端面と僅かな隙間を介して軸方向に対向しており、
前記円盤部の径方向中間には、前記外輪押さえと対向する面に、前記外輪押さえ側に向かって突出する凸部が形成され、
前記フリンガーの少なくとも一部は、炭素繊維複合材料から形成されることを特徴とするスピンドル装置。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A housing having an outer cylinder fitted over the outer ring of the bearing, and an outer ring presser fixed to the axial end surface of the outer cylinder and positioning the outer ring in the axial direction;
A rotating shaft supported by the housing via the bearing so as to be relatively rotatable;
A spindle device including a flinger that is fixed to the periphery of the rotary shaft so as to be integrally rotatable and forms a labyrinth seal with the outer ring presser,
The flinger includes a boss part fitted on the rotating shaft and a disk part extending radially outward from the boss part, and an outer peripheral part of the disk part constitutes a tip part of the flinger. And
The outer peripheral portion of the disk portion is opposed to the axial end surface of the outer ring retainer in the axial direction through a slight gap,
In the middle of the disk portion in the radial direction, a convex portion that protrudes toward the outer ring pressing side is formed on the surface facing the outer ring pressing,
At least a part of the flinger is formed of a carbon fiber composite material.
上記(1)に記載のスピンドル装置によれば、フリンガーの少なくとも一部が、炭素繊維複合材料から形成されるので、金属と比較して質量が小さくなることで遠心力が小さくなり、遠心力によるフリンガーへの影響を軽減することができる。また、引張強度が金属と比較して高いので、遠心力による変形をさらに抑制することができる。これにより、回転軸を高速で回転することができるとともに、フリンガーに対する大きさの制限が大幅に緩和されて径方向長さを大きくすることができるため、ラビリンスを長く確保することで良好な防水性能が得られる。また、フリンガーの軽量化によって、回転方向のイナーシャが小さくなり、加減速時間の短縮が図れ、サイクルタイムの短縮が可能となり、生産効率の向上が期待できる。さらに、回転軸の先端部の質量が小さくなり、回転軸の固有値を高くすることができ、より高速で回転可能であり、また、高速回転時の振動も小さくすることができる。
また、円盤部の径方向中間には、外輪押さえと対向する面に、外輪押さえ側に向かって突出する凸部が形成されるので、ラビリンス部位をより長く構成することができ、防止性能を向上することができる。
According to the spindle device described in the above (1), since at least a part of the flinger is formed from a carbon fiber composite material, the centrifugal force is reduced by reducing the mass as compared with the metal. The effect on the flinger can be reduced. Moreover, since the tensile strength is higher than that of metal, deformation due to centrifugal force can be further suppressed. As a result, the rotating shaft can be rotated at a high speed, and the size restriction on the flinger can be greatly relaxed and the radial length can be increased. Is obtained. In addition, by reducing the weight of the flinger, the inertia in the rotational direction is reduced, the acceleration / deceleration time can be shortened, the cycle time can be shortened, and an improvement in production efficiency can be expected. In addition, the mass of the tip of the rotating shaft is reduced, the eigenvalue of the rotating shaft can be increased, the shaft can be rotated at higher speed, and vibration during high-speed rotation can also be reduced.
In addition, a convex part that protrudes toward the outer ring presser side is formed on the surface in the radial direction of the disk part on the surface facing the outer ring presser, so that the labyrinth part can be made longer and the prevention performance is improved. can do.
また、フリンガーは、回転軸に外嵌されるボス部と、該ボス部から径方向外方に延設される円盤部と、を備え、円盤部の外周部がフリンガーの先端部を構成し、円盤部の外周部は、外輪押さえの軸方向端面と僅かな隙間を介して軸方向に対向している。これにより、ラビリンス部位に加工液や粉塵が侵入したとしても、フリンガーの遠心力による振り切り効果で、加工液や粉塵を円盤部の外周部から外部に排出することができ、主軸内部に加工液や粉塵が侵入するのを防止することができる。また、例えば、工具を下方に向けて加工する縦型スピンドル装置として使用することで、ラビリンス部位に入った加工液を停止時に円盤部の外周部から排出することができ、加工液がラビリンス部位に滞留するのを防止することができる。 Further, the flinger includes a boss part fitted on the rotation shaft, and a disk part extending radially outward from the boss part, and an outer peripheral part of the disk part constitutes a tip part of the flinger, The outer peripheral part of the disk part is opposed to the axial end face of the outer ring retainer in the axial direction with a slight gap. As a result, even if machining fluid or dust enters the labyrinth site, the machining fluid or dust can be discharged from the outer periphery of the disk part to the outside due to the flinging off effect of the flinger's centrifugal force. It is possible to prevent dust from entering. In addition, for example, by using it as a vertical spindle device that processes the tool downward, the machining liquid that has entered the labyrinth part can be discharged from the outer periphery of the disk part when stopped, and the machining liquid can enter the labyrinth part. It is possible to prevent the stagnation.
以下、本発明に係るスピンドル装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
Hereinafter, embodiments of a spindle device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
図1及び図2に示すように、本実施形態のスピンドル装置10は、工作機械用のモータビルトイン式スピンドル装置であり、回転軸11が、その工具側(前側)を支承する2列の前側軸受50,50と、反工具側(後側)を支承する2列の後側軸受60,60とによって、ハウジングHに回転自在に支持されている。ハウジングHは、工具側から順に、前側軸受外輪押さえ12、外筒13、及び後側ハウジング14によって構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
各前側軸受50は、外輪51と、内輪52と、接触角を持って配置される転動体としての玉53と、図示しない保持器と、をそれぞれ有するアンギュラ玉軸受であり、各後側軸受60は、外輪61と、内輪62と、転動体としての玉63と、図示しない保持器と、を有するアンギュラ玉軸受である。前側軸受50,50(並列組合せ)と後側軸受60,60(並列組合せ)とは、互いに協働して背面組み合わせとなるように配置されている。
Each front bearing 50 is an angular ball bearing having an
前側軸受50,50の外輪51,51は、外筒13に内嵌されており、外筒13の軸方向端面にボルト15で締結固定された前側軸受外輪押え12によって外輪間座54を介して外筒13に対し軸方向に位置決め固定されている。
また、前側軸受50,50の内輪52,52は、回転軸11に外嵌されており、回転軸11に締結されたナット16によってフリンガー40及び内輪間座55を介して回転軸11に対し軸方向に位置決め固定されている。
Further, the
フリンガー40は、前側軸受50,50より工具側(図中左側)において回転軸11に外嵌し、ナット16で内輪52,52と共に回転軸11に固定されている。
The
後側軸受60,60の外輪61,61は、後側ハウジング14に対して軸方向に摺動自在に内嵌するスリーブ18に内嵌すると共に、このスリーブ18に不図示のボルトで一体的に固定された後側軸受外輪押え19によって、外輪間座64を介してスリーブ18に対し軸方向に位置決め固定されている。
The outer rings 61 and 61 of the
後側軸受60,60の内輪62,62は、回転軸11に外嵌されており、回転軸11に締結された他のナット21によって、内輪間座65を介して回転軸11に対し軸方向に位置決め固定されている。後側ハウジング14と後側軸受外輪押え19との間にはコイルばね23が配設され、このコイルばね23のばね力が、後側軸受外輪押え19をスリーブ18と共に後方に押圧する。これにより、後側軸受60,60に予圧が付与される。
Inner rings 62 and 62 of the
回転軸11の工具側には、軸中心を通り軸方向に形成された工具取付孔24及び雌ねじ25が設けられている。工具取付孔24及び雌ねじ25は、刃具などの不図示の工具を回転軸11に取付けるために使用される。なお、工具取付孔24及び雌ねじ25の代わりに、回転軸11の軸芯に従来公知のドローバー(図示せず)を摺動自在に挿嵌するようにしてもよい。ドローバーは、いずれも不図示の工具ホルダを固定するコレット部を備え、皿ばねの力によって反工具側方向に付勢する。
On the tool side of the
回転軸11の前側軸受50,50と後側軸受60,60間の略軸方向中央には、回転軸11と一体回転可能に配置されるロータ26と、ロータ26の周囲に配置されるステータ27とを備える。ステータ27は、ステータ27に焼き嵌めされた冷却ジャケット28を、ハウジングHを構成する外筒13に内嵌することで、外筒13に固定される。ロータ26とステータ27はモータMを構成し、ステータ27に電力を供給することでロータ26に回転力を発生させて回転軸11を回転させる。
A
フリンガー40は、回転軸11に外嵌するボス部41と、ボス部41から径方向外方に延設された円盤部42と、を有する。円盤部42の外周部42aは、フリンガー40の先端部を構成し、前側軸受外輪押さえ12よりも径方向内側に位置する。
The
フリンガー40は、前側軸受外輪押さえ12と僅かな軸方向隙間及び径方向隙間を介して対向配置され、所謂ラビリンスシールを構成する。即ち、円盤部42の軸方向内端面42bは、その外周部42aを含め、前側軸受外輪押さえ12の軸方向端面12aと僅かな隙間、例えば0.5mm程度の隙間を介して軸方向に対向している。
The
これにより、円盤部42の外周部42aの軸方向内端面42bと前側軸受外輪押さえ12の軸方向端面12aとの間には、その周速度の差によってエアカーテンが形成され、被加工物を加工する際、スピンドル装置10に降りかかる加工液が前側軸受50,50側に入ることを抑制するための防水機構を構成する。また、ラビリンス部位に加工液や粉塵が侵入したとしても、フリンガー40の遠心力による振り切り効果で、円盤部42の外周部42aから外部に排出することができ、主軸内部に加工液や粉塵が侵入するのを防止することができる。
As a result, an air curtain is formed between the
フリンガー40は、金属と比較して、引張強度が高く、比重が小さい炭素繊維複合材料(CFRP)から形成されている。
The
具体的に、炭素繊維複合材料としては、例えば、PAN(ポリアクリルニトリル)を主原料とした炭素繊維からなる糸を平行に引きそろえたものや、炭素繊維からなる糸で形成した織物(シート状)に、硬化剤を含むエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂を含浸させてなるシートを多数層重ね合わせて、芯金などに巻きつけ、加熱硬化させることで製造される。また、ピッチ系を主原料とした炭素繊維を使用することもできる。炭素繊維複合材料は、纖維方向・角度を最適化することで、引張強度、引張弾性率、線膨張係数などの物性値を用途に合わせて最適化することができる。 Specifically, as the carbon fiber composite material, for example, a woven fabric (sheet-like shape) made of PAN (polyacrylonitrile) as a main raw material, in which yarns made of carbon fibers are arranged in parallel, or made of yarns made of carbon fibers. ), A plurality of sheets impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin containing a curing agent are superposed on each other, wound around a core metal, etc., and heated and cured. Moreover, the carbon fiber which used pitch system as the main raw material can also be used. By optimizing the fiber direction and angle, the carbon fiber composite material can optimize physical properties such as tensile strength, tensile elastic modulus, and linear expansion coefficient according to the application.
炭素繊維複合材料の特性としては、例えば、引張強度1800〜3500MPa、引張弾性率130〜280GPa、比重1.5〜2.0g/ccの物性値を持ったPAN系を主原料とした炭素繊維を用いると、従来の高張力鋼などと比べて、引張強度は同等以上であり、比重は1/5程度になる(比強度では、通常の金属材料に比べて略3倍となる)。また、熱膨張係数は、繊維方向・角度を最適化することにより、−5〜+12×10−6
K−1にすることができるので、従来の炭素鋼に比べて1〜1/10程度にすることがで
きる。
As the characteristics of the carbon fiber composite material, for example, carbon fiber mainly composed of PAN having a tensile strength of 1800 to 3500 MPa, a tensile elastic modulus of 130 to 280 GPa, and a specific gravity of 1.5 to 2.0 g / cc is used. When used, the tensile strength is equal to or higher than that of conventional high-strength steel and the like, and the specific gravity is about 1/5 (the specific strength is about three times that of a normal metal material). In addition, the coefficient of thermal expansion is -5 to + 12 × 10 −6 by optimizing the fiber direction and angle.
Since it can be set to K- 1 , it can be set to about 1 to 1/10 as compared with the conventional carbon steel.
このように、金属と比較して比重が小さい炭素繊維複合材料を用いることで、直径が同じであればフリンガー40に作用する遠心力を大幅に小さくすることができ、高速回転時におけるフリンガー40の遠心力破損の虞がなくなる。更に、引張強度が金属と比較して同等以上であるため、遠心力による変形も抑えられる。従って、回転軸11の回転速度に対する制約や、フリンガー40の大きさ(径方向)に対する制限を大幅に緩和することができる。
In this way, by using a carbon fiber composite material having a specific gravity smaller than that of metal, if the diameter is the same, the centrifugal force acting on the
これにより、従来達成することが困難であった更なる高速回転化、或いはフリンガー40の大型化が可能となり、加工液に作用する遠心力を高めて、降りかかる加工液を確実に径方向外方に振り飛ばして軸受内部への浸入を防止することができる。
This makes it possible to increase the rotation speed of the
フリンガー40と回転軸11との嵌合は、金属と炭素繊維複合材料との線膨張係数の差を考慮して、例えば数μm程度のすきま嵌めとするのが好ましく、この場合、高速回転時に回転軸11の膨張によりしまり嵌め嵌合となる。また、フリンガー40と前側軸受外輪押さえ12との隙間も、両者の線膨張係数の差を考慮して、金属製の回転軸11や前側軸受外輪押さえ12が熱膨張しても干渉の発生が生じない程度の隙間(例えば、φ0.5mm以下)に設定される。
The
以上説明したように、本実施形態のスピンドル装置10によれば、回転軸11に一体回転可能に固定され、前側軸受50,50への加工液の浸入を抑制する防水機構の一部を構成するフリンガー40の少なくとも一部が、炭素繊維複合材料から形成されているので、金属と比較して質量が小さく、同じ回転速度であれば遠心力が小さくので、遠心力によるフリンガー40への影響を軽減することができる。さらに、引張強度が金属と比較して高いので、遠心力による変形が更に抑制される。これにより、回転軸11の高速回転化、即ちdmn値で100万以上、より好ましくはdmn値で150万以上でも使用できると共に、フリンガー40に対する大きさの制限が大幅に緩和されて径方向長さを大きくすることができるため、ラビリンスを長く確保することで良好な防水性能が得られる。
As described above, according to the
また、フリンガー40は、ハウジングHを構成する前側軸受外輪押さえ12に対して僅かな隙間を介して対向配置されるので、フリンガー40と前側軸受外輪押さえ12とにより非接触シールであるラビリンスシールを構成することができ、長期間に亘って安定して前側軸受50,50への加工液の浸入を抑制することができる。また、フリンガー40の軽量化によって、回転方向のイナーシャが小さくなり、加減速時間の短縮が図れ、サイクルタイムの短縮が可能となり、生産効率の向上が期待できる。さらに、回転軸11の先端部の質量が小さくなり、回転軸11の固有値を高くすることができ、より高速で回転可能であり、また、高速回転時の振動も小さくすることができる。
Further, since the
また、フリンガー40は、回転軸11に外嵌されるボス部41と、該ボス部41から径方向外方に延設される円盤部42と、を備え、円盤部42の外周部42aがフリンガー40の先端部を構成し、円盤部42の外周部42aは、前側軸受外輪押さえ12の軸方向端面12aと僅かな隙間を介して軸方向に対向している。これにより、ラビリンス部位に加工液や粉塵が侵入したとしても、フリンガー40の遠心力による振り切り効果で、加工液や粉塵を円盤部42の外周部42aから外部に排出することができ、主軸内部に加工液や粉塵が侵入するのを防止することができる。また、例えば、工具を下方に向けて加工する縦型スピンドル装置として使用することで、ラビリンス部位に入った加工液を停止時に円盤部42の外周部42aから排出することができ、加工液がラビリンス部位に滞留するのを防止することができる。
The
なお、図2(a)及び(b)は、本実施形態の変形例に係るスピンドル装置の部分断面図を示す。図2(a)に示すフリンガー40では、円盤部42の径方向中間には、前側軸受外輪押さえ12と対向する面に、前側軸受外輪押さえ12側に向かって突出する凸部44が形成されている。また、前側軸受外輪押さえ12には、フリンガー40と対向する面に、フリンガー40の凸部44と対向して該凸部44を僅かな隙間を介して収容可能な凹部12bが形成されている。したがって、フリンガー40の凸部44によって、ラビリンス部位を長く構成することができ、防水性能を向上することができる。
また、この変形例においても、フリンガー40の先端部を構成する円盤部42の外周部42aは、前側軸受外輪押さえ12の軸方向端面12aと僅かな隙間を介して軸方向に対向しているので、縦型スピンドル装置として使用することで、ラビリンス部位に入った加工液を停止時に円盤部42の外周部42aから排出することができ、加工液がラビリンス部位に滞留するのを防止することができる。
2A and 2B are partial cross-sectional views of a spindle device according to a modification of the present embodiment. In the
Also in this modified example, the outer
また、図2(b)に示すフリンガー40では、互いに対向する円盤部42の軸方向内端面42bと前側軸受外輪押さえ12の軸方向端面12aとが、径方向外方に向かうにつれて徐々に軸方向に工具側に傾斜するテーパ状に形成されてもよい。このようなフリンガー40を縦型スピンドル装置に適用することで、ラビリンス部位に入った加工液を停止時に円盤部42の外周部42aからより効率的に排出することができ、加工液がラビリンス部位に滞留するのをより確実に防止することができる。
Further, in the
(第2実施形態)
次に、スピンドル装置の第2実施形態を図3に基づいて説明する。なお、第1実施形態のスピンドル装置と同一部分には同一又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the spindle device will be described with reference to FIG. The same parts as those in the spindle device of the first embodiment are denoted by the same or corresponding reference numerals, and description thereof will be simplified or omitted.
ハウジングHは、第1実施形態と同様、前側軸受50の外輪51に外嵌される外筒13と、外筒13の軸方向端面に固定され、外輪51を軸方向に位置決めする前側軸受外輪押さえ12と、を含む。前側軸受外輪押さえ12には、軸方向外端面と外周面との間に、段差部12cが設けられる。
As in the first embodiment, the housing H is externally fitted to the
フリンガー40は、回転軸11に外嵌するボス部41と、ボス部41から径方向外方に延設された円盤部42と、該円盤部42の外周部から後方(前側軸受外輪押さえ12側)に向かってリング状に延設された円環部43と、を有する。
The
円環部43は、段差部12cの外周面と僅かな隙間、例えば0.5mm以下の隙間を介して径方向に対向する。従って、本実施形態では、第1実施形態に比べ、円環部43の内周面と段差部12cの外周面との間に、径方向のラビリンス部位が付加されることになり、防水性能を向上することができる。
また、フリンガー40の円環部43の外周面は、ハウジングHの外周面よりも径方向内側に配置されるため、例えば、旋回型のスピンドル装置において、旋回時にハウジングHが先に障害物と干渉することで、フリンガー40の損傷を抑制することができる。
The
Further, since the outer peripheral surface of the
フリンガー40は、炭素繊維複合材料から形成されるので、フリンガー40の円環部43に作用する遠心力が小さくなり、比較的強度が弱い片持ち構造となる円環部43の開口側(図中右側)が径方向外方へ拡径することを抑制することができる。
Since the
これにより、本実施形態のスピンドル装置10によれば、フリンガー40が炭素繊維複合材料から形成されることによる第1実施形態の効果に加え、フリンガー40の円環部43が、外輪押さえ12の段差部12cの外周面と僅かな隙間を介して径方向に対向することで、径方向のラビリンス部位を付加することができ、防水性能を向上することができる。
Thereby, according to the
なお、円環部43を有する本実施形態のようなフリンガー40は、工具を水平に向けて使用する横型スピンドル装置のほか、工具を水平よりも上方に向けて使用するスピンドル装置に適用するのが好ましい。
It should be noted that the
(第3実施形態)
次に、スピンドル装置の第3実施形態を図4に基づいて説明する。なお、第1及び第2実施形態のスピンドル装置と同一部分には同一又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the spindle device will be described with reference to FIG. The same parts as those in the spindle devices of the first and second embodiments are denoted by the same or corresponding reference numerals, and description thereof will be simplified or omitted.
本実施形態のハウジングHは、前側軸受50の外輪51に外嵌される外筒13と、外筒13の内周面に形成されたねじ孔13aに螺合固定され、外輪51を軸方向に位置決めする前側軸受外輪押さえ31と、を含む。従って、外筒13と前側軸受外輪押さえ31との結合面32は、ハウジングHの軸方向端面に臨んで形成される。また、外筒13の軸方向端面と外周面との間には、段差部13bが設けられる。
The housing H of the present embodiment is screwed and fixed to the
フリンガー40は、回転軸11に外嵌するボス部41と、ボス部41から径方向外方に延設された円盤部42と、該円盤部42の外周部から後方(前側軸受外輪押さえ31側)に向かってリング状に延設された円環部43と、を有する。円環部43は、段差部13bの外周面と僅かな隙間、例えば0.5mm以下の隙間を介して径方向に対向する。
The
また、フリンガー40の円盤部42は、外筒13と前側軸受外輪押さえ31との結合面32と僅かな隙間を介して軸方向に対向する。
Further, the
これにより、本実施形態のスピンドル装置10によれば、フリンガー40が炭素繊維複合材料から形成されることによる第1実施形態の効果に加え、フリンガー40の円盤部42が、外筒13と前側軸受外輪押さえ31との結合面32と僅かな軸方向隙間を介して対向することで、該結合面32がラビリンスの内側に位置し、結合面32からの加工液の侵入を抑制することができる。
Thereby, according to the
(第4実施形態)
次に、スピンドル装置の第4実施形態を図5に基づいて説明する。なお、第1〜第3実施形態のスピンドル装置と同一部分には同一又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the spindle device will be described with reference to FIG. The same parts as those of the spindle device of the first to third embodiments are denoted by the same or corresponding reference numerals, and description thereof will be simplified or omitted.
ハウジングHは、前側軸受50の外輪51に外嵌される外筒13と、外筒13の軸方向端面に固定され、外輪51を軸方向に位置決めする前側軸受外輪押さえ12と、を含む。従って、外筒13と前側軸受外輪押さえ12との結合面33は、ハウジングHの外周面に臨んで形成される。外筒13には、軸方向外端面と外周面との間に、段差部13bが設けられており、前側軸受外輪押さえ12は、段差部13bの外周面と略同一外径に設計されている。
The housing H includes an
フリンガー40は、回転軸11に外嵌するボス部41と、ボス部41から径方向外方に延設された円盤部42と、該円盤部42の外周部から後方(前側軸受外輪押さえ12側)に向かってリング状に延設された円環部43と、を有する。円環部43は、前側軸受外輪押さえ12の外周面及び段差部13bの外周面と僅かな隙間、例えば0.5mm以下の隙間を介して径方向に対向する。
The
また、フリンガー40の円環部43は、外筒13と前側軸受外輪押さえ12との結合面33と僅かな隙間を介して径方向に対向する。
Further, the
これにより、本実施形態のスピンドル装置10によれば、フリンガー40が炭素繊維複合材料から形成されることによる第1実施形態の効果に加え、フリンガー40が、外筒13と前側軸受外輪押さえ12との結合面33と僅かな径方向隙間を介して対向することで、該結合面33がラビリンスの内側に位置し、結合面33からの加工液の侵入を抑制することができる。
Thereby, according to the
(第5実施形態)
次に、スピンドル装置の第5実施形態を図6に基づいて説明する。なお、第1〜第4実施形態のスピンドル装置と同一部分には同一又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the spindle device will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same or corresponding reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
ハウジングHは、前側軸受50の外輪51に外嵌される外筒13と、外筒13の軸方向端面に固定され、外輪51を軸方向に位置決めする前側軸受外輪押さえ12と、を含む。
The housing H includes an
フリンガー40は、回転軸11に外嵌するボス部41と、ボス部41から径方向外方に延設された円盤部42と、該円盤部42の外周部から後方(前側軸受外輪押さえ12側)に向かってリング状に延設された円環部43と、を有する。円環部43は、前側軸受50の軸方向内側端面50aを越える長さを備え、前側軸受外輪押さえ12の外周面及び外筒13の外周面と僅かな隙間、例えば0.5mm以下の隙間を介して径方向に対向する。
The
これにより、本実施形態のスピンドル装置10によれば、フリンガー40が炭素繊維複合材料から形成されることによる第1実施形態の効果に加え、フリンガー40の円環部43が、前側軸受50の軸方向内側端面50aを越える長さを備え、ハウジングHの外周面と僅かな隙間を介して径方向に対向することで、加工液がハウジングHにかかってハウジングHが過度に冷却されるのを抑制して、前側軸受50の内外輪51,52の温度差を小さくすることができ、例えば、定位置予圧が付与される前側軸受50における予圧の増加を抑制できる。
Thereby, according to the
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
また、モータビルトイン式スピンドル装置として説明したが、これに限定されず、ベルト駆動方式スピンドル装置、モータの回転軸とカップリング連結されたモータ直結駆動方式スピンドル装置にも同様に適用可能である。更に、工作機械用のスピンドル装置に限定されず、防水機能が要望される、他の高速回転機器のスピンドル装置にも適用することができる。
また、本発明のスピンドル装置は、縦型スピンドル装置や横型スピンドル装置として適用されてもよく、また、旋回型のスピンドル装置であってもよい。
In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.
Further, although the motor built-in type spindle device has been described, the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied to a belt drive type spindle device and a motor direct connection drive type spindle device coupled to a rotation shaft of a motor. Further, the present invention is not limited to a spindle device for machine tools, and can be applied to a spindle device of other high-speed rotating equipment that requires a waterproof function.
The spindle device of the present invention may be applied as a vertical spindle device or a horizontal spindle device, or may be a swivel spindle device.
また、本実施形態では、フリンガーは、全体が炭素繊維複合材料から形成されているが、少なくとも一部が炭素繊維複合材料から形成されてもよい。例えば、フリンガーは、円盤部で径方向に分割した2部材で構成し、内径側部分をSC材、SCM材、SUS材、AL材、CU材などの金属材料で形成し、外径側部分を炭素繊維複合材料で形成してもよい。これにより、遠心力が最も大きくなる外径側部分で遠心力を抑制すると共に、機械的強度の高い炭素繊維複合材料で内径側部分の膨張を抑えることができる。また、金属材料で形成されるボス部が、回転軸11、ナット16、内輪52,52、及び内輪間座55と同じ金属製となるため、線膨張係数の差による伸び量の差が少なく、内輪52,52の軸方向固定力が変化し難い。
In the present embodiment, the flinger is entirely formed of a carbon fiber composite material, but at least a part of the flinger may be formed of a carbon fiber composite material. For example, the flinger is composed of two members divided in the radial direction at the disk portion, the inner diameter side portion is formed of a metal material such as SC material, SCM material, SUS material, AL material, CU material, and the outer diameter side portion. You may form with a carbon fiber composite material. Thereby, while suppressing a centrifugal force in the outer-diameter side part where centrifugal force becomes the largest, expansion | swelling of an inner diameter side part can be suppressed with a carbon fiber composite material with high mechanical strength. In addition, since the boss portion formed of a metal material is made of the same metal as the rotating
さらに、フリンガー40の形状は、各実施形態の防水性能を満たす限り、任意に設計可能であり、例えば、円盤部42の軸方向端面(軸方向外端面や軸方向内端面)や外周面、円環部43の外周面や内周面や軸方向内端面は、テーパ形状に形成されてもよい。
Further, the shape of the
10 スピンドル装置
11 回転軸
12 外輪押さえ
40 フリンガー
41 ボス部
42 円盤部
43 円環部
44 凸部
50 前側軸受(軸受)
60 後側軸受
H ハウジング
10
60 Rear bearing H Housing
Claims (1)
前記ハウジングに前記軸受を介して相対回転可能に支持される回転軸と、
前記回転軸の周囲に一体回転可能に固定され、前記外輪押さえとの間にラビリンスシールを構成するフリンガーと、を備えたスピンドル装置であって、
前記フリンガーは、前記回転軸に外嵌されるボス部と、該ボス部から径方向外方に延設される円盤部と、を備え、前記円盤部の外周部が前記フリンガーの先端部を構成し、
前記円盤部の外周部は、前記外輪押さえの軸方向端面と僅かな隙間を介して軸方向に対向しており、
前記円盤部の径方向中間には、前記外輪押さえと対向する面に、前記外輪押さえ側に向かって突出する凸部が形成され、
前記フリンガーの少なくとも一部は、炭素繊維複合材料から形成されることを特徴とするスピンドル装置。
A housing having an outer cylinder fitted over the outer ring of the bearing, and an outer ring presser fixed to the axial end surface of the outer cylinder and positioning the outer ring in the axial direction;
A rotating shaft supported by the housing via the bearing so as to be relatively rotatable;
A spindle device including a flinger that is fixed to the periphery of the rotary shaft so as to be integrally rotatable and forms a labyrinth seal with the outer ring presser,
The flinger includes a boss part fitted on the rotating shaft and a disk part extending radially outward from the boss part, and an outer peripheral part of the disk part constitutes a tip part of the flinger. And
The outer peripheral portion of the disk portion is opposed to the axial end surface of the outer ring retainer in the axial direction through a slight gap,
In the middle of the disk portion in the radial direction, a convex portion that protrudes toward the outer ring pressing side is formed on the surface facing the outer ring pressing,
At least a part of the flinger is formed of a carbon fiber composite material.
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DE102017200450A1 (en) | 2016-02-16 | 2017-08-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Wafer inspection apparatus, wafer inspection method, and semiconductor device manufacturing method |
WO2020090276A1 (en) | 2018-10-31 | 2020-05-07 | 日本精工株式会社 | Spindle device having built-in motor |
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US5487631A (en) * | 1992-09-19 | 1996-01-30 | Systematic Drill Head Co. Ltd. | Machine tools |
JP2007192319A (en) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Ntn Corp | Fluid bearing device |
-
2015
- 2015-10-21 JP JP2015207285A patent/JP2016026900A/en active Pending
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