JP2017002971A - Ball bearing for motor-incorporated spindle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、小型スピンドル、特にモータ内蔵スピンドル用玉軸受に関するものである。 The present invention relates to a ball bearing for a small spindle, particularly a spindle with a built-in motor.
小型スピンドルは、主にアルミ加工などの軽負荷加工に用いられている。 The small spindle is mainly used for light load machining such as aluminum machining.
近年、小型スピンドルは、図6に示すように、コンパクト化を目的にスピンドルのハウジング1内にモータ2を内蔵したタイプが多くなってきている(特許文献1〜3)。なお、図6において、被加工物は、符号Wで示している。
In recent years, as shown in FIG. 6, many types of small spindles have a
この種のモータ内蔵スピンドル用玉軸受3としては、高速性を求められることから、アンギュラ玉軸受を使用することが多い。 As this kind of ball bearing 3 for a spindle with a built-in motor, an angular ball bearing is often used because high speed is required.
モータ内蔵スピンドルは、スピンドルのハウジング1内にモータ2を内蔵していることから、モータ2の周辺が発熱源となるので、モータ2と共に、軸受3を冷却する必要がある。
Since the motor built-in spindle incorporates the
スピンドルのハウジング1内を液体で冷却する方法は、構造にシール性が必要になる等、構造が複雑になるばかりか、スペース的にも困難であることが多い。 The method of cooling the inside of the spindle housing 1 with a liquid is not only complicated but also difficult in terms of space, for example, the structure needs to be sealed.
このため、モータ内蔵スピンドルのハウジング1内の冷却には、複雑な構造が不要なエアでの冷却が主流になっている。 For this reason, the cooling in the housing 1 of the spindle with a built-in motor is mainly performed by cooling with air that does not require a complicated structure.
このスピンドルのハウジング1内を冷却するエアは、スピンドルのハウジング1に設置された通気孔4により、後ろ側からモータ2、次に軸受3を冷却し、スピンドルのハウジング1の先端部からスピンドルのハウジング1の外部に排出される。
The air that cools the inside of the spindle housing 1 cools the
スピンドルのハウジング1の先端部は、飛来物に対するシールを兼ねており、エアカーテン、ラビリンスシールにより、スピンドルのハウジング1の内部の圧力を高くし、切削液、加工片等がスピンドルのハウジング1内に侵入することを防止している。 The tip of the spindle housing 1 also serves as a seal against flying objects, and the pressure inside the spindle housing 1 is increased by an air curtain and a labyrinth seal so that cutting fluid, work pieces, etc. are contained in the spindle housing 1. Preventing intrusion.
ところで、スピンドルのハウジング1内を冷却するエアは、軸受3の内部を通過することもあるため、次のような問題がある。
By the way, the air that cools the inside of the housing 1 of the spindle may pass through the inside of the
モータ内蔵スピンドルに使用する軸受3は、内部に潤滑剤としてグリースが充填され、図4に示すように、両端面がシール板5によって密封されているが、スピンドルのハウジング1内を冷却するエアが軸受3の内部を通過すると、潤滑剤が外部に漏洩するおそれがある。
The
潤滑剤が外部に漏えいすると、軸受の耐久性能に影響を及ぼす可能性がある。 If the lubricant leaks to the outside, the durability performance of the bearing may be affected.
また、従来、図4に示すように、シール板5の内径部と、内輪6の外径部との間は、ラビリンス構造になっており、シール板5の内径部が、内輪6の外径部に設けたシール溝7に嵌っている。なお、図4において、符号8は保持器、9は外輪、10は転動体を示している。
Conventionally, as shown in FIG. 4, a labyrinth structure is formed between the inner diameter portion of the
上記ラビリンス構造により、軸受3の内部に侵入したエアの排出がシール板5によって妨げられ、図4の矢印に示すように、軸受3の内部に侵入したエアが軸受3の内部で乱流を引き起こして、保持器8を振動させることがある。
The labyrinth structure prevents the air that has entered the inside of the
保持器8の振動は、スピンドルのハウジング1に振動が伝達され、静粛性にも悪影響を及ぼす。 The vibration of the cage 8 is transmitted to the spindle housing 1 and adversely affects the quietness.
そこで、この発明は、モータ内蔵スピンドルの軸受内に冷却エアが侵入した際に、エアが軸受内部で乱流を起こすことなく、エアがスムーズに軸受外部に排出されるようにして、保持器の振動が生じ難く、静粛性の高いモータ内蔵スピンドル用玉軸受を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention is designed so that when cooling air enters the bearing of the spindle with a built-in motor, the air is smoothly discharged outside the bearing without causing turbulent flow inside the bearing. It is an object of the present invention to provide a ball bearing for a spindle with a built-in motor that is less susceptible to vibration and has high quietness.
上記の課題を解決するため、この発明においては、内輪と、外輪と、内輪と外輪の対向する転動面に配設された転動体と、転動体を保持する保持器と、外輪の両端部の内径面に内輪側に向かって突出するシール板を有するモータ内蔵スピンドル用玉軸受において、シール板の内径面の軸受中心方向先端と保持器の軸方向の外側面とが同一面、もしくはシール板の内径面の軸受中心方向先端を保持器の軸方向の外側面よりも軸方向の中心側に位置させて、シール板の内径面の軸受中心方向先端と保持器の軸方向の外側面との間にオーバーラップ部を形成したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, an inner ring, an outer ring, rolling elements disposed on the rolling surfaces facing the inner ring and the outer ring, a cage for holding the rolling elements, and both end portions of the outer ring In a ball bearing for a spindle with a built-in motor having a seal plate projecting toward the inner ring side on the inner diameter surface of the bearing, the bearing center end of the inner diameter surface of the seal plate and the outer surface in the axial direction of the cage are the same surface, or the seal plate The bearing center end of the inner diameter surface of the seal plate is positioned closer to the center side in the axial direction than the outer surface in the axial direction of the cage. An overlap portion is formed between them.
前記シール板の内径面が、内輪の外径面に対して平行、もしくは軸受中心側が小径で、軸受外側に向かって大径になるように傾斜していることが好ましい。 It is preferable that the inner diameter surface of the seal plate is parallel to the outer diameter surface of the inner ring, or is inclined so that the bearing center side has a small diameter and increases toward the outer side of the bearing.
前記保持器のポケットの転動体との周方向接触部は、転動体のPCDよりも外径側に位置することが好ましい。 It is preferable that the circumferential direction contact part with the rolling element of the pocket of the said retainer is located in the outer diameter side rather than PCD of a rolling element.
また、前記保持器の内径部は、転動体のPCDよりも外径側に位置することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the internal diameter part of the said holder | retainer is located in an outer diameter side rather than PCD of a rolling element.
また、前記外輪の内径部に、グリースを封入するグリースポケットを設けることが好ましい。 Further, it is preferable that a grease pocket for enclosing grease is provided in the inner diameter portion of the outer ring.
この発明に係るモータ内蔵スピンドル用玉軸受においては、上記のように、シール板の内径面の軸受中心方向先端と保持器の軸方向の外側面とが同一面か、もしくは、シール板の内径面の軸受中心方向先端と保持器の軸方向の外側面との間にオーバーラップ部を形成すると、モータ内蔵スピンドルの軸受内に冷却エアが通過する際に、冷却エアの保持器側への侵入が抑制されるので、軸受内部での冷却エアの乱流が生じ難く、冷却エアがスムーズに軸受外部に排出され、また、冷却エアと保持器との衝突による保持器の振動を防止することができ、高い静粛性を維持することができる。 In the ball bearing for a spindle with a built-in motor according to the present invention, as described above, the tip in the bearing center direction of the inner surface of the seal plate and the outer surface in the axial direction of the cage are the same surface, or the inner surface of the seal plate If an overlap portion is formed between the tip of the bearing in the center direction of the bearing and the outer surface of the cage in the axial direction, when the cooling air passes through the bearing of the spindle with a built-in motor, the cooling air enters the cage side. Therefore, the turbulent flow of cooling air inside the bearing is unlikely to occur, the cooling air is smoothly discharged outside the bearing, and the cage vibration due to the collision between the cooling air and the cage can be prevented. High silence can be maintained.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の一実施形態に係るモータ内蔵スピンドル用玉軸受は、図1に示すように、アンギュラ玉軸受である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the ball bearing for spindle with a built-in motor according to one embodiment of the present invention is an angular ball bearing.
この発明に係るアンギュラ玉軸受は、内輪11と、外輪12と、内輪11と外輪12の対向する転動面に配設された転動体13と、転動体13を保持する保持器14と、内輪11と外輪12の両端面に設けられたシール板15とからなる。
The angular ball bearing according to the present invention includes an
シール板15は、外輪12の内径面に設けられた取付溝16に装着されている。
The
シール板15の内径部と対面する内輪11の外径面11aは、図1に示すように、直線状に形成され、シール板15の内径部と内輪11の外径面との間に、図4に示す従来の軸受のように、ラビリンス構造を形成するシール溝を形成していない。
As shown in FIG. 1, the
シール板15の内径面の軸受中心方向先端15aと保持器14の軸方向の外側面14aとが同一面、もしくは、図1に示すように、シール板15の内径面の軸受中心方向先端15aを、保持器14の軸方向の外側面14aよりも軸方向の中心側に位置させて、シール板15の内径面の軸受中心方向先端15aと保持器14の軸方向の外側面14aとの間にオーバーラップ部Aを形成している。
The bearing
このように、シール板15の内径面の軸受中心方向先端15aと保持器14の軸方向の外側面14aとが同一面か、もしくは、シール板15の内径面の軸受中心方向先端15aと保持器14の軸方向の外側面14aとの間にオーバーラップ部Aを形成すると、モータ内蔵スピンドルの軸受内に冷却エアが通過する際に、冷却エアの保持器14側への侵入が抑制されるので、軸受内部での冷却エアの乱流が生じ難く、また、冷却エアと保持器14との衝突による保持器14の振動を防止することができる。
Thus, the bearing
また、シール板15の内径面は、内輪11の外径面11aに対して平行、もしくは軸受中心側が小径で、軸受外側に向かって大径になるように傾斜している。このシール板15の内径面の延長線上における内輪11の外径面11aの交点Bと、シール板15の内径面とがなす角度αは、内輪11の外径面11aに直接衝突した冷却エアが、保持器14への衝突を抑制する角度にすることが望ましい。
Further, the inner diameter surface of the
図2及び図3は、それぞれこの発明に係るモータ内蔵スピンドル用玉軸受の実施形態の保持器14の案内状態を示す部分拡大図である。図2及び図3において、二点鎖線は、転動体13のピッチ円直径(PCD)を示し、符号14bは、転動体13を収容するポケットを示している。
2 and 3 are partially enlarged views showing the guide state of the
次に、保持器14の内径部14cの寸法は、エアの通過を妨げないようシール板15の内径寸法より大きくすることが好ましいが、図2に示すように、回転中の保持器14のポケット14bの転動体13との周方向接触部14eが転動体13のPCDよりも外径側になるような構造がより好ましい。保持器14のポケット14bの転動体13との周方向接触部14eが転動体13のPCDよりも外径側にすることにより、太線の矢印で示すように、転動体13の円周方向運動に対し常に保持器14に外径方向の力が作用するため、保持器14と内輪11の外径面11aとの隙間が確保され、エアの通過が妨げられない。
Next, the size of the
また、図3に示すように、転動体13の円周方向運動に対し常に保持器14に外径方向の力が作用するよう、保持器14の内径部14cが、転動体13のPCDよりも外径側に位置させてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
即ち、従来例では、図5に示すように、保持器8のポケット8aの転動体10との周方向接触部8bは転動体10のPCD上になるが、図2に示すこの発明の実施形態では、保持器14のポケット14bの転動体13との周方向接触部14eは転動体のPCDよりも外径側に位置している。
That is, in the conventional example, as shown in FIG. 5, the
また、図1の実施形態では、外輪12の軌道輪と転動体13との間、外輪12の軌道輪と保持器14との間に、安定的に潤滑剤を供給するため、外輪12の一部にグリースポケット17を設けている。
Further, in the embodiment of FIG. 1, in order to stably supply the lubricant between the raceway of the
この発明に係るアンギュラ玉軸受を2列の背面合せで使用する場合には、エアの流れに対し軸受の向きが2列間で異なるため、軸受の左右両側にグリースポケット17を形成するようにする。 When the angular ball bearings according to the present invention are used in a back-to-back arrangement of two rows, the orientation of the bearing differs between the two rows with respect to the air flow, so that the grease pockets 17 are formed on the left and right sides of the bearing. .
また、グリース封入量は、静止空間容積の40%〜50%とする。40%以下の場合、エア圧よるグリースの偏りにより、安定した耐久効果が得られない。50%以上の場合、エア圧よるグリースの偏りにより、グリースの再巻き込み過多により温度変動大、振動変動に繋がり安定した回転が得られない。なお、グリースの基油粘度は、20〜40mm2/sが好ましい。 The amount of grease filled is 40% to 50% of the static space volume. If it is 40% or less, a stable durability effect cannot be obtained due to the bias of grease due to air pressure. In the case of 50% or more, due to grease bias due to air pressure, excessive rewinding of grease leads to large temperature fluctuations and vibration fluctuations, and stable rotation cannot be obtained. The base oil viscosity of the grease is preferably 20 to 40 mm 2 / s.
10 :転動体
11 :内輪
11a :外径面
12 :外輪
13 :転動体
14 :保持器
14a :外側面
14b :ポケット
14c :内径部
14e :周方向接触部
15 :シール板
15a :軸受中心方向先端
16 :取付溝
17 :グリースポケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Rolling body 11:
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