JP2017137894A - モータ内蔵スピンドル用玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 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、冷却エアによる潤滑剤の軸受外部へ漏洩を防止し、また、冷却エアの軸受内部での乱流を抑制して保持器の振動を抑え、静粛性の高いピンドル用玉軸受を提供する。【解決手段】 内輪１１および外輪１２と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体１３と、転動体を保持する保持器１４と、前記内輪および外輪間の隙間の開口を覆うシール部材１５とを備え、前記転動体の周囲に潤滑剤を封入してなるスピンドル用玉軸受１０である。前記シール部材１５は、保持器１４の内径面１４ａよりも内径側に位置する部分にメッシュ状部１５ａを備えている【選択図】 図２

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に使用されるモータ内蔵スピンドル用玉軸受に関し、特に、内輪および外輪間に形成される軸受空間の端部開口を覆うシール部材を備えた玉軸受に関するものである。

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。

近年、小型スピンドルは、図４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）。なお、図４において、被加工物は、符号Ｗで示している。

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。

実用新案登録第３１５０３７１号公報

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の周辺が主な発熱源となるので、軸受３と共にモータ２を冷却する必要がある。

スピンドルのハウジング１内を冷却する方法として液体又はエアオイルを用いた場合は、冷却液の漏出防止のためのシールが必要になる等、構造が複雑になるばかりか、スペース的にも問題が生じることが多い。

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。

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１ａからスピンドルのハウジング１の外部に排出される。

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。

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の内部を通過するため、次のような問題がある。

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、両端面がシール板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。この潤滑剤の漏洩は、軸受の耐久性能に影響を及ぼす可能性がある。

また、従来、シール板の内径部と、内輪の外径部との間は、ラビリンス構造になっているものがあり、当該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によって妨げられ、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、保持器を振動させることがある。

保持器の振動は、スピンドルのハウジング１に振動が伝達され、加工精度や静粛性にも悪影響を及ぼす。

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、冷却エアによる潤滑剤の軸受外部へ漏洩を防止し、また、冷却エアの軸受内部での乱流を抑制して保持器の振動を抑え、静粛性の高いピンドル用玉軸受を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、転動体を保持する保持器と、前記内輪および外輪間の隙間の開口を覆うシール部材とを備え、前記転動体の周囲に潤滑剤を封入してなるスピンドル用玉軸受であって、
前記シール部材は、少なくとも一部分に気体透過性のメッシュ状部を備えていることを特徴とする。

また、前記メッシュ状部は、前記保持器の内径面よりも内径側に位置する部分に設けるようにしてもよい。

さらに、前記シール部材は、前記メッシュ状部を構成するメッシュ部材と、前記メッシュ部材に積層して設けられ前記外輪に装着される支持部材とを備え、前記メッシュ部材は、前記支持部材より内径側に突出して設けられることで、当該突出部分をメッシュ状部とすることができる。また、好適には、メッシュ部材は、合成樹脂繊維の不織布で構成することができる。

この発明に係るスピンドル用玉軸受においては、上記のように、シール板の少なくとも一部分をメッシュ状部としているため、軸受内に潤滑剤を保持しつつ、冷却エアなどの気体を透過するメッシュ状部によって冷却エアを軸受外部に通過させることが可能となる。このため、安定したシール性と冷却エアの軸受内透過性をそれぞれ確保でき、潤滑剤が外部へ漏洩したり、冷却エアの乱流による保持器の振動などを防止することができる。したがって、軸受寿命と音響性能の両立が可能となる。

さらに、メッシュ状部を保持器の内径面よりも内径側に配置させることにより、エアの通過がよりスムーズに行われる。

この発明の実施形態に係るスピンドル用玉軸受の部分断面図である。 図１のモータ内蔵スピンドル用玉軸受の部分拡大図である。 本発明の他の実施形態に係るモータ内蔵スピンドル用玉軸受の部分断面図である。 モータ内蔵スピンドルの概略図である。

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。

この発明に係るアンギュラ玉軸受１０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内外輪間の隙間の開口を覆うシール板１５とを有する。内輪１１と外輪１２との間の空間には、潤滑剤としてグリースが充填されており、シール板１５により外部への漏出が防止される。

また、本実施形態では、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２０を設けている。

潤滑剤であるグリースは、静止空間容積の４０％〜５０％程度封入することが好ましい。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にくい。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。

外輪１２の内径面には、軸方向の両端部に取付溝１６が設けられており、当該取付溝１６にシール板１５の外周部が支持されている。

図１および図２に示すように、シール板１５は、その内周部が内輪１１の外周面１１ａと小さな径方向間隙をおいて対向する。本実施形態では、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及び図２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、ラビリンス構造を形成するシール溝を形成していない。

シール板１５はメッシュ部材１７と支持部材１８の２種類の板状部材を積層した構成となっている。シール板１５は、メッシュ部材１７と支持部材１８が積層した状態となっており、一例としてインサート成型により製造される。

図１及び図２に示すように、シール板１５の軸方向内側に位置するメッシュ部材１７は、合成樹脂繊維を編製や織製などの手段でシート状にし、気体透過性を有するメッシュ構造を有する部材である。本実施形態では、合成樹脂繊維の不織布製フィルターが使用されている。

メッシュ部材１７は、圧力損失が５０％程度に構成されていることが好ましく、冷却エアのみを通過させるように構成されている。また、メッシュ部材を構成する合成樹脂は、グリースとの相性がよいものであって、グリースとケミカルアタックしない、又は体積変化率が１０％以下のものを用いることが好ましい。

シール板１５の軸方向外側には、支持部材１８が設けられている。支持部材１８は、外輪への装着性を考慮してゴム又は合成樹脂で構成されており、可撓性を有するメッシュ部材１７を支持する。支持部材１８は、メッシュ部材１７の支持と外輪への装着性のために設けられるものであり、これらを具現化できるものであれば、その構成は問わない。例えば、支持部材１８は、メッシュ部材１７を積層支持する箇所に、空気を透過することができる貫通孔などを設けることもできる。

また、メッシュ部材１７は、支持部材１８よりも内輪側に突出した状態に設けられ、当該突出部分がメッシュ状部１５ａとなっている。メッシュ状部１５ａは、空気透過性材料であるメッシュ部材１７のみが配置されているため、冷却エアを通過させることができる。

メッシュ部材１７が支持部材１８よりも内輪側に突出したメッシュ状部１５ａは、保持器１４の内径面１４ａよりも内径側に位置することが好ましい。

このように構成することにより、通過するエアの入口側から出口側に向かって、冷却エアが保持器１４の抵抗を受けることなく通過できる。また、本実施形態では、内輪１１の外周面１１ａも直線的に設けられているため、出口側の内輪１１の外径面とシール板１５のメッシュ状部１５ａとの間の隙間の投影面積が、軸受を通過するエア流路の通過投影面積とほぼ同等になる。

シール板１５のメッシュ状部１５ａからシール板１５に対面する内輪１１の外径面との間が、上記のように、エアが抵抗なくほぼ直線状に通過できる投影面積になるように、シール板１５を規定することにより、軸受の内部をエアが通過する際に、シール板１５に余分な力が加わり難く、シール板１５の倒れや変形を防止し、安定したシール性を確保できる。また、保持器１４の内径面よりも内径側にメッシュ状部１５ａが存在しているため、軸受内部のグリースの漏洩も防止される。

なお、上記実施形態では、シール板１５の内径部と対面する内輪１１の外径面１１ａを直線状に形成しているが、例えば、図３に示すように、シール板１５の内径部と内輪１１の外径面との間に、ラビリンス構造を形成するシール溝１９を設けてもよく、グリースの密封性を向上させることができる。

上記の通り、本実施形態では、軸受内部の潤滑剤を保持しつつ冷却エアの通過をより妨げないようにするため、軸受寿命と音響性能の両立が可能となる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

例えば、本発明は、アンギュラ玉軸受に限定されるものではなく、シール板を有する他の構成の玉軸受や組み合わせ玉軸受にも適用可能である。また、本実施形態では、シール板の撓みなどの問題が生じるため、ゴムや樹脂製の支持部材をメッシュ部材に積層して用いているが、シール板は、部分的又は全体的にメッシュ状部が設けられ、当該メッシュ状部が気体透過性を有するものであればよい。たとえば、全体をメッシュ部材で構成することもできる。また、このとき例えば、メッシュ部材の補強のための支持骨組みをメッシュ部材中に埋設してもよい。

１１ ：内輪
１１ａ ：外径面
１２ ：外輪
１３ ：転動体
１４ ：保持器
１４ａ ：内径面
１５ ：シール板
１５ａ ：メッシュ状部
１６ ：取付溝
１７ ：メッシュ部材
１８ ：支持部材
１９ ：シール溝
２０ ：グリースポケット

Claims (4)

1. 内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、転動体を保持する保持器と、前記内輪および外輪間の隙間の開口を覆うシール部材とを備え、前記転動体の周囲に潤滑剤を封入してなるスピンドル用玉軸受であって、
   前記シール部材は、少なくとも一部分に気体透過性のメッシュ状部を備えていることを特徴とする、スピンドル用玉軸受。
2. 前記メッシュ状部は、前記保持器の内径面よりも内径側に位置する部分に設けら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用玉軸受。
3. 前記シール部材は、前記メッシュ状部を構成するメッシュ部材と、前記メッシュ部材に積層して設けられ前記外輪に装着される支持部材とを備え、前記メッシュ部材は、前記支持部材より内径側に突出して設けられることで、当該突出部分がメッシュ状部となることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスピンドル用玉軸受。
4. 前記メッシュ部材は、合成樹脂繊維の不織布で構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のスピンドル用玉軸受。

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