JP2019168021A - 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、潤滑剤の外部への漏洩を防止すると共に、エアが軸受内部で乱流を起こすことなく、エアが軸受外部に排出され、保持器１４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することを課題とする。【解決手段】 内輪１１および外輪１２の軸方向の両端部を解放して冷却エアの通過を妨げない構造にすると共に、軸受内部に充填した潤滑剤を、冷却エアの通過によりを軸受外部に漏洩させないように、冷却エアが流入する側の保持器１４の軸方向端部に、内外径に向かって拡径された外径側拡径部１４ａおよび内径側拡径部１４ｂを設けたことを特徴とする。【選択図】 図１

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。

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。

この種のモータ内蔵スピンドル用玉軸受としては、高速性を求められることから、アキシアル荷重とラジアル荷重とを同時に支持できるアンギュラ玉軸受を使用することが多い。

アンギュラ玉軸受３は、図５に示すように、内輪６と外輪９の両軌道面間に、保持器８により回転自在に保持された複数の転動体（ボール）１０を接触角を持って介在させた構造である。すなわち、アンギュラ玉軸受３は、ラジアル荷重とアキシアル荷重を受けられるように、軸受中心線の互いに反対側で内輪６と外輪９に盛り上がった肩部６ａ、９ａが設けられ、ボール１０が内輪６および外輪９の軌道面と、軸受中心線から各肩部６ａ、９ａ側に偏った点で接触するようになっている。

図５に示すアンギュラ玉軸受３は、内輪６が、負荷側のみに肩部６ａを有し、非負荷側の肩は、径方向において低くなる肩落とし部６ｂになっており、軸方向両側において外周面に径差を設けている。

実用新案登録第３１５０３７１号公報 特開２００５−１９９８２８号公報 特開２０１３−０６３７２７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。

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。

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の内部を通過することもあるため、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、図５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、図５の矢印に示す方向、すなわち、内輪６の肩部６ａのある方向から内輪６の肩落とし部６ｂの方向に向かって通過すると、潤滑剤が外部に漏洩するおそれがある。

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。

また、従来、図５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。

上記ラビリンス構造により、図５の矢印に示すように、内輪６の肩部６ａから肩落とし部６ｂの方向に向かって軸受３の内部に侵入したエアがシール板５によって妨げられ、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。

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。

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、潤滑剤の外部への漏洩を防止すると共に、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。

上記の課題を解決するため、この発明においては、軌道輪である内輪および外輪の両軌道面間に、保持器により回転自在に保持された複数の転動体を介在させ、内輪および外輪の軸方向の両端部が解放され、内輪および外輪の軸方向の一端から軸受内部に冷却エアが侵入し、内輪および外輪の軸方向の他端から冷却エアが排出されるモータ内蔵スピンドル用玉軸受において、冷却エアが流入する側の保持器の軸方向端部に、内外径に向かって拡径された外径側拡径部および内径側拡径部を設けたことを特徴とする。

前記保持器の内径側拡径部の内径面と、内輪の軌道面に隣接する肩部の外径面との間の隙間Ａの投影面積が、冷却エアのエア供給元の流路の面積と同等であることが好ましい。

前記保持器の内径側拡径部の内径面が、内輪の軌道面に隣接する肩部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。

また、前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部に、内径側に突出する内径リブを設け、この内径リブの軸受外側面と、保持器の外径側拡径部の軸受内側面との間の隙間寸法Ｃが、保持器のポケットと転動体との間の軸方向隙間の１／２の隙間寸法Ｂよりも大きいことが好ましい。

また、前記保持器の外径側拡径部の外径面のエア流入側端部と、前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部の内径面との間の隙間Ｄが、前記保持器のエア排出側の外径面と、前記外輪の軌道面に隣接するエア排出側の肩部の内径面との間の隙間Ｅよりも大きいことが好ましい。

さらに、前記保持器の外径側拡径部の外径面が、外輪の軌道面に隣接する肩部の内径面に対して平行、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、この傾斜角度βが、前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部に設けた内径リブの軸受外側端部と、前記保持器の外径側拡径部の軸受外側端部とを結ぶ直線の角度γよりも小さいことが好ましい。

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、外輪の軸方向の両端部に、シール板を装着していない。したがって、内輪の外径面にもラビリンス構造のシールを有しない。このため、軸受内部に冷却エアが入ろうとする際に、入口と出口は略直線状になり、冷却エアの通過を妨げないので、エアが軸受内部で乱流を起こすことなく、保持器の振動が生じ難く、静粛性が高い。

また、この発明に係るアンギュラ玉軸受は、冷却エアが流入する側、すなわち、内輪の肩部がある側の保持器の軸方向端部に、内外径に向かって拡径された外径側拡径部および内径側拡径部を設けているので、軸受内部に充填したグリースが、冷却エアが通過しても軸受外部に漏洩し難い。

また、前記保持器の内径側拡径部の内径面と、内輪の軌道面に隣接する肩部の外径面との間の隙間Ａの投影面積を、冷却エアのエア供給元の流路の面積と同等にすることにより、冷却エアが円滑に軸受内を通過する。

また、前記保持器の内径側拡径部の内径面を、内輪の軌道面に隣接する肩部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させ、前記保持器の内径側拡径部の内径面を軸受外側に向かって大径になるように傾斜角αを持たせることにより、冷却エアが軸受内を通過する際に保持器１４の内径部１４ｄに衝突することを抑制し、冷却エアの衝突による保持器の振動の発生を防止することができる。

前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部に、内径側に突出する内径リブを設け、この内径リブによって、内径リブと外輪の軌道面との間にグリースポケットが形成されるので、このグリースポケットにより、外輪の軌道面と転動体との間、外輪の軌道面と保持器との間に、安定的に潤滑剤が供給される。

また、前記内径リブの軸受外側面と、保持器の外径側拡径部の軸受内側面との間の隙間寸法Ｃは、保持器のポケットと転動体との間の軸方向隙間の１／２の隙間寸法Ｂよりも大きく設定しており、これにより、保持器による余分な発熱を防止している。

また、前記保持器の外径側拡径部の外径面のエア流入側端部と、前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部の内径面との間の隙間Ｄは、前記保持器のエア排出側の外径面と、前記外輪の軌道面に隣接するエア排出側の肩部の内径面との間の隙間Ｅよりも大きく設定しており、これによっても保持器による余分な発熱を防止している。

前記保持器の外径側拡径部の外径面が、外輪の軌道面に隣接する肩部の内径面に対して平行、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、この傾斜角度βが、前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部に設けた内径リブの軸受外側端部と、前記保持器の外径側拡径部の軸受外側端部とを結ぶ直線の角度γよりも小さい設定にすることにより、外部からのエアは直接軸受内部に侵入することができず、保持器の相手面に当って押し戻されるようにしている。

この発明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。 図１の部分拡大図である。 この発明に係るモータ内蔵スピンドル用玉軸受の保持器の案内状態を示す部分拡大図である。 この発明に係るモータ内蔵スピンドル用玉軸受の別な形態の保持器の案内状態を示す部分拡大図である。 従来の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。図１の矢印は冷却エアの方向を示している。

この発明に係るアンギュラ玉軸受は、内輪１１と外輪１２の両軌道面１１ａ、１２ａ間に、保持器１４により回転自在に保持された複数の転動体（ボール）１３を接触角を持って介在させた構造である。すなわち、アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重を受けられるように、軸受中心線の互いに反対側で内輪１１と外輪１２に盛り上がった肩部１１ｂ、１２ｂが設けられ、ボール１３が内輪１１および外輪１２の軌道面１１ａ、１２ａと、軸受中心線から各肩部側に偏った点で接触するようになっている。

図１に示す実施形態のアンギュラ玉軸受は、内輪１１が、負荷側のみに肩部１１ｂを有し、非負荷側の肩は、径方向において低くなる肩落とし部１１ｃになっており、軸方向両側において外周面に径差を設けている。

内輪１１および外輪１２の軸方向の両端部が解放され、内輪１１および外輪１２の軸方向の一端、すなわち、図１の矢印に示すように、内輪１１の肩部１１ｂ側から軸受内部に冷却エアが侵入し、内輪１１および外輪１２の軸方向の他端、すなわち、内輪１１の肩落とし部１１ｃ側から冷却エアが排出される。

この発明に係るアンギュラ玉軸受は、図５に示す従来の軸受のように、外輪１２の軸方向の両端部には、シール板を装着していない。したがって、内輪１１の外径面にもラビリンス構造のシールを有しない。このため、この発明に係るアンギュラ玉軸受においては、軸受内部に冷却エアが入ろうとする際に、入口と出口は略直線状になり、冷却エアの通過を妨げない構造にしている。

この発明に係るアンギュラ玉軸受は、軸受内部に潤滑剤としてグリースを充填しており、冷却エア通過により潤滑剤を軸受外部に漏洩させないように、冷却エアが流入する側の保持器１４の軸方向端部に、内外径に向かって拡径された外径側拡径部１４ａおよび内径側拡径部１４ｂを設けている。

前記保持器１４の内径側拡径部１４ｂの内径面と、内輪１１の軌道面１１ａに隣接する肩部１１ｂの外径面との間の隙間Ａの投影面積は、冷却エアのエア供給元の流路（図６の通気孔４の配管径）の面積と同等であり、冷却エアが円滑に軸受内を通過することができるようにしている。

前記保持器１４の内径側拡径部１４ｂの内径面が、内輪１１の軌道面１１ａに隣接する肩部１１ｂ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。前記保持器１４の内径側拡径部１４ｂの内径面を軸受外側に向かって大径になるように傾斜角αを持たせることにより、冷却エアが軸受内を通過する際に保持器１４の内径部１４ｄに衝突することを抑制し、冷却エアの衝突による保持器１４の振動の発生を防止することができる。

前記外輪１２の軌道面１２ａに隣接するエア流入側の肩部１２ｃに、内径側に突出する内径リブ１２ｄを設けている。

この内径リブ１２ｄによって、内径リブ１２ｄと外輪１２の軌道面１２ａとの間にグリースポケット１５が形成され、このグリースポケット１５により、外輪の軌道面１２ａと転動体１３との間、外輪１２の軌道面１２ａと保持器１４との間に、安定的に潤滑剤が供給される。

グリースは、冷却エアの通気を妨げないように、外輪１２側に狙って封入するようにする。

この発明に係るアンギュラ玉軸受を２列の背面合せ、すなわち、負荷側を背中合わせにして使用する場合には、冷却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を封入する。

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が大きくなり、振動変動に繋がって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。

また、前記内径リブ１２ｄの軸受外側面と、保持器１４の外径側拡径部１４ａの軸受内側面との間の隙間寸法Ｃは、保持器１４のポケット１４ｃと転動体１３との間の軸方向隙間の１／２の隙間寸法Ｂよりも大きく設定しており、これにより、保持器１４による余分な発熱を防止している。

また、前記保持器１４の外径側拡径部１４ａの外径面のエア流入側端部と、前記外輪１２の軌道面１２ａに隣接するエア流入側の肩部１２ｃの内径面との間の隙間Ｄは、前記保持器１４のエア排出側の外径面と、前記外輪１２の軌道面１２ａに隣接するエア排出側の肩部１２ｂの内径面との間の隙間Ｅよりも大きく設定しており、これによっても保持器１４による余分な発熱を防止している。

前記保持器１４の外径側拡径部１４ａの外径面が、外輪１２の軌道面１２ａに隣接する肩部１２ｃの内径面に対して平行、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、この傾斜角度βが、図２に示すように、前記外輪１２の軌道面１２ａに隣接するエア流入側の肩部１２ｃに設けた内径リブ１２ｄの軸受外側端部と、前記保持器１４の外径側拡径部１４ａの軸受外側端部とを結ぶ直線の角度γよりも小さい設定にすることにより、外部からのエアは直接軸受内部に侵入することができず、保持器１４の相手面に当って押し戻されるようにしている。

前記外径側拡径部１４ａと内径側拡径部１４ｂを除いた保持器１４の内径寸法は、極力大きくし、冷却エアの通過を妨げないようにすることが望ましい。

図３は、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１４ｃは、転動体１３を収容するポケットを示している。

次に、保持器１４の内径部１４ｄの寸法は、図３に示すように、回転中の保持器１４のポケット１４ｃ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１４ｃ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の肩部１１ｂとの隙間が確保され、エアの通過が妨げられない。さらに冷却エアの通過に伴う保持器１４の振動も抑制することが可能である。

また、図４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１４ｄが、転動体１３のＰＣＤよりも外径側に位置させてもよい。

１１ ：内輪
１１ａ ：軌道面
１１ｂ ：肩部
１１ｃ ：肩落とし部
１２ ：外輪
１２ａ ：軌道面
１２ｂ、１２ｃ ：肩部
１２ｄ ：内径リブ
１３ ：転動体
１４ ：保持器
１４ａ ：外径側拡径部
１４ｂ ：内径側拡径部
１４ｃ ：ポケット
１４ｄ ：内径部
１４ｅ ：周方向接触部
１５ ：グリースポケット

Claims (6)

1. 軌道輪である内輪および外輪の両軌道面間に、保持器により回転自在に保持された複数の転動体を介在させ、内輪および外輪の軸方向の両端部が解放され、内輪および外輪の軸方向の一端から軸受内部に冷却エアが侵入し、内輪および外輪の軸方向の他端から冷却エアが排出されるモータ内蔵スピンドル用玉軸受において、冷却エアが流入する側の保持器の軸方向端部に、内外径に向かって拡径された外径側拡径部および内径側拡径部を設けたことを特徴とするモータ内蔵スピンドル用玉軸受。
2. 前記保持器の内径側拡径部の内径面と、内輪の軌道面に隣接する肩部の外径面との間の隙間Ａの投影面積が、冷却エアのエア供給元の流路の面積と同等であることを特徴とする請求項１記載のモータ内蔵スピンドル用玉軸受。
3. 前記保持器の内径側拡径部の内径面が、内輪の軌道面に隣接する肩部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を特徴とする請求項１または２記載のモータ内蔵スピンドル用玉軸受。
4. 前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部に、内径側に突出する内径リブを設け、この内径リブの軸受外側面と、保持器の外径側拡径部の軸受内側面との間の隙間寸法Ｃが、保持器のポケットと転動体との間の軸方向隙間の１／２の隙間寸法Ｂよりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータ内蔵スピンドル用玉軸受。
5. 前記保持器のエア排出側の外径面と、前記外輪の軌道面に隣接するエア排出側の肩部の内径面との間の隙間Ｅが、前記保持器の外径側拡径部の外径面のエア流入側端部と、前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部の内径面との間の隙間Ｄよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータ内蔵スピンドル用玉軸受。
6. 前記保持器の外径側拡径部の外径面が、外輪の軌道面に隣接する肩部の内径面に対して平行、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、この傾斜角度βが、前記外輪の軌道面に隣接するエア流入側の肩部に設けた内径リブの軸受外側端部と、前記保持器の外径側拡径部の軸受外側端部とを結ぶ直線の角度γよりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ内蔵スピンドル用玉軸受。

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