JP6019943B2 - スピンドル装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドル装置に関し、より詳細には、防水機能を有し、工作機械に適用するのに好適なスピンドル装置に関する。

工作機械等に適用されるスピンドル装置の回転軸は、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、刃具や砥石等の加工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、加工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。この多量に供給される加工液が回転軸を支持する軸受内部に浸入しやすく、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易く、より高い防水性能が必要となる。

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、使用する軸受の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、シール部材が摩耗して防水性能を長期間に亘って維持し難い問題がある。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している。

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。

遠心力による影響を抑制する従来の技術としては、工具に装着されたコレットを工具保持部のテーパ孔に挿入し、工具保持部に螺合するナットを締め付けて工具を工具保持部に固定するようにした工具ホルダにおいて、ナットの外周面に炭素繊維層を巻き付け、遠心力によるナットの膨張抑制を図ったものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、特許文献２に記載の工作機械用主軸装置におけるシール装置においては、主軸の先端部と一体的に回転する遮蔽版を、ハウジングの先端面に対して隙間を隔てて対向するように配置し、遮蔽版とハウジングの先端面との間にラビリンス部を設けている。このように構成することによって、ワークなどに当たって跳ね返ったクーラントがハウジングの内部に浸入することを防止している。

また、特許文献３に記載の工作機械用主軸装置においては、主軸キャップと端面カバーとで形成するラビリンスシールを備え、当該ラビリンスシールがラビリンス室を備えるように構成されており、ラビリンス室の容積を大きく設定することで、主軸キャップと端面カバーとの隙間からラビリンス室にクーラント液が浸入した場合、ラビリンス室内のクーラント液の圧力が低下しクーラント液の流動を減衰させることを図っている。そして、主軸と主軸ヘッドの主軸ハウジングとの隙間から主軸の先端側に向かって大量の圧縮エアを供給することなく、主軸の軸受部にクーラント液が浸入するのを防止している。

また、特許文献４に記載のスピンドルユニットは、ハウジングと、該ハウジングにベアリングを介して回転自在に装着される回転軸と、該回転軸に螺着され該ベアリングの内輪を押える内輪押え部材と、該ハウジングに固着され該ベアリングの外輪を押える外輪押え部材と、を含み、内輪押え部材には、外輪押え部材を非接触で覆う防水カバーが形成されることが開示されている。そして、上記防水カバーによって、外輪押え部材と内輪押え部材との間、即ちベアリング部位への切削水の浸入を防止し、錆の発生等を解消させることを図っている。

特開平６−２２６５１６号公報 特開２００２−２６３９８２号公報 特開２０１０−７６０４５号公報 特開平１１−７７５２９号公報

ところで、一般的にフリンガーは、ＳＣ材、ＳＣＭ材、ＳＵＳ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使用する軸受の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、場合によってはフリンガー本来の防水機能が低下する虞があった。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。

従来の使用する軸受の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。

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、使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を維持しながら、遠心力によるフリンガーの変形を防止することができるスピンドル装置及びスピンドル装置用フリンガーを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
前記回転軸に外嵌する環状の金属部材と、
前記金属部材の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
を備えたスピンドル装置であって、
前記金属部材は、第１及び第２の金属部材からなり、
前記第１の金属部材は、軸方向に延びる円筒部を有する間座であり、
前記第２の金属部材は、前記円筒部よりも径方向外側に延在し、該円筒部の軸方向他端面及び前記軸受の内輪の軸方向一端面に当接する間座であり、
前記フリンガーは、前記第１の金属部材の円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部から径方向外側に延設する延設部と、を有するとともに、繊維強化複合材料からなり、
前記基部の軸方向長さをＬとし、前記基部が外嵌される前記円筒部の外周面の軸方向長さをＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´である
ことを特徴とするスピンドル装置。
（２） 軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
前記回転軸に外嵌する環状の金属部材と、
前記金属部材の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
を備えたスピンドル装置であって、
前記金属部材は、第１及び第２の金属部材からなり、
前記第１の金属部材は、軸方向に延びる円筒部を有する間座であり、
前記第２の金属部材は、軸方向に延びて前記円筒部の軸方向他端面及び前記軸受の内輪の軸方向一端面に当接する他の円筒部と、前記他の円筒部の軸方向他端側から径方向外側に延設される他の鍔部と、を有する鍔付き間座であり、
前記フリンガーは、前記第１の金属部材の円筒部及び前記第２の金属部材の他の円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部から径方向外側に延設する延設部と、を有するとともに、繊維強化複合材料からなり、
前記基部の軸方向長さをＬとし、前記基部が外嵌される前記第１の金属部材の円筒部及び前記第２の金属部材の他の円筒部の外周面の軸方向長さの合計をＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´である
ことを特徴とするスピンドル装置。
（３） 軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
前記回転軸に外嵌する環状の金属部材と、
前記金属部材の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
を備えたスピンドル装置であって、
前記金属部材は、軸方向に延びて前記軸受の内輪の軸方向一端面に当接する円筒部を有する間座であり、
前記フリンガーは、前記金属部材の円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部から径方向外側に延設する延設部と、を有するとともに、繊維強化複合材料からなり、
前記基部の軸方向長さをＬとし、前記基部が外嵌される前記円筒部の外周面の軸方向長さをＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´である
ことを特徴とするスピンドル装置。
（４） 所定の昇温による前記基部及び前記円筒部の外周面の軸方向長さの膨張量を、それぞれΔＬ及びΔＬ´としたとき、ΔＬ´−ΔＬ＜Ｌ−Ｌ´である
ことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１つに記載のスピンドル装置。
（５） ０．１≦Ｌ−Ｌ´≦１（ｍｍ）である
ことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１つに記載のスピンドル装置。
（６） ΔＬ´−ΔＬ＋０．１＜Ｌ−Ｌ´＜ΔＬ´−ΔＬ＋１（ｍｍ）である
ことを特徴とする（４）に記載のスピンドル装置。

上記（１）〜（３）に記載のスピンドル装置によれば、フリンガーが比較的比重の小さい繊維強化複合材料からなるので、遠心力の作用が小さくなる。これにより、スピンドル装置は、使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を維持しながら、遠心力によるフリンガーの変形を防止することができる。
また、フリンガーの基部の軸方向長さをＬとし、基部が外嵌される部位の軸方向長さをＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´となるように設定した。したがって、間座である（第１及び第２の）金属部材をナット等で軸方向に締め付けることによって軸受内輪を位置決め固定した場合、間座を介してフリンガーに軸方向の締結力を与えることができるので、固定を確実とすることが可能である。

上記（４）に記載のスピンドル装置によれば、昇温した場合におけるフリンガーの基部及び基部が外嵌される部位の軸方向への膨張量差ΔＬ´−ΔＬよりも、フリンガーの基部と内輪又は第２の金属部材とのシメシロＬ−Ｌ´を大きく設定した（ΔＬ´−ΔＬ＜Ｌ−Ｌ´）。したがって、スピンドル装置の回転によって昇温した場合であっても、フリンガーに対する軸方向締結力を維持でき、クリープが発生してしまうことを防止できる。

上記（５）に記載のスピンドル装置によれば、フリンガーの基部と内輪又は第２の金属部材とのシメシロＬ−Ｌ´について、０．１≦Ｌ−Ｌ´≦１（ｍｍ）を満たすように設定したので、フリンガーに適切な軸方向締結力が付与され、クリープ防止及び変形防止を両立することが可能である。

上記（６）に記載のスピンドル装置によれば、ΔＬ´−ΔＬ＋０．１＜Ｌ−Ｌ´＜ΔＬ´−ΔＬ＋１（ｍｍ）を満たすように各パラメータを設定したので、スピンドル装置の回転によって各部材が昇温した場合であっても、フリンガーに適切な軸方向締結力が付与され、クリープ防止及び変形防止を両立することが可能である。

本発明の一実施形態に係るスピンドル装置の断面図である。 図１のスピンドル装置の要部拡大断面図である。 図１のフリンガー及び金属部材の寸法を示す図である。 本発明の第１変形例に係るフリンガー及び金属部材の寸法を示す図である。 本発明の第２変形例に係るフリンガー及び金属部材の寸法を示す図である。 本発明の第３変形例に係るフリンガー及び金属部材の寸法を示す図である。 本発明の第４変形例に係るフリンガー及び金属部材の寸法を示す図である。 本発明の第５変形例に係るフリンガー及び金属部材の寸法を示す図である。 本発明の第６変形例に係るフリンガーの断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るスピンドル装置について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、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（軸方向前側、軸方向一端側）を支承する２列の前側軸受５０，５０と、反工具側（軸方向後側、軸方向他端側）を支承する２列の後側軸受６０，６０を介して、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、前側軸受外輪押え１２、外筒１３、後側ハウジング１４、後蓋５によって構成されている。

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、不図示の加工工具を回転軸１１に取付けるために使用される。例えば、工具取付孔２４及び雌ねじ２５には、不図示の砥石クイルが取り付けられることで、研削加工が可能となる。
なお、回転軸１１の構成は、一端側に加工工具が取り付けられるものであればよく、工具取付孔２４及び雌ねじ２５の代わりに、回転軸１１の軸芯にドローバーを摺動自在に挿嵌するようにしてもよい。ドローバーは、工具ホルダを固定する不図示のコレット部を備え、皿ばねの力によってコレット部を反工具側方向に付勢する。

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、その外周面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とはモータ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。

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。

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にボルト１５で締結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。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、内輪間座５５及び金属部材７２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。

金属部材７２は、ＳＣ材、ＳＣＭ材、ＳＵＳ材、ＣＵ材などの金属からなり、回転軸１１に外嵌し、軸方向前側及び後側にそれぞれ位置して互いに当接する第１及び第２の金属部材７０，７１から構成される。なお、回転軸１１と第１及び第２の金属部材７０，７１との嵌合は、すきま嵌合としてもよいし、しめしろ嵌合としてもよい。

図２に示すように、第１の金属部材７０は、軸方向に延びる円筒部７０ａと、該円筒部７０ａの軸方向前側から径方向外側に延出する鍔部７０ｂと、を有する鍔付き間座である。鍔部７０ｂの軸方向前面７０ｃは、ナット１６と全面が当接するように径方向長さが設定されている。

図３も参照し、第２の金属部材７１は、第１の金属部材７０の円筒部７０ａよりも径方向外側に延在する間座であり、軸方向前面７１ａは第１の金属部材７０の円筒部７０ａの軸方向後面７０ｄと当接し、軸方向後面７１ｂは内輪５２の軸方向前面と当接する。

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にボルト６６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。

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。

ここで、本実施形態のようなスピンドル装置１０を用いた研削加工では、一般的に研削液を多量に加工部に供給し、加工部の冷却及び加工粉の除去を行なっている。この加工液が前側軸受５０，５０に浸入しないように、本実施形態のスピンドル装置１０では、フリンガー４０が、前側軸受５０，５０より工具側（図中左側）において第１の金属部材７０の円筒部７０ａに外嵌されることによって回転軸１１と一体回転可能とされている。このように、フリンガー４０は、ハウジングＨ（前側軸受外輪押え１２及び外筒１３）との間にラビリンスシールを構成して、外部からかかる研削液を回転軸１１の回転と共に振り切り、前側軸受５０，５０への液体の浸入を抑制する防水機能が与えられる。

フリンガー４０は、アラミド繊維複合材料（ＡＦＲＰ）や炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）等の樹脂製の繊維強化複合材料からなり、第１の金属部材７０の円筒部７０ａに外嵌して固定された基部としての円筒状のボス部４２と、該ボス部４２の軸方向前端部から径方向外方に延設された円盤部４３、及び該円盤部４３の径方向外側端部から軸方向後側に向かってリング状に延設された円環部４４を有する延設部４５と、を有する。なお、ボス部４２から径方向外側に延設する延設部４５の構成は、本実施形態のように円盤部４３及び円環部４４を有するものに限定されず、例えば、円盤部４３のみによって構成されてもよい。

ボス部４２は、前側軸受外輪押え１２の内周面１２ｃに対して僅かな隙間を介して径方向に対向配置されると共に、第１の金属部材７０の鍔部７０ｂの軸方向後面７０ｅと当接することによって軸方向に位置決めされる。円盤部４３は、前側軸受外輪押え１２の軸方向前面１２ａ（ハウジングＨの軸方向前面）に対して僅かな隙間を介して対向配置され、これら円盤部４３及び前側軸受外輪押え１２の軸方向前面１２ａは、径方向外側に向かうに従って軸方向後側に傾斜するテーパ形状とされている。円環部４４は、前側軸受外輪押えの外周面１２ｂ及び当該外周面１２ｂに滑らかに接続する外筒１３の外周面１３ａ（ハウジングＨの外周面）に対して僅かな隙間を介して径方向に対向配置されている。このように、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え１２及び外筒１３と僅かな軸方向隙間及び径方向隙間、例えば０．５ｍｍ程度の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。

特に、円環部４４の内周面と、前側軸受外輪押え１２及び外筒１３の外周面１２ｂ、１３ａ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。

さらに、外筒１３の外周面１３ａには、円環部４４の内周面と径方向に対向しない軸方向後方位置において、径方向内方に向かう円環溝８０が凹設されている。当該円環溝８０の軸方向前側端部と、円環部４４の軸方向後端面と、は回転軸１１と直交する同一平面上に位置している。したがって、スピンドル停止時においても、加工液は円環溝８０によって案内されて外部に排出されるので、加工液がラビリンス隙間に浸入することを防止することが可能である。

また、本発明のフリンガー４０は、上述したように、金属と比較して、引張強度が高く、比重が小さいアラミド繊維複合材料（ＡＦＲＰ）や炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）等の樹脂製の繊維強化複合材料から形成されている。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。炭素繊維強化複合材料は、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。

繊維強化複合材料の特性としては、比重が、好ましくは４．５（ｇ／ｃｍ^３）以下、より好ましくは２．７（ｇ／ｃｍ^３）以下であり、引張強度（ＭＰａ）／密度（ρ：ｇ／ｃｍ^３）と表した場合の比強度が、好ましくは７４（ｋＮｍ／ｋｇ）以上、より好ましくは１６０（ｋＮｍ／ｋｇ）以上であることが望ましい。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^−６Ｋ^−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。

このように、一般的な金属と比較して比強度（引張強度／密度）が高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。

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。また、フリンガー４０の円環部４４に作用する遠心力が小さくなることで、比較的強度が弱い片持ち構造となる円環部４４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。これにより、円環部４４の径方向長さ及び軸方向長さを長く設定して、ラビリンスシールの長さが長くなり防水効果が向上する。

また、フリンガー４０と第１の金属部材７０との嵌合は、適度なすきまを持ったすきま嵌合として接着接合してもよく、或は、しめしろ嵌合としてもよい。

ここで、図３に示すように、本実施形態のフリンガー４０及び金属部材７２は、フリンガー４０のボス部４２の軸方向長さをＬとし、当該ボス部４２が外嵌される円筒部７０ａの外周面の軸方向長さをＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´となるように設定されている。したがって、フリンガー４０のボス部４２を第１の金属部材７０の円筒部７０ａの外周面に外嵌した状態で、第１の金属部材７０をナット１６で軸方向に締め付けた場合、フリンガー４０のボス部４２は、第２の金属部材７１の軸方向前面７１ａに対して軸方向に固定される。したがって、フリンガー４０には、軸方向の締結力が第１及び第２の金属部材７０，７１を介して与えられ、固定を強固とすることが可能である。
なお、フリンガー４０のボス部４２と第２の金属部材７１とのシメシロＬ−Ｌ´は、スピンドル装置１の各構成部品の製作精度（特に軸方向の寸法精度）に応じて、適切に設定される。

また、フリンガー４０のボス部４２と第２の金属部材７１とのシメシロＬ−Ｌ´は、スピンドル装置１の各構成部品の大きさや形状にもよるが、フリンガー４０がクリープせず繊維強化複合材料が変形しない程度の圧縮力等を考慮すると、概ね０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍとすることが望ましい。

また、スピンドル装置１の回転中は、モータＭ等の発熱によって、各構成部品に温度上昇が生じ得るが、繊維強化複合材料（例えば、ＰＡＮ系ＣＦＲＰ）からなるフリンガー４０は、第１の金属部材７０よりも線膨張係数が小さいので、フリンガー４０に対する軸方向の締結力が失われる虞がある。より具体的には、任意の温度に昇温した場合において、フリンガー４０のボス部４２の軸方向長さの膨張量をΔＬとし、第１の金属部材７０の円筒部７０ａの外周面の軸方向長さの膨張量をΔＬ´としたとき、ΔＬ＜ΔＬ´であり、フリンガー４０のボス部４２と第２の金属部材７１とのシメシロが（Ｌ−Ｌ´）−（ΔＬ´−ΔＬ）となるので、（Ｌ−Ｌ´）−（ΔＬ´−ΔＬ）≦０の場合は、フリンガー４０のボス部４２に対する軸方向の締結力が失われる。そこで、本実施形態においては、（Ｌ−Ｌ´）−（ΔＬ´−ΔＬ）＞０、すなわち、ΔＬ´−ΔＬ＜Ｌ−Ｌ´を満たすように設定することにより、スピンドル装置１の回転等によって昇温した場合であっても、フリンガー４０に対する軸方向締結力を維持でき、クリープが発生してしまうことを防止できる。

さらに、フリンガー４０がクリープせず繊維強化複合材料が変形しない程度の圧縮力等を考慮すると、任意の温度に昇温した場合における、フリンガー４０のボス部４２と第２の金属部材７１とのシメシロ（Ｌ−Ｌ´）−（ΔＬ´−ΔＬ）は、概ね０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍとすることが望ましい。

また、フリンガー４０の円盤部４３は、径方向外側に向かうに従って軸方向後側に傾斜するテーパ形状であるので、高速回転の際、円盤部４３が軸方向に変形することで、円盤部４３から軸へ延設されている面に圧縮側（半径方向内向き＝回転軸芯に向かう放射線状）の応力が作用する。そして、この応力が、ボス部４２の軸方向一端部から円盤部４３にかけて働く遠心力に対して逆方向の抗力として働くので、該遠心力を抑制することができる。その結果、フリンガー４０の回転中の内部応力が軽減されると共に、半径方向の変形を小さくできる。したがって、回転中の遠心力膨張による軸方向への応力を抑制することができ、主軸に使用される軸受５０，６０のｄｍｎ値（特に、フリンガー４０が前方に配置される前側軸受５０のｄｍｎ値）が１００万以上のような高速回転であっても高い防水性能を得ることができる。

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。

例えば、上述の実施形態においては、金属部材７２は、第１及び第２の金属部材７０，７１から構成されていたが、図４に示すように、１つの金属部材、より具体的には、ナット１６及び前側軸受５０の内輪５２の軸方向前面に挟まれる円筒部７２ａと、該円筒部７２ａの軸方向前側から径方向外側に延出する鍔部７２ｂと、を有する鍔付き間座であってもよい。この場合、フリンガー４０のボス部４２の軸方向長さＬは、ボス部４２が外嵌される円筒部７２ａの外周面の軸方向長さＬ´よりも大きくなるように設定される（Ｌ＞Ｌ´）。このように構成した場合であっても、金属部材７２をナット１６で軸方向に締め付けることによって内輪５２を位置決め固定した場合、フリンガー４０のボス部４２と内輪５２とのシメシロがＬ−Ｌ´（＞０）となり、金属部材７２を介してフリンガー４０に軸方向の締結力を与えることができるので、固定を確実とすることが可能である。

また、図５や図６に示すように、フリンガー４０の円盤部４３は、径方向に直線状に延び、径方向断面が略平面となるように形成されても構わない。この場合、前側軸受外輪押え１２の軸方向前面１２ａ（ハウジングＨの軸方向前面）も同様に、径方向に直線状に延びる平面形状となるように形成され、これら円盤部４３及び前側軸受外輪押え１２の軸方向前面１２ａは僅かな隙間を介して軸方向に対向配置される。

また、図７や図８に示すように、第１の金属部材７０及び金属部材７２は、少なくとも軸方向に延びてフリンガー４０が外嵌される円筒部７０ａ、７２ａを有する限り、鍔部７０ｂ、７２ｂを有する必要はない。

また、図９に示すように、第２の金属部材７１は、軸方向に延びて第１の金属部材７０円筒部７０ａの軸方向後面７０ｄと当接する他の円筒部７１ｃと、当該円筒部７１ｃの軸方向後側から径方向外側に延設される他の鍔部７１ｄと、を有する鍔付き間座であってもよい。この場合、フリンガー４０のボス部４２は、第１及び第２の金属部材７０，７１の円筒部７０ａ，７１ｃに外嵌し、鍔部７０ｄ，７１ｄに軸方向両側から挟持される。ここで、フリンガー４０のボス部４２の軸方向長さＬは、ボス部４２が外嵌される円筒部７０ａ，７１ｃの外周面の軸方向長さＬ０，Ｌ１の合計Ｌ´よりも大きくなるように設定される（Ｌ＞Ｌ´＝Ｌ０＋Ｌ１）。このように構成した場合であっても、第１及び第２の金属部材７０，７１をナット１６で軸方向に締め付けることによって内輪５２を位置決め固定した場合、フリンガー４０のボス部４２と第２の金属部材７１の鍔部７１ｄとのシメシロがＬ−Ｌ´（＞０）となり、金属部材７２を介してフリンガー４０に軸方向の締結力を与えることができるので、固定を確実とすることが可能である。

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。

１０ スピンドル装置
１１ 回転軸
１２ 前側軸受外輪押え
１２ａ 軸方向前面（軸方向一端面）
１２ｂ 外周面
１２ｃ 内周面
１３ 外筒
１３ａ 外周面
１６ ナット
４０ フリンガー
４２ ボス部（基部）
４３ 円盤部
４４ 円環部
４５ 延設部
５０ 前側軸受（軸受）
５１ 外輪
５２ 内輪
５３ 玉
５４ 外輪間座
５５ 内輪間座
７０ 第１の金属部材
７０ａ 円筒部
７０ｂ 鍔部
７０ｃ 軸方向前面
７０ｄ 軸方向後面（軸方向他端面）
７０ｅ 軸方向後面
７１ 第２の金属部材
７１ａ 軸方向前面
７１ｂ 軸方向後面
７１ｃ 円筒部
７１ｄ 鍔部
７２ 金属部材
７２ａ 円筒部
７２ｂ 鍔部
７２ｅ 軸方向後面
Ｈ ハウジング
Ｍ モータ

Claims (6)

1. 軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
   前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
   前記回転軸に外嵌する環状の金属部材と、
   前記金属部材の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
   を備えたスピンドル装置であって、
   前記金属部材は、第１及び第２の金属部材からなり、
   前記第１の金属部材は、軸方向に延びる円筒部を有する間座であり、
   前記第２の金属部材は、前記円筒部よりも径方向外側に延在し、該円筒部の軸方向他端面及び前記軸受の内輪の軸方向一端面に当接する間座であり、
   前記フリンガーは、前記第１の金属部材の円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部から径方向外側に延設する延設部と、を有するとともに、繊維強化複合材料からなり、
   前記基部の軸方向長さをＬとし、前記基部が外嵌される前記円筒部の外周面の軸方向長さをＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´である
   ことを特徴とするスピンドル装置。
2. 軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
   前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
   前記回転軸に外嵌する環状の金属部材と、
   前記金属部材の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
   を備えたスピンドル装置であって、
   前記金属部材は、第１及び第２の金属部材からなり、
   前記第１の金属部材は、軸方向に延びる円筒部を有する間座であり、
   前記第２の金属部材は、軸方向に延びて前記円筒部の軸方向他端面及び前記軸受の内輪の軸方向一端面に当接する他の円筒部と、前記他の円筒部の軸方向他端側から径方向外側に延設される他の鍔部と、を有する鍔付き間座であり、
   前記フリンガーは、前記第１の金属部材の円筒部及び前記第２の金属部材の他の円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部から径方向外側に延設する延設部と、を有するとともに、繊維強化複合材料からなり、
   前記基部の軸方向長さをＬとし、前記基部が外嵌される前記第１の金属部材の円筒部及び前記第２の金属部材の他の円筒部の外周面の軸方向長さの合計をＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´である
   ことを特徴とするスピンドル装置。
3. 軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
   前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
   前記回転軸に外嵌する環状の金属部材と、
   前記金属部材の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
   を備えたスピンドル装置であって、
   前記金属部材は、軸方向に延びて前記軸受の内輪の軸方向一端面に当接する円筒部を有する間座であり、
   前記フリンガーは、前記金属部材の円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部から径方向外側に延設する延設部と、を有するとともに、繊維強化複合材料からなり、
   前記基部の軸方向長さをＬとし、前記基部が外嵌される前記円筒部の外周面の軸方向長さをＬ´としたとき、Ｌ＞Ｌ´である
   ことを特徴とするスピンドル装置。
4. 所定の昇温による前記基部及び前記円筒部の外周面の軸方向長さの膨張量を、それぞれΔＬ及びΔＬ´としたとき、ΔＬ´−ΔＬ＜Ｌ−Ｌ´である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスピンドル装置。
5. ０．１≦Ｌ−Ｌ´≦１（ｍｍ）である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスピンドル装置。
6. ΔＬ´−ΔＬ＋０．１＜Ｌ−Ｌ´＜ΔＬ´−ΔＬ＋１（ｍｍ）である
   ことを特徴とする請求項４に記載のスピンドル装置。

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