JP6339433B2 - モータ内蔵スピンドル用玉軸受 - Google Patents

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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）。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 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。
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。
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。
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、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、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、シール板の内径方向の長さを、軸受内を通過するエアの入り口側から出口側に向かって、エアが抵抗なくほぼ直線状に通過できる長さに規定したことを特徴とする。
さらに、シール板の内径部と対面する内輪の外径面を直線状に形成した構成を採用するようにしてもよい。
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、シール板の内径方向の長さを、軸受内を通過するエアの入り口側から出口側に向かって、エアが抵抗なくほぼ直線状に通過できる長さに規定したので、軸受の内部をエアが通過する際に、シール板に余分な力が加わり難く、シール板の倒れや変形を防止し、安定したシール性を確保できると共に、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、保持器の振動が生じ難く、高い静粛性を維持することができる。
さらに、シール板の内径部と対面する内輪の外径面を直線状に形成することにより、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。 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。 従来の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。 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。
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。
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。
そして、図１の矢印Ａに示すように、通過するエアの入り口側から出口側に向かって、エアが抵抗なくほぼ直線状に通過できるように、出口側の内輪１１の外径面とシール板１５の内径部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がほぼ同等になるように、シール板１５の内径方向の長さを規定している。
このシール板１５の内径方向の長さは、エアが通過する際の流路抵抗があるため、軸受を通過するエアの流路投影面積よりも投影面積が１０％程度小さくなる長さであればよい。
シール板１５の内径部と対面する内輪１１の外径面との間の隙間が、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の内径方向の長さ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。この条件を満たせば、シール板１５の内径部と対面する内輪１１の外径面との間の隙間を大きくしてもよいが、軸受内部潤滑油の漏洩防止のため、保持器１４の内径よりも小さいことが望ましい。
さらに、エアの通過をより妨げないようにするため、シール板１５の内径部と対面する内輪１１の外径面１１ａを直線状に形成することが望ましい。
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１４ａは、転動体１３を収容するポケットを示している。
保持器１４の内径部１４ｂの寸法ｄは、極力大きくし、エアの通過を妨げないようにすることが好ましいが、保持器１４の内径部１４ｂを大きくすると、保持器１４の強度が低下するので、保持器１４の内径部１４ｂの寸法ｄは、保持器１４の外径部１４ｃの寸法Ｄ、転動体１３が受ける荷重Ｑ、転動体１３と軌道輪間の摩擦係数μ、保持器１４を形成する樹脂材料の許容引張強度σ、保持器１４の軸方向肉厚合計値Ｂとした場合、次式を満足するように決定することが望ましい。
ｄ≦Ｄ−（４*Ｑ*μ）／（σ*Ｂ）
次に、保持器１４の内径部１４ｂの寸法ｄ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１４ａの転動体１３との周方向接触部１４ｄ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１４ａの転動体１３との周方向接触部１４ｄ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。
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１４ｂが、転動体１３のＰＣＤよりも外径側に位置させてもよい。
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１４ａの転動体１３との周方向接触部１４ｄは転動体のＰＣＤよりも外径側に位置している。
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。
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。
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。
１１ ：内輪
１１ａ ：外径面
１２ ：外輪
１３ ：転動体
１４ ：保持器
１４ａ ：ポケット
１４ｂ ：内径部
１４ｃ ：外径部
１４ｄ ：周方向接触部
１５ ：シール板
１６ ：取付溝
１７ ：グリースポケット

Claims (6)

  1. 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、シール板の内径方向の長さを、軸受を通過するエアの入り口側から出口側に向かって、エアが抵抗なくほぼ直線状に通過できる長さに規定したことを特徴とするモータ内蔵スピンドル用玉軸受。
  2. 前記シール板の内径部と対面する内輪の外径面は直線状に形成した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を特徴とする請求項１又は２記載のモータ内蔵スピンドル用玉軸受。
  4. 前記保持器の内径部が、転動体のＰＣＤよりも外径側に位置することを特徴とする請求項１から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. 前記外輪の内径部に、潤滑剤としてグリースを封入した請求項１から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たことを特徴とする請求項１から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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