JPS62196425A - ロ−タ取付け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械の主軸等にロータを直接固定するビ
ルトインモーフのロータ取り付は構造に関する。

〔従来の技術〕

最近、工作機械の主軸が高速回転化するにつれ、主軸に
ロータを直接固定するビルトインモータ式の主軸ユニッ
トが増えてきている。第６図はそのようなロータ取り付
は構造の一例を示す断面図で、モータ軸（スピンドル）
１の外周にロータ２が取り付けられ、そのモータ軸１は
ベアリング１ａ等で締め付けられ、主軸に固定されてい
る。従来、モータ軸１とロータ２とは焼ばめにより固定
されるのが通常で、軸が鋼材の場合には、けい素鋼板製
のロータと熱膨張係数がほぼ等しいので、両者の固定と
いう面では、問題は無い。只、焼ばめの場合、一般的に
は取り外し不可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記ロータ取り付は構造には、２つの問題点がある。１
つは保守上の問題で、ロータを主軸から取り外すことの
できる構造が望ましいが、従来の焼ばめでは不可能であ
った。更に大きな問題としては、高精度化の要求から、
主軸を熱膨張係数の低い材料（例えばセラミック）を使
用する要求があるが、その場合には焼ばめの手法が使え
ない。

また、従来用いられている焼ばめ以外のキー止め。

スプライン、シュパンリング等はいずれも熱膨張係数の
異なる部品の固定には向いていない。殊に、使用時の温
度変化が大きい場合には、ガタ、アンバランスによる騒
音、振動などの支障をもたらす。

本発明は、このような問題点に鑑みて提案されるもので
、熱膨張に対しても良好な精度を保持し、しかも取り外
し可能にロータを取り付け、ロータ焼損の際の交換やス
ピンドル軸受けの交換等が簡便に行えるロータ取り付は
構造を従供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明において、上記の問題点を解決するための手段は
、モータ等のロータを、そのロータと熱膨張係数が異な
る軸部材の外周面に装着するに際し、端面を継ぎ手に形
成され、前記軸部材の外周面に巻着されたリング部材と
、そのリング部材に対向する端面を継ぎ手に形成され、
別な端面を所定の関数に基づく曲斜面に形成され、かつ
前記軸部材に摺動可能に嵌装された管状部材と、外周面
にねじ溝を刻設され、軸部材の外周面に巻着されたねじ
部材と、内周面にねじ溝を刻設され、ねじ部材の外周面
に噛合し、前記管状部材の曲斜面に軸受体を介して対向
する曲斜面を備え、ねじ締めにより管状部材を前記リン
グ部材へ圧接させるくさび部材とで構成され、その管状
部材にロータを固着させることを特徴とし、管状部材の
曲斜面を形成する所定の関数が、管状部材の長さと直径
の比率に基づくロータ取付は構造とするものである。

〔作用〕

本発明は、ロータを直接軸部材に固着するのではなく、
管状部材に固着し、その管状部材は軸部材に着脱可能に
嵌装されるので、ロータ焼損などの場合は交換が可能に
なる。次に、ロータ部位の発熱による熱膨張変形は軸方
向と径方向との両方で発生するが、管状部材を軸部材に
位置決めする構造としては、軸部材に固定されたリング
部材とくさび部材とで管状部材を軸沿いに挟みつける方
式で、かつくさび部材と管状部材とが軸受けを介して対
向する端面を軸部材と管状部材との熱膨張係数の比率の
関数に基づく曲斜面（平斜面もその特殊例として含む）
に形成することにより軸方向の膨張差を吸収し、一方で
、リング部材と管状部材とは放射状溝の継ぎ平端面で圧
接させることにより径方向の変化を吸収するものである
。

〔実施例〕

以下、本発明を、実施例と図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図は、本発明を実施したロータ取り付は構造の一例
を示す断面図である。第１図において、ロータ取り付は
構造は、軸部材であるスピンドル１と、ロータ２と、そ
のロータ２を外側に取り付けられ、かつ前記スピンドル
１に摺動可能に嵌装された管状部材であるスリーブ３と
、そのスリーブ３に対向する端面を継ぎ手に形成され、
前記スピンドル１に巻着されたリング部材４と、スリー
ブ３に対してリング部材４０反対側でスピンドル１に巻
着され、外周面にねじ溝を刻設されたねじ部材５と、内
周面にねじ溝を刻設されてねじ部材５の外周面に噛合す
るくさび材６とで構成され、スリーブ３とくさび材６と
の対向する端面ば曲斜面の特殊例であるテーパ面３ａ及
び６ａに形成され、軸受は体であるボール７を介して、
ねじ締め動作によりスリーブ３を前記リング部材４へ圧
接させている。

スピンドル１は、低熱膨張係数の素材（例えばファイン
セラミックス５ｉＪ４やＡＩｔｏう）よりつくられ、ロ
ータ２はスリーブ３に焼ばめにより固定されている。ス
リーブ３の材質は、一般に用いられる鋼材であるので、
使用時に温度上昇しても、ロータ２との間の固定が変化
することはない。リング部材４は、スピンドルｌに接着
固定されており、また、その一端面には継ぎ手（フェー
スカプリング＞４ｂが形成されている。一方、スリーブ
３の端部にもカプリング部３ｂがあり、軸方向に押し付
けられることで、リング部材４とスリーブ３とは、ガタ
無く組み合わされている。

一方、スピンドル１の図中右方部分で、直径を段状に縮
小した部分に、前記ねじ部材５が接着・固定されている
。ねじ部材５の外周面にはねし溝が切ってあり、その最
外周の直径はスリーブ３の内径よりも小さく設計されて
いる。前記くさび部材６は内周面のねし溝でねじ部材５
に噛合されていて、このくさび部材６を回転させること
により前記テーパ面６ａ−ボール７−テーパ面３ａを介
して、スリーブ３を軸沿いに図中左方へ押圧し、リング
部材４に圧接させることができる。なお、ケージ８はボ
ール７を保持する。

ここで、テーパ面３ａ及び６ａは同一のテーバＴＯを有
していて、ボール７のスピンドル１軸芯からの距離Ｄ１
．ボール７と継ぎ手間３ｂとの距離りとすると、 Ｔ　Ｏ＝　Ｄ　Ｉ　／　Ｌ である。但し、リング部材４．ねじ部材５．くさび部材
６は、スピンドル１とほぼ等しい熱膨張係数の材料で製
作されるものとする（例えば、アンバーの組成を調整し
、所望の熱膨張係数を得ることができる）。

第２図は、ねじ部材５とスピンドル１の接着部を示す部
分断面図で、ねじ部材の内径はスピンドル１の外径ｄ１
よりも数μｍ程度大きく製作されると、精度良（位置決
めされる。その内周面には接着剤を充填される窪み５ａ
が凹設されていて、外周面からの導通孔５ｂ又は端面か
らの切り欠き５Ｃを通じて接着剤を充填されるようにな
っている。また、リング部材４とスピンドル１の接着部
も同様の構造になっている。

第３図（ａ）はリング部材４とスリーブ３とのカプリン
グ部を説明する図で、第１図のＡ−Ａ’による断面図で
あり、第３図（ｂ）はその継ぎ手部分の拡大図である。

リング部材４とスリーブ３との環状端面には、放射状の
溝が刻設されて山と谷を形成し、スリーブの山部３Ｃと
リング部材の山部４Ｃとが交互に相手の谷部へ噛合する
ようになっている。なお、第１図において説明したとお
り、組付は時には、くさび材６のねじ締め動作により、
スリーブ３は前記リング部材４に圧接されるので、スリ
ーブ３はリング部材４に回転方向の位置決めをされると
共に、継ぎ手間の放射形状に従って芯出しも行われ、ガ
タは無くなる。

また、ロータにより生じた回転力はスリーブ３゜リング
部材４を介してスピンドル１に伝えられる。

第４図は、くさび部材６とスリーブ３との対向部分を示
す部分断面図である。

くさび部材６がボール７から受ける反力はテーパ面６ａ
により分力されて内径方向への圧力にもなるため、スピ
ンドル１の外径部分とのガタは無くなる。ボール７は両
側のテーパ面３ａ及び６ａに反力を及ぼし、プリロード
を生じるので、スリーブ３は図中右方の端部においても
スピンドル１にガタ無く支えられ、全体的にもスリーブ
３はスピンドル１にガタ無く支えられることになる。

次に、上記構造のスピンドル１を運転した場合のロータ
発熱及びスピンドル軸受は発熱等による温度上昇の影響
について説明する。

スピンドル１．リング部材４．ねじ部材５及びくさび部
材６は低熱膨張係数材料で形成されていて、例えば、熱
膨張係数ゼロの理想的数値を仮定する。一方、ロータ２
及びスリーブ３の熱膨張係数はほぼｎｘｉ、ｏ”程度で
、仮に、温度上昇が５０°Ｃであると、スリーブ３の長
さの変化、ＬはΔＬ　＝　Ｌ　ｘｌｌｘｌＯ−６ｘ５０
また、ポール位置ＤＩにおけるスリーブ３の直径の変化
ΔＤ１は、 ６Ｄ　１　＝　Ｄ　１　ｘｌｌＸｌ、０−６ｘ５０とな
る。ここで、Ｌ＝２００鰭、Ｄ　１　＝５０ｍｍとする
と、−Ｌ　＝０．１１龍、　　、　Ｄ　Ｉ　＝０．０２
７５酊となり、従来では無視できない値であるが、第４
図に示されるように、テーバ角度ＴｏをＤｉ／Ｌに一致
させであると、スリーブ３の軸方向及び径方向の変形３
゛はテーバＴＯに沿った変形となるので、２つのテーパ
面３ａ及び６ａの距離ｌは変わらない。

また、スリーブ３とリング部材４との結合状態も、第５
図に示す如く、スリーブ３のカプリング部３゛が変形し
ても放射状の山と谷は径方向に同型を保つので、位置決
め、芯出しの双方共に変わらない。

上記実施例は、温度上昇の影響について、熱膨張係数の
比率変化が最もシンプルな形として、スリーブ３とくさ
び部材６との対向面をテーパ面に形成した例で説明した
が、言うまでもなく、４温度上昇は各部分により微妙に
異なるのでその温度分布に基づく関数を用いて所望の曲
斜面に形成することにより精密なロータ取付は構造が得
られる。

〔発明の効果〕

以上、説明したとおり、本発明によれば、使用時の温度
変化が大きい場合にも、ガタ、アンバランスによる騒音
、振動などが発生せず、精度が良好で、また取り外し可
能にロータを取り付けることができるので、ロータ焼損
の際の交換やスピンドル軸受けの交換等が簡便に行える
、優れたロー夕取付は構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したロータ取付は構造の一例の断
面図、第２図〜第５図はその部分断面図、第６図は従来
のロータ取付は構造の断面図である。 １；スピンドル（軸部材）、 ２；ロータ、 ３；スリーブ（管状部材）、 ３ａ；テーパ面（曲斜面）、 ４；リング部材、 ５；ねじ部材、 ６；くさび部材、 ６ａ、テーパ面（曲斜面）、 ７；ポール（軸受は体）、 ８；ケージ。 特　許　出　願　人　　日立精機株式会社第２図 Ｑ 第３図 （Ｑ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図 第５図 （Ｑ）　　　　　　　　　（ｂ）　　。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータ等のロータを、そのロータと熱膨張係数が
   異なる軸部材の外周面に装着するロータ取付け構造にお
   いて、端面を継ぎ手に形成され、前記軸部材の外周面に
   巻着されたリング部材と、そのリング部材に対向する端
   面を継ぎ手に形成され、別な端面を所定の関数に基づく
   曲斜面に形成され、かつ前記軸部材に摺動可能に嵌装さ
   れた管状部材と、外周面にねじ溝を刻設され、軸部材の
   外周面に巻着されたねじ部材と、内周面にねじ溝を刻設
   され、ねじ部材の外周面に噛合し、前記管状部材の曲斜
   面に軸受体を介して対向する曲斜面を備え、ねじ締めに
   より管状部材を前記リング部材へ圧接させるくさび部材
   とで構成され、その管状部材にロータを固着させること
   を特徴とするロータ取付け構造。
2. （２）管状部材の曲斜面を形成する所定の関数が、管状
   部材の長さと直径の比率に基づくことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のロータ取付け構造。