JPH0510535Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、駆動モータを内蔵し、そのロータが
冷却されるようになつているスピンドルユニツト
に関する。

［従来技術及びその問題点］ スピンドルユニツトの一種に、中空穴を有して
固設されたスピンドル外筒と、上記中空穴内に挿
入された回転可能なスピンドル軸とを含むものが
ある。スピンドル軸は、従来が外部から加えられ
る駆動力（例えばベルト駆動力、ギヤー駆動力）
によつて回転されていたが、ベルト駆動の場合、
20000〜30000rpm程度の高速回転になると、騒
音、振動、発熱等の問題を惹起することになる。

こうした問題点を考慮して、スピンドルユニツ
トの内部にステータとロータとから成る駆動モー
タを組み込むことが行なわれており、このように
すれば、前記ベルト駆動等と異なり、ベルトによ
る振動、騒音の問題はなくなる。しかし、その反
面、モータを内蔵するのでモータの発熱の問題が
生ずることになる。モータが発熱すると、この熱
がスピンドル軸からこれを支承するための軸受
（特にその内輪）に伝わり、内輪と外輪との温度
差が大きくなる。

その結果、内輪の熱膨張量が外輪の熱膨張量よ
り大きくなり、軸受の予圧が必要以上に大きくな
つて軸受が焼き付くことがある。また、スピンド
ル軸そのものもモータの熱によつて軸方向に膨張
し、スピンドルユニツト全体としての精度上の問
題や、熱変位によるワーク加工精度上の問題を生
ずることになる。

本考案は、上記従来技術における不具合を解決
すること、即ち駆動モータを内蔵し、それ故内部
に発熱源を有しているスピンドルユニツトにおい
て、スピンドル軸や軸受が熱膨張して作動上支障
をきたさないようにすることを目的としてなされ
たものである。

なお、スピンドルユニツトには、スピンドル軸
の軸方向が略垂直方向となつた状態で使用される
もの（縦形）と、略水平方向となつた状態で使用
されるもの（横形）とがあり、両者間では異なる
事情（例えば、冷却液に作用する重力の影響、ス
ピンドル軸の回転に基づく遠心力の影響等におい
て）があるが、本考案が対象としているのは主と
して縦形のスピンドルユニツトである。

［問題点を解決するための手段、作用］ 上記目的を達成するために、本考案において
は、発熱源となる駆動モータ（特にそのロータ）
を冷却水、冷却油等の冷却液によつて冷却すると
にした。具体的には、スピンドル軸とこれに取り
付けられるロータとの間にロータの内周面に沿つ
てらせん状の通路を形成し、この通路内に冷却液
を流通させる。らせん状の通路は、スピンドル軸
の外周面にらせん状の溝を形成した後、その外側
にスリーブをかぶせることにより形成される。

前記らせん状の通路の供給端及び排出端と、ス
ピンドル軸をその両端において回転自在に支承す
る一対の軸受との間には各々エヤーシールを設け
て、らせん状の通路に流入又はここから流出する
冷却水がこれらの軸受内に流入することを阻止す
る。そして、スピンドル軸にはロータと軸方向に
並んでらせん状の通路より大径の外面を有する固
定部材を固定し、上記らせん状の通路を半径方向
に形成された排水路に接続して固定部材の外周面
で開口させる。

このようにすれば、冷却液はらせん状の通路を
流通する際ロータの熱を奪つて温度上昇を抑え
る。ここで、ロータはらせん状の通路内をらせん
状に流動する冷却液により冷却されることにな
り、軸方向に直線状の道路を形成した場合に比べ
てロータと接触する面積が広くなり、冷却効率が
向上する。また、らせん状の通路はロータに近接
して形成されているので、スピンドル軸の中心部
に形成されている場合に比べて冷却効率が良い。

さらに、エヤーシールが設けられているので、
冷却水はスピンドル軸に設けられたらせん状の通
路の端部から軸受内に流入することはない。した
がつて、冷却水の種類に関わらず、冷却水が軸受
の潤滑性を損ねる心配はない。

加えて、固定部材の排出路内の冷却液はらせん
状の通路より大径の外面に開口しており、大きな
遠心力が作用するので、冷却液が積極的に排出さ
れる。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を添付図面をもとに説明
する。

スピンドル外筒１０は全体として中空筒状を呈
する外側部材１２と、軸方向において外側部材１
２の上端に固定された蓋部材１４と、外側部材１
２の下端に固定された底部材１６とを含む。外側
部材１２の内側には筒状のモータステータ１８が
固定されている。蓋部材１４にはスピンドルユニ
ツトの後部を覆う部材４５と、中間部材４６とが
取り付けられている。底部材１６には部材６３，
６４が取り付けられている。

スピンドル外筒１０の中空穴に挿入されたスピ
ンドル軸２０は、中心部に軸方向に延びる中空穴
２２を有し、軸方向の中間部２４にはロータスリ
ーブ４２を介して筒状のロータ２６が固設されて
いる。スピンドル軸２０は、蓋部材１４に嵌合さ
れた軸受３０により上端を、底部材１６に嵌合さ
れた軸受３２によつて下端をそれぞれ回転自在に
支持され、スピンドル外筒１０に対して回転自在
に組み込まれている。スピンドル軸２０がスピン
ドル外筒１０に組み付けられた状態では、ロータ
２６の外面とモータステータ１８の内面とは僅か
なすきまを介して対向している。

次に、モータステータ１８及びロータ２６の冷
却手段について説明する。

前記外側部材１２の内面にはモータステータ１
８に近接する周溝状の空所３６が設けられてお
り、この空所３６はスリーブ３５により閉塞され
て環状空間となつている。スリーブ３５の内面に
は前記モータステータ１８が固着されている。空
所３６の各端部には前記外側部材１２、蓋部材１
４および部材４５に形成された冷却液供給路３８
と、外側部材１２に形成された冷却液排出路４０
が連通している。したがつて、冷却水を冷却液供
給路３８から差し込んでこの空所３６を流通させ
た後、冷却液排出路４０から排出することによ
り、モータモータステータ１８が冷却される。

また、前記スピンドル軸２０の中間部２４の外
周面には断面角形のらせん溝が所定のピツチで形
成されており、その両端はロータ２６からはみ出
している。らせん溝の外側にロータスリーブ４２
を嵌合させてらせん状の通路４４が形成されてい
る。らせん状の通路４４の上端は、蓋部材１４の
内側に固定された環状の中間部材４６まで延びて
おり、中間部材４６に形成された孔５１により通
路４４の上端を給液路４８に連通させている。部
材４９はスピンドル軸２２に取り付けられ、中間
部材４６との間にラビリンスを形成している。

また、らせん状の通路４４の下端はロータリス
リーブ４２に並んでスピンドル軸２０に嵌合され
た排水用部材５２に形成された半径方向の排出路
５４に通じている。この排出路５４はスピンドル
軸２０の直径より大径の外面５３に向かつて斜め
下方に延び、底部材１６に環状空間として形成さ
れた溜め５８の上部に開口している。この溜め５
８は外側部材１２及び底部材１６に連続して形成
された通路６０に通じている。通路６０の端部の
ねじ部６１には排出ポンプ（図中せず）への管路
が接続される。

また、回転する部材４９，６７と固定された蓋
部材１４、中間部材４６との間の狭い空間に加圧
エアーを供給してなるエヤーシール部６８、およ
び回転する排水部材５２と固定された底部材１６
との間の狭いすきまに加圧エアーを給液して成る
エヤーシール部７０が、通路４４の両端と軸受３
０，３２との間に設けられている。エヤーシール
部では、エヤー供給路７２又は７４から供給され
るエヤーによつて冷却液が軸受３９，３２の内部
空間に流入することを防止する。なお、このエヤ
ー冷却作用も果たす。

蓋部材１４には軸受３０に開口するオイルエヤ
ー潤滑用の供給路６２が形成され、部材６９には
排水路７１が形成されている。底部材１６には軸
受３２に開口するオイルエヤー潤滑用の供給路６
６が形成され、底部材１６、部材６４には排水路
６６が形成されている。オイルエヤー供給路６
２，６５は図示しない通路によつてオイルエヤー
供給装置に連通されている。従つて、オイルエヤ
ー供給路６２，６５から空気流中に油滴をわずか
に送り出して、管路に付着した油を送るオイルエ
ヤー潤滑のオイルエヤーを供給することにより軸
受３０及び３２が潤滑される。オイルエヤーはそ
の後、オイルエヤー排出路７１，６６から排出さ
れる。

本実施例においては、モータステータ１８とロ
ータ２６との間に生ずる電磁作用によつてスピン
ドル軸２０が回転される。この時、モータステー
タ１８及びロータ２６は発熱するが、モータステ
ータ１８及びロータ２６が冷却液によつて冷却さ
れるので、その温度上昇は小さく抑えられる。

すなわち、静止したモータステータ１８は空所
３６内に冷却液を供給することにより冷却する一
方、回転するロータ２６はらせん状の通路４４に
冷却液を供給することにより冷却する。冷却液が
通る通路４４をらせん状にしたので、冷却面積が
広くなり、ロータ２６及びモータステータ１８は
通路２２内をらせん状に流動する冷却液により冷
却されるので、冷却効率が上昇する。

通路４４の下端に達した冷却液は、らせん状の
通路４４の径よりも大径の固定部材５２の排出路
５４に入り、スピンドル軸２０の回転に基づく遠
心力により外面５３を経て通路５４から溜め５８
に強制的に排出され、その後、ポンプによつて通
路６０から排出される。したがつて、冷却水の循
環効率も良い。

なお、上述したのは本考案の一実施例にすぎ
ず、本考案はこの他にも適宜変更が可能である。
例えば、通路４４の断面形状、ピツチや、排出路
５４の孔径、孔数を変更したり、冷却液として油
性又は水性の冷却液を使用することもできる。

［考案の効果］ 以上述べてきたように、本考案によれば、モー
タ内蔵式のスピンドルユニツトにおいて、冷却液
は、ロータの近傍を流通し、ロータと広い面積で
接触し、かつ効率良く循環及び排出されるので、
スピンドル軸及びこれをスピンドル外筒に対して
回転自在に支承する軸受の膨張、変形が効率的に
防止される。

また、らせん状の通路内を流通する冷却液が軸
受内に流入する心配がないので、冷却液が潤滑性
を損ねるかどうかを考慮する必要がなく、冷却液
は冷却性のみを考慮して選択できる。その結果、
冷却液の選択の幅が広がる。

しかも、上記の効率が、従前のスピンドルユニ
ツトの構成を実質的に変更することなくコンパク
トな構造により得られるのである。すなわち、冷
却液を流通させるようにしたため外形が大きくな
るとか、重量が重くなるようなこともないのであ
る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本考案の一実施例を示す正面断面
図である。 主要部分の符号の説明、１０……スピンドル外
筒、１８……モータモータステータ、２０……ス
ピンドル軸、２６……ロータ、３０，３２……軸
受、３８……給液路、４２……ロータスリーブ、
４４……らせん状の通路、５２……排水用部材、
６８，７０……エヤーシール。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 軸方向に伸びる中空穴を有するスピンドル外筒
   と、 該スピンドル外筒の中空穴に取り付けられた筒
   状のモータステータと、 該モータステータの中空穴内に回転自在に挿通
   され、その外周面にらせん溝が形成されたスピン
   ドル軸と、 前記スピンドル外筒に取り付けられ、該スピン
   ドル軸を前記外筒に対して回転自在に支承する一
   対の軸受と、 前記スピンドル軸に取り付けられ、前記らせん
   溝を覆つて冷却液流通用のらせん状の通路を形成
   するロータスリーブと、 該ロータスリーブに固定され、前記ステータの
   内面との間にわずかなすきまを介して対向する筒
   状のロータと、 前記スピンドル軸のらせん状の通路の供給端に
   冷却水を供給する給液路と、 前記スピンドル軸上に前記ロータスリーブと軸
   方向に並んで取り付けられ、前記らせん状の通路
   の排出端に連通して半径方向外向きに延び、前記
   らせん状の通路の外径よりもより大径の外面で開
   口する排出路を有し、前記らせん状の通路を流通
   した冷却液を排水する排水用部材と、 前記スピンドル軸上のらせん状の通路の供給端
   及び排出端と前記各軸受との間にそれぞれ配設さ
   れ、前記スピンドル軸と共に回転する部材と前記
   スピンドル外筒に固定された部材との間にわずか
   なすきまを有して対向する空間に加圧エアーを供
   給して成る一対のエアーシールと、を有すること
   を特徴とするモータ内蔵式スピンドルユニツト。