(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラストフランジ部が径方向に設けられ、前記スラストフランジ部に対し負荷側を縮径させて形成した縮径部を有する主軸と、
前記主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、
前記主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受と、
前記主軸を前記ジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持するフレームと、
を備え、
前記スラスト軸受は、前記スラストフランジ部を挟持する第１のスラスト軸受および第２のスラスト軸受を備え、
前記第２のスラスト軸受は、
前記主軸の前記縮径部側に配置されるとともに、前記主軸の縮径分に相当する分が前記第１のスラスト軸受よりも拡張されて冷却液路形成領域が形成されており、当該冷却液路形成領域に冷却液を流す冷却液路が形成されている
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第１のスラスト軸受および前記第２のスラスト軸受は、前記スラストフランジ部に対向して当接する面をそれぞれ軸受面とした第１のスラストメタルおよび第２のスラストメタルを備えており、
前記第２のスラストメタルは、
前記軸受面が前記第１のスラストメタルの軸受面と同幅に形成される一方、前記スラストフランジ部側とは反対側の面は、前記主軸の縮径分に相当する分だけ前記第１のスラストメタルよりも拡張され、主軸方向に対して漸次薄肉状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記冷却液路形成領域における前記冷却液路を挟むように、前記スラスト軸受の径方向にシール材を設けた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機の一例として、主軸と、主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受と、主軸をジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持するフレームとを備えたモータがある。
【０００３】
さらに、かかるモータの一例として、軸受隙間に対し圧縮空気を供給することにより、主軸をラジアル方向及びスラスト方向に対し、非接触で支持する静圧空気軸受を有するスピンドルモータが知られている（例えば、特許文献１を参照）。かかる構成のスピンドルモータは、例えば、工作機械のスピンドルを高速で回転させるモータとして用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したスピンドルモータは、かなりの高速で回転するにも拘わらず、軸受の冷却については改善の余地が残されていた。例えば、スラスト軸受の発熱量は、大きくなりがちであるが、そうなると、スラスト軸受の摩擦力が大きくなるなどの熱による弊害が生じ、要求される寿命を満足できないことも考えられる。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、スラスト軸受を冷却可能とした回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一態様に係る回転電機は、スラストフランジ部が径方向に設けられ、前記スラストフランジ部に対し負荷側を縮径させて形成した縮径部を有する主軸と、前記主軸のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、前記主軸のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受と、前記主軸を前記ジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持するフレームとを備えている。そして、前記スラスト軸受は、前記スラストフランジ部を挟持する第１のスラスト軸受および第２のスラスト軸受を備え、前記第２のスラスト軸受は、前記主軸の前記縮径部側に配置されるとともに、前記主軸の縮径分に相当する分が前記第１のスラスト軸受よりも拡張されて冷却液路形成領域が形成されており、当該冷却液路形成領域に冷却液を流す冷却液路を形成している。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、スラスト軸受を効果的に冷却することができ、発熱による弊害を未然に防止して、熱による低寿命化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る回転電機の縦断面視による説明図である。
【図２】図２は、同回転電機の要部を拡大した縦断面視による説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転電機の実施形態を詳細に説明する。以下では、回転電機をスピンドルモータとして説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は、実施形態に係る回転電機としてのスピンドルモータの縦断面視による説明図、図２は、同スピンドルモータの要部を拡大した縦断面視による説明図である。なお、本実施形態に係るスピンドルモータは、図には表さないが、スピンドル軸と軸受との間に微少な軸受隙間を設けている。すなわち、かかる軸受隙間に圧縮空気を供給することにより、スピンドル軸を非接触支持する構成とした静圧空気軸受構造を有する高速スピンドルモータとしている。
【００１２】
図１および図２に示すように、スピンドルモータ１０は、主軸１と、主軸１のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、主軸１のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受とを備えている。
【００１３】
さらに、スピンドルモータ１０は、主軸１をジャーナル軸受およびスラスト軸受を介して支持する筒状のフレーム２を備えている。
【００１４】
そして、図１に示すように、フレーム２の先端側にはキャップ２１を設けるとともに、フレーム２の基端側にはブラケット２２を設けている。
【００１５】
キャップ２１は、図２に示すように、主軸１を挿通する挿通孔２７を形成するキャップ中央部分の壁厚を薄くし、主軸１の先端の縦断面形状に合わせて、断面視で端壁に段差を設けている。
【００１６】
また、フレーム２内において、図１に示すように、主軸１の基端側には、固定子３１と回転子３２とを具備する回転駆動部３が設けられている。
【００１７】
固定子３１は、積層コアからなる固定子本体３１ａと、この固定子本体３１ａに巻回されるとともに、樹脂材料によりコイルがモールドされたモールドコイル部３１ｂとを備えている。なお、図１において、符号３３は回転駆動部３の固定子３１を冷却するための冷却ジャケットを示し、水冷用、あるいは空冷用の図示しない冷却媒体通路が形成されている。
【００１８】
一方、回転子３２は、円筒形に形成された回転子本体の外周面にマグネットを設けて構成されており、固定子３１との間に僅かな間隙を設けて対向するように主軸１に同心的に取付けられている。なお、回転子本体は、積層コア、あるいは鉄などの削り出し部品によって形成される。
【００１９】
かかる構成により、モールドコイル部３１ｂへ通電すると、磁極変位によって回転子３２に回転力が生じ、それに伴って主軸１が回転する。
【００２０】
本実施形態に係るスピンドルモータ１０の軸受は、その配設位置から区分すれば、主軸１を回転させる回転駆動部３が設けられた基端側を支持する基端側軸受と、工具などが取付けられて主軸１の負荷側となる先端側を支持する先端側軸受とから構成されている。
【００２１】
そして、基端側軸受としては、図１に示すように、主軸１の基端側を支持する基端側ジャーナル軸受４がその機能を果たしている。一方、先端側軸受としては、図１に示すように、負荷側ジャーナル軸受４１と、第１のスラスト軸受５と、第２のスラスト軸受６とがその機能を果たしている。
【００２２】
また、本実施形態に係るスピンドルモータ１０の軸受は、その機能から区分すれば、主軸１のラジアル方向を軸支持するジャーナル軸受と、主軸１のスラスト方向を軸支持するスラスト軸受とから構成されている。
【００２３】
そして、ジャーナル軸受は、図１に示すように、基端側ジャーナル軸受４と負荷側ジャーナル軸受４１とから構成される。一方、スラスト軸受は、図１および図２に示すように、主軸１の径方向に設けられたスラストフランジ部１１を挟持する第１のスラスト軸受５および第２のスラスト軸受６から構成される。
【００２４】
ところで、第１のスラスト軸受５と負荷側ジャーナル軸受４１とは、共用軸受７として一体的に形成されている。すなわち、共用軸受７は、第１のスラスト軸受５がスラストフランジ部１１に当接するフランジ部を有するように形成され、この第１のスラスト軸受５から主軸１の基端側に向けて延在するように、負荷側ジャーナル軸受４１が所定長さの筒状に形成されて構成されている。
【００２５】
このように、本実施形態に係る主軸１の軸受の具体的な構成としては、基端側ジャーナル軸受４と、第２のスラスト軸受６と、負荷側ジャーナル軸受４１と第１のスラスト軸受５とが一体形成された共用軸受７との３つのパーツから構成される。
【００２６】
第１のスラスト軸受５の端面には、第１のスラストメタル５１が設けられており、主軸１のスラストフランジ部１１の回転駆動部３側を向く面に当接している。
【００２７】
一方、第２のスラスト軸受６の端面には、第２のスラストメタル６１が設けられており、主軸１のスラストフランジ部１１の負荷側を向く面に当接している。なお、図中、符号１２は、スラストフランジ部１１の厚みに相当するスペーサを示しており、第１のスラスト軸受５と第２のスラスト軸受６との間に介設されている。
【００２８】
上述してきた構成において、本実施形態におけるスラスト軸受には、当該スラスト軸受を冷却するための冷却液を流すスラスト軸受用冷却液路８１が形成されている。
【００２９】
すなわち、図１に示すように、フレーム２には、主軸１の大半の部分を囲繞するように冷却液路８が形成されている。しかし、この冷却液路８をスラスト軸受まで延長することは難しいと考えられていた。なお、図１中、符号８１ａは、冷却液路８に連続するとともに、基端側ジャーナル軸受４と共用軸受７とに形成された環状冷却液路を示す。
【００３０】
他方、スラスト軸受は、主軸１を高速回転させた場合、発熱量が多いことが分かっており、その冷却を図ることがスピンドルモータ１０の高速化には重要である。
【００３１】
そこで、本実施形態に係るスピンドルモータ１０では、主軸１に、スラストフランジ部１１に対する負荷側を縮径させた縮径部１３を形成し、この縮径部１３側に配置された第２のスラスト軸受６に、主軸１の縮径分に相当する拡幅部分を形成している。そして、図２に示すように、当該拡幅部分に、スラスト軸受用冷却液路８１を形成するための冷却液路形成領域６２を形成している。
【００３２】
すなわち、第２のスラスト軸受６は、これまでのスラスト軸受よりも主軸１の縮径分（拡幅部分である冷却液路形成領域６２の面積に相当）だけ拡張されることになり、当該第２のスラスト軸受６まで冷却液路８を容易に延長することが可能となった。
【００３３】
すなわち、図２に示すように、フレーム２に形成された冷却液路８と連通するように、第１のスラスト軸受５、スペーサ１２、第２のスラスト軸受６を貫通する延長冷却液路８０を形成している。
【００３４】
そして、延長冷却液路８０の終端を、主軸１の方向に所定長さだけ垂直に延長し、主軸１の周りを囲繞する環状のスラスト軸受用冷却液路８１を形成している。
【００３５】
このように、冷却液路８から連続するスラスト軸受用冷却液路８１を冷却液路形成領域６２に形成することによって第２のスラスト軸受６を所望する程度まで冷却することができる。こうして、第１のスラスト軸受５を含むスラスト軸受の冷却が可能となり、スピンドルモータ１０のさらなる高速化が可能となった。
【００３６】
また、冷却液路形成領域６２におけるスラスト軸受用冷却液路８１を挟むように、スラスト軸受の径方向にシール材を設けている。ここでは、キャップ２１における、第２のスラスト軸受６の冷却液路形成領域６２に当接する面に、スラスト軸受用冷却液路８１を挟むようにしてシール装着溝２５，２５を形成し、このシール装着溝２５にＯリング２６を装着している。
【００３７】
すなわち、Ｏリング２６を用いた低コストの構成でありながら、形成したスラスト軸受用冷却液路８１に冷却液を流しても、第２のスラスト軸受６とキャップ２１との間から漏れ出る虞がなく、スピンドルモータ１０を安心して使用することができる。
【００３８】
このように、本実施形態に係るスピンドルモータ１０は、低コストであっても十分なシール状態を実現しつつ、発熱しがちなスラスト軸受の冷却を可能としている。
【００３９】
また、本実施形態における第２のスラストメタル６１では、主軸１の縮径分に相当する拡幅部分からなる冷却液路形成領域６２の先端部を、主軸１の縮径部１３に可及的に近接させている。
【００４０】
かかる構成としたことにより、外部からスピンドルモータ１０の内部への異物の進入などが防止できる。
【００４１】
例えば、スピンドルモータ１０が切削工具などの適用されている場合、負荷側には切削刃物などが装着されていることが考えられる。その場合、切削作業中に飛び跳ねた切削切粉や切削油などがキャップ２１の挿通孔２７の内周縁と主軸１の先端部との間隙から進入することも考えられる。しかし、第２のスラストメタル６１の先端が主軸１に可及的に近接しているため、これらの進入を防止することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態における第２のスラストメタル６１は、軸受面を第１のスラストメタル５１の軸受面と同幅に形成している。
【００４３】
これは、第１のスラストメタル５１と第２のスラストメタル６１とで、スラストフランジ部１１を挟持する際の押圧力を等しくするためであり、主軸１をバランスよく軸支可能としている。
【００４４】
また、第２のスラストメタル６１は、スラストフランジ部１１側とは反対側の面を、主軸１の縮径分に相当する分だけ拡幅し、主軸１の方向に対して漸次薄肉状に形成されている。
【００４５】
かかる構成としたことにより、図２に示すように、スラストフランジ部１１と当接する面積を所定広さに維持しつつ、縮径して生じた主軸１の段差部に必要以上の空間を生じさせることもない。つまり、無用な空気溜りを形成することがない。
【００４６】
また、第２のスラストメタル６１の先端部についても、当該第２のスラストメタル６１以外の第２のスラストメタル６１と合わせて、主軸１の縮径部１３の周面に可及的に近接した状態となっている。
【００４７】
したがって、主軸１との間の極めて狭い間隙部分の長さを長くすることができ、外部からスピンドルモータ１０の内部への異物の進入を、より効果的に防止することができる。
【００４８】
上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１    主軸
２    フレーム
４    基端側ジャーナル軸受
５    第１のスラスト軸受
６    第２のスラスト軸受
８    冷却液路
１０    スピンドルモータ
１１    スラストフランジ部
５１    第１のスラストメタル
６１    第２のスラストメタル
６２    冷却液路形成領域
８１    スラスト軸受用冷却液路
【図１】
0005510429.tif 000002
【図２】
0005510429.tif 000003