(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転支持された回転軸に装着されたロータと前記ロータに対向させて前記ハウジングに固定されたステータとを内蔵した回転軸装置であって、
前記回転軸の最大外径とほぼ同じ外径のロータと、
前記ロータを装着する部分の外形を細く形成した小径部を有する回転軸と、
前記ロータの外径とほぼ同じ外径の非磁性体で成る２つのリング部材と、
前記ロータの外径とほぼ同じ外径の押圧部材と、
を具備し、
前記２つのリング部材の一方を前記回転軸の小径部に嵌合し、前記ロータを前記回転軸の小径部に嵌合、焼き嵌めし、前記リング部材の他方を前記回転軸の小径部に嵌合し、次いで前記押え部材を前記回転軸の小径部に嵌合、焼き嵌めし、該押え部材によって前記回転軸の小径部側から前記回転軸の外径の太い部分へ向けて軸方向に前記リング部材の一方、ロータ及びリング部材の他方を押圧することを特徴とした回転軸装置。
【請求項２】
ハウジングに回転支持された回転軸に装着されたロータと前記ロータに対向させて前記ハウジングに固定されたステータとを内蔵した回転軸装置であって、
前記回転軸の最大外径とほぼ同じ外径のロータと、
前記ロータを装着する部分の外形を細く形成した小径部を有する回転軸と、
前記ロータの外径とほぼ同じ外径の非磁性体で成る２つのリング部材と、
前記ロータの外径とほぼ同じ外径の押圧部材と、
を具備し、
前記２つのリング部材の一方を前記回転軸の小径部に嵌合し、前記ロータを前記回転軸の小径部に嵌合、焼き嵌めし、前記リング部材の他方を前記回転軸の小径部に嵌合し、次いで前記押え部材を前記回転軸の小径部に螺合し、該押え部材によって前記回転軸の小径部側から前記回転軸の外径の太い部分へ向けて軸方向に前記リング部材の一方、ロータ及びリング部材の他方を押圧することを特徴とした回転軸装置。
【請求項３】
前記リング部材は、セラミックス、グラファイト、強化プラスチック、強化ガラス、ステンレス等の非磁性材料で成る請求項１または２に記載の回転軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸装置に関し、特にモータ、工作機械、産業機械等の高速回転に適した回転軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械、産業機械等の回転軸装置は、ハウジングに回転支持された回転軸をモータにより回転駆動させるようになっている。このような回転軸装置には、装置の小型化、部品点数の低減等を目的として、ハウジングに回転支持された回転軸の外周部に装着されたロータとロータに対向させてハウジングの内周部に固定されたステータとを有して成る、いわゆるビルトインモータが採用されている。
【０００３】
こうした回転軸装置の一例としては、特公昭５８−３３９３４号公報に開示のころがり軸受装置がある。その図１を参照すると、ころがり軸受装置は、回転軸１の前方部（図１中の左方部）が固定側軸受２でハウジング４に回転支持され、回転軸１の後方部（図１中の右方部）が自由側軸受３でスリーブ５を介してハウジング４の蓋４１に回転支持されている。そして、回転軸１の中央部の外周部にロータが装着され、ロータに対向してハウジング４の内周部にステータが固定された、いわゆるビルトインモータを採用している。
【０００４】
また別の例としては、特開平２−７１９４６号公報に開示のフライス・ボール盤用スピンドル・ユニットがある。その図１を参照すると、このスピンドル・ユニットは、ワークスピンドル９の前方部（図１中の左方部）が軸受１５で軸受スリーブ１２を介して外とう１に回転支持され、ワークスピンドル９の後方部（図１中の右方部）が軸受１６で軸受スリーブ１２を介して外とう１に回転支持されている。そして、ワークスピンドル９の中央部の外周部にブッシュ１１及び軸受スリーブ１２を介して回転子１０が装着され、回転子１０に対向して外とう１の内周部に中間層７を介して固定子８が固定された、いわゆるビルトインモータを採用している。
【０００５】
回転軸装置に採用されるモータとしては、ケイ素鋼板にコイルが巻き付けられたロータを有する誘導モータや永久磁石をロータに用いた同期モータ等がある。このようなモータは、磁界の作用により生じた力を利用して電気エネルギを回転運動エネルギに変換するものである。すなわちハウジングの内周部に固定されたステータと回転軸の外周部に装着されたロータとの間に生じる磁界により、回転軸に回転運動を与えるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の回転軸装置は回転軸の外周部にロータが装着されており、回転軸に対してそのロータ装着部が大径となり、回転軸装置の高速回転時における遠心力やイナーシャが大きくなり、回転軸の回転特性に不都合が生じていた。
【０００７】
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、回転軸装置のロータを含めた回転部分の外径を小さくし、しかも回転軸の剛性を低下させることなく、高速回転時の回転特性を良くした回転軸装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的に鑑みて、本発明は、回転軸のロータ装着部を回転軸の外周部より細く形成し、そこにロータを装着し、そのロータの外径を小さく形成した。そのとき、回転軸とロータの両側部との間に非磁性のための空隙部を設けなければならず、その空隙部に応力が集中し、回転軸の剛性が低下してしまう。そこで、回転軸とロータの両側部との間に非磁性体部材を介在させて一体的に固定したものである。
【０００９】
本発明によれば、ハウジングに回転支持された回転軸に装着されたロータと前記ロータに対向させて前記ハウジングに固定されたステータとを内蔵した回転軸装置であって、前記回転軸の最大外径とほぼ同じ外径のロータと、前記ロータを装着する部分の外形を細く形成した小径部を有する回転軸と、前記ロータの外径とほぼ同じ外径の非磁性体で成る２つのリング部材とを具備し、前記２つのリング部材の一方を前記回転軸の小径部に嵌合し、続けて前記ロータ及び前記リング部材の他方をこの順に前記回転軸の小径部に嵌合し、前記回転軸の小径部側から前記回転軸の外径の太い部分へ向けて軸方向に前記リング部材の一方、ロータ及びリング部材の他方を押圧する回転軸装置が提供される。
更に、本発明によれば、ハウジングに回転支持された回転軸に装着されたロータと前記ロータに対向させて前記ハウジングに固定されたステータとを内蔵した回転軸装置であって、前記回転軸の最大外径とほぼ同じ外径のロータと、前記ロータを装着する部分の外形を細く形成した小径部を有する回転軸と、前記ロータの外径とほぼ同じ外径の非磁性体で成る２つのリング部材と、前記ロータの外径とほぼ同じ外径の押圧部材と、を具備し、前記２つのリング部材の一方を前記回転軸の小径部に嵌合し、前記ロータを前記回転軸の小径部に嵌合、焼き嵌めし、前記リング部材の他方を前記回転軸の小径部に嵌合し、次いで前記押え部材を前記回転軸の小径部に螺合し、該押え部材によって前記回転軸の小径部側から前記回転軸の外径の太い部分へ向けて軸方向に前記リング部材の一方、ロータ及びリング部材の他方を押圧する回転軸装置が提供される。
更に、前記リング部材は、セラミックス、グラファイト、強化プラスチック、強化ガラス、ステンレス等の非磁性材料で形成することができる。
【００１０】
【作用】
回転軸を細くした部分にロータを装着し、ロータの外径を小さくしたので、遠心力やイナーシャが小さくなる。そして、回転軸とロータの両側部との間に非磁性体部材を介在させて固定することにより、非磁性のための空隙部を設ける必要がない。
また、回転軸とロータの両側部との間に非磁性体部材を介在させたので、ロータから回転軸に磁力が伝わらず磁界を乱すことがなく、回転軸の回転特性に悪影響を与えることがない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の回転軸装置を示す断面図であり、図２は、本発明の回転軸装置のロータ及びリング部材の固定部を示す要部拡大断面図である。
図１を参照すると、本発明の回転軸装置１は、回転軸３の前方部（図中の左方部）が一対のベアリング５，５で前方ハウジング７に回転支持され、回転軸３の後方部（図中の右方部）がスリーブ９を介して一対のベアリング１１，１１で後方ハウジング１３に回転支持されている。前方のベアリング５，５の間にはカラー１５，１７が挿入され、内輪がベアリング押え１９により回転軸３に固定され、外輪がベアリング押え２１により前方ハウジング７に固定されている。また後方のベアリング１１，１１の間にはカラー２３，２５が挿入され、内輪がナット部材２７によりカラー２９を介して回転軸３に締め付け、固定され、外輪がスリーブ９に固定されている。後蓋３１は後方ハウジング１３に固定され、後蓋３１と後方ハウジング１３との間にばね部材３３，３３が設けられ、回転軸３が熱膨張した場合に、後方のベアリング１１，１１及びスリーブ９を回転軸３の軸線方向に移動させて、回転軸３の伸びをばね部材３３，３３で吸収するようにしている。ここで言う回転軸とは、例えば工作機械であれば工具が装着される主軸であり、単体のモータであれば出力軸を指すものとする。
【００１２】
回転軸３の中央部の小径外周部３ａにはロータ３５が装着され、ロータ３５はその両側部に非磁性体の材料で成るリング部材３７を介して回転軸３に固定されている。前方ハウジング７の内周部にはロータ３５に対向してステータ３９が固定されている。ロータ３５及びステータ３９でビルトインモータを形成している。押え部材４１はロータ３５及びリング部材３７を回転軸３に固定するためのものである。
【００１３】
次に、図１を参照して、回転軸３へのロータ３５及びリング部材３７の固定方法を説明する。ロータ３５の両側部にリング部材３７を介在させて固定する、すなわちロータ３５及びリング部材３７が回転軸３と一体化して回転軸３の剛性が向上するように、リング部材３７をロータ３５の両側部に対して押圧して固定できる方法が好ましい。
まず、回転軸３の中央部に形成された小径外周部３ａにリング部材３７、ロータ３５、リング部材３７の順に挿入する。このときロータ３５は回転軸３の小径外周部３ａに焼き嵌めされる。その後、リング部材３７の外部から押え部材４１を焼き嵌めし所望の圧力（例えば１．５トン）で回転軸３の軸線方向にプレスした後に除冷することにより、回転軸３の小径外周部３ａにロータ３５がその両側部にリング部材３７を介して固定される。ロータ３５、リング部材３７、押え部材４１の外径は、回転軸３に固定されたときに回転軸３の最大外径とほぼ同じになっていることが望ましい。
これにより、ロータ３５の両側部の空隙部を無くし、リング部材３７を介してロータ３５と回転軸３とを一体化して、回転軸３の剛性を向上させることができる。
【００１４】
リング部材３７を回転軸３及びロータ３５と一体化して回転軸３に直接固定しても、リング部材３７は非磁性体の材料で成るので、ロータ３５から回転軸３に磁力が伝わらず磁界を乱すことがなく、回転軸３の回転特性に悪影響を与えることがない。リング部材３７は、セラミックス、グラファイト、強化プラスチック、強化ガラス、ステンレス等の材料で成る。リング部材３７は高剛性の材料であるのが好ましい。
【００１５】
次に、図２を参照して、回転軸３へのロータ３５及びリング部材３７の別の固定方法を説明する。図１に示した方法と相違するのは、押え部材４１を焼き嵌めするのではなく、押え部材４１をナット部材にしたことである。
この場合、回転軸３の中央部に形成された小径外周部３ａのロータ３５及びリング部材３７の被挿入側にねじ溝３ｂを形成しておき、回転軸３の小径外周部３ａにリング部材３７、ロータ３５、リング部材３７の順に挿入する。このときロータ３５は回転軸３の小径外周部３ａに焼き嵌めされる。その後、ナット部材である押え部材４１をリング部材３７の外部から締め付けることによりロータ３５及びリング部材３７が回転軸３の小径外周部３ａに固定される。ロータ３５、リング部材３７、押え部材４１の外径は、回転軸３に固定されたときに回転軸３の最大外径とほぼ同じになっているのが望ましいことは、図１に示した方法と同様である。ここで、回転軸３の小径外周部３ａをテーパ状に形成しておけばナット部材としての押え部材で４１で、リング部材３７及びロータ３５を回転軸３の小径外周部３ａに強固に固定できる。
【００１６】
回転軸３にロータ３５及びリング部材３７を固定するその他の方法としては、押え部材４１を回転軸３の小径外周部３ａに直接接着する方法や押え部材４１を省略してリング部材３７をロータ３５の両側部の回転軸３に直接接着する方法等、適宜いろいろな固定方法が考えられる。
【００１７】
ここで回転軸装置に採用するモータの種類によってリング部材３７の材料は異なる。誘導モータの場合は、一般にケイ素鋼板にコイルが巻き付けられたロータを有し、ステータからロータにループ電流が流れるので、リング部材３７は非磁性体かつ非導電性の材料、例えばセラミックス、強化プラスチック、強化ガラス等の材料を採用するのが好ましい。ただし誘導モータのロータの最側部は、絶縁処理が施されていることが多く、この場合は非導電性の材料である必要はなく、例えばグラファイト、ステンレス等の材料も採用することができる。
これに対して同期モータの場合には、一般に永久磁石をロータに使用しているため、リング部材３７は非磁性体であることが必須である。同期モータの場合は、ステータからロータに電気が流れることはないので、非導電性の材料である必要はない。すなわちリング部材３７の材料として採用できるものとしては、セラミックス、グラファイト、強化プラスチック、強化ガラス、ステンレス等がある。
【００１８】
本発明の回転軸装置に採用されるモータは、誘導モータや同期モータに限定されることはない。本発明の回転軸装置は、工作機械、産業機械等に限らず、モータを内蔵した種々の機械や機器に適用することができる。本発明におけるロータ及びリング部材の固定方法は、単体のモータにも応用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、回転軸を細くした部分にロータを装着し、ロータの外径を小さくしたので、遠心力やイナーシャが小さくなり、回転軸の高速回転時の回転特性が向上した。そして、回転軸とロータの両側部との間に非磁性体部材を介在させて一体的に固定したことにより、従来の回転軸装置に存在するロータの両側部の空隙部を設ける必要がなく、回転軸の剛性が高くなった。
従って小形でかつ剛性の高い、高速回転に適した回転軸装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転軸装置を示す断面図である。
【図２】本発明の回転軸装置のロータ及びリング部材の固定部を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１…回転軸装置
３…回転軸
３ａ…小径外周部
５…ベアリング
７…前方ハウジング
１１…ベアリング
１３…後方ハウジング
３５…ロータ
３７…リング部材
３９…ステータ
４１…押え部材
【図１】
0003691002.tif 000002
【図２】
0003691002.tif 000003