(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷側に開口部を有して反負荷側へ連通する軸孔を備えたハウジングと、
スラストディスクを備え、前記軸孔内で略同軸的に収納される主軸と、
前記軸孔内に収納され、前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うよう構成されたラジアル軸受と、
前記軸孔内に収納され、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うよう構成されたスラスト軸受と、
前記主軸に設けられた回転子、及び、前記軸孔の内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、
を有するスピンドルモータであって、
前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受は、それぞれ前記スラストディスクの負荷側と反負荷側の両方に配置され、
前記開口部は、前記スラストディスクより負荷側に配置された前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受と、前記スラストディスクを含めた前記主軸を軸方向に挿脱可能に構成され、
前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受は、流体を噴出して前記主軸と前記スラストディスクを支持する流体軸受として構成され、
前記スピンドルモータは、最も負荷側に配置された前記ラジアル軸受の負荷側を覆うように前記ハウジング及び当該ラジアル軸受の負荷側に固定され、前記軸孔に連通する連通孔を備えたプレートをさらに有し、
前記スラストディスクより負荷側に配置された前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受の少なくとも一方と前記プレートとは、前記スラストディスクと当該ラジアル軸受との間から前記開口部の近傍へ前記流体を排気するための排気迂回路を有している、
ことを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受に前記流体を供給するための第１供給路を有している、
ことを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
【請求項３】
前記排気迂回路の排気口は、いずれの前記ラジアル軸受よりも負荷側の位置で流体を噴出して前記主軸をラジアル方向で支持するラジアル軸受として構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のスピンドルモータ。
【請求項４】
前記スラストディスクは、外周側面から開通して内周側に延設するラジアル方向排気路と、スラスト方向で両側端面間を開通するスラスト方向排気路とを当該スラストディスクの内部で連通して有している、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【請求項５】
前記スラストディスクより負荷側に配置された前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受が一体的に形成され、
一体化した前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受が固定ボルトにより前記主軸の軸方向に貫通されて前記ハウジングに固定される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、主軸を非接触状態で支持するスピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハウジング内に収納した主軸（回転スピンドル）と、主軸のラジアル方向を支持する２つのラジアル軸受（ラジアルエアーベアリング）と、主軸に設けたスラストディスク（スラスト軸受フランジ）の軸方向両側を挟み込むように配置され、主軸のスラスト方向を支持する両面対向形のスラスト軸受（スラストエアーベアリング）とを有するスピンドルユニットが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スピンドルモータは、生産機械に対しハウジングを高い位置決め精度で組み付けられて使用される場合が多い。このため、ハウジングを生産機械から取り外すことなくスピンドルモータを分解してメンテナンスできることが要望されている。しかし上記従来技術のように、主軸の回転ぶれによるハウジングとの干渉を抑制する目的でスラストディスクの軸方向両側にラジアル軸受とスラスト軸受を設けた構成では、主軸をハウジングの付加側から抜き出す作業が繁雑となっていた。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、主軸とハウジングの干渉を抑制できるとともにメンテナンスのための分解作業を容易に行うことができるスピンドルモータ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、負荷側に開口部を有して反負荷側へ連通する軸孔を備えたハウジングと、スラストディスクを備え、前記軸孔内で略同軸的に収納される主軸と、前記軸孔内に収納され、前記主軸のラジアル方向の支持を非接触で行うよう構成されたラジアル軸受と、前記軸孔内に収納され、前記スラストディスクのスラスト方向の支持を非接触で行うよう構成されたスラスト軸受と、前記主軸に設けられた回転子、及び、前記軸孔の内周側に前記回転子と対向して設けられた固定子を有するモータと、を有するスピンドルモータであって、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受は、それぞれ前記スラストディスクの負荷側と反負荷側の両方に配置され、前記開口部は、前記スラストディスクより負荷側に配置された前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受と、前記スラストディスクを含めた前記主軸を軸方向に挿脱可能に構成され、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受は、流体を噴出して前記主軸と前記スラストディスクを支持する流体軸受として構成され、前記スピンドルモータは、最も負荷側に配置された前記ラジアル軸受の負荷側を覆うように前記ハウジング及び当該ラジアル軸受の負荷側に固定され、前記軸孔に連通する連通孔を備えたプレートをさらに有し、前記スラストディスクより負荷側に配置された前記ラジアル軸受及び前記スラスト軸受の少なくとも一方と前記プレートとは、前記スラストディスクと当該ラジアル軸受との間から前記開口部の近傍へ前記流体を排気するための排気迂回路を有している、スピンドルモータが適用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、主軸とハウジングの干渉を抑制できるとともにメンテナンスのための分解作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るスピンドルモータの全体構成を表す縦断面図である。
【図２】実施形態に係るスピンドルモータの全体構成を表す他の縦断面図である。
【図３】比較例に係るスピンドルモータの全体構成を表す縦断面図である。
【図４】軸受の交換手順を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
＜本実施形態のスピンドルモータの全体構成＞
まず、図１及び図２を用いて本実施形態に係るスピンドルモータの全体構成について説明する。なお、図１及び図２は、同一のスピンドルモータについての異なる中心軸周りの角度での縦断面図である。なお、図１では主軸の一部を縦断面で表し、図２では主軸を外観で表している。また以下では、図１及び図２中の右側が加工工具を装着する負荷側、左側を反負荷側として説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るスピンドルモータ１は、筒状のハウジング２と、ハウジング２の中心に連通された軸孔２Ａ内に収納され、中央よりやや負荷側にスラストディスク３ａを備えた主軸３と、反負荷側に設けられたモータ４とを有している。モータ４は、主軸３の反負荷側に設けられた回転子４ａと、ハウジング２の軸孔２Ａの内周側にスリーブ５を介して回転子４ａと対向するように設けられた固定子４ｂを有している。ハウジング２の反負荷側には、排出孔６ａを備えたバックプレート６が設けられている。またハウジング２の負荷側には、軸孔２Ａに連通して主軸３を貫通させる連通孔９ａを備えたフロントプレート９が設けられている。またハウジング２の軸孔２Ａは、モータ４より負荷側の範囲のうち、反負荷側部分が内径の小さい軸孔小径部２ａとなり、負荷側部分が内径の大きい軸孔大径部２ｂとなっている。主軸３とそのスラストディスク３ａは、軸孔２Ａの軸孔小径部２ａと軸孔大径部２ｂの内部において、それぞれの中心軸が略一致する略同軸的な配置で収納されている。
【００１２】
またスピンドルモータ１は、主軸３の軸方向において、モータ４の近傍で主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受１０と、スラストディスク３ａの反負荷側において主軸３のラジアル方向及びスラストディスク３ａのスラスト方向の両方向の支持を非接触で行う反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０と、スラストディスク３ａの負荷側において主軸３のラジアル方向及びスラストディスク３ａのスラスト方向の両方向の支持を非接触で行う負荷側ラジアル・スラスト軸受３０とを有している。反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０は、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部２０Ａと、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部２０Ｂを一体的に備えている。負荷側ラジアル・スラスト軸受３０は、主軸３のラジアル方向の支持を非接触で行うラジアル軸受部３０Ａと、スラストディスク３ａのスラスト方向の支持を非接触で行うスラスト軸受部３０Ｂを一体的に備えている。
【００１３】
軸受１０，２０，３０は、流体を噴出して主軸３及びスラストディスク３ａとの間に流体膜を形成することにより非接触で支持する流体軸受である。本実施形態では、流体として圧縮空気を用いる場合を一例として説明するが、これに限定するものではなく、高圧水や高圧オイル等、他の流体を用いてもよい。
【００１４】
図１に示すように、ハウジング２には、軸受１０，２０，３０に圧縮空気を供給するための給気通路７と、空気を排気するための排気通路８が設けられている。これら給気通路７及び排気通路８は、ハウジング２の円周方向の適宜の箇所（１箇所でも複数箇所でもよい）に設けられている。図１に示す例では、給気通路７と排気通路８とが円周方向において対向配置されている。なお、給気通路７が、特許請求の範囲に記載の第１供給路の一例に相当する。
【００１５】
＜ラジアル軸受の構成等＞
次に、ラジアル軸受１０の構成について説明する。ラジアル軸受１０は、ハウジング２の軸孔小径部２ａの内周側に嵌合されている。ラジアル軸受１０は、軸受本体部１１と、軸受本体部１１の内周側に接着等により設けられ、主軸３の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ１２とを有している。軸受本体部１１は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ１２は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。軸受本体部１１には、給気通路７に連通する給気通路１３ａ，１３ｂが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ１２には、給気通路１３ａ，１３ｂにそれぞれ連通し、主軸３の表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル１４ａ，１４ｂが設けられている。これら給気通路１３及び給気ノズル１４は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、軸方向の２箇所に給気通路１３及び給気ノズル１４を設けているが、１箇所あるいは３箇所以上としてもよい。また、ラジアル軸受１０の軸受本体部１１の外周面で上記給気通路１３ａ，１３ｂのそれぞれ軸方向両側にはＯリング５２が嵌め込まれており、給気通路７と給気通路１３ａ，１３ｂとの連通部の密封が行われる。
【００１６】
＜反負荷側ラジアル・スラスト軸受の構成等＞
次に、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０の構成について説明する。反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０は、ラジアル軸受部２０Ａがハウジング２の軸孔小径部２ａの内周側に嵌合され、スラスト軸受部２０Ｂがラジアル軸受部２０Ａの負荷側でハウジング２の軸孔大径部２ｂの内周側に嵌合されている。反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０は、ラジアル軸受部２０Ａとスラスト軸受部２０Ｂに跨って設けられた断面視略Ｌ字型の軸受本体部２１と、ラジアル軸受部２０Ａにおいて軸受本体部２１の内周側に接着等により設けられ、主軸３の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ２２と、スラスト軸受部２０Ｂにおいて軸受本体部２１の内周側に接着等により設けられ、主軸３及びスラストディスク３ａの表面に対向して配置された断面視略Ｌ字型のスラスト軸受用スリーブ２３とを有している。ラジアル軸受１０と同様に、軸受本体部２１は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ２２及びスラスト軸受用スリーブ２３は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。
【００１７】
軸受本体部２１のラジアル軸受部２０Ａ部分には、給気通路７に連通する給気通路２４ａ，２４ｂが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ２２には、給気通路２４ａ，２４ｂにそれぞれ連通し、主軸３の表面に圧縮空気を噴出する２つの給気ノズル２５ａ，２５ｂが設けられている。また、軸受本体部２１のスラスト軸受部２０Ｂ部分には、給気通路７に連通する給気通路２４ｃが設けられており、スラスト軸受用スリーブ２３には、給気通路２４ｃに連通し、スラストディスク３ａの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル２５ｃが設けられている。これら給気通路２４及び給気ノズル２５は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、ラジアル軸受部２０Ａにおいて軸方向の２箇所に給気通路２４及び給気ノズル２５を設けているが、１箇所あるいは３箇所以上としてもよい。また、スラスト軸受部２０Ｂにおいて半径方向の１箇所に給気ノズル２５ｃを設けているが、２箇所以上としてもよい。また、軸受本体部２１のラジアル軸受部２０Ａ部分の外周面には、上記ラジアル軸受１０と同等の配置でＯリング５２が嵌め込まれており、給気通路７と給気通路２４ａ，２４ｂとの連通部の密封が行われる。
【００１８】
図２に示すように、スラスト軸受部２０Ｂの円周方向の複数箇所には貫通孔２９が設けられており、この貫通孔２９を複数の固定ボルト５０がそれぞれ主軸３の軸方向に貫通し、ハウジング２のネジ孔（図示省略）に螺合することにより、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０がハウジング２に固定されている。
【００１９】
＜スペーサの構成等＞
次に、スペーサ４０の構成について説明する。反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０のスラスト軸受部２０Ｂの負荷側には、スペーサ４０が設けられている。図２に示すように、スペーサ４０の円周方向の複数箇所（貫通孔２９と対応する位置）には、固定ボルト５０用の貫通孔４１が設けられている。スペーサ４０は、貫通孔４１を貫通した固定ボルト５０によりスラスト軸受部２０Ｂの負荷側に固定されることで、スラストディスク３ａの外周側に配置される。図１に示すように、スペーサ４０は、スラスト軸受部２０Ｂの給気通路２４ｃに連通し、スペーサ４０を軸方向に貫通する給気通路４２を有している。
【００２０】
＜負荷側ラジアル・スラスト軸受の構成等＞
次に、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０の構成について説明する。スペーサ４０の負荷側には、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０が設けられている。負荷側ラジアル・スラスト軸受３０は、ラジアル軸受部３０Ａ及びスラスト軸受部３０Ｂのいずれもハウジング２の軸孔大径部２ｂの内周側に嵌合されている。負荷側ラジアル・スラスト軸受３０は、ラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂに跨って設けられた断面視略矩形型の軸受本体部３１と、ラジアル軸受部３０Ａにおいて軸受本体部３１の内周側に接着等により設けられ、主軸３の表面に対向して配置されたラジアル軸受用スリーブ３２と、スラスト軸受部３０Ｂにおいて軸受本体部３１の内周側に接着等により設けられ、主軸３及びスラストディスク３ａの表面に対向して配置された断面視略Ｌ字型のスラスト軸受用スリーブ３３とを有している。ラジアル軸受１０や反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０と同様に、軸受本体部３１は、剛性の高い材料（例えばステンレス）で構成されており、ラジアル軸受用スリーブ３２及びスラスト軸受用スリーブ３３は、自己潤滑性の高い材料（例えばカーボン）で構成されている。
【００２１】
軸受本体部３１のラジアル軸受部３０Ａ部分には、スペーサ４０の給気通路４２に連通する給気通路３４ａ，３４ｂが設けられており、ラジアル軸受用スリーブ３２には、給気通路３４ａ，３４ｂにそれぞれ連通し、主軸３の表面に圧縮空気を噴出する２つの給気ノズル３５ａ，３５ｂが設けられている。また、軸受本体部３１のスラスト軸受部３０Ｂ部分には、スペーサ４０の給気通路４２に連通する給気通路３４ｃが設けられており、スラスト軸受用スリーブ３３には、給気通路３４ｃに連通し、スラストディスク３ａの表面に圧縮空気を噴出する給気ノズル３５ｃが設けられている。これら給気通路３４及び給気ノズル３５は、円周方向の複数箇所に設けられている。なお、図１に示す例では、ラジアル軸受部３０Ａにおいて軸方向の２箇所に給気通路３４及び給気ノズル３５を設けているが、１箇所あるいは３箇所以上としてもよい。また、スラスト軸受部３０Ｂにおいて半径方向の１箇所に給気ノズル３５ｃを設けているが、２箇所以上としてもよい。
【００２２】
図２に示すように、軸受本体部３１の円周方向の複数箇所（貫通孔２９、４１と対応する位置）には固定ボルト５０用の貫通孔３９が設けられている。負荷側ラジアル・スラスト軸受３０は、貫通孔３９を貫通した固定ボルト５０のヘッドで負荷側を抑えられることにより、スペーサ４０の負荷側位置でハウジング２に固定される。この配置において、スラスト軸受部２０Ｂとスラスト軸受部３０Ｂがスラストディスク３ａを挟んで対向配置される。
【００２３】
＜排気迂回路の構成等＞
次に排気迂回路の構成について説明する。負荷側ラジアル・スラスト軸受３０及びフロントプレート９は、それらの間を連通する排気迂回路６０を有している。図２において、ラジアル軸受用スリーブ３２における給気ノズル３５ａの反負荷側、つまりスラストディスク３ａとラジアル軸受部３０Ａの間の位置に吸気口６１が設けられている。また軸受本体部３１には吸気口６１に連通する本体部排気路６２が設けられ、フロントプレート９には本体部排気路６２に連通するプレート排気路６３が設けられている。またフロントプレート９の連通孔９ａには、プレート排気路６３に連通し、主軸３の表面に向けて排気空気を噴出する排気口６４が設けられている。これら吸気口６１、本体部排気路６２、プレート排気路６３、及び排気口６４が一体に連通して排気迂回路６０を構成している。そして、フロントプレート９の排気口６４は、いずれのラジアル軸受１０，２０Ａ，３０Ａよりも負荷側の位置で排気空気を噴出して主軸３をラジアル方向で支持するラジアル軸受として機能する。この排気迂回路６０は、上記給気通路３４ａ，３４ｂや貫通孔３９と重複しない円周方向の複数箇所に設けられている。
【００２４】
＜スラストディスクの構成等＞
次に主軸３が備えるスラストディスク３ａの構成について説明する。スラストディスク３ａは、主軸３の他の部分よりも最も径の大きい略円盤形状の部位であり、主軸３と一体に形成されている。このスラストディスク３ａは、円周方向の複数箇所で、外周側面から開通して内周側に延設するラジアル方向排気路３ｂと、スラスト方向で両側端面間を開通するスラスト方向排気路３ｃとをそれぞれ当該スラストディスク３ａの内部で連通して有している。なお、各スラスト方向排気路３ｃは、スラストディスク３ａ周辺における主軸３の外周側面と略同じ径方向位置に配置されており、軸方向両側の間において空気を流通できる。
【００２５】
＜その他各部の構成等＞
主軸３は、その負荷側に他の部位よりも径の小さい小径部３ｄを備え、さらに最も負荷側の端部には最も径の小さい工具装着部３ｅを備えている。また、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０の負荷側には、フロントプレート９が設けられている。フロントプレート９の円周方向の複数箇所（給気通路３４ａ，３４ｂ、貫通孔３９、及び排気迂回路と重複しない位置）には固定ボルト５１用の貫通孔９１が設けられている。フロントプレート９は、貫通孔９１を貫通した固定ボルト５１のヘッドで負荷側を抑えられることにより、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０の負荷側に固定される。なお図２中では、図示の便宜上、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０等を固定するための固定ボルト５０と重複して、フロントプレート用の固定ボルト５１を示している。またフロントプレート９は、上述したように主軸３を貫通させる連通孔９ａを有しており、この連通孔９ａの内径は主軸３の大部分の外径より小さく、上記主軸小径部３ｄより少しだけ大きい。これによりフロントプレート９は、その連通孔９ａと主軸小径部３ｄの径方向の軸受隙間を介して給気ノズル３５ａ，３５ｂ等から噴出された空気を排出できるとともに、主軸３の負荷側への抜けを防ぐことができる。
【００２６】
また、ハウジング２の軸孔２Ａは、上述したようにモータ４より負荷側の範囲のうち、反負荷側部分が内径の小さい軸孔小径部２ａとなり、負荷側部分が内径の大きい軸孔大径部２ｂとなっている。ラジアル軸受１０は軸孔小径部２ａの内周側に嵌合され、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０のうちのラジアル軸受部２０Ａが軸孔小径部２ａの内周側に、スラスト軸受部２０Ｂが軸孔大径部２ｂの内周側にそれぞれ嵌合され、スペーサ４０は軸孔大径部２ｂの内周側に嵌合され、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０は全体が軸孔大径部２ｂの内周側に嵌合されている。すなわち、全ての軸受１０，２０，３０とスペーサ４０がハウジング２の軸孔２Ａ内の内周側に嵌合されており、当該軸孔２Ａの最も負荷側の開口部２Ｂを介して軸方向負荷側で挿脱できる（後述の図４も参照）。
【００２７】
＜加工工具の構成例＞
本実施形態のスピンドルモータ１は、主軸３の上記工具装着部３ｅに回転型の加工工具を装着し、回転駆動する。図１、図２に示す例では、加工工具として研削ブレード１００が装着されている。この研削ブレード１００は、外周側の縁部に刃先を有する円盤形状のブレード１０１を２つのフランジ１０２，１０３で軸方向に挟み、それらを円周方向で等間隔に配置された複数のボルト１０４で一体に固定されている。この研削ブレード１００が、主軸３の最も負荷側に位置する工具装着部３ｅに同軸的に装着された状態で回転駆動され、ブレード１０１の外周縁部の刃先で加工対象物の表面に溝などを形成加工する（図示省略）。これにより、加工作業中には、研削ブレード１００を介して主軸３の負荷側端部にラジアル方向の荷重Ｆが付加される。なおこの例では、主軸３に装着する加工工具の一例として研削ブレード１００を説明したが、他にも切削用のカッターなどを装着してもよい。この場合でも共通して、加工作業中には主軸３の負荷側端部にラジアル方向の荷重Ｆが付加される。
【００２８】
＜スピンドルモータの動作＞
次に、スピンドルモータ１の動作について説明する。スピンドルモータ１において、給気通路７に圧縮空気を供給すると、圧縮空気が給気ノズル１４ａ，１４ｂを通過し、ラジアル軸受１０と主軸３の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル２５ａ，２５ｂを通過し、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０のラジアル軸受部２０Ａと主軸３の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成すると共に、給気ノズル２５ｃを通過し、スラスト軸受部２０Ｂとスラストディスク３ａの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。また、圧縮空気が給気ノズル３５ａ，３５ｂを通過し、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０のラジアル軸受部３０Ａと主軸３の間の軸受隙間に流入して気体膜を形成すると共に、給気ノズル３５ｃを通過し、スラスト軸受部３０Ｂとスラストディスク３ａの間の軸受隙間に流入して気体膜を形成する。これにより、主軸３はラジアル方向及びスラスト方向の両方向に対して非接触で支持される。このようにして、主軸３は軸受１０，２０，３０により非接触で支持された状態で、モータ４によって駆動される。
【００２９】
一方、軸受１０，２０，３０に供給された圧縮空気の排気経路は次のようになる。図１に示すように、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０のラジアル軸受３０Ａに供給された空気は、フロントプレート９の連通孔９ａと主軸小径部３ｄの軸受隙間から直接外部へ排気されるか、又は排気迂回路６０を介して連通孔９ａと主軸小径部３ｄの軸受隙間から外部へ排気される。なお、スラスト軸受３０Ｂに供給された空気のうちスラストディスク３ａの外周側へ回り込んだ一部は、スラストディスク３ａ内のラジアル方向排気路３ｂ及びスラスト方向排気路３ｃを通って排気迂回路６０へ流入し、外部へ排気される。また、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０のスラスト軸受部２０Ｂに供給された空気の一部は、スラストディスク３ａ内のラジアル方向排気路３ｂ及びスラスト方向排気路３ｃを経由して排気迂回路９０へ流入するか、又は排気経路７４及び排気通路８を経由して排気経路７３へ流入し、いずれも外部へ排気される。さらに、ラジアル軸受１０に供給された空気は直接排気経路７３に流入するか、又は排気経路７４及び排気通路８を経由して排気経路７３へ流入し、いずれも外部へ排気される。排気経路７３に流入した空気については、モータ４の回転子４ａと固定子４ｂの間の磁気的空隙７５を通過する際に、固定子４ｂで発生した熱を強制対流に伴う熱伝達により冷却し、排出孔６ａを介してハウジング２の外部に放熱する。
【００３０】
なお、固定子４ｂで発生した熱の放熱経路は、前述の磁気的空隙７５を通過する空気によって奪われる経路以外に、次の２つの経路が存在する。１つは、固定子４ｂで発生した熱がスリーブ５を介してハウジング２へ熱伝導し、ハウジング２の外周面から空気中へ放熱される経路である。もう１つは、固定子４ｂで発生した熱が磁気的空隙７５を介して主軸３へ輻射熱伝達し、主軸３を介して放熱される経路である。主軸３に熱伝達された熱は主軸３の全体に広がり、主軸３の負荷側軸端面から直接空気中へ放熱されるか、軸受１０，２０，３０より主軸３及びスラストディスク３ａの表面に噴出される圧縮空気に熱伝達するか、あるいは、軸受隙間を介して軸受１０，２０，３０へ伝達し、直接若しくはハウジング２等を介して空気中へ放熱される。
【００３１】
＜本実施形態の特徴＞
上述したように、本実施形態のスピンドルモータ１は、主軸３及び加工工具１００を高速回転させるとともに騒音、振動を抑えるよう、ハウジング２内で主軸３を非接触で支持する軸受１０，２０，３０を用いている。主軸３のラジアル方向に対しては、主軸３の外周側面を非接触で支持するよう構成されたラジアル軸受２０Ａ，３０Ａを用いている。主軸３のスラスト方向に対しては、主軸３が備えるスラストディスク３ａの軸方向両端面をそれぞれ非接触で支持するよう構成されたラジアル軸受２０Ｂ，３０Ｂを用いている。
【００３２】
このような非接触型の軸受１０，２０，３０を備えるスピンドルモータ１では、主軸３の外周側面が各軸受１０，２０，３０の内周側面と干渉しないよう、主軸３の軸中心の位置決め精度（芯出し精度）が厳格に要求される。しかし、主軸回転の高速化に伴い、加工工具１００自体の組み立てやその取り付けにおける円周方向マスバランスのわずかな狂い、又は加工時におけるラジアル方向への負荷に対して容易に主軸３の軸中心に軸ぶれや振動が生じてしまい、主軸３と各軸受１０，２０，３０の内周側面が干渉していわゆる「かじり」といわれる焼き付きが発生しやすい。
【００３３】
例えば、上記図１に対応した図３に示すようなスピンドルモータ１′の比較例では、全てのラジアル軸受１０，２０Ａが主軸３のスラストディスク３ａより反負荷側に配置されている（スラストディスク３ａの負荷側にラジアル軸受が設けられていない）。このようなスピンドルモータ１′では、最も負荷側に位置するラジアル軸受２０Ａでも加工工具１００までの軸方向距離Ｌ′がスラストディスク３ａを挟んで長くなってしまう。このため、負荷側における主軸３のラジアル方向での支持剛性が低くなり、主軸３の軸ぶれや振動が発生しやすく、主軸３の外周側面とハウジング２の軸孔２Ａや各ラジアル軸受１０，２０Ａの内周側面との間で干渉が発生しやすい。
【００３４】
これに対して本実施形態では、ラジアル軸受とスラスト軸受をそれぞれ主軸３のスラストディスク３ａの負荷側と反負荷側の両方に設けており、つまりスラストディスク３ａの負荷側にもラジアル軸受３０Ａを配置している。これにより、負荷側における主軸３への支持剛性を向上させることができ、主軸３の軸ぶれや振動を抑制できる。また主軸３自体においても、力点となる加工工具１００の位置から支点となる最も負荷側のラジアル軸受３０Ａの位置までの軸方向距離Ｌを短縮化でき、すなわち主軸３における片持ち梁部分の長さを短縮化できるため、主軸３に付加される曲げモーメントを抑制でき、主軸３の外周側面と軸孔２Ａや各ラジアル軸受１０，２０Ａ，３０Ａの内周側面との干渉を回避できる。
【００３５】
また、スピンドルモータ１は、生産機械（図示省略）に対しハウジング２を高い位置決め精度で組み付けられて使用される場合が多い。このため、ハウジング２を生産機械から取り外すことなくスピンドルモータ１を分解してメンテナンスできることが要望される。しかし、上記のようにスラストディスク３ａより負荷側にラジアル軸受３０Ａとスラスト軸受３０Ｂを設けた構成では、主軸３をハウジング２の負荷側から抜き出す作業が繁雑になりやすい。
【００３６】
これに対して本実施形態では、ハウジング２における軸孔２Ａの負荷側開口部２Ｂが、スラストディスク３ａより負荷側に配置された負荷側ラジアル・スラスト軸受３０と、スラストディスク３ａを含めた主軸３の全体を軸方向に挿脱可能な径の大径部２ｂで構成されていることにより、主軸３をハウジング２の負荷側から容易に抜き出すことが可能となる。
【００３７】
＜軸受の交換手順＞
次に、図４を用いて軸受の交換手順について説明する。主軸３を非接触状態で支持するスピンドルモータ１では、停電などで主軸３の浮上制御が不能になった時や装置の停止時ごとに主軸３と軸受１０，２０，３０とが接触するため、軸受１０，２０，３０に損傷を招く可能性がある。特に、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０と反負荷側のラジアル・スラスト軸受２０は、モータ４近傍のラジアル軸受１０よりも接触が生じ易いため、交換頻度が多くなるのが一般的である。これに対応して負荷側ラジアル・スラスト軸受３０と反負荷側負荷側ラジアル・スラスト軸受２０を交換する場合の手順について以下に説明する。
【００３８】
図４中では図示の便宜上、スピンドルモータ１の負荷側を上側に向けた配置で示している。まず図４（ａ）に示すように、全ての固定ボルト５０，５１を緩め、フロントプレート９とともにハウジング２から取り外す。次に図４（ｂ）に示すように、ハウジング２の開口部２Ｂから負荷側ラジアル・スラスト軸受３０及びスペーサ４０の順で負荷側へ抜き出す。次に図４（ｃ）に示すように、主軸３をハウジング２の開口部２Ｂから負荷側へ引き抜いて取り外す。その後、図４（ｄ）に示すように、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０をハウジング２の開口部２Ｂから負荷側へ抜き出す。反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０のラジアル軸受部３０Ａは軸孔小径部２ａの内周側に嵌合されているが、例えば、スラスト軸受部２０Ｂの周方向複数箇所にネジ孔（図示省略）を設けておき、これに治具として別途用意したネジ（図示省略）を螺合させてハウジング２における軸孔小径部２ａの負荷側端面２ｃに当接させつつ締め込むことで、スラスト軸受部２０Ｂを負荷側端面２ｃより離間させ、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０全体をハウジング２より引き抜くことが可能である。
【００３９】
このようにして取り外した負荷側ラジアル・スラスト軸受３０及び反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０について、必要に応じ、スラスト軸受用スリーブ２３，３３やラジアル軸受用スリーブ２２，３２の交換を行う。スリーブの交換後、上述と逆の手順により、反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０、主軸３、スペーサ４０、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０をハウジング２に取り付けて固定ボルト５０を締結し、その後に、フロントプレート９を取り付けて固定ボルト５１を締結する。これにより、軸受の交換が終了する。
【００４０】
＜実施形態の効果＞
以上説明した実施形態によれば、主軸３のスラストディスク３ａの負荷側と反負荷側の両方にそれぞれラジアル軸受とスラスト軸受を設けており、つまりスラストディスク３ａの負荷側にもラジアル軸受３０Ａを配置している。これにより、負荷側における主軸３への支持剛性を向上させることができ、主軸３の軸ぶれや振動を抑制できる。また主軸３自体においても、主軸３に付加される曲げモーメントを抑制でき、主軸３の外周側面と、ハウジング２の軸孔２Ａや軸受１０，２０，３０の内周側面との干渉を回避できる。また、本実施形態では、軸孔２Ａの負荷側の開口部２Ｂが、スラストディスク３ａより負荷側に配置されたラジアル軸受３０Ａ及びスラスト軸受３０Ｂと、スラストディスク３ａを含めた主軸３の全体を軸方向に挿脱可能な軸孔大径部２ｂで構成されていることにより、主軸３をハウジング２の負荷側から容易に抜き出すことが可能となる。この結果、主軸３とハウジング２の干渉を抑制できるとともにメンテナンスのための分解作業を容易に行うことができる。
【００４１】
また、本実施形態では特に、ラジアル軸受１０，２０Ａ，３０Ａとスラスト軸受２０Ｂ，３０Ｂは、流体である圧縮空気を噴出して主軸３とスラストディスク３ａを支持する流体軸受として構成され、ハウジング２は、ラジアル軸受１０，２０Ａ，３０Ａとスラスト軸受２０Ｂ，３０Ｂに圧縮空気を供給するための給気通路７を有している。これにより、ラジアル軸受１０，２０Ａ，３０Ａとスラスト軸受２０Ｂ，３０Ｂがそれぞれ主軸３に対してラジアル方向とスラスト方向の支持を非接触で行うことができるとともに、使用する流体をハウジング２内の給気通路７を介して循環させることにより当該スピンドルモータ１の冷却効果も得られる。
【００４２】
また、本実施形態では特に、負荷側ラジアル・スラスト軸受３０とフロントプレート９は、スラストディスク３ａと負荷側に配置されたラジアル軸受３０Ａとの間から軸孔開口部２Ａの近傍へ空気を排気するための排気迂回路６０を有している。負荷側ラジアル・スラスト軸受３０におけるスラスト軸受３０Ｂとラジアル軸受３０Ａの間には空気が集中するため、そこからハウジング２の外部へ空気を排気する必要がある。スラストディスク３ａより負荷側に配置される排気迂回路６０は、上記の集中箇所から軸孔２Ａの開口部２Ｂ近傍の排気口６４までの全長を短くできることから、ハウジング２を大径化することなく空気を円滑に排気できる。なお、排気迂回路６０は、少なくともハウジング２、ラジアル軸受部３０Ａ、及びスラスト軸受部３０Ｂのいずれかを通過する配置で設けられることで、軸孔開口部２Ｂ近傍の排気口６４までの全長を比較的短くできる。
【００４３】
また、本実施形態では特に、排気迂回路６０の排気口６４は、いずれのラジアル軸受１０，２０Ａ，３０Ａよりも負荷側の位置で空気を噴出して主軸３をラジアル方向で支持するラジアル軸受として機能するよう構成されている。これにより、流体軸受に一度利用された空気を再利用して負荷側における主軸３への支持剛性のさらなる向上と、主軸３における片持ち梁部分の短縮化による曲げモーメントのさらなる抑制が可能となる。
【００４４】
また、本実施形態では特に、スラストディスク３ａは、外周側面から開通して内周側に延設するラジアル方向排気路３ｂと、スラスト方向で両側端面間を開通するスラスト方向排気路３ｃとを当該スラストディスク３ａの内部で連通して有している。これにより、スラスト方向排気路３ｃを介してスラストディスク３ａの軸方向両側の間における空気の流通を円滑に行うことができる。また、スラストディスク３ａの外周側に集中した流体もラジアル方向排気路３ｂとスラスト方向排気路３ｃを介してスラストディスク３ａの軸方向一方側（本実施形態の例の負荷側）へ流通できる。このようにしてスラストディスク３ａの周辺に噴出された空気に対し、スラストディスク３ａの軸方向一方側へ向けた排気を円滑に促すことができる。特に本実施形態の例のように空気の排気機能が高い上記排気迂回路６０を備えている場合には、ハウジング２を大径化することなくスラストディスク３ａ周辺の空気を排気迂回路６０を介して円滑に排気できる。
【００４５】
また、本実施形態では特に、スラストディスク３ａより負荷側に配置されたラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂが負荷側ラジアル・スラスト軸受３０として一体的に形成され、この負荷側ラジアル・スラスト軸受３０が固定ボルト５０により主軸３の軸方向に貫通されてハウジング２に固定されている。これにより、スラストディスク３ａよりも負荷側に配置されたラジアル軸受部３０Ａとスラスト軸受部３０Ｂの着脱作業を一度に行うことができ、スピンドルモータ１のメンテナンス性を向上できる。また、スラストディスク３ａよりも負荷側に付加されるラジアル方向とスラスト方向の両方の荷重を固定ボルト５０で受けることができるため、ハウジング２を大径化することなく両方向の耐荷重性を増大させ、スピンドルモータ１の耐久性、信頼性を向上できる。
【００４６】
＜変形例＞
なお、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【００４７】
例えば、上記実施形態ではラジアル軸受が３つ（ラジアル軸受１０とラジアル軸受部２０Ａとラジアル軸受部３０Ａ）である場合を一例として説明したが、ラジアル軸受が２つ（例えばラジアル軸受部２０Ａを設けず、ラジアル軸受１０とラジアル軸受部３０Ａのみ）である構成としてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、モータ４を反負荷側に配置した構成としたが、例えばモータ４をラジアル軸受１０と反負荷側ラジアル・スラスト軸受２０との間に配置する等、軸方向中央位置に配置した構成としてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、各軸受が流体軸受である場合を一例として説明したが、例えば磁力により主軸を非接触で支持する磁気軸受としてもよい。
【００５０】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１            スピンドルモータ
２            ハウジング
２Ａ          軸孔
２Ｂ          開口部
３            主軸
３ａ          スラストディスク
３ｂ          ラジアル方向排気路
３ｃ          スラスト方向排気路
４            モータ
４ａ          回転子
４ｂ          固定子
７            給気通路（第１供給路）
９            フロントプレート
１０          ラジアル軸受
２０          反負荷側ラジアル・スラスト軸受
２０Ａ        ラジアル軸受部
２０Ｂ        スラスト軸受部
３０          負荷側ラジアル・スラスト軸受
３０Ａ        ラジアル軸受部
３０Ｂ        スラスト軸受部
４０          スペーサ
５０、５１    固定ボルト
６０          排気迂回路
６４          排気口
１００        研削ブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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