(57)【要約】【課題】ロータの発熱に伴う主軸の温度上昇を抑制し、主軸を支持する軸受寿命の向上、焼き付き防止及び主軸の熱変位量の低減を図る。【解決手段】主軸１１の外径面及びロータスリーブ１６の内径面の主たる嵌合部分の出力側端部（接触面Ｔ１）は、ロータ１２の出力側端部１２ａより反出力側に位置しており、ロータ１２からロータスリーブ１６を介して主軸１１へ熱が伝わり難くなるように構成されている。また、主たる嵌合部分の面積（接触面Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の面積の和）は、ロータ１２の内径面積より小さく、ロータ温度が上昇するように構成されている。【選択図】    図１
2004322223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に連結されたロータ及び該ロータ外周に設けられたステータにより、前記主軸を回転駆動させるビルトインモータ主軸装置において、
前記主軸における前記ロータより軸方向に沿う出力側及び反出力側にそれぞれ配置され、前記主軸を回転自在に支持する出力側軸受及び反出力側軸受と、
前記主軸及び前記ロータ間に介在され、内径面が前記主軸の外径面に軸方向に沿う所定の箇所で嵌合されるとともに、外径面が前記ロータの内径面に嵌合されるロータスリーブとを備え、
前記主軸の外径面及び前記ロータスリーブの内径面の主たる嵌合部分の出力側端部が前記ロータの出力側端部より反出力側に位置し、且つ上記主たる嵌合部分の面積が前記ロータの内径面積より小さいことを特徴とするビルトインモータ主軸装置。
【請求項２】
主軸に連結されたロータ及び該ロータ外周に設けられたステータにより、前記主軸を回転駆動させるビルトインモータ主軸装置において、
前記主軸における前記ロータより軸方向に沿う出力側及び反出力側にそれぞれ配置され、前記主軸を回転自在に支持する複数の軸受と、
前記主軸及び前記ロータ間に介在され、内径面が前記主軸の外径面に嵌合されるとともに、外径面が前記ロータの内径面に嵌合されるロータスリーブとを備え、
前記主軸の外径面及び前記ロータスリーブの内径面の嵌合部分には、軸方向に沿って螺旋状に形成された螺旋溝が形成されていることを特徴とするビルトインモータ主軸装置。
【請求項３】
主軸に連結されたロータ及び該ロータ外周に設けられたステータにより、前記主軸を回転駆動させるビルトインモータ主軸装置において、
前記主軸における前記ロータより軸方向に沿う出力側及び反出力側にそれぞれ配置され、前記主軸を回転自在に支持する複数の軸受を備え、
前記主軸の外径面に前記ロータの内径面が嵌合されるとともに、当該嵌合部分には、軸方向に沿って螺旋状に形成された螺旋溝が形成されていることを特徴とするビルトインモータ主軸装置。
【請求項４】
上記ステータの外径面には、冷却用溝が形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載のビルトインモータ主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸に連結されたロータ及びロータ外周に設けられたステータにより、主軸を回転駆動させるビルトインモータ主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から工作機械等のスピンドルに用いられ、主軸に連結されたロータ及びロータ外周に設けられたステータにより、主軸を回転駆動させるビルトインモータが知られている。
図１１に示した従来のステップドスリーブ構造のビルトインモータ主軸装置１１０は、接触面Ｔ１０とＴ１１の双方の嵌め合いでトルクを伝達しており、接触面Ｔ１０は、少なくともモータ出力トルクの半分を伝達するに足る嵌め合い面積を得ている。接触面Ｔ１０とＴ１１の面積はロータ１１１の面積よりも小さいので、断熱効果は得られるが、接触面Ｔ１０は出力側に位置されており、ロータ１１１の発熱が出力側軸受１１２に伝わり易く、断熱効果が得られ難い。
【０００３】
また、図１２に示した従来のビルトインモータ１００は、主軸１０１にロータ１０２を連結するロータ側スリーブ１０３の内周には、軸方向に沿う複数本の貫通溝が設けられている。そして、モータ出力が設定値を越えた場合に、ノズルの絞り効果を有する噴出孔が、フィンによるエアの流れに逆らわないように貫通溝に向けてエアを噴射させる。これにより、エアの急激な膨張による冷却効果を得てロータ１０２を冷却している（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７―１８５９９４号公報（第２〜３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のビルトインモータ１００では、ロータ１０２を主軸１０１に連結するロータ側スリーブ１０３の貫通溝にエアを吹き付けることにより、ロータ１０２を冷却しているが、空気の比熱は小さいので、空気流量が大きくても効果は小さく、効率が低いという問題があった。
また、構造が複雑化するとともに、コスト増大を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、ロータの発熱に伴う主軸の温度上昇を抑制することができ、主軸を支持する軸受寿命の向上、焼き付き防止及び主軸の熱変位量の低減を図ることができるビルトインモータ主軸装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に係るビルトインモータ主軸装置は、主軸に連結されたロータ及び該ロータ外周に設けられたステータにより、主軸を回転駆動させるビルトインモータ主軸装置において、主軸におけるロータより軸方向に沿う出力側及び反出力側にそれぞれ配置され、主軸を回転自在に支持する出力側軸受及び反出力側軸受と、
主軸及びロータ間に介在され、内径面が主軸の外径面に軸方向に沿う所定の箇所で嵌合されるとともに、外径面がロータの内径面に嵌合されるロータスリーブとを備え、主軸の外径面及びロータスリーブの内径面の主たる嵌合部分の出力側端部がロータの出力側端部より反出力側に位置し、且つ上記主たる嵌合部分の面積がロータの内径面積より小さいことを特徴とする。
ここで、主たる嵌合部分とは、モータ発生トルクの半分程度のトルクを伝達するに足る摩擦力を得ることが可能な嵌合部分である。
【０００８】
前記構成のビルトインモータ主軸装置によれば、ロータは、回転に伴って鉄損を生じて発熱する。この際、主軸の外径面及びロータスリーブの内径面の接触面積が、嵌合箇所の限定によって低減されていることにより、ロータから主軸への伝熱面積が低減され、ロータ温度が上昇する。ロータ温度が上昇すると、ロータの熱が主軸内の空気へも奪われ、ロータの高速回転に伴って空気への熱伝達が高い伝達率で起こる。したがって、ロータから主軸へ伝わる熱の一部が空気へ伝達され、主軸の温度上昇が抑制される。
また、主軸の外径面及びロータスリーブの内径面の主たる嵌合部分の出力側端部から、出力側軸受までの距離が延長されていることにより、ロータスリーブから主軸の出力軸側軸受部へ熱が伝わり難くなる。これにより、主軸におけるロータ付近での温度上昇に対して、主軸における出力側軸受付近での温度上昇が抑制される。
【０００９】
また、上記課題に係るビルトインモータ主軸装置は、主軸に連結されたロータ及び該ロータ外周に設けられたステータにより、主軸を回転駆動させるビルトインモータ主軸装置において、主軸におけるロータより軸方向に沿う出力側及び反出力側にそれぞれ配置され、主軸を回転自在に支持する複数の軸受と、主軸及びロータ間に介在され、内径面が主軸の外径面に嵌合されるとともに、外径面がロータの内径面に嵌合されるロータスリーブとを備え、主軸の外径面及びロータスリーブの内径面の嵌合部分には、軸方向に沿って螺旋状に形成された螺旋溝が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
前記構成のビルトインモータ主軸装置によれば、ロータは、回転に伴って鉄損を生じて発熱する。この際、主軸の外径面及びロータスリーブの内径面の接触面積が、螺旋溝の形成によって低減されていることにより、ロータから主軸への伝熱面積が低減されるとともに、螺旋溝内が主軸内と連通して螺旋溝内の空気温度が上昇し難くなり、これらの断熱効果でロータ温度が上昇する。ロータ温度が上昇すると、ロータの熱が主軸内の空気へも奪われ、ロータの高速回転に伴って空気への熱伝達が高い伝達率で起こる。したがって、ロータから主軸へ伝わる熱の一部が空気へ伝達され、主軸の温度上昇が抑制される。
【００１１】
また、上記課題に係るビルトインモータ主軸装置は、主軸に連結されたロータ及び該ロータ外周に設けられたステータにより、主軸を回転駆動させるビルトインモータ主軸装置において、主軸におけるロータより軸方向に沿う出力側及び反出力側にそれぞれ配置され、主軸を回転自在に支持する複数の軸受を備え、主軸の外径面にロータの内径面が嵌合されるとともに、当該嵌合部分には、軸方向に沿って螺旋状に形成された螺旋溝が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記構成のビルトインモータ主軸装置によれば、ロータは、回転に伴って鉄損を生じて発熱する。この際、主軸の外径面及びロータの内径面の接触面積が、螺旋溝の形成によって低減されていることにより、ロータから主軸への伝熱面積が低減されるとともに、螺旋溝内が主軸内と連通して螺旋溝内の空気温度が上昇し難くなり、これらの断熱効果でロータ温度が上昇する。ロータ温度が上昇すると、ロータの熱が主軸内の空気へも奪われ、ロータの高速回転に伴って空気への熱伝達が高い伝達率で起こる。したがって、ロータから主軸へ伝わる熱の一部が空気へ伝達され、主軸の温度上昇が抑制される。
螺旋溝は、主軸の外径面とロータの内径面との嵌合部分に形成されており、ロータスリーブは設けられていない。ロータスリーブを設けないことで、部品点数削減及びコスト低減が図られる。
【００１３】
上記ステータの外径面には、冷却用溝が形成されていることが好ましい。
【００１４】
前記構成のビルトインモータ主軸装置によれば、主軸の回転中、ステータは、冷却用溝を流れる空気によって冷却され、これによりロータの外径面からの熱が、ステータの内径面からステータに移動される。すなわち、主軸の回転中、ロータは高速回転しているため、ステータの内径面とロータの外径面との隙間で周方向に空気の速い流れが生じ、ロータの熱が、速い流れの空気を介して高い熱伝達率でステータの内径面に伝達される。したがって、ロータの熱がステータに効果的に伝達され、主軸の温度が低下される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のビルトインモータ主軸装置の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図であり、図２は図１のＡ矢視断面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、第１実施形態のビルトインモータ主軸装置１０は、主軸１１に連結されたロータ１２及び該ロータ１２外周に設けられたステータ１３により、主軸１１を回転駆動させる。
【００１７】
主軸１１におけるロータ１２より軸方向（図１中左右方向）に沿う出力側（図１中左側）及び反出力側（図１中右側）にはそれぞれ、主軸１１をハウジング１０ａに回転自在に支持する出力側軸受１４及び反出力側軸受１５が設けられる。また、主軸１１及びロータ１２間には、ロータスリーブ１６が介在されている。ロータスリーブ１６は、内径面を主軸１１の外径面に軸方向に沿う所定の複数箇所（図１では軸方向に４箇所、符号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）で嵌合されるとともに、外径面をロータ１２の内径面に嵌合されている。
【００１８】
主軸１１の外径面及びロータスリーブ１６の内径面の主たる嵌合部分の出力側端部（接触面Ｔ１）は、ロータ１２の出力側端部１２ａより反出力側に位置しており、ロータ１２からロータスリーブ１６を介して主軸１１へ熱が伝わり難くなるように構成されている。主たる嵌合部分とは、モータ発生トルクの半分を伝達するに足る摩擦力を得ることが可能な嵌合部分であり、接触面Ｔ１，Ｔ２である。また、接触面Ｔ４は、ロータスリーブ１６を軸方向に位置決めするための必要最小限となるように設定されている。したがって、接触面Ｔ４を通じて伝わる熱は小さい。これにより、出力側軸受部の主軸温度上昇を低減できる。接触面Ｔ３は、ロータスリーブが安定して固定されるための嵌め合い面で、接触面積は小さい。よって、ロータの熱が反出力側軸受部にも伝わり難い。なお、本実施形態において、接触面Ｔ３，Ｔ４のようなわずかな接触面は主たる嵌合部分とは呼ばない。
【００１９】
主たる嵌合部分の面積（接触面Ｔ１，Ｔ２の面積の和）は、ロータ１２の内径面積より小さく、ロータ温度が上昇するように構成されている。接触面積が小さくても、ロータ１２の熱が接触面Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及びＴ４以外から逃げなければ、ロータ１２と主軸１１との温度勾配が大きくなるので、主軸への伝熱量は変わらず、主軸１１の温度上昇も変わらない。しかし、ロータ１２の高速回転中には、空気の流れによってロータ１２の熱が空気へも奪われるので、主軸１１の温度上昇は低減される。
【００２０】
ステータ１３の外径面には、冷却用溝１３ａが形成されている。冷却用溝１３ａを用いた油冷却によって、ステータ１３外周が冷却される。これにより、ステータ１３の鉄心温度が低下され、隙間αを介してロータ１２→空気→ステータ１３鉄心の経路で、熱が移動される。隙間αの空気の平均流速は、ロータ周速度のおよそ半分程度と考えられ、主軸１１が２万ｒｐｍのとき、ロータ１２の周速度は１２０ｍ／ｓと速い。これに基づいて、隙間αを図１中紙面に垂直な方向に流れる空気流量を算出すると、１５０Ｌ／ｍｉｎとなり、ロータ１２から空気への熱移動が十分見込める大きな量となる。ここで本実施形態では、主軸１１とロータ１２の接触面を小さくしてロータ１２の温度を上げているので、空気に逃げる熱量は、従来構造より大きくなり、結果、主軸１１の温度を低下させることができる。
【００２１】
本実施形態のビルトインモータ主軸装置１０では、ステータ１３の内径面とロータ１２の外径面との隙間αで周方向に流れる空気は、流量が非常に大きいので、ステータ１３が冷却用溝１３ａを流れる空気によって冷却されることで、外部から空気を供給することなく、ステータ１３とロータ１２との効率よい熱交換が可能である。
【００２２】
第１実施形態の作用を説明する。
ビルトインモータ主軸装置１０において、ロータ１２は、回転に伴って鉄損を生じて発熱する。この際、主軸１１の外径面及びロータスリーブ１６の内径面の接触面積が、嵌合箇所の限定によって低減されていることにより、ロータ１２から主軸１１への伝熱面積が低減され、ロータ温度が上昇する。ロータ温度が上昇すると、ロータ１２の熱が主軸１１内の空気へも奪われ、ロータ１２の高速回転に伴って空気への熱伝達が高い伝達率で起こる。したがって、ロータ１２から主軸１１へ伝わる熱の一部が空気へ伝達され、主軸１１の温度上昇が抑制される。
【００２３】
また、主軸１１の外径面及びロータスリーブ１６の内径面の主たる嵌合部分の出力側端部（接触面Ｔ１）から、出力側軸受１４までの距離が延長されていることにより、ロータスリーブ１６から主軸１１へ熱が伝わり難くなる。これにより、主軸１１におけるロータ１２付近での温度上昇に対して、主軸１１における出力側軸受１４付近での温度上昇が抑制される。
【００２４】
すなわち、本実施形態のビルトインモータ主軸装置１０では、出力側軸受１４（例えば工作機械の主軸では刃物側）は、負荷容量確保等の理由で反出力側軸受１５に比較して大サイズの軸受を用いるが、大サイズの軸受ほど、主軸１１（内輪）の温度が上昇すると出力側軸受１４のラジアル隙間が減少し、焼き付きや寿命短縮等の問題を生じ易い。そこで、主軸１１の外径面及びロータスリーブ１６の内径面の主たる嵌合部分の出力側端部Ｔ１から、出力側軸受１４までの距離を延長することにより、熱を伝わり難くしている。
【００２５】
次に、本発明のビルトインモータ主軸装置の第２実施形態を説明する。
図３は本発明の第２実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図であり、図４は図３のＢ部拡大断面図である。
【００２６】
図３及び図４に示すように、第２実施形態のビルトインモータ主軸装置２０では、ロータスリーブ１６における出力側端部近傍に、モータトルクを伝達可能な程度の接触面積より小さな面積の接触面２１が、主軸１１との間に設けられており、当該接触面２１は熱をほとんど伝達しない。この接触面２１によって、ロータスリーブ１６が安定して支持される。その結果、主たる接触面Ｔ１´は、第１実施形態の接触面Ｔ１（図１参照）より反出力側（図３中右側）に位置させることができ、主軸１１における出力側部分（図３中左側部分）の温度を、より低下させることができる。
また、溝２２及び切り欠き２３が設けられており、空間２４内と主軸１１内が連通されるので、空間２４内の空気温度が低下し、断熱効果が高められる。
その他の構成及び作用については、上記第１実施形態と同様である。
【００２７】
次に、本発明のビルトインモータ主軸装置の第３実施形態を説明する。
図５は本発明の第３実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図であり、図６は図５のＣ矢視断面図、図７は図５のビルトインモータ主軸装置の主軸の螺旋溝を示す要部側面図である。
【００２８】
図５〜図７に示すように、第３実施形態のビルトインモータ主軸装置３０は、主軸３１の外径面にロータ３２内径面が嵌合されており、上記第１及び第２実施形態と異なり、ロータスリーブは設けられていない。また、主軸３１とロータ３２の嵌合部分には、軸方向に沿って螺旋状に螺旋溝３３が形成されている。
【００２９】
螺旋溝３３は、図５中寸法ア：寸法イ＝１０：１〜３：１程度となるように形成されており、接触面積を低減させる。このような螺旋溝によって、図１１に示す従来のステップドスリーブ構造のビルトインモータ主軸装置１１０の接触面Ｔ１０のように、主軸３１における出力側部分に熱を伝える大きな接触面積が生じない利点もある。
また螺旋溝３３は、２条以上の多条溝（図７では３条）とされており、図６に示すように、主軸３１の外径面とロータ３２の内径面との接触面が、いかなる断面においても等配（図７では３等配、符号Ｚ参照）となり、ロータ３２を構成するそれぞれの積層鋼板に各積層鋼板をずらす応力が発生しない。しかも、図７に示すような３条の螺旋溝３３によれば、多方向から均等な嵌め合い応力を受けるので、さらによい。
その他の構成については、上記第１実施形態と同様である。
【００３０】
第３実施形態の作用を説明する。
ビルトインモータ主軸装置３０において、ロータ３２は、回転に伴って鉄損を生じて発熱する。この際、主軸３１の外径面及びロータ３２の内径面の接触面積が、螺旋溝３３の形成によって低減されていることにより、ロータ３２から主軸３１への伝熱面積が低減されるとともに、螺旋溝３３内が主軸３１内と連通して螺旋溝３３内の空気温度が上昇し難くなり、これらの断熱効果でロータ温度が上昇する。ロータ温度が上昇すると、ロータ３２の熱が主軸３１内の空気へも奪われ、ロータ３２の高速回転に伴って空気への熱伝達が高い伝達率で起こる。
したがって、ロータ３２から主軸３１へ伝わる熱の一部が空気へ伝達され、主軸３１の温度上昇が抑制される。
また螺旋溝３３は、主軸３１の外径面とロータ３２の内径面との嵌合部分に形成されており、ロータスリーブは設けられていない。ロータスリーブを設けないことで、部品点数削減及びコスト低減が図られる。
【００３１】
ロータ３２は、通常、積層の珪素鋼板から形成されており、積層されたそれぞれの鋼板の結合は強度ではない。したがって、主軸３１とロータ３２との嵌合が急激に変化する部位があれば、すなわち例えばロータ３２における出力側端部、反出力側端部のみを主軸３１に嵌合させてロータ３２中央部を逃がす形状とすれば、隣接する積層鋼板に大きな剪断力を生じ、ロータ３２の破損を招く恐れがある。
しかし、本実施形態のビルトインモータ主軸装置３０では、螺旋溝３３によって軸方向に沿う嵌合位置が徐々に変動するので、隣接する積層鋼板に大きな剪断力を生じることはなく、これによりロータスリーブを不要とすることができた。
【００３２】
次に、本発明のビルトインモータ主軸装置の第４実施形態を説明する。
図８（ａ）は、本発明の第４実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図であり、図９は図８（ａ）のビルトインモータ主軸装置における軸受４７の内外輪温度差と予圧荷重の関係を示すグラフ、図１０は図８（ａ）のビルトインモータ主軸装置における軸受４７の内外輪温度差と転がり疲れ寿命の関係を示すグラフである。
【００３３】
図８に示すように、第４実施形態のビルトインモータ主軸装置４０は、ロータ内径が小さく、単純なロータスリーブを用いると、反出力側軸受の寸法に制約が生じる場合に対応するものである。
【００３４】
ビルトインモータ主軸装置４０では、主軸４１が、出力側のフロント軸４２と、反出力側のロータスリーブ一体型リヤ軸４３とを連結して構成されており、主軸４１の反出力側の軸径を小さくすることなく、第１実施形態と同等の作用効果が得られる。
すなわち、主軸４１の反出力側の軸径が小さいと、軸内径も小さくなるため、工具保持機構を収められない恐れがあり、また軸受剛性が低下して主軸の危険速度の低下を招くが、本実施形態ではこれらの問題を解消することができる。
【００３５】
また、主軸４１のフロント軸４２の外径面には、螺旋溝４４が形成されている。螺旋溝４４内は、隙間Ｓ及びリヤ軸４３のロータスリーブ部分に形成された穴４３ａを介して、ビルトインモータ主軸装置４０の内部空間４０ａに連通されている。これにより、螺旋溝４４内の空気温度が低下され、ロータ４５から主軸４１の断熱効果が高められる。
【００３６】
更に、リヤ軸４３の穴４３ａは、ロータスリーブ部分において、周方向に所定の間隔をあけて多数設けられている。これにより、ロータ４５の熱が反出力側へ伝わり難くなり、リヤ軸４３の温度が低下され、反出力側軸受４６のラジアル隙間が過小となることによる反出力側軸受の寿命低下及び損傷等が防止される。
その他の構成及び作用については、上記第１実施形態と同様である。
なお、図１８（ｂ）は、主軸の外径面に螺旋溝等を形成しない従来の構造である。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
上記第４実施形態のビルトインモータ主軸装置４０を用いて、２万回転中の主軸温度、出力側軸受４７の外輪温度、反出力側軸受４６の外輪温度を、室温約２３℃で計測するとともに、出力側軸受４７の内外輪温度差を算出した。
ビルトインモータ主軸装置４０の出力側軸受４７としては、内径φ７０、定位置予圧、背面組合せ、組込時予圧荷重５０Ｎのセラミック玉アンギュラ軸受を用いた。また、反出力側軸受４６としては、内径φ５５の円筒ころ軸受を用いた。ステータ１３の冷却は、冷却油ＶＧ２を用いて油量１０Ｌ／分、室温同調で行った。主軸温度は、非接触式の放射温度計を用いて図８中符号４８で示す部位で回転中に計測した。
【００３８】
結果を表１に示す。
【表１】
2004322223.tif 000003
【００３９】
表１から理解されるように、ビルトインモータ主軸装置の主軸温度を、図８（ｂ）の従来例より約８℃低下させることができた。
【００４０】
（実施例２）
上記ビルトインモータ主軸装置４０において、図８中符号４９で示す位置からエア冷却を行った場合についても、同様に実験を行った。すなわち、図８中符号４９で示す位置から２０Ｎ１／ｍｉｎの圧縮エアを供給した。
結果を上記表１に示す。
【００４１】
表１から理解されるように、エア冷却を行っていない実施例１との温度差はほとんどなく、エア冷却の有無にかかわらず、ロータ４５と主軸４１を断熱してステータ１３を冷却することにより、従来例に比較して主軸温度を効果的に低下させられることがわかった。
【００４２】
また、上記ビルトインモータ主軸装置４０を用いて、２万回転中における出力側軸受４７の運転時予圧荷重の解析を行った。
結果を図９に示す。
【００４３】
図９及び表１から理解されるように、出力側軸受４７運転中の予圧荷重を約７００Ｎ低下させることができた。これにより、主軸４１の出力側に負荷できる切削荷重等の外部荷重を大きくすることができるとともに、出力側軸受４７の寿命延長を図ることができる。
【００４４】
更に、上記ビルトインモータ主軸装置４０を用いて、２万回転無負荷状態での寿命計算を行った。
結果を図１０に示す。なお図１０中、縦軸は、内外輪温度差２１℃の場合の寿命を１としている。
【００４５】
図１０から理解されるように、出力側軸受４７の寿命を約２．５倍に延長することができた。また、主軸４１の温度上昇が抑制されるので、主軸４１の熱変位（出力側への伸び量）も低減される。これにより、工作機械の主軸に適用して高い精度を確保することができる。
【００４６】
上述した実験に用いた出力側軸受４７としての定位置予圧されたセラミック玉アンギュラ軸受は、熱変位対策として外周に冷却溝が設けられている。この外周を冷却すると、通常、外輪のみが冷却されるので内外輪温度差が大きくなるが、このような場合、主軸の温度上昇を抑制して出力側軸受の内外輪温度差を抑制できる本実施形態の効果は非常に大きい。
【００４７】
以上のように上記各実施形態によれば、ロータ１２，３２，４５の発熱に伴う主軸１１，３１，４１の温度上昇を抑制することができる。これにより、主軸１１，３１，４１を支持する軸受１４，１５，４６，４７の長寿命化並びに焼き付き防止、及び主軸１１，３１，４１の熱変位量の低減を図ることができる。
【００４８】
なお、ロータの磁気的設計によって磁束が主軸にも通る場合には、ロータと主軸（磁性体）の接触面が少ないと、モータ特性が著しく低下する恐れがある。このような場合には、ロータと主軸との接触面積を確保できる第１実施形態又は第２実施形態のビルトインモータ主軸装置１０，２０が好適に用いられる。また、強度面で高い信頼性を要求される場合にも、第１実施形態又は第２実施形態のビルトインモータ主軸装置１０，２０が好適である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のビルトインモータ主軸装置によれば、ロータの発熱に伴う主軸の温度上昇を抑制することができる。これにより、主軸を支持する軸受寿命の向上、焼き付き防止及び主軸の熱変位量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図である。
【図２】図１のＡ矢視断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図である。
【図６】図５のＣ矢視断面図である。
【図７】図５のビルトインモータ主軸装置の主軸の螺旋溝を示す要部側面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第４実施形態であるビルトインモータ主軸装置を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に対応する従来のビルトインモータ主軸装置を示す断面図である。
【図９】図８のビルトインモータ主軸装置における内外輪温度差と予圧荷重の関係を示すグラフである。
【図１０】図８のビルトインモータ主軸装置における内外輪温度差と転がり疲れ寿命の関係を示すグラフである。
【図１１】従来のステップドスリーブ構造のビルトインモータ主軸装置を示す断面図である。
【図１２】特許文献１で開示されているビルトインモータを示す断面図である。
【符号の説明】
１０  ビルトインモータ主軸装置
１１  主軸
１２  ロータ
１２ａ  出力側端部
１３  ステータ
１４  出力側軸受
１５  反出力側軸受
１６  ロータスリーブ
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４  主軸の外径面及びロータスリーブの内径面の主たる嵌合部分の接触面
１３ａ  冷却用溝
α  ステータの内径面とロータの外径面との隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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