电动机内置方式的主轴装置

技术领域

本发明涉及电动机内置方式的主轴装置。

背景技术

应用于机床等的主轴装置在旋转轴的末端安装刀具，并高速旋转来对被加工物进行切削加工、磨削加工。通常，在进行加工时，为了对刀具及加工部位进行润滑、冷却，会向加工部位供给大量的加工液。即，利用加工液的润滑效果，来实现切削特性的提高、加工刀尖的磨损抑制、工具寿命的延长等。另外，利用加工液的冷却效果，能够抑制刀具和被加工物的热膨胀，提高加工精度、防止加工部位的热熔接，实现加工效率的提高、加工面的表面性状的提高。

然而，有时主轴装置与加工部位的距离较近，加工液会大量地施加于主轴装置的前表面，从而可能会产生问题。即，大量供给的加工液有时会浸入支承旋转轴的轴承内部，在加工液浸入轴承内部的情况下，成为轴承的润滑不良、烧死等的原因。因此，为了提高主轴装置的防水性，防止加工液浸入轴承内部，将各种防水机构应用于主轴装置。

特别是，在用于机床的主轴装置中，在轴承的dmn值在40万以上(更优选为50万以上)的条件下使用时，大多在主轴装置的末端部(工具侧)应用与旋转轴一体旋转的被称为护圈的非接触的防水机构。护圈使该护圈与壳体之间的间隙变窄，构成所谓的迷宫密封件，实现防水性的提高。这是因为，在油封、V密封等接触密封中，在高速旋转时来自密封接触部的发热较大，密封部件会磨损而难以长期维持防水性能。

另外，在近年来的机床用主轴中，为了提高加工效率而推进主轴转速的高速化，随之，逐渐采用电动机内置方式的主轴装置。例如，在专利文献1中公开了一种具备护圈的电动机内置方式的主轴装置。

图8是表示具备护圈的以往的电动机内置方式的主轴装置的一例的剖视图。该主轴装置100在主轴装置100的内部具有电动机101，驱动该电动机101而使旋转轴102旋转。另外，护圈105以与旋转轴102一体旋转的方式被固定于主轴装置100的前端部，在护圈105与壳体103的前侧壳体106以及前侧外圈按压件107之间形成有迷宫密封部108。由此，护圈105与旋转轴102一起高速地一体旋转，因此，不仅具有上述迷宫效果，而且还具有利用离心力使施加于护圈105的加工液朝向径向外侧甩落而抑制加工液浸入主轴装置100的内部、特别是前侧轴承109的内部的效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-26900号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

然而，在如图8所示的主轴装置100中，由于在电动机驱动时产生的各种损失而在电动机101中产生热量。由于该热量，在壳体103的内部，特别是容纳电动机101的电动机室104的空气被加热而成为高温的空气。而且，主轴装置100通常设计为尽可能不使空气、水分、垃圾等从外部进入，因此，除了在旋转轴102的前部设置的迷宫密封部108之外，大多不开设使主轴装置100的内部空间与外部相连那样的孔等。因此，由于上述的高温空气，主轴装置100的内部空间(特别是电动机室104)与外部相比压力变高。

另一方面，护圈105的附近是在旋转轴102的旋转中圆周速度最快的部分，护圈105附近的空气随着护圈105的旋转而旋转。根据伯努利定理，当流体的速度增加时，其压力会降低。即，随着主轴装置100中圆周速度最快的护圈105的旋转而旋转的空气在主轴装置100附近的空气中速度最高，因此其压力也最低。

如上所述，由于由电动机101产生的热量，电动机室104内的空气的压力变高，另一方面，由于护圈105的旋转，护圈105附近的空气的压力变低，由此，在主轴装置100的内部，产生空气从电动机室104向主轴装置100的前表面方向(朝向护圈105的方向)流动的现象。

另外，在该情况下，由于前侧轴承109位于将主轴装置100的内部空间与迷宫密封部108连接的空间的中途，因此在旋转轴102的旋转中，电动机室104的高温空气会通过前侧轴承109内的间隙。由于该高温空气的移动，前侧轴承109的润滑剂(油、润滑脂等)从适合润滑的部位被强制地移动，并且由于高温的空气通过前侧轴承109内部而使轴承109的内部温度上升，轴承109的使用环境变得严苛，因此有可能导致轴承109的早期损伤。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够实现防水性能的提高，并且能够抑制轴承的损伤的电动机内置方式的主轴装置。

用于解决问题的技术手段

本发明的上述目的通过下述结构实现。

(1)一种电动机内置方式的主轴装置，具备：

旋转轴；

前侧轴承和后侧轴承，所述前侧轴承和所述后侧轴承分别将所述旋转轴相对于壳体旋转自如地支承；以及

电动机，所述电动机具有：在该前侧轴承和后侧轴承之间以能够与所述旋转轴一体旋转的方式配置的转子和在该转子的周围配置的定子，

所述电动机内置方式的主轴装置的特征在于，

护圈，所述护圈被固定于所述旋转轴的前端部侧，并在所述护圈与所述壳体之间形成迷宫密封件，

所述壳体具备至少一个旁通孔，所述旁通孔将配置有所述电动机的电动机室和所述迷宫密封件连通。

发明效果

根据本发明的电动机内置方式的主轴装置，通过护圈提高防水性能，并且使由于从电动机产生的热量而升温的电动机室内的高温的空气不通过前侧轴承而从将电动机室与迷宫密封件连通的旁通孔排气，从而能够抑制前侧轴承的内部的温度上升，能够提高前侧轴承以及主轴装置的可靠性。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式所涉及的电动机内置方式的主轴装置的剖视图。

图2是第一实施方式的第一变形例所涉及的电动机内置方式的主轴装置的剖视图。

图3是第一实施方式的第二变形例所涉及的电动机内置方式的主轴装置的剖视图。

图4是第一实施方式的第三变形例所涉及的电动机内置方式的主轴装置的剖视图。

图5的(a)及(b)是在本发明的电动机内置方式的主轴装置中使多个旁通孔的截面积不同的各变形例的示意图。

图6是本发明的第二实施方式所涉及的电动机内置方式的主轴装置的剖视图。

图7是本发明的第三实施方式所涉及的电动机内置方式的主轴装置的剖视图。

图8是以往的主轴装置的剖视图。

符号说明

10、10A、10B主轴装置

11旋转轴

12前侧壳体

16前侧外圈按压件

18套筒

19后侧外圈按压件

23螺旋弹簧(施力部件)

24、24a、24b、24c、25旁通孔

30电动机

31转子

32定子

34电动机室

40护圈

44迷宫密封件

45后方空间

46开口孔

47过滤部件

48其他旁通孔

50前侧轴承

51外圈

52内圈

53滚珠

60后侧轴承

61外圈

62内圈

63滚珠

H壳体

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的电动机内置方式的主轴装置的各实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，也将旋转轴的安装有工具的一侧(工具侧)称为前侧，将与工具侧相反的一侧称为后侧。

(第一实施方式)

图1是本发明的第一实施方式的电动机内置方式的主轴装置的剖视图。

如图1所示，在机床主轴用的电动机内置方式的主轴装置10(以下，也简称为“主轴装置10”)中，旋转轴11通过配置于其工具侧(图1中左侧)的2列前侧轴承50、50和配置于与工具相反的一侧(图1中右侧)的2列后侧轴承60、60而旋转自如地被支承于壳体H。壳体H从工具侧依次主要由前侧壳体12、外筒13、后侧壳体14及后盖15构成，并通过未图示的螺栓分别紧固固定。

各前侧轴承50是角接触球轴承，分别具有外圈51、内圈52、具有接触角地配置的滚动体即滚珠53以及未图示的保持架，各后侧轴承60是角接触球轴承，具有外圈61、内圈62、具有接触角地配置的滚动体即滚珠63以及未图示的保持架。前侧轴承50、50(并列组合)和后侧轴承60、60(并列组合)以相互配合而成为背对背组合的方式配置。

前侧轴承50、50的外圈51、51内嵌于前侧壳体12，另外，利用与形成于前侧壳体12的内螺纹27螺合固定的前侧外圈按压件16，经由外圈隔圈54而相对于前侧壳体12沿轴向定位固定。另外，内螺纹27形成在前侧筒部12b的内周面，该前侧筒部12b从前侧壳体12的内嵌有外圈51、51的部分的前端面12a向前方突出而与后述的护圈40对置。

另外，前侧轴承50、50的内圈52、52外嵌于旋转轴11，通过紧固于旋转轴11的螺母17，而经由后述的护圈40及内圈隔圈55相对于旋转轴11在轴向上定位固定。

后侧轴承60、60的外圈61、61内嵌于相对于后侧壳体14在轴向上滑动自如地内嵌的套筒18，并且利用通过未图示的螺栓一体地固定于该套筒18的后侧外圈按压件19，而经由外圈隔圈64相对于套筒18在轴向上定位固定。

后侧轴承60、60的内圈62、62外嵌于旋转轴11，另外，通过紧固于旋转轴11的其他螺母21，而经由内圈隔圈65、65相对于旋转轴11在轴向上定位固定。在后侧壳体14与后侧外圈按压件19之间配设有螺旋弹簧23，该螺旋弹簧23的弹力将后侧外圈按压件19与套筒18一起向后方按压。由此，对前侧轴承50、50以及后侧轴承60、60施加预压。

在旋转轴11的工具侧设置有通过轴中心沿轴向形成的未图示的工具安装孔以及内螺纹。工具安装孔及内螺纹用于将刀具等未图示的工具安装于旋转轴11。另外，也可以不设置工具安装孔及内螺纹，而在旋转轴11的轴芯滑动自如地插嵌以往公知的拉杆(未图示)。拉杆均具备固定未图示的工具支架的筒夹部，通过碟形弹簧的力向工具相反侧方向施力。

在旋转轴11的前侧轴承50、50与后侧轴承60、60之间的轴向大致中央配设有电动机30，该电动机30具备：转子31，其以能够与旋转轴11一体旋转的方式配置；和定子32，其被配置于转子31的周围。定子32通过将热套于定子32的冷却套33内嵌于构成壳体H的外筒13而被固定于外筒13。

与定子32的线圈连接并向定子32供给电力的电线35插通于在后侧壳体14以及后盖15设置的布线孔36a、36b而与外部电源连接。电动机30通过经由电线35向定子32供给电力而使转子31产生旋转力以使旋转轴11旋转。电动机30在旋转轴11的周围被容纳于由前侧壳体12、外筒13、后侧壳体14以及套筒18包围的空间即电动机室34内。另外，后盖15具有将形成于后端部的开口部分15a封闭的开口盖28。

如上所述，护圈40在比前侧轴承50、50靠工具侧(图中左侧)的位置外嵌于旋转轴11的前端部侧，且该护圈通过螺母17与内圈52、52一起被固定于旋转轴11。

护圈40具有：外嵌于旋转轴11的凸台部41；从凸台部41向径向外侧延伸设置的圆盘部42；以及从该圆盘部42的外周部向后方呈环状延伸设置的圆环部43。

圆盘部42的轴向内侧面隔着微小的轴向间隙、例如0.5mm左右的间隙在轴向上与前侧壳体12及前侧外圈按压件16的前端面对置配置，圆环部43的内周面隔着微小的径向间隙、例如0.5mm左右的间隙在径向上与前侧壳体12的外周面对置配置。由此，护圈40在与前侧壳体12及前侧外圈按压件16之间构成所谓的迷宫密封44。

由此，在前侧壳体12的外周部，通过护圈40形成气帘，在对被加工物进行加工时，构成用于对落到主轴装置10上的加工液进入前侧轴承50、50侧进行抑制的防水机构。另外，即使加工液、粉尘侵入到迷宫部位，也能够利用护圈40的离心力所形成的甩落效果，而从圆环部43向外部排出，并能够防止加工液、粉尘侵入旋转轴11的内部。

在前侧壳体12形成有将电动机室34与迷宫密封件44连通的多个旁通孔24。根据截面积的大小等的关系，旁通孔24的空气阻力比前侧轴承50的内部间隙的空气阻力小。

旁通孔24是在前侧壳体12内沿轴向延伸的笔直孔，形成为截面积在长度方向上不变化的圆形截面，能够容易地进行加工。另外，在本实施方式中，多个旁通孔24形成于比前侧轴承50、50的外圈51、51所内嵌的前侧壳体12的部分的内周面、前侧外圈按压件16螺合的内螺纹27靠外径侧且比形成于外周面的冷却槽26靠内径侧的径向位置。

在旋转轴11驱动时，因来自电动机30的发热而成为高温的空气由于电动机室34与迷宫密封件44的压力差而移动至主轴装置10的前方，但通过在前侧壳体12设置将电动机室34与迷宫密封件44连通的旁通孔24，高温空气通过空气阻力比前侧轴承50的内部间隙小的旁通孔24而流动。

由此，前侧轴承50内的润滑剂的强制移动、轴承部的异常温度上升被抑制，能够抑制前侧轴承50的早期损伤，主轴装置10的可靠性提高。

并且，通过从迷宫密封件44放出的电动机室34内的空气，能够对加工液浸入前侧轴承50的内部、在旋转轴11停止等情况下浸入到主轴装置10的内部的加工液进一步向深处移动进行抑制。由此，进一步提高主轴装置10的防水性。

另外，在本实施方式中，旁通孔24的数量、周向相位、截面积等能够根据主轴装置10的规格、使用条件等适当地设计。

图2是第一实施方式的第一变形例所涉及的主轴装置的剖视图。在该情况下，旁通孔24a在前侧壳体12内弯曲地形成，将电动机室34与迷宫密封件44连通。但是，在本变形例中，由于旁通孔24a的空气阻力比前侧轴承50的内部间隙的空气阻力小，因此电动机室34内的高温空气通过旁通孔24a而流动。

图3是第一实施方式的第二变形例所涉及的主轴装置的剖视图。在该情况下，通过形成于前侧壳体12的旁通孔24b和形成于前侧外圈按压件16的旁通孔25，电动机室34与迷宫密封件44经由形成于前侧壳体12与前侧外圈按压件16之间的空间29连通。但是，在本变形例中，由于旁通孔24b、25的空气阻力比前侧轴承50的内部间隙的空气阻力小，因此电动机室34内的高温空气通过旁通孔24b、25而流动。

图4是第一实施方式的第三变形例所涉及的主轴装置的剖视图。在该情况下，形成于前侧壳体12的旁通孔24c从电动机室34在前侧壳体12内沿轴向延伸，且以在前侧壳体12的外周面开口的方式向外径方向弯曲而形成，开口部与护圈40的圆环部43的内周面对置。但是，即使在本变形例中，由于旁通孔24c的空气阻力比前侧轴承50的内部间隙的空气阻力小，因此电动机室34内的高温空气通过旁通孔24c而流动。

另外，电动机室34内的高温空气中温度越高的空气越会滞留在上方。因此，为了高效地排出高温空气，优选高效地排出滞留在电动机室34上方的空气。因此，在旋转轴11为水平状态下使用的主轴装置10的情况下，除了将旁通孔24的空气阻力设定得比前侧轴承50的内部间隙的空气阻力小之外，优选使配置于比旋转轴11靠上方的旁通孔24的空气阻力比配置于比旋转轴11靠下方的旁通孔24的空气阻力小，从而积极地对滞留于电动机室34上方的空气进行排气。

具体而言，如图5的(a)所示，使配置于比旋转轴11靠上方的旁通孔24的孔径d1比配置于比旋转轴11靠下方的旁通孔24的孔径d2大，使配置于比旋转轴11靠上方的旁通孔24的总截面积比配置于比旋转轴11靠下方的旁通孔24的总截面积大。

另外，也可以如图5的(b)所示，使旁通孔24的孔径从配置于比旋转轴11靠上方的旁通孔24起朝向配置于比旋转轴11靠下方的旁通孔24去而逐渐变小(d1、d2、d3)。另外，也可以使配置于比旋转轴11靠上方的旁通孔24的孔数多于配置于比旋转轴11靠下方的位置的旁通孔24的孔数。

(第二实施方式)

接着，参照图6对主轴装置的第二实施方式进行说明。如图6所示，在旋转轴11的后方，主要设置有由后侧壳体14、后盖15以及套筒18形成的后方空间45。在本实施方式的主轴装置10A中，在后盖15的开口罩28形成有开口孔46，以使该后方空间45与主轴装置10A的外部连接。另外，在开口孔46安装有防止垃圾、雾等异物侵入主轴装置10A的内部的消音器等过滤部件47。

因此，根据本实施方式的主轴装置10A，除了形成于前侧壳体12且将电动机室34与迷宫密封件44连通的旁通孔24之外，还在相对于后侧轴承60、60而与电动机室34相反的一侧的后方空间45具备与外部连接的开口孔46。

由此，与经由旁通孔24从电动机室34排出到迷宫密封件44的高温的空气大致相同量的外部空气经由开口孔46及后侧壳体14的布线孔36a向电动机室34供给。并且，能够不经由前侧轴承50的内部间隙而高效地对主轴装置10A、特别是电动机室34内的高温的空气进行排气，能够对前侧轴承50内的润滑剂的强制移动、轴承部的异常温度上升进行抑制，从而能够抑制前侧轴承50的早期损伤。另外，能够防止垃圾、雾等异物侵入主轴装置10A的内部。

(第三实施方式)

接下来，参照图7对主轴装置的第三实施方式进行说明。如图7所示，本实施方式的主轴装置10B在第二实施方式的主轴装置10A的结构的基础上，还在套筒18以及后侧外圈按压件19设置有将电动机室34与后方空间45连通的其他旁通孔48、49。

由此，即使由于某种理由而使后侧壳体14的布线孔36a被封闭，也能够使后方空间45的空气从其他旁通孔48流向电动机室34，并防止后方空间45的空气通过后侧轴承60、60的内部间隙移动，从而能够防止对后侧轴承60、60造成的影响。

其他结构及作用与本发明的第二实施方式相同。

另外，本发明并不限定于上述的各实施方式以及变形例，能够适当地进行变形、改良等。

例如，本发明的电动机内置方式的主轴装置也能够适当地用作磨床主轴用。

如上所述，在本说明书中公开了以下事项。

(1)一种电动机内置方式的主轴装置，具备：

旋转轴；

前侧轴承和后侧轴承，所述前侧轴承和所述后侧轴承分别将所述旋转轴相对于壳体旋转自如地支承；以及

电动机，所述电动机具有：在该前侧轴承和后侧轴承之间以能够与所述旋转轴一体旋转的方式配置的转子和在该转子的周围配置的定子，

所述电动机内置方式的主轴装置的特征在于，

护圈，所述护圈被固定于所述旋转轴的前端部侧，并在所述护圈与所述壳体之间形成迷宫密封件，

所述壳体具备至少一个旁通孔，所述旁通孔将配置有所述电动机的电动机室和所述迷宫密封件连通。

根据该结构，能够通过护圈提高防水性能，并且使由于从电动机产生的热量而升温的电动机室内的高温的空气不通过前侧轴承而从将电动机室与迷宫密封件连通的旁通孔排出，由此能够抑制前侧轴承的内部的温度上升，能够提高前侧轴承以及主轴装置的可靠性。

(2)如(1)所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

所述壳体具有：前侧壳体，所述前侧壳体内嵌有所述前侧轴承的外圈；以及前侧外圈按压件，所述前侧外圈按压件与所述前侧壳体螺合固定而将所述外圈在轴向上定位，并与所述护圈形成所述迷宫密封件，

所述旁通孔被形成在所述前侧壳体。

根据该结构，能够比较容易地形成旁通孔。

(3)如(1)所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

所述壳体具有：前侧壳体，所述前侧壳体内嵌有所述前侧轴承的外圈；以及前侧外圈按压件，所述前侧外圈按压件与所述前侧壳体螺合固定而将所述外圈在轴向上定位，并与所述护圈形成所述迷宫密封件，

所述旁通孔被形成在所述前侧壳体以及所述前侧外圈按压件。

根据该结构，即使在仅通过前侧壳体难以将电动机室与迷宫密封件连通的情况下，也能够形成旁通孔。

(4)如(1)～(3)中任一项所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

所述壳体具备开口孔，所述开口孔使在相对于所述后侧轴承与所述电动机室相反的一侧利用所述壳体而形成的后方空间与外部连接。

根据该结构，通过从开口孔引入外部空气，能够高效地排出电动机室内的高温的空气，能够抑制前侧轴承内的润滑剂的强制移动、轴承部的异常温度上升。

(5)如(4)所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

所述开口孔安装有能够去除异物的过滤部件。

根据该结构，能够防止垃圾、雾等异物侵入主轴装置的内部。

(6)如(4)或(5)所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

还具备：

套筒，所述套筒内嵌有所述后侧轴承的外圈，并且内嵌于所述壳体，能够相对于所述壳体在所述旋转轴的轴向上滑动；以及

后侧外圈按压件，所述后侧外圈按压件被固定于所述套筒，在所述后侧外圈按压件与所述壳体之间配设有施力部件，

在所述套筒以及所述后侧外圈按压件具备将所述电动机室以及所述后方空间连通的至少一个其他旁通孔。

根据该结构，即使后侧壳体的布线孔被封闭，也能够使后方空间的空气从其他旁通孔流入电动机室，能够防止后方空间的空气通过后侧轴承的内部间隙而移动。

(7)如(1)～(6)中任一项所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

所述主轴装置以所述旋转轴为水平状态的状态使用，

配置在比所述旋转轴靠上方的位置的所述旁通孔的总截面积比配置在比所述旋转轴靠下方的位置的所述旁通孔的总截面积大。

根据该结构，在旋转轴为水平状态下使用的主轴装置的情况下，能够高效地排出滞留于电动机室的上方的高温空气，抑制高温空气对前侧轴承造成的影响。

(8)如(1)～(7)中任一项所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

所述电动机内置方式的主轴装置为机床主轴用。

根据该结构，能够适当地用作机床主轴用。

(9)如(1)～(7)中任一项所述的电动机内置方式的主轴装置，其特征在于，

所述电动机内置方式的主轴装置为磨床主轴用。

根据该结构，能够适当地用作磨床主轴用。

另外，本申请基于2018年10月31日申请的日本专利申请(日本特愿2018-205650)，其内容作为参照引用于本申请中。