特許 5936228 スピンドル装置及びスピンドル装置用フリンガー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5936228

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】スピンドル装置及びスピンドル装置用フリンガー

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/00 20060101AFI20160609BHJP

   F16C 19/16 20060101ALI20160609BHJP

   F16C 33/80 20060101ALI20160609BHJP

   F16J 15/54 20060101ALI20160609BHJP

   B23Q 11/08 20060101ALI20160609BHJP

   B23B 19/02 20060101ALI20160609BHJP

   F16J 15/447 20060101ALN20160609BHJP

【ＦＩ】

   B23Q11/00 E

   F16C19/16

   F16C33/80

   F16J15/54

   B23Q11/08 Z

   B23B19/02 A

   !F16J15/447

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-191657(P2012-191657)

(22)【出願日】2012年8月31日

(65)【公開番号】特開2014-46410(P2014-46410A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2015年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003090

【氏名又は名称】東邦テナックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090343

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 百合子

(74)【代理人】

【識別番号】100105474

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 弘徳

(74)【代理人】

【識別番号】100108589

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 利光

(72)【発明者】

【氏名】米山 博樹

(72)【発明者】

【氏名】勝野 美昭

(72)【発明者】

【氏名】喜多須 正也

【審査官】 長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第５４８７６３１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３０３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−２２６５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７２８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２２７６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−３４６９１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １１／００

Ｂ２３Ｂ １９／０２

Ｂ２３Ｑ １１／０８

Ｆ１６Ｃ １９／１６

Ｆ１６Ｃ ３３／８０

Ｆ１６Ｊ １５／５４

Ｆ１６Ｊ １５／４４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
前記回転軸の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
を備えたスピンドル装置であって、
前記フリンガーは、
前記回転軸にそれぞれ外嵌される環状の第１及び第２の金属部材と、
前記第１及び第２の金属部材の少なくとも一方に形成された円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部の軸方向一端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向他端側に向けて傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から軸方向他端側に延設される円環部と、を備えるフリンガー本体と、
を有し、
前記フリンガー本体は、炭素繊維複合材料からなり、
前記第１及び第２の金属部材は、互いに協働して、前記フリンガー本体の基部を軸方向両側から挟み込む
ことを特徴とするスピンドル装置。

【請求項2】

前記第１及び第２の金属部材はそれぞれ、円筒部と、該円筒部の軸方向端部から径方向外側に延出して前記基部の軸方向端面とそれぞれ当接する鍔部と、を有する鍔付き間座である
ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。

【請求項3】

前記フリンガー本体の円環部の軸方向他端部には、径方向外側に延出する他の鍔部が形成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドル装置。

【請求項4】

円筒状の基部と、前記基部の軸方向一端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向他端側に向けて傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から軸方向他端側に延設される円環部と、を備えるフリンガー本体と、
前記フリンガー本体の基部に外嵌される円筒部と、該円筒部の軸方向端部から径方向外側に延出して前記フリンガー本体の基部の軸方向端面とそれぞれ当接する鍔部と、をそれぞれ有する環状の第１及び第２の金属部材と、
を備えるスピンドル装置用フリンガーであって、
前記フリンガー本体は、炭素繊維複合材料からなり、
前記フリンガー本体と前記第１及び第２の金属部材とは、前記第１及び第２の金属部材が、互いに協働して、前記フリンガー本体の基部を軸方向両側から挟み込んだ状態で、前記フリンガー本体の基部と、前記第１及び第２の金属部材の円筒部とをすきま嵌めして接着接合することで、一体化されることを特徴とするスピンドル装置用フリンガー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スピンドル装置及びスピンドル装置用フリンガーに関し、より詳細には、防水機能を有し、工作機械に適用するのに好適なスピンドル装置及びスピンドル装置用フリンガーに関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械等に適用されるスピンドル装置の回転軸は、高速回転して被加工物の切削加工や研削加工を行っている。加工に際して、一般的に、刃具や砥石等の加工工具および加工部位の潤滑や冷却を目的として多量の加工液が加工部に供給される。即ち、潤滑により、被削特性の向上、加工刃先の摩耗抑制、工具寿命の延長などが図られる。また、冷却により、加工工具及び被加工物の熱膨張が抑制されて加工精度の向上、加工部位の熱溶着を防止して加工効率の向上や加工面の表面性状の向上が図られる。スピンドル装置と加工部との距離が近いこともあり、加工液がスピンドル装置の前面にも多量にかかる。この多量に供給される加工液が回転軸を支持する軸受内部に浸入しやすく、加工液が軸受内部に浸入すると、軸受の潤滑不良や焼付きなどの原因となるため軸受の防水性能が重要となる。特に、グリース封入潤滑やグリース補給潤滑される軸受においては、エアと共に潤滑油が供給されるオイル・エア潤滑やオイルミスト潤滑の軸受と比較して軸受内部が低圧であるため、加工液が軸受内部に浸入し易く、より高い防水性能が必要となる。

【0003】

一般的な防水機構としては、オイルシールやＶリングなどの接触式シールが知られている。しかしながら、この接触式シールを、使用する軸受のｄｍｎ値が４０万以上（より好適には、５０万以上）の高速回転で使用されるスピンドル装置に適用した場合、接触式シールの接触部からの発熱が大きく、シール部材が摩耗して防水性能を長期間に亘って維持し難い問題がある。このため、工作機械では、スピンドル装置の前端部（工具側）に、回転軸と一体回転可能にフリンガーを固定し、該フリンガーとハウジングとの間の隙間を小さくした非接触シールである、所謂ラビリンスシールを構成して防水を図っている。高速で回転するフリンガーは、ラビリンス効果と共に、フリンガーに降りかかった加工液を遠心力で径方向外方に振り飛ばして、加工液の軸受内部への浸入を防止している。

【0004】

フリンガーによる遠心力及びラビリンス効果を利用した防水効果は、回転の高速化や大径のフリンガーを用いることで遠心力を大きくすると共に、フリンガーとハウジングとの間の隙間を極力小さく、且つ、長く設けることが効果的である。しかし、高速回転したり、フリンガーの直径を大きくすると、フリンガーに作用する遠心力及びフープ応力もこれに比例して大きくなる。

【0005】

遠心力による影響を抑制する従来の技術としては、工具に装着されたコレットを工具保持部のテーパ孔に挿入し、工具保持部に螺合するナットを締め付けて工具を工具保持部に固定するようにした工具ホルダにおいて、ナットの外周面に炭素繊維層を巻き付け、遠心力によるナットの膨張抑制を図ったものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0006】

また、特許文献２に記載の工作機械用主軸装置におけるシール装置においては、主軸の先端部と一体的に回転する遮蔽版を、ハウジングの先端面に対して隙間を隔てて対向するように配置し、遮蔽版とハウジングの先端面との間にラビリンス部を設けている。このように構成することによって、ワークなどに当たって跳ね返ったクーラントがハウジングの内部に浸入することを防止している。

【0007】

また、特許文献３に記載の工作機械用主軸装置においては、主軸キャップと端面カバーとで形成するラビリンスシールを備え、当該ラビリンスシールがラビリンス室を備えるように構成されており、ラビリンス室の容積を大きく設定することで、主軸キャップと端面カバーとの隙間からラビリンス室にクーラント液が浸入した場合、ラビリンス室内のクーラント液の圧力が低下しクーラント液の流動を減衰させることを図っている。そして、主軸と主軸ヘッドの主軸ハウジングとの隙間から主軸の先端側に向かって大量の圧縮エアを供給することなく、主軸の軸受部にクーラント液が浸入するのを防止している。

【0008】

また、特許文献４に記載のスピンドルユニットは、ハウジングと、該ハウジングにベアリングを介して回転自在に装着される回転軸と、該回転軸に螺着され該ベアリングの内輪を押さえる内輪押さえ部材と、該ハウジングに固着され該ベアリングの外輪を押さえる外輪押さえ部材と、を含み、内輪押さえ部材には、外輪押さえ部材を非接触で覆う防水カバーが形成されることが開示されている。そして、上記防水カバーによって、外輪押さえ部材と内輪押さえ部材との間、即ちベアリング部位への切削水の浸入を防止し、錆の発生等を解消させることを図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平６−２２６５１６号公報

【特許文献2】特開２００２−２６３９８２号公報

【特許文献3】特開２０１０−７６０４５号公報

【特許文献4】特開平１１−７７５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、一般的にフリンガーは、ＳＣ材、ＳＣＭ材、ＳＵＳ材、ＣＵ材などの比較的比重が大きな金属材料で製作されている。従って、フリンガーに降りかかる加工液に大きな遠心力を作用させるために、フリンガーの直径を大きくすると、フリンガー自身、特に外径側に大きな遠心力が作用する。工作機械の回転軸のように使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上となる高速回転においては、遠心力によってフリンガーが変形し、場合によってはフリンガー本来の防水機能が低下する虞があった。このため、遠心力による影響が許容される程度に、フリンガーの直径や回転軸の回転速度を制限する必要がある。

【0011】

従来の使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上となる環境下で使用されるスピンドル装置では、遠心力の大きさを考慮してフリンガーの寸法を制限していたために、防水性能の点で改善の余地があった。

【0012】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を維持しながら、遠心力によるフリンガーの変形を防止することができ、さらに、フリンガーの軽量化と材料の節約が図られるスピンドル装置及びスピンドル装置用フリンガーを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 軸方向一端側に加工工具が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸を軸受を介して回転自在に支持するハウジングと、
前記回転軸の周囲に一体回転可能に固定され、前記軸受への液体の浸入を抑制する防水機能を有するフリンガーと、
を備えたスピンドル装置であって、
前記フリンガーは、
前記回転軸にそれぞれ外嵌される環状の第１及び第２の金属部材と、
前記第１及び第２の金属部材の少なくとも一方に形成された円筒部に外嵌される円筒状の基部と、前記基部の軸方向一端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向他端側に向けて傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から軸方向他端側に延設される円環部と、を備えるフリンガー本体と、
を有し、
前記フリンガー本体は、炭素繊維複合材料からなり、
前記第１及び第２の金属部材は、互いに協働して、前記フリンガー本体の基部を軸方向両側から挟み込む
ことを特徴とするスピンドル装置。
（２） 前記第１及び第２の金属部材はそれぞれ、円筒部と、該円筒部の軸方向端部から径方向外側に延出して前記基部の軸方向端面とそれぞれ当接する鍔部と、を有する鍔付き間座である
ことを特徴とする（１）に記載のスピンドル装置。
（３） 前記フリンガー本体の円環部の軸方向他端部には、径方向外側に延出する他の鍔部が形成される
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のスピンドル装置。
（４） 円筒状の基部と、前記基部の軸方向一端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向他端側に向けて傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から軸方向他端側に延設される円環部と、を備えるフリンガー本体と、
前記フリンガー本体の基部に外嵌される円筒部と、該円筒部の軸方向端部から径方向外側に延出して前記フリンガー本体の基部の軸方向端面とそれぞれ当接する鍔部と、をそれぞれ有する環状の第１及び第２の金属部材と、
を備えるスピンドル装置用フリンガーであって、
前記フリンガー本体は、炭素繊維複合材料からなり、
前記フリンガー本体と前記第１及び第２の金属部材とは、前記第１及び第２の金属部材が、互いに協働して、前記フリンガー本体の基部を軸方向両側から挟み込んだ状態で、前記フリンガー本体の基部と、前記第１及び第２の金属部材の円筒部とをすきま嵌めして接着接合することで、一体化されることを特徴とするスピンドル装置用フリンガー。

【発明の効果】

【0014】

本発明のスピンドル装置によれば、フリンガーは、回転軸にそれぞれ外嵌される環状の第１及び第２の金属部材と、第１及び第２の金属部材の少なくとも一方に形成された円筒部に外嵌され、炭素繊維複合材料からなるフリンガー本体と、を有し、第１及び第２の金属部材は、互いに協働して、フリンガー本体の基部を軸方向両側から挟み込む。
このように、フリンガーは、遠心力が大きい径方向外側のフリンガー本体が、一般的な金属より比強度（引張強さ／比重）が高い炭素繊維複合材料からなるので、径方向膨張を小さくできると共に、遠心力による変形を抑制することが可能である。
また、フリンガーは、遠心力が小さい径方向内側に第１及び第２の金属部材を有するので、第１及び第２の金属部材に作用する応力を小さくすることができる。
また、通常、金属からなる回転軸に、フリンガーの第１及び第２の金属部材が外嵌されるので、回転軸とフリンガーとの径方向接続関係が金属部材同士の嵌合となり、フリンガーの回転軸への取付けあるいは取外しが容易であると共に、これら取付け、取外しを繰り返しても嵌合部に問題が生じない。
以上のように、スピンドル装置は、使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を維持しながら、遠心力によるフリンガーの変形を防止することができると共に、従来の金属材料からなるフリンガーと同様、フリンガーの取り付け、取り外しを嵌め合い面の損傷なく容易に行なうことができ、且つ、軸方向に精度良く位置決めすることができる。
また、フリンガー本体は、その基部の軸方向一端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向他端側に向けて傾斜する傾斜部を有するので、周囲の垂直壁を可能な限り低く（浅く）する事で垂直壁に発生する遠心力を小さくすることができる。また、遠心力により傾斜部に応力が作用して、傾斜が小さくなる方向に変形が生じるため、予め傾斜部の肉厚を薄くすることが可能となり、軽量化と材料の節約が図られる。

【0015】

また、本発明のスピンドル装置用フリンガーによれば、フリンガーは、回転軸にそれぞれ外嵌される環状の第１及び第２の金属部材と、第１及び第２の金属部材の少なくとも一方に形成された円筒部に外嵌され、炭素繊維複合材料からなるフリンガー本体と、を有し、第１及び第２の金属部材は、互いに協働して、フリンガー本体の基部を軸方向両側から挟み込む。これにより、使用する軸受のｄｍｎ値が１００万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を維持しながら、遠心力によるフリンガーの変形を防止することができると共に、従来の金属材料からなるフリンガーと同様、フリンガーの取り付け、取り外しを嵌め合い面の損傷なく容易に行なうことができ、且つ、軸方向に精度良く位置決めすることができる。また、フリンガー本体は、その基部の軸方向一端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向他端側に向けて傾斜する傾斜部を有するので、遠心力により傾斜部に応力が作用して、傾斜が小さくなる方向に変形が生じ、傾斜部は軸方向の肉厚が増加することになる。このため、予め傾斜部の肉厚を薄くすることが可能となり、軽量化と材料の節約が図られる。また、フリンガー本体と第１及び第２の金属部材は、第１及び第２の金属部材が、互いに協働して、フリンガー本体の基部を軸方向両側から挟み込んだ状態で、フリンガー本体の基部と、第１及び第２の金属部材の円筒部とをすきま嵌めして接着接合することで、一体化される。これにより、フリンガー本体と第１及び第２の金属部材が一体化されているので、フリンガーとして取り扱いが容易であり、組み付け性が良い。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係るスピンドル装置の断面図である。

【図2】図１のスピンドル装置の要部拡大断面図である。

【図3】図１に示すフリンガーの断面図である。

【図4】本発明の変形例に係るフリンガーの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態に係るスピンドル装置について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、スピンドル装置１０は、工作機械用のモータビルトイン式スピンドル装置であり、回転軸１１が、その工具側（前側、軸方向前方、軸方向一端側）を支承する２列の前側軸受５０，５０と、反工具側（後側、軸方向後方、軸方向他端側）を支承する２列の後側軸受６０，６０を介して、ハウジングＨに回転自在に支持されている。ハウジングＨは、工具側から順に、前側軸受外輪押さえ１２、外筒１３、後側ハウジング１４、後蓋５によって構成されている。

【0018】

回転軸１１の工具側には、軸中心を通り軸方向に形成された工具取付孔２４及び雌ねじ２５が設けられている。工具取付孔２４及び雌ねじ２５は、不図示の加工工具を回転軸１１に取付けるために使用される。例えば、工具取付孔２４及び雌ねじ２５には、不図示の砥石クイルが取り付けられることで、研削加工が可能となる。
なお、回転軸１１の構成は、一端側に加工工具が取り付けられるものであればよく、工具取付孔２４及び雌ねじ２５の代わりに、回転軸１１の軸芯にドローバーを摺動自在に挿嵌するようにしてもよい。ドローバーは、工具ホルダを固定する不図示のコレット部を備え、皿ばねの力によってコレット部を反工具側方向に付勢する。

【0019】

回転軸１１の前側軸受５０，５０と後側軸受６０，６０間の略軸方向中央には、回転軸１１と一体回転可能に配置されるロータ２６と、ロータ２６の周囲に配置されるステータ２７と、を備える。ステータ２７は、ステータ２７に焼き嵌めされた冷却ジャケット２８を、ハウジングＨを構成する外筒１３に内嵌することで、外筒１３に固定される。ロータ２６とステータ２７とはモータＭを構成し、ステータ２７に電力を供給することでロータ２６に回転力を発生させて回転軸１１を回転させる。

【0020】

各前側軸受５０は、外輪５１と、内輪５２と、接触角を持って配置される転動体としての玉５３と、図示しない保持器と、をそれぞれ有するアンギュラ玉軸受であり、各後側軸受６０は、外輪６１と、内輪６２と、転動体としての玉６３と、図示しない保持器と、を有するアンギュラ玉軸受である。前側軸受５０，５０（並列組合せ）と後側軸受６０，６０（並列組合せ）とは、互いに協働して背面組み合わせとなるように配置されている。

【0021】

前側軸受５０，５０の外輪５１，５１は、外筒１３に内嵌されており、外筒１３にボルト締結された前側軸受外輪押さえ１２によって外輪間座５４を介して外筒１３に対し軸方向に位置決め固定されている。前側軸受５０，５０の内輪５２，５２は、回転軸１１に外嵌されており、回転軸１１に締結されたナット１６によって、内輪間座５５及び後述するフリンガー４０を介して回転軸１１に対し軸方向に位置決め固定されている。

【0022】

後側軸受６０，６０の外輪６１，６１は、後側ハウジング１４に対して軸方向に摺動自在に内嵌するスリーブ１８に内嵌すると共に、このスリーブ１８にボルト６６で一体的に固定された後側軸受外輪押え１９によって、外輪間座６４を介してスリーブ１８に対し軸方向に位置決め固定されている。

【0023】

後側軸受６０，６０の内輪６２，６２は、回転軸１１に外嵌されており、回転軸１１に締結された他のナット２１によって、内輪間座６５を介して回転軸１１に対し軸方向に位置決め固定されている。後側ハウジング１４と後側軸受外輪押え１９との間にはコイルばね２３が配設され、このコイルばね２３のばね力が、後側軸受外輪押え１９をスリーブ１８と共に後方に押圧する。これにより、前側軸受５０，５０及び後側軸受６０，６０に予圧が付与される。

【0024】

ここで、本実施形態のような研削加工では、一般的に研削液を多量に加工部に供給し、加工部の冷却及び加工粉の除去を行なっている。この加工液が前側軸受５０，５０に浸入しないように、フリンガー４０が、前側軸受５０，５０より工具側（図２中左側）において回転軸１１の周囲に一体回転可能に固定されており、前側軸受外輪押さえ１２との間にラビリンスシールを構成して、外部からかかる研削液を回転軸１１の回転と共に振り切り、前側軸受５０，５０への液体の浸入を抑制する防水機能を与える。

【0025】

図２及び図３も参照して、フリンガー４０は、回転軸１１にそれぞれ外嵌され、ＳＣ材、ＳＣＭ材、ＳＵＳ材などの金属からなる環状の第１及び第２の金属部材７０、７１と、第１及び第２の金属部材７０，７１に外嵌されて、炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）からなる環状のフリンガー本体４１と、を備える。

【0026】

第１及び第２の金属部材７０，７１はそれぞれ、円筒部７０ａ，７１ａと、該円筒部７０ａ，７１ａの軸方向端部から径方向外側に延出する鍔部７０ｂ，７１ｂと、を有する鍔付き間座である。

【0027】

また、フリンガー本体４１は、第１及び第２の金属部材７０，７１の各円筒部７０ａ，７１ａに外嵌して固定された基部としての円筒状のボス部４２と、該ボス部４２の軸方向前端部から径方向外方に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向後方に向けて傾斜する傾斜部４３と、及び該傾斜部４３の径方向外方端部から軸方向後方に向かってリング状に延設された円環部４４と、を有する。

【0028】

そして、第１及び第２の金属部材７０，７１は、各円筒部７０ａ，７１ａにフリンガー本体４１のボス部４２を外嵌させ、各鍔部７０ｂ，７１ｂをフリンガー本体４１のボス部４２の軸方向端面とそれぞれ当接させ、互いに協働して、フリンガー本体４１のボス部４２を軸方向両側から挟み込む。このようにしてフリンガー本体４１、第１及び第２の金属部材７０，７１が一体化されたフリンガー４０を回転軸１１に外嵌して、ナット１６により内輪５２，５２と共に軸方向に締め付けることで、フリンガー４０は回転軸１１に一体回転可能に固定される。

【0029】

このとき、ナット１６によるフリンガー４０の内輪５２への軸方向締め付けが、第１及び第２の金属部材７０，７１を介して行われるので、金属部材同士の締め付けとなり、軸方向の位置決めが確実である。なお、仮に、この軸方向締め付けを、炭素繊維複合材料を直接介して行った場合、弾性変形が大きく、密着力が弱くなってしまう。特に、ＰＡＮ系ＣＦＲＰ等、線膨張係数の小さいＣＦＲＰ材を使用した場合、昇温によって金属からなる回転軸１１との熱膨張差の違いから、軸方向の密着力が低下してナット１６の締結力が低下し、クリープ等の不具合が生じる虞がある。

【0030】

なお、第２の金属部材７１の鍔部７１ｂは、フリンガー本体４１のボス部４２とともに、前側軸受外輪押さえ１２の内周面との間にラビリンスシールを構成することから、第２の金属部材７１の鍔部７１ｂの外径は、フリンガー本体４１のボス部４２の外径と略等しいことが好ましい。

【0031】

回転軸１１と第１及び第２の金属部材７０，７１の嵌合は、すきま嵌合としてもよいし、しめしろ嵌合としてもよい。また、第１及び第２の金属部材７０，７１とフリンガー本体４１との嵌合は、適度なすきまを持ったすきま嵌合として接着接合される。なお、第１及び第２の金属部材７０，７１とフリンガー本体４１とをしめしろ嵌合とした場合、取外しの際に、樹脂材であるフリンガー本体４１の嵌め合い面に表面損傷が発生する虞がある。

【0032】

また、ボス部４２は、前側軸受外輪押さえ１２の内周面１２ａに対して僅かな隙間を介して径方向に対向配置され、傾斜部４３は前側軸受外輪押さえ１２の軸方向前端側のテーパ面１２ｂに対して僅かな隙間を介して軸方向に対向配置され、円環部４４は前側軸受外輪押さえ１２の外周面１２ｃ及び当該外周面１２ｃに滑らかに接続する外筒１３の外周面１３ａに対して僅かな隙間を介して径方向に対向配置される。このように、フリンガー４０は、ハウジングＨを構成する前側軸受外輪押さえ１２及び外筒１３と僅かな軸方向隙間及び径方向隙間、例えば０．５ｍｍ程度の隙間を介して対向配置され、所謂ラビリンスシールを構成する。

【0033】

特に、円環部４４の内周面と、前側軸受外輪押さえ１２及び外筒１３の外周面１２ｃ、１３ａと、の間にはその周速度の差によってエアカーテンが形成され、被加工物を加工する際、スピンドル装置１０に降りかかる加工液が前側軸受５０，５０側に入ることを抑制するための防水機構を構成する。

【0034】

また、傾斜部４３は、フリンガー本体４１の回転軸線ｘに対して垂直な面Ｓに対して傾斜角αだけ傾斜している。このように、フリンガー本体４１は、傾斜部４３を設けることによって、周囲の垂直壁を可能な限り低く（浅く）する事で垂直壁に発生する遠心力を小さくすることができる。また、フリンガー本体４１は、遠心力によって円環部４４が拡径するように変形することで、傾斜部４３に応力が作用し、傾斜角αが小さくなる方向に変形が生じる。このため、予め傾斜部４３の肉厚を薄くすることが可能となり、軽量化と材料の節約が図られる。さらに、傾斜角αを設定することによって、フリンガー本体４１の固有値の最適化を図っている。

【0035】

なお、傾斜角αとしては、１５〜３０°の範囲とすることが好ましい。応力解析の結果１５°未満では、強度向上の効果が十分に与えられず、また、３０°を越えると、前側軸受５０の配置スペースが狭くなり、軸受５０及び周辺部品のレイアウトが困難となる。

【0036】

また、フリンガー本体４１は、金属と比較して、引張強度が高く、比重が小さい炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）から形成されており、例えば、ＰＡＮ（ポリアクリルニトリル）を主原料とした炭素繊維からなる糸を平行に引きそろえたものや、炭素繊維からなる糸で形成した織物（シート状）に、硬化剤を含むエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂を含浸させてなるシートを多数層重ね合わせて、芯金などに巻きつけ、加熱硬化させることで製造される。また、ピッチ系を主原料とした炭素繊維を使用することもできる。炭素繊維複合材料は、纖維方向・角度を最適化することで、引張強度、引張弾性率、線膨張係数などの物性値を用途に合わせて最適化することができる。

【0037】

繊維強化複合材料の特性としては、例えば、引張強度が１８００〜５８００ＭＰａ、好ましくは３５００〜５８００ＭＰａ、引張弾性率が１３０〜５４０ＧＰａ、好ましくは２００〜５４０ＧＰａ、比重が１．５〜２．０ｇ／ｃｃの物性値を持ったＰＡＮ系を主原料とした炭素繊維を用いると、従来の高張力鋼等と比べて、引張強度は同等以上であり、比重は１／５程度であり、比強度では通常の金属材料と比べて約３倍となる。また、熱膨張係数は、繊維方向・角度を最適化することにより、−５〜＋１２×１０^−６Ｋ^−１にすることができるので、従来の炭素鋼に比べて１〜１／１０程度にすることができる。

【0038】

このように、一般的な金属と比較して比強度（引張強さ／比重）が高い炭素繊維複合材料を用いることで、直径が同じであればフリンガー４０に作用する遠心力を大幅に小さくすることができる。従って、回転軸１１の回転速度に対する制約や、フリンガー４０の大きさ（径方向）に対する制限を大幅に緩和することができる。

【0039】

これにより、従来達成することが困難であった更なる高速回転化、或いはフリンガー４０の大型化が可能となり、加工液に作用する遠心力を高めて、降りかかる加工液を確実に径方向外方に振り飛ばして軸受内部への浸入を防止することができる。また、フリンガー本体４１の円環部４４に作用する遠心力が小さくなることで、比較的強度が弱い片持ち構造となる円環部４４の開口側（図中右側）が径方向外方へ拡径することを抑制することができる。これにより、円環部４４の径方向長さ及び軸方向長さを長く設定して、ラビリンスシールの長さが長くなり防水効果が向上する。

【0040】

なお、外筒１３の外周面１３ａには、フリンガー４０の自由端部よりも軸方向右側に隣接して円周溝１３ｂが全周に亘って形成されている。従って、外筒１３の外周面１３ａに付着した加工液が円周溝１３ｂに溜まるので、加工液がラビリンスシールを介して前側軸受５０に浸入するのを防止することができる。

【0041】

以上説明したように、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、フリンガー４０は、回転軸１１にそれぞれ外嵌される環状の第１及び第２の金属部材７０，７１と、第１及び第２の金属部材７０，７１に形成された円筒部７０ａ，７１ａに外嵌され、炭素繊維複合材料からなるフリンガー本体４１と、を有し、第１及び第２の金属部材７０，７１は、互いに協働して、フリンガー本体４１のボス部４２を軸方向両側から挟み込む。
このように、フリンガー４０は、遠心力が大きい径方向外側のフリンガー本体４１が、一般的な金属より比強度（引張強さ／比重）が高い炭素繊維複合材料からなるので、径方向膨張を小さくできると共に、遠心力による変形を抑制することが可能である。
また、フリンガー４０は、遠心力が小さい径方向内側に第１及び第２の金属部材７０，７１を有するので、第１及び第２の金属部材７０，７１に作用する応力を小さくすることができる。
また、通常、金属からなる回転軸１１に、フリンガー４０の第１及び第２の金属部材７０，７１が外嵌されるので、回転軸１１とフリンガー４０との径方向接続関係が金属部材同士の嵌合となり、フリンガー４０の回転軸１１への取付けあるいは取外しが容易であると共に、これら取付け、取外しを繰り返しても嵌合部に問題が生じない。
以上のように、主軸に使用される軸受５０，６０のｄｍｎ値（特に、フリンガー４０が前方に配置される前側軸受５０のｄｍｎ値）が１００万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を維持しながら、遠心力によるフリンガー４０の変形を防止することができると共に、従来の金属材料からなるフリンガー４０と同様、フリンガー４０の取り付け、取り外しを嵌め合い面の損傷なく容易に行なうことができ、且つ、軸方向に精度良く位置決めすることができる。また、フリンガー本体４１は、そのボス部４２の軸方向前端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向後方に向けて傾斜する傾斜部４３を有するので、周囲の垂直壁を可能な限り低く（浅く）する事で垂直壁に発生する遠心力を小さくすることができる。また、遠心力により傾斜部４３に応力が作用して、傾斜が小さくなる方向に変形が生じるため、予め傾斜部４３の肉厚を薄くすることが可能となり、軽量化と材料の節約が図られる。

【0042】

また、本実施形態のスピンドル装置用フリンガー４０によれば、回転軸１１にそれぞれ外嵌される環状の第１及び第２の金属部材７０，７１と、第１及び第２の金属部材７０，７１の少なくとも一方に形成された円筒部７０ａ，７１ａに外嵌され、炭素繊維複合材料からなるフリンガー本体４１と、を有し、第１及び第２の金属部材７０，７１は、互いに協働して、フリンガー本体４１の基部４２を軸方向両側から挟み込む。これにより、主軸に使用される軸受５０，６０のｄｍｎ値（特に、フリンガー４０が前方に配置される前側軸受５０のｄｍｎ値）が１００万以上の高速回転可能、且つ、良好な防水機能を維持しながら、遠心力によるフリンガー４０の変形を防止することができると共に、従来の金属材料からなるフリンガーと同様、フリンガー４０の取り付け、取り外しを嵌め合い面の損傷なく容易に行なうことができ、且つ、軸方向に精度良く位置決めすることができる。また、フリンガー本体４１は、そのボス部４２の軸方向前端部から径方向外側に延設され、径方向外側に向かうにつれて軸方向後方に向けて傾斜する傾斜部４３を有するので、周囲の垂直壁を可能な限り低く（浅く）する事で垂直壁に発生する遠心力を小さくすることができる。また、遠心力により傾斜部４３に応力が作用して、傾斜が小さくなる方向に変形が生じるため、予め傾斜部４３の肉厚を薄くすることが可能となり、軽量化と材料の節約が図られる。また、フリンガー本体４１と第１及び第２の金属部材７０，７１は、第１及び第２の金属部材７０，７１が、互いに協働して、フリンガー本体４１のボス部４２を軸方向両側から挟み込んだ状態で、フリンガー本体４１のボス部４２と、第１及び第２の金属部材７０，７１の円筒部７０ａ，７１ａとをすきま嵌めして接着接合することで、一体化される。これにより、フリンガー本体と第１及び第２の金属部材７０，７１が一体化されているので、フリンガー４０として取り扱いが容易であり、組み付け性が良い。

【0043】

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

【0044】

図４は、本発明の変形例に係るフリンガーの断面図である。このフリンガー４０では、フリンガー本体４１の円環部４４の自由端部４４ｂ（軸方向他端部）に、径方向外方に延出する他の鍔部４６が形成されている。

【0045】

フリンガー本体４１の遠心力による半径方向の変形量は、傾斜部４３の傾斜角αが小さくなる方向への変形分と、円環部４４の径方向の膨張量との和となり、円環部４４の自由端部４４ｂで最も大きくなり、応力も最大となる。したがって、この変形例にように、他の鍔部４６によって自由端部４４ｂの肉厚を適度に増加させることで、自由端部４４ｂの応力を緩和することができ、円環部４４の半径方向における膨張を軸方向で均一化でき、円環部４４におけるラビリンスシールの径方向すきまを軸方向に亘って一定にすることができる。

【0046】

また、モータビルトイン式スピンドル装置として説明したが、これに限定されず、ベルト駆動方式スピンドル装置、モータの回転軸とカップリング連結されたモータ直結駆動方式スピンドル装置にも同様に適用可能である。更に、工作機械用のスピンドル装置に限定されず、防水機能が要望される、他の高速回転機器のスピンドル装置にも適用することができる。

【符号の説明】

【0047】

１０ スピンドル装置
１１ 回転軸
１２ 前側軸受外輪押さえ
１２ａ 内周面
１２ｂ テーパ面
１２ｃ 外周面
１３ 外筒
１３ａ 外周面
１６ ナット
４０ フリンガー（スピンドル装置用フリンガー）
４１ フリンガー本体
４２ ボス部（基部）
４３ 傾斜部
４４ 円環部
４４ｂ 自由端部（軸方向他端部）
４６ 鍔部
５０ 前側軸受（軸受）
５１ 外輪
５２ 内輪
５３ 玉
５４ 外輪間座
５５ 内輪間座
７０ 第１の金属部材
７１ 第２の金属部材
７０ａ、７１ａ 円筒部
７０ｂ、７１ｂ 鍔部
Ｈ ハウジング
Ｓ 面
ｘ 回転軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】