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スピンドルモーターとは？選び方や構造、おすすめメーカーを紹介
昨今、技術の進歩が加速しています。自動車業界や電子機器業界などでは、特に高い加工技術や高性能な回転駆動装置などが求められていくでしょう。
そんな市場のニーズに応えるには、高回転・高精度・高トルクが実現できるスピンドルモーターが必要です。
本記事ではスピンドルモーター導入を目的として、原理や仕組み・選び方を解説します。さらに、業界別でスピンドルモーターを製造販売するおすすめメーカーについても触れていきます。
目次
スピンドルモーターとは？ 基本情報に加えてサーボモーターとの違いも解説
本章では、スピンドルモーターの概要を解説します。まずは、スピンドルモーターについて大枠を理解しましょう。
そもそもスピンドルモーターとはどんな製品？
スピンドルモーターとは、モーターと精密な回転軸（スピンドル）が一体化したモーターです。
スピンドルは単体では単なる「軸」ですが、スピンドルモーターでは回転軸の精度を向上させる欠かせない存在です。
通常のモーターやサーボモーターとは異なり、スピンドルモーターは高回転・高トルク・高精度を実現する設計がされていることが特徴です。
NC加工機・マシニングセンターなど高い精度が求められる加工機や、電子機器に用いられる回転軸に用いられます。
サーボモーターとの違いを解説
スピンドルモーターと同様に、多くの場面で活躍しているのが「サーボモーター」でしょう。
スピンドルモーターとサーボモーターはモーターの原理こそ同じですが、特徴が異なります。
| スピンドルモーター | サーボモーター | |
| 特徴 | 高回転・高トルク・高精度を目的とする | 位置・速度・トルクを制御して動作する |
| 応用分野 | 旋盤・フライス・マシニングセンターなどの加工機や電子機器の回転軸 | 産業用ロボットなど |
| 構造 | ブラシレスの三相交流モーター | ブラシレスの直流もしくは交流モーター（高出力の場合には三相交流モーター） |
| 備考 | 冷却ユニットが用いられることもある | モーター以外にもコントローラー・ドライバーが必要 |
※スマートフォンは横にスクロールできます。
サーボモーターはコントローラーやドライバーを併用し、モーターの位置・速度・トルクを制御可能です。そのため、FA（ファクトリーオートメーション：工場自動化）のために反復作業をおこなうことに特化しています。
サーボモーターはスピンドルモーターと比較して大きな回転数・トルクを必要としない傾向ですが、使用用途に合わせて直流・交流・三相交流電流を使い分けます。
デメリットとして挙げるのであれば、正確な動作を必要とするためモーター単体のコストが上がることです。高回転・高トルク・高精度が必要な場合には、スピンドルモーターが適しているでしょう。
スピンドルモーターの仕組み・原理を解説
スピンドルモーターはモーターの回転力をスピンドルに伝え、スムーズに回転させます。原理を理解するには「モーター」「スピンドル」に分けて考えることが必要です。
モーターが回転する原理は、電磁誘導です。磁石をコイルの周りに配置して電流を流すと、磁場に対して垂直方向に回転力が発生します（＝フレミングの法則）。
垂直方向の回転力をトルクといい、強いほどモーターの軸を回す力が発生します。
スピンドルは、スピンドルモーターの回転軸に使われているユニットです。高速回転にも耐えられるように剛性の高い材質を使用し、ベアリングによってブレが少ないスムーズな回転を可能にしています。
どんなユニットで構成されている？ スピンドルモーターの構造を紹介
スピンドルモーターは用途に応じて、さまざまな部品から構成されています。スピンドルモーターは、主に下記のユニットで構成されています。
スピンドルモーターはモーター機構で2種類に分けられる
スピンドルとモーターを掛け合わせたスピンドルモーターですが、モーターの機構が異なるモデルが存在します。主に、下記2つのモーターが挙げられます。
シンクロナスモーター
シンクロナスモーターは交流電流で動作し、固定の同期速度で回転するモーターです。交流電源の周波数（電源周波数）と回転速度が一致し、安定した動作が特徴として挙げられます。
インダクションモーター
インダクションモーターは、電磁気の誘導作用によって回転力を発生するモーターです。シンクロナスモーターと違って回転位相に「滑り」と呼ばれる誤差が発生します。
そのため微細な位置合わせには不向きですが、部品点数も少なく安価なため、高出力の製品には広く使用されます。
スピンドルモーターはどんな場面で使われている？ 使用用途を紹介
スピンドルモーターは高回転・高トルク・高精度が出せるように設計され、多くの業界で使用されています。下記の使用用途について触れていきます。
穴あけ・切削などをおこなう工作機械
スピンドルモーターの安定した高回転・高トルクが、金属などの切削加工に適しています。
とくに金属加工の精度は0.001mm台が求められることもあり、スピンドルモーターの能力が必要です。フライス・旋盤・マシニングセンターなどの工作機械に搭載され、幅広い加工で使用されています。
コンピュータ用HDD回転軸
ハードディスクドライブ（HDD）のディスクを回転させるモーターにもスピンドルモーターが採用されています。
HDD回転用モーターのスペックは、記憶容量や処理速度などに強く影響します。精度要求を満たすには、高精度・高回転を持つスピンドルモーターが必要です。
多関節ロボット加工機
安価で手軽に加工機を導入したいニーズに応えて、産業用ロボットにスピンドルモーターを搭載したロボットが広く流通しています。
FA（ファクトリーオートメーション）を狙った試みといえるでしょう。生産ラインの効率が求められる自動車業界などで切削加工ロボットが採用されています。
多関節ロボット加工機は、NC加工機やマシニングセンターと比較すれば加工精度は劣りますが、最近ではロボット加工機の強度や制御回路が改善しつつあります。
さらに、加工性では5軸加工機にも劣らない自由度の高さを実現しました。シビアな精度を必要としない加工であれば問題なく使用できるでしょう。
スピンドルモーターの特徴・メリット
スピンドルモーターを導入すれば、下記のようなメリットがあります。
構造がシンプルで小型化が可能
スピンドルモーターは、動力源と回転部が一体化したモーターです。各メーカーが多種多様な機械に搭載できるように設計をしています。
可能な限り小さくした場合、手のひらサイズまで小型化されています。
工作機械では寸法精度が高く、粗さのない仕上がりが可能
切削加工で寸法精度を高くするには、一般的に高回転で工具を回し、送り速度を少なくしなくてはいけません。
スピンドルモーターは、三相電流による高いエネルギーで高回転を実現し、スピンドルに複数のベアリングを搭載して回転時のブレが少なくしています。
高精度を出す加工条件が達成しやすい特徴をもっているといえるでしょう。
高速回転および高トルクを出力
スピンドルモーターは通常の電源ではなく、エネルギーが高い三相交流電流を使用します。単相電流とは異なりモーターに送られるエネルギーが高くなります。
トルクが高くなり、高回転でモーターを回すことが可能です。加工機の加工条件幅が広くなるため、安定した加工が可能になるでしょう。
選定時に確認しておくべきスピンドルモーターの選び方を解説
使用目的に合わせてスピンドルモーターを選定するのはもちろんですが、専門家でなければ何を基準に選定していいかわからないものです。下記の選定基準を参考にしてください。
定格電力
スピンドルモーターのスペックを決める要素のひとつが定格電力です。
工作機械の場合、電力が高いほどモーターは速く回転させることができ、より精密な加工が可能になります。
トルク
電力以外でもモーターの設計次第で、トルクを大きくできます。トルクの大きさはモーターの力強さに直結します。
加工機では加工速度や切削精度に影響を与えるため、加工効率・生産性向上に直結しやすい因子といえるでしょう。
冷却システム
高回転・高トルクのスピンドルモーターになるほど、モーターが熱を持ちやすくなります。耐久温度を超えてしまえば、モーターは熱損（巻線の皮膜が溶けてショートする現象）して動かなくなるでしょう。
ほかにも、想定外の発熱は絶縁物の劣化・破壊、軸受の劣化などを加速させます。スピンドルモーターを安全な動作温度内に保つためにも、強い冷却システムを採用しているスピンドルモーターを選びたいものです。
精度
加工機や回転駆動装置など精密な動作が求められる場合には、スピンドルモーターの精度に注目してください。
モーターの精度を左右するのは潤滑回路やベアリングの設計で、とくにベアリングは注意を払いたいものです。信頼性が高く、高精度のベアリングを使用しているか確認してください。
スピンドルモーターおすすめのメーカー3選
スピンドルモーター選定の際には、業界に精通した技術やノウハウを持っているメーカーを選ぶのがおすすめです。スピンドルモーターを製造・販売する下記のメーカーを3つ紹介します。
三菱電機FA
国内を代表する総合電機メーカーである三菱電機グループで「三菱電機FA」は総合的な観点から技術開発やサポートをおこなうメーカーです。
グループ内でさまざまな分野を手掛けているため、豊富な実績とノウハウがあります。
マシニングセンターを自社で製造しているため、加工条件や工具選定などのノウハウが深いことにも注目です。さまざまなニーズに対応できる、実生産に適したスピンドルモーターが選べるでしょう。
豊和工業株式会社
「豊和工業」は工作機械・油圧機器などを製造・販売する機械メーカーです。
縦型・横型のマシニングセンターを自社で製造しているノウハウを活かしてスピンドルユニットも販売しています。
世の中のニーズに対応し、自動化と高生産性を追求してきたメーカーだからこそ、最適なスピンドルモーターを提案してくれるでしょう。
ニデック株式会社
「ニデック」はHDD用スピンドルモータで世界シェアの80%を獲得しているメーカーです。
素材・部品・科学領域など多彩な分野に精通し、開発・製造に活かしていることが強みです。目的に応じたHDD用スピンドルモーターを提案してくれるでしょう。
まとめ｜スピンドルモーターを活用し工場自動化を狙う
加工機と電子部品では業界は違いますが、高精度・高効率が求められ、その中核にいるのがスピンドルモーターです。
活用できれば大幅な生産性向上が見込めるだけではなく、FA（ファクトリーオートメーション）が可能になるかもしれません。自社に合ったスピンドルモーターを選定し、生産性向上を図ってください。
導入などでお困りでしたら以下からお気軽にご相談ください。
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