(57)【要約】【課題】  定位置予圧における予圧抜けが生じた場合の軸受内部の不要なすべりを、簡単な構造により防止できる軸受装置を提供する。【解決手段】  工作機械の主軸３を負荷側の軸受５Ａと反負荷側の軸受５Ｂとを介してハウジング２に設置する。両軸受５Ａ，５Ｂは、互いに背面向き合わせとしたアンギュラ玉軸受である。負荷側軸受５Ａは、外輪１１Ａをハウジング２に対して軸方向に位置固定とし、反負荷側軸受５Ｂは、外輪１１Ｂをハウジング２に対して軸方向に非位置固定とする。両軸受５Ａ，５Ｂの内輪１２Ａ，１２Ｂの軸方向位置を規制して、両軸受５Ａ，５Ｂに定位置予圧を与える。反負荷側軸受５Ｂの外輪１１Ｂの背面とハウジング２との間には、この反負荷側軸受５Ｂの外輪１１Ｂを正面側へ付勢する弾性体１０を介在させる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸を、この主軸に荷重が作用する端部側である負荷側に配置した軸受と、この負荷側の軸受に対する反負荷側に配置した軸受とを介してハウジングに設置し、前記負荷側および反負荷側の軸受は、それぞれアンギュラ玉軸受であって、互いに背面向き合わせとし、負荷側の軸受は外輪を前記ハウジングに対して軸方向に位置固定とし、反負荷側軸受は、外輪を前記ハウジングに対して軸方向に非位置固定とし、両側の軸受の内輪の軸方向位置を規制してこれら両軸受に定位置予圧を与えた軸受装置において、
前記反負荷側軸受の外輪の背面と前記ハウジングとの間に、この反負荷側軸受の外輪を正面側へ付勢する弾性体を介在させたことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記弾性体が、前記軸受と同心のＯリングである軸受装置。
【請求項３】
請求項１において、前記弾性体が、周方向に分散配置した複数のコイルばねである軸受装置。
【請求項４】
請求項１において、前記弾性体が、前記軸受と同心の皿ばねである軸受装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記負荷側の軸受の外輪と反負荷側の軸受の外輪との間に、前記ハウジングにおける両側の軸受の外輪が嵌合する軸受嵌合面よりも内径側に突出した環状の内径側突出部が介在し、この内径側突出部の端面に前記弾性体を設けた軸受装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記弾性体を前記反負荷側の軸受の外輪に設けた軸受装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記負荷側の軸受の外輪と反負荷側の軸受の外輪との間に、前記ハウジングにおける両側の軸受の外輪が嵌合する軸受嵌合面よりも内径側に突出した環状の内径側突出部が介在し、この内径側突出部と前記反負荷側の軸受の外輪との間に外輪間座が配置され、この外輪間座に前記弾性体を設けた軸受装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記負荷側および反負荷側のいずれか一方または両方の軸受は、複数列の軸受の組み合わせとした軸受装置。
【請求項９】
工作機械の主軸を、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の軸受装置で支持した工作機械主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械主軸の支持に用いられる多列アンギュラ玉軸受からなる軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械主軸の支持に用いられる定位置予圧組合わせの多列アンギュラ玉軸受では、主軸回転精度および剛性を得るために組込時にある程度の予圧を与えた状態で使用される。しかし、加工時に大きなアキシアル荷重を受ける場合、反負荷側の軸受で予圧抜けが生じることがある。特に、低速回転域で予圧量がまだ小さい場合に、予圧抜けが生じることが多い。通常、高速回転域での過大予圧を考慮して、組込時の予圧量は小さく設定することが多い。
【０００３】
定位置予圧組合わせのアンギュラ玉軸受の配列例として、図１０（Ａ）のように２列のアンギュラ玉軸受２５Ａ，２５Ｂを互いに背面向き合わせに配列した例がある。一般に、このような軸受配列では、予圧量Ｇａで組み付けられたアンギュラ玉軸受２５Ａ，２５Ｂが予圧量Ｇａの2.828 倍のアキシアル荷重Ｆ（＝2.828 ×Ｇａ）を受けると、図１０（Ｂ）のように反負荷側のアンギュラ玉軸受２５Ｂの予圧が抜けてしまう。
【０００４】
図１１は、前記予圧抜けの説明図を示す。図１１（Ａ）において、Ｉは負荷側の軸受を、IIは反負荷側の軸受を、Ｆｏは予圧量を、Ｆａはアキシアル荷重を、δｏは内外輪間の軸方向相対変位量をそれぞれ示す。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の構成を等価なばね機構に置き換えたものであり、（１）は予圧負荷前を、（２）は予圧負荷後を、（３）はアキシアル荷重作用状態をそれぞれ示す。図１１（Ｃ）は、各アンギュラ玉軸受に作用するアキシアル荷重と内輪の軸方向変位量の関係をグラフで示している。図１０，図１１より、アキシアル荷重Ｆの負荷により、内輪が変位量δｏの軸方向移動をすると、反負荷側のアンギュラ玉軸受の予圧が抜けることが分かる。つまり、負荷側のアンギュラ玉軸受２５Ｂは、アキシアル荷重Ｆを受けることで、変位量δｏだけ弾性変形することになる。
【０００５】
そこで、低速回転域において比較的大きなアキシアル荷重を負荷しても予圧抜けが生じないように、予め組込時にある程度大きな予圧量を確保可能とし、高速回転域まで過大予圧とならず運転可能とする予圧切換機構を設けたものが知られている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特許第２６０２３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように主軸回転時に予圧抜けが生じると、図１０（Ｂ）のように反負荷側軸受２５Ｂの内部に隙間が生じる。隙間のある状態での軸受の使用は適切ではなく、不要なすべりにより軌道面とボールの間にうまく油膜形成がされず、金属接触など悪影響が生じる可能性がある。予圧抜けしないような大きな予圧量を設定すれば、予圧抜けは防ぐことができるが、高速運転した時に、熱膨張や遠心力のために予圧過大となって過熱状態に至る恐れがある。
特許文献１に開示の技術のように、予圧切換機構を用いれば、組込時に大きな予圧設定が可能となり、また高速回転域での過大予圧も回避できるが、構造が複雑化してしまうという問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、簡単な構造により、予圧抜けが生じた場合の軸受内部の不要なすべりを防止できる軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の軸受装置は、工作機械の主軸を、この主軸に荷重が作用する端部側である負荷側に配置した軸受と、この負荷側の軸受に対する反負荷側に配置した軸受とを介してハウジングに設置し、前記負荷側および反負荷側の軸受は、それぞれアンギュラ玉軸受であって、互いに背面向き合わせとし、負荷側の軸受は外輪を前記ハウジングに対して軸方向に位置固定とし、反負荷側軸受は、外輪を前記ハウジングに対して軸方向に非位置固定とし、両側の軸受の内輪の軸方向位置を規制してこれら両軸受に定位置予圧を与えた軸受装置において、前記反負荷側軸受の外輪の背面と前記ハウジングとの間に、この反負荷側軸受の外輪を正面側へ付勢する弾性体を介在させたことを特徴とする。
この構成によると、反負荷側の軸受の外輪を正面側へ付勢する弾性体を設けたので、反負荷輪の軸受に定位置予圧における予圧抜けが生じた後も、前記外輪を正面側へ軽い軸方向負荷で付勢し続けている。このため、反負荷側の軸受の内部には隙間が生じることがなく、不要なすべりを伴うことなく回転できる。すなわち、この軸受装置では、簡単な構造により、予圧抜けが生じた場合の軸受内部の不要なすべりを防止できる。
【０００９】
この発明において、前記弾性体が、前記軸受と同心のＯリングであっても良い。Ｏリングを用いると、より一層構成が簡素にでき、また押し付け力が軽くできて、定位置予圧による予圧力に弾性体による押付け力が加わることにより予圧過大の影響が回避できる。
【００１０】
この発明において、前記弾性体が、周方向に分散配置した複数のコイルばねであっても良い。コイルばねを用いた場合、適切な押し付け力が得易い。
【００１１】
この発明において、前記弾性体が、前記軸受と同心の皿ばねであっても良い。皿ばねを用いた場合、定位置予圧の予圧抜けが生じたときの弾性復元力による押し付け力を強力なものとすることが容易である。
【００１２】
この発明において、前記負荷側の軸受の外輪と反負荷側の軸受の外輪との間に、前記ハウジングにおける両側の軸受の外輪が嵌合する軸受嵌合面よりも内径側に突出した環状の内径側突出部が介在し、この内径側突出部の端面に前記弾性体を設けても良い。このようにハウジング側に弾性体を設けることで、軸受外輪には弾性体の配置用の加工を行うことが不要で、通常の構成の軸受をそのまま用いることができる。
【００１３】
この発明において、前記弾性体を前記反負荷側の軸受の外輪に設けても良い。軸受の外輪に弾性体を設けた場合、軸受を弾性体付きのものとして製造や準備することができて、ハウジング側には弾性体の配置のための加工が不要となり、主軸ハウジング等のハウジングの構成が容易となる。
【００１４】
この発明において、前記負荷側の軸受の外輪と反負荷側の軸受の外輪との間に、前記ハウジングにおける両側の軸受の外輪が嵌合する軸受嵌合面よりも内径側に突出した環状の内径側突出部が介在し、この内径側突出部と前記反負荷側の軸受の外輪との間に外輪間座が配置され、この外輪間座に前記弾性体を設けても良い。外輪間座に弾性体を設ける場合は、ハウジング等に比べて小さく、また軸受外輪等に比べて簡素な形状の部材である外輪間座に弾性体を設けることになるため、弾性体を設けながら、より一層簡素な構成とできる。
【００１５】
この発明において、前記負荷側および反負荷側のいずれか一方または両方の軸受は、複数列の軸受の組み合わせとしても良い。このような複数列の軸受の組み合わせとしても、予圧抜け時の軸受内部の不要な滑りの防止効果が得られる。
【００１６】
この発明の工作機械主軸装置は、工作機械の主軸を、この発明の前記いずれかの構成の軸受装置で支持したものである。
この構成によると、軸受装置において与圧抜けが生じた場合でも軸受内部の不要なすべりを防止できるので、主軸回転精度および剛性を確保することができ、加工精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の軸受装置は、工作機械の主軸を、この主軸に荷重が作用する端部側である負荷側に配置した軸受と、この負荷側の軸受に対する反負荷側に配置した軸受とを介してハウジングに設置し、前記負荷側および反負荷側の軸受は、それぞれアンギュラ玉軸受であって、互いに背面向き合わせとし、負荷側の軸受は外輪を前記ハウジングに対して軸方向に位置固定とし、反負荷側軸受は、外輪を前記ハウジングに対して軸方向に非位置固定とし、両側の軸受の内輪の軸方向位置を規制してこれら両軸受に定位置予圧を与えた軸受装置において、前記反負荷側軸受の外輪の背面と前記ハウジングとの間に、この負荷側軸受の外輪を正面側へ付勢する弾性体を介在させたため、簡単な構造により、予圧抜けが生じた場合の軸受内部の不要なすべりを防止できる。
この発明の工作機械主軸装置は、工作機械の主軸を、前記発明の軸受装置で支持した
ため、軸受装置において予圧抜けが生じた場合でも軸受内部の不要なすべりを防止できて、主軸回転精度および剛性を確保することができ、加工精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１（Ａ）はこの実施形態の軸受装置が用いられる工作機械の主軸装置の断面図を示す。この主軸装置１は、ハウジング２内において、主軸３を軸受装置４により回転自在に支持したものである。主軸３は、前端３ａに工具または主軸チャック（いずれも図示せず）が取付けられる。軸受装置４は、多列アンギュラ玉軸受からなる。
【００１９】
軸受装置４は、前端側、つまり主軸３に荷重が作用する端部側である負荷側に配置した軸受５Ａと、この軸受５Ａに対する反負荷側に配置した軸受５Ｂとを備え、これら両軸受５Ａ，５Ｂを介して前記主軸３の前端側をハウジング２に設置する。前記負荷側および反負荷側の軸受５Ａ，５Ｂは、それぞれ外輪１１Ａ，１１Ｂ，内輪１２Ａ，１２Ｂ，ボール１３Ａ，１３Ｂ，およびボール１３Ａ，１３Ｂを保持する保持器１４Ａ，１４Ｂを有するアンギュラ玉軸受からなり、互いに背面向き合わせとされている。負荷側の軸受５Ａの外輪１１Ａと反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂとの間には、ハウジング２における両側の軸受５Ａ，５Ｂの外輪１１Ａ，１１Ｂが嵌合する軸受嵌合面よりも内径側に突出した環状の内径側突出部２ａが介在する。両軸受５Ａ，５Ｂの内輪１２Ａ，１２Ｂ間には内輪間座６が介在する。
【００２０】
負荷側の軸受５Ａは、その外輪１１Ａをハウジング２に対して軸方向に位置固定されている。具体的には、ハウジング２の前端に固定される外輪押え蓋７と、前記ハウジング２の内径側突出部２ａの端面とに挟まれて、負荷側の軸受５Ａの外輪１１Ａが軸方向に位置固定されている。反負荷側の軸受５Ｂは、その外輪１１Ｂをハウジング２に対して軸方向に非位置固定とされている。具体的には、反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂは、ハウジング２の軸受嵌合面にルーズ嵌め合いとされている。
【００２１】
両軸受５Ａ，５Ｂの内輪１２Ａ，１２Ｂは軸方向位置が規制されている。具体的には、負荷側の軸受５Ａの内輪１２Ａの一端面を主軸３の外周に突出する肩部３ｂの端面に係合させ、両軸受５Ａ，５Ｂの内輪１２Ａ，１２Ｂ間に内輪間座６を介在させ、反負荷側の軸受５Ｂの内輪１２Ｂの一端面を、円筒部材であるスペーサ８を介してナット９で締め付けている。これにより、両軸受５Ａ，５Ｂの内輪１２Ａ，１２Ｂの軸方向位置が規制され、両軸受５Ａ，５Ｂに定位置予圧が与えられている。
【００２２】
反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂの背面とハウジング２との間には、この反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂを正面側へ付勢する弾性体１０が介在させてある。具体的には、図１（Ａ）のＡ部を拡大して示す図１（Ｂ）のように、ハウジング２の内径側突出部２ａの端面に軸受５Ａ，５Ｂと同心の環状の周溝１５を設け、この周溝１５に弾性体１０としてＯリングを収容している。両軸受５Ａ，５Ｂに定位置予圧が与えられた状態で、Ｏリングからなる弾性体１０は圧縮されており、その復元力により反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ａが正面側へ付勢されている。
【００２３】
図２（Ａ）は、前記軸受装置４において、主軸３の回転時に負荷側の軸受５Ａに外部からアキシアル負荷Ｆが負荷されて、反負荷側の軸受５Ｂに定位置予圧における予圧抜けが生じた状態を示す。このとき、図３のように前記弾性体１０を介在させない従来構成の場合には、図４に拡大して示すように、アキシアル荷重Ｆの負荷されていない状態（図４（Ａ））からアキシアル荷重Ｆが負荷されて、反負荷側の軸受５Ｂに予圧抜けが生じると、その外輪１１Ｂに軸方向へのがたつきが発生してしまう。この場合には、不要なすべりにより内外輪１２Ｂ，１１Ｂの軌道面とボール１３Ｂの間にうまく油膜形成がされず、金属接触などの悪影響が生じる可能性がある。
これに対して、この実施形態の軸受装置４では、弾性体１０により反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂを正面側へ付勢しており、図２（Ａ）のＢ部を拡大して示す図２（Ｂ）のように、反負荷輪の軸受５Ｂに予圧抜けが生じた後も、弾性体１０であるＯリングは完全に復元し切っておらず、前記外輪１１Ｂを正面側へ軽い軸方向負荷で付勢し続けている。このため、反負荷側の軸受５Ｂの内部には隙間が生じることがなく、軸受５Ｂは不要なすべりを伴うことなく回転できる。すなわち、この軸受装置４では、簡単な構造により、予圧抜けが生じた場合の軸受５Ｂ内部の不要なすべりを防止できる。
【００２４】
また、この軸受装置４を備える前記工作機械の主軸装置１は、軸受装置４において予圧抜けが生じた場合でも軸受内部の不要なすべりを防止できるので、主軸回転精度および剛性を確保することができる。
【００２５】
図５はこの発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図４に示した軸受装置４において、反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂの背面とハウジング２との間に、複数（６〜１０個）のコイルばねからなる弾性体１０Ａを介在させている。具体的には、ハウジング２の内径側に突出した環状の内形側突出部２ａの端面に、周方向に分配して複数の凹部１６を設け、これらの凹部１６に弾性体１０Ａとしてコイルばねをそれぞれ収容している。凹部１６は丸穴等からなる。両軸受５Ａ，５Ｂに定位置予圧が与えられた状態で、コイルばねからなる弾性体１０Ａは圧縮されており、その復元力により反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ａが正面側へ付勢されている。このように弾性体１０Ａとしてコイルばねを用いた場合は、適切な押し付け力が得易い。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００２６】
図６はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図４に示した軸受装置４において、反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂの背面とハウジング２との間に、軸受５Ａ，５Ｂと同心の皿ばねからなる弾性体１０Ｂを介在させている。具体的には、ハウジング２の内径側に突出した環状の内形側突出部２ａの端面と、これに対向する軸受５Ｂの外輪１１Ｂの背面との間に、皿ばねからなる弾性体１０Ｂを介在させている。このように弾性体１０Ｂとして皿ばねを用いた場合は、定位置予圧の予圧抜けが生じたときの弾性復元力による押し付け力を強力なものとすることが容易である。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００２７】
図７はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図４に示した軸受装置４において、反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂの背面に軸受５Ａ，５Ｂと同心の環状の周溝１７を設け、この周溝１７に弾性体１０ＣとしてＯリングを収容している。このように軸受５Ｂの外輪１１Ｂに弾性体１０Ｃを設けた場合、軸受５Ｂを弾性体付きのものとして製造や準備することができて、ハウジング２側には弾性体の配置のための加工が不要となり、工作機械のスピンドルハウジングとなるハウジング２の構成が容易となる。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００２８】
図８はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図４に示した軸受装置４において、ハウジング２の内径側突出部２ａと反負荷側の軸受５Ｂの外輪１１Ｂとの間に外輪間座１８が配置され、この外輪間座１８と前記内径側突出部２ａとの間に弾性体１０Ｄが介在させてある。具体的には、前記外輪間座１８の前記内径側突出部２ａと対向する端面に軸受５Ａ，５Ｂと同心の環状の周溝１９を設け、この周溝１９に弾性体１０ＤとしてＯリングを収容している。外輪間座１８に弾性体１０Ｄを設ける場合は、ハウジング２に比べて小さく、また軸受外輪１１Ｂ等に比べて簡素な形状の部材である外輪間座１８に弾性体１０Ｄを設けることになるため、弾性体１０Ｄを設けながら、より一層簡素な構成とできる。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００２９】
図９はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図４に示した軸受装置４において、負荷側の軸受５Ａおよび反負荷側の軸受５Ｂを、それぞれ２列の軸受の組み合わせとしている。具体的には、負荷側の軸受５Ａとして、正面側を主軸３の前端３ａ側に向けたアンギュラ玉軸受が軸方向に２列並べられ、反負荷側の軸受５Ｂとして、正面側を主軸３の後端側に向けたアンギュラ玉軸受が軸方向に２列並べられている。反負荷側の２列の軸受５Ｂ，５Ｂのうち、ハウジング２の内径側突出部２ａ寄りの軸受５Ｂの外輪１１Ｂの背面と前記内径側突出部２ａとの間に弾性体１０が介在させてある。このように複数個の軸受５Ａ，５Ａや軸受５Ｂ，５Ｂを並べて配置した場合も、上記と同様に定位置予圧の抜け時の余分な滑りの防止効果が得られる。その他の構成および作用効果は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
なお、同図の実施形態において、図５〜図８等に示した弾性体の種類や弾性体設置構造を採用しても良い。また、負荷側の軸受５Ａおよび反負荷側の軸受５Ｂの軸受配列数は２列に限らず、３列以上としても良く、両軸受５Ａ，５Ｂのうち、いずれか一方の軸受だけを複数列としても良い。
【００３０】
なお、上記各実施形態は、ハウジング１のフロント側軸受を負荷側軸受５Ａとし、リア側軸受を反負荷側軸受５Ｂとしたが、フロント側軸受を複数のアンギュラ玉軸受の配列からなる軸受装置で構成し、リア側軸受を円筒ころ軸受の配列からなる軸受装置で構成し、そのフロント側の軸受装置につきこの発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる軸受装置を搭載した工作機械の主軸装置の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。
【図２】（Ａ）は同軸受装置の予圧抜け状態を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ部の拡大図である。
【図３】図１（Ａ）の軸受装置において弾性体を省略した従来例の構成を示す断面図である。
【図４】図３の構成の軸受装置における予圧抜け状態の説明図である。
【図５】この発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】従来例での予圧抜け状態の説明図である。
【図１１】予圧抜けの説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…主軸装置
２…ハウジング
２ａ…ハウジングの内径側突出部
３…主軸
４…軸受装置
５Ａ…負荷側軸受
５Ｂ…反負荷側軸受
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…弾性体
１１Ａ，１１Ｂ…外輪
１２Ａ，１２Ｂ…内輪
１８…外輪間座
【図１】
2010091065.tif 000003
【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】
2010091065.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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