(57)【要約】【課題】  転がり軸受の小型化・低昇温化に有利な非対称配列の利点を維持しながら、少数列側で生じる過度な接触面圧の増大を防止することができて、予圧荷重の選択可能な領域の拡張が図れ、これにより非対称配列の高速範囲での適用等の適用範囲拡大が図れる転がり軸受を提供する。【解決手段】  この転がり軸受３は、接触角を持つ転がり軸受３Ａ〜３Ｃを軸方向に３列以上並べて共通の軸を支持し、これらの軸受の配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列とする。この非対称配列において、互いに同じ軸受形式で異なる軸受仕様を持つ軸受同士を対向させ、または異なる軸受形式の軸受同士を対向させる。これにより、少数列側の軸受３Ｃのアキシアル剛性を、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも高いものとしている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触角を持つ転がり軸受を軸方向に３列以上並べて共通の軸を支持し、これらの軸受の配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列とした転がり軸受において、
互いに同じ軸受形式でかつ異なる軸受仕様を持つ軸受同士を対向させ、または異なる軸受形式の軸受同士を対向させることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１において、少数列側の軸受は、多数列側の軸受よりもアキシアル剛性の高いものとした転がり軸受。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記転がり軸受が、全てアンギュラ玉軸受である転がり軸受。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、工作機械の主軸支持部に用いられるものとした転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械用主軸軸受部や一般産業機械に用いられ、転がり軸受を軸方向に３列以上並べて共通の軸を支持する転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
旋盤やマシニングセンタなどの工作機械では、主軸を高速で回転させながら被削物の加工を行う。そのため、主軸を支持する軸受として、高速性に優れたアンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受、円すいころ軸受などが用いられる。このうち、アンギュラ玉軸受と円すいころ軸受は、転動体と内輪・外輪との接触点を結ぶ直線がラジアル方向に対してある角度（接触角）を持っており、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができる。接触角を持つこれらの転がり軸受は、軸方向の位置決めや予圧負荷（必要剛性確保）などの目的で、一般に複数列のものを軸方向に対向させた転がり軸受として使用される。  対向を含む軸受配列には種類があり、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すＤＢ配列（背面組合せ）、ＤＦ配列（正面組合せ）、ＤＴＢＴ配列、ＤＴＦＴ配列などのように対向する軸受列数が同じ配列（対称配列）や、図９（Ｅ），（Ｆ）に示すＤＢＴ配列、ＤＦＴ配列などのように対向する軸受列数が異なる配列（非対称配列）が主として用いられている。
これらの配列の選択は、負荷荷重の大きさや方向、回転速度などの使用条件によって決定される。
【０００３】
上記した軸受配列のうち、非対称配列の転がり軸受は、一方向のアキシアル荷重（加工荷重などの外部荷重）を分配することが可能であり、同じ列数で荷重を分配する対称配列の転がり軸受に比べて軸受総幅を抑えることができる。例えば、図９（Ｅ）に示すＤＢＴ配列（２列＋１列で構成される非対称配列）のものでは、図９（Ｃ）に示すＤＴＢＴ配列（２列＋２列で構成される対称配列）と同様に一方向のアキシアル荷重を２列に分配することができ、軸受総幅も１列分短い。このため、軸受空間が限られている場合などに有効であるほか、発熱源も対称配列のものに比べて少ないため、温度上昇抑制の面でも有利となる。
【特許文献１】特開２００２−３４６８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
工作機械の主軸支持に用いられる転がり軸受では、外部荷重を支持するほかに剛性を確保することを目的として、予圧荷重が負荷される。予圧荷重の場合は外部荷重と異なり、対向配列される各軸受（もしくは軸受列）のそれぞれが予圧荷重を支持しなければならない。したがって、例えば、図１０のＤＴＢＴ配列のような対称配列の場合には、予圧荷重ＦP に伴い軸受にかかる負荷荷重は、対向する軸受同士で同一（それぞれＦp ／２）となる。これに対して、例えば図１１のＤＴＢ配列のような非対称配列の場合には、予圧荷重ＦP に伴い軸受にかかる負荷荷重は、対向する軸受間で異なる。すなわち、２列の軸受でＦp ／２、１列の軸受でＦp の負荷荷重となる。
【０００５】
このように、非対称配列では、対向する軸受間で予圧荷重の分担が異なることから、少ない列数で荷重を支持する側（図１１（Ｅ）のＤＴＢ配列では１列側：以下、「少数列側」と呼ぶ）の接触面圧は高く、多い列数で荷重を支持する側（図１１（Ｅ）のＤＴＢ配列では２列側：以下、「多数列側」と呼ぶ）の接触面圧は低くなる。
工作機械主軸支持用軸受では、予圧の付与方式として定位置予圧方式が多用されるが、この方式では回転速度の上昇に伴って予圧荷重や接触面圧が増加する。したがって、定位置予圧方式で構成される非対称配列の転がり軸受への過度な予圧付与（０min -1時予圧の過大付与）や、著しい高速回転は、少数列側の過大面圧を起こし、損傷を招く恐れがある。このため、従来、非対称配列における予圧荷重の上限は、上記の現象を考慮して少数列側の接触面圧が過大とならないように決定されている。
【０００６】
一方、非対称配列における多数列側は、少数列側よりも接触面圧が低いので、上記した過大面圧が少数列側よりも先に生じることはない。ただし、過小な接触面圧下では転動体に十分な駆動力が付与されないために、転動体と内輪・外輪との間で滑りが生じやすく、その程度は回転速度が大きくなるほど顕著となる。この滑りが大きい場合には、転がり面の潤滑油膜を傷めるだけでなく、損傷を招く場合もある。そこで、従来、非対称配列の転がり軸受における予圧荷重の下限は、多数列側の滑りが大きくならないように考慮して決定されている。
【０００７】
このように、非対称配列では、少数列側の過大面圧防止と多数列側の滑り抑制を同時に満足するように予圧荷重の領域を付与しなければならない。しかし、要求性能が過酷（より高速、より高予圧荷重）になるに従い、選択可能な予圧荷重の領域が縮小し、適用不能な事態が生じてしまう。
【０００８】
この発明の目的は、転がり軸受の小型化・低昇温化に有利な非対称配列の利点を維持しながら、少数列側で生じる過度な接触面圧の増大を防止することができて、予圧荷重の選択可能な領域の拡張が図れ、これにより非対称配列の高速範囲での適用等の適用範囲拡大が図れる転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の転がり軸受は、接触角を持つ転がり軸受を軸方向に３列以上並べて共通の軸を支持し、これらの軸受の配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列としたものであって、互いに同じ軸受形式でかつ異なる軸受仕様を持つ軸受同士を対向させ、または異なる軸受形式の軸受同士を対向させることを特徴とする。上記軸受形式は、アンギュラ玉軸受や円すいころ軸受等の区別を言う。上記軸受仕様は、各部の寸法や接触角、転動体個数などについての仕様を言う。
この発明の転がり軸受において、少数列側の軸受は、多数列側の軸受よりもアキシアル剛性の高いものとすることが好ましい。
【００１０】
非対称配列では、対向する軸受間で予圧荷重の分担が異なり、少数列側は多数列側よりも少ない列数で同じ荷重を支持する。従来は、同じ軸受形式でかつ同じ軸受仕様を持つ軸受同士が対向していたために、少数列側の接触面圧が多数列側に比べて高くなっていた。これは、少数列側、多数列側で軸受の列数が異なるだけでなく、対向する軸受の個々が同じアキシアル剛性を持つことにも起因していた。軸受のアキシアル剛性は、負荷荷重に対する弾性変位の程度を表すだけでなく、予圧荷重など軸方向荷重に対する接触面圧の上昇度合、つまり応答性を示すものでもある。
本発明は、この点に着目しており、軸受仕様の違い、または軸受形式の違いによって、対向する軸受のアキシアル剛性を、要求特性に応じた異なるものとすることで、少数列側で生じる過度な接触面圧の増大を防止することができる。
接触面圧を抑制できることは、予圧荷重の選択可能な領域の拡張に繋がるので、転がり軸受の適用範囲拡大、例えばより高速、より高予圧荷重への対応が可能となる。
また、軸受仕様の違い、または軸受形式の違いで対処するものであるため、軸受配列への制約は生じない。したがって、非対称配列の持つ軸受占有空間に対する有利性や、対称配列よりも総列数が少ないことによる発熱の抑制と言った利点は維持することができる。  これらのため、この発明は、転がり軸受の小型化・低昇温化に有利な非対称配列の高速化に寄与することができる。
【００１１】
この発明において、前記転がり軸受は、全てアンギュラ玉軸受であっても良い。全てアンギュラ玉軸受であっても、仕様の違い、例えば接触角の違いや、転動体の直径，軸受の径の違い等によって、少数列側の軸受を、多数列側の軸受よりもアキシアル剛性の高いものとでき、この発明の上記各利点を得ることができる。
【００１２】
この発明の転がり軸受は、工作機械の主軸支持部に用いられるものであっても良い。  工作機械の主軸支持部では、高速化、低昇温化、コンパクト化の要望が強く、この発明における小型で低昇温化が図れ、かつ高速化にも対応できるという効果が有効に発揮される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の転がり軸受は、接触角を持つ転がり軸受を軸方向に３列以上並べて共通の軸を支持し、これらの軸受の配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列とした転がり軸受において、互いに同じ軸受形式でかつ異なる軸受仕様を持つ軸受同士を対向させ、または異なる軸受形式の軸受同士を対向させるため、転がり軸受の小型化・低昇温化に有利な非対称配列の利点を維持しながら、少数列側で生じる過度な接触面圧の増大を防止することができて、予圧荷重の選択可能な領域の拡張が図れ、これにより非対称配列の高速範囲での適用等の適用範囲拡大が図れるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１はこの実施形態の転がり軸受の半部断面図を示し、図２は同転がり軸受を用いた工作機械の主軸支持部の断面図を示す。図２の主軸支持部は、軸受ハウジング１内において、主軸２の前端側を転がり軸受３で、主軸２の後端側を別の図示しない単列の転がり軸受で回転自在に支持したものである。転がり軸受３は、接触角を持つ軸受であるアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃを軸方向に３列並べたものである。これら３列のアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃは、その内輪４が内輪固定ナット７の締め付けにより、主軸２の段部２ａとナット７との間で位置決め固定される。各外輪５は、外輪押え蓋８の押し付けによって、軸受ハウジング１の段部１ａと外輪押え蓋８との間に位置決め固定されている。この場合に、各段部１ａ，２ａの位置を適宜設定し、または軸受３Ａ〜３Ｃ間や側方にシム（図示せず）等を介在させることで、転がり軸受３に定位置予圧が与えられている。
【００１５】
図１のように、転がり軸受３は、互いに同じ軸受形式である３個のアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃの配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列としたものである。ここでは、図１において左２列の軸受３Ａ，３Ｂと右１列の軸受３Ｃとが、互いに背面合わせとなるＤＢＴ配列とされている。少数列側である右１列の軸受３Ｃの軸受仕様と、多数列側である左２列の軸受３Ａ，３Ｂの軸受仕様とは互いに異ならせている。具体的には、少数列側の軸受３Ｃの接触角α３を、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの接触角α１（＝α２）よりも大きくすることで、１列当たりのアキシアル剛性について多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃが高くなるようにしている。
【００１６】
このように少数列側の軸受３Ｃの１列当たりのアキシアル剛性を高めることで、予圧荷重に対する面圧増加を抑制することができる。
【００１７】
軸受のアキシアル剛性は、負荷荷重に対する弾性変位の程度を表すだけでなく、予圧荷重など軸方向荷重に対する接触面圧の上昇度合（応答性）を示すものでもある。従来の非対称配列の転がり軸受組では、少数列側の軸受と多数列側の軸受を同一の軸受仕様としていたため、個々の軸受が同じアキシアル剛性を持つことになり、少数列側の接触面圧が多数列側に比べて高くなっていた。これに対して、この実施形態の非対称配列の転がり軸受３では、上記したように１列当たりのアキシアル剛性を少数列側の軸受３Ｃで大きくなるようにしているので、少数列側の軸受３Ｃで予圧荷重に対する接触面圧が過度に増大するのを防止することができる。
また、このように接触面圧を抑制できることは、予圧荷重の選択可能な領域の拡張に繋がるので、転がり軸受３の適用範囲拡大（より高速、より高予圧荷重への対応）が可能となる。
さらに、上記構成によっても、軸受仕様の違いで対処しているため、軸受配列の制約は生じない。そのため、非対称配列の持つ軸受占有空間に対する有効性や、対称配列よりも総列数が少ないことによる発熱源の抑制といった利点はそのまま維持することができる。これにより、小型化・低昇温化に有効で高速化の可能な非対称配列の転がり軸受３とすることができる。
【００１８】
図３は、この発明の他の実施形態を示す。この転がり軸受３も、図１の実施形態の場合と同様に、互いに同じ軸受形式である３個のアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃの配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列（ＤＢＴ配列）としている。また、少数列側である右１列の軸受３Ｃの軸受仕様と、多数列側である左２列の軸受３Ａ，３Ｂの軸受仕様とを互いに異ならせている。
軸受仕様の違いは、少数列側の軸受３Ｃの転動体６の径φｄｗ３を、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの転動体６の径φｄｗ１（＝φｄｗ２）よりも大きくすることで与えている。これにより、１列当たりのアキシアル剛性につき、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃが高くなるようにしている。接触角については、各列の軸受３Ａ〜３Ｃ間で同一である。
【００１９】
この構成の非対称配列の転がり軸受３においても、上記したように１列当たりのアキシアル剛性を少数列側の軸受３Ｃで大きくなるようにしているので、少数列側の軸受３Ｃで予圧荷重に対する接触面圧が過度に増大するのを防止することができる。
【００２０】
図４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この転がり軸受３は、図１の実施形態の場合と同様に、互いに同じ軸受形式である３個のアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃの配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列（ＤＢＴ配列）としている。また、少数列側である右１列の軸受３Ｃの軸受仕様と、多数列側である左２列の軸受３Ａ，３Ｂの軸受仕様とを互いに異ならせている。
軸受仕様に違いは、少数列側の軸受３Ｃの転動体６の個数Ｚ３を、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの転動体６の個数Ｚ１（＝Ｚ２）よりも多くすることで与え、１列当たりのアキシアル剛性について多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃが高くなるようにしている。接触角および転動体径については、各列の軸受３Ａ〜３Ｃ間で同一である。
【００２１】
この構成の非対称配列の転がり軸受３においても、上記したように１列当たりのアキシアル剛性を少数列側の軸受３Ｃで大きくなるようにしているので、少数列側の軸受３Ｃで予圧荷重に対する接触面圧が過度に増大するのを防止することができる。
【００２２】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この転がり軸受３は、図１の実施形態の場合と同様に、互いに同じ軸受形式である３個のアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃの配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列（ＤＢＴ配列）としている。また、少数列側である右１列の軸受３Ｃの軸受仕様と、多数列側である左２列の軸受３Ａ，３Ｂの軸受仕様とを互いに異ならせている。
軸受仕様の違いは、少数列側の軸受３Ｃの内輪軌道面４ａまたは外輪軌道面５ａの断面の曲率Ｃｕｒ３を、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの内輪軌道面４ａまたは外輪軌道面５ａの断面の曲率Ｃｕｒ１（＝Ｃｕｒ２）よりも大きくすることで与え、１列当たりのアキシアル剛性について多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃが高くなるようにしている。接触角、転動体径、および転動体数については、各列の軸受３Ａ〜３Ｃ間で同一である。
【００２３】
この構成の非対称配列の転がり軸受３おいても、上記したように１列当たりのアキシアル剛性を少数列側の軸受３Ｃで大きくなるようにしているので、少数列側の軸受３Ｃで予圧荷重に対する接触面圧が過度に増大するのを防止することができる。
【００２４】
図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この転がり軸受３は、図１の実施形態の場合と同様に、互いに同じ軸受形式である３個のアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃの配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列（ＤＢＴ配列）としている。また、少数列側である右１列の軸受３Ｃの軸受仕様と、多数列側である左２列の軸受３Ａ，３Ｂの軸受仕様とを互いに異ならせている。
軸受仕様の違いは、少数列側の軸受３Ｃの軸受内径φｄ３を、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの軸受内径φｄ１（＝φｄ２）よりも大きくすることで与え、１列当たりのアキシアル剛性について多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃが高くなるようにしている。接触角、転動体径、転動体数、および軌道面曲率については、各列の軸受３Ａ〜３Ｃ間で同一である。
【００２５】
この構成の非対称配列の転がり軸受３においても、上記したように１列当たりのアキシアル剛性を少数列側の軸受３Ｃで大きくなるようにしているので、少数列側の軸受３Ｃで予圧荷重に対する接触面圧が過度に増大するのを防止することができる。
【００２６】
図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この転がり軸受３は、図１の実施形態の場合と同様に、互いに同じ軸受形式である３個のアンギュラ玉軸受３Ａ〜３Ｃの配列を、対向する列数が異なる配列である非対称配列（ＤＢＴ配列）としている。また、少数列側である右１列の軸受３Ｃの軸受仕様と、多数列側である左２列の軸受３Ａ，３Ｂの軸受仕様とを互いに異ならせている。
軸受仕様の違いは、少数列側の軸受３Ｃの寸法系列Ｓ３を、多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの寸法系列Ｓ１（＝Ｓ２）よりも大きくすることで与え、１列当たりのアキシアル剛性について多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃが高くなるようにしている。  この実施形態における寸法系列の違いは、直径系列の違いとしている。直径系列は、軸受内径に対応して軸受外径の系列を示すもので、同じく軸受内径に対し段階的に数種の外径を定め、一桁の数字で示す。なお、軸受３Ａ〜３Ｃが円すいころ軸受の場合は、直径系列の違いに限らず、幅系列の違いとしても良く、また直径系列および幅系列の両方の違いとしても良い。
接触角、転動体径、転動体数、軌道面曲率、および軸受内径については、各列の軸受３Ａ〜３Ｃ間で同一である。
【００２７】
この非対称配列の転がり軸受組３でも、上記したように１列当たりのアキシアル剛性を少数列側の軸受３Ｃで大きくなるようにしているので、少数列側の軸受３Ｃで予圧荷重に対する接触面圧が過度に増大するのを防止することができる。
【００２８】
なお、上記した各実施形態では、少数列側の軸受３Ｃと多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの間で異ならせる軸受仕様として、接触角、転動体径、転動体数、軌道面曲率、軸受内径、寸法系列などから１つの因子を特定した場合につき説明したが、上記因子の複数を組み合わせた場合でも同様の効果を得ることができる。また、上記した因子以外に、内部設計（例えば転動体６のピッチ径など）を少数列側の軸受３Ｃと多数列側の軸受３Ａ，３Ｂの間で異ならせることで、１列当たりのアキシアル剛性について多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃが高くなるようにしても良く、この場合にも同様の効果を得ることができる。
【００２９】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この転がり軸受３は、同じ軸受形式である２個のアンギュラ玉軸受３Ａ，３Ｂと、これと軸受形式の異なる１個の円すいころ軸受３Ｃ’との配列を非対称配列であるＤＢＴ配列としている。これにより、１列当たりのアキシアル剛性について多数列側の軸受３Ａ，３Ｂよりも少数列側の軸受３Ｃ’が高くなるようにしている。
【００３０】
この構成の非対称配列の転がり軸受３においても、上記したように１列当たりのアキシアル剛性を少数列側の軸受３Ｃ’で大きくなるようにしているので、少数列側の軸受３Ｃ’で予圧荷重に対する接触面圧が過度に増大するのを防止することができる。
【００３１】
なお、図８の実施形態では、アンギュラ玉軸受３Ａ，３Ｂと円すいころ軸受３Ｃ’の組合せ例について説明したが、これに限らず、例えば自動調心ころ軸受や深溝玉軸受など、他の軸受形式のものであって接触角を持った状態で使用される軸受の組合せであっても、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、上記各実施形態では、非対称配列の一例としてＤＢＴ配列の場合を例示して説明したが、これ以外の非対称配列であっても上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１はこの発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の半部断面図である。
【図２】同転がり軸受を用いた工作機械の主軸支持部の断面図である。
【図３】この発明の他の実施形態に係る転がり軸受の半部断面図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の半部断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の半部断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の半部断面図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の半部断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の半部断面図である。
【図９】軸受の各種の対向配列例の半部断面図である。
【図１０】従来のＤＴＢＴ配列の転がり軸受での各軸受への予圧荷重の分配を示す説明図である。
【図１１】従来のＤＢＴ配列の転がり軸受での各軸受への予圧荷重の分配を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
２…主軸
３…転がり軸受
３Ａ〜３Ｃ，３Ｃ’…転がり軸受
【図１】
2006307912.tif 000003
【図２】
2006307912.tif 000004
【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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