(57)【要約】【課題】  簡単な構造で高速回転中の予圧上昇を軽減し高速化および低発熱化を図ることができ、熱変位をも抑えることができる軸受装置を提供する。【解決手段】  軸受装置１０は、内輪１４が回転軸１１の前端側に外嵌され、外輪１５がハウジング１６に内嵌されたフロント側軸受１２，１３と、内輪１９が回転軸１１の後端側に外嵌され、外輪２０がハウジング１６に内嵌され、フロント側軸受１２，１３と背面組み合わせで定位置予圧され、フロント側軸受１２，１３と共働して回転軸１１を回動自在に支持するリア側軸受１７，１８と、フロント側軸受１２，１３とリア側軸受１７，１８との間に組み付けられた外輪間座２１とを備えている。そして、リア側軸受１８の外輪２０両端の一端側がハウジングに対して軸方向に固定され、他端側が開放されている。【選択図】    図１
2006077925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、内輪が前記回転軸の前端側に外嵌され、外輪がハウジングに内嵌されたフロント側軸受と、前記内輪が前記回転軸の後端側に外嵌され、外輪が前記ハウジングに内嵌され、前記フロント側軸受と背面組み合わせで定位置予圧され、前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、前記フロント側軸受と前記リア側軸受との間に組み付けられた外輪間座と、を備えた軸受装置であって、
前記フロント側軸受の前記外輪の一端側が前記ハウジングに対して軸方向に固定され、前記リア側軸受の前記外輪の一端側が開放されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記外輪間座が、前記回転軸の線膨張係数より小さい線膨張係数の材料により成形されていることを特徴とする請求項１に記載した軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械等の高速回転する軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の軸受装置の一例として、第１外輪間座部と、第２外輪間座部と、中間外輪間座部と、を備えた間座を用いた軸受装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された軸受装置では、第１外輪間座部の筒状部が一方の軸受の外輪に接触し、第２外輪間座部の筒状部が他方の軸受の外輪に接触し、中間外輪間座部が第１外輪間座部の筒状部と第２外輪間座部の筒状部との間に配置される。第１外輪間座部および第２外輪間座部は、回転軸の熱膨張率より小さい熱膨張率を有し、中間外輪間座部は、回転軸の熱膨張率より大きい熱膨張率を有する。
【０００４】
従来の軸受装置の他の一例として、油圧制御装置を備えた軸受装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献２に開示された軸受装置では、回転軸の回転数（回転速度）が、設定した回転数（回転速度）に達したときに、油圧制御装置を操作して軸受箱および間座を軸方向に移動させて、調整部材と間座で軸受箱の移動量を調整する。
【特許文献１】特開平０８−０１４２５２号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】特開平０２−２７９２０３号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図４に示すように、上記特許文献１と同等の構造をもつ軸受装置１００では、回転軸１０１と、内輪１０４が回転軸１０１の前端側に外嵌され、外輪１０５がハウジング１０６に内嵌されたフロント側軸受１０２，１０３と、内輪１０９が回転軸１０１の後端側に外嵌され、外輪１１０がハウジング１０６に内嵌されたリア側軸受１０７，１０８と、フロント側軸受１０３とリア側軸受１０７の間に配置された外輪間座１１１，内輪間座１１２と、を備えている。フロント側軸受１０２は、左端面がハウジング１０６に固定された外輪押え部材１１３によって軸方向に固定されており、リア側軸受１０８は、右端面がハウジング１０６の外輪押え部１１４によって軸方向に固定されている。そして、フロント側軸受１０２，１０３と、リア側軸受１０７，１０８とは、背面組み合わせで、定位置予圧されている。この定位置予圧では、例えば、運転中に外輪間座幅が収縮する方向に変形すると、軸受の予圧増大が防止でき、高速回転が可能になる。
【０００７】
ところが、このような軸受装置１００では、仮に、外輪間座１１１の線膨張係数を小さくしたとしても、周辺温度が上昇した際に、外輪間座１１１における熱膨張は小さいが、外輪間座１１１の熱膨張が小さい分、外輪押え部材１１４によるフロント側軸受１０２，１０３およびリア側軸受１０７，１０８を押える力が減る。これにより、外輪間座１１１の低熱膨張の特性が、押え付け力の減少による外輪間座１１１における弾性変形の減少によって相殺されてしまい、押え付け量が不足して、温度上昇時に、各外輪１０５，１１０にがたつきを生じる虞もあり、また運転中の予圧荷重を減少させることが難しい。
【０００８】
そして、このような軸受装置１００を工作機械の主軸装置として用いた場合、主軸に相当する回転軸１０１の図中左側が工具側となる。そして、回転軸１０１の温度が上昇した際に、回転軸１０１の左端部から、フロント側軸受１０２，１０３とリア側軸受１０７，１０８との中間位置Ｈまでの長さＬを基準として回転軸１０１が左方向に伸びるために、回転軸１０１の熱変位が大きくなり、工具の精度が低下する原因となり得る。
【０００９】
また、上記特許文献１では、定位置予圧で高速回転させる際に、予圧荷重が上昇して高速化の妨げとなることを改善するようにしているが、各外輪の端面がハウジング側から押圧固定されているために、周辺温度が上昇した際に、その押圧力が変動され、間座の膨張を狙い通りに抑えることができなくなるばかりか、外輪にがたつきを生ずる虞がある。
そして、上記特許文献２では、軸受装置の外部に油圧制御装置を配置しなければならないので、複雑な構造になるとともに、装置全体が大型化する虞がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構造で高速回転中の予圧上昇を軽減し高速化および低発熱化を図ることができ、熱変位をも抑えることができる軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１）本発明の軸受装置は、回転軸と、内輪が前記回転軸の前端側に外嵌され、外輪がハウジングに内嵌されたフロント側軸受と、内輪が前記回転軸の後端側に外嵌され、外輪が前記ハウジングに内嵌され、前記フロント側軸受と背面組み合わせで定位置予圧され、前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、前記フロント側軸受と前記リア側軸受との間に組み付けられた外輪間座と、を備えた軸受装置であって、前記フロント側軸受の前記外輪の一端側が前記ハウジングに対して軸方向に固定され、前記リア側軸受の前記外輪の一端側が開放されていることを特徴とする。
【００１２】
前記構成の軸受装置によれば、リア側軸受の外輪が、一端側を軸方向にフリーにされることにより、外輪間座にかかる軸方向荷重を、リア側軸受に発生する予圧荷重のみにすることができる。これにより、周辺温度に変動を生じたときの外輪間座の変形量を熱膨張量と等しくして、外輪間座により熱膨張をコントロールし、温度上昇による予圧の増大を軽減することができる。従って、軸受寿命の延長および高速回転化を図ることができる。
【００１３】
２）本発明の軸受装置は、前記１）に記載した軸受装置において、前記外輪間座が、前記回転軸の線膨張係数より小さい線膨張係数の材料により成形されていることを特徴とする。
【００１４】
前記構成の軸受装置によれば、外輪間座が、例えば、ノビナイト鋳鉄、インバー、セラミック等の低膨張材料を素材として成形されれば、他の回転軸やハウジング等が素材とする炭素鋼と比べて、小さい線膨張率を有するものとなる。これにより、高速回転によって軸受周辺の温度が上昇した際に、外輪間座の熱膨張量が小さいために、予圧荷重を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の軸受装置によれば、簡単な構造で高速回転中の予圧上昇を軽減し高速化および低発熱化を図ることができ、熱変位をも抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る好適な実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る軸受装置の一実施形態を示す断面図、図２は図１に示す軸受装置の変形例を示す断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の一実施形態である軸受装置１０は、主として、回転軸１１と、内輪１４が回転軸１１の前端側に外嵌され、外輪１５がハウジング１６に内嵌されたフロント側軸受１２，１３と、内輪１９が回転軸１１の後端側に外嵌され、外輪２０がハウジング１６に内嵌され、フロント側軸受１２，１３と背面組み合わせで定位置予圧され、フロント側軸受１２，１３と共働して回転軸１１を回動自在に支持するリア側軸受１７，１８と、フロント側軸受１２，１３とリア側軸受１７，１８との間に組み付けられた外輪間座２１，内輪間座２２と、から構成されている。
【００１８】
回転軸１１は、ドローバ（不図示）を内装しており、このドローバを、戻しばね（不図示）に抗して進退移動させることにより、図中の左端側において工具（不図示）をクランプまたはアンクランプする。
【００１９】
フロント側軸受１２，１３は、例えばセラミックス玉のアンギュラ玉軸受を並列組合せで用い、内輪間座２３が間に組付けられた内輪１４，１４が回転軸１１の前端側に外嵌され、外輪間座２４が間に組み付けられた外輪１５，１５がハウジング１６の前段側に形成された大径部２５に内嵌されている。
【００２０】
フロント側軸受１２，１３のうちの左方側に配置された一方のフロント側軸受１２は、内輪１４の左端面が内輪間座２６を介して回転軸１１にねじ込み固定された内輪固定部材２７によって軸方向に固定されており、外輪１４の左端面が外輪押え部材２８によって軸受方向に固定されている。
【００２１】
フロント側軸受１２，１３のうちの右方側に配置された他方のフロント側軸受１３は、内輪１４の右端面が内輪間座２２に当接しており、外輪１４の右端面がハウジング１６の大径部２５の端部に形成された段部２９によって軸方向に固定されている。
【００２２】
リア側軸受１７，１８は、フロント側軸受１２，１３と同様にして、例えばセラミックス玉のアンギュラ玉軸受を並列組合せで用いており、内輪間座３０が間に組付けられた内輪１９，１９が回転軸１１の後端側に外嵌され、外輪間座３１が間に組み付けられた外輪２０，２０が、ハウジング１６の後段側に形成された小径部３２に、５〜３０μｍ程度のルーズ量のわずかなすきま嵌めで内嵌されており、小径部３２に軸方向に固定されていない。
【００２３】
リア側軸受１７，１８のうちの左方側に配置された一方のリア側軸受１７は、内輪１９の左端面が内輪間座２２に当接しており、外輪２０の左端面が外輪間座２１に当接している。
【００２４】
リア側軸受１７，１８のうちの右方側に配置された他方のリア側軸受１８は、内輪１９の右端面が内輪押え部材３３によって軸方向に固定されており、外輪２０の右端面が開放されている。
【００２５】
フロント側軸受１２，１３の外径は、リア側軸受１７，１８の外径よりも大きくなっている。それにより、リア側軸受１７，１８の組付けを終了してから、フロント側軸受１２，１３の組付けを行えるようになっている。
【００２６】
外輪間座２１は、例えば、ノビナイト鋳鉄（鋳造性に優れ、複雑な形状でしかも薄肉鋳物も製造可能であり、耐蝕性、耐熱性、耐低温ぜい性等に優れる。特に強度特性に優れる片状黒鉛組織（ＣＦ−５）のものと、低周波域で優れた振動呼吸機能を持つ球状黒鉛組織（Ｃ−５）のものとがある。）、インバー、セラミック、等の低膨張材料を素材として成形されている。外輪間座２１は、回転軸１１、他の間座２３，２４，３０，３１やハウジング１６等が素材とする炭素鋼と比べて、小さい線膨張率を有する。これにより、高速回転によって軸受周辺の温度が上昇した際に、外輪間座の熱膨張係数が小さいために、予圧荷重を低減することができる。
【００２７】
このような軸受装置１０では、リア側軸受１８における外輪２０の右端面が開放されているために、外輪間座２１にかかる軸方向荷重を、リア側軸受１７ 、１８に発生する予圧荷重のみにすることができる。これにより、周辺温度に変動を生じたときの外輪間座２１の変形量を熱膨張量と等しくして、外輪間座２１により熱膨張をコントロールし、温度上昇による予圧の増大を軽減することができる。
【００２８】
また、本発明では工具側の軸の熱伸び（熱変位）を小さく抑えることができる。リア側軸受１８の一端が開放されており、さらに外輪がハウジングに対して隙間があるので、軸が伸びた際にリア側軸受１８の外輪２０が左方にスライドし、工具側の熱膨張による伸びを抑えられる。これにより、軸受とその周辺温度が上昇した際における回転軸１１の熱伸びの基準位置が、両フロント側軸受１２，１３の中間位置Ｈ１となって、回転軸１１の左端部から、中間位置Ｈ１までが長さＬｎとなる。これは、従来のものと比較して、基準位置が回転軸１１の工具側端部へ変位したものとなり、従来の中間位置Ｈまでの長さＬ＞軸受装置１０の中間位置Ｈ１までの長さＬｎであって、Ｌ：Ｌｎ≒６：１０となるので、同等の温度上昇下においても、熱変位を従来のものよりも遥かに小さくすることができ、熱変位は従来の約６／１０になる。
【００２９】
次に、軸受装置１０の変形例について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、本変形例では、ハウジング１６の大径部２５が短くなっていて、小径部３２が長くなっており、短くなった大径部２５に、フロント側軸受１２，１３のうちの図中左方側の一方のフロント側軸受１２が、外輪１５の外側に配置されたアダプタカラー３４を介して組み付けられている。フロント側軸受１２の外輪１５は、その左端面が外輪押え部材２８によって軸受方向に固定されているとともに、その右端面が肉厚の外輪間座３５に当接している。アダプタカラー３４は、外輪１５を半径方向に拘束する。
【００３０】
本変形例では、フロント側軸受１２，１３およびリア側軸受１７，１８の外径を、いずれも同一にすることができる。それにより、単一規格の各軸受１２，１３，１７，１８を用いることにより、複数規格の軸受を用いる必要がなくなるので、誤組み込みを防止することができるとともに、生産性の向上を図ることができる。
【００３１】
上述した軸受装置１０によれば、リア側軸受１８の外輪２０が、右端面を軸方向にフリーにされることにより、外輪間座２１にかかる軸方向荷重を、リア側軸受１７，１８に発生する予圧荷重のみにすることができる。これにより、周辺温度に変動を生じたときの外輪間座２１の変形量を熱膨張量と等しくして、外輪間座２１により熱膨張をコントロールし、温度上昇による予圧の増大を軽減することができる。その結果、軸受寿命の延長および高速回転化を図ることができる。
【００３２】
また、軸受装置１０によれば、外輪間座２１が、例えば、ノビナイト鋳鉄、インバー、セラミック、等の低膨張材料を素材として成形されているために、回転軸１１やハウジング１６や間座２３，２４，３０，３１等が素材とする炭素鋼と比べて、小さい線膨張率を有するものとなる。これにより、高速回転によって軸受周辺の温度が上昇した際に、外輪間座２１の熱膨張量が小さいために、予圧荷重を低減することができる。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明に係る軸受装置の実施例について説明する。
本発明の効果を確認するために、以下の条件を適用して計算寿命比を算出した。
（計算条件）
回転速度：１８０００ｍｉｎ−１
軸受：内径φ７０、外径φ１１０  セラミック玉のアンギュラ玉軸受
組み込み時予圧荷重  ２００Ｎ
軸受温度上昇：外輪２５℃、内輪３５℃
外輪間座；長さ７０ｍｍ、温度上昇２０℃
ハウジング：温度上昇１５℃、外径φ１５０、炭素鋼Ｓ４５Ｃ
回転軸および他の間座材質：炭素鋼Ｓ４５Ｃ
【００３４】
図３に示すように、従来のものに相当する（１）は、外輪間座の線膨張係数が１１．５×１０−６／℃であり、蓋押え量が１０μｍである。また、従来のものに相当する（２）は、外輪間座の線膨張係数が２．８×１０−６／℃であり、蓋押え量が２０μｍである。そして、本発明に相当する（３）は、外輪間座の線膨張係数が２．８×１０−６／℃であり、蓋押え量が１０μｍである。
【００３５】
計算の結果により明らかなように、（１）は従来例で、運転時の予圧荷重は２７００Ｎとなる。このときの計算寿命比を１．０とした。（２）は、運転時の予圧荷重を２４００Ｎとすると、計算寿命比が１．４となり、軸受寿命の延命は少ない。これに対して、本発明の（３）は、運転時の予圧荷重が２０００Ｎと低下し、計算寿命比が２．０となって、（１）に比べて２倍の寿命比を得られた。これにより、本発明によれば、運転中の予圧荷重を低減することができるとともに、軸受寿命においても従来のものと比較して延ばすことができるのがわかる。
【００３６】
尚、本発明に係る軸受装置は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。例えば、フロント側およびリア側軸受は、セラミックス玉のアンギュラ玉軸受に限らず、鋼製の玉を用いたアンギュラ玉軸受、或いは深溝玉軸受、等の各種転がり軸受を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る軸受装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した軸受装置の変形例の断面図である。
【図３】実施例の計算結果を示す表である。
【図４】従来の軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０        軸受装置
１１        回転軸
１２，１３  フロント側軸受
１４，１９  内輪
１５，２０  外輪
１６        ハウジング
１７，１８  リア側軸受
２１        外輪間座
【図１】
2006077925.tif 000003
【図２】
2006077925.tif 000004
【図３】
2006077925.tif 000005
【図４】
2006077925.tif 000006