(57)【要約】【課題】低速回転から高速回転まで軸受剛性を低下させることなく、簡単な構成で運転中に予圧を調整できるようにすることである。【解決手段】内輪２の軌道面２ａ側の大鍔部を別体の鍔輪６で形成して、この鍔輪６の内径側に円錐ころ４の大端面４ａと反対側の端面側へ拡径するテーパ面６ａを設け、この鍔輪６のテーパ面６ａと嵌合するテーパ面７ａを外径側に有する固定テーパ輪７を軸受箱１２側に固定して、軸受回転に伴う鍔輪６と固定テーパ輪７との熱膨張量差によって、鍔輪６を固定テーパ輪７のテーパ面７ａに沿って軸方向へ移動させることにより、締付け力が作用しない鍔輪６を簡単な構成で軸方向へ移動させて、低速回転から高速回転まで軸受剛性を低下させることなく、運転中に予圧を調整できるようにした。【選択図】図２
2007177900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられる内輪の軌道面と、軸受箱に固定される外輪の軌道面との間に複数の円錐ころを配列し、これらの円錐ころの大端面側への軸方向移動を規制する大鍔部を前記内輪の軌道面側に設けた円錐ころ軸受において、前記大鍔部を別体の鍔輪で形成して、この鍔輪の内径側に前記円錐ころの大端面と反対側の端面側へ拡径するテーパ面を設け、この鍔輪のテーパ面と嵌合するテーパ面を外径側に有する固定テーパ輪を前記軸受箱側に固定して、軸受回転中の温度上昇による前記鍔輪と固定テーパ輪との熱膨張量差によって、鍔輪を前記固定テーパ輪のテーパ面に沿って軸方向へ移動させるようにしたことを特徴とする円錐ころ軸受。
【請求項２】
前記鍔輪を前記固定テーパ輪よりも線膨張係数の大きい材料で形成した請求項１に記載の円錐ころ軸受。
【請求項３】
前記鍔輪の内径面と前記内輪の外径面との間に隙間を設け、前記固定テーパ輪にこの隙間に向けて潤滑油を吐出する吐油孔を設けた請求項１または２に記載の円錐ころ軸受。
【請求項４】
前記円錐ころ軸受が、工作機械の主軸を支持するものである請求項１乃至３のいずれかに記載の円錐ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円錐ころ軸受に関し、特に、工作機械の主軸の支持に好適な円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、加工精度や加工面の品位の向上と加工能率の向上のために、主軸の高剛性化と高速回転化が進んでおり、主軸を支持する転がり軸受には、ラジアル荷重とアキシアル荷重を高い剛性で支持できる円錐ころ軸受が多く用いられるようになっている。工作機械の主軸を支持する円錐ころ軸受は、内輪が回転する主軸に取り付けられ、外輪が軸受箱に固定されるが、主軸が高速回転すると、内輪の温度上昇が外輪よりも大きくなり、その熱膨張量の差によって軸受隙間が減少する。このため、工作機械の運転中に軸受の予圧が過大となって、発熱や焼付き等の不具合が生じることがある。
【０００３】
工作機械の運転中における円錐ころ軸受の過大予圧を抑制する手段としては、ばね等によって外輪を軸方向へ押圧する定圧予圧方法や、高速回転時に適正予圧となるように、組立て時に軸受隙間を調整する定位置予圧方法がある。また、外輪を軸方向へ押圧移動させる油圧シリンダ装置を設けて、運転中に予圧を調整するようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−３２８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したばね等で外輪を軸方向へ押圧する定圧予圧方法は、軸受剛性が低くなるので、工作機械の加工精度や加工面の品位で問題を生じる場合がある。また、高速回転時に適正予圧となるように軸受隙間を調整する定位置予圧方法は、低速回転時に軸受隙間が大きくなって軸受剛性が低下し、やはり加工精度や加工面の品位が低下する。
【０００６】
一方、特許文献１に記載された油圧シリンダ装置で外輪を軸方向へ押圧移動させて、運転中に予圧を調整する方法は、工作機械の運転中には外輪も熱膨張するので、軸受箱による外輪の締付け力が大きくなり、スムーズに外輪を軸方向へ移動させるのが難しい問題がある。また、運転中の外輪にはラジアル荷重やアキシアル荷重等の軸受荷重も負荷されるので、外輪を軸方向へ移動させるためには大きな出力の油圧シリンダ装置を必要とする。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、低速回転から高速回転まで軸受剛性を低下させることなく、簡単な構成で運転中に予圧を調整できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、回転軸に取り付けられる内輪の軌道面と、軸受箱に固定される外輪の軌道面との間に複数の円錐ころを配列し、これらの円錐ころの大端面側への軸方向移動を規制する大鍔部を前記内輪の軌道面側に設けた円錐ころ軸受において、前記大鍔部を別体の鍔輪で形成して、この鍔輪の内径側に前記円錐ころの大端面と反対側の端面側へ拡径するテーパ面を設け、この鍔輪のテーパ面と嵌合するテーパ面を外径側に有する固定テーパ輪を前記軸受箱側に固定して、軸受回転中の温度上昇による前記鍔輪と固定テーパ輪との熱膨張量差によって、鍔輪を前記固定テーパ輪のテーパ面に沿って軸方向へ移動させる構成を採用した。
【０００９】
すなわち、内輪の軌道面側の大鍔部を別体の鍔輪で形成して、この鍔輪の内径側に円錐ころの大端面と反対側の端面側へ拡径するテーパ面を設け、この鍔輪のテーパ面と嵌合するテーパ面を外径側に有する固定テーパ輪を軸受箱側に固定して、軸受回転中の温度上昇による鍔輪と固定テーパ輪との熱膨張量差によって、鍔輪を固定テーパ輪のテーパ面に沿って軸方向へ移動させることにより、締付け力が作用しない鍔輪を簡単な構成で軸方向へ移動させて、低速回転から高速回転まで軸受剛性を低下させることなく、運転中に予圧を調整できるようにした。
【００１０】
前記鍔輪は円錐ころの大端面と摺接するので、軸受が高速回転になるほど温度上昇量が大きくなって、固定テーパ輪よりも熱膨張量が大きくなり、この固定テーパ輪との熱膨張量差によって、鍔輪は円錐ころの大端面から逃げる方向へ軸方向移動する。また、前述したように、軸受が高速回転になるほど内輪の温度上昇が外輪よりも大きくなって、その熱膨張量の差によって軸受隙間が減少する。したがって、高速回転になって軸受隙間が減少するときに、円錐ころを鍔輪側へ逃がして運転中に予圧を調整することができる。
【００１１】
前記鍔輪を前記固定テーパ輪よりも線膨張係数の大きい材料で形成することにより、固定テーパ輪との熱膨張量差をより大きくして、鍔輪を円錐ころの大端面から逃げる方向へ軸方向移動させることができる。
【００１２】
前記鍔輪の内径面と前記内輪の外径面との間に隙間を設け、前記固定テーパ輪にこの隙間に向けて潤滑油を吐出する吐油孔を設けることにより、摺接する円錐ころの大端面と鍔輪との間を良好に潤滑することができる。
【００１３】
上述した各円錐ころ軸受は、工作機械の主軸を支持するものに好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の円錐ころ軸受は、内輪の軌道面側の大鍔部を別体の鍔輪で形成して、この鍔輪の内径側に円錐ころの大端面と反対側の端面側へ拡径するテーパ面を設け、この鍔輪のテーパ面と嵌合するテーパ面を外径側に有する固定テーパ輪を軸受箱側に固定して、軸受回転中の温度上昇による鍔輪と固定テーパ輪との熱膨張量差によって、鍔輪を固定テーパ輪のテーパ面に沿って軸方向へ移動させるようにしたので、締付け力が作用しない鍔輪を簡単な構成で軸方向へ移動させて、低速回転から高速回転まで軸受剛性を低下させることなく、運転中に予圧を調整することができる。
【００１５】
前記鍔輪を固定テーパ輪よりも線膨張係数の大きい材料で形成することにより、固定テーパ輪との熱膨張量差をより大きくして、鍔輪を円錐ころの大端面から逃げる方向へ軸方向移動させることができる。
【００１６】
前記鍔輪の内径面と内輪の外径面との間に隙間を設け、固定テーパ輪にこの隙間に向けて潤滑油を吐出する吐油孔を設けることにより、摺接する円錐ころの大端面と鍔輪との間を良好に潤滑することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る円錐ころ軸受１で支持された工作機械の主軸１１を示す。この主軸１１は、軸受箱１２に背面側を対向させて配設された一対の円錐ころ軸受１で支持されている。軸受箱１２は外筒１３に内嵌され、外筒１３に設けられた冷却用給油路１４から冷却溝１５を通って排油路１６へ循環する冷却油によって外部冷却される。また、軸受箱１２は両側を蓋１７、１８で密閉され、内部がエアオイル潤滑されるようになっており、各蓋１７、１８に設けられた給油孔１９から、軸受箱１２に設けられた給油路２０を通して、各円錐ころ軸受１の正面側と背面側とにエアオイルが供給され、使用済のエアオイルは、軸受箱１２に設けられた排油路２１を通して、各蓋１７、１８に設けられた排油孔２２から外部に排出される。
【００１８】
前記一対の円錐ころ軸受１の各内輪２は、内輪間座２３で背面側の間隔を開けて主軸１１に取り付けられ、図１左側の内輪２は主軸１１の段差部１１ａに軸方向を固定され、図１右側の内輪２は内輪間座２４で位置決めされて、ナット２５で締付け固定されている。また、各外輪３は外輪間座２６を介して軸受箱１２の段差部１２ａに背面側を位置決め固定され、外輪間座２７を介して各蓋１７、１８で正面側を押さえ込まれている。
【００１９】
図２は、前記図１左側の円錐ころ軸受１を拡大して示す。この円錐ころ軸受１は、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に、複数の円錐ころ４を保持器５に保持して配列したものであり、内輪２の軌道面２ａの正面側に、大鍔部を形成する別体の鍔輪６と固定テーパ輪７が配設されている。
【００２０】
前記固定テーパ輪７は線膨張係数α（２×１０−６／℃）の小さいアンバーで形成され、鍔輪６はこれよりも線膨張係数α（１２．５×１０−６／℃）の大きい高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２で形成されている。固定テーパ輪７は線膨張係数α（５×１０−６／℃）の小さいコバールで形成してもよい。また、固定テーパ輪７をＳＵＪ２で形成し、鍔輪６をこれよりも線膨張係数αの大きい銅やアルミニウムまたはこれらの合金で形成することもできる。
【００２１】
前記鍔輪６は、内側端面で円錐ころ４の大端面４ａと摺接し、その内径側に外側端面側へ拡径するテーパ面６ａが設けられている。また、固定テーパ輪７は、軸受箱１２に固定された外輪間座２７にボルト８で結合され、その外径側に鍔輪６のテーパ面６ａと嵌合する内向きのテーパ面７ａが設けられている。したがって、軸受が高速回転になるほど、円錐ころ４の大端面４ａと摺接する鍔輪６は温度上昇量が大きくなり、固定テーパ輪７との熱膨張量差が大きくなるので、円錐ころ４の大端面４ａから逃げる軸方向へテーパ面７ａに沿って移動し、高速回転になって軸受隙間が減少するときに円錐ころ４が鍔輪６側へ逃がされて、運転中に予圧が調整される。
【００２２】
前記軸受の正面側の外輪間座２７には、軸受箱１２の給油路２０に連通する給油路２７ａが設けられ、固定テーパ輪７にはこの給油路２７ａに連通し、鍔輪６の内径面と内輪２の外径面との間の隙間に向けられた吐油孔７ｂが設けられている。したがって、吐油孔７ｂから吐出されるエアオイルによって、摺接する円錐ころ４の大端面４ａと鍔輪６との間が良好に潤滑される。また、軸受の背面側の外輪間座２６には、軸受箱１２の給油路２０に連通する吐油孔２６ａが設けられ、背面側ではこの吐油孔２６ａからエアオイルが吐出される。
【００２３】
拡大図示は省略するが、前記図１右側の円錐ころ軸受１も同様の構成とされ、正面側に配設された別体の鍔輪６が、固定テーパ輪７との熱膨張量差に伴って、そのテーパ面７ａに沿って軸方向へ移動し、運転中に予圧が調整されるようになっている。
【００２４】
図３は、前記鍔輪６と固定テーパ輪７の熱膨張量差δ（半径分）に伴う、各テーパ面６ａ、７ａ間の軸方向隙間ε、すなわち、鍔輪６の軸方向移動量の大きさを示す。各テーパ面６ａ、７ａの傾斜角度をθとすると、軸方向隙間εは（１）式で表される。
ε  ＝  δ／ｔａｎθ                                                  （１）
【００２５】
したがって、軸受が最高回転数になるときの熱膨張量差δと予圧調整に必要な鍔輪６の軸方向移動量、すなわち軸方向隙間εを実験や解析等によって求めれば、（１）式に基づいて、各テーパ面６ａ、７ａの傾斜角度θを適切に決定することができる。なお、決定された傾斜角度θが摩擦角よりも小さくなる場合は、各テーパ面６ａ、７ａ間の摩擦係数を小さくして摩擦角を小さくするか、鍔輪６と固定テーパ輪７との熱膨張量差δを変えて傾斜角度θを大きくすれば、軸受停止時や低速回転時に温度が低下したときに、収縮する鍔輪６が固定テーパ輪７のテーパ面７ａに沿って下降する方向に移動して、予圧が低下しないように調整される。
【００２６】
上述した実施形態では、円錐ころ軸受を工作機械の主軸を支持するものとしたが、本発明に係る円錐ころ軸受は、高速回転で予圧が変化する他の回転軸を支持するものに適用してもよい。
【００２７】
また、上述した実施形態では、鍔輪を固定テーパ輪よりも線膨張係数αの大きい材料で形成したが、鍔輪は固定テーパ輪よりも温度上昇量が大きいので、両者を同じ材料か、線膨張係数αが同等の材料で形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る円錐ころ軸受で支持した工作機械の主軸を示す縦断面図
【図２】図１の左側の円錐ころ軸受の部分を拡大して示す縦断面図
【図３】図２の鍔輪と固定テーパ輪の熱膨張量差δに伴う各テーパ面間の軸方向隙間εの大きさを示す断面図
【符号の説明】
【００２９】
１  円錐ころ軸受
２  内輪
２ａ  軌道面
３  外輪
３ａ  軌道面
４  円錐ころ
４ａ  大端面
５  保持器
６  鍔輪
６ａ  テーパ面
７  固定テーパ輪
７ａ  テーパ面
７ｂ  吐油孔
８  ボルト
１１  主軸
１１ａ  段差部
１２  軸受箱
１２ａ  段差部
１３  外筒
１４  給油路
１５  冷却溝
１６  排油路
１７、１８  蓋
１９  給油孔
２０  給油路
２１  排油路
２２  排油孔
２３、２４  内輪間座
２５  ナット
２６、２７  外輪間座
２６ａ  吐油孔
２７ａ  給油路
【図１】
2007177900.tif 000003
【図２】
2007177900.tif 000004
【図３】
2007177900.tif 000005