(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドル軸に軸受を組み付けた後、締付ナットの締め付けにより軸受を予圧するようにした軸受の組付方法であって、スピンドル軸にベアリングインナを嵌合させた時のベアリングインナに発生する内圧を、ベアリングインナをスピンドル軸に嵌合させた場合のベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリングインナ外径（Ｄｉ）、前記ベアリングインナ内径（ｄｉ）とスピンドル軸外径（ＤＳ）の差である締め代（ｄｉ−ＤＳ）及びベアリングインナのヤング率をパラメータとして計算により求める工程と、軸受摺動抵抗を、前記ベアリングインナに発生する内圧、ベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリング幅（Ｗ）、軸受の数及びベアリングの軸摩擦係数をパラメータとして計算により求める工程と、この軸受摺動抵抗に組付設計荷重を加えてトータルの組付荷重を求める工程と、このトータルの組付荷重から締付ナットのネジ摩擦トルク、及び締付ナットとスペーサ等の座面摩擦トルクを計算により求める工程と、このネジ摩擦トルクと座面摩擦トルクから締付トルクを算出し、この締付トルクで締付ナットを締め付ける工程を備えたことを特徴とする軸受の組付方法。
【請求項２】
スピンドル軸に軸受を組み付けた後、押圧手段により位置規制スリーブを介して軸受を押圧して予圧し、その後位置規制スリーブを固定するようにした軸受の組付方法であって、スピンドル軸にベアリングインナを嵌合させた時のベアリングインナに発生する内圧を、ベアリングインナをスピンドル軸に嵌合させた場合のベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリングインナ外径（Ｄｉ）、前記ベアリングインナ内径（ｄｉ）とスピンドル軸外径（ＤＳ）の差である締め代（ｄｉ−ＤＳ）及びベアリングインナのヤング率をパラメータとして計算により求める工程と、軸受摺動抵抗を、前記ベアリングインナに発生する内圧、ベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリング幅（Ｗ）、軸受の数及びベアリングの軸摩擦係数をパラメータとして計算により求める工程と、この軸受摺動抵抗に組付設計荷重を加えてトータルの組付荷重を求める工程と、このトータルの組付荷重に基づいて押圧手段の押圧荷重を算定する工程と、この押圧荷重で位置規制スリーブを介して軸受を押圧する工程を備えたことを特徴とする軸受の組付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアンギュラベアリングのような軸受をスピンドル軸に組み付ける際の組付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アンギュラベアリングのような軸受をスピンドル軸に組み付ける際、軸受に予圧力をかけて回転のガタを無くすとともに、回転重さが適切になるよう調整する必要があるが、このような予圧力の調整は、例えば熟練作業者等がスピンドル軸に軸受を組み付けて締付力を徐々に加えながらスピンドル軸を回転させて、回転重さやガタツキ等を、感触や音や発熱量等によって確認しながら組み付けるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の組付方法は、熟練作業者等の勘とコツに頼る部分が多く、ノウハウのない人や熟練度の低い人が組付作業を行うと、多大な時間がかかるとともに、組付精度が狂うと、スピンドル軸が焼き付いたり、スピンドル軸の回転にガタツキが多くなる等の問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、スピンドル軸にアンギュラベアリング等の軸受を組み付けるにあたり、熟練度の低い人でも簡単に精度良く、またバラツキのない品質で組み付けることが出来るようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、スピンドル軸に軸受を組み付けた後、締付ナットの締め付けにより軸受を予圧するようにした軸受の組付方法であって、スピンドル軸にベアリングインナを嵌合させた時のベアリングインナに発生する内圧を、ベアリングインナをスピンドル軸に嵌合させた場合のベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリングインナ外径（Ｄｉ）、前記ベアリングインナ内径（ｄｉ）とスピンドル軸外径（ＤＳ）の差である締め代（ｄｉ−ＤＳ）及びベアリングインナのヤング率をパラメータとして計算により求める工程と、軸受摺動抵抗を、前記ベアリングインナに発生する内圧、ベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリング幅（Ｗ）、軸受の数及びベアリングの軸摩擦係数をパラメータとして計算により求める工程と、この軸受摺動抵抗に組付設計荷重を加えてトータルの組付荷重を求める工程と、このトータルの組付荷重から締付ナットのネジ摩擦トルク、及び締付ナットとスペーサ等の座面摩擦トルクを計算により求める工程と、このネジ摩擦トルクと座面摩擦トルクから締付トルクを算出し、この締付トルクで締付ナットを締め付けるようにした。
【０００６】
このように、締付ナットを締め付けて軸受に予圧する場合、締付トルクを計算によって求めるようにすれば、勘やコツに頼る部分がなくなり、初心者等でも均一な精度で組み付けることが出来る。
ここで、締付トルクは、軸受に一定の組付設定荷重（スピンドル設計者が定める最適荷重）がかかるように締め付ける必要があるが、実際に締付ナットで締め付ける場合は、組付設定荷重のみならず、ベアリングインナを押圧して移動させる際の軸受摺動抵抗や、締付ナットのネジ摩擦抵抗や、締付ナットとスペーサ等の座面摩擦抵抗（スペーサ等を介してベアリングインナを押圧する場合）を考慮する必要がある。
そしてこれら軸受摺動抵抗等は、最初にスピンドル軸にベアリングインナを嵌め合せた時、ベアリングインナに発生する内圧によって変化するため、最初にこの内圧を計算によって求め、以下、軸受摺動抵抗、締付ナットのネジ摩擦抵抗、締付ナットとベアリングインナの座面摩擦抵抗を順次求め、最終的に締付ナットにかけるべき締付トルクを求める。
この際、例えばこの計算をコンピュータで自動処理するようにし、スピンドル軸諸元や軸受諸元等の各種パラメータを入力するだけで、締付トルクが自動的に算出出来るような予圧管理ソフトを構築しておけば好適である。
【０００７】
また本発明では、スピンドル軸に軸受を組み付けた後、押圧手段により位置規制スリーブを介して軸受を押圧して予圧し、その後位置規制スリーブを固定するようにした軸受の組付方法において、スピンドル軸にベアリングインナを嵌合させた時のベアリングインナに発生する内圧を、ベアリングインナをスピンドル軸に嵌合させた場合のベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリングインナ外径（Ｄｉ）、前記ベアリングインナ内径（ｄｉ）とスピンドル軸外径（ＤＳ）の差である締め代（ｄｉ−ＤＳ）、ベアリングインナのヤング率をパラメータとして計算により求め、軸受摺動抵抗を、前記ベアリングインナに発生する内圧、ベアリングインナ内径（ｄｉ）、ベアリング幅（Ｗ）、軸受の数、ベアリングの軸摩擦係数をパラメータとして計算により求めるとともに、この軸受摺動抵抗に組付設計荷重を加えてトータルの組付荷重を求め、トータルの組付荷重に基づいて押圧手段の押圧荷重を算定し、この押圧荷重で位置規制スリーブを介して軸受を押圧するようにした。
【０００８】
このように、位置規制スリーブを介して押圧手段により予圧をかける場合、押圧手段でかけるべき押圧荷重を計算で求めることによって、勘やコツに頼る部分を無くし、初心者等でも均一な精度で組み付け出来るようにする。
ここで、位置規制スリーブとしては、例えばスピンドル軸に焼き嵌め等で嵌合されるステップドスリーブと呼ばれるような部材が好適であり、このステップドスリーブは、押圧手段で押圧する際は、スピンドル軸との嵌合面に高圧の油圧をかけてスピンドル軸との摩擦抵抗を無視できる程度に減らし、押圧後、油圧を抜くことで、スピンドル軸に固着せしめて軸受を位置規制出来るようにされている。
尚この際も、計算をコンピュータで自動処理するようにし、各種パラメータを入力するだけで、押圧荷重が自動的に算出出来るような予圧管理ソフトを構築しておけば好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は締付ナットを用いた軸受の組付方法を示す工程図、図２は締付ナットを用いた軸受の説明図、図３は位置規制スリーブを用いた軸受の組付方法を示す工程図、図４は位置決めスリーブを用いた軸受の組付方法を説明するための説明図、図５は軸受にかける予圧力を説明するための説明図である。
【００１０】
本発明に係る軸受の組付方法は、スピンドル軸にアンギュラベアリング等の軸受を組み付けるにあたり、熟練度がなくても簡単に且つ精度良く組み付けることが出来るようにされ、このようなアンギュラベアリング等の軸受の概要について図５に基づき説明する。
【００１１】
図５に示すように、スピンドル軸１に装着されるアンギュラベアリング等の軸受３は、スピンドル軸１に嵌合するベアリングインナ４と、外側ハウジング２に嵌合するベアリングアウタ５と、ベアリングボール６を備えており、このベアリングボール６とベアリングインナ４やベアリングアウタ５との接触部には、接触角αが付与されている。
【００１２】
このため、ベアリングインナ４を軸方向に移動調整すれば、接触角αの作用によりラジアル方向の予圧が変化するようになり、ベアリングインナ４を内側方向に押し込むと予圧力が高まって回転が重くなり、ベアリングインナ４を外側方向に引き出すと、予圧力が弱まってガタが多くなるため、この予圧力を適切に調整しながら組み付ける必要がある。
【００１３】
ここで、軸受３に予圧をかけるための方法としては、締付ナットでベアリングインナ４を押圧する方法や、位置規制スリーブを介して押圧手段でベアリングインナ４を押圧する方法等が一般的であり、本発明ではいずれの場合でも適用可能にされ、また、コンピュータに各種パラメータを入力するだけで、締付ナットの場合は、締付トルクが自動的に算出され、位置規制スリーブの場合は、押圧手段の押圧荷重が自動的に算出されるような予圧管理ソフトを構築している。
【００１４】
そこで、まず、締付ナットを使用して予圧をかける場合について、図１及び図２に基づき説明する。
図２に示すように、締付ナット７で軸受３に予圧力を与える場合、スペーサ８を介してベアリングインナ４に押圧力を加える方法が一般的である。
【００１５】
この場合、締付ナット７に加える締付トルクを計算により求めようとすると、スピンドル設計者が要求している組付設計荷重に加えて、ベアリングインナ４を押圧して移動させる際の軸受摺動抵抗や、締付ナット７で締め付ける際の締付ナット７の摩擦抵抗等を考慮する必要があり、本発明では、図１に示すような方法により締付トルクを算出するようにしている。
【００１６】
まず、スピンドル軸１にベアリングインナ４を嵌合させた際に、ベアリングインナ４に発生するであろう内圧を計算により求める。
この際、ベアリングインナ４の内圧を計算で求める際に考慮すべきパラメータの一例は、例えばベアリングインナ内径ｄｉ、ベアリングインナ外径Ｄｉ、スピンドルに穴がある場合はスピンドル穴径ｄｓ、ベアリングインナ４をスピンドル軸１に嵌合させた場合にベアリングインナ内径ｄｉとスピンドル軸外径ＤＳの差である締め代（ｄｉ−ＤＳ）、ベアリングインナ４のヤング率（縦弾性係数）等であり、本発明では、これらパラメータをコンピュータ等に入力すると、ベアリングインナ４に発生する内圧が自動的に算出されるようにしている。
【００１７】
ベアリングインナ４に発生する内圧が求められると、これに基づいて軸受摺動抵抗が計算により求められる。
この計算のために考慮すべきパラメータの一例は、例えばベアリングインナに発生する内圧、ベアリングインナ内径ｄｉ、ベアリング幅Ｗ、組合せ数（軸受の数）、ベアリング・軸摩擦係数等であり、これらについてもコンピュータ等に各種パラメータを入力するだけで軸受摺動抵抗が自動的に算出されるようにしている。
【００１８】
こうして軸受摺動抵抗が求められると、スピンドル設計者が要求する組付設計荷重にこの軸受摺動抵抗が加算されてトータルの組付荷重が求められる。
そしてこのトータルの組付荷重は、軸受内部の実状が考慮された値であり、ベアリングインナ４をこの組付荷重で押圧すれば、最終的にスピンドル設計者が要求する組付設計荷重で予圧出来るというものである。
【００１９】
ところで、ベアリングインナ４を締付ナット７の締め付けによって押圧する場合、上記のトータルの組付荷重を生じさせるため、締付ナット７側の実状も考慮して、実際に締付ナットにかけるべき締付トルクを求める必要があり、このため締付ナット７側のネジ摩擦トルクと座面摩擦トルクを算出する。
ここで、ネジ摩擦トルクは、締付ナット７の雌ネジとスピンドル軸１の雄ネジの間の摩擦抵抗を考慮したものであり、座面摩擦トルクは、締付ナット７前面とスペーサ８間の摩擦抵抗を考慮したものである。
【００２０】
そして、ネジ摩擦トルクを算出するため考慮すべきパラメータの一例については、トータルの組付荷重、ネジピッチ、ナット有効径ｄｃＮ、ネジ摩擦係数μＮ等であり、また座面摩擦トルクを算出するためのパラメータについては、例えばトータルの組付荷重、座面外径ＤＦ、座面内径ｄＦ、座面摩擦抵抗μＦ等である。
【００２１】
そして、求められたネジ摩擦トルクと座面摩擦トルクを加えることによって、最終的な締付トルクを算出するようにしている。
すなわち、スピンドル軸１に組み付けられる軸受３に締付ナット７で予圧する場合、スピンドル軸１やベアリングインナ４やベアリングボール６や締付ナット７等の寸法諸元や機械的諸元等をコンピュータ等に入力するだけで自動的に適切な締付トルクが算出され、練度等の少ない人でも、求められた締付トルクで締め付けるだけの極めて簡単な操作で品質良く組み付けることが出来る。
【００２２】
次に、位置規制スリーブを使用して予圧する場合の構成例について、図３及び図４に基づき説明するが、まず、位置規制スリーブとしてステップドスリーブと呼ばれる部材を使用して予圧する場合の予圧機構等の概要について、図４に基づき説明する。
尚、このステップドスリーブ１０は、スピンドル軸１に焼き嵌め等によって嵌着され、軸受３の一端側をスペーサ８を介して位置規制するものである。
【００２３】
図４に示すように、ステップドスリーブ１０が使用される軸受３を予圧する場合は、スピンドル軸１に焼き嵌めされたステップドスリーブ１０に油圧源１１を接続して、ステップドスリーブ１０とスピンドル軸１との嵌合面に圧油を供給することで嵌合面の摺動抵抗を殆どゼロに出来るようにするとともに、ステップドスリーブ１０を押圧するための押圧手段１２を接続するようにしており、油圧源１１によってステップドスリーブ１０とスピンドル軸１との嵌合面の摺動抵抗を無くした後、押圧手段１２により押圧し、軸受３に所定の予圧力がかかった時点で油圧源１１の油の供給を停止し、ステップドスリーブ１０を元の状態に復元させて軸受３の位置を規制出来るようにされている。
【００２４】
因みに、押圧手段１２としては、スピンドル軸１の一端側に取付け自在なネジ部材１３と、このネジ部材１３に螺合する油圧ナット１４を備えており、この油圧ナット１４には、リング状のシリンダ部１４ｓが形成されるとともに、このシリンダ部１４ｓ内にリング状のピストン１５が進退動自在に設けられ、このピストン１５の先端に押圧部材１６が取付けられている。また、シリンダ部１４ｓに油圧を供給するための油圧源１７が設けられている。
【００２５】
以上のようなステップドスリーブ１０を使用する場合の予圧方法について、図１に基づき説明する。
ベアリングインナ４に発生する内圧を計算で求め、その後、軸受摺動抵抗を求めて、トータルの組付荷重を求めるまでの手順は、前記例の場合と同様である。
【００２６】
その後、この場合は、押圧部材１６による押圧力を計算で求める際に考慮すべきパラメータの一例については、例えばシリンダ内径とｑｉとシリンダ外径Ｑｉ等とし、ステップドスリーブ１０の摩擦抵抗等は無視して押圧手段１２の押圧荷重を求めるようにしている。
【００２７】
そして、油圧源１１からステップドスリーブ１０の嵌合面に高圧で油を供給してステップドスリーブ１０の内径を僅かに広げると同時に、嵌合面に油膜を形成して摺動抵抗を殆どゼロにし、油圧ナット１４のシリンダ部１４ｓ内に圧油を供給して、押圧部材１６によりベアリングインナ４を押圧し、前記計算により求められた押圧荷重がかかった時点で油圧源１１の油の供給を停止すれば、ステップドスリーブ１０がその位置でスピンドル軸１に固定され、予圧がかかった状態で軸受３が位置規制される。
【００２８】
そしてこの場合にも、スピンドル軸１やベアリングインナ４やベアリングボール６等の寸法諸元や機械的諸元等を入力するだけで自動的に適切な押圧荷重が算出され、練度等の少ない人でも簡単に且つ均一な品質で組み付けることが出来る。
【００２９】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る軸受の組付方法は、スピンドル軸に軸受を組み付ける際の予圧方法として、スピンドル軸にベアリングインナを装着した時のベアリングインナに発生する内圧を計算により求め、この内圧に基づいて軸受摺動抵抗を求めるとともに、これに組付設計荷重を加算することによりトータルの組付荷重を求め、このトータルの組付荷重から締付ナットの締付トルクや、押圧手段の押圧荷重を求めるようにしたため、従来のように勘やコツに頼る部分がなくなり、初心者等でも均一な精度で組み付けることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】締付ナットを用いた軸受の組付方法を示す工程図
【図２】締付ナットを用いた軸受の説明図
【図３】位置規制スリーブを用いた軸受の組付方法を示す工程図
【図４】位置決めスリーブを用いた軸受の組付方法を説明するための説明図
【図５】軸受にかける予圧力を説明するための説明図
【符号の説明】
１…スピンドル軸、３…軸受、４…ベアリングインナ、５…ベアリングアウタ、６…ベアリングボール、７…締付ナット、８…スペーサ、１０…ステップドスリーブ、１２…押圧手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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