JP2002054630A - 転がり軸受装置およびその予圧設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度補正を行って正確且つ簡便に予圧を設定
できる転がり軸受装置を提供する。 【解決手段】 転がり軸受に軸方向に荷重を負荷して予
圧を与え、内外輪と転動体の接触面を弾性変形させ、軸
受すきまをマイナスにする転がり軸受装置において、転
がり軸受装置２の内輪または外輪３を一定速度で回転さ
せて回転トルクを測定する回転トルク測定手段５と、同
時に転がり軸受装置の温度を計測する温度計測手段８と
を備えて、転がり軸受装置に負荷されるべき予圧荷重値
が、計測された温度毎の回転トルクによる代用特性に基
づいて設定されるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸、
印刷機のシリンダーなどの軸受に関し、特に、剛性を高
めるために予圧を負荷して使用する転がり軸受装置およ
び予圧設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の転がり軸受装置の予圧荷重につい
ては、計算により求めた予圧荷重値を一定とした場合
の、回転速度と回転トルクの関係を示した図３を参照す
ると（このグラフは円錐ころ軸受を対象とした１例であ
る）、一般的に予圧荷重値を得るための回転トルクは回
転速度によって大きく変動し、しかも非直線的に大きく
変動するものである。又、図３に実線カーブで示した回
転トルクは、長点線で示すすべり成分と、短点線で示す
転がり成分の和で表すことができるもので、低速度回転
領域ではすべり成分、それ以上の回転速度領域では両矢
印線で示すように転がり成分が支配的になる。

【０００３】通常、予圧を負荷した転がり軸受装置の予
圧設定は、軸受の内輪又は外輪に紐の一端を巻き付け、
その他端にプッシュプルゲージ等のトルク測定機器を取
り付けて、軸受温度による潤滑油粘度変化の影響が少な
い軸受トルク（起動トルク、あるいはすべり成分と転が
り成分の交点付近の低速回転領域の回転トルク）を測定
することによって管理されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、軸受温度による潤滑油粘度変化の影響
が少ない起動トルクを測定した場合、図４に示すよう
に、起動トルクを同一温度、同一予圧荷重値（図では、
予圧荷重を２、５、８、１０ＫＮの４点で夫々５回測定
した結果を示す）において５回測定した結果、測定値が
大きくばらついてしまう。同様に、図５に示すように、
すべり成分と転がり成分の交点付近の低速回転領域の回
転トルクを５回測定した結果では、油膜形成が不十分で
あるために一定回転速度を保持するのが困難で、回転ト
ルク値が安定せずにばらついてしまう。このように上記
手法は、潤滑油粘度変化によるトルク値への影響は小さ
いが、その測定誤差が大きく測定値を予圧荷重の代用特
性として適用するのは不正確であるという問題があっ
た。本来、転がり軸受装置の予圧設定は正確且つ簡便で
あるのが望ましく、過大予圧になると軸受の寿命低下、
過少予圧になると装置の剛性不足を招く恐れがあるもの
で、不正確な予圧設定では要求された機能が満足されな
いという問題があった。

【０００５】そこで、本発明は、転がり軸受装置の予圧
設定において、生産効率を下げることなく、予圧調整が
正確・簡単にかつ短時間に行える転がり軸受装置および
その予圧設定方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、転がり軸受に軸方向に荷
重を負荷して予圧を与え、内外輪と転動体の接触面を弾
性変形させ、軸受すきまをマイナスにする転がり軸受装
置において、前記転がり軸受装置の内輪または外輪を一
定速度で回転させて回転トルクを測定するトルク測定手
段と、同時に前記転がり軸受装置の温度を計測する温度
計測手段とを備えて、前記転がり軸受装置に負荷される
べき予圧荷重値が、計測された温度毎の回転トルクによ
る代用特性に基づいて設定されることを特徴としてい
る。また、請求項２に記載の発明は、予圧をかけて使用
する転がり軸受装置に負荷されるべき予圧荷重を測定さ
れた回転トルクによる代用特性に基づいて設定する予圧
設定方法において、前記転がり軸受装置の内輪または外
輪を一定速度で回転させて回転トルクを測定するトルク
測定手段と、同時に前記転がり軸受装置の温度を計測す
る温度計測手段とを備え、前記計測された転がり軸受装
置の温度毎の前記回転トルク測定手段の回転速度と回転
トルクの関係線図より回転トルクを求め、前記得られた
計測温度毎の回転トルク値による代用特性に基づいて予
圧荷重値が設定されることを特徴としている。

【０００７】（作用）この転がり軸受装置およびその予
圧設定方法によれば、軸受に巻き付けた紐を一定速度で
直線的に引いてゲージを読取り回転トルクを測定する
際、回転速度は測定誤差の少ない転がり成分支配の回転
速度領域で回転トルクを管理する方法が最適なものとな
るが、それに加えて、軸受温度を計測して潤滑油粘度変
化による回転トルク値の温度毎の差異を明確にし、軸受
温度に対応した回転速度と回転トルクの関係線図を用い
て温度補正された回転トルクを求めることによって、回
転トルク測定値を代用特性として正確な予圧荷重値を設
定することが可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る予圧設定時の転がり軸受装置の構成図である。図２
は図１に示す転がり軸受装置の温度毎の回転速度と回転
トルクの関係線図である。図１には、予圧荷重を負荷す
る必要がある転がり軸受の代表例として、複列円すいこ
ろ軸受ユニットを示している。

【０００９】図１は、軸１を支持する複列円すいころ軸
受２の外輪３に紐４を巻き付け、プッシュ・プルゲージ
５を紐４の一端に結び、例えば、サーボモータ等の駆動
源によって一定速度で引っ張り、回転させることによっ
て回転トルクを測定する方法の概略図である。６は外輪
間座、７は予圧調整用のナットである。８は転がり軸受
２の温度を計測する温度計測手段であって、例えば、サ
ーミスタ、熱電対等の温度計測センサーを用いて転がり
軸受２の温度を計測するもので、矢印のように計測時に
は弾性力等により転がり軸受体に密着し、非計測時には
退避させる構造である。なお、温度計測手段８はこれに
限定するものでは無く、軸受の温度計測ができれば、直
接計測、間接計測など如何なる構成でも構わない。９は
間座６に歪みゲージ等を貼り付けて実予圧をモニターす
る実予圧モニタ手段であり、センサ部分の歪みゲージ
と、センサ回路（ブリッジ回路等）、検出回路（差動ア
ンプ等）、補正回路等で構成され、歪みに応じた電気信
号を出力する。

【００１０】つぎに動作について説明する。円すいころ
軸受２に少量で十分な油膜形成が可能な粘度の潤滑油を
少量注入して、ナット７を所定角度締め付けながら、一
定速度でプッシュプルゲージ５を引っ張り、その時のプ
ッシュプルゲージ５の指示目盛りを読んで、接線力（回
転トルク）を測定する。この時の回転トルクと回転速度
のグラフが図３であって、例えば、一定回転速度を５〜
２５min ^-1の中のいずれかに選定して転がり軸受２を回
転駆動し、その時のプッシュプルゲージ５の目盛りを読
んで回転トルクを測定する。そして、回転トルクと予圧
荷重の校正グラフより、転がり軸受２に負荷された予圧
荷重を知ることができる。

【００１１】このようにして予圧荷重を知ることができ
るが、しかし、回転トルクは潤滑油粘度に大きく依存
し、又、潤滑油粘度は温度によって変動するので、温度
ー潤滑油粘度のパラメータを含まない回転トルクのデー
タは不正確であり、正確な予圧設定には軸受温度を計測
して潤滑油粘度変化による回転トルク値の差異を明確に
しなければならない。温度ー潤滑油粘度変化のパラメー
タを含む予圧設定を行うには参照グラフとして、先ず、
図２に示すような軸受温度毎の「回転速度ー回転トルク
の関係線図」が必要である。

【００１２】軸受温度毎の「回転速度ー回転トルクの関
係線図」の作成は、以下（１）〜（３）の手順によって
行う。先ず上述のように、 （１）間座６に貼り付けた歪みゲージ９の出力をモニタ
しながら、ナット７を適正予圧になるまで締め込む。 （２）外輪３に巻付けた紐４をプッシュプルゲージ５に
より一定速度で引いて回転トルクを測定する。（なお、
一定速度は０〜３０min ^-1等の範囲内でスキャン変化さ
せる） （３）同時に、温度測定手段８により軸受２の温度を測
定する。温度計測はセンサ回路、検出回路、補正回路等
からの電気信号出力を得て、変換表より温度値に変換し
て求める。以上の（１）〜（３）の手順を、軸受温度を
変えて各温度毎に実施してプロットすることによって、
図２のような軸受２の各温度（１０°Ｃ〜２５°Ｃ）毎
の「回転速度ー回転トルクの関係線図」が、回転トルク
による代用特性として得られる。

【００１３】次に、作成した「回転速度ー回転トルクの
関係線図」を用いた、実際の転がり軸受の予圧設定につ
いては、図１のような構成で、次の手順で実施する。 （ａ）外輪３に巻付けた紐４を一定速度で引張ってプッ
シュプルゲージ５の目盛りを読み取る。 （ｂ）同時に温度計測手段８により軸受温度を計測す
る。 （ｃ）紐の引張り一定速度、計測温度、プッシュプルゲ
ージの読み、の各計測データから、先に作成した図２の
「回転速度ー回転トルクの関係線図」を参照して、回転
トルクを予圧荷重の代用特性として求める。

【００１４】具体的に図２に示された数値を使用して説
明すると、紐４の引っ張り一定速度が１０min ^-1、軸受
温度が１０°Ｃとすれば、図２の横軸の回転速度の位置
は１０、軸受温度＝１０°Ｃの曲線上のゲージの読取り
値から、プッシュプルゲージ５の目盛り読取り値が５０
Ｎになれば、適正予圧に設定されていることになる。ち
なみに回転速度その他の条件が同じで、軸受温度だけが
１０°Ｃ−１５°Ｃに上がると、潤滑油粘度が下がって
図２から回転トルクは略３７（Ｎ）に下がることにな
る。更に、軸受温度が２５°Ｃに上がると回転トルクは
略１７（Ｎ）にまで下がる。このように軸受温度が上が
ると同一潤滑油を使用している場合、回転トルクは下が
り、実効的な予圧荷重は低下する。ここで 潤滑油の問
題としては、より粘度の大きい潤滑油を用いいること
は、回転トルクが大き過ぎて、逆に、一定速度を保持す
るのが難しくなるという状態に注意する必要がある。

【００１５】最後に、こうして得られた転がり軸受の回
転トルクより、予圧荷重値が不足と判断される場合は、
ナット７を所定量締め込んで、内輪、ころ、間座、外輪
に軸方向への予圧荷重を負荷することで調整する。一
方、予圧が過重の場合は、ナット７を弛めて調整する。
このように、回転トルク測定を軸受温度計測と同時に行
うことで、温度補正が可能になり、正確、且つ簡便に予
圧荷重値を設定することが可能になる。

【００１６】なお、図１では転がり軸受けユニットを沿
直方向に配置した例を説明したが、本発明は水平方向に
配置した例についても同じ作用効果が得られる。また、
図１には円すいころ軸受ユニットの実施例を示したが、
他の転がり軸受にも適用可能である。

【００１７】また、プッシュプルゲージ５は手動的に読
み取るように説明したが、ロード・セル等の電気信号出
力型の装置に置き換えて、回転トルク・データを自動的
に読取って演算処理を行い、図２に示した「回転速度ー
回転トルクの関係線図」をメモリ中に作成して自動的に
参照できるように構成すれば、予圧荷重装置を自動化す
ることも可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
転がり軸受に軸方向に荷重を負荷して予圧を与え、内外
輪と転動体の接触面を弾性変形させ、軸受すきまをマイ
ナスにする転がり軸受装置において、転がり軸受装置の
内輪または外輪を一定速度で回転させて回転トルクを測
定するトルク測定手段と、同時に転がり軸受装置の温度
を計測する温度計測手段とを備えて、転がり軸受装置に
負荷されるべき予圧荷重値が、計測された温度毎の回転
トルクによる代用特性に基づいて設定されるように構成
したので、回転トルク測定による予圧調整を正確、簡単
に且つ短時間で実施することが可能になるという効果が
ある。更に、組み立て時に正確に予圧調整された軸受
は、軸受取付け後の工程で予圧の再調整などの必要もな
くなり、製品歩留まりの向上と、コストの低減を期待で
きる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る予圧設定時の転がり
軸受装置の構成図である。

【図２】図１に示す転がり軸受装置の温度毎の回転速度
と回転トルクの関係線図である。

【図３】従来の転がり軸受の回転速度と回転トルクの関
係を示す図である。

【図４】従来の転がり軸受の起動トルクと予圧の関係を
示す図である。

【図５】従来の転がり軸受の回転トルクと予圧荷重の関
係を示す図である。

【符号の説明】

１ 軸 ２ 円すいころ軸受 ３ 外輪 ４ 紐 ５ プッシュプルゲージ ６ 間座 ７ ナット ８ 温度計測手段 ９ 実予圧モニタ手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転がり軸受に軸方向に荷重を負荷して予
   圧を与え、内外輪と転動体の接触面を弾性変形させ、軸
   受すきまをマイナスにする転がり軸受装置において、 前記転がり軸受装置の内輪または外輪を一定速度で回転
   させて回転トルクを測定するトルク測定手段と、同時に
   前記転がり軸受装置の温度を計測する温度計測手段とを
   備えて、前記転がり軸受装置に負荷されるべき予圧荷重
   値が、計測された温度毎の回転トルクによる代用特性に
   基づいて設定されることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 【請求項２】 予圧をかけて使用する転がり軸受装置に
   負荷されるべき予圧荷重を、測定された回転トルクによ
   る代用特性に基づいて設定する予圧設定方法において、 前記転がり軸受装置の内輪または外輪を一定速度で回転
   させて回転トルクを測定するトルク測定手段と、同時に
   前記転がり軸受装置の温度を計測する温度計測手段とを
   備えて、前記計測された転がり軸受装置の温度毎の前記
   トルク測定手段の回転速度と回転トルクの関係線図より
   回転トルクを求め、前記得られた計測温度毎の回転トル
   ク値による代用特性に基づいて予圧荷重値が設定される
   ことを特徴とする予圧設定方法。