JP2002346861A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸回転時の予圧過大による軸受の破損を防
止することができるとともに、主軸の回転精度の低下を
防止することができる工作機械の主軸装置を提供する。 【解決手段】 固定ハウジング１の内側において、主軸
２を複数のアンギュラ玉軸受21〜24を介して回転自在に
支持する。これらのアンギュラ玉軸受21〜24のうち、２
つのアンギュラ玉軸受21、22を背面組合せとし、他の２
つのアンギュラ玉軸受23、24を正面組合せとする。背面
組合せおよび正面組合せのそれぞれ一方のアンギュラ玉
軸受22、23の外輪22b、23bと固定ハウジング１の内周面
との間の隙間28、29の大きさを、同他方のアンギュラ玉
軸受21、24の外輪21b、24bと固定ハウジング１との間の
隙間25、26の大きさよりも大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は工作機械の主軸装
置に関する。

【０００２】この明細書において、「アンギュラ軸受」
という用語は、ラジアル荷重（径方向の荷重）と少なく
とも１方向のスラスト荷重（軸方向の荷重）を受けるこ
とができる転がり軸受、たとえばアンギュラ玉軸受など
のアンギュラコンタクト玉軸受、円すいころ軸受などの
アンギュラコンタクトころ軸受などを全て含む意味で用
いられる。

【０００３】なお、以下の説明において、各図面の左側
を前、これと反対側を後というものとする。

【０００４】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、工
作機械の主軸装置として、固定ハウジングの内側におい
て、主軸が複数の転がり軸受を介して回転自在に支持さ
れ、複数の転がり軸受のうち少なくとも２つの軸受が組
合せアンギュラ軸受であり、これら２つのアンギュラ軸
受の外輪と固定ハウジングの内周面との間にそれぞれ大
きさの等しい熱膨張吸収用隙間が設けられているものが
知られている。

【０００５】上述したような従来の主軸装置の１例を図
３および図４に示す。

【０００６】図３において、固定ハウジング(1)の内側
に中空状主軸(2)が配され、主軸(2)の前部は前後方向に
間隔をおいた２箇所で、それぞれ並列組合せとなされた
２つのアンギュラ玉軸受(3)(4)(5)(6)により回転自在に
支持されている。前側の２つのアンギュラ玉軸受(3)(4)
は、外輪(3b)(4b)の正面が前方を向いた並列組合せとな
されている。後側の２つのアンギュラ玉軸受(5)(6)は、
外輪(5b)(6b)の背面が前方を向いた並列組合せとなされ
ている。そして、これらのアンギュラ玉軸受(3)(4)(5)
(6)により、ラジアル荷重と２方向のスラスト荷重とが
受けられるようになっている。

【０００７】これらのアンギュラ玉軸受(3)〜(6)の内輪
(3a)(4a)(5a)(6a)は、カラー(7)(8)(9)(10)とナット(1
1)を用いて主軸(2)に固定されている。主軸(2)回転中の
発熱や遠心力により内輪(3a)〜(6a)が膨らんだとして
も、主軸(2)との間に隙間が生じないように、内輪(3a)
〜(6a)は締まりばめされている。また、これらのアンギ
ュラ玉軸受(3)〜(6)の外輪(3b)(4b)(5b)(6b)は、カラー
(12)(13)(14)(15)と蓋(16)を用いて固定ハウジング(1)
に固定されている。

【０００８】図４に示すように、全てのアンギュラ玉軸
受(3)〜(6)にまたがるように、固定ハウジング(1)の内
周面に大径部(1a)が形成されており、これにより全ての
アンギュラ玉軸受(3)〜(6)の外輪(3b)〜(6b)と固定ハウ
ジング(1)の内周面との間には、それぞれ大きさの等し
い熱膨張吸収用隙間(17)(18)(19)(20)が設けられてい
る。そして、全てのアンギュラ玉軸受(3)〜(6)に、主軸
(2)に剛性を持たせるために所定の予圧が付与されてい
る。

【０００９】このような主軸装置において、主軸(2)の
回転時には、アンギュラ玉軸受(3)〜(6)の玉(3c)(4c)(5
c)(6c)と内外両輪(3a)〜(6a)、(3b)〜(6b)との接触部で
発熱した場合、発生した熱により内輪(3a)〜(6a)、外輪
(3b)〜(6b)、主軸(2)および固定ハウジング(1)は熱膨張
する。そのため、各部の寸法が変化し、温度が一定に達
した定常状態でのアンギュラ玉軸受(3)〜(6)の予圧は、
主軸(2)静止時の予圧と異なったものになる。一般的に
このような主軸装置においては、アンギュラ玉軸受(3)
〜(6)の外輪(3b)〜(6b)側よりも内輪(3a)〜(6a)側の温
度が高くなることと、回転による遠心力が主軸(2)と内
輪(3a)〜(6a)に働くこととにより、内輪(3a)〜(6a)の径
方向の膨張量が外輪(3b)〜(6b)の径方向の膨張量よりも
大きくなり、その結果主軸(2)回転時のアンギュラ玉軸
受(3)〜(6)の予圧は主軸(2)静止時よりも上昇する。し
たがって、予圧が過大となってアンギュラ玉軸受(3)〜
(6)が損傷するおそれがある。

【００１０】そこで、主軸(2)回転時における温度が一
定に達した定常状態での内輪(3a)〜(6a)、外輪(3b)〜(6
b)、主軸(2)および固定ハウジング(1)の寸法変化量に対
するアンギュラ玉軸受(3)〜(6)の予圧上昇量を予め求め
ておき、そこから主軸(2)静止時のアンギュラ玉軸受(3)
〜(6)の予圧量を決めれば、主軸(2)回転中にアンギュラ
玉軸受(3)〜(6)の予圧が過大になることが防止される。
この場合には、熱膨張吸収用隙間(17)〜(20)の大きさは
関係ないことになる。

【００１１】しかしながら、アンギュラ玉軸受(3)〜(6)
の外輪(3b)〜(6b)と固定ハウジング(1)とを比較した場
合、外輪(3b)〜(6b)は質量が小さく、熱に対して敏感に
反応して熱膨張するが、固定ハウジング(1)は質量が大
きく熱が伝わってきてもその熱がハウジング(1)内部全
体に拡散し、熱膨張するまでに、外輪(3b)〜(6b)に比較
して長時間を要する。そのため、冷えた状態から急激に
主軸(2)の回転を開始した場合、熱膨張吸収用隙間(17)
(20)が小さすぎると、発熱により外輪(3b)〜(6b)が熱膨
張しようとしても固定ハウジング(1)が熱膨張しないの
で、外輪(3b)〜(6b)の熱膨張が固定ハウジング(1)に拘
束されてしまい、その結果内部予圧が過大になって、ア
ンギュラ玉軸受(3)〜(6)の破損へと結びついてしまう。

【００１２】一方、熱膨張吸収用隙間(17)〜(20)を大き
くしすぎると、主軸(2)の支持剛性が低下するととも
に、組立時に主軸(2)が固定ハウジング(1)に対して傾い
たり、偏心したりすることにより、回転中の振動が大き
くなって回転精度が低下するという問題がある。

【００１３】この発明の目的は、上記問題を解決し、主
軸回転時の予圧過大による軸受の破損を防止することが
できるとともに、主軸の回転精度の低下を防止すること
ができる工作機械の主軸装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段と発明に効果】この発明に
よる工作機械の主軸装置は、固定ハウジングの内側にお
いて、主軸が複数の転がり軸受を介して回転自在に支持
され、複数の転がり軸受のうち少なくとも２つの軸受が
組合せアンギュラ軸受である工作機械の主軸装置であっ
て、上記組合せアンギュラ軸受が背面組合せまたは正面
組合せとなされ、これら２つのアンギュラ軸受のうち一
方のアンギュラ軸受の外輪と固定ハウジングの内周面と
の間の隙間の大きさと、同他方のアンギュラ軸受の外輪
と固定ハウジングとの間の隙間の大きさとが異なってい
ることを特徴とするものである。

【００１５】この発明の工作機械の主軸装置によれば、
組合せアンギュラ軸受が背面組合せまたは正面組合せと
なされ、これら２つのアンギュラ軸受のうち一方のアン
ギュラ軸受の外輪と固定ハウジングの内周面との間の隙
間の大きさと、同他方のアンギュラ軸受の外輪と固定ハ
ウジングとの間の隙間の大きさとが異なっているので、
２つのアンギュラ軸受のうち一方のアンギュラ軸受の外
輪と固定ハウジング内周面との隙間を最小限小さくして
おくと、主軸の支持剛性の低下を防止することができる
とともに、組立時における主軸の固定ハウジングに対す
る傾きや偏心を防止することができる。したがって、主
軸の回転時の振動の発生を防止でき、回転精度を向上さ
せることが可能になる。

【００１６】また、２つのアンギュラ軸受のうちの他方
のアンギュラ軸受の外輪と固定ハウジング内周面との隙
間を大きくしておくと、主軸回転時に両軸受の予圧が過
大となることが防止される。すなわち、背面組合せまた
は正面組合せとなされた２つのアンギュラ軸受の予圧は
対をなしており、一方のアンギュラ軸受の予圧が低下す
れば、他方のアンギュラ軸受の予圧も低下し、最終的に
は両軸受に等しい予圧が作用することになる。したがっ
て、外輪と固定ハウジング内周面との隙間を小さくした
アンギュラ軸受の発熱による外輪の膨張が固定ハウジン
グにより妨げられたとしても、他方のアンギュラ軸受の
外輪が膨張することができれば、両アンギュラ軸受の予
圧の上昇を抑制することができる。その結果、予圧過大
によるアンギュラ軸受の破損を防止することができる。

【００１７】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。

【００１８】図１はこの発明の実施形態を示す図４に相
当する図であり、図２はこの発明の主軸装置の作用を示
す。なお、図１および図２において、図３および図４に
示すものに対応する部分には同一符号を付してある。

【００１９】図１に示すように、この実施形態の場合、
固定ハウジング(1)内に配された主軸(2)の前部は前後方
向に間隔をおいた２箇所で、それぞれ２つのアンギュラ
軸受(21)(22)(23)(24)により回転自在に支持されてお
り、前側の２つのアンギュラ玉軸受(21)(22)は背面組合
せとなされ、後側の２つのアンギュラ玉軸受(23)(24)は
正面組合せとなされている。ここで、前側の背面組合せ
の２つのアンギュラ玉軸受(21)(22)における前側のアン
ギュラ玉軸受(21)を第１アンギュラ玉軸受、同じく後側
のアンギュラ玉軸受(22)を第２アンギュラ玉軸受とい
い、後側の正面組合せの２つのアンギュラ軸受(23)(24)
における前側のアンギュラ玉軸受(23)を第３アンギュラ
玉軸受、同じく後側のアンギュラ玉軸受(24)を第４アン
ギュラ玉軸受というものとする。

【００２０】なお、これらのアンギュラ軸受(21)〜(24)
の内輪(21a)(22a)(23a)(24a)が主軸(2)に対して締まり
ばめされるとともにカラー(7)〜(10)およびナット(11)
により主軸(2)に固定されており、外輪(21b)(22b)(23b)
(24b)がカラー(12)〜(15)および蓋(16)により固定ハウ
ジング(1)に固定されていることは、従来の場合と同様
である。

【００２１】第１アンギュラ玉軸受(21)の外輪(21b)と
固定ハウジング(1)の内周面との間の隙間(25)、および
第４アンギュラ玉軸受(24)の外輪(24b)と固定ハウジン
グ(1)の内周面との間の隙間(26)は、それぞれ主軸(2)の
支持剛性を低下させることなく主軸(2)を支持しうると
ともに、組立時に主軸(2)の固定ハウジング(1)に対する
傾きや偏心が発生しないように、最小限の大きさとなさ
れている。

【００２２】また、第１および第２の２つのアンギュラ
玉軸受(21)(22)間に対応する部分から、第３および第４
の２つのアンギュラ玉軸受(23)(24)間に対応するにかけ
て、固定ハウジング(1)の内周面に大径部(27)が形成さ
れており、これにより第２アンギュラ玉軸受(22)の外輪
(22b)と固定ハウジング(1)の内周面との間の隙間(28)、
および第３アンギュラ玉軸受(23)の外輪(23b)と固定ハ
ウジング(1)の内周面との間の隙間(29)は、それぞれ主
軸(2)回転時の発熱により外輪(22b)(23b)が膨張したと
しても、固定ハウジング(1)の内周面に接触しないよう
な大きさとなされている。すなわち、第１アンギュラ玉
軸受(21)の外輪(21b)と固定ハウジング(1)の内周面との
間の隙間(25)の大きさと、第２アンギュラ玉軸受(22)の
外輪(22b)と固定ハウジング(1)の内周面との間の隙間(2
8)の大きさとが異なっている。また、第３アンギュラ玉
軸受(23)の外輪(23b)と固定ハウジング(1)の内周面との
間の隙間(29)の大きさと、第４アンギュラ玉軸受(24)の
外輪(24b)と固定ハウジング(1)の内周面との間の隙間(2
6)の大きさとが異なっている。

【００２３】次に、図２を参照して、上記主軸装置の作
用、すなわち主軸(2)回転時の発熱により外輪が熱膨張
したさいの軸受の予圧変化について説明する。なお、図
２は予圧変化が分かり易くなるように、便宜的に各部の
寸法、形状を誇張して示してある。

【００２４】主軸(2)の静止時には、図２(a)に示す状態
である。この状態では、アンギュラ玉軸受(21)〜(24)に
は設定された予圧がかかっている。主軸(2)が回転して
アンギュラ玉軸受(21)〜(24)の玉(21c)(22c)(23c)(24c)
と内外両輪(21a)〜(24a)、(21b)〜(24b)との接触部で発
熱した場合、図２(b)に示すように、第２および第３ア
ンギュラ玉軸受(22)(23)の外輪(22b)(23b)は径方向に熱
膨張し、これらのアンギュラ玉軸受(22)(23)の予圧は減
少する。一方、第１および第４アンギュラ玉軸受(21)(2
4)の外輪(21b)(24b)の熱膨張は固定ハウジング(1)によ
り妨げられるので、これらのアンギュラ玉軸受(21)(24)
の予圧は増大する。

【００２５】ここで、全てのアンギュラ玉軸受の内輪は
主軸(2)に締まりばめにより固定されているので、内輪
(21a)〜(24a)および主軸(2)は第１および第４アンギュ
ラ玉軸受(21)(24)の予圧を減少させる方向、ここでは前
方に移動し（図２(c)参照）、その結果第２および第３
アンギュラ玉軸受(22)(23)の予圧が上昇するとともに第
１および第４アンギュラ玉軸受(21)(24)の予圧が減少し
て、全てのアンギュラ玉軸受(21)〜(24)の予圧が均一化
され、全体としての予圧の上昇が抑制される。したがっ
て、予圧が過大となることによるアンギュラ玉軸受(21)
〜(24)の破損が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を示す主軸装置の主要部の
縦断面図である。

【図２】この発明の実施形態における軸受の予圧変化を
説明する図である。

【図３】従来例を示す主軸装置の主要部の縦断面図であ
る。

【図４】図３の部分拡大図である。

【符号の説明】

(1)：固定ハウジング (2)：主軸 (21)〜(24)：アンギュラ玉軸受 (21b)〜(24b)：外輪 (25)(26)：隙間 (28)(29)：隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｑ 1/26 Ｄ Ｆターム(参考） 3C045 FD12 FD28 3C048 BB16 BC01 EE02 3J017 AA01 DA01 DB01 3J101 AA02 AA03 AA42 AA54 AA62 FA31 FA34 GA31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定ハウジングの内側において、主軸が
   複数の転がり軸受を介して回転自在に支持され、複数の
   転がり軸受のうち少なくとも２つの軸受が組合せアンギ
   ュラ軸受である工作機械の主軸装置であって、 上記組合せアンギュラ軸受が背面組合せまたは正面組合
   せとなされ、これら２つのアンギュラ軸受のうち一方の
   アンギュラ軸受の外輪と固定ハウジングの内周面との間
   の隙間の大きさと、同他方のアンギュラ軸受の外輪と固
   定ハウジングとの間の隙間の大きさとが異なっているこ
   とを特徴とする工作機械の主軸装置。