JP2010014197A

JP2010014197A - 転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法

Info

Publication number: JP2010014197A
Application number: JP2008174820A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ono; 小野　　浩
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: JP5286983B2

Abstract

【課題】熱膨張によって転がり軸受の回転精度が低下するのを防止でき、かつ構造が簡素で製造コストを安くすることができる転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法を提供する。
【解決手段】転がり軸受４の残留すきまを、当該転がり軸受４の内輪６が一定温度まで昇温した時点で適正な有効隙間となる値に設定した。ハウジング２に設けた冷却ジャケット５によって転がり軸受４の外輪７を冷却する一方で、回転軸３に設けた電気ヒータ１２によって内輪６を加熱する。この電気ヒータ１２による加熱を、温度制御手段１５によって制御して、内輪６を前記有効すきまが適正な値となる一定温度に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ＮＣ旋盤等の工作機械に用いられる転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法に関する。

ＮＣ旋盤等の工作機械の主軸を回転自在に支持する転がり軸受装置は、ハウジング内に転がり軸受を介して主軸を高速回転可能に支持している。この転がり軸受装置においては、前記転がり軸受の内部すきまが被加工物の加工精度に大きく影響することから、当該内部すきまを高精度に設定して被加工物の加工精度を確保することが行われている。
ところが、前記転がり軸受装置においては、主軸の高速回転に伴って転がり軸受が昇温すると、その熱膨張によって内部すきまが過度に減少して、当該転がり軸受に過剰の予圧が付加され、その回転精度が低下して、加工精度が低下するおそれがある。このため、冷却手段によって転がり軸受を強制的に冷却させる転がり軸受装置が提案されている。例えば、特許文献１には、前記冷却手段として、ハウジング及び主軸のそれぞれの内部に流路を形成し、この流路に冷却液を循環させるものが提案されている。

特開平４−２５３４３号公報

ところが、特許文献１に開示された冷却手段は、回転側である主軸の内部の流路と固定側である給水管とを相対回転可能に接続するために、高速回転可能な高価なスイベルジョイントを用いる必要がある他、冷却液を循環させるための配管、冷却液の供給を制御するための制御弁、冷却液の漏洩を防止するためのシール装置等が必要であるので、転がり軸受装置の構造が複雑となって製造コストが高く付くという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、熱膨張によって転がり軸受の回転精度が低下するのを防止でき、かつ構造が簡素で製造コストを安くすることができる転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の転がり軸受装置は、ハウジングと回転軸との間に転がり軸受を介在している転がり軸受装置であって、前記転がり軸受の残留すきまを、当該転がり軸受の内輪が一定温度まで昇温した時点で適正な有効隙間となる値に設定しているとともに、前記ハウジングに設けられ、前記転がり軸受の外輪を冷却する冷却手段と、前記回転軸に設けられ、前記内輪を加熱する電気ヒータと、前記回転軸の回転に伴う前記内輪の発熱に応じて前記電気ヒータを制御して、前記内輪を前記一定温度に維持する温度制御手段と、を備えていることを特徴としている。

また本発明の軸受内部すきまの調節方法は、ハウジングと回転軸との間に転がり軸受を介在している転がり軸受装置の軸受内部すきまの調節方法であって、前記ハウジングに設けられた冷却手段によって転がり軸受の外輪を冷却するとともに、前記回転軸の回転に伴う前記転がり軸受の内輪の発熱に応じて電気ヒータにより前記内輪を加熱して、前記内輪の温度を、転がり軸受の有効すきまが適正な値となる一定温度に維持することを特徴としている。

このような構成の転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法によれば、前記冷却手段によって転がり軸受の外輪を冷却するとともに、前記電気ヒータによって内輪を加熱し、この電気ヒータによる内輪の加熱を、前記温度制御手段によって、回転軸の回転に伴う内輪の発熱に応じて制御することにより、前記転がり軸受を前記適正すきまとなる一定温度に維持することができる。このため、回転軸の回転中において、転がり軸受の内部すきまを常に適正に維持することができ、転がり軸受に過剰の予圧が作用するのを防止することができる。また、電気ヒータを用いて内輪を加熱するものであるので、その構造を簡素にすることができる。

本発明の転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法によれば、熱膨張によって転がり軸受の回転精度が低下するのを防止でき、かつ簡素な構造にて製造コストを安くすることができる。

以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の一形態に係る転がり軸受装置１の要部を示す縦断面図である。この転がり軸受装置１は、例えば工作機械の主軸を回転自在に支持するものであり、ハウジング２と、ハウジング２内に収容された回転軸３と、前記ハウジング２に前記回転軸３を回転可能に支持する転がり軸受４と、前記ハウジング２及び転がり軸受４の外輪７を冷却する冷却手段としての冷却ジャケット５と、前記転がり軸受４の内輪６を加熱する加熱手段としての電気ヒータ１２と、この電気ヒータ１２による内輪６の加熱を制御する温度制御手段１５とを備えている。

本実施の形態において、前記転がり軸受４はアンギュラ玉軸受で構成されている。この転がり軸受４は、軸方向に２列配置されている。各転がり軸受４は、前記内輪６が回転軸３に外嵌され、前記外輪７が前記ハウジング２に内嵌されている。また、前記内輪６の外周面に形成された内側軌道面６ａと、前記外輪７の内周面に形成された外側軌道面７ａとの間には、転動体８を転動自在に介在している。

前記外輪７は、ハウジング２の内面に形成された拡径部２ａに配置されており、ハウジング２に固定された環状の止定部材９によって軸方向の移動が規制されている。また前記内輪６は、回転軸３の外周面に嵌合された一対のスペーサ１０の間に配置されており、このスペーサ１０によって軸方向の移動が規制されている。

前記冷却ジャケット５は、転がり軸受４の外輪７に近接する位置であってハウジング２の外面に形成された凹部２ｂに固定されている。この冷却ジャケット５の内部にポンプ（図示せず）により冷媒を循環させることにより、回転軸３の回転中にハウジング２及び外輪７を常に冷却し、ハウジング２や外輪７が過熱されて転がり軸受４の回転精度が低下するのを防止している。

前記転がり軸受４は、その常温時のラジアル残留すきま及びアキシャル残留すきまを、当該転がり軸受４の内輪６が一定温度Ｔ（図２参照）まで昇温した時点でのラジアル有効すきま及びアキシャル有効すきまが、適正なすきまとなる値に設定している。ここでいう「適正なすきま」とは、軸受４に対して適正な予圧を付与できるマイナスすきまである。

また、前記「一定温度Ｔ」とは、回転軸３の回転に伴う転がり軸受４自体の発熱と、前記冷却ジャケット５による転がり軸受４の冷却とが均衡することにより、当該転がり軸受４の内輪６がそれ以上昇温しない状態に維持される温度（例えば８０℃）である。この「一定温度」は、回転軸３に作用する荷重によって変動するが、この変動は、前記冷却ジャケット５による転がり軸受４の冷却度合いを制御することにより吸収される。
さらに、前記「残留すきま」とは、軸受をハウジングに組み込んだ状態で当該軸受に残っている内部すきまであり、「有効すきま」とは、前記残留すきまに内輪及び外輪の温度差による寸法変化量を加減したすきまである。

前記電気ヒータ１２は、前記回転軸３の内部であって内輪６に隣接する位置に埋設されている。この電気ヒータ１２としては、例えばセラミックヒータが用いられる。この電気ヒータ１２は、回転軸３の周方向に沿って所定間隔毎に複数個設けられている。

前記温度制御手段１５は、内輪６の温度を検出する温度センサ１５ａと、前記温度センサ１５ａからの信号を入力として、前記内輪６の温度が前記一定温度であるか否かを判別する判別部１５ｂと、この判別部からの信号に基づいて前記電気ヒータ１２への電力の供給を制御する給電制御部１５ｃとを備えている。前記温度制御手段１５には外部電源１８から電力が供給される。

前記温度センサ１５ａは例えば熱電対で構成されている。この温度センサ１５ａと判別部１５ｂとを接続する信号線１５ｄの途中部には、当該信号線１５ｄの回転側（温度センサ１５ａ側）と固定側（ハウジング２側）との相対回転を許容する環状のロータリコネクタ１６を介在している。このロータリコネクタ１６は、信号線１５ｄの回転側と固定側とを、当該信号線１５ｄの本数毎に個別に接続している。前記ロータリコネクタ１６として、図の場合、回転側の環状リング１６ａに、固定側のブラシ１６ｂを摺接させるスリップリングタイプのものを用いている。

また、前記電気ヒータ１２に電力を供給する給電線１５ｅの途中部にも、当該給電線１５ｅの回転側と固定側との相対回転を許容する環状のロータリコネクタ１７を介在している。このロータリコネクタ１７は、前記温度センサ１５ａ用の信号線１５ｄに用いたものと同様に、回転側の環状リング１７ａに、固定側のブラシ１７ｂを摺接させるスリップリングタイプのものであり、給電線１５ｅの回転側と固定側とを、当該給電線１５ｅの本数毎に個別に接続している。

前記温度制御手段１５においては、温度センサ１５ａからの信号を入力として、判別部１５ｂが内輪６の温度を判別し、当該温度が前記一定温度Ｔに達していないと判別すると、給電制御部１５ｃが電気ヒータ１２に給電して内輪６を加熱する。そして、この加熱により内輪６が一定温度Ｔに達すると、これを判別部１５ｂが判別し、給電制御部１５ｃが電気ヒータ１２への給電を遮断する。以後、温度制御手段１５が前記動作を繰り返すことにより、内輪６を一定温度Ｔに維持する。

図２は回転軸３の各回転数における電気ヒータ１２による内輪６の加熱状態を示す説明図である。同図に示すように、回転軸３の始動前においては、内輪６が常温に維持されているので、当該内輪６は前記電気ヒータ１２による加熱のみによって一定温度Ｔまで昇温する。また、回転軸３の回転中においては、転がり軸受４が有する回転抵抗等に起因して、当該転がり軸受４自体が発熱する。したがって、回転軸３の回転中においては、その回転数に対応した内輪６自体の発熱と、電気ヒータ１２による加熱とによって、内輪６が一定温度Ｔまで昇温する。この内輪６自体の発熱は、回転軸３の回転数の増加とともに漸次増大するので、これに対応して電気ヒータ１２による加熱割合が漸次減少する。この回転軸３の回転中において、冷却ジャケット５により外輪７を冷却して、外輪７が熱膨張するのを抑制している。そして、回転軸３の回転数が所定の回転数（図２では３００００回転）を超えて、当該回転に伴う内輪６自体の発熱と、前記冷却ジャケット５による冷却とが均衡すると、電気ヒータ１２による加熱が不要になる。

このように、前記転がり軸受装置１は、回転軸３の回転中において転がり軸受４を常に一定温度Ｔに維持することができるので、転がり軸受４のラジアル有効すきま及びアキシャル有効すきまが、前記一定温度Ｔで適正すきまになるように設定されている点と相まって、転がり軸受４に過剰の予圧が負荷されるのを防止することができる。

また、前記転がり軸受装置１は、電気ヒータ１２を用いて内輪６を加熱するものであるので、従来の冷却液を用いて内輪を冷却するものに比べて構造を簡素にすることができる。このため、転がり軸受装置１の製造コストを安くすることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものでない。例えば転がり軸受４として前記アンギュラ玉軸受に代えて深溝玉軸受を用いてもよく、この場合には、深溝玉軸受のアキシャル残留すきまを、当該軸受の内輪が一定温度Ｔまで昇温した時点で適正なラジアル有効すきまとなる値に設定する。
また、前記実施形態の温度制御装置１５は、電気ヒータ１２への給電と給電停止とによって内輪６の温度を制御しているが、電気ヒータ１２へ供給する電力の値を増減することにより当該温度を制御することも可能である。

本発明の転がり軸受装置の要部を示す縦断面図である。回転軸の各回転数における電気ヒータによる内輪の加熱状態を示す説明図である。

符号の説明

１転がり軸受装置
２ハウジング
３回転軸
４転がり軸受
５冷却ジャケット（冷却手段）
６内輪
７外輪
８転動体
１２電気ヒータ
１５温度制御手段
Ｔ一定温度

Claims

ハウジングと回転軸との間に転がり軸受を介在している転がり軸受装置であって、
前記転がり軸受の残留すきまを、当該転がり軸受の内輪が一定温度まで昇温した時点で適正な有効隙間となる値に設定しているとともに、
前記ハウジングに設けられ、前記転がり軸受の外輪を冷却する冷却手段と、
前記回転軸に設けられ、前記内輪を加熱する電気ヒータと、
前記回転軸の回転に伴う前記内輪の発熱に応じて前記電気ヒータを制御して、前記内輪を前記一定温度に維持する温度制御手段と、
を備えていることを特徴とする転がり軸受装置。
ハウジングと回転軸との間に転がり軸受を介在している転がり軸受装置の軸受内部すきまの調節方法であって、
前記ハウジングに設けられた冷却手段によって転がり軸受の外輪を冷却するとともに、
前記回転軸の回転に伴う前記転がり軸受の内輪の発熱に応じて電気ヒータにより前記内輪を加熱して、前記内輪の温度を、転がり軸受の有効すきまが適正な値となる一定温度に維持することを特徴とする転がり軸受装置の軸受内部すきまの調節方法。