JP2010242800A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジアル剛性のバランスの維持やスライド性の確保を、静圧軸受構造を使わずに簡単な構成で実現することができる転がり軸受装置を提供すること。
【解決手段】転がり軸受２５の外輪２５ｂが嵌合する軸受スリーブ２９におけるラジアル剛性のバランスを複数個の弾性部材３３，３４による支持力のみで保てるように、前記軸受スリーブ２９の外周面上あるいは、前記軸受スリーブ２９が嵌合するハウジング３１のスリーブ嵌合穴３１ａの内周面上の３箇所以上の複数箇所に、弾性部材３３，３４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械用の主軸を回転自在に支持する転がり軸受装置に関する。

図５は、工作機械用の主軸を回転自在に支持する転がり軸受装置の従来例を示した物である。
図５に示した転がり軸受装置１は、下記特許文献１に開示されたもので、工作機械用の主軸３と、この主軸３が内輪５ａ，６ａに嵌合する転がり軸受５，６と、これらの転がり軸受５，６の外輪５ｂ，６ｂが内周に嵌合する筒状構造に形成された軸受スリーブ９と、この軸受スリーブ９の外周が軸方向にスライド可能に嵌合支持されるスリーブ嵌合穴１１ａが備えられたハウジング１１と、軸受スリーブ９の外周面とスリーブ嵌合穴１１ａの内周面との間に圧縮状態で装備されてラジアル荷重を支える弾性部材１３と、を備えている。

転がり軸受５，６には、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができるアンギュラ玉軸受が用いられている。

軸受スリーブ９には、主軸３との間の空間１６に所定の粘度・圧力の油圧を供給して、軸受スリーブ９を主軸３と同軸上に静圧支持する油圧供給手段１５が装備されている。油圧供給手段１５により空間１６に充填された油圧は、軸受スリーブ９を主軸３に対して傾きのない状態に静圧支持する静圧軸受構造を実現する。

弾性部材１３は、Ｏリングを用いたもので、軸受スリーブ９の外周面に周設された一対の弾性材収容溝９ａ，９ｂに、嵌合支持されている。
弾性部材１３は、静圧軸受構造により主軸３と同軸に静圧支持された軸受スリーブ９の外周面とスリーブ嵌合穴１１ａの内周面との間の隙間を埋めて、径方向のガタ付きが生じないラジアル剛性を確保すると同時に、スリーブ嵌合穴１１ａの内周面との間の摺動により軸受スリーブ９のスライド性を確保する。

軸受スリーブ９のスライド性は、主軸３や転がり軸受５，６の軸方向の熱膨張を吸収するために必要となる。

特開２００４−１９５５８７号公報

ところが、図５に示した転がり軸受装置１は、静圧軸受構造を構成する油圧供給手段１５等で油圧制御に障害が発生すると、弾性部材１３だけでは軸受スリーブ９におけるラジアル剛性のバランスを維持できず、転がり軸受５，６から作用するラジアル荷重により軸受スリーブ９に傾きが発生し、この軸受スリーブ９の傾きのために、当初のスライド性が損なわれてしまう虞があった。
また、静圧軸受構造では、空間１６に充填する作動油の粘度、圧力などを高精度に管理しなければならず、そのための設備によって装置の大型化や、複雑化、高額化を招くという問題が生じた。

本発明の目的は上記課題を解消することに係り、転がり軸受の外輪を支持する軸受スリーブにおけるラジアル剛性のバランス維持やスライド性の確保を、静圧軸受構造を使わずに簡単な構成で実現することができ、従って、装置構成の単純化や小型化、更には装置コストの低減を図ることのできる転がり軸受装置を提供することにある。

上記目的は下記構成により達成される。
（１）主軸と、前記主軸が嵌合する転がり軸受と、前記転がり軸受に嵌合する筒状構造に形成されると共に軸方向にスライド可能にハウジングのスリーブ嵌合穴に嵌合支持される軸受スリーブと、前記軸受スリーブと前記スリーブ嵌合穴との間に装備される弾性部材と、を備える転がり軸受装置であって、
前記弾性部材のみで前記軸受スリーブにおけるラジアル剛性のバランスが保たれて前記軸受スリーブにラジアル剛性のバランス不良に起因した傾きが生じないように、前記軸受スリーブあるいは前記スリーブ嵌合穴の３箇所以上の複数箇所に前記弾性部材を配置したことを特徴とする転がり軸受装置。

（２）上記（１）に記載の転がり軸受装置において、前記軸受スリーブ又は前記スリーブ嵌合穴には、軸方向に位置をずらした複数箇所に周溝が設けられ、前記各周溝には、前記弾性部材としてＯリングが装備されたことを特徴とする転がり軸受装置。

（３）上記（２）に記載の転がり軸受装置において、前記複数個のＯリングが、線膨張係数の異なる２種以上のＯリングで構成されていることを特徴とする転がり軸受装置。

（４）上記（２）又は（３）に記載の転がり軸受装置において、前記複数個のＯリングが、断面形状の異なる２種以上で構成されていることを特徴とする転がり軸受装置。

（５）上記（１）乃至（４）の何れか１つに記載の転がり軸受装置において、前記軸受スリーブ又は前記スリーブ嵌合穴には、軸方向に延びる弾性材収容溝が周方向に等間隔に離間した複数箇所に設けられ、前記各弾性材収容溝には、前記弾性部材としての棒状弾性部材が装備されたことを特徴とする転がり軸受装置。

上記転がり軸受装置では、転がり軸受を支持する軸受スリーブにおけるラジアル剛性のバランスの維持を、軸受スリーブとスリーブ嵌合穴との間に圧縮状態に装備される３個以上の弾性部材だけで確保する。即ち、装置の大型化や複雑化や高額化等を招く要因となる静圧軸受構造を使わずに、弾性部材の装備という簡単な構成でラジアル剛性のバランスの維持やスライド性の確保を実現することができる。
従って、装置構成の単純化や小型化、更には装置コストの低減を図ることができる。

本発明に係る転がり軸受装置の第１の実施の形態の要部の縦断面図である。 弾性部材の拡大断面図である。 本発明に係る転がり軸受装置の第２の実施の形態の要部の縦断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 従来の転がり軸受装置の要部の拡大断面図である。

以下、本発明に係る転がり軸受装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る転がり軸受装置の第１の実施の形態の要部の縦断面図である。
図１に示した転がり軸受装置２１は、工作機械用の主軸２３と、この主軸２３が内輪２５ａに嵌合する転がり軸受２５と、転がり軸受２５の外輪２５ｂが内周に嵌合する筒状構造に形成された軸受スリーブ２９と、この軸受スリーブ２９の外周が軸方向にスライド可能に嵌合支持されるスリーブ嵌合穴３１ａが備えられたハウジング３１と、軸受スリーブ２９の外周面とスリーブ嵌合穴３１ａの内周面との間に圧縮状態で装備されてラジアル荷重を支える２種の弾性部材３３，３４と、を備える。

軸受スリーブ２９のスライド性は、主軸２３や転がり軸受２５の軸方向の熱膨張を吸収するために必要となる。

転がり軸受２５には、転動体である玉２５ｃと内輪２５ａ及び外輪２５ｂとが接触角をもって接触するアンギュラ玉軸受で、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができる。

本実施の形態の場合、２種の弾性部材３３，３４は、この弾性部材３３，３４による支持力のみで軸受スリーブ２９におけるラジアル剛性のバランスが保たれて、軸受スリーブ２９にラジアル剛性のバランス不良に起因した傾きが生じないように、その配置、装備数、材質、断面形状等が設定されている。

具体的には、弾性部材３３，３４の装備数は、３箇所以上の複数個に設定することを想定していて、本実施の形態では、弾性部材３３と弾性部材３４とをそれぞれ２個ずつ、合計４個の弾性部材を装備している。

弾性部材３３，３４の配置は、軸受スリーブ２９におけるラジアル剛性のバランスを保持し易いように、転がり軸受２５の配置に対して対称的に分散配置とすることが望ましい。
本実施の形態の場合、弾性部材３３と弾性部材３４は、図１に示すように、軸受スリーブ２９上における転がり軸受２５の装備位置を通る直線Ｐを挟んで、その両側にそれぞれ１つずつ、主軸２３の軸方向に離間配置している。また、転がり軸受２５の各弾性部材３３，３４は、直線Ｐに対して略線対象に配置されている。

換言すると、本実施の形態の場合、１つの転がり軸受２５に対して、合計４個の弾性部材３３，３４を、その転がり軸受２５の中心を通る直線Ｐに対して略線対象に装備した構成になっている。

更に、本実施の形態の場合、弾性部材３３，３４は、Ｏリングを用いたものである。そして、各弾性部材３３，３４は、軸受スリーブ２９の外周面上において主軸２３の軸方向に位置をずらして装備された４本の周溝２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄに、嵌合して支持されている。
なお、弾性部材３３，３４を嵌合支持する周溝の装備位置は、軸受スリーブ２９の外周面に限らない。周溝は、スリーブ嵌合穴３１ａの内周面に装備するようにしても良い。

また、本実施の形態の場合、弾性部材３３と弾性部材３４は、図２に示すように、異なる断面形状に設定されている。図示例では、弾性部材３３は断面形状が三角形、弾性部材３４は断面形状が略半円形になっている。

以上に説明した第１の実施の形態の転がり軸受装置２１では、転がり軸受２５の外輪２５ｂを支持する軸受スリーブ２９におけるラジアル剛性のバランスの維持を、軸受スリーブ２９とスリーブ嵌合穴３１ａとの間に圧縮状態に装備される４個の弾性部材３３，３４だけで確保する。
従って、装置の大型化や複雑化、あるいは高額化等を招く要因となる静圧軸受構造を使わずに、弾性部材３３，３４の装備という簡単な構成でラジアル剛性のバランス維持やスライド性の確保を実現することができる。
そのため、装置構成の単純化や小型化、更には装置コストの低減を図ることができる。

また、上記転がり軸受装置２１では、ラジアル荷重を支える弾性部材３３，３４としてＯリングを採用して、軸受スリーブ２９から弾性部材３３，３４に作用するラジアル荷重を効率良く周方向に分散することができ、ラジアル荷重による偏摩耗等の発生を抑止することができる。

また、上記転がり軸受装置２１では、Ｏリングによる弾性部材３３，３４は、それぞれ２個ずつ、合計４個装備している。即ち、４個のＯリングで、軸受スリーブ２９のラジアル荷重を支えている。
２個のＯリングだけで軸受スリーブ２９のラジアル荷重を支える場合と比較すると、Ｏリングの装備数が多い分、ラジアル剛性のバランスが安定して、軸受スリーブ２９における良好なスライド性を確保することができる。

また、軸受スリーブ２９は、軸方向に温度勾配が発生し、軸上の熱膨張にばらつきが生じる。しかし、上記転がり軸受装置２１では、２種の弾性部材３３，３４は断面形状の異なるＯリングとしているため、例えば、熱膨張が大きくなる箇所に装備されるＯリングには、熱膨張が小さな箇所に装備されるＯリングよりもスリーブ嵌合穴３１ａに対する接触面積が小さくなる断面形状のものを選択しておくことで、装備箇所に関係なく、弾性部材３３，３４の接触面積、接触圧の変動を抑止することが可能になり、すべてのＯリングを同一の断面形状にしている場合と比較すると、軸受スリーブ２９におけるラジアル剛性のバランス維持や、スライド性能を向上させることができる。

なお、従来の転がり軸受装置と比較して軸受スリーブ２９におけるラジアル剛性のバランスを維持し易くする点では、軸方向の最低３箇所以上に弾性部材を装備することが有用であり、上記転がり軸受装置２１ではＯリングを用いた弾性部材の装備箇所を４箇所に設定したが、５箇所以上にして、更にバランスを維持し易くすることも有効である。

また、上記転がり軸受装置２１において、弾性部材３３，３４は、互いに線膨張係数の異なるＯリングで構成するようにしても良い。
すると、ラジアル荷重を支える弾性部材３３，３４としてＯリングが、線膨張係数の異なる２種のＯリングで構成されるため、Ｏリングの装備位置における温度差に拘わらず、いずれの装備位置でも同等の熱膨張量が生ずるように、装備位置に応じて線膨張係数の異なるＯリングを使用することで、ラジアル剛性の向上や振動低減効果の向上を図ることができる。

図３は、本発明の第２の実施の形態の要部の縦断面図である。
この第２の実施の形態の転がり軸受装置４１は、図１の転がり軸受装置２１の一部を改良したもので、軸受スリーブ２９とスリーブ嵌合穴３１ａとの間には、転がり軸受装置２１においてＯリングを使用した２本の弾性部材３４の代わりに、軸方向に延びる棒状弾性部材４３を装備している。

棒状弾性部材４３は、図４に示すように、軸受スリーブ２９の周方向に等間隔に離間した３箇所に装備されている。
各棒状弾性部材４３は、軸受スリーブ２９の外周面に軸方向に延びて形成された弾性材収容溝２９ｅに嵌合装着されている。

この転がり軸受装置４１では、軸方向に延在する棒状弾性部材４３を採用し、先の周方向に延在する環状のＯリングを用いた弾性部材３４の場合と比較すると、棒状弾性部材４３が軸方向に連続する広域にラジアル荷重を分散させることができ、ラジアル剛性のばらつきを抑止する効果が高まる。

なお、棒状弾性部材４３を嵌合支持する弾性材収容溝２９ｅは、軸受スリーブ２９の外周面ではなく、スリーブ嵌合穴３１ａの内周面に設けるようにしても良い。
また、棒状弾性部材４３の装備箇所も、周方向に等間隔に離間した４箇所以上に装備するようにしても良く、装備箇所を増やすことで、周方向のラジアル剛性を向上させることができる。

また、棒状弾性部材４３は、図３に示した場合よりも、軸方向寸法を短縮して、軸方向の数カ所に分割してそれぞれ配置するようにしても良い。

本発明に係る転がり軸受装置において、Ｏリングや棒状弾性部材の装備数や配置は、上記実施の形態に限らない。例えば、弾性部材がＯリングの場合、軸受スリーブにおけるラジアル剛性のバランスを保つことができるなら、５個以上のＯリングを、軸受スリーブの軸方向に離間配置するようにしても良い。また、棒状弾性部材も、軸方向に離間する２箇所以上に配置しても良い。

また、第１の実施の形態では、断面形状が異なる２種の弾性部材３３，３４を使用したが、弾性部材の装備数が更に増える場合には、互いに断面形状が異なる３種以上の弾性部材を装備するようにしても良い。また、弾性部材として、線膨張係数の異なるＯリングを使用する場合、装備する箇所が上記実施の形態の場合よりも多くなる場合には、線膨張係数の異なる３種以上のＯリングを使用することも考えられる。

２１ 転がり軸受装置
２３ 主軸
２５ 転がり軸受
２５ａ 内輪
２５ｂ 外輪
２９ 軸受スリーブ
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ 周溝
２９ｅ 弾性材収容溝
３１ ハウジング
３３，３４ 弾性部材（Ｏリング）
４１ 転がり軸受装置
４３ 棒状弾性部材

Claims (5)

1. 主軸と、前記主軸が嵌合する転がり軸受と、前記転がり軸受に嵌合する筒状構造に形成されると共に軸方向にスライド可能にハウジングのスリーブ嵌合穴に嵌合支持される軸受スリーブと、前記軸受スリーブと前記スリーブ嵌合穴との間に装備される弾性部材と、を備える転がり軸受装置であって、
   前記弾性部材のみで前記軸受スリーブにおけるラジアル剛性のバランスが保たれて前記軸受スリーブにラジアル剛性のバランス不良に起因した傾きが生じないように、前記軸受スリーブあるいは前記スリーブ嵌合穴の３箇所以上の複数箇所に前記弾性部材を配置したことを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記軸受スリーブ又は前記スリーブ嵌合穴には、軸方向に位置をずらした複数箇所に周溝が設けられ、前記各周溝には、前記弾性部材としてＯリングが装備されたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記複数個のＯリングが、線膨張係数の異なる２種以上のＯリングで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受装置。
4. 前記複数個のＯリングが、断面形状の異なる２種以上で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の転がり軸受装置。
5. 前記軸受スリーブ又は前記スリーブ嵌合穴には、軸方向に延びる弾性材収容溝が周方向に等間隔に離間した複数箇所に設けられ、前記各弾性材収容溝には、前記弾性部材としての棒状弾性部材が装備されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の転がり軸受装置。

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