JP2017219053A - 多列組合せアンギュラ玉軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接触角を有するアンギュラ玉軸受４１〜４３が背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受４１〜４３の列数が前部と後部の異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受４３の発熱を抑え、焼損防止や長寿命化を図ることを課題とする。
【解決手段】 接触角を有するアンギュラ玉軸受４１〜４３を前部と後部で背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受４１〜４３の列数が前部と後部の異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の多い側のアンギュラ玉軸受４１、４２の転動体が鋼製で、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受４３の転動体がセラミック製であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、工作機械主軸の支持に用いられる多列組合せアンギュラ玉軸受装置に関する。

工作機械の主軸装置１の主軸３は、例えば、図２に示すように、フロント側軸受４およびリア側軸受５で支持されている。

フロント側軸受４には、接触角を有するアンギュラ玉軸受４１〜４４を前部と後部で背面組合せに配列した多列組合せアンギュラ玉軸受装置が使用されている。

例えば、特許文献１には、多列組合せアンギュラ玉軸受装置として、４列背面組合せのアンギュラ玉軸受装置が開示されている。

４列背面組合せのアンギュラ玉軸受装置は、図２に示すように、４列のアンギュラ玉軸受４１〜４４を、前部と後部で２列ずつに分け、前部のアンギュラ玉軸受４１、４２の接触角α１、α２と後部のアンギュラ玉軸受４３、４４の接触角α３、α４が互いに向き合うように配列されている。

特開２０１１−５２７１４号公報

ところで、近年、工作機械の主軸装置１の主軸３は、高速性、高剛性、高精度に加え、小型化が求められており、その方法として、主軸３に使用されるアンギュラ玉軸受の列数を減らすケースがある。

例えば、図２の４列背面組合せの軸受配列を、図１に示すように、３列背面組合せにし、主軸長を短くする場合や、新規に３列背面組合せにて主軸設計する場合などがある。

工作機械の主軸では、高速性、高剛性、高精度を実現するため、アンギュラ玉軸受を接触角が互いに向き合うように組合せ、予圧を負荷する場合が多い。予圧は、接触角が対向する軸受群の間で釣り合うため、例えば、図１に示す３列背面組合せのように、アンギュラ玉軸受４１〜４３の列数が、前部と後部で異なる場合、即ち、前部がアンギュラ玉軸受４１、４２の２列で、後部がアンギュラ玉軸受４３の１列の場合、列数の少ない後部側（３列背面組合せの１列側）のアンギュラ玉軸受４３が大きな荷重を受けることになる。

例えば、表１に示す具体的な軸受諸言で比較すると、前部のアンギュラ玉軸受４１、４２の最大接触面圧（ＭＰａ）が１６００であるのに対し、後部側のアンギュラ玉軸受３の最大接触面圧（ＭＰａ）２０００となる。

表１のとおり、列数の少ない後部側のアンギュラ玉軸受４３と、列数の多い前部側のアンギュラ玉軸受４１、４２の最大接触面圧を比較すると、列数の少ない後部側のアンギュラ玉軸受４３の方が、列数の多い前部側のアンギュラ玉軸受４１、４２よりも最大接触面圧が大きくなるので、列数の少ない後部側のアンギュラ玉軸受４３の方が、列数の多い前部側のアンギュラ玉軸受４１、４２よりも発熱が大きくなる。

また、一般に、工作機械の主軸は、前部に掛かる加工荷重に対する剛性が必要になるため、列数の多い側のアンギュラ玉軸受を前部、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受を後部にして配列される。

工作機械の主軸で主流となっているビルトインモータ主軸（主軸内部にモータを搭載）の場合、列数の少ない後部のアンギュラ玉軸受の近傍にビルトインモータが配置される。近年、工作機械主軸の小型化により、列数の少ない後部のアンギュラ玉軸受とビルトインモータとの距離が近づいてきている。

ビルトインモータ主軸は、運転に伴い、モータ部が発熱するため、その近傍で使用される列数の少ない後部のアンギュラ玉軸受は、大きな荷重を受けるだけでなく、熱による影響も大きく受ける。すなわち、最大接触面圧が大きくなることでの発熱に加えて、モータからの放熱により、軸受温度としては非常に厳しくなる。

そこで、この発明は、接触角を有するアンギュラ玉軸受が背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受の列数が前部と後部の異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の少ない側の軸受の発熱を抑え、焼損防止や長寿命化を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、接触角を有するアンギュラ玉軸受が前部と後部で背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受の列数が前部と後部で異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の多い側のアンギュラ玉軸受の転動体が鋼製で、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の転動体がセラミック製であることを特徴とする。

また、列数の多い側のアンギュラ玉軸受の転動体径Ｄａに対して、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の転動体径Ｄａ’をＤａ＜Ｄａ’≦１．５・Ｄａとしたことを特徴とする。

また、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の接触角α’°に対して、列数の多い側のアンギュラ玉軸受のα°に対して、α°＜α’°≦（α＋３０）°としたことを特徴とする。

また、列数の多い側のアンギュラ玉軸受の保持器がポリアミド樹脂製で、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の保持器がフェノール樹脂もしくはＰＥＥＫ樹脂製であることを特徴とする。

この発明のように、後部側のアンギュラ玉軸受の転動体をセラミック球にすると、セラミック球は、鋼球に比べて、軽量で線膨張係数が小さいので、発熱低減や焼損防止を図ることができる。

また、後部側のアンギュラ玉軸受の転動体をセラミック球にし、さらにセラミック球の転動体径Ｄａ’を、前部側のアンギュラ玉軸受の転動体径Ｄａの１．５倍以内にした場合（Ｄａ＜Ｄａ’≦１．５・Ｄａ）、後部側のアンギュラ玉軸受の基本動定格荷重が向上し、長寿化が図れると共に、最大接触面圧も低下し、発熱低減と焼損防止が図れる。

また、後部側のアンギュラ玉軸受の接触角α’を、２列側のアンギュラ玉軸受の接触角αよりも大きく、即ち、α°＜α’°≦（α＋３０）°にした場合、後部側のアンギュラ玉軸受の最大接触面圧が低減するので、発熱低減や焼損防止を図ることができる。

また、後部側のアンギュラ玉軸受の保持器を耐熱性に優れるフェノール樹脂もしくはＰＥＥＫ樹脂製にすると、焼損を防ぐことができる。

４列背面組合せのアンギュラ玉軸受装置をフロント側軸受に使用した工作機械の主軸装置の断面図である。 ３列背面組合せのアンギュラ玉軸受装置をフロント側軸受に使用した工作機械の主軸装置の断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の多列組合せアンギュラ玉軸受装置は、例えば、図１に示す工作機械の主軸装置１の主軸３のフロント側軸受として使用される。

工作機械の主軸装置１は、軸受ハウジング２内において、主軸３をフロント側軸受４およびリア側軸受５で回転自在に支持したものであり、主軸３の中間部に設けられたビルトインモータ６により主軸３を回転駆動するものである。

フロント側軸受４は、主軸３の前端側を支持するものであり、多列組合せアンギュラ玉軸受装置からなる。リア側軸受５は、主軸３の後端側を支持するものであり、図１では単列のアンギュラ玉軸受からなる。

フロント側軸受４は、３列のアンギュラ玉軸受４１、４２、４３を、前部と後部で２列と１列に分けた３列背面組合せアンギュラ玉軸受装置であり、前部のアンギュラ玉軸受４１、４２の接触角α１、α２と、後部のアンギュラ玉軸受４３の接触角α３が互いに向き合うように組み合わされている。

フロント側軸受４である多列アンギュラ玉軸受装置の各内輪４１ａ、４２ａ、４３ａは、内輪固定ナット７の締め付けにより、主軸３の段部３ａと内輪固定ナット７との間で主軸３に締め付け固定されている。

フロント側軸受４の各外輪４１ｂ、４２ｂ、４３ｂは、外輪押え蓋８のボルト等による締め付けにより、軸受ハウジング２の段部２ａと外輪押え蓋８との間で位置決め固定されている。

フロント側軸受４のアンギュラ玉軸受４１、４２、４３の間には、内輪間座１９および外輪間座２０が介在させてあり、これら内輪間座１９と外輪間座２０の幅を異ならせることにより、多列アンギュラ玉軸受装置に定位置予圧を与えている。

ビルトインモータ６は、主軸３に固定されたロータ１２と、このロータ１２に対向して軸受ハウジング２の内周に設けられたステータ１３とからなる。

前部がアンギュラ玉軸受４１、４２の２列で、後部がアンギュラ玉軸受４３の１列の場合、列数の少ない後部側のアンギュラ玉軸受４３が大きな荷重を受け、列数の少ない後部側のアンギュラ玉軸受４３の方が、列数の多い前部側のアンギュラ玉軸受４１、４２よりも発熱が大きくなるので、この発明では、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受４３の発熱を抑え、焼損防止や長寿命化を図るために、次のような手段を採用している。

第１の手段は、表２の通り、前部側のアンギュラ玉軸受４１、４２の転動体が鋼球である場合、後部側のアンギュラ玉軸受４３を、セラミック球にするというものである。

表２の通り、後部側のアンギュラ玉軸受４３の転動体をセラミック球にした場合、表１の鋼球の場合と、最大接触面積は同等であるが、セラミック球は、鋼球に比べて、軽量で線膨張係数が小さいので、発熱低減や焼損防止を図ることができる。

さらに、表３の通り、後部側のアンギュラ玉軸受４３の転動体をセラミック球にし、さらにセラミック球の転動体径Ｄａ’を、表２におけるセラミック球の転動体径Ｄａの１．５倍にした場合（Ｄａ＜Ｄａ’≦１．５・Ｄａ）、１列の後部側のアンギュラ玉軸受４３の基本動定格荷重が向上し、長寿化が図れると共に、最大接触面圧も低下し、発熱低減と焼損防止が図れる。

さらにまた、表４、表５では、Ｄａ’＞１．５・Ｄａ、Ｄａ’＝１．８・Ｄａにしているので、表３の場合と同様の効果が期待できそうであるが、表４、表５の範囲では、Ｄａ’がＤａに対して一層大きくなり、さらに、Ｄａ’が軸受空間内に収まるように、サイズの上限の制約も加わるため、結果として、Ｄａを小さくしなければならない。このため、表４、表５の場合には、２列側のアンギュラ玉軸受４１、４２の定格荷重の低下や、最大接触面圧の上昇を招いてしまう。

次に、表６は、後部側のアンギュラ玉軸受４３の接触角α３を、２列側のアンギュラ玉軸受４１、４２の接触角α１、α２よりも大きくした例、即ち、（α１、α２）°＜α３°≦［（α１、α２）＋３０］°である場合、後部側のアンギュラ玉軸受４３の最大接触面圧が表１の場合よりも低減するので、発熱低減や焼損防止を図ることができる。

また、従来のアンギュラ玉軸受では、一般的に、コスト面で有利なポリアミド樹脂製の射出成形保持器が使用される。しかし、今回の後部側のアンギュラ玉軸受のように、大きな荷重を受け、近傍のビルトインモータの放熱による熱影響を受ける場合、フェノール樹脂製や、PEEK樹脂製保持器を使用することで、焼損を防ぐことができる。

１ ：主軸装置
２ ：軸受ハウジング
３ ：主軸
４ ：フロント側軸受
５ ：リア側軸受
４１、４２、４３ ：アンギュラ玉軸受
Ｄａ、Ｄａ’ ：転動体径
α１〜α３ ：接触角

Claims (5)

1. 接触角を有するアンギュラ玉軸受を前部と後部で背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受の列数が前部と後部の異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の多い側のアンギュラ玉軸受の転動体が鋼製で、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の転動体がセラミック製である多列組合せアンギュラ玉軸受装置。
2. 接触角を有するアンギュラ玉軸受を前部と後部で背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受の列数が前部と後部の異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の多い側のアンギュラ玉軸受の転動体径Ｄ_aに対して、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の転動体径Ｄａ’をＤａ＜Ｄａ’≦１．５・Ｄａとした多列組合せアンギュラ玉軸受装置。
3. 接触角を有するアンギュラ玉軸受を前部と後部で背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受の列数が前部と後部の異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の接触角α’°に対して、列数の多い側のアンギュラ玉軸受のα°に対して、α°＜α’°≦（α＋３０）°とした多列組合せアンギュラ玉軸受装置。
4. 接触角を有するアンギュラ玉軸受を前部と後部で背面組合せで３列以上配列され、アンギュラ玉軸受の列数が前部と後部の異なる多列組合せアンギュラ玉軸受装置において、列数の多い側のアンギュラ玉軸受の保持器がポリアミド樹脂製で、列数の少ない側のアンギュラ玉軸受の保持器がフェノール樹脂もしくはＰＥＥＫ樹脂製である多列組合せアンギュラ玉軸受装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの多列組合せアンギュラ玉軸受装置を、主軸のフロント側軸受として使用する工作機械主軸用軸受装置。

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