JP2020148220A - 転がり軸受装置 - Google Patents
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Abstract
Description
高い応力を受ける箇所や高温になる環境ではゴムや樹脂では耐久性が不足する為、強度と耐熱性に優れる制振合金が用いられる。制振合金は複合型(鋳鉄など)、強磁性型(Fe−Cr−Al系)、転位型(Mg系)、双晶型(Mu−Cu系)があり、いずれも高い減衰性を示す金属材料である。
特許文献1は、自動車用のトランスミッシッョン用の軸受装置であるが、図10に示すように、円筒ころ軸受101の外輪102の外周面とハウジング103との間に制振合金製の制振部材104を介在させることが提案されている。
特許文献2は、車両用転舵装置における軸受装置であるが、玉軸受201の外輪202の両端面と
ハウジング203の軸方向を向く面との間に制振合金部材204と弾性体205とを組み合わせて配置することが提案されている。
図10に示す特許文献1の発明は、ラジアル方向における振動の低減を目的とした構造である。しかし、工作機械ではアキシアル方向の荷重も受ける。そのためアンギュラ玉軸受が用いられることが多いが、図10の円筒ころ軸受における制振の構造をアンギュラ玉軸受に適用した場合、アキシアル方向の振動を低減することができない恐れがある。
図11に示す特許文献2では、軸受201の軌道輪のアキシアル方向に制振部材204を取り付けているが、軸受周りの構造が拡大・複雑化する。
転がり軸受の外輪または内輪の端面に接して設けられるいずれかの間座を、制振合金製としたことを特徴とする。
この場合に、前記隣合う転がり軸受は、アキシアル荷重を受ける転がり軸受であって、軸受の配列は背面組み合わせ、正面組み合わせ、および並列組み合わせのいずれかを含む2列以上の組み合わせとされてもよい。
隣合う転がり軸受の間には間座を設ける場合が多く、その間座を制振合金製とすることで、一般的な転がり軸受装置において、部品増の問題を生じることなく、コンパクトでシンプルな構成で制振性を向上させることができる。
また、工作機械の主軸軸受は固定側にアンギュラ玉軸受を背面組み合わせとした場合、予圧を与えて使用するが、切削加工時は主軸の先端から負荷された荷重は、主に弾性変形しやすい軸受の内輪から転動体、外輪へと伝わり、外輪間座と反負荷側の外輪間座を通じてハウジングへ伝わる。この弾性変形によって振動しやすい外輪間座を制振合金製とすることが、内輪間座を制振合金製とするよりも制振効果が大きい。
前記の隣合う転がり軸受を正面組み合わせとした場合、間座の材料に関して、前記外輪間座の線膨張係数は前記内輪間座と同程度の線膨張係数(線膨張係数の差が10%未満)、もしくはそれ以上に大きい線膨張係数が好ましい。特に外輪間座の線膨張係数が内輪間座の線膨張係数より大きい場合、内外輪の間座の熱膨張差による過大な予圧の増加を低減できる。また、外輪間座の線膨張係数が内輪間座の線膨張係数より10%以上小さい場合、内外輪の間座の熱膨張差によって予圧が過大になる恐れがある。
なお、内輪間座に外輪間座と同じ制振金属材料を用いてもよい。
転がり軸受とハウジングまたは主軸の段差面との間に間座を配置することがあるが、このような間座を制振合金製とすることで、アキシアル方向の振動を低減し、工作機械の加工精度と静粛性を向上させることができ、かつコンパクトでシンプルな構成とできる。
間座の軸方向の一部に肉厚が薄い部分が生じる形状を施すことで、その部分が歪み易くなり、間座による振動の減衰性が向上する。
双晶型制振合金としては、Mn−Cu系、Mn−Cu−Ni−Fe系の合金が使用できる。代表的な制振合金として、複合型、強磁性型、転位型、および双晶型があるが、複合型の代表的なものは片状黒鉛鋳鉄であり、鋳鉄は脆性の為、摩耗粉が発生し易く、異物混入の恐れがある為、不適切である。強磁性型は、軸受の動作に悪影響を及ぼす恐れがあるため、不適切である。転位型は高い応力が発生しないと振動吸収しない特性がある為、不適切である。
間座が複雑な形状の場合、間座の一部に制振合金を用い、残りの間座を構成する要素を高炭素クロム鋼性等とすることなどで、間座の製造が容易になる。間座が複雑な形状である例としては、間座にオイルやエアを突出するノズルを設ける場合がある。
予圧が与えられている場合に、間座を制振合金製としたことによる効果が、より効果的に発揮される。
工作機械の主軸装置において、工具または加工物を把持するフロント側の軸受は、加工精度の確保のために固定側とし、切削熱による主軸の熱膨張を逃がすためにリア側軸受は自由側とする構成が一般的である。このような構成の場合、固定側であるフロント側の軸受において、振動発生の問題が大きく生じる。そのため、フロント側軸受に接する間座を制振合金製とすることで、振動低減の効果が大きくなる。
図1において、この転がり軸受装置1は、工作機械の主軸2を支持する一対の転がり軸受3,3が、ハウジング4と主軸2との間に設置されている。これら転がり軸受3,3は、アンギュラ玉軸受であり、背面組み合わせとされている。各転がり軸受3は、内輪5と外輪6と、これら内外輪5,6の軌道面間に介在した複数の転動体7と、これら複数の転動体7を保持する保持器8とで構成される。これら一対の転がり軸受1,1の内輪5,5間、および外輪6,6に内輪間座9および外輪間座10が介在する。
代表的な制振合金として、複合型、強磁性型、転位型、および双晶型があるが、複合型の代表的なものは片状黒鉛鋳鉄であり、鋳鉄は脆性の為、摩耗粉が発生し易く、異物混入の恐れがある為、不適切である。強磁性型は、軸受の動作に悪影響を及ぼす恐れがあるため、不適切である。転位型は高い応力が発生しないと振動吸収しない特性がある為、不適切である。
このように内輪間座9および外輪間座10に薄肉部9a,10aが設けられていると、これら内輪間座9および外輪間座10におけるアキシアル方向の振動の減衰性が高められる。
なお、隣合う転がり軸受3,3間の内輪間座9および外輪間座10のいずれも制振性を持たない鋼材とし、軸受列外の外輪間座42、または内輪間座41、またはその両方を制振合金製としてもよい。
前記中央2個の転がり軸受3,3間の内輪間座9および外輪間座10のいずれか片方または両方が、前記制振合金製とされている。中央側の転がり軸受3と端側の転がり軸受3との間に配置される内輪間座9Aおよび外輪間座10Aについても、その片方または両方が制振合金製とされている。
このように構成された場合も、制振性が向上する。
また、前記各実施形態は、隣合う転がり軸受3を背面組み合わせとしたが、正面組み合わせ、および並列組み合わせのいずれかを含む2列以上の組み合わせとされてもよい。
隣合う転がり軸受3,3を正面組み合わせとした場合、間座の材料に関して、外輪間座10の線膨張係数は内輪間座9と同程度の線膨張係数(線膨張係数の差が10%未満)、もしくはそれ以上に大きい線膨張係数が好ましい。特に外輪間座10の線膨張係数が内輪間座9の線膨張係数より大きい場合、内外輪の間座9,10の熱膨張差による過大な予圧の増加を低減できる。また、外輪間座10の線膨張係数が内輪間座9の線膨張係数より10%以上小さい場合、内外輪の間座9,10の熱膨張差によって予圧が過大になる恐れがある。
前記隣合う転がり軸受3,3の種類については、アキシアル荷重を受けることができる転がり軸受であればよく、深溝玉軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、およびアキシアル荷重を受けることが可能な円筒ころ軸受等のいずれかであってもよい。
2…主軸
3…転がり軸受
4…ハウジング
5…内輪
6…外輪
9…内輪間座
10…外輪間座
12…ナット部材(予圧を与える手段)
51…定圧予圧機構
Claims (12)
- 工作機械の主軸を支持する転がり軸受装置であって、
転がり軸受の外輪または内輪の端面に接して設けられるいずれかの間座を、制振合金製としたことを特徴とする転がり軸受装置。 - 請求項1に記載の転がり軸受装置において、前記制振合金製の間座が、隣合う転がり軸受の外輪間に介在する外輪間座である転がり軸受装置。
- 請求項2に記載の転がり軸受装置において、前記隣合う転がり軸受は、アンギュラ玉軸受であって、背面組み合わせ、正面組み合わせ、および並列組み合わせのいずれかを含む2列以上の組み合わせとされた転がり軸受装置。
- 請求項2または請求項3に記載の転がり軸受装置において、前記隣合う転がり軸受が背面組み合わせであって、前記隣合う転がり軸受の内輪間に介在する内輪間座の線膨張係数が、前記外輪間座と同程度の線膨張係数、もしくはそれ以上に大きい線膨張係数である転がり軸受装置。
- 請求項2または請求項3に記載の転がり軸受装置において、前記隣合う転がり軸受が正面組み合わせであって、前記隣合う転がり軸受の外輪間に介在する外輪間座の線膨張係数が、前記内輪間座と同程度の線膨張係数、もしくはそれ以上に大きい線膨張係数である転がり軸受装置。
- 請求項1に記載の転がり軸受装置において、前記制振合金製の間座が、前記転がり軸受の外輪とハウジングの軸方向を向く段差面との間、または前記転がり軸受の内輪と前記主軸の軸方向を向く段差面との間に介在する外輪間座である転がり軸受装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の転がり軸受装置において、前記制振合金製の間座が、軸方向の一部に他の部分よりも肉厚の薄い薄肉部を有する転がり軸受装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の転がり軸受装置において、前記制振合金が双晶型制振合金である転がり軸受装置。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の転がり軸受装置において、前記制振合金製の間座は、軸方向の一部のみ制振合金製であって、軸方向の他の部分が制振性を持たない鋼材である転がり軸受装置。
- 請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の転がり軸受装置において、前記転がり軸受は、定位置予圧または定圧予圧を行う手段によって予圧されている転がり軸受装置。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の転がり軸受装置において、前記転がり軸受は、前記主軸を支持する固定側とされるフロント側軸受、および自由側とされるリア側軸受の内、前記フロント側軸受である転がり軸受装置。
- 請求項1ないし請求項2に記載の転がり軸受装置において、前記隣合う転がり軸受はアキシアル荷重を受ける転がり軸受であって、深溝玉軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、およびアキシアル荷重を受けることが可能な円筒ころ軸受のいずれかとされる転がり軸受装置。
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