JP2541452Y2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、フライス盤や研削盤等の工作機械の主軸
部に装着される軸受装置に関し、さらに詳細には、ハウ
ジングと外輪との相対的な軸方向移動が可能な構造を備
えた軸受装置に関するものである。

（従来の技術） 近時の工作機械は、駆動モータや刃具などを含めた構
成機器の高性能化に伴い、主軸の高速化による生産性お
よび仕上精度の大幅な向上が図られており、上記主軸を
支承する軸受の予圧設定にも高い精度が要求されるに至
っている。

しかし、従来の予圧設定方法では、主軸の高速回転に
伴う軸受の発熱による焼付や高速回転向きの軸受におけ
る低速域での剛性不足の問題があるとともに、特別な予
圧装置の設置に伴う構造の複雑化など新たな問題が生じ
ていた。

（考案が解決しようとする課題） この点に関して、本考案者は、圧電素子を用いた予圧
装置を開発するに至り、さらに、その予圧制御の高精度
化を図るため、予圧を設定すべき軸受において、外輪を
ハウジングに対して軸方向へ移動可能とすることによ
り、圧電素子の軸方向変位が円滑かつ確実に上記外輪に
伝達されるとともに、主軸やハウジングの熱膨張等が予
圧設定に直接影響するのを防止できる点に着眼した。

そこで、軸受の外輪を軸方向へ移動可能とする構造と
して、本考案者は当初、第３図に示すように、軸受ａの
外輪ｂを収納する軸受ケースｃとハウジングｄとの間
に、一般市販のスライド軸受ｅを介装させることを考え
た。ｆは軸部、ｇは内輪、ｈは鋼球である。

しかしながら、このようなスライド構造では、図示の
ごとく、スライド軸受ｅの外径方向寸法分、つまり鋼球
i,i…の径寸法分だけ余分なスペースが必要となり、こ
れに起因して、ハウジングｄさらには主軸部全体の大幅
な設計変更が必須となる。

しかも、主軸部の大型化は、主軸部のコンパクト化が
要求される現在においては時代に逆行したものであり、
改良の余地があった。

本考案はかかる問題点に鑑み、種々の研究・実験の結
果なされたもので、外輪の軸方向への移動が可能な小型
で簡素な構造を備えた軸受装置を提供することを目的と
する。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の軸受の予圧装置
は、内外輪間に転動体が転動可能に配列されてなる軸受
において、前記内輪が軸部の外周に固定され、前記外輪
が軸受ケースの内周に一体的に固定され、該軸受ケース
の円筒状外周面に、複数の環状溝が円周方向へ全周にわ
たり平行して設けられ、該環状溝内に、転動体が、この
環状溝とハウジング側の軌道面との間で転動可能に配列
されて、該ハウジングと前記外輪との軸方向への相対的
な移動が可能とされていることを特徴とする。

具体的構造としては、前記ハウジングの前記環状溝に
対応した位置には、転動体挿入用の挿入穴が貫設されて
いる。

（作用） 軸受ケースの内周に一体的に固定された軸受の外輪
は、軸受ケースの円筒状外周面に円周方向へ平行して設
けられた複数列の転動体の転動により、軸受ケースと共
に、ハウジングに対して軸方向へ相対的に移動可能であ
る。特に、圧電アクチュエータを利用した予圧装置と組
み合わせて用いるときは、圧電素子の軸方向変位が、確
実かつ円滑に上記軌道輪に伝達されて、高精度な予圧制
御が可能となる。

また、軸受ケースが上記転動体を陥没状態で保持する
スライド軸受用保持器としても機能して、独立した保持
器を不要とするとともに、転動体外径のハウジング外径
増大への影響を最小限度に抑える。

なお、軸受ケースの環状溝に対する転動体の充填は、
環状溝に対応してハウジングに貫設された転動体挿入用
の挿入穴を介して行われる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

本発明に係る軸受装置を備えた工作機械の主軸部を第
１図に示し、軸受装置１は、具体的にはフライス盤の主
軸２用のものであって、該主軸２を軸承する前後一対の
軸受のうちの後側の軸受４を含んでなり、予圧装置５と
協働する。

主軸２は、上記一対の複列アンギュラ玉軸受3,4を介
して、主軸ケース６の支持穴７内に回転可能に軸承され
ており、その先端部2aはテーパ状の刃具取付穴とされ
て、この刃具取付穴2aに、図示しないファイスミル等の
刃具が着脱可能に取り付けられる構造とされている。ま
た、主軸２の後端部2bは、上記主軸ケース６の後方へ突
出されており、ここにベルト車８が固定的に取り付けら
れている。図示しないが、該ベルト車８は、伝導ベルト
を介して、駆動源である駆動モータに連係されている。
そして、上記一対の軸受3,4間に、上記予圧装置５が設
置されている。

上記一対の軸受3,4は複列アンギュラ玉軸受であっ
て、前側の軸受３は、内輪3a,3aが主軸２の外周面に固
定されるとともに、外輪3b,3bが主軸ケース６の支持穴
７の前端部7aに固定され、これら内外輪間に多数の鋼球
3c,3c…が転動可能に装填されている。９は上記外輪3b,
3bを固定するための固定部材である。

一方、後側の軸受４は、内輪4a,4aが主軸２の外周面
に固定されるとともに、外輪4b,4bが軸受ケース10の内
周面10aに一体的に固定されており、これら内外輪間に
多数の鋼球4c,4c…が転動可能に装填されている。該軸
受４は、前述したように上記軸受ケース10と共に軸受装
置１の主要部を構成し、その具体的構造を第２図に示
す。

上記軸受ケース10は、第２図に示すように、軸受４の
軸受ケースとして機能するのみならず、スライド軸受と
しての機能もなす。

すなわち、該軸受ケース10の内周面10aは係止段部11
を備えた円筒面とされて、ここに上記軸受４の外輪4b,4
bが間座12および締付ナット13を介して一体的に固定さ
れている。一方、軸受ケース10の外周面10bは円筒面と
されるとともに、その前後両端部に、一対の環状溝14,1
4が円周方向へ全周にわたり平行して設けられている。
これら環状溝14,14内には、多数の鋼球15,15…が装填さ
れており、これら鋼球15,15…は、上記環状溝14と主軸
ケース６の支持穴７の後端部7bとの間で転動可能に配列
され、これにより、軸受ケース10は、上記外輪4b,4bと
一体となって、主軸ケース６に対して軸方向へ移動可能
とされている。すなわち、軸受ケース10は、主軸ケース
６の後端に取付けられた固定部材16と主軸ケース６の当
り端面6cとの間に設定された間隔の範囲内で、軸方向へ
移動可能とされている。

なお、上記環状溝14の配設数、および鋼球15の径寸法
や装填数は、上記の軸方向の円滑な移動を担保しつつ、
この部位の必要な剛性を満たすべく設計される。また、
これら鋼球15,15…の上記環状溝14,14への充填作業は、
主軸ケース６に主軸２を装填した後に行われる。この目
的で、上記主軸ケース６の環状溝14に対応した位置に
は、転動体挿入用の挿入穴17が貫設されている。

前後軸受3,4の内輪3a,4a間には間座18,19が介装され
ており、間座18の外周面と上記主軸ケース６の支持穴７
の中間部7cとの間には、上記予圧装置５が介装されてい
る。

予圧装置５は、上記軸受装置１の軸受４の予圧を設定
するもので、圧電アクチュエータ20およびこれを作動制
御する制御装置（図示省略）を主要部として備えてな
り、圧電アクチュエータ20は、後側の軸受４の前側に隣
接するとともに、歪ゲージ21aを備えた筒体21と一体的
に設けられている。

圧電アクチュエータ20は、円筒状の環状本体22に一対
の圧電素子23,23が一体的に設けられてなる。これら一
対の圧電素子23,23は、上記環状本体22の後側面の一直
径線上に設けられるとともに、その先端部23aが先細の
くさび形状に形成された第１突子とされている。また、
図示しないが、環状本体22の前側面には、上記第１突子
23a,23aと協働する一対の第２突子が、上記第一突子23
a,23aを結ぶ直径線に対して直交する直径線上に配置さ
れている。そして、第一突子23a,23aが、上記軸受ケー
ス10と一体とされた間座24に当接する一方、上記第二突
子が筒体21に当接される。これにより、圧電アクチュエ
ータ20は、これら突子を支点として、いわゆるシーソー
運動するように装填され、上記圧電素子23,23個々の寸
法差や変位量差の釣合いが保たれるようにされている。

また、上記圧電素子23は、リード線25を介して上記制
御装置に連結されており、予め設定された予圧値に対応
した印加電圧により、あるいは、主軸２の回転数や軸方
向変位、または軸受3,4の温度の変化などの運転時の諸
条件に対応した印加電圧により、軸方向へ所定量変位す
るように構成されている。

上記歪ゲージ21aは、圧電アクチュエータ20の軸方向
変位量を検出して、これを上記制御装置にフィードバッ
クするもので、上記筒体21の外周溝に設けられるととも
に、リード線26を介して上記制御装置と連結されてい
る。筒体21の前側面21bは、主軸ケース６の固定部分つ
まり支持穴７の前端部7aと中間部7cとの境界段部に当接
されている。

しかして、以上のように構成された軸受装置１と予圧
装置５との組み合わせ構造において、まず初期の段階で
は、予め設定された予圧値に応じた電圧が圧電アクチュ
エータ20の圧電素子23,23に印加される。すると、これ
ら圧電素子が軸方向へ膨張して、軸受ケース10と一体と
なった軸受４の外輪4b,4bに適正な初期予圧を与える。
一方、運転中においては、主軸２の回転数や軸方向変位
または軸受3,4の温度の変化などの諸条件に応じた印加
電圧により、上記軸受４の予圧の修正が適宜行われる。

この場合、上記軸受４の外輪4b,4bは軸受ケース10と
共に、主軸ケース６に対して軸方向へ移動可能とされて
いるから、上記圧電素子23,23の軸方向変位が、確実か
つ円滑に上記外輪4b,4bに伝達されて、高精度な予圧設
定が行われる。

なお、本考案は圧電素子を用いた予圧装置の開発に伴
ってなされたものであるため、図示例のフライス盤のよ
うな工作機械の主軸部において、予圧装置５と協働すべ
く用いる場合に特に顕著なる効果が発揮されるものであ
るが、これに限定されるものではなく、軸受部の外径寸
法に制約があるなど同様な条件をもつ他の軸部構造にも
適用可能であることは言うまでもない。

（考案の効果） 以上詳述したように、本考案によれば、以下に列挙す
るような種々のすぐれた効果が得られ、実用上きわめて
有用な軸受装置を提供することができる。

（１）外輪が軸受ケースの内周に一体的に固定され、該
軸受ケースの円筒状外周面に、複数の環状溝が円周方向
へ全周にわたり平行して設けられ、該環状溝内に、転動
体が、この環状溝とハウジング側の軌道面との間で転動
可能に配列されているから、該ハウジングと外輪との軸
方向への相対的な移動が可能である。

特に、圧電アクチュエータを利用した予圧装置と組み
合わせて用いるときは、圧電素子の軸方向変位が、確実
かつ円滑に上記外輪に伝達されるとともに、軸部やハウ
ジング部の熱膨張等が予圧設定に直接影響するのを防止
でき、これにより、予圧制御の高精度化を図ることがで
きる。

（２）転動体が、軸受ケースの円筒状外周面に形成され
た環状溝内に装填されて、軸受ケースが保持器として機
能する構造であるから、スライド軸受のための独立した
保持器が不要となり、部品点数が少なくて構造も簡素で
ある。

（３）転動体が、軸受ケースに対して陥没状に保持され
るため、転動体外径のハウジング外径増大への影響を最
小限度に抑えることができる。

したがって、例えば、工作機械の主軸部のように、そ
の外径寸法に厳しい制約がある構造部分に適用される場
合も、既設のハウジング自体に若干の修正を加えるだけ
で、大きな設計変更を要することなくほとんどそのまま
使用することができ、設備コストの上昇を抑えることが
できる。これは主軸部のコンパクト化が叫ばれる現在の
ニーズにも十分応えうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る一実施例である軸受装置を備えた
工作機械の主軸部を一部断面で示す側面図、第２図は同
軸受装置を拡大して示す側面断面図、第３図に従来の複
列アンギュラ玉軸受とスライド軸受とを組み合わせた状
態を示す第２図に対応する側面断面図である。 １……軸受装置、２……主軸（軸部）、４……複列アン
ギュラ玉軸受、4a……内輪、4b……外輪、4c……鋼球
（転動体）、６……主軸ケース（ハウジング部）、７…
…支持穴、7b……後端部（軌道面）、10……軸受ケー
ス、10a……内周面、10b……外周面、14……環状溝、15
……鋼球、17……挿入穴（転動体挿入用）、20……圧電
アクチュエータ

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内外輪間に転動体が転動可能に配列されて
   なる軸受において、 前記内輪が軸部の外周に固定され、 前記外輪が軸受ケースの内周に一体的に固定され、 該軸受ケースの円筒状外周面に、複数の環状溝が円周方
   向へ全周にわたり平行して設けられ、 該環状溝内に、転動体が、この環状溝とハウジング側の
   軌道面との間で転動可能に配列されて、該ハウジングと
   前記外輪との軸方向への相対的な移動が可能とされてい
   る ことを特徴とする軸受装置。
2. 【請求項２】前記ハウジングの前記環状溝に対応した位
   置に、転動体挿入用の挿入穴が貫設されている請求項第
   １項記載の軸受装置。
3. 【請求項３】前記軸部が工作機械の主軸であるととも
   に、前記ハウジングが工作機械の主軸ケースである請求
   項第１項記載の軸受装置。