JP4196709B2

JP4196709B2 - 円筒ころ軸受およびスピンドルユニット

Info

Publication number: JP4196709B2
Application number: JP2003087076A
Authority: JP
Inventors: 晋治福田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004293668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒ころ軸受およびスピンドルユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ころ軸受において、内輪または外輪の軌道面の軸方向両端に鍔を設け、外輪または内輪の軌道面の両端に鍔を設けないようにしたものがある。
【０００３】
このようなころ軸受において、エッジロードの発生を無くすために、内輪の軌道面、外輪の軌道面や、ころの転動面に対してクラウニングを施すことが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実用新案登録番号第２５５４８８２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例において、例えばクラウニングをころの転動面や外輪の軌道面に施した場合、ころがスキューしやすくなるため、ころが一方軌道輪の鍔に対してひきずりながら接触するような現象が発生しやすくなる。仮に、内輪に鍔を設けている場合、ころのスキューに伴いころが内輪の鍔に対してひきずりながら接触することになる。もともと、外輪側はケースなどを通じて放熱しやすいが、内輪側は熱がこもりやすい。そのため、上記のように内輪の鍔に対してころがひきずりながら接触する現象が発生すると、外輪側に比べて内輪側の温度上昇が大きくなり、ころ軸受のラジアル隙間が詰まりやすくなるなど、好ましくない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の円筒ころ軸受は、工作機械のスピンドル軸をケースに対して支持する円筒ころ軸受であって、内径部分に軸方向に平坦な軌道面を有する鍔無しの外輪と、外径部分の軌道面の軸方向両端に径方向外向きに鍔を有する内輪と、前記外輪と内輪との軌道面間に介装される複数のころとを備え、前記ころの軸方向両端側に前記外輪の軌道面との間でエッジロードを軽減する程度のクラウニング部が軸方向両端側それぞれで前記ころの軸方向の有効軌道長さの１５〜２５％の軸方向長さで設けられており、
前記複数のころの軸方向両端の前記クラウニング部は軸方向における前記外輪の軌道面の範囲内に位置し、前記内輪の軌道面において軸方向の両鍔寄りの領域に、ころに対して非接触となるぬすみが前記内輪の径方向における前記クラウニング部の径方向内方に設けられ、放熱性に劣る前記内輪の温度上昇を抑制すべく前記ぬすみの軸方向の長さを前記クラウニング部の軸方向長さより大きくする調整によって、前記内輪の軌道面に対する前記ころの軸方向接触長さが、前記ころの軸方向の有効軌道長さの２０〜６０％に設定されている。
本発明のスピンドルユニットは、ケース内に対して、請求項１記載の円筒ころ軸受を介して、スピンドル軸を回転自在に支持させたスピンドルユニットである。
【０００７】
この場合、外輪の軌道面を平坦にしてころの軸方向両端側に僅かなクラウニング部を設けているから、ころのエッジロードを軽減できるようになるとともに、ころがスキューしにくくなって、ころが内輪の鍔に対してひきずりながら接触するような現象が発生しにくくなる。しかも、内輪の軌道面に対するころの接触面積を可及的に小さく設定しているから、放熱性に劣る内輪側の温度上昇を抑制できて、この内輪側と放熱性に優れた外輪側との温度差を小さくできるようになる。これらの相乗により、ラジアル隙間の変化を抑制できるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１から図３に本発明の一実施形態を示している。図１において、１はころ軸受の全体を示している。このころ軸受１は、外輪２と、内輪３と、複数のころ４と、ころ４を保持する保持器５とを備えている。
【０００９】
外輪２は、内径部分の軸方向中間領域が平坦な軌道面２ａとされているとともに、その軸方向両端部分がそれぞれ外側へ向けて漸次拡径するテーパ面とされており、鍔無し構造になっている。
【００１０】
内輪３は、外径部分の軸方向中間領域が軌道面３ａとされているとともに、その軸方向両端に径方向外向きに突出する鍔３ｂ，３ｃが設けられており、鍔付き構造になっている。
【００１１】
ころ４は、外輪２と内輪３との軌道面２ａ，３ａ間に介装されるものである。このころ４の軸方向両側には、外輪２の平坦な軌道面２ａとの間でエッジロードを軽減する程度のクラウニング部４ａ，４ｂが設けられており、さらにころ４の軸方向両端縁には、いわゆる「Ｒ面取り」が施されている。このクラウニング部４ａ，４ｂは、軸方向両端へ向けて漸次縮径する緩やかな曲面からなり、僅かな縮径量に設定されている。また、このクラウニング部４ａ，４ｂの軸方向での長さＬ１は、ころ４の有効軌道長さＬ０の１５〜２５％と短く設定されている。なお、ころ４の有効軌道長さＬ０は、ころ４の軸方向両端縁のＲ面取りを除く領域の長さである。
【００１２】
さらに、内輪３の軌道面３ａにおいて両鍔３ｂ，３ｃ寄りの領域には、ころ４に対して非接触となるぬすみ３ｄ，３ｅが設けられており、かつこのぬすみ３ｄ，３ｅの大きさを調整することによって、内輪３の軌道面３ａに対するころ４の軸方向接触長さＬ２が、ころ４の有効軌道長さＬ０の２０〜６０％、好ましくは、３０〜６０％、より好ましくは、４０〜６０％に設定されている。なお、前記下限値２０％より小さくすると、負担しうる荷重が減少しすぎるとともに、回転中のころ４がスキューしやすくなる。一方、前記上限値６０％より大きくすると、内輪３側での温度が過剰に上昇することになり、外輪２側と内輪３側との温度差が拡大する。
【００１３】
上記内輪３の軌道面３ａにおいてころ４が接触する軸方向中間領域は、平坦面とされており、また、上記ぬすみ３ｄ，３ｅは、内輪３の軌道面３ａにおいて軸方向中間領域から軸方向両端へ向けて漸次縮径する湾曲面からなる。なお、内輪３の軌道面３ａの平坦な軸方向中間領域と前記ぬすみ３ｄ，３ｅとは、滑らかに連接されている。
【００１４】
以上説明したように、外輪２の軌道面を平坦にしてころ４の軸方向両端部に僅かなクラウニング部４ａ，４ｂを設けているから、ころ４のエッジロードを軽減できるようになるとともに、ころ４の転動姿勢が安定してスキューしにくくなって、ころ４が内輪３の鍔３ｂ，３ｃに対してひぎずりながら接触するような現象が発生しにくくなる。また、内輪３の軌道面３ａに対するころ４の接触面積を可及的に小さく設定しているから、放熱性に劣る内輪３側の温度上昇を抑制することができ、内輪３側と放熱性に優れた外輪２側との温度差を小さくできるようになる。これらの相乗によって、ころ軸受１のラジアル隙間の変化を抑制できて、ころ軸受１の動作安定化と長寿命化を達成できるようになる。
【００１５】
参考までに、ころ軸受１の昇温特性を調べたので、説明する。ここでは、試料として、本実施形態に係るころ軸受と、従来例に係るころ軸受とを用いている。本実施形態に係るころ軸受は、図１に示した特徴構成を有するものとし、ころ４の端部のクラウニング部４ａ，４ｂの長さＬ１をころ４の有効軌道長さＬ０に対して２０％に、また、内輪３の軌道面３ａにおける平坦面の長さＬ２をころ４の有効軌道長さＬ０に対して５０％に設定している。従来例に係るころ軸受は、内・外輪の軌道面を共に平坦面としたものとする。試験に用いたころ軸受１は、本実施形態品および従来品ともに、呼び番号Ｎ１０１４Ｋ相当（内径φ７０ｍｍ×外径φ１１０ｍｍ×幅２０ｍｍ）としている。また、潤滑方式は、オイルアンドエアとする。使用する潤滑油は、ＩＳＯＶＧ３２相当の潤滑油とし、給油量は、０．０１ｍｌ／６分とする。
【００１６】
結果としては、図３に示すように、本実施形態のものは低速回転から高速回転までの全域において従来例のものに比べて外輪２の温度上昇を抑制できており、特に高速回転息での温度上昇の抑制効果を確認することができた。
【００１７】
ところで、上記ころ軸受１は、例えば図２に示すように、工作機械のスピンドル軸１２の付け根側を支持するために用いることができる。図中、１０はハウジング、１１はスピンドルユニットであり、ハウジング１０に対してスピンドルユニット１１が軸方向に位置決めされた状態で取り付けられている。
【００１８】
スピンドルユニット１１は、スピンドル軸１２を、四つのアンギュラ玉軸受１３Ａ〜１３Ｄおよび上記実施形態で説明したころ軸受１を介して円筒形のケース１４内に回転自在に支持させた構成になっている。このスピンドル軸１２の上端には、モータなどの駆動源１５が連結され、また、スピンドル軸１２の下端には、図示しない加工工具が着脱自在に結合される。
【００１９】
上記四つのアンギュラ玉軸受１３Ａ〜１３Ｄは、スピンドル軸１２において加工工具が結合される側の端部に二つずつ背面合わせで配置され、また、ころ軸受１は、スピンドル軸１２において駆動源１５が配置される側に配置されている。このような配置とすれば、スピンドル軸１２の回転動作に伴い温度上昇したときに、スピンドル軸１２の加工工具が結合される側の端部を軸方向不動にでき、温度上昇に伴うスピンドル軸１２の軸方向伸びを駆動源１５側へ許容させるようにできる。
【００２０】
このようなスピンドル軸１２の付け根側を本発明に係るころ軸受１で支持させるようにすれば、ころ軸受１の発熱を抑制できるとともにラジアル隙間の詰まりを抑制できるので、スピンドル軸１２の回転トルクの増加を抑制できるようになる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明では、外輪の軌道面を平坦にしてころの軸方向両端に僅かなクラウニング部を設けることにより、ころのエッジロードを軽減するとともに、ころをスキューしにくくさせているから、このころを内輪の鍔に対してひきずりながら接触するような現象を発生させにくくできる。しかも、内輪の軌道面に対するころの接触面積を可及的に小さく設定することにより、放熱性に劣る内輪側の温度上昇を抑制させて、この内輪側と放熱性に優れた外輪側との温度差を小さくできるようにしている。これらの相乗により、ラジアル隙間の変化を抑制できて、ころ軸受の動作安定化と長寿命化を達成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るころ軸受の上半分を示す断面図
【図２】図１のころ軸受の使用例であるスピンドルユニットを示す断面図
【図３】図１のころ軸受の昇温データを示す図表
【符号の説明】
１ころ軸受
２外輪
２ａ外輪の軌道面
３内輪
３ａ内輪の軌道面
３ｂ，３ｃ内輪の鍔
３ｄ，３ｅ内輪のぬすみ
４ころ
４ａ，４ｂころのクラウニング部

Claims

工作機械のスピンドル軸をケースに対して支持する円筒ころ軸受であって、
内径部分に軸方向に平坦な軌道面を有する鍔無しの外輪と、
外径部分の軌道面の軸方向両端に径方向外向きに鍔を有する内輪と、
前記外輪と内輪との軌道面間に介装される複数のころとを備え、
前記ころの軸方向両端側に前記外輪の軌道面との間でエッジロードを軽減する程度のクラウニング部が軸方向両端側それぞれで前記ころの軸方向の有効軌道長さの１５〜２５％の軸方向長さで設けられており、
前記複数のころの軸方向両端の前記クラウニング部は軸方向における前記外輪の軌道面の範囲内に位置し、
前記内輪の軌道面において軸方向の両鍔寄りの領域に、ころに対して非接触となるぬすみが前記内輪の径方向における前記クラウニング部の径方向内方に設けられ、
放熱性に劣る前記内輪の温度上昇を抑制すべく前記ぬすみの軸方向の長さを前記クラウニング部の軸方向長さより大きくする調整によって、前記内輪の軌道面に対する前記ころの軸方向接触長さが、前記ころの軸方向の有効軌道長さの２０〜６０％に設定されている、円筒ころ軸受。
ケース内に対して、請求項１記載の円筒ころ軸受を介して、スピンドル軸を回転自在に支持させたスピンドルユニット。