JP4478942B2 - 軸受固定装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸を主軸受によって主軸ヘッド本体に回転自在に支持する主軸受装置等のように回転軸を軸受で支持体に回転自在に支持する軸受装置において、軸受の内輪を回転軸に固定する軸受固定装置に関するものである。

従来、工作機械の主軸受装置においては、複数の主軸受を、主軸の軸方向にスペーサを介して所定間隔をあけて配置して、それらの外輪を主軸ヘッド本体に固定し、それらの内輪に主軸を挿通させると共に、主軸の軸方向の一端側に配置した主軸受の内輪の外端面を主軸に設けた段差面に当接させ、他端側に配置した主軸受の内輪の外端面を、主軸に締め代をもって固定したスリーブ、主軸に螺合させた止めナット、押付用ねじ付きナット等の軸受固定装置によって押し付けて内輪を主軸に固定することにより、前記主軸が主軸受に対して軸方向へ相対移動しないように支持したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１８４７１０号公報

しかし、前記スリーブにより主軸受の内輪を主軸に固定する軸受固定装置の場合は、主軸とスリーブとの間に締まり嵌めによって生じる摩擦力に依存して内輪を主軸に固定するものであるため、振動や衝撃力によってスリーブが緩んで位置ずれを起こし、内輪をしっかり押し付けることができなくなり、また、締まり公差を大きくすると、主軸の変形が大きくなり、軸受の組立精度が悪くなるおそれががある。また、止めナットによる軸受固定装置の場合は、止めナットに直径方向を向く止めねじを螺合して設けて、該止めねじで止めナットの主軸に対する回り止めをしているが、止めねじが振動や衝撃力で緩むと、止めナットも緩んで内輪をしっかり押し付けることができなくなる問題がある。さらに、押付用ねじ付きナットによる軸受固定装置の場合は、前記止めナットに更に軸方向を向く複数個の押付用ねじを螺合して、該押付用ねじで押付用リングを介して内輪を押し付けるようになっているが、前記止めねじや押付用ねじに緩みが生じて前記止めナットの場合と同様な問題がある。

なお、前記止めナットに回り止めを施すために、内径部に一つの舌片を設け外周部に複数の突起を設けたころがり軸受用座金を、内径部の舌片を回転軸の外周部にその軸方向に向けて形成した一つの溝に嵌入させて回転軸に装着し、その背面に止めナットを締め付けた後に、外周部の突起の一つを止めナットの外周部に形成した複数の溝のうちの一つに折り曲げて入れた構造とすることが慣用手段として知られている、この場合は、回転軸に溝があって回転中心に対する質量のバランスが悪いため、回転軸の良好な回転精度を得ることができず、高速の回転軸には適用できず、また、ころがり軸受用座金は繰り返し使用できない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、支持体に回転軸を回転自在に支持する軸受の内輪を、前記回転軸に対してその軸方向への位置ずれが生じないようにしっかりと固定することができ、高速回転軸の高精度回転を実現させることができる軸受固定装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、構造が簡単であり、製造、組立、分解を容易に行うことができる軸受固定装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係る軸受固定装置は、支持体に外輪を固定した軸受によって回転軸を前記支持体に対して回転自在に支持する軸受装置における前記軸受の内輪を前記回転軸に固定する軸受固定装置であって、
前記回転軸に段差面と該段差面から軸方向に所定距離を隔てて位置された環状溝とが形成され、前記軸受が、回転軸に嵌合された内輪の一端を前記回転軸の段差面に当接され、内輪の他端を回転軸に嵌合された押圧筒部材の一端に当接されており、該押圧筒部材が、その他端を前記環状溝に嵌入された複数の分割リングからなる環状カラーに当接されて、軸方向の他端側への移動を阻止されていると共に、前記環状カラーには、前記分割リングが前記環状溝から抜け出るのを防止する脱出防止手段が付設され、該脱出防止手段は前記各分割リングの外周部を囲む環状のカバーが前記押圧筒部材の他端にボルトで固定されてなることを特徴としている。

請求項２に係る軸受固定装置は、請求項１に記載の軸受固定装置において、前記押圧筒部材が回転軸に締め代をもって嵌合するスリーブとして形成されていることを特徴としている。
請求項３に係る軸受固定装置は、請求項１に記載の軸受固定装置において、前記押圧部材が回転軸に設けられた雄ねじ部に螺合するナットとして形成されていることを特徴としている。
請求項４に係る軸受固定装置は、請求項１に記載の軸受固定装置において、前記押圧筒部材が回転軸に隙間公差をもって嵌合する円筒状部材として形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に係る軸受固定装置によれば、回転軸に嵌合された軸受が、その内輪の一端を回転軸の段差面に当接され、その内輪の他端を前記回転軸に嵌合された押圧筒部材の一端に当接され、かつ、前記押圧筒部材が、その他端を回転軸の環状溝に嵌入され脱出防止手段で該環状溝からの抜け出しを阻止された環状カラーに当接されて、回転軸の軸方向の他端側への移動を止められているので、前記回転軸に振動や衝撃力が発生しても、前記軸受を回転軸に対して、その軸方向へ位置ずれを生じさせることなく、一定位置にしっかりと固定することができ、これにより、支持体に対して回転軸を前記軸受によって高精度、高速回転が可能に支持させることができる。また、前記環状カラーは複数に分割されているので、回転軸への着脱が容易である。
しかも、環状カラーを押圧部材にボルトで固定しないので、環状カラーが変形することなく押圧筒部材を介して軸受を適切な押圧力で押し付けることができる。

請求項２に係る軸受固定装置によれば、締め代をもって回転軸に固定するスリーブが、環状カラーによって回転軸の軸方向に固定されるので、前記回転軸に対する締まり公差を大きくする必要がなく、該回転軸の変形を防止して軸受の組立精度を良好に保つことができる。
請求項３に係る軸受固定装置によれば、回転軸に対し押圧筒部材を締め代をもって嵌合させる必要がないので、締まり嵌めに関する寸法管理が不要となり、部品の製造を容易に行うことができる。

請求項４に係る軸受固定装置によれば、押圧筒部材の回転軸に対する装着が容易であり、部品の製造、組立、分解を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態に係る軸受固定装置を、工作機械の主軸ヘッドにおける主軸受装置に適用した場合を例にして、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る軸受固定装置Ａを備えた工作機械の主軸ヘッド１を示す。この主軸ヘッド１は、主軸駆動モータ２を内蔵した主軸ヘッド本体３と、該主軸ヘッド本体３の先端に、主軸（回転軸）４をその軸回りに回転自在に支持する主軸受装置（軸受装置）５を固定して構成されている。
前記主軸受装置５は、軸穴６ａと基端側の外周フランジ６ｂとを有し、該外周フランジ６ｂを介してボルト等により前記主軸ヘッド本体３に固定された円筒状の軸受筒（支持体）６と、該軸受筒６の軸穴６ａ内に外輪８ａを嵌合されると共に内輪８ｂを主軸４に嵌合されて、軸穴６ａの軸方向に内、外側スペーサ７ａ，７ｂによって所定間隔をあけて配置された複数個（図示の例では４個）のころがり軸受からなる主軸受（軸受）８と、前記軸受筒６の基端部（一端部）に外周フランジ９ａを介してボルト９ｂで固定され、円筒状部９ｃを前記軸穴６ａの基端側に嵌合された短円筒状の軸受押さえ９と、前記軸受筒６の先端部にボルト等により固定され、嵌合部１０ａを前記軸穴６ａの先端部（他端部）に嵌合された環状の軸受筒蓋１０と、軸穴１１ａを前記主軸４の先端側外周部に嵌合され、外周部１１ｂを前記軸受筒蓋１０の内穴１０ｂに周方向に摺動自在に嵌合されたスリーブ（押圧筒部材）１１とを備えている。

前記主軸受８のうちの軸穴６ａ内で最も基端側（一端側）に位置する主軸受の外輪８ａは、その基端面（一端）を前記軸受押さえ９の円筒状部９ｃの先端面（他端）に当接され、また、軸穴６ａ内で最も先端側（他端側）に位置する軸受の外輪８ａは、その先端面（他端）を前記軸受筒蓋１０の嵌合部１０ａの基端面に当接され、これにより、各主軸受８は、各外側スペーサ７ｂによって隔てられた間隔を保った状態で、軸受筒６に対して主軸４の軸方向に相対移動をしないように固定されている。
また、前記主軸受８のうちの軸穴６ａ内で最も基端側（一端側）に位置する主軸受の内輪８ｂは、その基端面（一端）を主軸４の基端側の大径部４ａから先端側の小径部４ｂに変わる段差面４ｃに当接され、前記軸穴６ａ内で最も先端側（他端側）に位置する主軸受の内輪８ｂは、その先端面（他端）を前記スリーブ１１の基端面（一端）に当接され、これにより、各主軸受８は、各内側スペーサ７ａによって隔てられた間隔を保って適度に予圧が付加された状態で、主軸４に対してその軸方向に相対移動をしないように固定されている。

前記スリーブ１１は、従来の軸受固定装置と同様に、主軸４に締め代をもって固定するスリーブであり、主軸４の最先端側における軸部４ｂ１に対し緩み嵌めとなり、それから基端側に続く軸部４ｂ２に対し所要の締め代となる内径寸法を有し、前記軸部４ｂ１に嵌合させた後、圧油供給孔１１ｄから圧油をスリーブ１１と主軸４との嵌合隙間に供給して、スリーブ１１を径方向に膨張させた状態で主軸受８側へ押し込んで軸部４ｂ２に嵌合させることにより、その主軸受側の基端面（一端）を先端側に位置する主軸受８の内輪８ｂの先端面に当接させ、前記嵌合隙間への圧油の供給を断って縮径させることにより、軸部４ｂ２に締まり嵌めにより固定されるようになっている。なお、前記スリーブ１１は、主軸４から取り外すときも、同様に前記嵌合隙間に圧油を供給して径方向に膨張させた状態として、主軸４の先端側へ引き抜いて前記軸部４ｂ２から離脱されるようになっている。

前記主軸４の先端部の近くには、所定深さの矩形断面の環状溝４ｄが形成されており、該環状溝４ｄには、図２に示すように、一対の半割りリング１２ａ，１２ａをそれらの端部間に隙間１２ｂをあけて対向させて環状とした環状カラー１２が嵌入され、その内径部１２ｃを環状溝４ｄの底部に嵌合させている。そして、前記環状カラー１２は、その先端面（他端）１２ｄが環状溝４ｄの先端壁面４ｄ１に当接され、その後端面（一端）１２ｃを前記スリーブ１１の先端面（他端）に当接され、後端面（一端）１２ｅと環状溝４ｄの後端壁面４ｄ２との間には隙間があけられている。そして、前記最先端の主軸受８の内輪８ｂの先端面から前記環状溝４ｄの前端壁面４ｄ１までの寸法Ｅを測定して、環状カラー１２の厚さ（主軸４の軸方向の長さ）Ｆと前記スリーブ１１の主軸４の軸方向における長さＧとの合計寸法（Ｆ＋Ｇ）を前記寸法Ｅより僅かに大きくして、前記主軸受８に対して所定の押圧力が付加されるように、前記厚さＦと長さＧの寸法、好ましくは厚さＦの寸法が微調節される。

また、前記スリーブ１１の先端面には、主軸４に前側の小径の軸穴１３ａを嵌合させた環状のカバー１３が、その周方向に間隔をあけて配置した複数のボルト穴に挿通したボルト１４を、スリーブ１１に設けたねじ孔１１ｃに螺合することにより固定されており、カバー１３の後側の大径の軸穴１３ｂ内に前記環状カラー１２の外周部が嵌合され、主軸４の回転に伴う環状カラー１２の遠心力による前記環状溝４ｄからの飛び出し（抜け出し）を防止するようになっている。
なお、図示しないが、前記圧油供給孔１１ｄには圧油供給装置から前記軸受筒蓋１０に設けた油孔を介して圧油が供給されるようになっている。また、前記主軸４の先端側には工具を有する工具ホルダを装着するためのテーパ穴１５が設けられている。

前記のように、軸受筒６の軸穴６ａ内に外輪８ａを嵌合させて、外側スペーサ７ｂと軸受押さえ９と軸受筒蓋１０とによって主軸４の軸方向への主軸受８の移動を固定し、該主軸受８の内輪８ｂに嵌合した主軸４を主軸ヘッド１に回転自在に支持するようにした主軸受装置５において、前記主軸４の段差面４ｃ、内側スペーサ７ａ、前記スリーブ１１、環状カラー１２およびカバー１３等が、主軸４に対して主軸受８を主軸４の軸方向へ移動しないように固定する軸受固定装置Ａを構成している。

この軸受固定装置Ａの構成によれば、内側スペーサ７ａによって隔てられて主軸４の小径部４ｂに嵌合された主軸受８は、その内輪８ｂのうちの最基端側の内輪８ｂの基端面が、主軸４の段差面４ｃに当接され、内輪８ｂのうちの最先端側の内輪８ｂの先端面が締まり嵌めにより前記主軸４に固定されたスリーブ１１の後端面に当接されることにより、主軸４に対してその軸方向への移動が固定され、かつ、前記スリーブ１１が主軸４の環状溝４ｄに嵌入された環状カラー１２によって主軸４の軸方向の先端側への移動を止められているので、万一、スリーブ１１が主軸４に発生した振動や衝撃力によって緩むようなことがあっても、前記スリーブ１１は前記環状カラー１２によって確実に一定位置に固定しておくことができる。
したがって、スリーブ１１を締まり公差を大きくしなくて済み、主軸受８を主軸４に対して、その軸方向に位置ずれを生じさせることなく、しっかりと固定させることができるので、主軸４の変形を防止して軸受の組立精度を良好に保つことができ、主軸４を主軸受８によって主軸ヘッド１に対して高精度、高速回転が可能に支持させることができる。
しかも、前記環状カラー１２は半割りとなっているので、主軸４への取り付け、取り外しが容易であり、環状カラー１２の環状溝４ｄからの抜け出しは、スリーブ１１に固定されたカバー１３によって確実に阻止することができる。

次に、図３は本発明の第２の実施の形態に係る軸受固定装置Ｂを示す。
この実施の形態に係る軸受固定装置Ｂは、第１の実施の形態の軸受固定装置Ａにおけるカバー１３を省略し、前記環状カラー１２に代えて、図４に示す環状カラー１２Ｂを設けたものである。その他の構成は、第１の実施の形態に係る軸受固定装置Ａと同一であるので、同一の構成部分には同一の符号を付してそれらについての説明は省略する。
前記環状カラー１２Ｂは、図４に示すように、前記半割リング１２ａ，１２ａより外径を大きくした一対の半割りリング１２ｆ，１２ｆをそれらの端面間に隙間１２ｂをあけて対向され、外周側に寄った位置に周方向に所定間隔をあけて複数（図示の例では各半割リング１２ｆ，１２ｆ毎に４個、合計８個）のボルト孔１２ｇが設けられている。そして、環状カラー１２Ｂは、前記主軸４の環状溝４ｄに嵌入して、その底部に内径部１２ｃを嵌合させ、前記ボルト孔１２ｇに挿通させたボルト１４を前記スリーブ１１の前端面に設けたねじ孔１１ｃに螺合して締め付けることにより、スリーブ１１と一体的に取り付けられるようになっている。

この実施の形態に係る軸受固定装置Ｂの場合も、主軸４の段差面４ｃとの間で内側スペーサ７ａで隔てられた主軸受８の内輪８ｂを主軸４に固定するスリーブ１１が、前記環状カラー１２Ｂによって主軸４の軸方向の先端側への移動を止められているので、前記実施の形態に係る軸受固定装置Ａによる場合と同様な作用効果が得られると共に、軸受固定装置Ａに比べてカバー１３が不要となるので、その分、部品点数が少なくなって構造が簡単になり、製造、組立、分解が一層容易である。

次に、図５は本発明の第３の実施の形態に係る軸受固定装置Ｃを示す。
この実施の形態に係る軸受固定装置Ｃは、第１の実施の形態の軸受固定装置Ａにおけるスリーブ１１を、主軸４の先端側に形成した雄ねじ部４ｅに螺合するナット（押圧筒部材）１１Ａに代えたものである。その他の構成は、第１の実施の形態に係る軸受固定装置Ａと同一であるので、同一の構成部分には同一の符号を付してそれらについての説明は省略する。
前記ナット１１Ａは、前記スリーブ１１の軸穴１１ａに代えて、その軸穴１１ａの全長にわたって雌ねじ１１ｅを形成したものに相当し、その他の形状はスリーブ１１と同様に形成されている。そして、前記ナット１１Ａは、その雌ねじ１１ｅが前記主軸４の先端側における前記環状溝４ｄの後端壁面４ｄ２の位置から最先端に位置する主軸受８の前端付近にわたって形成された雄ねじ部４ｅに螺合されて、その基端側の端面が最先端に位置する軸受８の内輪８ｂの前端面に当接されている。

この実施の形態に係る軸受固定装置Ｃの場合も、主軸４の段差面４ｃとの間で内側スペーサ７ａで隔てられた主軸受８の内輪８ｂを主軸４に固定するナット１１Ａが、前記環状カラー１２によって主軸４の軸方向の先端側への移動を止められているので、緩み止めねじやころがり軸受用座金等を使用しなくても、ナット１１Ａが主軸４に発生した振動や衝撃力によって緩むようなことがなく、前記軸受固定装置Ａによると同様な作用効果が得られると共に、軸受固定装置Ａにおいて必要な、前記スリーブ１１と主軸４との締まり嵌めに関する寸法管理が不要となるので、それらの部品の製造が容易となる。

また、図６は本発明の第４の実施の形態に係る軸受固定装置Ｄを示す。
この実施の形態に係る軸受固定装置Ｄは、前記第３の実施の形態に係る軸受固定装置Ｃにおけるカバー１３を省略し、前記環状カラー１２に代えて、第２の実施の形態に係る軸受固定装置Ｂに設けた環状カラー１２Ｂ（図４参照）を使用したものである。その他の構成は、第３の実施の形態に係る軸受固定装置Ｃと同一であるので、同一の構成部分には同一の符号を付してそれらについての説明は省略する。
この実施の形態に係る軸受固定装置Ｄの場合は、前記軸受固定装置Ｃに比べてカバー１３が不要となる分だけ部品点数が少なく、その分、構造が一層簡単になるが、その他は軸受固定装置Ｃと同様な作用効果を奏することができる。

なお、前記実施の形態に係る軸受固定装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいては、主軸４の段差面との間に内側スペーサ７ａを介在させて配置した複数の主軸受８を主軸４の軸方向へ押圧する押圧筒部材として、前記主軸４に締め代をもって嵌合するスリーブ１１，主軸４に螺合するナット１１Ａを使用したが、これらの部材に限らず、主軸４に隙間公差をもって嵌合する円筒状部材を使用してもよい。この場合には、該円筒状部材の装着に際して主軸４に変形が生じる心配がなく、主軸受８の組立精度を高めることができ、一層、高精度、高速回転を実現し得る主軸受装置５を構成することができる。また、前記主軸受８をスペーサ７ａ，７ｂを介して主軸４の軸方向に間隔をあけて４個配置した例を示したが、軸受８の個数はこれに限らず、１固または４個以外の複数であってもよい。１個の場合は、前記内、外側スペーサ７ａ，７ｂは不要であることは言うまでもない。また、環状カラー１２，１２Ｂをそれぞれ一対の半割りリング１２ａ，１２ａ、１２ｆ，１２ｆで構成したが、これに限らず、３つ以上の複数に分割したリングで構成してもよい。
また、本発明を工作機械の主軸ヘッド１において主軸４を支持する主軸受装置５に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、工作機械の他の装置において回転軸を支持する軸受装置や工作機械以外の各種機械の回転軸を支持する軸受装置においても適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る軸受装置を示す縦断面図である。 環状カラーの一例を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る軸受装置を示す縦断面図である。 環状カラーの他の例を示す正面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る軸受装置を示す縦断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る軸受装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 主軸ヘッド
４ 主軸（回転軸）
４ａ 大径部
４ｂ 小径部
４ｃ 段差面
４ｄ 環状溝
４ｄ１ 前側壁面
４ｅ 雄ねじ部
５ 主軸受装置（軸受装置）
６ 軸受筒（支持体）
７ａ，７ｂ 内、外側スペーサ
８ ころがり軸受（軸受）
９ 軸受押さえ
１０ 軸受筒蓋
１１ スリーブ（押圧筒部材）
１１Ａ ナット（押圧筒部材）
１１ｅ 雌ねじ
１２，１２Ｂ 環状カラー
１３ カバー
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 軸受固定装置

Claims (4)

1. 支持体に外輪を固定した軸受によって回転軸を前記支持体に対して回転自在に支持する軸受装置における前記軸受の内輪を前記回転軸に固定する軸受固定装置であって、
   前記回転軸に段差面と該段差面から軸方向に所定距離を隔てて位置された環状溝とが形成され、前記軸受は、回転軸に嵌合された内輪の一端が前記回転軸の段差面に当接され、内輪の他端が回転軸に嵌合された押圧筒部材の一端に当接されており、該押圧筒部材は、その他端が前記環状溝に嵌入された複数の分割リングからなる環状カラーに当接されて、軸方向の他端側への移動を阻止されていると共に、前記環状カラーには、前記分割リングが前記環状溝から抜け出るのを防止する脱出防止手段が付設され、該脱出防止手段は前記各分割リングの外周部を囲む環状のカバーが前記押圧筒部材の他端にボルトで固定されてなることを特徴とする軸受固定装置。
2. 前記押圧筒部材は回転軸に締め代をもって嵌合するスリーブとして形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の軸受固定装置。
3. 前記押圧筒部材は回転軸に設けられた雄ねじ部に螺合するナットとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受固定装置。
4. 前記押圧筒部材は回転軸に隙間公差をもって嵌合する円筒状部材として形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸受固定装置。

Images