JP5929544B2 - Rolling bearings and spindles for machine tools - Google Patents
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Description
本発明は、転がり軸受及び工作機械用主軸装置に関し、より詳細には、高速回転する工作機械用主軸装置、高速モータ等に用いられる転がり軸受及びそれを用いた工作機械用主軸装置に関する。 The present invention relates to a rolling bearing and a main spindle device for machine tools, and more particularly to a main spindle device for machine tools that rotates at high speed, a rolling bearing used for a high-speed motor, and a main spindle device for machine tools using the same.
最近の工作機械の主軸においては、高効率加工のため高速化が進み、従来の歯車駆動及びベルト駆動では、歯のかみ合い部での摩擦、ベルトのスリップによる発熱など伝達効率がよくないため、カップリングによる駆動モータ直結タイプ若しくは主軸内部にモータを搭載したいわゆる、モータビルトインタイプが主流を占めている。これらの高速主軸の場合、主軸に使用される軸受のdmn値は50万以上がほとんどである。また、軸受の転動体に比重の小さい軽量のセラミック材料(例えば、窒化けい素など)を用いて高速回転時の転動体の遠心力を抑えた軸受では、dmn値が100万以上を越えるケースもある。 In recent spindles of machine tools, the speed has increased due to high-efficiency machining, and the conventional gear drive and belt drive have poor transmission efficiency such as friction at the tooth meshing part and heat generated by belt slip. A drive motor direct connection type using a ring or a so-called motor built-in type in which a motor is mounted inside the main shaft dominates. In the case of these high-speed main shafts, the dmn value of the bearing used for the main shaft is almost 500,000 or more. Also, there are cases in which the dmn value exceeds 1 million or more in a bearing in which a lightweight ceramic material (for example, silicon nitride) having a small specific gravity is used for the rolling element of the bearing to suppress the centrifugal force of the rolling element during high-speed rotation. is there.
このような高速回転用途の軸受に使用される保持器では、軽量、かつ耐摩耗性のある合成樹脂材料保持器として、例えば、フェノール、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド(略称:PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(略称:PEEK)、ポリイミドなどが使用されており、さらには強化材として、ガラス繊維・カーボン繊維・アラミド繊維などが添加されている場合がある。 In a cage used for such a bearing for high-speed rotation applications, as a lightweight and wear-resistant synthetic resin material cage, for example, phenol, polyamide, polyphenylene sulfide (abbreviation: PPS), polyether ether ketone ( Abbreviation: PEEK), polyimide, and the like are used, and glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, or the like may be added as a reinforcing material.
保持器は、円周方向に等間隔に形成されたポケットによって、転動体を円周方向に等間隔に配置させる。当然のことながら、転動体を円滑にポケット内で自転させるには、ポケット内面と転動体間に適正なすきま(ポケットすきま)を設ける必要がある。また、内外輪間で保持器は軸受の半径方向にもすきまを設けており、保持器の半径方向動き量は、外輪内周面と保持器外周面間、または、内輪外周面と保持器内周面間のいずれか小さい方のすきま(案内すきま)で規制される。 The cage places the rolling elements at equal intervals in the circumferential direction by pockets formed at equal intervals in the circumferential direction. As a matter of course, in order to smoothly rotate the rolling element within the pocket, it is necessary to provide an appropriate clearance (pocket clearance) between the pocket inner surface and the rolling element. The cage also has a clearance in the radial direction of the bearing between the inner and outer rings, and the radial movement of the cage is between the outer ring inner peripheral surface and the cage outer peripheral surface, or between the inner ring outer peripheral surface and the cage inner Regulated by the smaller clearance (guide clearance) between the peripheral surfaces.
このため、このような保持器を組み込んだ転がり軸受においては、転動体が転がって接する内輪軌道面と外輪軌道面の形状誤差、転動体自身の形状誤差、あるいは、軸受の内輪と外輪との中心軸の芯ずれや傾き等によって、転動体は、転動体ごとに微小の遅れや進みが発生し、保持器ポケットの内面と接触する。また、保持器自身も外内輪間で不規則な挙動を生じる。この結果、保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生することがある。 For this reason, in a rolling bearing incorporating such a cage, the shape error of the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface on which the rolling element rolls in contact, the shape error of the rolling element itself, or the center between the inner ring and outer ring of the bearing Due to shaft misalignment, inclination, etc., the rolling elements are slightly delayed or advanced for each rolling element, and come into contact with the inner surface of the cage pocket. Also, the cage itself behaves irregularly between the outer and inner rings. As a result, noise and vibration called cage noise may occur.
保持器音等の発生を抑制する転がり軸受として、例えば特許文献1〜3の転がり軸受が知られている。 As rolling bearings that suppress the generation of cage noise and the like, for example, rolling bearings disclosed in Patent Documents 1 to 3 are known.
しかしながら、特許文献1〜3の転がり軸受においても、保持器音等の発生を抑制するという点において改善の余地があった。 However, the rolling bearings of Patent Documents 1 to 3 have room for improvement in terms of suppressing the occurrence of cage noise and the like.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持器音を抑制可能な転がり軸受及び工作機械用主軸装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a rolling bearing and a machine tool spindle device capable of suppressing cage noise.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数のころと、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数のころをそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または内輪案内である転がり軸受であって、
前記ころと前記保持器との径方向すきまは、案内すきまの2倍以上、且つ、案内輪の面取り長さ以下であることを特徴とする転がり軸受。
(2) 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、該リング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部と、を有し、
前記柱部は、円周方向両側の軸方向中間部に、前記ころ側に突出した爪部を有し、
前記径方向すきまは、前記爪部の内面から前記保持器の回転軸線と前記ころの回転軸線を結ぶ線分と平行に引いた線と前記ころとの交点との間の距離であることを特徴とする(1)に記載の転がり軸受。
(3) (1)又は(2)に記載の転がり軸受を備えたことを特徴とする工作機械用主軸装置。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) An outer ring, an inner ring, a plurality of rollers that are rotatably arranged between the outer ring and the inner ring, and a plurality of rollers that are formed at predetermined intervals in the circumferential direction and hold the plurality of rollers, respectively. A rolling bearing having a pocket and a guide method of the cage being an outer ring guide or an inner ring guide,
A rolling bearing characterized in that a radial clearance between the roller and the cage is not less than twice the guide clearance and not more than the chamfer length of the guide wheel.
(2) The cage includes a pair of ring portions arranged side by side in the axial direction and a plurality of column portions arranged at predetermined intervals in the circumferential direction so as to connect the ring portions. And
The column part has a claw part protruding to the roller side at an axially intermediate part on both sides in the circumferential direction,
The radial clearance is a distance between an intersection of the roller and a line drawn in parallel with a line connecting the rotation axis of the cage and the rotation axis of the roller from the inner surface of the claw portion. The rolling bearing according to (1).
(3) A spindle device for a machine tool comprising the rolling bearing according to (1) or (2).
上記(1)に記載の転がり軸受によれば、ころと保持器との径方向すきまは、案内すきまの2倍以上であるので、高速回転時に保持器がホワールし回転数に応じた力で外輪に押し付けられて変形しても、保持器音の発生を抑制することができる。なお、本明細書において、「ホワール」とは、回転軸の触れ回り、及び、遠心力に伴い保持器密度のばらつき等の影響で保持器が楕円状に変形することを含む趣旨である。
また、保持器ところ間の摩擦が増加することがないので、異常昇温により焼きつきも防止することができる。
さらに、径方向すきまは、案内輪の面取り長さ以下であるので、内輪、保持器、ころを組み付けた組立体を外輪に軸方向から挿入する際に、外輪端部にころが干渉することが抑制され、組み込み性の悪化を抑制することができる。
According to the rolling bearing described in (1) above, since the radial clearance between the roller and the cage is more than twice the guide clearance, the cage is whirled during high-speed rotation, and the outer ring is rotated with a force according to the rotational speed. Even if it is pressed and deformed, the generation of the cage sound can be suppressed. In the present specification, the term “hoir” means that the cage is deformed into an ellipse due to the influence of the variation of the cage density, etc., around the rotating shaft and centrifugal force.
Further, since friction between the cages does not increase, seizure can be prevented by abnormal temperature rise.
Furthermore, since the radial clearance is equal to or less than the chamfered length of the guide wheel, the roller may interfere with the end of the outer ring when the assembly including the inner ring, the cage, and the roller is inserted into the outer ring from the axial direction. It can be suppressed and deterioration of the incorporation property can be suppressed.
上記(2)に記載の転がり軸受によれば、保持器音の発生を抑制しながら、爪部によりころの脱落を確実に防止することができる。 According to the rolling bearing described in (2) above, it is possible to reliably prevent the rollers from falling off by the claw portion while suppressing the generation of the cage sound.
上記(3)に記載の工作機械用主軸装置によれば、高速回転させた場合であっても保持器音を抑制することができる。 According to the spindle device for machine tools described in (3) above, the cage noise can be suppressed even when the machine tool is rotated at a high speed.
以下、本発明の各実施形態に係る転がり軸受について図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態の転がり軸受の断面図、図2は図1の保持器の斜視図、図3は図1の転がり軸受の一部を示す平面図、図4は図3のC−C線断面図である。 Hereinafter, the rolling bearing according to each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a sectional view of a rolling bearing according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the cage of FIG. 1, FIG. 3 is a plan view showing a part of the rolling bearing of FIG. 1, and FIG. It is a CC sectional view taken on the line.
本発明の一実施形態に係る転がり軸受1は、図1に示すように、内周面に外輪軌道面2aを有する外輪2と、外周面に内輪軌道面3aを有する内輪3と、外輪軌道面2a及び内輪軌道面3a間に転動自在に配置される複数のころ(転動体)4と、円周方向に所定の間隔で形成され、複数のころ4をそれぞれ保持する複数のポケット11を有する保持器10と、を備え、グリース潤滑で使用される。
As shown in FIG. 1, a rolling bearing 1 according to an embodiment of the present invention includes an
ころ4は、図3に示すように、回転軸線Q方向の両側をそれぞれの端部へ向けて全周に亘って徐々に縮径させてなるクラウニング部5、5と、これらのクラウニング部5、5を一定の径寸法で連続させてなるころ直線部6と、から構成される。なお、クラウニング部5、5及びころ直線部6の長さや、クラウニング部5、5ところ直線部6との間の傾斜角度などは、使用条件や使用目的などに応じて任意に設定すればよいため、ここでは特に限定しない。
As shown in FIG. 3, the
保持器10は、図2〜4に示すように、軸方向に並んで配置された一対のリング部12と、両リング部12間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部13と、を有し、一対のリング部12と隣り合う柱部13によってポケット11を構成している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
柱部13の円周方向両側の軸方向中間部には、直線形状を有するポケット直線部15が形成されている。このポケット直線部15は、保持器10の回転軸線Rと平行になるように形成されており、円周側壁部16を構成している。従って、保持器10が傾いていない状態においては、保持器10の回転軸線Rところ4の回転軸線Qが平面視で一致するので、ポケット直線部15(円周側壁部16)ところ直線部6が平行となる。円周側壁部16は、ころ4の転動面であるころ直線部6と対向し転動体保持面として機能する。
Pocket
また、柱部13の円周方向両側の軸方向中間部には、柱部13の円周側壁部16円周方向側面から僅かにころ4側に突出連続した側面を有し、円筒ころ4を確実に保持するための爪部14が柱部13の径方向外面から突出して設けられている。
In addition, the axially intermediate portions on both sides in the circumferential direction of the
円周側壁部16は、回転軸方向から見て平坦面をなしており、爪部14の内面から回転軸線Rと回転軸線Qを結ぶ線分Xと平行に引いた線Yところ4との交点Zと、保持器10の爪部14の内面との間に、径方向すきまΔDが設けられている(図4参照)。軸方向においては、ころ4とポケット11との間に軸方向ポケットすきまΔP(ころ4の円周方向両側にそれぞれΔP/2)が設けられている(図3参照)。
The circumferential
また、柱部13の円周方向両側の軸方向両端部には、円周側壁部16から窪むようにグリース溜まり17が設けられている。
Further,
保持器10は、柱部13の径方向外面よりも大径の両リング部12の外周面12aが外輪軌道面2aによって案内される外輪案内方式である。
The
続いて、本発明の特徴である、ころ4と保持器10との径方向すきまについて説明する。
径方向すきまΔDは、外輪内径(転がり軸受1の回転軸線を通る外輪軌道面2a間の径方向距離)と保持器外径(転がり軸受1の回転軸線を通る一対のリング部12の外周面12a間の径方向距離)の差である案内すきまをΔEとすると、案内すきまΔEの2倍以上、且つ、案内輪である外輪2の面取り長さF以下となるように、その大きさが設定されている。
Next, the radial clearance between the
The radial clearance ΔD is determined by the outer ring inner diameter (the radial distance between the outer
以下にその理由について、図5に基づいて説明する。図5は、保持器の移動及び変形を説明する転がり軸受の断面図である。
転がり軸受1においては、図5で示したころ4側及びその反対側(図5で示したころ4から180°の位置、)でそれぞれ案内すきまΔE/2が確保されている。そのため、図5で示したころ4側において、保持器10は内径側にΔE/2だけ動くことができる。図5中、実線は保持器10が非回転時における中立位置、即ちころの公転軸線(転がり軸受1の回転軸線)と保持器10の回転軸線Rが一致した状態の保持器10の位置を示しており、一点鎖線は、保持器10が内径側にΔE/2だけ動いた状態を示している。したがって、理論上は、径方向すきまΔDがΔE/2より大きければ、ころ4が保持器10と接触することがないこととなる。
The reason will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a rolling bearing for explaining movement and deformation of the cage.
In the rolling bearing 1, guide clearances ΔE / 2 are secured on the
しかしながら、高速回転時に保持器10がホワールすると、回転数に応じた力で保持器10が外輪2に押し付けられて変形する。即ち、保持器10が内径側にΔE/2だけ動いてさらに外輪内周面に押し付けられると、楕円状に変形し、図5で図したころ4側において、保持器10は内径側にさらに動くこととなる。図5中の二点鎖線は、保持器10がホワールによりさらに内径側に動いた(変形した)状態を示している。なお、図5では、円周方向における保持器10の変形については無視している。
However, when the
保持器10がホワールにより内径側にさらに動くと、径方向すきまΔDはさらに減少する。このホワールによる径方向すきまΔDの減少量は、保持器10の材質、形状等により変わるが、本発明では、ホワールによる保持器10の移動を案内すきまΔEの1.5倍以上確保することとし、ΔE/2の移動分も考慮して、全体として、径方向すきまΔDを、案内すきまΔEの2倍以上としている。これにより、保持器10がホワールしても、ころ4が保持器10と摺接することが防止される。従って、ころ4が保持器10と摺接することによって摩擦力の発生が抑制され、保持器音の発生が抑制される。
When the
一方で、径方向すきまΔDが大きすぎると、ころ4がずれ、内輪3、保持器10、ころ4を組み付けた組立体を外輪2に軸方向から挿入する際に、外輪端部にころ4が干渉し、組み込むことが困難となる。そのため、径方向すきまΔDを、案内輪である外輪2の面取り長さF(図1参照)以下としている。これにより、内輪3、保持器10、ころ4を組み付けた組立体を外輪2に軸方向から挿入する際に、外輪端部にころ4が干渉することが抑制され、組み込み性の悪化を抑制することができる。
On the other hand, if the radial clearance ΔD is too large, the
続いて、本発明の効果を、以下に示す実施例及び比較例に基づいて検証した。
まず、呼び番号N1011KR(内径φ55mm、外径φ90mm、幅18mm、外輪つばなし、内輪両つば、ころ径φ8mm、ころ長さ8mm)の円筒ころ軸受を用意した。組込後のラジアルすきまを−15μmとし、潤滑材としてNBU8EP(NOKクリュ−バー株式会社製)を1.5cc充填した。
Then, the effect of this invention was verified based on the Example and comparative example which are shown below.
First, a cylindrical roller bearing having a nominal number N1011KR (inner diameter φ55 mm, outer diameter φ90 mm, width 18 mm, no outer ring collar, inner ring ribs, roller diameter φ8 mm, roller length 8 mm) was prepared. The radial clearance after incorporation was set to -15 μm, and 1.5 cc of NBU8EP (manufactured by NOK Cruber Co., Ltd.) was filled as a lubricant.
保持器は、カーボン繊維を含有したポリエーテルエーテルケトン(PEEK)からなる樹脂性保持器を用いて、ころと保持器との径方向すきまΔDを変えて、4000〜12000rpmの回転数における保持器音を評価した。 The cage is a resin cage made of polyetheretherketone (PEEK) containing carbon fiber, and the cage clearance sound at a rotational speed of 4000 to 12000 rpm is changed by changing the radial clearance ΔD between the roller and the cage. Evaluated.
表1に示すように、径方向すきまΔDを案内すきまΔEの2倍としたものを実施例1、径方向すきまΔDを案内すきまΔEの3倍としたものを実施例2、径方向すきまΔDを案内すきまΔEの1.5倍としたものを比較例とした。 As shown in Table 1, the radial clearance ΔD was set to be twice the guide clearance ΔE in Example 1, the radial clearance ΔD was set to be three times the guide clearance ΔE in Example 2, and the radial clearance ΔD was A comparative example of 1.5 times the guide clearance ΔE was used.
表1には、保持器音評価の結果について3段階で示している。評価は○、△、×の3段階とした。○は、保持器音がなく、使用上全く支障がないことを示しており、△は、小さな保持器音があるものの、使用上支障がないことを示しており、×は、大きな保持器音があり、使用できないことを示している。 Table 1 shows the results of cage sound evaluation in three stages. Evaluation was made into three steps of (circle), (triangle | delta), and x. ○ indicates that there is no cage sound and there is no problem in use. △ indicates that there is a small cage sound but there is no problem in use. × indicates a large cage sound. Indicates that it cannot be used.
表1の結果から、径方向すきまΔDを案内すきまΔEの1.5倍とした比較例では、回転数によらず、使用できないほどの大きな保持器音が発生する結果となった。即ち、ΔE/2の移動分を除いて、ホワールによる径方向すきまΔDの減少分を案内すきまΔEだけ確保した場合(1.5×ΔE−ΔE/2)、径方向すきまΔDが十分ではなく、ころが保持器と接触し大きな摩擦力が発生することで、保持器音が発生しているものと考えられる。 From the results shown in Table 1, in the comparative example in which the radial clearance ΔD is 1.5 times the guide clearance ΔE, a large cage sound that cannot be used is generated regardless of the rotational speed. That is, when the guide clearance ΔE is secured only for the decrease in the radial clearance ΔD due to the whirl except for the movement of ΔE / 2 (1.5 × ΔE−ΔE / 2), the radial clearance ΔD is not sufficient, It is considered that the cage noise is generated when the roller comes into contact with the cage and a large frictional force is generated.
これに対し、径方向すきまΔDを案内すきまΔEの2倍以上とした実施例1、2では、回転数によらず、保持器音が小さいか、又は保持器音がないに分類されており、保持器音が抑制されていることが分かる。 On the other hand, in Examples 1 and 2 in which the radial clearance ΔD is set to be twice or more the guide clearance ΔE, the cage noise is small or no cage noise is classified regardless of the rotational speed. It can be seen that the cage sound is suppressed.
以上説明したように、本発明の転がり軸受1によれば、径方向すきまΔDを、案内すきまΔEの2倍以上とすることにより、高速回転時に保持器10がホワールし回転数に応じた力で外輪2に押し付けられて変形しても、径方向すきまが十分大きく保たれているので、保持器音の発生を抑制することができる。また、保持器10ところ4間の摩擦が増加することがないので、異常昇温により焼きつきも防止することができる。
さらに、径方向すきまΔDを、案内輪である外輪2の面取り長さF以下とすることにより、内輪3、保持器10、ころ4を組み付けた組立体を外輪2に軸方向から挿入する際に、外輪端部にころ4が干渉することが抑制され、組み込み性の悪化を抑制することができる。
As described above, according to the rolling bearing 1 of the present invention, the radial clearance ΔD is set to be not less than twice the guide clearance ΔE, so that the
Further, by setting the radial clearance ΔD to be equal to or less than the chamfering length F of the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、適宜、変更、改良、等が可能である。
例えば、ころ4は、必ずしもクラウニング部5、5が形成されている必要はなく、直線部6によって構成された単純な円筒ころであってもよい。
また、上記実施形態では、保持器10の案内方式が外輪案内である転がり軸受1について説明したが、保持器10の案内方式が内輪案内であってもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A change, improvement, etc. are possible suitably.
For example, the
In the above embodiment, the rolling bearing 1 in which the guide method of the
1 転がり軸受
2 外輪
3 内輪
4 ころ
10 保持器
11 ポケット
12 リング部
13 柱部
14 爪部
ΔD 径方向すきま
ΔE 案内すきま
F 面取り長さ
Q ころの回転軸線
R 保持器の回転軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記ころと前記保持器との径方向すきまは、案内すきまの2倍以上、且つ、案内輪の面取り長さ以下であることを特徴とする転がり軸受。 An outer ring, an inner ring, a plurality of rollers disposed between the outer ring and the inner ring so as to be freely rollable, and a plurality of pockets formed at predetermined intervals in the circumferential direction and respectively holding the plurality of rollers. A rolling bearing, wherein the cage is guided by an outer ring guide or an inner ring guide,
A rolling bearing characterized in that a radial clearance between the roller and the cage is not less than twice the guide clearance and not more than the chamfer length of the guide wheel.
前記柱部は、円周方向両側の軸方向中間部に、前記ころ側に突出した爪部を有し、
前記径方向すきまは、前記爪部の内面から前記保持器の回転軸線と前記ころの回転軸線を結ぶ線分と平行に引いた線と前記ころとの交点との間の距離であることを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。 The retainer has a pair of ring portions arranged side by side in the axial direction, and a plurality of pillar portions arranged at predetermined intervals in the circumferential direction so as to connect the ring portions,
The column part has a claw part protruding to the roller side at an axially intermediate part on both sides in the circumferential direction,
The radial clearance is a distance between an intersection of the roller and a line drawn in parallel with a line connecting the rotation axis of the cage and the rotation axis of the roller from the inner surface of the claw portion. The rolling bearing according to claim 1.
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