JPH0620642B2 - 工作機械主軸用転がり軸受装置 - Google Patents

工作機械主軸用転がり軸受装置

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JPH0620642B2
JPH0620642B2 JP59242063A JP24206384A JPH0620642B2 JP H0620642 B2 JPH0620642 B2 JP H0620642B2 JP 59242063 A JP59242063 A JP 59242063A JP 24206384 A JP24206384 A JP 24206384A JP H0620642 B2 JPH0620642 B2 JP H0620642B2
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JP
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bearing
rolling bearing
rolling
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housing
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敏雄 三木
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)
  • Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
  • Turning (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、工作機械主軸用転がり軸受装置に関する。
(従来の技術) 工作機械主軸は、その前後部を転がり軸受をもってハウ
ジング内に回転可能に支承されているが、加工時間の短
縮あるいは被加工物の表面仕上げ状態の向上のため、回
転の高速化が要求される一方、機械精度の向上のため主
軸の温度上昇は出来るだけ低いことが望まれる。このた
め主軸を支承する軸受の発熱をできるだけ小さくする工
夫が行われていると同時に、ハウジング外径からハウジ
ング及び軸受を油等で冷却するなどの方法が採用されて
いる。
また、他方、特開昭59-161202 号公報に開示されるよう
に、転がり軸受と主軸との間にセラミック材などの断熱
層を形成して転がり軸受での発熱を主軸側に伝えないよ
うにした方法も採用されている。
(発明の解決しようとする問題点) しかし、上記前者の従来方法によるハウジングの冷却で
は、最も冷却の必要な主軸部分まで十分な冷却効果が期
待できず、主軸の熱変位による精度低下が防止できな
い。
他方、後者の従来方法では、転がり軸受装置の組立が繁
雑になるばかりか軸受装置の取付精度も確保できない。
さらに、主軸が高速回転することによって軸受に生じる
発熱および遠心力により、鋼製内輪が膨張し、その際鋼
製内輪と鋼より熱膨張量の低いセラミック材などでなる
断熱層との間には隙間が発生することとなり、軸受はク
リープ現象を起こす。したがって、軸受装置としての期
待する断熱効果が得られないばかりか、軸受としての機
能が発揮できない。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、機械本体内に嵌合されたハウジング内に転が
り軸受をもって主軸の前後部を支承する装置において、
転がり軸受の内輪の全体がセラミックスで形成されてい
るとともに、外輪が軸受鋼で形成され、前記ハウジング
を冷却する冷却手段が設けられていることに特徴があ
る。
なお、前記転がり軸受としては、予圧付与された斜接形
玉軸受が好ましい。
(作 用) 本発明は、上記の構成であるから、工作機械の運転中、
主軸を支承する転がり軸受の発熱は、セラミックス製の
内輪によって主軸への伝導が遮断されて、軸受鋼製の外
輪からハウジング側へと効率よく逃がされる。しかも、
ハウジングが冷却手段により強制的に冷却されるから、
転がり軸受から伝導された熱によってハウジング自身が
昇温することもない。その結果、主軸、軸受およびハウ
ジングなどを含む装置全体を機械の運転中、低い温度に
することができる。また、軸受装置の組立が簡便になる
ばかりか、軸受の取付精度も確保できる。この他、セラ
ミックス製内輪は、主軸の回転上昇に伴って軸受が発熱
したり遠心力が高くなったりしても、膨張量が小さくて
済む。また、軸受鋼製の外輪は、回転上昇に伴って転動
体荷重が増加したときでも自身が変形して外輪面圧の増
加を抑制する。つまり、セラミックス製内輪と軸受鋼製
外輪との組み合わせによる相乗作用により、転がり軸受
のラジアル方向すきまをほぼ適正に保つことができて、
転がり軸受の回転特性の安定化や寿命の向上に大きく貢
献できるようになる。さらにまた、転がり軸受として予
圧付与された斜接形玉軸受を用いたときには、上述した
ように、セラミック材製内輪によつてラジアルすきまの
減少が抑えられるので、軸受には絶えず適正な予圧荷重
が付与されることとなり、荷重による主軸の変位が小さ
くなると共に軸受の剛性も維持される。
(実施例) 本発明の実施例を図において説明する。
第1図は研削盤等の工作機械の主軸用転がり軸受装置の
一例を示すもので、主軸1は、その前後部をそれぞれ一
対の転がり軸受2、3をもってハウジング4内に回転可
能に支承されている。各一対の転がり軸受2、3は、ハ
ウジング4の外径面に形成された螺旋溝5内に供給され
る冷却水、油等の冷却流体により外径側から冷却され
る。この螺旋溝5およびそこに供給される冷却流体が特
許請求の範囲に記載の冷却手段に相当する。そして、第
1図の転がり軸受2、3の要部の一部を拡大して示す第
2図において明らかなように、転がり軸受2、3は共に
斜接形玉軸受であり、軸受内の発熱を主軸1に伝導しに
くくするため、外輪2a、3aと転動体2b、3bを軸受鋼で作
り、主軸1に接触する内輪2c、3c全体を軸受鋼よりも熱
伝導の悪いセラミックスで作られている。図中6はハウ
ジング4が嵌合される機械本体、7は冷却流体用供給
孔、8は冷却流体用排出孔、9a、9b、9c、9d、9e、9f、
9g、9hは各転がり軸受2、3用のスペーサーリング、10
a、10bは軸受2、3用の固定リング、11はプーリーであ
る。
第3図は研削盤等の工作機械の主軸用転がり軸受装置の
他の例を示すもので、主軸1は、その前後部をそれぞれ
一対の転がり軸受をもってハウジング4内に回転可能に
支承されている。各一対の転がり軸受2、3は、予圧ば
ね17により予圧を付与される一方、転がり軸受2に嵌合
されハウジング12の外径面及び転がり軸受3に嵌合され
たハウジング13の一部をなすスリーブ14の外径面に、そ
れぞれ形成された螺旋溝15、16内に供給される冷却水、
油等の冷却流体により外径側から冷却される。そして転
がり軸受2、3は、第1図及び第2図の実施例と同様に
共に斜接形玉軸受であり、軸受内の発熱を主軸1に伝導
しにくくするため、外輪2a、3aと転動体2b、3bを軸受鋼
で作り、主軸1に接触する内輪2c、3c全体を軸受鋼より
も熱伝導の悪い軸受材料で作られている。18はプーリー
である。
前記各実施例において、冷却流体用螺旋溝5、15、16は
機械本体6の内径面に形成してもよい。
第4図は、他の実施例であって、前記転がり軸受2につ
いて説明すれば、外輪2a、転動体2b及び内輪2cを軸受鋼
で作り、主軸1に接触する内輪2cの内径部は、軸受鋼よ
りも熱伝導の悪い材料の被覆層2c′で形成されている。
第5図はさらに他の実施例であって、転がり軸受2につ
いて説明すれば、外輪2a、転動体2b及び内輪2cを軸受鋼
で作り、内輪2cの内径部と両端部は、軸受鋼よりも熱伝
導の悪い材料の被覆層2c″で形成されている。
第4図及び第5図の実施例は、主軸1の前部を支承する
転がり軸受2について説明したが、主軸1の後部を支承
する転がり軸受3についても同様に実施されることは勿
論である。前記各実施例において、軸受鋼より熱伝導の
悪い材料としては、セラミックスが好ましく、雑誌「金
属」1983年7月号の「主要セラミックス特性比較表」に
よれば100゜Cにおける熱伝導率は、炭素鋼が0.12cal/c
m・sec・゜Cであるのに対してセラミックス(窒化けい
素)が0.04〜0.06cal/cm・sec・゜Cである。窒化けい素
の熱膨張係数は約3.4×10-6/℃である。
本発明は、上記の構成であるから、工作機構の運転中、
主軸1を支承する転がり軸受2,3が発熱するが、この
発が主軸1へ伝導するのをセラミックス製の内輪2c,
3cによって遮断するので、運転中、主軸1を低い温度
に保つことができるようになる。その一方で、転がり軸
受2,3の熱は軸受鋼製の外輪2a,3aを介してハウ
ジング4(12,13)側へ比較的効率よく伝導される
ので、転がり軸受2,3自身も主軸1と同様に低い温度
に保つことができるようになる。しかも、ハウジング4
(または12,13)および機械本体6(またはスリー
ブ14)がそれらの間に形成の螺旋溝5(または15,
16)に供給される冷却水や油などの冷却手段によって
強制的に冷却されるようになっているので、結局、最も
昇温の抑制が必要な主軸1は勿論のこと、転がり軸受
2,3やハウジング4(12,13)などを含む装置全
体を低い温度に保つことができる。さらに、主軸1の高
速回転に伴って軸受が発熱したり遠心力が大きくなった
りしたときでも、セラミックス製の内輪2c,3cはそ
の膨張量が小さく抑えられ、また、軸受鋼製の外輪2
a,3aは転動体荷重の増加に伴って自身が変形して面
圧の増大を抑制するので、転がり軸受のラジアル方向す
きまをほぼ適正に保つことができて、回転特性の安定化
や寿命の向上に大きく貢献できるようになる。そして、
転がり軸受2、3として予圧付与された斜接形玉軸受を
用いたときには、上述したように、セラミック材製内輪
2c,3cと軸受鋼製外輪2a,3aとの組み合わせに
よってラジアルすきまの減少が抑えられるので、軸受
2、3には絶えず適正な予圧荷重が付与されることとな
り、荷重による主軸1の変位が小さくなると共に軸受
2、3の剛性も維持される。
なお、前記各実施例の転がり軸受は、斜接形玉軸受を用
いているが、本発明の工作機械主軸用転がり軸受装置に
用いる軸受としては、斜接形玉軸受のほか円筒ころ軸
受、円すいころ軸受を用いることができる。
(効 果) 本発明によれば、転がり軸受は勿論、最も昇温の抑制が
必要な主軸全体を機械の運転中、低い温度にすることが
できる。その結果、主軸に与える熱影響、すなわち主軸
の熱変位による精度低下を極力小さくでき、工作機械の
加工精度を向上できる。
また、本発明によれば、軸受装置の組立が簡便になるば
かりか、軸受の取付精度も確保できる。この他、セラミ
ックス製内輪は、主軸の回転上昇に伴って軸受が発熱し
たり遠心力が高くなったりしても、膨張量が小さくて済
む。また、軸受鋼製の外輪は、回転上昇に伴って転動体
荷重が増加したときでも自身が変形して外輪面圧の増加
を抑制する。つまり、セラミックス製内輪と軸受鋼製外
輪との組み合わせによる相乗作用により、転がり軸受の
ラジアル方向すきまをほぼ適正に保つことができて、転
がり軸受の回転特性の安定化や寿命の向上に大きく貢献
できるようになる。さらにまた、転がり軸受として予圧
付与された斜接形玉軸受を用いたときには、上述したよ
うに、セラミックス材製内輪と軸受鋼製外輪との組み合
わせによってラジアルすきまの減少が抑えられるので、
軸受には絶えず適正な予圧荷重が付与されることとな
り、荷重による主軸の変位が小さくなると共に軸受の剛
性も維持される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の縦断面図、第2図は第1図
の要部拡大断面図、第3図は他の実施例の縦断面図、第
4図及び第5図は本発明に用いる転がり軸受の他の実施
例の断面図である。 1……主軸、2及び3……転がり軸受、2a及び3a……外
輪、2b及び3b……玉、2c及び3c……内輪、2c′及び2c″
……被覆層、4……ハウジング、5,15,16……螺旋
溝、6……機械本体、

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機械本体内に嵌合されたハウジング内に転
    がり軸受をもって主軸の前後部を支承する装置であっ
    て、 転がり軸受の内輪の全体がセラミックスで形成されてい
    るとともに、外輪が軸受鋼で形成され、前記ハウジング
    を冷却する冷却手段が設けられている、ことを特徴とす
    る工作機械主軸用転がり軸受装置。
  2. 【請求項2】前記転がり軸受が予圧付与された斜接形玉
    軸受である特許請求の範囲1に記載の工作機械主軸用転
    がり軸受装置。
JP59242063A 1984-11-15 1984-11-15 工作機械主軸用転がり軸受装置 Expired - Lifetime JPH0620642B2 (ja)

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