JPH06307441A - 定位置軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転軸や回転体を２つの軸方向に間座を介し
て隔てた２位置で回転支持する定位置軸受装置の間座を
低イナーシャ化する改良構造とすること。 【構成】 ２組の鉄系材料から成る回転軸受手段１４
ａ、１４ｂを軸方向に間座２６、２８、３０を介して隔
てた２位置に設け、回転部材１２を回転可能に支持する
定位置軸受装置１０における軸受回転輪１６ａ、１６ｂ
間に配設される間座を、鉄系材料より比重量が小さく、
かつ線膨張係数の大きい材料から成る第１の間座部材２
８と該鉄系材料より比重量が小さく、かつ線膨張係数の
小さい材料から成る第２の間座部材３０との当接、結合
体によって構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アンギュラ球軸受、円
錐コロ軸受、球面コロ軸受等のラジアル荷重とスラスト
荷重との両者を支持し得る回転支持用の軸受を間座（ス
ペーサ）を介して軸方向に隔てられた２位置において回
転軸等の回転部材を定位置支持する定位置軸受装置に関
し、特に、軸受装置において回転部材と一体回転する軸
受の回転輪（レース）間に配置されて２組の回転軸受間
の軸方向距離の設定を行う間座の改良構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シャフト、アクスル、スピンド
ル等の回転軸体および静止軸体回りの回転体等の支持に
回転支持用の軸受、所謂、ベアリングが用いられること
は周知である。このようなベアリングには、ラジアル荷
重支持を目的としたラジアルベアリング、軸方向のスラ
スト荷重支持を目的としたスラストベアリングが周知で
あるが、前者のラジアルベアリングの場合には、ラジア
ルおよびスラスト両荷重の合力を支持することが可能な
アンギュラ形球軸受、円錐コロ軸受、球面コロ軸受等を
軸方向に隔てた２つの定位置に配置し、両者間に間座
（スペーサ）を配置して回転支持剛性の高い軸受装置を
形成して用いる場合が多々ある。特に、工作機械の主軸
や送り軸、工具交換装置用のタレット軸等においては、
上記の定位置形軸受装置が常用される。

【０００３】このような、定位置軸受装置においては、
必然的に２位置に隔設、配置された２組の軸受の夫々の
内輪（インナーレース）または外輪（アウターレース）
が回転軸又は回転体と一緒に回転動作を行う。従って、
２組の軸受の間に配置される間座は、両軸受において回
転軸または回転体と共に回転する軸受の回転輪間に配設
される円筒形の間座部材と静止輪間に配設される非回転
の円筒形間座とから成り、これらの２つの間座部材によ
り、２組の軸受間の距離を所定距離に維持する構成がと
られる。

【０００４】このとき、回転軸または回転体等と共に回
転する間座は、回転駆動源に及ぶ荷重、特に、イナーシ
ャが可及的に小さいことが要望される。つまり、間座の
イナーシャが大きい場合には、回転軸や回転体を回転駆
動するモータに及ぶ荷重が大きいために、加速特性や減
速特性を緩慢化する結果となり、ＮＣ工作機械等のサー
ボモータを駆動源としたサーボ系の追従性を劣化させ、
加工精度に悪影響を及ぼす結果となる。

【０００５】このような問題を解決すべく、従来より、
種々の対策が提案されている。すなわち、間座を含む軸
受装置を軽量なセラミック材料で形成する対策、間座だ
けをセラミック材で形成する対策、軸受の回転輪側の位
置設定を行う間座を金属材料で形成しつつ、同間座を可
及的に細身に形成し、イナーシャの低減を図る等の対策
が提供されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述の従
来の対策において、セチミック材料を重用した対策では
必然的にコストの増加が著しく、故に、適用々途に合致
しない場合が多々ある。また、後者の間座を細身に形成
する対策では、２組の軸受間に介挿されたときに、両軸
受を固定する固定ナットの締付けによる軸力を受けたと
きや回転による遠心力の力を受けたときに円筒形間座の
中間域が半径方向の外側に樽形に膨らみ変形する所謂、
バレリング現象を起こしたり、間座自体が細身である
と、機械加工が難しくなり、充分な加工精度を確保でき
ない等の不具合がある。依って、本発明の目的は、上述
のような不具合を解消せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、２組の鉄系材料から成る回転軸受を間座を介して軸
方向の所定の２位置に配置して回転軸又は回転体の回転
支持を行う軸受装置において、両軸受の回転輪間に軸方
向の距離設定を行うために配設される間座部材を鉄系材
料より充分にイナーシャの小さく、かつ機械構造部品の
形成に適した非鉄構造材料で形成し、かつ、固定ナット
や締付けナットによる予圧力や軸力或いは遠心力が作用
してもバレル現象を起こすことがないような直径寸法を
有するように形成するようにしたものである。

【０００８】即ち、本発明に依れば、２組の鉄系材料か
ら成る回転支持用の軸受手段を軸方向に間座を介して隔
てた所定の２位置に設けて回転部材を回転可能に支持す
る定位置軸受装置において、前記両軸受手段の間に設け
られる前記間座の中、前記回転部材と一体回転する軸受
回転輪間に配設される間座を、鉄系材料より比重量が小
さく、かつ線膨張係数の大きい材料から成る第１の間座
部材と該鉄系材料より比重量が小さく、かつ線膨張係数
の小さい材料から成る第２の間座部材との当接、結合体
によって構成した定位置軸受装置が提供される。

【０００９】なお、上述した２組の鉄系材料、例えば、
ステンレス材から成る回転支持用の軸受手段は、２個の
アンギュラ球軸受を間座を挟んで背面組合せで設けるよ
うにした場合、各組の軸受手段を、２つの背面組合せで
隣接させたアンギュラー球軸受を、間座を挟んで２組配
置した場合、アンギュラ球軸受に代えて円錐コロ軸受又
は球面コロ軸受を用いた場合等が含まれる。

【００１０】また、回転輪と共に回転する間座を構成す
る第１の間座部材は、ジュラルミン（線膨張係数αｄ：
約２３×１０^-6）で形成し、第２の間座部材は、セラミ
ック材料（線膨張係数αｃ：約３×１０^-6〜６×１
０^-6）で形成し、軸受の静止輪側の間座を鉄系材料（線
膨張係数αｓ：１１．８×１０^-6）で形成することが好
ましい。なお、これらジュラルミン及びセラミック材料
の比重量が鉄系材料のそれより小さいことは当業者の周
知とする所である。また、セラミック材料に代えてカー
ボン樹脂材料等も適用することが可能である。

【００１１】

【作用】上述の構成によれば、鉄系材料から成る軸受の
回転輪と一緒に回転する間座を形成する第１、第２の間
座部材が鉄系材料より小さく比重量を有することから回
転に関する間座のイナーシャを充分に低減でき、しか
も、軸受装置の当該回転側の間座を挟んで軸方向の定位
置に配設された２組の軸受手段に予圧が付与される構成
を取った場合にも、夫々の材料の線膨張係数が、 αｃ＜αｓ＜αｄ ・・・（１） の関係を有するから、鉄系材料から成る静止輪側の間座
の長さに対応して、第１、第２の間座部材の長さ寸法の
和が略等長となるように設定可能であり、故に、僅か
に、回転輪側の間座長さを静止輪側の長さより小さく設
定して、アンギュラー球軸受や円錐コロ軸受、球面コロ
軸受等に適正な予圧付与を行うことができるのである。
以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて説明
する。

【００１２】

【実施例】図１は、駆動源モータからの回転駆動力を受
けて回転する回転軸の支持に本発明に係る定位置軸受を
適用する場合の実施例を示す断面図、図２は、各組に２
つの背面組合せアンギュラ球軸受を設けた２組の軸受を
間座と固定ナットとによって軸方向に所定の間隔を設定
するようにした定位置軸受装置の例を示す断面図であ
る。

【００１３】図１においては、本発明に係る定位置軸受
装置１０は、回転軸１２の回転支持用に設けられ、２つ
の鉄系材料、主としてステンレス材から成るアンギュラ
球軸受１４ａ、１４ｂを軸方向に隔たる２位置に配置し
て備えている。２つのアンギュラ球軸受１４ａ、１４ｂ
における一方の軸受１４ａは、回転輪側のインナーレー
ス１６ａと静止輪側のアウターレース１８ａ、複数のボ
ール２０ａを有し、インナーレース１６ａは、回転軸１
２の肩部１２ａに係合し、アウターレース１８ａは、ハ
ウジング部材２２の端部にねじ止着された押さえブラケ
ット２４の押さえ部２４ａによって保持された構造で設
けられている。

【００１４】他方のアンギュラ球軸受１４ｂも同様に回
転輪側のインナーレース１６ｂ、静止輪側のアウターレ
ース１８ｂ、複数のボール２０ｂを有して構成されてお
り、軸方向に上記のアンギュラ球軸受１４ａと所定の距
離を隔てて設けられている。さて、上記のアンギュラ球
軸受１４ａと他方のアンギュラ球軸受１４ｂとの間に
は、静止輪側のアウターレース１８ａ、１８ｂ間には、
強固な鉄系材料から成る所定長さの円筒形間座２６が設
けられ両アウターレース間の距離を規定している。ま
た、回転輪側のインナーレース１６ａ、１６ｂの間に
は、２つの間座部材２８、３０を結合して上記の円筒形
間座２６と略等長とした間座が設けられている。そし
て、アンギュラ球軸受１４ｂの外側には回転軸１２に形
成したネジ条１２ｂに螺合させた固定ナット３２が設け
られ、ネジ条１２ｂに沿って締込み作動させることによ
り、インナーレース１６ｂを軸方向に変位させ、また２
つの間座部材２８、３０を介してインナーレース１６ａ
を軸方向に押圧することが可能になっている。つまり、
固定ナット３２の締め込み量を調節して両アンギュラ球
軸受１４ａ、１４ｂに予圧を付与することが可能に構成
されている。

【００１５】さて、ここで、本発明によれば、両アンギ
ュラ球軸受１４ａ、１４ｂにおける回転軸１２と一緒に
回転する回転輪側のインナーレース１６ａ、１６ｂの間
に介在された２つの間座部材２８、３０は、一方の間座
部材、例えば、間座部材２８がジュラルミン材料（比重
量：約２．８、線膨張係数αｓ：約２３×１０^-6）から
成り、他方の間座部材３０が、セラミック材料（かさ比
重量：約２．８〜３．８、線膨張係数：大略３×１０^-6
〜６×１０^-6）で形成されている。他方、両アンギュラ
球軸受１４ａ、１４ｂの静止輪側のアウターレース１８
ａと１８ｂとの間に設けられる間座２６は鉄系材料（比
重量：約７．６、線膨張係数１１．８×１０^-6）により
形成されている。

【００１６】いま、鉄系間座２６の長さをＬｓ、ジュラ
ルミン間座部材２８の長さ寸法をＬｄ、セラミック間座
部材３０の長さ寸法をＬｃとすると、予圧付与時には、 Ｌｓ＞（Ｌｃ＋Ｌｄ） ・・・（２） の関係を有することにより、インナーレース１６ａ、１
６ｂがアウターレース１８ａ、１８ｂに対して変位し、
一定の予圧が付与され、回転剛性が増加する。ここで、
変位量（予圧量）＝Ｌｓ−（Ｌｃ＋Ｌｄ）が極めて小さ
い値であること、また、鉄系材料の線膨張係数αｓとジ
ュラルミン材料の線膨張係数αｄ、セラミック材料の線
膨張係数αｃとの間には、既述のように、αｃ＜αｓ＜
αｄの関係があることを考慮すると、予圧量は略ゼロ値
と見做すこともできる。

【００１７】即ち、Ｌｓ≒Ｌｃ＋Ｌｄと考察することも
可能である。いま、軸受装置１０の回転支持作用中を考
察すると、線膨張係数の関係から、 αｓＬｓ＝αｃＬｃ＋αｄＬｄ ・・・（３） となるように、間座部材２８、３０の長さを決定するこ
とができる。つまり、回転輪側のインナーレース１６
ａ、１６ｂ間に介挿する間座をジュラルミン材料のみで
形成したときには、熱膨張によって両アンギュラ球軸受
１４ａ、１４ｂの内部予圧が急激に上昇してしまい、他
方、セラミック材料のみで間座を形成したときには、鉄
系材料から成る静止輪側のアウターレース１８ａ、１８
ｂ間に介挿される間座２６や回転軸１２の熱膨張との差
異により固定ナット３２に弛みが発生する不都合がある
が、これを回避して低イナーシャの回転間座を形成する
ことが可能となる。

【００１８】なお、図１に示した定位置軸受装置１０の
構成は、アンギュラ球軸受１４ａ、１４ｂが円錐コロ軸
受や球面コロ軸受の背面組合せにより置換された場合に
も等価に適用可能であることは言うまでもない。更に、
回転軸１２に嵌合された内輪側のインナーレース１６
ａ、１６ｂが回転する実施例の構成とは反対に、例え
ば、回転軸１２が静止軸として設けられ、ハウジング２
２側が回転体を形成するときには、図１の間座２６を間
座部材２８、３０と置換し、逆に、同間座２６を静止軸
に嵌合させる構成とした構成とすれば、本発明の定位置
軸受装置１０が適用可能であることは容易に理解できよ
う。

【００１９】図２は、本発明の他の実施例を示してお
り、回転軸１１２の２位置に各１組の背面組合せで２つ
のアンギュラ球軸受１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃ、
１１４ｄとを設けた構成としたものである。そして、一
方のアンギュラ球軸受１１４ａ、１１４ｂの組は回転軸
１１２の肩１１２ａに担持され、他方のアンギュラ球軸
受１１４ｃ、１１４ｄの組は、軸方向の外側から固定ナ
ット１３２を回転軸１１２のネジ条１１２ｂに螺合回動
させることにより、２つの間座部材１２８、１３０を介
して前者のアンギュラ球軸受１１４ａ、１１４ｂに対し
て所定の軸方向距離を隔てた位置に配設することが可能
と成っている。

【００２０】両組のアンギュラ球軸受１１４ａ、１１４
ｂ及び１１４ｃ、１１４ｄは外輪側ではハウジング部材
１２２に嵌合または担持されており、同ハウジング１２
２にねじで止着された押さえブラケット１２４により一
方のアンギュラ球軸受１１４ａ、１１４ｂの組の静止外
輪（アウターレース）が担持、固定されている。この実
施例では、前述した図１の実施例と異なり、図２の右側
のアンギュラ球軸受１１４ｃ、１１４ｄの組は上記ハウ
ジング１１２の内径孔中に嵌合、配置されている。つま
り、両組のアンギュラ球軸受１１４ａ、１１４ｂ及び１
１４ｃ、１１４ｄに予圧を付与する構成はとられていな
い。故に、静止輪側のアウターレース間には間座が設け
られていない構成をとっている。

【００２１】本実施例においても、両組のアンギュラ球
軸受１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃ、１１４ｄにおい
て、回転軸１１２上の回転輪（インナーレース）間に介
挿されると共に回転輪と一緒に回動する円筒形の間座を
前述した図１の実施例と同様にジュラルミン材とセラミ
ック材で形成された２つの間座部材１２８、１３０の当
接、結合体で形成している。これにより、間隔設定用の
間座１２８、１３０の結合体の全イナーシャの低減を図
ることが可能となり、従って、回転軸１１２を回転駆動
する駆動源の負荷を軽減せしめ得ると共に回転駆動源が
サーボモータで形成されている場合には、サーボモータ
の加速、減速特性を向上させることが可能となる。

【００２２】なお、本実施例でもアンギュラ球軸受１１
４ａ〜１１４ｄを備えた定位置軸受装置としたが、これ
に代えて円錐コロ軸受や球面コロ軸受を備えた定位置軸
受装置を構成しても同様の効果が得られることは理解で
きよう。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、２組の鉄系材料から成る回転軸受を間座を介
して軸方向の所定の２位置に配置して回転軸又は回転体
の回転支持を行う定位置軸受装置において、両軸受の回
転輪（回転レース）間に軸方向の距離設定を行うために
配設される間座部材を鉄系材料より充分にイナーシャ値
が小さく、かつ機械構造部品の形成に適した非鉄構造材
料で形成し、かつ、固定ナットや締付けナットによる予
圧力や軸力或いは遠心力が作用してもバレル現象を起こ
すことがないような直径寸法を有するように形成するよ
うにしたので、本定位置軸受装置により回転支持された
回転軸や回転体の回転駆動源（モータ）に掛かる負荷を
鉄系材料で形成した間座を用いる場合に比して充分に低
減することが可能となる。その結果、定位置軸受装置に
より回転支持される回転軸や回転体の加速特性や減速特
性を向上させることが可能となり、工作機械の主軸、送
り軸や工具交換装置のタレット軸等の加速特性、減速特
性を改善することが可能となる。また、本発明による間
座の構造によれば、２組の回転軸受間の距離を所定の距
離間隔に正確に設定可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る定位置軸受装置の実施例を示す断
面図である。

【図２】各組に２つの背面組合せアンギュラ球軸受を設
けた２組の軸受を間座と固定ナットとによって軸方向に
所定の間隔を設定するようにした定位置軸受装置の他の
実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…定位置軸受装置 １２…回転軸 １４ａ…アンギュラ球軸受 １４ｂ…アンギュラ球軸受 １６ａ…回転輪 １６ｂ…回転輪 １８ａ…静止輪 １８ｂ…静止輪 ２２…ハウジング ２６…間座 ２８…間座部材 ３０…間座部材 ３２…固定ナット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２組の鉄系材料から成る回転支持用の軸
   受手段を軸方向に間座を介して隔てた所定の２位置に設
   けて回転部材を回転可能に支持する定位置軸受装置にお
   いて、 前記両軸受手段の間に設けられる前記間座の中、前記回
   転部材と一体回転する軸受回転輪間に配設される間座
   を、鉄系材料より比重量が小さく、かつ線膨張係数の大
   きい材料から成る第１の間座部材と該鉄系材料より比重
   量が小さく、かつ線膨張係数の小さい材料から成る第２
   の間座部材との当接、結合体によって構成したことを特
   徴とする定位置軸受装置。