JPH07127637A - 軸受予圧制御装置 - Google Patents

軸受予圧制御装置

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JPH07127637A
JPH07127637A JP27376593A JP27376593A JPH07127637A JP H07127637 A JPH07127637 A JP H07127637A JP 27376593 A JP27376593 A JP 27376593A JP 27376593 A JP27376593 A JP 27376593A JP H07127637 A JPH07127637 A JP H07127637A
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JP
Japan
Prior art keywords
bearing
elastically deformable
axial direction
control device
deformable spacer
Prior art date
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Pending
Application number
JP27376593A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeo Yamamoto
本 豪 夫 山
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 応答性および再現性に優れた予圧制御を可能
とする。 【構成】 主軸1とハウジング2との間に、アンギュラ
コンタクト軸受5A,5B,8A,8Bおよび軸受カラ
ー6A,6B,9A,9Bを設ける。ハウジング2内
に、径方向に撓み易い筒状の弾性変形スペーサ13を取
付ける。弾性変形スペーサ13の軸方向の一端を軸受カ
ラー9Aに接触させるとともに、軸方向の他端をハウジ
ング2の段部2aに接触させる。弾性変形スペーサ13
の軸方向の中央部の外側に、例えば4個のピエゾ素子1
4を配置する。温度検出器17で軸受部の温度を検出
し、この軸受温度に応じてピエゾ素子14の印加電圧を
調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸等の軸
受の予圧制御装置に係り、特に簡単な構造で適確に予圧
を制御することができる軸受予圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、工作機械の主軸受の予圧を制御す
る方式については、各種提案されているが、大部分は、
ばねと油圧とを用い、低速域では油圧力で定位置予圧、
高速域では油圧を切換えてばねで定圧予圧により制御す
るものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の軸受予圧制
御方式においては、ばねと油圧とを用いるため構造が複
雑になるとともに、切換方式を採っているため、予圧荷
重が段階的にならざるを得ない。
【0004】そこで一部では、切換段数を増加させて予
圧荷重変化を小さくしたものや、例えば特開平4−17
1101号公報に示すように、ピエゾ素子を用いるよう
にしたものが提案されているが、前者は、油圧回路の構
造が極めて複雑になるとともに、温度変化が不安定で高
い精度は期待できず、また後者は、熱膨脹による軸方向
圧力に耐え得る素子がなく、またピエゾ素子で軸力を直
接受けることになるので振動的にも問題がある。
【0005】本発明は、このような点を考慮してなされ
たもので、構造が簡単で、しかも容易かつ適確に予圧制
御することができる、軸受予圧制御装置を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の請求項1に係る発明は、ハウジング内に配
置された軸受の内外輪間の軸方向押圧力を調整すること
により、軸受部の予圧を調整する軸受予圧制御装置にお
いて、前記軸受の外輪に軸方向一端が接触するととも
に、前記ハウジングに軸方向他端が接触する筒状の弾性
変形スペーサと;前記ハウジングの弾性変形スペーサに
対応する部位に周方向に間隔を置いて複数取付けられ、
電圧の印加により前記軸受の半径方向に変形して弾性変
形スペーサの軸方向中央部を中心に向かって押圧変形さ
せるピエゾ素子と;各ピエゾ素子への印加電圧を、軸の
回転数または軸受部の温度に応じて調整する電圧調整装
置と;とをそれぞれ設けたことを特徴とする。
【0007】また、本発明の請求項2に係る発明は、弾
性変形スペーサを、軸方向両端のリング部と、周方向に
間隔を置いて複数本配置され前記両リング部を連結する
連結部とから構成し、前記各連結部をピエゾ素子によっ
て押圧変形させるようにしたことを特徴とする。
【0008】さらに、本発明の請求項3に係る発明は、
弾性変形スペーサを、中空円筒状に形成し、かつその両
端面におけるピエゾ素子の押圧位置に対応する周方向位
置に、軸方向に突出する突起を設けたことを特徴とす
る。
【0009】
【作用】本発明の請求項1に係る発明において、通常の
定位置予圧で高速回転させると、回転による内輪の膨脹
と転動体に作用する遠心力、および軸受の内外輪の温度
差による熱膨脹差により、予圧荷重が増加することにな
る。そこで、ピエゾ素子により弾性変形スペーサを押圧
変形させ、予圧を減少させる。このピエゾ素子への印加
電圧は、電圧調整装置により軸の回転数または軸受部の
温度に応じて調整されるので、応答性および再現性に優
れた適確な予圧制御が可能となる。
【0010】また、本発明の請求項2に係る発明におい
ては、弾性変形スペーサが、軸方向両端のリング部と複
数本の連結部とから籠形の円筒状に形成され、ピエゾ素
子は、各連結部を押圧変形させる。このため、比較的小
さな力で大きな変形量が得られる。
【0011】さらに、本発明の請求項3に係る発明にお
いては、弾性変形スペーサが、周面に開口を有しない中
空円筒状に形成され、かつその両端面におけるピエゾ素
子の押圧位置に対応する周方向位置に、軸方向に突出す
る突起が設けられている。このため、籠形の円筒状の場
合と同様、比較的小さな力で大きな変形量が得られると
いう効果を奏し、しかも製作が容易である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の第1実施例に係る軸受予
圧制御装置が組込まれた主軸構造を示すもので、図中、
符号1はハウジング2内に配置された主軸であり、ハウ
ジング2の前端部には、ラビリンスパッキング4A,4
Bを介して前蓋3が取付けられている。
【0013】ハウジング2の前端内部には、前半部分の
アンギュラコンタクト軸受5A,5Bおよび軸受カラー
6A,6Bが、主軸1との間に組込まれており、各軸受
カラー6A,6Bには、例えばオイルエア潤滑を行なう
ためのノズル7A,7Bがそれぞれ接続されている。
【0014】一方、ハウジング2の後端内部には、後半
部分のアンギュラコンタクト軸受8A,8Bおよび軸受
カラー9A,9Bが、主軸1との間に組込まれており、
各軸受カラー9A,9Bには、例えばオイルエア潤滑を
行なうためのノズル10A,10Bがそれぞれ接続され
ている。そして、ハウジング2の後端部には、後端部軸
受を固定するためのステップド・スリーブ11を有する
後蓋12が取付けられている。
【0015】ハウジング2の中央内部には、軸方向一端
が軸受カラー9Aに接触するとともに軸方向他端がハウ
ジング2の段部2aに接触する筒状の弾性変形スペーサ
13が組込まれており、この弾性変形スペーサ13の軸
方向中央部外周側には、周方向に等間隔で例えば4個の
ピエゾ素子14が配置され、これら各ピエゾ素子14
は、止め金15を介してハウジング2に固定されてい
る。そして、各ピエゾ素子14は、電圧の印加により主
軸1の半径方向に変形し、弾性変形スペーサ13の軸方
向中央部を中心に向かって押圧変形させるようになって
いる。
【0016】ハウジング2内部のアンギュラコンタクト
軸受5Aに近接した位置には、軸受温度を検出するため
のセンサ本体16が組込まれており、このセンサ本体1
6に接続された温度検出器17からは、軸受温度信号が
電圧調整装置18に与えられるようになっている。そし
て、電圧調整装置18は、入力された軸受温度信号に応
じ各ピエゾ素子14への印加電圧を調整するようになっ
ている。
【0017】弾性変形スペーサ13は、図2に示すよう
に、軸方向両端のリング部13aと、周方向に等間隔で
4本配置され両リング部13aを連結する連結部13b
とから籠形の円筒状に形成されており、各リング部13
aの内周縁部には、図3に示すように面取り19が施さ
れている。そして、前記4個のピエゾ素子14は、各連
結部13bの軸方向中央部を中心側に向かって押圧変形
させるようになっている。
【0018】次に、本実施例の作用について説明する。
図4に示すように、初期設定の主軸予圧荷重をかけたと
きの軸受の軸方向間隔をδ1 とする。
【0019】この状態から、主軸1の回転数を次第に上
げていくと、前半部は位置決めされているので、後半部
に膨脹する力が動き、軸方向隙間δ1 は次第に増大して
例えば図5に示すような軸方向隙間δ2 (δ2 >δ1
になり、予圧荷重も増大していく。このため、このまま
の状態で運転を続行すると、軸受の焼付きを生じること
になる。
【0020】そこで本実施例では、温度検出器17から
の軸受温度信号に応じ、各ピエゾ素子14への印加電圧
が電圧調整装置18で制御される。これにより、図6に
示すように、各ピエゾ素子14が印加電圧に応じて軸方
向に伸長し、弾性変形スペーサ13の軸方向中央部を中
心に向かって押圧変形する。このため、軸受の軸方向隙
間が、δ1 よりも小さいδ3 (δ1 >δ3 )となって軽
予圧となり、結果として温度上昇を抑え主軸1の高速回
転が可能となる。
【0021】図7ないし図9は、従来の軸受予圧制御と
本実施例の軸受予圧制御とをそれぞれ示すグラフであ
り、図7は最も一般的に実用化されているばねと油圧と
による予圧切換方式の場合を示す。
【0022】図7の場合には、ある回転数N1 に到達し
た時点で、定位置予圧からばねによる定圧予圧になる
が、この方式の場合には、構造が複雑になる上、回転数
1 の設定が難しく、なおかつ主軸頭全体の温度変化が
著しく、加工上精度的に問題がある。
【0023】また、図8は、図7に示した例にさらに切
換数を増加させた例を示すものであるが、この方式の場
合には、特に油圧回路の構造が極端に複雑となるととも
に、温度変化が不安定であり、図7の場合と同様に精度
上問題がある。
【0024】一方、図9は、本実施例による予圧荷重の
変化を示すもので、弾性変形スペーサ13の撓み量の大
きさにより、図中符号イ,ロ等で示すように、任意に制
御することができる。しかも、弾性変形スペーサ13の
撓み量は、軸受温度に基づき制御されているので、高精
度な主軸頭となる。
【0025】図10および図11は、本発明の第2の実
施例を示すもので、前記第1実施例における弾性変形ス
ペーサ13に代え弾性変形スペーサ23を用いるように
したものである。
【0026】すなわち、この弾性変形スペーサ23は、
図10に示すように周面に開口を有しない中空円筒状を
なしており、その軸方向両端の内周縁には、図11に示
すように面取り24が施されている。また、軸方向両端
面におけるピエゾ素子14の押圧位置に対応する周方向
位置には、軸方向に突出する突起25が4つずつ設けら
れている。
【0027】本発明者等は、外径120mm,長さ100
mm,肉厚1.5mmの円筒状をなす弾性変形スペーサ23
のモデルを設定し、その軸方向中央部の周方向4点に2
00kgf の力を加えた際の変形を有限要素法で計算し
た。
【0028】その結果、径方向の変位は、荷重点で中心
側に0.5mm変形するとともに、荷重点間の中央部で外
径側に0.5mm変形することが判った。また軸方向の変
位は、荷重点に対応する周方向位置で10μm凹み、荷
重点間の中央部に対応する周方向位置で10μm出張る
ことが判った。
【0029】このように、弾性変形スペーサ23の場合
には、径方向変位の外径側に変形する部分に対しては、
ハウジング2側に逃げを設け、また軸方向の変位の凹む
部分に対しては、予め突起25を設けておくことによ
り、前記第1実施例の弾性変形スペーサ13と同様の効
果が期待できるとともに、製作が容易である。
【0030】なお、前記両実施例においては、各ピエゾ
素子14の印加電圧を、軸受温度に基づき制御する場合
について説明したが、主軸1の回転数指令値や回転数検
出値に基づいて制御するようにしてもよい。
【0031】また、前記両実施例においては、4個のピ
エゾ素子14を用いる場合について説明したが、2個以
上であればその数に特に制限はない。ただし、撓みの精
度上から考えた場合には、ピエゾ素子14の数は多い方
向が好ましい。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
に係る発明は、ピエゾ素子により弾性変形スペーサを押
圧変形させるとともに、ピエゾ素子への印加電圧を、軸
の回転数または軸受部の温度に応じて調整するようにし
ているので、応答性および再現性に優れた適確な予圧制
御が可能となる。
【0033】また、本発明の請求項2に係る発明は、弾
性変形スペーサを、リング部と連結部とから籠形の円筒
状に形成し、各連結部をピエゾ素子で押圧変形させるよ
うにしているので、比較的小さな力で大きな変形量が得
られる。
【0034】さらに、本発明の請求項3に係る発明は、
弾性変形スペーサを、中空円筒状に形成し、その両端面
に軸方向の突起を設けるようにしているので、籠形の円
筒状に形成した場合と同様の効果が期待でき、しかも製
作が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る軸受予圧制御装置を
備えた軸受構造を示す断面図。
【図2】弾性変形スペーサの一実施例を示す斜視図。
【図3】弾性変形スペーサの軸方向端部の断面構造を示
す部分拡大断面図。
【図4】初期設定の主軸予圧荷重をかけた際の軸受の軸
方向隙間を示す説明図。
【図5】回転数を上げた際の軸受の軸方向隙間の変化を
示す説明図。
【図6】弾性変形スペーサをピエゾ素子で押圧変形させ
た際の軸受の軸方向隙間の変化を示す説明図。
【図7】従来のばねと油圧とを用いた予圧切換方式にお
ける予圧荷重の変化を示すグラフ。
【図8】切換数を増やした従来の予圧切換方式における
予圧荷重の変化を示すグラフ。
【図9】本発明による弾性変形スペーサを用いた場合の
予圧荷重の変化を示すグラフ。
【図10】本発明の第2実施例による弾性変形スペーサ
の斜視図。
【図11】図10の弾性変形スペーサの軸方向端部の断
面構造を示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
1 主軸 2 ハウジング 2a 段部 5A,5B,8A,8B アンギュラコンタクト軸受 6A,6B,9A,9B 軸受カラー 7A,7B,10A,10B ノズル 13,23 弾性変形スペーサ 13a リング部 13b 連結部 14 ピエゾ素子 16 センサ本体 17 温度検出器 18 電圧調整装置 19,24 面取り 25 突起

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ハウジング内に配置された軸受の内外輪間
    の軸方向押圧力を調整することにより、軸受部の予圧を
    調整する軸受予圧制御装置において、 前記軸受の外輪に軸方向一端が接触するとともに、前記
    ハウジングに軸方向他端が接触する筒状の弾性変形スペ
    ーサと、 前記ハウジングの弾性変形スペーサに対応する部位に周
    方向に間隔を置いて複数取付けられ、電圧の印加により
    前記軸受の半径方向に変形して弾性変形スペーサの軸方
    向中央部を中心に向かって押圧変形させるピエゾ素子
    と、 各ピエゾ素子への印加電圧を、軸の回転数または軸受部
    の温度に応じて調整する電圧調整装置と、を具備するこ
    とを特徴とする軸受予圧制御装置。
  2. 【請求項2】弾性変形スペーサは、軸方向両端のリング
    部と、周方向に間隔を置いて複数本配置され前記両リン
    グ部を連結する連結部とを備え、ピエゾ素子は、前記各
    連結部を押圧変形させるようになっていることを特徴と
    する請求項1記載の軸受予圧制御装置。
  3. 【請求項3】弾性変形スペーサは、中空円筒状に形成さ
    れ、かつその両端面におけるピエゾ素子の押圧位置に対
    応する周方向位置に、軸方向に突出する突起が設けられ
    ていることを特徴とする請求項1記載の軸受予圧制御装
    置。
JP27376593A 1993-11-01 1993-11-01 軸受予圧制御装置 Pending JPH07127637A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10045163B4 (de) * 1999-09-13 2005-03-17 Nsk Ltd. Wellenlagerungsanordung
WO2012174762A1 (zh) * 2011-06-20 2012-12-27 西安交通大学 基于压电致动器的非均匀分布预紧力可控高速主轴及其控制方法
CN108161036A (zh) * 2018-03-14 2018-06-15 沈阳建筑大学 一种具备自动调整轴承预紧力的加工中心超声波电主轴

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