JPH0749067Y2

JPH0749067Y2 - 回転・直線運動用玉軸受

Info

Publication number: JPH0749067Y2
Application number: JP1989091374U
Authority: JP
Inventors: 伸甲谷; 克弘橘
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd; ISEL Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd; ISEL Co Ltd
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2004-08-01
Also published as: JPH0329721U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は、回転・直線運動用玉軸受に関し、特に、ラジ
アル荷重に対する偏心量が小さく、軸心精度を高められ
るようにした回転・直線運動用玉軸受に関するものであ
る。

〈従来の技術〉例えば第５図に示すように、円筒形の外筒４の内部にボ
ール保持器１とボール３とを外筒４の内周面に沿ってボ
ール保持器１及びボール３が外筒の軸心方向と周方向と
に移動できるように組み込んだ回転・直線運動用玉軸受
がある。

〈考案が解決しようとする課題〉ところで、このような回転・直線運動用玉軸受にラジア
ル荷重が作用すると、その荷重によって圧縮されるボー
ル３が弾性変形して、この玉軸受に内嵌される軸８の軸
心に対して外筒４の軸心がずれるという問題がある。

特に、マシニングセンタ等の精密加工を行う工作機械に
この回転・直線運動用玉軸受を使用する場合、加工力が
回転・直線運動用玉軸受のラジアル方向に作用すること
により加工精度が低下するという問題を招くことにな
る。

本考案は、上記の事情を考慮してなされたものであり、
ラジアル荷重に対する偏心量が小さく、軸心精度を高め
られるようにした回転・直線運動用玉軸受を提供するこ
とを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉本考案は、例えば第１図に示すように、軸８と外筒11と
の間に環状のボール保持器１を介在させ、このボール保
持器１に複数のボール保持部２を形成して、各ボール保
持部２内にボール３を回転自在に支持させ、各ボール３
の一部をボール保持器１の外周面1aの外側及び内周面1b
の内側にそれぞれ突出させて、軸８の周方向及び軸心方
向の両方向に運動自在に構成した回転・直線運動用玉軸
受において、ボール保持器１と外筒11との間に、予圧接
当筒６と予圧付与手段７とを上記ボール保持器１側から
順に設け、予圧付与手段７は、予圧接当筒６を介して各
ボール３を予め押圧して、このボール３への押圧力に外
力Ｆを加重させた場合のボール３の弾性変形率がボール
３に外力Ｆのみを作用させた場合のボール３の弾性変形
率よりも小さくなるように押圧力を設定し、ボール保持
器１の肉厚を、上記押圧力によって弾性変形したボール
３の短軸側の直径よりも小さく設定するとともに、ボー
ル３が外力によって弾性変形から塑性変形に変化すると
きのボール３の短軸側の直径よりも大きく設定したもの
である。

〈作用〉一般に、軸受に使用されている合金鋼の場合には、第４
図に示すように、圧縮荷重がある程度までは荷重とそれ
により生じる歪は比例関係にあると言えるが、荷重が一
定範囲を超えると荷重の変化に対する歪の変化率が次第
に小さくなることが知られている。

つまり、ボール３に外力Ｆのみを作用させた場合には、
ボール３は、弾性変形量δ_０だけ弾性変形するが、本考
案では、予圧付与手段７によって予圧接当筒６を介して
ボール３を軸８の求心方向に予め押圧してあるので、ボ
ール３は、上記押圧力に外力Ｆが加重されることにな
る。この結果、ボール３に上述と同じ外力Ｆが加わる
と、ボール３への荷重が上記一定範囲を超えて、ボール
３は、上記外力Ｆのみを作用させた場合よりも弾性変形
率（ｄδ/dF）が小さくなって、弾性変形量δ_１（＜δ
_０）しか弾性変形しなくなる。

従って、ボール３に外力Ｆが加わっても、ボール３は小
さい弾性変形量δ_１しか変形しないことになり、軸８と
外筒11との間の偏心が抑制される。

また、ボール３に過剰な外力が加わっても、ボール保持
器１によってボール３が塑性変形する状態まで圧縮され
ることが防がれ、その過剰な外力でボール３が塑性変形
して破損することが防がれる。

本考案の予圧付与手段７は、予圧接当筒６を介して各ボ
ール３を求心方向に押圧できるように構成してあればよ
く、例えば、予圧接当筒６と外筒11との間に形成され、
外部から所定の圧力を有する圧油が供給される環状の油
圧室で予圧付与手段７を構成したり、断面が楔状のリン
グとこれを厚肉方向に締め込む締付具で構成したりする
ことができる。

特に、請求項２の考案では、締付具73の締結に伴って内
周面テーパ外輪72のテーパ内周面72aと、外周面テーパ
内輪71のテーパ外周面71aとが互いに求心方向、且つ、
軸心に対して傾斜する方向に押し合って、内周面テーパ
外輪72の軸心と、外周面テーパ内輪71の軸心とが互いに
自動調心し合う。これにより、締付具73で締結するだけ
で調心作業を行わなくても、外筒11の軸心と、軸８の軸
心とが適正に一致する。

〈実施例〉以下、本考案の実施例を図面に基づき説明する。

第２図はマシニングセンタの要部の縦断面図である。同
図に示すように、テーブル10の中心に中心軸８が設けら
れ、この中心軸８に本考案の一実施例に係る回転・直線
運動用玉軸受Ｂを介してパレットベース11が回転自在
に、かつ、所定の範囲内で昇降自在に枢支される。

すなわち、パレットベース11は、中心軸８を中心とする
所定のピッチ円上に等間隔置きに配列した弾性体からな
るベアリング12によりテーブル10から浮き上がった状態
に支持され、駆動装置13により回転駆動される一方、所
要の位置で割出し装置14の位置決めギヤ14bを割出圧油
室14aの油圧でベアリング12の弾力に抗してパレットベ
ース11をテーブル10に密着する位置まで押し下げること
により、前記位置決めギヤ14bをテーブル10に固定の基
準ギヤ14cとパレットベース11に固定の割出しギヤ14dと
に同時に噛み合わさせてパレットベース11の向きを割出
させるように構成してある。なお、割出圧油室14aの圧
抜き時には、位置決めギヤ14bは戻しバネで基準ギヤ14c
及び割出しギヤ14cの上方に離脱させるようにしてあ
る。

前記回転・直線運動用玉軸受Ｂは、外筒としてのパレッ
トベース11を備え、その内部にボール保持器１とこれの
ボール保持部２に回転自在に支持された多数（ここでは
54個）のボール３が収納される。

ボール保持器１は円筒状に形成され、また、第１図に示
すように、ボール３が全周にわたって均等に分布するよ
うに、ボール保持部２が上下３列に配列される。

第１図に示すように、各ボール３はボール保持器１の内
周面1bの内側及び外周面1aの外側に突出させてあり、各
ボール３を中心軸８の外周面に転接させる一方、パレッ
トベース11と各ボール３及びボール保持器１との間に環
状の空間５が形成される。この空間５内には予圧接当筒
６と、予圧付与手段７とが内外に嵌合させた状態にして
設けられる。

この予圧付与手段７は、内外二重輪71・72と、締付具73
からなり、外輪72に形成したテーパ内周面72aに内輪71
のテーパ外周面71aを挿入してテーパ嵌合させてある。
そして、外輪72と内輪71とにわたって設けられた締付具
73は、内輪71の上面に受け止められた環状板73aとこの
環状板73a及び内輪71の周囲部に挿通され、外輪72に螺
合されたボルト73bで構成される。そして、このボルト7
3bを締め込むことにより、内輪71に対して外輪72をテー
パ嵌合の奥側（図上、上側）に前進させるようになって
いる。

上記ボール保持器１の厚さは、前記ボール３が締付具73
の締付力により、予圧接当筒６と中心軸８とで挟圧され
て弾性変形する場合の短軸側の直径を予圧短軸直径と呼
び、ボール３が異常外力により異常変形して破損する恐
れが生じる場合の短軸側の直径を許容最小短軸直径と呼
ぶものとして、予圧短軸直径よりも小さく、許容最小短
軸直径よりも大きい値に設定される。

この回転・直線運動用玉軸受Ｂにおいては、ボルト73b
を締め込むことにより、内輪71に対して外輪72をテーパ
嵌合の奥側に前進させることにより、予圧接当筒６及び
ボール３が求心方向に圧縮される。これにより、ボール
３は予圧された状態になり、第３図（Ａ）に示すよう
に、各ボール３は弾力P₀を有するバネと看做すことがで
きる。ここにラジアル方向の外力Ｆが作用すると、第３
図（Ｂ）に示すように、各ボール３はδ_１だけ圧縮さ
れ、あるいは膨脹する。各ボール３のバネ定数をK₁とす
ると、圧縮されたボール３の弾力P₁と、膨脹したボール
３の弾力P₁′と、外力Ｆとの間には、次の式が成り立
つ。

Ｆ＝P₁−P₁′ ＝（P₀＋K₁δ_１）−（P₀−K₁δ_１）＝２K₁δ_１これに対して、ボール３に予圧を与えていない場合に
は、ラジアル方向の外力Ｆが作用すると、圧縮されるボ
ール３はδ_０だけ圧縮されるが、第３図（Ｃ）に示すよ
うに、反対側のボール３は膨脹しない。したがって、こ
の時の各ボール３のバネ定数をK₀とすると、圧縮された
ボール３の弾力P₁″と、外力との間には、次の式が成り
立つ。

Ｆ＝P₁″＝K₀δ_０したがって、同じ外力Ｆに対して、予圧を与えた場合の
ボール３の弾性変形量は予圧を与えない場合のK₀/2K₁と
なる。一方、ボール３のバネ定数Ｋは、荷重が一定範囲
を超えると荷重の増加に対して次第に小さくなる。これ
に伴って、第４図に示すように、ボール３の弾性変形量
（歪み）δも次第に小さくなる。つまり、荷重が一定範
囲を超えるとバネ定数はK₁＜K₀となって、同じ外力Ｆに
対する弾性変形量はδ_１＜δ_０となる。すなわち、荷重
が一定範囲を超えると、同じ外力Ｆに対するボール３の
弾性変形率（ｄδ/dF）が小さくなる。

また、予圧付与手段７は、外周面テーパ内輪71と、内周
面テーパ外輪72と、締付具73とからなり、締付具73を締
め込んだ時に外輪72のテーパ内周面72aと内輪71のテー
パ外周面71aとが互いに嵌合されるので、外輪72の軸心
と内輪71の軸心とが互いに自動調心し合い、玉軸受に内
嵌される軸８の軸心とパレットベース11の軸心とを常時
一致させることができ、ラジアル荷重に対する軸心の振
れによる偏心の発生を防止できる。また、荷重がテーパ
外周面71a、あるいは、テーパ内周面72aに広く分散して
受け止められるので、内輪71、外輪72、予圧当接筒６、
ボール３、中心軸８等の塑性変形を防止できるとともに
異常摩耗の発生を防止できる。

更に、ボール保持器１の肉厚の寸法を予圧短軸直径より
も小さく、許容最小短軸直径よりも大きい値に設定して
あるので、圧縮されたボール３の短軸が許容最小短軸直
径よりも小さくなることがボール保持器１によって制限
され、最大偏心量を小さな値に制限できるとともに、ボ
ールが異常変形して破損する恐れがなくなる。

〈発明の効果〉本考案は、上記のように構成され作用することから次の
効果を奏する。

ボールを予め押圧することでボールに外力が作用した場
合のボールの弾性変形率をボールに外力のみを作用させ
た場合よりも小さくしたので、ボールの弾性変形による
軸と外筒との間の偏心が抑制されて、軸心精度が向上す
る。

これにより、この回転・直線運動用玉軸受を精密加工用
の工作機械に使用した場合に、高い加工精度を得ること
ができる。

また、過剰な外力でボールが塑性変形することがボール
保持器によって防止されるので、ボールが塑性変形して
滑らかに転動できなくなって、軸あるいは外筒ががたつ
くことが防止される。従って、この回転・直線運動用玉
軸受を精密加工用の工作機械に使用した場合での高い加
工精度を確実に維持できる。

しかも、ボール保持器の肉厚によってボールの塑性変形
を防ぐので、このボールの塑性変形防止用の部材を別途
設けずに済む分だけ、この回転・直線運動用玉軸受の構
成が大きくなることを防止できる。

さらに、予圧付与手段を内周面テーパ外輪のテーパ内周
面と、外周面テーパ内輪のテーパ外周面とをテーパ嵌合
させて構成した場合には、締付具の締結に伴って、内周
面テーパ外輪と外周面テーパ内輪との軸心が互いに自動
調心し合うので、調心作業を行わなくても締付具による
締結作業のみで外筒と軸との軸心が正確に一致する。

つまり、外筒に対して軸の軸心がずれたり傾いたりした
場合、予圧付与手段の押圧力が一部のボールへ適正に加
えられなくなるおそれがあるが、上述のように外筒と軸
との軸心が正確に一致するため、全てのボールへ予圧付
与手段の押圧力を適正に加えることができる。従って、
ボールの弾性変形量を確実に低減して、外筒に対する軸
のぶれを低減して軸心精度をより向上できる。

しかも、締付具による締結作業のみで外筒と軸との軸心
が正確に一致するので、調心作業の手間及び時間を省略
できるうえ、外筒と軸との軸心がずれたり傾いたりする
ことで玉軸受の一部に過大な応力が加わって塑性変形し
たり、比較的短期間でボールが摩耗することを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る回転・直線運動用玉軸
受の一部切除正面図、第２図はその玉軸受けを備えるマ
シニングセンタの要部の縦断面図、第３図（Ａ）は外力
Ｆが作用しない場合の力の釣合図、第３図（Ｂ）は外力
Ｆが作用した時の力の釣合図、第３図（Ｃ）は従来の回
転・直線運動用玉軸受に外力Ｆが作用した時の力の釣合
図、第４図は圧縮応力と歪との関係を示す応力特性図、
第５図は従来例の縦断面図である。１……ボール保持器、1a……外周面、1b……内周面、２
……ボール保持部、３……ボール、５……空間、６……
予圧接当筒、７……予圧付与手段、８……中心軸、11…
…外筒（パレットベース）、71……外周面テーパ内輪、
71a……テーパ外周面、72……内周面テーパ外輪、72a…
…テーパ内周面、73……締付具。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】軸（８）と外筒（11）との間に環状のボー
ル保持器（１）を介在させ、このボール保持器（１）に複数のボール保持部（２）を
形成して、各ボール保持部（２）内にボール（３）を回
転自在に支持させ、各ボール（３）の一部を上記ボール保持器（１）の外周
面（1a）の外側及び内周面（1b）の内側にそれぞれ突出
させて、上記軸（８）の周方向及び軸心方向の両方向に
運動自在に構成した回転・直線運動用玉軸受において、上記ボール保持器（１）と上記外筒（11）との間に、予
圧接当筒（６）と予圧付与手段（７）とを上記ボール保
持器（１）側から順に設け、上記予圧付与手段（７）は、上記予圧接当筒（６）を介
して上記各ボール（３）を予め押圧して、このボール
（３）への押圧力に外力（Ｆ）を加重させた場合の上記
ボール（３）の弾性変形率が上記ボール（３）に上記外
力（Ｆ）のみを作用させた場合の上記ボール（３）の弾
性変形率よりも小さくなるように上記押圧力を設定し、上記ボール保持器（１）の肉厚を、上記押圧力によって
弾性変形した上記ボール（３）の短軸側の直径よりも小
さく設定するとともに、上記ボール（３）が外力によっ
て弾性変形から塑性変形に変化するときの上記ボール
（３）の短軸側の直径よりも大きく設定した、ことを特徴とする回転・直線運動用玉軸受。
【請求項２】前記予圧付与手段（７）は、外周面テーパ
内輪（71）と、内周面テーパ外輪（72）と、締付具（7
3）とからなり、上記内周面テーパ外輪（72）のテーパ内周面（72a）
と、上記外周面テーパ内輪（71）のテーパ外周面（71
a）とをテーパ嵌合させ、上記締付具（73）の締付力により、上記内周面テーパ外
輪（72）と、上記外周面テーパ内輪（71）とをテーパ嵌
合の締込み側に前進させるように構成した、ことを特徴とする請求項１に記載した回転・直線運動用
玉軸受。