JPH1162952A

JPH1162952A - 軸受装置

Info

Publication number: JPH1162952A
Application number: JP23546997A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tamaki; 康玉城
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-08-18
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の加工効率を損なうことなく装置の小型
化や駆動モータの消費電力を低減することができ且つ高
速回転時においても優れた回転精度を有するようにし
た。【解決手段】駆動モータにより回転駆動する回転軸１
をセラミック材料で形成し、回転軸を支承する転がり軸
受として２列正面組合せアンギュラ玉軸受３を使用し、
定位置予圧方式により組み付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軸受装置に関し、特
に工作機械に使用される軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械に使用される軸受装置において
は、工作精度を向上させるために高剛性、高回転精度、
低発熱であることが要求されており、特に近年において
は工作機械の更なる加工効率向上のために高速回転性、
すなわち高回転数でもって長時間安定的に使用できるこ
とが要求され、また駆動モータが短時間で最高回転数に
到達できることが要求されるようになってきている。

【０００３】そこで、従来より、この種の軸受装置にお
いては、回転軸を支承する転がり軸受として組合せアン
ギュラ玉軸受を使用すると共に、該組合せアンギュラ玉
軸受の組合せ方式を外輪の背面同士を対向させた背面組
合せとし、さらに軸受すきまが「負のすきま」となるよ
うに予圧を付与して軸受の製造、組み付けを行ない、こ
れによって軸受部分の剛性を高め、回転精度の向上を図
ることが行なわれている。すなわち、外輪の背面同士を
対向させた各玉軸受の間に間座を挟着させて所定の予圧
量で予圧を付与する所謂定位置予圧を行なうことによ
り、軸受内部における転動体と軌道輪とが弾性変形し、
その結果軸受すきまが殺されてガタが無くなる。そし
て、これにより軸受部分の剛性を高めることができ、高
速回転性を良好なものとすることができる。

【０００４】また、駆動モータを短時間で最高回転数に
到達させる手段としては、従来より高出力の駆動モータ
を使用することが行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の軸受装置においては、上述の如く駆動モータの回転
数を短時間で最高回転数に到達させるために高出力のモ
ータが使用されており、したがって最高回転数で切削等
の加工を行なう際に実際に要求される出力に対して大幅
に出力余裕のある駆動モータが使用されることとなり、
このため工作機械の大型化を招いたり、消費電力の増大
を招来するという問題点があった。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであって、所望の加工効率を損なうことなく装置の
小型化や駆動モータの消費電力を低減することができ且
つ高速回転時においても優れた回転精度を有する軸受装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】駆動モータの出力を低減
させるには、起動時から最高回転数に到達するまでの立
ち上がり時間や最高回転数の低減、駆動モータにより回
転駆動する回転軸の慣性力の低減等が考えられるが、上
述したように立ち上がり時間を長くしたり最高回転数を
低く抑制すると加工効率の低下を招くことから、加工効
率を所望の高精度に維持しつつ駆動モータの出力を低減
させるためには回転軸の慣性力を低減させることが最も
効果的な措置であると考えられる。

【０００８】しかして、回転軸の慣性力を低減させるた
めには該回転軸の重量を低減させることが必要であり、
したがって、従来の鋼材料（比重：約７．８）に比べ比
重の小さいセラミック材料（比重：約３．２）を使用す
るのが効果的である。

【０００９】しかしながら、セラミック材料は、線膨張
係数がハウジング等に使用される鋼材料に比べて著しく
小さいため、従来のようにアンギュラ玉軸受を背面組合
せで使用すると運転時における軸受予圧の増大を招来す
る。すなわち、セラミック材料の線膨張係数は綱材料の
線膨張係数に比べて著しく小さいため、アンギュラ玉軸
受を背面組合せとして予圧を付与した場合、運転中にお
いて予圧が増加する方向に軸受スパンの軸方向変位が生
じ、焼き付け等の軸受損傷が発生して長時間の使用が困
難となる虞がある。

【００１０】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであって、本発明に係る軸受装置は、駆動モータ
により回転駆動する回転軸と、該回転軸を支承する定位
置予圧により組み付けられた転がり軸受とからなる軸受
装置において、前記回転軸がセラミック材料で形成され
ると共に、前記転がり軸受が少なくとも２列以上の正面
組合せアンギュラ玉軸受からなることを特徴としてい
る。

【００１１】上記構成によれば、回転軸に軽量のセラミ
ック材料を使用しているので、鋼材を使用した場合に比
べ、慣性力を低減させることができる。しかも、組合せ
アンギュラ玉軸受を外輪の正面同士を対向させた正面組
合せとすることにより、アンギュラ玉軸受の外輪を支持
する鋼製のハウジング部とセラミック製の回転軸との線
膨張係数の差異により生じ得る運転中の温度上昇に起因
した予圧の上昇を抑制することができ、安定した高速運
転が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１３】図１は本発明に係る軸受装置の一実施の形
態を示す半断面図であって、本軸受装置は、綱材料に比
べ比重が小さく且つ弾性率の高いＳｉ₃Ｎ₄（窒化珪
素）やＳｉＣ（炭化珪素）等のセラミック材料により所
定形状に形成された中空状の回転軸１と、所定形状を有
する鋳鉄製のハウジング部２と、前記回転軸１の前方側
に嵌合されると共に該回転軸１の外周面適所に形成され
た外鍔部１ａ及ハウジング部２の内周面適所に形成され
た内鍔部２ａに係止された２列正面組合せアンギュラ玉
軸受３と、前記回転軸１の外周面略中央部に装着された
駆動モータ用ロータ４と、該ロータ４と対向するように
前記ハウジング部２の内周面に固着された駆動モータ用
ステータ５と、前記回転軸１の後方側に嵌合された円筒
ころ軸受６と、前蓋７と、該前蓋７と前記回転軸１との
間をシールする前シール部８と、後蓋９と、該後蓋９と
前記回転軸１との間をシールする後シール部１８とから
構成されている。

【００１４】前記２列正面組合せアンギュラ玉軸受３
は、具体的には、第１のアンギュラ玉軸受１０ａと、第
２のアンギュラ玉軸受１０ｂと、該第１及び第２のアン
ギュラ玉軸受１０ｂとの間に挟着された円筒形状の一対
の間座１１とから構成され、周知の定位置予圧方式によ
り組み付け時に所定の予圧量が付与されるように寸法製
作されている。

【００１５】第１のアンギュラ玉軸受１０ａ及び第２の
アンギュラ玉軸受１０ｂは同様の構成とされ、回転輪と
しての内輪１２ａ、１２ｂと、固定輪としての外輪１３
ａ、１３ｂと、該外輪１３ａ、１３ｂと前記内輪１２
ａ、１２ｂとの間に装入された複数個の転動体１４ａ、
１４ｂとを有し、これら外輪１３ａ、１３ｂの正面同
士、すなわちアキシャル荷重を支える側面とは反対側の
側面同士が対向するように配置されている。

【００１６】また、前記一対の間座１１は、内輪１２
ａ、１２ｂ間に挟着されて該内輪１２ａ、１２ｂを支持
する内輪間座１５と、外輪１３ａ、１３ｂ間に挟着され
て該外輪１３ａ、１３ｂを支持する外輪間座１６とから
なる。また、これら内輪間座１５及び外輪間座１６は、
回転軸１の慣性力低下をより一層促進する観点から、本
実施の形態では回転軸１と同様、Ｓｉ₃Ｎ₄やＳｉＣ等
のセラミック材料で形成されている。

【００１７】このように構成された軸受装置において
は、回転軸１に軽量のセラミック材料を使用しているの
で、回転軸１に鋼材料を使用した場合に比べ、駆動モー
タを介して回転軸１が回転駆動したときの回転軸１の慣
性力を低減させることができる。すなわち、綱材料の比
重は約７．８であるのに対してセラミック材料の比重は
約３．２であり、したがって比重比で約４０％軽減さ
れ、その結果回転軸１の回転駆動による慣性力も低減
し、起動時に必要とされるモータ出力を抑制することが
可能となり、加工効率を損なうことなく駆動モータの小
型化を図ることができる。

【００１８】また、鋼材料とセラミック材料とでは線膨
張係数が大幅に異なるが、本実施の形態では、２列アン
ギュラ玉軸受が正面組合せとされているので、温度上昇
に起因した熱膨張の差による軸受予圧の上昇を抑制する
ことができ、したがって高速回転時においても回転精度
を高精度のものとすることが可能となり、良好な高速回
転性を得ることができる。

【００１９】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではない。上記実施の形態では、内輪間座１５及び
外輪間座１６を共にセラミック材料で形成したが、内輪
間座１５をセラミックやアルミニウム合金等で形成し、
外輪間座１６を従来と同様の綱材料で形成するのも好ま
しい。すなわち、この場合は内輪間座１５を軽量且つ線
膨張係数の小さいセラミックやアルミニウム合金等で形
成することにより高速回転時の温度上昇による内輪間座
１５の膨張を抑制する一方で、外輪間座１６を綱材料で
形成することにより高速回転時における遠心力等で生じ
る軸受の過大な予圧上昇をより効果的に抑制することが
できる。

【００２０】また、本実施の形態では２列正面組合せア
ンギュラ玉軸受について説明したが、玉軸受の組み付け
方法を例えば第２のアンギュラ玉軸受１０ｂと同方向と
した１個以上のアンギュラ玉軸受を第１のアンギュラ玉
軸受１０ａと第２のアンギュラ玉軸受１０ｂとの間に介
装し、これにより３個以上のアンギュラ玉軸受を列設し
てなる多列正面組合せアンギュラ玉軸受とした場合につ
いても同様に適用できる。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

【００２２】本願出願人は、本発明の実施例として、回
転軸をＳｉ₃Ｎ₄で作成すると共に、内径φ６５の２列
正面組合せアンギュラ玉軸受を作成した。尚、間座は、
本実施例では、内輪間座及び外輪間座共、セラミックで
形成した。また、比較の対象となる従来例として、回転
軸１を綱材料（ＳＣＲ４３０）で作成すると共に、内径
φ６５の２列背面組合せアンギュラ玉軸受を作成した。
また、この従来例では内輪間座及び外輪間座も綱材料で
形成した。

【００２３】このようにして作成された回転軸及び２列
組合せアンギュラ玉軸受を使用して上記図１のような軸
受装置を組み立て、定位置予圧方式で軸受に所定予圧量
を付与し、起動時のモータ消費電力とモータ回転数に対
する外輪の温度上昇を測定した。

【００２４】表１は、実験条件と消費電力の測定結果を
示したものである。

【００２５】

【表１】この表１から明らかなように、従来例の起動時における
モータ消費電力は５ｋＷ／Ｈであったのに対し、実施例
の起動時におけるモータ消費電力は２．５ｋＷ／Ｈと従
来例に比べて少なくて済み、回転軸の慣性力を低下させ
たことにより、消費電力の節減を図ることができること
が判る。

【００２６】また、表１に示すように、本実施例は従来
例に比べ予圧量を２倍としているが、これは本実施例で
は回転軸１として綱材料に比し弾性に富むセラミック材
料を使用しているため、定位置予圧における予圧量を増
加させることができるからであり、その結果本実施例は
従来例に比べ、回転軸の剛性向上を図ることもできる。

【００２７】図２は駆動モータの回転数（ｒｐｍ）と外
輪上昇温度ΔＴ（℃）との関係を示す温度特性図であっ
て、図中、実線が本発明の実施例、破線が従来例であ
る。

【００２８】この図２から明らかなように、実施例は従
来例に比べ、高速回転時における温度上昇を抑制するこ
とができ、これにより運転時における温度上昇に起因し
た予圧の上昇を抑制することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る軸受装
置は、駆動モータにより回転駆動する回転軸と、該回転
軸を支承する定位置予圧により組み付けられた転がり軸
受とからなる軸受装置において、前記回転軸がセラミッ
ク材料で形成されると共に、前記転がり軸受が少なくと
も２列以上の正面組合せアンギュラ玉軸受からなるの
で、回転軸の慣性力を低減させることができると共に運
転時の予圧増大を抑制することができる。したがって、
駆動モータの小型化が可能となり、装置の小型化、消費
電力の節減を図ることができ、更には高速回転時におい
ても長時間に亙って安定した回転数を維持することがで
き、高速回転時の回転精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸受装置の一実施の形態を示す半
断面図である。

【図２】駆動モータの回転数と外輪の温度上昇との関係
を示す温度特性図である。

【符号の説明】

１回転軸３正面組合せアンギュラ玉軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動モータにより回転駆動する回転軸
と、該回転軸を支承する定位置予圧により組み付けられ
た転がり軸受とからなる軸受装置において、前記回転軸がセラミック材料で形成されると共に、前記
転がり軸受が少なくとも２列以上の正面組合せアンギュ
ラ玉軸受からなることを特徴とする軸受装置。