TWI612229B - 組合滾珠軸承、主軸裝置及工作機械 - Google Patents

組合滾珠軸承、主軸裝置及工作機械 Download PDF

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TWI612229B
TWI612229B TW105125062A TW105125062A TWI612229B TW I612229 B TWI612229 B TW I612229B TW 105125062 A TW105125062 A TW 105125062A TW 105125062 A TW105125062 A TW 105125062A TW I612229 B TWI612229 B TW I612229B
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Yoshiaki Katsuno
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Abstract

主軸裝置(M)之前側軸承(40)係由接觸角之方向相同之2行角接觸滾珠軸承(41、51、42、52)彼此背面組合而成。各角接觸滾珠軸承(41、51、42、52)各自具有相等之內徑尺寸，接觸角之方向相同之各角接觸滾珠軸承(41、51、42、52)彼此各自具有相等之外徑尺寸，另一方面，接觸角之方向不同之各角接觸滾珠軸承(41、51、42、52)各自具有不同之外徑尺寸。且，至少於外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承(42、52)中，位於軸向外側之角接觸滾珠軸承(42)之滾珠直徑及接觸角係設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承(52)更大。

Description

組合滾珠軸承、主軸裝置及工作機械
本發明係關於一種組合滾珠軸承、主軸裝置及工作機械，更詳細而言，係關於在工作機械或一般產業機械使用之內裝式電動機類型之高速旋轉用主軸裝置所用之組合滾珠軸承、及包含該組合滾珠軸承之主軸裝置、以及包含該主軸裝置之一般工作機械或複合加工工作機械。
圖7係顯示專利文獻1所記述之內裝式電動機之主軸裝置之構造。於圖7中，將主軸頭101之殼體分割為前部殼體102與後部殼體103，由螺栓104緊固兩者。主軸105係經由前側軸承106、107而被支持於前部殼體102，且經由後側軸承108、109及軸承外殼110，而被支持於後部殼體103。又，主軸105包含內裝式電動機之轉子111、及用以夾持工具之拉桿112等。
又，作為其他之主軸裝置，揭示於前側軸承包含4個角接觸滾珠軸承之構造(例如、參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本國專利特開2007-1010號公報
專利文獻2：日本國專利特開2004-263816號公報
然而，於專利文獻2所記述之4個角接觸滾珠軸承係使用相同之構成者，但要求主軸剛度增加之高精度加工、或軸承之疲勞壽命之增加、耐熔執性之提高，有進一步改善之必要。又，於主軸裝置中，若因主軸之碰撞，而對刃具前端負荷載荷，則於刃具側軸承受到最大載荷，故於滾珠與軌道面之接觸部容易形成壓痕，於耐衝擊性亦要求改善。
又，於專利文獻1所記述之主軸裝置中，於內裝式電動機之定子113之軸向兩端部，突出有稱為末端線圈114之定子線圈之轉接部。於圖7之主軸裝置中，內嵌有前側軸承106、107之前部殼體102係形成於末端線圈114之軸向外側，前後軸承106、107、108、109間之跨距變大。因此，有主軸105之全長變長，整體尺寸變大之問題。
本發明係鑑於上述狀況而完成者，其目的在於提供一種可有助於因主軸之剛度增加之高精度加工、或軸承之疲勞壽命之增加、耐熔執性之提高、及耐衝擊性之提高之組合滾珠軸承、主軸裝置及工作機械。
本發明之上述目的係藉由下述之構成達成。
(1)一種組合滾珠軸承，其特徵在於具有於軸向排列而成之4行以上之角接觸滾珠軸承，且係由接觸角之方向相同之2行以上之上述角接觸滾珠軸承彼此背面組合而成者，且上述各角接觸滾珠軸承各自具有相等之內徑尺寸，上述接觸角之方向相同之上述各角接觸滾珠軸承彼此各自具有相等之外徑尺寸，另一方面，上述接觸角之方向不同之上述各角接觸滾珠軸承各自具有不同之外徑尺寸，至少於外徑尺寸較大之上述各角接觸滾珠軸承中，位於軸向外側之上述角接觸滾珠軸承之滾珠直徑及接觸角，大於位於軸向內側之 上述角接觸滾珠軸承者。
(2)如(1)之組合滾珠軸承，其中至少於上述外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承中，位於上述軸向外側之角接觸滾珠軸承之滾珠節圓直徑，大於位於上述軸向內側之角接觸滾珠軸承者。
(3)一種主軸裝置，其特徵在於將旋轉軸經由前側及後側軸承而旋轉自由地支持於殼體，且由內裝式電動機旋轉驅動上述旋轉軸者，且上述前側軸承係由(1)或(2)之組合滾珠軸承構成，將上述外徑尺寸較小之各角接觸滾珠軸承設為靠近上述內裝式電動機之電動機側軸承，將上述外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承相對於該電動機側軸承而設為與上述內裝式電動機遠離之電動機遠側軸承。
(4)如(3)之主軸裝置，其中上述殼體包含：外筒殼體，其供安裝上述內裝式電動機之定子；前側軸承殼體，其係設置於該外筒殼體之前部，且供內嵌上述前側軸承之外環；及後側軸承殼體，其係設置於上述外筒殼體之後部，且供內嵌上述前側軸承之外環，或經由軸承套筒而被支持；且上述前側軸承殼體係形成為外周面具有大徑外周面與小徑外周面之階梯形狀；且上述前側軸承殼體之小徑外周面之至少一部分係以自半徑方向觀察時與上述定子之末端線圈重合之方式，配置於上述定子之末端線圈之內側；且上述電動機側軸承之至少一者係於自半徑方向觀察時與上述前側軸承殼體之小徑外周面重合之位置，內嵌於上述前側軸承殼體。
(5)如(4)之主軸裝置，其中上述電動機側軸承與上述電動機遠側軸承被賦予定位預壓，且 上述電動機側軸承之外環具有嵌合間隙，而內嵌於上述前側軸承殼體。
(6)如(4)或(5)之主軸裝置，其中上述電動機側軸承與上述電動機遠側軸承被賦予定位預壓，且上述電動機側軸承之外環具有軸向間隙，且相對於上述前側軸承殼體而於軸向定位。
(7)如(4)至(6)中任一項之主軸裝置，其中上述後側軸承之外環係內嵌於上述軸承套筒，且上述軸承套筒係內嵌於上述後側軸承殼體，且上述軸承套筒之至少一部分係以自徑向觀察時與上述定子之末端線圈重合之方式，配置於上述定子之末端線圈之內側。
(8)如(4)至(6)中任一項之主軸裝置，其中上述後側軸承之外環係內嵌於上述後側軸承殼體，且上述後側軸承殼體之至少一部分係以自徑向觀察時與上述定子之末端線圈重合之方式，配置於上述定子之末端線圈之內側。
(9)一種工作機械，其特徵在於具備如(3)至(8)中任一項之主軸裝置。
(10)如(9)之工作機械，其中上述主軸裝置係搭載於傾角機構或旋轉機構。
根據本發明之組合滾珠軸承，係將接觸角之方向相同之2行以上之角接觸滾珠軸承彼此背面組合而成，各角接觸滾珠軸承分別具有相等之內徑尺寸，接觸角之方向相同之各角接觸滾珠軸承彼此分別具有相等之外徑尺寸，另一方面，接觸角之方向不同之角接觸滾珠軸承分別具有不同之外徑尺寸。又，至少於外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承中，位於軸向外側之角接觸滾珠軸承之滾珠直徑及接觸角較位於軸 向內側之角接觸滾珠軸承更大。藉此，將上述組合滾珠軸承應用於主軸裝置，將外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承配置於負荷徑向載荷或軸向載荷之載荷負荷側(例如，於工作機械用主軸裝置中，負荷切削載荷之刃具側)，藉此可有助於因主軸剛度(轉矩剛度及軸向剛度)增加之高精度加工、或軸承之疲勞壽命之增加、耐熔執性之提高。進而，於主軸前端負荷有載荷時，可抑制負擔最大載荷之軸向外側之角接觸滾珠軸承之壓痕之產生，可提高耐衝擊性。
10‧‧‧外筒殼體
11‧‧‧冷卻筒
20‧‧‧前側軸承殼體
21‧‧‧大徑外周面
22‧‧‧小徑外周面
23‧‧‧小徑內周面
24‧‧‧大徑內周面
25‧‧‧肩部
26‧‧‧肩部
30‧‧‧後側軸承殼體
31‧‧‧圓筒部
36‧‧‧軸承套筒
37‧‧‧圓筒部
40‧‧‧前側軸承
41‧‧‧電動機側軸承
42‧‧‧電動機遠側軸承
43‧‧‧外環墊片
44‧‧‧外環墊片
45‧‧‧內環墊片
46‧‧‧內環墊片
47‧‧‧外環壓緊構件
51‧‧‧電動機側軸承
52‧‧‧電動機遠側軸承
60‧‧‧後側軸承
61‧‧‧軸承
62‧‧‧軸承
63‧‧‧外環墊片
64‧‧‧內環墊片
65‧‧‧外環壓緊構件
66‧‧‧內環墊片
67‧‧‧被檢測部用連結構件
68‧‧‧圓筒滾子軸承
69‧‧‧內環墊片
70‧‧‧裝入式電動機
71‧‧‧定子
72‧‧‧轉子
73‧‧‧末端線圈
80‧‧‧旋轉軸
81‧‧‧轉子套筒
86‧‧‧軸承固定螺母
87‧‧‧軸承固定螺母
90‧‧‧夾緊單元
93‧‧‧拉桿
94‧‧‧碟形彈簧
95‧‧‧速度感測器
101‧‧‧主軸頭
102‧‧‧前部殼體
103‧‧‧後部殼體
104‧‧‧螺栓
105‧‧‧主軸
106‧‧‧前側軸承
107‧‧‧前側軸承
108‧‧‧後側軸承
109‧‧‧後側軸承
110‧‧‧軸承外殼
111‧‧‧轉子
112‧‧‧拉桿
113‧‧‧定子
114‧‧‧末端線圈
10a‧‧‧冷卻用槽
41a‧‧‧外環
42a‧‧‧外環
51a‧‧‧外環
52a‧‧‧外環
61a‧‧‧外環
62a‧‧‧外環
68a‧‧‧外環
41b‧‧‧滾珠
42b‧‧‧滾珠
51b‧‧‧滾珠
52b‧‧‧滾珠
61b‧‧‧滾珠
62b‧‧‧滾珠
68b‧‧‧圓筒滾子
80b‧‧‧螺紋槽
41c‧‧‧內環
42c‧‧‧內環
51c‧‧‧內環
52c‧‧‧內環
61c‧‧‧內環
62c‧‧‧內環
68c‧‧‧內環
80c‧‧‧錐形部
80d‧‧‧階部
80e‧‧‧密封部
80f‧‧‧階部
d41‧‧‧內徑尺寸
d42‧‧‧內徑尺寸
d51‧‧‧內徑尺寸
d52‧‧‧內徑尺寸
dm41‧‧‧滾珠節圓直徑
dm42‧‧‧滾珠節圓直徑
dm51‧‧‧滾珠節圓直徑
dm52‧‧‧滾珠節圓直徑
D41‧‧‧外徑尺寸
D42‧‧‧外徑尺寸
D51‧‧‧外徑尺寸
D52‧‧‧外徑尺寸
Da41‧‧‧滾珠直徑
Da42‧‧‧滾珠直徑
Da51‧‧‧滾珠直徑
Da52‧‧‧滾珠直徑
H‧‧‧殼體
L1‧‧‧嵌合間隙
L2‧‧‧嵌合間隙
M‧‧‧主軸裝置
α41‧‧‧接觸角
α42‧‧‧接觸角
α51‧‧‧接觸角
α52‧‧‧接觸角
△A‧‧‧軸向間隙
△R‧‧‧間隙
Ⅲ‧‧‧部
Ⅳ‧‧‧部
圖1係本發明之第1實施形態之主軸裝置之剖視圖。
圖2係顯示作為圖1之前側軸承而應用之組合滾珠軸承之剖視圖。
圖3係圖1之Ⅲ部放大剖視圖。
圖4係圖1之Ⅳ部放大剖視圖。
圖5係本發明之第2實施形態之主軸裝置之剖視圖。
圖6係本發明之變化例之主軸裝置之剖視圖。
圖7係顯示先前之主軸裝置之剖視圖。
以下，關於本發明之各實施形態之組合滾珠軸承及主軸裝置基於圖式詳細地說明。
(第1實施形態)
圖1所示之本實施形態之主軸裝置M係內裝式電動機類型者，係安裝於具有傾角機構或旋轉機構之工作機械而使用。主軸裝置M將旋轉軸80經由前側及後側軸承40、60而旋轉自由地支持於殼體H，且旋轉軸80係由內裝式電動機70旋轉驅動。
殼體H包含：外筒殼體10，其係固定於未圖示之工作機構之托架；前側軸承殼體20，其係設置於外筒殼體10之前部；後側軸承殼體 30，其係設置於外筒殼體10之後部；及軸承套筒36，其係配置於後側軸承殼體30之內側，且可相對於後側軸承殼體30於軸方向相對移動。
亦如圖2及圖3顯示般，前側軸承40具有配置於前側軸承殼體20與旋轉軸80之前部之間之4行之角接觸滾珠軸承。即，前側軸承40具備：接觸角之方向為相同並排組合之、靠近內裝式電動機之電動機側軸承41、51；及接觸角之方向為相同並排組合之、相對於該電動機側軸承41、51與內裝式電動機70遠離之電動機遠側軸承42、52。電動機側軸承41、51與電動機遠側軸承42、52包含：外環41a、51a、42a、52a，其等內嵌於前側軸承殼體20；內環41c、51c、42c、52c，其等外嵌於旋轉軸80；及複數個滾珠41b、51b、42b、52b，其等於外環41a、51a、42a、52a與內環41c、51c、42c、52c之間作為滾動體各自具有接觸角而滾動；且電動機側軸承41、51與電動機遠側軸承42、52經由外環墊片43、內環墊片45，以背面組合而於軸向排列。
另，電動機側軸承41、51及電動機遠側軸承42、52亦稱為角接觸滾珠軸承41、51、42、52。
又，外環41a、51a、42a、52a將於以下進行詳述，其等係於前側軸承殼體20、及固定於前側軸承殼體20之外環壓緊構件47之間，經由外環墊片43、44而於軸向定位。進而，內環41c、51c、42c、52c將軸承固定螺母86朝向旋轉軸80之階部80d而緊固於形成於旋轉軸80之螺紋槽80a，藉此經由內環墊片45、46而於軸向固定，藉此，對軸承41、51、42、52賦予預壓。
另，軸承固定螺母86係配置於後述之定子71之末端線圈73之內側、且前側軸承殼體20之後端部與轉子72(於本實施形態中為轉子套筒81)之前端部之間。又，供軸承固定螺母86螺合之螺紋槽80a係形成於供前側軸承40嵌合之旋轉軸80之外周面，且形成為較供轉子套筒81嵌合之外周面更大徑。又，旋轉軸80之刃具側端部之外周面形成為較 供前側軸承40嵌合之旋轉軸80之外周面更大徑，又，具有與外環墊片44一起形成迷宮式密封構造之密封部80e。因此，旋轉軸80係以自刃具側端部朝向後側而斷續地使外周面縮徑之方式形成。
又，如圖4所示般，後側軸承60亦配置於軸承套筒36與旋轉軸80之後部之間，且包含：靠近內裝式電動機之電動機側軸承61；及電動機遠側軸承62，其相對於該電動機側軸承61而與內裝式電動機70遠離。電動機側軸承61與電動機遠側軸承62係包含以下構件之角接觸滾珠軸承：外環61a、62a，其係內嵌於軸承套筒36；內環61c、62c，其係外嵌於旋轉軸80；及複數個滾珠61b、62b，其等於外環61a、62a與內環61c、62c之間作為滾動體各自具有接觸角而滾動；且電動機側軸承61與電動機遠側軸承62經由外環墊片63、內環墊片64而背面組合。
又，外環61a、62a係於軸承套筒36、與固定於軸承套筒36之外環壓緊構件65之間，經由外環墊片63而定位於軸向。又，內環61c、62c係由形成於旋轉軸80之螺紋槽80b將軸承固定螺母87朝向旋轉軸80之階部80f緊固，藉此經由內環墊片66及速度感測器95之被檢測部用連結構件67而固定於軸向，藉此，將預壓賦予至軸承61、62。
返回圖1，內裝式電動機70包含：定子71，其係配置於前側軸承40與後側軸承60之間之空間，且於外筒殼體10之內周經由冷卻筒11而固定；及轉子72，其係燒嵌於設置於旋轉軸80外周之轉子套筒81；且於定子71之軸向兩端部，定子線圈之末端線圈73作為大致環狀之凸部而突出。另，轉子套筒81係熱壓緊固於旋轉軸80之外周上。
又，於外筒殼體10之內周面，形成冷卻用槽10a，供冷卻筒11內嵌，藉此構成冷卻路徑。進而，於彼此嵌合之外筒殼體10之內周面、與前側軸承殼體20之外周面之間，亦於前側軸承殼體20之外周面形成冷卻油槽20a，藉此構成其他冷卻路徑。
於旋轉軸80之內徑部，組裝有：拉桿93，其係於軸向延伸；夾 緊單元90，係設於拉桿93之前端側，用以將未圖示之工具固持器固定於旋轉軸80之錐形部80c；及碟形彈簧94，其係設於拉桿93與旋轉軸80之間，且將夾緊單元90拉進至反工具側。又，於後側軸承殼體30之後方，安裝有將組裝至旋轉軸80之內徑部之碟形彈簧94壓縮而解開工具固持器之未圖示之解開單元。
此處，如圖2所示，於前側軸承40中，電動機側軸承41、51與電動機遠側軸承42、52分別具有相等之內徑尺寸(d41=d51=d42=d52)。又，接觸角之方向為相同之電動機側軸承41、51彼此、及接觸角之方向為相同之電動機遠側軸承42、52彼此分別具有相等之外徑尺寸(D41=D51、D42=D52)，另一方面，電動機側軸承41、51與電動機遠側軸承42、52分別具有彼此不同之外徑尺寸，具體而言，電動機遠側軸承42、52之外徑尺寸較電動機側軸承41、51更大(D42=D52>D41=D51)。
又，於外徑尺寸較大之電動機遠側軸承42、52中，位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42之滾珠直徑、接觸角及滾珠節圓直徑之任一者均設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承52更大(即，Da42>Da52、α42>α52、dm42>dm52)。
另一方面，於外徑尺寸較小之電動機側軸承41、51中，位於軸向外側之角接觸滾珠軸承41與位於軸向內側之角接觸滾珠軸承51係設定為於滾珠直徑、接觸角及滾珠節圓直徑之任一者均彼此相等(即Da41=Da51、α41=α51、dm41=dm51)。
即，藉由將外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承42、52配置於負荷切削載荷(徑向載荷或軸向載荷)之刃具側，可進行因主軸剛度(轉矩剛度及軸向剛度)增加之高精度加工、或軸承之疲勞壽命之增加。
另一方面，於外徑尺寸較小之電動機側軸承41、51，藉由配置於反刃具側，切削載荷之負荷較小，故無軸承之耐久性或壽命下降之 顧慮，無剛度上之不佳狀況。
又，電動機側軸承41、51彼此、及電動機遠側軸承42、52彼此分別具有相等之外徑尺寸，藉此可抑制加工費用或裝配費用之增加。假設，於使電動機側軸承41、51或電動機遠側軸承42、52之外徑尺寸不同之情形時，彼此嵌入之管理部位成為2部位或4部位，加工工時增加，且導致加工費用或裝配費用之增加。進而，於使電動機遠側軸承42、52之外徑尺寸不同之情形時，外環42a、52a之軸向定位(確保適當之外環軸向按壓量)變困難。
又，於電動機側軸承41、51中，外徑尺寸較小，故滾珠節圓直徑亦小，可減小容易受到因轉子72之發熱所致之熱負荷之電動機側軸承41、51之dmn(dm：滾珠節圓直徑與n：旋轉數(min-1)之積)值，可防止於高速旋轉時容易產生之電動機側軸承41、51之熔傷。
又，於外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承42、52中，將位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42之滾珠直徑設定為較位於角接觸滾珠軸承52更大(Da42>Da52)，藉此於刃具前端負荷載荷時，負擔最大載荷之軸向外側之角接觸滾珠軸承42之臨界載荷(於滾珠與軌道面之接觸部產生壓痕之最低載荷)成為較大，可抑制壓痕之產生，可提高耐衝擊性。
進而，於角接觸滾珠軸承42中，藉由使滾珠直徑Da42較大，因滾動摩擦所致之發熱某種程度增大，但由於位於軸向外側，故軸承自身之滾動摩擦所致之發熱量容易逃逸至外部，軸承之因滾動摩擦所致之發熱而熔傷之可能性較低。因此，即使增大滾珠直徑，位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42之滾動摩擦所致之發熱某種程度增大，亦可無問題地使用。
又，由於位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42之接觸角係設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承52更大(α42>α52)，故可提高組合 滾珠軸承及主軸裝置之軸向剛度。
主軸系統之徑向剛度除了影響軸承剛度以外亦影響旋轉軸之彎曲剛度，但關於軸向剛度，大致由軸承剛度決定。一般若增大接觸角，則自旋滑動或陀螺儀滑動等滑動成為較大，軸承之發熱量增大。於軸向外側之角接觸滾珠軸承42中，可某種程度容許發熱量之增加，但於軸向內側之角接觸滾珠軸承52中，無法容許發熱量之增加。因此，可將軸向內側之角接觸滾珠軸承52之接觸角設為較小。
又，由於位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42之滾珠間距直徑係設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承52更大(dm42>dm52)，故可將轉矩長設為較長，可提高組合滾珠軸承及主軸裝置之轉矩剛度。
另一方面，作為將滾珠節圓直徑設為較大所致之弊害，可列舉軸承旋轉時之dmn值變大，軸承之滾動摩擦所致之發熱變大。然而，如上述般，於軸向外側之角接觸滾珠軸承42中，即使增大軸承之發熱，亦可無問題地使用，但於軸向內側之角接觸滾珠軸承52中，必須避免發熱量之增大。因此，將軸向內側之角接觸滾珠軸承52之滾珠節圓直徑dm52設為較小。
另，於本實施形態中，外徑尺寸較大之電動機遠側軸承42、52、及外徑尺寸較小之電動機側軸承41、51之間之滾珠直徑、接觸角及滾珠節圓直徑之關係係設定為Da42>Da52>Da41=Da51、α42>α52≧α41=α51、dm42>dm52>dm41=dm51。
又，如圖3所示般，於本實施形態中，前側軸承殼體20形成為具有外周面與外筒殼體10之內周面嵌合之大徑外周面21、與較該大徑外周面21更小徑之小徑外周面22之階梯形狀。又，前側軸承殼體20之小徑外周面22之至少一部分係以自半徑方向觀察時與定子71之末端線圈73重合之方式，配置於定子71之末端線圈73之內側。
又，於前側軸承40中，於組合滾珠軸承中成為軸向外側之電動 機側軸承41係於自半徑方向觀察時與前側軸承殼體20之小徑外周面22重合之位置，內嵌於前側軸承殼體20。前側軸承殼體20之內周面係由供電動機側軸承41、51內嵌之小徑內周面23、與供電動機遠側軸承42、52內嵌之大徑內周面24而形成為階梯形狀。又，於本實施形態中，電動機側軸承41係以自半徑方向觀察時與定子71之末端線圈73重合之方式，配置於定子71之末端線圈73之內側。
電動機遠側軸承42、52之外環外徑與前側軸承殼體20之內徑之嵌合間隙L1係設為較電動機側軸承41、51之外環外徑與前側軸承殼體20之內徑之嵌合間隙L2更小(L1<L2)。
即，電動機遠側軸承42、52之外環外徑與前側軸承殼體20之內徑之嵌合間隙L1係直徑間隙，且較佳為設為0μm~20μm左右，更佳為設為0μm~10μm左右。
另一方面，電動機側軸承41、51之外環外徑與前側軸承殼體20之內徑之嵌合間隙L2係直徑間隙，且設為10μm~5mm左右之間隙(=△R)左右。
將電動機側軸承41、51之外環外徑與前側軸承殼體20之內徑之嵌合間隙L2(=△R)設為較大，藉此，於高速旋轉中，會因離心力或內外環溫度差而產生之內部預壓之增加，使得外環41a、51a於該間隙部分膨脹。該外環41a、51a之膨脹係作用於預壓洩降之方向，有減輕作為前側軸承40整體之預壓增加之效果。因此，不僅可防止電動機側軸承41、51之熔傷，亦可防止前側軸承40整體之熔傷。
另，若嵌合間隙L2超過5mm，則於軸承內徑為
Figure TWI612229BD00001
100mm以下(標準之軸尺寸)之軸承之情形時，無法確保電動機遠側軸承42、52之固定外環42a、52a之肩部平面。
另一方面，若嵌合間隙L2小於10μm，則於外環41a、51a膨脹時，該間隙部分會消失，使得預壓減輕效果變得不夠充分。另，嵌合 間隙L2就實用而言，期望為10~200μm左右。
又，於本實施形態中，電動機遠側軸承42、52之外環42a、52a係一端側經由外環墊片43而接觸固定於前側軸承殼體20之肩部25(或亦可直接接觸固定)，另一端側經由外環墊片44而由外環壓緊構件47固定，而於軸向定位。
另一方面，電動機側軸承41、51之外環41a、51a係一端部經由外環墊片43固定於電動機遠側軸承42、52(或亦可直接接觸固定於電動機遠側軸承42、52)，另一端部於與前側軸承殼體20之其他肩部26之間設置軸向間隙(△A)而配置。軸向間隙△A只要為△A>0，則數值不特別限定。
於該情形時，使與前側軸承殼體20之肩部25接觸之外環墊片43係兩端部之缺口部分之內徑尺寸不同，電動機側端部係以與外環41a、51a抵接之方式形成為較電動機遠側端部更小徑。
尤其，於精密軸之情形時，為了壓緊外環41a、51a、42a、52a之緊固時之彎曲變形，按壓量之精度管理必須控制在數十μm~十幾μm之偏差，且將外徑尺寸不同之4個軸承41、51、42、52同時以適當之按壓量固定於各肩部25、26為非常困難。
另一方面，如本實施形態所示般，考慮設置軸向間隙(△A)，即軸承41、51之外環單體寬度與小徑內周面23之寬度之各單體零件之加工誤差，則若以△A>0之方式加工設定軸承41、51之外環單體寬度與小徑內周面23之寬度之尺寸，則無需主軸裝配時之後期加工或微調整。前側軸承40之軸向之固定可相對於大徑內周面24之寬度，確認軸承42、52之外環單體寬度、與外環墊片43、44之尺寸差後，僅調整外環壓緊構件47之寬度(與平常實施之軸組裝作業相同)。
假設，與本發明不同，於軸承41、51亦同時與前側軸承40以相同按壓量緊固之情形時，進而，相對軸承41、51之外環單體寬度，小 徑內周面23之寬度(肩部25、26間之距離)之數μm程度之調整成為必要，由於加工部位為孔之深部，故微調整加工極其困難。另，如本實施形態般，於軸承41、51之間配置有墊片43、45之情形時，包含外環墊片43之調整為必要，進而變得煩雜。
另，通常成為固定側軸承之前側軸承40係為了確保剛性及旋轉精度而被負荷定位預壓，故電動機側軸承41、51之外環41a、51a係藉由預壓而與外環墊片43緊貼嵌合。因此，若如圖2般固定電動機遠側軸承42、52，則即使有上述間隙(△R及△A)，電動機側軸承41、51之外環41a、51a亦不會於旋轉中與內環41c、51c一起旋轉。
又，作為本構成，於加工中負荷於主軸之徑向載荷係尺寸較大，負荷容量較大，且由電動機遠側軸承42、52負荷，故無故障。
如以上般，構成本實施形態之組合滾珠軸承之前側軸承40係由接觸角之方向相同之2行角接觸滾珠軸承41、51、42、52彼此背面組合而成，各角接觸滾珠軸承41、51、42、52分別具有相等之內徑尺寸，接觸角之方向相同之各角接觸滾珠軸承41、51、42、52彼此分別具有相等之外徑尺寸，另一方面，接觸角之方向不同之各角接觸滾珠軸承41、51、42、52分別具有不同之外徑尺寸。且，於外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承42、52中，位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42之滾珠直徑及接觸角係設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承52更大。藉此，將上述組合滾珠軸承應用於主軸裝置，將外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承42、52配置於負荷切削載荷(徑向載荷或軸向載荷)之刃具側，藉此可有助於因主軸剛度(轉矩剛度及軸向剛度)增加之高精度加工、軸承之疲勞壽命之增加、及耐熔執性之提高。又，於在刃具前端負荷載荷時，可抑制負擔最大載荷之軸向外側之角接觸滾珠軸承之壓痕之產生，可提高耐衝擊性。
又，於外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承42、52中，將位於軸 向外側之角接觸滾珠軸承42之滾珠節圓直徑設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承52更大，故可提高組合滾珠軸承及主軸裝置之轉矩剛度。
又，於本實施形態之構成之主軸裝置M中，前側軸承殼體20係形成為外周面具有大徑外周面21與小徑外周面22之階梯形狀，且前側軸承殼體20之小徑外周面22之至少一部分係以自半徑方向觀察時與定子71之末端線圈73重合之方式，配置於定子71之末端線圈73之內側，且前側軸承40包含：靠近內裝式電動機之電動機側軸承41、51；及相對於該電動機側軸承41、51與內裝式電動機70遠離之電動機遠側軸承42、52。且，於組合滾珠軸承中軸向外側之電動機側軸承41係自半徑方向觀察時與前側軸承殼體20之小徑外周面22重合之位置，內嵌於前側軸承殼體20。
藉此，可將外徑較小之電動機側軸承41配置於末端線圈73內，可謀求軸之短寸化，可對旋轉軸80全長之縮短帶來貢獻，藉此，可謀求主軸裝置M之軸向尺寸之小型化與輕量化。
又，藉由旋轉軸80之前後軸承40、60間跨距之減少，可提高旋轉軸80之固有振動數，可將最高旋轉數設為更高速，動剛度變高，藉此亦可將振動抑制為較小。又，藉由旋轉部之慣性減少，因急加速性之提高與電力減少亦可期待省能量效果。又，於搭載於傾角機構或旋轉機構之情形時，藉由主軸裝置M之小型化與輕量化，亦可謀求傾角機構或旋轉機構之構造小型化。
又，於本實施形態中，軸承套筒36係具有以自徑向觀察時與定子71之末端線圈73重合之方式，配置於定子71之末端線圈73之內側之圓筒部37，故可進而縮短旋轉軸80之全長。進而，將後側軸承60之電動機側軸承61配置於定子71之末端線圈73之內側，故可更有效地縮短旋轉軸80之全長。
另，於上述實施形態中，於外徑尺寸較大之電動機遠側軸承42、52中，將位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42之滾珠直徑、接觸角及滾珠節圓直徑之任一者均設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承52更大，但本發明只要為將位於軸向外側之角接觸滾珠軸承42至少滾珠直徑及接觸角設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承52更大者即可。
又，於外徑尺寸較小之電動機側軸承41、51中，將位於軸向外側之角接觸滾珠軸承41與位於軸向內側之角接觸滾珠軸承51設定為滾珠直徑、接觸角及滾珠節圓直徑之任一者均彼此相等，但本發明並非限定於此，亦可將組合滾珠軸承之位於軸向外側之角接觸滾珠軸承41之滾珠直徑、接觸角及滾珠節圓直徑之至少一者設定為較位於軸向內側之角接觸滾珠軸承51更大。
(第2實施形態)
接著，基於圖5對本發明之第2實施形態之主軸裝置詳細地說明。另，對與第1實施形態相同或同等部分標註相同符號，並省略或簡化說明。
於第1實施形態中，作為後側軸承60，使用組合角接觸滾珠軸承，但於本實施形態中，如圖5所示般，作為後側軸承60，係使用單行圓筒滾子軸承68。
因此，圓筒滾子軸承68之外環68a係直接內嵌於後側軸承殼體30，由固定於後側軸承殼體30之外環壓緊構件65固定於軸向。又，圓筒滾子軸承68之內環68c係外嵌於旋轉軸80，且將軸承固定螺母87緊固於螺紋槽80b，藉此經由內環墊片69、及被檢測部用連結構件67，固定於軸向。於外環68a與內環68c之間，配置有複數個圓筒滾子68b。
後側軸承殼體30係具有以自徑向觀察時與定子71之末端線圈73 重合之方式，配置於定子71之末端線圈73之內側之圓筒部31。因此，藉由使用單行圓筒滾子軸承68，與第1實施形態之主軸裝置相比，可進而謀求短尺寸化。
又，如本實施形態般，使圓筒滾子軸承68之至少一部分自徑向觀察與末端線圈73重合，藉此，可進而謀求短尺寸化。關於其他之構成及作用，與第1實施形態者相同。
另，本發明並非限定於上述之實施形態者，亦可適當進行變化、改良等。
例如，於本實施形態中，於4行背面組合角接觸滾珠軸承之各角接觸滾珠軸承間配置內環墊片及外環墊片，但亦可無各內環墊片及外環墊片，進而謀求短尺寸化。
又，關於後側軸承，於應用2行以上之組合角接觸滾珠軸承之情形時，亦可與上述軸承相同，設為電動機遠側軸承外環外徑>電動機側軸承外環外徑等，與前側軸承相同之構成。
進而，於上述實施形態中，後側軸承殼體或軸承套筒之至少一部分係以於徑向觀察時與定子之末端線圈重合之方式，配置於定子之末端線圈之內側，而謀求短尺寸化。然而，本發明之主軸裝置若為構成上述實施形態之組合滾珠軸承者則並非限定於此，例如，亦可如圖6所示之變化例般，為未將後側軸承殼體30配置於定子71之末端線圈73內側之構成。
又，於上述實施形態中，對作為主軸裝置之前側軸承應用之4行之角接觸滾珠軸承作為組合滾珠軸承進行說明，但本發明之組合滾珠軸承並非限定於此，只要為具有將於軸向排列而成之4行以上之角接觸滾珠軸承，且使接觸角之方向相同之2行以上之角接觸滾珠軸承彼此背面組合而成者即可。
此外，本發明之組合滾珠軸承並非限定於本實施形態之殼體之 形狀，可應用於旋轉軸藉由內裝式電動機旋轉驅動之任意之內裝式電動機類型之主軸裝置。即，使用該組合滾珠軸承之本發明之主軸裝置係只要為將外徑尺寸較小之各角接觸滾珠軸承設為靠近內裝式電動機之電動機側軸承，將外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承相對於該電動機側軸承而設為與內裝式電動機遠離之電動機遠側軸承者即可。
本申請案係基於2015年8月5日申請之日本專利申請2015-155270者，其內容係於此處作為參考而併入本文中。
40‧‧‧前側軸承
41‧‧‧電動機側軸承
42‧‧‧電動機遠側軸承
43‧‧‧外環墊片
45‧‧‧內環墊片
51‧‧‧電動機側軸承
52‧‧‧電動機遠側軸承
41a‧‧‧外環
41b‧‧‧滾珠
41c‧‧‧內環
42a‧‧‧外環
42b‧‧‧滾珠
42c‧‧‧內環
51a‧‧‧外環
51b‧‧‧滾珠
51c‧‧‧內環
52a‧‧‧外環
52b‧‧‧滾珠
52c‧‧‧內環
d41‧‧‧內徑尺寸
d42‧‧‧內徑尺寸
d51‧‧‧內徑尺寸
d52‧‧‧內徑尺寸
dm41‧‧‧滾珠節圓直徑
dm42‧‧‧滾珠節圓直徑
dm51‧‧‧滾珠節圓直徑
dm52‧‧‧滾珠節圓直徑
D41‧‧‧外徑尺寸
D42‧‧‧外徑尺寸
D51‧‧‧外徑尺寸
D52‧‧‧外徑尺寸
Da41‧‧‧滾珠直徑
Da42‧‧‧滾珠直徑
Da51‧‧‧滾珠直徑
Da52‧‧‧滾珠直徑
α41‧‧‧接觸角
α42‧‧‧接觸角
α51‧‧‧接觸角
α52‧‧‧接觸角

Claims (11)

  1. 一種組合滾珠軸承，其特徵在於具有於軸向排列而成之4行以上之角接觸滾珠軸承，且係由接觸角之方向相同之2行以上之上述角接觸滾珠軸承彼此背面組合而成者，且上述各角接觸滾珠軸承各自具有相等之內徑尺寸，上述接觸角之方向相同之上述各角接觸滾珠軸承彼此各自具有相等之外徑尺寸，另一方面，上述接觸角之方向不同之上述各角接觸滾珠軸承各自具有不同之外徑尺寸，至少於外徑尺寸較大之上述各角接觸滾珠軸承中，位於軸向外側之上述角接觸滾珠軸承之滾珠徑及接觸角，大於位於軸向內側之上述角接觸滾珠軸承者。
  2. 如請求項1之組合滾珠軸承，其中至少於上述外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承中，位於上述軸向外側之角接觸滾珠軸承之滾珠節圓直徑，大於位於上述軸向內側之角接觸滾珠軸承者。
  3. 一種主軸裝置，其特徵在於將旋轉軸經由前側及後側軸承而旋轉自由地支持於殼體，且由內裝式電動機旋轉驅動上述旋轉軸者，且上述前側軸承係由如請求項1或2之組合滾珠軸承構成，將上述外徑尺寸較小之各角接觸滾珠軸承設為靠近上述內裝式電動機之電動機側軸承，將上述外徑尺寸較大之各角接觸滾珠軸承相對於該電動機側軸承而設為與上述內裝式電動機遠離之電動機遠側軸承。
  4. 如請求項3之主軸裝置，其中上述殼體包含：外筒殼體，其供安裝上述內裝式電動機之定 子；前側軸承殼體，其係設置於該外筒殼體之前部，且供內嵌上述前側軸承之外環；及後側軸承殼體，其係設置於該外筒殼體之後部，且供上述前側軸承之外環內嵌或經由軸承套筒而被支持；且上述前側軸承殼體係形成為外周面具有大徑外周面與小徑外周面之階梯形狀；且上述前側軸承殼體之小徑外周面之至少一部分係以自半徑方向觀察時與上述定子之末端線圈重合之方式，配置於上述定子之末端線圈之內側；且上述電動機側軸承之至少一者係於自半徑方向觀察時與上述前側軸承殼體之小徑外周面重合之位置，內嵌於上述前側軸承殼體。
  5. 如請求項4之主軸裝置，其中上述電動機側軸承與上述電動機遠側軸承被賦予定位預壓，且上述電動機側軸承之外環具有嵌合間隙，而內嵌於上述前側軸承殼體。
  6. 如請求項4之主軸裝置，其中上述電動機側軸承與上述電動機遠側軸承被賦予定位預壓，且上述電動機側軸承之外環具有軸向間隙，且相對於上述前側軸承殼體而於軸向定位。
  7. 如請求項5之主軸裝置，其中上述電動機側軸承與上述電動機遠側軸承被賦予定位預壓，且上述電動機側軸承之外環具有軸向間隙，且相對於上述前側 軸承殼體而於軸向定位。
  8. 如請求項4至7中任一項之主軸裝置，其中上述後側軸承之外環係內嵌於上述軸承套筒，且上述軸承套筒係內嵌於上述後側軸承殼體，且上述軸承套筒之至少一部分係以自徑向觀察時與上述定子之末端線圈重合之方式，配置於上述定子之末端線圈之內側。
  9. 如請求項4至7中任一項之主軸裝置，其中上述後側軸承之外環係內嵌於上述後側軸承殼體，且上述後側軸承殼體之至少一部分係以自徑向觀察時與上述定子之末端線圈重合之方式，配置於上述定子之末端線圈之內側。
  10. 一種工作機械，其特徵在於具備如請求項3至9中任一項之主軸裝置。
  11. 如請求項10之工作機械，其中上述主軸裝置係搭載於傾角機構或旋轉機構。
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