JPH0632245Y2

JPH0632245Y2 - 軸受装置

Info

Publication number: JPH0632245Y2
Application number: JP3592989U
Authority: JP
Inventors: 康司森田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-03-29
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2004-03-29
Also published as: JPH02126704U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、例えば切削や穿孔を行う工作機械等に使用
される軸受装置の改良に関し、特に、低速回転時には高
剛性、高速回転時には低発熱の軸受装置となるようにし
たものである。

〔従来の技術〕

従来の軸受装置としては、例えば、本出願人が先に提案
した実開昭５６−７２９２７号公報（名称は、軸受蓋）
に記載されたものがある。

この従来の軸受装置は、ハウジング内の軸を３つの軸受
によって回転可能に支承した装置であって、ラジアル方
向の荷重は３つの軸受で負荷し、アキシアル方向の荷重
は中央の軸受を含む２つの軸受で負荷している。

また、軸受装置に使用する軸受に予圧荷重を与えると、
荷重による軸の変位が小さくなる、軸受の剛性が高くな
る（剛性は、予圧が大きいほど高い）、等の種々の利点
があるから、上記のような軸受装置の軸受は、予圧を与
えた状態で使用するのが一般的であった。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、軸受の予圧は、軸の高速回転に伴って軸
受に加わる遠心力や、軸受の摩擦抵抗による熱膨張等に
よって増大してしまうし、発熱の原因となる軸受の摩擦
抵抗は、その予圧の大きさに比例して大きくなる。つま
り、予圧を与えた軸受は、高速回転時に温度が上昇し易
いので、焼付を生じる恐れが高くなってしまうが、この
ような問題点は、軸受に与える予圧を小さくすれば解決
することができる。

しかし、軸受に与える予圧を小さくすると、重切削を行
う低速回転時にも高い剛性が得られないから、工作機械
等で充分な切削力を発揮できないという問題点が生じて
しまう。

つまり、従来の軸受装置では、軸受に高い予圧を与えた
場合には高速回転時の発熱を促進してしまうし、その予
圧を小さくした場合には重切削時（低速回転時）に充分
な剛性が得れないという未解決の課題があった。

そこで、この考案は、このような従来の軸受装置におけ
る未解決の課題に着目してなされたものであり、低速回
転時（重切削時）には高剛性、高速回転時には低発熱の
軸受装置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〕

上記目的を達成するために、請求項(1)記載の考案は、
ハウジングと、軸と、前記ハウジング内に前記軸を回転
可能に支承する第１，第２及び第３の軸受とを備え、前
記第１，第２及び第３の軸受がこの順に軸方向に配列さ
れた軸受装置において、前記第１及び第２の軸受を予圧
状態で且つ背面組み合わせのアンギュラコンタクト玉軸
受で構成すると共に、前記第２の軸受の外輪に、その外
輪よりも線膨張係数の大きなリング部材を常温時に所定
のしめしろを有した状態で外嵌し、さらに、前記リング
部材の外周面と前記ハウジングの内面との間に隙間を設
けた。

また、請求項(2)記載の考案は、上記請求項(1)記載の考
案において、前記所定のしめしろは、前記軸受装置の通
常使用における最高速回転時に、前記リング部材と前記
第２の軸受の外輪との熱膨張によって略零となるように
した。

〔作用〕

本考案の軸受装置にあっては、第１及び第２の軸受を予
圧状態て使用しているから、低速回転時には、与えた予
圧の大きさに比例した剛性が得られる。

一方、軸が高速回転となると、軸受に加わる遠心力等に
よって予圧は増大すると共に、摩擦抵抗によって軸受が
発熱する。

しかし、第２の軸受の外輪に常温時に所定のしめしろを
有した状態で外嵌しているリング部材は、その外輪より
も線膨張係数が大きいため、高速回転になるに従って軸
受の温度が上昇すると、しめしろが減少して外輪の軌道
径が大きくなる。

つまり、上記遠心力等による予圧の増加が、第２の軸受
の外輪軌道径の拡大による予圧の減少によって相殺され
るから、第１及び第２の軸受の予圧の増大は抑制され
る。

さらに、リング部材を設けた軸受は、中央に位置する第
２の軸受であるので、リング部材とハウジングとの間に
隙間を設けても、第１及び第３の軸受によってラジアル
方向の荷重を負荷できるから、隙間を設けたことによっ
て軸が振れるようなことはない。

また、請求項(2)記載の考案にあっては、軸受装置の通
常使用における最高速回転時には、第２の軸受の外輪及
びリング部材間のしめしろが略零となるから、そのしめ
しろによって与えられる予圧は略零となる。つまり、し
めしろによって与えられる予圧は、軸受装置の通常使用
であれば、高速回転となるに従って徐々に減少するか
ら、請求項(1)記載の考案の作用が常に得られる。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本考案の一実施例を示していて、第
１図は軸受装置１の全体の断面図、第２図は第１図の要
部を拡大した断面図である。

先ず、構成を説明する。

この軸受装置１は、例えば、工作機械のバイト等を回転
させるために使用されるものであって、ハウジング２の
内部に、軸３を、第１の軸受４，第２の軸受５及び第３
の軸受６によって回転可能に支承したものである。

ハウジング２には、軸３が挿入される円筒形の挿入孔７
が貫通していて、挿入孔７の両開口部近傍には、軸３と
の間にラビリンスを構成する封止蓋８ａ，８ｂが固定さ
れている。また、ハウジング２の外面には、軸受装置１
を冷却するためのオイルを通すオイル溝２ａが形成して
ある。

そして、挿入孔７は、中央部７ａの内径が、その両端部
７ｂ及び７ｃの内径に比べて小さくなっていると共に、
端部７ｂの中央部７ａ側には、周方向に連続した溝７ｄ
が設けられていて、端部７ｂの開口部側に第１の軸受４
が配置され、溝７ｄに第２の軸受５が配置され、端部７
ｃに第３の軸受６が配置されている。

第１の軸受４及び第２の軸受５は、アンギュラコンタク
ト玉軸受であり、両者は、下記の配置構造により、背面
組み合わせで且つ予圧が与えられた状態となっている。

即ち、第１の軸受４は、その外輪４ａが封止蓋８に押圧
された押圧体９と外輪間座１０ａとの間に挟持されると
共に、その内輪４ｂが軸３の突部３ａと内輪間座１０ｂ
との間に挟持された状態で配置されていて、外輪４ａと
端部７ｂとの間、及び内輪４ｂと軸３との間は、硬く嵌
め合わされている。

また、第２の軸受５は、第２図に拡大図示するように、
その外輪５ａがハウジング２と外輪間座１０ａとの間に
挟持されると共に、その内輪５ｂが内輪間座１０ｂと軸
３に固着されたスリーブ１１ａ端面との間に挟持された
状態で配置されていて、内輪５ｂと軸３との間は硬く嵌
め合わされている。なお、第２図中の５ｃは、ボール５
ｄを保持する保持器である。

そして、この第２の軸受５の外輪５ａには、リング部材
１２が外嵌している。

このリング部材１２は、外輪５ａよりも線膨張係数の大
きな素材から成形されていて、リング部材１２内周面と
外輪５ａ外周面との間には、所定のしめしろが設けられ
ている。つまり、外輪５ａは、常温時においては、リン
グ部材１２に締め付けられて縮径している。また、リン
グ部材１２外周面と、溝７ｄ内周面との間には隙間１３
が設けられている。

従って、第１の軸受４ａと予め外輪５ａにリング部材１
２が嵌合している第２の軸受５との間に装着されている
外輪間座１０ａ及び内輪間座１０ｂの幅寸法を適宜選定
することにより、第１及び第２の軸受４，５に予め適度
な予圧を与えることができる。

また、第３の軸受６は、アキシアル方向の荷重は負荷し
ない構造の複列円筒コロ軸受であって、その外輪６ａ
が、中央部７ａ及び端部７ｃ間の段差と封止蓋８ｂとの
間に挟持されると共に、その内輪６ｂが、軸３に固着さ
れたスリーブ１１ｂ端面と封止蓋８ｂに整合してラビリ
ンスを構成するスリーブ１１ｃ端面との間に挟持されて
配置されている。

よって、本実施例の軸受装置１は、ラジアル方向の荷重
は第１及び第３の軸受４，６で負荷すると共に、アキシ
アル方向の荷重は第１及び第２の軸受４，５で負荷する
ことができる。

そして、軸３には、貫通孔１５の軸方向に貫通してい
て、この貫通孔１５の第１図左方側には、バイト等を固
定するためのテーパ穴１５ａが形成されている。

そして、切削等を行うバイトは、その反切削側を、テー
パ穴１５ａのテーパ面に当接させた状態で、貫通孔１５
の逆側から適当な固定具で引っ張ることにより、軸３に
固定される。

さらに、軸３のハウジング２から露出した第１図右方側
の外周面には、例えば図示しないモータの出力軸と無端
ベルト等を介して連結されるプーリ１６が固着されてい
て、これにより、軸３を任意の速度で回転させることが
できる。

次に、上記実施例の動作を説明する。

今、重切削を行うために、軸３を比較的低速で回転させ
ているものとすると、この状態では、軸受装置１の温度
はさほど上昇せず、常温時と略同じ状態を維持する。

従って、第１及び第２の軸受４，５は予圧が与えられた
状態を維持するから、重切削に適した高い剛性を得るこ
とができる。

そして、軸３が高速回転状態となると、軸受に加わる遠
心力や、軸受の摩擦抵抗熱による熱膨張等によって第１
及び第２の軸受４，５の予圧が一般には増大する。

しかし、この実施例では、第２の軸受５の外輪５ａに外
嵌したリング部材１２は外輪５ａより線膨張係数が大き
いから、リング部材１２内周面及び外輪５ａ外周面間の
しめしろは温度の上昇に伴って減少する。

しめしろが減少すると、外輪６ａの軌道径が増大するた
め、第２の軸受５のラジアル方向の締め付け力が小さく
なり、第１及び第２の軸受４，５の予圧を減少させるよ
うになる。

つまり、高速回転時の遠心力等による予圧の増加は、外
輪５ａの軌道径の増大による予圧の減少によって相殺さ
れるので、第１及び第２の軸受４，５の予圧の増大が抑
制される。その結果、これら軸受４，５の発熱はが低く
なるから、焼付等の危険性が低減する。

このように、上記実施例のような構成の軸受装置１であ
れば、低速回転時（重切削時）には高剛性、高速回転時
には低発熱という理想的な特性を得ることができる。

ここで、上記実施例の作用効果を、具体的な数値を伴っ
て詳述する。

例えば、第２の軸受５（材質軸受鋼ＳＵＳ）を、内径６
５mm、外径１００mm、幅１８mm、接触角α＝１５度のア
ンギュラコンタクト玉軸受とし、その外輪５ａに、内径
１００mm、外形１２０mm、幅１８mmのステンレス（ＳＵ
Ｓ３０４）製のリング部材１２を、２０℃の常温で、１
０μｍのしめしろを有した状態で外嵌したものとする
と、外輪５ａの軌道径は、７μｍ減少する。

そこで、このような第２の軸受５を上記実施例の軸受装
置１に使用して、常温（２０℃）において２０kgｆの予
圧を与えたものとする。なお、内輪５ｂと軸３のしめし
ろは２μｍとする。

そして、軸３を、軸受装置１の通常使用の最高回転速度
（例えば、１００００ｒｐｍ）で回転させ、温度が４１
℃に上昇したものとすると、通常の軸受に使用される軸
受鋼の線膨張係数は１２．５×１０^-6であり、上記ＳＵ
Ｓ３０４の線膨張係数は１７．３×１０^-6であるので、
外輪５ａ外周面及びリング部材１２内周面間のしめしろ
は、０μｍとなるから、外輪５ａの軌道径は、しめしろ
があるものに比べて７μｍ増大し、即ち常温からの温度
上昇分（この分の膨張は、内輪５ｂ及びボール５ｄの膨
張で予圧量にはほとんど影響しない）に更にしめしろの
減少した分７μｍ増大し、上記しめしろによって与えら
れていた予圧は零となる。なお、この軌道径の変化は、
アキシアル方向の予圧隙間を１２μｍ変化させることに
なる。

つまり、遠心力等の影響による予圧の増加分が外輪５ａ
の軌道径の増大によって相殺されるから、４１℃時の予
圧は２８kgｆにしかならない。これが従来の軸受装置で
あると、同じ条件の元で予圧は４４kgｆにまで増大して
しまい、軸受の焼付等の原因となる。

また、上記のように、軸受装置１の通常使用時の最高速
回転時に、外輪５ａ外周面及びリング部材１２内周面間
のしめしろが零となるようにすれば、上述したような予
圧増加の抑制作用が常に得られる。

そして、リング部材１２を外嵌させると共に、隙間１３
を設けた第２の軸受５は、他の軸受４，６に挟まれた中
央に配置されているので、隙間１３によって軸３が揺れ
るようなことはない。

なお、上記実施例では、溝７ｄを設けることによりリン
グ部材１２とハウジング２との間に隙間１３を形成して
いるが、この隙間１３は、溝７ｄを設けなくても、例え
ば、第２の軸受５に、第１の軸受４よりも薄肉の軸受を
使用することにより形成することもできる。

また、特に図示はしないが、リング部材１２の近傍にヒ
ータ等の加熱装置や温度センサ等を設けることにより、
リング部材１２に積極的な温度変化を与えられるように
すれば、予圧を自在に調整できるようになる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の軸受装置によれば、第
１，第２及び第３の軸受を有した軸受装置において、第
１及び第２の軸受を予圧状態で且つ背面組み合わせのア
ンギュラコンタクト玉軸受で構成すると共に、軸方向の
中央に配置された第２の軸受の外輪に、その外輪よりも
線膨張係数の大きなリング部材を常温時に所定のしめし
ろを有した状態で外嵌し、さらに、前記リング部材の外
周面と前記ハウジングの内面との間に隙間を設けたた
め、重切削を行う低速回転時には、予圧状態を維持して
高い剛性が得られると共に、高速回転時には、予圧の増
大が抑制されて軸受の発熱量が小さくなり、その結果、
軸受の焼付等を防止できるという効果がある。

また、請求項(2)記載の考案のように、前記軸受装置の
通常使用時における最高速回転時に、前記リング部材と
前記第２の軸受の外輪との熱膨張によって、上記所定の
しめしろが略零となるようにすると、高速回転に伴う予
圧増加の抑制作用が常に得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の全体構成を示す断面図、第
２図は第１図の要部を拡大した断面図である。１……軸受装置、２……ハウジング、３……軸、４……
第１の軸受、４ａ……第１の軸受の外輪、４ｂ……第１
の軸受の内輪、５……第２の軸受、５ａ……第２の軸受
の外輪、５ｂ……第２の軸受の内輪、６……第３の軸
受、６ａ……第３の軸受の外輪、６ｂ……第３の軸受の
内輪、１２……リング部材、１３……隙間。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、軸と、前記ハウジング内に
前記軸を回転可能に支承する第１，第２及び第３の軸受
とを備え、前記第１，第２及び第３の軸受がこの順に軸
方向に配列された軸受装置において、前記第１及び第２
の軸受を予圧状態で且つ背面組み合わせのアンギュラコ
ンタクト玉軸受で構成すると共に、前記第２の軸受の外
輪に、その外輪よりも線膨張係数の大きなリング部材を
常温時に所定のしめしろを有した状態で外嵌し、さら
に、前記リング部材の外周面と前記ハウジングの内面と
の間に隙間を設けたことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】前記所定のしめしろは、前記軸受装置の通
常使用における最高速回転時に、前記リング部材と前記
第２の軸受の外輪との熱膨張によって略零となる請求項
(1)記載の軸受装置。