TW201520444A - 軸承機構 - Google Patents

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TW201520444A
TW201520444A TW103120296A TW103120296A TW201520444A TW 201520444 A TW201520444 A TW 201520444A TW 103120296 A TW103120296 A TW 103120296A TW 103120296 A TW103120296 A TW 103120296A TW 201520444 A TW201520444 A TW 201520444A
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Yasuyuki Kobayashi
Misako Tsugawa
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Namiki Precision Jewel Co Ltd
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Abstract

提供一種軸承機構，該軸承機構係簡單的構造，並可將施加於軸承之預壓自動調整成因應於轉軸的轉速之適當的大小，動作性亦良好。 軸承機構係包括：外環21；內環24，係在外環21之內周側經由複數個滾動體22支撐成可轉動；及轉軸30，係由內環24之內周側所支撐；藉由將外環21與內環24中之一方的環支撐成無法往軸向移動，而且對另一方之環朝向軸向加壓，作成在這些外環21與內環24之間產生預壓，在該軸承機構，在轉軸30之外周部，以對該另一方之環在軸向被壓接的方式設置離心彈簧40，該離心彈簧40構成為藉與轉軸30成一體轉動時之離心力一面彈性地擴徑一面朝向軸向彈性地收縮。

Description

軸承機構
本發明係有關於一種軸承機構，該軸承機構係適合作為例如如工具機等般在低速轉動成為高負載，而在高速轉動成為低負載之軸承的構造。
一般，在作為高速轉動軸之軸承，應用滾珠軸承的情況，為了提高其轉軸之徑向及軸向的剛性，並提高轉動精度，對滾珠軸承賦與預壓。該預壓係藉由將構成滾珠軸承之外環與內環中的一方，並對另一方朝向軸向加壓，將在內外環之間預先保持壓力者。作為賦與預壓之方式，具有定位置預壓方式或定壓預壓方式等，該定位置預壓方式係如第13圖所示，對鄰接之軸承110、110，在使外環111、111彼此抵接，而且將間隙s設置於內環112、112之間的狀態，以從軸向的兩側夾住這些內環112、112的方式加壓，該定壓預壓方式係如第14圖所示，將彈簧213設置於鄰接之軸承210、210的外環211、211之間，並作成藉該彈簧213對外環211、211施加偏壓。
可是，在銑加工等之一般的機械加工，有在低轉速進行使進刀深度變深之重負載加工，而在高轉速進行使進刀深度變淺之輕負載加工的傾向。在重負載加工的情況，為了避免轉軸無法勝任負載，對加工精度有不良影響，而需要賦與該 預壓，以提高軸承之內外環之間的剛性。又，在輕負載加工的情況，從不需要高剛性、避免軸承壽命之縮短等的觀點，適當地降低該預壓較佳。
因此，例如，在專利文獻1所記載之發明，作成因應於進行重負載加工的情況與進行輕負載加工的情況，藉油壓改變預壓。
可是，在該習知技術，需要油壓配管、或產生及控制油壓之裝置等，而成為昂貴之系統。
又，作為其他的習知技術，在專利文獻2所記載之發明，將圓形彈簧(11)設置於軸承(2)之軸向的一側，而且將2片間隔片(4,5)及位於這些間隔片(4,5)之間的元件(6)設置於其另一方側。而且，作成在低速轉動時，藉圓形彈簧(11)對軸承(2)之內環(2a)賦與預壓，而在高速轉動時，藉離心力使該2片間隔片(4,5)之間楔狀地咬入元件(6)，使這些間隔片(4,5)朝向軸向移動，而壓接於內環(2a)，而且使其抵抗圓形彈簧(11)的偏壓力，降低內外環之間的預壓。
可是，在該習知技術，因為作成在高速轉動時藉離心力使該2片間隔片(4,5)之間楔狀地咬入元件(6)，所以該元件(6)在低速轉動時無法脫離間隔片(4,5)之間，而可能無法回到原來之低預壓狀態。又，因為是在軸承(2)的兩側具有可動之圓形彈簧(11)或元件(6)、間隔片(4,5)等之複雜的構造，所以希望更簡單的構造。
【先行專利文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]特開平5-196034號公報
[專利文獻2]特開平11-239902號公報
本發明係鑑於上述之以往的情況而開發者，其課題在於提供一種軸承機構，該軸承機構係簡單的構造，並可將施加於軸承之預壓自動調整成因應於轉軸的轉速之適當的大小，動作性亦良好。
用以解決該課題之一手段係一種軸承機構，其包括：外環；內環，係在該外環之內周側經由複數個滾動體支撐成可轉動；及轉軸，係由該內環之內周側所支撐；藉由將該外環與該內環中之一方的環支撐成無法往軸向移動，而且對另一方之環朝向軸向加壓，作成在這些外環與內環之間產生預壓，其特徵在於：在該轉軸之外周部，以對該另一方之環在軸向被壓接的方式設置離心彈簧，該離心彈簧係構成為藉與該轉軸成一體轉動時之離心力一面彈性地擴徑一面朝向軸向彈性地收縮。
本發明可提供一種軸承機構，因為如以上之說明所示構成該軸承機構，所以該軸承機構係簡單的構造，並可將施加於軸承之預壓自動調整成因應於轉軸的轉速之適當的大小，動作性亦良好。
1‧‧‧軸承機構
10‧‧‧外殼
20a、20b、20c‧‧‧軸承
21‧‧‧外環
22‧‧‧滾動體
23‧‧‧保持器
24‧‧‧內環
30‧‧‧轉軸
40、40’、40”‧‧‧離心彈簧
41‧‧‧筒部
42‧‧‧突出部
42a、42a’、42a”‧‧‧***突起
50‧‧‧止推軸承構件
A、B‧‧‧主軸裝置
s‧‧‧間隙
第1圖係表示本發明之軸承機構之一例的剖面圖。
第2圖係表示在該軸承機構之離心彈簧之一例的立體圖。
第3圖係關於第2圖之離心彈簧，第3圖(a)表示正視圖，第3圖(b)表示側視圖。
第4圖係在模式上表示本發明之軸承機構之作用的剖面圖。
第5圖係表示離心彈簧之別的例子的立體圖。
第6圖係關於第5圖之離心彈簧，第6圖(a)表示正視圖，第6圖(b)表示側視圖。
第7圖係表示沿著第6圖(a)之(Ⅶ)-(Ⅶ)線的剖面圖。
第8圖係表示離心彈簧之其他的例子的立體圖。
第9圖係關於第8圖之離心彈簧，第9圖(a)表示正視圖，第9圖(b)表示側視圖。
第10圖係表示沿著第9圖(a)之(X)-(X)線的剖面圖。
第11圖係表示應用本發明之軸承機構的主軸裝置之一例的外觀立體圖。
第12圖係表示應用本發明之軸承機構的主軸裝置之其他的例子的外觀立體圖。
第13圖係表示應用定位置預壓方式之以往的軸承機構之一例的剖面圖。
第14圖係表示應用定壓預壓方式之以往的軸承機構之一例的剖面圖。
本實施形態之第1特徵在於：軸承機構包括：外 環；內環，係在該外環之內周側經由複數個滾動體支撐成可轉動；及轉軸，係由該內環之內周側所支撐；藉由將該外環與該內環中之一方的環支撐成無法往軸向移動，而且對另一方之環朝向軸向加壓，作成在這些外環與內環之間產生預壓，在該軸承機構，在該轉軸之外周部，以對該另一方之環在軸向被壓接的方式設置離心彈簧，該離心彈簧係構成為藉與該轉軸成一體轉動時之離心力一面彈性地擴徑一面朝向軸向彈性地收縮。
若依據本構成，因為藉離心彈簧將該另一方之環 在軸向加壓，所以可在外環與內環之間產生預壓。
在高速轉動，因為離心彈簧藉離心力一面彈性地 擴徑一面朝向軸向彈性地收縮，所以使對該另一方之環的加壓減弱，而可使外環與內環之間的預壓減少。
又，在回到低速轉動時，彈性地擴徑及收縮之離 心彈簧恢復原來之狀態，因為與縮徑同時朝向軸向伸長，所以可再使外環與內環之間的預壓增加。
作為第2特徵，該離心彈簧係以徑外方向側之部 分的體積比徑內方向側之部分的體積更大的方式所形成。
若依據本構成，使作用於離心彈簧之離心力增 大，可使離心彈簧有效地擴徑及收縮。
作為第3特徵，該離心彈簧係包括：筒部，係環 狀地安裝於該轉軸；及突出部，係從該筒部之軸向的靠中央朝向徑外方向突出；藉與該轉軸成一體轉動時之離心力一面使該筒部之軸向的靠中央彈性地擴徑一面使該筒部朝向軸向彈性 地收縮。
若依據本構成，藉突出部使離心力增加，可使筒部一面有效地擴徑一面在軸向收縮。
作為第4特徵，該突出部係從在圓周方向隔著間隔所排列之複數個***突起環狀地構成。
若依據本構成，藉離心力降低在突出部所產生之圓周方向的拉伸應力，可有效地進行筒部之擴徑及收縮。
作為第5特徵，在該筒部之周壁，以對應於在圓周方向相鄰的該***突起之間的方式，設置朝向徑向貫穿該周壁之貫穿部。
若依據本構成，藉離心力降低在突出部所產生之圓周方向的拉伸應力，可更有效地進行筒部之擴徑及收縮。
作為第6特徵，使該筒部之端面的外徑側比內徑側在軸向更凹下。
若依據本構成，在筒部之軸向的中央側藉離心力朝向徑外方向膨脹時，該筒部之端面傾斜，防止筒部之端面的外徑側比內徑側更朝向軸向突出，可使作為筒部整體之軸向尺寸有效地收縮。
作為第7特徵，在該轉軸之外周部，設置朝向軸向不動之止推軸承構件，並作成在該止推軸承構件與該另一方的環之間夾住該離心彈簧。
若依據本構成，在低速轉動時，因為離心彈簧之一端側藉止推軸承構件固定成在軸向不動，所以可將該離心彈簧之另一端側對另一方之環穩定地壓接。
其次，根據圖面，詳細說明具上述之特徵之本實施形態的較佳實施例。
【實施例】
係本實施形態之較佳例的軸承機構1係如第1圖所示，包括：大致圓筒狀之外殼10；複數個軸承20a、20b、20c，係固定於該外殼10之內部；轉軸30，係被***這些軸承20a、20b、20c之中心側並轉動自如；離心彈簧40，係對軸承20a在軸向被壓接；及止推軸承構件50，係在軸向從軸承20a之相反側承受該離心彈簧40；藉轉軸30轉動時之離心力使離心彈簧40彈性地變形，而自動調整該離心彈簧40所壓接之軸承20a、20b、20c的預壓。
外殼10係金屬製之大致圓筒狀的構件，在其內周面具有擴徑成階梯狀之圓筒狀的軸承固持部11。在該軸承固持部11，***後述之筒狀間隔片61及複數個(根據圖示例為3個)軸承(20a、20b、20c)，在該***方向，筒狀間隔片61的端部與外殼10內之段部12抵接。
又，在外殼10之與該***方向相反側的端部側，螺接環狀的固定套筒62。該固定套筒62係在與該段部12之間，夾入筒狀間隔片61及複數個軸承20a、20b、20c的外環21，並固持成這些構件不會朝向軸向移動。
此外，作為圖示例以外之其他的例子，亦可採用省略該筒狀間隔片61，並將複數個軸承20a、20b、20c之外環21直接夾持於段部12與固定套筒62之間的構造。
各個軸承20a、20b、20c包括：無端環狀之外環 21；複數個滾動體22，係在該外環21內被固持成可滾動；保持器23，係將這些滾動體22之圓周方向的間隔固持成大致定值；及無端環狀之內環24，係以藉這些滾動體22轉動之方式固持於外環21的中心部側；構成使外環21與滾動體22之接觸角對徑向傾斜角度的斜角滾珠軸承。
在這些複數個軸承20a、20b、20c中從離心彈簧 40側計數，第1個軸承20a構成為在離心彈簧40之相反側(第1圖中之左側)具有接觸角α，第2個軸承20b構成為在離心彈簧40側具有接觸角α。這種關係有稱為矛盾之組合的情況。
又，從離心彈簧40側計數第3個軸承20c構成為 在離心彈簧40側具有接觸角α。軸承20b與軸承20c之關係係有稱為並列之組合的情況。
而且，在軸承20a之內環24與軸承20b的內環24 之間，設置用以對軸承20a產生預壓之微小的間隙s。
又，轉軸30係圓柱形或圓筒形之細長體，並以與 軸承20a、20b、20c之內環24成一體轉動的方式被壓入該內環24。
在該轉軸30的外周部，形成使軸承20a、20b、20c 側之部分縮徑而成之環狀的段部31。軸承20c之內環24的端面與該段部31接觸。
此外，第1圖中之符號63係用以防止異物等從固 定套筒62與轉軸30之間隙向軸承側侵入之環狀的蓋構件，作成覆蓋固定套筒62與轉軸30之間隙，並固定於轉軸30的外周面。
又，離心彈簧40係由可彈性變形之硬質合成樹脂 材料所成形，並成一體地具有：筒部41，係環狀地安裝於轉軸30；及突出部42，係從該筒部41之軸向的靠中央朝向徑外方向突出。而且，該離心彈簧40係藉與轉軸30成一體轉動時之離心力一面使筒部41之軸向的靠中央彈性地擴徑，一面使筒部41朝向軸向彈性地收縮。
筒部41係環裝於轉軸30並被鬆壓入之筒狀的構 件，軸向的兩端部被夾在軸承20a之內環24與止推軸承構件50之間，並與轉軸30成一體轉動。
在該筒部41的周壁，設置朝向徑向貫穿該周壁之 貫穿部41a(參照第2圖及第3圖(a))。該貫穿部41a係若依據圖示例，係朝向軸向之細長的長孔，並隔著既定間隔設置複數個。各貫穿部41a的位置係對應於後述之突出部42的***突起42a之間的間隙。
又，在筒部41之軸向的兩端面，在該筒部41的 全周，以使其外徑側比內徑側更朝向軸向凹下的方式形成倒角部41b。該倒角部41b係若依據圖示例，形成C倒角狀(參照第1圖~第3圖)，但是作為其他的例子，可採用R倒角狀、或外徑側逐漸凹下之其他的形狀等。
突出部42係若依據圖示例，位於筒部41之軸向 的大致中央部分，並從在圓周方向隔著既定間隔所排列之複數個(若依據圖示例為6個)***突起42a大致環狀地構成(參照第2圖及第3圖(b))。
各***突起42a係在第3圖(a)所示之從正面看的 形狀，形成隨著往徑外方向而朝向圓周方向逐漸擴大的大致扇形。
又，止推軸承構件50係由金屬材料等形成筒狀， 並在與軸承20a的內環24之間配置成夾住離心彈簧40的筒部41。
此止推軸承構件50係為了經由離心彈簧40之筒 部41對軸承20a產生預壓，而在軸向對筒部41加壓之狀態，固定於轉軸30的外周面。將此止推軸承構件50固定於轉軸30之手段係可採用壓入或螺合、凹凸嵌合等。
其次，對上述之構成的軸承機構1，詳細說明特徵 性之作用效果。
首先，在轉軸30停止轉動的情況、或轉軸30以 比較低速轉動時，離心力幾乎不作用於離心彈簧40。在此狀態，在製造階段，止推軸承構件50在軸向對筒部41加壓，進而維持筒部41在軸向對軸承20a之內環24加壓的狀態，藉該加壓力，保持在軸承20a之內環24與外環21之間的預壓。
此狀態係例如在工具機等使用軸承機構1的情況，適合使進刀深度變深之低速轉動的重負載加工。
又，在轉軸30以比較高速轉動時，作用於離心彈簧40之離心力增大，而自突出部42朝向離心方向拉伸離心彈簧40之筒部41，而彈性變形成大致桶形。更詳細說明之，如第4圖所示，藉與轉軸30成一體轉動之突出部42的離心力，朝向徑外方向拉伸筒部41之軸向的中央側，筒部41係使軸向的中央側擴徑，彈性變形成大致桶形，同時使軸向之全長收縮。
此外，第4圖係為了淺顯地說明本發明之作用， 而表示使離心彈簧40極端地變形，不是表示離心彈簧40之實際的變形程度。
在該彈性變形時，在筒部41之周壁的外徑側係對 其內徑側，欲相對地朝向軸向伸長，但是因為在該周壁之端面具有倒角部41b，所以筒部41之軸向的最大尺寸係不會增大而收縮。
因此，從筒部41對內環24所施加之軸向的壓力 變弱，而在軸承20a的內環24與外環21之間的預壓減少。
此狀態係例如在工具機等使用軸承機構1的情 況，適合使進刀深度變淺並高速轉動的低負載加工，可防止軸承壽命的降低。
因此，若依據該構成之軸承機構1，因應於轉速使 對軸承20a所賦予的預壓無段地增減，而可自動調整成適當的壓力。
而且，不必如習知技術般具有油壓裝置、或軸承 兩側之元件及圓形彈簧等，不僅可作成簡單的構造，而且動作性亦良好。
進而，藉由適當地調整離心彈簧40之材質、或離 心彈簧40之各部的厚度、質量等，可易於調整對軸承20a所預先賦予之預壓的大小、或因應於轉速之預壓的變化率等。
此外，上述之構成的軸承機構1係可將離心彈簧 40替換成其他的形狀者。其次，說明離心彈簧之變形例。因為以下所示之離心彈簧係變更該離心彈簧40之構成的一部分 者，所以主要詳述該變更部分，大致相同之部分係使用相同的符號，並省略重複的說明。
第5圖~第7圖所示之離心彈簧40’係採用將上述之離心彈簧40的各***突起42a替換成***突起42a’的構成。
各***突起42a’係隨著往徑外方向一面將軸向的厚度維持大致定值一面使圓周方向之尺寸逐漸增大，進而在最大直徑之附近呈一面將徑向的厚度維持定值一面使軸向之尺寸往兩側增大的形狀。
又，第8圖~第10圖所示之離心彈簧40”係採用將上述之離心彈簧40的各***突起42a替換成***突起42a”的構成。
各***突起42a”係呈隨著往徑外方向，一面使圓周方向之尺寸逐漸增大，一面軸向的尺寸亦逐漸增大的形狀。
因此，若依據將在軸承機構1之離心彈簧40替換成離心彈簧40’或離心彈簧40”的構成，因為各***突起42a’、42a”係在靠近離心方向使體積大幅度地增大的形狀，所以使藉該***突起42a’、42a”之離心力增大，可使筒部41之徑向及軸向的變形量亦增加，結果，可因應於轉速，使軸承20a之預壓更大地增減。
而且，上述之構成的軸承機構1係如第11圖及第12圖所示，構成主軸裝置A、B。
第11圖所示之主軸裝置A係在大致筒狀之外殼10內，具備上述之構成的軸承機構1，並在外部露出與該轉軸30(參照第1圖)連續的轉動驅動部a1。
第12圖所示之主軸裝置B係構成直徑比主軸裝置 A更大的主軸裝置，在大致筒狀之外殼10內，具備上述之構成的軸承機構1，並在外部露出與該轉軸30(參照第1圖)連續的轉動驅動部b1。
此外，在該實施例，作成朝向軸向對軸承20a之 內環24加壓，而賦與預壓，但是作為其他的例子，亦可是採用朝向軸向對軸承20a之外環21加壓，而賦與預壓的構成。 在此情況，具體而言，在第1圖在左右相反方向配設僅一個軸承20a、或軸承20a與軸承20c之兩側，使軸承20a之內環24與軸承20b之內環24無間隙地抵接，而且，將間隙設置於軸承20a之外環21與軸承20b的外環21之間。
或者，將離心彈簧40配置於軸承20a與軸承20b 之間，並將抵接之套筒設置於軸承20a之內環24與軸承20b的內環24之間。
又，在該實施例之軸承20a、20b、20c，構成斜角 滾珠軸承，但是作為其他的例子，亦可採用圓錐滾動軸承或深槽軸承等。
又，設置於離心彈簧40、40’、40”之筒部41的貫 穿部41a係若依據圖示例，採用貫穿狀的長孔，但是作為其他的例子，亦可採用形成於筒部41之周壁的複數個缺口或狹縫等。
又，離心彈簧40、40’、40”係只要採用藉與轉軸 30成一體轉動時之離心力一面彈性地擴徑一面朝向軸向彈性地收縮的構成，未限定為圖示例者，例如，亦可是具有對筒部 41在軸向所排列之複數個突出部42的形態、或從離心彈簧40省略突出部42，而僅藉筒部41產生彈性變形的形態等。
又，若依據該實施例，作成一面藉止推軸承構件50承受離心彈簧40之軸向的一端側，一面將離心彈簧40之另一端側壓接於內環24，但是作為其他的例子，亦可採用藉被***轉軸30之銷狀構件承受離心彈簧40之該一端側的形態，或使離心彈簧40成凹凸狀地嵌合於轉軸30的外周面並在軸向定位，而且將該離心彈簧40壓接於內環24的形態等。
又，若依據該實施例，以硬質合成樹脂材料將離心彈簧40之筒部41與突出部42一體地成形，但是作為其他的例子，亦可採用將筒部41與突出部42作成分開，而且以金屬材料等高重量材料將突出部42成形，而離心力更易作用的形態。
1‧‧‧軸承機構
10‧‧‧外殼
11‧‧‧軸承固持部
12‧‧‧段部
20a、20b、20c‧‧‧軸承
21‧‧‧外環
22‧‧‧滾動體
23‧‧‧保持器
24‧‧‧內環
30‧‧‧轉軸
31‧‧‧段部
40‧‧‧離心彈簧
41‧‧‧筒部
41b‧‧‧倒角部
42‧‧‧突出部
50‧‧‧止推軸承構件
61‧‧‧筒狀間隔片
62‧‧‧固定套筒
63‧‧‧蓋構件
α‧‧‧接觸角
s‧‧‧間隙

Claims (7)

  1. 一種軸承機構，包括：外環；內環，係在該外環之內周側經由複數個滾動體支撐成可轉動；及轉軸，係由該內環之內周側所支撐；藉由將該外環與該內環中之一方的環支撐成無法往軸向移動，而且對另一方之環朝向軸向加壓，作成在這些外環與內環之間產生預壓，其特徵在於：在該轉軸之外周部，以對該另一方之環在軸向被壓接的方式設置離心彈簧，該離心彈簧係構成為藉與該轉軸成一體轉動時之離心力一面彈性地擴徑一面朝向軸向彈性地收縮。
  2. 如申請專利範圍第1項之軸承機構，其中該離心彈簧係以徑外方向側之部分的體積比徑內方向側之部分的體積更大的方式所形成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之軸承機構，其中該離心彈簧係包括：筒部，係環狀地安裝於該轉軸；及突出部，係從該筒部之軸向的靠中央朝向徑外方向突出；藉與該轉軸成一體轉動時之離心力一面使該筒部之軸向的靠中央彈性地擴徑一面使該筒部朝向軸向彈性地收縮。
  4. 如申請專利範圍第3項之軸承機構，其中該突出部係從在圓周方向隔著間隔所排列之複數個***突起環狀地構成。
  5. 如申請專利範圍第4項之軸承機構，其中在該筒部之周壁，以對應於在圓周方向相鄰的該***突起之間的方式，設置朝向徑向貫穿該周壁之貫穿部。
  6. 如申請專利範圍第3至5項中任一項之軸承機構，其中使該筒部之端面的外徑側比內徑側在軸向更凹下。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之軸承機構，其中在該轉軸之外周部，設置朝向軸向不動之止推軸承構件，並作成在該止推軸承構件與該另一方的環之間夾住該離心彈簧。
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