JPH10103349A - 回転軸の支持構造 - Google Patents
回転軸の支持構造Info
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- JPH10103349A JPH10103349A JP26050996A JP26050996A JPH10103349A JP H10103349 A JPH10103349 A JP H10103349A JP 26050996 A JP26050996 A JP 26050996A JP 26050996 A JP26050996 A JP 26050996A JP H10103349 A JPH10103349 A JP H10103349A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸受の予圧過大からくる回転数の上限を大幅
に上昇させることができる回転軸の支持構造を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 両端が軸受２ａ、２ｂの内輪及び外輪１
３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂにそれぞれ当接する内輪
間座３及び外輪間座４を有する回転軸の支持構造におい
て、外輪間座４の外周面をペルチェ効果を応用した熱電
素子で構成したサーモモジュール８で冷却することによ
り内輪間座３との間に相対的な温度差を発生させること
により高速回転時の熱膨張による予圧過大をキャンセル
するようにしたものである。
に上昇させることができる回転軸の支持構造を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 両端が軸受２ａ、２ｂの内輪及び外輪１
３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂにそれぞれ当接する内輪
間座３及び外輪間座４を有する回転軸の支持構造におい
て、外輪間座４の外周面をペルチェ効果を応用した熱電
素子で構成したサーモモジュール８で冷却することによ
り内輪間座３との間に相対的な温度差を発生させること
により高速回転時の熱膨張による予圧過大をキャンセル
するようにしたものである。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転軸の支持構造に
関し、特に工作機械の主軸、送り軸、モーターロータの
回転軸等の、高速で回転しかつ発熱が問題となる回転体
に適用して有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】上述の回転体、例えば工作機械の主軸が
回転すると、主軸、軸受の内輪、玉、ころ等が遠心力に
よる膨張及び軸受の内外輪の温度差による膨張によって
軸受すきまが減少することにより、軸受予圧が増加し、
高速回転においては予圧過大となり焼付きを起こす原因
となる。 【０００３】かかる焼付き現象を防止するために、従来
においては次の手段が採られていた。 （１） 回転体をエアブロー、電子冷却の手法で冷却
し、熱膨張を小さくする。 （２） バネを用いて定圧予圧型の構造とする。 （３） 初期予圧（組立時予圧）を小さく設定する。 （４） 内輪用と外輪用に熱膨張係数の異なった材料を
用いる。 （５） 外輪の間座を電熱ヒータと油冷によって伸び縮
みさせる。 【０００４】ここに（５）に示す軸受の外輪の間座を電
熱ヒータと油冷によって伸び縮みさせる構造について説
明する。 【０００５】図３は従来技術に係る回転軸の支持構造を
示す断面図である。同図に示すように、回転軸０１には
軸受０２ａと軸受０２ｂとが内輪及び外輪間座０３，０
４を挾んでその外周面に取り付けられている。軸受０２
ａ，０２ｂは軸受押え０５によりハウジング０６内に固
定され、軸受内輪０１３ａ，０１３ｂと軸受外輪０１５
ａ，０１５ｂとの間に玉０１４ａ，０１４ｂが挾み込ま
れた構造となっている。回転軸０１は軸受０２ａ，０２
ｂが装着された状態でハウジング０６内に装着されてい
る。内輪間座０３と外輪間座０４とで構成した間座は、
軸受内輪０１３ａ，０１３ｂ間と軸受外輪０１５ａ，０
１５ｂ間とにそれぞれ挿入されている。外輪間座０４に
は外周面に凹部が設けてあり、この凹部に電熱ヒータ０
１６を装着するとともに油配管０１７からの油の導入に
より発熱と吸熱とが出来るようになっている。また外輪
間座０４には熱電対０１８が装備してあり常時外輪間座
０４の温度を計測し得るように構成してある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上述の如き焼付き防止
手段のうち、（１）の手段で効率よく冷却するとともに
予圧過大となる回転数を飛躍的に高くするためにはコス
トが増大し、現実的ではない。 【０００７】（２）の手段では回転軸が回転発熱による
熱膨張のために軸方向へ変位して工作精度が低下した
り、軸受剛性を高くすることが困難であるという欠点を
伴う。 【０００８】（３）の手段では、低速回転時の主軸剛性
が低下することで、大きな効果が得られない。 【０００９】（４）の手段は、組立時の温度と作動時の
温度とを予め予測し、適正な隙間を設定する必要があ
る。また、工場内で運転する場合に恒温室で運転しない
と、周囲温度は年間もしくは一日の間でも変動があり、
それによって予圧の大きさが異なり、場合によっては予
圧過大となって焼き付く可能性がある。 【００１０】（５）の手段では、冷却に油を用いるため
にシールが必要であること、また電熱ヒータも用いるこ
とにより冷却、加熱の装置及び経路が２個必要であると
いった欠点がある。 【００１１】本発明は、上記従来技術に鑑み、軸受の予
圧過大からくる回転数の上限を大幅に上昇させることが
できる回転軸の支持構造を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 １）間座を挾んで両側に２個以上の軸受を配置した回転
軸の支持構造であって、上記軸受の内輪間及び上記軸受
の外輪間にそれぞれ配置したリング状部材であり、かつ
熱膨張係数が明確な材料で作られた間座を有し、電圧が
印加されると吸熱及び発熱する複数個の熱電素子の吸熱
面を外輪側の上記間座に密着して取り付けたこと。 ２）１）の熱電素子はペルチェ効果を利用したものであ
ること。 【００１３】上記発明においては内輪用の間座と外輪用
の間座との温度差を強制的につけることができるため、
内輪用の間座と外輪用の間座との軸方向長さに差をつけ
ることができる。したがって、回転や負荷に応じて軸受
の内輪と外輪間との間で相対的に変位させることができ
る。そこで、回転発熱に伴って軸受予圧が軽減される向
きにこのときの変位が生じるように内輪間座と外輪間座
の温度差を最適に設定できる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１５】図１は本形態に係るる工作機械主軸の軸受
部の断面図である。同図に示すように回転軸１は、軸受
内輪１３ａ、１３ｂと軸受外輪１５ａ、１５ｂとの間に
玉１４ａ、１４ｂが挟み込まれた構造の軸受２ａ、２ｂ
により支持されてハウジング６内で回転するように構成
してある。軸受２ａ、２ｂは軸受押え５によりハウジン
グ６内に固定され、且つ内輪及び外輪間座３、４によっ
て適切な初期予圧を与えられている。内輪間座３と外輪
間座４とで構成した間座は、軸受内輪１３ａ，１３ｂ間
と軸受外輪１５ａ，１５ｂ間とにそれぞれ挿入されてい
る。これらのうち外輪間座４の温度は内輪間座３より低
くできるように、外輪間座４の外周面に形成する凹部に
熱電素子を用いたサーモモジュール８が設置してある。
このサーモモジュール８は外輪間座４の外周面の周方向
に亘り略等間隔に複数個が配設してある。また外輪間座
４には熱電対１８が装備してあり常時外輪間座４の温度
を計測し得るように構成してある。 【００１６】図２はサーモモジュール８を抽出して示す
斜視図である。同図に示すように、熱電素子７は２種類
の物質を接合して接合部分に電流を通じると熱を吸収ま
たは発生するというペルチェ効果を応用した素子（例え
ばＰＮ接合素子等）であり、一面が吸熱面になる一方、
他の面が発熱面となるように構成してある。つまり、熱
電素子７は吸熱面から発熱面へ熱を輸送する一種のヒー
トポンプの機能を有している。板状の熱電素子７の両面
にはセラミックス板９，１０が接着されるとともに熱電
素子７に電流供給用の接続端子１１，１２が付設されて
いる。 【００１７】かかる本形態において、回転軸１が回転す
ると軸受２ａ，２ｂの摩擦により熱が発生し各部材で熱
膨張を起こす。このときの発熱による回転軸１、軸受２
ａ，２ｂ、軸受内輪１３ａ，１３ｂ及び玉１４ａ，１４
ｂの熱膨張は軸受予圧を増大させる作用をする。一方、
本形態ではサーモモジュール８が外輪間座４の温度を内
輪間座３と比較して低くするので、軸受２ａ，２ｂの予
圧が低減する方向となる。 【００１８】内輪及び外輪間座３、４の熱膨張の大きさ
の差は、外輪間座４の温度を熱電対１８によって計測す
ることにより適切に設定することができる。また、この
ときサーモモジュール８は円周方向に亘り略等間隔に複
数個設置されているため、円周上均等に予圧を与えるこ
とができる。 【００１９】かくして高速回転時の予圧過大を防ぎ、低
速回転から高速回転までの全回転数域において適切な予
圧を与える様に作用する。すなわち、本形態によれば内
輪間座３と外輪間座４との温度差を強制的につけること
ができるため、内輪間座３と外輪間座４との軸方向長さ
に差をつけることができる。したがって、回転数や負荷
に応じて軸受２の軸受内輪１３と軸受外輪１５との間で
相対的に変位させることができ、この変位が回転発熱に
伴って軸受予圧が軽減される向きに生じるように内輪間
座３と外輪間座４との温度差を最適に設定できる。 【００２０】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
ように、本発明によれば軸受の予圧過大からくる回転数
上限を大幅に上昇させることができる。さらに、低速回
転から高速回転までの全域にわたって適切な予圧を得る
ことができるため、工作機械主軸においては全回転数域
で高い主軸剛性を確保して安定した加工精度を出すこと
ができる。 【００２１】また、冷却には熱電素子を用いているため
に、油を用いる必要がなくシールが不要となり、構造も
簡単になる。
関し、特に工作機械の主軸、送り軸、モーターロータの
回転軸等の、高速で回転しかつ発熱が問題となる回転体
に適用して有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】上述の回転体、例えば工作機械の主軸が
回転すると、主軸、軸受の内輪、玉、ころ等が遠心力に
よる膨張及び軸受の内外輪の温度差による膨張によって
軸受すきまが減少することにより、軸受予圧が増加し、
高速回転においては予圧過大となり焼付きを起こす原因
となる。 【０００３】かかる焼付き現象を防止するために、従来
においては次の手段が採られていた。 （１） 回転体をエアブロー、電子冷却の手法で冷却
し、熱膨張を小さくする。 （２） バネを用いて定圧予圧型の構造とする。 （３） 初期予圧（組立時予圧）を小さく設定する。 （４） 内輪用と外輪用に熱膨張係数の異なった材料を
用いる。 （５） 外輪の間座を電熱ヒータと油冷によって伸び縮
みさせる。 【０００４】ここに（５）に示す軸受の外輪の間座を電
熱ヒータと油冷によって伸び縮みさせる構造について説
明する。 【０００５】図３は従来技術に係る回転軸の支持構造を
示す断面図である。同図に示すように、回転軸０１には
軸受０２ａと軸受０２ｂとが内輪及び外輪間座０３，０
４を挾んでその外周面に取り付けられている。軸受０２
ａ，０２ｂは軸受押え０５によりハウジング０６内に固
定され、軸受内輪０１３ａ，０１３ｂと軸受外輪０１５
ａ，０１５ｂとの間に玉０１４ａ，０１４ｂが挾み込ま
れた構造となっている。回転軸０１は軸受０２ａ，０２
ｂが装着された状態でハウジング０６内に装着されてい
る。内輪間座０３と外輪間座０４とで構成した間座は、
軸受内輪０１３ａ，０１３ｂ間と軸受外輪０１５ａ，０
１５ｂ間とにそれぞれ挿入されている。外輪間座０４に
は外周面に凹部が設けてあり、この凹部に電熱ヒータ０
１６を装着するとともに油配管０１７からの油の導入に
より発熱と吸熱とが出来るようになっている。また外輪
間座０４には熱電対０１８が装備してあり常時外輪間座
０４の温度を計測し得るように構成してある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上述の如き焼付き防止
手段のうち、（１）の手段で効率よく冷却するとともに
予圧過大となる回転数を飛躍的に高くするためにはコス
トが増大し、現実的ではない。 【０００７】（２）の手段では回転軸が回転発熱による
熱膨張のために軸方向へ変位して工作精度が低下した
り、軸受剛性を高くすることが困難であるという欠点を
伴う。 【０００８】（３）の手段では、低速回転時の主軸剛性
が低下することで、大きな効果が得られない。 【０００９】（４）の手段は、組立時の温度と作動時の
温度とを予め予測し、適正な隙間を設定する必要があ
る。また、工場内で運転する場合に恒温室で運転しない
と、周囲温度は年間もしくは一日の間でも変動があり、
それによって予圧の大きさが異なり、場合によっては予
圧過大となって焼き付く可能性がある。 【００１０】（５）の手段では、冷却に油を用いるため
にシールが必要であること、また電熱ヒータも用いるこ
とにより冷却、加熱の装置及び経路が２個必要であると
いった欠点がある。 【００１１】本発明は、上記従来技術に鑑み、軸受の予
圧過大からくる回転数の上限を大幅に上昇させることが
できる回転軸の支持構造を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 １）間座を挾んで両側に２個以上の軸受を配置した回転
軸の支持構造であって、上記軸受の内輪間及び上記軸受
の外輪間にそれぞれ配置したリング状部材であり、かつ
熱膨張係数が明確な材料で作られた間座を有し、電圧が
印加されると吸熱及び発熱する複数個の熱電素子の吸熱
面を外輪側の上記間座に密着して取り付けたこと。 ２）１）の熱電素子はペルチェ効果を利用したものであ
ること。 【００１３】上記発明においては内輪用の間座と外輪用
の間座との温度差を強制的につけることができるため、
内輪用の間座と外輪用の間座との軸方向長さに差をつけ
ることができる。したがって、回転や負荷に応じて軸受
の内輪と外輪間との間で相対的に変位させることができ
る。そこで、回転発熱に伴って軸受予圧が軽減される向
きにこのときの変位が生じるように内輪間座と外輪間座
の温度差を最適に設定できる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１５】図１は本形態に係るる工作機械主軸の軸受
部の断面図である。同図に示すように回転軸１は、軸受
内輪１３ａ、１３ｂと軸受外輪１５ａ、１５ｂとの間に
玉１４ａ、１４ｂが挟み込まれた構造の軸受２ａ、２ｂ
により支持されてハウジング６内で回転するように構成
してある。軸受２ａ、２ｂは軸受押え５によりハウジン
グ６内に固定され、且つ内輪及び外輪間座３、４によっ
て適切な初期予圧を与えられている。内輪間座３と外輪
間座４とで構成した間座は、軸受内輪１３ａ，１３ｂ間
と軸受外輪１５ａ，１５ｂ間とにそれぞれ挿入されてい
る。これらのうち外輪間座４の温度は内輪間座３より低
くできるように、外輪間座４の外周面に形成する凹部に
熱電素子を用いたサーモモジュール８が設置してある。
このサーモモジュール８は外輪間座４の外周面の周方向
に亘り略等間隔に複数個が配設してある。また外輪間座
４には熱電対１８が装備してあり常時外輪間座４の温度
を計測し得るように構成してある。 【００１６】図２はサーモモジュール８を抽出して示す
斜視図である。同図に示すように、熱電素子７は２種類
の物質を接合して接合部分に電流を通じると熱を吸収ま
たは発生するというペルチェ効果を応用した素子（例え
ばＰＮ接合素子等）であり、一面が吸熱面になる一方、
他の面が発熱面となるように構成してある。つまり、熱
電素子７は吸熱面から発熱面へ熱を輸送する一種のヒー
トポンプの機能を有している。板状の熱電素子７の両面
にはセラミックス板９，１０が接着されるとともに熱電
素子７に電流供給用の接続端子１１，１２が付設されて
いる。 【００１７】かかる本形態において、回転軸１が回転す
ると軸受２ａ，２ｂの摩擦により熱が発生し各部材で熱
膨張を起こす。このときの発熱による回転軸１、軸受２
ａ，２ｂ、軸受内輪１３ａ，１３ｂ及び玉１４ａ，１４
ｂの熱膨張は軸受予圧を増大させる作用をする。一方、
本形態ではサーモモジュール８が外輪間座４の温度を内
輪間座３と比較して低くするので、軸受２ａ，２ｂの予
圧が低減する方向となる。 【００１８】内輪及び外輪間座３、４の熱膨張の大きさ
の差は、外輪間座４の温度を熱電対１８によって計測す
ることにより適切に設定することができる。また、この
ときサーモモジュール８は円周方向に亘り略等間隔に複
数個設置されているため、円周上均等に予圧を与えるこ
とができる。 【００１９】かくして高速回転時の予圧過大を防ぎ、低
速回転から高速回転までの全回転数域において適切な予
圧を与える様に作用する。すなわち、本形態によれば内
輪間座３と外輪間座４との温度差を強制的につけること
ができるため、内輪間座３と外輪間座４との軸方向長さ
に差をつけることができる。したがって、回転数や負荷
に応じて軸受２の軸受内輪１３と軸受外輪１５との間で
相対的に変位させることができ、この変位が回転発熱に
伴って軸受予圧が軽減される向きに生じるように内輪間
座３と外輪間座４との温度差を最適に設定できる。 【００２０】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
ように、本発明によれば軸受の予圧過大からくる回転数
上限を大幅に上昇させることができる。さらに、低速回
転から高速回転までの全域にわたって適切な予圧を得る
ことができるため、工作機械主軸においては全回転数域
で高い主軸剛性を確保して安定した加工精度を出すこと
ができる。 【００２１】また、冷却には熱電素子を用いているため
に、油を用いる必要がなくシールが不要となり、構造も
簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る工作機械主軸の軸受
部の断面図である。 【図２】図１のサーモモジュールを抽出して示す斜視図
である。 【図３】従来技術に係る工作機械主軸の軸受部の断面図
である。 【符号の説明】 １ 回転軸 ２ａ，２ｂ 軸受 ３ 内輪間座 ４ 外輪間座 ５ 軸受押え ６ ハウジング ７ 熱電素子 ８ サーモモジュール ９，１０ セラミックス板 １１，１２ 接続端子 １３ａ，１３ｂ 軸受内輪 １４ａ，１４ｂ 玉 １５ａ，１５ｂ 軸受外輪 １８ 熱電対
部の断面図である。 【図２】図１のサーモモジュールを抽出して示す斜視図
である。 【図３】従来技術に係る工作機械主軸の軸受部の断面図
である。 【符号の説明】 １ 回転軸 ２ａ，２ｂ 軸受 ３ 内輪間座 ４ 外輪間座 ５ 軸受押え ６ ハウジング ７ 熱電素子 ８ サーモモジュール ９，１０ セラミックス板 １１，１２ 接続端子 １３ａ，１３ｂ 軸受内輪 １４ａ，１４ｂ 玉 １５ａ，１５ｂ 軸受外輪 １８ 熱電対
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 重川 英文
広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号
三菱重工業株式会社広島研究所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 間座を挾んで両側に２個以上の軸受を配
置した回転軸の支持構造であって、 上記軸受の内輪間及び上記軸受の外輪間にそれぞれ配置
したリング状部材であり、かつ熱膨張係数が明確な材料
で作られた間座を有し、 電圧が印加されると吸熱及び発熱する複数個の熱電素子
の吸熱面を外輪側の上記間座に密着して取り付けたこと
を特徴とする回転軸の支持構造。 【請求項２】 〔請求項１〕の熱電素子はペルチェ効果
を利用したものであることを特徴とする回転軸の支持構
造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26050996A JPH10103349A (ja) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | 回転軸の支持構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26050996A JPH10103349A (ja) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | 回転軸の支持構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10103349A true JPH10103349A (ja) | 1998-04-21 |
Family
ID=17348959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26050996A Withdrawn JPH10103349A (ja) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | 回転軸の支持構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10103349A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008046809A1 (de) * | 2006-10-21 | 2008-04-24 | Schaeffler Kg | Längenkompensationseinheit, insbesondere für eine werkzeugmaschine |
| JP2010014197A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Jtekt Corp | 転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法 |
-
1996
- 1996-10-01 JP JP26050996A patent/JPH10103349A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008046809A1 (de) * | 2006-10-21 | 2008-04-24 | Schaeffler Kg | Längenkompensationseinheit, insbesondere für eine werkzeugmaschine |
| JP2010014197A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Jtekt Corp | 転がり軸受装置及びその軸受内部すきまの調節方法 |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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