JPH1113754A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の主軸を高速回転時から低速回転時
まで高い剛性を維持して回転させ、高速回転時において
も焼付きを起こさず且つ振動に対する減衰性の高い軸受
装置の提供。 【解決手段】 動圧軸受ところがり軸受とを主軸に同心
に並置して取り付ける。ころがり軸受の外輪は主軸に直
接取り付けて外周面を開放させた状態とし、内輪は動圧
軸受を収納した主軸台に支持させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば工作機械の主
軸等の回転体を回転可能に支持する軸受に関するもので
あり、詳しくはころがり軸受とすべり軸受とを併用する
軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸軸受としては高精密加工
用としてすべり軸受が用いられ、高速・重切削用として
ころがり軸受が用いられるのが一般である。そしてすべ
り軸受としては図４に示すように静圧軸受が多く用いら
れている。このものは振動に対する減衰性が良好であ
り、非常に滑らかな仕上面を得ることができるものであ
る。そして静圧軸受は軸受ポケット２１に圧油を送り込
み、主軸１を静圧によって浮上させて一定位置に強固に
拘束する。しかし主軸１の回転による油膜圧力の効果は
少なく、主軸１が高速回転になるに従って保持剛性が増
大するということが期待出来なくて、高速回転や重切削
には適さないものである。

【０００３】またすべり軸受としては図５に示すように
動圧軸受も用いられる。このものは主軸１の回転が増大
するに伴い主軸１と軸受本体２５の内周複数個所に設け
られた軸受面２６との楔状間隙に侵入した油の油膜圧力
が増大して高い保持剛性を得ることができるものであ
り、高速回転時に高い保持剛性が得られる。しかし低速
回転時には充分な保持剛性が得られてないという問題が
あった。

【０００４】一方ころがり軸受特に図６に示すような円
筒ころ軸受はナット３０を締め込むことにより内輪３１
を主軸１に間隙なく固定することができる。ころ３２と
内輪３１、ころ３２と外輪３３との間隙も小さくするこ
とになり許容ラジアル荷重が非常に大きくなるので高速
・重切削用に適していて、工作機械の主軸軸受として多
く用いられている。しかしすべり軸受に比して回転精度
が劣り、振動に対する減衰性が小さいため、切削に際し
びびりが発生しやすく、美しい仕上面を望むことは出来
なかった。

【０００５】更にころがり軸受の変形として図７に示す
ものは内輪３５を軸受ハウジング３６に取り付けて、外
輪３７を主軸１に取り付けたもの即ち内輪３５と外輪３
７を逆に組み付けたものが特開平２−３５２１６号とし
て知られている。これは一般の通常のころがり軸受では
高速回転時に遠心力によって内輪が膨張し、また軸受の
温度上昇では内輪の方が外輪よりも高温になるという現
象に起因する焼付き事故を防止しようとするものであ
る。しかしころがり軸受特有の上記欠点としてのすべり
軸受に比して回転精度が劣り、振動に対する減衰性が小
さいためにびびりが発生しやすいという問題は依然とし
て有しているものである。

【０００６】そこで従来は図８に示すように静圧軸受と
ころがり軸受とを二重構造となして併用したハイブリッ
ド軸受の技術が特開平３−１１１１０３号として提案さ
れている。このものは静圧軸受４１を高精密低速時に、
ころがり軸受４２を高速・重切削時にと用途によって切
り換えて使用するものである。即ちころがり軸受４２と
して使用するときにはころがり軸受用ハウジング４３を
主軸台本体４０にディスクブレーキ４４によってクラン
プして、ころがり軸受４２のみの作用を行わせる。また
静圧軸受４１として使用するときにはころがり軸受４２
は予圧のためにあまり回動しないように構成されてい
て、ころがり軸受用ハウジング４３が静圧軸受４１にて
支持されている。そしてハウジング４３内のころがり軸
受４２も主軸１と共に回転を行うものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】最近では従来にも増し
てより一層の高速化が求められており、従来の技術にお
いて述べた特開平３−１１１１０３号では対応出来ない
状態となってきた。即ち特開平３−１１１１０３号にお
いて静圧軸受４１として使用するときには、ころがり軸
受４２は予圧の力によってのみ内輪，ころ，外輪が一体
状態を維持しているのであり、他にクランプ機構を用い
ていない。従って高速回転の回転数が増大すると、前記
一体状態に崩れが生じ、内輪，外輪間に回転差が発生
し、これによりころがり軸受特有のころの間隔に起因す
る縞模様の仕上面になるという問題を有していた。

【０００８】また特開平３−１１１１０３号においてこ
ろがり軸受として使用するときには、ハウジング４３は
ディスクブレーキ４４によって主軸台４０にクランプさ
れるので静圧軸受４１の作用は全くなくなる。そしてこ
の静圧軸受用の潤滑油が冷却油として作用し、ハウジン
グ４３を外方から冷やすことになる。このときころがり
軸受４２として作用することによる軸受部の発熱にて内
輪・外輪・ころが熱膨張で外方に変位しようとする。し
かし外部からの冷却によって熱変位を妨げているため軸
受部分にて焼付きが生じるという問題を有していた。

【０００９】更にまた一般的にころがり軸受は回転数が
上昇するに伴って遠心力が増大し、内輪・ころ・外輪が
外方に膨張しようとする。しかし通常は図６に示すごと
く外輪３３がハウジング３４によって膨張を阻止されて
いるため、内輪３１・ころ３２と外輪３３との間隙がな
くなり回転が困難となって焼付きが生じるという問題も
有している。本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
って、工作機械の主軸を高速回転時から低速回転時まで
高い剛性を維持して回転させ、高速回転時においても焼
付きを起こさず、且つ振動に対する減衰性の高い軸受装
置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の軸受装置は、ハウジング内で回転体を回転可
能に支持する軸受装置であって、ハウジングに収納され
回転体を支持する動圧軸受と、該動圧軸受に並置的同心
に配設され回転体を支持するころがり軸受とを有し、該
ころがり軸受は前記回転体に対し同心に直接取り付けら
れていて外周面が開放され且つ大径側転動面を内径側に
有する外輪と、前記ハウジングに前記回転体と同心に支
持されて小径側転動面を外径側に有する内輪と、前記小
径側転動面と前記大径側転動面との間に介装された転動
体とを備えたものである。上述のように動圧軸受ところ
がり軸受とを並置したので高速回転時においても、また
低速回転時においても常に主軸を高い剛性にて支持し得
るものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１にもと
づき説明する。１は工作機械の主軸、２は主軸台、３は
該主軸台２に取り付けられて前記主軸１を回転可能に支
持する動圧軸受、４は該動圧軸受３に供給される潤滑油
が動圧軸受３の端面から外部に流出することを防止する
キャップで主軸台２に図示しないボルトにて締めつけら
れている。５は前記キャップ４内に収納されていて、前
記動圧軸受３に供給される潤滑油が主軸１の円筒面から
流出することを防止しているオイルシールである。６は
主軸１を回転可能に支持する円筒ころ軸受の内輪で、主
軸台２の端面に図示しないボルトにより主軸１と同心に
取り付けられている。７は主軸１を回転可能に支持する
円筒ころ軸受の外輪で、主軸１のテーパ状円筒部に主軸
１と同心に嵌着されている。８は前記内輪６と外輪７と
の間に介装して回転する転動体としてのころであり、こ
の内輪６，外輪７，ころ８により円筒ころ軸受が構成さ
れている。９は主軸１の端部ねじ部に螺着して外輪７を
主軸に確実に取り付けるよう押圧するナットである。１
０は外輪７の大径側ころ転動面で内径面にあり、主軸１
の回転時にこの面をころ８が転動する。１１は内輪６の
小径側ころ転動面で外径面にあり、主軸１の回転時にこ
の面をころ８が転動する。即ち２つの転動面１０，１１
の間をころ８が転動するものである。

【００１２】次に作用について説明する。主軸１が低速
回転を行っている間は動圧軸受３の剛性は小さいが、し
かし円筒ころ軸受が大きな剛性を有していて、主軸１を
強力に確実に保持する。主軸１が高速回転を行った場合
には、回転数の増大に伴って動圧軸受３の剛性が上昇
し、動圧軸受３が強力に確実に主軸１を保持する。この
とき円筒ころ軸受は主軸１に直接嵌着させられている外
輪７の転動面１０の部分、特に主軸台２に近い側端部が
遠心力にて外周方向に膨張する。そのため外輪７の外形
はわずかに円錐台状に変形する。一方主軸台２に直接取
り付けられている内輪６には全く遠心力が作用せず、従
って遠心力による変形は生じない。即ち外輪７は遠心力
により主軸台２側の径が大きい円錐台形状に変形し、こ
ろは外輪７に対し主軸台２から遠い側にて片当たり状態
となり大きな剛性を発揮出来ないことになる。結局低速
回転時には円筒ころ軸受が高い剛性で主軸１を支持し、
高速回転時には動圧軸受３が高い剛性で主軸１を支持す
ることになり、軸受全体としては常に保持剛性を高く維
持できるものである。

【００１３】

【実施例】図２は本発明の他の実施例を示すものであっ
て、図１における円筒ころ軸受に対し初期予圧を調整可
能となした場合を示している。即ち内輪６の内径をテー
パ穴状に形成し、このテーパ穴にはまり合うテーパブシ
ュ１２を装着してキャップ４と螺合させるようにする。
またテーパブシュ１２の外端部に引っかけ溝１４を円周
上複数個所に設け、外輪７の側面に穿設した穴１３から
図示しない専用レンチにて前記溝１４を操作する。この
操作によりテーパブシュ１２を回して主軸１の軸心線方
向に微動させて円筒ころ軸受の予圧調整を行うものであ
る。

【００１４】

【実施例】図１においては内輪６を主軸台２にボルトに
て固着したが、図３のように主軸台２に対し圧入し押さ
え蓋１５を取り付けるようにしても良い。

【００１５】

【発明の効果】本発明では低速・重切削時には円筒ころ
軸受にて主軸を高い剛性にて支持するようになして且つ
主軸に直接取り付けられている外輪は発熱により高温と
なり外周方向に変形するに際し全く妨害する部材がな
く、自在に変形出来る構造としている。しかし外輪外周
面は開放されていて回転中に空冷されるため変形量が少
なく、また低速・重切削時には遠心力は比較的小さく、
遠心力による変形も少ないため回転をスムーズに行える
ものである。高速精密切削時には動圧軸受にて主軸を高
い剛性にて支持するようになした。即ち動圧軸受はすべ
り軸受のため回転が滑らかで精密仕上げが可能である。
このとき円筒ころ軸受は外輪が遠心力により円錐台形状
に変形するためころが片当たり状になり、回転に直接関
与しなくなり、回転に悪影響を与えることがなく、スム
ーズに高速回転を行わせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハイブリッド軸受装置の説明図であ
る。

【図２】本発明のハイブリッド軸受装置の他の実施例を
示す説明図である。

【図３】本発明のハイブリッド軸受装置の他の実施例を
示す説明図である。

【図４】従来技術の動圧軸受の説明図である。

【図５】従来技術の動圧軸受の説明図である。

【図６】従来技術の円筒ころ軸受の使用状態を示す説明
図である。

【図７】内輪と外輪を通常の状態と逆の取り付け状態に
なした従来技術のアンギュラ形球軸受の説明図である。

【図８】ころがり軸受と静圧軸受とを併用した従来技術
のハイブリッド軸受装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ 主軸台 ３ 動圧軸受 ６ 内輪 ７ 外輪 ８ ころ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内で回転体を回転可能に支持
   する軸受装置であって、ハウジングに収納され回転体を
   支持する動圧軸受と、該動圧軸受に並置的同心に配設さ
   れ回転体を支持するころがり軸受とを有し、該ころがり
   軸受は前記回転体に対し同心に直接取り付けられていて
   外周面が開放され且つ大径側転動面を内径側に有する外
   輪と、前記ハウジングに前記回転体と同心に支持されて
   小径側転動面を外径側に有する内輪と、前記小径側転動
   面と前記大径側転動面との間に介装された転動体とを備
   えたことを特徴とする軸受装置。