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JP3965252B2 - Bearing device and spindle device - Google Patents

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JP3965252B2
JP3965252B2 JP30949598A JP30949598A JP3965252B2 JP 3965252 B2 JP3965252 B2 JP 3965252B2 JP 30949598 A JP30949598 A JP 30949598A JP 30949598 A JP30949598 A JP 30949598A JP 3965252 B2 JP3965252 B2 JP 3965252B2
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JTEKT Machine Systems Corp
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JTEKT Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は軸受装置およびスピンドル装置に関し、さらに詳細には、回転軸をその軸線方向への移動を許容しつつ回転可能に軸支する軸受技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、工作機械の回転工具用スピンドル装置は、図7(a) に示すように、先端部aに回転工具(図示省略)が取り付けられる回転主軸bが、前後一対の軸受c,dにより回転可能に軸支されるとともに、これら両軸受c,dの間に、回転主軸bを回転駆動する駆動モータeが一体的に組み込まれてなるモータ内蔵型スピンドル装置の形態とされている。
【0003】
ところで、回転主軸bを回転可能に軸支する前後一対の軸受c,dのうち、後側の軸受dはいわゆるサポート軸受と称され、主として回転主軸bの軸方向の伸び等を吸収し得る構造を備えている。
【0004】
すなわち、モータ内蔵型スピンドル装置においては、その複雑な構造から、組付けによる累積誤差や高速回転時に発生する熱による回転主軸bの熱膨張等により、所定の軸方向寸法より1mm以上の寸法誤差を生じることがある。このため、この種スピンドル装置には、回転主軸bの支持位置の変化や回転主軸の軸方向寸法の変化を吸収する構造が必須であり、この役目を担っているのが上記後側軸受つまりサポート軸受dである。
【0005】
この目的のため、サポート軸受dとしては、従来、図7(b) に示すような構造を備えた円筒ころ軸受が用いられている。
【0006】
この円筒ころ軸受dは、内輪(内側軌道輪)fの外周軌道が2列の軌道溝g,gを備えるとともに、外輪(外側軌道輪)hの内周軌道iが直線状断面を有する直線軌道の形態とされ、複数の円筒ころj,j,…がこれら両軌道g,iを転動走行するように構成された複列円筒ころ軸受である。kは円筒ころj,j,…を円周方向へ所定間隔をもって回転可能に保持する保持器を、またlは外輪hに設けられた潤滑剤用の噴射孔をそれぞれ示している。
【0007】
そして、駆動モータeにより回転駆動される回転主軸bに、発熱等による熱膨張が生じると、後側のサポート軸受dにおいて、円筒ころj,j,…の直線軌道hに対する軸方向移動が許容される結果、上記回転主軸bの軸方向寸法の変化(伸び)に追従して内外輪f,hの相対的な軸方向位置が変化し、これにより回転主軸bの伸びを有効に吸収することとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のサポート軸受dの構造では、以下に述べるような問題があり、その改良が要望されていた。
【0009】
すなわち、軸受の回転速度は、主にその内部に生じる摩擦熱に起因する温度上昇によって制約を受け、回転速度がある限度以上に達すると、軸受の焼付きなどによって継続運転ができなくなる事態を招く。このような焼付きに至るような発熱を生じさせないで運転できる回転速度は軸受の許容回転速度といわれ、その許容値としては許容dm n値が一般的に用いられる。このdm n値はラジアル軸受にあっては下式により表される。
【0010】
m n≦f1 ・f2 ・f3 ・A
ここに、dm :軸受の内径と外径の算術平均値(mm)
n:回転速度(rpm)
1 :軸受寸法による補正係数
2 :荷重の大きさによる補正係数
3 :合成荷重による補正係数
A:許容回転速度を決める値
【0011】
この許容回転速度(許容dm n値)は、軸受の規格や具体的構造形式等によって異なるが、特に潤滑方法に因るところが大きい。
【0012】
特に、上述したサポート軸受dの構造においては、転動体として円筒ころjが用いられているところ、これら円筒ころj,j,…と内外輪f,hの軌道との接触は線接触になり、前側の軸受cのような点接触する玉軸受に比べて接触面積が大きく、これがため、転動体jの転動による摩擦熱が発生しやすく、かつ外輪hの噴射孔lから噴射供給される潤滑剤の廻りも劣る。この結果、軸受の許容回転速度は比較的低くて、近時の高速化された回転主軸bのサポート軸受としては、焼付きを生じてしまうおそれがあり、その採用が困難であった。
【0013】
また、この種の円筒ころ軸受には金属製の保持器が一般に使用されるため、やはり潤滑不良を起こして焼付きを生じるおそれがあり、この点からも回転主軸bの高速回転化には対応が困難であった。
【0014】
これらの点に関して、後側のサポート軸受dとして、潤滑性に優れるアンギュラ玉軸受を用いることも考えられるが、アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両者を負担するという構造上、軸受内部では軸方向の自由度が得られないため、軸受外部で軸方向への自由度を持たせる構造上の工夫が必要となり、構造が複雑化して、製造コストさらには製品コストの上昇を招くという新たな問題を生じてしまう。
【0015】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、球状の転動体を用いて、高速回転する回転軸をその軸線方向への移動を許容しつつ回転可能に軸支することができる構造を備えた軸受装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の軸受装置は、内外軌道輪間に複数の転動体が転動可能に配されて、回転軸をその軸線方向への移動を許容しつつ回転可能に軸支する軸受装置であって、上記内外軌道輪間に配される複数の転動体は、球状転動体の形態とされるとともに、保持器により円周方向へ所定間隔をもって回転可能に保持され、これら球状転動体が転動する上記内外軌道輪の軌道のうち、少なくとも内側軌道輪が直線状断面を有する直線軌道の形態とされ、上記内側軌道輪が、回転軸にナットにより締結されており、上記内側軌道輪の内周面がテーパ面の形態とされるとともに、上記回転軸の軌道輪取付面が上記内側軌道輪の内周面に対応したテーパ面とされ、上記ナットの締め込みによって、上記内側軌道輪の直線軌道の外径が微調整可能とされていることを特徴とする。
【0017】
好適な実施態様として、上記内外軌道輪の軌道のうち、一方の軌道が直線状断面を有する直線軌道の形態とされるとともに、他方の軌道が円弧状断面を有する軌道溝の形態とされる。あるいは、内外両軌道輪の軌道が直線状断面を有する直線軌道の形態とされるとともに、上記内側軌道輪または外側軌道輪のいずれか一方に、上記球状転動体の軸方向への移動を規制する規制手段が設けられる。
【0018】
また、上記球状転動体がセラミック材料から形成されるとともに、上記保持器が含油性フェノール樹脂から形成される。
【0019】
本発明のスピンドル装置は、回転主軸を回転可能に軸支する前後一対の軸受のうち、後側のサポート軸受が上記軸受装置から構成されていることを特徴とし、好適には、装置内部に駆動モータが一体的に組み込まれてなるモータ内蔵型スピンドル装置である。
【0020】
本発明の軸受装置、例えば、上記のようなモータ内蔵型スピンドル装置の回転主軸を回転支持する後側のサポート軸受として使用される軸受装置において、駆動モータにより回転主軸が回転駆動されると、軸受部の発熱等による熱膨張により、回転主軸は軸方向への寸法変化つまり伸びを生じるところ、軸受装置の内外軌道輪間に配される複数の転動体が、球状転動体の形態とされるとともに、上記内外軌道輪の軌道のうちの少なくとも一方が直線状断面を有する直線軌道の形態とされており、これにより、内外軌道輪が上記回転主軸の伸びに追従して軸方向へ相対的に移動し、この結果、軸受装置内部で回転主軸の伸びが有効に吸収される。
【0021】
この場合、上記内外軌道輪間に配される転動体が球状転動体であるから、これら球状転動体と内外軌道輪の軌道との接触は点接触となり、転動体の転動による摩擦熱の発生も円筒ころに比較して少なく、またオイルエア潤滑法等によって噴射される潤滑剤の廻りも良好であり、軸受装置における許容回転速度の向上を図ることができる。
【0022】
また、転動体の構成材料として、比重が小さくかつ耐熱性の高いセラミックを使用すれば、高速回転時の焼付きを有効に防止でき、あるいは、保持器の構成材料として、比重が小さく、含油性が有りかつ耐熱性の高いフェノール樹脂を用いることにより、金属製保持器を用いた場合よりも潤滑性に優れ、より高速回転に適したものとなる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0024】
実施形態1
本発明に係るスピンドル装置が図1に示されており、このスピンドル装置は、具体的には、研削盤等の工作機械の主軸台に装置されるもので、先端部に回転工具が取り付けられる回転主軸1と、装置内部に一体的に組み込まれた駆動モータ2とを主要部として備えるモータ内蔵型スピンドル装置である。
【0025】
回転主軸1は、その前後位置を軸承する前後一対の軸受3,4により、ハウジング5内に回転可能に収容保持されており、その先端部に回転工具(図示省略)を着脱可能に取り付ける工具取付部1aを備えるとともに、その中央部が駆動モータ2に駆動連結されている。
【0026】
前側軸受3は、回転工具に近い位置にあって回転主軸1を回転支持するもので、2個のアンギュラ玉軸受31,32から構成され、回転主軸1に作用するラジアル荷重とアキシャル荷重の両荷重を負担する。アンギュラ玉軸受31,32の具体的な構造は従来周知であり、詳細な説明は省略する。
【0027】
後側軸受4は、回転工具に遠い位置にあって、回転主軸1をその軸線方向への移動を許容しつつ回転可能に支持するいわゆるサポート軸受であって、図2に示すような構造を備えてなる。
【0028】
このサポート軸受4は、転動体10,10,…として真球状の球状転動体つまり転動ボールが用いられた玉軸受の形態とされるとともに、回転側である回転主軸1に取り付け固定される内輪(内軌道輪)11と、固定側であるハウジング5に取り付け固定される外輪(外軌道輪)12が相対的に軸方向へ移動可能な構造とされている。
【0029】
具体的には、内輪11の外周面に形成される軌道11aは、図示のごとく直線状断面を有する直線軌道の形態とされるとともに、外輪12の内周面に形成される軌道12aは、転動ボール10の曲率に対応した曲率、つまり転動ボール10の曲率よりも若干大きな曲率の円弧状断面を有する深溝状の軌道溝の形態とされている。これら内外輪11,12は軸受鋼から形成されている。
【0030】
上記内外輪11,12間に転動可能に介装される転動ボール10は、保持器13の各ボールポケット13aに回転可能に保持されて、円周方向へ所定間隔をもって配置されている。転動ボール10は、比重が小さくかつ耐熱性の高いセラミック材料で形成されるとともに、保持器13は、比重が小さく、含油性が有りかつ耐熱性の高い含油性フェノール樹脂から形成されている。
【0031】
また、保持器13のボールポケット13aは、図示のごとく下向きに先細状とされた小さなテーパ状断面を有するとともに、その下端開口が上記転動ボール10の外径よりも僅かに小さな寸法とされている。そして、上記ボールポケット13aに対して、転動ボール10が上記下端開口の弾性変形により内径側からパチンとワンタッチで嵌入されるとともに、一旦嵌入された転動ボール10が内径側へ脱落しないように構成されている。これにより、転動ボール10,10,…と外輪12とは、保持器13を介して一体的に組付けられたユニット構造とされている。
【0032】
このようにユニット構造とされた転動ボール10,10,…、外輪12および保持器13は、外輪12がハウジング5の取付け凹部5aに嵌挿されるとともに、外輪押え14により押圧固定されて、ハウジング5に組付けられている。
【0033】
一方、内輪11は、回転主軸1の後端部1bに嵌挿されるとともに、内輪ナット15により締付け固定されている。具体的には、内輪11の内周面11bが後方に向けて先細のテーパ面に形成されるとともに、回転主軸1の後端部1bの外周面(軌道輪取付面)が上記内輪11の内周面11bに対応したテーパ面とされている。これにより、内輪ナット15の締め込み具合によって、内輪11の拡がり具合さらには直線軌道11aの外径が微調整されて、転動ボール10,10,…と、内輪11の軌道11aとのスキマの調整が可能であり(μmオーダでの微調整が可能)、剛性も高まる。
【0034】
このような構造とされたサポート軸受4においては、内輪11の軌道が直線軌道11aとされているので、内外輪11,12が軸方向へ相対的に移動することができる。
【0035】
これにより、スピンドル装置の組付けに伴う各構成部品間の累積誤差があっても、また高速回転時に発生する熱により、回転主軸1が軸方向に膨張して寸法変位を生じても、サポート軸受4の内輪11が、転動ボール10,10,…さらには外輪12に対して軸方向へ移動することができ、回転主軸1に関する軸方向の組付け寸法誤差や寸法変位が有効に吸収され得る構成とされている。
【0036】
駆動モータ2は、上記前後一対の軸受3,4の間に配されており、具体的には、ステータ15がハウジング5の内周円筒部に固定されるとともに、これに対応して、ロータ16が回転主軸1の所定位置に固定されてなり、これにより、ステータ15の内径面とロータ16の内径面とが、所定の空隙17をもって対向配置されてなる。
【0037】
また、ハウジング5には、前後両軸受3,4内部の潤滑および冷却を効果的に行うための潤滑油供給路20が配設されている。この供給路20は、ハウジング5内を貫通して設けられており、その先端20aが上記軸受3,4の内部(図示のものにおいては、保持器13と内輪11の間部分)に臨む噴射口とされるとともに、その基端20bが図外の潤滑油供給源に連通されている。これにより、潤滑油供給源から供給される潤滑油は、上記潤滑油供給路20を介して、前後軸受3,4の内部に噴射供給されて、軸受3,4の円滑な回転運動が確保されるとともに、発熱が防止される。
【0038】
しかして、以上のように構成されたスピンドル装置においては、駆動モータ2により回転主軸1が高速で回転駆動されて、先端部の工具取付部1aに取り付けられた回転工具(図示省略)が高速回転し、工作物に対する加工が行われる。
【0039】
この場合、駆動モータ2による回転主軸1の高速回転に伴って、駆動モータ2や前後軸受3,4の部位が発熱し、これにより、回転主軸1は熱膨張して、軸方向への寸法変化つまり伸びを生じることになるが、この伸びは後側のサポート軸受4により有効に吸収除去されることになる。
【0040】
すなわち、サポート軸受4は、前述したように、転動ボール10,10,…の転動する内輪11の軌道が直線軌道11aとされているので、回転主軸1に伸びが生じても、内外輪11,12がこの伸びに追従して軸方向へ相対的に移動することができ、この結果、回転主軸1の伸びはサポート軸受4内部で有効に吸収されることとなる。一方、回転主軸1が回転停止すると、次第に冷却して、軸方向への寸法変化は上記と逆に縮み方向への寸法変化となるが、この縮みもサポート軸受4の上記と逆の動作により有効に吸収除去されることになる。
【0041】
また、サポート軸受4の転動体10,10,…は、前側軸受3と同様の転動ボールであるから、これら転動ボール10,10,…と内外輪11,12の軌道11a,12aとの接触は点接触となり、転動ボール10,10,…の転動による摩擦熱の発生も比較的少なく、またオイルエア潤滑法によって潤滑油供給路20を介して噴射される潤滑剤の軸受内部への廻りも良好であり、サポート軸受4における許容回転速度(前記の許容dm n値で表される)の向上が図られる。
【0042】
さらに、回転主軸1の高速回転により転動ボール10,10,…に遠心力が働くところ、外輪12の軌道12aが軌道溝の形態とされていると、耐磨耗性の点で有効である。
【0043】
また、転動ボール10が耐熱性の高いセラミック製とされて、高速回転時にも焼付きが起こりにくいことに加えて、保持器13も含油性が有りかつ耐熱性に優れるフェノール樹脂製で、潤滑性に富んでおり、この点からも高速回転に適した構造とされている。
【0044】
実施形態2
本実施形態は図3に示されており、後側のサポート軸受4の構造が改変されたもので、具体的には、内外輪11,12が実施形態1と逆の構造とされている。
【0045】
すなわち、内輪11の軌道11aが転動ボール10,10,…に対応した円弧状断面を有する軌道溝の形態とされるとともに、外輪12の軌道12aが直線状断面を有する直線軌道の形態とされている。
【0046】
また、保持器13のボールポケット13aは、図示のごとく転動ボール10の外径に対応した球面に形成されるとともに、その上端開口が転動ボール10の外径よりも小さな寸法とされて、転動ボール10が上側へ脱落しないように構成されている。これにより、転動ボール10,10,…と内輪11とは、保持器13を介して一体的に組付けられたユニット構造とされている。
【0047】
さらに、内輪11の内周面11bは同一径の円筒面に形成されるとともに、回転主軸1の後端部1bの外周面(軌道輪取付面)も上記内輪11の内周面11bに対応した円筒面とされている。
【0048】
しかして、回転主軸1に関する軸方向の組付け寸法誤差や寸法変位が生じても、サポート軸受4の内輪11と転動ボール10,10,…は、外輪12に対して軸方向へ移動することができ、これらの組付け寸法誤差や寸法変位が有効に吸収され得る。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
【0049】
実施形態3
本実施形態は図4に示されており、後側のサポート軸受4の構造が改変されたもので、具体的には、転動ボール10,10,…が複数列平行に配された複列玉軸受の形態とされている。
【0050】
すなわち、外輪12の内周面に2列の軌道溝12a,12aが全周にわたって平行に配されるとともに、転動ボール10,10,…がこれら両軌道溝12a,12aに沿って転動走行する構造とされている。各列の転動ボール10,10,…は、それぞれ保持器13のボールポケット13a,13a,…に回転可能に保持されている。
【0051】
また、保持器13のボールポケット13aの具体的構造は実施形態2と同様とされている。
【0052】
なお、軌道溝12aの配設数は、図示のような2列に限定されず、負担すべき荷重等を考慮して、他の構成部品の形状寸法等との関係で適宜設定される。
【0053】
また、潤滑油供給路20の先端20aは、外輪12における上記2列の軌道溝12a,12a間から軸受内部に臨む噴射口21に連通されている。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
【0054】
実施形態4
本実施形態は図5に示されており、後側のサポート軸受4の構造が改変されたもので、具体的には、外輪12が分割構造とされている。
【0055】
すなわち、外輪12が一対の外輪部材22,23からなる2分割構造とされるとともに、両外輪部材22,23の対向位置に軌道溝22a,23aが設けられている。これら両軌道溝22a,23aにより、転動ボール10に対応したほぼ円弧状断面を有する深溝状の軌道溝が形成されており、転動ボール10はこれら軌道溝22a,23aを2点接触状態で転動可能とされている。
【0056】
このような構造とされることにより、上記両外輪部材22,23の相対的な軸方向位置を適宜調整することで、転動ボール10,10,…と、内輪11の軌道11aとのスキマを調整することが可能である。
【0057】
これに対応して、実施形態2と同様、内輪11の内周面11bが同一径の円筒面に形成されるとともに、回転主軸1の後端部1bの外周面(軌道輪取付面)も上記内輪11の内周面11bに対応した円筒面とされている。
【0058】
また、潤滑油供給路20の先端20aは、上記両外輪部材22,23間の隙間24に連通されて、この隙間24から潤滑油が軸受内部へ噴射供給されるように構成されている。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
【0059】
実施形態5
本実施形態は図6に示されており、後側のサポート軸受4の構造が改変されたもので、具体的には内外輪11,12双方の軌道11a,12aが直線軌道とされている。
【0060】
すなわち、内外輪11,12の軌道11a,12aはいずれも、直線状断面を有する直線軌道の形態とされて、両軌道11a,12aが転動ボール10,10,…の軸方向移動を許容する構造とされている。
【0061】
これに対応して、外輪12の軸方向両端面には、保持器13の最大軸方向移動範囲を規定する規制蓋(規制手段)25,25がそれぞれ設けられており、これにより、転動ボール10,10,…の軸方向への移動が規制されて、転動ボール10,10,…の外輪12からの脱落分離が防止されている。
なお、上記規制蓋25,25は、内輪11側に設けられても良い。
【0062】
また、潤滑油供給路20の先端20aは、上記外輪12の軸方向端部に設けられた噴射口26に連通されて、この噴射口26から潤滑油が軸受内部へ噴射供給されるように構成されている。
【0063】
しかして、回転主軸1に関する軸方向の組付け寸法誤差や寸法変位が生じても、サポート軸受4の内輪11が、転動ボール10,10,…さらには外輪12に対して軸方向へ移動することができ、これらの組付け寸法誤差や寸法変位が有効に吸収され得る。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
【0064】
なお、上述した実施形態1〜5は、あくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく、その範囲内で適宜設計変更できる。
【0065】
例えば、図示の実施形態においては、転動ボール10および保持器13の材質がそれぞれセラミック材料および含油性フェノール樹脂材料で構成されて、軸受装置の軽量化や耐磨耗性の向上が図られているが、これに限定されず他の材料で構成されても良い。
【0066】
また、本発明は図示の実施形態のような研削盤等の工作機械の主軸台に装置されるモータ内蔵型スピンドル装置のほか、他のスピンドル装置や回転装置の軸受としても適用可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の軸受装置によれば、内外軌道輪間に配される複数の転動体が、球状転動体の形態とされるとともに、保持器により円周方向へ所定間隔をもって回転可能に保持され、これら球状転動体が転動する上記内外軌道輪の軌道のうち、少なくとも内側軌道輪が直線状断面を有する直線軌道の形態とされ、上記内側軌道輪が、回転軸にナットにより締結されており、上記内側軌道輪の内周面がテーパ面の形態とされるとともに、上記回転軸の軌道輪取付面が上記内側軌道輪の内周面に対応したテーパ面とされ、上記ナットの締め込みによって、上記内側軌道輪の直線軌道の外径が微調整可能とされているから、以下に列挙するような種々の優れた効果が発揮され、高速回転する回転軸をその軸線方向への移動を許容しつつ回転可能に軸支することができる構造を備えた軸受装置を提供することができる。
【0068】
(1) 例えば、モータ内蔵型スピンドル装置の回転主軸を回転支持する後側のサポート軸受として使用される軸受装置において、駆動モータにより回転主軸が回転駆動されると、軸受部の発熱等による熱膨張により、回転主軸は軸方向への寸法変化つまり伸びを生じることになるが、上記内外軌道輪が上記回転主軸の伸びに追従して軸方向へ相対的に移動する結果、軸受装置内部で回転主軸の伸びが有効に吸収されることとなる。
【0069】
(2) また、上記内外軌道輪間に配される転動体は球状転動体であるから、これら球状転動体と内外軌道輪の軌道との接触は点接触となり、転動体の転動による摩擦熱の発生も円筒ころに比較して少なく、またオイルエア潤滑法等によって噴射される潤滑剤の廻りも良好であり、昇温の低減化も実現し、軸受装置における許容回転速度の向上を図ることができ、近時のスピンドル装置の高速化にも有効に対応することができる(許容回転速度の特性試験の結果から、従来のこの種の軸受装置においては許容dm n値が20,000程度であったものが、本発明の軸受装置では1,500,000以上の高速回転も可能であることが判明している)。
【0070】
(3) しかも、上記内側軌道輪が、回転軸にナットにより締結されており、上記内側軌道輪の内周面がテーパ面の形態とされるとともに、上記回転軸の軌道輪取付面が上記内側軌道輪の内周面に対応したテーパ面とされ、上記ナットの締め込みによって、上記内側軌道輪の直線軌道の外径が微調整可能であるから、上記転動体と上記内側軌道輪の軌道とのスキマの調整ができ(μmオーダでの微調整が可能)、剛性も高まる。
(4) さらに、転動体の構成材料として、比重が小さくかつ耐熱性に優れるセラミックを使用すれば、軸受の耐熱性を向上でき、高速回転時の焼付きも有効に防止できる。
【0071】
(5) 同様に、保持器の構成材料として、比重が小さく、含油性が有りかつ耐熱性に優れる高いフェノール樹脂を使用することにより、金属製保持器を用いた場合よりも潤滑性に優れ、これにより、潤滑不良や摺動部分の摩耗等によるトラブルを有効に防止して、軸受の許容回転数を大幅に向上させることができ、ひいては高速回転のスピンドル装置に適したものとなり、スピンドル装置の寿命の大幅な向上にも寄与する。
【0072】
(6) 構造簡単で、製造コストおよび製品コストの低減化を図ることができる。特に、直線軌道を有する軌道輪以外の構成部品については、市販品を使用することも可能であり、このような構成を採用することにより、大幅なコスト低減化が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1であるスピンドル装置を示す側面断面図である。
【図2】同スピンドル装置における後側のサポート軸受を拡大して示す側面断面図で、図2(a) はサポート軸受単体を、また図2(b) はスピンドル装置に組み込まれた状態をそれぞれ示す。
【図3】本発明の実施形態2に係るスピンドル装置における後側のサポート軸受を示す図2に対応した側面断面図である。
【図4】本発明の実施形態3に係るスピンドル装置における後側のサポート軸受を示す図2に対応した側面断面図である。
【図5】本発明の実施形態4に係るスピンドル装置における後側のサポート軸受を示す図2に対応した側面断面図である。
【図6】本発明の実施形態5に係るスピンドル装置における後側のサポート軸受を示す図2に対応した側面断面図である。
【図7】従来のスピンドル装置を示し、図7(a) は図1に対応した側面断面図、図7(b) は後側のサポート軸受を拡大して示す図2に対応した側面断面図である。
【符号の説明】
1 回転主軸
2 駆動モータ
3 前側軸受
4 サポート軸受(後側軸受)
5 ハウジング
10 転動ボール(転動体)
11 内輪(内側軌道輪)
12 外輪(外側軌道輪)
13 保持器
22 外輪部材
25 規制蓋(規制手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bearing device and a spindle device, and more particularly to a bearing technology that rotatably supports a rotating shaft while allowing movement in the axial direction thereof.
[0002]
[Prior art]
For example, in a spindle device for a rotary tool of a machine tool, as shown in FIG. 7 (a), a rotary spindle b on which a rotary tool (not shown) is attached to a tip end a can be rotated by a pair of front and rear bearings c and d. The drive motor e for rotating the rotary main shaft b is integrally incorporated between the bearings c and d.
[0003]
By the way, of the pair of front and rear bearings c and d that rotatably support the rotation main shaft b, the rear bearing d is called a so-called support bearing and can mainly absorb the axial extension of the rotation main shaft b. It has.
[0004]
That is, in a motor built-in spindle device, due to its complicated structure, a dimensional error of 1 mm or more from a predetermined axial dimension is caused by accumulated errors due to assembly or thermal expansion of the rotating spindle b due to heat generated during high-speed rotation. May occur. For this reason, this type of spindle device must have a structure that absorbs changes in the support position of the rotation main shaft b and changes in the axial dimension of the rotation main shaft b, and this rear bearing or support is responsible for this role. Bearing d.
[0005]
For this purpose, a cylindrical roller bearing having a structure as shown in FIG. 7B is conventionally used as the support bearing d.
[0006]
In this cylindrical roller bearing d, the outer race of the inner ring (inner race ring) f includes two rows of race grooves g and g, and the inner race i of the outer race (outer race ring) h has a linear cross section. A plurality of cylindrical rollers j, j,... Are double row cylindrical roller bearings configured to roll on both the tracks g, i. k denotes a retainer for rotatably holding the cylindrical rollers j, j,... at a predetermined interval in the circumferential direction, and l denotes an injection hole for a lubricant provided in the outer ring h.
[0007]
When thermal expansion due to heat generation or the like occurs in the rotary spindle b that is driven to rotate by the drive motor e, axial movement of the cylindrical rollers j, j,. As a result, the relative axial positions of the inner and outer rings f and h change following the change (elongation) in the axial dimension of the rotary spindle b, thereby effectively absorbing the extension of the rotary spindle b. Become.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a structure of the conventional support bearing d has the following problems, and an improvement thereof has been demanded.
[0009]
In other words, the rotational speed of the bearing is restricted mainly by the temperature rise caused by frictional heat generated inside, and when the rotational speed reaches a certain limit or more, the continuous operation cannot be performed due to bearing seizure or the like. . The rotational speed at which operation can be performed without causing heat generation such as seizure is called the allowable rotational speed of the bearing, and the allowable value is allowable dmThe n value is generally used. This dmThe n value is expressed by the following equation for radial bearings.
[0010]
dmn ≦ f1・ F2・ FThree・ A
Where dm: Arithmetic average value of inner and outer diameter of bearing (mm)
n: Rotational speed (rpm)
f1: Correction factor according to bearing dimensions
f2: Correction factor depending on the magnitude of load
fThree: Correction coefficient by composite load
A: Value that determines the allowable rotational speed
[0011]
This allowable rotational speed (allowable dmThe (n value) varies depending on the bearing standard, the specific structure type, and the like, but is largely dependent on the lubrication method.
[0012]
In particular, in the structure of the support bearing d described above, when the cylindrical roller j is used as the rolling element, the contact between the cylindrical rollers j, j,... And the raceways of the inner and outer rings f, h is a line contact. Compared with a ball bearing that makes point contact, such as the front bearing c, the contact area is large. Therefore, frictional heat is likely to be generated due to rolling of the rolling element j, and lubrication is supplied from the injection hole l of the outer ring h. The area around the agent is also inferior. As a result, the allowable rotational speed of the bearing is relatively low, and there has been a possibility that seizure may occur as a support bearing for the recently-rotated main spindle b, which has been difficult to adopt.
[0013]
In addition, since a metal cage is generally used for this type of cylindrical roller bearing, there is a risk that seizure may occur and seizure may occur. From this point as well, high-speed rotation of the rotating spindle b is possible. It was difficult.
[0014]
Regarding these points, it is conceivable to use an angular ball bearing with excellent lubricity as the support bearing d on the rear side. However, the angular ball bearing bears both a radial load and an axial load. Since the degree of freedom in the axial direction cannot be obtained, it is necessary to devise a structure that gives the degree of freedom in the axial direction outside the bearing, and the structure becomes complicated, leading to an increase in manufacturing costs and product costs. It will cause problems.
[0015]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and its object is to use a spherical rolling element to rotate a rotating shaft that rotates at high speed while allowing movement in the axial direction. An object of the present invention is to provide a bearing device having a structure that can be pivotally supported.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the bearing device of the present invention has a plurality of rolling elements arranged between the inner and outer races so as to be able to roll, and the shaft is rotatably supported while allowing the rotation shaft to move in the axial direction. The plurality of rolling elements arranged between the inner and outer races are in the form of spherical rolling elements, and are held rotatably by a cage at a predetermined interval in the circumferential direction. Among the tracks of the inner and outer races on which the rolling elements roll, at leastInner ringIs in the form of a straight track with a straight cross sectionThe inner raceway is fastened to the rotary shaft by a nut, the inner peripheral surface of the inner raceway has a tapered surface, and the raceway mounting surface of the rotary shaft is the inner raceway. It is a tapered surface corresponding to the peripheral surface, and the outer diameter of the linear track of the inner race can be finely adjusted by tightening the nut.It is characterized by.
[0017]
As a preferred embodiment, one of the tracks of the inner and outer races is in the form of a linear track having a linear cross section, and the other track is in the form of a track groove having an arc-shaped cross section. Alternatively, the raceway of both the inner and outer races is in the form of a linear race having a linear cross section, and the movement of the spherical rolling element in the axial direction is restricted to either the inner race or the outer race. Regulatory means are provided.
[0018]
The spherical rolling element is formed from a ceramic material, and the cage is formed from an oil-containing phenol resin.
[0019]
The spindle device according to the present invention is characterized in that, among the pair of front and rear bearings that rotatably support the rotating main shaft, the rear support bearing is constituted by the bearing device, and is preferably driven inside the device. This is a spindle device with a built-in motor in which a motor is integrated.
[0020]
In a bearing device according to the present invention, for example, a bearing device used as a support bearing on the rear side of the spindle device with a built-in motor as described above, when the rotary main shaft is rotationally driven by a drive motor, the bearing Due to thermal expansion due to heat generation of the part, the rotational main shaft undergoes a dimensional change in the axial direction, that is, elongation, and the plurality of rolling elements arranged between the inner and outer races of the bearing device are in the form of spherical rolling elements. In addition, at least one of the tracks of the inner and outer races is in the form of a linear race having a linear cross section, so that the inner and outer races move relatively in the axial direction following the extension of the rotating main shaft. As a result, the elongation of the rotating main shaft is effectively absorbed inside the bearing device.
[0021]
In this case, since the rolling elements arranged between the inner and outer races are spherical rolling elements, the contact between the spherical rolling elements and the raceway of the inner and outer races is a point contact, and frictional heat is generated by the rolling of the rolling elements. However, the amount of lubricant injected by the oil-air lubrication method is good as compared with the cylindrical roller, and the allowable rotational speed of the bearing device can be improved.
[0022]
In addition, if ceramics with low specific gravity and high heat resistance are used as the constituent material of rolling elements, seizure during high-speed rotation can be effectively prevented, or the specific gravity is low and oil-impregnating as a constituent material of the cage. By using a phenolic resin having high heat resistance, it is superior in lubricity and more suitable for high-speed rotation than when a metal cage is used.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
Embodiment 1
A spindle apparatus according to the present invention is shown in FIG. 1, and specifically, this spindle apparatus is installed in a headstock of a machine tool such as a grinding machine, and a rotary tool having a rotary tool attached to a tip portion thereof. This is a spindle device with a built-in motor that includes a main shaft 1 and a drive motor 2 integrally incorporated in the device as main parts.
[0025]
The rotary main shaft 1 is rotatably accommodated and held in a housing 5 by a pair of front and rear bearings 3 and 4 that support the front and rear positions thereof, and a tool attachment for removably attaching a rotary tool (not shown) to the tip portion thereof. While having the part 1a, the center part is drive-coupled to the drive motor 2.
[0026]
The front bearing 3 is located close to the rotary tool and rotatably supports the rotary main shaft 1. The front bearing 3 is composed of two angular ball bearings 31 and 32, and both a radial load and an axial load acting on the rotary main shaft 1. To bear. The specific structures of the angular ball bearings 31 and 32 are well known in the art and will not be described in detail.
[0027]
The rear bearing 4 is a so-called support bearing that is located far from the rotary tool and rotatably supports the rotary main shaft 1 while allowing movement in the axial direction thereof, and has a structure as shown in FIG. It becomes.
[0028]
The support bearing 4 is in the form of a ball bearing using a spherical rolling element, that is, a rolling ball, as the rolling elements 10, 10,..., And an inner ring that is fixedly attached to the rotating main shaft 1 on the rotating side. (Inner race ring) 11 and outer ring (outer race ring) 12 attached and fixed to the housing 5 on the fixed side are relatively movable in the axial direction.
[0029]
  Specifically, the track 11a formed on the outer peripheral surface of the inner ring 11 is in the form of a linear track having a linear cross section as shown, and the track 12a formed on the inner peripheral surface of the outer ring 12 MovementballCurvature corresponding to 10 curvature, that is, rollingballIt is in the form of a deep groove-like raceway groove having an arc-shaped cross section with a curvature slightly larger than 10 curvatures. These inner and outer rings 11 and 12 are made of bearing steel.
[0030]
The rolling balls 10 interposed between the inner and outer rings 11 and 12 so as to be able to roll are rotatably held in the respective ball pockets 13a of the cage 13, and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. The rolling ball 10 is formed of a ceramic material having a small specific gravity and high heat resistance, and the cage 13 is formed of an oil-containing phenol resin having a small specific gravity, oil-impregnating property, and high heat resistance.
[0031]
Further, the ball pocket 13a of the cage 13 has a small tapered cross section tapered downward as shown in the drawing, and its lower end opening is slightly smaller than the outer diameter of the rolling ball 10. Yes. Then, the rolling ball 10 is fitted into the ball pocket 13a from the inner diameter side by one-touch by elastic deformation of the lower end opening, and the once inserted rolling ball 10 is prevented from dropping out to the inner diameter side. It is configured. Thereby, the rolling balls 10, 10,... And the outer ring 12 have a unit structure that is integrally assembled via the cage 13.
[0032]
.., Outer ring 12 and retainer 13 having the unit structure as described above are inserted into the mounting recess 5a of the housing 5 and pressed and fixed by the outer ring presser 14 to the housing. 5 is attached.
[0033]
On the other hand, the inner ring 11 is fitted and inserted into the rear end 1 b of the rotary spindle 1 and is fastened and fixed by an inner ring nut 15. Specifically, the inner peripheral surface 11b of the inner ring 11 is formed in a taper surface tapered toward the rear, and the outer peripheral surface (the bearing ring mounting surface) of the rear end portion 1b of the rotary main shaft 1 is the inner ring 11 inside the inner ring 11. The taper surface corresponds to the peripheral surface 11b. As a result, the inner ring 11 is tightened to finely adjust the expansion of the inner ring 11 and the outer diameter of the linear track 11a, and the clearance between the rolling balls 10, 10,... Adjustment is possible (fine adjustment on the order of μm is possible) and rigidity is increased.
[0034]
In the support bearing 4 having such a structure, the track of the inner ring 11 is a straight track 11a, so that the inner and outer rings 11, 12 can relatively move in the axial direction.
[0035]
As a result, even if there is a cumulative error between components due to the assembly of the spindle device, or even if the rotational main shaft 1 expands in the axial direction due to heat generated during high-speed rotation, a dimensional displacement occurs. The four inner rings 11 can move in the axial direction with respect to the rolling balls 10, 10,..., And further the outer ring 12, so that an axial assembly dimension error and a dimensional displacement with respect to the rotating spindle 1 can be effectively absorbed. It is configured.
[0036]
The drive motor 2 is disposed between the pair of front and rear bearings 3, 4. Specifically, the stator 15 is fixed to the inner peripheral cylindrical portion of the housing 5, and the rotor 16 corresponds to this. Is fixed at a predetermined position of the rotary main shaft 1, whereby the inner diameter surface of the stator 15 and the inner diameter surface of the rotor 16 are arranged to face each other with a predetermined gap 17.
[0037]
Further, the housing 5 is provided with a lubricating oil supply passage 20 for effectively lubricating and cooling the inside of the front and rear bearings 3 and 4. The supply passage 20 is provided so as to penetrate through the housing 5, and the tip 20 a of the injection passage faces the inside of the bearings 3 and 4 (the portion between the cage 13 and the inner ring 11 in the illustrated example). The base end 20b communicates with a lubricating oil supply source (not shown). As a result, the lubricating oil supplied from the lubricating oil supply source is injected and supplied into the front and rear bearings 3 and 4 through the lubricating oil supply passage 20 to ensure smooth rotation of the bearings 3 and 4. In addition, heat generation is prevented.
[0038]
Thus, in the spindle apparatus configured as described above, the rotary spindle 1 is driven to rotate at a high speed by the drive motor 2, and the rotary tool (not shown) attached to the tool attachment part 1a at the tip part rotates at a high speed. Then, the workpiece is processed.
[0039]
In this case, the drive motor 2 and the front and rear bearings 3 and 4 generate heat as the rotation main shaft 1 is rotated at a high speed by the drive motor 2, whereby the rotation main shaft 1 is thermally expanded and changes in dimensions in the axial direction. That is, although elongation occurs, this elongation is effectively absorbed and removed by the rear support bearing 4.
[0040]
That is, as described above, since the race of the inner ring 11 on which the rolling balls 10, 10,... Roll is the linear race 11a, the support bearing 4 has the inner and outer rings even if the rotation main shaft 1 is elongated. 11 and 12 can move relatively in the axial direction following the elongation, and as a result, the elongation of the rotating main shaft 1 is effectively absorbed inside the support bearing 4. On the other hand, when the rotation main shaft 1 stops rotating, it gradually cools, and the dimensional change in the axial direction becomes the dimensional change in the shrinking direction contrary to the above, but this shrinkage is also effective by the reverse operation of the support bearing 4. Will be absorbed and removed.
[0041]
Further, since the rolling elements 10, 10,... Of the support bearing 4 are the same rolling balls as the front bearing 3, the rolling balls 10, 10,... And the raceways 11a, 12a of the inner and outer rings 11, 12 are connected. The contact is a point contact, the frictional heat generated by the rolling of the rolling balls 10, 10,... Is relatively small, and the lubricant injected into the bearing through the lubricating oil supply passage 20 by the oil-air lubrication method enters the bearing. The rotation is also good, and the allowable rotational speed of the support bearing 4 (the above-mentioned allowable dm(represented by the n value).
[0042]
Further, when the centrifugal force acts on the rolling balls 10, 10,... By the high-speed rotation of the rotation main shaft 1, if the raceway 12a of the outer ring 12 is in the form of a raceway groove, it is effective in terms of wear resistance. .
[0043]
In addition, the rolling ball 10 is made of ceramic with high heat resistance, and in addition to being hard to seize even at high speed rotation, the cage 13 is also made of a phenolic resin that is oil-impregnated and excellent in heat resistance. From this point, the structure is suitable for high-speed rotation.
[0044]
Embodiment 2
This embodiment is shown in FIG. 3, in which the structure of the rear support bearing 4 is modified. Specifically, the inner and outer rings 11 and 12 have a structure opposite to that of the first embodiment.
[0045]
That is, the raceway 11a of the inner ring 11 is in the form of a raceway groove having an arcuate cross section corresponding to the rolling balls 10, 10,..., And the raceway 12a of the outer ring 12 is in the form of a linear raceway having a linear cross section. ing.
[0046]
Further, the ball pocket 13a of the cage 13 is formed into a spherical surface corresponding to the outer diameter of the rolling ball 10 as shown in the drawing, and the upper end opening thereof is smaller than the outer diameter of the rolling ball 10, The rolling ball 10 is configured so as not to drop upward. Thereby, the rolling balls 10, 10,... And the inner ring 11 have a unit structure that is integrally assembled via the cage 13.
[0047]
Further, the inner peripheral surface 11b of the inner ring 11 is formed as a cylindrical surface having the same diameter, and the outer peripheral surface (the bearing ring mounting surface) of the rear end portion 1b of the rotary main shaft 1 also corresponds to the inner peripheral surface 11b of the inner ring 11. It is a cylindrical surface.
[0048]
Therefore, even if an axial assembly dimensional error or dimensional displacement occurs with respect to the rotating main shaft 1, the inner ring 11 and the rolling balls 10, 10,... Of the support bearing 4 move in the axial direction with respect to the outer ring 12. These assembly dimensional errors and dimensional displacements can be effectively absorbed.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0049]
Embodiment 3
This embodiment is shown in FIG. 4, and the structure of the rear support bearing 4 is modified. Specifically, a double row in which rolling balls 10, 10,... It is in the form of a ball bearing.
[0050]
That is, two rows of raceway grooves 12a, 12a are arranged in parallel on the inner circumferential surface of the outer ring 12, and the rolling balls 10, 10,... Roll along the raceway grooves 12a, 12a. It is supposed to be a structure. The rolling balls 10, 10,... In each row are rotatably held in the ball pockets 13a, 13a,.
[0051]
Further, the specific structure of the ball pocket 13a of the cage 13 is the same as that of the second embodiment.
[0052]
The number of arrangement of the raceway grooves 12a is not limited to two as shown in the figure, and is appropriately set in relation to the shape and size of other components in consideration of the load to be borne.
[0053]
The tip 20a of the lubricating oil supply passage 20 is communicated with the injection port 21 facing the inside of the bearing from between the two rows of raceway grooves 12a, 12a in the outer ring 12.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0054]
Embodiment 4
This embodiment is shown in FIG. 5, and the structure of the rear support bearing 4 is modified. Specifically, the outer ring 12 is divided.
[0055]
That is, the outer ring 12 has a two-part structure composed of a pair of outer ring members 22 and 23, and raceway grooves 22 a and 23 a are provided at opposite positions of the outer ring members 22 and 23. The both raceway grooves 22a and 23a form a deep groove-like raceway groove having a substantially arc-shaped cross section corresponding to the rolling ball 10, and the rolling ball 10 contacts the raceway grooves 22a and 23a in a two-point contact state. Rollable.
[0056]
By adopting such a structure, the clearance between the rolling balls 10, 10,... And the track 11a of the inner ring 11 is adjusted by appropriately adjusting the relative axial positions of the outer ring members 22, 23. It is possible to adjust.
[0057]
Correspondingly, as in the second embodiment, the inner peripheral surface 11b of the inner ring 11 is formed in a cylindrical surface having the same diameter, and the outer peripheral surface (the bearing ring mounting surface) of the rear end portion 1b of the rotary main shaft 1 is also described above. A cylindrical surface corresponding to the inner peripheral surface 11 b of the inner ring 11 is used.
[0058]
The tip 20a of the lubricating oil supply passage 20 is communicated with a gap 24 between the outer ring members 22 and 23 so that the lubricating oil is injected and supplied from the gap 24 into the bearing.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0059]
Embodiment 5
This embodiment is shown in FIG. 6, and the structure of the rear support bearing 4 is modified. Specifically, the tracks 11a, 12a of both the inner and outer rings 11, 12 are linear tracks.
[0060]
That is, both the tracks 11a and 12a of the inner and outer rings 11 and 12 are in the form of a linear track having a linear cross section, and both the tracks 11a and 12a allow the axial movement of the rolling balls 10, 10,. It is structured.
[0061]
Correspondingly, restricting lids (regulating means) 25 and 25 for defining the maximum axial movement range of the retainer 13 are provided on both end surfaces of the outer ring 12 in the axial direction. The movement of 10, 10,... In the axial direction is restricted, so that the rolling balls 10, 10,.
The restriction lids 25 and 25 may be provided on the inner ring 11 side.
[0062]
Further, the tip 20a of the lubricating oil supply passage 20 is connected to an injection port 26 provided at the axial end of the outer ring 12, and the lubricating oil is supplied from the injection port 26 into the bearing. Has been.
[0063]
Thus, even if an axial assembly dimensional error or dimensional displacement with respect to the rotating main shaft 1 occurs, the inner ring 11 of the support bearing 4 moves in the axial direction with respect to the rolling balls 10, 10,. These assembly dimensional errors and dimensional displacements can be effectively absorbed.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0064]
In addition, Embodiment 1-5 mentioned above shows the suitable embodiment of this invention to the last, Comprising: This invention is not limited to these, A design can be changed suitably within the range.
[0065]
For example, in the illustrated embodiment, the rolling ball 10 and the cage 13 are made of a ceramic material and an oil-containing phenol resin material, respectively, so that the weight of the bearing device and the wear resistance can be improved. However, the present invention is not limited to this, and other materials may be used.
[0066]
Further, the present invention is applicable not only to a spindle device with a built-in motor that is mounted on a head stock of a machine tool such as a grinding machine as shown in the illustrated embodiment, but also to a bearing of another spindle device or a rotating device.
[0067]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the bearing device of the present invention, the plurality of rolling elements arranged between the inner and outer races are in the form of a spherical rolling element, and at a predetermined interval in the circumferential direction by the cage. Of the races of the inner and outer races, which are held rotatably and the spherical rolling elements roll, at least the inner race is in the form of a linear race having a linear cross section.The inner raceway is fastened to the rotary shaft by a nut, the inner peripheral surface of the inner raceway has a tapered surface, and the raceway mounting surface of the rotary shaft is the inner raceway. It is a tapered surface corresponding to the peripheral surface, and the outer diameter of the linear track of the inner race can be finely adjusted by tightening the nut.Therefore, various excellent effects as listed below are exhibited, and a bearing device having a structure capable of rotatably supporting a rotating shaft that rotates at high speed while allowing movement in the axial direction thereof is allowed. Can be provided.
[0068]
(1) For example, in a bearing device that is used as a support bearing on the rear side of a rotation spindle of a spindle device with a built-in motor, when the rotation spindle is driven to rotate by a drive motor, thermal expansion due to heat generation of the bearing portion, etc. As a result, the rotation main shaft causes a dimensional change in the axial direction, that is, elongation, but the inner and outer races follow the elongation of the rotation main shaft and move relatively in the axial direction. Will be absorbed effectively.
[0069]
(2) Since the rolling elements arranged between the inner and outer races are spherical rolling elements, the contact between the spherical rolling elements and the raceway of the inner and outer races is a point contact, and frictional heat due to rolling of the rolling elements Is less than that of cylindrical rollers, and the lubricant sprayed by the oil-air lubrication method, etc. is good, the temperature rise is reduced, and the allowable rotational speed of the bearing device can be improved. It is possible to effectively cope with the recent increase in the speed of the spindle device (from the result of the characteristic test of the allowable rotational speed, the allowable dmAlthough it was found that the n value was about 20,000, the bearing device of the present invention is capable of high-speed rotation of 1,500,000 or more).
[0070]
(3)In addition, the inner raceway is fastened to the rotary shaft with a nut, the inner peripheral surface of the inner raceway is formed into a tapered surface, and the raceway mounting surface of the rotary shaft is the inner raceway of the inner raceway. Since the outer diameter of the linear raceway of the inner raceway can be finely adjusted by tightening the nut, the clearance between the rolling element and the raceway of the inner raceway can be finely adjusted. Adjustment is possible (fine adjustment on the order of μm is possible) and rigidity is increased.
(Four) Furthermore, if a ceramic having a small specific gravity and excellent heat resistance is used as the constituent material of the rolling elements, the heat resistance of the bearing can be improved and seizure during high-speed rotation can be effectively prevented.
[0071]
(Five) Similarly, as a constituent material of the cage, by using a high phenol resin having a small specific gravity, oil-impregnating properties and excellent heat resistance, it is superior in lubricity than when a metal cage is used, Troubles due to poor lubrication and wear of sliding parts can be effectively prevented, and the allowable number of rotations of the bearing can be greatly improved. As a result, it is suitable for high-speed spindle devices, and the life of the spindle device is greatly increased. It contributes to the improvement.
[0072]
(6) The structure is simple and the manufacturing cost and product cost can be reduced. In particular, it is possible to use commercially available components other than the bearing ring having a straight track, and by adopting such a configuration, a significant cost reduction is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a spindle apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is an enlarged side cross-sectional view of a rear support bearing in the spindle device, FIG. 2 (a) shows a support bearing alone, and FIG. 2 (b) shows a state where it is incorporated in a spindle device. Show.
FIG. 3 is a side cross-sectional view corresponding to FIG. 2, showing a rear support bearing in a spindle device according to a second embodiment of the present invention.
4 is a side cross-sectional view corresponding to FIG. 2, showing a rear support bearing in a spindle device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side cross-sectional view corresponding to FIG. 2, illustrating a rear support bearing in a spindle device according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is a side cross-sectional view corresponding to FIG. 2, showing a rear support bearing in a spindle device according to a fifth embodiment of the present invention.
7 shows a conventional spindle device, FIG. 7 (a) is a side sectional view corresponding to FIG. 1, and FIG. 7 (b) is a side sectional view corresponding to FIG. 2 showing an enlarged view of a rear support bearing. It is.
[Explanation of symbols]
1 Spindle
2 Drive motor
3 Front bearing
4 Support bearing (rear bearing)
5 Housing
10 Rolling balls (rolling elements)
11 Inner ring (inner race)
12 Outer ring (outer raceway)
13 Cage
22 Outer ring member
25         Regulatory lid (regulatory means)

Claims (8)

内外軌道輪間に複数の転動体が転動可能に配されて、回転軸をその軸線方向への移動を許容しつつ回転可能に軸支する軸受装置であって、
前記内外軌道輪間に配される複数の転動体は、球状転動体の形態とされるとともに、保持器により円周方向へ所定間隔をもって回転可能に保持され、
これら球状転動体が転動する前記内外軌道輪の軌道のうち、少なくとも内側軌道輪が直線状断面を有する直線軌道の形態とされ
前記内側軌道輪が、回転軸にナットにより締結されており、
前記内側軌道輪の内周面がテーパ面の形態とされるとともに、前記回転軸の軌道輪取付面が前記内側軌道輪の内周面に対応したテーパ面とされ、
前記ナットの締め込みによって、前記内側軌道輪の直線軌道の外径が微調整可能とされていることを特徴とする軸受装置。
A bearing device in which a plurality of rolling elements are arranged so as to be able to roll between inner and outer races, and rotatably supports the rotating shaft while allowing movement in the axial direction thereof,
The plurality of rolling elements disposed between the inner and outer races are in the form of spherical rolling elements, and are held rotatably by the cage at a predetermined interval in the circumferential direction.
Of the races of the inner and outer races on which these spherical rolling elements roll, at least the inner race is in the form of a linear race having a linear cross section ,
The inner race ring is fastened to the rotating shaft by a nut;
The inner circumferential surface of the inner race is in the form of a tapered surface, and the bearing ring mounting surface of the rotating shaft is a tapered surface corresponding to the inner circumferential surface of the inner race,
The bearing device , wherein the outer diameter of the linear raceway of the inner raceway can be finely adjusted by tightening the nut .
前記内外軌道輪のうち軌道溝を有する側の軌道輪が軸方向へ二分割された分割構造とされていることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。2. The bearing device according to claim 1 , wherein the bearing ring on the side having a raceway groove of the inner and outer raceways is divided into two parts in the axial direction. 前記内外軌道輪の軌道が直線状断面を有する直線軌道の形態とされるとともに、前記内側軌道輪または外側軌道輪のいずれか一方に、前記球状転動体の軸方向への移動を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。 The track of the inner and outer races is in the form of a linear race having a linear cross section, and the regulation means for regulating the movement of the spherical rolling element in the axial direction on either the inner race or the outer race The bearing device according to claim 1, wherein the bearing device is provided. 前記軌道溝が複数列平行に配されてなることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の軸受装置。The bearing device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the raceway grooves are arranged in a plurality of rows in parallel. 前記球状転動体は、セラミック材料から形成されていることを特徴とする請求項1からのいずれか一つに記載の軸受装置。The spherical rolling element bearing device according it to any one of claims 1 4, characterized in being formed from a ceramic material. 前記保持器は、含油性フェノール樹脂から形成されていることを特徴とする請求項1からのいずれか一つに記載の軸受装置。The bearing device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the cage is formed of an oil-containing phenol resin. 工作機械に装着され、回転主軸を備えてなるスピンドル装置であって、前記回転主軸を回転可能に軸支する前後一対の軸受のうち、後側のサポート軸受が請求項1からのいずれか一つに記載の軸受装置から構成されていることを特徴とするスピンドル装置。7. A spindle device that is mounted on a machine tool and includes a rotation main shaft, wherein a support bearing on the rear side of a pair of front and rear bearings that rotatably support the rotation main shaft is any one of claims 1 to 6. A spindle device comprising the bearing device according to claim 1. 装置内部にビルトインモータが一体的に組み込まれてなることを特徴とする請求項に記載のスピンドル装置。The spindle apparatus according to claim 7 , wherein a built-in motor is integrally incorporated in the apparatus.
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