JPH07279955A

JPH07279955A - 軸受用予圧装置

Info

Publication number: JPH07279955A
Application number: JP9701694A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Kitamura; 耕一郎北村
Original assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Current assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡単であり、低コストで製作でき、し
かもメンテナンスが容易であり、さらに予圧の調節を確
実に行うことができる軸受用予圧装置。【構成】少なくとも１つの皿ばね２６を用いて軸受１
６〜１９を予圧し、皿ばね２６の一部又は全部を形状記
憶合金で構成し、皿ばね２６の温度によって予圧力を調
整することを特徴とする軸受用予圧装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマシニングセンタのスピ
ンドルなどにおける軸受の予圧装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、工作機械における高速切削の需要
が高まっている。主軸が１５，０００ｒｐｍ，あるいは
２０，０００ｒｐｍ以上の高速で回軸する超高速切削の
場合には、軸受が相当の高温になる。軸受が高温になる
と焼付が起り易くなる。また高温では軸受やその周辺部
材が膨張して予圧が過度に大きくなる傾向があり、軸受
破損が頻発していた。

【０００３】一方、低速で行う切削においては、重切削
が要求され、大きな予圧が必要となる。

【０００４】そこで、低速重切削と高速軽切削とで予圧
を多段階に調整する予圧装置が考案されている。これら
の予圧装置においては例えば、圧電センサ―，油圧系を
用いて予圧を制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】油圧系や圧電センサ―
を用いて予圧を制御する予圧装置は、構造が複雑で大型
になりがちである。また、製造コスト，メンテナンスの
点でも問題があった。

【０００６】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は構造が簡単で、比較的低コストで製作でき、しかも
メンテナンスが容易であり、さらに予圧の調節を確実に
行うことができる軸受用予圧装置を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本願の第１発明は、少なくとも１つの皿ばねを用
いて軸受を予圧し、皿ばねの一部又は全部を形状記憶合
金で構成し、皿ばねの温度によって予圧力を調整するこ
とを特徴とする軸受用予圧装置を要旨とする。

【０００８】また、本願の第２発明は、１つの大径の皿
ばねを用いて軸受を予圧し、皿ばねを形状記憶合金で構
成し、皿ばねの温度によって予圧力を調整することを特
徴とする軸受用予圧装置を要旨とする。

【０００９】また、本願の第３発明は、複数の小径の皿
ばねを用いて軸受を予圧し、皿ばねの一部又は全部を形
状記憶合金で構成し、皿ばねの温度によって予圧力を調
整することを特徴とする軸受用予圧装置を要旨とする。

【００１０】また、本願の第４発明は、複数の小径の皿
ばねを用いて軸受を予圧し、皿ばねの一部又は全部が形
状記憶合金で構成されていて、互いに異なる形状記憶特
性を有する複数種類の皿ばねの組合せであり、皿ばねの
温度によって予圧力を調整することを特徴とする軸受用
予圧装置を要旨とする。

【００１１】形状記憶特性（形状記憶効果を示す温度に
ついての特徴）が異なる複数の皿ばねを組合せて用いて
予圧力を多段階に調節することが望ましい。

【００１２】形状記憶合金としては、Ｔｉ−Ｎｉ，Ａｕ
−Ｃｄ，Ｃｕ−Ａｕ−Ｚｎ，Ｉｎ−Ｔｌ，Ｉｎ−Ｃｄ，
Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ，Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ，Ｃｕ−Ａｌ−Ｎ
ｉ等を用いることができる。

【００１３】

【作用】本発明の軸受用予圧装置においては、軸受の温
度が上昇し、皿ばねに伝わり、皿ばねが所定温度以上に
なると皿ばねが形状記憶効果によって変形し、予圧力が
減少する。

【００１４】特性の異なる皿ばねを数種類用いた場合に
は、温度の上昇に伴い予圧力が多段階的に減少する。

【００１５】このように本発明の軸受用予圧装置は、安
価で簡単な構成であり、しかも予圧の調節を確実に行う
ことができる。

【００１６】

【実施例】第１実施例図１ないし図３を参照して、本発明の第１実施例による
軸受用予圧装置を説明する。図３は、主軸に軸受用予圧
装置を有する工作機械を示している。

【００１７】工作機械はベッド１、テ―ブル２、コラム
３、主軸頭４、モ―タ５，６，７，１１を有している。

【００１８】テ―ブル２にワ―クＷが取付けてあり、テ
―ブル２はモ―タ５によりＸ方向に移動可能である。コ
ラム３はモ―タ６によりＹ１，Ｙ２方向に移動可能であ
る。主軸頭４はモ―タ７によりＺ１，Ｚ２方向に移動可
能である。

【００１９】主軸頭４の主軸１２には、ツ―ルホルダ１
０が着脱可能に取付けてある。ツ―ルホルダ１０とその
ツ―ル１３は、モ―タ１１により回転可能である。

【００２０】次に、図１を参照する。図１は主軸頭４の
一部を示している。主軸１２は、第１〜第４軸受１６，
１７，１８，１９を介してフレ―ム１５に回転可能に支
持されている。

【００２１】第１部材２０のフランジ２２はボルト２３
によりフレ―ム１５に固定されている。第１部材２０の
下端には第２部材２１がボルト２１ａを介して設定され
ている。第３〜第４軸受１８，１９は第１部材２０と主
軸１２の間に設けてあり、主軸１２を回転自在に支持し
ている。

【００２２】フレ―ム１５の中間部にあるフランジ部１
５ａの内側には第３部材２５が位置している。第３部材
２５の上側には第４部材２４がボルト２７で固定してあ
る。第４部材２４には皿ばねを設置するための第１凹部
２４ｂが設けてある。この第１凹部２４ｂに対応してフ
ランジ部１５ａにも第２凹部１５ｂが設けてある。

【００２３】第１凹部２４ｂと第２凹部１５ｂの間に、
１つの大径の皿ばね２６が配置してある（図２参照）。
皿ばね２６は形状記憶合金から成る。

【００２４】形状記憶合金は周知のように高温で記憶さ
せた形状を覚えていて、室温で変形を与えても、加熱す
ると元に戻る性質を有する。形状記憶効果はマルテンサ
イト変態をする合金においてみられ、形状記憶合金の例
としてはＴｉ−Ｎｉ，Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ，Ｃｕ−Ａｌ−
Ｎｉ等を挙げることができる。

【００２５】第３部材２５と主軸１２の間には第１〜第
２軸受１６，１７が配置してあり、主軸１２を回転自在
に支持している。第１〜第２軸受１６，１７の内輪の上
方には管状の第５部材２８が設けてある。さらに第５部
材２８の上方には、ネジ付きの押え部材２９が主軸１２
にネジ込んである。

【００２６】皿ばね２６は第４部材２４及び第３部材２
５を上方に加圧することにより、第１〜第２軸受１６，
１７に予圧を与えている。皿ばね２６の温度によって予
圧力が段階的に調整される。

【００２７】皿ばね２６は、板状のばね材を底のない皿
状（頭を切った円錐状）に成形したばねである。皿ばね
２６は、コイル形状のばねと比較して、横方向に変形し
にくく、荷重方向に安定して撓む。そのため、安定した
予圧を与えることができる。

【００２８】皿ばね２６の形状記憶特性は、例えば以下
のようになっている。すなわち、皿ばね２６は、４０℃
未満でばねとして機能し、４０℃以上でばねとして機能
せずに遊ぶように変形する形状記憶特性を有する。

【００２９】皿ばね２６と第１〜第２軸受１６，１７の
間に熱伝導があることが好ましい。この場合、第１〜第
２軸受１６，１７の温度に対応するように、予圧を調整
できる。

【００３０】第１〜第２軸受１６，１７の温度が上昇
し、熱伝導により皿ばね２６の温度も上昇していった場
合に、形状記憶合金製の皿ばね２６を有する予圧機構は
以下のように作用する。４０℃未満の温度では皿ばね２
６が働き、最大の予圧，例えば１３２ｋｇが得られる。
４０℃以上では皿ばね２６が遊び、最小の予圧，例えば
２０ｋｇを与える。

【００３１】皿ばね２６は、主軸１２と同心に配置され
ている。

【００３２】第２実施例図３ないし図５を参照して、本発明の第２実施例による
軸受用予圧装置を説明する。第２実施例の説明において
は、図３は、第２実施例による軸受用予圧装置を有する
工作機械を示す。前述の第１実施例の構成に対応するも
のには、第１実施例と同じ符号を付してある。

【００３３】工作機械はベッド１、テ―ブル２、コラム
３、主軸頭４、モ―タ５，６，７，１１を有している。

【００３４】テ―ブル２にワ―クＷが取付けてあり、テ
―ブル２はモ―タ５によりＸ方向に移動可能である。コ
ラム３はモ―タ６によりＹ１，Ｙ２方向に移動可能であ
る。主軸頭４はモ―タ７によりＺ１，Ｚ２方向に移動可
能である。

【００３５】主軸頭４の主軸１２には、ツ―ルホルダ１
０が着脱可能に取付けてある。ツ―ルホルダ１０とその
ツ―ル１３は、モ―タ１１により回転可能である。

【００３６】図４を参照する。図４は主軸頭４の一部分
を示している。主軸１２は、第１〜第４軸受１６，１
７，１８，１９を介してフレ―ム１５に回転可能に支持
されている。

【００３７】第１部材２０のフランジ２２はボルト２３
によりフレ―ム１５に固定されている。第１部材２０の
下端には第２部材２１がボルト２１ａを介して設定され
ている。第３〜第４軸受１８，１９は第１部材２０と主
軸１２の間に設けてあり、主軸１２を回転自在に支持し
ている。

【００３８】フレ―ム１５の中間部にあるフランジ部１
５ａの内側には第３部材２５が位置している。第３部材
２５の上側には第４部材２４がボルト２７で固定してあ
る。第４部材２４には、小径の皿ばね２６ａ〜２６ｄを
設置するための第１凹部４ｂが多数設けてある。この第
１凹部２４ｂに対応してフランジ部１５ａにも多数の第
２凹部１５ｂが設けてある。図示例においては、第１凹
部２４ｂと第２凹部１５ｂの数は、それぞれ１６個であ
る。

【００３９】第１凹部２４ｂと第２凹部１５ｂの間に、
多数の小径の第１〜第４皿ばね２６ａ〜２６ｄが配置し
てある（図５参照）。第１〜第４皿ばね２６ａ〜２６ｄ
は、主軸１２と同心の円周に沿って配置されている。

【００４０】図示例においては、第１〜第４皿ばね２６
ａ〜２６ｄの数は、それぞれ４個であり、合計１６個で
ある。

【００４１】第１〜第３皿ばね２６ａ〜２６ｃは形状記
憶合金から成る。第４皿ばね２６ｄは通常の皿ばねであ
る。

【００４２】形状記憶合金は周知のように高温で記憶さ
せた形状を覚えていて、室温で変形を与えても、加熱す
ると元に戻る性質を有する。形状記憶効果はマルテンサ
イト変態をする合金においてみられ、形状記憶合金の例
としてはＴｉ−Ｎｉ，Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ，Ｃｕ−Ａｌ−
Ｎｉ等を挙げることができる。

【００４３】第３部材２５と主軸１２の間には第１〜第
２軸受１６，１７が配置してあり、主軸１２を回転自在
に支持している。第１〜第２軸受１６，１７の内輪の上
方には管状の第５部材２８が設けてある。さらに第５部
材２８の上方には、ネジ付きの押え部材２９が主軸１２
にネジ込んである。

【００４４】第１〜第４皿ばね２６ａ〜２６ｄは第４部
材２４及び第３部材２５を上方に加圧することにより、
第１〜第２軸受１６，１７に予圧を与えている。第１〜
第４皿ばね２６ａ〜２６ｄの温度によって予圧力が段階
的に調整される。

【００４５】第１〜第４皿ばね２６ａ〜２６ｄは、それ
ぞれ板状のばね材を底のない皿状（頭を切った円錐状）
に成形したばねである。皿ばね２６は、コイル形状のば
ねと比較して、横方向に変形しにくく、荷重方向に安定
して撓む。そのため、安定した予圧を与えることができ
る。

【００４６】第１〜第４皿ばね２６ａ〜２６ｄの形状記
憶特性はそれぞれ異なっており、例えば以下のようにな
っている。すなわち、第１〜第３皿ばね２６ａ，２６
ｂ，２６ｃは、それぞれ２５℃（常温），３０℃，４０
℃未満の温度でばねとして機能し、２５℃（常温），３
０℃，４０℃以上の温度でばねとして機能せずに遊ぶよ
うに変形する形状記憶特性を有する。

【００４７】第１〜第４皿ばね２６ａ〜２６ｄと第１〜
第２軸受１６，１７の間に熱伝導があることが好まし
い。この場合、第１〜第２軸受１６，１７の温度に対応
するように、予圧を調整できる。

【００４８】第１〜第２軸受１６，１７の温度が上昇
し、熱伝導により第１〜第４皿ばね２６ａ〜２６ｄの温
度も上昇していった場合に、形状記憶合金製の第１〜第
３皿ばね２６ａ〜２６ｃを有する予圧機構は以下のよう
に作用する。２５℃未満の温度では第１〜第４皿ばね２
６ａ〜２６ｄが働き最大の予圧，例えば１３２ｋｇが得
られる。２５℃以上３０℃未満では第１皿ばね２６ａが
遊び、第２〜第４皿ばね２６ｂ〜２６ｄが働き中間の予
圧，例えば８４ｋｇが得られる。３０℃以上４０℃未満
では第１皿ばね２６ａと第２皿ばね２６ｂが遊び、第３
皿ばね２６ｃと第４皿ばね２６ｄによって中間の予圧，
例えば５０ｋｇが与えられる。４０℃以上では第１〜第
３皿ばね２６ａ〜２６ｃが遊び、第４皿ばね２６ｄのみ
によって最小の予圧，例えば２０ｋｇを与える。

【００４９】このように多段階的に予圧力を調整するの
で、軸受の温度変化に対して予圧力を適確に調整でき
る。

【００５０】なお、本発明は前述した第１、第２実施例
に限定されない。例えば皿ばねの数や配置は任意に設定
できる。

【００５１】また、軸受は周知のように様々な型式のも
のを組み合せて用いることが可能である。

【００５２】また、所定温度以上で皿ばねが遊ぶように
変形する構成としたが、反対に、所定温度以上でばねと
して機能するように変形することによって予圧力を低減
させるように、皿ばねを配置してもよい。この場合に、
その皿ばねは低温（所定温度未満）では遊んでいる。ま
た、本発明の軸受予圧装置は工作機械のスピンドルを支
持する軸受以外の軸受に用いることも可能である。

【００５３】また、皿ばねの形状は、前述の形状に限ら
ず、従来の皿ばねと同様の形状を採用できる。

【００５４】

【発明の効果】本願の第１〜第４発明によれば、少なく
とも１つの皿ばねを用いて軸受を予圧し、皿ばねの一部
又は全部を形状記憶合金で構成し、皿ばねの温度によっ
て予圧力を段階的に調整するので、従来の予圧装置と比
較して安価で簡単な構成にすることができる。しかも予
圧の調節を確実に行うことができる。

【００５５】また、本願の第４発明によれば、皿ばねの
一部又は全部が形状記憶合金で構成されていて、互いに
異なる形状記憶特性を有する複数種類の皿ばねの組合せ
であり、皿ばねの温度によって予圧力を調整するので、
皿ばねの温度を軸受の温度に対応させた場合に、軸受の
温度変化に対して予圧力を適確に調整できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による軸受予圧装置を設置
した主軸頭の一部を例示的に示す断面図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図。

【図３】図１に示した主軸頭を備えた工作機械の側面
図。

【図４】本発明の第２実施例による軸受予圧装置を設置
した主軸頭の一部を例示的に示す断面図。

【図５】図４におけるＢ−Ｂ断面図。

【符号の説明】

１６，１７，１８，１９軸受１２主軸４主軸頭２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ形状記憶合金製の皿ば
ね２６ｄ通常の皿ばね

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの皿ばねを用いて軸受を
予圧し、皿ばねの一部又は全部を形状記憶合金で構成
し、皿ばねの温度によって予圧力を段階的に調整するこ
とを特徴とする軸受用予圧装置。
【請求項２】１つの大径の皿ばねを用いて軸受を予圧
し、皿ばねを形状記憶合金で構成し、皿ばねの温度によ
って予圧力を調整することを特徴とする軸受用予圧装
置。
【請求項３】複数の小径の皿ばねを用いて軸受を予圧
し、皿ばねの一部又は全部を形状記憶合金で構成し、皿
ばねの温度によって予圧力を調整することを特徴とする
軸受用予圧装置。
【請求項４】複数の小径の皿ばねを用いて軸受を予圧
し、皿ばねの一部又は全部が形状記憶合金で構成されて
いて、互いに異なる形状記憶特性を有する複数種類の皿
ばねの組合せであり、皿ばねの温度によって予圧力を調
整することを特徴とする軸受用予圧装置。