ＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造
【課題】 NＣ自動旋盤の主軸軸受のクリープ現象やフレッチング現象を防ぐ。
【解決手段】 主軸１０１を主軸台１３０上に装着する前に、予め、主軸１０１の所定位置に、複列式アンギュラ軸受である前側軸受１１０と、入れ子ハウジング１２１に収め、且つ予圧が付与された複列式アンギュラ軸受である後側軸受１２０の両方が組込まれて、更に、主軸台１３０に装着する際、前側軸受１１０の右アンギュラ玉軸受１１０Ｒの外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪が、フランジ１３７に螺合するスラスト調整ネジ１３９により波ワッシャ１３５を介して押圧されながら主軸台１３０に固定されている。前側軸受１１０の外輪の連れ回りが無くなり、クリープ現象やフレッチング現象が防げる。
【解決手段】 主軸１０１を主軸台１３０上に装着する前に、予め、主軸１０１の所定位置に、複列式アンギュラ軸受である前側軸受１１０と、入れ子ハウジング１２１に収め、且つ予圧が付与された複列式アンギュラ軸受である後側軸受１２０の両方が組込まれて、更に、主軸台１３０に装着する際、前側軸受１１０の右アンギュラ玉軸受１１０Ｒの外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪が、フランジ１３７に螺合するスラスト調整ネジ１３９により波ワッシャ１３５を介して押圧されながら主軸台１３０に固定されている。前側軸受１１０の外輪の連れ回りが無くなり、クリープ現象やフレッチング現象が防げる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ自動旋盤を含む多くの工作機械では、通常、主軸を軸支する軸受を主軸の前側と後側の２ヶ所に設ける。軸受には滑り軸受と転がり軸受の二種類があるが、本発明では転がり軸受を用いる。
【０００３】
以下、背景技術を、図４および図５を用いて説明する。図４は、背景技術で、旋盤等の工作機械において、主軸を前後２箇所で軸支した主軸軸受構造の断面図、図５は、背景技術で、ＮＣ自動旋盤の主軸の前後２箇所を、複列式アンギュラ軸受を用いて軸支した主軸軸受構造の断面図である。
【０００４】
旋盤等の汎用工作機械における主軸軸受構造に関しては、下記の特許文献１で開示された技術がある。
【０００５】
【特許文献１】実用新案出願公開 昭５７−１４５６３３号公報
【０００６】
以下、図４を用いながら、特許文献１に開示された主軸軸受構造を背景技術１として説明する。図４に示した主軸軸受構造１０では、主軸１の前部であるテーパー部１ａを、テーパー穴付円筒コロ軸受２を用いて主軸台３に支承している。このための構造として、主軸１の前端部の膨径部１ｂとテーパー穴付円筒コロ軸受２の内輪との間に主軸１に設けた雄ネジと螺合する間座４を配し、また、テーパー穴付円筒コロ軸受２の後方には、スラスト玉軸受５と間隔筒６とナット７を順に配し、またナット７は主軸１の雄ネジと螺合している。また、テーパー穴付円筒コロ軸受２の外輪とスラスト玉軸受５の外輪とは、主軸台３に取付けたベアリング抑え８により、主軸台３に設けた前側（図では左側）の円筒穴内に固定され、また、主軸１の後部は、後部軸受手段９により主軸台３に設けた後側（図では右側）の円筒穴内に支承されている。そして、主軸１の雄ネジと螺合したナット７は、そのネジ回転により、間隔筒６とスラスト玉軸受５と共にテーパー穴付円筒コロ軸受２の内外輪を左側に押す事が可能である一方、主軸１の雄ネジと螺合する間座４は、そのネジ回転により、テーパー穴付円筒コロ軸受２の左側と接触してテーパー穴付円筒コロ軸受２を右側に押すことが出来るので、主軸１上でナット７と間座４の位置関係を適宜調整することにより、主軸１はテーパー部１aでラジアル方向に適宜隙間を有しながら工作機械の主軸台３に支承される。
【０００７】
テーパー穴付円筒コロ軸受２の組付後のラジアル隙間量は、テーパー穴付円筒コロ軸受２の温度上昇および、剛性を左右するので、適用する工作機械の特性により、適正に調整設定する必要がある。テーパー穴付円筒コロ軸受２のラジアル隙間の適正値は−２μm〜＋３μmという微小範囲である。このため、特許文献１では、外部から間座４を回動させることでテーパー穴付円筒コロ軸受２の最終的なラジアル隙間を適正値に調整している。
【０００８】
背景技術１の主軸軸受構造の場合、主軸上で間座の位置を調整することで、テーパー穴付円筒コロ軸受の発熱量を極力押える様なセットが可能になる。（しかし、運転しながら、微妙な温度変化に対応して調整することはできない）また、一般的に、工作機械の主軸や軸受や更には軸受を支える主軸台は、軸受からの発熱による温度上昇の他に、ワーク加工時の切削熱によっても温度上昇し、熱膨張する。特許文献１では特に記されてないが、特許文献１の場合も含め、工作機械では、切削熱は冷却液により冷却される。しかし、この冷却も昇温量を出来るだけ押えるに過ぎず、昇温を完全に避けることは不可能である。そのため、主軸を含む軸受部分の熱膨張による悪影響を完全に避けることはできない。
【０００９】
また、図４の特許文献１では、軸受として、前側には、転がり軸受の一種であるテーパー穴付円筒コロ軸受とスラスト玉軸受を、後側には後部軸受手段の一部としてテーパー穴付円筒コロ軸受を用いている。テーパー穴を持つ軸受は、主軸との組付けや取外しが容易で、熱膨張による悪影響も緩和する。また、テーパー穴付円筒コロ軸受の転動体を成す円筒コロは重負荷にも耐える。しかし、市販の転がり軸受は、内径が円筒穴のものが多く、テーパー穴のものは少ないし、転動体も玉のものが多く、コロのものは少ない。その為、テーパー穴付円筒コロ軸受は一般的に高価である。また、スラスト荷重を受けるスラスト玉軸受と組み合せる必要がある。
【００１０】
これらの問題を、工作機械の一種であるNC自動旋盤に特化して解決した背景技術を、図５を用いながら背景技術２として説明する。図５は、背景技術におけるＮＣ自動旋盤で、主軸の前後２箇所を、複列式アンギュラ軸受を用いながら軸支した主軸軸受構造の断面図である。尚、NC自動旋盤とは、数値制御された旋盤を主体に、材料のローデング、加工、及び加工済み製品のアンロードを連続的、自動的に行う旋盤加工システムの中の旋盤部分を指す。
【００１１】
図５に示したNC自動旋盤の主軸軸受構造２０では、複列式アンギュラ軸受である前側軸受２３と後側軸受３３を用いて主軸２２を２ヶ所で軸支している。複列式アンギュラ玉軸受とは、２個の単列アンギュラ玉軸受（即ち、前側軸受２３においては、左アンギュラ玉軸受２３Ｌと右アンギュラ玉軸受２３Ｒの夫々を指す。また後側軸受３３においては、左アンギュラ玉軸受３３Ｌと右アンギュラ玉軸受３３Ｒの夫々を指す）の間に間座（即ち、前側軸受２３においては、外輪間座２３ＧＫと内輪間座２３ＮＫを、後側軸受３３では、外輪間座３３ＧＫと内輪間座３３ＮＫを指す）を挟んで１セットにして用いる軸受を指す。この場合、２つの単列アンギュラ玉軸受に予めスラスト荷重が常に加わっているようにする（即ち、予圧を掛ける）と、軸受すきまが殺されてガタがなくなり、軸受部分の剛性が高まるので、前側軸受２３と後側軸受３３のそれぞれの外輪間座と内輪間座（即ち、前側軸受２３においては、外輪間座２３ＧＫと内輪間座２３ＮＫを、後側軸受３３では、外輪間座３３ＧＫと内輪間座３３ＮＫを指す）を寸法調整して２個のアンギュラ玉軸受の間に入れながら締付ける。尚、「複列式アンギュラ玉軸受」やその使用に際して掛ける「予圧」に関しては、後述の「発明を実施するための最良の形態」の中で、詳細に説明する。
【００１２】
背景技術２の主軸軸受構造２０では、先ず、主軸台２１にセットする前の主軸２２に、前側軸受２３を取付ける。その為には、主軸２２の右端から、前側軸受２３の左アンギュラ玉軸受２３Ｌ、内輪間座２３ＮＫ、外輪間座２３ＧＫ、右アンギュラ玉軸受２３Ｒ、ラジアル調整ネジ２４の順に主軸２２に貫通させ、これらを、左アンギュラ玉軸受２３Ｌの内輪が主軸前肩２２ＭＫに当接する位置迄左側に押込み、ラジアル調整ネジ２４を主軸前雄ネジ２２ＭＯと螺合させて締付ける。
【００１３】
次に、前側軸受２３を装着した主軸２２を主軸台２１に取付ける。即ち、主軸台２１の前側軸受ハウジング２５と後側軸受ハウジング３５とは同一軸線上に存在し、それぞれのハウジング底部に貫通穴２５K、貫通穴３５Kを有するので、前側軸受２３を装着した主軸２２の右端を、左側（前側軸受ハウジング２５側）から挿入し、その後、前側軸受２３の外輪取付板２７を、数本のネジを用いて主軸台２１の前側軸受ハウジング２５の開口部に固定する。尚、前側軸受ハウジング２５の軸受格納穴深さ（Ｄ）は、前側軸受２３に予圧を掛けた時の外輪の幅寸法（Ｗ）より少し大きくしておいて、軸受構造２０の相対的な軸方向の熱膨張に備えている。
【００１４】
次に後側軸受３３を主軸２２の所定位置に取付ける。即ち、主軸２２の右端から後側軸受３３の左アンギュラ玉軸受３３Ｌ、内輪間座３３ＮＫ、外輪間座３３ＧＫ、右アンギュラ玉軸受３３Ｒ、ラジアル調整ネジ３４を、この順に主軸に挿入した後、これらを左側に押し込んで、後側軸受ハウジング３５の円筒内に格納し、後側軸受３３の左アンギュラ玉軸受３３Ｌの内輪が主軸後肩２２ＵＫに当接する位置迄移動させた後、ラジアル調整ネジ３４を主軸２２の後雄ネジ２２ＵOと螺合させ、締付けることで後側軸受３３を主軸２２の所定位置にしっかりと固定する。この後、後側軸受３３の外輪締付板３７を、主軸台２１の後側軸受ハウジング３５の開口部に、数本のネジを用いて固定する。これにより、後側軸受３３を構成する左アンギュラ玉軸受３３Ｌと右アンギュラ玉軸受３３Ｒの軸方向の相対的位置関係が強制的に決まって後側軸受３３内部にスラスト荷重が加わり予圧が付与される。尚、はめあいに関しては、外輪は軽圧入程度で、内輪は、しまりばめである。
【００１５】
図５に示した主軸軸受構造２０を有するＮＣ自動旋盤では、モーター（図示省略）からの回転力は主軸プーリー２８を介して主軸２２に伝達し、主軸２２の前側先端（図示省略）でチャックしたワークを回転させ、切削加工する。
【００１６】
以上、図５を用いながら説明した背景技術２の主軸軸受構造を有するＮＣ自動旋盤では背景技術１の問題は無くなる。即ち、主軸の前後２箇所で主軸台に軸支する場合でも、後側軸受のみでスラスト方向を拘束し、前側軸受は自由にしておくので、主軸はスラスト方向に熱変位が可能であり、運転を止めて調整する必要もない。また、アンギュラ玉軸受は性能の割に安価であり、また、スラスト玉軸受と組み合せる必要もない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、近年のハードディスクモータードライバー等に代表される様に、益々部品単体での精度要求は厳しさを増しており、数μｍ単位、中でも主要部品では１〜２μmの加工精度が強く要求されている。これらの要求を満たす為には、ＮC自動旋盤においても、機械精度、即ち、主軸の総合精度（回転精度、剛性、熱変位など）を確保すると共に、長期間安定した精度維持が可能なＮC自動旋盤が求められてきている。
【００１８】
また、汎用工作機械と同様、NC自動旋盤においても、軸と主軸台との間に熱膨張の差が生じる。（通常は、軸が伸びる。しかし冷却の仕方によっては、逆の場合もある。）従って、背景技術２の中で説明した様に、一方の軸受（これを「固定側軸受」と呼ぶ）では、軸に内輪を固定した後、軸に対する軸受（およびそれを支えるハウジングや、主軸台）のスラスト方向の相対的位置関係が変化できない様に外輪も固定し、他方の軸受（これを「自由側軸受」と呼ぶ）では、軸に内輪を固定し、外輪と主軸台は軽圧入にして、外輪が軸方向に動ける様にする方法が一般的に行われてきた。しかし、外輪と主軸台は軽圧入されているに過ぎないので、切削による負荷が軸受に掛かり、その負荷がベアリングの軌道面に伝わることで、自由側軸受の外輪が連れ回りされる現象が発生した。そして、外輪の連れ回りは、軸受のトラブル原因であるクリープ現象や、フレッチング現象を生じ、その結果、主軸の回転精度が落ちたり、主軸の回転中心が変位して、加工製品の品質悪化を引き起こしたりした。
【００１９】
クリープ現象とは、軸受の嵌め合い面に生じる回転方向の相対的なズレ運動のことで、弱いしまりばめをした場合でも、ラジアル荷重で嵌め合い面が弾性変形すると荷重と反対側の嵌め合い面に隙間ができるのでクリープが発生する。クリープ現象は、原理的には転がり運動であるが、これが起きると嵌め合い面が磨耗し、軸やハウジングを破損させたり、磨耗紛が軸受の中に入り、軸受故障の原因になる。これを防ぐには、締め代を付けて取付けるのが効果的だが、使用条件によっては、締め代を設けることができない場合は、嵌め合い面を潤滑することもある。
【００２０】
また、フレッチング現象とは、転がり軸受に荷重を加えながら、微小角度だけ揺動させた場合に起きる現象で、丁度過大荷重によって軌道面に圧痕を付けた様な磨耗痕が残る。滑り磨耗の一種で、油膜が破断して磨耗を起し、磨耗紛が酸化して赤褐色の粉になり、更に進行すると接触面がラッピングされて光沢面になる現象である。フレッチングを防ぐ一般的な方法は油が接触面に導入され易くすることである。
【００２１】
背景技術２で説明したNC自動旋盤の軸受構造では、クリープ現象やフレッチング現象による軸受の劣化や、製品品質悪化を避ける為に、頻繁なメンテナンスが必要になった。
また主軸台に設けた軸受外輪格納用のハウジングが磨耗してしまうと、軸受の交換だけでは加工製品の品質が回復されない事態迄も発生した。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は上記課題を解決するために成されたものである。解決する手段として、本発明の請求項１記載に係わる発明は、NＣ自動旋盤の主軸の回転を、この主軸の前後２箇所で、主軸台上にて軸支するようにした主軸軸受構造において、主軸台上に主軸を装着する前工程として、予め、主軸の所定位置に前側軸受と後側軸受の両方が組み込まれていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載に係わる発明は、前記後側軸受が、入れ子ハウジングに収められてユニット化されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２４】
また、本発明の請求項３記載に係わる発明は、前記入れ子ハウジング内の後側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、且つ予圧が付与されて組み込まれていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２５】
また、本発明の請求項４記載に係わる発明は、前記入れ子ハウジングが主軸台の所定位置に固定された後に、前側軸受が主軸台に取付けられることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２６】
また、本発明の請求項５記載に係わる発明は、前側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、前側軸受の右アンギュラ玉軸受の外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪が、主軸台に固定されたフランジに螺合するスラスト調整ネジにより、波ワッシャを介して押圧されながら主軸台に固定されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２７】
また、本発明の請求項６記載に係わる発明は、前記波ワッシャの押圧力は、前記スラスト調整ネジの締め付けトルク値により管理されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２８】
また、本発明の請求項７記載に係わる発明は、前記スラスト調整ネジのフランジ部に、トルク計の先端端子との係合部が設けられていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２９】
また、本発明の請求項８記載に係わる発明は、前記波ワッシャは複数枚重ね合せて使用されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【発明の効果】
【００３０】
発明の効果として、請求項１記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、主軸台上に主軸を装着する前工程として、予め、主軸の所定位置に前側軸受と後側軸受の両方が組み込まれているので、主軸台への主軸装着が容易になる。
【００３１】
発明の効果として、請求項２記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、後側軸受が、入れ子ハウジングに収められてユニット化されているので、後側軸受の主軸台への組付けが容易になる。
【００３２】
発明の効果として、請求項３記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、入れ子ハウジング内の後側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、且つ予圧が付与されて組み込まれているので、予圧調整作業が容易になる。
【００３３】
発明の効果として、請求項４記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、入れ子ハウジングが主軸台の所定位置に固定された後に、後側軸受を基準にして、前側軸受が主軸台に取付けられるので、軸のスラスト方向の位置決めが容易になる。
【００３４】
発明の効果として、請求項５記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、前側軸受の右アンギュラ玉軸受の外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪が、主軸台に固定されたフランジに螺合するスラスト調整ネジにより、波ワッシャを介して押圧力を受けながら主軸台に固定されているので、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪および右アンギュラ玉軸受の外輪は、NC自動旋盤の使用に際して発生する主軸等の熱膨張変位時にも、常に適正な軸方向の押圧力を受けながら変位する。その為、両外輪の連れ回り現象が防止され、その結果、軸受のクリープやフレッチングが防止される。
【００３５】
発明の効果として、請求項６記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、波ワッシャの押圧力が、スラスト調整ネジの締め付けトルク値により管理されているので、波ワッシャの押圧力の正確な管理が可能になる。
【００３６】
発明の効果として、請求項７記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、スラスト調整ネジのフランジ部に、トルク計の先端端子との係合部が設けられているので、トルク計を用いたスラスト調整ネジの締付けトルク管理が容易になる。
【００３７】
発明の効果として、請求項８記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、波ワッシャを複数枚重ね合せて使用することで、押圧力の設定範囲が拡がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と略す）を、図１〜図３を用いて説明する。
【００３９】
図１は、本発明におけるＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造の断面図で、図１（ａ）は、主軸の前後２箇所を複列式アンギュラ軸受を用いて軸支した本発明の主軸軸受構造の前部断面図、図１（ｂ）は主軸の前後２箇所を複列式アンギュラ軸受を用いて軸支した本発明の主軸軸受構造の後部断面図である。また、図２は本発明の実施形態で用いる複列式アンギュラ軸受の予圧の掛け方を説明する為の複列式アンギュラ軸受の断面図で、図２（ａ）は定位置予圧法を、図２（ｂ）は定圧予圧法を示す。また、図３は本発明の実施形態で用いるスラスト調整ネジで、図３（ａ）は、該スラスト調整ネジの正面図、図３（ｂ）は該スラスト調整ネジの、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。尚、図１（ａ）と図１（ｂ）は、一体の主軸軸受構造の前部と後部を分割して描いたものであり、図１（ａ）と図１（ｂ）はA部同士、B部同士で繋がっている。
【００４０】
本発明の実施形態として後述するNC自動旋盤の主軸軸受構造では、主軸を前後２箇所で複列式アンギュラ軸受を用いて軸支しているので、先ず、アンギュラ玉軸受の説明から始める。
【００４１】
アンギュラ玉軸受（以下、１個のアンギュラ玉軸受を、「単列アンギュラ玉軸受」と呼ぶこともある）は、深みぞ玉軸受の内輪または外輪の一方の軌道溝の縁の片側を、溝底からの高さが僅かに残るまで削り去り、この縁の部分の弾性または外輪全体の熱膨張を利用して玉と内輪を組込んだ玉軸受であり、ラジアル荷重の他にスラスト荷重を一方向だけ支えることが可能である。高速回転にも適するし、形が簡単であるため正確な加工が可能で転がり軸受の中で最も高精度のものができる等優れた性能があるので多くの用途に用いられる。また多くの玉を持たせることができるので負荷能力も大きい特徴がある。
【００４２】
アンギュラ玉軸受に限らず、全ての転がり軸受は、内部にすきま（ラジアルすきま、アキシャルすきま、角すきま）を持つように作られている。それは、はめあいによる軸受すきまの減少、取付け誤差、運転による発熱膨張を逃げる為である。しかし、すきまが大き過ぎると、振動、騒音、早期破損などを起し易くなるので、軸受の使用に際して、適当な値に調節して用いる。特に、本実施形態に用いたアンギュラ玉軸受は、必ずスラスト荷重（予圧）を加えながら使う。この予圧により、軸受内部の隙間を無くし、軸受の剛性を増す効果がある。
【００４３】
本発明の実施形態で用いる複列式アンギュラ玉軸受５０は、図２（ａ）に示した様に、２個の単列アンギュラ玉軸受５１、５２を、間に間座（外輪間座５３と内輪間座５４）を挟んで１セットにして軸５５に固定し、ハウジング５６に取付けて用いる軸受であり、予圧には、向かい合った単列アンギュラ玉軸受５１、５２の軸方向の相対的位置関係を強制的に決めることによって、単列アンギュラ玉軸受５１、５２にスラスト荷重が加わることを利用する定位置予圧法を用いる。スラスト荷重に単列アンギュラ玉軸受５１、５２の弾性を利用する為、外輪間座５３と、内輪間座５４の寸法調整が重要になる。
【００４４】
本発明の実施形態で用いる複列式アンギュラ玉軸受５０は、２つの単列アンギュラ玉軸受５１、５２を一対にして使い、かつ、予めスラスト荷重が常に加わっているようにするので、軸受すきまが殺されてガタがなくなり、軸受部分の剛性が高まり、また、２個の単列アンギュラ玉軸受５１、５２を背面で組合せるので、双方向のスラスト荷重を支えることができる。
【００４５】
尚、複列式アンギュラ玉軸受と機能も名称も類似する「複列アンギュラ玉軸受」は２個の単列アンギュラ玉軸受を背面で組合せにして内輪と外輪をそれぞれ一体化した構造を持つ軸受である。また、アンギュラ玉軸受を２個用いた場合の予圧の掛け方には、図２（ａ）に示し、本実施形態で用いる定位置予圧法の他に、図２（ｂ）に示した定圧予圧法もある。図２（ｂ）では、相対する単列アンギュラ玉軸受６１、６２の外輪間に圧縮コイルバネ６３等（皿バネ等の弾性の大きな部品でもよい）を利用してスラスト荷重を加える方法である。
【００４６】
尚、本実施形態では、はめあいに関しては、すきまの範囲を特に指定しない“普通すきま”の軸受として用いて、外輪はすき間ばめに、内輪はしまりばめとした。
【００４７】
以下、図１（ａ）および図１（ｂ）を用いながら、既述した複列式アンギュラ玉軸受を用いた本実施形態の主軸軸受構造の説明に移る。本実施形態では、先ず、図１（ａ）に示した主軸１０１の所定位置に、複列式アンギュラ玉軸受である前側軸受１１０を装着する。その為には、主軸１０１の右端から、前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌ、内輪間座１１０ＮＫ、外輪間座１１０ＧＫ、右アンギュラ玉軸受１１０Ｒ、バックリング１０２、シールリング１０３、ラジアル調整ネジ１０４の順に主軸１０１に差し込む。その後、これらを左側に押込んで、左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの内輪が主軸前肩１０１ＭＫに当接する位置迄移動させた後、ラジアル調整ネジ１０４を主軸前雄ネジ１０１ＭOと螺合させて締付けておく。
【００４８】
次に、図１（ｂ）に示した主軸１０１の所定位置に、後側軸受１２０を装着し、かつ予圧を付与するが、本実施形態では、後側軸受１２０にも、複列式アンギュラ玉軸受を用いる。
【００４９】
即ち、主軸１０１の右端から最初挿入しておいた入れ子ハウジング１２１の円筒内に、後側軸受１２０の左アンギュラ玉軸受１２０Ｌ、内輪間座１２０ＮＫ、外輪間座１２０ＧＫ、右アンギュラ玉軸受１２０Ｒ、Aリング１２２、Bリング１２３の順に主軸１０１を通して格納した後、これらを左側に押し込んで、後側軸受１２０の左アンギュラ玉軸受１２０Ｌの内輪が主軸後肩１０１ＵＫに当接する迄移動させた後、Aリング調整ネジ１２４を主軸後雄ネジ１０１ＵＯと螺合させ、締付けることで後側軸受１２０を主軸１０１の所定位置に固定する。またBリング調整ネジ１２５を主軸１０１の右端から挿入し、入れ子ハウジング１２１の内筒に設けた雌ネジ１２１ＭＮと螺合させ、締付けることで入れ子ハウジング１２１に後側軸受１２０を固定する。これにより、後側軸受１２０の左アンギュラ玉軸受１２０Ｌと右アンギュラ玉軸受１２０Ｒの軸方向の相対的位置関係が強制的に決まることによって、後側軸受１２０に予圧が付与される。
【００５０】
次に、主軸１０１は、この状態、即ち、前側軸受１１０と、入れ子ハウジング１２１に格納されて予圧が付与された後側軸受１２０とが装着された状態で、主軸台１３０上に取付けられる。即ち、主軸台１３０上には、前主軸穴１３１と後主軸穴１３２が、同じ中心線上に貫通しているので、前側軸受１１０と入れ子ハウジング１２１に格納された後軸受１２０とを装着した主軸１０１を、後主軸穴１３２から挿入した後、入れ子ハウジング１２１を主軸台１３０に、そのフランジ部１２１Ｆを数本のネジ１３３を用いてしっかりと固定する。
【００５１】
この状態で、予め主軸１０１に挿入しておいた前側軸受１１０のシールリング１０３のテーパー部を主軸台１３０側に設けられたシールリング固定ネジ１３４で締付けて固定する。この時、シールリング１０３から、前側軸受１１０の外輪（即ち、右アンギュラ玉軸受１１０Ｒの外輪、外輪間座１１０ＧＫ、左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪）に力が掛かる事で、後側軸受１２０の予圧が影響を受けない様に、主軸１０１に取付けた前側軸受１１０全体を軽圧入レベルで主軸台１３０に位置決めして固定する。このシールリング１０３を主軸台１３０内で固定することによって、前側軸受１１０の主軸１０１に対する軸方向の位置が決定される。
【００５２】
その後、波ワッシャ１３５とカラー１３６を主軸１０１の左側から挿入して、更に、フランジ１３７をフランジ固定ネジ１３８で主軸台１３０の前部に取付けることで波ワッシャ１３５が前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪に接触する。その後、スラスト調整ネジ１３９を主軸１０１の左側から挿入し、フランジ１３７に設けた雌ネジとスラスト調整ネジ１３９の雄ネジとを螺合させながら、スラスト調整ネジ１３９で、波ワッシャ１３５をカラー１３６を介して前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪に軽く押付ける。この時、波ワッシャ１３５が発する押圧力は、後側軸受１２０に既に負荷した予圧に影響を及ぼさないよう調整する。
【００５３】
波ワッシャ１３５が発する押圧力の大きさは、前主軸穴１３１に前側軸受１１０を軽圧入で嵌合する程度が一応の目安になるが、最終的には経験値で定める。また、押圧力は、スラスト調整ネジ１３９のフランジ１３７に対するネジ込み量を加減することで調整可能だが、波ワッシャ１３５を複数枚重ねることで調整範囲が更に拡大する。本実施形態では、押圧力の管理に、スラスト調整ネジ１３９の締付けトルク値を用いている。そのため、本実施形態では、図３に示した様に、スラスト調整ネジ１３９のフランジ部１３９Ｆに、トルク計の先端端子との係合部１３９Ｋが４箇所設けられている。尚、本実施形態では先端端子との係合部１３９Kの形状をスリット状として４箇所示したが、形状は円形、非円形、角形等、トルク計先端端子を受入れ可能な穴形状であればよく、又、個数も、端子形状に合せて適宜選択され得るものである。
【００５４】
本発明の実施形態の主軸軸受構造を用いると、主軸のスラスト方向については、後側軸受で確りと予圧を与えて軸支しており、前側軸受ではガタが無い程度に軸支しているので、主軸の熱変位、衝撃などに対して回転精度を確保することができ、その結果、加工製品の品質が向上する。
【００５５】
更に、前側軸受の外輪は、後側軸受の外輪程は確りと固定してないが、波ワッシャの弾性によってスラスト方向に常時押されているので、外輪の連れ回りが防止され、前側軸受における外輪と主軸台との間のクリープや、フレッチング等の不具合を安定的に防止する。その為、前側軸受の寿命が延長し、主軸台のハウジング部の損傷も防止でき、加工製品の品質が向上する。
【００５６】
また、後側軸受には、主軸台に組込む前のサブ組立品の段階で予圧を掛けてしまうので、組立作業場所の範囲が拡がり、また作業がやり易くなる。また、後側軸受は予め入れ子ハウジングに格納してあるので、主軸台への組付けが容易である。また後側軸受により主軸のスラスト方向の位置が確定した後、それを基準に前側軸受の位置を決めるので主軸のスラスト方向の位置決めも容易になる。
【００５７】
また、寿命等で軸受交換する場合、予圧を付与する後側軸受の寸法（軸受幅）バラツキが生じていたとしても、前側軸受の主軸台に対する固定位置を、位置決めリングと固定ネジとトルク計を用いてトルク管理したスラスト調整ネジとによって簡単に、適宜調整（後側軸受の寸法バラツキを吸収）することが出来、軸受交換後においても、交換前と全く同様の条件で主軸を軸支することが可能となり、軸受交換後も主軸の回転精度を十分確保することができる。即ち、極めて簡単な操作で軸受交換が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、本発明を、ＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造として説明したが、本発明は、これに限らず、主軸の前後２箇所を複列式アンギュラ軸受を用いて軸支する工作機械全般に使用することで全く同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明におけるＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造で、図１（ａ）は、該主軸軸受構造の前部断面図、図１（ｂ）は該主軸軸受構造の後部断面図である。
【図２】本発明に用いる複列式アンギュラ軸受の予圧の掛け方を説明する為の軸受部断面図で、図２（ａ）は定位置予圧法、図２（ｂ）は定圧予圧法である。
【図３】本発明におけるスラスト調整ネジで、図３（ａ）は、該スラスト調整ネジの正面図、図３（ｂ）は該スラスト調整ネジの、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】背景技術で、旋盤等の工作機械において、主軸を前後２箇所で軸支した主軸軸受構造の断面図である。
【図５】背景技術で、ＮＣ自動旋盤において、複列式アンギュラ軸受を用いて主軸の前後２箇所で軸支した主軸軸受構造の断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１ 主軸
１１０ 前側軸受
１１０Ｒ 前側軸受の右アンギュラ玉軸受
１１０Ｌ 前側軸受の左アンギュラ玉軸受
１２０ 後側軸受
１２１ 入れ子ハウジング
１３０ 主軸台
１３５ 波ワッシャ
１３７ フランジ
１３９ スラスト調整ネジ
１３９Ｆ フランジ部
１３９Ｋ 係合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ自動旋盤を含む多くの工作機械では、通常、主軸を軸支する軸受を主軸の前側と後側の２ヶ所に設ける。軸受には滑り軸受と転がり軸受の二種類があるが、本発明では転がり軸受を用いる。
【０００３】
以下、背景技術を、図４および図５を用いて説明する。図４は、背景技術で、旋盤等の工作機械において、主軸を前後２箇所で軸支した主軸軸受構造の断面図、図５は、背景技術で、ＮＣ自動旋盤の主軸の前後２箇所を、複列式アンギュラ軸受を用いて軸支した主軸軸受構造の断面図である。
【０００４】
旋盤等の汎用工作機械における主軸軸受構造に関しては、下記の特許文献１で開示された技術がある。
【０００５】
【特許文献１】実用新案出願公開 昭５７−１４５６３３号公報
【０００６】
以下、図４を用いながら、特許文献１に開示された主軸軸受構造を背景技術１として説明する。図４に示した主軸軸受構造１０では、主軸１の前部であるテーパー部１ａを、テーパー穴付円筒コロ軸受２を用いて主軸台３に支承している。このための構造として、主軸１の前端部の膨径部１ｂとテーパー穴付円筒コロ軸受２の内輪との間に主軸１に設けた雄ネジと螺合する間座４を配し、また、テーパー穴付円筒コロ軸受２の後方には、スラスト玉軸受５と間隔筒６とナット７を順に配し、またナット７は主軸１の雄ネジと螺合している。また、テーパー穴付円筒コロ軸受２の外輪とスラスト玉軸受５の外輪とは、主軸台３に取付けたベアリング抑え８により、主軸台３に設けた前側（図では左側）の円筒穴内に固定され、また、主軸１の後部は、後部軸受手段９により主軸台３に設けた後側（図では右側）の円筒穴内に支承されている。そして、主軸１の雄ネジと螺合したナット７は、そのネジ回転により、間隔筒６とスラスト玉軸受５と共にテーパー穴付円筒コロ軸受２の内外輪を左側に押す事が可能である一方、主軸１の雄ネジと螺合する間座４は、そのネジ回転により、テーパー穴付円筒コロ軸受２の左側と接触してテーパー穴付円筒コロ軸受２を右側に押すことが出来るので、主軸１上でナット７と間座４の位置関係を適宜調整することにより、主軸１はテーパー部１aでラジアル方向に適宜隙間を有しながら工作機械の主軸台３に支承される。
【０００７】
テーパー穴付円筒コロ軸受２の組付後のラジアル隙間量は、テーパー穴付円筒コロ軸受２の温度上昇および、剛性を左右するので、適用する工作機械の特性により、適正に調整設定する必要がある。テーパー穴付円筒コロ軸受２のラジアル隙間の適正値は−２μm〜＋３μmという微小範囲である。このため、特許文献１では、外部から間座４を回動させることでテーパー穴付円筒コロ軸受２の最終的なラジアル隙間を適正値に調整している。
【０００８】
背景技術１の主軸軸受構造の場合、主軸上で間座の位置を調整することで、テーパー穴付円筒コロ軸受の発熱量を極力押える様なセットが可能になる。（しかし、運転しながら、微妙な温度変化に対応して調整することはできない）また、一般的に、工作機械の主軸や軸受や更には軸受を支える主軸台は、軸受からの発熱による温度上昇の他に、ワーク加工時の切削熱によっても温度上昇し、熱膨張する。特許文献１では特に記されてないが、特許文献１の場合も含め、工作機械では、切削熱は冷却液により冷却される。しかし、この冷却も昇温量を出来るだけ押えるに過ぎず、昇温を完全に避けることは不可能である。そのため、主軸を含む軸受部分の熱膨張による悪影響を完全に避けることはできない。
【０００９】
また、図４の特許文献１では、軸受として、前側には、転がり軸受の一種であるテーパー穴付円筒コロ軸受とスラスト玉軸受を、後側には後部軸受手段の一部としてテーパー穴付円筒コロ軸受を用いている。テーパー穴を持つ軸受は、主軸との組付けや取外しが容易で、熱膨張による悪影響も緩和する。また、テーパー穴付円筒コロ軸受の転動体を成す円筒コロは重負荷にも耐える。しかし、市販の転がり軸受は、内径が円筒穴のものが多く、テーパー穴のものは少ないし、転動体も玉のものが多く、コロのものは少ない。その為、テーパー穴付円筒コロ軸受は一般的に高価である。また、スラスト荷重を受けるスラスト玉軸受と組み合せる必要がある。
【００１０】
これらの問題を、工作機械の一種であるNC自動旋盤に特化して解決した背景技術を、図５を用いながら背景技術２として説明する。図５は、背景技術におけるＮＣ自動旋盤で、主軸の前後２箇所を、複列式アンギュラ軸受を用いながら軸支した主軸軸受構造の断面図である。尚、NC自動旋盤とは、数値制御された旋盤を主体に、材料のローデング、加工、及び加工済み製品のアンロードを連続的、自動的に行う旋盤加工システムの中の旋盤部分を指す。
【００１１】
図５に示したNC自動旋盤の主軸軸受構造２０では、複列式アンギュラ軸受である前側軸受２３と後側軸受３３を用いて主軸２２を２ヶ所で軸支している。複列式アンギュラ玉軸受とは、２個の単列アンギュラ玉軸受（即ち、前側軸受２３においては、左アンギュラ玉軸受２３Ｌと右アンギュラ玉軸受２３Ｒの夫々を指す。また後側軸受３３においては、左アンギュラ玉軸受３３Ｌと右アンギュラ玉軸受３３Ｒの夫々を指す）の間に間座（即ち、前側軸受２３においては、外輪間座２３ＧＫと内輪間座２３ＮＫを、後側軸受３３では、外輪間座３３ＧＫと内輪間座３３ＮＫを指す）を挟んで１セットにして用いる軸受を指す。この場合、２つの単列アンギュラ玉軸受に予めスラスト荷重が常に加わっているようにする（即ち、予圧を掛ける）と、軸受すきまが殺されてガタがなくなり、軸受部分の剛性が高まるので、前側軸受２３と後側軸受３３のそれぞれの外輪間座と内輪間座（即ち、前側軸受２３においては、外輪間座２３ＧＫと内輪間座２３ＮＫを、後側軸受３３では、外輪間座３３ＧＫと内輪間座３３ＮＫを指す）を寸法調整して２個のアンギュラ玉軸受の間に入れながら締付ける。尚、「複列式アンギュラ玉軸受」やその使用に際して掛ける「予圧」に関しては、後述の「発明を実施するための最良の形態」の中で、詳細に説明する。
【００１２】
背景技術２の主軸軸受構造２０では、先ず、主軸台２１にセットする前の主軸２２に、前側軸受２３を取付ける。その為には、主軸２２の右端から、前側軸受２３の左アンギュラ玉軸受２３Ｌ、内輪間座２３ＮＫ、外輪間座２３ＧＫ、右アンギュラ玉軸受２３Ｒ、ラジアル調整ネジ２４の順に主軸２２に貫通させ、これらを、左アンギュラ玉軸受２３Ｌの内輪が主軸前肩２２ＭＫに当接する位置迄左側に押込み、ラジアル調整ネジ２４を主軸前雄ネジ２２ＭＯと螺合させて締付ける。
【００１３】
次に、前側軸受２３を装着した主軸２２を主軸台２１に取付ける。即ち、主軸台２１の前側軸受ハウジング２５と後側軸受ハウジング３５とは同一軸線上に存在し、それぞれのハウジング底部に貫通穴２５K、貫通穴３５Kを有するので、前側軸受２３を装着した主軸２２の右端を、左側（前側軸受ハウジング２５側）から挿入し、その後、前側軸受２３の外輪取付板２７を、数本のネジを用いて主軸台２１の前側軸受ハウジング２５の開口部に固定する。尚、前側軸受ハウジング２５の軸受格納穴深さ（Ｄ）は、前側軸受２３に予圧を掛けた時の外輪の幅寸法（Ｗ）より少し大きくしておいて、軸受構造２０の相対的な軸方向の熱膨張に備えている。
【００１４】
次に後側軸受３３を主軸２２の所定位置に取付ける。即ち、主軸２２の右端から後側軸受３３の左アンギュラ玉軸受３３Ｌ、内輪間座３３ＮＫ、外輪間座３３ＧＫ、右アンギュラ玉軸受３３Ｒ、ラジアル調整ネジ３４を、この順に主軸に挿入した後、これらを左側に押し込んで、後側軸受ハウジング３５の円筒内に格納し、後側軸受３３の左アンギュラ玉軸受３３Ｌの内輪が主軸後肩２２ＵＫに当接する位置迄移動させた後、ラジアル調整ネジ３４を主軸２２の後雄ネジ２２ＵOと螺合させ、締付けることで後側軸受３３を主軸２２の所定位置にしっかりと固定する。この後、後側軸受３３の外輪締付板３７を、主軸台２１の後側軸受ハウジング３５の開口部に、数本のネジを用いて固定する。これにより、後側軸受３３を構成する左アンギュラ玉軸受３３Ｌと右アンギュラ玉軸受３３Ｒの軸方向の相対的位置関係が強制的に決まって後側軸受３３内部にスラスト荷重が加わり予圧が付与される。尚、はめあいに関しては、外輪は軽圧入程度で、内輪は、しまりばめである。
【００１５】
図５に示した主軸軸受構造２０を有するＮＣ自動旋盤では、モーター（図示省略）からの回転力は主軸プーリー２８を介して主軸２２に伝達し、主軸２２の前側先端（図示省略）でチャックしたワークを回転させ、切削加工する。
【００１６】
以上、図５を用いながら説明した背景技術２の主軸軸受構造を有するＮＣ自動旋盤では背景技術１の問題は無くなる。即ち、主軸の前後２箇所で主軸台に軸支する場合でも、後側軸受のみでスラスト方向を拘束し、前側軸受は自由にしておくので、主軸はスラスト方向に熱変位が可能であり、運転を止めて調整する必要もない。また、アンギュラ玉軸受は性能の割に安価であり、また、スラスト玉軸受と組み合せる必要もない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、近年のハードディスクモータードライバー等に代表される様に、益々部品単体での精度要求は厳しさを増しており、数μｍ単位、中でも主要部品では１〜２μmの加工精度が強く要求されている。これらの要求を満たす為には、ＮC自動旋盤においても、機械精度、即ち、主軸の総合精度（回転精度、剛性、熱変位など）を確保すると共に、長期間安定した精度維持が可能なＮC自動旋盤が求められてきている。
【００１８】
また、汎用工作機械と同様、NC自動旋盤においても、軸と主軸台との間に熱膨張の差が生じる。（通常は、軸が伸びる。しかし冷却の仕方によっては、逆の場合もある。）従って、背景技術２の中で説明した様に、一方の軸受（これを「固定側軸受」と呼ぶ）では、軸に内輪を固定した後、軸に対する軸受（およびそれを支えるハウジングや、主軸台）のスラスト方向の相対的位置関係が変化できない様に外輪も固定し、他方の軸受（これを「自由側軸受」と呼ぶ）では、軸に内輪を固定し、外輪と主軸台は軽圧入にして、外輪が軸方向に動ける様にする方法が一般的に行われてきた。しかし、外輪と主軸台は軽圧入されているに過ぎないので、切削による負荷が軸受に掛かり、その負荷がベアリングの軌道面に伝わることで、自由側軸受の外輪が連れ回りされる現象が発生した。そして、外輪の連れ回りは、軸受のトラブル原因であるクリープ現象や、フレッチング現象を生じ、その結果、主軸の回転精度が落ちたり、主軸の回転中心が変位して、加工製品の品質悪化を引き起こしたりした。
【００１９】
クリープ現象とは、軸受の嵌め合い面に生じる回転方向の相対的なズレ運動のことで、弱いしまりばめをした場合でも、ラジアル荷重で嵌め合い面が弾性変形すると荷重と反対側の嵌め合い面に隙間ができるのでクリープが発生する。クリープ現象は、原理的には転がり運動であるが、これが起きると嵌め合い面が磨耗し、軸やハウジングを破損させたり、磨耗紛が軸受の中に入り、軸受故障の原因になる。これを防ぐには、締め代を付けて取付けるのが効果的だが、使用条件によっては、締め代を設けることができない場合は、嵌め合い面を潤滑することもある。
【００２０】
また、フレッチング現象とは、転がり軸受に荷重を加えながら、微小角度だけ揺動させた場合に起きる現象で、丁度過大荷重によって軌道面に圧痕を付けた様な磨耗痕が残る。滑り磨耗の一種で、油膜が破断して磨耗を起し、磨耗紛が酸化して赤褐色の粉になり、更に進行すると接触面がラッピングされて光沢面になる現象である。フレッチングを防ぐ一般的な方法は油が接触面に導入され易くすることである。
【００２１】
背景技術２で説明したNC自動旋盤の軸受構造では、クリープ現象やフレッチング現象による軸受の劣化や、製品品質悪化を避ける為に、頻繁なメンテナンスが必要になった。
また主軸台に設けた軸受外輪格納用のハウジングが磨耗してしまうと、軸受の交換だけでは加工製品の品質が回復されない事態迄も発生した。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は上記課題を解決するために成されたものである。解決する手段として、本発明の請求項１記載に係わる発明は、NＣ自動旋盤の主軸の回転を、この主軸の前後２箇所で、主軸台上にて軸支するようにした主軸軸受構造において、主軸台上に主軸を装着する前工程として、予め、主軸の所定位置に前側軸受と後側軸受の両方が組み込まれていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載に係わる発明は、前記後側軸受が、入れ子ハウジングに収められてユニット化されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２４】
また、本発明の請求項３記載に係わる発明は、前記入れ子ハウジング内の後側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、且つ予圧が付与されて組み込まれていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２５】
また、本発明の請求項４記載に係わる発明は、前記入れ子ハウジングが主軸台の所定位置に固定された後に、前側軸受が主軸台に取付けられることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２６】
また、本発明の請求項５記載に係わる発明は、前側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、前側軸受の右アンギュラ玉軸受の外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪が、主軸台に固定されたフランジに螺合するスラスト調整ネジにより、波ワッシャを介して押圧されながら主軸台に固定されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２７】
また、本発明の請求項６記載に係わる発明は、前記波ワッシャの押圧力は、前記スラスト調整ネジの締め付けトルク値により管理されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２８】
また、本発明の請求項７記載に係わる発明は、前記スラスト調整ネジのフランジ部に、トルク計の先端端子との係合部が設けられていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【００２９】
また、本発明の請求項８記載に係わる発明は、前記波ワッシャは複数枚重ね合せて使用されていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造である。
【発明の効果】
【００３０】
発明の効果として、請求項１記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、主軸台上に主軸を装着する前工程として、予め、主軸の所定位置に前側軸受と後側軸受の両方が組み込まれているので、主軸台への主軸装着が容易になる。
【００３１】
発明の効果として、請求項２記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、後側軸受が、入れ子ハウジングに収められてユニット化されているので、後側軸受の主軸台への組付けが容易になる。
【００３２】
発明の効果として、請求項３記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、入れ子ハウジング内の後側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、且つ予圧が付与されて組み込まれているので、予圧調整作業が容易になる。
【００３３】
発明の効果として、請求項４記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、入れ子ハウジングが主軸台の所定位置に固定された後に、後側軸受を基準にして、前側軸受が主軸台に取付けられるので、軸のスラスト方向の位置決めが容易になる。
【００３４】
発明の効果として、請求項５記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、前側軸受の右アンギュラ玉軸受の外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪が、主軸台に固定されたフランジに螺合するスラスト調整ネジにより、波ワッシャを介して押圧力を受けながら主軸台に固定されているので、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪および右アンギュラ玉軸受の外輪は、NC自動旋盤の使用に際して発生する主軸等の熱膨張変位時にも、常に適正な軸方向の押圧力を受けながら変位する。その為、両外輪の連れ回り現象が防止され、その結果、軸受のクリープやフレッチングが防止される。
【００３５】
発明の効果として、請求項６記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、波ワッシャの押圧力が、スラスト調整ネジの締め付けトルク値により管理されているので、波ワッシャの押圧力の正確な管理が可能になる。
【００３６】
発明の効果として、請求項７記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、スラスト調整ネジのフランジ部に、トルク計の先端端子との係合部が設けられているので、トルク計を用いたスラスト調整ネジの締付けトルク管理が容易になる。
【００３７】
発明の効果として、請求項８記載に係わる本発明のNC自動旋盤の主軸軸受構造を用いると、波ワッシャを複数枚重ね合せて使用することで、押圧力の設定範囲が拡がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と略す）を、図１〜図３を用いて説明する。
【００３９】
図１は、本発明におけるＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造の断面図で、図１（ａ）は、主軸の前後２箇所を複列式アンギュラ軸受を用いて軸支した本発明の主軸軸受構造の前部断面図、図１（ｂ）は主軸の前後２箇所を複列式アンギュラ軸受を用いて軸支した本発明の主軸軸受構造の後部断面図である。また、図２は本発明の実施形態で用いる複列式アンギュラ軸受の予圧の掛け方を説明する為の複列式アンギュラ軸受の断面図で、図２（ａ）は定位置予圧法を、図２（ｂ）は定圧予圧法を示す。また、図３は本発明の実施形態で用いるスラスト調整ネジで、図３（ａ）は、該スラスト調整ネジの正面図、図３（ｂ）は該スラスト調整ネジの、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。尚、図１（ａ）と図１（ｂ）は、一体の主軸軸受構造の前部と後部を分割して描いたものであり、図１（ａ）と図１（ｂ）はA部同士、B部同士で繋がっている。
【００４０】
本発明の実施形態として後述するNC自動旋盤の主軸軸受構造では、主軸を前後２箇所で複列式アンギュラ軸受を用いて軸支しているので、先ず、アンギュラ玉軸受の説明から始める。
【００４１】
アンギュラ玉軸受（以下、１個のアンギュラ玉軸受を、「単列アンギュラ玉軸受」と呼ぶこともある）は、深みぞ玉軸受の内輪または外輪の一方の軌道溝の縁の片側を、溝底からの高さが僅かに残るまで削り去り、この縁の部分の弾性または外輪全体の熱膨張を利用して玉と内輪を組込んだ玉軸受であり、ラジアル荷重の他にスラスト荷重を一方向だけ支えることが可能である。高速回転にも適するし、形が簡単であるため正確な加工が可能で転がり軸受の中で最も高精度のものができる等優れた性能があるので多くの用途に用いられる。また多くの玉を持たせることができるので負荷能力も大きい特徴がある。
【００４２】
アンギュラ玉軸受に限らず、全ての転がり軸受は、内部にすきま（ラジアルすきま、アキシャルすきま、角すきま）を持つように作られている。それは、はめあいによる軸受すきまの減少、取付け誤差、運転による発熱膨張を逃げる為である。しかし、すきまが大き過ぎると、振動、騒音、早期破損などを起し易くなるので、軸受の使用に際して、適当な値に調節して用いる。特に、本実施形態に用いたアンギュラ玉軸受は、必ずスラスト荷重（予圧）を加えながら使う。この予圧により、軸受内部の隙間を無くし、軸受の剛性を増す効果がある。
【００４３】
本発明の実施形態で用いる複列式アンギュラ玉軸受５０は、図２（ａ）に示した様に、２個の単列アンギュラ玉軸受５１、５２を、間に間座（外輪間座５３と内輪間座５４）を挟んで１セットにして軸５５に固定し、ハウジング５６に取付けて用いる軸受であり、予圧には、向かい合った単列アンギュラ玉軸受５１、５２の軸方向の相対的位置関係を強制的に決めることによって、単列アンギュラ玉軸受５１、５２にスラスト荷重が加わることを利用する定位置予圧法を用いる。スラスト荷重に単列アンギュラ玉軸受５１、５２の弾性を利用する為、外輪間座５３と、内輪間座５４の寸法調整が重要になる。
【００４４】
本発明の実施形態で用いる複列式アンギュラ玉軸受５０は、２つの単列アンギュラ玉軸受５１、５２を一対にして使い、かつ、予めスラスト荷重が常に加わっているようにするので、軸受すきまが殺されてガタがなくなり、軸受部分の剛性が高まり、また、２個の単列アンギュラ玉軸受５１、５２を背面で組合せるので、双方向のスラスト荷重を支えることができる。
【００４５】
尚、複列式アンギュラ玉軸受と機能も名称も類似する「複列アンギュラ玉軸受」は２個の単列アンギュラ玉軸受を背面で組合せにして内輪と外輪をそれぞれ一体化した構造を持つ軸受である。また、アンギュラ玉軸受を２個用いた場合の予圧の掛け方には、図２（ａ）に示し、本実施形態で用いる定位置予圧法の他に、図２（ｂ）に示した定圧予圧法もある。図２（ｂ）では、相対する単列アンギュラ玉軸受６１、６２の外輪間に圧縮コイルバネ６３等（皿バネ等の弾性の大きな部品でもよい）を利用してスラスト荷重を加える方法である。
【００４６】
尚、本実施形態では、はめあいに関しては、すきまの範囲を特に指定しない“普通すきま”の軸受として用いて、外輪はすき間ばめに、内輪はしまりばめとした。
【００４７】
以下、図１（ａ）および図１（ｂ）を用いながら、既述した複列式アンギュラ玉軸受を用いた本実施形態の主軸軸受構造の説明に移る。本実施形態では、先ず、図１（ａ）に示した主軸１０１の所定位置に、複列式アンギュラ玉軸受である前側軸受１１０を装着する。その為には、主軸１０１の右端から、前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌ、内輪間座１１０ＮＫ、外輪間座１１０ＧＫ、右アンギュラ玉軸受１１０Ｒ、バックリング１０２、シールリング１０３、ラジアル調整ネジ１０４の順に主軸１０１に差し込む。その後、これらを左側に押込んで、左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの内輪が主軸前肩１０１ＭＫに当接する位置迄移動させた後、ラジアル調整ネジ１０４を主軸前雄ネジ１０１ＭOと螺合させて締付けておく。
【００４８】
次に、図１（ｂ）に示した主軸１０１の所定位置に、後側軸受１２０を装着し、かつ予圧を付与するが、本実施形態では、後側軸受１２０にも、複列式アンギュラ玉軸受を用いる。
【００４９】
即ち、主軸１０１の右端から最初挿入しておいた入れ子ハウジング１２１の円筒内に、後側軸受１２０の左アンギュラ玉軸受１２０Ｌ、内輪間座１２０ＮＫ、外輪間座１２０ＧＫ、右アンギュラ玉軸受１２０Ｒ、Aリング１２２、Bリング１２３の順に主軸１０１を通して格納した後、これらを左側に押し込んで、後側軸受１２０の左アンギュラ玉軸受１２０Ｌの内輪が主軸後肩１０１ＵＫに当接する迄移動させた後、Aリング調整ネジ１２４を主軸後雄ネジ１０１ＵＯと螺合させ、締付けることで後側軸受１２０を主軸１０１の所定位置に固定する。またBリング調整ネジ１２５を主軸１０１の右端から挿入し、入れ子ハウジング１２１の内筒に設けた雌ネジ１２１ＭＮと螺合させ、締付けることで入れ子ハウジング１２１に後側軸受１２０を固定する。これにより、後側軸受１２０の左アンギュラ玉軸受１２０Ｌと右アンギュラ玉軸受１２０Ｒの軸方向の相対的位置関係が強制的に決まることによって、後側軸受１２０に予圧が付与される。
【００５０】
次に、主軸１０１は、この状態、即ち、前側軸受１１０と、入れ子ハウジング１２１に格納されて予圧が付与された後側軸受１２０とが装着された状態で、主軸台１３０上に取付けられる。即ち、主軸台１３０上には、前主軸穴１３１と後主軸穴１３２が、同じ中心線上に貫通しているので、前側軸受１１０と入れ子ハウジング１２１に格納された後軸受１２０とを装着した主軸１０１を、後主軸穴１３２から挿入した後、入れ子ハウジング１２１を主軸台１３０に、そのフランジ部１２１Ｆを数本のネジ１３３を用いてしっかりと固定する。
【００５１】
この状態で、予め主軸１０１に挿入しておいた前側軸受１１０のシールリング１０３のテーパー部を主軸台１３０側に設けられたシールリング固定ネジ１３４で締付けて固定する。この時、シールリング１０３から、前側軸受１１０の外輪（即ち、右アンギュラ玉軸受１１０Ｒの外輪、外輪間座１１０ＧＫ、左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪）に力が掛かる事で、後側軸受１２０の予圧が影響を受けない様に、主軸１０１に取付けた前側軸受１１０全体を軽圧入レベルで主軸台１３０に位置決めして固定する。このシールリング１０３を主軸台１３０内で固定することによって、前側軸受１１０の主軸１０１に対する軸方向の位置が決定される。
【００５２】
その後、波ワッシャ１３５とカラー１３６を主軸１０１の左側から挿入して、更に、フランジ１３７をフランジ固定ネジ１３８で主軸台１３０の前部に取付けることで波ワッシャ１３５が前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪に接触する。その後、スラスト調整ネジ１３９を主軸１０１の左側から挿入し、フランジ１３７に設けた雌ネジとスラスト調整ネジ１３９の雄ネジとを螺合させながら、スラスト調整ネジ１３９で、波ワッシャ１３５をカラー１３６を介して前側軸受１１０の左アンギュラ玉軸受１１０Ｌの外輪に軽く押付ける。この時、波ワッシャ１３５が発する押圧力は、後側軸受１２０に既に負荷した予圧に影響を及ぼさないよう調整する。
【００５３】
波ワッシャ１３５が発する押圧力の大きさは、前主軸穴１３１に前側軸受１１０を軽圧入で嵌合する程度が一応の目安になるが、最終的には経験値で定める。また、押圧力は、スラスト調整ネジ１３９のフランジ１３７に対するネジ込み量を加減することで調整可能だが、波ワッシャ１３５を複数枚重ねることで調整範囲が更に拡大する。本実施形態では、押圧力の管理に、スラスト調整ネジ１３９の締付けトルク値を用いている。そのため、本実施形態では、図３に示した様に、スラスト調整ネジ１３９のフランジ部１３９Ｆに、トルク計の先端端子との係合部１３９Ｋが４箇所設けられている。尚、本実施形態では先端端子との係合部１３９Kの形状をスリット状として４箇所示したが、形状は円形、非円形、角形等、トルク計先端端子を受入れ可能な穴形状であればよく、又、個数も、端子形状に合せて適宜選択され得るものである。
【００５４】
本発明の実施形態の主軸軸受構造を用いると、主軸のスラスト方向については、後側軸受で確りと予圧を与えて軸支しており、前側軸受ではガタが無い程度に軸支しているので、主軸の熱変位、衝撃などに対して回転精度を確保することができ、その結果、加工製品の品質が向上する。
【００５５】
更に、前側軸受の外輪は、後側軸受の外輪程は確りと固定してないが、波ワッシャの弾性によってスラスト方向に常時押されているので、外輪の連れ回りが防止され、前側軸受における外輪と主軸台との間のクリープや、フレッチング等の不具合を安定的に防止する。その為、前側軸受の寿命が延長し、主軸台のハウジング部の損傷も防止でき、加工製品の品質が向上する。
【００５６】
また、後側軸受には、主軸台に組込む前のサブ組立品の段階で予圧を掛けてしまうので、組立作業場所の範囲が拡がり、また作業がやり易くなる。また、後側軸受は予め入れ子ハウジングに格納してあるので、主軸台への組付けが容易である。また後側軸受により主軸のスラスト方向の位置が確定した後、それを基準に前側軸受の位置を決めるので主軸のスラスト方向の位置決めも容易になる。
【００５７】
また、寿命等で軸受交換する場合、予圧を付与する後側軸受の寸法（軸受幅）バラツキが生じていたとしても、前側軸受の主軸台に対する固定位置を、位置決めリングと固定ネジとトルク計を用いてトルク管理したスラスト調整ネジとによって簡単に、適宜調整（後側軸受の寸法バラツキを吸収）することが出来、軸受交換後においても、交換前と全く同様の条件で主軸を軸支することが可能となり、軸受交換後も主軸の回転精度を十分確保することができる。即ち、極めて簡単な操作で軸受交換が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上、本発明を、ＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造として説明したが、本発明は、これに限らず、主軸の前後２箇所を複列式アンギュラ軸受を用いて軸支する工作機械全般に使用することで全く同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明におけるＮＣ自動旋盤の主軸軸受構造で、図１（ａ）は、該主軸軸受構造の前部断面図、図１（ｂ）は該主軸軸受構造の後部断面図である。
【図２】本発明に用いる複列式アンギュラ軸受の予圧の掛け方を説明する為の軸受部断面図で、図２（ａ）は定位置予圧法、図２（ｂ）は定圧予圧法である。
【図３】本発明におけるスラスト調整ネジで、図３（ａ）は、該スラスト調整ネジの正面図、図３（ｂ）は該スラスト調整ネジの、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】背景技術で、旋盤等の工作機械において、主軸を前後２箇所で軸支した主軸軸受構造の断面図である。
【図５】背景技術で、ＮＣ自動旋盤において、複列式アンギュラ軸受を用いて主軸の前後２箇所で軸支した主軸軸受構造の断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１ 主軸
１１０ 前側軸受
１１０Ｒ 前側軸受の右アンギュラ玉軸受
１１０Ｌ 前側軸受の左アンギュラ玉軸受
１２０ 後側軸受
１２１ 入れ子ハウジング
１３０ 主軸台
１３５ 波ワッシャ
１３７ フランジ
１３９ スラスト調整ネジ
１３９Ｆ フランジ部
１３９Ｋ 係合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
NＣ自動旋盤の主軸の回転を、この主軸の前後２箇所で、主軸台上にて軸支するようにした主軸軸受構造において、主軸台上に主軸を装着する前工程として、予め、主軸の所定位置に前側軸受と後側軸受の両方が組み込まれていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項２】
前記後側軸受が、入れ子ハウジングに収められてユニット化されていることを特徴とする請求項１に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項３】
前記入れ子ハウジング内の後側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、且つ予圧が付与されて組み込まれていることを特徴とする請求項２に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項４】
前記入れ子ハウジングが主軸台の所定位置に固定された後に、前側軸受が主軸台に取付けられることを特徴とする請求項２乃至３に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項５】
前側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、前側軸受の右アンギュラ玉軸受の外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪が、主軸台に固定されたフランジに螺合するスラスト調整ネジにより、波ワッシャを介して押圧されながら主軸台に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項６】
前記波ワッシャの押圧力は、前記スラスト調整ネジの締め付けトルク値により管理されていることを特徴とする請求項５に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項７】
前記スラスト調整ネジのフランジ部に、トルク計の先端端子との係合部が設けられていることを特徴とする請求項５乃至６に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項８】
前記波ワッシャは複数枚重ね合せて使用されていることを特徴とする請求項５乃至６に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項１】
NＣ自動旋盤の主軸の回転を、この主軸の前後２箇所で、主軸台上にて軸支するようにした主軸軸受構造において、主軸台上に主軸を装着する前工程として、予め、主軸の所定位置に前側軸受と後側軸受の両方が組み込まれていることを特徴とするNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項２】
前記後側軸受が、入れ子ハウジングに収められてユニット化されていることを特徴とする請求項１に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項３】
前記入れ子ハウジング内の後側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、且つ予圧が付与されて組み込まれていることを特徴とする請求項２に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項４】
前記入れ子ハウジングが主軸台の所定位置に固定された後に、前側軸受が主軸台に取付けられることを特徴とする請求項２乃至３に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項５】
前側軸受には、複列式アンギュラ軸受が用いられ、前側軸受の右アンギュラ玉軸受の外輪が軸方向の荷重が掛からない状態で先ず固定され、その後、前側軸受の左アンギュラ玉軸受の外輪が、主軸台に固定されたフランジに螺合するスラスト調整ネジにより、波ワッシャを介して押圧されながら主軸台に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項６】
前記波ワッシャの押圧力は、前記スラスト調整ネジの締め付けトルク値により管理されていることを特徴とする請求項５に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項７】
前記スラスト調整ネジのフランジ部に、トルク計の先端端子との係合部が設けられていることを特徴とする請求項５乃至６に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【請求項８】
前記波ワッシャは複数枚重ね合せて使用されていることを特徴とする請求項５乃至６に記載のNC自動旋盤の主軸軸受構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−３０１３２（Ｐ２００８−３０１３２Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０４０５２（Ｐ２００６−２０４０５２）
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００１２４３６２）シチズンセイミツ株式会社 (120)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００１２４３６２）シチズンセイミツ株式会社 (120)
【Ｆターム（参考）】
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