CN101680488B - 旋转轴承、旋转工作台装置、工作台直径决定方法 - Google Patents

Abstract

旋转工作台装置(5)具备：作为驱动源的中空马达(10)、通过中空马达(10)而能够旋转的工作台(20)以及支撑工作台(20)的旋转运动的旋转轴承(30)。而且，旋转工作台装置(5)所具有的旋转轴承(30)由以下构成：外轮(31)，在内周面设有滚动面；内轮(32)，在外周面设有与所述滚动面相对的滚动面；以及多个滚动体(33)，装填于由外轮(31)的滚动面和内轮(32)的滚动面形成的滚动路，其中，邻接于内轮(32)或外轮(31)中的成为旋转驱动侧的任一个而形成有冷却介质路径(α、β)。通过该构成，得到能够发挥恰当的冷却效果的旋转轴承和旋转工作台装置。

Description

旋转轴承、旋转工作台装置、工作台直径决定方法

技术领域

本发明涉及一种用于机床等的具备冷却构造的旋转轴承和旋转工作台装置。另外，本发明还涉及一种用于机床等的旋转工作台装置和在设计该旋转工作台装置时使用的工作台直径决定方法。

背景技术

例如，在机床的领域中，已经提出一种机床，该机床兼有：三轴驱动机构，使将工具安装的主轴部沿X轴、Y轴、Z轴方向移动；以及旋转驱动机构，使保持被加工物的工作台等的保持部绕着C轴和/或A轴旋转(例如，参照下述专利文献1)。在这样的机床中，有人提出了分别由线性马达驱动三轴驱动机构，由中空马达驱动旋转驱动机构，尤其是通过中空马达的直接驱动作用，使旋转驱动机构的启动动作非常快，而且在用于进行C轴和A轴的旋转驱动的机构中，能够发挥不需要滑轮等的传递部件和/或减速机构等的效果。

但是，兼有如上所述的三轴驱动机构和旋转驱动机构的机床在实际应用时存在着许多困难的课题，因而目前还未达到完全的实用化。例如，如果以绕C轴的旋转驱动机构，即C轴工作台为例进行说明，那么，作为针对C轴工作台的市场需求，为了实现高精密和高效率的加工作业，要求高精度和高速旋转的性能，而另一方面，由于要承受加工中心的轻切削的关系，因而必须同时满足与上述的高精度和高速旋转的性能相反的高耐荷重的性能。然而，在现有技术中，由于必须使保持被加工物的工作台等的保持部绕着C轴恰当地旋转，因而已经尝试了仅使用一般的旋转轴承来设置该保持部。

专利文献1：日本特开2004-130468号公报

发明内容

然而，为了加工被加工物，要求上述保持部以每分钟1000～1200转的程度进行旋转运动，另一方面，为了安全并可靠地保持被加工物，要求上述保持部具有高的刚性。

然而，对于不得不支撑上述保持部的旋转轴承而言，同时发挥高精度和高速旋转以及高耐荷重的相反的作用效果是非常困难的。即，为了稳定地实现高速旋转，优选采用使用了接触面积小的滚珠的旋转滚珠轴承，但是，对于旋转滚珠轴承而言，稳定地满足机床所要求的高的刚性是非常困难的。另一方面，为了满足机床所要求的高的刚性，虽然可以考虑采用使用了接触面积比滚珠大的辊的旋转辊轴承，但在这种情况下，虽然具有高的刚性，但由于辊的接触面积大，因而由高速旋转所引起的摩擦等的负荷变大，产生进行旋转驱动的一侧的部件发热的不良状况。

然而，在机床的领域，还未提出解决上述问题点的技术手段。当然，在包括上述专利文献1的现有技术文献中，也未提出实现高精度和高速旋转以及高耐荷重的对于旋转轴承而言相反的作用效果的技术。所以，可以说在上述专利文献1等中提出的现有的多轴驱动的机床是不能充分发挥基于直接驱动的采用的作用效果的装置。

本发明是鉴于上述问题的存在而完成的，其目的在于，通过提供一种能够发挥恰当的冷却效果的旋转轴承和旋转工作台装置，同时实现了用于机床的旋转轴承的高速旋转化、高刚性化和高耐荷重化。另外，本发明的目的在于，得到一种通过利用上述旋转轴承和上述旋转工作台装置而能够充分地发挥多轴驱动的优点的机床。

另外，为了同时实现高精度和高速旋转以及高耐荷重的作用效果，本发明者们认为开发能够同时发挥作为旋转轴承的特性的高耐荷重、高刚性、高精度和作为中空马达等的直接驱动马达的特性的高精度、高速旋转、高转矩的，将旋转轴承和直接驱动马达融合的技术是重要的。

于是，本发明的目的也在于，得到通过融合旋转轴承和直接驱动马达而同时实现高精度化和高速旋转化以及高耐荷重化等的机床。另外，本发明也提供一种用于容易且恰当地决定新的旋转工作台装置的工作台的直径的工作台直径决定方法。

根据本发明的旋转轴承具备：外轮，在内周面设有滚动面；内轮，在外周面设有与所述滚动面相对的滚动面；以及多个滚动体，装填于由所述外轮的滚动面和所述内轮的滚动面形成的滚动路，其中，邻接于所述内轮或所述外轮中的成为旋转驱动侧的任一个而形成有冷却介质路径。

在根据本发明的旋转轴承中，所述冷却介质路径能够沿着成为旋转驱动侧的所述内轮或所述外轮所具有的周面的至少一部分而形成。

另外，在根据本发明的旋转轴承中，在所述内轮和所述外轮，能够形成有用于安装的安装装置，至少在所述冷却介质路径和所述安装装置所邻接的部位，能够插入有板部件。

而且，在根据本发明的旋转轴承中，所述板部件能够具有冷却翅片。

另外，在根据本发明的旋转轴承中，所述冷却介质路径能够设在作为旋转驱动侧的所述内轮或所述外轮，或者能够设在安装有旋转轴承的安装部件。

根据本发明的旋转工作台装置具备作为驱动源的中空马达、通过所述中空马达而能够旋转的工作台以及支撑所述工作台的旋转运动的旋转轴承，所述旋转轴承包括：外轮，在内周面设有滚动面；内轮，在外周面设有与所述滚动面相对的滚动面；以及多个滚动体，装填在由所述外轮的滚动面和所述内轮的滚动面形成的滚动路。

根据本发明的旋转工作台装置能够具有所述冷却介质路径的至少一部分导通的路径形成管，该路径形成管插入贯通所述中空马达内而设置。

另外，在根据本发明的旋转工作台装置中，优选所述冷却介质路径由包括：冷却介质导入路，用于导入吸收所述旋转轴承的热之前的冷却介质；以及冷却介质排出路，用于排出吸收了所述旋转轴承的热的冷却介质，并且，导通所述路径形成管内的所述冷却介质导入路和所述冷却介质排出路以如下方式形成：所述冷却介质导入路沿着所述路径形成管的轴心线而形成，所述冷却介质排出路位于所述冷却介质导入路的外周侧。

而且，在根据本发明的旋转工作台装置中，能够使所述路径形成管为制动轴。

根据本发明的另一旋转工作台装置具备：作为驱动源的中空马达、通过所述中空马达而能够旋转的工作台以及支撑所述工作台的旋转运动的旋转轴承，其中，所述中空马达作为对所述工作台直接施加旋转驱动力的直接驱动马达而构成。

在根据本发明的另一旋转工作台装置中，优选，所述旋转轴承作为多列辊轴承而构成，具有：外轮，在内周面设有多个滚动面；内轮，在外周面设有与所述多个滚动面分别相对的多个滚动面；以及多个辊，装填于由设在所述外轮的多个滚动面和设在所述内轮的多个滚动面形成的多条滚动路。

另外，在根据本发明的另一旋转工作台装置中，装填于所述多条滚动路的所述多个辊能够以如下方式构成：被定义成沿与辊的滚动面正交的方向延伸的假想线的荷重的作用线，在沿着旋转轴承的轴线方向的截面上，相对于旋转轴承的半径方向，在各列上沿一定的方向倾斜，并且，至少一个滚动路中的辊的荷重的作用线和其他滚动路中的辊的荷重的作用线相交在所述多条滚动路的内周侧或外周侧。

而且，根据本发明的另一旋转工作台装置能够构成为，所述旋转轴承的外轮或内轮由以下部件夹持：构成所述中空马达的转子或定子，或者与转子或定子连接的部件；以及所述工作台或与该工作台连接的部件。

根据本发明的工作台直径决定方法，用于决定旋转工作台装置的所述工作台的直径，其中，该旋转工作台装置具备：作为驱动源的中空马达、通过所述中空马达而能够旋转的工作台以及支撑所述工作台的旋转运动的旋转轴承，其中，所述中空马达作为对所述工作台直接施加旋转驱动力的直接驱动马达而构成，在将工作台直径设为D(mm)，将工作台和工件的总长度设为L(mm)，将工作台和工件的总重量设为M(kg)，将工作台的比重设为η(kg/mm³)，将工作台的惯性设为J(kg·m²)时，通过使计算机执行以下步骤来决定所述工作台直径D：DM输入步骤，输入至少一组D、M；L算出步骤，通过将在所述DM输入步骤中输入的D、M代入下述公式(1)中而算出L；J算出步骤，通过将由所述L算出步骤求出的D、M、L的组代入下述公式(2)中而算出J；以及DM选择步骤，基于在所述J算出步骤中算出的J，选择满足下述不等式(3)的D、M的组。

[式1]

$L=\frac{4M}{\mathrm{\π\η}{D}^2}...\left(1\right)$

[式2]

$J=M\×(\frac{D^2}{16}+\frac{L^2}{12})...\left(2\right)$

[式3]

J≤中空马达的最大负荷惯性…(3)

依照本发明，由于可以提供一种能够发挥恰当的冷却效果的旋转轴承和旋转工作台装置，因而能够同时实现用于机床的旋转轴承的高速旋转化、高刚性化以及高耐荷重化。另外，通过利用本发明的旋转轴承和旋转工作台装置，可以得到能够充分地发挥多轴驱动的优点的机床。

而且，依照本发明，通过融合旋转轴承和直接驱动马达，能够得到同时实现了高精度化和高速旋转化以及高耐荷重化等的机床。另外，依照本发明，还能够提供一种用于容易且恰当地决定新的旋转工作台装置的工作台的直径的工作台直径决定方法。

附图说明

图1是显示根据第1实施方式的旋转工作台装置的全体构成的外观立体图。

图2是显示根据第1实施方式的旋转工作台装置的全体构成的正面图。

图3是用于说明根据第1实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，尤其显示了图2中的A-A截面。

图4是用于说明根据第1实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，尤其显示了图2中的B-B截面。

图5是用于说明根据第1实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，尤其显示了图2中的C-C截面。

图6是显示根据本发明的旋转工作台装置可取得的各种实施方式的一个示例的纵截面图。

图7是显示根据第2实施方式的旋转工作台装置的全体构成的外观立体图。

图8是显示根据第2实施方式的旋转工作台装置的全体构成的正面图。

图9是用于说明根据第2实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，尤其显示了图8中的D-D截面。

图10是用于说明根据第2实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，尤其显示了图8中的E-E截面。

图11是用于说明根据第2实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，尤其显示了图8中的F-F截面。

图12是显示根据本发明的旋转工作台装置可取得的各种实施方式的一个示例的纵截面图。

具体实施方式

(第1实施方式)

下面，使用图1至图5，说明用于实施本发明的优选的第1实施方式。另外，以下所示的第1实施方式并不是限定根据各权利要求的发明，并且，在第1实施方式中说明的特征的全部组合对于本发明的解决手段而言并不是必须的。

图1是显示根据第1实施方式的旋转工作台装置的全体构成的外观立体图。另外，图2是显示根据第1实施方式的旋转工作台装置的全体构成的正面图。而且，图3至图5用于说明根据第1实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，其中，图3尤其显示了图2中的A-A截面，图4尤其显示了图2中的B-B截面，图5尤其显示了图2中的C-C截面。另外，在下述第1实施方式中，将本发明的旋转轴承作为组装在旋转工作台装置5中的旋转辊轴承30来进行示范。

根据第1实施方式的旋转工作台装置5具备由中空马达10、工作台20、旋转辊轴承30、制动轴40以及旋转接头50构成的部件而构成。

中空马达10是将作为旋转体的转子设置在内侧并将作为固定体的定子设置在外侧的内转子式马达，并且作为能够对工作台20直接施加马达的旋转驱动力的直接驱动马达而起作用。转子在与定子相对的面上具备永久磁铁12，该永久磁铁12发挥作为励磁通量(fieldmagnetic flux)产生源的功能。另一方面，在定子侧设置有作为磁场产生源的线圈部16，因而通过这些永久磁铁12和线圈部16的作用，实现了中空马达10的旋转驱动。另外，定子通过其下侧接合至固定板17而可靠地固定，因而在中空马达10的驱动时，只有转子侧稳定地旋转驱动。

在转子上配设有设置在永久磁铁12的上部的上方部件13和设置在永久磁铁12的下部的下方部件14。

在设置于转子上的上方部件13的上部，设置有旋转辊轴承30。该旋转辊轴承30由以下构成：外轮31，在内周设有2列滚动面；内轮32，配置在外轮31的内侧，并在其外周设有与外轮31具有的2列滚动面相对的2列滚动面；以及多个辊33，装填于形成在内外轮31、32的滚动面之间的滚动路。利用形成在该旋转辊轴承30的内轮32上的作为安装装置的螺栓孔32a，将设置在转子上的上方部件13与内轮32进行螺栓固定，该上方部件13作为用于安装内轮32的安装部件而起作用。于是，如果使中空马达10旋转驱动，则旋转辊轴承30的内轮32侧也随着转子的旋转驱动而进行旋转。即，在第1实施方式的旋转辊轴承30中，内轮32侧作为旋转驱动侧而起作用。此外，由于经由作为安装装置的螺栓孔31a而相对于图中未显示的机床的固定部件将旋转辊轴承30的外轮31可靠地固定，因而能够使中空马达10的驱动力可靠地传递至旋转辊轴承30的内轮32侧。

另外，设置在转子上的上方部件13在与旋转辊轴承30的内轮32连接的部位上具有翅片形状13a，通过该翅片形状13a的作用，能够散去由于旋转辊轴承30的高速旋转而在内轮32侧产生的热，发挥冷却效果。另外，由于该翅片形状13a与内轮32一起旋转，因而通过其旋转驱动也能够提高放热效率。

而且，在旋转辊轴承30的内轮32上，经由在其上侧具有冷却翅片35a的板部件35而设置有工作台20。该工作台20是作为用于保持在机床被加工的被加工物的保持部而起作用的部件，通过接受来自中空马达10的旋转驱动力并进行旋转，从而实施对被加工物的加工。

此外，利用设置在与中空马达10之间的旋转辊轴承30的支撑作用，工作台20实现了平滑且稳定的旋转运动。另外，在工作台20和旋转辊轴承30的内轮32之间也插入有板部件35，该板部件35具有能够发挥与上述的翅片形状13a相同的作用效果的冷却翅片35a。关于该冷却翅片35a，也通过该翅片形状的作用，能够散去由于旋转辊轴承30的高速旋转而在内轮32侧产生的热，进行有效的冷却。尤其是由于板部件35的冷却翅片35a与内轮32一起旋转，因而也可通过该旋转来谋求放热效率的提高。

在工作台20的下侧的面，设置有制动轴40。该制动轴40是作为在其内部形成有后述的冷却介质路径(α、β)的路径形成管而起作用的部件，是通过一端侧(图3的纸面上侧)固定在工作台20上而设置成能够与该工作台20一起旋转的部件。另外，制动轴40以导通中空马达10的转子所具有的中空部并延伸至下方的方式插入贯通设置，在位于下方的另一端侧(图3的纸面下侧)，设置有旋转接头50。利用该构成，能够在随着工作台20而进行旋转运动的制动轴40和固定设置的旋转接头50之间进行冷却介质的交接。

此外，制动轴40在导通的中空马达10和旋转接头50的中间位置具备制动装置41。该制动装置41通过接收来自图中未显示的机床的控制装置的停止信号并进行动作，从而能够使制动轴40的旋转运动停止。

以上虽然说明了根据第1实施方式的旋转工作台装置5的构成，但旋转工作台装置5和旋转辊轴承30所具备的冷却构造并不限于上述的翅片形状13a和板部件35的冷却翅片35a。根据第1实施方式的旋转工作台装置5和旋转辊轴承30可以具有具备了更多特征的冷却构造。

即，根据第1实施方式的冷却构造并不限于使用通过扩大部件的表面积来得到高的放热效果的翅片形状的构造(例如，翅片形状13a和板部件35的冷却翅片35a)，也可以具备通过使用冷却介质来直接散去在旋转辊轴承30的内轮32产生的热的装置。如果使用图3至图5具体地说明该构成，则在根据第1实施方式的旋转工作台装置5中，邻接于作为旋转驱动侧的内轮32而形成有能够使冷却介质导通的冷却介质路径(α、β)。该冷却介质路径(α、β)由以下路径构成：冷却介质导入路α，从旋转接头50导通至制动轴40的内部，再经由工作台20的内部并沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周；以及冷却介质排出路β，从冷却介质导入路α经由工作台20的内部导通至制动轴40的内部，再从旋转接头50通向外部。

冷却介质导入路α首先导通旋转接头50的中央部，并沿着用符号α₁表示的路径延伸，其中，用符号α₁表示的路径沿着与旋转接头50连接的制动轴40的轴心线而形成在制动轴40的中央部。接着，沿着制动轴40的轴心线而上升的冷却介质导入路α连接至工作台20的中央部分，在从工作台20的中央部向外周方向直线地形成的用符号α₂表示的路径中行进。接着，行进至工作台20的外周端附近的冷却介质导入路α连接至经由板部件35而沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的用符号α₃表示的路径。然后，冷却介质导入路α在经由板部件35而沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的地方终止。

另一方面，冷却介质排出路β连接至冷却介质导入路α中的、经由板部件35而沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的用符号α₃表示的路径，开始于从工作台20的外周端附近直线地朝向中央部的用符号β₁表示的路径。此外，冷却介质排出路β的用符号β₁表示的工作台20内的路径和冷却介质导入路α的用符号α₂表示的工作台20内的路径是在完全不同的部位形成的路径，如例如图5中更详细地显示，优选在尽可能离开的位置形成。

接着，行进至工作台20的中央部分的冷却介质排出路β导通至制动轴40的内部。此时，优选，通过制动轴40内部的用符号β₂表示的路径相对于沿着制动轴40的轴心线而上升的冷却介质导入路α，以位于其外周侧的方式形成。

接着，到达制动轴40的下端的冷却介质排出路β以连接至旋转接头50并通向外部的方式形成。

于是，在如上述形成的冷却介质导入路α和冷却介质排出路β内，能够使冷却介质导通。该冷却介质，例如能够使用诸如油、水或液氮等液体冷却介质，或者诸如二氧化碳、烃类(丙烷、异丁烷等)、氨气、空气、氩气等气体冷却介质。

通过旋转接头50的功能，使得如上述那样的冷却介质无障碍地进行制动轴40和旋转接头50之间，即旋转体和固定体之间的交接。

另外，图3至图5中所示的第1实施方式的冷却介质导入路α，以夹着板部件35的形式而沿着旋转辊轴承30形成有用符号α₃表示的部位。板部件35能够通过形成在其外周侧的冷却翅片35a而发挥放热效果，但另一方面，通过堵塞为了旋转辊轴承30的内轮32的安装而形成的螺栓孔32a，从而也发挥了防止冷却介质从冷却介质导入路α泄漏的功能。这种构成在能够发挥冷却介质的散热和板部件35的冷却翅片35a的放热的双重冷却效果的方面优异。

而且，在冷却介质导入路α内使接受热之前的冷却介质通过，在冷却介质排出路β内使接受热之后的冷却介质通过。所以，优选冷却介质导入路α和冷却介质排出路β形成在极力分离的位置。于是，如上所述，在工作台20内，以冷却介质导入路α和冷却介质排出路β成为最分离的位置的方式进行配置。

但是，在制动轴40内，具有不得不使冷却介质导入路α和冷却介质排出路β通过非常近的位置的构造上的问题。因此，在第1实施方式中，构成为接受热之前的冷却介质通过制动轴40的中央部，另一方面，构成为接受热之后的冷却介质通过制动轴40的外周侧。于是，由于接受热之后的冷却介质位于接近外部空气的地方，因而能够极力减少向制动轴40内的热蓄积。另外，作为制动轴40内的热对策，不仅可致力于冷却介质导入路α和冷却介质排出路β的位置关系，而且例如也能够采用将绝热材料缠绕在构成冷却介质导入路α和冷却介质排出路β的内管的外周面上，使冷却介质导入路α和冷却介质排出路β自身的绝热性提高的方法。

以上，对根据第1实施方式的具备冷却构造的旋转辊轴承30和旋转工作台装置5的优选实施方式进行了说明。然而，本发明的技术范围并不限于上述第1实施方式中所述的范围。在上述第1实施方式中能够施加各种变更和改良。

例如，在上述的冷却介质导入路α中，用符号α₃表示的沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的部位以夹着板部件35的形式沿着旋转辊轴承30而形成。然而，该板部件35对于本发明而言并不是必须的构成，例如，如图6中所示，也优选，冷却介质导入路α中的、用符号α₃表示的沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的部位以与旋转辊轴承30直接接触的方式构成。通过使冷却介质导入路α和旋转辊轴承30直接接触，能够进一步提高冷却介质的冷却效果。

此外，为了实现图6所示的构成，例如，能够以冷却介质导入路α避开内轮32的螺栓孔32a的方式形成冷却介质路径，或者通过利用除螺栓以外的装置来实现旋转辊轴承30的安装，从而能够省略内轮32的螺栓孔32a，或者能够在至少冷却介质导入路α和螺栓孔32a所邻接的部位设置不阻碍散热并能够防止冷却介质的泄漏的板部件。

另外，举例说明了在上述的冷却介质导入路α中，用符号α₃表示的沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的部位仅沿着旋转辊轴承30所具有的内轮32的上面侧而形成的情况。然而，本发明的冷却介质导入路并不限于上述的方式，可以以沿着作为旋转驱动侧的内轮或外轮所具有的周面的至少一部分的方式形成。

此外，如果在构造上可能，那么，在内轮32的内面侧和下面侧或外轮31侧成为旋转驱动侧的构造的情况下，也能够以沿着外轮31侧的方式形成冷却介质路径。

另外，在上述的第1实施方式中，举例说明了在旋转接头50、制动轴40以及工作台20内形成由冷却介质导入路α和冷却介质排出路β构成的冷却介质路径的情况。然而，冷却介质路径的形成部位并不限于上述的部件。只要能够通过邻接于旋转轴承的作为旋转驱动侧的内轮或外轮中的任何一个而发挥冷却效果，就可以在任何部件形成冷却介质路径，例如，可以在内轮或外轮的内部形成冷却介质路径，或者可以相对于安装有旋转轴承的安装部件而形成冷却介质路径。

而且，在上述的实施方式中，举例说明了使用冷却介质路径形成在内部的路径形成管以作为制动轴40的情况。然而，形成有冷却介质路径的路径形成管并不限于用作制动轴40。可以构成路径形成管以作为仅用作路径形成管的管部件，或者也可以构成为能够发挥其他功能。

另外，本发明的旋转轴承也并不限于上述的旋转辊轴承30，只要能够恰当地支撑工作台20的旋转运动，就能够采用在转动体使用滚珠等的所有类型的旋转轴承。

另外，在上述的第1实施方式中，举例说明了将本发明的中空马达作为在内侧设置作为旋转体的转子并在外侧设置作为固定体的定子的内转子式中空马达10而构成的情况。然而，本发明的中空马达能够采用在外侧设置作为旋转体的转子并在内侧设置作为固定体的定子的外转子式中空马达。

根据权利要求的范围的记载可知，本发明的技术范围也能够包含施加了上述各种变更或改良的形态。

(第2实施方式)

接着，使用图7至图11，说明用于实施本发明的优选的其他实施方式。另外，以下所示的第2实施方式并不是限定根据各权利要求的发明，并且，在第2实施方式中说明的特征的全部组合对于本发明的解决手段而言并不是必须的。

图7是显示根据第2实施方式的旋转工作台装置的全体构成的外观立体图。图8是显示根据第2实施方式的旋转工作台装置的全体构成的正面图。而且，图9至图11是用于说明根据第2实施方式的旋转工作台装置的具体的构成的截面图，其中，图9尤其显示了图8中的D-D截面，图10尤其显示了图8中的E-E截面，图11尤其显示了图8中的F-F截面。

根据第2实施方式的旋转工作台装置5具备由中空马达10、工作台20、旋转辊轴承30、制动轴40以及旋转接头50构成的部件而构成。

中空马达10是将作为旋转体的转子设置在内侧并将作为固定体的定子设置在外侧的内转子式马达，并且作为能够对工作台20直接施加马达的旋转驱动力的直接驱动马达而起作用。

转子在与定子相对的面上具备永久磁铁12，该永久磁铁12发挥作为励磁通量(field magnetic flux)产生源的功能。另一方面，在定子侧设置有作为磁场产生源的线圈部16，因而通过这些永久磁铁12和线圈部16的作用，实现了中空马达10的旋转驱动。另外，定子通过其下侧接合至固定板17而可靠地固定，因而在中空马达10的驱动时，只有转子侧稳定地旋转驱动。

另外，在转子上配设有设置在永久磁铁12的上部的上方部件13和设置在永久磁铁12的下部的下方部件14。

在设置于转子上的上方部件13的上部，设置有旋转辊轴承30。该旋转辊轴承30具备：外轮31，在内周设有2列滚动面；内轮32，配置在外轮31的内侧，并在其外周设有与外轮31具有的2列滚动面相对的2列滚动面；以及多个辊33，装填于形成在内外轮31、32的滚动面之间的滚动路，并且，该旋转辊轴承30作为多列辊轴承而构成。

另外，构成旋转辊轴承30的多个辊33以相对于由外轮31所具有的2列滚动面和内轮32所具有的2列滚动面形成的2条滚动路成为角接触(angular contact)的方式构成。也就是说，在根据第2实施方式的旋转辊轴承30中，关于分别相对于2条滚动路而装填的多个辊33构成为，被定义为沿与辊33的滚动面正交的方向延伸的假想线的荷重的作用线，在沿着旋转轴承30的轴线方向的截面上，相对于旋转轴承30的半径方向，在各列上沿一定的方向倾斜，并且，一条滚动路中的辊33的荷重的作用线和另一条滚动路中的辊33的荷重的作用线相交在这2条滚动路的内周侧或外周侧。由于根据第2实施方式的旋转辊轴承30具备以上的构成，因而能够进行平滑且无松动的旋转。

设置在转子上的上方部件13在与旋转辊轴承30的内轮32连接的部位上具有翅片形状13a，通过该翅片形状13a的作用，能够散去由于旋转辊轴承30的高速旋转而在内轮32侧产生的热，发挥冷却效果。另外，由于该翅片形状13a与内轮32一起旋转，因而通过其旋转驱动也能够提高放热效率。

而且，在旋转辊轴承30的内轮32上，经由在其上侧具有冷却翅片35a的板部件35而设置有工作台20。该工作台20是作为用于保持在机床被加工的被加工物的保持部而起作用的部件，通过接受来自中空马达10的旋转驱动力并进行旋转，从而实施对被加工物的加工。

在工作台20和旋转辊轴承30的内轮32之间设置的板部件35的冷却翅片35a是能够发挥与上述的翅片形状13a相同的作用效果的部件。关于该冷却翅片35a，也通过该翅片形状的作用，能够散去由于旋转辊轴承30的高速旋转而在内轮32侧产生的热，进行有效的冷却。尤其是由于板部件35的冷却翅片35a与内轮32一起旋转，因而也可通过该旋转来谋求放热效率的提高。

另外，旋转辊轴承30的内轮32由固定连接到转子上的上方部件13和固定连接到工作台20上的板部件35可靠地夹持。也就是说，上方部件13和板部件35协作，作为用于安装内轮32的安装部件而起作用。所以，如果使中空马达10旋转驱动，则随着转子的旋转驱动，旋转辊轴承30的内轮32侧和工作台20进行旋转。即，在第2实施方式的旋转辊轴承30中，内轮32作为旋转驱动侧而起作用。此外，由于经由螺栓孔31a而相对于图中未显示的机床的固定部件将旋转辊轴承30的外轮31可靠地固定，因而中空马达10的驱动力可靠地传递至该旋转辊轴承30的内轮32侧。

在工作台20的下侧的面的中心部位，垂下地设置有制动轴40。该制动轴40是作为在其内部形成有后述的冷却介质路径(α、β)的路径形成管而起作用的部件，是通过一端侧(图9中的图面上侧)固定在工作台20上而设置成能够与该工作台20一起旋转的部件。另外，制动轴40以导通中空马达10的转子所具有的中空部并延伸至下方的方式插入贯通设置，在位于下方的另一端侧(图9中的图面下侧)设置有旋转接头50。利用该构成，能够在随着工作台20而进行旋转运动的制动轴40和固定设置的旋转接头50之间进行冷却介质的交接。

另外，制动轴40在导通的中空马达10和旋转接头50的中间位置具备制动装置41。该制动装置41通过接收来自图中未显示的机床的控制装置的停止信号并进行动作，从而能够使制动轴40的旋转运动停止。

以上虽然说明了根据第2实施方式的旋转工作台装置5的构成，但旋转工作台装置5和旋转辊轴承30所具备的冷却构造并不限于上述的翅片形状13a和板部件35的冷却翅片35a。根据第2实施方式的旋转工作台装置5和旋转辊轴承30可以具有具备了更多特征的冷却结构。

即，根据第2实施方式的冷却构造并不限于使用通过扩大部件的表面积来得到高的放热效果的翅片形状的结构(例如，翅片形状13a和板部件35的冷却翅片35a)，也可以具备通过使用冷却介质来直接散去在旋转辊轴承30的内轮32产生的热的装置。如果使用图9至图11具体地说明该构成，则在根据第2实施方式的旋转工作台装置5中，邻接于作为旋转驱动侧的内轮32而形成有能够使冷却介质导通的冷却介质路径(α、β)。该冷却介质路径(α、β)由以下路径构成：冷却介质导入路α，从旋转接头50导通至制动轴40的内部，再经由工作台20的内部并沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周；以及冷却介质排出路β，从冷却介质导入路α经由工作台20的内部导通至制动轴40的内部，再从旋转接头50通向外部。

冷却介质导入路α首先导通旋转接头50的中央部，并沿着用符号α₁表示的路径延伸，其中，用符号α₁表示的路径沿着与旋转接头50连接的制动轴40的轴心线而形成在制动轴40的中央部。接着，沿着制动轴40的轴心线而上升的冷却介质导入路α连接至工作台20的中央部分，在从工作台20的中央部向外周方向直线地形成的用符号α₂表示的路径中行进。接着，行进至工作台20的外周端附近的冷却介质导入路α连接至经由板部件35而沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的用符号α₃表示的路径。然后，该冷却介质导入路α在经由板部件35而沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的地方终止。

另一方面，冷却介质排出路β连接至冷却介质导入路α中的、经由板部件35而沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的用符号α₃表示的路径，开始于从工作台20的外周端附近直线地朝向中央部的用符号β₁表示的路径。此外，冷却介质排出路β的用符号β₁表示的工作台20内的路径和冷却介质导入路α的用符号α₂表示的工作台20内的路径是在完全不同的部位形成的路径，如例如图11中更详细地显示，优选在尽可能离开的位置形成。

接着，行进至工作台20的中央部分的冷却介质排出路β导通至制动轴40的内部。此时，优选，通过制动轴40内部的用符号β₂表示的路径相对于沿着制动轴40的轴心线而上升的冷却介质导入路α，以位于其外周侧的方式形成。

接着，到达制动轴40的下端的冷却介质排出路β以连接至旋转接头50并通向外部的方式形成。

于是，在如上述形成的冷却介质导入路α和冷却介质排出路β内，能够使冷却介质导通。该冷却介质，例如能够使用诸如油、水或液氮等液体冷却介质，或者诸如二氧化碳、烃类(丙烷、异丁烷等)、氨气、空气、氩气等气体冷却介质。

通过旋转接头50的功能，使得如上述那样的冷却介质无障碍地进行制动轴40和旋转接头50之间，即旋转体和固定体之间的交接。

另外，图9至图11中所示的第2实施方式的冷却介质导入路α，以夹着板部件35的形式而沿着旋转辊轴承30形成有用符号α₃表示的部位。此外，板部件35能够通过形成在其外周侧的冷却翅片35a而发挥进一步的放热效果，但是，在不需要到此为止的放热效果的使用环境的情况下，如图12中所示，也能够省略板部件35，利用构成旋转辊轴承30的内轮32的上面来构成冷却介质导入路α的用符号α₃表示的部位。这种构成能够形成是因为由构成中空马达10的转子侧的部件(在图9和图12中，为连接至转子的上方部件13，也能够为转子自身)和工作台20侧的部件(在图9中，为连接至工作台20的板部件35，在图12中，为工作台20自身)夹持内轮32的安装构造。通过采用这种简易的构成，能够容易地设置冷却介质导入路α。另外，如图12所示，通过使冷却介质导入路α和旋转辊轴承30直接接触，也能够进一步提高冷却介质的冷却效果。

而且，在冷却介质导入路α内使接受热之前的冷却介质通过，在冷却介质排出路β内使接受热之后的冷却介质通过。所以，优选冷却介质导入路α和冷却介质排出路β形成在极力分离的位置。于是，如上所述，在工作台20内，以冷却介质导入路α和冷却介质排出路β成为最分离的位置的方式进行配置。

但是，在制动轴40内，具有不得不使冷却介质导入路α和冷却介质排出路β通过非常近的位置的构造上的问题。因此，在第2实施方式中，构成为接受热之前的冷却介质通过制动轴40的中央部，另一方面，构成为接受热之后的冷却介质通过制动轴40的外周侧。于是，由于接受热之后的冷却介质位于接近外部空气的地方，因而能够极力减少向制动轴40内的热蓄积。另外，作为制动轴内的热对策，不仅可致力于冷却介质导入路α和冷却介质排出路β的位置关系，而且例如也能够采用将绝热材料缠绕在构成冷却介质导入路α和冷却介质排出路β的内管的外周面上，使冷却介质导入路α和冷却介质排出路β自身的绝热性提高的方法。

如上所述，在根据第2实施方式的旋转工作台装置5中，中空马达10作为对工作台20直接施加旋转驱动力的直接驱动马达而构成。所以，该工作台20通过设置在与中空马达10之间的旋转辊轴承30的支撑作用，实现了平滑且稳定的旋转运动。另外，在根据第2实施方式的旋转辊轴承30中，由于实施有翅片形状13a和冷却翅片35a、冷却介质导入路α和冷却介质排出路β的多个放热对策，因而实现了旋转轴承和直接驱动马达的融合化，实现了在现有技术中不可能的同时实现高精度化和高速旋转化以及高耐荷重化的旋转工作台装置5。

接着，关于根据第2实施方式的旋转工作台装置5，说明在设计该旋转工作台装置5时能够优选使用的工作台直径决定方法。该工作台直径决定方法是在决定工作台20的直径时使用的方法，是现有技术中还未出现的全新的方法。

在根据第2实施方式的工作台直径决定方法中，将工作台直径定义为D(mm)，将工作台和工件的总长定义为L(mm)，将工作台和工件的总重量定义为M(kg)，将工作台的比重定义为η(kg/mm³)，将工作台的惯性定义为J(kg·m²)。然后，首先通过执行计算机程序来对计算机输入至少一组D、M(DM输入步骤)。在该DM输入步骤中输入的D、M的组可以根据市场需求和现有机床的能力而任意地选择，也可以选择多个D、M的组作为候选值，并将其输入至计算机中。

接着，通过对下述的公式(1)代入在上述DM输入步骤中输入的D、M，使计算机执行算出L的L算出步骤。另外，该L算出步骤由安装在计算机的程序而自动且瞬时地执行。

[式4]

$L=\frac{4M}{\mathrm{\π\η}{D}^2}...\left(1\right)$

而且，通过将由上述L算出步骤求出的D、M、L的组代入下述的公式(2)，算出J(J算出步骤)。该J算出步骤也由安装在计算机的程序自动且瞬时地执行。

[式5]

$J=M\×(\frac{D^2}{16}+\frac{L^2}{12})...\left(2\right)$

然后，基于在上述J算出步骤中算出的J，执行选择满足下述不等式(3)的D、M的组的DM选择步骤。

[式6]

J≤中空马达的最大负荷惯性...(3)

通过使计算机执行以上的处理，能够决定工作台直径D。作为根据第2实施方式的工作台直径决定方法的有利方面，设计者能够任意地输入多个D、M的组，并基于该任意值而求出最佳的工作台直径D。通过利用这种根据第2实施方式的工作台直径决定方法，任何人均能够简单地得到最佳的工作台直径D。

以上，对根据本发明的旋转工作台装置和根据本发明的工作台直径决定方法的优选实施方式进行了说明。然而，本发明的技术范围并不限于上述第2实施方式中所述的范围。在上述第2实施方式中能够施加各种变更和改良。

例如，举例说明了在上述的冷却介质导入路α中，用符号α₃表示的沿着旋转辊轴承30的外周面绕一周的部位仅沿着旋转辊轴承30所具有的内轮32的上面侧而形成的情况。然而，本发明的冷却介质导入路并不限于上述的方式，可以以沿着作为旋转驱动侧的内轮或外轮所具有的周面的至少一部分的方式形成。

此外，如果在构造上可能，那么，在内轮32的内面侧和下面侧或外轮31侧成为旋转驱动侧的构造的情况下，也能够以沿着外轮31侧的方式形成冷却介质路径。

另外，在上述的第2实施方式中，举例说明了在旋转接头50、制动轴40以及工作台20内形成由冷却介质导入路α和冷却介质排出路β构成的冷却介质路径的情况。然而，冷却介质路径的形成部位并不限于上述的部件。只要能够通过邻接于旋转轴承的作为旋转驱动侧的内轮或外轮中的任何一个而发挥冷却效果，就可以在任何部件形成冷却介质路径，例如，可以在内轮或外轮的内部形成冷却介质路径，或者可以相对于安装有旋转轴承的安装部件而形成冷却介质路径。

而且，在上述的实施方式中，举例说明了使用冷却介质路径形成在内部的路径形成管以作为制动轴40的情况。然而，形成有冷却介质路径的路径形成管并不限于用作制动轴40。可以构成路径形成管以作为仅用作路径形成管的管部件，或者也可以构成为能够发挥其他功能。

另外，本发明的旋转轴承也并不限于上述的旋转辊轴承30，只要能够恰当地支撑工作台20的旋转运动，就能够采用在转动体使用滚珠等的所有类型的旋转轴承。

另外，在上述的第2实施方式中，举例说明了将本发明的中空马达作为在内侧设置作为旋转体的转子并在外侧设置作为固定体的定子的内转子式中空马达10而构成的情况。然而，本发明的中空马达能够采用在外侧设置作为旋转体的转子并在内侧设置作为固定体的定子的外转子式中空马达。

另外，上述的根据第2实施方式的工作台直径决定方法说明本发明方法的基本步骤，因此，只要能够执行本发明方法，就能够应用任何形式的计算机和程序或程序语言。

根据权利要求的范围的记载可知，本发明的技术范围也能够包含施加了上述各种变更或改良的形态。

Claims (6)

1.一种旋转轴承，具备：

外轮，在内周面设有滚动面；

内轮，在外周面设有与所述滚动面相对的滚动面；以及

多个滚动体，装填于由所述外轮的滚动面和所述内轮的滚动面形成的滚动路，

其中，在所述内轮或所述外轮中的成为旋转驱动侧的任一个，设有板部件，所述板部件能够与成为旋转驱动侧的所述内轮或所述外轮中的任一个一起旋转，并在外周侧具有冷却翅片，

沿着所述内轮或所述外轮中的成为旋转驱动侧的任一个的周面的至少一部分而延伸的冷却介质路径经由所述板部件而形成，

在所述外轮和所述内轮，形成有用于安装的螺栓孔，

至少在所述冷却介质路径和所述螺栓孔所邻接的部位，插入有所述板部件，

所述板部件堵塞所述螺栓孔。

2.根据权利要求1所述的旋转轴承，其特征在于，

所述冷却介质路径设在成为旋转驱动侧的所述内轮或所述外轮，或者设在安装有旋转轴承的安装部件。

3.一种旋转工作台装置，具备：

作为驱动源的中空马达；

通过所述中空马达而能够旋转的工作台；以及

支撑所述工作台的旋转运动的旋转轴承，

其中，所述旋转轴承包括：

外轮，在内周面设有滚动面；

内轮，在外周面设有与所述滚动面相对的滚动面；以及

多个滚动体，装填在由所述外轮的滚动面和所述内轮的滚动面形成的滚动路，

其中，在所述内轮或所述外轮中的成为旋转驱动侧的任一个，设有板部件，所述板部件能够与成为旋转驱动侧的所述内轮或所述外轮中的任一个一起旋转，并在外周侧具有冷却翅片，

沿着所述内轮或所述外轮中的成为旋转驱动侧的任一个的周面的至少一部分而延伸的冷却介质路径经由所述板部件而形成，

在所述外轮和所述内轮，形成有用于安装的螺栓孔，

至少在所述冷却介质路径和所述螺栓孔所邻接的部位，插入有所述板部件，

所述板部件堵塞所述螺栓孔。

4.根据权利要求3所述的旋转工作台装置，其特征在于，

具有所述冷却介质路径的至少一部分导通的路径形成管，该路径形成管插入贯通所述中空马达内而设置。

5.根据权利要求4所述的旋转工作台装置，其特征在于，

所述冷却介质路径包括：

冷却介质导入路，用于导入吸收所述旋转轴承的热之前的冷却介质；以及

冷却介质排出路，用于排出吸收了所述旋转轴承的热的冷却介质，

导通所述路径形成管内的所述冷却介质导入路和所述冷却介质排出路以如下方式形成：

所述冷却介质导入路沿着所述路径形成管的轴心线而形成，

所述冷却介质排出路位于所述冷却介质导入路的外周侧。

6.根据权利要求4或5所述的旋转工作台装置，其特征在于，

所述路径形成管为制动轴。

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