JP2001041233A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置全体としてのダンピング効果を発生する
ことができる転がり軸受装置を提供する。 【解決手段】 外輪５の外径寸法は、外輪５の外周面と
ハウジング２の内周面間に軸方向に亘る所定隙間量ｈ０
の隙間部Ｓを形成するように、ハウジング２の内径寸法
Ｄに対して設定されているとともに、軸方向の長さ寸法
がＢになるように設定される。外輪５の外周面には凸状
のいんろう部５ｂが形成され、このいんろう部５ｂはフ
ランジ５ａ近傍位置に配置されている。外輪５における
フランジ部５ａとの結合部位５ｃは切欠き５ｅ，５ｆに
より弾性変形可能であり、この部位の弾性変形により外
輪５の変位が吸収される。隙間部Ｓには所定の粘度μを
有する油が充填されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸と、ハウジン
グと、主軸とハウジング間に介在し、主軸を回転可能に
支持する少なくとも1つの転がり軸受とを備える転がり
軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転軸を有するスピンドルには、
転がり軸受を使用したもの、流体軸受を使用したもの、
磁気軸受を使用したものなどがあるが、一般には、安価
である、耐久性に富み安定して使用可能である等の理由
から、転がり軸受を使用したスピンドルが圧倒的に多
い。

【０００３】流体軸受においては、設計上そのダンピン
グ量を計算により求めることができるとともに、その流
体によるダンピング効果から大きなダンピング量を得る
ことができる。また、磁気軸受に関しては、エレクトロ
ニクス技術の発展により、高い精度でダンピング量をコ
ントロールすることが可能である。

【０００４】そこで、最近、流体軸受、磁気軸受におい
ては、大きなダンピング量を得ることができるとともに
それをコントロールすることができるため、流体軸受、
磁気軸受を工作機械の主軸などに使用し、性能向上が図
られつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流体軸
受には、高い加工精度が要求されるとともに、油圧ユニ
ットが必要であり、さらに、流体が高温になるような使
用環境下においては、クーラが必要となる。よって、こ
の流体軸受を使用しているスピンドルにおいては、製造
コストが高くなるとともに、ランニングコストが高くな
る。また、磁気軸受には、変位センサ、磁気回路等が組
み込まれているので、製造コストが高く、また磁気軸受
をコントロールするためのコントロール装置が高い。よ
って、この磁気軸受を使用しているスピンドルのコスト
は非常に高くなる。例えば、この磁気軸受を使用してい
るスピンドルが組み込まれた工作機械においては、この
スピンドルおよびその附帯装置を含むコストが全体のコ
ストの１／３〜１／４を占める場合がある。

【０００６】一方、転がり軸受においては、主軸を転動
体と内、外輪間の接触弾性により支持する。この転動体
と内、外輪間の接触は点接触に近いため、転動体と内、
外輪間の接触面積が非常に小さく、ダンピング効果は得
られないに等しい。よって、工作機械などにおけるダン
ピングが重要特性（動剛性）となるスピンドルに、転が
り軸受を使用したものを用いた場合には、高効率加工を
行うと、振動いわゆるビビリが発生するなどの問題が生
じ、転がり軸受を使用したスピンドルは、流体軸受、磁
気軸受を使用したものに対して劣る。また、転がり軸受
を使用したスピンドルは、このビビリを発生することに
よって、工具損耗、加工精度の点でも流体軸受、磁気軸
受を使用したものに対して劣る。

【０００７】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、装置全体としてのダンピング
効果を発生することができる転がり軸受装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、主軸と、ハウ
ジングと、前記主軸と前記ハウジング間に介在し、前記
主軸を回転可能に支持する少なくとも1つの転がり軸受
とを備える転がり軸受装置において、前記転がり軸受の
一部分と前記ハウジングとを実質的に一体の固定部と
し、前記転がり軸受の外周面と前記ハウジングの内周面
とが互いに軸方向に亘って対向する対向部の一部分を所
定の隙間量を有する隙間部とし、前記固定部と前記隙間
部との間に所定のばね定数を有するばね作用部を設ける
とともに、前記隙間部に油を充填したことを特徴とす
る。

【０００９】本発明では、転がり軸受の一部分とハウジ
ングとを実質的に一体の固定部とし、転がり軸受の外周
面とハウジングの内周面とが互いに軸方向に亘って対向
する対向部の一部分を所定の隙間量を有する隙間部と
し、固定部と隙間部との間に所定のばね定数を有するば
ね作用部を設けるとともに、隙間部に油を充填したの
で、この隙間部に充填された油により減衰作用を生じる
ことになり、かつ転がり軸受自体のばね定数、ばね作用
部のばね定数、隙間部の減衰係数のそれぞれの組合せを
所定の条件を満たすように選択してなることにより、装
置全体としてのダンピング効果を得ることができる。

【００１０】以下に、本発明におけるダンピング効果発
生の原理について図１ないし図３を参照しながら説明す
る。図１は本発明の転がり軸受装置における振動系のモ
デルを示す図、図２は図１の振動モデルにおける玉軸受
を使用した場合の周波数とコンプライアンスとの関係を
表す特性図、図３は図１の振動モデルにおけるころ軸受
を使用した場合の周波数とコンプライアンスとの関係を
表す特性図である。

【００１１】本発明の転がり軸受装置における振動系
は、図１に示すようにモデル化される。ここで、質量ｍ
は主軸および転がり軸受を含む振動体の質量であり、こ
の振動体に作用する外力をＦとし、そのつり合い位置か
らの変位をＸとする。また、剛性（ばね定数）ｋ１は転
がり軸受の転動体を含む弾性接触の剛性である。さら
に、ばね定数ｋ２は請求の範囲の「ばね作用部」のばね
定数、すなわち転がり軸受とハウジング間のばね定数で
あり、減衰係数ｃは隙間部に充填された油により作用す
る減衰の係数である。

【００１２】上記モデルで表される振動系における周波
数ωとコンプライアンス（Ｘ／Ｆ）の関係は、次の
（１）式により表される。

【００１３】 Ｘ／Ｆ＝（ｃωｊ＋ｋ１＋ｋ２）／（Ａ＋Ｂ） …（１） ここで、Ａ＝ｋ１ｋ２−ｍ（ｋ１＋ｋ２）ω² Ｂ＝ｃ（ｋ１−ｍω²）ωｊ である。（ここで、ｊ＝√（−１）） 上記（１）式の周波数ωが、ばねｋ１とばねｋ２を直列
にした場合（減衰係数ｃ＝０）の振動系の固有振動数に
対応する周波数ω１であるときにおけるコンプライアン
スをＸ／Ｆ（１）とし、周波数ωが、ばねｋ１のみの場
合（ばね定数ｋ２＝∞、減衰係数ｃ＝０）の振動系の固
有振動数に対応する周波数ω２であるときにおけるコン
プライアンスをＸ／Ｆ（２）とし、コンプライアンスＸ
／Ｆ（１）とコンプライアンスＸ／Ｆ（２）とが互いに
等しくなるように、剛性ｋ１、ばね定数ｋ２、減衰係数
ｃの関係を設定した場合に特にダンピング効果が高くな
る。

【００１４】以下に、いくつかの具体例を示す。まず転
がり軸受として玉軸受を使用した場合について適切と考
えられるいくつかの条件の場合を示す。

【００１５】（ａ） ｋ１＝ｋ２＝ｋ０の場合 この場合、周波数ω１（＝｛ｋ０／（２ｍ）｝^1/2）に
対応するコンプライアンスの大きさは、次の（２）式で
表される。

【００１６】 │Ｘ／Ｆ（１）│＝[（２／ｋ０）²＋｛３２ｍ／（ｃ²ｋ０）｝]^1/2 …（２） 周波数ω２（＝（ｋ０／ｍ）^1/2）に対応するコンプラ
イアンスの大きさは、次の（３）式で表される。

【００１７】 │Ｘ／Ｆ（２）│＝[（２／ｋ０）²＋｛ｃ²／（ｍｋ０³）｝]^1/2 …（３） ここで、両者を等しくするためには、次の（４）式が成
立する減衰係数ｃを求めればよい。

【００１８】 ［｛３２ｍ／（ｃ²ｋ０）｝]^1/2＝［｛ｃ²／（ｍｋ０³）｝]^1/2 …（４ ） そして、上記（４）式から減衰係数ｃは、次の（５）式
のように求められる。

【００１９】 ｃ＝３２^1/4（ｍｋ０）^1/2 …（５） （ｂ） ｋ１＝ｋ０、ｋ２＝２ｋ０の場合 この場合の減衰係数ｃは、ｋ１＝ｋ２＝ｋ０の場合と同
様の考え方で、次の（６）式のように求められる。

【００２０】 ｃ＝（２４３／２）^1/4（ｍｋ０）^1/2 …（６） （ｃ） ｋ１＝ｋ０、ｋ２＝ｋ０で、減数係数ｃを上記
（ａ）の倍に設定する。この場合の減衰係数ｃは、次の
（７）式となる。

【００２１】 ｃ＝２×３２^1/4（ｍｋ０）^1/2 …（７） 上記（ａ），（ｂ），（ｃ）の各条件の場合について周
波数とコンプライアンスとの関係を求めると、図２に示
すように、各特性曲線Ａａ，Ａｂ，Ａｃによりそれぞれ
表される。また、特性曲線Ａａに関しては、ω１／ω０
の位置を示す。ここで、各特性曲線は、周波数とコンプ
ライアンスをそれぞれ無次元化して表した曲線であり、
特性曲線Ａａ（点線で示す曲線）は上記（ａ）の条件
に、特性曲線Ａｂ（一点鎖線で示す曲線）は上記（ｂ）
の条件に、特性曲線Ａｃ（二点鎖線で示す曲線）は上記
（ｃ）の条件にそれぞれ対応するものである。また、従
来の転がり軸受装置における振動系のモデルは、上記図
１に示すモデルに対し、減衰係数ｃを零とし、ばね定数
ｋ２を無限大とすることによって表すことができ、この
従来の場合における周波数とコンプライアンスの関係が
特性曲線Ａｄ（実線で示す曲線）により表されている。

【００２２】従来の場合には、この特性曲線Ａから、外
力Ｆによる振れ（変位Ｘ）は共振点（ω２／ω０＝１．
０）近傍で著しく大きくなることが分かる。これに対
し、本発明の場合、各特性曲線Ａａ，Ａｂ，Ａｃから、
従来の場合に比して著しく動剛性が改善されていること
が分かる。特に、上記（ａ）の条件の場合、特性曲線Ａ
ａから、コンプライアンスのピークが最も低くなり、こ
の（ａ）の場合が動剛性に関し最も好ましいことが分か
る。このように、静剛性においてはダンピングなしの場
合に比べ５０％程度低くなっているが、動剛性に関して
は大幅に改善されることが分かる。

【００２３】一方、減数係数ｃは、隙間部の幾何学的形
状およびこの隙間に充填される油の粘度μから次の
（８）式により表される。

【００２４】 ｃ＝μπＤＢ³／（２ｈ０³） …（８） ここで、Ｄは転がり軸受の外周面と協働して隙間部（ダ
ンピング部）を規定するハウジングの内周面の直径寸
法、Ｂは隙間部の軸方向の長さ寸法、ｈ０は隙間部の隙
間量である。

【００２５】そして、上記各寸法Ｄ，Ｂおよび充填する
油（粘度μ）を予め決定すれば、上記の各場合では上記
の（５）〜（７）の各式と（８）式から、隙間量ｈ０を
求めることができる。

【００２６】以上は、転がり軸受として玉軸受を用いた
場合を示したが、ころ軸受を用いた場合も、同様の考え
方を適用することができる。

【００２７】ころ軸受は、同程度のサイズの玉軸受に比
べ、軸受自体のばね定数（剛性）ｋ１がはるかに大き
い。従って、軸受自体のばね定数ｋ１とばね作用部のば
ね定数ｋ２との適切な組合せの範囲も異なってくる。そ
こで、以下にころ軸受の場合について適切と考えられる
いくつかの条件の場合について示す。

【００２８】（ｄ） ｋ１=ｋ２=ｋ０の場合（これは玉
軸受の場合で既に求めた） （ｅ） ｋ１＝ｋ０，ｋ２＝（１／１０）ｋ０の場合 （ｆ） ｋ１＝ｋ０，ｋ２＝（１／４）ｋ０の場合さら
に、 （ｇ） ｋ１＝ｋ０，ｋ２＝（１／４）ｋ０，ｃを上記
（ｆ）の場合の倍にした場合 （ｈ） ｋ１＝ｋ０，ｋ２＝（１／４）ｋ０，ｃを１／
２倍にした場合 について図３に示す。ここで、図３に示す各特性曲線
は、周波数とコンプライアンスをそれぞれ無次元化して
表した曲線であり、特性曲線Ａｄ（太実線で示す曲線）
は上記（ｄ）の条件に、特性曲線Ａｅ（二点鎖線で示す
曲線）は上記（ｅ）の条件に、特性曲線Ａｆ（一点鎖線
で示す曲線）は上記（ｆ）の条件に、特性曲線Ａｇ（細
実線で示す曲線）は上記（ｇ）の条件にそれぞれ対応す
るものである。

【００２９】玉軸受の場合に比して、ばね定数ｋ１の値
が相対的に大きな大きなころ軸受の場合、上記の条件
（ｄ）（ｋ１＝ｋ２＝ｋ０）の場合より、むしろ条件
（ｅ）や（ｆ）の場合の方が、ω／ω０＝１近傍に生じ
るピークがより低く抑えられ、動剛性が良好となってい
る。

【００３０】また、上記条件（ｆ）の場合に対して減衰
係数ｃの値を変更した条件（ｇ）および（ｈ）の場合の
結果から、減衰係数ｃを小さくする方がよりダンピング
の効果大であることが分かる。玉軸受の場合も含め、ω
＝ω１の場合のコンプライアンスと、ω＝ω２の場合の
コンプライアンスとを等しくするような条件から、減衰
係数ｃの値を変更する場合は、もとより小さくするのが
よいということが分かる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３２】（実施の第１形態）図４は本発明に係る転
がり軸受装置の実施の第１形態の構成を示す縦断面図で
ある。

【００３３】転がり軸受装置は、図４に示すように、ス
ピンドルを構成し、該スピンドルは、主軸１と、ハウジ
ング２と、主軸１とハウジング２との間に介在し、主軸
１を回転可能に支持する玉軸受３とを備える。

【００３４】玉軸受３は、内輪４と、外輪５と、内輪４
と外輪５間に保持され、２列に配置されている複数の転
動体（ボール）６とを有する。また、複数の転動体６を
円周方向に亘り等間隔に隔てる保持器、必要に応じてシ
ールなどが設けられるが、これらは図示省略する（以
下、全ての実施の形態において同様）。内輪４は、２つ
の内輪部分４ａと、各内輪部分４ａ間に設けられている
内輪間座４ｂとからなり、各内輪部分４ａには、対応す
る列の転動体６の軌道溝４ｃがそれぞれ形成されてい
る。この各軌道溝４ｃは、対応する転動体６に対して１
点（接触点Ｐｉ）で接触するような断面形状を有する。
内輪４は、主軸１に嵌合され、主軸１のねじ部１ａに螺
合されている内輪固定ナット７により主軸１に固着され
ている。

【００３５】外輪５は、その一方の側縁部に一体的に形
成されているフランジ部５ａを有し、このフランジ部５
ａをハウジング２の外部に突出させた状態でハウジング
２内に挿入されている。外輪５のフランジ部５ａは、外
輪押え８によりハウジング２に取り付けられていてハウ
ジング２と実質的に一体の固定部を形成している。外輪
５の外周面にはハウジング２の内周面に嵌合する凸状の
いんろう部５ｂが形成され、このいんろう部５ｂはフラ
ンジ５ａ近傍位置に配置されている。いんろう部５は、
ハウジング２と玉軸受３、ひいては主軸１との軸心合せ
のために設けられたものであって、いんろう部５外周面
とハウジング２内周面間の隙間は、外輪５の振動を規制
しない程度（例えば２〜３μｍ）の隙間量に制限されて
いる。ただし、図面上では上記いんろう部５ｂ外周面と
ハウジング２内周面間の隙間を表していない。外輪５に
おけるフランジ部５ａとの結合部位５ｃは、弾性変形可
能なように切欠き５ｅ，５ｆが形成された部位であっ
て、この結合部位５ｃの弾性変形により外輪５の変位が
吸収される。この結合部位５ｃのばね定数をｋ２とす
る。外輪５のいんろう部５ｂの（図４における）左側に
隣接する位置の外径寸法は、この部分の外周面とハウジ
ング２の内周面間に軸方向に亘る所定隙間量ｈ０の隙間
部Ｓを形成するように、ハウジング２の内径寸法Ｄに対
して設定され、また隙間部Ｓの軸方向の長さ寸法はＢに
なるように設定される。外輪５の内面には、各列の転動
体６に対する２つの軌道溝５ｄが形成され、各軌道溝５
ｄは、対応する転動体６に対して１点（接触点Ｐｏ）で
接触するような断面形状を有する。

【００３６】外輪５の外周面とハウジング２の内周面と
の間に形成された隙間部Ｓには、所定の粘度μを有する
油が充填され、隙間部Ｓは、この油が外部に流出しない
ように外輪５のフランジ部５ａおよび外輪５の外周面と
ハウジング２の内周面間に挿入されたＯリング１０によ
り外部とシールされる。このＯリング１０としては、結
合部位５ｃのばね定数ｋ２に影響を与えない程度のばね
作用が小さいものが選択されている。

【００３７】本実施の形態では、ｋ１＝ｋ２＝ｋ０の場
合（コンプライアンスのピークが最も低くなる場合）に
おける隙間部Ｓの隙間量ｈ０が採用されている。ここ
で、ハウジング２の内径寸法Ｄを９０ｍｍとし、隙間部
Ｓの軸方向の長さ寸法Ｂを４０ｍｍとし、隙間部Ｓに充
填する油として一般の機械油（粘度μ＝１．０×１０^-6
Kgsec/cm²）を使用するとする。そして、主軸１の固有
周波数ｆ０を４００Ｈｚとし、玉軸受３の転動体６を含
む弾性接触の剛性ｋ１（＝ｋ２）を４．９×１０ ⁵ Kg/c
mとする。ここで、この剛性ｋ１は有限要素法などの適
宜の方法により求めることが可能な値である。また、ば
ね定数ｋ２は玉軸受３とハウジング２間の固定部のばね
定数であり、このばね定数ｋ２を剛性ｋ１に等しくする
ために、玉軸受３の結合部位５ｃの形状（切欠き５ｅ，
５ｆの形状や配置）、その他の諸元を適宜選択すること
が必要である。その際も例えば有限要素法などを利用し
て選択することができる。

【００３８】以上の条件に基づき隙間部Ｓの隙間量ｈ０
を求める際に、まず上記振動モデルの質量ｍを次のよう
に算出する。

【００３９】ｍ＝ｋ０／（２πｆ０）²＝７．７８×１
０^-2 Kgsec²/cm そして、この質量ｍおよび上記各値と上記（５）式およ
び（８）式を用いて隙間量ｈ０を算出すると、 ｈ０＝[μπＤＢ³／｛４（２）^1/4（ｍｋ０）^1/2｝]^1/3
＝１２５μｍ となる。

【００４０】このようにして算出された隙間量ｈ０を有
する隙間部Ｓに上記機械油を充填することによって、高
いダンピング効果を発生することができる。例えば、工
作機械などのダンピングが重要特性（動剛性）となるス
ピンドルに本転がり軸受装置を使用して高能率加工（高
速送り、工具の切込み深さを大きくするような加工）を
行う場合には、上記ダンピング効果により、高負荷によ
る振動いわゆるビビリの発生が抑制され、このビビリの
発生による工具損耗、加工精度の点で、コストが高い流
体軸受、磁気軸受を使用したものに対して同等の性能を
得ることができる。

【００４１】また、隙間量ｈ０は１２０μｍ程度と、一
般の嵌合に比してはるかに大きな値になり、温度による
変形の影響が少なく、回転精度が低下する恐れはない。
さらに、外輪５においてはその一部のみがハウジング２
に固定されているので、内輪４の軌道溝４ｃ、転動体
６、外輪５の軌道溝５ｄの幾何学的誤差は、全て外輪５
の変形として吸収され、これは上記幾何学的誤差の平均
効果として現われる。その結果、回転精度の向上を期待
することができる。

【００４２】なお、本実施の形態では、複列の玉軸受３
を用いているが、これに代えて単列の玉軸受を用いるこ
とも可能である。

【００４３】また、隙間部Ｓに充填された油を循環する
機構を設けてもよい。この場合、外輪５を冷却すること
ができ、ひいては装置全体の温度上昇を抑制することが
可能になる。

【００４４】さらに、本実施の形態では、主軸１に内輪
４を固着している例を示したが、例えば主軸と内輪とが
一体的に構成されているものに対しても本発明の原理を
適用可能であることもいうまでもない。また、外輪とハ
ウジングが一体的に構成されているような場合に対して
も同様に本発明の原理を適用可能である。

【００４５】（実施の第２形態）次に、本発明の実施の
第２形態について図５を参照しながら説明する。図５は
本発明に係る転がり軸受装置の実施の第２形態の構成を
示す縦断面図である。

【００４６】本実施の形態は、上述の実施の第１形態に
対し、複数の単列の玉軸受をハウジングに組み込むとと
もに、ハウジングの内周面に隙間部を規定するための段
部を設けた点で異なる。なお、上述の実施の第１形態と
同一の部材には同一の符号を付し、その説明は省略す
る。

【００４７】具体的には、図５に示すように、主軸１
と、ハウジング１２と、主軸１とハウジング１２との間
に介在し、主軸１を回転可能に支持する２つの玉軸受１
３とが設けられている。各玉軸受１３間には、内輪１４
間に設けられている内輪間座１４ａおよび外輪１５間に
設けられている外輪間座１５ａが挿入されている。ま
た、外輪１５の外周には、環状の切欠き１５ｂが形成さ
れている。

【００４８】ハウジング１２の内周面には、各玉軸受１
３の外輪１５の外周面のそれぞれとしめしろを有して嵌
合する２つのいんろう部１２ａが形成されているととも
に、段部１２ｂが形成されている。本実施の形態では、
いんろう部１２ａが固定部に相当する。各玉軸受１３の
外輪１５は、対応するハウジング１２のいんろう部１２
ａと嵌合され、ハウジング１２に取り付けられた外輪押
え８により軸方向に押し付けられている。

【００４９】段部１２ｂは各いんろう部１２ａ間に配置
され、この段部１２ｂを規定する内径寸法は外輪１５の
外径寸法により大きい。この段部１２ｂにより、ハウジ
ング１２の内周面とそれに対向する各外輪１５の外周面
との間には、軸方向に亘る所定隙間量ｈ０の隙間部Ｓが
形成される。そして前記切欠き部１５ｂは、いんろう部
１２ａと隙間部Ｓとの間に位置するように設けられてい
る。これにより、近傍の部分が弾性変形可能とされ、ば
ね定数ｋ２を有するばねとして作用する。この隙間部Ｓ
には、所定の粘度を有する油が充填され、隙間部Ｓは、
この油が外部に流出しないようにハウジングのいんろう
部１２ａにより外部とシールされている。ここで、各玉
軸受１３の外輪１５間には外輪間座１５ａが挿入されて
いることにより、隙間部Ｓの軸方向の長さＢとしては、
各玉軸受１３の外輪１５の外周面においてそれに対応す
る嵌合部１２ａから外輪間座１５ａまでの間隔が採用さ
れている。

【００５０】本実施の形態において、上述の実施の第１
形態と同様の条件で隙間部Ｓの隙間量ｈ０を求めると、
この隙間量ｈ０として４６μｍの数値が得られる。この
計算結果と上記実施の第１形態の結果から上記寸法Ｄを
９０ｍｍとする場合においては、隙間量ｈ０として、
０．０５〜０．１２ｍｍの範囲の数値が適切であると考
えられる。

【００５１】このように、複数の玉軸受１３を用いた場
合においても、同様にダンピング効果を得ることができ
る。

【００５２】なお、本実施の形態では、ハウジング１２
の内周面に、外輪１５の外周面との間に軸方向に亘る所
定隙間量ｈ０の隙間部Ｓを形成するための段部１２ｂを
形成しているが、これに代えて外輪１５の外周面に、ハ
ウジング１２の内周面との間に軸方向に亘る所定隙間量
ｈ０の隙間部Ｓを形成するため、切欠き１５ｂを境とし
て段差を形成するようにしてもよい。

【００５３】（実施の第３形態）次に、本発明の実施の
第３形態について図６を参照しながら説明する。図６は
本発明に係る転がり軸受装置の実施の第３形態の構成を
示す縦断面図である。

【００５４】上述の第１および第２の形態がラジアル方
向のダンピング効果を得ることを主としたことに対し、
本実施の形態は、スラスト方向のダンピング効果も得ら
れる。すなわち、上述の実施の第１形態に対し、スラス
ト方向へもダンピング効果が得られるように構成した点
で異なる。なお、上述の実施の第１形態と同一の部材に
は同一の符号を付し、その説明は省略する。

【００５５】具体的には、図６に示すように、外輪２５
の一方の側縁部にフランジ部２５ａが形成され、このフ
ランジ部２５ａは、外輪押え８によりハウジング２２に
取り付けられている。このフランジ部２５ａには弾性部
２５ｂが形成され、この弾性部２５ｂには軸方向に弾性
変形可能なように凹状の切欠き２５ｄが形成されてい
る。

【００５６】ハウジング２２の内周面には、外輪２５の
外周面に数μｍ程度の隙間を介して嵌合するいんろう部
２２ａと、外輪２５の外周面との間に軸方向に亘る所定
隙間量ｈ０の隙間部Ｓを形成するための段部２２ｂとが
形成されている。また、外輪２５とハウジング２２と
は、ハウジング２２の内周面と外輪２５の他方の側縁部
とが対向する対向部に所定の隙間量ｈ１の隙間部Ｓ１を
形成するように位置決めされている。この隙間部Ｓ１は
上記隙間部Ｓと連通し、これら隙間部Ｓ，Ｓ１には油が
充填されている。隙間部Ｓと外部とは外輪２５のフラン
ジ部２５ａにより、隙間部Ｓ１と外部とはＯリング１０
によりそれぞれシールされている。Ｏリング１０は、外
輪２５の内周面に螺合される支持リング２５ｃを介して
ハウジング２２との間に保持される。ここで、隙間部Ｓ
１に対する隙間量ｈ１は、隙間部Ｓの隙間量ｈ０を算出
する方法と同様の手順で求めることができる。

【００５７】このように構成することによって、いんろ
う部２２ａと隙間部Ｓに充填された油によりラジアル方
向に対してダンピング効果を得ることができ、同様に、
フランジ部２５ａの弾性部２５ｂと隙間部Ｓ１に充填さ
れた油によりスラスト方向に対してダンピング効果を得
ることができる。

【００５８】なお、本実施の形態は、ボールねじ装置に
応用して適用することもできる。すなわち、ボールねじ
のナットに対し、図６の場合と同様に、ネットの軸方向
に隙間を持たせたダンピング部（隙間部）Ｓと、取付フ
ランジの基部に弾性変形し易くするための切欠きとを設
け、隙間部Ｓに油を封入することにより、スラスト方向
のダンピング効果を得ることができる。

【００５９】（実施の第４形態）次に、本発明の実施の
第４形態について図７を参照しながら説明する。図７は
本発明に係る転がり軸受装置の実施の第４形態の構成を
示す縦断面図である。

【００６０】本実施の形態は、上述の実施の第１形態に
対し、転がり軸受として玉軸受の代わりにころ軸受を使
用し、ころ軸受の内輪と主軸との嵌合部がテーパ状に形
成されている点で異なる。

【００６１】具体的には、図７に示すように、転がり軸
受としてころ軸受３３が使用され、このころ軸受３３
は、内輪３４と、外輪３５と、内輪３４と外輪３５間に
保持され、２列に配置されている複数のころ３６とを有
する。内輪３４の内周面はテーパ状に形成され、内輪３
４は、主軸１のテーパ部１ｂに嵌合されている。内輪３
４は、主軸１のねじ部１ａに螺合されている内輪固定ナ
ット７により主軸１に固着されている。

【００６２】外輪３５は、上述の実施の第１形態と同様
の構成を有し、一方の側縁部に一体的に形成されたフラ
ンジ部３５ａをハウジング２の外部に突出させた状態で
ハウジング２内に挿入されている。外輪３５のフランジ
部３５ａは、外輪押え８によりハウジング２に取り付け
られていてハウジング２と実質的に一体の固定部を形成
している。外輪３５の外周面には、ハウジング２の内周
面に嵌合する凸状のいんろう部３５ｂが形成され、この
いんろう部３５ｂは、ハウジング２ところ軸受３３、ひ
いては主軸１との軸心合せのために設けられたものであ
って、フランジ部３５ａ近傍位置に配置されている。い
んろう部３５ｂ外周面とハウジング２内周面間の隙間
は、外輪３５の振動を規制しない程度（例えば２〜３μ
ｍ）の隙間量に制限されている。ただし、図面上では上
記いんろう部３５ｂ外周面とハウジング２内周面間の隙
間を表していない。

【００６３】外輪３５におけるフランジ部３５ａとの結
合部位３５ｃは、弾性変形可能なように切欠き３５ｅ，
３５ｆが形成された部位であって、この結合部位３５ｃ
の弾性変形により外輪３５の変位が吸収される。この結
合部位３５ｃのばね定数をｋ２とする。外輪３５のいん
ろう部３５ｂの（図７における）左側に隣接する位置の
外径寸法は、外輪３５の外周面とハウジング２の内周面
間に軸方向に亘る所定隙間量ｈ０の隙間部Ｓを形成する
ように、ハウジング２の内径寸法Ｄに対して設定され、
また隙間部Ｓの軸方向の長さ寸法はＢになるように設定
される。

【００６４】外輪３５の外周面とハウジング２の内周面
との間に形成された隙間部Ｓには、所定の粘度μを有す
る油が充填され、隙間部Ｓは、この油が外部に流出しな
いように外輪３５のフランジ部３５ａおよび外輪３５の
外周面とハウジング２の内周面間に挿入されたＯリング
１０により外部とシールされる。

【００６５】次に、本実施の形態において、ハウジング
２の内径寸法Ｄを１５０ｍｍとし、隙間部Ｓの軸方向の
長さ寸法Ｂを４０ｍｍとした場合の隙間部Ｓの隙間量ｈ
０を定める方法の一例を示す。

【００６６】軸受自体の剛性（ばね定数）ｋ１は、玉軸
受の場合に比してはるかに大きく、その値は３．０×１
０³ Kg/cmである。隙間部Ｓに充填する油の粘度μ（＝
１．０×１０^-6 Kgsec/cm²）、主軸１の質量ｍなどの条
件を実施の第１形態の場合と同じとし、結合部位３５ｃ
のばね定数ｋ２を変化させた場合についての数値計算の
結果を以下に示す。

【００６７】ｋ２＝ｋ１とし、ω＝ω１とω＝ω２の場
合においてコンプライアンスが等しくなるよう条件の場
合、減衰係数ｃは、上記（５）式から ｃ＝３２^1/4（ｍｋ１）^1/2≒３．４５×１０³ Kg sec/c
m となり、隙間量ｈ０は、上記（８）式から ｈ０＝｛μπＤＢ³／（２×ｃ）｝^1/3≒７５．８μｍ となる。

【００６８】また、粘度μが２．０×１０^-6 Kgsec/cm²
の油を採用した場合には、 ｈ０≒９５．５μｍ となる。

【００６９】次に、ｋ２＝ｋ１／１０とし、μ＝２．０
×１０^-6 Kgsec/cm²とする場合にお いて同様に考えると、 ｃ＝（１１⁵／１０⁴）^1/4（ｍｋ１）^1/2≒３．９１×１
０³ Kg sec/cm ｈ０＝１０１μｍ となる。

【００７０】また、ｋ２＝ｋ１／４とし、μ＝２．０×
１０^-6 Kgsec/cm²とする場合においては、 ｃ＝（５⁵／４⁴）^1/4（ｍｋ１）^1/2≒２．７１×１０³
Kg sec/cm ｈ０＝１０４μｍ となり、またｋ２＝ｋ１／４とし、減衰係数ｃを１／２
倍に設定した場合には、 ｈ０＝１３１μｍ となる。

【００７１】以上の条件では、図３に示した通り、いず
れも良好なダンピング効果を示しているので、隙間量ｈ
０としては、０．１ｍｍ前後の値が好ましいことが分か
る。

【００７２】本実施の形態では、複列のころ軸受を用い
ているが、これに代えて単列のころ軸受を用いてもよい
し、また、玉軸受の場合と同様、複数のころ軸受を組み
合わせたものとしてもよい。また、上述の実施の第３形
態のように、スラスト方向のダンピング効果を持たせる
ように構成することも可能である。さらに、ころ軸受
は、円筒ころ軸受に限定されることはなく、円すいころ
軸受などの他のころ軸受を使用してもよいことはいうま
でもない。さらに、玉軸受ところ軸受とを組み合わせた
ものとしてしてもよい。また、内輪と主軸との嵌合部は
テーパ状でなくてもよい。

【００７３】以上の各実施形態では、２個１組（または
１個）の転がり軸受で主軸を支持する場合を示したが、
主軸をそれぞれ１個または複数１組の転がり軸受装置で
複数箇所（２箇所が多い）で支持することは通常行われ
る。このような場合には、主軸の質量をＭとすると、こ
の質量Ｍを各箇所の軸受装置が受け持つべき質量ｍ（図
１に示すモデルの質量）に適宜割り振ればよい。この割
り振りは、必要に応じて軸の形状や変形などを考慮し、
有限要素法などを用いて決定することが可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受装置によれば、転がり軸受の一部分とハウジングとを
実質的に一体の固定部とし、転がり軸受の外周面とハウ
ジングの内周面とが互いに軸方向に亘って対向する対向
部の一部分を所定の隙間量を有する隙間部とし、固定部
と隙間部との間に所定のばね定数を有するばね作用部を
設けるとともに、隙間部に油を充填したので、この隙間
部に充填された油により減衰作用を生じることになり、
かつ転がり軸受自体のばね定数、ばね作用部のばね定
数、隙間部の減衰係数のそれぞれの組合せを所定の条件
を満たすように選択してなることにより、装置全体とし
てのダンピング効果を得ることができる。例えば、工作
機械などのダンピングが重要特性（動剛性）となるスピ
ンドルに本発明の転がり軸受装置を使用して高能率加工
（高速送り、工具の切込み深さを大きくするような加
工）を行う場合には、高負荷による振動いわゆるビビリ
の発生が抑制され、このビビリの発生による工具損耗、
加工精度の点で、コストが高い流体軸受、磁気軸受を使
用したものに対して同等の性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転がり軸受装置における振動系のモデ
ルを示す図である。

【図２】図１の振動モデルにおける玉軸受を使用した場
合の周波数とコンプライアンスとの関係を表す特性図で
ある。

【図３】図１の振動モデルにおけるころ軸受を使用した
場合の周波数とコンプライアンスとの関係を表す特性図
である。

【図４】本発明に係る転がり軸受装置の実施の第１形態
の構成を示す縦断面図である。

【図５】本発明に係る転がり軸受装置の実施の第２形態
の構成を示す縦断面図である。

【図６】本発明に係る転がり軸受装置の実施の第３形態
の構成を示す縦断面図である。

【図７】本発明に係る転がり軸受装置の実施の第４形態
の構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ２，１２ ハウジング ３，１３ 玉軸受 ４ 内輪 ５，１５，３５ 外輪 ５ａ，２５ａ，３５ａ フランジ部 ５ｂ，１２ａ，２２ａ，３５ｂ いんろう部 ５ｃ，３５ｃ 結合部位 ５ｅ，５ｆ，２５ｄ，３５ｅ，３５ｆ 切欠き ６ 転動体 １０ Ｏリング ２５ｂ 弾性部 ３３ ころ軸受 ３６ ころ Ｓ，Ｓ１ 隙間部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸と、ハウジングと、前記主軸と前記
   ハウジング間に介在し、前記主軸を回転可能に支持する
   少なくとも1つの転がり軸受とを備える転がり軸受装置
   において、前記転がり軸受の一部分と前記ハウジングと
   を実質的に一体の固定部とし、前記転がり軸受の外周面
   と前記ハウジングの内周面とが互いに軸方向に亘って対
   向する対向部の一部分を所定の隙間量を有する隙間部と
   し、前記固定部と前記隙間部との間に所定のばね定数を
   有するばね作用部を設けるとともに、前記隙間部に油を
   充填したことを特徴とする転がり軸受装置。