JP2006077814A - Spindle rotation support device for machine tool - Google Patents

Spindle rotation support device for machine tool Download PDF

Info

Publication number
JP2006077814A
JP2006077814A JP2004260093A JP2004260093A JP2006077814A JP 2006077814 A JP2006077814 A JP 2006077814A JP 2004260093 A JP2004260093 A JP 2004260093A JP 2004260093 A JP2004260093 A JP 2004260093A JP 2006077814 A JP2006077814 A JP 2006077814A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cylindrical roller
main shaft
base end
rolling bearing
cylindrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004260093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Matsuyama
直樹 松山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2004260093A priority Critical patent/JP2006077814A/en
Publication of JP2006077814A publication Critical patent/JP2006077814A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a structure capable of preventing skidding damage from occuring on a rolling bearing 6b at a base end side supporting a base end of a spindle and preventing excessive lubricating oil at low costs. <P>SOLUTION: A cylindrical roller bearing is used as the rolling bearing 6b at the base end side. A retainer 19 comprising the rolling bearing 6b at the base end side has pockets 18a and 18b at a plurality of circumferential locations. The number of pockets 18a and 18b is set to be an even number which is twice the number of cylindrical rollers 16 and 16, and the pockets 18b and 18b not internally retaining the cylindrical rollers 16 and 16 are arranged at every other location. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、マシニングセンタ等の各種工作機械に組み込まれて、その先端部に工具或は被加工物を支持固定した状態で高速回転する主軸を、固定のハウジングに対し回転自在に支持する為の回転支持装置の改良に関する。   The present invention is incorporated in various machine tools such as a machining center, and rotates to support a spindle that rotates at high speed with a tool or a work piece supported and fixed at the tip thereof, with respect to a fixed housing. The present invention relates to an improvement of a support device.

工作機械の主軸は使用時に高速で回転し、しかも工具と被加工物との接触部分(加工部)で発生する熱による影響を受ける為、その全長が伸縮する。即ち、高速回転に伴う遠心力に基づいて上記主軸は、その直径が大きくなる代わりにその全長が縮まる方向に弾性変形する。又、上記熱による影響により、上記主軸の全長が熱膨張により長くなったり、熱収縮により短くなったりする。一方、この主軸の先端部の位置は、この主軸の回転速度や温度の変化に拘らず変位しない様にする事が、精密加工をする上で重要である。   The spindle of the machine tool rotates at a high speed during use, and is affected by the heat generated at the contact portion (working portion) between the tool and the workpiece, so that its entire length expands and contracts. That is, based on the centrifugal force accompanying high-speed rotation, the main shaft is elastically deformed in a direction in which its entire length is reduced instead of increasing its diameter. Further, due to the influence of the heat, the entire length of the main shaft becomes longer due to thermal expansion or becomes shorter due to thermal contraction. On the other hand, it is important for precision machining to prevent the position of the tip of the main shaft from being displaced regardless of changes in the rotational speed and temperature of the main shaft.

特に近年普及し始めている、主軸の中間部外周面に電動モータのロータを固定し、この主軸自体をこの電動モータの回転軸として機能させる、所謂モータビルトイン型の工作機械の場合には、上記主軸の回転速度が速く、しかもその変化速度(加速度、減速度)が著しい。従って、この様なモータビルトイン型の工作機械の主軸の場合には、この主軸を支持する為の転がり軸受として、高速運転に耐えられるものを使用する必要がある。又、上記工作機械の運転状況の変化及び上記電動モータを構成するロータ及びステータ部分の発熱に伴う、上記主軸の全長の変化が著しくなる為、この変化の吸収を円滑に行なわせる構造である必要がある。   In particular, in the case of a so-called motor built-in type machine tool in which the rotor of the electric motor is fixed to the outer peripheral surface of the intermediate portion of the main shaft and this main shaft itself functions as the rotating shaft of the electric motor, The rotation speed of this is fast, and the change speed (acceleration, deceleration) is remarkable. Therefore, in the case of the main shaft of such a motor built-in type machine tool, it is necessary to use a rolling bearing for supporting the main shaft that can withstand high-speed operation. In addition, since the change in the overall length of the main shaft accompanying the change in the operating condition of the machine tool and the heat generation of the rotor and the stator constituting the electric motor becomes significant, the structure needs to smoothly absorb this change. There is.

この為に従来から、主軸の先端部を先端側転がり軸受ユニットによりハウジングに対して、この主軸の軸方向変位を防止し且つこの主軸の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持すると共に、この主軸の基端側を基端側転がり軸受により、この主軸の基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸の軸方向変位を許容自在に支持していた。図16〜17は、この様な機能を有する工作機械の主軸用回転支持装置の従来構造の2例を示している。   For this reason, conventionally, the tip end portion of the main shaft is supported on the housing by the tip side rolling bearing unit to prevent axial displacement of the main shaft and to support the radial load applied to the front end portion of the main shaft. A radial load applied to the base end portion of the main shaft is supported by a base end side rolling bearing on the base end side of the main shaft, but the axial displacement of the main shaft is supported in an allowable manner. 16 to 17 show two examples of a conventional structure of a spindle support device for a spindle of a machine tool having such a function.

先ず、図16に示した第1例の場合には、主軸1の先端部(図16の左端部)を、1対のアンギュラ型(或は深溝型)の玉軸受2、2を背面組み合わせして成る先端側転がり軸受ユニット3により、固定のハウジング4に対し支持している。上記各玉軸受2、2を構成する内輪は上記主軸1の先端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング4の内周面に隙間嵌めにより内嵌固定すると共に、このハウジング4の内周面に設けた段部22とこのハウジング4に内嵌固定した押え蓋23とにより軸方向の変位を阻止している。従って上記先端側転がり軸受ユニット3は上記主軸1の先端部を、軸方向変位を防止し且つこの主軸1の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持している。一方、この主軸1の基端側(図16の右端側)を、1対のアンギュラ型(或は深溝型)の玉軸受5、5を背面組み合わせして成る基端側転がり軸受ユニット6により、固定のハウジング4aに対し支持している。このハウジング4aは、上記ハウジング4と一体でも別体でも良い。上記各玉軸受5、5を構成する内輪は上記主軸1の基端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング4aの内周面に隙間嵌により内嵌している。従って上記基端側転がり軸受ユニット6は上記主軸1の基端部を、この基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸1の軸方向変位を許容自在に支持している。更に、上記主軸1の中間部で上記先端側転がり軸受ユニット3と上記基端側転がり軸受ユニット6との間にはロータ9を固定し、このロータ9の外周面と、ハウジング等の固定部分に支持したステータ10の内周面とを対向させて、電動モータ11を構成している。工作機械の運転時には、上記ステータ10に通電して、上記主軸1を高速で回転させる。   First, in the case of the first example shown in FIG. 16, the tip end portion (left end portion in FIG. 16) of the main shaft 1 is combined with a pair of angular type (or deep groove type) ball bearings 2 and 2 on the back side. It is supported with respect to the fixed housing 4 by the tip side rolling bearing unit 3 formed as described above. The inner rings constituting each of the ball bearings 2 and 2 are externally fitted and fixed to the outer peripheral surface of the tip end portion of the main shaft 1 by an interference fit. Similarly, the outer rings are fixed and fitted to the inner peripheral surface of the housing 4 by a clearance fit. The axial displacement is prevented by the step portion 22 provided on the inner peripheral surface of the housing 4 and the presser lid 23 fitted and fixed to the housing 4. Accordingly, the tip side rolling bearing unit 3 supports the tip end portion of the main shaft 1 so as to prevent axial displacement and to support a radial load applied to the tip end portion of the main shaft 1 so as to be supported. On the other hand, the base end side of the main shaft 1 (the right end side in FIG. 16) is connected to the base end side rolling bearing unit 6 formed by combining a pair of angular type (or deep groove type) ball bearings 5 and 5 on the back side. It supports with respect to the fixed housing 4a. The housing 4a may be integral with or separate from the housing 4. The inner rings constituting each of the ball bearings 5 and 5 are externally fitted and fixed to the outer peripheral surface of the base end portion of the main shaft 1 by an interference fit. Similarly, the outer rings are internally fitted to the inner peripheral surface of the housing 4a by a gap fit. Yes. Therefore, the base end side rolling bearing unit 6 supports the radial load applied to the base end portion of the main shaft 1 but supports the axial displacement of the main shaft 1 in an allowable manner. Further, a rotor 9 is fixed between the distal end side rolling bearing unit 3 and the proximal end side rolling bearing unit 6 at an intermediate portion of the main shaft 1, and an outer peripheral surface of the rotor 9 and a fixed portion such as a housing are fixed. The electric motor 11 is configured to face the inner peripheral surface of the supported stator 10. During operation of the machine tool, the stator 10 is energized to rotate the main shaft 1 at a high speed.

又、図17に示した第2例の場合には、主軸1の先端部(図17の左端部)を、1対のアンギュラ型(或は深溝型)の玉軸受2、2を並列組み合わせして成る先端側転がり軸受ユニット3aにより、固定のハウジング4に対し支持している。上記各玉軸受2、2を構成する内輪は上記主軸1の先端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング4の内周面に隙間嵌めにより内嵌固定すると共に、このハウジング4の内周面に設けた段部22とこのハウジング4に内嵌固定した押え蓋23とにより軸方向の変位を阻止している。従って上記先端側転がり軸受ユニット3aは上記主軸1の先端部を、基端側(図4の右側)への軸方向変位を防止し且つこの主軸1の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持している。一方、この主軸1の基端側(図4の右端側)は、1対のアンギュラ型(或は深溝型)の玉軸受5、5を並列組み合わせして成る基端側転がり軸受ユニット6aにより、固定のハウジング4aに対し支持している。上記主軸1の基端側の各玉軸受5、5の接触角の方向は、この主軸1の先端側の各玉軸受2、2の接触角の方向とは逆にしている。又、これら各玉軸受5、5を構成する内輪は上記主軸1の基端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング4aの内周面に隙間嵌により内嵌したスリーブ7に内嵌固定している。更に、このスリーブ7と上記ハウジング4aとの間にはばね8を設けてこのスリーブ7に、上記各玉軸受5、5の予圧を付与する方向の弾力を付与している。従って上記基端側転がり軸受ユニット6aは上記主軸1の基端部を、この基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸1の軸方向変位を許容自在に支持している。この主軸1の中間部に電動モータ11を組み付けている事は、図16に示した第1例の場合と同様である。   In the case of the second example shown in FIG. 17, the tip end portion (left end portion in FIG. 17) of the main shaft 1 is combined with a pair of angular type (or deep groove type) ball bearings 2 and 2 in parallel. It supports with respect to the fixed housing 4 by the front end side rolling bearing unit 3a comprised. The inner rings constituting each of the ball bearings 2 and 2 are externally fitted and fixed to the outer peripheral surface of the tip end portion of the main shaft 1 by an interference fit. Similarly, the outer rings are fixed and fitted to the inner peripheral surface of the housing 4 by a clearance fit. The axial displacement is prevented by the step portion 22 provided on the inner peripheral surface of the housing 4 and the presser lid 23 fitted and fixed to the housing 4. Therefore, the distal end side rolling bearing unit 3a prevents the axial displacement of the distal end portion of the main shaft 1 toward the proximal end side (the right side in FIG. 4) and supports the radial load applied to the distal end portion of the main shaft 1 so as to be supported. is doing. On the other hand, the base end side of the main shaft 1 (the right end side in FIG. 4) is a base end side rolling bearing unit 6a formed by combining a pair of angular type (or deep groove type) ball bearings 5 and 5 in parallel. It supports with respect to the fixed housing 4a. The direction of the contact angle of each ball bearing 5, 5 on the proximal end side of the main shaft 1 is opposite to the direction of the contact angle of each ball bearing 2, 2 on the distal end side of the main shaft 1. Further, the inner rings constituting each of the ball bearings 5 and 5 are externally fitted and fixed to the outer peripheral surface of the base end portion of the main shaft 1 by an interference fit. The sleeve 7 is internally fitted and fixed. Further, a spring 8 is provided between the sleeve 7 and the housing 4a so that the sleeve 7 is given elasticity in the direction in which the preload of the ball bearings 5 and 5 is applied. Therefore, the base end side rolling bearing unit 6a supports the base end portion of the main shaft 1 with a radial load applied to the base end portion, but supports the axial displacement of the main shaft 1 in an allowable manner. The attachment of the electric motor 11 to the intermediate part of the main shaft 1 is the same as in the case of the first example shown in FIG.

上述の様に従来の高速型の工作機械主軸用回転支持装置の場合には、主軸1の基端側を支持する為の基端側転がり軸受ユニット6、6aに、玉軸受5、5を使用している。この理由は、モータビルトイン型の工作機械の主軸用回転支持装置の場合には、上記基端側転がり軸受ユニット6、6aに加わる負荷が小さく、一般的なころ軸受を使用した場合にはスキッディング損傷が発生し易い為である。即ち、上記主軸1の先端部に支持した工具又は被加工物と、被加工物又は工具との接触部で生じる、この被加工物の加工に伴って生じる荷重(切削力)は、殆ど先端側転がり軸受ユニット3、3aが支承し、上記基端側転がり軸受ユニット6、6aには殆ど伝わらない。そして、この基端側転がり軸受ユニット6、6aに伝わる荷重の殆どは、上記主軸1が水平方向に配置されている横型の工作機械の場合で、この主軸1の自重のうちの一部のみである。更に、上記主軸1を鉛直方向に配置している竪型の工作機械の場合、上記基端側転がり軸受ユニット6、6aには、この主軸1の自重すら加わらなくなり、アンバランス荷重のみとなって、極めて軽荷重となる。   As described above, in the case of the conventional high-speed rotation support device for machine tool main shafts, the ball bearings 5 and 5 are used for the base end side rolling bearing units 6 and 6a for supporting the base end side of the main shaft 1. is doing. This is because, in the case of a rotation support device for a spindle of a motor built-in type machine tool, the load applied to the base end side rolling bearing units 6 and 6a is small, and skidding is performed when a general roller bearing is used. This is because damage is likely to occur. That is, the load (cutting force) generated in the processing of the workpiece, which occurs at the contact portion between the tool or workpiece supported on the tip of the spindle 1 and the workpiece or tool, is almost on the tip side. The rolling bearing units 3 and 3a are supported and hardly transmitted to the base end side rolling bearing units 6 and 6a. And most of the load transmitted to the base end side rolling bearing units 6 and 6a is a case of a horizontal machine tool in which the main shaft 1 is arranged in the horizontal direction, and only a part of its own weight of the main shaft 1 is used. is there. Further, in the case of a vertical machine tool in which the main shaft 1 is arranged in the vertical direction, the base end side rolling bearing units 6 and 6a do not apply even the own weight of the main shaft 1 and only an unbalanced load. Very light load.

この様に、高速回転時に軽荷重しか加わらない基端側転がり軸受ユニット6、6aとして一般的なころ軸受を使用すると、遠心力により外輪軌道に押し付けられた状態で自転しないころの転動面が内輪軌道と擦れ合って摩耗する、上記スキッディング損傷が発生する。この様なスキッディング損傷は、ころ軸受だけでなく玉軸受でも発生するが、玉軸受の場合には予圧を付与する事によりスキッディング損傷の発生を防止し、しかも高速で回転する主軸1の支持を行なえる。この為に従来は、上記基端側転がり軸受ユニット6、6aとして玉軸受を使用している。逆に言えば、一般的にころ軸受の場合には、スキッディング損傷の発生を防止すべく、予圧を付与する(内部隙間を負にする)と、高速回転に伴って焼き付き等の損傷を発生し易い為、従来は高速型の工作機械の主軸1の基端部を支持する為の基端側転がり軸受としてころ軸受を使用する事は少なかった。   In this way, when a general roller bearing is used as the base end side rolling bearing unit 6 or 6a to which only a light load is applied during high-speed rotation, the rolling surface of the roller that does not rotate when pressed against the outer ring raceway by centrifugal force is obtained. The above-mentioned skid damage that wears by rubbing against the inner ring raceway occurs. Such skid damage occurs not only in roller bearings but also in ball bearings. In the case of ball bearings, the preload is applied to prevent skid damage and to support the spindle 1 that rotates at high speed. Can be done. Therefore, conventionally, ball bearings are used as the base end side rolling bearing units 6 and 6a. Conversely, in general, in the case of roller bearings, if preload is applied (negative internal clearance) to prevent skid damage, damage such as seizure occurs with high-speed rotation. For this reason, conventionally, a roller bearing is rarely used as a base end side rolling bearing for supporting the base end portion of the main shaft 1 of a high-speed machine tool.

但し、前述の図16〜17に示した従来構造のうち、図16に示した第1例の場合には、主軸1の伸縮に伴う各玉軸受5、5の外輪の軸方向変位が、必ずしも円滑に行なわれない可能性がある。即ち、主軸1の全長は、回転速度や温度の変化に伴って伸縮し、この伸縮に伴って上記各玉軸受5、5の外輪がハウジング4aの内周面に対し軸方向に摺動するが、これら外輪の外周面とハウジング4aの内周面とは必ずしも平滑面ではなく、潤滑状態も良好でない場合があるので、上記外輪の軸方向変位が円滑に行なわれない可能性がある。特に、上記主軸1の回転速度が急激に変化した場合に、この様な軸方向変位が不良になる可能性が高くなる。そして、この軸方向変位が円滑に行なわれない場合には、上記各外輪の外周面端縁部が上記ハウジング4aの内周面に噛み合ってステックが発生する他、上記各玉軸受5、5の予圧が過大になり、これら各玉軸受5、5に焼き付き等の損傷が発生する可能性を生じる。   However, in the case of the first example shown in FIG. 16 among the conventional structures shown in FIGS. 16 to 17 described above, the axial displacement of the outer rings of the ball bearings 5 and 5 accompanying the expansion and contraction of the main shaft 1 is not necessarily limited. It may not be performed smoothly. That is, the entire length of the main shaft 1 expands and contracts with changes in rotational speed and temperature, and the outer ring of each of the ball bearings 5 and 5 slides in the axial direction with respect to the inner peripheral surface of the housing 4a. Since the outer peripheral surface of these outer rings and the inner peripheral surface of the housing 4a are not necessarily smooth surfaces and the lubrication state may not be good, the axial displacement of the outer ring may not be performed smoothly. In particular, when the rotational speed of the main shaft 1 changes abruptly, there is a high possibility that such an axial displacement becomes defective. If the axial displacement is not smoothly performed, the outer peripheral surface edge of each outer ring meshes with the inner peripheral surface of the housing 4a, and a stick is generated. The preload becomes excessive, and there is a possibility that the ball bearings 5 and 5 may be damaged such as seizure.

これに対して、図17に示した第2例の場合には、上述の様な軸方向変位を必ずしも円滑に行なえないと言った問題に加え、基端側転がり軸受ユニット6a部分で共振を発生し易く、又、構造が複雑でコストが嵩むと言った問題を生じる。即ち、ばね8により一定の弾力により軸方向に押圧されているスリーブ7が、高速回転する主軸1の微小振動に基づき、特定の回転速度の状態で共振し、軸方向振動が発生し易い。又、上記スリーブ7及びばね8を設ける分、構造が複雑でコストが嵩んでしまう。尚、上記主軸1の伸縮に伴う上記スリーブ7の軸方向変位を円滑に行なわせる為に、このスリーブ7の外周面とハウジング4aの内周面との間にボールスプラインを設ける場合もあるが、構造が益々複雑になって、コストがより高くなってしまう。   On the other hand, in the case of the second example shown in FIG. 17, in addition to the problem that the axial displacement as described above cannot always be performed smoothly, resonance occurs at the base end side rolling bearing unit 6a. In addition, there is a problem that the structure is complicated and the cost is increased. That is, the sleeve 7 that is pressed in the axial direction by a certain elasticity by the spring 8 resonates at a specific rotational speed based on the minute vibration of the main shaft 1 that rotates at high speed, and axial vibration is likely to occur. Further, since the sleeve 7 and the spring 8 are provided, the structure is complicated and the cost is increased. A ball spline may be provided between the outer peripheral surface of the sleeve 7 and the inner peripheral surface of the housing 4a in order to smoothly perform the axial displacement of the sleeve 7 accompanying the expansion and contraction of the main shaft 1. The structure becomes more complex and the cost is higher.

この様な事情に鑑みて、近年、特許文献1に開示されている様に、基端側転がり軸受として、内輪の外周面に設けた内輪軌道と、外輪の内周面に設けた外輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道を、少なくとも主軸の外周面とハウジングの内周面とへの組み付け状態で、非円形とした円筒ころ軸受を組み込む、工作機械の主軸用回転支持装置が考えられている。この様な特許文献1に開示された、工作機械の主軸用回転支持装置によれば、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受の両軌道の間隔を円周方向一部でのみ狭くでき、当該部分に存在する円筒ころの転動面を、これら両軌道に同時に弾性的に押し付ける様に(予圧を付与した状態に)できる。この為、円筒ころ軸受を構成する複数の円筒ころが、自転せずに公転する、所謂公転滑りを生じる事がなくなり、上記スキッディング損傷の発生防止を図れる。   In view of such circumstances, as disclosed in Patent Document 1, in recent years, as a base end side rolling bearing, an inner ring raceway provided on the outer peripheral surface of the inner ring, and an outer ring raceway provided on the inner peripheral surface of the outer ring, A rotary support device for a spindle of a machine tool is incorporated that incorporates a non-circular cylindrical roller bearing in which at least one of the tracks is assembled to at least the outer peripheral surface of the main shaft and the inner peripheral surface of the housing. . According to such a rotation support device for a spindle of a machine tool disclosed in Patent Document 1, the distance between both raceways of a cylindrical roller bearing that is a base end side rolling bearing can be narrowed only in a part in the circumferential direction. The rolling surface of the cylindrical roller existing in the portion can be elastically pressed against these both tracks simultaneously (with a preload applied). For this reason, a plurality of cylindrical rollers constituting the cylindrical roller bearing does not cause a so-called revolving slip that revolves without rotating, thereby preventing the occurrence of the skid damage.

又、工作機械の主軸用回転支持装置を構成する基端側転がり軸受として、セラミックス製の円筒ころを組み込んだ円筒ころ軸受を使用する事により、予圧を付与した状態でも焼き付き等の損傷の発生を防止し、より高速回転する主軸を支持できる様にする事も考えられている。   In addition, by using a cylindrical roller bearing that incorporates ceramic cylindrical rollers as the base-end rolling bearing that constitutes the rotation support device for the spindle of the machine tool, damage such as seizure occurs even when preload is applied. It is also considered that the main shaft can be supported at a higher speed.

上述の様に、特許文献1に開示された構造の場合には、基端側転がり軸受として、外輪軌道と内輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道を、少なくとも主軸の外周面とハウジングの内周面とへの組み付け状態で、非円形とした円筒ころ軸受を使用する事により、スキッディング損傷の発生を防止できる様にしている。但し、この様な特許文献1に開示された構造を実施する場合、上記外輪軌道と内輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道を、上記組み付け状態で非円形とする必要がある為、軌道輪の製造が面倒になり、コストが嵩んでしまう場合がある。又、工作機械の主軸用回転支持装置にセラミックス製の円筒ころを組み込んだ円筒ころ軸受を使用する場合、セラミックス製の円筒ころがセラミックス製の玉に比べて量産性が悪い為、円筒ころの数を従来から一般的に使用されているものと同じとした場合に、製造コストが著しく上昇してしまう。例えば、セラミックス製の円筒ころを組み込んだ円筒ころ軸受の場合には、この円筒ころと同じ直径のセラミックス製の玉を使用した玉軸受と比較して、この玉軸受の製造コストの数倍の製造コストがかかる。   As described above, in the case of the structure disclosed in Patent Document 1, at least one of the outer ring raceway and the inner ring raceway is used as the base end side rolling bearing, at least the outer peripheral surface of the main shaft and the inner periphery of the housing. By using a non-circular cylindrical roller bearing when assembled to the surface, it is possible to prevent the occurrence of skid damage. However, when implementing the structure disclosed in Patent Document 1, it is necessary to make at least one of the outer ring raceway and the inner ring raceway non-circular in the assembled state. Manufacturing may be cumbersome and cost may increase. In addition, when using a cylindrical roller bearing that incorporates a ceramic cylindrical roller in the rotation support device for the spindle of a machine tool, the number of cylindrical rollers is lower because the ceramic cylindrical roller is less productive than the ceramic ball. Is the same as that generally used in the past, the manufacturing cost will be significantly increased. For example, in the case of a cylindrical roller bearing incorporating a ceramic cylindrical roller, it is manufactured several times the manufacturing cost of this ball bearing compared to a ball bearing using ceramic balls having the same diameter as this cylindrical roller. costly.

又、工作機械の主軸用回転支持装置では、発熱を十分に小さく抑える為、基端側転がり軸受にグリース潤滑を使用したり、或は、主軸をより高速で回転させる工作機械の基端側転がり軸受の場合には、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑を使用する事が行なわれる。但し、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑を使用する場合、基端側転がり軸受の内部に供給された潤滑油が外部に円滑に排出されないと、潤滑油過多の状態になる。この為、この内部での潤滑油の攪拌抵抗が大きくなり、攪拌抵抗による攪拌熱の増大に伴って転がり軸受の温度が上昇し、延いては焼き付きが発生すると言う事態が稀とは言えない頻度で生じる。特に、基端側転がり軸受として円筒ころ軸受を使用する場合には、上記焼き付きが益々生じ易い。   Also, in the rotation support device for the main spindle of the machine tool, grease lubrication is used for the base end side rolling bearing in order to keep the heat generation sufficiently small, or the base end side rolling of the machine tool that rotates the main shaft at a higher speed. In the case of a bearing, oil-air lubrication or oil mist lubrication is used. However, when oil-air lubrication or oil mist lubrication is used, if the lubricating oil supplied to the inside of the base end side rolling bearing is not smoothly discharged to the outside, the lubricating oil becomes excessive. For this reason, the internal friction resistance of the lubricating oil is increased, and the temperature of the rolling bearing rises with the increase of the heat of stirring due to the stirring resistance. It occurs in. In particular, when a cylindrical roller bearing is used as the base end side rolling bearing, the seizure is more likely to occur.

一方、工作機械の主軸用回転支持装置に一般的な円筒ころ軸受を使用した場合には、各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するモーメントや、これら各円筒ころの公転運動に伴うこれら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントにより、これら各円筒ころの姿勢が変化した場合に、これら各円筒ころの自転運動及び公転運動が不安定になる。そして、この事により、これら各円筒ころの端面と軌道輪に形成した鍔との間の摩擦が大きくなり、これら端面と鍔との接触部での異常摩耗や焼き付きが発生し易くなる原因となる。   On the other hand, when a general cylindrical roller bearing is used for the rotation support device for the spindle of the machine tool, the moment generated by the dynamic unbalance of each cylindrical roller, and each of these cylinders accompanying the revolving motion of each of these cylindrical rollers. When the posture of each of these cylindrical rollers changes due to the moment generated with the fluctuation of the skew angle of the rollers, the rotation and revolution of these cylindrical rollers become unstable. As a result, the friction between the end surfaces of these cylindrical rollers and the flanges formed on the races increases, which causes abnormal wear and seizure at the contact portions between these end surfaces and the flanges. .

この様な事情から、特許文献2に開示されている様に、各円筒ころのジャイロモーメントSを、これら各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するモーメントUと、これら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントCとの和以上(S≧U+C)とすると共に、これら各モーメントS、U、Cに基づいて上記各円筒ころの端面と鍔の内側面との摺接点で各円筒ころの端面と各鍔の内側面とを互いに押し付け合う方向に作用する力Qと、この摺接点での滑り速度Vとの積Q・Vを、588N・m/s (=60kgf ・m/s )以下とする円筒ころ軸受が考えられ、実際に一部で、高速回転する工作機械の主軸用回転支持装置に使用されている。この様な特許文献2に開示された円筒ころ軸受を使用した工作機械の主軸用回転支持装置によれば、円筒ころの軸方向端面と鍔の内側面とでの異常摩耗及び焼き付きの発生防止を図れる。
又、特許文献3には、工作機械の主軸用回転支持装置に円筒ころ軸受を使用すると共に、各円筒ころを保持する保持器を外輪案内とし、この保持器を構成する1対の環状部の径方向長さと、これら各環状部の軸方向長さと、複数の円筒ころのP.C.D.とにより定義される所定の係数(保持器動案内隙間係数)AIの大きさを規制した発明が開示されている。この様な特許文献3に開示された発明は、工作機械の主軸の高速回転時に、内、外輪の温度差増大等により、軸受の内部隙間が負になり、ころ荷重が増大する事による問題等を解消す事を目的としている。そして上記特許文献3に開示された発明によれば、上述の様に保持器の構造及び寸法を規制する事により、上記円筒ころ軸受の潤滑性の向上と、保持器の変形及び破損の抑制とを図り、高速回転する主軸を支持できる。但し、この様な特許文献3に開示された発明の場合、従来から一般的に使用されている円筒ころ軸受の場合と同様に、多くの円筒ころを多く組み込んでいる為、円筒ころ軸受に多くの繰り返し応力が加わる。この為、この円筒ころ軸受を予圧を負荷した状態で運転した場合での、寿命の延長を図る事に対して未だ改良の余地がある。即ち、上記円筒ころ軸受をラジアル隙間が負となる様に予圧を負荷した状態で運転する場合には、この負のラジアル隙間の絶対値が大きくなる程、寿命が短くなり易い。
尚、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献1〜3の他に特許文献4、5がある。
Under such circumstances, as disclosed in Patent Document 2, the gyro moment S of each cylindrical roller is determined by the moment U generated by the dynamic unbalance of each cylindrical roller and the skew angle of each cylindrical roller. Each cylinder has a sliding contact point between the end face of each cylindrical roller and the inner side surface of the flange, based on each moment S, U, and C. The product Q · V of the force Q acting in the direction in which the end face of the roller and the inner surface of each flange are pressed against each other and the sliding speed V at this sliding contact is 588 N · m / s (= 60 kgf · m / s) ) The following cylindrical roller bearings are conceivable, and some of them are actually used in a rotation support device for a spindle of a machine tool that rotates at high speed. According to such a rotation support device for a spindle of a machine tool using the cylindrical roller bearing disclosed in Patent Document 2, it is possible to prevent abnormal wear and seizure from occurring on the axial end surface of the cylindrical roller and the inner surface of the flange. I can plan.
Further, in Patent Document 3, a cylindrical roller bearing is used for a rotation support device for a spindle of a machine tool, and a cage for holding each cylindrical roller is used as an outer ring guide, and a pair of annular portions constituting the cage is provided. An invention is disclosed in which the size of a predetermined coefficient (cage movement guide clearance coefficient) AI defined by the radial length, the axial length of each annular portion, and the PCD of a plurality of cylindrical rollers is regulated. . The invention disclosed in Patent Document 3 as described above is a problem caused by an increase in roller load due to a negative internal clearance of the bearing due to an increase in temperature difference between the inner and outer rings during high-speed rotation of the spindle of the machine tool. The purpose is to eliminate. According to the invention disclosed in Patent Document 3, by restricting the structure and dimensions of the cage as described above, it is possible to improve the lubricity of the cylindrical roller bearing and to suppress the deformation and breakage of the cage. To support the main shaft rotating at high speed. However, in the case of the invention disclosed in Patent Document 3 as described above, many cylindrical rollers are incorporated in the same manner as in the case of cylindrical roller bearings that have been generally used in the past. Repeated stress is applied. For this reason, there is still room for improvement with respect to extending the life when the cylindrical roller bearing is operated with a preload applied. That is, when the cylindrical roller bearing is operated with a preload applied so that the radial gap is negative, the life tends to be shortened as the absolute value of the negative radial gap increases.
As prior art documents related to the present invention, there are Patent Documents 4 and 5 in addition to Patent Documents 1 to 3.

特開2001−193744号公報JP 2001-193744 A 特許第3289711号公報Japanese Patent No. 3289711 特開2004−3577号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-3577 実用新案登録第2587897号公報Utility Model Registration No. 2587897 特開平11−6526号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-6526

本発明の工作機械の主軸用回転支持装置は、上述の様な事情に鑑みて、基端側転がり軸受として円筒ころ軸受を使用する構造で、高速回転が可能で、この基端側転がり軸受のスキッディング損傷を発生しにくくでき、しかも潤滑油過多の状態になる事を防止でき、予圧が付与された状態で使用した場合も寿命を延長できる、低コストで高い信頼性及び耐久性を有する構造を実現すべく発明したものである。   The rotation support device for a spindle of a machine tool according to the present invention has a structure that uses a cylindrical roller bearing as a base end side rolling bearing in view of the above-described circumstances, and can rotate at high speed. Low-cost, high-reliability and durability structure that can prevent skidding damage and can prevent excessive lubrication, and can extend the service life even when used with preload applied. Invented to realize the above.

本発明の工作機械の主軸用回転支持装置は、前述した従来の工作機械の主軸用回転支持装置と同様に、その軸心を中心として回転する主軸と、この主軸の先端部外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の軸方向変位を防止し且つこの主軸の先端部に加わるラジアル荷重を支承する先端側転がり軸受ユニットと、この主軸の基端側外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸の軸方向変位を許容する基端側転がり軸受とを備える。
特に、本発明の工作機械の主軸用回転支持装置に於いては、この基端側転がり軸受は円筒ころ軸受である。そして、この基端側転がり軸受は、外輪の内周面と内輪の外周面との間に回転自在に設けられ、円周方向に亙って複数のポケットを有する保持器と、この保持器のポケット内に保持された状態で、上記外輪の内周面に設けられた外輪軌道と上記内輪の外周面に設けられた内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円筒ころとを備える。そして、上記ポケットの数をこれら円筒ころの数の2倍である偶数とし、これら各ポケットのうちの一部のポケットにのみ円筒ころを転動自在に保持すると共に、残りのポケット内には部材を設けずに空の状態のままとして、これら残りのポケットが上記保持器の内周面と外周面とを連通させる状態としたものである。
The rotation support device for a spindle of a machine tool according to the present invention is similar to the rotation support device for a spindle of a conventional machine tool described above, and is fixed to a spindle that rotates around its axis, and an outer peripheral surface of a tip portion of the spindle. A distal-end side rolling bearing unit provided between the inner peripheral surface of the housing and preventing the axial displacement of the main shaft and supporting a radial load applied to the distal end portion of the main shaft; and a proximal-end outer peripheral surface of the main shaft; A base-side rolling bearing is provided between the inner peripheral surface of the fixed housing and supports a radial load applied to the base end portion of the main shaft but allows axial displacement of the main shaft.
In particular, in the rotation support device for a main spindle of a machine tool according to the present invention, the base end side rolling bearing is a cylindrical roller bearing. And this base end side rolling bearing is rotatably provided between the inner peripheral surface of the outer ring and the outer peripheral surface of the inner ring, and a cage having a plurality of pockets in the circumferential direction, A plurality of cylindrical rollers rotatably provided between an outer ring raceway provided on the inner peripheral surface of the outer ring and an inner ring raceway provided on the outer peripheral surface of the inner ring while being held in a pocket. Prepare. The number of pockets is an even number that is twice the number of these cylindrical rollers, and the cylindrical rollers are rotatably held only in some of these pockets, and the remaining pockets have members. The remaining pockets are in a state where the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the retainer are communicated with each other, leaving an empty state without providing any.

上述の様に構成する本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、次の(1)〜(5)の様な作用・効果を奏する事ができる。
(1) 軽負荷状態で高速回転する基端側転がり軸受にスキッディング損傷を発生しにくくでき、しかも、内部に供給された潤滑油の排油性を高くでき、発熱を低く抑えて、焼き付きを発生しにくくできる。
即ち、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受の円筒ころの数を、ポケットの数の1/2とし、空のままのポケットを設定した事に伴い、慣性質量の減少、転がり抵抗の減少等に起因して、回転抵抗力が減少し、更に1個の円筒ころに加わる荷重が増大する。この結果、各円筒ころが十分に転動する事なく滑りながら内輪の周囲を回る、所謂公転滑りを生じにくくでき、スキッディング損傷を発生しにくくできる。又、空のままのポケットを設定した事に伴い、内部に供給された潤滑油が、これら空のポケットを通じて流通する。又、基端側転がり軸受の円周方向に関して隣り合う円筒ころ同士の間隔を広げる事ができる。従って、上記潤滑油を外部に排出し易くでき、潤滑油過多の状態をなくす事ができる。又、円筒ころの数が減少する事で、基端側転がり軸受の内部での発熱量が減少する。この結果、負のラジアル隙間に対する許容焼き付き限界が上昇し、多少の負のラジアル隙間で基端側転がり軸受を運転しても、焼き付きを生じにくくできる。
(2) 総てのポケットに円筒ころを保持した場合に比べて、円筒ころの数が少ない分だけ繰り返し応力の数が減少し、負のラジアル隙間で予圧を負荷した状態で運転した場合でも寿命が伸びる。
(3) 主軸の伸縮に伴うこの主軸の基端側の軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
即ち、上記軸方向変位の際に互いに摺動する、複数の円筒ころの転動面と外輪軌道及び内輪軌道は、平滑に仕上げられており、しかも十分に潤滑されている。従って、上記軸方向変位に対する抵抗は極く小さく、この軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
(4) 上記基端側転がり軸受を設ける為に、スリーブやばね、更にはボールスプライン等を必要としないので、構造を簡略化してコスト低減を図れる。
(5) 上記基端側転がり軸受にばねによる予圧を付与するものではない為、上記主軸の回転速度変動に拘らず、この主軸の微小振動と上記基端側転がり軸受とが共振する事がなく、ビビリ音等の有害な振動や騒音の発生を防止できる。
この結果、本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、作業能率を高めるべく主軸の回転速度を高めた場合にも、安価な構造で、この主軸の回転支持部の信頼性及び耐久性を十分に確保できる。
According to the rotation support device for a spindle of a machine tool of the present invention configured as described above, the following operations and effects (1) to (5) can be achieved.
(1) It is possible to prevent the occurrence of skidding damage to the base end side rolling bearing that rotates at high speed under light load, and to improve the oil drainage of the lubricating oil supplied to the inside, to suppress heat generation and to cause seizure. Can be difficult.
That is, the number of cylindrical rollers of the cylindrical roller bearing that is the base end side rolling bearing is set to 1/2 of the number of pockets, and with the setting of empty pockets, the inertia mass decreases, the rolling resistance decreases, etc. As a result, the rotational resistance decreases, and the load applied to one cylindrical roller increases. As a result, the so-called revolving slip, in which each cylindrical roller slides around the inner ring while sliding without sufficiently rolling, is less likely to occur, and skidding damage is less likely to occur. In addition, as the empty pockets are set, the lubricating oil supplied to the inside circulates through these empty pockets. Moreover, the space | interval of adjacent cylindrical rollers can be expanded regarding the circumferential direction of a base end side rolling bearing. Therefore, the lubricating oil can be easily discharged to the outside, and the state of excessive lubricating oil can be eliminated. In addition, since the number of cylindrical rollers is reduced, the amount of heat generated inside the proximal end side rolling bearing is reduced. As a result, the allowable seizure limit with respect to the negative radial gap increases, and seizure can be hardly caused even if the proximal-side rolling bearing is operated with some negative radial gap.
(2) Compared to the case where cylindrical rollers are held in all pockets, the number of repeated stresses is reduced by the smaller number of cylindrical rollers, and the service life even when operating with a negative radial gap and preload applied. Will grow.
(3) The axial displacement of the base end side of the main shaft accompanying the expansion and contraction of the main shaft can be smoothly performed, so that sticking can be hardly generated.
That is, the rolling surfaces of the plurality of cylindrical rollers, the outer ring raceway, and the inner ring raceway that slide with each other during the axial displacement are finished to be smooth and sufficiently lubricated. Therefore, the resistance to the axial displacement is extremely small, and the axial displacement can be smoothly performed to prevent the stick from being generated.
(4) Since the base end side rolling bearing is provided, a sleeve, a spring, and a ball spline are not required, so that the structure can be simplified and the cost can be reduced.
(5) Since no preload is applied to the base end side rolling bearing by a spring, minute vibrations of the main shaft and the base end side rolling bearing do not resonate regardless of fluctuations in the rotational speed of the main shaft. In addition, harmful vibrations such as chatter noise and noise can be prevented.
As a result, according to the rotation support device for a spindle of a machine tool of the present invention, even when the rotation speed of the spindle is increased in order to increase the work efficiency, the reliability and durability of the rotation support portion of the spindle are reduced with an inexpensive structure. Enough to secure.

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項2に記載した様に、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころを、セラミックス製とする。
この好ましい構成によれば、基端側転がり軸受でのスキッディング損傷をより生じにくくできる。しかも、円筒ころの数を、保持器を構成するポケットの数の1/2としている為、高価なセラミックス製の円筒ころを使用するのにも拘らず、コストの上昇を低く抑える事ができる。
When implementing this invention, Preferably, as described in Claim 2, each cylindrical roller which comprises the cylindrical roller bearing which is a base end side rolling bearing shall be made from ceramics.
According to this preferable configuration, it is possible to make it less likely to cause skid damage in the base end side rolling bearing. Moreover, since the number of cylindrical rollers is ½ of the number of pockets constituting the cage, an increase in cost can be kept low despite the use of expensive ceramic cylindrical rollers.

又、より好ましくは、請求項3に記載した様に、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころの転動面の直径をDとし、これら各円筒ころの軸方向長さをLとした場合に、これら各円筒ころを0.5≦L/D<1を満たす短寸ころとする。
このより好ましい構成によれば、円筒ころの軸方向端面と、軌道輪に形成した鍔の内側面とでの異常摩耗及び焼き付きを発生しにくくできる。又、基端側転がり軸受の製造作業を容易に行なえると共に、負荷容量を十分に確保できる。
More preferably, as described in claim 3, the diameter of the rolling surface of each cylindrical roller constituting the cylindrical roller bearing which is the base end side rolling bearing is D, and the axial length of each cylindrical roller is defined as D. When L is L, these cylindrical rollers are short rollers that satisfy 0.5 ≦ L / D <1.
According to this more preferable configuration, it is possible to prevent abnormal wear and seizure from occurring on the axial end surface of the cylindrical roller and the inner surface of the flange formed on the race. Further, the manufacturing work of the base end side rolling bearing can be easily performed, and a sufficient load capacity can be secured.

図1〜3は、本発明の実施例を示している。主軸1の先端部(図1の左端部)を、1対のアンギュラ型(或は深溝型)の玉軸受2、2を背面組み合わせして成る先端側転がり軸受ユニット3により、固定のハウジング4に対し支持している。上記各玉軸受2、2を構成する内輪は上記主軸1の先端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング4の内周面に隙間嵌めにより内嵌固定すると共に、このハウジング4の内周面に設けた段部22とこのハウジング4に内嵌固定した押え蓋23とにより軸方向の変位を阻止している。従って上記先端側転がり軸受ユニット3は上記主軸1の先端部を、軸方向変位を防止し且つこの主軸1の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持している。   1 to 3 show an embodiment of the present invention. The tip end portion (left end portion in FIG. 1) of the main shaft 1 is fixed to a fixed housing 4 by a tip side rolling bearing unit 3 formed by combining a pair of angular type (or deep groove type) ball bearings 2 and 2 on the back side. I support it. The inner rings constituting each of the ball bearings 2 and 2 are externally fitted and fixed to the outer peripheral surface of the tip end portion of the main shaft 1 by an interference fit. Similarly, the outer rings are fixed and fitted to the inner peripheral surface of the housing 4 by a clearance fit. The axial displacement is prevented by the step portion 22 provided on the inner peripheral surface of the housing 4 and the presser lid 23 fitted and fixed to the housing 4. Accordingly, the tip side rolling bearing unit 3 supports the tip end portion of the main shaft 1 so as to prevent axial displacement and to support a radial load applied to the tip end portion of the main shaft 1 so as to be supported.

これに対して、この主軸1の基端側(図1の右端側)は、図2〜3に詳示する様な基端側転がり軸受6bにより、固定のハウジング4aに対し支持している。このハウジング4aは、上記ハウジング4と一体でも別体でも良い。本発明の工作機械の主軸用回転支持装置の場合には、上記基端側転がり軸受6bは、その外周面に円筒形の内輪軌道12を有する内輪13と、その内周面に円筒形の外輪軌道14を有する外輪15と、上記内輪軌道12と外輪軌道14との間に転動自在に設けた複数の円筒ころ16、16とを備えた、円筒ころ軸受である。本実施例の場合、これら各円筒ころ16、16は、セラミックス製である。この様な基端側転がり軸受6bの構成要素のうち、内輪13の外周面両端部で上記内輪軌道12を軸方向両側から挟む位置には鍔17、17を形成している。上記各円筒ころ16、16は、これら両鍔17、17同士の間に配置して、これら各円筒ころ16、16が上記内輪13に対し軸方向に変位するのを防止している。これに対して、上記外輪15の内周面には鍔を形成せず、この外輪15に対する上記各円筒ころ16、16の軸方向変位を自在としている。従って、上記内輪13と上記外輪15との軸方向変位は自在である。   On the other hand, the base end side (the right end side in FIG. 1) of the main shaft 1 is supported with respect to the fixed housing 4a by a base end side rolling bearing 6b as detailed in FIGS. The housing 4a may be integral with or separate from the housing 4. In the case of the rotation support device for a main spindle of a machine tool according to the present invention, the base-side rolling bearing 6b includes an inner ring 13 having a cylindrical inner ring raceway 12 on its outer peripheral surface and a cylindrical outer ring on its inner peripheral surface. A cylindrical roller bearing including an outer ring 15 having a raceway 14 and a plurality of cylindrical rollers 16 and 16 provided between the inner ring raceway 12 and the outer ring raceway 14 so as to roll freely. In the case of the present embodiment, these cylindrical rollers 16 and 16 are made of ceramics. Among the components of such a base side rolling bearing 6b, flanges 17 and 17 are formed at positions where the inner ring raceway 12 is sandwiched from both sides in the axial direction at both ends of the outer peripheral surface of the inner ring 13. The cylindrical rollers 16 and 16 are disposed between the flanges 17 and 17 to prevent the cylindrical rollers 16 and 16 from being displaced in the axial direction with respect to the inner ring 13. On the other hand, no flange is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 15, and the cylindrical rollers 16, 16 can be displaced in the axial direction with respect to the outer ring 15. Therefore, the axial displacement of the inner ring 13 and the outer ring 15 is free.

又、上記基端側転がり軸受6bは、上記外輪15の内周面と上記内輪13の外周面との間に保持器19(図2、3に記載し、図1では省略する。)を、回転自在に設けている。この保持器19は、円周方向等間隔位置の複数個所(図示の例では12個所)にポケット18a、18bを有する。そして、この保持器19のポケット18a、18bの一部にのみ、上記円筒ころ16、16を保持している。   Further, the base-side rolling bearing 6b includes a cage 19 (shown in FIGS. 2 and 3 and omitted in FIG. 1) between the inner peripheral surface of the outer ring 15 and the outer peripheral surface of the inner ring 13. It is provided so that it can rotate freely. The retainer 19 has pockets 18a and 18b at a plurality of locations (12 locations in the illustrated example) at equally spaced positions in the circumferential direction. The cylindrical rollers 16 and 16 are held only in a part of the pockets 18a and 18b of the cage 19.

即ち、本発明の場合には、上記円筒ころ16、16を、上記ポケット18a、18bの数の1/2個(図示の例の場合は6個)だけ設けている。言い換えれば、上記保持器19には、これら円筒ころ16、16の数の2倍である偶数個(図示の例の場合は12個)のポケット18a、18bを設けている。そして、これら各ポケット18a、18bの総てに、上記円筒ころ16、16を保持するのではなく、1つ置きのポケット18a、18aにのみ、それぞれ円筒ころ16、16を保持している。即ち、円筒ころ16、16を保持したポケット18a、18aと、円筒ころ16、16を保持していないポケット18b、18bとを、上記保持器19の円周方向に関して交互に配置している。   That is, in the case of the present invention, the cylindrical rollers 16, 16 are provided by a half of the number of the pockets 18a, 18b (six in the illustrated example). In other words, the retainer 19 is provided with an even number of pockets 18a and 18b (12 in the illustrated example) that is twice the number of the cylindrical rollers 16 and 16. The cylindrical rollers 16 and 16 are not held in all the pockets 18a and 18b, but the cylindrical rollers 16 and 16 are held only in every other pocket 18a and 18a. That is, the pockets 18 a and 18 a holding the cylindrical rollers 16 and 16 and the pockets 18 b and 18 b not holding the cylindrical rollers 16 and 16 are alternately arranged in the circumferential direction of the cage 19.

又、本実施例の場合には、上記各円筒ころ16、16の転動面の直径(外径)をDとし、これら各円筒ころ16、16の軸方向長さをLとした場合(D、Lに関しては図7参照)に、これら各円筒ころ16、16を、0.5≦L/D<1を満たす、短寸ころとしている。例えば、これら各円筒ころ16、16の寸法を、L/D≒0.56を満たす様に規制する。   In the case of the present embodiment, the diameter (outer diameter) of the rolling surface of each of the cylindrical rollers 16, 16 is D, and the axial length of each of the cylindrical rollers 16, 16 is L (D , L refer to FIG. 7), and the cylindrical rollers 16 and 16 are short rollers that satisfy 0.5 ≦ L / D <1. For example, the dimensions of the cylindrical rollers 16 and 16 are regulated so as to satisfy L / D≈0.56.

上述の様な基端側転がり軸受6bのうち、上記内輪13は前記主軸1の基端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪15は上記ハウジング4aの内周面に締り嵌めにより内嵌固定している。従って上記基端側転がり軸受6bは上記主軸1の基端部を、この基端部に加わるラジアル荷重を支承するが、上記内輪13と外輪15との軸方向変位に基づき、この主軸1の軸方向変位を許容自在に支持している。   Of the base end side rolling bearing 6b as described above, the inner ring 13 is externally fixed to the outer peripheral surface of the base end portion of the main shaft 1 by an interference fit, and the outer ring 15 is also tightened to the inner peripheral surface of the housing 4a. The inner fitting is fixed by fitting. Therefore, the base-side rolling bearing 6b supports the base end portion of the main shaft 1 with a radial load applied to the base end portion, but the shaft of the main shaft 1 is based on the axial displacement of the inner ring 13 and the outer ring 15. Supports directional displacements freely.

更に、図示の例では、上記主軸1の中間部で上記先端側転がり軸受ユニット3と上記基端側転がり軸受6bとの間にロータ9を固定し、このロータ9の外周面と、ハウジング等の固定部分に支持したステータ10の内周面とを対向させて、電動モータ11を構成している。工作機械の運転時には、上記ステータ10に通電して、上記主軸1を高速で回転させる。   Further, in the illustrated example, a rotor 9 is fixed between the distal end side rolling bearing unit 3 and the proximal end side rolling bearing 6b at an intermediate portion of the main shaft 1, and an outer peripheral surface of the rotor 9 and a housing, etc. The electric motor 11 is configured to face the inner peripheral surface of the stator 10 supported by the fixed portion. During operation of the machine tool, the stator 10 is energized to rotate the main shaft 1 at a high speed.

上述の様に構成する本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、次の(1)〜(5)の様な作用・効果を奏する事ができる。
(1) 軽負荷状態で高速回転する基端側転がり軸受6bにスキッディング損傷を発生しにくくでき、しかも、内部に供給された潤滑油の排油性を高くでき、発熱を低く抑えて、焼き付きを発生しにくくできる。
即ち、基端側転がり軸受6bである円筒ころ軸受の円筒ころ16、16の数を、ポケット18a、18bの数の1/2とし、空のままのポケット18b、18bを設定した事に伴い、慣性質量の減少、転がり抵抗の減少等に起因して、回転抵抗力が減少し、更に1個の円筒ころ16に加わる荷重が増大する。この結果、各円筒ころ16、16が十分に転動する事なく滑りながら内輪12の周囲を回る、所謂公転滑りを生じにくくでき、スキッディング損傷を発生しにくくできる。又、空のままのポケット18b、18bを設定した事に伴い、内部に供給された潤滑油が、これら空のポケット18b、18bを通じて流通する。又、基端側転がり軸受6bの円周方向に関して隣り合う円筒ころ16、16同士の間隔を広げる事ができる。従って、上記潤滑油を外部に排出し易くでき、潤滑油過多の状態をなくす事ができる。又、円筒ころ16、16の数が減少する事で、基端側転がり軸受6bの内部での発熱量が減少する。この結果、負のラジアル隙間に対する許容焼き付き限界が上昇し、多少の負のラジアル隙間で基端側転がり軸受6bを運転しても、焼き付きを生じにくくできる。
According to the rotation support device for a spindle of a machine tool of the present invention configured as described above, the following operations and effects (1) to (5) can be achieved.
(1) The base-end side rolling bearing 6b that rotates at a high speed in a light load state is less likely to cause skid damage, and the oil drainage of the lubricating oil supplied to the inside can be increased, heat generation can be reduced, and seizure can be prevented. Can be difficult to generate.
That is, the number of cylindrical rollers 16 and 16 of the cylindrical roller bearing which is the base end side rolling bearing 6b is ½ of the number of pockets 18a and 18b, and the empty pockets 18b and 18b are set. Due to a decrease in inertial mass, a decrease in rolling resistance, and the like, the rotational resistance decreases, and the load applied to one cylindrical roller 16 increases. As a result, it is possible to prevent the so-called revolving slip, in which the cylindrical rollers 16 and 16 rotate around the inner ring 12 while sliding without sufficiently rolling, and to prevent skid damage. Further, as the empty pockets 18b and 18b are set, the lubricating oil supplied to the inside flows through these empty pockets 18b and 18b. Moreover, the space | interval of adjacent cylindrical rollers 16 and 16 can be expanded regarding the circumferential direction of the base end side rolling bearing 6b. Therefore, the lubricating oil can be easily discharged to the outside, and the state of excessive lubricating oil can be eliminated. Further, since the number of cylindrical rollers 16, 16 is reduced, the amount of heat generated inside the proximal end side rolling bearing 6b is reduced. As a result, the allowable seizure limit with respect to the negative radial gap increases, and seizure can hardly occur even if the proximal-side rolling bearing 6b is operated with some negative radial gap.

(2) 総てのポケット18a、18bに円筒ころ16、16を保持した場合に比べて、円筒ころ16、16の数が少ない分だけ繰り返し応力の数が減少し、負のラジアル隙間で予圧を負荷した状態で運転した場合でも寿命が伸びる。
(3) 主軸1の伸縮に伴うこの主軸1の基端側の軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
即ち、上記軸方向変位の際に互いに摺動する、複数の円筒ころ16、16の転動面と外輪軌道14及び内輪軌道12は、平滑に仕上げられており、しかも十分に潤滑されている。従って、上記軸方向変位に対する抵抗は極く小さく、この軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
(4) 上記基端側転がり軸受6bを設ける為に、前述の図17に示した従来構造の第2例の様に、スリーブ7やばね8、更にはボールスプライン等を必要としないので、構造を簡略化してコスト低減を図れる。
(5) 上記基端側転がり軸受6bにばねによる予圧を付与するものではない為、上記主軸1の回転速度変動に拘らず、この主軸1の微小振動と上記基端側転がり軸受6bとが共振する事がなく、ビビリ音等の有害な振動や騒音の発生を防止できる。
(2) Compared to the case where the cylindrical rollers 16 and 16 are held in all the pockets 18a and 18b, the number of repeated stresses is reduced by the smaller number of the cylindrical rollers 16 and 16, and preload is applied with a negative radial gap. Life is extended even when operated under load.
(3) The axial displacement of the base end side of the main shaft 1 accompanying the expansion and contraction of the main shaft 1 can be smoothly performed, so that sticks can be hardly generated.
That is, the rolling surfaces of the plurality of cylindrical rollers 16, 16 that slide on each other during the axial displacement, the outer ring raceway 14, and the inner ring raceway 12 are finished smoothly and are sufficiently lubricated. Therefore, the resistance to the axial displacement is extremely small, and the axial displacement can be smoothly performed to prevent the stick from being generated.
(4) Since the base end side rolling bearing 6b is provided, the sleeve 7, the spring 8, and the ball spline are not required as in the second example of the conventional structure shown in FIG. Can be simplified to reduce the cost.
(5) Since no preload is applied to the base end side rolling bearing 6b by a spring, the minute vibration of the main shaft 1 and the base end side rolling bearing 6b resonate regardless of the rotational speed fluctuation of the main shaft 1. It is possible to prevent generation of harmful vibration such as chatter noise and noise.

この結果、本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、作業能率を高めるべく主軸1の回転速度を高めた場合にも、安価な構造で、この主軸1の回転支持部の信頼性及び耐久性を十分に確保できる。   As a result, according to the rotation support device for a main spindle of a machine tool of the present invention, even when the rotation speed of the main spindle 1 is increased in order to increase the work efficiency, the reliability of the rotation support portion of the main spindle 1 is low. And sufficient durability can be secured.

又、本実施例の場合には、基端側転がり軸受6bである円筒ころ軸受を構成する各円筒ころ16、16を、セラミックス製としている。この為、この基端側転がり軸受6bでのスキッディング損傷をより生じにくくできる。しかも、円筒ころ16、16の数を、保持器19を構成する複数のポケット18a、18bの数の1/2としている為、高価なセラミックス製の円筒ころ16、16を使用するのにも拘らず、コストの上昇を低く抑える事ができる。   In the case of the present embodiment, the cylindrical rollers 16 and 16 constituting the cylindrical roller bearing which is the base end side rolling bearing 6b are made of ceramics. For this reason, it is possible to make it difficult to cause skid damage in the base end side rolling bearing 6b. Moreover, since the number of the cylindrical rollers 16 and 16 is ½ of the number of the plurality of pockets 18a and 18b constituting the retainer 19, the use of the expensive ceramic cylindrical rollers 16 and 16 is involved. Therefore, the cost increase can be kept low.

更に、本実施例の場合には、基端側転がり軸受6bである円筒ころ軸受を構成する各円筒ころ16、16の転動面の直径をDとし、これら各円筒ころ16、16の軸方向長さをLとした場合に、これら各円筒ころ16、16を、0.5≦L/D<1を満たす短寸ころとしている。この為、これら各円筒ころ16、16の軸方向端面と、内輪軌道12の両端部外周面に形成した鍔17、17の内側面とでの異常摩耗及び焼き付きを発生しにくくできる。次に、この理由に就いて説明する。   Furthermore, in the case of the present embodiment, the diameter of the rolling surface of each cylindrical roller 16, 16 constituting the cylindrical roller bearing which is the base end side rolling bearing 6b is D, and the axial direction of each cylindrical roller 16, 16 is D. When the length is L, the cylindrical rollers 16 and 16 are short rollers that satisfy 0.5 ≦ L / D <1. For this reason, it is possible to prevent abnormal wear and seizure from occurring between the axial end surfaces of the cylindrical rollers 16 and 16 and the inner surfaces of the flanges 17 and 17 formed on the outer peripheral surfaces of both ends of the inner ring raceway 12. Next, this reason will be described.

一般的な円筒ころ軸受の使用時には、各円筒ころの中心軸と内輪及び外輪の中心軸とが非平行になった状態のまま各円筒ころが回転する、所謂スキューが発生する事が避けられない。この様なスキューが発生した場合には、上記各円筒ころの両端面外周縁部と、内輪の外周面又は外輪の内周面に形成した鍔の内側面とが摺接する為、何らかの対策を施さない限り、潤滑不良等の悪条件下では、上記各円筒ころの両端部及び上記各鍔に著しい摩耗(異常摩耗)を生じる場合がある。   When a general cylindrical roller bearing is used, it is inevitable that a so-called skew occurs in which each cylindrical roller rotates while the central axis of each cylindrical roller is not parallel to the central axis of the inner ring and outer ring. . When such a skew occurs, some measures are taken because the outer peripheral edge of each cylindrical roller and the inner peripheral surface of the inner ring or the inner peripheral surface of the outer ring are in sliding contact with each other. Unless otherwise, under severe conditions such as poor lubrication, significant wear (abnormal wear) may occur at both ends of the cylindrical rollers and the ridges.

特に、ピッチ円直径dm (mm)と回転数n(min-1 )との積である、dm ・nが150万を越える様な条件で使用される、高速円筒ころ軸受の場合には、異常摩耗や焼き付き等の問題が発生し易くなる為、円筒ころ軸受の高速化の障害になっている。とりわけ、工作機械では、高性能化を図る為、円筒ころ軸受により支持する主軸の回転速度を高くする要望があり、この様な高速化に合わせて、回転抵抗低減の為、この円筒ころ軸受に供給する潤滑剤の量をより少なくする事が望まれている。この様な理由から、上記工作機械の分野で、上記問題が発生し易い。 In particular, the product of the pitch circle diameter d m (mm) and the rotational speed n (min -1), d m · n is used in such conditions over 1.5 million, in the case of high-speed cylindrical roller bearings Since problems such as abnormal wear and seizure are likely to occur, this is an obstacle to increasing the speed of cylindrical roller bearings. In particular, in machine tools, there is a demand to increase the rotational speed of the spindle supported by cylindrical roller bearings in order to achieve higher performance. It is desired to reduce the amount of lubricant supplied. For these reasons, the above problems are likely to occur in the field of machine tools.

又、大きなラジアル荷重を支承する為の円筒ころ軸受は、全周に亙って一様に負荷を受ける状態で使用される事はない。言い換えれば、使用時に円筒ころ軸受は、その円周方向の一部がラジアル荷重を支承する負荷圏となり、直径方向反対側はラジアル荷重を受けない非負荷圏となる。従って円筒ころ軸受の運転時に各円筒ころは、公転運動に伴って、上記負荷圏と非負荷圏とを交互に通過する。そして、これら各円筒ころは、このうちの負荷圏に位置する間は、内輪軌道と外輪軌道との間で強く挟持されるので、姿勢(スキュー角)は殆ど変化せず、安定した状態のまま自転しつつ公転する。これに対して、上記非負荷圏に位置する上記各円筒ころは、上記内輪軌道と外輪軌道とによる拘束を受けず、比較的自由にその姿勢を変化させる。   Further, the cylindrical roller bearing for supporting a large radial load is not used in a state where the load is uniformly applied over the entire circumference. In other words, the cylindrical roller bearing in use is a load zone in which a part in the circumferential direction supports a radial load, and a non-load zone that does not receive a radial load on the opposite side in the diameter direction. Accordingly, during the operation of the cylindrical roller bearing, each cylindrical roller alternately passes through the load zone and the non-load zone along with the revolution movement. Since each of these cylindrical rollers is strongly held between the inner ring raceway and the outer ring raceway while being in the load zone, the posture (skew angle) hardly changes and remains in a stable state. Revolves while rotating. On the other hand, each of the cylindrical rollers located in the non-load zone is relatively free to change its posture without being restricted by the inner ring raceway and the outer ring raceway.

そして、上記非負荷圏に位置する間に上記各円筒ころの姿勢が、これら各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するモーメントや、これら各円筒ころの公転運動に伴うこれら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントにより変化すると、これら各円筒ころの自転運動及び公転運動が不安定になる。この結果、これら各円筒ころ16、16の端面と鍔との間の摩擦が大きくなり、前記異常摩耗や焼き付きが発生し易くなる。   The posture of each cylindrical roller while it is located in the non-load zone is the moment generated by the dynamic unbalance of each cylindrical roller, and the skew angle of each cylindrical roller accompanying the revolution motion of each cylindrical roller. If it changes due to the moment generated along with the fluctuation, the rotation and revolution of these cylindrical rollers become unstable. As a result, the friction between the end faces of these cylindrical rollers 16 and 16 and the heel increases, and the abnormal wear and seizure are likely to occur.

これに対して、本実施例の場合には、前述の様に、基端側転がり軸受6bである円筒ころ軸受を構成する各円筒ころ16、16の転動面の直径をDとし、これら各円筒ころ16、16の軸方向長さをLとした場合に、これら各円筒ころ16、16を、0.5≦L/D<1を満たす短寸ころとしている。この様に各円筒ころ16、16の寸法を規制した場合には、次の[1][2]の関係が満たされる事が分かっている。
[1] 各円筒ころ16、16に発生するジャイロモーメントSが、これら各円筒ころ16、16の動的不釣り合いにより発生するモーメントUと、これら各円筒ころ16、16のスキュー角の変動に伴って発生するモーメントCとの和以上(S≧U+C)となる。
[2] 上記各円筒ころ16、16がスキューして、これら各円筒ころ16、16の端面と、内輪軌道12の両側に設けられた1対の鍔17、17(外輪軌道の両側に1対の鍔を設ける場合にはこれら各鍔)の内側面とが摺接した状態で、上記各モーメントS、U、Cに基づいて摺接点でこれら各円筒ころ16、16の端面と上記各鍔17、17の内側面とを互いに押し付け合う方向に作用する力Qと、上記摺接点での滑り速度Vとの積Q・Vが、588N・m/s (=60kgf・m/s )以下となる。
On the other hand, in the case of the present embodiment, as described above, the diameter of the rolling surface of each of the cylindrical rollers 16 and 16 constituting the cylindrical roller bearing that is the base end side rolling bearing 6b is D, When the axial length of the cylindrical rollers 16 and 16 is L, these cylindrical rollers 16 and 16 are short rollers that satisfy 0.5 ≦ L / D <1. Thus, it is known that when the dimensions of the cylindrical rollers 16 and 16 are regulated, the following relations [1] and [2] are satisfied.
[1] The gyro moment S generated in each cylindrical roller 16, 16 is accompanied by the variation in the moment U generated by the dynamic unbalance of each cylindrical roller 16, 16 and the skew angle of each cylindrical roller 16, 16. Or more than the sum of the generated moment C (S ≧ U + C).
[2] The cylindrical rollers 16 and 16 are skewed, and a pair of flanges 17 and 17 (one pair on both sides of the outer ring raceway) provided on the end surfaces of the cylindrical rollers 16 and 16 and on both sides of the inner ring raceway 12. When the flanges are provided, the end surfaces of the cylindrical rollers 16 and 16 and the flanges 17 are slidably contacted with the inner surfaces of the respective flanges) based on the moments S, U and C. , 17, the product Q · V of the force Q acting in the direction in which the inner surfaces of the 17 and 17 are pressed against each other and the sliding velocity V at the sliding contact is 588 N · m / s (= 60 kgf · m / s) or less. .

上記各モーメントS、U、Cのうち、ジャイロモーメントSは、上記各円筒ころ16、16の自転軸X回りの慣性モーメントをIX (図5)とし、これら各円筒ころ16、16の中心点でこれら各円筒ころ16、16の自転軸Xに対し直交するZ軸回りの慣性モーメントをIZ (図5)とし、これら各円筒ころ16、16の公転角速度をωC とし、これら各円筒ころ16、16の自転角速度をωB とし、これら各円筒ころ16、16のスキュー角で、正の値(>0)をψ(図10参照)とし、これら各円筒ころ16、16が1回自転する間のスキュー角の変動を△ψとし、これら各円筒ころ16、16の動的不釣り合いにより発生する、これら各円筒ころ16、16の中心点でこれら各円筒ころ16、16の自転軸に対し直交する軸回りのモーメントをIU とした場合に、
S=IX ・ωC ・ωB ・ sinψ−(IX −IZ )・ωC 2・ sinψ・ cosψ −−−(1)
で表される。
又、上記各円筒ころ16、16の動的不釣り合いにより発生する、上記Z軸回りのモーメントの最大値Uは、
U=IU ・ωB 2 −−−(2)
で表される。
更に、上記各円筒ころ16、16がスキューする事によりこれら各円筒ころ16、16の端面と上記各鍔17、17の内側面とが摺接しつつこれら各円筒ころ16、16が自転する場合に、これら各円筒ころ16、16のスキュー角の変動に伴って発生するモーメントの最大値Cは、
C=IZ ・△ψ・ωB 2 −−−(3)
で表される。
Of the moments S, U, and C, the gyro moment S is the center point of the cylindrical rollers 16 and 16 with the inertia moment about the rotation axis X of the cylindrical rollers 16 and 16 being I X (FIG. 5). The inertia moment about the Z axis perpendicular to the rotation axis X of each cylindrical roller 16, 16 is I Z (FIG. 5), the revolution angular velocity of each cylindrical roller 16, 16 is ω C, and each cylindrical roller The rotation angular velocity of 16, 16 is ω B , the skew angle of each cylindrical roller 16, 16 is positive (> 0) is ψ (see FIG. 10), and each of these cylindrical rollers 16, 16 rotates once. The variation of the skew angle during this time is assumed to be Δψ, and the center point of each cylindrical roller 16, 16 generated by the dynamic imbalance of each cylindrical roller 16, 16 is set to the rotation axis of each cylindrical roller 16, 16. Maume around the axis orthogonal to The door in the case of the I U,
S = I X · ω C · ω B · sinψ- (I X -I Z ) · ω C 2 · sinψ · cosψ --- (1)
It is represented by
Further, the maximum value U of the moment about the Z-axis generated by the dynamic unbalance of the cylindrical rollers 16, 16 is
U = I U · ω B 2- (2)
It is represented by
Further, when the cylindrical rollers 16 are rotated, the end surfaces of the cylindrical rollers 16 and 16 are in sliding contact with the inner surfaces of the flanges 17 and 17 due to the skew of the cylindrical rollers 16 and 16. The maximum value C of the moment generated along with the fluctuation of the skew angle of each of these cylindrical rollers 16, 16 is
C = I Z · Δψ · ω B 2- (3)
It is represented by

そして、前記[1]の関係が満たされる事により、前記ジャイロモーメントSが、上記各円筒ころ16、16の姿勢を安定に保つ。又、前記[2]の関係が満たされる事により、このジャイロモーメントSが過度に大きくなる事を防止でき、上記各円筒ころ16、16の端面と各鍔17、17の内側面との摺接点での摩擦を抑えて、異常摩耗や焼き付きを発生しにくくできる。   When the relationship [1] is satisfied, the gyro moment S keeps the postures of the cylindrical rollers 16 and 16 stable. Further, when the relationship [2] is satisfied, the gyro moment S can be prevented from becoming excessively large, and the sliding contact between the end faces of the cylindrical rollers 16 and 16 and the inner faces of the flanges 17 and 17 can be prevented. By suppressing the friction, it is difficult to cause abnormal wear and seizure.

これらの点に就いて、以下に更に詳細に説明する。尚、以下の説明は、内輪13の外周面に鍔17、17を形成した場合に就いて述べる。外輪15の内周面に鍔を形成した場合でも同様である。先ず、ジャイロモーメントSを、上記モーメントの最大値Uと、上記モーメントの最大値Cとの和以上(S≧U+C)として、上記各円筒ころ16、16の姿勢を安定させる点に就いて説明する。尚、言い換えれば本実施例は、円筒ころ16、16がスキューする事により発生するジャイロモーメントSを、非負荷圏に位置する円筒ころ16、16の姿勢を安定させる為の制御因子として積極的に利用するものである。   These points will be described in more detail below. The following description will be made when the flanges 17 and 17 are formed on the outer peripheral surface of the inner ring 13. The same applies to the case where a collar is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 15. First, the gyro moment S is set to be equal to or greater than the sum of the maximum value U of the moment and the maximum value C of the moment (S ≧ U + C), so that the postures of the cylindrical rollers 16 and 16 are stabilized. . In other words, in this embodiment, the gyro moment S generated when the cylindrical rollers 16 and 16 are skewed is positively used as a control factor for stabilizing the posture of the cylindrical rollers 16 and 16 located in the non-load zone. It is what you use.

本実施例の工作機械の主軸用回転支持装置を構成する基端側転がり軸受6bの場合、内輪13の外周面両端部に形成した1対の鍔17、17同士の間隔は、円筒ころ16、16の軸方向に亙る長さ寸法よりも僅かに大きい。従って、これら各円筒ころ16、16の軸方向両端面と上記鍔17、17の内側面との間には若干の隙間が存在し、この隙間に基づいて、上記各円筒ころ16、16は、スキューした状態で、自転しつつ公転する。この様に上記各円筒ころ16、16が、スキューした状態で自転しつつ公転する結果、これら各円筒ころ16、16が図4に示す様な歳差運動をして、これら各円筒ころ16、16に、前記(1)式に示す様な大きさのジャイロモーメントSが作用する。
又、図4中、Hは、上記各円筒ころ16、16が歳差運動をしている場合の角運動量(ベクトル)を表している。又、ωC は、上述の様に、上記各円筒ころ16、16の公転角速度を表している。
In the case of the base end side rolling bearing 6b that constitutes the rotation support device for the main spindle of the machine tool of the present embodiment, the distance between the pair of flanges 17 and 17 formed at both ends of the outer peripheral surface of the inner ring 13 is the cylindrical roller 16, It is slightly larger than the length dimension over 16 axial directions. Therefore, there is a slight gap between the axial end surfaces of the cylindrical rollers 16 and 16 and the inner surfaces of the flanges 17 and 17, and the cylindrical rollers 16 and 16 are based on the gaps. In a skewed state, it revolves while rotating. As described above, the cylindrical rollers 16 and 16 revolve while rotating in a skewed state. As a result, the cylindrical rollers 16 and 16 precess as shown in FIG. 16, a gyro moment S having a magnitude as shown in the equation (1) acts.
In FIG. 4, H represents the angular momentum (vector) when the cylindrical rollers 16 and 16 are precessing. Ω C represents the revolution angular velocity of each of the cylindrical rollers 16 and 16 as described above.

一方、従来から知られていた円筒ころ軸受の通常の諸元では、この円筒ころ軸受を、外輪を静止させ、内輪を回転させる状態で使用する場合に、ωB /(ωC ・ cosψ)>1である。この為、外力(ジャイロモーメントS以外の力)を考慮しなければ、各円筒ころ16がスキューした場合にこのジャイロモーメントSは、これら各円筒ころ16がスキューしているのと同じ向きに、即ち、スキューを助長し、スキュー角ψを大きくしようとする向きに作用する。図6に、上記各円筒ころ16がスキューした場合に上記ジャイロモーメントSがスキュー角ψを大きくしようとする向きに作用する範囲{1−IZ /IX ≦ωB /(ωC ・ cosψ)}で、且つ、IZ /IX ≧0の範囲を、斜線で示した。上記図6は、横軸が上記各円筒ころ16、16の前記各慣性モーメントIX 、IZ の比IZ /IX であり、縦軸がωB /(ωC ・ cosψ)である。 On the other hand, in the conventional specification of a cylindrical roller bearing that has been conventionally known, when this cylindrical roller bearing is used in a state where the outer ring is stationary and the inner ring is rotated, ω B / (ω C · cos ψ)> 1. Therefore, if an external force (a force other than the gyro moment S) is not taken into account, when each cylindrical roller 16 is skewed, the gyro moment S is in the same direction as each cylindrical roller 16 is skewed, that is, This works in a direction to promote skew and increase the skew angle ψ. FIG. 6 shows a range in which the gyro moment S acts in a direction to increase the skew angle ψ when each cylindrical roller 16 is skewed {1-I Z / I X ≦ ω B / (ω C · cos ψ) } And the range of I Z / I X ≧ 0 is indicated by hatching. In FIG. 6, the horizontal axis is the ratio I Z / I X of the inertia moments I X and I Z of the cylindrical rollers 16 and 16, and the vertical axis is ω B / (ω C · cos ψ).

一方、上記各円筒ころ16には、前記Z軸回りに発生する動的不釣り合い(アンバランス)によるモーメントUV が、次の(4)式で表される大きさで、作用する。
V =U・cos (ωB t) −−−(4)
又、この(4)式中、上記モーメントUV の最大値であるUは、前記(2)式で表される。
又、前記モーメントIU は、次の(5)式で表される。
U =(M6 /2)・e・L −−−(5)
この(5)式中、M6 は上記各円筒ころ16の質量を、eは、図7に示す様に、これら各円筒ころ16の各重心が幾何学的中心からずれており、そのずれ成分をこれら各円筒ころ16の両端部に存在させたと仮定した状態での、これら各円筒ころ16の半径方向の偏心量を、Lは、これら各円筒ころ16の軸方向長さを、それぞれ表している。
On the other hand, a moment U V due to dynamic imbalance (unbalance) generated around the Z axis acts on each cylindrical roller 16 with a magnitude represented by the following equation (4).
U V = U · cos (ω B t) --- (4)
In the equation (4), U which is the maximum value of the moment U V is expressed by the equation (2).
The moment I U is expressed by the following equation (5).
I U = (M 6/2 ) · e · L --- (5)
In this equation (5), M 6 is the mass of each cylindrical roller 16, and e is the center of gravity of each cylindrical roller 16, as shown in FIG. Is the radial eccentricity of each cylindrical roller 16 in a state where it is assumed that the cylindrical roller 16 is present at both ends of each cylindrical roller 16, and L represents the axial length of each cylindrical roller 16, respectively. Yes.

更に、上記各円筒ころ16は、スキューする事でその軸方向両端面外周縁部が、前記各鍔17、17の内側面に押し付けられた状態のまま、自転しつつ公転する。この結果、上記各円筒ころ16には、これら各円筒ころ16や上記各鍔17、17の形状誤差等に基づき、スキュー角ψが変化する事に伴って発生するモーメントCV が、次の(6)式の様な大きさで作用する。
V =C・cos (ωB t+θ) −−−(6)
尚、この(4)式中、θは、上記モーメントUV に対する上記モーメントCV の位相差を表している。又、この(4)式中、上記モーメントCV の最大値であるCは、前記(3)式で表される。
Furthermore, each cylindrical roller 16 revolves while rotating while keeping the state where the outer peripheral edge portions of both axial end surfaces are pressed against the inner side surfaces of the flanges 17 and 17 by skewing. As a result, each cylindrical roller 16 has a moment C V generated as the skew angle ψ changes based on the shape errors of the cylindrical rollers 16 and the flanges 17 and 17, and the following ( 6) Acts in the size as shown in the equation.
C V = C · cos (ω B t + θ) −−− (6)
In the equation (4), θ represents the phase difference of the moment C V with respect to the moment U V. In the equation (4), C, which is the maximum value of the moment C V , is expressed by the equation (3).

今、上記各円筒ころ16の両端面外周縁部が上記各鍔17、17の内側面と接触した状態で自転しているものと仮定し、これら各円筒ころ16が上記各鍔17、17から受けるスキューモーメントをTとすれば、これら各円筒ころ16のスキュー角ψに関する以下の方程式が得られる。但し、前記内輪、外輪両軌道12、14から上記各円筒ころ16に作用するスキューモーメントは、小さいものとして無視する。
Z ・(d2ψ/dt2 )=S+UV −T −−−(7)
又、この(7)式の左辺は、
Z ・(d2ψ/dt2 )=IZ ・d2/dt2 {△ψ・cos (ωB t+θ)}
=IZ ・{−△ψ・ωB 2 ・cos (ωB t+θ)}
=−CV
であるから、上記(7)式は、次の(8)式の様に書き換えられる。
T=S+UV +CV −−− (8)
今、θ=0、即ち、UV とCV との位相が互いに一致した場合を考えると、上記(8)式は、
T=S+(U+C)・cos (ωB t) −−−(9)
となる。即ち、上記各円筒ころ16が上記各鍔17、17から受けるスキューモーメントTは、これら各円筒ころ16が1回自転する間に周期的に変動する。この様子を示したものが図8である。
Now, it is assumed that the outer peripheral edge portions of both end faces of the cylindrical rollers 16 are rotating in a state of being in contact with the inner side surfaces of the flanges 17 and 17, and the cylindrical rollers 16 are rotated from the flanges 17 and 17. If the received skew moment is T, the following equation regarding the skew angle ψ of each cylindrical roller 16 is obtained. However, the skew moment acting on each cylindrical roller 16 from both the inner ring and outer ring raceways 12 and 14 is ignored as being small.
I Z · (d 2 ψ / dt 2 ) = S + U V −T −−− (7)
Also, the left side of this equation (7) is
I Z · (d 2 ψ / dt 2 ) = I Z · d 2 / dt 2 {Δψ · cos (ω B t + θ)}
= I Z · {-Δψ · ω B 2 · cos (ω B t + θ)}
= -C V
Therefore, the above equation (7) can be rewritten as the following equation (8).
T = S + U V + C V −−− (8)
Now, considering that θ = 0, that is, the case where U V and C V are in phase with each other, the above equation (8) is
T = S + (U + C) .cos (ω B t) −−− (9)
It becomes. That is, the skew moment T received by the cylindrical rollers 16 from the flanges 17 and 17 periodically varies while the cylindrical rollers 16 rotate once. This is shown in FIG.

従って、上記各円筒ころ16が上記各鍔17、17から受けるスキューモーメントTが最大となるのは、これら各円筒ころ16が上記各鍔17、17の間で最もスキューした状態で、これら各円筒ころ16がこれら各鍔17、17から、それぞれスキュー角ψが小さくなる方向に押し戻される場合で、且つ、これら各円筒ころ16が上記各鍔17、17の間で最もスキューした状態で、これら各円筒ころ16のアンバランスによるスキューモーメントUV によって、これら各円筒ころ16が上記各鍔17、17に最も押し付けられる場合である。又、上記各円筒ころ16が上記各鍔17、17から受けるスキューモーメントTが最小となるのは、これら各円筒ころ16のスキュー角ψが最も小さくなった状態で、これら各円筒ころ16のスキュー角ψが大きくなる際に、これら各円筒ころ16が上記各鍔17、17から離れる方向に、上記モーメントCV が上記各円筒ころ16に作用する場合で、且つ、これら各円筒ころ16のスキュー角ψが最も小さくなった状態で、これら各円筒ころ16が上記各鍔17、17から離れる方向に、上記スキューモーメントUV が上記各円筒ころ16に作用する場合である。 Therefore, the skew moment T received by the cylindrical rollers 16 from the flanges 17 and 17 is maximized when the cylindrical rollers 16 are most skewed between the flanges 17 and 17. In the case where the roller 16 is pushed back from each of the flanges 17 and 17 in a direction in which the skew angle ψ is decreased, and each of the cylindrical rollers 16 is most skewed between the flanges 17 and 17, This is a case where the cylindrical rollers 16 are most pressed against the flanges 17 and 17 by the skew moment U V due to the unbalance of the cylindrical rollers 16. In addition, the skew moment T received by the cylindrical rollers 16 from the flanges 17 and 17 is minimized when the skew angle ψ of the cylindrical rollers 16 is minimized and the skew of the cylindrical rollers 16 is reduced. When the angle ψ is increased, the moment C V acts on the cylindrical rollers 16 in a direction in which the cylindrical rollers 16 move away from the flanges 17 and 17, and the skew of the cylindrical rollers 16 is increased. This is a case where the skew moment U V acts on each cylindrical roller 16 in a direction in which each of the cylindrical rollers 16 moves away from the flanges 17 and 17 in a state where the angle ψ is the smallest.

上述した様な各モーメントS、U、C同士の間で、S≧U+Cなる関係が成立した場合に就いて説明する。上記式(9)から常にT≧0である為、円筒ころ16は一定の方向のスキュー角を保ちながら常に鍔17、17に押し付けられている状態、即ち、円筒ころ16は常に鍔17、17に案内されながら公転している事になり、鍔17、17から離れる事がない。この様に、上記各円筒ころ16が、上記鍔17、17に案内される事によって、安定した状態のまま自転しつつ公転する為、円筒ころ軸受が、前述した様に非負荷圏を有する状態で使用されても、この円筒ころ軸受の運転を安定した状態で行なえる。   The case where the relationship S ≧ U + C is established between the moments S, U, and C as described above will be described. Since T ≧ 0 is always satisfied from the above equation (9), the cylindrical roller 16 is always pressed against the flanges 17 and 17 while maintaining a skew angle in a fixed direction, that is, the cylindrical roller 16 is always pressed against the flanges 17 and 17. It will be revolving around while being guided by, and will not leave 鍔 17,17. Thus, since each cylindrical roller 16 revolves while rotating in a stable state by being guided by the flanges 17 and 17, the cylindrical roller bearing has a non-load zone as described above. The cylindrical roller bearing can be operated in a stable state even when used in the above.

即ち、この非負荷圏を通過する間中上記各円筒ころ16は、その軸方向両端面を上記各鍔17、17の内側面に押し付けたまま、自転しつつ公転し、同じ姿勢のまま(スキュー角ψの方向を変えないまま)で、再び上記負荷圏に入り込む。この為、上記各円筒ころ16が1回公転する間に、これら各円筒ころ16の挙動が不安定になる事はない。   That is, while passing through the non-load zone, each cylindrical roller 16 revolves while rotating with the axial end faces pressed against the inner surfaces of the flanges 17 and 17, and remains in the same posture (skew). Without changing the direction of the angle ψ, the robot enters the load zone again. For this reason, the behavior of each cylindrical roller 16 does not become unstable while each cylindrical roller 16 revolves once.

尚、円筒ころ軸受の運転時に、上記各円筒ころ16のスキュー角ψを変える力となり得る要素としては、前述した各モーメントUV 、CV の他に、内輪13と外輪15とのミスアライメント、或は内輪軌道12又は外輪軌道14の形状誤差(傾斜)等により誘発されるスキューモーメントも考えられる。但し、これらにより生じるスキューモーメントは、dm ・nが150万を越える様な高速で使用される場合には、上記各モーメントS、U、Cよりも遥かに小さい。従って、上記ミスアライメントや形状誤差に基づくスキューモーメントは考慮しなくても、特に問題とはならない。 In addition to the moments U V and C V described above, misalignment between the inner ring 13 and the outer ring 15 may be included as factors that may be a force that changes the skew angle ψ of each cylindrical roller 16 during operation of the cylindrical roller bearing. Alternatively, a skew moment induced by a shape error (inclination) of the inner ring raceway 12 or the outer ring raceway 14 is also conceivable. However, skew moment caused by these, in the case where d m · n is used in a high speed, such as more than 1,500,000, the above moment S, U, much smaller than C. Therefore, even if the skew moment based on the misalignment or the shape error is not taken into consideration, there is no particular problem.

次に、上記各円筒ころ16の軸方向両端面と上記各鍔17、17の内側面との摺接点でこれら各円筒ころ16の端面とこれら各鍔17、17の内側面とを互いに押し付け合う方向の力Qと、上記摺接点での滑り速度Vとの積Q・Vを、588N・m/s (=60kgf ・m/s )以下とし、上記摺接点での摩擦を抑えて、異常摩耗や焼き付きの発生を防止する点に就いて説明する。
上述した様に、ジャイロモーメントSを、それぞれ前述した各モーメントの最大値UとCとの和以上にすれば、これら各円筒ころ16の運動は安定し、その面からは、上記異常摩耗や焼き付きの防止を図れる。但し、上記ジャイロモーメントSが大き過ぎると、上記各円筒ころ16の軸方向両端面を上記各鍔17、17の内側面に押し付ける力Qが大きくなり過ぎる。
Next, the end surfaces of the cylindrical rollers 16 and the inner surfaces of the flanges 17 and 17 are pressed against each other at the sliding contact points between the axial end surfaces of the cylindrical rollers 16 and the inner surfaces of the flanges 17 and 17. The product Q · V of the directional force Q and the sliding speed V at the sliding contact is set to 588 N · m / s (= 60 kgf · m / s) or less, and the friction at the sliding contact is suppressed and abnormal wear occurs. The point of preventing the occurrence of burn-in will be described.
As described above, when the gyro moment S is set to be equal to or greater than the sum of the maximum values U and C of the respective moments described above, the movement of each cylindrical roller 16 is stabilized, and the abnormal wear and seizure are observed from the surface. Can be prevented. However, if the gyro moment S is too large, the force Q that presses both axial end surfaces of the cylindrical rollers 16 against the inner surfaces of the flanges 17 and 17 becomes too large.

そして、この力Qが過大になる結果、次の(10)式で表される、上記摺接点でのQ・V値が大きくなり、上記異常摩耗及び焼き付きが発生し易くなる。
Q・V=(M/B)・V −−−(10)
尚、この(10)式中、Qは、上記各円筒ころ16が図9〜10に示す様にスキューし、これら各円筒ころ16の軸方向両端面の外周縁部と上記各鍔17、17の内側面とが接触した場合に、接触点Gで発生する、互いに押し付け合う方向の力(N)を、Vは、この接触点Gでの、上記各円筒ころ16の軸方向両端面外周縁部と上記各鍔17、17の内側面との間の滑り速度(m/s)を、それぞれ表している。又、Mは、上記各円筒ころ16のスキュー角ψを小さくする方向に作用するスキューモーメント(Nm)で、前述した各モーメントS、U、Cの和(M=S+U+C)である。又、Bは、図11に示す様に、上記各円筒ころ16をスキューさせた場合に、これら各円筒ころ16の端面と鍔17の内側面とが当接する部分の長さ(m)を、それぞれ表している。
As a result of the excessive force Q, the Q · V value at the sliding contact expressed by the following equation (10) increases, and the abnormal wear and seizure are likely to occur.
Q · V = (M / B) · V --- (10)
In the equation (10), Q indicates that each cylindrical roller 16 is skewed as shown in FIGS. 9 to 10, and the outer peripheral edge portion of each axial end surface of each cylindrical roller 16 and each of the flanges 17 and 17. When the inner surface of the cylindrical roller 16 comes into contact with each other, the force (N) generated in the contact point G in the direction of pressing each other, V is the outer peripheral edge of each cylindrical roller 16 in the axial direction at the contact point G. The sliding speed (m / s) between the portion and the inner surface of each of the flanges 17 and 17 is shown. M is a skew moment (Nm) acting in the direction of decreasing the skew angle ψ of each cylindrical roller 16, and is the sum of the moments S, U, C described above (M = S + U + C). In addition, as shown in FIG. 11, B is the length (m) of the portion where the end surface of each cylindrical roller 16 and the inner surface of the flange 17 abut when each cylindrical roller 16 is skewed. Represents each.

この様な前提で、本発明者は、上記Q・V値が上記各円筒ころ16の軸方向端面及び上記各鍔17、17の内側面の摩耗に及ぼす影響に就いて知る為の実験を行なった。この結果、上記Q・V値が588N・m/s (=60kgf ・m/s )以下(Q・V≦588N・m/s )であれば、上記各円筒ころ16の軸方向両端面及び上記各鍔17、17の内側面に異常摩耗や焼き付きが発生しない事が分った。そこで、上記各モーメントS、U、C同士の関係で、S≧U+Cで、且つ、これら各モーメントの和(S+U+C)によって発生するQ・V値の上限を588N・m/s とした場合には、上記異常摩耗及び焼き付きを発生しにくくできる事を確認できた。   Under such a premise, the present inventor conducted an experiment to know the influence of the Q · V value on the wear of the axial end surface of each cylindrical roller 16 and the inner surface of each of the flanges 17 and 17. It was. As a result, if the Q · V value is 588 N · m / s (= 60 kgf · m / s) or less (Q · V ≦ 588 N · m / s), both axial end surfaces of the cylindrical rollers 16 and the above It was found that abnormal wear and seizure did not occur on the inner surface of each of the flanges 17 and 17. Therefore, when S ≧ U + C and the upper limit of the Q · V value generated by the sum of these moments (S + U + C) is 588 N · m / s because of the relationship between the moments S, U and C, It was confirmed that the above-mentioned abnormal wear and seizure could hardly occur.

図13では、これら2通りの要件を満たす範囲を、斜格子で示している。この図13の横軸は、上記Q・V値のうち、上記ジャイロモーメントSにより生じる部分を、同じく縦軸は、このQ・V値のうち、それぞれ上記各モーメントUとCとの和(U+C)により生じる部分を、それぞれ表している。   In FIG. 13, a range satisfying these two requirements is indicated by a diagonal lattice. The horizontal axis in FIG. 13 represents the portion caused by the gyro moment S in the Q · V value, and the vertical axis represents the sum of the moments U and C (U + C) of the Q · V value. ) Represents the parts generated by each.

尚、上記図13で、前述の[1][2]の関係を満たさない部分で、斜線で示した、(U+C)>Sなる領域では、図12(A)に斜線で示した様に、上記各円筒ころ16の端面が偏心摩耗する。即ち、(U+C)>Sなる領域では、円筒ころ軸受の運転に伴って、上記各円筒ころ16が不安定な運動をするので、これら各円筒ころ16の軸方向端面が、偏心摩耗する。これに対して、上記図13に梨地模様で示した、S≧U+CであるがQ・V>588N・m/s なる領域では、上記円筒ころ軸受の運転に伴う上記各円筒ころ16の運動が安定するので、これら各円筒ころ16の軸方向端面が、図12(B)に斜線で示す様に同心円状に摩耗する。但し、同心円状に摩耗するにしても、Q・V>588N・m/s である限り、摩耗量は多くなり、焼き付きが発生する可能性もある。   In FIG. 13, in a region where (U + C)> S indicated by hatching in a portion that does not satisfy the relationship [1] and [2] described above, as indicated by hatching in FIG. The end face of each cylindrical roller 16 is eccentrically worn. That is, in the region where (U + C)> S, the cylindrical roller 16 moves in an unstable manner with the operation of the cylindrical roller bearing, and therefore, the axial end surfaces of the cylindrical rollers 16 wear eccentrically. On the other hand, in the region where S ≧ U + C but Q · V> 588 N · m / s shown in the satin pattern in FIG. 13, the movement of each cylindrical roller 16 accompanying the operation of the cylindrical roller bearing is Because of stabilization, the axial end surfaces of these cylindrical rollers 16 are worn concentrically as shown by the oblique lines in FIG. However, even if it wears concentrically, as long as Q · V> 588 N · m / s, the amount of wear increases and seizure may occur.

本実施例の場合、上記図13の斜格子で示した領域、即ち、S≧U+Cで、且つQ・V≦588N・m/s とする事ができ、上記円筒ころ軸受の運転に伴う上記各円筒ころ16の運動を安定させ、且つ、摩耗を抑えて焼き付きの危険性を低くする事ができる。そして、転動面の直径(外径)Dよりも軸方向寸法Lが小さい(L/D<1)、所謂短寸ころを使用する事により、この様な2つの関係(S≧U+C、Q・V≦588N・m/s )を何れも満たす事ができる事が分かった。   In the case of the present embodiment, the region shown by the oblique lattice in FIG. 13, that is, S ≧ U + C and Q · V ≦ 588 N · m / s can be obtained. The movement of the cylindrical roller 16 can be stabilized, and the risk of seizure can be reduced by suppressing wear. Then, by using a so-called short roller whose axial dimension L is smaller than the diameter (outer diameter) D of the rolling surface (L / D <1), two such relationships (S ≧ U + C, Q・ It was found that both V ≦ 588 N · m / s) can be satisfied.

又、0.5≦L/Dを満たす事により、各円筒ころ16を加工し易くできる。又、この関係を満たす事により、鍔17、17を形成した軌道輪である、内輪13の内輪軌道12と、鍔17、17の内側面との連続部に、加工逃げ(逃げ溝)を形成し易くできる。更に、基端側転がり軸受6bの負荷容量を十分に確保できる。これに対して、本実施例の場合と異なり、各円筒ころ16が0.5>L/Dを満たす場合には、製造作業が著しく面倒になり、負荷容量を十分に確保する事が著しく困難になる。   Moreover, each cylindrical roller 16 can be easily processed by satisfying 0.5 ≦ L / D. Further, by satisfying this relationship, a machining clearance (escape groove) is formed in a continuous portion between the inner ring raceway 12 of the inner ring 13 and the inner side surface of the flanges 17 and 17, which are the race rings formed with the flanges 17 and 17. Easy to do. Furthermore, the load capacity of the base end side rolling bearing 6b can be sufficiently secured. On the other hand, unlike the case of the present embodiment, when each cylindrical roller 16 satisfies 0.5> L / D, the manufacturing operation becomes extremely troublesome, and it is extremely difficult to secure a sufficient load capacity. become.

次に、本実施例の効果のうち、各円筒ころ16の軸方向端面と鍔17、17の内側面とでの焼き付きを発生しにくくできると言った効果を確認すべく、本実施例で円筒ころ16、16の数を保持器19のポケット18a、18bの数と同じにした場合の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。実験は、図14(A)に示す様な、転動面の直径(外径)Dと軸方向寸法Lと(D、Lに関しては図7参照)が等しい(L/D=1)、円筒ころ16aとして所謂等長等径ころを使用した円筒ころ軸受21a(比較例)と、図14(B)に示す様な、軸方向寸法Lと転動面の直径(外径)Dとの比が0.5以上1未満である(0.5≦L/D<1)、円筒ころ16として所謂短寸ころを使用した、円筒ころ軸受21b(参考例)とを使用して行なった。尚、使用した円筒ころ軸受21a、21bは、呼び番号がN1014に準ずるもので、外径が110mm、内径が70mm、幅が20mmである。又、円筒ころ16、16aの数は何れも18個とした。この様な各円筒ころ軸受21a、21bを、それぞれ微量潤滑(オイルエア潤滑)の下で内輪13を回転させ、焼き付きに至る回転数を測定した。その結果を図15に示す。   Next, among the effects of the present embodiment, in order to confirm the effect that the seizure between the axial end surface of each cylindrical roller 16 and the inner surface of the flanges 17 and 17 can be hardly generated, An experiment conducted to confirm the effect when the number of rollers 16, 16 is the same as the number of pockets 18a, 18b of the cage 19 will be described. In the experiment, as shown in FIG. 14A, the diameter (outer diameter) D of the rolling surface is equal to the axial dimension L (see FIG. 7 for D and L) (L / D = 1). A ratio between a cylindrical roller bearing 21a (a comparative example) using a so-called equal-length equal-diameter roller as the roller 16a and the axial dimension L and the diameter (outer diameter) D of the rolling surface as shown in FIG. Is 0.5 or more and less than 1 (0.5 ≦ L / D <1), and a cylindrical roller bearing 21b (reference example) using a so-called short roller as the cylindrical roller 16 was used. The cylindrical roller bearings 21a and 21b used have a nominal number of N1014 and have an outer diameter of 110 mm, an inner diameter of 70 mm, and a width of 20 mm. The number of cylindrical rollers 16 and 16a is 18 in both cases. In such cylindrical roller bearings 21a and 21b, the inner ring 13 was rotated under a small amount of lubrication (oil-air lubrication), and the number of revolutions until seizure was measured. The result is shown in FIG.

実験結果を示す図15中、◇印は、特許文献5に記載されている如き浸炭窒化鋼製の等長等径ころを使用した場合(比較例の場合)の、□印は、この浸炭窒化鋼製の短寸ころを使用した場合(参考例の場合)の、それぞれ実験結果を示している。この実験から明らかな様に、短寸ころを使用すれば、外輪温度上昇が小さく、耐焼付性が向上する。この様な実験結果から、上述の参考例で、円筒ころ16の数を保持器19のポケット18a、18bの数の1/2とした、本実施例の範囲に属するものは、各円筒ころ16の端面と各鍔17、17の内側面との摺接点での摩擦を抑えて、焼き付きを発生しにくくできる事を確認できた。   In FIG. 15 showing the experimental results, the ◇ marks indicate the carbonitriding when the isometric isometric roller made of carbonitriding steel as described in Patent Document 5 is used (in the case of the comparative example). The experimental results are shown when steel short rollers are used (in the case of the reference example). As is clear from this experiment, when short rollers are used, the outer ring temperature rise is small and seizure resistance is improved. From such experimental results, in the above-mentioned reference example, the number of cylindrical rollers 16 in which the number of pockets 18a and 18b of the retainer 19 is ½ of the number of pockets 18a and 18b belongs to the range of this embodiment. It was confirmed that the seizure could be made difficult to occur by suppressing the friction at the sliding contact between the end face of each of the flanges and the inner surface of each of the flanges 17 and 17.

尚、円筒ころ軸受に設ける1対の鍔の互いに対向する内側面を、これら両内側面同士の間隔が直径方向外方に向かう程大きくなる方向に傾斜させ、各円筒ころがスキューしてこれら各円筒ころの端面外周縁部が上記各鍔に当接した場合に、この端面外周縁部が上記傾斜した内側面に当接する様にすれば、油のくさび効果により摺接部に強固な油膜を形成する事が可能になる。この為、高速微量潤滑下でも、前述した異常摩耗や焼き付きをより有効に発生しにくくできる。   The inner surfaces of the pair of flanges provided on the cylindrical roller bearing that face each other are inclined in a direction in which the distance between the inner surfaces increases toward the outside in the diametrical direction. If the outer peripheral edge of the end face of the cylindrical roller abuts against each of the flanges, if the outer peripheral edge of the end face comes into contact with the inclined inner surface, a strong oil film is formed on the sliding contact portion due to the oil wedge effect. It becomes possible to form. For this reason, the above-mentioned abnormal wear and seizure can be prevented more effectively from occurring even under high-speed and minute lubrication.

本発明の実施例を示す略断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. 一部を省略して示す、図1の拡大A−A断面図。The expanded AA sectional view of Drawing 1 which omits and shows a part. 図2のB−B断面図。BB sectional drawing of FIG. 円筒ころ軸受の運転時に円筒ころに加わるジャイロモーメントを説明する為の模式図。The schematic diagram for demonstrating the gyro moment added to a cylindrical roller at the time of operation | movement of a cylindrical roller bearing. 円筒ころの慣性モーメントを説明する為の略図。Schematic diagram for explaining the moment of inertia of a cylindrical roller. 円筒ころがスキューした場合にジャイロモーメントがスキュー角を大きくしようとする向きに作用する範囲を示すグラフ。The graph which shows the range where a gyro moment acts on the direction which tries to enlarge a skew angle when a cylindrical roller skews. 円筒ころの動的不釣り合いを説明する為の略図。The schematic diagram for demonstrating the dynamic imbalance of a cylindrical roller. 円筒ころに加わるジャイロモーメントとこの円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the gyro moment added to a cylindrical roller, and the moment which arises with the fluctuation | variation of the skew angle of this cylindrical roller. 円筒ころがスキューした状態を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the state which the cylindrical roller skewed. 図9の上方から見た図。The figure seen from the upper part of FIG. 図9の側方から見た図。The figure seen from the side of FIG. 円筒ころの端面の摩耗状態の2例を示す端面図。The end elevations which show two examples of the abrasion state of the end surface of a cylindrical roller. 本実施例の範囲を示す為のグラフ。The graph for showing the range of a present Example. 本実施例の効果を確認する為に行なった実験に使用した円筒ころ軸受の2例を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows two examples of the cylindrical roller bearing used for the experiment conducted in order to confirm the effect of a present Example. 本実施例の効果を確認する為に行なった実験の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the experiment conducted in order to confirm the effect of a present Example. 従来構造の第1例を示す略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a first example of a conventional structure. 同第2例を示す略断面図。The schematic sectional drawing which shows the 2nd example.

符号の説明Explanation of symbols

1 主軸
2 玉軸受
3、3a 先端側転がり軸受ユニット
4、4a ハウジング
5 玉軸受
6、6a 基端側転がり軸受ユニット
6b 基端側転がり軸受
7 スリーブ
8 ばね
9 ロータ
10 ステータ
11 電動モータ
12 内輪軌道
13 内輪
14 外輪軌道
15 外輪
16、16a 円筒ころ
17 鍔
18a、18b 隙間
19 保持器
21a、21b 円筒ころ軸受
22 段部
23 押え蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft 2 Ball bearing 3, 3a Front end side rolling bearing unit 4, 4a Housing 5 Ball bearing 6, 6a Base end side rolling bearing unit 6b Base end side rolling bearing 7 Sleeve 8 Spring 9 Rotor 10 Stator 11 Electric motor 12 Inner ring track 13 Inner ring 14 Outer ring raceway 15 Outer ring 16, 16a Cylindrical roller 17 鍔 18a, 18b Clearance 19 Cage 21a, 21b Cylindrical roller bearing 22 Step 23 Presser lid

Claims (3)

その軸心を中心として回転する主軸と、この主軸の先端部外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の軸方向変位を防止し且つこの主軸の先端部に加わるラジアル荷重を支承する先端側転がり軸受ユニットと、この主軸の基端側外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸の軸方向変位を許容する基端側転がり軸受とを備えた工作機械の主軸用回転支持装置に於いて、この基端側転がり軸受は円筒ころ軸受であり、この基端側転がり軸受は、外輪の内周面と内輪の外周面との間に回転自在に設けられ、円周方向に亙って複数のポケットを有する保持器と、この保持器のポケット内に保持された状態で、上記外輪の内周面に設けられた外輪軌道と上記内輪の外周面に設けられた内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円筒ころとを備え、上記ポケットの数をこれら円筒ころの数の2倍である偶数とし、これら各ポケットのうちの一部のポケットにのみ円筒ころを転動自在に保持すると共に、残りのポケット内には部材を設けずに空の状態のままとして、これら残りのポケットが上記保持器の内周面と外周面とを連通させる状態としたものである事を特徴とする工作機械の主軸用回転支持装置。   Provided between the main shaft that rotates about its axis, and the outer peripheral surface of the front end of the main shaft and the inner peripheral surface of the fixed housing, prevent axial displacement of the main shaft and add to the front end of the main shaft It is provided between the tip side rolling bearing unit that supports the radial load and the base end side outer peripheral surface of the main shaft and the inner peripheral surface of the fixed housing, and supports the radial load applied to the base end portion of the main shaft. In a rotation support device for a main shaft of a machine tool provided with a base end side rolling bearing that allows axial displacement of the main shaft, the base end side rolling bearing is a cylindrical roller bearing, and the base end side rolling bearing is A cage that is rotatably provided between the inner circumferential surface of the outer ring and the outer circumferential surface of the inner ring, and has a plurality of pockets extending in the circumferential direction, and the cage is held in the pocket of the cage. Outer ring raceway provided on the inner peripheral surface of the outer ring and above A plurality of cylindrical rollers provided between the inner ring raceway and the inner ring raceway provided on the outer peripheral surface of the inner ring, the number of the pockets being an even number that is twice the number of the cylindrical rollers, The cylindrical rollers are movably held only in some of the pockets, and the remaining pockets are left empty without providing any members in the remaining pockets. A rotating support device for a spindle of a machine tool, characterized in that the outer peripheral surface is in communication with the outer peripheral surface. 基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころをセラミックス製とした、請求項1に記載した工作機械の主軸用回転支持装置。   The rotation support device for a spindle of a machine tool according to claim 1, wherein each cylindrical roller constituting a cylindrical roller bearing which is a base end side rolling bearing is made of ceramics. 基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころの転動面の直径をDとし、これら各円筒ころの軸方向長さをLとした場合に、これら各円筒ころを0.5≦L/D<1を満たす短寸ころとした、請求項1又は請求項2に記載した工作機械の主軸用回転支持装置。   When the diameter of the rolling surface of each cylindrical roller constituting the cylindrical roller bearing which is the base side rolling bearing is D and the axial length of each cylindrical roller is L, each cylindrical roller is 0.5 The rotation support device for a spindle of a machine tool according to claim 1 or 2, wherein the roller is a short roller that satisfies ≤L / D <1.
JP2004260093A 2004-09-07 2004-09-07 Spindle rotation support device for machine tool Pending JP2006077814A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004260093A JP2006077814A (en) 2004-09-07 2004-09-07 Spindle rotation support device for machine tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004260093A JP2006077814A (en) 2004-09-07 2004-09-07 Spindle rotation support device for machine tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006077814A true JP2006077814A (en) 2006-03-23

Family

ID=36157448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004260093A Pending JP2006077814A (en) 2004-09-07 2004-09-07 Spindle rotation support device for machine tool

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006077814A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104454970A (en) * 2014-11-20 2015-03-25 瓦房店光阳轴承集团有限公司 Light-weight cylindrical roller bearing with high rotation speed
DE102015200298A1 (en) * 2015-01-13 2016-07-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Angular contact ball bearings
WO2016143577A1 (en) * 2015-03-10 2016-09-15 Ntn株式会社 Main shaft device
CN111677763A (en) * 2020-06-28 2020-09-18 瓦房店轴承集团国家轴承工程技术研究中心有限公司 Balance support bearing
WO2022270295A1 (en) * 2021-06-22 2022-12-29 Ntn株式会社 Bearing device and electric motor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104454970A (en) * 2014-11-20 2015-03-25 瓦房店光阳轴承集团有限公司 Light-weight cylindrical roller bearing with high rotation speed
DE102015200298A1 (en) * 2015-01-13 2016-07-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Angular contact ball bearings
DE102015200298B4 (en) * 2015-01-13 2017-05-04 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Angular contact ball bearings
WO2016143577A1 (en) * 2015-03-10 2016-09-15 Ntn株式会社 Main shaft device
JP2016165780A (en) * 2015-03-10 2016-09-15 Ntn株式会社 Spindle device
CN111677763A (en) * 2020-06-28 2020-09-18 瓦房店轴承集团国家轴承工程技术研究中心有限公司 Balance support bearing
WO2022270295A1 (en) * 2021-06-22 2022-12-29 Ntn株式会社 Bearing device and electric motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2787229B1 (en) Rolling bearing with a cage
JP5750901B2 (en) Rolling bearing
WO2018034240A1 (en) Ball bearing, ball bearing device, and machine tool
JP5600958B2 (en) Bearing device
JP2006077814A (en) Spindle rotation support device for machine tool
JP2003042160A (en) Angular contact ball bearing and main bearing
JP4715961B2 (en) Rotary table device for machine tools
JP3252587B2 (en) Ball bearing device
JP3289711B2 (en) Cylindrical roller bearing
JP3965252B2 (en) Bearing device and spindle device
JP2003139146A (en) Ball screw supporting multipoint contact ball bearing
JP2006153094A (en) Ball bearing and rotary table device for machine tool using ball bearing
JP2015064081A (en) Rolling bearing
JP2006342820A (en) Angular contact ball bearing
JP2009168171A (en) Roller bearing
JP3550712B2 (en) Ball bearing device
JP4322641B2 (en) Cylindrical roller bearing
JP4239659B2 (en) Roller bearings and spindles for machine tools
JP2011112201A (en) Ball bearing
JP2004301314A (en) Roller bearing
JP2587897Y2 (en) Rolling bearing
JP2001193744A (en) Rotation supporting device for spindle in machine tool
WO2008023787A1 (en) Angular ball bearing
JP4009962B2 (en) Ball bearing
JP2011112195A (en) Ball bearing