JP5760498B2 - 軸受装置、及び工作機械の回転テーブル並びにスピンドル装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受装置、及び工作機械の回転テーブル並びにスピンドル装置に関し、より詳細には、転がり軸受に付与される予圧を切換え可能な軸受装置、及び工作機械の回転テーブル並びにスピンドル装置に関する。

従来、工作機械の回転テーブル等に用いられる転がり軸受には、高い剛性を備えるクロスローラや、スリーローラ軸受等が広く使用されていた。しかし、これらの軸受は、構造上の問題からスピン滑りが大きく、高速回転には不向きである問題があった。近年、剛性ではクロスローラやスリーローラ軸受にやや劣るものの、高速回転に適したアンギュラ玉軸受が採用されつつある。アンギュラ玉軸受の使用に際しては、予圧を与えるのが一般的であるが、低速回転での位置決め及び旋回においては重予圧を付与して剛性を高め、高速回転での旋削においては軽予圧を付与することが望ましい。このため、低速回転と高速回転とが切り換えて使用される回転軸においては、予圧面での矛盾が生じる。

一方、工作機械のスピンドルにおいては、予圧の大きさを切換え可能な装置が種々考案されている。例えば、主軸を支持する軸受の外輪とハウジングの間に予圧調整リングを設け、ハウジングに設けられた供給部から圧力流体を供給し、予圧調整リングを介して外輪を縮径させて予圧切換えを行うようにした予圧可変式軸受ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、上記の予圧調整リングとハウジングの間に溝を形成して圧力流体による圧力が予圧調整リングに均等にかかるように改良したものや（例えば、特許文献２参照。）、予圧調整リングとハウジングとをピンで連結して、クリープ発生を防止するようにしたものが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。さらに、アンギュラ玉軸受において、断面Ｕ字状の溝部を有するスリーブを用いて、溝部とハウジングの内周面又は軸の外周面との間に圧力室を設け、圧力流体の供給により予圧の大きさを切換え可能としたものが開示されている（例えば、特許文献４参照。）。

特開平７−２４６０３号公報 特開平８−１７４３０６号公報 特開平８−１７７８５２号公報 特開２０１０−１９０３４６号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の予圧可変式軸受ユニットは、予圧調整リングの径方向の位置決めをハウジングで、軸方向の位置決めを予圧調整リングの両側に設けた間座で行う構造であること、また予圧調整リングに圧力室を封止するためのＯリングを設ける必要があることから、軸受ユニットの軸方向長さが長くなる問題がある。このため、軸方向長さが制限される工作機械の回転テーブルには、採用し難い問題があった。また、圧力流体により予圧調整リングを圧縮することにより、ハウジングと予圧調整リング間の隙間が増大し、軸受装置系全体の剛性が低下して予圧付与の効果が低減してしまう虞があった。特許文献２に記載の予圧可変式軸受ユニットでは、圧力流体による圧力が均等にかかるように予圧調整リングに溝を設けているが、予圧調整リングの厚さが一様でなくなるため、予圧調整リングが均等に圧縮されず、結果として外輪を均等に縮径させることができず、改善の余地があった。工作機械の回転テーブルやスピンドルの場合、外輪や内輪の変形により、回転精度が変化することは、加工面の引き目や光沢劣化などの性状不良につながるため、これらに配慮した考案が望まれていた。
さらに、特許文献４においても、圧力流体によりスリーブが圧縮又は膨張することにより、スリーブと、ハウジング又は軸と間の隙間が増大し、軸受装置の系全体の剛性が低下する可能性があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向長さを長くすることなく、系全体の剛性を高めつつ、予圧を連続的或いは段階的など、必要に応じて切換え可能で、且つ軸受回転精度を良好に維持できる軸受装置、及びこの軸受装置を備える工作機械の回転テーブル並びにスピンドル装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外輪、内輪、および接触角を有して前記外輪および前記内輪間に転動自在に配設された複数の転動体を有するアンギュラ軸受と、
前記外輪の外周面に嵌合され、圧力流体を供給可能な密閉された圧力室が内部に形成された中空断面を有する環状のスリーブと、
を備え、前記圧力室に供給される前記圧力流体の圧力によって前記アンギュラ軸受の予圧を切換可能な軸受装置であって、
前記圧力室の径方向内側周面は、前記接触角の延長線と交差するように形成されており、
前記スリーブは、
外周面の軸方向中間部に外周溝を有する内径側リングと、
内周面の軸方向中間部に内周溝を有し、前記内径側リングと軸方向両端部にてしまり嵌めで嵌合する外径側リングと、を備え、
前記圧力室は、前記外周溝と前記内周溝とにより形成されることを特徴とする軸受装置。
（２） 外輪、内輪、および接触角を有して前記外輪および前記内輪間に転動自在に配設された複数の転動体を有するアンギュラ軸受と、
前記内輪の内周面に嵌合され、圧力流体を供給可能な密閉された圧力室が内部に形成された中空断面を有する環状のスリーブと、
を備え、前記圧力室に供給される前記圧力流体の圧力によって前記アンギュラ軸受の予圧を切換可能な軸受装置であって、
前記圧力室の径方向外側周面は、前記接触角の延長線と交差するように形成されており、
前記スリーブは、
外周面の軸方向中間部に外周溝を有する内径側リングと、
内周面の軸方向中間部に内周溝を有し、前記内径側リングと軸方向両端部にてしまり嵌めで嵌合する外径側リングと、を備え、
前記圧力室は、前記外周溝と前記内周溝とにより形成されることを特徴とする軸受装置。
（３） 前記アンギュラ軸受には、定位置予圧が予め付与されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の軸受装置。
（４） 前記アンギュラ軸受は、背面組合せ、または正面組合せされた一対のアンギュラ軸受からなり、
前記スリーブの幅は、前記一対のアンギュラ軸受の各軸方向外端面間の幅以下であることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の軸受装置。
（５） 上記（１）から（４）のいずれかに記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械の回転テーブル。
（６） 上記（１）から（４）のいずれかに記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械のスピンドル装置。

本発明の軸受装置によれば、アンギュラ軸受と、圧力流体を供給可能な圧力室が内部に形成され、外輪の外周面又は内輪の内周面に嵌合する、中空断面を有した環状のスリーブと、を備え、圧力室の径方向内側周面または径方向外側周面が、接触角の延長線と交差するように形成されている。これにより、圧力流体を圧力室に供給することによって、スリーブを介して外輪を縮径、又は内輪を拡径させてアンギュラ軸受の予圧を切り換えることが可能となる。また、圧力室が内部に形成されるため、同時にスリーブの外径が拡径してスリーブとハウジングとが密着し、又はスリーブの内径が縮径してスリーブと軸とが密着して、軸受装置系の剛性が高められる。

更に、スリーブは、外周面の軸方向中間部に外周溝を有する内径側リングと、内周面の軸方向中間部に内周溝を有し、内径側リングと軸方向両端部にてしまり嵌めで嵌合する外径側リングと、からなり、圧力室は、外周溝と内周溝とにより形成されるので、内部に圧力室を有するスリーブを精度よく、容易に製作することができる。

更にまた、アンギュラ軸受には、定位置予圧が予め付与されているので、圧力流体の圧力室への供給を制御することによって、高速回転時には軽予圧、低速回転時には重予圧に切り換え、回転数に適合した予圧を付与することができる。また、必要に応じて、圧力流体の供給の制御により、予圧を２段階以上の多段、或いは連続的に切換えてもよい。

さらに、スリーブの幅が、一対のアンギュラ軸受の各軸方向外端面間の幅以下であるので、軸方向長さを長くすることなく、予圧切換え可能な軸受装置が得られ、この予圧切換え可能な軸受装置が組み込まれることによる機械装置の長軸化も抑えることが可能となる。

このような軸受装置は、回転速度が低速及び高速に切り換えて使用され、且つ軸方向長さに制限がある工作機械の回転テーブルやスピンドル装置に適用するのに好適である。

本発明に係る第１実施形態の回転テーブルの断面図である。 図１に示す背面組合せされたアンギュラ軸受を内輪回転機構に適用した軸受装置の要部断面図である。 図１に示す軸受装置のアンギュラ軸受とスリーブの関係を示す断面図である。 肉厚円筒に作用する圧力と外径収縮量との関係式を説明するための断面図である。 スリーブに供給する圧力流体の圧力と、予圧の大きさとの関係を示すグラフである。 圧力流体の供給によるスリーブの変形前後の状態（ａ）、軸受の変形前後の状態（ｂ）、及び軸受装置の変形前後の状態（ｃ）、を示す概念図である。 背面組合せされたアンギュラ軸受を外輪回転機構に適用した第２実施形態の軸受装置の要部断面図である。 肉薄外輪を有する背面組合せされたアンギュラ軸受を内輪回転機構に適用した第３実施形態の軸受装置の要部断面図である。 非分割型スリーブを備え、背面組合せされたアンギュラ軸受を内輪回転機構に適用した第４実施形態の軸受装置の要部断面図である。 圧力流体供給穴がハウジング側に設けられ、背面組合せされたアンギュラ軸受を内輪回転機構に適用した第５実施形態の軸受装置の要部断面図である。 圧力流体供給穴が内径側リングに設けられた場合を示す変形例の軸受装置の要部断面図である。

以下、本発明に係る軸受装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る軸受装置が適用された回転テーブルの断面図である。この工作機械の回転テーブル１０は、ハウジング１１、軸受装置１２、およびテーブル１３を備える。軸受装置１２は、テーブル１３の回転軸１４を回転自在にハウジング１１に支持する。回転テーブル１０は、回転軸１４に外嵌固定されたロータ１５と、ロータ１５に対向してハウジング１１に内嵌固定されたステータ１６とからなるモータ１７を備え、ステータ１６に電力を供給することよって、回転軸１４、即ちテーブル１３が回転可能となっている。

図２に示すように、軸受装置１２は、内輪２１、外輪２２、及び内外輪２１、２２間に転動自在に配置された複数の転動体である玉２３をそれぞれ有し、背面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４と、各外輪２２，２２の外周面２２ａ，２２ａに外嵌される環状のスリーブ３０とを備える。

各外輪２２，２２は、スリーブ３０を介してハウジング１１に内嵌されている。具体的には、スリーブ３０がハウジング１１に内嵌され、このスリーブ３０に各外輪２２，２２が内嵌される。各外輪２２，２２は、ハウジング１１に締結される外輪押え２５によってハウジング１１に設けられた段部２６との間に狭持されて固定されている。ハウジング１１とスリーブ３０との嵌合、およびスリーブ３０とアンギュラ軸受２４，２４の各外輪２２，２２との嵌合は、しまり嵌め、中間ばめ、すきま嵌めのいずれのはめあいであってもよい。

また、各内輪２１，２１は、回転軸１４の小径部１４ａに外嵌され、回転軸１４に締結される内輪押え２７によって軸方向に押圧されて回転軸１４の段部２８との間に狭持されて固定されている。これにより、一対のアンギュラ軸受２４，２４には、定位置予圧（後述する軽予圧）が付与される。

図３も参照して、スリーブ３０は、略同じ軸方向幅を有し、互いに嵌合する内径側リング３１と、外径側リング３２とから構成される。内径側リング３１は、外周面の軸方向両端部に外向きフランジ３１ａを有し、外周面の軸方向中間部に環状外周溝３３が形成される。また、外径側リング３２は、内周面の軸方向両端部に内向きフランジ３２ａを有し、内周面の軸方向中間に環状内周溝３４が形成されている。即ち、内径側リング３１および外径側リング３２の軸方向中間部は、径方向に容易に弾性変形可能な一様厚さの薄肉部となっている。

外径側リング３２は、その軸方向両端部が内径側リング３１にしまり嵌め、圧入、焼きばめ等がされて外嵌する。これにより、環状外周溝３３と環状内周溝３４とによって中空断面が画成され、密閉した圧力室３５がスリーブ３０の内部に形成される。

内径側リング３１と外径側リング３２の軸方向両端部の２ヶ所の嵌合部の直径は、内径側リング３１と外径側リング３２との組付け性を考慮すると、図３に示すように、互いに直径が異なることが好ましい。なお、内径側リング３１と外径側リング３２の嵌合部の直径は、同じ直径であってもよい。

図２に示すように、スリーブの側部、即ち、外径側リング３２の内向きフランジ３２ａには、圧力室３５に連通する圧力流体供給穴３６が形成され、圧力流体供給穴３６に螺合して取り付けられた取付治具としてのニップル３８に接続される配管３７を介して不図示の圧力流体供給装置が接続されている。これにより、配管３７を介して圧力流体供給装置から圧力流体が圧力室３５に供給される。

配管３７およびニップル３８の一部は、外輪押え２５に設けられた配管用穴２５ａ内に配置されているので、ニップル３８がスリーブ３０の回止めとしても機能し、ピンなどの専用の回止めを設ける必要はない。圧力流体としては、圧縮空気や圧力油などの任意の圧力流体が使用可能である。

内径側リング３１は、圧力室３５の径方向内側周面を構成する環状外周溝３３の外周面が、軸方向において、一対のアンギュラ軸受２４，２４の接触角αの延長線ＣＬと、位置Ｐａ，Ｐａにおいて交差するように形成されている。このため、内径側リング３１の環状外周溝３３の軸方向長さＬ３は、一対のアンギュラ軸受２４，２４の接触角αの延長線ＣＬが環状外周溝３３の外周面と交差する位置Ｐａ，Ｐａ間の長さＬ４より長い（Ｌ４＜Ｌ３）。

また、図３に示すように、スリーブ３０の軸方向長さＬ２は、一対のアンギュラ軸受２４，２４の各軸方向外端面間の幅Ｌ１と等しいか或いは幅Ｌ１より、望ましくは、０〜０．５ｍｍ、より望ましくは、０．０１０〜０．０５０ｍｍ程度小さくなっている（Ｌ２≦Ｌ１）。

一対のアンギュラ軸受２４，２４の各外輪２２，２２は、ハウジング１１に締結される外輪押え２５によって軸方向に０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍ程度圧縮されて固定されている。また、スリーブ３０の圧力室３５の軸方向中間部は、薄肉部となっているので、軸方向力が加わると形状が歪み、軸受外輪を不均一に変形させる可能性がある。従って、スリーブ３０の軸方向長さＬ２は、一対のアンギュラ軸受２４，２４の各軸方向外端面間の幅Ｌ１より小さいほうが望ましい。

図４は肉厚円筒に作用する圧力と外径収縮量との関係式を説明するための断面図であり、スリーブ３０に圧力流体の圧力を作用させたとき、内径側リング３１の溝部の収縮量は、式（１）から求められる。

ここで、ΔＤは内径側リング３１の溝外径収縮量、Ｄは溝外径、ｄは内径、Ｐは圧力流体の圧力、Ｅはヤング率、υはポアソン比である。

式（１）から分かるように、内径ｄが外径Ｄに近づくほど、換言すれば、肉厚（Ｄ−ｄ）が小さくなるほど、外径収縮量ΔＤが大きくなり、各外輪２２，２２に作用する径方向圧縮力が大きくなる。従って、圧力流体の圧力を有効にアンギュラ軸受２４、２４に作用させるためには、内径側リング３１の溝部の径方向厚さ（肉厚）（Ｄ−ｄ）／２を可能な限り小さくすることが望ましい。

図５は、背面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４の各外輪２２，２２全面に圧力流体の圧力が作用した、換言すれば、径方向厚さ（（Ｄ−ｄ）／２）が零と仮定したスリーブ３０に、圧力流体の圧力が作用したときの圧力流体の圧力と、本圧力によって外輪２２，２２が収縮変形した際に生じる軸受予圧の変化（増加）の関係を示している。ここで、図５は、内径１７０ｍｍ×外径２１５ｍｍ×幅１３．５ｍｍの軸受寸法を有し、材質が軸受鋼である各アンギュラ軸受２４，２４と、機械構造用炭素鋼からなるスリーブとを使用して、スリーブ油圧負荷前の初期予圧荷重を１０００Ｎとして計算した結果である。この図５から分かるように、軸受予圧は、圧力流体の圧力にほぼ比例して変化するので、圧力流体の圧力を制御することによって、予圧の切換えが可能となる。

以下、圧力流体の供給によるスリーブ、軸受、および軸受装置の変形前後の状態を示す図６に基づいて、本実施形態の作用を説明する。

第１実施形態の軸受装置１２は、図６（ｂ）に示すように、アンギュラ軸受２４，２４を組み合わせた際、無負荷状態では、一般的に、各軸受２４，２４の接触角の延長線ＣＬが交差する位置から遠い方の軌道輪（内輪又は外輪）にすきまｇが設定されており、このすきまを埋める方向に通常すきまｇが密着するまで荷重ｐを与えることで軸受内に予圧が付与される。このため、背面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４の各内輪２１，２１が、互いに接近する方向に押圧されることで定位置予圧（軽予圧）が付与される。一般的に、回転輪である各内輪２１，２１は回転軸１４にしまり嵌めで嵌合されているので、予圧による軸受の変形は各外輪２２，２２に現れる。即ち、予圧をかけることによって、各外輪２２，２２には玉２３を介して矢印Ａ方向の力が作用し、接触角αの延長線ＣＬと各外輪２２，２２の外周面２２ａ，２２ａとが交差する位置の近傍を中心として径方向外方に弾性変形（拡径）している。

一方、圧力流体供給装置から供給される圧力流体が、圧力流体供給穴３６を介して圧力室３５に供給されると、図６（ａ）に示すように、スリーブ３０の薄肉部（軸方向中間部）が、径方向に弾性変形する。即ち、内径側リング３１の薄肉部は、径方向内側に弾性変形して縮径し、外径側リング３２の薄肉部は、径方向外側に弾性変形して拡径する。このとき、スリーブ３０の変形量の大きな位置は、略軸方向中心部付近となり、背面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４に予圧が付与されたときの各外輪２２，２２の弾性変形位置、即ち、接触角αの延長線ＣＬと各外輪２２，２２の外周面２２ａ，２２ａとが交差する位置と対応する。

従って、図６（ｃ）に示すように、圧力流体を圧力室３５に供給すると、スリーブ３０が弾性変形し（内径側リング３１が縮径し）、一対のアンギュラ軸受２４，２４の各外輪２２，２２、特に定位置予圧によって弾性変形（拡径）している位置近傍が径方向に圧縮されて、各外輪２２，２２とスリーブ３０との変形が相殺される。これにより、一対のアンギュラ軸受２４，２４には、予め付与されている定位置予圧に加えて、更に圧力流体による予圧が加わって重予圧が付与される。

また、同時に、外径側リング３２の薄肉部が径方向外方に拡径して、外径側リング３２がハウジング１１に当接し、ハウジング１１とスリーブ３０との間の密着により接触剛性が大きくなり、系全体の剛性も向上する。これにより、従来問題となっていた、圧力流体を供給したとき、ハウジング１１とスリーブ３０間の隙間が増大し、結果として軸受装置１２の系全体の剛性が低下するという問題が解消される。同様の効果により、スリーブ３０とハウジング１１がすきま嵌合されている場合、スリーブ３０の外径側リング３２の拡径によるスリーブ３０とハウジング１１間のすきまの減少により、スリーブ３０とハウジング１１の同軸度が向上し、回転精度が向上する。

従って、圧力室３５に供給する圧力流体を制御することによって、一対のアンギュラ軸受２４，２４の予圧を軽予圧、および重予圧に切り換えることができる。これにより、回転軸１４を高速回転させるときには、定位置予圧による軽予圧を付与し、低速回転させるときには、圧力室３５に圧力流体を供給して重予圧を付与する。

なお、ハウジング１１とスリーブ３０との嵌合、およびスリーブ３０とアンギュラ軸受２４，２４の各外輪２２，２２との嵌合は、しまり嵌め、中間ばめ、すきま嵌め、のいずれのはめあいであってもよいとしたが、スリーブ３０の外径を拡径させると共に、内径を縮径させることによって、スリーブ３０をハウジング１１およびアンギュラ軸受２４，２４の各外輪２２，２２に接触させ、圧力流体の圧力をハウジング１１および各外輪２２，２２に確実に伝達することができるように、ハウジング１１とスリーブ３０、およびスリーブ３０と各外輪２２，２２間の隙間Ｃ１、Ｃ２は、可能な限り小さいことが望ましく、組み立て性を考慮すると、例えば、５〜３０μｍ程度にすることが好ましい。

また、スリーブ３０が、互いに嵌合する内径側リング３１と外径側リング３２とにより形成される場合、両リング３１、３２の嵌合によってスリーブ３０の内外径が変化して、ハウジング１１および各外輪２２，２２とのはめあいに影響を及ぼす虞があるが、両リング３１、３２の嵌合後に、スリーブ３０の内外周面を仕上げ加工して精度管理することにより、ハウジング１１および各外輪２２，２２との嵌合を適正状態に管理することができる。

以上説明したように、本実施形態の軸受装置１２では、一対のアンギュラ軸受２４，２４の定位置予圧による弾性変形位置に、スリーブ３０を介して圧力流体による圧力を作用させるようにしたので、従来の軸受装置とは異なり、外輪の全面に圧力流体による圧力を作用させる必要がない。従って、スリーブ３０の軸方向幅Ｌ２を、一対のアンギュラ軸受２４，２４の各軸方向外端面間の幅Ｌ１より小さくすることができ、軸受装置１２の長さを長くすることなく、予圧切換え可能な軸受装置１２とすることができる。

また、スリーブ３０は、密閉された環状の圧力室が内部に形成されるので、スリーブが径方向両側に変形し、各外輪２２，２２に圧力を与えると同時にハウジング１１にも圧力が与えられるため、スリーブ３０とハウジング１１間の密着により、系全体の剛性も向上することができる。

さらに、スリーブ３０は、内径側リング３１と外径側リング３２との嵌合により圧力室３５が形成されるので、嵌合部のしめしろを管理することにより、流体圧力を漏れなく運用することが可能であるため、従来必要とされた、圧力室を封止するためのＯリングを削除することができる。

また、圧力流体供給穴３６に固定されるニップル３８の一部が外輪押え２５に設けられた配管用穴２５ａに配置されているので、スリーブの回り止め機能を与えることができる。
なお、本実施形態の軸受装置１２は、背面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４について説明したが、正面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４にも同様に適用される。

（第２実施形態）
図７は背面組合せされたアンギュラ軸受を外輪回転機構に適用した第２実施形態の軸受装置の要部断面図である。第２実施形態の軸受装置４０では、一対のアンギュラ軸受２４，２４が背面組合せで配設され、スリーブ３０は、各内輪２１，２１の内周面と固定軸４１の外周面との間に配置される。即ち、各内輪２１，２１は、スリーブ３０を介して固定軸４１に外嵌し、各外輪２２，２２は、ハウジング１１に内嵌している。そして、各内輪２１，２１は、固定軸４１に締結される内輪押え２７によって軸方向に押圧されて固定軸４１の段部２８との間に狭持されて固定されている。また、各外輪２２，２２は、回転するハウジング１１に内嵌され、ハウジング１１に締結される外輪押え２５によってハウジング１１に設けられた段部２６との間に狭持されて固定されている。これにより、一対のアンギュラ軸受２４，２４には、定位置予圧（軽予圧）が付与される。

スリーブ３０は、第１実施形態のスリーブと同様に、外周面の軸方向中間部に環状外周溝３３が形成された内径側リング３１と、内周面の軸方向中間に環状内周溝３４が形成された外径側リング３２と、が互いに嵌合して、スリーブ３０の内部に密閉した環状の圧力室３５が形成されている。

外径側リング３２は、圧力室３５の径方向外側周面を構成する環状内周溝３４の内周面が、軸方向において、一対のアンギュラ軸受２４，２４の接触角αの延長線ＣＬと、位置Ｐａ、Ｐａにおいて交差するように形成されている。即ち、外径側リング３２の環状内周溝３４の軸方向長さＬ３は、一対のアンギュラ軸受２４，２４の接触角αの延長線ＣＬが環状内周溝３４の内周面と交差する位置Ｐａ，Ｐａ間の長さＬ４より長い（Ｌ４＜Ｌ３）。また、環状内周溝３４を形成するスリーブ３０の軸方向中間部は、径方向に容易に弾性変形可能な薄肉部を構成している。

また、外径側リング３２の内向きフランジ３２ａには、圧力室３５に連通する圧力流体供給穴３６が形成され、配管３７、ニップル３８を介して不図示の圧力流体供給装置に接続されて圧力流体が供給される。

この場合にも、配管３７およびニップル３８の一部は、固定軸４１に設けられた配管用穴４１ａ内に配置されているので、ニップル３８がスリーブ３０の回止めとしても機能し、ピンなどの専用の回止めを設ける必要はない。

一対のアンギュラ軸受２４，２４に重予圧を付与する場合、圧力流体供給穴３６から圧力室３５に圧力流体を供給してスリーブ３０（内径側リング３１及び外径側リング３２）の薄肉部を径方向外方に弾性変形（拡径）させ、各内輪２１，２１を径方向外方に押圧して拡径することによって、一対のアンギュラ軸受２４，２４に予め付与されている定位置予圧（軽予圧）に加えて、更に圧力流体による予圧を加えて重予圧を付与する。また、この際、スリーブ３０は、各内輪２１，２１に圧力を与えると同時に固定軸１４にも圧力が与えられるため、スリーブ３０と固定軸１４との間の密着により、系全体の剛性を向上することができる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態の軸受装置１２と同様である。

尚、本実施形態の軸受装置４０は、背面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４について説明したが、正面組合せされた一対のアンギュラ軸受２４，２４にも同様に適用される。

（第３実施形態）
図８は肉薄外輪を有する背面組合せされたアンギュラ軸受を内輪回転機構に適用した軸受装置の要部断面図である。図８に示す一対のアンギュラ軸受２４，２４は、転動体２３のピッチ円直径φｄｍが、各外輪２２，２２の外径と、各内輪２１，２１の内径との平均直径（φＤ＋φｄ）／２より大きく設定されている（φｄｍ＞（φＤ＋φｄ）／２）。ここで、φＤは各外輪２２，２２の外径であり、φｄは各内輪２１，２１の内径である。即ち、第１および第２実施形態で説明した通常のアンギュラ軸受２４，２４に対して、各外輪２２，２２が肉薄に形成され、各内輪２１，２１が肉厚に形成されている。

図４および式（１）で説明したように、肉厚円筒の外周に圧力をかけたとき、肉厚が薄いほど外径収縮量が大きくなるので、本実施形態のように各外輪２２，２２の肉厚を薄肉に形成することにより、圧力流体の圧力がより有効に作用して、アンギュラ軸受２４，２４に大きな予圧を付与することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態の軸受装置１２と同様である。

（第４実施形態）
図９は非分割型スリーブを備えた軸受装置が内輪回転機構に適用された要部断面図である。本実施形態のスリーブ５０は、内径側リング３１と外径側リング３２とが、一体に形成されて、内部に密閉された圧力室３５が形成されている。このような一体型スリーブ５０は、例えば、内径側リング３１と外径側リング３２とを嵌合させた後、嵌合部を溶接することによって実現される。一体型スリーブ５０は、内径側リング３１と外径側リング３２とが嵌合することで形成されたスリーブと比較して、圧力流体の漏れの虞がなく、圧力を有効に利用できるという利点を有する。
その他の構成および機能は、第１実施形態の軸受装置１２と同様である。

（第５実施形態）
図１０は背面組合せされたアンギュラ軸受を内輪回転機構に適用した軸受装置において、圧力流体供給穴をハウジング側に設けた実施形態の要部断面図である。
本実施形態の軸受装置１２は、圧力流体供給穴３６、配管３７、およびニップル３８がスリーブ３０（外径側リング３２）の外周面側に設けられ、ハウジング１１に設けられた配管用穴１１ａから導出されて不図示の圧力流体供給装置に接続されている。なお、図中、符号３９は埋め栓である。

本実施形態においても、配管３７及びニップル３８の一部が配管用穴１１ａに配置され、ニップル３８の一部がスリーブ３０の回り止め機能を有するので、ピンなどの専用回止め部品が不要となる。
その他の構成および機能は、第１実施形態の軸受装置１２と同様である。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記の説明においては軸受装置が工作機械の回転テーブルに適用された例について説明したが、回転テーブルに限定されず、工作機械のスピンドル装置にも同様に適用することができ、同様の効果を奏する。

また、スリーブ３０の圧力室３５に圧力流体を供給するための供給路の形態は、圧力室３５に圧力流体を供給可能であれば、特に限定されず、任意の形態とすることができる。
特に、圧力流体供給穴３６は、スリーブ３０の側部のいずれの位置に設定してもよく、本実施形態では、スリーブ３０の外径側リング３２の内向きフランジ３２ａに形成されているが、図１１に示すように、内径側リング３１の外向きフランジ３１ａに形成されてもよい。内径側及び外径側リング３１，３２の２部品で製作されるスリーブ３０が、焼きばめによってしめしろ嵌合される場合、しめしろ量によっては外径側リング３２を高温に熱する必要がある。このとき、圧力流体供給穴３６が大径部品に設けられていると熱塑性変形や焼き割れなどが発生し、所望の性能を得られない可能性がある。また、圧力流体供給穴３６に雌ねじを形成する場合、熱塑性変形や焼き割れにより、その機能が損なわれる可能性がある。そこで、予め内径側リング３１に圧力流体供給穴３６を設けることで、上述の加熱による問題を回避することが可能となる。

また、本発明の軸受装置では、アンギュラ玉軸受の列数は、必要とする剛性に応じて、２列以上の多列組合せとしてもかまわない。

１０ 回転テーブル
１２，４０ 軸受装置
２１ 内輪
２２ 外輪
２２ａ 外輪の外周面
２３ 玉（転動体）
２４ アンギュラ軸受
３０ スリーブ
３１ 内径側リング
３２ 外径側リング
３３ 環状外周溝
３４ 環状内周溝
３５ 圧力室
ＣＬ 接触角の延長線
Ｌ１ 一対のアンギュラ軸受の各軸方向外端面間の幅
Ｌ２ スリーブの幅
Ｐａ 接触角の延長線が圧力室の径方向周面と交差する位置
α 接触角

Claims (6)

1. 外輪、内輪、および接触角を有して前記外輪および前記内輪間に転動自在に配設された複数の転動体を有するアンギュラ軸受と、
   前記外輪の外周面に嵌合され、圧力流体を供給可能な密閉された圧力室が内部に形成された中空断面を有する環状のスリーブと、
   を備え、前記圧力室に供給される前記圧力流体の圧力によって前記アンギュラ軸受の予圧を切換可能な軸受装置であって、
   前記圧力室の径方向内側周面は、前記接触角の延長線と交差するように形成されており、
   前記スリーブは、
   外周面の軸方向中間部に外周溝を有する内径側リングと、
   内周面の軸方向中間部に内周溝を有し、前記内径側リングと軸方向両端部にてしまり嵌めで嵌合する外径側リングと、を備え、
   前記圧力室は、前記外周溝と前記内周溝とにより形成されることを特徴とする軸受装置。
2. 外輪、内輪、および接触角を有して前記外輪および前記内輪間に転動自在に配設された複数の転動体を有するアンギュラ軸受と、
   前記内輪の内周面に嵌合され、圧力流体を供給可能な密閉された圧力室が内部に形成された中空断面を有する環状のスリーブと、
   を備え、前記圧力室に供給される前記圧力流体の圧力によって前記アンギュラ軸受の予圧を切換可能な軸受装置であって、
   前記圧力室の径方向外側周面は、前記接触角の延長線と交差するように形成されており、
   前記スリーブは、
   外周面の軸方向中間部に外周溝を有する内径側リングと、
   内周面の軸方向中間部に内周溝を有し、前記内径側リングと軸方向両端部にてしまり嵌めで嵌合する外径側リングと、を備え、
   前記圧力室は、前記外周溝と前記内周溝とにより形成されることを特徴とする軸受装置。
3. 前記アンギュラ軸受には、定位置予圧が予め付与されることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。
4. 前記アンギュラ軸受は、背面組合せ、または正面組合せされた一対のアンギュラ軸受からなり、
   前記スリーブの幅は、前記一対のアンギュラ軸受の各軸方向外端面間の幅以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の軸受装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械の回転テーブル。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軸受装置を備えることを特徴とする工作機械のスピンドル装置。

Images