JP5933351B2 - 軸受装置 - Google Patents

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Description

本発明は、予圧を付与することにより転動体を外輪及び内輪に圧接する予圧付与装置を有した軸受装置に関する。
従来、工作機械において工具が設けられる主軸は、低速域から高速域までという広い範囲の回転数（ｒｐｍ）で使用される。これは、工具で加工対象のワークを加工する際に、切削速度Ｖ一定の条件が課せられることが多いためである。例えば、ワークとしての円板部材をその外周部から中心部に向かって切削速度Ｖ一定で加工する際には、Ｖ＝２πＲＮ（Ｎ：主軸の回転数（ｒｐｍ）、Ｒ：加工半径（ｍ））であることから、加工の進展に伴って加工半径Ｒが小さくなる分だけ主軸の回転数Ｎを大きくしなければならないためである。
一方、かかる工作機械では、主軸の回転剛性や回転精度の向上、或いは振動や騒音の低減などを目的として、主軸の軸受に予圧を付与することが行われている。例えば、外輪が縮径変形するような外力が予圧として軸受に付与され、これにより外輪と転動体と内輪とを圧接することがなされている。
但し、予圧が適値に設定されていないと、種々の問題が起こり得る。例えば、予圧過剰の場合には、軸受の温度上昇や焼き付き、大きな動力損失を招く一方、予圧不足の場合には、転動体と内輪との間で大きな相対滑りが発生して、転動体や内輪にスミアリングなどの損傷が生じる虞がある。
また、予圧を適値に設定したつもりでも、それが所謂固定予圧の場合、つまり予圧が一定値に固定されている場合には、主軸の回転数の変化などに伴って軸受の状態は変化し、それに応じて予圧の適値も変わるので、上述の問題を引き起こしてしまう虞がある。
例えば、高速回転になると、転動体に作用する遠心力が大きくなって内輪から転動体が離れやすくなることから、高速回転での予圧の適値は、低速回転の予圧の適値よりも大きい。よって、仮に、低速回転で適値とされる予圧の値を高速回転でも維持し続けると、転動体と内輪との間で大きな相対滑りが発生する虞がある。
そのため、好ましくは、軸受の状態に応じて予圧を自動調整するようになっていると良い。
この点につき、特許文献１には、主軸の変位や振動、音響の何れかを計測し、この計測値に基づいて予圧を制御することが開示されている。
特開２０１１−２０２４０号公報
しかしながら、主軸の変位や振動等の主軸の状態を計測するよりは、主軸を支持する軸受の状態を計測した方が好ましいと思われる。そして、上述のように軸受の損傷の主因が、転動体と内輪との間の相対滑りであることを考慮すると、この相対滑りをより直接的に評価可能な指標に基づいて予圧を制御すれば、より確実に軸受の状態を良好に保つことができるものと考えられる。
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、予圧を付与することにより転動体を外輪及び内輪に圧接する予圧付与装置を有した軸受装置において、転動体と内輪との相対滑りの状態をより正確に評価可能な代替指標に基づいて予圧を制御することにより、使用中の軸受の状態を良好に保つことにある。
上記目的を達成するための主たる発明は、
駆動回転する軸部材を所定の支持部材に回転可能に支持する軸受装置であって、
前記軸部材に設けられる環状の内輪と、
前記支持部材に設けられる環状の外輪と、
前記外輪及び前記内輪に接触して転動する複数の転動体と、
前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器と、
予圧を付与することにより前記転動体を前記外輪及び前記内輪に圧接する予圧付与装置と、
前記保持器の回転数に関する計測データを出力するセンサーと、
前記軸部材の回転数を示す指示データを出力する出力部と、
前記保持器の回転数の前記計測データ及び前記軸部材の回転数を示す前記指示データとの両者に基づいて、前記予圧付与装置の予圧を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記軸部材の回転数を示す前記指示データに基づいて、前記保持器の回転数の理論値を算出する理論値算出部と、
前記理論値と前記計測データとに基づいて、前記軸部材に対する前記保持器の回転数の低下率を算出する回転数低下率算出部と、
予め記録された閾値データと前記低下率とを比較して、前記閾値データが示す条件を前記低下率が満たすように前記予圧を変更すべく指令信号を前記予圧付与装置に向けて出力する指令信号出力部と、を有することを特徴とする軸受装置である。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
本発明によれば、予圧を付与することにより転動体を外輪及び内輪に圧接する予圧付与装置を有した軸受装置において、転動体と内輪との相対滑りの状態をより正確に評価可能な代替指標に基づいて予圧を制御することにより、使用中の軸受の状態を良好に保つことが可能となる。
図１Ａは、軸受装置１０に係る軸受１１の一例としてのころ軸受の概略中心断面図であり、図１Ｂは、図１Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 軸受１１の動摩擦損失特性のグラフである。 図３Ａは、本願発明者が実験で取得した保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒと、軸受１１の動摩擦係数との関係のグラフであり、図３Ｂは、予圧と低下率Ｒとの関係のグラフである。 図４Ａは、本実施形態の軸受装置１０の構成を示す概略図であり、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 制御部９０の機能ブロック図である。 図６Ａは、第１例の予圧付与機構内蔵型軸受１１１の概略中心断面図であり、図６Ｂは、図６Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 図７は、図６Ａ中のVII部拡大図である。 図８Ａは、圧力室Ｒ１４０が非加圧状態の場合の軸受１１１の概略中心断面図であり、図８Ｂは、圧力室Ｒ１４０が加圧状態の場合の軸受１１１の概略中心断面図である。 第１例の軸受１１１の適用例の概略中心断面図である。 変形例の軸受１１１ａの概略中心断面図である。 変形例の軸受１１１ａの適用例の概略中心断面図である。 図１１Ａは、第２例の予圧付与機構内蔵型軸受２１１の概略中心断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 図１１Ａ中のXII部拡大図である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１１Ａ中の外輪２３０の拡大図であり、図１３Ａには、圧力室Ｒ２３０が非加圧状態の場合を示し、図１３Ｂには、圧力室Ｒ２３０が加圧状態の場合を示している。 第２例の軸受２１１の変形例である。 第２例の軸受２１１の適用例の概略中心断面図である。 第１例の軸受１１１と第２例の軸受２１１との両者が適用された主軸５の支持構造の概略中心断面図である。
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
駆動回転する軸部材を所定の支持部材に回転可能に支持する軸受装置であって、
前記軸部材に設けられる環状の内輪と、
前記支持部材に設けられる環状の外輪と、
前記外輪及び前記内輪に接触して転動する複数の転動体と、
前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器と、
予圧を付与することにより前記転動体を前記外輪及び前記内輪に圧接する予圧付与装置と、
前記保持器の回転数に関する計測データを出力するセンサーと、
前記軸部材の回転数を示す指示データを出力する出力部と、
前記保持器の回転数の前記計測データ及び前記軸部材の回転数を示す前記指示データとの両者に基づいて、前記予圧付与装置の予圧を制御する制御部と、を有することを特徴とする軸受装置。
このような軸受装置によれば、保持器の回転数の計測データ及び軸部材の回転数を示す指示データとの両者に基づいて予圧付与装置の予圧を制御する。よって、使用中の軸受の状態を良好に保つことができる。詳しくは次の通りである。
先ず、転動体は、軸部材の内輪から駆動力を得て、内輪の転動面を公転している。そして、この転動体と一体となって保持器は軸部材の回りを回っている。そのため、保持器の回転数を、転動体の公転速度と捉えることができる。一方、軸部材の回転数は、幾何学的関係に基づいて保持器の回転数に換算することができて、これを理論回転数とすれば、当該理論回転数は、内輪と転動体とが相対的に滑らない理想状態で転動体が内輪を公転しているときの公転速度と捉えることができる。そのため、この理論回転数と保持器の回転数との差分が、軸部材に設けられる内輪と転動体との相対的な滑りを表していることになる。他方、この相対的な滑りは、軸受の損傷の主因であることから、上記の差分は、軸受の状態を正確に評価可能な指標たり得る。よって、保持器の回転数の計測データ及び軸部材の回転数を示す指示データとの両者に基づいて予圧付与装置の予圧を制御すれば、使用中の軸受の状態を良好に保てるようになる。
ちなみに、上述の理論回転数については、次のように言うこともできる。すなわち理論回転数は、軸受設計で定められた幾何学的関係に基づき求められる値のことである。よって、加工、組み立て、運転における軸受の幾何学的変形に伴う回転数の誤差分は、保持器の回転数に関する計測データに内在するものとして評価される。
かかる軸受装置であって、
前記制御部は、
前記軸部材の回転数を示す前記指示データに基づいて、前記保持器の回転数の理論値を算出する理論値算出部と、
前記理論値と前記計測データとに基づいて、前記軸部材に対する前記保持器の回転数の低下率を算出する回転数低下率算出部と、
予め記録された閾値データと前記低下率とを比較して、前記閾値データが示す条件を前記低下率が満たすように前記予圧を変更すべく指令信号を前記予圧付与装置に向けて出力する指令信号出力部と、を有するのが望ましい。
このような軸受装置によれば、軸部材に対する保持器の回転数の低下率を算出して、この低下率が予め記録された閾値データを満たすように予圧を変更する。よって、使用中の軸受の状態を良好に保つことができる。
かかる軸受装置であって、
前記指令信号出力部は、前記軸部材の回転数の大きさに対応させて前記閾値データを複数有し、
前記指令信号出力部は、前記軸部材の回転数を示す前記指示データに基づいて前記複数の前記閾値データのなかから対応する閾値データを選択し、選択された前記閾値データと前記保持器の回転数の低下率とを比較して前記指令信号を出力するのが望ましい。
このような軸受装置によれば、軸部材の回転数を示す指示データに基づいて複数の閾値データのなかから対応する閾値データを選択し、選択された閾値データと保持器の回転数の低下率とを比較して指令信号を出力する。よって、使用中の軸受の状態をより一層良好に保つことができる。
かかる軸受装置であって、
前記転動体は、アキシャル方向に平行な軸を回転中心として自転する円柱体であるとともに、前記転動体は、ラジアル方向から前記外輪及び前記内輪に接触して転動し、
前記外輪は、
前記転動体が転動する転動面を内周面に有する環状部と、
前記外輪を前記支持部材に固定するための固定部として、前記環状部におけるアキシャル方向の端部に一体に連続しつつ前記ラジアル方向の外方に突出して設けられた突出部と、を有し、
前記環状部の外周面の外方には、前記外周面を全周に亘って覆いつつ該外周面との間に環状空間を区画するリング状部材が前記予圧付与装置の一部として設けられており、
前記環状空間に供給された加圧流体によって、前記環状部が前記ラジアル方向に弾性縮径変形されて、前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接されるのが望ましい。
このような軸受装置によれば、所謂円筒ころ軸受の構成になっている。よって、軸部材に作用するラジアル荷重を確実に受け止めることができる。
また、加圧流体の供給に基づいて環状部がラジアル方向に弾性縮径変形されることにより、転動体は外輪及び内輪に圧接される。よって、圧接過程でのスティックスリップ現象の発生は有効に回避され、これにより、概ね加圧流体の供給圧の増減に連動して、転動体の外輪及び内輪との圧接に係る力は円滑且つ速やかに変化するようになる。その結果、圧接に係る力を任意の目標値に自在に増減調整可能となる。
更に、外輪は、転動体が転動する環状部に一体に設けられた固定部を有し、この固定部を介して、適宜な装置のハウジングなどの支持部材に外輪は固定される。よって、転動体を介して環状部に伝達されるラジアル荷重を、固定部を通して速やかに支持部材に伝達可能であり、これにより、ラジアル荷重を確実に支持することができる。
また、加圧流体が供給される環状空間は、外輪の環状部の外周面に隣接しているので、供給圧は環状部に直接作用する。よって、加圧流体の供給によって環状部の縮径変形を確実に行うことができて、結果、転動体を外輪及び内輪に確実に圧接可能となる。
かかる軸受装置であって、
前記転動体の形状は球状であり、
前記内輪には、前記転動体がアキシャル方向の二箇所にてそれぞれ対応する接触角で接触して転動し、
前記外輪は、
前記内輪に係る前記二箇所のうちの一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第１転動面を有する第１外輪部分と、
前記内輪に係る前記二箇所のうちのもう一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第２転動面を有する第２外輪部分と、を有し、
前記第１外輪部分は、
前記第１転動面を有した内側環状部と、
前記内側環状部からラジアル方向の外方に延出して一体に設けられた薄肉部と、
前記薄肉部を介して前記内側環状部をアキシャル方向に移動可能に支持すべく前記薄肉部の外周縁部に一体に設けられた外側環状部と、
前記内側環状部と前記薄肉部と前記外側環状部とで区画される環状空間に加圧流体を供給するための供給孔と、を有し、
前記予圧付与装置の一部をなす前記供給孔から供給された前記加圧流体によって、前記薄肉部が前記アキシャル方向に弾性変形され、前記内側環状部の前記アキシャル方向の移動を介して前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接されるのが望ましい。
このような軸受装置によれば、所謂４点接触玉軸受の構成になっている。すなわち、転動体は内輪に二箇所で接触し、これら二箇所のうちの一箇所に対応して、転動体は第１外輪部分の第１転動面と一箇所で接触し、同二箇所のうちのもう一箇所に対応して、転動体は第２外輪部分の第２転動面と一箇所で接触する。よって、この玉軸受一つで、ラジアル荷重だけでなく両方向のアキシャル荷重も受けることができる。
また、加圧流体の供給圧に基づいて薄肉部がアキシャル方向に弾性変形されることにより、内側環状部が移動して転動体は外輪及び内輪に圧接される。よって、圧接過程でのスティックスリップ現象の発生は有効に回避され、これにより、概ね供給圧の増減に連動して、転動体の外輪及び内輪との圧接に係る力は円滑且つ速やかに変化するようになる。その結果、圧接に係る力を任意の目標値に自在に増減調整可能となる。
かかる軸受装置であって、
前記軸部材は、アキシャル方向の一端部で第１軸受に支持され、アキシャル方向の他端部で第２軸受に支持されており、
前記第１軸受に対応させて第１の予圧付与装置を有し、
前記第２軸受に対応させて第２の予圧付与装置を有し、
前記第１軸受の外輪は、
前記転動体が転動する転動面を内周面に有する環状部と、
前記外輪を前記支持部材に固定するための固定部として、前記環状部におけるアキシャル方向の端部に一体に連続しつつ前記ラジアル方向の外方に突出して設けられた突出部と、を有し、
前記環状部の外周面の外方には、前記外周面を全周に亘って覆いつつ該外周面との間に環状空間を区画するリング状部材が前記第１の予圧付与装置の一部として設けられており、
前記環状空間に供給された加圧流体によって、前記環状部が前記ラジアル方向に弾性縮径変形されて、前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接され、
前記第２軸受の前記転動体は球体であり、
前記第２軸受の内輪には、前記転動体がアキシャル方向の二箇所にてそれぞれ対応する接触角で接触して転動し、
前記第２軸受の外輪は、
前記内輪に係る前記二箇所のうちの一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第１転動面を有する第１外輪部分と、
前記内輪に係る前記二箇所のうちのもう一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第２転動面を有する第２外輪部分と、を有し、
前記第１外輪部分は、
前記第１転動面を有した内側環状部と、
前記内側環状部からラジアル方向の外方に延出して一体に設けられた薄肉部と、
前記薄肉部を介して前記内側環状部をアキシャル方向に移動可能に支持すべく前記薄肉部の外周縁部に一体に設けられた外側環状部と、
前記内側環状部と前記薄肉部と前記外側環状部とで区画される環状空間に加圧流体を供給するための供給孔と、を有し、
前記第２の予圧付与装置の一部をなす前記供給孔から供給された前記加圧流体によって、前記薄肉部が前記アキシャル方向に弾性変形され、前記内側環状部の前記アキシャル方向の移動を介して前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接されるのが望ましい。
このような軸受装置によれば、第１軸受及び第２軸受は、それぞれ上述の円筒ころ軸受及び４点接触玉軸受の構成になっている。よって、軸部材に作用するラジアル荷重及び両方向のアキシャル荷重を確実に受け止めることができる。
また、第１軸受及び第２軸受のどちらも、それぞれ第１及び第２の予圧付与装置のうちの対応する予圧付与装置によって圧接力を変更することができる。すなわち、加圧流体の供給により圧接に係る力を変更することができる。よって、圧接に係る力を任意の目標値に自在に増減調整可能となる。
＝＝＝本発明の軸受装置１０に係る予圧制御の基本的考え方について＝＝＝
図１Ａは、軸受装置１０に係る軸受１１の一例としてのころ軸受の概略中心断面図であり、図１Ｂは、図１Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。また、図２は、一般的に知られている軸受１１の動摩擦損失特性のグラフである。グラフの縦軸は、軸受１１の動摩擦損失（Ｗ）であり、横軸は、軸受１１が支持する主軸５の回転数（ｒｐｍ（ｍｉｎ−１））である。なお、図２中には、グラフとして複数の曲線が示されているが、各曲線の動摩擦損失の値は、それぞれ、その曲線よりも下方に位置する各曲線の動摩擦損失の大きさが加えられた累積値である。つまり、各要因の動摩擦損失の大きさは、その下方に隣り合う曲線との間の上下方向の幅として示されている。
図２を参照してわかるように、軸受１１の動摩擦損失の主要因は、転動体５０と内輪２０の転動面２０ａ又は外輪３０の転動面３０ａとの間の相対滑りである。そして、この相対滑りの主なものとして、ジャイロ滑りやスピン滑りが挙げられる。
ジャイロ滑りとは、転動体５０の公転軸と自転軸との傾き角に起因して転動体５０にジャイロモーメントが働くことによって生じる滑りのことである。なお、アンギュラ玉軸受の場合には、所謂接触角が上記の傾き角に相当し、また、ころ軸受の場合には、所謂スキュー角が上記の傾き角に相当する。
一方、スピン滑りとは、一般には転動体５０と転動面２０ａ（３０ａ）との接触領域における中央と端とで転動軌道の半径が異なることにより生じる滑りのことを指すが、ここでは、もう少し広く捉えることにし、つまり、接触領域での転動体５０と転動面２０ａ（３０ａ）との周速差に起因した相対滑りのことを指すものとする。よって、このスピン滑りの概念には、転動体５０に作用する遠心力Ｆｃに起因した相対滑りも含まれる。すなわち、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、主軸５自身の駆動回転によって主軸５の回転数（ｒｐｍ）が増加すると、主軸５回りの転動体５０の回転数Ｎ５０（以下、公転速度Ｖ５０とも言う）が増加するので、転動体５０の遠心力Ｆｃも大きくなる。すると、主軸５と一体に回転する内輪２０の転動面２０ａから転動体５０がラジアル方向に離れ易くなって同転動体５０は内輪２０から駆動力を得難くなる。そして、その結果、転動体５０は、内輪２０の転動面２０ａに対して遅れる側に相対滑りを生じるが、かかる相対滑りも上記のスピン滑りの概念に含まれるものとする。
ところで、これら相対滑りの影響は、巨視的には主軸５の回転数Ｎ５に対する保持器６０の回転数Ｎ６０の遅れとして現れるものと考えられる。詳しくは次の通りである。保持器６０は、回転方向に隣り合う転動体５０，５０同士を非接触状態に保持するものであり、より具体的に言えば、転動体５０毎に転動体５０を収容する孔部６０ｈを有した環状部材である。そして、同保持器６０は、内輪２０を転動する転動体５０から主軸５回りの駆動力を得て転動体５０と一緒に略一体となって同主軸５回りに回転している。つまり、転動体５０の公転速度Ｖ５０に相当する回転数Ｎ５０で保持器６０は回転している。そのため、転動体５０の相対滑りの影響は、転動体５０の公転速度Ｖ５０の低下を介して、保持器６０にも回転数Ｎ６０の低下の形で現れるものと考えられ、よって、保持器６０の回転数Ｎ６０を監視することで、巨視的に転動体５０と内輪２０の転動面２０ａとの間の相対滑りの状態、つまり軸受１１の状態を把握できるものと考えられる。
図３Ａは、本願発明者が実験で取得した保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒと、軸受１１の動摩擦係数との関係のグラフである。なお、縦軸の軸受１１の動摩擦係数は、上述した軸受１１の動摩擦損失と同義である。また、横軸の保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒ（％）は、下式１で求められるものである。つまり、保持器６０が主軸５に対して遅れることなく回転した理想状態の回転数を保持器６０の理論回転数Ｎ０（ｒｐｍ）とした場合に、この理論回転数Ｎ０からどれくらい保持器６０の実際の回転数Ｎ６０（ｒｐｍ）が低下しているかを示す割合である。ちなみに、理論回転数Ｎ０は、主軸５の実際の回転数Ｎ５（ｒｐｍ）を下式２によって保持器６０の回転数に換算することで求められ、また、下式２中の「ｄ」は、転動体５０の直径であり、「α」は、軸受１１の内輪２０及び外輪３０と転動体５０との接触角であり、「Ｄｐ」は、転動体５０のピッチ円径である。
Figure 0005933351
そして、図３Ａには、かかるグラフが、高速回転、中速回転、及び低速回転の３水準の主軸５の回転数Ｎ５について示されているが、各グラフは、それぞれ、次のようにして取得されたものである。先ず、上記の３水準のなかから回転数を選択して、その回転数に主軸５の回転数Ｎ５を維持する。そして、この回転数Ｎ５一定の条件下において、軸受１１に付与する予圧の大きさを徐々に大きくしていき、その漸増過程において、保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒと主軸５の駆動モーターの動力値（Ｗ）とを対応付けながら記録していき、これにより、図３Ａの各グラフが取得されている。なお、縦軸の動摩擦係数の値は、上記の駆動モーターの動力値（Ｗ）を、周知の換算式を用いて動摩擦係数に換算したものである。そのため、前述したように、グラフの縦軸は動摩擦損失と同義である。
図３Ａを参照すると、全体的に、保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒが所定範囲の場合に動摩擦係数が極小になることがわかる。例えば、回転数Ｎ６０の低下率Ｒが０％よりも大きく１０％未満の範囲において、動摩擦係数たる動摩擦損失は極小となっており、より狭い範囲で言えば、３％よりも大きく７％未満の範囲において極小となっている。
また、同図３Ａ中には、予圧の増大方向を矢印で併記しており、更に、予圧が相対的に小さい予圧不足域と、予圧が相対的に大きい予圧過剰域と、これらの間の大きさに予圧が設定された予圧適正域とについても図示しているが、同図３Ａ中の左端の予圧過剰域を除いて、概ね予圧の増大に伴って保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒが漸減しているのがわかる。従って、予圧の増減調整により保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒを増減調整可能と考えられる。ちなみに、図３Ｂに、予圧と低下率Ｒとの関係のグラフを示すが、同グラフには、上述したことと同じ傾向が現れている。
そして、以上の得られた知見に基づき、以下で説明する本実施形態の軸受装置１０では、軸受１１の状態を良好に保つべく、保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒが予め定められた所定範囲に入るように、予圧の大きさを制御している。
ちなみに、図３Ａ中の予圧不足域において保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒが大きくなっており、また動摩擦係数が大きくなっている理由は、転動体５０に作用する遠心力Ｆｃにより転動体５０が主軸５の内輪２０から離れようとして、主軸５の回転数Ｎ５に転動体５０が追随し難くなるためである。
また、同図３Ａ中の左端に示す予圧過剰域のように、予圧適正域を超えて予圧を過剰にかけ過ぎると、保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒは減少から反転して増加し、そして、同様に動摩擦係数も減少から反転して増加する傾向にあるが、この理由については次のように推察される。すなわち、予圧過剰域では、保持器６０の回転数Ｎ６０は、軸受１１の幾何学的関係が支配的となるが、ここでは、過大な予圧に伴って接触面の寸法変化を生じる。すると、幾何学的関係は、設計で定められた関係とは異なってきて、つまり、前述の式２に示されるところの転動体５０の直径ｄ、接触角α、及び転動体５０のピッチ円形の値は、設計で定められた値と相違してくる。そして、この相違が、予圧の増大に従って大きくなるために、保持器６０の理論回転数Ｎ０と保持器６０の実際の回転数Ｎ６０の差分が、予圧の増大に従って増大するものと考えられる。
更に、図３Ａの低速回転のグラフと、中速回転のグラフと、高速回転のグラフとを詳細に比較すると、主軸５の回転数Ｎ５によって、動摩擦係数が極小となる低下率Ｒが互いに異なることがわかる。例えば、低速回転では、低下率がａ１〜ａ２の範囲で動摩擦係数が極小となっているが、中速回転では、低下率がｂ１〜ｂ２の範囲で動摩擦係数が極小となっており、更に、高速回転の場合には、低下率がｃ１〜ｃ２の範囲で動摩擦係数が極小となっている。そのため、好ましくは、主軸５の回転数Ｎ5の各水準に対応させて、それぞれ保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒに関して維持すべき目標範囲を設定するのが良いと考えられ、かかる知見も、本実施形態の軸受装置１０に反映させている。
＝＝＝本実施形態の軸受装置１０について＝＝＝
図４Ａは、本実施形態の軸受装置１０の構成を示す概略図であり、軸受１１の部分については、概略中心断面視で示している。また、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。なお、以下の説明では、軸受装置１０に係る軸受１１の軸方向のことを「アキシャル方向」又は「前後方向」と言い、同軸受１１の半径方向のことを「ラジアル方向」又は「内外方向」と言い、同軸受１１の周方向のことを単に「周方向」とも言う。なお、この周方向は、軸受１１の「回転方向」に相当する。また、以下で用いる断面図については、本来断面部に示すべきハッチングの一部を、図の錯綜防止目的で省略していることがある。
この例では、軸受装置１０は工作機械に適用されている。つまり、同装置１０は、工作機械のハウジング３（請求項に係る「支持部材」に相当）に、軸部材５としての主軸５を回転自在に支持する用途で使用されている。
かかる軸受装置１０は、主軸５をハウジング３に支持する軸受１１と、軸受１１に予圧を付与する予圧付与装置８０と、予圧付与装置８０を制御する制御部９０と、軸受１１の状態を計測して計測データを制御部９０へ出力する各種センサー９５，９７と、を有する。
軸受１１は、例えば円筒ころ軸受である。そして、軸受１１は、内輪２０と、外輪３０と、複数の転動体５０，５０…と、保持器６０と、を有する。内輪２０は、円環状部材であり、その内周側に主軸５が通されて同主軸５に内輪２０が同芯且つ相対移動不能に固定される。そして、内輪２０の外周面には転動体５０が転動する転動面２０ａが、周方向の全周に亘って形成されている。外輪３０も、円環状部材であり、上記のハウジング３の取り付け孔３ｈに嵌合される。そして、外輪３０の内周面には転動体５０が転動する転動面３０ａが、周方向の全周に亘って形成されている。転動体５０は、断面正円形状の円柱体であり、その自転軸Ｃ５０の向きをアキシャル方向と平行に向かせつつ、内輪２０と外輪３０との間に介装されている。保持器６０は、周方向（回転方向）に互いに隣り合う転動体５０，５０同士の接触を防ぐべく、同転動体５０，５０同士が互いの間に間隔を空けた状態で周方向に沿って並ぶように保持するものである。具体的には、保持器６０は、例えば環状部材を本体とし、かかる保持器６０には、転動体５０を収容する複数の孔部６０ｈが各転動体５０に対応させてそれぞれ形成されている。
予圧付与装置８０は、例えば、外輪３０がラジアル方向に縮径変形するような外力を予圧として軸受１１に付与可能なアクチュエータを有する。そして、この予圧の付与による外輪３０の縮径変形を介して、外輪３０と転動体５０と内輪２０とを圧接する。なお、上述のアクチュエータは、制御部９０から送信される予圧の制御信号Ｓ８０に基づいて作動する。
各種センサー９５，９７としては、保持器６０の回転数Ｎ６０を計測して、計測した回転数Ｎ６０の計測データをリアルタイムで出力する保持器回転数センサー９５（請求項に係る「センサー」に相当）と、主軸５の回転数Ｎ５を計測して、計測した回転数Ｎ５の計測データ（請求項に係る「指示データ」に相当）をリアルタイムで出力する主軸回転数センサー９５（請求項に係る「出力部」に相当）と、を有する。そして、保持器回転数センサー９５は、保持器６０に近接して配置され、主軸回転数センサー９７は、主軸５に近接して配置されている。なお、これらセンサー９５，９７は、例えばパルスジェネレータやエンコーダを用いて実現され、各計測データは、それぞれ制御部９０へ逐次送信される。
制御部９０は、例えばコンピュータやＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等であり、プロセッサとメモリとを有する。そして、メモリに予め格納された制御プログラムをプロセッサが読み出して実行することにより、図５に示された各種の機能ブロックとして機能する。
すなわち、制御部９０は、かかる機能ブロックとして、保持器理論回転数演算部と、保持器回転数低下率演算部と、保持器回転数低下率良否判定部と、を有する。
保持器理論回転数演算部（請求項に係る「理論値算出部」に相当）には、主軸回転数センサー９７から主軸５の回転数Ｎ５の計測データがリアルタイムで逐次送信される。そして、同演算部は、計測データが示す回転数Ｎ５の計測値を前述の式２に代入して、保持器６０の回転数Ｎ６０の理論値たる理論回転数Ｎ０を算出する。
保持器回転数低下率演算部（請求項に係る「回転数低下率算出部」に相当）には、保持器回転数センサー９５から保持器６０の回転数Ｎ６０の計測データが逐次送信され、また、上記の保持器理論回転数演算部からは、理論回転数Ｎ０が逐次送信される。そして、同保持器回転数低下率演算部は、計測データが示す回転数Ｎ６０の計測値と、理論回転数Ｎ０とを前述の式１に代入して、保持器６０の回転数の低下率Ｒ（％）を逐次算出する。
保持器回転数低下率良否判定部（請求項に係る「指令信号出力部」に相当）では、保持器回転数低下率演算部で逐次算出される低下率Ｒ（％）を、予め上記メモリに格納してなる所定の閾値データと比較することにより、当該低下率Ｒ（％）を良否判定する。そして、判定結果が「良判定」の場合、つまり低下率Ｒ％が、上記閾値データの上限値及び下限値で規定された適正範囲内の場合には、現状の予圧の値を維持する。一方、判定結果が「否判定」の場合、つまり低下率Ｒ％が上記適正範囲から外れている場合には、上記適正範囲に低下率Ｒ（％）が収まる方向に、予圧の制御信号Ｓ８０を予圧付与装置８０へ送信する。
例えば、低下率Ｒが適正範囲の上限値よりも大きい側に外れているプラス否判定の場合には、予圧不足と判定して、現状の予圧の値よりも所定値だけ大きくなるような制御信号Ｓ８０を予圧付与装置８０へ送信し、他方、低下率Ｒが適正範囲の下限値よりも小さい側に外れているマイナス否判定の場合には、予圧過剰と判定して、現状の予圧の値よりも所定値だけ小さくなるような制御信号Ｓ８０を予圧付与装置８０へ送信する。
そして、かかる良否判定処理及び制御信号Ｓ８０の送信処理は、数ミリ秒〜数十ミリ秒などの所定の制御周期で繰り返し実行され、これにより、予圧は、軸受１１の状態に応じて常時調整されることになる。
かかる低下率Ｒの上限値及び下限値は、例えば、既述の図３Ａのグラフから、動摩擦係数が極小となる低下率Ｒの所定範囲を読み取ることで予め決定されている。例えば、低速回転の例で言えば、低下率がａ１〜ａ２の範囲で動摩擦係数が極小となっているので、下限値はａ１と予め決定され、上限値はａ２と予め決定され、閾値データとしてメモリに予め格納される。ちなみに、図３Ａのグラフの関係は、予め対象の軸受１１に対して予備実験などを行って取得される。
また、図３Ａを参照して前述したように、動摩擦係数が極小となる低下率Ｒの範囲たる適正範囲は、主軸５の回転数Ｎ５に応じて変化する。すなわち、低速回転では、低下率Ｒがａ１〜ａ２の範囲で動摩擦係数が極小となっているが、中速回転では、低下率Ｒがｂ１〜ｂ２の範囲で動摩擦係数が極小となっており、更に、高速回転の場合には、低下率Ｒがｃ１〜ｃ２の範囲で動摩擦係数が極小となっている。
そのため、制御部９０のメモリには、上述の良否判定処理に供する閾値データの下限値及び上限値が、低速回転、中速回転、及び高速回転の各回転数水準に対応させて、それぞれ格納されている。例えば、低速回転では、下限値がａ１で上限値がａ２であるが、中速回転では、下限値がｂ１で上限値がｂ２であり、また高速回転では、下限値がｃ１で上限値がｃ２である。
そして、保持器回転数低下率良否判定部では、主軸回転数センサー９７から送信される主軸５の回転数Ｎ５の計測データに基づいて、これに対応する上限値及び下限値をメモリから取得して、上述の良否判定処理に供している。例えば、主軸５の回転数Ｎ５の計測データが低速回転に対応している場合には、メモリの閾値データの下限値ａ１，ｂ１，ｃ１及び上限値ａ２，ｂ２，ｃ２の中から、下限値としてａ１を選択し上限値としてａ２を選択して、上述の良否判定処理を行っている。
なお、かかる低速回転、中速回転、及び高速回転は、それぞれピンポイントではなく回転数Ｎ５の範囲でもって予め規定されている。例えば、低速回転はＮ５＜Ｎ１であり、中速回転はＮ１≦Ｎ５＜Ｎ２であり、高速回転はＮ２≦Ｎ５であるといった具合に回転数Ｎ５の範囲で予め規定されている。
また、望ましくは、上述の適正範囲の上限値及び下限値を二段階で設定しておくと良い。すなわち、上限値として上側上限値と、上側上限値よりも小さい値の下側上限値と、を有し、また、下限値として下側下限値と、下側下限値よりも大きい値の上側下限値と、を有していると良い。そうすれば、下側上限値及び上側下限値を上述の予圧の制御に使用する一方、上側上限値及び下側下限値については、軸受１１の異常警報の発令に使用することができる。詳しくは、上述の良否判定処理においては、下側上限値と上側下限値とを用いて予圧の制御信号Ｓ８０を送信するが、仮に、低下率Ｒが上側上限値を超えたり、或いは、下側下限値を下回ったりした場合には、制御部９０は、軸受装置１０が具備する報知器９９に向けて警報指令信号を出力し、これにより、作業者は軸受１１の異常を知ることができる。
なお、上述の例では、閾値データをａ１，ａ２等の百分率表記の数値で与えていたが、何等これに限るものではない。例えば、ａ１やａ２を所定の基準値ａ０で除算してなる比率で、閾値データを与えても良い。すなわち、低速回転の閾値データで言えば、下限値をａ１／ａ０で与え、上限値をａ２／ａ０で与えても良い。そして、この場合には、低下率Ｒの方も、基準値ａ０で除算されることによりＲ／ａ０に変更されて、良否判定処理に供されることになる。
また、この例では、図５に示すように、制御部９０は、機能ブロックとして予圧初期値決定部を有している。この予圧初期値決定部は、工作機械の運転開始時に付与すべき予圧の初期値を決めるものであり、この予圧の初期値の決定は、例えば次のようにしてなされる。
先ず、制御部９０のメモリには、予め回転数データテーブルが格納されており、このデータテーブルには、運転開始時の加速パターン等を規定する各運転モードに対応させて、主軸５の回転数Ｎ５の代表値が記憶されている。また、同メモリには、予圧初期値データテーブルも予め格納されており、この予圧初期値データテーブルには、主軸５の回転数Ｎ５と、付与すべき予圧の初期値との対応関係を示すデータが記憶されている。
そして、作業者が工作機械の操作盤の運転モード選択ボタンを押すなどして運転モードを選択すると、予圧初期値決定部は、この選択された運転モードに対応する主軸５の回転数Ｎ５の代表値を、回転数代表値データテーブルから読み出すとともに、この回転数Ｎ５の代表値に対応する予圧の初期値を、予圧初期値データテーブルから読み出す。そうしたら、予圧初期値決定部は、この読み出した予圧の初期値になるように、予圧の制御信号Ｓ８０を予圧付与装置８０に送信し、予圧付与装置８０は、この制御信号Ｓ８０に基づいて軸受１１に予圧を付与する。そして、工作機械の運転開始から所定時間が経過するなどして、「定常運転状態になった」と予圧初期値決定部が判定したら、以降は、予圧の制御信号Ｓ８０の予圧付与装置８０への送信を、保持器回転数低下率良否判定部が行うように切り替え、これにより、前述した低下率Ｒ（％）の良否判定処理に基づいて予圧の制御が行われる。
ところで、上述の例では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように主軸５に近接させて主軸５の回転数Ｎ５を計測する主軸回転数センサー９７を配置し、このセンサー９７から出力される主軸５の回転数Ｎ５の計測データを用いて保持器６０の理論回転数Ｎ０を演算していたが、何等これに限るものではない。例えば、主軸５は、一般に電動モーターによって駆動回転され、この電動モーターには、通常主軸５の回転数Ｎ５を制御する目的で、当該回転数Ｎ５を計測するエンコーダ等のセンサーが設けられている。よって、このセンサーから出力される計測データ（（請求項に係る「指示データ」に相当）を上述の制御部９０に送信して、理論回転数Ｎ０の演算に用いても良く、或いは、場合によっては、電動モーターを回転数制御するための回転数Ｎ５の指令信号（（請求項に係る「指示データ」に相当）を上述の制御部９０に送信して理論回転数Ｎ０の演算に用いても良い。そして、このようにすれば、主軸回転数センサー９７を省略することができる。
＝＝＝本実施形態の軸受装置１０に好適に使用可能な軸受１１１，２１１について＝＝＝
以下、本実施形態の軸受装置１０に好適に使用可能な軸受１１１，２１１について説明する。どちらの軸受１１１，１２１も、予圧の付与を円滑且つ確実に行えるように構成されたものであり、予圧付与装置８０の一部の機構を予圧付与機構として内蔵している。
＜＜＜第１例＞＞＞
図６Ａは、第１例の予圧付与機構内蔵型軸受１１１の概略中心断面図であり、図６Ｂは、図６Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。また、図７は、図６Ａ中のVII部拡大図である。
この第１例の軸受１１１は、所謂単列円筒ころ軸受の範疇に属する。すなわち、単列であることから、内輪１２０と外輪１３０との間には、複数の転動体１５０が周方向に一列に並んだ状態で配置されている。また、円筒ころ軸受１１１であることから、転動体１５０として、断面形状が正円形状の円柱体が使用されているとともに、転動体１５０の回転軸Ｃ１５０はアキシャル方向と平行になっている。これにより、ラジアル荷重の高い支持能力を発揮する。なお、周方向に互いに隣り合う転動体１５０，１５０同士の接触は、環状の保持器１６０によって回避されている。例えば、保持器１６０は、転動体１５０を収容する孔部１６０ｈを転動体１５０毎に有し、これにより転動体１５０，１５０同士の接触が回避されている。
図７に示すように、内輪１２０は、断面正円形状の鋼製円筒体を本体とする。内輪１２０の外周面には、凹状に溝部１２０ｔが周方向の全周に亘って形成されており、そして、この溝部１２０ｔの底面１２０ｔｂを転動面１２０ａとして転動体１５０が転動する。転動面１２０ａは、アキシャル方向に平行である。また、転動面１２０ａのアキシャル方向の両脇には、それぞれ溝部１２０ｔの側面１２０ｔｓ，１２０ｔｓが有るので、各側面１２０ｔｓ，１２０ｔｓに転動体１５０の端面が当接して転動体１５０のアキシャル方向の移動が規制される。
外輪１３０は、全体として断面正円形状の鋼製円筒体をなしており、詳しくは、転動体１５０が転動する転動面１３０ａを内周面に有する円環状の環状部１３２と、工作機械のハウジング３に外輪１３０を固定するための固定部１３６と、を有する。固定部１３６は、上記の環状部１３２におけるアキシャル方向の後端部１３２ｅｂに一体に連続しつつラジアル方向の外方に円環状に突出した突出部１３６であり、例えば、突出部１３６の外周面１３６ａをハウジング３の取り付け孔３ｈ（図９）の内周面に全周に亘って当接させながら同孔３ｈに嵌合され、これにより外輪１３０はハウジング３に固定される。そして、この固定状態においては、軸部材５たる主軸５に作用するラジアル荷重は、内輪１２０及び転動体１５０を介して外輪１３０の環状部１３２及び固定部１３６に順次伝達され、当該固定部１３６を通して速やかにハウジング３に伝達される（図９を参照）。よって、主軸５に作用するラジアル荷重をハウジング３に確実に支持させることができる。
環状部１３２の転動面１３０ａは、環状部１３２の全周に亘ってアキシャル方向と平行に形成されている。また、環状部１３２の厚さは、少なくとも転動面１３０ａの形成部分については一定厚さに設定されており、図７の例では、アキシャル方向の前端部１３２ｅｆの面取り部を除き、環状部１３２の全長且つ全周に亘って一定厚さに設定されている。なお、この厚さは、後述する加圧流体の供給圧に基づいてラジアル方向に円滑に環状部１３２が弾性縮径変形可能な寸法に設計されている。
環状部１３２の外周面１３２ｂには、予圧付与機構が設けられている。予圧付与機構は、外輪１３０の環状部１３２の外周面１３２ｂとの間に所定の隙間Ｇ１４０をあけながら対向配置された金属製のリング状部材１４０を本体とし、かかるリング状部材１４０と環状部１３２との間には円環状の圧力室Ｒ１４０が区画されている。よって、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、圧力室Ｒ１４０に加圧流体を供給して環状部１３２を縮径変形することにより、環状部１３２の転動面１３０ａにて転動体１５０は内輪１２０の転動面１２０ａの方へ押圧されて、その結果、転動体１５０は外輪１３０及び内輪１２０に圧接された状態となる。
そして、上述から明らかなように、かかる圧接過程においては、金属接触部分同士の相対移動はほぼ皆無であり、所謂スティックスリップ現象は発生し難い。そのため、加圧流体の供給圧の増減に連動して、転動体１５０と外輪１３０及び内輪１２０との圧接力は円滑且つ速やかに変化するようになる。その結果、圧接力を正確に付与することができて、圧接力の調整（予圧の調整）を正確に行うことができる。
図７に示すように、かかるリング状部材１４０は、アキシャル方向の長さが環状部１３２とほぼ同長の円環状部材であり、これにより、環状部１３２のアキシャル方向の略全長に亘って円環状に上述の圧力室Ｒ１４０が区画されている。また、リング状部材１４０のアキシャル方向に沿った断面の形状は、周方向の全周に亘って同形状に揃っている。よって、縮径変形の際の変形の偏りは全周に亘って概ね発生せず、これにより、転動体１５０と外輪１３０及び内輪１２０との圧接力は、周方向の全周に亘ってほぼ均等に作用する。
また、リング状部材１４０におけるアキシャル方向の両端部には、それぞれ、圧力室Ｒ１４０から外部への加圧流体の漏出を防ぐパッキン１４７，１４７が設けられている。すなわち、リング状部材１４０の内周面の両端部には、それぞれ全周に亘って溝１４０ｔ，１４０ｔが形成され、各溝１４０ｔには環状のパッキン１４７が挿入され、同パッキン１４７は、環状部１３２の外周面１３２ｂと溝１４０ｔの底面との両者に当接されつつ若干弾性圧縮変形した状態でこれら環状部１３２とリング状部材１４０との間に介装されており、これにより、圧力室Ｒ１４０からの加圧流体の漏出は有効に防止される。また、かかるパッキン１４７の介装によって、環状部１３２とリング状部材１４０とは非接触状態に保持されており、更に、同パッキン１４７はゴム製或いは樹脂製である。よって、環状部１３２及びリング状部材１４０の両者が金属製である場合に、これらの間の金属接触に起因したスティックスリップ現象の発生を確実に回避することができる。
圧力室Ｒ１４０への加圧流体の供給は、リング状部材１４０に穿孔された供給孔１４０ｈを通して行われる。図７の例では、ラジアル方向に沿って供給孔１４０ｈがリング状部材１４０を貫通して形成されている。そして、かかる供給孔１４０ｈにリング状部材１４０の外方から、加圧流体の流路となる配管やマニホールド部材等を接続することで、圧力室Ｒ１４０へ加圧流体を供給可能となる。供給孔１４０ｈの数は、図６Ｂの例のように一つでも良いし、複数でも良い。また、加圧流体としては、油圧に用いる作動油が一般的であるが、圧縮空気でも良いし、これら以外の流体でも良い。
なお、上述の加圧流体の流路となる配管やマニホールド部材は、予圧付与装置８０の一部をなしている。すなわち、この第１例に係る予圧付与装置８０は、上記の加圧流体の流路と、この流路に接続されて加圧流体の供給源となるポンプと、同流路のうちでポンプと供給孔１４０ｈとの間の部分に配された圧力調整弁と、を有している。そして、圧力調整弁は、前述の制御部９０から送信される予圧の制御信号Ｓ８０に基づいて、圧力室Ｒ１４０への供給圧を調整する。よって、かかる供給圧の調整により、転動体１５０と外輪１３０及び内輪１２０との圧接力を所望の任意値に調整することができる。
図９は、この第１例の軸受１１１の適用例の概略中心断面図である。この例でも、工作機械の主軸５をハウジング３に支持する支持構造に、第１例の軸受１１１が適用されている。なお、主軸５の軸芯Ｃ５は、この軸受１１１のアキシャル方向に沿っており、以下では、アキシャル方向の両端のうちで工具が取り付けられる側（図９中では左側）のことを「一端側」と言い、その逆側（図９中では右側）のことを「他端側」と言う。
この第１例の軸受１１１は、既述のように単列円筒ころ軸受の範疇に属するものである。そのため、当該軸受１１１は、ラジアル荷重の支持に特化しており、アキシャル荷重については支持することができない。よって、この図９の適用例では、アキシャル荷重を支持可能にすべく一対の単列アンギュラ玉軸受５１０，５１０が組み合わせられて、工作機械の主軸５を支持している。そして、かかる工作機械では、主軸５におけるアキシャル方向の一端部５ｅａに、不図示の工具が取り付けられることから、当該一端部５ｅａに大きなラジアル荷重が作用する。そのため、一端側に第１例の軸受１１１たる円筒ころ軸受１１１が設けられ、その逆側の他端側には一対の単列アンギュラ玉軸受５１０，５１０が設けられている。
なお、この図９の例では、一対の単列アンギュラ玉軸受５１０，５１０が背面組み合わせで配置されているが、何等これに限るものではない。すなわち、背面組み合わせと同様に、両方向のアキシャル荷重を受け止め可能な正面組み合わせで一対の単列アンギュラ玉軸受５１０，５１０を配置しても良い。ちなみに、単列アンギュラ玉軸受５１０は、内輪５２０と、外輪５３０と、これら内輪５２０及び外輪５３０の両者に所定の接触角α５１０で接触する複数の球状の転動体５５０と、を有する。
以下、この適用例の構成について詳しく説明する。
ハウジング３は、軸支対象の主軸５を収容する収容孔３ｈとしてアキシャル方向の一端から他端に沿った貫通孔３ｈを有する。そして、かかる貫通孔３ｈ内に主軸５を収容した状態で、円筒ころ軸受１１１及び一対の単列アンギュラ玉軸受５１０，５１０を介して主軸５をその軸芯Ｃ５回りに回転自在に支持している。なお、以下では、ハウジング３の一端面３ｅａに露出した貫通孔３ｈの開口部３ｈｅａのことを「第１開口部３ｈｅａ」と言い、他端面３ｅｂに露出した開口部３ｈｅｂのことを「第２開口部３ｈｅｂ」と言う。
図９に示すように、円筒ころ軸受１１１の外輪１３０は、ハウジング３の一端面３ｅａの第１開口部３ｈｅａから貫通孔３ｈ内に挿入されている。ここで、この貫通孔３ｈの内径は、一端側の第１開口部３ｈｅａからアキシャル方向の所定位置までの範囲Ａｅａに亘り外輪１３０の固定部１３６の外径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において貫通孔３ｈの内周面と外輪１３０の固定部１３６の外周面１３６ａとが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、貫通孔３ｈに挿入された外輪１３０は、ハウジング３に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、貫通孔３ｈの上記所定位置には、貫通孔３ｈの内径が縮径してなる段差面３ｈｓ１が形成されている。よって、この段差面３ｈｓ１に外輪１３０の固定部１３６の他端面が当接し、そして、第１開口部３ｈｅａの側からは、抜け止め用の押さえ部材４ａに押されたカラー部材４ｃが外輪１３０の固定部１３６の一端面に当接し、これにより外輪１３０はハウジング３に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。なお、押さえ部材４ａは、螺着やボルト止め等でハウジング３に移動不能に固定されている。
一方、円筒ころ軸受１１１の内輪１２０の内周側には、軸支対象の主軸５が挿通されている。ここで、主軸５の外径は、同主軸５の略他端からアキシャル方向の一端側の所定位置までの範囲に亘って内輪１２０の内径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において内輪１２０の内周面と主軸５の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、主軸５が挿入された内輪１２０は、主軸５に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、主軸５の上記所定位置には、主軸５の外径が拡径してなる段差面５ｓ１が形成されている。よって、この段差面５ｓ１に内輪１２０の一端面が当接し、更に内輪１２０の他端面には、後述のスペーサー９ａが当接し、これにより内輪１２０は主軸５に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。
一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０の各外輪５３０は、それぞれハウジング３の他端面３ｅｂの第２開口部３ｈｅｂから貫通孔３ｈ内に挿入される。ここで、この貫通孔３ｈの内径は、第２開口部３ｈｅｂからアキシャル方向の所定位置までの範囲Ａｅｂに亘り各外輪５３０の外径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において貫通孔３ｈの内周面と各外輪１３０の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、貫通孔３ｈに挿入された各外輪１３０は、ハウジング３に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、貫通孔３ｈの上記所定位置には、貫通孔３ｈの内径が縮径してなる段差面３ｈｓ２が形成されている。よって、この段差面３ｈｓ２に、一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０のうちで一端側に位置するアンギュラ玉軸受５１０の外輪５３０の一端面が当接し、そして、第２開口部３ｈｅｂの側からは、抜け止め用の押さえ部材６ａが、他端側に位置するアンギュラ玉軸受５１０の外輪５３０の他端面に当接し、これにより一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０の各外輪５３０はハウジング３に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。なお、押さえ部材６ａは、螺着やボルト止め等でハウジング３に移動不能に固定されている。また、図示例では、外輪５３０，５３０同士の間に環状のカラー部材８ｃが介装されているが、このカラー部材８ｃは無くても良い。
一方、一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０の各内輪５２０の内周側には、軸支対象の主軸５が挿通されている。ここで、主軸５の外径は、少なくとも同主軸５の他端から上記所定位置までの範囲に亘って内輪５２０の内径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において各内輪５２０の内周面と主軸５の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、主軸５が挿入された各内輪１２０は、主軸５に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、主軸５における円筒ころ軸受１１１の内輪１２０とアンギュラ玉軸受５１０の内輪５２０との間の部分には、筒状のスペーサー９ａが主軸５の外周面を覆って配されており、かかるスペーサー９ａのアキシャル方向の全長は、上述した貫通孔３ｈの段差面３ｈｓ１と段差面３ｈｓ２との間の距離Ｌｓと概ね同値に設定されている。よって、このスペーサー９ａの一端面に円筒ころ軸受１１１の内輪１２０の他端面が当接し、同スペーサー９ａの他端面には、一対のうちで一端側に位置するアンギュラ玉軸受５１０の内輪５２０の一端面が当接し、更に一対のうちで他端側に位置するアンギュラ玉軸受５１０の内輪５２０の他端面には、ナット部材６ｎやカラー部材６ｃ等を有した適宜な抜け止め用の押さえ部材６ｂが当接し、これにより各内輪５２０は主軸５に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。なお、押さえ部材６ｂは、螺着等で主軸５に移動不能に固定されている。また、図示例では、内輪５２０，５２０同士の間に筒状のカラー部材９ｃが介装されているが、前述の外輪５３０，５３０同士の間の環状のカラー部材８ｃが省略される場合には、この内輪５２０，５２０同士の間のカラー部材９ｃも省略される。
ところで、図９に示すように、円筒ころ軸受１１１の外輪１３０の環状部１３２の外方には、既述の予圧付与機構の本体をなすリング状部材１４０が設けられている。そして、図９の下部に示すように、リング状部材１４０の外周面１４０ａは、ハウジング３の貫通孔３ｈの内方に位置する押さえ部材４ａ及びカラー部材４ｃの各内周面４ａａ，４ｃａと対向しているが、図示例では、これら各内周面４ａａ，４ｃａとリング状部材１４０の外周面１４０ａとの間には、環状の隙間Ｇ３が設けられている。すなわち、リング状部材１４０の外周面１４０ａの外方には、その全面に亘って空間ＳＰ３が隣接している。
ここで、この空間ＳＰ３は、リング状部材１４０の弾性拡径変形を許容する空間（以下、許容空間ＳＰ３とも言う）として機能する。すなわち、転動体１５０にラジアル方向の圧接力を付与すべく圧力室Ｒ１４０に加圧流体を供給する際には、外輪１３０の環状部１３２の縮径変形に伴ってリング状部材１４０は弾性拡径変形するが、その際の弾性拡径変形が、当該許容空間ＳＰ３内に収まるように同空間ＳＰ３のサイズが予め設定されており、これにて、リング状部材１４０の外周面１４０ａが押さえ部材４ａ及びカラー部材４ｃの各内周面４ａａ，４ｃａと接触しないようにされている。よって、リング状部材１４０の外周面１４０ａの外方には、ハウジング３などの反力を取り得る部材が何も存在していない状態となっており、それ故に、圧力室Ｒ１４０に加圧流体を供給した際には、かかる圧力室Ｒ１４０内の加圧流体の供給圧が忠実にラジアル方向の圧接力に変換されることとなる。そして、これにより、環状部１３２は、加圧流体の供給圧のみに基づいて縮径変形するので、同環状部１３２は、その全周に亘って概ね均等に縮径変形するようになり、結果、転動体１５０に付与される圧接力も、円筒ころ軸受１１１の全周に亘って略均等化される。そして、円筒ころ軸受１１１の回転精度及び回転剛性の向上を図ることができる。
なお、加圧流体の圧力室Ｒ１４０への供給は、既述のようにリング状部材１４０に穿孔された供給孔１４０ｈを介してなされるが、この供給孔１４０ｈまでの加圧流体の供給は、ハウジング３及び外輪１３０の固定部１３６に穿孔された加圧流体の流路３ｋ、及び、この流路３ｋとリング状部材１４０の供給孔１４０ｈとを接続するホース等の可撓変形可能な管部材１９５を用いて行われる。
また、この図９の例では、主軸回転数センサー９７は、主軸５の他端側においてアンギュラ玉軸受５１０を押さえる押さえ部材６ａに固定されており、更に、保持器回転数センサー９５は、主軸５の一端側において円筒ころ軸受１１１の外輪１３０を押さえる押さえ部材４ａに固定されている。そして、これらのセンサー９５，９７から、主軸５の回転数Ｎ５及び保持器１６０の回転数Ｎ６０の各計測データがそれぞれ制御部９０へ送信され、第１例の円筒ころ軸受１１１の予圧の制御に供される。
ところで、上述の第１例の円筒ころ軸受１１１では、図７に示すように、加圧流体の供給孔１４０ｈをリング状部材１４０に形成していたが、何等これに限るものではない。例えば、図１０Ａに、変形例の軸受１１１ａの概略中心断面図を示すが、同図１０Ａのように、外輪１３０内に圧力室Ｒ１４０に連通する流路１３０ｈを穿孔し、この流路１３０ｈを加圧流体の供給孔１３０ｈとして用いて、加圧流体を圧力室Ｒ１４０へ供給しても良い。そして、このようにすれば、図１０Ｂに示すように同供給孔１３０ｈを、マニホールドブロック３ｍの流路３ｍｋを介してハウジング３内の流路３ｋに連通させることができるので、図９に示すようなリング状部材１４０の拡縮変形に伴って動いてしまう管部材１９５の如き可動部を無くすことができて、軸受装置１０の故障率の低減を図れる。
＜＜＜第２例＞＞＞
図１１Ａは、第２例の予圧付与機構内蔵型軸受２１１の概略中心断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。また、図１２は、図１１Ａ中のXII部拡大図である。更に、図１３Ａ及び図１３Ｂには、図１２中の外輪２３０を拡大して示している。
この第２例の軸受２１１は、所謂単列四点接触玉軸受の範疇に属する。すなわち、単列であることから、内輪２２０と外輪２３０との間には、複数の球状の転動体２５０が一列に並んだ状態で配置されている。また、四点接触玉軸受であることから、図１２に示すように各転動体２５０は、内輪２２０の転動面２２０ａにおいてアキシャル方向の二箇所にて接触角αで接触し、また、外輪２３０の転動面２３０ａにおいてもアキシャル方向の二箇所にて接触角αで接触する。これにより、主軸５に作用するラジアル荷重（ラジアル方向の外力）を受け止め可能であり、また、両方向のアキシャル荷重も受け止め可能である。なお、互いに隣り合う転動体２５０，２５０同士の接触は、保持器２６０によって回避されている。例えば、保持器２６０は、転動体２５０を収容する孔部２６０ｈを転動体２５０毎に有し、これにより転動体２５０，２５０同士の接触を回避する。
ここで、この軸受２１１も、予圧付与装置８０の一部の機構を予圧付与機構として外輪２３０に内蔵し、かかる予圧付与機構によって、転動体２５０を内輪２２０及び外輪２３０に圧接するようになっている。そして、この圧接動作は、図１２の外輪２３０内の圧力室Ｒ２３０に加圧流体を供給して、後述の薄肉部２３４を弾性変形することで行われ、これにより、その圧接過程でのスティックスリップ現象の発生を防いでいる。すなわち、圧接過程においては、その現象の原因となる金属接触部分同士の相対滑りが生じないようにしており、その結果、加圧流体の供給圧の調整によって、供給圧に応じた圧接力で転動体２５０を外輪２３０及び内輪２２０に圧接可能としている。
図１２に示すように、内輪２２０は、鋼製の円筒体を本体とする。そして、内輪２２０の外周面には、転動体２５０が転動すべき転動面２２０ａが全周に亘って溝状に凹設されている。転動面２２０ａは、その断面形状が略円弧状の凹曲面２２０ａに形成されており、当該略円弧形状は、当該円弧形状におけるアキシャル方向の二箇所の位置にて、それぞれ転動体２５０が接触角αで接触するように形成されている。これにより、転動体２５０は、転動面２２０ａのうちで、ラジアル方向から接触角αだけ前方に傾いた位置及び後方に傾いた位置の二箇所を接触位置Ｐ２２０ａ１，Ｐ２２０ａ２として内輪２２０と接触する。すなわち、前側の接触位置Ｐ２２０ａ１は、転動体２５０の球心Ｃ２５０よりも前方に位置し、後側の接触位置Ｐ２２０ａ２は、転動体２５０の球心Ｃ２５０よりも後方に位置している。
なお、かかる内輪２２０の素材は何等鋼製に限るものではなく、超硬等の非鉄金属でも良いし、或いは、セラミック等の非金属でも良く、このことは、外輪２３０、転動体２５０、及び保持器２６０についても同様である。但し、保持器２６０については、作用する負荷が小さいことから、その素材にプラスチックの使用もあり得る。
外輪２３０は、第１外輪部分２３０ｐ１と、この第１外輪部分２３０ｐ１よりもアキシャル方向の前方に位置して配置された第２外輪部分２３０ｐ２と、を有する。
第２外輪部分２３０ｐ２は、内輪２２０と同芯に配置された環状部材であり、その内周面２３０ａ２には、その全周に亘って第２転動面２３０ａ２が直接形成されている。この第２転動面２３０ａ２は、その断面形状が略円弧状の凹曲面に形成されており、同第２転動面２３０ａ２には、内輪２２０における後側の接触位置Ｐ２２０ａ２に対応させて、転動体２５０の球心Ｃ２５０よりも前方の位置に接触位置Ｐ２３０ａ２が設定されている。よって、これら接触位置Ｐ２２０ａ２, Ｐ２３０ａ２同士でアキシャル方向に転動体２５０を挟み込むことができて、これにより、主軸５に作用する前方向きのアキシャル荷重を受け止め可能である。
一方、第１外輪部分２３０ｐ１は、転動体２５０が転動する第１転動面２３０ａ１を有した内側環状部２３２と、内側環状部２３２からラジアル方向の外方に延出して一体且つ内側環状部２３２と同芯に設けられた円板状の薄肉部２３４と、薄肉部２３４を介して内側環状部２３２をアキシャル方向に移動可能に支持すべく薄肉部２３４の外周縁部２３４ｅ１に一体且つ内側環状部２３２と同芯に設けられた外側環状部２３６と、を有する。そして、薄肉部２３４は、アキシャル方向に関しては、外側環状部２３６の略前端位置に設けられ、また、内側環状部２３２は、薄肉部２３４の内周縁部２３４ｅ２を起端としてアキシャル方向の後方に延在して設けられている。これにより、薄肉部２３４よりも後方の位置には、外側環状部２３６と薄肉部２３４と内側環状部２３２とで区画された環状空間ＳＰ２３０が存在しており、当該環状空間ＳＰ２３０は、転動体２５０に圧接力を付与するための圧力室Ｒ２３０として機能する。
内側環状部２３２の内周面には、転動体２５０が転動すべき第１転動面２３０ａ１が全周に亘って直接形成されている。第１転動面２３０ａ１は、その断面形状が略円弧状の凹曲面２３０ａ１に形成されており、当該略円弧形状は、転動体２５０が接触角αで接触するように形成されている。これにより、この転動面２３０ａ１には、内輪２２０における前側の接触位置Ｐ２２０ａ１に対応させて、転動体２５０の球心Ｃ２５０よりも後方の位置に接触位置Ｐ２３０ａ１が設定されている。よって、これら接触位置Ｐ２２０ａ１, Ｐ２３０ａ１同士でアキシャル方向に転動体２５０を挟み込むことができて、これにより、主軸５に作用する後方向きのアキシャル荷重を受け止め可能である。そして、既述のように、前方向きのアキシャル荷重については、外輪２３０の第２外輪部分２３０ｐ２の接触位置Ｐ２３０ａ２と内輪２２０の後側の接触位置Ｐ２２０ａ２とで受け止め可能であるため、かかる玉軸受２１１によれば、両方向のアキシャル荷重を受け止めることができる。
また、図１２に示す圧力室Ｒ２３０に係る環状空間ＳＰ２３０内には、アキシャル方向の後方からリング状の栓部材２４０が挿入されて第１外輪部分２３０ｐ１に固定されており、これにより、同環状空間ＳＰ２３０のうちの前方領域に圧力室Ｒ２３０分の容積を確保しながら同空間ＳＰ２３０は封止されている。ここで、この栓部材２４０の第１外輪部分２３０ｐ１への固定は、外側環状部２３６に対してのみ行われ、内側環状部２３２に対しては行われない。すなわち、栓部材２４０は、外側環状部２３６の内周面に螺合等されて相対移動不能に固定されているが、内側環状部２３２に対しては所定の隙間Ｇ２４０を介して対向し、つまり栓部材２４０と内側環状部２３２とは非接触状態になっている。
よって、圧力室Ｒ２３０への加圧流体の供給及び加圧によって、薄肉部２３４が、図１３Ａの状態から図１３Ｂの状態へと前後方向へ弾性変形する際には、この弾性変形に応じて内側環状部２３２は円滑に前後方向に移動し、かかる内側環状部２３２の前後方向の移動を通して転動体２５０の圧接動作が円滑に行われる。
すなわち、加圧流体の供給圧を高くして薄肉部２３４を前方へ弾性変形すれば、図１３Ｂのように内側環状部２３２は前方へ移動し、これにより、図１２に示す接触角αで内側環状部２３２から転動体２５０は押されて同接触角αでもって内輪２２０の転動面２２０ａにおける前側の接触位置Ｐ２２０ａ１に押圧され、つまり、転動体２５０は第１外輪部分２３０ｐ１の第１接触位置Ｐ２３０ａ１及び内輪２２０の前側の接触位置Ｐ２２０ａ１に圧接された状態となる。また、このときには、転動体２５０は、第２外輪部分２３０ｐ２の第２転動面２３０ａ２の第２接触位置Ｐ２３０ａ２にも押圧されているので、転動体２５０は、第２接触位置Ｐ２３０ａ２での接触角αを介して内輪２２０の後側の接触位置Ｐ２２０ａ２に押圧され、以上の結果、転動体２５０は第１外輪部分２３０ｐ１の第１接触位置Ｐ２３０ａ１、第２外輪部分２３０ｐ２の第２接触位置Ｐ２３０ａ２、内輪２２０の前側の接触位置Ｐ２２０ａ１、及び内輪２２０の後側の接触位置Ｐ２２０ａ２の四箇所で圧接された状態となる。
他方、加圧流体の供給圧を下げれば、図１３Ａのように薄肉部２３４の前方への弾性変形は小さくなってこれと伴に内側環状部２３２は後方へ復位して、転動体２５０の上記の圧接状態が緩和され、そして、例えば加圧流体の供給圧を零まで下げれば、転動体２５０の第１外輪部分２３０ｐ１、第２外輪部分２３０ｐ２、及び内輪２２０への圧接状態は完全に解除され、つまり非圧接状態となる。
そして、このような圧接過程においては、上述のように薄肉部２３４が前後方向に弾性変形するとともに内側環状部２３２が前後方向に移動するが（図１３Ａ及び図１３Ｂを参照）、その際には、上述から明らかなように、金属接触する部分同士の相対滑りがほぼ生じない。よって、スティックスリップ現象は、ほぼ完全に防止されることになる。従って、供給圧の増減に連動して、転動体２５０の外輪２３０及び内輪２２０との圧接力は円滑且つ速やかに変化するようになり、これにより、圧接力を正確に付与することができて、圧接力の調整（予圧の調整）を正確に行うことができる。また、圧接力は、加圧流体の供給圧に連動して滑らかに変化するので、圧接力を任意の目標値に円滑且つ自在に増減調整可能である。
圧力室Ｒ２３０への加圧流体の供給は、栓部材２４０に穿孔された供給孔２４０ｈにより行われる。図１２の例では、アキシャル方向の前後に沿って供給孔２４０ｈが栓部材２４０を貫通して形成されており、つまり、栓部材２４０の前端面２４０ｅｆには供給孔２４０ｈの一方の口部が圧力室Ｒ２３０に対向して露出し、栓部材２４０の後端面２４０ｅｂには同他方の口部が外輪２３０の外方に露出している。そして、後者の口部に加圧流体の流路となる配管やマニホールド部材等を接続することで、圧力室Ｒ２３０へ加圧流体を供給可能となる。供給孔２４０ｈの数は、図１１Ｂの例のように一つでも良いし、複数でも良い。また、使用可能な加圧流体としては、前述の第１例の軸受１１１で例示したものと同じものを例示でき、つまり、作動油や圧縮空気等の流体を使用可能である。
なお、上述の加圧流体の流路となる配管やマニホールド部材は、予圧付与装置８０の一部をなしている。すなわち、この第２例に係る予圧付与装置８０は、上記の加圧流体の流路と、この流路に接続されて加圧流体の供給源となるポンプと、同流路のうちでポンプと供給孔２４０ｈとの間の部分に配された圧力調整弁と、を有している。そして、圧力調整弁は、前述の制御部９０から送信される予圧の制御信号Ｓ８０に基づいて、圧力室Ｒ２３０への供給圧を調整する。よって、かかる供給圧の調整により、転動体２５０と外輪２３０及び内輪２２０との圧接力を所望の任意値に調整することができる。
更に、この第１例では、かかる加圧流体の圧力室Ｒ２３０からの漏出を防ぐべく、図１２に示すように、第１外輪部分２３０ｐ１に係る外側環状部２３６の内周面と栓部材２４０の外周面との間に環状のパッキン２４５が介装され、また、栓部材２４０の内周面と内側環状部２３２の外周面との間には環状のパッキン２４７が介装されている。ここで、後者のパッキン２４７については、ゴム製或いは樹脂製のものが使用されており、これにより、内側環状部２３２の前後方向の移動の際に相対滑りをするパッキン２４７の内周面と内側環状部２３２の外周面との接触も金属接触ではなくなるため、スティックスリップ現象の発生を完全に抑え込むことができる。ちなみに、かかるパッキン２４５，２４７の栓部材２４０からの脱落を防ぐべく、栓部材２４０の外周面及び内周面には、それぞれ全周に亘って、パッキン２４５を係止する溝２４０ｔ１及びパッキン２４７を係止する溝２４０ｔ２が形成されている。
ところで、図１２の例では、第１外輪部分２３０ｐ１の外側環状部２３６の前端面２３６ｅが薄肉部２３４よりも若干前方に突出されており、これにより、第２外輪部分２３０ｐ２の後端面２３０ｐ２ｅと薄肉部２３４との間には隙間ＳＰ２３４が形成されている。そして、この隙間ＳＰ２３４によって薄肉部２３４は第２外輪部分２３０ｐ２から一切拘束力を受けることなく、加圧流体の供給圧に応じて前方へ弾性変形することができるようになっている。但し、何等これに限るものではない。すなわち、第２外輪部分２３０ｐ２の後端面２３０ｐ２ｅと薄肉部２３４との間に、薄肉部２３４の前方への弾性変形を許容する隙間ＳＰ２３４を有していれば、上記以外の構成にしても良い。例えば、図１４に示すように、第１外輪部分２３０ｐ１の外側環状部２３６の前端面２３６ｅを薄肉部２３４の前端面２３４ｅとアキシャル方向に関して同じ位置に形成した場合には、第２外輪部分２３０ｐ２の後端面２３０ｐ２ｅの方に凹部２３０ｐ２ｈを、薄肉部２３４と対向する範囲に亘って形成し、これにより、薄肉部２３４の前方の弾性変形を許容する隙間ＳＰ２３４を確保しても良い。
図１５は、この第２例の軸受２１１の適用例の概略中心断面図である。この例でも、工作機械において主軸５をハウジング３に支持する支持構造に第２例の軸受２１１が適用されている。なお、主軸５の軸芯Ｃ５は、軸受２１１のアキシャル方向に沿っており、以下では、アキシャル方向の両端のうちで図１５中の左側の端のことを「一端」と言い、右側の端のことを「他端」と言う。
この第２例の軸受２１１は、上述のようにラジアル荷重及び両方向のアキシャル荷重を単独で受けることができる。よって、この適用例では、ハウジング３に主軸５を支持させる支持構造に、第２例の軸受２１１を一つだけ用いている。
ハウジング３は、軸支対象の主軸５を収容する収容孔３ｈとしてアキシャル方向に沿った貫通孔３ｈを有する。そして、この貫通孔３ｈ内に主軸５を収容した状態で、第２例の軸受２１１を介して主軸５をその軸芯Ｃ５回りに回転自在に支持している。
外輪２３０は、ハウジング３の他端面３ｅｂの開口部３ｈｅｂから貫通孔３ｈ内に挿入されている。ここで、貫通孔３ｈの内径は、開口部３ｈｅｂからアキシャル方向の所定位置までの範囲Ａｅｂに亘り外輪２３０の外径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において貫通孔３ｈの内周面と外輪２３０の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、貫通孔３ｈに挿入された外輪２３０は、ハウジング３に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、貫通孔３ｈの上記所定位置には、貫通孔３ｈの内径が縮径してなる段差面３ｈｓ２が形成されている。よって、この段差面３ｈｓ２に外輪２３０の一端面が当接し、そして、開口部３ｈｅｂの側から抜け止め用の押さえ部材４ｂが外輪２３０の他端面に当接し、これにより外輪２３０はハウジング３に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。なお、押さえ部材４ｂは、螺着やボルト止め等でハウジング３に移動不能に固定されている。
一方、内輪２２０の内周側には、軸支対象の主軸５が挿通される。ここで、主軸５の外径は、同主軸５の他端側の所定位置から一端側の所定位置までの範囲に亘って内輪２２０の内径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において内輪２２０の内周面と主軸５の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、主軸５が挿入された内輪２２０は、主軸５に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、主軸５の上記一端側の所定位置には、主軸５の外径が拡径してなる段差面５ｓ１が形成されている。よって、この段差面５ｓ１に内輪２２０の一端面が当接し、更に内輪２２０の他端面には、ナット部材７ｎやカラー部材７ｃ等を有した適宜な抜け止め用押さえ部材７ｂが当接し、これにより内輪２２０は主軸５に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。なお、押さえ部材７ｂは、螺着等で主軸５に移動不能に固定されている。
なお、この図１５の例では、保持器回転数センサー９５は、主軸５の他端側において内輪２２０を押さえる押さえ部材４ｂに固定されており、同センサー９５は保持器２６０に近接配置されている。更に、この押さえ部材４ｂに螺着するキャップ部材４ｃに、主軸回転数センサー９７が固定され、これにより同センサー９７は主軸５に近接配置されている。そして、これらのセンサー９５，９７からそれぞれ制御部９０へ送信される保持器１６０の回転数Ｎ６０及び主軸５の回転数Ｎ５の各計測データは、第２例の軸受２１１の予圧の制御に供される。
また、図１５の例では、栓部材２４０の供給孔２４０ｈに加圧流体を供給する流路３ｋ１が、マニホールド状にハウジング３に穿孔されているが、この理由は、外輪２３０の圧力室Ｒ２３０の栓部材２４０がハウジング３の貫通孔３ｈの段差面３ｈｓ２に対向するようにこの軸受２１１が配置されているためである。よって、仮に当該軸受２１１のアキシャル方向の向きが逆の場合には、当該流路３ｋ１は、押さえ部材４ｂに形成されることになる。
＝＝＝第１例及び第２例の両者の軸受１１１，２１１が適用された主軸５の支持構造について＝＝＝
図１６は、第１例の軸受１１１と第２例の軸受２１１との両者が適用された主軸５の支持構造の概略中心断面図である。この支持構造は、図９の第１例の軸受１１１の適用例における一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０に代えて、図１５の第２例の軸受２１１が使用されたものである。そして、主にこの点で相違し、それ以外の点は概ね同じである。
すなわち、図１６に示すように、主軸５は、アキシャル方向の一端側にて第１例の軸受１１１（請求項に係る「第１軸受」に相当）に支持され、他端側にて第２例の軸受け２１１（請求項に係る「第２軸受」に相当）に支持されている。そして、この例では、上記の如く第２例の軸受２１１も使用されているため、この第２例の軸受２１１に対して予圧を付与可能にすべくハウジング３には加圧流体の流路３ｋ２が穿孔されており、当該流路３ｋ２は、軸受２１１の栓部材２４０の供給孔２４０ｈに連通している。
また、第２例の軸受２１１の保持器２６０に近接して、保持器回転数センサー９５が設けられており、かかるセンサー９５から制御部９０へ送信される保持器２６０の回転数Ｎ６０の計測データは、第２例の軸受２１１の予圧の制御に供される。なお、かかるセンサー９５及び主軸回転数センサー９７の配置位置を含め、この図１６に示す軸受２１１の適用態様は、図１５で既述の第２例の軸受２１１の適用態様と同じであって、これらについては説明済みであるため、その説明については省略する。
ちなみに、この例の場合には、予圧付与装置８０については、第１例の軸受１１１用のものと第２例の軸受２１１用のものとが、それぞれ個別に設けられることになる。すなわち、第１例の軸受１１１用の予圧付与装置８０（請求項に係る「第１の予圧付与装置」に相当）は、加圧流体を軸受１１１の圧力室Ｒ１４０に供給すべくハウジング３に形成された流路３ｋと、この流路３ｋに配管を介して接続されて加圧流体の供給源となるポンプと、上記配管の一部に配された圧力調整弁と、を有している。また、第２例の軸受２１１用の予圧付与装置８０（請求項に係る「第２の予圧付与装置」に相当）は、加圧流体を軸受２１１の圧力室Ｒ２３０に供給すべくハウジング３に形成された前述の流路３ｋ２と、この流路３ｋ２に配管を介して接続されて加圧流体の供給源となるポンプと、上記配管の一部に配された圧力調整弁と、を有している。
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
上述の実施形態では、本発明の軸受装置１０に好適に使用可能な軸受として、図６Ａの第１例の軸受１１１や図１１Ａの第２例の軸受２１１を例示したが、何等これに限るものではない。例えば、既存のアンギュラ玉軸受５１０（図９）や既存のころ軸受を使用しても良い。なお、その場合には、予圧付与装置８０としては例えば次のようなものが使用される。先ず、予圧付与装置８０は、アンギュラ玉軸受５１０の外輪５３０をハウジング３に対してアキシャル方向に押し込み可能なアクチュエータと、アクチュエータの押し込み力の解除時に外輪５３０がアキシャル方向の所定位置に復位するように押し込み方向の逆向きの復位力を付勢するばね部材の如き復位力付勢部材と、を有する。また、アクチュエータは、例えば外輪５３０に近接配置されたピストンと、このピストンをアキシャル方向に往復移動可能に収容するシリンダー室と、このシリンダー室に作動油等の作動流体を供給する流路と、この流路に設けられて作動流体の供給圧を調整する圧力調整弁の如き調整器と、を有する。そして、制御部９０から送信される予圧の制御信号Ｓ８０に基づいて、上記の調整器が、作動流体の供給圧を調整することにより、ピストンのアキシャル方向の移動を介して外輪５３０の押し込み力が変更され、これにより、アンギュラ軸受５１０の予圧が変更される。より詳しくは、当該アキシャル方向の押し込み力が、アンギュラ軸受５１０の接触角α５１０によってラジアル方向の押し力に変換され、当該押し力が予圧として外輪５３０に作用する。
但し、これらアンギュラ玉軸受５１０やころ軸受の場合には、上述の第１例や第２例の軸受１１１，２１１と比較して、予圧の付与時に所謂スティックスリップ現象が起き易い。つまり、ハウジング３の取り付け孔３ｈと外輪５３０との間に、大きな静止摩擦力や動摩擦力が生じるために、予圧を付与しても円滑に外輪５３０がアキシャル方向に移動せず、動いたり止まったりを繰り返したりする。そして、その結果、これらアンギュラ玉軸受５１０やころ軸受の場合には、上述の第１例や第２例の軸受１１１，２１１と比較して、予圧を目標値に設定し難いので、望ましくは、第１例や第２例の軸受１１１，２１１を用いると良い。
上述の実施形態では、保持器回転数センサー９５は、保持器６０の回転数Ｎ６０に関する計測データとして、保持器６０の回転数Ｎ６０（ｒｐｍ）の計測値を直接出力していたが、何等これに限るものではなく、回転数Ｎ６０を間接的に示す計測値を出力しても良い。例えばセンサー９５が、保持器６０の周速値（ｍｐｍ）を計測して出力しても良い。なお、この場合には、制御部９０が、周速値（ｍｐｍ）を保持器６０の回転数Ｎ６０に換算して、保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒの算出に用いることになる。
同じく、上述の実施形態では、主軸回転数センサー９７は、軸部材５としての主軸５の回転数Ｎ５を示す指示データとして、主軸５の回転数Ｎ５（ｒｐｍ）の計測値を直接出力していたが、何等これに限るものではなく、回転数Ｎ５を間接的に示す計測値を出力しても良い。例えばセンサー９７が、主軸５の周速値（ｍｐｍ）を計測して出力しても良い。なお、この場合には、制御部９０が、周速値（ｍｐｍ）を主軸５の回転数Ｎ５に換算して、保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒの算出に用いることになる。
上述の実施形態に係る第２例の軸受２１１では（図１２）、第１外輪部分２３０ｐ１に係る接触角αと、第２外輪部分２３０ｐ２の接触角αとを互いに同じ角度としていたが、何等これに限るものではなく、異なる角度にしても良い。
また、同第２例の軸受２１１では、転動体２５０と内輪２２０との接触角αと、転動体２５０と外輪２３０との接触角αとを、互いに同じ角度としていたが、何等これに限らない。すなわち、転動体２５０と内輪２２０との接触角αと、転動体５０と外輪３０との接触角αとが、異なっていても良い。そして、このように内輪２２０と外輪２３０とで互いの接触角αが異なる場合に、これらを区別すべく、前者を内輪側接触角αと言い、後者を外輪側接触角αと言うと、それぞれの接触角αの定義は、例えば次のようになる。内輪側接触角αと言うのは、内輪２２０の転動面２２０ａにおける転動体２５０の接触位置Ｐ２２０ａ１（又はＰ２２０ａ２）と転動体２５０の球心Ｃ２５０とを結ぶ直線が、ラジアル方向となす角度のことであり、同様に、外輪側接触角αと言うのは、外輪２３０の転動面２３０ａ１（又は２３０ａ２）における転動体２５０の接触位置Ｐ２３０ａ１（又はＰ２３０ａ２）と転動体２５０の球心Ｃ２５０とを結ぶ直線が、ラジアル方向となす角度のことである。
上述の実施形態では、図９の第１例の軸受１１１の適用例において、軸受１１１は内輪１２０を有していたが、何等これに限らない。例えば、内輪１２０を省略しても良い。そして、その場合には、主軸５の外周面に、内輪１２０の溝部１２０ｔに相当する溝部が直接形成されることになる。すなわち、主軸５の外周面には、内輪１２０の転動面１２０ａと一対の側面１２０ｔｓ，１２０ｔｓとが直接形成される。そして、このようにすれば、軸受１１１の回転精度を高めることができる。
３ ハウジング（支持部材）、３ｅａ 一端面、３ｅｂ 他端面、
３ｈ 貫通孔、３ｈｅａ 第１開口部、３ｈｅｂ 第２開口部、
３ｈｓ１ 段差面、３ｈｓ２ 段差面、
３ｋ 流路、３ｋ１ 流路、３ｋ２ 流路、
３ｍ マニホールドブロック、３ｍｋ 流路、
４ａ 押さえ部材、４ａａ 内周面、４ｃａ 内周面、
４ｂ 押さえ部材、
４ｃ キャップ部材、
５ 主軸（軸部材）、５ｅａ 一端部、５ｓ１ 段差面、
６ａ 押さえ部材、６ｂ 押さえ部材、６ｃ カラー部材、６ｎ ナット部材、
７ｂ 押さえ部材、７ｃ カラー部材、７ｎ ナット部材、８ｃ カラー部材、
９ａ スペーサー、９ｃ カラー部材、
１０ 軸受装置、
１１ 軸受、２０ 内輪、２０ａ 転動面、
３０ 外輪、３０ａ 転動面、
５０ 転動体、６０ 保持器、６０ｈ 孔部、
８０ 予圧付与装置、
９０ 制御部、
９５ 保持器回転数センサー（センサー）、
９７ 主軸回転数センサー（出力部）、
９９ 報知器、
１１１ 軸受、１１１ａ 軸受、
１２０ 内輪、１２０ａ 転動面、
１２０ｔ 溝部、１２０ｔｂ 底面、１２０ｔｓ 側面、
１３０ 外輪、１３０ａ 転動面、１３０ｈ 流路（供給孔）、
１３２ 環状部、１３２ｂ 外周面、
１３２ｅｂ 後端部、１３２ｅｆ 前端部、
１３６ 固定部（突出部）、１３６ａ 外周面、
１４０ リング状部材、１４０ａ 外周面、１４０ｈ 供給孔、
１４０ｔ 溝、１４７ パッキン、
１５０ 転動体、１６０ 保持器、１６０ｈ 孔部、
１９５ 管部材、
２１１ 軸受、
２２０ 内輪、２２０ａ 転動面、
２３０ 外輪、２３０ａ 転動面、
２３０ａ１ 第１転動面、２３０ａ２ 第２転動面、
２３０ｐ１ 第１外輪部分、２３０ｐ２ 第２外輪部分、
２３０ｐ２ｅ 後端面、２３０ｐ２ｈ 凹部、
２３２ 内側環状部、２３４ 薄肉部、
２３４ｅ 前端面、２３４ｅ１ 外周縁部、２３４ｅ２ 内周縁部、
２３６ 外側環状部、２３６ｅ 前端面、
２４０ 栓部材、２４０ｅｂ 後端面、２４０ｅｆ 前端面、
２４０ｈ 供給孔、２４０ｔ１ 溝、２４０ｔ２ 溝、
２４５ パッキン、２４７ パッキン、
２５０ 転動体、
２６０ 保持器、２６０ｈ 孔部、
５１０ 玉軸受、５２０ 内輪、５３０ 外輪、５５０ 転動体、
Ｃ５ 軸芯、Ｃ５０ 自転軸、
Ｇ３ 隙間、
ＳＰ３ 許容空間、
Ｃ１５０ 回転軸、Ｃ２５０ 球心、
Ｇ１４０ 隙間、Ｇ２４０ 隙間、
Ｐ２２０ａ１ 接触位置、Ｐ２２０ａ２ 接触位置、
Ｐ２３０ａ１ 接触位置、Ｐ２３０ａ２ 接触位置、
Ｒ１４０ 圧力室、Ｒ２３０ 圧力室、ＳＰ２３０ 環状空間、
ＳＰ２３４ 隙間、

Claims (5)

  1. 駆動回転する軸部材を所定の支持部材に回転可能に支持する軸受装置であって、
    前記軸部材に設けられる環状の内輪と、
    前記支持部材に設けられる環状の外輪と、
    前記外輪及び前記内輪に接触して転動する複数の転動体と、
    前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器と、
    予圧を付与することにより前記転動体を前記外輪及び前記内輪に圧接する予圧付与装置と、
    前記保持器の回転数に関する計測データを出力するセンサーと、
    前記軸部材の回転数を示す指示データを出力する出力部と、
    前記保持器の回転数の前記計測データ及び前記軸部材の回転数を示す前記指示データとの両者に基づいて、前記予圧付与装置の予圧を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    前記軸部材の回転数を示す前記指示データに基づいて、前記保持器の回転数の理論値を算出する理論値算出部と、
    前記理論値と前記計測データとに基づいて、前記軸部材に対する前記保持器の回転数の低下率を算出する回転数低下率算出部と、
    予め記録された閾値データと前記低下率とを比較して、前記閾値データが示す条件を前記低下率が満たすように前記予圧を変更すべく指令信号を前記予圧付与装置に向けて出力する指令信号出力部と、を有することを特徴とする軸受装置。
  2. 請求項１に記載の軸受装置であって、
    前記指令信号出力部は、前記軸部材の回転数の大きさに対応させて前記閾値データを複数有し、
    前記指令信号出力部は、前記軸部材の回転数を示す前記指示データに基づいて前記複数の前記閾値データのなかから対応する閾値データを選択し、選択された前記閾値データと前記保持器の回転数の低下率とを比較して前記指令信号を出力することを特徴とする軸受装置。
  3. 駆動回転する軸部材を所定の支持部材に回転可能に支持する軸受装置であって、
    前記軸部材に設けられる環状の内輪と、
    前記支持部材に設けられる環状の外輪と、
    前記外輪及び前記内輪に接触して転動する複数の転動体と、
    前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器と、
    予圧を付与することにより前記転動体を前記外輪及び前記内輪に圧接する予圧付与装置と、
    前記保持器の回転数に関する計測データを出力するセンサーと、
    前記軸部材の回転数を示す指示データを出力する出力部と、
    前記保持器の回転数の前記計測データ及び前記軸部材の回転数を示す前記指示データとの両者に基づいて、前記予圧付与装置の予圧を制御する制御部と、を有し、
    前記転動体は、アキシャル方向に平行な軸を回転中心として自転する円柱体であるとともに、前記転動体は、ラジアル方向から前記外輪及び前記内輪に接触して転動し、
    前記外輪は、
    前記転動体が転動する転動面を内周面に有する環状部と、
    前記外輪を前記支持部材に固定するための固定部として、前記環状部におけるアキシャル方向の端部に一体に連続しつつ前記ラジアル方向の外方に突出して設けられた突出部と、を有し、
    前記環状部の外周面の外方には、前記外周面を全周に亘って覆いつつ該外周面との間に環状空間を区画するリング状部材が前記予圧付与装置の一部として設けられており、
    前記環状空間に供給された加圧流体によって、前記環状部が前記ラジアル方向に弾性縮径変形されて、前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接されることを特徴とする軸受装置。
  4. 駆動回転する軸部材を所定の支持部材に回転可能に支持する軸受装置であって、
    前記軸部材に設けられる環状の内輪と、
    前記支持部材に設けられる環状の外輪と、
    前記外輪及び前記内輪に接触して転動する複数の転動体と、
    前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器と、
    予圧を付与することにより前記転動体を前記外輪及び前記内輪に圧接する予圧付与装置と、
    前記保持器の回転数に関する計測データを出力するセンサーと、
    前記軸部材の回転数を示す指示データを出力する出力部と、
    前記保持器の回転数の前記計測データ及び前記軸部材の回転数を示す前記指示データとの両者に基づいて、前記予圧付与装置の予圧を制御する制御部と、を有し、
    前記転動体の形状は球状であり、
    前記内輪には、前記転動体がアキシャル方向の二箇所にてそれぞれ対応する接触角で接触して転動し、
    前記外輪は、
    前記内輪に係る前記二箇所のうちの一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第１転動面を有する第１外輪部分と、
    前記内輪に係る前記二箇所のうちのもう一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第２転動面を有する第２外輪部分と、を有し、
    前記第１外輪部分は、
    前記第１転動面を有した内側環状部と、
    前記内側環状部からラジアル方向の外方に延出して一体に設けられた薄肉部と、
    前記薄肉部を介して前記内側環状部をアキシャル方向に移動可能に支持すべく前記薄肉部の外周縁部に一体に設けられた外側環状部と、
    前記内側環状部と前記薄肉部と前記外側環状部とで区画される環状空間に加圧流体を供給するための供給孔と、を有し、
    前記予圧付与装置の一部をなす前記供給孔から供給された前記加圧流体によって、前記薄肉部が前記アキシャル方向に弾性変形され、前記内側環状部の前記アキシャル方向の移動を介して前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接されることを特徴とする軸受装置。
  5. 駆動回転する軸部材を所定の支持部材に回転可能に支持する軸受装置であって、
    前記軸部材に設けられる環状の内輪と、
    前記支持部材に設けられる環状の外輪と、
    前記外輪及び前記内輪に接触して転動する複数の転動体と、
    前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器と、
    予圧を付与することにより前記転動体を前記外輪及び前記内輪に圧接する予圧付与装置と、
    前記保持器の回転数に関する計測データを出力するセンサーと、
    前記軸部材の回転数を示す指示データを出力する出力部と、
    前記保持器の回転数の前記計測データ及び前記軸部材の回転数を示す前記指示データとの両者に基づいて、前記予圧付与装置の予圧を制御する制御部と、を有し、
    前記軸部材は、アキシャル方向の一端部で第１軸受に支持され、アキシャル方向の他端部で第２軸受に支持されており、
    前記第１軸受に対応させて第１の予圧付与装置を有し、
    前記第２軸受に対応させて第２の予圧付与装置を有し、
    前記第１軸受の外輪は、
    前記転動体が転動する転動面を内周面に有する環状部と、
    前記外輪を前記支持部材に固定するための固定部として、前記環状部におけるアキシャル方向の端部に一体に連続しつつ前記ラジアル方向の外方に突出して設けられた突出部と、を有し、
    前記環状部の外周面の外方には、前記外周面を全周に亘って覆いつつ該外周面との間に環状空間を区画するリング状部材が前記第１の予圧付与装置の一部として設けられており、
    前記環状空間に供給された加圧流体によって、前記環状部が前記ラジアル方向に弾性縮径変形されて、前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接され、
    前記第２軸受の前記転動体は球体であり、
    前記第２軸受の内輪には、前記転動体がアキシャル方向の二箇所にてそれぞれ対応する接触角で接触して転動し、
    前記第２軸受の外輪は、
    前記内輪に係る前記二箇所のうちの一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第１転動面を有する第１外輪部分と、
    前記内輪に係る前記二箇所のうちのもう一箇所に対応させて、前記転動体に前記アキシャル方向の一箇所にて所定の接触角で接触する第２転動面を有する第２外輪部分と、を有し、
    前記第１外輪部分は、
    前記第１転動面を有した内側環状部と、
    前記内側環状部からラジアル方向の外方に延出して一体に設けられた薄肉部と、
    前記薄肉部を介して前記内側環状部をアキシャル方向に移動可能に支持すべく前記薄肉部の外周縁部に一体に設けられた外側環状部と、
    前記内側環状部と前記薄肉部と前記外側環状部とで区画される環状空間に加圧流体を供給するための供給孔と、を有し、
    前記第２の予圧付与装置の一部をなす前記供給孔から供給された前記加圧流体によって、前記薄肉部が前記アキシャル方向に弾性変形され、前記内側環状部の前記アキシャル方向の移動を介して前記転動体が前記外輪及び前記内輪に圧接されることを特徴とする軸受装置。
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