JP5933352B2 - 補助軸受装置 - Google Patents
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Description
駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有し、
前記支持部材に固定される環状の外輪相当部材を有し、前記外輪相当部材の内周面に前記支持部材側転動面が形成されており、
前記切り換え機構は、
前記転動体が前記軸部材側転動面からラジアル方向の外方に離れる方向の浮力を前記転動体に与える浮力発生機構と、
前記外輪相当部材の前記支持部材側転動面がラジアル方向の内方へ移動するような予圧を付与することによって前記転動体を前記軸部材側転動面に押し付け可能な予圧付与機構と、を有し、
前記予圧を付与することにより前記接触状態にし、前記予圧の付与を解除することにより前記非接触状態にすることを特徴とする補助軸受装置である。
駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有することを特徴とする補助軸受装置。
前記支持部材に固定される環状の外輪相当部材を有し、前記外輪相当部材の内周面に前記支持部材側転動面が形成されており、
前記切り換え機構は、
前記転動体が前記軸部材側転動面からラジアル方向の外方に離れる方向の浮力を前記転動体に与える浮力発生機構と、
前記外輪相当部材の前記支持部材側転動面がラジアル方向の内方へ移動するような予圧を付与することによって前記転動体を前記軸部材側転動面に押し付け可能な予圧付与機構と、を有し、
前記予圧を付与することにより前記接触状態にし、前記予圧の付与を解除することにより前記非接触状態にするのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、予圧付与機構による予圧の付与及びその解除によって、補助軸受装置を有効状態と無効状態とに容易且つ確実に切り換え可能となる。
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を有し、
ラジアル方向の前記保持器の位置は、前記保持器が前記外輪相当部材に接触することによって規制されているのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、補助軸受装置の保持器が外輪相当部材に接触することにより、ラジアル方向の保持器の位置が規制されているので、軸部材と一体となって回転する適宜な部材の方に保持器を接触させてその位置を規制せずに済む。これにより、補助軸受装置の無効状態において概ね回転停止状態の保持器が、軸部材の回転を阻害することは有効に防止され、結果、当該無効状態の選択時に最大限に発揮されるべき、上記軸受の固有の高速回転性能を、より確実に発揮させることができる。
前記保持器は、ラジアル方向に貫通した孔部を前記転動体毎に有し、
前記孔部との間に間隙を有しながら前記転動体が前記孔部に挿入されることにより、前記転動体の前記保持器に対するラジアル方向の相対移動が許容されているのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、転動体は、保持器の孔部との間に間隙を有しながら同孔部に挿入されている。よって、保持器にほぼ拘束されること無く予圧付与機構から付与される予圧に応じてラジアル方向に速やかに移動することができて、その結果、補助軸受装置に係る有効状態と無効状態との間の切り換えを円滑に行うことができる。
前記軸部材側転動面が設けられる内輪相当部材を有し、
前記浮力発生機構は、前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間に圧縮空気を供給することにより、ラジアル方向の外方の浮力を前記転動体に付与するのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、保持器と内輪相当部材との間の隙間に圧縮空気を供給するという簡単な構成によって、転動体にラジアル方向の外方の浮力を確実に付与可能となる。
アキシャル方向の一端側から前記圧縮空気は前記隙間に供給され、
前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の大きさよりも、アキシャル方向の他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の方が小さいのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、アキシャル方向の他端側の隙間は小さいので、一端側から供給された圧縮空気は、他端側にて効果的に堰き止められ、これにより、圧縮空気の圧力を、ラジアル方向の外方の浮力に効率良く変換することができる。よって、転動体にラジアル方向の外方の浮力を確実に付与可能となる。
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも大きいのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、無効状態において転動体を軸部材側転動面から浮かせ易くなる。詳しくは次の通りである。先ず、保持器と内輪相当部材との間に供給された圧縮空気は、保持器の孔部と転動体との間の上記間隙を通って保持器と外輪相当部材との間の隙間に至る。そして、このとき、この隙間に圧縮空気が滞留すると、当該隙間内の圧力が高まって、保持器と内輪相当部材との間の隙間との間の圧力差が小さくなり、これにより、転動体をラジアル方向の外方に浮かせ難くなる。この点につき、上述の構成によれば、他端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間は、他端側における保持器と内輪相当部材との間の隙間よりも大きくなっているので、保持器と外輪相当部材との間の隙間の圧縮空気は、速やかに他端側から補助軸受装置の外部へと排出されて、当該隙間の圧力は低くなる。よって、上述の圧力差を発生させ易くなり、その結果、転動体を軸部材側転動面から浮かせ易くなる。
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも小さいのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、一端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間は、一端側における保持器と内輪相当部材との間の隙間よりも小さい。よって、一端側に隣接する供給室からの圧縮空気の供給は、概ね保持器と外輪相当部材との間の隙間に対してはなされずに、専ら保持器と内輪相当部材との間の隙間に対してなされることになる。その結果、当該保持器と内輪相当部材との間の隙間の圧力を有効に高めることができて、軸部材側転動面から転動体をより一層浮かせ易くなる。
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間よりも大ききのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、アキシャル方向の他端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間は、一端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間よりも大きくなっている。よって、保持器と外輪相当部材との間の隙間の圧縮空気は速やかに他端側から補助軸受装置の外部へと排出される。よって、保持器と外輪相当部材との間の隙間に存在する圧縮空気が、供給室へと逆流することを有効に防ぐことができる。
前記切り換え機構を制御する制御部を有し、
前記軸部材が、第1範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記接触状態に切り換え、前記軸部材が前記第1範囲の回転数よりも速い第2範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記非接触状態に切り換えるのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、例えば、軸部材が上記第1範囲の回転の一例として低速回転する場合には、上記の接触状態に切り換えることで軸部材の剛性及び回転精度を高める一方、軸部材が上記第2範囲の回転の一例として高速回転する場合には、上記の非接触状態に切り換えることで軸部材が回転し易い状態にすることができる。そして、かかる低速回転での支持剛性の向上や高速回転での回転性能(回転し易さ)の向上は、特に工作機械で要求されることであり、よって、上述のように軸部材の回転数に基づいて接触状態及び非接触状態を切り換える補助軸受装置は、工作機械に好適なものとなる。
前記軸部材には、ワークを加工する工具が固定され、
前記補助軸受装置は、アキシャル方向において、前記軸受よりも前記工具に近い位置に設けられているのが望ましい。
このような補助軸受装置によれば、補助軸受装置は、工具に近い位置に設けられている。よって、ワークの加工時の加工荷重が大きい場合には、補助軸受装置を上記の接触状態に切り換えれば、工具から近い位置で軸部材の剛性を高めることができて、これにより、当該加工荷重をしっかりと受け止めることができる。よって、加工時の軸部材の支持安定性を高めることができる。
図1は、第1実施形態の補助軸受装置10が適用された軸部材5の支持構造の概略中心断面図である。また、図2Aは、図1中のII部拡大図であり、工作機械の停止状態を示している。そして、図2Bは、図2A中のB−B矢視図であり、図2Cは、図2B中のC−C矢視図である。なお、図3Aも、図1中のII部拡大図であるが、工作機械の運転状態であって補助軸受装置10の無効状態を示している。そして、図3Bは、図3A中のB−B矢視図であり、図3Cは、図3B中のC−C矢視図である。更に、図4Aも、図1中のII部拡大図であるが、工作機械の運転状態であって補助軸受装置10の有効状態を示している。そして、図4Bは、図4A中のB−B矢視図である。
図9及び図10は、補助軸受装置10の第2実施形態の説明図である。この第2実施形態では、補助軸受311に予圧を付与する予圧付与機構380の一部が補助軸受311に内蔵されており、主にこの点で第1実施形態と相違し、これ以外の構成は概ね第1実施形態と同様である。よって、以下の説明では、この相違点について主に説明し、同じ内容についての説明は省略する。
この補助軸受311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、内輪側転動面320aと外輪側転動面330aとの間には、複数の転動体350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311であることから、転動体350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350の回転軸C350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350,350同士の接触は、円環状の保持器360によって回避されている。例えば、保持器360は、転動体350を収容する孔部360hを転動体350毎に有し、これにより転動体350,350同士の接触を回避する。
工作機械のハウジング3は、主軸5を挿入する挿入孔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を挿入した状態で、貫通孔3hの一端部に設けられたアンギュラ玉軸受510及び他端部に設けられたアンギュラ玉軸受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。
図17Aは、一般的な転がり軸受11’の概略中心断面図であり、図17Bは、図17A中のB−B断面図である。また、図18は、一般的に知られている転がり軸受11’の動摩擦損失特性のグラフである。グラフの縦軸は、転がり軸受11’の動摩擦損失(W)であり、横軸は、転がり軸受11’が支持する主軸5の回転数(rpm(min−1))である。
よって、転がり軸受11’の状態の監視は、相対滑りに注目して行うのが良いと考えられる。
図20は、常用軸受に係る予圧自動調整軸受装置410の構成を示す概略図であり、特殊玉軸受411の部分については、概略中心断面視で示している。
また、かかる常用軸受411,510の予圧については、前述した保持器460の低下率Rが、回転数N5に応じて定まる所定範囲a1〜a2,b1〜b2,c1〜c2に入るように制御されるので、結果として、図21Aに示すようなパターンの曲線を描くことになる。ちなみに、高速回転域で予圧の大きさが漸増しているのは、転動体450に作用する遠心力Fcが大きくなって転動体450と内輪420との間の相対滑りが顕著になるためである。つまり、この相対滑りを抑制すべく低下率Rに基づいて常用軸受411,510の予圧が自動的に増大されているためである。
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。
3h 貫通孔、3heb 他端側開口部、3hs1 段差面、3hs2 段差面、
3k 流路、3k2 流路、3ka 流路、3kae 排気孔、
4b 押さえ部材、4m 押さえ部材、
5 主軸(軸部材)、5ea 一端部、5h 孔部、5s1 段差面、
6a スペーサー、6b 押さえ部材、6c カラー部材、6n ナット、
7c キャップ部材、7c1 筒状部、7c1e 他端縁部、
7c2 蓋部、7c2h 円孔、7cka 流路、
10 補助軸受装置、11 補助軸受、
20 内輪(内輪相当部材)、20a 内輪側転動面(軸部材側転動面)、
20b 外周面
30 外輪(外輪相当部材)、30a 外輪側転動面(支持部材側転動面)、
30b 内周面、30t 溝部、30tb 底面、30ts 側面、
50 転動体、
60 保持器、60a 内周面、60b 外周面、60h 孔部、
60w1 壁部、60w2 壁部、
70 浮力発生機構、
80 予圧付与機構、82 アクチュエータ、
90 制御部、
111 補助軸受、120 内輪、120a 内輪側転動面(軸部材側転動面)、
130 外輪(外輪相当部材)、130a 外輪側転動面(支持部材側転動面)、
130p1 円環状分割体、130p2 円環状分割体、
150 転動体、160 保持器、160h 孔部、
211 補助軸受、220 内輪、220a 内輪側転動面(軸部材側転動面)、
230 外輪(外輪相当部材)、230a 外輪側転動面(支持部材側転動面)、
250 転動体、260 保持器、260h 孔部、
311 補助軸受、311a 補助軸受、311b 補助軸受、
320 内輪相当部材、320a 内輪側転動面(軸部材側転動面)、
330 外輪(外輪相当部材)、330a 外輪側転動面(支持部材側転動面)、
330h 供給孔、
332 環状部、332b 外周面、332eb 他端部、
332t 溝部、332tb 底面、332ts 側面、
336 固定部(突出部)、336e 他端面、
340 リング状部材、340a 外周面、340h 供給孔、
340t 溝、347 パッキン、
350 転動体、350a 転動体、
360 保持器、360h 孔部、
380 予圧付与機構、
410 予圧自動調整軸受装置、
411 特殊玉軸受、
420 内輪、420a 内輪側転動面、
430 外輪、430a 外輪側転動面、
432 内側環状部、434 薄肉部、434e1 外周縁部、434e2 内周縁部、
436 外側環状部、
440 栓部材、440eb 一端面、440ef 他端面、440h 供給孔、
440t1 溝、440t2 溝、445 パッキン、447 パッキン、
450 転動体、460 保持器、
480 予圧付与機構、
482 流路形成部材、485 ポンプ、487 圧力調整弁、
490 制御部、495 保持器回転数センサー、497 主軸回転数センサー、
510 汎用玉軸受、520 内輪、530 外輪、550 転動体、560 保持器、
S20 内輪側隙間、S30 外輪側隙間、
C5 軸芯、C50 自転軸、
P1 接触位置、P2 接触位置、P3 接触位置、P4 接触位置、
Pb 分割位置、Pex 排出位置、
G 隙間、G50 隙間、G60h 微小間隙、G150 隙間、G340 隙間、
G150 隙間、G340 隙間、
R70 供給室、R340 圧力室、R430 圧力室、
SP 環状空間、SP3 許容空間、SP510 筒状空間、
C150 球心、C250 球心、C350 回転軸、
C350a 球心、C450 球心、
Claims (10)
- 駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有し、
前記支持部材に固定される環状の外輪相当部材を有し、前記外輪相当部材の内周面に前記支持部材側転動面が形成されており、
前記切り換え機構は、
前記転動体が前記軸部材側転動面からラジアル方向の外方に離れる方向の浮力を前記転動体に与える浮力発生機構と、
前記外輪相当部材の前記支持部材側転動面がラジアル方向の内方へ移動するような予圧を付与することによって前記転動体を前記軸部材側転動面に押し付け可能な予圧付与機構と、を有し、
前記予圧を付与することにより前記接触状態にし、前記予圧の付与を解除することにより前記非接触状態にすることを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項1に記載の補助軸受装置であって、
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を有し、
ラジアル方向の前記保持器の位置は、前記保持器が前記外輪相当部材に接触することによって規制されていることを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項2に記載の補助軸受装置であって、
前記保持器は、ラジアル方向に貫通した孔部を前記転動体毎に有し、
前記孔部との間に間隙を有しながら前記転動体が前記孔部に挿入されることにより、前記転動体の前記保持器に対するラジアル方向の相対移動が許容されていることを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項2又は3に記載の補助軸受装置であって、
前記軸部材側転動面が設けられる内輪相当部材を有し、
前記浮力発生機構は、前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間に圧縮空気を供給することにより、ラジアル方向の外方の浮力を前記転動体に付与することを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項4に記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の一端側から前記圧縮空気は前記隙間に供給され、
前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の大きさよりも、アキシャル方向の他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の方が小さいことを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項4又は5に記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも大きいことを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項4乃至6の何れかに記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも小さいことを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項4乃至7の何れかに記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間よりも大ききことを特徴とする補助軸受装置。 - 駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有し、
前記切り換え機構を制御する制御部を有し、
前記軸部材が、第1範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記接触状態に切り換え、前記軸部材が前記第1範囲の回転数よりも速い第2範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記非接触状態に切り換えることを特徴とする補助軸受装置。 - 請求項1乃至9の何れかに記載の補助軸受装置であって、
前記軸部材には、ワークを加工する工具が固定され、
前記補助軸受装置は、アキシャル方向において、前記軸受よりも前記工具に近い位置に設けられていることを特徴とする補助軸受装置。
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