JP6570538B2 - ロータリテーブル軸受アッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、内レースと、外レースと、単列又は複列に配置され内レース及び外レースに沿って転動する転動体と、を有するロータリテーブル軸受と、外レース及び内レースのそれぞれが結合されている取着区分を有するそれぞれ１つのアッセンブリ構成部材と、を備えるロータリテーブル軸受アッセンブリに関する。

被加工材の切削加工時、生産性を向上させるために、複数のプロセスを統合することが増えてきている。１つの可能性は、旋削加工運転とフライス加工運転とを１つの機械内で組み合わせることである。この機械は、一般に、ロータリテーブルを有している。ロータリテーブルは、適当なロータリテーブル軸受アッセンブリを介して回転可能に軸支されている。これまで、ロータリテーブル軸受アッセンブリは、旋回目的のためだけ、又は低速での連続的な回転のためだけに設計されていたところ、作業範囲の拡張に鑑み、より長時間の高回転数での運転も可能であるように、軸受アッセンブリを設計する必要がある。このために、ロータリテーブル軸受は、一般にコンパクト軸受として構成され、駆動装置としては、トルクモータが使用される。より高い回転数のために、ロータリテーブル軸受は、転がり軸受として構成されており、軸受にかかる負荷に合わせて、種々異なる構造形態のものを使用可能である。軸受の性能は、軸受直径に応じて数マイクロメートルである転がり接触部内において作用する予荷重によって決まる。転がり接触部内の摩擦に応じて、高回転数時、摩擦損失が熱の形で生じる。この熱は、内レース及び外レースに放出される。

使用されるトルクモータは、下側の回転数領域においてもなおフライス加工のために十分なトルクを有しているように、一般に弱め界磁運転を介してのみ達成される限界回転数を提供しなければならない。ロータの回転数が高いときは、電流制御周波数も高く、このことは、他方、磁化の反転の高い周波数につながる。これは、他方、磁化の反転に伴う損失（鉄損）に基づきロータ内の発熱を高め、ロータは高温となる。ロータの能動的な冷却は漏れのリスクがあるため、高い手間またはコストを要してのみ可能である。公知の構成の場合、ロータは軸に結合されており、軸は内レースに結合され、内レースを介して回転可能に軸支されており、かつテーブルを支持している。このことから、ロータからロータリテーブル軸受への伝熱が結果として生じる。ロータリテーブル軸受内で好んで使用されるグリース潤滑のため、潤滑剤を介した熱導出は保証されていない。熱源及びヒートシンクにより、局所的な温度勾配が生じる。温度勾配は、ロータリテーブルの固定部及び回転部を一般に様々に加熱する。ロータから軸受内レースを介してテーブルプレートに至る伝熱に起因して、軸受のラジアル部分に熱集中が生じる。これは、軸及び内レースが外レースよりも強く膨張することに至り、これにより、ロータリテーブル軸受内、特にラジアル転動軌道内の予荷重及び面圧が増大し、寿命の短縮につながる。

これにより、本発明の根底にある課題は、局所的に異なる加熱が存在するにもかかわらず、加熱の結果として高まる予荷重を少なくとも部分的に解消可能なロータリテーブル軸受アッセンブリを提供することである。

この課題を解決するために、冒頭で述べた形態のロータリテーブル軸受アッセンブリにおいて、本発明により、少なくとも一方のアッセンブリ構成部材の取着区分が、ラジアル方向で弾性的に当該アッセンブリ構成部材に形成されているか、及び／又は外レース及び／又は内レースが、ラジアル方向で弾性的な結合区分を有し、結合区分を介して、それぞれのレースがアッセンブリ構成部材に結合されているようにした。

本発明に係るロータリテーブル軸受アッセンブリは、適当なばね剛性によって直径成長を弾性的にいなすことが可能な内在的な放射対称の軟性を提供できるようにすることを狙って設けた弾性を有している。すなわち、放射対称の弾性は、場合によっては生じる直径成長を補償し、その結果、軸受予荷重の上昇は生じないか、たとえ生じたとしても、その程度は軽減される。したがって、高められたラジアル荷重は少なくとも部分的に補償される一方、アキシャル荷重の方向の剛性又は場合によっては生じる傾倒モーメントに関する剛性は一定である。

したがって、構造的または幾何学的に実現される放射対称の弾性により、軸受アッセンブリは、熱負荷及び熱負荷の結果として生じる熱に起因する幾何学形状の変化にもかかわらず、大した予荷重上昇を伴わずに動作可能であり、寿命の短縮または早期の故障は、時折受ける著しい熱負荷にもかかわらず、起こらない。

本発明の第１の形態では、外レースを支持する弾性的な取着区分は、アッセンブリ構成部材において取り巻くようにして延びる環状溝を介して弾性的に形成される、取り巻くようにして延びる環として構成されていてもよい。本形態において、外レースのための螺設面は、円柱状の環形状を呈し、この環形状は、アッセンブリ構成要素の膨張時に弾性的に可逆に撓むことができ、転がり接触部における面圧の上昇を穏やかにするように構成されている。この弾性的な環幾何学形状は、例えば、アッセンブリ構成部材に溝入れされ、取り巻くようにして延びる環状溝を介して形成される。この環状の弾性的な取着区分の厚さは、取着区分の弾性特性を決定する。この厚さは、理論的に求め得る、内レース由来の熱に起因する直径拡張が、取着区分を介して補償されるように選択されねばならない。弾性的な取着区分の達成すべき所望の可撓性が高いために、このために必要な環厚さが極めて薄くなってしまうときは、環区分の断面を可撓性向上のために例えばＳ字形に構成することや、環を場合によってはセグメント化することも可能である。セグメント化及びＳ字形の断面構成は、組み合わせて設けてもよい。

弾性的な取着区分を環形状として、取り巻くようにして延びる環状溝を介して構成すると、ラジアル方向の弾性につながる。並進方向で、取着区分に一般に外レースを介してねじ止めされるロータリテーブル軸受は、螺設面の環形状に基づいて、十分な剛性を有している。すなわち、放射対称の剛性は低いが、接線方向及びアキシャル方向の剛性は依然として高く、要求に合致している。

取着区分を弾性的な円柱状の環として構成するのに対して代替的に、外レース自体を内在的な弾性を有するように構成することも可能である。本発明のこの形態では、外レースが断面略Ｌ字形に構成されていてもよく、ラジアル方向内向きに内レースに向かって張り出す脚片に沿って、転動体が転動し、鉛直方向に延びる脚片が結合区分を形成する。この鉛直方向に延びる脚片を介して、外レースは、取着区分に固定、一般にねじ止めされる。水平方向の脚片の長さと比較して明らかに長く構成されたこの取り付け脚片は、所望の弾性を提供すべく、十分に薄肉に寸法設定されている。

その際、外レースの固定またはねじ止めは、いわば上方から弾性的な脚片全体を貫いて取着区分内へと実施されてもよい。代替的に、取着区分が、結合区分を取着区分に固定するねじを収容する、下面よりアクセス可能な貫通部を有し、ねじが、弾性的な脚片の端面に設けられたねじ山付き孔にねじ込まれるようにしてもよい。

本形態でも、目指す弾性を達成しようとすると、脚片厚さが過度に小さくなってしまうときは、ここでも、この脚片をセグメント化することが可能である。その結果、脚片をより厚く構成し得るが、それにもかかわらず、セグメント化に基づいて、放射対称の弾性は所望の範囲にある。

上述の両構成のいずれが選択されているかにかかわらず、セグメント化した場合、スリットを、鉛直方向で見て環状溝の底のレベルまで、又は外レースの内向きに張り出した脚片まで導くことが可能であり、したがって、鉛直方向で見て比較的長いスリットが入ったセグメントが生じる。具体的なスリット配置またはピッチ及びスリット深さ、ひいてはセグメント数及びセグメント高さは、結局のところ、要求に基づいて所望される目標弾性を実現すべく、所与の要求を参酌して設計すればよい。

最初に挙げた両実施の形態は、外レースを取り付け部へ結合する領域に弾性が設けられていることを特徴としている。これとは異なり、内レースを支持する取着区分の領域において弾性を実現することも可能である。このために、本発明の別の形態では、内レースを支持する弾性的な取着区分が、ロータリテーブル軸受を介して軸支される軸の、内レースを貫く中空円柱状の区分であり、中空円柱状の区分に対して、内レースがラジアル方向で固定されるようにしてもよい。内レースは、ラジアル方向で見て、内レースを介して軸支すべき軸によって貫かれており、対応する取着区分を有する軸にプレスばめされて固定されている。鉛直方向での固定は、好適なねじを介して実施され、ねじは、内レースを鉛直方向で貫き、軸の、テーブルプレートが配置されている対応するラジアル方向のテーブルフランジ内にねじ込まれている。本発明により、今や、内レースが固定されている中空円柱状の軸区分は、相応の幾何学的な構成によって、テーブルフランジに対して相対的に弾性的に構成されており、すなわち、小さな放射対称の弾性がこの領域に提供されている。熱に起因した幾何学形状変化が軸受領域に生じると、例えばそれ自体は弾性支承されていない外レースに支持されることに基づいて、弾性的な撓みが中空円柱状の軸区分の領域に生じる。すなわち、本発明のこの形態では、熱に起因してさもなければ生じる予荷重の上昇が、ラジアル方向内側の弾性によって解消される。原則、それどころかこの領域でも、スリットの形成により相応の区分セグメントを形成することが可能であり、スリットは、場合によっては区分長さにわたって部分的にしか延在していなくてもよい。

中空円柱状の区分の、場合によっては任意選択的に必要となる補強のために、好ましくは中空円柱状の区分の端部に、ラジアル方向内向きに延在する環状鍔が設けられていてもよい。この場合、環状鍔には、好ましくは、ロータが取り付けられてもよい。

全体として、本発明に係るロータリテーブル軸受アッセンブリは、転がり接触部における熱に起因した応力過昇を解消し得る、所定の通り提供される放射対称の軟性または弾性を提供する。軸受は、面圧を大して高めることなく、名目上、それどころかより強い予荷重を加えることも可能であり、これによって、内レース又は外レースのより強い加熱時に、ラジアル転動軌道系内にガタが生じないことが、より大きな温度範囲にわたって維持される。

以下に、本発明により形成されるロータリテーブル軸受アッセンブリについて、複数の好ましい実施の形態において、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係るロータリテーブル軸受アッセンブリを備えるロータリテーブル機械の一部の原理図である。 図１に示したロータリテーブル軸受アッセンブリの要部拡大図である。 外レースのための、円柱状の環として構成された弾性的な取着区分の平面図である。 Ｓ字形の断面輪郭を有する取着区分の別の可能な形態を示す図である。 Ｌ字形に構成された外レースと、軸の形態の、内レースを支持するアッセンブリ構成部材に設けられた、任意選択的な弾性的な取着区分とを備える、本発明に係るロータリテーブル軸受アッセンブリの別の実施の形態を示す図である。

図１は、本発明に係るロータリテーブル機械１の一部を示しており、ロータリテーブル機械１は、以下にさらに説明するロータリテーブル軸受の外レースのための取着区分を有するアッセンブリ構成部材をなす架台構成部材３を有するテーブル架台２を有している。

さらに軸４が設けられており、軸４は、ロータリテーブル軸受の内レースのための取着区分を有する別のアッセンブリ構成部材を有しており、この取着区分は、軸４の中空円柱状の区分５を介して実現されている。軸４は、テーブルフランジ６を有している。テーブルフランジ６上には、詳細な説明は省略するが、本来の、回転すべきロータリテーブルが収容されている。

軸４を駆動するために、トルクモータ７が設けられている。トルクモータ７は、架台側に固定されているステータ８と、空隙を介して離隔されたロータ９とを有しており、ロータ９は、軸４の中空円柱状の区分５の延長上に配置されている。ステータ８とロータ９とは、公知の形式で空隙を介して離隔されているので、ステータ８に対して相対的なロータ９の自由回転可動性が提供されている。このようなトルクモータの構造及び機能形式は、十分に知られている。

ロータの領域における運転に起因した磁化の反転に基づいて、ロータの領域には著しい加熱が生じる。熱流は、ロータ９から区分５を介してロータリテーブル軸受の領域へ流れる。したがってロータリテーブル軸受は、特に内レースの領域で加熱され、その結果、内レースの領域においてラジアル方向の拡幅が起こる。このラジアル方向の拡幅は、転がり接触部における予荷重の上昇につながる。この上昇は、本発明により所定の弾性を組み込むことで補償される。この補償については、以下でさらに説明する。

上述のように、ロータリテーブル軸受アッセンブリは、さらに、本来のロータリテーブル軸受１０を有している。ロータリテーブル軸受１０は、外レース１１と内レース１２とを有している。内レース１２は、外レース１１に対して計３つの転動体列１３，１４，１５を介して案内されており、転動体列１３及び１４は、アキシャル方向の支持を担い、転動体列１５は、ラジアル方向の支持を担う。原理的には、別の軸受構造形態、例えば２列のアンギュラころ軸受でも、同様の物理的効果を奏する。

図２は、ロータリテーブル軸受１０の領域を拡大して示す部分図である。アッセンブリ構成部材３、つまりテーブル架台の関連部材に、取着区分１６が設けられている。取着区分１６は、図３に示す平面図に例示するように、多数のねじ山付き孔１７を有している。ねじ山付き孔１７内には、外レースの対応する貫通部１９に挿通された対応する取り付けねじ１８がねじ込まれている。取着区分１６は、円柱状の環として構成されている。環は、取り巻くようにして延びる環状溝２０を介して規定されている。環状溝２０を介して実現されるこの逃げ溝の結果として、取着区分１６は、ラジアル方向で弾性的である。つまり、取着区分１６は、内レース１２の、場合によっては生じる熱に起因した直径拡大に対して、取着区分１６が可撓に反応できるようにする適当なばね剛性を有している。この放射対称の軟性または弾性的な可撓性により、転がり接触部、特にラジアル転動体列１５の領域における予荷重の過昇は、少なくとも部分的に補償されるので、この領域に、軸受の過負荷につながりかねない許容できない応力過昇は、生じない。

環状の取着区分１６は、細ければ細いほど、より弾性的である。それにもかかわらず、取着区分１６の厚さは、薄すぎてはならない。目指す可撓性、つまり、所望の弾性が、取着区分１６の厚さを過度に薄いものにしかねない場合、図３に示すように、取着区分１６を複数のスリット２１によってセグメント化してもよい。スリットは、好ましくは取着区分１６の全高にわたって、つまり環状溝２０の底まで延在している。こうして、取着区分１６が膨張したときの周方向の引っ張り応力は減じられ、それぞれの弾性は高められる。その結果、取着区分１６は、十分な厚さを維持することができる。

したがって、本発明により取着区分１６の弾性が適切に形成されたことで、軸４または内レース１５の領域において場合によっては生じるラジアル方向の直径拡張の補償は、補償可能であり、その結果、軸受予荷重、特にラジアル方向の軸受予荷重の大した上昇は生じない。さらに、この領域の放射対称の弾性に基づいて、ロータリテーブル軸受１０は、面圧を大して高めることなく、名目上、若干強い予荷重を加えることも可能になる。こうして、外レースが、より強く加熱され、同様にある程度拡幅しても、ラジアル転動軌道系内にガタが生じないことが、より大きな温度範囲にわたっても維持されることが保証されている。

図２が、断面で見て特段の異形輪郭が施されていない取着区分１６を示しているのに対し、図４は、図３に示した構成と同等のアッセンブリを示しているが、取着区分１６だけは、２つのラジアル方向の切欠き２２，２３によりＳ字形の異形輪郭が施されている。基本幅が許容する限りにおいて、この輪郭付与により、弾性の向上が達成可能である。この場合、セグメント化は省略可能であるが、それにもかかわらず、セグメント化が輪郭付与に加えて追加的になされてもよい。

図５は、ロータリテーブル軸受アッセンブリの別の本発明の実施の形態を示しており、やはり、対応するロータリテーブル軸受１０が設けられていて、ロータリテーブル軸受１０は、外レース１１と、内レース１２と、対応する転動体列１３，１４，１５とを有している。外レース１１は、やはり、アッセンブリ構成部材３、つまりテーブル架台の対応する取着区分１６に、対応する取り付けねじ１８を介してねじ止めされている。しかし、本実施の形態では、所定の通り提供される弾性は、外レース１１自体に形成されている。このために外レース１１は、断面略Ｌ字形に構成されている。外レース１１は、水平方向の脚片２４を有している。水平方向の脚片２４には、転動体列１３，１４，１５のための転動軌道が形成されている。さらに外レース１１は、鉛直方向の脚片２５を有している。鉛直方向の脚片２５は、水平方向の脚片２４より明らかに長く、その結果、外レース１１は、図２及び４に示した構成と比較して、鉛直方向で見て明らかに長い。鉛直方向の脚片２５は、本実施の形態では完全に、対応する貫通部１９によって貫通されており、貫通部１９には、ねじ１８が挿通されており、ねじ１８は、取着区分１６に設けられた対応するねじ山付き孔１７にねじ込まれている。取着区分１６のカラー２６に外レース１１が支持されている。

円柱状の脚片２５は、取着区分側での固定の結果、結局のところ弾性的である。すなわち、円柱状の脚片２５を介して、内レース１２の領域において場合によっては生じる熱に起因した直径拡張の補償を補償する適当な可撓性が実現されている。つまり、放射対称の弾性は、本構成でも、上述の実施の形態の場合と同様に、外レース側にて実現されている。上述の実施の形態の場合、弾性が環状の取着区分１６を介して実現されているのに対し、図５に示した構成では、弾性が外レース１１の脚片２５の環状の構成を介して実現されている。脚片２５は、その弾性を高めるために適当なスリットを有し、少なくとも部分的にセグメント化されていてもよい。両構成の機能は、結局のところ同じである。

任意選択的または付加的な構成として、図５には、ラジアル方向内側の弾性を構成する可能性についても示してある。図１を参照すると、外レースの領域における弾性を実現するに当たり、軸４の中空円柱状の区分５が極めて厚肉に設計されているのに対し、図４に示した構成の場合、軸４の中空円柱状の区分５は、極めて薄肉に構成されており、その結果、軸４は、いわば「ラジアル方向で軟性」に設計されている。軸４の中空円柱状の区分５は、内レース１２がプレスばめされる取着区分２８を形成する。したがって、テーブルフランジ６との一体的な結合により、テーブルフランジ６に対して相対的な、薄肉の中空円柱状の区分５のある程度の弾性が提供されている。任意選択的に必要となる補強は、ラジアル方向内向きに延びる環状鍔２７を介して達成可能である。環状鍔２７には、ロータ９も取り付け可能である。

したがって、図５に示した構成では、二重の弾性、つまり外側にも内側にも弾性が付与されている。

軸４の薄肉の中空円柱状の区分５を介した内側の弾性しか設けられておらず、外レース１１は、非弾性的に厚肉のアッセンブリ構成部材３、つまりテーブル架台に取り付けられている場合、軸４または内レース５の領域において場合によっては生じる熱に起因した拡幅は、それによって僅かに撓む中空円柱状の区分５の弾性により補償されることになる。区分５には、必要であれば、鉛直方向に延びるスリットが設けられていてもよく、これにより、区分５を、例えば環状鍔２７を介した補強が施されているときに、区分５の高さにわたって十分弾性的に設計することができる。ここでもう一度最後に附言しておくと、図５に示した両構成、すなわち、外レース１１の領域に組み込まれた弾性と、中空円柱状の区分５の領域に組み込まれた弾性とは、独立して設けられていてもよいし（つまり、両弾性のうちの一方のみが組み込まれていてもよいし）、両弾性が累積的に設けられていてもよい。もちろん、薄肉の中空円柱状の区分５を介して内側において実現される弾性と、図２及び４に示した実施例に則した組み込まれた弾性とを組み合わせてもよい。

１ ロータリテーブル機械
２ テーブル架台
３ 架台構成部材
４ 軸
５ 区分
６ テーブルフランジ
７ トルクモータ
８ ステータ
９ ロータ
１０ ロータリテーブル軸受
１１ 外レース
１２ 内レース
１３ 転動体列
１４ 転動体列
１５ 転動体列
１６ 取着区分
１７ ねじ山付き孔
１８ 取り付けねじ
１９ 貫通部
２０ 環状溝
２１ スリット
２２ 切欠き
２３ 切欠き
２４ 脚片
２５ 脚片
２６ カラー
２７ 環状鍔
２８ 取着区分

Claims (8)

1. 内レースと、外レースと、単列又は複列に配置され前記内レース及び前記外レースに沿って転動する転動体と、を有するロータリテーブル軸受と、
   前記外レース及び前記内レースのそれぞれが結合されている取着区分を有するそれぞれ１つのアッセンブリ構成部材と、
   を備えるロータリテーブル軸受アッセンブリであって、
   少なくとも一方の前記アッセンブリ構成部材（３，４）の前記取着区分（１６，２８）は、ラジアル方向で弾性的に当該アッセンブリ構成部材（３，４）に形成されており、
   前記外レース（１１）を支持する弾性的な前記取着区分（１６）は、前記アッセンブリ構成部材（３）において取り巻くようにして延びる環状溝（２０）を介して弾性的に形成される、取り巻くようにして延びる環として構成されており、
   前記環は、Ｓ字形の断面を有する
   ことを特徴とするロータリテーブル軸受アッセンブリ。
2. 前記取着区分（１６）を形成する前記環は、ラジアル方向で延びるスリット（２１）を介してセグメント化されている、請求項１に記載のロータリテーブル軸受アッセンブリ。
3. 前記スリット（２１）は、鉛直方向で見て前記環状溝（２０）の底のレベルまで延在する、請求項２に記載のロータリテーブル軸受アッセンブリ。
4. 内レースと、外レースと、単列又は複列に配置され前記内レース及び前記外レースに沿って転動する転動体と、を有するロータリテーブル軸受と、
   前記外レース及び前記内レースのそれぞれが結合されている取着区分を有するそれぞれ１つのアッセンブリ構成部材と、
   を備えるロータリテーブル軸受アッセンブリであって、
   前記外レース（１１）及び／又は前記内レース（１２）は、ラジアル方向で弾性的な結合区分（２５）を有し、前記結合区分（２５）を介して、前記レース（１１，１２）はそれぞれ、前記アッセンブリ構成部材（３，４）に結合されており、
   前記内レース（１２）を支持する弾性的な前記取着区分（２８）は、前記ロータリテーブル軸受を介して軸支される軸（４）の、前記内レース（１２）を貫く中空円柱状の区分（５）であり、前記内レース（１２）は、前記中空円柱状の区分（５）に対してラジアル方向で固定されており、
   前記中空円柱状の区分（４）の下端部に、ラジアル方向内向きに延在する環状鍔（２７）が設けられている
   ことを特徴とするロータリテーブル軸受アッセンブリ。
5. 前記外レース（１１）は、断面略Ｌ字形に構成されており、ラジアル方向内向きに前記内レースに向かって張り出す脚片（２４）に沿って、前記転動体（１３，１４，１５）が転動し、鉛直方向に延びる脚片（２５）が前記結合区分を形成する、請求項４に記載のロータリテーブル軸受アッセンブリ。
6. 前記取着区分（１６）は、前記結合区分を前記取着区分に固定するねじ（１８）を収容する、下面よりアクセス可能な貫通部を有し、前記ねじ（１８）は、弾性的な前記脚片（２５）の端面に設けられたねじ山付き孔にねじ込まれている、請求項５に記載のロータリテーブル軸受アッセンブリ。
7. 前記外レース（１１）の、前記結合区分を形成する前記脚片（２５）は、ラジアル方向で延びるスリット（２１）を介してセグメント化されている、請求項５または６に記載のロータリテーブル軸受アッセンブリ。
8. 前記スリット（２１）は、前記外レース（１１）の内向きに張り出した前記脚片（２４）まで延在する、請求項７に記載のロータリテーブル軸受アッセンブリ。

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