JP6824349B1 - 滑りラジアル軸受装置、滑りラジアル軸受装置の軸受リングに摺動部材を貼付する方法および滑りラジアル軸受装置を用いたロータリワークヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】転がりラジアル軸受装置の低摩擦性を生かしながら、制振性や静粛性はもとより、耐荷重性や直進性、減衰性を高めること。【解決手段】滑りラジアル軸受装置１００が、回転支持すべき軸体１１０の外周面に嵌合する円筒形状の内周面を有する軸受リング１３０と、軸体と軸受リングの間の静止側嵌合面に貼付された薄板状の摺動部材１０とを具備し、摺動部材が、周囲をランド部１２によって包囲された潤滑油ポケット１４と、潤滑油ポケット内に配設された複数の凸部１６とを有し、潤滑油ポケットに開口する第１と第２のポート１８ａ、１８ｂを通じて潤滑油を供給、排出するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばロータリーワークヘッド等の回転主軸を主軸ハウジングに回転可能に支持する滑りラジアル軸受装置に関する。本発明は、また、該滑りラジアル軸受装置の軸受リングの内周面に摺動部材を貼付する方法に関する。更に本発明は、滑りラジアル軸受装置を用いたロータリワークヘッドに関する。

回転主軸は、動圧軸受や静圧軸受のような滑りラジアル軸受や、ボールベアリングやローラベアリングのような転がりラジアル軸受によって主軸ハウジング等に回転可能に支持される。

特許文献１には、リニア（直動）ガイドであるが、移動体に摺動部材を貼付して、該摺動部材を支持体の案内面に接触させながら支持、案内する移動体の案内装置が記載されている。該案内装置は、摺動面に開口する潤滑油帰還通路と、潤滑油帰還通路にそれぞれ連通する、潤滑油供給通路と潤滑油排出通路とを移動体に設け、移動体の移動に伴い摺動面と潤滑油帰還通路との間で潤滑油を帰還させながら、潤滑油供給通路を介して潤滑油源から摺動面へ潤滑油を供給し、潤滑油排出通路を介して摺動面から外部へ潤滑油を排出するようになっている。

特開２０１３−０９１１４２号公報

滑りラジアル軸受は、転がりラジアル軸受に比べて、振動に対する減衰特性（制振性）や、静粛性、回転精度に優れ、また圧痕がつきにくい等の利点があるが、転がりラジアル軸受に比べて摩擦、特に起動時の摩擦が大きくなる。更に、転がり軸受は、高い互換性のある規格品が大量生産され安価に入手可能となっているのに対して、滑りラジアル軸受は個別の設計となり高価になる。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを目的としており、転がり軸受の低摩擦性を生かしながら、制振性や静粛性、回転精度、耐荷重性を一層高めた滑りラジアル軸受装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、軸体または軸受ハウジングを、前記軸受ハウジングまたは前記軸体に対して回転可能に径方向に支持する滑りラジアル軸受において、円柱形状の外周面を有する軸体と、前記軸体の外周面に嵌合する円筒形状の内周面を有する軸受リングと、前記軸体と前記軸受リングのうち静止状態に保持されている側の嵌合面に貼付された薄板状の摺動部材であって、周囲をランド部によって包囲された凹所より成る潤滑油ポケットを有し、該潤滑油ポケット内に複数の凸部が形成されている摺動部材と、前記軸体または軸受リングの回転方向に前記摺動部材の一方の端部において、前記潤滑油ポケットに開口するように、前記軸体または軸受リングに形成された第１のポートと、前記軸体または軸受リングの回転方向に前記摺動部材の他方の端部において、前記潤滑油ポケットに開口するように、前記軸体または軸受リングに形成された第２のポートとを具備する滑りラジアル軸受装置が提供される。

更に、本発明によれば、前記滑りラジアル軸受装置の軸受リングに前記摺動部材を貼付する方法において、円錐形状の外面を有したテーパ軸を準備し、前記軸受リングの内周面に対面可能に形成さられ、前記摺動部材を受容して位置決めする位置決め凹部が外面に形成され、前記テーパ軸の円錐形状の外面に相補的に嵌合する内面とを有した中空状の割カラーを準備し、前記摺動部材の背面が前記位置決め凹部から突出するように、前記位置決め凹部内に前記摺動部材を配置し、前記摺動部材の背面に接着剤を塗布し、前記割カラーの外面を前記軸受リングの内周面に対面させて配置し、前記テーパ軸の外面を前記割カラーの内面に対面させて、前記割カラー内に挿入し、前記テーパ軸を前記割カラー内に押入することによって、前記割カラーを径方向に拡開するようにした方法が提供される。

更に、本発明によれば、工作機械のテーブルに載置され、加工するワークを回転可能に取付けるロータリワークヘッド装置において、前記テーブルに固定される主軸ハウジングと、前記滑りラジアル軸受によって前記主軸ハウジングに回転可能に支持される回転主軸と、 前記主軸ハウジング内に配設され、前記回転主軸を回転駆動する主軸モータとを具備するロータリワークヘッド装置が提供される。

本発明によれば、軸体と軸受ハウジングを相対的に回転可能に径方向に支持する滑りラジアル軸受装置において、前記軸体と前記軸受リングのうち静止状態に保持されている側の嵌合面に薄板状の摺動部材を貼付し、該摺動部材の潤滑油ポケットに対して潤滑油を第１と第２のポートを介して潤滑油を供給、排出できるようにしたので、従来の転がりラジアル軸受の低摩擦性を生かしながら、滑りラジアル軸受の制振性や静粛性、回転精度、耐荷重性を一層高めることが可能となる。

また、ランド部に包囲された潤滑油ポケットに潤滑油が供給されるので、従来の静圧ラジアル軸受と比較して潤滑油の漏洩を格段に低減または防止することが可能となり、従って、一層高圧の潤滑油を供給可能となり、耐荷重性能を高めることが可能となる。

軸体である回転軸を抜去して示す本発明の好ましい実施形態による滑りラジアル軸受装置の斜視図である。 軸体を軸受リングに挿入して示す図１の滑りラジアル軸受装置の透視図である。 図１の滑りラジアル軸受装置の平面図である。 図１の滑りラジアル軸受装置の軸受リングの斜視図である。 図１の滑りラジアル軸受装置に用いる摺動部材の平面図である。 摺動部材の凸部のパターンを示す図である。 図６の摺動部材の凸部の拡大図である。 摺動部材の凸部の他のパターンを示す図である。 図８の摺動部材の凸部の拡大図である。 摺動部材の凸部の更に他のパターンを示す図である。 図１０の摺動部材の凸部の拡大図である。 摺動部材の変形例を示す平面図である。 摺動部材の更に他の変形例を示す斜視図である。 軸受リングに摺動部材を貼付するための方法を説明するための断面図である。 軸受リングに摺動部材を貼付するために用いられるテーパ軸の一部を破断して示す側面図である。 軸受リングに摺動部材を貼付するために用いられる位置決めリングの断面図である。 軸受リングに摺動部材を貼付するために用いられる割カラーの断面図である。 軸受リングに摺動部材を貼付するために用いられる座金の断面図である。 図１の滑りラジアル軸受装置を用いた滑りラジアル軸受システムの構成および作用を説明するための略図である。 回転軸が図１９の場合と反対方向に回転するときの滑りラジアル軸受システムを説明するための略図である。 図１の滑りラジアル軸受装置を用いた他の滑りラジアル軸受システムの構成および作用を説明するための略図である。 回転軸が図２１の場合と反対方向に移動するときの滑りラジアル軸受システムの構成および作用を説明するための略図である。 摺動部材を軸体に貼付した滑りラジアル軸受装置で用いる回転軸を示す斜視図である。 図２３の回転軸の断面図である。 本発明の滑りラジアル軸受装置を用いたロータリワークヘッドの断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１〜４において、本発明の好ましい実施形態による滑りラジアル軸受装置１００は、軸体としての回転軸１１０と、軸受ハウジング１２０と、軸受リング１３０と、摺動部材１０とを備えている。回転軸１１０は円柱状の部材であり、例えば工作機械のテーブルに取り付けるロータリワークヘッドの回転主軸とすることをができる。

軸受ハウジング１２０は中空円筒状の本体部１２４を備えている。本体部１２４には、内周面から外周面へ径方向に貫通する第１と第２の通路１２６、１２８が形成されている。軸受ハウジング１２０は、本体部１２４を他の支持部材（図示せず）に固定するためのフランジ部１２２を備えていてもよい。フランジ部１２２には、該フランジ部１２２を支持部材に固定するボルト等の締結具を挿通する固定穴１２２ａが形成されている。固定穴１２２ａは、軸方向にフランジ部１２２を貫通している。

軸受リング１３０は、軸受ハウジング１２０の本体部１２４の中空部に嵌合する中空円筒状の部材より成り、内周面に摺動部材１０が貼付される。軸受リング１３０は、軸受リング１３０の内周面から外周面へ径方向に貫通する第１と第２のポート１３６、１３８を有している。軸受リング１３０の外周面には、第１と第２のポート１３６、１３８の間に外周面に沿って周方向に延設された周溝１４０が形成されている。１本の周溝１４０によって、１つの第１のポート１３６と１つの第２のポート１３８が接続され、一対の第１と第２のポート１３６、１３８が形成される。

図１〜４の実施形態では、軸受リング１３０は、周溝１４０によって接続された３つの対をなす第１と第２のポート１３６、１３８が軸方向に整列するように配置され、該３対の第１と第２のポート１３６、１３８を１つのポート組として、４つのポート組１３６、１３８が、軸受リング１３０の周方向に等間隔で配置されている。

各ポート組において、第１のポート１３６は、軸受リング１３０の外周面において軸方向に延びる第１の横断溝１４２によって互いに連通可能に接続されている。つまり、各ポート組において、第１のポート１３６は１本の第１の横断溝１４２に開口するように軸方向に整列するように配置されている。

同様に、各ポート組において、第２のポート１３８は、軸受リング１３０の外周面において軸方向に延びる第２の横断溝１４４によって互いに連通可能に接続されている。つまり、各ポート組において、第２のポート１３８は１本の第２の横断溝１４４に開口するように軸方向に整列するように配置されしている。

軸受リング１３０を軸受ハウジング１２０の本体部１２４に嵌合することによって、周溝１４０と本体部１２４の内周面とによって各ポート組内の対をなす第１と第２のポート１３６、１３８を連通する潤滑油帰還通路が形成される。また、軸受リング１３０を軸受ハウジング１２０の本体部１２４に嵌合することによって、第１の横断溝１４２と本体部１２４の内周面とによって、各ポート組内の３つの第１のポート１３６を互いに連通する第１の横断通路が形成され、第２の横断溝１４４と本体部１２４の内周面とによって、第２のポート１３８を互いに連通する第２の横断通路が形成される。

軸受リング１３０は、潤滑油帰還通路および第１と第２の横断通路から潤滑油が漏洩しないように、軸受ハウジング１２０の本体部１２４の内周面に対して締り嵌めにて篏合される。軸受リング１３０は、例えば、軸受ハウジング１２０の本体部１２４を加熱した後に、該本体部１２４の中空部に嵌合させることができる。篏合した後に、本体部１２４を急速に冷却して焼嵌めすることが望ましい。

軸受リング１３０の内周面には、薄板状の摺動部材１０が貼付されている。本実施形態では、４枚の摺動部材１０が軸受リング１３０の内周面に貼付される。摺動部材１０は、耐摩耗性が高くかつ摩擦係数の低い材料、例えばフッ素樹脂から薄板状に形成され、例えばターカイトやベアリーの商品名で市販されているベアリング材料を用いることができる。摺動部材１０は、所定寸法に裁断した薄板状のベアリング材料の一方の表面に、エンドミルのような回転工具を用いてマシニングセンタにより、ランド部と凸部とを残して、ベアリング部材の表面を削り取ることによって潤滑油ポケットを形成することで製造することができる。この摺動部材１０の切削加工は、マシニングセンタのテーブルに真空チャックを用いて摺動部材１０を固定して行う。

図５を参照すると、摺動部材１０には、矩形状に延設され所定の幅を有したランド部１２と、ランド部１２によって囲繞される潤滑油ポケット１４と、潤滑油ポケット１４に開口する第１と第２のポート１８ａ、１８ｂとが形成されている。潤滑油ポケット１４には、多数の凸部１６が形成されている。なお、潤滑油ポケット１４内に凸部１６の表面の合計面積が、ランド部１２の内側の面積の好ましくは１５〜５０％となるように、凸部１６の個数および寸法が決定される。

図７を参照すると、凸部１６は、長径Ａjと短径Ａnとを有する細長い形状を有している。凸部１６は、長径Ａjに沿った両端部が、中央部よりも幅広に形成されている。好ましくは、凸部１６は、短径Ａnを横断する両側部が半径Ｒ1を有する円弧状に凹んでいる。また、凸部１６は、長径Ａj方向の両端部が半径Ｒ2を有する円弧状に膨出している。

また、凸部１６は、長径Ａjが、摺動部材１０に対する回転軸１１０の回転方向ＤＲに対してして所定の角度α、−α（図７には角度αのみ示されている）を以て傾斜するように形成される。より詳細には、凸部１６は、図６に示すように、回転方向ＤＲに対する長径Ａjの傾斜角度α、−αが交互に入れ替わるように規則正しく機械加工される。回転方向ＤＲに対する長径Ａjの傾斜角度は、回転軸１１０の移動速度に応じて適宜選択することができる。

例えば、図６、７の例では傾斜角度α＝４５°となっているが、図８、９に示すように、回転方向ＤＲに対する凸部１６の傾斜角度をα＝６０°ときつくすることができる。この摺動部材１０は、より低速で回転する回転軸１１０に適している。或いは、図１０、１１に示すように、回転方向ＤＲに対する傾斜角度をα＝３０°と緩やかにすることができる。この摺動部材１０は、より高速で回転する回転軸１１０に適している。

図６、８、１０に示すように、回転軸１１０の回転方向ＤＲに対して傾斜角度α、−αが交互に入れ替わるように凸部１６を配置することによって、回転軸１１０が回転する間、潤滑油ポケット１４内の潤滑油は、その粘性によって、回転軸１１０の表面に引きずられて、回転軸１１０の回転方向ＤＲと同じ方向に流動するとともに、凸部１６に当たったときに、摺動部材１０の側方、つまり回転軸１１０の中心軸線方向へも流動するようになる。

第１と第２のポート１８ａ、１８ｂは、回転軸１１０の回転方向ＤＲに互いに離間させて摺動部材１０の両端部に配置されており、摺動部材１０の背面から厚さ方向に潤滑油ポケット１４内に開口するように形成されている。また、潤滑油ポケット１４を囲繞するランド部１２は、潤滑油ポケット１４の中の凸部１６と略同一の高さに形成され、ランド部１２および凸部１６の表面は、回転軸１１０の外周面と直接接触しながら、回転軸１１０に対して相対的に滑動する。

図示する実施形態では、軸受リング１３０の内周面には、４枚の同一形状、寸法の摺動部材１０が貼付されているが、用途に応じて異なる形状、寸法の摺動部材１０または異なる形状、配置の凸部１６を有した摺動部材１０を貼付することができる。

また、既述の実施形態では、摺動部材１０は矩形のランド部１２を有しているが、これに限定されず、図１２の摺動部材１０′のように、回転軸１１０の回転方向ＤＲの両端部のランド部１２ａ、１２ｂを波形にして、潤滑油の第１と第２のポート１８ａ、１８ｂ内への流入を促進するようにできる。

更に、既述の実施形態では、４枚の摺動部材１０を軸受リング１３０に貼付しているが、本発明は、これに限定されず、４よりも多い或いは少ない数の摺動部材１０を軸受リング１３０に貼付してもよい。或いは、図１３に示すように、１枚の摺動部材１０″を円筒状にして用いてもよい。摺動部材１０″は、摺動部材１０と同様のランド１２′と、該ランド１２′に囲繞された潤滑油ポケット１４′内に配置された多数の凸部１６′とを有している。潤滑油ポケット１４′の加工は、アングルヘッドにエンドミルを装着して行う。摺動部材１０″は、更に、摺動部材１０″を厚さ方向に貫通する供給ポート１８ａ′と排出ポート１８ｂ′とを有し、該供給ポート１８ａ′および排出ポート１８ｂ′は、上記円筒の直径上の反対側に配置されている。供給ポート１８ａ′および排出ポート１８ｂ′の数や配置は、図１３に示すものには限定されず、回転軸１１０の直径や、摺動部材１０″の軸方向の寸法等によって、適宜選択することができる。

次に、図１４〜図１８を参照して、軸受リング１３０の内周面への摺動部材１０の貼付方法を説明する。
摺動部材１０は、図１４〜図１８に示すようなテーパ軸２００、位置決めリング２１０、割カラー２２０、座金２３０、固定ボルト２４０から成る治具を用いて、軸受リング１３０の内周面に貼付することができる。

図１５を参照すると、テーパ軸２００は、円板または円柱状のエンドプレート２０２と、エンドプレート２０２の一方の端面側に設けられ円錐形状の外面２０４ａを有した円錐部２０４と、エンドプレート２０２と円錐部２０４との間に設けられた篏合部２０６とを有している。円錐部２０４の先端面２０４ｃからテーパ軸２００の中心軸に沿って内ねじを有したねじ穴２０４ｂが形成されている。

また、エンドプレート２０２において、篏合部２０６が設けられている端面２０２ａは、位置決めリング２１０が当接する環状の基準面となっている。篏合部２０６は、円錐部２０４と同軸の円板または円柱形状を呈しており、円錐部２０４の直径が最大となる底面の直径以上の直径を有している。

図１６を参照すると、位置決めリング２１０は、概ね中空の円筒状の部材であり、小径部２１２と、大径部２１４とを有している。小径部２１２は、テーパ軸２００の篏合部２０６の直径と等しい内径の内周面を有している。大径部２１４は、摺動部材１０を貼付した軸受リング１３０の内径よりも僅かに大きな内径を有している。位置決めリング２１０において、小径部２１２に隣接する端面２１６は、テーパ軸２００の基準面２０２ａに着座する着座面となっており、大径部２１４に隣接する端面２１８は、軸受リング１３０の端面が当接する当接面となっている。

図１７を参照すると、割カラー２２０は、円錐形状の内面２２２を有した中空部材であって、内径が最大となる先端面２２４と、内径が最小となる基端面２２６と、円筒形状の外周面２２８とを有している。割カラー２２０は、先端面２２４から軸方向に延びるスリット（図示せず）を有しており、先端側が径方向に拡開可能となっている。外周面２２８には、所定数、既述の実施形態では４つの摺動部材１０を配置する位置決め凹部２２８ａが形成されている。

図１８を参照すると、座金２３０は、中心に軸方向に貫通する中心穴２３２を有した円板状または円筒状の部材である。

摺動部材１０を軸受リング１３０の内周面に取り付ける際、位置決めリング２１０の着座面２１６が、テーパ軸２００の基準面２０２ａに当接するように、位置決めリング２１０の小径部２１２を、テーパ軸２００の篏合部２０６に嵌合させる。

次いで、摺動部材１０の潤滑油ポケット１４を位置決め凹部２２８ａの底面に対面させて、摺動部材１０を位置決め凹部２２８ａ内に配置する。このとき、潤滑油ポケット１４とは反対側の摺動部材１０の背面が位置決め凹部２２８ａから露出している。この背面に接着剤が塗布される。

次いで、割カラー２２０をテーパ軸２００の円錐部２０４に嵌合させる。このとき、割カラー２２０の先端部が、テーパ軸２００の円錐部２０４と、位置決めリング２１０の大径部２１４との間の空間に挿入される。割カラー２２０の先端部において、割カラー２２０の外周面２２８が位置決めリング２１０の大径部２１４の内周面に接触することによって、割カラー２２０の拡開できる範囲が限定される。

次いで、割カラー２２０の外周面に軸受リング１３０を篏合させる。このとき、軸受リング１３０は、第１と第２のポート１３６、１３８が、摺動部材１０の第１と第２のポート１８ａ、１８ｂに連通するように、割カラー２２０の外周面に対して位置決めされる。軸受リング１３０を割カラー２２０の外周面に嵌合させたとき、軸受リング１３０の端面が、位置決めリング２１０の当接面２１８に当接する。

次いで、座金２３９を割カラー２２０の基端面２２６に当接するように配置し、中心穴２３２に固定ボルト２４０を挿通して、テーパ軸２００のねじ穴２０４ｂの内ねじに螺合する。固定ボルト２４０を締め付けることによって、割カラー２２０が径方向に拡開し、その外周面２２８に配置されている摺動部材１０が、軸受リング１３０の内周面に押圧される。このとき、上述したように、割カラー２２０の先端部において、割カラー２２０の外周面が、位置決めリング２１０の大径部２１４の内周面に接触することによって、割カラー２２０の拡開できる上限が決定される。

固定ボルト２４０を螺合した後、接着剤が硬化するのに要する所定の時間が経過するまで、テーパ軸２００、位置決めリング２１０、割カラー２２０、座金２３０、固定ボルト２４０は固定された状態で保持される。摺動部材１０の背面に塗布した接着剤によっては、固定ボルト２４０を螺合した後、そのまま恒温器のような加熱器内に入れて、所定時間、所定の高温に維持するようにしてもよい。軸受リング１３０に貼付された摺動部材１０の内周面は、切削または研削によって仕上げ加工される。

図１９、２０を参照して、既述の実施形態による滑りラジアル軸受装置１００を用いた滑りラジアル軸受システムを説明する。図１９、２０において、滑りラジアル軸受システム３００は、回転軸３１０と、回転軸３１０を支持する滑りラジアル軸受３０２を含む。滑りラジアル軸受３０２の内周面には、図５に示した摺動部材１０が貼付されている。摺動部材１０に替えて図１２の摺動部材１０′や図１３の摺動部材１０″を用いてもよい。

図１９、２０を参照すると、回転軸３１０は既述の実施形態では回転軸１１０によって形成され、滑りラジアル軸受３０２は、軸受リング１３０および軸受ハウジング１２０によって形成される。

滑りラジアル軸受３０２は、潤滑油帰還通路３０４、摺動部材１０の第１のポート１８ａに連通する第１の通路３０６と、摺動部材１０の第２のポート１８ｂに連通する第２の通路３０８とを有している。潤滑油帰還通路３０４は、軸受リング１３０の周溝１４０によって形成される。第１の通路３０６は、軸受リング１３０の第１のポート１３６および軸受ハウジング１２０の第１の通路１２６によって形成される。第２の通路３０８は、軸受リング１３０の第２のポート１３８および軸受ハウジング１２０の第２の通路１２８によって形成される。

潤滑油は、潤滑油供給装置３２０から潤滑油供給管路３２２を介して第１の通路３０６に供給され、第２の通路３０８から潤滑油排出管路３２４を介して潤滑油供給装置３２０に回収される。潤滑油供給装置３２０は、第２の通路３０８および潤滑油排出管路３２４を介して摺動部材１０から回収した潤滑油を貯留する潤滑油タンク３２６、潤滑油を冷却して温度を一定に制御するための潤滑油温度制御装置３２８、潤滑油タンク３２６から潤滑油を吸引し潤滑油供給管路３２２を介して第１の通路３０６へ潤滑油を圧送するポンプ３３０、ポンプ３３０の吐出側に設けられポンプ３３０により潤滑油中に発生する脈動を除去するアキュムレータ３３２を具備する。脈動の少ないポンプを用いたり、脈動の影響が問題とならない場合は、アキュムレータ３３２を省略してもよい。潤滑油温度制御装置３２８およびポンプ３３０は潤滑油制御装置３４０によって制御される。潤滑油制御装置３４０は、例えば滑りラジアル軸受システム３００を適用する機械、例えば工作機械の機械制御装置（図示せず）の一部、或いは、ＮＣ装置の一部として構成することができる。

また、潤滑油タンク３２６は、仕切り壁３２６ｃによって内部空間を受入側タンク３２６ａと供給側タンク３２６ｂとに分割し、新しい潤滑油および潤滑油排出管路３２４からの潤滑油を受入側タンク３２６ａに貯留し、該受入側タンク３２６ａに貯留されている潤滑油を潤滑油温度制御装置３２８によって温度調整して供給側タンク３２６ｂに貯留し、該供給側タンク３２６ｂから潤滑油をポンプ３３０によって滑りラジアル軸受３０２へ供給するようにできる。

回転軸３１０が、図１９において矢印ＤＲ１で示すように、滑りラジアル軸受３０２に対して相対的に摺動部材１０の第１のポート１８ａから第２のポート１８ｂへ向かう方向（図１９では反時計回りの方向）に回転するとき、潤滑油ポケット１４内の潤滑油は、その粘性により、矢印Ｌ１で示すように、回転軸３１０の外表面に引きずられて、摺動部材１０に対して相対的に第２のポート１８ｂ側に移動する。これによって、潤滑油ポケット１４内では、回転軸３１０の回転方向に関して前側となる第２のポート１８ｂ側が相対的に高圧になり第１のポート１８ａ側が低圧となる。従って、潤滑油供給装置３２０から潤滑油供給管路３２２を介して第１の通路３０６へ供給された低温の潤滑油は、その一部が第１のポート１８ａから潤滑油ポケット１４内に流入し、残りの部分は第２の通路３０８へ向けて潤滑油帰還通路３０４内を流通する。

潤滑油ポケット１４内に流入した潤滑油は、第２のポート１８ｂ側へ向けて潤滑油ポケット１４内を流通して、第２のポート１８ｂから第２の通路３０８および潤滑油排出管路３２４を介して潤滑油供給装置３２０へ回収される。潤滑油が潤滑油ポケット１４内を流通する際、従前に潤滑油ポケット１４内の摺動によって温度の上昇した潤滑油は、第１のポート１８ａから新たに供給される低温の潤滑油によって第２のポート１８ｂを通じて潤滑油ポケット１４から排出される。この潤滑油の入替り作用によって、摺動部材１０および回転軸３１０が冷却される。

滑りラジアル軸受３０２が、図２０において矢印ＤＲ２で示すように、滑りラジアル軸受３０２に対して相対的に摺動部材１０の第２のポート１８ｂから第１のポート１８ａへ向かう方向（図２０では時計回りの方向）に回転するとき、潤滑油ポケット１４内の潤滑油は、その粘性により、矢印Ｌ２で示すように、回転軸３１０の外表面に引きずられて、摺動部材１０に対して相対的に第１のポート１８ａ側に移動する。これによって、潤滑油ポケット１４内では、回転軸３１０の回転方向に関して前側となる第１のポート１８ａ側が相対的に高圧になり第２のポート１８ｂ側が低圧となる。潤滑油ポケット１４内の摺動によって温度の上昇した潤滑油は、第１のポート１８ａから第１の通路３０６へ向って流出し、第１の通路３０６からの低温の潤滑油と合流して幾分温度が低下し、潤滑油帰還通路３０４内に流入する。潤滑油帰還通路３０４内を流通する潤滑油の一部が、第２のポート１８ｂから潤滑油ポケット１４内に流入し、残りの部分は第２の通路３０８および潤滑油排出管路３２４を介して潤滑油供給装置３２０へ回収される。

潤滑油が潤滑油ポケット１４内を流通する際、従前に潤滑油ポケット１４内に存在していた温度の上昇した潤滑油は、第２のポート１８ｂから新たに供給される幾分温度が低下した潤滑油によって第１のポート１８ａを通じて潤滑油ポケット１４から排出される。この潤滑油の入替り作用によって、摺動部材１０および回転軸３１０が冷却される。

本実施の形態によれば、摺動部材１０と回転軸３１０の外表面との間の潤滑油を直接冷却可能となり、摺動部材１０および回転軸３１０の外表面の発熱領域を直接冷却可能となる。また、摺動部材１０に形成されたランド部１２に包囲された潤滑油ポケット１４に潤滑油が供給されるので、摺動部材１０と回転軸３１０の外表面との間から漏洩する潤滑油量が低減される。更に、潤滑油ポケット１４に供給する潤滑油の圧力を調節することにより、滑りラジアル軸受装置１００のラジアル方向の耐荷重を増減することができる。

図２１、２２を参照して、滑りラジアル軸受システムの他の実施形態を説明する。
図２１、２２において、滑りラジアル軸受システム５００は、回転軸５０４と、回転軸５０４を支持する滑りラジアル軸受５０２を含む。滑りラジアル軸受５０２の内周面には、図５に示した摺動部材１０が貼付されている。摺動部材１０に替えて図１２の摺動部材１０′や図１３の摺動部材１０″を用いてもよい。回転軸５０４は既述の実施形態では回転軸１１０によって形成され、滑りラジアル軸受５０２は、軸受リング１３０および軸受ハウジング１２０によって形成される。

滑りラジアル軸受５０２は、摺動部材１０の第１のポート１８ａに連通する第１の通路５０６と、摺動部材１０の第２のポート１８ｂに連通する第２の通路５０８とを有している。第１の通路５０６は、軸受リング１３０の第１のポート１３６および軸受ハウジング１２０の第１の通路１２６によって形成される。第２の通路５０８は、軸受リング１３０の第２のポート１３８および軸受ハウジング１２０の第２の通路１２８によって形成される。軸受ハウジング１２０は、潤滑油帰還通路を備えていない。

第１と第２の通路５０６、５０８は、第１と第２の管路５１０、５１２を介して切換弁５１８に接続されている。切換弁５１８は、潤滑油供給管路５１４と潤滑油排出管路５１６とによって潤滑油供給装置（図示せず）に接続されている。潤滑油供給装置は、図１９、２０の潤滑油供給装置３２０と同様の潤滑油供給装置とすることができる。

切換弁５１８は、一例として、ソレノイド５２０を有した２位置４ポートの方向制御弁とすることができる。ソレノイド５２０は、切換弁５１８のソレノイド制御装置５３０に接続されている。ソレノイド制御装置５３０は、例えば、図１９、２０の潤滑油供給装置３２０のための潤滑油制御装置３４０の一部として構成したり、或いは、滑りラジアル軸受システム５００を適用する機械、例えば工作機械の機械制御装置（図示せず）の一部またはＮＣ装置の一部として構成することができる。切換弁５１８は、ソレノイド制御装置５３０によってソレノイド５２０が励磁されると、図２１に示す第１の位置から図２２に示す第２の位置に移動する。ソレノイド５２０が消磁されると、スプリング５２２の付勢力によって、第２の位置から第１の位置に移動する。

切換弁５１８が、第１の位置にあるとき、第１の管路５１０が潤滑油供給管路５１４に連通し、第２の管路５１２が潤滑油排出管路５１６に連通する。切換弁５１８が、第２の位置にあるとき、第１の管路５１０が潤滑油排出管路５１６に連通し、第２の管路５１２が潤滑油供給管路５１４に連通する。

潤滑油供給管路５１４には減圧弁５２４を配設することができる。減圧弁５２４は、例えば、ラジアル軸受システム５００を適用する機械、例えば工作機械の主軸モータ（図示せず）の負荷トルクや、回転軸３１０の回転数等に応じて潤滑油ポケット１４に供給する潤滑油の圧力（バックアップ圧力）を調節する圧力制御弁とすることができる。潤滑油排出管路５１６には背圧弁５２６を配設することができる。背圧弁５２６は潤滑油ポケット１４内の圧力（潤滑油排出管路５１６の上流側の圧力）が所定値となるよう、圧力調節する圧力制御弁とすることができる。

図２１において、回転軸５０４が、図２１において矢印ＤＲ１で示すように、摺動部材１０の第１のポート１８ａから第２のポート１８ｂへ向かう方向（図２１では反時計回りの方向）に回転するとき、潤滑油ポケット１４内の潤滑油は、その粘性により、矢印Ｌ１で示すように、回転軸５０４の外表面に引きずられて、摺動部材１０に対して相対的に第２のポート１８ｂ側に移動する。このとき、ソレノイド制御装置５３０はソレノイド５２０を消磁して、スプリング５２２の付勢力によって、切換弁５１８を第２の位置から第１の位置に移動する。これにより、潤滑油ポケット１４内の高温の潤滑油は、第２のポート１８ｂ、第２の管路５１２、切換弁５１８、潤滑油排出管路５１６を介して潤滑油供給装置へ排出されると共に、新たな低温の潤滑油が、潤滑油供給装置から潤滑油供給管路５１４、切換弁５１８、第１の管路５１０、第１のポート１８ａを介して潤滑油ポケット１４内に供給される。これにより、摺動部材１０および回転軸５０４が冷却される。

図２２において、回転軸５０４が、図２２において矢印ＤＲ２で示すように、摺動部材１０の第２のポート１８ｂから第１のポート１８ａへ向かう方向（図２２では時計回りの方向）に回転するとき、潤滑油ポケット１４内の潤滑油は、その粘性により、矢印Ｌ２で示すように、回転軸５０４の外表面に引きずられて、摺動部材１０に対して相対的に第１のポート１８ｂ側に移動する。このとき、ソレノイド制御装置５３０はソレノイド５２０を励磁して、切換弁５１８が第２の位置に駆動される。これにより、潤滑油ポケット１４内の高温の潤滑油は、第１のポート１８ａ、第１の管路５１０、切換弁５１８、潤滑油排出管路５１６を介して潤滑油供給装置へ排出されると共に、新たな低温の潤滑油が、潤滑油供給装置から潤滑油供給管路５１４、切換弁５１８、第２の管路５１２、第２のポート１８ｂを介して潤滑油ポケット１４内に供給され、これにより、摺動部材１０および回転軸５０４が冷却される。

図１９、２０の実施形態では、回転軸３１０が第２のポート１８ｂ側に回転するときには、反対方向の第１のポート１８ａ側に移動するときよりも多くの潤滑油供給装置３２０からの潤滑油が摺動部材１０に供給されることとなり、回転軸３１０の移動方向に関する潤滑油供給温度の不均一性が生じる。

これに対して、図２１、２２の実施形態では、切換弁５１８によって、摺動部材１０の第１と第２のポート１８ａ、１８ｂの接続を潤滑油供給管路５１４と、潤滑油排出管路５１６との間で切り換えるようになっている。これにより、潤滑油ポケット１４内の昇温した潤滑油は、その全量が、第１と第２のポート１８ａ、１８ｂのうち回転軸３５０の回転方向に関して前側になるポートから排出され、新たに供給される低温の潤滑油の全量が、先頭側のポートから供給されるので、潤滑油の温度や供給量が、回転軸５０４の移動方向によって変化することがない。

既述の実施形態では、摺動部材１０は、静止した軸受リング１３０のない周面に貼付されていたが、本発明は、この構成に限定されない。
図２３、２４を参照すると、本発明の変形実施形態では、摺動部材１０は、回転軸３１０の外周面に貼付されている。

図２３、２４において、回転軸４００の外周面４０２には、４枚の摺動部材１０が貼付されている。摺動部材１０は、回転軸４００の周方向に等間隔に配置されている。回転軸４００には、回転軸４００の外周面４０２に貼付されている摺動部材１０の第１と第２のポート１８ａ、１８ｂに連通するように、径方向に配向された第１と第２のポート４０６、４０８が形成されている。回転軸４００には、更に、第１と第２のポート４０６、４０８の間に延びる潤滑油帰還通路４０４が形成されている。潤滑油帰還通路４０４の一端は埋栓４０４ａで閉塞されている。

回転軸４００は、更に、潤滑油帰還通路４０４に連通し、潤滑油供給管路３２２、５１４および潤滑油排出管路３２４、５１６に接続される第１と第２の通路（図示せず）が形成されている。この第１と第２の通路は、回転軸４００の端部に軸方向に開口するように形成することができ、ロータリージョイント（図示せず）のような回転体に流体を供給するための回転機器を用いて、潤滑油供給装置３２０に接続することができる。

図２５を参照して、本発明の滑りラジアル軸受装置を用いたロータリワークヘッドを説明する。
図２５において、ロータリワークヘッド６００は、工作機械のテーブル６２４に載置、固定され、加工するワークＷを回転可能に取り付ける装置である。ロータリワークヘッド６００は、テーブル６２４に固定される中空円筒状の主軸ハウジング６１２と、主軸ハウジング６１２に回転可能に支持される回転主軸６０６とを有している。回転主軸６０６は、前側ラジアル軸受６３０と、後側ラジアル軸受６２０とによって回転可能に支持されている。

回転主軸６０６の先端には、面板６１８が固定されており、該面板６１８にワークＷが取り付けられる。回転主軸６０６の後端側の外周面にはロータ６０８が固定されている。主軸ハウジング６１２の内周面には、ロータ６０８に対面するようにステータ６１０が固定されている。ロータ６０８とステータ６１０は、ロータリワークヘッド６００のビルトインモータを形成している。

主軸ハウジング６１２は、後端側の開口部が後エンドプレート６０２により閉塞され、前側の開口部が前エンドプレート６０４により閉塞される。後エンドプレート６０２の中心開口部６０２ａには、本発明の滑りラジアル軸受装置より成る後側ラジアル軸受６２０が嵌合、固定されている。

後側ラジアル軸受６２０は、後エンドプレート６０２の中心開口部６０２ａに嵌合する軸受リング６２２を有し、該軸受リング６２２の内周面に複数の摺動部材１０が貼付されている。環状の１つの摺動部材１０″（図１３参照）を用いてもよい。軸受リング６２２には、摺動部材１０の第１と第２のポート１８ａ、１８ｂに連通する第１と第２のポート６２４ａ、６２４ｂが径方向に形成され、後エンドプレート６０２には、第１と第２のポート６２４ａ、６２４ｂに連通する第１と第２の通路６２６ａ、６２６が径方向に形成されている。この例では、軸受ハウジングは、後エンドプレート６０２によって形成される。

前側ラジアル軸受６３０は、主軸ハウジング６１２の内周面に嵌合する軸受リング６３２を有し、該軸受リング６３２の内周面に複数の摺動部材１０が貼付されている。環状の１つの摺動部材１０″を用いてもよい。軸受リング６３２には、摺動部材１０の第１と第２のポート１８ａ、１８ｂに連通する第１と第２のポート６３４ａ、６３４ｂが径方向に形成され、主軸ハウジング６１２には、第１と第２のポート６３４ａ、６３４ｂに連通する第１と第２の通路６３６ａ、６３６が径方向に形成されている。

滑りスラスト軸受６４０は、滑りラジアル軸受６２０、６３０と類似の原理で構成され、回転主軸６０６に作用する軸方向の負荷を主軸ハウジング６１２および前エンドプレート６０４で支持する。滑りスラスト軸受６４０は、回転主軸６０４に形成した軸線に垂直なフランジ部と対面する主軸ハウジング６１２および前エンドプレート６０４に摺動部材を貼付して、摺動部材に形成した潤滑油ポケットに潤滑油を供給している。前エンドプレート６０４を主軸ハウジング６１２にボルトで締め付けるときのフランジに作用する摩擦力は、スペーサ６４２の厚みで調整する。

１０ 摺動部材
１２ ランド部
１４ 潤滑油ポケット
１６ 凸部
１００ 滑りラジアル軸受装置
１１０ 回転軸
１２０ 軸受ハウジング
１３０ 軸受リング
２００ テーパ軸
２１０ 位置決めリング
２２０ 割カラー
３００ 滑りラジアル軸受システム
５００ 滑りラジアル軸受システム
６００ ロータリワークヘッド
６０６ 回転主軸
６１２ 主軸ハウジング
６２０ 後側ラジアル軸受
６３０ 前側ラジアル軸受

Claims (6)

1. 軸体と軸受ハウジングを相対的に回転可能に径方向に支持する滑りラジアル軸受装置において、
   円柱形状の外周面を有する軸体と、
   前記軸受ハウジングに取り付けられ、前記軸体の外周面に嵌合する円筒形状の内周面を有する軸受リングと、
   前記軸体と前記軸受リングのうち静止状態に保持されている側の嵌合面に貼付された薄板状の摺動部材であって、周囲をランド部によって包囲された凹所より成る潤滑油ポケットを有し、該潤滑油ポケット内に複数の凸部が形成されている摺動部材と、
   前記軸体または軸受リングの回転方向に前記摺動部材の一方の端部において、前記潤滑油ポケットに開口するように、前記軸体または軸受リングに形成された第１のポートと、
   前記軸体または軸受リングの回転方向に前記摺動部材の他方の端部において、前記潤滑油ポケットに開口するように、前記軸体または軸受リングに形成された第２のポートと、
   を具備することを特徴とした滑りラジアル軸受装置。
2. 前記軸受リングは、前記第１と第２のポートに連通するように形成された潤滑油帰還通路を有する請求項１に記載の滑りラジアル軸受装置。
3. 前記第１のポートが、潤滑油供給管路を介して潤滑油供給装置のポンプに接続され、前記第２のポートが、潤滑油排出管路を介して前記潤滑油供給装置のタンクに接続されている請求項１に記載の滑りラジアル軸受装置。
4. 前記摺動部材は前記軸受リングの内周面に貼付されており、前記軸受リングに前記第１と第２のポートが形成されており、
   前記第１と第２のポートが、切換弁を介して潤滑油供給装置のポンプに接続された潤滑油供給管路と、前記潤滑油供給装置のタンクに接続された潤滑油排出管路に接続されており、前記切換弁によって、前記軸体が、前記第２のポートから前記第１のポートへ向かう方向に回転するときに、前記第１のポートを前記潤滑油排出管路に接続すると共に、前記第２のポートを前記潤滑油供給管路に接続し、前記軸体が、前記第１のポートから前記第２のポートへ向かう方向に回転するときに、前記第１のポートを前記潤滑油供給管路に接続すると共に前記第２のポートを前記潤滑油排出管路に接続するようにした請求項１に記載の滑りラジアル軸受装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の滑りラジアル軸受装置の前記軸受リングに前記摺動部材を貼付する方法において、
   円錐形状の外面を有したテーパ軸を準備し、
   前記軸受リングの内周面に対面可能に形成され、前記摺動部材を受容して位置決めする位置決め凹部が外面に形成され、前記テーパ軸の円錐形状の外面に相補的に嵌合する内面を有した中空状の割カラーを準備し、
   前記摺動部材の背面が前記位置決め凹部から突出するように、前記位置決め凹部内に前記摺動部材を配置し、
   前記摺動部材の背面に接着剤を塗布し、
   前記割カラーの外面を前記軸受リングの内周面に対面させて配置し、
   前記テーパ軸の外面を前記割カラーの内面に対面させて、前記割カラー内に挿入し、
   前記テーパ軸を前記割カラー内に押入することによって、前記割カラーを径方向に拡開するようにした方法。
6. 工作機械のテーブルに載置され、加工するワークを回転可能に取付けるロータリワークヘッドにおいて、
   前記テーブルに固定される主軸ハウジングと、
   少なくともラジアル軸受によって前記主軸ハウジングに回転可能に支持される回転主軸と、
   前記主軸ハウジング内に配設され、前記回転主軸を回転駆動する主軸モータとを具備し、
   前記ラジアル軸受が、請求項１〜４の何れか１項に記載の滑りラジアル軸受装置で成るロータリワークヘッド。

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