TW201418591A - 輔助軸承裝置 - Google Patents

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TW201418591A TW102120344A TW102120344A TW201418591A TW 201418591 A TW201418591 A TW 201418591A TW 102120344 A TW102120344 A TW 102120344A TW 102120344 A TW102120344 A TW 102120344A TW 201418591 A TW201418591 A TW 201418591A
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Abstract

本發明係可大幅地增大驅動旋轉之主軸等軸構件之可實現之最大剛度，同時亦可最大限度地發揮支撐該可旋轉軸構件之軸承之高速旋轉性。本發明之輔助軸承裝置係輔助性地追加設置於設有支撐可旋轉的驅動旋轉之軸構件之軸承的支撐構件。該輔助軸承裝置具有：複數個滾動體；軸構件側滾動面，其呈環狀設於上述軸構件且可供上述滾動體進行滾動；支撐構件側滾動面，其呈環狀設於上述支撐構件且可供上述滾動體進行滾動；以及切換機構，其在上述滾動體接觸於上述支撐構件側滾動面及上述軸構件側滾動面二者之接觸狀態、與上述滾動體自上述軸構件側滾動面浮起之非接觸狀態二種狀態間進行切換。

Description

輔助軸承裝置
本發明係關於一種輔助性地追加設置於設有支撐可旋轉的驅動旋轉之軸構件之軸承的支撐構件之輔助軸承裝置。
以往，對於在工具機中作為設有工具之軸構件之主軸，根據加工對象之工件而要求要有各種特性。而且有時可能還要求要有相互矛盾之特性。例如，於進行重切削或重研削之時，對於主軸比較不要求高速旋轉性(亦即旋轉容易性(或旋轉阻力較低))而比較要求高剛度及高旋轉精度；而於切削負載或研削負載較輕之時，工作時間之減少等因素較受重視，故而相較於高剛度及高旋轉精度而言，更要求高速旋轉性。
關於此點，於專利文獻1中有對支撐主軸之軸承設置預壓賦予機構，相應於主軸之轉速(rpm)而變更預壓之大小之記載。亦即揭示有如下內容：於以低速旋轉進行重切削之時，增大預壓，藉此，以較大之壓接力將軸承之滾動體壓接於外座圈及內座圈而提高主軸之剛度或旋轉精度；而於以高速旋轉進行輕切削之情形時，藉由減小預壓而減小上述之壓接力從而降低主軸之旋轉阻力。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利實開平6-15904號公報
然而，於該專利文獻1之情形，即便為高速旋轉，由於上述之軸承必須支撐主軸，故而雖然預壓較小但仍必須賦予，無法大幅地降低軸承之旋轉阻力。亦即，旋轉阻力之降低量有所限制。
此處，例如若於始終支撐主軸之常用軸承以外追加設置輔助軸承，且可將該輔助軸承之主軸之支撐功能切換為有效狀態及無效狀態，則不但可以大幅增大可實現之最大剛度，同時亦可於要求高速旋轉性時將主軸之旋轉阻力降低至僅有常用軸承之旋轉阻力，藉此，可最大限度地發揮常用軸承之高速旋轉性。
本發明係鑒於如上所述之先前之問題而完成，其目的在於可大幅增大驅動旋轉之主軸等軸構件之可實現之最大剛度，同時亦可最大限度地發揮支撐該可旋轉軸構件之軸承之高速旋轉性。
用以達成上述目的之主要發明係一種輔助軸承裝置，其特徵在於其係輔助性地追加設置於設有支撐可旋轉的驅動旋轉之軸構件之軸承的支撐構件，且其具有：複數個滾動體；軸構件側滾動面，其呈環狀設於上述軸構件且可供上述滾動體進行滾動；支撐構件側滾動面，其呈環狀設於上述支撐構件且可供上述滾 動體進行滾動；以及切換機構，其在上述滾動體接觸於上述支撐構件側滾動面及上述軸構件側滾動面二者之接觸狀態、與上述滾動體自上述軸構件側滾動面浮起之非接觸狀態二種狀態間進行切換。
關於本發明之其他特徵，由本說明書及隨附圖式之記載可知。
根據本發明，可大幅增大驅動旋轉之主軸等軸構件之可實現之最大剛度，同時亦可最大限度地發揮支撐該可旋轉軸構件之軸承之高速旋轉性。
3‧‧‧外殼(支撐構件)
3c‧‧‧小徑圓筒部
3ea、440eb‧‧‧一端面
3eb、440ef、336e‧‧‧另一端面
3h‧‧‧貫通孔
3heb‧‧‧另一端側開口部
3hs1、3hs2、5s1‧‧‧階差面
3k、3k2、3ka、7cka‧‧‧流路
3kae‧‧‧排氣孔
4b、4m、6b、6m‧‧‧擠壓構件
5‧‧‧主軸(軸構件)
5ea‧‧‧一端部
5h、60h、60h'、160h、260h、360h‧‧‧孔部
6a‧‧‧間隔件
6c‧‧‧軸環構件
6n‧‧‧螺母
7c‧‧‧蓋構件
7c1‧‧‧筒狀部
7c1e‧‧‧另一端緣部
7c2‧‧‧蓋部
7c2h‧‧‧圓孔
10‧‧‧輔助軸承裝置
11、111、211、311、311a、311b‧‧‧輔助軸承
11'‧‧‧滾動軸承
20、20'、120、220、420、520‧‧‧內座圈(相當於內座圈之構件)
20a、120a、220a、320a、420a‧‧‧內座圈側滾動面(軸構件側滾動面)
20a'‧‧‧內座圈之滾動面
20b、60b、332b、340a‧‧‧外周面
30、30'、130、230、330、430、530‧‧‧外座圈(相當於外座圈之構件)
30a、130a、230a、330a、430a‧‧‧外座圈側滾動面(支撐構件側滾動面)
30a'‧‧‧外座圈之滾動面
30b、60a‧‧‧內周面
30t、332t‧‧‧槽部
30tb、332tb‧‧‧底面
30ts、332ts‧‧‧側面
50、50'、150、250、350、350a、450、550‧‧‧滾動體
60、60'、160、260、360、460、560‧‧‧保持器
60w1、60w2‧‧‧壁部
70‧‧‧浮力產生機構
80、380、480‧‧‧預壓賦予機構
82‧‧‧致動器
90、490‧‧‧控制部
130p1、130p2‧‧‧圓環狀分割體
320‧‧‧相當於內座圈之構件
330h、340h、440h‧‧‧供給孔
332‧‧‧環狀部
332eb‧‧‧另一端部
336‧‧‧固定部(突出部)
340‧‧‧環狀構件
340t、440t1、440t2‧‧‧槽
347、445、447‧‧‧墊圈
410‧‧‧預壓自動調整軸承裝置
411‧‧‧特殊滾珠軸承
432‧‧‧內側環狀部
434‧‧‧薄壁部
434e1‧‧‧外周緣部
434e2‧‧‧內周緣部
436‧‧‧外側環狀部
440‧‧‧栓構件
482‧‧‧流路形成構件
485‧‧‧泵
487‧‧‧壓力調整閥
495‧‧‧保持器轉速感測器
497‧‧‧主軸轉速感測器
510‧‧‧通用滾珠軸承
Aea‧‧‧自小徑圓筒部3c至軸向方向之特定位置為止之範圍
Aeb‧‧‧自另一端側開口部3heb至軸向方向之特定位置為止之範圍
a1、b1、c1‧‧‧下限值
a2、b2、c2‧‧‧上限值
C5‧‧‧軸芯
C50‧‧‧自轉軸
C150、C250、C350a、C450‧‧‧球心
C350‧‧‧旋轉軸
D23、D1213、D3233‧‧‧間隔
D50、D150、D350、D350a‧‧‧直徑
Fc‧‧‧離心力
G、G50、G150、G340‧‧‧間隙
G60h‧‧‧微小間隙
Ls‧‧‧距離
Nth‧‧‧閾值
N0‧‧‧理論轉速
N5‧‧‧轉速
N50‧‧‧滾動體50'之轉速
N60‧‧‧保持器60'之轉速
V50‧‧‧公轉速度
P1、P2、P3、P4‧‧‧接觸位置
Pb‧‧‧分割位置
Pex‧‧‧排出位置
R‧‧‧轉速之降低率
R70‧‧‧供給室
R340、R430‧‧‧壓力室
S20‧‧‧內座圈側間隙
S20e1‧‧‧一端側中之內座圈側間隙 S20之大小
S20e2‧‧‧另一端側中之內座圈側間隙 S20之大小
S30‧‧‧外座圈側間隙
S30e1‧‧‧一端側中之外座圈側間隙 S30之大小
S30e2‧‧‧另一端側中之外座圈側間隙 S30之大小
S90、S490‧‧‧控制信號
SP‧‧‧環狀空間
SP3‧‧‧容許空間
SP510‧‧‧筒狀空間
α1、α2、α3、α4‧‧‧接觸角
圖1係應用有第1實施形態之輔助軸承裝置10之軸構件5之支撐構造之概略中心剖面圖。
圖2A係相當於工具機之停止狀態之圖1中之II部放大圖，圖2B係圖2A中之B-B箭視圖，圖2C係圖2B中之C-C箭視圖。
圖3A係相當於工具機之運轉狀態且輔助軸承裝置10之無效狀態之圖1中之II部放大圖，圖3B係圖3A中之B-B箭視圖，圖3C係圖3B中之C-C箭視圖。
圖4A係相當於工具機之運轉狀態且輔助軸承裝置10之有效狀態之圖1中之II部放大圖，圖4B係圖4A中之B-B箭視圖。
圖5係表示對設有輔助軸承裝置10之主軸5賦予之預壓之合計值與主軸5之轉速之關係的曲線圖。
圖6A係關於輔助軸承裝置10之第1變化例，表示軸承有效狀 態之圖，且為相當於圖1中之II部放大圖之圖，圖6B係圖6A中之B-B箭視圖，圖6C係圖6B中之C-C箭視圖。
圖7A係關於輔助軸承裝置10之第1變化例，表示軸承無效狀態之圖，且為相當於圖1中之II部放大圖之圖，圖7B係圖7A中之B-B箭視圖。
圖8係輔助軸承裝置10之第2變化例之說明圖，且為相當於圖1中之II部放大圖之圖。
圖9係輔助軸承裝置10之第2實施形態之輔助軸承311之概略中心剖面圖。
圖10係圖9中之X部放大圖。
圖11係第2實施形態之輔助軸承裝置10之第1變化例之說明圖。
圖12係第2實施形態之輔助軸承裝置10之第2變化例之說明圖。
圖13係應用了第2實施形態之輔助軸承裝置10之工具機之主軸5之支撐構造之第1例之概略中心剖面圖。
圖14係應用了第2實施形態之輔助軸承裝置10之工具機之主軸5之支撐構造之第2例之概略中心剖面圖。
圖15係特殊滾珠軸承411之概略中心剖面圖。
圖16係圖15中之XVI部放大圖。
圖17A係通常之滾動軸承11'之概略中心剖面圖，圖17B係圖17A中之B-B剖面圖。
圖18係滾動軸承11'之動摩擦損耗特性之曲線圖。
圖19係本案發明者於實驗中求得之保持器60'之轉速N60之降低 率R與滾動軸承11'之動摩擦係數之關係之曲線圖。
圖20係表示常用軸承之預壓自動調整軸承裝置410之構造之概略圖。
圖21A係輔助軸承裝置10與預壓自動調整軸承裝置410協作而進行之預壓之控制模型之一例之說明圖，圖21B係基於主軸5之轉速N5而進行常用軸承411、510之預壓之控制之情形之預壓之控制模型之一例之說明圖。
根據本說明書及隨附圖式之記載，至少可知以下之事項。
一種輔助軸承裝置，其特徵在於，其係輔助性地追加設置於設有支撐可旋轉的驅動旋轉之軸構件之軸承的支撐構件，且其具有：複數個滾動體；軸構件側滾動面，其呈環狀設於上述軸構件且可供上述滾動體進行滾動；支撐構件側滾動面，其呈環狀設於上述支撐構件且可供上述滾動體進行滾動；以及切換機構，其在上述滾動體接觸於上述支撐構件側滾動面及上述軸構件側滾動面二者之接觸狀態、與上述滾動體成為自上述軸構件側滾動面浮起之非接觸狀態二種狀態間進行切換。
根據此種輔助軸承裝置，可利用切換機構來將輔助軸承裝置對軸構件之支撐功能切換為有效狀態或無效狀態。亦即，如切換 至上述接觸狀態，則成為以輔助軸承裝置支撐軸構件之有效狀態；而若切換至上述非接觸狀態，則成為未以輔助軸承裝置支撐軸構件之無效狀態。而若選擇後者之無效狀態，則可不對軸構件附加多餘之旋轉阻力，藉此，可不損及設於支撐構件之上述軸承之固有高速旋轉性而將之最大限度地發揮；而若選擇前者之有效狀態，則與僅利用上述之軸承進行支撐之情形相比，可大幅地提高軸構件之支撐剛度及旋轉精度。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，具有固定於上述支撐構件之環狀之相當於外座圈之構件，且於上述相當於外座圈之構件之內周面，形成上述支撐構件側滾動面，上述切換機構具有：浮力產生機構，其對上述滾動體提供上述滾動體自上述軸構件側滾動面向徑向方向之外側離開之方向的浮力；以及預壓賦予機構，其藉由賦予使上述相當於外座圈之構件之上述支撐構件側滾動面向徑向方向之內側移動般之預壓，而可將上述滾動體壓抵於上述軸構件側滾動面；藉由賦予上述預壓而形成上述接觸狀態，藉由解除上述預壓之賦予而形成上述非接觸狀態。
根據此種輔助軸承裝置，可藉由以預壓賦予機構所為之預壓賦予及其解除，而容易且確實地將輔助軸承裝置切換為有效狀態與無效狀態。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，具有環狀之保持 器，其係保持，於上述複數個滾動體中在上述軸構件之旋轉方向相鄰之滾動體之間空出間隔之狀態下沿著上述旋轉方向排列；徑向方向之上述保持器之位置係因上述保持器接觸於上述相當於外座圈之構件而受限制。
根據此種輔助軸承裝置，因輔助軸承裝置之保持器接觸於相當於外座圈之構件，故保持器之徑向方向之位置受到限制，故而，使保持器接觸於與軸構件成為一體地旋轉之適當之構件即可，無須限制其位置。藉此，於輔助軸承裝置之無效狀態下，得以有效防止大致停止旋轉之保持器妨礙軸構件之旋轉之情形，結果，於選擇該無效狀態時，可更確實地發揮上述軸承之固有的高速旋轉性能至最大極限。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，上述保持器係就每個上述滾動體而均具有於徑向方向貫通之孔部，上述滾動體插入至上述孔部而與上述孔部之間有間隙，藉此，容許上述滾動體之相對於上述保持器之徑向方向之相對移動。
根據此種輔助軸承裝置，滾動體係插入至該孔部中，且與保持器之孔部之間有間隙。因此，可在幾乎不受保持器約束之狀態下，相應於自預壓賦予機構賦予之預壓，而於徑向方向迅速地移動，其結果，可順利地進行輔助軸承裝置之有效狀態與無效狀態之間之切換。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，具有設有上述軸構件側滾動面之相當於內座圈之構件，上述浮力產生機構係藉由對上 述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙供給壓縮空氣而對上述滾動體賦予徑向方向之外側之浮力。
根據此種輔助軸承裝置，藉由對保持器與相當於內座圈之構件之間之間隙供給壓縮空氣之簡單之構成，可確實地對滾動體賦予徑向方向之外側之浮力。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，上述壓縮空氣係自軸向方向之一端側供給至上述間隙，軸向方向之另一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙小於上述一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙之大小。
根據此種輔助軸承裝置，軸向方向之另一端側之間隙較小，故而自一端側供給之壓縮空氣係於另一端側被有效地阻擋，藉此，可效率良好地將壓縮空氣之壓力轉換為徑向方向之外側之浮力。因此，可確實地對滾動體賦予徑向方向之外側之浮力。
如該輔助軸承裝置，較理想為，軸向方向之上述另一端側中之上述保持器與上述相當於外座圈之構件之間之間隙大於上述另一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙。
根據此種輔助軸承裝置，於無效狀態下容易使滾動體自軸構件側滾動面浮起。詳細情況係如下所述。首先，對保持器與相當於內座圈之構件之間供給之壓縮空氣係通過保持器之孔部與滾動體之間之上述間隙而到達保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙。此時，若壓縮空氣滯留於該間隙中，則該間隙內之壓力增加，和保持器與相當於內座圈之構件之間之間隙之間之壓力差變小，因此，難以使 滾動體於徑向方向之外側浮起。關於此點，如依上述構造，則另一端側中之保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙係大於另一端側中之保持器與相當於內座圈之構件之間之間隙，故而保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙的壓縮空氣係迅速地自另一端側向輔助軸承裝置之外部排出，而該間隙之壓力變低。因此，容易產生上述之壓力差，其結果，容易使滾動體自軸構件側滾動面浮起。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，於軸向方向之上述一端側，鄰接於上述保持器而呈環狀區劃形成有用以供給上述壓縮空氣之供給室，上述一端側中之上述保持器與上述相當於外座圈之構件之間之間隙小於上述一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙。
根據此種輔助軸承裝置，一端側中之保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙係小於一端側中之保持器與相當於內座圈之構件之間之間隙。因此，來自鄰接於一端側之供給室之壓縮空氣之供給大致上不對保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙進行，而專對保持器與相當於內座圈之構件之間之間隙進行。其結果，可有效提高該保持器與相當於內座圈之構件之間之間隙之壓力，而容易使滾動體自軸構件側滾動面更進一步浮起。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，於軸向方向之上述一端側，鄰接於上述保持器而呈環狀區劃形成有用以供給上述壓縮空氣之供給室，軸向方向之上述另一端側中之上述保持器與上述相當於外座圈之構件之間之間隙大於上述一端側中之上述保持器與上述相 當於外座圈之構件之間之間隙。
根據此種輔助軸承裝置，軸向方向之另一端側中之保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙大於一端側中之保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙。因此，保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙之壓縮空氣係迅速地另一端側向輔助軸承裝置之外部排出。因此，可有效地防止存在於保持器與相當於外座圈之構件之間之間隙之壓縮空氣向供給室逆流。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，具有控制上述切換機構之控制部，於上述軸構件以第1範圍之轉速進行旋轉之時，上述控制部係將上述切換機構切換為上述接觸狀態，於上述軸構件以較上述第1範圍之轉速更迅速之第2範圍之轉速進行旋轉之時，上述控制部係將上述切換機構切換為上述非接觸狀態。
根據此種輔助軸承裝置，例如，於軸構件作為上述第1範圍之旋轉之一例進行低速旋轉之時，藉由切換為上述之接觸狀態而提高軸構件之剛度及旋轉精度；而於軸構件作為上述第2範圍之旋轉之一例進行高速旋轉之情形時，則可藉由切換為上述之非接觸狀態而使軸構件成為容易旋轉之狀態。該低速旋轉時之支撐剛度之提高或高速旋轉時之旋轉性能(旋轉容易性)之提高，於工具機中尤其需要，因此，如上所述，基於軸構件之轉速而在接觸狀態及非接觸狀態進行切換之輔助軸承裝置極適用於工具機。
如該輔助軸承裝置，較理想之構造為，於上述軸構件中，固定有加工工件之工具，上述輔助軸承裝置係於軸向方向，設於 較上述軸承更靠近上述工具之位置。
根據此種輔助軸承裝置，輔助軸承裝置係設於靠近工具之位置。因此，於工件之加工時之加工負載較大之情形，若將輔助軸承裝置切換為上述之接觸狀態，則可於距離工具較近之位置提高軸構件之剛度，藉此，可牢固地支承該加工負載。因此，可提高加工時之軸構件之支撐穩定性。
===第1實施形態===
圖1係應用了第1實施形態之輔助軸承裝置10之軸構件5之支撐構造之概略中心剖面圖。又，圖2A係圖1中之II部放大圖，表示工具機之停止狀態。而圖2B係圖2A中之B-B箭視圖，圖2C係圖2B中之C-C箭視圖。另外，圖3A亦為圖1中之II部放大圖，但為工具機之運轉狀態且表示輔助軸承裝置10之無效狀態。而圖3B係圖3A中之B-B箭視圖，圖3C係圖3B中之C-C箭視圖。並且，圖4A亦為圖1中之II部放大圖，但為工具機之運轉狀態且表示輔助軸承裝置10之有效狀態。而圖4B係圖4A中之B-B箭視圖。
另外，於以下之說明中，將輔助軸承裝置10之軸承11之軸方向稱為「軸向方向」或「前後方向」，將該軸承11之半徑方向稱為「徑向方向」或「內外側向」，且亦將該軸承11之圓周方向簡稱為「圓周方向」。另外，該圓周方向係相當於軸承11之「旋轉方向」。又，關於以下所使用之剖面圖，為避免圖過於複雜而省略本來應於剖面部表示之影線之一部分。
於該第1實施形態中，輔助軸承裝置10係應用於工具機 之主軸5(相當於軸構件)之支撐。亦即，工具機具有介裝於外殼3(相當於支撐構件)與主軸5之間並始終支撐主軸5之常用軸承510；而輔助軸承裝置10係被追加設置於該常用軸承510。另外，於該例中，於常用軸承510中，使用了可支承徑向負載及軸向負載之一對角接觸滾珠軸承510、510，但不限定於此。例如亦可使用四點接觸滾珠軸承或圓柱滾子軸承；並且，除該等滾動軸承以外，亦可使用滑動軸承或空氣軸承。
輔助軸承裝置10具有：輔助軸承11，其被配置為，以於軸向方向較常用軸承510之支撐位置更靠近主軸5之工具之位置為支撐位置；切換機構，其擇一性地選擇並將該輔助軸承11切換為支撐主軸5之「軸承有效狀態」及未支撐之「軸承無效狀態」中之任一者；以及控制部90，其控制切換機構。
輔助軸承11係如圖2A至圖2C所示，例如滾動體50為圓柱體之圓柱滾子軸承，且具有作為相當於內座圈之構件之內座圈20、作為相當於外座圈之構件之外座圈30、複數個圓柱形狀之滾動體50、50…、以及保持器60。內座圈20為圓環狀構件，於其內周側有主軸5通過；而內座圈20同芯且無法相對移動地固定於該主軸5。於內座圈20之外周面，在圓周方向之全周，形成供滾動體50進行滾動之內座圈側滾動面20a(相當於軸構件側滾動面)。外座圈30亦為圓環狀構件，設於上述外殼3之安裝孔3h(圖1)。於外座圈30之內周面，在圓周方向之全周，形成圓環狀之槽部30t；滾動體50係以該槽部30t之底面30tb為外座圈側滾動面30a(相當於支撐構件側滾動面)而進行滾動。另 外，滾動體50之軸向方向之移動係受槽部30t之一對側面30ts、30ts所限制。滾動體50為剖面正圓形狀之圓柱體，其自轉軸C50之方向與軸向方向平行而被介裝於內座圈20與外座圈30之間。保持器60係為了防止於圓周方向(旋轉方向)相鄰之滾動體50、50彼此之接觸，而保持該滾動體50、50於相互之間空出間隔之狀態下沿著圓周方向排列。具體而言，保持器60係以圓環狀構件為本體；於該保持器60中，插入滾動體50之複數個孔部60h對應於各滾動體50，個別於徑向方向貫通形成。順帶而言，各孔部60h之孔形狀係由於滾動體50為圓柱體，故而與該圓柱體形狀對應地形成為矩形形狀。
切換機構具有：浮力產生機構70，其對滾動體50提供滾動體50自內座圈側滾動面20a朝徑向方向之外側離開之方向之浮力；以及預壓賦予機構80，其可藉由對外座圈側滾動面30a賦予使外座圈側滾動面30a將滾動體50向徑向方向之內側擠壓之力以作為預壓，而將滾動體50壓抵於內座圈側滾動面20a。
基本而言，浮力之賦予係於工具機之運轉過程中持續對滾動體50進行。又，於未賦予預壓之狀態下，如圖3A及圖3B所示，內座圈20及外座圈30係形成為，於內座圈側滾動面20a或外座圈側滾動面30a與滾動體50之間形成間隙G50之尺寸。例如，內座圈側滾動面20a與外座圈側滾動面30a之間之徑向方向之間隔D23係被設定為略微大於滾動體50之直徑D50。
因此，如該圖3A及圖3B所示之藉由浮力使滾動體50離開內座圈側滾動面20a之狀態下，若如圖4A及圖4B所示賦予預壓，則 外座圈側滾動面30a會將滾動體50壓抵至內座圈側滾動面20a，故而成為滾動體50同時接觸於滾動面30a、20a之接觸狀態，藉此，該輔助軸承11成為支撐主軸5之軸承有效狀態。而若解除預壓，則如圖3A及圖3B所示，外座圈側滾動面30a係基於外座圈30之彈性回復變形等而朝徑向方向之外側復位，同時，滾動體50成為基於上述之浮力而自內座圈側滾動面20a浮起之非接觸狀態，藉此，該輔助軸承11成為未支撐主軸5之軸承無效狀態。於前者之軸承有效狀態下(圖4A及圖4B)，不僅常用軸承510，該輔助軸承11亦就主軸5之支撐有很大的助益，故而可大幅地提高主軸5之剛度；而於後者之軸承無效狀態下(圖3A及圖3B)，該輔助軸承11完全無助於主軸5之支撐，故而不會因該輔助軸承11而導致主軸5之旋轉阻力增大，結果，旋轉阻力僅有常用軸承510之固有旋轉阻力，藉此，可最大限度地發揮常用軸承510之固有高速旋轉性能。亦即，可實現猶如輔助軸承裝置10完全不存在般之高速旋轉性能。
另外，浮力產生機構70具有例如供給室R70，該供給室R70係對保持器60與內座圈20之間之間隙S20(以下亦稱為內座圈側間隙S20)供給壓縮空氣(圖3A)。而對該供給室R70，則一直經由適當之流路3ka、7cka(圖13)，以例如特定壓力供給壓縮空氣。因此，該內座圈側間隙S20之壓縮空氣之壓力係作為徑向方向之外側之浮力而作用於滾動體50，藉此，於預壓之解除下，如圖3A及圖3B所示，滾動體50係向徑向方向之外側移動而成為自內座圈側滾動面20a浮升之非接觸狀態。另外，以下，對應於上述之「內座圈側間隙S20」，將保持器 60與外座圈30之間之間隙S30亦稱為「外座圈側間隙S30」。
上述之供給室R70係自軸向方向之一端側鄰接於保持器60及外座圈30(有時視情形也包括內座圈20)而區劃形成之環狀空間。又，如圖3A所示，軸向方向之另一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e2係設定為小於一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e1。因此，通過一端側之內座圈側間隙S20而供給之壓縮空氣係於另一端側被有效地阻擋，藉此，可將壓縮空氣之壓力效率良好地轉換為徑向方向之外側之浮力。而可使該內座圈側間隙S20於另一端側縮小之構造例如：於保持器60之內周面60a中之軸向方向之另一端部，設置朝徑向方向之內側突出之環狀之壁部60w2。此處係採用此例。
又，如上所述，於保持器60中，就每個滾動體50形成插入滾動體50之孔部60h。而且，如圖3A至圖3C所示，該孔部60h係其形狀在徑向方向為相同形狀之直孔，且其於與滾動體50之間設有微小間隙G60h。因此，滾動體50相對於孔部60h在徑向方向可以作相對移動，因此，於受預壓之賦予而被外座圈側滾動面30a擠壓時，滾動體50係順利地向內座圈側滾動面20a移動。
然而，對內座圈側間隙S20供給之壓縮空氣，有通過該孔部60h之微小間隙G60h漏出至外座圈側間隙S30並滯留於該外座圈側間隙S30之虞，於是，於與內座圈側間隙S20之間不易產生壓力差，故滾動體50不易自內座圈側滾動面20a浮升。因此，軸向方向之另一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e2係設定為大於該另一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e2，藉此，使漏出至外座圈側間隙S30之 壓縮空氣迅速地向輔助軸承11之外排出。
又，為了使外座圈側間隙S30之壓縮空氣不向供給室R70逆流，使一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e1小於另一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e2。亦即，於一端部中設有自保持器60之外周面60b朝徑向方向之外側突出之環狀壁部60w1，藉此，外座圈側間隙S30之大小係於一端側收縮。因此，外座圈側間隙S30之壓縮空氣係於一端側被有效地阻擋，藉此，外座圈側間隙S30之壓縮空氣係自另一端側迅速地向輔助軸承11之外排出。
並且，藉由上述之壁部60w1，一端側中之外座圈側間隙S30之大小係設定為小於一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e1。因此，供給室R70之壓縮空氣係專向內座圈側間隙S20供給，藉此，可有效地增加內座圈側間隙S20之壓力，其結果，可效率良好地對滾動體50賦予徑向方向之浮力。
又，藉由該壁部60w1，一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e1係設定為小於另一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e2。亦即，如上所述，於另一端側亦設有自保持器60之內周面60a朝徑向方向之內側突出之環狀之壁部60w2；該壁部60w2之位置上之內座圈側間隙S20之大小S20e2係設定為大於上述之一端側之壁部60w1之位置上之外座圈側間隙S30的大小S30e1。藉此，保持器60之徑向方向之移動係主要因保持器60之上述壁部60w1與外座圈30之內周面30b之抵接而受限制，而不使保持器60與內座圈20之外周面20b抵接。因此，於軸承無效狀態下可確實防止旋轉大致停止之保持器60抵 接於與主軸5一體旋轉之內座圈20而妨礙內座圈20之旋轉之情形；而此點亦有助於在輔助軸承11之無效狀態下發揮常用軸承510之固有之高速旋轉性能。
另外，於上述之壓縮空氣中可包含潤滑油，如此一來，可有效地防止輔助軸承11之損壞。
預壓賦予機構80具有例如致動器82，該致動器82係可對輔助軸承11賦予使外座圈側滾動面30a朝徑向方向之內側移動之外力以作為預壓。透過因該預壓之賦予而引起之外座圈側滾動面30a之移動，將滾動體50壓抵於內座圈側滾動面20a，藉此，將外座圈30、滾動體50及內座圈20壓接。上述之致動器82係基於自下述之控制部90傳送之預壓之控制信號S90而動作。另外，於該預壓賦予機構80中可使用各種周知之構造。此處省略對周知之構造之說明；而關於新的預壓賦予機構380之構造則於下文中進行敍述。
控制部90主要係控制預壓賦予機構80之動作，例如可使用電腦或PLC(Programmable Logic Control，可程式邏輯控制)等。又，於控制部90中附有未圖示之操作盤，操作盤具有對應於軸承有效狀態之軸承有效模式按鈕、以及對應於軸承無效狀態之軸承無效模式按鈕，兩種操作按鈕。當作業者操作按鈕選擇軸承有效模式，則控制部90向預壓賦予機構80傳送例如特定之大小之預壓之值作為預壓之控制信號S90。然後，預壓賦予機構80之致動器82對輔助軸承11賦予預壓，該輔助軸承11成為支撐主軸5之軸承有效狀態。而若選擇軸承無效模式，則控制部90向預壓賦予機構80傳送例如零值作為預壓之控制 信號S90。然後，預壓賦予機構80之致動器82解除對輔助軸承11之預壓之賦予，該輔助軸承11成為不支撐主軸5之軸承無效狀態。
另外，該切換動作並不限定於作業者之按鈕操作，亦可使控制部90自動地進行。例如，如圖5之曲線所示，亦可與主軸5之轉速連動而自動地切換。詳言之，首先，設置檢測主軸5之轉速的脈衝產生器或編碼器等轉速檢測感測器，即時地將該感測器測量出之主軸5之轉速之測量資料向控制部90傳送。然後，於該測量資料之轉速之測量值在預先存儲於控制部90之記憶體中之閾值Nth以下之時，控制部90選擇軸承有效模式，並對預壓賦予機構80之致動器82傳送特定之大小之預壓之值來作為預壓之控制信號S90。而於轉速超過上述閾值Nth之時，控制部90選擇軸承無效模式，並對預壓賦予機構80之致動器82傳送零值作為預壓之控制信號S90。如此一來，對於通常利用低速旋轉而進行之重切削，可自動地使主軸5切換為高剛度；而對於通常利用高速旋轉進行之輕切削，可自動地切換為主軸5之旋轉阻力減小之狀態。
其結果為，具有輔助軸承11及常用軸承510之主軸5之支撐構造可發揮圖5之曲線圖所示之剛度特性。曲線圖之縱軸係有助於主軸5之支撐之預壓之合計值，橫軸係主軸5之轉速。於高速旋轉區域中，基於所謂固定位置預壓法而僅有常用軸承510之預壓有作用，故而預壓之合計值變低，藉此，可保證高速旋轉性能；但於低速旋轉區域中，除此以外亦有輔助軸承11之預壓有作用，故而預壓之合計值大幅地提高，因此於此得到強化者係高剛度而非高速旋轉性。
圖6A至圖7B係輔助軸承裝置10之第1變化例之說明圖。圖6A係相當於圖1中之II部放大圖之圖，表示軸承有效狀態。又，圖6B係圖6A中之B-B箭視圖，圖6C係圖6B中之C-C箭視圖。另外，圖7A亦為相當於圖1中之II部放大圖之圖，但係表示軸承無效狀態。而圖7B係圖7A中之B-B箭視圖。
於該第1變化例中，使用四點接觸滾珠軸承作為輔助軸承111，且主要係在此點上與第1實施形態不同，除此以外之構造係大致與第1實施形態相同。因此，於以下之說明中，主要對該不同點進行說明，省略對相同之內容之說明。
如圖6A至圖6C所示，採用四點接觸滾珠軸承，故而球狀之各滾動體150係於凹設在內座圈120(與相當於內座圈之構件相當)之外周面之內座圈側滾動面120a中，以軸向方向之兩個部位之位置為接觸位置P1、P2，而分別以接觸角α1及α2接觸；又，於凹設在外座圈130(與相當於外座圈之構件相當)之內周面之外座圈側滾動面130a中，亦於軸向方向之兩個部位分別以接觸角α3及α4接觸。該內座圈側滾動面120a(相當於軸構件側滾動面)之各接觸位置P1、P2係被設定為，自軸向方向之兩側夾著滾動體150之球心C150之位置；而外座圈側滾動面130a(相當於支撐構件側滾動面)之各接觸位置P3、P4亦係被設定為，自軸向方向之兩側夾著滾動體150之球心C150之位置。因此，可支承作用於主軸5之徑向負載，並且亦可支承兩方向之軸向負載。
又，於該第1變化例中，亦於工具機之運轉中持續地對 滾動體150賦予浮力。於如圖7A及圖7B所示之未賦予預壓之狀態下，內座圈120及外座圈130係形成為，使內座圈側滾動面120a或外座圈側滾動面130a與滾動體150之間形成有間隙G150之尺寸。例如，內座圈側滾動面120a與外座圈側滾動面130a之間之間隔D1213亦即通過滾動體150之球心C150之位置之直線上的間隔D1213係被設計為稍大於滾動體150之直徑D150。因此，於未賦予預壓之軸承無效狀態下，可藉由浮力產生機構70之壓縮空氣之作用而使滾動體150確實地自內座圈側滾動面120a浮起，藉此，可確實地使該輔助軸承111為軸承無效狀態。
又，自將內座圈120、外座圈130、保持器160及滾動體150組裝為圖6A之狀態為止時之組裝性之觀點而言，較理想之構造為，亦可藉由將兩個接觸位置P1、P2(P3、P4)之間之位置設為分割位置Pb而分割成2個部分之一對圓環狀分割體130p1、130p2，來構成內座圈120或外座圈130中之至少一者。於圖6A之例中，係將外座圈130分割為2個部分，但亦可將內座圈120分割為2個部分。
另外，關於保持器160，除插入了各滾動體150之孔部160h與滾動體150之形狀亦即球狀對應地形成為正圓形狀之直孔之方面以外，與第1實施形態之保持器60為相同構造，故而省略其說明。
圖8係輔助軸承裝置10之第2變化例之說明圖，且為相當於圖1中之II部放大圖之圖。於該第2變化例中，使用了角接觸滾珠軸承作為輔助軸承211，且主要係就此方面與第1實施形態不同，除此以外之構成係大致與第1實施形態相同。因此，於以下之說明中，主要 對該不同方面進行說明，省略對相同之內容之說明。
由於為角接觸滾珠軸承，故而各滾動體250係於在內座圈220之外周面形成為大致圓弧狀之內座圈側滾動面220a中，以軸向方向之一個部位之位置為接觸位置P1而以接觸角α1接觸；又，於在外座圈230(與相當於外座圈之構件相當)之內周面形成為大致圓弧狀之外座圈側滾動面230a中，亦以軸向方向之一個部位為接觸位置P4而以接觸角α4接觸。該內座圈側滾動面220a(相當於軸構件側滾動面)之接觸位置P1與外座圈側滾動面230a(相當於支撐構件側滾動面)之接觸位置P4係被設定為，自軸向方向之兩側夾著滾動體250之球心C250之位置。因此，可支承作用於主軸5之徑向負載，並且亦可支承單方向之軸向負載。
又，於該第2變化例中亦於工具機之運轉中持續地對滾動體250賦予浮力。而於未賦予有預壓之狀態下，則與上述之第1變化例之情形相同，內座圈220及外座圈230係形成為，使內座圈側滾動面220a或外座圈側滾動面230a與滾動體250之間形成間隙之尺寸。因此，可藉由浮力產生機構70之壓縮空氣之作用而使滾動體250確實地自內座圈側滾動面220a浮起，藉此，可確實地使該輔助軸承211為軸承無效狀態。
又，關於保持器260，除插入了各滾動體250之孔部260h與滾動體250之形狀亦即球狀對應地形成為正圓形狀之直孔之方面以外，與第1實施形態之保持器60為相同構造，故而省略其說明。
===第2實施形態===
圖9及圖10係輔助軸承裝置10之第2實施形態之說明圖。於該第2實施形態中，將對輔助軸承311賦予預壓之預壓賦予機構380之一部分內置於輔助軸承311中，且主要係在此點上與第1實施形態不同，除此以外之構造係大致與第1實施形態相同。因此，於以下之說明中，主要對該不同方面進行說明，省略對相同之內容之說明。
圖9係輔助軸承311之概略中心剖面圖。又，圖10係圖9中之X部放大圖。
該輔助軸承311係屬於所謂單列圓柱滾子軸承之範疇。亦即，由於為單列，故而於內座圈側滾動面320a與外座圈側滾動面330a之間，配置複數個滾動體350使之於圓周方向排列成一行。又，由於為圓柱滾子軸承311，故而使用剖面形狀為正圓形狀之圓柱體作為滾動體350，並且，滾動體350之旋轉軸C350係與軸向方向平行。藉此，可發揮徑向負載之較高之支撐能力。另外，藉由圓環狀之保持器360而避免於圓周方向相鄰之滾動體350、350彼此之接觸。例如，保持器360係就每個滾動體350具有收容滾動體350之孔部360h，藉此避免滾動體350、350彼此之接觸。
如圖9所示，內座圈側滾動面320a(相當於軸構件側滾動面)係直接形成於主軸5之剖面正圓形狀之外周面。亦即，於此例中省略了內座圈，藉此，可謀求主軸5之旋轉精度及剛度之提高。該內座圈側滾動面320a係與軸向方向平行；滾動體350於該滾動面320a上滾動。另外，於該主軸5之外周面中形成內座圈側滾動面320a之部分係相當於申請專利範圍中之「相當於內座圈之構件」，以下亦將主軸5之 外周面稱為「相當於內座圈之構件320」。又，於此例中省略了內座圈，但亦可設置內座圈。
外座圈330(與相當於外座圈之構件相當)整體而言係剖面正圓形狀之鋼製圓筒體，詳言之，其具有：圓環狀之環狀部332，其於內周面具有供滾動體350進行滾動之滾動面330a；以及固定部336，其將外座圈330固定於工具機之外殼3。固定部336係一體接續於上述之環狀部332之軸向方向之另一端部332eb且朝徑向方向之外側呈圓環狀突出之突出部336，例如，使突出部336之軸向方向之另一端面336e抵接於外殼3之軸向方向之一端面而使外座圈130固定於外殼3。於該固定狀態下，作用於主軸5之徑向負載會經由相當於內座圈之構件320及滾動體350而依序傳遞至外座圈330之環狀部332及固定部336(突出部336)，且通過該固定部336而迅速地傳遞至外殼3(參照圖13)。因此，可使外殼3確實地支撐作用於主軸5之徑向負載。
如圖10所示，於環狀部332之內周面，在圓周方向之全周形成凹狀之槽部332t。而且，該槽部332t之底面332tb係與軸向方向平行地形成；滾動體350以該底面332tb為外座圈側滾動面330a(相當於支撐構件側滾動面)而進行滾動。又，於外座圈側滾動面330a之軸向方向之兩側分別具有槽部332t之側面332ts、332ts，故而滾動體350之端面抵接於各側面332ts、332ts而限制滾動體350之軸向方向之移動。
於環狀部332之外周面332b設有預壓賦予機構380之一部分。該預壓賦予機構380之一部分係以與環狀部332之外周面332b之間空出特定之間隙G340而相對向配置之金屬製之環狀構件340為本體； 於該環狀構件340與環狀部332之間區劃出圓環狀之壓力室R340。因此，藉由對壓力室R340供給加壓流體以使環狀部332縮徑變形，使得滾動體350因環狀部332之外座圈側滾動面330a而被往相當於內座圈之構件320(於上文中已敍述，為直接形成內座圈側滾動面320a之主軸5之外周面)擠壓，其結果為，滾動體350係成為被壓接於外座圈330及相當於內座圈之構件320之狀態。
而由上述可知，於該壓接過程中，幾乎沒有金屬接觸部分彼此之相對移動，故不易發生所謂滯滑現象。因此，滾動體350與外座圈330及相當於內座圈之構件320之壓接力得與加壓流體之供給壓之增減連動而順利且迅速地變化。其結果為，可準確地賦予壓接力，且可準確地進行壓接力之變更(預壓之變更)。
又，於未賦予預壓之狀態、亦即未對壓力室R340供給加壓流體之狀態下，主軸5之內座圈側滾動面320a及外座圈330之環狀部332之尺寸係形成為，使主軸5之內座圈側滾動面320a或外座圈330之環狀部332之外座圈側滾動面330a與滾動體350之間形成間隙。例如，內座圈側滾動面320a與外座圈側滾動面330a之間之徑向方向之間隔D3233係被設計為稍大於滾動體350之直徑D350。因此，於未賦予預壓之狀態下，藉由上述之浮力產生機構70之壓縮空氣之作用，可使滾動體350確實地自內座圈側滾動面320a浮起，藉此，可確實地使該輔助軸承311成為軸承無效狀態。
如圖10所示，於環狀構件340之軸向方向之兩端部分別設有防止加壓流體自壓力室R340向外部漏出之墊圈347、347。亦 即，於環狀構件340之內周面之兩端部分別在全周形成槽340t、340t，且於各槽340t中插入環狀之墊圈347。而該墊圈347係抵接於環狀部332之外周面332b與槽340t之底面二者，且以略微彈性壓縮變形之狀態介裝於該等環狀部332與環狀構件340之間，藉此，可有效防止自壓力室R340漏出加壓流體。又，藉由該墊圈347之介裝，環狀部332與環狀構件340保持為非接觸狀態；並且，該墊圈347係橡膠製或樹脂製。因此，於環狀部332及環狀構件340之兩者為金屬製之情形，可確實地避免因該等之間之金屬接觸而引起之滯滑現象之發生。
對壓力室R340之加壓流體之供給係通過於外座圈330內穿孔而成之供給孔330h而進行。亦即，於該圖10之例中，於環狀部332及固定部336中，形成沿著軸向方向之供給孔330h，供給孔330h之一端開口到達壓力室R340，另一端開口則到達固定部336之另一端面336e。而該供給孔340h之另一端開口則連接至在外殼3中穿孔而成之加壓流體之流路3k(圖13)，藉此，可對壓力室R340供給加壓流體。供給孔340h之數量可為一個亦可為複數個。又，有時亦可不用上述之供給孔330h，而於環狀構件340中形成供給孔。加壓流體通常為用於油壓之液壓油，但可為壓縮空氣，亦可為除該等以外之流體。
另外，於上述之外殼3中穿孔而成之加壓流體之流路3k(圖13)亦與上述之環狀構件340同樣地形成預壓賦予機構380之一部分。詳言之，預壓賦予機構380具有：上述之環狀構件340、上述之外殼3內之流路3k、連接於該流路3k之適當之配管等未圖示之流路形成構件、連接於該流路形成構件且為加壓流體之供給源之未圖示之泵、 以及設於上述流路形成構件之一部分之未圖示之壓力調整閥。壓力調整閥係基於自上述之控制部90傳送之預壓之控制信號S90來調整對壓力室R340之供給壓。因此，藉由該供給壓之調整，可將滾動體350與外座圈330及相當於內座圈之構件320之壓接力調整為所期望之任意值。亦即，可對軸承311賦予特定之大小之預壓。
另外，關於保持器360，係與第1實施形態之保持器60為相同構造，故而省略其說明。又，關於浮力產生機構70之供給室R70係鄰接於該保持器360或外座圈330之軸向方向之一端側之方面、與自該供給室R70對保持器360與相當於內座圈之構件320之間之內座圈側間隙S20供給壓縮空氣之方面，亦與第1實施形態相同，故而亦省略其說明。
圖11係第2實施形態之輔助軸承裝置10之第1變化例之說明圖。該第1變化例係將第2實施形態之輔助軸承311變更，使其屬於四點接觸滾珠軸承之範疇；且主要係在此方面與第2實施形態不同，除此以外之構成係大致與第2實施形態相同。因此，於以下之說明中，主要對該不同方面進行說明，且對相同之構成附上相同之符號並省略其說明。
如圖11所示，由於為四點接觸滾珠軸承，故而球狀之各滾動體350a係於直接在主軸5之外周面形成為凹狀之內座圈側滾動面320a中，以軸向方向之兩個部位之位置為接觸位置P1、P2，分別以接觸角α1及α2接觸；又，於凹設在外座圈330之環狀部332之內周面的外座圈側滾動面330a中，亦以軸向方向之兩個部位之位置為接觸位置 P3、P4，分別以接觸角α3及α4接觸。該內座圈側滾動面320a之各接觸位置P1、P2係被設定在，自軸向方向之兩側夾著滾動體350a之球心C350a之位置；而外座圈側滾動面330a之各接觸位置P3、P4亦被設定在，自軸向方向之兩側夾著滾動體350a之球心C350a之位置。因此，可支承作用於主軸5之徑向負載，並且亦可支承兩方向之軸向負載。
又，於未賦予預壓之狀態、亦即未對壓力室R340供給加壓流體之狀態下，主軸5之內座圈側滾動面320a及外座圈330之環狀部332之尺寸係形成為，使主軸5之內座圈側滾動面320a或外座圈330之環狀部332之外座圈側滾動面330a與滾動體350a之間形成間隙。例如，內座圈側滾動面320a與外座圈側滾動面330a之間之間隔D3233亦即通過滾動體350a之球心C350a之位置之直線上之間隔D3233係被設定為略微大於滾動體350a之直徑D350a。因此，於未賦予預壓之狀態下，可藉由浮力產生機構70之壓縮空氣之作用而使滾動體350a確實地自內座圈側滾動面320a浮起，藉此，可確實地使該輔助軸承311a為軸承無效狀態。
圖12係第2實施形態之輔助軸承裝置10之第2變化例之說明圖。該第2變化例係將第2實施形態之輔助軸承311變更，使其屬於歸入角接觸滾珠軸承之範疇，且主要係在此點與第2實施形態不同，除此以外之構成係大致與第2實施形態相同。因此，於以下之說明中，主要對該不同方面進行說明，且對相同之構成附上相同之符號並省略其說明。
如圖12所示，由於為角接觸滾珠軸承，故而球狀之各滾 動體350a係於直接在主軸5之外周面形成為大致圓弧狀之內座圈側滾動面320a中，以軸向方向之一個部位之位置為接觸位置P1，以接觸角α1接觸；又，於在外座圈330之環狀部332之內周面形成為大致圓弧狀之外座圈側滾動面330a中，亦以軸向方向之一個部位之位置為接觸位置P4，以接觸角α4接觸。該內座圈側滾動面320a之接觸位置P1與外座圈側滾動面330a之接觸位置P4係被設定為，自軸向方向之兩側夾著滾動體350a之球心C350a之位置。因此，可支承作用於主軸5之徑向負載，並且亦可支承單方向之軸向負載。
又，於未賦予預壓之狀態、亦即未對壓力室R340供給加壓流體之狀態下，主軸5之內座圈側滾動面320a及外座圈330之環狀部332之尺寸係形成為，使主軸5之內座圈側滾動面320a或外座圈330之環狀部332之外座圈側滾動面330a與滾動體350a之間形成間隙。例如，內座圈側滾動面320a與外座圈側滾動面330a之間之間隔D3233亦即通過滾動體350a之球心C350a之位置之直線上之間隔D3233係被設定為略微大於滾動體350a之直徑D350a。因此，於未賦予預壓之狀態下，可藉由浮力產生機構70之壓縮空氣之作用而使滾動體350a確實地自內座圈側滾動面320a浮起，藉此，可確實地使該輔助軸承311b為軸承無效狀態。
圖13係應用了上述之第2實施形態之輔助軸承裝置10之工具機之主軸5之支撐構造之第1例之概略中心剖面圖。另外，主軸5之軸芯C5係沿著該輔助軸承裝置10之輔助軸承311之軸向方向，以下將於軸向方向之兩端中安裝有工具之側(於圖13中為左側)稱為「一端 側」，將其相反側(於圖13中為右側)稱為「另一端側」。
如圖13所示，於該主軸5之支撐構造中，以背面組合方式使用一對單列角接觸滾珠軸承510、510，以作為始終支撐主軸5之常用軸承。因此，基本而言，主軸5係被該等角接觸滾珠軸承510、510支撐。亦即，作用於主軸5之徑向負載及軸向負載係藉由該等一對角接觸滾珠軸承510、510而支承。
然而，於該工具機中，於主軸5中之軸向方向之一端部5ea安裝有未圖示之工具，故而有於重切削等情形下，較大之徑向負載作用於該一端部5ea之虞。因此，將較上述之角接觸滾珠軸承510、510之支撐位置更靠近軸向方向之一端之位置作為支撐位置，而設有輔助軸承裝置10之輔助軸承311。更詳細言之，主軸5係於一端側具有用以收容固定工具之錐形圓錐形狀之保持部(未圖示)的錐形圓錐形狀之孔部5h；而輔助軸承311係被配置為，與該孔部5h對應之軸向方向之位置為其支撐位置。該輔助軸承311係如上所述，屬於單列圓柱滾子軸承之範疇。因此，該輔助軸承311係特殊化為對徑向負載之支撐，藉此，於重切削等徑向負載較大之情形，只要將輔助軸承311切換為軸承有效狀態，便亦可確實地支承該較大之徑向負載。
順帶而言，於該圖13之例中，係以背面組合方式配置一對角接觸滾珠軸承510、510，但並不限定於此。亦即，亦可與背面組合同樣地，以可支承兩方向之軸向負載之正面組合方式來配置一對單列角接觸滾珠軸承510、510。順帶而言，角接觸滾珠軸承510具有內座圈520、外座圈530、以及以分別對應之接觸角接觸於該等內座圈 520及外座圈530二者之複數個球狀之滾動體550。於此例中，該等一對角接觸滾珠軸承510、510係使用螺母構件等擠壓構件4m、6m並藉由固定位置預壓法(藉由將內座圈520及外座圈530固定於固定位置而賦予預壓之方法)而賦予預壓，但由於該固定位置預壓法為周知技術，故而省略其說明。
以下，對該第1例之主軸5之支撐構造進行詳細說明。
工具機之外殼3具有沿著軸向方向自一端至另一端之貫通孔3h，以作為插入主軸5之插入孔3h。於在該貫通孔3h內插入有主軸5之狀態下，透過設於貫通孔3h之一端部之角接觸滾珠軸承510及設於另一端部之角接觸滾珠軸承510，將主軸5繞其軸芯C5旋轉自如地支撐。
另外，自該外殼3之軸向方向之一端面3ea，與貫通孔3h同芯之小徑圓筒部3c沿著軸向方向一體地突出，於該小徑圓筒部3c之內周面設有上述之一端部之角接觸滾珠軸承510。又，該小徑圓筒部3c之徑向方向之外側之空間係供作輔助軸承311之一部分之配置空間。亦即，小徑圓筒部3c係於其軸向方向之另一端緣部一體地連接於外殼3之一端面3ea，該外殼3之一端面3ea與輔助軸承311之外座圈330之固定部336之另一端面336e抵接，且藉由螺釘等而無法相對移動地固定。而此一固定使得外座圈330被配置為與外殼3之貫通孔3h同芯。
又，由於外座圈330之環狀部332之一端側之徑向方向之內側沒有上述小徑圓筒部3c，故而，於該環狀部332與主軸5之外周面之間，區劃出用以配置滾動體350之圓環狀之空間。因此，滾動體350 被配置於該空間中。並且，如上所述，第2實施形態之輔助軸承311無內座圈，故而於該主軸5之外周面直接形成內座圈側滾動面320a。又，於外座圈330與內座圈側滾動面320a之間亦配置有保持器360，並且，於外座圈330之環狀部332之徑向方向之外側，設有形成預壓賦予機構380之一部分之環狀構件340。
又，為了自軸向方向之一端側鄰接於外座圈330及保持器360而區劃形成圓環狀之浮力產生機構70之壓縮空氣之供給室R70，而設置自軸向方向之一端側及徑向方向之外側包圍輔助軸承311之蓋構件7c。亦即，蓋構件7c具有：筒狀部7c1，其被設置為，與輔助軸承311之環狀構件340之外周面之間空出空間；以及圓環狀之蓋部7c2，其自筒狀部7c1之軸向方向之一端緣部朝徑向方向之內側突出；於該蓋部7c2之中央，形成用以使主軸5之一端面露出至蓋構件7c之外部之圓孔7c2h。而且，筒狀部7c1之另一端緣部7c1e抵接於外座圈330之固定部336之一端面並利用螺釘等而固定，藉此，利用蓋部7c2及筒狀部7c1將輔助軸承311自軸向方向之一端側及徑向方向之外側包圍。藉此，於外座圈330及保持器360之一端側之旁側區劃形成有大致封閉之空間R70，且該空間R70係作為上述之壓縮空氣之供給室R70之用。另外，對該供給室R70之壓縮空氣之供給係經由於蓋部7c2中穿孔而成之壓縮空氣之流路7cka、或於外殼3中穿孔而成之壓縮空氣之流路3ka，並利用適當之泵等壓縮空氣源而進行。
順帶而言，自供給室R70對輔助軸承311供給之壓縮空氣除有使滾動體350之浮起之用途外，亦用於冷卻輔助軸承311之冷卻 材。該壓縮空氣係通過保持器360與作為相當於內座圈之構件320之主軸5之外周面之間之內座圈側間隙S20等而自另一端側排出至輔助軸承311之外部，但上述之常用軸承亦即角接觸滾珠軸承510位於較該排出位置Pex更靠另一端側。因此，該角接觸滾珠軸承510亦使用壓縮空氣以作為冷卻材。並且，另一個角接觸滾珠軸承510位於該角接觸滾珠軸承510之另一端側，於該等滾珠軸承510、510彼此之間設有筒狀空間SP510。因此，壓縮空氣係通過該筒狀空間SP510而到達另一端側之角接觸滾珠軸承510，供其冷卻。然後，通過外殼3所具有之適當間隙、或於外殼3中穿孔之排氣孔3kae等而排出至外殼3之外部。
另外，如圖13之下部所示，該蓋構件7c係被配置為，與輔助軸承311之外座圈330之環狀構件340之外周面之間空出空間SP3；而該空間SP3係作為容許環狀構件340之彈性擴徑變形之空間(以下亦稱為容許空間SP3)之用。亦即，於為了對滾動體350賦予徑向方向之壓接力而對壓力室R340供給加壓流體時，環狀構件340係伴隨外座圈330之環狀部332之縮徑變形而彈性擴徑變形；而該容許空間SP3之尺寸係預先設定為，此時之彈性擴徑變形可被收容於該容許空間SP3內。藉此，使環狀構件340之外周面340a不與蓋構件7c之內周面接觸。因此，環狀構件340之外周面340a之外側不存在任何可獲取反作用力之構件，故而，於對壓力室R340供給加壓流體時，使該壓力室R340內之加壓流體之供給壓忠實地轉換為徑向方向之壓接力。藉此，環狀部332係僅基於加壓流體之供給壓而縮徑變形，故而該環狀部332係在其全周大致均勻地縮徑變形。其結果為，對滾動體350賦予 之壓接力亦在輔助軸承311之全周大致均勻化，故可謀求輔助軸承311之旋轉精度及旋轉剛度之提高。
圖14係應用了第2實施形態之輔助軸承裝置10之工具機之主軸5之支撐構造之第2例之概略中心剖面圖。於上述之第1例中，利用固定位置預壓法對作為常用軸承之一對角接觸滾珠軸承510、510賦予預壓，無法任意地變更預壓之大小。關於此點，於此第2例中，最大之不同點在於，使用一面監視常用軸承411之狀態一面將預壓之值變更為適當值之預壓自動調整軸承裝置410來取代上述固定位置預壓法之角接觸滾珠軸承510。亦即，輔助軸承裝置10與第1例相同；但常用軸承之構造有所不同。因此，以下對應用於常用軸承之預壓自動調整軸承裝置410進行詳細說明，而省略對輔助軸承裝置10之說明。
如圖14所示，作為常用軸承之一對角接觸滾珠軸承411、510彼此係以所謂背面組合方式配置，藉此，可支承徑向負載及兩方向之軸向負載。對於其中之一端側之角接觸滾珠軸承510，與第1例同樣地使用通用之角接觸滾珠軸承510，但另一端側之角接觸滾珠軸承411則使用特殊之角接觸滾珠軸承411，其內置了預壓賦予機構480之一部分、亦即將滾動體450壓接於內座圈420及外座圈430之壓接機構480之一部分之。由於該壓接動作係藉由對外座圈430內之壓力室R430供給加壓流體使下述之薄壁部434彈性變形而進行，故而，藉由加壓流體之供給壓之調整，能夠以對應於供給壓之壓接力將滾動體450壓接於外座圈430及內座圈420。亦即，可將預壓之值之大小變更為任意值。
另外，詳情將於下文進行敍述，該壓接力之軸向方向之分力係經由圖14之外殼3或間隔件6a等而亦傳遞至一端側之角接觸滾珠軸承510。因此，伴隨上述之預壓賦予機構480的預壓之賦予，亦對該一端側之角接觸滾珠軸承510賦予預壓，並且該預壓之值係與上述之另一端側之角接觸滾珠軸承411之預壓之值連動而變更。
又，以下，亦將設於一對角接觸滾珠軸承510、411中之一端側之通用之單列角接觸滾珠軸承510稱為「通用滾珠軸承510」，亦將設於另一端側之特殊之角接觸滾珠軸承411稱為「特殊滾珠軸承411」。
圖15係特殊滾珠軸承411之概略中心剖面圖，圖16係圖15中之XVI部放大圖。如圖15所示，內座圈420係以鋼製之圓筒體為本體。而且，如圖16所示，於內座圈420之外周面之全周設置了供滾動體450進行滾動之凹槽狀之內座圈側滾動面420a。內座圈側滾動面420a係剖面形狀為大致圓弧狀之凹曲面420a；該大致圓弧形狀係形成為，於該圓弧形狀中之軸向方向之一個部位之位置P1滾動體50以接觸角α1接觸。藉此，滾動體450係於滾動面420a上，以自徑向方向朝另一端側傾斜角度α1之位置為接觸位置P1而與內座圈420接觸。
外座圈430具有：內側環狀部432，其具有供滾動體450進行滾動之外座圈側滾動面430a；圓板狀之薄壁部434，其被設置為，自內側環狀部432朝徑向方向之外側一體延伸，且與內側環狀部432同芯；以及外側環狀部436，其與內側環狀部432一體且同芯地設於薄壁部434之外周緣部434e1，以透過薄壁部434來支撐內側環狀部 432，使內側環狀部432可於軸向方向移動。薄壁部434於軸向方向上係被設置於外側環狀部436之大致中央位置；又，內側環狀部432係被設置為，以薄壁部434之內周緣部434e2為起端朝軸向方向之一端側延伸。藉此，於較薄壁部434更靠一端側之位置，存在由外側環狀部436、薄壁部434及內側環狀部432區劃之環狀空間SP；該環狀空間SP係作為用以對滾動體450賦予壓接力之壓力室R430之用。
於內側環狀部432之內周面之全周，直接形成供滾動體450進行滾動之上述之外座圈側滾動面430a。外座圈側滾動面430a係剖面形狀為大致圓弧狀之凹曲面430a；該大致圓弧形狀係形成為，滾動體450係以接觸角α4接觸。藉此，該滾動面430a可一面與內座圈420之滾動面420a協作，一面以該等接觸角α1、α4將滾動體450自徑向方向之內外及軸向方向之兩側夾入。
詳言之，內側環狀部432係如上所述，設於較外側環狀部436之軸向方向之大致中央位置更靠一端側，藉此，與滾動體450之接觸位置P4係位於較滾動體450之球心C450更靠軸向方向之一端側；而內座圈420之接觸位置P1係位於較軸向方向之大致中央位置更靠另一端側，藉此，接觸位置P1係位於較滾動體450之球心C450更靠另一端側。因此，外座圈430與內座圈420能夠以分別對應之接觸角α4、α1將滾動體450自徑向方向之內外及軸向方向之兩側夾入。
又，於圖16所示之壓力室R430之環狀空間SP內，自軸向方向之一端側插入了環狀之栓構件440並固定於外座圈430，藉此，可於該環狀空間SP中之另一端側區域確保相當於壓力室R430之大小 之容積，同時又將該空間SP密封。此處，將該栓構件440固定於外座圈430一事，係僅對外側環狀部436進行，不對內側環狀部432進行。亦即，栓構件440係藉由螺合等方式無法相對移動地固定於外側環狀部436之內周面，但相對於內側環狀部432係介隔特定之間隙G而相對向，亦即栓構件440與內側環狀部432成為非接觸狀態。
因此，於藉由對壓力室R430之加壓流體之供給及加壓，薄壁部434於軸向方向彈性變形時，相應於該彈性變形，內側環狀部432順利地於軸向方向移動，通過該內側環狀部432之軸向方向之移動而使滾動體450之壓接動作順利地進行。
亦即，若增加加壓流體之供給壓，使薄壁部434向軸向方向之另一端側彈性變形，則內側環狀部432向另一端側移動，藉此，內側環狀部432以圖16所示之接觸角α4擠壓滾動體450，而該滾動體450被以接觸角α1擠壓至內座圈420之滾動面420a，以上之結果，滾動體450成為被壓接於外座圈430及內座圈420之狀態。
而若降低加壓流體之供給壓，則薄壁部434之向軸向方向之另一端側之彈性變形變小，內側環狀部432則隨之向軸向方向之一端側復位，滾動體450之壓接狀態得到緩和，而若使加壓流體之供給壓降低至零，則滾動體450之向外座圈430及內座圈420之壓接狀態完全地解除，亦即成為非壓接狀態。
於此種壓接過程中，如上所述，薄壁部434於軸向方向彈性變形並且內側環狀部432於軸向方向移動，但此時，由上述可知，幾乎不會發生金屬接觸之部分彼此之相對滑動。因此，幾可完全 防止滯滑現象。因此，滾動體450之與外座圈430及內座圈420之壓接力係與供給壓之增減連動而順利且迅速地變化，藉此，可準確地賦予壓接力，並可準確地進行壓接力之變更(預壓之變更)。又，壓接力係與加壓流體之供給壓連動而平穩地變化，故而可順利且自由地將壓接力增減調整為任意之目標值。
對壓力室R430之加壓流體之供給係藉由於栓構件440中穿孔而成之供給孔440h進行。於圖16之例中，供給孔440h沿軸向方向貫通栓構件440而形成，亦即，於栓構件440之另一端面440ef，供給孔440h之一口部與壓力室R430相對向地露出，於栓構件440之一端面440eb，該另一口部於外座圈430之外側露出。將作為加壓流體之流路之配管或歧管構件等連接於後者之口部，以對壓力室R430供給加壓流體。關於該內容詳情於下文進行敍述。供給孔440h之數量可為一個亦可為複數個。又，作為加壓流體，通常為用於油壓之液壓油，但可為壓縮空氣，亦可為除該等以外之流體。
並且，於該第2例中，為了防止該加壓流體之自壓力室R430漏出，如圖16所示，於外側環狀部436之內周面與栓構件440之外周面之間介裝環狀之墊圈445；又，於栓構件440之內周面與內側環狀部432之外周面之間介裝有環狀之墊圈447。此處，關於後者之墊圈447，可使用橡膠製或樹脂製者，藉此，於內側環狀部432之軸向方向之移動時發生相對滑動之墊圈447之內周面與內側環狀部432之外周面之接觸亦變成非金屬接觸，故而可完全地抑制滯滑現象之發生。順帶而言，為了防止該墊圈445及墊圈447自栓構件440脫落，於栓構件440 之外周面及內周面之全周分別形成卡止墊圈445之槽440t1及卡止墊圈447之槽440t2。
內置有此種預壓賦予機構480之一部分之特殊滾珠軸承411係參照圖14，如上所述，係設於外殼3之貫通孔3h中之另一端側之部分；而於一端側之部分則設有通用滾珠軸承510。該等滾珠軸承411、510圍繞主軸5之軸芯C5旋轉自如地支撐插入至貫通孔3h內之主軸5。
如圖14所示，通用滾珠軸承510具有內座圈520、外座圈130、於該等之間呈一行介裝之複數個球狀之滾動體550、以及將該等滾動體550保持為相互非接觸狀態之保持器560。又，該通用滾珠軸承510係如上所述，與特殊滾珠軸承411係以所謂背面組合方式配置。因此，藉由特殊滾珠軸承411與通用滾珠軸承510相互協動，而可支承徑向負載及兩方向之軸向負載。例如，於有朝向一端側(右側)之軸向負載對主軸5發生作用之時，藉由特殊滾珠軸承411來支承該軸向負載；而於有朝向另一端側(圖中之左側)之軸向負載發生作用之時，則藉由通用滾珠軸承510來支承該軸向負載。
通用滾珠軸承510之外座圈530係插入至外殼3之貫通孔3h內且配置於軸向方向之一端側之特定位置。而且係相對於外殼3在徑向方向及軸向方向均無法相對移動地固定於外殼3。又，該通用滾珠軸承510之內座圈520係被配置為，其內周側插入有主軸5且位於軸向方向之一端側之特定位置。而且係相對於主軸5在徑向方向及軸向方向均無法相對移動地固定於主軸5。
另一方面，特殊滾珠軸承411之外座圈430係插入至外殼3之貫通孔3h內且配置於軸向方向之另一端側之特定位置。而且係相對於外殼3在徑向方向及軸向方向均無法相對移動地固定於外殼3。又，特殊滾珠軸承411之內座圈420係被配置為，其內周側插入有主軸5且位於軸向方向之另一端側之特定位置。而且係相對於主軸5在徑向方向及軸向方向均無法相對移動地固定於主軸5。
而於該構造中，若對特殊滾珠軸承411之壓力室R430供給加壓流體並賦予預壓，則不僅對該特殊滾珠軸承411，對通用滾珠軸承510亦賦予預壓。以下說明之。
首先，特殊滾珠軸承411係以背面組合方式配置於軸向方向之另一端側，因此，其方向為可支承朝向一端側之軸向負載之方向。亦即，其被配置為，若對壓力室R430供給加壓流體則外座圈430之薄壁部434向另一端側彈性變形並且內側環狀部432朝該方向移動之方向。
而若對該特殊滾珠軸承411之壓力室R430供給加壓流體，則如上所述，透過向另一端側之薄壁部434之彈性變形，內側環狀部432將滾動體450向另一端側擠壓，而滾動體450以該接觸角α1將內座圈420向另一端側擠壓。於是，藉此，首先特殊滾珠軸承411之滾動體450成為受內座圈420及外座圈430壓接之狀態。亦即，特殊滾珠軸承411成為被賦予預壓之狀態。
另一方面，上述之內座圈420係固定於主軸5，故而，將該內座圈420向另一端側擠壓，會使得主軸5亦被向另一端側擠壓。藉 此，固定於該主軸5之通用滾珠軸承510之內座圈520亦一併被向另一端側擠壓，該內座圈520係以該接觸角α1將滾動體550向另一端側擠壓，其結果為，滾動體550係被以接觸角α4壓抵至固定在外殼3之外座圈530。藉此，通用滾珠軸承510之滾動體550成為受內座圈520及外座圈530壓接之狀態，根據以上，亦對通用滾珠軸承510賦予預壓。
順帶而言，於該第2例中，各滾珠軸承510、411之外座圈530、430被固定於外殼3、及各滾珠軸承510、411之內座圈520、420被固定於主軸5係以例如以下之方式進行。
首先，通用滾珠軸承510之外座圈530係自於外殼3之一端面3ea突出之上述之小徑圓筒部3c插入至貫通孔3h內。此處，貫通孔3h之內徑係在自小徑圓筒部3c至軸向方向之特定位置為止之範圍Aea內，與外座圈530之外徑為大致同徑，其嵌合公差係設定為，於該工具機之運轉下，貫通孔3h之內周面與外座圈530之外周面在全周均相抵接。藉此，插入至貫通孔3h之外座圈530係相對於外殼3於徑向方向無法相對移動地固定。又，於貫通孔3h之上述特定位置，形成貫通孔3h之內徑縮徑而成之階差面3hs1。因此，外座圈530之另一端面抵接於該階差面3hs1。藉此，外座圈530係相對於外殼3於軸向方向無法相對移動地固定。
另一方面，於通用滾珠軸承510之內座圈520之內周側插通有主軸5。此處，主軸5之外徑係在自該主軸5之大致另一端至軸向方向之一端側之特定位置為止之範圍內，與內座圈520之內徑為大致同徑，其嵌合公差係設定為，於該工具機之運轉下，內座圈520之內 周面與主軸5之外周面在全周均相抵接。藉此，插入有主軸5之內座圈520係相對於主軸5於徑向方向無法相對移動地固定。又，於主軸5之上述特定位置，形成主軸5之外徑擴徑而成之階差面5s1。因此，內座圈520之一端面抵接於該階差面5s1，並且，於內座圈520之另一端面與下述之間隔件6a相抵接。藉此，內座圈520係相對於主軸5於軸向方向無法相對移動地固定。
同樣地，特殊滾珠軸承411之外座圈430係自外殼3之另一端面3eb之另一端側開口部3heb插入至貫通孔3h內。此處，貫通孔3h之內徑係在自另一端側開口部3heb至軸向方向之特定位置為止之範圍Aeb內，與外座圈430之外徑為大致同徑，其嵌合公差係設定為，於該工具機之運轉下，貫通孔3h之內周面與外座圈430之外周面在全周均相抵接。藉此，插入至貫通孔3h之外座圈430係相對於外殼3於徑向方向無法相對移動地固定。又，於貫通孔3h之上述特定位置，形成貫通孔3h之內徑縮徑而成之階差面3hs2。因此，外座圈430之一端面抵接於該階差面3hs2，而且，止動用之擠壓構件4b自另一端側開口部3heb之側抵接於外座圈430之另一端面。藉此，外座圈430係相對於外殼3於軸向方向無法相對移動地固定。另外，擠壓構件4b係藉由螺固或螺釘固定等而無法移動地固定於外殼3。
另一方面，於特殊滾珠軸承411之內座圈420之內周側插通有主軸5。此處，主軸5之外徑係至少在自該主軸5之另一端至上述特定位置為止之範圍內，與內座圈420之內徑為大致同徑，其嵌合公差係設定為，於該工具機之運轉下，內座圈420之內周面與主軸5之外 周面在全周均相抵接。藉此，插入有主軸5之內座圈420係相對於主軸5於徑向方向無法相對移動地固定。又，於主軸5中之通用滾珠軸承510之內座圈520與特殊滾珠軸承411之內座圈420之間之部分，筒狀之間隔件6a被配置為覆蓋主軸5之外周面，該間隔件6a之軸向方向之全長係設定為和上述貫通孔3h之階差面3hs1與階差面3hs2之間之距離Ls為大致同值。因此，通用滾珠軸承510之內座圈520之另一端面抵接於該間隔件6a之一端面，特殊滾珠軸承411之內座圈420之一端面抵接於該間隔件6a之另一端面，而該內座圈420之另一端面則與具有螺母6n或軸環構件6c等之適當之止動用擠壓構件6b相抵接。藉此，內座圈420係相對於主軸5於軸向方向無法相對移動地固定。另外，擠壓構件6b係藉由螺固等而無法移動地固定於主軸5。
順帶而言，於圖14之例中，於外殼3中，呈歧管狀穿孔形成對栓構件440之供給孔440h供給加壓流體之流路3k2，藉此，得以對特殊滾珠軸承411之壓力室R430供給加壓流體。
另外，就此種特殊滾珠軸承411及通用滾珠軸承510所構成之常用軸承之預壓之值，係一面監視常用軸承之狀態，一面變更為適當值。關於此點已於上文中敍述，但以下，對此進行詳細說明。
<<<關於常用軸承之預壓控制之基本的想法>>>
圖17A係通常之滾動軸承11'之概略中心剖面圖，圖17B係圖17A中之B-B剖面圖。又，圖18係一般而言周知之滾動軸承11'之動摩擦損耗特性之曲線圖。曲線圖之縱軸係滾動軸承11'之動摩擦損耗(W)，橫軸係滾動軸承11'所支撐之主軸5之轉速(rpm(min-1))。
如圖18所示，若因主軸5之驅動旋轉而主軸5之轉速N5變大，則滾動軸承11'之動摩擦損耗亦變大；而其原因在於：伴隨主軸5之轉速N5之增加，滾動體50'與內座圈20'之滾動面20a'或外座圈30'之滾動面30a'之間之相對滑動變大。亦即，若主軸5之轉速N5(rpm)變大，則圖17B所示之繞主軸5之滾動體50'之轉速N50(以下亦稱為公轉速度V50)亦變大，故而滾動體50'之離心力Fc亦變大，但如此一來，滾動體50'容易自與主軸5一體旋轉之內座圈20'之滾動面20a'朝徑向方向離開，故而該滾動體50'變得不易自內座圈20'獲得驅動力，其結果為，滾動體50'在相對於內座圈20'之滾動面20a'延遲之側，發生較大的相對滑動，動摩擦損耗變大。
因此，於進行滾動軸承11'之狀態之監視時宜注意相對滑動。
另一方面，由鉅視角度觀之，該相對滑動之影響可被理解為保持器60'之轉速N60相對於主軸5之轉速N5延遲。詳細情況係如下所述。保持器60'係如上所述，為就每個滾動體50'均具有收容滾動體50'之孔部60h'之環狀構件。而且，該保持器60'係自於內座圈20'進行滾動之滾動體50'獲得繞主軸5之驅動力而與滾動體50'一併大致成為一體地繞該主軸5旋轉。亦即，保持器60'係以相當於滾動體50'之公轉速度V50之轉速N50進行旋轉。因此，滾動體50'之相對滑動之影響係透過滾動體50'之公轉速度V50之降低，而於保持器60'中亦以轉速N60之降低之形式呈現出來，因此，藉由監視保持器60'之轉速N60，可鉅視地掌握滾動體50'與內座圈20'之滾動面20a'之間之相對滑動之狀態、亦 即滾動軸承11'之狀態。
圖19係本案發明者於實驗中求得之保持器60'之轉速N60之降低率R與滾動軸承11'之動摩擦係數之關係之曲線圖。而縱軸之滾動軸承11'之動摩擦係數係與上述滾動軸承11'之動摩擦損耗含義相同。又，橫軸之保持器60'之轉速N60之降低率R(%)係利用下式1而求出。亦即，若將保持器60'相對於主軸5不延遲地旋轉之理想狀態之轉速設為保持器60'之理論轉速N0(rpm)，保持器60'之實際之轉速N60(rpm)與該理論轉速N0相較而言減少了多少之比率。順帶而言，理論轉速N0係藉由利用下式2，將主軸5之實際之轉速N5(rpm)換算成保持器60'之轉速而求出，又，下式2中之「d」為滾動體50'之直徑，「α」為軸承11'之內座圈20'及外座圈30'與滾動體50之接觸角，「Dp」為滾動體50'之節圓直徑。
於圖19中，該曲線係表示高速旋轉、中速旋轉、及低速旋轉之3個水準之主軸5之轉速N5，而各曲線係分別係以如下方式求得。首先，自上述之3個水準中選擇轉速，使主軸5之轉速N5維持於該轉速。然後，於該轉速N5固定之條件下，緩緩地增加對軸承11'賦予之預壓之大小，於該漸增過程中，將保持器60'之轉速N60之降低率R與其所對應之主軸5之驅動馬達之動力值(W)記錄下來，藉此求得圖19 之各曲線。另外，縱軸之動摩擦係數之值係使用周知之換算式將上述之驅動馬達之動力值(W)換算為動摩擦係數而成。因此，如上所述，曲線之縱軸係與動摩擦損耗含義相同。
若參照圖19，則可知整體而言，於保持器60'之轉速N60之降低率R在特定範圍內之情形下，動摩擦係數變得極小。例如，於轉速N60之降低率R大於0%且未達10%之範圍內，動摩擦係數亦即動摩擦損耗為極小。
又，於該圖19中，以箭頭同時記載預壓之增大方向，並且，亦對預壓相對較小之預壓不足區域、預壓相對較大之預壓過剩區域、以及預壓大小在該等之間之預壓適當區域進行圖示，可知除該圖19中之左端之預壓過剩區域以外，保持器60'之轉速N60之降低率R大致伴隨預壓之增大而逐漸減小。因此，藉由預壓之增減調整，可增減調整保持器60'之轉速N60之降低率R。
而且，基於以上所獲得之見解，於上述之第2例之常用軸承之預壓自動調整軸承裝置410中，為了良好地保持常用軸承之狀態，故而控制預壓之大小，以使保持器60之轉速N60之降低率R在預定之特定範圍內。
順帶而言，若詳細地比較圖19之低速旋轉之曲線、中速旋轉之曲線、及高速旋轉之曲線，則可知動摩擦係數為極小之降低率R因主軸5之轉速N5不同而不同。例如，於低速旋轉中，於降低率為a1~a2之範圍內動摩擦係數為極小；於中速旋轉中，於降低率為b1~b2之範圍內動摩擦係數為極小；而於高速旋轉之情形，於降低率為c1 ~c2之範圍內動摩擦係數為極小。因此，較佳之作法為，對應主軸5之轉速N5之各水準，分別就保持器60'之轉速N60之降低率R設定應維持之目標範圍；而此見解亦反映於以下說明之常用軸承之預壓自動調整軸承裝置410中。
<<<常用軸承之預壓自動調整軸承裝置410>>>
圖20係表示常用軸承之預壓自動調整軸承裝置410之構成之概略圖，對於特殊滾珠軸承411之部分，以概略中心剖面觀察表示。
預壓自動調整軸承裝置410具有：作為常用軸承之特殊滾珠軸承411，其將主軸5支撐於外殼3；預壓賦予機構480，其對特殊滾珠軸承411賦予預壓；控制部490，其控制預壓賦予機構480；以及各種感測器495、497，其測量軸承411之狀態並將測量資料向控制部490輸出。
如圖20所示，基本而言所謂預壓控制對象之常用軸承係特殊滾珠軸承411，該特殊滾珠軸承411具有內座圈420、內置有壓力室R430之外座圈430、滾動體450及保持器460。然而，如上所述，若變更特殊滾珠軸承411之預壓，則經由利用間隔件6a等所進行之軸向方向之力之傳遞，亦使圖14之通用滾珠軸承510之預壓變更，故而通用滾珠軸承510亦間接地成為預壓之控制對象。
預壓賦予機構480具有例如致動器，該致動器可對外座圈側滾動面430a賦予使外座圈側滾動面430a將滾動體450朝徑向方向之內側擠壓之力作為預壓。於該例中，具有內置於外座圈430中之壓 力室R430以作為該致動器。而除該致動器以外，預壓賦予機構480具有：於外殼3內穿孔形成之加壓流體之流路3k2；連接於該流路之配管等未圖示之流路形成構件482；連接於該流路形成構件482並成為加壓流體之供給源之泵485；以及設於上述流路形成構件482之一部分之壓力調整閥487。壓力調整閥487係基於自控制部490傳送之預壓之控制信號S490來調整對壓力室R430之供給壓。因此，藉由該供給壓之調整，可將滾動體450與外座圈430及內座圈420之壓接力調整為所期望之任意值。
各種感測器495、497包括：保持器轉速感測器495，其對保持器460之轉速N60進行測量，並即時輸出所測量之轉速N60之測量資料；以及主軸轉速感測器497，其對主軸5之轉速N5進行測量，並即時輸出所測量之轉速N5之測量資料。保持器轉速感測器495係被配置於保持器460附近；主軸轉速感測器497係被配置於主軸5附近。另外，該等感測器495、497係使用例如脈衝產生器或編碼器，各測量資料係分別向控制部490逐次傳送。
控制部490例如為電腦或PLC(Programmable Logic Control，可程式邏輯控制)等，且具有處理器及記憶體。處理器讀出預先存儲於記憶體中之控制程式並執行，藉此，作為圖20所示之各種功能區塊而發揮功能。
亦即，控制部490具有保持器理論轉速運算部、保持器轉速降低率運算部、及保持器轉速降低率良否判定部作為該功能區塊。
主軸轉速感測器497即時且逐次傳送主軸5之轉速N5之測量資料至保持器理論轉速運算部。然後，該運算部將測量資料所示之轉速N5之測量值代入至上述之式2，算出保持器460之轉速N60之理論值亦即理論轉速N0。
保持器轉速感測器495逐次傳送保持器460之轉速N60之測量資料至保持器轉速降低率運算部；又，上述之保持器理論轉速運算部逐次傳送理論轉速N0至保持器轉速降低率運算部。然後，該保持器轉速降低率運算部將測量資料所示之轉速N60之測量值、及理論轉速N0代入至上述之式1中，而逐次算出保持器460之轉速之降低率R(%)。
於保持器轉速降低率良否判定部中，將利用保持器轉速降低率運算部逐次算出之降低率R(%)與預先存儲於上述記憶體中而成之特定之閾值資料進行比較，藉此對該降低率R(%)進行良否判定。而且，於判定結果為「良」之情形、亦即降低率R%在上述閾值資料之上限值及下限值所決定之準確範圍內之時，維持現狀之預壓之值。而於判定結果為「否」之情形、亦即降低率R%自上述準確範圍偏離之時，則將預壓之控制信號S490向預壓賦予機構480傳送，以使降低率R(%)收斂於由上述閾值資料之上限值及下限值規定之準確範圍。
例如，於降低率R偏離至大於準確範圍之上限值之側之正「否」判定之時，則判定為預壓不足，而將較現狀之預壓之值增大特定值之控制信號S490向預壓賦予機構480傳送；而於降低率R偏離 至小於準確範圍之下限值之側之負「否」判定之時，則判定為預壓過剩，而將較現狀之預壓之值縮小特定值之控制信號S490向預壓賦予機構480傳送。
該良否判定處理及控制信號S490之傳送處理係以數毫秒~數十毫秒等特定之控制週期重複執行，藉此，預壓係相應於軸承11之狀態而經常調整。
該降低率R之上限值及下限值之決定方法係例如，自上述之圖19之曲線讀取動摩擦係數為極小之降低率R之特定範圍而預先決定。例如，就低速旋轉之例而言，於降低率為a1~a2之範圍內動摩擦係數為極小，故而下限值預先決定為a1，上限值預先決定為a2，預先存儲於記憶體中作為閾值資料。順帶而言，圖19之曲線之關係係預先對於對象之特殊滾珠軸承411進行預實驗等而求得。
又，參照圖19如上所述，動摩擦係數為極小之降低率R之範圍亦即準確範圍係相應於主軸5之轉速N5而變化。亦即，於低速旋轉中，於降低率R為a1~a2之範圍內動摩擦係數為極小；但於中速旋轉中，於降低率R為b1~b2之範圍內動摩擦係數為極小；而於高速旋轉之情形，於降低率R為c1~c2之範圍內動摩擦係數為極小。
因此，於控制部490之記憶體中，對應於低速旋轉、中速旋轉、及高速旋轉之各轉速水準，分別存儲了供上述之良否判定處理之閾值資料之下限值及上限值。例如，於低速旋轉中，下限值為a1且上限值為a2；於中速旋轉中下限值為b1且上限值為b2；又，於高速旋轉中，下限值為c1且上限值為c2。
於保持器轉速降低率良否判定部中，基於自主軸轉速感測器497傳送之主軸5之轉速N5之測量資料，而自記憶體取得與此對應之上限值及下限值，以供上述之良否判定處理。例如，於主軸5之轉速N5之測量資料對應於低速旋轉之時，自記憶體之閾值資料之下限值a1、b1、c1及上限值a2、b2、c2之中，選擇a1作為下限值且選擇a2作為上限值，並進行上述之良否判定處理。
另外，該低速旋轉、中速旋轉、及高速旋轉並非分別為精確標點而是以轉速N5之範圍預先決定。例如於低速旋轉為N5<N1、中速旋轉為N1≦N5<N2、高速旋轉為N2≦N5等，以轉速N5之範圍預先決定。
另外，於上述之例中，係以a1、a2等百分率記載之數值提供閾值資料，但並不限定於此。例如，亦可藉由特定之基準值a0除a1或a2而成之比率提供閾值資料。亦即，就低速旋轉之閾值資料而言，可以a1/a0為下限值，亦可以a2/a0為上限值。而於此情形，降低率R亦係以基準值a0進行除算而變更為R/a0，供良否判定處理。
又，於上述之例中，如圖14及圖20所示，將主軸轉速感測器497配置在主軸5附近，以對主軸5之轉速N5進行測量，並使用自該感測器497輸出之主軸5之轉速N5之測量資料，對保持器460之理論轉速N0進行運算，但並不限定於此。例如，主軸5係通常係藉由電動馬達而驅動旋轉，於該電動馬達中，一般為了控制主軸5之轉速N5，設有對該轉速N5進行測量之編碼器等感測器。因此，可將自該感測器輸出之測量資料傳送至上述之控制部490，而用於理論轉速N0之運 算；或有時亦可將用以對電動馬達進行轉速控制之轉速N5之指令信號傳送至上述之控制部490並使用於理論轉速N0之運算。而且，如此一來便可省略主軸轉速感測器497。
圖21A係於上述之第2例之主軸5之支撐構造(圖14)中輔助軸承裝置10之控制部90與預壓自動調整軸承裝置410之控制部490之兩者相互協作並動作之時所求得之預壓之控制模型。橫軸係主軸5之轉速，縱軸係藉由常用軸承411、510及輔助軸承11而對主軸5賦予之預壓之合計值。
於低速旋轉區域中輔助軸承11成為軸承有效狀態，故而除常用軸承411、510之預壓以外亦有輔助軸承11之預壓之作用，預壓成為較大之狀態。而若主軸5之轉速N5超過閾值Nth，則輔助軸承11被切換為軸承無效狀態，預壓僅基於常用軸承411、510而變小。
又，就該常用軸承411、510之預壓，係被控制為，使以上述保持器460之降低率R在相應於轉速N5而決定之特定範圍a1~a2、b1~b2、c1~c2內，故而，其結果為描畫出如圖21A所示之模型之曲線。順帶而言，於高速旋轉區域中預壓之大小漸增，其原因在於：作用於滾動體450之離心力Fc變大而滾動體450與內座圈420之間之相對滑動變得明顯。亦即，其原因在於：為了抑制該相對滑動而使常用軸承411、510之預壓基於降低率R自動地增大。
又，有時亦可不用上述之保持器460之降低率R而單純地基於主軸5之轉速N5來進行常用軸承411、510之預壓之控制。圖21B係該預壓之控制模型之一例之說明圖。
該圖21B之情形亦與圖21A之情形同樣地，於低速旋轉區域中輔助軸承11成為軸承有效狀態，故而除常用軸承411、510之預壓以外亦有輔助軸承11之預壓之作用，故預壓成為較大之狀態。又，於此例中，關於對常用軸承411、510賦予之預壓，與低速旋轉區域相比，使中速旋轉區域中之預壓呈階梯狀降低更多；而與中速旋轉區域相比，使高速旋轉區域中之預壓呈階梯狀降低更多，其理由在於：於中速旋轉區域及高速旋轉區域中，相較主軸5之剛度高速旋轉性能更被優先考量，故而要使旋轉阻力減小。
===其他實施形態===
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於該實施形態，可於不脫離其主旨之範圍內進行如下所示之變形。
於上述之實施形態中，例示有工具機之主軸5之支撐構造以作為本發明之輔助軸承裝置10之應用例，但並不限定於此，只要為支撐軸構件者便可應用。
於上述之實施形態中，作為浮力產生機構70，例示有對保持器60與內座圈20之間之內座圈側間隙S20供給壓縮空氣之機構，但並不限定於此。例如，於滾動體50為鐵製等之情形，若利用強力之磁鐵構成外座圈30，則藉由其磁力可使滾動體50自內座圈20浮起，該構造亦包含於本發明之範圍內。然而，於此情形，滾動體50之素材就限於對磁力發生反應之素材，故而，仍以壓縮空氣之浮力產生機構70較佳。
於上述之實施形態中，對軸向方向之一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e1、軸向方向之另一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e2、軸向方向之一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e1、及軸向方向之另一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e2之大小關係進行了敍述，但若對該等之各間隙之大小之定義更稍許詳細地敍述，則分別指如下所述之位置上之間隙之大小。首先，所謂軸向方向之一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e1係指較滾動體50(150、250、350、350a)更靠軸向方向之一端側之位置(例如一端部之位置)上之內座圈側間隙S20之大小；所謂軸向方向之另一端側中之內座圈側間隙S20之大小S20e2係指較滾動體50(150、250、350、350a)更靠軸向方向之另一端側之位置(例如另一端部之位置)上之內座圈側間隙S20之大小。同樣地，所謂軸向方向之一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e1係指較滾動體50(150、250、350、350a)更靠軸向方向之一端側之位置(例如一端部之位置)上之外座圈側間隙S30之大小；所謂軸向方向之另一端側中之外座圈側間隙S30之大小S30e2係指較滾動體50(150、250、350、350a)更靠軸向方向之另一端側之位置(例如另一端部之位置)上之外座圈側間隙S30之大小。
3‧‧‧外殼(支撐構件)
5‧‧‧主軸(軸構件)
11‧‧‧輔助軸承
20‧‧‧內座圈(相當於內座圈之構件)
20a‧‧‧內座圈側滾動面(軸構件側滾動面)
20b、60b‧‧‧外周面
30‧‧‧外座圈(相當於外座圈之構件)
30a‧‧‧外座圈側滾動面(支撐構件側滾動面)
30b、60a‧‧‧內周面
50‧‧‧滾動體
60‧‧‧保持器
60h‧‧‧孔部
60w1、60w2‧‧‧壁部
D23‧‧‧間隔
D50‧‧‧直徑
G50‧‧‧間隙
G60h‧‧‧微小間隙
R70‧‧‧供給室
S20‧‧‧內座圈側間隙
S20e1‧‧‧一端側中之內座圈側間隙S20之大小
S20e2‧‧‧另一端側中之內座圈側間隙S20之大小
S30‧‧‧外座圈側間隙
S30e1‧‧‧一端側中之外座圈側間隙S30之大小
S30e2‧‧‧另一端側中之外座圈側間隙S30之大小

Claims (11)

  1. 一種輔助軸承裝置，其特徵在於，其係輔助性地追加設置於設有支撐可旋轉的驅動旋轉之軸構件之軸承的支撐構件，且其具有：複數個滾動體；軸構件側滾動面，其呈環狀設於上述軸構件且可供上述滾動體進行滾動；支撐構件側滾動面，其呈環狀設於上述支撐構件且可供上述滾動體進行滾動；以及切換機構，其在上述滾動體接觸於上述支撐構件側滾動面及上述軸構件側滾動面二者之接觸狀態、與上述滾動體自上述軸構件側滾動面浮起之非接觸狀態二種狀態間進行切換。
  2. 如請求項1之輔助軸承裝置，其中，具有固定於上述支撐構件之環狀之相當於外座圈之構件，且於上述相當於外座圈之構件之內周面，形成上述支撐構件側滾動面，上述切換機構具有：浮力產生機構，其對上述滾動體提供上述滾動體自上述軸構件側滾動面向徑向方向之外側離開之方向的浮力；以及預壓賦予機構，其藉由賦予使上述相當於外座圈之構件之上述支撐構件側滾動面向徑向方向之內側移動之預壓，而可將上述滾動體壓抵於上述軸構件側滾動面；藉由賦予上述預壓而形成上述接觸狀態，藉由解除上述預壓之賦予而形成上述非接觸狀態。
  3. 如請求項2之輔助軸承裝置，其中，具有環狀之保持器，其係保持，於上述複數個滾動體中在上述軸構件之旋轉方向相鄰之滾動體之間空出間隔之狀態下沿著上述旋轉方向排列；徑向方向之上述保持器之位置係因上述保持器接觸於上述相當於外座圈之構件而受限制。
  4. 如請求項3之輔助軸承裝置，其中，上述保持器係就每個上述滾動體均具有於徑向方向貫通之孔部，上述滾動體插入至上述孔部而與上述孔部之間有間隙，藉此，容許上述滾動體之相對於上述保持器之徑向方向之相對移動。
  5. 如請求項3或4之輔助軸承裝置，其中，具有設有上述軸構件側滾動面之相當於內座圈之構件，上述浮力產生機構係藉由對上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙供給壓縮空氣而對上述滾動體賦予徑向方向之外側之浮力。
  6. 如請求項5之輔助軸承裝置，其中，上述壓縮空氣係自軸向方向之一端側供給至上述間隙，軸向方向之另一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙小於上述一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙之大小。
  7. 如請求項5或6之輔助軸承裝置，其中，軸向方向之上述另一端側中之上述保持器與上述相當於外座 圈之構件之間之間隙大於上述另一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙。
  8. 如請求項5至7中任一項之輔助軸承裝置，其中，於軸向方向之上述一端側，鄰接於上述保持器而呈環狀區劃形成用以供給上述壓縮空氣之供給室，上述一端側中之上述保持器與上述相當於外座圈之構件之間之間隙小於上述一端側中之上述保持器與上述相當於內座圈之構件之間之間隙。
  9. 如請求項5至8中任一項之輔助軸承裝置，其中，於軸向方向之上述一端側，鄰接於上述保持器而呈環狀區劃形成用以供給上述壓縮空氣之供給室，軸向方向之上述另一端側中之上述保持器與上述相當於外座圈之構件之間之間隙大於上述一端側中之上述保持器與上述相當於外座圈之構件之間之間隙。
  10. 如請求項1至9中任一項之輔助軸承裝置，其中，具有控制上述切換機構之控制部，於上述軸構件以第1範圍之轉速進行旋轉之時，上述控制部係將上述切換機構切換為上述接觸狀態，於上述軸構件以較上述第1範圍之轉速更迅速之第2範圍之轉速進行旋轉之時，上述控制部係將上述切換機構切換為上述非接觸狀態。
  11. 如請求項1至10中任一項之輔助軸承裝置，其中，於上述軸構件中，固定有加工工件之工具，上述輔助軸承裝置係於軸向方向設於較上述軸承更靠近上述工具之位置。
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