WO2024080215A1 - 軸受装置及びその軸受装置を備えたスピンドル装置 - Google Patents

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WO2024080215A1
WO2024080215A1 PCT/JP2023/036342 JP2023036342W WO2024080215A1 WO 2024080215 A1 WO2024080215 A1 WO 2024080215A1 JP 2023036342 W JP2023036342 W JP 2023036342W WO 2024080215 A1 WO2024080215 A1 WO 2024080215A1
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WO
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bearing
spacer
supply passage
oil supply
inner ring
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PCT/JP2023/036342
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勇介 澁谷
孝誌 小池
靖之 福島
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Ntn株式会社
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/08—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers for spindles
    • F16C35/12—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers for spindles with ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N7/00—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated
    • F16N7/30—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated the oil being fed or carried along by another fluid
    • F16N7/32—Mist lubrication

Definitions

  • This invention relates to bearings used in industrial machinery such as machine tools, and in particular to a bearing device equipped with a lubrication mechanism such as air-oil lubrication, and a spindle device equipped with such a bearing device.
  • Patent Document 1 discloses a technology in which a lubricating oil supply unit is installed in a bearing device that supports a main shaft to improve cooling performance.
  • the lubricating oil supply unit is equipped with a heat flow sensor that can detect heat flux (amount of heat passing through a unit area per unit time).
  • the heat flow sensor detects the state of the bearing, and if the detected value exceeds a judgment threshold, lubricating oil is supplied.
  • the lubricating oil supply unit is placed in a concave accommodation space inside a spacer that is arranged between rolling bearings that are axially parallel to each other. This creates the problem that thin-walled areas are formed in the part of the spacer that faces the accommodation space, making the structure of the spacer complex and difficult to process. Furthermore, if the spacer has thin-walled areas, distortion is likely to occur during the heat treatment process (hardening process, etc.), which is expected to affect the dimensional accuracy of the spacer.
  • the objective of this invention is to facilitate machining of the spacer when housing the lubricating oil supply unit within the bearing device.
  • the present invention employs a bearing device comprising a main shaft, a first bearing and a second bearing arranged in parallel along the axial direction on the outer circumference of the main shaft, and a spacer arranged between the first bearing and the second bearing, the first bearing and the second bearing each comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring, the spacer comprising an inner ring spacer between the two inner rings arranged in parallel along the axial direction, and an outer ring spacer between the two outer rings arranged in parallel along the axial direction, one of the inner ring spacer and the outer ring spacer being a fixed side spacer and the other being a rotating side spacer that can rotate relative to the other, the fixed side spacer being divided into a first member and a second member arranged in parallel in the radial direction, the axial width dimension of the first member being formed larger than the axial width dimension of the second member, and a circuit board on which
  • the first member can be configured as a cylindrical member, and at least the portion facing the second member can have a constant thickness (Configuration 2).
  • the axial preload applied between the first bearing and the second bearing acts only on the first member of the first and second members, and the first member can be made of metal or ceramic (Configuration 3).
  • the second member can be made of resin (Configuration 4).
  • the first member and the second member can be fixed to each other by adhesion or press fitting (Configuration 5).
  • a first oil supply passage is formed in the first member, and a second oil supply passage is formed in the second member, the first oil supply passage and the second oil supply passage open on the contact surfaces of the first member and the second member and communicate with each other through the openings, a nozzle for supplying lubricant is formed in the second member, and a sealing portion that prevents the intrusion of gas and liquid is provided between the contact surfaces of the first member and the second member where the first oil supply passage and the second oil supply passage open (Configuration 6).
  • a configuration in which one or more configurations selected from configurations 2 to 6 are added to configuration 1 above can be adopted.
  • a spindle device can be adopted that uses a bearing device consisting of each of these configurations and is equipped with a motor that rotates the main shaft around its axis.
  • This invention makes it easier to machine the spacer when housing a lubricating oil supply unit inside a bearing device.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a second embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a third embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view showing a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of FIG.
  • Figs. 1 and 2 show the schematic configuration of a spindle device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows the entire spindle device 1.
  • Fig. 2 is an enlarged view of the main part on the left side of Fig. 1, and mainly shows the bearing device 30.
  • a built-in motor 40 is installed at one end (right side in the figure) along the axial direction of a main shaft 4 provided in the spindle device 1, and a cutting tool such as an end mill (not shown) is connected to the other end (left side in the figure).
  • a built-in motor 40 By employing a built-in motor 40, the main shaft 4 is endowed with the function of a rotor, making it possible to reduce the size of the device. Note that while a device using a built-in motor suppresses vibration during high-speed rotation, heat generated by the motor is easily transmitted to the main shaft 4, so measures to cool the main shaft 4 are important.
  • the built-in motor 40 will be referred to simply as the motor 40.
  • the spindle device 1 is provided with a pair of bearings 5a, 5b arranged in parallel along the axial direction near the other end of the cylindrical outer tube 2, and a spacer 6 arranged between the pair of bearings 5a, 5b. Also, near one end of the outer tube 2, a motor 40 and a bearing 16 arranged closer to the one end than the motor 40 are provided.
  • the main shaft 4 is rotatably supported by the pair of bearings 5a, 5b in a housing 3 provided on the inner diameter portion of the outer tube 2.
  • the housing 3 is press-fitted and fixed inside the outer tube 2.
  • the bearing 5a on the other end side will be referred to as the first bearing 5a
  • the bearing 5b on the one end side will be referred to as the second bearing 5b
  • the bearing 16 arranged closer to the one end than the motor 40 will be referred to as the third bearing 16.
  • the first bearing 5a includes an inner ring 5ia, an outer ring 5ga, and a number of rolling elements Ta arranged between the inner ring 5ia and the outer ring 5ga.
  • the rolling elements Ta are held in the circumferential direction by an annular retainer Rta.
  • the second bearing 5b includes an inner ring 5ib, an outer ring 5gb, and a number of rolling elements Tb arranged between the inner ring 5ib and the outer ring 5gb.
  • the spacer 6 includes an inner ring spacer 6i arranged between the inner ring 5ia and the inner ring 5ib arranged in parallel along the axial direction, and an outer ring spacer 6g arranged between the outer ring 5ga and the outer ring 5gb arranged in parallel along the axial direction.
  • the inner ring spacer 6i is arranged to brace the opposing end faces of the inner ring 5ia and the inner ring 5ib
  • the outer ring spacer 6g is arranged to brace the opposing end faces of the outer ring 5ga and the outer ring 5gb.
  • the inner ring 5ia of the first bearing 5a and the inner ring 5ib of the second bearing 5b are fixed to the outer periphery of the main shaft 4 so as to rotate together.
  • the inner ring 5ia, the inner ring 5ib, and the inner ring spacer 6i are press-fitted (interference-fitted) to the outer periphery of the main shaft 4.
  • the first bearing 5a and the second bearing 5b are bearings that can be preloaded with an axial force.
  • rolling bearings such as angular ball bearings, deep groove ball bearings, or tapered roller bearings can be used as the first bearing 5a and the second bearing 5b.
  • an angular ball bearing is used as the bearing device 30.
  • the first bearing 5a and the second bearing 5b are installed in a back-to-back combination (DB combination).
  • DB combination back-to-back combination
  • a back-to-back combination is a structure in which a pair of angular ball bearings are arranged in a direction in which the lines of action of the load connecting the theoretical contact parts of the rolling elements and the inner and outer rings intersect on the outer diameter side of the rolling elements PCD (Pitch Circle Diameter). It can bear radial loads and axial loads in both directions, and since the application point distance is large, it is advantageous when a moment load is applied.
  • the third bearing 16 is a cylindrical roller bearing.
  • the first bearing 5a and the second bearing 5b which are angular ball bearings, support the radial load and the axial load acting on the spindle device 1, and the third bearing 16, which is a cylindrical roller bearing, supports the radial load acting on the spindle device 1.
  • the main shaft 4 is supported by three bearings, the first bearing 5a, the second bearing 5b, and the third bearing 16, is illustrated as an example, but the number of bearings can be increased or decreased as appropriate depending on the specifications.
  • the main shaft 4 may be supported by two or four or more bearings.
  • a cooling medium flow passage G is formed in the housing 3.
  • the cooling medium flow passage G is formed in multiple rows in an annular shape in the axial direction of the spindle device 1 between the housing 3 and the outer cylinder 2, and each of the multiple rows of annular passages is connected to the lubricating oil supply passage.
  • the cooling medium flow passage G may be formed in a spiral shape along the axial direction, and its shape can be changed in various ways depending on the specifications.
  • the cooling medium flow passage G may be a groove formed on the outer periphery of the housing 3, a groove formed on the inner periphery of the outer cylinder 2, or a combination of these inner and outer grooves.
  • the first bearing 5a and the second bearing 5b can be cooled by flowing a cooling medium between the housing 3 and the outer cylinder 2.
  • a nozzle 23 and a supply passage 24 are provided in the outer ring spacer 6g as a lubricating oil supply passage, as shown in Figures 1 and 2.
  • a supply passage 34 is also provided in the housing 3 as a lubricating oil supply passage, and compressed air and lubricating oil are supplied from outside the spindle device 1.
  • Air-oil lubrication is a lubrication method in which an optimally controlled amount of lubricating oil is transported by compressed air.
  • air-oil lubrication a large amount of air is used to supply lubricating oil to the inside of the bearing, so it is necessary to exhaust the oil smoothly.
  • groove 35 in FIG. 6 is provided, and its depth is 5 mm or less. Preferably, it is 1.5 mm or less.
  • the hole diameter of nozzle 23 provided in outer ring spacer 6g is preferably ⁇ 1.0 to 1.5, and the length of nozzle 23 is set to 4 to 6 times the hole diameter.
  • the first bearing 5a, the spacer 6, the second bearing 5b, and the auxiliary spacer 9 are first inserted in order onto the main shaft 4, and an initial preload is applied by tightening the nut 10.
  • the auxiliary spacer 9 is a cylindrical member that abuts against one end face of the inner ring 5ib of the second bearing 5b.
  • This force is transmitted through the inner ring 5ib, the rolling element Tb, and the outer ring 5gb, and applies a preload between the raceway surfaces of the inner ring 5ib and the outer ring 5gb and the rolling element Tb, and is also transmitted from the outer ring 5gb to the outer ring spacer 6g.
  • the threaded portion formed on the inner surface of the nut 10 and the outer surface of the main shaft 4 is not shown.
  • this force is transmitted to the outer ring 5ga, rolling element Ta, and inner ring 5ia in the first bearing 5a, and a preload is also applied between the raceway surfaces of the inner ring 5ia and outer ring 5ga of the first bearing 5a and the rolling element Ta.
  • the preload applied to the first bearing 5a and the second bearing 5b is determined by the amount of movement limited by the dimensional difference between the widths of the outer ring spacer 6g and the inner ring spacer 6i, for example.
  • the inner ring 16a of the single-row third bearing 16 is positioned in the axial direction by a cylindrical member 15 fitted to the outer periphery of the main shaft 4 and an annular inner ring retainer 19 arranged on one end of the cylindrical member 15.
  • the inner ring retainer 19 is prevented from coming off by a nut 20 screwed from one end to the other end of the outer periphery of the main shaft 4.
  • An annular end member 17 is arranged on one end of the outer tube 2.
  • a positioning member 18 is fixed to one end of the end member 17, protruding inward from the end member 17.
  • a positioning member 21 is fixed to the other end of the end member 17, protruding inward from the end member 17.
  • the outer ring 16b is sandwiched between the positioning member 18 and the positioning member 21 on both axial sides.
  • the inner ring 16a moves integrally with the main shaft 4 in response to the expansion and contraction of the main shaft 4 in the axial direction due to temperature changes, and moves relative to the end member 17.
  • the threaded portions formed on the inner surface of the nut 20 and the outer surface of the spindle 4 are also not shown.
  • a space 22 is formed between the second bearing 5b and the third bearing 16 near one end of the outer cylinder 2.
  • the space 22 is formed between the main shaft 4 and the outer cylinder 2, and a motor 40 for driving the main shaft 4 is disposed inside the space 22.
  • the motor 40 includes a stator 13 and a rotor 14, and generates a driving force by supplying electric power to rotate the main shaft 4 about its axis relative to the outer cylinder 2.
  • the rotor 14 is fixed to a cylindrical member 15 fitted to the outer periphery of the main shaft 4, and the stator 13 is fixed to the inner periphery of the outer cylinder 2.
  • the fixing structure between the main shaft 4 and the cylindrical member 15, and between the outer cylinder 2 and the stator 13 may be a well-known method such as fitting or press-fitting. Note that a cooling medium flow path for cooling the motor 40 is omitted from the illustration.
  • one of the inner ring spacer 6i and the outer ring spacer 6g is a fixed side spacer that is immovably fixed to the outer cylinder 2 and the housing 3.
  • the other is a rotating side spacer that can rotate around an axis relative to the other.
  • the inner ring spacer 6i is the rotating side spacer
  • the outer ring spacer 6g is the fixed side spacer.
  • the outer ring spacer 6g which is the fixed side spacer, is divided into a first member A and a second member B that are arranged in parallel in the radial direction. That is, the outer ring spacer 6g is formed by combining the first member A (referred to as the first member 6ga in this embodiment) and the second member B (referred to as the second member 6gb in this embodiment), which are molded separately from each other. As shown in FIG. 2, the axial width dimension of the first member 6ga is formed to be larger than the axial width dimension of the second member 6gb.
  • a printed circuit board 33 on which the sensor 26 and the processing circuit 27 are mounted is disposed in the space sandwiched between the first member 6ga and the second member 6gb.
  • the second member 6gb is formed with a nozzle 23 for supplying lubricant.
  • the nozzle 23 is directed toward the bearing space of the first bearing 5a and the second bearing 5b.
  • lubricant air oil in this embodiment
  • the first member 6ga is formed with a first oil supply passage 32 that penetrates radially between the inner diameter surface and the outer diameter surface
  • the second member 6gb is formed with a second oil supply passage 24 that also extends radially.
  • the inner diameter side end of the second oil supply passage 24 is closed, and the nozzle 23 that extends laterally is connected to the second oil supply passage 24.
  • the first oil supply passage 32 and the second oil supply passage 24 open on the contact surfaces of the first member 6ga and the second member 6gb, and communicate with each other through the opening.
  • the first member 6ga is a ring-shaped member made of a material with high rigidity, for example, a metal, and the second member 6gb is fixed to the inner diameter surface of the ring-shaped member.
  • the first member 6ga and the second member 6gb are preferably fixed by fitting, and may be fixed by, for example, pressing the first member 6ga and the second member 6gb into each other or by adhesive, or may be a combination of these methods.
  • the second member 6gb is configured as an annular member having a cylindrical portion and a rising portion protruding from the cylindrical portion toward the inner diameter surface of the first member 6ga.
  • the rising portion is located at one axial end of the cylindrical portion to form an L-shaped cross section, but the position of the rising portion may be changed.
  • the rising portion may be located at the other axial end of the cylindrical portion, or the rising portion may be located in the axial middle of the cylindrical portion to form a T-shaped cross section.
  • the cross section shown toward the bottom in FIG. 2 (cross section of the portion where the space S is not provided) is a thick cylindrical portion.
  • the space S is provided in a portion including the direction in which the printed circuit board 33 is arranged (see FIG. 6, which is an explanatory diagram of the embodiment described later).
  • a printed circuit board (circuit board) 33 on which a sensor 26 and a processing circuit 27 are mounted is disposed in the space S between the first member 6ga and the second member 6gb.
  • the sensor 26 include an acceleration sensor that detects the rotation state of the main shaft 4, a temperature sensor that detects the temperature around the main shaft 4 or the first bearing 5a or the second bearing 5b, and various other sensors that monitor the state of the first bearing 5a or the second bearing 5b.
  • the processing circuit 27 is a control circuit (filter circuit, AD conversion circuit, etc.) that processes the information from these sensors to start and stop the supply of lubricating oil or to control the amount of lubricating oil supplied. At least one of these sensors is mounted on the printed circuit board 33 together with the processing circuit 27.
  • the outer ring spacer 6g which is the fixed side spacer, is divided into the first member 6ga and the second member 6gb that are parallel to each other in the radial direction, making it easy to manufacture the member that constitutes the fixed side spacer that houses the printed circuit board 33.
  • the space S is filled with a sealant to protect the printed circuit board 33.
  • a resin material can be used as the sealant.
  • the sealant By filling the space S with the sealant, the printed circuit board 33 can be fixed and its insulation can be ensured.
  • the axial dimension (width dimension) of the first member 6ga is longer than the axial dimension (width dimension) of the second member 6gb, exhaust efficiency during lubrication can be improved by ensuring an appropriate amount of space, particularly when air oil is used. If the space is too narrow, the air oil cannot be exhausted smoothly, and the same thing happens if the space is too wide.
  • the first member 6ga is made of a cylindrical member, and at least the portion facing the second member 6gb is made to have a constant thickness. This makes it possible to particularly simplify the molding of the first member 6ga. Furthermore, if heat treatment is involved in the production of the first member 6ga, it is expected that there will be an effect of reducing the occurrence of distortion during the heat treatment.
  • the rigidity of the first member 6ga can be made uniform. This makes it possible to make uniform the contact pressure between the first bearing 5a and the spacer 6, and between the second bearing 5b and the spacer 6. Furthermore, it is possible to suppress the inclination of the first bearing 5a and the second bearing 5b (the inclination relative to the axial direction of the main shaft 4), and stabilize the rotation around the axis of the main shaft 4.
  • an axial preload is applied between the first bearing 5a and the second bearing 5b.
  • this preload acts only on the first member 6ga and not on the second member 6gb.
  • the first member 6ga is required to support the load applied to the main shaft 4 (rotating body), but the second member 6gb is not required to have such a function.
  • the material of the first member 6ga which resists the preload and supports the load during rotation, can be, for example, a material with high rigidity (metal, ceramic, etc.).
  • the material of the second member 6gb which does not need to resist the preload and to which no load is applied, can be a material with lower rigidity than the first member 6ga, for example, resin. If the material of the second member 6gb is resin, it is easy to manufacture the second member 6gb even if it has a complex shape in order to secure the space S to accommodate the printed circuit board 33. Furthermore, if the second member 6gb is made of a resin material, it is easy to process complex shapes such as the nozzle 23 for supplying lubricant.
  • the linear expansion coefficients of the first member 6ga and the second member 6gb differ greatly.
  • the linear expansion coefficient of the second member 6gb is greater than that of the first member 6ga, and the temperature rises due to heat generation from the bearing, the deformation due to expansion of the second member 6gb will be greater than that of the first member 6ga at the mating surface (contact surface) between the first member 6ga and the second member 6gb.
  • This will cause a creep phenomenon on the side of the second member 6gb, which is a resin member, and the deformation of the second member 6gb will progress at the mating surface between the two.
  • a gap will occur between the mating surfaces of the first member 6ga and the second member 6gb, which may cause a problem that the first member 6ga and the second member 6gb cannot be mated and fixed.
  • the linear expansion coefficient of the second member 6gb closer to that of the first member 6ga, the effect of dimensional change due to temperature change can be reduced.
  • a resin material having a linear expansion coefficient close to that of the first member 6ga such as PEEK (polyether ether ketone/linear expansion coefficient: about 10 to 50 ⁇ 10 ⁇ 6 ), PPS (polyphenylene sulfide/linear expansion coefficient: about 20 to 50 ⁇ 10 ⁇ 6 ), PA (polyamide/linear expansion coefficient: about 50 to 90 ⁇ 10 ⁇ 6 ), etc.
  • the first member 6ga when a ceramic such as zirconia (linear expansion coefficient of about 9 to 11 ⁇ 10 ⁇ 6 ) is used as the first member 6ga, it is preferable to use the above-mentioned resin material to manufacture the second member 6gb.
  • the resin material may be a composite of glass fiber or carbon fiber, in which case the linear expansion coefficient can be made closer to that of steel (S45C) or ceramic (zirconia).
  • Second Embodiment 3 shows a second embodiment in which the structure of the outer ring spacer 6g is modified. Since the main configuration is similar to that of the first embodiment, the following description will focus on the differences from the first embodiment (the same applies to each embodiment described below).
  • a circumferential groove 28 is formed around the entire circumference of one axial end (the right end in the figure) of the second member 6gb, and an O-ring is housed in the circumferential groove 28.
  • the O-ring which is an elastic member, can absorb dimensional changes in the fitting portion, reducing the effects of temperature changes. This is effective when the linear expansion coefficient of the second member 6gb is significantly different from that of the first member 6ga.
  • the upper part of FIG. 3 is a cross section of a portion where a space S is present, and the other axial end of this space S is sealed with a sealant. It is preferable to use a sealant with low hardness.
  • FIG. 3 The lower part of FIG. 3 is a cross section of a portion where no space S is present.
  • the opening of the first oil supply passage 32 and the opening of the second oil supply passage 24 face each other and are connected to each other.
  • a sealing portion that prevents the intrusion of gas and liquid is provided between the contact surfaces of the first member 6ga and the second member 6gb where this opening is located.
  • the sealing portion is formed with a circumferential groove 28 extending in the circumferential direction on the outer periphery of the other axial end (left end in the figure) of the second member 6gb and on the outer periphery of the axial middle of the second member 6gb (about the middle in the left-right direction in the figure), and a sealing material such as an O-ring or resin is accommodated in the circumferential groove 28 to perform sealing.
  • the circumferential groove 28 at the other axial end and the circumferential groove 28 in the axial middle are set in the circumferential direction around the axis except for the portion where the space S is present.
  • FIG. 4 shows a third embodiment in which the structure of the outer ring spacer 6g is modified.
  • the first member 6ga and the second member 6gb are fixed with a bolt 29.
  • a countersunk hole 6gba is provided in the second member 6gb and a female thread 6gaa is provided in the first member 6ga, and a bolt 29 is inserted from the inner diameter surface of the second member 6gb.
  • the head of the bolt 29 is accommodated in the countersunk hole 6gba and does not protrude inward from the inner diameter surface of the second member 6gb. Note that this may be reversed, with a countersunk hole provided in the first member 6ga and a female thread provided in the second member 6gb, and the bolt 29 inserted from the outer diameter surface of the first member 6ga.
  • a sealing material that forms a low-hardness resin layer when cured may be applied to the mating surfaces between the first member 6ga and the second member 6gb.
  • the application of this sealing material may be performed instead of or in addition to placing the sealing material in the circumferential groove 28.
  • the application of the sealing material and the placement of the sealing material in the circumferential groove 28 may each be performed selectively.
  • the same material as the sealing material may also be used as the sealant filled in the space S.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment in which the structure of the outer ring spacer 6g is modified.
  • the cross section of the second member 6gb where the space S1 is present is U-shaped.
  • the second member 6gb has a cylindrical portion on the inner diameter side, a rising portion that protrudes from one axial end of the cylindrical portion toward the inner diameter surface of the first member 6ga, and a protruding portion that extends toward the other axial end at the outer diameter end of the rising portion, forming a U-shaped cross section.
  • the cross section shown toward the bottom of FIG. 5 (where the space S1 is not provided) is a thick cylindrical portion. This configuration increases the contact area when the first member 6ga and the second member 6gb are fitted together, making the fixation between the two stronger.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the first member 6ga and the second member 6gb
  • Fig. 7 is a cross-sectional view showing the first member 6ga and the second member 6gb shown in Fig. 6 in a fitted state.
  • the first member 6ga is a cylindrical member, and a plurality of flat plane portions 6ga2 are formed at equal intervals on its inner diameter surface 6ga1.
  • the plane portions 6ga2 are provided at three locations along the circumferential direction.
  • the plane portions 6ga2 are provided with tapped holes 25, and bolts (not shown) are screwed into the tapped holes 25 to fix the printed circuit board 33 to the first member 6ga.
  • the printed circuit board 33 may be fixed to the first member 6ga with adhesive without using bolts.
  • the contact force between the first member 6ga and the outer rings 5ga, 5gb of the first bearing 5a and the second bearing 5b can be made closer to uniform along the circumferential direction. This further suppresses the tilt of the main shaft 4 and further stabilizes the rotation of the main shaft 4, thereby improving the machining accuracy of the spindle device 1.
  • the second member 6gb is fitted into the inner diameter surface 6ga1 (see FIG. 6) of the first member 6ga, forming a U-shaped space S2 (see FIG. 7).
  • the printed circuit board 33 is housed in this space S2.
  • the reference numeral 31 in the figure denotes an annular seal provided around the communication part between the first oil supply passage 32 and the second oil supply passage 24.
  • the seal is housed in a sealing groove 30 surrounding the communication part, and an O-ring, a seal (gasket), or other resin is used as the seal.
  • This seal makes it possible to prevent air oil from leaking between the first member 6ga and the second member 6gb.
  • this seal it is possible to prevent the sealant from leaking into the nozzle 23 or the second oil supply passage 24 when the sealant is injected into the space S2 having a U-shaped cross section. This makes it unnecessary to take additional measures against leakage, and simplifies the assembly work (sealing work).
  • This annular seal provided around the communication part between the first oil supply passage 32 and the second oil supply passage 24 can also be used in each of the above-mentioned embodiments.
  • the nozzle 23 and supply passage 24 used for air oil lubrication are formed in the second member 6gb, which is a cylindrical member. If the second member 6gb is made of resin, it is easy to process the nozzle 23 and supply passage 24, as described above.
  • the second member 6gb can be manufactured, for example, by injection molding, or it may be manufactured using AM technology (additive manufacturing). If AM technology is used, there is no need to manufacture a mold, and the manufacturing costs of the mold can be reduced. This is the same in the other embodiments.
  • the configuration of the present invention has been described using a bearing device that uses air oil lubrication as the lubrication method, but the present invention may also be applied to bearing devices that use other lubrication methods.
  • the present invention may also be applied to bearing devices that use oil mist lubrication, jet lubrication, or other lubrication methods.
  • the inner ring spacer 6i is the rotating side spacer and the outer ring spacer 6g is the fixed side spacer, but this can also be reversed and a configuration in which the inner ring spacer 6i is the fixed side spacer and the outer ring spacer 6g is the rotating side spacer can be adopted.
  • the inner ring spacer 6i which is the fixed side spacer, is divided into a first member A and a second member B that are arranged in parallel in the radial direction.
  • the axial width dimension of the first member A is formed to be larger than the axial width dimension of the second member B, a printed circuit board 33 on which a sensor 26 or a processing circuit 27 is mounted is disposed in the space sandwiched between the first member A and the second member B, and a nozzle 23 for supplying lubricant is formed on the second member B, as in each of the above embodiments.
  • a printed circuit board 33 on which the sensor 26 and the processing circuit 27 are mounted is provided, but this is not limited to the embodiment, and it is also possible to consider a configuration in which, for example, only the sensor 26 or only the processing circuit 27 is mounted on the printed circuit board 33.
  • a built-in motor is used as the motor 40, but this is not limited to the embodiments, and the present invention can also be applied to devices that use various types of motors other than built-in motors.
  • the present invention has been described using a spindle device 1 that uses a bearing device to support the main shaft 4 so that it can rotate about its axis, and is equipped with a motor 40 that rotates the main shaft 4 about its axis, but the bearing device of the present invention can also be applied to machine tools and other equipment other than the spindle device 1.

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Abstract

主軸（４）の外周に軸方向に沿って並列する第１軸受（５ａ）、間座（６）及び第２軸受（５ｂ）を備え、第１軸受（５ａ）及び第２軸受（５ｂ）は、それぞれ内輪（５ｉａ，５ｉｂ）と外輪（５ｇａ，５ｇｂ）と複数の転動体（Ｔａ，Ｔｂ）を備え、間座（６）は２つの内輪（５ｉａ，５ｉｂ）間に内輪間座（６ｉ）を、２つの外輪（５ｇａ，５ｇｂ）に外輪間座（６ｇ）を備える。内輪間座（６ｉ）及び外輪間座（６ｇ）のうち固定側間座は、第１部材（Ａ）及び第２部材（Ｂ）に分割され、その挟まれた空間に回路基板（３３）が配置されている軸受装置とした。

Description

軸受装置及びその軸受装置を備えたスピンドル装置
　この発明は、工作機械等の産業機械に用いられる軸受に関し、特に、エアオイル潤滑等の潤滑機構を備えた軸受装置、及び、その軸受装置を備えたスピンドル装置に関する。
　工作機械等のスピンドル装置では、加工精度の向上及び生産効率の向上のため、主軸の回転速度の高速化が求められている。主軸の回転速度が高速化すると、軸受からの発熱も増大する。このため、より冷却効率が高いエアオイル潤滑を採用した軸受装置がある。
　例えば、特許文献１には、主軸を支持する軸受装置に、潤滑油供給ユニットを搭載して冷却性能を高めた技術が開示されている。潤滑油供給ユニットは、熱流束（単位時間あたりに単位面積を通過する熱量）を検出可能な熱流センサを備えている。熱流センサによって軸受の状態を検出し、その検出した数値が判定しきい値を超えた場合は、潤滑油を供給するようになっている。
特開２０２０－１５９５４７号公報
　特許文献１では、潤滑油供給ユニットは、軸方向に並列する転がり軸受の間に配置された間座内の凹状の収容空間に配置されている。このため、間座の収容空間に臨む部分に薄肉箇所が生じ、間座の構造が複雑になり、加工が難しくなるという問題がある。また、間座に薄肉箇所があると、熱処理工程(焼き入れ工程等)でひずみが発生しやすくなり、間座の寸法精度に影響を与えることが想定される。
　そこで、この発明の課題は、軸受装置内に潤滑油供給ユニットを収容するに際し、間座の加工を容易にすることである。
　上記の課題を解決するために、この発明は、主軸と、前記主軸の外周に軸方向に沿って並列する第１軸受及び第２軸受と、前記第１軸受及び前記第２軸受の間に配置される間座と、を備え、前記第１軸受及び第２軸受は、それぞれ内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に配置される複数の転動体を備え、前記間座は、軸方向に沿って並列する２つの前記内輪間に内輪間座を、軸方向に沿って並列する２つの前記外輪間に外輪間座を備え、前記内輪間座及び前記外輪間座の一方は固定側間座で他方は一方に対して回転可能な回転側間座であり、前記固定側間座は半径方向に並列する第１部材及び第２部材に分割され、前記第１部材の軸方向幅寸法は前記第２部材の軸方向幅寸法よりも大きく形成され、前記第１部材及び前記第２部材で挟まれた空間にセンサ又は処理回路を実装した回路基板が配置されている軸受装置を採用した（構成１）。
　ここで、前記第１部材は、円筒状部材で構成され、少なくとも前記第２部材に対向する部分は、肉厚が一定となっている構成とできる（構成２）。また、前記第１軸受及び前記第２軸受間に付与される軸方向への予圧は、前記第１部材及び前記第２部材のうち前記第１部材のみに作用し、前記第１部材の素材を金属又はセラミックとした構成を採用できる（構成３）。さらに、前記第２部材の素材は樹脂である構成を採用できる（構成４）。また、前記第１部材及び前記第２部材は、互いに接着又は圧入により固定されている構成を採用できる（構成５）。
　これらの各態様において、前記第１部材に第１オイル供給路が、前記第２部材に第２オイル供給路が形成され、前記第１オイル供給路及び前記第２オイル供給路は、前記第１部材及び前記第２部材の当接面に開口してその開口を通じて互いに連通しており、前記第２部材には潤滑剤供給用のノズルが形成され、前記第１オイル供給路及び前記第２オイル供給路が開口する前記第１部材及び前記第２部材の当接面間に、気体及び液体の侵入を阻止する封止部を備えている構成を採用できる（構成６）。
　上記の構成１に対して、構成２～６から選択される単一の又は複数の構成を付加した態様を採用できる。また、それらの各態様からなる軸受装置を用い、前記主軸を軸回り回転させるモータを備えているスピンドル装置を採用できる。
　この発明は、軸受装置内に潤滑油供給ユニットを収容するに際し、間座の加工を容易化できる。
この発明の第１の実施形態を示す縦断面図 図１の要部拡大図 第２の実施形態を示す要部拡大断面図 第３の実施形態を示す要部拡大断面図 第４の実施形態を示す要部拡大断面図 第５の実施形態を示す分解斜視図 図６の要部拡大断面図
　この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、この発明の実施形態のスピンドル装置１の概略構成を示している。図１は、スピンドル装置１の全体を示している。図２は、図１の左側主要部の拡大図であり、主として軸受装置３０を示している。
（第１の実施形態）
　図１に示すように、スピンドル装置１が備える主軸４の軸方向に沿って一端側（図中右側）にはビルトインモータ４０が組み込まれ、他端側（図中左側）には図示しないエンドミル等の切削工具が接続される。ビルトインモータ４０を採用すると、主軸４にロータの機能を持たせることにより、装置の小型化が可能である。なお、ビルトインモータ方式の装置では、高速回転時の振動が抑制される反面、モータの発熱が主軸４に伝わりやすいため、主軸４の冷却対策が重要である。以下、ビルトインモータ４０を単にモータ４０と称する。
　スピンドル装置１は、円筒状を成す外筒２内の他端寄りに、軸方向に沿って並列する対の軸受５ａ，５ｂと、その対の軸受５ａ，５ｂの間に配置される間座６を備えている。また、外筒２内の一端寄りには、モータ４０と、モータ４０よりも一端側に配置される軸受１６とを備えている。主軸４は、外筒２の内径部に設けられたハウジング３に、対の軸受５ａ，５ｂによって回転自在に支持されている。ハウジング３は、外筒２内に圧入固定されている。以下、対の軸受５ａ，５ｂのうち、他端側の軸受５ａを第１軸受５ａ、一端側の軸受５ｂを第２軸受５ｂと称し、また、モータ４０よりも一端側に配置される軸受１６を第３軸受１６と称する。
　図２に示すように、第１軸受５ａは、内輪５ｉａ及び外輪５ｇａと、その内輪５ｉａ及び外輪５ｇａの間に配置される複数の転動体Ｔａとを備えている。複数の転動体Ｔａは、環状の保持器Ｒｔａによって周方向に沿って保持されている。また、第２軸受５ｂも同様に、内輪５ｉｂ及び外輪５ｇｂと、その内輪５ｉｂ及び外輪５ｇｂの間に配置される複数の転動体Ｔｂとを備えている。間座６は、軸方向に沿って並列する内輪５ｉａ及び内輪５ｉｂとの間に配置される内輪間座６ｉと、軸方向に沿って並列する外輪５ｇａ及び外輪５ｇｂとの間に配置される外輪間座６ｇとを備えている。内輪間座６ｉは、内輪５ｉａ及び内輪５ｉｂの対向する端面間を突っ張るように配置され、外輪間座６ｇは、外輪５ｇａ及び外輪５ｇｂの対向する端面間を突っ張るように配置されている。第１軸受５ａの内輪５ｉａ及び第２軸受５ｂの内輪５ｉｂは、主軸４の外周に一体に回転するように固定されている。この実施形態では、内輪５ｉａ、内輪５ｉｂ及び内輪間座６ｉは、主軸４の外周に圧入固定（締まり嵌め）されている。
　第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂは、軸方向の力で予圧を付与することが可能な軸受である。第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂとして、例えば、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、又はテーパころ軸受等の転がり軸受を用いることができる。この実施形態では、軸受装置３０としてアンギュラ玉軸受を用いている。第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂが背面組み合わせ（ＤＢ組み合わせ）で設置されている。背面組み合わせとは、軸心を含む縦断面において、転動体と内外輪との理論上の接触部間を結ぶ荷重の作用線同士が、転動体ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ　Ｃｉｒｃｌｅ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ）よりも外径側で交差する方向に、対のアンギュラ玉軸受を配置した構造である。ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、また、作用点距離が大きいので、モーメント荷重が作用する場合に有利である。
　この実施形態において、第３軸受１６は円筒ころ軸受である。アンギュラ玉軸受である第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂによって、スピンドル装置１に作用するラジアル方向の荷重及びアキシアル方向の荷重が支持され、円筒ころ軸受である第３軸受１６によって、スピンドル装置１に作用するラジアル方向の荷重が支持される。なお、この実施形態では、第１軸受５ａ、第２軸受５ｂ及び第３軸受１６の３つの軸受で主軸４を支持する構造を例示して説明しているが、軸受の数は仕様に応じて適宜増減できる、例えば、２つ又は４つ以上の軸受で主軸４を支持する構造としてもよい。
　ハウジング３には冷却媒体流路Ｇが形成される。この実施形態では、冷却媒体流路Ｇは、ハウジング３と外筒２との間において、スピンドル装置１の軸回り方向に環状に複数列形成され、複数列のそれぞれの環状通路が潤滑油供給路に通じている。なお、冷却媒体流路Ｇは、軸方向に沿って螺旋状に形成されたものであってもよく、その形状は仕様に応じて種々の変更が可能である。また、冷却媒体流路Ｇは、ハウジング３の外周に形成された溝としてもよいし、外筒２の内周に形成された溝としてもよく、さらには、それらの内外の溝の組み合わせとしてもよい。ハウジング３と外筒２との間に冷却媒体を流すことにより、第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂを冷却することができる。
　第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂとしてグリース潤滑の軸受を用いた場合には潤滑油供給路は不要であるが、例えば、エアオイル潤滑等（オイルエア潤滑、オイルアンドエア潤滑等）による潤滑が必要な場合には、図１及び図２に示すように、潤滑油供給路として、外輪間座６ｇにノズル２３及び供給路２４が設けられる。また、潤滑油供給路としてハウジング３にも供給路３４が設けられ、スピンドル装置１の外部から圧縮空気と潤滑油が供給される。
　エアオイル潤滑は、最適量にコントロールされた潤滑油を圧縮空気により搬送する潤滑方式（方法）である。エアオイル潤滑では、多量のエアにより潤滑油を軸受内部に供給する潤滑方法のため、排気を円滑に行う必要がある。このため、図６の溝３５が設けられ、深さは５mm以下である。好ましくは、１．５mm以下である。実施形態では、外輪間座６ｇに設けられるノズル２３の穴径は、好ましくはφ１．０～１．５、ノズル２３の長さは穴径の４～６倍に設定されている。
　スピンドル装置１の組立時には、初めに主軸４に対して第１軸受５ａ、間座６、第２軸受５ｂ、補助間座９が順に挿入され、ナット１０を締めることによって初期予圧が与えられる。補助間座９は円筒状を成す部材であり、第２軸受５ｂの内輪５ｉｂの一端側の端面に当接している。主軸４に対して一端側から他端側に向かってナット１０を締め付けることにより、補助間座９を介して第２軸受５ｂの内輪５ｉｂの端面に力が作用し、内輪５ｉｂが内輪間座６ｉに向けて押される。この力は、内輪５ｉｂ、転動体Ｔｂ、外輪５ｇｂと伝わり、内輪５ｉｂ及び外輪５ｇｂの軌道面と転動体Ｔｂの間に予圧を与えるとともに、外輪５ｇｂから外輪間座６ｇにも伝わる。なお、ナット１０の内面及び主軸４の外面に形成されたねじ部については図示省略している。
　また、この力は、第１軸受５ａにおいて、外輪５ｇａ、転動体Ｔａ、内輪５ｉａへと伝わり、第１軸受５ａの内輪５ｉａ及び外輪５ｇａの軌道面と転動体Ｔａの間にも予圧を与える。第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂに付与される予圧は、例えば、外輪間座６ｇと内輪間座６ｉの幅の寸法差によって制限される移動量によって定まる。その後、第２軸受５ｂの外輪５ｇｂの一端側がハウジング３に設けた段差部３ａに当たるまで、第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂと一体の主軸４がハウジング３内に挿入される。最後に、他端側の前蓋１２によって、第１軸受５ａの外輪５ｇａを他端側から一端側へ押すことで、主軸４がハウジング３に固定される。
　また、単列の第３軸受１６について、図１に示すように、内輪１６ａは、主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５と、その筒状部材１５の一端側に配置した環状の内輪押さえ１９により、軸方向に対して位置決めされている。内輪押さえ１９は、主軸４の外周に一端側から他端側へ向かってねじ込まれたナット２０により抜け止めされている。外筒２の一端側には環状の端部材１７が配置されている。端部材１７の一端には、その端部材１７よりも内径方向へ突出する位置決め部材１８が固定されている。また、端部材１７の他端には、その端部材１７よりも内径方向へ突出する位置決め部材２１が固定されている。外輪１６ｂは、軸方向両側から位置決め部材１８と位置決め部材２１とに挟まれている。内輪１６ａは、温度変化に伴う主軸４の軸方向への伸縮に応じて主軸４と一体的に移動して、端部材１７に対して相対移動する。なお、ナット２０の内面及び主軸４の外面に形成されたねじ部についても図示省略している。
　図１に示すように、外筒２の一端寄りにおいて、第２軸受５ｂと第３軸受１６との間に、空間部２２が形成されている。空間部２２は、主軸４と外筒２との間に形成され、その内部に、主軸４を駆動するモータ４０が配置されている。モータ４０は、ステータ１３及びロータ１４を備え、電力の供給により駆動力を発生させて、外筒２に対して主軸４を軸回り回転させる。ロータ１４は、主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５に固定され、ステータ１３は外筒２の内周部に固定されている。主軸４と筒状部材１５、及び、外筒２とステータ１３との固定構造は、嵌合、圧入等の周知の手法でよい。なお、モータ４０を冷却するための冷却媒体流路は図示省略している。
　間座６を構成する部材のうち、内輪間座６ｉ及び外輪間座６ｇの一方は固定側間座であり、外筒２及びハウジング３に対して不動に固定されている。また、他方は一方に対して軸回り回転可能な回転側間座である。この実施形態では、内輪間座６ｉが回転側間座、外輪間座６ｇが固定側間座となっている。
　固定側間座である外輪間座６ｇは、半径方向に並列する第１部材Ａ及び第２部材Ｂに分割されている。すなわち、互いに別々に成形された第１部材Ａ（この実施形態では第１部材６ｇａと称する）、及び、第２部材Ｂ（この実施形態では第２部材６ｇｂと称する）を組み合わせて、外輪間座６ｇが構成されている。図２に示すように、第１部材６ｇａの軸方向幅寸法は、第２部材６ｇｂの軸方向幅寸法よりも大きく形成されている。また、第１部材６ｇａ及び第２部材６ｇｂで挟まれた空間にセンサ２６及び処理回路２７を実装したプリント基板３３が配置されている。
　さらに、第２部材６ｇｂには潤滑剤供給用のノズル２３が形成されている。ノズル２３は、第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂの軸受空間に向けられている。これにより、固定側間座である外輪間座６ｇに設けられたノズル２３から、潤滑油（実施形態ではエアオイル）が供給されるようになっている。また、第１部材６ｇａには、内径面と外径面との間を半径方向に貫通する第１オイル供給路３２が形成され、第２部材６ｇｂには、同じく半径方向へ伸びる第２オイル供給路２４が形成されている。第２オイル供給路２４の内径側端は閉塞され、その第２オイル供給路２４に側方へ伸びるノズル２３が接続されている。第１オイル供給路３２及び第２オイル供給路２４は、第１部材６ｇａ及び第２部材６ｇｂの当接面に開口しており、その開口を通じて互いに連通している。
　第１部材６ｇａは剛性が高い材料、例えば、金属製の環状部材とされ、その環状部材の内径面に第２部材６ｇｂが固定される構造となっている。第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂの固定は嵌合固定が望ましく、例えば、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂを圧入固定する手法や接着固定する手法、あるいは、これらの手法を併用した構造としてよい。
　この実施形態では、図２で上方寄りに示す断面（空間Ｓを設けた部分の断面）において、第２部材６ｇｂは、円筒状を成す円筒状部と、その円筒状部から第１部材６ｇａの内径面へ向かって突出する立上り部とを備えた環状部材で構成されている。この実施形態では、特に、立上り部が円筒状部の軸方向一端部に位置して断面Ｌ字状となっているが、立上り部の位置を変更してもよい。例えば、立上り部が円筒状部の軸方向他端部に位置していてもよいし、立上り部が円筒状部の軸方向中ほどに位置して断面Ｔ字状を成す構成としてもよい。なお、図２で下方寄りに示す断面（空間Ｓが設けられていない部分の断面）は、肉厚の円筒状部となっている。空間Ｓは、プリント基板３３が配置される方位を含む一部方位に設けられている（後述の実施形態の説明図である図６参照）。
　第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとで挟まれた空間Ｓに、センサ２６及び処理回路２７を実装したプリント基板（回路基板）３３が配置されている。センサ２６として、例えば、主軸４の回転状態を検知する加速度センサ、あるいは、主軸４周囲や第１軸受５ａ又は第２軸受５ｂ等の温度を検知する温度センサ、その他、第１軸受５ａ又は第２軸受５ｂの状態を監視する各種のセンサが挙げられる。処理回路２７は、それらのセンサ類の情報を、潤滑油の供給の開始及び停止、あるいは、潤滑油の供給量の制御のために処理する制御回路（フィルタ回路、ＡＤ変換回路など）である。プリント基板３３には、これらのセンサ類の少なくとも１つが、処理回路２７とともに搭載される。この発明では、固定側間座である外輪間座６ｇを、半径方向に並列する第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂに分割したことにより、プリント基板３３を収容する固定側間座を構成する部材の製作が容易である。
　また、空間Ｓには封止剤が充填されてプリント基板３３が保護されている。封止剤として、例えば、樹脂材料を採用できる。空間Ｓに封止剤を充填することで、プリント基板３３の固定とその絶縁性を確保できる。ここで、第１部材６ｇａの軸方向寸法（幅寸法）は、第２部材６ｇｂの軸方向寸法（幅寸法）よりも長いので、特に、エアオイルを用いる場合は、適度な空間を確保することで潤滑時の排気効率を高めることができる。空間が狭すぎるとエアオイルの円滑な排気ができなくなり、また、空間が広すぎても同様のことが起こるからである。
　また、この実施形態では、第１部材６ｇａは円筒状部材で構成され、少なくとも第２部材６ｇｂに対向する部分は、肉厚が一定で構成されている。このため、第１部材６ｇａの部材の成形を特に簡略化できる。また、第１部材６ｇａの製作時に熱処理を伴う場合は、その熱処理時の歪の発生を低減できるという効果が期待できる。
　また、この実施形態のように、第１部材６ｇａを軸方向全域に亘って肉厚が一定の円筒状部材で構成すれば、第１部材６ｇａの剛性を均一化できる。このため、第１軸受５ａと間座６、及び、第２軸受５ｂと間座６との接触圧を均一化できる。また、第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂの傾き(主軸４の軸方向に対する傾き)を抑制し、主軸４の軸回り回転を安定化することが可能である。
　ここで、前述のスピンドル装置１の組立時に、第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂ間に軸方向への予圧が付与される。この予圧は、外輪間座６ｇの第１部材６ｇａ及び第２部材６ｇｂのうち、第１部材６ｇａのみに作用し、第２部材６ｇｂには作用しないようになっている。また、第１部材６ｇａには、主軸４（回転体）に印加された荷重を支持する機能が求められ、第２部材６ｇｂにはこのような機能は求められない。
　このため、予圧に対抗するとともに回転時の荷重を支持する第１部材６ｇａの素材には、例えば、剛性の高い材料(金属、セラミック等)を使用することができる。また、予圧に対抗する必要が無く且つ荷重が印加されない第２部材６ｇｂの素材には、第１部材６ｇａよりも剛性が低い素材、例えば、樹脂等を使用することができる。第２部材６ｇｂの素材を樹脂とすれば、プリント基板３３を収容する空間Ｓを確保するために、仮に第２部材６ｇｂが複雑な形状であっても、その製作が容易である。また、第２部材６ｇｂが樹脂素材であれば、潤滑剤供給用のノズル２３等の複雑な形状の加工が容易となる。
　ここで、第２部材６ｇｂの素材に樹脂を用いた場合、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとの間で線膨張係数が大きく異なる場合には、注意が必要である。例えば、第１部材６ｇａよりも第２部材６ｇｂの線膨張係数の方が大きい場合、軸受の発熱などによって温度が上昇すると、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとの嵌合面（当接面）で、第１部材６ｇａよりも第２部材６ｇｂの膨張による変形が大きくなる。そうすると、樹脂部材である第２部材６ｇｂ側にクリープ現象が発生し、両者の嵌合面で第２部材６ｇｂの変形が進むこととなる。特に、温度が低下した際には、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとの嵌合面間に隙間が発生し、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂの嵌合固定ができなくなるという問題も生じ得る。
　そこで、第２部材６ｇｂの線膨張係数を第１部材６ｇａの線膨張係数に近づけることで、温度変化による寸法変化の影響を低減できる。例えば、第１部材６ｇａを、鋼材Ｓ４５Ｃ（機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ　Ｇ　４０５１）／線膨張係数１１～１２×１０－６程度）で製作した場合には、第２部材６ｇｂとして第１部材６ｇａの線膨張係数と近い樹脂材料、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン／線膨張係数：１０～５０×１０－６程度）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド／線膨張係数：２０～５０×１０－６程度）、ＰＡ（ポリアミド／線膨張係数：５０～９０×１０－６程度）等を用いるとよい。また、第１部材６ｇａとしてジルコニアなどのセラミック（線膨張係数９～１１×１０－６程度）を用いた場合にも、前述の樹脂材料を用いて第２部材６ｇｂを製作するとよい。樹脂材料は、ガラス繊維や炭素繊維を複合したものを使用してもよく、この場合、線膨張係数を、鋼材（Ｓ４５Ｃ）やセラミック（ジルコニア）により近づけることができる。
（第２の実施形態）
　図３は、外輪間座６ｇの構造を変更した第２の実施形態を示している。主たる構成は第１の実施形態と同様であるので、以下、第１の実施形態との差異点を中心に説明する（後述の各実施形態についても同様）。
　図３では、第２部材６ｇｂの軸方向一端部（図中右端）の外周に、軸回り全周に亘る周溝２８が形成され、その周溝２８内にＯリングを収容している。これにより、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとは、このＯリングを介して固定される。嵌合部の寸法変化を、弾性部材であるＯリングで吸収することが可能なため、温度変化の影響を低減できる。このため、第２部材６ｇｂの線膨張係数が第１部材６ｇａと大きく異なる場合に有効である。なお、図３中の上方寄りは空間Ｓが介在する部分の断面であり、この空間Ｓの軸方向他端部は封止剤で密閉されている。封止剤としては、低硬度のものを使用することが好ましい。
　また、図３中の下方寄りは空間Ｓが介在しない部分の断面である。この断面では、第１オイル供給路３２の開口と第２オイル供給路２４の開口が対面しており、両者が互いに連通している。この開口が位置する第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂの当接面間に、気体及び液体の侵入を阻止する封止部が設けられている。封止部は、第２部材６ｇｂの軸方向他端部（図中左端）の外周に、及び、第２部材６ｇｂの軸方向中ほど（図中の左右方向中ほど）の外周に、周方向に伸びる周溝２８が形成され、その周溝２８内に、Ｏリングや樹脂等のシール材を収容して封止を行っている。軸方向他端部の周溝２８及び軸方向中ほどの周溝２８は、空間Ｓが介在する部分を除いて軸回り周方向に設定されている。
（第３の実施形態）
　図４は、外輪間座６ｇの構造を変更した第３の実施形態を示している。
　図４では、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとは、ボルト２９で固定されている。ボルト２９は、周方向に沿って少なくとも１本あればよく、これを２本以上としてもよい。第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとをボルト２９で締結することにより、両者の結合をより強固にできる。
　また、図４では、第２部材６ｇｂに座繰り穴６ｇｂａを、第１部材６ｇａに雌ねじ６ｇａａを設け、第２部材６ｇｂの内径面からボルト２９を挿入している。ボルト２９の頭部は座繰り穴６ｇｂａ内に収容され、第２部材６ｇｂの内径面から内側に突出しないようになっている。なお、これを内外逆にして、第１部材６ｇａに座繰り穴を、第２部材６ｇｂに雌ねじを設け、第１部材６ｇａの外径面からボルト２９を挿入してもよい。
　なお、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとの嵌合面に、硬化時に低硬度の樹脂層が形成されるシール材料を塗布してもよい。このシール材料の塗布は、前述の各実施形態において、周溝２８内へのシール材の収容に代えて、又は、併せて行ってもよい。また、この実施形態及び後述の各実施形態において、シール材料の塗布、及び、周溝２８内へのシール材の収容は、それぞれ選択的に行うことができる。また、空間Ｓに充填される封止剤として、このシール材料と同じ素材を用いてもよい。
（第４の実施形態）
　図５は、外輪間座６ｇの構造を変更した第４の実施形態を示している。
　図５では、空間Ｓ１が介在する部分の第２部材６ｇｂの断面をコの字形としている。図５で上方寄りに示す断面（空間Ｓ１を設けた部分の断面）では、第２部材６ｇｂは、内径側の円筒状部と、その円筒状部の軸方向一端から第１部材６ｇａの内径面へ向かって突出する立上り部とを備え、その立上り部の外径側端に、軸方向他端側へ伸びる張出し部を備えた断面コの字形の構成となっている。図５で下方寄りに示す断面（空間Ｓ１が設けられていない部分の断面）は、肉厚の円筒状部となっている。この構成によれば、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂとの嵌合時における接触面積を増加させることができ、両者の固定をより強固にできる。
（第５の実施形態）
　図６及び図７は、外輪間座６ｇの構造を変更した第５の実施形態を示している。図６は、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂを示す斜視図であり、図７は、図６に示す第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂを嵌合した状態を示す断面図である。
　第１部材６ｇａは円筒状部材であり、その内径面６ｇａ１にフラットな平面部６ｇａ２が等間隔に複数形成されている。この実施形態では、平面部６ｇａ２は、周方向に沿って３箇所に設けられている。平面部６ｇａ２にはタップ穴２５が設けられ、このタップ穴２５にボルト（図示せず）がねじ込まれることで、プリント基板３３が第１部材６ｇａに固定される。なお、ボルトを使用せずに、プリント基板３３を第１部材６ｇａに接着剤で固定してもよい。平面部６ｇａ２を、第１部材６ｇａの周方向に沿って等間隔で形成すれば、第１部材６ｇａと第１軸受５ａ及び第２軸受５ｂの外輪５ｇａ，５ｇｂとの接触力を、周方向に沿って均一に近づけることができる。これにより、主軸４の傾きのさらなる抑制、主軸４の回転のさらなる安定化ができるので、スピンドル装置１による機械加工精度が向上する。
　第２部材６ｇｂは、第１部材６ｇａの内径面６ｇａ１（図６参照）に嵌合されることで、コの字型の空間Ｓ２が形成されている（図７参照）。プリント基板３３は、この空間Ｓ２内に収容される。
　なお、図中の符号３１は、第１オイル供給路３２と第２オイル供給路２４との連通部の周囲に設けられている環状のシール材である。シール材は、連通部周囲を囲む封止溝３０内に収容され、シール材にはＯリングやシール（ガスケット）、その他樹脂等が用いられる。これにより、第１部材６ｇａと第２部材６ｇｂの間からエアオイルが漏れることを防止することができる。また、このシール材を用いることで、断面コの字型の空間Ｓ２内に封止剤を注入する際に、封止剤がノズル２３や第２オイル供給路２４に漏れることを防止できる。これにより、追加の漏れ対策は不要となり、組立作業（封止作業）を簡略化できる。この第１オイル供給路３２と第２オイル供給路２４との連通部の周囲に設けられる環状のシール材は、前述の各実施形態においても採用できる。
　また、他の実施形態と同様に、円筒状部材である第２部材６ｇｂには、エアオイル潤滑に使用するノズル２３と供給路２４が形成されている。第２部材６ｇｂが樹脂製であれば、ノズル２３と供給路２４を形成するための加工が容易である点は、前述の通りである。第２部材６ｇｂは、例えば、射出成型で製造することができ、また、ＡＭ技術（ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）を用いて製造してもよい。ＡＭ技術を用いれば、金型を製作する必要がなく、金型の製作費用を削減することができる。これは、他の実施形態においても同様である。
　上記の各実施形態では、潤滑方法としてエアオイル潤滑を用いた軸受装置を例に、この発明の構成を説明したが、他の潤滑方式を備えた軸受装置にこの発明を適用してもよい。例えば、オイルミスト潤滑、ジェット潤滑等の潤滑方式を備えた軸受装置に対しても、この発明を適用できる。
　上記の各実施形態では、内輪間座６ｉが回転側間座、外輪間座６ｇが固定側間座となっていたが、これを逆にして、内輪間座６ｉが固定側間座、外輪間座６ｇが回転側間座となっている構成を採用することもできる。このとき、固定側間座である内輪間座６ｉは、半径方向に並列する第１部材Ａ及び第２部材Ｂに分割されることとなる。第１部材Ａの軸方向幅寸法は第２部材Ｂの軸方向幅寸法よりも大きく形成され、第１部材Ａ及び第２部材Ｂで挟まれた空間にセンサ２６又は処理回路２７を実装したプリント基板３３が配置され、また、第２部材Ｂには潤滑剤供給用のノズル２３が形成される点は、前述の各実施形態と同様である。
　また、上記の各実施形態では、センサ２６及び処理回路２７を実装したプリント基板３３を配置したが、この形態には限定されず、プリント基板３３に実装されるのは、例えば、センサ２６のみ、あるいは、処理回路２７のみといった態様も考えられる。
　上記の各実施形態では、モータ４０としてビルトインモータを採用したが、この実施形態には限定されず、ビルトインモータ以外の各種のモータを採用した装置においても、この発明を適用できる。
　さらに、上記の各実施形態では、軸受装置を用いて主軸４を軸回り回転自在に支持するとともに、その主軸４を軸回り回転させるモータ４０を備えたスピンドル装置１を例に、この発明を説明したが、この発明の軸受装置は、スピンドル装置１以外の他の工作機械、その他機器類においても適用することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　スピンドル装置
４　主軸
５a　第１軸受
５b　第２軸受
５ｉａ，５ｉｂ　内輪
５ｇａ，５ｇｂ　外輪
６　間座
６ｉ　内輪間座
６ｇ　外輪間座
２３　ノズル
２４　第２オイル供給路
２６　センサ
２７　処理回路
３２　第１オイル供給路
４０　モータ
Ａ　第１部材
Ｂ　第２部材
Ｔａ，Ｔｂ　転動体

Claims (7)

  1. 　主軸（４）と、
    　前記主軸（４）の外周に軸方向に沿って並列する第１軸受（５ａ）及び第２軸受（５ｂ）と、
    　前記第１軸受（５ａ）及び前記第２軸受（５ｂ）の間に配置される間座（６）と、
    を備え、
    　前記第１軸受（５ａ）及び第２軸受（５ｂ）は、それぞれ内輪（５ｉａ，５ｉｂ）と、外輪（５ｇａ，５ｇｂ）と、前記内輪（５ｉａ，５ｉｂ）及び前記外輪（５ｇａ，５ｇｉｂ）の間に配置される複数の転動体（Ｔａ，Ｔｂ）を備え、
    　前記間座（６）は、軸方向に沿って並列する２つの前記内輪（５ｉａ，５ｉｂ）間に内輪間座（６ｉ）を、軸方向に沿って並列する２つの前記外輪（５ｇａ，５ｇｂ）間に外輪間座（６ｇ）を備え、
    　前記内輪間座（６ｉ）及び前記外輪間座（６ｇ）の一方は固定側間座で他方は一方に対して回転可能な回転側間座であり、前記固定側間座は半径方向に並列する第１部材（Ａ）及び第２部材（Ｂ）に分割され、前記第１部材（Ａ）の軸方向幅寸法は前記第２部材（Ｂ）の軸方向幅寸法よりも大きく形成され、前記第１部材（Ａ）及び前記第２部材（Ｂ）で挟まれた空間にセンサ（２６）又は処理回路（２７）を実装した回路基板（３３）が配置されている軸受装置。
  2. 　前記第１部材（Ａ）は円筒状部材で構成され、少なくとも前記第２部材（Ｂ）に対向する部分は、肉厚が一定となっている請求項１に記載の軸受装置。
  3. 　前記第１軸受（５ａ）及び前記第２軸受（５ｂ）間に付与される軸方向への予圧は、前記第１部材（Ａ）及び前記第２部材（Ｂ）のうち前記第１部材（Ａ）のみに作用し、前記第１部材（Ａ）の素材を金属又はセラミックとした請求項１又は２に記載の軸受装置。
  4. 　前記第２部材（Ｂ）の素材は樹脂である請求項１から３のいずれか一つに記載の軸受装置。
  5. 　前記第１部材（Ａ）及び前記第２部材（Ｂ）は、互いに接着又は圧入により固定されている請求項１から４のいずれか一つに記載の軸受装置。
  6. 　前記第１部材（Ａ）に第１オイル供給路（３２）が、前記第２部材（Ｂ）に第２オイル供給路（２４）が形成され、前記第１オイル供給路（３２）及び前記第２オイル供給路（２４）は、前記第１部材（Ａ）及び前記第２部材（Ｂ）の当接面に開口してその開口を通じて互いに連通しており、前記第２部材（Ｂ）には潤滑剤供給用のノズル（２３）が形成され、
    　前記第１オイル供給路（３２）及び前記第２オイル供給路（２４）が開口する前記第１部材（Ａ）及び前記第２部材（Ｂ）の当接面間に、気体及び液体の侵入を阻止する封止部を備えている請求項１から５のいずれか一つに記載の軸受装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか一つに記載の軸受装置を用い、
    　前記主軸（４）を軸回り回転させるモータ（４０）を備えているスピンドル装置。
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