JPS5814566B2 - 球面軸受を用いた主軸装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は球面軸受を用いた主軸装置に関する。

従来知られている滑り軸受、ころがり軸受、流体軸受な
どの多くの軸受はラジアル軸受あるいはスラスト軸受と
しての単機能のみである。

また、ラジアル軸受とスラスト軸受との両方の機能を有
する軸受としては、円錐軸受、半球軸受などがある。

これらの軸受はいずれもラジアル荷重と一方向のスラス
ト荷重だけである。

このため、通常２個を正面または背面に組み合わせにし
て二方向のスラスト荷重を受けるようにして、ラジアル
軸受と組にして使用されている。

上記のような軸受を用いた回転装置において、軸の回転
により発生した摩擦熱は、軸およびハウジングを通して
放熱されるが、ハウジングからの放熱の方が良いので、
ころがり軸受の場合など、内輪および転動体は外輪より
も温度が高くなる。

この熱の影響を受けて軸の膨脹がスラスト軸受に支えら
れるために、軸受はすきまを持つようにしてあるか、ま
たはマイナスすきま、すなわちバネにより予圧を与える
ようになされている。

本発明の目的は球面軸受でもって、ラジアル荷重と両方
向のスラスト荷重を受けることができ、かつ軸の熱膨脹
による影響が少なく、しかも自動調心作用を有しかつ組
立調整がより極めて簡単な球面軸受を用いた主軸装置を
得るにある。

以下、図面を参照しながら本発明にもとずく実施例につ
いて説明する前に、本発明の技術思想の基となる原理的
な主軸装置につき述べる。

まず基本的な構造について説明する。

第１図において、球体１は球の中心にたいして穿孔され
た穴を有していて、この球体１の穴を通して軸２の一端
部に軸着されている。

球面軸受３は上記球体１の凸球面と対応状に形成した凹
球面状の軸受面をもつ２分割された球面座３ａ，３ｂか
らなり、軸２の近傍を除いた上記凸球面の大部分を被っ
て、上記球体１との間に静圧流体を介在させて上記球体
１を回転自在に軸支している。

またラジアル軸受４は上記球面軸受３より離間した上記
軸２の他端部を軸支している。

上記球面軸受３および上記ラジアル軸受４はそれぞれハ
ウジング５で固着保持されている。

なお説明の便宜上ラジアル軸受４は公知のラジアル球軸
受で例示してあるが、詳細は第２図を参照して後述する
。

上記のように構成された球体を有する軸は球面軸受内で
回転させると、球体の中心が球面軸受の中心と一致して
いるので、軸の中心にある程度自由に調心できる。

所謂、自動調心作用がある。また球面軸受１個でラジア
ル軸受１個分とスラスト軸受２個分の役割をもち、スラ
スト軸受を両端部に配置する必要がない。

ゆえに球面軸受でもって配置されているから、熱膨脹に
よる軸の伸びはラジアル軸受側へ伸びることができるた
めに種々の不都合なことの発生を防止できる。

第２図は第１の例の、ラジアル軸受４の部分の詳細を示
したものである。

すなわち、第２図において、ハウジング５の内孔に円筒
状をした支持体６がその一方の開口面をハウジング５の
端面と同一面にして嵌入固着されている。

この支持体６の内側のほぼ中央部はこの支持体６の内部
を削り取って形成された凹球面座になっていて、軸２を
摺接自在に同軸挿通した半球状軸受体７が上記凹球面座
に支承されている。

また、支持体６の上記一方の開口面側には環状の板９が
軸２を取り囲むようにして支持体６の内側にねじ込まれ
ている。

板９にはこれを貫通してそれぞれの先端部が半球状軸受
体７の平面部に接する３個のネジ８が等角度に配設螺合
されていて、調心付保持手段を形成している。

この第１の実施例では、３個のネジ８の各々の先端部を
半球状軸受体７の平面部に当接押圧して調整することに
より、球面軸受３と支持体６とによる軸の同心支持、す
なわち調心が行え、しかも半球状軸受体７を支持体６に
固定することができる。

したがって、軸の加工、ハウジングの加工、取付けなど
が従来に比べて容易になり、また固定されるので高精度
が維持される。

以上が母胎となる装置の説明である。

次に、本発明の一実施例について述べる。

第３図に示すように、軸２１は軸の一方部に他方部へ向
けて漸次径小となるテーパ部２２を有し、上記テーパ部
２２の径小端部を形成する逃げ溝を介しておねじ部２３
が螺刻されている。

球体２４は上記テーパ部２２と密接に嵌合するテーパ孔
２５を有し、上記おねじ部２３に螺着するナット２６に
よって上記テーパ部２２に固定されている。

なお、上記球体２４の中心点Ｃ１は上記軸２１の軸線Ｘ
−Ｘ上に位置している。

上記軸２１をこの軸の軸線Ｘ−Ｘを中心に回転し得るよ
うに上記球体２４を軸支する球面軸受２７は２分割され
た球面座２７ａ，２７ｂにより上記球体２４を抱えこむ
かのように構成されている。

上記球面座２７ａ，２７ｂは螺子２８により互に固定さ
れている。

また上記球面座２７ａおよび２７ｂはそれぞれ実質的な
凹半球状の軸受面２９ａおよび２９ｂを有しており、そ
れらの軸受面は上記球体２４の外周面をわずかな間隙を
おいて囲繞する実質的凹球面を形成している。

さらに上記球面座２７ａおよび２７ｂには、それぞれ上
記ナツト２６および上記テーパ部２２を自由に挿通でき
る穴３０および穴３１が形成されている。

さらに上記球面軸受２７には複数のたとえば１２個の給
気通路３２が形成され、それらは上記軸受面２９ａ，２
９ｂに開く給気ノズル３３ａ，３３ｂに連通している。

これらの給気ノズル３３ａ，３３ｂは互いに等角度に離
間して配置されて、上記球体２４の中心Ｃ１に向けて穿
孔されている。

上記静圧球面軸受２７の球面座２７ａには給気孔３４を
有する給気リング３５が気密に固定されている。

上記給気リング３５の内周壁には上記給気通路３２に連
通している環状溝３６が設けられている。

上記給気孔３４には図示しない公知の圧搾空気供給装置
と連結された管３７が螺着されている。

また、上記球面軸受２７の球面座２７ａの他端部はハウ
ジング３８で保持されている。

このハウジング３８の他端部には静圧ラジアル軸受３９
が配設されている。

上記静圧ラジアル軸受３９は上記静圧球面軸受２７より
離間した上記軸２１の他端部を軸支している。

上記ラジアル軸受３９は上記ハウジング３８の段付穴３
８ａと固着される支持体４０と上記軸２１の回転を支承
する半球状軸受体４１とで構成されている。

上記支持体４０は上記軸２１の径より充分大きな貫通穴
４２をもった円筒状をなし、この円筒の一方端面には凹
半球状のくぼみ４３が形成されている。

一方、上記半球状軸受体４１は上記くぼみ４３の内壁に
支持される半球体で、その半球体の平面部は平滑に仕上
げされ、かつ半球体の平面部を垂直に球の中心を通る上
記軸２１を回転可能に貫通する軸受孔４５が穿設され、
それの内壁が静圧ラジアル軸受面を構成する。

上記半球状軸受体４１の平滑に仕上げられた平面部には
上記軸２１を充分に逃げた貫通孔４６をもつ給気板４７
が図示しないねじにより固定されている。

上記半球状軸受体４１にはノズル４８を有する複数の給
気通路４９が設けられている。

上記ノズル４８は上記軸受孔４５の周壁部に等間隔をお
いて環状に、かつ上記軸２１の軸心Ｘ−Ｘに直交する方
向に向けて一定方向に開孔されている。

また上記ノズル４８に連通している各給気通路４９の一
方部は半球体の平面部に設けた環状溝５０に連通してい
て、上記環状溝５０は上記給気板４７に形成される給気
孔５１に連通している。

上記給気孔５１には図示しない圧搾空気供給装置から延
出するホース５２を接続するプラグ５３が螺着されてい
る。

他方、支持体４０は凹半球状のくぼみ４３に開孔するノ
ズル５４をもつ複数個の給気通路５５が設けられている
。

上記ノズル５４はそれぞれ互いに等間隔をおいて配置さ
れていて、半球面４３の球面の中心点Ｃ２に向けて穿孔
されている。

上記給気通路５５は上記ハウジング３８の段付孔３８ａ
の内周面に設けた環状溝５６にそれぞれ連通し、同じく
図示しない圧搾空気供給装置から管５７を介して空気の
供給を受ける。

上記ハウジング３８にはこのハウジングと上記静圧球面
軸受２７との間に形成される間隙５８および供給された
圧搾空気を排出する排出孔５９がそれぞれ設けられてい
る。

また上記ハウジング３８の上記静圧ラジアル軸受３９側
の端部には、貫通孔６０ａを有する端板６０がねじ６１
によって固定されている。

上記端板６０と上記給気板４７との間には周等分に３個
のばね６２が介在されて調心保持手段を形成し、上記給
気板４７を介して上記半球状軸受体４１が上記支持体４
０の半球面４３に押圧されている。

上記の構成にすることにより、圧搾空気供給装置（図示
せず）から管３７を介して給気リング３５に圧搾空気が
供給されると、上記圧搾空気は上記給気リング３５に設
けた環状溝３６を介して球面軸受２７の給気通路３２を
経てノズル３３ａ，３３ｂから噴出される。

上記ノズル３３ａ，３３ｂから噴出された空気は軸受面
２９ａ，２９ｂと球体２４の外周面との間に均一な空気
の膜を形成して、上記球体２４を上記軸受面２９ａ，２
９ｂより浮き上らせる。

このため、上記球体２４の中心Ｃ１は上記軸受面２９ａ
，２９ｂの曲率中心と一致して、上記球体２４が上記静
圧球面軸受２７の軸受面２９ａ，２９ｂの球面中心に支
持される。

そして上記ノズル３３ａ，３３ｂから噴出された空気は
穴３１と穴３０、隙間５８および排出孔５９と鴻経て排
出される。

一方、管５７および給気通路５５を介してノズル５４に
圧搾空気が送られると、上記半球状軸受体４１は、ばね
６２の力に抗して支持体４０のくぼみ４３（半凹球面）
より浮き上り、回動容易となり、均一な間隙を保った状
態で浮上するように作動する。

次に圧搾空気供給装置（図示せず）から給気板４７の給
気孔５１に圧搾空気を供給すると、これは半球状軸受体
４１の環状溝５０を介して各給気通路４９を経てノズル
４８から噴出される。

上記ノズル４８から噴出した圧搾空気は軸受孔４５の内
周壁と軸２１の外周面との間に均一な空気の膜を形成し
て、上記半球状軸受体４１は上記軸２１と一定の間隙を
保ちつつ、上記半球状軸受体４１の軸受孔４５の中心と
上記軸２１の軸心Ｘ−Ｘとが一致した状態で上記軸２１
を支持するように作用する。

そして上記ノズル４８から噴出された圧搾空気は穴４６
と穴４２とを経て外気へ放出され、また上記穴４２から
放出される空気は上記排出孔５９より外気へ放出される
。

このとき、上記半球状軸受体４１は容易に回動し、上記
ノズル４８から噴出される圧搾空気によって上記軸２１
に対して自動的に調心される。

次いで、上記ノズル５４に供給していた圧搾空気の量を
徐々に絞りながら停止すると、上記半球状軸受体４１は
上記軸２１に対して心合せされた状態のままで、ばね６
２の押圧力で上記くぼみ４３の凹球面に圧接せしめられ
予め摺り合わせされている両者が密着したときには実質
的に相互に固定された状態となる。

このため、上記軸２１と上記半球状軸受体４１の軸受孔
４５との軸受すきまは均一となる。

なお、上記静圧球面軸受２７および上記静圧ラジアル軸
受３９の半球状軸受体４１の各ノズル３３ａ，３３ｂ，
４８からは作動中において常に圧搾空気が噴出されてい
る。

このため、本装置は流体軸受の性能を十分に発揮するこ
とができ、特に高速回転に適している。

本発明は以上詳述したように、完全に近い形状の球体を
もつ軸に、その球体の大部分を被う球面軸受でラジアル
および二方向のスラストのそれぞれの方向の軸の動きを
流体を介して規制するとともに、ラジアル方向およびス
ラスト方向の精度すなわちがたを同一精度にすることが
でき、このことによりラジアル荷重とスラスト荷重が同
一精度で軸支でき、軽荷重はもちろんのこと特に重荷重
に対しても高い回転精度が得られる。

また、球体とこの球体を軸支する球面軸受の軸受面との
間の大部分のクリアランスが同一であるため、簡単に高
精度な静圧流体軸受構造とすることができ、高速回転が
容易に得られる。

さらに、球体の中心が軸受面の中心と一致するために自
動調心作用をも、つので調心保持手段により調心が容易
であり、また半球軸受体を固定するので作動中も高精度
が維持される軸受装置である。

さらにまた、調心の調節に際しては、上記静圧球面軸受
より離間した位置において軸を軸支する静圧ラジアル軸
受は、支持体からの流体噴出による半球状軸受体の浮上
と、この半球状軸受体からの流体噴出による軸に対する
半球状軸受体の静圧軸受としての同軸作用により、上記
半球状軸受体の軸受孔と上記軸との軸受すきまを均一に
保ちつつ自動的に調心され、その状態を保ちつつ上記支
持体からの流体噴出を漸次減少しつつ停止させることに
より、徐々に支持体の凹半球面部へ半球状軸受体の凸半
球面が調心手段であるばね力で圧接され半球状軸受体と
支持体とは固定される。

このため、上記軸、上記静圧球面軸受および上記静圧ラ
ジアル軸受のそれぞれの心合せを何ら熟練を要さずに自
動的に行うことができ、半球状軸受体を固定するので流
体軸受の性能を十分に維持発揮して安定した高精度高速
回転が容易に達成できる。

また、熱による軸の膨脹はラジアル軸受側へ逃がすこと
ができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されず、その要旨
を変更しない範囲で種々変形して実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を理解するための基本的な球面軸受を用
いた主軸の構造を示す断面図、第２図は同じくラジアル
軸受の心合せ機構を示す要部断面図、第３図は本発明の
一実施例を示す断面正面図である。 ２１・・・・・・軸、２４・・・・・・球体、２７・・
・・・・静圧球面軸受、２９ａ，２９ｂ・・・・・・軸
受面、３８・・・・・・ハウジング、３９・・・・・・
静圧ラジアル軸受、４０・・・・・・支持体、４１・・
・・・・半球状軸受体、４３・・・・・・くぼみ、４５
・・・・・・軸受孔、５４・・・・・・ノズル、６２・
・・・・・調心保持手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一端部に球体を有する軸と、上記球体の凸球面と対
   応形状に形成された凹球面状の軸受面で上記球体を囲繞
   し静圧流体を介して上記軸を回転自在に支持する静圧球
   面軸受と、上記軸の軸部を挿通する軸受孔をもつととも
   に外側面が上記軸受孔と同軸な半球面に形成されて上記
   軸を上記球体から離間した位置で静圧流体を介して回転
   自在に支持する半球状軸受体およびこの半球状軸受体の
   上記半球面に対応した凹球面のくぼみをもちかつこの凹
   球面にはここに開口して流体を噴出させるノズルが設け
   られた支持体を有する静圧ラジアル軸受と、上記静圧球
   面軸受および上記静圧ラジアル軸受を保持するハウジン
   グと、上記半球状軸受体を上記支持体に押圧する調心保
   持手段とを具備し、上記支持体はノズルから噴出する流
   体により上記半球状軸受体を浮上させ静圧流体により支
   持された軸を介して上記静圧球面軸受および上記静圧ラ
   ジアル軸受を調心し上記噴出する流体を停止させて調心
   保持手段と協働して調心状態を保持するものであること
   を特徴とする球面軸受を用いた主軸装置。