(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有し、
前記支持部材に固定される環状の外輪相当部材を有し、前記外輪相当部材の内周面に前記支持部材側転動面が形成されており、
前記切り換え機構は、
前記転動体が前記軸部材側転動面からラジアル方向の外方に離れる方向の浮力を前記転動体に与える浮力発生機構と、
前記外輪相当部材の前記支持部材側転動面がラジアル方向の内方へ移動するような予圧を付与することによって前記転動体を前記軸部材側転動面に押し付け可能な予圧付与機構と、を有し、
前記予圧を付与することにより前記接触状態にし、前記予圧の付与を解除することにより前記非接触状態にすることを特徴とする補助軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の補助軸受装置であって、
前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器を有し、
ラジアル方向の前記保持器の位置は、前記保持器が前記外輪相当部材に接触することによって規制されていることを特徴とする補助軸受装置。
【請求項３】
請求項２に記載の補助軸受装置であって、
前記保持器は、ラジアル方向に貫通した孔部を前記転動体毎に有し、
前記孔部との間に間隙を有しながら前記転動体が前記孔部に挿入されることにより、前記転動体の前記保持器に対するラジアル方向の相対移動が許容されていることを特徴とする補助軸受装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の補助軸受装置であって、
前記軸部材側転動面が設けられる内輪相当部材を有し、
前記浮力発生機構は、前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間に圧縮空気を供給することにより、ラジアル方向の外方の浮力を前記転動体に付与することを特徴とする補助軸受装置。
【請求項５】
請求項４に記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の一端側から前記圧縮空気は前記隙間に供給され、
前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の大きさよりも、アキシャル方向の他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の方が小さいことを特徴とする補助軸受装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも大きいことを特徴とする補助軸受装置。
【請求項７】
請求項４乃至６の何れかに記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも小さいことを特徴とする補助軸受装置。
【請求項８】
請求項４乃至７の何れかに記載の補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間よりも大ききことを特徴とする補助軸受装置。
【請求項９】
駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有し、
前記切り換え機構を制御する制御部を有し、
前記軸部材が、第１範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記接触状態に切り換え、前記軸部材が前記第１範囲の回転数よりも速い第２範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記非接触状態に切り換えることを特徴とする補助軸受装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の補助軸受装置であって、
前記軸部材には、ワークを加工する工具が固定され、
前記補助軸受装置は、アキシャル方向において、前記軸受よりも前記工具に近い位置に設けられていることを特徴とする補助軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械において工具が設けられる軸部材としての主軸には、加工対象のワークに応じて種々の特性が要求される。そして、場合によっては、二律背反の特性が要求されることもある。例えば、重切削や重研削をする場合には、主軸に対して高速回転性（つまり回転し易さのこと（あるいは回転抵抗が低いこと））よりも高剛性や高回転精度が要求される一方、切削荷重や研削荷重が軽い場合には、工作時間低減などが優先されて、高剛性や高回転精度よりも高速回転性が要求される。
【０００３】
この点につき、特許文献１には、主軸を支持する軸受に対して予圧付与機構を設け、主軸の回転数（ｒｐｍ）に応じて予圧の大きさを変更することが記載されている。すなわち、低速回転で重切削する場合には、予圧を大きくし、これにより、軸受の転動体を外輪及び内輪に大きな圧接力で圧接して主軸の剛性や回転精度を高める一方、高速回転で軽切削する場合には、予圧を小さくすることにより上記の圧接力を小さくして主軸の回転抵抗を低減することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−１５９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の場合には、高速回転であっても上記の軸受は主軸を支持しなければならないため、小さいながらも予圧を付与せざるを得ず、軸受の回転抵抗を大幅に下げることはできない。つまり、回転抵抗の下げ代が制限されてしまう。
【０００６】
ここで、例えば、主軸を常時支持する常用軸受以外に更に補助軸受を追加して設け、この補助軸受の主軸の支持機能を有効状態及び無効状態に切り換え可能に構成すれば、実現可能な最大剛性を大幅に拡大しながらも、高速回転性が要求される際には主軸の回転抵抗を常用軸受のみの回転抵抗まで下げることができて、これにより、常用軸受の高速回転性を最大限に引き出すことができるものと考えられる。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、駆動回転する主軸等の軸部材の実現可能な最大剛性を大幅に拡大しながらも、当該軸部材を回転可能に支持する軸受の高速回転性についても最大限に引き出し可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための主たる発明は、
駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有し、
前記支持部材に固定される環状の外輪相当部材を有し、前記外輪相当部材の内周面に前記支持部材側転動面が形成されており、
前記切り換え機構は、
前記転動体が前記軸部材側転動面からラジアル方向の外方に離れる方向の浮力を前記転動体に与える浮力発生機構と、
前記外輪相当部材の前記支持部材側転動面がラジアル方向の内方へ移動するような予圧を付与することによって前記転動体を前記軸部材側転動面に押し付け可能な予圧付与機構と、を有し、
前記予圧を付与することにより前記接触状態にし、前記予圧の付与を解除することにより前記非接触状態にすることを特徴とする補助軸受装置である。
【０００９】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、駆動回転する主軸等の軸部材の実現可能な最大剛性を大幅に拡大しながらも、当該軸部材を回転可能に支持する軸受の高速回転性についても最大限に引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の補助軸受装置１０が適用された軸部材５の支持構造の概略中心断面図である。
【図２】図２Ａは、工作機械の停止状態に相当する図１中のII部拡大図であり、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ矢視図であり、図２Ｃは、図２Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【図３】図３Ａは、工作機械の運転状態且つ補助軸受装置１０の無効状態に相当する図１中のII部拡大図であり、図３Ｂは、図３Ａ中のＢ−Ｂ矢視図であり、図３Ｃは、図３Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【図４】図４Ａは、工作機械の運転状態且つ補助軸受装置１０の有効状態に相当する図１中のII部拡大図であり、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】補助軸受装置１０が設けられた主軸５に付与される予圧の合計値と、主軸５の回転数との関係を示すグラフである。
【図６】図６Ａは、補助軸受装置１０の第１変形例に係り軸受有効状態を示す図であって図１中のII部拡大図に相当する図であり、図６Ｂは、図６Ａ中のＢ−Ｂ矢視図であり、図６Ｃは、図６Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。
【図７】図７Ａは、補助軸受装置１０の第１変形例に係り軸受無効状態を示す図であって図１中のII部拡大図に相当する図であり、図７Ｂは、図７Ａ中のＢ−Ｂ矢視図である。
【図８】補助軸受装置１０の第２変形例の説明図であって図１中のII部拡大図に相当する図である。
【図９】補助軸受装置１０の第２実施形態に係る補助軸受３１１の概略中心断面図である。
【図１０】図９中のX部拡大図である。
【図１１】第２実施形態の補助軸受装置１０の第１変形例の説明図である。
【図１２】第２実施形態の補助軸受装置１０の第２変形例の説明図である。
【図１３】第２実施形態の補助軸受装置１０を適用した工作機械の主軸５の支持構造の第１例の概略中心断面図である。
【図１４】第２実施形態の補助軸受装置１０を適用した工作機械の主軸５の支持構造の第２例の概略中心断面図である。
【図１５】特殊玉軸受４１１の概略中心断面図である。
【図１６】図１５中のXVI部拡大図である。
【図１７】図１７Ａは、一般的な転がり軸受１１’の概略中心断面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。
【図１８】転がり軸受１１’の動摩擦損失特性のグラフである。
【図１９】本願発明者が実験で取得した保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒと、転がり軸受１１’の動摩擦係数との関係のグラフである。
【図２０】常用軸受に係る予圧自動調整軸受装置４１０の構成を示す概略図である。
【図２１】図２１Ａは、補助軸受装置１０と予圧自動調整軸受装置４１０とが連携して行う予圧の制御パターンの一例の説明図であり、図２１Ｂは、常用軸受４１１，５１０の予圧の制御を主軸５の回転数Ｎ５に基づいて行った場合の予圧の制御パターンの一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。  
駆動回転する軸部材を回転可能に支持する軸受が設けられた支持部材に対して追加して補助的に設けられる補助軸受装置であって、
複数の転動体と、
前記軸部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な軸部材側転動面と、
前記支持部材に環状に設けられ前記転動体が転動可能な支持部材側転動面と、
前記転動体が前記支持部材側転動面及び前記軸部材側転動面の両者に接触する接触状態と、前記転動体が前記軸部材側転動面から浮いた状態になる非接触状態とを切り換える切り換え機構と、を有することを特徴とする補助軸受装置。
【００１３】
このような補助軸受装置によれば、軸部材に対する補助軸受装置の支持機能を、切り換え機構によって有効状態にしたり無効状態にしたりすることができる。すなわち、上記の接触状態にすれば、軸部材を補助軸受装置で支持する有効状態となり、他方、上記の非接触状態にすれば、軸部材を補助軸受装置で支持しない無効状態となる。そして、後者の無効状態を選択すれば、軸部材に余計な回転抵抗を付加しないようにすることができて、これにより、支持部材に設けられた上記軸受の固有の高速回転性を損ねずに最大限に引き出すことができる一方、前者の有効状態を選択すれば、上記の軸受のみで支持する場合と比べて、軸部材の支持剛性や回転精度を大幅に高めることができる。
【００１４】
かかる補助軸受装置であって、
前記支持部材に固定される環状の外輪相当部材を有し、前記外輪相当部材の内周面に前記支持部材側転動面が形成されており、
前記切り換え機構は、
前記転動体が前記軸部材側転動面からラジアル方向の外方に離れる方向の浮力を前記転動体に与える浮力発生機構と、
前記外輪相当部材の前記支持部材側転動面がラジアル方向の内方へ移動するような予圧を付与することによって前記転動体を前記軸部材側転動面に押し付け可能な予圧付与機構と、を有し、
前記予圧を付与することにより前記接触状態にし、前記予圧の付与を解除することにより前記非接触状態にするのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、予圧付与機構による予圧の付与及びその解除によって、補助軸受装置を有効状態と無効状態とに容易且つ確実に切り換え可能となる。
【００１５】
かかる補助軸受装置であって、
前記複数の転動体のうちで前記軸部材の回転方向に隣り合う転動体同士が互いの間に間隔を空けた状態で前記回転方向に沿って並ぶように保持する環状の保持器を有し、
ラジアル方向の前記保持器の位置は、前記保持器が前記外輪相当部材に接触することによって規制されているのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、補助軸受装置の保持器が外輪相当部材に接触することにより、ラジアル方向の保持器の位置が規制されているので、軸部材と一体となって回転する適宜な部材の方に保持器を接触させてその位置を規制せずに済む。これにより、補助軸受装置の無効状態において概ね回転停止状態の保持器が、軸部材の回転を阻害することは有効に防止され、結果、当該無効状態の選択時に最大限に発揮されるべき、上記軸受の固有の高速回転性能を、より確実に発揮させることができる。
【００１６】
かかる補助軸受装置であって、
前記保持器は、ラジアル方向に貫通した孔部を前記転動体毎に有し、
前記孔部との間に間隙を有しながら前記転動体が前記孔部に挿入されることにより、前記転動体の前記保持器に対するラジアル方向の相対移動が許容されているのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、転動体は、保持器の孔部との間に間隙を有しながら同孔部に挿入されている。よって、保持器にほぼ拘束されること無く予圧付与機構から付与される予圧に応じてラジアル方向に速やかに移動することができて、その結果、補助軸受装置に係る有効状態と無効状態との間の切り換えを円滑に行うことができる。
【００１７】
かかる補助軸受装置であって、
前記軸部材側転動面が設けられる内輪相当部材を有し、
前記浮力発生機構は、前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間に圧縮空気を供給することにより、ラジアル方向の外方の浮力を前記転動体に付与するのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、保持器と内輪相当部材との間の隙間に圧縮空気を供給するという簡単な構成によって、転動体にラジアル方向の外方の浮力を確実に付与可能となる。
【００１８】
かかる補助軸受装置であって、
アキシャル方向の一端側から前記圧縮空気は前記隙間に供給され、
前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の大きさよりも、アキシャル方向の他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間の方が小さいのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、アキシャル方向の他端側の隙間は小さいので、一端側から供給された圧縮空気は、他端側にて効果的に堰き止められ、これにより、圧縮空気の圧力を、ラジアル方向の外方の浮力に効率良く変換することができる。よって、転動体にラジアル方向の外方の浮力を確実に付与可能となる。
【００１９】
かかる補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記他端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも大きいのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、無効状態において転動体を軸部材側転動面から浮かせ易くなる。詳しくは次の通りである。先ず、保持器と内輪相当部材との間に供給された圧縮空気は、保持器の孔部と転動体との間の上記間隙を通って保持器と外輪相当部材との間の隙間に至る。そして、このとき、この隙間に圧縮空気が滞留すると、当該隙間内の圧力が高まって、保持器と内輪相当部材との間の隙間との間の圧力差が小さくなり、これにより、転動体をラジアル方向の外方に浮かせ難くなる。この点につき、上述の構成によれば、他端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間は、他端側における保持器と内輪相当部材との間の隙間よりも大きくなっているので、保持器と外輪相当部材との間の隙間の圧縮空気は、速やかに他端側から補助軸受装置の外部へと排出されて、当該隙間の圧力は低くなる。よって、上述の圧力差を発生させ易くなり、その結果、転動体を軸部材側転動面から浮かせ易くなる。
【００２０】
かかる補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記内輪相当部材との間の隙間よりも小さいのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、一端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間は、一端側における保持器と内輪相当部材との間の隙間よりも小さい。よって、一端側に隣接する供給室からの圧縮空気の供給は、概ね保持器と外輪相当部材との間の隙間に対してはなされずに、専ら保持器と内輪相当部材との間の隙間に対してなされることになる。その結果、当該保持器と内輪相当部材との間の隙間の圧力を有効に高めることができて、軸部材側転動面から転動体をより一層浮かせ易くなる。
【００２１】
かかる補助軸受装置であって、
アキシャル方向の前記一端側には、前記圧縮空気を供給するための供給室が、前記保持器に隣接して環状に区画形成されており、
アキシャル方向の前記他端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間は、前記一端側における前記保持器と前記外輪相当部材との間の隙間よりも大ききのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、アキシャル方向の他端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間は、一端側における保持器と外輪相当部材との間の隙間よりも大きくなっている。よって、保持器と外輪相当部材との間の隙間の圧縮空気は速やかに他端側から補助軸受装置の外部へと排出される。よって、保持器と外輪相当部材との間の隙間に存在する圧縮空気が、供給室へと逆流することを有効に防ぐことができる。
【００２２】
かかる補助軸受装置であって、
前記切り換え機構を制御する制御部を有し、
前記軸部材が、第１範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記接触状態に切り換え、前記軸部材が前記第１範囲の回転数よりも速い第２範囲の回転数で回転する場合には、前記制御部は、前記切り換え機構を前記非接触状態に切り換えるのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、例えば、軸部材が上記第１範囲の回転の一例として低速回転する場合には、上記の接触状態に切り換えることで軸部材の剛性及び回転精度を高める一方、軸部材が上記第２範囲の回転の一例として高速回転する場合には、上記の非接触状態に切り換えることで軸部材が回転し易い状態にすることができる。そして、かかる低速回転での支持剛性の向上や高速回転での回転性能（回転し易さ）の向上は、特に工作機械で要求されることであり、よって、上述のように軸部材の回転数に基づいて接触状態及び非接触状態を切り換える補助軸受装置は、工作機械に好適なものとなる。
【００２３】
かかる補助軸受装置であって、
前記軸部材には、ワークを加工する工具が固定され、
前記補助軸受装置は、アキシャル方向において、前記軸受よりも前記工具に近い位置に設けられているのが望ましい。  
このような補助軸受装置によれば、補助軸受装置は、工具に近い位置に設けられている。よって、ワークの加工時の加工荷重が大きい場合には、補助軸受装置を上記の接触状態に切り換えれば、工具から近い位置で軸部材の剛性を高めることができて、これにより、当該加工荷重をしっかりと受け止めることができる。よって、加工時の軸部材の支持安定性を高めることができる。
【００２４】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、第１実施形態の補助軸受装置１０が適用された軸部材５の支持構造の概略中心断面図である。また、図２Ａは、図１中のII部拡大図であり、工作機械の停止状態を示している。そして、図２Ｂは、図２Ａ中のＢ−Ｂ矢視図であり、図２Ｃは、図２Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。なお、図３Ａも、図１中のII部拡大図であるが、工作機械の運転状態であって補助軸受装置１０の無効状態を示している。そして、図３Ｂは、図３Ａ中のＢ−Ｂ矢視図であり、図３Ｃは、図３Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。更に、図４Ａも、図１中のII部拡大図であるが、工作機械の運転状態であって補助軸受装置１０の有効状態を示している。そして、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ−Ｂ矢視図である。
【００２５】
なお、以下の説明では、補助軸受装置１０に係る軸受１１の軸方向のことを「アキシャル方向」又は「前後方向」と言い、同軸受１１の半径方向のことを「ラジアル方向」又は「内外方向」と言い、同軸受１１の周方向のことを単に「周方向」とも言う。なお、この周方向は、軸受１１の「回転方向」に相当する。また、以下で用いる断面図については、本来断面部に示すべきハッチングの一部を、図の錯綜防止目的で省略していることがある。
【００２６】
この第１実施形態では、補助軸受装置１０は工作機械の主軸５（軸部材に相当）の支持に適用されている。すなわち、工作機械は、ハウジング３（支持部材に相当）と主軸５との間に介装されて主軸５を常時支持する常用軸受５１０を有し、当該常用軸受５１０に追加される形で補助軸受装置１０が設けられている。なお、この例では、常用軸受５１０には、ラジアル荷重及びアキシャル荷重を受け止め可能な一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０が使用されているが、何等これに限らない。例えば四点接触玉軸受や円筒ころ軸受を用いても良いし、更には、これら転がり軸受以外に、滑り軸受や空気軸受を用いても良い。
【００２７】
補助軸受装置１０は、アキシャル方向において常用軸受５１０の支持位置よりも主軸５の工具に近い位置を支持位置として配された補助軸受１１と、この補助軸受１１が主軸５を支持する「軸受有効状態」及び支持しない「軸受無効状態」のどちらかを択一的に選択して切り換える切り換え機構と、切り換え機構を制御する制御部９０と、を有している。
【００２８】
補助軸受１１は、図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、例えば転動体５０が円柱体の円筒ころ軸受であり、内輪相当部材としての内輪２０と、外輪相当部材としての外輪３０と、複数の円柱形状の転動体５０，５０…と、保持器６０と、を有する。内輪２０は、円環状部材であり、その内周側に主軸５が通されて同主軸５に内輪２０が同芯且つ相対移動不能に固定されている。そして、内輪２０の外周面には転動体５０が転動する内輪側転動面２０ａ（軸部材側転動面に相当）が、周方向の全周に亘って形成されている。外輪３０も、円環状部材であり、上記のハウジング３の取り付け孔３ｈ（図１）に設けられている。そして、外輪３０の内周面には、周方向の全周に亘って円環状の溝部３０ｔが形成されており、この溝部３０ｔの底面３０ｔｂを、外輪側転動面３０ａ（支持部材側転動面に相当）として転動体５０が転動するようになっている。なお、転動体５０のアキシャル方向の移動は、溝部３０ｔの一対の側面３０ｔｓ，３０ｔｓによって規制されている。転動体５０は、断面正円形状の円柱体であり、その自転軸Ｃ５０の向きをアキシャル方向と平行に向かせつつ、内輪２０と外輪３０との間に介装されている。保持器６０は、周方向（回転方向）に互いに隣り合う転動体５０，５０同士の接触を防ぐべく、同転動体５０，５０同士が互いの間に間隔を空けた状態で周方向に沿って並ぶように保持するものである。具体的には、保持器６０は、円環状部材を本体とし、かかる保持器６０には、転動体５０を挿入する複数の孔部６０ｈが各転動体５０に対応させてそれぞれラジアル方向に貫通形成されている。ちなみに、各孔部６０ｈの孔形状は、転動体５０が円柱体であることから、この円柱体形状に対応させて矩形形状に形成されている。
【００２９】
切り換え機構は、転動体５０が内輪側転動面２０ａからラジアル方向の外方に離れる方向の浮力を転動体５０に与える浮力発生機構７０と、外輪側転動面３０ａが転動体５０をラジアル方向の内方に押すような力を、予圧として外輪側転動面３０ａに付与することにより、転動体５０を内輪側転動面２０ａに押し付け可能な予圧付与機構８０と、を有している。
【００３０】
そして、基本的には、浮力は工作機械の運転中に亘って転動体５０に付与されている。また、予圧を付与しない状態においては、図３Ａ及び図３Ｂのように内輪側転動面２０ａ或いは外輪側転動面３０ａと転動体５０との間には隙間Ｇ５０が形成されるような寸法に内輪２０及び外輪３０は形成されている。例えば、内輪側転動面２０ａと外輪側転動面３０ａとの間のラジアル方向の間隔Ｄ２３は、転動体５０の直径Ｄ５０よりも若干大きくなるように設定されている。
【００３１】
よって、同図３Ａ及び図３Ｂに示すように浮力によって転動体５０が内輪側転動面２０ａから離れた状態において、図４Ａ及び図４Ｂのように予圧を付与すれば、外輪側転動面３０ａが転動体５０を内輪側転動面２０ａに押し付けるので、これら両方の転動面３０ａ,２０ａに転動体５０が接触した接触状態となって、これにより、当該補助軸受１１が主軸５を支持する軸受有効状態になる。一方、予圧を解除すれば、図３Ａ及び図３Ｂのように外輪側転動面３０ａは外輪３０の弾性復元変形などに基づいてラジアル方向の外方へ復位するとともに、転動体５０は、上記の浮力に基づいて内輪側転動面２０ａから浮いた状態の非接触状態となって、これにより、当該補助軸受１１が主軸５を支持しない軸受無効状態となる。そして、前者の軸受有効状態においては（図４Ａ及び図４Ｂ）、常用軸受５１０に加えてこの補助軸受１１も主軸５の支持に大きく寄与するので、主軸５の剛性を大幅に高めることができる一方、後者の軸受無効状態においては（図３Ａ及び図３Ｂ）、この補助軸受１１は主軸５の支持に全く寄与しなくなるため、この補助軸受１１起因で主軸５の回転抵抗が増大することは無く、結果、回転抵抗は常用軸受５１０に固有の回転抵抗のみとなり、これにより常用軸受５１０の固有の高速回転性能を最大限に発揮可能となる。つまり、あたかも補助軸受装置１０が全く存在しないかのような高速回転性能を実現することができる。
【００３２】
なお、浮力発生機構７０は、例えば圧縮空気を保持器６０と内輪２０との間の隙間Ｓ２０（以下、内輪側隙間Ｓ２０とも言う）に供給する供給室Ｒ７０を有する（図３Ａ）。そして、この供給室Ｒ７０には適宜な流路３ｋａ，７ｃｋａ（図１３）を介して圧縮空気が例えば所定圧力で常時供給されている。よって、この内輪側隙間Ｓ２０の圧縮空気の圧力がラジアル方向の外方の浮力として転動体５０に作用し、これにより、予圧の解除下においては、図３Ａ及び図３Ｂの如く転動体５０はラジアル方向の外方へと移動されて内輪側転動面２０ａから浮き上がった非接触状態となる。なお、以下では、上記の「内輪側隙間Ｓ２０」に対応させて、保持器６０と外輪３０との間の隙間Ｓ３０のことを「外輪側隙間Ｓ３０」とも言う。
【００３３】
上述の供給室Ｒ７０は、保持器６０及び外輪３０（場合によっては更に内輪２０）に対してアキシャル方向の一端側の方から隣接して環状に区画形成されている。また、図３Ａに示すようにアキシャル方向の他端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ２は、一端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ１よりも小さく設定されている。よって、一端側の内輪側隙間Ｓ２０を通って供給された圧縮空気は、他端側において有効に堰き止められ、これにより、圧縮空気の圧力を、ラジアル方向の外方の浮力に効率良く変換することができる。かかる内輪側隙間Ｓ２０を他端側にて小さくし得る構造例としては、保持器６０の内周面６０ａにおけるアキシャル方向の他端部にラジアル方向の内方に突出する環状の壁部６０ｗ２を設けることが挙げられ、ここではそのようにしている。
【００３４】
また、既述のように保持器６０には転動体５０を挿入する孔部６０ｈが転動体５０毎に形成されている。そして、図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、この孔部６０ｈは、その形状がラジアル方向に亘って同形のストレート孔であるとともに、転動体５０との間には微小間隙Ｇ６０ｈが設けられている。よって、転動体５０の孔部６０ｈに対するラジアル方向の相対移動は許容されており、これにより、予圧の付与によって外輪側転動面３０ａから押された際に、転動体５０は内輪側転動面２０ａへと円滑に移動する。
【００３５】
但し、内輪側隙間Ｓ２０に供給した圧縮空気が、この孔部６０ｈの微小間隙Ｇ６０ｈを通って外輪側隙間Ｓ３０に漏出して当該外輪側隙間Ｓ３０に滞留する虞があり、そうすると、内輪側隙間Ｓ２０との間で圧力差が生じ難くなって転動体５０が内輪側転動面２０ａから浮き上がり難くなる。そのため、アキシャル方向の他端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ２は、同他端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ２よりも大きく設定されており、これにより、外輪側隙間Ｓ３０に漏れ出た圧縮空気を速やかに補助軸受１１の外へと排出するようにしている。
【００３６】
また、外輪側隙間Ｓ３０の圧縮空気が供給室Ｒ７０へと逆流しないように、一端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ１は、他端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ２よりも小さくなっている。すなわち、一端部には、保持器６０の外周面６０ｂからラジアル方向の外方に突出する環状の壁部６０ｗ１が設けられており、これにより、外輪側隙間Ｓ３０の大きさは一端側において小さく絞られている。よって、外輪側隙間Ｓ３０の圧縮空気は一端側において有効に堰き止められ、これにより、外輪側隙間Ｓ３０の圧縮空気は、他端側から速やかに補助軸受１１の外へと排出される。
【００３７】
更に、上述の壁部６０ｗ１によって一端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさは、一端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ１よりも小さく設定されている。よって、供給室Ｒ７０の圧縮空気は、専ら内輪側隙間Ｓ２０へと供給されて、これにより、内輪側隙間Ｓ２０の圧力を有効に高めることができて、その結果、ラジアル方向の浮力を効率良く転動体５０に付与することができる。
【００３８】
また、同壁部６０ｗ１によって、一端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ１は、他端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ２よりも小さく設定されている。すなわち、既述のように他端側にも、保持器６０の内周面６０ａからラジアル方向の内方に突出する環状の壁部６０ｗ２が設けられているが、この壁部６０ｗ２の位置における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ２は、上述の一端側の壁部６０ｗ１の位置における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ１よりも大きく設定されている。そして、これにより、保持器６０のラジアル方向の移動は、専ら保持器６０の上記壁部６０ｗ１と外輪３０の内周面３０ｂとの当接によって規制され、保持器６０が内輪２０の外周面２０ｂと当接することがないようにされている。よって、軸受無効状態下において概ね回転停止中の保持器６０が、主軸５と一体となって回転する内輪２０に当接して内輪２０の回転を阻害することは確実に防止され、このことも、補助軸受１１の無効状態下において、常用軸受５１０の固有の高速回転性能を発揮することに大きく寄与する。
【００３９】
なお、上述の圧縮空気中に潤滑油を含ませても良く、そうすれば、補助軸受１１の損傷を有効に防ぐことができる。
【００４０】
予圧付与機構８０は、例えば、外輪側転動面３０ａがラジアル方向の内方へ移動するような外力を予圧として補助軸受１１に付与可能なアクチュエータ８２を有する。そして、この予圧の付与による外輪側転動面３０ａの移動を介して、転動体５０を内輪側転動面２０ａに押し付け、これにより、外輪３０と転動体５０と内輪２０とを圧接する。上述のアクチュエータ８２は、後述の制御部９０から送信される予圧の制御信号Ｓ９０に基づいて作動する。なお、かかる予圧付与機構８０には、種々の周知構成を用いることができる。そして、ここでは周知構成の説明については省略するが、新規な予圧付与機構３８０の構成については後述する。
【００４１】
制御部９０は、主に予圧付与機構８０の動作を制御するものであり、例えばコンピュータやＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等である。また、制御部９０には不図示の操作盤が付属しており、操作盤は、操作ボタンとして、軸受有効状態に対応して軸受有効モードボタンと、軸受無孔状態に対応して軸受無効モードボタンとを有している。そして、作業者のボタン操作により軸受有効モードが選択されると、制御部９０は、予圧の制御信号Ｓ９０として例えば所定の大きさの予圧の値を予圧付与機構８０へ向けて送信する。すると、予圧付与機構８０のアクチュエータ８２は補助軸受１１に予圧を付与して、当該補助軸受１１は、主軸５を支持する軸受有効状態となる。一方、軸受無効モードが選択されると、制御部９０は、予圧の制御信号Ｓ９０として例えば零値を予圧付与機構８０へ向けて送信する。すると、予圧付与機構８０のアクチュエータ８２は補助軸受１１への予圧の付与を解除して、当該補助軸受１１は、主軸５を支持しない軸受無効状態となる。
【００４２】
なお、かかる切り換え動作は、何等作業者のボタン操作に限るものではなく、制御部９０が自動で行うようにしても良い。例えば、図５のグラフに示すように、主軸５の回転数に連動させて自動的に切り換えるようにしても良い。詳しく説明すると、先ず、主軸５の回転数を検出するパルスジェネレータやエンコーダ等の回転数検出センサーを設け、このセンサーが計測した主軸５の回転数の計測データをリアルタイムで制御部９０へ送信する。そして、この計測データの回転数の計測値が、予め制御部９０のメモリに格納されてなる閾値Ｎｔｈ以下の場合には、制御部９０は、軸受有効モードを選択して、予圧付与機構８０のアクチュエータ８２に予圧の制御信号Ｓ９０として所定の大きさの予圧の値を送信する。一方、回転数が上記閾値Ｎｔｈを超える場合には、制御部９０は、軸受無効モードを選択して、予圧付与機構８０のアクチュエータ８２に予圧の制御信号Ｓ９０として零値を送信する。そして、このようにすれば、一般に低速回転でなされる重切削に対しては、自動的に主軸５が高剛性に切り換えられる一方、一般に高速回転でなされる軽切削に対しては、自動的に主軸５の回転抵抗が低減するように切り換えられることになる。
【００４３】
そして、その結果として、補助軸受１１及び常用軸受５１０を有する主軸５の支持構造は、図５のグラフのような剛性特性を奏するようになる。グラフの縦軸は主軸５の支持に寄与する予圧の合計値であり、横軸は主軸５の回転数である。高速回転域では、所謂定位置予圧法に基づいて常用軸受５１０の予圧のみが作用するので、予圧の合計値は低くなっており、これにより高速回転性能が担保されているが、低速回転域では、これに加えて補助軸受１１の予圧も作用するので、予圧の合計値は大幅に高くなっており、これにより、高速回転性の代わりに高剛性が担保されるようになっている。
【００４４】
図６Ａ乃至図７Ｂは、補助軸受装置１０の第１変形例の説明図である。図６Ａは、図１中のII部拡大図に相当する図であり、軸受有効状態を示している。また、図６Ｂは、図６Ａ中のＢ−Ｂ矢視図であり、図６Ｃは、図６Ｂ中のＣ−Ｃ矢視図である。なお、図７Ａも、図１中のII部拡大図に相当する図であるが、軸受無効状態を示している。そして、図７Ｂは、図７Ａ中のＢ−Ｂ矢視図である。
【００４５】
この第１変形例では、補助軸受１１１として四点接触玉軸受が使用されており、主にこの点で第１実施形態と相違し、これ以外の構成は概ね第１実施形態と同様である。よって、以下の説明では、この相違点について主に説明し、同じ内容についての説明は省略する。
【００４６】
図６Ａ乃至図６Ｃのように四点接触玉軸受であることから、球状の各転動体１５０は、内輪１２０（内輪相当部材に相当）の外周面に凹設された内輪側転動面１２０ａにおいてアキシャル方向の二箇所の位置を接触位置Ｐ１，Ｐ２としてそれぞれ接触角α１及びα２で接触し、また、外輪１３０（外輪相当部材に相当）の内周面に凹設された外輪側転動面１３０ａにおいてもアキシャル方向の二箇所にてそれぞれ接触角α３及びα４で接触している。そして、かかる内輪側転動面１２０ａ（軸部材側転動面に相当）の各接触位置Ｐ１，Ｐ２は、転動体１５０の球心Ｃ１５０の位置をアキシャル方向の両側から挟むように位置されている一方、外輪側転動面１３０ａ（支持部材側転動面に相当）の各接触位置Ｐ３，Ｐ４も、転動体１５０の球心Ｃ１５０の位置をアキシャル方向の両側から挟むように位置されている。よって、主軸５に作用するラジアル荷重を受け止め可能であるとともに、両方向のアキシャル荷重も受け止め可能である。
【００４７】
また、この第１変形例でも、浮力は、工作機械の運転中に亘って転動体１５０に付与されている。そして、図７Ａ及び図７Ｂの如き予圧を付与しない状態においては、内輪側転動面１２０ａ或いは外輪側転動面１３０ａと転動体１５０との間に隙間Ｇ１５０が形成されるような寸法に内輪１２０及び外輪１３０は形成されている。例えば、内輪側転動面１２０ａと外輪側転動面１３０ａとの間の間隔Ｄ１２１３であって、転動体１５０の球心Ｃ１５０の位置を通る直線上での間隔Ｄ１２１３は、転動体１５０の直径Ｄ１５０よりも若干大きくなるように設計されている。よって、予圧を付与しない軸受無効状態においては、浮力発生機構７０の圧縮空気の作用により転動体１５０を内輪側転動面１２０ａから確実に浮かせることができて、これにより、かかる補助軸受１１１を確実に軸受無効状態にすることができる。
【００４８】
また、内輪１２０と外輪１３０と保持器１６０と転動体１５０とを図６Ａの状態まで組み立てる際の組み付け性の観点からは、望ましくは、内輪１２０又は外輪１３０の少なくとも一方を、二つの接触位置Ｐ１，Ｐ２（Ｐ３，Ｐ４）同士の間の位置を分割位置Ｐｂとして２分割された一対の円環状分割体１３０ｐ１，１３０ｐ２で構成すると良い。図６Ａの例では、外輪１３０が２分割されているが、内輪１２０を２分割しても良い。
【００４９】
なお、保持器１６０については、各転動体１５０を挿入する孔部１６０ｈが、転動体１５０の形状たる球状に対応させて正円形状のストレート孔に形成されている点を除けば、第１実施形態の保持器６０と同構造であるので、その説明については省略する。
【００５０】
図８は、補助軸受装置１０の第２変形例の説明図であり、図１中のII部拡大図に相当する図である。この第２変形例では、補助軸受２１１としてアンギュラ玉軸受が使用されており、主にこの点で第１実施形態と相違し、これ以外の構成は概ね第１実施形態と同様である。よって、以下の説明では、この相違点について主に説明し、同じ内容についての説明は省略する。
【００５１】
アンギュラ玉軸受であることから、各転動体２５０は、内輪２２０の外周面に略円弧状に形成された内輪側転動面２２０ａにおいてアキシャル方向の一箇所の位置を接触位置Ｐ１として接触角α１で接触し、また、外輪２３０（外輪相当部材に相当）の内周面に略円弧状に形成された外輪側転動面２３０ａにおいてもアキシャル方向の一箇所を接触位置Ｐ４として接触角α４で接触している。そして、かかる内輪側転動面２２０ａ（軸部材側転動面に相当）の接触位置Ｐ１と外輪側転動面２３０ａ（支持部材側転動面に相当）の接触位置Ｐ４とは、転動体２５０の球心Ｃ２５０の位置をアキシャル方向の両側から挟むように位置されている。よって、主軸５に作用するラジアル荷重を受け止め可能であるとともに、片方向のアキシャル荷重も受け止め可能である。
【００５２】
また、この第２変形例でも、浮力は、工作機械の運転中に亘って転動体２５０に付与されている。そして、予圧を付与しない状態においては、前述の第１変形例の場合と同様に、内輪側転動面２２０ａ或いは外輪側転動面２３０ａと転動体２５０との間に隙間が形成されるような寸法に内輪２２０及び外輪２３０は形成されている。よって、浮力発生機構７０の圧縮空気の作用により転動体２５０を内輪側転動面２２０ａから確実に浮かせることができて、これにより、かかる補助軸受２１１を確実に軸受無効状態にすることができる。
【００５３】
また、保持器２６０については、各転動体２５０を挿入する孔部２６０ｈが、転動体２５０の形状たる球状に対応させて正円形状のストレート孔に形成されている点を除けば、第１実施形態の保持器６０と同構造であるので、その説明については省略する。
【００５４】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図９及び図１０は、補助軸受装置１０の第２実施形態の説明図である。この第２実施形態では、補助軸受３１１に予圧を付与する予圧付与機構３８０の一部が補助軸受３１１に内蔵されており、主にこの点で第１実施形態と相違し、これ以外の構成は概ね第１実施形態と同様である。よって、以下の説明では、この相違点について主に説明し、同じ内容についての説明は省略する。
【００５５】
図９は、補助軸受３１１の概略中心断面図である。また、図１０は、図９中のX部拡大図である。  
この補助軸受３１１は、所謂単列円筒ころ軸受の範疇に属する。すなわち、単列であることから、内輪側転動面３２０ａと外輪側転動面３３０ａとの間には、複数の転動体３５０が周方向に一列に並んだ状態で配置されている。また、円筒ころ軸受３１１であることから、転動体３５０として、断面形状が正円形状の円柱体が使用されているとともに、転動体３５０の回転軸Ｃ３５０はアキシャル方向と平行になっている。これにより、ラジアル荷重の高い支持能力を発揮する。なお、周方向に互いに隣り合う転動体３５０，３５０同士の接触は、円環状の保持器３６０によって回避されている。例えば、保持器３６０は、転動体３５０を収容する孔部３６０ｈを転動体３５０毎に有し、これにより転動体３５０，３５０同士の接触を回避する。
【００５６】
図９に示すように、内輪側転動面３２０ａ（軸部材側転動面に相当）は、主軸５の断面正円形状の外周面に直接形成されている。つまり、この例では内輪は省略されており、これにより、主軸５の回転精度及び剛性の向上が図られている。かかる内輪側転動面３２０ａは、アキシャル方向に平行であり、同転動面３２０ａには転動体３５０が転動する。なお、この主軸５の外周面のうちで内輪側転動面３２０ａが形成されている部分が、請求項に係る「内輪相当部材」に相当し、以下では、主軸５の外周面のことを「内輪相当部材３２０」とも言う。また、この例では内輪を省略しているが、内輪を設けても良い。
【００５７】
外輪３３０（外輪相当部材に相当）は、全体として断面正円形状の鋼製円筒体をなしており、詳しくは、転動体３５０が転動する転動面３３０ａを内周面に有する円環状の環状部３３２と、工作機械のハウジング３に外輪３３０を固定するための固定部３３６と、を有する。固定部３３６は、上記の環状部３３２におけるアキシャル方向の他端部３３２ｅｂに一体に連続しつつラジアル方向の外方に円環状に突出した突出部３３６であり、例えば、突出部３３６のアキシャル方向の他端面３３６ｅをハウジング３のアキシャル方向の一端面に当接されて外輪１３０はハウジング３に固定される。そして、この固定状態においては、主軸５に作用するラジアル荷重は、内輪相当部材３２０及び転動体３５０を介して外輪３３０の環状部３３２及び固定部３３６（突出部３３６）に順次伝達され、当該固定部３３６を通して速やかにハウジング３に伝達される（図１３を参照）。よって、主軸５に作用するラジアル荷重をハウジング３に確実に支持させることができる。
【００５８】
図１０に示すように、環状部３３２の内周面には、凹状に溝部３３２ｔが周方向の全周に亘って形成されている。そして、この溝部３３２ｔの底面３３２ｔｂはアキシャル方向と平行に形成されており、かかる底面３３２ｔｂを外輪側転動面３３０ａ（支持部材側転動面に相当）として転動体３５０が転動する。また、外輪側転動面３３０ａのアキシャル方向の両脇には、それぞれ溝部３３２ｔの側面３３２ｔｓ，３３２ｔｓが有るので、各側面３３２ｔｓ，３３２ｔｓに転動体３５０の端面が当接して転動体３５０のアキシャル方向の移動が規制される。
【００５９】
環状部３３２の外周面３３２ｂには、予圧付与機構３８０の一部が設けられている。かかる予圧付与機構３８０の一部は、環状部３３２の外周面３３２ｂとの間に所定の隙間Ｇ３４０をあけながら対向配置された金属製のリング状部材３４０を本体とし、かかるリング状部材３４０と環状部３３２との間には円環状の圧力室Ｒ３４０が区画されている。よって、圧力室Ｒ３４０に加圧流体を供給して環状部３３２を縮径変形することにより、環状部３３２の外輪側転動面３３０ａにて転動体３５０は内輪相当部材３２０（前述したが、内輪側転動面３２０ａが直接形成された主軸５の外周面のこと）の方へ押圧されて、その結果、転動体３５０は外輪３３０及び内輪相当部材３２０に圧接された状態となる。
【００６０】
そして、上述から明らかなように、かかる圧接過程においては、金属接触部分同士の相対移動はほぼ皆無であり、所謂スティックスリップ現象は発生し難い。そのため、加圧流体の供給圧の増減に連動して、転動体３５０と外輪３３０及び内輪相当部材３２０との圧接力は円滑且つ速やかに変化するようになる。その結果、圧接力を正確に付与することができて、圧接力の変更（予圧の変更）を正確に行うことができる。
【００６１】
また、予圧を付与しない状態、つまり加圧流体を圧力室Ｒ３４０に供給しない状態においては、主軸５の内輪側転動面３２０ａ或いは外輪３３０の環状部３３２の外輪側転動面３３０ａと転動体３５０との間に隙間が形成されるような寸法に主軸５の内輪側転動面３２０ａ及び外輪３３０の環状部３３２は形成されている。例えば、内輪側転動面３２０ａと外輪側転動面３３０ａとの間のラジアル方向の間隔Ｄ３２３３は、転動体３５０の直径Ｄ３５０よりも若干大きくなるように設計されている。よって、予圧を付与しない状態においては、既述の浮力発生機構７０に係る圧縮空気の作用により転動体３５０を内輪側転動面３２０ａから確実に浮かせることができて、これにより、かかる補助軸受３１１を確実に軸受無効状態にすることができる。
【００６２】
図１０に示すように、リング状部材３４０におけるアキシャル方向の両端部には、それぞれ、圧力室Ｒ３４０から外部への加圧流体の漏出を防ぐパッキン３４７，３４７が設けられている。すなわち、リング状部材３４０の内周面の両端部には、それぞれ全周に亘って溝３４０ｔ，３４０ｔが形成され、各溝３４０ｔには環状のパッキン３４７が挿入されている。そして、同パッキン３４７は、環状部３３２の外周面３３２ｂと溝３４０ｔの底面との両者に当接されつつ若干弾性圧縮変形した状態でこれら環状部３３２とリング状部材３４０との間に介装されており、これにより、圧力室Ｒ３４０からの加圧流体の漏出は有効に防止される。また、かかるパッキン３４７の介装によって、環状部３３２とリング状部材３４０とは非接触状態に保持されており、更に、同パッキン３４７はゴム製或いは樹脂製である。よって、環状部３３２及びリング状部材３４０の両者が金属製である場合に、これらの間の金属接触に起因したスティックスリップ現象の発生を確実に回避することができる。
【００６３】
圧力室Ｒ３４０への加圧流体の供給は、外輪３３０内に穿孔された供給孔３３０ｈを通して行われる。すなわち、この図１０の例では、アキシャル方向に沿った供給孔３３０ｈが環状部３３２及び固定部３３６に形成されており、供給孔３３０ｈの一端開口は圧力室Ｒ３４０に至り、他端開口は、固定部３３６の他端面３３６ｅに至っている。そして、かかる供給孔３４０ｈの他端開口に、例えばハウジング３に穿孔された加圧流体の流路３ｋ（図１３）を接続することで、圧力室Ｒ３４０に加圧流体を供給可能となる。供給孔３４０ｈの数は、一つでも良いし複数でも良い。また、場合によっては、上記の供給孔３３０ｈに代えてリング状部材３４０の方に供給孔を形成しても良い。加圧流体としては、油圧に用いる作動油が一般的であるが、圧縮空気でも良いし、これら以外の流体でも良い。
【００６４】
なお、上述のハウジング３に穿孔された加圧流体の流路３ｋ（図１３）も、上述のリング状部材３４０と同様に、予圧付与機構３８０の一部をなす。詳しくは、予圧付与機構３８０は、上記のリング状部材３４０と、上記のハウジング３内の流路３ｋと、この流路３ｋに接続される適宜な配管等の不図示の流路形成部材と、この流路形成部材に接続されて加圧流体の供給源となる不図示のポンプと、上記流路形成部材の一部に設けられた不図示の圧力調整弁と、を有している。そして、圧力調整弁は、前述の制御部９０から送信される予圧の制御信号Ｓ９０に基づいて、圧力室Ｒ３４０への供給圧を調整する。よって、かかる供給圧の調整により、転動体３５０と外輪３３０及び内輪相当部材３２０との圧接力を所望の任意値に調整することができる。つまり、所定の大きさの予圧を軸受３１１に付与することができる。
【００６５】
なお、保持器３６０については、第１実施形態の保持器６０と同構造であるので、その説明については省略する。また、当該保持器３６０や外輪３３０のアキシャル方向の一端側に隣接して浮力発生機構７０に係る供給室Ｒ７０が位置している点や、この供給室Ｒ７０から保持器３６０と内輪相当部材３２０との間の内輪側隙間Ｓ２０に圧縮空気が供給される点についても、第１実施形態と同様であるので、その説明についても省略する。
【００６６】
図１１は、第２実施形態の補助軸受装置１０の第１変形例の説明図である。この第１変形例は、四点接触玉軸受の範疇に入るように第２実施形態の補助軸受３１１を変更したものであり、主にこの点で第２実施形態と相違し、これ以外の構成は概ね第２実施形態と同様である。よって、以下の説明では、この相違点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付してその説明については省略する。
【００６７】
図１１に示すように、四点接触玉軸受であることから、球状の各転動体３５０ａは、主軸５の外周面に直接凹状に形成された内輪側転動面３２０ａにおいてアキシャル方向の二箇所の位置を接触位置Ｐ１，Ｐ２としてそれぞれ接触角α１及びα２で接触し、また、外輪３３０の環状部３３２の内周面に凹設された外輪側転動面３３０ａにおいてもアキシャル方向の二箇所の位置を接触位置Ｐ３，Ｐ４としてそれぞれ接触角α３及びα４で接触している。そして、かかる内輪側転動面３２０ａの各接触位置Ｐ１，Ｐ２は、転動体３５０ａの球心Ｃ３５０ａの位置をアキシャル方向の両側から挟むように位置されている一方、外輪側転動面３３０ａの各接触位置Ｐ３，Ｐ４も、転動体３５０ａの球心Ｃ３５０ａの位置をアキシャル方向の両側から挟むように位置されている。よって、主軸５に作用するラジアル荷重を受け止め可能であるとともに、両方向のアキシャル荷重も受け止め可能である。
【００６８】
また、予圧を付与しない状態、つまり加圧流体を圧力室Ｒ３４０に供給しない状態においては、主軸５の内輪側転動面３２０ａ或いは外輪３３０の環状部３３２の外輪側転動面３３０ａと転動体３５０ａとの間に隙間が形成されるような寸法に主軸５の内輪側転動面３２０ａ及び外輪３３０の環状部３３２は形成されている。例えば、内輪側転動面３２０ａと外輪側転動面３３０ａとの間の間隔Ｄ３２３３であって、転動体３５０ａの球心Ｃ３５０ａの位置を通る直線上の間隔Ｄ３２３３は、転動体３５０ａの直径Ｄ３５０ａよりも若干大きくなるように設定されている。よって、予圧を付与しない状態においては、浮力発生機構７０の圧縮空気の作用により転動体３５０ａを内輪側転動面３２０ａから確実に浮かせることができて、これにより、かかる補助軸受３１１ａを確実に軸受無効状態にすることができる。
【００６９】
図１２は、第２実施形態の補助軸受装置１０の第２変形例の説明図である。この第２変形例は、アンギュラ玉軸受の範疇に入るように第２実施形態の補助軸受３１１を変更したものであり、主にこの点で第２実施形態と相違し、これ以外の構成は概ね第２実施形態と同様である。よって、以下の説明では、この相違点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付してその説明については省略する。
【００７０】
図１２に示すように、アンギュラ玉軸受であることから、球状の各転動体３５０ａは、主軸５の外周面に直接略円弧状に形成された内輪側転動面３２０ａにおいてアキシャル方向の一箇所の位置を接触位置Ｐ１として接触角α１で接触し、また、外輪３３０の環状部３３２の内周面に略円弧状に形成された外輪側転動面３３０ａにおいてもアキシャル方向の一箇所の位置を接触位置Ｐ４として接触角α４で接触している。そして、かかる内輪側転動面３２０ａの接触位置Ｐ１と外輪側転動面３３０ａの接触位置Ｐ４とは、転動体３５０ａの球心Ｃ３５０ａの位置をアキシャル方向の両側から挟むように位置されている。よって、主軸５に作用するラジアル荷重を受け止め可能であるとともに、片方向のアキシャル荷重も受け止め可能である。
【００７１】
また、予圧を付与しない状態、つまり加圧流体を圧力室Ｒ３４０に供給しない状態においては、主軸５の内輪側転動面３２０ａ或いは外輪３３０の環状部３３２の外輪側転動面３３０ａと転動体３５０ａとの間に隙間が形成されるような寸法に主軸５の内輪側転動面３２０ａ及び外輪３３０の環状部３３２は形成されている。例えば、内輪側転動面３２０ａと外輪側転動面３３０ａとの間の間隔Ｄ３２３３であって、転動体３５０ａの球心Ｃ３５０ａの位置を通る直線上の間隔Ｄ３２３３は、転動体３５０ａの直径Ｄ３５０ａよりも若干大きくなるように設定されている。よって、予圧を付与しない状態においては、浮力発生機構７０の圧縮空気の作用により転動体３５０ａを内輪側転動面３２０ａから確実に浮かせることができて、これにより、かかる補助軸受３１１ｂを確実に軸受無効状態にすることができる。
【００７２】
図１３は、前述の第２実施形態の補助軸受装置１０を適用した工作機械の主軸５の支持構造の第１例の概略中心断面図である。なお、主軸５の軸芯Ｃ５は、この補助軸受装置１０に係る補助軸受３１１のアキシャル方向に沿っており、以下では、アキシャル方向の両端のうちで工具が取り付けられる側（図１３中では左側）のことを「一端側」と言い、その逆側（図１３中では右側）のことを「他端側」と言う。
【００７３】
図１３に示すように、この主軸５の支持構造では、主軸５を常時支持する常用軸受として、一対の単列アンギュラ玉軸受５１０，５１０が背面組み合わせで使用されている。よって、基本的には、これらアンギュラ玉軸受５１０，５１０によって主軸５は支持される。すなわち、主軸５に作用するラジアル荷重及びアキシャル荷重は、これら一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０によって受け止められる。
【００７４】
但し、この工作機械では、主軸５におけるアキシャル方向の一端部５ｅａに、不図示の工具が取り付けられることから、重切削の時などに、当該一端部５ｅａに大きなラジアル荷重が作用する虞がある。そのため、上述のアンギュラ玉軸受５１０，５１０の支持位置よりもアキシャル方向の一端寄りの位置を支持位置として、補助軸受装置１０に係る補助軸受３１１が設けられている。より詳しくは、主軸５は一端側に工具のテーパー円錐形状の保持部（不図示）を収容固定するためのテーパー円錐形状の孔部５ｈを有し、この孔部５ｈに対応するアキシャル方向の位置が支持位置となるように補助軸受３１１が配置されている。そして、この補助軸受３１１は、既述のように単列円筒ころ軸受の範疇に属するものである。よって、当該補助軸受３１１は、ラジアル荷重の支持に特化しており、これにより、重切削時などのラジアル荷重が大きいときに、補助軸受３１１を軸受有効状態に切り替えれば、当該大きなラジアル荷重も確実に受け止め可能となる。
【００７５】
ちなみに、この図１３の例では、一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０が背面組み合わせで配置されているが、何等これに限るものではない。すなわち、背面組み合わせと同様に、両方向のアキシャル荷重を受け止め可能な正面組み合わせで一対の単列アンギュラ玉軸受５１０，５１０を配置しても良い。ちなみに、アンギュラ玉軸受５１０は、内輪５２０と、外輪５３０と、これら内輪５２０及び外輪５３０の両者にそれぞれ対応する接触角で接触する複数の球状の転動体５５０と、を有する。そして、この例では、これら一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０は、ナット部材などの押さえ部材４ｍ，６ｍを用いて定位置予圧法（内輪５２０及び外輪５３０を定位置に固定することにより予圧を付与する方法）により予圧が付与されているが、この定位置予圧法は周知技術であるので、その説明については省略する。
【００７６】
以下、この第１例の主軸５の支持構造について詳しく説明する。  
工作機械のハウジング３は、主軸５を挿入する挿入孔３ｈとしてアキシャル方向の一端から他端に沿った貫通孔３ｈを有する。そして、かかる貫通孔３ｈ内に主軸５を挿入した状態で、貫通孔３ｈの一端部に設けられたアンギュラ玉軸受５１０及び他端部に設けられたアンギュラ玉軸受５１０を介して主軸５をその軸芯Ｃ５回りに回転自在に支持している。
【００７７】
なお、このハウジング３のアキシャル方向の一端面３ｅａからは、貫通孔３ｈと同芯の小径円筒部３ｃがアキシャル方向に沿って一体に突出しており、この小径円筒部３ｃの内周面に上述の一端部のアンギュラ玉軸受５１０が設けられている。また、この小径円筒部３ｃのラジアル方向の外方の空間は、補助軸受３１１の一部の配置スペースとして使用される。すなわち、小径円筒部３ｃはそのアキシャル方向の他端縁部にて、ハウジング３の一端面３ｅａに一体に繋がっており、当該ハウジング３の一端面３ｅａには、補助軸受３１１の外輪３３０の固定部３３６の他端面３３６ｅが当接されてボルト等により相対移動不能に固定されている。そして、この固定により、外輪３３０はハウジング３の貫通孔３ｈと同芯に配されている。
【００７８】
また、外輪３３０の環状部３３２の一端側におけるラジアル方向の内方には、上記の小径円筒部３ｃは存在せず、これにより、同環状部３３２と主軸５の外周面との間には、転動体３５０を配置するための円環状の空間が区画されている。よって、当該空間に転動体３５０が配置されている。更に、既述のように第２実施形態に係る補助軸受３１１は、内輪レス構成のため、この主軸５の外周面に直接内輪側転動面３２０ａが形成されている。また、外輪３３０と内輪側転動面３２０ａとの間には、保持器３６０も配置されており、更に、外輪３３０の環状部３３２のラジアル方向の外方には、予圧付与機構３８０の一部をなすリング状部材３４０が設けられている。
【００７９】
また、外輪３３０及び保持器３６０に対してアキシャル方向の一端側から隣接するように、浮力発生機構７０に係る圧縮空気の供給室Ｒ７０を円環状に区画形成する目的で、補助軸受３１１をアキシャル方向の一端側及びラジアル方向の外方から囲むようにキャップ部材７ｃが設けられている。すなわち、キャップ部材７ｃは、補助軸受３１１のリング状部材３４０の外周面との間に空間を空けて配される筒状部７ｃ１と、筒状部７ｃ１のアキシャル方向の一端縁部からラジアル方向の内方に突出した円環状の蓋部７ｃ２を有し、この蓋部７ｃ２の中央には、主軸５の一端面をキャップ部材７ｃの外に出すための円孔７ｃ２ｈが形成されている。そして、筒状部７ｃ１の他端縁部７ｃ１ｅが、外輪３３０の固定部３３６の一端面に当接して、ボルト等で固定されることにより、蓋部７ｃ２及び筒状部７ｃ１にて補助軸受３１１がアキシャル方向の一端側及びラジアル方向の外方から囲まれて、これにより、外輪３３０及び保持器３６０の一端側の隣には概ね閉じた空間Ｒ７０が区画形成され、この空間Ｒ７０が、上述の圧縮空気の供給室Ｒ７０として機能する。なお、この供給室Ｒ７０への圧縮空気の供給は、蓋部７ｃ２に穿孔された圧縮空気の流路７ｃｋａや、ハウジング３に穿孔された圧縮空気の流路３ｋａを介して適宜なポンプ等の圧縮空気源によってなされる。
【００８０】
ちなみに、供給室Ｒ７０から補助軸受３１１に供給された圧縮空気は、転動体３５０の浮上の用途以外に、補助軸受３１１を冷却する冷却材としても使用される。そして、かかる圧縮空気は、保持器３６０と内輪相当部材３２０たる主軸５の外周面との間の内輪側隙間Ｓ２０等を通って他端側から補助軸受３１１の外に排出されるが、この排出位置Ｐｅｘよりも更に他端側には、前述の常用軸受たるアンギュラ玉軸受５１０が位置している。よって、このアンギュラ玉軸受５１０用の冷却材としても、圧縮空気は使用される。そして、更に、このアンギュラ玉軸受５１０の他端側には、もう一方のアンギュラ玉軸受５１０が位置しており、これら玉軸受５１０，５１０同士の間には筒状空間ＳＰ５１０が設けられている。よって、圧縮空気は、この筒状空間ＳＰ５１０を通って他端側のアンギュラ玉軸受５１０まで到達し、その冷却に供される。そして、ハウジング３が有する適宜な隙間や、ハウジング３に穿孔された排気孔３ｋａｅ等を通ってハウジング３の外に排出される。
【００８１】
なお、図１３の下部に示すように、かかるキャップ部材７ｃは、補助軸受３１１の外輪３３０のリング状部材３４０の外周面との間に空間ＳＰ３を空けて配置されているが、この空間ＳＰ３は、リング状部材３４０の弾性拡径変形を許容する空間（以下、許容空間ＳＰ３とも言う）として機能する。すなわち、転動体３５０にラジアル方向の圧接力を付与すべく圧力室Ｒ３４０に加圧流体を供給する際には、外輪３３０の環状部３３２の縮径変形に伴ってリング状部材３４０は弾性拡径変形するが、その際の弾性拡径変形が、当該許容空間ＳＰ３内に収まるように同空間ＳＰ３のサイズが予め設定されており、これにて、リング状部材３４０の外周面３４０ａがキャップ部材７ｃの内周面と接触しないようにされている。よって、リング状部材３４０の外周面３４０ａの外方には、反力を取り得る部材が何も存在していない状態となっており、それ故に、圧力室Ｒ３４０に加圧流体を供給した際には、かかる圧力室Ｒ３４０内の加圧流体の供給圧が忠実にラジアル方向の圧接力に変換されることとなる。そして、これにより、環状部３３２は、加圧流体の供給圧のみに基づいて縮径変形するので、同環状部３３２は、その全周に亘って概ね均等に縮径変形するようになる。その結果、転動体３５０に付与される圧接力も、補助軸受３１１の全周に亘って略均等化されて、補助軸受３１１の回転精度や回転剛性の向上を図ることができる。
【００８２】
図１４は、第２実施形態の補助軸受装置１０を適用した工作機械の主軸５の支持構造の第２例の概略中心断面図である。前述の第１例では、常用軸受たる一対のアンギュラ玉軸受５１０，５１０に対して定位置予圧法で予圧を付与しており、予圧の大きさを任意に変更できないものであった。この点につき、この第２例では、上記の定位置予圧法のアンギュラ玉軸受５１０に代えて、常用軸受４１１の状態を監視しながら予圧の値を適値に変更する予圧自動調整軸受装置４１０が適用されている点で主に相違する。つまり補助軸受装置１０については、第１例と同じであるが、常用軸受の構成の点で異なっている。よって、以下では、常用軸受に適用される予圧自動調整軸受装置４１０について詳しく説明し、補助軸受装置１０については説明を省略する。
【００８３】
図１４に示すように、常用軸受としての一対のアンギュラ玉軸受４１１，５１０同士は、所謂背面組み合わせで配置されており、これにより、ラジアル荷重及び両方向のアキシャル荷重を受け止め可能である。そして、そのうちの一端側のアンギュラ玉軸受５１０には、第１例と同じく汎用のアンギュラ玉軸受５１０が使用されているが、他端側のアンギュラ玉軸受４１１には、予圧付与機構４８０の一部、すなわち転動体４５０を内輪４２０及び外輪４３０に圧接する圧接機構４８０の一部が内蔵された特殊なアンギュラ玉軸受４１１が使用されている。そして、この圧接動作は、外輪４３０内の圧力室Ｒ４３０に加圧流体を供給して、後述の薄肉部４３４を弾性変形することで行われ、これにより、加圧流体の供給圧の調整によって、供給圧に応じた圧接力で転動体４５０を外輪４３０及び内輪４２０に圧接可能としている。つまり、予圧の値の大きさを任意値に変更可能に構成されている。
【００８４】
なお、後述するが、この圧接力のアキシャル方向の分力は、図１４のハウジング３やスペーサー６ａ等を介して一端側のアンギュラ玉軸受５１０にも伝達される。よって、上述の予圧付与機構４８０による予圧の付与に伴って、この一端側のアンギュラ玉軸受５１０にも予圧が付与されるとともに、この予圧の値は、上述の他端側のアンギュラ玉軸受４１１の予圧の値と連動して変更される。
【００８５】
また、以下では、一対のアンギュラ玉軸受５１０，４１１のうちの一端側に設けられる汎用の単列アンギュラ玉軸受５１０のことを「汎用玉軸受５１０」とも言い、他端側に設けられる特殊なアンギュラ玉軸受４１１のことを「特殊玉軸受４１１」とも言う。
【００８６】
図１５は、特殊玉軸受４１１の概略中心断面図であり、図１６は、図１５中のXVI部拡大図である。図１５に示すように、内輪４２０は、鋼製の円筒体を本体とする。そして、図１６に示すように、内輪４２０の外周面には、転動体４５０が転動すべき内輪側転動面４２０ａが全周に亘って溝状に凹設されている。内輪側転動面４２０ａは、その断面形状が略円弧状の凹曲面４２０ａに形成されており、その略円弧形状は、当該円弧形状におけるアキシャル方向の一箇所の位置Ｐ１にて転動体５０が接触角α１で接触するように形成されている。これにより、転動体４５０は、転動面４２０ａ上においてラジアル方向から角度α１だけ他端側に傾いた位置を接触位置Ｐ１として内輪４２０と接触する。
【００８７】
外輪４３０は、転動体４５０が転動する外輪側転動面４３０ａを有した内側環状部４３２と、内側環状部４３２からラジアル方向の外方に延出して一体に且つ内側環状部４３２と同芯に設けられた円板状の薄肉部４３４と、薄肉部４３４を介して内側環状部４３２をアキシャル方向に移動可能に支持すべく薄肉部４３４の外周縁部４３４ｅ１に一体且つ内側環状部４３２と同芯に設けられた外側環状部４３６と、を有する。そして、薄肉部４３４は、アキシャル方向に関しては、外側環状部４３６の略中央位置に設けられ、また、内側環状部４３２は、薄肉部４３４の内周縁部４３４ｅ２を起端としてアキシャル方向の一端側に延在して設けられている。これにより、薄肉部４３４よりも一端側の位置には、外側環状部４３６と薄肉部４３４と内側環状部４３２とで区画された環状空間ＳＰが存在しており、当該環状空間ＳＰは、転動体４５０に圧接力を付与するための圧力室Ｒ４３０として機能する。
【００８８】
内側環状部４３２の内周面には、転動体４５０が転動すべき既述の外輪側転動面４３０ａが全周に亘って直接形成されている。外輪側転動面４３０ａは、その断面形状が略円弧状の凹曲面４３０ａに形成されており、当該略円弧形状は、転動体４５０が接触角α４で接触するように形成されている。これにより、この転動面４３０ａは、内輪４２０の転動面４２０ａと協同しながら、これら接触角α１，α４で転動体４５０をラジアル方向の内外及びアキシャル方向の両側から挟み込み可能となっている。
【００８９】
詳しくは、内側環状部４３２は、既述のように外側環状部４３６におけるアキシャル方向の略中央位置よりも一端側に設けられ、これにより、転動体４５０との接触位置Ｐ４は転動体４５０の球心Ｃ４５０よりもアキシャル方向の一端側に位置しており、他方、内輪４２０の接触位置Ｐ１はアキシャル方向の略中央位置よりも他端側に位置しており、これにて、接触位置Ｐ１は転動体４５０の球心Ｃ４５０よりも他端側に位置している。よって、外輪４３０と内輪４２０とは、それぞれ対応する接触角α４，α１でもって転動体４５０をラジアル方向の内外及びアキシャル方向の両側から挟み込み可能となっている。
【００９０】
また、図１６に示す圧力室Ｒ４３０に係る環状空間ＳＰ内には、アキシャル方向の一端側からリング状の栓部材４４０が挿入されて外輪４３０に固定されており、これにより、同環状空間ＳＰのうちの他端側領域に圧力室Ｒ４３０分の容積を確保しながら同空間ＳＰは封止されている。ここで、この栓部材４４０の外輪４３０への固定は、外側環状部４３６に対してのみ行われ、内側環状部４３２に対しては行われない。すなわち、栓部材４４０は、外側環状部４３６の内周面に螺合等されて相対移動不能に固定されているが、内側環状部４３２に対しては所定の隙間Ｇを介して対向し、つまり栓部材４４０と内側環状部４３２とは非接触状態になっている。
【００９１】
よって、圧力室Ｒ４３０への加圧流体の供給及び加圧によって、薄肉部４３４が、アキシャル方向に弾性変形する際には、この弾性変形に応じて内側環状部４３２は円滑にアキシャル方向に移動し、かかる内側環状部４３２のアキシャル方向の移動を通して転動体４５０の圧接動作が円滑に行われる。
【００９２】
すなわち、加圧流体の供給圧を高くして薄肉部４３４をアキシャル方向の他端側へ弾性変形すれば、内側環状部４３２は他端側へ移動し、これにより、図１６に示す接触角α４で内側環状部４３２から転動体４５０は押されて接触角α１でもって内輪４２０の転動面４２０ａに押圧され、以上の結果、転動体４５０は外輪４３０及び内輪４２０に圧接された状態となる。
【００９３】
他方、加圧流体の供給圧を下げれば、薄肉部４３４のアキシャル方向の他端側への弾性変形は小さくなってこれと伴に内側環状部４３２はアキシャル方向の一端側へ復位して、転動体４５０の圧接状態が緩和され、そして、例えば加圧流体の供給圧を零まで下げれば、転動体４５０の外輪４３０及び内輪４２０への圧接状態は完全に解除され、つまり非圧接状態となる。
【００９４】
そして、このような圧接過程においては、上述のように薄肉部４３４がアキシャル方向に弾性変形するとともに内側環状部４３２がアキシャル方向に移動するが、その際には、上述から明らかなように、金属接触する部分同士の相対滑りがほぼ生じない。よって、スティックスリップ現象は、ほぼ完全に防止されることになる。従って、供給圧の増減に連動して、転動体４５０の外輪４３０及び内輪４２０との圧接力は円滑且つ速やかに変化するようになり、これにより、圧接力を正確に付与することができて、圧接力の変更（予圧の変更）を正確に行うことができる。また、圧接力は、加圧流体の供給圧に連動して滑らかに変化するので、圧接力を任意の目標値に円滑且つ自在に増減調整可能である。
【００９５】
圧力室Ｒ４３０への加圧流体の供給は、栓部材４４０に穿孔された供給孔４４０ｈにより行われる。図１６の例では、アキシャル方向に沿って供給孔４４０ｈが栓部材４４０を貫通して形成されており、つまり、栓部材４４０の他端面４４０ｅｆには供給孔４４０ｈの一方の口部が圧力室Ｒ４３０に対向して露出し、栓部材４４０の一端面４４０ｅｂには同他方の口部が外輪４３０の外方に露出している。そして、後者の口部に加圧流体の流路となる配管やマニホールド部材等を接続することで、圧力室Ｒ４３０へ加圧流体を供給可能となる。これについては、後述する。供給孔４４０ｈの数は、一つでも良いし複数でも良い。また、加圧流体としては、油圧に用いる作動油が一般的であるが、圧縮空気でも良いし、これら以外の流体でも良い。
【００９６】
更に、この第２例では、かかる加圧流体の圧力室Ｒ４３０からの漏出を防ぐべく、図１６に示すように外側環状部４３６の内周面と栓部材４４０の外周面との間に環状のパッキン４４５が介装され、また、栓部材４４０の内周面と内側環状部４３２の外周面との間には環状のパッキン４４７が介装されている。ここで、後者のパッキン４４７については、ゴム製或いは樹脂製のものが使用されており、これにより、内側環状部４３２のアキシャル方向の移動の際に相対滑りをするパッキン４４７の内周面と内側環状部４３２の外周面との接触も金属接触ではなくなるため、スティックスリップ現象の発生を完全に抑え込むことができる。ちなみに、かかるパッキン４４５及びパッキン４４７の栓部材４４０からの脱落を防ぐべく、栓部材４４０の外周面及び内周面には、それぞれ全周に亘って、パッキン４４５を係止する溝４４０ｔ１及びパッキン４４７を係止する溝４４０ｔ２が形成されている。
【００９７】
そして、このような予圧付与機構４８０の一部を内蔵した特殊玉軸受４１１は、図１４を参照して既述のように、ハウジング３の貫通孔３ｈにおける他端側の部分に設けられており、他方、一端側の部分には、汎用玉軸受５１０が設けられている。そして、これら玉軸受４１１，５１０によって、貫通孔３ｈ内に挿入された主軸５はその軸芯Ｃ５回りに回転自在に支持されている。
【００９８】
図１４に示すように、汎用玉軸受５１０は、内輪５２０と、外輪１３０と、これらの間に一列に介装された複数の球状の転動体５５０と、これら転動体５５０を互いに非接触状態に保持する保持器５６０と、を有する。また、かかる汎用玉軸受５１０は、既述のように特殊玉軸受４１１との関係において所謂背面組み合わせで配置されている。よって、特殊玉軸受４１１と汎用玉軸受５１０とは互いに協働することで、ラジアル荷重及び両方向のアキシャル荷重を受け止めることができる。例えば、一端側（右側）を向いたアキシャル荷重が主軸５に作用した場合には、これを特殊玉軸受４１１で受け止める一方、他端側（図中の左側）を向いたアキシャル荷重が作用した場合には、これを汎用玉軸受５１０で受け止める。
【００９９】
汎用玉軸受５１０の外輪５３０は、ハウジング３の貫通孔３ｈ内に挿入されつつアキシャル方向の一端側の所定位置に配置されている。そして、ハウジング３に対してラジアル方向及びアキシャル方向のそれぞれにつき相対移動不能にハウジング３に固定されている。また、同汎用玉軸受５１０の内輪５２０は、その内周側に主軸５が挿入されつつアキシャル方向の一端側の所定位置に配置されている。そして、主軸５に対してラジアル方向及びアキシャル方向のそれぞれにつき相対移動不能に主軸５に固定されている。
【０１００】
他方、特殊玉軸受４１１の外輪４３０は、ハウジング３の貫通孔３ｈ内に挿入されつつアキシャル方向の他端側の所定位置に配置されている。そして、ハウジング３に対してラジアル方向及びアキシャル方向のそれぞれにつき相対移動不能にハウジング３に固定されている。また、特殊玉軸受４１１の内輪４２０は、その内周側に主軸５が挿入されつつアキシャル方向の他端側の所定位置に配置されている。そして、主軸５に対してラジアル方向及びアキシャル方向のそれぞれにつき相対移動不能に主軸５に固定されている。
【０１０１】
そして、かかる構成において、特殊玉軸受４１１の圧力室Ｒ４３０に加圧流体を供給して予圧を付与すれば、この特殊玉軸受４１１だけでなく、汎用玉軸受５１０にも予圧が付与される。以下、これについて説明する。
【０１０２】
先ず、特殊玉軸受４１１は、背面組み合わせでアキシャル方向の他端側に配置されており、これにより、一端側を向いたアキシャル荷重を受け止められるような向きに配置されている。つまり、圧力室Ｒ４３０へ加圧流体を供給すると外輪４３０の薄肉部４３４が他端側に弾性変形して同方向に内側環状部４３２が移動するような向きに配置されている。
【０１０３】
そして、かかる特殊玉軸受４１１の圧力室Ｒ４３０へ加圧流体を供給すると、上述の如き他端側への薄肉部４３４の弾性変形を通して内側環状部４３２が転動体４５０を他端側に押し、転動体４５０は、その接触角α１で内輪４２０を他端側へ押す。すると、これにより、先ず特殊玉軸受４１１の転動体４５０が、内輪４２０と外輪４３０とで圧接された状態となる。つまり、特殊玉軸受４１１は、予圧が付与された状態になる。
【０１０４】
一方、上記の内輪４２０は、主軸５に固定されているので、同内輪４２０が他端側に押されることにより、主軸５も他端側に押される。そして、これにより、この主軸５に固定されている汎用玉軸受５１０の内輪５２０も一緒に他端側へと押されて、かかる内輪５２０は、その接触角α１で転動体５５０を他端側へ押して、その結果、転動体５５０は、ハウジング３に固定されている外輪５３０に接触角α４で押し付けられる。これにより、汎用玉軸受５１０の転動体５５０は、内輪５２０と外輪５３０とで圧接された状態になり、以上をもって、汎用玉軸受５１０にも予圧が付与されることとなる。
【０１０５】
ちなみに、この第２例にあっては、ハウジング３への各玉軸受５１０，４１１の外輪５３０，４３０の固定、及び主軸５への各玉軸受５１０，４１１の内輪５２０，４２０の固定は、例えば次のようにしてなされている。
【０１０６】
先ず、汎用玉軸受５１０の外輪５３０は、ハウジング３の一端面３ｅａに突出する既述の小径円筒部３ｃから貫通孔３ｈ内に挿入されている。ここで、貫通孔３ｈの内径は、小径円筒部３ｃからアキシャル方向の所定位置までの範囲Ａｅａに亘り外輪５３０の外径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において貫通孔３ｈの内周面と外輪５３０の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、貫通孔３ｈに挿入された外輪５３０は、ハウジング３に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、貫通孔３ｈの上記所定位置には、貫通孔３ｈの内径が縮径してなる段差面３ｈｓ１が形成されている。よって、この段差面３ｈｓ１に外輪５３０の他端面が当接し、これにより外輪５３０はハウジング３に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。
【０１０７】
一方、汎用玉軸受５１０の内輪５２０の内周側には、主軸５が挿通されている。ここで、主軸５の外径は、同主軸５の略他端からアキシャル方向の一端側の所定位置までの範囲に亘って内輪５２０の内径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において内輪５２０の内周面と主軸５の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、主軸５が挿入された内輪５２０は、主軸５に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、主軸５の上記所定位置には、主軸５の外径が拡径してなる段差面５ｓ１が形成されている。よって、この段差面５ｓ１に内輪５２０の一端面が当接し、更に内輪５２０の他端面には、後述のスペーサー６ａが当接し、これにより内輪５２０は主軸５に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。
【０１０８】
同様に、特殊玉軸受４１１の外輪４３０は、ハウジング３の他端面３ｅｂの他端側開口部３ｈｅｂから貫通孔３ｈ内に挿入される。ここで、貫通孔３ｈの内径は、他端側開口部３ｈｅｂからアキシャル方向の所定位置までの範囲Ａｅｂに亘り外輪４３０の外径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において貫通孔３ｈの内周面と外輪４３０の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、貫通孔３ｈに挿入された外輪４３０は、ハウジング３に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、貫通孔３ｈの上記所定位置には、貫通孔３ｈの内径が縮径してなる段差面３ｈｓ２が形成されている。よって、この段差面３ｈｓ２に外輪４３０の一端面が当接し、そして、他端側開口部３ｈｅｂの側から抜け止め用の押さえ部材４ｂが外輪４３０の他端面に当接し、これにより外輪４３０はハウジング３に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。なお、押さえ部材４ｂは、螺着やボルト止め等でハウジング３に移動不能に固定されている。
【０１０９】
一方、特殊玉軸受４１１の内輪４２０の内周側には、主軸５が挿通されている。ここで、主軸５の外径は、少なくとも同主軸５の他端から上記所定位置までの範囲に亘って内輪４２０の内径とほぼ同径であり、その嵌め合い公差は、この工作機械の運転下において内輪４２０の内周面と主軸５の外周面とが全周に亘って当接するような公差に設定されている。これにより、主軸５が挿入された内輪４２０は、主軸５に対してラジアル方向に相対移動不能に固定される。また、主軸５における汎用玉軸受５１０の内輪５２０と特殊玉軸受４１１の内輪４２０との間の部分には、筒状のスペーサー６ａが主軸５の外周面を覆って配されており、かかるスペーサー６ａのアキシャル方向の全長は、上述した貫通孔３ｈの段差面３ｈｓ１と段差面３ｈｓ２との間の距離Ｌｓと概ね同値に設定されている。よって、このスペーサー６ａの一端面に汎用玉軸受５１０の内輪５２０の他端面が当接し、同スペーサー６ａの他端面に特殊玉軸受４１１の内輪４２０の一端面が当接し、更に同内輪４２０の他端面には、ナット６ｎやカラー部材６ｃ等を有した適宜な抜け止め用押さえ部材６ｂが当接し、これにより内輪４２０は主軸５に対してアキシャル方向に相対移動不能に固定される。なお、押さえ部材６ｂは、螺着等で主軸５に移動不能に固定されている。
【０１１０】
ちなみに、図１４の例では、ハウジング３には、栓部材４４０の供給孔４４０ｈに加圧流体を供給する流路３ｋ２が、マニホールド状に穿孔されており、これにより、特殊玉軸受４１１の圧力室Ｒ４３０に加圧流体が供給されるようになっている。
【０１１１】
ところで、このような特殊玉軸受４１１及び汎用玉軸受５１０からなる常用軸受の予圧の値は、常用軸受の状態を監視しながら適値になるように変更される旨を前述したが、以下、これについて詳しく説明する。
【０１１２】
＜＜＜常用軸受に係る予圧制御の基本的考え方について＞＞＞
図１７Ａは、一般的な転がり軸受１１’の概略中心断面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。また、図１８は、一般的に知られている転がり軸受１１’の動摩擦損失特性のグラフである。グラフの縦軸は、転がり軸受１１’の動摩擦損失（Ｗ）であり、横軸は、転がり軸受１１’が支持する主軸５の回転数（ｒｐｍ（ｍｉｎ−１））である。
【０１１３】
図１８に示すように、主軸５の駆動回転によって主軸５の回転数Ｎ５が大きくなると、転がり軸受１１’の動摩擦損失も大きくなるが、これは、主軸５の回転数Ｎ５の増加に伴って、転動体５０’と内輪２０’の転動面２０ａ’又は外輪３０’の転動面３０ａ’との間の相対滑りが大きくなるためである。すなわち、主軸５の回転数Ｎ５（ｒｐｍ）が大きくなると、図１７Ｂに示す主軸５回りの転動体５０’の回転数Ｎ５０（以下、公転速度Ｖ５０とも言う）も大きくなるので、転動体５０’の遠心力Ｆｃも大きくなるが、そうすると、主軸５と一体となって回転する内輪２０’の転動面２０ａ’から転動体５０’がラジアル方向に離れ易くなって同転動体５０’は内輪２０’から駆動力を得難くなり、その結果として、転動体５０’は、内輪２０’の転動面２０ａ’に対して遅れる側に大きく相対滑りをするようになって、動摩擦損失が大きくなるためである。  
よって、転がり軸受１１’の状態の監視は、相対滑りに注目して行うのが良いと考えられる。
【０１１４】
一方、この相対滑りの影響は、巨視的には主軸５の回転数Ｎ５に対する保持器６０’の回転数Ｎ６０の遅れとして現れるものと考えられる。詳しくは次の通りである。保持器６０’は、既述のように、転動体５０’毎に転動体５０’を収容する孔部６０ｈ’を有した環状部材である。そして、同保持器６０’は、内輪２０’を転動する転動体５０’から主軸５回りの駆動力を得て転動体５０’と一緒に略一体となって同主軸５回りに回転している。つまり、転動体５０’の公転速度Ｖ５０に相当する回転数Ｎ５０で保持器６０’は回転している。そのため、転動体５０’の相対滑りの影響は、転動体５０’の公転速度Ｖ５０の低下を介して、保持器６０’にも回転数Ｎ６０の低下の形で現れるものと考えられ、よって、保持器６０’の回転数Ｎ６０を監視することで、巨視的に転動体５０’と内輪２０’の転動面２０ａ’との間の相対滑りの状態、つまり転がり軸受１１’の状態を把握できるものと考えられる。
【０１１５】
図１９は、本願発明者が実験で取得した保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒと、転がり軸受１１’の動摩擦係数との関係のグラフである。なお、縦軸の転がり軸受１１’の動摩擦係数は、上述した転がり軸受１１’の動摩擦損失と同義である。また、横軸の保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒ（％）は、下式１で求められるものである。つまり、保持器６０’が主軸５に対して遅れることなく回転した理想状態の回転数を保持器６０’の理論回転数Ｎ０（ｒｐｍ）とした場合に、この理論回転数Ｎ０からどれくらい保持器６０’の実際の回転数Ｎ６０（ｒｐｍ）が低下しているかを示す割合である。ちなみに、理論回転数Ｎ０は、主軸５の実際の回転数Ｎ５（ｒｐｍ）を下式２によって保持器６０’の回転数に換算することで求められ、また、下式２中の「ｄ」は、転動体５０’の直径であり、「α」は、軸受１１’の内輪２０’及び外輪３０’と転動体５０との接触角であり、「Ｄｐ」は、転動体５０’のピッチ円径である。  
0005933352.tif 000002
【０１１６】
そして、図１９には、かかるグラフが、高速回転、中速回転、及び低速回転の３水準の主軸５の回転数Ｎ５について示されているが、各グラフは、それぞれ、次のようにして取得されたものである。先ず、上記の３水準のなかから回転数を選択して、その回転数に主軸５の回転数Ｎ５を維持する。そして、この回転数Ｎ５一定の条件下において、軸受１１’に付与する予圧の大きさを徐々に大きくしていき、その漸増過程において、保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒと主軸５の駆動モーターの動力値（Ｗ）とを対応付けながら記録していき、これにより、図１９の各グラフが取得されている。なお、縦軸の動摩擦係数の値は、上記の駆動モーターの動力値（Ｗ）を、周知の換算式を用いて動摩擦係数に換算したものである。そのため、前述したように、グラフの縦軸は動摩擦損失と同義である。
【０１１７】
図１９を参照すると、全体的に、保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒが所定範囲の場合に動摩擦係数が極小になることがわかる。例えば、回転数Ｎ６０の低下率Ｒが０％よりも大きく１０％未満の範囲において、動摩擦係数たる動摩擦損失は極小となっている。
【０１１８】
また、同図１９中には、予圧の増大方向を矢印で併記しており、更に、予圧が相対的に小さい予圧不足域と、予圧が相対的に大きい予圧過剰域と、これらの間の大きさに予圧が設定された予圧適正域とについても図示しているが、同図１９中の左端の予圧過剰域を除いて、概ね予圧の増大に伴って保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒが漸減しているのがわかる。従って、予圧の増減調整により保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒを増減調整可能と考えられる。
【０１１９】
そして、以上の得られた知見に基づき、上述の第２例の常用軸受に係る予圧自動調整軸受装置４１０では、常用軸受の状態を良好に保つべく、保持器６０の回転数Ｎ６０の低下率Ｒが予め定められた所定範囲に入るように、予圧の大きさを制御している。
【０１２０】
ちなみに、図１９の低速回転のグラフと、中速回転のグラフと、高速回転のグラフとを詳細に比較すると、主軸５の回転数Ｎ５によって、動摩擦係数が極小となる低下率Ｒが互いに異なることがわかる。例えば、低速回転では、低下率がａ１〜ａ２の範囲で動摩擦係数が極小となっているが、中速回転では、低下率がｂ１〜ｂ２の範囲で動摩擦係数が極小となっており、更に、高速回転の場合には、低下率がｃ１〜ｃ２の範囲で動摩擦係数が極小となっている。そのため、好ましくは、主軸５の回転数Ｎ5の各水準に対応させて、それぞれ保持器６０’の回転数Ｎ６０の低下率Ｒに関して維持すべき目標範囲を設定するのが良いと考えられ、かかる知見も、以下で説明する常用軸受に係る予圧自動調整軸受装置４１０に反映させている。
【０１２１】
＜＜＜常用軸受に係る予圧自動調整軸受装置４１０＞＞＞
図２０は、常用軸受に係る予圧自動調整軸受装置４１０の構成を示す概略図であり、特殊玉軸受４１１の部分については、概略中心断面視で示している。
【０１２２】
予圧自動調整軸受装置４１０は、主軸５をハウジング３に支持する常用軸受としての特殊玉軸受４１１と、特殊玉軸受４１１に予圧を付与する予圧付与機構４８０と、予圧付与機構４８０を制御する制御部４９０と、軸受４１１の状態を計測して計測データを制御部４９０へ出力する各種センサー４９５，４９７と、を有する。
【０１２３】
図２０に示すように基本的には予圧制御対象の常用軸受というのは、特殊玉軸受４１１の方であり、当該特殊玉軸受４１１は、内輪４２０と、圧力室Ｒ４３０が内蔵された外輪４３０と、転動体４５０と、保持器４６０とを有する。但し、既述のように、特殊玉軸受４１１の予圧が変更されれば、スペーサー６ａ等によるアキシャル方向の力の伝達を介して図１４の汎用玉軸受５１０の予圧も変更されるので、汎用玉軸受５１０も間接的に予圧の制御対象となっている。
【０１２４】
予圧付与機構４８０は、例えば外輪側転動面４３０ａが転動体４５０をラジアル方向の内方に押すような力を、予圧として外輪側転動面４３０ａに付与可能なアクチュエータを有する。この例では、かかるアクチュエータとして、外輪４３０に内蔵された圧力室Ｒ４３０を有する。そして、このアクチュエータ以外に、予圧付与機構４８０は、ハウジング３内に穿孔された加圧流体の流路３ｋ２と、この流路に接続される配管等の不図示の流路形成部材４８２と、この流路形成部材４８２に接続されて加圧流体の供給源となるポンプ４８５と、上記流路形成部材４８２の一部に設けられた圧力調整弁４８７と、を有している。そして、圧力調整弁４８７は、制御部４９０から送信される予圧の制御信号Ｓ４９０に基づいて、圧力室Ｒ４３０への供給圧を調整する。よって、かかる供給圧の調整により、転動体４５０と外輪４３０及び内輪４２０との圧接力を所望の任意値に調整することができる。
【０１２５】
各種センサー４９５，４９７としては、保持器４６０の回転数Ｎ６０を計測して、計測した回転数Ｎ６０の計測データをリアルタイムで出力する保持器回転数センサー４９５と、主軸５の回転数Ｎ５を計測して、計測した回転数Ｎ５の計測データをリアルタイムで出力する主軸回転数センサー４９５と、を有する。そして、保持器回転数センサー４９５は、保持器４６０に近接して配置され、主軸回転数センサー４９７は、主軸５に近接して配置されている。なお、これらセンサー４９５，４９７は、例えばパルスジェネレータやエンコーダを用いて実現され、各計測データは、それぞれ制御部４９０へ逐次送信される。
【０１２６】
制御部４９０は、例えばコンピュータやＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等であり、プロセッサとメモリとを有する。そして、メモリに予め格納された制御プログラムをプロセッサが読み出して実行することにより、図２０に示された各種の機能ブロックとして機能する。
【０１２７】
すなわち、制御部４９０は、かかる機能ブロックとして、保持器理論回転数演算部と、保持器回転数低下率演算部と、保持器回転数低下率良否判定部と、を有する。
【０１２８】
保持器理論回転数演算部には、主軸回転数センサー４９７から主軸５の回転数Ｎ５の計測データがリアルタイムで逐次送信される。そして、同演算部は、計測データが示す回転数Ｎ５の計測値を前述の式２に代入して、保持器４６０の回転数Ｎ６０の理論値たる理論回転数Ｎ０を算出する。
【０１２９】
保持器回転数低下率演算部には、保持器回転数センサー４９５から保持器４６０の回転数Ｎ６０の計測データが逐次送信され、また、上記の保持器理論回転数演算部からは、理論回転数Ｎ０が逐次送信される。そして、同保持器回転数低下率演算部は、計測データが示す回転数Ｎ６０の計測値と、理論回転数Ｎ０とを前述の式１に代入して、保持器４６０の回転数の低下率Ｒ（％）を逐次算出する。
【０１３０】
保持器回転数低下率良否判定部では、保持器回転数低下率演算部で逐次算出される低下率Ｒ（％）を、予め上記メモリに格納してなる所定の閾値データと比較することにより、当該低下率Ｒ（％）を良否判定する。そして、判定結果が「良判定」の場合、つまり低下率Ｒ％が、上記閾値データの上限値及び下限値で規定された適正範囲内の場合には、現状の予圧の値を維持する。一方、判定結果が「否判定」の場合、つまり低下率Ｒ％が上記適正範囲から外れている場合には、上記閾値データの上限値及び下限値によって規定された適正範囲に低下率Ｒ（％）が収まる方向に、予圧の制御信号Ｓ４９０を予圧付与機構４８０へ送信する。
【０１３１】
例えば、低下率Ｒが適正範囲の上限値よりも大きい側に外れているプラス否判定の場合には、予圧不足と判定して、現状の予圧の値よりも所定値だけ大きくなるような制御信号Ｓ４９０を予圧付与機構４８０へ送信し、他方、低下率Ｒが適正範囲の下限値よりも小さい側に外れているマイナス否判定の場合には、予圧過剰と判定して、現状の予圧の値よりも所定値だけ小さくなるような制御信号Ｓ４９０を予圧付与機構４８０へ送信する。
【０１３２】
そして、かかる良否判定処理及び制御信号Ｓ４９０の送信処理は、数ミリ秒〜数十ミリ秒などの所定の制御周期で繰り返し実行され、これにより、予圧は、軸受１１の状態に応じて常時調整されることになる。
【０１３３】
かかる低下率Ｒの上限値及び下限値は、例えば、既述の図１９のグラフから、動摩擦係数が極小となる低下率Ｒの所定範囲を読み取ることで予め決定されている。例えば、低速回転の例で言えば、低下率がａ１〜ａ２の範囲で動摩擦係数が極小となっているので、下限値はａ１と予め決定され、上限値はａ２と予め決定され、閾値データとしてメモリに予め格納される。ちなみに、図１９のグラフの関係は、予め対象の特殊玉軸受４１１に対して予備実験などを行って取得される。
【０１３４】
また、図１９を参照して前述したように、動摩擦係数が極小となる低下率Ｒの範囲たる適正範囲は、主軸５の回転数Ｎ５に応じて変化する。すなわち、低速回転では、低下率Ｒがａ１〜ａ２の範囲で動摩擦係数が極小となっているが、中速回転では、低下率Ｒがｂ１〜ｂ２の範囲で動摩擦係数が極小となっており、更に、高速回転の場合には、低下率Ｒがｃ１〜ｃ２の範囲で動摩擦係数が極小となっている。
【０１３５】
そのため、制御部４９０のメモリには、上述の良否判定処理に供する閾値データの下限値及び上限値が、低速回転、中速回転、及び高速回転の各回転数水準に対応させて、それぞれ格納されている。例えば、低速回転では、下限値がａ１で上限値がａ２であるが、中速回転では、下限値がｂ１で上限値がｂ２であり、また高速回転では、下限値がｃ１で上限値がｃ２である。
【０１３６】
そして、保持器回転数低下率良否判定部では、主軸回転数センサー４９７から送信される主軸５の回転数Ｎ５の計測データに基づいて、これに対応する上限値及び下限値をメモリから取得して、上述の良否判定処理に供している。例えば、主軸５の回転数Ｎ５の計測データが低速回転に対応している場合には、メモリの閾値データの下限値ａ１，ｂ１，ｃ１及び上限値ａ２，ｂ２，ｃ２の中から、下限値としてａ１を選択し上限値としてａ２を選択して、上述の良否判定処理を行っている。
【０１３７】
なお、かかる低速回転、中速回転、及び高速回転は、それぞれピンポイントではなく回転数Ｎ５の範囲でもって予め規定されている。例えば、低速回転はＮ５＜Ｎ１であり、中速回転はＮ１≦Ｎ５＜Ｎ２であり、高速回転はＮ２≦Ｎ５であるといった具合に回転数Ｎ５の範囲で予め規定されている。
【０１３８】
なお、上述の例では、閾値データをａ１，ａ２等の百分率表記の数値で与えていたが、何等これに限るものではない。例えば、ａ１やａ２を所定の基準値ａ０で除算してなる比率で、閾値データを与えても良い。すなわち、低速回転の閾値データで言えば、下限値をａ１／ａ０で与え、上限値をａ２／ａ０で与えても良い。そして、この場合には、低下率Ｒの方も、基準値ａ０で除算されることによりＲ／ａ０に変更されて、良否判定処理に供されることになる。
【０１３９】
また、上述の例では、図１４及び図２０に示すように主軸５に近接させて主軸５の回転数Ｎ５を計測する主軸回転数センサー４９７を配置し、このセンサー４９７から出力される主軸５の回転数Ｎ５の計測データを用いて保持器４６０の理論回転数Ｎ０を演算していたが、何等これに限るものではない。例えば、主軸５は、一般に電動モーターによって駆動回転され、この電動モーターには、通常主軸５の回転数Ｎ５を制御する目的で、当該回転数Ｎ５を計測するエンコーダ等のセンサーが設けられている。よって、このセンサーから出力される計測データを上述の制御部４９０に送信して、理論回転数Ｎ０の演算に用いても良く、或いは、場合によっては、電動モーターを回転数制御するための回転数Ｎ５の指令信号を上述の制御部４９０に送信して理論回転数Ｎ０の演算に用いても良い。そして、このようにすれば、主軸回転数センサー４９７を省略することができる。
【０１４０】
図２１Ａは、前述の第２例の主軸５の支持構造（図１４）において補助軸受装置１０の制御部９０と予圧自動調整軸受装置４１０の制御部４９０との両者が互いに連携して動作した場合に得られる予圧の制御パターンである。横軸は主軸５の回転数であり、縦軸は、常用軸受４１１，５１０及び補助軸受１１によって主軸５に付与される予圧の合計値である。
【０１４１】
低速回転域では補助軸受１１が軸受有効状態となるので、常用軸受４１１，５１０の予圧に加えて補助軸受１１の予圧が作用し、予圧は高い状態になる。そして、主軸５の回転数Ｎ５が閾値Ｎｔｈを超えると、補助軸受１１は軸受無効状態に切り換えられるので、予圧は常用軸受４１１，５１０に基づくものだけとなり、予圧は小さくなる。  
また、かかる常用軸受４１１，５１０の予圧については、前述した保持器４６０の低下率Ｒが、回転数Ｎ５に応じて定まる所定範囲ａ１〜ａ２，ｂ１〜ｂ２，ｃ１〜ｃ２に入るように制御されるので、結果として、図２１Ａに示すようなパターンの曲線を描くことになる。ちなみに、高速回転域で予圧の大きさが漸増しているのは、転動体４５０に作用する遠心力Ｆｃが大きくなって転動体４５０と内輪４２０との間の相対滑りが顕著になるためである。つまり、この相対滑りを抑制すべく低下率Ｒに基づいて常用軸受４１１，５１０の予圧が自動的に増大されているためである。
【０１４２】
また、場合によっては、常用軸受４１１，５１０の予圧の制御を、上述の保持器４６０の低下率Ｒに代えて単純に主軸５の回転数Ｎ５に基づいて行うようにしても良い。図２１Ｂは、その予圧の制御パターンの一例の説明図である。
【０１４３】
この図２１Ｂの場合も、図２１Ａの場合と同様に、低速回転域では補助軸受１１が軸受有効状態となるので、常用軸受４１１，５１０の予圧に加えて補助軸受１１の予圧が作用し、予圧は高い状態になる。また、この例では、常用軸受４１１，５１０に付与する予圧については、低速回転域よりも中速回転域の方をステップ状に低くし、更に中速回転域よりも高速回転域の方をステップ状に低くしているが、この理由は、中速回転域及び高速回転域では、主軸５の剛性よりも高速回転性能を優先させて、回転抵抗を低減するようにしているからである。
【０１４４】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
【０１４５】
上述の実施形態では、本発明に係る補助軸受装置１０の適用例として工作機械の主軸５の支持構造を例示していたが、何等これに限るものではなく、軸部材を支持するものであれば適用可能である。
【０１４６】
上述の実施形態では、浮力発生機構７０として、保持器６０と内輪２０との間の内輪側隙間Ｓ２０に圧縮空気を供給する機構を例示したが、何等これに限るものではない。例えば、転動体５０が鉄製等の場合には、外輪３０を強力な磁石で構成すれば、その磁力でもって転動体５０を内輪２０から浮かせることができて、当該構成も本発明の範囲に含まれる。但し、その場合には、転動体５０の素材が磁力に反応する素材に制限されてしまうので、圧縮空気の浮力発生機構７０の方が好ましい。
【０１４７】
上述の実施形態では、アキシャル方向の一端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ１、アキシャル方向の他端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ２、アキシャル方向の一端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ１、アキシャル方向の他端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ２の大小関係について述べたが、これらの各隙間の大きさの定義についてもう少し詳しく言えば、それぞれ次のような位置での隙間の大きさのことを指す。先ず、アキシャル方向の一端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ１とは、転動体５０（１５０，２５０，３５０，３５０ａ）よりもアキシャル方向の一端側の位置（例えば一端部の位置）での内輪側隙間Ｓ２０の大きさのことであり、アキシャル方向の他端側における内輪側隙間Ｓ２０の大きさＳ２０ｅ２とは、転動体５０（１５０，２５０，３５０，３５０ａ）よりもアキシャル方向の他端側の位置（例えば他端部の位置）での内輪側隙間Ｓ２０の大きさのことである。同様に、アキシャル方向の一端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ１とは、転動体５０（１５０，２５０，３５０，３５０ａ）よりもアキシャル方向の一端側の位置（例えば一端部の位置）での外輪側隙間Ｓ３０の大きさのことであり、アキシャル方向の他端側における外輪側隙間Ｓ３０の大きさＳ３０ｅ２とは、転動体５０（１５０，２５０，３５０，３５０ａ）よりもアキシャル方向の他端側の位置（例えば他端部の位置）での外輪側隙間Ｓ３０の大きさのことである。
【符号の説明】
【０１４８】
３  ハウジング（支持部材）、３ｃ  小径円筒部、３ｅａ  一端面、３ｅｂ  他端面、
３ｈ  貫通孔、３ｈｅｂ  他端側開口部、３ｈｓ１  段差面、３ｈｓ２  段差面、
３ｋ  流路、３ｋ２  流路、３ｋａ  流路、３ｋａｅ  排気孔、
４ｂ  押さえ部材、４ｍ  押さえ部材、
５  主軸（軸部材）、５ｅａ  一端部、５ｈ  孔部、５ｓ１  段差面、
６ａ  スペーサー、６ｂ  押さえ部材、６ｃ  カラー部材、６ｎ  ナット、
７ｃ  キャップ部材、７ｃ１  筒状部、７ｃ１ｅ  他端縁部、
７ｃ２  蓋部、７ｃ２ｈ  円孔、７ｃｋａ  流路、
１０  補助軸受装置、１１  補助軸受、
２０  内輪（内輪相当部材）、２０ａ  内輪側転動面（軸部材側転動面）、
２０ｂ  外周面
３０  外輪（外輪相当部材）、３０ａ  外輪側転動面（支持部材側転動面）、
３０ｂ  内周面、３０ｔ  溝部、３０ｔｂ  底面、３０ｔｓ  側面、
５０  転動体、
６０  保持器、６０ａ  内周面、６０ｂ  外周面、６０ｈ  孔部、
６０ｗ１  壁部、６０ｗ２  壁部、
７０  浮力発生機構、
８０  予圧付与機構、８２  アクチュエータ、
９０  制御部、
１１１  補助軸受、１２０  内輪、１２０ａ  内輪側転動面（軸部材側転動面）、
１３０  外輪（外輪相当部材）、１３０ａ  外輪側転動面（支持部材側転動面）、
１３０ｐ１  円環状分割体、１３０ｐ２  円環状分割体、
１５０  転動体、１６０  保持器、１６０ｈ  孔部、
２１１  補助軸受、２２０  内輪、２２０ａ  内輪側転動面（軸部材側転動面）、
２３０  外輪（外輪相当部材）、２３０ａ  外輪側転動面（支持部材側転動面）、
２５０  転動体、２６０  保持器、２６０ｈ  孔部、
３１１  補助軸受、３１１ａ  補助軸受、３１１ｂ  補助軸受、
３２０  内輪相当部材、３２０ａ  内輪側転動面（軸部材側転動面）、
３３０  外輪（外輪相当部材）、３３０ａ  外輪側転動面（支持部材側転動面）、
３３０ｈ  供給孔、
３３２  環状部、３３２ｂ  外周面、３３２ｅｂ  他端部、
３３２ｔ  溝部、３３２ｔｂ  底面、３３２ｔｓ  側面、
３３６  固定部（突出部）、３３６ｅ  他端面、
３４０  リング状部材、３４０ａ  外周面、３４０ｈ  供給孔、
３４０ｔ  溝、３４７  パッキン、
３５０  転動体、３５０ａ  転動体、
３６０  保持器、３６０ｈ  孔部、
３８０  予圧付与機構、
４１０  予圧自動調整軸受装置、
４１１  特殊玉軸受、
４２０  内輪、４２０ａ  内輪側転動面、
４３０  外輪、４３０ａ  外輪側転動面、
４３２  内側環状部、４３４  薄肉部、４３４ｅ１  外周縁部、４３４ｅ２  内周縁部、
４３６  外側環状部、
４４０  栓部材、４４０ｅｂ  一端面、４４０ｅｆ  他端面、４４０ｈ  供給孔、
４４０ｔ１  溝、４４０ｔ２  溝、４４５  パッキン、４４７  パッキン、
４５０  転動体、４６０  保持器、
４８０  予圧付与機構、
４８２  流路形成部材、４８５  ポンプ、４８７  圧力調整弁、
４９０  制御部、４９５  保持器回転数センサー、４９７  主軸回転数センサー、
５１０  汎用玉軸受、５２０  内輪、５３０  外輪、５５０  転動体、５６０  保持器、
Ｓ２０  内輪側隙間、Ｓ３０  外輪側隙間、
Ｃ５  軸芯、Ｃ５０  自転軸、
Ｐ１  接触位置、Ｐ２  接触位置、Ｐ３  接触位置、Ｐ４  接触位置、
Ｐｂ  分割位置、Ｐｅｘ  排出位置、
Ｇ  隙間、Ｇ５０  隙間、Ｇ６０ｈ  微小間隙、Ｇ１５０  隙間、Ｇ３４０  隙間、
Ｇ１５０  隙間、Ｇ３４０  隙間、
Ｒ７０  供給室、Ｒ３４０  圧力室、Ｒ４３０  圧力室、
ＳＰ  環状空間、ＳＰ３  許容空間、ＳＰ５１０  筒状空間、
Ｃ１５０  球心、Ｃ２５０  球心、Ｃ３５０  回転軸、
Ｃ３５０ａ  球心、Ｃ４５０  球心、
【図１】
0005933352.tif 000003
【図２】
0005933352.tif 000004
【図３】
0005933352.tif 000005
【図４】
0005933352.tif 000006
【図５】
0005933352.tif 000007
【図６】
0005933352.tif 000008
【図７】
0005933352.tif 000009
【図８】
0005933352.tif 000010
【図９】
0005933352.tif 000011
【図１０】
0005933352.tif 000012
【図１１】
0005933352.tif 000013
【図１２】
0005933352.tif 000014
【図１３】
0005933352.tif 000015
【図１４】
0005933352.tif 000016
【図１５】
0005933352.tif 000017
【図１６】
0005933352.tif 000018
【図１７】
0005933352.tif 000019
【図１８】
0005933352.tif 000020
【図１９】
0005933352.tif 000021
【図２０】
0005933352.tif 000022
【図２１】
0005933352.tif 000023