(57)【要約】【課題】  主軸の基端部を支持する基端側転がり軸受６ｂにスキッディング損傷を発生しにくくでき、しかも潤滑油過多の状態になる事を防止できる構造を、低コストで実現する。【解決手段】  上記基端側転がり軸受６ｂとして、円筒ころ軸受を使用する。この基端側転がり軸受６ｂを構成する保持器１９は、円周方向複数個所にポケット１８ａ、１８ｂを有する。ポケット１８ａ、１８ｂの数を円筒ころ１６、１６の数の２倍である偶数とし、内側に円筒ころ１６、１６を保持していないポケット１８ｂ、１８ｂを、１つ置きに設ける。【選択図】  図２
2006077814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その軸心を中心として回転する主軸と、この主軸の先端部外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の軸方向変位を防止し且つこの主軸の先端部に加わるラジアル荷重を支承する先端側転がり軸受ユニットと、この主軸の基端側外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸の軸方向変位を許容する基端側転がり軸受とを備えた工作機械の主軸用回転支持装置に於いて、この基端側転がり軸受は円筒ころ軸受であり、この基端側転がり軸受は、外輪の内周面と内輪の外周面との間に回転自在に設けられ、円周方向に亙って複数のポケットを有する保持器と、この保持器のポケット内に保持された状態で、上記外輪の内周面に設けられた外輪軌道と上記内輪の外周面に設けられた内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円筒ころとを備え、上記ポケットの数をこれら円筒ころの数の２倍である偶数とし、これら各ポケットのうちの一部のポケットにのみ円筒ころを転動自在に保持すると共に、残りのポケット内には部材を設けずに空の状態のままとして、これら残りのポケットが上記保持器の内周面と外周面とを連通させる状態としたものである事を特徴とする工作機械の主軸用回転支持装置。
【請求項２】
基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころをセラミックス製とした、請求項１に記載した工作機械の主軸用回転支持装置。
【請求項３】
基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころの転動面の直径をＤとし、これら各円筒ころの軸方向長さをＬとした場合に、これら各円筒ころを０．５≦Ｌ／Ｄ＜１を満たす短寸ころとした、請求項１又は請求項２に記載した工作機械の主軸用回転支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マシニングセンタ等の各種工作機械に組み込まれて、その先端部に工具或は被加工物を支持固定した状態で高速回転する主軸を、固定のハウジングに対し回転自在に支持する為の回転支持装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸は使用時に高速で回転し、しかも工具と被加工物との接触部分（加工部）で発生する熱による影響を受ける為、その全長が伸縮する。即ち、高速回転に伴う遠心力に基づいて上記主軸は、その直径が大きくなる代わりにその全長が縮まる方向に弾性変形する。又、上記熱による影響により、上記主軸の全長が熱膨張により長くなったり、熱収縮により短くなったりする。一方、この主軸の先端部の位置は、この主軸の回転速度や温度の変化に拘らず変位しない様にする事が、精密加工をする上で重要である。
【０００３】
特に近年普及し始めている、主軸の中間部外周面に電動モータのロータを固定し、この主軸自体をこの電動モータの回転軸として機能させる、所謂モータビルトイン型の工作機械の場合には、上記主軸の回転速度が速く、しかもその変化速度（加速度、減速度）が著しい。従って、この様なモータビルトイン型の工作機械の主軸の場合には、この主軸を支持する為の転がり軸受として、高速運転に耐えられるものを使用する必要がある。又、上記工作機械の運転状況の変化及び上記電動モータを構成するロータ及びステータ部分の発熱に伴う、上記主軸の全長の変化が著しくなる為、この変化の吸収を円滑に行なわせる構造である必要がある。
【０００４】
この為に従来から、主軸の先端部を先端側転がり軸受ユニットによりハウジングに対して、この主軸の軸方向変位を防止し且つこの主軸の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持すると共に、この主軸の基端側を基端側転がり軸受により、この主軸の基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸の軸方向変位を許容自在に支持していた。図１６〜１７は、この様な機能を有する工作機械の主軸用回転支持装置の従来構造の２例を示している。
【０００５】
先ず、図１６に示した第１例の場合には、主軸１の先端部（図１６の左端部）を、１対のアンギュラ型（或は深溝型）の玉軸受２、２を背面組み合わせして成る先端側転がり軸受ユニット３により、固定のハウジング４に対し支持している。上記各玉軸受２、２を構成する内輪は上記主軸１の先端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング４の内周面に隙間嵌めにより内嵌固定すると共に、このハウジング４の内周面に設けた段部２２とこのハウジング４に内嵌固定した押え蓋２３とにより軸方向の変位を阻止している。従って上記先端側転がり軸受ユニット３は上記主軸１の先端部を、軸方向変位を防止し且つこの主軸１の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持している。一方、この主軸１の基端側（図１６の右端側）を、１対のアンギュラ型（或は深溝型）の玉軸受５、５を背面組み合わせして成る基端側転がり軸受ユニット６により、固定のハウジング４ａに対し支持している。このハウジング４ａは、上記ハウジング４と一体でも別体でも良い。上記各玉軸受５、５を構成する内輪は上記主軸１の基端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング４ａの内周面に隙間嵌により内嵌している。従って上記基端側転がり軸受ユニット６は上記主軸１の基端部を、この基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸１の軸方向変位を許容自在に支持している。更に、上記主軸１の中間部で上記先端側転がり軸受ユニット３と上記基端側転がり軸受ユニット６との間にはロータ９を固定し、このロータ９の外周面と、ハウジング等の固定部分に支持したステータ１０の内周面とを対向させて、電動モータ１１を構成している。工作機械の運転時には、上記ステータ１０に通電して、上記主軸１を高速で回転させる。
【０００６】
又、図１７に示した第２例の場合には、主軸１の先端部（図１７の左端部）を、１対のアンギュラ型（或は深溝型）の玉軸受２、２を並列組み合わせして成る先端側転がり軸受ユニット３ａにより、固定のハウジング４に対し支持している。上記各玉軸受２、２を構成する内輪は上記主軸１の先端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング４の内周面に隙間嵌めにより内嵌固定すると共に、このハウジング４の内周面に設けた段部２２とこのハウジング４に内嵌固定した押え蓋２３とにより軸方向の変位を阻止している。従って上記先端側転がり軸受ユニット３ａは上記主軸１の先端部を、基端側（図４の右側）への軸方向変位を防止し且つこの主軸１の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持している。一方、この主軸１の基端側（図４の右端側）は、１対のアンギュラ型（或は深溝型）の玉軸受５、５を並列組み合わせして成る基端側転がり軸受ユニット６ａにより、固定のハウジング４ａに対し支持している。上記主軸１の基端側の各玉軸受５、５の接触角の方向は、この主軸１の先端側の各玉軸受２、２の接触角の方向とは逆にしている。又、これら各玉軸受５、５を構成する内輪は上記主軸１の基端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング４ａの内周面に隙間嵌により内嵌したスリーブ７に内嵌固定している。更に、このスリーブ７と上記ハウジング４ａとの間にはばね８を設けてこのスリーブ７に、上記各玉軸受５、５の予圧を付与する方向の弾力を付与している。従って上記基端側転がり軸受ユニット６ａは上記主軸１の基端部を、この基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸１の軸方向変位を許容自在に支持している。この主軸１の中間部に電動モータ１１を組み付けている事は、図１６に示した第１例の場合と同様である。
【０００７】
上述の様に従来の高速型の工作機械主軸用回転支持装置の場合には、主軸１の基端側を支持する為の基端側転がり軸受ユニット６、６ａに、玉軸受５、５を使用している。この理由は、モータビルトイン型の工作機械の主軸用回転支持装置の場合には、上記基端側転がり軸受ユニット６、６ａに加わる負荷が小さく、一般的なころ軸受を使用した場合にはスキッディング損傷が発生し易い為である。即ち、上記主軸１の先端部に支持した工具又は被加工物と、被加工物又は工具との接触部で生じる、この被加工物の加工に伴って生じる荷重（切削力）は、殆ど先端側転がり軸受ユニット３、３ａが支承し、上記基端側転がり軸受ユニット６、６ａには殆ど伝わらない。そして、この基端側転がり軸受ユニット６、６ａに伝わる荷重の殆どは、上記主軸１が水平方向に配置されている横型の工作機械の場合で、この主軸１の自重のうちの一部のみである。更に、上記主軸１を鉛直方向に配置している竪型の工作機械の場合、上記基端側転がり軸受ユニット６、６ａには、この主軸１の自重すら加わらなくなり、アンバランス荷重のみとなって、極めて軽荷重となる。
【０００８】
この様に、高速回転時に軽荷重しか加わらない基端側転がり軸受ユニット６、６ａとして一般的なころ軸受を使用すると、遠心力により外輪軌道に押し付けられた状態で自転しないころの転動面が内輪軌道と擦れ合って摩耗する、上記スキッディング損傷が発生する。この様なスキッディング損傷は、ころ軸受だけでなく玉軸受でも発生するが、玉軸受の場合には予圧を付与する事によりスキッディング損傷の発生を防止し、しかも高速で回転する主軸１の支持を行なえる。この為に従来は、上記基端側転がり軸受ユニット６、６ａとして玉軸受を使用している。逆に言えば、一般的にころ軸受の場合には、スキッディング損傷の発生を防止すべく、予圧を付与する（内部隙間を負にする）と、高速回転に伴って焼き付き等の損傷を発生し易い為、従来は高速型の工作機械の主軸１の基端部を支持する為の基端側転がり軸受としてころ軸受を使用する事は少なかった。
【０００９】
但し、前述の図１６〜１７に示した従来構造のうち、図１６に示した第１例の場合には、主軸１の伸縮に伴う各玉軸受５、５の外輪の軸方向変位が、必ずしも円滑に行なわれない可能性がある。即ち、主軸１の全長は、回転速度や温度の変化に伴って伸縮し、この伸縮に伴って上記各玉軸受５、５の外輪がハウジング４ａの内周面に対し軸方向に摺動するが、これら外輪の外周面とハウジング４ａの内周面とは必ずしも平滑面ではなく、潤滑状態も良好でない場合があるので、上記外輪の軸方向変位が円滑に行なわれない可能性がある。特に、上記主軸１の回転速度が急激に変化した場合に、この様な軸方向変位が不良になる可能性が高くなる。そして、この軸方向変位が円滑に行なわれない場合には、上記各外輪の外周面端縁部が上記ハウジング４ａの内周面に噛み合ってステックが発生する他、上記各玉軸受５、５の予圧が過大になり、これら各玉軸受５、５に焼き付き等の損傷が発生する可能性を生じる。
【００１０】
これに対して、図１７に示した第２例の場合には、上述の様な軸方向変位を必ずしも円滑に行なえないと言った問題に加え、基端側転がり軸受ユニット６ａ部分で共振を発生し易く、又、構造が複雑でコストが嵩むと言った問題を生じる。即ち、ばね８により一定の弾力により軸方向に押圧されているスリーブ７が、高速回転する主軸１の微小振動に基づき、特定の回転速度の状態で共振し、軸方向振動が発生し易い。又、上記スリーブ７及びばね８を設ける分、構造が複雑でコストが嵩んでしまう。尚、上記主軸１の伸縮に伴う上記スリーブ７の軸方向変位を円滑に行なわせる為に、このスリーブ７の外周面とハウジング４ａの内周面との間にボールスプラインを設ける場合もあるが、構造が益々複雑になって、コストがより高くなってしまう。
【００１１】
この様な事情に鑑みて、近年、特許文献１に開示されている様に、基端側転がり軸受として、内輪の外周面に設けた内輪軌道と、外輪の内周面に設けた外輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道を、少なくとも主軸の外周面とハウジングの内周面とへの組み付け状態で、非円形とした円筒ころ軸受を組み込む、工作機械の主軸用回転支持装置が考えられている。この様な特許文献１に開示された、工作機械の主軸用回転支持装置によれば、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受の両軌道の間隔を円周方向一部でのみ狭くでき、当該部分に存在する円筒ころの転動面を、これら両軌道に同時に弾性的に押し付ける様に（予圧を付与した状態に）できる。この為、円筒ころ軸受を構成する複数の円筒ころが、自転せずに公転する、所謂公転滑りを生じる事がなくなり、上記スキッディング損傷の発生防止を図れる。
【００１２】
又、工作機械の主軸用回転支持装置を構成する基端側転がり軸受として、セラミックス製の円筒ころを組み込んだ円筒ころ軸受を使用する事により、予圧を付与した状態でも焼き付き等の損傷の発生を防止し、より高速回転する主軸を支持できる様にする事も考えられている。
【００１３】
上述の様に、特許文献１に開示された構造の場合には、基端側転がり軸受として、外輪軌道と内輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道を、少なくとも主軸の外周面とハウジングの内周面とへの組み付け状態で、非円形とした円筒ころ軸受を使用する事により、スキッディング損傷の発生を防止できる様にしている。但し、この様な特許文献１に開示された構造を実施する場合、上記外輪軌道と内輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道を、上記組み付け状態で非円形とする必要がある為、軌道輪の製造が面倒になり、コストが嵩んでしまう場合がある。又、工作機械の主軸用回転支持装置にセラミックス製の円筒ころを組み込んだ円筒ころ軸受を使用する場合、セラミックス製の円筒ころがセラミックス製の玉に比べて量産性が悪い為、円筒ころの数を従来から一般的に使用されているものと同じとした場合に、製造コストが著しく上昇してしまう。例えば、セラミックス製の円筒ころを組み込んだ円筒ころ軸受の場合には、この円筒ころと同じ直径のセラミックス製の玉を使用した玉軸受と比較して、この玉軸受の製造コストの数倍の製造コストがかかる。
【００１４】
又、工作機械の主軸用回転支持装置では、発熱を十分に小さく抑える為、基端側転がり軸受にグリース潤滑を使用したり、或は、主軸をより高速で回転させる工作機械の基端側転がり軸受の場合には、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑を使用する事が行なわれる。但し、オイルエア潤滑又はオイルミスト潤滑を使用する場合、基端側転がり軸受の内部に供給された潤滑油が外部に円滑に排出されないと、潤滑油過多の状態になる。この為、この内部での潤滑油の攪拌抵抗が大きくなり、攪拌抵抗による攪拌熱の増大に伴って転がり軸受の温度が上昇し、延いては焼き付きが発生すると言う事態が稀とは言えない頻度で生じる。特に、基端側転がり軸受として円筒ころ軸受を使用する場合には、上記焼き付きが益々生じ易い。
【００１５】
一方、工作機械の主軸用回転支持装置に一般的な円筒ころ軸受を使用した場合には、各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するモーメントや、これら各円筒ころの公転運動に伴うこれら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントにより、これら各円筒ころの姿勢が変化した場合に、これら各円筒ころの自転運動及び公転運動が不安定になる。そして、この事により、これら各円筒ころの端面と軌道輪に形成した鍔との間の摩擦が大きくなり、これら端面と鍔との接触部での異常摩耗や焼き付きが発生し易くなる原因となる。
【００１６】
この様な事情から、特許文献２に開示されている様に、各円筒ころのジャイロモーメントＳを、これら各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するモーメントＵと、これら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントＣとの和以上（Ｓ≧Ｕ＋Ｃ）とすると共に、これら各モーメントＳ、Ｕ、Ｃに基づいて上記各円筒ころの端面と鍔の内側面との摺接点で各円筒ころの端面と各鍔の内側面とを互いに押し付け合う方向に作用する力Ｑと、この摺接点での滑り速度Ｖとの積Ｑ・Ｖを、５８８Ｎ・m/s （＝６０kgf ・m/s ）以下とする円筒ころ軸受が考えられ、実際に一部で、高速回転する工作機械の主軸用回転支持装置に使用されている。この様な特許文献２に開示された円筒ころ軸受を使用した工作機械の主軸用回転支持装置によれば、円筒ころの軸方向端面と鍔の内側面とでの異常摩耗及び焼き付きの発生防止を図れる。
又、特許文献３には、工作機械の主軸用回転支持装置に円筒ころ軸受を使用すると共に、各円筒ころを保持する保持器を外輪案内とし、この保持器を構成する１対の環状部の径方向長さと、これら各環状部の軸方向長さと、複数の円筒ころのP.C.D.とにより定義される所定の係数（保持器動案内隙間係数）ＡＩの大きさを規制した発明が開示されている。この様な特許文献３に開示された発明は、工作機械の主軸の高速回転時に、内、外輪の温度差増大等により、軸受の内部隙間が負になり、ころ荷重が増大する事による問題等を解消す事を目的としている。そして上記特許文献３に開示された発明によれば、上述の様に保持器の構造及び寸法を規制する事により、上記円筒ころ軸受の潤滑性の向上と、保持器の変形及び破損の抑制とを図り、高速回転する主軸を支持できる。但し、この様な特許文献３に開示された発明の場合、従来から一般的に使用されている円筒ころ軸受の場合と同様に、多くの円筒ころを多く組み込んでいる為、円筒ころ軸受に多くの繰り返し応力が加わる。この為、この円筒ころ軸受を予圧を負荷した状態で運転した場合での、寿命の延長を図る事に対して未だ改良の余地がある。即ち、上記円筒ころ軸受をラジアル隙間が負となる様に予圧を負荷した状態で運転する場合には、この負のラジアル隙間の絶対値が大きくなる程、寿命が短くなり易い。
尚、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１〜３の他に特許文献４、５がある。
【００１７】
【特許文献１】特開２００１−１９３７４４号公報
【特許文献２】特許第３２８９７１１号公報
【特許文献３】特開２００４−３５７７号公報
【特許文献４】実用新案登録第２５８７８９７号公報
【特許文献５】特開平１１−６５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の工作機械の主軸用回転支持装置は、上述の様な事情に鑑みて、基端側転がり軸受として円筒ころ軸受を使用する構造で、高速回転が可能で、この基端側転がり軸受のスキッディング損傷を発生しにくくでき、しかも潤滑油過多の状態になる事を防止でき、予圧が付与された状態で使用した場合も寿命を延長できる、低コストで高い信頼性及び耐久性を有する構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の工作機械の主軸用回転支持装置は、前述した従来の工作機械の主軸用回転支持装置と同様に、その軸心を中心として回転する主軸と、この主軸の先端部外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の軸方向変位を防止し且つこの主軸の先端部に加わるラジアル荷重を支承する先端側転がり軸受ユニットと、この主軸の基端側外周面と固定のハウジングの内周面との間に設けられ、この主軸の基端部に加わるラジアル荷重を支承するがこの主軸の軸方向変位を許容する基端側転がり軸受とを備える。
特に、本発明の工作機械の主軸用回転支持装置に於いては、この基端側転がり軸受は円筒ころ軸受である。そして、この基端側転がり軸受は、外輪の内周面と内輪の外周面との間に回転自在に設けられ、円周方向に亙って複数のポケットを有する保持器と、この保持器のポケット内に保持された状態で、上記外輪の内周面に設けられた外輪軌道と上記内輪の外周面に設けられた内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円筒ころとを備える。そして、上記ポケットの数をこれら円筒ころの数の２倍である偶数とし、これら各ポケットのうちの一部のポケットにのみ円筒ころを転動自在に保持すると共に、残りのポケット内には部材を設けずに空の状態のままとして、これら残りのポケットが上記保持器の内周面と外周面とを連通させる状態としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
上述の様に構成する本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、次の（１）〜（５）の様な作用・効果を奏する事ができる。
（１）  軽負荷状態で高速回転する基端側転がり軸受にスキッディング損傷を発生しにくくでき、しかも、内部に供給された潤滑油の排油性を高くでき、発熱を低く抑えて、焼き付きを発生しにくくできる。
即ち、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受の円筒ころの数を、ポケットの数の１／２とし、空のままのポケットを設定した事に伴い、慣性質量の減少、転がり抵抗の減少等に起因して、回転抵抗力が減少し、更に１個の円筒ころに加わる荷重が増大する。この結果、各円筒ころが十分に転動する事なく滑りながら内輪の周囲を回る、所謂公転滑りを生じにくくでき、スキッディング損傷を発生しにくくできる。又、空のままのポケットを設定した事に伴い、内部に供給された潤滑油が、これら空のポケットを通じて流通する。又、基端側転がり軸受の円周方向に関して隣り合う円筒ころ同士の間隔を広げる事ができる。従って、上記潤滑油を外部に排出し易くでき、潤滑油過多の状態をなくす事ができる。又、円筒ころの数が減少する事で、基端側転がり軸受の内部での発熱量が減少する。この結果、負のラジアル隙間に対する許容焼き付き限界が上昇し、多少の負のラジアル隙間で基端側転がり軸受を運転しても、焼き付きを生じにくくできる。
（２）  総てのポケットに円筒ころを保持した場合に比べて、円筒ころの数が少ない分だけ繰り返し応力の数が減少し、負のラジアル隙間で予圧を負荷した状態で運転した場合でも寿命が伸びる。
（３）  主軸の伸縮に伴うこの主軸の基端側の軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
即ち、上記軸方向変位の際に互いに摺動する、複数の円筒ころの転動面と外輪軌道及び内輪軌道は、平滑に仕上げられており、しかも十分に潤滑されている。従って、上記軸方向変位に対する抵抗は極く小さく、この軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
（４）  上記基端側転がり軸受を設ける為に、スリーブやばね、更にはボールスプライン等を必要としないので、構造を簡略化してコスト低減を図れる。
（５）  上記基端側転がり軸受にばねによる予圧を付与するものではない為、上記主軸の回転速度変動に拘らず、この主軸の微小振動と上記基端側転がり軸受とが共振する事がなく、ビビリ音等の有害な振動や騒音の発生を防止できる。
この結果、本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、作業能率を高めるべく主軸の回転速度を高めた場合にも、安価な構造で、この主軸の回転支持部の信頼性及び耐久性を十分に確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころを、セラミックス製とする。
この好ましい構成によれば、基端側転がり軸受でのスキッディング損傷をより生じにくくできる。しかも、円筒ころの数を、保持器を構成するポケットの数の１／２としている為、高価なセラミックス製の円筒ころを使用するのにも拘らず、コストの上昇を低く抑える事ができる。
【００２２】
又、より好ましくは、請求項３に記載した様に、基端側転がり軸受である円筒ころ軸受を構成する各円筒ころの転動面の直径をＤとし、これら各円筒ころの軸方向長さをＬとした場合に、これら各円筒ころを０．５≦Ｌ／Ｄ＜１を満たす短寸ころとする。
このより好ましい構成によれば、円筒ころの軸方向端面と、軌道輪に形成した鍔の内側面とでの異常摩耗及び焼き付きを発生しにくくできる。又、基端側転がり軸受の製造作業を容易に行なえると共に、負荷容量を十分に確保できる。
【実施例】
【００２３】
図１〜３は、本発明の実施例を示している。主軸１の先端部（図１の左端部）を、１対のアンギュラ型（或は深溝型）の玉軸受２、２を背面組み合わせして成る先端側転がり軸受ユニット３により、固定のハウジング４に対し支持している。上記各玉軸受２、２を構成する内輪は上記主軸１の先端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪は上記ハウジング４の内周面に隙間嵌めにより内嵌固定すると共に、このハウジング４の内周面に設けた段部２２とこのハウジング４に内嵌固定した押え蓋２３とにより軸方向の変位を阻止している。従って上記先端側転がり軸受ユニット３は上記主軸１の先端部を、軸方向変位を防止し且つこの主軸１の先端部に加わるラジアル荷重を支承自在に支持している。
【００２４】
これに対して、この主軸１の基端側（図１の右端側）は、図２〜３に詳示する様な基端側転がり軸受６ｂにより、固定のハウジング４ａに対し支持している。このハウジング４ａは、上記ハウジング４と一体でも別体でも良い。本発明の工作機械の主軸用回転支持装置の場合には、上記基端側転がり軸受６ｂは、その外周面に円筒形の内輪軌道１２を有する内輪１３と、その内周面に円筒形の外輪軌道１４を有する外輪１５と、上記内輪軌道１２と外輪軌道１４との間に転動自在に設けた複数の円筒ころ１６、１６とを備えた、円筒ころ軸受である。本実施例の場合、これら各円筒ころ１６、１６は、セラミックス製である。この様な基端側転がり軸受６ｂの構成要素のうち、内輪１３の外周面両端部で上記内輪軌道１２を軸方向両側から挟む位置には鍔１７、１７を形成している。上記各円筒ころ１６、１６は、これら両鍔１７、１７同士の間に配置して、これら各円筒ころ１６、１６が上記内輪１３に対し軸方向に変位するのを防止している。これに対して、上記外輪１５の内周面には鍔を形成せず、この外輪１５に対する上記各円筒ころ１６、１６の軸方向変位を自在としている。従って、上記内輪１３と上記外輪１５との軸方向変位は自在である。
【００２５】
又、上記基端側転がり軸受６ｂは、上記外輪１５の内周面と上記内輪１３の外周面との間に保持器１９（図２、３に記載し、図１では省略する。）を、回転自在に設けている。この保持器１９は、円周方向等間隔位置の複数個所（図示の例では１２個所）にポケット１８ａ、１８ｂを有する。そして、この保持器１９のポケット１８ａ、１８ｂの一部にのみ、上記円筒ころ１６、１６を保持している。
【００２６】
即ち、本発明の場合には、上記円筒ころ１６、１６を、上記ポケット１８ａ、１８ｂの数の１／２個（図示の例の場合は６個）だけ設けている。言い換えれば、上記保持器１９には、これら円筒ころ１６、１６の数の２倍である偶数個（図示の例の場合は１２個）のポケット１８ａ、１８ｂを設けている。そして、これら各ポケット１８ａ、１８ｂの総てに、上記円筒ころ１６、１６を保持するのではなく、１つ置きのポケット１８ａ、１８ａにのみ、それぞれ円筒ころ１６、１６を保持している。即ち、円筒ころ１６、１６を保持したポケット１８ａ、１８ａと、円筒ころ１６、１６を保持していないポケット１８ｂ、１８ｂとを、上記保持器１９の円周方向に関して交互に配置している。
【００２７】
又、本実施例の場合には、上記各円筒ころ１６、１６の転動面の直径（外径）をＤとし、これら各円筒ころ１６、１６の軸方向長さをＬとした場合（Ｄ、Ｌに関しては図７参照）に、これら各円筒ころ１６、１６を、０．５≦Ｌ／Ｄ＜１を満たす、短寸ころとしている。例えば、これら各円筒ころ１６、１６の寸法を、Ｌ／Ｄ≒０．５６を満たす様に規制する。
【００２８】
上述の様な基端側転がり軸受６ｂのうち、上記内輪１３は前記主軸１の基端部外周面に締り嵌めにより外嵌固定しており、同じく外輪１５は上記ハウジング４ａの内周面に締り嵌めにより内嵌固定している。従って上記基端側転がり軸受６ｂは上記主軸１の基端部を、この基端部に加わるラジアル荷重を支承するが、上記内輪１３と外輪１５との軸方向変位に基づき、この主軸１の軸方向変位を許容自在に支持している。
【００２９】
更に、図示の例では、上記主軸１の中間部で上記先端側転がり軸受ユニット３と上記基端側転がり軸受６ｂとの間にロータ９を固定し、このロータ９の外周面と、ハウジング等の固定部分に支持したステータ１０の内周面とを対向させて、電動モータ１１を構成している。工作機械の運転時には、上記ステータ１０に通電して、上記主軸１を高速で回転させる。
【００３０】
上述の様に構成する本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、次の（１）〜（５）の様な作用・効果を奏する事ができる。
（１）  軽負荷状態で高速回転する基端側転がり軸受６ｂにスキッディング損傷を発生しにくくでき、しかも、内部に供給された潤滑油の排油性を高くでき、発熱を低く抑えて、焼き付きを発生しにくくできる。
即ち、基端側転がり軸受６ｂである円筒ころ軸受の円筒ころ１６、１６の数を、ポケット１８ａ、１８ｂの数の１／２とし、空のままのポケット１８ｂ、１８ｂを設定した事に伴い、慣性質量の減少、転がり抵抗の減少等に起因して、回転抵抗力が減少し、更に１個の円筒ころ１６に加わる荷重が増大する。この結果、各円筒ころ１６、１６が十分に転動する事なく滑りながら内輪１２の周囲を回る、所謂公転滑りを生じにくくでき、スキッディング損傷を発生しにくくできる。又、空のままのポケット１８ｂ、１８ｂを設定した事に伴い、内部に供給された潤滑油が、これら空のポケット１８ｂ、１８ｂを通じて流通する。又、基端側転がり軸受６ｂの円周方向に関して隣り合う円筒ころ１６、１６同士の間隔を広げる事ができる。従って、上記潤滑油を外部に排出し易くでき、潤滑油過多の状態をなくす事ができる。又、円筒ころ１６、１６の数が減少する事で、基端側転がり軸受６ｂの内部での発熱量が減少する。この結果、負のラジアル隙間に対する許容焼き付き限界が上昇し、多少の負のラジアル隙間で基端側転がり軸受６ｂを運転しても、焼き付きを生じにくくできる。
【００３１】
（２）  総てのポケット１８ａ、１８ｂに円筒ころ１６、１６を保持した場合に比べて、円筒ころ１６、１６の数が少ない分だけ繰り返し応力の数が減少し、負のラジアル隙間で予圧を負荷した状態で運転した場合でも寿命が伸びる。
（３）  主軸１の伸縮に伴うこの主軸１の基端側の軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
即ち、上記軸方向変位の際に互いに摺動する、複数の円筒ころ１６、１６の転動面と外輪軌道１４及び内輪軌道１２は、平滑に仕上げられており、しかも十分に潤滑されている。従って、上記軸方向変位に対する抵抗は極く小さく、この軸方向変位を円滑に行なわせて、ステックを発生しにくくできる。
（４）  上記基端側転がり軸受６ｂを設ける為に、前述の図１７に示した従来構造の第２例の様に、スリーブ７やばね８、更にはボールスプライン等を必要としないので、構造を簡略化してコスト低減を図れる。
（５）  上記基端側転がり軸受６ｂにばねによる予圧を付与するものではない為、上記主軸１の回転速度変動に拘らず、この主軸１の微小振動と上記基端側転がり軸受６ｂとが共振する事がなく、ビビリ音等の有害な振動や騒音の発生を防止できる。
【００３２】
この結果、本発明の工作機械の主軸用回転支持装置によれば、作業能率を高めるべく主軸１の回転速度を高めた場合にも、安価な構造で、この主軸１の回転支持部の信頼性及び耐久性を十分に確保できる。
【００３３】
又、本実施例の場合には、基端側転がり軸受６ｂである円筒ころ軸受を構成する各円筒ころ１６、１６を、セラミックス製としている。この為、この基端側転がり軸受６ｂでのスキッディング損傷をより生じにくくできる。しかも、円筒ころ１６、１６の数を、保持器１９を構成する複数のポケット１８ａ、１８ｂの数の１／２としている為、高価なセラミックス製の円筒ころ１６、１６を使用するのにも拘らず、コストの上昇を低く抑える事ができる。
【００３４】
更に、本実施例の場合には、基端側転がり軸受６ｂである円筒ころ軸受を構成する各円筒ころ１６、１６の転動面の直径をＤとし、これら各円筒ころ１６、１６の軸方向長さをＬとした場合に、これら各円筒ころ１６、１６を、０．５≦Ｌ／Ｄ＜１を満たす短寸ころとしている。この為、これら各円筒ころ１６、１６の軸方向端面と、内輪軌道１２の両端部外周面に形成した鍔１７、１７の内側面とでの異常摩耗及び焼き付きを発生しにくくできる。次に、この理由に就いて説明する。
【００３５】
一般的な円筒ころ軸受の使用時には、各円筒ころの中心軸と内輪及び外輪の中心軸とが非平行になった状態のまま各円筒ころが回転する、所謂スキューが発生する事が避けられない。この様なスキューが発生した場合には、上記各円筒ころの両端面外周縁部と、内輪の外周面又は外輪の内周面に形成した鍔の内側面とが摺接する為、何らかの対策を施さない限り、潤滑不良等の悪条件下では、上記各円筒ころの両端部及び上記各鍔に著しい摩耗（異常摩耗）を生じる場合がある。
【００３６】
特に、ピッチ円直径ｄm （mm）と回転数ｎ（min-1 ）との積である、ｄm ・ｎが１５０万を越える様な条件で使用される、高速円筒ころ軸受の場合には、異常摩耗や焼き付き等の問題が発生し易くなる為、円筒ころ軸受の高速化の障害になっている。とりわけ、工作機械では、高性能化を図る為、円筒ころ軸受により支持する主軸の回転速度を高くする要望があり、この様な高速化に合わせて、回転抵抗低減の為、この円筒ころ軸受に供給する潤滑剤の量をより少なくする事が望まれている。この様な理由から、上記工作機械の分野で、上記問題が発生し易い。
【００３７】
又、大きなラジアル荷重を支承する為の円筒ころ軸受は、全周に亙って一様に負荷を受ける状態で使用される事はない。言い換えれば、使用時に円筒ころ軸受は、その円周方向の一部がラジアル荷重を支承する負荷圏となり、直径方向反対側はラジアル荷重を受けない非負荷圏となる。従って円筒ころ軸受の運転時に各円筒ころは、公転運動に伴って、上記負荷圏と非負荷圏とを交互に通過する。そして、これら各円筒ころは、このうちの負荷圏に位置する間は、内輪軌道と外輪軌道との間で強く挟持されるので、姿勢（スキュー角）は殆ど変化せず、安定した状態のまま自転しつつ公転する。これに対して、上記非負荷圏に位置する上記各円筒ころは、上記内輪軌道と外輪軌道とによる拘束を受けず、比較的自由にその姿勢を変化させる。
【００３８】
そして、上記非負荷圏に位置する間に上記各円筒ころの姿勢が、これら各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するモーメントや、これら各円筒ころの公転運動に伴うこれら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントにより変化すると、これら各円筒ころの自転運動及び公転運動が不安定になる。この結果、これら各円筒ころ１６、１６の端面と鍔との間の摩擦が大きくなり、前記異常摩耗や焼き付きが発生し易くなる。
【００３９】
これに対して、本実施例の場合には、前述の様に、基端側転がり軸受６ｂである円筒ころ軸受を構成する各円筒ころ１６、１６の転動面の直径をＤとし、これら各円筒ころ１６、１６の軸方向長さをＬとした場合に、これら各円筒ころ１６、１６を、０．５≦Ｌ／Ｄ＜１を満たす短寸ころとしている。この様に各円筒ころ１６、１６の寸法を規制した場合には、次の［１］［２］の関係が満たされる事が分かっている。
［１］  各円筒ころ１６、１６に発生するジャイロモーメントＳが、これら各円筒ころ１６、１６の動的不釣り合いにより発生するモーメントＵと、これら各円筒ころ１６、１６のスキュー角の変動に伴って発生するモーメントＣとの和以上（Ｓ≧Ｕ＋Ｃ）となる。
［２］  上記各円筒ころ１６、１６がスキューして、これら各円筒ころ１６、１６の端面と、内輪軌道１２の両側に設けられた１対の鍔１７、１７（外輪軌道の両側に１対の鍔を設ける場合にはこれら各鍔）の内側面とが摺接した状態で、上記各モーメントＳ、Ｕ、Ｃに基づいて摺接点でこれら各円筒ころ１６、１６の端面と上記各鍔１７、１７の内側面とを互いに押し付け合う方向に作用する力Ｑと、上記摺接点での滑り速度Ｖとの積Ｑ・Ｖが、５８８Ｎ・m/s （＝６０kgf・m/s ）以下となる。
【００４０】
上記各モーメントＳ、Ｕ、Ｃのうち、ジャイロモーメントＳは、上記各円筒ころ１６、１６の自転軸Ｘ回りの慣性モーメントをＩX （図５）とし、これら各円筒ころ１６、１６の中心点でこれら各円筒ころ１６、１６の自転軸Ｘに対し直交するＺ軸回りの慣性モーメントをＩZ （図５）とし、これら各円筒ころ１６、１６の公転角速度をωC とし、これら各円筒ころ１６、１６の自転角速度をωB とし、これら各円筒ころ１６、１６のスキュー角で、正の値（＞０）をψ（図１０参照）とし、これら各円筒ころ１６、１６が１回自転する間のスキュー角の変動を△ψとし、これら各円筒ころ１６、１６の動的不釣り合いにより発生する、これら各円筒ころ１６、１６の中心点でこれら各円筒ころ１６、１６の自転軸に対し直交する軸回りのモーメントをＩU とした場合に、
Ｓ＝ＩX ・ωC ・ωB ・ sinψ−（ＩX −ＩZ ）・ωC2・ sinψ・ cosψ            −−−（１）
で表される。
又、上記各円筒ころ１６、１６の動的不釣り合いにより発生する、上記Ｚ軸回りのモーメントの最大値Ｕは、
Ｕ＝ＩU ・ωB2        −−−（２）
で表される。
更に、上記各円筒ころ１６、１６がスキューする事によりこれら各円筒ころ１６、１６の端面と上記各鍔１７、１７の内側面とが摺接しつつこれら各円筒ころ１６、１６が自転する場合に、これら各円筒ころ１６、１６のスキュー角の変動に伴って発生するモーメントの最大値Ｃは、
Ｃ＝ＩZ ・△ψ・ωB2        −−−（３）
で表される。
【００４１】
そして、前記［１］の関係が満たされる事により、前記ジャイロモーメントＳが、上記各円筒ころ１６、１６の姿勢を安定に保つ。又、前記［２］の関係が満たされる事により、このジャイロモーメントＳが過度に大きくなる事を防止でき、上記各円筒ころ１６、１６の端面と各鍔１７、１７の内側面との摺接点での摩擦を抑えて、異常摩耗や焼き付きを発生しにくくできる。
【００４２】
これらの点に就いて、以下に更に詳細に説明する。尚、以下の説明は、内輪１３の外周面に鍔１７、１７を形成した場合に就いて述べる。外輪１５の内周面に鍔を形成した場合でも同様である。先ず、ジャイロモーメントＳを、上記モーメントの最大値Ｕと、上記モーメントの最大値Ｃとの和以上（Ｓ≧Ｕ＋Ｃ）として、上記各円筒ころ１６、１６の姿勢を安定させる点に就いて説明する。尚、言い換えれば本実施例は、円筒ころ１６、１６がスキューする事により発生するジャイロモーメントＳを、非負荷圏に位置する円筒ころ１６、１６の姿勢を安定させる為の制御因子として積極的に利用するものである。
【００４３】
本実施例の工作機械の主軸用回転支持装置を構成する基端側転がり軸受６ｂの場合、内輪１３の外周面両端部に形成した１対の鍔１７、１７同士の間隔は、円筒ころ１６、１６の軸方向に亙る長さ寸法よりも僅かに大きい。従って、これら各円筒ころ１６、１６の軸方向両端面と上記鍔１７、１７の内側面との間には若干の隙間が存在し、この隙間に基づいて、上記各円筒ころ１６、１６は、スキューした状態で、自転しつつ公転する。この様に上記各円筒ころ１６、１６が、スキューした状態で自転しつつ公転する結果、これら各円筒ころ１６、１６が図４に示す様な歳差運動をして、これら各円筒ころ１６、１６に、前記（１）式に示す様な大きさのジャイロモーメントＳが作用する。
又、図４中、Ｈは、上記各円筒ころ１６、１６が歳差運動をしている場合の角運動量（ベクトル）を表している。又、ωC は、上述の様に、上記各円筒ころ１６、１６の公転角速度を表している。
【００４４】
一方、従来から知られていた円筒ころ軸受の通常の諸元では、この円筒ころ軸受を、外輪を静止させ、内輪を回転させる状態で使用する場合に、ωB ／（ωC ・ cosψ）＞１である。この為、外力（ジャイロモーメントＳ以外の力）を考慮しなければ、各円筒ころ１６がスキューした場合にこのジャイロモーメントＳは、これら各円筒ころ１６がスキューしているのと同じ向きに、即ち、スキューを助長し、スキュー角ψを大きくしようとする向きに作用する。図６に、上記各円筒ころ１６がスキューした場合に上記ジャイロモーメントＳがスキュー角ψを大きくしようとする向きに作用する範囲｛１−ＩZ ／ＩX ≦ωB ／（ωC ・ cosψ）｝で、且つ、ＩZ ／ＩX ≧０の範囲を、斜線で示した。上記図６は、横軸が上記各円筒ころ１６、１６の前記各慣性モーメントＩX 、ＩZ の比ＩZ ／ＩX であり、縦軸がωB ／（ωC ・ cosψ）である。
【００４５】
一方、上記各円筒ころ１６には、前記Ｚ軸回りに発生する動的不釣り合い（アンバランス）によるモーメントＵV が、次の（４）式で表される大きさで、作用する。
ＵV ＝Ｕ・cos （ωB ｔ）        −−−（４）
又、この（４）式中、上記モーメントＵV の最大値であるＵは、前記（２）式で表される。
又、前記モーメントＩU は、次の（５）式で表される。
ＩU ＝（Ｍ6 ／２）・ｅ・Ｌ          −−−（５）
この（５）式中、Ｍ6 は上記各円筒ころ１６の質量を、ｅは、図７に示す様に、これら各円筒ころ１６の各重心が幾何学的中心からずれており、そのずれ成分をこれら各円筒ころ１６の両端部に存在させたと仮定した状態での、これら各円筒ころ１６の半径方向の偏心量を、Ｌは、これら各円筒ころ１６の軸方向長さを、それぞれ表している。
【００４６】
更に、上記各円筒ころ１６は、スキューする事でその軸方向両端面外周縁部が、前記各鍔１７、１７の内側面に押し付けられた状態のまま、自転しつつ公転する。この結果、上記各円筒ころ１６には、これら各円筒ころ１６や上記各鍔１７、１７の形状誤差等に基づき、スキュー角ψが変化する事に伴って発生するモーメントＣV が、次の（６）式の様な大きさで作用する。
ＣV ＝Ｃ・cos （ωB ｔ＋θ）        −−−（６）
尚、この（４）式中、θは、上記モーメントＵV に対する上記モーメントＣV の位相差を表している。又、この（４）式中、上記モーメントＣV の最大値であるＣは、前記（３）式で表される。
【００４７】
今、上記各円筒ころ１６の両端面外周縁部が上記各鍔１７、１７の内側面と接触した状態で自転しているものと仮定し、これら各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７から受けるスキューモーメントをＴとすれば、これら各円筒ころ１６のスキュー角ψに関する以下の方程式が得られる。但し、前記内輪、外輪両軌道１２、１４から上記各円筒ころ１６に作用するスキューモーメントは、小さいものとして無視する。
ＩZ ・（d2ψ／dt2 ）＝Ｓ＋ＵV −Ｔ        −−−（７）
又、この（７）式の左辺は、
ＩZ ・（d2ψ／dt2 ）＝ＩZ ・d2／dt2 ｛△ψ・cos （ωB ｔ＋θ）｝
＝ＩZ ・｛−△ψ・ωB 2 ・cos （ωB ｔ＋θ）｝
＝−ＣV 
であるから、上記（７）式は、次の（８）式の様に書き換えられる。
Ｔ＝Ｓ＋ＵV ＋ＣV   −−−  （８）
今、θ＝０、即ち、ＵV とＣV との位相が互いに一致した場合を考えると、上記（８）式は、
Ｔ＝Ｓ＋（Ｕ＋Ｃ）・cos （ωB ｔ）        −−−（９）
となる。即ち、上記各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７から受けるスキューモーメントＴは、これら各円筒ころ１６が１回自転する間に周期的に変動する。この様子を示したものが図８である。
【００４８】
従って、上記各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７から受けるスキューモーメントＴが最大となるのは、これら各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７の間で最もスキューした状態で、これら各円筒ころ１６がこれら各鍔１７、１７から、それぞれスキュー角ψが小さくなる方向に押し戻される場合で、且つ、これら各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７の間で最もスキューした状態で、これら各円筒ころ１６のアンバランスによるスキューモーメントＵV によって、これら各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７に最も押し付けられる場合である。又、上記各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７から受けるスキューモーメントＴが最小となるのは、これら各円筒ころ１６のスキュー角ψが最も小さくなった状態で、これら各円筒ころ１６のスキュー角ψが大きくなる際に、これら各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７から離れる方向に、上記モーメントＣV が上記各円筒ころ１６に作用する場合で、且つ、これら各円筒ころ１６のスキュー角ψが最も小さくなった状態で、これら各円筒ころ１６が上記各鍔１７、１７から離れる方向に、上記スキューモーメントＵV が上記各円筒ころ１６に作用する場合である。
【００４９】
上述した様な各モーメントＳ、Ｕ、Ｃ同士の間で、Ｓ≧Ｕ＋Ｃなる関係が成立した場合に就いて説明する。上記式（９）から常にＴ≧０である為、円筒ころ１６は一定の方向のスキュー角を保ちながら常に鍔１７、１７に押し付けられている状態、即ち、円筒ころ１６は常に鍔１７、１７に案内されながら公転している事になり、鍔１７、１７から離れる事がない。この様に、上記各円筒ころ１６が、上記鍔１７、１７に案内される事によって、安定した状態のまま自転しつつ公転する為、円筒ころ軸受が、前述した様に非負荷圏を有する状態で使用されても、この円筒ころ軸受の運転を安定した状態で行なえる。
【００５０】
即ち、この非負荷圏を通過する間中上記各円筒ころ１６は、その軸方向両端面を上記各鍔１７、１７の内側面に押し付けたまま、自転しつつ公転し、同じ姿勢のまま（スキュー角ψの方向を変えないまま）で、再び上記負荷圏に入り込む。この為、上記各円筒ころ１６が１回公転する間に、これら各円筒ころ１６の挙動が不安定になる事はない。
【００５１】
尚、円筒ころ軸受の運転時に、上記各円筒ころ１６のスキュー角ψを変える力となり得る要素としては、前述した各モーメントＵV 、ＣV の他に、内輪１３と外輪１５とのミスアライメント、或は内輪軌道１２又は外輪軌道１４の形状誤差（傾斜）等により誘発されるスキューモーメントも考えられる。但し、これらにより生じるスキューモーメントは、ｄm ・ｎが１５０万を越える様な高速で使用される場合には、上記各モーメントＳ、Ｕ、Ｃよりも遥かに小さい。従って、上記ミスアライメントや形状誤差に基づくスキューモーメントは考慮しなくても、特に問題とはならない。
【００５２】
次に、上記各円筒ころ１６の軸方向両端面と上記各鍔１７、１７の内側面との摺接点でこれら各円筒ころ１６の端面とこれら各鍔１７、１７の内側面とを互いに押し付け合う方向の力Ｑと、上記摺接点での滑り速度Ｖとの積Ｑ・Ｖを、５８８Ｎ・m/s （＝６０kgf ・m/s ）以下とし、上記摺接点での摩擦を抑えて、異常摩耗や焼き付きの発生を防止する点に就いて説明する。
上述した様に、ジャイロモーメントＳを、それぞれ前述した各モーメントの最大値ＵとＣとの和以上にすれば、これら各円筒ころ１６の運動は安定し、その面からは、上記異常摩耗や焼き付きの防止を図れる。但し、上記ジャイロモーメントＳが大き過ぎると、上記各円筒ころ１６の軸方向両端面を上記各鍔１７、１７の内側面に押し付ける力Ｑが大きくなり過ぎる。
【００５３】
そして、この力Ｑが過大になる結果、次の（１０）式で表される、上記摺接点でのＱ・Ｖ値が大きくなり、上記異常摩耗及び焼き付きが発生し易くなる。
Ｑ・Ｖ＝（Ｍ／Ｂ）・Ｖ        −−−（１０）
尚、この（１０）式中、Ｑは、上記各円筒ころ１６が図９〜１０に示す様にスキューし、これら各円筒ころ１６の軸方向両端面の外周縁部と上記各鍔１７、１７の内側面とが接触した場合に、接触点Ｇで発生する、互いに押し付け合う方向の力（Ｎ）を、Ｖは、この接触点Ｇでの、上記各円筒ころ１６の軸方向両端面外周縁部と上記各鍔１７、１７の内側面との間の滑り速度（ｍ／ｓ）を、それぞれ表している。又、Ｍは、上記各円筒ころ１６のスキュー角ψを小さくする方向に作用するスキューモーメント（Ｎｍ）で、前述した各モーメントＳ、Ｕ、Ｃの和（Ｍ＝Ｓ＋Ｕ＋Ｃ）である。又、Ｂは、図１１に示す様に、上記各円筒ころ１６をスキューさせた場合に、これら各円筒ころ１６の端面と鍔１７の内側面とが当接する部分の長さ（ｍ）を、それぞれ表している。
【００５４】
この様な前提で、本発明者は、上記Ｑ・Ｖ値が上記各円筒ころ１６の軸方向端面及び上記各鍔１７、１７の内側面の摩耗に及ぼす影響に就いて知る為の実験を行なった。この結果、上記Ｑ・Ｖ値が５８８Ｎ・m/s （＝６０kgf ・m/s ）以下（Ｑ・Ｖ≦５８８Ｎ・m/s ）であれば、上記各円筒ころ１６の軸方向両端面及び上記各鍔１７、１７の内側面に異常摩耗や焼き付きが発生しない事が分った。そこで、上記各モーメントＳ、Ｕ、Ｃ同士の関係で、Ｓ≧Ｕ＋Ｃで、且つ、これら各モーメントの和（Ｓ＋Ｕ＋Ｃ）によって発生するＱ・Ｖ値の上限を５８８Ｎ・m/s とした場合には、上記異常摩耗及び焼き付きを発生しにくくできる事を確認できた。
【００５５】
図１３では、これら２通りの要件を満たす範囲を、斜格子で示している。この図１３の横軸は、上記Ｑ・Ｖ値のうち、上記ジャイロモーメントＳにより生じる部分を、同じく縦軸は、このＱ・Ｖ値のうち、それぞれ上記各モーメントＵとＣとの和（Ｕ＋Ｃ）により生じる部分を、それぞれ表している。
【００５６】
尚、上記図１３で、前述の［１］［２］の関係を満たさない部分で、斜線で示した、（Ｕ＋Ｃ）＞Ｓなる領域では、図１２（Ａ）に斜線で示した様に、上記各円筒ころ１６の端面が偏心摩耗する。即ち、（Ｕ＋Ｃ）＞Ｓなる領域では、円筒ころ軸受の運転に伴って、上記各円筒ころ１６が不安定な運動をするので、これら各円筒ころ１６の軸方向端面が、偏心摩耗する。これに対して、上記図１３に梨地模様で示した、Ｓ≧Ｕ＋ＣであるがＱ・Ｖ＞５８８Ｎ・m/s なる領域では、上記円筒ころ軸受の運転に伴う上記各円筒ころ１６の運動が安定するので、これら各円筒ころ１６の軸方向端面が、図１２（Ｂ）に斜線で示す様に同心円状に摩耗する。但し、同心円状に摩耗するにしても、Ｑ・Ｖ＞５８８Ｎ・m/s である限り、摩耗量は多くなり、焼き付きが発生する可能性もある。
【００５７】
本実施例の場合、上記図１３の斜格子で示した領域、即ち、Ｓ≧Ｕ＋Ｃで、且つＱ・Ｖ≦５８８Ｎ・m/s とする事ができ、上記円筒ころ軸受の運転に伴う上記各円筒ころ１６の運動を安定させ、且つ、摩耗を抑えて焼き付きの危険性を低くする事ができる。そして、転動面の直径（外径）Ｄよりも軸方向寸法Ｌが小さい（Ｌ／Ｄ＜１）、所謂短寸ころを使用する事により、この様な２つの関係（Ｓ≧Ｕ＋Ｃ、Ｑ・Ｖ≦５８８Ｎ・m/s ）を何れも満たす事ができる事が分かった。
【００５８】
又、０．５≦Ｌ／Ｄを満たす事により、各円筒ころ１６を加工し易くできる。又、この関係を満たす事により、鍔１７、１７を形成した軌道輪である、内輪１３の内輪軌道１２と、鍔１７、１７の内側面との連続部に、加工逃げ（逃げ溝）を形成し易くできる。更に、基端側転がり軸受６ｂの負荷容量を十分に確保できる。これに対して、本実施例の場合と異なり、各円筒ころ１６が０．５＞Ｌ／Ｄを満たす場合には、製造作業が著しく面倒になり、負荷容量を十分に確保する事が著しく困難になる。
【００５９】
次に、本実施例の効果のうち、各円筒ころ１６の軸方向端面と鍔１７、１７の内側面とでの焼き付きを発生しにくくできると言った効果を確認すべく、本実施例で円筒ころ１６、１６の数を保持器１９のポケット１８ａ、１８ｂの数と同じにした場合の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。実験は、図１４（Ａ）に示す様な、転動面の直径（外径）Ｄと軸方向寸法Ｌと（Ｄ、Ｌに関しては図７参照）が等しい（Ｌ／Ｄ＝１）、円筒ころ１６ａとして所謂等長等径ころを使用した円筒ころ軸受２１ａ（比較例）と、図１４（Ｂ）に示す様な、軸方向寸法Ｌと転動面の直径（外径）Ｄとの比が０．５以上１未満である（０．５≦Ｌ／Ｄ＜１）、円筒ころ１６として所謂短寸ころを使用した、円筒ころ軸受２１ｂ（参考例）とを使用して行なった。尚、使用した円筒ころ軸受２１ａ、２１ｂは、呼び番号がＮ１０１４に準ずるもので、外径が１１０mm、内径が７０mm、幅が２０mmである。又、円筒ころ１６、１６ａの数は何れも１８個とした。この様な各円筒ころ軸受２１ａ、２１ｂを、それぞれ微量潤滑（オイルエア潤滑）の下で内輪１３を回転させ、焼き付きに至る回転数を測定した。その結果を図１５に示す。
【００６０】
実験結果を示す図１５中、◇印は、特許文献５に記載されている如き浸炭窒化鋼製の等長等径ころを使用した場合（比較例の場合）の、□印は、この浸炭窒化鋼製の短寸ころを使用した場合（参考例の場合）の、それぞれ実験結果を示している。この実験から明らかな様に、短寸ころを使用すれば、外輪温度上昇が小さく、耐焼付性が向上する。この様な実験結果から、上述の参考例で、円筒ころ１６の数を保持器１９のポケット１８ａ、１８ｂの数の１／２とした、本実施例の範囲に属するものは、各円筒ころ１６の端面と各鍔１７、１７の内側面との摺接点での摩擦を抑えて、焼き付きを発生しにくくできる事を確認できた。
【００６１】
尚、円筒ころ軸受に設ける１対の鍔の互いに対向する内側面を、これら両内側面同士の間隔が直径方向外方に向かう程大きくなる方向に傾斜させ、各円筒ころがスキューしてこれら各円筒ころの端面外周縁部が上記各鍔に当接した場合に、この端面外周縁部が上記傾斜した内側面に当接する様にすれば、油のくさび効果により摺接部に強固な油膜を形成する事が可能になる。この為、高速微量潤滑下でも、前述した異常摩耗や焼き付きをより有効に発生しにくくできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例を示す略断面図。
【図２】一部を省略して示す、図１の拡大Ａ−Ａ断面図。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図４】円筒ころ軸受の運転時に円筒ころに加わるジャイロモーメントを説明する為の模式図。
【図５】円筒ころの慣性モーメントを説明する為の略図。
【図６】円筒ころがスキューした場合にジャイロモーメントがスキュー角を大きくしようとする向きに作用する範囲を示すグラフ。
【図７】円筒ころの動的不釣り合いを説明する為の略図。
【図８】円筒ころに加わるジャイロモーメントとこの円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントとの関係を示すグラフ。
【図９】円筒ころがスキューした状態を示す部分断面図。
【図１０】図９の上方から見た図。
【図１１】図９の側方から見た図。
【図１２】円筒ころの端面の摩耗状態の２例を示す端面図。
【図１３】本実施例の範囲を示す為のグラフ。
【図１４】本実施例の効果を確認する為に行なった実験に使用した円筒ころ軸受の２例を示す部分断面図。
【図１５】本実施例の効果を確認する為に行なった実験の結果を示すグラフ。
【図１６】従来構造の第１例を示す略断面図。
【図１７】同第２例を示す略断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１    主軸
２    玉軸受
３、３ａ  先端側転がり軸受ユニット
４、４ａ  ハウジング
５    玉軸受
６、６ａ  基端側転がり軸受ユニット
６ｂ  基端側転がり軸受
７    スリーブ
８    ばね
９    ロータ
１０    ステータ
１１    電動モータ
１２    内輪軌道
１３    内輪
１４    外輪軌道
１５    外輪
１６、１６ａ  円筒ころ
１７    鍔
１８ａ、１８ｂ  隙間
１９    保持器
２１ａ、２１ｂ  円筒ころ軸受
２２    段部
２３    押え蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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