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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024110470
(43)【公開日】2024-08-16
(54)【発明の名称】軸受装置およびスピンドル装置
(51)【国際特許分類】
F16C 41/00 20060101AFI20240808BHJP
F16C 35/12 20060101ALI20240808BHJP
F16C 19/06 20060101ALI20240808BHJP
F16C 19/52 20060101ALI20240808BHJP
G01L 5/00 20060101ALI20240808BHJP
B23B 19/02 20060101ALI20240808BHJP
B23Q 17/00 20060101ALI20240808BHJP
【ＦＩ】
F16C41/00
F16C35/12
F16C19/06
F16C19/52
G01L5/00 K
B23B19/02 B
B23Q17/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023015013
(22)【出願日】2023-02-03
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100130513
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 直也
(74)【代理人】
【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二
(74)【代理人】
【識別番号】100130177
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 弥一郎
(72)【発明者】
【氏名】大口 耀示
(72)【発明者】
【氏名】豊口 陽亮
(72)【発明者】
【氏名】福島 靖之
【テーマコード（参考）】
2F051
3C029
3C045
3J217
3J701
【Ｆターム（参考）】
2F051AA11
2F051AB09
2F051BA07
3C029EE01
3C045FD13
3J217JA02
3J217JA14
3J217JA38
3J217JA39
3J217JB15
3J217JB68
3J217JB82
3J217JB84
3J701AA02
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA54
3J701AA62
3J701BA71
3J701BA77
3J701FA48
3J701GA31
(57)【要約】
【課題】スピンドル装置において、ヒステリシスの発生を抑制し、軸受予圧の推定精度を向上させること。
【解決手段】スピンドル装置１は、予圧が与えられた状態で、主軸４を支持する第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂを備える。第１軸受５ａと第２軸受５ｂの間には、間座６が配置されている。間座６は主軸４の軸方向に両端の補助間座７ｇａ、７ｇｂと中央の中央間座７ｇｂに３分割されており、その中央間座７ｇｂには、ひずみセンサ１１が固定されている。
【選択図】図２
【解決手段】スピンドル装置１は、予圧が与えられた状態で、主軸４を支持する第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂを備える。第１軸受５ａと第２軸受５ｂの間には、間座６が配置されている。間座６は主軸４の軸方向に両端の補助間座７ｇａ、７ｇｂと中央の中央間座７ｇｂに３分割されており、その中央間座７ｇｂには、ひずみセンサ１１が固定されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
予圧が与えられた状態で、回転軸を支持する、外輪、内輪および転動体を含む第１軸受と、
前記回転軸の軸方向に前記第１軸受と並列するように配置され、予圧が与えられた状態で、前記回転軸を支持する、外輪、内輪および転動体を含む第２軸受と、
前記第１軸受と前記第２軸受の間に配置される間座と、を備え、
前記間座は、少なくとも３つの分割体へと前記回転軸の軸方向に分割されており、
前記分割体のうちの、前記回転軸の軸方向の両端部を除く分割体には、ひずみセンサが搭載されている、軸受装置。
前記回転軸の軸方向に前記第１軸受と並列するように配置され、予圧が与えられた状態で、前記回転軸を支持する、外輪、内輪および転動体を含む第２軸受と、
前記第１軸受と前記第２軸受の間に配置される間座と、を備え、
前記間座は、少なくとも３つの分割体へと前記回転軸の軸方向に分割されており、
前記分割体のうちの、前記回転軸の軸方向の両端部を除く分割体には、ひずみセンサが搭載されている、軸受装置。
【請求項2】
前記間座は、３つの分割体へと前記回転軸の軸方向に分割されており、
その中央の分割体に前記ひずみセンサが搭載されている、請求項１に記載の軸受装置。
その中央の分割体に前記ひずみセンサが搭載されている、請求項１に記載の軸受装置。
【請求項3】
前記ひずみセンサは、前記分割体の内径面に固定されている請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項4】
前記ひずみセンサは、前記分割体の外径面に固定されている請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項5】
前記分割体の隣接する分割体との接触面は、摩擦力を低減する表面処理がなされている請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項6】
前記ひずみセンサの出力から軸受の予圧を算出する軸受予圧演算部と、
前記ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式を保存した記憶部とを備える、請求項１または２に記載の軸受装置。
前記ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式を保存した記憶部とを備える、請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項7】
請求項１または２に記載の軸受装置と、前記回転軸を回転するモータとを備える、スピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、軸受装置およびスピンドル装置に関する。
より詳しくは、本発明は、ヒステリシスの発生を抑制することで軸受予圧の推定精度を向上させた軸受装置およびスピンドル装置に関する。
より詳しくは、本発明は、ヒステリシスの発生を抑制することで軸受予圧の推定精度を向上させた軸受装置およびスピンドル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械等のスピンドル装置では、加工精度や加工効率を向上させるため、加工荷重や軸受の予圧管理が求められている。
また、軸受に異常が起こる前にその予兆を検出して、軸受の異常を未然に防ぐ要求もある。
また、軸受に異常が起こる前にその予兆を検出して、軸受の異常を未然に防ぐ要求もある。
【0003】
このため、特許文献１のように、間座を介して背面合わせにした１対のアンギュラ玉軸受の、その間座の外輪間座にひずみセンサを取り付け、外輪間座のひずみ量をセンサで検出し、これにより軸受の予圧量を計測する試みがなされている。
なお、特許文献１では、ひずみセンサは、ひずみに応じた信号を出力する検知部および前記信号を増幅させるアンプを内蔵している。
なお、特許文献１では、ひずみセンサは、ひずみに応じた信号を出力する検知部および前記信号を増幅させるアンプを内蔵している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－０１４８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１では、外輪間座に搭載したひずみセンサでひずみを検知することで、軸受予圧を推定するものであるが、アンギュラ玉軸受は、接触角をもっているため、転動体が軸受外輪の軌道面へ与える力（軸受予圧）は、軸受外輪を軸方向と径方向へ変形させることとなる。
【0006】
アンギュラ玉軸受が背面組み合わせの場合、軸受予圧が上昇するときには、軸受外輪と外輪間座とは接触面ですべりが生じながら径方向へと拡張する。
一方、その後、軸受予圧が減少するときには、外輪間座は、軸受予圧の上昇時とは異なる接触状態を経て元の形状に戻ろうとする。
すなわち、軸受予圧の上昇時と減少時では、外輪間座の変形状態が異なるため、ひずみセンサ出力にはヒステリシス（履歴現象）が発生することになる。
このため、ひずみセンサの出力から軸受予圧を推定する際に、ヒステリシスの発生にともなう誤差が生じる問題があった。
一方、その後、軸受予圧が減少するときには、外輪間座は、軸受予圧の上昇時とは異なる接触状態を経て元の形状に戻ろうとする。
すなわち、軸受予圧の上昇時と減少時では、外輪間座の変形状態が異なるため、ひずみセンサ出力にはヒステリシス（履歴現象）が発生することになる。
このため、ひずみセンサの出力から軸受予圧を推定する際に、ヒステリシスの発生にともなう誤差が生じる問題があった。
【0007】
そこで本発明の解決すべき課題は、軸受装置およびスピンドル装置において、ヒステリシスの発生を抑制し、軸受予圧の推定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記した課題を解決するため、発明にかかる軸受装置を、予圧が与えられた状態で、回転軸を支持する、外輪、内輪および転動体を含む第１軸受と、前記回転軸の軸方向に前記第１軸受と並列するように配置され、予圧が与えられた状態で、前記回転軸を支持する、外輪、内輪および転動体を含む第２軸受と、前記第１軸受と前記第２軸受の間に配置される間座と、を備え、前記間座は、少なくとも３つの分割体へと前記回転軸の軸方向に分割されており、前記分割体のうちの、前記回転軸の軸方向の両端部を除く分割体には、ひずみセンサが搭載されている構成としたのである。
【0009】
このように構成すると、軸受予圧が上昇するとき、間座の両端部の分割体は、軸受外輪の拡径に伴って、すべりを生じつつ径方向へと拡張することになるが、より中央側の分割体との接触面でもすべりが生じるため、中央側の分割体は、両端部の分割体よりも径方向への変形が小さくなる。
このため、両端部を除く分割体に搭載したひずみセンサは、径方向のひずみをほぼ無視することができ、概ね軸方向のひずみのみを検出することが可能となる。
このため、両端部を除く分割体に搭載したひずみセンサは、径方向のひずみをほぼ無視することができ、概ね軸方向のひずみのみを検出することが可能となる。
【0010】
したがって、間座が分割されていない場合と比較して、ひずみセンサ出力のヒステリシスが小さくなり、軸受予圧の荷重推定精度を向上することができる。
なお、間座の軸方向への分割数を増やすことで、各分割体の接触面ですべりが生じるため、軸受外輪の径方向への変形を、中央よりの分割体へとより伝達しにくくすることできる。
この結果、分割数を増加すればするほど、また、ひずみセンサを搭載する分割体を中央に最も近い分割体にすればするほど、ひずみセンサ出力のヒステリシスが低減することとなる。
なお、間座の軸方向への分割数を増やすことで、各分割体の接触面ですべりが生じるため、軸受外輪の径方向への変形を、中央よりの分割体へとより伝達しにくくすることできる。
この結果、分割数を増加すればするほど、また、ひずみセンサを搭載する分割体を中央に最も近い分割体にすればするほど、ひずみセンサ出力のヒステリシスが低減することとなる。
【0011】
発明にかかる軸受装置において、前記間座は、３つの分割体へと前記回転軸の軸方向に分割されており、その中央の分割体に前記ひずみセンサが搭載されている構成を採用することができる。
また、前記ひずみセンサは、前記分割体の内径面に固定されている構成を採用することもできるし、前記分割体の外径面に固定されている構成を採用することもできる。
さらに、前記分割体の隣接する分割体との接触面は、摩擦力を低減する表面処理がなされている構成を採用することもできる。
前記ひずみセンサの出力から軸受の予圧を算出する軸受予圧演算部と、前記ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式を保存した記憶部とを備える、構成を採用することもできる
また、前記ひずみセンサは、前記分割体の内径面に固定されている構成を採用することもできるし、前記分割体の外径面に固定されている構成を採用することもできる。
さらに、前記分割体の隣接する分割体との接触面は、摩擦力を低減する表面処理がなされている構成を採用することもできる。
前記ひずみセンサの出力から軸受の予圧を算出する軸受予圧演算部と、前記ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式を保存した記憶部とを備える、構成を採用することもできる
【0012】
また、上記した課題を解決するため、発明にかかるスピンドル装置を、以上のような軸受装置と、前記回転軸を回転するモータとを備える構成としたのである。
【発明の効果】
【0013】
発明にかかる軸受装置およびスピンドル装置を以上のように構成したので、ひずみセンサ出力のヒステリシスが小さくなることで、高精度で軸受予圧を推定することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】スピンドル装置の縦断面図
【図2】スピンドル装置の前方拡大縦断面図
【図4】スピンドル装置の他の例の前方拡大縦断面図
【図6】スピンドル装置のさらに他の例の要部縦断面図
【図7】ひずみセンサの構成図
【図8】ひずみセンサの断面図
【図9】ひずみセンサのブロック図
【図10】印加される荷重とひずみセンサの出力信号との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１に示すスピンドル装置１は、たとえば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。
この場合、工作機械主軸用のスピンドル装置１で支持されている主軸４は、その一端の側に主軸を回転させるためのモータ４０が、その他端にワークを切削加工するためのエンドミル等の切削工具が接続されることになる。
図１に示すスピンドル装置１は、たとえば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。
この場合、工作機械主軸用のスピンドル装置１で支持されている主軸４は、その一端の側に主軸を回転させるためのモータ４０が、その他端にワークを切削加工するためのエンドミル等の切削工具が接続されることになる。
【0016】
図１および図２のように、スピンドル装置１は、その軸受装置５０として、主軸４の軸方向に並列する第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂと、第１軸受５ａと第２軸受５ｂの間に配置される間座６、７と、モータ４０の後方に配置される第３軸受１６とを備える。
【0017】
主軸４は、ハウジング３内に設置された第１軸受５ａおよび第２軸受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の内径側に配置されている。
第１軸受５ａは、内径側の内輪５ｉａと、外径側の外輪５ｇａと、内輪５ｉａと外輪５ｇａとの間の転動体Ｔａと、周方向に並列する複数の転動体Ｔａを等間隔に保持する保持器Ｒｔａとを備える。
同様に、第２軸受５ｂは、内輪５ｉｂと、外輪５ｇｂと、転動体Ｔｂと、保持器Ｒｔｂとを備える。
第１軸受５ａと第２軸受５ｂの間に配置された間座６、７は、内径側の内輪間座６と、外径側の外輪間座７とを備える。
第１軸受５ａは、内径側の内輪５ｉａと、外径側の外輪５ｇａと、内輪５ｉａと外輪５ｇａとの間の転動体Ｔａと、周方向に並列する複数の転動体Ｔａを等間隔に保持する保持器Ｒｔａとを備える。
同様に、第２軸受５ｂは、内輪５ｉｂと、外輪５ｇｂと、転動体Ｔｂと、保持器Ｒｔｂとを備える。
第１軸受５ａと第２軸受５ｂの間に配置された間座６、７は、内径側の内輪間座６と、外径側の外輪間座７とを備える。
【0018】
主軸４には、第１軸受５ａの内輪５ｉａおよび第２軸受５ｂの内輪５ｉｂが締まり嵌め状態（圧入状態）で嵌合されている。
内輪５ｉａと内輪５ｉｂの間には内輪間座６が配置され、外輪５ｇａと外輪５ｇｂの間には外輪間座７が配置される。
内輪５ｉａと内輪５ｉｂの間には内輪間座６が配置され、外輪５ｇａと外輪５ｇｂの間には外輪間座７が配置される。
【0019】
第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂは、軸方向に予圧を付与することが可能な軸受となっており、たとえば、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等を用いることができる。
図示では、軸受装置５０にはアンギュラ玉軸受が用いられ、第１軸受５ａおよび第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。
一方、第３軸受１６は、円筒ころ軸受である。
なお、ここでは、第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂと、第３軸受１６との計３つの軸受で主軸４を支持する構造を例示しているが、３つ以上の軸受で主軸４を支持する構造であってもよい。
図示では、軸受装置５０にはアンギュラ玉軸受が用いられ、第１軸受５ａおよび第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。
一方、第３軸受１６は、円筒ころ軸受である。
なお、ここでは、第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂと、第３軸受１６との計３つの軸受で主軸４を支持する構造を例示しているが、３つ以上の軸受で主軸４を支持する構造であってもよい。
【0020】
アンギュラ玉軸受である第１軸受５ａ、第２軸受５ｂにより、スピンドル装置１に作用するラジアル方向の荷重およ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単列の第３軸受１６により、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ことになる。
【0021】
図示のように、ハウジング３には冷却媒体流路が形成されている。
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および第２軸受５ｂを冷却することができる。
なお、第１軸受５ａ、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、エアオイル等の潤滑が必要な場合には、外輪間座７には、図示省略の潤滑油供給路が設けられる。
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および第２軸受５ｂを冷却することができる。
なお、第１軸受５ａ、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、エアオイル等の潤滑が必要な場合には、外輪間座７には、図示省略の潤滑油供給路が設けられる。
【0022】
スピンドル装置１の組立時には、はじめに主軸４に対して第１軸受５ａ、間座６、７、第２軸受５ｂ、他の間座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ことになる。
第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂに付与される予圧は、たとえば間座の外輪間座７と内輪間座６との幅の寸法差によって定まる。
第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂに付与される予圧は、たとえば間座の外輪間座７と内輪間座６との幅の寸法差によって定まる。
【0023】
その後、図１における第２軸受５ｂの外輪５ｇｂの右側がハウジング３に設けた段差部３ａに当たるまで第１軸受５ａ、第２軸受５ｂが取り付けられた主軸４がハウジング３へと挿入される。
さらに、前蓋１２によって、第１軸受５ａの外輪５ｇａや間座の外輪間座７を押すことで、主軸４がハウジング３に固定される。
さらに、前蓋１２によって、第１軸受５ａの外輪５ｇａや間座の外輪間座７を押すことで、主軸４がハウジング３に固定される。
【0024】
また、単列の円筒ころ軸受である第３軸受１６の内輪１６ａは、主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５と、内輪押さえ１９とにより軸方向に位置決めされている。
内輪押さえ１９は、主軸４の端部にねじ合わされたナット２０により抜け止めされている。
第３軸受１６の外輪１６ｂは、後蓋１７に固定された前位置決め部材２１と、後位置決め部材１８とに挟み込まれている。
内輪１６ａは主軸４の伸縮に応じて後蓋１７に対して摺動可能になっている。
内輪押さえ１９は、主軸４の端部にねじ合わされたナット２０により抜け止めされている。
第３軸受１６の外輪１６ｂは、後蓋１７に固定された前位置決め部材２１と、後位置決め部材１８とに挟み込まれている。
内輪１６ａは主軸４の伸縮に応じて後蓋１７に対して摺動可能になっている。
【0025】
主軸４と外筒２との間には、空間部２２が形成されている。
この空間部２２の、第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂと単列の第３軸受１６との軸方向中間位置には、主軸４を回転駆動させるモータ４０が配置されている。
モータ４０のロータ１４は、主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５に固定され、モータ４０のステータ１３は外筒２の内周部に固定されている。
なお、モータ４０を冷却するための冷却媒体流路は、図示されていない。
この空間部２２の、第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂと単列の第３軸受１６との軸方向中間位置には、主軸４を回転駆動させるモータ４０が配置されている。
モータ４０のロータ１４は、主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５に固定され、モータ４０のステータ１３は外筒２の内周部に固定されている。
なお、モータ４０を冷却するための冷却媒体流路は、図示されていない。
【0026】
ここで、外輪間座７は軸方向に複数の分割体へと分割されている。図示では、３つに分割した構造を例示しているが、３つ以上で分割されてもよい。
３つに分割された外輪間座７のうち、第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂにそれぞれ隣接する２つの分割体は第１軸受５ａの側の補助間座７ｇａ、第２軸受５ｂの側の補助間座７ｇｃとなり、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの間に配置された分割体は中央間座７ｇｂとなる。
３つに分割された外輪間座７のうち、第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂにそれぞれ隣接する２つの分割体は第１軸受５ａの側の補助間座７ｇａ、第２軸受５ｂの側の補助間座７ｇｃとなり、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの間に配置された分割体は中央間座７ｇｂとなる。
【0027】
この中央間座７ｇｂには、ひずみセンサ１１が固定されている。
ひずみセンサ１１は軸方向と周方向のひずみを検出するものであって、ひずみセンサの出力は、軸方向のひずみと周方向のひずみの和または差を算出して利用する。
また、ひずみゲージからなる検出部のみで構成されてもよく、ひずみゲージの信号を増幅して出力する処理部を備えてもよい。
ひずみセンサ１１は軸方向と周方向のひずみを検出するものであって、ひずみセンサの出力は、軸方向のひずみと周方向のひずみの和または差を算出して利用する。
また、ひずみゲージからなる検出部のみで構成されてもよく、ひずみゲージの信号を増幅して出力する処理部を備えてもよい。
【0028】
図２および図３の例では、中央間座７ｇｂの９０度等配した４カ所の外径面に面取り加工などによって平坦部７ａを設け、各平坦部７ａにひずみセンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが固定されている。
また、図４および図５の例では、中央間座７ｇｂの９０度等配した４カ所の内径面に溝加工などによって平坦部７ｂを設け、各平坦部７ｂにひずみセンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが固定されている。
また、図４および図５の例では、中央間座７ｇｂの９０度等配した４カ所の内径面に溝加工などによって平坦部７ｂを設け、各平坦部７ｂにひずみセンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが固定されている。
【0029】
このようにすれば、外輪間座７への追加工は、中央間座７ｇｂに平坦部７ａ、７ｂを設けるだけであるため、構造を大きく変更することなく、剛性を大きく低下させず、構成を簡単にすることができる。
なお、ここで、外輪間座７に対するひずみセンサ１１の搭載態様はこれらに限定されず、ひずみセンサ１１および各平坦部７ａ、７ｂの個数もこれらの例に限定されない。
なお、ここで、外輪間座７に対するひずみセンサ１１の搭載態様はこれらに限定されず、ひずみセンサ１１および各平坦部７ａ、７ｂの個数もこれらの例に限定されない。
【0030】
スピンドル装置１の運転時において、主軸４の回転速度が変化した場合、転動体Ｔａ、転動体Ｔｂの遠心力が変化し、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの軌道面への面圧が変化することで軸受予圧が変化する。
転動体Ｔａ、転動体Ｔｂは外輪５ｇａ、外輪５ｇｂと接触角をもって外輪軌道面を押圧しているため、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂは軸方向と径方向に変形する。
この外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの変形が補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃを変形させ、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの変形は中央間座７ｇｂを変形させるため、中央間座７ｇｂに固定したひずみセンサ１１の出力より、軸受予圧を推定することができる。
転動体Ｔａ、転動体Ｔｂは外輪５ｇａ、外輪５ｇｂと接触角をもって外輪軌道面を押圧しているため、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂは軸方向と径方向に変形する。
この外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの変形が補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃを変形させ、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの変形は中央間座７ｇｂを変形させるため、中央間座７ｇｂに固定したひずみセンサ１１の出力より、軸受予圧を推定することができる。
【0031】
軸受予圧の変化時において径方向の変形については、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの端面と補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃとの端面は固着されていないため、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃは外輪５ｇａ、外輪５ｇｂに対してすべりを伴って変形する。
また、中央間座７ｇｂは、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの変形に倣って、かつ同様に端面が固着されていないことから、すべりを伴って変形する。
また、中央間座７ｇｂは、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの変形に倣って、かつ同様に端面が固着されていないことから、すべりを伴って変形する。
【0032】
ここで軸受予圧の増加時と減少時では、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂと外輪間座７との接触状態が異なり、これに伴ない径方向の変形態様が異なるため、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃおよび中央間座７ｇｂでヒステリシスが発生する。
このとき、中央間座７ｇｂの径方向の変形は、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの径方向の変形に対して小さくなるため、径方向の変形のヒステリシスも小さくなる。
このため、中央間座７ｇｂに固定したひずみセンサ１１は、概ね軸方向のひずみのみを検出することになるため、ヒステリシスが低減されたひずみセンサ出力を得ることができ、精度の高い軸受予圧を推定することができる。
このとき、中央間座７ｇｂの径方向の変形は、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの径方向の変形に対して小さくなるため、径方向の変形のヒステリシスも小さくなる。
このため、中央間座７ｇｂに固定したひずみセンサ１１は、概ね軸方向のひずみのみを検出することになるため、ヒステリシスが低減されたひずみセンサ出力を得ることができ、精度の高い軸受予圧を推定することができる。
【0033】
なお、外輪間座７の分割数を増やすことで、中央間座７ｇｂの径方向への変形は小さくなり、よりヒステリシスを低減することが可能となる。
また、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの端面と補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの端面との接触状態、および補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの端面と中央間座７ｇｂの端面との接触状態については、すべりが発生しやすいほど、径方向の変形が伝達されにくく、ヒステリシスを低減することができる。
このため、図６のように、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの端面、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの端面および中央間座７ｇｂの端面に、摩擦力を低減させる表面処理をすることもできる。こうして形成される表面処理層７ｃとしては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング層、樹脂コーティング層が例示できる。
また、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの端面と補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの端面との接触状態、および補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの端面と中央間座７ｇｂの端面との接触状態については、すべりが発生しやすいほど、径方向の変形が伝達されにくく、ヒステリシスを低減することができる。
このため、図６のように、外輪５ｇａ、外輪５ｇｂの端面、補助間座７ｇａ、補助間座７ｇｃの端面および中央間座７ｇｂの端面に、摩擦力を低減させる表面処理をすることもできる。こうして形成される表面処理層７ｃとしては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング層、樹脂コーティング層が例示できる。
【0034】
【0035】
図７のように、ひずみセンサ１１は、ひずみゲージからなる検出部２４と、処理部２５を備える。
ここで処理部２５は、ひずみゲージの信号を電気的に増幅する増幅部２５ａと、この信号を元にひずみを算出して外部に出力する出力部２５ｂからなる。
ここで処理部２５は、ひずみゲージの信号を電気的に増幅する増幅部２５ａと、この信号を元にひずみを算出して外部に出力する出力部２５ｂからなる。
【0036】
図８のように、検出部２４と処理部２５とは、同一の基板２３に固定されており、検出部２４と処理部２５とは配線等により電気的に接続されている。
基板２３の種類は特に限定されないが、外輪間座７（中央間座７ｇｂ）と線膨張係数が同程度の金属板が例示できる。
基板２３の種類は特に限定されないが、外輪間座７（中央間座７ｇｂ）と線膨張係数が同程度の金属板が例示できる。
【0037】
なお、ひずみセンサ１１は、検出部２４と処理部２５を一体にしたワンチップのＩＣとし、基板２３上に固定してもよい。
こうすることで、より小型化が図られ、中央間座７ｇｂへの組込みが容易になる。
また、このように検出部２４と処理部２５を近接配置することで、リード線が短くなって配線抵抗の影響を低減することができる。また、ひずみをデジタル値に変換すれば、電気的なノイズの影響を防止できる。
なお、基板２３を介することで組み立て性が向上するが、基板２３を省略して、検出部２４を、直接、平坦部７ａ（７ｂ）に固定することもできる。
こうすることで、より小型化が図られ、中央間座７ｇｂへの組込みが容易になる。
また、このように検出部２４と処理部２５を近接配置することで、リード線が短くなって配線抵抗の影響を低減することができる。また、ひずみをデジタル値に変換すれば、電気的なノイズの影響を防止できる。
なお、基板２３を介することで組み立て性が向上するが、基板２３を省略して、検出部２４を、直接、平坦部７ａ（７ｂ）に固定することもできる。
【0038】
ひずみの算出には、出力部２５ｂの内部にＣＰＵを搭載し、デジタル的に処理してもよい。
検出部２４の材料として、抵抗温度係数（温度の変化とともに抵抗値が変化する割合）が小さいものを使用すれば、ひずみの計算に当たり、外輪間座７の温度によって検出部２４の抵抗が変化してセンサ出力がドリフトすることを低減することも可能である。また、温度補償機能を備える処理部を用いてもよい。
たとえば、基板２３の内部、あるいはひずみセンサ１１を実装した中央間座７ｇｂに温度センサを実装し、ひずみを補正することもできる。
検出部２４の材料として、抵抗温度係数（温度の変化とともに抵抗値が変化する割合）が小さいものを使用すれば、ひずみの計算に当たり、外輪間座７の温度によって検出部２４の抵抗が変化してセンサ出力がドリフトすることを低減することも可能である。また、温度補償機能を備える処理部を用いてもよい。
たとえば、基板２３の内部、あるいはひずみセンサ１１を実装した中央間座７ｇｂに温度センサを実装し、ひずみを補正することもできる。
【0039】
図９は、間座６、７に搭載されたひずみセンサ１１の出力から、軸受予圧を算出する方法を示している。
ここでは、ひずみセンサ１１は、４つ搭載されているとして、ひずみセンサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）の出力（ひずみＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）を演算処理する軸受予圧演算部２７と、予め測定したセンサ出力と荷重の関係を保存する記憶部Ａ２８を備える。
軸受予圧演算部２７では、ひずみセンサ１１の出力と記憶部Ａ２８のデータから軸受予圧を算出するものとしている。
ここでは、ひずみセンサ１１は、４つ搭載されているとして、ひずみセンサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）の出力（ひずみＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）を演算処理する軸受予圧演算部２７と、予め測定したセンサ出力と荷重の関係を保存する記憶部Ａ２８を備える。
軸受予圧演算部２７では、ひずみセンサ１１の出力と記憶部Ａ２８のデータから軸受予圧を算出するものとしている。
【0040】
また、図９の軸受予圧算出方法において、軸受予圧演算部２７で算出した軸受予圧から第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの異常状態を判定する診断部２９と、あらかじめ第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの軸受予圧の基準値を保存した記憶部Ｂ３０を設けることができる。
そして、他の記憶部Ｂ３０で設けた各基準値を超えたときに軸受５の異常信号を出力するものとすると、異常信号より軸受の過大予圧による発熱や焼き付き、軸受の過少予圧による振動を未然に防止することができる。
ここで、軸受予圧演算部２７、記憶部Ａ２８、診断部２９、記憶部Ｂ３０は、軸受装置５０の外部に設けてもよいし、内部に設けてもよい。
そして、他の記憶部Ｂ３０で設けた各基準値を超えたときに軸受５の異常信号を出力するものとすると、異常信号より軸受の過大予圧による発熱や焼き付き、軸受の過少予圧による振動を未然に防止することができる。
ここで、軸受予圧演算部２７、記憶部Ａ２８、診断部２９、記憶部Ｂ３０は、軸受装置５０の外部に設けてもよいし、内部に設けてもよい。
【0041】
工作機械はスピンドル装置１の回転速度を上昇させ、加工負荷を上げることで、生産効率を上げることができるため、他の記憶部に保存する第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの軸受予圧の基準値を複数段階設けることで、詳細に軸受の状態を監視することができ、スピンドル装置１の回転速度や、加工負荷を効率良くコントロールすることができる。
【0042】
図１０に、ひずみセンサ１１を固定した外輪間座７単体に荷重を印加したときの、荷重と各ひずみセンサの出力との関係例を示す。
各ひずみセンサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）は、外輪間座７に加わる軸方向荷重（軸受予圧）によるひずみＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを検出するが、ひずみは外輪間座７の周方向に均一ではなく、図１０に示すように、検出バラツキが発生する。これは、外輪間座７、ハウジング３、前蓋１２、軸受５等の寸法精度や組立バラツキや、荷重印加点の中心ずれ等の影響による。
また、主軸４が回転すると、主軸４に負荷されるモーメント荷重の影響や、軸受５の転動体移動に伴って、ひずみが変動する可能性もある。
各ひずみセンサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）は、外輪間座７に加わる軸方向荷重（軸受予圧）によるひずみＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを検出するが、ひずみは外輪間座７の周方向に均一ではなく、図１０に示すように、検出バラツキが発生する。これは、外輪間座７、ハウジング３、前蓋１２、軸受５等の寸法精度や組立バラツキや、荷重印加点の中心ずれ等の影響による。
また、主軸４が回転すると、主軸４に負荷されるモーメント荷重の影響や、軸受５の転動体移動に伴って、ひずみが変動する可能性もある。
【0043】
そのため、各ひずみセンサ１１のひずみ出力Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを軸受予圧演算部２７で処理したセンサ出力代表値と、予め記憶部Ａ２８に保存したひずみと荷重の関係を示すテーブル、あるいは近次式から予圧（荷重）を算出する。
センサ出力代表値としては、各センサ出力を加算したひずみＳｓｕｍ、各センサ出力の平均値Ｓａｖｇ、あるいは、センサ出力の最大値や最小値、最大値と最小値の差、が例示できる。
センサ出力代表値としては、各センサ出力を加算したひずみＳｓｕｍ、各センサ出力の平均値Ｓａｖｇ、あるいは、センサ出力の最大値や最小値、最大値と最小値の差、が例示できる。
【0044】
これらセンサ出力代表値（ひずみＳｓｕｍ、Ｓａｖｇなど）をローパスフィルタ処理後、予圧（荷重）を算出してもよいし、得られた予圧（荷重）をローパスフィルタ処理して、予圧（荷重）測定値の変動を抑制してもよい。
【0045】
今回開示された実施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。本発明の範囲は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。
【符号の説明】
【0046】
１ スピンドル装置
２ 外筒
３ ハウジング
３ａ 段差部
４ 主軸
５ 軸受
５ａ 第１軸受
５ｉａ 内輪
５ｇａ 外輪
５ｂ 第２軸受
５ｉｂ 内輪
５ｇｂ 外輪
６ 内輪間座
７ 外輪間座
７ｇａ 補助間座
７ｇｂ 中央間座
７ｇｃ 補助間座
７ａ 平坦部
７ｂ 平坦部
７ｃ 表面処理層
９ 他の間座
１０ ナット
１１ ひずみセンサ
１２ 前蓋
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ 筒状部材
１６ 第３軸受
１６ａ 内輪
１６ｂ 外輪
１７ 後蓋
１８ 後位置決め部材
１９ 内輪押さえ
２０ ナット
２１ 前位置決め部材
２２ 空間部
２３ 基板
２４ 検出部
２５ 処理部
２５ａ 増幅部
２５ｂ 出力部
２７ 軸受予圧演算部
２８ 記憶部Ａ
２９ 診断部
３０ 記憶部Ｂ
４０ モータ
５０ 軸受装置
Ｇ 冷却媒体流路
２ 外筒
３ ハウジング
３ａ 段差部
４ 主軸
５ 軸受
５ａ 第１軸受
５ｉａ 内輪
５ｇａ 外輪
５ｂ 第２軸受
５ｉｂ 内輪
５ｇｂ 外輪
６ 内輪間座
７ 外輪間座
７ｇａ 補助間座
７ｇｂ 中央間座
７ｇｃ 補助間座
７ａ 平坦部
７ｂ 平坦部
７ｃ 表面処理層
９ 他の間座
１０ ナット
１１ ひずみセンサ
１２ 前蓋
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ 筒状部材
１６ 第３軸受
１６ａ 内輪
１６ｂ 外輪
１７ 後蓋
１８ 後位置決め部材
１９ 内輪押さえ
２０ ナット
２１ 前位置決め部材
２２ 空間部
２３ 基板
２４ 検出部
２５ 処理部
２５ａ 増幅部
２５ｂ 出力部
２７ 軸受予圧演算部
２８ 記憶部Ａ
２９ 診断部
３０ 記憶部Ｂ
４０ モータ
５０ 軸受装置
Ｇ 冷却媒体流路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】