(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】P2024039154
(43)【公開日】2024-03-22
(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 20060101AFI20240314BHJP
F16C 35/12 20060101ALI20240314BHJP
F16C 19/54 20060101ALI20240314BHJP
F16C 19/16 20060101ALI20240314BHJP
G01L 5/00 20060101ALI20240314BHJP
【ＦＩ】
F16C41/00
F16C35/12
F16C19/54
F16C19/16
G01L5/00 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022143489
(22)【出願日】2022-09-09
(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】福島 靖之
(72)【発明者】
【氏名】小池 孝誌
(72)【発明者】
【氏名】澁谷 勇介
【テーマコード（参考）】
2F051
3J217
3J701
【Ｆターム（参考）】
2F051AA11
2F051AB09
2F051BA07
3J217JA02
3J217JA14
3J217JA36
3J217JB23
3J217JB26
3J217JB68
3J217JB84
3J217JB87
3J701AA03
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA54
3J701AA62
3J701BA80
3J701FA46
3J701GA31
(57)【要約】
【課題】加工荷重および軸受予圧を正確に測定できる、ひずみセンサの配線のためにハウジングや外筒を加工する必要のない組立性に優れたスピンドル装置を提供すること。
【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。予圧の伝達経路上にあたる第１軸受５ａと第２軸受５ｂの間には、第１間座６が配置されている。予圧の伝達経路外である前蓋１２と第１軸受５ａとの間には、第２間座７が配置され、この第２間座７には、ひずみセンサ８が固定されている。
【選択図】図１
【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。予圧の伝達経路上にあたる第１軸受５ａと第２軸受５ｂの間には、第１間座６が配置されている。予圧の伝達経路外である前蓋１２と第１軸受５ａとの間には、第２間座７が配置され、この第２間座７には、ひずみセンサ８が固定されている。
【選択図】図１
【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、前記予圧の伝達経路上に位置する第１間座と、
前記回転軸の前端寄りに設けられた前蓋と第１軸受との間に配置され、前記予圧の伝達経路外に位置する第２間座と、を備え、
前記第２間座には、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、前記予圧の伝達経路上に位置する第１間座と、
前記回転軸の前端寄りに設けられた前蓋と第１軸受との間に配置され、前記予圧の伝達経路外に位置する第２間座と、を備え、
前記第２間座には、ひずみセンサが搭載されている、軸受装置。
【請求項2】
前記第２間座は、その外周面または内周面に平坦部を有し、
前記ひずみセンサは、前記平坦部に固定されている、請求項１に記載の軸受装置。
前記ひずみセンサは、前記平坦部に固定されている、請求項１に記載の軸受装置。
【請求項3】
前記前蓋は、溝または貫通孔を有し、
前記ひずみセンサには、配線が付属し、前記配線は前記前蓋の溝または貫通孔を通じて外部に引き出されている請求項１または２に記載の軸受装置。
前記ひずみセンサには、配線が付属し、前記配線は前記前蓋の溝または貫通孔を通じて外部に引き出されている請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項4】
前記第１間座にも、ひずみセンサが搭載されている請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項5】
前記ひずみセンサは、ひずみゲージからなる検出部と、処理部が設けられ、
前記処理部は前記ひずみゲージの信号を電気的に増幅する増幅部と、前記増幅部で得られた信号からひずみ検出値を算出する出力部を搭載する、請求項１または２に記載の軸受装置。
前記処理部は前記ひずみゲージの信号を電気的に増幅する増幅部と、前記増幅部で得られた信号からひずみ検出値を算出する出力部を搭載する、請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項6】
前記検出部と前記処理部は同一の基板上に固定され、前記基板が前記第２間座に固定される、請求項５に記載の軸受装置。
【請求項7】
前記検出部と前記処理部は１つのＩＣの中に内蔵される、請求項５に記載の軸受装置。
【請求項8】
前記第２間座に固定した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Ａ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Ａと、を備える、請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項9】
前記第１間座にも、ひずみセンサが固定されており、
前記第１間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、前記第２間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、
前記各ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式をそれぞれ保存した記憶部Ａとから少なくとも１つの軸受の予圧を算出する軸受予圧演算部と、を備える、請求項８に記載の軸受装置。
前記第１間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、前記第２間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、
前記各ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式をそれぞれ保存した記憶部Ａとから少なくとも１つの軸受の予圧を算出する軸受予圧演算部と、を備える、請求項８に記載の軸受装置。
【請求項10】
前記軸受予圧演算部で算出した軸受予圧と、あらかじめ設定した閾値を記憶した記憶部Ｂとを比較して、前記軸受予圧が前記閾値を超える場合に異常信号を出力する診断部を備える、請求項８に記載の軸受装置。
【請求項11】
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、各軸受の運転中の予圧（荷重）を検出可能な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、各軸受の運転中の予圧（荷重）を検出可能な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、その間座にひずみセンサを取り付け、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平２－１６４２４１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、特許文献１の構成によれば、ひずみセンサが軸受の予圧の伝達経路上にあることもあって、スピンドルの運転中には、間座に取り付けたひずみセンサにより、回転速度や内外輪の温度差による軸受の予圧変化や、刃工具から入力される加工荷重に伴う軸受の予圧変化のいずれをも検出してしまう。
【0006】
このため、予圧変化が、スピンドルの回転速度の軸受の内外輪の温度差によるのか、加工荷重によるのか、要因を特定することが困難であり、加工荷重を正確に検出することが困難であった。
【0007】
また、特許文献１の構成によれば、ひずみセンサの配線をハウジングや外筒に追加工で水や貫通孔を形成して引き出す必要がある。
ところが、外筒とハウジングの間には外筒冷却が搭載されており、冷却流路を避けて外筒やハウジングの側面に貫通孔などを設けることが難しく、外筒側面から配線を取り出すことは難しかった。
あるいは、前蓋側から配線を取り出す場合においても、ハウジングの内径部を軸方向に加工して配線するスペースを確保する必要があり、加工によりコストが嵩むとともに、配線とハウジングの加工部の位相を合わせて軸受ユニットをハウジングに挿入する必要が生じるため、組立性が悪化する問題もあった。
ところが、外筒とハウジングの間には外筒冷却が搭載されており、冷却流路を避けて外筒やハウジングの側面に貫通孔などを設けることが難しく、外筒側面から配線を取り出すことは難しかった。
あるいは、前蓋側から配線を取り出す場合においても、ハウジングの内径部を軸方向に加工して配線するスペースを確保する必要があり、加工によりコストが嵩むとともに、配線とハウジングの加工部の位相を合わせて軸受ユニットをハウジングに挿入する必要が生じるため、組立性が悪化する問題もあった。
【0008】
そこで本発明の解決すべき課題は、加工荷重および軸受予圧を正確に測定できる、ひずみセンサの配線のためにハウジングや外筒を加工する必要のない組立性に優れた軸受装置およびスピンドル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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、前記予圧の伝達経路上に位置する第１間座と、前記回転軸の前端寄りに設けられた前蓋と第１軸受との間に配置され、前記予圧の伝達経路外に位置する第２間座と、を備え、前記第２間座には、ひずみセンサが搭載されている構成としたのである。
【0010】
発明にかかる軸受装置において、前記第２間座は、その外周面または内周面に平坦部を有し、前記ひずみセンサは、前記平坦部に固定されている構成とすることができる。
また、前記前蓋は、溝または貫通孔を有し、前記ひずみセンサには、配線が付属し、前記配線は前記前蓋の溝または貫通孔を通じて外部に引き出されている構成とすることができる。
前記第１間座にも、ひずみセンサが搭載されている構成とすることができる。
また、前記前蓋は、溝または貫通孔を有し、前記ひずみセンサには、配線が付属し、前記配線は前記前蓋の溝または貫通孔を通じて外部に引き出されている構成とすることができる。
前記第１間座にも、ひずみセンサが搭載されている構成とすることができる。
【0011】
発明にかかる軸受装置において、前記ひずみセンサは、ひずみゲージからなる検出部と、処理部が設けられ、前記処理部は前記ひずみゲージの信号を電気的に増幅する増幅部と、前記増幅部で得られた信号からひずみ検出値を算出する出力部を搭載する構成とすることができる。
また、前記検出部と前記処理部は同一の基板上に固定され、前記基板が前記第２間座に固定される構成とすることができる。
あるいは、前記検出部と前記処理部は１つのＩＣの中に内蔵される構成とすることができる。
また、前記検出部と前記処理部は同一の基板上に固定され、前記基板が前記第２間座に固定される構成とすることができる。
あるいは、前記検出部と前記処理部は１つのＩＣの中に内蔵される構成とすることができる。
【0012】
発明にかかる軸受装置において、前記第２間座に固定した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Ａと、を備える構成とすることができる。
また、前記第１間座にも、ひずみセンサが固定されている場合において、前記第１間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、前記第２間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、前記各ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式をそれぞれ保存した記憶部Ａとから少なくとも１つの軸受の予圧を算出する軸受予圧演算部と、を備える構成とすることができる。
前記軸受予圧演算部で算出した軸受予圧と、あらかじめ設定した閾値を記憶した記憶部Ｂとを比較して、前記軸受予圧が前記閾値を超える場合に異常信号を出力する診断部を備える構成とすることができる。
また、前記第１間座にも、ひずみセンサが固定されている場合において、前記第１間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、前記第２間座に固定した前記ひずみセンサの出力と、前記各ひずみセンサの出力と軸受予圧の関係式をそれぞれ保存した記憶部Ａとから少なくとも１つの軸受の予圧を算出する軸受予圧演算部と、を備える構成とすることができる。
前記軸受予圧演算部で算出した軸受予圧と、あらかじめ設定した閾値を記憶した記憶部Ｂとを比較して、前記軸受予圧が前記閾値を超える場合に異常信号を出力する診断部を備える構成とすることができる。
【0013】
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】
【0014】
発明にかかる軸受装置及びスピンドル装置を以上のように構成したので、加工荷重および軸受予圧を正確に測定できる、（第１間座にひずみセンサを搭載しない場合には）ひずみセンサの配線のためにハウジングや外筒を加工する必要のない組立性に優れたものとすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】スピンドル装置の縦断面図
【図6】ひずみセンサの構成図
【図7】ひずみセンサの断面図
【図8】ひずみセンサの他の例の断面図
【図9】ひずみセンサのブロック図
【図10】ひずみセンサの他の例のブロック図
【図11】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
【図12】スピンドル装置の他の例の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
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の間に配置される第１間座６と、第１軸受５ａと前蓋１２の間に配置される第２外輪間座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。
【0018】
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の間に配置された第１間座６は、内径側の第１内輪間座６ｉと、外径側の第１外輪間座６ｇ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の間に配置された第１間座６は、内径側の第１内輪間座６ｉと、外径側の第１外輪間座６ｇとを備える。
【0019】
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の間には第１間座６の第１内輪間座６ｉが配置され、外輪５ｇａと外輪５ｇｂの間には第１間座６の第１外輪間座６ｇが配置される。
内輪５ｉａと内輪５ｉｂの間には第１間座６の第１内輪間座６ｉが配置され、外輪５ｇａと外輪５ｇｂの間には第１間座６の第１外輪間座６ｇが配置される。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
図示のように、ハウジング３には冷却媒体流路Ｇ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、第１間座６の第１外輪間座６ｇ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、第１間座６の第１外輪間座６ｇには、図示省略の潤滑油供給路が設けられる。
【0023】
スピンドル装置１の組立時には、初めに主軸４に対して第１軸受５ａ、第１間座６、第２軸受５ｂ、第３間座９が順に挿入され、ナット１０を締めることによって図２の力線１に示す経路で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、たとえば第１間座６の第１外輪間座６ｇと第１内輪間座６ｉ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、たとえば第１間座６の第１外輪間座６ｇと第１内輪間座６ｉとの幅の寸法差によって定まる。
【0024】
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、第１軸受５ａの端面と当接するように第２外輪間座７を挿入し、前蓋１２によって、第２外輪間座７を介して第１軸受５ａの外輪５ｇａや第１間座６の第１外輪間座６ｇ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、第１軸受５ａの端面と当接するように第２外輪間座７を挿入し、前蓋１２によって、第２外輪間座７を介して第１軸受５ａの外輪５ｇａや第１間座６の第１外輪間座６ｇを押すことで、主軸４がハウジング３に固定される。
【0025】
前蓋１２をハウジング３に固定するための、図示省略のボルトを締め込むトルクに応じて、図２の力線２に示す経路で荷重が印加される。
つまり、ボルトの軸力に応じて外輪５ｇａ、外輪５ｇｂおよび第１外輪間座６ｇが主軸４と平行な方向に変位し、それらの変位量に応じて第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの予圧が減少することになる。
つまり、ボルトの軸力に応じて外輪５ｇａ、外輪５ｇｂおよび第１外輪間座６ｇが主軸４と平行な方向に変位し、それらの変位量に応じて第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの予圧が減少することになる。
【0026】
ここで第１間座６および第２間座７には、それぞれひずみセンサ１１、ひずみセンサ８が搭載されている。
【0027】
このとき、第１外輪間座６ｇのひずみセンサ１１で、第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの予圧を検出し、前蓋１２の固定する際のボルト締結による予圧の減少は、ひずみセンサ８で検出することで、組立時の第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの予圧を正確に算出することができる。
組立時の軸受の予圧を正確に管理することで、工作機械の加工性能のバラツキを軽減し、品質が向上する。
ひずみセンサ１１の出力は、第１外輪間座６ｇおよび第２外輪間座７に図示省略の無線通信機器を設置して、ひずみセンサ１１の出力を第２外輪間座７に無線通信させ、ひずみセンサ８の出力と合わせて出力させてもよい。
組立時の軸受の予圧を正確に管理することで、工作機械の加工性能のバラツキを軽減し、品質が向上する。
ひずみセンサ１１の出力は、第１外輪間座６ｇおよび第２外輪間座７に図示省略の無線通信機器を設置して、ひずみセンサ１１の出力を第２外輪間座７に無線通信させ、ひずみセンサ８の出力と合わせて出力させてもよい。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
スピンドル装置１の運転時において、第１軸受５ａおよび第２軸受５ｂが、主軸４の回転速度上昇に伴う転動体Ｔａ、転動体Ｔｂの遠心力の増加や、遠心力による内輪５ｉａ、内輪５ｉｂの膨張、転動体Ｔａ、転動体Ｔｂの熱膨張、内輪５ｉａと外輪５ｇａおよび内輪５ｉｂと外輪５ｇｂの温度差が大きくなることなどで、その予圧が上昇することがある。
【0031】
この場合、第１外輪間座６ｇは軸方向に圧縮され変形する。その変形に伴って、第２外輪間座７は第１外輪間座６ｇの変形量に応じて伸張するため、第２外輪間座７に固定されたひずみセンサ８で、予圧の変化に応じた第２外輪間座７のひずみを検出する。
【0032】
またワークの加工時に、図示省略の切削工具から軸方向と平行（図１で右方向）に荷重が入力された場合、主軸４の軸方向微小変位に伴い第１軸受５ａ、第２軸受５ｂの内輪５ｉａ、内輪５ｉｂも変位することがある。
このとき、第１軸受５ａの予圧は増加する一方で、第２軸受５ｂの予圧は減少し、第１軸受５ａと第２軸受５ｂとの予圧の差は、ハウジング３の段差部３ａで受ける荷重と等しくなる。また、ハウジング３の段差部３ａで受ける荷重は、切削工具から入力される加工荷重と等しくなる。
このとき、第１軸受５ａの予圧は増加する一方で、第２軸受５ｂの予圧は減少し、第１軸受５ａと第２軸受５ｂとの予圧の差は、ハウジング３の段差部３ａで受ける荷重と等しくなる。また、ハウジング３の段差部３ａで受ける荷重は、切削工具から入力される加工荷重と等しくなる。
【0033】
つまり、第１外輪間座６ｇは、第１軸受５ａの予圧と同じ荷重で軸方向に圧縮され、第２外輪間座７は第１外輪間座６ｇの変形量に応じて伸張する。
このため、ひずみセンサ８で第２外輪間座７の軸方向のひずみを検出することで、第１軸受５ａの予圧を検出することができ、軸受の過大予圧による焼き付きを未然に防止することができる。
このため、ひずみセンサ８で第２外輪間座７の軸方向のひずみを検出することで、第１軸受５ａの予圧を検出することができ、軸受の過大予圧による焼き付きを未然に防止することができる。
【0034】
図３から図５に、第２間座７に対するひずみセンサ８の配置例を示す。
図３の例では、第２外輪間座７の１８０度対向した２カ所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８ａ、８ｂが固定されている。
図４の例では、第２外輪間座７の９０度等配した４カ所に同様に平坦部７ａを設け、各平坦部７ａにひずみセンサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが固定されている。
図５の例では、第２外輪間座７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８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが固定されている。
図３の例では、第２外輪間座７の１８０度対向した２カ所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８ａ、８ｂが固定されている。
図４の例では、第２外輪間座７の９０度等配した４カ所に同様に平坦部７ａを設け、各平坦部７ａにひずみセンサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが固定されている。
図５の例では、第２外輪間座７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８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが固定されている。
【0035】
このようにすれば、第２間座７への追加工は、平坦部７ａ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、第２間座７に対するひずみセンサ８の搭載態様はこれらに限定されず、ひずみセンサ８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。
また、第１間座６に対するひずみセンサ１１の搭載態様も、第２間座７に対するひずみセンサ８の場合と同様であるため、ここでは省略する。
なお、ここで、第２間座７に対するひずみセンサ８の搭載態様はこれらに限定されず、ひずみセンサ８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。
また、第１間座６に対するひずみセンサ１１の搭載態様も、第２間座７に対するひずみセンサ８の場合と同様であるため、ここでは省略する。
【0036】
ひずみセンサ８とひずみセンサ１１は同一仕様で足り、以下はひずみセンサ８を例として構成を説明する。
ひずみセンサ８は、検出部となるひずみゲージ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外部に出力する処理部を備えてもよい。
ひずみセンサ８は、検出部となるひずみゲージ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外部に出力する処理部を備えてもよい。
【0037】
【0038】
図６のように、ひずみセンサ８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。
【0039】
図７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、第２外輪間座７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、第２外輪間座７と線膨張係数が同程度の金属板が例示できる。
【0040】
なお、図８に示すように、ひずみセンサ８は、検出部２４と処理部２５を一体にしたワンチップのＩＣ２６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、第２外輪間座７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やＩＣ２６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、第２外輪間座７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やＩＣ２６を、直接、平坦部７ａ（７ｂ）に固定することもできる。
【0041】
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、第２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８を実装した第２外輪間座７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、第２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８を実装した第２外輪間座７に温度センサを実装し、ひずみを補正することもできる。
【0042】
図９は、第２間座７に搭載されたひずみセンサ８の出力のみから、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８は、４つ搭載されているとして、ひずみセンサ８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）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８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８は、４つ搭載されているとして、ひずみセンサ８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）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８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。
【0043】
また図１０は、ひずみセンサ８とひずみセンサ１１の双方の出力から、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８およびひずみセンサ１１は、それぞれ４つ搭載されているとして、ひずみセンサ８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）の出力（ひずみＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）と、ひずみセンサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）の出力（ひずみＳｅ、Ｓｆ、Ｓｇ、Ｓｈ）を演算処理する軸受予圧演算部２７と、予め測定した各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８とひずみセンサ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８およびひずみセンサ１１は、それぞれ４つ搭載されているとして、ひずみセンサ８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）の出力（ひずみＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）と、ひずみセンサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）の出力（ひずみＳｅ、Ｓｆ、Ｓｇ、Ｓｈ）を演算処理する軸受予圧演算部２７と、予め測定した各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８とひずみセンサ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。
【0044】
また、図９および図１０の軸受予圧算出方法において、それぞれ図示のように、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、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、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。
【0045】
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、記憶部Ｂ３０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。
【0046】
図１１に、ひずみセンサ８を固定した第２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８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）は、第２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、ひずみは第２外輪間座７の周方向に均一ではなく、図１１に示すように、検出バラツキが発生する。これは、第２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８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）は、第２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、ひずみは第２外輪間座７の周方向に均一ではなく、図１１に示すように、検出バラツキが発生する。これは、第２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。
【0047】
そのため、各ひずみセンサ８のひずみ出力Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを図９または図１０の軸受予圧演算部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。
ひずみセンサ１１の出力も同様に処理されるため説明は省略する。
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。
ひずみセンサ１１の出力も同様に処理されるため説明は省略する。
【0048】
これらセンサ出力代表値（ひずみＳｓｕｍ、平均値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。
【0049】
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。
たとえば、軸受装置５０は、スピンドル装置１以外にも適応可能である。
たとえば、軸受装置５０は、スピンドル装置１以外にも適応可能である。
【0050】
また、たとえば、ひずみセンサについて、図１２のように、第１間座６のひずみセンサ１１を省略して、第２間座７のひずみセンサ８のみとすることもできる。その他の構成については、上述したとおりであるので説明を省略する。
また、この場合の軸受予圧の算出方法も、図９を参照して上記においてすでに説明したところによる。
また、この場合の軸受予圧の算出方法も、図９を参照して上記においてすでに説明したところによる。
【0051】
この場合、ひずみセンサ８の配線Ｃ（センサケーブル）は、図示のように、第２間座７に隣接する前蓋１２に、溝１２ａまたは貫通穴を設けることのみで、外部へと容易に取り出すことができる。
このため、第１間座６にひずみセンサ１１を設けた場合のように、ハウジング３や外筒２に配線Ｃを通すための追加工、特にハウジング３と外筒２の間の冷却流路を避けておこなう複雑な追加工の必要がなくなる。
したがって、配線Ｃとハウジング３の加工部（溝等）の位相を合わせて軸受ユニットをハウジング３に挿入する必要がなくなり、組み立て作業性が向上するとともに、ハウジング３や外筒２の加工コストを抑えることができる。
このため、第１間座６にひずみセンサ１１を設けた場合のように、ハウジング３や外筒２に配線Ｃを通すための追加工、特にハウジング３と外筒２の間の冷却流路を避けておこなう複雑な追加工の必要がなくなる。
したがって、配線Ｃとハウジング３の加工部（溝等）の位相を合わせて軸受ユニットをハウジング３に挿入する必要がなくなり、組み立て作業性が向上するとともに、ハウジング３や外筒２の加工コストを抑えることができる。
【符号の説明】
【0052】
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 第１間座
６ｇ 第１外輪間座
６ｉ 第１内輪間座
７ 第２間座（第２外輪間座）
７ａ 平坦部
７ｂ 平坦部
８ ひずみセンサ
９ 第３間座
１０ ナット
１１ ひずみセンサ
１２ 前蓋
１２ａ 溝
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
２６ ＩＣ
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
Ｃ 配線
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 第１間座
６ｇ 第１外輪間座
６ｉ 第１内輪間座
７ 第２間座（第２外輪間座）
７ａ 平坦部
７ｂ 平坦部
８ ひずみセンサ
９ 第３間座
１０ ナット
１１ ひずみセンサ
１２ 前蓋
１２ａ 溝
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
２６ ＩＣ
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
Ｃ 配線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】