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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】P2024066772
(43)【公開日】2024-05-16
(54)【発明の名称】軸受装置
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20240509BHJP
G01B 13/12 20060101ALI20240509BHJP
F16C 19/16 20060101ALI20240509BHJP
F16C 41/00 20060101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
G01L5/00 K
G01B13/12
F16C19/16
F16C41/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022176455
(22)【出願日】2022-11-02
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109380
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 恵
(74)【代理人】
【識別番号】100109036
【弁理士】
【氏名又は名称】永岡 重幸
(72)【発明者】
【氏名】剱持 健太
【テーマコード（参考）】
2F051
2F066
3J217
3J701
【Ｆターム（参考）】
2F051AA11
2F051AB02
2F051BA07
2F066AA02
2F066BB07
2F066CC40
2F066DD13
2F066FF10
2F066FF23
2F066HH02
2F066HH16
3J217JA02
3J217JA12
3J217JB68
3J701AA03
3J701BA77
3J701FA25
3J701FA26
3J701FA31
3J701FA38
3J701GA31
(57)【要約】
【課題】回転部材を転がり軸受で支持する場合に、回転部材の近傍に測定部を配置せず、且つ、回転部材のラジアル方向の変位またはアキシャル方向の変位を、より正確に測定することができる軸受装置を提供すること。
【解決手段】軸受装置は、回転部材を転がり軸受を介して固定部材に支持し、前記回転部材のラジアル方向変位またはアキシャル方向変位を前記転がり軸受の周囲で前記回転部材と前記固定部材の間の被測定隙間に圧縮気体を供給して測定する変位測定部を備えている。前記変位測定部は、前記被測定隙間に圧縮気体を吐出する圧縮気体吐出ノズルを有する変位検出部と、前記変位検出部に供給する圧縮気体の圧力損失を測定する圧力損失測定部と、前記回転部材の近傍で且つ圧力損失測定部と前記変位検出部の間に設けられた絞り部材（差圧調整部）と、を備える。前記圧縮気体の供給源は、前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続され、前記圧力損失測定部の低圧側は、前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続されている。
【選択図】 図１
【解決手段】軸受装置は、回転部材を転がり軸受を介して固定部材に支持し、前記回転部材のラジアル方向変位またはアキシャル方向変位を前記転がり軸受の周囲で前記回転部材と前記固定部材の間の被測定隙間に圧縮気体を供給して測定する変位測定部を備えている。前記変位測定部は、前記被測定隙間に圧縮気体を吐出する圧縮気体吐出ノズルを有する変位検出部と、前記変位検出部に供給する圧縮気体の圧力損失を測定する圧力損失測定部と、前記回転部材の近傍で且つ圧力損失測定部と前記変位検出部の間に設けられた絞り部材（差圧調整部）と、を備える。前記圧縮気体の供給源は、前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続され、前記圧力損失測定部の低圧側は、前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続されている。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転部材を転がり軸受を介して固定部材に支持し、前記回転部材のラジアル方向変位またはアキシャル方向変位を前記転がり軸受の周囲で前記回転部材と前記固定部材の間の被測定隙間に圧縮気体を供給して測定する変位測定部を備えた軸受装置であって、
前記変位測定部は、
前記被測定隙間に圧縮気体を吐出する圧縮気体吐出ノズルを有する変位検出部と、
前記変位検出部に供給する圧縮気体の圧力損失を測定する圧力損失測定部と、
前記回転部材の近傍で且つ圧力損失測定部と前記変位検出部の間に設けられた絞り部材と、を備え、
前記圧縮気体の供給源は、前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続され、前記圧力損失測定部の低圧側は、前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続されている軸受装置。
前記変位測定部は、
前記被測定隙間に圧縮気体を吐出する圧縮気体吐出ノズルを有する変位検出部と、
前記変位検出部に供給する圧縮気体の圧力損失を測定する圧力損失測定部と、
前記回転部材の近傍で且つ圧力損失測定部と前記変位検出部の間に設けられた絞り部材と、を備え、
前記圧縮気体の供給源は、前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続され、前記圧力損失測定部の低圧側は、前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続されている軸受装置。
【請求項2】
前記圧縮気体の圧力損失は、前記変位検出部と前記絞り部材の間の圧縮気体の圧力と、前記圧縮気体の供給源から出力される圧縮気体の圧力との差圧である請求項１に記載の軸受装置。
【請求項3】
前記絞り部材の設置位置は固定され、前記圧力損失測定部の設置位置は可動である請求項２に記載の軸受装置。
【請求項4】
前記圧縮気体の供給源が前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続される箇所から、前記圧力損失測定部の高圧側までは、前記圧縮気体の流速がゼロであり、
前記圧力損失測定部の低圧側が前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続される箇所から、前記圧力損失測定部の低圧側までは、前記圧縮気体の流速がゼロである請求項３に記載の軸受装置。
前記圧力損失測定部の低圧側が前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続される箇所から、前記圧力損失測定部の低圧側までは、前記圧縮気体の流速がゼロである請求項３に記載の軸受装置。
【請求項5】
前記変位検出部は、前記圧縮気体吐出ノズルの軸方向の片側又は両側に、前記圧縮気体吐出ノズルから前記被測定隙間に吐出された圧縮気体を回収する気体回収溝をさらに備えている請求項４に記載の軸受装置。
【請求項6】
前記変位検出部は、前記気体回収溝で回収された圧縮気体を外部に排出する圧縮気体排出部を更に備えている請求項５に記載の軸受装置。
【請求項7】
前記圧力損失測定部で検出した前記差圧に基づいて前記回転部材に負荷される荷重量を演算する演算処理装置をさらに備えている請求項６に記載の軸受装置。
【請求項8】
請求項１から７の何れか一項に記載の軸受装置を備え、当該軸受装置によって主軸を前記回転部材として回転自在に支持し、前記主軸に負荷された荷重を測定する工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、軸受装置に関し、より詳細には、転がり軸受で支持する回転軸の変位を検出して軸荷重を測定することができる軸受装置に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械のスピンドルにおいて、切削荷重をコントロールし、加工の高速化、高精度化及び軸受の長寿命化に繋げようとする動きが高まっており、その方策の一つとして、工作機械の運転中の軸荷重を測定することに対するニーズが高まっている。
例えば、特許文献１には、軸荷重を直接測定するのではなく、非接触式センサで軸変位量を計測し、軸受等の剛性値を乗算することで軸荷重を算出する技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、軸荷重を直接測定するのではなく、非接触式センサで軸変位量を計測し、軸受等の剛性値を乗算することで軸荷重を算出する技術が開示されている。
【0003】
特許文献２にも、工作機械から離れた位置に配置した差圧センサを利用して、工作機械の軸の変位及び軸荷重を測定・算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１０－２１７１６７号公報
【特許文献2】特許６６６２４９９号明細書
【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に記載された技術では、非接触式センサを使用して回転軸の変位を測定する場合には、非接触式センサを計測部近傍へ配置し、それに付属する回路、配線も計測部の近傍へ配置する必要がある。また、工作機械の内部構造の複雑さや加工中の切り屑や切削水の付着による損傷等により適切な計測ができない場合がある。
【0006】
特許文献２に記載された技術では、差圧センサの設置位置によっては差圧及び軸荷重を正確に算出できない場合がある。
本発明は、上記した課題を解決するために、回転部材を転がり軸受で支持する場合に、回転部材の近傍に測定部を配置せず、且つ、回転部材のラジアル方向の変位（またはアキシャル方向の変位）を、より正確に測定することができる軸受装置を提供することを目的としている。
本発明は、上記した課題を解決するために、回転部材を転がり軸受で支持する場合に、回転部材の近傍に測定部を配置せず、且つ、回転部材のラジアル方向の変位（またはアキシャル方向の変位）を、より正確に測定することができる軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る軸受装置は、回転部材を転がり軸受を介して固定部材に支持し、前記回転部材のラジアル方向変位またはアキシャル方向変位を前記転がり軸受の周囲で前記回転部材と前記固定部材の間の被測定隙間に圧縮気体を供給して測定する変位測定部を備えた軸受装置であって、前記変位測定部は、前記被測定隙間に圧縮気体を吐出する圧縮気体吐出ノズルを有する変位検出部と、前記変位検出部に供給する圧縮気体の圧力損失を測定する圧力損失測定部と、前記回転部材の近傍で且つ圧力損失測定部と前記変位検出部の間に設けられた絞り部材（差圧調整部）と、を備える。前記圧縮気体の供給源は、前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続され、前記圧力損失測定部の低圧側は、前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続されている。
【0008】
好ましくは、前記圧縮気体の圧力損失は、前記変位検出部と前記絞り部材の間の圧縮気体の圧力と、前記圧縮気体の供給源から出力される圧縮気体の圧力との差圧である。
好ましくは、前記絞り部材の設置位置（前記変位検出部との相対位置）は固定され、前記圧力損失測定部の設置位置（前記変位検出部との相対位置）は可動である。
好ましくは、前記圧縮気体の供給源が前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続される箇所から、前記圧力損失測定部の高圧側までは、前記圧縮気体の流速がゼロである。また、好ましくは、前記圧力損失測定部の低圧側が前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続される箇所から、前記圧力損失測定部の低圧側までは、前記圧縮気体の流速がゼロである。
好ましくは、前記絞り部材の設置位置（前記変位検出部との相対位置）は固定され、前記圧力損失測定部の設置位置（前記変位検出部との相対位置）は可動である。
好ましくは、前記圧縮気体の供給源が前記圧力損失測定部の高圧側と前記絞り部材とを繋ぐ管路に接続される箇所から、前記圧力損失測定部の高圧側までは、前記圧縮気体の流速がゼロである。また、好ましくは、前記圧力損失測定部の低圧側が前記変位検出部と前記絞り部材を繋ぐ管路に接続される箇所から、前記圧力損失測定部の低圧側までは、前記圧縮気体の流速がゼロである。
【0009】
前記変位検出部は、前記圧縮気体吐出ノズルの軸方向の片側又は両側に、前記圧縮気体吐出ノズルから前記被測定隙間に吐出された圧縮気体を回収する気体回収溝をさらに備えてよい。
前記変位検出部は、前記気体回収溝で回収された圧縮気体を外部に排出する圧縮気体排出部を更に備えてよい。
前記軸受装置は、前記圧力損失測定部で検出した前記差圧に基づいて前記回転部材に負荷される荷重量を演算する演算処理装置をさらに備えてよい。
本発明の他の態様によれば、前記軸受装置を備え、前記軸受装置によって主軸を前記回転部材として回転自在に支持し、前記主軸に負荷された荷重を測定する工作機械の主軸装置が提供される。
前記変位検出部は、前記気体回収溝で回収された圧縮気体を外部に排出する圧縮気体排出部を更に備えてよい。
前記軸受装置は、前記圧力損失測定部で検出した前記差圧に基づいて前記回転部材に負荷される荷重量を演算する演算処理装置をさらに備えてよい。
本発明の他の態様によれば、前記軸受装置を備え、前記軸受装置によって主軸を前記回転部材として回転自在に支持し、前記主軸に負荷された荷重を測定する工作機械の主軸装置が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る軸受装置によれば、転がり軸受で回転部材を支持する場合に、圧縮気体を利用して回転部材のラジアル方向変位またはアキシャル方向変位を測定することができ、且つ、差圧センサの設置位置に関わらず、回転部材のラジアル方向変位またはアキシャル方向変位を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係る工作機械の軸受装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図3】第１実施形態における回転軸と絞りと差圧センサの位置関係を示す図である。
【図4】第１実施形態において回転軸と差圧センサの間の距離が大きい場合を説明する図である。
【図5】比較例における回転軸と絞りと差圧センサの位置関係を示す図である。
【図6】比較例において回転軸と差圧センサとの間の距離が大きい場合を説明する図である。
【図7】第１実施形態の構成を用いた実験で得られた差圧と供給エア圧との関係を示すグラフである。
【図8】比較例の構成を用いた実験で得られた差圧と供給エア圧との関係を示すグラフである。
【図10】本発明の第２実施形態の軸受装置を示す図であって、（ａ）は軸方向の拡大断面図であり、（ｂ）は軸直角方向の拡大断面図である。
【図11】本発明の第３実施形態の軸受装置を示す軸方向の拡大断面図である。
【図12】本発明に係る軸受装置を適用した工作機械の回転テーブルを示す断面図である。
【図13】本発明の第４実施形態の軸受装置を示す断面図である。
【図15】第４実施形態の変形例を示す図であり、（ａ）は圧縮気体吐出ノズルを上向き状態にした場合の拡大断面であり、（ｂ）は圧縮気体吐出ノズルを下向き状態にした場合の拡大断面であり、（ｃ）は圧縮気体吐出ノズルを半径方向線上で右旋回状態にした場合の拡大断面である。
【図16】本発明の第５実施形態の軸受装置を示す断面図であり、（ａ）は軸方向の拡大断面図であり、（ｂ）は軸直角方向の拡大断面図である。
【図17】本発明の第６実施形態の軸受装置を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる場合がある。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の装置の構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の修正、変更及び置換を加えることができる。
以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の装置の構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の修正、変更及び置換を加えることができる。
【0013】
第１実施形態
本発明に係る工作機械の軸受装置（主軸装置）の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
工作機械の軸受装置（主軸装置）１０は、モータビルトイン方式であり、固定部材（静止部材）であるハウジング１１に回転部材である中空状の回転軸（例えば、スピンドル）２１が前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１によって回転自在に支持されている。回転軸２１は、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１間に配置された駆動モータ５１によって回転駆動される。
本発明に係る工作機械の軸受装置（主軸装置）の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
工作機械の軸受装置（主軸装置）１０は、モータビルトイン方式であり、固定部材（静止部材）であるハウジング１１に回転部材である中空状の回転軸（例えば、スピンドル）２１が前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１によって回転自在に支持されている。回転軸２１は、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１間に配置された駆動モータ５１によって回転駆動される。
【0014】
ハウジング１１は、前側転がり軸受３１と駆動モータ５１との間で２分割された前側円筒部１２と後側円筒部１３とで構成されている。
前側円筒部１２は、外径が小さい前側の小外径部１２ａと外径が小外径部１２ａに比較して大きい後側の大外径部１２ｂとで構成されている。これら小外径部１２ａ及び大外径部１２ｂの内周面は、等しい内径に形成されているが、小外径部１２ａの前端側から後端側にかけて前側転がり軸受３１を収納する軸受収納段差部１２ｃが形成されている。
後側円筒部１３は、逆に、内径が大きい大内径部１３ａと内径が大内径部１３ａより小さい小内径部１３ｂとで形成されている。
前側円筒部１２は、外径が小さい前側の小外径部１２ａと外径が小外径部１２ａに比較して大きい後側の大外径部１２ｂとで構成されている。これら小外径部１２ａ及び大外径部１２ｂの内周面は、等しい内径に形成されているが、小外径部１２ａの前端側から後端側にかけて前側転がり軸受３１を収納する軸受収納段差部１２ｃが形成されている。
後側円筒部１３は、逆に、内径が大きい大内径部１３ａと内径が大内径部１３ａより小さい小内径部１３ｂとで形成されている。
【0015】
前側転がり軸受３１は、背面組合せとなるように配置された略同一寸法の一対のアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂで構成されている。これらアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、静止側軌道輪である外輪３３と、回転側軌道輪である内輪３４と、静止側軌道である外輪軌道溝と回転側軌道である内輪軌道溝との間に、接触角を持って配置された転動体としての複数の玉３５とを備えている。つまり、各軸受３１ａ、３１ｂは、内輪３４と、外輪３３と、内輪３４と外輪３３との間に回転可能に配置された玉（転動体）３５を有している。尚、各軸受３１ａ、３１ｂは、転動体を保持する保持器を備えていてもよい。
各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、ハウジング１１の前側円筒部１２に形成された軸受収納段差部１２ｃに外輪側間座３６を介して外輪３３が内嵌され、ハウジング１１の前側円筒部１２にボルト締めされた前側軸受外輪押え３７によって固定されている。
また、各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの内輪３４は、回転軸２１に内輪側間座３８を介して外嵌され、回転軸２１に締結されたナット３９によって回転軸２１に固定されている。アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂには、ナット３９によって定位置予圧が作用している。したがって、前側転がり軸受３１によって回転軸２１の軸方向位置が位置決めされている。
各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、ハウジング１１の前側円筒部１２に形成された軸受収納段差部１２ｃに外輪側間座３６を介して外輪３３が内嵌され、ハウジング１１の前側円筒部１２にボルト締めされた前側軸受外輪押え３７によって固定されている。
また、各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの内輪３４は、回転軸２１に内輪側間座３８を介して外嵌され、回転軸２１に締結されたナット３９によって回転軸２１に固定されている。アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂには、ナット３９によって定位置予圧が作用している。したがって、前側転がり軸受３１によって回転軸２１の軸方向位置が位置決めされている。
【0016】
後側転がり軸受４１は、円筒ころ軸受であり、外輪４２と、内輪４３と、転動体としての複数の円筒ころ４４とを有する。後側転がり軸受４１の外輪４２は、ハウジング１１の後側円筒部１３の小内径部１３ｂに内嵌され、小内径部１３ｂにボルト締結された後側軸受押え４５によって外輪側間座４６を介して小内径部１３ｂに固定されている。後側転がり軸受４１の内輪４３は、回転軸２１に締結されたナット４７によって内輪側間座４８を介して回転軸２１に固定されている。
駆動モータ５１は、ハウジング１１の後側円筒部１３の大内径部１３ａに内嵌されさたステータ５２と、ステータ５２の内周側に間隙を介して対向する回転軸２１に外嵌されたロータ５３とで構成されている。
駆動モータ５１は、ハウジング１１の後側円筒部１３の大内径部１３ａに内嵌されさたステータ５２と、ステータ５２の内周側に間隙を介して対向する回転軸２１に外嵌されたロータ５３とで構成されている。
【0017】
上記構成を有する工作機械の軸受装置１０には、回転軸２１に掛かる荷重量を測定する変位測定部（荷重測定部）６０が設けられている。変位測定部６０は、圧縮気体を利用して回転軸２１のラジアル方向変位を検出する変位検出部６１と、外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の隙間に応じた圧縮気体の圧力損失を測定する圧力損失測定部７１と、圧縮気体供給部８０に接続され且つ変位検出部６１と圧力損失測定部７１の間に設けられた差圧調整部７０と、を１組としている。本実施形態では、変位検出部６１、差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の組を円周方向に複数組（図１では２組）設けている。また、変位測定部６０は、各圧力損失測定部７１の測定結果に基づいて回転軸２１に作用する荷重量を演算する演算処理部ＰＵを備えている。変位測定部６０は、回転軸２１の軸方向の何れの位置にも配置可能である。より好ましくは、荷重に対する軸変位量が大きく、かつ変位測定部の設置による軸長延長の影響が少ない、最前列軸受の後方近傍に配置されることが望ましい。圧縮気体は１つの圧縮気体供給部８０から差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の各組に供給される。また、圧縮気体は差圧調整部７０を経由して変位検出部６１に供給される。圧縮気体供給部８０は圧縮気体の供給源である。
【0018】
変位検出部６１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、少なくともハウジング１１の前側円筒部１２の小外径部１２ａにおける中心軸を介して互いに対向しないように円周方向に例えば１２０°の間隔を保つ２個所に形成されている。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。
変位検出部６１のそれぞれは、前側転がり軸受３１の外輪側間座３６及び内輪側間座３８を含んで構成されている。すなわち、外輪側間座３６は、アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの外輪３３の互いに対向する軸方向端面に接触する外周側リング部３６ａと、外周側リング部３６ａより幅狭の内周側リング部３６ｂとを備えている。
変位検出部６１のそれぞれは、前側転がり軸受３１の外輪側間座３６及び内輪側間座３８を含んで構成されている。すなわち、外輪側間座３６は、アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの外輪３３の互いに対向する軸方向端面に接触する外周側リング部３６ａと、外周側リング部３６ａより幅狭の内周側リング部３６ｂとを備えている。
【0019】
外周側リング部３６ａには軸方向の中央部に外側から内側に窪む凹部３６ｃが形成されている。内周側リング部３６ｂは、内周面が内輪側間座３８の外周面に所定の被測定隙間ｇを形成するように対向している。
そして、外周側リング部３６ａの凹部３６ｃの底部から内周面に半径方向に延長する漏斗状の圧縮気体吐出ノズル６２が形成され、圧縮気体吐出ノズル６２から圧縮気体が外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇに吐出される。
工作機械の回転軸（例えば、スピンドル）は、多くの場合において、工具を把持するための機構として軸内径部にドローバを設けるため、中空軸となっており、また、加工効率向上のため、高速回転させることを想定している。このため、特に、高速回転使用時において、回転軸２１、内輪側間座３８等の回転部材は、遠心力により数～数１０μｍ程度膨張する。さらに、スピンドル回転中は、ハウジング１１と回転軸２１の間で温度差が生じ、多くの場合回転軸２１の方が高温になるため、ハウジング１１と回転軸２１の間の隙間量は数～数１０μｍ程度小さくなる。
そして、外周側リング部３６ａの凹部３６ｃの底部から内周面に半径方向に延長する漏斗状の圧縮気体吐出ノズル６２が形成され、圧縮気体吐出ノズル６２から圧縮気体が外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇに吐出される。
工作機械の回転軸（例えば、スピンドル）は、多くの場合において、工具を把持するための機構として軸内径部にドローバを設けるため、中空軸となっており、また、加工効率向上のため、高速回転させることを想定している。このため、特に、高速回転使用時において、回転軸２１、内輪側間座３８等の回転部材は、遠心力により数～数１０μｍ程度膨張する。さらに、スピンドル回転中は、ハウジング１１と回転軸２１の間で温度差が生じ、多くの場合回転軸２１の方が高温になるため、ハウジング１１と回転軸２１の間の隙間量は数～数１０μｍ程度小さくなる。
【0020】
また、工作機械スピンドルにおいて、外輪側間座３６と内輪側間座３８の間等の、ハウジング１１と回転軸２１の間に形成される隙間は、スピンドル内部や転がり軸受３１への異物の侵入を防ぐため、大きくてもコンマ数ｍｍ程度で設定される。
そこで、外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇは、回転軸２１の静止時において０．０５ｍｍ～０．５ｍｍに設定されるが、回転軸２１のラジアル方向変位に対する圧力損失の変化量は、隙間量が小さいほど大きくなるため、被測定隙間ｇは、０．０５ｍｍ～０．２ｍｍに設定することが好ましい。
そこで、外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇは、回転軸２１の静止時において０．０５ｍｍ～０．５ｍｍに設定されるが、回転軸２１のラジアル方向変位に対する圧力損失の変化量は、隙間量が小さいほど大きくなるため、被測定隙間ｇは、０．０５ｍｍ～０．２ｍｍに設定することが好ましい。
【0021】
運転中の外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇを精度良く測定するため、変位検出部６１に設けられる内輪側間座３８は、可能な限り回転軸２１と同軸となることが望ましい。そのため、内輪側間座３８は、軸に対して、中間ばめ若しくは締まりばめで嵌合されることが望ましい。
ハウジング１１の小外径部１２ａには、圧縮気体吐出ノズル６２と同軸的に外周面から外輪側間座３６の凹部３６ｃに達して２段階に内径が縮小する円形の開口部６３が形成されている。開口部６３には、図１に示すように、後側側壁に前側円筒部１２に形成された圧縮気体供給通路６４の一端が開口されている。圧縮気体供給通路６４の他端は、図１に示すように、後側円筒部１３に形成された後端に開口して軸方向に前方に延長して形成された圧縮気体供給通路６５に連通している。
ハウジング１１の小外径部１２ａには、圧縮気体吐出ノズル６２と同軸的に外周面から外輪側間座３６の凹部３６ｃに達して２段階に内径が縮小する円形の開口部６３が形成されている。開口部６３には、図１に示すように、後側側壁に前側円筒部１２に形成された圧縮気体供給通路６４の一端が開口されている。圧縮気体供給通路６４の他端は、図１に示すように、後側円筒部１３に形成された後端に開口して軸方向に前方に延長して形成された圧縮気体供給通路６５に連通している。
【0022】
開口部６３内には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、圧縮気体供給通路６４から供給される圧縮気体の方向を軸方向から半径方向に方向変換して圧縮気体吐出ノズル６２に供給する気体方向変換部としての気体接続部６６が装着されている。気体接続部６６は、開口部６３に内嵌可能な形状、例えば開口部６３の内周形状と同一形状の外周形状を有し、内部に開口部６３に連通する気体通路６６ａと、気体通路６６ａに一端が連通し、他端が圧縮気体吐出ノズル６２に連通する気体通路６６ｂとが形成されている。気体接続部６６の側壁と開口部６３の内壁との間にはＯリング６７、６７が配置され、気体接続部６６の底面と凹部３６ｃの底面との間にもＯリング６８が配置され、Ｏリング６７、６７及び６８によって圧縮空気の漏れを防止している。
【0023】
気体接続部６６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、外周面の段部が開口部６３の内周面の段部と接触することにより、半径方向に位置決めされている。また、気体接続部６６は、半径方向外側の端面が小外径部１２ａの外周面にねじ止めされた押え片６９に接触して、開口部６３からの抜け出しが防止されている。尚、気体接続部６６は、押え片６９で抜け出しを防止する場合に限らず、気体接続部６６の外周面側にフランジ部を形成し、このフランジ部をねじ止めすることもでき、気体接続部６６のハウジング１１に対する固定方法（固定構造）は押さえ片６９を使用する固定方法に限定されない。
尚、変位検出部６１は、ハウジング１１の円周方向の２個所に設置する場合に限らず、円周方向に中心軸を挟んで互いに対向しないように３個所以上設けるようにしてもよい。また、変位検出部６１は、圧縮気体を圧縮気体吐出ノズル６２から外輪側間座３６と内輪側間座３８との隙間に吐出させることから、圧縮気体により発生する回転軸２１への負荷をキャンセルするため、３個所以上で等角間隔で配置することが好ましい。
尚、変位検出部６１は、ハウジング１１の円周方向の２個所に設置する場合に限らず、円周方向に中心軸を挟んで互いに対向しないように３個所以上設けるようにしてもよい。また、変位検出部６１は、圧縮気体を圧縮気体吐出ノズル６２から外輪側間座３６と内輪側間座３８との隙間に吐出させることから、圧縮気体により発生する回転軸２１への負荷をキャンセルするため、３個所以上で等角間隔で配置することが好ましい。
【0024】
図１に示すように、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に潤滑油を供給する図示しないオイルエア潤滑やオイルミスト潤滑による潤滑系統には、圧縮気体供給部８０から圧縮気体が供給される。圧縮気体供給部８０は、圧縮気体を吐出するコンプレッサ８１と、コンプレッサ８１から吐出される圧縮気体を調圧する潤滑系統用のレギュレータ８２と、レギュレータ８２と並列に接続された圧力損失測定用のレギュレータ８３とを備えている。符号８０ａは、コンプレッサ８１とレギュレータ８３を繋ぐ配管がレギュレータ８２からの配管に接続される接続点を示している。尚、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１への潤滑油供給は、オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑に限定されない。例えば、グリース潤滑などを採用してもよい。潤滑油やグリースは潤滑剤の例である。潤滑系統は、軸受３１及び軸受４１に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部である。
【0025】
差圧調整部７０は、圧縮気体の供給経路（配管）７４により、ハウジング１１の圧縮気体供給路６５に繋がっている。差圧調整部７０は、圧縮気体の供給経路７４に介挿された絞り（絞り部材）７２と、供給経路７４の第１分岐点７４ａから分岐した第１分岐管路７６ａと、供給経路７４の第２分岐点７４ｂから分岐した第２分岐管路７６ｂとを有する。
第１分岐点７４ａから延びる第１分岐管路７６ａは、差圧センサ７３の低圧側に接続され、第２分岐点７４ｂから延びる第２分岐管路７６ｂは、差圧センサ７３の高圧側に接続される。第１分岐点７４ａは絞り７２の下流側の分岐点であり、第２分岐点７４ｂは絞り７２の上流側の分岐点である。
第１分岐点７４ａから延びる第１分岐管路７６ａは、差圧センサ７３の低圧側に接続され、第２分岐点７４ｂから延びる第２分岐管路７６ｂは、差圧センサ７３の高圧側に接続される。第１分岐点７４ａは絞り７２の下流側の分岐点であり、第２分岐点７４ｂは絞り７２の上流側の分岐点である。
【0026】
圧力損失測定部７１は、第１分岐管路７６ａと第２分岐管路７６ｂにより、差圧調整部７０に繋がっている。圧力損失測定部７１に含まれている差圧センサ７３は、絞り７２の上流側の圧力と下流側の圧力との差分（差圧）を検出する。つまり、差圧センサ７３は、圧縮気体の圧力損失として、変位検出部６１と絞り７２の間の圧縮気体の圧力と、圧縮気体供給部８０から出力される圧縮気体の圧力との差圧を検出する。
圧縮気体の供給経路７４は、第２分岐点７４ｂから下方に延びて、経路合流点７４ｃを通って圧縮気体供給部８０に繋がっている。よって、絞り７２の上流側には、圧縮気体供給部８０の元圧が入力される。
このような圧縮気体経路（配管と分岐）では、第１分岐点７４ａから差圧センサ７３の低圧側までの間（つまり、第１分岐管路７６ａ内）で、圧縮気体の流速は生じない。また、第２分岐点７４ｂから差圧センサ７３の高圧側までの間（つまり、第２分岐管路７６ｂ内）で、圧縮気体の流速は生じない。
圧縮気体の供給経路７４は、第２分岐点７４ｂから下方に延びて、経路合流点７４ｃを通って圧縮気体供給部８０に繋がっている。よって、絞り７２の上流側には、圧縮気体供給部８０の元圧が入力される。
このような圧縮気体経路（配管と分岐）では、第１分岐点７４ａから差圧センサ７３の低圧側までの間（つまり、第１分岐管路７６ａ内）で、圧縮気体の流速は生じない。また、第２分岐点７４ｂから差圧センサ７３の高圧側までの間（つまり、第２分岐管路７６ｂ内）で、圧縮気体の流速は生じない。
【0027】
図１に示すように、絞り７２は、レギュレータ８３とハウジング１１に形成された圧縮気体供給通路６５の開口とを連結する配管７４に介挿されている。絞り７２の絞り量は、回転軸２１の回転中で回転軸２１のラジアル方向変位が“０”であるときに差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定した設定値となるように設定する。これにより、絞り７２の下流側の圧力が絞り７２から変位検出部６１までの配管長さ及び配管径による流路抵抗を考慮した回転軸２１のラジアル方向変位のみに応じた圧力損失を表すようになる。
【0028】
差圧センサ７３の低圧側は、第１分岐管路７６ａにより絞り７２の下流側の配管７４に接続され（第１分岐点７４ａに接続され）、差圧センサ７３の高圧側は第２分岐管路７６ｂにより絞り７２の上流側の配管７４に接続されている。また、第２分岐管路７６ｂと配管（圧縮気体の供給経路）７４の合流点である第２分岐点７４ｂは、配管７４によりレギュレータ８３に接続されている。差圧センサ７３は、レギュレータ８３から供給される圧縮空気圧（第２分岐点７４ｂの圧力）と変位検出部６１に接続された絞り７２の下流側圧力（第１分岐点７４ａの圧力）すなわち変位検出部６１での回転軸２１の変位に応じた圧力損失との差圧を検出し、検出した差圧検出値をアナログ値又はデジタル値として出力する。
演算処理部ＰＵは、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成され、各圧力損失測定部７１の差圧センサ７３から出力される差圧検出値が入力され、この差圧検出値に基づいて回転軸２１のラジアル方向の換算変位量を算出する。また、演算処理部ＰＵは、算出した回転軸２１のラジアル方向の換算変位量に予め算出した圧縮気体吐出ノズル６２の軸方向位置における軸剛性値を乗算することにより、回転軸２１に与えられる荷重量を演算し、演算結果を表示器ＤＰに出力して表示する。軸剛性値は、荷重点、前側転がり軸受３１の軸受位置、軸受剛性、軸剛性及び変位検出部６１の圧縮気体吐出ノズル６２の軸方向位置等に基づいて算出する。
演算処理部ＰＵは、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成され、各圧力損失測定部７１の差圧センサ７３から出力される差圧検出値が入力され、この差圧検出値に基づいて回転軸２１のラジアル方向の換算変位量を算出する。また、演算処理部ＰＵは、算出した回転軸２１のラジアル方向の換算変位量に予め算出した圧縮気体吐出ノズル６２の軸方向位置における軸剛性値を乗算することにより、回転軸２１に与えられる荷重量を演算し、演算結果を表示器ＤＰに出力して表示する。軸剛性値は、荷重点、前側転がり軸受３１の軸受位置、軸受剛性、軸剛性及び変位検出部６１の圧縮気体吐出ノズル６２の軸方向位置等に基づいて算出する。
【0029】
尚、回転軸２１に与えられる荷重量は、上述した演算によって算出しなくてもよい。例えば、既知の荷重を回転軸２１に与えて、そのときの圧力損失測定部７１の差圧センサ７３から出力される差圧検出値を測定することを繰り返すことにより、荷重と差圧検出値との関係を表す荷重算出用マップを作成し、これを演算処理部ＰＵの記憶部に記憶しておく。この場合には、切削時の差圧センサ７３で検出した差圧検出値を基に荷重算出用マップを参照することにより、差圧検出値から直接荷重量を算出（取得）できる。このようにすると、差圧センサ７３の差圧検出値を変位量に換算する必要がなく、荷重量を容易に算出できる。このとき、荷重算出用マップを使用する代わりに荷重算出用マップの特性線の方程式を求め、求めた方程式に差圧センサ７３の差圧検出値を代入することにより荷重量を算出することもできる。
尚、変位検出部６１、差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の組は、前述したように２組以上設けるので、差圧調整部７０と圧力損失測定部７１の組み合わせは、図１に示すように、レギュレータ８３に並列に接続されている。
尚、変位検出部６１、差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の組は、前述したように２組以上設けるので、差圧調整部７０と圧力損失測定部７１の組み合わせは、図１に示すように、レギュレータ８３に並列に接続されている。
【0030】
次に、第１実施形態の軸受装置１０の動作を説明する。
先ず、圧縮気体供給部８０から差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１に圧縮気体を供給し、工作機械の軸受装置１０の回転軸２１を回転させた状態で、回転軸２１のラジアル方向変位が“０”である状態で、差圧調整部７０の絞り７２の絞り量を、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定された設定値となるように調整しておく。
そして、軸受装置１０の回転軸２１が停止している状態で、コンプレッサ８１を始動することにより、圧縮気体をレギュレータ８２で調圧して、図示しない前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑油供給系統に設定圧の圧縮気体を供給して、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑剤の供給を開始する。
先ず、圧縮気体供給部８０から差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１に圧縮気体を供給し、工作機械の軸受装置１０の回転軸２１を回転させた状態で、回転軸２１のラジアル方向変位が“０”である状態で、差圧調整部７０の絞り７２の絞り量を、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定された設定値となるように調整しておく。
そして、軸受装置１０の回転軸２１が停止している状態で、コンプレッサ８１を始動することにより、圧縮気体をレギュレータ８２で調圧して、図示しない前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑油供給系統に設定圧の圧縮気体を供給して、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑剤の供給を開始する。
【0031】
これと同時に、又は前後してコンプレッサ８１から吐出される圧縮気体をレギュレータ８３で調圧して差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１に供給する。
差圧調整部７０に供給された圧縮気体は絞り７２を介してハウジング１１の圧縮気体供給通路６５に入力（導入）される。圧縮気体供給通路６５に入力された圧縮気体は、圧縮気体供給通路６４から気体接続部６６で軸方向から半径方向に９０度方向転換されて圧縮気体吐出ノズル６２に供給される。
圧縮気体吐出ノズル６２に供給された圧縮気体は、外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇに供給される。被測定隙間ｇすなわち回転軸２１のラジアル方向変位が“０”の状態から大きくなると被測定隙間ｇが小さくなり、これに応じて圧力損失が小さくなり、逆にラジアル方向変位が小さくなると被測定隙間ｇが大きくなり、これに応じて圧力損失が大きくなる。被測定隙間ｇは、上述したように、中空軸の回転軸２１が高速回転すると、回転軸２１や内輪側間座３８などの回転部材が遠心力により大きくなり、また、ハウジング１１に対して回転軸２１が高温化すると小さくなる。
差圧調整部７０に供給された圧縮気体は絞り７２を介してハウジング１１の圧縮気体供給通路６５に入力（導入）される。圧縮気体供給通路６５に入力された圧縮気体は、圧縮気体供給通路６４から気体接続部６６で軸方向から半径方向に９０度方向転換されて圧縮気体吐出ノズル６２に供給される。
圧縮気体吐出ノズル６２に供給された圧縮気体は、外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇに供給される。被測定隙間ｇすなわち回転軸２１のラジアル方向変位が“０”の状態から大きくなると被測定隙間ｇが小さくなり、これに応じて圧力損失が小さくなり、逆にラジアル方向変位が小さくなると被測定隙間ｇが大きくなり、これに応じて圧力損失が大きくなる。被測定隙間ｇは、上述したように、中空軸の回転軸２１が高速回転すると、回転軸２１や内輪側間座３８などの回転部材が遠心力により大きくなり、また、ハウジング１１に対して回転軸２１が高温化すると小さくなる。
【0032】
したがって、回転軸２１のラジアル方向変位が“０”である無負荷状態では、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定した設定値となり、回転軸２１のラジアル変位が“０”であることを表す差圧検出値が演算処理部ＰＵに出力される。
このため、演算処理部ＰＵでは、差圧センサ７３から入力される差圧検出値を回転軸２１のラジアル方向変位に換算し、換算したラジアル方向変位に予め設定した軸剛性値を乗算することにより、回転軸２１に負荷された荷重量を算出する。算出された荷重量は表示器ＤＰに出力されて表示される。この場合、ラジアル方向変位が“０”であるので、表示器ＤＰに表示される荷重量は“０”となる。
このため、演算処理部ＰＵでは、差圧センサ７３から入力される差圧検出値を回転軸２１のラジアル方向変位に換算し、換算したラジアル方向変位に予め設定した軸剛性値を乗算することにより、回転軸２１に負荷された荷重量を算出する。算出された荷重量は表示器ＤＰに出力されて表示される。この場合、ラジアル方向変位が“０”であるので、表示器ＤＰに表示される荷重量は“０”となる。
【0033】
この状態から、例えば切削を開始すると、回転軸２１に切削荷重が加わることになり、当該切削荷重に応じたラジアル方向変位が回転軸２１に生じる。ラジアル方向変位は、回転軸２１に加わる切削荷重の方向に依存する。
このため、回転軸２１のラジアル方向変位に応じて複数の変位検出部６１の圧縮気体吐出ノズル６２から吐出される圧縮気体にラジアル方向変位に応じた圧力損失が生じる。この圧力損失が圧力損失測定部７１の差圧センサ７３で差圧検出値として検出される。
検出された差圧検出値が演算処理部ＰＵに供給されることにより、演算処理部ＰＵで差圧検出値を回転軸２１のラジアル方向変位に換算し、換算したラジアル方向変位に予め設定した軸剛性値を乗算することにより、回転軸２１に負荷された荷重量を算出する。算出された荷重量は表示器ＤＰに出力されて表示される。
このため、回転軸２１のラジアル方向変位に応じて複数の変位検出部６１の圧縮気体吐出ノズル６２から吐出される圧縮気体にラジアル方向変位に応じた圧力損失が生じる。この圧力損失が圧力損失測定部７１の差圧センサ７３で差圧検出値として検出される。
検出された差圧検出値が演算処理部ＰＵに供給されることにより、演算処理部ＰＵで差圧検出値を回転軸２１のラジアル方向変位に換算し、換算したラジアル方向変位に予め設定した軸剛性値を乗算することにより、回転軸２１に負荷された荷重量を算出する。算出された荷重量は表示器ＤＰに出力されて表示される。
【0034】
このように、第１実施形態の軸受装置１０によると、前側転がり軸受３１の外輪側間座３６及び内輪側間座３８を含んで構成される変位検出部６１に圧縮気体を供給することにより、圧縮気体吐出ノズル６２から圧縮気体が外輪側間座３６と内輪側間座３８の間の被測定隙間ｇに吐出される。このため、被測定隙間ｇすなわち回転軸２１のラジアル方向変位に応じた圧縮気体の圧力損失が生じる。圧力損失をハウジング１１の外側に設けた圧力損失測定部７１の差圧センサ７３で検出し、検出した差圧検出値を演算処理部ＰＵに供給することにより、回転軸２１に負荷される荷重量を算出することができる。
【0035】
したがって、変位検出部６１では所定の被測定隙間ｇを介して対向する外輪側間座３６及び内輪側間座３８、圧縮気体供給通路６４、気体接続部６６及び圧縮気体吐出ノズル６２を設けるだけの簡易な構成で回転軸２１のラジアル方向変位に応じた圧力損失を生じさせることができる。このため、変位検出部６１に電気的に動作する部品を必要としないので、配線の引き回しや電気的絶縁を考慮する必要がない。
また、差圧調整部７０は、圧縮気体を絞り７２を介して変位検出部６１に供給し、絞り７２の下流側すなわち変位検出部６１側の圧力と圧力損失測定部７１（差圧調整部７０）に供給される圧縮気体の元圧との差圧を圧力損失測定部７１が検出することで変位検出部６１での圧力損失を測定することができる。そして、検出した差圧検出値を回転軸２１のラジアル方向変位に変換してから回転軸２１に負荷される荷重量を算出したり、或いは差圧から直接回転軸２１に負荷される荷重量を算出したりすることができる。
また、差圧調整部７０は、圧縮気体を絞り７２を介して変位検出部６１に供給し、絞り７２の下流側すなわち変位検出部６１側の圧力と圧力損失測定部７１（差圧調整部７０）に供給される圧縮気体の元圧との差圧を圧力損失測定部７１が検出することで変位検出部６１での圧力損失を測定することができる。そして、検出した差圧検出値を回転軸２１のラジアル方向変位に変換してから回転軸２１に負荷される荷重量を算出したり、或いは差圧から直接回転軸２１に負荷される荷重量を算出したりすることができる。
【0036】
このため、回転軸２１を転がり軸受で回転自在に支持する場合に、簡単な構成で、圧縮気体を利用して回転軸２１のラジアル方向変位を算出したり、回転軸２１に負荷される荷重量を算出したりすることができる。
図３は図１の構成を簡略化して示した図である。図３では、変位検出部６１、差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の組は一組しか示していない。また、圧縮気体供給部８０も省略した。本実施形態では、回転軸２１から圧力損失測定部７１までの距離の影響（差圧測定における影響）を抑制するために、差圧調整部７０（絞り７２）と圧力損失測定部７１（差圧センサ７３）とを分離し、差圧調整部７０を回転軸２１と圧力損失測定部７１の間に配置し且つ差圧調整部７０を回転軸２１から所定距離内に設け、差圧調整部７０に圧縮気体を供給している。また、差圧調整部７０と圧力損失測定部７１は分岐管路７６ａ、７６ｂで接続している。図９は図３の回転軸２１がスピンドルの場合を示している。図９の構成（主軸装置）では、回転軸部材（主軸）であるスピンドルを軸受で支持して、スピンドルに作用する負荷（荷重）を計測することができる。
図３は図１の構成を簡略化して示した図である。図３では、変位検出部６１、差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の組は一組しか示していない。また、圧縮気体供給部８０も省略した。本実施形態では、回転軸２１から圧力損失測定部７１までの距離の影響（差圧測定における影響）を抑制するために、差圧調整部７０（絞り７２）と圧力損失測定部７１（差圧センサ７３）とを分離し、差圧調整部７０を回転軸２１と圧力損失測定部７１の間に配置し且つ差圧調整部７０を回転軸２１から所定距離内に設け、差圧調整部７０に圧縮気体を供給している。また、差圧調整部７０と圧力損失測定部７１は分岐管路７６ａ、７６ｂで接続している。図９は図３の回転軸２１がスピンドルの場合を示している。図９の構成（主軸装置）では、回転軸部材（主軸）であるスピンドルを軸受で支持して、スピンドルに作用する負荷（荷重）を計測することができる。
【0037】
図３に示すように、回転軸２１から距離Ｌ１だけ離れた位置に差圧調整部７０が設けられているとする。距離Ｌ１は差圧センサ７３に要求される測定精度を確保できる距離である。また、差圧調整部７０から距離Ｌ２だけ離れた位置に圧力損失測定部７１が設けられているとする。圧縮気体供給部８０（図１）から供給される圧縮気体は、配管７４を矢印Ａ１で示したように第２分岐点７４ｂに向かって流れ、第２分岐点７４ｂから左に流れ（矢印Ａ２）、その後、絞り７２を通って第１分岐点７４ａを通過して、矢印Ａ３のように回転軸２１（変位検出部６１）に供給される。そして、圧縮気体は被測定隙間ｇ（図１）に供給され、回転軸２１の回転の有無にかかわらず、被測定隙間ｇにおいて圧力変化が発生する（圧力が下がる）。低下した圧力の値は、第１分岐管路７６ａを介して差圧センサ７３の低圧側に入力される。上記したように、第１分岐点７４ａから差圧センサ７３までの第１分岐管路７６ａでは圧縮気体の流速が生じないので、第１分岐点７４ａの圧力が差圧センサ７３の低圧側の値となる。また、第２分岐点７４ｂから差圧センサ７３までの第２分岐管路７６ｂでも圧縮気体の流速が生じないので、第２分岐点７４ｂの圧力が差圧センサ７３の高圧側の値となる。
【0038】
ここで、管路７４の管路抵抗による圧力測定値への影響について説明する。管路７４では圧縮気体の流速がゼロではないので、圧縮気体が管路７４を流れると圧縮気体は管路７４から抵抗を受ける。本実施形態では、この抵抗を管路抵抗と称する。管路抵抗が大きくなるのに伴い、管路７４内の圧縮気体の圧力値が低下する。従って、管路７４の長さが長すぎると、被測定隙間ｇにおける圧縮気体の圧力値と、差圧センサ７３で計測する圧縮気体の圧力値が乖離してしまう。そうなると、差圧センサ７３は、被測定隙間ｇでの圧力値を高精度に測定することができない。そこで、本実施形態では、差圧調整部７０を回転軸２１の近傍に設置し（距離Ｌ１の所に設置し）、差圧センサ７３の低圧側に入力される圧力値が第１分岐点７４ａの圧力値となるようにし、且つ、差圧センサ７３の高圧側に入力される圧力値が第２分岐点７４ｂの圧力値となるようにした。第１分岐点７４ａから差圧センサ７３の低圧側に延びる管路７６ａでは圧縮気体の流速がゼロなので、第１分岐点７４ａにおける圧力値はそのまま差圧センサ７３の低圧側に入力される。回転軸２１から第１分岐点７４ａまでの管路７４において圧縮気体は管路抵抗を受けるが、差圧調整部７０は回転軸２１の近傍に設けられており、本実施形態では、管路抵抗を受ける管路長（距離Ｌ１）は、被測定隙間ｇにおける圧力損失を高精度で差圧センサ７３に入力できる距離に設定されている。差圧センサ７３の高圧側に入力される圧力値は、第２分岐点７４ｂでの圧力値であり、管路７６ｂでは圧縮気体の流速がゼロなので、圧縮気体供給部８０から供給され圧縮気体の圧力値が高精度に差圧センサ７３の高圧側に入力されることになる。
【0039】
本実施形態の軸受装置１０は、隙間ｇの変化を、当該変化による圧力損失の変化に変換し、供給圧との差圧として計測する装置である。つまり、軸受装置１０は、計測した差圧から、隙間ｇの変化を知るための装置である。
測定の基準となる隙間ｇは、無負荷・無回転時の隙間ｇであり、測定の基準となる差圧は、無負荷・無回転時の差圧である。
隙間ｇの変動は、３つの変位を含む。具体的には、（ａ）負荷による軸の変位と、（ｂ）回転による遠心膨張収縮と、（ｃ）熱変位と、を含む。つまり、隙間ｇの変動は（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）の合算値である。
（ａ）は外部負荷変動に依存し、（ｂ）は回転数変化に依存し、（ｃ）は温度変化に依存する。各変位を計測するためには、他２項目を一定値にすることが好ましい。
隙間ｇで圧力損失を発生させるためには、管路７４の流れを十分に確保する必要があるが、管路７４を長くすると管路抵抗により流れが妨げられ、隙間ｇによる圧力損失が小さくなる。管路７４が長すぎると最終的には管路７４の流速がゼロとなり、差圧計測が不能となる。
流速が発生している管路(主にＬ１)は管路抵抗が存在するが、その抵抗が大きすぎると流れが妨げられるため、隙間ｇの変化による圧力損失の変化が小さくなってしまい、最終的には差圧が発生しなくなる(管路７４内で気体が流れなくなる)。本実施形態では、距離Ｌ１で発生する管路抵抗が圧力測定の精度に影響を及ぼさないように、距離Ｌ１を決定している。
尚、隙間ｇの変化による圧力損失の変化が大きいほど、隙間ｇの変化の測定精度が上がる。従って、距離Ｌ１は短いほど好ましい。但し、実際に圧力調整部７０（絞り７２）を設置する場合、ある程度管路(主にＬ１)が必要となることもある。管路７４が変わると、隙間の校正値（差圧の校正値）が変わるので、管路（Ｌ１）は固定することが好ましい。
測定の基準となる隙間ｇは、無負荷・無回転時の隙間ｇであり、測定の基準となる差圧は、無負荷・無回転時の差圧である。
隙間ｇの変動は、３つの変位を含む。具体的には、（ａ）負荷による軸の変位と、（ｂ）回転による遠心膨張収縮と、（ｃ）熱変位と、を含む。つまり、隙間ｇの変動は（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）の合算値である。
（ａ）は外部負荷変動に依存し、（ｂ）は回転数変化に依存し、（ｃ）は温度変化に依存する。各変位を計測するためには、他２項目を一定値にすることが好ましい。
隙間ｇで圧力損失を発生させるためには、管路７４の流れを十分に確保する必要があるが、管路７４を長くすると管路抵抗により流れが妨げられ、隙間ｇによる圧力損失が小さくなる。管路７４が長すぎると最終的には管路７４の流速がゼロとなり、差圧計測が不能となる。
流速が発生している管路(主にＬ１)は管路抵抗が存在するが、その抵抗が大きすぎると流れが妨げられるため、隙間ｇの変化による圧力損失の変化が小さくなってしまい、最終的には差圧が発生しなくなる(管路７４内で気体が流れなくなる)。本実施形態では、距離Ｌ１で発生する管路抵抗が圧力測定の精度に影響を及ぼさないように、距離Ｌ１を決定している。
尚、隙間ｇの変化による圧力損失の変化が大きいほど、隙間ｇの変化の測定精度が上がる。従って、距離Ｌ１は短いほど好ましい。但し、実際に圧力調整部７０（絞り７２）を設置する場合、ある程度管路(主にＬ１)が必要となることもある。管路７４が変わると、隙間の校正値（差圧の校正値）が変わるので、管路（Ｌ１）は固定することが好ましい。
【0040】
図４は差圧調整部７０と圧力損失測定部７１の間の距離が大きくなった場合を示している。具体的には、図３と比べて、差圧調整部７０と圧力損失測定部７１の間の距離が延長距離Ｌ３だけ大きくなった場合を示している。工作機械の種類・用途・大きさや工場内における工作機械の設置位置によっては、圧力損失測定部７１の設置位置は、回転軸２１からかなり遠い位置になることがある（例えば、数十メートル）。また、回転軸２１がスピンドルの場合、スピンドル自体が移動するものもあるので、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の管路（経路）も適宜変化させる必要がある。図４のように圧力損失測定部７１が回転軸２１から遠い所に設置された場合であっても、本実施形態では、延長されるのは第１分岐管路７６ａと第２分岐管路７６ｂだけである。第１分岐管路７６ａと第２分岐管路７６ｂの圧縮気体の流速はゼロであるので、差圧センサ７３に入力される圧力値は第１分岐管路７６ａの長さや第２分岐管路７６ｂの長さに影響されない。よって、圧力損失測定部７１の設置位置（変位検出部６１との相対位置）により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。つまり、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
【0041】
図５及び図６は本実施形態の効果を説明するための比較例を示している。図５は図３に対応する図であり、図６は図４に対応する図である。
比較例では絞り７２と差圧センサ７３が同一のハウジングに収容されており（絞り７２が圧力損失測定部７１の内部に設けられている）、実質的に、絞り７２の配置位置と差圧センサ７３の配置位置は同じである。符号７４ｅは、絞り７２の下流側の配管が差圧センサ７３の低圧側の配管に接続される接続点を示している。符号７４ｆは、絞り７２の上流側と差圧センサ７３の高圧側を繋ぐ配管が、圧縮気体供給源（図示せず）からの配管に接続される接続点を示している。
比較例の場合、回転軸２１から圧力損失測定部７１までの距離が短い場合（例えば、距離Ｌ１だけ離れている場合）には、管路７４の管路抵抗による圧力測定値への影響は殆ど無い。つまり、図５のように管路抵抗が小さい場合は、比較例と本発明の実施形態（図３）とで、圧力測定値の精度はほぼ変わらない。しかしながら、図６に示すように、回転軸２１から圧力損失測定部７１までの距離が長くなると（例えば、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３になると）、管路長が長くなるので管路抵抗が増大して、差圧センサ７３での圧力計測値の精度が低下する。図６の場合、圧縮気体の流速は絞り７２と回転軸２１の間で発生しているので、圧縮気体が流速抵抗を受ける距離が長い。その結果、差圧センサ７３の低圧側での圧力測定値が低下してしまう。圧力損失測定部７１の設置位置によっては、管路抵抗が過大になり管路７４に流れるべき圧縮気体が流れなくなり、差圧センサ７３で差圧を測定できなくなる場合も想定できる。
比較例では絞り７２と差圧センサ７３が同一のハウジングに収容されており（絞り７２が圧力損失測定部７１の内部に設けられている）、実質的に、絞り７２の配置位置と差圧センサ７３の配置位置は同じである。符号７４ｅは、絞り７２の下流側の配管が差圧センサ７３の低圧側の配管に接続される接続点を示している。符号７４ｆは、絞り７２の上流側と差圧センサ７３の高圧側を繋ぐ配管が、圧縮気体供給源（図示せず）からの配管に接続される接続点を示している。
比較例の場合、回転軸２１から圧力損失測定部７１までの距離が短い場合（例えば、距離Ｌ１だけ離れている場合）には、管路７４の管路抵抗による圧力測定値への影響は殆ど無い。つまり、図５のように管路抵抗が小さい場合は、比較例と本発明の実施形態（図３）とで、圧力測定値の精度はほぼ変わらない。しかしながら、図６に示すように、回転軸２１から圧力損失測定部７１までの距離が長くなると（例えば、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３になると）、管路長が長くなるので管路抵抗が増大して、差圧センサ７３での圧力計測値の精度が低下する。図６の場合、圧縮気体の流速は絞り７２と回転軸２１の間で発生しているので、圧縮気体が流速抵抗を受ける距離が長い。その結果、差圧センサ７３の低圧側での圧力測定値が低下してしまう。圧力損失測定部７１の設置位置によっては、管路抵抗が過大になり管路７４に流れるべき圧縮気体が流れなくなり、差圧センサ７３で差圧を測定できなくなる場合も想定できる。
【0042】
次に、本発明の実施形態の構成（図３及び図４）と比較例の構成（図５及び図６）の効果に関する実験結果を、図７及び図８を用いて説明する。この実験では、隙間ｇは固定し、供給する圧縮気体の圧力を変動させて、差圧を計測した。尚、供給する圧縮気体の圧力を固定し、隙間ｇを変動させて差圧を計測してもよいが、距離Ｌ３による管路抵抗の影響が把握できればよいので、隙間ｇを固定し圧縮気体の圧力を変動して差圧を計測した。
図７のグラフは本実施形態の構成を使用した場合の実験結果を示し、図８のグラフは比較例の構成を使用した場合の実験結果を示している。図７及び図８のグラフの横軸は、圧縮気体供給部８０が供給する圧縮気体の圧力（供給エア圧）を示し、縦軸は差圧センサ７３で計測した差圧を示している。図７のグラフにおいて、□は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が短い場合（図３の配置）の差圧値を示し、△は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が長い場合（図４の配置）の差圧値を示している。同様に、図８のグラフにおいて、□は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が短い場合（図５の配置）の圧力値を示し、△は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が長い場合（図６の配置）の圧力値を示している。
図７のグラフは本実施形態の構成を使用した場合の実験結果を示し、図８のグラフは比較例の構成を使用した場合の実験結果を示している。図７及び図８のグラフの横軸は、圧縮気体供給部８０が供給する圧縮気体の圧力（供給エア圧）を示し、縦軸は差圧センサ７３で計測した差圧を示している。図７のグラフにおいて、□は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が短い場合（図３の配置）の差圧値を示し、△は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が長い場合（図４の配置）の差圧値を示している。同様に、図８のグラフにおいて、□は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が短い場合（図５の配置）の圧力値を示し、△は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が長い場合（図６の配置）の圧力値を示している。
【0043】
図７から分かるように、本実施形態の構成では、□と△が重なっている。つまり、回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が長くなっても差圧センサ７３での差圧測定値は変わらない。一方、図８から分かるように、比較例の構成では、□と△が重なっていない（△が□の下になっている）。つまり、回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が長くなると、管路抵抗の影響により、差圧センサ７３での差圧測定値が□から△に変わってしまう。よって、比較例の構成では、回転軸２１から差圧センサ７３までの距離が長くなると、差圧センサ７３の出力値の精度が低下することになる。このように、比較例の構成（図６）では、距離Ｌ３の追加により管路抵抗が増大したため、管路７４内の圧縮気体の流れが妨げられ、隙間ｇによる圧力損失量が低下してしまう。その結果、差圧が小さくなってしまう（差圧センサ７３の出力値の精度が低下する）。本実施形態の構成では、差圧センサ７３の出力値の精度は低下しない。
本実施形態では、回転軸２１から見た差圧調整部７０（絞り７２）の位置は、距離Ｌ１までの範囲に固定される。つまり絞り７２の設置位置（変位検出部６１との相対位置）は距離Ｌ１までの範囲内で固定される。距離Ｌ１を超える位置に差圧調整部７０（絞り７２）が設置されると、圧力測定の精度が確保できないからである。一方、回転軸２１から見た圧力損失測定部７１の位置は可動である。圧力損失測定部７１の位置は、圧力測定の精度に影響を与えないからである。
上述の通り、この試験結果により、管路７４の管路抵抗により、隙間ｇによる圧力損失が発生しにくくなってしまうことが理解できる。隙間ｇによる圧力損失が発生しにくいと、隙間ｇの変化による差圧変化が少なくなるので、隙間ｇの変化量の測定精度が下がってしまう。本実施形態では、このような測定精度の低下を防止・抑制している。
本実施形態では、回転軸２１から見た差圧調整部７０（絞り７２）の位置は、距離Ｌ１までの範囲に固定される。つまり絞り７２の設置位置（変位検出部６１との相対位置）は距離Ｌ１までの範囲内で固定される。距離Ｌ１を超える位置に差圧調整部７０（絞り７２）が設置されると、圧力測定の精度が確保できないからである。一方、回転軸２１から見た圧力損失測定部７１の位置は可動である。圧力損失測定部７１の位置は、圧力測定の精度に影響を与えないからである。
上述の通り、この試験結果により、管路７４の管路抵抗により、隙間ｇによる圧力損失が発生しにくくなってしまうことが理解できる。隙間ｇによる圧力損失が発生しにくいと、隙間ｇの変化による差圧変化が少なくなるので、隙間ｇの変化量の測定精度が下がってしまう。本実施形態では、このような測定精度の低下を防止・抑制している。
【0044】
また、比較例の構成と比較して、本実施形態の構成は次のような利点を有する。すなわち、比較例（図５）のように絞り７２が差圧センサ７３と共に圧力損失測定部７１に内蔵されている（同一ハウジングに設けられている）構造で、圧力損失測定部７１を回転軸２１に取り付けると管路抵抗を小さくすることはできるが、圧力損失測定部７１内に設けられた差圧センサ７３が回転軸２１と一緒に回転してしまう。差圧センサ７３が回転しながら差圧を計測すると、測定誤差が発生したり、差圧センサ７３の故障が発生するおそれがある。これに対し、本実施形態の構成では、差圧調整部７０（絞り７２）を回転軸２１に取り付けて、差圧センサ７３（圧力損失測定部７１）を回転軸２１から離れた位置に設けることができる。絞り７２は機構部であり、回転軸２１と共に回転しても、当該回転の影響を受けにくい。このように、本実施形態の構成によれば、回転の影響を受け易い差圧センサ７３のみを回転軸２１から離して設置することができる。その結果、工作機械の用途等に応じて、必要な長さの配管を使用することができる。
【0045】
尚、上記した第１実施形態（図１）では、ハウジング１１内に軸方向に延長する圧縮気体供給通路６４及び６５を形成した場合について説明したが、第１実施形態はこのような構成に限定されるものではなく、気体接続部６６の気体通路６６ｂを外周側に延長して開口させ、この開口部に差圧調整部７０を接続するようにしてもよい。あるいは、圧縮気体供給通路６５を省略して、圧縮気体供給通路６４を小外径部１２ａの外周面に開口させ、この開口部に差圧調整部７０を接続するようにしてもよい。
【0046】
また、上記した第１実施形態（図１）では、工作機械の軸受装置１０の回転軸２１を回転させた状態で、回転軸２１のラジアル方向変位が“０”である状態で、差圧調整部７０の絞り７２の絞り量を、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定された設定値となるように調整しておく場合について説明した。しかしながら、第１実施形態は、この調整に限定されるものではない。例えば、外部負荷なしで軸受装置１０の回転軸２１が停止している状態（０回転の状態）で差圧調整部７０の絞り７２により各圧力損失測定部７１の差圧をある値に調整し、この状態を変位０として設定しておく。そして、回転軸２１の回転数を変化させると、各圧力損失測定部７１の差圧が回転軸２１の回転数に応じて変化し、それにより変位０と設定した差圧も同量オフセットされる。そして、回転数が安定した後、上記同様の無負荷の状態で外部よりトリガ信号を与え、その時の値を改めて“０”とする。これにより、回転軸２１の回転が一定であれば、違う回転数でも第１実施形態と同じように測定が可能となる。
図１では差圧調整部７０は回転軸２１から距離Ｌ１だけ離れた位置に設置されているとしたが、上記したように、差圧調整部７０は回転軸２１に取り付けられて回転軸２１とともに回転してもよい。つまり、距離Ｌ１はゼロでもよい。本明細書において「近傍」とは接触している状態も含む（距離Ｌ１がゼロより大きい値の場合と、ゼロである場合を含む）。
図１では差圧調整部７０は回転軸２１から距離Ｌ１だけ離れた位置に設置されているとしたが、上記したように、差圧調整部７０は回転軸２１に取り付けられて回転軸２１とともに回転してもよい。つまり、距離Ｌ１はゼロでもよい。本明細書において「近傍」とは接触している状態も含む（距離Ｌ１がゼロより大きい値の場合と、ゼロである場合を含む）。
【0047】
第２実施形態
次に、本発明に係る軸受装置（主軸装置）の第２実施形態について図１０を参照して説明する。第１実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第１実施形態との相違点を説明する。
次に、本発明に係る軸受装置（主軸装置）の第２実施形態について図１０を参照して説明する。第１実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第１実施形態との相違点を説明する。
【0048】
第２実施形態は、前側転がり軸受への圧縮気体の影響を抑制する構成を採用している。より詳しくは、第２実施形態では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、変位検出部６１が円周方向に等間隔に３個設けられ、各変位検出部６１では、内輪側間座３８の外周面に被測定隙間ｇを介して対向する外輪側間座３６の内周面に、圧縮気体吐出ノズル６２を挟む前側及び後側に夫々圧縮気体を回収する気体回収溝８１ａ及び８１ｂが円周方向に形成されている。そして、図１０（ａ）の下側及び図１０（ｂ）に示すように、外輪側間座３６の各変位検出部６１に中心軸を挟んで対向する位置に気体回収溝８１ａ及び８１ｂに連通する空洞部８６が形成されている。一方、小外径部１２ａの空洞部８６に対向する位置には、空洞部８６に連通して半径方向に延長する気体排出通路８７ａが形成され、気体排出通路８７ａに一端が連通し、他端が前端に開口する気体排出通路８７ｂが形成されている。気体回収溝８１ａ，８１ｂ、空洞部８６、気体排出通路８７ａ及び８７ｂが圧縮気体排出路（圧縮気体排出部）となっている。気体排出通路８７ａ及び８７ｂは、圧縮気体を軸受装置の外部に排出するドレン部と称することができる。
【0049】
第２実施形態によると、変位検出部６１の圧縮気体吐出ノズル６２から外輪側間座３６の内周面と内輪側間座３８の外周面との間の被測定隙間ｇに吐出された圧縮空気は、前後方向及び円周方向に拡がって被測定隙間ｇを流れることになるが、前後方向に拡がった圧縮気体は気体回収溝８１ａ及び８１ｂに流れ込み、気体回収溝８１ａ及び８１ｂを図１０（ｂ）の円周方向に時計方向及び反時計方向に流れて空洞部８６に達し、空洞部８６から小外径部１２ａの気体排出通路８７ａ及び８７ｂを通じて小外径部１２ａの前端面から外部に排出される。
【0050】
したがって、圧縮気体吐出ノズル６２から噴射された圧縮気体が外輪側間座３６及び内輪側間座３８の前後位置に配置されたアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの外輪３３及び内輪３４間へ流れ込むことを防止できる。このため、アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂに圧縮気体が流れ込むことによる影響、すなわちアンギュラ玉軸受のオイルエア潤滑やオイルミスト潤滑への影響を低減または防止できる。
尚、本実施形態でも、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。すなわち、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
尚、本実施形態でも、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。すなわち、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
【0051】
第３実施形態
次に、本発明に係る軸受装置の第４実施形態について図１１を参照して説明する。第１実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第１実施形態との相違点を説明する。
第３実施形態では、変位検出部６１を前側転がり軸受３１間の間座ではなく、前側転がり軸受３１に対して軸方向に隣接する位置に形成したものである。
すなわち、第３実施形態では、図１１に示すように、変位検出部６１が前側転がり軸受３１を構成する後側のアンギュラ玉軸受３１ｂの後側に隣接させて配置されている。
このため、ハウジング１１の前側円筒部１２の内周面に形成した軸受収納段差部１２ｃが前側転がり軸受３１を構成するアンギュラ玉軸受３１ｂより後方側に延長されている。
次に、本発明に係る軸受装置の第４実施形態について図１１を参照して説明する。第１実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第１実施形態との相違点を説明する。
第３実施形態では、変位検出部６１を前側転がり軸受３１間の間座ではなく、前側転がり軸受３１に対して軸方向に隣接する位置に形成したものである。
すなわち、第３実施形態では、図１１に示すように、変位検出部６１が前側転がり軸受３１を構成する後側のアンギュラ玉軸受３１ｂの後側に隣接させて配置されている。
このため、ハウジング１１の前側円筒部１２の内周面に形成した軸受収納段差部１２ｃが前側転がり軸受３１を構成するアンギュラ玉軸受３１ｂより後方側に延長されている。
【0052】
変位検出部６１は、軸受収納段差部１２ｃの延長部に、第１実施形態及び第２実施形態における外輪側間座３６と同一形状の外輪側間座９６を配置し、外輪側間座９６の内周面は回転軸２１の外周面に所定の被測定隙間ｇを形成するように対向されている。
外輪側間座９６は、外輪側間座３６と同一に外周側リング部９６ａ、内周側リング部９６ｂ、凹部９６ｃ、圧縮気体吐出ノズル９７を備えている。
また、ハウジング１１の小外径部１２ａの外輪側間座９６に対向する位置に開口部６３と同様の開口部９８が形成され、開口部９８内に気体接続部６６と同様の気体通路９９ａ及び９９ｂを形成した気体接続部９９が装着されている。
尚、図示していないが、第３実施形態においても、第２実施形態で説明したような圧縮気体を回収する気体回収溝及び圧縮気体を外部に排出する気体排出通路が設けられている。
外輪側間座９６は、外輪側間座３６と同一に外周側リング部９６ａ、内周側リング部９６ｂ、凹部９６ｃ、圧縮気体吐出ノズル９７を備えている。
また、ハウジング１１の小外径部１２ａの外輪側間座９６に対向する位置に開口部６３と同様の開口部９８が形成され、開口部９８内に気体接続部６６と同様の気体通路９９ａ及び９９ｂを形成した気体接続部９９が装着されている。
尚、図示していないが、第３実施形態においても、第２実施形態で説明したような圧縮気体を回収する気体回収溝及び圧縮気体を外部に排出する気体排出通路が設けられている。
【0053】
第３実施形態によると、変位検出部６１自体は第１実施形態と同様の動作を行うので、第１実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。すなわち、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
また、第３実施形態では、第１及び第２実施形態のように外輪側間座９６から圧縮気体が内側間座ではなく直接回転軸２１との間に形成される被測定隙間ｇに吐出される。このため、第１実施形態及び第２実施形態のように、回転軸２１と一体に回転する内輪側間座の使用時に問題となる回転軸２１と内輪側間座の芯ずれの影響がなく、被測定隙間ｇの形状精度を高めることが可能となる。尚、第１実施形態～第３実施形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせてもよい。
また、第３実施形態では、第１及び第２実施形態のように外輪側間座９６から圧縮気体が内側間座ではなく直接回転軸２１との間に形成される被測定隙間ｇに吐出される。このため、第１実施形態及び第２実施形態のように、回転軸２１と一体に回転する内輪側間座の使用時に問題となる回転軸２１と内輪側間座の芯ずれの影響がなく、被測定隙間ｇの形状精度を高めることが可能となる。尚、第１実施形態～第３実施形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせてもよい。
【0054】
尚、第１実施形態～第３実施形態では、工作機械の主軸装置に本発明に係る軸受装置１０を適用した場合について説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。例えば、図１２に示す回転軸２１の上端に回転テーブル１３０を配置した工作機械の回転テーブル装置１３１にも本発明を適用できる。図１２において、図１との対応部分には同一符号を付け、詳細な説明は省略する。
【0055】
第４実施形態
次に、本発明に係る工作機械の軸受装置の第４実施形態について、図１３、図１４及び図１５を参照して説明する。第４実施形態では、アキシャル方向の変位を計測する。尚、第１実施形態と同様な構成や部品には同じ参照符号を付けている。
工作機械の軸受装置（主軸装置）１０Ａは、モータビルトイン方式であり、固定部材（静止部材）であるハウジング１１に回転部材である中空状の回転軸（スピンドル）２１が軸受装置を構成する前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１によって回転自在に支持されている。回転軸２１は、前側転がり軸受３１と後側転がり軸受４１との間に配置された駆動モータ５１によって回転駆動される。
次に、本発明に係る工作機械の軸受装置の第４実施形態について、図１３、図１４及び図１５を参照して説明する。第４実施形態では、アキシャル方向の変位を計測する。尚、第１実施形態と同様な構成や部品には同じ参照符号を付けている。
工作機械の軸受装置（主軸装置）１０Ａは、モータビルトイン方式であり、固定部材（静止部材）であるハウジング１１に回転部材である中空状の回転軸（スピンドル）２１が軸受装置を構成する前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１によって回転自在に支持されている。回転軸２１は、前側転がり軸受３１と後側転がり軸受４１との間に配置された駆動モータ５１によって回転駆動される。
【0056】
ハウジング１１は、前側転がり軸受３１と駆動モータ５１との間で２分割された前側円筒部１２と後側円筒部１３とで構成されている。
前側円筒部１２は、外径が小さい前側の小外径部１２ａと外径が小外径部１２ａに比較して大きい後側の大外径部１２ｂとで構成されている。小外径部１２ａ及び大外径部１２ｂの内周面は、等しい内径に形成されているが、小外径部１２ａの前端側から後端側にかけて前側転がり軸受３１を収納する軸受収納段差部１２ｃが形成されている。
後側円筒部１３は、内径が大きい大内径部１３ａと、内径が大内径部１３ａより小さい小内径部１３ｂとで形成されている。
前側円筒部１２は、外径が小さい前側の小外径部１２ａと外径が小外径部１２ａに比較して大きい後側の大外径部１２ｂとで構成されている。小外径部１２ａ及び大外径部１２ｂの内周面は、等しい内径に形成されているが、小外径部１２ａの前端側から後端側にかけて前側転がり軸受３１を収納する軸受収納段差部１２ｃが形成されている。
後側円筒部１３は、内径が大きい大内径部１３ａと、内径が大内径部１３ａより小さい小内径部１３ｂとで形成されている。
【0057】
前側転がり軸受３１は、背面組合せとなるように配置された略同一寸法の一対のアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂで構成されている。これらアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、静止側軌道輪である外輪３３と、回転側軌道輪である内輪３４と、静止側軌道である外輪軌道溝と回転側軌道である内輪軌道溝との間に、接触角を持って配置された転動体としての複数の玉３５とを備えている。つまり、各軸受３１ａ、３１ｂは、内輪３４と、外輪３３と、内輪３４と外輪３３との間に回転可能に配置された玉（転動体）３５を有している。尚、各軸受３１ａ、３１ｂは、転動体を保持する保持器を備えていてもよい。
各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、ハウジング１１の前側円筒部１２に形成された軸受収納段差部１２ｃに外輪側間座３６を介して外輪３３が内嵌され、ハウジング１１の前側円筒部１２にボルト締めされた前側軸受外輪押え３７によって固定されている。
また、各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの内輪３４は、回転軸２１に内輪側間座３８を介して外嵌され、回転軸２１に締結されたナット３９によって回転軸２１に固定されている。アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、ナット３９によって定位置予圧が負荷されている。したがって、前側転がり軸受３１によって回転軸２１の軸方向位置が位置決めされている。
各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、ハウジング１１の前側円筒部１２に形成された軸受収納段差部１２ｃに外輪側間座３６を介して外輪３３が内嵌され、ハウジング１１の前側円筒部１２にボルト締めされた前側軸受外輪押え３７によって固定されている。
また、各アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの内輪３４は、回転軸２１に内輪側間座３８を介して外嵌され、回転軸２１に締結されたナット３９によって回転軸２１に固定されている。アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂは、ナット３９によって定位置予圧が負荷されている。したがって、前側転がり軸受３１によって回転軸２１の軸方向位置が位置決めされている。
【0058】
後側転がり軸受４１は、円筒ころ軸受であり、外輪４２と、内輪４３と、転動体としての複数の円筒ころ４４とを有する。後側転がり軸受４１の外輪４２は、ハウジング１１の後側円筒部１３の小内径部１３ｂに内嵌され、小内径部１３ｂにボルト締結された後側軸受押え４５によって外輪側間座４６を介して小内径部１３ｂに固定されている。後側転がり軸受４１の内輪４３は、回転軸２１に締結された他のナット４７によって内輪側間座４８を介して回転軸２１に固定されている。
駆動モータ５１は、ハウジング１１の後側円筒部１３の大内径部１３ａに内嵌されさたステータ５２と、ステータ５２の内周側に間隙を介して対向する回転軸２１に外嵌されたロータ５３とで構成されている。
駆動モータ５１は、ハウジング１１の後側円筒部１３の大内径部１３ａに内嵌されさたステータ５２と、ステータ５２の内周側に間隙を介して対向する回転軸２１に外嵌されたロータ５３とで構成されている。
【0059】
そして、上記構成を有する工作機械の軸受装置１０Ａには、回転軸２１に掛かるアキシャル荷重を測定する変位測定部６０Ａが設けられている。変位測定部６０Ａは、圧縮気体を利用して回転軸２１のアキシャル方向変位を検出する変位検出部６１Ａと、外輪側間座３６と内輪側間座３８との間の隙間に応じた圧縮気体の圧力損失を測定する圧力損失測定部７１と、圧縮気体供給部８０に接続され且つ変位検出部６１Ａと圧力損失測定部７１との間に設けられた差圧調整部７０とを１組としている。変位検出部６１Ａ、差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の組はハウジング１１の円周方向に少なくとも１組設けられている。変位測定部６０Ａは、圧力損失測定部７１の測定結果に基づいて回転軸２１に作用するアキシャル荷重を演算する演算処理部ＰＵを備えている。圧縮気体は１つの圧縮気体供給部８０から変位検出部６１Ａ、差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１の各組に供給される。
【0060】
変位検出部６１Ａは、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、少なくともハウジング１１の前側円筒部１２の小外径部１２ａにおける円周方向の１個所に形成されている。図１４（ｂ）は図１３のＣ－Ｃ矢視断面図である。
変位検出部６１Ａは、前側転がり軸受３１の外輪側間座３６及び内輪側間座３８を含んで構成されている。すなわち、外輪側間座３６は、アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの外輪３３の互いに対向する軸方向端面に接触する外周側リング部３６ａと、外周側リング部３６ａより幅狭の内周側リング部３６ｂとを備えている。
外周側リング部３６ａには軸方向の中央部に外側から内側に窪む凹部３６ｃが形成されている。内周側リング部３６ｂには、アンギュラ玉軸受３１ａの外輪３３及び内輪３４間に対向する円周溝３６ｄが形成されている。
変位検出部６１Ａは、前側転がり軸受３１の外輪側間座３６及び内輪側間座３８を含んで構成されている。すなわち、外輪側間座３６は、アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの外輪３３の互いに対向する軸方向端面に接触する外周側リング部３６ａと、外周側リング部３６ａより幅狭の内周側リング部３６ｂとを備えている。
外周側リング部３６ａには軸方向の中央部に外側から内側に窪む凹部３６ｃが形成されている。内周側リング部３６ｂには、アンギュラ玉軸受３１ａの外輪３３及び内輪３４間に対向する円周溝３６ｄが形成されている。
【0061】
内輪側間座３８は、回転軸２１に嵌合された円筒部３８ａと、円筒部３８ａの前端側において外周側に突出して外輪側間座３６の円周溝３６ｄ内に延長する断面方形の環状突条３８ｂとで構成されている。
そして、図１４（ａ）に示すように、外輪側間座３６の円周溝３６ｄを形成する左側面と内輪側間座３８の環状突条３８ｂの右側面との軸方向の対向面に被測定隙間ｇが形成されている。
また、円周溝３６ｄの底面と環状突条３８ｂの外周面との間隔も被測定隙間ｇと同じ隙間に設定され、同様に、外輪側間座３６の内周面と、内輪側間座３８の円筒部３８ａの外周面との間隔も被測定隙間ｇと同じ隙間に形成されている。しかしながら、本実施形態では、外輪側間座３６と内輪側間座３８との間の被測定隙間ｇ以外の隙間については被測定隙間ｇに合わせる必要はなく、被測定隙間ｇより大きい隙間とすることができる。
そして、図１４（ａ）に示すように、外輪側間座３６の円周溝３６ｄを形成する左側面と内輪側間座３８の環状突条３８ｂの右側面との軸方向の対向面に被測定隙間ｇが形成されている。
また、円周溝３６ｄの底面と環状突条３８ｂの外周面との間隔も被測定隙間ｇと同じ隙間に設定され、同様に、外輪側間座３６の内周面と、内輪側間座３８の円筒部３８ａの外周面との間隔も被測定隙間ｇと同じ隙間に形成されている。しかしながら、本実施形態では、外輪側間座３６と内輪側間座３８との間の被測定隙間ｇ以外の隙間については被測定隙間ｇに合わせる必要はなく、被測定隙間ｇより大きい隙間とすることができる。
【0062】
外輪側間座３６には、凹部３６ｃの底面から内周面側に半径方向に延長する気体通路３６ｅが形成され、気体通路３６ｅの先端側から軸方向に被測定隙間ｇに向かって円周溝３６ｄの右側面に開口する圧縮気体吐出ノズル６２Ａが形成されている。圧縮気体吐出ノズル６２Ａから圧縮気体が外輪側間座３６の円周溝３６ｄと内輪側間座３８の環状突条３８ｂとの間の被測定隙間ｇに吐出される。
工作機械のスピンドルは、加工効率向上のため、高速回転させる場合がある。このため、特に、スピンドル回転中は、ハウジング１１と回転軸２１の間で温度差が生じ、多くの場合回転軸２１の方が高温になるため、ハウジング１１と回転軸２１の間の軸方向の隙間量は数～数１０μｍ程度小さくなる。温度差による軸方向の相対伸びの中心は、軸受などの固定方法により異なるため、大小の方向は都度変わる。また、遠心力の影響により、回転軸２１の軸方向の収縮や、軸受（３１ａ，３１ｂ）の予圧方式によっては接触角変化によって、回転軸２１がハウジング１１に対し、軸方向に数～数１０μｍ程度相対変位する場合もある。
工作機械のスピンドルは、加工効率向上のため、高速回転させる場合がある。このため、特に、スピンドル回転中は、ハウジング１１と回転軸２１の間で温度差が生じ、多くの場合回転軸２１の方が高温になるため、ハウジング１１と回転軸２１の間の軸方向の隙間量は数～数１０μｍ程度小さくなる。温度差による軸方向の相対伸びの中心は、軸受などの固定方法により異なるため、大小の方向は都度変わる。また、遠心力の影響により、回転軸２１の軸方向の収縮や、軸受（３１ａ，３１ｂ）の予圧方式によっては接触角変化によって、回転軸２１がハウジング１１に対し、軸方向に数～数１０μｍ程度相対変位する場合もある。
【0063】
また、工作機械のスピンドルにおいて、外輪側間座３６と内輪側間座３８の間等の、ハウジング１１と回転軸２１間に形成される隙間は、スピンドル内部や転がり軸受３１への異物の侵入を防ぐため、大きくてもコンマ数ｍｍ程度で設定される。
工作機械のスピンドルにおいて、ハウジングと回転体との間に、スピンドル内部や軸受への異物などの侵入を防ぐ目的で軸方向の隙間（絞り）が形成されることがあるが、その場合、その大きさは大きくてもコンマ数ｍｍ程度で設定される。
そこで、外輪側間座３６と内輪側間座３８との間の被測定隙間ｇは、回転軸２１の静止時において０．０５ｍｍ～０．５ｍｍに設定されるが、回転軸２１のアキシャル方向変位に対する圧力損失の変化量は、隙間量が小さいほど大きくなるため、被測定隙間ｇは、０．０５ｍｍ～０．２ｍｍに設定することが好ましい。
工作機械のスピンドルにおいて、ハウジングと回転体との間に、スピンドル内部や軸受への異物などの侵入を防ぐ目的で軸方向の隙間（絞り）が形成されることがあるが、その場合、その大きさは大きくてもコンマ数ｍｍ程度で設定される。
そこで、外輪側間座３６と内輪側間座３８との間の被測定隙間ｇは、回転軸２１の静止時において０．０５ｍｍ～０．５ｍｍに設定されるが、回転軸２１のアキシャル方向変位に対する圧力損失の変化量は、隙間量が小さいほど大きくなるため、被測定隙間ｇは、０．０５ｍｍ～０．２ｍｍに設定することが好ましい。
【0064】
運転中の外輪側間座３６と内輪側間座３８との間の被測定隙間ｇを精度良く測定するため、変位検出部６１Ａに設けられる内輪側間座３８は、可能な限り回転軸２１と同軸となることが望ましい。
ハウジング１１の小外径部１２ａには、気体通路３６ｅと同軸的に外周面から外輪側間座３６の凹部３６ｃに達して２段階に内径が縮小する円形の開口部６３が形成されている。開口部６３には、図１３に示すように、後側側壁に前側円筒部１２に形成された圧縮気体供給通路６４の一端が開口されている。圧縮気体供給通路６４の他端は、後側円筒部１３に形成された後端に開口して軸方向に前方に延長して形成された圧縮気体供給通路６５に連通している。
ハウジング１１の小外径部１２ａには、気体通路３６ｅと同軸的に外周面から外輪側間座３６の凹部３６ｃに達して２段階に内径が縮小する円形の開口部６３が形成されている。開口部６３には、図１３に示すように、後側側壁に前側円筒部１２に形成された圧縮気体供給通路６４の一端が開口されている。圧縮気体供給通路６４の他端は、後側円筒部１３に形成された後端に開口して軸方向に前方に延長して形成された圧縮気体供給通路６５に連通している。
【0065】
また、開口部６３内には、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、圧縮気体供給通路６４から供給される圧縮気体の方向を軸方向から半径方向に方向変換して外輪側間座３６の気体通路３６ｅを介して圧縮気体吐出ノズル６２Ａに供給する気体方向変換部としての気体接続部６６が装着されている。
気体接続部６６は、開口部６３に内嵌可能な形状、例えば開口部６３の内周形状と同一形状の外周形状を有し、内部に開口部６３に連通する気体通路６６ａ及び気体通路６６ａに一端が連通し、他端が圧縮気体吐出ノズル６２Ａに連通する気体通路６６ｂが形成されている。気体接続部６６の側壁と開口部６３の内壁との間にはＯリング６７が配置され、気体接続部６６の底面と凹部３６ｃの底面との間にも同様にＯリング６８が配置され、これらＯリング６７及び６８によって圧縮空気の漏れを防止している。
気体接続部６６は、開口部６３に内嵌可能な形状、例えば開口部６３の内周形状と同一形状の外周形状を有し、内部に開口部６３に連通する気体通路６６ａ及び気体通路６６ａに一端が連通し、他端が圧縮気体吐出ノズル６２Ａに連通する気体通路６６ｂが形成されている。気体接続部６６の側壁と開口部６３の内壁との間にはＯリング６７が配置され、気体接続部６６の底面と凹部３６ｃの底面との間にも同様にＯリング６８が配置され、これらＯリング６７及び６８によって圧縮空気の漏れを防止している。
【0066】
また、気体接続部６６は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、外周面の段部が開口部６３の内周面の段部と接触することにより、半径方向に位置決めされている。また、気体接続部６６は、半径方向外側の端面が小外径部１２ａの外周面にねじ止めされた押え片６９に接触して開口部６３からの抜け出しが防止されている。尚、気体接続部６６は、押え片６９で抜け出しを防止する場合に限らず、気体接続部６６の外周面側にフランジ部を形成し、このフランジ部をねじ止めすることもでき、気体接続部６６のハウジング１１に対する固定方法は任意の固定方法をとることができる。
【0067】
前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に潤滑油を供給する図示しないオイルエア潤滑やオイルミスト潤滑による潤滑系統には、圧縮気体供給部８０から例えば４気圧程度の圧縮気体が供給される。圧縮気体供給部８０は、圧縮気体を吐出するコンプレッサ８１と、コンプレッサ８１から吐出される圧縮気体を調圧する潤滑系統用のレギュレータ８２と、レギュレータ８２と並列に接続された圧力損失測定用のレギュレータ８３とを備えている。尚、軸受３１、４１の潤滑は、オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑に限定されない。例えば、グリース潤滑などでもよい。
【0068】
差圧調整部７０は、圧縮気体の供給経路（配管）７４により、ハウジング１１の圧縮気体供給路６５に繋がっている。差圧調整部７０は、圧縮気体の配管７４に介挿された絞り７２と、配管７４の第１分岐点７４ａから分岐した第１分岐管路７６ａと、配管７４の第２分岐点７４ｂから分岐した第２分岐管路７６ｂとを有する。
第１分岐管路７６ａは差圧センサ７３の低圧側に接続され、第２分岐管路７６ｂは差圧センサ７３の高圧側に接続される。第１分岐点７４ａは絞り７２の下流側の分岐点であり、第２分岐点７４ｂは絞り７２の上流側の分岐点である。
第１分岐管路７６ａは差圧センサ７３の低圧側に接続され、第２分岐管路７６ｂは差圧センサ７３の高圧側に接続される。第１分岐点７４ａは絞り７２の下流側の分岐点であり、第２分岐点７４ｂは絞り７２の上流側の分岐点である。
【0069】
圧力損失測定部７１は、第１分岐管路７６ａと第２分岐管路７６ｂにより、差圧調整部７０に繋がっている。圧力損失測定部７１に含まれている差圧センサ７３は、絞り７２の上流側の圧力と下流側の圧力の差分（差圧）を検出する。
圧縮気体の供給経路７４は、第２分岐点７４ｂから下方に延びて圧縮気体供給部８０に繋がっている。
このような経路配置では、第１分岐点７４ａから差圧センサ７３の低圧側までの間（つまり、第１分岐管路７６ａ内）で、圧縮気体の流速は生じない。また、第２分岐点７４ｂから差圧センサ７３の高圧側までの間（つまり、第２分岐管路７６ｂ内）で、圧縮気体の流速は生じない。
圧縮気体の供給経路７４は、第２分岐点７４ｂから下方に延びて圧縮気体供給部８０に繋がっている。
このような経路配置では、第１分岐点７４ａから差圧センサ７３の低圧側までの間（つまり、第１分岐管路７６ａ内）で、圧縮気体の流速は生じない。また、第２分岐点７４ｂから差圧センサ７３の高圧側までの間（つまり、第２分岐管路７６ｂ内）で、圧縮気体の流速は生じない。
【0070】
絞り７２は、レギュレータ８３とハウジング１１に形成された圧縮気体供給通路６５の開口とを連結する配管７４に介挿されている。絞り７２の絞り量は、回転軸２１の回転中で回転軸２１のアキシャル方向変位が“０”であるときに差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定した設定値となるように設定する。これにより、絞り７２の下流側の圧力が絞り７２から変位検出部６１Ａまでの配管長さ及び配管径による流路抵抗を考慮した回転軸２１のアキシャル方向変位のみに応じた圧力損失を表すようになる。
差圧センサ７３の低圧側は、第１分岐管路７６ａにより絞り７２の下流側の配管７４に接続され（第１分岐点７４ａに接続され）、差圧センサ７３の高圧側は第２分岐管路７６ｂにより絞り７２の上流側の配管７４に接続されている（第２分岐点７４ｂに接続されている）。また、第２分岐管路７６ｂと配管７４の合流点である第２分岐点７４ｂは、配管７４によりレギュレータ８３に接続されている。差圧センサ７３は、レギュレータ８３から供給される圧縮空気圧（第２分岐点７４ｂの圧力）と変位検出部６１Ａに接続された絞り７２の下流側圧力（第１分岐点７４ａの圧力）すなわち変位検出部６１Ａでの回転軸２１のアキシャル方向変位に応じた圧力損失との差圧を検出し、検出した差圧検出値をアナログ値又はデジタル値として出力する。
差圧センサ７３の低圧側は、第１分岐管路７６ａにより絞り７２の下流側の配管７４に接続され（第１分岐点７４ａに接続され）、差圧センサ７３の高圧側は第２分岐管路７６ｂにより絞り７２の上流側の配管７４に接続されている（第２分岐点７４ｂに接続されている）。また、第２分岐管路７６ｂと配管７４の合流点である第２分岐点７４ｂは、配管７４によりレギュレータ８３に接続されている。差圧センサ７３は、レギュレータ８３から供給される圧縮空気圧（第２分岐点７４ｂの圧力）と変位検出部６１Ａに接続された絞り７２の下流側圧力（第１分岐点７４ａの圧力）すなわち変位検出部６１Ａでの回転軸２１のアキシャル方向変位に応じた圧力損失との差圧を検出し、検出した差圧検出値をアナログ値又はデジタル値として出力する。
【0071】
演算処理部ＰＵは、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成され、各圧力損失測定部７１の差圧センサ７３から出力される差圧検出値が入力される。この差圧検出値は、回転軸２１に作用するアキシャル荷重に比例する。したがって、定位置予圧が負荷されている前側転がり軸受３１を構成するアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの軸受剛性（ばね定数）を予め測定あるいは計算して、アキシャル荷重の大きさと回転軸２１の変位量に基づく差圧検出値との関係を求めて荷重算出用マップを形成し、これを演算処理部ＰＵの記憶部に記憶しておくことにより、差圧検出値に基づいて荷重算出用マップを参照することにより、回転軸２１に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさを求めることができる。算出したアキシャル荷重の方向及び大きさは、表示器ＤＰに出力されて表示される。
尚、荷重算出用マップを使用する代わりに荷重算出用マップの特性線の方程式を求め、求めた方程式に差圧センサ７３の差圧検出値を代入することによりアキシャル荷重量を算出することもできる。
尚、荷重算出用マップを使用する代わりに荷重算出用マップの特性線の方程式を求め、求めた方程式に差圧センサ７３の差圧検出値を代入することによりアキシャル荷重量を算出することもできる。
【0072】
次に、第４実施形態の軸受装置１０Ａの動作を説明する。
先ず、圧縮気体供給部８０から差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１に圧縮気体を供給し、前述したように、工作機械の軸受装置１０Ａの回転軸２１を回転させた状態、且つ回転軸２１に負荷されるアキシャル荷重が“０”である状態で、差圧調整部７０の絞り７２の絞り量を、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定された設定値となるように調整しておく。
そして、軸受装置１０Ａの回転軸２１が停止している状態で、コンプレッサ８１を始動することにより、圧縮気体をレギュレータ８２で調圧して、図示しない前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑油供給系統に設定圧の圧縮気体を供給して、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑剤の供給を開始する。
先ず、圧縮気体供給部８０から差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１に圧縮気体を供給し、前述したように、工作機械の軸受装置１０Ａの回転軸２１を回転させた状態、且つ回転軸２１に負荷されるアキシャル荷重が“０”である状態で、差圧調整部７０の絞り７２の絞り量を、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定された設定値となるように調整しておく。
そして、軸受装置１０Ａの回転軸２１が停止している状態で、コンプレッサ８１を始動することにより、圧縮気体をレギュレータ８２で調圧して、図示しない前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑油供給系統に設定圧の圧縮気体を供給して、前側転がり軸受３１及び後側転がり軸受４１に対する潤滑剤の供給を開始する。
【0073】
これと同時に、又は前後してコンプレッサ８１から吐出される圧縮気体をレギュレータ８３で調圧して差圧調整部７０及び圧力損失測定部７１に供給する。
差圧調整部７０に供給された圧縮気体は絞り７２を介してハウジング１１の圧縮気体供給通路６５に入力される。圧縮気体供給通路６５に入力された圧縮気体は、圧縮気体供給通路６５に連結された圧縮気体供給通路６４から気体接続部６６で軸方向から半径方向に９０度方向転換され、気体通路３６ｅを介して圧縮気体吐出ノズル６２Ａに供給される。
差圧調整部７０に供給された圧縮気体は絞り７２を介してハウジング１１の圧縮気体供給通路６５に入力される。圧縮気体供給通路６５に入力された圧縮気体は、圧縮気体供給通路６５に連結された圧縮気体供給通路６４から気体接続部６６で軸方向から半径方向に９０度方向転換され、気体通路３６ｅを介して圧縮気体吐出ノズル６２Ａに供給される。
【0074】
圧縮気体吐出ノズル６２Ａに供給された圧縮気体は、外輪側間座３６の円周溝３６ｄを形成する右側面と内輪側間座３８の環状突条３８ｂの右側面との間の被測定隙間ｇに供給される。このとき、被測定隙間ｇすなわち回転軸２１のアキシャル方向変位が“０”の状態から大きくなると被測定隙間ｇが小さくなり、これに応じて圧力損失が小さくなり、逆にアキシャル方向変位が小さくなると被測定隙間ｇが大きくなり、これに応じて圧力損失が大きくなる。被測定隙間ｇは、上述したように、スピンドル回転中のハウジング１１と回転軸２１との温度差や遠心力の影響により、回転軸２１がハウジング１１に対して軸方向に相対変位することに起因して小さくなる。
【0075】
したがって、回転軸２１のアキシャル方向変位が“０”である無負荷状態では、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定した設定値となり、回転軸２１のアキシャル方向変位が“０”であることを表す差圧検出値が演算処理部ＰＵに出力される。
このため、演算処理部ＰＵでは、差圧センサ７３から入力される差圧検出値に基づいて荷重算出用マップを参照することにより、アキシャル荷重量を算出する。算出された荷重量は表示器ＤＰに出力されて表示される。この場合、アキシャル方向変位が“０”であるので、表示器ＤＰに表示されるアキシャル荷重量は“０”となる。
このため、演算処理部ＰＵでは、差圧センサ７３から入力される差圧検出値に基づいて荷重算出用マップを参照することにより、アキシャル荷重量を算出する。算出された荷重量は表示器ＤＰに出力されて表示される。この場合、アキシャル方向変位が“０”であるので、表示器ＤＰに表示されるアキシャル荷重量は“０”となる。
【0076】
この状態から、例えば、回転軸２１にドリルを装着して穴開け加工を開始すると、回転軸２１にアキシャル荷重が加わることになり、このアキシャル荷重に応じたアキシャル方向変位が回転軸２１に生じる。
このため、回転軸２１のアキシャル方向変位に応じて変位検出部６１Ａの圧縮気体吐出ノズル６２Ａから吐出される圧縮気体にアキシャル方向変位に応じた圧力損失が生じる。この圧力損失が圧力損失測定部７１の差圧センサ７３で差圧検出値として検出される。
検出された差圧検出値が演算処理部ＰＵに供給されることにより、演算処理部ＰＵで荷重算出用マップを参照して回転軸２１に負荷されたアキシャル荷重を算出する。算出されたアキシャル荷重は表示器ＤＰに出力されて表示される。
このため、回転軸２１のアキシャル方向変位に応じて変位検出部６１Ａの圧縮気体吐出ノズル６２Ａから吐出される圧縮気体にアキシャル方向変位に応じた圧力損失が生じる。この圧力損失が圧力損失測定部７１の差圧センサ７３で差圧検出値として検出される。
検出された差圧検出値が演算処理部ＰＵに供給されることにより、演算処理部ＰＵで荷重算出用マップを参照して回転軸２１に負荷されたアキシャル荷重を算出する。算出されたアキシャル荷重は表示器ＤＰに出力されて表示される。
【0077】
このように、第４実施形態によると、前側転がり軸受３１の外輪側間座３６及び内輪側間座３８を含んで構成される軸方向の変位を検出する変位検出部６１Ａに圧縮気体を供給することにより、圧縮気体吐出ノズル６２Ａから圧縮気体が外輪側間座３６の円周溝３６ｄと内輪側間座３８の環状突条３８ｂとの間の被測定隙間ｇに吐出される。このため、被測定隙間ｇすなわち回転軸２１のアキシャル方向変位に応じた圧縮気体の圧力損失が生じる。この圧力損失をハウジング１１の外側に設けた圧力損失測定部７１の差圧センサ７３で検出し、検出した差圧検出値を演算処理部ＰＵに供給することにより、回転軸２１に負荷されるアキシャル荷重を算出することができる。
【0078】
したがって、変位検出部６１Ａでは所定の被測定隙間ｇを介して対向する外輪側間座３６の円周溝３６ｄ及び内輪側間座３８の環状突条３８ｂ、気体通路３６ｅ、圧縮気体供給通路６４、気体接続部６６及び圧縮気体吐出ノズル６２Ａを設けるだけの簡易な構成で回転軸２１のアキシャル方向変位に応じた圧力損失を生じさせることができる。このため、変位検出部６１Ａに電気的に動作する部品を必要としないので、配線の引き回しや電気的絶縁を考慮する必要がない。
【0079】
また、差圧調整部７０は、圧縮気体を絞り７２を介して変位検出部６１Ａに供給し、絞り７２の下流側すなわち変位検出部６１Ａ側の圧力と差圧調整部７０に供給される圧縮気体の元圧との差圧を検出することで変位検出部６１Ａでの圧力損失を測定することができる。そして、検出した差圧検出値を演算処理部ＰＵに入力することにより、荷重算出用マップを参照して回転軸２１のアキシャル荷重を算出することができる。
このため、回転軸２１を転がり軸受で回転自在に支持する場合に、簡単な構成で、圧縮気体を利用して回転軸２１のアキシャル方向変位を算出したり、回転軸２１に負荷されるアキシャル荷重を算出したりすることができる。
このため、回転軸２１を転がり軸受で回転自在に支持する場合に、簡単な構成で、圧縮気体を利用して回転軸２１のアキシャル方向変位を算出したり、回転軸２１に負荷されるアキシャル荷重を算出したりすることができる。
【0080】
第１実施形態の図３～図６で説明したように、第４実施形態でも、回転軸２１から圧力損失測定部７１までの距離の影響（差圧測定における影響）を抑制するために、差圧調整部７０（絞り７２）と圧力損失測定部７１（差圧センサ７３）とを分離し、差圧調整部７０を回転軸２１と圧力損失測定部７１の間に配置し且つ差圧調整部７０を回転軸２１から所定距離内に設け、差圧調整部７０に圧縮気体を供給している。また、差圧調整部７０と圧力損失測定部７１は分岐管路７６ａ、７６ｂで接続している。
よって、圧縮気体供給部８０から供給される圧縮気体は、配管７４を矢印Ａ１で示したように第２分岐点７４ｂに向かって流れ、第２分岐点７４ｂから左に流れ（矢印Ａ２）、その後、絞り７２を通って第１分岐点７４ａを通過して、矢印Ａ３のように回転軸２１に供給される。そして、圧縮気体は被測定隙間ｇに供給され、回転軸２１が回転していれば、被測定隙間ｇにおいて圧力変化が発生する（圧力が下がる）。低下した圧力の値は、第１分岐管路７６ａを介して差圧センサ７３の低圧側に入力される。上記したように、第１分岐点７４ａから差圧センサ７３までの第１分岐管路７６ａでは圧縮気体の流速が生じないので、第１分岐点７４ａの圧力が差圧センサ７３の低圧側の値となる。また、第１分岐点７４ｂから差圧センサ７３までの第２分岐管路７６ｂでも圧縮気体の流速が生じないので、第２分岐点７４ｂの圧力が差圧センサ７３の高圧側の値となる。
よって、圧縮気体供給部８０から供給される圧縮気体は、配管７４を矢印Ａ１で示したように第２分岐点７４ｂに向かって流れ、第２分岐点７４ｂから左に流れ（矢印Ａ２）、その後、絞り７２を通って第１分岐点７４ａを通過して、矢印Ａ３のように回転軸２１に供給される。そして、圧縮気体は被測定隙間ｇに供給され、回転軸２１が回転していれば、被測定隙間ｇにおいて圧力変化が発生する（圧力が下がる）。低下した圧力の値は、第１分岐管路７６ａを介して差圧センサ７３の低圧側に入力される。上記したように、第１分岐点７４ａから差圧センサ７３までの第１分岐管路７６ａでは圧縮気体の流速が生じないので、第１分岐点７４ａの圧力が差圧センサ７３の低圧側の値となる。また、第１分岐点７４ｂから差圧センサ７３までの第２分岐管路７６ｂでも圧縮気体の流速が生じないので、第２分岐点７４ｂの圧力が差圧センサ７３の高圧側の値となる。
【0081】
第１実施形態と同様に、本実施形態でも、差圧調整部７０を回転軸２１の近傍に設置し（距離Ｌ１の所に設置し）、差圧センサ７３の低圧側に入力される圧力値が第１分岐点７４ａの圧力値となるようにし、且つ、差圧センサ７３の高圧側に入力される圧力値が第２分岐点７４ｂの圧力値となるようにした。第１分岐点７４ａから差圧センサ７３の低圧側に延びる第１分岐管路７６ａでは圧縮気体の流速がゼロなので、第１分岐点７４ａにおける圧力値はそのまま差圧センサ７３の低圧側に入力される。回転軸２１から第１分岐点７４ａまでの管路７４において圧縮気体は管路抵抗を受けるが、差圧調整部７０は回転軸２１の近傍に設けられており、本実施形態では、管路抵抗を受ける管路長（距離Ｌ１）は、被測定隙間ｇにおける圧力損失を高精度で差圧センサ７３に入力できる距離に設定されている。差圧センサ７３の高圧側に入力される圧力値は、第２分岐点７４ｂでの圧力値であり、管路７６ｂでは圧縮気体の流速がゼロなので、圧縮気体供給部８０から供給され圧縮気体の圧力値が高精度に差圧センサ７３の高圧側に入力されることになる。
本実施形態において差圧調整部７０と圧力損失測定部７１の間の距離が大きくなった場合も、第１実施形態の図４と同じになる。よって、圧力損失測定部７１が回転軸２１から遠い所に設置された場合であっても、第１分岐管路７６ａと第２分岐管路７６ｂの圧縮気体の流速はゼロであるので、差圧センサ７３に入力される圧力値は第１分岐管路７６ａの長さや第２分岐管路７６ｂの長さに影響されない。よって、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。
本実施形態において差圧調整部７０と圧力損失測定部７１の間の距離が大きくなった場合も、第１実施形態の図４と同じになる。よって、圧力損失測定部７１が回転軸２１から遠い所に設置された場合であっても、第１分岐管路７６ａと第２分岐管路７６ｂの圧縮気体の流速はゼロであるので、差圧センサ７３に入力される圧力値は第１分岐管路７６ａの長さや第２分岐管路７６ｂの長さに影響されない。よって、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。
【0082】
尚、第４実施形態（図１３）では、ハウジング１１内に軸方向に延長する圧縮気体供給通路６４及び６５を形成した場合について説明したが、第４実施形態はこのような構成に限定されるものではなく、気体接続部６６の気体通路６６ｂを外周側に延長して開口させ、この開口部に差圧調整部７０を接続するようにしてもよい。或いは、圧縮気体供給通路６５を省略して、圧縮気体供給通路６４を小外径部１２ａの外周面に開口させ、この開口部に差圧調整部７０を接続するようにしてもよい。
また、第４実施形態では、圧縮気体吐出ノズル６２Ａが軸方向に延びている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１５（ａ）に示すように、圧縮気体吐出ノズル６２Ａを上向きに傾斜させたり、図１５（ｂ）に示すように、圧縮気体吐出ノズル６２Ａを下向きに傾斜させたり、さらには、図１５（ｃ）に示すように、圧縮気体吐出ノズル６２Ａを気体通路３６ｅの中心軸回りに旋回させたりすることができる。
また、第４実施形態では、圧縮気体吐出ノズル６２Ａが軸方向に延びている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１５（ａ）に示すように、圧縮気体吐出ノズル６２Ａを上向きに傾斜させたり、図１５（ｂ）に示すように、圧縮気体吐出ノズル６２Ａを下向きに傾斜させたり、さらには、図１５（ｃ）に示すように、圧縮気体吐出ノズル６２Ａを気体通路３６ｅの中心軸回りに旋回させたりすることができる。
【0083】
また、第４実施形態では、工作機械の軸受装置１０Ａの回転軸２１を回転させた状態、且つ回転軸２１に負荷されるアキシャル荷重が“０”である状態で、差圧調整部７０の絞り７２の絞り量を、差圧センサ７３で検出される差圧検出値が予め設定された設定値となるように調整しておく場合について説明した。しかしながら、本実施形態は、この調整に限定されるものではない。例えば、外部負荷なしで軸受装置１０Ａの回転軸２１が停止している状態（０回転の状態）で差圧調整部７０の絞り７２により各圧力損失測定部７１の差圧をある値に調整し、この状態を変位０として設定しておく。そして、回転軸２１の回転数を変化させると、各圧力損失測定部７１の差圧が回転軸２１の回転数に応じて変化し、それにより変位０と設定した差圧も同量オフセットされる。そして、回転数が安定した後、上記同様の無負荷の状態で外部よりトリガ信号を与え、その時の値を改めて“０”とする。これにより、回転軸２１の回転が一定であれば、違う回転数でも第４実施形態と同じように測定が可能となる。
上記したように、第１実施形態と同じように、第４実施形態においても、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
上記したように、第１実施形態と同じように、第４実施形態においても、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
【0084】
第５実施形態
次に、本発明に係る軸受装置の第５実施形態について図１６を参照して説明する。図１６（ａ）は図１６（ｂ）のＥ－Ｅ矢視断面図である。第５実施形態も、アキシャル方向の変位を計測する軸受装置であり、基本的な構造は第４実施形態と同じである。
第５実施形態では、前側転がり軸受への圧縮気体の影響を低減または除去する構成を採用している。第４実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第４実施形態との相違点を説明する。
次に、本発明に係る軸受装置の第５実施形態について図１６を参照して説明する。図１６（ａ）は図１６（ｂ）のＥ－Ｅ矢視断面図である。第５実施形態も、アキシャル方向の変位を計測する軸受装置であり、基本的な構造は第４実施形態と同じである。
第５実施形態では、前側転がり軸受への圧縮気体の影響を低減または除去する構成を採用している。第４実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第４実施形態との相違点を説明する。
【0085】
第５実施形態では、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、外輪側間座３６の円周溝３６ｄの底面に圧縮気体を回収する気体回収溝８５ａが円周方向に形成されている。また、内輪側間座３８の外周面と対向する外輪側間座３６の内周面におけるアンギュラ玉軸受３１ｂ側の端部に圧縮気体を回収する気体回収溝８５ｂが円周方向に形成されている。そして、図１６（ａ）の下側及び図１６（ｂ）に示すように、外輪側間座３６の変位検出部６１Ａを挟む両側位置に気体回収溝８５ａ及び８５ｂに連通する空洞部８６が形成されている。また、小外径部１２ａの空洞部８６に対向する位置には、空洞部８６に連通して半径方向に延長する気体排出通路８７ａが形成され、気体排出通路８７ａに一端が連通し、他端が前端に開口する気体排出通路８７ｂが形成されている。気体回収溝８５ａ，８５ｂ、空洞部８６、気体排出通路８７ａ及び８７ｂが圧縮気体排出路（圧縮気体排出部）となっている。気体排出通路８７ａ及び８７ｂは、圧縮気体を軸受装置の外部に排出するドレン部と称することができる。
【0086】
第５実施形態によると、変位検出部６１Ａの圧縮気体吐出ノズル６２Ａから外輪側間座３６の円周溝３６ｄの左側面と内輪側間座３８の環状突条３８ｂの右側面との間に形成された被測定隙間ｇに吐出された圧縮空気は、前後方向及び円周方向に拡がって被測定隙間ｇを流れることになるが、前後方向に拡がった圧縮気体は気体回収溝８５ａ及び８５ｂに流れ込み、気体回収溝８５ａ及び８５ｂを図１６（ｂ）の円周方向に時計方向及び反時計方向に流れて空洞部８６に達し、空洞部８６から小外径部１２ａの気体排出通路８７ａ及び８７ｂを通じて小外径部１２ａの前端面から外部に排出される。
したがって、圧縮気体吐出ノズル６２Ａから噴射された圧縮気体が外輪側間座３６及び内輪側間座３８の前後位置に配置されたアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの外輪３３と内輪３４との間に流れ込むことを防止できる。このため、アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂに圧縮気体が流れ込むことによる、アンギュラ玉軸受のオイルエア潤滑やオイルミスト潤滑への影響を防止できる。
したがって、圧縮気体吐出ノズル６２Ａから噴射された圧縮気体が外輪側間座３６及び内輪側間座３８の前後位置に配置されたアンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂの外輪３３と内輪３４との間に流れ込むことを防止できる。このため、アンギュラ玉軸受３１ａ及び３１ｂに圧縮気体が流れ込むことによる、アンギュラ玉軸受のオイルエア潤滑やオイルミスト潤滑への影響を防止できる。
【0087】
尚、第５実施形態では、変位検出部６１Ａの設置数を１個とした場合について説明したが、第５実施形態はこの構成に限定されず、変位検出部６１Ａを２個以上設置してもよい。また、外輪側間座３６に形成する空洞部８６及び小外径部１２ａに形成する気体通路８７ａ及び８７ｂは、隣接する変位検出部６１Ａ間の中間部に設けるようにしてもよい。この場合、空洞部８６を、隣接する変位検出部６１Ａ間の中間部に形成することにより、隣接する変位検出部６１Ａの一方が吐出した圧縮気体が他方の変位検出部６１Ａに影響することを防止することができる。また、隣り合う変位検出部６１Ａの間に空洞部８６を複数設けてもよい。
第５実施形態においても、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
第５実施形態においても、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
【0088】
第６実施形態
次に、本発明に係る軸受装置の第６実施形態について図１７を参照して説明する。第６実施形態も、アキシャル方向の変位を計測する軸受装置であり、基本的な構造は第４実施形態と同じである。第４実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第４実施形態との相違点を説明する。
第６実施形態では、外輪側間座３６の内周面と内輪側間座３８の外周面との間に形成する被測定隙間ｇの軸方向の長さを必要最小限に設定している。より詳しくは、第６実施形態では、変位検出部６１Ａを、前側転がり軸受３１間の間座ではなく、前側転がり軸受３１に対して軸方向に隣接する位置に形成している。
すなわち、第６実施形態では、図１７に示すように、変位検出部６１Ａが前側転がり軸受３１を構成する後側のアンギュラ玉軸受３１ｂの後側に隣接させて配置されている。
次に、本発明に係る軸受装置の第６実施形態について図１７を参照して説明する。第６実施形態も、アキシャル方向の変位を計測する軸受装置であり、基本的な構造は第４実施形態と同じである。第４実施形態と同様な構成（例えば、差圧調整部７０、圧力損失測定部７１、圧縮気体供給部８０、配管７４等）については、図示及び説明を省略し、第４実施形態との相違点を説明する。
第６実施形態では、外輪側間座３６の内周面と内輪側間座３８の外周面との間に形成する被測定隙間ｇの軸方向の長さを必要最小限に設定している。より詳しくは、第６実施形態では、変位検出部６１Ａを、前側転がり軸受３１間の間座ではなく、前側転がり軸受３１に対して軸方向に隣接する位置に形成している。
すなわち、第６実施形態では、図１７に示すように、変位検出部６１Ａが前側転がり軸受３１を構成する後側のアンギュラ玉軸受３１ｂの後側に隣接させて配置されている。
【0089】
このため、ハウジング１１の前側円筒部１２の内周面に形成した軸受収納段差部１２ｃが前側転がり軸受３１を構成するアンギュラ玉軸受３１ｂより後方側に延長されている。
変位検出部６１Ａは、軸受収納段差部１２ｃの延長部に、第４実施形態及び第５実施形態における外輪側間座３６と同一形状の外輪側間座９６を配置し、外輪側間座９６の内周面は回転軸２１の外周面に設けられた内輪側間座１０１に対向されている。
外輪側間座９６は、外輪側間座３６と同様に外周側リング部９６ａ、内周側リング部９６ｂ、凹部９６ｃ、円周溝９６ｄ、気体通路９６ｅ、圧縮気体吐出ノズル９７を備えている。
変位検出部６１Ａは、軸受収納段差部１２ｃの延長部に、第４実施形態及び第５実施形態における外輪側間座３６と同一形状の外輪側間座９６を配置し、外輪側間座９６の内周面は回転軸２１の外周面に設けられた内輪側間座１０１に対向されている。
外輪側間座９６は、外輪側間座３６と同様に外周側リング部９６ａ、内周側リング部９６ｂ、凹部９６ｃ、円周溝９６ｄ、気体通路９６ｅ、圧縮気体吐出ノズル９７を備えている。
【0090】
また、ハウジング１１の小外径部１２ａの外輪側間座９６に対向する位置に開口部６３と同様の開口部９８が形成され、開口部９８内に気体接続部６６と同様の気体通路９９ａ及び９９ｂを形成した気体接続部９９が装着されている。
内輪側間座１０１は、円筒部１０１ａと外輪側間座９６の円周溝９６ｄ内に突出する環状突条１０１ｂとで構成される。環状突条１０１ｂの右側面と、これに対向する外輪側間座９６の円周溝９６ｄを形成する左側面との間に、被測定隙間ｇが形成されている。外輪側間座９６に形成された圧縮気体吐出ノズル９７から被測定隙間ｇに圧縮気体が吐出される。
内輪側間座１０１は、円筒部１０１ａと外輪側間座９６の円周溝９６ｄ内に突出する環状突条１０１ｂとで構成される。環状突条１０１ｂの右側面と、これに対向する外輪側間座９６の円周溝９６ｄを形成する左側面との間に、被測定隙間ｇが形成されている。外輪側間座９６に形成された圧縮気体吐出ノズル９７から被測定隙間ｇに圧縮気体が吐出される。
【0091】
第６実施形態によると、変位検出部６１Ａ自体は第４実施形態と同様の動作を行うので、第４実施形態と同様の作用効果を発揮してアキシャル荷重を算出することができる。
また、第６実施形態においても、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
また、第６実施形態においても、差圧センサ７３に入力される圧力値は回転軸２１から差圧センサ７３までの距離に影響されない。その結果、圧力損失測定部７１の設置位置により差圧センサ７３の測定精度が低下することはない。よって、回転軸２１と圧力損失測定部７１の間の距離を自由に変化させることが可能となる。
【0092】
尚、図示していないが、第６実施形態においても、第５実施形態で説明したような圧縮気体を回収する気体回収溝及び圧縮気体を外部に排出する気体排出通路が設けられている。また、第４実施形態～第６実施形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせてもよい。
【0093】
上記した第４実施形態～第６実施形態では、工作機械の主軸装置に本発明に掛かる軸受装置１０Ａを適用した場合について説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。例えば、図１２に示す回転軸２１の上端に回転テーブル１３０を配置した工作機械の回転テーブル装置１３１や他の工作機械にも本発明を適用できる。
尚、上記において特定の実施形態が説明されているが、当該実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定する意図はない。本明細書に記載された装置及び方法は上記した以外の形態において具現化することができる。また、本発明の範囲から離れることなく、上記した実施形態に対して適宜、省略、置換及び変更をなすこともできる。かかる省略、置換及び変更をなした形態は、請求の範囲に記載されたもの及びこれらの均等物の範疇に含まれ、本発明の技術的範囲に属する。
尚、上記において特定の実施形態が説明されているが、当該実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定する意図はない。本明細書に記載された装置及び方法は上記した以外の形態において具現化することができる。また、本発明の範囲から離れることなく、上記した実施形態に対して適宜、省略、置換及び変更をなすこともできる。かかる省略、置換及び変更をなした形態は、請求の範囲に記載されたもの及びこれらの均等物の範疇に含まれ、本発明の技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【0094】
１０…工作機械の軸受装置（主軸装置）、１１…ハウジング、２１…回転軸（回転部材）、３１…前側転がり軸受、３１ａ，３１ｂ…アンギュラ玉軸受、３３…外輪、３４…内輪、３５…玉、３６…外輪側間座、３８…内輪側間座、４１…後側転がり軸受、５１…駆動モータ、５２…ステータ、５３…ロータ、６１…変位検出部、ＰＵ…演算処理部、６２…圧縮気体吐出ノズル、ｇ…被測定隙間、６４，６５…圧縮気体供給通路、６６…気体接続部、７０…差圧調整部、７１…圧力損失測定部、７２…絞り、７３…差圧センサ、７４，７５…配管、７６ａ…第１分岐管路、７６ｂ…第２分岐管路、７７…絞り、８０…圧縮気体供給部、８１…コンプレッサ、８２，８３…レギュレータ、８１ａ，８１ｂ…気体回収溝、８６…空洞部、８７ａ，８７ｂ…気体排出通路、９６…外輪側間座、９７…圧縮気体吐出ノズル、９９…気体接続部、１０１…圧縮気体吐出ノズル、１３０…回転テーブル、１３１…工作機械の回転テーブル装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】