特許 7138494 予圧センサ、軸受装置、軸受、および間座

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-08

(45)【発行日】2022-09-16

(54)【発明の名称】予圧センサ、軸受装置、軸受、および間座

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20220909BHJP

   F16C 19/54 20060101ALI20220909BHJP

   F16C 19/16 20060101ALI20220909BHJP

   F16C 41/00 20060101ALI20220909BHJP

   F16C 25/08 20060101ALI20220909BHJP

   G01L 1/20 20060101ALI20220909BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 K

F16C19/54

F16C19/16

F16C41/00

F16C25/08 Z

G01L1/20 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018124255

(22)【出願日】2018-06-29

(65)【公開番号】P2020003385

(43)【公開日】2020-01-09

【審査請求日】2021-03-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小池 孝誌

(72)【発明者】

【氏名】福島 靖之

(72)【発明者】

【氏名】澁谷 勇介

【審査官】岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２５４７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－７１０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２６５４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７０６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７１００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－８８０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６５０８５９２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】英国特許出願公開第２３７６９８８（ＧＢ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００７６１２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／００－ １／２６

Ｇ０１Ｌ ５／００－ ５／２８

Ｆ１６Ｃ１９／００－２７／０８

Ｆ１６Ｃ４１／００－４１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪、外輪、転動体を含む軸受の予圧を検出する予圧センサを備え、
前記予圧センサは、
第１主面と第２主面とを有する膜状の感圧部材と、
前記感圧部材に電気的に接続される第１電極および第２電極とを備え、
前記感圧部材は、前記第１主面と前記第２主面との間に作用する圧力に応じて前記第１電極と前記第２電極との間の直流抵抗が変化するように構成され、
前記第１主面は前記軸受の端面に向けて配置され、前記第２主面は前記端面に対向する前記軸受に予圧を与える部材の対向面に向けて配置され、
前記軸受と、
前記軸受に隣接して配置される間座とをさらに備え、
前記軸受に予圧を与える部材は、前記間座であり、
前記第１主面が前記端面に接し、前記第２主面が前記対向面に接するように前記予圧センサが配置され、
前記軸受に予圧が印加される経路上に配置された前記間座の端面には凸部が設けられ、
前記凸部の突出面に前記感圧部材が配置される、軸受装置。

【請求項2】

前記感圧部材は、
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターンと、
前記薄膜パターン上に形成され、前記薄膜パターンを保護する保護膜とを含む薄膜センサである、請求項１に記載の軸受装置。

【請求項3】

前記感圧部材は、
第１絶縁層と、
前記第１電極が接続される第１電極層と、
感圧インクまたは感圧ゴムで形成される感圧層と、
前記第２電極が接続される第２電極層と、
第２絶縁層とを含み、
前記第１主面と前記第２主面との間に、前記第１絶縁層、前記第１電極層、前記感圧層、前記第２電極層、前記第２絶縁層が、順に配置される、請求項１に記載の軸受装置。

【請求項4】

前記軸受は、第１軸受であり、
前記軸受装置は、第２軸受をさらに備え、
前記間座は、前記第１軸受と前記第２軸受との間に配置され、
前記第１軸受と前記第２軸受とは背面組み合わせとなるように配置され、
前記第１軸受の外輪端面と前記間座の外輪間座端面との間に前記予圧センサが配置される、請求項１に記載の軸受装置。

【請求項5】

前記軸受は、第１軸受であり、
前記軸受装置は、第２軸受をさらに備え、
前記間座は、前記第１軸受と前記第２軸受との間に配置され、
前記第１軸受と前記第２軸受とは正面組み合わせとなるように配置され、
前記第１軸受の内輪端面と前記間座の内輪間座端面との間に前記予圧センサが配置される、請求項１に記載の軸受装置。

【請求項6】

前記間座は、内輪間座と外輪間座とを含み、
前記軸受装置は、
前記内輪間座の外周面に配置され、電力受信部とセンサ信号送信部とセンサ信号処理部とを内蔵したセンサ信号送信機と、
前記外輪間座の内周面に配置され、前記電力受信部に非接触で給電する供給電力送信部と前記センサ信号送信部から非接触でセンサ信号を受信するセンサ信号受信部とを内蔵したセンサ信号受信機とをさらに備え、
前記センサ信号送信部は、前記電力受信部から電力が供給され、前記予圧センサの出力を非接触で前記センサ信号受信機側に送信する、請求項１～５のいずれか１項に記載の軸受装置。

【請求項7】

前記間座は、内輪間座と外輪間座とを含み、
前記外輪間座または前記内輪間座は、前記凸部を含む第１部材と、前記第１部材がはめ込まれる凹部が形成された第２部材とを含む、請求項１に記載の軸受装置。

【請求項8】

前記凸部に配置された前記感圧部材と、前記軸受の端面との間に配置される中間間座をさらに備える、請求項１または請求項７に記載の軸受装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、工作機械の主軸スピンドルなどに使用される軸受の予圧を検出する予圧センサ並びに予圧センサを備える軸受装置、軸受、および間座に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械のスピンドル装置では、加工精度および効率の向上のため、軸受の予圧管理が求められており、そのため軸受の予圧を検出する要求がある。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】

特開２００８－２８６２１９号公報（特許文献１）では、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の間に間座を介在させた軸受装置において、間座の一部分を磁歪材料で構成すると共に、間座のうち、磁歪材料からなる部分の残りの部分の少なくとも一部を非磁性材料で構成し、磁歪材料の部分の磁気特性の変化から軸受の予圧を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－２８６２１９号公報

【文献】特開２０１４－０７１０８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特開２００８－２８６２１９号公報（特許文献１）に開示された軸受装置では、外輪間座が２分割した一対の間座部材の間に磁歪材を挟み込んだ構造のため、構造が複雑で、一対の間座部材が分離しないよう保持した状態でハウジングに入れる必要があり、組立が困難である。

【0006】

また、磁歪材を用いた予圧検出では、磁歪材料の選定の他、出力信号の温度ドリフトやヒステリシスなどの低減が課題になる。

【0007】

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な構成で軸受の予圧を測定することが可能な予圧センサ並びに予圧センサを備える軸受装置、軸受、および間座を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の予圧センサは、内輪、外輪、転動体を含む軸受の予圧を検出する予圧センサである。予圧センサは、第１主面と第２主面とを有する膜状の感圧部材と、感圧部材に電気的に接続される第１電極および第２電極とを備える。感圧部材は、第１主面と第２主面との間に作用する圧力に応じて第１電極と第２電極との間の直流抵抗が変化するように構成される。感圧部材の第１主面は軸受の端面に向けて配置され、第２主面は端面に対向する軸受に予圧を与える部材の対向面に向けて配置される。

【0009】

好ましくは、感圧部材は、絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターンと、薄膜パターン上に形成され、薄膜パターンを保護する保護膜とを含む薄膜センサである。

【0010】

好ましくは、感圧部材は、第１絶縁層と、第１電極が接続される第１電極層と、感圧インクまたは感圧ゴムで形成される感圧層と、第２電極が接続される第２電極層と、第２絶縁層とを含む。第１主面と第２主面との間に、第１絶縁層、第１電極層、感圧層、第２電極層、第２絶縁層が、順に配置される。

【0011】

本開示の他の局面である軸受装置は、上記の予圧センサと、軸受と、軸受に隣接して配置される間座とを備える。軸受に予圧を与える部材は、間座である。第１主面が端面に接し、第２主面が対向面に接するように予圧センサが配置される。

【0012】

好ましくは、軸受は、第１軸受であり、軸受装置は、第２軸受をさらに備える。間座は、第１軸受と第２軸受との間に配置され、第１軸受と第２軸受とは背面組み合わせとなるように配置され、第１軸受の外輪端面と間座の外輪間座端面との間に予圧センサが配置される。

【0013】

好ましくは、軸受は、第１軸受であり、軸受装置は、第２軸受をさらに備える。間座は、第１軸受と第２軸受との間に配置される。第１軸受と第２軸受とは正面組み合わせとなるように配置される。第１軸受の内輪端面と間座の内輪間座端面との間に予圧センサが配置される。

【0014】

好ましくは、間座は、内輪間座と外輪間座とを含む。軸受装置は、内輪間座の外周面に配置され、電力受信部とセンサ信号送信部とセンサ信号処理部とを内蔵したセンサ信号送信機と、外輪間座の内周面に配置され、電力受信部に非接触で給電する供給電力送信部とセンサ信号送信部から非接触でセンサ信号を受信するセンサ信号受信部とを内蔵したセンサ信号受信機とをさらに備える。センサ信号送信部は、電力受信部から電力が供給され、予圧センサの出力を非接触でセンサ信号受信機側に送信する。

【0015】

好ましくは、軸受に予圧が印加される経路上に配置された間座の端面には凸部が設けられ、凸部の突出面に感圧部材が配置される。

【0016】

より好ましくは、間座は、内輪間座と外輪間座とを含む。外輪間座または内輪間座は、凸部を含む第１部材と、第１部材がはめ込まれる凹部が形成された第２部材とを含む。

【0017】

より好ましくは、軸受装置は、凸部に配置された感圧部材と、軸受の端面との間に配置される中間間座をさらに備える。

【0018】

本開示のさらに他の局面である軸受は、第１主面が端面に接するように上記の予圧センサが内輪または外輪に形成される。

【0019】

本開示のさらに他の局面である間座は、第２主面が対向面に接するように上記の予圧センサが内輪間座または外輪間座に形成される。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、簡単な構成で軸受の予圧を測定することが可能な予圧センサ並びに予圧センサを備える軸受装置、軸受、および間座を実現することができ、軸受の保守、管理を容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施の形態１の軸受装置の構成を示す断面図である。

【図2】予圧センサの配置部分を拡大して示した断面図である。

【図3】感圧シート１３の構造例を示す図である。

【図4】感圧シートによって構成した予圧センサの予圧と抵抗の関係を示す図である。

【図5】外輪間座の端面に薄膜センサを形成した構造を示す図である。

【図6】薄膜センサによって構成した予圧センサの予圧と抵抗との関係を示す図である。

【図7】薄膜センサを使用した場合の抵抗変化を検出する回路を示す図である。

【図8】実施の形態２の軸受装置に用いられる予圧センサの構成を示す図である。

【図9】図８の矢印Ｂ方向から見た外輪間座の一部を示す図である。

【図10】図８に示した構成の変形例を示す図である。

【図11】図１０の矢印Ｂ２方向から見た外輪間座の一部を示す図である。

【図12】実施の形態２の軸受装置の変形例の構成を示す断面図である。

【図13】実施の形態３の軸受装置の構成を示す断面図である。

【図14】信号送信機２４と信号受信機２５の構成と、予圧センサ６１との接続状態を示す図である。

【図15】実施の形態４の軸受装置に用いられる予圧センサの構成を示す図である。

【図16】図１５の矢印Ｃ方向から見た内輪間座の一部を示す図である。

【図17】図１５に示した構成の変形例を示す図である。

【図18】図１７の矢印Ｃ２方向から見た内輪間座の一部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

【0023】

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の軸受装置の構成を示す断面図である。軸受装置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に応用される。この場合、軸受装置１で支持されている主軸４の一方端側には図示しないモータが組み込まれ、他方端にはエンドミル等の切削工具が接続される。なお、図１に示す軸受装置１の構造は、回転中心軸Ｏ－Ｏを中心として上下対称であるが、回転中心軸Ｏ－Ｏより下の部分は図示を省略している。

【0024】

軸受装置１は、軸受５と、軸受５に隣接して配置される間座６と、予圧センサ１１とを備える。主軸４は、外筒２の内径部に埋設されたハウジング３に複数の軸受５によって回転自在に支持される。各軸受５は、内輪５ｉと、外輪５ｇと、転動体Ｔと、保持器Ｒｔとを含む。間座６は、内輪間座６ｉと、外輪間座６ｇとを含む。

【0025】

主軸４には、軸方向に離隔した複数の軸受５が締まり嵌め状態（圧入状態）で嵌合されている。内輪５ｉ－５ｉ間には内輪間座６ｉが配置され、外輪５ｇ－５ｇ間には外輪間座６ｇが配置される。

【0026】

軸受５は、内輪５ｉと外輪５ｇの間に複数の転動体Ｔを配置した転がり軸受であり、これら転動体Ｔは保持器Ｒｔで間隔が保持されている。軸受５は、軸方向の予圧を付与することが可能な軸受であり、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１に示す軸受装置１にはアンギュラ玉軸受が用いられ、２個の軸受５が背面組み合わせ（ＤＢ組み合わせ）で設置されている。

【0027】

ハウジング３には冷却媒体流路Ｇが形成される。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、軸受装置１を冷却することができる。

【0028】

組立時には、初めに主軸４に軸受５、間座６、軸受５、間座９の順に挿入し、ナット１０で締めて初期予圧が与えられたものを、図１における右側の軸受５の外輪５ｇの右側がハウジング３に設けた段差部３ａに押し当たるまで挿入し、その後、前蓋１２によって、左側の軸受５の外輪５ｇを押すことでハウジング３に固定される。

【0029】

ナット１０を締め付けることにより右側の軸受５の内輪５ｉの端面に間座９を介して力が作用し、内輪５ｉが内輪間座６ｉに向けて移動する。この力は、内輪５ｉ、転動体Ｔ、外輪５ｇと伝わり右の軸受５に予圧を与えるとともに、外輪５ｇから外輪間座６ｇにも伝わる。外輪間座６ｇから右側の外輪５ｇには、押す力が作用し、この力は、左側の軸受５において、外輪５ｇ、転動体Ｔ、内輪５ｉへと伝わり、左側の軸受５にも予圧を与える。内輪５ｉの移動量は、例えば外輪間座６ｇと内輪間座６ｉの幅の寸法差によって定まる。この移動量に応じて軸受５に予圧が付与される。図１、図２に示す予圧センサ１１は、外輪５ｇと外輪間座６ｇとの間に配置されているが、予圧を発生させる力の伝達経路であれば、他の場所であっても良い。たとえば、予圧センサ１１は、間座９と内輪５ｉの間に配置されても良い。

【0030】

図２は、予圧センサの配置部分を拡大して示した断面図である。図２に示すように外輪間座６ｇの内周面と外周面とをつなぐ端面７のうちの少なくとも一方（図１の左側）には、外輪５ｇの端面と接触する位置に予圧センサ１１が配置される。予圧センサ１１に印加される荷重と予圧センサ１１の出力との関係は、予め測定され把握されている。軸受装置１を組み立てる際には、外輪５ｇと外輪間座６ｇとが当接した状態において内輪５ｉと内輪間座６ｉとの間に予め設計上の隙間が設けられている。ナット１０を締め付けることにより、この隙間が無くなるとともに外輪間座６ｇと間座９とによって軸受５に予圧が付与される。ナット１０を締め付けると、右側の軸受５に間座９、内輪５ｉの軌動面、転動体Ｔ、外輪５ｇの軌動面、外輪間座６ｇの経路で予圧が印加される。また、左側の軸受５には、外輪間座６ｇ、外輪５ｇの軌動面、転動体Ｔ、内輪５ｉの軌動面の経路で予圧が印加される。

【0031】

予圧センサ１１の出力から予圧量を把握することができる。このため、軸受装置１の組立時に予圧センサ１１の出力を観測すれば、予め設定した予圧量になっているかを確認でき、組立工数を削減できる。また、工作機械の運転時に予圧センサ１１の出力を観測すれば、運転時の発熱による熱膨張で増加した予圧を知ることができる。運転時の予圧変化を観測することによって、切削性能の低下や軸受の焼き付きを事前に防止することができる。

【0032】

予圧センサ１１としては、たとえば電気抵抗の変化から面圧を測定する感圧シート１３が用いられる。図３は、感圧シート１３の構造例を示す図である。

【0033】

感圧シート１３は、樹脂フィルムを基材１４Ｆ，１４Ｂとし、基材１４Ｆ，１４Ｂの各表面に形成した電極１５Ｆ，１５Ｂの間に感圧インクや感圧ゴムなどの抵抗体１６を配置したものである。感圧シート１３は、荷重に応じて電極間の電気抵抗が変化するので、電気抵抗と荷重の関係を予め把握しておけば、荷重を検出することができる。感圧シート１３をリング状に形成して予圧センサ１１とする。この予圧センサ１１は、外輪間座６ｇの内周面と外周面とをつなぐ端面７と外輪５ｇの内周面と外周面とをつなぐ端面との間に配置される。

【0034】

図２、図３を参照して、予圧センサ１１は、第１主面ＳＦと第２主面ＳＢとを有する膜状の感圧部材（抵抗体１６）と、感圧部材の第１主面ＳＦ側に電気的に接続される第１電極１５Ｆと、感圧部材の第２主面ＳＢ側に電気的に接続される第２電極１５Ｂとを備える。感圧部材は、第１主面ＳＦと第２主面ＳＢとの間に作用する圧力に応じて第１電極１５Ｆと第２電極１５Ｂとの間の直流抵抗が変化するように構成される。第１主面ＳＦは軸受５の内周面と外周面とをつなぐ端面に向けて配置される。第２主面ＳＢは、軸受５の端面に対向する軸受５に予圧を与える部材（図２では外輪間座６ｇ）の端面７に向けて配置される。

【0035】

図４は、感圧シートによって構成した予圧センサの予圧と抵抗との関係を示す図である。図４には横軸に予圧（荷重）が示され、縦軸には抵抗が示されている。図４に示すように予圧が増加すると、感圧シートの厚みが減少し、感圧シートの抵抗値は低下する傾向にある。

【0036】

あるいは、予圧センサ１１は、外輪間座６ｇの端面７に直接成形した薄膜センサ１７であってもよい。図５は、外輪間座の端面に薄膜センサを形成した構造を示す図である。薄膜センサ１７は、外輪間座６ｇの端面７に絶縁膜１８を形成後、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターン１９を形成し、その上から保護膜２０が形成される。絶縁膜１８、薄膜パターン１９、保護膜２０はスパッタリングなどによって成膜される。薄膜パターン１９には、２つの電極が接続される。２つの電極間の抵抗を測定することによって薄膜パターン１９の抵抗値の変化を検出することができる。

【0037】

図５に示したように、外輪間座６ｇの端面７に直接、薄膜センサ１７を形成すれば、外輪間座の構造を複雑にすることなく、また、圧力センサの実装に必要なスペースも低減でき、軸受装置を小型化できる。また感圧シート１３のようにベース基材として使われる樹脂部材が介在しないため剛性が高いので、外輪間座６ｇの剛性を落とすことなく予圧（軸受５の軸方向に印加される荷重）を検出できる。したがって、予圧センサを外輪間座６ｇと外輪５ｇとの間に介在させても、工作機械としての加工精度に影響が生じることを避けることができる。

【0038】

絶縁膜１８や保護膜２０は、たとえば二酸化珪素が用いられ、薄膜パターン１９は、たとえばひずみゲージで使われる金属合金（銅ニッケッル合金、ニッケルクロム合金など複数の金属からなる合金）が用いられる。たとえば、薄膜センサとして、特開２０１４－０７１０８５号公報に記載された薄膜センサを用いても良い。

【0039】

図６は、薄膜センサによって構成した予圧センサの予圧と抵抗の関係を示す図である。図６には横軸に予圧（荷重）が示され、縦軸には抵抗が示されている。図６に示すように予圧が増加すると、薄膜センサの抵抗値も増加する傾向にある。

【0040】

図７は、薄膜センサを使用した場合の抵抗変化を検出する回路を示す図である。図７に示すセンサ信号処理部２８は、ＤＣ電源ＶＳＤＣに接続される抵抗Ｒ１～Ｒ３と薄膜センサ１７と、差動アンプＡＭＰとを含む。抵抗Ｒ１～Ｒ３と薄膜センサ１７とはブリッジ回路を構成する。ＤＣ電源ＶＳＤＣの正極と負極との間には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが直列に接続される。また、ＤＣ電源ＶＳＤＣの正極と負極との間には、薄膜センサ１７と抵抗Ｒ３とが直列に接続される。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続ノードには、アンプＡＭＰの一方の入力ノードが接続される。薄膜センサ１７と抵抗Ｒ３との接続ノードには、アンプＡＭＰの他方の入力ノードが接続される。

【0041】

図７に示すようなブリッジ回路構成することによって、予圧が変化した際の薄膜センサ１７の抵抗値の変化をアンプＡＭＰで検出することができる。

【0042】

［実施の形態２］
図８は、実施の形態２の軸受装置に用いられる予圧センサの構成を示す図である。図９は、図８の矢印Ｂ方向から見た外輪間座の一部を示す図である。

【0043】

図９には実施の形態２で用いられる外輪間座６ｇＡの側面図が示されている。外輪間座６ｇＡの端面７ａには少なくとも３個以上の凸部７ｂが等間隔で設けられる。凸部７ｂの端面７ｃには予圧センサ１１が配置される。予圧センサ１１としては、感圧シート１３、または薄膜センサ１７を使用することができる。この場合、外輪間座６ｇＡの端面と軸受５の外輪５ｇの端面とは、予圧センサ１１を介して凸部７ｂの面積だけで当接するため、予圧センサ１１に印加される面圧が高められ、予圧センサ１１の測定精度を向上させることができる。

【0044】

なお、凸部７ｂは、軸受５の外輪５ｇの端面を安定的に押すために外輪間座６ｇＡに３個以上設けることが好ましい。

【0045】

図１０は、図８に示した構成の変形例を示す図である。図１１は、図１０の矢印Ｂ２方向から見た外輪間座の一部を示す図である。図８，図９に示した構成では外輪間座６ｇＡの端面７ａに直接凸部７ｂを設けた。これに対し、図１０、図１１に示す構成は、小片２１に設けた凸部２１ｂの端面２１ｃに予圧センサ１１が配置される点が図８，図９に示した構成と異なる。小片２１は、外輪間座６ｇＢの端面７ａに設けた凹部７ｄに埋設され、ボルト２２で外輪間座６ｇＢに固定されている。小片２１であればサイズが外輪間座６ｇＡよりも小さいので、スパッタ等で薄膜センサを形成する場合に処理装置に入れやすいので有利である。なお、凸部２１ｂは、軸受５の外輪５ｇの端面を安定的に押すために外輪間座６ｇＢに３個以上設けることが好ましい。

【0046】

図１２は、実施の形態２の軸受装置の変形例の構成を示す断面図である。図８または図１０に示すように、凸部７ｂ、２１ｂに予圧センサ１１を設けた場合、軸受５の外輪５ｇ端面は、外輪間座６ｇＡ、６ｇＢとは予圧センサ１１を介して凸部７ｂ、２１ｂのみで当接することになる。この場合、軸受５の変形が懸念される場合には、図１２に示す軸受装置１Ａのように、外輪５ｇと外輪間座６ｇとの間にリング状の中間間座２３を入れ、中間間座２３に予圧センサ１１を取り付けてもよい。

【0047】

以上説明したように、工作機械のスピンドル装置に前述の予圧センサ１１を実装することができる。この場合には、工作機械運転中の軸受予圧状態を検出可能なため、軸受の状態の判断が容易となり、軸受５に異常（たとえば焼付き）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ことができる。

【0048】

たとえば、軸受予圧が閾値を超えた場合、あるいは予圧上昇変化率が閾値を超えた場合に焼き付きが生じる可能性が高い状態と判定し、切削加工を中止したり、回転速度を下げたりするなどの対策を行ない、軸受の焼き付きを防止することができる。

【0049】

なお、実施の形態１，２では、予圧センサ１１の内、薄膜センサ１７を外輪間座６ｇ、６ｇＡの金属表面に形成したが、軸受５の外輪５ｇの端面に薄膜センサ１７を形成してもよい。

【0050】

［実施の形態３］
実施の形態１，２では、２個の軸受５を背面組み合わせ（ＤＢ組み合わせ）としたが、実施の形態３では、２個の軸受５を正面組み合わせ（ＤＦ組み合わせ）とした例を示す。

【0051】

図１３は、実施の形態３の軸受装置の構成を示す断面図である。なお、図１３に示す軸受装置１Ｂの構造は、回転中心軸Ｏ－Ｏを中心として上下対称であるが、回転中心軸Ｏ－Ｏより下の部分は図示を省略している。

【0052】

軸受装置１Ｂは、軸受５５と、軸受５５に隣接して配置される間座５６と、予圧センサ６１とを備える。主軸４は、外筒２の内径部に埋設されたハウジング３に複数の軸受５５によって回転自在に支持される。各軸受５５は、内輪５５ｉと、外輪５５ｇと、転動体Ｔと、保持器Ｒｔとを含む。間座５６は、内輪間座５６ｉと、外輪間座５６ｇとを含む。

【0053】

実施の形態１，２では、ナット１０の締め付け力によって予圧が与えられたが、軸受５５を正面組み合わせにした場合、前蓋１２を図示しないボルト等で締め付けることによって予圧が与えられる。前蓋１２を図示しないボルト等で締め付けると、図１３の左側の軸受５５には、外輪５５ｇ、外輪５５ｇの軌動面、転動体Ｔ、内輪５５ｉの軌動面、内輪５５ｉ、内輪間座５６ｉの経路で予圧が印加される。また、図１３の右側の外輪には、内輪間座５６ｉ、内輪５５ｉ、内輪５５ｉの軌動面、転動体Ｔ、外輪５５ｇの軌動面、外輪５５ｇの経路で予圧が印加される。このため、予圧センサ６１は内輪間座５６ｉと内輪５５ｉとが当接する部分である、内輪間座５６ｉの端面または内輪５５ｉの端面に設けられる。なお、予圧センサ６１の位置は、予圧を与える力が伝わる経路上であれば他の位置であっても良い。

【0054】

しかし、予圧センサ６１を内輪間座５６ｉまたは内輪５５ｉに設けると、これらは主軸４とともに回転するため、予圧センサ６１の出力をケーブルＣＢで外部機器に送信するためには工夫が必要である。このため、実施の形態３では、内輪間座５６ｉの外周面に信号送信機２４が配置される。また、外輪間座５６ｇの内径面には、信号送信機２４と対向する位置に信号受信機２５が配置される。信号送信機２４と信号受信機２５との間で、非接触給電と非接触通信が行なわれる。

【0055】

図１４は、信号送信機２４と信号受信機２５の構成と、予圧センサ６１との接続状態を示す図である。

【0056】

信号送信機２４は、電力受信部２６と、センサ信号送信部２７と、センサ信号処理部２８と、これらを搭載する配線基板３１とを含む。配線基板３１は、好ましくは、内輪間座５６ｉの外周面に沿うように曲げることが可能に構成される。信号送信機２４は、内輪間座５６ｉに実装した予圧センサ６１に電力受信部２６で得た電力を供給する。予圧センサ６１で検出された予圧の信号は、センサ信号処理部２８によって非接触通信可能な信号に変換され、センサ信号送信部２７によって信号受信機２５に送信される。

【0057】

信号受信機２５は、給電電力送信部２９と、センサ信号受信部３０と、これらを搭載する配線基板３２とを含む。配線基板３２は、好ましくは、外輪間座５６ｇの内周面に沿うように曲げることが可能に構成される。信号受信機２５は、センサ信号受信部３０が受信した予圧センサ６１の予圧情報を含む信号をケーブルＣＢで送信しやすい信号に変換して、ケーブルＣＢを介して外部機器１００に送る。

【0058】

また、外部機器１００からは、信号受信機２５に電源が供給される。この電力の一部は、給電電力送信部２９から電力受信部２６に向けて非接触で送電される。電力の送電は、無線によるものであっても、また光波、赤外線、超音波によるもの、あるいは磁気結合により行なうものであっても良く、方式は限定されない。

【0059】

［実施の形態４］
図１５は、実施の形態４の軸受装置に用いられる予圧センサの構成を示す図である。図１６は、図１５の矢印Ｃ方向から見た内輪間座の一部を示す図である。図１５、図１６に示すように、内輪間座５６ｉＡの端面に凸部を設けて、その端面に予圧センサ６１を配置してもよい。

【0060】

図１７は、図１５に示した構成の変形例を示す図である。図１８は、図１７の矢印Ｃ２方向から見た内輪間座の一部を示す図である。図１７、図１８に示す構成は、小片７１に設けた凸部７１ｂの端面７１ｃに予圧センサ６１が配置される点が図１５，図１６に示した構成と異なる。小片７１は、内輪間座５６ｉＢの端面５６ａに設けた凹部５６ｄに埋設され、ボルト７２で内輪間座５６ｉＢに固定されている。

【0061】

また、実施の形態４においても、図１２の中間間座２３と同様な中間間座を内輪間座５６ｉと内輪５ｉとの間に挿入してもよい。

【0062】

以上説明したように、実施の形態１～４では、軸受の外輪端面と外輪間座とが当接する位置、または軸受の内輪端面と内輪間座とが当接する位置に面圧を測定する予圧センサを配置し、直接、面圧を測定することで、事前に測定した面圧と荷重の関係から軸受予圧量を測定することができる。

【0063】

また、間座に剛性を低くした起歪部を設けることなく予圧を測定するため、軸受装置の剛性を低下させることがなく予圧を測定できる。このため、予圧の測定が工作機械としての加工精度に影響することを避けることができる。

【0064】

さらに、予圧センサとして、感圧シート、あるいは金属面に圧力センサを直接形成した薄膜センサを用いるので、外輪間座の構造を複雑にすることなく、また、予圧センサの実装に必要なスペースも削減でき、軸受装置、および軸受予圧検出装置の小型化に貢献する。

【0065】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて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ことが意図される。

【符号の説明】

【0066】

１，１Ａ，１Ｂ 軸受装置、２ 外筒、３ ハウジング、３ａ 段差部、４ 主軸、５，５５ 軸受、５ｇ，５５ｇ 外輪、５ｉ，５５ｉ 内輪、６，９，５６ 間座、６ｇ，６ｇＡ，６ｇＢ，５６ｇ，６６ｇ 外輪間座、６ｉ，５６ｉ，５６ｉＡ，５６ｉＢ 内輪間座、７，７ａ，７ｃ，２１ｃ，５６ａ，７１ｃ 端面、７ｂ，２１ｂ，７１ｂ 凸部、７ｄ，５６ｄ 凹部、１０ ナット、１１，６１ 予圧センサ、１２ 前蓋、１３ 感圧シート、１４Ｂ，１４Ｆ 基材、１５Ｂ，１５Ｆ 電極、１６ 抵抗体、１７ 薄膜センサ、１８ 絶縁膜、１９ 薄膜パターン、２０ 保護膜、２１，７１ 小片、２２，７２ ボルト、２３ 中間間座、２４ 信号送信機、２５ 信号受信機、２６ 電力受信部、２７ センサ信号送信部、２８ センサ信号処理部、２９ 給電電力送信部、３０ センサ信号受信部、３１，３２ 配線基板、１００ 外部機器、ＡＭＰ アンプ、ＣＢ ケーブル、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗、Ｒｔ 保持器、ＳＢ 第２主面、ＳＦ 第１主面、Ｔ 転動体、ＶＳＤＣ 電源。

【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】

【図18】