JP2010216655A - Bearing assembly - Google Patents

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JP2010216655A
JP2010216655A JP2010032906A JP2010032906A JP2010216655A JP 2010216655 A JP2010216655 A JP 2010216655A JP 2010032906 A JP2010032906 A JP 2010032906A JP 2010032906 A JP2010032906 A JP 2010032906A JP 2010216655 A JP2010216655 A JP 2010216655A
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Ichiu Tanaka
一宇 田中
Koichiro Ono
浩一郎 小野
Tsutomu Hibi
勉 日比
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NSK Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearing assembly capable of obtaining a load acting on a rotary member and suitable for a machine tool. <P>SOLUTION: A spacer 2b with an annular encoder function in which a V-groove 3 has two oblique parts (circumferential boundary characteristics in different in two rows) 3a, 3b is provided in a rotary member 6 between two bearings 1b, 1c to detect a change in phase difference of a pulse signal of two oblique parts 3a, 3b of the spacer 2b with the annular encoder function detected by a rotary sensor 4, so that the load acting on the rotary member 6 can be calculated from the phase difference of the pulse signal, and the annular encoder is provided in the spacer 2b between the bearings 1b, 1c so as to be suitable for the machine tool. Furthermore, the rotary sensor 4 is fixed to a bar-like part 5b end of a sensor casing 5, and the sensor casing 5 is fixed to a stationary member 7, so that the rotary sensor 4 can be easily installed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は複数の軸受を使用した軸受組立体に関するものである。   The present invention relates to a bearing assembly using a plurality of bearings.

例えば旋盤やフライス盤、マシニングセンタなどの切削加工を行う工作機械にあって、切削時の荷重を検出することができると、工具寿命を向上できるような最適な加工条件を把握することができ、省エネルギー化などに貢献することができる。例えば、切粉排出量が同じで、切削荷重が小さいという加工条件を見出すことが可能になれば、その加工条件は効率的な加工条件であり、省エネルギーや工具寿命の延長につながる。   For example, in a machine tool that performs cutting such as a lathe, milling machine, machining center, etc., if the load during cutting can be detected, the optimum machining conditions that can improve the tool life can be grasped and energy saving can be achieved. Can contribute. For example, if it becomes possible to find a machining condition in which the amount of chips discharged is the same and the cutting load is small, the machining condition is an efficient machining condition, which leads to energy saving and extension of the tool life.

例えば、下記特許文献1では、水晶圧電式のセンサや市販の荷重センサを用いて、切削荷重の検出を行っている。しかしながら、市販のセンサ、例えば水晶圧電椎センサは高価であると共に、例えばアキシャル方向の荷重検出のみであれば1つの荷重センサでよいが、ラジアル方向の荷重検出を行おうとすると、複数の荷重センサが必要となり、より一層コストがかさんでしまう。   For example, in Patent Document 1 below, the cutting load is detected using a crystal piezoelectric sensor or a commercially available load sensor. However, a commercially available sensor, such as a quartz piezoelectric vertebra sensor, is expensive, and for example, only one load sensor may be used if only axial direction load detection is performed. However, when performing load detection in the radial direction, a plurality of load sensors are used. It becomes necessary and the cost is further increased.

そこで、本出願人は、下記特許文献2に記載される荷重検出機能付きの軸受組立体を提案した。この軸受組立体は、2列の異なる周方向境界特性を有するエンコーダを回転部材に設置する共に、そのエンコーダの2列の異なる周方向境界特性の夫々を回転センサで検出し、それら回転センサで検出された周方向境界特性の位相差から回転部材に作用する荷重を算出するものである。この軸受組立体によれば、高価な荷重センサを用いることなく、回転部材に作用する荷重を求めることができる。   Therefore, the present applicant has proposed a bearing assembly with a load detection function described in Patent Document 2 below. In this bearing assembly, two rows of encoders having different circumferential boundary characteristics are installed on the rotating member, and each of the two rows of different circumferential boundary characteristics of the encoder is detected by a rotation sensor and detected by these rotation sensors. The load acting on the rotating member is calculated from the phase difference between the circumferential boundary characteristics. According to this bearing assembly, the load acting on the rotating member can be obtained without using an expensive load sensor.

特開2002−187048号公報JP 2002-187048 A 特開2006−317420号公報JP 2006-317420 A

しかしながら、前記特許文献2に記載される軸受組立体は、あくまでも自動車の車輪のハブに用いるためのものであり、工作機械に適用するためには、何らかの工夫が必要である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、回転部材に作用する荷重を求めることができ且つ工作機械に好適な軸受組立体を提供することを目的とするものである。
However, the bearing assembly described in Patent Document 2 is only for use in a wheel hub of an automobile, and some device is required for application to a machine tool.
The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bearing assembly suitable for a machine tool that can determine a load acting on a rotating member. is there.

上記課題を解決するため、本発明の軸受組立体は、複数の軸受を使用した軸受組立体において、2列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間で回転部材に設置し、前記円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性を夫々検出する回転センサを少なくとも2カ所以上静止部材に設置し、前記回転センサで検出された円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出すると共に、前記回転センサをセンサ筐体の棒状部先端に固定し、当該センサ筐体を静止部材に固定したことを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, a bearing assembly according to the present invention is a bearing assembly using a plurality of bearings, and two rows of annular encoders having different circumferential boundary characteristics are installed on the rotating member between the plurality of bearings. And at least two rotation sensors for detecting different circumferential boundary characteristics of the two annular encoders on the stationary member, and two circumferential boundaries of the annular encoders detected by the rotation sensor. A change in the phase difference of the characteristic pulse signal is detected, the rotation sensor is fixed to the tip of the rod-shaped portion of the sensor casing, and the sensor casing is fixed to a stationary member.

また、複数の軸受を使用した軸受組立体において、2列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間とこれとは所定距離離間した位置とで回転部材に複数設置し、前記各円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性を夫々検出する回転センサを少なくとも4カ所以上静止部材に設置し、前記各回転センサで検出された円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出すると共に、前記各回転センサを個別のセンサ筐体の棒状部先端に固定し、当該センサ筐体を静止部材に固定したことを特徴とするものである。   Further, in a bearing assembly using a plurality of bearings, a plurality of annular encoders having different circumferential boundary characteristics in two rows are installed on the rotating member between the plurality of bearings and at positions spaced apart from each other by a predetermined distance. At least four rotation sensors for detecting different circumferential boundary characteristics of the two rows of the respective annular encoders are installed on at least four stationary members, and the two circumferential boundaries of the annular encoders detected by the respective rotation sensors are different. A change in phase difference of a characteristic pulse signal is detected, each rotation sensor is fixed to the tip of a rod-like portion of an individual sensor casing, and the sensor casing is fixed to a stationary member. .

また、前記検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材に作用する荷重を算出することを特徴とするものである。
また、前記各回転センサで検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材の温度を算出することを特徴とするものである。
また、前記円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも1列は、円環状エンコーダの回転に伴って境界特性が軸線方向に次第にずれていくものであることを特徴とするものである。
Further, a load acting on the rotating member is calculated by calculation from a change in the phase difference of the detected pulse signal.
Further, the temperature of the rotating member is calculated by calculation from the change in the phase difference of the pulse signal detected by each of the rotation sensors.
Further, among the two different circumferential boundary characteristics of the annular encoder, at least one of the boundary characteristics gradually shifts in the axial direction with the rotation of the annular encoder. It is.

また、前記回転センサが、回転部材の軸線方向に異なる位置で且つ周方向に同位置又は周方向にずれた位置に2個配設されていることを特徴とするものである。
また、前記回転センサが回転部材の周方向に複数配設されていることを特徴とするものである。
また、前記回転部材の軸直交断面で、前記センサ筐体を円環状エンコーダの中心軸からずらして静止部材に固定することを特徴とするものである。
Further, the two rotation sensors are arranged at different positions in the axial direction of the rotating member and at the same position in the circumferential direction or at positions shifted in the circumferential direction.
In addition, a plurality of the rotation sensors are arranged in the circumferential direction of the rotating member.
Further, the sensor housing is fixed to the stationary member while being shifted from the central axis of the annular encoder in the cross section orthogonal to the axis of the rotating member.

また、前記センサ筐体の棒状部を二股状に形成し、その二股棒状部の夫々に回転センサを固定することを特徴とするものである。
また、前記センサ筐体の棒状部の先端であって且つ回転センサを固定する面が楕円又は長円又は長方形であることを特徴とするものである。
また、前記センサ筐体を、別体の支持具及び固定具で静止部材に固定することを特徴とするものである。
Further, the rod-shaped portion of the sensor casing is formed in a bifurcated shape, and a rotation sensor is fixed to each of the bifurcated rod-shaped portion.
Further, the tip of the rod-like portion of the sensor casing and the surface on which the rotation sensor is fixed is an ellipse, an ellipse, or a rectangle.
Further, the sensor housing is fixed to the stationary member by a separate support tool and fixing tool.

また、前記センサ筐体と静止部材との間に位置決め部材を介装したことを特徴とするものである。
また、複数の軸受を並べて回転部材を支持する場合、それら複数の軸受の中央に回転センサを配設することを特徴とするものである。
また、前記静止部材に予め形成された管路内に回転センサからの信号ケーブルを挿通することを特徴とするものである。
また、単位回転当たりの発生パルス数が異なる2以上の円環状エンコーダを共通の回転部材に設置したことを特徴とするものである。
Further, a positioning member is interposed between the sensor casing and the stationary member.
Further, when a plurality of bearings are arranged side by side to support the rotating member, a rotation sensor is disposed at the center of the plurality of bearings.
Further, a signal cable from the rotation sensor is inserted into a conduit formed in advance in the stationary member.
Further, two or more annular encoders having different numbers of generated pulses per unit rotation are installed on a common rotating member.

而して、本発明の軸受組立体によれば、2列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間で回転部材に設置し、回転センサで検出された円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出することとしたため、このパルス信号の位相差から回転部材に作用する荷重を算出することができると共に、円環状エンコーダを軸受間の間座に設けることにより工作機械に好適に用いることができ、また回転センサをセンサ筐体の棒状部先端に固定し、当該センサ筐体を静止部材に固定することとしたため、回転センサの設置が容易になる。   Thus, according to the bearing assembly of the present invention, two annular encoders having different circumferential boundary characteristics are installed on the rotating member between the plurality of bearings, and the annular encoder detected by the rotation sensor is used. Since the change in the phase difference of the pulse signals having two different circumferential boundary characteristics is detected, the load acting on the rotating member can be calculated from the phase difference of the pulse signals, and the annular encoder is connected between the bearings. By providing it in the spacer, it can be used suitably for machine tools, and the rotation sensor is fixed to the tip of the rod-shaped part of the sensor housing, and the sensor housing is fixed to the stationary member. Becomes easier.

また、検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材に作用する荷重を算出することとしたため、工作機械の回転部材に作用する荷重を適正に求めることができる。
回転部材に、円環状エンコーダと回転センサとの組を2組所定距離離れて設置することにより、回転部材の熱膨張や熱収縮による長さの変化を検出することが可能となり、これに基づいて温度を検出することができる。
Moreover, since the load acting on the rotating member is calculated by calculation from the change in the phase difference of the detected pulse signal, the load acting on the rotating member of the machine tool can be obtained appropriately.
By installing two sets of an annular encoder and a rotation sensor at a predetermined distance on the rotating member, it becomes possible to detect a change in length due to thermal expansion and contraction of the rotating member. The temperature can be detected.

また、円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも1列は、円環状エンコーダの回転に伴って境界特性が軸線方向に次第にずれていくものであることとしたため、異なる周方向境界特性を容易に得ることができる。
また、回転センサが、回転部材の軸線方向に異なる位置で且つ周方向に同位置又は周方向にずれた位置に2個配設されていることとしたため、これらの回転センサからのパルス信号の位相差の変化により回転部材の軸線方向に作用する荷重を求めることができる。
In addition, at least one of the two different circumferential boundary characteristics of the annular encoder is such that the boundary characteristics gradually shift in the axial direction as the annular encoder rotates. The boundary characteristics can be easily obtained.
In addition, since two rotation sensors are arranged at different positions in the axial direction of the rotation member and at the same position in the circumferential direction or at positions shifted in the circumferential direction, the position of the pulse signal from these rotation sensors is determined. A load acting in the axial direction of the rotating member can be obtained by a change in phase difference.

また、回転センサが回転部材の周方向に複数配設されていることとしたため、これらの回転センサからのパルス信号の位相差の変化により回転部材の径方向に作用する荷重を求めることができる。
また、回転部材の軸直交断面で、センサ筐体を円環状エンコーダの中心軸からずらして静止部材に固定することとしたため、円環状エンコーダに対向するセンサ筐体の棒状部先端面積を大きくすることが可能となり、回転センサの配設・固定が容易になる。
Further, since a plurality of rotation sensors are arranged in the circumferential direction of the rotation member, a load acting in the radial direction of the rotation member can be obtained by a change in the phase difference of the pulse signals from these rotation sensors.
Also, since the sensor housing is fixed to the stationary member by shifting from the central axis of the annular encoder in the cross section orthogonal to the axis of the rotating member, the tip end area of the rod-shaped portion of the sensor housing facing the annular encoder is increased. The rotation sensor can be easily installed and fixed.

また、センサ筐体の棒状部を二股状に形成し、その二股棒状部の夫々に回転センサを固定することとしたため、円環状エンコーダに対向するセンサ筐体の棒状部先端の総面積を大きくすることが可能となり、回転センサの配設・固定が容易になる。
また、センサ筐体の棒状部の先端であって且つ回転センサを固定する面を楕円又は長円又は長方形としたことにより、同じ棒状部の幅でも回転センサを固定する棒状部先端の面積を大きくすることが可能となり、回転センサの配設・固定が容易になる。
In addition, since the rod-shaped portion of the sensor housing is formed in a bifurcated shape and the rotation sensor is fixed to each of the bifurcated rod-shaped portions, the total area of the tip of the rod-shaped portion of the sensor housing facing the annular encoder is increased. This makes it easy to dispose and fix the rotation sensor.
In addition, the surface of the rod-shaped portion of the sensor housing and the surface on which the rotation sensor is fixed is an ellipse, an ellipse, or a rectangle. This makes it easy to dispose and fix the rotation sensor.

また、センサ筐体を、別体の支持具及び固定具で静止部材に固定することとしたため、潤滑ノズルの固定方法を転用することができ、センサ筐体を容易に静止部材に固定することが可能となる。
また、センサ筐体と静止部材との間に位置決め部材を介装したことにより、センサ筐体の位置決めが容易になる。
また、複数の軸受を並べて回転部材を支持する場合、それら複数の軸受の中央に回転センサを配設することとしたため、温度膨張によるパルス信号の位相差の変化の誤差を回避することができる。
In addition, since the sensor casing is fixed to the stationary member with separate supports and fixtures, the method of fixing the lubrication nozzle can be diverted, and the sensor casing can be easily fixed to the stationary member. It becomes possible.
Further, since the positioning member is interposed between the sensor casing and the stationary member, the positioning of the sensor casing is facilitated.
Further, when a plurality of bearings are arranged side by side to support the rotating member, the rotation sensor is disposed in the center of the plurality of bearings, so that an error in the change in phase difference of the pulse signal due to temperature expansion can be avoided.

また、静止部材に予め形成された管路内に回転センサからの信号ケーブルを挿通することとしたため、新たなケーブル挿通孔を開設する必要がない。
また、単位回転当たりの発生パルス数が異なる2以上の円環状エンコーダを共通の回転部材に設置したことにより、回転部材の回転速度に応じて円環状エンコーダを使い分けることが可能となり、幅広い回転速度領域でパルス信号の位相差の変化を検出することができる。
In addition, since the signal cable from the rotation sensor is inserted into a conduit formed in advance in the stationary member, there is no need to open a new cable insertion hole.
In addition, by installing two or more annular encoders with different number of generated pulses per unit rotation on a common rotating member, it is possible to use different annular encoders according to the rotating speed of the rotating member. Thus, a change in the phase difference of the pulse signal can be detected.

本発明の軸受組立体の第1実施形態を示す工作機械の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the machine tool which shows 1st Embodiment of the bearing assembly of this invention. 図1の工作機械に用いられた円環状エンコーダ機能付き間座の斜視図である。It is a perspective view of the spacer with an annular encoder function used for the machine tool of FIG. 図1の工作機械に用いられた回転センサの斜視図である。It is a perspective view of the rotation sensor used for the machine tool of FIG. 図1のセンサ筐体の固定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing method of the sensor housing | casing of FIG. 図1のセンサ筐体の位置決め方法の説明図である。It is explanatory drawing of the positioning method of the sensor housing | casing of FIG. センサ筐体の種々の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the various forms of a sensor housing | casing. 図1の工作機械に用いられた回転センサの周方向の配設説明図である。It is arrangement | positioning explanatory drawing of the circumferential direction of the rotation sensor used for the machine tool of FIG. 図1の工作機械の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the machine tool of FIG. 図1の工作機械の他の実施形態の概略構成図である。It is a schematic block diagram of other embodiment of the machine tool of FIG. 本発明の軸受組立体の第2実施形態を示すセンサ筐体の説明図である。It is explanatory drawing of the sensor housing | casing which shows 2nd Embodiment of the bearing assembly of this invention. 本発明の軸受組立体の第3実施形態を示すセンサ筐体の説明図である。It is explanatory drawing of the sensor housing | casing which shows 3rd Embodiment of the bearing assembly of this invention. 本発明の軸受組立体の第4実施形態を示す工作機械の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the machine tool which shows 4th Embodiment of the bearing assembly of this invention. 本発明の軸受組立体の第5実施形態を示す工作機械の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the machine tool which shows 5th Embodiment of the bearing assembly of this invention. 温度依存位相差と温度との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between a temperature dependence phase difference and temperature. 制御装置で実行する温度算出処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the temperature calculation process procedure performed with a control apparatus. 本発明の軸受組立体の他の実施形態を示す工作機械の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the machine tool which shows other embodiment of the bearing assembly of this invention.

次に、本発明の軸受組立体の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の軸受組立体の第1実施形態を示す縦断面図である。この軸受組立体は、例えば工作機械の主軸などの回転部材6を支持するための4つの軸受1a〜1dを備えている。4つの軸受1a〜1dの間には、夫々、間座2a〜2cが介装されている。間座は、周知のように、軸受間の寸法を規制するものであると共に、例えば軸受に予圧が与えられている場合には、その予圧を確保するためのものでもある。なお、間座は、軸受1a〜1dの内輪側だけでなく、外輪側にも配設されているが、本実施形態で後述の円環状エンコーダの機能を付加するのは回転輪側、即ち内輪側だけであるので、この内輪側、つまり回転部材6側の間座2a〜2cについてのみ説明する。
Next, an embodiment of the bearing assembly of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a bearing assembly of the present invention. The bearing assembly includes four bearings 1a to 1d for supporting a rotating member 6 such as a main shaft of a machine tool, for example. Spacers 2a to 2c are interposed between the four bearings 1a to 1d, respectively. As is well known, the spacer regulates the dimension between the bearings, and also serves to ensure the preload when a preload is applied to the bearing, for example. The spacer is disposed not only on the inner ring side of the bearings 1a to 1d but also on the outer ring side. In this embodiment, the function of the annular encoder described later is added on the rotating wheel side, that is, the inner ring side. Only the inner ring side, that is, only the spacers 2a to 2c on the rotating member 6 side will be described.

本実施形態では、このうち、中央の2つの軸受1b、1c間の間座2bに円環状エンコーダの機能を付加した。この円環状エンコーダ機能付き間座2bは、例えば図2に示すように、軸受1b、1c間の距離を規制するために所定の幅(軸線方向長さ)が与えられた鋼製円筒リングであり、その外周には、所定周長毎或いは所定位相毎に、径方向から見たとき、幅方向中央部を先細りの先端とする対称形のV溝3が同方向に向けて形成されている。このV溝3は、例えば後述する回転センサによって、回転しているV溝の間座幅方向両端部の斜め部分3a、3bの磁束密度の変化をパルス信号として検出するためのものである。つまり、鋼製の間座2bは磁性体なので、回転センサから磁力を付与し、回転センサ側に発生する電流を検出すると、凹部であるV溝3が近接し、次いで離間するときに、正弦波状の電流変化が生じる。この電流値を所定の閾値でオン・オフすればパルス信号が得られる。なお、溝に変えて凸部としても、ほぼ同様の作用が得られる。   In this embodiment, the function of the annular encoder is added to the spacer 2b between the center two bearings 1b and 1c. The spacer 2b with an annular encoder function is a steel cylindrical ring provided with a predetermined width (length in the axial direction) in order to regulate the distance between the bearings 1b and 1c, for example, as shown in FIG. On the outer periphery, a symmetric V-groove 3 having a tapering tip at the center in the width direction is formed in the same direction when viewed from the radial direction at every predetermined circumferential length or every predetermined phase. The V-groove 3 is for detecting, as a pulse signal, a change in magnetic flux density of the oblique portions 3a and 3b at both ends of the rotating V-groove spacer width direction, for example, by a rotation sensor described later. That is, since the steel spacer 2b is a magnetic body, when a magnetic force is applied from the rotation sensor and a current generated on the rotation sensor side is detected, a sinusoidal wave is formed when the V-groove 3 as a recess approaches and then separates. Current change occurs. If this current value is turned on / off at a predetermined threshold, a pulse signal can be obtained. It should be noted that substantially the same operation can be obtained even if a convex portion is used instead of the groove.

図1に戻って、この円環状エンコーダ機能付き間座2bの外周には、複数の回転センサ4が配設されている。この実施形態では、1つのセンサ筐体5に対して、2つの回転センサ4を回転部材6の軸線方向に並べて(後述するように実際には少しずれている)配設している。つまり、1つのセンサ筐体5に設けられている2つの回転センサ4のうち、一方の回転センサ4は、前記円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の一方の斜め部分3aに対向し、他方の回転センサ4は、当該V溝3の他方の斜め部分3bに対向している。   Returning to FIG. 1, a plurality of rotation sensors 4 are arranged on the outer periphery of the spacer 2 b with an annular encoder function. In this embodiment, two rotation sensors 4 are arranged side by side in the axial direction of the rotation member 6 with respect to one sensor housing 5 (in fact, slightly shifted as will be described later). That is, of the two rotation sensors 4 provided in one sensor housing 5, one rotation sensor 4 faces one oblique portion 3a of the V groove 3 of the spacer 2b with annular encoder function. The other rotation sensor 4 faces the other oblique portion 3b of the V groove 3.

図3aには、回転センサ4及びセンサ筐体5の一例を示す。回転センサ4は、前述したように、鋼製の円環状エンコーダ機能付き間座2bに磁力を付与し、且つ当該円環状エンコーダ機能付き間座2bが回転したときにV溝3部分で生じる磁束密度の変化を電流値の変化として捉え、それを所定の閾値でオン・オフしてパルス信号を出力する。このため、回転センサ4はV溝3に対向する例えばホール素子のような磁電変換素子と、この磁電変換素子の背面側すなわちV溝3とは反対側に配設した永久磁石とで構成されている。勿論、パルス信号への変換機能を、センサ以外の部分に持たせてもよい。また、回転センサ4には、前述したパッシブ型の回転センサに加え、例えば特開2006−317420号公報に記載されるようなホール素子に対向させてV状に着磁した永久磁石を配置した構成を有するアクティブ型の回転センサを用いることも可能である。本発明では、種々の形態の回転センサを適用することができる。   FIG. 3 a shows an example of the rotation sensor 4 and the sensor housing 5. As described above, the rotation sensor 4 applies a magnetic force to the steel spacer 2b with an annular encoder function, and the magnetic flux density generated in the V groove 3 portion when the spacer 2b with the annular encoder function rotates. Is detected as a change in current value, and is turned on / off at a predetermined threshold value to output a pulse signal. For this reason, the rotation sensor 4 is composed of a magnetoelectric conversion element such as a Hall element facing the V groove 3 and a permanent magnet disposed on the back side of the magnetoelectric conversion element, that is, on the side opposite to the V groove 3. Yes. Of course, a function other than the sensor may be provided with a function of converting to a pulse signal. In addition to the passive type rotation sensor described above, the rotation sensor 4 has a configuration in which a permanent magnet magnetized in a V shape is disposed so as to face a Hall element as described in, for example, JP-A-2006-317420. It is also possible to use an active type rotation sensor having In the present invention, various forms of rotation sensors can be applied.

センサ筐体5は、回転センサ4を先端面に保持する小径の棒状部5bと、棒状部5bの後端部に連設された大径基部5aを備え、大径基部5aには、センサ筐体5を静止部材7に固定するための凹部5cが設けられている。図4に、センサ筐体5の固定方法の詳細を示す。本実施形態では、センサ筐体5の凹部5cに支持具8を収納し、その支持具8をボルトなどの固定具9で静止部材7に固定する。この固定方法は、例えば工作機械に用いられる潤滑ノズルの固定方法と同じであり、汎用性が高い。なお、センサ筐体5の静止部材7への固定方法は、前記に限定されるものではなく、例えばセンサ筐体の大径基部にフランジを設け、このフランジに設けたボルト孔にボルトを挿通し、そのボルトを静止部材に螺合し締付けて固定するようにしてもよい。   The sensor housing 5 includes a small-diameter rod-like portion 5b that holds the rotation sensor 4 on the front end surface, and a large-diameter base portion 5a that is connected to the rear end portion of the rod-like portion 5b. The large-diameter base portion 5a includes a sensor housing. A recess 5 c for fixing the body 5 to the stationary member 7 is provided. FIG. 4 shows details of the method for fixing the sensor housing 5. In the present embodiment, the support 8 is accommodated in the recess 5c of the sensor housing 5, and the support 8 is fixed to the stationary member 7 with a fixing tool 9 such as a bolt. This fixing method is the same as the method for fixing a lubrication nozzle used in a machine tool, for example, and is highly versatile. The method of fixing the sensor housing 5 to the stationary member 7 is not limited to the above. For example, a flange is provided at the large-diameter base of the sensor housing, and a bolt is inserted into a bolt hole provided in the flange. The bolt may be screwed and fixed to the stationary member.

また、図5に示すように、例えばセンサ筐体5の大径基部5aに貫通孔を開設し、この貫通孔に位置決めピン11を差し込み、この位置決めピン11を静止部材7に差し込んでセンサ筐体5の位置決めを行うようにしてもよい。このようにすれば、センサ筐体5の位置決めが容易になるばかりでなく、回転しやすい円柱状の大径基部5aの回転防止にもなり、これにより回転センサ4の位置を正確に決定することができる。なお、センサ筐体5の位置決め部材には、位置決めピンの他、キーなどの周知の位置決め部材を用いることができる。   Further, as shown in FIG. 5, for example, a through hole is formed in the large-diameter base portion 5a of the sensor housing 5, a positioning pin 11 is inserted into the through hole, and the positioning pin 11 is inserted into the stationary member 7 to thereby form the sensor housing. 5 positioning may be performed. In this way, not only the positioning of the sensor housing 5 is facilitated, but also the rotation of the columnar large-diameter base portion 5a that is easy to rotate is prevented, whereby the position of the rotation sensor 4 is accurately determined. Can do. As the positioning member of the sensor housing 5, a known positioning member such as a key can be used in addition to the positioning pin.

センサ筐体5の棒状部5bの先端面には、2つの回転センサ4が斜めに配設されている。センサ筐体5は、図3の左右方向が回転部材6の軸線方向と平行になるように静止部材7に固定されるので、2つの回転センサ4は、回転部材6の軸線方向に対して少しずれている。また、2つの回転センサ4は、円環状エンコーダ機能付き間座2bの周方向にも少しずれている。その理由については後段に説明する。なお、工作機械に用いる場合、回転センサ4が潤滑油に濡れる恐れがあり、潤滑油に濡れると回転センサ4が故障する恐れがある。そこで、図3bに示すように、センサ筐体5の棒状部5bの先端部を、樹脂などのモールド10で、回転センサ4ごと覆うようにしてもよく、そのようにすれば、回転センサ4が潤滑油に濡れるのを防止することができる。   Two rotation sensors 4 are disposed obliquely on the front end surface of the rod-like portion 5 b of the sensor housing 5. Since the sensor housing 5 is fixed to the stationary member 7 so that the left-right direction in FIG. 3 is parallel to the axial direction of the rotating member 6, the two rotation sensors 4 are slightly different from the axial direction of the rotating member 6. It's off. Further, the two rotation sensors 4 are slightly shifted in the circumferential direction of the spacer 2b with an annular encoder function. The reason will be described later. In addition, when using for a machine tool, there exists a possibility that the rotation sensor 4 may get wet with lubricating oil, and when it gets wet with lubricating oil, there exists a possibility that the rotation sensor 4 may break down. Therefore, as shown in FIG. 3b, the tip of the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 may be covered with the rotation sensor 4 with a mold 10 such as a resin. It can prevent getting wet with the lubricating oil.

図6には、センサ筐体5の種々の形態を示す。このうち、図6aでは、センサ筐体5の棒状部5bの先端面、つまり回転センサ4の固定面が楕円になっており、図6bでは長円、図6cでは長方形になっている。これらのセンサ筐体5は、何れも固定面の短軸方向又は短辺方向が回転部材6の軸線方向になるように静止部材7に固定される。回転部材を複数の軸受で支持する場合、軸受間の距離は短く設定される。この短い軸受間に配設された間座に対向するように回転センサ4を設置する必要があるが、当然ながら回転センサ4を固定するセンサ筐体5の棒状部5bの回転部材軸線方向長さも規定される。そこで、センサ筐体5の棒状部5bの先端面を楕円、長円、長方形とし、その短軸方向又は短辺方向が回転部材6の軸線方向になるようにセンサ筐体5を静止部材7に固定することにより、回転センサ4の取付面積を確保しながら、棒状部5bの幅(回転部材軸線方向長さ)を短くすることができる。   FIG. 6 shows various forms of the sensor housing 5. Among these, in FIG. 6a, the front end surface of the rod-shaped portion 5b of the sensor housing 5, that is, the fixed surface of the rotation sensor 4 is an ellipse, an ellipse in FIG. 6b, and a rectangle in FIG. 6c. Each of these sensor housings 5 is fixed to the stationary member 7 so that the short axis direction or the short side direction of the fixed surface is the axial direction of the rotating member 6. When the rotating member is supported by a plurality of bearings, the distance between the bearings is set short. Although it is necessary to install the rotation sensor 4 so as to face the spacer disposed between the short bearings, naturally, the length of the rod-shaped portion 5b of the sensor housing 5 for fixing the rotation sensor 4 in the axial direction of the rotating member is also included. It is prescribed. Therefore, the tip surface of the rod-shaped portion 5b of the sensor housing 5 is an ellipse, an ellipse, or a rectangle, and the sensor housing 5 is attached to the stationary member 7 so that the short axis direction or the short side direction is the axial direction of the rotating member 6. By fixing, the width of the rod-shaped portion 5b (length in the axial direction of the rotating member) can be shortened while securing the mounting area of the rotation sensor 4.

また、本実施形態では、図7に示すように、回転部材6の周囲に、120°毎に、計3つのセンサ筐体5が配設されている。即ち、1つの円環状エンコーダ機能付き間座2bの周囲には、回転部材6の軸線方向に2つの回転センサ4の対が並んで配設され、その対が、当該円環状エンコーダ機能付き間座2bの周囲に3対等間隔に配設されていることになる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a total of three sensor housings 5 are arranged around the rotating member 6 every 120 °. That is, a pair of two rotation sensors 4 is arranged in the axial direction of the rotating member 6 around the one spacer 2b with an annular encoder function, and the pair is a spacer with the annular encoder function. It will be arrange | positioned by 3 pairs equidistantly around 2b.

これらの回転センサ4の出力から回転部材6に作用する荷重を求める方法について簡潔に説明する。例えば、回転部材6にアキシャル方向(軸線方向)の荷重が作用する場合、当該アキシャル方向の荷重がないときに、前記回転部材6の軸線方向に配設された2つの回転センサ4のパルス信号にズレがない、つまり2つの回転センサ4の夫々が、前記円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の2つの斜め部分3a、3bを位相ズレなく検出している状態から回転部材6にアキシャル方向の荷重が作用すると、円環状エンコーダ機能付き間座2bの位置が回転部材6の軸線方向の何れか一方にずれる、即ち変位する。このように円環状エンコーダ機能付き間座2bの位置が回転部材6の軸線方向にずれると、2つの回転センサ4の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の2つの斜め部分3a、3bに位相ズレが生じる。このように2つの回転センサ4の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の2つの斜め部分3a、3bに位相ズレが生じると、2つの回転センサ4から出力されるパルス信号に位相差の変化が発生する。この位相差の変化は、回転部材6のアキシャル方向への荷重による円環状エンコーダ機能付き間座2bの変位量と等価なので、後述する制御装置によって、パルス信号の位相差から回転部材6のアキシャル方向への荷重を算出することができる。   A method for obtaining the load acting on the rotating member 6 from the outputs of the rotation sensors 4 will be briefly described. For example, when a load in the axial direction (axial direction) acts on the rotating member 6, when there is no load in the axial direction, the pulse signals of the two rotation sensors 4 arranged in the axial direction of the rotating member 6 are used. There is no misalignment, that is, the two rotation sensors 4 are axially applied to the rotating member 6 from the state in which the two oblique portions 3a and 3b of the V groove 3 of the spacer 2b with the annular encoder function are detected without phase misalignment. When a load in the direction is applied, the position of the spacer 2b with the annular encoder function is shifted to one of the axial directions of the rotating member 6, that is, displaced. When the position of the spacer 2b with the annular encoder function is shifted in the axial direction of the rotating member 6 in this way, 2 of the V groove 3 of the spacer 2b with the annular encoder function detected by the two rotation sensors 4 is detected. A phase shift occurs in the two oblique portions 3a and 3b. Thus, when a phase shift occurs in the two oblique portions 3a and 3b of the V groove 3 of the spacer 2b with the annular encoder function detected by each of the two rotation sensors 4, the two rotation sensors 4 output the signals. A change in phase difference occurs in the pulse signal. This change in phase difference is equivalent to the amount of displacement of the spacer 2b with the annular encoder function due to the load in the axial direction of the rotating member 6, so that the control device described later determines the axial direction of the rotating member 6 from the phase difference of the pulse signal. The load on can be calculated.

また、例えば、回転部材6にラジアル方向(径方向)の荷重が作用する場合、当該ラジアル方向の荷重がないときに、前記回転部材6の周方向に配設された3対(対のうちの1つを代表して3つと考えても同じ)の回転センサ4のパルス信号にズレがない、つまり3対(又は3つ)の回転センサ4の夫々が、前記円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の2つ(又は何れか一方)の斜め部分3a、3bを位相ズレなく検出している状態から回転部材6にラジアル方向の荷重が作用すると、円環状エンコーダ機能付き間座2bの位置が回転部材6の径方向の何れか一方にずれる、即ち変位する。このように円環状エンコーダ機能付き間座2bの位置が回転部材6の径方向にずれると、3対(又は3つ)の回転センサ4の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の2つ(又は何れか一方)の斜め部分3a、3bに位相ズレが生じる。このように3対(又は3つ)の回転センサ4の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の2つ(又は何れか一方)の斜め部分3a、3bに位相ズレが生じると、3対の回転センサ4から出力されるパルス信号に位相差の変化が発生する。この位相差の変化は、回転部材6のラジアル方向への荷重による円環状エンコーダ機能付き間座2bの変位量と等価なので、後述する制御装置によって、パルス信号の位相差から回転部材6のラジアル方向への荷重を算出することができる。   Further, for example, when a radial (radial) load is applied to the rotating member 6, when there is no radial load, three pairs (of the pairs) arranged in the circumferential direction of the rotating member 6 are provided. There is no deviation in the pulse signal of the rotation sensor 4 of the rotation sensor 4). That is, each of the three pairs (or three) of rotation sensors 4 has the annular encoder function spacer 2b. When a radial load is applied to the rotary member 6 from a state where the two (or any one) oblique portions 3a, 3b of the V-groove 3 are detected without phase shift, the spacer 2b with the annular encoder function is applied. The position is shifted, that is, displaced in any one of the radial directions of the rotating member 6. Thus, when the position of the spacer 2b with the annular encoder function is shifted in the radial direction of the rotating member 6, the spacer 2b with the annular encoder function detected by each of the three pairs (or three) of the rotation sensors 4 is detected. A phase shift occurs in the two (or any one) oblique portions 3a and 3b of the V-groove 3. In this way, the phase is applied to two (or any one) of the oblique portions 3a and 3b of the V groove 3 of the spacer 2b with the annular encoder function detected by each of the three pairs (or three) of rotation sensors 4. When the deviation occurs, a change in phase difference occurs in the pulse signals output from the three pairs of rotation sensors 4. This change in the phase difference is equivalent to the amount of displacement of the spacer 2b with the annular encoder function due to the load in the radial direction of the rotating member 6, so that the control device described later determines the radial direction of the rotating member 6 from the phase difference of the pulse signal. The load on can be calculated.

これらのことから、本実施形態では、V溝3の2つの斜め部分3a、3bを、2列の異なる周方向境界特性と定義した。周方向境界特性は、例えば検出されるパルス信号のエッジを示す。V溝3の2つの斜め部分3a、3bでは、円環状エンコーダ機能付き間座2bの回転に伴って、検出されるパルス信号のエッジが、回転部材6の軸線方向に次第にずれていく。このV溝3の2つの斜め部分3a、3bのパルス信号を検出している状態で、回転部材6にアキシャル方向、或いはラジアル方向の荷重が付加されると、検出される2列の時間軸上の検出パルスに時間差、つまり2つの検出パルスの位相差に変化が生じる。この2つの検出パルスの位相差の変化を検出するためのものであることから、V溝3の2つの斜め部分3a、3bを2列の異なる周方向境界特性とした。なお、V溝に変えてV字状の凸部であっても、同様の機能を有することから、この場合も2列の異なる周方向境界特性と言える。また、後述するように、V字状の磁極を回転させ、その斜め部分の近接、離間によって生じる正弦波状電流を所定の閾値でオン・オフしても、同様の機能を有することから、この場合も2列の異なる周方向境界特性とする。また、検出パルスの位相差には、位相差をパルス周期で除した、位相差比を用いるのが好ましい。即ち、前述のように検出パルスの時間差を位相差とした場合、回転速度が変化するだけでも、パルス周期が変化するため、検出パルスの時間差も変化してしまう。これに対し、位相差をパルス周期で除した位相差比は、回転速度が変化しても変化しないので、この位相差比を位相差として用いるのがよい。   Therefore, in the present embodiment, the two oblique portions 3a and 3b of the V-groove 3 are defined as two different circumferential boundary characteristics. The circumferential boundary characteristic indicates, for example, an edge of a detected pulse signal. In the two oblique portions 3 a and 3 b of the V groove 3, the edge of the detected pulse signal gradually shifts in the axial direction of the rotating member 6 with the rotation of the spacer 2 b with the annular encoder function. When a load in the axial direction or radial direction is applied to the rotating member 6 in a state where the pulse signals of the two oblique portions 3a and 3b of the V-groove 3 are detected, two rows on the detected time axis The detection pulse has a time difference, that is, a phase difference between the two detection pulses. Since it is for detecting a change in the phase difference between the two detection pulses, the two oblique portions 3a and 3b of the V-groove 3 have two different circumferential boundary characteristics. In addition, even if it is a V-shaped convex part instead of a V-groove, since it has the same function, it can be said also in this case that two rows have different circumferential boundary characteristics. In addition, in this case, since the V-shaped magnetic pole is rotated and the sinusoidal current generated by the proximity and separation of the oblique portion is turned on and off at a predetermined threshold, as described later, the same function is obtained. Are also two different circumferential boundary characteristics. Further, it is preferable to use a phase difference ratio obtained by dividing the phase difference by the pulse period as the phase difference of the detection pulse. That is, as described above, when the time difference between detection pulses is a phase difference, even if the rotation speed changes, the pulse period changes, so the time difference between detection pulses also changes. On the other hand, since the phase difference ratio obtained by dividing the phase difference by the pulse period does not change even if the rotation speed changes, this phase difference ratio is preferably used as the phase difference.

ここで、前記対をなす2つの回転センサ4が間座2bの周方向にずれている理由について説明する。この対をなす2つの回転センサ4では、例えば前述した回転部材へのアキシャル方向への荷重による検出パルスの位相差の変化を検出することができる。この検出パルスの位相差の変化検出に際し、一般的には、何れか一方の検出パルスを基準とし、他方の検出パルス到達までの時間を計測する。このとき、2つの検出パルスが位相ズレしていないことを前提に一方の検出パルスから他方の検出パルスまでの時間を計測すると、例えば一方の検出パルスに対する他方の検出パルスの位相ズレがないときに「0」、一方の検出パルスに対して他方の検出パルスがパルス1波長分位相ズレしているとき時間が「1」であるとすると、計測される時間は「0」から最大で「1」まで及ぶ。実質的にパルス1波長分位相ズレすることがなくても、値は「0」近傍と「1」近傍に現れるため、メモリやカウンタに容量の大きなものが必要となり、演算負荷も増大する。これに対し、初期設定として一方の検出パルスに対して他方の検出パルスが、例えば0.5パルス波長分位相ズレして検出されるようにしておけば、値は「0.5」近傍にのみ現れ、メモリやカウンタの容量や演算負荷を低減することができる。これを実現するために、例えば前記2列の異なる周方向境界特性がV溝の2つの斜め部分である場合、前記対をなす2つの回転センサ4を間座2bの周方向に、「0.5」パルス波長分ずらし、位相ズレの初期値を「0.5」に設定し、その初期値からの位相差の変化を2つの検出パルスの位相差の変化として検出する。なお、前述したように、検出パルスの位相差には、実際の位相差をパルス周期で除した位相差比を用いるのが好ましい。   Here, the reason why the two rotation sensors 4 forming the pair are displaced in the circumferential direction of the spacer 2b will be described. The two rotation sensors 4 that form a pair can detect a change in the phase difference of the detection pulse due to, for example, the load applied to the rotating member in the axial direction. In detecting the change in the phase difference of the detection pulse, generally, one of the detection pulses is used as a reference, and the time until the other detection pulse is reached is measured. At this time, if the time from one detection pulse to the other detection pulse is measured on the assumption that the two detection pulses are not out of phase, for example, when there is no phase deviation of the other detection pulse from one detection pulse If the time is “1” when the phase of the other detection pulse is shifted by one wavelength with respect to one detection pulse, the time to be measured is “1” up to “1”. It extends to. Even if the phase does not substantially shift by one wavelength, the values appear in the vicinity of “0” and “1”, so that a memory and a counter need to have a large capacity, and the calculation load increases. On the other hand, if the other detection pulse is detected with a phase shift of 0.5 pulse wavelength, for example, with respect to one detection pulse as an initial setting, the value is only in the vicinity of “0.5”. As a result, the capacity of the memory and the counter and the calculation load can be reduced. In order to realize this, for example, when the different circumferential boundary characteristics of the two rows are two oblique portions of the V-groove, the pair of two rotation sensors 4 are placed in the circumferential direction of the spacer 2b as “0. 5 ”is shifted by the pulse wavelength, the initial value of the phase shift is set to“ 0.5 ”, and the change in the phase difference from the initial value is detected as the change in the phase difference between the two detection pulses. As described above, it is preferable to use the phase difference ratio obtained by dividing the actual phase difference by the pulse period as the phase difference of the detection pulse.

図8は、本実施形態の軸受組立体が適用された工作機械の主軸装置のユニット全体構成図であり、例えば旋盤やフライス盤、マシニングセンタなどの高速回転型汎用工作機械を始め、種々の高速回転型専用工作機械にも用いられるものである。回転部材6は主軸であり、静止部材7はハウジングである。回転部材6である主軸は、図の左方から静止部材7であるハウジング内に差し込まれ、ハウジングの左端開口部にキャップを固定して抜けないようにしてある。   FIG. 8 is an overall configuration diagram of a spindle unit of a machine tool to which the bearing assembly of the present embodiment is applied. For example, various high-speed rotation types such as a high-speed rotation type general-purpose machine tool such as a lathe, a milling machine, and a machining center are illustrated. It is also used for dedicated machine tools. The rotating member 6 is a main shaft, and the stationary member 7 is a housing. The main shaft which is the rotating member 6 is inserted into the housing which is the stationary member 7 from the left side of the drawing, and a cap is fixed to the left end opening of the housing so as not to come off.

回転センサ4の出力は、信号ケーブル19を介して、外部の制御装置20で読込まれる。制御装置20では、例えば予めサンプリングした回転センサ4からのパルス信号の位相差と回転部材6に作用するラジアル方向の荷重、アキシャル方向の荷重の関係を記憶しておき、検出される回転センサ4からのパルス信号の位相差から、演算によって回転部材6に作用するラジアル方向の荷重、アキシャル方向の荷重を算出する。なお、本実施形態の回転センサ4によれば、同様の手法を用いて、他の方向からの荷重を算出することも可能であり、その場合も、予めサンプリングした各方向からの荷重と、その際に発生する回転センサ4からのパルス信号の位相差を記憶しておき、検出される回転センサ4からのパルス信号の位相差から、演算によって回転部材6に作用する荷重を算出すればよい。   The output of the rotation sensor 4 is read by the external control device 20 via the signal cable 19. In the control device 20, for example, the relationship between the phase difference of the pulse signal from the rotation sensor 4 sampled in advance and the load in the radial direction and the load in the axial direction acting on the rotation member 6 is stored. The radial load and the axial load acting on the rotating member 6 are calculated from the phase difference of the pulse signals. In addition, according to the rotation sensor 4 of this embodiment, it is also possible to calculate the load from other directions using the same method, and also in that case, the load from each direction sampled in advance, The phase difference of the pulse signal from the rotation sensor 4 generated at the time may be stored, and the load acting on the rotating member 6 may be calculated by calculation from the detected phase difference of the pulse signal from the rotation sensor 4.

図9には、他の実施形態の軸受組立体が適用された工作機械の主軸装置のユニット全体構成図を示す。この実施形態では、例えばセンサ筐体5を図の下方に取付け、信号ケーブル19を、予め静止部材7に開設された潤滑用又は冷却用の管路12内に挿通したものである。このようにすることで、信号ケーブル19用の孔を静止部材7に新たに開設する必要がなくなる。   FIG. 9 shows an overall unit configuration diagram of a spindle device of a machine tool to which a bearing assembly of another embodiment is applied. In this embodiment, for example, the sensor housing 5 is attached to the lower side of the figure, and the signal cable 19 is inserted into the lubrication or cooling conduit 12 previously opened in the stationary member 7. In this way, it is not necessary to newly open a hole for the signal cable 19 in the stationary member 7.

このように、本実施形態の軸受組立体では、V溝3が2つの斜め部分(2列の異なる周方向境界特性)3a、3bを有する円環状エンコーダ機能付き間座2bを2つの軸受1b、1cの間で回転部材6に設置し、回転センサ4で検出された円環状エンコーダ機能付き間座2bの2つの斜め部分(2列の異なる周方向境界特性)3a、3bのパルス信号の位相差の変化を検出することにより、このパルス信号の位相差から回転部材6に作用する荷重を算出することができると共に、円環状エンコーダを軸受1b、1c間の間座2bに設けることにより工作機械に好適に用いることができ、また回転センサ4をセンサ筐体5の棒状部5b先端に固定し、当該センサ筐体5を静止部材7に固定することにより、回転センサ4の設置が容易になる。   As described above, in the bearing assembly of the present embodiment, the V-groove 3 includes two oblique portions (two rows of different circumferential boundary characteristics) 3a and 3b. The phase difference between the two oblique portions (two different circumferential boundary characteristics) 3a and 3b of the spacer 2b with an annular encoder function, which is installed on the rotating member 6 between 1c and detected by the rotation sensor 4 The load acting on the rotating member 6 can be calculated from the phase difference of the pulse signal by detecting the change of the pulse signal, and the annular encoder is provided in the spacer 2b between the bearings 1b and 1c. The rotation sensor 4 can be suitably used, and the rotation sensor 4 can be easily installed by fixing the rotation sensor 4 to the tip of the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 and fixing the sensor housing 5 to the stationary member 7.

また、検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材6に作用する荷重を算出することにより、工作機械の回転部材6に作用する荷重を適正に求めることができる。
また、円環状エンコーダ機能付き間座2bの2列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも1列を、円環状エンコーダ機能付き間座2bの回転に伴って境界特性が軸線方向に次第にずれていく斜め部分3a、3bとしたため、異なる周方向境界特性を容易に得ることができる。
Further, by calculating the load acting on the rotating member 6 by calculation from the change in the phase difference of the detected pulse signal, the load acting on the rotating member 6 of the machine tool can be appropriately obtained.
Of the two different circumferential boundary characteristics of the spacer 2b with the annular encoder function, the boundary characteristic gradually shifts in the axial direction as the spacer 2b with the annular encoder function rotates. Since the inclined portions 3a and 3b are used, different circumferential boundary characteristics can be easily obtained.

また、回転センサ4が、回転部材6の軸線方向に異なる位置で且つ周方向に同位置又は周方向にずれた位置に2個配設されていることとしたため、これらの回転センサ4からのパルス信号の位相差の変化により回転部材6のアキシャル方向(軸線方向)に作用する荷重を求めることができる。
また、回転センサ4が回転部材6の周方向に複数配設されていることとしたため、これらの回転センサ4からのパルス信号の位相差の変化により回転部材6のラジアル方向(径方向)に作用する荷重を求めることができる。
Since two rotation sensors 4 are arranged at different positions in the axial direction of the rotation member 6 and at the same position in the circumferential direction or at positions shifted in the circumferential direction, pulses from these rotation sensors 4 are arranged. The load acting in the axial direction (axial direction) of the rotating member 6 can be determined by the change in the signal phase difference.
In addition, since a plurality of rotation sensors 4 are arranged in the circumferential direction of the rotation member 6, the rotation sensor 4 acts in the radial direction (radial direction) due to the change in the phase difference of the pulse signals from the rotation sensors 4. Load to be obtained.

また、センサ筐体5の棒状部5bの先端であって且つ回転センサ4を固定する面を楕円又は長円又は長方形としたことにより、同じ棒状部5bの幅でも回転センサ4を固定する棒状部先端の面積を大きくすることが可能となり、回転センサ4の配設・固定が容易になる。
また、センサ筐体5を、別体の支持具8及び固定具9で静止部材7に固定することとしたため、潤滑ノズルの固定方法を転用することができ、センサ筐体5を容易に静止部材7に固定することが可能となる。
Further, the end of the rod-shaped portion 5b of the sensor housing 5 and the surface on which the rotation sensor 4 is fixed is an ellipse, an ellipse, or a rectangle, so that the rod-shaped portion that fixes the rotation sensor 4 with the same width of the rod-shaped portion 5b. The tip area can be increased, and the rotation sensor 4 can be easily disposed and fixed.
In addition, since the sensor housing 5 is fixed to the stationary member 7 with the separate support 8 and fixture 9, the method of fixing the lubricating nozzle can be diverted, and the sensor housing 5 can be easily fixed to the stationary member 7. 7 can be fixed.

また、センサ筐体5と静止部材7との間に位置決めピン11などの位置決め部材を介装したことにより、センサ筐体5の位置決めが容易になると共に、センサ筐体5の廻り止めとなる。
また、複数の軸受1aから1dを並べて回転部材6を支持する場合、それら複数の軸受1a〜1dの中央に回転センサ4を配設することとしたため、温度膨張によるパルス信号の位相差の変化の誤差を回避することができる。
また、静止部材7に予め形成された管路12内に回転センサからの信号ケーブルを挿通することとしたため、新たなケーブル挿通孔を開設する必要がない。
In addition, since the positioning member such as the positioning pin 11 is interposed between the sensor housing 5 and the stationary member 7, the positioning of the sensor housing 5 is facilitated and the rotation of the sensor housing 5 is prevented.
In addition, when the plurality of bearings 1a to 1d are arranged side by side to support the rotating member 6, the rotation sensor 4 is disposed at the center of the plurality of bearings 1a to 1d. Errors can be avoided.
Further, since the signal cable from the rotation sensor is inserted into the duct 12 formed in advance in the stationary member 7, it is not necessary to open a new cable insertion hole.

次に、本発明の軸受組立体の第2実施形態について、図10を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第1実施形態の図1のものと同様であり、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、センサ筐体5の基部5dから2本の棒状部5bを突設し、その夫々の先端面に回転センサ4を1つずつ固定する。回転センサ4は、図10cに示すように、円環状エンコーダ機能付き間座2bの周方向に並ぶように配設される。センサ筐体5の基部5dには、棒状部5bの配列方向両外側にフランジ5fが突設され、その夫々にボルト孔5gが開設されている。センサ筐体5を静止部材7に固定する場合には、基部5dを所定位置にセットした後、ボルト孔5gにボルト13を挿通し、静止部材7に開設されているネジ穴に螺合し締付けて固定する。なお、図中の符号5eは、信号ケーブルガイドである。   Next, a second embodiment of the bearing assembly of the present invention will be described with reference to FIG. The spindle device of the machine tool to which the bearing assembly of this embodiment is applied is the same as that of FIG. 1 of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. In the present embodiment, two rod-like portions 5b are projected from the base portion 5d of the sensor housing 5, and the rotation sensors 4 are fixed one by one to their respective front end surfaces. As shown in FIG. 10c, the rotation sensors 4 are arranged so as to be aligned in the circumferential direction of the spacer 2b with an annular encoder function. The base 5d of the sensor housing 5 is provided with flanges 5f protruding on both outer sides in the arrangement direction of the rod-like portions 5b, and a bolt hole 5g is formed in each of them. When the sensor housing 5 is fixed to the stationary member 7, the base portion 5d is set at a predetermined position, and then the bolt 13 is inserted into the bolt hole 5g and screwed into the screw hole formed in the stationary member 7 and tightened. And fix. In addition, the code | symbol 5e in a figure is a signal cable guide.

前述したように、例えば回転部材6に作用するアキシャル方向荷重検出のための回転センサ4は、円環状エンコーダ機能付き間座2bの周方向にずれていてもよいので、このように棒状部5bを円環状エンコーダ機能付き間座2bの周方向に並べて突設し、その夫々の先端面に回転センサ4を固定しても差し支えない。また、このように棒状部5bを2本突設する、つまり二股状に設けることにより、それらの先端面の総面積、つまり回転センサ4の固定面積を確保することができ、その分だけ、回転センサ4のレイアウトの自由度が高まる。
このように、本実施形態の軸受組立体では、センサ筐体5の棒状部5bを二股状に形成し、その二股棒状部5bの夫々に回転センサ4を固定することにより、円環状エンコーダ機能付き間座2bに対向するセンサ筐体5の棒状部5bの先端総面積を大きくすることが可能となり、回転センサ4の配設・固定が容易になる。
As described above, for example, the rotation sensor 4 for detecting the axial load acting on the rotating member 6 may be displaced in the circumferential direction of the spacer 2b with the annular encoder function. There may be no problem even if the spacers 2b with the annular encoder function are juxtaposed in the circumferential direction and the rotation sensor 4 is fixed to the respective front end surfaces. In addition, by providing two rod-like portions 5b projecting in this way, that is, in a bifurcated shape, the total area of their tip surfaces, that is, the fixed area of the rotation sensor 4 can be secured, and the rotation is correspondingly increased. The degree of freedom of the layout of the sensor 4 is increased.
Thus, in the bearing assembly of this embodiment, the rod-shaped portion 5b of the sensor housing 5 is formed in a bifurcated shape, and the rotation sensor 4 is fixed to each of the bifurcated rod-shaped portion 5b, thereby providing an annular encoder function. The total tip area of the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 facing the spacer 2b can be increased, and the rotation sensor 4 can be easily disposed and fixed.

次に、本発明の軸受組立体の第3実施形態について、図11を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第1実施形態の図1のものと同様であり、その詳細な説明を省略する。本実施形態のセンサ筐体5の基部5dの周辺は、前記図10の第2実施形態に類似しており、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、センサ筐体5の具体的な静止部材7への固定方法も、前記図10の第2実施形態と同様である。なお、本実施形態でセンサ筐体5の基部5dから突設される棒状5bは1本だけである。そして、本実施形態では、図11cに明示するように、回転部材6の軸直交断面で、センサ筐体5、より厳密にはセンサ筐体5から突設されている棒状部5bを円環状エンコーダ機能付き間座2bの中心軸からずらした状態で、静止部材7に固定している。このように、センサ筐体5の棒状部5bを円環状エンコーダ機能付き間座2bの中心軸からずらすと、当該棒状部5bが円環状エンコーダ機能付き間座2bの外周面に最も接近する部分は、径方向から少しずれた、斜め方向になる。   Next, a third embodiment of the bearing assembly of the present invention will be described with reference to FIG. The spindle device of the machine tool to which the bearing assembly of this embodiment is applied is the same as that of FIG. 1 of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. The periphery of the base portion 5d of the sensor housing 5 of this embodiment is similar to that of the second embodiment of FIG. 10, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. The specific method for fixing the sensor housing 5 to the stationary member 7 is also the same as that in the second embodiment shown in FIG. In the present embodiment, there is only one bar 5b protruding from the base 5d of the sensor housing 5. In the present embodiment, as clearly shown in FIG. 11 c, the sensor housing 5, more precisely, the rod-like portion 5 b projecting from the sensor housing 5 in the cross section perpendicular to the axis of the rotating member 6 is formed into an annular encoder. It is fixed to the stationary member 7 in a state shifted from the central axis of the spacer 2b with function. As described above, when the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 is shifted from the central axis of the spacer 2b with the annular encoder function, the portion where the rod-like portion 5b is closest to the outer peripheral surface of the spacer 2b with the annular encoder function is , It becomes a diagonal direction slightly shifted from the radial direction.

この径方向から少しずれた斜め方向で、円環状エンコーダ機能付き間座2bの外周面に対向するようにセンサ筐体5の棒状部5bの先端面を形成すると、当該先端面は当該棒状部5bの突設方向に対して斜めに切断したような面になる(切断する必要はない)。図11a、bからも明らかなように、例えば棒状部5bが円柱である場合、棒状部5bの突設方向に対して斜めな先端面は楕円形になる。この突設方向に対して斜めな楕円形の棒状部5bの先端面は、例えば前記図3に明らかなように、突設方向に対して直交する円形の棒状部5bの先端面より面積が広い。センサ筐体5の棒状部5bの先端面積が広くなれば、回転センサ4の固定面積を確保することができ、その分だけ、回転センサ4のレイアウトの自由度が高まる。なお、センサ筐体5の棒状部5bの位置は、前記に限定されるものではなく、例えば図11で棒状部5bの先端部が円環状エンコーダ機能付き間座2bの中心軸の真横になるようにしてもよい。つまり、センサ筐体5の棒状部5bを円環状エンコーダ機能付き間座2bの中心軸からずれていれば、当該棒状部5bの先端部がどこになるようにしてもよい。
このように、本実施形態の軸受組立体では、回転部材6の軸直交断面で、センサ筐体5を円環状エンコーダ機能付き間座2bの中心軸からずらして静止部材7に固定することとしたため、円環状エンコーダ機能付き間座2bに対向するセンサ筐体5の棒状部5bの先端面積を大きくすることが可能となり、回転センサ4の配設・固定が容易になる。
When the distal end surface of the rod-shaped portion 5b of the sensor housing 5 is formed so as to face the outer peripheral surface of the spacer 2b with the annular encoder function in an oblique direction slightly deviated from the radial direction, the distal end surface becomes the rod-shaped portion 5b. It becomes the surface which cut | disconnected diagonally with respect to the protruding direction. As is clear from FIGS. 11a and 11b, for example, when the rod-like portion 5b is a cylinder, the tip surface oblique to the projecting direction of the rod-like portion 5b is elliptical. The tip surface of the elliptical rod-shaped portion 5b that is oblique to the projecting direction has a larger area than the tip surface of the circular rod-shaped portion 5b that is orthogonal to the projecting direction, as is apparent from FIG. 3, for example. . If the tip area of the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 is increased, the fixed area of the rotation sensor 4 can be secured, and the degree of freedom in layout of the rotation sensor 4 is increased accordingly. The position of the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 is not limited to the above, and for example, the tip of the rod-like portion 5b in FIG. 11 is directly beside the central axis of the spacer 2b with annular encoder function. It may be. That is, as long as the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 is displaced from the central axis of the spacer 2b with the annular encoder function, the tip portion of the rod-like portion 5b may be located anywhere.
Thus, in the bearing assembly of the present embodiment, the sensor housing 5 is displaced from the central axis of the spacer 2b with the annular encoder function and fixed to the stationary member 7 in the cross section orthogonal to the axis of the rotating member 6. The tip area of the rod-like portion 5b of the sensor housing 5 facing the spacer 2b with the annular encoder function can be increased, and the rotation sensor 4 can be easily disposed and fixed.

次に、本発明の軸受組立体の第4実施形態について、図12を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第1実施形態の図8のものに類似しており、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、前記第1実施形態の円環状エンコーダ機能付き間座2bに加えて、その図示左方の間座2aにも円環状エンコーダ機能を付加した。図12cは図示中央の円環状エンコーダ機能付き間座2bであり、図12bは図示左方の円環状エンコーダ機能付き間座2aである。勿論、円環状エンコーダ機能付き間座2aにも、前記第1実施形態と同様の回転センサ4がセンサ筐体5に固定された状態で対向配設されている。但し、2つの円環状エンコーダ機能付き間座2a、2bでは、V溝3の配設ピッチが異なる。具体的には、図示中央の円環状エンコーダ機能付き間座2bのV溝3の配設ピッチは広く、図示左方の円環状エンコーダ機能付き間座2aのV溝3の配設ピッチは狭い。即ち、2つの円環状エンコーダ機能付き間座2a、2bが等速で回転している場合、図示中央の円環状エンコーダ機能付き間座2bから単位回転当たりに検出されるパルス信号の数は少なく、図示左方の円環状エンコーダ機能付き間座2aから単位回転当たりに検出されるパルス信号の数は多い。   Next, 4th Embodiment of the bearing assembly of this invention is described using FIG. The spindle device of the machine tool to which the bearing assembly of the present embodiment is applied is similar to that of FIG. 8 of the first embodiment. Description is omitted. In this embodiment, in addition to the spacer 2b with the annular encoder function of the first embodiment, an annular encoder function is added to the left spacer 2a in the figure. Fig. 12c shows a spacer 2b with an annular encoder function in the center of the figure, and Fig. 12b shows a spacer 2a with an annular encoder function on the left side of the figure. Needless to say, the rotation sensor 4 similar to that of the first embodiment is also disposed facing the spacer 2a with an annular encoder function in a state of being fixed to the sensor housing 5. However, the arrangement pitch of the V-groove 3 is different between the two annular encoder function spacers 2a and 2b. Specifically, the arrangement pitch of the V-grooves 3 in the spacer 2b with the annular encoder function at the center in the drawing is wide, and the arrangement pitch of the V-grooves 3 in the spacer 2a with the annular encoder function at the left in the drawing is narrow. That is, when the two annular encoder function spacers 2a and 2b are rotating at a constant speed, the number of pulse signals detected per unit rotation from the annular encoder function spacer 2b in the center of the figure is small. The number of pulse signals detected per unit rotation from the spacer 2a with the annular encoder function on the left in the figure is large.

そして、本実施形態では、制御装置20が、回転部材6の回転速度に応じて、回転部材6に作用する荷重算出のために用いる円環状エンコーダ機能付き間座2a、2bを切り替える。具体的には、所定値より低い回転速度領域では図示左方の円環状エンコーダ機能付き間座2aから検出されるパルス信号の位相差の変化に基づいて荷重を算出し、所定値より高い回転速度領域では図示中央の円環状エンコーダ機能付き間座2bから検出されるパルス信号の位相差の変化に基づいて荷重を算出する。   In the present embodiment, the control device 20 switches between the annular encoder function spacers 2a and 2b used for calculating the load acting on the rotating member 6 in accordance with the rotational speed of the rotating member 6. Specifically, in a rotation speed region lower than a predetermined value, a load is calculated based on a change in the phase difference of the pulse signal detected from the spacer 2a with the annular encoder function on the left side of the figure, and a rotation speed higher than the predetermined value is obtained. In the area, the load is calculated based on the change in the phase difference of the pulse signal detected from the spacer 2b with the annular encoder function in the center of the figure.

周知のように、旋盤やフライス盤、マシニングセンタなどの高速回転型工作機械では、低速から高速まで、広い範囲の回転速度領域が用いられる。例えば、回転部材6が低速で回転しているときに、単位回転当たりの発生パルス信号数の少ない円環状エンコーダ機能付き間座2bからのパルス信号の位相差の変化に基づいて荷重を算出すると、単位時間当たりの検出パルス数が少なすぎて正確な荷重算出が困難になる。一方、回転部材6が高速で回転しているときに、単位回転当たりの発生パルス信号数の多い円環状エンコーダ機能付き間座2aからのパルス信号の位相差の変化に基づいて荷重を算出すると、演算処理のサンプリング周期に対して検出パルス数が多すぎ、メモリやカウンタなどの容量が不足したり、演算負荷が大きくなりすぎたりする。そこで、前述したように、所定値より低い回転速度領域では図示左方の円環状エンコーダ機能付き間座2aから検出されるパルス信号の位相差の変化に基づいて荷重を算出し、所定値より高い回転速度領域では図示中央の円環状エンコーダ機能付き間座2bから検出されるパルス信号の位相差の変化に基づいて荷重を算出する。これにより、広い回転速度領域で正確に回転部材6に作用する荷重を算出することができる。なお、円環状エンコーダ機能付き間座の配設数は2つに限定されるものではなく、荷重を算出したい回転速度領域の数に応じて適宜設定すればよい。   As is well known, high-speed rotating machine tools such as lathes, milling machines, and machining centers use a wide range of rotational speeds from low speed to high speed. For example, when the rotating member 6 is rotating at a low speed, the load is calculated based on the change in the phase difference of the pulse signal from the spacer 2b with the annular encoder function with a small number of generated pulse signals per unit rotation. Since the number of detected pulses per unit time is too small, accurate load calculation becomes difficult. On the other hand, when the rotating member 6 is rotating at a high speed, the load is calculated based on the change in the phase difference of the pulse signal from the spacer 2a with the annular encoder function with a large number of generated pulse signals per unit rotation. The number of detected pulses is too large with respect to the sampling period of the arithmetic processing, the capacity of the memory, the counter, etc. is insufficient, or the arithmetic load becomes excessive. Therefore, as described above, in the rotational speed region lower than the predetermined value, the load is calculated based on the change in the phase difference of the pulse signal detected from the spacer 2a with the annular encoder function on the left side of the figure, and is higher than the predetermined value. In the rotation speed region, the load is calculated based on the change in the phase difference of the pulse signal detected from the spacer 2b with the annular encoder function in the center of the figure. Thereby, the load which acts on the rotation member 6 correctly in a wide rotation speed area | region is computable. The number of spacers with annular encoder function is not limited to two, and may be set as appropriate according to the number of rotation speed regions for which a load is to be calculated.

このように、本実施形態の軸受組立体では、単位回転当たりの発生パルス数が異なる2つの円環状エンコーダ機能付き間座2a、2bを共通の回転部材6に設置したことにより、回転部材6の回転速度に応じて円環状エンコーダ機能付き間座2a、2bを使い分けることが可能となり、幅広い回転速度領域でパルス信号の位相差の変化を検出することができる。   As described above, in the bearing assembly according to the present embodiment, the two spacers 2a and 2b with an annular encoder function having different numbers of generated pulses per unit rotation are installed on the common rotating member 6. The spacers 2a and 2b with the annular encoder function can be properly used according to the rotation speed, and the change in the phase difference of the pulse signal can be detected in a wide rotation speed region.

次に、本発明の軸受組立体の第5実施形態について、図13を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第1実施形態の図8のものに類似しており、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、前記第1実施形態の円環状エンコーダ機能付き間座2bに加えて、この円環状エンコーダ機能付き間座2bから右方に相当距離離れて回転部材6の軸受1a〜1dとは反対側の他端を支持する軸受1eの内輪と回転部材6に形成された段部6aとの間に円環状エンコーダ機能付き間座2dを配設した。勿論、円環状エンコーダ機能付き間座2dにも、前記第1実施形態と同様の構成を有する回転センサ40が前記第1の実施形態と棒状部5bの長さが長いことを除いては同様の構成を有するセンサ筐体50に固定された状態で対向配設されている。そして、回転センサ40の出力が信号線41を介して前述した制御装置20に供給されている。   Next, a fifth embodiment of the bearing assembly of the present invention will be described with reference to FIG. The spindle device of the machine tool to which the bearing assembly of the present embodiment is applied is similar to that of FIG. 8 of the first embodiment. Description is omitted. In the present embodiment, in addition to the spacer 2b with the annular encoder function of the first embodiment, the bearings 1a to 1d of the rotating member 6 are separated from the spacer 2b with the annular encoder function by a considerable distance to the right. A spacer 2 d with an annular encoder function is disposed between the inner ring of the bearing 1 e that supports the other end on the opposite side and the step portion 6 a formed on the rotating member 6. Of course, the spacer 2d with the annular encoder function is the same as the first embodiment except that the rotation sensor 40 has the same structure as that of the first embodiment except that the length of the rod-shaped portion 5b is long. The sensor housing 50 having the configuration is disposed so as to be opposed to the sensor housing 50. The output of the rotation sensor 40 is supplied to the control device 20 described above via a signal line 41.

本実施形態では、回転部材6の切削工具が装着される端部側の軸受1a〜1dの中央位置に円環状エンコーダ機能付き間座2bを配置し、この円環状エンコーダ機能付き間座2bとは所定距離離れた回転部材6の反対側を支持する軸受1e位置に円環状エンコーダ機能付き間座2dを配置するようにしている。
このため、回転部材6に加えられるアキシャル荷重による回転部材6の軸方向変位は、円環状エンコーダ機能付き間座2b及び2dに等しく伝達されることになり、回転センサ4及び40で略等しい位相差の検出信号を得ることができる。
In the present embodiment, the spacer 2b with an annular encoder function is disposed at the center position of the bearings 1a to 1d on the end side where the cutting tool of the rotating member 6 is mounted. A spacer 2d with an annular encoder function is arranged at the position of the bearing 1e that supports the opposite side of the rotating member 6 that is separated by a predetermined distance.
Therefore, the axial displacement of the rotating member 6 due to the axial load applied to the rotating member 6 is equally transmitted to the spacers 2b and 2d with the annular encoder function, and the rotation sensors 4 and 40 have substantially the same phase difference. The detection signal can be obtained.

しかしながら、回転部材6自身の温度変化による熱膨張や熱収縮は、円環状エンコーダ機能付き間座2b及び2d間の距離を変化させることになり、この熱膨張や熱収縮の影響を回転センサ4及び40で位相差として検出することができる。
この場合、回転部材6の工具取付部側が4つの軸受1a〜1dで支持され、これとは反対側が1つの軸受1eで支持されており、工具取付部側が支持強度が高いことから、回転部材6の熱膨張や熱収縮の影響は軸受1a〜1d側を起点として軸受1e側が変位する形で現れる。このため、円環状エンコーダ機能付き間座2dは回転部材6に加えられるアキシャル荷重による荷重変位に熱膨張や熱収縮による温度変位が加えられた軸方向変位が生じ、この軸方向変位が回転センサ40で軸方向変位に応じた位相差として検出される。
However, the thermal expansion and contraction due to the temperature change of the rotating member 6 itself changes the distance between the spacers 2b and 2d with the annular encoder function. 40 can be detected as a phase difference.
In this case, the tool mounting portion side of the rotating member 6 is supported by the four bearings 1a to 1d, and the opposite side is supported by the one bearing 1e, and the tool mounting portion side has a high support strength. The effects of thermal expansion and contraction appear in such a manner that the bearing 1e side is displaced starting from the bearings 1a to 1d side. Therefore, the spacer 2d with an annular encoder function generates an axial displacement in which a temperature displacement due to thermal expansion or contraction is added to a load displacement due to an axial load applied to the rotating member 6, and this axial displacement is detected by the rotation sensor 40. Thus, a phase difference corresponding to the axial displacement is detected.

一方、予め円環状エンコーダ機能付き間座2b及び2d間の長さLと回転部材6の線膨張係数αとに基づいて温度Tと変位量ΔLとの関係を求め、さらに変位量ΔLと回転センサ40で検出する位相差φbの内の温度依存位相差Δφbとの関係を求めることにより、図14に示す温度Tと温度依存位相差Δφbとの関係を表す温度算出マップを作成し、これを制御装置20内のROM、RAM、ハードディスク等の記憶装置に記憶しておく。   On the other hand, the relationship between the temperature T and the displacement amount ΔL is obtained in advance based on the length L between the spacers 2b and 2d with the annular encoder function and the linear expansion coefficient α of the rotating member 6, and the displacement amount ΔL and the rotation sensor are further determined. A temperature calculation map representing the relationship between the temperature T and the temperature dependent phase difference Δφb shown in FIG. 14 is created by controlling the relationship between the temperature dependent phase difference Δφb among the phase differences φb detected at 40. The data is stored in a storage device such as a ROM, RAM, or hard disk in the device 20.

そして、制御装置20は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成され、図15に示す温度算出処理を実行する。この温度算出処理は、例えば所定のメインプログラムに対して所定時間(例えば1分)毎に実行されるタイマ割込処理として実行される。この温度算出処理では、先ず、ステップS1で、回転センサ4及び回転センサ40で検出した位相差Δφa及びΔφbを読込み、次いで、ステップS2に移行して、位相差φbから位相差φaを減算して温度変位に基づく温度依存位相差Δφbを算出する。   And the control apparatus 20 is comprised by arithmetic processing apparatuses, such as a microcomputer, and performs the temperature calculation process shown in FIG. This temperature calculation process is executed as a timer interrupt process executed every predetermined time (for example, 1 minute) for a predetermined main program, for example. In this temperature calculation process, first, in step S1, the phase differences Δφa and Δφb detected by the rotation sensor 4 and the rotation sensor 40 are read, and then the process proceeds to step S2 where the phase difference φa is subtracted from the phase difference φb. A temperature-dependent phase difference Δφb based on the temperature displacement is calculated.

次いで、ステップS3に移行して、算出した温度依存位相差Δφbに基づいて記憶装置に記憶された温度算出マップを参照して温度Tを算出し、次いでステップS4に移行して、算出した温度Tを表示装置21に出力して温度表示を行ってからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。なお、表示装置21には、回転部材6の温度Tの他、前述した第1〜第4の実施形態で検出されるアキシャル荷重及びラジアル荷重も表示される。   Next, the process proceeds to step S3, the temperature T is calculated with reference to the temperature calculation map stored in the storage device based on the calculated temperature dependent phase difference Δφb, and then the process proceeds to step S4 to calculate the calculated temperature T Is output to the display device 21 to display the temperature, and then the timer interrupt process is terminated and the process returns to a predetermined main program. The display device 21 displays not only the temperature T of the rotating member 6 but also the axial load and radial load detected in the first to fourth embodiments.

本実施形態によると、工作機械の主軸装置が停止しており、回転部材6が工作機械を設置した室内の温度と略等しいものとする。この主軸装置の停止状態では、回転部材6が停止しているので、回転センサ4及び40から正弦波信号は出力されず、回転センサ4及び40と円環状エンコーダ機能付き間座2b及び2dとの対向位置に応じたレベルの直流信号が出力されている。この状態では、位相差φa及びφbが出力されないので、制御装置20では温度検出処理を停止している。   According to the present embodiment, the spindle device of the machine tool is stopped, and the rotating member 6 is assumed to be substantially equal to the temperature in the room where the machine tool is installed. Since the rotating member 6 is stopped in the stopped state of the spindle device, no sine wave signal is output from the rotation sensors 4 and 40, and the rotation sensors 4 and 40 and the spacers 2b and 2d with the annular encoder function are not connected. A DC signal of a level corresponding to the facing position is output. In this state, since the phase differences φa and φb are not output, the control device 20 stops the temperature detection process.

この主軸装置の停止状態で、回転部材6に例えばドリルのような工具を装着して回転駆動を開始すると、工具が被加工部材に当接するまでの間は回転部材6が無負荷状態に近い状態で回転駆動される。このため、回転センサ4及び40からは初期状態の荷重“0”を表す位相差φa0及びφb0が出力される。これら位相差φa0及びφb0が制御装置20に供給されることにより、制御装置20で図15に示す温度制御処理が実行開始される。   When the spindle device is stopped and a rotary tool 6 is mounted with a tool such as a drill and rotation driving is started, the rotary member 6 is in an almost unloaded state until the tool comes into contact with the workpiece. Is driven to rotate. Therefore, the rotation sensors 4 and 40 output phase differences φa0 and φb0 representing the initial load “0”. By supplying these phase differences φa0 and φb0 to the control device 20, the control device 20 starts executing the temperature control process shown in FIG.

回転センサ4及び40の位相差φa及びφbを読込んだときに(ステップS1)、回転部材6の温度が略室温と一致しており、回転部材6の円環状エンコーダ機能付き間座2b及び2d間の長さが室温に応じた長さとなっている。このため、回転センサ4で検出される位相差φaには温度依存成分が含まれておらず、回転センサ40で検出される位相差φbは温度依存位相差Δφbが含まれているので、位相差φbから位相差φaを減算することにより、温度依存位相差Δφbを算出することができる(ステップS2)。   When the phase differences φa and φb of the rotation sensors 4 and 40 are read (step S1), the temperature of the rotating member 6 is substantially equal to room temperature, and the spacers 2b and 2d with the annular encoder function of the rotating member 6 are used. The length between them is the length according to the room temperature. For this reason, the phase difference φa detected by the rotation sensor 4 does not include a temperature-dependent component, and the phase difference φb detected by the rotation sensor 40 includes a temperature-dependent phase difference Δφb. The temperature dependent phase difference Δφb can be calculated by subtracting the phase difference φa from φb (step S2).

そして、算出した温度依存位相差Δφbに基づいて図14に示す温度算出マップを参照することにより、回転部材6の温度Tを算出し(ステップS3)、算出した温度Tが表示装置21に表示される。
この状態から、工具を被加工部材に接触させて加工を開始すると、工具を介して回転部材6にアキシャル荷重が入力される。このように、回転部材6にアキシャル荷重が入力されると、これに応じて回転部材6が軸方向に変位し、この変位に応じて回転センサ4及び40から初期状態の位相差φa0及びφb0に対して大きな値の位相差φa及びφbが出力される。
Then, the temperature T of the rotating member 6 is calculated by referring to the temperature calculation map shown in FIG. 14 based on the calculated temperature-dependent phase difference Δφb (step S3), and the calculated temperature T is displayed on the display device 21. The
From this state, when machining is started by bringing the tool into contact with the workpiece, an axial load is input to the rotating member 6 via the tool. Thus, when an axial load is input to the rotating member 6, the rotating member 6 is displaced in the axial direction in response to this, and the phase differences φa0 and φb0 in the initial state are detected from the rotation sensors 4 and 40 according to this displacement. On the other hand, phase differences φa and φb having large values are output.

しかしながら、アキシャル荷重による荷重変位は回転部材6に掛かるので、円環状エンコーダ機能付き間座2b及び2dは等しく変位することになり、回転センサ4の位相差φaに基づいてアキシャル荷重を検出することができ、回転センサ40の位相差φbから回転センサ4の位相差φaを減算することにより、アキシャル荷重による荷重変位を除去した真の温度依存位相差Δφbを算出することができ、この温度依存位相差Δφbに基づいて温度算出マップを参照することにより、温度Tを算出することができる。主軸装置の温度は工具での加工が進むにつれて上昇することになるが、このときの温度を正確に検出することができる。また、検出した温度Tとアキシャル荷重及びラジアル荷重とが表示装置21に表示されるので、オペレータが加工状況を正確に把握することができる。   However, since the load displacement due to the axial load is applied to the rotating member 6, the spacers 2 b and 2 d with the annular encoder function are equally displaced, and the axial load can be detected based on the phase difference φa of the rotation sensor 4. In addition, by subtracting the phase difference φa of the rotation sensor 4 from the phase difference φb of the rotation sensor 40, the true temperature-dependent phase difference Δφb from which the load displacement due to the axial load is removed can be calculated. The temperature T can be calculated by referring to the temperature calculation map based on Δφb. The temperature of the spindle device will rise as machining with the tool proceeds, but the temperature at this time can be accurately detected. Moreover, since the detected temperature T, the axial load, and the radial load are displayed on the display device 21, the operator can accurately grasp the machining status.

なお、上記第5の実施形態においては、前述した第1〜第4の実施形態と同様の回転部材4及び静止部材7で構成され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16に模式的に示すように、回転部材6を2つの軸受1a及び1bで回転自在に支持し、軸受1a及び1b間に円環状エンコーダ機能付き間座2aを配置し、この円環状エンコーダ機能付き間座2aに対向して、回転センサ4をセンサ筐体5で支持し、さらに回転部材6の円環状エンコーダ機能付き間座2aから所定距離離れた位置に円環状エンコーダ付き間座2dと同様の構成を有する円環状エンコーダ機能付きリング60を圧入、ナット止め等の固定手段で一体に装着し、この円環状エンコーダ機能付きリング60と対向する位置に回転センサ40をセンサ筐体50で支持して配置するようにしても回転センサ4及び40の位相差φa及びφbに基づいて回転部材6の温度を検出することができ、前述した第5の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合でも回転部材6に伝達されるアキシャル荷重Fは軸受1a及び1bを介して静止部材7に伝達されて、静止部材7によって支持される。また、同様に第5の実施形態における円環状エンコーダ機能付き間座2dを円環状エンコーダ機能付きリング60と同様のリングに置換することもできる。
また、上記第1〜第4の実施形態においても、回転部材6を回転自在に支持する軸受の個数は4個に限定されるものではなく、2個以上の任意数とすることができる。
In the fifth embodiment, the case where the rotating member 4 and the stationary member 7 are the same as those in the first to fourth embodiments has been described. However, the present invention is not limited to this. 16, the rotary member 6 is rotatably supported by two bearings 1a and 1b, and a spacer 2a with an annular encoder function is disposed between the bearings 1a and 1b. Opposite the function-provided spacer 2a, the rotation sensor 4 is supported by the sensor casing 5, and the rotation member 6 is spaced from the spacer 2a with the annular encoder function by a predetermined distance 2d. A ring 60 with an annular encoder function having the same configuration is integrally attached by fixing means such as press-fitting and nut fastening, and the rotation sensor 40 is placed at a position facing the ring 60 with an annular encoder function. The temperature of the rotating member 6 can be detected based on the phase differences φa and φb of the rotation sensors 4 and 40 even if supported by the sensor housing 50, and is the same as in the fifth embodiment described above. An effect can be obtained. Even in this case, the axial load F transmitted to the rotating member 6 is transmitted to the stationary member 7 via the bearings 1 a and 1 b and supported by the stationary member 7. Similarly, the spacer 2d with an annular encoder function in the fifth embodiment can be replaced with a ring similar to the ring 60 with an annular encoder function.
Moreover, also in the said 1st-4th embodiment, the number of the bearings which rotatably supports the rotation member 6 is not limited to four pieces, It can be made into two or more arbitrary numbers.

1a〜1eは軸受、2a〜2dは間座、3はV溝、3a、3bは斜め部分、4は回転センサ、5はセンサ筐体、5aは大径基部、5bは棒状部、6は回転部材、7は静止部材、8は支持具、9は固定具、10はモールド、11は位置決めピン、19は信号ケーブル、20は制御装置、21は表示装置、40は回転センサ、50はセンサ筐体、60は円環状エンコーダ機能付きリング   1a to 1e are bearings, 2a to 2d are spacers, 3 is a V groove, 3a and 3b are oblique portions, 4 is a rotation sensor, 5 is a sensor housing, 5a is a large-diameter base, 5b is a rod-shaped portion, and 6 is a rotation. Member, 7 stationary member, 8 support tool, 9 fixing tool, 10 mold, 11 positioning pin, 19 signal cable, 20 control device, 21 display device, 40 rotation sensor, 50 sensor housing Body, 60 is a ring with an annular encoder function

Claims (15)

複数の軸受を使用した軸受組立体において、2列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間で回転部材に設置し、前記円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性を夫々検出する回転センサを少なくとも2カ所以上静止部材に設置し、前記回転センサで検出された円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出すると共に、前記回転センサをセンサ筐体の棒状部先端に固定し、当該センサ筐体を静止部材に固定したことを特徴とする軸受組立体。   In a bearing assembly using a plurality of bearings, two rows of annular encoders having different circumferential boundary characteristics are installed on the rotating member between the plurality of bearings, and two rows of circumferential boundary characteristics different from each other of the annular encoder. At least two or more rotation sensors for detecting each of the rotation sensors are installed on the stationary member, and the change of the phase difference between the pulse signals of the two different circumferential boundary characteristics of the annular encoder detected by the rotation sensor is detected. A bearing assembly, wherein a rotation sensor is fixed to a tip of a rod-like portion of a sensor casing, and the sensor casing is fixed to a stationary member. 複数の軸受を使用した軸受組立体において、2列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間とこれとは所定距離離間した位置とで回転部材に複数設置し、前記各円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性を夫々検出する回転センサを少なくとも4カ所以上静止部材に設置し、前記各回転センサで検出された円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出すると共に、前記各回転センサを個別のセンサ筐体の棒状部先端に固定し、当該センサ筐体を静止部材に固定したことを特徴とする軸受組立体。   In a bearing assembly using a plurality of bearings, a plurality of annular encoders having different circumferential boundary characteristics in two rows are installed on the rotating member between the plurality of bearings and at positions spaced apart from each other by a predetermined distance. At least four or more rotation sensors for detecting two different circumferential boundary characteristics of the annular encoder are installed in the stationary member, and two circumferential boundary characteristics of the annular encoder detected by the respective rotation sensors are different. A bearing assembly characterized by detecting a change in a phase difference of a pulse signal, fixing each rotation sensor to a tip of a rod-like portion of an individual sensor casing, and fixing the sensor casing to a stationary member. 前記検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材に作用する荷重を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to claim 1, wherein a load acting on the rotating member is calculated by calculation from a change in phase difference of the detected pulse signal. 前記各回転センサで検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材の温度を算出することを特徴とする請求項2に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to claim 2, wherein the temperature of the rotating member is calculated by calculation from a change in phase difference of the pulse signal detected by each rotation sensor. 前記円環状エンコーダの2列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも1列は、円環状エンコーダの回転に伴って境界特性が軸線方向に次第にずれていくものであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の軸受組立体。   2. The boundary characteristic of at least one of the two circumferential boundary characteristics of the annular encoder is gradually shifted in the axial direction as the annular encoder rotates. The bearing assembly as described in any one of thru | or 4. 前記回転センサが、回転部材の軸線方向に異なる位置で且つ周方向に同位置又は周方向にずれた位置に2個配設されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の軸受組立体。   6. Two rotation sensors are arranged at different positions in the axial direction of the rotating member and at the same position in the circumferential direction or at positions shifted in the circumferential direction. A bearing assembly according to 1. 前記回転センサが回転部材の周方向に複数配設されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of the rotation sensors are arranged in a circumferential direction of the rotating member. 前記回転部材の軸直交断面で、前記センサ筐体を円環状エンコーダの中心軸からずらして静止部材に固定することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 7, wherein the sensor housing is fixed to a stationary member while being shifted from a central axis of the annular encoder in a cross section orthogonal to the axis of the rotating member. 前記センサ筐体の棒状部を二股状に形成し、その二股棒状部の夫々に回転センサを固定することを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 8, wherein a rod-shaped portion of the sensor casing is formed in a bifurcated shape, and a rotation sensor is fixed to each of the bifurcated rod-shaped portion. 前記センサ筐体の棒状部の先端であって且つ回転センサを固定する面が楕円又は長円又は長方形であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 9, wherein a front surface of the rod-like portion of the sensor casing and a surface on which the rotation sensor is fixed are an ellipse, an ellipse, or a rectangle. 前記センサ筐体を、別体の支持具及び固定具で静止部材に固定することを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 10, wherein the sensor housing is fixed to a stationary member with a separate support and fixing tool. 前記センサ筐体と静止部材との間に位置決め部材を介装したことを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to claim 1, wherein a positioning member is interposed between the sensor housing and the stationary member. 複数の軸受を並べて回転部材を支持する場合、それら複数の軸受の中央に回転センサを配設することを特徴とする請求項1乃至12の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 12, wherein when a plurality of bearings are arranged side by side to support the rotating member, a rotation sensor is disposed at the center of the plurality of bearings. 前記静止部材に予め形成された管路内に回転センサからの信号ケーブルを挿通することを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 13, wherein a signal cable from a rotation sensor is inserted into a pipe formed in advance in the stationary member. 単位回転当たりの発生パルス数が異なる2以上の円環状エンコーダを共通の回転部材に設置したことを特徴とする請求項1乃至14の何れか一項に記載の軸受組立体。   The bearing assembly according to any one of claims 1 to 14, wherein two or more annular encoders having different numbers of generated pulses per unit rotation are installed on a common rotating member.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012078227A (en) * 2010-10-01 2012-04-19 Nsk Ltd Physical quantity measuring device for rotary member
CN103129178A (en) * 2011-12-05 2013-06-05 北大方正集团有限公司 Rotary encoder fixing device and printing equipment using the same

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