JP2010217167A - 軸受装置及び工作機械の主軸装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転軸11は、定位置予圧が負荷された一対のアンギュラ玉軸受20、30によって前端が支持され、また後端が円筒ころ軸受40によって回転自在に支持されている。一対のアンギュラ玉軸受20、30の内輪22、32間に配設された内輪間座81の外周面には、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ84が設けられている。また、エンコーダ84の被検出面に対向配置されるセンサ82の検出部90は、被検出面の特性の変化を検出して回転軸11に作用するアキシャル荷重を測定する。
【選択図】図1
Description
(1) 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配設された複数の転動体を備える軸受と、
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成されることを特徴とする軸受装置。
(2) 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする上記(1)に記載の軸受装置。
(3) 前記一対の軸受の静止側軌道輪間には、静止側間座が配置されており、
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする上記(2)に記載の軸受装置。
(4) 前記被検出面は、円周方向に交互に配置されると共に、その境界が前記エンコーダの軸方向中間部を境にして前記エンコーダの軸方向に対して互いに逆方向に傾斜する第一被検出部と第二被検出部とを備え、
前記センサは、前記被検出面の前記軸方向中間部を挟んで互いに軸方向反対側に配置される一対の検出部を備えることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の軸受装置。
(5) 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の一方の回転側軌道輪に対して、他方の軸受と反対側で隣接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。
(6) 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転部材の外周面に形成されることを特徴とする軸受装置。
(7) 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダは、前記一対の軸受の一方の回転側軌道輪が当接する前記回転部材の段部近傍に形成されることを特徴とする(6)に記載の軸受装置。
(8) 上記(1)〜(7)のいずれかに記載の軸受装置を備え、前記回転部材であるスピンドル軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
即ち、アキシャル荷重を求めるためには、必ずしも相対変位量を求める必要はなく、演算部に、センサの出力信号に基づいて、アキシャル荷重の大きさを直接(上記相対変位量を求める過程を経る事なく)算出する機能を持たせることができる。
図1及び図2に示すように、第1実施形態の工作機械の主軸装置10は、モータビルトイン方式であり、その中心部には、回転部材である中空状の回転軸(スピンドル軸)11が設けられている。回転軸11の軸方向端部(図1において左側)には、不図示の工具が保持されている。
図12(a)は本発明の第2実施形態に係るエンコーダの正面図であり、(b)はその斜視図である。第2実施形態のエンコーダ84の被検出面は、第一被検出部85であるS極、及び第二被検出部86であるN極が、円周方向に交互に且つ等間隔で配置されている。第一被検出部85と第二被検出部86との境界は、エンコーダ84の軸方向中間部(仮想線P)を境にしてエンコーダ84(内輪間座81)の軸方向に対して同じ角度で互いに逆方向に傾斜している。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図14は本発明の第3実施形態のセンサ取付穴の斜視図、図15はセンサ取付穴の平面図である。第3実施形態のセンサ取付穴68は、第1実施形態のセンサ取付穴68と同様に、センサ82の大径部82a(図5参照)が挿通される大径部68a、及びセンサ82の小径部82bが挿通される小径部68bを有し、更に大径部68aと小径部68bとの間に中径部68eが形成された3段の段付き穴である。小径部68bには、センサ82の配線83を配索するための第1配索穴70が連通して軸方向に設けられている。また、ハウジング50には、第1実施形態と同様に、センサを固定するためのU字溝68d、及び雌ねじ69が設けられる。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図16は本発明の第4実施形態の主軸装置の要部断面図である。第4実施形態の主軸装置10には、円環状の冷却油溝58内にセンサ取付穴68と同心円状にリング溝95が形成されている。リング溝95には、Oリング96が装着された円筒状の蓋体97が嵌合している。この主軸装置10によれば、冷却油溝58とセンサ82とが蓋体97で分離され、Oリング96によってシールされているので、冷却油がセンサ82に付着することが防止される。また、センサ82の大径部82aにOリング溝87aを加工する必要がない。 なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図17は本発明の第5実施形態の主軸装置の要部断面図である。第5実施形態の主軸装置10では、センサ82の配線83を配索するため、工具側からセンサ取付穴68(小径部68b)に連通する配索穴98が加工されている。また、前側軸受外輪押え53に配索溝99が設けられると共に、ハウジング50の外周面には、配索溝99が開口する周方向位置を跨いで軸方向に延びる配線カバー100が固定されている。これにより、配索穴98から工具側に向けて導出された配線83は、前側軸受外輪押え53の配索溝99内を通り、配線カバー100で覆われて配索される。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態の主軸装置10と同様である。また、ハウジング50の外部環境によっては、配線カバー100を設けずに配線83が配策されてもよい。
図18は本発明の第6実施形態の主軸装置の要部断面図である。第6実施形態の主軸装置10では、前側軸受外輪押え53に形成される配索溝99が、ハウジング50の外周面まで開口せずに径方向に延びると共に、冷却ジャケット60には配索溝99に連通する配索穴101が形成されている。配索穴98から工具側に向けて導出された配線83は、前側軸受外輪押え53の配索溝99、及び冷却ジャケット60の配索穴101を通って配索される。これにより、第1実施形態と同様、別途配線用のカバーを設けることなく、加工時の切り屑や切削油等からコードを防護することができ、省スペース化が図られる。
なお、その他の構成及び作用については、第5実施形態のものと同様である。
図19は本発明の第7実施形態の主軸装置の要部断面図である。第7実施形態の主軸装置10は、冷却ジャケット60にセンサ82を取り付けるためのセンサ穴102が、ハウジング50のセンサ取付穴68と同心に形成されている。また、センサ82は、大径部82aの長さが長く形成されると共に、配線83が大径部82aの上面から導出されている。大径部82aには、センサ取付穴68、及びセンサ穴102に対応する位置に、それぞれOリング91a、91cが装着されている。
なお、その他の構成及び作用については、第5実施形態のものと同様である。
図20は本発明の第8実施形態の主軸装置の要部断面図である。第8実施形態の主軸装置10に組み込まれるセンサ103は、配線直付けタイプのセンサ82と異なり、小径部82bの側面に雌コネクタ104を備えるコネクタ接続タイプのセンサ103である。また、配線83の先端には、雌コネクタ104に嵌合可能な雄コネクタ105が設けられている。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
て、雄コネクタ105と雌コネクタ104とを接続する。ここで、接続治具110の先端部110aは、雄コネクタ105が回転せず、且つ、軸方向後方へ移動しないように位置決めされており、雌コネクタ104との接続を確実に行うことができ、且つ、接続後に接続治具110を取り外すことができる。配索穴98から導出する配線83は、配索溝99内に収容して前側軸受外輪押え53を取り付ける。これにより、センサ103をハウジング50に取り付けた後に、配線83をセンサ103に接続することができる。
図22は、本発明に係る第9実施形態の主軸装置の要部断面図である。この主軸装置10に組み込まれるエンコーダ84は、反工具側に配置された前側軸受30の内輪32と、回転軸11の段部11aとの間に配設されて前側軸受30の軸方向位置を調整する調整用内輪間座112の外周面に設けられている。この場合、センサ82は、前側軸受30の外輪31と、ハウジング50の段部50cとの間に配設された調整用外輪間座113の貫通孔113aを貫通してエンコーダ84の被検出面に対向配置される。このエンコーダ84を構成する調整用内輪間座112は、回転軸11の軸方向位置を位置決めする一対の前側軸受の回転側軌道輪の隣に配置されているので、回転軸11の伸縮による影響を受けない。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
また、図24は、本発明に係る第10実施形態の主軸装置の要部断面図である。この主軸装置10では、反工具側に配置された前側軸受30の内輪32が回転軸11の段部11aに当接して配置されており、エンコーダ84は、回転軸11の段部11a近傍の外周面に直接形成されている。
なお、その他の構成及び作用については、第9実施形態のものと同様である。
例えば、図25に示すように、本発明の主軸装置10は、冷却油溝を備えないハウジング50にも同様に適用することができ、この場合、センサ82の大径部82aに装着するOリングを省略することができる。
また、図26に示すように、配線83が大径部82aの上面から導出されるようにすることで、配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
なお、軸の熱膨張による誤差発生が少ない場合などでは、センサ及びエンコーダは必ずしも固定側軸受の間や隣接部に設置しなくても良い。例えば、主軸先端部(工具装着側)や反対の後端部(自由側軸受の間や隣接部)、或いは、モータ内蔵型主軸装置では、モータ部の前後など、任意の位置に設置してもよい。
さらに、本発明のエンコーダは、回転側間座によって構成されればよく、内輪が静止側軌道輪で、外輪が回転側軌道輪である場合には、回転側間座としての外輪間座に構成されてもよい。
また、本発明の軸受装置は、工作機械の主軸装置の他、工作機械の円テーブルや、ボールねじ、鉄道車両、航空機、自動車等の回転部材が軸受によって支持され、該回転部材にアキシャル荷重が作用する箇所に適用可能である。
11 回転軸(回転部材、スピンドル軸)
20 アンギュラ玉軸受(前側軸受)
21 外輪(静止側軌道輪)
22 内輪(回転側軌道輪)
23 玉(転動体)
30 アンギュラ玉軸受(前側軸受)
31 外輪(静止側軌道論)
32 内輪(回転側軌道論)
33 玉(転動体)
50 ハウジング(静止部材)
54 外輪間座(静止側間座)
54a 貫通孔
80 センサユニット
81 内輪間座(回転側間座)
82 センサ
84 エンコーダ
85 第一被検出部
86 第二被検出部
90 磁気センサ(検出部)
103 センサ
111 無線式センサ(センサ)
Claims (8)
- 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成されることを特徴とする軸受装置。 - 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。 - 前記一対の軸受の静止側軌道論間には、静止側間座が配置されており、
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする請求項2に記載の軸受装置。 - 前記被検出面は、円周方向に交互に配置されると共に、その境界が前記エンコーダの軸方向中間部を境にして前記エンコーダの軸方向に対して互いに逆方向に傾斜する第一被検出部と第二被検出部とを備え、
前記センサは、前記被検出面の前記軸方向中間部を挟んで互いに軸方向反対側に配置される一対の検出部を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の軸受装置。 - 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の一方の回転側軌道輪に対して、他方の軸受と反対側で隣接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の軸受装置。 - 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転部材の外周面に形成されることを特徴とする軸受装置。 - 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダは、前記一対の軸受の一方の回転側軌道輪が当接する前記回転部材の段部近傍に形成されることを特徴とする請求項6に記載の軸受装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の軸受装置を備え、前記回転部材であるスピンドル軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
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