JP2014052081A - 軸受装置及び工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸に作用するアキシャル荷重を、回転部材から直接、精度よく、且つコンパクトなセンサによって測定することができる軸受装置及び工作機械の主軸装置を提供する。
【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

本発明は、軸受装置及び工作機械の主軸装置に関し、より詳細には、工作機械のスピンドル軸等の回転軸に作用するアキシャル荷重を測定可能な軸受装置及び工作機械の主軸装置に関する。

工作機械において、スピンドル軸に作用するアキシャル荷重を測定することは、大きなメリットを有する。即ち、工作機械のスピンドル軸に働くアキシャル荷重は、加工精度、加工効率、工具寿命等に与える影響が大きい重要なパラメータである。従って、アキシャル荷重を知ることにより適正な加工条件の選定が可能となる。例えば、加工条件は、一般的に工具の回転数や、送り速度によって決められているが、摩擦や、加工によって発生する熱等の制御し難い要因の影響も受けるので、回転数や送り速度を一定に設定しても、常に同じ加工精度が得られることはない。加工面の変化に対応する切削荷重（即ち、スピンドル軸のアキシャル荷重）を新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度の向上が期待される。

具体的には、切り屑排出量が同じであれば、切削荷重の小さい加工条件の方が効率的な加工条件であり、省エネルギ、工具寿命の延長に有利となる。また、切削荷重の増加から、工具の切削性（切れ味）の低下や、刃先摩耗等の発生を推測することができ、工具寿命や、工具交換時期を知ることが可能となる。更に、切削荷重の変化の履歴を管理することによって、無理な切削加工条件や工具とワークとの衝突（衝撃荷重）等の軸受損傷要因を推定することができ、また把握した工具の寿命特性から工具の改良、改善が可能となる。

上記したように、工作機械において切削荷重を知ることは重要である。しかし、工具が回転するタイプの工作機械（工具回転型工作機械）において、工具や回転軸に作用する荷重を検出することは、工具が回転しないタイプの工作機械（工具非回転型工作機械）と比較して困難が伴う。

工作機械の主軸にかかる荷重を検出することができる従来の装置としては、主軸先端部に軸受型センサを配設した工作機械主軸の荷重検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の軸受型センサは、ハウジングと主軸間に転がり軸受を配置し、外輪外周に貼付した歪みゲージによって、軸受の転動体が歪みゲージの位置を通過する度に発生する歪みを検出して主軸に加わる荷重の大きさを検出している。

また、軸受ユニットのハブに配置したエンコーダと、このエンコーダの被検出面に近接対向させたセンサとにより、外輪とハブ間に加わる荷重を求めるようにした荷重測定装置付転がり軸受ユニットが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平７−１５９２６０号公報 特開２００６−３１７４２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている工作機械主軸の荷重検出装置は、軸受の内輪に働く力を、転動体及び軸受外輪を介して間接的に検出する装置であり、回転に伴う発生熱等のように不規則に発生して外輪に作用する外乱（ノイズ）を除去することが困難であり、精度よく荷重を検出することができない問題点があった。また、センサがハウジングの前面側に突出配置されているので、スピンドルの軸長が長くなるばかりでなく、センサ設置のための専用スペースを必要とする問題点があった。

また、特許文献２に記載の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、軸受ユニットのハブにエンコーダを固定すると共に、このエンコーダの被検出面に検出部を近接対向させたセンサを外輪に配置し、検出部の出力信号の変化から外輪とハブとの間に加わる荷重を求めるものであり、工作機械の主軸への適用についても言及されているが、具体的構成については記載されていない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に作用するアキシャル荷重を、回転部材から直接、精度よく、且つコンパクトなセンサによって測定することができる軸受装置及び工作機械の主軸装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（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、前記静止部材に形成される大径穴及び小径穴の間の段差によって半径方向に位置決めされると共に、前記大径穴の縁に至る凹溝によってセンサの中心軸周りに位置決めされ、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、
前記センサは、該センサから前記静止部材の半径方向に導出される配線を備え、
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） 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、前記静止部材に形成される大径穴及び小径穴の間の段差によって半径方向に位置決めされると共に、前記大径穴の縁に至る凹溝によってセンサの中心軸周りに位置決めされ、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、
前記センサは、該センサから前記静止部材の半径方向に導出される配線を備え、
前記エンコーダは、前記回転部材の外周面によって構成されることを特徴とする軸受装置。
（３） 上記（１）又は（２）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。

本発明の軸受装置によれば、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と、被検出面に対向配置されて特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットを備え、エンコーダが回転側間座または回転部材の外周面に形成されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。

また、センサは、静止部材に形成される大径穴及び小径穴の間の段差によって半径方向に位置決めされると共に、前記大径穴の縁に至る凹溝によってセンサの中心軸周りに位置決めされるので、センサとエンコーダとのギャップを精度良く設定することができ、また、センサの中心軸周りの位置決めを精確に設定することができる。

また、工作機械の主軸装置が上記の軸受装置を備えるので、切削時にスピンドル軸に作用するアキシャル荷重の測定が可能となり、このアキシャル荷重を加工条件の新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度を向上させることができる。更には、工具寿命、工具交換時期、及び軸受損傷要因の推測や、工具の改良、改善が可能となる。

本発明に係る第１実施形態の主軸装置の断面図である。 図１に示す主軸装置の要部断面図である。 （ａ）は図１に示すエンコーダの正面図であり、（ｂ）はその斜視図である。 図１に示すＩＶ−ＩＶ断面図である。 （ａ）は図１に示すセンサの斜視図であり、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその側面図である。 図１に示すハウジングに設けられたセンサ取付穴の斜視図である。 （ａ）は図６に示すセンサ取付穴の平面図であり、（ｂ）はその断面図である。 図１に示すセンサの組み付け手順を示す説明図である。 図１に示す主軸装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。 第１実施形態の変形例の主軸装置の断面図である。 （ａ）は第１実施形態の他の変形例のエンコーダの正面図であり、（ｂ）はその斜視図である。 （ａ）は第２実施形態のエンコーダの正面図であり、（ｂ）はその斜視図である。 図１２に示すエンコーダのアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。 第３実施形態のセンサ取付穴の斜視図である。 図１４に示すセンサ取付穴の平面図である。 第４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の要部断面図である。 第６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の要部断面図である。 第８実施形態の主軸装置の要部断面図である。 第８実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。 エンコーダが位置決め用の内輪間座に設けられたセンサユニットを備える第９実施形態の主軸装置の要部断面図である。 第９実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。 第１０実施形態の主軸装置の要部断面図である。 冷却機構を備えない主軸装置の要部断面図である。 冷却機構を備えない他の主軸装置の要部断面図である。 無線式センサを備える主軸装置の要部断面図である。

以下、本発明に係る主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
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。

回転軸１１は、その工具側を支承する一対の前側軸受２０，３０と、反工具側を支承する後側軸受４０とによって、静止部材であるハウジング５０に回転自在に支持されている。前側軸受２０，３０と後側軸受４０間における回転軸１１の外周面には、ロータ５１が外嵌されている。また、ロータ５１の周囲に配置されるステータ５２は、ハウジング５０に固定されており、ステータ５２に電力を供給することで、ロータ５１に回転力を発生させて、回転軸１１を回転させる。尚、ハウジング５０は、前側軸受３０とステータ５２との間で軸方向に２分割されたハウジング５０ａとハウジング５０ｂとから構成されている。

前側軸受２０，３０は、背面組み合わせとなるように配置された略同一寸法の一対のアンギュラ玉軸受であり、静止側軌道輪である外輪２１，３１と、回転側軌道輪である内輪２２，３２と、静止側軌道である外輪軌道溝及び回転側軌道である内輪軌道溝間に、接触角を持って配置された転動体としての複数の玉２３，３３と、を備える。

前側軸受２０，３０の外輪２１，３１は、ハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された前側軸受外輪押え５３によって静止側間座である外輪間座５４を介してハウジング５０に固定されている。

また、前側軸受２０，３０の内輪２２，３２は、回転軸１１に外嵌され、回転軸１１に締結されたナット５５によって回転側間座である内輪間座８１を介して回転軸１１に固定されている。前側軸受２０，３０は、ナット５５によって定位置予圧が負荷されており、前側軸受２０，３０によって回転軸１１の軸方向位置が位置決めされる。

図３に示すように、内輪間座８１の外周面には、永久磁石で構成されたエンコーダ８４が設けられている。エンコーダ８４は、磁性金属材からなる内輪間座８１の外周面に整列形成された複数の溝９２を有する。複数の溝９２は、円周方向に交互に且つ等間隔で配置されると共に、エンコーダ８４の軸方向中間部を境にしてエンコーダ８４の軸方向に対して同じ角度で互いに逆方向（Ｖ字状）に傾斜している。この場合、第一被検出部８５は溝９２であり、第二被検出部８６は隣接する溝９２間の中間部である。このエンコーダ８４は、後述するセンサ８２と共にセンサユニット８０を構成する。

図１に戻り、後側軸受４０は、円筒ころ軸受であり、外輪４１と、内輪４２と、転動体としての複数の円筒ころ４３と、を有する。後側軸受４０の外輪４１はハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された後側軸受外輪押え５６によって外輪間座４４を介してハウジング５０に固定されている。後側軸受４０の内輪４２は、回転軸１１に締結された他のナット５７によって内輪間座４５を介して回転軸１１に固定されている。

軸方向において前側軸受２０，３０、及びステータ５２に対応するハウジング５０の外周面には、円環状の冷却油溝５８、５９が形成されている。この冷却油溝５８、５９は、Ｏリング６２、６３が装着されてハウジング５０に外嵌するリング状の冷却ジャケット６０、６１によって覆われている。そして、この冷却油溝５８，５９に供給された冷却油によって前側軸受２０，３０、及びステータ５２が冷却される。

図４に示すように、ハウジング５０及び外輪間座５４を径方向に貫通して設けられた一対のノズル穴６６には、それぞれ給油ノズル６７が配設されている。そして、潤滑装置から供給された潤滑油が、給油ノズル６７のノズル（図示せず）から前側軸受２０，３０に向けて吐出され、前側軸受２０，３０を潤滑する。潤滑方式は、グリース潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑等のいずれであってもよい。

また、ハウジング５０及び外輪間座５４には、それぞれセンサ取付穴６８及び貫通孔５４ａが径方向に連続して形成されている。センサ取付穴６８は、軸方向において給油ノズル６７（ノズル穴６６）と略同一位置、且つ円周方向位相が異なる位置に設けられている。センサ取付穴６８には、センサユニット８０を構成するセンサ８２が配設される。

センサ取付穴６８を、給油ノズル６７（ノズル穴６６）と軸方向略同一位置に配置することにより、センサ８２を配置するための専用スペースが不要となり、小型化が可能となる。尚、給油ノズル６７（ノズル穴６６）とセンサ８２（センサ取付穴６８）との円周方向位相は、特に限定されず任意に設定することができる。

図５に示すように、センサ８２は、検出部である一対の磁気センサ９０を内蔵し、大径部８２ａ及び小径部８２ｂからなる段付円筒状に形成されている。大径部８２ａ及び小径部８２ｂには、それぞれＯリング溝８７ａ、８７ｂが設けられ、大径部８２ａの上面には、Ｕ字溝８２ｃが形成されている。Ｕ字溝８２ｃには、長円形状の固定治具８８の一端が嵌合する。

図６及び図７に示すように、ハウジング５０に設けられたセンサ取付穴６８は、大径部６８ａ及び小径部６８ｂを有する段付き穴であり、センサ８２の配線８３を配索するための第１配索穴７０が、小径部６８ｂに連通して軸方向に設けられている。更に、大径部６８ａと小径部６８ｂとの段部には、長手方向が第１配索穴７０に向けられた長円６８ｃが第１配索穴７０に連通して設けられている。

また、冷却油溝５８の外周面には、一端が大径部６８ａに連続するＵ字溝６８ｄが形成されている。Ｕ字溝６８ｄには、センサ８２を固定するための雌ねじ６９が径方向に設けられている。尚、センサ８２と給油ノズル６７の外形形状を同一形状に設定しておけば、ノズル穴６６とセンサ取付穴６８（大径部６８ａ及び小径部６８ｂ）の加工を同一の加工工程で行うことができ、コストダウンに寄与する。

図１を参照して、第１配索穴７０は、ハウジング５０ａの反工具側から加工されており、ハウジング５０の外周面から傾斜して径方向に設けられた傾斜穴７１、及び第１配索穴７０と平行に反工具側に延設する第２配索穴７２に連通している。このように第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２を屈曲形成することにより、センサ８２の配線８３をステータ５２と干渉することなく配索可能としている。第１配索穴７０の反工具側端部には、栓７４が挿入されて閉鎖されており、モータ側からの異物侵入が阻止される。

センサ８２は、図１及び図８に示すように、Ｏリング溝８７ａ、８７ｂにＯリング９１ａ、９１ｂを装着し、センサ８２の配線８３を第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２に挿通させ、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入することで組み付けられる。

このとき、センサ取付穴６８には、第１配索穴７０に連通する長円６８ｃが設けられているので、配線８３がセンサ取付穴６８とセンサ８２の間に挟まれて損傷を受けることはない。また、センサ８２に装着されたＯリング９１ａ、９１ｂによって、冷却油溝５８、及び前側軸受２０，３０側から第１配索穴７０への潤滑油の侵入が防止される。

尚、第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２に対する配線８３の挿通作業は、上記したように一度に挿通することが困難な場合には、第１配索穴７０、及び傾斜穴７１に挿通した配線８３を一旦傾斜穴７１から外に出した後、再び傾斜穴７１から第２配索穴７２に挿通するようにしてもよい。また、配線８３挿通後に、傾斜穴７１の開口部に栓（図示せず）を挿入して閉鎖し、異物の侵入を阻止することもできる。このように配索された配線８３の一端は、演算装置１５０に接続されてセンサ８２で検出された出力信号が入力される。

そして、固定治具８８をセンサ８２のＵ字溝８２ｃ、及びハウジング５０のＵ字溝６８ｄに嵌合させて、雄ねじ８９をハウジング５０の雌ねじ６９に螺合させて固定する。これにより、センサ８２の先端に設けられた一対の磁気センサ９０は、所定の位置に位置決めされて、内輪間座８１の外周面に形成されたエンコーダ８４の被検出面に対向して配置される。

センサ８２とエンコーダ８４の被検出面との相対位置は、一対の磁気センサ９０が被検出面の軸方向中間部を挟んで互いに軸方向反対側に位置する。具体的には、一対の磁気センサ９０間の軸方向中間位置は、定位置予圧が付与された前側軸受２０，３０間に配置された内輪間座８１の軸方向中間位置となるエンコーダ８４の軸方向中間部（仮想線Ｐ）と一致するように設定されている。

第１実施形態の主軸装置１０のセンサユニット８０の作用を、図９に基づいて説明する。回転軸１１（内輪間座８１）にアキシャル荷重が作用していない場合、センサ８２の一対の検出部は、仮想線Ｐから軸方向に同一距離だけずれた、図９（ａ）に示す実線イ、イ上に位置しており、出力信号の位相は、図９（ｃ）に示す様に一致しており、位相ずれはない。

ここで、回転軸１１、即ち内輪間座８１に図９（ａ）において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、エンコーダ８４に対する一対の検出部の位置が図９（ａ）に示す破線ロ、ロ上に移動し、図９（ｂ）に示すように出力信号に位相ずれが生じる。

また、回転軸１１に反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、一対の検出部の位置が図９（ａ）に示す一点鎖線ハ、ハ上に移動し、図９（ｄ）に示すように、出力信号に図９（ｂ）と逆方向の位相ずれが生じる。

なお、磁気センサ９０の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその形式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用される。また、本実施形態のセンサ８２としては、溝９２のエッジを検出可能なものであればよく、光学センサ等が使用されてもよい。

上記したように、一対の磁気センサ９０の出力信号は、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向に応じて位相が所定の方向へずれる。また、位相ずれの大きさは、アキシャル荷重の大きさに比例する。従って、定位置予圧が負荷されている前側軸受２０，３０の剛性（ばね定数）を予め測定あるいは計算して、アキシャル荷重の大きさと回転軸１１の変位量との関係を求めておけば、一対の磁気センサ９０からの出力信号の位相ずれの方向及び大きさに基づいて、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが、演算装置１５０によって求められる。

また、エンコーダ８４を構成する内輪間座８１は、背面組合せで配置された一対のアンギュラ玉軸受である前側軸受２０，３０間に配置されているので、内輪間座８１の軸方向中間位置が回転軸１１が熱によって伸縮する場合の軸方向中心となるため、回転軸１１の伸縮による影響が抑制され、精度のよい荷重測定が可能となる。

さらに、配線８３は、第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２によってハウジング５０の内部を通過するので、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。特に旋回型の主軸装置においては、ハウジング５０の内部から主軸装置１０を支持する旋回アームの内部へ配線を導出するようにすれば、配線を外部へ曝すことなく配索することができる。

図１０は本発明の第１実施形態の変形例に係る主軸装置の要部断面図である。この主軸装置１０では、ハウジング５０に形成される第１配索穴７０が工具側から加工され、傾斜穴７１と連通している。これにより、第１配索穴７０は前側軸受外輪押え５３によって塞ぐことができ、栓７４を設ける必要がない。また、ハウジング５０が軸方向に２分割される構成でなくても容易に加工することができる。

図１１（ａ）は本発明の第１実施形態の他の変形例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。本実施形態のエンコーダ８４は、磁性金属材からなる内輪間座８１の外周面に複数の円弧状溝９３が連続して設けられている。円弧状溝９３は、円周方向に交互に且つ等間隔で配置されており、隣接する円弧状溝９３の稜線９４は、エンコーダ８４の中間部を境にして、エンコーダ８４の軸方向に対して同じ角度で互いに逆方向（Ｖ字状）に傾斜している。これにより、高速回転時にも応力集中が内輪間座８１（エンコーダ８４）に作用することがなく、遠心力によって内輪間座８１に与える損傷が防止される。

（第２実施形態）
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。

本実施形態のエンコーダ８４を備える主軸装置は、回転軸１１にアキシャル荷重が作用していない状態では、センサ８２の一対の磁気センサ９０は、第一被検出部８５及び第二被検出部８６の境界が円周方向に関して最も突出する位置（傾斜方向が変化する位置）を通る仮想線Ｐから、軸方向に同一距離だけずれた、図１３（ａ）に示す実線イ、イ上に位置している。従って、一対の磁気センサ９０の出力信号の位相は、図３（ｃ）に示す様に一致しており、位相ずれはない。

ここで、ワーク加工によって、回転軸１１に図１３（ａ）において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座８１、即ち、エンコーダ８４の軸方向位置が回転軸１１と共に反工具側へ変化する。これにより、エンコーダ８４に対する一対の磁気センサ９０の位置が、図１３（ａ）に示す破線ロ、ロ上に移動する。即ち、一対の磁気センサ９０は、仮想線Ｐからの軸方向距離が互いに異なる位置に位置することになり、一対の磁気センサ９０の出力信号には、図１３（ｂ）に示すように位相ずれが生じる。

また、回転軸１１に図１３（ａ）において反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座８１、即ち、エンコーダ８４の軸方向位置が回転軸１１と共に工具側に変化して、エンコーダ８４に対する一対の磁気センサ９０の位置が、図１３（ａ）に示す一点鎖線ハ、ハ上に移動する。即ち、一対の磁気センサ９０は、仮想線Ｐからの軸方向距離が互いに異なる位置に位置することになり、一対の磁気センサ９０の出力信号には、図１３（ｄ）に示すように位相ずれが生じる。従って、一対の検出部からの出力信号の位相ずれの方向及び大きさに基づいて、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが演算装置１５０によって求められる。
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。

（第３実施形態）
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。

このセンサ取付穴６８の中径部６８ｅは、センサ取付穴６８にセンサ８２を挿入する際、配線８３とセンサ取付穴６８との干渉を防止して組付けを容易にするためのものであり、配線８３の干渉が防止可能な範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。
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。

（第４実施形態）
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。

（第５実施形態）
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。

この主軸装置１０によれば、センサ取付穴６８からハウジング５０の端部（図中左端部）までの距離が短い場合、ハウジング５０の加工量が少なくなり加工上有利である。また、センサ８２の配線８３が、前側軸受外輪押え５３及び配線カバー１００で覆われているので、加工中の切り屑等による配線８３に与える損傷や切断を防止することができる。
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。

（第６実施形態）
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。

（第７実施形態）
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。

センサ８２は、冷却ジャケット６０のセンサ穴１０２、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入され、固定治具８８と雄ねじ８９によって冷却ジャケット６０に固定される。センサ８２と、センサ取付穴６８、及びセンサ穴１０２との間は、それぞれＯリング９１ａ、９１ｃによってシールされる。また、センサ８２から径方向に導出された配線８３は、配線カバー１００で覆われて配索される。

この主軸装置１０によれば、冷却ジャケット６０に加工容易なセンサ穴１０２を形成するだけで、ハウジング５０に加工し難い配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
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。

（第８実施形態）
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。

本実施形態のセンサ１０３は、冷却ジャケット６０が取り外された状態で、配線８３を第１配索穴７０に挿通し、ハウジング５０の外方でセンサ取付穴６８から延出された配線８３の雄コネクタ１０５をセンサ１０３の雌コネクタ１０４に接続した後、配線８３を第１配索穴７０に押し込みながらセンサ１０３をセンサ取付穴６８に挿入し、固定治具８８と雄ねじ８９によって固定することで組み付けられる。
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２１は本発明に係る第８実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。本変形例の主軸装置１０に組み込まれるセンサ１０３は、図２０に示すコネクタ接続タイプのセンサ１０３であり、ハウジング５０には、配索穴９８が工具側から加工されている。

センサ１０３は、雌コネクタ１０４を工具側（配索穴９８側）に向けた状態で、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入されて固定される。これにより、雌コネクタ１０４は配索穴９８に対向して位置する。ここで、配線８３の雄コネクタ１０５を接続治具１１０に載置して配索穴９８の工具側から矢印方向に挿入し
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。

（第９実施形態）
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。

また、図２３は、本発明に係る第９実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。この主軸装置１０では、一対の前側軸受２０、３０がこれらの間に内輪間座及び外輪間座を有せずに互いに隣接しており、エンコーダ８４は図２５と同様に、調整用内輪間座１１２の外周面に設けられている。この変形例は、グリース潤滑など、一対の軸受間に潤滑油供給ノズルなどを設置する間座スペースを必要としない場合に特に有効である。
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。

（第１０実施形態）
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。

これにより、エンコーダが回転側間座に形成される場合、センサ８２とエンコーダ８４との間に、間座と軸とのガタ（すきま）分だけ半径方向ギャップのずれが生じていたが、エンコーダ８４を回転軸１１に直接形成することで、このようなギャップのずれを抑制することができる。また、ギャップずれを防止すべく、エンコーダが形成された回転側間座を回転軸にしまり嵌めで嵌合する場合と比べて、本実施形態は、組み込み時間や分解時の手間を省くことができる。

また、本実施形態によれば、間座にエンコーダが形成された場合に、振動などによって、回転中に回転軸との間で生じる円周方向の位相ずれや、間座の不均一な遠心力膨張による、円周方向におけるギャップのばらつきも発生することがなく、より高精度な検出が可能となる。
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。

尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。また、各実施形態及び変形例は、実施可能な範囲において組み合わせて適用することができる。
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。

さらに、図２７に示すように、配線付のセンサ８２、１０３に代えて、検出信号を無線で出力可能な無線式センサ１１１を用いれば、ハウジング５０への配索穴の加工が不要となる。
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。

また、上記の各実施形態及び変形例においてアンギュラ軸受は、背面組合せされたものとして説明したが、これに限定されることはなく正面組合せとすることもできる。また、前側軸受のアンギュラ軸受の列数や組合せの方向等についても限定されるものでない。
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。

１０ 主軸装置
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 (3)

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、前記静止部材に形成される大径穴及び小径穴の間の段差によって半径方向に位置決めされると共に、前記大径穴の縁に至る凹溝によってセンサの中心軸周りに位置決めされ、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、
   前記センサは、該センサから前記静止部材の半径方向に導出される配線を備え、
   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. 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、前記静止部材に形成される大径穴及び小径穴の間の段差によって半径方向に位置決めされると共に、前記大径穴の縁に至る凹溝によってセンサの中心軸周りに周方向に位置決めされ、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、
   前記センサは、該センサから前記静止部材の半径方向に導出される配線を備え、
   前記エンコーダは、前記回転部材の外周面によって構成されることを特徴とする軸受装置。
3. 請求項１または２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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