JP2020060411A - 軸受装置および予圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の予圧センサと比べて、軸受の予圧の変化を安定して検出することができる予圧センサおよび該予圧センサを備える軸受装置を提供する。【解決手段】予圧センサ１０は、第１方向に作用する圧力に応じて直流抵抗が変化する感圧パターン部２２ｃと、感圧パターン部２２ｃを覆う被覆部２１，２３と、第１方向において被覆部２１，２３に隣接して配置されている緩衝部３０とを備える。緩衝部３０を構成する材料の縦弾性係数は、被覆部２１，２３を構成する材料の縦弾性係数未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、軸受装置および予圧センサに関する。

工作機械のスピンドル装置では、加工精度および効率の向上のため、軸受の予圧管理が求められており、そのため軸受に付与される予圧（以下、軸受の予圧）を検出する要求がある。また、軸受に異常が起こる前にその予兆としての予圧の変化を検出して、軸受の異常を未然に防ぐ要求もある。

特開２０１４−０７１０８５号公報には、金属薄膜を備え、該金属薄膜に圧力が作用したときの電気抵抗の変化に基づいて圧力を検出する薄膜センサが開示されている。

特開２０１４−０７１０８５号公報

特開２０１４−０７１０８５号公報に記載の薄膜センサの厚みはサブミクロン台と薄く、特に上記金属薄膜の厚みは２００ｎｍ程度と非常に薄いため、上記薄膜センサの検出精度は各薄膜センサが挟まれる２つの面の各々の表面粗さおよび平坦度等の面性状の影響を受けやすい。

上記薄膜センサを軸受の予圧センサに適用する場合、複数の上記薄膜センサが、軸受および間座の少なくともいずれか（以下、軸受等）の軸方向に垂直な２つの面間に、周方向に互いに間隔を隔てて配置される必要がある。一方で、一般的な軸受等の軸方向に垂直な面の面性状は、その周方向において比較的大きなバラつきを有している。そのため、一般的な軸受等の上記２つの面間に配置された上記薄膜センサでは、軸受の予圧を高精度に測定することが困難である。

本発明の主たる目的は、従来の予圧センサと比べて、軸受の予圧の変化を安定して検出することができる予圧センサおよび該予圧センサを備える軸受装置を提供することにある。

本発明に係る予圧センサは、第１方向の一方側を向いた第１面と、第１方向の他方側を向いた第２面とを有し、軸受の予圧を検出する予圧センサである。上記予圧センサは、第１端子部および第２端子部と、第１端子部と第２端子部との間を接続しており、かつ第１面と第２面との間に作用する圧力に応じて第１端子部と第２端子部との間の直流抵抗が変化する感圧パターン部と、感圧パターン部を覆う被覆部と、第１方向において被覆部に隣接して配置されている緩衝部とを備える。緩衝部を構成する材料の縦弾性係数は、被覆部を構成する材料の縦弾性係数未満である。

本発明に係る軸受装置は、本発明に係る予圧センサと、軸受と、軸受に隣接して配置される間座とを備える。予圧センサ、軸受、および間座は、第１方向が軸受および間座の軸方向に沿うように配置されている。予圧センサの被覆部および緩衝部の少なくともいずれかは、間座に接している。緩衝部を構成する材料の縦弾性係数は、間座を構成する材料の縦弾性係数未満である。

本発明によれば、従来の予圧センサと比べて、軸受の予圧の変化を安定して検出することができる予圧センサおよび該予圧センサを備える軸受装置を提供することができる。

実施の形態１に係る予圧センサおよび軸受装置の周方向に垂直な部分断面図である。 図１に示される予圧センサおよび軸受装置の部分拡大図である。 図１に示される予圧センサおよび軸受装置の軸方向から視た部分平面図である。 図１に示される予圧センサおよび軸受装置の組立方法の一例を示す部分断面図である。 図１に示される予圧センサおよび軸受装置の軸方向から視た平面図である。 予圧センサによって予圧の変化を検出するための検出回路を示す図である。 実施の形態１に係る予圧センサおよび軸受装置の変形例を示す部分断面図である。 実施の形態２に係る予圧センサおよび軸受装置を示す部分断面図である。 図８に示される予圧センサおよび軸受装置の径方向に垂直な部分断面図である。 実施の形態２に係る予圧センサおよび軸受装置の他の変形例を示す部分断面図である。 実施の形態３に係る予圧センサおよび軸受装置を示す部分断面図である。 図１１に示される予圧センサおよび軸受装置の部分拡大図である。 図１１に示される予圧センサおよび軸受装置の変形例を示す部分断面図である。 実施の形態１〜３に係る予圧センサおよび軸受装置の変形例を示す部分断面図である。

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

（実施の形態１）
図１〜図３に示されるように、実施の形態１に係る軸受装置１００は、第１軸受１ａ、第２軸受１ｂ、外輪間座６および内輪間座７、ならびに予圧センサ１０を主に備える。軸受装置１００は、主軸１１をハウジング８に対して回転可能に支持するように設けられている。第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂには、例えば定位置予圧が付与されている。

図１に示されるように、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂは、例えば互いに同等の構成を備えている。第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂは、例えばアンギュラ玉軸受である。第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂは、例えば背面組み合わせ（ＤＢ）とされている。

図１に示されるように、第１軸受１ａは、外輪２ａ、内輪３ａ、玉４ａ、および保持器５ａを含む。外輪２ａは、外輪軌道面を有している。内輪３ａは、外輪２ａの径方向において外輪軌道面と間隔を隔てて配置されている内輪軌道面を有している。複数の玉４ａは、外輪軌道面と内輪軌道面との間に配置されている。保持器５ａは、外輪２ａの周方向において複数の玉４ａを一定の距離を隔てて保持している。第２軸受１ｂは、外輪２ｂ、内輪３ｂ、玉４ｂ、および保持器５ｂを含む。外輪２ｂ、内輪３ｂ、玉４ｂ、および保持器５ｂは、外輪２ａ、内輪３ａ、玉４ａ、および保持器５ａと同様の構成を有している。軸受装置１００では、外輪２ａ，２ｂが固定輪、内輪３ａ，３ｂが回転輪、外輪間座６が固定側間座、内輪間座７が回転側間座として構成されている。

図１に示されるように、外輪間座６および内輪間座７は、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂに隣接して配置されている。外輪間座６および内輪間座７は、環状に設けられており、各軸方向が第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂの各軸方向に沿うように配置されている。外輪間座６および内輪間座７は、軸受装置１００が主軸１１を支持している使用状態において、第１軸受１ａと第２軸受１ｂとの相対的な位置を一定に保持する。

図１に示されるように、外輪間座６は、外輪間座６の軸方向において第１軸受１ａの外輪２ａと第２軸受１ｂの外輪２ｂとの間に挟まれている。外輪間座６は、例えば第１間座部材６１および第２間座部材６２を有している。第１間座部材６１および第２間座部材６２は、別体として環状に設けられており、上記軸方向に並んで配置されている。第１間座部材６１および第２間座部材６２は、上記径方向において内輪間座７と対向する内径面を有している。

図１および図２に示されるように、第１間座部材６１は、上記軸方向において第１軸受１ａ側を向いており、かつ外輪２ａと接している第１端面６１ａと、第１端面６１ａとは反対側に位置する第２端面６１ｂとを有している。第２端面６１ｂは、外輪２ｂの上記軸方向の端面と対向している。第２端面６１ｂは、第１間座部材６１の上記軸方向に向いた表面のうち、外輪２ｂに最も近い面である。

図１および図２に示されるように、第２間座部材６２は、上記軸方向において第２軸受１ｂ側を向いており、かつ第１間座部材６１の第２端面６１ｂと上記軸方向に対向する第３端面６２ａと、第３端面６２ａとは反対側に位置し、かつ外輪２ｂと接している第４端面６２ｂとを有している。第３端面６２ａは、外輪２ａの上記軸方向の端面と対向している。第３端面６２ａは、第２間座部材６２の上記軸方向に向いた表面のうち、外輪２ａに最も近い面である。

第３端面６２ａは、軸受装置１００において後述する予圧センサ１０の第１面２０ａと接する第５面として構成されている。第２端面６１ｂは、軸受装置１００において後述する予圧センサ１０の第２面３０ａと接する第６面として構成されている。

図１に示されるように、第１間座部材６１は、例えば上記軸方向において第１端面６１ａよりも第２軸受１ｂ側に位置して第１軸受１ａ側を向いており、かつ上記径方向において第１端面６１ａよりも内側に位置する第５端面６１ｃをさらに有している。

図２に示されるように、第２間座部材６２は、例えば上記軸方向において第４端面６２ｂよりも第１軸受１ａ側に位置して第２軸受１ｂ側を向いており、かつ上記径方向において第４端面６２ｂよりも内側に位置する第６端面６２ｃをさらに有している。

図１および図２に示されるように、第１間座部材６１および第２間座部材６２の上記径方向および上記周方向の相対的な位置は、位置決め部材６３によって位置決めされている。図２に示されるように、第１間座部材６１には、第２端面６１ｂに開口した穴６１ｈが設けられている。穴６１ｈは、例えば上記軸方向に沿って延びており、かつ底面を有している。第２間座部材６２には、第３端面６２ａと第６端面６２ｃとの間を貫通する貫通孔６２ｈが設けられている。穴６１ｈおよび貫通孔６２ｈは、上記軸方向において互いに連なりかつ位置決め部材６３が挿入されるように設けられている。位置決め部材６３は、位置決め部材６３の一端が穴６１ｈの底面に接しているときに位置決め部材６３の他端が貫通孔６２ｈの内部に配置されるように、設けられている。位置決め部材６３は、例えば棒状に設けられている。

なお、予圧センサ１０を形成する第２端面６１ｂと第３端面６２ａの各表面の表面粗さは、他の面よりも良くしておくのが望ましい。

図１に示されるように、内輪間座７は、上記軸方向において第１軸受１ａの内輪３ａと第２軸受１ｂの内輪３ｂとの間に挟まれている。内輪間座７は、内輪３ａと接している端面と、当該端面とは反対側に位置しかつ内輪３ｂと接している端面とを有している。内輪間座７は、上記径方向において第１間座部材６１および第２間座部材６２と対向するように配置されている。

外輪間座６および内輪間座７を構成する材料は、従来の外輪間座および内輪間座を構成する材料と同等とすることができ、例えば鋼を含む。

図１に示されるように、ハウジング８は、外輪２ａ，２ｂおよび外輪間座６の各外径面と対向する内径面８ａと、該内径面８ａに対して上記径方向の内側に突出している凸面８ｂとを有している。凸面８ｂは、外輪間座６と接している外輪２ａの端面とは反対側に位置する端面と接している。凸面８ｂは、外輪間座６の第１端面６１ａと上記軸方向に対向するように配置されている。内径面８ａおよび凸面８ｂは、上記軸方向において凸面８ｂとは反対側から内径面８ａ内に挿入された軸受装置１００が、外輪２ａが凸面８ｂに接触するまでで上記軸方向に移動するように設けられている。外輪２ａ，２ｂおよび外輪間座６は、例えばハウジング８に対してすきま嵌めとされている。

なお、ハウジング８は、例えば軸受装置１００を内部に収容する内筒８１と、内筒８１および主軸１１の一部を内部に収容する外筒８２とを有している。ハウジング８には、例えば冷却媒体流路８３が形成されている。冷却媒体流路８３は、例えば内筒８１の外径面に対して凹状である溝部として構成されている。冷却媒体流路８３は、例えば上記回転中心軸Ｏに対して螺旋状に延在するように設けられている。冷却媒体流路８３内には冷却媒体が流される。これにより、軸受装置１００は冷却される。

前蓋９は、図示しないボルト等によってハウジング８に固定されている。図１に示されるように、前蓋９は、上記径方向においてハウジング８の内径面８ａよりも内側に配置されており、かつ上記軸方向においてハウジング８の凸面８ｂと対向する押さえ面９ａを有している。押さえ面９ａは、外輪間座６と接している外輪２ｂの端面とは反対側に位置する端面と接している。押さえ面９ａは、外輪間座６の第４端面６２ｂと上記軸方向に対向するように配置されている。ハウジング８および前蓋９は、上記軸方向において外輪２ａ、外輪２ｂ、および外輪間座６を位置決めしている。

図１に示されるように、主軸１１は、内輪３ａ，３ｂおよび内輪間座７の各内径面と対向する外径面１１ａと、該外径面１１ａに対して上記径方向の外側に突出している凸面１１ｂとを有している。凸面１１ｂは、内輪間座７と接している内輪３ｂの端面とは反対側に位置する端面と接している。内輪３ａ，３ｂおよび内輪間座７は、例えば主軸１１に対してしまり嵌めとされている。

図１に示されるように、固定部材１２は、主軸１１に固定されている。固定部材１２は、上記径方向において主軸１１の外径面１１ａよりも外側に配置されており、かつ上記軸方向において主軸１１の凸面１１ｂと対向する押さえ面１４ａを有している。押さえ面１４ａは、内輪間座７と接している内輪３ａの端面とは反対側に位置する端面と接している。主軸１１および固定部材１２は、上記軸方向において内輪３ａ、内輪３ｂ、および内輪間座７を位置決めしている。

図１に示されるように、固定部材１２は、例えばナット１３と、スペーサ１４とを有している。ナット１３は、主軸１１の外径面１１ａと螺合するように設けられている。ナット１３は、スペーサ１４を介して内輪３ａと接続されている。スペーサ１４は、主軸１１の外径面１１ａに対して摺動するように設けられている。スペーサ１４の上記軸方向の一方の端面はナット１３に接しており、他方の端面は上記押さえ面１４ａを構成している。

軸受装置１００は、例えば以下のように組み立てられる。第２軸受１ｂ、外輪間座６および内輪間座７、第１軸受１ａ、ならびにスペーサ１４が、凸面１２ａ側から順に主軸１１に挿通される。外輪２ａ、外輪間座６、および外輪２ｂが接触している状態において、内輪３ａと内輪間座７との間、および内輪３ｂと内輪間座７との間には、予め設計上の隙間が設けられている。次に、ナット１３が緊締される。これにより、第１軸受１ａ、第２軸受１ｂ、外輪間座６、内輪間座７、主軸１１、および固定部材１２が接続され、かつ上記隙間が無くなる。

次に、上記のように接続された第１軸受１ａ、第２軸受１ｂ、外輪間座６、内輪間座７、主軸１１、および固定部材１２がハウジング８に挿入される。第１軸受１ａ、外輪間座６および内輪間座７、ならびに第２軸受１ｂは、凸面８ｂ側から順にハウジング８に挿入される。次に、前蓋９がハウジング８に固定される。このように組み立てられた軸受装置１００において、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂには予圧が付与されている。具体的には、ナット１３が締め付けられることによって内輪３ａに印加された上記軸方向への力は、玉４ａを経て、外輪２ａに伝わり、さらに外輪２ａから外輪間座６を介して外輪２ｂに伝わる。外輪２ｂに伝わった上記力は、玉４ｂを経て、内輪３ｂに伝わる。これにより、第１軸受１ａの外輪２ａおよび内輪３ａと玉４ａとの各接触点、および第２軸受１ｂの外輪２ｂおよび内輪３ｂと玉４ｂとの各接触点に、圧縮応力が印加される。第１軸受１ａ、外輪間座６および第２軸受１ｂは、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂに予圧を付与させる上記力の伝達経路の一部を構成している。

図１および図２に示されるように、予圧センサ１０は、例えば上記軸方向において外輪間座６の第１間座部材６１と第２間座部材６２との間に配置されている。予圧センサ１０は、第１方向の一方側を向いた第１面２０ａと、第１方向の他方側を向いた第２面３０ａとを有しており、第１面２０ａおよび第２面３０ａに作用する荷重の変化を検出するように設けられている。予圧センサ１０は、第１方向が上記軸方向に沿うように、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂに予圧を付与させる上記力の伝達経路上に配置されている。

図１および図２に示されるように、予圧センサ１０の第１面２０ａは、例えば第２間座部材６２の第３端面６２ａに接続されている。第１面２０ａは、例えば上記径方向において貫通孔６２ｈよりも外側に位置する第３端面６２ａの一部領域に接続されている。

図１および図２に示されるように、予圧センサ１０の第２面３０ａは、例えば第１間座部材６１の第２端面６１ｂに接続されている。第２面３０ａは、例えば第２端面６１ｂの全面に接続されている。

図１および図２に示されるように、予圧センサ１０は、感圧部２０と、緩衝部３０とを備える。感圧部２０は、第１面２０ａと、第１面２０ａとは反対側に位置する第３面２０ｂを有する。第１面２０ａおよび第３面２０ｂは感圧部２０の上記軸方向の両端面を成している。第１面２０ａは、感圧部２０の上記軸方向を向いた表面のうち、外輪２ｂに最も近い面である。第３面２０ｂは、感圧部２０の上記軸方向を向いた表面のうち、外輪２ａに最も近い面である。

緩衝部３０は、第２面３０ａと、第２面３０ａとは反対側に位置する第４面３０ｂとを有する。第２面３０ａおよび第４面３０ｂは緩衝部３０の上記軸方向の両端面を成している。第２面３０ａは、緩衝部３０の上記軸方向を向いた表面のうち、外輪２ａに最も近い面である。第４面３０ｂは、緩衝部３０の上記軸方向を向いた表面のうち、外輪２ｂに最も近い面である。感圧部２０の第３面２０ｂの全体が、緩衝部３０の第４面３０ｂと接している。

図２および図３に示されるように、感圧部２０は、第１端子部２２ａおよび第２端子部２２ｂと、感圧パターン部２２ｃと、被覆部２１，２３とを含む。なお、図１では、第１端子部２２ａ、第２端子部２２ｂ、感圧パターン部２２ｃ、および被覆部２１，２３の図示が省略されている。

第１端子部２２ａおよび第２端子部２２ｂは、例えば半田等を介して外部配線と電気的に接続される。つまり、第１端子部２２ａおよび第２端子部２２ｂは、被覆部２１，２３および緩衝部３０から露出している。

感圧パターン部２２ｃは、第１端子部２２ａと第２端子部２２ｂとの間を接続している。感圧パターン部２２ｃは、被覆部２１，２３に被覆されており、かつ上記軸方向において緩衝部３０と重なるように配置されている。感圧パターン部２２ｃの第１端子部２２ａと第２端子部２２ｂとの間の直流抵抗は、第１面２０ａと第２面３０ａとの間に作用する圧力に応じて変化する。第１端子部２２ａ、第２端子部２２ｂおよび感圧パターン部２２ｃは、例えば後述する絶縁膜２１上に成膜された感圧膜がパターニングされることにより形成されたものである。

図２に示されるように、被覆部２１，２３は、感圧パターン部２２ｃを覆うように設けられている。被覆部２１，２３は、例えば絶縁膜２１と、保護膜２３とを有する。絶縁膜２１は、上記第１面２０ａと、第１面２０ａとは反対側に位置する面２１ｂとを有する。第１端子部２２ａ、第２端子部２２ｂ、感圧パターン部２２ｃ、および保護膜２３は、面２１ｂ上に配置されている。保護膜２３は、絶縁膜２１の面２１ｂ上に配置された第１端子部２２ａ、第２端子部２２ｂ、および感圧パターン部２２ｃのうち、感圧パターン部２２ｃを覆うように設けられている。保護膜２３は、面２１ｂと直接または感圧パターン部２２ｃを介して接続されている面２３ａと、面２３ａとは反対側に位置する第３面２０ｂとを有する。

被覆部２１，２３を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよいが、好ましくは潤滑油によって腐食されにくい材料であり、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、およびダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の少なくともいずれかを含む。感圧パターン部２２ｃを構成する材料は、一般的な歪みゲージを構成する合金材料と同等であってもよく、例えば銅ニッケル合金（Ｃｕ‐Ｎｉ合金）およびニッケルクロム合金（Ｎｉ‐Ｃｒ合金）の少なくともいずれかを含む。

図１および図２に示されるように、緩衝部３０は、上記軸方向において感圧パターン部２２ｃと重なるように設けられている。緩衝部３０の上記径方向の幅は、例えば感圧部２０の上記径方向の幅を超えている。緩衝部３０は、例えば第２端面６１ｂと接続されている第２面３０ａと，感圧部２０の第３面２０ｂと接続されている面３０ｂとを有している。

図１および図２に示されるように、緩衝部３０の第２面３０ａは、例えば第２端面６１ｂの全面と接続されている。なお、第１端子部２２ａと第２端子部２２ｂに接続される配線を押圧しないよう、第２面３０ａ側に図示しない逃げ部を設ける。緩衝部３０には、穴６１ｈおよび貫通孔６２ｈに連なる貫通孔３０ｈが形成されている。感圧部２０の第３面２０ｂは、例えば上記径方向において貫通孔３０ｈよりも外側に位置する面３０ｂの一部領域に接続されている。緩衝部３０の上記軸方向の厚みは、例えば絶縁膜２１および保護膜２３の各厚みを超えている。緩衝部３０の上記軸方向の厚みは、例えば１００μｍ以下である。

緩衝部３０の面３０ｂは、感圧部２０第３面２０ｂと接触している限りにおいて、これと接着されていてもよいし、これと接着されていなくてもよい。

図５に示されるように、予圧センサ１０は、例えば複数の感圧部２０を含んでいる。複数の感圧部２０は、例えば上記周方向において互いに間隔を隔てて配置されている。複数の感圧部２０の各々は、例えば環状に設けられた１つの緩衝部３０と接続されている。なお、予圧センサ１０は、上記周方向において互いに間隔を隔てて配置された複数の緩衝部３０を含んでいてもよい。この場合、各緩衝部３０は、例えば１つの感圧部２０と接続されている。

軸受装置１００は、図６に示されるセンサ信号処理部４０をさらに備えている。図６に示されるように、センサ信号処理部４０は、ＤＣ電源ＶＳＤＣに接続される抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、予圧センサ１０と、差動アンプＡＭＰとを含む。抵抗Ｒ１〜Ｒ３と予圧センサ１０とはブリッジ回路を構成している。ＤＣ電源ＶＳＤＣの正極と負極との間には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが直列に接続されている。また、ＤＣ電源ＶＳＤＣの正極と負極との間には、予圧センサ１０と抵抗Ｒ３とが直列に接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続ノードには、アンプＡＭＰの一方の入力ノードが接続されている。予圧センサ１０と抵抗Ｒ３との接続ノードには、アンプＡＭＰの他方の入力ノードが接続されている。このようなセンサ信号処理部４０は、図６に示されるブリッジ回路を備えることによって、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂに付与されている予圧が変化することによって引き起こされる予圧センサ１０の直流抵抗の変化を検出することができる。

予圧センサ１０は、図１に示されるケーブル１６を介して上記センサ信号処理部４０の検出回路に接続されている。ハウジング８には、ケーブル１６が通される挿通路１５が設けられている。挿通路１５の一端は、ハウジング８の内筒８１の内径面に開口している。

緩衝部３０を構成する材料の剛性（縦弾性係数）は、外輪間座６を構成する材料のそれよりも低い。緩衝部３０を構成する材料の剛性（縦弾性係数）は、被覆部２１，２３を構成する材料のそれよりも低い。

緩衝部３０を構成する材料は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属、あるいは合金でもよい。緩衝部３０は、例えばスパッタリング法により第２面３０ａ上に成膜した後、緩衝部３０を形成する必要がない領域上に形成された膜を部分的に除去してもよい。

緩衝部３０を構成する材料は、フッ素系樹脂を含んでいてもよく、例えばポリアミドイミドをバインダーとしポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を個体潤滑剤とするコーティング材料であってもよい。この場合、緩衝部３０は、緩衝部３０を形成する必要がない領域をマスキングした後、上記コーティング材料を塗布、噴霧、または溶射する等により形成され得る。あるいは、緩衝部３０は、予め成形されたＰＴＦＥからなるシート材を、緩衝部３０を形成すべき領域に接着することにより形成され得る。

予圧センサ１０は、上記構成を備える限りにおいて、任意の方法により形成され得る。一例として、予圧センサ１０は、互いに独立に別体として形成された感圧部２０および緩衝部３０の各々が外輪間座６に組み付けられることにより、形成されてもよい。この場合、予圧センサ１０は、第１間座部材６１および第２間座部材６２とは別体として形成された感圧部２０および緩衝部３０の各々が第１間座部材６１または第２間座部材６２に組み付けられた後、第１間座部材６１および第２間座部材６２が組み立てられることにより、形成されていてもよい。あるいは、予圧センサ１０は、第１間座部材６１または第２間座部材６２と一体として形成された感圧部２０および緩衝部３０の各々が、第１間座部材６１および第２間座部材６２が組み立てられることにより、形成されていてもよい。

例えば、まず、絶縁膜２１が、スパッタリング法等によって第２間座部材６２の第３端面６２ａ上に形成される。次に、第１端子部２２ａ、第２端子部２２ｂおよび感圧パターン部２２ｃが、スパッタリング法等によって絶縁膜２１の面２１ｂ上に形成される。次に、保護膜２３が、スパッタリング法等によって感圧パターン部２２ｃを覆うように絶縁膜２１の面２１ｂ上に形成される。第１端子部２２ａおよび第２端子部２２ｂ上に成膜された保護膜２３は、選択的に除去されるか、あるいは第１端子部２２ａと第２端子部２２ｂ上に保護膜２３が成膜されないように、保護膜２３の成膜前に第１端子部２２ａと第２端子部２２ｂがマスキングされていてもよい。このようにして、図４に示されるように、第２間座部材６２と一体として形成された感圧部２０が準備される。

さらに、緩衝部３０が、スパッタリング等によって第１間座部材６１の第２端面６１ｂ上に形成される。これにより、図４に示されるように、第１間座部材６１と一体として形成された緩衝部３０が準備される。

次に、第１間座部材６１および第２間座部材６２が位置決め部材６３によって相対的に位置決めされる。具体的には、図４に示されるように配置された第１間座部材６１および第２間座部材６２の穴６１ｈおよび貫通孔６２ｈに位置決め部材６３が挿入されることにより、第１間座部材６１および第２間座部材６２が上記周方向および上記径方向において相対的に位置決めされる。これにより、感圧部２０と緩衝部３０とが上記軸方向に積層した予圧センサ１０が形成される。

他の一例として、予圧センサ１０は、外輪間座６に組み付けられる前に、感圧部２０および緩衝部３０の積層体として予め一体として形成されていてもよい。この場合、予圧センサ１０は、第１間座部材６１および第２間座部材６２とは別体として形成された上記積層体として形成されていてもよい。あるいは、予圧センサ１０は、第１間座部材６１または第２間座部材６２と一体として形成された上記積層体として形成されていてもよい。

＜作用効果＞
予圧センサ１０は、第１方向に作用する圧力に応じて直流抵抗が変化する感圧パターン部２２ｃと、感圧パターン部２２ｃを覆う被覆部２１，２３と、第１方向において被覆部２１，２３に隣接して配置されている緩衝部３０とを備える。緩衝部３０を構成する材料の縦弾性係数は、被覆部２１，２３を構成する材料の縦弾性係数未満である。

上述のように緩衝部３０を備えない従来の予圧センサの検出精度は、予圧センサが挟まれる２つの面の各々の表面粗さおよび平坦度等の面性状の影響を受けやすい。具体的には、上記２つの面の少なくとも一方の表面粗さが比較的大きい場合、あるいは上記２つの面の少なくとも一方の平坦度が比較的低い場合、予圧センサの感圧パターン部は、上記２つの面によって均一に押圧されないため、押圧により印加された力の変化を高精度に測定することが困難である。特に、一般的な軸受等の軸方向に垂直な面の面性状はその面内において比較的大きなバラつきを有しているため、一般的な軸受等の上記２つの面間に配置された上記予圧センサでは、軸受の予圧の変化を高精度に検出することが困難である。

これに対し、予圧センサ１０の感圧パターン部２２ｃには、第１方向への力が緩衝部３０を介して印加される。そのため、予圧センサ１０は、緩衝部３０を備えない従来の予圧センサと比べて、緩衝部３０の第２面３０ａが接する面の表面粗さおよび平坦度によらず、第１方向の力の変化を安定して検出できる。つまり、予圧センサ１０は、一般的な軸受および間座に隣接して配置された場合にも、該軸受に付与される予圧の変化を安定して高精度に検出することができる。

さらに、予圧センサ１０は、外輪間座６に感圧部２０および緩衝部３０を成膜、加工することにより、外輪間座６と一体として形成され得る。この場合、ハウジング８に取り付けられる前の軸受装置１００において、予圧センサ１０は外輪間座６に対して位置決められている。そのため、このような軸受装置１００は、ハウジング８に取り付けられる前には外輪間座６に位置決めされておらず、ハウジング８に取り付けられることによって外輪間座６に位置決めされる予圧センサ１０を備える軸受装置と比べて、容易に組み立てられる。例えば特開２００８−２８６２１９号公報に記載の軸受装置は、予圧検出装置としての磁歪材およびコイルを、軸方向に分割された外輪間座間に挟み込んだ複雑な構造を有しているため、組み立ての際には一対の間座部材が分離しないよう保持された軸受装置をハウジングに取り付ける必要がある。このような組立は困難である。軸受装置１００は、上記予圧検出装置を備える軸受装置と比べて、容易に組み立てられる。

上記軸受装置１００では、被覆部２１，２３は、第１面２０ａとは反対側に位置する第３面２０ｂをさらに有している。緩衝部３０は、第２面３０ａとは反対側に位置する第４面３０ｂをさらに有している。第３面２０ｂの全面が第４面３０ｂに接している。

このような予圧センサ１０では、緩衝部３０が感圧パターン部２２ｃに印加される第１方向への力の伝達経路上に確実に配置されている。

また、被覆部２１，２３は感圧パターン部２２ｃを被覆しているため、第１方向から視た第１面２０ａおよび第３面２０ｂの面積は感圧パターン部２２ｃの面積を超えている。そのため、上記予圧センサ１０は、例えば第１方向から視た緩衝部３０の平面形状および寸法が感圧パターン部２２ｃのそれらと同等とされている予圧センサ１０と比べて、感圧部２０と緩衝部３０とが容易に位置決めされる。

上記予圧センサ１０では、緩衝部３０を構成する材料は、樹脂を含む。このようにすれば、緩衝部３０は、塗布、噴霧、または溶射等によって比較的容易に形成される。さらに、緩衝部３０として樹脂を用いることで、金属に比べて縦弾性係数が小さいので、予圧センサ１０の表面形状（平坦度）が悪くても確実に感圧パターン部２２ｃを押すことができる。

上記予圧センサ１０では、緩衝部３０の第１方向の厚みが１００μｍ以下である。予圧センサ１０を備える軸受装置１００では、緩衝部３０を構成する材料の縦弾性係数が第１間座部材６１および第２間座部材６２を構成する材料の縦弾性係数未満とされているため、緩衝部３０の上記厚みが比較的厚くなると、外輪間座６の剛性が低下する。これに対し、緩衝部３０の上記厚みが１００μｍ以下であれば、予圧センサ１０が緩衝部３０を備えることによる外輪間座６の剛性の低下が、軸受装置１００が工作機械に用いられたときに工作機械の加工精度に影響を及ぼさない程度に抑制される。

上記軸受装置１００は、上記予圧センサ１０と、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂと、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂに隣接して配置される外輪間座６とを備える。予圧センサ１０、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂ、ならびに外輪間座６は、上記第１方向が上記軸方向に沿うように配置されている。予圧センサ１０の第１面２０ａおよび第２面３０ａは、外輪間座６に接している。緩衝部３０を構成する材料の縦弾性係数は、外輪間座６を構成する材料の縦弾性係数未満である。

このようにすれば、予圧センサ１０、第１軸受１ａ、第２軸受１ｂ、および外輪間座６に上記軸方向への力が作用するときに、これらの部材のうち相対的に剛性が低い緩衝部３０が、上記力を伝達する面である第２端面６１ｂおよび第３端面６２ａの面性状のばらつきに起因した当該力のばらつきを低減できる。そのため、軸受装置１００によれば、第２端面６１ｂおよび第３端面６２ａの面性状のばらつきが一般的な軸受装置におけるそれと同等であっても、予圧センサ１０によって上記予圧の変化を高精度の検出することができる。軸受装置１００は、例えば工作機械の主軸のように、高速回転する回転軸を支持する軸受装置に好適である。

上記軸受装置１００は、上記周方向に互いに間隔を隔てて配置された複数の予圧センサ１０を備えている。このような軸受装置１００によれば、各予圧センサ１０の出力を比較することにより、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂに偏心荷重が印加されている状態も検出され得る。

なお、予圧センサ１０は、上記伝達経路の任意の場所に配置されていてもよい。予圧センサ１０は、例えば内輪３ａとスペーサ１４との間に配置されても良い。この場合、外輪間座６は一体として構成されていてもよい。

なお、図１〜図３に示される外輪間座６は、外輪２ａ，２ｂよりも上記径方向の内側に突出している部分を有しているが、これに限られるものではない。外輪間座６の第１間座部材６１および第２間座部材６２の内径面は、例えば外輪２ａ，２ｂの各内径面と上記軸方向に連なるように設けられていてもよい。この場合、感圧部２０の第３面２０ｂの全面は、例えば緩衝部３０の第４面３０ｂの全面と接するように設けられている。

また、図７に示されるように、予圧センサ１０の第１面２０ａが第１間座部材６１の第２端面６１ｂに接し、第２面３０ａが第２間座部材６２の第３端面６２ａに接していてもよい。つまり、第１間座部材６１の第２端面６１ｂが第５面として構成され、第２間座部材６２の第３端面６２ａが第６面として構成されていてもよい。

（実施の形態２）
図８および図９に示されるように、実施の形態２に係る軸受装置１０１は、実施の形態１に係る軸受装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、外輪間座６の第２間座部材６２が上記軸方向に突出している突出部６２ｐを有しており、突出部６２ｐの頂面が第３端面６２ａを構成している点で異なる。言い換えれば、実施の形態２に係る軸受装置１０１は、突出部６２ｐの頂面が予圧センサ１０の第１面２０ａと接する第５面として構成されている点で、軸受装置１００と異なる。なお、図８および図９では、第１端子部２２ａ、第２端子部２２ｂ、感圧パターン部２２ｃ、および被覆部２１，２３の図示が省略されている。また、図８では、位置決め部材６３の図示が省略されている。

突出部６２ｐは、例えば第２間座部材６２の外径面に連なるように設けられている。突出部６２ｐは、上記軸方向において外輪２ａ，２ｂの少なくとも一部と重なるように設けられており、例えば上記軸方向において外輪２ａ，２ｂの全体と重なるように設けられている。突出部６２ｐの頂面は、第１間座部材６１の上記軸方向を向いた表面のうち、外輪２ａに最も近い面である。突出部６２ｐの頂面が第３端面６２ａを構成している。

実施の形態２に係る予圧センサ１０は、実施の形態１に係る予圧センサ１０と基本的に同様の構成を備えている。緩衝部３０の上記径方向の幅は、例えば感圧部２０の上記径方向の幅と同等とされている。予圧センサ１０の第２面３０ａは、上記径方向において外側に位置する第２端面６１ｂの一部領域のみと接している。予圧センサ１０の第１面２０ａは、例えば第３端面６２ａの全面と接している。予圧センサ１０の第１面２０ａの面積は、例えば実施の形態１に係る予圧センサ１０の第１面２０ａの面積未満である。

実施の形態２に係る予圧センサ１０および軸受装置１０１は、実施の形態１に係る予圧センサ１０および軸受装置１００と基本的に同様の構成を備えるため、実施の形態１に係る予圧センサ１０および軸受装置１００と同様の効果を奏することができる。

実施の形態２に係る軸受装置１０１では、上記仕上げ加工が図１に示される第３端面６２ａの全面に施される場合と比べて、上記仕上げ加工が施される領域の面積が小さいため、上記仕上げ加工が比較的容易に実施され得る。

図１０に示されるように、実施の形態２に係る軸受装置１０１では、第２間座部材６２に加え、第１間座部材６１も上記軸方向に突出する突出部６１ｐを有していてもよい。突出部６１ｐの頂面は、突出部６２ｐの頂面と接するように設けられている。突出部６１ｐの頂面は、第２端面６１ｂを構成しており、例えば予圧センサ１０の第２面３０ａに接している。なお、突出部６１ｐの頂面が予圧センサ１０の第１面２０ａに接しており、突出部６２ｐの頂面が予圧センサの第２面３０ａに接していてもよい。

図１０に示される予圧センサ１０の第２面３０ａの面積は、図８および図９に示される予圧センサ１０の第２面３０ａの面積未満とされている。第２端面６１ｂの面積も小さくなるので、高い加工精度が要求される領域が小さくなるので、加工が容易になる。

なお、実施の形態２に係る軸受装置１０１では、第２間座部材６２は突出部６２ｐを有しておらず、第１間座部材６１のみが突出部６１ｐを有していてもよい。

（実施の形態３）
図１１および図１２に示されるように、実施の形態３に係る軸受装置１０２は、実施の形態１に係る軸受装置１００と基本的に同様の構成を備えるが、予圧センサ１０の第２面３０ａが第２軸受１ｂの外輪２ｂに接するように配置されている点で異なる。言い換えれば、実施の形態３に係る軸受装置１０２は、外輪２ｂの上記軸方向の端面２ｃが予圧センサ１０の第２面３０ａと接する第６面として構成されている点で、軸受装置１００と異なる。なお、図１１では、第１端子部２２ａ、第２端子部２２ｂ、感圧パターン部２２ｃ、および被覆部２１，２３の図示が省略されている。

外輪間座６は、例えば一体として構成されている。外輪間座６は、上記軸方向において第１軸受１ａ側を向いており、かつ外輪２ａと接している第７端面６ａと、第７端面６ａとは反対側に位置して第２軸受１ｂ側を向いており、かつ上記軸方向において外輪２ｂの上記端面２ｃと対向するように配置されている第８端面６ｂとを有している。第８端面６ｂの面積は、例えば外輪２ｂの上記端面２ｃの面積と同等とされている。

予圧センサ１０の第１面２０ａは、外輪間座６の第８端面６ｂに接している。第２面３０ａは、外輪２ｂの上記端面２ｃに接している。つまり、外輪間座６の第８端面６ｂが第５面として構成され、外輪２ｂの上記端面２ｃが第６面として構成されている。

実施の形態３に係る予圧センサ１０および軸受装置１０２は、実施の形態１に係る予圧センサ１０および軸受装置１００と基本的に同様の構成を備えるため、実施の形態１に係る予圧センサ１０および軸受装置１００と同様の効果を奏することができる。

図１３に示されるように、予圧センサ１０の第１面２０ａが外輪２ｂの上記端面２ｃに接し、第２面３０ａが外輪間座６の第８端面６ｂに接していてもよい。つまり、外輪２ｂの上記端面２ｃが第５面として構成され、外輪間座６の第８端面６ｂが第６面として構成されていてもよい。

上記軸受装置１００，１０１，１０２では、予圧センサ１０の第１面２０ａおよび第２面３０ａの少なくともいずれかは外輪間座６に接しているが、これに限られるものでは無い。図１４に示されるように、予圧センサ１０の第１面２０ａおよび第２面３０ａの少なくともいずれかは内輪間座７に接していてもよい。この場合、緩衝部３０を構成する材料の縦弾性係数は、内輪間座７を構成する材料の縦弾性係数未満であればよい。

図１４に示される軸受装置１０３では、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂが正面組み合わせ（ＤＦ）とされている。この場合、前蓋９を図示しないボルト等によってハウジング８に対して締め付けることにより、第２軸受１ｂ側から第１軸受１ａ側に向けて予圧が与えられる。前蓋９が締め付けられることによって外輪２ｂに印加された上記軸方向への力は、玉４ｂを経て、内輪３ｂに伝わり、さらに内輪３ｂから内輪間座７を介して内輪３ａに伝わる。内輪３ａに伝わった上記力は、玉４ａを経て、外輪２ａに伝わる。これにより、第１軸受１ａの外輪２ａおよび内輪３ａと玉４ａとの各接触点、および第２軸受１ｂの外輪２ｂおよび内輪３ｂと玉４ｂとの各接触点に、圧縮応力が印加される。第２軸受１ｂ、内輪間座７および第１軸受１ａは、第１軸受１ａおよび第２軸受１ｂに予圧を付与させる上記力の伝達経路の一部を構成している。

予圧センサ１０は、上記伝達経路において、例えば内輪３ｂと内輪間座７との間に配置されている。なお、予圧センサ１０の位置は、上記伝達経路上の他の位置であってもよい。

なお、図１４に示されるように、予圧センサ１０が回転輪としての内輪３ｂと回転側間座としての内輪間座７との間に配置される場合、予圧センサ１０も主軸１１、内輪３ｂおよび内輪間座７とともに回転する。そのため、図１４に示される軸受装置１０３では、予圧センサ１０の出力を外部機器に送信するための送信機５１が、内輪間座７の外径面に配置されている。また、外輪間座６の内径面には、送信機５１と対向する位置に受信機５２が配置されている。送信機５１および受信機５２は、互いに非接触で通信および給電するように設けられている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ａ 第１軸受、１ｂ 第２軸受、２ａ，２ｂ 外輪、２ｃ 端面、３ａ，３ｂ 内輪、４ａ，４ｂ 玉、５ａ，５ｂ 保持器、６ 外輪間座、６ａ 第７端面、６ｂ 第８端面、６１ｐ，６２ｐ 突出部、７ 内輪間座、８ ハウジング、８ａ 内径面、８ｂ，１１ｂ 凸面、９ 前蓋、９ａ，１２ａ 押さえ面、１０ 予圧センサ、１１ 主軸、１１ａ 外径面、１２ 固定部材、１３ ナット、１４ スペーサ、１５ 挿通路、１６ ケーブル、２０ 感圧部、２０ａ 第１面、２０ｂ 第３面、２１ 絶縁膜（被覆部）、２３ 保護膜（被覆部）、２２ａ 第１端子部、２２ｂ 第２端子部、２２ｃ 感圧パターン部、３０ 緩衝部、３０ａ 第２面、３０ｂ 第４面、４０ センサ信号処理部、６１ 第１間座部材、６１ａ 第１端面、６１ｂ 第２端面、６１ｃ 第５端面、６２ 第２間座部材、６２ａ 第３端面、６２ｂ 第４端面、６２ｃ 第６端面、６３ 位置決め部材、８１ 内筒、８２ 外筒、８３ 冷却媒体流路、１００ 軸受装置。

Claims (9)

1. 第１方向に作用する圧力に応じて直流抵抗が変化する感圧パターン部と、
   前記感圧パターン部を覆う被覆部と、
   前記第１方向において前記被覆部に隣接して配置されている緩衝部とを備え、
   前記緩衝部を構成する材料の縦弾性係数は、前記被覆部を構成する材料の縦弾性係数未満である、予圧センサ。
2. 前記被覆部は、前記第１方向の一方側を向いた第１面を有し、
   前記緩衝部は、前記第１方向の他方側を向いた第２面を有し、
   前記被覆部は、前記第１面とは反対側に位置する第３面をさらに有し、
   前記緩衝部は、前記第２面とは反対側に位置する第４面をさらに有し、
   前記第３面が前記第４面に接している、請求項１に記載の予圧センサ。
3. 前記緩衝部を構成する材料は、樹脂を含む、請求項１または２に記載の予圧センサ。
4. 前記緩衝部の前記第１方向の厚みは、１００μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の予圧センサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の予圧センサと、
   軸受と、
   前記軸受に隣接して配置される間座とを備え、
   前記予圧センサ、前記軸受、および前記間座は、前記第１方向が前記軸受および前記間座の軸方向に沿うように配置されており、
   前記予圧センサの前記被覆部および前記緩衝部の少なくともいずれかは、前記間座に接しており、
   前記緩衝部を構成する材料の縦弾性係数は、前記間座を構成する材料の縦弾性係数未満である、軸受装置。
6. 前記予圧センサは、前記軸方向において前記軸受と前記間座との間に配置されている、請求項５に記載の軸受装置。
7. 前記間座は、第１間座部材と、前記第１間座部材と別体として構成されており、かつ前記軸方向において前記第１間座部材と並んで配置されている第２間座部材とを含み、
   前記予圧センサは、前記軸方向において前記第１間座部材と前記第２間座部材との間に配置されている、請求項５に記載の軸受装置。
8. 前記間座は、前記軸方向に突出している少なくとも１つの突出部を含み、
   前記予圧センサは、前記軸方向において前記突出部と隣接して配置されている、請求項６または７に記載の軸受装置。
9. 前記緩衝部は、前記軸受および前記間座と同軸の環状部材として構成されている、請求項５〜８のいずれか１項に記載の軸受装置。

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