JP2021014886A - 軸受装置及びスピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ひずみの測定に際しノイズの影響を低減することができる軸受装置を提供する。【解決手段】軸受装置は、第１内輪と、第１外輪と、第１内輪と第１外輪との間に配置された第１転動体とを有し、予圧が印加された第１転がり軸受と、予圧の経路上に配置された非回転部材と、非回転部材に取り付けられた少なくとも１以上のひずみセンサとを備える。第１内輪は、第１外輪及び非回転部材に対して回転可能になっている。ひずみセンサは、非回転部材のひずみに応じた信号を出力する検知部と、信号が入力される処理部とを有している。処理部は、信号を増幅する増幅部を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、軸受装置及びスピンドル装置に関する。

特許文献１（特開２００３−１２０６６６号公報）には、軸受装置が記載されている。特許文献１に記載の軸受装置は、第１転がり軸受と、第２転がり軸受と、内輪間座と、外輪間座と、ひずみセンサとを有している。

第１転がり軸受及び第２転がり軸受には、予圧が印加されている。内輪間座は、第１転がり軸受の内輪と第２転がり軸受の内輪との間に配置されている。外輪間座は、第１転がり軸受の外輪と第２転がり軸受の外輪との間に配置されている。ひずみセンサは、外輪間座に取り付けられている。

特開２００３−１２０６６６号公報

特許文献１に記載の軸受装置においては、外輪間座のひずみをひずみセンサで測定しながら第１転がり軸受及び第２転がり軸受に印加される予圧が調整される。これにより、予圧の管理が可能になり、適正な予圧を第１転がり軸受及び第２転がり軸受に印加することが可能になる。

しかしながら、特許文献１に記載の軸受装置においては、ひずみセンサの構成の詳細が明らかではない。その結果、ひずみセンサからの出力にノイズが重畳され、外輪間座におけるひずみの測定結果が、ノイズの影響を受けてしまうおそれがある。ひずみの測定結果がノイズの影響を受けると、第１転がり軸受及び第２転がり軸受に印加されている予圧を正確に把握できないおそれがある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、ひずみの測定に際してノイズの影響を低減することができる軸受装置及びスピンドル装置を提供するものである。

本発明に係る軸受装置は、第１内輪と、第１外輪と、第１内輪と第１外輪との間に配置された第１転動体とを有し、予圧が印加された第１転がり軸受と、予圧の経路上に配置された非回転部材と、非回転部材に取り付けられた少なくとも１以上のひずみセンサとを備える。第１内輪は、第１外輪及び非回転部材に対して回転可能になっている。ひずみセンサは、非回転部材のひずみに応じた信号を出力する検知部と、信号が入力される処理部とを有している。処理部は、信号を増幅する増幅部を含む。

上記の軸受装置において、処理部は、増幅部において増幅された信号に基づいてひずみを算出する出力部をさらに含んでいてもよい。

上記の軸受装置において、ひずみセンサは、非回転部材に取り付けられた基板をさらに有していてもよい。検知部及び処理部は、基板上に取り付けられていてもよい。

上記の軸受装置において、ひずみセンサは、検知部及び処理部がモノリシックに形成された半導体集積回路を有していてもよい。

上記の軸受装置は、記憶部と、演算部とをさらに備えていてもよい。記憶部には、ひずみと予圧との関係を示す情報が格納されていてもよい。演算部は、ひずみ及び情報に基づいて予圧を算出するように構成されていてもよい。

上記の軸受装置は、記憶部と、演算部とをさらに備えていてもよい。ひずみセンサの数は、複数であってもよい。演算部は、それぞれのひずみセンサからのひずみに基づいて代表値を算出するように構成されていてもよい。記憶部には、代表値と予圧との関係を示す情報が格納されていてもよい。演算部は、代表値及び情報に基づいて予圧を算出するように構成されていてもよい。

上記の軸受装置は、診断部をさらに備えていてもよい。診断部は、演算部において算出された予圧と所定の閾値とを比較するように構成されていてもよい。

上記の軸受装置は、第２内輪と、第２外輪と、第２内輪と第２外輪との間に配置された第２転動体とを有し、予圧が印加された第２転がり軸受をさらに備えていてもよい。第２内輪は、第２外輪及び非回転部材に対して回転可能になっていてもよい。非回転部材は、第１外輪と第２外輪との間に配置された外輪間座であってもよい。

上記の軸受装置において、外輪間座は、平坦部を含む外周面を有していてもよい。ひずみセンサは、平坦部に取り付けられていてもよい。

上記の軸受装置において、外輪間座は、内周面と、外周面とを有していてもよい。内周面には、外周面側に向かって窪む凹部が形成されていてもよい。凹部の底面は、平坦面になっていてもよい。ひずみセンサは、平坦面に取り付けられていてもよい。

本発明に係るスピンドル装置は、上記の軸受装置と、第１転がり軸受により回転可能に支持される軸と、軸を回転させるモータとを備える。

本発明に係る軸受装置及びスピンドル装置によると、ひずみの測定に際してノイズの影響を低減することができる。

スピンドル装置１００の断面図である。 図１のＩＩにおける拡大図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 スピンドル装置１００におけるひずみセンサ４０の模式的な構造図である。 スピンドル装置１００におけるひずみセンサ４０のブロック図である。 軸受装置３０に印加される予圧とひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄとの関係を示す模式的なグラフである。 スピンドル装置１１０の回転中心軸Ａに直交する断面図である。 スピンドル装置１２０におけるひずみセンサ４０の模式的な構造図である。

実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係るスピンドル装置（以下においては、「スピンドル装置１００」とする）を説明する。

＜スピンドル装置１００の全体構成＞
図１は、スピンドル装置１００の断面図である。図２は、図１のＩＩにおける拡大図である。スピンドル装置１００は、例えば工作機械に用いられるビルトインモータ方式のスピンドル装置である。図１及び図２に示されるように、スピンドル装置１００は、軸１０と、外筒２０と、軸受装置３０と、モータ５０と、軸受装置６０とを有している。

＜軸１０の詳細構成＞
軸１０は、第１端１０ａと、第２端１０ｂとを有している。第１端１０ａ及び第２端１０ｂは、軸１０の回転中心軸Ａに沿う方向における端である。以下においては、回転中心軸Ａに沿う方向を、「軸方向」という。第２端１０ｂは、第１端１０ａの反対側の端である。第１端１０ａには、エンドミル等の切削工具が取り付けられる。軸１０は、外周面１０ｃを有している。軸１０は、外周面１０ｃにおいて、段差部１０ｄを有している。段差部１０ｄにおける軸１０の外径は、段差部１０ｄの第２端１０ｂ側に隣接する部分における軸１０の外径よりも大きくなっている。段差部１０ｄは、第１端１０ａ側に位置している。

＜外筒２０の詳細構成＞
外筒２０は、筒状形状を有している。外筒２０は、軸方向に沿って延在している。外筒２０の内部には、軸１０が収納されている。外筒２０は、軸方向において、第１端２０ａと、第２端２０ｂとを有している。第１端２０ａは、第１端１０ａ側の端である。第２端２０ｂは、第１端２０ａの反対側の端である。外筒２０は、内周面２０ｃを有している。

＜軸受装置３０の詳細構成＞
軸受装置３０は、ハウジング３１と、転がり軸受３２と、転がり軸受３３と、内輪間座３４と、外輪間座３５と、蓋部材３６と、ナット３７と、間座３８と、ひずみセンサ４０とを有している。

ハウジング３１は、筒状形状を有している。ハウジング３１は、軸方向において、第１端３１ａと、第２端３１ｂとを有している。第１端３１ａは第１端１０ａ側の端であり、第２端３１ｂは第１端３１ａの反対側の端である。ハウジング３１は、内周面３１ｃと、外周面３１ｄとを有している。ハウジング３１は、外周面３１ｄが内周面２０ｃと接するように配置されている。外周面３１ｄには、溝３１ｄａが形成されている。溝３１ｄａと内周面２０ｃとにより、冷媒が流れる流路が画されている。

転がり軸受３２は、例えばアンギュラ玉軸受である。転がり軸受３２は、軸１０を回転中心軸Ａ周りに回転可能に支持している。転がり軸受３２は、内輪３２ａと、外輪３２ｂと、転動体３２ｃと、保持器３２ｄとを有している。

内輪３２ａは、内周面３２ａａと、外周面３２ａｂを有している。内輪３２ａは、軸１０に取り付けられている。より具体的には、内輪３２ａは、内周面３２ａａが外周面１０ｃに接するように、軸１０に取り付けられている。内輪３２ａは、段差部１０ｄの第２端１０ｂ側に隣接して配置されている。内輪３２ａは、軸１０の回転に伴い、外輪３２ｂ及び外輪間座３５に対して相対的に回転する。

外輪３２ｂは、内周面３２ｂａと、外周面３２ｂｂとを有している。外輪３２ｂは、ハウジング３１に取り付けられている。より具体的には、外輪３２ｂは、外周面３２ｂｂが内周面３１ｃに接するように、ハウジング３１に取り付けられている。外輪３２ｂは、内周面３２ｂａが外周面３１ａｂに対向するように配置されている。

転動体３２ｃは、内輪３２ａと外輪３２ｂとの間に配置されている。より具体的には、転動体３２ｃは、外周面３２ａｂ及び内周面３２ｂａに接するように配置されている。転動体３２ｃの数は、複数である。

保持器３２ｄは、内輪３２ａと外輪３２ｂとの間に配置されている。保持器３２ｄは、周方向における転動体３２ｃの間隔が一定範囲内になるように保持されている。周方向とは、回転中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向である。

転がり軸受３３は、例えばアンギュラ玉軸受である。転がり軸受３３は、軸１０を回転中心軸Ａ周りに回転可能に支持している。転がり軸受３３は、内輪３３ａと、外輪３３ｂと、転動体３３ｃと、保持器３３ｄとを有している。

内輪３３ａは、内周面３３ａａと、外周面３３ａｂを有している。内輪３３ａは、軸１０に取り付けられている。より具体的には、内輪３３ａは、内周面３３ａａが外周面１０ｃに接するように、軸１０に取り付けられている。内輪３３ａは、軸１０の回転に伴い、外輪３３ｂ及び外輪間座３５に対して相対的に回転する。

外輪３３ｂは、内周面３３ｂａと、外周面３３ｂｂとを有している。外輪３３ｂは、ハウジング３１に取り付けられている。より具体的には、外輪３３ｂは、外周面３３ｂｂが内周面３１ｃに接するように、ハウジング３１に取り付けられている。外輪３３ｂは、内周面３３ｂａが外周面３１ａｂに対向するように配置されている。

転動体３３ｃは、内輪３３ａと外輪３３ｂとの間に配置されている。より具体的には、転動体３３ｃは、外周面３３ａｂ及び内周面３３ｂａに接するように配置されている。転動体３３ｃの数は、複数である。

保持器３３ｄは、内輪３３ａと外輪３３ｂとの間に配置されている。保持器３３ｄは、周方向における転動体３３ｃの間隔が一定範囲内になるように保持されている。

転がり軸受３２及び転がり軸受３３は、背面組み合わせ（ＤＢ組み合わせ）で設置されている。転がり軸受３２及び転がり軸受３３は、正面組み合わせ（ＤＦ組み合わせ）で設置されていてもよい。

内輪間座３４は、筒状形状を有している。内輪間座３４は、軸方向に沿って延在している。内輪間座３４は、内周面３４ａと、外周面３４ｂとを有している。内輪間座３４は、軸１０に取り付けられている。より具体的には、内輪間座３４は、内周面３４ａが外周面１０ｃに接するように軸１０に取り付けられている。内輪間座３４は、軸方向において、内輪３２ａと内輪３３ａとの間に配置されている。

外輪間座３５は、筒状形状を有している。外輪間座３５は、軸方向に沿って延在している。外輪間座３５は、内周面３５ａと、外周面３５ｂとを有している。外輪間座３５は、内周面３５ａが外周面３４ｂと対向するとともに、外周面３５ｂが内周面３１ｃに対向するように配置されている。外輪間座３５は、軸方向において、外輪３２ｂと外輪３３ｂとの間に配置されている。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。なお、図３中において、外筒２０及びハウジング３１は、図示が省略されている。図３に示されるように、外周面３５ｂは、平坦部３５ｂａを有している。平坦部３５ｂａの数は、複数であることが好ましい。図３の例において、平坦部３５ｂａの数は、４である。但し、平坦部３５ｂａの数は、これに限られない。平坦部３５ｂａの数は、例えば２であってもよい。平坦部３５ｂａは、周方向に沿って等間隔で形成されていることが好ましい。

図１及び図２に示されるように、蓋部材３６は、第１部分３６ａと、第２部分３６ｂとを有している。蓋部材３６は、第１部分３６ａにおいて、ハウジング３１に取り付けられている。第２部分３６ｂは、外輪３２ｂに接するように軸方向に沿って第１部分３６ａから延在している。

ナット３７は、外周面１０ｃに螺合されている。ナット３７は、転がり軸受３３よりも第２端１０ｂ側に位置している。

間座３８は、筒状形状を有している。間座３８は、内周面３８ａと、外周面３８ｂとを有している。間座３８は、軸１０に取り付けられている。より具体的には、間座３８は、内周面３８ａが外周面１０ｃに接するように軸１０に取り付けられている。外周面３８ｂは、内周面３１ｃに対向している。間座３８は、軸方向において、内輪３３ａとナット３７との間に配置されている。

ナット３７を第１端１０ａ側に向かって移動させることにより、内輪３３ａには、予圧が印加される。ナット３７を第１端１０ａ側に向かって移動させることにより、内輪３３ａ及び転動体３３ｃを介して、外輪３３ｂに予圧が印加される。ナット３７を第１端１０ａ側に向かって移動させることにより、内輪３３ａ及び内輪間座３４を介して、内輪３２ａに予圧が印加される。ナット３７を第１端１０ａ側に向かって移動させることにより、内輪３３ａ、転動体３３ｃ、外輪３３ｂ及び外輪間座３５を介して、外輪３２ｂに予圧が印加される。すなわち、外輪間座３５は、予圧の経路上に配置された非回転部材である。

＜ひずみセンサ４０の詳細構成＞
ひずみセンサ４０は、外輪間座３５に取り付けられている。より具体的には、ひずみセンサ４０は、平坦部３５ｂａに取り付けられている。ひずみセンサ４０の数は、好ましくは複数である。ひずみセンサ４０の数は、好ましくは、平坦部３５ｂａの数に等しい。

図４は、スピンドル装置１００におけるひずみセンサ４０の模式的な構造図である。図４に示されるように、ひずみセンサ４０は、基板４１と、検知部４２と、処理部４３とを有している。

基板４１は、平坦部３５ｂａに接着等により固定されている。基板４１は、熱膨張係数が外輪間座３５と同程度の材料により形成されていることが好ましい。検知部４２及び処理部４３は、基板４１に取り付けられている。検知部４２及び処理部４３は、例えばリード線（図示せず）により電気的に接続されている。

検知部４２は、例えばひずみゲージである。検知部４２は、周囲の温度変化により検知部からの出力がドリフトすることを避けるため、好ましくは、抵抗温度係数（温度変化に対して電気抵抗値が変動する割合）が小さい材料により形成されている。図５は、スピンドル装置１００におけるひずみセンサ４０のブロック図である。図５に示されるように、検知部４２は、外輪間座３５のひずみに応じた電気信号ＳＧ１を出力する。より具体的には、検知部４２は、軸方向における外輪間座３５のひずみに応じた電気信号ＳＧ１を出力する。

処理部４３には、検知部４２から出力された電気信号ＳＧ１が入力される。処理部４３は、増幅部４３ａと、出力部４３ｂとを有している。増幅部４３ａは、電気信号ＳＧ１を増幅し、増幅信号ＳＧ２を出力する。増幅部４３ａは、例えば、アンプ回路である。出力部４３ｂは、増幅信号ＳＧ２に基づいて外輪間座３５のひずみを算出するように構成されている。より具体的には、出力部４３ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）回路とを有している。出力部４３ｂは、ＡＤＣ回路において増幅信号ＳＧ２をデジタル化してデジタル信号ＳＧ３を生成し、ＣＰＵにおいてデジタル信号ＳＧ３に対する信号処理を行うことにより、外輪間座３５のひずみを算出する。なお、増幅信号ＳＧ２からデジタル信号ＳＧ３を生成することにより、ノイズの影響をさらに低減することができる。出力部４３ｂは、外輪間座３５のひずみを示すひずみ信号ＳＧ４を出力する。

ひずみセンサ４０は、周囲の温度変化の影響を補正するため、温度センサ（図示せず）をさらに有していてもよい。出力部４３ｂは、温度センサにより検知された周囲の温度に基づいて、算出されるひずみの値を補正してもよい。

軸受装置３０は、記憶部４４と、演算部４５とをさらに有していてもよい。記憶部４４には、外輪間座３５におけるひずみと軸受装置３０に印加される予圧との関係を示す情報が格納されている。この情報は、予め測定又は解析された外輪間座３５におけるひずみと軸受装置３０に印加される予圧との間の関係式又はテーブルである。演算部４５は、ひずみ信号ＳＧ４及び記憶部４４に格納されている情報とに基づいて、軸受装置３０に印加されている予圧を算出する。

軸受装置３０に含まれている４つのひずみセンサ４０から出力される４つのひずみ信号ＳＧ４を、それぞれ、ひずみ信号ＳＧ４ａ、ひずみ信号ＳＧ４ｂ、ひずみ信号ＳＧ４ｃ及びひずみ信号ＳＧ４ｄとする。演算部４５は、ひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄに基づいて、外輪間座３５におけるひずみの代表値を算出するように構成されていてもよい。

外輪間座３５におけるひずみの代表値は、例えば、ひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄが示すひずみの値の平均値、ひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄが示すひずみの値の最大値、ひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄが示すひずみの値の最小値、ひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄが示すひずみの値の最大値及び最小値の差又はひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄが示すひずみの値の合計値である。

記憶部４４には、上記の代表値と軸受装置３０に印加される予圧との関係を示す情報が格納されていてもよい。演算部４５は、上記の代表値及び記憶部４４に格納されている情報に基づいて、軸受装置３０に印加されている予圧を算出してもよい。演算部４５は、算出される予圧の値の変動を抑制するため、ひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄに対してローパスフィルタ処理を行った上で軸受装置３０に印加されている予圧を算出してもよく、算出された予圧に対してローパスフィルタ処理を行ってもよい。

軸受装置３０は、診断部４６をさらに有していてもよい。診断部４６は、演算部４５により算出された予圧と所定の閾値とを比較するように構成されている。診断部４６は、演算部４５により算出された予圧が所定の閾値を超える場合、転がり軸受３２又は転がり軸受３３に異常が発生していることを示す信号を出力してもよい。

記憶部４４は、例えばマイクロコントローラに搭載されているメモリ回路により構成されており、演算部４５及び診断部４６は例えばマイクロコントローラに搭載されているＣＰＵにより構成されている。

ひずみ信号ＳＧ４ａ及びひずみ信号ＳＧ４ｃを、回転中心軸Ａに関して互いに対称な位置にあるひずみセンサ４０からのひずみ信号ＳＧ４とし、ひずみ信号ＳＧ４ｂ及びひずみ信号ＳＧ４ｄを、回転中心軸Ａに関して互いに対称な位置にあるひずみセンサ４０からのひずみ信号ＳＧ４とする。演算部４５は、ひずみ信号ＳＧ４ａ及びひずみ信号ＳＧ４ｃに基づいて外輪間座３５に加わる上下方向の曲げモーメント荷重を算出するとともに、ひずみ信号ＳＧ４ｂ及びひずみ信号ＳＧ４ｄに基づいて外輪間座３５に加わる左右方向の曲げモーメント荷重を算出するように構成されていてもよい。これにより、第１端１０ａに取り付けられた切削工具に印加されている負荷を把握することが可能になる。

外輪間座３５には、ひずみセンサ４０以外のセンサが取り付けられていてもよい。例えば、外輪間座３５には、内輪３２ａ（内輪３３ａ）と対向するように熱流束センサ（図示せず）が取り付けられていてもよい。これにより、転がり軸受３２及び転がり軸受３３の温度上昇を早期に検出することができるため、診断部４６における比較結果と合わせて考慮することにより、転がり軸受３２及び転がり軸受３３の異常をより総合的に判断することが可能となる。

＜モータ５０の詳細構成＞
図１に示されるように、モータ５０は、筒状部材５１と、ロータ５２と、ステータ５３とを有している。

筒状部材５１は、筒状形状を有している。筒状部材５１は、軸方向に沿って延在している。筒状部材５１は、内周面５１ａと、外周面５１ｂとを有している。筒状部材５１は、軸１０に取り付けられている。より具体的には、筒状部材５１は、内周面５１ａが外周面１０ｃに接するように軸１０に取り付けられている。筒状部材５１は、ナット３７よりも第２端１０ｂ側に位置している。

ロータ５２は、外周面５１ｂに取り付けられている。ステータ５３は、ロータ５２と対向するように、内周面２０ｃに取り付けられている。ステータ５３に流れる電流の方向が順次切り替えられることにより、ロータ５２に対する回転力が発生し、当該回転力により軸１０が回転中心軸Ａ周りに回転する。

＜軸受装置６０の詳細構成＞
軸受装置６０は、端部材６１と、転がり軸受６２と、内輪押さえ部材６３と、位置決め部材６４と、位置決め部材６５と、ナット６６とを有している。

端部材６１は、第２端２０ｂに取り付けられている。端部材６１には、貫通穴６１ａが形成されている。貫通穴６１ａは、軸方向に沿って端部材６１を貫通している。貫通穴６１ａには、軸１０が挿通されている。

転がり軸受６２は、例えば円筒ころ軸受である。転がり軸受６２は、軸１０を回転中心軸Ａ周りに回転可能に支持している。転がり軸受６２は、内輪が筒状部材５１の第２端１０ｂ側の端に接するように配置されている。転がり軸受６２の内輪は、軸１０に取り付けられており、転がり軸受６２の外輪は、貫通穴６１ａの内壁面に取り付けられている。

内輪押さえ部材６３は、転がり軸受６２よりも第２端１０ｂに近い位置において軸１０に取り付けられている。内輪押さえ部材６３は、第２端１０ｂ側から転がり軸受６２の内輪に接している。位置決め部材６４は、端部材６１に取り付けられている。位置決め部材６４は、第２端１０ｂ側から転がり軸受６２の外輪に接している。位置決め部材６５は、軸方向において位置決め部材６４との間で転がり軸受６２の外輪を挟み込むように、端部材６１に取り付けられている。転がり軸受６２の外輪は、位置決め部材６４及び位置決め部材６５に挟み込まれている。軸１０の伸縮に応じて、転がり軸受６２の内輪は、軸１０と一体的に貫通穴６１ａに沿って軸方向に摺動する。

ナット６６は、転がり軸受６２の内輪との間で内輪押さえ部材６３を挟み込むように、外周面１０ｃに螺合されている。すなわち、ナット６６により、内輪押さえ部材６３の脱落が防止されている。

＜軸受装置３０の効果＞
軸受装置３０においては、予圧の経路上にある非回転部材（外輪間座３５）に、検知部４２と処理部４３とを有するひずみセンサ４０が取り付けられている。すなわち、軸受装置３０においては、検知部４２及び処理部４３がともに同一の部材に取り付けられているため、検知部４２と処理部４３との間を接続しているリード線にノイズが乗りにくい。さらに、処理部４３は、増幅部４３ａを有しており、増幅部４３ａにおいて検知部４２から出力された電気信号ＳＧ１が増幅されて増幅信号ＳＧ２となる。電気信号ＳＧ１が増幅されて増幅信号ＳＧ２になると、ノイズに対する影響を受けにくくなる。このような観点から、軸受装置３０においては、予圧の経路上にある非回転部材のひずみ測定に際し、ノイズの影響を受けにくい。

軸受装置３０においては、基板４１に検知部４２及び処理部４３が取り付けられているため、基板４１内にひずみセンサ４０を構築することができる。そのため、軸受装置３０においては、ひずみセンサ４０の取り扱いが容易になる（操作性が向上する）。

軸受装置３０においては、平坦部３５ｂａを外周面３５ｂに形成するだけでひずみセンサ４０の設置場所を確保することができるため、外輪間座３５の構造を大きく変更することなく、また外輪間座３５の剛性を大きく低下させることなく、ひずみセンサ４０の設置場所を確保することができる。

図６は、軸受装置３０に印加される予圧とひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄとの関係を示す模式的なグラフである。図６に示されるように、予圧による外輪間座３５に生じるひずみは、周方向に沿って均一ではない場合も想定され、この場合には、ひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄの値に、ばらつきが生じる。軸受装置３０においては、演算部４５がひずみ信号ＳＧ４ａ〜ひずみ信号ＳＧ４ｄに基づいて外輪間座３５におけるひずみの代表値を算出するとともに、当該代表値と記憶部４４に格納された情報とに基づいて外輪間座３５に印加されている予圧を算出することにより、外輪間座３５に印加されている予圧をより正確に算出することができる。

例えば軸１０を高速回転させた際、過大負荷や転がり軸受３２及び転がり軸受３３の損傷により、転がり軸受３２及び転がり軸受３３が発熱し、当該発熱による熱膨張に起因して予圧が過大になり、転がり軸受３２及び転がり軸受３３が焼損する場合がある。軸受装置３０は、診断部４６を有しているため、診断部４６が演算部４５において算出された予圧と所定の閾値とを比較することにより、転がり軸受３２及び転がり軸受３３の異常を判定することができる。その結果、転がり軸受３２及び転がり軸受３３が焼損しないように適切な回避策を講じることができる。

例えば、スピンドル装置１００は、演算部４５において算出された予圧が所定の閾値を超えていることを示す信号が診断部４６から出力された場合に、軸１０の回転数を低減するようにモータ５０の制御を行ってもよく、溝３１ｄａと内周面２０ｃとにより画された流路に流す冷媒の循環量を増やすように冷媒を循環させるポンプの制御を行ってもよい。

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係るスピンドル装置（以下においては、「スピンドル装置１１０」とする）を説明する。ここでは、スピンドル装置１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

スピンドル装置１１０は、軸１０と、外筒２０と、軸受装置３０と、モータ５０と、軸受装置６０とを有している。軸受装置３０は、ひずみセンサ４０を有している。これらの点に関して、スピンドル装置１１０は、スピンドル装置１００と共通している。

しかしながら、スピンドル装置１１０は、外輪間座３５の構造及びひずみセンサ４０の配置に関して、スピンドル装置１００と異なっている。

図７は、スピンドル装置１１０の回転中心軸Ａに直交する断面図である。図７中においては、外筒２０の図示は省略されている。図７に示されるように、外周面３５ｂは、平坦部３５ｂａを有していない。内周面３５ａには、凹部３５ａａが形成されている。凹部３５ａａは、周方向に沿って、等間隔で複数形成されていてもよい。内周面３５ａは、凹部３５ａａにおいて、外周面３５ｂ側に窪んでいる。

凹部３５ａａは、底面３５ａｂを有している。底面３５ａｂは、平坦面になっている。センサ４０は、底面３５ａｂに取り付けられている。

スピンドル装置１１０の軸受装置３０においては、凹部３５ａａを内周面３５ａに形成するだけでひずみセンサ４０の設置場所を確保することができるため、外輪間座３５の構造を大きく変更することなく、また外輪間座３５の剛性を大きく低下させることなく、ひずみセンサ４０の設置場所を確保することができる。

（第３実施形態）
以下に、第２実施形態に係るスピンドル装置（以下においては、「スピンドル装置１２０」とする）を説明する。ここでは、スピンドル装置１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

スピンドル装置１２０は、軸１０と、外筒２０と、軸受装置３０と、モータ５０と、軸受装置６０とを有している。軸受装置３０は、ひずみセンサ４０を有している。これらの点に関して、スピンドル装置１２０は、スピンドル装置１００と共通している。

しかしながら、スピンドル装置１２０は、ひずみセンサ４０の構造に関して、スピンドル装置１００と異なっている。

図８は、スピンドル装置１２０におけるひずみセンサ４０の模式的な構造図である。図８に示されるように、ひずみセンサ４０は、半導体集積回路４７を有している。半導体集積回路４７は、基板４１に取り付けられている。半導体集積回路４７には、検知部４２及び処理部４３がモノリシックに形成されている。すなわち、スピンドル装置１２０のひずみセンサ４０においては、検知部４２及び処理部４３が、ワンチップ化されたＩＣ（Integrated Circuit）になっている。

スピンドル装置１２０のひずみセンサ４０は、検知部４２及び処理部４３がモノリシックに形成された半導体集積回路４７を有していることにより、ひずみセンサ４０を小型化することができ、外輪間座３５への組み込みがより容易になる。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

上記の実施形態は、工作機械に用いられる軸受装置及びスピンドル装置に特に有利に適用される。

１０ 軸、１０ａ 第１端、１０ｂ 第２端、１０ｃ 外周面、１０ｄ 段差部、２０ 外筒、２０ａ 第１端、２０ｂ 第２端、２０ｃ 内周面、３０ 軸受装置、３１ ハウジング、３１ａ 第１端、３１ｂ 第２端、３１ｃ 内周面、３１ｄ 外周面、３１ｄａ 溝、３２ 転がり軸受、３２ａ 内輪、３２ａａ 内周面、３２ａｂ 外周面、３２ｂ 外輪、３２ｂａ 内周面、３２ｂｂ 外周面、３２ｃ 転動体、３２ｄ 保持器、３３ 転がり軸受、３３ａ 内輪、３３ａａ 内周面、３３ａｂ 外周面、３３ｂ 外輪、３３ｂａ 内周面、３３ｂｂ 外周面、３３ｃ 転動体、３３ｄ 保持器、３４ 内輪間座、３４ａ 内周面、３４ｂ 外周面、３５ 外輪間座、３５ａ 内周面、３５ａａ 凹部、３５ａｂ 底面、３５ｂ 外周面、３５ｂａ 平坦部、３６ 蓋部材、３６ａ 第１部分、３６ｂ 第２部分、３７ ナット、３８ 間座、３８ａ 内周面、３８ｂ 外周面、４０ ひずみセンサ、４１ 基板、４２ 検知部、４３ 処理部、４３ａ 増幅部、４３ｂ 出力部、４４ 記憶部、４５ 演算部、４６ 診断部、４７ 半導体集積回路、５０ モータ、５１ 筒状部材、５１ａ 内周面、５１ｂ 外周面、５２ ロータ、５３ ステータ、６１ 端部材、６１ａ 貫通穴、６２ 転がり軸受、６３ 内輪押さえ部材、６４ 位置決め部材、６５ 位置決め部材、６６ ナット、１００，１１０，１２０ スピンドル装置、Ａ 回転中心軸、ＳＧ１ 電気信号、ＳＧ２ 増幅信号、ＳＧ３ デジタル信号、ＳＧ４ｂ，ＳＧ４ｃ，ＳＧ４ａ，ＳＧ４ｄ，ＳＧ４ ひずみ信号。

Claims (11)

1. 第１内輪と、第１外輪と、前記第１内輪と前記第１外輪との間に配置された第１転動体とを有し、予圧が印加された第１転がり軸受と、
   前記予圧の経路上に配置された非回転部材と、
   前記非回転部材に取り付けられた少なくとも１以上のひずみセンサとを備え、
   前記第１内輪は、前記第１外輪及び前記非回転部材に対して回転可能になっており、
   前記ひずみセンサは、前記非回転部材のひずみに応じた信号を出力する検知部と、前記信号が入力される処理部とを有し、
   前記処理部は、前記信号を増幅する増幅部を含む、軸受装置。
2. 前記処理部は、前記増幅部において増幅された前記信号に基づいて前記ひずみを算出する出力部をさらに含む、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記ひずみセンサは、前記非回転部材に取り付けられた基板をさらに有し、
   前記検知部及び前記処理部は、前記基板上に取り付けられている、請求項１又は請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記ひずみセンサは、前記検知部及び前記処理部がモノリシックに形成された半導体集積回路を有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の軸受装置。
5. 記憶部と、
   演算部とをさらに備え、
   前記記憶部には、前記ひずみと前記予圧との関係を示す情報が格納されており、
   前記演算部は、前記ひずみ及び前記情報に基づいて前記予圧を算出するように構成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の軸受装置。
6. 記憶部と、
   演算部とをさらに備え、
   前記ひずみセンサの数は複数であり、
   前記演算部は、それぞれの前記ひずみセンサからの前記ひずみに基づいて代表値を算出するように構成されており、
   前記記憶部には、前記代表値と前記予圧との関係を示す情報が格納されており、
   前記演算部は、前記代表値及び前記情報に基づいて前記予圧を算出するように構成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の軸受装置。
7. 診断部をさらに備え、
   前記診断部は、前記演算部において算出された前記予圧と所定の閾値とを比較するように構成されている、請求項６に記載の軸受装置。
8. 第２内輪と、第２外輪と、前記第２内輪と前記第２外輪との間に配置された第２転動体とを有し、前記予圧が印加された第２転がり軸受をさらに備え、
   前記第２内輪は、前記第２外輪及び前記非回転部材に対して回転可能になっており、
   前記非回転部材は、前記第１外輪と前記第２外輪との間に配置された外輪間座である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の軸受装置。
9. 前記外輪間座は、平坦部を含む外周面を有し、
   前記ひずみセンサは、前記平坦部に取り付けられている、請求項８に記載の軸受装置。
10. 前記外輪間座は、内周面と、外周面とを有し、
    前記内周面には、前記外周面側に向かって窪む凹部が形成されており、
    前記凹部の底面は、平坦面になっており、
    前記ひずみセンサは、前記平坦面に取り付けられている、請求項８に記載の軸受装置。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の前記軸受装置と、
    前記第１転がり軸受により回転可能に支持される軸と、
    前記軸を回転させるモータとを備える、スピンドル装置。

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