JP2022153711A - Bearing device, spindle device and spacer - Google Patents

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Abstract

To provide a bearing device capable of measuring a preload of a bearing with less temperature drift and with a simple configuration.SOLUTION: A bearing device comprises at least one bearing having a rolling element and a raceway surface and supporting a shaft; a member arranged on a path through which pressing force for generating a preload between the rolling element and the raceway surface is transmitted; a load sensor 50 that is fixed to the member and whose resistance value changes according to the pressing force; and a resistance circuit 60 that forms a bridge circuit by connecting with the load sensor. The load sensor 50 includes a thin film pattern whose resistance changes according to pressing force, and a protective layer that insulates and protects the thin film pattern. The resistance circuit 60 includes a plurality of resistances forming the bridge circuit with the load sensor.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、工作機械の主軸スピンドルなどに使用される軸受の予圧(荷重)を検出する予圧センサを備える軸受装置、スピンドル装置および間座に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a bearing device, a spindle device, and a spacer provided with a preload sensor that detects preload (load) of a bearing used in a main spindle of a machine tool or the like.

工作機械等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、そのため軸受の予圧(荷重)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を検出して、軸受の異常を未然に防ぐ要求もある。 2. Description of the Related Art Spindle devices such as machine tools are required to manage bearing preload in order to improve machining accuracy and efficiency. In addition, there is also a demand to detect signs of trouble before it occurs in the bearing and to prevent trouble in the bearing.

特開2020-003385号公報(特許文献1)では、絶縁膜上に形成され、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターンと、薄膜パターン上に形成され、薄膜パターンを保護する保護膜とを含む薄膜センサを予圧センサとして、軸受に予圧を与える部材の端面に配置することで、軸受に加わる予圧を検出する。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-003385 (Patent Document 1), a thin film pattern that is formed on an insulating film and whose resistance changes with changes in surface pressure, and a protective film that is formed on the thin film pattern and protects the thin film pattern. A preload applied to the bearing is detected by arranging the thin film sensor including the thin film sensor as a preload sensor on the end surface of the member that applies preload to the bearing.

特開2020-003385号公報JP 2020-003385 A

特開2020-003385号公報(特許文献1)に開示された軸受装置では、薄膜パターンからなる予圧センサと抵抗とでブリッジ回路を形成し、その後段に設けた差動アンプでブリッジ回路の出力を増幅することで予圧を検出する。 In the bearing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-003385 (Patent Document 1), a preload sensor made of a thin film pattern and a resistor form a bridge circuit, and a differential amplifier provided in the subsequent stage outputs the bridge circuit. Preload is detected by amplification.

特許文献1では、ブリッジ回路の設置場所についての説明はないが、ブリッジ回路が軸受装置の外部に設けられた場合には、予圧センサとブリッジ回路で使用する抵抗の温度環境が異なることになる。 Although Patent Document 1 does not describe the installation location of the bridge circuit, if the bridge circuit is provided outside the bearing device, the temperature environment of the resistors used in the preload sensor and the bridge circuit will be different.

たとえば、ブリッジ回路の抵抗が室温環境にあって、軸受装置が温度上昇した場合、予圧センサの抵抗値は抵抗温度係数に応じて変化する。しかし、ブリッジ回路の温度は変化せず、その抵抗値は変化しないため、温度変化による差動アンプ出力の温度ドリフトが発生する。そのため、正確な予圧量を検出するには温度補正を行なう必要があり、予圧検出が煩雑になる。 For example, if the resistance of the bridge circuit is in a room temperature environment and the temperature of the bearing device rises, the resistance value of the preload sensor will change according to the temperature coefficient of resistance. However, since the temperature of the bridge circuit does not change and the resistance value does not change, a temperature drift occurs in the output of the differential amplifier due to the temperature change. Therefore, in order to detect an accurate preload amount, it is necessary to perform temperature correction, which complicates preload detection.

ブリッジ回路が軸受装置の内部に配置される場合、予圧センサとブリッジ回路の抵抗は同じ温度環境になるが、それぞれの抵抗温度係数が異なれば、ブリッジ回路のバランスが崩れ、温度上昇による差動アンプ出力の温度ドリフトが発生する。 When the bridge circuit is placed inside the bearing device, the resistance of the preload sensor and the bridge circuit will be in the same temperature environment, but if the resistance temperature coefficients of each are different, the balance of the bridge circuit will be lost and the differential amplifier will be affected by the temperature rise. Output temperature drift occurs.

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、温度ドリフトが少なく、簡単な構成で軸受の予圧を測定することが可能な軸受装置、スピンドル装置、間座を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a bearing device, a spindle device, and a spacer that are capable of measuring the preload of a bearing with little temperature drift and a simple configuration. is to provide

本開示は、軸受装置に関する。軸受装置は、転動体と軌道面を有し、軸を支持する少なくとも1つの軸受と、転動体と軌道面との間に予圧を発生させる押圧力が伝達する経路上に配置される部材と、部材に固定され、押圧力に応じて抵抗値が変化する荷重センサと、荷重センサと接続してブリッジ回路を構成する複数の抵抗を含む抵抗回路とを備える。荷重センサは、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含む。 The present disclosure relates to bearing devices. The bearing device has rolling elements and raceway surfaces, and includes at least one bearing that supports a shaft; a member arranged on a path through which a pressing force that generates a preload between the rolling elements and the raceway surface is transmitted; A load sensor fixed to a member and having a resistance value that changes according to a pressing force, and a resistance circuit including a plurality of resistors connected to the load sensor to form a bridge circuit are provided. The load sensor includes a thin film pattern whose resistance changes according to pressing force, and a protective layer that insulates and protects the thin film pattern.

本実施の形態の軸受装置によれば、簡単な構成で軸受の予圧を測定時の温度ドリフトを少なくすることができる。 According to the bearing device of the present embodiment, it is possible to reduce the temperature drift when measuring the preload of the bearing with a simple configuration.

本実施の形態のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a spindle device according to an embodiment; FIG. 図1の左側主要部の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the left main portion of FIG. 1; 図2のIII-III断面における荷重センサ素子とブリッジ回路部の第1配置例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a first arrangement example of the load sensor element and the bridge circuit section in the III-III section of FIG. 2; 図2のIII-III断面における荷重センサ素子とブリッジ回路部の第2配置例を示す図である。3 is a diagram showing a second arrangement example of the load sensor element and the bridge circuit section in the III-III section of FIG. 2; FIG. 図3のX-X断面における荷重センサ素子50aの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the load sensor element 50a along the XX cross section of FIG. 3; 図5の荷重センサ素子50aの正面図である。FIG. 6 is a front view of the load sensor element 50a of FIG. 5; 荷重センサ素子の薄膜パターンの形状の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the shape of the thin film pattern of a load sensor element. 荷重センサ素子の構造の第1改良例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a first improvement of the structure of the load sensor element; 荷重センサ素子の構造の第2改良例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a second improved example of the structure of the load sensor element; 図9の改良例である荷重センサ素子の構造を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the structure of a load sensor element that is an improved example of FIG. 9; 図3のY-Y断面における抵抗モジュール60aの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the resistance module 60a in the YY cross section of FIG. 3; 図11の抵抗モジュール60aの正面図である。12 is a front view of the resistance module 60a of FIG. 11; FIG. 抵抗モジュール60aの基板61上に形成される回路の回路図である。6 is a circuit diagram of a circuit formed on a substrate 61 of a resistor module 60a; FIG. 荷重センサの出力を電気的に処理する処理部を外輪間座に配置した例を示す図である。It is a figure which shows the example which has arrange|positioned the process part which electrically processes the output of a load sensor in an outer ring spacer. 荷重センサ素子の抵抗変化を検出するブリッジ回路の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a bridge circuit that detects resistance changes of load sensor elements; 荷重センサ素子の出力から軸受に印加する予圧(荷重)を算出する構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration for calculating a preload (load) applied to a bearing from the output of a load sensor element; 複数の荷重センサ素子に対して1個の抵抗回路でブリッジ回路を構成した変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a modification in which a bridge circuit is configured with one resistor circuit for a plurality of load sensor elements; 図17の構成において荷重センサ素子の抵抗変化を検出するブリッジ回路の第1構成例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a first configuration example of a bridge circuit for detecting a resistance change of a load sensor element in the configuration of FIG. 17; 図17の構成において荷重センサ素子の抵抗変化を検出するブリッジ回路の第2構成例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a second configuration example of a bridge circuit for detecting a resistance change of a load sensor element in the configuration of FIG. 17; 荷重センサ素子の固定位置を変更した変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification which changed the fixed position of the load sensor element. 荷重センサ素子の固定方法を変更した変形例の側面図である。It is a side view of the modification which changed the fixing method of the load sensor element. 図21のP-O-P断面の矢視図である。21. It is an arrow view of the POP cross section of FIG.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図1は、本実施の形態のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。図2は、図1の左側主要部の拡大図である。図2には主として軸受装置30が示される。 FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a spindle device according to this embodiment. 2 is an enlarged view of the left main part of FIG. 1; FIG. FIG. 2 mainly shows the bearing device 30 .

図1に示すスピンドル装置1は、たとえば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。この場合、工作機械主軸用のスピンドル装置1で支持されている主軸4の一端側にはモータ40が組み込まれ、他端側には図示しないエンドミル等の切削工具が接続される。 A spindle device 1 shown in FIG. 1 is used, for example, as a built-in motor type spindle device for a machine tool. In this case, a motor 40 is incorporated at one end of a spindle 4 supported by a spindle device 1 for a machine tool spindle, and a cutting tool such as an end mill (not shown) is connected to the other end.

図1、図2を参照して、スピンドル装置1は、軸受5a,5bと、軸受5a,5bに隣接して配置される間座6と、モータ40と、モータ後方に配置される軸受16とを備える。主軸4は、外筒2の内径部に埋設されたハウジング3に設けた複数の軸受5a,5bによって回転自在に支持される。軸受5aは、内輪5iaと、外輪5gaと、転動体Taと、保持器Rtaとを含む。軸受5bは、内輪5ibと、外輪5gbと、転動体Tbと、保持器Rtbとを含む。間座6は、内輪間座6iと、外輪間座6gとを含む。 1 and 2, the spindle device 1 includes bearings 5a and 5b, a spacer 6 arranged adjacent to the bearings 5a and 5b, a motor 40, and a bearing 16 arranged behind the motor. Prepare. The main shaft 4 is rotatably supported by a plurality of bearings 5 a and 5 b provided in a housing 3 embedded in the inner diameter of the outer cylinder 2 . The bearing 5a includes an inner ring 5ia, an outer ring 5ga, rolling elements Ta, and a retainer Rta. The bearing 5b includes an inner ring 5ib, an outer ring 5gb, rolling elements Tb, and a retainer Rtb. The spacer 6 includes an inner ring spacer 6i and an outer ring spacer 6g.

図3は、図2のIII-III断面における荷重センサ素子とブリッジ回路部の第1配置例を示す図である。図4は、図2のIII-III断面における荷重センサ素子とブリッジ回路部の第2配置例を示す図である。なお、図3、図4において、説明に不要な部品は省略した。 FIG. 3 is a diagram showing a first arrangement example of the load sensor element and the bridge circuit section in the III-III section of FIG. FIG. 4 is a diagram showing a second arrangement example of the load sensor element and the bridge circuit section in the III-III section of FIG. 3 and 4, parts unnecessary for explanation are omitted.

外輪間座6gの一方の端面6gaまたは外輪5gaの一方の端面に、荷重センサ50と抵抗回路60とが接着等により固定される。荷重センサ50と抵抗回路60とはブリッジ回路を構成する。荷重センサ50および抵抗回路60を接着により固定する場合には、耐油性や耐熱性に優れた接着剤を使用するのが望ましい。 A load sensor 50 and a resistance circuit 60 are fixed by adhesion or the like to one end face 6ga of the outer ring spacer 6g or one end face of the outer ring 5ga. The load sensor 50 and the resistance circuit 60 form a bridge circuit. When the load sensor 50 and the resistance circuit 60 are fixed by adhesion, it is desirable to use an adhesive having excellent oil resistance and heat resistance.

たとえば、荷重センサ50の厚さ(端面からの高さ)は、抵抗回路60よりも厚く設計されており、荷重センサ50のみ押圧される構造とされる。 For example, the thickness (height from the end surface) of the load sensor 50 is designed to be thicker than that of the resistance circuit 60, so that only the load sensor 50 is pressed.

なお、荷重センサ50の受圧面だけが相手側部材(この例では外輪5gaの端面)に接触することが重要であり、荷重センサ50の厚さは抵抗回路60の厚さと同じであっても、固定した部材の端面部分のベースの高さに差を付けたり、当接する相手側部材の端面部分の高さを変えたりしてもよい。 It is important that only the pressure-receiving surface of the load sensor 50 contacts the mating member (the end surface of the outer ring 5ga in this example). The height of the base of the end face portion of the fixed member may be varied, or the height of the end face portion of the mating member that abuts may be changed.

主軸4には、軸方向に離隔した軸受5aの内輪5iaおよび軸受5bの内輪5ibが締まり嵌め状態(圧入状態)で嵌合されている。内輪5ia-5ib間には内輪間座6iが配置され、外輪5ga-5gb間には外輪間座6gが配置される。 The inner ring 5ia of the bearing 5a and the inner ring 5ib of the bearing 5b, which are spaced apart in the axial direction, are fitted to the main shaft 4 in an interference fit state (press fit state). An inner ring spacer 6i is arranged between the inner rings 5ia and 5ib, and an outer ring spacer 6g is arranged between the outer rings 5ga and 5gb.

軸受5aは、内輪5iaと外輪5gaの間に複数の転動体Taを配置した転がり軸受である。これら転動体Taは、保持器Rtaによって間隔が保持されている。軸受5bは、内輪5ibと外輪5gbの間に複数の転動体Tbを配置した転がり軸受である。これら転動体Tbは、保持器Rtbによって間隔が保持されている。 The bearing 5a is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements Ta are arranged between an inner ring 5ia and an outer ring 5ga. These rolling elements Ta are kept at intervals by a retainer Rta. The bearing 5b is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements Tb are arranged between an inner ring 5ib and an outer ring 5gb. These rolling elements Tb are kept at intervals by a retainer Rtb.

軸受5a,5bは、軸方向の力で予圧を付与することが可能な軸受であり、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等を用いることができる。図2に示す軸受装置30にはアンギュラ玉軸受が用いられ、2個の軸受5a,5bが背面組み合わせ(DB組み合わせ)で設置されている。 The bearings 5a and 5b are bearings that can be preloaded by axial force, and angular ball bearings, deep groove ball bearings, tapered roller bearings, or the like can be used. Angular ball bearings are used in the bearing device 30 shown in FIG. 2, and two bearings 5a and 5b are installed in a back-to-back combination (DB combination).

ここでは、3つの軸受5a,5b,16で主軸4を支持する構造を例示して説明するが、3つ以上の軸受で主軸4を支持する構造であってもよい。 Here, a structure in which the main shaft 4 is supported by three bearings 5a, 5b, and 16 will be described as an example, but a structure in which the main shaft 4 is supported by three or more bearings may also be used.

単列の転がり軸受16は、円筒ころ軸受である。アンギュラ玉軸受である軸受5a,5bにより、スピンドル装置1に作用するラジアル方向の荷重およびアキシアル方向の荷重が支持される。円筒ころ軸受である単列の軸受16により、工作機械主軸用のスピンドル装置1に作用するラジアル方向の荷重が支持される。 The single row rolling bearing 16 is a cylindrical roller bearing. A radial load and an axial load acting on the spindle device 1 are supported by the bearings 5a and 5b, which are angular ball bearings. A single-row bearing 16, which is a cylindrical roller bearing, supports a radial load acting on a spindle device 1 for a machine tool spindle.

ハウジング3には冷却媒体流路Gが形成される。ハウジング3と外筒2との間に冷却媒体を流すことにより、軸受5a,5bを冷却することができる。軸受5a,5bとしてグリース潤滑の軸受を用いた場合には潤滑油供給路は不要であるが、エアオイル等の潤滑が必要な場合には、外輪間座6gに潤滑油供給路が設けられる。なお、ここでは潤滑油供給路は図示しない。 A cooling medium flow path G is formed in the housing 3 . By flowing a cooling medium between the housing 3 and the outer cylinder 2, the bearings 5a and 5b can be cooled. When grease-lubricated bearings are used as the bearings 5a and 5b, lubricating oil supply passages are not required. Note that the lubricating oil supply path is not shown here.

組立時には、初めに主軸4に対して軸受5a、間座6、軸受5b、間座9が順に挿入され、ナット10を締めることによって初期予圧が与えられる。その後、図2における軸受5bの外輪5gbの右側がハウジング3に設けた段差部3aに当たるまで、軸受5a,5bが取り付けられた主軸4がハウジング3に挿入される。最後に、前蓋12によって、左側の軸受5aの外輪5gaを押すことで主軸4がハウジング3に固定される。 At the time of assembly, the bearing 5a, the spacer 6, the bearing 5b, and the spacer 9 are first inserted into the main shaft 4 in this order, and an initial preload is applied by tightening the nut 10. As shown in FIG. Thereafter, the main shaft 4 to which the bearings 5a and 5b are attached is inserted into the housing 3 until the right side of the outer ring 5gb of the bearing 5b in FIG. Finally, the main shaft 4 is fixed to the housing 3 by pushing the front cover 12 against the outer ring 5ga of the left bearing 5a.

ナット10を締め付けることにより間座9を介して軸受5bの内輪5ibの端面に力が作用し、内輪5ibが内輪間座6iに向けて押される。この力は、内輪5ib、転動体Tb、外輪5gbと伝わり内輪5ibおよび外輪5gbの軌道面と転動体Tbの間に予圧を与えるとともに、外輪5gbから外輪間座6gにも伝わる。右側の外輪5gbから外輪間座6gに押す力が作用し、荷重センサ50にも力が伝わる。 By tightening the nut 10, a force acts on the end surface of the inner ring 5ib of the bearing 5b through the spacer 9, and the inner ring 5ib is pushed toward the inner ring spacer 6i. This force is transmitted to the inner ring 5ib, the rolling elements Tb, and the outer ring 5gb to apply preload between the raceway surfaces of the inner ring 5ib and the outer ring 5gb and the rolling elements Tb, and is also transmitted from the outer ring 5gb to the outer ring spacer 6g. A pushing force acts on the outer ring spacer 6g from the outer ring 5gb on the right side, and the force is transmitted to the load sensor 50 as well.

この押圧力は、軸受5aにおいて、外輪5ga、転動体Ta、内輪5iaへと伝わり、左側の軸受5aの内輪5iaおよび外輪5gaの軌道面と転動体Taの間にも予圧を与える。軸受5a,5bに付与される予圧は、たとえば外輪間座6gと荷重センサ50を合わせた幅と、内輪間座6iの幅との寸法差によって制限されるナット10の移動量によって定まる。 This pressing force is transmitted to the outer ring 5ga, the rolling elements Ta, and the inner ring 5ia in the bearing 5a, and also applies preload between the raceway surfaces of the inner ring 5ia and the outer ring 5ga of the left bearing 5a and the rolling elements Ta. The preload applied to bearings 5a and 5b is determined by the amount of movement of nut 10, which is limited by the dimensional difference between the combined width of outer ring spacer 6g and load sensor 50 and the width of inner ring spacer 6i.

また、図1に示す単列の軸受16については、主軸4の外周に嵌合した筒状部材15と内輪押さえ19とにより軸方向に内輪16aが位置決めされている。内輪押さえ19は、主軸4に螺着したナット20により抜け止めされている。軸受16の外輪16bは、端部材17に固定された位置決め部材21と、端部材17に固定された位置決め部材18とに挟まれている。内輪16aは主軸4の伸縮に応じて一体的に端部材17に対して摺動するようになっている。 In the single-row bearing 16 shown in FIG. 1, the inner ring 16a is axially positioned by the cylindrical member 15 fitted to the outer periphery of the main shaft 4 and the inner ring retainer 19. As shown in FIG. The inner ring retainer 19 is retained by a nut 20 screwed onto the main shaft 4 . An outer ring 16 b of the bearing 16 is sandwiched between a positioning member 21 fixed to the end member 17 and a positioning member 18 fixed to the end member 17 . The inner ring 16a slides integrally with respect to the end member 17 as the main shaft 4 expands and contracts.

主軸4と外筒2との間に形成される空間部22における軸受5bと単列の軸受16とで挟まれた軸方向の中間位置には、主軸4を駆動するモータ40が配置されている。モータ40のロータ14は主軸4の外周に嵌合した筒状部材15に固定され、モータ40のステータ13は外筒2の内周部に固定されている。 A motor 40 for driving the main shaft 4 is arranged at an axially intermediate position between the bearing 5b and the single-row bearing 16 in the space 22 formed between the main shaft 4 and the outer cylinder 2. . A rotor 14 of the motor 40 is fixed to a cylindrical member 15 fitted on the outer circumference of the main shaft 4 , and a stator 13 of the motor 40 is fixed to the inner circumference of the outer cylinder 2 .

なお、モータ40を冷却するための冷却媒体流路は、ここでは図示しない。
軸受5(5a,5b)の予圧(荷重)を測定する荷重センサ50は、スピンドル装置1の予圧を発生させる押圧力を伝達する経路に実装される。図2に示すように、荷重センサ50は、外輪間座6gの端面6gaに接着等で固定され、軸受5aの外輪5gaの端面と当接し、軸受5(5a,5b)に印加される予圧荷重を測定する。
A cooling medium flow path for cooling the motor 40 is not shown here.
A load sensor 50 that measures the preload (load) of the bearings 5 (5a, 5b) is mounted on a path that transmits the pressing force that generates the preload of the spindle device 1. FIG. As shown in FIG. 2, the load sensor 50 is fixed to the end surface 6ga of the outer ring spacer 6g by adhesion or the like, contacts the end surface of the outer ring 5ga of the bearing 5a, and is applied to the bearing 5 (5a, 5b). to measure.

スピンドル装置1の組立時に荷重センサ50の出力を観測すれば、予め設定した予圧になっているかを確認でき、組立工数を削減できる。また、工作機械の運転時に荷重センサ50の出力を観測すれば、運転時の発熱による熱膨張で増加した予圧量を知ることができる。運転時の予圧変化を観測することによって、切削性能の低下や軸受5の焼付きを事前に防止することができる。 By observing the output of the load sensor 50 during assembly of the spindle device 1, it is possible to confirm whether or not the preset preload is achieved, thereby reducing the number of assembly man-hours. Further, by observing the output of the load sensor 50 during operation of the machine tool, it is possible to know the amount of preload that has increased due to thermal expansion due to heat generated during operation. By observing the change in preload during operation, deterioration of cutting performance and seizure of the bearing 5 can be prevented in advance.

荷重センサ50は、薄膜パターン(薄膜抵抗体)からなる感圧センサを含む。たとえば、電気抵抗の変化から荷重(予圧)を測定する荷重センサ50は、予圧を発生させる押圧力が伝達される経路上に配置される。 The load sensor 50 includes a pressure sensor made up of a thin film pattern (thin film resistor). For example, a load sensor 50 that measures a load (preload) from a change in electrical resistance is arranged on the path through which the pressing force that generates the preload is transmitted.

荷重センサ50の電気抵抗の変化から荷重を検出する方法については後述するが、検出された荷重値は、たとえばケーブルCBを用いて外部に送信される。ケーブルCBは、ハウジング3と前蓋12に設けた溝3b,12aを経由してスピンドル装置1の外部に引き出される。なお、荷重出力をワイヤレスで外部機器に送信する場合、ケーブルCBや溝3b、12aは設けなくても良い。 A method of detecting the load from changes in the electrical resistance of the load sensor 50 will be described later, but the detected load value is transmitted to the outside using a cable CB, for example. The cable CB is drawn out of the spindle device 1 through grooves 3b and 12a provided in the housing 3 and the front cover 12. As shown in FIG. When the load output is wirelessly transmitted to an external device, the cable CB and the grooves 3b and 12a may not be provided.

荷重センサ50は、複数の荷重センサ素子を含む。抵抗回路60は、複数の抵抗モジュールを含む。図3には、外輪間座6gの端面6gaに実装された荷重センサ素子50a~50dと抵抗モジュール60a~60dの第1配置例が示される。ここでは、外輪間座6gの周方向に90度の等間隔で荷重センサ素子50a~50dが配置され、その近傍には抵抗モジュール60a~60dが配置される。 Load sensor 50 includes a plurality of load sensor elements. Resistor circuit 60 includes a plurality of resistor modules. FIG. 3 shows a first arrangement example of the load sensor elements 50a-50d and the resistance modules 60a-60d mounted on the end surface 6ga of the outer ring spacer 6g. Here, load sensor elements 50a-50d are arranged at equal intervals of 90 degrees in the circumferential direction of the outer ring spacer 6g, and resistance modules 60a-60d are arranged in the vicinity thereof.

荷重センサ素子50a~50dと抵抗モジュール60a~60dをそれぞれ接続して、4つのブリッジ回路を形成することによって、荷重センサ素子50a~50dの各々の抵抗変化を検出する。なお、抵抗モジュール60a~60dの詳細は後述する。 By connecting the load sensor elements 50a to 50d and the resistance modules 60a to 60d respectively to form four bridge circuits, resistance changes of the load sensor elements 50a to 50d are detected. Details of the resistor modules 60a to 60d will be described later.

図4の例では、荷重センサ素子50a~50cが外輪間座6gの周方向に120度の等間隔で配置される。また、抵抗モジュール60a~60cが外輪間座6gの周方向に120度の等間隔で配置される。 In the example of FIG. 4, the load sensor elements 50a to 50c are arranged at equal intervals of 120 degrees in the circumferential direction of the outer ring spacer 6g. Also, the resistance modules 60a to 60c are arranged at equal intervals of 120 degrees in the circumferential direction of the outer ring spacer 6g.

荷重センサ50に含まれる複数の荷重センサ素子の数は、複数の荷重センサ素子を介して外輪5gaの端面が均等にバランス良く押されればよく、3個以上が好ましい。また、ほぼ同一円周上に等間隔に複数の荷重センサ素子を配置するのが好ましい。 The number of the plurality of load sensor elements included in the load sensor 50 is preferably three or more as long as the end surface of the outer ring 5ga is evenly and well-balancedly pushed through the plurality of load sensor elements. Moreover, it is preferable to arrange a plurality of load sensor elements at equal intervals on substantially the same circumference.

図3、図4に示した配置例では、抵抗回路60の数は、荷重センサ50の荷重センサ素子の数に等しい。 In the arrangement examples shown in FIGS. 3 and 4, the number of resistance circuits 60 is equal to the number of load sensor elements of the load sensor 50 .

次に、図5、図6を用いて、荷重センサ素子の構造を説明する。図5は、図3のX-X断面における荷重センサ素子50aの断面図である。また、図6は、図5の荷重センサ素子50aの正面図である。なお、荷重センサ素子50b~50dも同様な構造である。 Next, the structure of the load sensor element will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the load sensor element 50a taken along the line XX in FIG. 6 is a front view of the load sensor element 50a of FIG. 5. FIG. The load sensor elements 50b to 50d also have the same structure.

荷重センサ素子50aは、たとえば絶縁性を有する基板51と、基板51上に配置され、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターン(薄膜抵抗体)52と、薄膜パターン52につながる電極53と、薄膜パターン52を保護する絶縁性を有する保護層54とを含む。保護層54は、電極53上には形成しないため、電極53に直接、配線を接続できる。 The load sensor element 50a includes, for example, an insulating substrate 51, a thin film pattern (thin film resistor) 52 arranged on the substrate 51 and whose resistance changes with changes in surface pressure, an electrode 53 connected to the thin film pattern 52, and an insulating protective layer 54 that protects the thin film pattern 52 . Since the protective layer 54 is not formed on the electrodes 53 , wiring can be directly connected to the electrodes 53 .

基板51には、たとえばジルコニア(ZrO)またはアルミナ(Al)を主成分にしたセラミック材料を使用する。セラミック材料は高剛性で絶縁性が高く、基板51の表面平坦度を精度良く加工することができ、好都合である。基板51の厚さは、荷重センサ50の薄型化と圧縮方向の強度を確保する観点から、たとえば0.3mm以上、5mm以下とするのが好ましい。 Substrate 51 is made of a ceramic material whose main component is zirconia (ZrO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), for example. The ceramic material is highly rigid and highly insulating, and is convenient because the surface flatness of the substrate 51 can be processed with high accuracy. From the viewpoint of thinning the load sensor 50 and ensuring strength in the compression direction, the thickness of the substrate 51 is preferably 0.3 mm or more and 5 mm or less, for example.

薄膜パターン52は、たとえばニッケルクロム(NiCr)、クロム(Cr)系材料からなり、蒸着またはスパッタリング等で成膜される。薄膜パターンの厚さは、たとえば1μm以下である。また、スパッタリング等で絶縁性材料、たとえば、アルミナ(Al)または二酸化珪素(SiO)の薄膜が保護層54として形成される。保護層54の膜厚は、たとえば2μm程度とされる。 The thin film pattern 52 is made of, for example, nickel chromium (NiCr) or chromium (Cr) based material, and is deposited by vapor deposition, sputtering, or the like. The thickness of the thin film pattern is, for example, 1 μm or less. A thin film of an insulating material such as alumina (Al 2 O 3 ) or silicon dioxide (SiO 2 ) is formed as the protective layer 54 by sputtering or the like. The film thickness of the protective layer 54 is, for example, approximately 2 μm.

なお、配線との半田付けを容易にするため、電極53の表面に、たとえば、銅、銀、金などの材料の被膜を設けてもよい。 In order to facilitate soldering with wiring, the surface of the electrode 53 may be coated with a material such as copper, silver, or gold.

薄膜パターン52を形成する基板51の上面は、その平坦度が1μm以下になるように研磨するとよい。また、基板51の上面と下面との平行度を1μm以下にするのが好ましい。 The upper surface of the substrate 51 on which the thin film pattern 52 is formed is preferably polished so that the flatness thereof is 1 μm or less. Moreover, it is preferable to set the parallelism between the upper surface and the lower surface of the substrate 51 to 1 μm or less.

薄膜パターン52の抵抗値(2つの電極53間の抵抗値)は、数十Ωから数百Ωの範囲で設定され、温度変化とともに抵抗値が変化する割合を示す抵抗温度係数(温度変化とともに抵抗値が変化する割合を示す係数)は、たとえば10ppm/℃以下に設定される。好ましくは、抵抗温度係数は1ppm/℃以下に設定される。 The resistance value of the thin film pattern 52 (the resistance value between the two electrodes 53) is set in the range of several tens of ohms to several hundreds of ohms, and the temperature coefficient of resistance, which indicates the rate at which the resistance changes with temperature changes coefficient indicating the rate at which the value changes) is set to, for example, 10 ppm/° C. or less. Preferably, the temperature coefficient of resistance is set to 1 ppm/°C or less.

抵抗温度係数が小さいほど温度変化に伴う抵抗変化量が小さく、荷重検出時の温度ドリフトを低減することができる。 The smaller the temperature coefficient of resistance, the smaller the amount of change in resistance due to temperature change, and the temperature drift at the time of load detection can be reduced.

このように、外輪間座6gとは別部品である基板51に薄膜パターンを形成するため、外輪間座6gに直接薄膜パターンを形成するよりも製造が容易になる。 Since the thin film pattern is formed on the substrate 51, which is a component separate from the outer ring spacer 6g, manufacturing becomes easier than forming the thin film pattern directly on the outer ring spacer 6g.

前述の例では、荷重センサ素子50a~50dの各々は、外輪間座6gの端面6gaと、軸受5aの外輪5gaの端面とに挟まれて押圧される。たとえば、荷重センサ素子50a~50dの各々の基板51は外輪間座6gの端面6gaと当接し、各々の保護層54は軸受5aの外輪5gaの端面と当接し、各々の薄膜パターン52は基板51と保護層54を介して押圧される。 In the above example, each of the load sensor elements 50a to 50d is sandwiched and pressed between the end face 6ga of the outer ring spacer 6g and the end face of the outer ring 5ga of the bearing 5a. For example, the substrate 51 of each of the load sensor elements 50a to 50d contacts the end surface 6ga of the outer ring spacer 6g, each protective layer 54 contacts the end surface of the outer ring 5ga of the bearing 5a, and each thin film pattern 52 contacts the substrate 51. and the protective layer 54 are pressed.

荷重センサ素子50a~50dの各々の形状は、荷重センサ素子50a~50dの各々の各材料物性値を考慮して設定される。また、ここでは、荷重センサ素子50a~50dの各々の形状を四角としたが、形状はこれに限定されない。 The shape of each of the load sensor elements 50a-50d is set in consideration of each material property value of each of the load sensor elements 50a-50d. Also, here, each of the load sensor elements 50a to 50d has a rectangular shape, but the shape is not limited to this.

図7は、荷重センサ素子の薄膜パターンの形状の変形例を示す図である。薄膜パターン52は、図6の例ではU字形状としたが、図7に示す荷重センサ50a1のように薄膜パターン52を連続する矩形パターンにしてもよい。基板51上に連続する矩形パターンを形成することで、薄膜パターン52の感圧長さが長くなり、荷重を安定して検出することができる。なお、薄膜パターン52の形状は図6、図7に示した形状に限定されない。 FIG. 7 is a diagram showing a modification of the shape of the thin film pattern of the load sensor element. Although the thin film pattern 52 has a U-shape in the example of FIG. 6, the thin film pattern 52 may have a continuous rectangular pattern like the load sensor 50a1 shown in FIG. By forming a continuous rectangular pattern on the substrate 51, the pressure-sensitive length of the thin film pattern 52 is increased, and the load can be stably detected. The shape of the thin film pattern 52 is not limited to the shapes shown in FIGS.

図8は、荷重センサ素子の構造の第1改良例を示す図である。図5では、保護層54は、絶縁材料からなる蒸着またはスパッタリング等の薄膜であったが、図8に示す荷重センサ素子150aでは、たとえばジルコニア(ZrO)またはアルミナ(Al)を主成分にしたセラミック材料からなる板材が保護層54Aとして用いられる。保護層54Aは、接着剤からなる接着層55を介して基板51の表面に成膜された薄膜パターン52を覆うように接着固定される。保護層54Aの板厚は、たとえば基板51の板厚と同じ0.3mmから5mm程度とされる。 FIG. 8 is a diagram showing a first improvement of the structure of the load sensor element. In FIG . 5, the protective layer 54 is a thin film made of an insulating material by vapor deposition or sputtering , but in the load sensor element 150a shown in FIG . A plate material made of a composite ceramic material is used as the protective layer 54A. The protective layer 54A is adhesively fixed so as to cover the thin film pattern 52 formed on the surface of the substrate 51 via an adhesive layer 55 made of an adhesive. The plate thickness of the protective layer 54A is, for example, about 0.3 mm to 5 mm, which is the same as the plate thickness of the substrate 51 .

保護層54Aとして絶縁材料からなる板材を使用すれば、薄膜パターン52の上面に絶縁材料からなる板材を保護層54Aとして接着固定するだけで済むため、スパッタリング等による保護層54の成膜に比べて製造が容易になる。また、薄膜パターン52と外輪5gaとの間の絶縁性をより高くすることができ、安定して荷重検出することができる。また、接着層55を介して薄膜パターン52を押すため、接着層55がクッション層になって薄膜パターン52を均一に押すことができるため、荷重検出精度が向上する。 If a plate material made of an insulating material is used as the protective layer 54A, it is sufficient to adhere and fix the plate material made of an insulating material to the upper surface of the thin film pattern 52 as the protective layer 54A. Easier to manufacture. Moreover, the insulation between the thin film pattern 52 and the outer ring 5ga can be further increased, and the load can be stably detected. In addition, since the thin film pattern 52 is pressed through the adhesive layer 55, the adhesive layer 55 acts as a cushion layer and can uniformly press the thin film pattern 52, thereby improving load detection accuracy.

図9は、荷重センサ素子の構造の第2改良例を示す図である。図5、図8では、基板51として絶縁材料を用いたが、図9に示す荷重センサ素子250aでは、基板51Aとして金属材料を用い、その表面に絶縁層58が形成される。絶縁層58は、絶縁性材料からなり、たとえば、スパッタリング等でアルミナ(Al)または二酸化珪素(SiO)の薄膜が形成される。絶縁層58の膜厚は、たとえば2μm程度とされる。 FIG. 9 is a diagram showing a second improved example of the structure of the load sensor element. 5 and 8, an insulating material is used as the substrate 51, but in the load sensor element 250a shown in FIG. 9, a metal material is used as the substrate 51A, and an insulating layer 58 is formed on the surface thereof. The insulating layer 58 is made of an insulating material, and for example, a thin film of alumina (Al 2 O 3 ) or silicon dioxide (SiO 2 ) is formed by sputtering or the like. The film thickness of the insulating layer 58 is, for example, approximately 2 μm.

基板51Aの金属材料としては、たとえば外輪間座6gと同じ材料、たとえば軸受鋼(SUJ2)を用いる。軸受鋼以外では、炭素鋼(S45Cなど)を用いる。これら金属材料を一定の大きさに切削加工後に熱処理し、その後、加工精度が必要な面について研磨、ラッピング加工を行ない、目標の平坦度、面粗さに仕上げる。たとえば、平坦度は1μm以下、面粗さはRa0.1以下にする。 As the metal material of the substrate 51A, for example, the same material as the outer ring spacer 6g, for example, bearing steel (SUJ2) is used. Carbon steel (such as S45C) is used other than bearing steel. After cutting these metal materials to a certain size, they are heat-treated. After that, the surfaces requiring high processing accuracy are polished and lapped to achieve the target flatness and surface roughness. For example, the flatness is 1 μm or less and the surface roughness is Ra 0.1 or less.

その後、基板51Aの一方の面に絶縁層58を成膜後、図5と同様に、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターン(薄膜抵抗体)52と、それにつながる電極53とを形成し、さらに、薄膜パターン52を保護する絶縁性を有する保護層54が形成される。保護層54は、電極53上には形成しないため、電極53に直接、配線を接続できる。 Thereafter, after forming an insulating layer 58 on one surface of the substrate 51A, a thin film pattern (thin film resistor) 52 whose resistance changes with a change in surface pressure and an electrode 53 connected thereto are formed in the same manner as in FIG. Furthermore, a protective layer 54 having insulating properties for protecting the thin film pattern 52 is formed. Since the protective layer 54 is not formed on the electrodes 53 , wiring can be directly connected to the electrodes 53 .

保護層54としては、たとえばスパッタリング等でアルミナ(Al)または二酸化珪素(SiO)の薄膜が形成される。これらの膜厚は、たとえば2μm程度とされる。 As protective layer 54, a thin film of alumina (Al 2 O 3 ) or silicon dioxide (SiO 2 ) is formed by, for example, sputtering. These film thicknesses are, for example, approximately 2 μm.

基板51Aの材質が金属材料であれば、荷重により基板51Aが割れることもなく信頼性が向上する。また、外輪間座6gの端面に直接、薄膜パターン52を形成するよりも、金属小片からなる基板51Aに薄膜パターン52を形成する方が製造は容易であり、製造コストを抑えることができる。 If the material of the substrate 51A is a metal material, the substrate 51A will not crack due to the load, and the reliability will be improved. Forming the thin film pattern 52 on the substrate 51A made of a metal piece is easier than forming the thin film pattern 52 directly on the end surface of the outer ring spacer 6g, and the manufacturing cost can be reduced.

図10は、図9の改良例である荷重センサ素子の構造を示す図である。図9では、保護層54は、絶縁材料からなる蒸着またはスパッタリング等の薄膜であったが、図10に示す荷重センサ素子350aでは、たとえばジルコニア(ZrO)またはアルミナ(Al)を主成分にしたセラミック材料からなる板材を保護層54Aとして用いる。保護層54Aは、接着剤からなる接着層55を介して基板51の表面に成膜された薄膜パターン52を覆うように接着固定される。保護層54Aの板厚は、たとえば基板51の板厚と同じ0.3mmから5mm程度とされる。 FIG. 10 is a diagram showing the structure of a load sensor element that is an improved example of FIG. In FIG . 9, the protective layer 54 is a thin film made of an insulating material by vapor deposition or sputtering , but in the load sensor element 350a shown in FIG . A plate material made of a composite ceramic material is used as the protective layer 54A. The protective layer 54A is adhesively fixed so as to cover the thin film pattern 52 formed on the surface of the substrate 51 via an adhesive layer 55 made of an adhesive. The plate thickness of the protective layer 54A is, for example, about 0.3 mm to 5 mm, which is the same as the plate thickness of the substrate 51 .

保護層54Aとして絶縁材料からなる板材を使用すれば、スパッタリング等による成膜に比べて製造が容易になる。また、薄膜パターン52との絶縁性をより高くすることができ、安定して荷重を検出することができる。また、接着層55を介して薄膜パターン52を押すため、接着層55がクッション層になって薄膜パターン52を均一に押すことができるため、荷重検出精度が向上する。 If a plate material made of an insulating material is used as the protective layer 54A, manufacturing becomes easier than film formation by sputtering or the like. Moreover, the insulation from the thin film pattern 52 can be further increased, and the load can be stably detected. In addition, since the thin film pattern 52 is pressed through the adhesive layer 55, the adhesive layer 55 acts as a cushion layer and can uniformly press the thin film pattern 52, thereby improving load detection accuracy.

なお、保護層54Aとして、金属材料からなる板材に絶縁材料からなる絶縁膜を形成し、絶縁膜が成膜された側を薄膜パターン52側に対向させてもよい。この場合、保護層54Aの割れを防止することができる。 As the protective layer 54A, an insulating film made of an insulating material may be formed on a plate made of a metal material, and the side on which the insulating film is formed may face the thin film pattern 52 side. In this case, cracking of the protective layer 54A can be prevented.

次に、図11、図12、図13を用いて、抵抗モジュールの構造を説明する。図11は、図3のY-Y断面における抵抗モジュール60aの断面図である。また、図12は、図11の抵抗モジュール60aの正面図である。図13は、抵抗モジュール60aの基板61上に形成される回路の回路図である。なお、抵抗モジュール60b~60dも、抵抗モジュール60aと同様な構成である。 Next, the structure of the resistor module will be described with reference to FIGS. 11, 12 and 13. FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of the resistance module 60a along the YY cross section of FIG. 12 is a front view of the resistor module 60a of FIG. 11. FIG. FIG. 13 is a circuit diagram of a circuit formed on the substrate 61 of the resistance module 60a. The resistance modules 60b to 60d also have the same configuration as the resistance module 60a.

抵抗モジュール60aは、たとえば絶縁性を有する基板61と、基板61上に配置される薄膜パターン(薄膜抵抗体)62からなる抵抗R(R1,R2,R3)と、抵抗Rにつながる電極T(T1,T2,T3,T4)とを含む。なお、電極Tを除く薄膜パターン62の表層に保護層64を設けてもよい。 The resistor module 60a includes, for example, a substrate 61 having an insulating property, resistors R (R1, R2, R3) made up of a thin film pattern (thin film resistor) 62 arranged on the substrate 61, and an electrode T (T1 , T2, T3, T4). A protective layer 64 may be provided on the surface layer of the thin film pattern 62 excluding the electrodes T. FIG.

抵抗回路60の電極T1,T2に荷重センサ素子50aを接続すれば、抵抗Rとブリッジ回路を形成することができる。 By connecting the load sensor element 50a to the electrodes T1 and T2 of the resistor circuit 60, the resistor R and a bridge circuit can be formed.

基板61には、たとえばジルコニア(ZrO)またはアルミナ(Al)を主成分にしたセラミック材料を使用する。基板61の厚さは、たとえば0.3mm以上、5mm以下の範囲で選定する。なお、抵抗モジュール60aの厚さは、荷重センサ素子50aの厚さよりも薄く製作されるので、抵抗モジュール60aは押圧されることはない。 Substrate 61 is made of a ceramic material whose main component is zirconia (ZrO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), for example. The thickness of the substrate 61 is selected, for example, within a range of 0.3 mm or more and 5 mm or less. Since the resistance module 60a is made thinner than the load sensor element 50a, the resistance module 60a is not pressed.

荷重センサ素子50aの薄膜パターン52と抵抗モジュール60aの抵抗Rが別々の基板に設けられるため、荷重センサ素子50aが押圧された場合であっても、抵抗モジュール60aは押圧されず、基板61が変形することはないので、基板変形に伴う抵抗Rの抵抗値の変化は抑制される。 Since the thin film pattern 52 of the load sensor element 50a and the resistor R of the resistance module 60a are provided on separate substrates, even when the load sensor element 50a is pressed, the resistance module 60a is not pressed and the substrate 61 is deformed. Therefore, the change in the resistance value of the resistor R due to substrate deformation is suppressed.

薄膜パターン62は、たとえば荷重センサ素子50aと同じニッケルクロム(NiCr)、クロム(Cr)系材料からなり、蒸着またはスパッタリング等で成膜される。薄膜パターンの厚さは、たとえば1μm以下である。保護層64は、絶縁性材料からなり、たとえば、スパッタリング等でアルミナ(Al)または二酸化珪素(SiO)の薄膜が形成される。保護層64の膜厚は、たとえば2μm程度とされる。 The thin film pattern 62 is made of, for example, the same nickel chromium (NiCr) or chromium (Cr) material as the load sensor element 50a, and is deposited by vapor deposition, sputtering, or the like. The thickness of the thin film pattern is, for example, 1 μm or less. The protective layer 64 is made of an insulating material, and is formed with a thin film of alumina (Al 2 O 3 ) or silicon dioxide (SiO 2 ), for example, by sputtering. The film thickness of the protective layer 64 is, for example, approximately 2 μm.

なお、保護層64としては、硬化樹脂やシリコーン系接着剤を用いてもよい。また、電極Tの表面を、たとえば、銅、銀、金などの材料で被膜して、配線との半田付けを容易としてもよい。 As the protective layer 64, a curable resin or a silicone adhesive may be used. Also, the surface of the electrode T may be coated with a material such as copper, silver, or gold to facilitate soldering with wiring.

荷重センサ素子50aの薄膜パターン52と同じ材料で抵抗モジュール60aの薄膜パターン62を形成すれば、抵抗R1~R3の抵抗値および抵抗温度係数と荷重センサ素子50aの抵抗値および抵抗温度係数とを揃えることが容易になる。なお、抵抗R1からR3の抵抗値にばらつきが生じた場合には、たとえばレーザトリミングにより抵抗値を調整してもよい。 If the thin film pattern 62 of the resistance module 60a is formed of the same material as the thin film pattern 52 of the load sensor element 50a, the resistance values and resistance temperature coefficients of the resistors R1 to R3 and the resistance value and resistance temperature coefficient of the load sensor element 50a can be matched. becomes easier. If the resistance values of the resistors R1 to R3 vary, the resistance values may be adjusted by laser trimming, for example.

以上の構成によって、ブリッジ回路において荷重センサ素子50aの抵抗値のみが変化し、荷重を測定することができる。 With the above configuration, only the resistance value of the load sensor element 50a changes in the bridge circuit, and the load can be measured.

抵抗R1~R3を薄膜パターン62で形成する代わりに、基板61の表面に形成した薄膜パターン62に市販のチップ抵抗を実装してもよい。この場合、抵抗値、抵抗温度係数が荷重センサ素子50aに近いチップ抵抗を使うことが望ましい。なお、抵抗値を調整するため、図示しない可変抵抗器を抵抗R1~R3のいずれかと直列に接続してもよい。 Instead of forming the resistors R1 to R3 with the thin film pattern 62, commercially available chip resistors may be mounted on the thin film pattern 62 formed on the surface of the substrate 61. FIG. In this case, it is desirable to use a chip resistor whose resistance value and temperature coefficient of resistance are close to those of the load sensor element 50a. In order to adjust the resistance value, a variable resistor (not shown) may be connected in series with any one of the resistors R1 to R3.

荷重センサ素子50aの電極53と抵抗モジュール60aの電極TにケーブルCBを接続して外部に引き出し、外部に設けた図示しない処理部に接続すれば、温度変化の影響を低減して荷重値を算出することができる。 If a cable CB is connected to the electrode 53 of the load sensor element 50a and the electrode T of the resistance module 60a and pulled out to the outside and connected to an external processing unit (not shown), the influence of temperature change can be reduced to calculate the load value. can do.

以上、本実施の形態では、ブリッジ回路の抵抗回路と荷重センサ素子とを別々の基板に設けた例を示した。ただし、荷重センサ素子とブリッジ回路の抵抗を同じ薄膜材料で構成し、同一基板上に配置してもよい。この場合、同一工程で一度に荷重センサ素子と抵抗を製造することができる。この構成の場合には、ブリッジ回路の抵抗は押圧されない位置に配置される。同一基板にした場合、コスト低減、小型化、部品点数削減による組立工数削減が可能になる。 As described above, in the present embodiment, an example in which the resistance circuit of the bridge circuit and the load sensor element are provided on separate substrates has been described. However, the load sensor element and the resistors of the bridge circuit may be made of the same thin film material and arranged on the same substrate. In this case, the load sensor element and the resistor can be manufactured at once in the same process. In the case of this configuration, the resistors of the bridge circuit are arranged in positions where they are not pressed. Using the same substrate enables cost reduction, miniaturization, and a reduction in assembly man-hours due to a reduction in the number of parts.

図14は、荷重センサの出力を電気的に処理する処理部を外輪間座に配置した例を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing an example in which a processing unit for electrically processing the output of the load sensor is arranged in the outer ring spacer.

外輪間座6gの一方の端面6gaには、荷重センサ素子50a~50dと、抵抗モジュール60a~60dと、処理部70とが固定される。荷重センサ素子50a~50dは、端面6gaに、その周方向に等間隔で固定される。抵抗モジュール60a~60dは、端面6gaに、その周方向に等間隔で固定される。 Load sensor elements 50a to 50d, resistance modules 60a to 60d, and a processing portion 70 are fixed to one end surface 6ga of the outer ring spacer 6g. The load sensor elements 50a to 50d are fixed to the end face 6ga at equal intervals in the circumferential direction. The resistor modules 60a to 60d are fixed to the end surface 6ga at equal intervals in the circumferential direction.

処理部70は、たとえば荷重センサ素子50a~50dおよび、抵抗モジュール60a~60dと干渉しない形状する。また、処理部70は、荷重センサ素子50a~50dの各々よりも表面高さが低くなるように製作して、外輪5gaと処理部70との接触を防止する。 The processing unit 70 has a shape that does not interfere with, for example, the load sensor elements 50a-50d and the resistance modules 60a-60d. Moreover, the processing portion 70 is manufactured so that the surface height thereof is lower than that of each of the load sensor elements 50a to 50d, thereby preventing contact between the outer ring 5ga and the processing portion 70. FIG.

抵抗モジュール60a~60dの各々の厚さも、荷重センサ素子50a~50dの各々よりも薄くなるように設定するため、外輪5gaと抵抗モジュール60a~60dとは接触しない。したがって、荷重センサ素子50a~50dが押圧されても抵抗モジュール60a~60dの抵抗Rの抵抗値は変化しないため、荷重を検出することができる。 Since the thickness of each of the resistance modules 60a-60d is also set to be thinner than each of the load sensor elements 50a-50d, the outer ring 5ga and the resistance modules 60a-60d do not come into contact with each other. Therefore, even if the load sensor elements 50a to 50d are pressed, the resistance values of the resistors R of the resistance modules 60a to 60d do not change, so the load can be detected.

荷重センサ素子50a~50dと抵抗モジュール60a~60dの出力は、配線71、76により処理部70に接続される。 The outputs of the load sensor elements 50a-50d and the resistance modules 60a-60d are connected to the processing section 70 by wirings 71,76.

処理部70は、荷重センサ素子50a~50dの抵抗変化をそれぞれ検出して増幅する回路部72a~72dが実装され、抵抗変化に相当する出力値を得る。また、処理部70に演算部73を配置してもよい。演算部73では、複数の荷重センサ素子50a~50dの抵抗変化量を処理して、外輪間座6gに印加される荷重に変換してから外部に出力してもよい。 The processing unit 70 is equipped with circuit units 72a to 72d for detecting and amplifying resistance changes of the load sensor elements 50a to 50d, respectively, and obtains output values corresponding to the resistance changes. Further, the calculation unit 73 may be arranged in the processing unit 70 . The calculation unit 73 may process the resistance change amount of the plurality of load sensor elements 50a to 50d, convert it into the load applied to the outer ring spacer 6g, and output it to the outside.

ここでは、抵抗モジュール60a~60dを外輪間座6gの端面6gaに配置したが、抵抗モジュール60a~60dの機能を処理部70に実装してもよい。この場合、抵抗モジュール60a~60dの各々に含まれる抵抗R1,R2,R3として市販のチップ抵抗を用いることができる。チップ抵抗は、処理部70に実装される。 Although the resistance modules 60a to 60d are arranged on the end face 6ga of the outer ring spacer 6g here, the functions of the resistance modules 60a to 60d may be mounted on the processing section . In this case, commercially available chip resistors can be used as the resistors R1, R2 and R3 included in each of the resistor modules 60a-60d. A chip resistor is mounted on the processing unit 70 .

このようにすれば、抵抗モジュール60a~60dを外輪間座6gの端面6gaに配置する必要がなくなり、構成と配線処理が簡略化される。 This eliminates the need to dispose the resistor modules 60a to 60d on the end surface 6ga of the outer ring spacer 6g, simplifying the configuration and wiring process.

なお、抵抗モジュール60a~60dの各抵抗値を微調整したい場合には、図13の回路を変更して抵抗R1,R2,R3を分離し、処理部70に設けた回路部72の中で、抵抗R1,R2,R3と荷重センサ素子50a~50dの中で、微調整が必要な抵抗と直列に図示しない可変抵抗器を実装し、可変抵抗器を調整することで、抵抗をバランスさせてもよい。 If it is desired to finely adjust the resistance values of the resistance modules 60a to 60d, the circuit shown in FIG. Among the resistors R1, R2, R3 and the load sensor elements 50a to 50d, a variable resistor (not shown) is mounted in series with the resistor that requires fine adjustment, and by adjusting the variable resistor, the resistance can be balanced. good.

図15は、荷重センサ素子の抵抗変化を検出するブリッジ回路の構成を示す図である。図15に示す回路部72は、回路部72a~72dを含む。回路部72aは、DC電源VSDCに接続される抵抗モジュール60aと、荷重センサ素子50aと差動アンプAMPaとを含む。回路部72bは、DC電源VSDCに接続される抵抗モジュール60bと、荷重センサ素子50bと差動アンプAMPbとを含む。回路部72cは、DC電源VSDCに接続される抵抗モジュール60cと、荷重センサ素子50cと差動アンプAMPcとを含む。回路部72dは、DC電源VSDCに接続される抵抗モジュール60dと、荷重センサ素子50dと差動アンプAMPdとを含む。 FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a bridge circuit for detecting resistance changes of load sensor elements. The circuit portion 72 shown in FIG. 15 includes circuit portions 72a to 72d. The circuit section 72a includes a resistor module 60a connected to a DC power supply VSDC, a load sensor element 50a, and a differential amplifier AMPa. The circuit portion 72b includes a resistance module 60b connected to the DC power supply VSDC, a load sensor element 50b, and a differential amplifier AMPb. The circuit portion 72c includes a resistor module 60c connected to the DC power supply VSDC, a load sensor element 50c, and a differential amplifier AMPc. The circuit section 72d includes a resistance module 60d connected to the DC power supply VSDC, a load sensor element 50d and a differential amplifier AMPd.

抵抗モジュール60a~60dの各々は、抵抗R1~R3を含む。抵抗R1~R3と荷重センサ素子50a~50dの各々とはブリッジ回路を構成する。 Each of resistor modules 60a-60d includes resistors R1-R3. Each of the resistors R1-R3 and the load sensor elements 50a-50d constitutes a bridge circuit.

回路部72aにおいて、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る。また、DC電源VSDCの正極と負極との間には、荷重センサ素子50aと抵抗R3とが直列に接続される。抵抗R1と抵抗R2との接続ノードには、差動アンプAMPaの一方の入力ノードが接続される。荷重センサ素子50aと抵抗R3との接続ノードには、差動アンプAMPaの他方の入力ノードが接続される。 In the circuit section 72a, a resistor R1 and a resistor R2 are connected in series between the positive and negative electrodes of the DC power supply VSDC. A load sensor element 50a and a resistor R3 are connected in series between the positive and negative terminals of the DC power supply VSDC. One input node of the differential amplifier AMPa is connected to the connection node between the resistors R1 and R2. The other input node of the differential amplifier AMPa is connected to the connection node between the load sensor element 50a and the resistor R3.

回路部72b~72dの各々においては、回路部72aの構成において、荷重センサ素子50aおよび差動アンプAMPaに代えて、荷重センサ素子50b~50dおよび差動アンプAMPb~AMPdが接続される。 In each of circuit portions 72b-72d, load sensor elements 50b-50d and differential amplifiers AMPb-AMPd are connected instead of load sensor element 50a and differential amplifier AMPa in the configuration of circuit portion 72a.

図15に示すブリッジ回路構成にすることによって、荷重が変化した際の荷重センサ素子50a~50dの抵抗変化を差動アンプAMPa~AMPdで検出し、出力値S(Sa,Sb,Sc,Sd)を得ることができる。 By adopting the bridge circuit configuration shown in FIG. 15, the resistance change of the load sensor elements 50a to 50d when the load changes is detected by the differential amplifiers AMPa to AMPd, and the output value S (Sa, Sb, Sc, Sd) is detected. can be obtained.

図14に示したように、荷重センサ素子50a~50dの各々は、対応する抵抗モジュール60a~60dのいずれかと互いに近傍の位置に配置されるため、同じ環境下に置かれる。それらの抵抗温度係数を揃えておけば、温度変化があっても抵抗モジュールの抵抗値は同じように変化する。したがって、温度変化があっても抵抗モジュール60a~60dの抵抗バランスが崩れないので、温度変化による差動アンプAMPa~AMPdの出力温度ドリフトを抑えることができる。そのため、温度センサの値で荷重センサ素子50a~50dの出力補正を行なう工程を削減することも可能である。 As shown in FIG. 14, each of the load sensor elements 50a to 50d is placed in the same environment as one of the corresponding resistor modules 60a to 60d, since they are placed in close proximity to each other. If the temperature coefficients of resistance are the same, the resistance value of the resistor module will change in the same way even if the temperature changes. Therefore, the resistance balance of the resistance modules 60a to 60d is maintained even if the temperature changes, so that the output temperature drift of the differential amplifiers AMPa to AMPd due to the temperature change can be suppressed. Therefore, it is possible to eliminate the step of correcting the outputs of the load sensor elements 50a to 50d using the temperature sensor values.

図14に示す構成では、荷重センサ素子50a~50dのそれぞれの近傍で回路部72b~72dの差動アンプAMPa~AMPdが電気的処理を行なうため、電気ノイズの低減を図ることができる。また、外部に引き出す配線本数を削減することができ、軸受装置30、スピンドル装置1の組立が容易になる。 In the configuration shown in FIG. 14, the differential amplifiers AMPa to AMPd of the circuit sections 72b to 72d perform electrical processing in the vicinity of the load sensor elements 50a to 50d, respectively, so electrical noise can be reduced. In addition, the number of wires drawn out to the outside can be reduced, and the assembly of the bearing device 30 and the spindle device 1 is facilitated.

図16は、荷重センサ素子の出力から軸受に印加する予圧(荷重)を算出する構成を示す図である。ここでは、4つの荷重センサ素子50a~50dを用いた例で説明する。 FIG. 16 is a diagram showing a configuration for calculating the preload (load) applied to the bearing from the output of the load sensor element. Here, an example using four load sensor elements 50a to 50d will be described.

図16に示す算出回路は、荷重センサ50(荷重センサ素子50a~50d)を含むブリッジ回路の出力値S(Sa~Sd)を演算処理する演算部73と、予め測定した出力値Sと荷重の関係、あるいは近似式を保存する記憶部74を備える。演算部73は、出力値Sと記憶部74のデータから荷重を算出する。演算部73と記憶部74は、軸受装置30の外部に設けてもよいし、処理部70の内部に設けてもよい。 The calculation circuit shown in FIG. 16 includes an arithmetic unit 73 for arithmetic processing of the output values S (Sa to Sd) of the bridge circuit including the load sensor 50 (load sensor elements 50a to 50d), and an output value S measured in advance and the load. A storage unit 74 is provided for storing relationships or approximate expressions. The calculator 73 calculates the load from the output value S and the data in the memory 74 . The calculation unit 73 and the storage unit 74 may be provided outside the bearing device 30 or may be provided inside the processing unit 70 .

外輪間座6gに印加される予圧荷重は周方向に均一ではなく、外輪間座6g、ハウジング3、前蓋12、軸受5等の寸法精度によって、検出場所による出力値の違いが発生することも想定される。また、主軸4が回転した際には、主軸4に負荷されるモーメント荷重の影響や、軸受5の転動体Ta,Tbの移動に伴って周方向の荷重分布が変動することも想定される。 The preload load applied to the outer ring spacer 6g is not uniform in the circumferential direction, and the dimensional accuracy of the outer ring spacer 6g, housing 3, front cover 12, bearing 5, etc. may cause differences in output values depending on detection locations. is assumed. Further, when the main shaft 4 rotates, it is assumed that the load distribution in the circumferential direction changes due to the influence of the moment load applied to the main shaft 4 and the movement of the rolling elements Ta and Tb of the bearing 5 .

そのため、各荷重センサ素子50a~50dの出力値Sの加算値、または平均値を演算部73が処理するセンサ出力として採用してもよい。また、出力値Sが取る範囲として、最大値や最小値、最大値と最小値の差などを設定してもよい。 Therefore, an added value or an average value of the output values S of the load sensor elements 50a to 50d may be employed as the sensor output processed by the calculation section 73. FIG. Also, as the range of the output value S, a maximum value, a minimum value, a difference between the maximum value and the minimum value, or the like may be set.

なお、演算部73によって得られた予圧(荷重)の出力をローパスフィルタに通し、転動体Ta,Tbの通過やノイズによる出力変動を削減してもよい。 The output of the preload (load) obtained by the calculation unit 73 may be passed through a low-pass filter to reduce output fluctuation due to passage of the rolling elements Ta and Tb and noise.

スピンドル装置1に軸受装置30を実装し、モータ40で主軸4を高速回転している場合、軸受5の温度上昇、あるいは軸受5の損傷によって軸受5が発熱することにより、予圧荷重が過大になって軸受5が焼損することが想定される。これに対しては、荷重センサ50から予圧荷重を算出して監視すれば、軸受5が焼損しないよう回避策を取ることができる。 When the spindle device 1 is mounted with the bearing device 30 and the motor 40 rotates the main shaft 4 at high speed, the temperature of the bearing 5 rises or the bearing 5 heats up due to damage to the bearing 5, resulting in an excessive preload. It is assumed that the bearing 5 will be burnt out. To deal with this, if the preload is calculated from the load sensor 50 and monitored, a workaround can be taken to prevent the bearing 5 from burning out.

たとえば、荷重センサ50により測定した予圧荷重が、予め設定した基準値を超えた場合には、診断部75で軸受5の異常と判定し、主軸4の回転速度を下げたり、冷却媒体の循環量を増やしたり、加工負荷を低減したりするなどの処置を施し、軸受5の焼損を防止することができる。 For example, when the preload load measured by the load sensor 50 exceeds a preset reference value, the diagnostic unit 75 determines that the bearing 5 is abnormal, reduces the rotation speed of the main shaft 4, or reduces the circulation amount of the cooling medium. or reduce the machining load to prevent the bearing 5 from burning out.

また、荷重センサ50は、予圧を発生させる力の伝達経路上にある外輪間座6gに固定されるため、スピンドル装置1を組み立てる際には、荷重センサ50の出力から軸受5(5a,5b)の初期予圧を把握でき、予圧量を見ながらナット10の締め付け、あるいは前蓋12の固定ねじの取り付けを調節することもできる。 In addition, since the load sensor 50 is fixed to the outer ring spacer 6g on the transmission path of the force that generates the preload, when the spindle device 1 is assembled, the output of the load sensor 50 is applied to the bearings 5 (5a, 5b). It is possible to grasp the initial preload of , and it is possible to adjust the tightening of the nut 10 or the attachment of the fixing screw of the front cover 12 while observing the amount of preload.

なお、演算部73では、180度対向した荷重センサ素子50a~50dのうちの2つの出力の差分から主軸4に印加されるモーメント荷重を算出してもよい。たとえば、図14に示す荷重センサ素子50a~50dの配置では、荷重センサ素子50a,50bの差分から主軸4の上下方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出することができる。また、荷重センサ素子50c,50dの差分から主軸4の左右方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出することも可能である。なお、荷重センサ素子の数は、4つでなくてもモーメント荷重の大きさと向きは算出可能である。 Note that the calculation unit 73 may calculate the moment load applied to the spindle 4 from the difference between the outputs of two of the load sensor elements 50a to 50d that face each other 180 degrees. For example, in the arrangement of the load sensor elements 50a to 50d shown in FIG. 14, the magnitude and direction of the moment load in the vertical direction of the spindle 4 can be calculated from the difference between the load sensor elements 50a and 50b. It is also possible to calculate the magnitude and direction of the moment load in the left-right direction of the spindle 4 from the difference between the load sensor elements 50c and 50d. Note that the magnitude and direction of the moment load can be calculated even if the number of load sensor elements is not four.

たとえば、スピンドル装置1の他端側に固定したエンドミル等の切削工具で金属ワークを切削加工している際に、切削工具にかかる負荷および負荷方向をモーメント荷重から把握することができる。また、モーメント荷重から切削工具が金属ワークに衝突したことを検出することも可能である。 For example, when cutting a metal work with a cutting tool such as an end mill fixed to the other end of the spindle device 1, the load applied to the cutting tool and the direction of the load can be grasped from the moment load. It is also possible to detect the collision of the cutting tool with the metal workpiece from the moment load.

異常診断の信頼性を高めるため、予圧(荷重)の増加に加え、他のセンサ、たとえば温度センサ、熱流束センサ、加速度センサの出力をさらに考慮して総合的に判断することもできる。たとえば、熱流束センサ(図示せず)を軸受5の近傍の非回転部材(たとえば外輪間座6g)に固定し、回転部材(たとえば主軸4)に対向して配置すれば、軸受5の焼付きによる温度上昇の予兆を早期に検出することができる。 In order to increase the reliability of abnormality diagnosis, in addition to the increase in preload (load), the output of other sensors such as temperature sensor, heat flux sensor, and acceleration sensor may be further considered to make a comprehensive judgment. For example, if a heat flux sensor (not shown) is fixed to a non-rotating member (for example, the outer ring spacer 6g) near the bearing 5 and arranged to face the rotating member (for example, the main shaft 4), seizure of the bearing 5 can occur. It is possible to detect early signs of temperature rise due to

図17は、複数の荷重センサ素子に対して1個の抵抗回路でブリッジ回路を構成した変形例を示す図である。図17に示す変形例は、図14の改良例である。図18は、図17の構成において荷重センサ素子の抵抗変化を検出するブリッジ回路の第1構成例を示す図である。図19は、図17の構成において荷重センサ素子の抵抗変化を検出するブリッジ回路の第2構成例を示す図である。図17には、図18、図19の構成例のどちらか1方を用いる。 FIG. 17 is a diagram showing a modification in which a bridge circuit is configured with one resistor circuit for a plurality of load sensor elements. The modification shown in FIG. 17 is an improved example of FIG. FIG. 18 is a diagram showing a first configuration example of a bridge circuit for detecting resistance changes of load sensor elements in the configuration of FIG. FIG. 19 is a diagram showing a second configuration example of a bridge circuit for detecting a resistance change of a load sensor element in the configuration of FIG. 17. In FIG. Either one of the configuration examples of FIGS. 18 and 19 is used for FIG.

図17に示すように、外輪間座6gの一方の端面6gaには、その周方向に等間隔で固定した複数の荷重センサ素子50a~50dと、1個の抵抗回路60と、処理部70とが固定される。たとえば荷重センサ素子50a~50dおよび抵抗回路60と干渉しない形状、かつ、荷重センサ素子50a~50dよりも厚さが薄くなるように、処理部70を製作して、外輪5gaと処理部70との接触を防止する。 As shown in FIG. 17, on one end surface 6ga of the outer ring spacer 6g, a plurality of load sensor elements 50a to 50d fixed at equal intervals in the circumferential direction, one resistance circuit 60, and a processing section 70 are mounted. is fixed. For example, the processing portion 70 is manufactured to have a shape that does not interfere with the load sensor elements 50a to 50d and the resistance circuit 60, and is thinner than the load sensor elements 50a to 50d. Prevent contact.

また、抵抗回路60の厚さは荷重センサ素子50a~50dよりも薄くなるように設定するため、抵抗回路60は外輪5gaとは当接せず、荷重センサ素子50a~50dが押圧されても抵抗回路60の抵抗Rの抵抗値は変化しないため、荷重を検出することができる。 In addition, since the thickness of the resistance circuit 60 is set to be thinner than the load sensor elements 50a to 50d, the resistance circuit 60 does not come into contact with the outer ring 5ga. Since the resistance value of resistor R of circuit 60 does not change, the load can be detected.

荷重センサ素子50a~50dと抵抗回路60の出力は、配線71、76により処理部70に接続される。 Outputs of the load sensor elements 50a to 50d and the resistance circuit 60 are connected to the processing section 70 by wirings 71 and 76. FIG.

処理部70には、荷重センサ素子50a~50dの抵抗変化を検出して増幅する1つの回路部172(または272)が実装される。処理部70は、荷重センサ素子50a~50dの抵抗変化に相当する出力値を得る。また、処理部70に演算部73を配置してもよい。演算部73では、荷重センサ50の抵抗変化量を処理して、外輪間座6gに印加される荷重に変換してから外部に出力する。 The processing unit 70 is mounted with one circuit unit 172 (or 272) that detects and amplifies resistance changes of the load sensor elements 50a to 50d. The processing unit 70 obtains output values corresponding to resistance changes of the load sensor elements 50a to 50d. Further, the calculation unit 73 may be arranged in the processing unit 70 . The calculation unit 73 processes the amount of change in resistance of the load sensor 50, converts it into the load applied to the outer ring spacer 6g, and then outputs it to the outside.

図18に示す回路部172は、DC電源VSDCに接続される抵抗R1~R3および荷重センサ素子50a~50dと、差動アンプAMPとを含む。抵抗R1~R3と荷重センサ素子50a~50dとはブリッジ回路を構成する。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る。また、DC電源VSDCの正極と負極との間には、荷重センサ素子50a~50dを直列に接続した荷重検出部SRと抵抗R3とが直列に接続される。抵抗R1と抵抗R2との接続ノードには、差動アンプAMPの一方の入力ノードが接続される。荷重検出部SRと抵抗R3との接続ノードには、差動アンプAMPの他方の入力ノードが接続される。 A circuit portion 172 shown in FIG. 18 includes resistors R1 to R3 and load sensor elements 50a to 50d connected to a DC power supply VSDC, and a differential amplifier AMP. The resistors R1-R3 and the load sensor elements 50a-50d form a bridge circuit. A resistor R1 and a resistor R2 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply VSDC. Between the positive and negative terminals of the DC power supply VSDC, a load detecting section SR having the load sensor elements 50a to 50d connected in series and a resistor R3 are connected in series. One input node of the differential amplifier AMP is connected to the connection node between the resistors R1 and R2. The other input node of the differential amplifier AMP is connected to the connection node between the load detection section SR and the resistor R3.

抵抗R1,R2,R3の抵抗値は、荷重センサ素子50a~50dを直列に接続した直列抵抗値(合成抵抗値)と同じに設定される。 The resistance values of the resistors R1, R2 and R3 are set to be the same as the series resistance value (combined resistance value) obtained by connecting the load sensor elements 50a to 50d in series.

図18に示すような構成することによって、回路部172の構成を簡略にできるため、処理部70の小型化、簡易化が可能になる。 By configuring as shown in FIG. 18, the configuration of the circuit section 172 can be simplified, so that the processing section 70 can be made smaller and simpler.

また、荷重センサ素子50a~50dと抵抗回路60は、それらが近傍した位置にあって同じ環境に配置される。それらの抵抗温度係数を揃えておけば、温度変化があってもブリッジ回路の抵抗バランスは崩れないので、温度変化による差動アンプAMPの出力温度ドリフトを抑えることができる。 Moreover, the load sensor elements 50a to 50d and the resistance circuit 60 are located close to each other and placed in the same environment. If these resistance temperature coefficients are made uniform, the resistance balance of the bridge circuit will not be lost even if there is a temperature change, so the output temperature drift of the differential amplifier AMP due to the temperature change can be suppressed.

図19に示す構成は、図18の変更例であり、荷重センサ素子の接続方法を並列接続にしたことを除き、その他は同じである。 The configuration shown in FIG. 19 is a modification of FIG. 18, and is the same except that the load sensor elements are connected in parallel.

図19に示す回路部272は、DC電源VSDCに接続される抵抗R1~R3および荷重センサ素子50a~50dと、差動アンプAMPとを含む。抵抗R1~R3と荷重センサ素子50a~50dとはブリッジ回路を構成する。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る。また、DC電源VSDCの正極と負極との間には、荷重センサ素子50a~50dを並列に接続した荷重検出部PRと抵抗R3とが直列に接続される。抵抗R1と抵抗R2との接続ノードには、差動アンプAMPの一方の入力ノードが接続される。荷重検出部SRと抵抗R3との接続ノードには、差動アンプAMPの他方の入力ノードが接続される。 A circuit portion 272 shown in FIG. 19 includes resistors R1 to R3 and load sensor elements 50a to 50d connected to a DC power supply VSDC, and a differential amplifier AMP. The resistors R1-R3 and the load sensor elements 50a-50d form a bridge circuit. A resistor R1 and a resistor R2 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply VSDC. Between the positive and negative terminals of the DC power supply VSDC, a load detecting section PR in which the load sensor elements 50a to 50d are connected in parallel and a resistor R3 are connected in series. One input node of the differential amplifier AMP is connected to the connection node between the resistors R1 and R2. The other input node of the differential amplifier AMP is connected to the connection node between the load detection section SR and the resistor R3.

抵抗R1,R2,R3の抵抗値は、荷重センサ素子50a~50dを並列に接続した並列抵抗値(合成抵抗値)と同じに設定される。 The resistance values of resistors R1, R2, and R3 are set to be the same as the parallel resistance value (combined resistance value) obtained by connecting load sensor elements 50a to 50d in parallel.

図19に示すような構成することによって、図18と同様に、回路部272の構成を簡略にできるため、処理部70の小型化が可能になる。 By configuring as shown in FIG. 19, the configuration of the circuit section 272 can be simplified as in FIG. 18, so that the size of the processing section 70 can be reduced.

また、荷重センサ素子50a~50dと抵抗回路60は、それらが近傍した位置にあって同じ環境に配置される。それらの抵抗温度係数を揃えておけば、温度変化があってもブリッジ回路の抵抗バランスは崩れないので、温度変化による差動アンプAMPの出力温度ドリフトを抑えることができる。 Moreover, the load sensor elements 50a to 50d and the resistance circuit 60 are located close to each other and placed in the same environment. If these resistance temperature coefficients are made uniform, the resistance balance of the bridge circuit will not be lost even if there is a temperature change, so the output temperature drift of the differential amplifier AMP due to the temperature change can be suppressed.

なお、図17から図19の説明では、抵抗回路60は外輪間座6gの端面6gaに配置したが、抵抗回路60の機能を処理部70に実装してもよい。この場合、抵抗回路60の抵抗R1,R2,R3として市販チップ抵抗を用い、処理部70に実装すればよい。この場合、抵抗回路60を外輪間座6gの端面6gaに配置する必要がなくなり、構成が簡略化される。 17 to 19, the resistance circuit 60 is arranged on the end face 6ga of the outer ring spacer 6g, but the function of the resistance circuit 60 may be mounted on the processing section 70. FIG. In this case, commercially available chip resistors may be used as the resistors R1, R2, and R3 of the resistor circuit 60 and mounted on the processing unit 70. FIG. In this case, the resistor circuit 60 does not need to be arranged on the end face 6ga of the outer ring spacer 6g, simplifying the configuration.

図20は、荷重センサ素子の固定位置を変更した変形例を示す図である。図20では、外輪間座6gを軸方向に2分割した一方の間座6g1の端面6g1aに荷重センサ50と抵抗回路60を固定した。この場合、他方の間座6g2の端面6g2aは荷重センサ50に当接する。 FIG. 20 is a diagram showing a modification in which the fixed position of the load sensor element is changed. In FIG. 20, the load sensor 50 and the resistance circuit 60 are fixed to the end surface 6g1a of one spacer 6g1 obtained by dividing the outer ring spacer 6g into two in the axial direction. In this case, the end face 6g2a of the other spacer 6g2 contacts the load sensor 50. As shown in FIG.

なお、荷重センサ素子50a~50dと抵抗回路60または抵抗モジュール60a~60dとを実装した側面図は、図3、図4または図14、図17と同じため、説明を省略する。 A side view of the load sensor elements 50a to 50d and the resistance circuit 60 or the resistance modules 60a to 60d mounted is the same as that of FIGS.

荷重センサ50を固定する間座6g1の端面6g1a、および荷重センサ50を押圧する間座6g2の端面6g2aは、平坦度と面粗さ、およびこれら端面6g1a,6g2aの平行度を基準値以下になるよう加工する必要がある。間座6g1,6g2は、をそれぞれ単体で精度良く加工することが可能である。 The end face 6g1a of the spacer 6g1 that fixes the load sensor 50 and the end face 6g2a of the spacer 6g2 that presses the load sensor 50 have flatness, surface roughness, and parallelism of these end faces 6g1a and 6g2a below the reference values. It must be processed accordingly. The spacers 6g1 and 6g2 can be individually machined with high precision.

間座6g2の端面6g2aに図示しない凸面を設け、凸面は荷重センサ50のみと当接するようにしてもよい。また、間座6g1の端面6g1aに図示しない凸面を設け、凸面に荷重センサ50を固定してもよい。 A convex surface (not shown) may be provided on the end surface 6g2a of the spacer 6g2, and the convex surface may contact the load sensor 50 only. Further, a convex surface (not shown) may be provided on the end surface 6g1a of the spacer 6g1, and the load sensor 50 may be fixed to the convex surface.

この場合、荷重センサ50の上面は、抵抗回路60の上面よりも突出する。
さらに、外輪間座6gを2分割した間座6g1,6g2の相対的な位置ずれが生じないように、図示しないピンで位置合わせしてもよい。
In this case, the top surface of the load sensor 50 protrudes from the top surface of the resistance circuit 60 .
Further, the spacers 6g1 and 6g2, which are obtained by dividing the outer ring spacer 6g into two parts, may be aligned with a pin (not shown) so as not to cause relative displacement.

この場合、機械加工精度が求められる面積を小さくできるため、加工が容易になるとともに、加工時間の短縮が可能になる。 In this case, the area required for machining accuracy can be reduced, so machining becomes easier and the machining time can be shortened.

また、荷重センサ50の表面と抵抗回路60の表面に段差を付けてもよい。
また、荷重センサ50と間座6g2の端面6g2aとの間に、図示しない中間層(クッション層)を挿入して、荷重センサ50を押圧する構造であってもよい。
Also, a step may be provided between the surface of the load sensor 50 and the surface of the resistance circuit 60 .
Alternatively, an intermediate layer (cushion layer) (not shown) may be inserted between the load sensor 50 and the end surface 6g2a of the spacer 6g2 to press the load sensor 50. FIG.

中間層の材料としては、たとえば外輪間座6gの材料よりも剛性(縦弾性係数)の低い金属材料(たとえばアルミニウム、銅、金属合金)、あるいは樹脂材料(たとえばフッ素系樹脂など)のコーティング薄膜などが使用できる。 The material of the intermediate layer is, for example, a metal material (such as aluminum, copper, or metal alloy) having lower rigidity (longitudinal modulus) than the material of the outer ring spacer 6g, or a coating thin film of a resin material (such as fluorine resin). can be used.

外輪間座6gより剛性が低い中間層を介して押圧することで、表面の形状に沿って中間層が変形して荷重が平均化するため、荷重センサ50を安定して均一に押圧することができる。この場合、軸受装置30、30Aの剛性は低下するため、中間層として適切な材料を選定する。 By pressing through the intermediate layer having lower rigidity than the outer ring spacer 6g, the intermediate layer is deformed along the shape of the surface and the load is evened out, so that the load sensor 50 can be stably and uniformly pressed. can. In this case, since the rigidity of the bearing devices 30, 30A is lowered, an appropriate material is selected for the intermediate layer.

また、中間層を介して荷重センサ50を押圧する構成であれば、中間層を用いない場合に比べて、外輪間座6gの端面の加工精度(面粗さ、平坦度など)を下げることができ、加工が容易になる。 Further, with the configuration in which the load sensor 50 is pressed through the intermediate layer, the processing accuracy (surface roughness, flatness, etc.) of the end surface of the outer ring spacer 6g can be lowered compared to the case where the intermediate layer is not used. It can be processed easily.

なお、荷重センサ50と処理部70または処理部70の一部とを一体的に実装してもよい。 Note that the load sensor 50 and the processing unit 70 or part of the processing unit 70 may be integrally mounted.

図21は、荷重センサ素子の固定方法を変更した変形例の側面図である。図22は、図21のP-O-P断面の矢視図である。 FIG. 21 is a side view of a modified example in which the method of fixing the load sensor element is changed. 22 is a cross-sectional view taken along line POP of FIG. 21. FIG.

外輪間座6gを2分割した間座6g1,6g2の間に荷重センサ素子50a~50dを配置し、間座6g1,6g2をねじBで締結することによって荷重センサ素子50a~50dに予圧を印加する。なお、間座6g1,6g2と荷重センサ素子50a~50dとの当接面に接着剤を塗らなくても荷重センサ素子50a~50dは固定できるが、接着剤を併用してもよい。 The load sensor elements 50a to 50d are arranged between spacers 6g1 and 6g2 obtained by dividing the outer ring spacer 6g into two parts, and the spacers 6g1 and 6g2 are fastened with screws B to apply preload to the load sensor elements 50a to 50d. . Although the load sensor elements 50a to 50d can be fixed without applying an adhesive to the contact surfaces of the spacers 6g1 and 6g2 and the load sensor elements 50a to 50d, an adhesive may be used in combination.

抵抗回路60(抵抗モジュール60a~60d)は、間座6g1の端面6g1aの周上に配置されるが、間座6g2の端面6g2aとは非接触とされ、押圧されない。 The resistor circuit 60 (resistor modules 60a to 60d) is arranged on the circumference of the end surface 6g1a of the spacer 6g1, but is not in contact with the end surface 6g2a of the spacer 6g2 and is not pressed.

荷重センサ素子50a~50dが当接する間座6g1,6g2の端面6g1a,6g2aは、表面粗さや平坦度の精度が良い加工ができるよう、端面6g1a,6g2aには突起を設けず、平研削で面精度が得られ易い構造とした。 The end faces 6g1a and 6g2a of the spacers 6g1 and 6g2 with which the load sensor elements 50a to 50d abut are flat-ground without any projections so that the surface roughness and flatness can be processed with high accuracy. The structure is such that it is easy to obtain accuracy.

荷重センサ50に予圧を印加することで、荷重センサ50の出力に不感帯がなくなるとともに、ヒステリシスの低減と直線性の改善が期待できる。また、外輪間座6gを2分割した間座6g1、6g2はねじBで固定されるため、外輪間座6gの取り扱いが容易となり、スピンドル装置1の組立性が向上する。 By applying a preload to the load sensor 50, the output of the load sensor 50 can be expected to have no dead zone, reduce hysteresis, and improve linearity. Further, since the spacers 6g1 and 6g2 obtained by dividing the outer ring spacer 6g into two parts are fixed by screws B, the handling of the outer ring spacer 6g is facilitated, and the assembling efficiency of the spindle device 1 is improved.

また、荷重センサ素子50a~50dの近傍にそれぞれ抵抗モジュール60a~60dを配置し、それらの抵抗温度係数を揃えれば、温度変化があってもブリッジ回路の抵抗バランスは崩れないので、温度変化による差動アンプAMP出力の温度ドリフトを抑えることができる。そのため、温度センサの値で荷重センサ素子50a~50dの出力補正を行なう工程を削減することも可能である。 Further, if the resistance modules 60a to 60d are arranged near the load sensor elements 50a to 50d, respectively, and their temperature coefficients of resistance are made uniform, the resistance balance of the bridge circuit will not be lost even if temperature changes. Temperature drift of the dynamic amplifier AMP output can be suppressed. Therefore, it is possible to eliminate the step of correcting the outputs of the load sensor elements 50a to 50d using the temperature sensor values.

前述の例では、ケーブルCBを用いて荷重センサ50とブリッジ回路部の出力、あるいはこれらを電気処理した出力を外部に送信しているが、自己発電とワイヤレス通信を追加で実装して無線通信することも可能である。 In the above example, the cable CB is used to transmit the output of the load sensor 50 and the bridge circuit unit, or the output obtained by electrically processing them. is also possible.

(まとめ)
再び、図を参照して、本実施の形態について総括する。
(summary)
The present embodiment will be summarized again with reference to the drawings.

本開示は、軸受装置30に関する。軸受装置30は、転動体と軌道面を有し、軸を支持する少なくとも1つの軸受5と、転動体と軌道面との間に予圧を発生させる押圧力が伝達する経路上に配置される部材と、部材に固定され、押圧力に応じて抵抗値が変化する荷重センサ50と、荷重センサと接続してブリッジ回路を構成する複数の抵抗R1~R3を含む抵抗回路60とを備える。荷重センサ50は、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターン52と、薄膜パターン52を絶縁保護する保護層54とを含む。 The present disclosure relates to bearing device 30 . The bearing device 30 has rolling elements and raceway surfaces, and at least one bearing 5 that supports the shaft, and a member arranged on a path through which a pressing force that generates a preload between the rolling elements and the raceway surfaces is transmitted. , a load sensor 50 that is fixed to a member and whose resistance value changes according to the pressing force, and a resistor circuit 60 that includes a plurality of resistors R1 to R3 that are connected to the load sensor and form a bridge circuit. The load sensor 50 includes a thin film pattern 52 whose resistance changes according to pressing force, and a protective layer 54 that insulates and protects the thin film pattern 52 .

好ましくは、軸受装置30は、荷重センサ50の抵抗変化に基づいて押圧力を検出する処理部をさらに備える。 Preferably, the bearing device 30 further includes a processing section that detects the pressing force based on resistance change of the load sensor 50 .

押圧力は、主軸4の延在方向の荷重によって印加され、荷重センサ50は、主軸4の延在方向に交差する平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の荷重センサ素子50a~50dを含む。 The pressing force is applied by a load in the direction in which the main shaft 4 extends, and the load sensor 50 includes a plurality of load sensor elements 50a to 50a that are arranged at equal intervals on the same circumference in a plane that intersects the direction in which the main shaft 4 extends. 50d included.

抵抗回路60は、複数の荷重センサ素子50a~50dにそれぞれ接続され、複数の抵抗ブリッジ回路を形成する複数の抵抗モジュール60a~60dを含み、複数の抵抗モジュール60a~60dの各々は、抵抗モジュール60a~60dの各々とともに抵抗ブリッジ回路を形成する複数の荷重センサ素子50a~50dのうちの1つと同一円周上において隣接配置される。 The resistance circuit 60 includes a plurality of resistance modules 60a-60d respectively connected to a plurality of load sensor elements 50a-50d to form a plurality of resistance bridge circuits, each of the plurality of resistance modules 60a-60d connecting to the resistance module 60a. . . . 60d forming a resistance bridge circuit on the same circumference.

複数の荷重センサ素子50a~50dは、直列または並列に接続されて、荷重検出部SRまたはPRを形成する。荷重検出部SRまたはPRは、複数の抵抗R1~R3とともにブリッジ回路を構成する。 A plurality of load sensor elements 50a-50d are connected in series or in parallel to form a load detection section SR or PR. The load detection section SR or PR constitutes a bridge circuit together with a plurality of resistors R1-R3.

少なくとも1つの軸受5は、複数の軸受5a,5bである。部材は、複数の軸受のうちの2個の軸受5a,5bの間に挿入される非回転側の外輪間座6gである。荷重センサ50は、外輪間座6gの端面6gaに固定され、2個の軸受5a,5bのうちの一方の軸受5aの固定輪である外輪5gaと当接するように配置される。端面6gaからの抵抗回路60の表面の高さは、端面から6gaの荷重センサ50の表面の高さよりも低い。押圧力は、荷重センサ50を介して伝達される。 The at least one bearing 5 is a plurality of bearings 5a, 5b. The member is a non-rotating outer ring spacer 6g inserted between two bearings 5a and 5b out of the plurality of bearings. The load sensor 50 is fixed to the end face 6ga of the outer ring spacer 6g and arranged so as to contact the outer ring 5ga, which is the fixed ring of the bearing 5a, one of the two bearings 5a and 5b. The height of the surface of the resistance circuit 60 from the end face 6ga is lower than the height of the surface of the load sensor 50 from the end face 6ga. The pressing force is transmitted via the load sensor 50 .

好ましくは、複数の抵抗R1~R3の各々の抵抗値および抵抗温度係数は、荷重センサ50の抵抗値および抵抗温度係数と実質的に等しい。 Preferably, the resistance value and resistance temperature coefficient of each of the plurality of resistors R1 to R3 are substantially equal to the resistance value and resistance temperature coefficient of load sensor 50 .

好ましくは、複数の抵抗R1~R3の各々は、薄膜パターン52と同じ材料で形成される。 Preferably, each of the plurality of resistors R1 to R3 is made of the same material as the thin film pattern 52 .

図5~図7に示すように、薄膜パターンは52、基板51上に形成され、図11、図12に示すように、複数の抵抗R1~R3は、基板51とは別の基板61上に形成される。 As shown in FIGS. 5-7, a thin film pattern 52 is formed on a substrate 51, and as shown in FIGS. It is formed.

図1、図2に示すように、部材は、少なくとも1つの軸受5aに隣接配置される外輪間座6gであり、荷重センサ50は、外輪間座6gの端面6gaに固定され、軸受5aの端面と当接し、押圧力は、荷重センサ50を介して伝達される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the member is the outer ring spacer 6g arranged adjacent to at least one bearing 5a, the load sensor 50 is fixed to the end face 6ga of the outer ring spacer 6g, and the end face of the bearing 5a. , and the pressing force is transmitted via the load sensor 50 .

好ましくは、図20に示すように、部材は、少なくとも1つの軸受5aに隣接配置される外輪間座6gを第1間座6g1と第2間座6g2に分割した一方の間座である。荷重センサ50は、第1間座6g1の端面6g1aに固定され、第2間座6g2の端面6g2aと当接し、押圧力は、荷重センサ50を介して伝達される。 Preferably, as shown in FIG. 20, the member is one spacer obtained by dividing an outer ring spacer 6g arranged adjacent to at least one bearing 5a into a first spacer 6g1 and a second spacer 6g2. The load sensor 50 is fixed to the end face 6g1a of the first spacer 6g1 and comes into contact with the end face 6g2a of the second spacer 6g2.

より好ましくは、図21、図22に示すように、第1間座6g1および第2間座6g2は、荷重センサ50を挟持し、第1間座6g1および第2間座6g2は、ねじBで締結され、荷重センサ50には、ねじBの締結力による押圧力が予め与えられている。 More preferably, as shown in FIGS. 21 and 22, the first spacer 6g1 and the second spacer 6g2 sandwich the load sensor 50, and the first spacer 6g1 and the second spacer 6g2 are screwed with screws B The screw B is fastened, and the load sensor 50 is given a pressing force by the fastening force of the screw B in advance.

本実施の形態は、他の局面では、上記いずれの軸受装置を備える、スピンドル装置1に関する。 In another aspect, the present embodiment relates to a spindle device 1 including any of the bearing devices described above.

本実施の形態は、さらに他の局面では、転動体と軌道面を有する軸受5aに隣接配置され、転動体と軌道面の間に予圧を発生する押圧力が伝達される間座6に関する。間座6は、押圧力を測定可能な荷重センサ50と、荷重センサ50とともにブリッジ回路を構成する複数の抵抗R1~R3を含む抵抗回路60と、軸受5aに隣接する端面6gaに荷重センサ50および抵抗回路60とが固定された外輪間座6gとを備える。 In still another aspect, the present embodiment relates to a spacer 6 which is arranged adjacent to a bearing 5a having rolling elements and raceway surfaces and to which a pressing force that generates a preload between the rolling elements and raceway surfaces is transmitted. The spacer 6 includes a load sensor 50 capable of measuring a pressing force, a resistance circuit 60 including a plurality of resistors R1 to R3 forming a bridge circuit together with the load sensor 50, and an end surface 6ga adjacent to the bearing 5a. An outer ring spacer 6g to which a resistance circuit 60 is fixed is provided.

好ましくは、間座6は、外輪間座6gに一体に実装され、荷重センサ50の出力を処理する処理部70をさらに備える。 Preferably, the spacer 6 further includes a processing section 70 integrally mounted on the outer ring spacer 6g and processing the output of the load sensor 50. As shown in FIG.

以上説明した実施の形態の軸受装置によれば、次のような効果が得られる。
本実施の形態では、軸受に予圧(荷重)が印加される荷重経路上に荷重を測定することが可能な薄膜抵抗体を形成した荷重センサ素子と、その近傍に抵抗回路を配置し、これらでブリッジ回路を形成した。荷重センサ素子と抵抗回路は、同じ温度環境に配置されるため、それらの抵抗温度係数を揃える、あるいは抵抗温度係数を小さく設定すれば、温度変化があってもブリッジ回路のバランスは保たれる。したがって、荷重センサ素子の信号を電気処理して得られる出力の温度ドリフトを抑えることが可能になる。
According to the bearing device of the embodiment described above, the following effects can be obtained.
In this embodiment, a load sensor element formed of a thin film resistor capable of measuring the load is formed on the load path where preload (load) is applied to the bearing, and a resistance circuit is arranged in the vicinity thereof. A bridge circuit was formed. Since the load sensor element and the resistance circuit are placed in the same temperature environment, the balance of the bridge circuit can be maintained even if the temperature changes by matching the resistance temperature coefficients or setting the resistance temperature coefficients small. Therefore, it is possible to suppress the temperature drift of the output obtained by electrically processing the signal of the load sensor element.

たとえば、荷重センサ素子と同じ材料で抵抗回路の薄膜パターン(抵抗)を形成すれば、抵抗値と抵抗温度係数(温度変化とともに抵抗値が変化する割合)を揃えることができ、温度変化に伴う増幅器の出力ドリフトをより低減することができる。この場合、温度補正を簡略化、あるいは省略することも期待できる。 For example, if the thin film pattern (resistor) of the resistance circuit is formed from the same material as the load sensor element, the resistance value and the temperature coefficient of resistance (the rate at which the resistance value changes with temperature changes) can be made uniform, enabling the amplifier to respond to temperature changes. output drift can be further reduced. In this case, simplification or omission of temperature correction can be expected.

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、上記した実施の形態の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。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

1 スピンドル装置、2 外筒、3 ハウジング、3a 段差部、3b,12a 溝、4 主軸、5,5a,5b,16 軸受、5ga,5gb,16b 外輪、5ia,5ib,16a 内輪、6,6g1,6g2,9 間座、6g 外輪間座、6g1a,6g2a,6ga 端面、6i 内輪間座、10,20 ナット、12 前蓋、13 ステータ、14 ロータ、15 筒状部材、17 端部材、18,21 位置決め部材、19 内輪押さえ、22 空間部、30 軸受装置、40 モータ、50,50a1 荷重センサ、50a~50d,150a,250a,350a 荷重センサ素子、51,51A,61 基板、52,62 薄膜パターン、53,T,T1 電極、54,54A,64 保護層、55 接着層、58 絶縁層、60 抵抗回路、60a~60d 抵抗モジュール、70 処理部、71 配線、72,72a~72d,172,272 回路部、73 演算部、74 記憶部、75 診断部、AMP,AMPa~AMPd 差動アンプ、B ねじ、CB ケーブル、G 流路、PR,SR 荷重検出部、R,R1,R2,R3 抵抗、Rta,Rtb 保持器、Ta,Tb 転動体、VSDC 電源。 1 spindle device 2 outer cylinder 3 housing 3a stepped portion 3b, 12a groove 4 spindle 5, 5a, 5b, 16 bearing 5ga, 5gb, 16b outer ring 5ia, 5ib, 16a inner ring 6, 6g1, 6g2,9 spacer, 6g outer ring spacer, 6g1a, 6g2a, 6ga end face, 6i inner ring spacer, 10,20 nut, 12 front cover, 13 stator, 14 rotor, 15 cylindrical member, 17 end member, 18,21 positioning member 19 inner ring holder 22 space 30 bearing device 40 motor 50, 50a1 load sensor 50a to 50d, 150a, 250a, 350a load sensor element 51, 51A, 61 substrate 52, 62 thin film pattern, 53, T, T1 electrode, 54, 54A, 64 protective layer, 55 adhesive layer, 58 insulating layer, 60 resistance circuit, 60a to 60d resistance module, 70 processing unit, 71 wiring, 72, 72a to 72d, 172, 272 circuit Unit, 73 Operation Unit, 74 Storage Unit, 75 Diagnosis Unit, AMP, AMPa to AMPd Differential Amplifier, B Screw, CB Cable, G Flow Path, PR, SR Load Detection Unit, R, R1, R2, R3 Resistance, Rta , Rtb cage, Ta, Tb rolling elements, VSDC power supply.

Claims (15)

軸受装置であって、
転動体と軌道面を有し、軸を支持する少なくとも1つの軸受と、
前記転動体と前記軌道面との間に予圧を発生させる押圧力が伝達する経路上に配置される部材と、
前記部材に固定され、前記押圧力に応じて抵抗値が変化する荷重センサと、
前記荷重センサと接続してブリッジ回路を構成する複数の抵抗を含む抵抗回路とを備え、
前記荷重センサは、
前記押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、
前記薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含む、軸受装置。
A bearing device,
at least one bearing having rolling elements and raceway surfaces for supporting a shaft;
a member arranged on a path through which a pressing force that generates a preload between the rolling elements and the raceway surface is transmitted;
a load sensor fixed to the member and having a resistance value that changes according to the pressing force;
a resistor circuit including a plurality of resistors connected to the load sensor to form a bridge circuit,
The load sensor is
a thin film pattern whose resistance changes according to the pressing force;
and a protective layer that insulates and protects the thin film pattern.
前記荷重センサの抵抗変化に基づいて前記押圧力を検出する処理部をさらに備える、請求項1に記載の軸受装置。 2. The bearing device according to claim 1, further comprising a processing unit that detects said pressing force based on a change in resistance of said load sensor. 前記押圧力は、前記軸の延在方向の荷重によって印加され、
前記荷重センサは、前記軸の延在方向に交差する平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の荷重センサ素子を含む、請求項1に記載の軸受装置。
The pressing force is applied by a load in the extending direction of the shaft,
2. The bearing device according to claim 1, wherein said load sensor includes a plurality of load sensor elements arranged at equal intervals on the same circumference in a plane intersecting the extending direction of said shaft.
前記抵抗回路は、
前記複数の荷重センサ素子にそれぞれ接続され、複数の抵抗ブリッジ回路を形成する複数の抵抗回路部を含み、
前記複数の抵抗回路部の各々は、前記複数の抵抗回路部の各々とともに抵抗ブリッジ回路を形成する前記複数の荷重センサ素子のうちの1つと前記同一円周上において隣接配置される、請求項3に記載の軸受装置。
The resistance circuit is
comprising a plurality of resistance circuit units respectively connected to the plurality of load sensor elements and forming a plurality of resistance bridge circuits;
4. Each of said plurality of resistance circuit portions is arranged adjacent to one of said plurality of load sensor elements forming a resistance bridge circuit together with each of said plurality of resistance circuit portions on said same circumference. The bearing device according to .
前記複数の荷重センサ素子は、直列または並列に接続されて、荷重検出部を形成し、
前記荷重検出部は、前記複数の抵抗とともに前記ブリッジ回路を構成する、請求項3に記載の軸受装置。
the plurality of load sensor elements are connected in series or in parallel to form a load detection unit;
4. The bearing device according to claim 3, wherein said load detection section configures said bridge circuit together with said plurality of resistors.
前記少なくとも1つの軸受は、複数の軸受であり、
前記部材は、前記複数の軸受のうちの2個の軸受の間に挿入される非回転側の間座であり、
前記荷重センサは、前記間座の端面に固定され、前記2個の軸受のうちの一方の軸受の固定輪と当接するように配置され、
前記端面からの前記抵抗回路の表面の高さは、前記端面からの前記荷重センサの表面の高さよりも低く、
前記押圧力は、前記荷重センサを介して伝達される、請求項1に記載の軸受装置。
the at least one bearing is a plurality of bearings;
the member is a non-rotating spacer inserted between two of the plurality of bearings;
The load sensor is fixed to an end surface of the spacer and arranged to contact a fixed ring of one of the two bearings,
the height of the surface of the resistance circuit from the end face is lower than the height of the surface of the load sensor from the end face;
2. The bearing device according to claim 1, wherein said pressing force is transmitted via said load sensor.
前記複数の抵抗の各々の抵抗値および抵抗温度係数は、前記荷重センサの抵抗値および抵抗温度係数と実質的に等しい、請求項1に記載の軸受装置。 2. The bearing device according to claim 1, wherein the resistance value and temperature coefficient of resistance of each of said plurality of resistors are substantially equal to the resistance value and temperature coefficient of resistance of said load sensor. 前記複数の抵抗の各々は、前記薄膜パターンと同じ材料で形成される、請求項1に記載の軸受装置。 2. The bearing device according to claim 1, wherein each of said plurality of resistors is made of the same material as said thin film pattern. 前記薄膜パターンは、第1の基板上に形成され、
前記複数の抵抗は、前記第1の基板とは別の第2の基板上に形成される、請求項1に記載の軸受装置。
The thin film pattern is formed on a first substrate,
2. The bearing device according to claim 1, wherein said plurality of resistors are formed on a second substrate separate from said first substrate.
前記部材は、前記少なくとも1つの軸受に隣接配置される間座であり、
前記荷重センサは、前記間座の端面に固定され、前記軸受の端面と当接し、
前記押圧力は、前記荷重センサを介して伝達される、請求項1に記載の軸受装置。
the member is a spacer disposed adjacent to the at least one bearing;
The load sensor is fixed to an end surface of the spacer and contacts an end surface of the bearing,
2. The bearing device according to claim 1, wherein said pressing force is transmitted via said load sensor.
前記部材は、前記少なくとも1つの軸受に隣接配置される外輪間座を第1間座と第2間座に分割した一方の間座であり、
前記荷重センサは、前記第1間座の端面に固定され、前記第2間座の端面と当接し、
前記押圧力は、前記荷重センサを介して伝達される、請求項1に記載の軸受装置。
The member is one spacer obtained by dividing an outer ring spacer arranged adjacent to the at least one bearing into a first spacer and a second spacer,
The load sensor is fixed to the end face of the first spacer and contacts the end face of the second spacer,
2. The bearing device according to claim 1, wherein said pressing force is transmitted via said load sensor.
前記第1間座および前記第2間座は、前記荷重センサを挟持し、
前記第1間座および前記第2間座は、ねじで締結され、
前記荷重センサには、前記ねじの締結力による押圧力が予め与えられている、請求項11に記載の軸受装置。
The first spacer and the second spacer sandwich the load sensor,
The first spacer and the second spacer are fastened with screws,
12. The bearing device according to claim 11, wherein said load sensor is pre-applied with a pressing force due to a fastening force of said screw.
請求項1~12のいずれか1項に記載の軸受装置を備える、スピンドル装置。 A spindle device comprising the bearing device according to any one of claims 1 to 12. 転動体と軌道面を有する軸受に隣接配置され、前記転動体と前記軌道面の間に予圧を発生する押圧力が伝達される間座であって、
前記押圧力を測定可能な荷重センサと、
前記荷重センサとともにブリッジ回路を構成する複数の抵抗を含む抵抗回路と、
前記軸受に隣接する端面に前記荷重センサおよび前記抵抗回路とが固定された外輪間座とを備える、間座。
A spacer disposed adjacent to a bearing having rolling elements and raceway surfaces and transmitting a pressing force that generates a preload between the rolling elements and the raceway surfaces,
a load sensor capable of measuring the pressing force;
a resistor circuit including a plurality of resistors forming a bridge circuit together with the load sensor;
A spacer comprising an outer ring spacer having the load sensor and the resistance circuit fixed to an end face adjacent to the bearing.
前記外輪間座に一体に実装され、前記荷重センサの出力を処理する処理部をさらに備える、請求項14に記載の間座。 15. The spacer according to claim 14, further comprising a processing unit mounted integrally with said outer ring spacer and processing an output of said load sensor.
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