JP2024067312A - Bearing device with strain sensor and spindle device for machine tool - Google Patents

Bearing device with strain sensor and spindle device for machine tool Download PDF

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JP2024067312A JP2022177284A JP2022177284A JP2024067312A JP 2024067312 A JP2024067312 A JP 2024067312A JP 2022177284 A JP2022177284 A JP 2022177284A JP 2022177284 A JP2022177284 A JP 2022177284A JP 2024067312 A JP2024067312 A JP 2024067312A
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耀示 大口
Yoji Oguchi
靖之 福島
Yasuyuki Fukushima
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NTN Corp
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Abstract

To provide a bearing device with a strain sensor which can detect a bearing pre-load with high accuracy.SOLUTION: At a first outer ring 30 side end of an outer ring spacer 26, a first annular cutout 57 having an annular shape is formed by cutting out one or both of an intersection part between a first axial end surface 52 and a cylindrical inner peripheral surface 50 and an intersection part between the first axial end surface 52 and a cylindrical outer peripheral surface 51 over whole circumference. At a second outer ring 35 side end of the outer ring spacer 26, a second annular cutout 58 having an annular shape is formed by cutting out one or both of an intersection part between a second axial end surface 53 and the cylindrical inner peripheral surface 50 and an intersection part between the second axial end surface 53 and the cylindrical outer peripheral surface 51 over whole circumference.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、ひずみセンサ付き軸受装置、およびそのひずみセンサ付き軸受装置を使用した工作機械用スピンドル装置に関する。 This invention relates to a bearing device with a strain sensor and a spindle device for a machine tool that uses the bearing device with a strain sensor.

マシニングセンタや旋盤等の工作機械、その他の産業機械では、工具や加工物等の対象物が取り付けられる回転軸を回転可能に支持するスピンドル装置が用いられる。このようなスピンドル装置の使用分野において、近年、省人化や無人化のための状態監視機能の強化が求められている。 In machining centers, lathes and other machine tools, and other industrial machines, spindle devices are used that rotatably support a rotating shaft on which tools, workpieces, and other objects are attached. In recent years, there has been a demand in fields where such spindle devices are used to strengthen the status monitoring function in order to reduce manpower and achieve automation.

そこで、本願の出願人は、状態監視機能の強化のニーズに応えるため、ひずみセンサ付き軸受装置を既に提案している(特許文献1)。 Therefore, the applicant of this application has already proposed a bearing device equipped with a strain sensor to meet the need for enhanced condition monitoring functions (Patent Document 1).

特許文献1のひずみセンサ付き軸受装置は、軸方向に間隔をおいて配置された第1軸受および第2軸受と、第1軸受と第2軸受の間に設けられた円筒状の外輪間座と、外輪間座に取り付けられたひずみセンサとを有する。 The bearing device with strain sensor in Patent Document 1 has a first bearing and a second bearing spaced apart in the axial direction, a cylindrical outer ring spacer provided between the first bearing and the second bearing, and a strain sensor attached to the outer ring spacer.

第1軸受は、第1外輪と、第1外輪の径方向内側に設けられた第1内輪と、第1外輪と第1内輪の間に組み込まれた複数の第1転動体とを有する。同様に、第2軸受は、第2外輪と、第2外輪の径方向内側に設けられた第2内輪と、第2外輪と第2内輪の間に組み込まれた複数の第2転動体とを有する。外輪間座は、第1外輪と第2外輪の間に軸方向に挟み込まれて配置されている。 The first bearing has a first outer ring, a first inner ring provided radially inside the first outer ring, and a plurality of first rolling elements assembled between the first outer ring and the first inner ring. Similarly, the second bearing has a second outer ring, a second inner ring provided radially inside the second outer ring, and a plurality of second rolling elements assembled between the second outer ring and the second inner ring. The outer ring spacer is arranged by being sandwiched between the first outer ring and the second outer ring in the axial direction.

第1軸受と第2軸受の間には、第1内輪、第1転動体、第1外輪、外輪間座、第2外輪、第2転動体、第2内輪を通って予圧が伝達するように軸方向の予圧が付与されている。第1軸受は、軸方向の予圧で、第1転動体が第1外輪を押圧する径方向分力を生じるように構成されたアンギュラ玉軸受であり、第2軸受も、軸方向の予圧で、第2転動体が第2外輪を押圧する径方向分力を生じるように構成されたアンギュラ玉軸受である。 An axial preload is applied between the first bearing and the second bearing so that the preload is transmitted through the first inner ring, the first rolling element, the first outer ring, the outer ring spacer, the second outer ring, the second rolling element, and the second inner ring. The first bearing is an angular ball bearing configured so that the axial preload generates a radial component force that causes the first rolling element to press the first outer ring, and the second bearing is also an angular ball bearing configured so that the axial preload generates a radial component force that causes the second rolling element to press the second outer ring.

外輪間座は、円筒内周面と、円筒外周面と、第1軸方向端面と、第2軸方向端面とを有する円筒状の部材である。第1軸方向端面は、円筒内周面と円筒外周面の間の径方向厚さと同じ幅をもつ円環状の軸直角平面であり、その軸直角平面が、軸方向の予圧で第1外輪に押し付けられている。同様に、第2軸方向端面も、円筒内周面と円筒外周面の間の径方向厚さと同じ幅をもつ円環状の軸直角平面であり、その軸直角平面が、軸方向の予圧で第2外輪に押し付けられている。 The outer ring spacer is a cylindrical member having a cylindrical inner peripheral surface, a cylindrical outer peripheral surface, a first axial end face, and a second axial end face. The first axial end face is an annular axis-perpendicular plane having a width equal to the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface and the cylindrical outer peripheral surface, and this axis-perpendicular plane is pressed against the first outer ring with an axial preload. Similarly, the second axial end face is an annular axis-perpendicular plane having a width equal to the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface and the cylindrical outer peripheral surface, and this axis-perpendicular plane is pressed against the second outer ring with an axial preload.

ひずみセンサは、外輪間座の円筒内周面の一部を切り欠いて形成された平面状のセンサ取り付け面に取り付けられ、このひずみセンサの出力に基づいて、第1軸受および第2軸受の予圧荷重(以下「軸受予圧」という)を検出することが可能となっている。 The strain sensor is attached to a flat sensor mounting surface formed by cutting out a portion of the cylindrical inner surface of the outer ring spacer, and the preload of the first bearing and second bearing (hereinafter referred to as "bearing preload") can be detected based on the output of this strain sensor.

特開2021-014886号公報JP 2021-014886 A

ところで、特許文献1のひずみセンサ付き軸受装置において、外輪間座の内周のひずみセンサの出力に基づいて検出される軸受予圧の大きさに誤差が生じることがあった。この誤差を無くし、高い精度で軸受予圧を検出することができれば、省人化や無人化のための状態監視の信頼性を高めることが可能となる。 However, in the strain sensor-equipped bearing device of Patent Document 1, an error could occur in the magnitude of the bearing preload detected based on the output of the strain sensor on the inner circumference of the outer ring spacer. If this error could be eliminated and the bearing preload could be detected with high accuracy, it would be possible to improve the reliability of condition monitoring for labor-saving or unmanned operation.

この発明が解決しようとする課題は、高い精度で軸受予圧を検出することが可能なひずみセンサ付き軸受装置を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a bearing device with a strain sensor that can detect bearing preload with high accuracy.

本願の発明者らは、上記の特許文献1のひずみセンサ付き軸受装置を試作評価したところ、軸受予圧を変化させたときに、外輪間座の第1軸方向端面および第2軸方向端面が、第1外輪および第2外輪との間で径方向のすべりを生じ、そのすべりの影響で、外輪間座の第1軸方向端面および第2軸方向端面が、径方向内側寄りの位置で第1外輪および第2外輪と強く接触する場合と、径方向外側寄りの位置で第1外輪および第2外輪と強く接触する場合とが生じることが分かった。 The inventors of the present application prototyped and evaluated the strain sensor-equipped bearing device of Patent Document 1 above, and found that when the bearing preload was changed, the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer slipped radially between the first and second outer rings, and that this slippage caused the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer to come into strong contact with the first and second outer rings at a position closer to the radial inside, and to come into strong contact with the first and second outer rings at a position closer to the radial outside.

そして、外輪間座の第1軸方向端面および第2軸方向端面が、径方向内側寄りの位置で強く接触する場合は、軸受予圧が、主に外輪間座の内周の側を通って伝達するので、外輪間座の内周に取り付けられたひずみセンサの出力が大きくなり、逆に、外輪間座の第1軸方向端面および第2軸方向端面が、径方向外側寄りの位置で強く接触する場合は、軸受予圧が、主に外輪間座の外周の側を通って伝達するので、外輪間座の内周に取り付けられたひずみセンサの出力が小さくなる。 When the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer make strong contact at a position closer to the radial inside, the bearing preload is transmitted mainly through the inner circumference of the outer ring spacer, and the output of the strain sensor attached to the inner circumference of the outer ring spacer becomes large. Conversely, when the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer make strong contact at a position closer to the radial outside, the bearing preload is transmitted mainly through the outer circumference of the outer ring spacer, and the output of the strain sensor attached to the inner circumference of the outer ring spacer becomes small.

このように、軸受予圧の大きさが同じでも、外輪間座の第1軸方向端面および第2軸方向端面が、径方向内側寄りの位置で強く接触する場合と、径方向外側寄りの位置で強く接触する場合とでひずみセンサの出力が同じにならず、そのことが原因で、ひずみセンサの出力に基づいて検出される軸受予圧に誤差が生じることを見出した。 In this way, even if the magnitude of the bearing preload is the same, the output of the strain sensor is not the same when the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer make strong contact at a position closer to the radial inside and when they make strong contact at a position closer to the radial outside, and it was found that this causes an error in the bearing preload detected based on the output of the strain sensor.

そこで、本願の発明者らは、外輪間座の第1軸方向端面および第2軸方向端面を、あらかじめ特定の狭い径方向範囲で接触する形状とすれば、ひずみセンサの出力に基づいて検出される軸受予圧の誤差を小さく抑えることができるという着想を得た。 The inventors of the present application came up with the idea that if the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer are shaped in advance so that they come into contact within a specific narrow radial range, it would be possible to minimize the error in the bearing preload detected based on the output of the strain sensor.

この着想に基づいて、この発明では、上記の課題を解決するため、以下の構成のひずみセンサ付き軸受装置を提供する。
[構成1]
軸方向に間隔をおいて配置された第1軸受および第2軸受と、前記第1軸受と前記第2軸受の間に設けられた円筒状の外輪間座と、前記外輪間座に取り付けられたひずみセンサとを有し、
前記第1軸受は、第1外輪と、第1外輪の径方向内側に設けられた第1内輪と、第1外輪と第1内輪の間に組み込まれた複数の第1転動体とを有し、
前記第2軸受は、第2外輪と、第2外輪の径方向内側に設けられた第2内輪と、第2外輪と第2内輪の間に組み込まれた複数の第2転動体とを有し、
前記第1軸受と前記第2軸受の間には、前記第1内輪、前記第1転動体、前記第1外輪、前記外輪間座、前記第2外輪、前記第2転動体、前記第2内輪を通って予圧が伝達するように軸方向の予圧が付与され、
前記外輪間座は、円筒内周面と、円筒外周面と、前記円筒内周面または前記円筒外周面の一部を切り欠いて形成された平面状のセンサ取り付け面と、前記軸方向の予圧で前記第1外輪に押し付けられる第1軸方向端面と、前記軸方向の予圧で前記第2外輪に押し付けられる第2軸方向端面とを有し、前記センサ取り付け面に前記ひずみセンサが取り付けられるひずみセンサ付き軸受装置において、
前記外輪間座の前記第1外輪の側の端部には、前記第1軸方向端面と前記円筒内周面の交差部と、前記第1軸方向端面と前記円筒外周面の交差部のうちの一方または両方を全周にわたって切り欠く円環状の第1環状切欠きが形成され、
前記外輪間座の前記第2外輪の側の端部には、前記第2軸方向端面と前記円筒内周面の交差部と、前記第2軸方向端面と前記円筒外周面の交差部のうちの一方または両方を全周にわたって切り欠く円環状の第2環状切欠きが形成されていることを特徴とするひずみセンサ付き軸受装置。
Based on this idea, in order to solve the above problems, the present invention provides a bearing device with a strain sensor having the following configuration.
[Configuration 1]
The bearing has a first bearing and a second bearing spaced apart in the axial direction, a cylindrical outer ring spacer provided between the first bearing and the second bearing, and a strain sensor attached to the outer ring spacer,
the first bearing includes a first outer ring, a first inner ring provided radially inside the first outer ring, and a plurality of first rolling elements assembled between the first outer ring and the first inner ring;
the second bearing includes a second outer ring, a second inner ring provided radially inside the second outer ring, and a plurality of second rolling elements assembled between the second outer ring and the second inner ring,
an axial preload is applied between the first bearing and the second bearing such that the preload is transmitted through the first inner ring, the first rolling element, the first outer ring, the outer ring spacer, the second outer ring, the second rolling element, and the second inner ring;
the outer ring spacer has a cylindrical inner circumferential surface, a cylindrical outer circumferential surface, a planar sensor mounting surface formed by cutting out a portion of the cylindrical inner circumferential surface or the cylindrical outer circumferential surface, a first axial end face pressed against the first outer ring by the axial preload, and a second axial end face pressed against the second outer ring by the axial preload, and the strain sensor is attached to the sensor mounting surface,
a first annular notch is formed at an end of the outer ring spacer on the side of the first outer ring, the first annular notch being cut out over an entire circumference of one or both of an intersection of the first axial end face and the cylindrical inner circumferential surface and an intersection of the first axial end face and the cylindrical outer circumferential surface,
a second annular notch is formed on the end of the outer ring spacer on the second outer ring side, the second annular notch being cut out around the entire circumference of one or both of the intersection of the second axial end face and the cylindrical inner circumferential surface and the intersection of the second axial end face and the cylindrical outer circumferential surface.

この構成を採用すると、第1環状切欠きを設けた分、第1軸方向端面が径方向に狭くなるので、第1軸方向端面が、径方向外側寄りの位置で第1外輪と強く接触する場合と、径方向内側寄りの位置で第1外輪と強く接触する場合とで、強く接触する箇所の径方向位置の差を小さく抑えることができる。同様に、第2環状切欠きを設けた分、第2軸方向端面が径方向に狭くなるので、第2軸方向端面が、径方向外側寄りの位置で第2外輪と強く接触する場合と、径方向内側寄りの位置で第2外輪と強く接触する場合とで、強く接触する箇所の径方向位置の差を小さく抑えることができる。そのため、外輪間座の第1軸方向端面と第2軸方向端面の間において、軸受予圧の通る径方向位置が安定し、ひずみセンサの出力に誤差が生じにくくなる。その結果、高い精度で軸受予圧を検出することが可能となる。 By adopting this configuration, the first axial end face is narrowed in the radial direction by the amount of the first annular notch, so that the difference in the radial position of the strong contact point can be kept small between the case where the first axial end face strongly contacts the first outer ring at a position closer to the radial outside and the case where the first axial end face strongly contacts the first outer ring at a position closer to the radial inside. Similarly, the second axial end face is narrowed in the radial direction by the amount of the second annular notch, so that the difference in the radial position of the strong contact point can be kept small between the case where the second axial end face strongly contacts the second outer ring at a position closer to the radial outside and the case where the second axial end face strongly contacts the second outer ring at a position closer to the radial inside. Therefore, the radial position through which the bearing preload passes is stable between the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer, and errors are less likely to occur in the output of the strain sensor. As a result, it is possible to detect the bearing preload with high accuracy.

[構成2]
第1軸方向端面と第2軸方向端面とが同じ径方向位置に揃うように、前記第1環状切欠きおよび前記第2環状切欠きが形成されている、構成1に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
[Configuration 2]
2. The bearing device with strain sensor according to claim 1, wherein the first annular notch and the second annular notch are formed so that the first axial end face and the second axial end face are aligned at the same radial position.

この構成を採用すると、第1軸方向端面と第2軸方向端面とが同じ径方向位置に揃うので、外輪間座の第1軸方向端面と第2軸方向端面の間において、軸受予圧の通る径方向位置が特に安定したものとなり、ひずみセンサの出力に特に誤差が生じにくくなる。 When this configuration is adopted, the first axial end face and the second axial end face are aligned at the same radial position, so the radial position through which the bearing preload passes between the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer becomes particularly stable, making it particularly unlikely that errors will occur in the output of the strain sensor.

[構成3]
前記第1軸方向端面の径方向幅および前記第2軸方向端面の径方向幅が、前記円筒内周面と前記円筒外周面の間の径方向厚さの50%以下となるように、前記第1環状切欠きおよび前記第2環状切欠きが形成されている、構成1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
[Configuration 3]
3. The bearing device with a strain sensor as described in configuration 1 or 2, wherein the first annular notch and the second annular notch are formed so that the radial width of the first axial end face and the radial width of the second axial end face are 50% or less of the radial thickness between the cylindrical inner surface and the cylindrical outer surface.

この構成を採用すると、外輪間座の第1軸方向端面と第2軸方向端面の間において、軸受予圧の通る径方向位置を効果的に安定させることが可能となる。 By adopting this configuration, it is possible to effectively stabilize the radial position through which the bearing preload passes between the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer.

[構成4]
前記第1軸方向端面の径方向幅および前記第2軸方向端面の径方向幅が、前記円筒内周面と前記円筒外周面の間の径方向厚さの20%以下となるように、前記第1環状切欠きおよび前記第2環状切欠きが形成されている、構成1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
[Configuration 4]
3. The bearing device with a strain sensor as described in configuration 1 or 2, wherein the first annular notch and the second annular notch are formed so that the radial width of the first axial end face and the radial width of the second axial end face are 20% or less of the radial thickness between the cylindrical inner surface and the cylindrical outer surface.

この構成を採用すると、外輪間座の第1軸方向端面と第2軸方向端面の間において、軸受予圧の通る径方向位置を特に効果的に安定させることが可能となる。 By adopting this configuration, it becomes possible to particularly effectively stabilize the radial position through which the bearing preload passes between the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer.

[構成5]
前記ひずみセンサは、前記外輪間座の内周に配置されている、構成1から4のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。
[Configuration 5]
5. The bearing device with a strain sensor according to any one of configurations 1 to 4, wherein the strain sensor is disposed on an inner circumference of the outer ring spacer.

[構成6]
前記ひずみセンサは、前記外輪間座の外周に配置されている、構成1から4のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。
[Configuration 6]
5. The bearing device with a strain sensor according to any one of configurations 1 to 4, wherein the strain sensor is disposed on an outer periphery of the outer ring spacer.

[構成7]
前記ひずみセンサは、前記外輪間座の内周と外周の両方に配置されている、構成1から4のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。
[Configuration 7]
5. The bearing device with strain sensor according to any one of configurations 1 to 4, wherein the strain sensors are arranged on both the inner circumference and the outer circumference of the outer ring spacer.

この構成を採用すると、第1軸方向端面と第2軸方向端面の間において、軸受予圧の通る径方向位置が径方向内側または径方向外側にどの程度偏っているかを検知することが可能となる。また、外輪間座の内周に配置されたひずみセンサの出力と、外輪間座の外周に配置されたひずみセンサの出力との和をとることで、軸受予圧の通る径方向位置が径方向内側または径方向外側に偏ることによる影響を相殺し、安定した精度で軸方向の予圧荷重を検出することも可能となる。 By adopting this configuration, it is possible to detect the degree to which the radial position through which the bearing preload passes is biased radially inward or outward between the first axial end face and the second axial end face. In addition, by taking the sum of the output of the strain sensor arranged on the inner circumference of the outer ring spacer and the output of the strain sensor arranged on the outer circumference of the outer ring spacer, it is possible to cancel out the effect of the radial position through which the bearing preload passes being biased radially inward or outward, and to detect the axial preload load with stable accuracy.

[構成8]
前記第1軸方向端面が、前記第1外輪との摩擦係数を低減させる摩擦低減処理を施した面とされ、前記第2軸方向端面も、前記第2外輪との摩擦係数を低減させる摩擦低減処理を施した面とされている、構成1から7のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。
[Configuration 8]
A bearing device with a strain sensor as described in any one of configurations 1 to 7, wherein the first axial end face is a surface that has been subjected to friction reduction treatment to reduce the friction coefficient with the first outer ring, and the second axial end face is also a surface that has been subjected to friction reduction treatment to reduce the friction coefficient with the second outer ring.

この構成を採用すると、第1軸方向端面および第2軸方向端面に摩擦低減処理が施されているので、第1軸方向端面および第2軸方向端面の接触圧に径方向の偏りが生じにくくなる。そのため、外輪間座の第1軸方向端面と第2軸方向端面の間において、軸受予圧の通る径方向位置を特に効果的に安定させることが可能となる。 By adopting this configuration, friction reduction treatment is applied to the first axial end face and the second axial end face, so radial bias in the contact pressure of the first axial end face and the second axial end face is less likely to occur. Therefore, it is possible to particularly effectively stabilize the radial position through which the bearing preload passes between the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer.

また、この発明では、上記のひずみセンサ付き軸受装置を使用した工作機械用スピンドル装置として、以下の構成のものを併せて提供する。
[構成9]
構成1から8のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置と、
前記ひずみセンサ付き軸受装置で回転可能に支持される工作機械の主軸と、
前記主軸を回転駆動するモータと、を有する工作機械用スピンドル装置。
The present invention also provides a machine tool spindle device using the above-mentioned strain sensor-equipped bearing device, which has the following configuration.
[Configuration 9]
A bearing device with a strain sensor according to any one of configurations 1 to 8,
a main spindle of a machine tool rotatably supported by the bearing device with a strain sensor;
a motor that drives and rotates the main shaft.

この構成を採用すると、工作機械の省人化や無人化のための状態監視を安定して行なうことが可能となる。また、切削加工中の工作機械の主軸に作用する加工荷重を検出することも可能となる。 By adopting this configuration, it becomes possible to stably monitor the status of machine tools to reduce the number of workers required or to operate them unmanned. It also becomes possible to detect the processing load acting on the spindle of the machine tool during cutting.

この発明のひずみセンサ付き軸受装置は、第1環状切欠きを設けた分、第1軸方向端面が径方向に狭くなっているので、第1軸方向端面が、径方向外側寄りの位置で第1外輪と強く接触する場合と、径方向内側寄りの位置で第1外輪と強く接触する場合とで、強く接触する箇所の径方向位置の差が小さい。同様に、第2環状切欠きを設けた分、第2軸方向端面が径方向に狭くなっているので、第2軸方向端面が、径方向外側寄りの位置で第2外輪と強く接触する場合と、径方向内側寄りの位置で第2外輪と強く接触する場合とで、強く接触する箇所の径方向位置の差が小さい。そのため、外輪間座の第1軸方向端面と第2軸方向端面の間において、軸受予圧の通る径方向位置が安定しており、ひずみセンサの出力に誤差が生じにくく、高い精度で軸受予圧を検出することが可能である。 In the strain sensor-equipped bearing device of the present invention, the first axial end face is narrowed in the radial direction by the provision of the first annular notch, so the difference in the radial position of the strong contact point is small between when the first axial end face strongly contacts the first outer ring at a position closer to the radial outside and when the first outer ring strongly contacts the first outer ring at a position closer to the radial inside. Similarly, the second axial end face is narrowed in the radial direction by the provision of the second annular notch, so the difference in the radial position of the strong contact point is small between when the second axial end face strongly contacts the second outer ring at a position closer to the radial outside and when the second outer ring strongly contacts the second outer ring at a position closer to the radial inside. Therefore, the radial position through which the bearing preload passes is stable between the first axial end face and the second axial end face of the outer ring spacer, so that errors are unlikely to occur in the output of the strain sensor, and it is possible to detect the bearing preload with high accuracy.

この発明の実施形態にかかるひずみセンサ付き軸受装置を使用した工作機械用スピンドル装置を示す断面図FIG. 1 is a cross-sectional view showing a spindle device for a machine tool that uses a bearing device with a strain sensor according to an embodiment of the present invention. 図1のひずみセンサ付き軸受装置の近傍の拡大図An enlarged view of the vicinity of the strain sensor-equipped bearing device of FIG. 図2のIII-III線に沿った断面図3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2 . 図3のIV-IV線に沿った断面図4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 図4に示す第1環状切欠きおよび第2環状切欠きを外輪間座の軸方向両端の径方向外側の部分のみに形成した変形例の外輪間座を示す図FIG. 5 is a diagram showing a modified outer ring spacer in which the first annular notch and the second annular notch shown in FIG. 4 are formed only on the radially outer portions of both axial ends of the outer ring spacer. 図4に示す第1環状切欠きおよび第2環状切欠きを外輪間座の軸方向両端の径方向内側の部分のみに形成した変形例の外輪間座を示す図FIG. 5 is a diagram showing a modified outer ring spacer in which the first annular notch and the second annular notch shown in FIG. 4 are formed only on the radially inner portions of both axial ends of the outer ring spacer. 図3に示すひずみセンサの配置を外輪間座の内周から外周に変更した変形例の外輪間座を示す図FIG. 4 shows a modified outer ring spacer in which the arrangement of the strain sensor shown in FIG. 3 is changed from the inner periphery of the outer ring spacer to the outer periphery. 図7のVII-VII線に沿った断面図7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 図3に示すひずみセンサを外輪間座の内周と外周の両方に設けた変形例の外輪間座を示す図FIG. 4 is a diagram showing a modified outer ring spacer in which the strain sensor shown in FIG. 3 is provided on both the inner and outer peripheries of the outer ring spacer. 図9のX-X線に沿った断面図9. Cross-sectional view taken along line XX in FIG. 図4に示す第1環状切欠きおよび第2環状切欠きの変形例を示す図FIG. 5 is a diagram showing a modified example of the first annular notch and the second annular notch shown in FIG. 図4に示す第1環状切欠きおよび第2環状切欠きの他の変形例を示す図FIG. 5 is a diagram showing another modified example of the first annular notch and the second annular notch shown in FIG. 4 . 図4に示す外輪間座の第1軸方向端面に摩擦低減処理を施した変形例を示す第1軸方向端面の近傍の拡大断面図FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a first axial end surface, showing a modified example in which a friction reduction treatment is applied to the first axial end surface of the outer ring spacer shown in FIG.

図1に、この発明の実施形態にかかるひずみセンサ付き軸受装置1(以下、単に「軸受装置1」という)を使用した工作機械用スピンドル装置を示す。このスピンドル装置は、工作機械の主軸2と、主軸2を収容する主軸ハウジング3と、主軸2を回転駆動するモータ4と、モータ4よりも軸方向前側で主軸2を回転可能に支持する実施形態の軸受装置1と、モータ4よりも軸方向後側で主軸2を回転可能に支持する後側軸受装置5とを有する。 Figure 1 shows a spindle device for a machine tool that uses a bearing device with a strain sensor 1 (hereinafter simply referred to as "bearing device 1") according to an embodiment of the present invention. This spindle device has a main spindle 2 of the machine tool, a main spindle housing 3 that accommodates the main spindle 2, a motor 4 that drives and rotates the main spindle 2, the bearing device 1 of the embodiment that rotatably supports the main spindle 2 axially forward of the motor 4, and a rear bearing device 5 that rotatably supports the main spindle 2 axially rearward of the motor 4.

主軸ハウジング3は、両端が開放した中空筒状に形成されている。主軸ハウジング3は、軸方向の前側から後側に向かって順に軸受装置1とモータ4とを収容している。図では、主軸ハウジング3の軸受装置1を収容する部分と、主軸ハウジング3のモータ4を収容する部分とを継ぎ目の無い一体に形成しているが、主軸ハウジング3の軸受装置1を収容する部分と、主軸ハウジング3のモータ4を収容する部分とを別体に形成し、その両部分を連結して一体化してもよい。 The spindle housing 3 is formed in a hollow cylinder with both ends open. The spindle housing 3 accommodates the bearing device 1 and the motor 4 in that order from the front to the rear in the axial direction. In the figure, the part of the spindle housing 3 that accommodates the bearing device 1 and the part of the spindle housing 3 that accommodates the motor 4 are formed seamlessly as one piece, but the part of the spindle housing 3 that accommodates the bearing device 1 and the part of the spindle housing 3 that accommodates the motor 4 may be formed separately and then connected to form an integrated unit.

主軸2は、主軸2の前端が主軸ハウジング3の前端開口から突出した状態で主軸ハウジング3に挿入されている。主軸2の前端には、工具または加工物を把持するチャック(図示せず)が着脱可能に取り付けられるようになっている。主軸2には、工作機械のドローバー(図示せず)を軸方向に摺動可能に収容する貫通孔6が軸方向に貫通して形成されている。 The spindle 2 is inserted into the spindle housing 3 with the front end of the spindle 2 protruding from the front end opening of the spindle housing 3. A chuck (not shown) for gripping a tool or workpiece is removably attached to the front end of the spindle 2. A through hole 6 is formed axially through the spindle 2 to accommodate a drawbar (not shown) of the machine tool so that it can slide axially.

モータ4は、主軸2の外周に取り付けられたロータ7と、ロータ7に回転力を付与する環状のステータ8とを有する。ロータ7は、主軸2の外周に嵌合するロータスリーブ9と、ロータスリーブ9の外周に固定されたロータコア10とを有する。ロータコア10は、例えば、電磁鋼板の積層体である。ロータスリーブ9は、主軸2と一体回転するように主軸2に回り止めされている。ロータスリーブ9の軸方向前端は、主軸2の外周に形成された段差部11に接触し、その段差部11との接触によって軸方向に位置決めされている。 The motor 4 has a rotor 7 attached to the outer periphery of the main shaft 2 and an annular stator 8 that applies a rotational force to the rotor 7. The rotor 7 has a rotor sleeve 9 that fits onto the outer periphery of the main shaft 2 and a rotor core 10 fixed to the outer periphery of the rotor sleeve 9. The rotor core 10 is, for example, a laminate of electromagnetic steel sheets. The rotor sleeve 9 is prevented from rotating on the main shaft 2 so as to rotate integrally with the main shaft 2. The axial front end of the rotor sleeve 9 contacts a step 11 formed on the outer periphery of the main shaft 2, and is positioned in the axial direction by the contact with the step 11.

ステータ8は、主軸ハウジング3の内周に固定されたステータコア12と、ステータコア12に周方向に間隔をおいて形成された複数のティース部分にそれぞれ巻回された電磁コイル13とを有する。電磁コイル13に通電すると、ステータコア12とロータコア10の間に働く電磁力によってロータコア10に回転力が発生し、ロータ7と主軸2が一体に回転する。ここでは、モータ4として、電力で回転力を発生する電動モータを採用したが、電動モータに代えて、圧縮空気など他の動力源で回転力を発生する方式のモータを採用することも可能である。 The stator 8 has a stator core 12 fixed to the inner circumference of the spindle housing 3, and an electromagnetic coil 13 wound around each of a number of teeth formed at intervals in the circumferential direction on the stator core 12. When electricity is applied to the electromagnetic coil 13, a rotational force is generated in the rotor core 10 by the electromagnetic force acting between the stator core 12 and the rotor core 10, and the rotor 7 and the spindle 2 rotate together. Here, an electric motor that generates rotational force using electricity is used as the motor 4, but instead of an electric motor, it is also possible to use a motor that generates rotational force using another power source such as compressed air.

後側軸受装置5は、主軸ハウジング3の後端に同軸に固定された環状の軸受支持部材14と、軸受支持部材14に組み込まれた転がり軸受15とを有する。転がり軸受15は、軸受支持部材14の内周に嵌合する外輪16と、主軸2の外周に嵌合する内輪17と、外輪16と内輪17の間に組み込まれた複数の円筒ころ18とを有する円筒ころ軸受である。 The rear bearing device 5 has an annular bearing support member 14 that is coaxially fixed to the rear end of the spindle housing 3, and a rolling bearing 15 that is assembled into the bearing support member 14. The rolling bearing 15 is a cylindrical roller bearing that has an outer ring 16 that fits into the inner periphery of the bearing support member 14, an inner ring 17 that fits into the outer periphery of the spindle 2, and a number of cylindrical rollers 18 that are assembled between the outer ring 16 and the inner ring 17.

軸受支持部材14には、外輪押さえ部材19が取り付けられている。外輪押さえ部材19は、外輪16の軸方向後端面に接触することで外輪16の軸方向位置を固定している。主軸2の外周には、内輪17を軸方向前方に押圧するナット部材20と、内輪17とナット部材20の間に組み込まれた環状のスペーサ21とが装着されている。ナット部材20は、主軸2の後端部外周に形成された雄ねじ22にねじ係合している。スペーサ21の軸方向前端面は、内輪17の軸方向後端面に接触し、スペーサ21の軸方向後端面は、ナット部材20の軸方向前端面に接触している。内輪17の軸方向前端面は、ロータスリーブ9の軸方向後端に接触している。 An outer ring pressing member 19 is attached to the bearing support member 14. The outer ring pressing member 19 fixes the axial position of the outer ring 16 by contacting the axial rear end face of the outer ring 16. A nut member 20 that presses the inner ring 17 axially forward and an annular spacer 21 assembled between the inner ring 17 and the nut member 20 are attached to the outer periphery of the main shaft 2. The nut member 20 is threadedly engaged with a male thread 22 formed on the outer periphery of the rear end of the main shaft 2. The axial front end face of the spacer 21 contacts the axial rear end face of the inner ring 17, and the axial rear end face of the spacer 21 contacts the axial front end face of the nut member 20. The axial front end face of the inner ring 17 contacts the axial rear end of the rotor sleeve 9.

軸受装置1は、主軸ハウジング3に固定された軸受支持筒23と、軸受支持筒23に軸方向に間隔をおいて組み込まれた第1軸受24および第2軸受25と、第1軸受24と第2軸受25の間に設けられた外輪間座26および内輪間座27と、外輪間座26に取り付けられたひずみセンサ28とを有する。 The bearing device 1 has a bearing support tube 23 fixed to the spindle housing 3, a first bearing 24 and a second bearing 25 assembled in the bearing support tube 23 at an axial distance from each other, an outer ring spacer 26 and an inner ring spacer 27 provided between the first bearing 24 and the second bearing 25, and a strain sensor 28 attached to the outer ring spacer 26.

図2に示すように、第1軸受24は、軸受支持筒23の内周に嵌合する第1外輪30と、第1外輪30の径方向内側に回転可能に設けられた第1内輪31と、第1外輪30と第1内輪31の間に組み込まれた複数の第1転動体32とを有する。第1転動体32は、ここでは玉である。第1外輪30の内周には、第1転動体32が転がり接触する断面円弧状の第1外輪軌道面33が設けられている。第1外輪30は、第1外輪軌道面33に対して軸方向前側の外輪肩部と軸方向後側の外輪肩部のうち、軸方向前側の外輪肩部を除去した形状の肩落とし外輪である。第1内輪31の外周には、第1転動体32が転がり接触する断面円弧状の第1内輪軌道面34が設けられている。第1内輪31は、第1転動体32が転がり接触する第1内輪軌道面34に対して軸方向前側の内輪肩部と軸方向後側の内輪肩部のうち、軸方向後側の内輪肩部を除去した形状の肩落とし内輪である。第1内輪31は、主軸2の外周に締め代をもって嵌合している。 As shown in FIG. 2, the first bearing 24 has a first outer ring 30 that fits into the inner circumference of the bearing support tube 23, a first inner ring 31 that is rotatably provided on the radially inner side of the first outer ring 30, and a plurality of first rolling elements 32 that are assembled between the first outer ring 30 and the first inner ring 31. The first rolling elements 32 are balls here. The inner circumference of the first outer ring 30 is provided with a first outer ring raceway surface 33 that has an arc-shaped cross section with which the first rolling elements 32 roll and contact. The first outer ring 30 is a shoulder-drop outer ring that has a shape in which the axially front outer ring shoulder is removed from the outer ring shoulder on the axially front side and the outer ring shoulder on the axially rear side with respect to the first outer ring raceway surface 33. The outer circumference of the first inner ring 31 is provided with a first inner ring raceway surface 34 that has an arc-shaped cross section with which the first rolling elements 32 roll and contact. The first inner ring 31 is a shoulder-reduced inner ring with a shape in which the axially rear inner ring shoulder is removed from the axially front inner ring shoulder and the axially rear inner ring shoulder with respect to the first inner ring raceway surface 34 with which the first rolling element 32 rolls. The first inner ring 31 is fitted to the outer periphery of the main shaft 2 with a tightening margin.

第2軸受25は、軸受支持筒23の内周に嵌合する第2外輪35と、第2外輪35の径方向内側に回転可能に設けられた第2内輪36と、第2外輪35と第2内輪36の間に組み込まれた複数の第2転動体37とを有する。第2転動体37は、ここでは玉である。第2外輪35の内周には、第2転動体37が転がり接触する断面円弧状の第2外輪軌道面38が設けられている。第2外輪35は、第1外輪30から軸方向後方に間隔をおいて配置され、第2内輪36も、第1内輪31から軸方向後方に間隔をおいて配置されている。第2外輪35は、第2外輪軌道面38に対して軸方向前側の外輪肩部と軸方向後側の外輪肩部のうち、軸方向後側の外輪肩部を除去した形状の肩落とし外輪である。第2内輪36の外周には、第2転動体37が転がり接触する断面円弧状の第2内輪軌道面39が設けられている。第2内輪36は、第2転動体37が転がり接触する第2内輪軌道面39に対して軸方向前側の内輪肩部と軸方向後側の内輪肩部のうち、軸方向前側の内輪肩部を除去した形状の肩落とし内輪である。第2内輪36は、主軸2の外周に締め代をもって嵌合している。 The second bearing 25 has a second outer ring 35 that fits into the inner circumference of the bearing support tube 23, a second inner ring 36 that is rotatably provided radially inside the second outer ring 35, and a plurality of second rolling elements 37 that are incorporated between the second outer ring 35 and the second inner ring 36. The second rolling elements 37 are balls here. The inner circumference of the second outer ring 35 is provided with a second outer ring raceway surface 38 that has an arc-shaped cross section with which the second rolling elements 37 roll and contact. The second outer ring 35 is spaced axially rearward from the first outer ring 30, and the second inner ring 36 is also spaced axially rearward from the first inner ring 31. The second outer ring 35 is a shoulder-drop outer ring that has a shape in which the axially rear outer ring shoulder is removed from the axially front outer ring shoulder and the axially rear outer ring shoulder relative to the second outer ring raceway surface 38. The outer periphery of the second inner ring 36 is provided with a second inner ring raceway 39 with an arc-shaped cross section with which the second rolling element 37 rolls. The second inner ring 36 is a shoulder-reduced inner ring with an axially front inner ring shoulder removed from the axially rear inner ring shoulder with respect to the second inner ring raceway 39 with which the second rolling element 37 rolls. The second inner ring 36 is fitted to the outer periphery of the main shaft 2 with a tightening margin.

ここで、第1軸受24は、軸方向の予圧で、第1転動体32が第1外輪30を押圧する径方向分力を生じるように構成され、同様に、第2軸受25も、軸方向の予圧で、第2転動体37が第2外輪35を押圧する径方向分力を生じるように構成されている。この実施形態では、第1軸受24は、第1内輪31と第1転動体32の接触点と、第1外輪30と第1転動体32の接触点とを結ぶ直線が、半径方向内側から半径方向外側に向かって軸方向後方に傾斜するアンギュラ玉軸受である。また、第2軸受25は、第2内輪36と第2転動体37の接触点と、第2外輪35と第2転動体37の接触点とを結ぶ直線が、半径方向内側から半径方向外側に向かって軸方向前方に傾斜するアンギュラ玉軸受である。つまり、第1軸受24と第2軸受25は、背面合わせの関係で軸方向に間隔をおいて配置された一対のアンギュラ玉軸受である。 Here, the first bearing 24 is configured so that the first rolling body 32 generates a radial component force pressing the first outer ring 30 under axial preload, and similarly, the second bearing 25 is configured so that the second rolling body 37 generates a radial component force pressing the second outer ring 35 under axial preload. In this embodiment, the first bearing 24 is an angular ball bearing in which the straight line connecting the contact point of the first inner ring 31 and the first rolling body 32 and the contact point of the first outer ring 30 and the first rolling body 32 is inclined axially backward from the radial inner side toward the radial outer side. Also, the second bearing 25 is an angular ball bearing in which the straight line connecting the contact point of the second inner ring 36 and the second rolling body 37 and the contact point of the second outer ring 35 and the second rolling body 37 is inclined axially forward from the radial inner side toward the radial outer side. In other words, the first bearing 24 and the second bearing 25 are a pair of angular contact ball bearings arranged back-to-back with a gap in the axial direction.

外輪間座26は、両端が開放した中空の筒状部材である。外輪間座26は、軸受支持筒23の内周に隙間をもって嵌合している。外輪間座26は、第1外輪30の軸方向後端面と第2外輪35の軸方向前端面との間で軸方向に挟み込まれている。 The outer ring spacer 26 is a hollow cylindrical member with both ends open. The outer ring spacer 26 fits into the inner circumference of the bearing support tube 23 with a gap. The outer ring spacer 26 is sandwiched in the axial direction between the axial rear end face of the first outer ring 30 and the axial front end face of the second outer ring 35.

内輪間座27も、外輪間座26と同様、両端が開放した中空の筒状部材である。内輪間座27は、主軸2の外周に隙間をもって嵌合している。内輪間座27は、第1内輪31と第2内輪36の間で軸方向に挟み込まれている。 Like the outer ring spacer 26, the inner ring spacer 27 is a hollow cylindrical member with both ends open. The inner ring spacer 27 fits onto the outer periphery of the main shaft 2 with a gap. The inner ring spacer 27 is sandwiched axially between the first inner ring 31 and the second inner ring 36.

主軸ハウジング3の軸方向前端には、外輪押さえ部材40が固定されている。外輪押さえ部材40は、第1外輪30の軸方向前端面に接触することで第1外輪30の軸方向位置を固定している。外輪押さえ部材40は、軸受支持筒23の内周に嵌合する筒部41と、筒部41の軸方向前端から径方向外方に延びるフランジ部42とを有する。フランジ部42は、軸受支持筒23の軸方向前端面に固定されている。主軸2の軸方向前端部の外周には、第1内輪31の軸方向前方への移動を規制する段差部43が設けられている。段差部43は、第1内輪31の軸方向前端面に接触し、第1内輪31を軸方向に位置決めしている。 An outer ring pressing member 40 is fixed to the axial front end of the spindle housing 3. The outer ring pressing member 40 fixes the axial position of the first outer ring 30 by contacting the axial front end face of the first outer ring 30. The outer ring pressing member 40 has a cylindrical portion 41 that fits into the inner circumference of the bearing support tube 23 and a flange portion 42 that extends radially outward from the axial front end of the cylindrical portion 41. The flange portion 42 is fixed to the axial front end face of the bearing support tube 23. A step portion 43 that restricts the axial forward movement of the first inner ring 31 is provided on the outer circumference of the axial front end of the spindle 2. The step portion 43 contacts the axial front end face of the first inner ring 31 to position the first inner ring 31 in the axial direction.

主軸2の外周には、第2内輪36を軸方向前方に押圧する予圧ナット44と、第2内輪36と予圧ナット44の間に組み込まれた環状のスペーサ45とが装着されている。予圧ナット44は、主軸2の外周の段差部11(図1参照)から軸方向前側に延びる部分に形成された雄ねじ46にねじ係合している。スペーサ45の軸方向前端面は、第2内輪36の軸方向後端面に接触し、スペーサ45の軸方向後端面は、予圧ナット44の軸方向前端面に接触している。軸受支持筒23の内周には、第2外輪35の軸方向後方への移動を規制する段差部47が設けられている。段差部47は、第2外輪35の軸方向後端面に接触し、第2外輪35を軸方向に位置決めしている。 A preload nut 44 that presses the second inner ring 36 axially forward and an annular spacer 45 that is assembled between the second inner ring 36 and the preload nut 44 are attached to the outer periphery of the main shaft 2. The preload nut 44 is threadedly engaged with a male thread 46 formed on a portion extending axially forward from a stepped portion 11 (see FIG. 1) on the outer periphery of the main shaft 2. The axial front end face of the spacer 45 contacts the axial rear end face of the second inner ring 36, and the axial rear end face of the spacer 45 contacts the axial front end face of the preload nut 44. A stepped portion 47 that restricts the axial rearward movement of the second outer ring 35 is provided on the inner periphery of the bearing support tube 23. The stepped portion 47 contacts the axial rear end face of the second outer ring 35 to position the second outer ring 35 in the axial direction.

図1に示すように、軸受支持筒23は、主軸ハウジング3の内周に嵌合している。軸受支持筒23の外周には、軸受装置1の冷却用の冷媒が流れる冷却溝48が形成されている。冷却溝48は、軸受支持筒23の外周に軸方向に間隔をおいて形成された複数の環状溝または軸受支持筒23の外周を螺旋状に延びる螺旋溝である。 As shown in FIG. 1, the bearing support cylinder 23 is fitted to the inner circumference of the spindle housing 3. A cooling groove 48 is formed on the outer circumference of the bearing support cylinder 23, through which a refrigerant for cooling the bearing device 1 flows. The cooling groove 48 is a plurality of annular grooves formed at intervals in the axial direction on the outer circumference of the bearing support cylinder 23, or a spiral groove extending in a spiral shape around the outer circumference of the bearing support cylinder 23.

図2に示すように、予圧ナット44は所定の力で締め付けられ、その予圧ナット44の軸力が、スペーサ45、第2内輪36、第2転動体37、第2外輪35、外輪間座26、第1外輪30、第1転動体32、第1内輪31を伝達し、段差部43で受け止められた状態となっている。すなわち、予圧ナット44の軸力により、第1軸受24と第2軸受25の間には、第1内輪31、第1転動体32、第1外輪30、外輪間座26、第2外輪35、第2転動体37、第2内輪36を順に通って予圧が伝達するように軸方向の予圧が付与された状態となっている。 2, the preload nut 44 is tightened with a predetermined force, and the axial force of the preload nut 44 is transmitted through the spacer 45, the second inner ring 36, the second rolling element 37, the second outer ring 35, the outer ring spacer 26, the first outer ring 30, the first rolling element 32, and the first inner ring 31, and is received by the step portion 43. In other words, the axial force of the preload nut 44 applies an axial preload between the first bearing 24 and the second bearing 25 so that the preload is transmitted through the first inner ring 31, the first rolling element 32, the first outer ring 30, the outer ring spacer 26, the second outer ring 35, the second rolling element 37, and the second inner ring 36 in this order.

ひずみセンサ28は、外輪間座26の軸方向中央部に取り付けられている。具体的には、ひずみセンサ28は、外輪間座26の軸方向の中心位置から、外輪間座26の軸方向全長の1/4の軸方向距離の範囲内の領域にひずみセンサ28が収まるように外輪間座26に取り付けられている。 The strain sensor 28 is attached to the axial center of the outer ring spacer 26. Specifically, the strain sensor 28 is attached to the outer ring spacer 26 so that the strain sensor 28 fits within an axial distance range of 1/4 of the total axial length of the outer ring spacer 26 from the axial center position of the outer ring spacer 26.

外輪間座26は、円筒内周面50と円筒外周面51と第1軸方向端面52と第2軸方向端面53とを有する円筒状の部材である。第1軸方向端面52は、外輪間座26の軸方向前端に形成された円環状の軸直角平面であり、軸方向の予圧で第1外輪30の軸方向後端面に押し付けられている。第2軸方向端面53は、外輪間座26の軸方向後端に形成された円環状の軸直角平面であり、軸方向の予圧で第2外輪35の軸方向前端面に押し付けられている。 The outer ring spacer 26 is a cylindrical member having a cylindrical inner peripheral surface 50, a cylindrical outer peripheral surface 51, a first axial end face 52, and a second axial end face 53. The first axial end face 52 is an annular, axis-perpendicular plane formed at the axial front end of the outer ring spacer 26, and is pressed against the axial rear end face of the first outer ring 30 by axial preload. The second axial end face 53 is an annular, axis-perpendicular plane formed at the axial rear end of the outer ring spacer 26, and is pressed against the axial front end face of the second outer ring 35 by axial preload.

図3に示すように、ひずみセンサ28は、外輪間座26の内周に周方向に間隔をおいて複数(ここでは4つ)設けられている。各ひずみセンサ28は、外輪間座26の円筒内周面50の一部を切り欠いて形成された平面状のセンサ取り付け面54に取り付けられている。センサ取り付け面54は、外輪間座26の中心線に平行な平面であり、軸方向から見て円筒内周面50よりも径方向外側に位置する。センサ取り付け面54は、ここでは、外輪間座26の内周に周方向に等間隔に形成された軸方向溝の溝底面である。 As shown in FIG. 3, multiple strain sensors 28 (four in this example) are provided at intervals in the circumferential direction on the inner circumference of the outer ring spacer 26. Each strain sensor 28 is attached to a planar sensor mounting surface 54 formed by cutting out a portion of the cylindrical inner circumference 50 of the outer ring spacer 26. The sensor mounting surface 54 is a plane parallel to the center line of the outer ring spacer 26, and is located radially outward of the cylindrical inner circumference 50 when viewed from the axial direction. Here, the sensor mounting surface 54 is the groove bottom surface of axial grooves formed at equal intervals in the circumferential direction on the inner circumference of the outer ring spacer 26.

図4に示すように、各ひずみセンサ28は、ひずみ検出部55と、ひずみ検出部55に接続された処理部56とを有する。ひずみ検出部55は、ひずみに応じて電気抵抗が変化するひずみゲージである。処理部56は、ひずみゲージの電気抵抗の変化に基づいてひずみを検出するひずみ検出回路と、その検出回路で検出されたひずみをアナログ信号からデジタル信号に変換して出力するAD変換回路とを有する。 As shown in FIG. 4, each strain sensor 28 has a strain detection unit 55 and a processing unit 56 connected to the strain detection unit 55. The strain detection unit 55 is a strain gauge whose electrical resistance changes according to strain. The processing unit 56 has a strain detection circuit that detects strain based on the change in the electrical resistance of the strain gauge, and an AD conversion circuit that converts the strain detected by the detection circuit from an analog signal to a digital signal and outputs it.

ここで、ひずみ検出部55は、ひずみセンサ28の取り付け位置における外輪間座26の軸方向ひずみを検出する軸方向ひずみ検出部(軸方向をひずみ検出方向として配置したひずみゲージ)と、ひずみセンサ28の取り付け位置における外輪間座26の周方向ひずみを検出する周方向ひずみ検出部(周方向をひずみ検出方向として配置したひずみゲージ)とを有するものを採用している。そして、処理部56は、軸方向ひずみ検出部で検出される軸方向ひずみと、周方向ひずみ検出部で検出される周方向ひずみとの差分(つまり、軸方向ひずみの絶対値と周方向ひずみの絶対値の和)をとり、その差分をひずみセンサ28の出力とするように構成されている。 The strain detection unit 55 has an axial strain detection unit (strain gauge arranged with the axial direction as the strain detection direction) that detects the axial strain of the outer ring spacer 26 at the installation position of the strain sensor 28, and a circumferential strain detection unit (strain gauge arranged with the circumferential direction as the strain detection direction) that detects the circumferential strain of the outer ring spacer 26 at the installation position of the strain sensor 28. The processing unit 56 is configured to take the difference between the axial strain detected by the axial strain detection unit and the circumferential strain detected by the circumferential strain detection unit (i.e., the sum of the absolute value of the axial strain and the absolute value of the circumferential strain), and to use this difference as the output of the strain sensor 28.

外輪間座26の第1外輪30(図2参照)の側の端部には、第1軸方向端面52と円筒内周面50の交差部(図4の外輪間座26の方形断面の左下の角部)と、第1軸方向端面52と円筒外周面51の交差部(図4の外輪間座26の方形断面の左上の角部)とを全周にわたって切り欠く円環状の第1環状切欠き57が形成されている。同様に、外輪間座26の第2外輪35(図2参照)の側の端部にも、第2軸方向端面53と円筒内周面50の交差部(図4の外輪間座26の方形断面の右下の角部)と、第2軸方向端面53と円筒外周面51の交差部(図4の外輪間座26の方形断面の右上の角部)とを全周にわたって切り欠く円環状の第2環状切欠き58が形成されている。 At the end of the outer ring spacer 26 on the side of the first outer ring 30 (see FIG. 2), a first annular notch 57 is formed, which cuts out the intersection of the first axial end face 52 and the cylindrical inner peripheral surface 50 (the lower left corner of the square cross section of the outer ring spacer 26 in FIG. 4) and the intersection of the first axial end face 52 and the cylindrical outer peripheral surface 51 (the upper left corner of the square cross section of the outer ring spacer 26 in FIG. 4). Similarly, at the end of the outer ring spacer 26 on the side of the second outer ring 35 (see FIG. 2), a second annular notch 58 is formed, which cuts out the intersection of the second axial end face 53 and the cylindrical inner peripheral surface 50 (the lower right corner of the square cross section of the outer ring spacer 26 in FIG. 4) and the intersection of the second axial end face 53 and the cylindrical outer peripheral surface 51 (the upper right corner of the square cross section of the outer ring spacer 26 in FIG. 4).

第1環状切欠き57および第2環状切欠き58は、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53からそれぞれ軸方向に落ち込んで形成された段部である。図では、分かりやすくするために、第1環状切欠き57および第2環状切欠き58の軸方向深さを誇張して示しているが、第1環状切欠き57および第2環状切欠き58の軸方向深さは、0.1mm~0.5mm程度の浅いものである。 The first annular notch 57 and the second annular notch 58 are steps formed by dropping axially from the first axial end face 52 and the second axial end face 53, respectively. In the figure, the axial depth of the first annular notch 57 and the second annular notch 58 is exaggerated for ease of understanding, but the axial depth of the first annular notch 57 and the second annular notch 58 is shallow, about 0.1 mm to 0.5 mm.

第1環状切欠き57および前記第2環状切欠き58は、第1軸方向端面52と第2軸方向端面53とが同じ径方向位置に揃うように形成されている。すなわち、第1軸方向端面52の径方向外端(第1軸方向端面52とその径方向外側の第1環状切欠き57との間の境界)の径方向位置と、第2軸方向端面53の径方向外端(第2軸方向端面53とその径方向外側の第2環状切欠き58との間の境界)の径方向位置が同じ径方向位置となり、かつ、第1軸方向端面52の径方向内端(第1軸方向端面52とその径方向内側の第1環状切欠き57との間の境界)の径方向位置と、第2軸方向端面53の径方向内端(第2軸方向端面53とその径方向内側の第2環状切欠き58との間の境界)の径方向位置も同じ径方向位置となるように、第1環状切欠き57および第2環状切欠き58が形成されている。 The first annular notch 57 and the second annular notch 58 are formed so that the first axial end face 52 and the second axial end face 53 are aligned at the same radial position. That is, the first annular notch 57 and the second annular notch 58 are formed so that the radial position of the radial outer end of the first axial end face 52 (the boundary between the first axial end face 52 and the first annular notch 57 on its radial outer side) and the radial position of the radial outer end of the second axial end face 53 (the boundary between the second axial end face 53 and the second annular notch 58 on its radial outer side) are the same radial position, and the radial position of the radial inner end of the first axial end face 52 (the boundary between the first axial end face 52 and the first annular notch 57 on its radial inner side) and the radial position of the radial inner end of the second axial end face 53 (the boundary between the second axial end face 53 and the second annular notch 58 on its radial inner side) are also the same radial position.

第1環状切欠き57は、第1軸方向端面52の径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以下(好ましくは20%以下)となるように形成されている。すなわち、第1環状切欠き57の全体として径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以上(好ましくは80%以上)に設定されている。 The first annular notch 57 is formed so that the radial width of the first axial end face 52 is 50% or less (preferably 20% or less) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51. In other words, the overall radial width of the first annular notch 57 is set to 50% or more (preferably 80% or more) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51.

同様に、第2環状切欠き58は、第2軸方向端面53の径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以下(好ましくは20%以下)となるように形成されている。すなわち、第2環状切欠き58の全体として径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以上(好ましくは80%以上)に設定されている。 Similarly, the second annular notch 58 is formed so that the radial width of the second axial end face 53 is 50% or less (preferably 20% or less) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51. In other words, the overall radial width of the second annular notch 58 is set to 50% or more (preferably 80% or more) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51.

図2に示す軸受装置1において、第1軸受24および第2軸受25の予圧荷重(以下「軸受予圧」という)は、スピンドル装置の運転時における主軸2の回転速度によって変化する。そして、ひずみセンサ28で検出される外輪間座26のひずみに基づいて、その軸受予圧を検出することが可能となっている。 In the bearing device 1 shown in FIG. 2, the preload of the first bearing 24 and the second bearing 25 (hereinafter referred to as "bearing preload") changes depending on the rotational speed of the main shaft 2 when the spindle device is in operation. The bearing preload can be detected based on the strain of the outer ring spacer 26 detected by the strain sensor 28.

すなわち、スピンドル装置の運転時において、主軸2の回転速度が変化すると、第1転動体32および第2転動体37の遠心力が変化し、その遠心力の変化に応じて、第1転動体32が第1外輪軌道面33を押圧する荷重(第1軸受24の予圧荷重)および第2転動体37が第2外輪軌道面38を押圧する荷重(第2軸受25の予圧荷重)も変化する。ここで、第1外輪軌道面33および第2外輪軌道面38は、軸方向に対して傾斜した角度をもって第1転動体32および第2転動体37と接触しているので、第1転動体32が第1外輪軌道面33を押圧する荷重および第2転動体37が第2外輪軌道面38を押圧する荷重が変化すると、第1外輪30および第2外輪35から外輪間座26に負荷される軸方向の予圧荷重が変化し、外輪間座26のひずみが変化する。そのため、ひずみセンサ28で検知される外輪間座26のひずみに基づいて、第1軸受24および第2軸受25の予圧荷重(軸受予圧)を検出することが可能となっている。 In other words, when the rotational speed of the main shaft 2 changes during operation of the spindle device, the centrifugal force of the first rolling body 32 and the second rolling body 37 changes, and in response to the change in centrifugal force, the load with which the first rolling body 32 presses against the first outer ring raceway surface 33 (preload load of the first bearing 24) and the load with which the second rolling body 37 presses against the second outer ring raceway surface 38 (preload load of the second bearing 25) also change. Here, the first outer ring raceway surface 33 and the second outer ring raceway surface 38 are in contact with the first rolling body 32 and the second rolling body 37 at an angle inclined with respect to the axial direction, so when the load with which the first rolling body 32 presses the first outer ring raceway surface 33 and the load with which the second rolling body 37 presses the second outer ring raceway surface 38 change, the axial preload load applied from the first outer ring 30 and the second outer ring 35 to the outer ring spacer 26 changes, and the strain of the outer ring spacer 26 changes. Therefore, it is possible to detect the preload (bearing preload) of the first bearing 24 and the second bearing 25 based on the strain of the outer ring spacer 26 detected by the strain sensor 28.

また、主軸2にモーメント荷重が作用すると、周方向に等間隔に配置された各ひずみセンサ28の位置には異なる大きさの荷重が加わる。そのため、複数のひずみセンサ28のそれぞれの出力に基づいて、切削加工中の工作機械の主軸2に作用するモーメント荷重を検知することも可能である。 In addition, when a moment load acts on the spindle 2, loads of different magnitudes are applied to the positions of the strain sensors 28 arranged at equal intervals in the circumferential direction. Therefore, it is possible to detect the moment load acting on the spindle 2 of the machine tool during cutting processing based on the output of each of the multiple strain sensors 28.

ところで、軸受予圧が増大するとき、第1外輪30は、第1転動体32から受ける径方向分力が増大することで拡径方向に弾性変形し、このとき第1外輪30と外輪間座26の接触面間には、第1外輪30が外輪間座26に対して径方向外方に相対的に移動する微小なすべりが生じる。一方、軸受予圧が減少するときは、第1外輪30は、第1転動体32から受ける径方向分力が減少することで縮径方向に弾性復元し、このとき第1外輪30と外輪間座26の接触面間には、第1外輪30が外輪間座26に対して径方向内方に相対的に移動する微小なすべりが生じる。 When the bearing preload increases, the first outer ring 30 elastically deforms in the radial expansion direction due to an increase in the radial component force it receives from the first rolling element 32, and at this time, a small amount of slippage occurs between the contact surfaces of the first outer ring 30 and the outer ring spacer 26, causing the first outer ring 30 to move radially outward relative to the outer ring spacer 26. On the other hand, when the bearing preload decreases, the first outer ring 30 elastically restores in the radial contraction direction due to a decrease in the radial component force it receives from the first rolling element 32, and at this time, a small amount of slippage occurs between the contact surfaces of the first outer ring 30 and the outer ring spacer 26, causing the first outer ring 30 to move radially inward relative to the outer ring spacer 26.

同様に、軸受予圧が増大するとき、第2外輪35は、第2転動体37から受ける径方向分力が増大することで拡径方向に弾性変形し、このとき第2外輪35と外輪間座26の接触面間には、第2外輪35が外輪間座26に対して径方向外方に相対的に移動する微小なすべりが生じる。一方、軸受予圧が減少するときは、第2外輪35は、第2転動体37から受ける径方向分力が減少することで縮径方向に弾性復元し、このとき第2外輪35と外輪間座26の接触面間には、第2外輪35が外輪間座26に対して径方向内方に相対的に移動する微小なすべりが生じる。 Similarly, when the bearing preload increases, the second outer ring 35 elastically deforms in the radial expansion direction due to an increase in the radial component force received from the second rolling element 37, and at this time, a small slip occurs between the contact surfaces of the second outer ring 35 and the outer ring spacer 26, where the second outer ring 35 moves radially outward relative to the outer ring spacer 26. On the other hand, when the bearing preload decreases, the second outer ring 35 elastically restores in the radial contraction direction due to a decrease in the radial component force received from the second rolling element 37, and at this time, a small slip occurs between the contact surfaces of the second outer ring 35 and the outer ring spacer 26, where the second outer ring 35 moves radially inward relative to the outer ring spacer 26.

そして、第1外輪30と外輪間座26の接触面間や、第2外輪35と外輪間座26の接触面間に、上記の径方向のすべりが生じると、そのすべりの影響で、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53が、径方向内側寄りの位置で第1外輪30および第2外輪35と強く接触する場合と、径方向外側寄りの位置で第1外輪30および第2外輪35と強く接触する場合とが生じる。 When the above-mentioned radial slippage occurs between the contact surfaces of the first outer ring 30 and the outer ring spacer 26, or between the contact surfaces of the second outer ring 35 and the outer ring spacer 26, the first axial end face 52 and the second axial end face 53 may come into strong contact with the first outer ring 30 and the second outer ring 35 at a position closer to the radial inside, or may come into strong contact with the first outer ring 30 and the second outer ring 35 at a position closer to the radial outside.

ここで、図2に示す軸受装置1において、外輪間座26の軸方向両側の端面に第1環状切欠き57および第2環状切欠き58を設けずに、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53を、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さと同じ幅をもつ円環状の軸直角平面とし、その第1軸方向端面52および第2軸方向端面53を第1外輪30および第2外輪35に接触させた比較例を想定する。この比較例においては、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53の径方向幅が広いので、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53が、径方向内側寄りの位置で第1外輪30および第2外輪35と強く接触する場合と、径方向外側寄りの位置で第1外輪30および第2外輪35と強く接触する場合とでひずみセンサ28の出力の差が大きくなり、そのことが原因で、ひずみセンサ28の出力に基づいて検出される軸受予圧に誤差が生じるという問題がある。 Here, in the bearing device 1 shown in Figure 2, a comparative example is assumed in which the first annular notch 57 and the second annular notch 58 are not provided on both axial end faces of the outer ring spacer 26, and the first axial end face 52 and the second axial end face 53 are annular axis-perpendicular planes having a width equal to the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51, and the first axial end face 52 and the second axial end face 53 are in contact with the first outer ring 30 and the second outer ring 35. In this comparative example, the radial width of the first axial end face 52 and the second axial end face 53 is wide, so there is a large difference in the output of the strain sensor 28 between when the first axial end face 52 and the second axial end face 53 make strong contact with the first outer ring 30 and the second outer ring 35 at a position closer to the radial inside and when they make strong contact with the first outer ring 30 and the second outer ring 35 at a position closer to the radial outside, which causes an error in the bearing preload detected based on the output of the strain sensor 28.

この問題に対し、この実施形態の軸受装置1では、図4に示すように、第1環状切欠き57を設けた分、第1軸方向端面52が径方向に狭くなっているので、第1軸方向端面52が、径方向外側寄りの位置で強く接触する場合と、径方向内側寄りの位置で強く接触する場合とで、強く接触する箇所の径方向位置の差が小さい。同様に、第2環状切欠き58を設けた分、第2軸方向端面53が径方向に狭くなっているので、第2軸方向端面53が、径方向外側寄りの位置で強く接触する場合と、径方向内側寄りの位置で強く接触する場合とで、強く接触する箇所の径方向位置の差が小さい。そのため、第1軸方向端面52と第2軸方向端面53の間において、軸受予圧の通る径方向位置が安定しており、ひずみセンサ28の出力に誤差が生じにくく、高い精度で軸受予圧を検出することが可能である。 In response to this problem, in the bearing device 1 of this embodiment, as shown in FIG. 4, the first axial end face 52 is narrowed in the radial direction by the provision of the first annular notch 57, so the difference in the radial position of the strong contact point is small when the first axial end face 52 makes strong contact at a position closer to the radial outside and when it makes strong contact at a position closer to the radial inside. Similarly, the second axial end face 53 is narrowed in the radial direction by the provision of the second annular notch 58, so the difference in the radial position of the strong contact point is small when the second axial end face 53 makes strong contact at a position closer to the radial outside and when it makes strong contact at a position closer to the radial inside. Therefore, the radial position through which the bearing preload passes is stable between the first axial end face 52 and the second axial end face 53, so that the output of the strain sensor 28 is less likely to have an error, and it is possible to detect the bearing preload with high accuracy.

また、この軸受装置1は、図4に示すように、第1軸方向端面52の径方向外端および内端の径方向位置と、第2軸方向端面53の径方向外端および内端の径方向位置とが同じ径方向位置に揃っているので、外輪間座26の第1軸方向端面52と第2軸方向端面53の間において、軸受予圧の通る径方向位置が特に安定しており、ひずみセンサ28の出力の誤差を効果的に防ぐことが可能となっている。 In addition, as shown in FIG. 4, in this bearing device 1, the radial positions of the radial outer end and inner end of the first axial end face 52 and the radial positions of the radial outer end and inner end of the second axial end face 53 are aligned in the same radial position, so that the radial position through which the bearing preload passes is particularly stable between the first axial end face 52 and the second axial end face 53 of the outer ring spacer 26, making it possible to effectively prevent errors in the output of the strain sensor 28.

また、この軸受装置1は、図4に示す第1軸方向端面52の径方向幅および第2軸方向端面53の径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以下(好ましくは20%以下)に設定されているので、外輪間座26の第1軸方向端面52と第2軸方向端面53の間において、軸受予圧の通る径方向位置を効果的に安定させることが可能となっている。 In addition, in this bearing device 1, the radial width of the first axial end face 52 and the radial width of the second axial end face 53 shown in FIG. 4 are set to 50% or less (preferably 20% or less) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51, so that it is possible to effectively stabilize the radial position through which the bearing preload passes between the first axial end face 52 and the second axial end face 53 of the outer ring spacer 26.

上記実施形態では、図4に示すように、第1軸方向端面52の径方向外側と径方向内側の両側に第1環状切欠き57を形成し、第2軸方向端面53の径方向外側と径方向内側の両側に第2環状切欠き58を形成したものを例に挙げたが、図5に示すように、第1軸方向端面52の径方向外側と径方向内側のうち、径方向外側のみに第1環状切欠き57を形成し、第2軸方向端面53の径方向外側と径方向内側のうち、径方向外側のみに第2環状切欠き58を形成するようにしてもよく、また、図6に示すように、第1軸方向端面52の径方向外側と径方向内側のうち、径方向内側のみに第1環状切欠き57を形成し、第2軸方向端面53の径方向外側と径方向内側のうち、径方向内側のみに第2環状切欠き58を形成するようにしてもよい。 In the above embodiment, as shown in FIG. 4, the first annular notch 57 is formed on both the radial outer side and the radial inner side of the first axial end face 52, and the second annular notch 58 is formed on both the radial outer side and the radial inner side of the second axial end face 53. However, as shown in FIG. 5, the first annular notch 57 may be formed only on the radial outer side of the radial outer side and the radial inner side of the first axial end face 52, and the second annular notch 58 may be formed only on the radial outer side of the radial outer side and the radial inner side of the second axial end face 53. Also, as shown in FIG. 6, the first annular notch 57 may be formed only on the radial inner side of the radial outer side and the radial inner side of the first axial end face 52, and the second annular notch 58 may be formed only on the radial inner side of the radial outer side and the radial inner side of the second axial end face 53.

図5において、第1環状切欠き57は、第1軸方向端面52と円筒外周面51の交差部を全周にわたって切り欠く円環状の段部であり、第2環状切欠き58は、第2軸方向端面53と円筒外周面51の交差部を全周にわたって切り欠く円環状の段部である。第1環状切欠き57および第2環状切欠き58の軸方向深さは、0.1mm~0.5mm程度の浅いものである。 In FIG. 5, the first annular notch 57 is an annular step that cuts out the entire circumference of the intersection of the first axial end face 52 and the cylindrical outer circumferential surface 51, and the second annular notch 58 is an annular step that cuts out the entire circumference of the intersection of the second axial end face 53 and the cylindrical outer circumferential surface 51. The axial depth of the first annular notch 57 and the second annular notch 58 is shallow, about 0.1 mm to 0.5 mm.

第1環状切欠き57および第2環状切欠き58は、第1軸方向端面52と第2軸方向端面53とが同じ径方向位置に揃うように形成されている。すなわち、第1軸方向端面52の径方向外端(第1軸方向端面52と第1環状切欠き57の間の境界)の径方向位置と、第2軸方向端面53の径方向外端(第2軸方向端面53と第2環状切欠き58の間の境界)の径方向位置が同じ径方向位置となり、かつ、第1軸方向端面52の径方向内端(第1軸方向端面52と円筒内周面50の交差稜)の径方向位置と、第2軸方向端面53の径方向内端(第2軸方向端面53と円筒内周面50の交差稜)の径方向位置も同じ径方向位置となるように、第1環状切欠き57および第2環状切欠き58が形成されている。 The first annular notch 57 and the second annular notch 58 are formed so that the first axial end face 52 and the second axial end face 53 are aligned at the same radial position. That is, the first annular notch 57 and the second annular notch 58 are formed so that the radial position of the radial outer end of the first axial end face 52 (the boundary between the first axial end face 52 and the first annular notch 57) and the radial position of the radial outer end of the second axial end face 53 (the boundary between the second axial end face 53 and the second annular notch 58) are in the same radial position, and the radial position of the radial inner end of the first axial end face 52 (the intersection ridge of the first axial end face 52 and the cylindrical inner circumferential surface 50) and the radial position of the radial inner end of the second axial end face 53 (the intersection ridge of the second axial end face 53 and the cylindrical inner circumferential surface 50) are also in the same radial position.

図6において、第1環状切欠き57は、第1軸方向端面52と円筒内周面50の交差部を全周にわたって切り欠く円環状の段部であり、第2環状切欠き58は、第2軸方向端面53と円筒内周面50の交差部を全周にわたって切り欠く円環状の段部である。第1環状切欠き57および第2環状切欠き58の軸方向深さは、0.1mm~0.5mm程度の浅いものである。 In FIG. 6, the first annular notch 57 is an annular step that cuts out the entire circumference of the intersection of the first axial end face 52 and the cylindrical inner circumferential surface 50, and the second annular notch 58 is an annular step that cuts out the entire circumference of the intersection of the second axial end face 53 and the cylindrical inner circumferential surface 50. The axial depth of the first annular notch 57 and the second annular notch 58 is shallow, about 0.1 mm to 0.5 mm.

第1環状切欠き57および第2環状切欠き58は、第1軸方向端面52と第2軸方向端面53とが同じ径方向位置に揃うように形成されている。すなわち、第1軸方向端面52の径方向外端(第1軸方向端面52と円筒外周面51の交差稜)の径方向位置と、第2軸方向端面53の径方向外端(第2軸方向端面53と円筒外周面51の交差稜)の径方向位置が同じ径方向位置となり、かつ、第1軸方向端面52の径方向内端(第1軸方向端面52と第1環状切欠き57の間の境界)の径方向位置と、第2軸方向端面53の径方向内端(第2軸方向端面53と第2環状切欠き58の間の境界)の径方向位置も同じ径方向位置となるように、第1環状切欠き57および第2環状切欠き58が形成されている。 The first annular notch 57 and the second annular notch 58 are formed so that the first axial end face 52 and the second axial end face 53 are aligned at the same radial position. That is, the first annular notch 57 and the second annular notch 58 are formed so that the radial position of the radial outer end of the first axial end face 52 (the intersection ridge of the first axial end face 52 and the cylindrical outer peripheral surface 51) and the radial position of the radial outer end of the second axial end face 53 (the intersection ridge of the second axial end face 53 and the cylindrical outer peripheral surface 51) are in the same radial position, and the radial position of the radial inner end of the first axial end face 52 (the boundary between the first axial end face 52 and the first annular notch 57) and the radial inner end of the second axial end face 53 (the boundary between the second axial end face 53 and the second annular notch 58) are also in the same radial position.

図5、図6において、第1環状切欠き57は、第1軸方向端面52の径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以下(好ましくは20%以下)となるように形成されている。すなわち、第1環状切欠き57の径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以上(好ましくは80%以上)に設定されている。同様に、第2環状切欠き58も、第2軸方向端面53の径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以下(好ましくは20%以下)となるように形成されている。すなわち、第2環状切欠き58の径方向幅が、円筒内周面50と円筒外周面51の間の径方向厚さの50%以上(好ましくは80%以上)に設定されている。 5 and 6, the first annular notch 57 is formed so that the radial width of the first axial end face 52 is 50% or less (preferably 20% or less) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51. That is, the radial width of the first annular notch 57 is set to 50% or more (preferably 80% or more) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51. Similarly, the second annular notch 58 is formed so that the radial width of the second axial end face 53 is 50% or less (preferably 20% or less) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51. That is, the radial width of the second annular notch 58 is set to 50% or more (preferably 80% or more) of the radial thickness between the cylindrical inner peripheral surface 50 and the cylindrical outer peripheral surface 51.

また、上記実施形態では、ひずみセンサ28を外輪間座26の内周に配置したものを例に挙げたが、図7、図8に示すように、ひずみセンサ28を外輪間座26の外周に配置してもよい。 In addition, in the above embodiment, the strain sensor 28 is disposed on the inner circumference of the outer ring spacer 26, but as shown in Figures 7 and 8, the strain sensor 28 may be disposed on the outer circumference of the outer ring spacer 26.

図7、図8において、ひずみセンサ28は、外輪間座26の外周に周方向に間隔をおいて複数(ここでは4つ)設けられている。各ひずみセンサ28は、外輪間座26の円筒外周面51の一部を切り欠いて形成された平面状のセンサ取り付け面54に取り付けられている。センサ取り付け面54は、外輪間座26の中心線に平行な平面であり、軸方向から見て円筒外周面51よりも径方向内側に位置する。センサ取り付け面54は、ここでは、外輪間座26の外周に周方向に等間隔に形成された軸方向溝の溝底面である。 In Figures 7 and 8, multiple strain sensors 28 (four in this example) are provided at intervals in the circumferential direction on the outer periphery of the outer ring spacer 26. Each strain sensor 28 is attached to a planar sensor mounting surface 54 formed by cutting out a portion of the cylindrical outer periphery 51 of the outer ring spacer 26. The sensor mounting surface 54 is a plane parallel to the center line of the outer ring spacer 26, and is located radially inward of the cylindrical outer periphery 51 when viewed from the axial direction. Here, the sensor mounting surface 54 is the groove bottom surface of axial grooves formed at equal intervals in the circumferential direction on the outer periphery of the outer ring spacer 26.

また、図9、図10に示すように、ひずみセンサ28を外輪間座26の内周と外周の両方に配置してもよい。このようにすると、第1軸方向端面52と第2軸方向端面53の間において、軸受予圧の通る径方向位置が径方向内側または径方向外側にどの程度偏っているかを検知することが可能となる。また、外輪間座26の内周に配置されたひずみセンサ28の出力と、外輪間座26の外周に配置されたひずみセンサ28の出力との和をとることで、軸受予圧の通る径方向位置が径方向内側または径方向外側に偏ることによる影響を相殺し、安定した精度で軸方向の予圧荷重を検出することも可能となる。 Also, as shown in Figures 9 and 10, the strain sensors 28 may be arranged on both the inner and outer circumferences of the outer ring spacer 26. In this way, it is possible to detect the degree to which the radial position through which the bearing preload passes is biased radially inward or outward between the first axial end face 52 and the second axial end face 53. In addition, by taking the sum of the output of the strain sensor 28 arranged on the inner circumference of the outer ring spacer 26 and the output of the strain sensor 28 arranged on the outer circumference of the outer ring spacer 26, it is possible to cancel out the effect of the radial position through which the bearing preload passes being biased radially inward or outward, and to detect the axial preload load with stable accuracy.

また、上記実施形態では、第1環状切欠き57および第2環状切欠き58として、図4に示すように、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53からそれぞれ軸方向に真っ直ぐに落ち込む段部を例に挙げたが、図11に示すように、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53からテーパ状に軸方向に落ち込む面取り部を採用してもよく、図12に示すように、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53から断面円弧状に軸方向に落ち込むフィレット部を採用してもよい。 In the above embodiment, the first annular notch 57 and the second annular notch 58 are exemplified by step portions that drop straight in the axial direction from the first axial end face 52 and the second axial end face 53, respectively, as shown in FIG. 4. However, as shown in FIG. 11, chamfered portions that drop in a tapered manner in the axial direction from the first axial end face 52 and the second axial end face 53 may also be used, and as shown in FIG. 12, fillet portions that drop in the axial direction in an arc-shaped cross section from the first axial end face 52 and the second axial end face 53 may also be used.

また、図13に示すように、第1軸方向端面52は、第1外輪30(図2参照)との摩擦係数を低減させる摩擦低減処理を施した面とすることができる。摩擦低減処理は、例えば、低摩擦皮膜59(フッ素樹脂皮膜など)のコーティング処理である。同様に、図4に示す第2軸方向端面53も、第2外輪35(図2参照)との摩擦係数を低減させる摩擦低減処理を施した面とすることができる。このようにすると、第1軸方向端面52および第2軸方向端面53の接触圧に径方向の偏りが生じにくくなる。そのため、第1軸方向端面52と第2軸方向端面53の間において、軸受予圧の通る径方向位置を特に効果的に安定させることが可能となる。 As shown in FIG. 13, the first axial end face 52 can be a surface that has been subjected to friction reduction treatment to reduce the friction coefficient with the first outer ring 30 (see FIG. 2). The friction reduction treatment is, for example, a coating treatment with a low-friction coating 59 (such as a fluororesin coating). Similarly, the second axial end face 53 shown in FIG. 4 can also be a surface that has been subjected to friction reduction treatment to reduce the friction coefficient with the second outer ring 35 (see FIG. 2). In this way, radial bias is less likely to occur in the contact pressure of the first axial end face 52 and the second axial end face 53. Therefore, it is possible to particularly effectively stabilize the radial position through which the bearing preload passes between the first axial end face 52 and the second axial end face 53.

上記実施形態では、第1軸受24および第2軸受25として、アンギュラ玉軸受を例に挙げて説明したが、第1軸受24および第2軸受25として、例えば、円すいころ軸受や深溝玉軸受など、軸方向の予圧で径方向分力を生じる他の形式の転がり軸受を採用することも可能である。 In the above embodiment, angular contact ball bearings have been used as the first bearing 24 and the second bearing 25, but it is also possible to use other types of rolling bearings, such as tapered roller bearings and deep groove ball bearings, that generate a radial component force due to an axial preload, as the first bearing 24 and the second bearing 25.

また、上記実施形態では、ひずみセンサ28として、ひずみ検出部55と処理部56とを有するものを例に挙げたが、ひずみセンサ28は、ひずみ検出部55のみ(ひずみゲージのみ)で構成することも可能である。 In addition, in the above embodiment, the strain sensor 28 is exemplified as having a strain detection unit 55 and a processing unit 56, but the strain sensor 28 can also be configured with only the strain detection unit 55 (only a strain gauge).

また、上記実施形態では、ひずみ検出部55は、軸方向ひずみ検出部と周方向ひずみ検出部を有するものを例に挙げたが、ひずみ検出部55は、軸方向ひずみ検出部、もしくは、周方向ひずみ検出部のみで構成することも可能である。 In addition, in the above embodiment, the strain detection unit 55 has an axial strain detection unit and a circumferential strain detection unit, but the strain detection unit 55 can also be configured with only an axial strain detection unit or a circumferential strain detection unit.

また、上記実施形態では、工作機械(マシニングセンタや旋盤など)の主軸2を回転可能に支持する軸受装置1を例に挙げて説明したが、この発明は、例えば、風力発電装置の主軸など、他の装置の回転軸を回転可能に支持する軸受装置に適用することも可能である。 In addition, in the above embodiment, the bearing device 1 that rotatably supports the main shaft 2 of a machine tool (such as a machining center or a lathe) has been described as an example, but the present invention can also be applied to a bearing device that rotatably supports the rotating shaft of other devices, such as the main shaft of a wind power generation device.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 ひずみセンサ付き軸受装置
2 主軸
4 モータ
24 第1軸受
25 第2軸受
26 外輪間座
28 ひずみセンサ
30 第1外輪
31 第1内輪
32 第1転動体
35 第2外輪
36 第2内輪
37 第2転動体
50 円筒内周面
51 円筒外周面
52 第1軸方向端面
53 第2軸方向端面
54 センサ取り付け面
57 第1環状切欠き
58 第2環状切欠き
REFERENCE SIGNS LIST 1 Bearing device with strain sensor 2 Main shaft 4 Motor 24 First bearing 25 Second bearing 26 Outer ring spacer 28 Strain sensor 30 First outer ring 31 First inner ring 32 First rolling element 35 Second outer ring 36 Second inner ring 37 Second rolling element 50 Cylinder inner peripheral surface 51 Cylinder outer peripheral surface 52 First axial end face 53 Second axial end face 54 Sensor mounting surface 57 First annular notch 58 Second annular notch

Claims (9)

軸方向に間隔をおいて配置された第1軸受(24)および第2軸受(25)と、前記第1軸受(24)と前記第2軸受(25)の間に設けられた円筒状の外輪間座(26)と、前記外輪間座(26)に取り付けられたひずみセンサ(28)とを有し、
前記第1軸受(24)は、第1外輪(30)と、第1外輪(30)の径方向内側に設けられた第1内輪(31)と、第1外輪(30)と第1内輪(31)の間に組み込まれた複数の第1転動体(32)とを有し、
前記第2軸受(25)は、第2外輪(35)と、第2外輪(35)の径方向内側に設けられた第2内輪(36)と、第2外輪(35)と第2内輪(36)の間に組み込まれた複数の第2転動体(37)とを有し、
前記第1軸受(24)と前記第2軸受(25)の間には、前記第1内輪(31)、前記第1転動体(32)、前記第1外輪(30)、前記外輪間座(26)、前記第2外輪(35)、前記第2転動体(37)、前記第2内輪(36)を通って予圧が伝達するように軸方向の予圧が付与され、
前記外輪間座(26)は、円筒内周面(50)と、円筒外周面(51)と、前記円筒内周面(50)または前記円筒外周面(51)の一部を切り欠いて形成された平面状のセンサ取り付け面(54)と、前記軸方向の予圧で前記第1外輪(30)に押し付けれる第1軸方向端面(52)と、前記軸方向の予圧で前記第2外輪(35)に押し付けられる第2軸方向端面(53)とを有し、前記センサ取り付け面(54)に前記ひずみセンサ(28)が取り付けられるひずみセンサ付き軸受装置において、
前記外輪間座(26)の前記第1外輪(30)の側の端部には、前記第1軸方向端面(52)と前記円筒内周面(50)の交差部と、前記第1軸方向端面(52)と前記円筒外周面(51)の交差部のうちの一方または両方を全周にわたって切り欠く円環状の第1環状切欠き(57)が形成され、
前記外輪間座(26)の前記第2外輪(35)の側の端部には、前記第2軸方向端面(53)と前記円筒内周面(50)の交差部と、前記第2軸方向端面(53)と前記円筒外周面(51)の交差部のうちの一方または両方を全周にわたって切り欠く円環状の第2環状切欠き(58)が形成されていることを特徴とするひずみセンサ付き軸受装置。
The bearing has a first bearing (24) and a second bearing (25) spaced apart in the axial direction, a cylindrical outer ring spacer (26) provided between the first bearing (24) and the second bearing (25), and a strain sensor (28) attached to the outer ring spacer (26),
The first bearing (24) has a first outer ring (30), a first inner ring (31) provided radially inside the first outer ring (30), and a plurality of first rolling elements (32) assembled between the first outer ring (30) and the first inner ring (31),
The second bearing (25) has a second outer ring (35), a second inner ring (36) provided radially inside the second outer ring (35), and a plurality of second rolling elements (37) assembled between the second outer ring (35) and the second inner ring (36),
An axial preload is applied between the first bearing (24) and the second bearing (25) such that the preload is transmitted through the first inner ring (31), the first rolling element (32), the first outer ring (30), the outer ring spacer (26), the second outer ring (35), the second rolling element (37), and the second inner ring (36);
The outer ring spacer (26) has a cylindrical inner peripheral surface (50), a cylindrical outer peripheral surface (51), a planar sensor mounting surface (54) formed by cutting out a part of the cylindrical inner peripheral surface (50) or the cylindrical outer peripheral surface (51), a first axial end surface (52) pressed against the first outer ring (30) by the axial preload, and a second axial end surface (53) pressed against the second outer ring (35) by the axial preload, and in this bearing device with a strain sensor, the strain sensor (28) is attached to the sensor mounting surface (54),
a first annular notch (57) is formed at an end of the outer ring spacer (26) on the side of the first outer ring (30), the first annular notch (57) being cut out over the entire circumference of one or both of an intersection of the first axial end face (52) and the cylindrical inner circumferential surface (50) and an intersection of the first axial end face (52) and the cylindrical outer circumferential surface (51);
A bearing device with a strain sensor, characterized in that an end of the outer ring spacer (26) on the side of the second outer ring (35) is formed with a second annular notch (58) that is annular and cuts out one or both of the intersection of the second axial end face (53) and the cylindrical inner circumferential surface (50) and the intersection of the second axial end face (53) and the cylindrical outer circumferential surface (51) over the entire circumference.
前記第1軸方向端面(52)と前記第2軸方向端面(53)とが同じ径方向位置に揃うように、前記第1環状切欠き(57)および前記第2環状切欠き(58)が形成されている、請求項1に記載のひずみセンサ付き軸受装置。 The bearing device with strain sensor according to claim 1, wherein the first annular notch (57) and the second annular notch (58) are formed so that the first axial end face (52) and the second axial end face (53) are aligned at the same radial position. 前記第1軸方向端面(52)の径方向幅および前記第2軸方向端面(53)の径方向幅が、前記円筒内周面(50)と前記円筒外周面(51)の間の径方向厚さの50%以下となるように、前記第1環状切欠き(57)および前記第2環状切欠き(58)が形成されている、請求項1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。 The bearing device with a strain sensor according to claim 1 or 2, wherein the first annular notch (57) and the second annular notch (58) are formed so that the radial width of the first axial end face (52) and the radial width of the second axial end face (53) are 50% or less of the radial thickness between the cylindrical inner circumferential surface (50) and the cylindrical outer circumferential surface (51). 前記第1軸方向端面(52)の径方向幅および前記第2軸方向端面(53)の径方向幅が、前記円筒内周面(50)と前記円筒外周面(51)の間の径方向厚さの20%以下となるように、前記第1環状切欠き(57)および前記第2環状切欠き(58)が形成されている、請求項1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。 The bearing device with strain sensor according to claim 1 or 2, wherein the first annular notch (57) and the second annular notch (58) are formed so that the radial width of the first axial end face (52) and the radial width of the second axial end face (53) are 20% or less of the radial thickness between the cylindrical inner circumferential surface (50) and the cylindrical outer circumferential surface (51). 前記ひずみセンサ(28)は、前記外輪間座(26)の内周に配置されている、請求項1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。 The strain sensor-equipped bearing device according to claim 1 or 2, wherein the strain sensor (28) is disposed on the inner circumference of the outer ring spacer (26). 前記ひずみセンサは、前記外輪間座(26)の外周に配置されている、請求項1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。 The strain sensor-equipped bearing device according to claim 1 or 2, wherein the strain sensor is disposed on the outer periphery of the outer ring spacer (26). 前記ひずみセンサは、前記外輪間座(26)の内周と外周の両方に配置されている、請求項1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。 The strain sensor-equipped bearing device according to claim 1 or 2, wherein the strain sensors are arranged on both the inner and outer circumferences of the outer ring spacer (26). 前記第1軸方向端面(52)が、前記第1外輪(30)との摩擦係数を低減させる摩擦低減処理を施した面とされ、前記第2軸方向端面(53)も、前記第2外輪(35)との摩擦係数を低減させる摩擦低減処理を施した面とされている、請求項1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置。 The bearing device with strain sensor according to claim 1 or 2, wherein the first axial end face (52) is a surface that has been subjected to friction reduction treatment to reduce the coefficient of friction with the first outer ring (30), and the second axial end face (53) is also a surface that has been subjected to friction reduction treatment to reduce the coefficient of friction with the second outer ring (35). 請求項1または2に記載のひずみセンサ付き軸受装置(1)と、
前記ひずみセンサ付き軸受装置(1)で回転可能に支持される工作機械の主軸(2)と、
前記主軸(2)を回転駆動するモータ(4)と、を有する工作機械用スピンドル装置。
A bearing device with a strain sensor (1) according to claim 1 or 2,
A main spindle (2) of a machine tool that is rotatably supported by the bearing device (1) with a strain sensor;
and a motor (4) for rotating the main shaft (2).
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