JP2024068106A - ひずみセンサ付き軸受装置および工作機械用スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】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センサ付き軸受装置において、外輪間座２６に、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る第１周方向溝５４と、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る第２周方向溝５５とが設けられている。【選択図】図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。

マシニングセンタや旋盤等の工作機械や、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高機能化および高性能化が求められるようになっている。

そこで、本願の出願人は、上記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）。

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。

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。

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。

ひずみセンサは、外輪間座の外周（または内周）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。

特開２０２１－０１４８８６号公報

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。

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。

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において、軸受予圧を変化させ、外輪間座のひずみセンサの出力に基づいてその軸受予圧を検出する評価試験を行なったところ、軸受予圧が増加する過程と、軸受予圧が減少する過程とで、軸受予圧の大きさが同じでもひずみセンサの出力が同じにならず、前者と後者の間に一定の差が生じるというヒステリシスが生じ、そのヒステリシスが、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の原因となっていることを見出した。

上記のヒステリシスが生じる理由は、次のように考えられる。

軸受予圧が増大するとき、第１外輪は、第１転動体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、この弾性変形により、第１外輪と外輪間座の接触面間には、第１外輪が外輪間座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外輪は、第１転動体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、この弾性復元により、第１外輪と外輪間座の接触面間には、第１外輪が外輪間座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。

同様に、軸受予圧が増大するとき、第２外輪は、第２転動体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、この弾性変形により、第２外輪と外輪間座の接触面間には、第２外輪が外輪間座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外輪は、第２転動体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、この弾性復元により、第２外輪と外輪間座の接触面間には、第２外輪が外輪間座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。

そして、第１外輪と外輪間座の接触面間や、第２外輪と外輪間座の接触面間に、上記の径方向のすべりが生じると、軸受予圧が増加する過程と、軸受予圧が減少する過程とで、外輪間座の変形が同じにならない。そのため、軸受予圧が増加する過程と、軸受予圧が減少する過程とで、軸受予圧の大きさが同じでもひずみセンサの出力が同じにならず、前者と後者の間に一定の差が生じるというヒステリシスが生じるものと考えられる。このひずみセンサの出力のヒステリシスは、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の原因となる。

さらに、本願の発明者らは、外輪間座を径方向に変形しやすくすれば（すなわち径方向の剛性を低くすれば）、第１外輪および第２外輪が径方向に変形したときに、外輪間座が、第１外輪および第２外輪の変形に追従して径方向に変形するので、第１外輪と外輪間座の接触面間、および、第２外輪と外輪間座の接触面間の径方向のすべりが抑制され、その結果、外輪間座のひずみセンサの出力のヒステリシスも低減され、ヒステリシスによる誤差を小さく抑えることができるという着想を得た。

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、
前記外輪間座は、前記第１外輪に接触する第１外輪接触面と、前記第２外輪に接触する第２外輪接触面とを有し、
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、
前記第１軸受は、前記軸方向の予圧で、前記第１転動体が前記第１外輪を押圧する径方向分力を生じるように構成され、前記第２軸受も、前記軸方向の予圧で、前記第２転動体が前記第２外輪を押圧する径方向分力を生じるように構成されている、センサ付き軸受装置において、
前記外輪間座に、前記第１外輪接触面と前記ひずみセンサの間を周方向に横切る第１周方向溝と、前記第２外輪接触面と前記ひずみセンサの間を周方向に横切る第２周方向溝とが設けられていることを特徴とするひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、外輪間座に、第１外輪接触面とひずみセンサの間を周方向に横切る第１周方向溝と、第２外輪接触面とひずみセンサの間を周方向に横切る第２周方向溝とが設けられているので、外輪間座が、第１外輪接触面とひずみセンサの間、および、第２外輪接触面とひずみセンサの間でそれぞれ径方向に変形しやすくなる。そのため、第１外輪および第２外輪が、第１転動体および第２転動体から受ける径方向分力によって径方向に変形したときに、外輪間座が、その第１外輪および第２外輪の径方向の変形に追従して径方向に変形し、第１外輪と外輪間座の接触面間の径方向のすべりや、第２外輪と外輪間座の接触面間の径方向のすべりが抑制される。その結果、外輪間座のひずみセンサの出力のヒステリシスが低減され、高い精度で軸受予圧を検出することが可能となる。

［構成２］
前記第１周方向溝は断面円弧状の溝底をもつＵ字溝であり、前記第２周方向溝も断面円弧状の溝底をもつＵ字溝である、構成１に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、第１周方向溝および第２周方向溝が、断面円弧状の溝底をもつＵ字溝なので、軸方向の予圧荷重が負荷された状態で、外輪間座が第１周方向溝および第２周方向溝に沿って径方向に変形するときに、第１周方向溝および第２周方向溝の溝底に応力集中が生じにくい。そのため、外輪間座の耐久性を確保しながら、外輪間座の径方向の変形のしやすさを高めることが可能となる。

［構成３］
前記第１周方向溝として、前記外輪間座の内周に形成された内径側の第１周方向溝と、前記内径側の第１周方向溝から軸方向にずれた位置における前記外輪間座の外周に形成された外径側の第１周方向溝とを有し、
前記第２周方向溝として、前記外輪間座の内周に形成された内径側の第２周方向溝と、前記内径側の第２周方向溝から軸方向にずれた位置における前記外輪間座の外周に形成された外径側の第２周方向溝とを有する、構成１または２に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、第１外輪接触面とひずみセンサの間に、複数の第１周方向溝が設けられているので、第１外輪接触面とひずみセンサの間での外輪間座の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となる。同様に、第２外輪接触面とひずみセンサの間に、複数の第２周方向溝が設けられているので、第２外輪接触面とひずみセンサの間での外輪間座の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となる。

［構成４］
前記内径側の第１周方向溝の溝深さと前記外径側の第１周方向溝の溝深さの合計深さが、前記外輪間座の径方向厚さの１／２以上となるように、前記内径側の第１周方向溝と前記外径側の第１周方向溝とが形成され、
前記内径側の第２周方向溝の溝深さと前記外径側の第２周方向溝の溝深さの合計深さが、前記外輪間座の径方向厚さの１／２以上となるように、前記内径側の第２周方向溝と前記外径側の第２周方向溝とが形成されている、構成３に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、内径側の第１周方向溝の溝深さと外径側の第１周方向溝の溝深さの合計深さが、外輪間座の径方向厚さの１／２以上あるので、第１外輪接触面とひずみセンサの間での外輪間座の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となる。同様に、内径側の第２周方向溝の溝深さと外径側の第２周方向溝の溝深さの合計深さが、外輪間座の径方向厚さの１／２以上あるので、第２外輪接触面とひずみセンサの間での外輪間座の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となる。

［構成５］
前記内径側の第１周方向溝と前記外径側の第１周方向溝は、前記第１外輪接触面の側から前記ひずみセンサの側に向かって、前記内径側の第１周方向溝、前記外径側の第１周方向溝の順に配置され、
前記内径側の第２周方向溝と前記外径側の第２周方向溝は、前記第２外輪接触面の側から前記ひずみセンサの側に向かって、前記内径側の第２周方向溝、前記外径側の第２周方向溝の順に配置されている、構成３または４に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、外輪間座を、特に拡径方向に変形しやすいものとすることが可能となる。

［構成６］
前記第１周方向溝は、前記外輪間座の外周の全周のうち、前記ひずみセンサの周方向位置に対応する周方向位置のみに設けられ、
前記第２周方向溝も、前記外輪間座の外周の全周のうち、前記ひずみセンサの周方向位置に対応する周方向位置にのみ設けられ、
前記第１周方向溝は、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有し、
前記第２周方向溝も、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有する、構成１に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、第１周方向溝および第２周方向溝がひずみセンサの周方向位置に対応する周方向位置のみに設けられているので、第１周方向溝および第２周方向溝が設けられていない周方向位置において外輪間座の肉厚を確保することができる。また、第１周方向溝および第２周方向溝は、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有するので、第１周方向溝および第２周方向溝の周方向両端に近い部分においても、外輪間座の肉厚を確保することができる。そのため、第１周方向溝および第２周方向溝を設けることで、外輪間座をひずみセンサの周方向位置で径方向に変形しやすくしながら、第１周方向溝および第２周方向溝を設けることによる外輪間座の剛性低下を小さく抑えることができる。

［構成７］
前記第１周方向溝は平面状の溝底を有し、
前記第２周方向溝も平面状の溝底を有する、構成６に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、第１周方向溝と第２周方向溝をエンドミル等で高精度に加工することが可能であり、また第１周方向溝と第２周方向溝の寸法精度の管理も容易となる。

［構成８］
前記外輪間座の外周に、前記第１周方向溝と前記第２周方向溝との間に軸方向に挟まれる部分を除去した構成の連結凹部が形成され、
前記連結凹部は、前記第１周方向溝の溝底と前記第２周方向溝の溝底とを滑らかにつなぐ平面状の内面を有する、構成７に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、軸方向に隣り合う第１周方向溝と第２周方向溝とが平面状の内面を有する連結凹部を介して一体化しているので、第１周方向溝と第２周方向溝の加工と寸法精度の管理とが特に容易となる。

［構成９］
前記第１周方向溝は、軸方向に直交する断面において凸円弧状に延びる溝底を有し、
前記第２周方向溝も、軸方向に直交する断面において凸円弧状に延びる溝底を有する、構成６に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、第１周方向溝および第２周方向溝を設けることによる外輪間座の剛性低下を最小限に抑えながら、ひずみセンサの周方向位置において外輪間座を効果的に径方向変形させることが可能となる。

［構成１０］
前記第１外輪接触面を周方向に分割する複数の第１スリットと、前記第２外輪接触面を周方向に分割する複数の第２スリットとが、前記外輪間座に設けられている、構成１から５に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、外輪間座の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となる。

［構成１１］
前記複数の第１スリットは、前記第１外輪接触面から前記第１周方向溝に至る軸方向深さを有し、
前記複数の第２スリットは、前記第２外輪接触面から前記第２周方向溝に至る軸方向深さを有する、構成１０に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、外輪間座の径方向の変形のしやすさを特に効果的に高めることが可能となる。

［構成１２］
前記第１外輪接触面が、前記第１外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理を施した面とされ、
前記第２外輪接触面が、前記第２外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理を施した面とされている、構成１から１１のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、外輪間座の第１外輪接触面に、第１外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理が施されているので、第１外輪と外輪間座の接触面間の径方向のすべりを特に効果的に抑制することが可能となる。同様に、外輪間座の第２外輪接触面に、第２外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理が施されているので、第２外輪と外輪間座の接触面間の径方向のすべりを特に効果的に抑制することが可能となる。

［構成１３］
前記外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理は、ショットピーニング処理である、構成１２に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

［構成１４］
前記外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理は、滑り止め効果のある皮膜形成処理である、構成１２に記載のひずみセンサ付き軸受装置。

［構成１５］
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１４のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。

［構成１６］
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１４のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。

［構成１７］
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１４のいずれかに記載のひずみセンサ付き軸受装置。

この構成を採用すると、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は、大小関係が逆のヒステリシス特性を示すことから、外輪間座の内周のひずみセンサの出力と、外輪間座の外周のひずみセンサの出力との和をとることでヒステリシスを相殺し、安定した精度で軸方向の予圧荷重を検出することが可能となる。

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１８］
構成１から１７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。

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。

この発明のひずみセンサ付き軸受装置は、外輪間座に、第１外輪接触面とひずみセンサの間を周方向に横切る第１周方向溝と、第２外輪接触面とひずみセンサの間を周方向に横切る第２周方向溝とが設けられているので、外輪間座が、第１外輪接触面とひずみセンサの間、および、第２外輪接触面とひずみセンサの間でそれぞれ径方向に変形しやすい。そのため、第１外輪および第２外輪が、第１転動体および第２転動体から受ける径方向分力によって径方向に変形したときに、外輪間座が、その第１外輪および第２外輪の径方向の変形に追従して径方向に変形し、第１外輪と外輪間座の接触面間の径方向のすべりや、第２外輪と外輪間座の接触面間の径方向のすべりが抑制される。その結果、外輪間座のひずみセンサの出力のヒステリシスが低減され、高い精度で軸方向の予圧荷重を検出することが可能である。

この発明の第１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 図１のひずみセンサ付き軸受装置の近傍の拡大図 図２のIII－III線に沿った断面図 図３のIV－IV線に沿った断面図 図３に示す外輪間座のひずみセンサの個数を３個に変更した変形例を示す図 図２に示す外輪間座の周方向溝のうち内径側の周方向溝のみを設けた変形例を示す図 図２に示す外輪間座の周方向溝のうち外径側の周方向溝のみを設けた変形例を示す図 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を示す図 図８のIX－IX線に沿った断面図 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配置した変形例を示す図 図１０のXI－XI線に沿った断面図 図３に示す外輪間座に複数の第１スリットおよび複数の第２スリットを設けた変形例を示す図 図１２のXIII－XIII線に沿った断面図 図３に示す外輪間座の内径側の周方向溝と外径側の周方向溝を、外輪間座の全周ではなく、ひずみセンサに対応する位相のみに形成した変形例を示す図 図１４のXV－XV線に沿った断面図 図７に示す外輪間座にひずみセンサの位置を通る周溝を形成した変形例を示す図 図１６のXVII－XVII線に沿った断面図 この発明の第２実施形態を図３に対応して示す断面図 図１８のXIX－XIX線に沿った断面図 図１８に示す外輪間座の斜視図 図２０に示す第１周方向溝と第２周方向溝の間に軸方向に挟まれる部分を除去した構成の連結凹部を形成した変形例の外輪間座を示す斜視図 図２０に示す第１周方向溝と第２周方向溝の間に第３周方向溝を形成した変形例の外輪間座を示す斜視図 図２０に示す第１周方向溝と第２周方向溝をそれぞれ軸方向に間隔をおいて２列形成した変形例の外輪間座を示す斜視図 図２０に示すひずみセンサの配置間隔を９０°間隔から１２０°間隔に変更した変形例の外輪間座を示す斜視図 図２４に示す第１周方向溝と第２周方向溝の間に軸方向に挟まれる部分を除去した構成の連結凹部を形成した変形例の外輪間座を示す斜視図 図２４に示す外輪間座の断面図 図２６に示す第１周方向溝を、軸直角断面において直線状に延びる溝底を有するものから軸直角断面において凸円弧状に延びる溝底を有するものに変更した変形例を示す外輪間座の断面図 図４に示す外輪間座の第１外輪接触面にショットピーニング処理を施した面とした変形例を示す第１外輪接触面の近傍の拡大断面図 図４に示す外輪間座の第１外輪接触面を滑り止め効果のある皮膜形成処理を施した面とした変形例を示す第１外輪接触面の近傍の拡大断面図

図１に、この発明の第１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。外輪間座２６は、第１外輪３０と接触する第１外輪接触面４０と、第２外輪３５と接触する第２外輪接触面４１とを有する。第１外輪接触面４０は、外輪間座２６の軸方向前端に形成され、第２外輪接触面４１は、外輪間座２６の軸方向後端に形成されている。

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。内輪間座２７の軸方向前端面は、第１内輪３１の軸方向後端面に接触し、内輪間座２７の軸方向後端面は、第２内輪３６の軸方向前端面に接触している。

主軸ハウジング３の軸方向前端には、外輪押さえ部材４２が固定されている。外輪押さえ部材４２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４２は、軸受支持筒２３の内周に嵌合する筒部４３と、筒部４３の軸方向前端から径方向外方に延びるフランジ部４４とを有する。フランジ部４４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４５が設けられている。段差部４５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。

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４６と、第２内輪３６と予圧ナット４６の間に組み込まれた環状のスペーサ４７とが装着されている。予圧ナット４６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４８にねじ係合している。スペーサ４７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４７の軸方向後端面は、予圧ナット４６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４９が設けられている。段差部４９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。

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５０が形成されている。冷却溝５０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。

図２に示すように、予圧ナット４６は所定の力で締め付けられ、その予圧ナット４６の軸力が、スペーサ４７、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４５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４６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。

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。

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。外輪間座２６の内周には、ひずみセンサ２８の個数と同数の軸方向溝５１が周方向に等間隔に形成されている。軸方向溝５１は、それぞれ軸線に平行な平面状の溝底面を有し、その各溝底面にひずみセンサ２８が取り付けられている。

図４に示すように、ひずみセンサ２８は、ひずみ検出部５２と、ひずみ検出部５２に接続された処理部５３とを有する。ひずみ検出部５２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５３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。

ここで、ひずみ検出部５２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５３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。

外輪間座２６の内周には、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る内径側の第１周方向溝５４が形成され、外輪間座２６の外周にも、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る外径側の第１周方向溝５４が形成されている。内径側の第１周方向溝５４と外径側の第１周方向溝５４は、いずれも断面円弧状の溝底をもつＵ字溝である。内径側の第１周方向溝５４と外径側の第１周方向溝５４は、溝中心の位置が軸方向にずれており、第１外輪接触面４０の側からひずみセンサ２８の側に向かって、内径側の第１周方向溝５４、外径側の第１周方向溝５４の順となるように配置されている。内径側の第１周方向溝５４の溝深さと外径側の第１周方向溝５４の溝深さの合計深さは、外輪間座２６の径方向厚さの１／２以上（好ましくは３／４以上）とされている。また、内径側の第１周方向溝５４の溝中心と外径側の第１周方向溝５４の溝中心の間の軸方向距離は、内径側の第１周方向溝５４の溝幅と外径側の第１周方向溝５４の溝幅の和の２倍以下とされている。

同様に、外輪間座２６の内周には、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る内径側の第２周方向溝５５が形成され、外輪間座２６の外周にも、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る外径側の第２周方向溝５５が形成されている。内径側の第２周方向溝５５と外径側の第２周方向溝５５は、いずれも断面円弧状の溝底をもつＵ字溝である。内径側の第２周方向溝５５と外径側の第２周方向溝５５は、溝中心の位置が軸方向にずれており、第２外輪接触面４１の側からひずみセンサ２８の側に向かって、内径側の第２周方向溝５５、外径側の第２周方向溝５５の順となるように配置されている。内径側の第２周方向溝５５の溝深さと外径側の第２周方向溝５５の溝深さの合計深さは、外輪間座２６の径方向厚さの１／２以上（好ましくは３／４以上）とされている。また、内径側の第２周方向溝５５の溝中心と外径側の第２周方向溝５５の溝中心の間の軸方向距離は、内径側の第２周方向溝５５の溝幅と外径側の第２周方向溝５５の溝幅の和の２倍以下とされている。

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。

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。

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に作用する拡径方向の力が、第１外輪３０と外輪間座２６の接触面間の最大静止摩擦力よりも大きくなることによって、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可能性がある。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に作用する縮径方向の力が、第１外輪３０と外輪間座２６の接触面間の最大静止摩擦力よりも大きくなることによって、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可能性がある。

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、この弾性変形により、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可能性がある。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、この弾性復元により、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可能性がある。

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、軸受予圧が増加する過程と、軸受予圧が減少する過程とで、外輪間座２６の変形が同じにならない。そのため、軸受予圧が増加する過程と、軸受予圧が減少する過程とで、軸受予圧の大きさが同じでもひずみセンサ２８の出力が同じにならず、前者と後者の間に一定の差が生じるというヒステリシスが生じ、そのヒステリシスによって、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。

この問題に対し、この実施形態の軸受装置１では、外輪間座２６に、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る内径側の第１周方向溝５４および外径側の第１周方向溝５４と、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る内径側の第２周方向溝５５および外径側の第２周方向溝５５とが設けられているので、外輪間座２６が、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間、および、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間でそれぞれ径方向に変形しやすい（すなわち径方向の剛性が低い）。そのため、第１外輪３０および第２外輪３５が、第１転動体３２および第２転動体３７から受ける径方向分力によって径方向に変形したときに、外輪間座２６が、その第１外輪３０および第２外輪３５の径方向の変形に追従して径方向に変形し、第１外輪３０と外輪間座２６の接触面間の径方向のすべりや、第２外輪３５と外輪間座２６の接触面間の径方向のすべりが抑制される。その結果、外輪間座２６のひずみセンサ２８の出力のヒステリシスが低減され、高い精度で軸方向の予圧荷重を検出することが可能となっている。

また、この軸受装置１は、図４に示すように、内径側の第１周方向溝５４、外径側の第１周方向溝５４、内径側の第２周方向溝５５、外径側の第２周方向溝５５が、それぞれ断面円弧状の溝底をもつＵ字溝なので、軸方向の予圧荷重が負荷された状態で、それぞれの周方向溝５４，５５に沿って外輪間座２６が径方向に変形するときに、それぞれの周方向溝５４，５５の溝底に応力集中が生じにくい。そのため、外輪間座２６の耐久性を確保しながら、外輪間座２６の径方向の変形のしやすさを高めることが可能となっている。

また、この軸受装置１は、図４に示すように、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間に、複数の第１周方向溝５４が設けられているので、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間での外輪間座２６の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となっている。同様に、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間にも、複数の第２周方向溝５５が設けられているので、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間での外輪間座２６の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となっている。

また、この軸受装置１は、図４に示す内径側の第１周方向溝５４の溝深さと外径側の第１周方向溝５４の溝深さの合計深さが、外輪間座２６の径方向厚さの１／２以上あるので、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間での外輪間座２６の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となっている。同様に、内径側の第２周方向溝５５の溝深さと外径側の第２周方向溝５５の溝深さの合計深さも、外輪間座２６の径方向厚さの１／２以上あるので、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間での外輪間座２６の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となっている。

また、この軸受装置１は、図４に示すように、内径側の第１周方向溝５４と外径側の第１周方向溝５４とが、第１外輪接触面４０の側からひずみセンサ２８の側に向かって、内径側の第１周方向溝５４、外径側の第１周方向溝５４の順に配置され、同様に、内径側の第２周方向溝５５と外径側の第２周方向溝５５とが、第２外輪接触面４１の側からひずみセンサ２８の側に向かって、内径側の第２周方向溝５５、外径側の第２周方向溝５５の順に配置されているので、外輪間座２６を、特に拡径方向に変形しやすいものとすることが可能となっている。

上記実施形態では、図３に示すように、ひずみセンサ２８を周方向に等間隔に４つ設けたものを例に挙げたが、図５に示すように、ひずみセンサ２８を周方向に等間隔に３つ設けるようにしてもよい。ひずみセンサ２８は、周方向に等間隔に３つ以上（好ましくは４つ以上）設けると好ましい。このようにすると、各ひずみセンサ２８の周方向位置における外輪間座２６のひずみに基づいて、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が可能となる。

また、上記実施形態では、図４に示すように、外輪間座２６の内周に、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５を設けるとともに、外輪間座２６の外周にも第１周方向溝５４および第２周方向溝５５を設けたものを例に挙げたが、図６に示すように、外輪間座２６の外周には周方向溝を設けずに、外輪間座２６の内周にのみ第１周方向溝５４および第２周方向溝５５を設けてもよく、また、図７に示すように、外輪間座２６の内周には周方向溝を設けずに、外輪間座２６の外周にのみ第１周方向溝５４および第２周方向溝５５を設けてもよい。

また、上記実施形態では、図３、図４に示すように、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８、図９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。図８、図９において、外輪間座２６の外周には、ひずみセンサ２８の個数と同数の軸方向溝５６が周方向に等間隔に形成されている。軸方向溝５６は、それぞれ軸線に平行な平面状の溝底面を有し、その各溝底面にひずみセンサ２８が取り付けられている。

また、図１０、図１１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、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の出力は、大小関係が逆のヒステリシス特性を示すことから、外輪間座２６の内周のひずみセンサ２８の出力と、外輪間座２６の外周のひずみセンサ２８の出力との和をとることでヒステリシスを相殺し、安定した精度で軸方向の予圧荷重を検出することが可能となる。

図１０、図１１において、外輪間座２６の外周の各ひずみセンサ２８は、外輪間座２６の内周の各ひずみセンサ２８に対応する周方向位置に形成されている。外輪間座２６の外周の軸方向溝５６の溝底面は、外輪間座２６の内周の軸方向溝５１の溝底面と平行に形成され、その各溝底面にひずみセンサ２８が取り付けられている。

図１２、図１３に示すように、外輪間座２６に、第１外輪接触面４０を周方向に分割する複数の第１スリット５７と、第２外輪接触面４１を周方向に分割する複数の第２スリット５８とを形成してもよい。このようにすると、外輪間座２６の径方向の変形のしやすさを効果的に高めることが可能となる。

図１２、図１３において、各第１スリット５７は、第１外輪接触面４０から、第１周方向溝５４（軸方向に間隔をおいて形成された複数の第１周方向溝５４のうち、第１外輪接触面４０から最も遠い第１周方向溝５４）に至る軸方向深さを有し、各第２スリット５８は、第２外輪接触面４１から第２周方向溝５５（軸方向に間隔をおいて形成された複数の第２周方向溝５５のうち、第２外輪接触面４１から最も遠い第２周方向溝５５）に至る軸方向深さを有する。

また、上記実施形態では、第１周方向溝５４、第２周方向溝５５として、外輪間座２６の全周にわたって設けたものを例に挙げたが、図１４、図１５に示すように、外輪間座２６のひずみセンサ２８が設けられた位相（周方向位置）に対応する位置のみに設けた第１周方向溝５４、第２周方向溝５５を採用してもよい。

図１６、図１７に示すように、外輪間座２６の軸方向中央部に円筒状の溝底面をもつ周溝５９を形成し、その周溝５９の溝底面にひずみセンサ２８を形成してもよい。このようにすると、外輪間座２６の変形しやすい箇所のひずみを取得でき、軸受予圧に対するひずみセンサ２８の感度を向上させることができる。

図１８～図２０に、この発明の第２実施形態を示す。第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

図１９、図２０に示すように、外輪間座２６の外周には、第１外輪接触面４０とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る第１周方向溝５４と、第２外輪接触面４１とひずみセンサ２８の間を周方向に横切る第２周方向溝５５とが形成されている。

図１８に示すように、第１周方向溝５４は、外輪間座２６の外周の全周のうち、ひずみセンサ２８の周方向位置に対応する周方向位置のみに設けられている。ひずみセンサ２８は周方向に等間隔に４箇所に設けられ、第１周方向溝５４も、ひずみセンサ２８に対応して周方向に等間隔に４箇所設けられている。周方向に隣り合う第１周方向溝５４の間は、第１周方向溝５４による外輪間座２６の肉厚の減少の無い第１溝非形成部６１（軸受支持筒２３の内周と嵌合する部分円筒面）とされている。第１周方向溝５４と第１溝非形成部６１は、外輪間座２６の外周に周方向に交互に設けられている。

第１周方向溝５４は、第１周方向溝５４の周方向中央の位置が、ひずみセンサ２８の周方向位置と対応するように形成されている。第１周方向溝５４は、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有する。

第１周方向溝５４は平面状の溝底を有する。第１周方向溝５４の平面状の溝底の周方向一方の端部は、第１周方向溝５４の周方向一方の側に隣接する第１溝非形成部６１に接続し、第１周方向溝５４の平面状の溝底の周方向他方の端部は、第１周方向溝５４の周方向他方の側に隣接する第１溝非形成部６１に接続している。

同様に、第２周方向溝５５は、外輪間座２６の外周の全周のうち、ひずみセンサ２８の周方向位置に対応する周方向位置のみに設けられている。周方向に隣り合う第２周方向溝５５の間は、第２周方向溝５５による外輪間座２６の肉厚の減少の無い第２溝非形成部６２（軸受支持筒２３の内周と嵌合する部分円筒面）とされている。第２周方向溝５５と第２溝非形成部６２は、外輪間座２６の外周に周方向に交互に設けられている。

第２周方向溝５５は、第２周方向溝５５の周方向中央の位置が、ひずみセンサ２８の周方向位置と対応するように形成されている。第２周方向溝５５は、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有する。

第２周方向溝５５は平面状の溝底を有する。第２周方向溝５５の平面状の溝底の周方向一方の端部は、第２周方向溝５５の周方向一方の側に隣接する第２溝非形成部６２に接続し、第２周方向溝５５の平面状の溝底の周方向他方の端部は、第２周方向溝５５の周方向他方の側に隣接する第２溝非形成部６２に接続している。

第２実施形態の構成を採用すると、図１８、図２０に示すように、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５がひずみセンサ２８の周方向位置に対応する周方向位置のみに設けられているので、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５が設けられていない周方向位置において外輪間座２６の肉厚を確保することができる。また、図１８に示すように、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５は、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有するので、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５の周方向両端に近い部分においても、外輪間座２６の肉厚を確保することができる。そのため、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５を設けることで、外輪間座２６をひずみセンサ２８の周方向位置で径方向に変形しやすくしながら、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５を設けることによる外輪間座２６の剛性低下を小さく抑えることができる。

また、この実施形態では、図１８、図１９に示すように、第１周方向溝５４が平面状の溝底を有し、第２周方向溝５５も平面状の溝底を有するので、第１周方向溝５４と第２周方向溝５５をエンドミル等で高精度に加工することが可能である。また、第１周方向溝５４と第２周方向溝５５の寸法精度の管理も容易である。その他、第２実施形態は、第１実施形態と同様の作用効果を有する。

図２１に、第２実施形態の変形例を示す。第２実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。外輪間座２６の外周には、図２０に示す第１周方向溝５４と第２周方向溝５５との間に軸方向に挟まれる部分を除去した構成の連結凹部６３が形成されている。連結凹部６３は、第１周方向溝５４の溝底と第２周方向溝５５の溝底とを滑らかにつなぐ平面状の内面を有する。

この構成を採用すると、軸方向に隣り合う第１周方向溝５４と第２周方向溝５５とが平面状の内面を有する連結凹部６３を介して一体化しているので、第１周方向溝５４と第２周方向溝５５とを一工程でまとめて加工することができ、加工が容易である。また、連結凹部６３の寸法精度を管理することで、第１周方向溝５４と第２周方向溝５５の寸法精度をまとめて管理することができるので、寸法精度の管理が容易である。

図２２に、第２実施形態の他の変形例を示す。図２２において、第１周方向溝５４と第２周方向溝５５の中間に、第１周方向溝５４と同一形状の第３周方向溝６４が形成されている。それ以外の構成は第２実施形態と同様である。

図２３に、第２実施形態の更に他の変形例を示す。図２３において、第１周方向溝５４は、軸方向に間隔をおいて２列形成されており、第２周方向溝５５も、軸方向に間隔をおいて２列形成されている。それ以外の構成は第２実施形態と同様である。

図２４、図２６に、第２実施形態の更に他の変形例を示す。図２４、図２６において、ひずみセンサ２８は周方向に等間隔に３箇所に設けられ、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５も、ひずみセンサ２８に対応して周方向に等間隔に３箇所設けられている。それ以外の構成は第２実施形態と同様である。

図２５に、第２実施形態の更に他の変形例を示す。この変形例は、図２４に示す変形例に、図２１に示す連結凹部６３を形成したものである。

図２７に、第２実施形態の更に他の変形例を示す。図２７に示すように、第１周方向溝５４は、軸方向に直交する断面において凸円弧状に延びる溝底を有する。同様に、第２周方向溝５５（図１９参照）も、軸方向に直交する断面において凸円弧状に延びる溝底を有する。

この構成を採用すると、第１周方向溝５４および第２周方向溝５５を設けることによる外輪間座２６の剛性低下を最小限に抑えながら、ひずみセンサ２８の周方向位置において外輪間座２６を効果的に径方向変形させることが可能となる。

第２実施形態においても、図１２、図１３と同様の第１スリット５７と第２スリット５８を設けてもよい。

図２８、図２９に示すように、上記各実施形態において、第１外輪接触面４０は、第１外輪３０（図２参照）との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理を施した面とすることができる。図１８は、摩擦増大処理としてショットピーニング処理を採用した例を示し、図１９は、摩擦増大処理として滑り止め効果のある皮膜形成処理（例えば、パーカー加工株式会社製の商品名「パプロフリック」処理）を採用した例を示す。このようにすると、図２に示す第１外輪３０と外輪間座２６の接触面間の径方向のすべりを特に効果的に抑制することが可能となる。同様に、第２外輪接触面４１も、第２外輪３５との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理を施した面とすると、第２外輪３５と外輪間座２６の接触面間の径方向のすべりを特に効果的に抑制することが可能となる。

上記実施形態では、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た第１軸受２４、および、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た第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。

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５２と処理部５３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５２のみ（ひずみゲージのみ）で構成することも可能である。

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。

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。

１ 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
４０ 第１外輪接触面
４１ 第２外輪接触面
５４ 第１周方向溝
５５ 第２周方向溝
５７ 第１スリット
５８ 第２スリット
６３ 連結凹部

Claims (18)

1. 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、
   前記外輪間座（２６）は、前記第１外輪（３０）に接触する第１外輪接触面（４０）と、前記第２外輪（３５）に接触する第２外輪接触面（４１）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、
   前記第１軸受（２４）は、前記軸方向の予圧で、前記第１転動体（３２）が前記第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、前記第２軸受（２５）も、前記軸方向の予圧で、前記第２転動体（３７）が前記第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、ひずみセンサ付き軸受装置において、
   前記外輪間座（２６）に、前記第１外輪接触面（４０）と前記ひずみセンサ（２８）の間を周方向に横切る第１周方向溝（５４）と、前記第２外輪接触面（４１）と前記ひずみセンサ（２８）の間を周方向に横切る第２周方向溝（５５）とが設けられていることを特徴とするひずみセンサ付き軸受装置。
2. 前記第１周方向溝（５４）は断面円弧状の溝底をもつＵ字溝であり、前記第２周方向溝（５５）も断面円弧状の溝底をもつＵ字溝である、請求項１に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
3. 前記第１周方向溝（５４）として、前記外輪間座（２６）の内周に形成された内径側の第１周方向溝（５４）と、前記内径側の第１周方向溝（５４）から軸方向にずれた位置における前記外輪間座（２６）の外周に形成された外径側の第１周方向溝（５４）とを有し、
   前記第２周方向溝（５５）として、前記外輪間座（２６）の内周に形成された内径側の第２周方向溝（５５）と、前記内径側の第２周方向溝（５５）から軸方向にずれた位置における前記外輪間座（２６）の外周に形成された外径側の第２周方向溝（５５）とを有する、請求項１または２に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
4. 前記内径側の第１周方向溝（５４）の溝深さと前記外径側の第１周方向溝（５４）の溝深さの合計深さが、前記外輪間座（２６）の径方向厚さの１／２以上となるように、前記内径側の第１周方向溝（５４）と前記外径側の第１周方向溝（５４）とが形成され、
   前記内径側の第２周方向溝（５５）の溝深さと前記外径側の第２周方向溝（５５）の溝深さの合計深さが、前記外輪間座（２６）の径方向厚さの１／２以上となるように、前記内径側の第２周方向溝（５５）と前記外径側の第２周方向溝（５５）とが形成されている、請求項３に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
5. 前記内径側の第１周方向溝（５４）と前記外径側の第１周方向溝（５４）は、前記第１外輪接触面（４０）の側から前記ひずみセンサ（２８）の側に向かって、前記内径側の第１周方向溝（５４）、前記外径側の第１周方向溝（５４）の順に配置され、
   前記内径側の第２周方向溝（５５）と前記外径側の第２周方向溝（５５）は、前記第２外輪接触面（４１）の側から前記ひずみセンサ（２８）の側に向かって、前記内径側の第２周方向溝（５５）、前記外径側の第２周方向溝（５５）の順に配置されている、請求項３に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
6. 前記第１周方向溝（５４）は、前記外輪間座（２６）の外周の全周のうち、前記ひずみセンサ（２８）の周方向位置に対応する周方向位置のみに設けられ、
   前記第２周方向溝（５５）も、前記外輪間座（２６）の外周の全周のうち、前記ひずみセンサ（２８）の周方向位置に対応する周方向位置にのみ設けられ、
   前記第１周方向溝（５４）は、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有し、
   前記第２周方向溝（５５）も、周方向中央から周方向両端に向かって次第に浅くなる形状を有する、請求項１に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
7. 前記第１周方向溝（５４）は平面状の溝底を有し、
   前記第２周方向溝（５５）も平面状の溝底を有する、請求項６に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
8. 前記外輪間座（２６）の外周に、前記第１周方向溝（５４）と前記第２周方向溝（５５）との間に軸方向に挟まれる部分を除去した構成の連結凹部（６３）が形成され、
   前記連結凹部（６３）は、前記第１周方向溝（５４）の溝底と前記第２周方向溝（５５）の溝底とを滑らかにつなぐ平面状の内面を有する、請求項７に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
9. 前記第１周方向溝（５４）は、軸方向に直交する断面において凸円弧状に延びる溝底を有し、
   前記第２周方向溝（５５）も、軸方向に直交する断面において凸円弧状に延びる溝底を有する、請求項６に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
10. 前記第１外輪接触面（４０）を周方向に分割する複数の第１スリット（５７）と、前記第２外輪接触面（４１）を周方向に分割する複数の第２スリット（５８）とが、前記外輪間座（２６）に設けられている、請求項１または２に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
11. 前記複数の第１スリット（５７）は、前記第１外輪接触面（４０）から前記第１周方向溝（５４）に至る軸方向深さを有し、
    前記複数の第２スリット（５８）は、前記第２外輪接触面（４１）から前記第２周方向溝（５５）に至る軸方向深さを有する、請求項１０に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
12. 前記第１外輪接触面（４０）が、前記第１外輪（３０）との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理を施した面とされ、
    前記第２外輪接触面（４１）が、前記第２外輪（３５）との摩擦係数を増大させる摩擦増大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。
13. 前記外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理は、ショットピーニング処理である、請求項１２に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
14. 前記外輪との摩擦係数を増大させる摩擦増大処理は、滑り止め効果のある皮膜形成処理である、請求項１２に記載のひずみセンサ付き軸受装置。
15. 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。
16. 前記ひずみセンサ（２８）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。
17. 前記ひずみセンサ（２８）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。
18. 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。

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