JP5644358B2 - 荷重センサ付き軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械 - Google Patents
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Description
(1) 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪と、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットと、を備える荷重センサ付き軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側軌道輪に設けられ、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止部材、前記静止側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座のいずれかには、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、
前記センサは、前記段付きのセンサ取付穴に挿入した後、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向配置されることを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。
(2) 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪と、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットと、を備える荷重センサ付き軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座に設けられ、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止側軌道輪には、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、
前記センサは、前記段付きのセンサ取付穴に挿入した後、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向配置されることを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。
(3) 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪と、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットと、を備える荷重センサ付き軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座に設けられ、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座には、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、
前記センサは、前記段付きのセンサ取付穴に挿入した後、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向配置されることを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。
(4) (1)〜(3)のいずれか1項に記載の荷重センサ付き軸受装置を備え、
前記回転部材である主軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
(5) (4)に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
さらに、センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、小径部の先端に検出部が設けられ、静止部材、静止側軌道輪、及び、静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座のいずれかには、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、センサは、段付きのセンサ取付穴に挿入した後、大径部の上面が、凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、小径部の先端の検出部がエンコーダの被検出面に対向配置されるので、センサとエンコーダとのギャップを精度良く設定することができる。また、センサの中心軸周りの位置決めを精確に設定することができる。
さらに、センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、小径部の先端に検出部が設けられ、静止側軌道輪には、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、センサは、段付きのセンサ取付穴に挿入した後、大径部の上面が、凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、小径部の先端の検出部がエンコーダの被検出面に対向配置されるので、センサとエンコーダとのギャップを精度良く設定することができる。また、センサの中心軸周りの位置決めを精確に設定することができる。
さらに、センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、小径部の先端に検出部が設けられ、静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座には、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、センサは、段付きのセンサ取付穴に挿入した後、大径部の上面が、凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、小径部の先端の検出部がエンコーダの被検出面に対向配置されるので、センサとエンコーダとのギャップを精度良く設定することができる。また、センサの中心軸周りの位置決めを精確に設定することができる。
図1は本発明に係る第1実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。第1実施形態の荷重センサ付き軸受装置10は、静止側軌道輪である外輪11と、回転側軌道輪である内輪12と、静止側軌道である外輪軌道溝11a及び回転側軌道である内輪軌道溝12a間に接触角を持って配置され、保持器14によって回動自在に保持された転動体としての複数の玉13と、を備えるアンギュラ玉軸受20を有する。アンギュラ玉軸受20の外輪11は、静止部材であるハウジング(図示せず)に内嵌・固定され、内輪12は回転部材である回転軸(図示せず)に嵌合固定される。
なお、エンコーダ31は、内輪12の外周面を加工して複数の被検出用組み合わせ部33を形成することで、内輪12と一体に形成されているが、内輪12に小径部を形成し、この小径部に複数の被検出用組み合わせ部33が形成されたリング状部材を外嵌することで一体化するようにしてもよい。
なお、以下に説明する各実施形態において、グリース潤滑されるアンギュラ玉軸受20が用いられる場合には、上記したシール16a,16bが同様に使用されてもよい。
図9は本発明の第2実施形態に係るエンコーダの斜視図である。第2実施形態のエンコーダ31は、磁性金属部材からなる内輪12の外周面に、互いに異なる特性を有する第1被検出部である凸部93と第2被検出部である凹部94とが円周方向に関して交互に且つ等間隔に形成されている。凸部93及び凹部94は、台形若しくは倒立台形に形成されており、凸部93の幅は、軸方向一端(図9の左下側)側程広く、凹部94の幅は、軸方向他端(図9の右上側)側程広い。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図13(a)は、本発明に係る第3実施形態のエンコーダ(内輪)の正面図であり、(b)はその斜視図、図14はその外周側から見た展開図である。
本実施形態の内輪12は、第1実施形態の内輪12(図2)の外周面において、エンコーダ31の軸方向両側第1の溝部12bと第2の溝部12cとを凹設したものである。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
また、本実施形態では、内輪12に第1及び第2の溝部12b、12cを形成しているが、バリの影響を受けない内輪端面の平行度を向上する構成として、第1の溝部12bのみを形成するようにしてもよい。
図17(a)は、本発明に係る第4実施形態のセンサの斜視図であり、(b)はその平面図、(c)はその側面図である。本実施形態のセンサ32は、(即ち、樹脂製のセンサケース)は、その大径部32aの外周面から軸方向一端側(図17(c)の右側)に向かって延出するフランジ部32fを有する。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図18〜図20は、第5実施形態の荷重センサ付き軸受装置のセンサ構造を示している。第5実施形態のセンサ32は、図4に示すセンサと実質的に同じであるが、外形形状が異なる。即ち、本実施形態のセンサ32は、磁気センサ36を内蔵し、上部には左右に延設されたフランジ部32dが設けられ、該フランジ部32dには、穴32eが形成されている。この穴32e内部にも金属製の補強リング120が一体成型される。補強リング120は、長さが穴32eよりも長く設定されているため、フランジ部32dの表裏面から突出している。
また、この実施形態においても、金属製の補強リング120を穴32e内部に一体成型したことにより、補強リング120のみでねじ54の締付力を受け、フランジ部32dに締付力が伝わることを防止できる。これによって、フランジ部32dの破損、クリープ変形による緩み、変位による不具合の発生等を防ぐことができる。
なお、その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
第6実施形態では、第1実施形態の荷重センサ付き軸受装置を備える工作機械の主軸装置について図21を参照して説明する。本実施形態の工作機械の主軸装置60は、モータビルトイン方式であり、その中心部には、回転部材である中空状の回転軸(主軸)61が設けられている。回転軸61の軸方向端部(図21において左側)には、不図示の工具が保持されている。
図23は第7実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。第7実施形態の荷重センサ付き軸受装置10では、外輪11と別体に、静止側間座である外輪間座76が設けられており、外輪間座76のセンサ取付穴15にセンサ32が装着されている。また、エンコーダ31は、第1実施形態と同様、内輪12と一体に形成されている。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図24は第8実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。第8実施形態の荷重センサ付き軸受装置10は、内輪12と別体に、回転輪間座である内輪間座75が設けられており、内輪間座75の外周面にエンコーダ31が形成されている。また、センサ32は、第1実施形態と同様、外輪12のセンサ取付穴15に一体に形成されている。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図25は第9実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。第9実施形態の荷重センサ付き軸受装置10は、外輪11と別体に、静止側間座である外輪間座76が設けられており、外輪間座76のセンサ取付穴15にセンサ32が装着されている。また、内輪12と別体に、回転輪間座である内輪間座75が設けられており、内輪間座75の外周面にエンコーダ31が形成されている。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
図26は第10実施形態の荷重センサ付き軸受装置を備える工作機械の主軸装置の要部断面図である。本実施形態の荷重センサ付き軸受装置10が適用される工作機械の主軸装置60では、エンコーダ31は、第7実施形態と同様、アンギュラ玉軸受20の内輪12の一端側に形成される。一方、センサ132は、ハウジング62のセンサ取付穴77に取り付けられると共に、外輪11と別体に設けられた外輪間座76に形成され、センサ取付穴77と径方向に連続する貫通穴78から延出する。これにより、センサ132の磁気センサ36がエンコーダ31の被検出面に対向配置される。
その他の構成及び作用については、第6実施形態の主軸装置60と同様である。
例えば、上記の説明においては、アンギュラ玉軸受20、または内外輪間座75、76にセンサユニット30を組み付けた構造の荷重センサ付き軸受装置10について説明したが、これには限定されず、他の形式の軸受や軸受間座と組み合わせることも可能であり、組み合わされる軸受の列数や、組み合わせ方も任意である。
また、工作機械の主軸装置以外の回転軸にも適用することができ、同様の効果を奏する。
11 外輪(静止側軌道輪)
11a 外輪軌道溝(静止側軌道)
12 内輪(回転側軌道輪)
12a 内輪軌道溝(回転側軌道)
13 玉(転動体)
20 アンギュラ玉軸受(軸受)
30 センサユニット
31 エンコーダ
32,132 センサ
33 被検出用組み合わせ部
34 個性化部分
36 磁気センサ(検出部)
60 工作機械の主軸装置
61 回転軸(主軸、回転部材)
62 ハウジング(静止部材)
70 アンギュラ玉軸受(軸受)
75 内輪間座(回転側間座)
76 外輪間座(静止側間座)
78 貫通孔
93 凸部(第1被検出部)
94 凹部(第2被検出部)
Claims (5)
- 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪と、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットと、を備える荷重センサ付き軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側軌道輪に設けられ、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止部材、前記静止側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座のいずれかには、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、
前記センサは、前記段付きのセンサ取付穴に挿入した後、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向配置されることを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。 - 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪と、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットと、を備える荷重センサ付き軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座に設けられ、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止側軌道輪には、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、
前記センサは、前記段付きのセンサ取付穴に挿入した後、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向配置されることを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。 - 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪と、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットと、を備える荷重センサ付き軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座に設けられ、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成し、
前記センサは、大径部及び小径部からなる段付円筒形状を有し、前記小径部の先端に検出部が設けられ、
前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座には、直径の異なる2つの穴を備える段付きのセンサ取付穴と、外周面において該直径の大きな穴と連続する凹溝とが形成され、
前記センサは、前記段付きのセンサ取付穴に挿入した後、前記大径部の上面が、前記凹溝に嵌合固定された固定治具の一端によって抑えられることで、半径方向に位置決めされ、前記小径部の先端の前記検出部が前記エンコーダの被検出面に対向配置されることを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の荷重センサ付き軸受装置を備え、
前記回転部材である主軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。 - 請求項4に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
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