JP7206315B2 - 軸受装置およびスピンドル装置 - Google Patents

Description

本開示は、工作機械の主軸スピンドルなどに使用される軸受の予圧（荷重）を検出する予圧センサを備える軸受装置およびスピンドル装置に関する。

工作機械等のスピンドル装置では、加工精度および効率の向上のため、軸受の予圧管理が求められており、そのため軸受の予圧（荷重）を検出する要求がある。また、軸受に異常が起こる前にその予兆を検出して、軸受の異常を未然に防ぐ要求もある。

特開２０２０－００３３８５号公報（特許文献１）では、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の間に間座を介在させた軸受装置において、軸受の静止輪の端面と間座端面との間に予圧（荷重）センサを配置することで、軸受の予圧変化を検出する。

特開２０２０－００３３８５号公報

特開２０２０－００３３８５号公報（特許文献１）に開示された軸受装置では、スピンドル組立時において、前蓋を締める際に、前蓋が軸受を押し込むことで軸受や外輪間座が変位し、軸受予圧が減少するが、その軸受予圧の減少量を検出することができない。また、スピンドルの運転中においては、軸受予圧の変化だけでなく、軸受や間座の温度変化に伴う熱膨張による軸方向の押圧力の変化も含んだ状態で予圧を検出することになる。このため、軸受の静止輪と間座端面との間に設けた１つの予圧センサだけでは、軸受の予圧を正確に検出することが困難である。

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な構成で軸受の予圧を正確に測定することが可能な軸受装置およびスピンドル装置を開示することである。

本開示は、軸受装置に関する。軸受装置は、静止輪、回転輪および転動体を含む少なくとも１つの軸受と、静止輪および回転輪の各軌道面と転動体との間に予圧を発生する押圧力が伝達する経路上に配置される第１の部材と、第１の部材に配置される第１の荷重センサと、押圧力が伝達されない経路上に静止輪の端面と当接するように配置される第２の部材と、第２の部材に配置される第２の荷重センサとを備える。

本実施の形態の軸受装置によれば、第１の荷重センサで測定した荷重値から第２の荷重センサで測定した荷重値の差分に基づいて、軸受の予圧荷重を正確に算出することができる。

実施の形態１のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。 図１の左側主要部の拡大図である。 実施の形態２のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。 実施の形態３のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。 実施の形態４のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。 図５の変形例の構成を示す断面図である。 実施の形態５のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。 実施の形態６のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。 図２のＸ１断面における第１の荷重センサ５０１のセンサ素子の第１配置例を示す図である。 図２のＸ１断面における第１の荷重センサ５０１のセンサ素子の第２配置例を示す図である。 図９のＸ２断面における荷重センサ素子５０１ａの断面図を示す。 図１１のＸ３方向から見た荷重センサ素子５０１ａの正面図である。 荷重センサの出力を処理する荷重演算処理部の機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１の左側主要部の拡大図である。図２には主として軸受装置３０が示される。

図１に示すスピンドル装置１は、たとえば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。この場合、工作機械主軸用のスピンドル装置１で支持されている主軸４の一端側にはモータ４０が組み込まれ、他端側には図示しないエンドミル等の切削工具が接続される。

スピンドル装置１は、軸受５ａ，５ｂと、軸受５ａ，５ｂに隣接して配置される間座６と、軸受５ａの両端面と当接するように配置される２組の荷重センサ５０１，５０２から構成される荷重検出部５００と、モータ４０と、モータ後方に配置される軸受１６とを備える。主軸４は、外筒２の内径部に埋設されたハウジング３に設けた複数の軸受５ａ，５ｂによって回転自在に支持される。軸受５ａは、内輪５ｉａと、外輪５ｇａと、転動体Ｔａと、保持器Ｒｔａとを含む。軸受５ｂは、内輪５ｉｂと、外輪５ｇｂと、転動体Ｔｂと、保持器Ｒｔｂとを含む。間座６は、内輪間座６ｉと、外輪間座６ｇとを含む。

荷重検出部５００は、外輪５ｇａと外輪間座６ｇの間に配置される第１の荷重センサ５０１と、前蓋１２と外輪５ｇａの間に配置される第２の荷重センサ５０２とを含む。

第１の荷重センサ５０１および第２の荷重センサ５０２の各々は、自身が当接する２部材のうちどちらか一方の部材に固定されていてもよく、その固定方法は接着が望ましいが、そのような固定方法には限定されない。

主軸４には、軸方向に離隔した軸受５ａの内輪５ｉａおよび軸受５ｂの内輪５ｉｂが締まり嵌め状態（圧入状態）で嵌合されている。内輪５ｉａ－５ｉｂ間には内輪間座６ｉが配置され、外輪５ｇａ－５ｇｂ間には外輪間座６ｇが配置される。

軸受５ａは、内輪５ｉａと外輪５ｇａの間に複数の転動体Ｔａを配置した転がり軸受である。これら転動体Ｔａは、保持器Ｒｔａによって間隔が保持されている。軸受５ｂは、内輪５ｉｂと外輪５ｇｂの間に複数の転動体Ｔｂを配置した転がり軸受である。これら転動体Ｔｂは、保持器Ｒｔｂによって間隔が保持されている。

軸受５ａ，５ｂは、軸方向の力で予圧を付与することが可能な軸受であり、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等を用いることができる。図２に示す軸受装置３０にはアンギュラ玉軸受が用いられ、２個の軸受５ａ，５ｂが背面組み合わせ（ＤＢ組み合わせ）で設置されている。

ここでは、３つの軸受５ａ，５ｂ、１６で主軸４を支持する構造を例示して説明するが、３つ以上の軸受で主軸４を支持する構造であってもよい。

単列の転がり軸受１６は、円筒ころ軸受である。アンギュラ玉軸受である軸受５ａ，５ｂにより、スピンドル装置１に作用するラジアル方向の荷重およびアキシアル方向の荷重が支持される。円筒ころ軸受である単列の軸受１６により、工作機械主軸用のスピンドル装置１に作用するラジアル方向の荷重が支持される。

ハウジング３には冷却媒体流路Ｇが形成される。ハウジング３と外筒２との間に冷却媒体を流すことにより、軸受５ａ，５ｂを冷却することができる。軸受５ａ，５ｂとしてグリース潤滑の軸受を用いた場合には潤滑油供給路は不要であるが、エアオイル等の潤滑が必要な場合には、外輪間座６ｇに潤滑油供給路が設けられる。なお、ここでは潤滑油供給路は図示しない。

組立時には、初めに主軸４に対して軸受５ａ、間座６、軸受５ｂ、間座９が順に挿入され、ナット１０を締めることによって初期予圧が与えられる。ナット１０を締め付けることにより間座９を介して軸受５ｂの内輪５ｉｂの端面に押圧力が作用し、内輪５ｉｂが内輪間座６ｉに向けて押される。この押圧力は、内輪５ｉｂ、転動体Ｔｂ、外輪５ｇｂと伝わり内輪５ｉｂおよび外輪５ｇｂの軌道面と転動体Ｔｂの間に予圧を与えるとともに、外輪５ｇｂから外輪間座６ｇにも伝わる。右側の外輪５ｇｂから外輪間座６ｇに押圧力が作用し、第１の荷重センサ５０１にも力が伝わる。

この押圧力は、軸受５ａにおいて、外輪５ｇａ、転動体Ｔａ、内輪５ｉａへと伝わり、左側の軸受５ａの内輪５ｉａおよび外輪５ｇａの軌道面と転動体Ｔａの間にも予圧を与える。図２に予圧の力線Ｐ１が示される。軸受５ａ，５ｂに付与される予圧は、たとえば外輪間座６ｇと内輪間座６ｉの幅の寸法差によって制限されるナット１０の移動量によって定まる。

その後、図１における軸受５ｂの外輪５ｇｂの右側がハウジング３に設けた段差部３ａに当接するまで軸受５ａ，５ｂが取り付けられた主軸４がハウジング３に挿入される。最後に、前蓋１２によって、荷重センサ５０２を介して軸受５ａの外輪５ｇａを押すことによって主軸４がハウジング３に固定される。前蓋１２をハウジング３に固定した際には、図２に示す力線Ｐ２の方向に荷重が印加される。前蓋１２を固定する際に印加される荷重によって、外輪５ｇａ、５ｇｂおよび外輪間座６ｇが主軸４と平行方向に変位し、それらの変位量に応じて軸受予圧が減少する。

また、単列の軸受１６については、主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５と内輪押さえ１９とにより軸方向に内輪１６ａが位置決めされている。内輪押さえ１９は、主軸４に螺着したナット２０により抜け止めされている。軸受１６の外輪１６ｂは、端部材１７に固定された位置決め部材２１と、位置決め部材１８とに挟まれている。内輪１６ａは主軸４の伸縮に応じて一体的に端部材１７に対して摺動するようになっている。

主軸４と外筒２との間に形成される空間部２２における軸受５ａ，５ｂと単列の軸受１６とで挟まれた軸方向の中間位置には、主軸４を駆動するモータ４０が配置されている。モータ４０のロータ１４は主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５に固定され、モータ４０のステータ１３は外筒２の内周部に固定されている。

なお、モータ４０を冷却するための冷却媒体流路は、ここでは図示しない。
荷重検出部５００は、軸受予圧が加わる力の伝達経路上（図２の力線Ｐ１）に配置される第１の荷重センサ５０１と、前蓋と軸受の間に発生する押圧力（図２の力線Ｐ２）（組立時に前蓋１２が軸受５および外輪間座６ｇを押し込む力、並びに軸受５および外輪間座６ｇの熱膨張による軸方向の押圧力）のみを測定する経路上に配置される第２の荷重センサ５０２とを含む。

第１の荷重センサ５０１は、外輪５ｇａの端面５ｇａ１と外輪間座６ｇの端面６ｇａに当接するように配置される。第１の荷重センサ５０１は、スピンドル装置１の組立時には、ナット１０を締めることによって生ずる軸受５の予圧荷重と、前蓋１２を固定する際に印加される荷重とを加算して測定することができる。また、スピンドル装置１の運転時には軸受５の予圧荷重の変化と、運転時の発熱に伴う軸受５および外輪間座６ｇの熱膨張による軸方向の押圧力の変化とを加算して測定することができる。

第２の荷重センサ５０２は、外輪５ｇａの端面５ｇａ２と前蓋１２の端面１２ａに当接するように配置される。第２の荷重センサ５０２は、スピンドル装置１の組立時には、前蓋１２を固定する際に印加される荷重のみを測定することができる。スピンドル装置１の運転時には、運転時の発熱に伴う軸受５および外輪間座６ｇの熱膨張による軸方向の押圧力の変化のみを測定することができる。

このため、スピンドル装置１の組立時および運転時に、第１の荷重センサ５０１と第２の荷重センサ５０２の出力に基づいて荷重値の差分を算出することで、軸受５に加わる軸受予圧荷重を正確に求めることができる。正確な軸受予圧は、軸受の過負荷の高精度検出、軸受の焼き付き防止、あるいは余寿命予測に利用できる。

なお、第１の荷重センサ５０１と第２の荷重センサ５０２は、同じ仕様の荷重センサを使用することができる。なお、第１の荷重センサ５０１と第２の荷重センサ５０２の詳細については、後で説明する。

第１の荷重センサ５０１と第２の荷重センサ５０２の各々が、複数個の荷重センサ素子を含む場合には、それらの出力の平均値、または加算値を元に押圧力を算出する。

以上説明したように、本実施の形態の軸受装置では、軸受に予圧（荷重）が印加される経路上にある外輪間座６ｇと軸受５ａとの間に、荷重を測定することが可能な第１の荷重センサ５０１（感圧センサ素子）を配置する。また、前蓋１２と軸受の５ａ間に発生する押圧力（組立時に前蓋が軸受や外輪間座を押し込む力や、軸受や外輪間座の熱膨張に伴う軸方向の押圧力の変化）のみを測定することが可能な第２の荷重センサ５０２を、軸受５ａと前蓋１２との間に配置する。なお、後に図４に示すように、第２の荷重センサ５０２を軸受５ｂとハウジング３との間に配置しても良い。

第１の荷重センサ５０１は、軸受５ａの予圧荷重、および前蓋１２と軸受５ａの間に発生する押圧力（組立時に前蓋１２が軸受５ａや外輪間座６ｇを押し込む力や、軸受５ａ，５ｂや外輪間座６ｇの熱膨張による軸方向の押圧力）を加算した荷重を測定する。第２の荷重センサ５０２は、前蓋１２と軸受５ａの間に発生する押圧力（組立時に前蓋１２が軸受５ａ，５ｂや外輪間座６ｇを押し込む力や、軸受５ａ，５ｂや外輪間座６ｇの熱膨張による軸方向の押圧力）のみを測定する。このため、第１の荷重センサ５０１で測定した荷重値から第２の荷重センサ５０２で測定した荷重値の差分を算出することで、軸受の予圧荷重を正確に算出することができる。

以下に、荷重センサ５０１および荷重センサ５０２の他の実施形態を示す。
［実施の形態２］
実施の形態２では、外輪間座を２分割にし、その間に第１の荷重センサ５０１を配置する。図３は、実施の形態２のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。

図３に示す第１の荷重センサ５０１は、外輪間座６ｇを軸方向に２分割した一方の外輪間座６ｇ１の端面６ｇ１ａと、他方の外輪間座６ｇ２の端面６ｇ２ａに当接するように配置される。

第１の荷重センサ５０１に当接する外輪間座６ｇ１の端面６ｇ１ａ、および第１の荷重センサ５０１を押圧する外輪間座６ｇ２の端面６ｇ２ａは、平坦度と面粗さ、およびこれら端面６ｇ１ａ、６ｇ２ａの平行度を精度よく加工する必要があるが、外輪間座６ｇ１、６ｇ２をそれぞれ単体で機械加工できるため、加工精度を良好にすることが可能である。

外輪間座６ｇ２の端面６ｇ２ａに図示しない凸面を設け、凸面と荷重センサ５０１とが当接するようにしてもよい。また、外輪間座６ｇ１の端面６ｇ１ａに図示しない凸面を設け、凸面に第１の荷重センサ５０１を固定してもよい。この場合、機械加工精度が求められる面積を小さくできるため、加工が容易になるとともに、加工時間の短縮が可能になる。さらに、２分割した外輪間座６ｇ１、６ｇ２を相対的に位置決めするように、図示しないピンで位置合わせしてもよい。

［実施の形態３］
実施の形態３では、軸受とハウジング端面の間に荷重センサ５０２を配置する。図４は、実施の形態３のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。

図４に示す第２の荷重センサ５０２は、外輪５ｇｂの端面５ｇｂ１と、ハウジング３に設けた段差部３ａと当接するように配置される。以上説明した第２の荷重センサ５０２の配置以外は、図４の構成は図２と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。

［実施の形態４］
実施の形態４では、環状部材８を前蓋側に配置する。図５は、実施の形態４のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。図６は、図５の変形例の構成を示す断面図である。

図５に示すように、実施の形態４では、中央部に主軸４が貫通する環状部材８が前蓋１２と外輪５ｇａとの間に配置される。第２の荷重センサ５０２は、環状部材８の端面８ａと外輪５ｇａの端面５ｇａ１に当接するように配置される。第２の荷重センサ５０２を押圧する部材の接触面は、平坦度と面粗さを精度よく加工する必要があるため、環状部材８を設けることで加工が容易になる。なお、環状部材８と第２の荷重センサ５０２の位置を入れ替えても良い。図６に示すように、第２の荷重センサ５０２は、環状部材８の端面８ｂと前蓋１２の端面１２ａに当接するように配置してもよい。以上説明した第２の荷重センサ５０２の配置以外は、図５，図６の構成は図２と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。

［実施の形態５］
実施の形態５では、中央部に主軸４が貫通する環状部材８をハウジング段差側に配置する。図７は、実施の形態５のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。

図７に示すように、実施の形態５では、環状部材８がハウジング３の段差部３ａと外輪５ｇｂとの間に配置される。第２の荷重センサ５０２は、環状部材８の端面８ｂと外輪５ｇｂの端面５ｇｂ１に当接するように配置される。また、第２の荷重センサ５０２は、環状部材８の端面８ａとハウジング３の段差部３ａと当接するように配置されてもよい。以上説明した第２の荷重センサ５０２の配置以外は、図７の構成は図２と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。

［実施の形態６］
実施の形態６では、中央部に主軸４が貫通する環状部材８を軸方向に２分割し、その間に荷重センサを配置する。図８は、実施の形態６のスピンドル装置の主要部の構成を示す断面図である。

図８に示す第２の荷重センサ５０２は、環状部材８ｃを軸方向に２分割した一方の環状部材８ｃ１の端面８ｃ１ａと、他方の環状部材８ｃ２の端面８ｃ２ａとの間に両者に当接するように配置される。環状部材８ｃは、外輪５ｇａの端面５ｇａ２と前蓋１２の端面１２ａとに当接するように配置される。また、環状部材８ｃは、外輪５ｇｂとハウジング３の段差部３ａとの間に配置してもよい。以上説明した第２の荷重センサ５０２の配置以外は、図８の構成は図２と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。

環状部材８ｃを分割することによって、実施の形態２の間座の場合と同様に、環状部材８ｃ１の端面８ｃ１ａと環状部材８ｃ２の端面８ｃ２ａの平坦度や面粗さ、平行度をそれぞれの部材で精度良く加工することが可能であるため、製造が容易になる。また、環状部材８ｃに第２の荷重センサ５０２を組み込むことで、スピンドル装置１への組み付けが容易になる。

［荷重センサ素子の配置例］
以下に、各実施の形態に使用される荷重センサにおける荷重センサ素子の配置例を説明する。なお、以下に説明する第１の荷重センサ５０１の実施の形態および第２の荷重センサ５０２についての配置例は、それぞれ如何なる組み合わせで実施の形態１～６に適用されても良い。

図９は、図２のＸ１断面における第１の荷重センサ５０１のセンサ素子の第１配置例を示す図である。図１０は、図２のＸ１断面における第１の荷重センサ５０１のセンサ素子の第２配置例を示す図である。なお、説明に不要な部品は図９、図１０において図示を省略した。

図９の第１配置例は、外輪５ｇの端面５ｇａと外輪間座６ｇの端面６ｇａとの間に配置された第１の荷重センサ５０１の配置例である。第１配置例では、外輪５ｇおよび外輪間座６ｇの周方向に９０度間隔で均等に第１の荷重センサ素子５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄが配置される。

この場合、第１の荷重センサ素子５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄの４つの出力の平均値、または合計値に基づいて、軸受５の予圧荷重と、運転時の発熱に伴う軸受５や外輪間座６ｇの熱膨張による軸方向の押圧力の変化を含む荷重を算出する。

図１０の第２配置例では、外輪間座６ｇの周方向に１２０度間隔で均等に３つの第１の荷重センサ素子５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃが配置される。

第１の荷重センサ５０１に含まれる第１の荷重センサ素子の数は、第１の荷重センサ素子を介して外輪５ｇａの端面を均等にバランス良く押すことができればよく、３個以上が好ましい。また、複数の第１の荷重センサ素子は、ほぼ同一円周上に等間隔に配置するのが好ましい。

また、第２の荷重センサ５０２についても、第１の荷重センサ５０１と同様の配置が望ましい。第２の荷重センサ５０２の配置例は、図９、図１０に示した第１の荷重センサ５０１と同様の配置であるので、説明および図は省略する。

［荷重センサ素子の構成］
次に、図１１、図１２を用いて各実施の形態に使用される荷重センサ素子の構造について説明する。

図１１は、図９のＸ２断面における荷重センサ素子５０１ａの断面図を示す。図１２は、図１１のＸ３方向から見た荷重センサ素子５０１ａの正面図である。なお、荷重センサ素子５０１ｂ～５０１ｄも同様な構造である。

荷重センサ素子５０１ａは、荷重検出部５００に加わる荷重（圧力）に応じた信号を出力する。たとえば、荷重センサ素子５０１ａは、荷重に応じて電気抵抗値が変化する感圧センサであり、スピンドル装置１の剛性を著しく低下させることのない、高い剛性を有する感圧センサが望ましい。より具体的には、荷重センサ素子５０１ａは、面圧の変化で抵抗が変化する金属薄膜パターン（金属薄膜抵抗体）で形成される感圧素子である。

荷重センサ素子５０１ａは、たとえば絶縁性を有する基板５１と、基板５１上に形成された面圧の変化によって抵抗が変化する金属薄膜パターン（金属薄膜抵抗体）５２およびそれにつながる電極５３と、金属薄膜パターン５２を保護する絶縁性を有する保護層５４とを含む。保護層５４は、電極５３上には形成しないため、電極５３に直接、配線を接続できる。

基板５１には、たとえばジルコニア（ＺｒＯ_２）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分にしたセラミック材料を使用する。セラミック材料は高剛性で絶縁性が高く、基板５１の表面平坦度を精度良く加工することができ、好都合である。基板５１の厚さは、荷重センサ素子５０１ａの薄型化と圧縮方向の強度を確保する観点から、たとえば０．３ｍｍ以上、５ｍｍ以下とするのが好ましい。

金属薄膜パターン５２は、たとえばニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、クロム（Ｃｒ）系材料からなり、蒸着またはスパッタリング等で成膜される。金属薄膜パターンの厚さは、たとえば１μｍ以下である。また、保護層５４としては、絶縁性材料、たとえば、スパッタリング等で形成したアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または二酸化珪素（ＳｉＯ_２）の薄膜を用いることができる。保護層５４の膜厚は、たとえば２μｍ程度とされる。

なお、電極５３の表面に、たとえば、銅、銀、金などの材料で被膜して、配線との半田付けを容易としてもよい。

金属薄膜パターン５２を形成する基板５１の上面は、その平坦度が１μｍ以下になるように研磨するとよい。また、基板５１の上面と下面との平行度を１μｍ以下にするのが好ましい。

［荷重センサの出力処理］
第１の荷重センサ５０１と第２の荷重センサ５０２を軸受装置に備えることにより、これらのセンサの出力を処理すれば、軸受の予圧を正確に知ることができる。なお、このような処理部は、軸受装置に含まれていても良いし、軸受装置の外部に設けられていても良い。

図１３は、荷重センサの出力を処理する荷重演算処理部の機能ブロック図である。図１３に示すように、荷重演算処理部７０は、第１の荷重センサ５０１および第２の荷重センサ５０２の出力を処理し、軸受予圧荷重を出力する。

荷重演算処理部７０は、荷重値算出部７１と、荷重換算係数記憶部７２と、軸受予圧計算部７３とを含む。

荷重換算係数記憶部７２は、第１の荷重センサ５０１および第２の荷重センサ５０２の出力値から荷重値に換算する係数または、近似式を記憶する。荷重値算出部７１は、各荷重センサ素子の荷重値を算出する。軸受予圧計算部７３は、第１の荷重センサ５０１の荷重値と第２の荷重センサ５０２の荷重値との差を算出し、軸受予圧荷重を出力する。また、荷重演算処理部７０に、さらに軸受余寿命推定部７４を設けてもよい。軸受余寿命推定部７４は、軸受予圧計算部７３で算出した軸受予圧荷重値と、軸受内部諸元および軸受の回転速度、回転回数、温度のうち少なくとも１つの情報を受け、軸受余寿命および軸受交換時期を報知するように構成される。

荷重演算処理部７０は、スピンドル装置１の外に設けてもよいし、スピンドル装置１の内部、具体的には、外輪間座６ｇまたは環状部材８に設けてもよい。

（まとめ）
再び、図を参照して、本実施の形態について総括する。

本開示は、軸受装置３０に関する。図１～図７示す軸受装置３０は、静止輪、回転輪および転動体を含む少なくとも１つの軸受５と、静止輪および回転輪の各軌道面と転動体との間に予圧を発生する押圧力が伝達する経路上に配置される第１の部材と、第１の部材に配置される第１の荷重センサ５０１と、押圧力が伝達されない経路上に静止輪の端面と当接するように配置される第２の部材と、第２の部材に配置される第２の荷重センサ５０２とを備える。

好ましくは、図２、図９、図１０に示すように、第１の荷重センサ５０１は、第１の部材６ｇ上において軸受５が支持する主軸４の延在方向に交差する第１平面である端面６ｇａにおける同一円周上に等間隔に配置された複数の第１の荷重センサ素子５０１ａ，５０１ｂを含む。第２の荷重センサ５０２は、前蓋１２上において主軸４の延在方向に交差する第２平面である端面１２ａにおける同一円周上に等間隔に配置された複数の第２の荷重センサ素子５０２ａ，５０２ｂを含む。

好ましくは、図９、図１０に示すように、第１の荷重センサ５０１および第２の荷重センサ５０２の各々は、押圧される力に応じて抵抗が変わる金属薄膜パターン５２と、金属薄膜パターン５２を絶縁保護する保護層５４とを含む。

好ましくは、図１、図２、図４に示すように、少なくとも１つの軸受５は、複数の軸受５ａ，５ｂである。第１の部材は、複数の軸受５ａ，５ｂのうち２個の軸受５ａ，５ｂの間に挿入される非回転側の間座（外輪間座６ｇ）である。第１の荷重センサ５０１は、２個の軸受５ａ，５ｂのうち一方の軸受５ａの静止輪５ｇａの端面と外輪間座６ｇの端面との間に配置される。押圧力は、第１の荷重センサ５０１を介して伝達される。

好ましくは、図３に示すように、第１の部材は、少なくとも１つの軸受５に隣接配置される外輪間座６ｇを第１間座６ｇ１と第２間座６ｇ２に分割した一方である、第１間座６ｇ１または第２間座６ｇ２である。第１の荷重センサ５０１は、第１間座６ｇ１の端面と第２間座６ｇ２の端面と間に配置される。押圧力は、第１の荷重センサ５０１を介して伝達される。

好ましくは、図２、図３に示すように、第２の部材は、静止輪５ｇａを固定するための前蓋１２である。第２の荷重センサ５０２は、前蓋１２の端面１２ａと静止輪５ｇａとの間に配置される。

好ましくは、図４に示すように、第２の部材は、静止輪５ｇｂを固定するためのハウジング３であり、第２の荷重センサ５０２は、ハウジング３の端面と静止輪５ｇｂとの間に配置される。

好ましくは、図５に示すように、第２の部材は、中央部を主軸４が貫通する環状部材８であり、第２の荷重センサ５０２は、静止輪５ｇａの端面と環状部材８の端面８ａとの間に配置される。

好ましくは、図６に示すように、第２の部材は、中央部を主軸４が貫通する環状部材８であり、第２の荷重センサ５０２は、静止輪５ｇａを固定するための前蓋１２と環状部材８との間に配置される。

好ましくは、図７に示すように、第２の部材は、中央部を主軸４が貫通する環状部材８であり、第２の荷重センサ５０２は、静止輪５ｇｂを固定するためのハウジング３と環状部材８との間に配置される。

好ましくは、図８に示すように、第２の部材は、少なくとも１つの軸受５ａに隣接配置される環状部材８ｃを主軸４の延在方向に分割し第１環状部材８ｃ１と第２環状部材８ｃ２とした一方の部材であり、第２の荷重センサ５０２は、第１環状部材８ｃ１の端面８ｃ１ａと第２環状部材８ｃ２の端面８ｃ２ａとの間に配置される。なお、図７に示した軸受５ｂに隣接する環状部材８を図８と同様に２分割して、その間に第２の荷重センサを配置しても良い。

好ましくは、図１３に示すように、軸受装置３０は、第１の荷重センサ５０１の出力および第２の荷重センサ５０２の出力を処理する荷重演算処理部７０をさらに備える。荷重演算処理部７０は、第１の荷重センサ５０１および第２の荷重センサ５０２の各々の荷重換算係数をあらかじめ記憶した荷重換算係数記憶部７２と、第１の荷重センサ５０１の荷重換算係数と第１の荷重センサ５０１の出力とに基づいて第１荷重値を算出し、第２の荷重センサ５０２の荷重換算係数と第２の荷重センサ５０２の出力とに基づいて第２荷重値を算出する荷重値算出部７１と、第１荷重値と第２荷重値との差に基づいて軸受予圧を算出する軸受予圧計算部７３とを含む。

本開示は、他の局面では、上記のいずれかの軸受装置を備える、スピンドル装置１に関する。

以上説明した実施の形態の軸受装置によれば、次のような効果が得られる。すなわち、軸受に予圧（荷重）が印加される経路上にある外輪間座と軸受の間に、荷重を測定することが可能な第１の荷重センサ素子（感圧センサ素子）を配置しただけでは、前蓋と軸受の間に発生する押圧力（組立時に前蓋が軸受や外輪間座を押し込む力や、軸受や外輪間座の熱膨張に伴う軸方向の押圧力の変化を含んで検出するため、転動体と軌道面の間に発生する軸受予圧を正確に測定することが困難であった。これに対し、本実施の形態の軸受装置では、前蓋と軸受の間に発生する押圧力（組立時に前蓋が軸受や外輪間座を押し込む力や、軸受や外輪間座の熱膨張による軸方向の押圧力）を第２の荷重センサ素子を用いて測定し、第１、第２の荷重センサ素子の荷重値の差を算出することで、軸受予圧を正確に算出することができる。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ スピンドル装置、２ 外筒、３ ハウジング、３ａ 段差部、４ 主軸、５，５ａ，５ｂ，１６ 軸受、５ｇ，５ｇａ２，５ｇａ，５ｇｂ，１６ｂ 外輪、５ｇａ１，５ｇａ２，５ｇａ，５ｇｂ１，６ｇ１ａ，６ｇ２ａ，６ｇａ，８ａ，８ｂ，８ｃ１ａ，８ｃ２ａ，１２ａ 端面、５ｉａ，５ｉｂ，１６ａ 内輪、６，９ 間座、６ｇ１，６ｇ２，６ｇ 外輪間座、６ｉ 内輪間座、８，８ｃ，８ｃ１，８ｃ２ 環状部材、１０，２０ ナット、１２ 前蓋、１３ ステータ、１４ ロータ、１５ 筒状部材、１７ 端部材、１８，２１ 位置決め部材、１９ 内輪押さえ、２２ 空間部、３０ 軸受装置、４０ モータ、５１ 基板、５２ 金属薄膜パターン、５３ 電極、５４ 保護層、７０ 荷重演算処理部、７１ 荷重値算出部、７２ 荷重換算係数記憶部、７３ 軸受予圧計算部、７４ 軸受余寿命推定部、５００ 荷重検出部、５０１，５０２ 荷重センサ、５０１ａ～５０１ｄ，５０２ａ，５０２ｂ 荷重センサ素子、Ｇ 流路、Ｒｔａ，Ｒｔｂ 保持器、Ｔａ，Ｔｂ 転動体。

Claims (13)

1. 軸受装置であって、
   静止輪、回転輪および転動体を含む少なくとも１つの軸受と、
   前記静止輪および前記回転輪の各軌道面と前記転動体との間に予圧を発生する押圧力が伝達する経路上に配置される第１の部材と、
   前記第１の部材に配置される第１の荷重センサと、
   前記押圧力が伝達されない経路上に前記静止輪の端面と当接するように配置される第２の部材と、
   前記第２の部材に配置される第２の荷重センサとを備える、軸受装置。
2. 前記第１の荷重センサは、前記第１の部材上において前記軸受が支持する軸の延在方向に交差する第１平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の第１の荷重センサ素子を含み、
   前記第２の荷重センサは、前記第２の部材上において前記軸の延在方向に交差する第２平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の第２の荷重センサ素子を含む、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記第１の荷重センサおよび前記第２の荷重センサの各々は、
   押圧される力に応じて抵抗が変わる金属薄膜パターンと、
   前記金属薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含む、請求項１または２に記載の軸受装置。
4. 前記少なくとも１つの軸受は、複数の軸受であり、
   前記第１の部材は、前記複数の軸受のうち２個の軸受の間に挿入される非回転側の間座であり、
   前記第１の荷重センサは、前記２個の軸受のうち一方の軸受の静止輪の端面と前記間座の端面との間に配置され、前記押圧力は、前記第１の荷重センサを介して伝達される、請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受装置。
5. 前記第１の部材は、前記少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座を第１間座と第２間座に分割した一方の前記第１間座であり、
   前記第１の荷重センサは、前記第１間座の端面と前記第２間座の端面と間に配置され、前記押圧力は、前記第１の荷重センサを介して伝達される、請求項１～３のいずれか１項に記載の軸受装置。
6. 前記第２の部材は、前記静止輪を固定するための前蓋であり、
   前記第２の荷重センサは、前記前蓋の端面と前記静止輪との間に配置される、請求項１に記載の軸受装置。
7. 前記第２の部材は、前記静止輪を固定するためのハウジングであり、
   前記第２の荷重センサは、前記ハウジングの端面と前記静止輪との間に配置される、請求項１に記載の軸受装置。
8. 前記第２の部材は、中央部を前記軸受が支持する軸が貫通する環状部材であり、
   前記第２の荷重センサは、前記静止輪の端面と前記環状部材の端面との間に配置される、請求項１に記載の軸受装置。
9. 前記第２の部材は、中央部を前記軸受が支持する軸が貫通する環状部材であり、
   前記第２の荷重センサは、前記静止輪を固定するための前蓋と前記環状部材との間に配置される、請求項１に記載の軸受装置。
10. 前記第２の部材は、中央部を前記軸受が支持する軸が貫通する環状部材であり、
    前記第２の荷重センサは、前記静止輪を固定するためのハウジングと前記環状部材との間に配置される、請求項１に記載の軸受装置。
11. 前記第２の部材は、前記少なくとも１つの軸受に隣接配置される環状部材を前記軸受が支持する軸の延在方向に分割し第１環状部材と第２環状部材とした一方の部材であり、
    前記第２の荷重センサは、前記第１環状部材の端面と前記第２環状部材の端面との間に配置される、請求項１に記載の軸受装置。
12. 前記第１の荷重センサの出力および前記第２の荷重センサの出力を処理する処理部をさらに備え、
    前記処理部は、
    前記第１の荷重センサおよび前記第２の荷重センサの各々の荷重換算係数をあらかじめ記憶した記憶部と、
    前記第１の荷重センサの荷重換算係数と前記第１の荷重センサの出力とに基づいて第１荷重値を算出し、前記第２の荷重センサの荷重換算係数と前記第２の荷重センサの出力とに基づいて第２荷重値を算出する荷重値算出部と、
    前記第１荷重値と前記第２荷重値との差に基づいて軸受予圧を算出する軸受予圧計算部とを含む、請求項１または２に記載の軸受装置。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の軸受装置を備える、スピンドル装置。

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