JP7411405B2 - 軸受装置、スピンドル装置、軸受、および間座 - Google Patents

Description

この発明は、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を検出する予圧センサを備える軸受装置、スピンドル装置、軸受、および間座に関する。

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２００８－２８６２１９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、間座の一部分を磁歪材料で構成すると共に、間座のうち、磁歪材料からなる部分の残りの部分の少なくとも一部を非磁性材料で構成し、磁歪材料の部分の磁気特性の変化から軸受の予圧を検出する。

特開２００８－２８６２１９号公報

特開２００８－２８６２１９号公報（特許文献１）に開示された軸受装置では、外輪間座が２分割された一対の間座部材の間に磁歪材を挟み込んでいる。このため、構造が複雑で、一対の間座部材が分離しないよう保持した状態でハウジングに入れる必要があり、軸受装置の組立が困難である。

また、磁歪材を用いた予圧検出では、磁歪材料の選定の他、出力信号の温度ドリフトやヒステリシスなどの低減が課題になる。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な構成で軸受の予圧を測定することが可能な予圧センサを備える軸受装置、スピンドル装置、軸受、および間座を提供することである。

本開示は、軸受装置に関する。軸受装置は、転動体と軌道面を有し、軸を支持する少なくとも１つの軸受と、転動体と軌道面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部材と、部材に固定され、押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子とを備える。少なくとも１つの荷重センサ素子は、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含む。

好ましくは、押圧力は、軸に沿う方向の荷重によって印加される。少なくとも１つの荷重センサ素子は、軸に沿う方向に交差する平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の荷重センサ素子である。

好ましくは、少なくとも１つの軸受は、複数の軸受である。部材は、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る。少なくとも１つの荷重センサ素子は、間座の端面に固定され、２個の軸受のうちの一方の軸受の固定輪と当接して押圧力を伝達する。

好ましくは、部材は、少なくとも１つの軸受の固定輪であり、少なくとも１つの荷重センサ素子は、固定輪の端面に固定され、固定輪に隣接配置される間座の端面と当接して押圧力を伝達する。

好ましくは、部材は、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第１間座である。少なくとも１つの荷重センサ素子は、第１間座の端面に固定され、第２間座の端面と当接して押圧力を伝達する。

好ましくは、軸受装置は、少なくとも１つの荷重センサ素子の近傍に配置され、少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備える。処理部は、少なくとも１つの荷重センサ素子の抵抗変化を検出して増幅する増幅部を含む。

好ましくは、軸受装置は、少なくとも１つの荷重センサ素子の近傍に配置され、少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備える。少なくとも１つの荷重センサ素子は、複数の荷重センサ素子である。処理部は、複数の荷重センサ素子の出力をそれぞれ処理する複数の増幅部と、演算部と、記憶部とを含む。演算部は、複数の増幅部で得られた出力値の加算値、平均値、最大値、最小値、最大値と最小値の差の少なくとも１つを含むセンサ出力代表値と、記憶部に予め保存した荷重とセンサ出力代表値との関係、またはその近似式から荷重を算出する。

好ましくは、部材は、少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１外輪間座および第２外輪間座のいずれか一方である。第１外輪間座および第２外輪間座は、少なくとも１つの荷重センサ素子を挟持する。第１外輪間座および第２外輪間座は、ねじで締結され、少なくとも１つの荷重センサ素子には、ねじの締結力による押圧力が予め与えられている。

好ましくは、部材は、少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１外輪間座および第２外輪間座のいずれか一方である。第１外輪間座および第２外輪間座は、少なくとも１つの荷重センサ素子を挟持する。第１外輪間座および第２外輪間座の少なくとも１つの荷重センサ素子を挟持する挟持面は、突起が無い平面である。

より好ましくは、軸受装置は、間座の第１外輪間座および第２外輪間座の間に配置されるオイルシール部材をさらに備える。

好ましくは、部材は、少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１間座および第２間座のいずれか一方である。第１間座および第２間座は、少なくとも１つの荷重センサ素子を挟持し、第２間座の位置が規制される凸部が第１間座に形成され、凸部と嵌合する凹部が第２間座に形成される。

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

本開示は、さらに他の局面では、軸受に関する。軸受は、転動体と、内輪と、外輪と、内輪および外輪のうちの固定輪の端面に配置され、転動体と軌道面との間に予圧を発生する押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子とを備える。少なくとも１つの荷重センサ素子は、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含む。

好ましくは、軸受は、少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備える。処理部は、固定輪に対して一体に実装される。

本開示は、さらに他の局面では、転動体と軌道面を有する軸受に隣接配置される間座に関する。間座は、転動体と軌道面との間に予圧を発生する押圧力が伝達される部材と、部材に固定され、押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子とを備える。少なくとも１つの荷重センサ素子は、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含む。

好ましくは、間座は、部材に一体に実装され、少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備える。

好ましくは、部材は、間座を第１間座と第２間座に分割した一方の第１間座である。少なくとも１つの荷重センサ素子は、第１間座の端面に固定され、第２間座の端面と当接して押圧力を伝達する。

好ましくは、第１間座および第２間座は、少なくとも１つの荷重センサ素子を挟持する。第１間座および第２間座は、ねじで締結される。少なくとも１つの荷重センサ素子には、ねじの締結力による押圧力が予め与えられている。

より好ましくは、間座は、第１間座および第２間座の間に配置されるオイルシール部材をさらに備える。

さらに好ましくは、オイルシール部材と嵌合することによって、第１間座と第２間座の芯合わせが可能となる段差部が第１間座と第２間座の内径部側に形成される。

好ましくは、部材は、軸受に隣接配置される間座が２分割された第１間座および第２間座のいずれか一方である。第１間座および第２間座は、少なくとも１つの荷重センサ素子を挟み、第２間座の位置が規制される凸部が第１間座に形成され、凸部と嵌合する凹部が第２間座に形成される。

本発明によれば、簡単な構成で軸受の予圧を測定することが可能な予圧センサを備える軸受装置、スピンドル装置、軸受、および間座を実現することができ、軸受の保守、管理を容易に行なうことができる。

本実施の形態のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。 図１の左側主要部の拡大図である。 図２のIII-III断面における荷重センサ素子の第１配置例を示す図である。 図２のIII-III断面における荷重センサ素子の第２配置例を示す図である。 図３のＸ－Ｘ断面における荷重センサ素子５０の断面図である。 図５の荷重センサ素子５０の正面図である。 薄膜パターンの形状の変形例を示す図である。 荷重センサ素子の構造の第１改良例を示す図である。 荷重センサ素子の構造の第２改良例を示す図である。 図９の改良例である荷重センサ素子の構造の第３改良例を示す図である。 荷重センサ素子の出力を電気的に処理する処理部を外輪間座に配置した例を示す図である。 荷重センサ素子の抵抗変化を検出する増幅部の構成を示す回路構成図である。 荷重センサ素子の出力から軸受に印加する予圧（荷重）を算出する構成を示す図である。 荷重センサ素子の実装位置を軸受の非回転輪の端面に固定した変形例を示す図である。 荷重センサ素子の固定位置を変更した変形例を示す図である。 荷重センサ素子の固定方法を変更した変形例の側面図である。 図１６のXVII－XVII断面の矢視図である。 図１６の改良例である外輪間座の断面図である。 図１８の改良例である外輪間座の断面図である。 図１９の改良例である外輪間座の断面図である。

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。

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

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。

図１、図２を参照して、スピンドル装置１は、軸受５ａ，５ｂと、軸受５ａ，５ｂに隣接して配置される間座６と、モータ４０と、モータ後方に配置される軸受１６とを備える。主軸４は、外筒２の内径部に埋設されたハウジング３に設けた複数の軸受５ａ，５ｂによって回転自在に支持される。軸受５ａは、内輪５ｉａと、外輪５ｇａと、転動体Ｔａと、保持器Ｒｔａとを含む。軸受５ｂは、内輪５ｉｂと、外輪５ｇｂと、転動体Ｔｂと、保持器Ｒｔｂとを含む。間座６は、内輪間座６ｉと、外輪間座６ｇとを含む。

外輪間座６ｇの一方の端面６ｇａには、荷重センサ素子（感圧センサ素子）５０が接着等により固定される。接着により固定する場合には、耐油性や耐熱性に優れた接着剤を使用するのが望ましい。

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、エアー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。その後、図２における軸受５ｂの外輪５ｇｂの右側がハウジング３に設けた段差部３ａに当たるまで、軸受５ａ，５ｂが取り付けられた主軸４が、ハウジング３に挿入される。最後に、前蓋１２によって、左側の軸受５ａの外輪５ｇａを押すことで主軸４がハウジング３に固定される。

ナット１０を締め付けることにより間座９を介して軸受５ｂの内輪５ｉｂの端面に力が作用し、内輪５ｉｂが内輪間座６ｉに向けて押される。この力は、内輪５ｉｂ、転動体Ｔｂ、外輪５ｇｂと伝わり内輪５ｉｂおよび外輪５ｇｂの軌道面と転動体Ｔｂの間に予圧を与えるとともに、外輪５ｇｂから外輪間座６ｇにも伝わる。右側の外輪５ｇｂから外輪間座６ｇに押す力が作用し、荷重センサ素子５０にも力が伝わる。

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

また、図１に示す単列の軸受１６については、内輪１６ａを、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、筒状部材１５に固定された位置決め部材２１と、内輪押さえ１９に固定された位置決め部材１８とに挟まれて、主軸４の伸縮に応じて内輪１６ａと一体的に端部材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。

軸受５（５ａ、５ｂ）の予圧（荷重）を測定する荷重センサ素子５０は、スピンドル装置１の予圧経路に実装される。図２に示すように、荷重センサ素子５０は、外輪間座６ｇの端面６ｇａに接着等で固定され、軸受５ａの外輪５ｇａの端面と当接し、軸受５（５ａ、５ｂ）に印加される予圧荷重を測定する。

スピンドル装置１の組立時に荷重センサ素子５０の出力を観測すれば、予め設定した予圧になっているかを確認でき、組立工数を削減できる。また、工作機械の運転時に荷重センサ素子５０の出力を観測すれば、運転時の発熱による熱膨張で増加した予圧量を知ることができる。運転時の予圧変化を観測することによって、切削性能の低下や軸受５の焼き付きを事前に防止することができる。

荷重センサ素子５０は、たとえば電気抵抗の変化から荷重（予圧）を測定する薄膜パターン（薄膜抵抗体）からなる感圧センサであり、予圧を発生させる押圧力が伝達される経路上に配置される。

図３は、図２のIII-III断面における荷重センサ素子の第１配置例を示す図である。図４は、図２のIII-III断面における荷重センサ素子の第２配置例を示す図である。なお、図３、図４において、説明に不要な部品は省略した。

図３には、外輪間座６ｇの端面６ｇａに実装された荷重センサ素子５０の配置例が示される。この場合、外輪間座６ｇの周方向に９０度の等間隔で荷重センサ素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが配置される。

図４の例では、外輪間座６ｇの周方向に１２０度の等間隔で荷重センサ素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃが配置される。

荷重センサ素子５０の数は、荷重センサ素子５０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、ほぼ同一円周上に等間隔に配置するのが好ましい。

次に、図５、図６を用いて、荷重センサ素子の構造を説明する。図５は、図３のＸ－Ｘ断面における荷重センサ素子５０の断面図である。また、図６は、図５の荷重センサ素子５０の正面図である。

荷重センサ素子５０は、たとえば絶縁性を有する基板５１と、基板５１上に配置され、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターン（薄膜抵抗体）５２と、薄膜パターン５２につながる電極５３と、薄膜パターン５２を保護する絶縁性を有する保護層５４とを含む。保護層５４は、電極５３上には形成しないため、電極５３に直接、配線を接続できる。

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５０の薄型化と圧縮方向の強度を確保する観点から、たとえば０．３ｍｍ以上、５ｍｍ以下とするのが好ましい。

薄膜パターン５２は、たとえばニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、クロム（Ｃｒ）系材料からなり、蒸着またはスパッタリング等で成膜される。薄膜パターンの厚さは、たとえば１μｍ以下である。また、保護層５４は、絶縁性材料からなり、たとえば、スパッタリング等でアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または二酸化珪素（ＳｉＯ_２）の薄膜が形成される。保護層５４の膜厚は、たとえば２μｍ程度とされる。

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

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。

このように、薄膜パターン５２を形成した荷重センサ素子５０を、外輪間座６ｇに接着等で固定するため、外輪間座６ｇに直接薄膜パターンを形成するよりも製造が容易になる。

外輪間座６ｇに印加される荷重は、軸受５ａの外輪５ｇａの端面と当接する荷重センサ素子５０の接触面積で分圧される。前述の例では、各荷重センサ素子５０の保護層５４と当接する面積の合計で印加荷重が分圧されるため、保護層５４との接触面積を小さくすれば荷重検出の感度が高くなる。ただし、荷重センサ素子５０の形状は、荷重センサ素子５０の各材料物性値を考慮して設定される。また、ここでは、荷重センサ素子５０の形状を四角としたが、形状はこれに限定されない。

図７は、薄膜パターンの形状の変形例を示す図である。薄膜パターン５２は、図６の例ではＵ字形状としたが、図７に示すように連続する矩形パターンにしてもよく、薄膜パターン５２の形状はこれらに限定されない。基板５１上に連続する矩形パターンを形成することで、感圧面積が広くなり、荷重を安定して検出することができる。

図８は、荷重センサ素子の構造の第１改良例を示す図である。図５では、保護層５４は、絶縁材料からなる蒸着またはスパッタリング等の薄膜であったが、図８に示す荷重センサ素子５０Ａでは、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からなる板材を保護層５４Ａとして用いる。保護層５４Ａは、接着剤からなる接着層５５を介して基板５１の表面に成膜された薄膜パターン５２を覆うように接着固定される。保護層５４Ａの板厚は、たとえば基板５１の板厚と同じ０．３ｍｍから５ｍｍ程度とされる。

保護層５４Ａとして絶縁材料からなる板材を使用すれば、スパッタリング等による保護層５４の成膜に比べて製造が容易になる。また、薄膜パターン５２と外輪５ｇａとの間の絶縁性をより高くすることができ、安定して荷重検出することができる。また、接着層５５を介して薄膜パターン５２を押すため、接着層５５がクッション層になって薄膜パターン５２を均一に押すことができるため、荷重検出精度が向上する。

図９は、荷重センサ素子の構造の第２改良例を示す図である。図５、図８では、基板５１として絶縁材料を用いたが、図９に示す荷重センサ素子５０Ｂでは、基板５１Ａとして金属材料を用い、その表面に絶縁層５８が形成される。絶縁層５８は、絶縁性材料からなり、たとえば、スパッタリング等でアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または二酸化珪素（ＳｉＯ_２）の薄膜が形成される。絶縁層５８の膜厚は、たとえば２μｍ程度とされる。

基板５１Ａの金属材料としては、たとえば外輪間座６ｇと同じ材料、たとえば軸受鋼（ＳＵＪ２）を用いる。軸受鋼以外では、炭素鋼（Ｓ４５Ｃなど）を用いる。これら金属材料を一定の大きさに切削加工後に熱処理し、その後、加工精度が必要な面について研磨、ラッピング加工を行ない、目標の平坦度、面粗さに仕上げる。たとえば、平坦度は１μｍ以下、面粗さはＲａ０．１以下にする。

その後、基板５１Ａの一方の面に絶縁層５８を成膜後、図５と同様に、面圧の変化で抵抗が変化する薄膜パターン（薄膜抵抗体）５２と、それにつながる電極５３とを形成し、さらに、薄膜パターン５２を保護する絶縁性を有する保護層５４が形成される。保護層５４は、電極５３上には形成しないため、電極５３に直接、配線を接続できる。

保護層５４は、たとえばスパッタリング等でアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または二酸化珪素（ＳｉＯ_２）の薄膜が形成される。これらの膜厚は、たとえば２μｍ程度とされる。

基板５１Ａの材質が金属材料であれば、荷重により基板５１Ａが割れることもなく信頼性が向上する。また、外輪間座６ｇの端面に直接、薄膜パターン５２を形成するよりも、金属小片からなる基板５１Ａに薄膜パターン５２を形成する方が製造は容易であり、製造コストを抑えることができる。

図１０は、図９の改良例である荷重センサ素子の構造の第３改良例を示す図である。図９では、保護層５４は、絶縁材料からなる蒸着またはスパッタリング等の薄膜であったが、図１０に示す荷重センサ素子５０Ｃでは、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からなる板材を保護層５４Ａとして用いる。保護層５４Ａは、接着剤からなる接着層５５を介して基板５１の表面に成膜された薄膜パターン５２を覆うように接着固定される。保護層５４Ａの板厚は、たとえば基板５１の板厚と同じ０．３ｍｍから５ｍｍ程度とされる。

保護層５４Ａとして絶縁材料からなる板材を使用すれば、スパッタリング等による成膜に比べて製造が容易になる。また、薄膜パターン５２との絶縁性をより高くすることができ、安定して荷重検出することができる。また、接着層５５を介して薄膜パターン５２を押すため、接着層５５がクッション層になって薄膜パターン５２を均一に押すことができるため、荷重検出精度が向上する。

なお、保護層５４Ａとして、金属材料からなる板材に絶縁材料からなる絶縁膜を形成し、絶縁膜が成膜された側を薄膜パターン５２側に対向させてもよい。この場合、保護層５４Ａの割れを防止することができる。

図１１は、荷重センサ素子の出力を電気的に処理する処理部を外輪間座に配置した例を示す図である。外輪間座６ｇの一方の端面６ｇａには、その周方向に等間隔で固定した荷重センサ素子５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）と、荷重センサ素子５０の処理部７０が固定される。処理部７０は、たとえば荷重センサ素子５０と干渉しない形状とし、荷重センサ素子５０よりも厚さが薄くなるよう製作して、外輪５ｇａとの接触を防止する。

荷重センサ素子５０の出力は、配線７１により処理部７０に接続される。処理部７０は、荷重センサ素子５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）の抵抗変化を検出して増幅する増幅部７２（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ）が実装され、抵抗変化に相当する出力値を得る。また、処理部７０に演算部７３を配置してもよい。演算部７３では、複数の荷重センサ素子５０の抵抗変化量を処理して、外輪間座６ｇに印加される荷重に変換してから外部に出力してもよい。

図１２は、荷重センサ素子の抵抗変化を検出する増幅部の構成を示す回路構成図である。

図１２に示す増幅部７２は、ＤＣ電源ＶＳＤＣに接続される抵抗Ｒ１～Ｒ３および荷重センサ素子５０と、差動アンプＡＭＰとを含む。抵抗Ｒ１～Ｒ３と荷重センサ素子５０とはブリッジ回路を構成する。ＤＣ電源ＶＳＤＣの正極と負極との間には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが直列に接続される。また、ＤＣ電源ＶＳＤＣの正極と負極との間には、荷重センサ素子５０と抵抗Ｒ３とが直列に接続される。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続ノードには、差動アンプＡＭＰの一方の入力ノードが接続される。荷重センサ素子５０と抵抗Ｒ３との接続ノードには、差動アンプＡＭＰの他方の入力ノードが接続される。

図１２に示すようなブリッジ回路構成することによって、荷重が変化した際の荷重センサ素子５０の抵抗変化を差動アンプＡＭＰで検出することができる。

図１１に示すように増幅部７２を配置することによって、荷重センサ素子５０の近傍で電気的処理を行なうため、電気ノイズの低減を図ることができる。また、外部に引き出す配線本数を削減することができ、軸受装置３０、スピンドル装置１の組立が容易になる。

図１３は、荷重センサ素子の出力から軸受に印加する予圧（荷重）を算出する構成を示す図である。ここでは、４つの荷重センサ素子を用いた例で説明する。

図１３に示す算出回路は、荷重センサ素子５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）の出力値（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）を演算処理する演算部７３と、予め荷重センサ素子５０を固定した外輪間座６ｇを用いて測定した出力値と荷重の関係、あるいは近似式を保存する記憶部７４を備える。演算部７３は、センサ出力代表値と記憶部７４のデータから荷重を算出する。演算部７３と記憶部７４は、軸受装置３０の外部に設けてもよいし、処理部７０の内部に設けてもよい。

外輪間座６ｇに印加される予圧荷重は周方向に均一ではなく、外輪間座６ｇ、ハウジング３、前蓋１２、軸受５等の寸法精度によって、検出場所による出力値の違いが発生することも想定される。また、主軸４が回転した際には、主軸４に負荷されるモーメント荷重の影響や、軸受５の転動体Ｔａ、Ｔｂの移動に伴って周方向荷重分布が変動することも想定される。

そのため、センサ出力代表値としては、各荷重センサ素子５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）の出力値の加算値、または平均値の他、最大値や最小値、最大値と最小値の差などを設定し、予圧（荷重）を算出する。

なお、得られた予圧（荷重）の出力をローパスフィルタに通し、転動体Ｔａ，Ｔｂの通過やノイズによる出力変動を削減してもよい。

軸受装置３０の組立時には、予圧荷重を見ながら予圧調整部品、たとえばナット１０の締め付け、あるいは前蓋１２の固定ねじの取り付けを調節することもできる。

また、スピンドル装置１に軸受装置３０を実装し、モータ４０で主軸４を高速回転している場合、軸受５の損傷によって軸受５が発熱し、予圧荷重が過大になって軸受５が焼損することが想定されるが、荷重センサ素子５０から予圧荷重を算出して監視すれば、軸受５が焼損しないよう回避策を取ることができる。

たとえば、荷重センサ素子５０により測定した予圧荷重が、予め設定した基準値を超えた場合には、軸受５の異常と判定し、主軸４の回転速度を下げる、冷却媒体の循環量を増やす、加工負荷を低減するなどの処置を施し、軸受５の焼損を防止することができる。

また、荷重センサ素子５０は、予圧を発生させる力の伝達経路上にある外輪間座６ｇに固定されるため、スピンドル装置１を組み立てる際には、荷重センサ素子５０の出力から軸受５（５ａ、５ｂ）の初期予圧を把握でき、予圧量を見ながらナット１０の締め付け量を調整することができる。

なお、演算部７３では、１８０度対向した荷重センサ素子５０の出力の差分から主軸４に印加されるモーメント荷重を算出してもよい。たとえば、図１１に示す荷重センサ素子５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）の配置では、荷重センサ素子５０ａ、５０ｂの差分から主軸４の上下方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出することができる。また、荷重センサ素子５０ｃ、５０ｄの差分から主軸４の左右方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出することも可能である。なお、荷重センサ素子の数は、４つでなくてもモーメント荷重の大きさと向きは算出可能である。

たとえば、スピンドル装置１の他端側に固定したエンドミル等の切削工具で金属ワークを切削加工している際に、切削工具にかかる負荷および負荷方向をモーメント荷重から把握することができる。また、モーメント荷重から切削工具が金属ワークに衝突したことを検出することも可能である。

予圧（荷重）の増加にともなう異常診断の信頼性を高めるため、他のセンサ、たとえば温度センサ、熱流束センサ、加速度センサの出力をさらに考慮して総合的に判断することもできる。たとえば、熱流束センサを軸受５の近傍の非回転部材（たとえば外輪間座６ｇ）に固定し、回転部材（たとえば主軸４）に対向して配置すれば、軸受５の焼付きによる温度上昇の予兆を早期に検出することができる。

図１４は、荷重センサ素子の実装位置を軸受の非回転輪の端面に固定した変形例を示す図である。

荷重センサ素子５０は、たとえば軸受５ａの外輪５ｇａの端面に接着等で固定される。複数の荷重センサ素子５０を固定する場合、その高さが均一になるよう、図示しない接着治具等を用いて固定するのが望ましい。この構造であっても、外輪５ｇａの端面に処理部７０を設けてもよい。この場合は、処理部７０は、固定輪（外輪５ｇａ）に対して一体に実装されることが好ましい。

軸受５の端面に荷重センサ素子５０を固定するため、荷重検出部をコンパクトに実装することができる。

図１５は、荷重センサ素子の固定位置を変更した変形例を示す図である。図１５では、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に荷重センサ素子５０を固定し、他方の外輪間座６ｇ２の端面６ｇ２ａは荷重センサ素子５０に当接する。

なお、荷重センサ素子５０を実装した側面図は、図３、図４または図１１と同じため、説明を省略する。

荷重センサ素子５０を固定する外輪間座６ｇ１の端面６ｇ１ａ、および荷重センサ素子５０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の平行度を基準値以下になるよう加工する必要があるが、外輪間座６ｇ１，６ｇ２をそれぞれ単体で精度良く加工することが可能である。

外輪間座６ｇ２の端面６ｇ２ａは、図示しない凸面を設け、凸面と荷重センサ素子５０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を図示しない凸面を設け、凸面に荷重センサ素子５０を固定してもよい。

さらに、２分割した外輪間座６ｇ１，６ｇ２が分離しないように、図示しないピンで位置合わせしてもよい。

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。

また、荷重センサ素子５０と外輪間座６ｇ２の端面６ｇ２ａとの間に、図示しない中間層（クッション層）を挿入して、荷重センサ素子５０を押圧する構造であってもよい。

中間層の材料としては、たとえば外輪間座６ｇの材料よりも剛性（縦弾性係数）の低い金属材料（たとえばアルミニウム、銅、金属合金）、あるいは樹脂材料（たとえばフッ素系樹脂など）のコーティング薄膜などが使用できる。

外輪間座６ｇより剛性が低い中間層を介して押圧することで、中間層が変形し、荷重センサ素子５０を均一に安定して押圧することができる。

また、中間層を介して荷重センサ素子５０を押圧する構成であれば、中間層を用いない場合に比べて、外輪間座６ｇの端面の加工精度（面粗さ、平坦度など）を下げることができ、加工が容易になる。

なお、荷重センサ素子５０と処理部７０または処理部７０の一部とを一体的に実装してもよい。

図１６は、荷重センサ素子の固定方法を変更した変形例の側面図である。図１７は、図１６のXVII－XVII断面の矢視図である。

２分割した外輪間座６ｇ１，６ｇ２の間に荷重センサ素子５０を配置し、外輪間座６ｇ１，６ｇ２をねじＢで締結することで荷重センサ素子５０に予圧を印加する。なお、外輪間座６ｇ１，６ｇ２と荷重センサ素子５０との当接面に接着剤を塗らなくても荷重センサ素子５０は固定できるが、接着剤を併用してもよい。

荷重センサ素子５０が当接する外輪間座６ｇ１，６ｇ２の端面６ｇ１ａ，６ｇ２ａは、表面粗さや平坦度の精度が良い加工ができるよう、端面６ｇ１ａ，６ｇ２ａには突起を設けず、平研削で面精度が得られ易い構造とした。

なお、外輪間座６ｇの外径面に平面取り部６ｇｂを設ければ、荷重センサ素子５０の配置位置の目印として使うことができる。

荷重センサ素子５０に予圧を印加することで、荷重センサ素子５０の出力に不感帯がなくなるとともに、ヒステリシスの低減と直線性の改善が期待できる。

図１８は、図１６の改良例である外輪間座の断面図である。

エアーオイル潤滑の軸受５を使用する場合、外輪間座６ｇにはエアーオイル用のノズルが加工され、ノズルから軸受５に向けてエアーオイルが噴射される。エアーオイルが分割した外輪間座６ｇの隙間から配線７１側に漏れないように、外輪間座６ｇ１，６ｇ２の間にオイルシール部材６ｇｈを配置するとよい。オイルシール部材６ｇｈは金属材料でも良いが、樹脂材料とし、外輪間座６ｇ１，６ｇ２で押圧変形して隙間が空かないようにできるものが好ましい。

なお、２分割した外輪間座６ｇ１，６ｇ２に荷重センサ素子５０を挟んでねじＢで締結する際、外輪間座６ｇ１，６ｇ２の芯合わせが難しい場合には、図示しない治具を用いるとよい。たとえば、円筒状の治具内径部に外輪間座６ｇを挿入して組み立てを行なえば、芯出しは容易である。

図１９は、図１８の改良例である外輪間座の断面図である。

図１９に示すように、外輪間座６ｇ１，６ｇ２の内径部に段差６ｇ１ｍ，６ｇ２ｍを設け、段差部に嵌合するようにオイルシール部材６ｇｋを配置する。

オイルシール部材６ｇｋにより外輪間座６ｇ１，６ｇ２の芯合わせが可能となり、治具を省略できる。

図２０は、図１９の改良例である外輪間座の断面図である。

図２０に示すように、外輪間座６ｇ１の内径側にフランジ部６ｇ１ｎを設け、他方の外輪間座６ｇ２の内径面にフランジ部６ｇ１ｎが嵌合する段差部６ｇ２ｎを設け、フランジ部６ｇ１ｎと段差部６ｇ２ｎを嵌合させる。これによって、外輪間座６ｇ１，６ｇ２の芯合わせが可能になる。また、エアーオイルの漏れを抑えて、シール機能を有することができる。

この構造では、オイルシール部材が不要になり、部品点数が削減できるとともに、組立性が向上する。

以上の実施の形態で説明したように、本実施の形態に係る軸受装置は、軸受に予圧（荷重）が印加される荷重経路上の外輪間座６ｇ、または軸受５の端面に荷重センサ素子５０（感圧センサ素子）を配置する。荷重センサ素子５０は、荷重を測定することが可能な薄膜抵抗体を形成した荷重センサ素子５０（感圧センサ素子）を外輪間座６ｇの周方向に接着等で固定し、荷重センサ素子５０に当接する部材を介して押圧する構造である。このため、荷重を検出する薄膜センサを直接、外輪間座などの金属部品に成膜するよりも製造が簡略化できる。

（まとめ）
最後に、本実施の形態について、再び図面を参照して総括する。

本開示は、軸受装置３０に関する。軸受装置３０は、転動体と軌道面を有し、主軸４を支持する少なくとも１つの軸受５と、転動体と軌道面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部材（６または５ｇａ）と、部材（６または５ｇａ）に固定され、押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子５０とを備える。少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターン５２と、薄膜パターン５２を絶縁保護する保護層５４とを含むチップ部品である。

荷重センサ素子５０は小型で、一度に安定して複数個製造することができる。このために、荷重を検出する薄膜センサを直接、外輪間座などの金属部品に成膜するよりも製造が簡略化できる。したがって、信頼性の向上と製造コストの低減が期待できる。

好ましくは、押圧力は、主軸４に沿う方向の荷重によって印加される。図３または図４に示すように、少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、主軸４に沿う方向に交差する平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の荷重センサ素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄである。

このように、複数の荷重センサ素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを分散配置することにより、荷重センサ素子としてチップ部品を採用しやすい。

より好ましくは、軸受装置は、複数の荷重センサ素子５０ａ～５０ｄの出力を用いて、主軸４に直交する方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出するように構成される演算部７３をさらに備える。

このような構成とすることによって、たとえば、エンドミル等の切削工具でワークを加工中における切削工具にかかる負荷の大きさおよび方向を把握することができる。

好ましくは、図１、図２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。荷重センサ素子５０が固定される部材は、複数の軸受のうち２個の軸受５ａ，５ｂの間に挿入される非回転側の外輪間座６ｇである。少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、間座の端面６ｇａに固定され、２個の軸受５ａ，５ｂのうちの一方の軸受の固定輪（外輪５ｇａ）と当接して押圧力を伝達する。

このような複数の軸受の間に間座が配置される構造は、スピンドル装置に一般的である。したがって、スピンドル装置に本実施の形態の軸受装置を適用しやすい。

好ましくは、図１４に示すように、荷重センサ素子５０が固定される部材は、少なくとも１つの軸受の固定輪（外輪５ｇａ）である。少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、固定輪（外輪５ｇａ）の端面に固定され、固定輪（外輪５ｇａ）に隣接配置される間座６の端面と当接して押圧力を伝達する。

このように、間座ではなく軸受側に荷重センサ素子を固定するようにしても良い。軸受５の端面に荷重センサ素子５０を固定するため、荷重検出部をコンパクトに実装することができる。

好ましくは、荷重センサ素子５０が固定される部材は、少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座６を第１間座６ｇ１と第２間座６ｇ２に分割した一方の第１間座６ｇ１である。少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、第１間座６ｇ１の端面に固定され、第２間座６ｇ２の端面と当接して押圧力を伝達する。

このように、間座を２分割し、その間に荷重センサ素子５０を挟むようにすれば、製造段階で荷重センサ素子５０を間座にセットした状態で間座を持ち運ぶことも可能である。

好ましくは、図１１に示すように、軸受装置３０は、少なくとも１つの荷重センサ素子５０の近傍に配置される、少なくとも１つの荷重センサ素子５０の出力を処理する処理部７０をさらに備える。処理部７０は、少なくとも１つの荷重センサ素子５０の抵抗変化を検出して増幅する増幅部７２を含む。

好ましくは、軸受装置３０は、少なくとも１つの荷重センサ素子の近傍に配置される、少なくとも１つの荷重センサ素子５０の出力を処理する処理部７０をさらに備える。図１３に示すように、少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、複数の荷重センサ素子５０ａ～５０ｄである。処理部７０は、複数の荷重センサ素子５０ａ～５０ｄの出力をそれぞれ処理する複数の増幅部７２ａ～７２ｄと、演算部７３と、記憶部７４とを含む。演算部７３は、複数の増幅部７２ａ～７２ｄで得られた出力値の加算値、平均値、最大値、最小値、最大値と最小値の差の少なくとも１つを含むセンサ出力代表値と、記憶部７４に予め保存した荷重とセンサ出力代表値との関係、またはその近似式から荷重を算出する。

好ましくは、図１６、図１７に示すように、荷重センサ素子５０が固定される部材は、少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１外輪間座６ｇ１および第２外輪間座６ｇ２のいずれか一方である。第１外輪間座６ｇ１および第２外輪間座６ｇ２は、少なくとも１つの荷重センサ素子５０を挟む。第１外輪間座６ｇ１および第２外輪間座６ｇ２は、ねじＢで締結され、少なくとも１つの荷重センサ素子５０には、ねじＢの締結力による押圧力が予め与えられている。

荷重センサ素子５０に予圧を印加することで、荷重センサ素子５０の出力に不感帯がなくなるとともに、ヒステリシスの低減と直線性の改善が期待できる。

好ましくは、図１６、図１７に示すように、荷重センサ素子５０が固定される部材は、少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１外輪間座６ｇ１および第２外輪間座６ｇ２のいずれか一方である。第１外輪間座６ｇ１および第２外輪間座６ｇ２は、少なくとも１つの荷重センサ素子５０を挟持する。第１外輪間座６ｇ１および第２外輪間座６ｇ２の少なくとも１つの荷重センサ素子５０を挟持する挟持面である端面６ｇ１ａ，６ｇ２ａは、突起が無い平面である。

このように端面を突起が無い平面とするので、平研削で面精度が得られ易く、荷重センサ素子５０の設置面および当接面に対して、表面粗さの精度および平坦度の精度が良い加工ができる。

より好ましくは、図１８、図１９に示すように、軸受装置３０は、間座の第１外輪間座６ｇ１および第２外輪間座６ｇ２の間に配置されるオイルシール部材６ｇｈ，６ｇｋをさらに備える。

好ましくは、図２０に示すように、荷重センサ素子５０が固定される部材は、少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１間座６ｇ１および第２間座６ｇ２のいずれか一方である。第１間座６ｇ１および第２間座６ｇ２は、少なくとも１つの荷重センサ素子５０を挟持する。第２間座６ｇ２の位置が規制される凸部であるフランジ部６ｇ１ｎが第１間座６ｇ１に形成される。フランジ部６ｇ１ｎは、第２間座６ｇ２の凹部である段差部６ｇ２ｎに嵌め込まれることにより、第２間座６ｇ２の位置を規制する。

これによって、外輪間座６ｇ１，６ｇ２の芯合わせが可能になる。また、エアーオイルの漏れを抑えて、シール機能を有することができる。この構造では、オイルシール部材が不要になり、部品点数が削減できるとともに、組立性が向上する。

本開示は、他の局面では、上記のいずれかに記載の軸受装置３０を備える、スピンドル装置１に関する。

本開示は、さらに他の局面では、軸受５ａに関する。図１４に示すように、軸受５ａは、転動体Ｔａと、内輪５ｉａと、外輪５ｇａと、内輪５ｉａおよび外輪５ｇａのうちの固定輪（外輪５ｇａ）の端面に配置され、転動体Ｔａと固定輪の軌道面のと間に予圧を発生する押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子５０とを備える。図６等に示すように、少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターン５２と、薄膜パターン５２を絶縁保護する保護層５４とを含むチップ部品である。

好ましくは、軸受５ａは、少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部７０をさらに備える。処理部７０は、固定輪（外輪５ｇａ）に対して一体に実装される。

本開示は、さらに他の局面では、転動体と軌道面を有する軸受５に隣接配置される間座６に関する。間座６は、転動体と軌道面の間に予圧を発生する押圧力が伝達される部材である外輪間座６ｇと、外輪間座６ｇに固定され、押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子５０とを備える。図５～図１０に示されるように、少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターン５２と、薄膜パターン５２を絶縁保護する保護層５４とを含むチップ部品である。

好ましくは、図１１に示すように、間座６は、予圧を発生する押圧力が伝達される部材に一体に実装され、少なくとも１つの荷重センサ素子５０の出力を処理する処理部７０をさらに備える。

好ましくは、図１５に示すように、荷重センサ素子５０が固定される部材は、外輪間座６ｇを第１間座６ｇ１と第２間座６ｇ２に分割した一方の第１間座６ｇ１である。少なくとも１つの荷重センサ素子５０は、第１間座６ｇ１の端面６ｇ１ａに固定され、第２間座６ｇ２の端面６ｇ２ａと当接して押圧力を伝達する。

好ましくは、図１６、図１７に示すように、第１間座６ｇ１および第２間座６ｇ２は、少なくとも１つの荷重センサ素子５０を挟む。第１間座６ｇ１および第２間座６ｇ２は、ねじＢで締結される。少なくとも１つの荷重センサ素子５０には、ねじＢの締結力による押圧力が予め与えられている。

より好ましくは、図１８、図１９に示すように、外輪間座６ｇは、第１間座６ｇ１および第２間座６ｇ２の間に配置されるオイルシール部材６ｇｈ，６ｇｋをさらに備える。

さらに好ましくは、図１９に示すように、オイルシール部材６ｇｋと嵌合することによって、第１間座６ｇ１と第２間座６ｇ２の芯合わせが可能となる段差部が第１間座６ｇ１と第２間座６ｇ２の内径部側に形成される。

このような構成とすることによって、オイルシール部材６ｇｋにより外輪間座６ｇ１，６ｇ２の芯合わせが可能となり、外輪間座６ｇ１，６ｇ２の芯合わせの治具を省略できる。

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，６ｇ２ｎ 段差部、４ 主軸、５，５ａ，５ｂ，１６ 軸受、５ｇａ，５ｇｂ，１６ｂ 外輪、５ｉａ，５ｉｂ，１６ａ 内輪、６，９ 間座、６ｇ，６ｇ１，６ｇ２ 外輪間座、６ｇ１ａ，６ｇ２ａ，６ｇａ 端面、６ｇ１ｍ，６ｇ２ｍ 段差、６ｇ１ｎ フランジ部、６ｇｂ 平面取り部、６ｇｈ，６ｇｋ オイルシール部材、６ｉ 内輪間座、１０，２０ ナット、１２ 前蓋、１３ ステータ、１４ ロータ、１５ 筒状部材、１７ 端部材、１８，２１ 位置決め部材、１９ 内輪押さえ、２２ 空間部、２７，７３ 演算部、２８，７４ 記憶部、３０ 軸受装置、４０ モータ、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ 荷重センサ素子、５１，５１Ａ 基板、５２ 薄膜パターン、５３ 電極、５４，５４Ａ 保護層、５５ 接着層、５８ 絶縁層、７０ 処理部、７１ 配線、７２，７２ａ，７２ｄ 増幅部、ＡＭＰ 差動アンプ、Ｂ ねじ、Ｇ 冷却媒体流路、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗、Ｒｔａ，Ｒｔｂ 保持器、Ｔａ，Ｔｂ 転動体、ＶＳＤＣ 電源。

Claims (14)

1. 軸受装置であって、
   転動体と軌道面を有し、軸を支持する少なくとも１つの軸受と、
   前記転動体と前記軌道面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部材と、
   前記部材に固定され、前記押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子とを備え、
   前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、前記薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含むチップ部品であり、
   前記押圧力は、前記軸に沿う方向の荷重によって印加され、
   前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記軸に沿う方向に交差する平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の荷重センサ素子であり、
   前記複数の荷重センサ素子の出力を用いて、前記軸に直交する方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出するように構成される演算部をさらに備える、軸受装置。
2. 前記チップ部品は、前記部材に接着剤によって固定される、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記少なくとも１つの軸受は、複数の軸受であり、
   前記部材は、前記複数の軸受のうち２個の軸受の間に挿入される非回転側の間座であり、
   前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記間座の端面に固定され、前記２個の軸受のうちの一方の軸受の固定輪と当接して前記押圧力を伝達する、請求項１または２に記載の軸受装置。
4. 前記部材は、前記少なくとも１つの軸受の固定輪であり、
   前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記固定輪の端面に固定され、前記固定輪に隣接配置される間座の端面と当接して前記押圧力を伝達する、請求項１または２に記載の軸受装置。
5. 前記部材は、前記少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座を第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、
   前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記第１間座の端面に固定され、前記第２間座の端面と当接して前記押圧力を伝達する、請求項１または２に記載の軸受装置。
6. 前記少なくとも１つの荷重センサ素子の近傍に配置され、前記少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備え、
   前記処理部は、前記少なくとも１つの荷重センサ素子の抵抗変化を検出して増幅する増幅部を含む、請求項１または２に記載の軸受装置。
7. 前記少なくとも１つの荷重センサ素子の近傍に配置され、前記少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備え、
   前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、複数の荷重センサ素子であり、
   前記処理部は、
   前記複数の荷重センサ素子の出力をそれぞれ処理する複数の増幅部と、
   演算部と、
   記憶部とを含み、
   前記演算部は、前記複数の増幅部で得られた出力値の加算値、平均値、最大値、最小値、最大値と最小値の差の少なくとも１つを含むセンサ出力代表値と、前記記憶部に予め保存した荷重と前記センサ出力代表値との関係、またはその近似式から荷重を算出する、請求項１に記載の軸受装置。
8. 前記部材は、前記少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１外輪間座および第２外輪間座のいずれか一方であり、
   前記第１外輪間座および前記第２外輪間座は、前記少なくとも１つの荷重センサ素子を挟持し、
   前記第１外輪間座および前記第２外輪間座は、ねじで締結され、
   前記少なくとも１つの荷重センサ素子には、前記ねじの締結力による押圧力が予め与えられている、請求項１に記載の軸受装置。
9. 前記部材は、前記少なくとも１つの軸受に隣接配置される間座が２分割された第１間座および第２間座のいずれか一方であり、
   前記第１間座および前記第２間座は、前記少なくとも１つの荷重センサ素子を挟持し、
   前記第２間座の位置が規制される凸部が前記第１間座に形成される、請求項１に記載の軸受装置。
10. 請求項１～９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。
11. 軸を支持する軸受であって、
    転動体と、
    内輪と、
    外輪と、
    前記内輪および前記外輪のうちの固定輪の端面に配置され、前記転動体と前記固定輪の軌道面との間に予圧を発生する押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子とを備え、
    前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、前記薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含むチップ部品であり、
    前記押圧力は、前記軸に沿う方向の荷重によって印加され、
    前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記軸に沿う方向に交差する平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の荷重センサ素子であり、
    前記少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備え、
    前記処理部は、前記固定輪に対して一体に実装され、
    前記処理部は、前記複数の荷重センサ素子の出力を用いて、前記軸に直交する方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出するように構成される、軸受。
12. 前記チップ部品は、前記端面に接着剤によって固定される、請求項１１に記載の軸受。
13. 転動体と軌道面を有し、軸を支持する軸受に隣接配置される間座であって、
    前記転動体と前記軌道面の間に予圧を発生する押圧力が伝達される部材と、
    前記部材に固定され、前記押圧力を測定可能な少なくとも１つの荷重センサ素子とを備え、
    前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記押圧力に応じて抵抗が変わる薄膜パターンと、前記薄膜パターンを絶縁保護する保護層とを含むチップ部品であり、
    前記押圧力は、前記軸に沿う方向の荷重によって印加され、
    前記少なくとも１つの荷重センサ素子は、前記軸に沿う方向に交差する平面における同一円周上に等間隔に配置された複数の荷重センサ素子であり、
    前記少なくとも１つの荷重センサ素子の出力を処理する処理部をさらに備え、
    前記処理部は、前記部材に対して一体に実装され、
    前記処理部は、前記複数の荷重センサ素子の出力を用いて、前記軸に直交する方向のモーメント荷重の大きさと向きとを算出するように構成される、間座。
14. 前記チップ部品は、前記部材に接着剤によって固定される、請求項１３に記載の間座。

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