KR20100075578A - 베어링 장치 - Google Patents

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KR20100075578A
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šœ스케 고이케
마사토시 미즈타니
노부유키 스즈키
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엔티엔 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 변형의 검출 감도를 크게 하고, 베어링에 관한 예압(豫壓)을 양호한 감도로 측정할 수 있는 베어링 장치를 제공한다. 축방향으로 정렬된 복수 개의 롤링 베어링(3, 3)의 궤도륜 사이에 스페이서를 개재한 베어링 장치에 있어서, 외륜 스페이서(5)의 축방향의 일부에, 상기 스페이서의 양단 간에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생기는 링형의 변형 발생 부재(strain inducing member)(7)를 설치하고, 변형 발생 부재(7)의 원주 방향 복수 개소에, 상기 변형 발생 부재(7)의 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉬운 변형 발생부(12a)를 설치하고, 각 변형 발생부(12a)에, 변형 발생부(12a)의 변형을 검출하는 변형 센서(20)를 설치한다.

Description

베어링 장치{BEARING DEVICE}
본 출원은, 2007년 11월 9일자 일본특허출원 제2007-291934호, 및 2007년 11월 26일자 일본특허출원 제2007-304368호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.
본 발명은, 공작 기계의 주축 스핀들 등에 사용되는 베어링 장치에 관한 것이다.
공작 기계의 스핀들 장치에서는, 가공 정밀도 및 효율의 향상을 위해, 베어링의 예압(豫壓) 관리가 요구되고 있고, 그러므로 베어링 예압 검출의 요구가 있다. 종래의 베어링 예압 검출 방법에서는, 예를 들면, 외륜 스페이서에 변형 센서를 설치하는 방법 등이 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조).
또한, 본건 출원인은, 비회전륜 스페이서에, 링부재로 이루어지는 변형 발생부(strain inducing element)를 설치하고, 그 변형 발생부의 변형을 검출하여 베어링에 관한 예압을 측정하는 방법을 제안하고 있다(특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1: 일본공개특허 1990-164241호 공보
특허 문헌 2: 일본특허출원 2007-127763호 명세서
상기 외륜 스페이서에 변형 센서를 설치하는 방법은, 스페이서의 강성(剛性)이 크기 때문에 검출 감도가 작다는 문제가 있었다.
비회전륜 스페이서에 변형 발생부를 설치한 방법에서는, 축방향으로 돌출하는 환형 볼록형의 부재를, 변형 발생부의 일측면 전 주위에 걸쳐 가압함으로써 하중을 가하고 있었다. 그러므로, 변형 발생부의 하중을 받는 일측면에는, 인장 변형 밖에 생기지 않아, 변형의 검출 감도가 낮아지는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 변형의 검출 감도를 크게 하고, 베어링에 관한 예압을 양호한 감도로 측정할 수 있는 베어링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 베어링 장치는, 축방향으로 정렬된 복수 개의 롤링 베어링의 궤도륜 사이에 스페이서를 개재한 베어링 장치에 있어서, 상기 스페이서의 축방향 일부에, 상기 스페이서의 양단 사이에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생기는 링형의 변형 발생 부재를 설치하고, 상기 변형 발생 부재의 원주 방향 복수 개소에, 상기 변형 발생 부재의 다른 개소보다도 탄성 변형이 쉽게 생길 수 있는 변형 발생부를 설치하고, 상기 각 변형 발생부에, 변형 발생부의 변형을 검출하는 검출 수단을 설치하였다.
상기 구성에 의하면, 스페이서의 축방향의 일부에 설치한 링형의 변형 발생 부재가, 상기 스페이서의 양단 사이에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생긴다. 이 변형 발생 부재의 원주 방향 복수 개소에 설치한 변형 발생부는, 상기 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉬우므로, 변형의 검출 감도를, 종래 기술의 것에 비해 크게 할 수 있다. 따라서, 베어링에 관한 예압을 양호한 감도로 측정할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 변형 발생 부재에 하중을 인가하는 하중 부하용 스페이서를 가지고, 상기 하중 부하용 스페이서의 축방향 단부의 원주 방향 복수 개소에, 축방향으로 돌출하고 각 변형 발생부에 하중을 인가하는 볼록부를 형성해도 된다. 원주 방향 복수 개소에 형성된 볼록부가, 각 변형 발생부에 하중을 인가하여 탄성 변형시킬 수 있다. 상기 볼록부는, 종래 기술과 같은 환형 볼록형의 부재는 아니고, 원주 방향 복수 개소에 형성된 볼록부이며, 이들 복수 개의 볼록부를, 변형 발생 부재에 있어서의 각 변형 발생부의 소정의 원주 방향 위치에 대응시켜, 각 변형 발생부를 탄성 변형시키는 것이 가능해진다.
상기 하중 부하용 스페이서의 축방향 단부에, 상기 볼록부와 변형 발생부에 하중을 인가하지 않는 오목부를 원주 상에 따라 형성해도 된다. 이 경우, 변형 발생 부재에는, 하중 부하용 스페이서에 의해 가압되는 개소와 가압되지 않는 개소가 생긴다. 이로써, 변형 발생부의 변형의 축방향 검출 감도를 보다 크게 할 수 있다.
상기 변형 발생 부재는, 볼록부와 오목부를 가지는 하중 부하용 스페이서로부터의 하중에 의해, 각 변형 발생부의 동일 단면 상에 압축 변형과 인장 변형의 양쪽이 생기는 것이어도 된다. 이들 압축 변형과 인장 변형을 검출할 수 있다. 이 경우, 변형 발생 부재의 표리(表裏) 즉 일단면 및 타단면에, 검출 수단을 설치할 필요가 없기 때문에, 검출 수단을 용이하게 구성할 수 있다. 각 변형 발생부의 동일 단면 상에 검출 수단을 설치하는 경우, 양 단면에 검출 수단을 설치하는 것보다, 조립 공정수의 저감을 도모할 수 있다. 따라서, 설계의 자유도를 높일 수 있는 동시에, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 변형 발생 부재는, 상기 변형 발생부를 가지는 변형 발생 보디부와, 이 변형 발생 보디부의 축방향 일단에 일체로 설치되고, 각 변형 발생부에 하중을 인가하는 하중 부하 보디부를 가진다.
상기 구성에 의하면, 스페이서의 축방향의 일부에 설치한 링형의 변형 발생 부재가, 상기 스페이서의 양단 사이에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생긴다. 상기 변형 발생 부재는, 변형 발생 보디부와, 이 변형 발생 보디부의 축방향 일단에 설치한 하중 부하 보디부를 가지고, 이들 변형 발생 보디부, 하중 부하 보디부를 일체로 설치하고 있다. 변형 발생 보디부의 원주 방향 복수 개소에 설치한 변형 발생부는, 상기 변형 발생 보디부의 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉬우므로 변형의 검출 감도를, 종래 기술의 것에 비해 크게 할 수 있다.
상기 변형 발생 보디부 및 하중 부하 보디부를 일체로 설치하였으므로, 이들의 접촉부에서의 어긋남이나, 접촉부에서 발생할 수 있는 마찰 등을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 검출 수단에 의해, 변형 발생부의 변형을, 상기 접촉부에서의 어긋남, 마찰 등에 영향을 받지 않고, 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 베어링에 관한 예압을 양호한 감도로 또한 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 1개의 소재로부터 변형 발생 부재 전체를, 절삭 또는 주조(鑄造)에 의해 가공해도 된다. 이 경우, 가공 후의 변형 발생 부재의 취급이 용이해져, 변형 발생 부재의 베어링 장치에 대한 조립을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 변형 발생 부재 전체적으로 강성을 높이면서, 변형 발생부가 탄성 변형되기 쉽게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 별개로 각각 제작한 변형 발생 보디부와 하중 부하 보디부를, 접합하여 일체의 변형 발생 부재를 얻도록 해도 된다. 이 경우, 변형 발생 보디부와 하중 부하 보디부를, 압입(壓入), 접착, 용접, 또는 나사 고정 등에 의해 접합하여 일체의 변형 발생 부재를 얻을 수 있다. 이 경우, 1개의 소재로부터 변형 발생 부재 전체를 절삭 가공에 의해 일체로 형성하는 것보다, 제작 공정수의 저감을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 변형 발생 보디부와 하중 부하 보디부를 별개로 제작하므로, 스페이서 폭이 상이한 각종의 조합에 용이하게 대응할 수 있다. 환언하면, 베어링에 부여하는 예압 조정을 용이하게 할 수 있는 것이 가능하다.
상기 검출 수단에 의해 검출되는 변형 발생부에서의 변형으로부터, 롤링 베어링의 예압을 검출하는 예압 검출 수단을 설치해도 된다. 이 예압 검출 수단에 의해 검출되는 예압에 의해, 공작 기계 등의 주축을 원하는 회전 정밀도로 유지하는 동시에, 상기 주축의 강성을 적당히 관리하는 것이 가능해진다.
상기 검출 수단에 의해 검출된 각 변형 발생부에 있어서의 압축 변형과 인장 변형의 절대값을 합계하는 연산 수단을 설치해도 된다. 이와 같이, 연산 수단은 압축 변형과 인장 변형의 절대값을 합계하므로, 변형의 검출 감도를 확실하게 크게 하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 변형의 검출 감도를 크게 하고, 베어링에 관한 예압을 양호한 감도로 측정할 수 있는 베어링 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로부터 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시예 및 도면은 단순한 예시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위는 첨부한 특허 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수 개의 도면에 있어서의 동일한 부품 번호는 동일 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 베어링 장치 등의 종단면도이다.
도 2는 상기 베어링 장치의 주요부의 종단면도이다.
도 3은 상기 베어링 장치의 변형 발생 부재를 축방향 한쪽으로부터 본 정면도이다.
도 4는 상기 변형 발생 부재의 종단면도이다.
도 5는 상기 변형 발생 부재를 축방향 다른 쪽으로부터 본 배면도이다.
도 6은 상기 상기 베어링 장치의 하중 부하용 스페이서를 축방향으로부터 본 정면도이다.
도 7은 상기 하중 부하용 스페이서의 측면도이다.
도 8은 상기 변형 발생 부재와 하중 부하용 스페이서를 접촉시킨 상태를 나타낸 배면도이다.
도 9는 상기 변형 발생 부재와 하중 부하용 스페이서를 접촉시킨 상태를 나타낸 종단면도이다.
도 10은 상기 변형 발생 부재에 있어서의 변형 발생부의 동일면 상에, 압축부와 인장부의 양쪽이 생긴 상태를 나타낸 변형 발생 부재의 주요부 사시도이다.
도 11은 브리지 회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 센서 회로의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 관한 베어링 장치의 변형 발생 부재를, 축방향 한쪽으로부터 본 정면도이다.
도 14는 상기 변형 발생 부재의 종단면도이다.
도 15는 상기 변형 발생 부재를 축방향 다른 쪽으로부터 본 배면도이다.
도 16은 상기 변형 발생 부재와 하중 부하용 스페이서를 접촉시킨 상태를 나타낸 배면도이다.
도 17은 상기 변형 발생 부재와 하중 부하용 스페이서를 접촉시킨 상태를 나타낸 종단면도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 관한 베어링 장치 등의 종단면도이다.
도 19는 상기 베어링 장치의 주요부의 종단면도이다.
도 20은 본 발명의 제4 실시예에 관한 베어링 장치 등의 종단면도이다.
도 21은 상기 베어링 장치의 주요부의 종단면도이다.
도 22는 상기 베어링 장치의 변형 발생 부재를 축방향 한쪽으로부터 본 정면도이다.
도 23은 상기 변형 발생 부재의 측면도이다.
도 24는 상기 변형 발생 부재를 축방향 다른 쪽으로부터 본 배면도이다.
도 25는 도 23의 XXV-XXV선 단면도이다.
도 26은 도 22의 주요부를 확대하여 나타낸 정면도이다.
도 27은 도 25의 주요부를 확대하여 나타낸 배면도이다.
도 28은 본 발명의 제5 실시예에 관한 베어링 장치의 변형 발생 부재를 축방향 한쪽으로부터 본 정면도이다.
도 29는 상기 변형 발생 부재의 측면도이다.
도 30은 상기 변형 발생 부재를 축방향 다른 쪽으로부터 본 배면도이다.
도 31은 도 29의 XXXI-XXXI선 단면도이다.
도 32는 본 발명의 제6 실시예에 관한 베어링 장치의 변형 발생 부재를 축방향 한쪽으로부터 본 정면도이다.
도 33은 상기 변형 발생 부재의 측면도이다.
도 34는 상기 변형 발생 부재를 축방향 다른 쪽으로부터 본 배면도이다.
도 35는 본 발명의 제7 실시예에 관한 베어링 장치의 변형 발생 부재를 축방향 한쪽으로부터 본 정면도이다.
도 36은 상기 변형 발생 부재의 측면도이다.
도 37은 상기 변형 발생 부재를 축방향 다른 쪽으로부터 본 배면도이다.
도 38은 본 발명의 제8 실시예에 관한 베어링 장치로서, 별개로 제작한 변형 발생 보디부와 하중 부하 보디부를 접합하는 형태를 설명하는 측면도이다.
본 발명의 제1 실시예를 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 이 제1 실시예에 관한 베어링 장치는, 하우징(1)에 축(2)을 복수 개의 베어링(3)으로 회전 가능하게 지지한 것이다. 상기 베어링 장치는, 예를 들면, 공작 기계의 스핀들 장치에 응용되고, 이 경우, 축(2)은 스핀들 장치의 주축(2)이 된다.
주축(2)에는, 축방향으로 떨어진 복수 개의 베어링(3)을 조여 끼운 상태로 결합하고, 내륜(3i, 3i) 사이에 내륜 스페이서(4)를, 외륜(3g, 3g) 사이에 외륜 스페이서(5)를 개재하고 있다. 베어링(3)은, 내륜(3i)과 외륜(3g)과의 사이에 복수 개의 전동체(T)를 개재한 롤링 베어링이며, 이들 전동체(T)는 유지기(Rt)에 의해 유지되고 있다. 베어링(3)은, 축방향의 예압을 부여할 수 있는 베어링이며, 앵귤러 볼베어링, 깊은 홈 볼베어링, 또는 테이퍼 롤러 베어링 등이 사용된다. 도시한 예에서는 앵귤러 볼베어링이 사용되고, 2개의 베어링(3, 3)이 배면 조합에 의해 설치되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 외륜 스페이서(5)는 링형의 스페이서 본체(6)와 변형 발생 부재(strain inducing member)(7)를 가지고, 상기 스페이서 본체(6)는, 제1 분할 스페이서 본체(6a)와, 제2 분할 스페이서 본체(6b)와, 하중 부하용 스페이서(6c)를 가진다. 축방향 한쪽에 설치되는 제1 분할 스페이서 본체(6a)와, 축방향 다른 쪽에 설치되는 제2 분할 스페이서 본체(6b)와의 사이에, 링부재로 이루어지는 변형 발생 부재(7)와, 이 변형 발생 부재(7)에 하중을 인가하는 하중 부하용 스페이서(6c)를 끼워넣고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이들 제1, 제2 분할 스페이서 본체(6a, 6b), 하중 부하용 스페이서(6c) 및 변형 발생 부재(7)의 폭치수, 즉 외륜 스페이서(5)의 폭치수(축방향 길이) H1는, 내륜 스페이서(4)의 폭치수 H2와 상이하게 되어 있고, 한쪽의 베어링(3)의 내륜 단면에 통형 부재(8)를 통하여 맞닿는 너트(9)를 체결함으로써, 이들 외륜 스페이서(5), 내륜 스페이서(4)의 폭치수의 차이에 따라 베어링에 예압이 부여된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 스페이서 본체(6) 중, 우측의 제1 분할 스페이서 본체(6a)는, 상기 축방향 우단부가 상기 한쪽의 베어링(3)의 외륜 배면(3ga)과 맞닿고, 축방향 좌단부가 하중 부하용 스페이서(6c)와 맞닿는다. 상기 제1 분할 스페이서 본체(6a)의 축방향 우단부는, 외경측에 외륜 배면(3ga)과 맞닿는 접촉면(6aa)과, 이 접촉면(6aa)에 스텝부(6ab)를 통하여 내경측으로 이어지는 베어링(3)과 맞닿지 않는 비접촉면(6ac)을 가진다.
제1 분할 스페이서 본체(6a)의 축방향 좌단부는, 이른바 래디얼 평면에 따른 평탄형으로 형성되어 있다. 상기 축방향 좌단부 중 내경측 부분을 제외한 잔여의 부분(6ad)이, 하중 부하용 스페이서(6c)의 우단면 전체와 맞닿는다.
제2 분할 스페이서 본체(6b)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 축방향 좌단부가 다른 쪽의 베어링(3)의 외륜 배면(3ga)과 맞닿고, 축방향 우단부가 래디얼 평면을 이루어 변형 발생 부재(7)와 맞닿는다. 상기 제2 분할 스페이서 본체(6b)의 축방향 좌단부는, 외경측에 외륜 배면(3ga)과 맞닿는 접촉면(6ba)과, 이 접촉면(6ba)에 스텝부(6bc)를 통하여 내경측으로 이어지는 베어링(3)과 맞닿지 않는 비접촉면(6bb)을 가진다.
변형 발생 부재(7)에 대하여 설명한다.
변형 발생 부재(7)는, 외륜 스페이서(5)의 양단 사이에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생기게 하는 링형의 부재이다. 변형 발생 부재(7)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 이 반경 방향 외주 부분에 두꺼운 두께부(厚肉部;thick walled portion)(10)와, 이 두꺼운 두께부(10)로부터, 단차부(11)를 통하여 내경측으로 일체로 이어지는 얇은 두께부(박육부(薄肉部; thin walled portion)(12)를 가진다. 얇은 두께부(12)는 두꺼운 두께부(10)보다 얇게 되어 있어, 이 변형 발생 부재(7)를 축 평면에서 절단하여 본 단면(도 2)이, 상기 얇은 두께부(12)를 자유단으로 하는 형상을 이룬다. 이 얇은 두께부(12)에 복수 개의 변형 발생부(12a)를 설치하고 있다. 즉, 변형 발생 부재(7)는, 도 2 내지 도 5, 특히 도 3에 나타낸 바와 같이, 원주 방향의 복수 개소, 이 예에서는 6개소에, 이 변형 발생 부재(7)의 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉬운 변형 발생부(12a)를 설치하고 있다. 이들 변형 발생부(12a)를, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 원주 방향으로 일정 간격 건너, 환언하면 각도 α(α= 60도) 간격 건너 설치하고 있다.
각 변형 발생부(12a)는, 도 3, 도 5 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 주로, 오목형상부(13)와 관통공(14)에 의해 실현된다. 즉 오목형상부(13)는, 제2 분할 스페이서 본체(6b)에 노출되는 변형 발생 부재(7)의 일표면부(7a)를, 60도 간격 건너 오목형상으로 카운터보링(counterboring)하여 이루어진다. 상기 각 오목형상부(13)는, 예를 들면, 반경 방향 중간 부근으로부터 반경 방향 내측으로 개방되어 있다. 각 오목형상부(13)의 저면 부분을 이루는 판두께 t1은, 다른 개소 즉 변형 발생부(12a)가 아닌 개소의 판두께 t2보다 얇게 형성되어 있다. 또한, 상기 관통공(14)은, 각 오목형상부(13)가 형성되는 주위 방향 위치의 반경 방향 외측에, 직사각형 구멍 형상으로 형성되어 있다. 단, 관통공(14)은, 반드시 직사각형 구멍 형상에 한정되는 것은 아니다.
각 오목형상부(13)의 저면 부분은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 가설(架設)된 다리 형상을 이룬다. 상기 오목형상부(13) 및 관통공(14)에 의해, 변형 발생부(12a)는, 변형 발생 부재(7)의 다른 개소보다 강성이 상대적으로 작아지도록 구성되어 있다. 이로써, 변형 발생부(12a)는, 상기 변형 발생 부재(7)의 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉽고, 따라서, 후술하는 변형의 검출 감도를 크게 할 수 있다.
상기 하중 부하용 스페이서(6c)는, 도 6 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 복수 개(본 예에서는 3개)의 볼록부(15)와, 복수 개(본 예에서는 3개)의 오목부(16)를 가진다. 단, 볼록부(15), 오목부(16)는, 3개에 한정되는 것은 아니다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 이들 볼록부(15)는, 하중 부하용 스페이서(6c)에 있어서의 축방향 단부의 원주 방향 3개소에, 축방향으로 약간 돌출하고, 도 9에 나타낸 각 변형 발생부(12a)에 하중을 인가한다. 각 볼록부(15)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 축방향로부터 보아 원호형으로 형성되고, 상기 하중 부하용 스페이서(6c)의 반경 방향 내주 부근에 있어서, 대응하는 변형 발생부(12a)의 소정의 관통공(14) 부근으로부터 이 관통공(14)의 주위 방향 인접하는 관통공(14) 부근에 이르는 원호형이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 3개의 볼록부(15)는 원주 등배(等配) 위치에 설치되고, 3개의 오목부(16)도 원주 등배 위치에 설치된다.
변형 발생 부재(7)와 하중 부하용 스페이서(6c)를, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 3개의 접촉부(17)에서 접촉시키고 있다. 이 접촉에 의해, 변형 발생 부재(7)에는, 하중 부하용 스페이서(6c)에 의해 가압되는 개소와, 가압되지 않는 개소가 생긴다. 상기 3개의 접촉부(17)는, 3개의 볼록부(15)의 원주 방향 위치에 대응하는 원주 방향 등배 위치로 된다. 각 접촉부(17)는, 변형 발생부(12a)의 소정의 관통공(14) 부근으로부터 이 관통공(14)의 주위 방향의 인접하는 관통공(14) 부근에 이르는 각도 60도 미만의 원호형의 접촉부이다. 이들 3개의 접촉부(17)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 120도 등배의 원주 등배 위치에 형성된다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 변형 발생 부재(7)는, 하중 부하용 스페이서(6c)의 볼록부(15)에 의해 가압된 개소가 축방향으로 변위하고, 가압되지 않는 개소는 축방향으로 거의 변위되지 않는다. 이와 같이 변형 발생 부재(7)는, 각 변형 발생부(12a)의 원주 방향 중간 부근을 경계로 하여 볼록부(15)에 의한 압압(押壓) 개소와 비압압 개소가 존재한다. 그러므로, 도 10에 나타낸 바와 같이, 변형 발생부(12a)에는, 동일 단면 상에 있어서, 압축 변형이 생기는 압축부(18), 인장 변형이 생기는 인장부(19)의 양쪽이 생긴다. 이와 같이, 변형 발생 부재(7)는, 볼록부(15)와 오목부(16)를 가지는 하중 부하용 스페이서(6c)로부터의 하중 F에 의해, 각 변형 발생부(12a)의 동일 단면 상에 압축 변형과 인장 변형의 양쪽이 생기도록 되어 있다.
변형 센서(strain sensor)(2O)에 대하여 설명한다.
도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 각 변형 발생부(12a)의 우단면에, 각 변형 발생부(12a)의 변형을 검출하는 2개의 변형 센서(20, 20)를 설치하고 있다. 검출 수단으로서의 각 변형 센서(20)는, 변형 게이지 등으로 구성된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 각 변형 발생부(12a)에 있어서의 2개의 변형 센서(20, 20)는, 이 각 변형 발생부(12a)의 원주 방향 중심 위치와 변형 발생 부재(7)의 축 중심을 통과하는 가상선 L1에 대하여, 대칭 위치에서 소정 소거리 이격되어 배치된다. 2개의 변형 센서(20, 20) 중, 한쪽의 변형 센서(20)에 의해 압축 변형을 검출하고, 다른 쪽의 변형 센서(20)에 의해 인장 변형을 검출할 수 있다. 환언하면, 2개의 변형 센서(20, 20)를 각 변형 발생부(12a)의 동일 단면(상기 우단면)에 설치하고, 이들 2개의 변형 센서(20, 20)에 의해, 각 변형 발생부(12a)에 생긴 압축 변형 및 인장 변형을 검출 가능하게 하고 있다. 본 실시예에서는, 도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 각 변형 발생부(12a)의 우단면에 카운터보드부(counter bored portion) (12aa)를 형성하고, 이 카운터보드부(12aa)에 2개의 변형 센서(20, 20)를 설치하고 있다. 단, 카운터보드부(12aa)를 형성하지 않고, 2개의 변형 센서(20, 20)를 설치해도 된다. 이 경우에도, 본 실시예와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 각 변형 센서(20)의 출력부인 배선(20a)은, 하우징(1)에 설치된 도시하지 않은 구멍을 통하여 하우징(1) 밖으로 인출되고, 롤링 베어링의 예압을 검출하는 예압 검출 수단(21)에 전기적으로 접속되어 있다. 예압 검출 수단(21)은, 상기 배선(20a)을 통하여 입력되는 전기 신호에 비례하는 예압량을 산출하는 전자 회로 등으로 이루어진다. 이 예압 검출 수단(21)은, 상기 전기 신호와 예압량과의 관계를 연산식 또는 테이블 등으로 설정한 도시하지 않은 관계 설정 수단을 구비하고, 검출한 변형에 기초한 전기 신호를 상기 관계 설정 수단과 대조하여 예압량을 산출한다.
상기 관계 설정 수단은 연산 수단(21a)을 포함하고, 이 연산 수단(21a)은, 검출된 각 변형 발생부(12a)에 있어서의 압축 변형과 인장 변형의 절대값을 합계한다.
도 1에 나타낸 연산 수단(21a)으로서 브리지 회로에 의한 검출 방법에 대하여, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다. 주위 방향으로 인접하는 2개의 변형 발생부(12a, 12a)를 한쌍으로 하고, 거기에 접착된 4개의 변형 게이지(20A)에 의해 도 11에 나타낸 바와 같은 브리지 회로를 구성한다. 본 실시예에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 원주 방향의 6개소에 변형 발생부(12a)를 설치하고 있으므로, 3개의 브리지 회로가 구성된다. 각 브리지 회로는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 증폭 회로(21aa)를 통하여 가산 회로(21ab)에 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 각 브리지 회로로부터의 출력 전압은, 증폭 회로(21aa)에 의해 증폭된 후, 가산 회로(21ab)에 의해 가산된다. 그 후 센서 출력된다.
또한, 도 1에 나타낸 예압 검출 수단(21)은, 예를 들면, 피크 홀드 처리에 의해 상기 전기 신호의 피크 전압을 측정하고, 이 피크 전압이 소정의 임계값 밖으로 되었을 때, 베어링 예압이 원하는 예압이 아닌 것으로 판정하도록 해도 된다. 예압 검출 수단(21)은, 독립되어 설치된 전자 회로라도, 스핀들 장치를 제어하는 제어 장치의 일부라도 된다. 또한, 상기 연산 수단(21a)을 예압 검출 수단(21)과 독립하여 설치하고, 전기적으로 접속해도 된다.
상기 구성의 작용 및 효과를 설명한다.
도 1에 나타낸 스핀들 장치의 도시하지 않은 구동원에 의해 주축(2)이 회전하고, 베어링(3)의 온도가 상승하여 내륜(3i)이 팽창하고, 예압이 초기 설정값보다 커지면, 외륜 스페이서(5)의 양단 사이에 가해지는 축방향력이 증가한다. 상기 외륜 스페이서(5) 중 각 변형 발생부(12a)에, 하중 부하용 스페이서(6c)의 볼록부(15)로부터 축방향력이 가해지면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 각 변형 발생부(12a)에 있어서의 상기 접촉부(17)와 가까운 부분에, 압축 응력이 작용한다. 이와 동시에, 상기 각 변형 발생부(12a)에 있어서의 상기 접촉부(17)로부터 떨어진 부분에, 인장 응력이 작용한다. 각 변형 발생부(12a)의 동일 단면 상에 설치된 2개의 변형 센서(20, 20) 중, 상기 접촉부(17)와 가까운 부분에 배치한 한쪽의 변형 센서(20)(도 10의 P1)에 의해, 압축 변형을 검출한다. 상기 접촉부(17)로부터 이격되어 배치된 다른 쪽의 변형 센서(20)(도 10의 P2)에 의해, 인장 변형을 검출한다.
예압 검출 수단(21)은, 검출한 변형에 기초한 전기 신호를 상기 관계 설정 수단과 대조하여 예압량을 산출한다. 따라서, 변형 발생부(12a)에 인가되는 하중과 전기 신호와의 관계를 미리 조사해 두면, 베어링 장치에 내장된 베어링(3)의 초기 예압 및 운전시에 증가한 예압을 알 수 있다.
특히, 외륜 스페이서(5)의 축방향의 일부에 설치한 링형의 변형 발생 부재(7)가, 상기 스페이서의 양단 사이에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생긴다. 상기 변형 발생 부재(7)의 원주 방향의 복수 개소에 설치한 변형 발생부(12a)는, 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉬우므로 변형의 검출 감도를, 종래 기술의 것에 비해 크게 할 수 있다. 따라서, 베어링에 관한 예압을 양호한 감도로 측정할 수 있다.
외륜 스페이서(5)는, 변형 발생 부재(7)에 하중을 인가하는 하중 부하용 스페이서(6c)를 가지고, 이 하중 부하용 스페이서(6c)의 축방향 단부의 원주 방향 복수 개소에, 축방향으로 돌출하고 각 변형 발생부(12a)에 하중을 인가하는 볼록부(15)를 형성하고 있다. 이 원주 방향 복수 개소에 형성된 볼록부(15)가, 각 변형 발생부(12a)에 하중을 인가하여 탄성 변형시킬 수 있다. 상기 볼록부(15)는, 종래 기술과 같은 환형 볼록형의 부재는 아니고, 원주 방향 복수 개소에 형성된 볼록부이며, 이들 복수 개의 볼록부(15)를, 변형 발생 부재(7)에 있어서의 각 변형 발생부(12a)의 소정의 원주 방향 위치에 대응시켜, 각 변형 발생부(12a)를 탄성 변형시키는 것이 가능해진다.
하중 부하용 스페이서(6c)의 축방향 단부에, 상기 볼록부(15)와 변형 발생부(12a)에 하중을 인가하지 않는 오목부(16)를 원주 상에 따라 형성하였으므로, 변형 발생 부재(7)에는, 하중 부하용 스페이서(6c)에 의해 가압되는 개소와 가압되지 않는 개소가 생긴다. 이로써, 변형 발생부(12a) 부근을 축방향으로 보다 변위시켜, 변형 발생부(12a)의 변형의 축방향의 검출 감도를 보다 크게 할 수 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 변형 발생 부재(7)는, 도 6에 나타낸 볼록부(15)와 오목부(16)를 가지는 하중 부하용 스페이서(6c)로부터의 하중 F에 의해, 각 변형 발생부(12a)의 동일 단면 상에 압축 변형(compressive strains)과 인장 변형(tensile strains)의 양쪽이 생기는 것으로 하고 있다. 이들 압축 변형과 인장 변형을 변형 센서(20, 20)로 검출할 수 있다. 이 경우, 변형 발생 부재(7)의 표리 즉 일단면 및 타단면에, 변형 센서를 설치할 필요가 없기 때문에, 베어링 장치에 변형 센서(20)를 구성하기 쉽게 할 수 있다. 각 변형 발생부(12a)의 동일 단면 상에 변형 센서(20)를 설치하는 경우, 양 단면에 변형 센서를 설치하는 것보다, 조립 공정수의 저감을 도모할 수 있다. 따라서, 설계의 자유도를 높이는 동시에, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 변형 센서(20)에 의해 검출되는 변형 발생부(12a)로부터의 변형로부터, 롤링 베어링의 예압을 검출하는 예압 검출 수단(21)을 설치하였으므로, 이 검출되는 예압에 의해, 주축(2)을 원하는 회전 정밀도로 유지하는 동시에 상기 주축(2)의 강성을 적당히 관리하는 것이 가능해진다.
또한, 검출된 각 변형 발생부(12a)에 있어서의 압축 변형과 인장 변형의 절대값을 합계하는 연산 수단(21a)을 설치하였으므로, 변형의 검출 감도를 확실하게 크게 하는 것이 가능해진다. 이 경우, 주축(2)의 회전 정밀도를, 보다 정밀도 양호하게 유지할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예를 도 13 내지 도 17을 참조하여 설명한다.
이하의 설명에 있어서, 제1 실시예에서 설명하고 있는 사항에 대응하고 있는 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 구성의 일부만을 설명하고 있는 경우, 구성의 다른 부분은, 선행하여 설명한 형태와 마찬가지로 한다. 실시의 각 형태에서 구체적으로 설명하고 있는 부분의 조합뿐만이 아니라, 특히 조합에 지장이 생기지 않으면, 실시예끼리를 부분적으로 조합하는 것도 가능하다.
축방향 한쪽으로부터 본 정면도인 도 13에 나타낸 바와 같이, 제2 실시예에 있어서의 변형 발생 부재(7A)는, 두꺼운 두께부(10)와 얇은 두께부(12)와의 단차부(11)에, 복수 개, 이 예에서는 3개소의 홈(22)을 형성하고 있다. 이들 홈(22)은, 변형 발생부(12a)의 축방향 변위를 크게 하기 위한 홈이다. 이들 3개소의 홈(22)은, 도 6에 나타낸 상기 하중 부하용 스페이서(6c)에 형성한 3개의 볼록부(15)의 원주 방향 위치에 대응하는 원주 방향 등배 위치로 된다. 즉, 3개소의 홈(22)이 3개의 볼록부(15)의 원주 방향 위치에 대응하도록, 변형 발생 부재(7A)와 하중 부하용 스페이서(6c)와의 상대적인 주위 방향 위치가 규정된다. 각 홈(22)은, 소정의 관통공(14)으로부터 상기 관통공(14)의 주위 방향의 인접하는 관통공(14)에 이르는 각도 α(α= 약 60도)의 원호홈이다. 또한, 각 홈(22)은, 제2 분할 스페이서 본체(6b)에 노출되는 관통되지 않는 홈이다. 그 외의 구성은, 제1 실시예와 동일한 구성으로 되어 있다.
상기 제2 실시예에 의하면, 변형 발생 부재(7A)에 있어서, 두꺼운 두께부(10)와 얇은 두께부(12)와의 단차부(11)에, 3개의 볼록부(15)의 원주 방향 위치에 대응하도록 복수 개소의 홈(22)을 형성하였으므로, 도 17에 나타낸 바와 같이, 하중 부하용 스페이서(6c)의 볼록부(15)에 의해 가압되는 개소와 가압되지 않는 개소 어느 축방향의 변위량을, 제1 실시예의 것보다 크게 할 수 있다. 따라서, 변형 발생부(12a)의 변형의 축방향의 검출 감도를 보다 크게 할 수 있다. 그 외에 제1 실시예와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 실시예를 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 이 제3 실시예에서는, 하중 부하용 스페이서(6c)가 제1 분할 스페이서 본체(6aa)와 일체로 설치되고, 제2 분할 스페이서 본체(6b)가 생략되어 있다. 외륜 스페이서(5A)는, 하중 부하용 스페이서(6c)를 포함하는 제1 분할 스페이서 본체(6aa)와 변형 발생 부재(7B)를 가진다. 변형 발생 부재(7B)의 두꺼운 두께부(10)의 축방향 좌단부가, 베어링(3)의 외륜 배면(3ga)과 직접 맞닿는다. 도 19는 도 18의 주요부의 단면이며, 변형 발생부(12a)나 변형 센서(20) 그 외의 구성은, 제1 또는 제2 실시예와 동일한 구성으로 되어 있다.
이 제3 실시예에 의하면, 외륜 스페이서(5A)의 부품수를 저감하고, 베어링 장치의 구조를 간단화할 수 있다. 따라서, 조립 시간의 단축을 도모할 수 있고, 베어링 장치 전체의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다. 그 외에 제1 또는 제2 실시예와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
하중 부하용 스페이서(6c)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 볼록부(15)를 상기 스페이서(6c)의 반경 방향 내주 부근에 설치하고 있지만, 반드시 이 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각 볼록부(15)를 이 스페이서(6c)의 좌단면에 있어서의 반경 방향 중간 부근에 설치해도 된다. 이 경우, 각 볼록부(15)를 단조(鍛造) 등에 의해 간단하게 형성하는 것이 가능해진다.
도 13 등에 나타낸 제2 실시예에 있어서의 홈(22)을, 변형 발생 부재(7A)에 있어서 두꺼운 두께부(10)와 얇은 두께부(12)와의 단차부(11) 이외에 형성해도 된다. 또한, 도 15에 나타낸 변형 발생 부재(7A)의 우단면에, 볼록부의 원주 방향 위치에 대응하는 위치에서, 또한 이 볼록부의 접촉 위치에 간섭하지 않는 위치에 원호홈을 형성해도 된다. 이 원호홈을, 도 13의 홈(22)의 대체 수단으로 해도 된다. 이와 같은 원호홈에 의해, 하중 부하용 스페이서(6c)의 볼록부(15)에 의해 가압되는 개소와 가압되지 않는 개소와의 축방향 변위량을, 제1 실시예 또는 제2 실시예의 것보다 크게 할 수 있다. 그리고, 복수 개의 변형 발생부의 개소수는, 6개소에 한정되는 것은 아니다. 변형 발생 부재(7A)의 관통공(14)을 비관통공으로 하는 것도 가능하다.
다음에, 본 발명의 제4 실시예 내지 제8 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이들 제4 실시예 내지 제8 실시예는, 변형 발생 부재의 변형 발생 보디부와 변형 발생부에 하중을 인가하는 하중 부하 보디부를 일체로 형성한 점에서, 상기 제1 실시예 내지 제3 실시예와 상이하다. 그 외의 구성은 상기 각 실시예와 마찬가지이다. 따라서, 이하의 제4 실시예 내지 제8 실시예의 설명에 있어서, 상기 각 실시예에서 설명하고 있는 사항에 대응하고 있는 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 구성의 일부만을 설명하고 있는 경우, 구성의 다른 부분은, 선행하여 설명한 형태와 마찬가지로 한다. 실시의 각 형태에서 구체적으로 설명하고 있는 부분의 조합만이 아니라, 특히 조합에 지장이 생기지 않으면, 실시예끼리를 부분적으로 조합하는 것도 가능하다.
본 발명의 제4 실시예를 도 20 내지 도 27, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 20 및 도 21에 나타낸 바와 같이, 외륜 스페이서(5)는 링형의 스페이서 본체(6)와, 링형의 변형 발생 부재(7C)를 가진다. 상기 스페이서 본체(6)는, 제1 분할 스페이서 본체(6a)와 제2 분할 스페이서 본체(6b)를 가진다. 축방향 한쪽에 설치되는 제1 분할 스페이서 본체(6a)와 축방향 다른 쪽에 설치되는 제2 분할 스페이서 본체(6b)와의 사이에, 상기 링형의 변형 발생 부재(7C)를 끼워넣고 있다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 상기 스페이서 본체(6) 중, 우측의 제1 분할 스페이서 본체(6a)는, 이 축방향 우단부가 상기 한쪽의 베어링(3)의 외륜 배면(3ga)과 맞닿고, 축방향 좌단부가, 상기 변형 발생 부재(7C) 중 후술하는 하중 부하 보디부(7Ca)와 맞닿는다. 상기 제1 분할 스페이서 본체(6a)의 축방향 우단부는, 외경측에 외륜 배면(3ga)과 맞닿는 접촉면(6aa)과, 이 접촉면(6aa)에 스텝부(6ab)를 통하여 내경측으로 이어지는 베어링(3)과 맞닿지 않는 비접촉면(6ac)을 가진다.
제1 분할 스페이서 본체(6a)의 축방향 좌단부는, 이른바 래디얼 평면에 따른 평탄형으로 형성되어 있다. 상기 축방향 좌단부 중 내경측 부분을 제외한 나머지 부분(6ad)이, 하중 부하 보디부(7Ca)의 우단면 전체와 맞닿는다.
제2 분할 스페이서 본체(6b)는, 상기 각 실시예와 마찬가지로, 도 20에 나타낸 바와 같이, 이 축방향 좌단부가 다른 쪽의 베어링(3)의 외륜 배면(3ga)과 맞닿고, 축방향 우단부가 래디얼 평면을 이루고, 변형 발생 부재(7C) 중 변형 발생 보디부(7Cb)와 맞닿는다. 이 제2 분할 스페이서 본체(6b)의 축방향 좌단부는, 외경측에 외륜 배면(3ga)과 맞닿는 접촉면(6ba)과, 이 접촉면(6ba)에 스텝부(6bc)를 통하여 내경측으로 이어지는 베어링(3)과 맞닿지 않는 비접촉면(6bb)을 가진다.
변형 발생 부재(7C)에 대하여 설명한다.
변형 발생 부재(7C)는, 상기 스페이서의 양단 사이에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생기는 링형의 부재이다. 이 변형 발생 부재(7C)는, 변형 발생 보디부(7Cb)와 하중 부하 보디부(7Ca)를 가진다. 이 하중 부하 보디부(7Ca)는, 변형 발생 보디부(7Cb)의 축방향 일단에 일체로 설치되어 있다.
변형 발생 보디부(7Cb)는, 도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 상기 반경 방향 외주 부분에 두꺼운 두께부(10)와, 이 두꺼운 두께부(10)로부터, 단차부(11)를 통하여 내경측으로 일체로 이어지는 얇은 두께부(12)를 가진다. 얇은 두께부(12)는 두꺼운 두께부(10)보다 얇고, 상기 변형 발생 보디부(7Cb)를 축 평면에서 절단하여 본 단면(端面)이, 상기 얇은 두께부(12)를 자유단으로 하는 형상을 이룬다.
상기 얇은 두께부(12)에 복수 개의 변형 발생부(12a)를 설치하고 있다. 즉, 변형 발생 보디부(7Cb)는, 도 21, 도 22, 도 24 내지 도 27에 나타낸 바와 같이, 원주 방향 복수 개소, 이 예에서는 6개소에, 상기 변형 발생 보디부(7Cb)의 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉬운 변형 발생부(12a)를 설치하고 있다. 이들 변형 발생부(12a)를, 도 22에 나타낸 바와 같이, 원주 방향으로 일정 간격 건너, 환언하면 각도 α(α= 60도) 간격 건너 설치하고 있다.
각 변형 발생부(12a)는, 도 22, 도 24 내지 도 27에 나타낸 바와 같이, 주로, 오목형상부(13)와 관통공(14)에 의해 실현된다. 즉, 도 22 및 도 26에 나타낸 바와 같이, 오목형상부(13)는, 제2 분할 스페이서 본체(6b)에 노출되는 변형 발생 보디부(7Cb)의 일표면부(7a)를, 60도 간격 건너 오목형상으로 카운터보링하여 이루어진다. 이 각 오목형상부(13)는, 예를 들면, 반경 방향 중간 부근으로부터 반경 방향 내측으로 개방되어 있다. 각 오목형상부(13)의 저면 부분을 이루는 판두께는, 다른 개소 즉 변형 발생부(12a)가 아닌 개소의 판두께보다 얇게 형성되어 있다. 또한, 상기 관통공(14)은, 각 오목형상부(13)가 형성되는 주위 방향 위치의 반경 방향 외측으로, 직사각형 구멍 형상으로 형성되어 있다. 단, 관통공(14)은, 반드시 직사각형 구멍 형상에 한정되는 것은 아니다.
각 오목형상부(13)의 저면 부분은, 가설된 다리 형상을 이룬다. 상기 오목형상부(13) 및 관통공(14)에 의해, 변형 발생부(12a)는, 변형 발생 보디부(7Cb)의 다른 개소보다 강성이 상대적으로 작아지도록 구성되어 있다. 이로써, 변형 발생부(12a)는, 상기 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉽고, 따라서, 후술하는 변형의 검출 감도를 크게 할 수 있다.
또한, 도 22에 나타낸 바와 같이, 변형 발생 보디부(7Cb) 중, 두꺼운 두께부(10)와 얇은 두께부(12)와의 단차부(11) 부근에, 복수 개, 이 예에서는 3개소의 홈(22)을 형성하고 있다. 이들 홈(22)은, 변형 발생부(12a)의 축방향 변위를 크게 하기 위한 홈이다. 이들 3개소의 홈(22)은, 하중 부하 보디부(7Ca)의 후술하는 3개의 볼록부(15)(도 21)의 원주 방향 위치에 대응하는 원주 방향 등배 위치로 된다. 각 홈(22)은, 소정의 관통공(14)으로부터 이 관통공(14)의 주위 방향의 인접하는 관통공(14)에 이르는 각도 α(α= 약 60도)의 원호홈이다. 또한, 각 홈(22)은, 제2 분할 스페이서 본체(6b)에 노출되는 관통되지 않는 홈이다.
상기 변형 발생 보디부(7Cb)의 우측단에 일체로 설치된 하중 부하 보디부(7Ca)는, 도 21, 도 23 내지 도 25에 나타낸 바와 같이, 복수 개(본 예에서는 3개)의 볼록부(15)와 복수 개(본 예에서는 3개)의 오목부(16)를 가진다. 단, 볼록부(15), 오목부(16)는, 3개에 한정되는 것은 아니다. 이들 볼록부(15)는, 하중 부하 보디부(7Ca)에 있어서의 축방향 단부의 원주 방향 3개소에, 축방향으로 약간 돌출하고, 각 변형 발생부(12a)에 하중을 인가한다. 각 볼록부(15)는, 전술한 도 6에 나타낸 것과 마찬가지로, 축방향로부터 보아 원호형으로 형성되고, 상기 스페이서의 반경 방향 내주 부근에 있어서, 대응하는 변형 발생부(12a)의 소정의 관통공(14) 부근으로부터 이 관통공(14)의 주위 방향의 인접하는 관통공(14) 부근에 이르는 원호형이다. 3개의 볼록부(15)는 원주 등배 위치에 형성되고, 3개의 오목부(16)도 원주 방향 등배 위치에 형성된다. 따라서, 도 23에 나타낸 바와 같이, 변형 발생 보디부(7Cb)와 하중 부하 보디부(7Ca)는, 3개의 볼록부(15)의 원주 방향 위치에 대응하는 3개의 접촉부(17)에서 접합되어 있다.
각 접촉부(17)는, 변형 발생부(12a)의 소정의 관통공(14) 부근으로부터 이 관통공(14)의 주위 방향의 인접하는 관통공(14) 부근에 이르는 각도 60도 미만의 원호형의 접촉부이다. 이들 3개의 접촉부(17)는, 120도 등배의 원주 등배 위치에 형성된다.
변형 발생 보디부(7Cb)는, 하중 부하 보디부(7Ca)의 볼록부(15)에 의해 가압된 개소가 축방향으로 변위하고, 가압되지 않는 개소는 축방향으로 거의 변위되지 않는다. 이와 같이 변형 발생 보디부(7Cb)는, 각 변형 발생부(12a)의 원주 방향 중간 부근을 경계로 하여 볼록부(15)에 의한 압압 개소와 비압압 개소가 존재한다. 그러므로, 변형 발생부(12a)에는, 도 25에 나타낸 바와 같이, 동일 단면 상에 있어서, 압축 변형이 생기는 압축부(18)와 인장 변형이 생기는 인장부(19)의 양쪽이 생긴다. 이와 같이, 변형 발생 보디부(7Cb)는, 볼록부(15)와 오목부(16)를 가지는 하중 부하 보디부(7Ca)로부터의 하중에 의해, 각 변형 발생부(12a)의 동일 단면 상에 압축 변형과 인장 변형의 양쪽이 생기도록 되어 있다.
변형 발생 보디부(7Cb)와 하중 부하 보디부(7Ca)를 일체로 설치한 변형 발생 부재(7C)는, 예를 들면, 1개의 소재로부터 변형 발생 부재 전체를 절삭 가공하여 제작할 수 있다. 또한, 1개의 소재로부터 변형 발생 부재 전체를 주조(鑄造)에 의해 제작할 수 있다. 이들의 경우, 가공 후의 변형 발생 부재(7C)의 강성을 높이면서, 변형 발생부(12a)가 탄성 변형되기 쉽게 할 수 있다.
변형 센서(20)에 대한 설명도, 도 21, 도 24 및 도 27에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 실시예의 경우와 마찬가지이며, 그 상세한 설명은 생략한다. 각 변형 센서(20)의 출력부인 배선(20a)의 접속 계통이나, 예압 검출 수단(21), 또한 예압 검출 수단(21)에 있어서의 관계 설정 수단 및 연산 수단(21a)으로서 브리지 회로에 의한 검출 방법에 대해서도 상기 제1 실시예와 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 구성의 작용 및 효과도, 상기 제1 실시예의 경우와 마찬가지이며, 상세한 설명을 생략한다.
상기 제4 실시예에서는, 특히, 상기 변형 발생 보디부(7Cb) 및 하중 부하 보디부(7Ca)를 일체로 설치하였으므로, 이들의 접촉부(17)에서의 어긋남이나, 접촉부(17)에서 발생할 수 있는 마찰 등을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 변형 센서(20)에 의해, 변형 발생부(12a)의 변형을, 상기 접촉부(17)에서의 어긋남, 마찰 등에 영향을 받지 않고, 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 베어링에 예압을 양호한 감도로 보다 정확하게 측정할 수 있다.
상기 하중 부하 보디부(7Ca) 중, 변형 발생 보디부(7Cb)의 축방향 일단에 노출되는 축방향 단부에, 축 방향으로 돌출되어 각 변형 발생부(12a)에 하중을 인가하는 볼록부(15)를 형성하였으므로, 원주 방향 복수 개소에 형성된 볼록부(15)가, 각 변형 발생부(12a)에 하중을 인가하여 탄성 변형시킬 수 있다. 또한, 하중 부하 보디부(7Ca)의 축방향 단부에, 볼록부(15)와 변형 발생부(12a)에 하중을 인가하지 않는 오목부(16)를 원주 상에 따라 형성하였으므로, 변형 발생 보디부(7Cb)에는, 볼록부(15)에 의해 가압되는 개소와 가압되지 않는 개소가 생긴다. 이로써, 변형 발생부(12a)의 변형의 축방향의 검출 감도를 보다 크게 할 수 있다. 또한, 변형 발생 보디부(7Cb) 중, 두꺼운 두께부(10)와 얇은 두께부(12)와의 단차부(11) 부근에, 복수 개의 홈(22)을 형성하였으므로, 상기 볼록부(15)에 의해 가압되는 개소와 가압되지 않는 개소와의 축방향 변위량을 보다 크게 할 수 있다. 따라서, 변형 발생부(12a)의 변형의 축방향의 검출 감도를 보다 크게 할 수 있다.
변형 발생 보디부(7Cb)는, 하중 부하 보디부(7Ca)로부터의 하중에 의해, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 각 변형 발생부(12a)의 동일 단면 상에 압축 변형과 인장 변형의 양쪽이 생기는 것으로 하고 있다. 이들 압축 변형과 인장 변형을 검출할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제5 실시예를 도 28 내지 도 31을 참조하여 설명한다.
상기 제4 실시예에서는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 각 변형 발생부(12a)의 우단면에 변형 센서(20)를 설치하였으나, 제5 실시예에 관한 변형 발생 부재(7D)는, 도 28에 나타낸 바와 같이, 각 변형 발생부(12a)의 좌단면에 각 변형 발생부(12a)의 변형을 검출하는 2개의 변형 센서(20, 20)를 설치하고 있다. 이 경우, 변형 발생 보디부(7Db)의 얇은 두께부(12)의 두께를 조정하는 동시에, 관통공(14)을 형성함으로써, 변형 발생부(12a)를 용이하게 형성할 수 있다. 제5 실시예에 의하면, 예를 들면, 도 24에 나타낸 바와 같은 카운터보드부(12aa)를 형성하지 않고, 2개의 변형 센서(20, 20)를 간단하게 설치할 수 있다. 이 경우, 가공 공정수의 저감을 도모할 수 있다. 그 외에 제4 실시예와 동일한 구성으로 되어 있고, 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
도 32 내지 도 34에 나타낸 본 발명의 제6 실시예에서는, 하중 부하 보디부(7Ea)는 제4 실시예 및 제5 실시예의 것보다, 얇고 또한 작은 직경으로 되어 있다. 이 경우, 하중 부하 보디부(7Ea)의 경량화를 도모하여 변형 발생 부재(7E) 전체의 경량화를 도모할 수 있다. 이로써, 조립의 작업성을 높일 수 있다. 그러므로, 도 34에 나타낸 바와 같이, 후술하는 별개로 제작한 변형 발생 보디부(7Eb)와 하중 부하 보디부(7Ea)를, 접합할 때의 작업 부하를 경감시키는 것이 가능해진다. 그 외에는, 제4 실시예 및 제5 실시예와 동일한 구성으로 되어 있고, 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 35 내지 도 37에 나타낸 본 발명의 제7 실시예에 관한 변형 발생 부재(7F)는, 각 변형 발생부(12a)의 좌단면에 각 변형 발생부(12a)의 변형을 검출하는 2개의 변형 센서(20, 20)를 설치하고 있다. 그 외에 제6 실시예와 동일한 구성으로 되어 있고, 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제8 실시예로서, 도 38에 나타낸 바와 같이, 별개로 각각 제작한 변형 발생 보디부(7Gb)와 하중 부하 보디부(7Ga)를, 예를 들면, 압입, 접착, 용접 또는 나사 고정 등에 의해 접합함으로써 일체의 변형 발생 부재(7G)를 얻는 것도 가능하다. 이 경우, 1개의 소재로부터 변형 발생 부재(7G) 전체를 절삭 가공에 의해 형성하는 것보다 제작 공정수의 저감을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 변형 발생 보디부(7Gb)와 하중 부하 보디부(7Ga)를 별개로 제작하므로, 스페이서의 폭이 상이한 각종의 조합에 용이하게 대응할 수 있다. 환언하면, 베어링에 부여하는 예압 조정을 용이하게 할 수 있다. 그 외에, 상기 각 실시예와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
상기 각 실시예에 있어서, 도 22 등에 나타낸 바와 같은 홈(22)을, 변형 발생 보디부(7Cb) 등에서의 두꺼운 두께부(10)와 얇은 두께부(12)와의 단차부(11) 이외에 형성해도 된다. 그리고, 복수 개의 변형 발생부(12a)의 개소수는, 6개소에 한정되는 것은 아니다. 변형 발생 부재(7C) 등에서의 관통공(14)을 비관통공으로 하는 것도 가능하다.
이상 설명한 베어링 장치를, 스핀들 장치 이외의 장치, 로봇 등에 적용할 수도 있다. 상기 각 실시예에서는, 2개의 베어링을 배면 조합에 의해 설치했지만, 정면 조합에 의해 설치하는 경우도 있을 수 있다. 또한, 베어링의 개수는 2개에 반드시 한정되는 것은 아니다. 상기 각 실시예에서는, 외륜 스페이서의 스페이서 본체의 축 방향 단부에 변형 발생부를 설치하였으나, 상기 스핀들 장치 이외의 장치에 있어서, 예를 들면, 내륜 스페이서의 스페이서 본체의 축방향 단부에 변형 발생부를 설치해도 된다. 이 경우, 외륜 회전으로 되고, 변형 발생부의 출력용의 배선을, 축 내부를 통해 베어링 장치 밖으로 인출하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 실시예를 설명하였으나, 당업자라면, 본원 명세서를 보고, 자명한 범위 내에서 각종의 변경 및 수정을 용이하게 상정할 것이다. 따라서, 그와 같은 변경 및 수정은, 본원의 특허청구의 범위로부터 정해지는 본 발명의 범위 내의 것으로 해석된다.

Claims (10)

  1. 축방향으로 정렬된 복수 개의 롤링 베어링의 궤도륜 사이에 스페이서를 개재한 베어링 장치로서,
    상기 스페이서의 축방향의 일부에, 상기 스페이서의 양단 사이에 작용하는 축방향력에 의해 변형이 생기는 링형의 변형 발생 부재(strain inducing member)를 설치하고,
    상기 변형 발생 부재는, 원주 방향의 복수 개소에, 상기 변형 발생 부재의 다른 개소보다 탄성 변형이 생기기 쉬운 변형 발생부를 포함하고,
    각 변형 발생부에, 상기 변형 발생부의 변형을 검출하는 검출 수단을 설치한,
    베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 변형 발생 부재에 하중을 인가하는 하중 부하용 스페이서를 가지고, 상기 하중 부하용 스페이서의 축방향 단부의 원주 방향 복수 개소에, 축방향으로 돌출하고 상기 각 변형 발생부에 하중을 인가하는 볼록부를 형성한, 베어링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하중 부하용 스페이서의 축방향 단부에, 상기 볼록부와, 상기 변형 발생부에 하중을 인가하지 않는 오목부를 원주 상에 따라 설치한, 베어링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변형 발생 부재는, 볼록부와 오목부를 가지는 하중 부하용 스페이서로부터의 하중에 의해, 상기 각 변형 발생부의 동일 단면 상에 압축 변형과 인장 변형의 양쪽이 생기는, 베어링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출 수단을 상기 각 변형 발생부의 동일 단면에 설치하고, 상기 검출 수단에 의해, 상기 각 변형 발생부에 생긴 압축 변형 및 인장 변형을 검출 가능하게 한, 베어링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변형 발생 부재는, 상기 변형 발생부를 가지는 변형 발생 보디부와, 상기 변형 발생 보디부의 축방향 일단에 일체로 설치되고, 상기 각 변형 발생부에 하중을 인가하는 하중 부하 보디부를 포함하는, 베어링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    1개의 소재로부터 변형 발생 부재 전체를, 절삭 또는 주조(鑄造)에 의해 일체로 가공한, 베어링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    별개로 각각 제작한 상기 변형 발생 보디부와 상기 하중 부하 보디부를, 접합하여 일체의 변형 발생 부재를 형성한, 베어링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 검출 수단에 의해 검출되는 상기 변형 발생부에서의 변형으로부터, 롤링 베어링의 예압을 검출하는 예압 검출 수단을 설치한, 베어링 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 검출 수단에 의해 검출된 상기 각 변형 발생부에 있어서의 압축 변형과 인장 변형의 절대값을 합계하는 연산 수단을 설치한, 베어링 장치.
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