WO2022065199A1 - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

軸受装置（１）は、主軸（４）を支持する２つの軸受（５ａ，５ｂ）と、内輪間座（６ｉ）と、外輪間座（６ｇ）と、外輪間座（６ｇ）に印加される軸方向荷重を検出する荷重センサ（１４３）と、外輪間座（６ｇ）の軸方向変形量を検出する変形量センサ（１４４）と、軸ナット（８）と、抑え蓋（１０，２０）と、制御装置と、を備える。制御装置は、軸ナット（８）を締め付け、かつ抑え蓋（１０，２０）を締め付けていない状態で荷重センサ（１４３）が検出した荷重を初期予圧（Ｆ１）として取得し、軸ナット（８）を締め付け、かつ抑え蓋（１０，２０）を締め付けた状態で変形量センサ（１４４）が検出した変形量に基づいて予圧荷重の減少量（Ｆ３）を算出し、初期予圧（Ｆ１）から予圧荷重の減少量（Ｆ３）を差し引いた荷重を組込後予圧（Ｆ４）として算出する。

Description

軸受装置

　この発明は、予圧荷重を検出する機能を備えた軸受装置に関する。

　工作機械の主軸などの高速回転精度および位置決め精度が求められる回転体を支持する転がり軸受には、一般的に、予圧荷重が負荷される。予圧荷重は、振動や軸受内部の滑りとそれに伴う損傷を防ぐ目的に用いられる。

　予圧荷重の大きさは、その機械に求められる剛性および精度、あるいは運転時の温度上昇を考慮して決定される。予圧荷重が過剰であると、軸受の寿命低下や異常発熱、回転トルクの増大などを招き得る。逆に、予圧荷重が不足している場合は、剛性不足、振動の増大、軸受内部の滑りとそれに伴う損傷が生じ得る。

　一般的に、予圧荷重は、荷重の負荷方法の違いによって、定位置予圧と定圧予圧とに分類される。定位置予圧は、予圧が負荷される軸受の位置が固定されており、剛性を高めるのに有効である。また、定圧予圧はばねを用いて予圧を負荷するので、熱や荷重の影響によって軸受間の位置が変化しても、予圧を一定に保つことができる。

　定位置予圧は、運転時の内輪と外輪との温度差、遠心力などによって、運転時に予圧荷重が増加する。そのため、軸が停止している時の予圧荷重（以下「組込後予圧」ともいう）の設定が重要となる。また、設定した組込後予圧を管理し、バラツキを抑えることも重要となる。そのため、従来より、組込後予圧を測定するためのさまざまな技術が提案されている（たとえば、特許文献１～３参照）。

特開２００９－１１５２８４号公報 特開２０２０－３３８５号公報 特開２０２０－６０４１１号公報

　組込後予圧を直接的に測定するには、軸受装置内において予圧荷重が作用する力線（以下「第１力線」ともいう）上に、予圧荷重を検出するための荷重センサを設置することが有効である。

　ただし、抑え蓋などの部材の締め込みによって軸受をハウジングに固定する際に、第１力線とは異なる力線（以下「第２力線」ともいう）が軸受の外輪に発生する場合には、第２力線から加わる荷重によって軸受の外輪が収縮する。これに伴い、軸受内部の転動体と軌道面の弾性変形量は減少し、第１力線の予圧荷重も低下する。したがって、組込後予圧を精度よく検出するためには、第２力線から加わる荷重による減少分を考慮しなければならない。

　しかしながら、上述の特許文献１～３には、組込後予圧の検出に関する具体的な記載はなく、また、上述の第１力線の荷重と第２力線の荷重との切り分けに関する具体的な記載もない。そのため、組込後予圧を精度よく検出できないことが懸念される。

　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、軸受装置の組込後予圧を精度よく検出することである。

　（１）　本開示による軸受装置は、互いに背面組み合わせされて軸を支持する、各々が内輪、外輪、転動体、および保持器を含む２つの軸受と、２つの軸受の内輪の間に設けられる内輪間座と、２つの軸受の外輪の間に設けられる外輪間座と、外輪間座に印加される軸に沿う方向の荷重を検出する第１センサと、外輪間座の軸に沿う方向の変形量を検出する第２センサと、を備える。

　（２）　ある態様においては、第１センサの出力および第２センサの出力を用いて２つの軸受に作用する予圧を算出する制御装置をさらに備える。

　（３）　ある態様においては、２つの軸受の内輪を軸に沿う方向に締め付けることによって予圧を発生させるための押圧力を２つの軸受に印加する第１部材と、２つの軸受の外輪を軸に沿う方向に締め付ける第２部材とをさらに備える。制御装置は、第１部材を締め付け、かつ第２部材を締め付けていない状態で第１センサが検出した荷重を第１予圧として取得し、第１部材を締め付け、かつ第２部材を締め付けた状態で第２センサが検出した変形量に基づいて外輪間座に印加される軸に沿う方向の荷重の減少量を算出し、第１予圧から荷重の減少量を差し引いた荷重を、第１部材および第２部材を組み付けた後の第２予圧として算出する。

　（４）　ある態様においては、制御装置は、第２センサが検出した変形量を荷重の減少量に換算するための情報を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された情報を用いて、第２センサが検出した変形量に対応する荷重の減少量を算出する第１算出部と、第１算出部が算出した荷重の減少量を第１予圧から減算することによって第２予圧を算出する第２算出部とを備える。

　（５）　ある態様においては、第１センサは、第１部材による押圧力が作用する力線上であって、かつ外輪間座以外の部品に配置される。

　（６）　ある態様においては、制御装置は、外輪間座に搭載されている。
　（７）　ある態様においては、第２センサは、外輪間座の軸に沿う方向の変形量に応じて電気抵抗が変化するひずみセンサである。

　（８）　ある態様においては、第１センサは、外輪間座に印加される圧力に応じて出力が変化する感圧センサである。

　（９）　本開示による他の軸受装置は、互いに背面組み合わせされて軸を支持する、各々が内輪、外輪、転動体、および保持器を含む２つの軸受と、２つの軸受の内輪の間に設けられる内輪間座と、２つの軸受の外輪の間に設けられる外輪間座と、２つの軸受の内輪を軸に沿う方向に締め付けることによって２つの軸受に作用する予圧を発生させるための押圧力を２つの軸受に印加する第１部材と、２つの軸受の外輪を軸に沿う方向に締め付ける第２部材と、外輪間座に印加される軸に沿う方向の荷重を検出するセンサと、センサの出力を用いて２つの軸受に作用する予圧を算出する制御装置とを備える。制御装置は、第１部材を締め付け、かつ第２部材を締め付けていない状態でセンサが検出した荷重を第１予圧として取得し、第１部材を締め付け、かつ第２部材を締め付けた状態でセンサが検出した荷重に基づいて外輪間座に印加される軸に沿う方向の荷重の減少量を算出し、第１予圧から荷重の減少量を差し引いた荷重を、第１部材および第２部材を組み付けた後の第２予圧として算出する。

　（１０）　ある態様においては、２つの軸受の各々は、アンギュラ玉軸受である。
　（１１）　ある態様においては、軸は、工作機械の主軸である。

　本開示によれば、軸受装置の組込後予圧を精度よく検出することができる。

軸受装置の概略構成を示す断面図（その１）である。 センサモジュールおよび制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 軸ナットの締め付けによる初期予圧Ｆ１が軸受装置に付与されている状態を示す図である。 軸ナットの締め付けによる初期予圧Ｆ１と抑え蓋の締め付けによる荷重Ｆ２とが軸受装置に付与されている状態を示す図である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 軸受装置の概略構成を示す断面図（その２）である。 軸受装置の概略構成を示す断面図（その３）である。

　以下、本開示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、本実施の形態１による軸受装置１の概略構成を示す断面図である。

　図１に示す軸受装置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、軸受装置１で支持されている主軸４の一端側には図示しないモータが組み込まれ、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。本実施の形態において、主軸４の軸径は７０ｍｍに設定され、主軸４の最高回転速度は１５０００回転／分に設定されている。

　軸受装置１は、筒状のハウジング３と、２つの軸受５ａ，５ｂを含む軸受５と、軸受５ａと軸受５ｂとの間に配置される間座６と、間座７と、軸ナット８と、抑え蓋１０，２０と、センサモジュール１４０とを備える。

　主軸４は、ハウジング３の内部に設けられ、軸受５ａ，５ｂによってハウジング３に対して回転自在に支持される。

　軸受５ａ，５ｂは、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１に示す軸受装置１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、２つの軸受５ａ，５ｂで主軸４を支持する構造を例示して説明するが、２つ以上の軸受で主軸４を支持する構造であってもよい。

　軸受５ａは、内輪５ｉａと、外輪５ｇａと、内輪５ｉａと外輪５ｇａとの間に配置される複数の転動体Ｔａと、保持器Ｒｔａとを含む、転がり軸受である。複数の転動体Ｔａの間隔は、保持器Ｒｔａによって保持されている。

　軸受５ｂは、内輪５ｉｂと、外輪５ｇｂと、内輪５ｉｂと外輪５ｇｂとの間に配置される複数の転動体Ｔｂと、保持器Ｒｔｂとを含む、転がり軸受である。複数の転動体Ｔｂの間隔は、保持器Ｒｔｂによって保持されている。

　主軸４には、軸受５ａの内輪５ｉａおよび軸受５ｂの内輪５ｉｂが、互いに軸方向（主軸４に沿う方向）に離隔した位置に、締まり嵌め状態（圧入状態）で嵌合されている。

　間座６は、内輪間座６ｉと、外輪間座６ｇとを含む。内輪間座６ｉは内輪５ｉａ－５ｉｂ間に配置され、外輪間座６ｇは外輪５ｇａ－５ｇｂ間に配置される。

　ハウジング３の内部には、図示しない冷媒流路が形成される。ハウジング３の冷媒流路に冷媒を流すことにより、軸受５ａ，５ｂを冷却することができる。

　軸ナット８は、軸方向の軸受５ａ，５ｂ側に締め付けることによって、定位置予圧を発生させるための押圧力を軸受５ａ，５ｂに印加するための環状の部材（第１部材）である。

　抑え蓋１０，２０は、軸受５ａ，５ｂの外輪５ｇａ，５ｇｂおよびハウジング３を軸方向に締め付けることによって、軸受５ａ，５ｂをハウジング３に固定するための環状の部材（第２部材）である。なお、抑え蓋１０，２０は、ハウジング３の内径面に嵌合される。

　軸受５ａ，５ｂを主軸４に取り付る際には、初めに軸受５ａ、間座６、軸受５ｂ、間座７がこの順に主軸４に対して挿入され、この状態で軸ナット８を締め付けることによって、軸受５ａ，５ｂに初期予圧（第１予圧）Ｆ１が与えられる。軸ナット８を締め付けることにより、間座７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との間に初期予圧Ｆ１を与えるとともに、外輪５ｇｂから外輪間座６ｇにも伝わる。また、外輪５ｇｂから外輪間座６ｇに押す力が作用し、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、内輪５ｉａおよび外輪５ｇａの軌道面と転動体Ｔａの間にも初期予圧Ｆ１を与える。

　その後、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、抑え蓋１０，２０を互いに近づく方向に締め付けることによって、軸受５ａ，５ｂに支持される主軸４がハウジング３に固定される。この際、抑え蓋１０，２０の締め付けによって、外輪５ｇａ，５ｇｂおよび外輪間座６ｇが収縮する。この影響で、抑え蓋１０，２０を締め付けた後の組込後予圧Ｆ４は、初期予圧Ｆ１よりも、抑え蓋１０，２０の締め付けによる荷重減少量分だけ低下することになる。

　外輪５ｇａと外輪５ｇｂとの間に組み込まれる外輪間座６ｇには、予圧を検出するためのセンサモジュール１４０が配置されている。

　センサモジュール１４０には、後述の図２に示すように、外輪間座６ｇに印加される軸方向の荷重を検出する荷重センサ１４３（第１センサ）と、外輪間座６ｇの軸方向の変形量を検出する変形量センサ１４４（第２センサ）とが備えられる。なお、図１に示すセンサモジュール１４０の位置はあくまで例示であって、この位置に限定されるものではない。たとえば、センサモジュール１４０を構成する部品のうち、荷重センサ１４３が外輪間座６ｇの端面（外輪間座６ｇと外輪５ｇａとの境界、または外輪間座６ｇと外輪５ｇｂとの境界）に配置され、変形量センサ１４４が外輪間座６ｇの外径面に配置されていてもよい。

　図２は、本実施の形態によるセンサモジュール１４０および制御装置２００の構成の一例を示すブロック図である。センサモジュール１４０には、上述の荷重センサ１４３および変形量センサ１４４と、通信装置１４１と、発電装置１４２とを含む。

　荷重センサ１４３は、たとえば、外輪間座６ｇの端面に配置され、荷重センサ１４３に印加される圧力に応じて出力が変化する、感圧センサである。感圧センサは、面圧の変化で電気抵抗が変化する金属薄膜抵抗体で形成される感圧素子である。

　変形量センサ１４４は、たとえば、外輪間座６ｇの外径面に配置され、外輪間座６ｇの軸方向変形量に応じて電気抵抗が変化する、ひずみセンサである。なお、荷重センサ１４３をひずみセンサとし、変形量センサ１４４を感圧センサとしてもよい。

　通信装置１４１は、各センサ１４３，１４４に電線で接続され、各センサ１４３，１４４の検出結果を示すデータを収集する。なお、通信装置１４１が、各センサ１４３，１４４と無線で接続され、各センサ１４３，１４４の検出結果を示すデータをワイヤレスで収集するようにしてもよい。

　本実施の形態による軸受装置１は、制御装置２００をさらに備える。なお、制御装置２００は、ハウジング３の外部の領域に設けられてもよいし、ハウジング３の内部の領域（たとえば外輪間座６ｇの内部）に設けられてもよい。通信装置１４１は、各センサ１４３，１４４から収集したデータを、電磁波を用いた無線通信によって制御装置２００に送信する。通信装置１４１は、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の通信規格に準拠しており、２．４ＧＨｚの周波数帯の電波を用いて各センサ１４３，１４４の検出結果を示すデータを制御装置２００に無線送信することができる。

　発電装置１４２は、通信装置１４１に接続され、通信装置１４１を駆動させるための電力を自己発電する。発電装置１４２としては、たとえば、ゼーベック効果によって発電を行なう熱電素子（ペルチェ素子）を使用することができる。各センサを駆動させるために電力が必要な場合には、そのセンサに発電装置１４２からの電力を供給するようにしてもよい。

　制御装置２００は、センサモジュール１４０からのデータに基づいて、予圧を算出する演算処理部２２０を含む。演算処理部２２０は、取得部２２１と、第１算出部２２２と、第２算出部２２３と、記憶部２２４とを含む。

　取得部２２１は、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けていない状態で荷重センサ１４３が検出した荷重を、初期予圧Ｆ１として取得して記憶部２２４に記憶する。たとえば、作業者は、軸受装置１を組み立てる際に、軸ナット８の締め付けが完了した時点（抑え蓋１０，２０が未だ締め付けられていない状態）で初期予圧Ｆ１の測定を開始するための第１指令を制御装置２００に入力するようにする。この第１指令が入力されたことに応じて、取得部２２１は、荷重センサ１４３の検出結果を取得し、取得した検出結果を初期予圧Ｆ１として記憶部２２４に記憶する。

　記憶部２２４には、第１算出部２２２および第２算出部２２３の処理に用いられる情報（係数、近似式など）が予め記憶されている。

　第１算出部２２２は、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けた状態で変形量センサ１４４が検出した外輪間座６ｇの軸方向変形量を、記憶部２２４に記憶された情報を用いて予圧荷重減少量Ｆ３を算出する。たとえば、作業者は、軸受装置１を組み立てる際に、軸ナット８の締め付けが完了し、かつ抑え蓋１０，２０の締め付けが完了した状態で組込後予圧Ｆ４の算出を開始するための第２指令を制御装置２００に入力するようにする。この第２指令が入力されたことに応じて、第１算出部２２２は、変形量センサ１４４の検出結果を取得し、取得した検出結果を記憶部２２４に記憶された情報を用いて予圧荷重減少量Ｆ３に変換する。

　第２算出部２２３は、取得部２２１が取得した初期予圧Ｆ１と、第１算出部２２２が算出した予圧荷重減少量Ｆ３とに基づいて、組込後予圧Ｆ４を算出する。算出された組込後予圧Ｆ４は、図示しないディスプレイに表示される。

　なお、本実施の形態においては演算処理部２２０がセンサモジュール１４０の外部に設けられるが、演算処理部２２０の一部または全部がセンサモジュール１４０の内部に設けられてもよい。

　＜組込後予圧Ｆ４の算出＞
　以下、制御装置２００による組込後予圧Ｆ４の算出手法について詳しく説明する。

　図３は、軸ナット８の締め付けによって初期予圧Ｆ１が軸受装置１に付与されている状態を示す図である。初期予圧Ｆ１が作用する第１力線は、図３に示すように、軸ナット８を締め付けることにより、間座７、内輪５ｉｂ、転動体Ｔｂ、外輪５ｇｂ、外輪間座６ｇ、外輪５ｇａ、転動体Ｔａ、内輪５ｉａを通る経路となる。

　図４は、軸ナット８の締め付けによる初期予圧Ｆ１と抑え蓋１０，２０の締め付けによる荷重Ｆ２とが軸受装置１に付与されている状態を示す図である。軸受５ａ，５ｂが取り付けられた主軸４がハウジング３に挿入された状態で抑え蓋１０，２０を締め付けることによって、主軸４がハウジング３に固定される。抑え蓋１０，２０の締め付けによる荷重Ｆ２が作用する第２力線は、図４に示すように、外輪５ｇｂ、外輪間座６ｇ、外輪５ｇａを通る経路となる。したがって、抑え蓋１０，２０の締め付けによる荷重Ｆ２が作用する第２力線は、初期予圧Ｆ１が作用する第１力線と、外輪間座６ｇにおいて重なっている。

　そして、抑え蓋１０，２０の締め付けによる荷重Ｆ２によって外輪５ｇａ，５ｇｂおよび外輪間座６ｇが収縮すると、この影響で組込後予圧Ｆ４は、初期予圧Ｆ１よりも、抑え蓋１０，２０の締め付けによる荷重減少量分だけ低下することになる。

　この点に鑑み、本実施の形態による制御装置２００は、以下の手順で組込後予圧Ｆ４を算出する。まず、制御装置２００（取得部２２１）は、図３に示すような初期予圧Ｆ１が付与されている状態、すなわち、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けていない状態で、荷重センサ１４３が検出した荷重を初期予圧Ｆ１として取得して記憶する。

　その後、制御装置２００（第１算出部２２２）は、図４に示すような軸ナット８による初期予圧Ｆ１と抑え蓋１０，２０の締め付けによる荷重Ｆ２とが軸受装置１に付与されている状態、すなわち、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けた状態で、変形量センサ１４４が検出した外輪間座６ｇの軸方向変形量を取得する。そして、制御装置２００（第１算出部２２２）は、取得された軸方向変形量を、抑え蓋１０，２０の締め付けによる予圧荷重減少量Ｆ３に換算する。なお、抑え蓋１０，２０の締め付けによる外輪間座６ｇの軸方向変形量と、抑え蓋１０，２０の締め付けによる予圧荷重減少量Ｆ３との対応関係を示す情報は、外輪間座６ｇ、および軸受５ａ，５ｂの内部諸元に基づいて予め規定されて記憶部２２４に記憶されている。制御装置２００（第１算出部２２２）は、記憶部２２４に記憶された対応関係を参照して、軸方向変形量を予圧荷重減少量Ｆ３に換算する。

　その後、制御装置２００（第２算出部２２３）は、初期予圧Ｆ１から荷重減少量Ｆ３を差し引いた値を、組込後予圧Ｆ４として算出する。

　図５は、制御装置２００が組込後予圧Ｆ４を算出する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。

　まず、制御装置２００は、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けていない状態で荷重センサ１４３が検出した荷重を、初期予圧Ｆ１として取得して記憶する（ステップＳ１０）。たとえば、制御装置２００は、上述の第１指令が入力されたことに応じて荷重センサ１４３の検出結果を取得し、取得した検出結果を初期予圧Ｆ１として記憶部２２４に記憶する。

　次いで、制御装置２００は、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けた状態で変形量センサ１４４が検出した外輪間座６ｇの軸方向変形量を取得する（ステップＳ１２）。たとえば、制御装置２００は、上述の第２指令が入力されたことに応じて、変形量センサ１４４が検出した外輪間座６ｇの軸方向変形量を取得する。

　次いで、制御装置２００は、ステップＳ１２で取得した軸方向変形量を、予圧荷重減少量Ｆ３に換算する（ステップＳ１４）。制御装置２００は、記憶部２２４に記憶されている、外輪間座６ｇの軸方向変形量と予圧荷重減少量Ｆ３との対応関係を参照して、ステップＳ１２で取得した軸方向変形量を予圧荷重減少量Ｆ３に換算する。

　次いで、制御装置２００は、ステップＳ１０で取得した初期予圧Ｆ１から、ステップＳ１４で求めた予圧荷重減少量Ｆ３を差し引いた値（＝Ｆ１－Ｆ３）を、組込後予圧Ｆ４として算出する（ステップＳ１６）。

　以上のように、本実施の形態による軸受装置１は、互いに背面組み合わせされて主軸４を支持する軸受５ａ，５ｂと、軸受５ａ，５ｂ間に設けられる内輪間座６ｉおよび外輪間座６ｇと、外輪間座６ｇに印加される軸方向荷重を検出する荷重センサ１４３と、外輪間座６ｇの軸方向変形量を検出する変形量センサ１４４と、を備える。

　この構成によれば、荷重センサ１４３が検出した荷重を初期予圧Ｆ１として取得し、変形量センサ１４４が検出した外輪間座６ｇの軸方向変形量に基づいて予圧荷重減少量Ｆ３を算出し、初期予圧Ｆ１から荷重減少量Ｆ３を差し引いた値を、組込後予圧Ｆ４として算出することができる。これにより、組込後予圧Ｆ４を精度よく検出することができる。その結果、組込後予圧Ｆ４の測定による工数の増加、生産性の低下、コストの上昇を抑えることができる。また、組込後予圧Ｆ４のバラツキも抑えることができ、高精度な組込後予圧Ｆ４の管理を実現することができる。

　さらに、本実施の形態による軸受装置１は、予圧を発生させるための押圧力を軸受５ａ，５ｂに印加する軸ナット８と、軸受５ａ，５ｂをハウジング３に固定するための抑え蓋１０，２０と、制御装置２００と、を備える。そして、制御装置２００は、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けていない状態で荷重センサ１４３が検出した荷重を初期予圧（第１予圧）Ｆ１として取得し、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けた状態で変形量センサ１４４が検出した変形量に基づいて荷重減少量Ｆ３を算出し、初期予圧Ｆ１から荷重減少量Ｆ３を差し引いた荷重を、組込後予圧Ｆ４として算出する。これにより、軸ナット８を締め付けた後に抑え蓋１０，２０を締め付けることによって予圧が変化する場合であっても、組込後予圧Ｆ４を精度よく検出することができる。

　さらに、本実施の形態による軸受装置１においては、荷重センサ１４３が、予圧が作用する経路（第１力線）のうち、外輪間座６ｇ（主軸４が回転しても回転しない部材）に実装される。そのため、荷重センサ１４３がたとえば間座７（主軸４の回転に伴って回転する部材）に実装される場合に比べて、回転振動によるノイズなどが低減されるため、組込後予圧Ｆ４の測定および無線でのデータ伝送を安定的に行なうことができる。

　［実施の形態２］
　図６は、本実施の形態２による軸受装置１Ａの概略構成を示す断面図である。軸受装置１Ａは、上述の図１に示す軸受装置１に対して、軸受５ｂと間座７との間に軸受５ｃを追加することによって、主軸４にアンギュラ玉軸受が３列背面組み合わせ（ＤＢＴ配列）で組み込まれている。軸受装置１Ａのその他の構成は、上述の軸受装置１と同じである。

　このような軸受装置１Ａにおいても、上述の実施の形態１と同様の手法で組込後予圧Ｆ４を算出することができる。

　［実施の形態３］
　図７は、本実施の形態３による軸受装置１Ｂの概略構成を示す断面図である。軸受装置１Ｂは、上述の図６に示す軸受装置１Ａに対して、軸受５ａの左側に軸受５ｄを追加することによって、主軸４にアンギュラ玉軸受が４列背面組み合わせ（ＤＴＢＴ配列）で組み込まれている。軸受装置１Ｂのその他の構成は、上述の軸受装置１Ａと同じである。

　このような軸受装置１Ｂにおいても、上述の実施の形態１と同様の手法で組込後予圧Ｆ４を算出することができる。

　［変形例１］
　上述の実施の形態１～３においては荷重センサ１４３とは別に変形量センサ１４４を設ける例について説明したが、変形量センサ１４４の機能を荷重センサ１４３が兼用することもできる。この場合、変形量センサ１４４を省略することができるため、製造コストの低減が期待できる。

　変形量センサ１４４を省略して荷重センサ１４３のみを設ける場合、以下の手順で組込後予圧Ｆ４を算出することができる。まず、制御装置２００は、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けていない状態で荷重センサ１４３が検出した荷重を初期予圧Ｆ１として取得して記憶する。

　次いで、制御装置２００は、軸ナット８を締め付け、かつ抑え蓋１０，２０を締め付けた状態で荷重センサ１４３が検出した荷重Ｆ２を取得し、取得した荷重Ｆ２を予圧荷重減少量Ｆ３に換算する。なお、荷重Ｆ２と予圧荷重減少量Ｆ３との対応関係を示す情報は、予め規定されて記憶部２２４に記憶しておくことができる。制御装置２００は、記憶部２２４に記憶された対応関係を参照して、荷重Ｆ２を予圧荷重減少量Ｆ３に換算することができる。

　そして、制御装置２００は、初期予圧Ｆ１から予圧荷重減少量Ｆ３を差し引いた値（＝Ｆ１－Ｆ３）を、組込後予圧Ｆ４として算出する。

　以上のように変形量センサ１４４を省略して荷重センサ１４３のみを設けるように変形することもできる。

　［変形例２］
　上述の実施の形態１～３においては軸ナット８を用いて第１力線に初期予圧Ｆ１を印加する例について説明したが、軸ナット８に代えて、油圧ナット、あるいは、主軸４の端部に取り付けられる蓋を取り付けるためのボルトなどの部材を用いて第１力線に荷重Ｆ１を印加するようにしてもよい。

　［変形例３］
　上述の実施の形態１～３においては軸受の配列を２列背面組み合わせ（ＤＢ配列）、３列背面組み合わせ（ＤＢＴ配列）、４列背面組み合わせ（ＤＴＢＴ配列）とする例をそれぞれ挙げたが、２列背面組み合わせを含む配列であれば５列以上の配列であってもよい。

　［変形例４］
　上述の実施の形態１～３においては荷重センサ１４３を外輪間座６ｇに設けているが、軸ナット８と内輪５ｉｂとの間に組み込まれる間座７のように、第１力線が通過する外輪間座６ｇ以外の他の部品に荷重センサ１４３を設けるようにしてもよい。

　［変形例５］
　上述の実施の形態１～３においては軸ナット８を締め付けた後に抑え蓋１０，２０を締め付ける場合を示したが、軸ナット８および抑え蓋１０，２０を締め付ける順番は必ずしもこの順番に限定されない。すなわち、抑え蓋１０，２０を締め付けた後に軸ナット８を締め付けるようにしてもよい。この場合、たとえば、抑え蓋１０，２０を締め付けた状態で変形量センサ１４４の出力に基づいて予圧荷重減少量Ｆ３を先に算出し、その後に軸ナット８を締め付けた状態で荷重センサ１４３が検出した荷重Ｆ１を算出し、荷重Ｆ１に予圧荷重減少量Ｆ３を加えた値を、組込後予圧Ｆ４として算出するようにすればよい。

　［変形例６］
　上述の図２には示していないが、各センサ１４３，１４４の出力を増幅する処理回路部を制御装置２００に設けて、処理回路部での増幅後に演算処理部２２０の処理を施すようにしてもよい。処理回路部は、回路部と増幅部とで構成され、たとえば各センサ１４３，１４４が荷重に応じて電気抵抗が変化するように構成されている場合、回路部では、３つの既知の抵抗値、および荷重センサ１４３または変形量センサ１４４でブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路に印加する電源電圧と、荷重センサ１４３および変形量センサ１４４の抵抗変化に応じた電圧を得るように構成することができる。増幅部では、ブリッジ回路から出力された電圧を差動アンプに接続し、電圧を増幅させて出力するするように構成することができる。また、処理回路部の機能を演算処理部２２０の内部に設けるようにしてもよい。

　上述の実施の形態１－３および変形例１－６における特徴は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

　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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

　１，１Ａ，１Ｂ　軸受装置、３　ハウジング、４　主軸、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ　軸受、５ｇａ，５ｇｂ　外輪、５ｉａ，５ｉｂ　内輪、６，７　間座、６ｇ　外輪間座、６ｉ　内輪間座、８　軸ナット、１０，２０　抑え蓋、１４０　センサモジュール、１４１　通信装置、１４２　発電装置、１４３　荷重センサ、１４４　変形量センサ、２００　制御装置、２２０　演算処理部、２２１　取得部、２２２　第１算出部、２２３　第２算出部、２２４　記憶部、Ｒｔａ，Ｒｔｂ　保持器、Ｔａ，Ｔｂ　転動体。

Claims (11)

1. 　互いに背面組み合わせされて軸を支持する、各々が内輪、外輪、転動体、および保持器を含む２つの軸受と、
   　前記２つの軸受の内輪の間に設けられる内輪間座と、
   　前記２つの軸受の外輪の間に設けられる外輪間座と、
   　前記外輪間座に印加される前記軸に沿う方向の荷重を検出する第１センサと、
   　前記外輪間座の前記軸に沿う方向の変形量を検出する第２センサと、
   　を備える、軸受装置。
2. 　前記第１センサの出力および前記第２センサの出力を用いて前記２つの軸受に作用する予圧を算出する制御装置をさらに備える、請求項１に記載の軸受装置。
3. 　前記２つの軸受の内輪を前記軸に沿う方向に締め付けることによって前記予圧を発生させるための押圧力を前記２つの軸受に印加する第１部材と、
   　前記２つの軸受の外輪を前記軸に沿う方向に締め付ける第２部材とをさらに備え、
   　前記制御装置は、
   　　前記第１部材を締め付け、かつ前記第２部材を締め付けていない状態で前記第１センサが検出した荷重を第１予圧として取得し、
   　　前記第１部材を締め付け、かつ前記第２部材を締め付けた状態で前記第２センサが検出した変形量に基づいて前記外輪間座に印加される前記軸に沿う方向の荷重の減少量を算出し、
   　　前記第１予圧から前記荷重の減少量を差し引いた荷重を、前記第１部材および前記第２部材を組み付けた後の第２予圧として算出する、請求項２に記載の軸受装置。
4. 　前記制御装置は、
   　　前記第２センサが検出した変形量を前記荷重の減少量に換算するための情報を記憶する記憶部と、
   　　前記記憶部に記憶された情報を用いて、前記第２センサが検出した変形量に対応する前記荷重の減少量を算出する第１算出部と、
   　　前記第１算出部が算出した前記荷重の減少量を前記第１予圧から減算することによって前記第２予圧を算出する第２算出部とを備える、請求項３に記載の軸受装置。
5. 　前記第１センサは、前記第１部材による前記押圧力が作用する力線上であって、かつ前記外輪間座以外の部品に配置される、請求項３または４に記載の軸受装置。
6. 　前記制御装置は、前記外輪間座に搭載されている、請求項２～５のいずれかに記載の軸受装置。
7. 　前記第２センサは、前記外輪間座の前記軸に沿う方向の変形量に応じて電気抵抗が変化するひずみセンサである、請求項１～６のいずれかに記載の軸受装置。
8. 　前記第１センサは、前記外輪間座に印加される圧力に応じて出力が変化する感圧センサである、請求項１～７のいずれかに記載の軸受装置。
9. 　互いに背面組み合わせされて軸を支持する、各々が内輪、外輪、転動体、および保持器を含む２つの軸受と、
   　前記２つの軸受の内輪の間に設けられる内輪間座と、
   　前記２つの軸受の外輪の間に設けられる外輪間座と、
   　前記２つの軸受の内輪を前記軸に沿う方向に締め付けることによって前記２つの軸受に作用する予圧を発生させるための押圧力を前記２つの軸受に印加する第１部材と、
   　前記２つの軸受の外輪を前記軸に沿う方向に締め付ける第２部材と、
   　前記外輪間座に印加される前記軸に沿う方向の荷重を検出するセンサと、
   　前記センサの出力を用いて前記２つの軸受に作用する予圧を算出する制御装置とを備え、
   　前記制御装置は、
   　　前記第１部材を締め付け、かつ前記第２部材を締め付けていない状態で前記センサが検出した荷重を第１予圧として取得し、
   　　前記第１部材を締め付け、かつ前記第２部材を締め付けた状態で前記センサが検出した荷重に基づいて前記外輪間座に印加される前記軸に沿う方向の荷重の減少量を算出し、
   　　前記第１予圧から前記荷重の減少量を差し引いた荷重を、前記第１部材および前記第２部材を組み付けた後の第２予圧として算出する、軸受装置。
10. 　前記２つの軸受の各々は、アンギュラ玉軸受である、請求項１～９のいずれかに記載の軸受装置。
11. 　前記軸は、工作機械の主軸である、請求項１～１０のいずれかに記載の軸受装置。

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