JP5609134B2

JP5609134B2 - Spindle device of machine tool provided with bearing device with load sensor

Info

Publication number: JP5609134B2
Application number: JP2010030327A
Authority: JP
Inventors: 健太剱持; 晋哉中村; 美昭勝野; 満穂青木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: JP2010223951A; JP5842965B2; JP2014232109A

Description

本発明は、荷重センサ付き軸受装置及び工作機械の主軸装置に関し、より詳細には、工作機械の主軸等の回転軸に作用するアキシャル荷重を測定可能な荷重センサ付き軸受装置及び工作機械の主軸装置に関する。 The present invention relates to a bearing device with a load sensor and a spindle device of a machine tool, and more specifically, a bearing device with a load sensor capable of measuring an axial load acting on a rotating shaft such as a spindle of a machine tool and a spindle device of a machine tool. About.

回転軸に作用するアキシャル荷重、例えば、工作機械の主軸に作用するアキシャル荷重を測定することは、大きなメリットを有する。即ち、工作機械の主軸に働くアキシャル荷重は、加工精度、加工効率、工具寿命等に与える影響が大きい重要なパラメータである。従って、アキシャル荷重を知ることにより適正な加工条件の選定が可能となる。例えば、加工条件は、一般的に工具の回転数や、送り速度によって決められているが、摩擦や、加工によって発生する熱等の制御し難い要因の影響も受けるので、回転数や送り速度を一定に設定しても、常に同じ加工精度が得られることはない。加工面の変化に対応する切削荷重（即ち、主軸のアキシャル荷重）を新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度の向上が期待される。 Measuring the axial load acting on the rotating shaft, for example, the axial load acting on the main shaft of the machine tool has a great merit. That is, the axial load acting on the spindle of the machine tool is an important parameter that has a great influence on machining accuracy, machining efficiency, tool life, and the like. Therefore, it is possible to select an appropriate machining condition by knowing the axial load. For example, machining conditions are generally determined by the rotation speed and feed rate of the tool, but are also affected by factors that are difficult to control, such as friction and heat generated by machining. Even if set to a constant value, the same machining accuracy is not always obtained. Considering the cutting load (that is, the axial load of the spindle) corresponding to the change of the machining surface as a new parameter, it becomes possible to select a more strict machining condition and to improve the machining accuracy.

具体的には、切り屑排出量が同じであれば、切削荷重の小さい加工条件の方が効率的な加工条件であり、省エネルギ、工具寿命の延長に有利となる。また、切削荷重の増加から、工具の切削性（切れ味）の低下や、刃先摩耗等の発生を推測することができ、工具寿命や、工具交換時期を知ることが可能となる。更に、切削荷重の変化の履歴を管理することによって、無理な切削加工条件や工具とワークとの衝突（衝撃荷重）等の軸受損傷要因を推定することができ、また把握した工具の寿命特性から工具の改良、改善が可能となる。 Specifically, if the chip discharge amount is the same, the machining condition with a small cutting load is an efficient machining condition, which is advantageous for saving energy and extending the tool life. Further, from the increase in the cutting load, it is possible to estimate the deterioration of the cutting property (sharpness) of the tool and the occurrence of cutting edge wear and the like, and it becomes possible to know the tool life and the tool replacement time. Furthermore, by managing the history of changes in cutting load, it is possible to estimate bearing damage factors such as unreasonable cutting conditions and collisions (impact load) between the tool and workpiece, and from the grasped tool life characteristics The tool can be improved and improved.

上記したように、工作機械において切削荷重を知ることは重要である。しかし、工具が回転するタイプの工作機械（工具回転型工作機械）において、工具や回転軸に作用する荷重を検出することは、工具が回転しないタイプの工作機械（工具非回転型工作機械）と比較して困難が伴う。 As described above, it is important to know the cutting load in a machine tool. However, in a machine tool of a type in which the tool rotates (tool rotating type machine tool), detecting a load acting on the tool and the rotating shaft is a type of machine tool in which the tool does not rotate (tool non-rotating type machine tool). Compared with difficulties.

工作機械の主軸にかかる荷重を検出することができる従来の装置としては、主軸先端部に軸受型センサを配置した工作機械主軸の荷重検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の軸受型センサは、ハウジングと主軸間に転がり軸受を配置し、外輪外周に貼付した歪みゲージによって、軸受の転動体が歪みゲージの位置を通過する度に発生する歪みを検出して主軸に加わる荷重の大きさを検出している。 As a conventional device capable of detecting a load applied to a spindle of a machine tool, a load detection device for a machine tool spindle in which a bearing type sensor is arranged at the tip of the spindle is disclosed (for example, refer to Patent Document 1). . The bearing type sensor described in Patent Document 1 has a rolling bearing disposed between a housing and a main shaft, and detects strain generated every time the rolling element of the bearing passes through the position of the strain gauge by a strain gauge attached to the outer periphery of the outer ring. Thus, the magnitude of the load applied to the main shaft is detected.

また、転がり軸受の回転輪にエンコーダを装着すると共に、固定輪にセンサを取り付けて回転輪の回転速度を検出するようにしたエンコーダ装置及びこれを備えた転がり軸受が知られている（例えば、特許文献２参照。）。 Also known are an encoder device in which an encoder is mounted on a rotating wheel of a rolling bearing and a sensor is attached to a fixed ring to detect the rotational speed of the rotating wheel, and a rolling bearing provided with the encoder device (for example, a patent) Reference 2).

さらに、軸受ユニットのハブに配置したエンコーダと、このエンコーダの被検出面に近接対向させたセンサとにより、外輪とハブ間に加わる荷重を求めるようにした荷重測定装置付転がり軸受ユニットが知られている（例えば、特許文献３参照。）。 Furthermore, a rolling bearing unit with a load measuring device is known in which a load applied between the outer ring and the hub is determined by an encoder disposed on the hub of the bearing unit and a sensor close to and opposed to the detection surface of the encoder. (For example, refer to Patent Document 3).

特許第２５２０３７０号公報Japanese Patent No. 2520370 特開平１０−１３２６０３号公報JP-A-10-132603 特開２００６−３１７４２０号公報JP 2006-317420 A

しかしながら、特許文献１に開示されている工作機械主軸の荷重検出装置は、軸受の内輪に働く力を、転動体及び軸受外輪を介して間接的に検出する装置であり、回転に伴う発生熱等のように不規則に発生して外輪に作用する外乱（ノイズ）を除去することが困難であり、精度良く荷重を検出することができない問題点があった。また、センサがハウジングの前面側に突出配置されているので、スピンドルの軸長が長くなるばかりでなく、センサ設置のための専用スペースを必要とする問題点があった。 However, the load detecting device for the spindle of the machine tool disclosed in Patent Document 1 is a device that indirectly detects the force acting on the inner ring of the bearing through the rolling elements and the outer ring of the bearing, such as generated heat accompanying rotation. As described above, it is difficult to remove disturbance (noise) that occurs irregularly and acts on the outer ring, and there is a problem that the load cannot be detected with high accuracy. In addition, since the sensor protrudes from the front side of the housing, there is a problem that not only the shaft length of the spindle becomes long but also a dedicated space for installing the sensor is required.

また、特許文献２に記載のエンコーダ装置及びこれを備えた転がり軸受は、高温の条件下において測定対象である高速の回転速度を検出することを目的とした装置であり、回転軸に作用するアキシャル荷重の測定を目的とする本発明とは異なる技術である。 Further, the encoder device described in Patent Document 2 and the rolling bearing provided with the encoder device are devices for detecting a high-speed rotational speed that is a measurement target under a high-temperature condition, and are axially acting on a rotating shaft. This is a technique different from the present invention for the purpose of measuring the load.

さらに、特許文献３に記載の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、軸受ユニットのハブにエンコーダを固定すると共に、このエンコーダの被検出面に検出部を近接対向させたセンサを外輪に配置し、検出部の出力信号の変化から外輪とハブとの間に加わる荷重を求めるものであり、ハブ以外への適用について具体的構成が記載されておらず、また、工作機械の主軸への適用についても言及されているが、これについても具体的構成が記載されていない。 Furthermore, in the rolling bearing unit with a load measuring device described in Patent Document 3, an encoder is fixed to the hub of the bearing unit, and a sensor having a detection unit close to and opposed to the detection surface of the encoder is disposed on the outer ring, and is detected. The load applied between the outer ring and the hub is determined from the change in the output signal of the part. No specific configuration is described for applications other than the hub, and the application to the spindle of machine tools is also mentioned. However, no specific configuration is described for this.

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に作用するアキシャル荷重を、コンパクトなセンサユニットによって精度良く測定することができる荷重センサ付き軸受装置及び工作機械の主軸装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bearing device with a load sensor and a machine tool capable of accurately measuring an axial load acting on a rotating shaft with a compact sensor unit. It is to provide a spindle device.

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材である主軸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、を備える第１の軸受と、
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を具備し、前記主軸のアキシャル荷重が測定可能である工作機械の主軸装置であって、
前記第１の軸受の側方に、前記主軸の軸方向位置を位置決めするように前記第１の軸受と組合せて配置される第２の軸受を備え、
前記センサユニットが、前記第１の軸受の転動体と前記第２の軸受の転動体との軸方向中間位置に位置するように、前記荷重センサ付き軸受装置に配置され、
前記エンコーダは、前記第１の軸受の前記回転側軌道輪、または、前記第１の軸受の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ることを特徴とする主軸装置。
（２）前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の前記回転側軌道輪に設けられることを特徴とする上記（１）に記載の主軸装置。
（３）前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の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ることを特徴とする上記（１）に記載の主軸装置。
（４）前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の前記回転側軌道輪に設けられることを特徴とする上記（１）に記載の主軸装置。
（５）前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の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ることを特徴とする上記（１）に記載の主軸装置。
（６）前記センサが前記静止部材に固定され、前記第１の軸受の前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする上記（１）に記載の主軸装置。
（７）前記エンコーダの前記被検出面は、円周方向に交互に変化する特性をそれぞれが有し、互いの境界が前記エンコーダの軸方向中間部にあって、前記エンコーダの軸方向に対して互いに逆方向に傾斜する第一被検出部と第二被検出部とを備え、
前記センサは、前記被検出面の前記軸方向中間部を挟んで軸方向に間隔を空けて配置される一対の検出部を備えることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の主軸装置。 The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) a stationary bearing ring fitted and fixed to a stationary member, a rotating bearing ring fitted and fixed to a main shaft that is a rotating member, a stationary track of the stationary bearing ring, and a rotating bearing ring A first bearing comprising a plurality of rolling elements that are arranged to freely roll between the rotation-side tracks,
A sensor unit comprising: an encoder in which characteristics of the detected surface are alternately changed in a circumferential direction; and a sensor that is disposed opposite to the detected surface of the encoder and detects the change in the characteristics of the detected surface;
Comprising a bearing device with a load sensor comprising: a spindle device of a machine tool capable of measuring an axial load of the spindle,
A second bearing disposed in combination with the first bearing so as to position an axial position of the main shaft on a side of the first bearing;
The sensor unit is disposed in the bearing device with the load sensor so as to be positioned at an axially intermediate position between the rolling element of the first bearing and the rolling element of the second bearing ,
The encoder is provided on the rotation side spacer of the first bearing, or on the rotation side spacer that is disposed on the side of the rotation side race of the first bearing and rotates together with the rotation side of the rotation ring. Spindle device characterized by being made.
(2) The sensor according to (1), wherein the sensor is provided in the stationary bearing ring of the first bearing, and the encoder is provided in the rotating bearing ring of the first bearing. Spindle device.
(3) The sensor is provided in a stationary spacer that is disposed on a side of the stationary bearing ring of the first bearing, and the encoder is disposed on a side of the rotating bearing ring of the first bearing. The spindle apparatus according to (1) above, wherein the spindle device is provided in a rotating spacer that is arranged and rotates together with the rotating raceway.
(4) The sensor is provided in a stationary side spacer disposed on a side of the stationary bearing ring of the first bearing, and the encoder is provided in the rotating bearing ring of the first bearing. The spindle device according to (1) above, characterized in that
(5) The sensor is provided on the stationary bearing ring of the first bearing, and the encoder is disposed on the side of the rotating bearing ring of the first bearing and rotates together with the rotating bearing ring. The main shaft device according to (1), wherein the main shaft device is provided in a rotary spacer.
(6) The sensor is fixed to the stationary member, and extends from a through hole formed in a stationary side spacer disposed on a side of the stationary bearing ring of the first bearing, The spindle device according to (1), wherein the spindle device is disposed to face the detection surface.
(7) The detected surfaces of the encoder each have a characteristic that changes alternately in a circumferential direction, and a boundary between them is in an intermediate portion in the axial direction of the encoder, and the axial direction of the encoder A first detected portion and a second detected portion that are inclined in opposite directions,
The sensor includes a pair of detection units arranged at intervals in the axial direction across the axial intermediate portion of the detection surface, according to any one of the above (1) to (6), Main spindle apparatus of description.

本発明の主軸装置では、第１の軸受の側方に、第１の軸受との組合せにより主軸の軸方向位置を位置決めする第２の軸受を備え、センサユニットが、第１の軸受の転動体と第２の軸受の転動体との軸方向中間位置に位置するように配置されるので、主軸の伸縮による軸方向移動がない位置でアキシャル荷重を測定することができ、主軸の伸縮による測定精度への影響が抑制され、主軸の熱変形の影響を受けることなく、精度のよい荷重測定が可能となる。 In the spindle device of the present invention, a second bearing that positions the axial position of the spindle in combination with the first bearing is provided on the side of the first bearing, and the sensor unit is a rolling element of the first bearing. Is positioned so as to be positioned at an intermediate position in the axial direction between the rolling element and the rolling element of the second bearing, so that the axial load can be measured at a position where there is no axial movement due to expansion and contraction of the main shaft, and measurement accuracy due to expansion and contraction of the main shaft The load is suppressed and the load can be accurately measured without being affected by the thermal deformation of the main shaft.

また、センサを静止側軌道輪に設けたものでは、軸受とセンサとが一体化されており、取扱い性が向上すると共に、省スペース化を図ることができる。また、センサを静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に設けたものでは、軸受とセンサとを個別に修理、交換可能となる。
エンコーダを回転側軌道輪に設けたものでは、測定精度が向上するとともに、取扱い性のよい構成となる。また、エンコーダを回転側軌道輪の側方に配置されて回転側軌道輪と共に回転する回転側間座に設けたものでは、軸受とエンコーダとが個別に修理、交換可能である。 Moreover, those provided with a sensor on the stationary bearing ring is integral bearing and the sensor, the handling property is improved, it is possible to save space. Further, in the case where the sensor is provided in the stationary side spacer arranged on the side of the stationary side race, the bearing and the sensor can be individually repaired and replaced.
In the case where the encoder is provided on the rotation side raceway, the measurement accuracy is improved and the structure is easy to handle. In addition, in the case where the encoder is disposed on the side of the rotation side race and provided in the rotation side spacer that rotates together with the rotation side race, the bearing and the encoder can be repaired and replaced individually.

また、センサが静止部材に設けられ、静止側間座に形成された貫通孔から延出して、エンコーダの被検出面に対向配置されるものでは、新たな専用スペースを設けることなく大きなセンサを使用することができる。 In addition, if the sensor is provided on the stationary member and extends from the through hole formed in the stationary spacer and is placed opposite the detection surface of the encoder, a large sensor is used without providing a new dedicated space. can do.

エンコーダの被検出面が、第一被検出部と第二被検出部とを備え、第一被検出部、及び第二被検出部のそれぞれが円周方向に交互に変化する特性を有し、且つその境界がエンコーダの軸方向中間部にあって互いに逆方向に傾斜し、一方、センサは、第一被検出部、及び第二被検出部にそれぞれ対向配置された一対の検出部を備えるので、主軸に作用するアキシャル荷重の変動に伴って回転側軌道輪がアキシャル方向にずれると、被検出面（第一、及び第二被検出部）と一対の検出部との位置が相対的に変化し、両検出部の出力信号に位相ずれが生じる。従って、センサは、この位相ずれの大きさからアキシャル荷重の大きさを直接求めることができる。 The detected face of the encoder includes a first detection target portion and a second detected portion has a characteristic first detected portion, and each of the second detection target portion changes alternately in the circumferential direction, and inclined there are in opposite directions in the axial direction intermediate portion of the boundary encoder, whereas, the sensor is first detected portion, and since the second comprises a pair of detecting portions which are respectively arranged opposite to the part to be detected When the rotation-side raceway shifts in the axial direction as the axial load acting on the main shaft changes, the positions of the detected surface (first and second detected portions) and the pair of detecting portions change relatively. As a result, a phase shift occurs in the output signals of both detectors. Therefore, the sensor can directly determine the magnitude of the axial load from the magnitude of this phase shift.

即ち、アキシャル荷重を求めるためには、必ずしも相対変位量を求める必要はなく、演算部に、センサの出力信号に基づいて、アキシャル荷重の大きさを直接（上記相対変位量を求める過程を経る事なく）算出する機能を持たせることができる。 That is, in order to obtain the axial load, it is not always necessary to obtain the relative displacement amount, and the magnitude of the axial load is directly calculated by the calculation unit based on the sensor output signal (the process of obtaining the relative displacement amount is performed). (Not) can have a function to calculate.

また、工作機械の主軸装置が上記の荷重センサ付き軸受装置を備えるので、切削時に主軸に作用するアキシャル荷重の測定が可能となり、このアキシャル荷重を加工条件の新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度を向上させることができる。更には、工具寿命、工具交換時期、及び軸受損傷要因の推測や、工具の改良、改善が可能となる。 In addition, since the spindle device of the machine tool includes the bearing device with the load sensor described above, it is possible to measure the axial load acting on the spindle at the time of cutting, and by considering this axial load as a new parameter of the machining condition, Strict machining conditions can be selected, and machining accuracy can be improved. Furthermore, it is possible to estimate the tool life, the tool replacement time, and the bearing damage factor, and to improve and improve the tool.

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。It is sectional drawing of the bearing apparatus with a load sensor of 1st Embodiment which concerns on this invention. （ａ）は図１に示すエンコーダの正面図であり、（ｂ）はその斜視図である。(A) is a front view of the encoder shown in FIG. 1, (b) is the perspective view. （ａ）は図１に示す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。(A) is a perspective view of the sensor shown in FIG. 1, (b) is its plan view, and (c) is its side view. （ａ）は図１に示すセンサ取付穴が設けられた静止側軌道輪の斜視図であり、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその側面図である。(A) is a perspective view of a stationary side bearing ring provided with a sensor mounting hole shown in FIG. 1, (b) is a plan view thereof, and (c) is a side view thereof. （ａ）は図４に示すセンサ取付穴に図３に示すセンサが取り付けられた状態を示す斜視図であり、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその側面図である。(A) is a perspective view which shows the state in which the sensor shown in FIG. 3 was attached to the sensor attachment hole shown in FIG. 4, (b) is the top view, (c) is the side view. 図１に示すVI−VI線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VI-VI line shown in FIG. 図１に示す荷重センサ付き軸受装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。It is a diagram which shows the output signal of the sensor which changes with the fluctuation | variation of the axial load of the bearing apparatus with a load sensor shown in FIG. （ａ）は第１実施形態の変形例のエンコーダの正面図であり、（ｂ）はその斜視図である。(A) is a front view of the encoder of the modification of 1st Embodiment, (b) is the perspective view. 第１実施形態の他の変形例の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。It is sectional drawing of the bearing apparatus with a load sensor of the other modification of 1st Embodiment. （ａ）は第２実施形態のエンコーダの正面図であり、（ｂ）はその斜視図である。(A) is a front view of the encoder of 2nd Embodiment, (b) is the perspective view. 図１０に示すエンコーダのアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。It is a diagram which shows the output signal of the sensor which changes with the fluctuation | variation of the axial load of the encoder shown in FIG. （ａ）は第３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。(A) is a perspective view of the sensor of 3rd Embodiment, (b) is the top view, (c) is the side view. （ａ）は図１２に示す第３実施形態のセンサが取り付けられるセンサ取付穴が設けられた静止側軌道輪の斜視図であり、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその側面図である。(A) is a perspective view of a stationary side bearing ring provided with a sensor mounting hole to which the sensor of the third embodiment shown in FIG. 12 is mounted, (b) is a plan view thereof, and (c) is a side view thereof. is there. （ａ）は静止側軌道輪に取り付けられた第３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。(A) is a perspective view of the sensor of 3rd Embodiment attached to the stationary-side track ring, (b) is the top view, (c) is the side view. 第４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断面図である。It is sectional drawing of the main axis | shaft apparatus of a machine tool provided with the bearing apparatus with a load sensor of 4th Embodiment. 第４実施形態の変形例の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。It is sectional drawing of the bearing apparatus with a load sensor of the modification of 4th Embodiment. 第５実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。It is sectional drawing of the bearing apparatus with a load sensor of 5th Embodiment. 第６実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。It is sectional drawing of the bearing apparatus with a load sensor of 6th Embodiment. 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。It is sectional drawing of the bearing apparatus with a load sensor of 7th Embodiment. 第８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。It is principal part sectional drawing of the main axis | shaft apparatus of a machine tool provided with the bearing apparatus with a load sensor of 8th Embodiment. 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。It is sectional drawing of the bearing apparatus with a load sensor of 9th Embodiment.

以下、本発明に係る荷重センサ付き軸受装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, each embodiment of a bearing device with a load sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１実施形態）
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。 (First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a bearing device with a load sensor according to a first embodiment of the present invention. The bearing device 10 with a load sensor according to the first embodiment includes an outer ring 11 that is a stationary raceway, an inner ring 12 that is a rotational raceway, an outer ring raceway groove 11a that is a stationary raceway, and an inner raceway that is a rotational raceway. An angular ball bearing 20 having a contact angle between the grooves 12 a and a plurality of balls 13 as rolling elements held rotatably by a cage 14 is provided. The outer ring 11 of the angular ball bearing 20 is fitted and fixed to a housing (not shown) that is a stationary member, and the inner ring 12 is fitted and fixed to a rotating shaft (not shown) that is a rotating member.

アンギュラ玉軸受２０の軸方向一端側（図１において右側）には、エンコーダ３１及びセンサ３２を備えたセンサユニット３０が配置されている。即ち、エンコーダ３１が、内輪１２の一端側の外周面にリング状に形成され、センサ３２が、エンコーダ３１に対向して外輪１１に形成されたセンサ取付穴１５に取り付けられている。 A sensor unit 30 including an encoder 31 and a sensor 32 is disposed on one end side (right side in FIG. 1) of the angular ball bearing 20 in the axial direction. That is, the encoder 31 is formed in a ring shape on the outer peripheral surface on one end side of the inner ring 12, and the sensor 32 is mounted in the sensor mounting hole 15 formed in the outer ring 11 so as to face the encoder 31.

エンコーダ３１は、図２に示すように、磁性金属部材である内輪１２の外周面に２列に整列形成された複数の溝３３を有する。複数の溝３３は、２列に整列して円周方向に交互に且つ等間隔で配置されると共に、２列の溝３３の軸方向中間部(仮想線)Ｐを境にしてエンコーダ３１の軸方向に対して同じ角度で互いに逆方向（Ｖ字状）に傾斜している。この場合、溝３３が第一被検出部として作用し、隣接する溝３３間の中間部３４が第二被検出部として作用する。なお、エンコーダ３１は、内輪１２の外周面を加工して複数の溝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１２ｂを形成し、この小径部１２ｂに複数の溝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。 As shown in FIG. 2, the encoder 31 has a plurality of grooves 33 arranged in two rows on the outer peripheral surface of the inner ring 12 that is a magnetic metal member. The plurality of grooves 33 are arranged in two rows and are arranged alternately and at equal intervals in the circumferential direction, and the axis of the encoder 31 with the axial intermediate portion (virtual line) P of the two rows of grooves 33 as a boundary. They are inclined in opposite directions (V-shape) at the same angle with respect to the direction. In this case, the groove 33 acts as a first detected part, and the intermediate part 34 between the adjacent grooves 33 acts as a second detected part. The encoder 31 is formed integrally with the inner ring 12 by processing the outer peripheral surface of the inner ring 12 to form a plurality of grooves 33. However, the inner ring 12 is formed with a small diameter portion 12b, and the small diameter portion 12b. Alternatively, a ring-shaped member in which a plurality of grooves 33 are formed may be externally fitted to be integrated.

センサ３２は、図３に示すように、検出部である一対の磁気センサ３６を内蔵し、大径部３２ａ及び小径部３２ｂからなる段付円筒状に形成されている。大径部３２ａの上面には、Ｕ字溝３２ｃが形成されている。Ｕ字溝３２ｃには、長円形状の固定治具３８の一端が嵌合する。また、大径部３２ａの側面から検出信号を演算装置１５０（図１５参照）に出力する信号線３７が導出されている。 As shown in FIG. 3, the sensor 32 incorporates a pair of magnetic sensors 36 serving as detection portions, and is formed in a stepped cylindrical shape including a large diameter portion 32a and a small diameter portion 32b. A U-shaped groove 32c is formed on the upper surface of the large-diameter portion 32a. One end of an elliptical fixing jig 38 is fitted into the U-shaped groove 32c. Further, a signal line 37 for outputting a detection signal to the arithmetic device 150 (see FIG. 15) is led out from the side surface of the large diameter portion 32a.

なお、磁気センサ３６の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその形式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用される。また、本実施形態のセンサ３２としては、溝３３のエッジを検出可能なものであればよく、光学センサ等が使用されてもよい。 The structure of the magnetic sensor 36 is not particularly limited as long as a permanent magnet is incorporated. That is, even a so-called passive type in which a coil is wound around a pole piece that guides the flow of magnetic flux from the permanent magnet is incorporated with a magnetic detection element that changes its characteristics in accordance with the magnetic flux density. The so-called active type is also used. In addition, the sensor 32 of the present embodiment may be any sensor that can detect the edge of the groove 33, and an optical sensor or the like may be used.

また、センサ３２は、有線式センサ、無線式センサ、いずれの方式のセンサも使用可能であり、特に、限定されない。例えば、有線式センサの場合、センサとコードが一体に接続されるコード一体型センサ、あるいはソケット式コネクタやマグネット式コネクタでセンサとコードが接続されるコネクタ接続型センサが使用可能である。 The sensor 32 can be a wired sensor, a wireless sensor, or any type of sensor, and is not particularly limited. For example, in the case of a wired sensor, a cord integrated sensor in which the sensor and the cord are integrally connected, or a connector connection type sensor in which the sensor and the cord are connected by a socket type connector or a magnet type connector can be used.

図４に示すように、外輪１１に設けられたセンサ取付穴１５は、一端側が外輪１１の側面に開放されたＵ字穴１５ａと、Ｕ字穴１５ａの底部側でＵ字穴１５ａの溝幅より大きな直径を有するざぐり穴１５ｂとから構成された段付き穴である。更に、外輪１１の外周面には、一端がざぐり穴１５ｂに連続するＵ字溝１５ｃが形成されている。Ｕ字溝１５ｃには、センサ３２を固定するための雌ねじ穴４０が設けられている。 As shown in FIG. 4, the sensor mounting hole 15 provided in the outer ring 11 includes a U-shaped hole 15a having one end opened to the side surface of the outer ring 11, and a groove width of the U-shaped hole 15a on the bottom side of the U-shaped hole 15a. It is a stepped hole composed of a counterbore 15b having a larger diameter. Further, a U-shaped groove 15c having one end continuous with the counterbore 15b is formed on the outer peripheral surface of the outer ring 11. A female screw hole 40 for fixing the sensor 32 is provided in the U-shaped groove 15c.

図５に示すように、センサ３２は、センサ取付穴１５に挿入した後、固定治具３８をセンサ３２のＵ字溝３２ｃ、及び外輪１１のＵ字溝１５ｃに嵌合させてねじ４１で固定することで外輪１１に組み付けられる。センサ３２の信号線３７は、Ｕ字穴１５ａから外部に導出されて演算装置（図示せず）に接続される。 As shown in FIG. 5, after the sensor 32 is inserted into the sensor mounting hole 15, the fixing jig 38 is fitted into the U-shaped groove 32 c of the sensor 32 and the U-shaped groove 15 c of the outer ring 11 and fixed with the screw 41. By doing so, the outer ring 11 is assembled. The signal line 37 of the sensor 32 is led out from the U-shaped hole 15a and connected to an arithmetic unit (not shown).

これにより、センサ３２の先端に設けられた一対の磁気センサ３６は、内輪１２に固定されたエンコーダ３１の被検出面３３、３４に対向して、所定の位置に位置決めされる。即ち、エンコーダ３１とセンサ３２とは、一対の磁気センサ３６が被検出面の軸方向中間部Ｐを挟んで互いに軸方向反対側、且つ対称に位置する。 As a result, the pair of magnetic sensors 36 provided at the tip of the sensor 32 are positioned at predetermined positions so as to face the detected surfaces 33 and 34 of the encoder 31 fixed to the inner ring 12. That is, the encoder 31 and the sensor 32 are positioned symmetrically opposite to each other in the axial direction with the pair of magnetic sensors 36 sandwiching the intermediate portion P in the axial direction of the detected surface.

なお、外輪１１には、図６に示すように、このセンサ取付穴１５と一対のノズル穴３５が径方向に貫通して設けられている。一対のノズル穴３５には、それぞれ給油ノズル（図示せず）が配置されており、潤滑装置から供給された潤滑油が、給油ノズルのノズルからアンギュラ玉軸受２０に向けて吐出されて潤滑する。ノズル穴３５は、軸方向において外輪１１に形成されたセンサ取付穴１５と略同一位置、且つ円周方向位相が異なる位置に設けられている。 As shown in FIG. 6, the outer ring 11 is provided with the sensor mounting hole 15 and a pair of nozzle holes 35 penetrating in the radial direction. An oil supply nozzle (not shown) is disposed in each of the pair of nozzle holes 35, and the lubricating oil supplied from the lubricating device is discharged from the nozzle of the oil supply nozzle toward the angular ball bearing 20 and lubricates. The nozzle holes 35 are provided at substantially the same position as the sensor mounting holes 15 formed in the outer ring 11 in the axial direction and at different positions in the circumferential direction.

センサ取付穴１５を、ノズル穴３５と軸方向略同一位置に配置することにより、センサ３２を配置するための専用スペースが不要となり、小型化が可能となる。尚、ノズル穴３５（給油ノズル）とセンサ取付穴１５（センサ３２）との円周方向位相は、特に限定されず任意に設定することができる。また、潤滑方式は、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑、グリース潤滑等のいずれであってもよい。また、運転中の潤滑剤の供給を必要としない潤滑方法で使用される場合は、ノズル穴などの潤滑剤供給スペースは必要ない。 By disposing the sensor mounting hole 15 at substantially the same position as the nozzle hole 35 in the axial direction, a dedicated space for disposing the sensor 32 becomes unnecessary, and the size can be reduced. The circumferential phase of the nozzle hole 35 (oil supply nozzle) and the sensor mounting hole 15 (sensor 32) is not particularly limited and can be set arbitrarily. The lubrication method may be any of oil-air lubrication, oil mist lubrication, direct injection lubrication, grease lubrication, and the like. Further, when used in a lubrication method that does not require the supply of lubricant during operation, a lubricant supply space such as a nozzle hole is not required.

第１実施形態のセンサユニット３０の作用を、図７に基づいて説明する。内輪１２にアキシャル荷重が作用していない場合、センサ３２の一対の磁気センサ（検出部）３６は、仮想線Ｐから軸方向に同一距離だけずれた、図７（ａ）に示す実線イ、イ上に位置しており、出力信号の位相は、図７（ｃ）に示す様に一致しており、位相ずれはない。 The operation of the sensor unit 30 of the first embodiment will be described with reference to FIG. When an axial load is not applied to the inner ring 12, the pair of magnetic sensors (detection units) 36 of the sensor 32 are displaced from the virtual line P by the same distance in the axial direction, as shown by the solid lines A and B in FIG. As shown in FIG. 7 (c), the phase of the output signal is the same, and there is no phase shift.

ここで、回転軸、即ち内輪１２に、図７（ａ）において下向きのアキシャル荷重が作用すると、エンコーダ３１に対する一対の磁気センサ３６の位置が図７（ａ）に示す破線ロ、ロ上に移動し、図７（ｂ）に示すように出力信号に位相ずれが生じる。 Here, when a downward axial load in FIG. 7A acts on the rotating shaft, that is, the inner ring 12, the position of the pair of magnetic sensors 36 with respect to the encoder 31 moves to the broken lines B and B shown in FIG. 7A. Then, as shown in FIG. 7B, a phase shift occurs in the output signal.

また、内輪１２に上向きのアキシャル荷重が作用すると、一対の磁気センサ３６の位置が図７（ａ）に示す一点鎖線ハ、ハ上に移動し、図７（ｄ）に示すように、出力信号に図７（ｂ）と逆方向の位相ずれが生じる。 Further, when an upward axial load is applied to the inner ring 12, the position of the pair of magnetic sensors 36 moves up along the alternate long and short dash lines C and C shown in FIG. 7A, and as shown in FIG. In FIG. 7, a phase shift in the opposite direction to that in FIG.

上記したように、一対の磁気センサ３６の出力信号は、内輪１２に作用するアキシャル荷重の方向に応じて位相が所定の方向へずれる。また、位相ずれの大きさは、内輪１２（エンコーダ３１）のセンサ３２に対する相対距離、換言すれば、アキシャル荷重の大きさに比例する。従って、アンギュラ玉軸受２０の剛性（ばね定数）を予め測定あるいは計算して、アキシャル荷重の大きさと内輪１２（回転軸）の変位量との関係を求めておけば、一対の磁気センサ３６からの出力信号の位相ずれの方向及び大きさに基づいて、回転軸に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが、演算装置によって求められる。 As described above, the phases of the output signals of the pair of magnetic sensors 36 are shifted in a predetermined direction according to the direction of the axial load acting on the inner ring 12. The magnitude of the phase shift is proportional to the relative distance between the inner ring 12 (encoder 31) and the sensor 32, in other words, the magnitude of the axial load. Accordingly, if the rigidity (spring constant) of the angular ball bearing 20 is measured or calculated in advance and the relationship between the magnitude of the axial load and the amount of displacement of the inner ring 12 (rotating shaft) is obtained, the relationship from the pair of magnetic sensors 36 is obtained. Based on the direction and magnitude of the phase shift of the output signal, the direction and magnitude of the axial load acting on the rotating shaft are obtained by the arithmetic unit.

また、センサユニット３０は、エンコーダ３１とセンサ３２とから構成されるので、アキシャル荷重だけでなく、同時に回転軸の回転数も検出することができるマルチセンサとして機能する。 In addition, since the sensor unit 30 includes the encoder 31 and the sensor 32, the sensor unit 30 functions as a multi-sensor that can detect not only the axial load but also the rotational speed of the rotating shaft at the same time.

上記したように、第１実施形態の荷重センサ付き軸受装置１０は、アンギュラ玉軸受２０の内輪１２にエンコーダ３１が装着され、外輪１１にセンサ３２が取り付けられて、アンギュラ玉軸受２０とセンサユニット３０とが一体となっている。このように一体型とすることによって、取扱い性が大幅に向上し、また、内輪１２に作用する荷重を直接測定して、高精度での検出が可能となる。 As described above, in the bearing device 10 with a load sensor according to the first embodiment, the encoder 31 is mounted on the inner ring 12 of the angular ball bearing 20, the sensor 32 is mounted on the outer ring 11, the angular ball bearing 20 and the sensor unit 30. Together. By adopting such an integral type, the handleability is greatly improved, and the load acting on the inner ring 12 can be directly measured to enable detection with high accuracy.

図８は、第１実施形態の変形例のエンコーダを示す。このエンコーダ３１は、磁性金属材からなり、図１の内輪１２に形成される小径部１２ｂに外嵌され、外周面に複数の円弧状溝４５が連続して設けられている。円弧状溝４５は、円周方向に交互に且つ等間隔で配置されており、周方向に隣接する円弧状溝４５の稜線４６は、エンコーダ３１の中間部Ｐを境にして、エンコーダ３１の軸方向に対して同じ角度で互いに逆方向（Ｖ字状）に傾斜している。これにより、高速回転時にも応力集中がエンコーダ３１に作用することがなく、遠心力による損傷が防止される。なお、このエンコーダ３１も内輪１２と一体に形成されてもよい。 FIG. 8 shows an encoder according to a modification of the first embodiment. The encoder 31 is made of a magnetic metal material, and is externally fitted to a small diameter portion 12b formed on the inner ring 12 in FIG. 1, and a plurality of arc-shaped grooves 45 are continuously provided on the outer peripheral surface. The arc-shaped grooves 45 are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the ridge line 46 of the arc-shaped groove 45 adjacent in the circumferential direction is the axis of the encoder 31 with the intermediate portion P of the encoder 31 as a boundary. They are inclined in opposite directions (V-shape) at the same angle with respect to the direction. As a result, stress concentration does not act on the encoder 31 even during high-speed rotation, and damage due to centrifugal force is prevented. The encoder 31 may also be formed integrally with the inner ring 12.

図９は、第１実施形態の他の変形例に係る荷重センサ付き軸受装置を示す。このアンギュラ玉軸受２０は、玉１３とセンサユニット３０との間に配置されたシール１６ａとアンギュラ玉軸受２０の開放側端部（図９において左側端部）に配置されたシール１６ｂとによって軸受空間を密封している。 FIG. 9 shows a bearing device with a load sensor according to another modification of the first embodiment. This angular ball bearing 20 has a bearing space formed by a seal 16 a disposed between the ball 13 and the sensor unit 30 and a seal 16 b disposed at an open end (left end in FIG. 9) of the angular ball bearing 20. Is sealed.

グリース潤滑される軸受では、使用用途に合わせて適量のグリースが封入されるが、長期間の使用等によってグリース量が不足すると軸受寿命に大きな影響を及ぼす虞がある。このため、このようなシール１６ａ，１６ｂを有するアンギュラ玉軸受２０は、グリース潤滑される場合に好適に使用される。 In a grease lubricated bearing, an appropriate amount of grease is sealed in accordance with the intended use. However, if the amount of grease is insufficient due to long-term use or the like, the bearing life may be greatly affected. For this reason, the angular ball bearing 20 having such seals 16a and 16b is preferably used when grease lubrication is performed.

シール１６ａの装着位置は、玉１３とセンサユニット３０との間に限定されず、センサ側端部（図９において右側端部）であってもよい。また、必要に応じて、いずれか一方にのみ設けることもでき、更には、グリース漏れが許容可能であれば、シール１６ａ，１６ｂを設けなくてもよい。
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。 The mounting position of the seal 16a is not limited to between the ball 13 and the sensor unit 30, and may be a sensor side end (right end in FIG. 9). Further, if necessary, the seals 16a and 16b may not be provided if only one of them can be provided. Further, if grease leakage is allowable.
In each embodiment described below, when the angular ball bearing 20 that is grease-lubricated is used, the above-described seals 16a and 16b may be used similarly.

（第２実施形態）
図１０に示すように、第２実施形態のエンコーダ３１の被検出面は、多極磁石、即ち、第一被検出部３３であるＳ極、及び第二被検出部３４であるＮ極が、円周方向に交互に且つ等間隔で内輪１２の小径部１２ｂ（図１参照。）に装着されている。第一被検出部３３と第二被検出部３４との境界は、エンコーダ３１の軸方向中間部（仮想線Ｐ）を境にしてエンコーダ３１の軸方向に対して同じ角度で互いに逆方向に傾斜している。 (Second Embodiment)
As shown in FIG. 10, the detected surface of the encoder 31 of the second embodiment is a multipolar magnet, that is, the S pole that is the first detected portion 33 and the N pole that is the second detected portion 34. It is attached to the small diameter portions 12b (see FIG. 1) of the inner ring 12 alternately at equal intervals in the circumferential direction. The boundary between the first detected portion 33 and the second detected portion 34 is inclined in opposite directions at the same angle with respect to the axial direction of the encoder 31 with respect to the axially intermediate portion (virtual line P) of the encoder 31. doing.

図１１は、図１０に示すエンコーダのアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。本実施形態のエンコーダ３１は、内輪１２（回転軸）にアキシャル荷重が作用していない状態では、センサ３２の一対の磁気センサ３６は、第一被検出部３３及び第二被検出部３４の境界が円周方向に関して最も突出する位置（傾斜方向が変化する位置）を通る仮想線Ｐから、軸方向に同一距離だけずれた、図１１（ａ）に示す実線イ、イ上に位置している。従って、一対の磁気センサ３６の出力信号の位相は、図１１（ｃ）に示す様に一致しており、位相ずれはない。 FIG. 11 is a diagram showing an output signal of the sensor that changes with a change in the axial load of the encoder shown in FIG. In the encoder 31 of the present embodiment, the pair of magnetic sensors 36 of the sensor 32 is the boundary between the first detected portion 33 and the second detected portion 34 in a state where an axial load is not applied to the inner ring 12 (rotating shaft). Is located on the solid lines A and B shown in FIG. 11A, which are shifted by the same distance in the axial direction from the imaginary line P passing through the position that protrudes most in the circumferential direction (position where the inclination direction changes). . Therefore, the phases of the output signals of the pair of magnetic sensors 36 coincide as shown in FIG. 11C, and there is no phase shift.

ここで、回転軸、即ち内輪１２に、図１１（ａ）において下向きのアキシャル荷重が作用すると、エンコーダ３１の軸方向位置が内輪１２と共に下方に移動する。これにより、エンコーダ３１に対する一対の磁気センサ３６の位置が、図１１（ａ）に示す破線ロ、ロ上に移動する。即ち、一対の磁気センサ３６は、仮想線Ｐからの軸方向距離が互いに異なる位置に位置することになり、一対の磁気センサ３６の出力信号には、図１１（ｂ）に示すように位相ずれが生じる。 Here, when a downward axial load in FIG. 11A acts on the rotating shaft, that is, the inner ring 12, the axial position of the encoder 31 moves downward together with the inner ring 12. As a result, the position of the pair of magnetic sensors 36 relative to the encoder 31 moves to the broken lines B and B shown in FIG. That is, the pair of magnetic sensors 36 are located at positions where the axial distances from the virtual line P are different from each other, and the output signals of the pair of magnetic sensors 36 are out of phase as shown in FIG. Occurs.

また、内輪１２に、図１１（ａ）において上向きのアキシャル荷重が作用すると、エンコーダ３１の軸方向位置が内輪１２と共に上方に移動して、エンコーダ３１に対する一対の磁気センサ３６の位置が、図１１（ａ）に示す一点鎖線ハ、ハ上に移動する。即ち、一対の磁気センサ３６は、仮想線Ｐからの軸方向距離が互いに異なる位置に位置することになり、一対の磁気センサ３６の出力信号には、図１１（ｄ）に示すように位相ずれが生じる。従って、一対の磁気センサ３６からの出力信号の位相ずれの方向及び大きさに基づいて、回転軸に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが、演算装置によって求められる。
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。 Further, when an axial load upward in FIG. 11A acts on the inner ring 12, the axial position of the encoder 31 moves upward together with the inner ring 12, and the positions of the pair of magnetic sensors 36 relative to the encoder 31 are as shown in FIG. It moves on the one-dot chain line C and C shown in (a). That is, the pair of magnetic sensors 36 are located at positions where the axial distances from the virtual line P are different from each other, and the output signals of the pair of magnetic sensors 36 are out of phase as shown in FIG. Occurs. Therefore, based on the direction and magnitude of the phase shift of the output signals from the pair of magnetic sensors 36, the direction and magnitude of the axial load acting on the rotating shaft are obtained by the arithmetic unit.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

（第３実施形態）
図１２〜図１４は、第３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３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、一対の磁気センサ３６を内蔵し、上部には左右に延設されたフランジ３２ｄが設けられ、該フランジ３２ｄには、ねじ穴３２ｅが形成されている。 (Third embodiment)
12-14 has shown the sensor structure of the bearing apparatus with a load sensor of 3rd Embodiment. The sensor 32 of the third embodiment is substantially the same as the sensor shown in FIG. 4, but the outer shape is different. That is, the sensor 32 of the present embodiment incorporates a pair of magnetic sensors 36, and a flange 32d extending left and right is provided at the top, and a screw hole 32e is formed in the flange 32d.

図１３に示すように、外輪１１に設けられたセンサ取付穴５０は、外輪１１の一端面側から形成されたコの字状溝５１と、このコの字状溝５１の底部に開口を有するＵ字溝５２と、コの字状溝５１の底部に形成された一対の雌ねじ穴５３とからなる。 As shown in FIG. 13, the sensor mounting hole 50 provided in the outer ring 11 has a U-shaped groove 51 formed from one end surface side of the outer ring 11, and an opening at the bottom of the U-shaped groove 51. It consists of a U-shaped groove 52 and a pair of female screw holes 53 formed at the bottom of the U-shaped groove 51.

センサ３２のセンサ取付穴５０への取り付けは、図１４に示すように、センサ３２をＵ字溝５２に嵌合させ、ねじ５４を雌ねじ５３に螺合させて、フランジ３２ｄをコの字状溝５１に固定して行われる。このように構成することで、外輪１１に形成される雌ねじ穴５３をセンサ３２より軸方向一端面側に形成することができ、高負荷時に雌ねじ穴５３部分に応力集中が作用するのを防止することができる。
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。 As shown in FIG. 14, the sensor 32 is attached to the sensor mounting hole 50 by fitting the sensor 32 into the U-shaped groove 52, screwing the screw 54 into the female screw 53, and connecting the flange 32d to the U-shaped groove. It is fixed to 51. With this configuration, the female screw hole 53 formed in the outer ring 11 can be formed on the one end surface side in the axial direction from the sensor 32, and stress concentration can be prevented from acting on the female screw hole 53 portion under high load. be able to.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

（第４実施形態）
第４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１５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１５において左側）には、不図示の工具が保持されている。 (Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a spindle device of a machine tool including the bearing device with a load sensor of the first embodiment will be described with reference to FIG. The spindle device 60 of the machine tool of the present embodiment is a motor built-in system, and a hollow rotating shaft (main shaft) 61 that is a rotating member is provided at the center thereof. A tool (not shown) is held at the axial end of the rotating shaft 61 (left side in FIG. 15).

回転軸６１は、その工具側を支承する前側軸受である一対のアンギュラ玉軸受２０、７０と、反工具側を支承する後側軸受８０とによって、静止部材であるハウジング６２に回転自在に支持されている。一対のアンギュラ玉軸受２０、７０は、背面組合せされて、アンギュラ玉軸受２０のセンサユニット３０が、アンギュラ玉軸受７０寄りに配置される。センサユニット３０の信号線３７は、ハウジング６２に形成された溝６２ｃ内を配索されて外部に導出され、演算装置１５０に電気的に接続されて、検出信号を送出する。なお、アンギュラ玉軸受２０は、本発明の軸受であり、アンギュラ玉軸受７０は、本発明の他の軸受である。 The rotary shaft 61 is rotatably supported by a housing 62 that is a stationary member by a pair of angular ball bearings 20 and 70 that are front bearings that support the tool side, and a rear bearing 80 that supports the opposite tool side. ing. The pair of angular ball bearings 20, 70 are combined on the back surface, and the sensor unit 30 of the angular ball bearing 20 is disposed closer to the angular ball bearing 70. The signal line 37 of the sensor unit 30 is routed through a groove 62c formed in the housing 62 and led out to the outside, and is electrically connected to the arithmetic unit 150 to send a detection signal. The angular ball bearing 20 is a bearing according to the present invention, and the angular ball bearing 70 is another bearing according to the present invention.

前側軸受２０，７０と後側軸受８０間における回転軸６１の外周面には、ロータ６３が外嵌されている。また、ロータ６３の周囲に配置されるステータ６４は、ハウジング６２に固定されており、ステータ６４に電力を供給することで、ロータ６３に回転力を発生させて、回転軸６１を回転させる。尚、ハウジング６２は、前側軸受７０とステータ６４との間で軸方向に２分割されたハウジング６２ａとハウジング６２ｂとから構成されている。 A rotor 63 is fitted on the outer peripheral surface of the rotary shaft 61 between the front bearings 20 and 70 and the rear bearing 80. Further, the stator 64 disposed around the rotor 63 is fixed to the housing 62, and by supplying electric power to the stator 64, a rotational force is generated in the rotor 63 to rotate the rotating shaft 61. The housing 62 includes a housing 62 a and a housing 62 b that are divided in the axial direction between the front bearing 70 and the stator 64.

第１実施形態のアンギュラ玉軸受２０と背面組み合わせされるアンギュラ玉軸受７０は、静止側軌道輪である外輪７１と、回転側軌道輪である内輪７２と、静止側軌道である外輪軌道溝７１ａ及び回転側軌道である内輪軌道溝７２ａ間に、接触角を持って配置された転動体としての複数の玉７３と、を備える。 The angular ball bearing 70 combined with the back side of the angular ball bearing 20 of the first embodiment includes an outer ring 71 that is a stationary side race ring, an inner ring 72 that is a rotation side race ring, an outer ring raceway groove 71a that is a stationary side raceway, and A plurality of balls 73 as rolling elements arranged with a contact angle are provided between inner ring raceway grooves 72a which are rotation side raceways.

前側軸受２０，７０の外輪１１，７１は、ハウジング６２に内嵌されてハウジング６２にボルト締結された前側軸受外輪押え６５によって、ハウジング６２に固定されている。また、前側軸受２０，７０の内輪１２，７２は、回転軸６１に外嵌され、回転軸６１に締結されたナット６６によって回転軸６１に固定されている。前側軸受２０，７０は、ナット６６によって定位置予圧が付与されて、回転軸６１の軸方向位置が位置決めされる。 The outer rings 11 and 71 of the front bearings 20 and 70 are fixed to the housing 62 by front bearing outer ring retainers 65 that are fitted in the housing 62 and bolted to the housing 62. The inner rings 12, 72 of the front bearings 20, 70 are externally fitted to the rotary shaft 61 and are fixed to the rotary shaft 61 by nuts 66 fastened to the rotary shaft 61. The front bearings 20 and 70 are given a fixed position preload by the nut 66, and the axial position of the rotary shaft 61 is positioned.

後側軸受８０は、円筒ころ軸受であり、外輪８１と、内輪８２と、転動体としての複数の円筒ころ８３と、を有する。後側軸受８０の外輪８１はハウジング６２に内嵌され、ハウジング６２にボルト締結された後側軸受外輪押え６７によって外輪間座６８を介してハウジング６２に固定されている。後側軸受８０の内輪８２は、回転軸６１に締結された他のナット６９によって内輪間座５５を介して回転軸６１に固定されている。 The rear bearing 80 is a cylindrical roller bearing, and includes an outer ring 81, an inner ring 82, and a plurality of cylindrical rollers 83 as rolling elements. An outer ring 81 of the rear bearing 80 is fitted in the housing 62 and is fixed to the housing 62 via an outer ring spacer 68 by a rear bearing outer ring presser 67 that is bolted to the housing 62. The inner ring 82 of the rear bearing 80 is fixed to the rotating shaft 61 via the inner ring spacer 55 by another nut 69 fastened to the rotating shaft 61.

軸方向において前側軸受２０，７０、及びステータ６４に対応するハウジング６２の外周面には、円環状の冷却油溝５６、５７が形成されている。この冷却油溝５６、５７は、ハウジング６２に外嵌するリング状の冷却ジャケット５８、５９によって覆われている。そして、この冷却油溝５６、５７に供給された冷却油によって前側軸受２０，７０、及びステータ６４が冷却される。 On the outer peripheral surface of the housing 62 corresponding to the front bearings 20 and 70 and the stator 64 in the axial direction, annular cooling oil grooves 56 and 57 are formed. The cooling oil grooves 56 and 57 are covered with ring-shaped cooling jackets 58 and 59 that are fitted on the housing 62. The front bearings 20 and 70 and the stator 64 are cooled by the cooling oil supplied to the cooling oil grooves 56 and 57.

このように、背面組合せされたアンギュラ玉軸受２０、７０によって支持され、軸方向位置が位置決めされる回転軸（主軸）６１は、２つのアンギュラ玉軸受２０、７０の軸方向中心位置（具体的には、２つの磁気センサ３６，３６の軸方向中間位置）が一定となり、この位置を中心として伸縮する。そして、アンギュラ玉軸受２０のセンサユニット３０は、２つのアンギュラ玉軸受２０、７０の各玉１３，７３の軸方向中心位置に位置するようにアンギュラ玉軸受７０に配置されているので、熱等によって回転軸６１が伸縮変形しても、測定位置である２つのアンギュラ玉軸受２０、７０の軸方向中心位置が移動することはない。従って、熱等による軸伸縮の影響による測定精度の低下を抑制することができ、アキシャル荷重による回転軸６１の移動により発生する一対の検出部（図２参照）の出力による位相ずれを高精度で測定することができ、この位相ずれに基づいて、アキシャル荷重が演算装置１５０によって求められる。 As described above, the rotary shaft (main shaft) 61 supported by the back-side combined angular ball bearings 20 and 70 and positioned in the axial direction is the axial center position (specifically, the two angular ball bearings 20 and 70). Is the intermediate position in the axial direction of the two magnetic sensors 36, 36, and expands and contracts around this position. And since the sensor unit 30 of the angular ball bearing 20 is arrange | positioned at the angular ball bearing 70 so that it may be located in the axial center position of each ball | bowl 13 and 73 of the two angular ball bearings 20 and 70, it is by heat etc. Even if the rotating shaft 61 expands and contracts, the axial center positions of the two angular ball bearings 20 and 70 that are measurement positions do not move. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to the influence of the shaft expansion and contraction due to heat or the like, and to prevent a phase shift caused by the output of the pair of detection units (see FIG. 2) generated by the movement of the rotating shaft 61 due to the axial load with high accuracy. The axial load can be obtained by the arithmetic unit 150 based on this phase shift.

なお、図１６に示す第４実施形態の変形例では、アンギュラ玉軸受２０の内輪１２のエンコーダ３１が形成される部分の内周面１２ｃを僅かに大径として回転軸１２との嵌めあいを隙間嵌めとしている。 In addition, in the modification of 4th Embodiment shown in FIG. 16, the inner peripheral surface 12c of the part in which the encoder 31 of the inner ring | wheel 12 of the angular ball bearing 20 is formed is made slightly large diameter, and the fitting with the rotating shaft 12 is clearance gap. It is fitting.

荷重センサ付き軸受装置１０が工作機械の主軸装置に使用される場合、アンギュラ玉軸受２０の内輪１２は、回転軸６１と内輪１２との相対的な滑りを防止するため、主軸に締まりバメされるのが一般的である。特に、高速回転で使用される回転軸６１においては、遠心力によって内輪１２が膨張するため、締め代が大きく設定されるので、内輪１２にかかる負荷が大きい。このような内輪１２の外周面にエンコーダ３１が外嵌固定されると、エンコーダ３１の変形による検出精度の低下や、エンコーダ３１の破損等が懸念される。このため、内輪１２のエンコーダ３１が形成される部分と回転軸１２との嵌めあいを隙間嵌めとすることで、このような問題を回避することができる。また、これによって、締め代部の軸方向長さを短くすることができ、エンコーダ３１の組付けが容易となる。 When the bearing device 10 with a load sensor is used in a main spindle device of a machine tool, the inner ring 12 of the angular ball bearing 20 is tightened against the main shaft to prevent relative sliding between the rotary shaft 61 and the inner ring 12. It is common. In particular, in the rotating shaft 61 used for high-speed rotation, the inner ring 12 expands due to the centrifugal force, so that the tightening margin is set large, so that the load on the inner ring 12 is large. When the encoder 31 is externally fitted and fixed to the outer peripheral surface of the inner ring 12, there is a concern that the detection accuracy is reduced due to the deformation of the encoder 31, or the encoder 31 is damaged. For this reason, such a problem can be avoided by setting the fit between the portion of the inner ring 12 where the encoder 31 is formed and the rotary shaft 12 as a clearance fit. In addition, this makes it possible to shorten the axial length of the tightening margin, and the assembly of the encoder 31 is facilitated.

（第５実施形態）
図１７は第５実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。第５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。 (Fifth embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view of a bearing device with a load sensor according to a fifth embodiment. In the bearing device 10 with the load sensor of the fifth embodiment, an outer ring spacer 76 that is a stationary side spacer is provided separately from the outer ring 11, and the sensor 32 is mounted in the sensor mounting hole 15 of the outer ring spacer 76. Has been. The encoder 31 is formed integrally with the inner ring 12 as in the first embodiment.

このように構成することで、アンギュラ玉軸受２０とセンサ３２のいずれかに不具合が生じたとき、個別に修理、交換が可能となるので、メンテナンス性が向上すると共に、コストを抑制することができる。また、荷重センサ付き軸受装置１０の使用条件、あるいは必要精度等に応じて、センサ３２を好適な仕様のものに適宜交換することができ、要求される仕様に対して柔軟に対応することが可能となる。さらに、エンコーダ３１と内輪１２とは一体に形成されているので、取り扱い性が良好となる。また、本実施形態では、外輪１１に雌ねじ穴を設ける必要がなく、好ましい。
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。 By configuring in this way, when any of the angular ball bearings 20 and the sensor 32 is defective, it can be individually repaired and replaced, so that maintainability is improved and cost can be reduced. . In addition, the sensor 32 can be appropriately replaced with one having a suitable specification according to the use conditions or required accuracy of the bearing device 10 with the load sensor, and can flexibly meet the required specification. It becomes. Furthermore, since the encoder 31 and the inner ring 12 are integrally formed, the handleability is good. Moreover, in this embodiment, it is not necessary to provide an internal thread hole in the outer ring | wheel 11, and it is preferable.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

（第６実施形態）
図１８は第６実施形態の荷重センサ付き軸受装置の断面図である。第６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１１のセンサ取付穴１５に一体に形成されている。 (Sixth embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view of a bearing device with a load sensor according to a sixth embodiment. In the bearing device 10 with a load sensor of the sixth embodiment, an inner ring spacer 75 which is a rotating ring spacer is provided separately from the inner ring 12, and an encoder 31 is formed on the outer peripheral surface of the inner ring spacer 75. Yes. The sensor 32 is integrally formed in the sensor mounting hole 15 of the outer ring 11 as in the first embodiment.

このように構成することで、アンギュラ玉軸受２０とエンコーダ３１のいずれかに不具合が生じたとき、個別に修理、交換が可能となると共に、使用条件に応じてエンコーダを取り替えることも容易となる。例えば、高速スピンドルに適用されて、遠心力によってエンコーダ３１が破損する可能性がある場合、高速回転対策が施されたエンコーダ３１に交換して容易に対応することができる。さらに、荷重センサ付き軸受装置１０の使用条件、あるいは必要精度等に応じて、エンコーダ３１を好適な仕様のものに適宜交換することができ、要求される仕様に対して柔軟に対応することが可能となる。また、センサ３２と外輪１３とは一体に形成されているので、取り扱い性が良好となる。
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。 With this configuration, when a problem occurs in either the angular ball bearing 20 or the encoder 31, it becomes possible to repair and replace it individually, and it is also easy to replace the encoder according to use conditions. For example, when there is a possibility that the encoder 31 is damaged due to centrifugal force when applied to a high-speed spindle, it can be easily handled by replacing the encoder 31 with a countermeasure against high-speed rotation. Furthermore, the encoder 31 can be appropriately replaced with one having a suitable specification according to the use conditions or required accuracy of the bearing device 10 with the load sensor, and can flexibly cope with the required specification. It becomes. Further, since the sensor 32 and the outer ring 13 are integrally formed, the handleability is improved.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

（第７実施形態）
図１９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。 (Seventh embodiment)
FIG. 19 is a cross-sectional view of a bearing device with a load sensor according to a seventh embodiment. In the bearing device 10 with a load sensor according to the seventh embodiment, an outer ring spacer 76 which is a stationary side spacer is provided separately from the outer ring 11, and the sensor 32 is mounted in the sensor mounting hole 15 of the outer ring spacer 76. Has been. Further, an inner ring spacer 75 which is a rotating ring spacer is provided separately from the inner ring 12, and an encoder 31 is formed on the outer peripheral surface of the inner ring spacer 75.

このように、アンギュラ玉軸受２０とセンサユニット３０を分離構造とすることにより、アンギュラ玉軸受２０、エンコーダ３１、及びセンサ３２のいずれかに不具合が生じたとき、個別に修理、交換が可能となるので、メンテナンス性が向上すると共に、コストを抑制することができる。 As described above, the angular ball bearing 20 and the sensor unit 30 are separated, so that when any of the angular ball bearing 20, the encoder 31, and the sensor 32 is defective, it can be repaired and replaced individually. Therefore, maintainability is improved and cost can be suppressed.

また、荷重センサ付き軸受装置１０の使用条件、あるいは必要精度等に応じて、軸受２０、エンコーダ３１、及びセンサ３２を好適な仕様のものに適宜交換することができ、要求される仕様に対して柔軟に対応することが可能となる。例えば、高速回転軸に適用されて、遠心力によってエンコーダ３１が破損する可能性がある場合、高速回転対策が施されたエンコーダ３１に交換して容易に対応することができる。また、本実施形態の荷重センサ付き軸受装置１０は、内輪間座７５及び外輪間座７６を用いて、軸受の予圧調整を行うことができる。
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。 In addition, the bearing 20, the encoder 31, and the sensor 32 can be appropriately replaced with ones having suitable specifications according to the use conditions of the bearing device 10 with the load sensor or the required accuracy. It becomes possible to respond flexibly. For example, when there is a possibility that the encoder 31 is damaged by centrifugal force when applied to a high-speed rotation shaft, it can be easily handled by replacing the encoder 31 with a countermeasure against high-speed rotation. Moreover, the bearing device 10 with a load sensor according to the present embodiment can adjust the preload of the bearing using the inner ring spacer 75 and the outer ring spacer 76.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

（第８実施形態）
図２０は第８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５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３２ａ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３２の一対の磁気センサ３６がエンコーダ３１の被検出面３３、３４に対向配置される。 (Eighth embodiment)
FIG. 20 is a cross-sectional view of a main part of a spindle device of a machine tool including a bearing device with a load sensor according to an eighth embodiment. In the spindle device 60 of the machine tool to which the load sensor-equipped bearing device 10 of the present embodiment is applied, the encoder 31 is formed on one end side of the inner ring 12 of the angular ball bearing 20 as in the fifth embodiment. On the other hand, the sensor 32 a is attached to the sensor attachment hole 77 of the housing 62 and is formed in an outer ring spacer 76 provided separately from the outer ring 11 and extends from a through hole 78 that is continuous with the sensor attachment hole 77 in the radial direction. Put out. As a result, the pair of magnetic sensors 36 of the sensor 32 are arranged to face the detected surfaces 33 and 34 of the encoder 31.

従って、本実施形態の荷重センサ付き軸受装置１０では、外輪１１や外輪間座７６に取り付けられるセンサ３２と比較して、大きなセンサ３２ａを使用することができ、より高性能、且つ高機能なセンサ３２ａを用いることが可能となる。
その他の構成及び作用については、第４実施形態の主軸装置６０と同様である。 Therefore, in the bearing device 10 with the load sensor according to the present embodiment, a larger sensor 32a can be used as compared with the sensor 32 attached to the outer ring 11 or the outer ring spacer 76, and the sensor has higher performance and higher functionality. 32a can be used.
About another structure and effect | action, it is the same as that of the main axis | shaft apparatus 60 of 4th Embodiment.

（第９実施形態）
図２１は、本発明に係る第９実施形態の主軸装置の要部断面図である。この主軸装置１０では、軸受２０の内輪１２が回転軸６１の段部６１ａに当接して配置されており、エンコーダ３１は、回転軸６１の段部６１ａ近傍の外周面に直接形成されている。また、センサ３２は、第１実施形態と同様、外輪１１のセンサ取付穴１５に一体に形成されており、本実施形態では、外輪１１の外輪軌道溝１１ａに対してカウンタボア側に組み込まれている。 (Ninth embodiment)
FIG. 21 is a cross-sectional view of the main part of the spindle device according to the ninth embodiment of the present invention. In the main shaft device 10, the inner ring 12 of the bearing 20 is disposed in contact with the stepped portion 61 a of the rotating shaft 61, and the encoder 31 is formed directly on the outer peripheral surface in the vicinity of the stepped portion 61 a of the rotating shaft 61. The sensor 32 is formed integrally with the sensor mounting hole 15 of the outer ring 11 as in the first embodiment. In this embodiment, the sensor 32 is incorporated on the counter bore side with respect to the outer ring raceway groove 11a of the outer ring 11. Yes.

これにより、エンコーダが回転側間座に形成される場合、センサ３２とエンコーダ３１との間に、間座と軸とのガタ（すきま）分だけ半径方向ギャップのずれが生じていたが、エンコーダ３１を回転軸６１に直接形成することで、このようなギャップのずれを抑制することができる。また、ギャップずれを防止すべく、エンコーダが形成された回転側間座を回転軸にしまり嵌めで嵌合する場合と比べて、本実施形態は、組み込み時間や分解時の手間を省くことができる。 As a result, when the encoder is formed on the rotation side spacer, the radial gap is displaced between the sensor 32 and the encoder 31 by the backlash (gap) between the spacer and the shaft. By forming directly on the rotating shaft 61, such a gap shift can be suppressed. In addition, in order to prevent gap deviation, this embodiment can save time for assembling and disassembling as compared with the case where the rotary side spacer on which the encoder is formed is fitted to the rotary shaft with interference fit. .

また、本実施形態によれば、間座にエンコーダが形成された場合に、振動などによって、回転中に回転軸との間で生じる円周方向の位相ずれや、間座の不均一な遠心力膨張による、円周方向におけるギャップのばらつきも発生することがなく、より高精度な検出が可能となる。
その他の構成及び作用については、第７実施形態のものと同様である。 Further, according to the present embodiment, when an encoder is formed in the spacer, a circumferential phase shift generated between the rotating shaft and the non-uniform centrifugal force of the spacer due to vibration or the like due to vibration or the like. There is no gap variation in the circumferential direction due to expansion, and more accurate detection is possible.
Other configurations and operations are the same as those of the seventh embodiment.

尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
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。 In addition, this invention is not limited to each embodiment and modification which were mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.
For example, in the above description, the angular ball bearing 20 or the bearing device 10 with the load sensor having the structure in which the sensor unit 30 is assembled to the inner and outer ring spacers 75 and 76 has been described. It is also possible to combine with a type bearing or a bearing spacer, and the number of rows of bearings to be combined and the combination are arbitrary.
Further, the present invention can be applied to a rotating shaft other than the spindle device of the machine tool, and has the same effect.

１０荷重センサ付き軸受装置
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
３２，３２ａセンサ
３３溝（第一被検出部）
３４中間部（第二被検出部）
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
Ｐエンコーダの軸方向中間部 10 Bearing device with load sensor 11 Outer ring (stationary ring)
11a Outer ring raceway groove (stationary side raceway)
12 Inner ring (Rotating raceway)
12a Inner ring raceway (rotation side raceway)
13 balls (rolling elements)
20 Angular contact ball bearing (bearing)
30 Sensor unit 31 Encoder 32, 32a Sensor 33 Groove (first detected part)
34 Middle part (second detected part)
36 Magnetic sensor (detector)
60 Machine tool spindle 61 Rotating shaft (spindle, rotating member)
62 Housing (stationary member)
70 Angular contact ball bearings
75 Inner ring spacer (rotating side spacer)
76 Outer ring spacer (stationary side spacer)
78 Through-hole P Axial intermediate part of encoder

Claims

静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪と、回転部材である主軸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、を備える第１の軸受と、
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を具備し、前記主軸のアキシャル荷重が測定可能である工作機械の主軸装置であって、
前記第１の軸受の側方に、前記主軸の軸方向位置を位置決めするように前記第１の軸受と組合せて配置される第２の軸受を備え、
前記センサユニットが、前記第１の軸受の転動体と前記第２の軸受の転動体との軸方向中間位置に位置するように、前記荷重センサ付き軸受装置に配置され、
前記エンコーダは、前記第１の軸受の前記回転側軌道輪、または、前記第１の軸受の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ることを特徴とする主軸装置。 A stationary side race ring fitted and fixed to a stationary member, a rotation side race ring fitted and fixed to a main shaft that is a rotating member, a stationary side race of the stationary side race ring, and a rotational side race of the rotary side race ring A first bearing comprising a plurality of rolling elements arranged in a freely rollable manner between,
A sensor unit comprising: an encoder in which characteristics of the detected surface are alternately changed in a circumferential direction; and a sensor that is disposed opposite to the detected surface of the encoder and detects the change in the characteristics of the detected surface;
Comprising a bearing device with a load sensor comprising: a spindle device of a machine tool capable of measuring an axial load of the spindle,
A second bearing disposed in combination with the first bearing so as to position an axial position of the main shaft on a side of the first bearing;
The sensor unit is disposed in the bearing device with the load sensor so as to be positioned at an axially intermediate position between the rolling element of the first bearing and the rolling element of the second bearing ,
The encoder is provided on the rotation side spacer of the first bearing, or on the rotation side spacer that is disposed on the side of the rotation side race of the first bearing and rotates together with the rotation side of the rotation ring. Spindle device characterized by being made.

前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の前記回転側軌道輪に設けられることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。 Wherein the sensor is provided on the stationary bearing ring of the first bearing, the spindle apparatus according to claim 1 wherein the encoder is characterized by Rukoto provided on the rotating side raceway of the first bearing.

前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の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ることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。 The sensor is provided in a stationary spacer disposed on a side of the stationary bearing ring of the first bearing, and the encoder is disposed on a side of the rotating bearing ring of the first bearing. spindle device according to claim 1, characterized in Rukoto provided on the rotary side spacer which rotates together with the rotating bearing ring.

前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の前記回転側軌道輪に設けられることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。 Wherein the sensor is provided on the stationary bearing ring stationary side spacer disposed on a side of said first bearing, characterized in Rukoto the encoder is provided on the rotating side raceway of the first bearing The spindle device according to claim 1.

前記センサが前記第１の軸受の前記静止側軌道輪に設けられ、前記エンコーダが前記第１の軸受の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ることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。 The sensor is provided on the stationary bearing ring of the first bearing, and the encoder is disposed on the side of the rotating bearing ring of the first bearing and rotates with the rotating bearing ring. spindle device according to claim 1, characterized in Rukoto provided on the seat.

前記センサが前記静止部材に固定され、前記第１の軸受の前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。 The sensor is fixed to the stationary member, and extends from a through hole formed in a stationary side spacer disposed on the side of the stationary bearing ring of the first bearing, and the detected surface of the encoder The main shaft device according to claim 1, wherein the main shaft device is opposed to the main shaft device.

前記エンコーダの前記被検出面は、円周方向に交互に変化する特性をそれぞれが有し、互いの境界が前記エンコーダの軸方向中間部にあって、前記エンコーダの軸方向に対して互いに逆方向に傾斜する第一被検出部と第二被検出部とを備え、
前記センサは、前記被検出面の前記軸方向中間部を挟んで軸方向に間隔を空けて配置される一対の検出部を備えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の主軸装置。 Each of the detected surfaces of the encoder has a characteristic that changes alternately in the circumferential direction, and the boundary between them is in an intermediate portion in the axial direction of the encoder and is opposite to the axial direction of the encoder A first detected portion and a second detected portion that are inclined to each other,
The sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a pair of detector which are spaced apart axially across the axial direction intermediate portion of the surface to be detected Spindle device.