JP7486291B2 - Bearing device and spindle device - Google Patents
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Description
本発明は、軸受装置及びスピンドル装置に関する。 The present invention relates to a bearing device and a spindle device.
特許文献1(特開2003-120666号公報)には、軸受装置が記載されている。特許文献1に記載の軸受装置は、第1転がり軸受と、第2転がり軸受と、内輪間座と、外輪間座と、ひずみセンサとを有している。 Patent document 1 (JP Patent Publication 2003-120666) describes a bearing device. The bearing device described in Patent document 1 has a first rolling bearing, a second rolling bearing, an inner ring spacer, an outer ring spacer, and a strain sensor.
第1転がり軸受及び第2転がり軸受には、予圧が印加されている。内輪間座は、第1転がり軸受の内輪と第2転がり軸受の内輪との間に配置されている。外輪間座は、第1転がり軸受の外輪と第2転がり軸受の外輪との間に配置されている。ひずみセンサは、外輪間座に取り付けられている。 A preload is applied to the first rolling bearing and the second rolling bearing. The inner ring spacer is disposed between the inner ring of the first rolling bearing and the inner ring of the second rolling bearing. The outer ring spacer is disposed between the outer ring of the first rolling bearing and the outer ring of the second rolling bearing. The strain sensor is attached to the outer ring spacer.
特許文献1に記載の軸受装置においては、外輪間座のひずみをひずみセンサで測定しながら第1転がり軸受及び第2転がり軸受に印加される予圧が調整される。これにより、予圧の管理が可能になり、適正な予圧を第1転がり軸受及び第2転がり軸受に印加することが可能になる。 In the bearing device described in Patent Document 1, the preload applied to the first rolling bearing and the second rolling bearing is adjusted while measuring the strain of the outer ring spacer with a strain sensor. This makes it possible to manage the preload and apply an appropriate preload to the first rolling bearing and the second rolling bearing.
しかしながら、特許文献1に記載の軸受装置においては、ひずみセンサの構成の詳細が明らかではない。その結果、ひずみセンサからの出力にノイズが重畳され、外輪間座におけるひずみの測定結果が、ノイズの影響を受けてしまうおそれがある。ひずみの測定結果がノイズの影響を受けると、第1転がり軸受及び第2転がり軸受に印加されている予圧を正確に把握できないおそれがある。 However, in the bearing device described in Patent Document 1, the details of the configuration of the strain sensor are not clear. As a result, noise may be superimposed on the output from the strain sensor, and the strain measurement results in the outer ring spacer may be affected by the noise. If the strain measurement results are affected by noise, it may not be possible to accurately grasp the preload applied to the first rolling bearing and the second rolling bearing.
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、ひずみの測定に際してノイズの影響を低減することができる軸受装置及びスピンドル装置を提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the problems of the conventional technology as described above. More specifically, the present invention provides a bearing device and a spindle device that can reduce the effects of noise when measuring strain.
本発明に係る軸受装置は、第1内輪と、第1外輪と、第1内輪と第1外輪との間に配置された第1転動体とを有し、予圧が印加された第1転がり軸受と、予圧の経路上に配置された非回転部材と、非回転部材に取り付けられた少なくとも1以上のひずみセンサとを備える。第1内輪は、第1外輪及び非回転部材に対して回転可能になっている。ひずみセンサは、非回転部材のひずみに応じた信号を出力する検知部と、信号が入力される処理部とを有している。処理部は、信号を増幅する増幅部を含む。 The bearing device according to the present invention comprises a first rolling bearing having a first inner ring, a first outer ring, and a first rolling element arranged between the first inner ring and the first outer ring, to which a preload is applied, a non-rotating member arranged on the path of the preload, and at least one strain sensor attached to the non-rotating member. The first inner ring is rotatable relative to the first outer ring and the non-rotating member. The strain sensor has a detection unit that outputs a signal corresponding to the strain of the non-rotating member, and a processing unit to which the signal is input. The processing unit includes an amplifier that amplifies the signal.
上記の軸受装置において、処理部は、増幅部において増幅された信号に基づいてひずみを算出する出力部をさらに含んでいてもよい。 In the above-mentioned bearing device, the processing unit may further include an output unit that calculates the strain based on the signal amplified in the amplifier unit.
上記の軸受装置において、ひずみセンサは、非回転部材に取り付けられた基板をさらに有していてもよい。検知部及び処理部は、基板上に取り付けられていてもよい。 In the above-mentioned bearing device, the strain sensor may further include a substrate attached to the non-rotating member. The detection unit and the processing unit may be attached to the substrate.
上記の軸受装置において、ひずみセンサは、検知部及び処理部がモノリシックに形成された半導体集積回路を有していてもよい。 In the above-mentioned bearing device, the strain sensor may have a semiconductor integrated circuit in which the detection section and the processing section are monolithically formed.
上記の軸受装置は、記憶部と、演算部とをさらに備えていてもよい。記憶部には、ひずみと予圧との関係を示す情報が格納されていてもよい。演算部は、ひずみ及び情報に基づいて予圧を算出するように構成されていてもよい。 The bearing device may further include a storage unit and a calculation unit. The storage unit may store information indicating the relationship between the strain and the preload. The calculation unit may be configured to calculate the preload based on the strain and the information.
上記の軸受装置は、記憶部と、演算部とをさらに備えていてもよい。ひずみセンサの数は、複数であってもよい。演算部は、それぞれのひずみセンサからのひずみに基づいて代表値を算出するように構成されていてもよい。記憶部には、代表値と予圧との関係を示す情報が格納されていてもよい。演算部は、代表値及び情報に基づいて予圧を算出するように構成されていてもよい。 The bearing device may further include a memory unit and a calculation unit. The number of strain sensors may be more than one. The calculation unit may be configured to calculate a representative value based on the strain from each strain sensor. The memory unit may store information indicating the relationship between the representative value and the preload. The calculation unit may be configured to calculate the preload based on the representative value and the information.
上記の軸受装置は、診断部をさらに備えていてもよい。診断部は、演算部において算出された予圧と所定の閾値とを比較するように構成されていてもよい。 The bearing device may further include a diagnostic unit. The diagnostic unit may be configured to compare the preload calculated by the calculation unit with a predetermined threshold value.
上記の軸受装置は、第2内輪と、第2外輪と、第2内輪と第2外輪との間に配置された第2転動体とを有し、予圧が印加された第2転がり軸受をさらに備えていてもよい。第2内輪は、第2外輪及び非回転部材に対して回転可能になっていてもよい。非回転部材は、第1外輪と第2外輪との間に配置された外輪間座であってもよい。 The bearing device may further include a second rolling bearing having a second inner ring, a second outer ring, and a second rolling element arranged between the second inner ring and the second outer ring, to which a preload is applied. The second inner ring may be rotatable relative to the second outer ring and the non-rotating member. The non-rotating member may be an outer ring spacer arranged between the first outer ring and the second outer ring.
上記の軸受装置において、外輪間座は、平坦部を含む外周面を有していてもよい。ひずみセンサは、平坦部に取り付けられていてもよい。 In the above-mentioned bearing device, the outer ring spacer may have an outer peripheral surface that includes a flat portion. The strain sensor may be attached to the flat portion.
上記の軸受装置において、外輪間座は、内周面と、外周面とを有していてもよい。内周面には、外周面側に向かって窪む凹部が形成されていてもよい。凹部の底面は、平坦面になっていてもよい。ひずみセンサは、平坦面に取り付けられていてもよい。 In the above-mentioned bearing device, the outer ring spacer may have an inner peripheral surface and an outer peripheral surface. The inner peripheral surface may have a recess that is recessed toward the outer peripheral surface. The bottom surface of the recess may be a flat surface. The strain sensor may be attached to the flat surface.
本発明に係るスピンドル装置は、上記の軸受装置と、第1転がり軸受により回転可能に支持される軸と、軸を回転させるモータとを備える。 The spindle device according to the present invention comprises the above-mentioned bearing device, a shaft rotatably supported by the first rolling bearing, and a motor for rotating the shaft.
本発明に係る軸受装置及びスピンドル装置によると、ひずみの測定に際してノイズの影響を低減することができる。 The bearing device and spindle device of the present invention can reduce the effects of noise when measuring strain.
実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。 Details of the embodiment will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference symbols, and overlapping descriptions will not be repeated.
(第1実施形態)
以下に、第1実施形態に係るスピンドル装置(以下においては、「スピンドル装置100」とする)を説明する。
First Embodiment
A spindle device according to a first embodiment (hereinafter, referred to as "
<スピンドル装置100の全体構成>
図1は、スピンドル装置100の断面図である。図2は、図1のIIにおける拡大図である。スピンドル装置100は、例えば工作機械に用いられるビルトインモータ方式のスピンドル装置である。図1及び図2に示されるように、スピンドル装置100は、軸10と、外筒20と、軸受装置30と、モータ50と、軸受装置60とを有している。
<Overall Configuration of
Fig. 1 is a cross-sectional view of a
<軸10の詳細構成>
軸10は、第1端10aと、第2端10bとを有している。第1端10a及び第2端10bは、軸10の回転中心軸Aに沿う方向における端である。以下においては、回転中心軸Aに沿う方向を、「軸方向」という。第2端10bは、第1端10aの反対側の端である。第1端10aには、エンドミル等の切削工具が取り付けられる。軸10は、外周面10cを有している。軸10は、外周面10cにおいて、段差部10dを有している。段差部10dにおける軸10の外径は、段差部10dの第2端10b側に隣接する部分における軸10の外径よりも大きくなっている。段差部10dは、第1端10a側に位置している。
<Detailed configuration of
The
<外筒20の詳細構成>
外筒20は、筒状形状を有している。外筒20は、軸方向に沿って延在している。外筒20の内部には、軸10が収納されている。外筒20は、軸方向において、第1端20aと、第2端20bとを有している。第1端20aは、第1端10a側の端である。第2端20bは、第1端20aの反対側の端である。外筒20は、内周面20cを有している。
<Detailed configuration of
The
<軸受装置30の詳細構成>
軸受装置30は、ハウジング31と、転がり軸受32と、転がり軸受33と、内輪間座34と、外輪間座35と、蓋部材36と、ナット37と、間座38と、ひずみセンサ40とを有している。
<Detailed configuration of bearing
The bearing
ハウジング31は、筒状形状を有している。ハウジング31は、軸方向において、第1端31aと、第2端31bとを有している。第1端31aは第1端10a側の端であり、第2端31bは第1端31aの反対側の端である。ハウジング31は、内周面31cと、外周面31dとを有している。ハウジング31は、外周面31dが内周面20cと接するように配置されている。外周面31dには、溝31daが形成されている。溝31daと内周面20cとにより、冷媒が流れる流路が画されている。
The
転がり軸受32は、例えばアンギュラ玉軸受である。転がり軸受32は、軸10を回転中心軸A周りに回転可能に支持している。転がり軸受32は、内輪32aと、外輪32bと、転動体32cと、保持器32dとを有している。
The rolling
内輪32aは、内周面32aaと、外周面32abを有している。内輪32aは、軸10に取り付けられている。より具体的には、内輪32aは、内周面32aaが外周面10cに接するように、軸10に取り付けられている。内輪32aは、段差部10dの第2端10b側に隣接して配置されている。内輪32aは、軸10の回転に伴い、外輪32b及び外輪間座35に対して相対的に回転する。
The
外輪32bは、内周面32baと、外周面32bbとを有している。外輪32bは、ハウジング31に取り付けられている。より具体的には、外輪32bは、外周面32bbが内周面31cに接するように、ハウジング31に取り付けられている。外輪32bは、内周面32baが外周面31abに対向するように配置されている。
The
転動体32cは、内輪32aと外輪32bとの間に配置されている。より具体的には、転動体32cは、外周面32ab及び内周面32baに接するように配置されている。転動体32cの数は、複数である。
The rolling
保持器32dは、内輪32aと外輪32bとの間に配置されている。保持器32dは、周方向における転動体32cの間隔が一定範囲内になるように保持されている。周方向とは、回転中心軸Aを中心とする円周に沿う方向である。
The
転がり軸受33は、例えばアンギュラ玉軸受である。転がり軸受33は、軸10を回転中心軸A周りに回転可能に支持している。転がり軸受33は、内輪33aと、外輪33bと、転動体33cと、保持器33dとを有している。
The rolling
内輪33aは、内周面33aaと、外周面33abを有している。内輪33aは、軸10に取り付けられている。より具体的には、内輪33aは、内周面33aaが外周面10cに接するように、軸10に取り付けられている。内輪33aは、軸10の回転に伴い、外輪33b及び外輪間座35に対して相対的に回転する。
The
外輪33bは、内周面33baと、外周面33bbとを有している。外輪33bは、ハウジング31に取り付けられている。より具体的には、外輪33bは、外周面33bbが内周面31cに接するように、ハウジング31に取り付けられている。外輪33bは、内周面33baが外周面31abに対向するように配置されている。
The
転動体33cは、内輪33aと外輪33bとの間に配置されている。より具体的には、転動体33cは、外周面33ab及び内周面33baに接するように配置されている。転動体33cの数は、複数である。
The rolling
保持器33dは、内輪33aと外輪33bとの間に配置されている。保持器33dは、周方向における転動体33cの間隔が一定範囲内になるように保持されている。
The
転がり軸受32及び転がり軸受33は、背面組み合わせ(DB組み合わせ)で設置されている。転がり軸受32及び転がり軸受33は、正面組み合わせ(DF組み合わせ)で設置されていてもよい。
The rolling
内輪間座34は、筒状形状を有している。内輪間座34は、軸方向に沿って延在している。内輪間座34は、内周面34aと、外周面34bとを有している。内輪間座34は、軸10に取り付けられている。より具体的には、内輪間座34は、内周面34aが外周面10cに接するように軸10に取り付けられている。内輪間座34は、軸方向において、内輪32aと内輪33aとの間に配置されている。
The
外輪間座35は、筒状形状を有している。外輪間座35は、軸方向に沿って延在している。外輪間座35は、内周面35aと、外周面35bとを有している。外輪間座35は、内周面35aが外周面34bと対向するとともに、外周面35bが内周面31cに対向するように配置されている。外輪間座35は、軸方向において、外輪32bと外輪33bとの間に配置されている。
The
図3は、図2のIII-IIIにおける断面図である。なお、図3中において、外筒20及びハウジング31は、図示が省略されている。図3に示されるように、外周面35bは、平坦部35baを有している。平坦部35baの数は、複数であることが好ましい。図3の例において、平坦部35baの数は、4である。但し、平坦部35baの数は、これに限られない。平坦部35baの数は、例えば2であってもよい。平坦部35baは、周方向に沿って等間隔で形成されていることが好ましい。
Figure 3 is a cross-sectional view taken along III-III in Figure 2. Note that the
図1及び図2に示されるように、蓋部材36は、第1部分36aと、第2部分36bとを有している。蓋部材36は、第1部分36aにおいて、ハウジング31に取り付けられている。第2部分36bは、外輪32bに接するように軸方向に沿って第1部分36aから延在している。
As shown in Figures 1 and 2, the
ナット37は、外周面10cに螺合されている。ナット37は、転がり軸受33よりも第2端10b側に位置している。
The
間座38は、筒状形状を有している。間座38は、内周面38aと、外周面38bとを有している。間座38は、軸10に取り付けられている。より具体的には、間座38は、内周面38aが外周面10cに接するように軸10に取り付けられている。外周面38bは、内周面31cに対向している。間座38は、軸方向において、内輪33aとナット37との間に配置されている。
The
ナット37を第1端10a側に向かって移動させることにより、内輪33aには、予圧が印加される。ナット37を第1端10a側に向かって移動させることにより、内輪33a及び転動体33cを介して、外輪33bに予圧が印加される。ナット37を第1端10a側に向かって移動させることにより、内輪33a及び内輪間座34を介して、内輪32aに予圧が印加される。ナット37を第1端10a側に向かって移動させることにより、内輪33a、転動体33c、外輪33b及び外輪間座35を介して、外輪32bに予圧が印加される。すなわち、外輪間座35は、予圧の経路上に配置された非回転部材である。
By moving the
<ひずみセンサ40の詳細構成>
ひずみセンサ40は、外輪間座35に取り付けられている。より具体的には、ひずみセンサ40は、平坦部35baに取り付けられている。ひずみセンサ40の数は、好ましくは複数である。ひずみセンサ40の数は、好ましくは、平坦部35baの数に等しい。
<Detailed configuration of
The
図4は、スピンドル装置100におけるひずみセンサ40の模式的な構造図である。図4に示されるように、ひずみセンサ40は、基板41と、検知部42と、処理部43とを有している。
Figure 4 is a schematic structural diagram of the
基板41は、平坦部35baに接着等により固定されている。基板41は、熱膨張係数が外輪間座35と同程度の材料により形成されていることが好ましい。検知部42及び処理部43は、基板41に取り付けられている。検知部42及び処理部43は、例えばリード線(図示せず)により電気的に接続されている。
The
検知部42は、例えばひずみゲージである。検知部42は、周囲の温度変化により検知部からの出力がドリフトすることを避けるため、好ましくは、抵抗温度係数(温度変化に対して電気抵抗値が変動する割合)が小さい材料により形成されている。図5は、スピンドル装置100におけるひずみセンサ40のブロック図である。図5に示されるように、検知部42は、外輪間座35のひずみに応じた電気信号SG1を出力する。より具体的には、検知部42は、軸方向における外輪間座35のひずみに応じた電気信号SG1を出力する。
The
処理部43には、検知部42から出力された電気信号SG1が入力される。処理部43は、増幅部43aと、出力部43bとを有している。増幅部43aは、電気信号SG1を増幅し、増幅信号SG2を出力する。増幅部43aは、例えば、アンプ回路である。出力部43bは、増幅信号SG2に基づいて外輪間座35のひずみを算出するように構成されている。より具体的には、出力部43bは、CPU(Central Processing Unit)と、ADC(Analog to Digital Converter)回路とを有している。出力部43bは、ADC回路において増幅信号SG2をデジタル化してデジタル信号SG3を生成し、CPUにおいてデジタル信号SG3に対する信号処理を行うことにより、外輪間座35のひずみを算出する。なお、増幅信号SG2からデジタル信号SG3を生成することにより、ノイズの影響をさらに低減することができる。出力部43bは、外輪間座35のひずみを示すひずみ信号SG4を出力する。
The
ひずみセンサ40は、周囲の温度変化の影響を補正するため、温度センサ(図示せず)をさらに有していてもよい。出力部43bは、温度センサにより検知された周囲の温度に基づいて、算出されるひずみの値を補正してもよい。
The
軸受装置30は、記憶部44と、演算部45とをさらに有していてもよい。記憶部44には、外輪間座35におけるひずみと軸受装置30に印加される予圧との関係を示す情報が格納されている。この情報は、予め測定又は解析された外輪間座35におけるひずみと軸受装置30に印加される予圧との間の関係式又はテーブルである。演算部45は、ひずみ信号SG4及び記憶部44に格納されている情報とに基づいて、軸受装置30に印加されている予圧を算出する。
The bearing
軸受装置30に含まれている4つのひずみセンサ40から出力される4つのひずみ信号SG4を、それぞれ、ひずみ信号SG4a、ひずみ信号SG4b、ひずみ信号SG4c及びひずみ信号SG4dとする。演算部45は、ひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dに基づいて、外輪間座35におけるひずみの代表値を算出するように構成されていてもよい。
The four strain signals SG4 output from the four
外輪間座35におけるひずみの代表値は、例えば、ひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dが示すひずみの値の平均値、ひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dが示すひずみの値の最大値、ひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dが示すひずみの値の最小値、ひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dが示すひずみの値の最大値及び最小値の差又はひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dが示すひずみの値の合計値である。
The representative value of the strain in the
記憶部44には、上記の代表値と軸受装置30に印加される予圧との関係を示す情報が格納されていてもよい。演算部45は、上記の代表値及び記憶部44に格納されている情報に基づいて、軸受装置30に印加されている予圧を算出してもよい。演算部45は、算出される予圧の値の変動を抑制するため、ひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dに対してローパスフィルタ処理を行った上で軸受装置30に印加されている予圧を算出してもよく、算出された予圧に対してローパスフィルタ処理を行ってもよい。
The
軸受装置30は、診断部46をさらに有していてもよい。診断部46は、演算部45により算出された予圧と所定の閾値とを比較するように構成されている。診断部46は、演算部45により算出された予圧が所定の閾値を超える場合、転がり軸受32又は転がり軸受33に異常が発生していることを示す信号を出力してもよい。
The bearing
記憶部44は、例えばマイクロコントローラに搭載されているメモリ回路により構成されており、演算部45及び診断部46は例えばマイクロコントローラに搭載されているCPUにより構成されている。
The
ひずみ信号SG4a及びひずみ信号SG4cを、回転中心軸Aに関して互いに対称な位置にあるひずみセンサ40からのひずみ信号SG4とし、ひずみ信号SG4b及びひずみ信号SG4dを、回転中心軸Aに関して互いに対称な位置にあるひずみセンサ40からのひずみ信号SG4とする。演算部45は、ひずみ信号SG4a及びひずみ信号SG4cに基づいて外輪間座35に加わる上下方向の曲げモーメント荷重を算出するとともに、ひずみ信号SG4b及びひずみ信号SG4dに基づいて外輪間座35に加わる左右方向の曲げモーメント荷重を算出するように構成されていてもよい。これにより、第1端10aに取り付けられた切削工具に印加されている負荷を把握することが可能になる。
The strain signals SG4a and SG4c are strain signals SG4 from
外輪間座35には、ひずみセンサ40以外のセンサが取り付けられていてもよい。例えば、外輪間座35には、内輪32a(内輪33a)と対向するように熱流束センサ(図示せず)が取り付けられていてもよい。これにより、転がり軸受32及び転がり軸受33の温度上昇を早期に検出することができるため、診断部46における比較結果と合わせて考慮することにより、転がり軸受32及び転がり軸受33の異常をより総合的に判断することが可能となる。
A sensor other than the
<モータ50の詳細構成>
図1に示されるように、モータ50は、筒状部材51と、ロータ52と、ステータ53とを有している。
<Detailed configuration of
As shown in FIG. 1 , the
筒状部材51は、筒状形状を有している。筒状部材51は、軸方向に沿って延在している。筒状部材51は、内周面51aと、外周面51bとを有している。筒状部材51は、軸10に取り付けられている。より具体的には、筒状部材51は、内周面51aが外周面10cに接するように軸10に取り付けられている。筒状部材51は、ナット37よりも第2端10b側に位置している。
The
ロータ52は、外周面51bに取り付けられている。ステータ53は、ロータ52と対向するように、内周面20cに取り付けられている。ステータ53に流れる電流の方向が順次切り替えられることにより、ロータ52に対する回転力が発生し、当該回転力により軸10が回転中心軸A周りに回転する。
The
<軸受装置60の詳細構成>
軸受装置60は、端部材61と、転がり軸受62と、内輪押さえ部材63と、位置決め部材64と、位置決め部材65と、ナット66とを有している。
<Detailed configuration of bearing
The bearing
端部材61は、第2端20bに取り付けられている。端部材61には、貫通穴61aが形成されている。貫通穴61aは、軸方向に沿って端部材61を貫通している。貫通穴61aには、軸10が挿通されている。
The
転がり軸受62は、例えば円筒ころ軸受である。転がり軸受62は、軸10を回転中心軸A周りに回転可能に支持している。転がり軸受62は、内輪が筒状部材51の第2端10b側の端に接するように配置されている。転がり軸受62の内輪は、軸10に取り付けられており、転がり軸受62の外輪は、貫通穴61aの内壁面に取り付けられている。
The rolling
内輪押さえ部材63は、転がり軸受62よりも第2端10bに近い位置において軸10に取り付けられている。内輪押さえ部材63は、第2端10b側から転がり軸受62の内輪に接している。位置決め部材64は、端部材61に取り付けられている。位置決め部材64は、第2端10b側から転がり軸受62の外輪に接している。位置決め部材65は、軸方向において位置決め部材64との間で転がり軸受62の外輪を挟み込むように、端部材61に取り付けられている。転がり軸受62の外輪は、位置決め部材64及び位置決め部材65に挟み込まれている。軸10の伸縮に応じて、転がり軸受62の内輪は、軸10と一体的に貫通穴61aに沿って軸方向に摺動する。
The inner
ナット66は、転がり軸受62の内輪との間で内輪押さえ部材63を挟み込むように、外周面10cに螺合されている。すなわち、ナット66により、内輪押さえ部材63の脱落が防止されている。
The
<軸受装置30の効果>
軸受装置30においては、予圧の経路上にある非回転部材(外輪間座35)に、検知部42と処理部43とを有するひずみセンサ40が取り付けられている。すなわち、軸受装置30においては、検知部42及び処理部43がともに同一の部材に取り付けられているため、検知部42と処理部43との間を接続しているリード線にノイズが乗りにくい。さらに、処理部43は、増幅部43aを有しており、増幅部43aにおいて検知部42から出力された電気信号SG1が増幅されて増幅信号SG2となる。電気信号SG1が増幅されて増幅信号SG2になると、ノイズに対する影響を受けにくくなる。このような観点から、軸受装置30においては、予圧の経路上にある非回転部材のひずみ測定に際し、ノイズの影響を受けにくい。
<Effects of the bearing
In the
軸受装置30においては、基板41に検知部42及び処理部43が取り付けられているため、基板41内にひずみセンサ40を構築することができる。そのため、軸受装置30においては、ひずみセンサ40の取り扱いが容易になる(操作性が向上する)。
In the
軸受装置30においては、平坦部35baを外周面35bに形成するだけでひずみセンサ40の設置場所を確保することができるため、外輪間座35の構造を大きく変更することなく、また外輪間座35の剛性を大きく低下させることなく、ひずみセンサ40の設置場所を確保することができる。
In the
図6は、軸受装置30に印加される予圧とひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dとの関係を示す模式的なグラフである。図6に示されるように、予圧による外輪間座35に生じるひずみは、周方向に沿って均一ではない場合も想定され、この場合には、ひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dの値に、ばらつきが生じる。軸受装置30においては、演算部45がひずみ信号SG4a~ひずみ信号SG4dに基づいて外輪間座35におけるひずみの代表値を算出するとともに、当該代表値と記憶部44に格納された情報とに基づいて外輪間座35に印加されている予圧を算出することにより、外輪間座35に印加されている予圧をより正確に算出することができる。
Figure 6 is a schematic graph showing the relationship between the preload applied to the
例えば軸10を高速回転させた際、過大負荷や転がり軸受32及び転がり軸受33の損傷により、転がり軸受32及び転がり軸受33が発熱し、当該発熱による熱膨張に起因して予圧が過大になり、転がり軸受32及び転がり軸受33が焼損する場合がある。軸受装置30は、診断部46を有しているため、診断部46が演算部45において算出された予圧と所定の閾値とを比較することにより、転がり軸受32及び転がり軸受33の異常を判定することができる。その結果、転がり軸受32及び転がり軸受33が焼損しないように適切な回避策を講じることができる。
For example, when the
例えば、スピンドル装置100は、演算部45において算出された予圧が所定の閾値を超えていることを示す信号が診断部46から出力された場合に、軸10の回転数を低減するようにモータ50の制御を行ってもよく、溝31daと内周面20cとにより画された流路に流す冷媒の循環量を増やすように冷媒を循環させるポンプの制御を行ってもよい。
For example, when a signal indicating that the preload calculated by the
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態に係るスピンドル装置(以下においては、「スピンドル装置110」とする)を説明する。ここでは、スピンドル装置100と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
Second Embodiment
A spindle device according to the second embodiment (hereinafter, referred to as "spindle device 110") will be described below. Here, differences from
スピンドル装置110は、軸10と、外筒20と、軸受装置30と、モータ50と、軸受装置60とを有している。軸受装置30は、ひずみセンサ40を有している。これらの点に関して、スピンドル装置110は、スピンドル装置100と共通している。
The spindle device 110 has a
しかしながら、スピンドル装置110は、外輪間座35の構造及びひずみセンサ40の配置に関して、スピンドル装置100と異なっている。
However, the spindle device 110 differs from the
図7は、スピンドル装置110の回転中心軸Aに直交する断面図である。図7中においては、外筒20の図示は省略されている。図7に示されるように、外周面35bは、平坦部35baを有していない。内周面35aには、凹部35aaが形成されている。凹部35aaは、周方向に沿って、等間隔で複数形成されていてもよい。内周面35aは、凹部35aaにおいて、外周面35b側に窪んでいる。
Figure 7 is a cross-sectional view perpendicular to the central axis A of rotation of the spindle device 110. The
凹部35aaは、底面35abを有している。底面35abは、平坦面になっている。センサ40は、底面35abに取り付けられている。
The recess 35aa has a bottom surface 35ab. The bottom surface 35ab is a flat surface. The
スピンドル装置110の軸受装置30においては、凹部35aaを内周面35aに形成するだけでひずみセンサ40の設置場所を確保することができるため、外輪間座35の構造を大きく変更することなく、また外輪間座35の剛性を大きく低下させることなく、ひずみセンサ40の設置場所を確保することができる。
In the
(第3実施形態)
以下に、第2実施形態に係るスピンドル装置(以下においては、「スピンドル装置120」とする)を説明する。ここでは、スピンドル装置100と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
Third Embodiment
A spindle device according to the second embodiment (hereinafter, referred to as a "spindle device 120") will be described below. Here, differences from the
スピンドル装置120は、軸10と、外筒20と、軸受装置30と、モータ50と、軸受装置60とを有している。軸受装置30は、ひずみセンサ40を有している。これらの点に関して、スピンドル装置120は、スピンドル装置100と共通している。
The spindle device 120 has a
しかしながら、スピンドル装置120は、ひずみセンサ40の構造に関して、スピンドル装置100と異なっている。
However, the spindle device 120 differs from the
図8は、スピンドル装置120におけるひずみセンサ40の模式的な構造図である。図8に示されるように、ひずみセンサ40は、半導体集積回路47を有している。半導体集積回路47は、基板41に取り付けられている。半導体集積回路47には、検知部42及び処理部43がモノリシックに形成されている。すなわち、スピンドル装置120のひずみセンサ40においては、検知部42及び処理部43が、ワンチップ化されたIC(Integrated Circuit)になっている。
Figure 8 is a schematic structural diagram of the
スピンドル装置120のひずみセンサ40は、検知部42及び処理部43がモノリシックに形成された半導体集積回路47を有していることにより、ひずみセンサ40を小型化することができ、外輪間座35への組み込みがより容易になる。
The
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-mentioned embodiment can be modified in various ways. Furthermore, the scope of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
上記の実施形態は、工作機械に用いられる軸受装置及びスピンドル装置に特に有利に適用される。 The above embodiment is particularly advantageously applicable to bearing devices and spindle devices used in machine tools.
10 軸、10a 第1端、10b 第2端、10c 外周面、10d 段差部、20 外筒、20a 第1端、20b 第2端、20c 内周面、30 軸受装置、31 ハウジング、31a 第1端、31b 第2端、31c 内周面、31d 外周面、31da 溝、32 転がり軸受、32a 内輪、32aa 内周面、32ab 外周面、32b 外輪、32ba 内周面、32bb 外周面、32c 転動体、32d 保持器、33 転がり軸受、33a 内輪、33aa 内周面、33ab 外周面、33b 外輪、33ba 内周面、33bb 外周面、33c 転動体、33d 保持器、34 内輪間座、34a 内周面、34b 外周面、35 外輪間座、35a 内周面、35aa 凹部、35ab 底面、35b 外周面、35ba 平坦部、36 蓋部材、36a 第1部分、36b 第2部分、37 ナット、38 間座、38a 内周面、38b 外周面、40 ひずみセンサ、41 基板、42 検知部、43 処理部、43a 増幅部、43b 出力部、44 記憶部、45 演算部、46 診断部、47 半導体集積回路、50 モータ、51 筒状部材、51a 内周面、51b 外周面、52 ロータ、53 ステータ、61 端部材、61a 貫通穴、62 転がり軸受、63 内輪押さえ部材、64 位置決め部材、65 位置決め部材、66 ナット、100,110,120 スピンドル装置、A 回転中心軸、SG1 電気信号、SG2 増幅信号、SG3 デジタル信号、SG4b,SG4c,SG4a,SG4d,SG4 ひずみ信号。 10 shaft, 10a first end, 10b second end, 10c outer peripheral surface, 10d step portion, 20 outer cylinder, 20a first end, 20b second end, 20c inner peripheral surface, 30 bearing device, 31 housing, 31a first end, 31b second end, 31c inner peripheral surface, 31d outer peripheral surface, 31da groove, 32 rolling bearing, 32a inner ring, 32aa inner peripheral surface, 32ab outer peripheral surface, 32b outer ring, 32ba inner peripheral surface, 32bb outer peripheral surface, 32c rolling element, 32d retainer, 33 rolling bearing, 33a inner ring, 33aa inner peripheral surface, 33ab outer peripheral surface, 33b outer ring, 33ba inner peripheral surface, 33bb outer peripheral surface, 33c rolling element, 33d Cage, 34 Inner ring spacer, 34a Inner peripheral surface, 34b Outer peripheral surface, 35 Outer ring spacer, 35a Inner peripheral surface, 35aa Recess, 35ab Bottom surface, 35b Outer peripheral surface, 35ba Flat portion, 36 Cover member, 36a First portion, 36b Second portion, 37 Nut, 38 Spacer, 38a Inner peripheral surface, 38b Outer peripheral surface, 40 Strain sensor, 41 Substrate, 42 Detection unit, 43 Processing unit, 43a Amplification unit, 43b Output unit, 44 Memory unit, 45 Calculation unit, 46 Diagnosis unit, 47 Semiconductor integrated circuit, 50 Motor, 51 Cylindrical member, 51a Inner peripheral surface, 51b Outer peripheral surface, 52 Rotor, 53 Stator, 61 End member, 61a Through hole, 62 Rolling bearing, 63 Inner ring holding member, 64 Positioning member, 65 positioning member, 66 nut, 100, 110, 120 spindle device, A rotation center shaft, SG1 electrical signal, SG2 amplified signal, SG3 digital signal, SG4b, SG4c, SG4a, SG4d, SG4 strain signal.
Claims (8)
前記予圧の経路上に配置された非回転部材と、
前記非回転部材に取り付けられた少なくとも1以上のひずみセンサとを備え、
前記第1内輪は、前記第1外輪及び前記非回転部材に対して回転可能になっており、
前記ひずみセンサは、前記非回転部材のひずみに応じた信号を出力する検知部と、前記信号が入力される処理部とを有し、
前記処理部は、前記信号を増幅する増幅部と、前記増幅部において増幅された前記信号に基づいて前記ひずみを算出する出力部とを含み、
記憶部と、
演算部とをさらに備え、
前記ひずみセンサの数は複数であり、
前記演算部は、それぞれの前記ひずみセンサからの前記ひずみに基づいて代表値を算出するように構成されており、
前記記憶部には、前記代表値と前記予圧との関係を示す情報が格納されており、
前記演算部は、前記代表値及び前記情報に基づいて前記予圧を算出するように構成されている、軸受装置。 a first rolling bearing having a first inner ring, a first outer ring, and a first rolling element disposed between the first inner ring and the first outer ring, the first rolling bearing being preloaded;
a non-rotating member disposed on a path of the preload;
at least one strain sensor attached to the non-rotating member;
the first inner ring is rotatable relative to the first outer ring and the non-rotating member,
The strain sensor includes a detection unit that outputs a signal corresponding to the strain of the non-rotating member, and a processing unit to which the signal is input,
The processing unit includes an amplifier unit that amplifies the signal , and an output unit that calculates the distortion based on the signal amplified by the amplifier unit ,
A storage unit;
A calculation unit is further provided,
The number of the strain sensors is plural,
The calculation unit is configured to calculate a representative value based on the strain from each of the strain sensors,
the storage unit stores information indicating a relationship between the representative value and the preload,
The calculation unit is configured to calculate the preload based on the representative value and the information.
前記検知部及び前記処理部は、前記基板上に取り付けられている、請求項1に記載の軸受装置。 The strain sensor further includes a substrate attached to the non-rotating member;
The bearing device according to claim 1 , wherein the detection unit and the processing unit are mounted on the substrate.
前記診断部は、前記演算部において算出された前記予圧と所定の閾値とを比較するように構成されている、請求項1に記載の軸受装置。 Further comprising a diagnostic unit,
The bearing device according to claim 1 , wherein the diagnosing unit is configured to compare the preload calculated by the computing unit with a predetermined threshold value.
前記第2内輪は、前記第2外輪及び前記非回転部材に対して回転可能になっており、
前記非回転部材は、前記第1外輪と前記第2外輪との間に配置された外輪間座である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の軸受装置。 a second rolling bearing having a second inner ring, a second outer ring, and a second rolling element disposed between the second inner ring and the second outer ring, to which the preload is applied;
the second inner ring is rotatable relative to the second outer ring and the non-rotating member,
5. The bearing device according to claim 1 , wherein the non-rotating member is an outer ring spacer disposed between the first outer ring and the second outer ring.
前記ひずみセンサは、前記平坦部に取り付けられている、請求項5に記載の軸受装置。 The outer ring spacer has an outer circumferential surface including a flat portion,
The bearing device according to claim 5 , wherein the strain sensor is attached to the flat portion.
前記内周面には、前記外周面側に向かって窪む凹部が形成されており、
前記凹部の底面は、平坦面になっており、
前記ひずみセンサは、前記平坦面に取り付けられている、請求項5に記載の軸受装置。 The outer ring spacer has an inner circumferential surface and an outer circumferential surface,
A recess is formed on the inner circumferential surface so as to recess toward the outer circumferential surface,
The bottom surface of the recess is a flat surface,
The bearing assembly according to claim 5 , wherein the strain sensor is attached to the flat surface.
前記第1転がり軸受により回転可能に支持される軸と、
前記軸を回転させるモータとを備える、スピンドル装置。 The bearing device according to any one of claims 1 to 7 ,
a shaft rotatably supported by the first rolling bearing;
and a motor for rotating the shaft.
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