(57)【要約】      （修正有）【課題】回転部材に作用する荷重を求めることができ且つ工作機械に好適な軸受組立体を提供する。【解決手段】Ｖ溝３が２つの斜め部分（２列の異なる周方向境界特性）を有する円環状エンコーダ機能付き間座２ｂを２つの軸受１ｂ、１ｃの間で回転部材６に設置し、回転センサ４で検出された円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの２つの斜め部分のパルス信号の位相差の変化を検出することにより、このパルス信号の位相差から回転部材６に作用する荷重を算出することができると共に、円環状エンコーダを軸受１ｂ、１ｃ間の間座２ｂに設けることにより工作機械に好適に用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸受を使用した軸受組立体において、２列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間で回転部材に設置し、前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性を夫々検出する回転センサを少なくとも２カ所以上静止部材に設置し、前記回転センサで検出された円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出することを特徴とする軸受組立体。
【請求項２】
前記検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材に作用する荷重を算出することを特徴とする請求項１に記載の軸受組立体。
【請求項３】
前記回転部材に入力される１回転当たりの荷重変動数を、前記回転センサで前記円環状エンコーダの周方向境界特性に基づいて発生するパルス数の整数倍とは異なる値となるように設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受組立体。
【請求項４】
前記回転部材に装着される切削工具の切削刃数を、前記回転センサで前記円環状エンコーダの周方向境界特性に基づいて発生するパルス数の整数倍とは異なる値となるように設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受組立体。
【請求項５】
前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも１列は、円環状エンコーダの回転に伴って境界特性が軸線方向に斜めに変化するものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の軸受組立体。
【請求項６】
前記円環状エンコーダと回転センサとの組合せが回転部材の軸線方向又はほぼ軸線方向に２組配設されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の軸受組立体。
【請求項７】
前記円環状エンコーダと回転センサとの組合せが回転部材の周方向に複数配設されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の軸受組立体。
【請求項８】
前記円環状エンコーダは、複数の軸受の間の間座に溝又は突起を形成して前記２列の異なる周方向境界特性としたものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の軸受組立体。
【請求項９】
前記円環状エンコーダは、複数の軸受の間の間座に２列の異なる周方向境界特性を有するエンコーダリングを取付けたものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の軸受組立体。
【請求項１０】
前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性を回転部材の軸線方向に離して配列したことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の軸受組立体。
【請求項１１】
前記回転部材と円環状エンコーダとの間に回転規制部材を介装したことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の軸受組立体。
【請求項１２】
前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性の位相を周方向にずらしたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の軸受組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の軸受を使用した軸受組立体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば旋盤やフライス盤、マシニングセンタなどの切削加工を行う工作機械にあって、切削時の荷重を検出することができると、工具寿命を向上できるような最適な加工条件を把握することができ、省エネルギー化などに貢献することができる。例えば、切粉排出量が同じで、切削荷重が小さいという加工条件を見出すことが可能になれば、その加工条件は効率的な加工条件であり、省エネルギーや工具寿命の延長につながる。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、水晶圧電式のセンサや市販の荷重センサを用いて、切削荷重の検出を行っている。しかしながら、市販のセンサ、例えば水晶圧電椎センサは高価であると共に、例えばアキシャル方向の荷重検出のみであれば１つの荷重センサでよいが、ラジアル方向の荷重検出を行おうとすると、複数の荷重センサが必要となり、より一層コストが嵩んでしまう。
【０００４】
そこで、本出願人は、下記特許文献２に記載される荷重検出機能付きの軸受組立体を提案した。この軸受組立体は、２列の異なる周方向境界特性を有するエンコーダを回転部材に設置する共に、そのエンコーダの２列の異なる周方向境界特性の夫々を回転センサで検出し、それら回転センサで検出された周方向境界特性の位相差から回転部材に作用する荷重を算出するものである。この軸受組立体によれば、高価な荷重センサを用いることなく、回転部材に作用する荷重を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８７０４８号公報
【特許文献２】特開２００６−３１７４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献２に記載される軸受組立体は、あくまでも自動車の車輪のハブに用いるためのものであり、工作機械に適用するためには、何らかの工夫が必要である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、回転部材に作用する荷重を求めることができ且つ工作機械に好適な軸受組立体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の軸受組立体は、複数の軸受を使用した軸受組立体において、２列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間で回転部材に設置し、前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性を夫々検出する回転センサを少なくとも２カ所以上静止部材に設置し、前記回転センサで検出された円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材に作用する荷重を算出することを特徴とするものである。
また、前記回転センサで前記円環状エンコーダの周方向境界特性に基づいて発生するパルス数を前記回転部材に入力される荷重変動周期の整数倍とは異なる値に設定したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記回転部材に装着される切削工具の切削刃数を、前記回転センサで前記円環状エンコーダの周方向境界特性に基づいて発生するパルス数の整数倍とは異なる値となるように設定したことを特徴とする。
また、前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも１列は、円環状エンコーダの回転に伴って境界特性が軸線方向に斜めに変化するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記円環状エンコーダと回転センサとの組合せが回転部材の軸線方向又はほぼ軸線方向に２組配設されていることを特徴とするものである。
また、前記円環状エンコーダと回転センサとの組合せが回転部材の周方向に複数配設されていることを特徴とするものである。
また、前記円環状エンコーダは、複数の軸受の間の間座に溝又は突起を形成して前記２列の異なる周方向境界特性としたものであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記円環状エンコーダは、複数の軸受の間の間座に２列の異なる周方向境界特性を有するエンコーダリングを取付けたものであることを特徴とするものである。
また、前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性を回転部材の軸線方向に離して配列したことを特徴とするものである。
また、前記回転部材と円環状エンコーダとの間に回転規制部材を介装したことを特徴とするものである。
また、前記円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性の位相を周方向にずらしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
而して、本発明の軸受組立体によれば、２列の異なる周方向境界特性を有する円環状エンコーダを複数の軸受の間で回転部材に設置し、回転センサで検出された円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性のパルス信号の位相差の変化を検出することとしたため、このパルス信号の位相差から回転部材に作用する荷重を算出することができると共に、円環状エンコーダを軸受間の間座に設けることにより工作機械に好適に用いることができる。
【００１３】
また、検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材に作用する荷重を算出することとしたため、工作機械の回転部材に作用する荷重を適正に求めることができる。
また、前記回転部材に入力される１回転当たりの荷重変動数を、前記回転センサで前記円環状エンコーダの周方向境界特性に基づいて発生するパルス数の整数倍とは異なる値となるように設定することにより、サンプリング定理のエリアジングの影響を排除して正確なパルス検出を行うことができる。
【００１４】
また、回転部材に装着される切削工具の切削刃数を、回転センサで前記円環状エンコーダの周方向境界特性に基づいて発生するパルス数の整数倍とは異なる値となるように設定することにより、サンプリング定理のエリアジングの影響を排除して正確なパルス検出を行うことができる。
また、円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも１列は、円環状エンコーダの回転に伴って境界特性が軸線方向に斜めに変化するものであることとしたため、異なる周方向境界特性を容易に得ることができる。
【００１５】
また、円環状エンコーダと回転センサとの組合せが回転部材の軸線方向又はほぼ軸線方向に２組配設されていることとしたため、これらの組合せにより回転部材の軸線方向に作用する荷重を求めることができる。
また、円環状エンコーダと回転センサとの組合せが回転部材の周方向に複数配設されていることとしたため、これらの組合せにより回転部材の径方向に作用する荷重を求めることができる。
【００１６】
また、円環状エンコーダは、複数の軸受の間の間座に溝又は突起を形成して２列の異なる周方向境界特性としたことにより、間座に円環状エンコーダの機能を容易に付加することができ、工作機械に好適に用いることができる。
また、円環状エンコーダは、複数の軸受の間の間座に２列の異なる周方向境界特性を有するエンコーダリングを取付けたことにより、間座に円環状エンコーダの機能を容易に付加することができ、工作機械に好適に用いることができる。
【００１７】
また、円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性を回転部材の軸線方向に離して配列したことにより、２つの軸受間の間座の幅が小さい場合でも、好適に用いることができる。
また、回転部材と円環状エンコーダとの間に回転規制部材を介装したことにより、円環状エンコーダの回転部材に対する相対回転を規制することができると共に、円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性を回転部材の軸線方向に離して配列したとき、それらの２列の異なる周方向境界特性同士の位相を合わせることができる。
また、円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性の位相を周方向にずらしたことにより、回転センサのレイアウトの自由度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の軸受組立体の第１実施形態を示す工作機械の縦断面図である。
【図２】図１の工作機械に用いられた円環状エンコーダ機能付き間座の斜視図である。
【図３】図１の工作機械に用いられた回転センサの斜視図である。
【図４】図１の工作機械に用いられた回転センサの周方向の配設説明図である。
【図５】円環状エンコーダ機能付き間座の種々の形態を示す斜視図である。
【図６】円環状エンコーダ機能付き間座の更に他の形態を示す斜視図である。
【図７】回転部材に対する間座の相対回転を規制する回転規制部材の斜視図である。
【図８】図１の工作機械の概略構成図である。
【図９】本発明の軸受組立体の第２実施形態を示す工作機械の縦断面図である。
【図１０】図９の工作機械に用いられた円環状エンコーダ機能付き間座の斜視図である。
【図１１】本発明の軸受組立体の第３実施形態を示す工作機械の縦断面図である。
【図１２】図１１の工作機械に用いられた円環状エンコーダ機能付き間座の斜視図である。
【図１３】本発明の軸受組立体の第４実施形態を示す工作機械の概略構成図である。
【図１４】図１３の工作機械に用いられた円環状エンコーダ機能付き間座の斜視図である。
【図１５】本発明の軸受組立体の第５実施形態を示す工作機械の縦断面図である。
【図１６】本発明の軸受組立体の第６実施形態を示す工作機械の縦断面図である。
【図１７】第６の実施形態の回転部材に入力される荷重変動波形と荷重検出値との関係を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の軸受組立体の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の軸受組立体の第１実施形態を示す縦断面図である。この軸受組立体は、例えば工作機械の主軸などの回転部材を支持するための４つの軸受１ａ〜１ｄを備えている。４つの軸受１ａ〜１ｄの間には、夫々、間座２ａ〜２ｃが介装されている。間座は、周知のように、軸受間の寸法を規制するものであると共に、例えば軸受に予圧が与えられている場合には、その予圧を確保するためのものでもある。
【００２０】
本実施形態では、このうち、中央の２つの軸受１ｂ、１ｃ間の間座２ｂに円環状エンコーダの機能を付加した。この円環状エンコーダ機能付き間座２ｂは、例えば図２に示すように、軸受１ｂ、１ｃ間の距離を規制するために所定の幅（軸線方向長さ）が与えられた鋼製円筒リングであり、その外周には、所定周長毎或いは所定位相毎に、幅方向中央部を先細りの先端とする対象形のＶ溝３が同方向に向けて形成されている。このＶ溝３は、例えば後述する回転センサによって、回転しているＶ溝の間座幅方向両端部の斜め部分３ａ、３ｂの磁束密度の変化をパルス信号として検出するためのものである。つまり、鋼製の間座２ｂは磁性体なので、回転センサから磁力を付与し、回転センサ側に発生する電流を検出すると、凹部であるＶ溝３が近接し、次いで離間するときに、正弦波状の電流変化が生じる。この電流値を所定の閾値でオン・オフすればパルス信号が得られる。このため、回転センサ４はＶ溝３に対向する例えばホール素子のような磁電変換素子と、この磁電変換素子の背面側すなわちＶ溝３とは反対側に配設した永久磁石とで構成されている。勿論、パルス信号への変換機能を、センサ以外の部分に持たせてもよい。また、回転センサ４は、前述したパッシブ型の回転センサに加え、例えば特開２００６−３１７４２０号公報に記載されるようなホール素子に対向させてＶ状に着磁した永久磁石を配置した構成を有するアクティブ型の回転センサを用いることも可能である。本発明では、種々の形態の回転センサを適用することができる。なお、溝に変えて凸部としても、ほぼ同様の作用が得られる。
【００２１】
図１に戻って、この円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの外周には、複数の回転センサ４が配設されている。この実施形態では、１つのセンサ筐体５に対して、２つの回転センサ４を回転部材６の軸線方向に並べて（後述するように実際には少しずれている）配設している。つまり、１つのセンサ筐体５に設けられている２つの回転センサ４のうち、一方の回転センサ４は、前記円環状エンコーダ機能付き間座２ｂのＶ溝３の一方の斜め部分３ａに対向し、他方の回転センサ４は、当該Ｖ溝３の他方の斜め部分３ｂに対向している。
【００２２】
図３には、回転センサ４及びセンサ筐体５の一例を示す。回転センサ４は、前述したように、鋼製の円環状エンコーダ機能付き間座２ｂに磁力を付与し、且つ当該円環状エンコーダ機能付き間座２ｂが回転したときにＶ溝３部分で生じる磁束密度の変化を電流値の変化として捉え、それを所定の閾値でオン・オフしてパルス信号を出力する。勿論、パルス信号への変換機能を、センサ以外の部分に持たせてもよい。センサ筐体５は、回転センサ４を先端部に保持する小径部５ｂと、小径部５ｂの後端部に連設された大径部５ａを備え、大径部５ａには、センサ筐体５を静止部材７に固定するための凹部５ｃが設けられている。この凹部５ｃに支持具８を収納し、その支持具８をボルトなどの固定具９で静止部材７に固定する。なお、センサ筐体５は、図３の左右方向が回転部材６の軸線方向と平行になるように静止部材７に固定されるので、回転センサ４は、回転部材６の軸線方向に対して少しずれている。この回転センサ４の軸線方向のズレは、即ち円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの周方向へのズレになる。その理由については後段に説明する。
【００２３】
本実施形態では、図４に示すように、回転部材６の周囲に、１２０°毎に、計３つのセンサ筐体５が配設されている。即ち、１つの円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの周囲には、回転部材６の軸線方向に２つの回転センサ４の対が並んで配設され、その対が、当該円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの周囲に３対等間隔に配設されていることになる。
これらの回転センサ４の出力から回転部材６に作用する荷重を求める方法について簡潔に説明する。例えば、回転部材６にアキシャル方向（軸線方向）の荷重が作用する場合、当該アキシャル方向の荷重がないときに、前記回転部材６の軸線方向に配設された２つの回転センサ４のパルス信号にズレがない、つまり２つの回転センサ４の夫々が、前記円環状エンコーダ機能付き間座２ｂのＶ溝３の２つの斜め部分３ａ、３ｂを位相ズレなく検出している状態から回転部材６にアキシャル方向の荷重が作用すると、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの位置が回転部材６の軸線方向の何れか一方にずれる、即ち変位する。このように円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの位置が回転部材６の軸線方向にずれると、２つの回転センサ４の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座２ｂのＶ溝３の２つの斜め部分３ａ、３ｂに位相ズレが生じる。このように２つの回転センサ４の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座２ｂのＶ溝３の２つの斜め部分３ａ、３ｂに位相ズレが生じると、２つの回転センサ４から出力されるパルス信号に位相差の変化が発生する。この位相差の変化は、回転部材６のアキシャル方向への荷重による円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの変位量と等価なので、後述する制御装置によって、パルス信号の位相差から回転部材６のアキシャル方向への荷重を算出することができる。
【００２４】
また、例えば、回転部材６にラジアル方向（径方向）の荷重が作用する場合、当該ラジアル方向の荷重がないときに、前記回転部材６の周方向に配設された３対（対のうちの１つを代表して３つと考えても同じ）の回転センサ４のパルス信号にズレがない、つまり３対（又は３つ）の回転センサ４の夫々が、前記円環状エンコーダ機能付き間座２ｂのＶ溝３の２つ（又は何れか一方）の斜め部分３ａ、３ｂを位相ズレなく検出している状態から回転部材６にラジアル方向の荷重が作用すると、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの位置が回転部材６の径方向の何れか一方にずれる、即ち変位する。このように円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの位置が回転部材６の径方向にずれると、３対（又は３つ）の回転センサ４の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座２ｂのＶ溝３の２つ（又は何れか一方）の斜め部分３ａ、３ｂに位相ズレが生じる。このように３対（又は３つ）の回転センサ４の夫々が検出している円環状エンコーダ機能付き間座２ｂのＶ溝３の２つ（又は何れか一方）の斜め部分３ａ、３ｂに位相ズレが生じると、３対の回転センサ４から出力されるパルス信号に位相差の変化が発生する。この位相差の変化は、回転部材６のラジアル方向への荷重による円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの変位量と等価なので、後述する制御装置によって、パルス信号の位相差から回転部材６のラジアル方向への荷重を算出することができる。
【００２５】
これらのことから、本実施形態では、Ｖ溝３の２つの斜め部分３ａ、３ｂを、２列の異なる周方向境界特性と定義した。周方向境界特性は、例えば検出されるパルス信号のエッジを示す。即ち、回転部材６にアキシャル方向、或いはラジアル方向の荷重が付加されると、検出される２列の時間軸上の検出パルスに時間差、つまり２つの検出パルスの位相差に変化が生じる。この２つの検出パルスの位相差の変化を検出するためのものであることから、Ｖ溝３の２つの斜め部分３ａ、３ｂを２列の異なる周方向境界特性とした。なお、Ｖ溝に変えてＶ字状の凸部であっても、同様の機能を有することから、この場合も２列の異なる周方向境界特性と言える。また、後述するように、Ｖ字状の磁極を回転させ、その斜め部分の近接、離間によって生じる正弦波状電流を所定の閾値でオン・オフしても、同様の機能を有することから、この場合も２列の異なる周方向境界特性とする。
【００２６】
図５には、更なる２列の異なる周方向境界特性の形態を示す。図５ａは、図２のＶ溝３に類似しているが、Ｖ溝３の端部を間座２ｂの幅方向端部に貫通させていない。つまり、Ｖ溝３の部分も間座２ｂの厚さ（径方向長さ）が確保されている。間座は、軸受間の寸法を規制するためのものであり、また軸受の予圧を確保するためのものでもあるから、厚さが重要である。Ｖ溝３を幅方向端部に貫通させないことにより、間座２ｂの厚さを確保することができる。
【００２７】
また、図５ｂは、前記図５ａと同様に、Ｖ溝の２つの斜め部分３ａ、３ｂを間座２ｂの幅方向端部に貫通させないだけでなく、Ｖ溝を連結せず、中央部分で分断して、斜め部分３ａ、３ｂのみを形成した。検出対象となるのは、前述のように斜め部分３ａ、３ｂ、つまり２列の異なる周方向境界特性の部分であるから、Ｖ溝を連結させる必要はない。
図５ｃは、間座２ｂに大径部２ｂａと小径部２ｂｂを形成し、その夫々に、Ｖ溝の斜め部分３ａ、３ｂを形成した。結果的には、Ｖ溝は連結されていない。この形態は、間座２ｂを挟んだ両側の軸受の外径が異なる場合や、軸受の種類が異なる場合、例えば図の右側に配設される軸受がラジアル軸受、左側に配設される軸受がアキシャル軸受であるような場合に好適である。また、この場合には、回転センサの位置を、夫々の斜め部分３ａ、３ｂに対向するように設定する必要がある。
【００２８】
また、図５ｄは、図７ｃと同様に、間座２ｂに大径部２ｂａと小径部２ｂｂを形成し、小径部２ｂｂには、前記Ｖ溝の他方の斜め部分３ｂのみを形成する（つまり「Ｖ」字は表れない）。一方、大径部２ｂａには、その小径部２ｂｂ側の軸線方向端面に、斜め部分３ｂに対向する放射状の溝１２を形成する。この場合も、斜め部分３ｂ及び溝１２に対向する方に回転センサの位置を設定する必要がある。本実施形態の場合、図示しない回転部材のアキシャル方向に荷重が付加されても、溝１２の検出パルスには位相ズレが生じない。これに対して、回転部材にアキシャル方向の荷重が付加されると、斜め部分３ｂの検出パルスには位相ズレが生じる。従って、溝１２の検出パルスを基準に斜め部分３ｂの検出パルスの位相差の変化を検出し、その位相差の変化から荷重を算出することができる。
【００２９】
図６には、更なる２列の異なる境界特性の形態を示す。この実施形態は、間座２ｂの外周面に形成すべきＶ溝の２つの斜め部分３ａ、３ｂを、本来のＶ溝のピッチの半分ずつ、位相をずらして形成する（つまり「Ｖ」字は表れない）。ここで、前記対をなす２つの回転センサ４が間座２ｂの周方向にずれている理由について説明する。この対をなす２つの回転センサ４では、例えば前述した回転部材へのアキシャル方向への荷重による検出パルスの位相差の変化を検出することができる。この検出パルスの位相差の変化検出に際し、どちらか先に発生したパルスを検出し、その先発パルスから後発のパルスまでの位相差を検出するのは、円環状エンコーダの絶対的な位相を設定しない限り、困難であるし、仮に絶対位相を設定しても、メモリやカウンタの容量や演算負荷が増すだけで現実的でない。
【００３０】
そこで、一般的には、前記図５ｄの実施形態からも推察されるように、何れか一方の検出パルスを基準とし、他方の検出パルス到達までの時間を計測する。このとき、２つの検出パルスが位相ズレしていないことを前提に一方の検出パルスから他方の検出パルスまでの時間を計測すると、例えば一方の検出パルスに対する他方の検出パルスの位相ズレがないときに「０」、一方の検出パルスに対して他方の検出パルスがパルス１波長分位相ズレしているとき時間が「１」であるとすると、計測される時間は「０」から最大で「１」まで及ぶ。実質的にパルス１波長分位相ズレすることがなくても、値は「０」近傍と「１」近傍に現れるため、メモリやカウンタに容量の大きなものが必要となり、演算負荷も増大する。これに対し、初期設定として一方の検出パルスに対して他方の検出パルスが、例えば０．５パルス波長分位相ズレして検出されるようにしておけば、値は「０．５」近傍にのみ現れ、メモリやカウンタの容量や演算負荷を低減することができる。
【００３１】
これを実現するために、例えば前記２列の異なる周方向境界特性がＶ溝の２つの斜め部分である場合、前記対をなす２つの回転センサ４を間座２ｂの周方向に、「０．５」パルス波長分ずらし、位相ズレの初期値を「０．５」に設定し、その初期値からの位相差の変化を２つの検出パルスの位相差の変化として検出する。これに対し、図６のように、２つの斜め部分３ａ、３ｂを、本来のＶ溝のピッチの半分ずつ、位相をずらして形成すると、例えば回転センサ４が間座２ｂの周方向にずれていない、つまり回転部材に軸線方向に正しく並んでいても、検出パルスは最初から「０．５」パルス波長分ずれている。従って、この初期値からの位相差を２つの検出パルスの位相差の変化として検出すればよい。
【００３２】
なお、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂを回転部材６に取付ける場合には、図７に示すように、例えば円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの内周及び回転部材６の外周にキー溝１０を形成し、それらのキー溝１０にキー１１を嵌入して、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの回転部材６に対する相対回転を規制するようにしてもよい。ちなみに、キーなどの回転規制部材によって円環状エンコーダ機能付き間座の相対回転を規制する場合には、後述するように円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性、具体的には円環状エンコーダ機能付き間座を回転部材の軸線方向に離して配列したとき、それらの周方向境界特性同士の位相を合わせることができる。なお、回転規制部材には、キー以外にも、あらゆる周知の回転規制部材を適用することができる。
【００３３】
図８は、本実施形態の軸受組立体が適用された工作機械の主軸装置のユニット全体構成図であり、例えば旋盤やフライス盤、マシニングセンタなどの高速回転型汎用工作機械を始め、種々の高速回転型専用工作機械にも用いられるものである。回転部材６は主軸であり、静止部材７はハウジングである。回転部材６である主軸は、図の左方から静止部材７であるハウジング内に差し込まれ、ハウジングの左端開口部にキャップを固定して抜けないようにしてある。
【００３４】
回転センサ４の出力は、信号ケーブル１９を介して、外部の制御装置２０で読込まれる。制御装置２０では、例えば予めサンプリングした回転センサ４からのパルス信号の位相差と回転部材６に作用するラジアル方向の荷重、アキシャル方向の荷重の関係を記憶しておき、検出される回転センサ４からのパルス信号の位相差から、演算によって回転部材６に作用するラジアル方向の荷重、アキシャル方向の荷重を算出する。なお、本実施形態の回転センサ４によれば、同様の手法を用いて、他の方向からの荷重を算出することも可能であり、その場合も、予めサンプリングした各方向からの荷重と、その際に発生する回転センサ４からのパルス信号の位相差を記憶しておき、検出される回転センサ４からのパルス信号の位相差から、演算によって回転部材６に作用する荷重を算出すればよい。
【００３５】
このように、本実施形態の軸受組立体では、Ｖ溝３が２つの斜め部分（２列の異なる周方向境界特性）３ａ、３ｂを有する円環状エンコーダ機能付き間座２ｂを２つの軸受１ｂ、１ｃの間で回転部材６に設置し、回転センサ４で検出された円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの２つの斜め部分（２列の異なる周方向境界特性）３ａ、３ｂのパルス信号の位相差の変化を検出することにより、このパルス信号の位相差から回転部材６に作用する荷重を算出することができると共に、円環状エンコーダを軸受１ｂ、１ｃ間の間座２ｂに設けることにより工作機械に好適に用いることができる。
【００３６】
また、検出されたパルス信号の位相差の変化から演算によって回転部材６に作用する荷重を算出することにより、工作機械の回転部材６に作用する荷重を適正に求めることができる。
また、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの２列の異なる周方向境界特性のうち、少なくとも１列を、円環状エンコーダ機能付き間２ｂの回転に伴って境界特性が軸線方向に斜めに変化する斜め部分３ａ、３ｂとしたため、異なる周方向境界特性を容易に得ることができる。
【００３７】
また、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂと回転センサ４との組合せが回転部材６の軸線方向又はほぼ軸線方向に２組配設されていることとしたため、これらの組合せにより回転部材６のアキシャル方向（軸線方向）に作用する荷重を求めることができる。
また、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂと回転センサ４との組合せが回転部材６の周方向に複数配設されていることとしたため、これらの組合せにより回転部材６の等字圧方向（径方向）に作用する荷重を求めることができる。
【００３８】
また、円環状エンコーダは、２つの軸受１ｂ、１ｃの間の間座２ｂにＶ溝（又はＶ字状突起）３を形成して２列の異なる周方向境界特性としたことにより、間座２ｂに円環状エンコーダの機能を容易に付加することができ、工作機械に好適に用いることができる。
また、回転部材６と円環状エンコーダ機能付き間座２ｂとの間に回転規制部材１１を介装したことにより、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの回転部材６に対する相対回転を規制することができる
また、円環状エンコーダ機能付き間座２ｂの２つの斜め部分（２列の異なる周方向境界特性）３ａ、３ｂの位相を周方向にずらしたことにより、回転センサ４のレイアウトの自由度が高まる。
【００３９】
次に、本発明の軸受組立体の第２実施形態について、図９、図１０を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第１実施形態の図１のものに類似しており、同じ構成には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、２つの軸受１ｂ、１ｃ間の間座２ｂに直接円環状エンコーダ機能を付加するのではなく、円環状エンコーダ機能が予め付加されたエンコーダリング１３を間座２ｂに被嵌する。このエンコーダリング１３は、間座２ｂの外周面に緊密に嵌入する小径部１３ａと、この小径部１３ａから立ち上げられて、間座２ｂの外周面との間に所定の隙間を開けて当該外周面を覆う大径部１３ｂとを備えて構成され、この大径部１３ｂに、前記第１実施形態と同様に、２つの斜め部分３ａ、３ｂを有するＶ溝３が開設されている。
【００４０】
このエンコーダリング１３は、例えばプレス加工などによって非切削に形成することができる。そこで、エンコーダリング１３を予め形成しておき、同じ外径の間座２ｂにエンコーダリング１３を緊密に被嵌して円環状エンコーダ機能を付加するようにすれば、切削工程を必要としない。また、間座２ｂを切削加工しないことから、間座の強度を確保することができる。
【００４１】
次に、本発明の軸受組立体の第３実施形態について、図１１、図１２を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第１実施形態の図１のものに類似しており、同じ構成には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、２つの軸受１ｂ、１ｃ間の間座２ｂに直接円環状エンコーダ機能を付加するのではなく、円環状エンコーダ機能が予め付加されたエンコーダリング１３を間座２ｂに被嵌する。このエンコーダリング１３は、間座２ｂの外周面に緊密に嵌入する小径部１３ａと、この小径部１３ａから立ち上げられて、間座２ｂの外周面との間に所定の隙間を開けて当該外周面を覆う大径部１３ｂと、前記大径部１３ｂに被嵌された多極磁石型エンコーダ１４を備えて構成される。
【００４２】
この多極磁石型エンコーダ１４は、Ｖ字状の薄いＶ型Ｎ極１４Ｎと同じくＶ字状の薄いＶ型Ｓ極１４Ｓを交互に周方向に配列したリング状である。回転センサ４は、このＶ型Ｎ極１４Ｎ及びＶ型Ｓ極１４Ｓの２つの斜め部分を、２つの異なる周方向境界特性として検出し、それらの接近、離間によって生じる正弦波状電流値を所定の閾値でオン・オフしてパルス信号を出力する。なお、前記第１及び第２実施形態の回転センサ４と異なり、エンコーダ１４側が磁力を有するので、回転センサ４側に磁力は必要ない。
【００４３】
前記エンコーダリング１３は、例えばプレス加工などによって非切削に形成することができる。そこで、多極磁石型エンコーダ１４を外周に被嵌したエンコーダリング１３を予め形成しておき、同じ外径の間座２ｂにエンコーダリング１３を緊密に被嵌して円環状エンコーダ機能を付加するようにすれば、前記第２実施形態と同様に、切削工程を必要としない。また、間座２ｂを切削加工しないことから、間座の強度を確保することができる。
このように、本実施形態の軸受組立体では、２つの軸受１ｂ、１ｃの間の間座２ｂに２列の異なる周方向境界特性を有するエンコーダリング１３を取付けたことにより、間座２ｂに円環状エンコーダの機能を容易に付加することができ、工作機械に好適に用いることができる。
【００４４】
次に、本発明の軸受組立体の第４実施形態について、図１３、図１４を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第１実施形態の図８のものに類似しており、同じ構成には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。なお、本実施形態では、制御装置は図示を省略している。前記第１及び第２実施形態では、２つの軸受１ｂ、１ｃの間の間座２ｂに、２列の異なる周方向境界特性を付与したが、本実施形態では、軸受１ａ、１ｂの間の間座２ａと、軸受１ｃ、１ｄの間の間座２ｃの夫々に異なる周方向境界特性を付与し、回転部材６の軸線方向に離間した２つの間座２ａ、２ｃによって２列の異なる周方向境界特性を得る。また、回転センサ４及び当該回転センサ４を保持するセンサ筐体５は、前記２つの間座２ａ、２ｃに対向するように配設されている。なお、センサ筐体５には回転センサ４が１つしか搭載されていない。また、本実施形態でも、回転部材６の軸線方向に離間した回転センサ４及び２列の異なる周方向境界特性の組合せの対を、回転部材６の周方向に複数対配設するようにしても構わない。
【００４５】
複数の軸受１ａ〜１ｄの隣合う軸受間の距離は短く、間座２ａ〜２ｃの幅（軸線方向長さ）も短い。この幅の狭い間座２ａ〜２ｃの何れかに、前記第１及び第２実施形態のようなＶ溝３やＶ型Ｎ極１４Ｎ、Ｖ型Ｓ極１４Ｓを配設するのが困難な場合もある。また、回転センサ４は、例えばＶ溝３の２つの斜め部分３ａ、３ｂに対向するように配設しなければならないが、軸受間の距離が短いために、それらを適正に配設できない恐れもある。このような場合には、本実施形態のように、２つの間座２ａ、２ｃの夫々にＶ溝を構成する斜め部分３ａ、３ｂを１つずつ設け、その夫々を回転センサ４で検出するようにすることで、軸受間の距離が短い場合に対応することができる。なお、このような場合に、間座２ａ、２ｃと回転部材６との間に、キーなどの回転規制部材を介装することで、２つの間座２ａ、２ｃ、即ち２つの斜め部分３ａ、３ｂの位相を適正な状態とすることができる。
【００４６】
次に、本発明の軸受組立体の第５実施形態について、図１５を用いて説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第１実施形態の図８のものに類似しており、同じ構成には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。なお、本実施形態では、制御装置は図示を省略している。本実施形態では、前記第４実施形態と同様に、回転部材６の軸線方向に離れた間座２ａ、２ｃの夫々に、Ｖ溝を構成する斜め部分３ａ、３ｂを設け、それらの間座２ａ、２ｃの斜め部分３ａ、３ｂを個別の回転センサ４で検出する。前記第４実施形態では、これらの回転センサ４を保持するセンサ筐体５が別体であったのに対し、本実施形態では、回転センサ４自体を保持する小径部５ｂは別体であるが、それら小径部５ｂの根幹部を連結部５ｃで連結して、センサ筐体５を一体化した。
【００４７】
前述したように、対をなす回転センサ４は、検出される２つの検出パルスの位相差の変化を検出するためのものであるから、２列の異なる周方向境界特性もそうであるが、２つの回転センサ４同士の位相を適正な状態としなければならない。前記第４実施形態のように、回転センサ４を保持するセンサ筐体５が別体の場合、２つのセンサ筐体５の固定状態を規制するための手段を別途用いる必要があるが、センサ筐体５を一体化してしまえば、そうした規制手段を講じる必要がない。
このように、本実施形態の軸受組立体では、円環状エンコーダの２列の異なる周方向境界特性を回転部材６の軸線方向に離して配列したことにより、２つの軸受間の間座の幅が小さい場合でも、好適に用いることができる。
【００４８】
次に、本発明の軸受組立体の第６実施形態を図１６及び図１７について説明する。本実施形態の軸受組立体が適用される工作機械の主軸装置は、前記第１実施形態の図８のものに類似しており、同じ構成には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この第６実施形態では、工作機械の主軸装置を構成する回転部材６に例えばドリルなどの切削工具４０を装着して被加工物を切削するようにしている。
【００４９】
このような工作機械の主軸装置では、切削工具４０を装着する回転部材６の回転速度が速くなるため、回転センサ４から出力されるパルス信号を入力する演算器の処理速度を考慮した場合、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝数すなわち１つの回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数ｎは１桁台で多くても十数個程度であり、一般的な切削工具４０の刃数よりは少なく設定される。
【００５０】
そして、切削工具４０の被加工物の加工時に回転部材６の１回転当たりに回転部材６に入力される荷重変動となる切削工具の刃数をｍとし、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝数すなわち回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数をｎとしたとき、切削工具の刃数ｍを、回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数ｎの整数倍とは異なる値となるように設定している（ｍ≠ａｎ  ａは任意の整数）。つまり、切削工具４０の１回転当たりの切削刃数ｍが例えば１０であるとしたときに、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝３のＶ溝数ｎを整数倍が１０となる１、２及び５を除く値例えば７に設定する。
【００５１】
このように、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝３の数を切削工具４０の切削刃数ｍを、回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数ｎの整数とは異なる値に設定する理由は、切削工具４０の１回転当たりの切削刃数ｍが１０である場合には、回転部材６の１回転に１０回の荷重変動が発生する。このとき、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝数ｎを例えば１０に設定すると、回転部材６の１回転当たりに１つの回転センサ４から出力されるパルス信号数が１０パルスとなって、切削工具４０の切削刃数ｍが回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス信号のパルス数ｎの１倍と等しくなる。
【００５２】
このとき、切削工具４０による加工時に生じる変動荷重は、図１７の特性曲線Ｌ１に示すように、回転部材６の一回転に１０回振動する正弦波のような波形となる。この際に、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝数が１０であって、回転センサ４で検出した回転部材６の１回転当たりのパルス数ｎ＝１０であるときには、回転センサ４で検出したパルス数に基づいて算出される荷重検出値は図１７で●で示すように１回転に付き１０回のサンプリングが可能になる。この図１７で明らかなように、●で表される荷重検出値は、太い実線で示す実荷重平均値に比較してＤＣ（直流）成分のオフセットが発生し、荷重が正確に検出できない現象が発生する。
【００５３】
このような現象が発生するのは、切削工具４０の切削刃数ｍが、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝数すなわち回転部材６の１回転当たりの１つの回転センサ４から出力されるパルス数ｎの整数倍となったときである。この現象は、サンプリング定理（エリアジング）の影響により、荷重変動成分がＤＣ成分として付加されていることが考えられる。
そこで、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝数すなわち回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数ｎを、その整数倍が切削工具４０の切削刃数ｍと一致しない値に設定することにより、サンプリング定理（エリアジング）の影響を受けないようにすることができ、正確な荷重検出を行うことができる。
【００５４】
なお、上記第６実施形態においては、切削工具４０の切削刃数ｍを１０とし、円環状エンコーダ２ｂのＶ溝数に応じた回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数を７に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、要は、切削工具４０の刃数ｍを、回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数ｎの整数倍とは異なる値となるように設定すればよい。
【００５５】
また、切削工具４０としてはドリルに限定されるものではなく、フライス切削歯などの任意の工具を適用することができる。
また、上記第６実施形態においては、切削工具４０を回転部材６に装着した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、切削工具４０に限らず回転部材６の１回転当たりで周期的に軸方向の荷重変動が加えられる場合に、回転部材６の１回転当たりの軸方向の荷重変動数を、回転センサ４から出力される回転部材６の１回転当たりのパルス数の整数倍とは異なる値となるように設定すればよいものである。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ〜１ｄは軸受、２ａ〜２ｃは間座、３はＶ溝、３ａ、３ｂは斜め部分、４は回転センサ、５はセンサ筐体、６は回転部材、７は静止部材、８は支持具、９は固定具、１０はキー溝、１１はキー、１２は溝、１３はエンコーダリング、１４は多極磁石型エンコーダ、１５は保持器、１９は信号ケーブル、２０は制御装置
【図１】
2010216654.tif 000003
【図２】
2010216654.tif 000004
【図３】
2010216654.tif 000005
【図４】
2010216654.tif 000006
【図５】
2010216654.tif 000007
【図６】
2010216654.tif 000008
【図７】
2010216654.tif 000009
【図８】
2010216654.tif 000010
【図９】
2010216654.tif 000011
【図１０】
2010216654.tif 000012
【図１１】
2010216654.tif 000013
【図１２】
2010216654.tif 000014
【図１３】
2010216654.tif 000015
【図１４】
2010216654.tif 000016
【図１５】
2010216654.tif 000017
【図１６】
2010216654.tif 000018
【図１７】
2010216654.tif 000019