(57)【要約】【課題】  起歪体と、荷重を印加する部分との摩擦力を軽減してヒステリシスを小さくし、起歪体に荷重を印加する部材の加工を容易化し得る軸受装置を提供する。【解決手段】  起歪体８の歪を検出する歪センサ１１を設けると共に、起歪体８に軸方向の荷重を印加する荷重印加部材９を、起歪体８と間座５との間に転がり接触させて設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の軌道輪間に間座を介在させて予圧を受けるように構成した軸受装置において、
前記間座の軸方向の一部に、この間座の両端間に作用する軸方向の荷重によって歪を生じる起歪体を設け、この起歪体の歪を検出する検出手段を設けると共に、前記起歪体に軸方向の荷重を印加する荷重印加部材を、前記起歪体と間座との間に転がり接触させて設けたことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記間座は、軸方向に並ぶ複数の間座部材を有し、前記荷重印加部材は、前記起歪体と一の間座部材との間で周方向に沿って設けられる複数の転動体を含む軸受装置。
【請求項３】
請求項２において、前記転動体は、ボールまたはころである軸受装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記荷重印加部材は、前記転動体の位置を保持する保持器を備えている軸受装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記荷重印加部材と、この荷重印加部材に接触する他部材との間に潤滑剤を塗布した軸受装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記荷重印加部材、およびこの荷重印加部材に接触する他部材の少なくともいずれか一方または両方に、潤滑コーティングを施した軸受装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記検出手段により検出される起歪体の歪から転がり軸受の予圧を検出する予圧検出手段を設けた軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械の主軸スピンドルなどに使用される軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械のスピンドル装置では、加工精度および効率の向上のため、軸受の予圧管理が求められており、そのため軸受予圧検出の要求がある。本件出願人は、軸受の非回転輪間座の軸方向の一部に、この間座の両端間に作用する軸方向力によって歪を生じるリング状の起歪部を設け、この起歪部の歪みを検出して軸受にかかる予圧を測定する技術を提案している。
【特許文献１】特願２００７−１２７７６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記起歪部は、半径方向外周部分を固定端とし、半径方向内周部分を自由端としている。この半径方向内周部分を、間座本体の軸方向に所定小距離突出する環状の凸部で押圧することで荷重を印加していた。しかし、その方法では、起歪部と、荷重を印加する部分との摩擦のため、図１０に示すように、荷重検出に大きなヒステリシスが出る問題があった。それ故、軸受にかかる予圧を正確に測定できない場合がある。
また、荷重を印加する接触面では、荷重を均質に印加するために、平行度等の高い精度が要求されるが、上記荷重を印加する部分が凸部形状であるため、この部分を精度良く加工することが難しいという問題点もある。
【０００４】
この発明の目的は、起歪体と、荷重を印加する部分との摩擦力を軽減してヒステリシスを小さくし、起歪体に荷重を印加する部材の加工を容易化し得る軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の軸受装置は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の軌道輪間に間座を介在させて予圧を受けるように構成した軸受装置において、前記間座の軸方向の一部に、この間座の両端間に作用する軸方向の荷重によって歪を生じる起歪体を設け、この起歪体の歪を検出する検出手段を設けると共に、前記起歪体に軸方向の荷重を印加する荷重印加部材を、前記起歪体と間座との間に転がり接触させて設けたことを特徴とする。
前記「起歪体」とは、間座の他の箇所よりも歪を大きく生じる部分である。例えば、起歪体は弱部を有し、この弱部は、同起歪体の他の部位よりも剛性が相対的に小さくなるように構成されている。
【０００６】
この構成によると、間座の軸方向の一部に設けた起歪体が、この間座の両端間に作用する軸方向の荷重によって歪を生じる。検出手段はこの歪を検出する。荷重印加部材は、起歪体に軸方向の荷重を印加する。この荷重印加部材を、起歪体と間座との間に転がり接触させて設けているため、この接触面における摩擦力を軽減しヒステリシスを小さくすることができる。つまり、荷重印加部材による加重に対する検出手段の出力曲線において、荷重増加時と荷重減少時の曲線の差、すなわち出力差を小さくすることができる。それ故、軸受にかかる予圧を正確に測定することが可能となり、加工精度および効率の向上を図ることができる。
【０００７】
前記間座は、軸方向に並ぶ複数の間座部材を有し、前記荷重印加部材は、前記起歪体と一の間座部材との間で周方向に沿って設けられる複数の転動体を含むものであっても良い。この場合、転がり軸受の転動体等を適用することができ、間座部材に凸部を設ける必要がなくなり、その分、加工工数の低減を図ることができる。したがって、複数の間座部材の加工を容易化できる。
【０００８】
前記転動体は、ボールまたはころであっても良い。転動体としてボールを適用した場合、ボール自体の寸法精度が良いため、間座部材、起歪体、および荷重印加部材を組み合わせた状態での寸法精度を出し易くなり、間座部材の加工を容易化することができる。それ故、製造コストの低減を図ると共に、装置の組立時間の短縮を図ることができる。
転動体としてころを適用した場合、接触部が線接触となるため面圧を、ボールを適用した場合に比べて小さくすることができる。したがって、接触部における塑性変形を確実に防止することができる。
【０００９】
前記荷重印加部材は、前記転動体の位置を保持する保持器を備えていても良い。この保持器により、転動体の周方向および径方向の位置ずれを未然に防止することができる。それ故、複数の転動体を周方向、径方向に位置決めする等の労力を不要とし、荷重印加部材の組立を容易化することができる。
【００１０】
前記荷重印加部材と、この荷重印加部材に接触する他部材との間に潤滑剤を塗布しても良い。この場合、荷重印加部材の接触面における摩擦力をさらに軽減しヒステリシスをより小さくすることができる。
前記荷重印加部材、およびこの荷重印加部材に接触する他部材の少なくともいずれか一方または両方に、潤滑コーティングを施しても良い。これにより、荷重印加部材の接触面における摩擦力をさらに軽減しヒステリシスをより小さくすることができる。この場合、荷重印加部材等に潤滑剤を塗布する手間を省き、軸受装置の組立をさらに容易化することができる。
【００１１】
前記検出手段により検出される起歪体の歪から転がり軸受の予圧を検出する予圧検出手段を設けても良い。この予圧検出手段により検出される予圧によって、工作機械等の主軸を所望の回転精度に維持すると共に、前記主軸の剛性を適度に管理することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の軸受装置は、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受の軌道輪間に間座を介在させて予圧を受けるように構成した軸受装置において、前記間座の軸方向の一部に、この間座の両端間に作用する軸方向の荷重によって歪を生じる起歪体を設け、この起歪体の歪を検出する検出手段を設けると共に、前記起歪体に軸方向の荷重を印加する荷重印加部材を、前記起歪体と間座との間に転がり接触させて設けたため、起歪体と、荷重を印加する部分との摩擦力を軽減してヒステリシスを小さくし、起歪体に荷重を印加する部材の加工を容易化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この第１の実施形態にかかる軸受装置は、ハウジング１に軸２を複数の軸受３で回転自在に支持したものである。この軸受装置は、例えば、工作機械のスピンドル装置に応用され、その場合、軸２はスピンドル装置の主軸２となる。
【００１４】
主軸２には、軸方向に離隔した複数の軸受３を締まり嵌め状態で嵌合し、内輪３ｉ，３ｉ間に内輪間座４を、外輪３ｇ，３ｇ間に外輪間座５を介在させている。軸受３は、内輪３ｉと外輪３ｇの間に複数の転動体Ｔを介在させた転がり軸受であり、これら転動体Ｔは保持器Ｒｔで保持されている。軸受３は、軸方向の予圧を付与することが可能な軸受であり、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等が用いられる。図示の例ではアンギュラ玉軸受が用いられ、２個の軸受３，３が背面組合わせで設置されている。
【００１５】
外輪間座５は、リング状の第１，第２間座部材６，７と、起歪体８と、荷重印加部材９とを有する。軸方向一方に設けられる第１間座部材６と、軸方向他方に設けられる第２間座部材７との間に、起歪体８、および荷重印加部材９が介在されている。起歪体８は、外輪間座５の他の箇所よりも歪を大きく生じるリング部材からなる。
右側の第１間座部材６は、この軸方向右端部が一方の軸受３の外輪背面３ｇａに当接し、軸方向左端部が荷重印加部材９に当接する。つまり第１，第２間座部材６，７間に、起歪体８および荷重印加部材９を挟み込んでいる。これら第１，第２間座部材６，７、起歪体８、および荷重印加部材９の合計幅寸法、つまり外輪間座５の幅寸法Ｈ１は、内輪間座４の幅寸法Ｈ２と異なっており、一方の軸受３の内輪端面に筒状部材１０を介して当接するナットＮｔを締め付けることにより、これら外輪間座５、内輪間座４の幅寸法差に応じて軸受に予圧が付与される。
【００１６】
第１間座部材６の軸方向右端部は、外径側に外輪背面３ｇａに当接する当接面６ａと、この当接面６ａに段部を介して内径側に連なる軸受３に当接しない非当接面６ｂとを有する。第１間座部材６の軸方向左端部６ｃは、いわゆるラジアル平面を成して荷重印加部材９に当接する。
第２間座部材７は、この軸方向左端部が他方の軸受３の外輪背面３ｇａに当接し、軸方向右端部がラジアル平面を成して起歪体８に当接する。この第２間座部材７の軸方向左端部は、外径側に外輪背面３ｇａに当接する当接面７ａと、この当接面７ａに段部を介して内径側に連なる非当接面７ｂとを有する。
【００１７】
図２に示すように、前記起歪体８は、この半径方向内周部分に弱部８ａを有する。この弱部８ａは、起歪体８の半径方向外周部分よりも薄肉形状で剛性が相対的に小さくなるように構成されている。後述する荷重印加部材９の複数のボール９ａが、前記弱部８ａとなる半径方向内周部分の右端面に当接し、荷重を印加するようになっている。起歪体８の左端面は、外径側に第２間座部材７の軸方向右端部に当接する当接面８ｂと、この当接面８ｂに段部を介して内径側に連なる非当接面８ｃとを有する。これら当接面８ｂ、前記段部、および非当接面８ｃにより、起歪体８をアキシアル平面で切断して視た断面が前記弱部８ａを自由端とする片持ち梁形状を成す。本実施形態の場合、起歪体８の半径方向外周部分が固定端となり、起歪体８の半径方向内周部分が自由端となる片持ち梁形状となる。
【００１８】
荷重印加部材９について説明する。
図５に示すように、荷重印加部材９は、起歪体８に軸方向の荷重を印加する部材であり、複数の転動体であるボール９ａと、これらボール９ａを保持する保持器９ｂとを有する。この保持器９ｂにより、複数、本例では１２個のボール９ａが円周方向一定間隔おきに等配に保持されると共に、これらボール９ａが同一のピッチ円ＰＣＤ上に保持される。これらボール９ａによって、荷重印加部材９は、起歪体８と第１，第２間座部材６，７との間で転がり接触した状態で設けられる。この保持器９ｂは、例えば、鋼板等からボール形状に沿ってプレス成形されて成る。
【００１９】
具体的には、保持器９ｂは、外径側の保持器半体９ｂａと内径側の保持器半体９ｂｂとを、図示外のリベットまたは爪等の固定具により固着し、各ボール９ａを保持するポケットＰｔを形成し得る。内径側の保持器半体９ｂｂの内径部９ｄｉは、内輪間座４の外径面４Ｄよりも大径に形成され、保持器９と内輪間座４とが干渉しないように構成される。外径側の保持器半体９ｂａの外径部９Ｄは、後述する歪センサ１１の配置位置よりも内径側に形成され、保持器９と同歪センサ１１とが干渉しないように構成される。また保持器９の幅方向寸法９Ｈは、適用するボール９ａの直径寸法よりも所定小距離小さく形成され、保持器９と、起歪体８および第１間座部材６とが干渉しないように構成される。
また、各ボール９ａと、起歪体８の右端面との間に、グリース等の潤滑剤Ｇｒが塗布されている。さらに、各ボール９ａと、第１間座部材６の軸方向左端部との間に、グリース等の潤滑剤Ｇｒが塗布されている。
【００２０】
上記保持器９はプレス成形品に限定されるものではない。各ボール９ａは、例えば、同一直径の玉軸受用転動体等によって実現される。これら複数のボール９ａにより、外輪間座５の軸方向剛性を高め得る。ただし、ボール９ａは、玉軸受用転動体に限定されるものではなく、荷重印加部材９の専用品であっても良い。ボール個数は必ずしも１２個に限定されるものではない。
【００２１】
前記起歪体８の右端面のうち、根元部分つまり半径方向外周部分に、歪ゲージ等の歪センサ１１を設け、検出手段としての歪センサ１１により、前記起歪体８の歪を検出する。本実施形態では、起歪体８の右端面のいわゆる梁曲がりにより引張変形を発生する部分の歪を検出しているが、この形態に限定されるものではない。例えば、起歪体８の左端面に歪センサ１１を設けて、この歪センサ１１により、起歪体８の左端面のいわゆる圧縮変形を発生する部分の歪を検出しても良い。また、歪センサ１１を円周方向複数箇所に一定間隔おきに設けて、これら複数、本例では４個の歪センサ１１のセンサ出力を加算することで、歪検出感度を大きくしても良い。また図７に示すように、起歪体８の右端面の引張り部分と、左端面の圧縮部分に歪センサ１１，１１を設けて、これら歪センサ１１，１１のセンサ出力の差分をとって歪検出感度を大きくしても良い。
前記歪センサ１１の個数は４個に限定されるものではない。これら複数の歪センサ１１を、円周方向一定間隔おきに設けない場合もあり得る。
【００２２】
歪センサ１１の出力部である配線は、ハウジング１に設けられた孔１ａを介してハウジング１外に引き出され、転がり軸受の予圧を検出する予圧検出手段１２に電気的に接続されている。歪センサ１１により検出した歪は電気信号に変換され、予圧検出手段１２は、前記配線を介して入力される電気信号に比例する予圧量を算出する電子回路等からなる。この予圧検出手段１２は、上記電気信号と予圧量の関係を演算式またはテーブル等で設定した図示外の関係設定手段を有し、検出した歪に基づく電気信号を前記関係設定手段に照らし予圧量を算出する。また、予圧検出手段１２は、例えば、ピークホールド処理により前記電気信号のピーク電圧を測定し、このピーク電圧が所定の閾値外となったとき、軸受予圧が所望の予圧ではないと判定するようにしても良い。予圧検出手段１２は、独立して設けられた電子回路であっても、またスピンドル装置を制御する制御装置の一部であっても良い。
【００２３】
上記構成の作用、効果を説明する。スピンドル装置の図示外の駆動源により主軸２が回転し、軸受３の温度が上昇して内輪３ｉが膨張し、予圧が初期設定値よりも大きくなると、外輪間座５の両端間に加わる軸方向力が増加する。この外輪間座５のうち起歪体８に、荷重印加部材９から軸方向力が加わると、この起歪体８の右端面に引張り応力が作用すると共に、起歪体８の左端面に圧縮応力が作用する。これにより、この起歪体８に設けた歪センサ１１に歪を生じる。予圧検出手段１２は、検出した歪に基づく電気信号を前記関係設定手段に照らし予圧量を算出する。したがって、起歪体８に加わる軸方向外力と電気信号との関係を予め調べておけば、軸受装置に組み込まれた軸受３の初期予圧および運転時に増加した予圧を知ることができる。
【００２４】
特に、荷重印加部材９を、起歪体８と第１間座部材６の軸方向左端部との間に転がり接触させて設けているため、この接触面における摩擦力を軽減しヒステリシスを小さくすることができる。つまり、荷重印加部材９による荷重に対する歪センサ１１の出力曲線において、荷重増加時と荷重減少時の曲線の差、すなわち出力差を小さくすることができる。それ故、軸受にかかる予圧を正確に測定することが可能となり、加工精度および効率の向上を図ることができる。
【００２５】
本実施形態において、荷重印加部材９のボール９ａを、同一直径の玉軸受用転動体によって実現した場合、第１，第２間座部材６，７に凸部を設ける必要がなくなり、その分、加工工数の低減を図ることができる。したがって、第１，第２間座部材６，７の加工を容易化できる。
また、転動体として玉軸受用のボール９ａを適用した場合、ボール自体の寸法精度が良いため、第１，第２間座部材６，７、起歪体８、および荷重印加部材９を組み合わせた状態での軸方向の寸法精度を出し易くなり、第１，第２間座部材６，７の加工を容易化することができる。それ故、製造コストの低減を図ると共に、装置の組立時間の短縮を図ることができる。
【００２６】
荷重印加部材９は、ボール９ａの位置を保持する保持器９ｂを備えたため、ボール９ａの周方向および径方向の位置ずれを未然に防止することができる。それ故、複数のボールを周方向、径方向に位置決めする等の労力を不要とし、荷重印加部材９の組立を容易化することができる。
各ボール９ａと起歪体８の右端面との間、各ボール９ａと第１間座部材６の軸方向左端部との間に、グリース等の潤滑剤Ｇｒが塗布されているため、荷重印加部材９の接触面における摩擦力をさらに軽減しヒステリシスをより小さくすることができる。
【００２７】
本実施形態では、歪センサ１１により検出される起歪体８の歪から転がり軸受の予圧を検出する予圧検出手段１２を設けている。この予圧検出手段１２により検出される予圧によって、工作機械の主軸２を所望の回転精度に維持すると共に、前記主軸２の剛性を適度に管理することが可能となる。
【００２８】
次に、この発明の第２の実施形態を図８と共に説明する。以下の説明において、第１の実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００２９】
図８に示すように、本実施形態では、荷重印加部材９の各転動体としてころ９Ａが適用されている。各ころ９Ａは、同一寸法のころ軸受用転動体等によって実現される。これら複数のころ９Ａを保持する図示外の保持器は、例えば、金属製または樹脂製のリング状部材から成り、同保持器により複数、本例では１２個のころ９Ａが円周方向一定間隔おきに等配に保持される。特に、転動体としてころ９Ａを適用したため、接触部が線接触となる。それ故、接触面圧をボールを適用した場合に比べて小さくすることができる。したがって、前記接触部における塑性変形を確実に防止することができる。その他第１の実施形態と同様の構成を備え、同様の効果を有する。
【００３０】
本発明の他の実施形態として、荷重印加部材９、およびこの荷重印加部材９に接触する他部材の少なくともいずれか一方または両方に、潤滑コーティングＣＴを施しても良い。例えば、図９に示すように、ボール９ａに接触する起歪体８の右端面に、潤滑コーティングＣＴを施す。この潤滑コーティングＣＴとしては、例えば、ＰＴＦＥコーティング（いわゆるテフロンコーティング）、二硫化モリブデンコーティング等を適用することができる。ただし、これらのものに限定されるものではない。
これにより、荷重印加部材９の接触面における摩擦力をさらに軽減しヒステリシスをより小さくすることができる。また、荷重印加部材９等に潤滑剤を塗布する手間を省き、軸受装置の組立をさらに容易化することができる。ただし、この潤滑コーティングＣＴに加え、潤滑剤Ｇｒを併用して塗布しても良い。
なお、潤滑コーティングＣＴを、保持器９ｂの少なくともポケットＰｔを成す内周面、転動体、第１間座部材６の軸方向左端部６ｃ等に施すことも可能である。
【００３１】
以上説明した軸受装置を、スピンドル装置以外の装置、ロボット等に適用することも可能である。本実施形態では、２個の軸受を背面組み合わせで設置したが、正面組み合わせで設置する場合もあり得る。また、軸受の個数は２個に必ずしも限定されるものではない。本実施形態では、外輪間座の第１，第２間座部材の軸方向端部に起歪体を設けたが、前記スピンドル装置以外の装置において、例えば、内輪間座の間座本体の軸方向端部に起歪体を設けても良い。この場合、外輪回転となり、起歪体の出力用の配線を、軸内部を通して軸受装置外に引き出すことが望ましい。
【００３２】
本実施形態で説明した起歪体は一例であって、間座を局所的に歪ませることができるものであれば、説明した例に限定されるものではない。
間座の一部に、円周方向の溝またはスリット等を形成して成る起歪体であって間座の他の箇所よりも歪を大きく生じる起歪体を設け、間座本体に一体に起歪体を設けても良い。この場合、軸受装置の部品点数を本実施形態のものよりさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る軸受装置の断面図である。
【図２】同軸受装置の起歪体の断面図である。
【図３】同起歪体を軸方向から見た側面図である。
【図４】複数の転動体および歪センサと、起歪体との位置関係を表す側面図である。
【図５】同軸受装置の要部の拡大断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】同起歪体の引張り部および圧縮部に、歪センサを設けた起歪体全体の断面図である。
【図８】この発明の第２の実施形態に係る軸受装置の転動体としてころを適用し、同ころおよび歪センサと、起歪体との位置関係を表す側面図である。
【図９】荷重印加部材に接触する部材に潤滑コーティングを施した例を表す拡大断面図である。
【図１０】荷重とセンサ出力との関係を表す図である。
【符号の説明】
【００３４】
３…軸受
３ｇ…外輪
４…内輪間座
５…外輪間座
６，７…第１，第２間座部材
８…起歪体
９…荷重印加部材
９ａ…ボール
９ｂ…保持器
９Ａ…ころ
１１…歪センサ
１２…予圧検出手段
ＣＴ…潤滑コーティング
Ｇｒ…潤滑剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009036313.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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