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JP-2026076623-A - 軸受装置及びスピンドル装置

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Abstract

【課題】第１軸受及び第２軸受に軸方向の予圧が付与され、第１外輪と第２外輪の間の外輪間座に取り付けられたひずみセンサの出力に基づいて予圧荷重の大きさを精度よく検出することが可能な軸受装置とする。 【解決手段】第１外輪３２と外輪間座２６の間に介在しかつ第１外輪３２の径方向変形に応じて径方向にせん断変形することで第１外輪３２の径方向変形の外輪間座２６への伝達を妨げる第１せん断変形部材５１と、第２外輪３５と外輪間座２６の間に介在しかつ第２外輪３５の径方向変形に応じて径方向にせん断変形することで第２外輪３５の径方向変形の外輪間座２６への伝達を妨げる第２せん断変形部材５２とを備える。 【選択図】図２

Inventors

  • 澁谷 勇介
  • 大口 耀示

Assignees

  • ＮＴＮ株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (8)

  1. 第１外輪と、第１内輪と、前記第１内輪と前記第１外輪の間に配置された複数の第１転動体とを有する第１軸受と、 第２外輪と、第２内輪と、前記第２内輪と前記第２外輪の間に配置された複数の第２転動体とを有する第２軸受と、 軸方向に間隔をおいて配置された前記第１外輪と前記第２外輪の間に設けられた外輪間座と、 前記外輪間座に取り付けられたひずみセンサと、を備え、 軸方向の予圧が付与されている軸受装置において、 前記第１外輪と前記外輪間座の間に介在しかつ前記第１外輪の径方向変形に応じて径方向にせん断変形することで前記第１外輪の径方向変形の外輪間座への伝達を妨げる第１せん断変形部材と、 前記第２外輪と前記外輪間座の間に介在しかつ前記第２外輪の径方向変形に応じて径方向にせん断変形することで前記第２外輪の径方向変形の外輪間座への伝達を妨げる第２せん断変形部材と、をさらに備えることを特徴とする軸受装置。
  2. 前記ひずみセンサが前記外輪間座に周方向に間隔をおいて複数取り付けられており、 複数の前記第１せん断変形部材及び複数の前記第２せん断変形部材がそれぞれ周方向に間隔をおいて前記複数のひずみセンサに対応する周方向位置に配置されている請求項１に記載の軸受装置。
  3. 前記外輪間座が、前記第１せん断変形部材に接しかつ周方向及び径方向に延びる第１端面と、前記第２せん断変形部材に接しかつ周方向及び径方向に延びる第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面のそれぞれが周方向に間隔をおいた複数箇所に設けられており、 前記複数の第１端面が前記外輪間座の中で前記第１外輪に最も軸方向に近い軸方向位置にあり、 前記複数の第２端面が前記外輪間座の中で前記第２外輪に最も軸方向に近い軸方向位置にある請求項２に記載の軸受装置。
  4. 前記第１せん断変形部材及び前記第２せん断変形部材の厚みがそれぞれ１００μｍ以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の軸受装置。
  5. 前記第１せん断変形部材及び前記第２せん断変形部材がそれぞれ粘着剤からなる請求項１から３のいずれか１項に記載の軸受装置。
  6. 前記第１せん断変形部材及び前記第２せん断変形部材が、それぞれ粘着剤と、前記粘着剤を支持する基材とを有するテープからなる請求項１から３のいずれか１項に記載の軸受装置。
  7. 前記粘着剤がアクリル系粘着剤又はシリコーン系粘着剤からなる請求項５に記載の軸受装置。
  8. 請求項１から３のいずれか１項に記載の軸受装置と、 前記軸受装置によって回転可能に支持される工作機械の主軸と、 前記主軸を回転駆動するモータと、を有するスピンドル装置。

Description

この発明は、軸受装置、及びその軸受装置を有する工作機械用スピンドル装置に関する。 マシニングセンタや旋盤等の工作機械やその他の産業機械では、工具や被加工物等の対象物が取り付けられる回転軸を回転可能に支持するスピンドル装置が用いられる。このようなスピンドル装置の使用分野において、近年、省人化や無人化のための状態監視機能の強化が求められるようになっている。この要求に応えるため、第１軸受の外輪と第２軸受の外輪の間にひずみセンサ付きの外輪間座を介在させ、そのひずみセンサで軸方向の予圧荷重の大きさを監視することができる軸受装置が提案されている（特許文献１）。 それら第１軸受と第２軸受は、それぞれ外輪と、内輪と、外輪と内輪の間に組み込まれた複数の転動体とを有する。第１軸受と第２軸受は、背面組み合わせの関係となるように設けられた一対のアンギュラ玉軸受になっている。外輪間座は、第１外輪と第２外輪の間に軸方向に挟み込まれた筒状体になっている。第１軸受の内輪の第２軸受側とは反対側の軸方向端面と、第２軸受の内輪の第１軸受側とは反対側の軸方向端面との間には、予圧ナットの締め込みにより予圧が付与されている。予圧ナットの締め込みによる予圧荷重は、第１軸受の内輪、転動体及び外輪、外輪間座並びに第２軸受の外輪、転動体及び内輪を通って伝達する。ひずみセンサは、外輪間座の外周（または内周）に取り付けられている。第１軸受と第２軸受から外輪間座まで加えられた荷重によって外輪間座に発生するひずみをひずみセンサで検知すれば、このひずみセンサの出力に基づいて第１軸受および第２軸受に加えられた予圧荷重の大きさを推定することが可能になる。 特開２０２１－０１４８８６号公報 この発明の第１実施形態に係る軸受装置を使用したスピンドル装置を示す断面図図１の軸受装置の近傍の拡大図図２に示すひずみセンサと予圧演算処理部の接続関係を示すブロック図図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図図１の第１せん断変形部材を外輪間座に貼り付けた様子を示す断面図この発明の第２実施形態に係る軸受装置を図４と同様に示す断面図図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図この発明の第３実施形態に係る軸受装置を図４と同様に示す断面図図９のＸ－Ｘ線に沿った断面図この発明の第４実施形態に係る軸受装置を図６と同様に示す断面図この発明の第４実施形態に係る第１せん断変形部材を第１外輪に貼り付けた様子を示す断面図第１及び第２せん断変形部材として比較例を採用した場合の荷重検出試験の結果を示すグラフ第１及び第２せん断変形部材としてサンプル１を採用した場合の荷重検出試験の結果を示すグラフ第１及び第２せん断変形部材としてサンプル４を採用した場合の荷重検出試験の結果を示すグラフ第１及び第２せん断変形部材としてサンプル５を採用した場合の荷重検出試験の結果を示すグラフ 図１に、この発明の一例としての第１実施形態に係る軸受装置１（以下、単に「軸受装置１」という）を使用したスピンドル装置を示す。このスピンドル装置は、工作機械の主軸２と、主軸２を収容する主軸ハウジング３と、主軸２を回転駆動するモータ４と、モータ４よりも軸方向前側で主軸２を回転可能に支持する軸受装置１と、モータ４よりも軸方向後側で主軸２を回転可能に支持する後側軸受装置５とを有する。 ここで、軸方向とは、主軸２の中心軸と平行な方向であり、径方向とは、主軸２の中心軸に垂直な方向であり、周方向とは、主軸２の中心軸まわりに周回する円周に沿った方向である。 主軸ハウジング３は、両端が開放した中空筒状に形成されている。主軸ハウジング３は、軸方向の前側から後側に向かって順に軸受装置１とモータ４とを収容している。図示例では、主軸ハウジング３の軸受装置１を収容する部分と、主軸ハウジング３のモータ４を収容する部分とを継ぎ目の無い一体に形成しているが、主軸ハウジング３の軸受装置１を収容する部分と、主軸ハウジング３のモータ４を収容する部分とを別体に形成し、その両部分を連結して一体化してもよい。 主軸２は、主軸２の前端が主軸ハウジング３の前端開口から突出した状態で主軸ハウジング３に挿入されている。主軸２の前端には、工具または被加工物を把持するチャック（図示せず）が着脱可能に取り付けられるようになっている。主軸２には、工作機械のドローバー（図示せず）を軸方向に摺動可能に収容する貫通孔６が軸方向に貫通して形成されている。 モータ４は、主軸２の外周に取り付けられたロータ７と、ロータ７に回転力を付与する環状のステータ８とを有する。ロータ７は、主軸２の外周に嵌合するロータスリーブ９と、ロータスリーブ９の外周に固定されたロータコア１０とを有する。ロータコア１０は、例えば、電磁鋼板の積層体である。ロータスリーブ９は、主軸２と一体回転するように主軸２に回り止めされている。ロータスリーブ９の軸方向前端は、主軸２の外周に形成された段差部１１に接触し、その段差部１１との接触によって軸方向に位置決めされている。 ステータ８は、主軸ハウジング３の内周に固定されたステータコア１２と、ステータコア１２に周方向に間隔をおいて形成された複数のティース部分にそれぞれ巻回された電磁コイル１３とを有する。電磁コイル１３に通電すると、ステータコア１２とロータコア１０の間に働く電磁力によってロータコア１０に回転力が発生し、ロータ７と主軸２が一体に回転する。ここでは、モータ４として、電力で回転力を発生する電動モータを採用したが、電動モータに代えて、圧縮空気など他の動力源で回転力を発生する方式のモータを採用することも可能である。 後側軸受装置５は、主軸ハウジング３の後端に同軸に固定された環状の軸受支持部材１４と、軸受支持部材１４に組み込まれた転がり軸受１５とを有する。転がり軸受１５は、軸受支持部材１４の内周に嵌合する外輪１６と、主軸２の外周に嵌合する内輪１７と、外輪１６と内輪１７の間に組み込まれた複数の円筒ころ１８とを有する円筒ころ軸受である。 軸受支持部材１４には、押さえ部材１９が取り付けられている。押さえ部材１９は、外輪１６の軸方向後端面に接触することで外輪１６の軸方向位置を固定している。主軸２の外周には、内輪１７を軸方向前方に押圧するナット部材２０と、内輪１７とナット部材２０の間に組み込まれた環状のスペーサ２１とが装着されている。ナット部材２０は、主軸２の後端部外周に形成された雄ねじ２２にねじ係合している。スペーサ２１の軸方向前端面は、内輪１７の軸方向後端面に接触し、スペーサ２１の軸方向後端面は、ナット部材２０の軸方向前端面に接触している。内輪１７の軸方向前端面は、ロータスリーブ９の軸方向後端面に接触している。 軸受装置１は、主軸ハウジング３に固定された中空円筒状の軸受支持筒２３と、軸受支持筒２３に軸方向に間隔をおいて組み込まれた第１軸受２４および第２軸受２５と、第１軸受２４と第２軸受２５の間に設けられた外輪間座２６および内輪間座２７と、外輪間座２６に取り付けられたひずみセンサ２８と、第１軸受２４および第２軸受２５に予圧を付与する予圧ナット２９と、第１軸受２４および第２軸受２５を軸受支持筒２３に固定する蓋部材３０とを有する。 軸受支持筒２３は、主軸ハウジング３の内周に嵌合している。軸受支持筒２３の外周には、軸受装置１の冷却用の冷媒が流れる冷却溝３１が形成されている。冷却溝３１は、軸受支持筒２３の外周に軸方向に間隔をおいて形成された複数の環状溝または軸受支持筒２３の外周を螺旋状に延びる螺旋溝である。 図２に示すように、第１軸受２４は、軸受支持筒２３の内周に嵌合する第１外輪３２と、第１外輪３２の径方向内側に同軸に配置された第１内輪３３と、第１外輪３２と第１内輪３３の間に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の第１転動体３４とを有する。第１外輪３２は第１転動体３４を介して第１内輪３３を回転可能に支持している。 第２軸受２５は、軸受支持筒２３の内周に嵌合する第２外輪３５と、第２外輪３５の径方向内側に同軸に配置された第２内輪３６と、第２外輪３５と第２内輪３６の間に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の第２転動体３７とを有する。第２外輪３５は第２転動体３７を介して第２内輪３６を回転可能に支持している。 第１軸受２４は、第１外輪３２と第１内輪３３の間に軸方向の予圧荷重が付与されたときに、第１転動体３４が第１外輪３２を径方向外側に押圧する径方向分力を生じるように構成されている。第２軸受２５も、第２外輪３５と第２内輪３６の間に軸方向の予圧荷重が付与されたときに、第２転動体３７が第２外輪３５を径方向外側に押圧する径方向分力を生じるように構成されている。 この軸受装置１では、第１軸受２４と第２軸受２５が、背面組み合わせの関係となるように設けられた一対のアンギュラ玉軸受に構成されている。 第１転動体３４及び第２転動体３７は、それぞれ玉からなる。第１外輪３２の内周及び第２外輪３５の内周には、それぞれ対応の第１転動体３４又は第２転動体３７が転がり接触する断面円弧状の軌道面３８、３９が形成されている。第１外輪３２及び第２外輪３５は、それぞれ対応の軌道面３８又は軌道面３９に対して対応の軸方向前側又は軸方向後側の肩部を除去した形状の肩落とし外輪である。 第１内輪３３の外周及び第２内輪３６の外周には、それぞれ対応の第１転動体３４又は第２転動体３７が転がり接触する断面円弧状の軌道面４０、４１が設けられている。第１内輪３３及び第２内輪３６は、それぞれ対応の第１転動体３４又は第２転動体３７が転がり接触する軌道面４０又は軌道面４１に対して対応の軸方向後側又は軸方向前側の肩部を除去した形状の肩落とし内輪である。第１内輪３３と第１転動体３４の接触点と、第１外輪３２と第１転動体３４の接触点とを結ぶ仮想直線は、半径方向内側から半径方向外側に向かって軸方向後方に傾斜した向きに延びる。第２内輪３６と第２転動体３７の接触点と、第２外輪３５と第２転動体３７の接触点とを結ぶ直線が、半径方向内側から半径方向外側に向かって軸方向前方に傾斜した向きに延びる。 第１内輪３３及び第２内輪３６は、それぞれ主軸２の外周に締め代をもって嵌合している。第２内輪３６は、第１内輪３３から軸方向後方に間隔をおいて配置されている。第１外輪３２の外周及び第２外輪３５の外周は、それぞれ軸受支持筒２３の内周に隙間をもって嵌合している。 外輪間座２６及び内輪間座２７は、それぞれ両端が開放した中空筒状の部材である。第１軸受２４、第２軸受２５及び外輪間座２６の各中心軸は、主軸２の中心軸と一致している。 外輪間座２６は、軸受支持筒２３の内周に隙間をもって嵌合している。外輪間座２６は、第１外輪３２と第２外輪３５との間に配置されている。第１外輪３２の軸方向後端面（第１外輪３２の第２外輪の側の軸方向端面）は、外輪間座２６に対して軸方向前側に位置する。第２外輪３５は、第１外輪３２から軸方向後方に間隔をおいて配置されている。第２外輪３５の軸方向前端面（第２外輪３５の第１外輪３２の側の軸方向端面）は、外輪間座２６に対して軸方向後側に位置する。 内輪間座２７は、主軸２の外周に隙間をもって嵌合している。内輪間座２７は、第１内輪３３と第２内輪３６の間に配置されている。 主軸２の外周には、第１内輪３３の軸方向前端面（第１内輪３３の第２内輪３６の側とは反対側の軸方向端面）に軸方向に対向する軸肩部４２が全周に形成されている。軸肩部４２は、第１内輪３３の軸方向前方（第２外輪３５から遠ざかる方向）への移動を規制することで、第１内輪３３を軸方向に位置決めしている。 また、主軸２の外周には、第２内輪３６よりも軸方向後側に予圧ナット２９が装着されている。予圧ナット２９は、主軸２の外周に形成された雄ねじ４３にねじ係合している。第２内輪３６と予圧ナット２９の間には、環状のスペーサ４４が組み込まれている。スペーサ４４の軸方向前端面は、第２内輪３６の軸方向