本發(fā)明涉及帶傳感器的軸承裝置以及使用該帶傳感器的軸承裝置的機床用主軸裝置。

背景技術：

1、在加工中心、車床等機床、其他工業(yè)機械中，使用將安裝工具、工件等對象物的旋轉軸(主軸)支承為能夠旋轉的主軸裝置。在這樣的主軸裝置的使用領域中，近年來，要求用于省人化、無人化的狀態(tài)監(jiān)視功能的強化。

2、因此，本技術的申請人為了滿足狀態(tài)監(jiān)視功能的強化的需求，已經提出了帶傳感器的軸承裝置(專利文獻1)。

3、專利文獻1的帶傳感器的軸承裝置具有：第一軸承及第二軸承，配置為在軸向上空開間隔；筒狀的外圈間隔件，設置在第一軸承與第二軸承之間；以及應變傳感器，安裝于外圈間隔件。

4、第一軸承具有：第一外圈；第一內圈，設置于第一外圈的徑向內側；以及多個第一滾動體，組裝于第一外圈與第一內圈之間。同樣地，第二軸承具有：第二外圈；第二內圈，設置于第二外圈的徑向內側；以及多個第二滾動體，組裝于第二外圈與第二內圈之間。外圈間隔件配置為在軸向上被夾在第一外圈與第二外圈之間。

5、通過預壓螺母的鎖緊來對第一內圈的與第二內圈側相反側的軸向端面和第二內圈的與第一內圈側相反側的軸向端面施加使第一內圈與第二內圈接近的方向的預壓。第一軸承和第二軸承構成為該預壓在第一內圈、第一滾動體、第一外圈、外圈間隔件、第二外圈、第二滾動體、第二內圈傳遞。第一軸承是構成為通過第一外圈與第一內圈之間的軸向的預壓產生第一滾動體按壓第一外圈的徑向分力的角接觸球軸承，第二軸承也是構成為通過第二外圈與第二內圈之間的軸向的預壓產生第二滾動體按壓第二外圈的徑向分力的角接觸球軸承。

6、應變傳感器安裝于外圈間隔件的外周(或內周)，能夠基于該應變傳感器的輸出來檢測第一軸承及第二軸承的預壓載荷(以下稱為“軸承預壓”)。

7、專利文獻1：日本特開2021-014886號公報

8、然而，在專利文獻1的帶傳感器的軸承裝置中，有時基于外圈間隔件的應變傳感器的輸出來檢測的軸承預壓的大小產生誤差。若能夠消除該誤差來高精度地檢測軸承預壓，則能夠提高用于省人化、無人化的狀態(tài)監(jiān)視的可靠性。

9、因此，第一發(fā)明要解決的課題在于提供能夠高精度地檢測軸承預壓的帶傳感器的軸承裝置。

10、另外，專利文獻1的軸承裝置支承主軸裝置的主軸，在筒狀的軸承殼體的內側以背對背組合配置有第一軸承及第二軸承，該第一軸承及第二軸承分別由具有外圈、可旋轉地設置于外圈的徑向內側的內圈及組裝于外圈與內圈之間的多個滾動體的角接觸球軸承構成，在組裝于該第一軸承的外圈與第二軸承的外圈之間的外圈間隔件安裝有應變傳感器。

11、而且，通過與兩軸承支承的主軸的外周螺紋結合的預壓螺母的緊固，該預壓螺母的軸力依次傳遞至第二軸承、外圈間隔件、第一軸承而對兩軸承施加預壓，基于安裝于外圈間隔件的應變傳感器的輸出來求出軸向的預壓載荷。

12、因此，使用該軸承裝置的主軸裝置能夠檢測因支承主軸的各軸承的發(fā)熱等引起的預壓載荷的增加，狀態(tài)監(jiān)視功能被強化。另外，在該主軸裝置組裝于機床的情況下，還檢測切削載荷的變化，因此還能夠監(jiān)視加工狀態(tài)。

13、在上述專利文獻1的軸承裝置中，根據因受到了軸向的力的外圈間隔件的變形引起的應變求出作用于外圈間隔件的載荷。因此，為了以高靈敏度檢測載荷的變化，希望使外圈間隔件在實用范圍內容易變形。

14、但是，在采用了容易變形的外圈間隔件的情況下，在作用過大的載荷時，膨脹變形的外圈間隔件的外周與軸承殼體的內周接觸，由此外圈間隔件的變形方式變化，反而檢測載荷變化的靈敏度變低。

15、因此，第二發(fā)明要解決的課題在于提供能夠穩(wěn)定地以高靈敏度檢測載荷變化的帶傳感器的軸承裝置。

技術實現思路

1、本技術的發(fā)明人們在上述的專利文獻1的帶傳感器的軸承裝置中進行了使軸承預壓變化并基于外圈間隔件的應變傳感器的輸出來檢測該軸承預壓的評價試驗發(fā)現：在軸承預壓增加的過程和軸承預壓減少的過程中，即使軸承預壓的大小相同，應變傳感器的輸出也不相同，產生前者與后者之間產生一定的差的滯后，該滯后成為基于應變傳感器的輸出檢測出的軸承預壓的誤差的原因。

2、產生上述的滯后的理由考慮如下。

3、當軸承預壓增大時，第一外圈因從第一滾動體受到的徑向分力增大而向擴徑方向彈性變形，因該彈性變形而在第一外圈與外圈間隔件的接觸面間產生第一外圈相對于外圈間隔件向徑向外側相對移動的微小滑動。另一方面，當軸承預壓減少時，第一外圈因從第一滾動體受到的徑向分力減少而向縮徑方向彈性復原，因該彈性復原而在第一外圈與外圈間隔件的接觸面間產生第一外圈相對于外圈間隔件向徑向內側相對移動的微小滑動。

4、同樣地，當軸承預壓增大時，第二外圈因從第二滾動體受到的徑向分力增大而向擴徑方向彈性變形，因該彈性變形而在第二外圈與外圈間隔件的接觸面間產生第二外圈相對于外圈間隔件向徑向外側相對移動的微小滑動。另一方面，當軸承預壓減少時，第二外圈因從第二滾動體受到的徑向分力減少而向縮徑方向彈性復原，因該彈性復原而在第二外圈與外圈間隔件的接觸面間產生第二外圈相對于外圈間隔件向徑向內側相對移動的微小滑動。

5、而且，若在第一外圈與外圈間隔件的接觸面間、第二外圈與外圈間隔件的接觸面間產生上述的徑向的滑動，則在軸承預壓增加的過程和軸承預壓減少的過程中，外圈間隔件的變形不相同。因此，在軸承預壓增加的過程和軸承預壓減少的過程中，即使軸承預壓的大小相同，應變傳感器的輸出也不相同，認為產生前者與后者之間產生一定的差的滯后。該應變傳感器的輸出的滯后成為基于應變傳感器的輸出檢測出的軸承預壓的誤差的原因。

6、并且，本技術的發(fā)明人們得到了如下構思：若增大第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓，則第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力變大，因此在第一外圈從第一滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠抑制第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動，同樣地，若增大第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓，則第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力變大，因此在第二外圈從第二滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠抑制第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動，其結果是可降低外圈間隔件的應變傳感器的輸出的滯后，能夠將滯后引起的誤差抑制得小。

7、基于該構思，為了解決上述的課題，第一發(fā)明提供以下結構的帶傳感器的軸承裝置。

8、[結構1]

9、一種帶傳感器的軸承裝置，構成為具有：第一軸承及第二軸承，配置為在軸向上空開間隔；筒狀的外圈間隔件，設置于上述第一軸承與上述第二軸承之間；以及應變傳感器，安裝于上述外圈間隔件，

10、上述第一軸承具有：第一外圈；第一內圈，設置于第一外圈的徑向內側；以及多個第一滾動體，組裝于第一外圈與第一內圈之間，

11、上述第二軸承具有：第二外圈；第二內圈，設置于第二外圈的徑向內側；以及多個第二滾動體，組裝于第二外圈與第二內圈之間，

12、對上述第一內圈的與上述第二內圈側相反側的軸向端面和上述第二內圈的與上述第一內圈側相反側的軸向端面施加使上述第一內圈與上述第二內圈接近的方向的預壓，

13、上述預壓在上述第一內圈、上述第一滾動體、上述第一外圈、上述外圈間隔件、上述第二外圈、上述第二滾動體、上述第二內圈傳遞，

14、上述帶傳感器的軸承裝置的特征在于，

15、對上述第一外圈的與上述第二外圈側相反側的軸向端面和上述第二外圈的與上述第一外圈側相反側的軸向端面施加使上述第一外圈與上述第二外圈接近的方向的按壓力，

16、上述按壓力的大小被設定為大于上述內圈預壓。

17、若采用該結構，則在第一外圈與外圈間隔件的接觸面間作用有合計了施加于第一內圈和第二內圈的軸向端面的預壓與施加于第一外圈和第二外圈的軸向端面的按壓力的大小的面壓，因而第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓變大。因此，第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力變大，在第一外圈從第一滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠抑制第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動。同樣地，在第二外圈與外圈間隔件的接觸面間也作用有合計了施加于第一內圈和第二內圈的軸向端面的預壓與施加于第一外圈和第二外圈的軸向端面的按壓力的大小的面壓，因而第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓變大。因此，第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力變大，在第二外圈從第二滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠抑制第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動。其結果是可降低外圈間隔件的應變傳感器的輸出的滯后，能夠高精度地檢測軸承預壓。

18、[結構2]

19、根據結構1所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，上述按壓力的大小被設定為上述預壓的10倍以上的大小。

20、若采用該結構，則對第一外圈及第二外圈的軸向端面施加顯著大于預壓的按壓力，因此第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓和第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓變得特別大。因此，第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力特別有效地變大，在第一外圈從第一滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠特別有效地抑制第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動。同樣地，第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力特別有效地變大，在第二外圈從第二滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠特別有效地抑制第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動。

21、[結構3]

22、根據結構1或2所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，通過將上述第一外圈及上述第二外圈具有軸向的過盈量地組裝于環(huán)狀的外圈定位階梯部與蓋部件之間來施加上述按壓力，上述外圈定位階梯部設置在與上述第一外圈的外周和上述第二外圈的外周嵌合的筒狀的軸承殼體的內周，上述蓋部件通過螺紋部件固定于上述軸承殼體的軸向端面。

23、若采用該結構，則能夠通過緊固螺紋部件的簡單方法來對第一外圈及第二外圈的軸向端面施加大的按壓力。

24、[結構4]

25、根據結構3所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，上述螺紋部件配置在與上述應變傳感器相同的周向位置。

26、若采用該結構，則在與應變傳感器相同的周向位置配置有螺紋部件，因此能夠在與應變傳感器相同的周向位置有效地增大第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓和第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓，因此，能夠有效地降低應變傳感器的輸出的滯后。

27、[結構5]

28、根據結構3或4所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，上述軸向的過盈量被設定為10μm以上。

29、另外，為了解決上述的課題，第二發(fā)明提供以下結構的帶傳感器的軸承裝置。

30、[結構6]

31、一種帶傳感器的軸承裝置，在筒狀的軸承殼體的內側以2列以上的背對背組合配置有接觸角不為0的多個滾動軸承，

32、上述多個滾動軸承包括以背對背組合對置的第一軸承和第二軸承，

33、上述第一軸承具有：第一外圈；第一內圈，可旋轉地設置于上述第一外圈的徑向內側；以及多個第一滾動體，組裝于上述第一外圈與上述第一內圈之間，

34、上述第二軸承具有：第二外圈；第二內圈，可旋轉地設置于上述第二外圈的徑向內側；以及多個第二滾動體，組裝于上述第二外圈與上述第二內圈之間，

35、在上述第一外圈與上述第二外圈之間以在軸向上被夾著的狀態(tài)配置有筒狀的外圈間隔件，

36、在上述外圈間隔件安裝有載荷傳感器，該載荷傳感器根據該外圈間隔件的應變求出作用于外圈間隔件的載荷，

37、上述帶傳感器的軸承裝置的特征在于，

38、上述第一外圈、上述第二外圈及上述外圈間隔件分別以間隙配合嵌合于上述軸承殼體的內周，

39、上述外圈間隔件與上述軸承殼體的配合間隙δ1大于因作用于上述外圈間隔件的載荷引起的外圈間隔件的徑向膨脹量，且大于上述第一軸承和上述第二軸承中的被從外部施加力的一方的軸承的外圈與上述軸承殼體的配合間隙δ2。

40、若采用該結構，即使對外圈間隔件施加的軸向的力變大而導致外圈間隔件的徑向膨脹變形變大，外圈間隔件的外周也不易與軸承殼體的內周接觸，因此通過采用在實用范圍內容易變形的結構作為外圈間隔件，能夠穩(wěn)定地以高靈敏度檢測作用于外圈間隔件的載荷的變化。

41、[結構7]

42、根據結構6所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，

43、在上述第一軸承和上述第二軸承中的被從外部施加軸向力的一方的軸承的外圈與上述軸承殼體的配合間隙δ2以直徑計為40μm以下，上述外圈間隔件與上述軸承殼體的配合間隙δ1以直徑計為δ2+50μm以下(優(yōu)選為δ2+30μm以下)。

44、即使像以往那樣將δ2設為40μm以下，但若δ1與δ2之差超過50μm，則在組裝于主軸裝置等時外圈間隔件的對心變難。即，為了提高載荷測定精度，需要盡可能準確地進行外圈間隔件的對心，為了容易進行對心，δ1與δ2之差為50μm以下，優(yōu)選為30μm以下。

45、[結構8]

46、根據結構6或7所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，

47、上述外圈間隔件由金屬制的外環(huán)和樹脂制的內環(huán)構成，上述外環(huán)以間隙配合嵌合于上述軸承殼體的內周，并與上述第一外圈及上述第二外圈在軸向上接觸，上述內環(huán)配置于上述外環(huán)的徑向內側，在上述外環(huán)安裝上述載荷傳感器。

48、若采用該結構，則能夠抑制外圈間隔件的制作成本的增加，并且將載荷傳感器以保護狀態(tài)配置在外圈間隔件的外環(huán)與內環(huán)之間。

49、[結構9]

50、根據結構6～8中任一項所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，

51、對上述第一軸承及上述第二軸承施加有預壓。

52、[結構10]

53、根據結構1～9中任一項所記載的帶傳感器的軸承裝置，其中，

54、上述第一軸承及上述第二軸承為角接觸球軸承。

55、另外，在該發(fā)明中，作為使用上述的帶傳感器的軸承裝置的機床用主軸裝置，一并提供以下結構的機床用主軸裝置。

56、[結構11]

57、一種機床用主軸裝置，其中，具有：

58、結構1～10中任一項所記載的帶傳感器的軸承裝置；

59、機床的主軸，被上述帶傳感器的軸承裝置支承為能夠旋轉；以及

60、馬達，對上述主軸進行旋轉驅動。

61、若采用該結構，則能夠穩(wěn)定地進行用于機床的省人化、無人化的狀態(tài)監(jiān)視。另外，還能夠檢測作用于切削加工中的機床的主軸的加工載荷。

62、第一發(fā)明的帶傳感器的軸承裝置在第一外圈與外圈間隔件的接觸面間作用有合計了施加于第一內圈和第二內圈的軸向端面的預壓與施加于第一外圈和第二外圈的軸向端面的按壓力的大小的面壓，因而第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓大。因此，第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力大，在第一外圈從第一滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠抑制第一外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動。同樣地，在第二外圈與外圈間隔件的接觸面間也作用有合計了施加于第一內圈和第二內圈的軸向端面的預壓與施加于第一外圈和第二外圈的軸向端面的按壓力的大小的面壓，因而第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的面壓大。因此，第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的摩擦力大，在第二外圈從第二滾動體受到的徑向分力根據軸承預壓的變化而變化時，能夠抑制第二外圈與外圈間隔件的接觸面間的徑向的滑動。其結果是可降低外圈間隔件的應變傳感器的輸出的滯后，能夠高精度地檢測軸承預壓。

63、如上述那樣，第二發(fā)明的帶傳感器的軸承裝置通過規(guī)定分別與殼體間隙配合的兩個軸承和外圈間隔件的配合間隙，從而使安裝有載荷傳感器的外圈間隔件即使受到軸向的力而向徑向膨脹變形也不易與殼體的內周接觸，因此能夠穩(wěn)定地以高靈敏度檢測載荷變化。