軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械
【課題】回転軸に作用するアキシャル荷重を、回転部材から直接、精度よく、且つコンパクトなセンサによって測定することができる軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械を提供する。
【解決手段】回転軸１１は、定位置予圧が負荷された一対のアンギュラ玉軸受２０、３０によって前端が支持され、また後端が円筒ころ軸受４０によって回転自在に支持されている。一対のアンギュラ玉軸受２０、３０の内輪２２、３２間に配設された内輪間座８１の外周面には、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ８４が設けられている。エンコーダ８４の被検出面は、円周方向に関して変化する特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成する。また、エンコーダ８４の被検出面に対向配置されるセンサ８２の検出部９０は、被検出面の特性の変化を検出して回転軸１１に作用するアキシャル荷重を測定する。
【解決手段】回転軸１１は、定位置予圧が負荷された一対のアンギュラ玉軸受２０、３０によって前端が支持され、また後端が円筒ころ軸受４０によって回転自在に支持されている。一対のアンギュラ玉軸受２０、３０の内輪２２、３２間に配設された内輪間座８１の外周面には、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ８４が設けられている。エンコーダ８４の被検出面は、円周方向に関して変化する特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成する。また、エンコーダ８４の被検出面に対向配置されるセンサ８２の検出部９０は、被検出面の特性の変化を検出して回転軸１１に作用するアキシャル荷重を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械に関し、より詳細には、工作機械のスピンドル軸等の回転軸に作用するアキシャル荷重を測定可能な軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械に関する。
【０００２】
工作機械において、スピンドル軸に作用するアキシャル荷重を測定することは、大きなメリットを有する。即ち、工作機械のスピンドル軸に働くアキシャル荷重は、加工精度、加工効率、工具寿命等に与える影響が大きい重要なパラメータである。従って、アキシャル荷重を知ることにより適正な加工条件の選定が可能となる。例えば、加工条件は、一般的に工具の回転数や、送り速度によって決められているが、摩擦や、加工によって発生する熱等の制御し難い要因の影響も受けるので、回転数や送り速度を一定に設定しても、常に同じ加工精度が得られることはない。加工面の変化に対応する切削荷重（即ち、スピンドル軸のアキシャル荷重）を新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度の向上が期待される。
【０００３】
具体的には、切り屑排出量が同じであれば、切削荷重の小さい加工条件の方が効率的な加工条件であり、省エネルギ、工具寿命の延長に有利となる。また、切削荷重の増加から、工具の切削性（切れ味）の低下や、刃先摩耗等の発生を推測することができ、工具寿命や、工具交換時期を知ることが可能となる。更に、切削荷重の変化の履歴を管理することによって、無理な切削加工条件や工具とワークとの衝突（衝撃荷重）等の軸受損傷要因を推定することができ、また把握した工具の寿命特性から工具の改良、改善が可能となる。
【０００４】
上記したように、工作機械において切削荷重を知ることは重要である。しかし、工具が回転するタイプの工作機械（工具回転型工作機械）において、工具や回転軸に作用する荷重を検出することは、工具が回転しないタイプの工作機械（工具非回転型工作機械）と比較して困難が伴う。
【０００５】
工作機械の主軸にかかる荷重を検出することができる従来の装置としては、主軸先端部に軸受型センサを配設した工作機械主軸の荷重検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の軸受型センサは、ハウジングと主軸間に転がり軸受を配置し、外輪外周に貼付した歪みゲージによって、軸受の転動体が歪みゲージの位置を通過する度に発生する歪みを検出して主軸に加わる荷重の大きさを検出している。
【０００６】
また、軸受ユニットのハブに配置したエンコーダと、このエンコーダの被検出面に近接対向させたセンサとにより、外輪とハブ間に加わる荷重を求めるようにした荷重測定装置付転がり軸受ユニットが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５９２６０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】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている工作機械主軸の荷重検出装置は、軸受の内輪に働く力を、転動体及び軸受外輪を介して間接的に検出する装置であり、回転に伴う発生熱等のように不規則に発生して外輪に作用する外乱（ノイズ）を除去することが困難であり、精度よく荷重を検出することができない問題点があった。また、センサがハウジングの前面側に突出配置されているので、スピンドルの軸長が長くなるばかりでなく、センサ設置のための専用スペースを必要とする問題点があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、軸受ユニットのハブにエンコーダを固定すると共に、このエンコーダの被検出面に検出部を近接対向させたセンサを外輪に配置し、検出部の出力信号の変化から外輪とハブとの間に加わる荷重を求めるものであり、工作機械の主軸への適用についても言及されているが、具体的構成については記載されていない。
【００１０】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に作用するアキシャル荷重を、回転部材から直接、精度よく、且つコンパクトなセンサによって測定することができる軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成され、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成することを特徴とする軸受装置。
（２） 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする（１）に記載の軸受装置。
（３） 前記一対の軸受の静止側軌道論間には、静止側間座が配置されており、
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする（２）に記載の軸受装置。
（４） 前記エンコーダの被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化していることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の軸受装置。
（５） 前記エンコーダの被検出面には、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、前記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広いことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の軸受装置。（６） 前記エンコーダが磁性材製で、前記センサが前記エンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、前記エンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部が存在することを特徴とする（５）に記載の軸受装置。
（７） 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成すると共に、
前記センサは、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする軸受装置。
（８） 前記静止側間座には、前記貫通孔と異なる円周方向位相にノズル穴が形成されており、該ノズル穴から給油ノズルが延出して配置されることを特徴とする（７）に記載の軸受装置。
（９） （１）〜（８）のいずれか１つに記載の軸受装置を備え、前記回転部材であるスピンドル軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
（１０） （９）に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の軸受装置によれば、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、被検出面に対向配置されて特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットを備え、エンコーダが回転側間座によって構成されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。
【００１３】
また、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成するので、センサを一つの磁気センサのみによって構成することができる。これにより、センサユニットのコスト低減が図られると共に、センサ、及びエンコーダの軸方向幅も狭くすることができる。
【００１４】
また、エンコーダを構成する回転側間座は、回転部材の軸方向位置を位置決めする一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されているので、回転部材の伸縮による影響が抑制され、精度のよい荷重測定が可能となる。
【００１５】
更に、センサは、一対の軸受の静止側間座に形成された貫通孔から延出して、エンコーダの被検出面に対向配置されているので、新たな専用スペースを設けることなくセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。
【００１６】
また、エンコーダの被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化している。この様に構成した場合には、回転部材に作用するアキシャル荷重の変動に伴って回転側軌道輪がアキシャル方向にずれると、被検出面と検出部との位置が相対的に変化し、検出部の出力信号に軸方向位置のずれが生じる。従って、センサは、この軸方向位置のずれからアキシャル荷重の方向及び大きさを直接求めることができる。
即ち、アキシャル荷重を求めるためには、必ずしも相対変位量を求める必要はなく、演算部に、センサの出力信号に基づいて、アキシャル荷重の大きさを直接（上記相対変位量を求める過程を経る事なく）算出する機能を持たせることができる。
【００１７】
さらに、エンコーダの被検出面には、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広い。この様な構成を採用した場合にも、回転部材に作用するアキシャル荷重の変動に伴って回転側軌道輪がアキシャル方向にずれると、被検出面と検出部との位置が相対的に変化し、検出部の出力信号に軸方向位置のずれが生じる。従って、センサは、この軸方向位置のずれからアキシャル荷重の方向及び大きさを直接求めることができる。
【００１８】
また、本発明の他の軸受装置によれば、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、被検出面に対向配置されて特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットを備え、センサが静止側間座に形成された貫通孔から延出して、エンコーダの被検出面に対向配置されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。特に、静止側間座にノズル穴が更に形成され、ノズル穴に給油ノズルが設けられることで、センサと給油ノズルをコンパクトに配置することができる。
【００１９】
また、工作機械の主軸装置や工作機械が上記の軸受装置を備えるので、切削時にスピンドル軸に作用するアキシャル荷重の測定が可能となり、このアキシャル荷重を加工条件の新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度を向上させることができる。更には、工具寿命、工具交換時期、及び軸受損傷要因の推測や、工具の改良、改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る第１実施形態の主軸装置の断面図である。
【図２】図１に示す主軸装置の要部断面図である。
【図３】図１に示すエンコーダの斜視図である。
【図４】図１に示すＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】（ａ）は図１に示すセンサの斜視図であり、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその側面図である。
【図６】図１に示すハウジングに設けられたセンサ取付穴の斜視図である。
【図７】（ａ）は図６に示すセンサ取付穴の平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図８】図１に示すセンサの組み付け手順を示す説明図である。
【図９】（ａ）は、エンコーダに対する検出部の位置を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、図１に示す主軸装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。
【図１０】第１実施形態の変形例の主軸装置の断面図である。
【図１１】第２実施形態のエンコーダの斜視図である。
【図１２】（ａ）は、図１１に示すエンコーダに対する検出部の位置を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、主軸装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。
【図１３】第２実施形態の変形例のエンコーダの斜視図である。
【図１４】（ａ）は、図１３に示すエンコーダに対する検出部の位置を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、主軸装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。
【図１５】第３実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図１６】第３実施形態のエンコーダの斜視図である。
【図１７】第３実施形態のエンコーダを外周側から見た展開図である。
【図１８】第３実施形態の変形例に係るエンコーダの斜視図である。
【図１９】第３実施形態の他の変形例に係るエンコーダの斜視図である。
【図２０】第４実施形態のセンサ取付穴の斜視図である。
【図２１】図２０に示すセンサ取付穴の平面図である。
【図２２】第５実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２３】第６実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２４】第７実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２５】第８実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２６】第９実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２７】第９実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。
【図２８】第１０実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２９】冷却機構を備えない主軸装置の要部断面図である。
【図３０】冷却機構を備えない他の主軸装置の要部断面図である。
【図３１】無線式センサを備える主軸装置の要部断面図である。
【図３２】エンコーダが位置決め用の内輪間座に設けられたセンサユニットを備える主軸装置の要部断面図である。
【図３３】エンコーダが内輪に設けられたセンサユニットを備える主軸装置の要部断面図である。
【図３４】本実施形態の主軸装置が適用される門形マシニングセンタの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、第１実施形態の工作機械の主軸装置１０は、モータビルトイン方式であり、その中心部には、回転部材である中空状の回転軸（スピンドル軸）１１が設けられている。回転軸１１の軸方向端部（図１において左側）には、不図示の工具が保持されている。
【００２３】
回転軸１１は、その工具側を支承する一対の前側軸受２０，３０と、反工具側を支承する後側軸受４０とによって、静止部材であるハウジング５０に回転自在に支持されている。前側軸受２０，３０と後側軸受４０間における回転軸１１の外周面には、ロータ５１が外嵌されている。また、ロータ５１の周囲に配置されるステータ５２は、ハウジング５０に固定されており、ステータ５２に電力を供給することで、ロータ５１に回転力を発生させて、回転軸１１を回転させる。尚、ハウジング５０は、前側軸受３０とステータ５２との間で軸方向に２分割されたハウジング５０ａとハウジング５０ｂとから構成されている。
【００２４】
前側軸受２０，３０は、背面組み合わせとなるように配置された略同一寸法の一対のアンギュラ玉軸受であり、静止側軌道輪である外輪２１，３１と、回転側軌道輪である内輪２２，３２と、静止側軌道である外輪軌道溝及び回転側軌道である内輪軌道溝間に、接触角を持って配置された転動体としての複数の玉２３，３３と、を備える。
【００２５】
前側軸受２０，３０の外輪２１，３１は、ハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された前側軸受外輪押え５３によって静止側間座である外輪間座５４を介してハウジング５０に固定されている。
【００２６】
また、前側軸受２０，３０の内輪２２，３２は、回転軸１１に外嵌され、回転軸１１に締結されたナット５５によって回転側間座である内輪間座８１を介して回転軸１１に固定されている。前側軸受２０，３０は、ナット５５によって定位置予圧が負荷されており、前側軸受２０，３０によって回転軸１１の軸方向位置が位置決めされる。
【００２７】
図３に示すように、エンコーダ８４は、磁性金属材からなる内輪間座８１の外周面に、複数の被検出用組み合わせ部８５、８５を、円周方向に亙り等間隔で配置している。これら各被検出用組み合わせ部８５、８５は、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分８６、８６により構成している。この様な各個性化部分８６、８６として本実施形態の場合には、長尺の溝を採用している。
【００２８】
各被検出用組み合わせ部８５、８５を構成する１対ずつの個性化部分８６、８６同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部８５、８５で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。即ち、各被検出用組み合わせ部８５、８５を構成する１対ずつの個性化部分８６、８６同士の円周方向に関する間隔が、エンコーダ８４の軸方向一端（図３の右上端）程小さくなり、円周方向に隣り合う各被検出用組み合わせ部８５、８５を構成する個性化部分８６、８６同士の円周方向に関する間隔が、エンコーダ８４の軸方向他端（図３の左下端）程小さくなる方向に傾斜している。このエンコーダ８４は、後述するセンサ８２と共にセンサユニット８０を構成する。
【００２９】
図１に戻り、後側軸受４０は、円筒ころ軸受であり、外輪４１と、内輪４２と、転動体としての複数の円筒ころ４３と、を有する。後側軸受４０の外輪４１はハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された後側軸受外輪押え５６によって外輪間座４４を介してハウジング５０に固定されている。後側軸受４０の内輪４２は、回転軸１１に締結された他のナット５７によって内輪間座４５を介して回転軸１１に固定されている。
【００３０】
軸方向において前側軸受２０，３０、及びステータ５２に対応するハウジング５０の外周面には、円環状の冷却油溝５８、５９が形成されている。この冷却油溝５８、５９は、Ｏリング６２、６３が装着されてハウジング５０に外嵌するリング状の冷却ジャケット６０、６１によって覆われている。そして、この冷却油溝５８，５９に供給された冷却油によって前側軸受２０，３０、及びステータ５２が冷却される。
【００３１】
図４に示すように、ハウジング５０及び外輪間座５４を径方向に貫通して設けられた一対のノズル穴６６，５４ｂには、それぞれ給油ノズル６７が配設されている。そして、潤滑装置から供給された潤滑油が、給油ノズル６７のノズル（図示せず）から前側軸受２０，３０に向けて吐出され、前側軸受２０，３０を潤滑する。潤滑方式は、グリース潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑等のいずれであってもよい。
【００３２】
また、ハウジング５０及び外輪間座５４には、それぞれセンサ取付穴６８及び貫通孔５４ａが径方向に連続して形成されている。センサ取付穴６８は、軸方向において給油ノズル６７（ノズル穴６６）と略同一位置、且つ円周方向位相が異なる位置に設けられている。センサ取付穴６８には、センサユニット８０を構成するセンサ８２が配設される。
【００３３】
センサ取付穴６８を、給油ノズル６７（ノズル穴６６，５４ｂ）と軸方向略同一位置に配置することにより、センサ８２を配置するための専用スペースが不要となり、小型化が可能となる。尚、給油ノズル６７（ノズル穴６６，５４ｂ）とセンサ８２（センサ取付穴６８）との円周方向位相は、特に限定されず任意に設定することができる。
【００３４】
図５に示すように、センサ８２は、検出部である磁気センサ９０を内蔵し、大径部８２ａ及び小径部８２ｂからなる段付円筒状に形成されている。大径部８２ａ及び小径部８２ｂには、それぞれＯリング溝８７ａ、８７ｂが設けられ、大径部８２ａの上面には、Ｕ字溝８２ｃが形成されている。Ｕ字溝８２ｃには、長円形状の固定治具８８の一端が嵌合する。
【００３５】
図６及び図７に示すように、ハウジング５０に設けられたセンサ取付穴６８は、大径部６８ａ及び小径部６８ｂを有する段付き穴であり、センサ８２の配線８３を配索するための第１配索穴７０が、小径部６８ｂに連通して軸方向に設けられている。更に、大径部６８ａと小径部６８ｂとの段部には、長手方向が第１配索穴７０に向けられた長円６８ｃが第１配索穴７０に連通して設けられている。
【００３６】
また、冷却油溝５８の外周面には、一端が大径部６８ａに連続するＵ字溝６８ｄが形成されている。Ｕ字溝６８ｄには、センサ８２を固定するための雌ねじ６９が径方向に設けられている。尚、センサ８２と給油ノズル６７の外形形状を同一形状に設定しておけば、ノズル穴６６とセンサ取付穴６８（大径部６８ａ及び小径部６８ｂ）の加工を同一の加工工程で行うことができ、コストダウンに寄与する。
【００３７】
図１を参照して、第１配索穴７０は、ハウジング５０ａの反工具側から加工されており、ハウジング５０の外周面から傾斜して径方向に設けられた傾斜穴７１、及び第１配索穴７０と平行に反工具側に延設する第２配索穴７２に連通している。このように第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２を屈曲形成することにより、センサ８２の配線８３をステータ５２と干渉することなく配索可能としている。第１配索穴７０の反工具側端部には、栓７４が挿入されて閉鎖されており、モータ側からの異物侵入が阻止される。
【００３８】
センサ８２は、図１及び図８に示すように、Ｏリング溝８７ａ、８７ｂにＯリング９１ａ、９１ｂを装着し、センサ８２の配線８３を第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２に挿通させ、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入することで組み付けられる。
【００３９】
このとき、センサ取付穴６８には、第１配索穴７０に連通する長円６８ｃが設けられているので、配線８３がセンサ取付穴６８とセンサ８２の間に挟まれて損傷を受けることはない。また、センサ８２に装着されたＯリング９１ａ、９１ｂによって、冷却油溝５８、及び前側軸受２０，３０側から第１配索穴７０への潤滑油の侵入が防止される。
【００４０】
尚、第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２に対する配線８３の挿通作業は、上記したように一度に挿通することが困難な場合には、第１配索穴７０、及び傾斜穴７１に挿通した配線８３を一旦傾斜穴７１から外に出した後、再び傾斜穴７１から第２配索穴７２に挿通するようにしてもよい。また、配線８３挿通後に、傾斜穴７１の開口部に栓（図示せず）を挿入して閉鎖し、異物の侵入を阻止することもできる。このように配索された配線８３の一端は、演算装置１５０に接続されてセンサ８２で検出された出力信号が入力される。
【００４１】
そして、固定治具８８をセンサ８２のＵ字溝８２ｃ、及びハウジング５０のＵ字溝６８ｄに嵌合させて、雄ねじ８９をハウジング５０の雌ねじ６９に螺合させて固定する。これにより、センサ８２の先端に設けられた磁気センサ９０は、所定の位置に位置決めされて、内輪間座８１の外周面に形成されたエンコーダ８４の被検出面に対向して配置される。
【００４２】
センサ８２とエンコーダ８４の被検出面との相対位置は、磁気センサ９０が被検出面の軸方向中間部に位置する。具体的には、磁気センサ９０の位置は、定位置予圧が付与された前側軸受２０，３０間に配置された内輪間座８１の軸方向中間位置となるエンコーダ８４の軸方向中間部（仮想線α）と一致するように設定されている。
【００４３】
第１実施形態の主軸装置１０のセンサユニット８０の作用を、図９に基づいて説明する。この様なエンコーダ８４の被検出面である外周面にその検出部を対向させたセンサ８２の出力信号は、各個性化部分８６、８６に対向する瞬間に変化する。そして、変化する間隔（周期）は、センサ８２の検出部が対向する部分の軸方向位置の変化に伴って変化する。例えば、回転軸１１（内輪間座８１）にアキシャル荷重が作用していない場合、センサ８２の検出部は、仮想線αで示した、被検出面の中央部を走査し、出力信号は、図９（ｃ）に示す様に変化する。
【００４４】
ここで、回転軸１１、即ち内輪間座８１に図９（ａ）において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、エンコーダ８４に対する検出部の位置は、図９（ａ）に示す仮想線β上に移動し、出力信号は、図９（ｂ）に示す様に変化する。
【００４５】
また、回転軸１１に反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、一対の検出部の位置が図９（ａ）に示す仮想線γ上に移動し、出力信号は、図９（ｄ）に示す様に変化する。
【００４６】
なお、磁気センサ９０の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその形式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用される。また、本実施形態のセンサ８２としては、長尺の溝とした個性化部分８６のエッジを検出可能なものであればよく、光学センサ等が使用されてもよい。
【００４７】
上記したように、磁気センサ９０の出力信号は、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向に応じて、また、アキシャル荷重の大きさに比例して変化する。従って、定位置予圧が負荷されている前側軸受２０，３０の剛性（ばね定数）を予め測定あるいは計算して、アキシャル荷重の大きさと回転軸１１の変位量との関係を求めておけば、磁気センサ９０からの出力信号のパターンに基づいて、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが、演算装置１５０によって求められる。
【００４８】
また、エンコーダ８４を構成する内輪間座８１は、背面組合せで配置された一対のアンギュラ玉軸受である前側軸受２０，３０間に配置されているので、内輪間座８１の軸方向中間位置が回転軸１１が熱によって伸縮する場合の軸方向中心となるため、回転軸１１の伸縮による影響が抑制され、精度のよい荷重測定が可能となる。
【００４９】
さらに、配線８３は、第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２によってハウジング５０の内部を通過するので、別途配線用のカバーを設けることなく、加工時の切り屑や切削油等からコードを防護することができ、省スペース化が図られる。特に旋回型の主軸装置においては、ハウジング５０の内部から主軸装置１０を支持する旋回アームの内部へ配線を導出するようにすれば、配線を外部へ曝すことなく配索することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、エンコーダ８４の被検出面は、円周方向に関して変化する特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成しており、センサ８２を一つの磁気センサ９０のみによって構成することができる。これにより、センサユニットのコスト低減が図られると共に、センサ８２、及びエンコーダ８４を構成する内輪間座８１の軸方向幅も狭くすることができる。これにより、主軸装置１０の軸方向長さも短くすることができる。特に、５軸加工機などでスピンドル軸が旋回する（例えば、±１２０°前後で旋回）方式の工作機械の場合、スピンドル軸長が短くなれば、旋回半径を小さくすることができ、工作機械全体の省スペース化や加工スペースを確保でき、３次元加工を行う場合など、主軸装置１０の動作が容易となり、加工プログラム作成の容易性や加工性が向上できるメリットがある。
【００５１】
図１０は本発明の第１実施形態の変形例に係る主軸装置の要部断面図である。この主軸装置１０では、ハウジング５０に形成される第１配索穴７０が工具側から加工され、傾斜穴７１と連通している。これにより、第１配索穴７０は前側軸受外輪押え５３によって塞ぐことができ、栓７４を設ける必要がない。また、ハウジング５０が軸方向に２分割される構成でなくても容易に加工することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図１１は本発明の第２実施形態に係るエンコーダの斜視図である。第２実施形態のエンコーダ８４は、磁性金属材からなる内輪間座８１の外周面に、互いに異なる特性を有する第１被検出部である凸部９３と第２被検出部である凹部９４とが円周方向に関して交互に且つ等間隔に形成されている。凸部９３及び凹部９４は、台形若しくは倒立台形に形成されており、凸部９３の幅は、軸方向一端（図１１の下端）側程広く、凹部９４の幅は、軸方向他端（図１１の上端）側程広い。
【００５３】
本実施形態のエンコーダ８４を備える主軸装置は、回転軸１１にアキシャル荷重が作用していない状態では、センサ８２の磁気センサ９０は、図１２（ａ）に示す仮想線α上に位置している。従って、磁気センサ９０の出力信号（デューティー比）は、図１２（ｃ）に示す様に変化する。
【００５４】
ここで、ワーク加工によって、回転軸１１に図１２（ａ）において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座８１、即ち、エンコーダ８４の軸方向位置が回転軸１１と共に反工具側へ変化する。これにより、エンコーダ８４に対する磁気センサ９０の位置が、図１２（ａ）に示す仮想線β上に移動し、磁気センサ９０の出力信号（デューティー比）は、図１２（ｂ）に示すように変化する。
【００５５】
また、回転軸１１に図１２（ａ）において反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座８１、即ち、エンコーダ８４の軸方向位置が回転軸１１と共に工具側に変化して、エンコーダ８４に対する磁気センサ９０の位置が、図１２（ａ）に示す仮想線γ上に移動し、磁気センサ９０の出力信号（デューティー比）は、図１２（ｄ）に示すように変化する。従って、検出部からの出力信号（デューティー比）に基づいて、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが演算装置１５０によって求められる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
また、本実施形態において、エンコーダ８４を永久磁石で構成し、Ｓ極に着磁した第１被検出部とＮ極に着磁した第２被検出部を、円周方向に交互に配置する構成としてもよい。
【００５６】
図１３は本発明の第２実施形態の変形例に係るエンコーダの斜視図である。このエンコーダ８４では、その外周面に形成した凸部９３、９３と凹部９４、９４との形状を工夫する事により、センサ９０の出力信号を安定させるものである。即ち、本実施例の場合には、各凸部９３、９３及び凹部９４、９４の軸方向両端部を、それぞれエンコーダ８４の円周方向に関する幅寸法がこのエンコーダ８４の軸方向に関して変化しない、平行部９３ａ，９３ｂ、９４ａ，９４ｂとしている。従って、エンコーダ８４の被検出面である外周面の特性が円周方向に関して変化するピッチは、この外周面の軸方向中間部では、軸方向位置により変動するが、軸方向両端部では軸方向位置に拘らず変動しない。
【００５７】
本変形例の場合に、各平行部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂを設ける事で、センサ８２の出力信号を安定させられる理由は、次の通りである。前述した通り、エンコーダとして磁性材製で被検出面に凹凸部を形成したものを使用する事により、永久磁石製のエンコーダに比べて被検出面の特性変化のピッチを高精度にできる。但し、上述した実施形態の場合には、この特性変化のピッチを短くすべく、凹部と凸部との間隔を短くすると、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向両端部（軸方向両端部）近傍に対向する状態で、これら検出部と被検出面との間を流れる磁束の流れが不安定になり、上記センサの出力が不安定になり易い。例えば、図１１に示したエンコーダ８４で、凸部９３、９３と凹部９４、９４とのピッチを短くした場合、円周方向に隣り合う台形の凸部９３、９３の底辺同士が近接する。特に、エンコーダ８４とセンサ８２とが軸方向に大きくずれた場合でも回転軸１１の回転速度検出を可能とすべく、これらエンコーダ８４とセンサ８２との間で許容される軸方向に関する相対変位量を確保する為に、台形形状の高さ寸法を大きくした場合に、上述の様に円周方向に隣り合う台形の凸部９３、９３の底辺同士が近接する傾向が著しくなる。
【００５８】
これに対して本変形例の場合には、各平行部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂを設ける事に伴って、円周方向に隣り合う台形の凸部９３、９３の底辺同士が過度に近接する事を防止できる。そして、センサ８２の検出部がエンコーダ８４の外周面の軸方向端部で凸部９３、９３の底辺に対応する部分に対向した場合でも、センサ８２の検出部とエンコーダ８４の被検出面との間を流れる磁束の流れを安定させて、センサ８２の出力を安定させる事ができる。また、エンコーダ８４とセンサ８２との軸方向の変位量が多少大きくなっても、センサ８２による、回転軸１１の回転速度検出を行なえる。
【００５９】
尚、各平行部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂの円周方向両側縁の形状は、直線としているが、この部分の形状は必ずしも直線でなくても良い。例えば、センサ８２の感度や感受範囲（スポット径）によって、軸方向に対し多少傾斜させたり、曲率半径の大きな円弧状にする事もできる。
又、エンコーダ８４と組み合わせるセンサ８２の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその型式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用できる。但し、図１４に示す様に、センサ８２の検出部がエンコーダ８４の軸方向中間部に対向した状態で、このエンコーダ８４の外周面に存在する各凸部９３、９３及び凹部９４、９４の、回転方向に関する長さ寸法の比率をセンシングする必要上、センサ８２のスポット径は小さい方が、この比率を高精度で求める面から好ましい。
【００６０】
（第３実施形態）
図１５は、本発明に係る第３実施形態の主軸装置の要部断面図である。第３実施形態の内輪間座８１は、第１実施形態の内輪間座８１（図３）に対して、外周面の軸方向両端部に、軸方向幅Ｌａ，Ｌｂ及び深さＨａ，Ｈｂの溝部８１ａ，８１ｂを凹設したものである。
【００６１】
具体的に、図１６及び図１７に示すように、本実施形態の内輪間座８１では、溝部８１ａ，８１ｂの軸方向幅Ｌａ，Ｌｂはそれぞれ１ｍｍ以上に設定されており、エンコーダ８４の個性化部分８６は、溝部８１ａ，８１ｂの両方の軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳに開口するように連続的に形成されている。また、溝部８１ａ，８１ｂの深さＨａ，Ｈｂは、個性化部分８６の深さｈよりも大きく設定されており、溝部８１ａ，８１ｂの外周面は個性化部分８６の外周面よりも内径側に位置している。
【００６２】
この内輪間座８１によれば、エンコーダ８４の個性化部分８６を設ける際、軸方向両端部に個性化部分８６よりも内径側にまで切り欠かれた溝部８１ａ，８１ｂが形成されているため、個性化部分８６を軸方向に渡って切り通すことが可能となる。
【００６３】
したがって、溝部８１ａ，８１ｂを有する内輪間座８１にエンコーダ８４の個性化部分８６をミーリング加工機等で切削加工する際、個性化部分８６は軸方向に渡って切り通すことで形成することができ、加工性を向上することができる。また、加工機が溝部８１ａ，８１ｂの軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳを抜ける際に、該軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳ近傍にバリが発生した場合であっても、バリが内輪２２，３２と当接する内輪間座８１の軸方向端面８１ｃ，８１ｄに影響を及ぼすことがないので、内輪間座８１端面の平行度が向上する。これによって、内輪２２，３２と内輪間座８１を精度良く組み立てることが可能となる。
【００６４】
また、個性化部分８６は、溝部８１ａ，８１ｂの軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳ間を軸方向に渡って切り通すことで形成されているので、各個性化部分８６の軸方向寸法誤差を低減することができる。これによって、各個性化部分８６の寸法のアンバランスに起因する主軸装置の振動を抑制することが可能となる。これは、特に、工具を高速回転させる際に、顕著な効果を発揮する。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００６５】
また、本実施形態の溝部８１ａ，８１ｂを有する内輪間座８１の構成は、図１８に示すように、第２実施形態の凸部９３及び凹部９４によってエンコーダ８４を構成する内輪間座８１にも適用可能であり、また、図１９に示すように、第２実施形態の変形例である、平行部９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂを持った凸部９３及び凹部９４によってエンコーダ８４を構成する内輪間座８１にも適用可能である。
【００６６】
（第４実施形態）
図２０は本発明の第４実施形態のセンサ取付穴の斜視図、図２１はセンサ取付穴の平面図である。第４実施形態のセンサ取付穴６８は、第１実施形態のセンサ取付穴６８と同様に、センサ８２の大径部８２ａ（図５参照）が挿通される大径部６８ａ、及びセンサ８２の小径部８２ｂが挿通される小径部６８ｂを有し、更に大径部６８ａと小径部６８ｂとの間に中径部６８ｅが形成された３段の段付き穴である。中径部６８ｅには、センサ８２の配線８３を配索するための第１配索穴７０が連通して軸方向に設けられている。また、ハウジング５０には、第１実施形態と同様に、センサを固定するためのＵ字溝６８ｄ、及び雌ねじ６９が設けられる。
【００６７】
このセンサ取付穴６８の中径部６８ｅは、センサ取付穴６８にセンサ８２を挿入する際、配線８３とセンサ取付穴６８との干渉を防止して組付けを容易にするためのものであり、配線８３の干渉が防止可能な範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００６８】
（第５実施形態）
図２２は本発明の第５実施形態の主軸装置の要部断面図である。第５実施形態の主軸装置１０には、円環状の冷却油溝５８内にセンサ取付穴６８と同心円状にリング溝９５が形成されている。リング溝９５には、Ｏリング９６が装着された円筒状の蓋体９７が嵌合している。この主軸装置１０によれば、冷却油溝５８とセンサ８２とが蓋体９７で分離され、Ｏリング９６によってシールされているので、冷却油がセンサ８２に付着することが防止される。また、センサ８２の大径部８２ａにＯリング溝８７ａを加工する必要がない。 なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００６９】
（第６実施形態）
図２３は本発明の第６実施形態の主軸装置の要部断面図である。第６実施形態の主軸装置１０では、センサ８２の配線８３を配索するため、工具側からセンサ取付穴６８（小径部６８ｂ）に連通する配索穴９８が加工されている。また、前側軸受外輪押え５３に配索溝９９が設けられると共に、ハウジング５０の外周面には、配索溝９９が開口する周方向位置を跨いで軸方向に延びる配線カバー１００が固定されている。これにより、配索穴９８から工具側に向けて導出された配線８３は、前側軸受外輪押え５３の配索溝９９内を通り、配線カバー１００で覆われて配索される。
【００７０】
この主軸装置１０によれば、センサ取付穴６８からハウジング５０の端部（図中左端部）までの距離が短い場合、ハウジング５０の加工量が少なくなり加工上有利である。また、センサ８２の配線８３が、前側軸受外輪押え５３及び配線カバー１００で覆われているので、加工中の切り屑等による配線８３に与える損傷や切断を防止することができる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態の主軸装置１０と同様である。また、ハウジング５０の外部環境によっては、配線カバー１００を設けずに配線８３が配策されてもよい。
【００７１】
（第７実施形態）
図２４は本発明の第７実施形態の主軸装置の要部断面図である。第７実施形態の主軸装置１０では、前側軸受外輪押え５３に形成される配索溝９９が、ハウジング５０の外周面まで開口せずに径方向に延びると共に、冷却ジャケット６０には配索溝９９に連通する配索穴１０１が形成されている。配索穴９８から工具側に向けて導出された配線８３は、前側軸受外輪押え５３の配索溝９９、及び冷却ジャケット６０の配索穴１０１を通って配索される。これにより、第１実施形態と同様、別途配線用のカバーを設けることなく、加工時の切り屑や切削油等からコードを防護することができ、省スペース化が図られる。
なお、その他の構成及び作用については、第６実施形態のものと同様である。
【００７２】
（第８実施形態）
図２５は本発明の第８実施形態の主軸装置の要部断面図である。第８実施形態の主軸装置１０は、冷却ジャケット６０にセンサ８２を取り付けるためのセンサ穴１０２が、ハウジング５０のセンサ取付穴６８と同心に形成されている。また、センサ８２は、大径部８２ａの長さが長く形成されると共に、配線８３が大径部８２ａの上面から導出されている。大径部８２ａには、センサ取付穴６８、及びセンサ穴１０２に対応する位置に、それぞれＯリング９１ａ、９１ｃが装着されている。
【００７３】
センサ８２は、冷却ジャケット６０のセンサ穴１０２、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入され、固定治具８８と雄ねじ８９によって冷却ジャケット６０に固定される。センサ８２と、センサ取付穴６８、及びセンサ穴１０２との間は、それぞれＯリング９１ａ、９１ｃによってシールされる。また、センサ８２から径方向に導出された配線８３は、配線カバー１００で覆われて配索される。
【００７４】
この主軸装置１０によれば、冷却ジャケット６０に加工容易なセンサ穴１０２を形成するだけで、ハウジング５０に加工し難い配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
なお、その他の構成及び作用については、第６実施形態のものと同様である。
【００７５】
（第９実施形態）
図２６は本発明の第９実施形態の主軸装置の要部断面図である。第９実施形態の主軸装置１０に組み込まれるセンサ１０３は、配線直付けタイプのセンサ８２と異なり、小径部８２ｂの側面に雌コネクタ１０４を備えるコネクタ接続タイプのセンサ１０３である。また、配線８３の先端には、雌コネクタ１０４に嵌合可能な雄コネクタ１０５が設けられている。
【００７６】
本実施形態のセンサ１０３は、冷却ジャケット６０が取り外された状態で、配線８３を第１配索穴７０に挿通し、ハウジング５０の外方でセンサ取付穴６８から延出された配線８３の雄コネクタ１０５をセンサ１０３の雌コネクタ１０４に接続した後、配線８３を第１配索穴７０に押し込みながらセンサ１０３をセンサ取付穴６８に挿入し、固定治具８８と雄ねじ８９によって固定することで組み付けられる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００７７】
図２７は本発明に係る第９実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。本変形例の主軸装置１０に組み込まれるセンサ１０３は、図２６に示すコネクタ接続タイプのセンサ１０３であり、ハウジング５０には、配索穴９８が工具側から加工されている。
【００７８】
センサ１０３は、雌コネクタ１０４を工具側（配索穴９８側）に向けた状態で、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入されて固定される。これにより、雌コネクタ１０４は配索穴９８に対向して位置する。ここで、配線８３の雄コネクタ１０５を接続治具１１０に載置して配索穴９８の工具側から矢印方向に挿入して、雄コネクタ１０５と雌コネクタ１０４とを接続する。ここで、接続治具１１０の先端部１１０ａは、雄コネクタ１０５が回転せず、且つ、軸方向後方へ移動しないように位置決めされており、雌コネクタ１０４との接続を確実に行うことができ、且つ、接続後に接続治具１１０を取り外すことができる。配索穴９８から導出する配線８３は、配索溝９９内に収容して前側軸受外輪押え５３を取り付ける。これにより、センサ１０３をハウジング５０に取り付けた後に、配線８３をセンサ１０３に接続することができる。
【００７９】
（第１０実施形態）
図２８は、本発明に係る第１０実施形態の主軸装置の要部断面図である。本実施形態の主軸装置１０に組み込まれるセンサ８２（即ち、樹脂製のセンサケース）は、その大径部８２ａの外周面から軸方向両側に向かって延出するフランジ部８２ｄ，８２ｄを有する。
【００８０】
フランジ部８２ｄには穴８２ｄａが設けられており、その内部には金属製の補強リング１２０が一体成型されている。補強リング１２０は、穴８２ｄａよりも軸方向に長く、フランジ部８２ｄの表裏面から突出する。そして、雄ねじ８９を、補強リング１２０の内部を通じて、ハウジング５０の雌ねじ６９に螺合することによって、センサ８２は固定される。
【００８１】
このように、固定治具８８を使用せずに、センサ８２に設けたフランジ部８２ｄ，８２ｄによってセンサ８２をハウジング５０に固定する場合、補強リング１２０を設けず、フランジ部８２ｄを雄ねじ８９で直接締め付けようとすると樹脂製のセンサ８２に、強度不足による破損、クリープ変形による緩み、変位による不具合等が発生する可能性がある。
【００８２】
一方、本実施形態のセンサ８２は、金属製の補強リング１２０を穴８２ｄａ内部に一体成型したことにより、補強リング１２０のみで雄ねじ８９の締付力を受け、フランジ部８２ｄに締付力が伝わることを防止できる。これによって、フランジ部８２ｄの破損、クリープ変形による緩み、変位による不具合の発生等を防ぐことができる。
【００８３】
なお、本実施形態のセンサ８２では、大径部８２ａから軸方向両側に向かってフランジ部８２ｄ，８２ｄが延設されるとしたが、必ずしもこの形状には限定されない。例えば、軸方向一箇所のみにフランジ部８２ｄが設けられてもよい。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００８４】
尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。また、各実施形態及び変形例は、実施可能な範囲において組み合わせて適用することができる。
例えば、図２９に示すように、本発明の主軸装置１０は、冷却油溝を備えないハウジング５０にも同様に適用することができ、この場合、センサ８２の大径部８２ａに装着するＯリングを省略することができる。
また、図３０に示すように、配線８３が大径部８２ａの上面から導出されるようにすることで、配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
【００８５】
さらに、図３１に示すように、配線付のセンサ８２、１０３に代えて、検出信号を無線で出力可能な無線式センサ１１１を用いれば、ハウジング５０への配索穴の加工が不要となる。
【００８６】
また、図３２に示すように、エンコーダ８４は、反工具側に配置された前側軸受３０の内輪３２と、回転軸１１の段部１１ａとの間に配設されて前側軸受３０の軸方向位置を調整する調整用内輪間座１１２の外周面に設けるようにしてもよい。この場合、センサ８２は、前側軸受３０の外輪３１と、ハウジング５０の段部５０ｃとの間に配設された調整用外輪間座１１３の貫通孔１１３ａを貫通してエンコーダ８４の被検出面に対向配置される。
【００８７】
さらに、上記の各実施形態では、エンコーダ８４は内輪間座８１によって構成されているが、図３３に示すように、内輪間座８１の代わりに、工具側に配置された前側軸受２０の内輪２２を内輪間座８１のスペースに延出するように幅広に形成し、内輪２２の外周面に直接、上記実施形態と同様のハの字形状のエンコーダ８４を形成してもよい。なお、エンコーダ８４は、反工具側に配置された前側軸受３０の内輪３２を内輪間座８１と置き換わるように幅広に形成し、内輪３２の外周面に直接形成してもよい。
【００８８】
このような構成においても、センサ８２が外輪間座５４に形成された貫通孔５４ａから延出して、エンコーダ８４の被検出面に対向配置されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。特に、第１実施形態の図４にも示したように、外輪間座５４にノズル穴５４ｂが更に形成され、ノズル穴５４ｂに給油ノズル６７が設けられることで、センサ８２と給油ノズル６７をコンパクトに配置することができる。
【００８９】
また、上記の各実施形態及び変形例においてアンギュラ軸受は、背面組合せされたものとして説明したが、これに限定されることはなく正面組合せとすることもできる。また、前側軸受のアンギュラ軸受の列数や組合せの方向等についても限定されるものでない。
さらに、本発明のエンコーダは、回転側間座によって構成されればよく、内輪が静止側軌道輪で、外輪が回転側軌道輪である場合には、回転側間座としての外輪間座に構成されてもよい。また、本発明の軸受装置は、工作機械の主軸装置の他、工作機械の円テーブルや、ボールねじ、鉄道車両、航空機、自動車等の回転部材が軸受によって支持され、該回転部材にアキシャル荷重が作用する箇所に適用可能である。
【００９０】
加えて、スピンドル軸のアキシャル荷重を測定可能な、本実施形態の主軸装置１０は、工作機械に組み込んで適用可能であり、例えば、図３４に示すような門形マシニングセンタ２０１に装着される。具体的に、門形マシニングセンタ２０１では、ベッド２０２の上にテーブル２０３がＸ軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド２０２の両側には一対のコラム２０４が立設されている。コラム２０４の上端にはクロスレール２０５が架設されており、クロスレール２０５には、サドル２０６がＹ軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル２０６には、Ｚ軸方向に昇降可能なラム２０７が支持されており、ラム２０７の下端には、主軸装置１０をＹ軸回り及びＺ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド２０８が装着されている。主軸ヘッド２０８の２本の支持アーム２０８ａ内には、図示しないチルト機構が設けられており、主軸装置１０は、このチルト機構によってブラケット２０９を介してＹ軸回りに回転割出しされる。
【符号の説明】
【００９１】
１０ 主軸装置
１１ 回転軸（回転部材、スピンドル軸）
２０ アンギュラ玉軸受（前側軸受）
２１ 外輪（静止側軌道輪）
２２ 内輪（回転側軌道輪）
２３ 玉（転動体）
３０ アンギュラ玉軸受（前側軸受）
３１ 外輪（静止側軌道論）
３２ 内輪（回転側軌道論）
３３ 玉（転動体）
５０ ハウジング（静止部材）
５４ 外輪間座（静止側間座）
５４ａ 貫通孔
８０ センサユニット
８１ 内輪間座（回転側間座）
８２ センサ
８４ エンコーダ
８５ 被検出用組み合わせ部
８６ 個性化部分
９３ 凸部（第１被検出部）
９４ 凹部（第２被検出部）
９０ 磁気センサ（検出部）
１０３ センサ
１１１ 無線式センサ（センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械に関し、より詳細には、工作機械のスピンドル軸等の回転軸に作用するアキシャル荷重を測定可能な軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械に関する。
【０００２】
工作機械において、スピンドル軸に作用するアキシャル荷重を測定することは、大きなメリットを有する。即ち、工作機械のスピンドル軸に働くアキシャル荷重は、加工精度、加工効率、工具寿命等に与える影響が大きい重要なパラメータである。従って、アキシャル荷重を知ることにより適正な加工条件の選定が可能となる。例えば、加工条件は、一般的に工具の回転数や、送り速度によって決められているが、摩擦や、加工によって発生する熱等の制御し難い要因の影響も受けるので、回転数や送り速度を一定に設定しても、常に同じ加工精度が得られることはない。加工面の変化に対応する切削荷重（即ち、スピンドル軸のアキシャル荷重）を新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度の向上が期待される。
【０００３】
具体的には、切り屑排出量が同じであれば、切削荷重の小さい加工条件の方が効率的な加工条件であり、省エネルギ、工具寿命の延長に有利となる。また、切削荷重の増加から、工具の切削性（切れ味）の低下や、刃先摩耗等の発生を推測することができ、工具寿命や、工具交換時期を知ることが可能となる。更に、切削荷重の変化の履歴を管理することによって、無理な切削加工条件や工具とワークとの衝突（衝撃荷重）等の軸受損傷要因を推定することができ、また把握した工具の寿命特性から工具の改良、改善が可能となる。
【０００４】
上記したように、工作機械において切削荷重を知ることは重要である。しかし、工具が回転するタイプの工作機械（工具回転型工作機械）において、工具や回転軸に作用する荷重を検出することは、工具が回転しないタイプの工作機械（工具非回転型工作機械）と比較して困難が伴う。
【０００５】
工作機械の主軸にかかる荷重を検出することができる従来の装置としては、主軸先端部に軸受型センサを配設した工作機械主軸の荷重検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の軸受型センサは、ハウジングと主軸間に転がり軸受を配置し、外輪外周に貼付した歪みゲージによって、軸受の転動体が歪みゲージの位置を通過する度に発生する歪みを検出して主軸に加わる荷重の大きさを検出している。
【０００６】
また、軸受ユニットのハブに配置したエンコーダと、このエンコーダの被検出面に近接対向させたセンサとにより、外輪とハブ間に加わる荷重を求めるようにした荷重測定装置付転がり軸受ユニットが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５９２６０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】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている工作機械主軸の荷重検出装置は、軸受の内輪に働く力を、転動体及び軸受外輪を介して間接的に検出する装置であり、回転に伴う発生熱等のように不規則に発生して外輪に作用する外乱（ノイズ）を除去することが困難であり、精度よく荷重を検出することができない問題点があった。また、センサがハウジングの前面側に突出配置されているので、スピンドルの軸長が長くなるばかりでなく、センサ設置のための専用スペースを必要とする問題点があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、軸受ユニットのハブにエンコーダを固定すると共に、このエンコーダの被検出面に検出部を近接対向させたセンサを外輪に配置し、検出部の出力信号の変化から外輪とハブとの間に加わる荷重を求めるものであり、工作機械の主軸への適用についても言及されているが、具体的構成については記載されていない。
【００１０】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に作用するアキシャル荷重を、回転部材から直接、精度よく、且つコンパクトなセンサによって測定することができる軸受装置及び工作機械の主軸装置並びに工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成され、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成することを特徴とする軸受装置。
（２） 前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする（１）に記載の軸受装置。
（３） 前記一対の軸受の静止側軌道論間には、静止側間座が配置されており、
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする（２）に記載の軸受装置。
（４） 前記エンコーダの被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化していることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の軸受装置。
（５） 前記エンコーダの被検出面には、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、前記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広いことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の軸受装置。（６） 前記エンコーダが磁性材製で、前記センサが前記エンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、前記エンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部が存在することを特徴とする（５）に記載の軸受装置。
（７） 静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成すると共に、
前記センサは、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする軸受装置。
（８） 前記静止側間座には、前記貫通孔と異なる円周方向位相にノズル穴が形成されており、該ノズル穴から給油ノズルが延出して配置されることを特徴とする（７）に記載の軸受装置。
（９） （１）〜（８）のいずれか１つに記載の軸受装置を備え、前記回転部材であるスピンドル軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
（１０） （９）に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の軸受装置によれば、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、被検出面に対向配置されて特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットを備え、エンコーダが回転側間座によって構成されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。
【００１３】
また、前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成するので、センサを一つの磁気センサのみによって構成することができる。これにより、センサユニットのコスト低減が図られると共に、センサ、及びエンコーダの軸方向幅も狭くすることができる。
【００１４】
また、エンコーダを構成する回転側間座は、回転部材の軸方向位置を位置決めする一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されているので、回転部材の伸縮による影響が抑制され、精度のよい荷重測定が可能となる。
【００１５】
更に、センサは、一対の軸受の静止側間座に形成された貫通孔から延出して、エンコーダの被検出面に対向配置されているので、新たな専用スペースを設けることなくセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。
【００１６】
また、エンコーダの被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化している。この様に構成した場合には、回転部材に作用するアキシャル荷重の変動に伴って回転側軌道輪がアキシャル方向にずれると、被検出面と検出部との位置が相対的に変化し、検出部の出力信号に軸方向位置のずれが生じる。従って、センサは、この軸方向位置のずれからアキシャル荷重の方向及び大きさを直接求めることができる。
即ち、アキシャル荷重を求めるためには、必ずしも相対変位量を求める必要はなく、演算部に、センサの出力信号に基づいて、アキシャル荷重の大きさを直接（上記相対変位量を求める過程を経る事なく）算出する機能を持たせることができる。
【００１７】
さらに、エンコーダの被検出面には、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広い。この様な構成を採用した場合にも、回転部材に作用するアキシャル荷重の変動に伴って回転側軌道輪がアキシャル方向にずれると、被検出面と検出部との位置が相対的に変化し、検出部の出力信号に軸方向位置のずれが生じる。従って、センサは、この軸方向位置のずれからアキシャル荷重の方向及び大きさを直接求めることができる。
【００１８】
また、本発明の他の軸受装置によれば、被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダと、被検出面に対向配置されて特性の変化を検出するセンサと、からなるセンサユニットを備え、センサが静止側間座に形成された貫通孔から延出して、エンコーダの被検出面に対向配置されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。特に、静止側間座にノズル穴が更に形成され、ノズル穴に給油ノズルが設けられることで、センサと給油ノズルをコンパクトに配置することができる。
【００１９】
また、工作機械の主軸装置や工作機械が上記の軸受装置を備えるので、切削時にスピンドル軸に作用するアキシャル荷重の測定が可能となり、このアキシャル荷重を加工条件の新たなパラメータとして考慮することで、より厳密な加工条件の選定が可能となり、加工精度を向上させることができる。更には、工具寿命、工具交換時期、及び軸受損傷要因の推測や、工具の改良、改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る第１実施形態の主軸装置の断面図である。
【図２】図１に示す主軸装置の要部断面図である。
【図３】図１に示すエンコーダの斜視図である。
【図４】図１に示すＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】（ａ）は図１に示すセンサの斜視図であり、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその側面図である。
【図６】図１に示すハウジングに設けられたセンサ取付穴の斜視図である。
【図７】（ａ）は図６に示すセンサ取付穴の平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図８】図１に示すセンサの組み付け手順を示す説明図である。
【図９】（ａ）は、エンコーダに対する検出部の位置を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、図１に示す主軸装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。
【図１０】第１実施形態の変形例の主軸装置の断面図である。
【図１１】第２実施形態のエンコーダの斜視図である。
【図１２】（ａ）は、図１１に示すエンコーダに対する検出部の位置を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、主軸装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。
【図１３】第２実施形態の変形例のエンコーダの斜視図である。
【図１４】（ａ）は、図１３に示すエンコーダに対する検出部の位置を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、主軸装置のアキシャル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図である。
【図１５】第３実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図１６】第３実施形態のエンコーダの斜視図である。
【図１７】第３実施形態のエンコーダを外周側から見た展開図である。
【図１８】第３実施形態の変形例に係るエンコーダの斜視図である。
【図１９】第３実施形態の他の変形例に係るエンコーダの斜視図である。
【図２０】第４実施形態のセンサ取付穴の斜視図である。
【図２１】図２０に示すセンサ取付穴の平面図である。
【図２２】第５実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２３】第６実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２４】第７実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２５】第８実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２６】第９実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２７】第９実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。
【図２８】第１０実施形態の主軸装置の要部断面図である。
【図２９】冷却機構を備えない主軸装置の要部断面図である。
【図３０】冷却機構を備えない他の主軸装置の要部断面図である。
【図３１】無線式センサを備える主軸装置の要部断面図である。
【図３２】エンコーダが位置決め用の内輪間座に設けられたセンサユニットを備える主軸装置の要部断面図である。
【図３３】エンコーダが内輪に設けられたセンサユニットを備える主軸装置の要部断面図である。
【図３４】本実施形態の主軸装置が適用される門形マシニングセンタの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る主軸装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、第１実施形態の工作機械の主軸装置１０は、モータビルトイン方式であり、その中心部には、回転部材である中空状の回転軸（スピンドル軸）１１が設けられている。回転軸１１の軸方向端部（図１において左側）には、不図示の工具が保持されている。
【００２３】
回転軸１１は、その工具側を支承する一対の前側軸受２０，３０と、反工具側を支承する後側軸受４０とによって、静止部材であるハウジング５０に回転自在に支持されている。前側軸受２０，３０と後側軸受４０間における回転軸１１の外周面には、ロータ５１が外嵌されている。また、ロータ５１の周囲に配置されるステータ５２は、ハウジング５０に固定されており、ステータ５２に電力を供給することで、ロータ５１に回転力を発生させて、回転軸１１を回転させる。尚、ハウジング５０は、前側軸受３０とステータ５２との間で軸方向に２分割されたハウジング５０ａとハウジング５０ｂとから構成されている。
【００２４】
前側軸受２０，３０は、背面組み合わせとなるように配置された略同一寸法の一対のアンギュラ玉軸受であり、静止側軌道輪である外輪２１，３１と、回転側軌道輪である内輪２２，３２と、静止側軌道である外輪軌道溝及び回転側軌道である内輪軌道溝間に、接触角を持って配置された転動体としての複数の玉２３，３３と、を備える。
【００２５】
前側軸受２０，３０の外輪２１，３１は、ハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された前側軸受外輪押え５３によって静止側間座である外輪間座５４を介してハウジング５０に固定されている。
【００２６】
また、前側軸受２０，３０の内輪２２，３２は、回転軸１１に外嵌され、回転軸１１に締結されたナット５５によって回転側間座である内輪間座８１を介して回転軸１１に固定されている。前側軸受２０，３０は、ナット５５によって定位置予圧が負荷されており、前側軸受２０，３０によって回転軸１１の軸方向位置が位置決めされる。
【００２７】
図３に示すように、エンコーダ８４は、磁性金属材からなる内輪間座８１の外周面に、複数の被検出用組み合わせ部８５、８５を、円周方向に亙り等間隔で配置している。これら各被検出用組み合わせ部８５、８５は、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分８６、８６により構成している。この様な各個性化部分８６、８６として本実施形態の場合には、長尺の溝を採用している。
【００２８】
各被検出用組み合わせ部８５、８５を構成する１対ずつの個性化部分８６、８６同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部８５、８５で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。即ち、各被検出用組み合わせ部８５、８５を構成する１対ずつの個性化部分８６、８６同士の円周方向に関する間隔が、エンコーダ８４の軸方向一端（図３の右上端）程小さくなり、円周方向に隣り合う各被検出用組み合わせ部８５、８５を構成する個性化部分８６、８６同士の円周方向に関する間隔が、エンコーダ８４の軸方向他端（図３の左下端）程小さくなる方向に傾斜している。このエンコーダ８４は、後述するセンサ８２と共にセンサユニット８０を構成する。
【００２９】
図１に戻り、後側軸受４０は、円筒ころ軸受であり、外輪４１と、内輪４２と、転動体としての複数の円筒ころ４３と、を有する。後側軸受４０の外輪４１はハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された後側軸受外輪押え５６によって外輪間座４４を介してハウジング５０に固定されている。後側軸受４０の内輪４２は、回転軸１１に締結された他のナット５７によって内輪間座４５を介して回転軸１１に固定されている。
【００３０】
軸方向において前側軸受２０，３０、及びステータ５２に対応するハウジング５０の外周面には、円環状の冷却油溝５８、５９が形成されている。この冷却油溝５８、５９は、Ｏリング６２、６３が装着されてハウジング５０に外嵌するリング状の冷却ジャケット６０、６１によって覆われている。そして、この冷却油溝５８，５９に供給された冷却油によって前側軸受２０，３０、及びステータ５２が冷却される。
【００３１】
図４に示すように、ハウジング５０及び外輪間座５４を径方向に貫通して設けられた一対のノズル穴６６，５４ｂには、それぞれ給油ノズル６７が配設されている。そして、潤滑装置から供給された潤滑油が、給油ノズル６７のノズル（図示せず）から前側軸受２０，３０に向けて吐出され、前側軸受２０，３０を潤滑する。潤滑方式は、グリース潤滑、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑等のいずれであってもよい。
【００３２】
また、ハウジング５０及び外輪間座５４には、それぞれセンサ取付穴６８及び貫通孔５４ａが径方向に連続して形成されている。センサ取付穴６８は、軸方向において給油ノズル６７（ノズル穴６６）と略同一位置、且つ円周方向位相が異なる位置に設けられている。センサ取付穴６８には、センサユニット８０を構成するセンサ８２が配設される。
【００３３】
センサ取付穴６８を、給油ノズル６７（ノズル穴６６，５４ｂ）と軸方向略同一位置に配置することにより、センサ８２を配置するための専用スペースが不要となり、小型化が可能となる。尚、給油ノズル６７（ノズル穴６６，５４ｂ）とセンサ８２（センサ取付穴６８）との円周方向位相は、特に限定されず任意に設定することができる。
【００３４】
図５に示すように、センサ８２は、検出部である磁気センサ９０を内蔵し、大径部８２ａ及び小径部８２ｂからなる段付円筒状に形成されている。大径部８２ａ及び小径部８２ｂには、それぞれＯリング溝８７ａ、８７ｂが設けられ、大径部８２ａの上面には、Ｕ字溝８２ｃが形成されている。Ｕ字溝８２ｃには、長円形状の固定治具８８の一端が嵌合する。
【００３５】
図６及び図７に示すように、ハウジング５０に設けられたセンサ取付穴６８は、大径部６８ａ及び小径部６８ｂを有する段付き穴であり、センサ８２の配線８３を配索するための第１配索穴７０が、小径部６８ｂに連通して軸方向に設けられている。更に、大径部６８ａと小径部６８ｂとの段部には、長手方向が第１配索穴７０に向けられた長円６８ｃが第１配索穴７０に連通して設けられている。
【００３６】
また、冷却油溝５８の外周面には、一端が大径部６８ａに連続するＵ字溝６８ｄが形成されている。Ｕ字溝６８ｄには、センサ８２を固定するための雌ねじ６９が径方向に設けられている。尚、センサ８２と給油ノズル６７の外形形状を同一形状に設定しておけば、ノズル穴６６とセンサ取付穴６８（大径部６８ａ及び小径部６８ｂ）の加工を同一の加工工程で行うことができ、コストダウンに寄与する。
【００３７】
図１を参照して、第１配索穴７０は、ハウジング５０ａの反工具側から加工されており、ハウジング５０の外周面から傾斜して径方向に設けられた傾斜穴７１、及び第１配索穴７０と平行に反工具側に延設する第２配索穴７２に連通している。このように第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２を屈曲形成することにより、センサ８２の配線８３をステータ５２と干渉することなく配索可能としている。第１配索穴７０の反工具側端部には、栓７４が挿入されて閉鎖されており、モータ側からの異物侵入が阻止される。
【００３８】
センサ８２は、図１及び図８に示すように、Ｏリング溝８７ａ、８７ｂにＯリング９１ａ、９１ｂを装着し、センサ８２の配線８３を第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２に挿通させ、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入することで組み付けられる。
【００３９】
このとき、センサ取付穴６８には、第１配索穴７０に連通する長円６８ｃが設けられているので、配線８３がセンサ取付穴６８とセンサ８２の間に挟まれて損傷を受けることはない。また、センサ８２に装着されたＯリング９１ａ、９１ｂによって、冷却油溝５８、及び前側軸受２０，３０側から第１配索穴７０への潤滑油の侵入が防止される。
【００４０】
尚、第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２に対する配線８３の挿通作業は、上記したように一度に挿通することが困難な場合には、第１配索穴７０、及び傾斜穴７１に挿通した配線８３を一旦傾斜穴７１から外に出した後、再び傾斜穴７１から第２配索穴７２に挿通するようにしてもよい。また、配線８３挿通後に、傾斜穴７１の開口部に栓（図示せず）を挿入して閉鎖し、異物の侵入を阻止することもできる。このように配索された配線８３の一端は、演算装置１５０に接続されてセンサ８２で検出された出力信号が入力される。
【００４１】
そして、固定治具８８をセンサ８２のＵ字溝８２ｃ、及びハウジング５０のＵ字溝６８ｄに嵌合させて、雄ねじ８９をハウジング５０の雌ねじ６９に螺合させて固定する。これにより、センサ８２の先端に設けられた磁気センサ９０は、所定の位置に位置決めされて、内輪間座８１の外周面に形成されたエンコーダ８４の被検出面に対向して配置される。
【００４２】
センサ８２とエンコーダ８４の被検出面との相対位置は、磁気センサ９０が被検出面の軸方向中間部に位置する。具体的には、磁気センサ９０の位置は、定位置予圧が付与された前側軸受２０，３０間に配置された内輪間座８１の軸方向中間位置となるエンコーダ８４の軸方向中間部（仮想線α）と一致するように設定されている。
【００４３】
第１実施形態の主軸装置１０のセンサユニット８０の作用を、図９に基づいて説明する。この様なエンコーダ８４の被検出面である外周面にその検出部を対向させたセンサ８２の出力信号は、各個性化部分８６、８６に対向する瞬間に変化する。そして、変化する間隔（周期）は、センサ８２の検出部が対向する部分の軸方向位置の変化に伴って変化する。例えば、回転軸１１（内輪間座８１）にアキシャル荷重が作用していない場合、センサ８２の検出部は、仮想線αで示した、被検出面の中央部を走査し、出力信号は、図９（ｃ）に示す様に変化する。
【００４４】
ここで、回転軸１１、即ち内輪間座８１に図９（ａ）において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、エンコーダ８４に対する検出部の位置は、図９（ａ）に示す仮想線β上に移動し、出力信号は、図９（ｂ）に示す様に変化する。
【００４５】
また、回転軸１１に反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、一対の検出部の位置が図９（ａ）に示す仮想線γ上に移動し、出力信号は、図９（ｄ）に示す様に変化する。
【００４６】
なお、磁気センサ９０の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその形式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用される。また、本実施形態のセンサ８２としては、長尺の溝とした個性化部分８６のエッジを検出可能なものであればよく、光学センサ等が使用されてもよい。
【００４７】
上記したように、磁気センサ９０の出力信号は、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向に応じて、また、アキシャル荷重の大きさに比例して変化する。従って、定位置予圧が負荷されている前側軸受２０，３０の剛性（ばね定数）を予め測定あるいは計算して、アキシャル荷重の大きさと回転軸１１の変位量との関係を求めておけば、磁気センサ９０からの出力信号のパターンに基づいて、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが、演算装置１５０によって求められる。
【００４８】
また、エンコーダ８４を構成する内輪間座８１は、背面組合せで配置された一対のアンギュラ玉軸受である前側軸受２０，３０間に配置されているので、内輪間座８１の軸方向中間位置が回転軸１１が熱によって伸縮する場合の軸方向中心となるため、回転軸１１の伸縮による影響が抑制され、精度のよい荷重測定が可能となる。
【００４９】
さらに、配線８３は、第１配索穴７０、傾斜穴７１、及び第２配索穴７２によってハウジング５０の内部を通過するので、別途配線用のカバーを設けることなく、加工時の切り屑や切削油等からコードを防護することができ、省スペース化が図られる。特に旋回型の主軸装置においては、ハウジング５０の内部から主軸装置１０を支持する旋回アームの内部へ配線を導出するようにすれば、配線を外部へ曝すことなく配索することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、エンコーダ８４の被検出面は、円周方向に関して変化する特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成しており、センサ８２を一つの磁気センサ９０のみによって構成することができる。これにより、センサユニットのコスト低減が図られると共に、センサ８２、及びエンコーダ８４を構成する内輪間座８１の軸方向幅も狭くすることができる。これにより、主軸装置１０の軸方向長さも短くすることができる。特に、５軸加工機などでスピンドル軸が旋回する（例えば、±１２０°前後で旋回）方式の工作機械の場合、スピンドル軸長が短くなれば、旋回半径を小さくすることができ、工作機械全体の省スペース化や加工スペースを確保でき、３次元加工を行う場合など、主軸装置１０の動作が容易となり、加工プログラム作成の容易性や加工性が向上できるメリットがある。
【００５１】
図１０は本発明の第１実施形態の変形例に係る主軸装置の要部断面図である。この主軸装置１０では、ハウジング５０に形成される第１配索穴７０が工具側から加工され、傾斜穴７１と連通している。これにより、第１配索穴７０は前側軸受外輪押え５３によって塞ぐことができ、栓７４を設ける必要がない。また、ハウジング５０が軸方向に２分割される構成でなくても容易に加工することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図１１は本発明の第２実施形態に係るエンコーダの斜視図である。第２実施形態のエンコーダ８４は、磁性金属材からなる内輪間座８１の外周面に、互いに異なる特性を有する第１被検出部である凸部９３と第２被検出部である凹部９４とが円周方向に関して交互に且つ等間隔に形成されている。凸部９３及び凹部９４は、台形若しくは倒立台形に形成されており、凸部９３の幅は、軸方向一端（図１１の下端）側程広く、凹部９４の幅は、軸方向他端（図１１の上端）側程広い。
【００５３】
本実施形態のエンコーダ８４を備える主軸装置は、回転軸１１にアキシャル荷重が作用していない状態では、センサ８２の磁気センサ９０は、図１２（ａ）に示す仮想線α上に位置している。従って、磁気センサ９０の出力信号（デューティー比）は、図１２（ｃ）に示す様に変化する。
【００５４】
ここで、ワーク加工によって、回転軸１１に図１２（ａ）において工具側から反工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座８１、即ち、エンコーダ８４の軸方向位置が回転軸１１と共に反工具側へ変化する。これにより、エンコーダ８４に対する磁気センサ９０の位置が、図１２（ａ）に示す仮想線β上に移動し、磁気センサ９０の出力信号（デューティー比）は、図１２（ｂ）に示すように変化する。
【００５５】
また、回転軸１１に図１２（ａ）において反工具側から工具側の方向にアキシャル荷重が作用すると、内輪間座８１、即ち、エンコーダ８４の軸方向位置が回転軸１１と共に工具側に変化して、エンコーダ８４に対する磁気センサ９０の位置が、図１２（ａ）に示す仮想線γ上に移動し、磁気センサ９０の出力信号（デューティー比）は、図１２（ｄ）に示すように変化する。従って、検出部からの出力信号（デューティー比）に基づいて、回転軸１１に作用するアキシャル荷重の方向及び大きさが演算装置１５０によって求められる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
また、本実施形態において、エンコーダ８４を永久磁石で構成し、Ｓ極に着磁した第１被検出部とＮ極に着磁した第２被検出部を、円周方向に交互に配置する構成としてもよい。
【００５６】
図１３は本発明の第２実施形態の変形例に係るエンコーダの斜視図である。このエンコーダ８４では、その外周面に形成した凸部９３、９３と凹部９４、９４との形状を工夫する事により、センサ９０の出力信号を安定させるものである。即ち、本実施例の場合には、各凸部９３、９３及び凹部９４、９４の軸方向両端部を、それぞれエンコーダ８４の円周方向に関する幅寸法がこのエンコーダ８４の軸方向に関して変化しない、平行部９３ａ，９３ｂ、９４ａ，９４ｂとしている。従って、エンコーダ８４の被検出面である外周面の特性が円周方向に関して変化するピッチは、この外周面の軸方向中間部では、軸方向位置により変動するが、軸方向両端部では軸方向位置に拘らず変動しない。
【００５７】
本変形例の場合に、各平行部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂを設ける事で、センサ８２の出力信号を安定させられる理由は、次の通りである。前述した通り、エンコーダとして磁性材製で被検出面に凹凸部を形成したものを使用する事により、永久磁石製のエンコーダに比べて被検出面の特性変化のピッチを高精度にできる。但し、上述した実施形態の場合には、この特性変化のピッチを短くすべく、凹部と凸部との間隔を短くすると、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向両端部（軸方向両端部）近傍に対向する状態で、これら検出部と被検出面との間を流れる磁束の流れが不安定になり、上記センサの出力が不安定になり易い。例えば、図１１に示したエンコーダ８４で、凸部９３、９３と凹部９４、９４とのピッチを短くした場合、円周方向に隣り合う台形の凸部９３、９３の底辺同士が近接する。特に、エンコーダ８４とセンサ８２とが軸方向に大きくずれた場合でも回転軸１１の回転速度検出を可能とすべく、これらエンコーダ８４とセンサ８２との間で許容される軸方向に関する相対変位量を確保する為に、台形形状の高さ寸法を大きくした場合に、上述の様に円周方向に隣り合う台形の凸部９３、９３の底辺同士が近接する傾向が著しくなる。
【００５８】
これに対して本変形例の場合には、各平行部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂを設ける事に伴って、円周方向に隣り合う台形の凸部９３、９３の底辺同士が過度に近接する事を防止できる。そして、センサ８２の検出部がエンコーダ８４の外周面の軸方向端部で凸部９３、９３の底辺に対応する部分に対向した場合でも、センサ８２の検出部とエンコーダ８４の被検出面との間を流れる磁束の流れを安定させて、センサ８２の出力を安定させる事ができる。また、エンコーダ８４とセンサ８２との軸方向の変位量が多少大きくなっても、センサ８２による、回転軸１１の回転速度検出を行なえる。
【００５９】
尚、各平行部９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂの円周方向両側縁の形状は、直線としているが、この部分の形状は必ずしも直線でなくても良い。例えば、センサ８２の感度や感受範囲（スポット径）によって、軸方向に対し多少傾斜させたり、曲率半径の大きな円弧状にする事もできる。
又、エンコーダ８４と組み合わせるセンサ８２の構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその型式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用できる。但し、図１４に示す様に、センサ８２の検出部がエンコーダ８４の軸方向中間部に対向した状態で、このエンコーダ８４の外周面に存在する各凸部９３、９３及び凹部９４、９４の、回転方向に関する長さ寸法の比率をセンシングする必要上、センサ８２のスポット径は小さい方が、この比率を高精度で求める面から好ましい。
【００６０】
（第３実施形態）
図１５は、本発明に係る第３実施形態の主軸装置の要部断面図である。第３実施形態の内輪間座８１は、第１実施形態の内輪間座８１（図３）に対して、外周面の軸方向両端部に、軸方向幅Ｌａ，Ｌｂ及び深さＨａ，Ｈｂの溝部８１ａ，８１ｂを凹設したものである。
【００６１】
具体的に、図１６及び図１７に示すように、本実施形態の内輪間座８１では、溝部８１ａ，８１ｂの軸方向幅Ｌａ，Ｌｂはそれぞれ１ｍｍ以上に設定されており、エンコーダ８４の個性化部分８６は、溝部８１ａ，８１ｂの両方の軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳに開口するように連続的に形成されている。また、溝部８１ａ，８１ｂの深さＨａ，Ｈｂは、個性化部分８６の深さｈよりも大きく設定されており、溝部８１ａ，８１ｂの外周面は個性化部分８６の外周面よりも内径側に位置している。
【００６２】
この内輪間座８１によれば、エンコーダ８４の個性化部分８６を設ける際、軸方向両端部に個性化部分８６よりも内径側にまで切り欠かれた溝部８１ａ，８１ｂが形成されているため、個性化部分８６を軸方向に渡って切り通すことが可能となる。
【００６３】
したがって、溝部８１ａ，８１ｂを有する内輪間座８１にエンコーダ８４の個性化部分８６をミーリング加工機等で切削加工する際、個性化部分８６は軸方向に渡って切り通すことで形成することができ、加工性を向上することができる。また、加工機が溝部８１ａ，８１ｂの軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳを抜ける際に、該軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳ近傍にバリが発生した場合であっても、バリが内輪２２，３２と当接する内輪間座８１の軸方向端面８１ｃ，８１ｄに影響を及ぼすことがないので、内輪間座８１端面の平行度が向上する。これによって、内輪２２，３２と内輪間座８１を精度良く組み立てることが可能となる。
【００６４】
また、個性化部分８６は、溝部８１ａ，８１ｂの軸方向端面８１ａＳ，８１ｂＳ間を軸方向に渡って切り通すことで形成されているので、各個性化部分８６の軸方向寸法誤差を低減することができる。これによって、各個性化部分８６の寸法のアンバランスに起因する主軸装置の振動を抑制することが可能となる。これは、特に、工具を高速回転させる際に、顕著な効果を発揮する。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００６５】
また、本実施形態の溝部８１ａ，８１ｂを有する内輪間座８１の構成は、図１８に示すように、第２実施形態の凸部９３及び凹部９４によってエンコーダ８４を構成する内輪間座８１にも適用可能であり、また、図１９に示すように、第２実施形態の変形例である、平行部９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂを持った凸部９３及び凹部９４によってエンコーダ８４を構成する内輪間座８１にも適用可能である。
【００６６】
（第４実施形態）
図２０は本発明の第４実施形態のセンサ取付穴の斜視図、図２１はセンサ取付穴の平面図である。第４実施形態のセンサ取付穴６８は、第１実施形態のセンサ取付穴６８と同様に、センサ８２の大径部８２ａ（図５参照）が挿通される大径部６８ａ、及びセンサ８２の小径部８２ｂが挿通される小径部６８ｂを有し、更に大径部６８ａと小径部６８ｂとの間に中径部６８ｅが形成された３段の段付き穴である。中径部６８ｅには、センサ８２の配線８３を配索するための第１配索穴７０が連通して軸方向に設けられている。また、ハウジング５０には、第１実施形態と同様に、センサを固定するためのＵ字溝６８ｄ、及び雌ねじ６９が設けられる。
【００６７】
このセンサ取付穴６８の中径部６８ｅは、センサ取付穴６８にセンサ８２を挿入する際、配線８３とセンサ取付穴６８との干渉を防止して組付けを容易にするためのものであり、配線８３の干渉が防止可能な範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００６８】
（第５実施形態）
図２２は本発明の第５実施形態の主軸装置の要部断面図である。第５実施形態の主軸装置１０には、円環状の冷却油溝５８内にセンサ取付穴６８と同心円状にリング溝９５が形成されている。リング溝９５には、Ｏリング９６が装着された円筒状の蓋体９７が嵌合している。この主軸装置１０によれば、冷却油溝５８とセンサ８２とが蓋体９７で分離され、Ｏリング９６によってシールされているので、冷却油がセンサ８２に付着することが防止される。また、センサ８２の大径部８２ａにＯリング溝８７ａを加工する必要がない。 なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００６９】
（第６実施形態）
図２３は本発明の第６実施形態の主軸装置の要部断面図である。第６実施形態の主軸装置１０では、センサ８２の配線８３を配索するため、工具側からセンサ取付穴６８（小径部６８ｂ）に連通する配索穴９８が加工されている。また、前側軸受外輪押え５３に配索溝９９が設けられると共に、ハウジング５０の外周面には、配索溝９９が開口する周方向位置を跨いで軸方向に延びる配線カバー１００が固定されている。これにより、配索穴９８から工具側に向けて導出された配線８３は、前側軸受外輪押え５３の配索溝９９内を通り、配線カバー１００で覆われて配索される。
【００７０】
この主軸装置１０によれば、センサ取付穴６８からハウジング５０の端部（図中左端部）までの距離が短い場合、ハウジング５０の加工量が少なくなり加工上有利である。また、センサ８２の配線８３が、前側軸受外輪押え５３及び配線カバー１００で覆われているので、加工中の切り屑等による配線８３に与える損傷や切断を防止することができる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態の主軸装置１０と同様である。また、ハウジング５０の外部環境によっては、配線カバー１００を設けずに配線８３が配策されてもよい。
【００７１】
（第７実施形態）
図２４は本発明の第７実施形態の主軸装置の要部断面図である。第７実施形態の主軸装置１０では、前側軸受外輪押え５３に形成される配索溝９９が、ハウジング５０の外周面まで開口せずに径方向に延びると共に、冷却ジャケット６０には配索溝９９に連通する配索穴１０１が形成されている。配索穴９８から工具側に向けて導出された配線８３は、前側軸受外輪押え５３の配索溝９９、及び冷却ジャケット６０の配索穴１０１を通って配索される。これにより、第１実施形態と同様、別途配線用のカバーを設けることなく、加工時の切り屑や切削油等からコードを防護することができ、省スペース化が図られる。
なお、その他の構成及び作用については、第６実施形態のものと同様である。
【００７２】
（第８実施形態）
図２５は本発明の第８実施形態の主軸装置の要部断面図である。第８実施形態の主軸装置１０は、冷却ジャケット６０にセンサ８２を取り付けるためのセンサ穴１０２が、ハウジング５０のセンサ取付穴６８と同心に形成されている。また、センサ８２は、大径部８２ａの長さが長く形成されると共に、配線８３が大径部８２ａの上面から導出されている。大径部８２ａには、センサ取付穴６８、及びセンサ穴１０２に対応する位置に、それぞれＯリング９１ａ、９１ｃが装着されている。
【００７３】
センサ８２は、冷却ジャケット６０のセンサ穴１０２、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入され、固定治具８８と雄ねじ８９によって冷却ジャケット６０に固定される。センサ８２と、センサ取付穴６８、及びセンサ穴１０２との間は、それぞれＯリング９１ａ、９１ｃによってシールされる。また、センサ８２から径方向に導出された配線８３は、配線カバー１００で覆われて配索される。
【００７４】
この主軸装置１０によれば、冷却ジャケット６０に加工容易なセンサ穴１０２を形成するだけで、ハウジング５０に加工し難い配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
なお、その他の構成及び作用については、第６実施形態のものと同様である。
【００７５】
（第９実施形態）
図２６は本発明の第９実施形態の主軸装置の要部断面図である。第９実施形態の主軸装置１０に組み込まれるセンサ１０３は、配線直付けタイプのセンサ８２と異なり、小径部８２ｂの側面に雌コネクタ１０４を備えるコネクタ接続タイプのセンサ１０３である。また、配線８３の先端には、雌コネクタ１０４に嵌合可能な雄コネクタ１０５が設けられている。
【００７６】
本実施形態のセンサ１０３は、冷却ジャケット６０が取り外された状態で、配線８３を第１配索穴７０に挿通し、ハウジング５０の外方でセンサ取付穴６８から延出された配線８３の雄コネクタ１０５をセンサ１０３の雌コネクタ１０４に接続した後、配線８３を第１配索穴７０に押し込みながらセンサ１０３をセンサ取付穴６８に挿入し、固定治具８８と雄ねじ８９によって固定することで組み付けられる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００７７】
図２７は本発明に係る第９実施形態の変形例の主軸装置の要部断面図である。本変形例の主軸装置１０に組み込まれるセンサ１０３は、図２６に示すコネクタ接続タイプのセンサ１０３であり、ハウジング５０には、配索穴９８が工具側から加工されている。
【００７８】
センサ１０３は、雌コネクタ１０４を工具側（配索穴９８側）に向けた状態で、ハウジング５０のセンサ取付穴６８、及び外輪間座５４の貫通孔５４ａに挿入されて固定される。これにより、雌コネクタ１０４は配索穴９８に対向して位置する。ここで、配線８３の雄コネクタ１０５を接続治具１１０に載置して配索穴９８の工具側から矢印方向に挿入して、雄コネクタ１０５と雌コネクタ１０４とを接続する。ここで、接続治具１１０の先端部１１０ａは、雄コネクタ１０５が回転せず、且つ、軸方向後方へ移動しないように位置決めされており、雌コネクタ１０４との接続を確実に行うことができ、且つ、接続後に接続治具１１０を取り外すことができる。配索穴９８から導出する配線８３は、配索溝９９内に収容して前側軸受外輪押え５３を取り付ける。これにより、センサ１０３をハウジング５０に取り付けた後に、配線８３をセンサ１０３に接続することができる。
【００７９】
（第１０実施形態）
図２８は、本発明に係る第１０実施形態の主軸装置の要部断面図である。本実施形態の主軸装置１０に組み込まれるセンサ８２（即ち、樹脂製のセンサケース）は、その大径部８２ａの外周面から軸方向両側に向かって延出するフランジ部８２ｄ，８２ｄを有する。
【００８０】
フランジ部８２ｄには穴８２ｄａが設けられており、その内部には金属製の補強リング１２０が一体成型されている。補強リング１２０は、穴８２ｄａよりも軸方向に長く、フランジ部８２ｄの表裏面から突出する。そして、雄ねじ８９を、補強リング１２０の内部を通じて、ハウジング５０の雌ねじ６９に螺合することによって、センサ８２は固定される。
【００８１】
このように、固定治具８８を使用せずに、センサ８２に設けたフランジ部８２ｄ，８２ｄによってセンサ８２をハウジング５０に固定する場合、補強リング１２０を設けず、フランジ部８２ｄを雄ねじ８９で直接締め付けようとすると樹脂製のセンサ８２に、強度不足による破損、クリープ変形による緩み、変位による不具合等が発生する可能性がある。
【００８２】
一方、本実施形態のセンサ８２は、金属製の補強リング１２０を穴８２ｄａ内部に一体成型したことにより、補強リング１２０のみで雄ねじ８９の締付力を受け、フランジ部８２ｄに締付力が伝わることを防止できる。これによって、フランジ部８２ｄの破損、クリープ変形による緩み、変位による不具合の発生等を防ぐことができる。
【００８３】
なお、本実施形態のセンサ８２では、大径部８２ａから軸方向両側に向かってフランジ部８２ｄ，８２ｄが延設されるとしたが、必ずしもこの形状には限定されない。例えば、軸方向一箇所のみにフランジ部８２ｄが設けられてもよい。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００８４】
尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。また、各実施形態及び変形例は、実施可能な範囲において組み合わせて適用することができる。
例えば、図２９に示すように、本発明の主軸装置１０は、冷却油溝を備えないハウジング５０にも同様に適用することができ、この場合、センサ８２の大径部８２ａに装着するＯリングを省略することができる。
また、図３０に示すように、配線８３が大径部８２ａの上面から導出されるようにすることで、配索穴を設ける必要がなくなり、加工上有利となる。
【００８５】
さらに、図３１に示すように、配線付のセンサ８２、１０３に代えて、検出信号を無線で出力可能な無線式センサ１１１を用いれば、ハウジング５０への配索穴の加工が不要となる。
【００８６】
また、図３２に示すように、エンコーダ８４は、反工具側に配置された前側軸受３０の内輪３２と、回転軸１１の段部１１ａとの間に配設されて前側軸受３０の軸方向位置を調整する調整用内輪間座１１２の外周面に設けるようにしてもよい。この場合、センサ８２は、前側軸受３０の外輪３１と、ハウジング５０の段部５０ｃとの間に配設された調整用外輪間座１１３の貫通孔１１３ａを貫通してエンコーダ８４の被検出面に対向配置される。
【００８７】
さらに、上記の各実施形態では、エンコーダ８４は内輪間座８１によって構成されているが、図３３に示すように、内輪間座８１の代わりに、工具側に配置された前側軸受２０の内輪２２を内輪間座８１のスペースに延出するように幅広に形成し、内輪２２の外周面に直接、上記実施形態と同様のハの字形状のエンコーダ８４を形成してもよい。なお、エンコーダ８４は、反工具側に配置された前側軸受３０の内輪３２を内輪間座８１と置き換わるように幅広に形成し、内輪３２の外周面に直接形成してもよい。
【００８８】
このような構成においても、センサ８２が外輪間座５４に形成された貫通孔５４ａから延出して、エンコーダ８４の被検出面に対向配置されるので、新たな専用スペースを設けることなく既存のスペースにセンサユニットを配置することができ、センサ付軸受装置を小型化することができる。特に、第１実施形態の図４にも示したように、外輪間座５４にノズル穴５４ｂが更に形成され、ノズル穴５４ｂに給油ノズル６７が設けられることで、センサ８２と給油ノズル６７をコンパクトに配置することができる。
【００８９】
また、上記の各実施形態及び変形例においてアンギュラ軸受は、背面組合せされたものとして説明したが、これに限定されることはなく正面組合せとすることもできる。また、前側軸受のアンギュラ軸受の列数や組合せの方向等についても限定されるものでない。
さらに、本発明のエンコーダは、回転側間座によって構成されればよく、内輪が静止側軌道輪で、外輪が回転側軌道輪である場合には、回転側間座としての外輪間座に構成されてもよい。また、本発明の軸受装置は、工作機械の主軸装置の他、工作機械の円テーブルや、ボールねじ、鉄道車両、航空機、自動車等の回転部材が軸受によって支持され、該回転部材にアキシャル荷重が作用する箇所に適用可能である。
【００９０】
加えて、スピンドル軸のアキシャル荷重を測定可能な、本実施形態の主軸装置１０は、工作機械に組み込んで適用可能であり、例えば、図３４に示すような門形マシニングセンタ２０１に装着される。具体的に、門形マシニングセンタ２０１では、ベッド２０２の上にテーブル２０３がＸ軸方向へ移動可能に支持されており、ベッド２０２の両側には一対のコラム２０４が立設されている。コラム２０４の上端にはクロスレール２０５が架設されており、クロスレール２０５には、サドル２０６がＹ軸方向へ移動可能に設けられる。また、サドル２０６には、Ｚ軸方向に昇降可能なラム２０７が支持されており、ラム２０７の下端には、主軸装置１０をＹ軸回り及びＺ軸回りに回転割出し駆動可能に保持する主軸ヘッド２０８が装着されている。主軸ヘッド２０８の２本の支持アーム２０８ａ内には、図示しないチルト機構が設けられており、主軸装置１０は、このチルト機構によってブラケット２０９を介してＹ軸回りに回転割出しされる。
【符号の説明】
【００９１】
１０ 主軸装置
１１ 回転軸（回転部材、スピンドル軸）
２０ アンギュラ玉軸受（前側軸受）
２１ 外輪（静止側軌道輪）
２２ 内輪（回転側軌道輪）
２３ 玉（転動体）
３０ アンギュラ玉軸受（前側軸受）
３１ 外輪（静止側軌道論）
３２ 内輪（回転側軌道論）
３３ 玉（転動体）
５０ ハウジング（静止部材）
５４ 外輪間座（静止側間座）
５４ａ 貫通孔
８０ センサユニット
８１ 内輪間座（回転側間座）
８２ センサ
８４ エンコーダ
８５ 被検出用組み合わせ部
８６ 個性化部分
９３ 凸部（第１被検出部）
９４ 凹部（第２被検出部）
９０ 磁気センサ（検出部）
１０３ センサ
１１１ 無線式センサ（センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成され、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成することを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記一対の軸受の静止側軌道論間には、静止側間座が配置されており、
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記エンコーダの被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記エンコーダの被検出面には、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、前記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
【請求項６】
前記エンコーダが磁性材製で、前記センサが前記エンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、前記エンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部が存在することを特徴とする請求項５に記載の軸受装置。
【請求項７】
静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成すると共に、
前記センサは、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする軸受装置。
【請求項８】
前記静止側間座には、前記貫通孔と異なる円周方向位相にノズル穴が形成されており、該ノズル穴から給油ノズルが延出して配置されることを特徴とする請求項７に記載の軸受装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の軸受装置を備え、前記回転部材であるスピンドル軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
【請求項１】
静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
前記回転側軌道輪の側方に配置されて前記回転側軌道輪と共に回転する回転側間座と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダは、前記回転側間座によって構成され、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成することを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記軸受は、前記回転部材の軸方向位置を位置決めするように配置された一対の軸受を備え、
前記エンコーダを構成する回転側間座は、前記一対の軸受の回転側軌道輪間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記一対の軸受の静止側軌道論間には、静止側間座が配置されており、
前記センサは、該静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記エンコーダの被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記エンコーダの被検出面には、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、前記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
【請求項６】
前記エンコーダが磁性材製で、前記センサが前記エンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、前記エンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部が存在することを特徴とする請求項５に記載の軸受装置。
【請求項７】
静止部材に嵌合固定される静止側軌道輪、回転部材に嵌合固定される回転側軌道輪、及び、前記静止側軌道輪の静止側軌道及び前記回転側軌道輪の回転側軌道間に転動自在に配置された複数の転動体を備える軸受と、
被検出面の特性が円周方向に交互に変化するエンコーダ、及び、該エンコーダの前記被検出面に対向配置されて前記被検出面の前記特性の変化を検出するセンサからなるセンサユニットと、を備える軸受装置であって、
前記エンコーダの被検出面は、円周方向に関して変化する前記特性のピッチが、軸方向に関して連続的に変化する部分を軸方向に単列で構成すると共に、
前記センサは、前記静止側軌道輪の側方に配置された静止側間座に形成された貫通孔から延出して、前記エンコーダの前記被検出面に対向配置されることを特徴とする軸受装置。
【請求項８】
前記静止側間座には、前記貫通孔と異なる円周方向位相にノズル穴が形成されており、該ノズル穴から給油ノズルが延出して配置されることを特徴とする請求項７に記載の軸受装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の軸受装置を備え、前記回転部材であるスピンドル軸のアキシャル荷重が測定可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の主軸装置を備えたことを特徴とする工作機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２０１２−６７９０６（Ｐ２０１２−６７９０６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５６３９（Ｐ２０１０−２３５６３９）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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