特開2024-33596状態計測装置、センシング軸受、状態計測システム、状態計測方法、および状態計測プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024033596
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】状態計測装置、センシング軸受、状態計測システム、状態計測方法、および状態計測プログラム
(51)【国際特許分類】
G01L 5/00 20060101AFI20240306BHJP
F16C 41/00 20060101ALI20240306BHJP
F16C 19/06 20060101ALI20240306BHJP
F16C 33/66 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
G01L5/00 K
F16C41/00
F16C19/06
F16C33/66 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022137260
(22)【出願日】2022-08-30
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ・研究集会名 関西大学システム理工学部機械工学科特別研究発表会（卒業論文発表会） 開催場所 学校法人 関西大学 千里山キャンパス第４学舎２号館Ｒ２３０２ 開催日 令和４年２月１６日 ・研究集会名 関西大学理工学研究科機械工学分野修士論文発表会 開催場所 学校法人 関西大学 千里山キャンパス第４学舎２号館Ｒ２３０１ 開催日 令和４年２月１８日 ・ウェブサイトのＵＲＬ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｓｍｅ．ｏｒ．ｊｐ／ｍｓｄ／ｈｔｍｌ／９９／ｐｒｏｇｒａｍ＿ｐａｒｔｉｃｉｐａｎｔｓ＿ｏｎｌｙ．ｐｄｆ 掲載日 令和４年３月４日 ・研究集会名 日本機械学会情報知能精密部門 講演会２０２２（ＩＩＰ２０２２） 開催場所 オンライン開催 開催日 令和４年３月７日 ・ウェブサイトのＵＲＬ ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｋｓｃｏｎｆ２０２２／ｔｏｐ 掲載日 令和４年３月８日 ・研究集会名 日本機械学会関西支部関西学生会 ２０２１年度学生員卒業研究発表講演会 開催場所 第１３室（オンライン） 開催日 令和４年３月１５日 ・ウェブサイトのＵＲＬ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｇｏｙａ－ｍｉｐｅ２０２２．ｏｒｇ／ｐｒｏｇｒａｍ 掲載日 令和４年８月２８日 ・研究集会名 ２０２２ ＪＳＭＥ－ＩＩＰ／ＡＳＭＥ－ＩＳＰＳ Ｊｏｉｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ 開催場所 国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学 東山キャンパス 豊田講堂 オンデマンドでビデオ配信 開催日 令和４年８月２８日
(71)【出願人】
【識別番号】399030060
【氏名又は名称】学校法人 関西大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】谷 弘詞
【テーマコード（参考）】
2F051
3J217
3J701
【Ｆターム（参考）】
2F051AB06
2F051BA07
3J217JA02
3J217JA14
3J217JA24
3J217JA38
3J217JB17
3J217JB37
3J217JB87
3J701AA03
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA52
3J701AA62
3J701BA77
3J701EA63
3J701FA26
3J701XE22
3J701XE40
(57)【要約】
【課題】軸受のサイズが規格に適合し、かつ軸受の状態を推定する、軸受の状態計測装置を実現する。
【解決手段】第１電極（３３ａ）および第２電極（３３ｂ）と、第１電極および第２電極に対して対向し、第１電極および第２電極に対して相対的に回転することによって、回転方向に沿って一様ではない電荷分布を形成する対向層（３８）と、が設けられた軸受（２０）の状態を計測する状態計測装置（１０）は、第１電極および第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部（１１）と、情報が示す電圧における、軸受けの回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、軸受に加わる荷重を推定する。
【選択図】図５
【解決手段】第１電極（３３ａ）および第２電極（３３ｂ）と、第１電極および第２電極に対して対向し、第１電極および第２電極に対して相対的に回転することによって、回転方向に沿って一様ではない電荷分布を形成する対向層（３８）と、が設けられた軸受（２０）の状態を計測する状態計測装置（１０）は、第１電極および第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部（１１）と、情報が示す電圧における、軸受けの回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、軸受に加わる荷重を推定する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸受の状態を計測する状態計測装置であって、
前記軸受には、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、
前記状態計測装置は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、
前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える、状態計測装置。
前記軸受には、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、
前記状態計測装置は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、
前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える、状態計測装置。
【請求項2】
前記軸受は、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層との間に、帯電層が設けられており、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記帯電層は帯電するように構成される、請求項１に記載の状態計測装置。
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層との間に、帯電層が設けられており、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記帯電層は帯電するように構成される、請求項１に記載の状態計測装置。
【請求項3】
前記第１電極および前記第２電極の対は回転方向に沿ってＮ個形成されており、Ｎは２以上であり、
前記推定部は、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数のＮ倍の周波数を含んだ第２周波数帯の第２電圧と、前記第１電圧とに基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する、請求項１に記載の状態計測装置。
前記推定部は、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数のＮ倍の周波数を含んだ第２周波数帯の第２電圧と、前記第１電圧とに基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する、請求項１に記載の状態計測装置。
【請求項4】
前記推定部は、前記第２電圧に対する前記第１電圧の比に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する、請求項３に記載の状態計測装置。
【請求項5】
前記対向層は、第３電極を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の状態計測装置。
【請求項6】
前記軸受は、
前記第１電極および前記第２電極とは異なる回転半径の回転角度における一部分のみに第４電極を有し、
前記対向層は、回転角度における一部分のみに、前記第４電極と対向し得る第５電極を含み、
前記第４電極と前記対向層とが相対的に回転することによって、前記第４電極は帯電するように構成されており、
前記状態計測装置は、
前記第４電極と前記対向層との回転により発生する前記第４電極の電圧の情報に基づき、前記軸受の回転角度を検出する回転角度検出部をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の状態計測装置。
前記第１電極および前記第２電極とは異なる回転半径の回転角度における一部分のみに第４電極を有し、
前記対向層は、回転角度における一部分のみに、前記第４電極と対向し得る第５電極を含み、
前記第４電極と前記対向層とが相対的に回転することによって、前記第４電極は帯電するように構成されており、
前記状態計測装置は、
前記第４電極と前記対向層との回転により発生する前記第４電極の電圧の情報に基づき、前記軸受の回転角度を検出する回転角度検出部をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の状態計測装置。
【請求項7】
前記推定部は、フーリエ変換を行う、請求項１から４のいずれか一項に記載の状態計測装置。
【請求項8】
前記推定部は、周波数フィルタによって前記第１周波数帯の前記第１電圧を特定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の状態計測装置。
【請求項9】
相対的に回転する軸受と、
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極上には、前記対向層との間に、帯電フィルムが設けられておらず、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極上には、前記対向層との間に、帯電フィルムが設けられておらず、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
【請求項10】
相対的に回転する軸受と、
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する帯電層と、
前記帯電層に対し前記第１電極および前記第２電極の反対側に位置する、対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する帯電層と、
前記帯電層に対し前記第１電極および前記第２電極の反対側に位置する、対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
【請求項11】
相対的に回転する軸受と、
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極を覆う第１帯電層と、
前記第１帯電層に対向する第２帯電層と、
前記第２帯電層に対し前記第１帯電層の反対側に位置し、前記第２帯電層によって覆われる対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記第１帯電層および前記第２帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極を覆う第１帯電層と、
前記第１帯電層に対向する第２帯電層と、
前記第２帯電層に対し前記第１帯電層の反対側に位置し、前記第２帯電層によって覆われる対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記第１帯電層および前記第２帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
【請求項12】
前記軸受の潤滑をする第１グリスと、
前記検出部に充填された第２グリスと、をさらに備え、
前記第２グリスはフッ素を含む、請求項９から１１のいずれか１項に記載のセンシング軸受。
前記検出部に充填された第２グリスと、をさらに備え、
前記第２グリスはフッ素を含む、請求項９から１１のいずれか１項に記載のセンシング軸受。
【請求項13】
相対的に回転するステータおよびロータを有する軸受と、
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された第１検出部と、他方側に配置された第２検出部との対とを備え、
前記第１検出部および前記第２検出部は、それぞれ、
前記ステータまたは前記ロータの一方に固定された第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向し、前記ステータまたは前記ロータの他方に固定された対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された第１検出部と、他方側に配置された第２検出部との対とを備え、
前記第１検出部および前記第２検出部は、それぞれ、
前記ステータまたは前記ロータの一方に固定された第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向し、前記ステータまたは前記ロータの他方に固定された対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている、センシング軸受。
【請求項14】
前記第１検出部における前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す第１情報、ならびに前記第２検出部における前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す第２情報、を取得する電圧取得部と、
前記第１情報が示す第１情報電圧、および前記第２情報が示す第２情報電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、をさらに備える、請求項１３に記載のセンシング軸受。
前記第１情報が示す第１情報電圧、および前記第２情報が示す第２情報電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、をさらに備える、請求項１３に記載のセンシング軸受。
【請求項15】
前記軸受の潤滑をする第１グリスと、
前記第１検出部および前記第２検出部に充填された第２グリスと、をさらに備え、
前記第２グリスはフッ素を含む、請求項１３または１４に記載のセンシング軸受。
前記第１検出部および前記第２検出部に充填された第２グリスと、をさらに備え、
前記第２グリスはフッ素を含む、請求項１３または１４に記載のセンシング軸受。
【請求項16】
相対的に回転する軸受と、前記軸受の少なくとも一方の側面に設けられた検出部と、前記軸受の状態を計測する状態計測装置とを含む、状態計測システムであって、
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、
前記状態計測装置は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、
前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える、状態計測システム。
前記検出部は、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、
前記状態計測装置は、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、
前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える、状態計測システム。
【請求項17】
軸受の状態を計測する状態計測方法であって、
前記軸受には、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得ステップと、
前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定ステップと、を含む、状態計測方法。
前記軸受には、
第１電極、および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、
前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、
前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得ステップと、
前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定ステップと、を含む、状態計測方法。
【請求項18】
請求項１に記載の状態計測装置としてコンピュータを機能させるための状態計測プログラムであって、前記電圧取得部、および前記推定部としてコンピュータを機能させるための状態計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は軸受の状態計測装置、センシング軸受、状態計測システム、状態計測方法、および状態計測プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
軸受には、軸方向に対して垂直方向にラジアル荷重（図１９符号１９１参照）が、軸方向にスラスト荷重（アキシャル荷重）（図１９符号１９２参照）などが加わる。特許文献１には、ラジアル荷重を計測する歪みゲージを組み込んだ軸受が開示されている。また、特許文献２には、摩擦帯電センサを組み込んだ軸受が開示されており、当該摩擦帯電センサによって、軸受における回転速度、温度、または振動を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－２１１７２３号公報
【特許文献2】特開２０１９－１５２５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に係る軸受では、歪みゲージを組み込むために、軸受のサイズが一般的な規格のものと異なることになり、センサに合わせた専用設計を、当該軸受を設ける装置に求めることになる。また、歪みゲージを配置するために、軸受自体の構造も複雑になり、大量生産には向かない欠点もある。また、特許文献２に係る軸受では、荷重または荷重に起因する軸受の状態を計測できない。
【0005】
本発明の一態様は、歪みゲージを用いること無く、軸受に加わる荷重または荷重に起因する状態を計測できる、軸受の状態計測装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態計測装置は、軸受の状態を計測する状態計測装置であって、前記軸受には、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、前記状態計測装置は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える。
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極上には、前記対向層との間に、帯電フィルムが設けられておらず、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する帯電層と、前記帯電層に対し前記第１電極および前記第２電極の反対側に位置する、対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0009】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極を覆う第１帯電層と、前記第１帯電層に対向する第２帯電層と、前記第２帯電層に対し前記第１帯電層の反対側に位置し、前記第２帯電層によって覆われる対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記第１帯電層および前記第２帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0010】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転するステータおよびロータを有する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された第１検出部と、他方側に配置された第２検出部との対とを備え、前記第１検出部および前記第２検出部は、それぞれ、前記ステータまたは前記ロータの一方に固定された第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向し、前記ステータまたは前記ロータの他方に固定された対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0011】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態計測システムは、相対的に回転する軸受と、前記軸受の少なくとも一方の側面に設けられた検出部と、前記軸受の状態を計測する状態計測装置とを含む、状態計測システムであって、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、前記状態計測装置は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える。
【0012】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態計測方法は、軸受の状態を計測する状態計測方法であって、前記軸受には、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得ステップと、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定ステップと、を含む。
【0013】
本発明の各態様に係る状態計測装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記状態計測装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記状態計測装置をコンピュータにて実現させる状態計測装置のプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【0014】
本発明の一態様によれば、歪みゲージを用いること無く、かつ軸受に加わる荷重または荷重に起因する状態を計測できる、軸受の状態計測装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態１に係るセンシング軸受の構成を示す部分断面図である。
【図2】検出部の要部の構成を示す断面図である。
【図3】実施形態１に係るステータ電極の要部の構成を示す平面図である。
【図4】実施形態１に係る対向層の要部の構成を示す平面図である。
【図5】実施形態１に係る検出部と状態計測装置との要部の構成を示すブロック図である。
【図6】軸受が５００ｒｐｍで回転している際に、ラジアル荷重１００Ｎが加わった際の電圧を示す図である。
【図7】軸受が５００ｒｐｍで回転している際に、ラジアル荷重１０００Ｎが加わった際の電圧を示す図である。
【図8】軸受にラジアル荷重が加わった際に、ステータ側検出部の中心およびロータ側検出部の中心がうねる現象を示す概念図である。
【図10】ラジアル荷重を変化させながら、規格化うねり成分電圧を測定した結果を示す図である。
【図11】実施形態２に係るステータ電極の要部の構成を示す平面図である。
【図12】実施形態２に係る対向層の要部の構成を示す平面図である。
【図13】実施形態２に係る検出部と状態計測装置との要部の構成を示すブロック図である。
【図14】実施形態３に係るセンシング軸受の構成を示す部分断面図である。
【図15】スラスト荷重を変化させながら、主ピーク電圧比を測定した結果を示す図である。
【図16】実施形態４の一例に係る検出部の要部の構成を示す断面図である。
【図17】実施形態４の別の例に係る検出部の要部の構成を示す断面図である。
【図18】実施形態４のさらに別の例に係る検出部の要部の構成を示す断面図である。
【図19】ラジアル荷重およびスラスト荷重を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
〔実施形態１〕
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0017】
（状態計測システムの構成）
状態計測システムは、軸受と、検出部と、状態計測装置とを備える。状態計測システムは、回転体を支持する軸受の状態を計測する。すなわち、状態計測システムは、軸受に組み込まれた検出部によって、軸受に加わる荷重に関わる物理量を計測し、状態計測装置によって、当該物理量を荷重に換算する。
状態計測システムは、軸受と、検出部と、状態計測装置とを備える。状態計測システムは、回転体を支持する軸受の状態を計測する。すなわち、状態計測システムは、軸受に組み込まれた検出部によって、軸受に加わる荷重に関わる物理量を計測し、状態計測装置によって、当該物理量を荷重に換算する。
【0018】
（軸受２０の構成）
図１は、実施形態１に係るセンシング軸受２００の構成を示す部分断面図である。センシング軸受２００は、軸受２０と検出部３０とを備える。
図１は、実施形態１に係るセンシング軸受２００の構成を示す部分断面図である。センシング軸受２００は、軸受２０と検出部３０とを備える。
【0019】
軸受２０は、一般的な軸受であり、例えば転がり軸受（球軸受またはコロ軸受等）である。以降はラジアル球軸受の前提で記載するが、本発明はこれに限定されない。軸受２０は、外輪２１と、内輪２２と、転動体２３と、保持器２４と、シールド２５と、を備える。また、後述する検出部３０を防護するためのシールド２６をも、軸受２０は備える。
【0020】
本実施形態では、外輪２１がステータ（静止輪）であり、内輪２２がロータ（回転輪）である場合に関して記載するがこれに限定されない。すなわち、外輪２１がロータであり、内輪２２がステータであってもよい。
【0021】
外輪２１は静止側の部品に固定されており、内輪２２が回転側の部品に固定されている。内輪２２は、外輪２１に対して回転する。この際、転動体２３によって、外輪２１と内輪２２との間隔は一定に保たれる。すなわち、外輪２１と内輪２２は同軸となる。
【0022】
また、転動体２３は、内輪２２の回転に合わせて回転することになる。保持器２４は、複数の転動体２３の相対的な位置を保持する。
【0023】
また、シールド２５およびシールド２６によって、転動体２３が回転する空間への塵埃の侵入を防いでいる。シールド２５およびシールド２６は、金属薄板、または樹脂基板などにより形成されている。
【0024】
さらに、軸受２０は、第１グリス２７を備えてもよい。第１グリス２７は、転動体２３の摺動、すなわち軸受２０としての潤滑を促進するための潤滑油である。第１グリス２７としては、炭化水素系のグリスを用いることが多い。第１グリス２７は、シールド２５同士の間に充填されている。
【0025】
（検出部３０の構成）
図２は、検出部３０の要部の構成を示す断面図である。軸受２０の一方の側面側には、検出部３０が設けられている。検出部３０は、ステータ側検出部３１と、ロータ側検出部３６とに分かれており、ステータ側検出部３１は外輪２１にシールド２５を介して固定されており、ロータ側検出部３６は内輪２２にシールド２６を介して固定されている。つまり、ステータ側検出部３１に対して、ロータ側検出部３６は回転することになる。なお、ステータ側検出部３１と、ロータ側検出部３６とは、いずれが内側（転動体２３側）に配置されていてもよい。
図２は、検出部３０の要部の構成を示す断面図である。軸受２０の一方の側面側には、検出部３０が設けられている。検出部３０は、ステータ側検出部３１と、ロータ側検出部３６とに分かれており、ステータ側検出部３１は外輪２１にシールド２５を介して固定されており、ロータ側検出部３６は内輪２２にシールド２６を介して固定されている。つまり、ステータ側検出部３１に対して、ロータ側検出部３６は回転することになる。なお、ステータ側検出部３１と、ロータ側検出部３６とは、いずれが内側（転動体２３側）に配置されていてもよい。
【0026】
ステータ側検出部３１は、基板３２と、ステータ電極３３と、帯電層３４と、を備える。これら部材は、シールド２５の上にこの順に積層されている。
【0027】
基板３２は、電極を支持するための基板である。基板３２は、ポリイミドフィルムなどの絶縁材料で構成される。
【0028】
ステータ電極３３は、基板３２に形成される電極である。ステータ電極３３の詳細は後述する。
【0029】
帯電層３４は、絶縁材料製のフィルムであり、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜、およびポリアミド（ＰＡ）膜であるが、これらに限定されない。
【0030】
ロータ側検出部３６は、基板３７と、対向層３８と、を備える。これら部材はシールド２６の上にこの順に積層されている。
【0031】
基板３７は、電極を支持するための基板である。基板３７は、ポリイミドフィルムなどの絶縁材料で構成される。
【0032】
対向層３８は、帯電層３４に対向するよう、基板３７に形成されている。対向層３８の詳細は後述する。
【0033】
検出部３０は、さらにステータ側検出部３１とロータ側検出部３６との間の空間（ギャップｇ）に充填された第２グリス３９を備える。シールド２５からシールド２６の間の空間が、第２グリス３９で満たされている。第２グリス３９は、帯電層３４を摩擦帯電させるために用いられる。帯電層３４と、第２グリス３９とは、帯電列において互いに離れた材質であることが好ましい。
【0034】
帯電層３４と対向層３８との相対的な回転に伴い、帯電層３４と第２グリス３９との間に摩擦が生じ、帯電層３４と第２グリス３９とは、摩擦帯電する。対向層３８は回転方向に沿って電荷分布を形成する。
【0035】
第２グリス３９としては、フッ素を含んだグリス、例えばフッ化水素系のグリスを用いることができる。第２グリス３９として、フッ素を含んだグリスを用いることによって、外部からの水分の侵入を防ぐ効果もある。そのため、検出部３０の劣化を防ぐことができる。また、軸受２０内部への水分の侵入を防ぐことによって、第１グリス２７の劣化を防ぎ、軸受２０の寿命を長くする効果もある。
【0036】
ステータ側検出部３１とロータ側検出部３６との間には、ギャップｇが空いている。ギャップｇの間隔は、２０～３０μｍ以上、２００μｍ以下が望ましく、５０μｍ以上１００μｍ以下が好適である。
【0037】
なお、ステータ側検出部３１とロータ側検出部３６とは、回転するのに支障がない範囲で互いに接触していてもよい。また、ステータ側検出部３１とロータ側検出部３６とが接触している場合、第２グリス３９は、充填されていても、充填されていなくてもよい。
【0038】
（ステータ電極３３の構成）
図３は、実施形態１に係るステータ電極３３の要部の構成を示す平面図である。ステータ電極３３は、複数の第１電極３３ａと、複数の第２電極３３ｂと、第１出力配線３３ｃと、第２出力配線３３ｄと、を備える。
図３は、実施形態１に係るステータ電極３３の要部の構成を示す平面図である。ステータ電極３３は、複数の第１電極３３ａと、複数の第２電極３３ｂと、第１出力配線３３ｃと、第２出力配線３３ｄと、を備える。
【0039】
第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂは、円周上に互い違いに形成された、扇形状（２つの円弧と２つの半径とに囲まれた形状）の電極である。各扇形状の大きさは一定であるため、一定ピッチおきに各電極が円周上に配置されていることになる。また、必ずしも各扇形状が一定ピッチである必要はなく、離散して配置されていればよい。第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの形状は、これに限らない。複数の第１電極３３ａは、互いに電気的に接続されている。複数の第２電極３３ｂは、互いに電気的に接続されている。
【0040】
第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの対は、回転方向に沿って、Ｎ個形成されている。Ｎは２以上であればよい。すなわち、円周上を少なくとも４分割した電極が形成されていればよい。
【0041】
また、第１電極３３ａは、第１出力配線３３ｃに、第２電極３３ｂは、第２出力配線３３ｄに接続されている。第１出力配線３３ｃおよび第２出力配線３３ｄは、基板３２に形成された電極に対し接続された電線である。
【0042】
なお、帯電層３４は、複数の第１電極３３ａおよび複数の第２電極３３ｂを覆う。
【0043】
（対向層３８の構成）
図４は、実施形態１に係る対向層３８の要部の構成を示す平面図である。対向層３８は、少なくとも１つの第３電極３８ａを含む。第３電極３８ａは、円周上に形成された、扇形状の電極である。第３電極３８ａが、複数形成されている場合、複数の第３電極３８ａは、回転方向に沿って離散的に配置され、一定ピッチおきに配置されることが好ましい。複数の第３電極３８ａのピッチと、複数の第１電極３３ａのピッチとは同じである。第３電極３８ａの形状は、これに限らない。また、各扇形状は互いに電気的に接続されていてもよい。複数の第３電極３８ａは、複数の第１電極３３ａおよび複数の第２電極３３ｂと対向し得る半径位置に配置されている。なお、対向層３８は、第３電極３８ａの代わりに、第３電極３８ａと同様の形状の誘電体を含んでもよい。
図４は、実施形態１に係る対向層３８の要部の構成を示す平面図である。対向層３８は、少なくとも１つの第３電極３８ａを含む。第３電極３８ａは、円周上に形成された、扇形状の電極である。第３電極３８ａが、複数形成されている場合、複数の第３電極３８ａは、回転方向に沿って離散的に配置され、一定ピッチおきに配置されることが好ましい。複数の第３電極３８ａのピッチと、複数の第１電極３３ａのピッチとは同じである。第３電極３８ａの形状は、これに限らない。また、各扇形状は互いに電気的に接続されていてもよい。複数の第３電極３８ａは、複数の第１電極３３ａおよび複数の第２電極３３ｂと対向し得る半径位置に配置されている。なお、対向層３８は、第３電極３８ａの代わりに、第３電極３８ａと同様の形状の誘電体を含んでもよい。
【0044】
そのため、ステータ電極３３に対して対向層３８が相対的に回転すると、複数の第３電極３８ａは、複数の第１電極３３ａに対向する位置と、複数の第２電極３３ｂに対向する位置とを交互に通過する。また、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂのそれぞれは、基板３７上に第３電極３８ａが形成された領域と、基板３７上に第３電極３８ａが形成されていない領域とに、交互に対向する。
【0045】
（回転による摩擦帯電）
外輪２１に対して内輪２２が回転することで、ステータ側検出部３１に対して、ロータ側検出部３６が回転する。これにより、第２グリス３９も帯電層３４に対して移動する。そのため、帯電層３４と第２グリス３９との間に摩擦が生じる。
外輪２１に対して内輪２２が回転することで、ステータ側検出部３１に対して、ロータ側検出部３６が回転する。これにより、第２グリス３９も帯電層３４に対して移動する。そのため、帯電層３４と第２グリス３９との間に摩擦が生じる。
【0046】
その結果として、帯電層３４および第２グリス３９は、摩擦によって互いに逆極性に帯電（摩擦帯電）する。第３電極３８ａは、表面に近接する帯電した第２グリス３９の影響で分極し得る。この際、対向層３８には、第３電極３８ａが形成された領域と、第３電極３８ａが形成されておらず帯電した第２グリス３９が満たされた領域とが存在する。対向層３８の構造が回転方向に一様ではないために、対向層３８における電荷分布は一様ではなくなる。それゆえ、複数の第１電極３３ａに第３電極３８ａが対向するときと、複数の第１電極３３ａに第３電極３８ａではなく第２グリス３９が対向するときとで、複数の第１電極３３ａの電位が変化する。同様に、複数の第２電極３３ｂに第３電極３８ａが対向するときと、複数の第２電極３３ｂに第３電極３８ａではなく第２グリス３９が対向するときとで、複数の第２電極３３ｂの電位が変化する。第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの一方に第３電極３８ａが対向しているとき、他方に第２グリス３９が対向している。第３電極３８ａが対向する電極は交互に入れ替わるため、複数の第１電極３３ａと複数の第２電極３３ｂとの間の電圧は周期的に変化する。
【0047】
すなわち、第１出力配線３３ｃおよび第２出力配線３３ｄ間の電圧を計測することによって、第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間の電圧を計測することができる。
【0048】
対向層３８に、第３電極３８ａを備えることで、第３電極３８ａ内において電荷が一様になることによって、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの間において発生する電圧変化を急峻とすることができる。そのため、検出部３０の応答性を高めることができ、高周波数の信号処理を可能とする。
【0049】
（状態計測装置１０の構成）
図５は、実施形態１に係る検出部３０と状態計測装置１０との要部の構成を示すブロック図である。検出部３０については一部の断面を模式的に示している。検出部３０に対して、第１出力配線３３ｃおよび第２出力配線３３ｄに接続され、第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間の電圧を測定する、電圧計１１ａが設けられている。例えば、電圧計１１ａは、軸受２０の外輪２１（ステータ側）に設けられている。状態計測装置１０は、電圧取得部１１と、周波数取得部１２と、推定部１３と、出力部１４と、を備える。
図５は、実施形態１に係る検出部３０と状態計測装置１０との要部の構成を示すブロック図である。検出部３０については一部の断面を模式的に示している。検出部３０に対して、第１出力配線３３ｃおよび第２出力配線３３ｄに接続され、第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間の電圧を測定する、電圧計１１ａが設けられている。例えば、電圧計１１ａは、軸受２０の外輪２１（ステータ側）に設けられている。状態計測装置１０は、電圧取得部１１と、周波数取得部１２と、推定部１３と、出力部１４と、を備える。
【0050】
電圧取得部１１は、電圧計１１ａが計測した第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの間の時系列の電圧を示す情報を取得する。電圧取得部１１は、当該情報を、周波数取得部１２と推定部１３とに出力する。
【0051】
なお、ここでは電圧計１１ａは第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間の電圧を計測したが、これに限定されない。例えば、電圧計１１ａは、第１電極３３ａとアースとの間の電圧を計測してもよいし、第２電極３３ｂとアースとの間の電圧を計測してもよい。なお、第１電極３３ａとアースとの間の電圧を計測する場合は、第２電極がなくてもよい。第２電極３３ｂとアースとの間の電圧を計測する場合も同様である。
【0052】
なお電圧計１１ａによって電圧を計測する代わりに、電流計によって第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間を流れる電流を計測してもよい。当該電流を計測することによって、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂに帯電した電荷量を計測することができる。計測される電流（電荷）は、電圧と同様の振る舞いを示す。それゆえ、電流を示す情報を取得するのは電圧を示す情報を取得するのと同義である。
【0053】
周波数取得部１２は、当該情報を解析し、軸受２０の回転の周波数を特定する。この回転の周波数を特定する方法の詳細に関しては後述する。周波数取得部１２は、特定した周波数を推定部１３に出力する。
【0054】
なお、周波数取得部１２は、情報を解析して、軸受２０の回転の周波数を特定せずに、外部の制御装置４０からモーターの回転指令における回転の周波数設定値を取得してもよい。すなわち、周波数取得部１２は、何等かの手段によって、回転の周波数を特定または取得すればよい。
【0055】
推定部１３は、入力された情報が示す電圧（第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間の電圧）における、入力された軸受２０の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、軸受２０の状態を推定する。この際に、推定部１３は、電圧の時系列データ（電圧波形）に対してフーリエ変換、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行う。この処理の詳細に関しては後述する。推定部１３は、推定した軸受２０の状態を出力部１４に出力する。
【0056】
出力部１４は、推定部１３が推定した軸受２０の状態を外部の装置、例えば表示装置（図示せず）または制御装置４０に出力する。
【0057】
（ラジアル荷重による状態の変化）
図６は、軸受２０が５００ｒｐｍで回転している際に、ラジアル荷重１００Ｎが加わった際の第１電極３３ａと第２電極３３ｂの間の電圧の例を示す図である。図７は、軸受２０が５００ｒｐｍで回転している際に、ラジアル荷重１０００Ｎが加わった際の第１電極３３ａと第２電極３３ｂの間の電圧を示す図である。図６、図７において、横軸は時間、縦軸は電圧の例を表す。なお、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂそれぞれの電極分割数は６０とした。
図６は、軸受２０が５００ｒｐｍで回転している際に、ラジアル荷重１００Ｎが加わった際の第１電極３３ａと第２電極３３ｂの間の電圧の例を示す図である。図７は、軸受２０が５００ｒｐｍで回転している際に、ラジアル荷重１０００Ｎが加わった際の第１電極３３ａと第２電極３３ｂの間の電圧を示す図である。図６、図７において、横軸は時間、縦軸は電圧の例を表す。なお、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂそれぞれの電極分割数は６０とした。
【0058】
【0059】
図８は、軸受２０にラジアル荷重が加わった際に、ステータ側検出部３１の中心およびロータ側検出部３６の中心がずれる現象を示す概念図である。ステータ側検出部３１の中心およびロータ側検出部３６の中心はともに、軸受２０の回転中心（回転軸）と一致することを目指して組み立てられるが、実際のところは完全に精確に組み立てられるわけではない。そのため、ステータ側検出部３１の中心（円形のステータ電極３３の軸）およびロータ側検出部３６の中心（円形の対向層３８の軸）のそれぞれは、回転軸に対して偏心することになる。つまり、ステータ側検出部３１の軸とロータ側検出部３６の軸とは、軸受２０の回転軸に対して偏心しているし、両者の軸同士も偏心していることになる。
【0060】
図８の符号８１は回転角度が０°の状態を示す。図８の符号８２は、符号８１に対して時計回りにロータ側検出部３６が９０°回転した状態を示す。ここで、符号３６ａは、回転角度が０°の時点において、ロータ側検出部３６が存在していた位置を示す。同様に、図８の符号８３は、符号８２に対して時計回りにロータ側検出部３６がさらに９０°回転した状態を示す。図８の符号８４は、符号８３に対して時計回りにロータ側検出部３６がさらに９０°回転した状態を示す。さらに、図８の符号８１は、符号８４に対して時計回りにロータ側検出部３６がさらに９０°回転した状態をも示す。
【0061】
図８に示すように、ステータ側検出部３１の中心とロータ側検出部３６の中心とが偏心していることから、回転に伴って互いが対向する位置関係が変化する。なお、ステータ側検出部３１の中心と回転軸とが一致している場合は、互いが対向する（重なる）面積は変化しない。そのため、無負荷時では、ステータ電極３３に対向する対向層３８（第３電極３８ａ）の面積は一定のため、電圧の振幅は変化しない。
【0062】
回転軸に対する偏心は、外輪２１に対するステータ側検出部３１の組立精度、および内輪２２に対するロータ側検出部３６の組立精度によって発生する。また、軸受２０にラジアル荷重が加わることによって、外輪２１（ステータ）の中心と内輪２２（ロータ）の中心（回転軸）との間に偏心が発生する。元々回転軸に対して偏心して組み立てられたロータ側検出部３６は、外輪２１の中心から偏心した回転軸を中心にして回転する。それゆえ、軸受２０にラジアル荷重が加わった場合、ロータ側検出部３６が１回転する間に、ステータ側検出部３１に対向する（重なる）ロータ側検出部３６の面積は変化する。この重なる面積の変化の周期は軸受２０の回転の周期と同じである。
【0063】
このように、ステータ側検出部３１およびロータ側検出部３６が対向する面積は回転角度に応じて変化することになる。そのため、ステータ電極３３に対向する（重なる）対向層３８（第３電極３８ａ）の面積は変化する。結果として、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの電位のピーク（最大、最小）は、回転角度に応じて変化することになり、図７に示すような周期的なうねりが発生することになる。
【0064】
ここで、荷重に応じた偏心量は次式で表せる。
ここで、Ｑｍａｘは最大転動体荷重であり、Ｆｒはラジアル荷重であり、Ｚは軸受内転動体数であり、δｒはラジアル方向変位であり、Ｄａは転動体直径である。このように、δｒ分だけラジアル荷重の方向に変位が生まれ、すなわちステータ側検出部３１の中心と回転軸とは偏心する。また、ラジアル荷重が増加することによって、ラジアル方向変位δｒ（偏心量）が増加する。
【数1】
【数2】
【0065】
（ＦＦＴによる軸受２０の回転の周波数の特定）
図９は、図６および図７の電圧の時系列データに対してＦＦＴを適用した図である。図９において横軸は周波数、縦軸は電圧を表す。図９では、黒色線はラジアル荷重１００Ｎが加わっている場合であり、灰色線はラジアル荷重１０００Ｎが加わっている場合を示す。
図９は、図６および図７の電圧の時系列データに対してＦＦＴを適用した図である。図９において横軸は周波数、縦軸は電圧を表す。図９では、黒色線はラジアル荷重１００Ｎが加わっている場合であり、灰色線はラジアル荷重１０００Ｎが加わっている場合を示す。
【0066】
第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂのそれぞれの電極分割数が６０であるため、５００ｒｐｍで回転している際の、電極ごとによる波形の周波数は、
５００［ｒｐｍ］＊６０［ｐｕｌｓｅ］／６０［ｓｅｃ］＝５００［Ｈｚ］
となる。この周波数は、ラジアル荷重に応じて変化しない。この周波数と、図９における最大ピークは一致している。すなわち、図９における最大ピークは、第３電極３８ａに対向する第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの交替の周波数に対応している。
５００［ｒｐｍ］＊６０［ｐｕｌｓｅ］／６０［ｓｅｃ］＝５００［Ｈｚ］
となる。この周波数は、ラジアル荷重に応じて変化しない。この周波数と、図９における最大ピークは一致している。すなわち、図９における最大ピークは、第３電極３８ａに対向する第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの交替の周波数に対応している。
【0067】
また、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの交替の周波数（軸受の回転の周波数のＮ倍）と、電極分割数から、軸受２０の回転の周波数は、
５００［Ｈｚ］／６０［ｐｕｌｓｅ］＝８．３３［Ｈｚ］
となる。図９における２番目のピークは、軸受２０の回転の周波数に対応している。計測された電圧の軸受２０の回転の周波数に対応する成分は、ラジアル荷重が大きい場合、より大きくなっている（ラジアル荷重が１０００Ｎの場合の方が、１００Ｎの場合よりも電圧が大きい）。一方で、計測された電圧の第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの交替の周波数に対応する成分は、ラジアル荷重によってほとんど変化しない。
５００［Ｈｚ］／６０［ｐｕｌｓｅ］＝８．３３［Ｈｚ］
となる。図９における２番目のピークは、軸受２０の回転の周波数に対応している。計測された電圧の軸受２０の回転の周波数に対応する成分は、ラジアル荷重が大きい場合、より大きくなっている（ラジアル荷重が１０００Ｎの場合の方が、１００Ｎの場合よりも電圧が大きい）。一方で、計測された電圧の第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの交替の周波数に対応する成分は、ラジアル荷重によってほとんど変化しない。
【0068】
ここで、軸受２０の回転の周波数を含む帯域の周波数帯を第１周波数帯と称し、軸受の回転の周波数のＮ倍（Ｎは第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの対の数）の周波数を含む帯域の周波数帯を第２周波数帯と称する。また、図９における、第１周波数帯の電圧（平均電圧または最大電圧等）を第１電圧と称し、第２周波数帯の電圧（平均電圧または最大電圧等）を第２電圧と称する。第１電圧はうねり電圧とも称し、第２電圧は主ピーク電圧とも称する。第１周波数帯は、軸受２０の回転の周波数の１点でもよいし、軸受２０の回転の周波数を含む周波数帯でもよい。第２周波数帯は、軸受の回転の周波数のＮ倍の周波数の１点でもよいし、軸受の回転の周波数のＮ倍の周波数を含む周波数帯でもよい。
【0069】
なお、周波数取得部１２は、計測された電圧における、最大ピークから、第２周波数帯を特定し、さらに電極分割数を考慮することによって、第１周波数帯を特定するプロセスによって、軸受２０の回転の周波数（帯）を特定してもよい。
【0070】
（ＦＦＴによるラジアル荷重の推定）
第２電圧に対する第１電圧の比（第１電圧／第２電圧）を規格化うねり成分電圧と呼称する。図１０は、ラジアル荷重を変化させながら、規格化うねり成分電圧を測定した結果を示す図である。ただし、ここでは回転数を２０００ｒｐｍとした。回転数に応じて、第１電圧および第２電圧は同程度変化するため、第１電圧を第２電圧で除することにより規格化している。そのため、規格化うねり成分電圧は、回転数によってはほとんど変化しない。
第２電圧に対する第１電圧の比（第１電圧／第２電圧）を規格化うねり成分電圧と呼称する。図１０は、ラジアル荷重を変化させながら、規格化うねり成分電圧を測定した結果を示す図である。ただし、ここでは回転数を２０００ｒｐｍとした。回転数に応じて、第１電圧および第２電圧は同程度変化するため、第１電圧を第２電圧で除することにより規格化している。そのため、規格化うねり成分電圧は、回転数によってはほとんど変化しない。
【0071】
図１０に示すように、規格化うねり成分電圧と、ラジアル荷重との間には、線形関係があると考えられる。そのため、推定部１３は、予め、当該線形関係の数式またはテーブルを記憶しておき、規格化うねり成分電圧から、軸受２０の状態、特に軸受２０に加わっているラジアル荷重を推定する。すなわち、摩擦帯電により生じる電圧を時系列で計測し、第１電圧および第２電圧を計測することによって、規格化うねり成分電圧を求め、これによってラジアル荷重を推定することができる。なお、推定部１３は、規格化うねり成分電圧が上限閾値を超えた場合、軸受２０が異常な状態（過度のラジアル荷重が加わった状態）であると推定してもよい。
【0072】
ここでは、推定部１３は、規格化うねり成分電圧に基づいて状態を推定したが、第１電圧に基づいて状態を推定してもよい。推定部１３は、回転数とラジアル荷重とに対応する第１電圧のテーブルを予め記憶していてもよい。推定部１３は、回転数と第１電圧とに基づいて軸受２０に加わっているラジアル荷重を推定してもよい。また、推定部１３は、所定の回転数における第１電圧に基づいて軸受２０に加わっているラジアル荷重を推定してもよい。
【0073】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0074】
（基準角度の検出）
図１１は、実施形態２に係るステータ電極５１の要部の構成を示す平面図である。図１２は、実施形態２に係る対向層５２の要部の構成を示す平面図である。図１３は、実施形態２に係る検出部３０ａと状態計測装置１０ａとの要部の構成を示すブロック図である。実施形態２では、実施形態１とは異なり、ステータ電極３３に代えてステータ電極５１を、対向層３８に代えて対向層５２を用いる。また、実施形態２では、実施形態１とは異なり、状態計測装置１０に代えて状態計測装置１０ａを、検出部３０に代えて検出部３０ａを用いる。
図１１は、実施形態２に係るステータ電極５１の要部の構成を示す平面図である。図１２は、実施形態２に係る対向層５２の要部の構成を示す平面図である。図１３は、実施形態２に係る検出部３０ａと状態計測装置１０ａとの要部の構成を示すブロック図である。実施形態２では、実施形態１とは異なり、ステータ電極３３に代えてステータ電極５１を、対向層３８に代えて対向層５２を用いる。また、実施形態２では、実施形態１とは異なり、状態計測装置１０に代えて状態計測装置１０ａを、検出部３０に代えて検出部３０ａを用いる。
【0075】
ステータ電極５１は、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂに加えて、第４電極５１ａを含む。つまり、第４電極５１ａは、帯電層３４に覆われている。第４電極５１ａは、円周上に扇形状の電極として、回転角度における一部分のみに１つだけ形成されている。また、第４電極５１ａは、第３出力配線５１ｂに接続されている。第３出力配線５１ｂは、基板３２に形成された第４電極５１ａに対し接続された電線である。第４電極５１ａは、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂと同心円状に形成されるが、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの半径とは異なる半径に形成される。
【0076】
対向層５２は、第３電極３８ａに加えて、第５電極５２ａを含む。第５電極５２ａは、円周上に扇形状の電極として、回転角度における一部分のみに１つだけ形成されている。第５電極５２ａは、第３電極３８ａと同心円状に形成されるが、第３電極３８ａの半径とは異なる半径、かつ、第４電極５１ａと対向し得る位置に形成される。
【0077】
ステータ電極５１および対向層５２の相対的な回転に伴い生じる摩擦によって、第４電極５１ａも摩擦帯電し、第４電極５１ａには１回転１パルスだけの電圧が発生する。
【0078】
状態計測装置１０ａは、状態計測装置１０の各部に加えて、回転角度検出部１５を更に備える。回転角度検出部１５は、電圧計１５ａの計測値を取得する。電圧計１５ａは、第３出力配線５１ｂに接続されており、第４電極５１ａと、アースとの間の電圧を計測する。
【0079】
回転角度検出部１５は、第４電極５１ａにおける１回転１パルスだけの電圧の情報によって、軸受２０の基準角度を検出することができる。また、回転角度検出部１５は、パルスの間隔から回転の周期Ｔを特定することができる。回転角度検出部１５は、検出した基準角度の情報および回転の周期Ｔを推定部１３に出力する。
【0080】
（ラジアル荷重の方向の特定）
推定部１３は、基準角度に対する第１電圧の位相を特定することによって、ステータ電極５１に対する軸受２０の状態の角度依存性、特にラジアル荷重の角度を特定することができる。すなわち、ステータ電極５１は外輪２１に固定されているため、推定部１３は、外輪２１に対するラジアル荷重の角度を特定することができる。具体的には、推定部１３は、図７に示す電圧波形のピーク（最大または最小）のタイミングと、第５電極５２ａが基準角度に位置するタイミングとの差に基づいて、基準角度と、ラジアル荷重が加わる方向との角度差を推定する。例えば、第４電極５１ａからパルスのタイミングから電圧波形の最大ピークまでの時間間隔Ｔｗとする。推定部１３は、Ｔｗ／Ｔ×３６０［°］を、基準角度と、ラジアル荷重が加わる方向との角度差と推定する。
推定部１３は、基準角度に対する第１電圧の位相を特定することによって、ステータ電極５１に対する軸受２０の状態の角度依存性、特にラジアル荷重の角度を特定することができる。すなわち、ステータ電極５１は外輪２１に固定されているため、推定部１３は、外輪２１に対するラジアル荷重の角度を特定することができる。具体的には、推定部１３は、図７に示す電圧波形のピーク（最大または最小）のタイミングと、第５電極５２ａが基準角度に位置するタイミングとの差に基づいて、基準角度と、ラジアル荷重が加わる方向との角度差を推定する。例えば、第４電極５１ａからパルスのタイミングから電圧波形の最大ピークまでの時間間隔Ｔｗとする。推定部１３は、Ｔｗ／Ｔ×３６０［°］を、基準角度と、ラジアル荷重が加わる方向との角度差と推定する。
【0081】
なお、第４電極５１ａおよび第５電極５２ａは、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂより内側（回転軸側）に配置されていてもよい。
【0082】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0083】
（スラスト荷重の推定）
図１４は、実施形態３に係るセンシング軸受２００ｂの構成を示す部分断面図である。実施形態３では、実施形態１に代えて、センシング軸受２００ではなくセンシング軸受２００ｂを用いる。センシング軸受２００ｂは、軸受２０ｂと、第１検出部３０ｍと、第２検出部３０ｓとを備える。センシング軸受２００ｂでは、第１検出部３０ｍが軸受２０ｂの回転軸方向における一方側に配置され、第２検出部３０ｓが軸受２０ｂの回転軸方向における他方側に配置される。つまり、センシング軸受２００ｂは、軸受２０ｂの両サイドに一対の第１検出部３０ｍおよび第２検出部３０ｓを備える。
図１４は、実施形態３に係るセンシング軸受２００ｂの構成を示す部分断面図である。実施形態３では、実施形態１に代えて、センシング軸受２００ではなくセンシング軸受２００ｂを用いる。センシング軸受２００ｂは、軸受２０ｂと、第１検出部３０ｍと、第２検出部３０ｓとを備える。センシング軸受２００ｂでは、第１検出部３０ｍが軸受２０ｂの回転軸方向における一方側に配置され、第２検出部３０ｓが軸受２０ｂの回転軸方向における他方側に配置される。つまり、センシング軸受２００ｂは、軸受２０ｂの両サイドに一対の第１検出部３０ｍおよび第２検出部３０ｓを備える。
【0084】
センシング軸受２００ｂには、第１検出部３０ｍが設けられている方向から、第２検出部３０ｓが設けられている方向に向けて、スラスト荷重（アキシャル荷重）Ｆｓが加わっている。スラスト荷重Ｆｓは、軸受２０ｂに対する与圧を含む。
【0085】
スラスト荷重Ｆｓが加わることによって、第１検出部３０ｍにおけるステータ側検出部３１ｍおよびロータ側検出部３６ｍとのギャップが狭くなる方向に作用する。対して、スラスト荷重Ｆｓが加わることによって、第２検出部３０ｓにおけるステータ側検出部３１ｓおよびロータ側検出部３６ｓとのギャップが広くなる方向に作用する。規定の与圧が加わった状態で、第１検出部３０ｍのギャップと第２検出部３０ｓのギャップは等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
【0086】
スラスト荷重Ｆｓが大きくなることによって、この傾向はより強くなる。そのため、スラスト荷重の大小によって、ギャップが変化するため、第１検出部３０ｍおよび第２検出部３０ｓにおける第１電極３３ａと第３電極３８ａとの距離、および第２電極３３ｂと第３電極３８ａとの距離が変化する。それゆえ、それぞれの第１電極３３ａの電位および第２電極３３ｂの電位が変化する。これにより、第１検出部３０ｍおよび第２検出部３０ｓが計測する電圧は増減する。
【0087】
実施形態１と同様にフーリエ変換を行い、第１検出部３０ｍにおける第２電圧（第１情報電圧）をＶｍとし、第２検出部３０ｓにおける第２電圧（第２情報電圧）をＶｓとした場合に、主ピーク電圧比γは次式となる。
【0088】
【0089】
図１５に示すように、スラスト荷重Ｆｓと主ピーク電圧比には、相関関係があることがわかる。そのため、予め当該相関関係を計測し、較正式を決定することによって、主ピーク電圧比から、スラスト荷重Ｆｓを推定することができる。
【0090】
なお、図１５に示した相関関係は、内輪２２に加わる与圧の方向と内輪２２に加わるスラスト荷重Ｆｓの方向とが一致する場合のものである。内輪２２に加わるスラスト荷重Ｆｓの方向が内輪２２に加わる与圧の方向とは逆方向である場合の相関関係を、予め計測して、較正式を別途決定しておいてもよい。本実施形態によれば、ラジアル荷重のみならず、スラスト荷重も推定できる。
【0091】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0092】
（ロータ側検出部が帯電層を備える場合）
図１６は、実施形態４の一例に係る検出部３０ｃの要部の構成を示す断面図である。実施形態１から３では、帯電層３４はステータ側検出部に含まれるものとして説明したが、これに限定されない。ロータ側検出部３６ｃが帯電層３４を備え、帯電層３４は、第３電極３８ａに対し重畳していてもよい。すなわち、ステータ側検出部３１ｃは、基板３２と、ステータ電極３３と、を備える。ロータ側検出部３６ｃは、基板３７と、対向層３８と、帯電層３４と、を備える。
図１６は、実施形態４の一例に係る検出部３０ｃの要部の構成を示す断面図である。実施形態１から３では、帯電層３４はステータ側検出部に含まれるものとして説明したが、これに限定されない。ロータ側検出部３６ｃが帯電層３４を備え、帯電層３４は、第３電極３８ａに対し重畳していてもよい。すなわち、ステータ側検出部３１ｃは、基板３２と、ステータ電極３３と、を備える。ロータ側検出部３６ｃは、基板３７と、対向層３８と、帯電層３４と、を備える。
【0093】
この場合でも、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂと、対向層３８と、が相対的に回転する。つまり、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂと、帯電層３４との相対的な回転に伴い、帯電層３４と第２グリス３９との間に摩擦が生じ、帯電層３４と第２グリス３９とは摩擦帯電する。その結果、対向層３８は回転方向に沿って電荷分布を形成する。第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂは、第３電極３８ａに対向するか否かによって、電荷が変化し、その結果として第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間に電圧が発生する。当該電圧を計測することによって、同様の処理を行い、ラジアル荷重を計測することができる。
【0094】
（ステータ側検出部およびロータ側検出部がともに帯電層を備える場合）
図１７は、実施形態４の別の例に係る検出部３０ｄの要部の構成を示す断面図である。検出部３０ｄでは、ステータ側検出部３１ｄが帯電層３４ａ（第１帯電層）を、ロータ側検出部３６ｄが帯電層３４ｂ（第２帯電層）をそれぞれ備える。帯電層３４ａおよび帯電層３４ｂは、帯電層３４と同様の機能を有し、同一の材質であってもよいし、互いに異なる材質であってもよい。すなわち、ステータ側検出部３１ｃは、基板３２と、ステータ電極３３と、帯電層３４ａと、を備える。ロータ側検出部３６ｃは、基板３７と、対向層３８と、帯電層３４ｂと、を備える。
図１７は、実施形態４の別の例に係る検出部３０ｄの要部の構成を示す断面図である。検出部３０ｄでは、ステータ側検出部３１ｄが帯電層３４ａ（第１帯電層）を、ロータ側検出部３６ｄが帯電層３４ｂ（第２帯電層）をそれぞれ備える。帯電層３４ａおよび帯電層３４ｂは、帯電層３４と同様の機能を有し、同一の材質であってもよいし、互いに異なる材質であってもよい。すなわち、ステータ側検出部３１ｃは、基板３２と、ステータ電極３３と、帯電層３４ａと、を備える。ロータ側検出部３６ｃは、基板３７と、対向層３８と、帯電層３４ｂと、を備える。
【0095】
この場合でも、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂと、対向層３８と、が相対的に回転する。つまり、帯電層３４ａと帯電層３４ｂとの相対的な回転に伴い、帯電層３４ａおよび第２グリス３９の間に摩擦が生じ、さらに第２グリス３９および帯電層３４ｂの間に摩擦が生じ、帯電層３４ａと帯電層３４ｂと第２グリス３９とは摩擦帯電する。その結果、対向層３８は回転方向に沿って電荷分布を形成する。第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂは、第３電極３８ａに対向するか否かによって、電荷が変化し、その結果として第１電極３３ａと第２電極３３ｂとの間の電圧が発生する。当該電圧を計測することによって、同様の処理を行い、ラジアル荷重を計測することができる。
【0096】
また、ステータ側検出部３１ｄおよびロータ側検出部３６ｄともに、帯電層を有することで、帯電する電荷が大きくなるために、出力電圧が大きくなり高精度な計測が可能になる。
【0097】
（帯電層を備えない場合）
図１８は、実施形態４のさらに別の例に係る検出部３０ｅの要部の構成を示す断面図である。図１８に示すように、検出部３０ｅは、帯電層３４を有さない。すなわち、ステータ側検出部３１ｅは、基板３２と、ステータ電極３３と、を備える。ロータ側検出部３６ｅは、基板３７と、対向層３８と、を備える。
図１８は、実施形態４のさらに別の例に係る検出部３０ｅの要部の構成を示す断面図である。図１８に示すように、検出部３０ｅは、帯電層３４を有さない。すなわち、ステータ側検出部３１ｅは、基板３２と、ステータ電極３３と、を備える。ロータ側検出部３６ｅは、基板３７と、対向層３８と、を備える。
【0098】
この場合、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂと、第２グリス３９とは、帯電列において互いに離れた材質であることが好ましい。摩擦によって第２グリス３９は帯電し、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂでは、第２グリス３９と逆極性に帯電する。この際、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂにおける帯電の程度は、対向層３８の構造が回転方向に一様ではないために、互いに異なり得る。そのため、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂの間には電位差が生じ得る。したがって、帯電層３４を有さない検出部３０でも摩擦帯電するため、ラジアル荷重を計測することができる。
【0099】
また、帯電層３４がないため、製造時の工数が減少する。さらに、狭いギャップｇでステータ側検出部３１ｅとロータ側検出部３６ｅとを対向させる必要がある条件において、帯電層３４を接着する必要がないことから、製造バラツキを低減して精度良く狭いギャップｇを実現することができる。
【0100】
〔変形例〕
（周波数フィルタによる周波数帯域抽出）
なお、推定部１３におけるラジアル荷重の推定はフーリエ変換を行うことに限定されない。例えば、周波数取得部１２が制御装置４０から軸受２０の回転の周波数を取得していた場合、推定部１３は、これを用いて第１周波数帯および第２周波数帯をそれぞれ抽出する周波数フィルタを、計測された電圧に適用することで、第１電圧および第２電圧を特定してもよい。その結果得られる第１電圧および第２電圧に対して、規格化うねり成分電圧を求めてもよい。周波数フィルタとしては、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、およびバンドパスフィルタなどが挙げられる。
（周波数フィルタによる周波数帯域抽出）
なお、推定部１３におけるラジアル荷重の推定はフーリエ変換を行うことに限定されない。例えば、周波数取得部１２が制御装置４０から軸受２０の回転の周波数を取得していた場合、推定部１３は、これを用いて第１周波数帯および第２周波数帯をそれぞれ抽出する周波数フィルタを、計測された電圧に適用することで、第１電圧および第２電圧を特定してもよい。その結果得られる第１電圧および第２電圧に対して、規格化うねり成分電圧を求めてもよい。周波数フィルタとしては、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、およびバンドパスフィルタなどが挙げられる。
【0101】
この場合、フーリエ変換を行わないで済むため、処理が簡便になり、状態計測装置１０を簡易なユニットで済ませることができるようになる。その結果、軸受２０の内部に状態計測装置１０を内蔵させることが容易になる。
【0102】
また、計測した軸受２０の状態は内蔵された無線機器等で送信してもよい。無線通信に用いる電力は、摩擦帯電によって発電した電力を用いてもよい。
【0103】
（電圧によるスラスト荷重の推定）
実施形態３では、検出部を軸受の両側面に配置し、第２電圧の比でもってスラスト荷重を推定した。本変形例では、単体の検出部３０を設けた軸受２０でもってスラスト荷重を推定する場合に関して示す。
実施形態３では、検出部を軸受の両側面に配置し、第２電圧の比でもってスラスト荷重を推定した。本変形例では、単体の検出部３０を設けた軸受２０でもってスラスト荷重を推定する場合に関して示す。
【0104】
与圧およびスラスト荷重に応じて、検出部３０におけるステータ電極３３と対向層３８との間のギャップは変化する。そのため、スラスト荷重に応じて第２電圧は増減する。検出部３０の第２電圧と、軸受２０に加わるスラスト荷重との相関関係を予め計測しておくことによって、推定部１３は、単体の検出部３０における第２電圧によって、スラスト荷重を推定してもよい。また、回転数毎の第２電圧とスラスト荷重との相関関係を予め計測しておくことによって、推定部１３は、回転数と第２電圧とに基づいて、スラスト荷重を推定してもよい。
【0105】
（スラスト軸受に対する適応）
実施形態１から４においては、ラジアル軸受を対象に記載したが、これに制限されない。例えば、スラスト軸受であってもよい。スラスト軸受の場合、外輪２１に代えてハウジング軌道盤（ステータ）を、内輪２２に代えて軸軌道盤（ロータ）を設け、ステータにステータ側検出部３１を、ロータにロータ側検出部３６を設けてもよい。また、ステータ側検出部３１およびロータ側検出部３６を取り付ける対象（ステータ・ロータ）は、逆であってもよい。
実施形態１から４においては、ラジアル軸受を対象に記載したが、これに制限されない。例えば、スラスト軸受であってもよい。スラスト軸受の場合、外輪２１に代えてハウジング軌道盤（ステータ）を、内輪２２に代えて軸軌道盤（ロータ）を設け、ステータにステータ側検出部３１を、ロータにロータ側検出部３６を設けてもよい。また、ステータ側検出部３１およびロータ側検出部３６を取り付ける対象（ステータ・ロータ）は、逆であってもよい。
【0106】
スラスト軸受であっても、実施形態１から４および変形例と同様の方法によって、軸受の状態を推定することができる。
【0107】
（３相による回転方向の考慮）
実施形態１から４では、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂによった２相における摩擦帯電によって状態を推定した。また、実施形態２における、第４電極によって回転角度を検出できることを示した。しかしながら、これら方法では、回転方向を検出することができないため、正逆回転する対象では、回転角度を求めることができない。
実施形態１から４では、第１電極３３ａおよび第２電極３３ｂによった２相における摩擦帯電によって状態を推定した。また、実施形態２における、第４電極によって回転角度を検出できることを示した。しかしながら、これら方法では、回転方向を検出することができないため、正逆回転する対象では、回転角度を求めることができない。
【0108】
そこで、回転方向に沿って配置される電極（ステータ電極）を３相とし、３相の電極の間をデルタ配線で接続し、互いの電極間の電圧を計測してもよい。電圧の位相差から、回転方向を検出できるようにし、正逆回転する際でも、回転角度を求めることができるようにしてもよい。この場合、産業用途などで用いられる軸受へと適用範囲を広げることが容易になる。
【0109】
〔まとめ〕
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態計測装置は、軸受の状態を計測する状態計測装置であって、前記軸受には、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、前記状態計測装置は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態計測装置は、軸受の状態を計測する状態計測装置であって、前記軸受には、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、前記状態計測装置は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える。
【0110】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態計測方法は、軸受の状態を計測する状態計測方法であって、前記軸受には、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、が設けられており、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得ステップと、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定ステップと、を含む。
【0111】
上記の構成によれば、軸受の回転に伴う、帯電層の帯電量の変化によって発生する電圧が示す情報における、第１電圧に基づいて、軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定することができる。
【0112】
前記軸受は、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層との間に、帯電層が設けられており、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記帯電層は帯電するように構成されてもよい。
【0113】
上記の構成によれば、軸受は帯電層を備えることで、効率的に帯電することができ、摩擦帯電が容易に行える。また、帯電層によって、耐久性も向上する。
【0114】
前記第１電極および前記第２電極の対は回転方向に沿ってＮ個形成されており、Ｎは２以上であり、前記推定部は、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数のＮ倍の周波数を含んだ第２周波数帯の第２電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定してもよい。
【0115】
上記の構成によれば、第１電極および第２電極の回転に伴う第２電圧を用いることによって、軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定することができる。
【0116】
前記推定部は、前記第２電圧に対する前記第１電圧の比に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定してもよい。
【0117】
第２電圧に対する第１電圧の比に基づいて、軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定することができる。また、比を用いることによって、回転数変化ごとに異なる校正をする必要がなく、容易に軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定することができる。
【0118】
前記対向層は、第３電極を含んでもよい。
【0119】
上記の構成によれば、対向層に第３電極を含むことによって、第１電極および第２電極において発生する電圧が高周波に対応することができるようになる。
【0120】
前記軸受は、前記第１電極および前記第２電極とは異なる回転半径の回転角度における一部分のみに第４電極を有し、前記対向層は、回転角度における一部分のみに、前記第４電極と対向し得る第５電極を含み、前記第４電極と前記対向層とが相対的に回転することによって、前記第４電極は帯電するように構成されており、前記状態計測装置は、前記第４電極と前記対向層との回転により発生する前記第４電極の電圧の情報に基づき、前記軸受の回転角度を検出する回転角度検出部をさらに備えてもよい。
【0121】
上記の構成によれば、第４電極の電圧に基づき、軸受に加わる荷重の角度依存性を調べることができる。
【0122】
前記推定部は、フーリエ変換を行ってもよい。
【0123】
上記の構成によれば、第１電極および第２電極の電圧の情報を、周波数帯ごとの電圧に整理することができ、容易に軸受の状態を推定することができる。
【0124】
前記推定部は、周波数フィルタによって前記第１周波数帯の前記第１電圧を特定してもよい。
【0125】
上記の構成によれば、第１電極および第２電極の電圧の情報を、容易に処理することができる。そのため、状態計測装置を軸受に内蔵することができる。
【0126】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極上には、前記対向層との間に、帯電フィルムが設けられておらず、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0127】
上記の構成によれば、軸受に加わる荷重を計測することができる検出部を備えたセンシング軸受を構成することができる。
【0128】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する帯電層と、前記帯電層に対し前記第１電極および前記第２電極の反対側に位置する、対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0129】
上記の構成によれば、軸受に加わる荷重を計測することができる検出部を備えたセンシング軸受を構成することができる。
【0130】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された検出部と、を備え、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極を覆う第１帯電層と、前記第１帯電層に対向する第２帯電層と、前記第２帯電層に対し前記第１帯電層の反対側に位置し、前記第２帯電層によって覆われる対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記第１帯電層および前記第２帯電層は帯電し、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0131】
上記の構成によれば、軸受に加わる荷重を計測することができる検出部を備えたセンシング軸受を構成することができる。
【0132】
前記軸受の潤滑をする第１グリスと、前記検出部に充填された第２グリスと、をさらに備え、前記第２グリスはフッ素を含んでもよい。
【0133】
上記の構成によれば、第２グリスがフッ素を含むために、軸受内部に対する水分の侵入を防ぐことができる。そのため、グリスの劣化を防ぐことができる。
【0134】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンシング軸受は、相対的に回転するステータおよびロータを有する軸受と、前記軸受の回転軸方向における一方側に配置された第１検出部と、他方側に配置された第２検出部との対とを備え、前記第１検出部および前記第２検出部は、それぞれ、前記ステータまたは前記ロータの一方に固定された第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向し、前記ステータまたは前記ロータの他方に固定された対向層と、を備え、前記第１電極および前記第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されている。
【0135】
上記の構成によれば、第１検出部における第１電極および第２電極の電圧、ならびに第２検出部における第１電極および第２電極の電圧、を個別に発生させることができる。
【0136】
前記第１検出部における前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す第１情報、ならびに前記第２検出部における前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す第２情報、を取得する電圧取得部と、前記第１情報が示す第１情報電圧、および前記第２情報が示す第２情報電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、をさらに備えてもよい。
【0137】
上記の構成によれば、第１電圧および第２電圧の関係に基づいて、軸受の状態を推定することができる。
【0138】
前記軸受の潤滑をする第１グリスと、前記第１検出部および前記第２検出部に充填された第２グリスと、をさらに備え、前記第２グリスはフッ素を含んでもよい。
【0139】
上記の構成によれば、第２グリスがフッ素を含むために、軸受内部に対する水分の侵入を防ぐことができる。そのため、グリスの劣化を防ぐことができる。
【0140】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態計測システムは、相対的に回転する軸受と、前記軸受の少なくとも一方の側面に設けられた検出部と、前記軸受の状態を計測する状態計測装置とを含む、状態計測システムであって、前記検出部は、第１電極、および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に対向する対向層と、を備え、前記第１電極および第２電極と、前記対向層と、が相対的に回転することによって、前記対向層は回転方向に沿って電荷分布を形成し、前記第１電極および前記第２電極は帯電するように構成されており、前記状態計測装置は、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧を示す情報を取得する電圧取得部と、前記情報が示す電圧における、前記軸受の回転の周波数を含んだ第１周波数帯の第１電圧に基づいて、前記軸受に加わる荷重または前記軸受の状態を推定する推定部と、を備える。
【0141】
〔ソフトウェアによる実現例〕
状態計測装置１０、１０ａ（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロックとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
状態計測装置１０、１０ａ（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロックとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
【0142】
この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。
【0143】
上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。
【0144】
また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。
【0145】
また、上記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。
【0146】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0147】
本発明の一態様によれば、ラジアル荷重またはスラスト荷重などの荷重、および荷重に起因する状態を計測できる状態計測装置を簡易な構成で実現できる。そのため、軸受のサイズを規格品のサイズから殆ど変えることなく、荷重を計測できるセンシング軸受を実現できる。また、本発明の一態様の状態計測装置は小型化が可能なため、ドローン、空飛ぶ車、無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）などのエアモビリティにも用いることができる。本発明の一態様をエアモビリティに用い、軸受の運転状態（荷重状態）をモニタリングすることにより、故障診断などが可能となる。
【符号の説明】
【0148】
１０、１０ａ 状態計測装置
１１ 電圧取得部
１１ａ、１５ａ 電圧計
１２ 周波数取得部
１３ 推定部
１４ 出力部
１５ 回転角度検出部
２０、２０ｂ 軸受
２１ 外輪
２２ 内輪
２３ 転動体
２４ 保持器
２５、２６ シールド
２７ 第１グリス
３０、３０ａ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ 検出部
３０ｍ 第１検出部
３０ｓ 第２検出部
３１、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｍ、３１ｓ ステータ側検出部
３２、３７ 基板
３３、５１ ステータ電極
３３ａ 第１電極
３３ｂ 第２電極
３３ｃ 第１出力配線
３３ｄ 第２出力配線
３４、３４ａ、３４ｂ 帯電層
３６、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｍ、３６ｓ ロータ側検出部
３８、５２ 対向層
３８ａ 第３電極
３９ 第２グリス
４０ 制御装置
５１ａ 第４電極
５１ｂ 第３出力配線
５２ａ 第５電極
２００、２００ｂ センシング軸受
１１ 電圧取得部
１１ａ、１５ａ 電圧計
１２ 周波数取得部
１３ 推定部
１４ 出力部
１５ 回転角度検出部
２０、２０ｂ 軸受
２１ 外輪
２２ 内輪
２３ 転動体
２４ 保持器
２５、２６ シールド
２７ 第１グリス
３０、３０ａ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ 検出部
３０ｍ 第１検出部
３０ｓ 第２検出部
３１、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｍ、３１ｓ ステータ側検出部
３２、３７ 基板
３３、５１ ステータ電極
３３ａ 第１電極
３３ｂ 第２電極
３３ｃ 第１出力配線
３３ｄ 第２出力配線
３４、３４ａ、３４ｂ 帯電層
３６、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｍ、３６ｓ ロータ側検出部
３８、５２ 対向層
３８ａ 第３電極
３９ 第２グリス
４０ 制御装置
５１ａ 第４電極
５１ｂ 第３出力配線
５２ａ 第５電極
２００、２００ｂ センシング軸受
【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】