特許 7489056 荷重検出機能付軸受装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-15

(45)【発行日】2024-05-23

(54)【発明の名称】荷重検出機能付軸受装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 41/00 20060101AFI20240516BHJP

   F16C 33/44 20060101ALI20240516BHJP

   F16C 19/16 20060101ALI20240516BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

F16C41/00

F16C33/44

F16C19/16

G01L5/00 K

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020037355

(22)【出願日】2020-03-05

(65)【公開番号】P2021139431

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-09-16

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】399030060

【氏名又は名称】学校法人 関西大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷 弘詞

(72)【発明者】

【氏名】山口 創太

【審査官】中野 裕之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５２５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６０９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１９９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４９８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８４８４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ４１／００

Ｆ１６Ｃ ３３／４４

Ｆ１６Ｃ １９／１６

Ｇ０１Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記第１対向面と前記第２対向面との間にある前記転がり軸受の内部空間である軸受空間に配置されている第１電極及び第２電極と、
前記保持器に対する位置が固定されているとともに、前記軸受空間に配置されている第３電極と、
前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、
前記第１電極及び前記第２電極に接続されている計測処理部とを備え、
前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離及び前記第２電極との間の距離である第２距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれており、
前記計測処理部は、前記第１電極及び前記第２電極からの出力に基づいて前記保持器の回転速度である第１回転速度を算出するとともに、前記第１回転速度と前記回転輪の回転速度である第２回転速度とに基づいて前記転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されており、
前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記軸受空間に配置されている第４電極及び第５電極と、
前記回転輪に対する位置が固定されているとともに、前記軸受空間に配置されている第６電極と、
前記第４電極及び前記第５電極の表面に形成された第２絶縁膜とをさらに備え、
前記第６電極は、前記第４電極との間の距離である第３距離及び前記第５電極との間の距離である第４距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
前記第３距離の時間変化の位相は、前記第４距離の時間変化の位相とずれており、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記転がり軸受の軸方向において、前記保持器を挟 んで前記第４電極及び前記第５電極とは反対側に配置されており、
前記計測処理部は、前記第４電極及び前記第５電極に接続されているとともに、前記第４電極及び前記第５電極からの出力に基づいて前記第２回転速度を算出するように構成されている、荷重検出機能付軸受装置。

【請求項2】

前記軸受空間に配置されている環状の第１基板をさらに備え、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記転がり軸受の周方向に沿って前記第１基板上に配置されている、請求項１に記載の荷重検出機能付軸受装置。

【請求項3】

前記保持器は、導電性材料により形成されており、
前記保持器の前記転動体を保持している部分は、前記第３電極を構成している、請求項１又は請求項２に記載の荷重検出機能付軸受装置。

【請求項4】

前記軸受空間に配置されている環状の第２基板をさらに備え、
前記第４電極及び前記第５電極は、前記転がり軸受の周方向に沿って前記第２基板上に配置されている、請求項３に記載の荷重検出機能付軸受装置。

【請求項5】

前記計測処理部は、算出された前記アキシャル荷重のデータを無線送信する無線送信装置を有する、請求項３又は請求項４に記載の荷重検出機能付軸受装置。

【請求項6】

前記計測処理部は、前記第１電極及び前記第２電極からの出力並びに前記第４電極及び前記第５電極からの出力に基づいて蓄電を行う蓄電装置をさらに有し、
前記無線送信装置は、前記蓄電装置により給電されて動作するように構成されている、請求項５に記載の荷重検出機能付軸受装置。

【請求項7】

前記計測処理部は、無線送信された前記第１回転速度及び前記第２回転速度を受信するように構成されている受信装置をさらに有する、請求項５又は請求項６に記載の荷重検出機能付軸受装置。

【請求項8】

第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、
前記保持器に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、
前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第４電極及び第５電極と、
前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、
前記第４電極及び前記第５電極の表面に形成された第２絶縁膜と、
前記第１電極及び前記第２電極並びに前記第４電極及び前記第５電極に接続されている計測処理部とを備え、
前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離、前記第２電極との間の距離である第２距離、前記第４電極との間の距離である第３距離及び前記第５電極との間の距離である第４距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれており、
前記第３距離の時間変化の位相は、前記第４距離の時間変化の位相とずれており、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記転がり軸受の軸方向において、前記保持器を挟んで前記第４電極及び前記第５電極とは反対側に配置されており、
前記計測処理部は、前記第１電極及び前記第２電極からの出力の振幅と前記第４電極及び前記第５電極からの出力の振幅との差に基づいて前記転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されている、荷重検出機能付軸受装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷重検出機能付軸受装置に関する。より具体的には、転がり軸受に加わるアキシャル荷重の検出が可能な軸受装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２０１７－１６０９７４号公報）には、センサ付軸受装置が記載されている。特許文献１に記載のセンサ付軸受装置は、転がり軸受と、第１センサ及び第２センサとを有している。転がり軸受は、内輪（回転輪）と、外輪（固定輪）と、内輪及び外輪の間に配置されている転動体と、転動体を保持している保持器とを有している。第１センサは、保持器の外輪に対する回転速度を検知する。第２センサは、内輪の外輪に対する回転速度を検知する。

【0003】

転がり軸受にアキシャル荷重が加わると、軌道輪（内輪又は外輪）と転動体との接触角が変化する。この接触角の変化に起因して、転動体の公転速度が変化し、その結果、保持器の回転速度が変化する。そのため、第１センサにより検知された保持器の回転速度と第２センサにより検知された内輪の回転速度との比を算出することにより、転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１６０９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のセンサ付軸受装置において、第１センサ及び第２センサは転がり軸受より外の側面に配置されている。そのため、特許文献１に記載のセンサ付軸受装置は、これらのセンサを配したことにより寸法が大きくなり、既存の機械装置に使用されている転がり軸受と置き換えることが困難である。

【0006】

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、既存の転がり軸受と同一寸法のままで置き換え可能な荷重検出機能付軸受装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１態様に係る荷重検出機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、保持器に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、第１電極及び第２電極に接続されている計測処理部とを備える。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離及び第２電極との間の距離である第２距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。計測処理部は、第１電極及び第２電極からの出力に基づいて保持器の回転速度である第１回転速度を算出するとともに、第１回転速度と回転輪の回転速度である第２回転速度とに基づいて転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されている。

【0008】

上記の荷重検出機能付軸受装置は、さらに、転がり軸受の内部に配置されている環状の第１基板を備えていてもよい。第１電極及び第２電極は、転がり軸受の周方向に沿って第１基板上に配置されていてもよい。

【0009】

上記の荷重検出機能付軸受装置において、保持器は、導電性材料により形成されていてもよい。保持器の転動体を保持している部分は、第３電極を構成していてもよい。

【0010】

上記の荷重検出機能付軸受装置は、さらに、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第４電極及び第５電極と、回転輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第６電極と、第４電極及び第５電極の表面に形成された第２絶縁膜とを備えていてもよい。第６電極は、第４電極との間の距離である第３距離及び第５電極との間の距離である第４距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されていてもよい。第３距離の時間変化の位相は、第４距離の時間変化の位相とずれていてもよい。計測処理部は、第４電極及び第５電極に接続されているとともに、第４電極及び第５電極からの出力に基づいて第２回転速度を算出するように構成されていてもよい。

【0011】

上記の荷重検出機能付軸受装置は、さらに、転がり軸受の内部に配置されている環状の第２基板を備えていてもよい。第４電極及び第５電極は、転がり軸受の周方向に沿って第２基板上に配置されていてもよい。

【0012】

上記の荷重検出機能付軸受装置において、計測処理部は、算出されたアキシャル荷重のデータを無線送信する無線送信装置を有していてもよい。

【0013】

上記の荷重検出機能付軸受装置において、計測処理部は、第１電極及び第２電極からの出力並びに第４電極及び第５電極からの出力に基づいて蓄電を行う蓄電装置をさらに有していてもよい。無線送信装置は、蓄電装置により給電されて動作するように構成されていてもよい。

【0014】

上記の荷重検出機能付軸受装置において、計測処理部は、無線送信された第１回転速度及び第２回転速度を受信するように構成されている受信装置をさらに有していてもよい。

【0015】

本発明の第２態様に係る荷重検出機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、保持器に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第４電極及び第５電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された第１絶縁膜と、第４電極及び第５電極の表面に形成された第２絶縁膜と、第１電極及び第２電極並びに第４電極及び第５電極に接続されている計測処理部とを備える。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離、第２電極との間の距離である第２距離、第４電極との間の距離である第３距離及び第５電極との間の距離である第４距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。第３距離の時間変化の位相は、第４距離の時間変化の位相とずれている。第１電極及び第２電極は、転がり軸受の軸方向において、保持器を挟んで、第４電極及び第５電極とは反対側に配置されている。計測処理部は、第１電極及び第２電極からの出力の振幅と第４電極及び第５電極からの出力の振幅との差に基づいて転がり軸受に加わるアキシャル荷重を算出するように構成されている。

【発明の効果】

【0016】

本発明の第１態様及び第２態様に係る荷重検出機能付軸受装置によると、取り付け側の設計を変更することなく既存の転がり軸受との置き換えが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】軸受装置１００の平面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。

【図3】第１基板４１の平面図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。

【図5】図３のＶ－Ｖにおける断面図である。

【図6A】第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。

【図6B】第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。

【図6C】第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。

【図6D】第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。

【図7】第２基板６１の平面図である。

【図8】図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける断面図である。

【図9】図７のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。

【図10】第６電極７０の平面図である。

【図11】図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。

【図12】計測処理部８０のブロック図である。

【図13】第２変形例に係る軸受装置１００の断面図である。

【図14】軸受装置２００の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0019】

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る荷重検出機能付軸受装置（以下においては、「軸受装置１００」とする）の構成を説明する。

【0020】

図１は、軸受装置１００の平面図である。なお、図１中において、シール２０、第１基板４１、第１電極４２、第２電極４３、第１絶縁膜４４及び計測処理部８０の図示は省略されている。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示されるように、軸受装置１００は、転がり軸受１０と、シール２０及びシール３０と、第１基板４１と、複数の第１電極４２、複数の第２電極４３及び第１絶縁膜４４と、第３電極５０と、第２基板６１と、複数の第４電極６２、複数の第５電極６３及び第２絶縁膜６４と、第６電極７０と、計測処理部８０とを有している。

【0021】

転がり軸受１０は、例えば、深溝玉軸受である。転がり軸受１０は、中心軸Ａを有している。以下においては、中心軸Ａに沿う方向を、「軸方向」という。転がり軸受１０は、内輪１１（回転輪）と、外輪１２（固定輪）と、複数の転動体１３と、保持器１４とを有している。

【0022】

内輪１１は、環状（リング状）の形状を有している。内輪１１は、内周面１１ａと、外周面１１ｂと、幅面１１ｃと、幅面１１ｄとを有している。

【0023】

内輪１１は、内周面１１ａにおいて、軸（図示せず）に取り付けられる。内周面１１ａは、中心軸Ａ側を向いている。外周面１１ｂは、中心軸Ａとは反対側を向いている。すなわち、外周面１１ｂは、中心軸Ａに直交する方向（以下においては、「径方向」という）における内周面１１ａの反対面である。外周面１１ｂは、軌道面１１ｂａを含んでいる。軌道面１１ｂａは、外周面１１ｂのうちの転動体１３と接触している部分である。

【0024】

幅面１１ｃ及び幅面１１ｄは、軸方向における内輪１１の端面である。幅面１１ｄは、軸方向における幅面１１ｃの反対面である。幅面１１ｃの径方向における両端は、内周面１１ａ及び外周面１１ｂにそれぞれ連なっている。幅面１１ｄの径方向における両端は、内周面１１ａ及び外周面１１ｂにそれぞれ連なっている。

【0025】

外輪１２は、環状（リング状）の形状を有している。外輪１２は、内周面１２ａと、外周面１２ｂと、幅面１２ｃと、幅面１２ｄとを有している。

【0026】

外輪１２は、内周面１２ａが外周面１１ｂと対向するように配置されている。内周面１２ａは、中心軸Ａ側を向いている。内周面１２ａは、軌道面１２ａａを含んでいる。軌道面１２ａａは、内周面１２ａのうちの転動体１３と接触している部分である。軌道面１２ａａは、軌道面１１ｂａと対向している。外周面１２ｂは、中心軸Ａと反対側を向いている。すなわち、外周面１２ｂは、径方向における内周面１２ａの反対面である。

【0027】

幅面１２ｃ及び幅面１２ｄは、軸方向における外輪１２の端面である。幅面１２ｄは、軸方向における幅面１２ｃの反対面である。幅面１２ｃの径方向における両端は、内周面１２ａ及び外周面１２ｂにそれぞれ連なっている。幅面１２ｄの径方向における両端は、内周面１２ａ及び外周面１２ｂにそれぞれ連なっている。

【0028】

転動体１３は、例えば、球状の形状を有している。転動体１３は、外周面１１ｂと内周面１２ａとの間に配置されている。より具体的には、転動体１３は、軌道面１１ｂａと軌道面１２ａａとの間に配置されている。

【0029】

保持器１４は、中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向（以下においては、「周方向」という）において隣り合う２つの転動体１３の間の距離が一定範囲内となるように、転動体１３を保持している。

【0030】

保持器１４は、例えば、打ち抜き保持器である。保持器１４は、保持部１４ａと、連結部１４ｂとを有している。保持部１４ａは、転動体１３を保持している部分である。保持部１４ａは、転動体１３を保持可能なように、転動体１３の表面に沿った形状（部分球面形状）を有している。保持部１４ａの数は、転動体１３の数に等しい。連結部１４ｂは、周方向において隣り合う２つの保持部１４ａを連結している。保持部１４ａは、軸方向に沿って連結部１４ｂから突出している。保持器１４は、導電性材料（例えば、金属材料）により形成されている。

【0031】

シール２０は、軸方向における一方側から、外周面１１ｂと内周面１２ａとの間にある転がり軸受１０の内部空間（以下においては、「軸受空間」という）を閉塞している。シール３０は、軸方向における他方側から軸受空間を閉塞している。シール２０は、幅面１２ｃ側に位置している内周面１２ａに取り付けられている。シール３０は、幅面１２ｄ側に位置している内周面１２ａに取り付けられている。なお、図示されていないが、軸受空間には、グリース等の潤滑剤Ｌが封入されている。

【0032】

シール２０は、第１面２０ａと、第２面２０ｂとを有している。第１面２０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面２０ｂは、第１面２０ａの軸方向における反対面である。シール３０は、第１面３０ａと、第２面３０ｂとを有している。第１面３０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面３０ｂは、第１面３０ａの反対面である。

【0033】

図３は、第１基板４１の平面図である。なお、図３中において、第１絶縁膜４４の図示は省略されている。図４は、図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖにおける断面図である。図３～図５に示されるように、第１基板４１は、環状（リング状）の形状を有している。第１基板４１は、第１面２０ａ上に配置されている。

【0034】

第１基板４１は、第１面４１ａと、第２面４１ｂとを有している。第１面４１ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面４１ｂは、第１面４１ａの反対面である。第１基板４１は、絶縁性材料により形成されている。第１電極４２及び第２電極４３は、第１面４１ａ上に配置されている。第１基板４１がシール２０の第１面２０ａ上に配置されており、第１電極４２及び第２電極４３が第１面４１ａ上に配置されているため、第１電極４２及び第２電極４３の外輪１２に対する位置は、固定されている。第１電極４２及び第２電極４３は、軸方向において、保持器１４に対向している。

【0035】

第１電極４２及び第２電極４３は、例えば、周方向に沿って等間隔で交互に配置されている。第１電極４２の数及び第２電極４３の数は、例えば、保持部１４ａの数に等しい。第１電極４２は、互いに電気的に接続されている。第２電極４３は、互いに電気的に接続されている。第１電極４２と第２電極４３とは、互いに電気的に絶縁されている。第１絶縁膜４４は、第１電極４２及び第２電極４３上に配置されている。第１絶縁膜４４は、絶縁性材料により形成されている。

【0036】

第３電極５０は、例えば、保持器１４により構成されている。内輪１１が外輪１２に対して回転するに伴い、保持器１４が回転する。保持器１４（第３電極５０）と第１電極４２との間の距離を、第１距離とする。保持器１４（第３電極５０）と第２電極４３との間の距離を第２距離とする。保持器１４の回転に伴い、保持部１４ａが第１電極４２と対向しているとともに連結部１４ｂが第２電極４３と対向している状態と保持部１４ａが第２電極４３と対向しているとともに第１電極４２が連結部１４ｂと対向している状態とが繰り返されることになる。すなわち、第１距離及び第２距離は、内輪１１の回転に伴って変化し、第１距離の時間変化の位相と第２距離の時間変化の位相とは互いにずれている。

【0037】

図６Ａは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。図６Ｂは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。図６Ｃは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。図６Ｄは、第１電極４２及び第２電極４３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。

【0038】

転がり軸受１０の動作時には、軸受空間に潤滑剤Ｌが供給されている。そのため、図６Ａに示されるように、内輪１１の回転に伴って保持器１４（第３電極５０）が回転することにより、第１電極４２上にある第１絶縁膜４４と第３電極５０とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極４２に正の電荷が誘導されるとともに、第２電極４３に負の電荷が誘導される。

【0039】

図６Ａに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）が進むと、図６Ｂに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第１電極４２から第２電極４３へと電流が流れる。

【0040】

図６Ｂに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）がさらに進むと、図６Ｃに示されるように、第２電極４３上にある第１絶縁膜４４と第３電極５０とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極４２に負の電荷が誘導されるとともに、第２電極４３に正の電荷が誘導される。

【0041】

図６Ｃに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）がさらに進むと、図６Ｄに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第２電極４３から第１電極４２へと電流が流れる。図６Ｄに示される状態から内輪１１の回転（保持器１４の回転）がさらに進むと、図６Ａに示される状態に戻る。

【0042】

このように、転がり軸受１０においては、外輪１２に対する内輪１１の回転（保持器１４の回転）に伴って、第１電極４２及び第２電極４３からパルス状の電流（電圧）が出力される。そして、保持器１４の回転速度（以下においては、「第１回転速度」とする）が速くなるほど、図６Ａ～図６Ｄに示されるサイクルが短くなるため、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数が増加する。すなわち、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数は、第１回転速度を示している。

【0043】

図７は、第２基板６１の平面図である。図７中において、第２絶縁膜６４の図示は省略されている。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける断面図である。図９は、図７のＩＸ－ＩＸにおける断面図である。図７～図９に示されるように、第２基板６１は、環状（リング状）の形状を有している。第２基板６１は、シール３０の第１面３０ａ上に配置されている。

【0044】

第２基板６１は、第１面６１ａと、第２面６１ｂとを有している。第１面６１ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面６１ｂは、第１面６１ａの反対面である。第２基板６１は、絶縁性材料により形成されている。

【0045】

第４電極６２及び第５電極６３は、第１面６１ａ上に配置されている。第４電極６２及び第５電極６３は、例えば、周方向に沿って等間隔で交互に配置されている。第４電極６２は、例えば、互いに電気的に接続されている。第５電極６３は、例えば、互いに電気的に接続されている。第４電極６２と第５電極６３とは、互いに電気的に絶縁されている。第２絶縁膜６４は、第４電極６２及び第５電極６３上に配置されている。第２絶縁膜６４は、絶縁性材料により形成されている。第４電極６２の数及び第５電極６３の数は、例えば、転動体１３の数に等しい。

【0046】

第６電極７０は、導電性材料（例えば金属材料）により形成されている。第６電極７０は、内輪１１（より具体的には、外周面１１ｂ）に取り付けられている。そのため、第６電極７０の内輪１１に対する位置は、固定されている。図１０は、第６電極７０の平面図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。図１０及び図１１に示されるように、環状（リング状）の形状を有している。

【0047】

第６電極７０の外周側には、複数の凸部７０ａ及び凹部７０ｂが形成されている。凸部７０ａ及び凹部７０ｂは、周方向に沿って交互に配置されている。凸部７０ａの数及び凹部７０ｂの数は、例えば、第４電極６２の数（第５電極６３の数）に等しい。第６電極７０の外周は、凸部７０ａにおいて径方向に沿って突出している（別の観点から言えば、凹部７０ｂにおいて径方向に沿って窪んでいる）。

【0048】

第６電極７０（より具体的には、第６電極７０の外周側）と第４電極６２との間の距離を、第３距離とする。第６電極７０と第５電極６３との間の距離を、第４距離とする。第６電極７０の外周は、凸部７０ａにおいて第４電極６２及び第５電極６３と対向可能な位置まで延在しているが、凹部７０ｂにおいて第４電極６２及び第５電極６３と対向可能な位置まで延在していない。

【0049】

そのため、内輪１１の回転に伴い、第４電極６２は第６電極７０の外周側と対向しているが第５電極６３は第６電極７０の外周側と対向していない状態と第５電極６３は第６電極７０の外周側と対向しているが第４電極６２は第６電極７０の外周側と対向していない状態とが繰り返されることになる。その結果、第３距離及び第４距離は、内輪１１の回転に伴って変化し、第３距離の時間変化の位相と第４距離の時間変化の位相とは互いにずれている。なお、第４電極６２及び第５電極６３からは、図６Ａ～図６Ｄに示される原理と同様の原理により、パルス状の電流（電圧）が出力され、当該出力のパルス数は、内輪１１の回転速度（以下においては、「第２回転速度」とする）を示している。

【0050】

図１２は、計測処理部８０のブロック図である。図１２に示されるように、計測処理部８０は、無線送信装置８１を有している。無線送信装置８１は、例えば、信号処理部８１ａと、データ演算部８１ｂと、電源部８１ｃと、アンテナ８１ｄとを有している。無線送信装置８１は、シール２０（より具体的には、第２面２０ｂ上）に取り付けられている。

【0051】

信号処理部８１ａは、信号線（図示せず）により、第１電極４２及び第２電極４３並びに第４電極６２及び第５電極６３に接続されている。信号処理部８１ａは、第１電極４２及び第２電極４３からのパルス状の出力（電圧信号又は電流信号）に対して、ノイズ除去を行うとともに、当該出力のパルス数を計測する。信号処理部８１ａは、第４電極６２及び第５電極６３からのパルス状の出力に対しても、同様の処理を行う。上記のとおり、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数は、第１回転速度に対応しており、第４電極６２及び第５電極６３からの出力のパルス数は、第２回転速度に対応している。

【0052】

データ演算部８１ｂは、第１電極４２及び第２電極４３からの出力のパルス数に基づいて第１回転速度を算出するとともに、第４電極６２及び第５電極６３からの出力のパルス数に基づいて第２回転速度を算出する。また、データ演算部８１ｂは、第１回転速度と第２回転速度との比に基づき、転がり軸受１０に加わっているアキシャル荷重を算出する。算出されたアキシャル荷重のデータは、データ演算部８１ｂにおいて無線通信を行うためのベースバンド信号処理及びＲＦ信号処理が行われた上で、アンテナ８１ｄを介して無線送信される。

【0053】

電源部８１ｃは、蓄電装置８１ｃａを有している。蓄電装置８１ｃａは、例えば、キャパシタや二次電池により構成されている。蓄電装置８１ｃａにおける蓄電は、第１電極４２及び第２電極４３からの出力並びに第４電極６２及び第５電極６３からの出力により行われる。電源部８１ｃは、蓄電装置８１ｃａに蓄電された電力により、信号処理部８１ａ及びデータ演算部８１ｂの駆動を行う。

【0054】

計測処理部８０は、さらに、受信装置８２を有していてもよい。受信装置８２は、例えば、演算処理部８２ａと、記憶装置８２ｂと、表示装置８２ｃと、アンテナ８２ｄとを有している。

【0055】

演算処理部８２ａは、無線送信装置８１から送信された無線信号を、アンテナ８２ｄを介して受信するとともに、受信した信号に対してＲＦ信号処理及びベースバンド信号処理を行うことにより、転がり軸受１０に加わっているアキシャル荷重のデータを取得する。演算処理部８２ａは、取得されたアキシャル荷重のデータを記憶装置８２ｂに格納するとともに、表示装置８２ｃに表示させる。

【0056】

以下に、軸受装置１００の効果を説明する。

【0057】

第１電極４２、第２電極４３、第１絶縁膜４４及び第３電極５０並びに第４電極６２、第５電極６３、第２絶縁膜６４及び第６電極７０が軸受空間内に配置されているため、軸受装置１００の寸法と転がり軸受１０の寸法とに大きな違いはない。そのため、軸受装置１００によると、アキシャル荷重の検知する機能を付加しつつも、既存の転がり軸受と置き換え可能となる。なお、軸受装置１００によると、アキシャル荷重のモニタリングが可能であるため、転がり軸受１０の焼き付き等の突発的な故障や転がり軸受１０の余寿命の予測等が可能となる。

【0058】

軸受装置１００においては、無線送信装置８１を第１電極４２及び第２電極４３から出力された電力並びに第４電極６２及び第５電極６３から出力された電力で駆動することができるため、アキシャル荷重に関するデータの送信に電力の供給が不要となる。

【0059】

軸受装置１００においては、無線送信装置８１がアキシャル荷重に関するデータを受信装置８２に対して無線通信して送信するため、受信装置８２の配置の自由度を高める（より具体的には、受信装置８２を軸受装置１００が用いられる機械装置の外部に配置する）ことができる。

【0060】

（変形例１）
上記においては、第４電極６２及び第５電極６３からの出力に基づいて第２回転速度を算出することとしたが、第２回転速度は、例えば、内輪１１に取り付けられる軸を駆動する装置から受信装置８２に供給され、演算処理部８２ａにおいてアキシャル荷重を算出してもよい。

【0061】

（変形例２）
図１３は、第２変形例に係る軸受装置１００の断面図である。上記においてはシール２０を用いたが、図１３に示されるように、シール２０に代えて支持部材９０が用いられてもよい。支持部材９０は、第１面９０ａと、第２面９０ｂとを有している。支持部材９０は、シール２０と同様に、軸受空間の一方側から閉塞している。第１面９０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面９０ｂは、第１面９０ａの反対面である。

【0062】

第１基板４１及び第２基板６１は、支持部材９０に取り付けられている。より具体的には、第１基板４１及び第２基板６１は、第１面９０ａ上に配置されている。その結果、軸受空間内において、第１電極４２、第２電極４３、第４電極６２及び第５電極６３は、軸方向における一方側に配置されていることになる。無線送信装置８１は、第２面９０ｂ上に配置されている。この場合、第１電極４２、第２電極４３、第４電極６２及び第５電極６３と無線送信装置８１とを接続するための配線の取り回しが容易になる。

【0063】

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る荷重検出機能付軸受装置（以下においては、「軸受装置２００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0064】

図１４は、軸受装置２００の断面図である。図１４に示されるように、軸受装置２００は、転がり軸受１０と、シール２０及びシール３０と、第１基板４１と、複数の第１電極４２、複数の第２電極４３及び第１絶縁膜４４と、第３電極５０と、第２基板６１と、複数の第４電極６２、複数の第５電極６３及び第２絶縁膜６４と、計測処理部８０とを有している。この点に関して、軸受装置２００の構成は、軸受装置１００の構成と共通している。

【0065】

しかしながら、軸受装置２００は、第６電極７０を有していない。軸受装置２００において、第４電極６２及び第５電極６３は、第３電極５０と対向している。軸受装置２００において、第３距離は、第１電極４２と第３電極５０との間の距離であり、第４距離は、第２電極４３と第３電極５０との間の距離である。第１電極４２及び第２電極４３は、軸方向において、保持器１４を挟んで第４電極６２及び第５電極６３とは反対側に配置されている。

【0066】

軸受装置２００において、信号処理部８１ａは、第１電極４２及び第２電極４３からの出力の振幅（以下においては、「第１振幅」とする）を計測するとともに第４電極６２及び第５電極６３からの出力の振幅（以下においては、「第２振幅」とする）を計測する。転がり軸受１０にアキシャル荷重が加わると、軸方向における保持器１４の位置が変動する。

【0067】

その結果、第１電極４２（第２電極４３）と第３電極５０との間の静電容量及び第４電極６２（第５電極６３）と第３電極５０との間の静電容量の一方が増加し、第１電極４２（第２電極４３）と第３電極５０との間の静電容量及び第４電極６２（第５電極６３）と第３電極５０との間の静電容量の他方が減少する。このことを別の観点から言えば、第１振幅及び第２振幅の一方が増加し、第１振幅及び第２振幅の他方が減少する。そのため、データ演算部８１ｂは、第１振幅及び第２振幅に基づいて、転がり軸受１０に加わるアキシャル荷重の大きさ及び方向を算出する。これらの点に関し、軸受装置２００の構成は、軸受装置１００の構成と異なっている。

【0068】

以下に、軸受装置２００の効果を説明する。

【0069】

第１電極４２、第２電極４３、第１絶縁膜４４、第３電極５０、第４電極６２、第５電極６３、第２絶縁膜６４及び第６電極７０が軸受空間内に配置されているため、軸受装置２００の寸法と転がり軸受１０の寸法とに大きな違いはない。そのため、軸受装置２００によると、アキシャル荷重の大きさ及び方向を検知する機能を付加しつつも、既存の転がり軸受と置き換え可能となる。

【0070】

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0071】

上記の実施形態は、転がり軸受に加わるアキシャル荷重を検出する機能を有する軸受装置に特に有利に適用される。

【符号の説明】

【0072】

１００，２００ 軸受装置、１０ 転がり軸受、１１ 内輪、１１ａ 内周面、１１ｂ 外周面、１１ｂａ 軌道面、１１ｃ 幅面、１１ｄ 幅面、１２ 外輪、１２ａ 内周面、１２ａａ 軌道面、１２ｂ 外周面、１２ｃ 幅面、１２ｄ 幅面、１３ 転動体、１４ 保持器、１４ａ 保持部、１４ｂ 連結部、２０ シール、２０ａ 第１面、２０ｂ 第２面、３０ シール、３０ａ 第１面、３０ｂ 第２面、４１ 第１基板、４１ａ 第１面、４１ｂ 第２面、４２ 第１電極、４３ 第２電極、４４ 第１絶縁膜、５０ 第３電極、６１ 第２基板、６１ａ 第１面、６１ｂ 第２面、６２ 第４電極、６３ 第５電極、６４ 第２絶縁膜、７０ 第６電極、７０ａ 凸部、７０ｂ 凹部、８０ 計測処理部、８１ 無線送信装置、８１ａ 信号処理部、８１ｂ データ演算部、８１ｃ 電源部、８１ｃａ 蓄電装置、８１ｄ，８２ｄ アンテナ、８２ 受信装置、８２ａ 演算処理部、８２ｂ 記憶装置、８２ｃ 表示装置、９０ 支持部材、９０ａ 第１面、９０ｂ 第２面、Ａ 中心軸、Ｌ 潤滑剤。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】