この発明の第1の実施形態を図1ないし図5� ��共に説明する。この第1の実施形態にかかる 軸受装置は、ハウジング1に軸2を複数の軸受3 A,3Bで回転自在に支持したものである。この� �受装置は、例えば、工作機械のスピンドル� �置に応用され、その場合、軸2はスピンドル� ��置の主軸2となる。

 主軸2には、軸方向に離隔した複数の軸受 3A,3Bを締まり嵌め状態で嵌合し、内輪3i,3i間� �内輪間座4を、外輪3g,3g間に外輪間座5を介在� ��せている。軸受3A(3B)は、内輪3iと外輪3gの間 に複数の転動体Tを介在させた転がり軸受で� �り、これら転動体Tは保持器Rtで保持されて� �る。軸受3A,3Bは、軸方向の予圧を付与するこ とが可能な軸受であり、アンギュラ玉軸受、 深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等が用い られる。図示の例ではアンギュラ玉軸受が用 いられ、2個の軸受3A,3Bが背面組合わせで設置 されている。

 一方の軸受3Aの内輪3iは、主軸2の外周に� �出する肩部2aにこの内輪端面3itを係合させ、 他方の軸受3の端面を、円筒部材であるスペ� �サ6を介してナット7で締め付けることで、両 軸受3A,3Bの内輪3i,3iが主軸2に固定されている� ��前記ナット7は、主軸2の雄ねじ部2bに螺合し たものである。両軸受3A,3Bの外輪3g,3gは、ハ� �ジング1の内径面1aに嵌合させ、ハウジング1� ��内周側に突出した対面する一対の肩部1b,1c� �、各軸受3A,3Bの外輪3gの端面を係合させてあ� ��。外輪3gは、ハウジング1の内径面1aに対し� �緩み嵌めとし、両外輪3g,3g間に一つの外輪間 座5を介在させてある。

 これら外輪間座5、内輪間座4は、いずれ� �リング状の部材である。外輪間座5の幅寸法H 1は、内輪間座4の幅寸法H2と異なっており、� �1の右側の軸受3Bの内輪端面に、スペーサ6を� ��して当接する当接部材としてのナット7を締 め付けることにより、これら外輪間座5、内� �間座4の幅寸法差に応じて軸受に予圧が付与� ��れる。

 両軸受3A,3Bの内輪3i,3iは、主軸2および内� �間座4により電気的に導通している。外輪間� ��5およびハウジング1も金属製であるので導� �部材である。これらの導電部材と外輪3gとを 電気的に絶縁するために、図2および図3に示� ��ように、外輪3gとハウジング1との径方向の� ��合面に絶縁部材8を挟み、外輪3gとハウジン� ��1との軸方向の接触面に絶縁部材8を挟んで� �る。さらに、外輪3gと外輪間座5との軸方向� �接触面に絶縁部材8を挟んでいる。これら絶� ��部材8は、軸受予圧および嵌め合いに影響を 及ぼさない薄板状でかつ絶縁材料からなる。 また、これら絶縁部材8の代替手段として、� �輪外径面、外輪端面、およびハウジング1の� ��周面1aに絶縁コーティングZCを施し、かつ外 輪間座5の接触面に絶縁コーティングZCを施し ても良い。

 前記外輪3gに施す絶縁コーティングZCおよ びハウジング1に施す絶縁コーティングZCのう ちいずれか一方を省略することも可能である 。前記絶縁部材8の少なくともいずれか一つ� �前記絶縁コーティングZCとを必要に応じて組 み合わせて実施することも可能である。この ように導電部材と外輪3gとを電気的に絶縁す� ��形態は種々あり、本発明の趣旨を逸脱しな� ��範囲で任意の形態を適用し得る。

 静電容量測定手段9および予圧検出手段10に� ��いて説明する。
 この軸受装置は、後述する電極11,12により� �各転がり軸受3における外輪3gと転動体Tとの� ��、および転動体Tと内輪3iとの間の静電容量� ��合計値を測定する静電容量測定手段9と、こ の静電容量測定手段9の測定値から転がり軸� �の予圧を検出する予圧検出手段10とを備えて いる。

 図4(A)は前記各転がり軸受3A,3Aの半部断面� ��を示し、図4(B)は、図4(A)の軸受構造を電気� �路として表現したときの模式図を示す。図4( A)において、外輪3gと転動体Tの接触面には1μm 以下の厚さの潤滑膜13つまり油膜が形成され� ��外輪3と転動体Tは直接接触することなく潤� �膜13を介して荷重を伝えることが知られてい る。内輪3iと転動体Tの接触面にも同様の潤滑 膜14が形成される。この潤滑膜厚さは、軸受� ��かかる荷重により変化するので、後述する� ��極11,12間の静電容量は軸受にかかる荷重に� �り変化する。

 外輪3と転動体Tの関係において、潤滑膜13を 誘電体と考え、外輪3と転動体Tを電極を考え� ��と、ここに1つのコンデンサ相当部、すなわ ちコンデンサ15が形成される。同様に内輪3i� �転動体Tの関係においても、もう1つ別のコン デンサ16が形成される。
 これを模式的に表現すると、図4(B)のように 2つのコンデンサ15,16が直列に接続された回路 構成となる。ここで、両コンデンサ15,16の静� ��容量Ca,Cbが等しいとすると、2つのコンデン� ��15,16の合計の静電容量はCa/2となる。また、� ��受1個あたりの転動体Tの個数をnとして、そ� ��ぞれの転動体Tでのコンデンサの静電容量が 等しいとすると、それらの等しい静電容量の コンデンサが並列に接続された回路構成とみ なすことができるので、軸受1個での全体の� �電容量はnCa/2となる。

 したがって、1つの転がり軸受3A(3B)におい て、外輪3gから内輪3iまでの経路の静電容量� �測定すれば、1箇所の潤滑膜13(14)での静電容� ��Caを推定することができる。ただし、軸受1� ��に対して、上記した経路の静電容量を測定� ��るのでは、内外輪3i,3gのいずれかが回転し� �いる(図1の場合は内輪3iが回転している)ため 、上記特許文献1に開示の方法の場合と同様� �、被測定箇所以外の部分でスリップリング� �の電気接点が必要となり、測定誤差が生じ� �り測定結果が不安定になる要因となる。

 そこで、この実施形態の軸受装置では、2つ の転がり軸受3A,3Bの固定輪である各外輪3g,3g� �、静電容量測定手段9の入力端子である電極1 1,12が接続される。この場合、前述したよう� �両外輪3g,3gの間は、絶縁部材等で適切に絶縁 されており、互いに電気的に非導通状態とさ れる。この場合の軸受装置の電気的な等価回 路は図5のようになる。すなわち、この場合� �電気回路は、静電容量測定手段9の電極11か� �一方の軸受3Aの外輪3g→転動体T→内輪3i→主� ��2→他方の軸受3Bの内輪3i→転動体T→外輪3g� �静電容量測定手段9の電極12の経路で形成さ� �る。本実施形態では、2つの転がり軸受3A,3B� �任意の一方が特許請求の範囲で言う静電容� �発生部に相当する。なお、図5では、各転が� ��軸受3A,3Bの転動体Tの個数nを6としている。� �だし、個数nは「6」に限定されるものではな い。この場合、各転動体Tと内外輪3i,3gの間に 形成されるコンデンサの静電容量が同じ値Ca� ��すると、2つの転がり軸受3A,3Bの全体の静電� ��量Cは、
  C=nCa/4
となる。
 したがって、全体の静電容量Cを測定すれば 、
  Ca=4C/n
として、転動体Tと内外輪3i,3g間に介在する潤 滑膜13,14の1箇所当たりの平均静電容量Caを求� ��ることができる。前記静電容量測定手段9に おいて、全体の静電容量Cの測定には、電気� �量計などの計測器を用いることができる。

 前記予圧検出手段10は、前記静電容量測� �手段9で測定した全体の静電容量Cから、平均 静電容量Caを求め、この平均静電容量Caに比� �する予圧量を算出する電子回路等からなる� �この予圧検出手段10は、平均静電容量と予圧 量の関係を演算式またはテーブル等で設定し た図示外の関係設定手段を有し、求めた平均 静電容量を前記関係設定手段に照らし予圧量 を算出する。予圧検出手段10は、独立して設� ��られた電子回路であっても、またスピンド� ��装置を制御する制御装置の一部であっても� ��い。

 上記構成の作用、効果を説明する。スピ� ��ドル装置の図示外の駆動源により主軸2が回 転し、軸受3の温度が上昇して内輪3iが膨張す ると、内輪3iと転動体Tの接触面における潤滑 膜厚さが減少する。これと共に、外輪3gと転� ��体Tの接触面における潤滑膜厚さも減少する 。したがって、軸受全体の静電容量が増加す る。この状態において、軸受にかかる予圧は 、初期設定値よりも大きくなっている。予圧 検出手段10は、静電容量測定手段9で測定した 静電容量に基づく平均静電容量と前記関係設 定手段に照らし、この初期設定値よりも大き くなった予圧量を算出する。

 以上説明したように、前記潤滑油膜の厚さ� ��、軸受3A,3Bにかかる荷重により変化し、予� �の値が変わると、油膜厚さの変化から各コ� �デンサ相当部の静電容量が変わる。そのた� �、静電容量測定手段9の測定値から、予圧検� ��手段10は軸受3A,3Bの予圧を検出することがで きる。
 この場合に、一方の電極12は軸受3Bの固定輪 である外輪3gに接続し、他方の電極11は軸受3A の固定輪である外輪3gに接続したため、固定� ��に設けながら、スリップリングやブラシ等� ��使用せずに、内輪3iや転動体Tに非接触で電� ��に接続できる。このように、スリップリン� ��やブラシ等を使用せずに、内輪3iや転動体T� ��非接触で、軸受3A,3Bの軌道輪3g(3i)と転動体T� ��間に形成されるコンデンサ相当部の静電容� ��を測定することができるので、上記特許文� ��のものよりも、軸受装置の構造を簡単化し� ��製造コストの低減を図ることができる。さ� ��に、スリップリングやブラシの寿命の問題� ��なくなる。よって、この軸受装置を、高速� ��転の主軸スピンドルに適用することができ� ��。したがって、軸受回転中に軸受の予圧荷� ��を確実に検出することができる。この検出� ��れる予圧荷重によって、工作機械の主軸を� ��望の回転精度に維持すると共に、主軸の剛� ��を適度に管理することが可能となる。

 前記導電部材と外輪3gとを電気的に絶縁す� �絶縁部材8を適用する場合、外輪外径面、外� ��端面、ハウジング1の内周面、および外輪間 座に、絶縁コーティングZCを例えば、スプレ� ��塗付、浸漬塗付した後、乾燥させる等の手� ��を省略することができ、その分、製造工程� ��簡略化することができる。また、絶縁コー� ��ィングZCを施すものより、軸受に予圧荷重� �安定して付与することができる。
 前記導電部材と外輪3gとを電気的に絶縁す� �絶縁コーティングZCを適用する場合、部品点 数を増やすことなく、導電部材と外輪3gとを� ��気的に絶縁することができる。したがって� ��軸受装置の組立てを簡単化することができ� ��うえ、製造コストの低減を図ることができ� ��。

 次に、この発明の第2の実施形態を図6な� �し図8と共に説明する。以下の説明において� ��第1の実施形態で説明している事項に対応し ている部分には同一の参照符を付し、重複す る説明を略する場合がある。構成の一部のみ を説明している場合、構成の他の部分は、先 行して説明している形態と同様とする。実施 の各形態で具体的に説明している部分の組合 せばかりではなく、特に組合せに支障が生じ なければ、実施の形態同士を部分的に組合せ ることも可能である。

 この第2の実施形態に係る軸受装置は、図 6の右側の軸受3Bの外輪3gに、静電容量測定手� ��9の入力端子である一方の電極12が接続され� ��他方の電極11Aをこの軸受3Bの右端面に、絶� �体であるスペーサ部材17、18を介して設けて� ��る。前記他方の電極11Aは、ハウジング1の内 周面1aから半径方向内方に伸び、この電極11A� ��先端部が、図7のように、回転体であるスペ ーサ6と僅かな隙間δを隔てて対向するように 設けている。このスペーサ6と電極11Aの間に� �コンデンサが形成され、この軸受3Bの内輪3i� ��スペーサ6は電気的に導通している。このス ペーサ6によって静電容量発生部6Aが形成され る。この第2の実施形態の軸受装置では、外� �3g、ハウジング1、および外輪間座5の絶縁は� ��要であり、導通状態であっても良い。この� ��うに、外輪間座5、外輪3g間が電気的に導通� ��ていれば、前記軸受3Bの外輪3gに取付ける電 極12は、外輪間座5に取付けても良い。この場 合、ハウジング1の設計の自由度を高めるこ� �ができる。また、前記他方の電極11Aは、ス� �ーサ部材17,18により挟持され、他の部材と電 気的に絶縁されている。

 前記電極12,11Aにより、外輪3gと転動体T、転� ��体Tと内輪3i、およびスペーサ6と電極11Aの間 に形成されるコンデンサを合成した静電容量 を測定することができる。したがって、軸受 にかかる荷重により、外輪3gと転動体T、転動 体Tと内輪3iの間の静電容量が変化するので、 前述の第1の実施形態と同様に、軸受にかか� �予圧荷重を求めることができる。
 この場合の軸受装置の電気的な等価回路は� ��8のようになる。すなわち、軸受3Aと軸受3B� �は並列接続され、さらに、これら軸受3A,3Bに 対して静電容量発生部6Aが直列接続されてい� ��。この等価回路において、外輪3g、ハウジ� �グ1、および外輪間座5の絶縁を設けておらず 、導通状態の場合を示している。この場合、 軸受3A,3Bの測定値に静電容量発生部6Aの静電� �量を加味することで、内外輪3i,3gと転動体T� �の静電容量を検出することができる。これ� �よって、両軸受3A,3Bの平均化された予圧を求 めることができる。これに対して、外輪3g、� ��ウジング1、および外輪間座5の絶縁を設け� �非導通状態にした場合、軸受3Bのみに対して 静電容量発生部6Aが直列接続された状態とな� ��。この場合、一方の軸受3Bの予圧だけを求� �ることができる。

 第2の実施形態に係る軸受装置では、外輪3g� ��ハウジング1、および外輪間座5の絶縁が不� �であるため、その分、絶縁部材、絶縁コー� �ィング等が不要となり、装置構造を簡単化� �ることができ、製造コストの低減を図るこ� �ができる。図6における左側の軸受3Aの外輪3g に電極を設ける必要がないため、ハウジング 1にその電極からの配線を通すための孔を形� �する必要がなくなり、ハウジング剛性の低� �を抑制することができる。
 電極12,11A、スペーサ部材17,18、スペーサ6を� ��右側の軸受3B周りに集約することができ、� �れ故、メンテナンス性を高め、配線長を短� �することができる。
 また、予圧荷重を付与するための部品であ� ��スペーサ6を、静電容量発生部6Aの一部とし� ��兼用することができるため、部品の兼用性� ��高めることができる。したがって、製造コ� ��トの低減を図ることができる。その他第1の 実施形態と同様の効果を奏する。

 図9は、第1,第2の実施形態における静電容量 測定手段9が、直列接続した発振器19と電流測 定手段20とでなり、軸受装置21に交流電流を� �すことによって、軸受装置21における両転が り軸受3A,3Bの全体の静電容量Cをインピーダン スに換算して測定するようにした例を示す。 この場合、測定したインピーダンスから平均 静電容量Caを求めることもできる。
 この場合、油膜で形成される静電容量が一� ��に数十pFと小さいことから、発振器19による 発振周波数を100kHzから10MHz程度とすると、高� ��検出精度が得られる。また、油膜の厚みは� ��めて小さいことから、軸受装置21の両外輪3g ,3g間に印加する印加電圧は概ね1V以下にする� ��要がある。

 図10は、上記静電容量測定手段9がOPアンプ22 で構成した発振器23と、この発振器23の発振� �波数から静電容量を推定する周波数対応容� �推定手段24とでなり、測定した発振器23の周� ��数から軸受装置における両転がり軸受3A,3B� �全体の静電容量Cを推定するようにした例を� ��す。この場合の発振器23は、relaxation oscillat or と呼ばれ、OPアンプ22に抵抗25Ra,25Rb,25Rt,お� ��びコンデンサ25Ctを接続して構成される。抵 抗25Ra,25Rb,25Rtの抵抗値をRa,Rb,Rt、コンデンサ25 Ctの静電容量をCtとすると、発振周波数fは、� ��よそ、
 f=1/(2RtCt)
となることが知られている。
 ここでは、前記発振器23のコンデンサ25Ctが� ��受装置における両転がり軸受3A,3Bの全体の� �電容量Cに置き換えられることで、その静電� ��量Cが推定される。

 図11は、軸受装置の静電容量測定手段9が� ��充放電手段26と、その充電および放電の繰� �返しにおける過度現象によって生じる充放� �時間より静電容量を推定する充放電時間対� �静電容量推定手段27とでなる例を示す。充放 電手段26は充電抵抗28と充電スイッチ29の直列 回路部を被測定静電容量Ctに直列接続すると� ��に、放電スイッチ30と放電抵抗31の直列回路 部を被測定静電容量Ctに並列接続した回路で� ��る。充放電時間対応静電容量推定手段27は� �充放電手段26での充放電電圧を監視する電圧 測定手段32と、この電圧測定手段32が監視す� �電圧が規定電圧になるまでの時間を測定す� �ことにより、被測定静電容量Ctを推定する判 断手段33とでなる。

 この場合、例えば、充電スイッチ29をオン� �して充電を開始し、被測定静電容量Ctの充電 電圧を電圧測定手段32で監視して、その充電� ��圧が規定電圧になるまでの充電時間を判断� ��段33で測定することにより、被測定静電容� �Ctを推定できる。または、予め所定電圧まで 充電させた被測定静電容量Ctに対して、放電� ��イッチ30をオンにして放電を開始し、被測� �静電容量Ctの放電電圧を電圧測定手段32で監� ��して、その放電電圧が規定電圧になるまで� ��放電時間を判断手段33で測定することによ� �、被測定静電容量Ctを推定できる。
 ここでは、前記被測定静電容量Ctが軸受装� �における両転がり軸受3A,3Bの全体の静電容量 Cに置き換えられることで、その静電容量Cが� ��定される。

 以上説明した軸受装置を、スピンドル装� ��以外の装置、ロボット等に適用することも� ��能である。本実施形態では、2個の軸受を背 面組み合わせで設置したが、正面組み合わせ で設置する場合もあり得る。また、軸受の個 数は2個に必ずしも限定されるものではない� �

 以上のとおり、図面を参照しながら好適� ��実施形態を説明したが、当業者であれば、� ��件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変� ��および修正を容易に想定するであろう。し� ��がって、そのような変更および修正は、添� ��のクレームから定まるこの発明の範囲内の� ��のと解釈される。