JP2009257460A

JP2009257460A - 軸受装置

Info

Publication number: JP2009257460A
Application number: JP2008106748A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Mizutani; 政敏水谷; Shunsuke Koike; 俊介小池
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: JP4954136B2

Abstract

【課題】ブラシやスリップリング等の電気接点を用いることなく軸受にかかる予圧を求めることができ、製造コストの低減および装置の長寿命化が可能な軸受装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１内で軸方向に並び主軸２を支持する転がり軸受３Ａ，３Ｂは、外輪３ｇ間と内輪３ｉ間に間座４，５を介して予圧を受ける。軸受外輪３ｇと外輪３ｇ間の間座５は、ハウジング１の押さえ蓋８とハウシング肩部１ｂに挟まれて軸方向に固定される。ハウジング１または押さえ蓋８の外面側には、第１の電極１１が電気的に接続される。ハウジング肩部１ｂ、または押さえ蓋８の軸受配置位置の外側には、第２の電極１２が電気的に絶縁されて設けられ、その電極と主軸２との間に静電容量発生部１８が構成される。両電極１１，１２間の静電容量を静電容量測定手段９で測定し、その測定値から転がり軸受３Ａ，３Ｂの予圧を予圧検出手段１０で検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、工作機械の主軸スピンドルなどに使用される軸受装置に関する。

工作機械のスピンドル装置では、加工精度および効率の向上のため、軸受の予圧管理が求められており、そのため軸受予圧検出の要求がある。軸受の予圧荷重を検出するセンサの従来例として、例えば、軸受の内外輪と転動体の間の潤滑油膜厚さが予圧により変化することを利用して、内外輪間の抵抗値から予圧を検出するものが提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−２０６９２５号公報

しかし、特許文献１に開示の技術では、内外輪間の抵抗を測定するために、電極を測定対象物に接触させる必要がある。その際、測定対象物の一方は回転体であるため、回転中に予圧を測定するには、ブラシやスリップリング等の電気接点が必要である。そのため、特許文献１に開示の技術を高速回転のものに適用するには、コストがかかる。また、ブラシやスリップリングが短寿命になる等の問題がある。

そこで、ハウジング内に軸方向に並べて配置され間座を介して予圧を受ける２つの転がり軸受において、それらの固定輪である各外輪にそれぞれ電極を設け、１つの転がり軸受の内外輪間の静電容量と他の１つの転がり軸受の内外輪間の静電容量の総和を、前記一対の電極間の静電容量として測定し、その測定値から転がり軸受の予圧を検出する方式が考えられる。
この方式の場合、転がり軸受の内外輪間の抵抗を測定する特許文献１に開示の技術のようなブラシやスリップリング等の電気接点が不要で、コストや寿命などの点で有利である。

しかし、この方式では、両軸受の外輪間を絶縁する必要がある．また、この場合の絶縁は交流電流に対する絶縁であるため、間座やハウジングと外輪との間の静電容量を小さくする必要があるが、そのためには絶縁用の被膜などを厚くする必要があり、コストや放熱の点で不利である。

他の方式として、転がり軸受の固定輪である外輪に第１の電極を電気的に接続し、同じく固定側部材である例えばハウジングの軸受に近い一部に電気的に絶縁して第２の電極を設け、さらに主軸に設けられて転がり軸受の回転輪である内輪に電気的に接続された予圧付与用のナット等の導体部材と前記第２の電極との間に、転がり軸受とは別の静電容量発生部を構成して、前記両電極間の静電容量を測定し、その測定値から転がり軸受の予圧を検出することも考えられる。

この方式の場合、ハウジングの一部に電気的に絶縁して設けた第２の電極と、主軸に設けた導体部材との間に静電容量発生部を構成して、この静電容量発生部の静電容量と転がり軸受の内外輪間の静電容量の総和を、前記一対の電極間の静電容量として測定するので、両転がり軸受の外輪間の絶縁が不要である。

しかし、この方式では、第２の電極を軸受に近いハウジングの一部に電気的に絶縁して設けるので、その第２の電極や絶縁部材を精度良く製作する必要があり、コストが高くなる。

この発明の目的は、ブラシやスリップリング等の電気接点を用いることなく軸受にかかる予圧を求めることができ、製造コストの低減および装置の長寿命化が可能な軸受装置を提供することである。

この発明の軸受装置は、ハウジング内で軸方向に並べられて主軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受が、外輪間および内輪間にそれぞれ間座を介して予圧を受けるように構成され、前記複数の転がり軸受の外輪および外輪間の間座が前記ハウジングの一端部に固定された押さえ蓋と前記ハウシングの内径側に形成された肩部とに挟まれて軸方向に固定された軸受装置において、前記ハウジングまたは前記押さえ蓋の外面側に電気的に接続された第１の電極と、前記ハウジング肩部、または前記押さえ蓋における転がり軸受配置位置に対する外側に電気的に絶縁されて設けられた第２の電極と、この第２の電極と前記主軸との間に構成された静電容量発生部と、前記一対の電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、この静電容量測定手段の測定値から前記転がり軸受の予圧を検出する予圧検出手段とを設けたことを特徴とする。
この構成によると、並列に接続された転がり軸受の静電容量と、これらの静電容量に対して直列接続となる静電容量発生部での静電容量とを合成した静電容量を、前記両電極を入力端子とする静電容量測定手段で測定し、その測定値から予圧検出手段で転がり軸受の予圧を検出するようにしている。このため、ブラシやスリップリング等の電気接点を用いることなく転がり軸受にかかる予圧を求めることができる。
特に、第２の電極は、ハウジング肩部または押さえ蓋における転がり軸受の配置位置に対する外側に電気的に絶縁されれて設けられているので、高い加工精度が不要でコスト低減が可能である。また、第１の電極も、ハウジングまたは押さえ蓋の外面側に電気的に接続されており、転がり軸受の外輪に直接接続しなくて良いので、ハウジングに配線用の溝を形成する必要がなく、ハウジングの剛性低下を防ぐことができ、加工コストも低減できる。これらのことから、製造コストの低減および装置の長寿命化が可能となる。

この発明において、前記静電容量発生部を、前記主軸または主軸に装着された導電部材とわずかな隙間を介して前記第２の電極を対向させて構成しても良い。

この発明において、前記静電容量発生部を、前記主軸に装着された導電部材とわずかな隙間を介して前記第２の電極を対向させて構成した場合に、前記導電部材が、前記主軸に螺合して前記転がり軸受に予圧を与えるナットであり、前記第２の電極が、前記ナットと同心に配置されてナットの外径面と径方向にわずかな隙間を介して対向するリング状の導体からなるものとしても良い。
前記両電極の間は、直流的に絶縁されているが、静電容量発生部での静電容量による交流カップリングで、交流的には接続された状態にある。このため、静電容量発生部での交流カップリングによる抵抗はできるだけ小さくする必要があり、そのために静電容量発生部での静電容量は大きいほうが望ましい。そこで、第２の電極を、ナットと同心のリング状の導体とし、全周にわたってナットと対向させることで対向面積を大きくすると、前記静電容量を大きくすることができる。

この発明において、前記第２の電極を、絶縁体を介して前記ハウジング肩部の端面または前記押さえ蓋の端面に設けても良い。

この発明において、前記第２の電極を、絶縁体を介して前記ハウジング肩部の内径面または前記押さえ蓋の内径面に設けても良い。

この発明において、前記第２の電極および絶縁体を前記ハウジング肩部の内径面または前記押さえ蓋の内径面に一体成形しても良い。この構成の場合、電極の取付け工数を削減することができ、さらなる製造コストの低減が可能となる。

この発明の軸受装置は、ハウジング内で軸方向に並べられて主軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受が、外輪間および内輪間にそれぞれ間座を介して予圧を受けるように構成され、前記複数の転がり軸受の外輪および外輪間の間座が前記ハウジングの一端部に固定された押さえ蓋と前記ハウシングの内径側に形成された肩部とに挟まれて軸方向に固定された軸受装置において、前記ハウジングまたは前記押さえ蓋の外面側に電気的に接続された第１の電極と、前記ハウジング肩部、または前記押さえ蓋における転がり軸受配置位置に対する外側に電気的に絶縁されて設けられた第２の電極と、この第２の電極と前記主軸との間に構成された静電容量発生部と、前記一対の電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、この静電容量測定手段の測定値から前記転がり軸受の予圧を検出する予圧検出手段とを設けたため、ブラシやスリップリング等の電気接点を用いることなく軸受にかかる予圧を求めることができ、製造コストの低減および装置の長寿命化が可能となる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この実施形態の軸受装置は、ハウジング１内で軸方向に並べられた複数の転がり軸受３Ａ，３Ｂにより、主軸２を回転自在に支持したものである。この軸受装置は、例えば、工作機械のスピンドル装置に応用される。

主軸２には、軸方向に離間した複数の転がり軸受３Ａ，３Ｂを締まり嵌め状態で嵌合し、両転がり軸受３Ａ，３Ｂの内輪３ｉ，３ｉ間には内輪間座４を、外輪３ｇ，３ｇ間には外輪間座５をそれぞれ介在させている。転がり軸受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、これら転動体Ｔを保持器Ｒｔで保持したものである。これらの転がり軸受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個の転がり軸受３Ａ，３Ｂが背面合わせで設置されている。

一方の転がり軸受３Ａの内輪３ｉの一端面を主軸２の外周に突出する肩部２ａに係合させ、他方の転がり軸受３Ｂの内輪３ｉの一端面を、円筒部材であるスペーサ６を介してナット７で締め付けることで、両転がり軸受３Ａ，３Ｂの内輪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。両転がり軸受３Ａ，３Ｂの外輪３ｇは、ハウジング１の内径面１ａに嵌合させ、ハウジング１の一端部（図１における右側）にねじ止めされた押さえ蓋８と、ハウジング１の他端部（図１における左側）において内径側に突出して形成された肩部１ｂとに挟まれて軸方向に固定されている。外輪３ｇは、ハウジング１の内径面１ａに対して緩み嵌めとし、両外輪３ｇ間に１つの外輪間座５を介在させてある。

これら内輪間座４および外輪間座５は、いずれもリング状の部材である。外輪間座５の幅寸法Ｈ１は、内輪間座４の幅寸法Ｈ２と僅かに異なっている。この例では、外輪間座５の幅寸法Ｈ１が、内輪間座４の幅寸法Ｈ２よりも大きい。このため、図１の右側の転がり軸受３Ｂの内輪３ｉ端面に、スペーサ６を介して当接するナット７を締め付けることにより、これら内輪間座４および外輪間座５の幅寸法差に応じて転がり軸受３Ａ，３Ｂに予圧が付与される。

両転がり軸受３Ａ，３Ｂの内輪３ｉ同士は、主軸２および内輪間座４により電気的に導通している。両転がり軸受３Ａ，３Ｂの外輪３ｇ同士も、金属製つまり導電部材であるハウジング１および外輪間座５により電気的に導通している。

図１における右側に配置される転がり軸受３Ｂに近い前記押さえ蓋８の外面側には、第１の電極１１が電気的に接続されている。具体的には、押さえ蓋８の端面に第１の電極１１が固定されている。また、同じ押さえ蓋８における前記転がり軸受３Ｂの配置位置に対する外側に、第２の電極１２が電気的に絶縁されて設けられている。具体的には、押さえ蓋８の端面に、第２の電極１２が絶縁体１７を介して固定されている。この場合、第２の電極１２と押さえ蓋８を交流的に絶縁するために、第２の電極１２と押さえ蓋８の間に形成される静電容量が小さくなるように、前記絶縁体１７の厚み寸法はできるだけ大きくするのが望ましい。また、第２の電極１２をねじで固定する場合は、樹脂ねじや樹脂ワッシャなどを用いて、押さえ蓋８との絶縁を確保する。

第２の電極１２と主軸２との間には、転がり軸受３Ａ，３Ｂとは別に静電容量を発生する静電容量発生部１８が構成されている。具体的には、主軸２の雄ねじ部２ｂに螺合したナット７の外径面と径方向に僅かな隙間δを介して第２の電極１２を対向させることで、前記静電容量発生部１８が構成されている。

前記両電極１１，１２の間は、上記構成により直流的に絶縁されているが、第２の電極１２とナット７の間に構成される静電容量発生部１８での静電容量による交流カップリングで、交流的には接続された状態にある。このため、静電容量発生部１８での交流カップリングによる抵抗はできるだけ小さくする必要があり、そのために静電容量発生部１８での静電容量は大きいほうが望ましい。そこで、ここでは、第２の電極１２を、ナット７と同心のリング状の導体とし、全周にわたってナット７と対向させることで対向面積を大きくして、前記静電容量を大きくしている。

前記一対の電極１１，１２には、これら電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段９が接続され、その次段には静電容量測定手段９の測定値から転がり軸受３Ａ，３Ｂの予圧を検出する予圧検出手段１０が接続されている。

図２（Ａ）は前記各転がり軸受３Ａ，３Ｂの半部断面図を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の軸受構造を電気回路として表現したときの模式図を示す。図２（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３ｇと転動体Ｔは直接接触することなく潤滑膜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、転がり軸受３Ａ，３Ｂにかかる荷重により変化するので、後述する前記電極１１，１２間の静電容量は転がり軸受３Ａ，３Ｂにかかる荷重により変化する。

外輪３ｇ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３ｇと転動体Ｔを電極と考えると、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と転動体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２（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の静電容量Ｃａ，Ｃｂが等しいとすると、２つのコンデンサ１５，１６の合計の静電容量はＣａ／２となる。また、軸受１個あたりの転動体Ｔの個数をｎとして、それぞれの転動体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個での全体の静電容量は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を測定すれば、１箇所の潤滑膜１３（１４）での静電容量Ｃａを推定することができる。ただし、軸受１個に対して、上記した経路の静電容量を測定するのでは、内外輪３ｉ，３ｇのいずれかが回転している（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に開示の方式の場合と同様に、被測定箇所以外の部分でスリップリング等の電気接点が必要となり、測定誤差が生じた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、静電容量測定手段９の１つの入力端子である第１の電極１１が２つの転がり軸受３Ａ，３Ｂの固定輪である各外輪３ｇに導通する押さえ蓋１Ａに接続され、他の１つの入力端子である第２の電極１２が、第１の電極１１と絶縁状態となるように、絶縁体１７を介して押さえ蓋１Ａの外側面である端面に固定されている。第２の電極１２は、主軸２の雄ねじ部２ｂに螺合する導体部材であるナット７の外径面と径方向に僅かな隙間δを介して対向するように設けられて、第２の電極１２とナット７とで静電容量発生部１８が構成されている。ナット７は、主軸２、スペーサ６を介して両転がり軸受３Ａ，３Ｂの内輪３ｉに導通しているので、これら内輪３ｉと第２の電極１２との間に静電容量発生部１８が介在することになる。

前記両電極１１，１２により、両転がり軸受３Ａ，３Ｂの外輪３ｇと転動体Ｔとの間の静電容量、転動体と内輪３ｉとの間の静電容量、およびナット７と第２の電極１２の間に構成される静電容量発生部１８での静電容量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、転がり軸受３Ａ，３Ｂ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、転がり軸受３Ａ，３Ｂにかかる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図３のようになる。すなわち、転がり軸受３Ａと転がり軸受３Ｂとは並列接続され、さらに、これら両転がり軸受３Ａ，３Ｂに対して静電容量発生部１８が直列接続されている。これによって、両転がり軸受３Ａ，３Ｂの平均化された予圧を求めることができる。

前記静電容量測定手段９において、前記両転がり軸受３Ａ，３Ｂの静電容量および前記静電容量発生部１８での静電容量を合成した全体の静電容量の測定には、電気容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、前記静電容量測定手段９で測定した全体の静電容量から、この静電容量に対応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、全体の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しない関係設定手段を有し、求めた全体の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、独立して設けられた電子回路であっても、またスピンドル装置を制御する制御装置の一部であっても良い。

上記構成の作用、効果を説明する。スピンドル装置の図示しない駆動源により主軸２が回転し、転がり軸受３Ａ，３Ｂ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と転動体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、各転がり軸受３Ａ，３Ｂ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を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。

このように、この軸受装置では、並列に接続された転がり軸受３Ａ，３Ｂの静電容量と、これらの静電容量に対して直列接続となる前記静電容量発生部１８での静電容量とを合成した静電容量を、前記両電極１１，１２を入力端子とする静電容量測定手段９で測定し、その測定値から予圧検出手段１０で転がり軸受３Ａ，３Ｂの予圧を検出するようにしているので、ブラシやスリップリング等の電気接点を用いることなく転がり軸受３Ａ，３Ｂにかかる予圧を求めることができる。
とくに、第２の電極１２は、押さえ蓋８における転がり軸受３Ｂの配置位置の外側である端面に電気的に絶縁されれて設けられているので、高い加工精度が不要でコスト低減が可能である。また、第１の電極１１も、押さえ蓋８の外面側である端面に電気的に接続されており、転がり軸受３Ａ，３Ｂの外輪３ｇに直接接続しなくて良いので、ハウジング１に配線用の溝を形成する必要がなく、ハウジング１の剛性低下を防ぐことができ、加工コストも低減できる。これらのことから、製造コストの低減および装置の長寿命化が可能となる。

図４および図５は、この発明の他の実施形態を示す。同図において、図１〜図３に示す第１の実施形態に対応する部分には同一符号を付してある。この実施形態は、ビルトインモータタイプのスピンドル装置に適用した軸受装置の例である。このスピンドル装置では、ハウジング１内に、主軸２を回転自在に支持する軸受装置とは別に、主軸２を駆動するモータ４０が設置されている。軸受装置が、２つの転がり軸受３Ａ，３Ｂ、内輪間座４、および外輪間座５などで構成されることは図１に示す先の実施形態の場合と同様である。これら２つの転がり軸受３Ａ，３Ｂの外輪３ｇおよび外輪３ｇ間の外輪間座５は、ハウジング１の一端にねじ止めされた押さえ蓋８と、ハウジング１の内径側に形成された肩部１ｂとに挟まれて軸方向に固定されている。押さえ蓋８の固定位置とは反対側に配置される転がり軸受３Ｂの内輪３ｉの一端面は、主軸２に螺合したナット７で締め付けられ、これにより転がり軸受３Ａ，３Ｂに予圧が付与される。
モータ４０は、ハウジング１内における前記肩部１ｂよりも軸方向の内側の位置に配置され、そのモータロータ４１が主軸２に固定され、モータステータ４２がハウジング１に固定されている。

第１の電極１１はハウジング１の外径面に固定されている。第２の電極１２は、図５（Ａ），（Ｂ）に断面図および正面図で示すように、リング状の絶縁体１７Ａの内周全面に設けられて、第２の電極１２と絶縁体１７Ａとでリング状の電極部材１２Ａが構成されている。この電極部材１２Ａをハウジング１の肩部１ｂの内径面に嵌合することで、第２の電極１２が、主軸２のナット７の外径面と径方向にわずかな隙間δを介して対向するように、ナット７と同心に配置される。これにより、ナット７と第２の電極１２との間に、先の実施形態における静電容量発生部１８が構成される。第２の電極１２は、ハウジング１に貫設された配線孔１ｃを通して配線１９により静電容量測定手段９に接続される。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

この実施形態の場合も、第２の電極１２は、ハウジング１の肩部１ｂにおける転がり軸受３Ｂの配置位置の外側である内径面に電気的に絶縁されれて設けられているので、高い加工精度が不要でコスト低減が可能である。また、第１の電極１１も、ハウジング１の外面側である外径面に電気的に接続されており、転がり軸受３Ａ，３Ｂの外輪３ｇに直接接続しなくて良いので、加工コストも低減できる。これらのことから、製造コストの低減および装置の長寿命化が可能となる。その他の効果は、先の実施形態の場合と同様である。

図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１に示す第１の実施形態において、第２の電極１２、およびこの電極１２と押さえ蓋８との間を電気的に絶縁する絶縁体１７とを、押さえ蓋８の内径面に射出成型などにより一体成形している。すなわち、押さえ蓋８の内径面の全周にわたって絶縁体１７が一体成形され、この絶縁体１７の内径面の全周にわたって第２の電極１２がさらに一体成形されている。これにより、第２の電極１２が、転がり軸受３Ｂの内輪３ｉ端面とナット７との間に介在するスペーサ６の外径面と径方向にわずかな隙間δを介して対向するように、スペーサ６と同心に配置される。スペーサ６は導電部材からなる円筒体であり、これによりスペーサ６と第２の電極１２との間に、先の実施形態における静電容量発生部１８が構成される。その他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。

このように、第２の電極１２を絶縁体１７と共に押さえ蓋８の内径面に一体成形することにより、電極の取付け工数を削減することができ、さらなる製造コストの低減が可能となる。その他の効果は、第１の実施形態の場合と同様である。なお、押さえ蓋８の代わりに、ハウジング１の肩部１ｂの内径面に第２の電極１２と絶縁体１７を一体成形しても良い。

図７は、例えば図１に示した実施形態において、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に交流電流を流すことによって、軸受装置２１における両転がり軸受３Ａ，３Ｂの静電容量と静電容量発生部１８の静電容量とを合成した全体の静電容量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、油膜で形成される静電容量が一般に数十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、高い検出精度が得られる。また、油膜に厚みは極めて小さいことから、軸受装置２１に印加する印加電圧は概ね１Ｖ以下にする必要がある。

図８は、上記静電容量測定手段９が、ＯＰアンプ２２で構成された発振器２３と、この発振器２３の周波数から静電容量を推定する周波数対応容量推定手段２４とでなり、測定した発振器２３の周波数から軸受装置における全体の静電容量Ｃを推定するようにした例を示す。この場合の発振器２３は、リラクゼーションオシレータ（relaxation oscillator ）と呼ばれ、ＯＰアンプ２２に抵抗２５Ｒａ，２５Ｒｂ，２５Ｒｔ，およびコンデンサ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２５Ｃｔの静電容量をＣｔとすると、発振周波数ｆは、およそ、
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が軸受装置における全体の静電容量Ｃに置き換えられることで、その静電容量Ｃが推定される。

図９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り返しにおける過度現象によって生じる充放電時間より静電容量を推定する充放電時間対応静電容量推定手段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に直列接続すると共に、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ある。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が監視する電圧が規定電圧になるまでの時間を測定することにより、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をオンにして充電を開始し、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、その充電電圧が規定電圧になるまでの充電時間を判断手段３３で測定することにより、被測定静電容量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、放電スイッチ３０をオンにして放電を開始し、被測定静電容量Ｃｔの放電電圧を電圧測定手段３２で監視して、その放電電圧が規定電圧になるまでの放電時間を判断手段３３で測定することにより、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が軸受装置における全体の静電容量Ｃに置き換えられることで、その静電容量Ｃが推定される。

以上説明した軸受装置を、スピンドル装置以外の装置、例えばロボット等に適用することも可能である。上記した各実施形態では、２個の転がり軸受３Ａ，３Ｂを背面合わせで設置したが、正面組み合わせで設置しても良い。また、転がり軸受の個数は２個に必ずしも限定されるものではなく、２個以上であってもよい。

この発明の一実施形態にかかる軸受装置の断面図である。（Ａ）は転がり軸受の半部断面図、（Ｂ）は（Ａ）の軸受構造を等価回路として表現した場合の模式図である。軸受装置の電気的な等価回路である。この発明の他の実施形態にかかる軸受装置の断面図である。（Ａ）は同軸受装置における電極部材の断面図、（Ｂ）は同正面図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる軸受装置の断面図である。軸受装置における静電容量測定手段の一例を示すブロック図である。軸受装置における静電容量測定手段の他の例を示す回路図である。軸受装置における静電容量測定手段のさらに他の例を示す回路図である。

符号の説明

１…ハウジング
１ｂ…ハウジング肩部
２…主軸
３Ａ，３Ｂ…転がり軸受
３ｉ…内輪
３ｇ…外輪
４…内輪
５…外輪
６…スペーサ（導電部材）
７…ナット（導電部材）
８…押さえ蓋
９…静電容量測定手段
１０…予圧検出手段
１１…第１の電極
１２…第２の電極
１７，１７Ａ…絶縁体
１８…静電容量発生部

Claims

ハウジング内で軸方向に並べられて主軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受が、外輪間および内輪間にそれぞれ間座を介して予圧を受けるように構成され、前記複数の転がり軸受の外輪および外輪間の間座が前記ハウジングの一端部に固定された押さえ蓋と前記ハウシングの内径側に形成された肩部とに挟まれて軸方向に固定された軸受装置において、前記ハウジングまたは前記押さえ蓋の外面側に電気的に接続された第１の電極と、前記ハウジング肩部、または前記押さえ蓋における転がり軸受配置位置に対する外側に電気的に絶縁されて設けられた第２の電極と、この第２の電極と前記主軸との間に構成された静電容量発生部と、前記一対の電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、この静電容量測定手段の測定値から前記転がり軸受の予圧を検出する予圧検出手段とを設けたことを特徴とする軸受装置。
請求項１において、前記静電容量発生部を、前記主軸または主軸に装着された導電部材とわずかな隙間を介して前記第２の電極を対向させて構成した軸受装置。
請求項２において、前記静電容量発生部を、前記主軸に装着された導電部材とわずかな隙間を介して前記第２の電極を対向させて構成し、前記導電部材が、前記主軸に螺合して前記転がり軸受に予圧を与えるナットであり、前記第２の電極が、前記ナットと同心に配置されてナットの外径面と径方向にわずかな隙間を介して対向するリング状の導体からなる軸受装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記第２の電極を、絶縁体を介して前記ハウジング肩部の端面または前記押さえ蓋の端面に設けた軸受装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記第２の電極を、絶縁体を介して前記ハウジング肩部の内径面または前記押さえ蓋の内径面に設けた軸受装置。
請求項５において、前記第２の電極および絶縁体を前記ハウジング肩部の内径面または前記押さえ蓋の内径面に一体成形した軸受装置。