(57)【要約】【課題】機器内部に組み込まれてかつ運転状態において、軸受自身の転がり抵抗を測定することができる転がり軸受装置を提供する。【解決手段】内輪１１及び外輪１２と、これらの間に介在している第一の転動体１３を備えている。外輪１２は、相対回転可能な内環状部材２と外環状部材３と、これらの間に転動可能に介在している第二の転動体４を有している。内環状部材２と外環状部材３に形成された異形軌道面により、内環状部材２と外環状部材３とが相対回転すると相互間に所定の回動付勢力が付与されるように構成されている。外輪７はセンサ７を有しており、このセンサ７は、内環状部材２と外環状部材３の相対回転により生じる位相差を計測することで、相互間に生じているトルクを検出する。【選択図】      図２
2007009976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪及び外輪と、これら内外輪間に介在している第一の転動体と、を備え、
前記内輪と前記外輪のいずれか一方は、径方向の内側と外側とに配設されている内側部材と外側部材と、これら内側部材と外側部材とが相対回転可能となるように当該内側部材の外周面と当該外側部材の内周面との間に転動可能に介在している第二の転動体と、前記内側部材と前記外側部材の相対回転により生じる位相差を計測するためのセンサと、を有し、
前記内側部材の外周面と前記外側部材の内周面の少なくとも一方が、前記内側部材と前記外側部材の相対回転に伴い前記第二転動体を転動させつつ当該第二転動体の挟持間隔を漸次狭くして、前記相対回転により生じた位相差に応じて当該位相差を解消する方向に所定の大きさの回動付勢力を当該内側部材と当該外側部材との間に付与する異形軌道面を少なくとも一部に有していることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
前記センサは、前記内側部材と前記外側部材との相対回転による当該内側部材と当該外側部材との間隔の変化を測定する変位センサである請求項１に記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内輪と外輪とこれらの間に介在している転動体を有している転がり軸受装置に関するものであり、軸受自身に作用しているトルクを検出することができるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、転がり軸受はさまざまな機器に用いられているが、機器内部に組み込まれた状態で、この軸受自身の転がり抵抗（トルク）を運転中において正確に測定することは困難とされている。転がり軸受におけるトルクを測定する方法としては、例えば特許文献１に示しているような装置を用いることができる。この装置は、一対の玉軸受を構成する各内輪にアキシアル荷重を加えつつ、前記玉軸受の内外に設けた内筒と外筒との間の動トルクをロードセルにより測定している。そして、動トルクが所望の値となった状態で各内輪を内筒に固定して軸受ユニットを構成している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５７１３４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている装置を用いることにより、転がり軸受を機器内へ取り付ける前において、予圧の調整や転がり抵抗を測定することができるが、構造が複雑であり、転がり軸受が機器内部に組み込まれてかつ運転状態においてその転がり抵抗を測定することはできない。
そこで、この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、機器内部に組み込まれかつ運転状態において、軸受自身の転がり抵抗（トルク）を測定することができる転がり軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するためのこの発明の転がり軸受装置は、内輪及び外輪と、これら内外輪間に介在している第一の転動体とを備え、前記内輪と前記外輪のいずれか一方は、径方向の内側と外側とに配設されている内側部材と外側部材と、これら内側部材と外側部材とが相対回転可能となるように当該内側部材の外周面と当該外側部材の内周面との間に転動可能に介在している第二の転動体と、前記内側部材と前記外側部材との相対回転により生じる位相差を計測するためのセンサとを有し、前記内側部材の外周面と前記外側部材の内周面の少なくとも一方が、前記内側部材と前記外側部材との相対回転に伴い前記第二転動体を転動させつつ当該第二転動体の挟持間隔を漸次狭くして、前記相対回転により生じた位相差に応じて当該位相差を解消する方向に所定の大きさの回動付勢力を当該内側部材と当該外側部材との間に付与する異形軌道面を少なくとも一部に有していることを特徴としている。
【０００６】
このような構成によれば、転がり軸受装置の外輪が、内側部材と外側部材と第二の転動体を有する構成とした場合、転がり軸受装置における外輪と内輪の間に転がり抵抗（トルク）が生じると、それが内側部材に伝わって内側部材と外側部材との間において回転力が発生する。この回転力によって内側部材と外側部材との間において相対的な回転が生じることとなる。つまり、転がり軸受装置における外輪と内輪との間の転がり抵抗は、内側部材と外側部材との間の位相差として現れる。そして、内側部材と外側部材とがある位相差を有すると、その位相差を解消する方向であって所定の大きさの回動付勢力が相互間に生じるようにされているため、センサによりこの位相差を求めることで、内側部材と外側部材との間に生じている回動付勢力を検出できる。この回動付勢力は、内側部材と外側部材との間に発生した前記回転力とつり合って相互間に所定の位相差を生じさせているため、当該回転力の値を検出できる。従って、この転がり軸受装置は、機器内に設けられてかつ運転状態において、軸受自身に作用している転がり抵抗を検出できる。
なお、転がり軸受装置の内輪が内側部材と外側部材と第二転動体を有する構成とした場合においても同様であり、内輪の内側部材と外側部材との間に生じている回転力を検出できる。
また、内側部材と外側部材との間に別の転動体を設けることなく、第二転動体によってラジアル荷重を支持することができる。
【０００７】
また、前記センサは、前記内側部材と前記外側部材との相対回転による当該内側部材と当該外側部材との間隔の変化を測定する変位センサであるのが好ましい。
この構成によれば、内側部材と外側部材との位相差と、この位相差における内側部材と外側部材との間隔の関係を予め求めておけば、変位センサで当該間隔の変化を測定することによって、内側部材と外側部材との位相差を求めることができる。このため、簡単な構成により内側部材と外側部材との位相差を求めることができる。
さらに、この変位センサを内側部材の外周部又は外側部材の内周部に取り付ければ、内側部材と外側部材との径方向の間においてセンサ部を構成させることができ、転がり軸受装置をコンパクトにできる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の転がり軸受装置によれば、機器に組み込まれた状態において、かつ運転中に軸受自身の転がり抵抗を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の実施の一形態に係る転がり軸受装置を示す断面図である。この転がり軸受装置は、外輪１２と、径方向内外に分割されている内輪１１と、これら内外輪１１，１２間に転動可能に介在している第一の転動体としての円筒ころ１３とを備えている。第一転動体としての円筒ころ１３は、内輪１１の外周に形成されている内軌道面１４と外輪１２の内周に形成されている外軌道面１５との間に周方向に複数個配設されており、両軌道面１４，１５の間において転動可能とされている。
【００１０】
図１に示している転がり軸受装置において、外輪１２は１個の環状部材とされているが、内輪１１は径方向内側と外側とに分割された構成であり、内環状部材（内側部材）２と、外環状部材（外側部材）３と、これら内環状部材２と外環状部材３との間に介在している第二の転動体としての円筒ころ４を有している。内環状部材２と外環状部材３とは、同軸状でかつ相互間に環状の空間部が形成されるように配設されており、その空間部に円筒ころ４が介在して、内環状部材２と外環状部材３とは相対的に回転可能とされている。内環状部材２と外環状部材３の共通する回転中心が転がり軸受装置の軸中心Ｘと一致する。
従って、相対的に回転する軸（図示せず）とハウジング（図示せず）を有する機器に対する、この転がり軸受装置の取り付けは、内輪１１の内環状部材２を軸に外嵌させ、外輪１２をハウジングの内周面に嵌め込むことによって行われる。これにより転がり軸受装置は、軸とハウジングとの間に取り付けられた状態となる。
【００１１】
内輪１１において、内環状部材２と外環状部材３とを相対的に支持している円筒ころ４を含む支持部５は、後に詳しく説明するが、内環状部材２と外環状部材３とが相対回転して所定の位相差が生じると、当該位相差を解消する方向で所定の大きさの回動付勢力を相互間に付与することができる。なお、位相差が大きくなると回動付勢力は大きくなる関係を持つ。つまり、内環状部材２と外環状部材３との間にねじりばね性（周方向の弾力性）を持たせることができる。この位相差と回動付勢力（ねじりばね力）との関係は、内環状部材２の外周面と外環状部材３の内周面の形状や、円筒ころ４の力学的性質などによって、予め設計的に求めたり、予め測定されて求めることができる。
さらに、この転がり軸受装置は、外輪１２と内輪１１との間に生じる転がり抵抗の検出
が可能とされており、そのために、内輪１１は、内環状部材２と外環状部材３との相対回転により生じる位相差（捩れ角）を求めるためのセンサ７を有している。センサ７については後に詳しく説明する。
【００１２】
この転がり軸受装置における外輪１２と内輪１１の間に生じる転がり抵抗の検出について、概略を説明する。
外輪１２と内輪１１の間に転がり抵抗が生じると、それによる力が内輪１１のうちの外環状部材３に伝わって、外環状部材３と内環状部材２との間において回転力（トルク）が生じる。この回転力によって外環状部材３は内環状部材２に対して回転して位相差が生ずるが、それに伴って当該位相差を解消する方向の回動付勢力（ねじりばね力）が支持部５に発生する（回動付勢力の発生については後に詳しく説明する）。転がり抵抗による回転力と、反力として生ずるこの回動付勢力とがやがてつり合って、外環状部材３と内環状部材２とは所定の位相差でつり合い状態（相対的に静止した状態）となる。つまり、転がり軸受装置における外輪１２と内輪１１との間の転がり抵抗は、内輪１１の外環状部材３と内環状部材２との間の位相差として現れる。従って、センサ７が、つり合い状態となった外環状部材３と内環状部材２との位相差を検出することによって、位相差と回動付勢力との関係から、外環状部材３と内環状部材２との間に生じている回動付勢力を検出できる。この回動付勢力は前記転がり抵抗（回転力）とつり合って所定の位相差を生じさせているため、当該転がり抵抗の値を求めることができる。
【００１３】
内輪１１における内環状部材２と外環状部材３との間の支持部５の具体的な構成と、その構成によって生ずる回動付勢力の発生について説明する。図３は図１の転がり軸受装置のうち内輪１１のみを示している断面図である。
この内輪１１の支持部５は、内環状部材２の外周面と外環状部材３の内周面との間に転動可能に介在している第二の転動体としての円筒ころ４を有している。従って、内環状部材２の外周面は円筒ころ４が転動可能となる内側軌道面２１とされ、外環状部材３の内周面は円筒ころ４が転動可能となる外側軌道面３１とされている。
【００１４】
内側軌道面２１と外側軌道面３１の形状は、転がり軸受装置の軸中心（回転軸）Ｘを中心とした円周面とはされていない。つまり、内側軌道面２１は、回転軸Ｘを中心とする円周面とは異なる異形軌道面、すなわち内側異形軌道面２ｋの連続により構成されている。外側軌道面３１は、異形軌道面としての外側異形軌道面３ｋの連続により構成されている。内側軌道面２１を構成する４個の内側異形軌道面２ｋはすべて同一形状であり、外側軌道面３１を構成する４個の外側異形軌道面３ｋもすべて同一形状である。内側軌道面２１は周方向に均等に（９０度ごとに）４分割され、各分割部分がそれぞれ内側異形軌道面２ｋとされている。同様に、外側軌道面３１も周方向に均等に（９０度ごとに）４分割され、各分割部分がそれぞれ外側異形軌道面３ｋとされている。
そして、各異形軌道面２ｋ，３ｋ間に１個ずつ円筒ころ４が配置されている。内側異形軌道面２ｋ及び外側異形軌道面３ｋにより、内環状部材２と外環状部材３の間には、円筒ころ４の周方向側方に、軌道面間隔が周方向に漸次狭くなる漸縮空間部（くさび状空間部）が形成されており、内環状部材２と外環状部材３との相対回転に伴い所謂くさび効果によって円筒ころ４が圧縮弾性変形する。上記の如く、内側軌道面２１及び外側軌道面３１をそれぞれ異形軌道面２ｋ、３ｋの連続により形成することで、内側軌道面２１及び外側軌道面３１はそれぞれ異形軌道面２ｋ，３ｋのみによって占められている。しかも、各異形軌道面２ｋ，３ｋは周方向に等配されている。よって、各異形軌道面２ｋ，３ｋの周方向範囲はそれぞれ最大限に拡げられており、ねじりばね力（周方向の弾性力）が得られる周方向範囲の拡大に寄与している。
【００１５】
各異形軌道面２ｋ，３ｋについて説明すると、各異形軌道面２ｋ，３ｋは、回転軸Ｘとは異なる位置に曲率中心を有する曲面とされている。
まず、外側軌道面３１を構成する４個の外側異形軌道面３ｋは、それぞれ凹曲面とされている。具体的には、外側異形軌道面３ｋは軸中心Ｘよりも軌道面（当該外側異形軌道面３ｋ）に近くなる側に位置する外側軌道曲率中心Ｃｏを中心とする円弧面（円周面）とされている。この外側異形軌道面３ｋの曲率半径ｇｒｏは、外側軌道面３１の断面輪郭線に外接する円の半径（外側軌道面３１と軸中心Ｘとの距離の最大値）である外側軌道基準半径Ｒｏよりも小さい。また、断面視において、４つの各外側異形軌道面３ｋのそれぞれに関し、外側軌道曲率中心Ｃｏは、軸中心Ｘからの距離が外側異形軌道面３ｋ上において最大値となる外側最大径位置３ｍと、軸中心Ｘと、を含む直線ｐ３上にある。
【００１６】
次に、内側軌道面２１を構成する４個の内側異形軌道面２ｋは、それぞれ凸曲面とされている。具体的には、内側異形軌道面２ｋは軸中心Ｘよりも軌道面（当該内側異形軌道面２ｋ）から遠くなる側に位置する内側軌道曲率中心Ｃｉを中心とする円弧面（円周面）とされている。この内側異形軌道面２ｋの曲率半径ｇｒｉは、内側軌道面２１の断面輪郭線に内接する円の半径（内側軌道面２１と軸中心Ｘとの距離の最小値）である内側軌道基準半径Ｒｉよりも大きい。また、断面視において、４つの各内側異形軌道面２ｋのそれぞれに関し、内側軌道曲率中心Ｃｉは、軸中心Ｘからの距離が内側異形軌道面２ｋ上において最小値となる内側最小径位置２ｍと、軸中心Ｘと、を含む直線ｐ２上にある。
【００１７】
以上のような形状の内側軌道面２１と外側軌道面３１とを有する支持部５は、内環状部材２と外環状部材３との間に周方向のねじりばね力としての回動付勢力を生じさせることができるねじりばね機能（回転付勢機能）を有している。この点について説明する。
この支持部５において、内側軌道面２１及び外側軌道面３１がいずれも軸中心Ｘを中心とする円周面ではないため、内側軌道面２１と外側軌道面３１との間の空間（転動空間）の形状は内環状部材２と外環状部材３との相対位相関係により変化するが、図３の状態は、外側軌道面３１の外側最大径位置３ｍと内側軌道面２１の内側最小径位置２ｍとが同位相とされた状態である。以下、この状態を基準状態ということとする。基準状態において、各円筒ころ４は、内側最小径位置２ｍ及び外側最大径位置３ｍと接する周方向位置に配置される（図３参照）。この基準状態は、円筒ころ４の挟持間隔（円筒ころ４の接触位置における軌道面間隔）が最も広い状態である。よって、この基準状態では、両軌道面２ｋ、３ｋから円筒ころ４に作用する圧縮力は最小値（たとえば０）となる。
なお、基準状態における内側最小径位置２ｍと外側最大径位置３ｍとの間の径方向距離は円筒ころ４の直径と略一致させるが、若干のラジアル隙間（プラス隙間又はマイナス隙間）を与えても良い。
【００１８】
次に、この基準状態から外環状部材３が内環状部材２に対して回転すると、円筒ころ４が両軌道面２１，３１を転動するとともに、当該円筒ころ４の挟持間隔は漸次狭くなる。よってこの回転に伴い円筒ころ４は内側軌道面２１及び外側軌道面３１により圧縮されて弾性圧縮変形する。これにより、前記回転によって生じた位相差を解消する方向の回動付勢力が内環状部材２と外環状部材３との間に発生する。そして、この回動付勢力が、内環状部材２と外環状部材３との間のねじりばね力（周方向の弾性力）として作用する。つまり、支持部５は、内環状部材２と外環状部材３とを回転方向に弾性的に連結していることとなる。さらに、円筒ころ４によって内環状部材２と外環状部材３との間におけるラジアル荷重を支持できる。
【００１９】
支持部５において回動付勢力（ねじりばね力）が生じる点について更に詳細に説明する。図４は、発生する回動付勢力について説明するための断面図であり、理解しやすいように内側異形軌道面２ｋの一部、外側異形軌道面３ｋの一部、及び、円筒ころ４のそれぞれの輪郭線のみを示している。図４は、固定状態としている内環状部材２に対して、外環状部材３を反時計回りに角度θだけ回転させて静止させたつり合い状態を示している。基準状態では、外側最大径位置３ｍは図４のｘ軸上の位置３ｍｉに位置し、且つ内側最小径位置２ｍもｘ軸上にある。またこの基準状態では円筒ころ４の中心Ｐｒもｘ軸上にある。かかる基準状態から外環状部材３を角度θだけ反時計回りに回転させると、円筒ころ４が図４に示す位置まで反時計回りに転動する。この転動による円筒ころ４の公転角度は、内側軌道曲率中心Ｃｉに対して角度φｉである。このとき、内側異形軌道面２ｋと円筒ころ４との接触位置の中心をＰｉ、外側異形軌道面３ｋと円筒ころ４との接触位置の中心をＰｏとすると、ＰｉとＰｏとの間の間隔は、基準状態における内側最小径位置２ｍと外側最大径位置３ｍとの間の間隔よりも狭くなっており、且つ、円筒ころ４の直径（円筒ころ４の半径Ｒｒの２倍）よりも狭くなっている。よって、円筒ころ４は、内側軌道面２１から垂直力Ｑｉを受けるとともに、外側軌道面３１から垂直力Ｑｏを受けて圧縮弾性変形する。つり合って静止している状態では、円筒ころ４に接線力は殆ど働かず、図４に示すように点Ｃｉ，Ｃｏ，Ｐｉ，Ｐｒ，Ｐｏは直線Ｌ１上に並ぶこととなる。そして、上記垂直力Ｑｉ及び垂直力Ｑｏのベクトルの向きも直線Ｌ１と同じ向きとなり、内環状部材２が円筒ころ４から受ける垂直力Ｑｉ′、及び、外環状部材３が円筒ころ４から受ける垂直力Ｑｏ′も直線Ｌ１と同じ向きとなる。そして、外環状部材３が円筒ころ４から受ける垂直力Ｑｏ′は、転がり軸受装置の径方向（円筒ころ４との接触位置の中心Ｐｏと軸中心Ｘとを結ぶ直線の方向）と相違しており、当該径方向の成分とともに時計回りの成分を有することとなる。このようにして、外環状部材３は、回動付勢力（ねじりばね力）として発生させる時計回り方向のモーメント（以下、回転付勢モーメントともいう）を受ける。回転付勢モーメントの大きさは、〔（ベクトルＱｏ′の大きさ）×（軸中心Ｘから直線Ｌ１までの距離Ｕ１）〕となる。図４のつり合い状態では回転付勢モーメントが外環状部材３を反時計回りに回そうとする外力のモーメント（転がり軸受装置における転がり抵抗によるトルク）とつり合っている。
【００２０】
上述したように、内側異形軌道面２ｋは凸曲面であり、且つ、外側異形軌道面３ｋは凹曲面である。しかも、各内側異形軌道面２ｋ及び各外側異形軌道面３ｋは滑らかに連続した曲面を構成している。内側軌道面２１において滑らかに連続した曲面となっていないのは、隣り合った内側異形軌道面２ｋ同士間の境界位置２１ｂのみであり（図３参照）、外側軌道面３１において滑らかに連続した曲面となっていないのは、隣り合った外側異形軌道面３ｋ同士間の境界位置３１ｂのみである（図３参照）。したがって、円筒ころ４の側方に形成されている漸縮空間部は、円筒ころ４と軌道面２１，３１との接触位置がこれら境界位置２１ｂ，３１ｂのいずれかに達するまで、内環状部材２と外環状部材３との相対回転に伴う円筒ころ４接触位置における軌道面間隔は漸次（徐々に）変化する形状とされている。そして、図４を用いて説明した上記機構により、外環状部材３の回転により生じた位相差を解消する方向の回動付勢力（ねじりばね力）が内環状部材２と外環状部材３の間に付与される。
【００２１】
このような支持部５によれば、ねじりコイルバネを用いることなく内環状部材２と外環状部材３との間にねじりばね性を持たせることができ、その構成を簡素化できる。更に、この支持部５では、ねじり剛性（ばね定数）等の設計自由度が極めて高くされている。すなわち、異形軌道面２ｋ，３ｋの設計（曲率、曲率中心の位置等）や円筒ころ４の剛性等によりねじり剛性等を自在に設計できる。従って、部材のサイズ（体格）を変えなくても、異形軌道面２ｋ，３ｋの形状の変更により、ねじり剛性等の特性を広範囲に亘って設定することができる。更に、ねじりコイルバネを用いた場合では位相差（ねじれ角）とねじり剛性との関係は線形（一定）であるが、この支持部５によれば、異形軌道面２ｋ，３ｋの形状の変更により、位相差（ねじれ角）に対してねじり剛性を非線形に変化させる等、位相差に応じてねじり剛性を自在に変化させることもできる。なお、外環状部材３の内環状部材２に対する回転角度をθとした場合に、その回転角度θとねじり剛性との関係を示した一例を図５に示している。このように、回転角度θ（位相差）とねじり剛性とは単調増加の関係にあり、位相差と回動付勢力とは所定の関係にある。
【００２２】
また図３に示している支持部５において、周方向に等配された４個の内輪異形軌道面２ｋの連続により構成された内輪軌道面２１と、周方向に等配された４個の外輪異形軌道面３ｋの連続により構成された外輪軌道面３１と、４個の円筒ころ４とを備え、外環状部材３の回転に伴い全ての円筒ころ４において、円筒ころ４の挟持間隔はそれぞれ均等に変化する構成としている。これにより、内環状部材２と外環状部材３の間で生ずるねじりばね力の方向及び大きさを全円筒ころ４において均等とすることができ、周方向に均一にねじりばね性が生ずることとなる。
【００２３】
また、支持部５について、図１と図３では４個の円筒ころ４を等間隔で配設して構成した４等配型としたが、これに限らず、３個の円筒ころからなる３等配型や、５等配型以上であってもよい。
さらに、異形軌道面を内環状部材２の内側軌道面２１と外環状部材３の外側軌道面３１の双方にそれぞれ形成したが、異形軌道面は、内側軌道面２１と外側軌道面３１の少なくとも一方に形成されていればよい。つまり、図示しないが、外輪軌道面３１は図３と同様に４つの連続した外輪異形軌道面３ｋで構成されているが、内輪軌道面２１は軸中心Ｘを中心とする円周面（真円）であってもよい。または、内輪軌道面２１は図３と同様に４つの連続した内輪異形軌道面２ｋで構成されているが、外輪軌道面３１は軸中心Ｘを中心とした円周面（真円）であってもよい。異形軌道面の成形を一方のみとすることにより加工が容易となる。
【００２４】
次に、内環状部材２と外環状部材３との相対回転により生じる位相差を計測するためのセンサ７について説明する。センサ７は、例えば内環状部材２と外環状部材３の間の位相差を直接的に角度として検出するロータリーエンコーダのような角度センサとすることができるが、図１と図３においては、内環状部材２の内側軌道面２１と外環状部材３の外側軌道面３１との間隔の変化を測定している非接触式の変位センサ７としている。
このような非接触式の変位センサ７により前記位相差を検出することができるのは、第二転動体としての円筒ころ４の周方向側方に形成されている漸縮空間部において、内側異形軌道面２ｋと外側異形軌道面３ｋの形状が前記のとおり所定の形状で形成されており、この異形軌道面２ｋ，３ｋの形状により、内環状部材２と外環状部材３とが相対回転すると異形軌道面２ｋ，３ｋ上の周方向所定位置（例えば非接触センサ７の計測位置）における当該内環状部材２の内側軌道面２１と当該外環状部材３の外側軌道面３１との間隔が所定の関係で連続的に変化するようされているからである。つまり、内環状部材２と外環状部材３との位相差と、内側軌道面２１と外側軌道面３１との間隔との関係を予め求めておくことで可能となる。
【００２５】
すなわち、図１と図３の変位センサ７は内環状部材２の外周部に設けられており、検出方向が径方向外向きとされて、対向している外環状部材３の外側軌道面３１までの距離を計測している。変位センサ７は隣り合う内側異形軌道面２ｋ，２ｋ間の境界位置に設けられており、基準状態において変位センサ７は外側軌道面３１までの最小間隔寸法を計測する。そして、内環状部材２と外環状部材３とが相対回転して所定の位相差でつり合った状態となった際、変位センサ７がその計測位置における外側軌道面３１までの距離を計測する。内側軌道面２１と外側軌道面３１との間隔と、内環状部材２と外環状部材３との位相差との関係は予め求められているため、これにより、基準状態からの計測値（間隔）の変化（差）を検出することができ、その変化によって基準状態からの位相差を求めることができる。
また、図示しないが変位センサ７を外環状部材３の内周部に、検出方向を径方向内向きとして設けてもよく、この変位センサ７によって内環状部材２と外環状部材３との位相差を求めることができる。
【００２６】
以上のような転がり軸受装置によれば、機器に組み込まれた状態において、かつ運転中に軸受自身の転がり抵抗を測定することができる。これにより、例えば、内輪と外輪の間の潤滑状態を監視することができる。つまり、攪拌抵抗によって生ずる転がり抵抗の大小を検知することができ、さらに、潤滑フィードバック制御を行うことが容易となる。また、転がり抵抗の検出により軌道面における剥離の発生を予め検知することができ、軌道面における異常の発生を早期に知ることができる。
また、支持部５におけるねじりばね力を小さく（弱く）設定することにより、転がり軸受装置における転がり抵抗の小さな変化を検出することができる。例えばこの転がり軸受装置を工作機械の旋削具取り付け部に用いることができる。特に、その加工部（取り付け部）におけるトルクの変化が加工精度に大きな影響を及ぼすことのある、繊細な加工を施すための工作機械に適用すれば、加工部における小さなトルク変動を検出でき、それを工作機械の出力に反映させることで精密な加工が可能となる。
【００２７】
なお、支持部５における円筒ころ４（第二転動体）の形状等は特に限定されず、外環状部材３と内環状部材２との相対回転に伴い転動するものであればよい。よって、上述した実施形態のように円筒ころ４に限られず、例えば球や円すいころ等でもよく、従来の内輪と外輪とを有する転がり軸受で用いていた転動体を適宜応用することができる。また、ねじり剛性の設定自由度を高めるため、弾性圧縮変形しやすい中空の転動体（例えば中空の円筒ころや中空の球）等を用いることもできる。
【００２８】
本発明の転がり軸受装置は、内輪１１と外輪１２のいずれか一方が、内環状部材２と、外環状部材３と、これらを支持している第二転動体としての円筒ころ４と、内環状部材２と外環状部材３との相対回転により生じる位相差（捩れ角）を求めるためのセンサ７とを有していればよい。
そして、図２は、本発明の転がり軸受装置の他の実施形態であり、外輪１２がこれらを有している形態である。すなわち、内輪１１が１個の環状部材とされており、外輪１２が、内環状部材（内側部材）２と、外環状部材（外側部材）３と、第二転動体としての円筒ころ４を有している。内環状部材２と外環状部材３とは、同軸状でかつ相互間に環状の空間部が形成されるように配設されており、その空間部に円筒ころ４が介在して、内環状部材２と外環状部材３とは相対的に回転可能とされている。内環状部材２と外環状部材３の共通する回転中心が転がり軸受装置の軸中心Ｘと一致する。
従って、相対的に回転する軸（図示せず）とハウジング（図示せず）を有する機器に対する、この転がり軸受装置の取り付けは、内輪１１を軸に外嵌させ、外輪１２の外環状部材３をハウジングの内周面に嵌め込むことによって行われ、転がり軸受装置は、軸とハウジングとの間に取り付けられた状態となる。
【００２９】
外輪１２において、内環状部材２と外環状部材３とを相対的に支持している円筒ころ４を含む支持部５は、図１の内輪１１の場合と同様に、内環状部材２と外環状部材３とが相対回転して所定の位相差が生じると、当該位相差を解消する方向で所定の大きさの回動付勢力を相互間に付与することができる。なお、位相差が大きくなると回動付勢力は大きくなる関係を持つ。つまり、内環状部材２と外環状部材３との間にねじりばね性（周方向の弾力性）を持たせることができる。この位相差と回動付勢力（ねじりばね力）との関係は、内環状部材２の外周面と外環状部材３の内周面の形状や、円筒ころ４の力学的性質などによって、予め設計的に求めたり、予め測定されて求めることができる。
さらに、この転がり軸受装置は外輪１２と内輪１１の間に生じる転がり抵抗の検出が可能とされており、そのために、内輪１１は、内環状部材２と外環状部材３との相対回転により生じる位相差（捩れ角）を求めるためのセンサ７を有している。
【００３０】
この転がり軸受装置における外輪１２と内輪１１の間に生じる転がり抵抗の検出について説明する。
外輪１２と内輪１１の間に転がり抵抗が生じると、それによる力が外輪１２のうちの内環状部材２に伝わって、内環状部材２と外環状部材３との間において回転力（トルク）が生じる。この回転力によって内環状部材２は外環状部材３に対して回転して位相差が生ずるが、それに伴って当該位相差を解消する方向の回動付勢力（ねじりばね力）が支持部５に発生する。転がり抵抗による回転力と、反力として生ずるこの回動付勢力とがやがてつり合って、内環状部材２と外環状部材３とは所定の位相差でつり合い状態（相対的に静止した状態）となる。つまり、転がり軸受装置における外輪１２と内輪１１との間の転がり抵抗は、外輪１２の内環状部材２と外環状部材３との間の位相差として現れる。従って、センサ７が、つり合い状態となった内環状部材２と外環状部材３との位相差を検出することによって、位相差と回動付勢力との関係から、内環状部材２と外環状部材３との間に生じている回動付勢力を検出できる。この回動付勢力は前記転がり抵抗（回転力）とつり合って所定の位相差を生じさせているため、当該転がり抵抗の値を求めることができる。
【００３１】
外輪１２における内環状部材２と外環状部材３との間の支持部５の具体的な構成と、その構成によって生ずる回動付勢力の発生については、図１と図３における前記説明と同様であり、その説明を省略する。
また、外輪１２が有している変位センサ７についても図１と図３のものと同様に、非接触式のセンサとされている。図２の変位センサ７は、外環状部材３の内周部に設けられており、検出方向が径方向内向きとされて、対向している内環状部材２の内側軌道面２１までの距離を計測している。そして、変位センサ７は隣り合う外側異形軌道面３ｋ，３ｋ間の境界位置に設けられており、基準状態において変位センサ７は内側軌道面２１までの最小間隔寸法を計測する。そして、内環状部材２と外環状部材３とが相対回転して所定の位相差でつり合った状態となった際、変位センサ７がその計測位置における内側軌道面２１までの距離を計測する。内側軌道面２１と外側軌道面３１との間隔と、内環状部材２と外環状部材３との位相差との関係は予め求められているため、これにより、基準状態からの計測値（間隔）の変化（差）を検出することができ、その変化によって基準状態からの位相差を求めることができる。
【００３２】
以上のような転がり軸受装置によれば、機器に組み込まれた状態において、かつ運転中に軸受自身の転がり抵抗を測定することができる。これにより、例えば、内輪と外輪の間の潤滑状態を監視することができる。
【００３３】
さらに、図１と図２の実施形態において、本発明の転がり軸受装置は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良く、第一転動体を例えば球や円すいころ等としてもよく、従来、内輪と外輪とを有する転がり軸受で用いていた転動体を適宜応用することができる。また、図２において内側部材を環状の部材として説明したが、これに限らず内側部材を軸と一体化させた中実部材としてもよい。
また、図１の転がり軸受装置は、センサ７を内輪１１側に有しているため、外輪１２がその外側にあるハウジングと共に回転する機器に用いるのが好ましい。
また、図２の転がり軸受装置は、センサ７を外輪１２側に有しているため、内輪１１がその内側にある軸（図示せず）と共に回転する機器に対して用いるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の一形態に係る転がり軸受装置を示す断面図である。
【図２】転がり軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】図１の転がり軸受装置のうち内輪を示している断面図である。
【図４】ねじりばね力が生ずる原理を説明するための図である。
【図５】回転角度とねじり剛性の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
２  内環状部材（内側部材）
３  外環状部材（外側部材）
４  円筒ころ（第二の転動体）
５  支持部
７  センサ
１１  内輪
１２  外輪
１３円筒ころ（第一の転動体）
２１  内側軌道面（外周面）
２ｋ  内側異形軌道面
３１  外側軌道面（内周面）
３ｋ  外側異形軌道面
Ｘ  軸中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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