JP2014025885A

JP2014025885A - 油膜厚さ測定装置

Info

Publication number: JP2014025885A
Application number: JP2012168407A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kamamoto; 繁夫鎌本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】転がり軸受として使用されている状態に近い条件で油膜厚さを測定することができる油膜厚さ測定装置を提供する。
【解決手段】半透膜4が下半部に設けられたガラス球3とガラス球3の下方に配置された軌道輪5の軌道溝5aとの間に油膜を形成する。半透膜4の上面を第１の反射面、軌道輪5の軌道溝5aの上面を第２の反射面として、両反射面で反射された光の干渉を利用して、油膜の厚さを測定する。ガラス球3および軌道輪5は、いずれも光の入射方向に対して直交する軸線回りに回転可能とされている。ガラス球3に凹面レンズ6が上から重ねられている。凹面レンズ6は、上面が平坦であり、下面には、ガラス球3の上部を嵌め入れ可能なガラス球3と同心の球面状凹所6aが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、油膜厚さ測定装置に関し、特に、転がり軸受内における油膜の厚さを測定することが可能な油膜厚さ測定装置に関する。

油膜厚さ測定装置として、光干渉法を利用したものが知られている（特許文献１）。

光干渉法を利用した従来の油膜厚さ測定装置の１例を図３に示している。

同図に示すように、従来の油膜厚さ測定装置(31)は、鉛直状に配置された顕微鏡(32)と、顕微鏡(32)の下方に配置されて油膜を挟むガラス円板(33)および鋼球(35)とを備えている。

ガラス円板(33)は、鉛直軸回りに回転可能とされ、鋼球(35)は、水平軸回りに回転可能とされている。

ガラス円板(33)は、上下面ともに平坦（水平）で、ガラス円板(33)の下面には、半透膜(34)が形成されている。ガラス円板(33)および鋼球(35)は、オイルバス（図示略）内に入れられることにより、半透膜(34)が下面に設けられた透明体としてのガラス円板(33)とガラス円板(33)の下方に配置された反射体としての鋼球(35)との間に油膜(O)が形成される。

ハーフミラー(36)で反射した光は、顕微鏡(32)内を真下に進行する。そして、真下に進行した光は、半透膜（第１の反射面）(34)において、一部が反射、残部が透過する。半透膜(34)を透過した光は、鋼球表面（第２の反射面）(35)で反射し、この反射光が半透膜(34)で反射した反射光と干渉する。この干渉は、ニュートン環と呼ばれているもので、得られた干渉縞および光の波長から油膜の厚さを求めることができる。

特開２００８−２４１３８３号公報

転がり軸受の寿命には、表面粗さと油膜厚さの比が影響を及ぼす。このため、転がり接触部の油膜の厚さを測定することが好ましい。しかしながら、上記従来の油膜厚さ測定装置では、鋼球とガラス円板との間の油膜厚さの測定が可能であるが、転がり軸受においては、転動体と軌道溝との間にある油膜厚さが重要であり、上記従来のものでは、転動体と軌道溝との間にある油膜厚さを測定（推定）することはできなかった。

この発明の目的は、転がり軸受として使用されている状態に近い条件で油膜厚さを測定することができる油膜厚さ測定装置を提供することにある。

この発明による油膜厚さ測定装置は、半透膜が下面に設けられた透明体と前記透明体の下方に配置された反射体との間に油膜を形成し、前記半透膜の上面を第１の反射面、前記反射体上面を第２の反射面として、前記第１の反射面および前記第２の反射面でそれぞれ反射された光の干渉を利用して、油膜の厚さを測定する油膜厚さ測定装置において、前記反射体は、軌道溝が形成された転がり軸受の軌道輪であり、前記透明体は、球状で、その下部が前記軌道輪の前記軌道溝に嵌め入れられており、前記半透膜は、前記透明体の下部に略半球面状に設けられており、前記反射体および前記透明体は、いずれも光の入射方向に対して直交する軸線回りに回転可能とされており、前記透明体に上から凹面レンズが重ねられており、前記凹面レンズは、上面が平坦で、前記透明体の上部を嵌め入れ可能な前記透明体と同心の球面状凹所が下面に形成されたものとされていることを特徴とするものである。

球状の透明体は、転がり軸受の玉に対応する形状であり、反射体が軌道輪とされていることで、透明体と反射体とを組み合せた形状は、転がり軸受の軌道輪と転動体とを組み合わせた形状と同じとなり、転がり軸受として使用されている状態に近い条件で油膜厚さを測定することができる。こうして測定された油膜厚さは、転がり軸受の形状を十分反映したものとなる。また、反射体および透明体光の入射方向に対して直交する軸線回りに回転可能とされていることで、転がり軸受の動きを反映した油膜厚さの測定ができる。

球状の透明体は、レンズ効果を有しており、これは、キャンセルする必要があるので、キャンセラーとして凹面レンズが使用される。凹面レンズは、上面が平坦で透明体の上部を嵌め入れ可能な透明体と同心の球面状凹所が下面に形成されたものとされ、凹面レンズが透明体に重ねられることで、半透膜まで進行する光の直進性が確保される。

この発明の油膜厚さ測定装置によると、透明体と反射体とを組み合せた形状は、転がり軸受の軌道輪と転動体とを組み合わせた形状と同じとなり、転がり軸受として使用されている状態に近い条件で油膜厚さを測定することができる。こうして測定された油膜厚さは、転がり軸受の形状を十分反映したものとなる。

図１は、この発明による油膜厚さ測定装置の１実施形態を示す垂直断面図である。図２は、この発明による油膜厚さ測定装置で利用されている光干渉法による油膜厚さ測定の原理を示す図である。図３は、従来の油膜厚さ測定装置の１例を示す垂直断面図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１および図２は、この発明の油膜厚さ測定装置の１実施形態を示している。

同図に示すように、油膜厚さ測定装置(1)は、鉛直状に配置された顕微鏡（干渉縞測定装置）(2)と、顕微鏡(2)の下方に配置されたガラス球（球状の透明体）(3)と、ガラス球(3)の下方に配置された軌道輪（反射体）(5)と、ガラス球(3)の上面に配置された凹面レンズ(6)と、ガラス球(3)、軌道輪(5)および凹面レンズ(6)を浸漬しているオイルバス(7)と備えている。

顕微鏡(2)は、円筒状とされ、上端に接眼レンズ(11)が、下端に対物レンズ(12)が、両レンズ(11)(12)の中間部分にハーフミラー(13)がそれぞれ配置されている。ハーフミラー(13)は、透過および反射機能を有するもので、顕微鏡(2)の軸方向に対して４５°傾斜して配置されている。顕微鏡(2)の周壁のハーフミラー(13)に対向する部分には、光入射用の開口(2a)が設けられており、この開口(2a)には、ハーフミラー(13)に光を入射する光通路(14)が設けられている。光通路(14)の途中には、フィルタ(15)が設けられている。顕微鏡(2)には、被写界深度の深いものが好ましい。

ガラス球(3)の下半部の外周面には、半透膜(4)が形成されている。半透膜(4)は、ハーフミラー(13)と同様に、透過および反射機能を有している。ガラス球(3)は、水平軸回りに回転可能な保持体(8)に保持されている。ガラス球(3)は、１８０°回転することで、上下が逆転し、さらに１８０°回転することで、元の位置に戻る。ガラス球(3)の材料としては、ソーダガラス、ＢＫ７、ＬＡＳＦ０１０などが使用される。また、ガラス球(3)に代えて、サファイヤ、合成石英、溶解石英などの透明な材料で形成された球を使用することもできる。半透膜(4)は、クロムを厚さ例えば０．０１μｍとなるように蒸着することで得ることができる。半透膜(4)の材料は、クロムに限定されるものではなく、銀、アルミニウムなどであってもよい。

軌道輪(5)は、内輪で、外周面に、軌道溝(5a)が形成されている。軌道輪(5)は、軸心（水平な軸）回りに回転可能とされている。

オイルバス(7)内に浸漬されたガラス球(3)と軌道輪(5)の軌道溝(5a)との間には、油膜(O)が形成されている。

凹面レンズ(6)は、ガラス球(3)が有しているレンズ効果をキャンセルするためのもので、上面が平坦とされ、下面に、ガラス球(3)の上部を嵌め入れ可能な球面状凹所(6a)が形成されている。凹面レンズ(6)は、ガラス球(3)と同じ材料で形成されており、凹所(6a)は、ガラス球(3)と同心に形成されている。これにより、凹面レンズ(6)とガラス球(3)の上半部（半透膜(4)が形成されていない部分）(3a)とを合わせた部分は、上下面がともに平坦な１枚のガラス板状となっている。凹面レンズ(6)がガラス球(3)に重ねられることで、ガラス球(3)の半透膜(4)まで進行する光の直進性が確保されている。

ハーフミラー(13)で反射した光(20)は、顕微鏡(2)内を真下に進行する。そして、真下に進行した光(20)は、図２に示すように、ガラス球(3)に形成された半透膜（第１の反射面）(4)において、一部が反射（第１の反射光(21)）、残部が透過する。半透膜(4)を透過した光(22)は、軌道輪(5)の軌道溝(5a)の表面（第２の反射面）で反射し、この反射光（第２の反射光(23)）が半透膜(4)で反射した第１の反射光(21)と干渉する。この干渉は、軌道輪(5)の軌道溝(5a)の表面（第２の反射面）で反射した第２の反射光(23)とガラス球(3)下面の半透膜（第１の反射面）(4)で反射した第１の反射光(21)との光路差により生じるもので、ニュートン環と呼ばれている。この干渉により、顕微鏡(2)の接眼レンズ(11)を通して、ガラス球(3)と軌道輪(5)の軌道溝(5a)との接触部の可視化（油膜(O)の厚さおよび光の波長に起因した干渉縞の観察）が可能となる。そして、干渉縞の数を数えることにより、光の波長から油膜の厚さが求められる。

ガラス球(3)および軌道輪(5)をともに回転させながら、ガラス球(3)の半透膜(4)と軌道輪(5)の軌道溝(5a)とが接触しているときにストロボ光を同期発光させることで、ガラス球(3)および軌道輪(5)の回転に伴う油膜厚さの変化を求めることもできる。こうして、転がり軸受の形状を十分反映した油膜厚さの測定が可能となり、転がり軸受の接触状態を知ることができ、また、油膜厚さの適正化により、転がり軸受の接触状態の最適化が可能となる。

なお、使用される光は、白色光であってもよいし、単色光としてもよい。また、干渉縞の観察に加えて、半透膜(4)と軌道輪(5)との間に電圧を印加して油膜の絶縁破壊を調べるようにしてもよい。

(1)：油膜厚さ測定装置、(3)：ガラス球（球状の透明体）、(4)：半透膜、(5)：軌道輪（反射体）、(5a)：軌道溝、(6)：凹面レンズ、(6a)：球面状凹所

Claims

半透膜が下面に設けられた透明体と前記透明体の下方に配置された反射体との間に油膜を形成し、前記半透膜の上面を第１の反射面、前記反射体上面を第２の反射面として、前記第１の反射面および前記第２の反射面でそれぞれ反射された光の干渉を利用して、油膜の厚さを測定する油膜厚さ測定装置において、
前記反射体は、軌道溝が形成された転がり軸受の軌道輪であり、前記透明体は、球状で、その下部が前記軌道輪の前記軌道溝に嵌め入れられており、前記半透膜は、前記透明体の下部に略半球面状に設けられており、前記反射体および前記透明体は、いずれも光の入射方向に対して直交する軸線回りに回転可能とされており、前記透明体に上から凹面レンズが重ねられており、前記凹面レンズは、上面が平坦で、前記透明体の上部を嵌め入れ可能な前記透明体と同心の球面状凹所が下面に形成されたものとされていることを特徴とする油膜厚さ測定装置。