JP2018124229A

JP2018124229A - 油膜厚さ測定用グリース、油膜厚さ測定装置及び油膜厚さ測定方法

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Publication number: JP2018124229A
Application number: JP2017018346A
Authority: JP
Inventors: 朋彦春山; Tomohiko Haruyama
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: JP6866661B2

Abstract

【課題】互いに接触する二物体間の潤滑剤としてグリースを使用した場合に、その油膜厚さを正確に測定する。【解決手段】油膜厚さ測定方法は、蛍光物質を分散させた油膜厚さ測定用グリースを準備するグリース準備手順と、基油から発せられた蛍光の輝度と増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度とを分離して測定する輝度測定手順と、基油から発せられた蛍光の輝度に基づいて、基油の厚さ成分を算出する第１算出手順と、増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度に基づいて、増ちょう剤の厚さ成分を算出する第２算出手順と、第１算出手順で求めた基油の厚さ成分と第２算出手順で求めた増ちょう剤の厚さ成分とに基づいて、グリースの油膜厚さを算出する第３算出手順とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、二物体間の潤滑に供するグリースの油膜厚さ測定に関する。

二物体が転がり接触をしたりすべり接触をする条件下では、接触部に潤滑油が塗布される。接触面間に潤滑油の油膜が形成されると、二物体間の金属接触が防止されるので、接触面に焼き付きなどの損傷が生じるのを防ぐことができる。このため、油膜の厚さを大きくすることによって潤滑状態を向上させることができるので、潤滑剤の研究では、接触面間に形成される油膜厚さを測定する取り組みがなされている。

油膜厚さを測定する方法として、特許文献１に記載されているように、接触部に蛍光物質を分散させたオイルを塗布し、レーザ光を照射したときの蛍光物質から発せられる蛍光の輝度を測定する方法がある。接触面間の油膜厚さが大きくなるにしたがって当該接触面間に存在する蛍光物質の量が増大し、油膜厚さに比例して輝度が変化する。この測定方法では、あらかじめ、輝度と油膜厚さの相関を求めておいて、輝度を測定することによって油膜厚さを算出することができる。

特開平０６−１７４４３１号公報

転がり軸受などを潤滑する用途では、オイルに代えてグリースが使用される場合がある。グリースは、給油装置などの特別な設備を必要としないので、取扱い性が容易なことによる。そこで、グリースを使用した潤滑においても、接触面間に形成される油膜厚さを測定する必要がある。

しかしながら、グリースは、基油に増ちょう剤と添加剤を加えた混合物であり、グリースに蛍光物質を混在させたときには、蛍光物質は基油中に分散するに過ぎない。このため、グリース中の蛍光物質の見かけ上の密度が低下するので、オイル潤滑の場合と比較して、同じ厚さの油膜であっても、蛍光の輝度が低下する。さらに、グリース中の増ちょう剤の構成比率は、測定部位や時間経過によって変動するため、同じ厚さの油膜であっても蛍光の輝度が異なる。このため、測定した輝度に基づいて、単に油膜厚さと輝度との相関から油膜厚さを算出した場合には、誤った値を算出する場合がある。
このように、グリースで潤滑されている場合には、特許文献１に記載されている方法では、油膜厚さを正確に測定することが困難であった。

そこで、本発明は、潤滑剤としてグリースを使用した場合に、その油膜厚さを正確に測定することを目的としている。

本発明の一形態は、油膜厚さ測定用グリースであって、蛍光物質を分散させた基油に増ちょう剤が混合されており、レーザ光が照射されたときに、前記蛍光物質から発せられる蛍光の波長と、前記増ちょう剤から発せられる蛍光の波長とが互いに異なることを特徴としている。

本発明の他の形態は、油膜厚さ測定装置であって、前記一形態の油膜厚さ測定用グリースを介して互に接触する二物体間に向けてレーザ光を照射する照射装置と、前記基油から発せられた蛍光の輝度を撮影する一の撮影装置と、前記増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度を撮影する他の撮影装置と、前記一の撮影装置で撮影した蛍光の輝度に基づいて前記基油の厚さ成分を算出するとともに、前記他の撮影装置で撮影した蛍光の輝度に基づいて前記増ちょう剤の厚さ成分を算出し、前記基油の厚さ成分と前記増ちょう剤の厚さ成分とに基づいて、前記二物体間の油膜厚さを算出する演算装置とを備えている。

本発明の他の形態は、上記の他の形態にかかる油膜厚さ測定装置を使用して、互に接触する前記二物体間の油膜厚さを測定する油膜厚さ測定方法であって、前記油膜厚さ測定用グリースを準備するグリース準備手順と、前記二物体間にレーザ光を照射したときに、前記基油から発せられた蛍光の輝度と、前記増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度とを分離して測定する輝度測定手順と、前記輝度測定手順で測定した前記基油から発せられた蛍光の輝度に基づいて、前記基油の厚さ成分を算出する第１算出手順と、前記輝度測定手順で測定した前記増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度に基づいて、前記増ちょう剤の厚さ成分を算出する第２算出手順と、前記第１算出手順で求めた前記基油の厚さ成分と前記第２算出手順で求めた前記増ちょう剤の厚さ成分とに基づいて、前記二物体間の油膜厚さを算出する第３算出手順とを備えている。

本発明によると、潤滑剤としてグリースを使用した場合に、その油膜厚さを正確に測定することができる。

本実施形態にかかる油膜厚さ測定装置の構成図である。図２（ａ）は、増ちょう剤の輝度分布を模式的に表した模式図であり、図２（ｂ）は、基油の輝度分布を模式的に表した模式図である。基油の厚さと蛍光の輝度との相関を求める方法を説明する説明図である。基油及び増ちょう剤の厚さと蛍光の輝度との相関を示すグラフである。

本発明の一実施形態（以下、本実施形態）であるグリースの油膜厚さを測定する方法を、図を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかる油膜厚さ測定装置１０の構成図である。図１では、二物体である平板１２と玉１４とが互いに転がり接触をしており、当該接触部Ｐの油膜厚さｈを測定している。ここで、接触部Ｐは、玉１４と平板１２とが接触する接触点を含んで一定の広がりを持つ範囲である。

平板１２は、無色透明のガラス製である。玉１４は、鉄などの金属製で、球体である。玉１４の表面は、研磨加工が施されて１μｍ以下の表面粗さに仕上げられている。
玉１４と平板１２との接触部Ｐには、グリース１６が塗布されている。グリース１６は、液状の基油３４と、基油３４に分散させた増ちょう剤３６とで構成されている（図２参照）。本実施形態のグリース１６では、ウレア系の増ちょう剤３６が使用されている。
玉１４は、所定の大きさの力で平板１２に向けて付勢されている。玉１４が矢印Ｒで示す向きに回転するとともに、平板１２が矢印Ｓで示す向きに移動しており、玉１４と平板１２とが互いに転がり接触をしている。こうして、平板１２と玉１４とが転がり接触をすると、図１の接触部Ｐに所定の厚さｈ（この厚さを「油膜厚さ」という）を有するグリース１６の油膜が形成される。

油膜厚さ測定装置１０は、レーザ光を照射する照射装置２０と、第１ＣＣＤカメラ２２ａ及び第２ＣＣＤカメラ２２ｂ（撮影装置）と、演算装置２４と、を備えている。
照射装置２０から、平板１２と玉１４との接触部Ｐに向けてレーザ光が照射されている。レーザ光には、ＹＡＧレーザが使用されている。
各ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂは、それぞれ個別の光学フィルタ２６ａ，２６ｂを介して、接触部Ｐに向けて設置されている。各ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂに内蔵されているイメージセンサ２３ａ，２３ｂは、２次元の平面状に配置された複数の受光素子（図示を省略）を備えており、接触部Ｐから発せられる蛍光を、輝度分布の画像として撮影することができる。ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂは、イメージセンサ２３ａ，２３ｂ上での各受光素子の位置座標とともに、各受光素子が受光した輝度に応じた信号を、演算装置２４に送信している。
演算装置２４は、コンピュータであり、記憶部２８と演算部３０と表示部３２とを備えている。演算部３０では、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂから送信された輝度分布をあらわす信号に基づいて、油膜厚さｈを算出している。

次に、油膜厚さ測定装置１０によって油膜厚さｈを算出する各手順を、詳細に説明する。

（グリース準備手順）
本実施形態の油膜厚さ測定方法では、玉１４と平板１２との接触部Ｐに塗布する油膜厚さ測定用グリース１６を準備している。この「グリース準備手順」では、通常、潤滑の用途で使用される一般的なグリースに、蛍光物質１８を混入して、油膜厚さ測定用グリース１６（以下単に「グリース」という）を作製している。グリース１６は、基油３４に増ちょう剤３６を混合した混合物であって、蛍光物質１８は、基油３４に溶融した状態で分散している。なお、図１では、説明の便宜上、蛍光物質１８を粒状に記載している。

グリース１６にレーザ光を照射したときには、グリース１６中の蛍光物質１８、及び、増ちょう剤３６から蛍光が発せられる。以下の説明では、照射するレーザ光の波長をλ０、蛍光物質１８から発せられる蛍光の波長をλ１、増ちょう剤３６から発せられる蛍光の波長をλ２とする。

本実施形態のグリース１６に使用されているウレア系の増ちょう剤３６は、レーザ光の照射を受けて、波長λ２が約５００ｎｍ（ナノメートル）である蛍光を発する。増ちょう剤３６から発せられる蛍光の波長λ２や輝度は、増ちょう剤３６の材質によって異なる。
蛍光物質１８の材料にローダミンＢやローダミン６Ｇなどの蛍光染料を使用している場合には、波長λ０が５３２ｎｍのレーザ光が使用される。このとき、蛍光物質１８から、波長λ１が５８０ｎｍの蛍光が発せられる。また、蛍光物質１８の材料にペリレンなどの蛍光顔料を使用している場合には、波長λ０が４０５ｎｍのレーザ光が使用される。このとき、蛍光物質１８から、波長λ１が４５０ｎｍの蛍光が発せられる。

本実施形態では、蛍光物質１８が発する蛍光の波長λ１が、増ちょう剤３６が発する蛍光の波長λ２と異なった波長となるように、蛍光物質１８の材料を適宜選定している。

詳細については後述するが、こうして、蛍光物質１８から発せられる蛍光と増ちょう剤３６から発せられる蛍光とを、互いに異なった波長とすることによって、基油３４から発せられた蛍光と、増ちょう剤３６から発せられた蛍光とを分離して、輝度の測定をすることができる。

（輝度測定手順）
玉１４と平板１２との接触部Ｐにレーザ光を照射したときの、グリース１６の輝度を測定する「輝度測定手順」について説明する。
輝度測定手順では、平板１２と玉１４とが転がり接触をしている状態で、図１に示すように、接触部Ｐに向けてレーザ光が照射される。平板１２が透明であるので、レーザ光は、平板１２を透過して直接、接触部Ｐに向けて照射されている。
上述したように、レーザ光を照射することによって、接触部Ｐに存在するグリース１６中の蛍光物質１８から蛍光（蛍光Ｘとする）が発せられるとともに、増ちょう剤３６からも蛍光（蛍光Ｙとする）が発せられる。また、照射されたレーザ光の一部は、平板１２の表面や玉１４の表面で反射している。この反射したレーザ光を反射光Ｚとすると、接触部Ｐから、蛍光Ｘ、蛍光Ｙ、反射光Ｚが同時に混在して発せられている。

各ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂにはそれぞれ光学フィルタ２６ａ，２６ｂが組み合わされている。第１ＣＣＤカメラ２２ａは、第１光学フィルタ２６ａを介して接触部Ｐを撮影しており、第２ＣＣＤカメラ２２ｂは、第２光学フィルタ２６ｂを介して接触部Ｐを撮影している。
各光学フィルタ２６ａ，２６ｂは、それぞれ特定の範囲の波長を有する光のみを透過させて、それ以外の波長を有する光を遮断する光学素子である。第１光学フィルタ２６ａでは、蛍光物質１８から発せられる波長λ１の蛍光Ｘを透過することができるが、蛍光Ｙや反射光Ｚの透過が阻止される。また、第２光学フィルタ２６ｂでは、増ちょう剤３６から発せられる波長λ２の蛍光Ｙは透過することができるが、蛍光Ｘや反射光Ｚの透過が阻止される。

こうして、第１ＣＣＤカメラ２２ａでは、接触部Ｐのグリース１６から発せられた蛍光のうち、基油３４に分散する蛍光物質１８から発せられた蛍光Ｘの輝度のみを測定することができる。また、第２ＣＣＤカメラ２２ｂでは、接触部Ｐのグリース１６から発せられた蛍光のうち、増ちょう剤３６から発せられた蛍光Ｙの輝度のみを測定することができる。
図２（ａ）は、第２ＣＣＤカメラ２２ｂで撮影された増ちょう剤３６の輝度分布を模式的に表した模式図であり、図２（ｂ）は、第１ＣＣＤカメラ２２ａで撮影された基油３４の輝度分布を模式的に表した模式図である。図２（ａ）では、増ちょう剤３６によって輝度が高くなっている領域にハッチングを施している。図２（ｂ）では、基油３４によって輝度が高くなっている領域にハッチングを施している。

こうして、輝度測定手順では、レーザ光を照射したときに、二物体間に介在するグリース１６から発せられる蛍光の輝度を測定するときに、基油３４から発せられた蛍光の輝度と、増ちょう剤３６から発せられた蛍光の輝度とを分離して測定することができる。
第１ＣＣＤカメラ２２ａで撮影された基油３４の輝度信号Ｖ１と、第２ＣＣＤカメラ２２ｂで撮影された増ちょう剤３６の輝度信号Ｖ２は、それぞれ別の信号として演算装置２４に送信される。

（第１算出手順）
次に、演算部３０での油膜厚さｈを算出する手順を説明する。
ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂから送信された輝度信号Ｖ１，Ｖ２は、演算装置２４の演算部３０で処理されている。演算部３０では、基油３４の輝度信号Ｖ１から基油３４の厚さ成分ｈ１を算出する第１算出手順と、増ちょう剤３６の輝度信号Ｖ２から増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２を算出する第２算出手順とを備えている。
基油３４の厚さ成分ｈ１とは、玉１４と平板１２との間の油膜が、互に分離した基油３４による油膜と増ちょう剤３６による油膜とで形成されていると考えた場合における、基油３４による油膜の厚さをいう。同様に、増ちょう剤３６による油膜の厚さを、増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２といい、油膜厚さｈは、基油３４の厚さ成分ｈ１と、増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２の和として算出することができる。

第１算出手順では、基油３４の厚さ成分ｈ１を算出するにあたって、あらかじめ、基油３４に分散した蛍光物質１８から発せられる蛍光の輝度と基油３４の厚さとの相関Ｋ１を求めている。この相関Ｋ１を求めるにあたっては、グリース１６から分離した基油３４に蛍光物質１８を混入し、所定の厚さに設定した状態でレーザ光を照射して、基油３４の厚さに対応した輝度を測定している。
図３は、基油３４の厚さと蛍光の輝度との相関Ｋ１を求める方法を説明する説明図である。図３に示すように、２枚のガラス板４０ａ，４０ｂの片側に既知の厚さｔをもったスペーサ４２を介在させることによって順次大きさが変化するすきまｓを形成している。当該すきまｓに蛍光物質１８を混入した基油３４を封入した状態で、接触点Ｅから順次位置ｘを変えてレーザ光を照射し、基油３４の輝度を測定している。こうして、基油３４の厚さと蛍光の輝度との相関Ｋ１を求めることができる。
図４に示すように、蛍光の輝度は、基油３４の厚さとおおむね比例する関係にある。この、基油３４の厚さと蛍光の輝度との相関Ｋ１は、演算装置２４の記憶部２８に記憶されている。

演算部３０では、記憶部２８の相関Ｋ１を用いて、第１ＣＣＤカメラ２２ａで撮影された基油３４の輝度信号Ｖ１を、基油３４の厚さに変換している。第１ＣＣＤカメラ２２ａでは、グリース１６から発せられる蛍光のうち、基油３４から発せられる蛍光だけを取り出しており、ここで求めた基油３４の厚さは、基油３４の厚さ成分ｈ１として算出される。
また、演算部３０では、第１ＣＣＤカメラ２２ａの各受光素子が受光した蛍光の輝度を、それぞれ基油３４の厚さ成分ｈ１に変換しており、算出された基油３４の厚さ成分ｈ１は、各受光素子の位置座標と対応させて、記憶部２８に記憶される。

（第２算出手順）
第２算出手順では、第２ＣＣＤカメラ２２ｂで撮影された、増ちょう剤３６の輝度信号Ｖ２に基づいて、増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２を算出している。

増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２を算出するにあたって、あらかじめ、増ちょう剤３６から発せられる蛍光の輝度と増ちょう剤３６の厚さとの相関Ｋ２を求めている。図４に示すように、蛍光の輝度は、増ちょう剤３６の厚さとおおむね比例する関係にある。増ちょう剤３６が発する蛍光の輝度は、基油３４が発する蛍光の輝度より小さいので、増ちょう剤３６の厚さと基油３４の厚さとが同等であっても、相関Ｋ２のグラフは、相関Ｋ１のグラフより小さい値となっている。
この、増ちょう剤３６の厚さと蛍光の輝度との相関Ｋ２は、演算装置２４の記憶部２８に記憶されている。

演算部３０では、記憶部２８の相関Ｋ２を用いて、第２ＣＣＤカメラ２２ｂで撮影された増ちょう剤３６の輝度信号Ｖ２を、増ちょう剤３６の厚さに変換している。第２ＣＣＤカメラ２２ｂでは、グリース１６から発せられる蛍光のうち、増ちょう剤３６から発せられる蛍光だけを取り出しており、ここで求めた増ちょう剤３６の厚さは、増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２として算出される。
また、演算部３０では、第２ＣＣＤカメラ２２ｂの各受光素子が受光した蛍光の輝度を、それぞれ増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２に変換しており、算出された増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２は、受光素子の位置座標と対応させて、記憶部２８に記憶される。

（第３算出手順）
第３算出手順では、基油３４と増ちょう剤３６のそれぞれの２次元の輝度分布画像を用いて、互いに対応する位置座標における基油３４の厚さ成分ｈ１と増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２とを足し合わせて、油膜厚さｈを算出している。
画像分布画像の全体について、各位置座標における基油３４の厚さ成分ｈ１と増ちょう剤３６の厚さ成分ｈ２とを重ね合わせることによって、接触部Ｐにおける油膜厚さの２次元平面上での分布を得ることができる。油膜厚さの分布は、表示部３２で画像として表示される。

こうして、潤滑剤としてグリースを使用した場合であっても、基油３４と増ちょう剤３６の油膜厚さを個別に算出することができるので、玉１４と平板１２との間の油膜厚さを正確に算出することができる。また、同一座標の厚さ成分を足し合わせることによって、油膜厚さの分布を測定できるので、潤滑状態の改善に有効なデータを得ることができる。

１０：油膜厚さ測定装置、１２：平板、１４：玉、１６：グリース、１８：蛍光物質、２０：照射装置、２２ａ：第１ＣＣＤカメラ、２２ｂ：第２ＣＣＤカメラ、２４：演算装置、２６ａ：第１光学フィルタ、２６ｂ：第２光学フィルタ、２８：記憶部、３０：演算部、３２：表示部、３４：基油、３６：増ちょう剤

Claims

蛍光物質を分散させた基油に増ちょう剤が混合されており、
レーザ光が照射されたときに、前記蛍光物質から発せられる蛍光の波長と、前記増ちょう剤から発せられる蛍光の波長とが互いに異なることを特徴とする油膜厚さ測定用グリース。
請求項１に記載する油膜厚さ測定用グリースを介して互に接触する二物体間に向けてレーザ光を照射する照射装置と、
前記基油から発せられた蛍光の輝度を撮影する一の撮影装置と、
前記増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度を撮影する他の撮影装置と、
前記一の撮影装置で撮影した蛍光の輝度に基づいて前記基油の厚さ成分を算出するとともに、前記他の撮影装置で撮影した蛍光の輝度に基づいて前記増ちょう剤の厚さ成分を算出し、前記基油の厚さ成分と前記増ちょう剤の厚さ成分とに基づいて、前記二物体間の油膜厚さを算出する演算装置とを備えた油膜厚さ測定装置。
請求項２に記載する油膜厚さ測定装置を使用して、互に接触する前記二物体間の油膜厚さを測定する油膜厚さ測定方法であって、
前記油膜厚さ測定用グリースを準備するグリース準備手順と、
前記二物体間にレーザ光を照射したときに、前記基油から発せられた蛍光の輝度と、前記増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度とを分離して測定する輝度測定手順と、
前記輝度測定手順で測定した前記基油から発せられた蛍光の輝度に基づいて、前記基油の厚さ成分を算出する第１算出手順と、
前記輝度測定手順で測定した前記増ちょう剤から発せられた蛍光の輝度に基づいて、前記増ちょう剤の厚さ成分を算出する第２算出手順と、
前記第１算出手順で求めた前記基油の厚さ成分と前記第２算出手順で求めた前記増ちょう剤の厚さ成分とに基づいて、前記二物体間の油膜厚さを算出する第３算出手順とを備える油膜厚さ測定方法。