JP2019045166A - 転がり軸受を備える機械の運転管理方法及び運転管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】摺動部の摩耗により発生し潤滑油中に混入した金属摩耗粉や異物を迅速且つ簡易的に分析して、摺動部の摩耗を検知し、摺動部を具備する機械設備の運転管理を行う方法を提供する。【解決手段】転がり軸受を備える機械の運転管理方法であって、（ａ）転がり軸受に使用された潤滑油の色情報を得る工程、及び（ｂ）得られた色情報を予め設定した閾値と比較し、それにより転がり軸受の交換の要否を判定する工程、を含む方法。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受を備える機械の運転管理方法及び運転管理システムに関する。

潤滑油は、主としてポンプ、エンジン、ピストン、軸受、弁などの機械や機器に多く用いられ、それらの摺動部分で用いられることで、摩擦力、摩擦熱、摩耗などを低減し、良好な状態でそれらの機器の機能を維持することに貢献している。

潤滑油の潤滑状態は、機械や機器の運転を通して終始安定した状態であることが望ましいが、運転の経過に伴い、潤滑油自体の潤滑性能の劣化や、潤滑油に混入する夾雑物により、摺動部分における潤滑油の潤滑状態は良好な状態をいつまでも保てず、放置すると機械や機器の運転に支障が生じ故障してしまう。特に半導体製造分野では、ウェハチャンバ内に流入させるガスが化学反応により副産物を生成し、副産物が真空ポンプにより吸い込まれる。副産物が固化して、真空ポンプ内の軸受に付着すると、真空ポンプが停止してしまい、処理中のウェハがすべて損傷することになる。

そこで、故障する前に、潤滑油を交換したり、機械や機器の摩耗した摺動部分を取り外して新しいものと交換したりするなど、いわゆるオーバーホールやメンテナンスを行うことが必要になる。

メンテナンスは故障前の機械や機器の運転が順調な状態で行う必要があるので、どのようなタイミングで行うかが重要になる。多くの機械設備においては、メンテナンスでは、機械や機器を停止して分解点検し、交換部品を交換するので、運転経過時間などの時間的な基準を設定して定期的にメンテナンスを行う時間計画保全が行われている。

しかし、時間計画保全によるメンテナンスでは、機器を停止して分解して点検し、部品の交換も行うので、作業量が大きくコストもかかる。また、多くの場合、機器の動作異常による緊急停止リスクをより低減させるために、過酷な使用条件を想定して定められたメンテナンス間隔ごとにメンテナンスが行われるので、実際には、それほど過酷な使用状況ではなく、交換対象部品がまだ使用可能であっても交換するといった不合理な面がある。特に、セラミックボールを用いる転がり軸受などにおいては、セラミックボールそのものの寿命は長く、殆ど劣化していないにも拘わらず交換することになる。

そこで、実際の機械設備の稼働状況を監視し、その稼働状況に応じてメンテナンスの時期や内容を判断しようという状態監視保全の考え方が試みられてきている。稼働中の機械設備における潤滑油分析は、状態監視保全の有力な手法の一つである。

ところが、機械設備で稼働中の潤滑油の分析は、潤滑油自体の分析と、潤滑油に混入する摺動部材由来の摩耗粉や潤滑油の化学的変成により生じた夾雑物の分析など、多岐の分野にわたる専門的知識と、それらを分析する分析機器等設備が必要となる。

ところで、機械設備の稼働状況を監視するうえで、その設備の稼働中の潤滑油の分析によりすべての情報が得られればそれに越したことはないが、そもそも潤滑油は機械的な摺動部分が円滑に駆動するために用いているのであるから、摺動部材自体が破損して機能が低下していることをより直接的に示す情報ほど緊急性があり重要であるといえる。このような情報の例として、具体的には、潤滑油中に混入する摺動部の摩耗により発生する摩耗粉の情報があげられる。

摺動部の摩耗により発生する摩耗粉は、多くは金属粉であるので、潤滑油中の金属粉を分析する方法はこれまでにもいくつか提案されている。

特許文献１（特開平05-340864号公報）においては、容器に採取した潤滑油を、永久磁石により発生する静磁場中で振動させ、潤滑油中の摩耗粉が磁化されることにより発生する磁気をコイルにより検出して測定する方が提案されている。しかしながら、この方法は、摩耗粉が鉄、ニッケルなどの磁性金属であることが必要であり、非磁性体の場合には磁化されず測定することができない。摺動部分には、磁性を帯びない金属も多く使われ、ステンレス鋼にも非磁性のものが多くあるので、この方法では摩耗粉の濃度の把握は磁性体に限った特定の分野に限定され、広範な機械分野での適用は困難である。

特許文献２（特開平07-159392号公報）では、潤滑油中にジチオカルバミン酸塩類やトリアゾール類を主成分とする判定剤を添加することにより、それらが、潤滑油中の金属イオンと選択的に反応し不溶性の懸濁物質を生成して特有の色を発色する性質を利用して、金属イオンの種類と濃度を簡易的に測定する方法が提案されている。
しかしながら、この方法は判定剤が金属イオンと反応する必要があるのに対し、潤滑油中の金属摩耗粉は主にイオンではなく固体金属として存在するため、判定剤と反応して発色することがなく、潤滑油中の金属摩耗粉の測定には有効ではない。

特許文献３（特開2003-344293号公報）では、採取した潤滑油を有機溶媒で希釈してフィルタに通し、フィルタに残された金属摩耗粉を酸洗して溶液化してＩＣＰ発光分析し、それとは別にフィルタを通過した濾液もＩＣＰ発光分析することにより、精度良く潤滑油中の金属濃度を測定することが提案されている。この方法によれば、鉄、鉛、銅、亜鉛などの金属を測定することは可能である。しかしながら、高周波電源、石英ガラス製のトーチ、誘電コイル、試料容器、ネブライザー、分光器、データ処理部などを備えた誘導結合プラズマ発光分析装置を必要とし、高温プラズマを発生させるため純アルゴンガスが多量に必要であり、分光器のデータを解析するコンピュータが必要になる。

特許文献４（特開2010-107251号公報）では、採取した潤滑油を加熱してフィルタに通し、フィルタに残された金属摩耗粉に、可搬の蛍光Ｘ線照射装置により蛍光Ｘ線を照射して鉄、鉛、銅、亜鉛などの金属を分析することが記載されている。しかしながら、高価な蛍光Ｘ線分析装置が必要であることに加えて、前処理として遠心分離もしくはろ過を行うための装置や器具も必要である。

このように、摺動部の摩耗により発生し、潤滑油中に混入した金属摩耗粉を分析する従来提案されている分析方法は、大規模な測定機器や精密分析機器を必要としたり、分析結果を得るまでに長時間を要したりする。未だ、簡易的に測定し、迅速に正確な測定結果を得る方法が確立されているとは言えない。

特開平０５−３４０８６４号公報 特開平０７−１５９３９２号公報 特開２００３−３４４２９３号公報 特開２０１０−１０７２５１号公報 特許第５１９０６６０号公報

Yamaguchi, T., Kawaura, S., Honda, T., Ueda, M., Iwai, Y. and Sasaki, A., Investigation of oil contamination by colorimetric analysis, Lubrication Engineering, Vol.58, No.1 (2002) pp.12-17.

本発明は、以上の状況に鑑み、摺動部の摩耗により発生し潤滑油中に混入した金属摩耗粉や異物を迅速且つ簡易的に分析して、摺動部の摩耗を検知し、摺動部を具備する機械設備の運転管理を行う方法及び運転管理システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究した結果、転がり軸受に使用された潤滑油の色情報を利用することにより上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[１] 転がり軸受を備える機械の運転管理方法であって、
（ａ）転がり軸受に使用された潤滑油の色情報を得る工程、及び
（ｂ）得られた色情報を予め設定した閾値と比較し、それにより転がり軸受交換の要否を判定する工程、
を含む、前記方法。
[２] 前記工程（ａ）が、回収した潤滑油をメンブランフィルタでろ過し、ろ過残渣が付着したメンブランフィルタ（メンブランパッチ）の色相（ＲＧＢ）を測定し、下記式（１）に基づき、ΔＥ_ＲＧＢ及び√（ΔＥ_ＲＧＢ）を算出する工程である、[１]に記載の方法。
[３] さらに、メンブランパッチのろ過残渣の重量を測定し、得られたろ過残渣の重量を予め設定した閾値と比較し、ろ過残渣の残渣重量が閾値以上の場合には転がり軸受を洗浄する必要があると判定し、閾値未満の場合には転がり軸受を再利用可能であると判定する工程を含む、[２]に記載の方法。
[４] さらに、潤滑油中の粒子の濃度を測定し、濃度の測定値と予め設定した閾値とを比較し、測定値が閾値以上の場合には転がり軸受の交換が必要であると判定し、閾値未満の場合には転がり軸受を再利用可能と判定する工程を含む、[１]〜[３]のいずれか１に記載の方法。
［５］ 前記［１］〜［４］のいずれか１に記載の運転管理方法に用いる運転管理システムであって、潤滑油の色情報を得る手段、及び得られた色情報を予め設定した閾値と比較し、転がり軸受の交換の要否を判定する解析手段を具備する、運転管理システム。
[６] メンブランフィルタを備えるろ過装置、
ろ過残渣が付着したメンブランフィルタ（メンブランパッチ）の色相を測定する色相判別装置、及び
色相判別装置により得られる色情報を解析し、予め設定した閾値と比較して、転がり軸受交換の要否を判定する解析装置
を含む、［５］に記載の運転管理システム。
[７] さらに、メンブランパッチのろ過残渣の重量を測定する重量計を含む、[５]又は［６］に記載の運転管理システム。
[８] さらに、潤滑油中の粒子の濃度を測定する粒子濃度測定装置を含む、[５]〜[７]のいずれか１に記載の運転管理システム。

本発明によれば、摺動部の摩耗により発生し潤滑油中に混入した金属摩耗粉や異物を迅速且つ簡易的に分析し、分析結果に基づいて、摺動部の摩耗を検知し、摩耗が検知された
場合には、異常運転対応が可能となる一方で、摩損していない摺動部の交換頻度を削減し、ランニングコストを大幅に削減することが可能である。

大規模な測定機器を用いることなく、採取から測定、分析結果を得るまでに時間がかからず、また専門の分析員の人手がかからず、簡易に銅、スズなどの非磁性金属をも分析でき、機械設備の摺動部のどの部分が摩耗や劣化しているかを迅速に把握することができるため、摩耗や劣化の原因となる摺動部の異常接触を即時に検出して、適切な対処を行うことにより、迅速且つ正確に機械設備の正常運転管理が可能となり、摺動部の寿命を長期化することができる。

本発明の基本的な処理フローである。 ろ過装置の概略図である。 メンブランフィルタの表面及び断面図である。 色相判別装置の測定原理を示す説明図である。 本発明の任意追加の処理フローである。 本発明の任意追加の処理フローである。 本発明の任意追加の処理フローである。 メンブランパッチの画像である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明は、潤滑油の汚染度に基づいて、転がり軸受の交換の要否を判断する運転管理方法である。たとえば、半導体製造装置にセラミックボールを含む転がり軸受が用いられる場合、鉄系炭素鋼である内輪及び外輪の間に摺動可能に保持されているセラミックボールに、潤滑油が循環供給されている。セラミックボールそのものは良好な耐薬品性及び耐摩耗性を有する上に、潤滑油によって被覆されているため、半導体製造工程で用いるフッ素含有ガスによる劣化や内輪及び外輪との摺動による摩耗劣化を受けにくい。一方、鉄系炭素鋼である内輪及び外輪は摩耗劣化を受けやすい。従前は、転がり軸受の劣化の有無に関わらず定期的に転がり軸受を交換しており、劣化していないセラミックボールを含む転がり軸受も交換されていた。特にセラミックボールは高価であるため、劣化していない転がり軸受を定期的に交換することはランニングコストを上昇させる要因ともなっている。本発明は、転がり軸受の交換が必要か否かを簡易に判定して、劣化しておらず機械の動作異常を引き起こす恐れが低い転がり軸受を再利用する運転管理方法を提供する。本発明の運転管理方法は、セラミックボール製の玉を含む転がり軸受に限定されず、転動体が銅製、セラミック製などの玉軸受、ころ軸受など通常の転がり軸受を含む機械に適用することができる。

図１に、本発明の色情報（√（ΔＥ_ＲＧＢ））を用いた処理フローを示す。本発明の転がり軸受を備える機械の運転管理方法は、（ａ）転がり軸受に使用された潤滑油の色情報を得る工程、及び（ｂ）得られた色情報を予め設定した閾値と比較し、それにより転がり軸受の交換の要否を判定する工程を含む。

まず、運転管理対象の機械から取り出した転がり軸受の潤滑油をメンブランフィルタでろ過し、ろ過残渣が付着したメンブランフィルタ（以後「メンブランパッチ」という。）の色相（ＲＧＢ）を測定し、下記式（１）に基づき、ΔＥ_ＲＧＢ及び√（ΔＥ_ＲＧＢ）を算出する。

当該機械の潤滑油について、転がり軸受の交換要否の判断基準となる閾値を予め設定しておき、算出した√（ΔＥ_ＲＧＢ）と閾値とを比較する。√（ΔＥ_ＲＧＢ）が閾値以上の場合には、転がり軸受に動作異常が発生する可能性があると認め、転がり軸受を交換する。√（ΔＥ_ＲＧＢ）が閾値未満の場合には転がり軸受に動作異常が生じる可能性は極めて低く、転がり軸受の交換は不要と判定する。√（ΔＥ_ＲＧＢ）が閾値未満の場合には、さらにろ過残渣の重量を測定し、残渣重量が閾値以上の場合には、転がり軸受を洗浄する必要があると認め、洗浄を行った上で再利用することができる。残渣重量が閾値未満の場合には、転がり軸受を再利用可能であると認め、洗浄を行わずに再利用することができる。再利用するまでの保存は清浄なフッ素油などの当該転がり軸受に用いられる潤滑油に浸漬するなど通常の保存態様で行うことができる。

本発明の運転管理方法は、潤滑油の色情報を得る手段、及び得られた色情報を予め設定した閾値と比較し、転がり軸受の交換の要否を判定する解析手段を用いて実施することができる。色情報を得る手段としては、潤滑油の色相（ＲＧＢ）を測定できる装置であれば特に限定されず、市販の色相計測器を用いることができる。潤滑油の色相を直接測定するのではなくメンブランパッチの色相（ＲＧＢ）を測定する場合には、メンブランフィルタを備えるろ過装置、ろ過残渣が付着したメンブランフィルタ（メンブランパッチ）の色相を測定する色相判別装置、及び色相判別装置により得られる色情報を解析し、予め設定した閾値と比較して、転がり軸受交換の要否を判定する解析装置を含む運転管理システムを用いることが好ましい。

（１）ろ過装置
ろ過装置の概略を図２に示す。本試験に用いるろ過装置２００は防塵用蓋２０２、シリンダ２０４、フラスコ２０６、及び真空ポンプ２０８から構成される。

（２）色相判別装置
メンブランパッチの色を定量的に測定するために色相判別装置を用いる。色相を判別できる装置であれば特に限定されないが、例えばメンブランパッチの表面と裏面から白色光を投射し、その反射光と透過光から色パラメータ（ＲＧＢ値、最大色差、ΔＥ_ＲＧＢ）を測定する装置であるＣＰＡ（ＣＰＡ：Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ ｐａｔｃｈ ａｎａｌｙｚｅｒ）を好適に用いることができ、これらのパラメータを用いて潤滑油の劣化度と劣化要因を推定する。反射光はメンブランパッチ表面に捕捉された汚染物の色情報を取得し、透過光はメンブランパッチ表面及び内部に捕捉された汚染物全体の色情報を取得することができる。

ＲＧＢ値はＲ、Ｇ、Ｂがそれぞれ０から２５５までの２５６階調に表され、白が（２５５、２５５、２５５）、黒が（０、０、０）である。
最大色差（ＭＣＤ：Ｍａｘｉｍｕｍ ｃｏｌｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）はＲＧＢ値の２色間の色差の最大値であり、主に潤滑油の劣化要因と関係が深いことが分かっている
（非特許文献１）。ΔＥ_ＲＧＢはＲ、Ｇ、Ｂ及びシアン、マゼンタ、黄、黒、白の３次元立体における白からの距離であり、上記式（１）で表される。

図４を用いて色相判別装置を説明する。色相判別装置１００は、ケーシング本体１３０内に、中央に空胴部１１４を有しメンブランパッチ２１０をセットするための設置部１１０と、メンブランパッチ２１０の第１面２１２（上面側）に第１光（白色光）を線対称位置に所定入射角度で入射させる第１光源１２０及び１２２と、メンブランパッチ２１０の
第２面２１４（下面側）に第２光（白色光）を線対称位置に所定入射角度で入射させる第２光源１２４及び１２６と、メンブランパッチ２１０の上面側から入射した第１光が透過した第１透過光及びメンブランパッチ２１０の下面側から入射した第２光が反射した第２反射光を検出する第１カラーセンサ１０４と、メンブランパッチ２１０の下面側から入射した第２光が透過した第２透過光及びメンブランパッチ２１０の上面側から入射した第１光が反射した第１反射光を検出する第２カラーセンサ１０８と、を備える。第１光源１２０と第２光源１２６並びに第１光源１２２と第２光源１２４とは、メンブランパッチ２１０の厚み分だけずれた位置に第１光及び第２光がそれぞれ入射する位置に、対向するように設けられている。第１カラーセンサ１０４及び第２カラーセンサ１０８は、メンブランパッチ２１０に対して線対称となる位置に対向して設けられている。設置部１１０に設けられている空洞部１１４によって、第１光源１２０及び１２２からの第１光に基づく第１透過光は、第１カラーセンサ１０４側に遮断されずに到達することができ、第２光源１２４及び１２６からの第２光は、フィルタパッチ２１０の第２面２１４に到達し、さらに第２カラーセンサ１０８側に遮断されずに到達することができる。メンブランパッチ２１０は、試料油すなわち汚染物を捕捉した領域が空洞部１１４に合致するようにセットする。このような構成とすることによって、メンブランパッチ２１０の第１面２１２から第２面２１４の側に透過する第１透過光と、これとは逆に、第２面２１４から第１面２１２の側に透過する第２透過光とを、それぞれ、同一の条件（同一の状態）で、第１カラーセンサ１０４および第２カラーセンサ１０８で検出することができる。また、第１反射光および第２反射光についても、それぞれ、同一の条件（同一の状態）で、第１カラーセンサ１０４および第２カラーセンサ１０８で検出することができる。第１カラーセンサ１０４および第２カラーセンサ１０８は、ＲＧＢカラーセンサによって構成され、波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の可視光線領域を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色成分（色信号）に分けて検出する。測色時には、ケーシング本体１３０の内部は、外部から光（外界光）の侵入が遮断された状態、すなわち、暗室状態となる。

（３）解析装置
本試験に用いる解析装置は、色相判別装置により得られる色情報を解析し、予め設定した閾値と比較して、転がり軸受交換の要否を判定することができる演算処理装置であれば特に限定されない。

以下に、潤滑油の色情報を取得するためにメンブランパッチを用いる潤滑油汚染診断方法の手順について説明する。
（１）メンブランパッチの調製
ろ過に用いるメンブランフィルタの表面及び断面を図３に示す。試料油として、機械または設備で使用された油を用いる。シリンダ２０４とフラスコ２０６の間に外径２５ｍｍ、厚さ０．１２５ｍｍ、孔径０．８μｍのセルロスアセテート製メンブランフィルタ２１０を取り付け、試料油２５ｍｌをシリンダ２０４に注入し、真空ポンプ２０８を使用して真空引きを行うことで、試料油をメンブランフィルタでろ過する。ろ過面積は約２２７ｍｍ^２であり、１ｍｌあたりのろ過面積は約９ｍｍ^２／ｍｌとなる。ろ過残渣により色の付いたメンブランフィルタから石油エーテルで油分を取り除いた後、ファンネルを外し、フィルタの縁から石油エーテルを滴下する。メンブランフィルタを取り外し、５０℃に設定したホットプレートにメンブランフィルタを乗せ、石油エーテルを再度滴下後１０分間乾燥させ、メンブランフィルタに試料油が付着したメンブランパッチ２１０とする。

（２）潤滑油の色情報取得
得られたメンブランパッチ２１０を、色相判別装置１００にセットする。次いで、第１光源１２０及び１２２を発光させ、メンブランパッチ２１０の第１面２１２からの第１透過光を第１カラーセンサ１０４で測色して透過光による赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色情報を取得し、次に第１面２１２からの第１反射光を第２カラーセンサ１０８で測色し
て反射光による赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色情報を取得する。同様に、第２光源１２４及び１２６を発光させ、メンブランパッチ２１０の第２面２１４からの第２透過光を第２カラーセンサ１０８で測色して透過光による赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色情報を取得し、次に第２面２１４からの第２反射光を第１カラーセンサ１０４で測色して反射光による赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色情報を取得する。なお、第１光源及び第２光源とも、透過光による色情報及び反射光による色情報の取得は同時でなければよく、順序は問わない。

第１カラーセンサ１０４及び第２カラーセンサ１０８によって検出された第１透過光、第２透過光、第１反射光及び第２反射光の各色情報に基づいて最大色差及びΔＥ_ＲＧＢを演算する。
反射光による色相はメンブランパッチ表面に捕捉された汚染物の色情報であり、透過光はメンブランパッチ表面及び内部に捕捉された汚染物全体の色情報であるから、√（ΔＥ_ＲＧＢ）は透過光又は反射光のいずれで計測したかによって閾値が相違する。

（３）転がり軸受交換の要否判定
得られた透過光の√（ΔＥ_ＲＧＢ）、反射光の√（ΔＥ_ＲＧＢ）などの色情報を、予め設定した各閾値と比較し、それにより転がり軸受交換の要否を判定する。

また、潤滑油の色情報（√（ΔＥ_ＲＧＢ））による方法に加え、潤滑油の粒子濃度測定を併用することもできる。図５に、粒子濃度を用いる処理フローを示す。潤滑油中に含まれる粒子濃度を測定し、転がり軸受の交換の要否を判別することができる。潤滑油中に含まれる粒子濃度の閾値としては、転がり軸受の使用条件に応じて任意の閾値を設定することができる。潤滑油中に含まれる粒子濃度が、閾値以上の場合には、転がり軸受に動作異常が生じる可能性があると認め、転がり軸受を交換する。潤滑油中に含まれる粒子濃度が、閾値未満の場合には、転がり軸受は再利用することができると判定する。潤滑油中に含まれる粒子濃度は、例えば、光遮蔽式自動粒子計数法に基づいたパーティクルカウンタを用いて測定することができる。光遮蔽式自動粒子計数法に基づいたパーティクルカウンタは、肉眼単位では確認できないマイクロメーターサイズのオイル中の夾雑物（コンタミ）に光を照射し、その影から大きさと個数を測定する。光遮蔽式自動粒子計数法に基づいたパーティクルカウンタとしては、例えば、ｉｃｏｕｎｔ ＩＢＳプラス（インテクノス・ジャパン社製）が挙げられるが、これに限定されない。

潤滑油の粒子濃度測定として、例えば、潤滑油の鉄粉濃度測定を使用することもできる。図６に、鉄粉濃度を用いる処理フローを示す。潤滑油中に含まれる鉄粉濃度（ｐｐｍ）を測定し、転がり軸受交換の要否を判別することができる。鉄粉の場合、転がり軸受の使用条件に応じて任意の閾値を設定することができるが、本例において、例えば、閾値を１０ｐｐｍ以上に設定することができる。この場合、潤滑油中に含まれる鉄粉濃度（ｐｐｍ）が、閾値である１０ｐｐｍ以上の場合には、転がり軸受に動作異常が生じる可能性があると認め、転がり軸受を交換する。潤滑油中に含まれる鉄粉濃度（ｐｐｍ）が、１０ｐｐｍ未満の場合には、再利用することができる。潤滑油中に含まれる鉄粉濃度（ｐｐｍ）は、例えば、インダクタンス・バランス式の鉄粉濃度計を用いて測定することができる。インダクタンス・バランス式の鉄粉濃度計は、測定部に対になった二つのコイル（測定用と参照用）があり、検出部で磁気が互いに相殺されるように構成されている。測定対象のサンプルが測定用コイルに入ると、二つのコイルの間で磁気のバランスが崩れ、検出部に誘導電圧が発生する。この誘導電圧（＝両コイルの測定結果の差）によりサンプル中の鉄粉濃度（質量ｐｐｍ）を測定することが可能である。この構造は温度安定性や繰り返し性に優れ、また外的要因による影響も同じ条件で受けるため、測定誤差になりにくいという利点がある。インダクタンス・バランス式の鉄粉濃度計としては、例えば、Ａｎａｌｅｘ ＦＤＭ（インテクノス・ジャパン社製）が挙げられる。

潤滑油の粒子濃度測定として、例えば、潤滑油の銅粉濃度測定を使用することもできる。図７に、銅粉濃度を用いる処理フローを示す。潤滑油中に含まれる銅粉濃度（ｐｐｍ）を測定し、転がり軸受交換の要否を判別することができる。銅粉の場合、転がり軸受の使用条件に応じて任意の閾値を設定することができる。潤滑油中に含まれる銅粉濃度（ｐｐｍ）が、閾値以上の場合には、転がり軸受に動作異常が生じる可能性があると認め、転がり軸受を交換する。潤滑油中に含まれる銅粉濃度（ｐｐｍ）が、閾値未満の場合には、転がり軸受に動作異常が生じる可能性は低いと認め、再利用することができる。

以下、具体例を参照しながら、転がり軸受交換の要否の判定基準となる、透過光及び反射光による√（ΔＥ_ＲＧＢ）の閾値の設定について説明する。

それぞれ使用状況の異なるセラミックボールを含む転がり軸受で使用後、回収したサンプル１〜１０の潤滑油を、図２に示すろ過装置を用いてろ過し、ろ過残渣が付着したメンブランフィルタ（メンブランパッチ）の色相（ＲＧＢ）を図４の色相判別装置を用いて測定し、上述の式（１）に基づき、ΔＥ_ＲＧＢ及び√（ΔＥ_ＲＧＢ）を算出し、また、上述の最大色差（ＭＣＤ）を算出した。サンプル１〜１０についての測定・算出結果を表１に示し、また、メンブランパッチの画像を図８に示す。

また、サンプル１〜１０の潤滑油を使用した転がり軸受の内輪の転動面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定を行った。得られたＳＥＭ画像から、転がり軸受表面における傷の有無、及び付着物の量を目視にて確認した。各転がり軸受における付着物の量については、多い（多）、中程度（中）、少ない（少）に分類した。結果を表１に示す。

また、サンプル１〜１０におけるメンブランパッチのろ過残渣について、蛍光Ｘ線分析装置（ZSX PrimusII、リガク社製）を用いて元素分析（ＸＲＦ）及び重量測定を行った。結果を表２に示す。

表１及び表２の結果より、サンプル２、７及び９が、透過光の√ΔＥ値が１５以上、反射光の√ΔＥ値が１０以上であり、また、鉄濃度１０μｇ／ｃｍ^２以上、銅濃度１μｇ／ｃｍ^２以上、及び亜鉛濃度１０μｇ／ｃｍ^２以上の少なくともいずれか１つを満たすことがわかった。サンプル２，７及び９の残渣重量及び総金属量ともに極めて多く、サンプル２、７及び９の金属摩耗粉量が他のサンプルと比較して明らかに多いことがわかった。実際に、表２の結果からわかるように、サンプル７及び９の軸受の表面に傷が見られた。
さらに、サンプル２、７及び９については、Ｓｉの量が顕著に高い。これらのサンプルの転がり軸受は、Ｓｉ系のプロセスガスの雰囲気下において使用しているため、Ｓｉ化合物（ＳｉＯ_２など）が発生し、潤滑状態を悪化させ、転がり軸受の摩耗による金属粉が多く発生しているものと推察される。

これらの結果より、透過光の√ΔＥの閾値を１５以上、反射光の√ΔＥの閾値を１０以上と設定することができる。転がり軸受を使用する際の安全性を確保することが重要であるので、透過光の√ΔＥの閾値及び反射光の√ΔＥの閾値のいずれか一方が交換の判定となった場合は、もう一方が再利用可能の判定であったとしても、転がり軸受の交換が必要であると判断する。

続いて、図１の処理フローに基づいて、透過光の√ΔＥ値が１５未満であり、かつ反射光の√ΔＥ値が１０未満であるサンプル１、３〜６、８及び１０の潤滑油に関して、表２のメンブランパッチのろ過残渣の重量により、転がり軸受を洗浄する必要があるか否かを判定する。残渣重量が大きいものは、潤滑油中にポリマーなどが発生している可能性が高いため、再利用する前に転がり軸受を洗浄する必要がある。残渣重量の閾値としては、転がり軸受の使用条件に応じて任意の閾値を設定することができるが、本例において、例えば、閾値を２０ｍｇ以上に設定することができる。この場合、サンプル１及び１０は、いずれも残渣重量が２０ｍｇ以上であるから、再利用を行う前に軸受を洗浄する必要があると判定する。一方、サンプル３〜６及び８は、いずれも残渣重量が２０ｍｇ未満であるから、転がり軸受を洗浄する必要がなく再利用可能であると判定する。

Claims (8)

1. 転がり軸受を備える機械の運転管理方法であって、
   （ａ）転がり軸受に使用された潤滑油の色情報を得る工程、及び
   （ｂ）得られた色情報を予め設定した閾値と比較し、それにより転がり軸受交換の要否を判定する工程、
   を含む、前記方法。
2. 前記工程（ａ）が、回収した潤滑油をメンブランフィルタでろ過し、ろ過残渣が付着したメンブランフィルタ（メンブランパッチ）の色相（ＲＧＢ）を測定し、下記式（１）に基づき、ΔＥ_ＲＧＢ及び√（ΔＥ_ＲＧＢ）を算出する工程である、請求項１に記載の方法。
   
3. さらに、メンブランパッチのろ過残渣の重量を測定し、得られたろ過残渣の重量を予め設定した閾値と比較し、ろ過残渣の残渣重量が閾値以上の場合には転がり軸受を洗浄する必要があると判定し、閾値未満の場合には転がり軸受を再利用可能であると判定する工程を含む、請求項２に記載の方法。
4. さらに、潤滑油中の粒子の濃度を測定し、濃度の測定値と予め設定した閾値とを比較し、測定値が閾値以上の場合には転がり軸受を交換する必要があると判定し、閾値未満の場合には転がり軸受を再利用可能と判定する工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載の運転管理方法に用いる運転管理システムであって、潤滑油の色情報を得る手段、及び得られた色情報を予め設定した閾値と比較し、転がり軸受の交換の要否を判定する解析手段を具備する、運転管理システム。
6. メンブランフィルタを備えるろ過装置、
   ろ過残渣が付着したメンブランフィルタ（メンブランパッチ）の色相を測定する色相判別装置、及び
   色相判別装置により得られる色情報を解析し、予め設定した閾値と比較して、転がり軸受交換の要否を判定する解析装置
   を含む、請求項５に記載の運転管理システム。
7. さらに、メンブランパッチのろ過残渣の重量を測定する重量計を含む、請求項６に記載の運転管理システム。
8. さらに、潤滑油中の粒子の濃度を測定する粒子濃度測定装置を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の運転管理システム。