JP2022094088A - 油膜パラメータの算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】添加剤や増ちょう剤、トラクションなどの影響を考慮しながら潤滑剤の油膜パラメータを算出できる油膜パラメータの算出方法を提供することを目的とする。【解決手段】任意の潤滑剤の油膜パラメータの算出方法は、動粘度の異なる複数の基準の潤滑剤のそれぞれに対して転動疲労試験を実施し、転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩｂａｓｅをそれぞれ求めるステップ（ａ）と、基準の潤滑剤の油膜パラメータΛｂａｓｅをそれぞれ算出するステップ（ｂ）と、油膜パラメータΛｂａｓｅに対するＸ線回折環強度の不均一さＩｂａｓｅから基準線を取得するステップ（ｃ）と、任意の潤滑剤に対して、転動疲労試験を実施し、転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩを求めるステップ（ｄ）と、得られたＸ線回折環強度の不均一さＩの基準線上における油膜パラメータの値を任意の潤滑剤の油膜パラメータΛとして算出するステップ（ｅ）とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、自動車、産業機械などに使用される潤滑剤の油膜パラメータの算出方法に関し、特に、転がり軸受に封入される潤滑剤の油膜パラメータの算出方法に関する。

近年、地球温暖化対策のため、様々な産業において、省燃費・省エネルギー化が求められている。そのため、例えば、自動車産業では、エンジンオイルなどの潤滑剤の低粘度化により、その課題解決が進められている。しかし、このような潤滑剤の低粘度化は金属接触を起こすリスクを伴うので、潤滑剤の使用の可否を判断する方法の一つとして、油膜パラメータが用いられている。油膜パラメータは、ＥＨＬ領域（弾性流体潤滑）での突起間干渉の程度を与えるパラメータである。

従来、油膜パラメータΛは、転がり接触する２物体の接触面に形成される油膜の厚さｈと２表面の粗さσ１、σ２の標準偏差の比によって求められる（非特許文献１参照）。一方、特許文献１では、転がり軸受の寿命予測を行う予測方法が記載されている。この予測方法では、軸受の仕様や、潤滑パラメータ、荷重パラメータなどが用いられている。

特許第３８５５６５１号公報

山本雄二・兼田禎宏著、「トライボロジー」、第２版、理工学社、２０１０年１２月、ｐ．１１３－１７０

上述した従来の油膜パラメータΛの算出方法は、潤滑油の動粘度をもとに理論式によって油膜厚さｈ（理論油膜厚さ）を算出して、その油膜厚さｈを用いて油膜パラメータΛを算出している。そして、その得られた油膜パラメータΛに基づいて、潤滑剤の使用可否の判断を行っている。しかしながら、従来の油膜パラメータΛの算出方法では、潤滑剤に含まれる添加剤、増ちょう剤などの影響や、トラクションなどの使用条件による影響を考慮できないため、潤滑剤の使用可否を適切に判断することが困難である。特に、金属接触が起こる可能性がある低Λ領域では、添加剤や増ちょう剤、トラクションなどが軸受などの寿命に与える影響が大きい。また、特許文献１の寿命予測方法は、潤滑油に関しては基本的に動粘度が基準に補正されており、添加剤の効果やトラクションの影響などは考慮されていない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、添加剤や増ちょう剤、トラクションなどの影響を考慮しながら潤滑剤の油膜パラメータを算出できる油膜パラメータの算出方法を提供することを目的とする。

本発明の油膜パラメータの算出方法は、任意の潤滑剤の油膜パラメータを算出する方法であって、動粘度の異なる複数の基準の潤滑剤のそれぞれに対して転動疲労試験を実施し、該試験における転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_{０＿ｂａｓｅ}、Ｓ_ｂａｓｅを測定して、上記転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅ（＝Ｓ_ｂａｓｅ／Ｓ_{０＿ｂａｓｅ}）をそれぞれ求めるステップ（ａ）と、上記転動疲労試験における上記基準の潤滑剤の油膜パラメータΛ_ｂａｓｅをそれぞれ算出するステップ（ｂ）と、上記油膜パラメータΛ_ｂａｓｅに対する上記Ｘ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅをグラフ上にそれぞれプロットして、両者の関係を示す基準線を取得するステップ（ｃ）と、上記任意の潤滑剤に対して、上記転動疲労試験を実施し、該試験における転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_０、Ｓを測定して、上記転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ（＝Ｓ／Ｓ_０）を求めるステップ（ｄ）と、得られた上記Ｘ線回折環強度の不均一さＩの上記基準線上における油膜パラメータの値を上記任意の潤滑剤の油膜パラメータΛとして算出するステップ（ｅ）とを有することを特徴とする。

上記ステップ（ａ）における上記転動疲労試験が、２円筒を接触させ荷重を加えて行なう２円筒試験であることを特徴とする。

上記ステップ（ｂ）は下記式（１）を用いて上記油膜パラメータΛ_ｂａｓｅを算出することを特徴とする。

ただし、式中の記号は、ｈ：上記転動疲労試験において転がり接触する２物体の接触面に形成される油膜の油膜厚さ［μｍ］、σ１：上記２物体のうち一方の物体の二乗平均粗さ［μｍ］、σ２：他方の物体の二乗平均粗さ［μｍ］である。

上記式（１）中の上記油膜厚さを理論式によって算出することを特徴とする。

上記式（１）中の上記油膜厚さを、２円筒を接触させ荷重を加えて行なう２円筒試験において２円筒間に形成される油膜の電気抵抗と静電容量を測定することによって算出することを特徴とする。

上記任意の潤滑剤の動粘度が５ｍｍ^２／ｓ～８０ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする。

本発明の油膜パラメータの算出方法は、まず、動粘度の異なる複数の基準の潤滑剤のそれぞれに対して転動疲労試験を実施して、転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_{０＿ｂａｓｅ}、Ｓ_ｂａｓｅを取得して、転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅ（＝Ｓ_ｂａｓｅ／Ｓ_{０＿ｂａｓｅ}）と、油膜パラメータΛ_ｂａｓｅを算出して、これらからＸ線回折環強度の不均一さと油膜パラメータの関係を示すΛ－Ｉ特性図における基準線を取得する。次に、任意の潤滑剤を用いて、転動疲労試験を実施して、転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_０、Ｓを取得して、転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ（＝Ｓ／Ｓ_０）を得る。これにより、潤滑剤の動粘度に加えて、潤滑剤に含まれる添加剤や増ちょう剤の影響、トラクションの影響を反映したＸ線回折環強度の不均一さが得られる。そして、Λ－Ｉ特性図における基準線を用いて、得られたＸ線回折環強度の不均一さＩに対応する油膜パラメータの値を油膜パラメータΛとすることで、添加剤や増ちょう剤、トラクションなどの影響を考慮した油膜パラメータΛを得ることができる。これにより、潤滑剤の使用可否の判断を適正に行うことができる。

上記ステップ（ｂ）で上記式（１）を用いて上記油膜パラメータΛ_ｂａｓｅを算出する際において、上記式（１）中の上記油膜厚さを、２円筒間の基準の潤滑剤の電気抵抗と静電容量を測定することによって算出するので、理論式によって算出する場合に比べて、より正確な油膜パラメータΛ_ｂａｓｅを算出することができる。

グリースが封入された転がり軸受を示す図である。 Ｘ線分析装置の模式図である。 ステップ（ｃ）で取得される基準線の一例を示す図である。 ２円筒試験機の模式図である 油膜パラメータとＸ線回折環強度の不均一さとの関係を示す図である。

本発明の油膜パラメータの算出方法が対象とする潤滑剤は、自動車、産業機械などに使用される潤滑剤である。この潤滑剤として、例えば、転がり軸受に封入される潤滑油やグリース、オートマチックトランスミッションに用いられるＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）、無段変速機に用いられるＣＶＴＦ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）、ディファレンシャルギアに用いられるディファレンシャルギアオイルなどが挙げられる。

図１には、潤滑剤としてグリースが封入された転がり軸受の一例を示す。図１は深溝玉軸受の断面図である。転がり軸受１は、外周面に内輪軌道面２ａを有する内輪２と内周面に外輪軌道面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間に複数個の玉４が配置される。この玉４は、保持器５により保持される。また、内・外輪の軸方向両端開口部８ａ、８ｂがシール部材６によりシールされ、少なくとも玉４の周囲にグリース７が封入される。内輪２、外輪３および玉４は鉄系金属材料からなり、グリース７が玉４との軌道面に介在して潤滑される。

転がり軸受に封入されるグリースは、基油と増ちょう剤とを含む。基油は、特に限定されず、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。例えば、高度精製油、鉱油、エステル油、エーテル油、合成炭化水素油（ＰＡＯ油）、シリコーン油、フッ素油、およびこれらの混合油などを使用できる。

増ちょう剤は、特に限定されず、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。例えば、金属石けん、複合金属石けんなどの石けん系増ちょう剤、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物などの非石けん系増ちょう剤を使用できる。金属石けんとしては、ナトリウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けんなどが、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物としては、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、他のポリウレア化合物、ジウレタン化合物などが挙げられる。

また、グリースには、必要に応じて他の公知の添加物を含有させることができる。この添加物としては、アミン系やフェノール系の酸化防止剤、塩素系、イオウ系、りん系化合物、有機モリブデンなどの極圧剤、石油スルホネート、ジノニルナフタレンスルホネート、ソルビタンエステルなどのさび止剤などが挙げられる。

一方、転がり軸受に封入される潤滑油は、上述した基油と添加物とを含むものである。

潤滑剤に含まれる添加剤や増ちょう剤によっては、転動疲労に対して有利に作用するものもあれば、効果を発揮しないものもある。一方、ＣＶＴＦなどトラクションの影響が大きい潤滑剤の場合には、転動疲労に対してトラクションが不利に作用しやすい。従来の油膜パラメータの算出方法は、潤滑剤の動粘度のみに基づいて油膜パラメータを求めていたため、添加剤や増ちょう剤、トラクションの影響などが加味されていなかった。

これに対して、本発明の油膜パラメータの算出方法は、転動疲労試験前後のＸ線回折環強度の不均一さが油膜パラメータと相関関係を示すということに基づくものであり、転動疲労試験前後のＸ線回折環強度の不均一さから油膜パラメータを算出する方法である。潤滑剤自体を用いた転動疲労試験において、Ｘ線回折環強度の不均一さ、つまり試験前後のＸ線回折環強度のばらつきの変化量を用いることにより、潤滑剤に含まれる添加剤や増ちょう剤、トラクションなどの因子の影響を取り込み、油膜パラメータを精度よく算出できる。

本発明の油膜パラメータの算出方法は、動粘度の異なる複数の基準の潤滑剤を用いて、転動疲労試験を実施し、転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_{０＿ｂａｓｅ}、Ｓ_ｂａｓｅを取得して、転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅ（＝Ｓ_ｂａｓｅ／Ｓ_{０＿ｂａｓｅ}）を求めるステップ（ａ）と、基準の潤滑剤の油膜パラメータΛ_ｂａｓｅを算出するステップ（ｂ）と、得られたＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅと油膜パラメータΛ_ｂａｓｅとから基準線を取得するステップ（ｃ）と、任意の潤滑剤を用いて、転動疲労試験を実施し、転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_０、Ｓを取得して、転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ（＝Ｓ／Ｓ_０）を求めるステップ（ｄ）と、得られたＸ線回折環強度の不均一さＩと基準線とから任意の潤滑剤の油膜パラメータΛを算出するステップ（ｅ）とを有する。以下に、各ステップについて説明する。

＜ステップ（ａ）＞
このステップでは、動粘度の異なる複数の基準の潤滑剤のそれぞれに対して、転動疲労試験を実施する。転動疲労試験としては、軸受を用いた試験や２円筒試験などが実施され、所定の負荷回数が経過した時点で終了する。２円筒試験は、後述の図４に示すように、平行する２つの回転軸に円筒試験片を取り付けて、２円筒を接触させ荷重を加えて行なう試験である。なお、以下では転動疲労試験として２円筒試験を用いた場合について説明する。

また、ステップ（ａ）では、２円筒試験の前と後（所定の負荷回数が経過した時点）で転動面のＸ線分析を行う。図２はＸ線分析装置の模式図を示す。図２に示すように、Ｘ線分析装置１１は、円筒体などの転動部品の転動面１５に対してＸ線を照射する照射部１２と、転動面１５において回折した環状のＸ線を検出する検出器１３と、検出器１３に接続され、検出器１３において検出された環状のＸ線の検出データに基づいて所定のＸ線分析データを演算などする演算部１４とを有する。なお、演算部１４は当該検出データを保存する機能を有していてもよい。また、Ｘ線分析装置１１は、演算部１４における演算結果などを表示する表示部を有していてもよい。

照射部１２は、転動面１５に対向させることが可能なように設置されたＸ線管球を含んでいる。照射部１２は、転動面１５に対してＸ線を照射する。照射されたＸ線は、転動面１５に対して所定の入射角で入射するように、矢印αに沿って照射される。

検出器１３は、転動面１５において回折した環状のＸ線（Ｘ線回折環）を検出する。具体的には、検出器１３は、照射部１２から照射したＸ線を通過させる中心部に形成された孔１３ａと、転動面１５に対向させることが可能な平面状の検出部１３ｂを含む。例えば、検出部１３ｂとして、Ｘ線ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることができる。矢印αに沿って転動面１５に入射したＸ線が、円錐面βを構成するように回折し、検出部１３ｂに到達する。検出部１３ｂでは、それぞれの画素が出力するＸ線の強度に相当する強度の信号により、Ｘ線回折環が検出される。

演算部１４は、検出されるＸ線回折環に基づいて、Ｘ線回折環強度のばらつきＳを取得する。Ｘ線回折環強度のばらつきＳとは、環状の回折Ｘ線の中心角における回折強度と各回折強度の偏差の平均であり、以下の式（２）で表される。

ただし、式中の記号は、Ｉ_α：回折環の中心角αにおける回折強度、Ｉ_ａｖｅ：回折強度の回折環全周における平均値、ｎ：回折間の分割数を表す。ｎ＝５００とすれば、α＝０．７２ｄｅｇずつ回折強度を取得して解析するものとする。

このＸ線回折環強度のばらつきは、２円筒試験の前後でそれぞれ取得される。そして、取得されたＸ線回折環強度のばらつきＳ_{０＿ｂａｓｅ}、Ｓ_ｂａｓｅからＸ線回折環の不均一さＩ_ｂａｓｅが求められる。Ｘ線回折環の不均一さは、試験前のＸ線回折環強度のばらつきＳ_{０＿ｂａｓｅ}と試験後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_ｂａｓｅの比（Ｓ_ｂａｓｅ／Ｓ_{０＿ｂａｓｅ}）である。

ここで、転動面における「Ｘ線回折環強度」とは、転動面の結晶の向きが、ランダムであるか同じ方向に揃っているかを示すものである。具体的には、結晶の向きがランダムなものより、結晶の向きが同じ方向に揃っているものの方が値が大きくなる。通常、転動疲労試験の試験前の転動面の結晶の向きはランダムであるが、試験後の転動面の結晶の向きは特定の方向に揃う。そのため、試験前のＸ線回折環強度よりも、試験後のＸ線回折環強度の方が値が大きくなる。

また、「Ｘ線回折環強度のばらつき」は、環状の回折Ｘ線の中心角における回折強度と各回折強度の偏差の平均であり、「Ｘ線回折環強度の不均一さ」は、試験前後におけるＸ線回折環強度のばらつきの比である。「Ｘ線回折環強度の不均一さ」は、数値が大きくなるほど疲労が進んでいることを表す。本発明では、「Ｘ線回折環強度の不均一さ」を用いることによって、転動に伴う結晶配向の程度（結晶方向が揃っていく度合い）を定量化することができる。そして、試験前後のＸ線回折環強度のばらつきの比をとることで、試験片の個々の影響をなくすことができる。

＜ステップ（ｂ）＞
このステップでは、２円筒試験における基準の潤滑剤の油膜パラメータΛ_ｂａｓｅをそれぞれ算出する。油膜パラメータΛ_ｂａｓｅは、下記式（１）を用いて算出される。

ただし、式中の記号は、ｈ：２円筒試験において転がり接触する２円筒の接触面に形成される油膜の油膜厚さ［μｍ］、σ１：一方の円筒の二乗平均粗さ［μｍ］、σ２：他方の円筒の二乗平均粗さ［μｍ］である。

ここで、上記式（１）中の油膜厚さｈは、理論式や実測によって算出することができる。理論式を用いる場合、例えば、下記式（３）で表されるＣｈｉｔｔｅｎｄｅｎの計算式（参考文献：Ｃｈｉｔｔｅｎｄｅｎ，Ｒ．Ｊ．、Ｄｏｗｓｏｎ，Ｄ．、Ｄｕｎｎ，Ｊ．Ｆ．、Ｔａｙｌｏｒ，Ｃ．Ｍ．、Ｐｒｏｃ．Ｒｏｙ．Ｓｏｃ．Ｌｏｎｄｏｎ、Ａ３９７（１９８５）２７１）などを用いることができる。

上記式（３）中、Ｒ_ｘは、流れの方向の等価曲率半径であり、Ｒ_ｙは、流れに直交する方向の等価曲率半径である。Ｒ_ｘは、１／Ｒ_ｘ＝（１／Ｒ_ｘ１）＋（１／Ｒ_ｘ２）により算出され、Ｒ_ｙは、１／Ｒ_ｙ＝（１／Ｒ_ｙ１）＋（１／Ｒ_ｙ２）により算出される。Ｒ_ｘ１は、一方の円筒体の流れ方向の曲率半径であり、Ｒ_ｘ２は、他方の円筒体の流れ方向の曲率半径であり、Ｒ_ｙ１は、一方の円筒体の流れに直交する方向の曲率半径であり、Ｒ_ｙ２は、他方の円筒体の流れに直交する方向の曲率半径である。また、上記式（３）中、Ｕは速度パラメータであり、（η_０×ｕ）／（Ｅ′×Ｒ_ｘ）により算出される。η_０は、常圧粘度である。η_０は、ρ×νにより算出される。ρは潤滑油の密度であり、νは潤滑油の動粘度である。ｕは、一方の円筒体の周速および他方の円筒体の周速の平均値である。Ｅ′は等価ヤング率である。Ｅ′は、２／Ｅ′＝｛（１－ν_１ ^２）／Ｅ_１｝＋｛（１－ν_２ ^２）／Ｅ_２｝により算出される。Ｅ_１は一方の円筒体のヤング率であり、Ｅ_２は他方の円筒体のヤング率である。ν_１は、一方の円筒体のポワソン比であり、ν_２は、他方の円筒体のポワソン比である。

上記式（３）中、Ｇは材料パラメータであり、α×Ｅ′により算出される。αは、粘度圧力係数である。αは、Ｗｕ－Ｋｌａｕｓ－Ｄｕｄａの式により算出される。より具体的には、αは、（０．１６５７＋０．２３３２×ｌｏｇ_１０ν）×ｍ×１０^－８により算出される。νは潤滑油の動粘度である。ｍは、潤滑油によって定まる定数であり、Ｗａｌｔｈｅｒ－ＡＳＴＭの式により算出される。より具体的には、ｍは、ｌｏｇ_１０｛ｌｏｇ_１０（ν＋０．７）｝＝－ｍ×ｌｏｇ_１０Ｔ＋Ｋにより算出される。Ｔは、温度であり、Ｋは潤滑油により定める定数である。２つの温度及び当該２つの温度における動粘度をＷａｌｔｈｅｒ－ＡＳＴＭの式に代入し、連立方程式を解くことにより、ｍおよびＫの値を算出することができる。Ｗは、荷重パラメータであり、ｗ／（Ｅ′×Ｒ_ｘ ^２）により算出される。ｗは荷重である。

理論式を用いる場合は油膜厚さｈを簡便に算出可能であるが、油膜厚さｈの正確性の面では実測によって油膜厚さｈを算出することが好ましい。油膜厚さｈをより正確に算出することで、後続のステップ（ｃ）でより正確な基準線を得ることができる。

実測による場合、例えば、２円筒試験において２円筒間に形成される油膜の電気抵抗と静電容量を測定する。２円筒間に対して電圧を印加して、油膜の静電容量を測定する。この場合、油膜をコンデンサとみなした電気的な等価回路とみなすことができる。油膜の静電容量と油膜厚さｈは相関関係があるため、この相関関係に基づいて油膜の静電容量から油膜厚さｈを算出できる。なお、油膜厚さｈを算出する際の２円筒試験の条件は、ステップ（ａ）の２円筒試験の条件と同じであることが好ましい。

＜ステップ（ｃ）＞
このステップでは、ステップ（ａ）で求めたＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅと、ステップ（ｂ）で得られた油膜パラメータΛ_ｂａｓｅとから基準線を取得する。ここで、図３はＸ線回折環強度の不均一さと油膜パラメータとの関係を示すグラフであり、横軸が油膜パラメータ、縦軸がＸ線回折環強度の不均一さである。このグラフに、例えば５つの潤滑剤の測定結果である、油膜パラメータΛ_ｂａｓｅに対するＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅをそれぞれプロットすると、図３に示すように基準線Ｌを引くことができる。図３に示すように、Ｘ線回折環強度の不均一さと油膜パラメータとの間には相関関係があり、基準線Ｌは所定の関係式で近似することもできる。

このように、ステップ（ａ）～ステップ（ｃ）によって、図３に示す基準線Ｌが得られる。基準線の作成に際しては、基準の潤滑剤を複数用いる必要がある。上記では、５種類の潤滑剤を用いたが、潤滑剤の数はこれに限らない。また、これら潤滑剤の動粘度（グリースの場合は基油の動粘度）は互いに異なっており、例えば、４０℃における動粘度が５ｍｍ^２／ｓ～１８０ｍｍ^２／ｓの範囲のものを使用できる。幅広い範囲内において動粘度が異なる潤滑剤を複数用いることで、様々な動粘度の潤滑剤の油膜パラメータを算出することができる。

＜ステップ（ｄ）＞
このステップは、潤滑剤として使用可否を判断する任意の潤滑剤を用いること以外は、上記のステップ（ａ）と同じ手順を行う。すなわち、任意の潤滑剤に対して、２円筒試験を実施し、転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_０、Ｓを測定することで、転動面のＸ線回折環強度の不均一さＩ（＝Ｓ／Ｓ_０）を求める。なお、ステップ（ｄ）で実施する２円筒試験およびＸ線分析の条件は、ステップ（ａ）の条件と同じである。

＜ステップ（ｅ）＞
このステップは、図３の矢印で示すように、ステップ（ｄ）で得られたＸ線回折環強度の不均一さＩから、基準線Ｌ上の油膜パラメータの値を読み取ることで任意の潤滑剤の油膜パラメータΛを算出する。なお、ステップ（ｅ）は、基準線Ｌが所定の関係式で近似可能な場合は、その関係式にＸ線回折環強度の不均一さＩを代入して油膜パラメータΛを算出することも含む。

ステップ（ｄ）および（ｅ）で用いる、使用可否を判断する任意の潤滑剤の４０℃における動粘度は、特に限定されず、例えば、５ｍｍ^２／ｓ～１８０ｍｍ^２／ｓの範囲のものを使用できる。本発明の油膜パラメータの算出方法は低粘度の潤滑剤の油膜パラメータの算出に適していることから、任意の潤滑剤の４０℃における動粘度は５ｍｍ^２／ｓ～８０ｍｍ^２／ｓが好ましく、５ｍｍ^２／ｓ～３０ｍｍ^２／ｓがより好ましい。

上記ステップ（ａ）～（ｅ）を用いて算出された油膜パラメータΛを用いることで、任意の潤滑剤を所定の条件で使用される軸受などに使用可能か否かを判断することができる。例えば、算出された油膜パラメータΛを用いて、ａ_ｉｓｏなどの寿命計算方法によって、寿命時間を計算して、要求される寿命時間を満たした場合に、使用できると判断することができる。

（ｉ）Λ－Ｉ特性図における基準線の取得
基準線の取得に際して、動粘度が異なる５種の潤滑剤（潤滑剤１～５）を用いた。これら潤滑剤をそれぞれ用いて２円筒試験を実施した。２円筒試験機の模式図を図４に示す。この２円筒試験機は、駆動側試験片２１と転がり接触する従動側試験片２２とを備え、それぞれの試験片（リング）は支持軸受２４で支持されており、負荷用バネ２５により荷重が負荷されている。また、図中の２３は駆動用プーリ、２６は非接触回転計である。
＜試験条件＞
油温：３２℃
面圧：２．３ＧＰａ
回転数：５００ ｍｉｎ－１
負荷回数：５００００回

２円筒試験の前後において駆動側試験片の転動面のＸ線回折環強度のばらつきＳ_{０＿ｂａｓｅ}、Ｓ_ｂａｓｅを図２のようにして測定し、転動面のＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅ（Ｓ_ｂａｓｅ／Ｓ_{０＿ｂａｓｅ}）を求めた。

５種の潤滑剤の膜厚パラメータΛ_ｂａｓｅを上記式（１）を用いてそれぞれ算出した。なお、油膜厚さｈは、Ｃｈｉｔｔｅｎｄｅｎの計算式により算出した。５種の潤滑剤のＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅ、および油膜パラメータΛ_ｂａｓｅを表１に併記する。

得られた５種の潤滑剤の油膜パラメータΛ_ｂａｓｅに対するＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅをそれぞれプロットして図５に示す基準線を取得した。

（ｉｉ）任意の潤滑剤の油膜パラメータΛの算出
任意の潤滑剤として、７種の潤滑剤（潤滑剤Ａ～Ｇ）を用いた。各潤滑剤の種類、４０℃における動粘度を表２に示す。なお、潤滑剤Ｆ、Ｇは、上記潤滑剤１にリン系添加剤、イオウ系添加剤をそれぞれ添加したものである。７種の潤滑剤について、上記（ｉ）で実施した２円筒試験と同じ条件で２円筒試験を実施した。また、２円筒試験前後において、駆動側試験片の転動面のＸ線回折環強度のばらつきＳ_０、Ｓを測定し、転動面のＸ線回折環強度の不均一さＩを求めた。そして、得られたＸ線回折環強度の不均一さＩに基づいて、図５に示す基準線から油膜パラメータΛを算出した。各潤滑剤のＸ線回折環強度の不均一さＩ、および油膜パラメータΛを表２に併記する。なお、この油膜パラメータΛは、図５の基準線上の値である。

なお、比較対象として、７種の潤滑剤の油膜パラメータを従来法によって算出した値を表２に併記する。また、算出した油膜パラメータに対するＸ線回折環強度の不均一さをそれぞれ図５にプロットした。この従来法は上記式（１）を用いた方法である。なお、油膜厚さｈは、Ｃｈｉｔｔｅｎｄｅｎの計算式により算出した。

潤滑剤Ａでは、ＣＶＴＦ（４０℃における動粘度２９ｍｍ^２／ｓ）のＸ線回折環強度の不均一さは１３．０８であり、Λ－Ｉ特性図の基準線よりも上側にプロットされる。そのため、同じ動粘度の潤滑剤よりも疲労しやすいことが分かる。これは、ＣＶＴＦの特徴であるトラクションの影響であり、その結果として、油膜パラメータΛは０．２４になる。一方、従来法の油膜パラメータは０．３４になり、油膜パラメータΛに対して大きく、ＣＶＴＦの特徴であるトラクションの影響が反映されていない。

潤滑剤Ｂでは、ＣＶＴＦ（４０℃における動粘度２６ｍｍ^２／ｓ）のＸ線回折環強度の不均一さは１６．２７であり、Λ－Ｉ特性図の基準線よりも上側にプロットされる。そのため、同じ動粘度の潤滑剤よりも疲労しやすいことが分かる。これは、ＣＶＴＦの特徴であるトラクションの影響であり、その結果として、油膜パラメータΛは０．１７になる。一方、従来法の油膜パラメータは０．３０になり、油膜パラメータΛに対して大きく、ＣＶＴＦの特徴であるトラクションの影響が反映されていない。

潤滑剤Ｃでは、ＣＶＴＦ（４０℃における動粘度２７ｍｍ^２／ｓ）のＸ線回折環強度の不均一さは２３．１５であり、Λ－Ｉ特性図の基準線よりも上側にプロットされる。そのため、同じ動粘度の潤滑剤よりも疲労しやすいことが分かる。これは、ＣＶＴＦの特徴であるトラクションの影響であり、その結果として、油膜パラメータΛは０．０９になる。一方、従来法の油膜パラメータは０．３３になり、油膜パラメータΛに対して大きく、ＣＶＴＦの特徴であるトラクションの影響が反映されていない。

潤滑剤Ｄでは、ＡＴＦ（４０℃における動粘度２４ｍｍ^２／ｓ）のＸ線回折環強度の不均一さは１１．０９であり、Λ－Ｉ特性図の基準線上にプロットされる。そのため、同じ動粘度の潤滑剤と同程度に疲労することが分かる。これは、添加剤の効果やトラクションの影響が少ないためであり、その結果として、油膜パラメータΛは０．３２になる。一方、従来法の油膜パラメータは０．３２になり、油膜パラメータΛに対して変化がなく、添加剤の効果やトラクションの影響が少ない。

潤滑剤Ｅでは、ＡＴＦ（４０℃における動粘度１２ｍｍ^２／ｓ）のＸ線回折環強度の不均一さは１３．２７であり、Λ－Ｉ特性図の基準線よりも下側にプロットされる。そのため、同じ動粘度の潤滑剤よりも疲労しにくいことが分かる。これは添加剤の効果であり、その結果として油膜パラメータΛは０．２４になる。一方、従来法の油膜パラメータは０．１９になり、油膜パラメータΛに対して小さく、添加剤の効果が反映されていない。

潤滑剤Ｆでは、Ｘ線回折環強度の不均一さは５．６８であり、Λ－Ｉ特性図の基準線よりも下側にプロットされる。そのため、同じ動粘度の潤滑剤よりも疲労しにくいことが分かる。これはリン系添加剤の効果であり、その結果として油膜パラメータΛは１．０２になる。一方、従来法の油膜パラメータは０．１２になり、油膜パラメータΛに対して小さく、リン系添加剤の効果が反映されていない。

潤滑剤Ｇでは、Ｘ線回折環強度の不均一さは９．４０であり、Λ－Ｉ特性図の基準線よりも下側にプロットされる。そのため、同じ動粘度の潤滑剤よりも疲労しにくいことが分かる。これはイオウ系添加剤の効果であり、その結果として油膜パラメータΛは０．４３になる。一方、従来法の油膜パラメータは０．１２になり、油膜パラメータΛに対して小さく、イオウ系添加剤の効果が反映されていない。

以上のように、本発明の算出方法によれば、ＣＶＴＦなどトラクションの影響が大きい潤滑剤では、疲労に対して不利に作用するトラクションの影響を反映した結果として、従来の算出方法による油膜パラメータよりも小さく油膜パラメータΛを見積もることができる。また、添加剤などが添加されている場合、添加剤の効果が大きい潤滑剤では、転動疲労に対して有利に作用する添加剤の効果を反映した結果として、従来法による油膜パラメータよりも大きく油膜パラメータΛを見積もることができる。一方、添加剤が転動疲労に対して効果を発揮していなければ、それを加味して、従来法による油膜パラメータと同等の油膜パラメータΛとして見積もることができる。その結果、潤滑剤の使用可否の判断を適正に行うことができる。

本発明の油膜パラメータの算出方法は、添加剤や増ちょう剤、トラクションなどの影響を考慮しながら潤滑剤の油膜パラメータを算出できるので、自動車、産業機械などの分野に広く使用できる。

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 玉
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース
８ 開口部
１１ 測定装置
１２ 照射部
１３ 検出器
１４ 演算部
１５ 転動面
２１ 駆動側試験片
２２ 従動側試験片
２３ 駆動用プーリ
２４ 支持軸受
２５ 負荷用バネ
２６ 非接触回転計

Claims (6)

1. 任意の潤滑剤の油膜パラメータを算出する方法であって、
   動粘度の異なる複数の基準の潤滑剤のそれぞれに対して転動疲労試験を実施し、該試験における転動面の試験前後のＸ線回折環強度のばらつきＳ_{０＿ｂａｓｅ}、Ｓ_ｂａｓｅを測定して、前記転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅ（＝Ｓ_ｂａｓｅ／Ｓ_{０＿ｂａｓｅ}）をそれぞれ求めるステップ（ａ）と、
   前記転動疲労試験における前記基準の潤滑剤の油膜パラメータΛ_ｂａｓｅをそれぞれ算出するステップ（ｂ）と、
   前記油膜パラメータΛ_ｂａｓｅに対する前記Ｘ線回折環強度の不均一さＩ_ｂａｓｅをグラフ上にそれぞれプロットして、両者の関係を示す基準線を取得するステップ（ｃ）と、
   前記任意の潤滑剤に対して、前記転動疲労試験を実施し、該試験における転動面の試験前後のＸ線回折環強度をのばらつきＳ_０、Ｓ測定して、前記転動面の試験前後のＸ線回折環強度の不均一さＩ（＝Ｓ／Ｓ_０）を求めるステップ（ｄ）と、
   得られた前記Ｘ線回折環強度の不均一さＩの前記基準線上における油膜パラメータの値を前記任意の潤滑剤の油膜パラメータΛとして算出するステップ（ｅ）とを有することを特徴とする油膜パラメータの算出方法。
2. 前記ステップ（ａ）における前記転動疲労試験が、２円筒を接触させ荷重を加えて行なう２円筒試験であることを特徴とする請求項１記載の油膜パラメータの算出方法。
3. 前記ステップ（ｂ）は下記式（１）を用いて前記油膜パラメータΛ_ｂａｓｅを算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の油膜パラメータの算出方法。。
   

   

   ただし、式中の記号は、ｈ：前記転動疲労試験において転がり接触する２物体の接触面に形成される油膜の油膜厚さ［μｍ］、σ１：前記２物体のうち一方の物体の二乗平均粗さ［μｍ］、σ２：他方の物体の二乗平均粗さ［μｍ］である。
4. 前記式（１）中の前記油膜厚さを理論式によって算出することを特徴とする請求項３記載の油膜パラメータの算出方法。
5. 前記式（１）中の前記油膜厚さを、２円筒を接触させ荷重を加えて行なう２円筒試験において２円筒間に形成される油膜の電気抵抗と静電容量を測定することによって算出することを特徴とする請求項３記載の油膜パラメータの算出方法。
6. 前記任意の潤滑剤の動粘度が５ｍｍ^２／ｓ～８０ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の油膜パラメータの算出方法。

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