JP3891049B2 - 軸受の寿命予測方法及び軸受の寿命予測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受の寿命を予測する軸受の寿命予測方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受の基本定格寿命Ｌ１０に関してはＪＩＳ Ｂ１５１８：１９９２で規定されており、通常は次式のような計算式が用いられている。
Ｌ１０＝（Ｃ／Ｐ）Ｐ ・・・（１）
ここで、Ｃは転がり軸受の基本動定格荷重、Ｐは軸受に作用する動等価荷重である。また、ｐは荷重指数を表し、玉軸受の場合ｐ＝３、ころ軸受の場合ｐ＝１０／３に設定される。この基本定格寿命Ｌ１０は、信頼度が９０％で、普通使用する材料を用いて、通常の製造品質で、且つ普通の使用条件におけるものである。
【０００３】
一方、破損確率がｎ％のときの信頼度（１００−ｎ）％及び特殊な軸受特性並びに特定の使用条件に対する補正定格寿命Ｌｎａは、次式のようになる。
Ｌｎａ＝ａ１・ａ２・ａ３・Ｌ１０ ・・・（２）
ここで、ａ１は信頼度係数であって、下記表１で表記され、信頼度を高める程低い値となる。
【０００４】
【表１】
【０００５】
また、ａ２は軸受特性係数であって、材料改良による疲れ寿命の延長を補正する係数で、通常１．０とするが真空脱ガス軸受鋼材を使用すると１．０以上となり、高清浄度鋼になると高い値をとる。具体的には次のように決定される。
ａ２は、１．０以外の値として採用される場合、鋼の成分及び製造工程からだけで判断することは十分ではない。しかし、不純物が特に少ない鋼又は特別な成分の鋼から作った軸受では、ａ２＞１の値をとる。また、特殊な熱処理によって、硬さが低下した軸受では、ａ２の値は小さくなる。さらに、潤滑不良が原因でａ３の値が１より小さい場合は、１を超えるａ２を適用したほうが良い。
【０００６】
また、ａ３は使用条件係数である。ここで、潤滑が正常であること、すなわち転動体と軌道との接触状態における潤滑油圧さが接触表面の合成粗さに等しいか、又はわずかに大きいことを前提として、前記基本定格荷重Ｃを計算している。この必要条件が満たされている場合は、使用条件によって材料の特性が変化して、この係数が小さくならない限り、ａ３＝１となる。そして、潤滑条件が良好でない場合は、ａ３＜１とするが、その値を規定するものでない。具体的には、十分な油膜厚さが期待できる場合にａ３≧１となるが、油接触部における潤滑油の粘度が低すぎる場合、転動体の周速が非常に遅い場合、軸受温度が高い場合及び潤滑剤の中に異物、水分が混入した場合にはａ３＜１となる。
【０００７】
このように、前記係数ａ２，ａ３の数値の定量化が規定されていないため、軸受寿命の予測式として、前記（１）式は十分とは言えないという課題があった。他方、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６５５（１９９３）ｐ１７〜２４の図９）に記載されているように、スーパークリーン（２段フィルタ使用）の場合は、実際の軸受寿命Ｌ１０がＪＩＳの計算寿命の約２０倍となり、マイルドコンタミネーションの場合に、ＪＩＳの計算寿命程度で、更に、シビアコンタミネーションの場合は、ＪＩＳの計算寿命の約１／７〜１／２５となり、バラツキが非常に大きいことが報告されている。このため、実際の転がり軸受の寿命予測を行うのは非常に困難であり、正確寿命予測を行うことができない。
【０００８】
また、古村、村上、阿部らの報告（ＡＳＴＭ ＳＴＰ １１９５，Ｊ，ＪＣ．Ｈｏｏ，Ｅｄ．，１９９３，ｐ１９９〜２１０）に記載されているように、材料の清浄度の違いによって、転がり疲労限界を表す指標としてバタフライの発生限度が異なり、材料Ｓ（ＮＳＫ標準材料）の発生限界が接触面圧＝１８５０ＭＰａに対して、清浄度の劣る材料Ｌのバタフライ発生限界は、１１００ＭＰａとなっている。従って、通常の軸受材料に関して、安全側に考えるとクリーンな潤滑下で、且つ理想的な状態下で使用される場合の接触面圧が１５００ＭＰａ以下では、応力繰り返し数が１０１１サイクルに至っても剥離を生じないときの、動等価荷重を疲労限度荷重Ｐｕと考えることができる。
【０００９】
さらに、日本トライボロジー会議予稿集（大阪 １９９７−１１，ｐ３２４〜３２６）に記載されているように、潤滑条件を表す指標として、油膜パラメータΛ〔＝ｈｍｉｎ ／√（ｈｒ１ ２−ｈｒ２ ２） ｈｒ１，ｈｒ２：接触２面の二乗平均粗さ、ｈｍｉｎ：ＥＨＬ油膜の最小厚さ〕が小さい場合（例えばΛ＜３）、油膜が十分ある場合の寿命と比較して１／１０程度に低下する場合と低下しない場合などがあり、この潤滑状態を表す指標として油膜パラメータΛではなく、他のパラメータとして表記する必要性がある。
【００１０】
以上のような寿命現象をまとめると、軸受の寿命予測として検討する必要があるパラメータは、従来から考えられている軸受の基本定格荷重Ｃや軸受に負荷される動等価荷重Ｐの回転数Ｎだけでなく、潤滑状態や疲労限荷重を考慮したものでなければならないことが示される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これまでの寿命予測手法として、例えば特公昭６３−３４４２３号公報に開示されているように、転がり軸受のユニットから内外輪や転動体を分解した後、各軌道面を半径方向に電解研磨を行い、Ｘ線回折により材料の疲労度を測定することで、疲労解析により残存寿命を推定するシステムが挙げられる。
【００１２】
この疲労解析では、疲労度をＦ＝ΔＢ＋Ｋ×ΔＲＡとして与えている。ここで、ΔＢは半価幅減少量であり、Ｋは材料によって決定される係数であり、ΔＲＡは残留オーステナイト減少量である。このような疲労度の関係から、金属材料の転動部の転がり疲労前及び疲労後のマルテンサイト相のＸ線解析半価幅と、残量オーステナイト量（Ｖｏｌ％）とを測定し、金属部材の種類によって決まる定数をＫ、疲労していないときの残留オーステナイト量（Ｖｏｌ％）と疲労時のそれとの差分をΔＲＡ、疲労していないときのマルテンサイト相のＸ線回折半価幅と疲労時のそれとの差分をΔＢとして、前記疲労度の関係Ｆ＝ΔＢ＋Ｋ×ΔＲＡにそれらの値を代入し疲労度を求めている。
【００１３】
そして、予め作成しておいた前記転動部の各部位に応じた基準から、このようにして求めることができる疲労度を評価し、当該各部位の疲労度を測定することで転がり疲れによる疲労解析をして、残存寿命を推定している。
しかし、このような残存寿命を推定するシステムでは、ユニットを一旦分解して軸受を切断するため、そのユニット自体を再利用することができなくなる。このようなことから、軸受のユニットを分解することなく、簡略化して寿命予測を実現することが望まれていた。
【００１４】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みてなされたものであり、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測し、しかもその予測を正確にできる軸受の寿命予測方法及び軸受の寿命予測装置の提供を目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、請求項１記載の発明に係る軸受の寿命予測方法は、軸受の使用を開始した後に当該軸受の潤滑剤の性状を測定し、測定した前記性状に基づいて軸受の寿命を算出することを特徴とする軸受の寿命予測方法で、基本動定格荷重をＣ、等価荷重をＰ、荷重指数をｐ、潤滑パラメータをａ Ｌ 、汚染度係数をａ Ｃ 、疲労限度荷重をＰｕ、寿命補正係数をａ ＮＳＫ とし、前記潤滑パラメータａ Ｌ 、等価荷重Ｐと基本動定格荷重Ｃとの比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ が前記潤滑剤の性状により変化するものであって、前記軸受の使用開始後の前記潤滑剤の性状に応じた値になっている前記潤滑パラメータａ Ｌ 、比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ のうちの少なくとも１つの値を用い、ある信頼度係数ａ １ における軸受の寿命Ｌ Ａ を、
Ｌ Ａ ＝ａ １ ・ａ ＮＳＫ ・（Ｃ／Ｐ） Ｐ
ａ ＮＳＫ ∝ｆ〔ａ Ｌ ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａ Ｃ 〕
で算出し、前記性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を前記算出した軸受の寿命から引き算することで、その使用後に残されている前記軸受の残存寿命を算出することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項２記載の発明に係る軸受の寿命予測装置は、軸受の使用を開始した後に測定した当該軸受の潤滑剤の性状に基づいて軸受の寿命を算出することを特徴とする寿命予測装置で、基本動定格荷重をＣ、等価荷重をＰ、荷重指数をｐ、潤滑パラメータをａ Ｌ 、汚染度係数をａ Ｃ 、疲労限度荷重をＰｕ、寿命補正係数をａ ＮＳＫ とし、前記潤滑パラメータａ Ｌ 、等価荷重Ｐと基本動定格荷重Ｃと比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ が前記潤滑剤の性状により変化するものであって、前記軸受の使用開始後の前記潤滑剤の性状に応じた値になっている前記潤滑パラメータａ Ｌ 、比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ のうちの少なくとも１つの値を用い、ある信頼度係数ａ １ における軸受の寿命Ｌ Ａ を、
Ｌ Ａ ＝ａ １ ・ａ ＮＳＫ ・（Ｃ／Ｐ） Ｐ
ａ ＮＳＫ ∝ｆ〔ａ Ｌ ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａ Ｃ 〕
で算出し、
前記性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を前記算出した軸受の寿命から引き算することで、その使用後に残されている前記軸受の残存寿命を算出することを特徴としている。
【００２１】
このように、請求項１及び２に記載の発明では、使用開始後に軸受の潤滑剤の性状を測定し、その測定した潤滑剤の性状から軸受の寿命を算出することで、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測している。すなわち、請求項１及び２に記載の発明では、軸受のユニットを分解することなく取得可能な潤滑の潤滑剤の性状の情報から当該軸受の寿命に与える影響度を換算して、軸受の寿命を予測している。
【００２２】
また、所定の式により残存寿命を算出しているが、それは次のような理由による。
【００２３】
転がり軸受の寿命計算式の起源となっているのは、１９４７年に、Lundberg,GとPalmgren,Aとが「Dynamic Capacity of Rolling bearings」として、Acta Polytechnica,Mechanical Engineering of Basic Engineering,82,pp309〜320に発表されているように、下記（３）式が基本の考え方となっている。
【００２４】
【数１】
【００２５】
しかしながら、この（３）式は、軸受の剥離寿命の考え方として、内部起点の考えを踏襲しているため完全ではない。このようなことから、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６７１（２００１年５月）ｐ２１〜２９）に開示してある「玉軸受・ころ軸受におけるＮＳＫ新寿命計算式の開発」或いは特開平２００２−１４８１４８号公報に開示している技術のように、内部起点のみではなく、潤滑剤粘度の影響や汚染度の影響を含めて表面起点型剥離の形態を考慮した式として、潤滑環境として新たに、汚染度係数ａＣ｝と潤滑パラメータａＬとを組込んだ下記（４）式及び（６）式を提案している。
【００２６】
【数２】
【００２７】
そして、この（４）式を展開すると、軸受寿命を正確に予測できる式として、
ＬＡ＝ａ１・ａＮＳＫ・（Ｃ／Ｐ）Ｐ ・・・（５）
ａＮＳＫ∝ｆ〔ａＬ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣ〕・・・（６）
が得られる。ここで、Ｃは基本動定格荷重であり、Ｐは等価荷重であり、ｐは荷重指数であり、ａＬは潤滑パラメータであり、ａＣは汚染度係数であり、Ｐｕは疲労限度荷重であり、ａＮＳＫは寿命補正係数である。
【００２８】
このように、寿命補正係数ａＮＳＫが、潤滑パラメータａＬと荷重パラメータ｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣの関数となることを知見した。そして、この寿命計算式が高精度で軸受寿命の予測をするものとして提案した。
なお、この寿命計算式により求める軸受の寿命は、急激な使用環境の変化に伴うユニット中の潤滑剤（油）の劣化（粘度低下など）を考慮したものではなく、ユニット中の潤滑剤が定期的に交換されることにより、潤滑剤の粘度が一定であることを前提としたものである。
【００２９】
請求項１及び２に記載の発明では、高精度で軸受寿命の予測ができるこのような寿命計算式の変数のうちから前記潤滑剤の性状に応じて変化する変数を特定して、軸受を使用開始した後に軸受の潤滑剤の性状に応じて変化した前記特定の変数を用いて前記寿命予測式により軸受の寿命を算出している。
また、請求項１及び２に記載の発明では、軸受を使用開始した後の潤滑剤の性状に基づいて算出した軸受の寿命から、潤滑剤の性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を引き算し、その使用後に残されている軸受の残存寿命を算出している。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明が適用された軸受の残存寿命の計算は、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６７１（２００１年５月）ｐ２１〜２９）に開示してある「玉軸受・ころ軸受におけるＮＳＫ新寿命計算式の開発」或いは特開平２００２−１４８１４８号公報に開示してある軸受寿命の計算式が基本になっている。
【００３１】
すなわち、１９４７年に、Lundberg,GとPalmgren,Aとが「Dynamic Capacity of Rolling bearings」として、Acta Polytechnica,Mechanical Engineering of Basic Engineering,82,pp309〜320に発表されているように、転がり軸受の寿命計算式の起源としして下記（３）式がある。
【００３２】
【数３】
【００３３】
しかしながら、この（３）式は、軸受の剥離寿命の考え方として、内部起点の考えを踏襲しているため完全ではない。このようなことから、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６７１（２００１年５月）ｐ２１〜２９）に開示してある「玉軸受・ころ軸受におけるＮＳＫ新寿命計算式の開発」或いは特開平２００２−１４８１４８号公報に開示してあるように、内部起点のみではなく、潤滑剤粘度の影響や汚染度の影響を含めて表面起点型剥離の形態を考慮した式として、潤滑環境として新たに、汚染度係数ａＣと潤滑パラメータａＬとを組込んだ下記（４）式を提案した。
【００３４】
【数４】
【００３５】
そして、この（４）式を展開すると、軸受寿命を正確に予測できる式として、
ＬＡ＝ａ１・ａＮＳＫ・（Ｃ／Ｐ）Ｐ ・・・（５）
ａＮＳＫ∝ｆ〔ａＬ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣ〕・・・（６）
が得られる。ここで、Ｃは基本動定格荷重であり、Ｐは等価荷重であり、ｐは荷重指数であり、ａＬは潤滑パラメータであり、ａＣは汚染度係数であり、Ｐｕは疲労限度荷重であり、ａＮＳＫは寿命補正係数である。
【００３６】
このように、寿命補正係数ａＮＳＫが、潤滑パラメータａＬと荷重パラメータ｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣとの関数となることを知見した。そして、前記（６）式の変数中、ａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの変数が潤滑剤の性状に応じて変化するものである。
本発明を適用した軸受の残存寿命の計算は、そのように潤滑剤の性状に応じてａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの変数が変化することを利用するものであって、軸受を一定時間使用した後に当該軸受の潤滑剤の性状を測定し、その測定した性状に応じたａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの値を取得し、取得した当該ａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの値を用いて前記（５）及び（６）式から軸受の残存寿命を予測するというものである。以下にその詳細について説明する。なお、以下の説明は、潤滑剤が潤滑油である場合を前提とする。
【００３７】
先ず、潤滑油の性状に応じて変化する潤滑パラメータａＬに基づいて次のように軸受の残存寿命を予測することができる。なお、ここでは、前記（５）式及び（６）式中の他の変数については既知であり、潤滑パラメータａＬだけが異なっている場合を前提にする。
軸受を使用すると潤滑油の粘度は低下し、その粘度の低下により潤滑パラメータａＬが通常の値よりも低い値として得られるようになる。このようなことから、軸受を一定時間使用した後に軸受のユニット内から潤滑油を採取することで、潤滑油の粘度が低下していれば、それに応じた潤滑パラメータａＬを得ることができる。例えば、所定推定時の温度における潤滑油の粘度低下した場合のものとして潤滑パラメータａＬを取得する。
【００３８】
ここで、粘度に応じた潤滑パラメータａＬの取得については、具体的には、粘度比κの関数Ｆ（κ）としての潤滑パラメータａＬを取得する。これについては特開平２００２−１４８１４８号公報に記載されていることでもあるが、概略次のように行う。
粘度比κは下記（７）〜（１０）式により表すことができる。
【００３９】
κ＝ν／ν１’ ・・・（７）
ν１’＝Ａ・ν１ ・・・（８）
ν１＝Ｋ・４５００／√（Ｎ・ｄｍ） ・・・（９）
Ｋ＝（１０００／Ｎ）１／３ ・・・（１０）
ここで、νは運転粘度であり、ν１は必要粘度であり、ν１’は必要粘度ν１を補正して得た補正必要粘度である。また、Ａは軸受性能係数であり、この軸受性能係数Ａについては通常はＡ＝１．０に設定するが、軸受性能（真円度、粗さなど）が良好な場合はＡ＜１．０に設定する。また、ｄｍはピッチ円直径であり、Ｎは軸受回転数である。また、Ｋは、軸受回転数Ｎが１０００ｍｉｎ−１以下である場合に前記（１０）式により設定される係数であり、Ｎ＞１０００ｍｉｎ−１である場合には“１”に設定される係数である。
【００４０】
このような粘度比κから関数Ｆ（κ）として潤滑パラメータａＬを表すことができ、潤滑油の性状を考慮して潤滑パラメータａＬを決定することができるようになる。
ここで、例えば、このように表すことができる粘度比κが大きい値である場合には、潤滑油の状態が良好であり、このとき、潤滑パラメータａＬは大きい値をとり、その結果、軸受の寿命が長いと推定される関係になる。また、粘度比κが小さい値である場合には、潤滑油の状態が良好ではなく、この場合、潤滑パラメータａＬは小さい値をとり、その結果、軸受の寿命が短いと推定される関係になる。
【００４１】
そして、このような潤滑パラメータａＬを用いて残存寿命を算出する。ここで、残存寿命は、軸受を使用開始した後に残されている当該軸受の寿命であり、具体的には、前述のようにして算出した軸受の寿命からそれまでの使用時間を引き算することで得ることができる。
具体例を挙げて説明すると残存寿命の算出は次のようになる。
【００４２】
先ず、軸受を一定時間使用した後に、その軸受の潤滑油の性状に応じて潤滑パラメータａＬが０．８として得られた場合、このａＬ＝０．８を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出する。このように算出した寿命は、測定した潤滑油の性状が当該軸受の寿命に与える影響度として換算して得られたものになる。ここで、その算出結果が４０ｈｒであったとする。
【００４３】
次に、そのようにして算出した寿命から前記一定時間を引き算する。すなわち、前記算出結果が４０ｈｒであり、ここで、前記一定時間が１０ｈｒであったとすれば、残存寿命を４０−１０＝３０ｈｒとして得ることができる。
ここで比較例として、例えば軸受の使用開始前に設定した潤滑パラメータ（初期の潤滑パラメータ）がａＬ＝１．０である場合に、この値を用いて同様に残存寿命を算出した場合は次のようになる。
【００４４】
先ず、軸受を一定時間使用した後に、潤滑パラメータａＬ＝１．０を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出する。そして、その算出結果が１００ｈｒであったとする。
次に、そのようにして算出した寿命から前記一定時間を引き算する。すなわち、前記算出結果が１００ｈｒであり、ここで、前記一定時間が前述した場合と同様に１０ｈｒであったとすれば、残存寿命を１００−１０＝９０ｈｒとして得ることができる。
【００４５】
このように、軸受の使用の如何に関わらず初期の潤滑パラメータａＬを用いて残存寿命を算出した場合と比較して、軸受の使用後の潤滑油の性状に応じた潤滑パラメータａＬを用いたものの方が残存寿命が小さくなる。
以上のように、軸受の使用後の潤滑油の性状に応じて変化する潤滑パラメータａＬに基づいて軸受の残存寿命を予測している。そして、この残存寿命の予測では、軸受の潤滑油の性状に基づいて行っていることから、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測することを実現している。
【００４６】
なお、軸受のユニット内のオイル交換等を行った場合、それまでの時間を考慮して、残存寿命を予測するようにする。
次に、潤滑油の性状に応じて変化する｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣの項のＰ／Ｃ，ａＣの値に基づいて次のように軸受の残存寿命を予測することができる。先ず、荷重を示すＰ／Ｃの場合を説明する。
【００４７】
図１は、応力繰り返し数（ＲＥＶ）と潤滑油の粘度との関係を、荷重Ｐ／Ｃをパラメータとする特性図を示す。縦軸は、具体的には、粘度低下率を示しており、軸受の使用開始時点の潤滑油の粘度と軸受の使用開始後（応力繰り返し数の計数開始後）の潤滑油の粘度との比を示す。すなわち、粘度低下率は、軸受の使用開始時点では、“１” となり、軸受の使用開始後にその値が低下する。
【００４８】
この特性図は、軸受のユニット中の荷重Ｐ／Ｃの値が大きい場合、短時間であっても潤滑油の粘度が低下する場合があることを利用して得た特性図である。この特性図によれば、潤滑油の粘度と応力繰り返し数（ＲＥＶ）とが既知であれば、荷重Ｐ／Ｃが得られる。ここで、応力繰り返し数は、使用時間に対応する。
よって、このような特性図を予め用意し、さらに各潤滑油毎にその特性図を用意をしておくことで、軸受の使用後に潤滑油を採取し、その粘度と軸受の使用時間に対応する応力繰り返し数（ＲＥＶ）とを得ることで、それらの値に対応する軸受荷重Ｐ／Ｃを決定できる。
【００４９】
そして、この軸受荷重Ｐ／Ｃを用いて、前述の潤滑パラメータａＬの場合と同様に残存寿命を算出する。すなわち、軸受を一定時間使用した場合に得た軸受荷重Ｐ／Ｃを用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出し、その算出した寿命から前記一定時間を引き算し、残存寿命を算出する。
このように、潤滑油の性状に応じて変化する荷重Ｐ／Ｃの値を用いて軸受の残存寿命を予測することができる。
【００５０】
次に、汚染度係数ａＣの場合を説明する。
汚染度係数ａＣは、採取した潤滑油中の異物量を測定して得られる。例えば、汚染度係数ａＣは下記表２に示す関係から潤滑油の性状に対応して得られる。
【００５１】
【表２】
【００５２】
そして、この汚染度係数ａＣを用いて、前述の潤滑パラメータａＬの場合と同様に残存寿命を算出する。すなわち、軸受を一定時間使用した場合に得た汚染度係数ａＣを用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出し、その算出した寿命から前記一定時間を引き算し、残存寿命を算出する。
なお、汚染度係数ａＣを得るための潤滑油中の異物量の測定については、軸受のユニットから潤滑油をできるだけ多くの量、例えば５０〜５００ｃｃ、好ましくは１００ｃｃ以上を採取して行うようにする。また、このとき、潤滑油を十分に攪拌して潤滑油中の異物濃度を均一にしてから潤滑油を採取することが望ましい。そして、採取したサンプルの潤滑油をろ過し、異物を抽出し、異物の種類、大きさや数を計測する。例えばＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）を用いて異物の種類、大きさや数を計測する。
【００５３】
なお、簡易的な方法としては、日本ポール株式会社の商品名「高圧ラインフィルター９６６０シリーズ」のように、フィルター中を通過する絶対ろ過粒度ＭＩＬ−Ｆ−８８１５を利用し、ＩＳＯ洗浄度コード（ＮＡＳ１６３８）に潤滑油の汚染度を換算することにより得ることもできる。
また、異物の大きさと数のみで潤滑油の汚染度を簡易的に求めることもできるが、異物の硬さが軸受寿命低下に大きく影響するためことも考慮し汚染度係数ａＣを決定するようにしてもよい。すなわち例えば、異物が硬い場合には、汚染度のランクを低く見積って汚染度係数ａＣを決定するといったようにである。
【００５４】
以上のように、潤滑油の性状に応じて変化する｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣの項のＰ／Ｃ，ａＣの値に基づいて軸受の残存寿命を予測することができる。また、この残存寿命の予測では、軸受の潤滑油の性状に基づいて行っていることから、軸受のユニットを分解することなくその予測が実現されたものとなる。
なお、前述の説明では、荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣそれぞれについて残存寿命を計算する場合について説明しているが、採取した潤滑油の性状から荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣの両方を同時に得て、この荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣに基づいて残存寿命を計算してもよい。
【００５５】
ここで、これを具体例を挙げて説明する。すなわち、先ず、軸受を一定時間使用した後に、その軸受の潤滑油の性状に応じて荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣを得て、それら値を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出する。そして、その算出結果が５００ｈｒであったとする。次に、そのようにして算出した寿命から前記一定時間を引き算する。すなわち、前記算出結果が５００ｈｒであり、ここで、前記一定時間が１００ｈｒであったとすれば、残存寿命を５００−１００＝４００ｈｒとして得ることができる。
【００５６】
このように、潤滑油の性状に応じて変化したＰ／Ｃ，ａＣの値に基づいて軸受の残存寿命を予測することができる。
一般的に、軸受に作用した荷重条件が不明な場合が多い。このようなことから、潤滑油を採取してその情報から荷重条件であるＰ／Ｃの値を取得することができるので、そのように荷重条件が不明な場合でも、正確に軸受の残存寿命を予測することができる。
【００５７】
例えば、基本動定格荷重Ｃについては軸受名番が既知であればカタログ或いは計算式から得ることができるが、動等価荷重Ｐを得ることができない場合がある。このような場合でも、荷重条件であるＰ／Ｃ自体の値を得ることができるので、正確に軸受の残存寿命を予測することができるようになる。
なお、動等価荷重Ｐについては下記（１１）式により得ることは可能である。
【００５８】
Ｐ＝ｆＷ（Ｘ・Ｆｒ＋Ｙ・Ｆａ） ・・・（１１）
ここで、ｆＷは、荷重係数であり、運転条件或いは使用個所により決定される値である。例えば、衝撃のない円滑運転で、電動機、工作機械、空調機械等に使用する場合には、ｆＷ＝１．０である。また、Ｆｒはラジアル荷重であり、Ｆａはアキシャル荷重であり、Ｘ及びＹはそれぞれラジアル係数及びアキシャル係数であって、諸元情報として得ることができる値である。
【００５９】
次に、前述の軸受の残存寿命の計算を実現するコンピュータシステムについて説明する。なお、ここでは、ａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの全ての値を用いて軸受の残存寿命の算出を行う場合について説明する。
図２は、そのコンピュータシステムの構成例を示し、図中、１はパーソナルコンピュータであって、パーソナルコンピュータ１が、コンピュータ本体２と、これに接続された液晶又はＣＲＴで構成されるディスプレイ３、キーボード４及びマウス５と、コンピュータ本体２に接続されたプリンタ６とを備えている。
【００６０】
そして、コンピュータ本体２の内部回路は、図３に示すように、中央演算処理装置１１と、この中央演算処理装置１１にシステムバス１２を介して接続されたＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置１３と、ディスプレイ３をシステムバス１２に接続するディスプレイコントローラ１４と、キーボード４をシステムバス１２に接続するキーボードインタフェース１５と、マウス５をシステムバス１２に接続するマウスインタフェース１６と、プリンタ６をシステムバス１２に接続する入出力インタフェース１７と、システムバス１２にハードディスクコントローラ１８を介して接続されたハードディスク１９とを備えている。
【００６１】
ここで、ハードディスク１９には、オペレーティングシステムが格納されていると共に、転がり軸受の残存寿命予測を行う寿命予測アプリケーションソフト及び転がり軸受の諸元情報や特性データが格納されている。特性データとしては、前記図１に示した応力繰り返し数（ＲＥＶ）と潤滑油の粘度との関係を荷重Ｐ／Ｃをパラメータとして示すデータであって、各潤滑油毎の特性データ或いはテーブル（以下、Ｐ／Ｃ特性データという。）や、粘度と潤滑パラメータａＬとが対応されている特性データ或いはテーブル（潤滑パラメータ特性データという。）が挙げられる。
【００６２】
このような構成からなるコンピュータシステム１は、残存寿命予測のためのデータが入力されるようになっている。図４は、ディスプレイ３に表示されるそのようなデータ入力のためのデータ入力画面を示す。
入力画面は、停止時間（運転時間）を入力する停止時間入力領域３１と、潤滑油の種類を入力する潤滑油種類入力領域３２と、潤滑油の粘度を入力する潤滑油粘度入力領域３３と、汚染度係数ａＣを入力する汚染度係数入力領域３４とが表示される。ここで、例えば、潤滑油種類入力領域３２は、いわゆるコンボボックスの形態とされており、図１に示した特性データを予め得ている複数種類の潤滑油から選択可能にしている。また、入力画面は、残存寿命計算の実行をする計算実行ボタン３５と、前画面に戻るための戻るボタン３６と、メニューボタン２４と、終了ボタン２５とが表示されている。
【００６３】
図５は、このコンピュータシステムが実行する残存寿命の計算に係る処理内容を示す。
先ず、コンピュータシステムは、ステップＳ１１において、前記図４に示す入力画面に入力されたデータを取得して、続くステップＳ１２において、その入力データ中の停止時間データ、潤滑油の種類データ、及び粘度データから荷重Ｐ／Ｃ及び潤滑パラメータａＬを取得する。
【００６４】
前述したようにハードディスク１９に予め取得したＰ／Ｃ特性データが格納されており、このＰ／Ｃ特性データを参照して、停止時間データ、潤滑油の種類データ、及び粘度データに各データに基づいて対応する荷重Ｐ／Ｃを取得する。さらに、ハードディスク１９に格納されている潤滑パラメータ特性データが格納されれており、この潤滑パラメータ特性データを参照して、粘度データに対応される潤滑パラメータａＬを取得する。
【００６５】
そして、コンピュータシステムは、ステップＳ１３において、残存寿命計算を実行して、入力データである汚染度係数ａＣ及び停止時間データ、並びに前記ステップＳ１２にて取得した荷重Ｐ／Ｃ、潤滑パラメータａＬを用いて、残存寿命を算出する。すなわち、軸受を一定時間使用した後に、潤滑パラメータａＣ、荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣの値を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出し、その算出した寿命から停止時間データである一定時間を引き算し、残存寿命を算出する。
【００６６】
このような構成をなすコンピュータシステムにおいて、キーボード４やマウス５が操作されて停止時間入力領域３１、潤滑油種類入力領域３２、潤滑油粘度入力領域３３、及び汚染度係数入力領域３４それぞれにデータが入力され、計算実行ボタン３５が選択されると、前記図５に示した処理内容により残存寿命計算が開始されて、その入力データに対応される残存寿命が算出される。そして、算出結果である残存寿命がディスプレイ３上に表示される。
【００６７】
なお、入力画面については、前記図４に示した表示形態に限定されるものではなく、ユーザに入力要求するデータに応じた形態とされることはいうまでもない。また、処理内容についても、前記図５に示した処理内容に限定されるものではなく、例えばユーザに入力要求するデータに応じて入力画面の形態が図４と異なるものであれば、それに応じて最適に処理できる処理内容になる。
【００６８】
また、このコンピュータシステムは、本発明に係る軸受の寿命予測装置を構成するものであって、その構成を中央演算処理装置１１の演算処理により実現している。
次に実施例を説明する。
下記表３には、呼び番号が「６２０６」の玉軸受を用いた場合の、試験停止時間などの試験条件、実験結果（実測）としての寿命（以下、実寿命という。）、従来の寿命計算式（ＪＩＳ Ｂ １５１８）による予測寿命（以下、ＪＩＳ寿命という。）、並びに新寿命計算式による予測寿命を示す。
【００６９】
【表３】
【００７０】
新寿命計算式による予測寿命は、特開平２００２−１４８１４８号公報に開示してあるように前記（５）式及び（６）式を用いて得た寿命である。また、軸受の試験個数Ｎを１０個として、寿命Ｌ１０を求めている。
さらに、試験を中断して、そのときの潤滑油の性状を測定し、本発明による残存寿命の予測に必要な情報を得て、残存寿命を算出した。また、同時に、軸受の疲労解析を行い、その疲労解析に基づいて残存寿命も予測した。なお、表中において、「寿命予測ｈｒ」の欄において、上段（カッコの数値）が前記新寿命計算式による予測寿命の値であり、下段が残存寿命算出前の値、すなわち前記（５）式及び（６）式に、軸受の試験後の潤滑油の性状に応じて変化したａＬ，Ｐ／Ｃ或いはａＣの値を入れて得た寿命（以下、性状変化換算寿命という。）の値である。
【００７１】
また、内輪回転数は、それぞれＮ＝３０００，２０００，１０００ｒｐｍにて行い、潤滑油として違うタービン油を用い、試験温度は９０〜１００℃とした。そして、第１実施例では荷重Ｐ／Ｃ＝０．１とし、第２実施例では荷重Ｐ／Ｃ＝０．３とし、第３実施例では荷重Ｐ／Ｃ＝０．５とした。
第１実施例では、１００ｈｒで試験を中断しており、実寿命が５８０ｈｒであるのに対して、ＪＩＳ寿命が５５５６ｈｒとなり、性状変化換算寿命が５６０ｈｒとなっており、ここで、ＪＩＳ寿命と実寿命との関係について言及すれば、ＪＩＳ寿命が５５５６ｈｒであるのに対して実寿命が５８０ｈｒとなりＪＩＳ寿命の約１／１０倍となっている。
【００７２】
そして、残存寿命では、実寿命によるものが４８０ｈｒ（＝５８０−１００）であるのに対して、本発明による残存寿命が４６０ｈｒ（５６０−１００）となり、実寿命による残存寿命と本発明による残存寿命とが略一致する結果となった。また、疲労解析による残存寿命では、４００ｈｒ以上となり、本発明による残存寿命の寿命予測の方が精度が高いことがわかる。
【００７３】
なお、試験を中断するまでの１００ｈｒは、１８×１０６ＲＥＶであり、さらにこのとき採取した潤滑油の測定からその粘度の低下を認めることができなかったことから、この場合、荷重Ｐ／Ｃは、前記図１の特性図を参照すれば、Ｐ／Ｃ＝１．０となり初期の値とほとんど変化はなく、作用させた荷重と推定した荷重とが同値なる。すなわち、第１実施例では、荷重Ｐ／Ｃについては潤滑油の特性変化による影響はなく、残存寿命に対して影響しない。
【００７４】
第２実施例では、１０００ｈｒで試験を中断しており、実寿命が３５００ｈｒであるのに対して、ＪＩＳ寿命が１０４２ｈｒとなり、性状変化換算寿命が３４３６ｈｒとなっており、ここで、ＪＩＳ寿命と実寿命との関係について言及すれば、ＪＩＳ寿命が１０４２ｈｒであるのに対して実寿命が３５００ｈｒとなりＪＩＳ寿命の約３．５倍となっている。
【００７５】
そして、残存寿命では、実寿命によるものが２５００ｈｒ（＝３５００−１０００）であるのに対して、本発明による残存寿命が２４３６ｈｒ（３４３６−１０００）となり、実寿命による残存寿命と本発明による残存寿命とが略一致する結果となった。また、疲労解析による残存寿命では、２０００ｈｒ以上となり、本発明による残存寿命の寿命予測の方が精度が高いことがわかる。
【００７６】
なお、試験を中断するまでの１０００ｈｒは、１２０×１０６ＲＥＶであり、さらにこのとき採取した潤滑油の測定結果からその粘度の低下がκ＝１．６から１．２に変化し、従って、この粘度低下率が０．７５となり、この場合、荷重Ｐ／Ｃは、前記図１の特性図を参照すれば、Ｐ／Ｃ＝０．３となりほとんど変化はなく、作用させた荷重と推定した荷重とが同値なる。すなわち、第２実施例についても、荷重Ｐ／Ｃについては潤滑油の特性変化による影響はなく、残存寿命に対して影響を及ぼさない。
【００７７】
第３実施例では、２０ｈｒで試験を中断しており、実寿命が８０ｈｒであるのに対して、ＪＩＳ寿命が１３３ｈｒとなり、性状変化換算寿命が７４ｈｒとなっており、ここで、ＪＩＳ寿命と実寿命との関係について言及すれば、ＪＩＳ寿命が１３３ｈｒであるのに対して実寿命が８０ｈｒとなりＪＩＳ寿命よりも短くなっている。
【００７８】
そして、残存寿命では、実寿命によるものが６０ｈｒ（＝８０−２０）であるのに対して、本発明による残存寿命が５４ｈｒ（７４−２０）となり、実寿命による残存寿命と本発明による残存寿命とが略一致する結果となった。また、疲労解析による残存寿命では、５０ｈｒ以上となり、本発明による残存寿命の寿命予測の方が精度が高いことがわかる。
【００７９】
なお、試験を中断するまでの２０ｈｒは、１．２×１０６ＲＥＶであり、さらにこのとき採取した潤滑油の測定からその粘度の低下がκ＝１．５から０．９であり、このときの粘度低下率が０．６となり、この場合、荷重Ｐ／Ｃは、前記図１の特性図を参照すれば、Ｐ／Ｃ＝０．５となりほとんど変化はなく、作用させた荷重と推定した荷重とが同値なる。すなわち、第３実施例についても、荷重Ｐ／Ｃについては潤滑油の特性変化による影響はなく、残存寿命に対して影響を及ぼさない。
【００８０】
以上のような実施例から、本発明によれば、精度よく残存寿命を予測できるのがわかる。
なお、前述の実施の形態では、軸受を使用開始した後の潤滑油の性状に応じて軸受を寿命を算出し、その算出した軸受の寿命からそれまで使用してきた使用時間を引き算して軸受の残存寿命を求めているが、軸受の寿命だけを求めるようにしてもよい。すなわち、軸受を使用開始した後の潤滑油の性状に応じて軸受を寿命を算出することに留めるようにしてもよい。このような軸受の寿命でも、ユーザに有用な情報として提供されるようになる。
【００８１】
また、前述の実施の形態では、寿命計算式を具体的に挙げているが、これに限定されるものではない。すなわち、他の寿命計算式を用いてもよく、この場合、測定した潤滑剤の性状からその寿命計算式で用いる変数を取得し、取得した変数を用いて当該寿命計算式により軸受の寿命を算出する。
また、前述の実施の形態では、寿命予測対象が玉軸受である場合について説明したが、寿命予測対象が円筒ころ軸受、円すいころ軸受、ニードル軸受或いはスラスト軸受であっても、残存寿命を予測することができる。また、実施の形態では、潤滑剤が潤滑油である場合について説明したが、潤滑がグリース潤滑である場合についても残存寿命を予測することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測することができ、簡略化して寿命予測をすることができる。特に、請求項３及び８に記載の発明によれば、精度よく軸受の寿命を予測できる寿命計算式用いているので、本発明による寿命予測でも高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で使用する特性図であって、応力繰り返し数（ＲＥＶ）と潤滑油の粘度との関係を、荷重Ｐ／Ｃをパラメータとする特性図である。
【図２】本発明の実施の形態のコンピュータシステムの構成を示す図である。
【図３】前記コンピュータシステムのコンピュータ本体の内部回路の構成を示すブロック図である。
【図４】残存寿命予測のためのデータ入力画面を示す図である。
【図５】前記このコンピュータシステムが実行する残存寿命の計算に係る処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ パーソナルコンピュータ
１１ 中央演算処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受の寿命を予測する軸受の寿命予測方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受の基本定格寿命Ｌ１０に関してはＪＩＳ Ｂ１５１８：１９９２で規定されており、通常は次式のような計算式が用いられている。
Ｌ１０＝（Ｃ／Ｐ）Ｐ ・・・（１）
ここで、Ｃは転がり軸受の基本動定格荷重、Ｐは軸受に作用する動等価荷重である。また、ｐは荷重指数を表し、玉軸受の場合ｐ＝３、ころ軸受の場合ｐ＝１０／３に設定される。この基本定格寿命Ｌ１０は、信頼度が９０％で、普通使用する材料を用いて、通常の製造品質で、且つ普通の使用条件におけるものである。
【０００３】
一方、破損確率がｎ％のときの信頼度（１００−ｎ）％及び特殊な軸受特性並びに特定の使用条件に対する補正定格寿命Ｌｎａは、次式のようになる。
Ｌｎａ＝ａ１・ａ２・ａ３・Ｌ１０ ・・・（２）
ここで、ａ１は信頼度係数であって、下記表１で表記され、信頼度を高める程低い値となる。
【０００４】
【表１】
また、ａ２は軸受特性係数であって、材料改良による疲れ寿命の延長を補正する係数で、通常１．０とするが真空脱ガス軸受鋼材を使用すると１．０以上となり、高清浄度鋼になると高い値をとる。具体的には次のように決定される。
ａ２は、１．０以外の値として採用される場合、鋼の成分及び製造工程からだけで判断することは十分ではない。しかし、不純物が特に少ない鋼又は特別な成分の鋼から作った軸受では、ａ２＞１の値をとる。また、特殊な熱処理によって、硬さが低下した軸受では、ａ２の値は小さくなる。さらに、潤滑不良が原因でａ３の値が１より小さい場合は、１を超えるａ２を適用したほうが良い。
【０００６】
また、ａ３は使用条件係数である。ここで、潤滑が正常であること、すなわち転動体と軌道との接触状態における潤滑油圧さが接触表面の合成粗さに等しいか、又はわずかに大きいことを前提として、前記基本定格荷重Ｃを計算している。この必要条件が満たされている場合は、使用条件によって材料の特性が変化して、この係数が小さくならない限り、ａ３＝１となる。そして、潤滑条件が良好でない場合は、ａ３＜１とするが、その値を規定するものでない。具体的には、十分な油膜厚さが期待できる場合にａ３≧１となるが、油接触部における潤滑油の粘度が低すぎる場合、転動体の周速が非常に遅い場合、軸受温度が高い場合及び潤滑剤の中に異物、水分が混入した場合にはａ３＜１となる。
【０００７】
このように、前記係数ａ２，ａ３の数値の定量化が規定されていないため、軸受寿命の予測式として、前記（１）式は十分とは言えないという課題があった。他方、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６５５（１９９３）ｐ１７〜２４の図９）に記載されているように、スーパークリーン（２段フィルタ使用）の場合は、実際の軸受寿命Ｌ１０がＪＩＳの計算寿命の約２０倍となり、マイルドコンタミネーションの場合に、ＪＩＳの計算寿命程度で、更に、シビアコンタミネーションの場合は、ＪＩＳの計算寿命の約１／７〜１／２５となり、バラツキが非常に大きいことが報告されている。このため、実際の転がり軸受の寿命予測を行うのは非常に困難であり、正確寿命予測を行うことができない。
【０００８】
また、古村、村上、阿部らの報告（ＡＳＴＭ ＳＴＰ １１９５，Ｊ，ＪＣ．Ｈｏｏ，Ｅｄ．，１９９３，ｐ１９９〜２１０）に記載されているように、材料の清浄度の違いによって、転がり疲労限界を表す指標としてバタフライの発生限度が異なり、材料Ｓ（ＮＳＫ標準材料）の発生限界が接触面圧＝１８５０ＭＰａに対して、清浄度の劣る材料Ｌのバタフライ発生限界は、１１００ＭＰａとなっている。従って、通常の軸受材料に関して、安全側に考えるとクリーンな潤滑下で、且つ理想的な状態下で使用される場合の接触面圧が１５００ＭＰａ以下では、応力繰り返し数が１０１１サイクルに至っても剥離を生じないときの、動等価荷重を疲労限度荷重Ｐｕと考えることができる。
【０００９】
さらに、日本トライボロジー会議予稿集（大阪 １９９７−１１，ｐ３２４〜３２６）に記載されているように、潤滑条件を表す指標として、油膜パラメータΛ〔＝ｈｍｉｎ ／√（ｈｒ１ ２−ｈｒ２ ２） ｈｒ１，ｈｒ２：接触２面の二乗平均粗さ、ｈｍｉｎ：ＥＨＬ油膜の最小厚さ〕が小さい場合（例えばΛ＜３）、油膜が十分ある場合の寿命と比較して１／１０程度に低下する場合と低下しない場合などがあり、この潤滑状態を表す指標として油膜パラメータΛではなく、他のパラメータとして表記する必要性がある。
【００１０】
以上のような寿命現象をまとめると、軸受の寿命予測として検討する必要があるパラメータは、従来から考えられている軸受の基本定格荷重Ｃや軸受に負荷される動等価荷重Ｐの回転数Ｎだけでなく、潤滑状態や疲労限荷重を考慮したものでなければならないことが示される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これまでの寿命予測手法として、例えば特公昭６３−３４４２３号公報に開示されているように、転がり軸受のユニットから内外輪や転動体を分解した後、各軌道面を半径方向に電解研磨を行い、Ｘ線回折により材料の疲労度を測定することで、疲労解析により残存寿命を推定するシステムが挙げられる。
【００１２】
この疲労解析では、疲労度をＦ＝ΔＢ＋Ｋ×ΔＲＡとして与えている。ここで、ΔＢは半価幅減少量であり、Ｋは材料によって決定される係数であり、ΔＲＡは残留オーステナイト減少量である。このような疲労度の関係から、金属材料の転動部の転がり疲労前及び疲労後のマルテンサイト相のＸ線解析半価幅と、残量オーステナイト量（Ｖｏｌ％）とを測定し、金属部材の種類によって決まる定数をＫ、疲労していないときの残留オーステナイト量（Ｖｏｌ％）と疲労時のそれとの差分をΔＲＡ、疲労していないときのマルテンサイト相のＸ線回折半価幅と疲労時のそれとの差分をΔＢとして、前記疲労度の関係Ｆ＝ΔＢ＋Ｋ×ΔＲＡにそれらの値を代入し疲労度を求めている。
【００１３】
そして、予め作成しておいた前記転動部の各部位に応じた基準から、このようにして求めることができる疲労度を評価し、当該各部位の疲労度を測定することで転がり疲れによる疲労解析をして、残存寿命を推定している。
しかし、このような残存寿命を推定するシステムでは、ユニットを一旦分解して軸受を切断するため、そのユニット自体を再利用することができなくなる。このようなことから、軸受のユニットを分解することなく、簡略化して寿命予測を実現することが望まれていた。
【００１４】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みてなされたものであり、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測し、しかもその予測を正確にできる軸受の寿命予測方法及び軸受の寿命予測装置の提供を目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、請求項１記載の発明に係る軸受の寿命予測方法は、軸受の使用を開始した後に当該軸受の潤滑剤の性状を測定し、測定した前記性状に基づいて軸受の寿命を算出することを特徴とする軸受の寿命予測方法で、基本動定格荷重をＣ、等価荷重をＰ、荷重指数をｐ、潤滑パラメータをａ Ｌ 、汚染度係数をａ Ｃ 、疲労限度荷重をＰｕ、寿命補正係数をａ ＮＳＫ とし、前記潤滑パラメータａ Ｌ 、等価荷重Ｐと基本動定格荷重Ｃとの比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ が前記潤滑剤の性状により変化するものであって、前記軸受の使用開始後の前記潤滑剤の性状に応じた値になっている前記潤滑パラメータａ Ｌ 、比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ のうちの少なくとも１つの値を用い、ある信頼度係数ａ １ における軸受の寿命Ｌ Ａ を、
Ｌ Ａ ＝ａ １ ・ａ ＮＳＫ ・（Ｃ／Ｐ） Ｐ
ａ ＮＳＫ ∝ｆ〔ａ Ｌ ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａ Ｃ 〕
で算出し、前記性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を前記算出した軸受の寿命から引き算することで、その使用後に残されている前記軸受の残存寿命を算出することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項２記載の発明に係る軸受の寿命予測装置は、軸受の使用を開始した後に測定した当該軸受の潤滑剤の性状に基づいて軸受の寿命を算出することを特徴とする寿命予測装置で、基本動定格荷重をＣ、等価荷重をＰ、荷重指数をｐ、潤滑パラメータをａ Ｌ 、汚染度係数をａ Ｃ 、疲労限度荷重をＰｕ、寿命補正係数をａ ＮＳＫ とし、前記潤滑パラメータａ Ｌ 、等価荷重Ｐと基本動定格荷重Ｃと比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ が前記潤滑剤の性状により変化するものであって、前記軸受の使用開始後の前記潤滑剤の性状に応じた値になっている前記潤滑パラメータａ Ｌ 、比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ のうちの少なくとも１つの値を用い、ある信頼度係数ａ １ における軸受の寿命Ｌ Ａ を、
Ｌ Ａ ＝ａ １ ・ａ ＮＳＫ ・（Ｃ／Ｐ） Ｐ
ａ ＮＳＫ ∝ｆ〔ａ Ｌ ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａ Ｃ 〕
で算出し、
前記性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を前記算出した軸受の寿命から引き算することで、その使用後に残されている前記軸受の残存寿命を算出することを特徴としている。
【００２１】
このように、請求項１及び２に記載の発明では、使用開始後に軸受の潤滑剤の性状を測定し、その測定した潤滑剤の性状から軸受の寿命を算出することで、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測している。すなわち、請求項１及び２に記載の発明では、軸受のユニットを分解することなく取得可能な潤滑の潤滑剤の性状の情報から当該軸受の寿命に与える影響度を換算して、軸受の寿命を予測している。
【００２２】
また、所定の式により残存寿命を算出しているが、それは次のような理由による。
【００２３】
転がり軸受の寿命計算式の起源となっているのは、１９４７年に、Lundberg,GとPalmgren,Aとが「Dynamic Capacity of Rolling bearings」として、Acta Polytechnica,Mechanical Engineering of Basic Engineering,82,pp309〜320に発表されているように、下記（３）式が基本の考え方となっている。
【００２４】
【数１】
しかしながら、この（３）式は、軸受の剥離寿命の考え方として、内部起点の考えを踏襲しているため完全ではない。このようなことから、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６７１（２００１年５月）ｐ２１〜２９）に開示してある「玉軸受・ころ軸受におけるＮＳＫ新寿命計算式の開発」或いは特開平２００２−１４８１４８号公報に開示している技術のように、内部起点のみではなく、潤滑剤粘度の影響や汚染度の影響を含めて表面起点型剥離の形態を考慮した式として、潤滑環境として新たに、汚染度係数ａＣ｝と潤滑パラメータａＬとを組込んだ下記（４）式及び（６）式を提案している。
【００２６】
【数２】
そして、この（４）式を展開すると、軸受寿命を正確に予測できる式として、
ＬＡ＝ａ１・ａＮＳＫ・（Ｃ／Ｐ）Ｐ ・・・（５）
ａＮＳＫ∝ｆ〔ａＬ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣ〕・・・（６）
が得られる。ここで、Ｃは基本動定格荷重であり、Ｐは等価荷重であり、ｐは荷重指数であり、ａＬは潤滑パラメータであり、ａＣは汚染度係数であり、Ｐｕは疲労限度荷重であり、ａＮＳＫは寿命補正係数である。
【００２８】
このように、寿命補正係数ａＮＳＫが、潤滑パラメータａＬと荷重パラメータ｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣの関数となることを知見した。そして、この寿命計算式が高精度で軸受寿命の予測をするものとして提案した。
なお、この寿命計算式により求める軸受の寿命は、急激な使用環境の変化に伴うユニット中の潤滑剤（油）の劣化（粘度低下など）を考慮したものではなく、ユニット中の潤滑剤が定期的に交換されることにより、潤滑剤の粘度が一定であることを前提としたものである。
【００２９】
請求項１及び２に記載の発明では、高精度で軸受寿命の予測ができるこのような寿命計算式の変数のうちから前記潤滑剤の性状に応じて変化する変数を特定して、軸受を使用開始した後に軸受の潤滑剤の性状に応じて変化した前記特定の変数を用いて前記寿命予測式により軸受の寿命を算出している。
また、請求項１及び２に記載の発明では、軸受を使用開始した後の潤滑剤の性状に基づいて算出した軸受の寿命から、潤滑剤の性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を引き算し、その使用後に残されている軸受の残存寿命を算出している。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明が適用された軸受の残存寿命の計算は、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６７１（２００１年５月）ｐ２１〜２９）に開示してある「玉軸受・ころ軸受におけるＮＳＫ新寿命計算式の開発」或いは特開平２００２−１４８１４８号公報に開示してある軸受寿命の計算式が基本になっている。
【００３１】
すなわち、１９４７年に、Lundberg,GとPalmgren,Aとが「Dynamic Capacity of Rolling bearings」として、Acta Polytechnica,Mechanical Engineering of Basic Engineering,82,pp309〜320に発表されているように、転がり軸受の寿命計算式の起源としして下記（３）式がある。
【００３２】
【数３】
しかしながら、この（３）式は、軸受の剥離寿命の考え方として、内部起点の考えを踏襲しているため完全ではない。このようなことから、ＮＳＫテクニカルジャーナル（Ｎｏ．６７１（２００１年５月）ｐ２１〜２９）に開示してある「玉軸受・ころ軸受におけるＮＳＫ新寿命計算式の開発」或いは特開平２００２−１４８１４８号公報に開示してあるように、内部起点のみではなく、潤滑剤粘度の影響や汚染度の影響を含めて表面起点型剥離の形態を考慮した式として、潤滑環境として新たに、汚染度係数ａＣと潤滑パラメータａＬとを組込んだ下記（４）式を提案した。
【００３４】
【数４】
そして、この（４）式を展開すると、軸受寿命を正確に予測できる式として、
ＬＡ＝ａ１・ａＮＳＫ・（Ｃ／Ｐ）Ｐ ・・・（５）
ａＮＳＫ∝ｆ〔ａＬ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣ〕・・・（６）
が得られる。ここで、Ｃは基本動定格荷重であり、Ｐは等価荷重であり、ｐは荷重指数であり、ａＬは潤滑パラメータであり、ａＣは汚染度係数であり、Ｐｕは疲労限度荷重であり、ａＮＳＫは寿命補正係数である。
【００３６】
このように、寿命補正係数ａＮＳＫが、潤滑パラメータａＬと荷重パラメータ｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣとの関数となることを知見した。そして、前記（６）式の変数中、ａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの変数が潤滑剤の性状に応じて変化するものである。
本発明を適用した軸受の残存寿命の計算は、そのように潤滑剤の性状に応じてａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの変数が変化することを利用するものであって、軸受を一定時間使用した後に当該軸受の潤滑剤の性状を測定し、その測定した性状に応じたａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの値を取得し、取得した当該ａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの値を用いて前記（５）及び（６）式から軸受の残存寿命を予測するというものである。以下にその詳細について説明する。なお、以下の説明は、潤滑剤が潤滑油である場合を前提とする。
【００３７】
先ず、潤滑油の性状に応じて変化する潤滑パラメータａＬに基づいて次のように軸受の残存寿命を予測することができる。なお、ここでは、前記（５）式及び（６）式中の他の変数については既知であり、潤滑パラメータａＬだけが異なっている場合を前提にする。
軸受を使用すると潤滑油の粘度は低下し、その粘度の低下により潤滑パラメータａＬが通常の値よりも低い値として得られるようになる。このようなことから、軸受を一定時間使用した後に軸受のユニット内から潤滑油を採取することで、潤滑油の粘度が低下していれば、それに応じた潤滑パラメータａＬを得ることができる。例えば、所定推定時の温度における潤滑油の粘度低下した場合のものとして潤滑パラメータａＬを取得する。
【００３８】
ここで、粘度に応じた潤滑パラメータａＬの取得については、具体的には、粘度比κの関数Ｆ（κ）としての潤滑パラメータａＬを取得する。これについては特開平２００２−１４８１４８号公報に記載されていることでもあるが、概略次のように行う。
粘度比κは下記（７）〜（１０）式により表すことができる。
【００３９】
κ＝ν／ν１’ ・・・（７）
ν１’＝Ａ・ν１ ・・・（８）
ν１＝Ｋ・４５００／√（Ｎ・ｄｍ） ・・・（９）
Ｋ＝（１０００／Ｎ）１／３ ・・・（１０）
ここで、νは運転粘度であり、ν１は必要粘度であり、ν１’は必要粘度ν１を補正して得た補正必要粘度である。また、Ａは軸受性能係数であり、この軸受性能係数Ａについては通常はＡ＝１．０に設定するが、軸受性能（真円度、粗さなど）が良好な場合はＡ＜１．０に設定する。また、ｄｍはピッチ円直径であり、Ｎは軸受回転数である。また、Ｋは、軸受回転数Ｎが１０００ｍｉｎ−１以下である場合に前記（１０）式により設定される係数であり、Ｎ＞１０００ｍｉｎ−１である場合には“１”に設定される係数である。
【００４０】
このような粘度比κから関数Ｆ（κ）として潤滑パラメータａＬを表すことができ、潤滑油の性状を考慮して潤滑パラメータａＬを決定することができるようになる。
ここで、例えば、このように表すことができる粘度比κが大きい値である場合には、潤滑油の状態が良好であり、このとき、潤滑パラメータａＬは大きい値をとり、その結果、軸受の寿命が長いと推定される関係になる。また、粘度比κが小さい値である場合には、潤滑油の状態が良好ではなく、この場合、潤滑パラメータａＬは小さい値をとり、その結果、軸受の寿命が短いと推定される関係になる。
【００４１】
そして、このような潤滑パラメータａＬを用いて残存寿命を算出する。ここで、残存寿命は、軸受を使用開始した後に残されている当該軸受の寿命であり、具体的には、前述のようにして算出した軸受の寿命からそれまでの使用時間を引き算することで得ることができる。
具体例を挙げて説明すると残存寿命の算出は次のようになる。
【００４２】
先ず、軸受を一定時間使用した後に、その軸受の潤滑油の性状に応じて潤滑パラメータａＬが０．８として得られた場合、このａＬ＝０．８を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出する。このように算出した寿命は、測定した潤滑油の性状が当該軸受の寿命に与える影響度として換算して得られたものになる。ここで、その算出結果が４０ｈｒであったとする。
【００４３】
次に、そのようにして算出した寿命から前記一定時間を引き算する。すなわち、前記算出結果が４０ｈｒであり、ここで、前記一定時間が１０ｈｒであったとすれば、残存寿命を４０−１０＝３０ｈｒとして得ることができる。
ここで比較例として、例えば軸受の使用開始前に設定した潤滑パラメータ（初期の潤滑パラメータ）がａＬ＝１．０である場合に、この値を用いて同様に残存寿命を算出した場合は次のようになる。
【００４４】
先ず、軸受を一定時間使用した後に、潤滑パラメータａＬ＝１．０を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出する。そして、その算出結果が１００ｈｒであったとする。
次に、そのようにして算出した寿命から前記一定時間を引き算する。すなわち、前記算出結果が１００ｈｒであり、ここで、前記一定時間が前述した場合と同様に１０ｈｒであったとすれば、残存寿命を１００−１０＝９０ｈｒとして得ることができる。
【００４５】
このように、軸受の使用の如何に関わらず初期の潤滑パラメータａＬを用いて残存寿命を算出した場合と比較して、軸受の使用後の潤滑油の性状に応じた潤滑パラメータａＬを用いたものの方が残存寿命が小さくなる。
以上のように、軸受の使用後の潤滑油の性状に応じて変化する潤滑パラメータａＬに基づいて軸受の残存寿命を予測している。そして、この残存寿命の予測では、軸受の潤滑油の性状に基づいて行っていることから、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測することを実現している。
【００４６】
なお、軸受のユニット内のオイル交換等を行った場合、それまでの時間を考慮して、残存寿命を予測するようにする。
次に、潤滑油の性状に応じて変化する｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣの項のＰ／Ｃ，ａＣの値に基づいて次のように軸受の残存寿命を予測することができる。先ず、荷重を示すＰ／Ｃの場合を説明する。
【００４７】
図１は、応力繰り返し数（ＲＥＶ）と潤滑油の粘度との関係を、荷重Ｐ／Ｃをパラメータとする特性図を示す。縦軸は、具体的には、粘度低下率を示しており、軸受の使用開始時点の潤滑油の粘度と軸受の使用開始後（応力繰り返し数の計数開始後）の潤滑油の粘度との比を示す。すなわち、粘度低下率は、軸受の使用開始時点では、“１” となり、軸受の使用開始後にその値が低下する。
【００４８】
この特性図は、軸受のユニット中の荷重Ｐ／Ｃの値が大きい場合、短時間であっても潤滑油の粘度が低下する場合があることを利用して得た特性図である。この特性図によれば、潤滑油の粘度と応力繰り返し数（ＲＥＶ）とが既知であれば、荷重Ｐ／Ｃが得られる。ここで、応力繰り返し数は、使用時間に対応する。
よって、このような特性図を予め用意し、さらに各潤滑油毎にその特性図を用意をしておくことで、軸受の使用後に潤滑油を採取し、その粘度と軸受の使用時間に対応する応力繰り返し数（ＲＥＶ）とを得ることで、それらの値に対応する軸受荷重Ｐ／Ｃを決定できる。
【００４９】
そして、この軸受荷重Ｐ／Ｃを用いて、前述の潤滑パラメータａＬの場合と同様に残存寿命を算出する。すなわち、軸受を一定時間使用した場合に得た軸受荷重Ｐ／Ｃを用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出し、その算出した寿命から前記一定時間を引き算し、残存寿命を算出する。
このように、潤滑油の性状に応じて変化する荷重Ｐ／Ｃの値を用いて軸受の残存寿命を予測することができる。
【００５０】
次に、汚染度係数ａＣの場合を説明する。
汚染度係数ａＣは、採取した潤滑油中の異物量を測定して得られる。例えば、汚染度係数ａＣは下記表２に示す関係から潤滑油の性状に対応して得られる。
【００５１】
【表２】
そして、この汚染度係数ａＣを用いて、前述の潤滑パラメータａＬの場合と同様に残存寿命を算出する。すなわち、軸受を一定時間使用した場合に得た汚染度係数ａＣを用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出し、その算出した寿命から前記一定時間を引き算し、残存寿命を算出する。
なお、汚染度係数ａＣを得るための潤滑油中の異物量の測定については、軸受のユニットから潤滑油をできるだけ多くの量、例えば５０〜５００ｃｃ、好ましくは１００ｃｃ以上を採取して行うようにする。また、このとき、潤滑油を十分に攪拌して潤滑油中の異物濃度を均一にしてから潤滑油を採取することが望ましい。そして、採取したサンプルの潤滑油をろ過し、異物を抽出し、異物の種類、大きさや数を計測する。例えばＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）を用いて異物の種類、大きさや数を計測する。
【００５３】
なお、簡易的な方法としては、日本ポール株式会社の商品名「高圧ラインフィルター９６６０シリーズ」のように、フィルター中を通過する絶対ろ過粒度ＭＩＬ−Ｆ−８８１５を利用し、ＩＳＯ洗浄度コード（ＮＡＳ１６３８）に潤滑油の汚染度を換算することにより得ることもできる。
また、異物の大きさと数のみで潤滑油の汚染度を簡易的に求めることもできるが、異物の硬さが軸受寿命低下に大きく影響するためことも考慮し汚染度係数ａＣを決定するようにしてもよい。すなわち例えば、異物が硬い場合には、汚染度のランクを低く見積って汚染度係数ａＣを決定するといったようにである。
【００５４】
以上のように、潤滑油の性状に応じて変化する｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａＣの項のＰ／Ｃ，ａＣの値に基づいて軸受の残存寿命を予測することができる。また、この残存寿命の予測では、軸受の潤滑油の性状に基づいて行っていることから、軸受のユニットを分解することなくその予測が実現されたものとなる。
なお、前述の説明では、荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣそれぞれについて残存寿命を計算する場合について説明しているが、採取した潤滑油の性状から荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣの両方を同時に得て、この荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣに基づいて残存寿命を計算してもよい。
【００５５】
ここで、これを具体例を挙げて説明する。すなわち、先ず、軸受を一定時間使用した後に、その軸受の潤滑油の性状に応じて荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣを得て、それら値を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出する。そして、その算出結果が５００ｈｒであったとする。次に、そのようにして算出した寿命から前記一定時間を引き算する。すなわち、前記算出結果が５００ｈｒであり、ここで、前記一定時間が１００ｈｒであったとすれば、残存寿命を５００−１００＝４００ｈｒとして得ることができる。
【００５６】
このように、潤滑油の性状に応じて変化したＰ／Ｃ，ａＣの値に基づいて軸受の残存寿命を予測することができる。
一般的に、軸受に作用した荷重条件が不明な場合が多い。このようなことから、潤滑油を採取してその情報から荷重条件であるＰ／Ｃの値を取得することができるので、そのように荷重条件が不明な場合でも、正確に軸受の残存寿命を予測することができる。
【００５７】
例えば、基本動定格荷重Ｃについては軸受名番が既知であればカタログ或いは計算式から得ることができるが、動等価荷重Ｐを得ることができない場合がある。このような場合でも、荷重条件であるＰ／Ｃ自体の値を得ることができるので、正確に軸受の残存寿命を予測することができるようになる。
なお、動等価荷重Ｐについては下記（１１）式により得ることは可能である。
【００５８】
Ｐ＝ｆＷ（Ｘ・Ｆｒ＋Ｙ・Ｆａ） ・・・（１１）
ここで、ｆＷは、荷重係数であり、運転条件或いは使用個所により決定される値である。例えば、衝撃のない円滑運転で、電動機、工作機械、空調機械等に使用する場合には、ｆＷ＝１．０である。また、Ｆｒはラジアル荷重であり、Ｆａはアキシャル荷重であり、Ｘ及びＹはそれぞれラジアル係数及びアキシャル係数であって、諸元情報として得ることができる値である。
【００５９】
次に、前述の軸受の残存寿命の計算を実現するコンピュータシステムについて説明する。なお、ここでは、ａＬ，Ｐ／Ｃ，ａＣの全ての値を用いて軸受の残存寿命の算出を行う場合について説明する。
図２は、そのコンピュータシステムの構成例を示し、図中、１はパーソナルコンピュータであって、パーソナルコンピュータ１が、コンピュータ本体２と、これに接続された液晶又はＣＲＴで構成されるディスプレイ３、キーボード４及びマウス５と、コンピュータ本体２に接続されたプリンタ６とを備えている。
【００６０】
そして、コンピュータ本体２の内部回路は、図３に示すように、中央演算処理装置１１と、この中央演算処理装置１１にシステムバス１２を介して接続されたＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置１３と、ディスプレイ３をシステムバス１２に接続するディスプレイコントローラ１４と、キーボード４をシステムバス１２に接続するキーボードインタフェース１５と、マウス５をシステムバス１２に接続するマウスインタフェース１６と、プリンタ６をシステムバス１２に接続する入出力インタフェース１７と、システムバス１２にハードディスクコントローラ１８を介して接続されたハードディスク１９とを備えている。
【００６１】
ここで、ハードディスク１９には、オペレーティングシステムが格納されていると共に、転がり軸受の残存寿命予測を行う寿命予測アプリケーションソフト及び転がり軸受の諸元情報や特性データが格納されている。特性データとしては、前記図１に示した応力繰り返し数（ＲＥＶ）と潤滑油の粘度との関係を荷重Ｐ／Ｃをパラメータとして示すデータであって、各潤滑油毎の特性データ或いはテーブル（以下、Ｐ／Ｃ特性データという。）や、粘度と潤滑パラメータａＬとが対応されている特性データ或いはテーブル（潤滑パラメータ特性データという。）が挙げられる。
【００６２】
このような構成からなるコンピュータシステム１は、残存寿命予測のためのデータが入力されるようになっている。図４は、ディスプレイ３に表示されるそのようなデータ入力のためのデータ入力画面を示す。
入力画面は、停止時間（運転時間）を入力する停止時間入力領域３１と、潤滑油の種類を入力する潤滑油種類入力領域３２と、潤滑油の粘度を入力する潤滑油粘度入力領域３３と、汚染度係数ａＣを入力する汚染度係数入力領域３４とが表示される。ここで、例えば、潤滑油種類入力領域３２は、いわゆるコンボボックスの形態とされており、図１に示した特性データを予め得ている複数種類の潤滑油から選択可能にしている。また、入力画面は、残存寿命計算の実行をする計算実行ボタン３５と、前画面に戻るための戻るボタン３６と、メニューボタン２４と、終了ボタン２５とが表示されている。
【００６３】
図５は、このコンピュータシステムが実行する残存寿命の計算に係る処理内容を示す。
先ず、コンピュータシステムは、ステップＳ１１において、前記図４に示す入力画面に入力されたデータを取得して、続くステップＳ１２において、その入力データ中の停止時間データ、潤滑油の種類データ、及び粘度データから荷重Ｐ／Ｃ及び潤滑パラメータａＬを取得する。
【００６４】
前述したようにハードディスク１９に予め取得したＰ／Ｃ特性データが格納されており、このＰ／Ｃ特性データを参照して、停止時間データ、潤滑油の種類データ、及び粘度データに各データに基づいて対応する荷重Ｐ／Ｃを取得する。さらに、ハードディスク１９に格納されている潤滑パラメータ特性データが格納されれており、この潤滑パラメータ特性データを参照して、粘度データに対応される潤滑パラメータａＬを取得する。
【００６５】
そして、コンピュータシステムは、ステップＳ１３において、残存寿命計算を実行して、入力データである汚染度係数ａＣ及び停止時間データ、並びに前記ステップＳ１２にて取得した荷重Ｐ／Ｃ、潤滑パラメータａＬを用いて、残存寿命を算出する。すなわち、軸受を一定時間使用した後に、潤滑パラメータａＣ、荷重Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａＣの値を用いて前記（５）式及び（６）式により軸受の寿命を算出し、その算出した寿命から停止時間データである一定時間を引き算し、残存寿命を算出する。
【００６６】
このような構成をなすコンピュータシステムにおいて、キーボード４やマウス５が操作されて停止時間入力領域３１、潤滑油種類入力領域３２、潤滑油粘度入力領域３３、及び汚染度係数入力領域３４それぞれにデータが入力され、計算実行ボタン３５が選択されると、前記図５に示した処理内容により残存寿命計算が開始されて、その入力データに対応される残存寿命が算出される。そして、算出結果である残存寿命がディスプレイ３上に表示される。
【００６７】
なお、入力画面については、前記図４に示した表示形態に限定されるものではなく、ユーザに入力要求するデータに応じた形態とされることはいうまでもない。また、処理内容についても、前記図５に示した処理内容に限定されるものではなく、例えばユーザに入力要求するデータに応じて入力画面の形態が図４と異なるものであれば、それに応じて最適に処理できる処理内容になる。
【００６８】
また、このコンピュータシステムは、本発明に係る軸受の寿命予測装置を構成するものであって、その構成を中央演算処理装置１１の演算処理により実現している。
次に実施例を説明する。
下記表３には、呼び番号が「６２０６」の玉軸受を用いた場合の、試験停止時間などの試験条件、実験結果（実測）としての寿命（以下、実寿命という。）、従来の寿命計算式（ＪＩＳ Ｂ １５１８）による予測寿命（以下、ＪＩＳ寿命という。）、並びに新寿命計算式による予測寿命を示す。
【００６９】
【表３】
新寿命計算式による予測寿命は、特開平２００２−１４８１４８号公報に開示してあるように前記（５）式及び（６）式を用いて得た寿命である。また、軸受の試験個数Ｎを１０個として、寿命Ｌ１０を求めている。
さらに、試験を中断して、そのときの潤滑油の性状を測定し、本発明による残存寿命の予測に必要な情報を得て、残存寿命を算出した。また、同時に、軸受の疲労解析を行い、その疲労解析に基づいて残存寿命も予測した。なお、表中において、「寿命予測ｈｒ」の欄において、上段（カッコの数値）が前記新寿命計算式による予測寿命の値であり、下段が残存寿命算出前の値、すなわち前記（５）式及び（６）式に、軸受の試験後の潤滑油の性状に応じて変化したａＬ，Ｐ／Ｃ或いはａＣの値を入れて得た寿命（以下、性状変化換算寿命という。）の値である。
【００７１】
また、内輪回転数は、それぞれＮ＝３０００，２０００，１０００ｒｐｍにて行い、潤滑油として違うタービン油を用い、試験温度は９０〜１００℃とした。そして、第１実施例では荷重Ｐ／Ｃ＝０．１とし、第２実施例では荷重Ｐ／Ｃ＝０．３とし、第３実施例では荷重Ｐ／Ｃ＝０．５とした。
第１実施例では、１００ｈｒで試験を中断しており、実寿命が５８０ｈｒであるのに対して、ＪＩＳ寿命が５５５６ｈｒとなり、性状変化換算寿命が５６０ｈｒとなっており、ここで、ＪＩＳ寿命と実寿命との関係について言及すれば、ＪＩＳ寿命が５５５６ｈｒであるのに対して実寿命が５８０ｈｒとなりＪＩＳ寿命の約１／１０倍となっている。
【００７２】
そして、残存寿命では、実寿命によるものが４８０ｈｒ（＝５８０−１００）であるのに対して、本発明による残存寿命が４６０ｈｒ（５６０−１００）となり、実寿命による残存寿命と本発明による残存寿命とが略一致する結果となった。また、疲労解析による残存寿命では、４００ｈｒ以上となり、本発明による残存寿命の寿命予測の方が精度が高いことがわかる。
【００７３】
なお、試験を中断するまでの１００ｈｒは、１８×１０６ＲＥＶであり、さらにこのとき採取した潤滑油の測定からその粘度の低下を認めることができなかったことから、この場合、荷重Ｐ／Ｃは、前記図１の特性図を参照すれば、Ｐ／Ｃ＝１．０となり初期の値とほとんど変化はなく、作用させた荷重と推定した荷重とが同値なる。すなわち、第１実施例では、荷重Ｐ／Ｃについては潤滑油の特性変化による影響はなく、残存寿命に対して影響しない。
【００７４】
第２実施例では、１０００ｈｒで試験を中断しており、実寿命が３５００ｈｒであるのに対して、ＪＩＳ寿命が１０４２ｈｒとなり、性状変化換算寿命が３４３６ｈｒとなっており、ここで、ＪＩＳ寿命と実寿命との関係について言及すれば、ＪＩＳ寿命が１０４２ｈｒであるのに対して実寿命が３５００ｈｒとなりＪＩＳ寿命の約３．５倍となっている。
【００７５】
そして、残存寿命では、実寿命によるものが２５００ｈｒ（＝３５００−１０００）であるのに対して、本発明による残存寿命が２４３６ｈｒ（３４３６−１０００）となり、実寿命による残存寿命と本発明による残存寿命とが略一致する結果となった。また、疲労解析による残存寿命では、２０００ｈｒ以上となり、本発明による残存寿命の寿命予測の方が精度が高いことがわかる。
【００７６】
なお、試験を中断するまでの１０００ｈｒは、１２０×１０６ＲＥＶであり、さらにこのとき採取した潤滑油の測定結果からその粘度の低下がκ＝１．６から１．２に変化し、従って、この粘度低下率が０．７５となり、この場合、荷重Ｐ／Ｃは、前記図１の特性図を参照すれば、Ｐ／Ｃ＝０．３となりほとんど変化はなく、作用させた荷重と推定した荷重とが同値なる。すなわち、第２実施例についても、荷重Ｐ／Ｃについては潤滑油の特性変化による影響はなく、残存寿命に対して影響を及ぼさない。
【００７７】
第３実施例では、２０ｈｒで試験を中断しており、実寿命が８０ｈｒであるのに対して、ＪＩＳ寿命が１３３ｈｒとなり、性状変化換算寿命が７４ｈｒとなっており、ここで、ＪＩＳ寿命と実寿命との関係について言及すれば、ＪＩＳ寿命が１３３ｈｒであるのに対して実寿命が８０ｈｒとなりＪＩＳ寿命よりも短くなっている。
【００７８】
そして、残存寿命では、実寿命によるものが６０ｈｒ（＝８０−２０）であるのに対して、本発明による残存寿命が５４ｈｒ（７４−２０）となり、実寿命による残存寿命と本発明による残存寿命とが略一致する結果となった。また、疲労解析による残存寿命では、５０ｈｒ以上となり、本発明による残存寿命の寿命予測の方が精度が高いことがわかる。
【００７９】
なお、試験を中断するまでの２０ｈｒは、１．２×１０６ＲＥＶであり、さらにこのとき採取した潤滑油の測定からその粘度の低下がκ＝１．５から０．９であり、このときの粘度低下率が０．６となり、この場合、荷重Ｐ／Ｃは、前記図１の特性図を参照すれば、Ｐ／Ｃ＝０．５となりほとんど変化はなく、作用させた荷重と推定した荷重とが同値なる。すなわち、第３実施例についても、荷重Ｐ／Ｃについては潤滑油の特性変化による影響はなく、残存寿命に対して影響を及ぼさない。
【００８０】
以上のような実施例から、本発明によれば、精度よく残存寿命を予測できるのがわかる。
なお、前述の実施の形態では、軸受を使用開始した後の潤滑油の性状に応じて軸受を寿命を算出し、その算出した軸受の寿命からそれまで使用してきた使用時間を引き算して軸受の残存寿命を求めているが、軸受の寿命だけを求めるようにしてもよい。すなわち、軸受を使用開始した後の潤滑油の性状に応じて軸受を寿命を算出することに留めるようにしてもよい。このような軸受の寿命でも、ユーザに有用な情報として提供されるようになる。
【００８１】
また、前述の実施の形態では、寿命計算式を具体的に挙げているが、これに限定されるものではない。すなわち、他の寿命計算式を用いてもよく、この場合、測定した潤滑剤の性状からその寿命計算式で用いる変数を取得し、取得した変数を用いて当該寿命計算式により軸受の寿命を算出する。
また、前述の実施の形態では、寿命予測対象が玉軸受である場合について説明したが、寿命予測対象が円筒ころ軸受、円すいころ軸受、ニードル軸受或いはスラスト軸受であっても、残存寿命を予測することができる。また、実施の形態では、潤滑剤が潤滑油である場合について説明したが、潤滑がグリース潤滑である場合についても残存寿命を予測することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受のユニットを分解することなく軸受の残存寿命を予測することができ、簡略化して寿命予測をすることができる。特に、請求項３及び８に記載の発明によれば、精度よく軸受の寿命を予測できる寿命計算式用いているので、本発明による寿命予測でも高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で使用する特性図であって、応力繰り返し数（ＲＥＶ）と潤滑油の粘度との関係を、荷重Ｐ／Ｃをパラメータとする特性図である。
【図２】本発明の実施の形態のコンピュータシステムの構成を示す図である。
【図３】前記コンピュータシステムのコンピュータ本体の内部回路の構成を示すブロック図である。
【図４】残存寿命予測のためのデータ入力画面を示す図である。
【図５】前記このコンピュータシステムが実行する残存寿命の計算に係る処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ パーソナルコンピュータ
１１ 中央演算処理装置
Claims (2)
- 軸受の使用を開始した後に当該軸受の潤滑剤の性状を測定し、測定した前記性状に基づいて軸受の寿命を算出することを特徴とする軸受の寿命予測方法で、
基本動定格荷重をＣ、等価荷重をＰ、荷重指数をｐ、潤滑パラメータをａ Ｌ 、汚染度係数をａ Ｃ 、疲労限度荷重をＰｕ、寿命補正係数をａ ＮＳＫ とし、前記潤滑パラメータａ Ｌ 、等価荷重Ｐと基本動定格荷重Ｃとの比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ が前記潤滑剤の性状により変化するものであって、前記軸受の使用開始後の前記潤滑剤の性状に応じた値になっている前記潤滑パラメータａ Ｌ 、比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ のうちの少なくとも１つの値を用い、ある信頼度係数ａ １ における軸受の寿命Ｌ Ａ を、
Ｌ Ａ ＝ａ １ ・ａ ＮＳＫ ・（Ｃ／Ｐ） Ｐ
ａ ＮＳＫ ∝ｆ〔ａ Ｌ ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａ Ｃ 〕
で算出し、
前記性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を前記算出した軸受の寿命から引き算することで、その使用後に残されている前記軸受の残存寿命を算出することを特徴とする軸受の寿命予測方法。 - 軸受の使用を開始した後に測定した当該軸受の潤滑剤の性状に基づいて軸受の寿命を算出することを特徴とする軸受の寿命予測装置で、
基本動定格荷重をＣ、等価荷重をＰ、荷重指数をｐ、潤滑パラメータをａ Ｌ 、汚染度係数をａ Ｃ 、疲労限度荷重をＰｕ、寿命補正係数をａ ＮＳＫ とし、前記潤滑パラメータａ Ｌ 、等価荷重Ｐと基本動定格荷重Ｃと比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ が前記潤滑剤の性状により変化するものであって、前記軸受の使用開始後の前記潤滑剤の性状に応じた値になっている前記潤滑パラメータａ Ｌ 、比Ｐ／Ｃ及び汚染度係数ａ Ｃ のうちの少なくとも１つの値を用い、ある信頼度係数ａ １ における軸受の寿命Ｌ Ａ を、
Ｌ Ａ ＝ａ １ ・ａ ＮＳＫ ・（Ｃ／Ｐ） Ｐ
ａ ＮＳＫ ∝ｆ〔ａ Ｌ ，｛（Ｐ−Ｐｕ）／Ｃ｝・１／ａ Ｃ 〕
で算出し、
前記性状を測定するまでに軸受を使用した使用時間を前記算出した軸受の寿命から引き算することで、その使用後に残されている前記軸受の残存寿命を算出することを特徴とする軸受の寿命予測装置。
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