JP7263063B2 - LUBRICANT DISTRIBUTION MEASURING SYSTEM AND LUBRICANT DISTRIBUTION MEASUREMENT METHOD - Google Patents

LUBRICANT DISTRIBUTION MEASURING SYSTEM AND LUBRICANT DISTRIBUTION MEASUREMENT METHOD Download PDF

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Description

本発明は、潤滑剤の分布状態測定システム及び潤滑剤の分布状態測定方法に関する。 The present invention relates to a lubricant distribution measuring system and a lubricant distribution measuring method.

レシプロ型内燃機関の摩擦損失及びオイル等の消費量の低減には、実働運転時におけるピストン周辺の油膜挙動を把握することが重要である。このような油膜挙動を把握する方法として、レーザ蛍光油膜厚さ測定方法が挙げられる。レーザ蛍光油膜厚さ測定方法は、蛍光物質を含有させた潤滑油膜に短波長のレーザ光を照射したとき、励起される蛍光の強度が油膜厚さに比例することを利用した計測方法である(例えば、特許文献1参照)。 In order to reduce the friction loss and oil consumption of a reciprocating internal combustion engine, it is important to understand the behavior of the oil film around the piston during actual operation. As a method for grasping such oil film behavior, there is a laser fluorescence oil film thickness measurement method. The laser fluorescent oil film thickness measurement method utilizes the fact that when a lubricating oil film containing a fluorescent substance is irradiated with a short wavelength laser beam, the intensity of the excited fluorescence is proportional to the oil film thickness ( For example, see Patent Document 1).

特許文献1では、シリンダと該シリンダ内に配設されるピストンとの間に介在する潤滑油に、蛍光物質を混入し、レーザ光をシリンダの内部に入射すると共に該レーザ光により励起された蛍光強度を光センサで検出し、検出された蛍光強度に基づいてレーザ光が入射された部位における潤滑油の厚さを測定する油膜厚さ測定装置が開示されている。また、特許文献1では、蛍光物質として有機系の色素化合物であるクマリン6を用いることが開示されている。油膜厚さを測定する場合、クマリン6以外に有機系の色素化合物であるローダミンBが一般的に用いられる。 In Patent Document 1, a fluorescent substance is mixed in lubricating oil interposed between a cylinder and a piston arranged in the cylinder, and a laser beam is incident on the inside of the cylinder, and fluorescence excited by the laser beam is emitted. An oil film thickness measuring device is disclosed that detects the intensity with an optical sensor and measures the thickness of the lubricating oil at the site where the laser beam is incident based on the detected fluorescence intensity. Moreover, Patent Document 1 discloses that coumarin 6, which is an organic dye compound, is used as a fluorescent substance. When measuring the oil film thickness, Rhodamine B, which is an organic dye compound, is generally used in addition to Coumarin 6.

特開平6-174431号公報JP-A-6-174431

ところで、蛍光物質としてクマリン6、ローダミンB等の有機系の色素化合物を用いたレーザ蛍光油膜厚さ測定方法が広く適用されている。 By the way, a laser fluorescent oil film thickness measuring method using an organic dye compound such as coumarin 6 or rhodamine B as a fluorescent substance is widely applied.

しかしながら、有機系の色素化合物を用いて油膜の厚さを測定する場合、有機系の色素化合物自身の遮光の影響により、膜厚の大きい油膜の厚さの測定は困難である。具体的には、有機系の色素化合物としてクマリンを用いた場合、油膜の厚さ測定は100μm程度が限界である。
また、励起光により、有機系の色素化合物の退色が生じるため、連続的又は長期的に安定した計測が困難である。
また、温度による有機系の色素化合物の光学特性の変化が大きく、温度が変化する条件では、正確な油膜厚さを測定することが困難である。
また、有機系の色素化合物は、蛍光強度が小さく、かつ油に対する溶解性が低い。そのため、充分な蛍光強度を得るために多量の有機系の色素化合物を油に添加した場合、有機系の色素化合物の析出が生じてしまい、高いS/N比(信号雑音比)を得ることが困難である。
However, when measuring the thickness of an oil film using an organic dye compound, it is difficult to measure the thickness of a large oil film due to the light shielding effect of the organic dye compound itself. Specifically, when coumarin is used as the organic dye compound, the thickness of the oil film is limited to about 100 μm.
In addition, since the excitation light causes fading of the organic dye compound, continuous or long-term stable measurement is difficult.
In addition, the optical properties of the organic dye compound change greatly with temperature, and it is difficult to accurately measure the oil film thickness under conditions where the temperature changes.
In addition, organic dye compounds have low fluorescence intensity and low solubility in oil. Therefore, when a large amount of organic dye compound is added to the oil in order to obtain sufficient fluorescence intensity, the organic dye compound precipitates, making it difficult to obtain a high S/N ratio (signal-to-noise ratio). Have difficulty.

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、転がり軸受部の回転中に内部に分散された潤滑剤の分布状態を安定的に測定可能な潤滑剤の分布状態測定システム及び潤滑剤の分布状態測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above facts, and provides a lubricant distribution measuring system capable of stably measuring the distribution of lubricant dispersed inside a rolling bearing during rotation, and a lubricant. It is an object of the present invention to provide a distribution state measuring method.

本開示の第1態様は、内輪及び外輪を備え、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が光を透過する転がり軸受部であって、前記内輪及び前記外輪の間に、励起光により蛍光を発光する量子ドットを分散させた潤滑剤を貯留する貯留部を備えた転がり軸受部と、前記転がり軸受部を回転させながら前記貯留部に、前記励起光を照射する照射部と、前記貯留部を撮影する撮影部により撮影した撮影画像から前記量子ドットの蛍光強度を2次元測定する測定部と、前記測定部により測定された蛍光強度に基づいて、回転する前記転がり軸受内部の潤滑剤の分布状態を導出する導出部と、を備え、前記量子ドットの表面に親油性基が配位されている、潤滑剤の分布状態測定システムである。 A first aspect of the present disclosure is a rolling bearing portion comprising an inner ring and an outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring transmits light, and fluorescent light is emitted between the inner ring and the outer ring by excitation light. A rolling bearing portion having a storage portion for storing a lubricant in which quantum dots are dispersed, an irradiation portion for irradiating the storage portion with the excitation light while rotating the rolling bearing portion, and the storage portion are photographed. A measuring unit that two-dimensionally measures the fluorescence intensity of the quantum dots from the image captured by the imaging unit, and based on the fluorescence intensity measured by the measuring unit, derives the distribution state of the lubricant inside the rotating rolling bearing. and a lead-out part , wherein a lipophilic group is coordinated to the surface of the quantum dot .

本開示の第2態様は、第1態様に記載の潤滑剤の分布状態測定システムにおいて、前記転がり軸受部の軸受及び回転軸の少なくとも一方に対して回転軸と交差する方向に荷重を付与する付与部をさらに備える。 A second aspect of the present disclosure is the lubricant distribution measuring system according to the first aspect, wherein a load is applied to at least one of the bearing and the rotating shaft of the rolling bearing portion in a direction intersecting the rotating shaft. It further comprises a part.

本開示の第態様は、第1態様又は第2態様に記載の潤滑剤の分布状態測定システムにおいて、前記量子ドットが発光する蛍光の波長は、450nmから680nmである。 A third aspect of the present disclosure is the lubricant distribution measuring system according to the first aspect or the second aspect, wherein the fluorescence emitted by the quantum dots has a wavelength of 450 nm to 680 nm.

本開示の第態様は、第1態様から第態様の何れか1態様に記載の潤滑剤の分布状態測定システムにおいて、前記照射部は、前記量子ドットが発光する蛍光の波長未満の光を照射し、前記内輪及び前記外輪と前記撮影部との間に、前記量子ドットが発光する蛍光の波長以上のバンドパスフィルターを更に備える。 A fourth aspect of the present disclosure is the lubricant distribution measuring system according to any one of the first to third aspects, wherein the irradiation unit emits light having a wavelength less than the wavelength of fluorescence emitted by the quantum dots. A band-pass filter having a wavelength equal to or greater than the wavelength of fluorescence emitted by the quantum dots is further provided between the inner and outer rings and the imaging unit.

本開示の第態様は、第1態様から第態様の何れか1態様に記載の潤滑剤の分布状態測定システムにおいて、前記照射部は、照射時間が1ミリ秒以下の光を、前記転がり軸受の回転周期に同期して照射する。 A fifth aspect of the present disclosure is the lubricant distribution measuring system according to any one of the first to fourth aspects, wherein the irradiation unit emits light with an irradiation time of 1 millisecond or less, Irradiate in synchronization with the rotation cycle of the bearing.

本開示の第態様は、内輪及び外輪を備え、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が光を透過する転がり軸受部であって、前記内輪及び前記外輪の間に、励起光により蛍光を発光する量子ドットを分散させた潤滑剤を貯留する貯留部を備えた転がり軸受部を、回転させながら前記貯留部に、前記励起光を照射し、前記貯留部を撮影する撮影部により撮影した撮影画像から前記量子ドットの蛍光強度を2次元測定し、測定された蛍光強度に基づいて、回転する前記転がり軸受内部の潤滑剤の分布状態を導出する方法であって、前記量子ドットの表面に親油性基が配位されている、潤滑剤の分布状態測定方法である。 A sixth aspect of the present disclosure is a rolling bearing portion comprising an inner ring and an outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring transmits light, and fluorescence is emitted by excitation light between the inner ring and the outer ring A captured image captured by an imaging unit that captures an image of the storage part by irradiating the storage part with the excitation light while rotating the rolling bearing part having the storage part that stores the lubricant in which the quantum dots are dispersed. A method for two-dimensionally measuring the fluorescence intensity of the quantum dots and deriving the distribution state of the lubricant inside the rotating rolling bearing based on the measured fluorescence intensity, wherein the surface of the quantum dots has a lipophilic group This is a method for measuring the distribution state of a lubricant in which is coordinated .

本発明によれば、転がり軸受部の回転中に内部に分散された潤滑剤の分布状態を安定的に測定可能な潤滑剤の分布状態測定システム及び潤滑剤の分布状態測定方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lubricant distribution measuring system and a lubricant distribution measuring method capable of stably measuring the distribution of lubricant dispersed inside a rolling bearing during rotation. can.

第1実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システムの概略構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a schematic structure of a lubricant distribution state measuring system concerning a 1st embodiment. 画像測定部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of an image measurement part. 演算制御装置の機能別の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure according to function of an arithmetic control unit. 液状潤滑剤の蛍光強度と厚さ(膜厚)との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the fluorescence intensity of a liquid lubricant, and thickness (film thickness). 量子ドットの蛍光強度と液状潤滑剤の厚さとの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the fluorescence intensity of a quantum dot, and the thickness of a liquid lubricant. 演算制御装置をコンピュータを含む構成で実現した一例を示す図である。It is a figure which shows an example which implement|achieved the arithmetic control unit by the structure containing a computer. 潤滑剤分布演算プログラム77Pの処理の流れの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the flow of processing of a lubricant distribution calculation program 77P; 白色光の照射による観察部位の撮影画像の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a photographed image of an observation site by irradiation with white light; 静止状態での蛍光像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a fluorescent image in a stationary state; 回転状態における蛍光像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a fluorescent image in a rotating state; 回転状態でUV光を連続照射した際の蛍光像の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a fluorescent image when continuously irradiated with UV light in a rotating state; 白色光の照射による観察部位の撮影画像の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a photographed image of an observation site by irradiation with white light; 回転状態での蛍光像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a fluorescence image in a rotating state; 玉軸受の内輪側を測定可能な回転機構部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the rotation mechanism part which can measure the inner ring|wheel side of a ball bearing. 玉軸受の内輪側をさらに測定可能な回転機構部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the rotating-mechanism part which can further measure the inner ring|wheel side of a ball bearing. 第2実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システムの概略構成の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a lubricant distribution state measuring system according to a second embodiment; ニードル軸受の外観の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the external appearance of a needle bearing. 静止状態での蛍光像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a fluorescent image in a stationary state; 低回転状態のニードル軸受における蛍光像の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a fluorescence image in a needle bearing in a low rotation state; 高回転状態のニードル軸受における蛍光像の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a fluorescence image in a needle bearing in a high rotation state; 静止状態における観察領域の蛍光像に関して3次元表示した画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a three-dimensionally displayed image of a fluorescent image of an observation region in a stationary state; 低回転状態における観察領域の蛍光像に関して3次元表示した画像の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a three-dimensionally displayed image of a fluorescent image of an observation area in a low rotation state; 高回転状態における観察領域の蛍光像に関して3次元表示した画像の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a three-dimensionally displayed image of a fluorescent image of an observation area in a high rotation state;

以下、図面を参照して本開示の技術を実現する実施形態の一例を詳細に説明する。本開示では、転がり軸受の回転状態において、転がり軸受内部に与えられた潤滑剤の分布状態を測定する潤滑剤分布状態測定システムに、本開示の技術を適用した場合を一例として説明する。 An example of an embodiment that implements the technology of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. In the present disclosure, an example will be described in which the technology of the present disclosure is applied to a lubricant distribution state measuring system that measures the distribution state of lubricant applied inside the rolling bearing while the rolling bearing is rotating.

[潤滑剤分布状態測定システム]
本開示の潤滑剤分布状態測定システムは、内輪及び外輪を備え、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が光を透過する転がり軸受部であって、前記内輪及び前記外輪の間に、励起光により蛍光を発光する量子ドットを分散させた潤滑剤を貯留する貯留部を備えた転がり軸受部と、前記転がり軸受部を回転させながら前記貯留部に、前記励起光を照射する照射部と、前記貯留部を撮影する撮影部により撮影した撮影画像から前記量子ドットの蛍光強度を2次元測定する測定部と、前記測定部により測定された蛍光強度に基づいて、回転する前記転がり軸受内部の潤滑剤の分布状態を導出する導出部と、を備える。
[Lubricant distribution state measurement system]
A lubricant distribution state measuring system of the present disclosure includes an inner ring and an outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring is a rolling bearing portion that transmits light, and fluorescence is generated by excitation light between the inner ring and the outer ring. a rolling bearing unit that stores a lubricant in which quantum dots that emit light are dispersed; an irradiation unit that irradiates the storage unit with the excitation light while rotating the rolling bearing unit; and the storage unit a measurement unit that two-dimensionally measures the fluorescence intensity of the quantum dots from the captured image captured by the imaging unit that captures the distribution of the lubricant inside the rotating rolling bearing based on the fluorescence intensity measured by the measurement unit and a derivation unit for deriving the state.

量子ドットは、有機系の色素化合物と比較して励起光の照射により劣化しにくく、蛍光強度に優れ、かつ液状潤滑剤に対する溶解性に優れる傾向にある。このため、本開示の潤滑剤分布状態測定システムは、例えば液状の潤滑剤の分布状態を長期間にわたって安定的に測定可能である。 Quantum dots tend to be less likely to be degraded by excitation light irradiation, have superior fluorescence intensity, and have superior solubility in liquid lubricants, as compared to organic dye compounds. Therefore, the lubricant distribution state measuring system of the present disclosure can stably measure the distribution state of, for example, a liquid lubricant over a long period of time.

また、量子ドットは有機系の色素化合物と比較して自身の遮光の影響を抑制でき、膜厚が大きい潤滑剤の厚さを測定することができる。例えば、本開示の潤滑剤分布状態測定システムでは、サブμmからmmオーダまでの広範囲の潤滑剤の厚さ、例えば、0.1μmから5mmオーダまでの潤滑剤の厚さを精度良く測定できる。 In addition, quantum dots can suppress the influence of their own light shielding compared to organic dye compounds, and can measure the thickness of a lubricant having a large film thickness. For example, the lubricant distribution state measuring system of the present disclosure can accurately measure lubricant thickness in a wide range from sub-μm to mm order, for example, lubricant thickness from 0.1 μm to 5 mm order.

また、量子ドットは有機系の色素化合物と比較して温度による蛍光波長、蛍光強度等の変化が小さく、温度が変化する条件においても精度良く潤滑剤の厚さを測定できる。 In addition, quantum dots exhibit less change in fluorescence wavelength, fluorescence intensity, etc. due to temperature than organic dye compounds, and can accurately measure the thickness of a lubricant even under conditions where temperature changes.

なお、本開示において「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、1つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施形態に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。潤滑剤中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、潤滑剤中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
In the present disclosure, a numerical range indicated using "-" indicates a range including the numerical values before and after "-" as the minimum and maximum values, respectively.
In the numerical ranges described step by step in the present disclosure, the upper limit value or lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or lower limit value of another numerical range described step by step. . Moreover, in the numerical ranges described in the present disclosure, the upper or lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values shown in the embodiments.
In the present disclosure, each component may contain multiple types of applicable substances. When there are multiple types of substances corresponding to each component in the lubricant, the content rate or content of each component is the total content rate or content of the multiple types of substances present in the lubricant unless otherwise specified. means quantity.

[第1実施形態]
第1実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システムは、玉軸受を本開示の転がり軸受の一例として用いて、転がり軸受の回転状態において、玉軸受内部に与えられた潤滑剤の分布状態を測定する。
[First embodiment]
The lubricant distribution measuring system according to the first embodiment uses a ball bearing as an example of the rolling bearing of the present disclosure, and measures the distribution of lubricant provided inside the ball bearing in the rotating state of the rolling bearing. .

図1に、第1実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システム100の概略構成の一例を示す。
図1に示すように、潤滑剤分布状態測定システム100は、照射部1、1A、本開示の測定部の一例である画像測定部2、2A、及び本開示の転がり軸受部の一例である玉軸受3Aが回転可能に取り付けられた回転機構部3を備えている。また、潤滑剤分布状態測定システム100は、本開示の導出部の一例である演算制御装置7を備えている。
FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a lubricant distribution state measuring system 100 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the lubricant distribution state measuring system 100 includes irradiation units 1 and 1A, image measurement units 2 and 2A which are examples of the measurement unit of the present disclosure, and ball sensors which are examples of the rolling bearing unit of the present disclosure. It has a rotating mechanism section 3 to which a bearing 3A is rotatably attached. The lubricant distribution state measuring system 100 also includes an arithmetic control unit 7 that is an example of the derivation unit of the present disclosure.

潤滑剤分布状態測定システム100は、回転機構部3における玉軸受3Aの側部(図1では左側)と径方向の上部(図1では上側)との各々の部位を観察するために画像測定部2、2A(詳細は後述)が設置されている。以降、玉軸受3Aの径方向の上部(図1では上側)を観察する場合を主として説明する。
回転機構部3は回転部36を備えており、回転部36の中心軸は、弾性カップリング5を介して、モータ等の回転駆動部6に連結されている。回転機構部3と回転駆動部6の間には、軸を上下方向に変位することで玉軸受3Aに荷重を付加する軸荷重付与部4が設けられている。
The lubricant distribution measuring system 100 includes an image measuring unit for observing the side portion (left side in FIG. 1) and the radial upper portion (upper side in FIG. 1) of the ball bearing 3A in the rotating mechanism portion 3. 2, 2A (details will be described later) are installed. Henceforth, the case where the upper part (upper side in FIG. 1) of the radial direction of 3 A of ball bearings is observed is mainly demonstrated.
The rotation mechanism section 3 has a rotation section 36 , and the central axis of the rotation section 36 is connected to a rotation drive section 6 such as a motor through an elastic coupling 5 . A shaft load application unit 4 is provided between the rotation mechanism unit 3 and the rotation drive unit 6 to apply a load to the ball bearing 3A by vertically displacing the shaft.

<回転機構部>
本開示の転がり軸受部の一例である玉軸受3Aは、光透過型深溝玉軸受を用いており、内輪31及び外輪32を備え、内輪31及び外輪32の少なくとも一方が光を透過する。また、玉軸受3Aは、内輪31及び外輪32の間に玉33を備えており、その内輪31及び外輪32の間の領域に、励起光により蛍光を発光する量子ドットを分散させた液体状の潤滑剤(以下、液状潤滑剤という。)を貯留する貯留部35を備える。
<Rotating mechanism>
A ball bearing 3A, which is an example of the rolling bearing portion of the present disclosure, uses a light-transmissive deep groove ball bearing, includes an inner ring 31 and an outer ring 32, and at least one of the inner ring 31 and the outer ring 32 transmits light. In addition, the ball bearing 3A includes balls 33 between the inner ring 31 and the outer ring 32, and liquid-like quantum dots that emit fluorescence by excitation light are dispersed in the region between the inner ring 31 and the outer ring 32. A storage part 35 for storing lubricant (hereinafter referred to as liquid lubricant) is provided.

また、回転機構部3は、正面にはガラス窓37を設け、液状潤滑剤を封じ込めると共に、玉軸受3Aを観察可能としている。断面図において、ガラス窓部以外には、玉軸受3Aに供給する液状潤滑剤を循環もしくは密封可能とする密封容器部38を設けている。 Further, the rotating mechanism section 3 is provided with a glass window 37 on the front side to contain the liquid lubricant and to allow observation of the ball bearing 3A. In the cross-sectional view, in addition to the glass window portion, a sealed container portion 38 is provided to allow the liquid lubricant to be supplied to the ball bearing 3A to be circulated or sealed.

<貯留部>
貯留部35は、液状潤滑剤の厚さを測定する位置にて量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光を透過可能であればよい。また、貯留部35は、量子ドットを分散させた液状潤滑剤が貯留された状態であってもよい。
<Reservoir>
The reservoir 35 may transmit light in a wavelength band less than the fluorescence wavelength of the quantum dots at the position where the thickness of the liquid lubricant is measured. Further, the storage part 35 may be in a state in which a liquid lubricant in which quantum dots are dispersed is stored.

液状潤滑剤としては、量子ドットを分散可能であれば特に限定されない。液状潤滑剤としては、水系潤滑剤、シリコーン系潤滑剤、油性潤滑剤等が挙げられ、中でも、油性潤滑剤が好ましい。油性潤滑剤としては、炭化水素系油、エステル油等を基油とした、オイル、グリースなどが挙げられ、より具体的には、エンジンオイル、オートマチックトランスミッションフルード等の潤滑油などであってもよい。
なお、液状潤滑剤としては、使用環境下において流動性を有する潤滑剤であればよく、例えば常温にて流動性を有しないものであってもよい。
The liquid lubricant is not particularly limited as long as it can disperse the quantum dots. Examples of liquid lubricants include water-based lubricants, silicone-based lubricants, and oil-based lubricants, among which oil-based lubricants are preferred. Examples of oil-based lubricants include oils and greases based on hydrocarbon oils, ester oils, etc. More specifically, lubricating oils such as engine oils and automatic transmission fluids may be used. .
The liquid lubricant may be any lubricant that has fluidity under the usage environment, and may not have fluidity at room temperature, for example.

(量子ドット)
量子ドットとしては特に制限されず、CdSe、CdTe、CdS、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、ZnCuInS、GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe、Si、Ge、SiC、SiGe等が挙げられる。
(quantum dot)
Quantum dots are not particularly limited, and include CdSe, CdTe, CdS, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe , CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgGaZnSTe, GaN, GasGaPInS, GaN, ZnGaPInS N, AlP, AlAs, AlSb , InN, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNAsb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP , GAINNAS, GAINNSB, GAINPAS, GAINPAS, GAINPSB, Inalnp, Inalnasb, Inalnsb, Inalpas, Snsb, Sns, Sns, SNSE, SNTE, PBS, PBS, PBS, PBS, SNSET, SNSET, SNSET, SNSET, SNSET PBSete, PBSTE, Snpbs, SnpbSE, Snpbte, Snpbsses , SnPbSeTe, SnPbSTe, Si, Ge, SiC, SiGe and the like.

量子ドットとしては、コアシェル構造を有していてもよい。コア及びシェルの組み合わせ(コア/シェル)としては、CdSeS/ZnS、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdSe/CdS、InP/ZnS、ZnCuInS/ZnS、PbSe/PbS、CdTe/CdS、CdTe/ZnS等が挙げられる。
また、量子ドットとしては、カーボン量子ドット,炭素量子ドット,グラフェン量子ドット等も挙げられる。
なお、人体及び環境への悪影響を抑える観点から、鉛(Pb)を含む量子ドットは使用しないことが好ましい。
Quantum dots may have a core-shell structure. Combinations of core and shell (core/shell) include CdSeS/ZnS, CdS/ZnS, CdSe/ZnS, CdSe/CdS, InP/ZnS, ZnCuInS/ZnS, PbSe/PbS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS, and the like. mentioned.
Quantum dots also include carbon quantum dots, carbon quantum dots, graphene quantum dots, and the like.
From the viewpoint of suppressing adverse effects on the human body and the environment, it is preferable not to use quantum dots containing lead (Pb).

量子ドットはその表面に配位子が配位していることが好ましい。これにより、液状潤滑剤中における量子ドットの分散性が向上し、液状潤滑剤中での量子ドットの凝集、沈殿等を抑制できる傾向にある。その結果、液状潤滑剤中にて均一性高く量子ドットを長期間にわたって分散させることができ、精度良く液状潤滑剤の厚さを測定できる傾向にある。 It is preferable that the quantum dot has a ligand coordinated to its surface. As a result, the dispersibility of the quantum dots in the liquid lubricant is improved, and the aggregation and precipitation of the quantum dots in the liquid lubricant tends to be suppressed. As a result, the quantum dots can be dispersed in the liquid lubricant with high uniformity for a long period of time, and the thickness of the liquid lubricant tends to be measured with high accuracy.

配位子としては、炭化水素基とともに、アミノ基、カルボキシ基、メルカプト基、ホスフィン基及びホスフィンオキシド基の少なくともいずれか1つの置換基を有する化合物が好ましく、炭素数10以上の炭化水素基とともに、前述の置換基を有する化合物がより好ましい。 The ligand is preferably a compound having a hydrocarbon group and at least one substituent selected from among an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, a phosphine group and a phosphine oxide group. Compounds having the aforementioned substituents are more preferred.

配位子の具体例としては、ヘキシルアミン、デシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、ミリスチルアミン、ラウリルアミン、オレイン酸、メルカプトプロピオン酸、トリオクチルホスフィン及びトリオクチルホスフィンオキシド等が挙げられる。 Specific examples of ligands include hexylamine, decylamine, hexadecylamine, octadecylamine, oleylamine, myristylamine, laurylamine, oleic acid, mercaptopropionic acid, trioctylphosphine and trioctylphosphine oxide.

量子ドットの蛍光波長(蛍光ピーク波長)は、450nm~680nmであることが好ましい。また、量子ドットとして、蛍光波長が450nm~680nmである量子ドットを1種用いてもよく、2種以上用いてもよい。 The fluorescence wavelength (fluorescence peak wavelength) of quantum dots is preferably 450 nm to 680 nm. As the quantum dots, one type of quantum dots having a fluorescence wavelength of 450 nm to 680 nm may be used, or two or more types may be used.

2種以上の量子ドットを用いる場合、2種以上の量子ドットは、量子ドットの蛍光強度の面積に対する当該量子ドットと他の量子ドットとの蛍光強度の重複面積との比率がそれぞれ10%以下であることが好ましい。
なお、前述の比率は0%であることが好ましく、すなわち、ある量子ドットの蛍光強度と、他の量子ドットの蛍光強度とが重複する領域が存在していないことが好ましい。
When two or more types of quantum dots are used, the two or more types of quantum dots have a ratio of the overlapping area of the fluorescence intensity of the quantum dot and the other quantum dots to the area of the fluorescence intensity of the quantum dot. Each is 10% or less. Preferably.
Note that the aforementioned ratio is preferably 0%, that is, it is preferable that there is no overlapping region between the fluorescence intensity of a certain quantum dot and the fluorescence intensity of another quantum dot.

3種の量子ドットを用いる場合、3種の量子ドットは、量子ドットの蛍光強度の面積に対する当該量子ドットと他の量子ドットとの蛍光強度の重複面積との比率がそれぞれ10%以下であることが好ましく、量子ドットの蛍光波長はそれぞれ400nm~500nm、500nm~570nm及び570nm~680nmであることが好ましい。 When using three types of quantum dots, each of the three types of quantum dots has a ratio of the overlapping area of the fluorescence intensity of the quantum dot and the other quantum dots to the area of the fluorescence intensity of the quantum dot is 10% or less. , and the fluorescence wavelengths of the quantum dots are preferably 400 nm to 500 nm, 500 nm to 570 nm and 570 nm to 680 nm, respectively.

液状潤滑剤における量子ドットの含有率は、0.0001質量%~0.1質量%であることが好ましく、0.0003質量%~0.1質量%であることがより好ましく、0.0005質量%~0.05質量%であることが更に好ましく、0.001質量%~0.01質量%であることが特に好ましい。なお、液状潤滑剤における量子ドットの含有率は、液状潤滑剤の想定される厚さに応じて適宜調整すればよい。例えば、液状潤滑剤の想定される厚さが比較的小さい場合には、前述の含有率を高くし、液状潤滑剤の想定される厚さが比較的大きい場合には、前述の含有率を小さくすることが好ましい。 The content of quantum dots in the liquid lubricant is preferably 0.0001% by mass to 0.1% by mass, more preferably 0.0003% by mass to 0.1% by mass, and 0.0005% by mass. % to 0.05% by mass, and particularly preferably 0.001% to 0.01% by mass. The content of quantum dots in the liquid lubricant may be appropriately adjusted according to the expected thickness of the liquid lubricant. For example, if the expected thickness of the liquid lubricant is relatively small, the aforementioned content is increased, and if the expected thickness of the liquid lubricant is relatively large, the aforementioned content is decreased. preferably.

なお、蛍光物質としてクマリン6を用いた場合、液状潤滑剤におけるクマリン6の含有量は、0.14g/L~0.28g/Lとすることが好ましいとされている。ここで、エンジン液状潤滑剤の密度が0.85g/cm程度であることから含有率に換算すると、0.016質量%~0.032質量%となる。有機系の色素化合物は、液状潤滑剤への溶解性が悪く析出しやすく、例えば、クマリン6は液状潤滑剤における含有率が0.032質量%超になると析出しやすくなると考えられる。 When coumarin 6 is used as the fluorescent substance, the content of coumarin 6 in the liquid lubricant is said to be preferably 0.14 g/L to 0.28 g/L. Here, since the density of the engine liquid lubricant is about 0.85 g/cm 3 , the content is 0.016 mass % to 0.032 mass %. Organic dye compounds have poor solubility in liquid lubricants and are likely to precipitate.

一方、量子ドットは液状潤滑剤における含有率が高濃度であっても析出が抑制され、液状潤滑剤に安定的に分散できる傾向にある。したがって、量子ドットを蛍光物質として用いた場合、高い蛍光強度が得られ、かつ高いS/N比が得られる傾向にある。 On the other hand, quantum dots tend to be suppressed from being precipitated even when the content in the liquid lubricant is high, and they tend to be stably dispersed in the liquid lubricant. Therefore, when quantum dots are used as a fluorescent substance, there is a tendency to obtain high fluorescence intensity and a high S/N ratio.

3種の量子ドットを用いる場合、量子ドットの蛍光波長はそれぞれ400nm~500nm、500nm~570nm及び570nm~680nmであり、かつ、量子ドットの含有率はそれぞれ独立に0.0001質量%~0.033質量%であることが好ましく、0.0005質量%~0.01質量%であることが更に好ましく、0.001質量%~0.01質量%であることが特に好ましい。 When three types of quantum dots are used, the fluorescence wavelengths of the quantum dots are 400 nm to 500 nm, 500 nm to 570 nm and 570 nm to 680 nm, respectively, and the content of the quantum dots is independently 0.0001% by mass to 0.033. % by mass is preferable, 0.0005% by mass to 0.01% by mass is more preferable, and 0.001% by mass to 0.01% by mass is particularly preferable.

量子ドットの粒径は、1nm~50nmであることが好ましく、1nm~20nmであることがより好ましく、3nm~10nmであることが更に好ましい。 The particle size of the quantum dots is preferably 1 nm to 50 nm, more preferably 1 nm to 20 nm, even more preferably 3 nm to 10 nm.

使用する量子ドットは、カメラ等の受光器の分光特性や波長帯域感度に応じて選定することが好ましい。例えば、カメラ等の受光器の受光感度が高い波長帯域の発光特性を有するものが好ましく、具体的には、受光器の相対感度が0.8以上の波長帯域に、発光輝度が最大となる波長から±50nm帯域の蛍光特性を有するものが好ましく、波長±30nmの帯域を有するものが更に好ましい。 The quantum dots to be used are preferably selected according to the spectral characteristics and wavelength band sensitivity of a light receiver such as a camera. For example, it is preferable to have a light emission characteristic in a wavelength band in which the light receiving sensitivity of a light receiver such as a camera is high. to ±50 nm band, and more preferably have a wavelength band of ±30 nm.

(液状潤滑剤)
次に、液状潤滑剤の具体的な一例を説明する。量子ドットとして、オレイン酸基(炭素数18)で表面修飾されかつ、蛍光スペクトル波長(中央値)が450nm、540nm、575nm、630nm、665nmである粒径6nmのCdSeS/ZnS合金型量子ドットの1mg/mLトルエン溶液(シグマアルドリッチ社製)あるいは、蛍光スペクトル波長(中央値)が620nmである粒径5nmのInP/ZnS系の5mg/mLトルエン溶液(シグマアルドリッチ社製)の計6種類を用いた。
(liquid lubricant)
Next, a specific example of the liquid lubricant will be described. As quantum dots, 1 mg of CdSeS/ZnS alloy quantum dots with a particle size of 6 nm, which are surface-modified with oleic acid groups (18 carbon atoms) and have fluorescence spectrum wavelengths (medians) of 450 nm, 540 nm, 575 nm, 630 nm, and 665 nm. /mL toluene solution (manufactured by Sigma-Aldrich) or a 5 mg/mL toluene solution (manufactured by Sigma-Aldrich) of an InP/ZnS system with a particle size of 5 nm and a fluorescence spectrum wavelength (median value) of 620 nm. .

量子ドット含有量がオイルに対して、それぞれ0.000010wt%~0.10wt%となるよう、トルエン溶液を炭化水素系ベースオイルであるYUBASE-8(SKコーポレーション社製)あるいは市販のオートマチックトランスミッションフルードのトヨタ オートフルードWSに、各量子ドットを含有させた混合液を作製した。 The toluene solution is added to the hydrocarbon base oil YUBASE-8 (manufactured by SK Corporation) or the commercially available automatic transmission fluid Toyota so that the quantum dot content is 0.000010 wt% to 0.10 wt% relative to the oil. A mixed liquid containing each quantum dot in autofluid WS was prepared.

次いで、混合液を80℃で28時間加熱し、トルエンを除去して、量子ドット含有オイルを調製した。
CdSeS/ZnS合金型量子ドット含有オイル(量子ドット濃度0.10wt%)の外観および紫外線照射時の発光の様子を図1に示す。量子ドットの蛍光スペクトル波長に応じて、青~赤の様々な蛍光特性を示すことが分かる。また、本手法で作製した量子ドット含有オイルでは、量子ドットが安定的にオイルに均一分散しており、1ヶ月間放置後も、沈殿や分離を生じなかった。InP/ZnS量子ドット含有油も同様に安定した分散特性、蛍光特性を示した。In/ZnS系のものは、CdSeS/ZnS系に対して、Cdフリーである点で、安全上の取扱性が良好となる。
The mixture was then heated at 80° C. for 28 hours to remove toluene to prepare a quantum dot-containing oil.
FIG. 1 shows the appearance of the CdSeS/ZnS alloy-type quantum dot-containing oil (quantum dot concentration: 0.10 wt %) and how it emits light when irradiated with ultraviolet rays. It can be seen that various fluorescence characteristics from blue to red are exhibited depending on the fluorescence spectrum wavelength of the quantum dots. In addition, in the quantum dot-containing oil produced by this method, the quantum dots were stably and uniformly dispersed in the oil, and neither precipitation nor separation occurred even after standing for one month. The InP/ZnS quantum dot-containing oil similarly exhibited stable dispersion properties and fluorescence properties. Compared to the CdSeS/ZnS system, the In/ZnS system is Cd-free, and therefore has better safety handling properties.

<照射部>
照射部1は、玉軸受3Aを回転させながら玉軸受内部に形成された貯留部35に、励起光を照射する。具体的には、照射部1は、回転機構部3における径方向の上部(図1では上側)の部位を観察するための励起光を照射する。
照射部1は、回転状態での玉軸受内部の液状潤滑剤の分布挙動を測定可能に、発光時間と発光周期をそれぞれ1発光/μs~1発光/s(連続発光)まで、発光周期を最大1kHzまで制御可能になっている。この発光周期は演算制御装置7などの外部システムからのトリガー信号によって任意に制御可能としている。
<Irradiation unit>
The irradiation unit 1 irradiates the excitation light to the reservoir 35 formed inside the ball bearing while rotating the ball bearing 3A. Specifically, the irradiation unit 1 irradiates excitation light for observing a radially upper portion (upper side in FIG. 1) of the rotation mechanism unit 3 .
The irradiation unit 1 can measure the distribution behavior of the liquid lubricant inside the ball bearing in the rotating state, and the light emission time and light emission period can be set from 1 light emission/μs to 1 light emission/s (continuous light emission), and the light emission period can be set to the maximum. It is controllable up to 1 kHz. This light emission cycle can be arbitrarily controlled by a trigger signal from an external system such as the arithmetic and control unit 7 .

照射部1は、量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光を照射可能であればよく、例えば、紫外線を照射可能であればよい。また、照射部は、量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光と共に、量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光以外の光、例えば、可視光を照射するものであってもよい。 The irradiation unit 1 may irradiate light in a wavelength band shorter than the fluorescence wavelength of the quantum dots, for example, ultraviolet rays. Further, the irradiation unit may irradiate light other than light in a wavelength band less than the fluorescence wavelength of the quantum dots, such as visible light, together with light in the wavelength band less than the fluorescence wavelength of the quantum dots.

照射部1の照射光波長は、100nm以上でかつ450nm未満(100≦λ<450)であることが好ましい。照射部1は発する照射光は、照射光波長が100nm以上でかつ450nm未満である光源を1種用いてもよく、2種以上用いてもよい。
特に、照射部1は、450nm以上(λ≦450)の光の発光強度割合が全体の光強度の0.01%未満であることが好ましい。
The irradiation light wavelength of the irradiation unit 1 is preferably 100 nm or more and less than 450 nm (100≦λ<450). For the irradiation light emitted from the irradiation unit 1, one type of light source having an irradiation light wavelength of 100 nm or more and less than 450 nm may be used, or two or more types may be used.
In particular, it is preferable that the emission intensity ratio of light of 450 nm or more (λ≦450) in the irradiation unit 1 is less than 0.01% of the total light intensity.

より具体的には、照射部1は、発光ダイオード(LED)、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ディープ紫外線ランプ、紫外線レーザ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等が挙げられる。また、照射部がレーザ光を照射する紫外線レーザ等である場合、照射部と貯留部との間に貯留部におけるレーザ光の照射位置を変更する可動ミラーが配置されていてもよい。 More specifically, the irradiation unit 1 includes a light-emitting diode (LED), a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, a deep ultraviolet lamp, an ultraviolet laser, a xenon lamp, a metal halide lamp, and the like. Further, when the irradiation section is an ultraviolet laser or the like that emits laser light, a movable mirror that changes the irradiation position of the laser light in the storage section may be arranged between the irradiation section and the storage section.

例えば、照射部1が、量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光である紫外線と、量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光以外の光である可視光とが混ざった光を照射する場合、照射部1と貯留部35との間に紫外線透過可視吸収フィルターを配置することが好ましい。これにより、可視光が紫外線透過可視吸収フィルターに吸収され、紫外線のみが貯留部に貯留される量子ドットを含む液状潤滑剤に照射される。 For example, when the irradiating unit 1 irradiates mixed light of ultraviolet light, which is light in the wavelength band less than the fluorescence wavelength of the quantum dots, and visible light, which is light other than light in the wavelength band less than the fluorescence wavelength of the quantum dots. , it is preferable to dispose an ultraviolet transmission visible absorption filter between the irradiation unit 1 and the storage unit 35 . As a result, the visible light is absorbed by the UV transmissive visible absorption filter, and only the UV light is irradiated to the liquid lubricant containing the quantum dots stored in the storage section.

貯留部35に量子ドットを含む液状潤滑剤が貯留されている場合、量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光が貯留部35を透過し、液状潤滑剤に照射される。液状潤滑剤に含まれる量子ドットに、量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光が照射されることにより、量子ドットが励起され、量子ドットは所定波長の蛍光を発光する。次に、量子ドットの蛍光強度は、画像測定部2によって2次元測定される。 When liquid lubricant containing quantum dots is stored in the reservoir 35 , light in a wavelength band less than the fluorescence wavelength of the quantum dots passes through the reservoir 35 and irradiates the liquid lubricant. By irradiating the quantum dots contained in the liquid lubricant with light in a wavelength band shorter than the fluorescence wavelength of the quantum dots, the quantum dots are excited, and the quantum dots emit fluorescence of a predetermined wavelength. Next, the fluorescence intensity of the quantum dots is two-dimensionally measured by the image measurement unit 2 .

液状潤滑剤に含まれる量子ドットの含有率が一定の場合、量子ドットの蛍光強度は液状潤滑剤の厚さに比例する。この性質を利用することにより、液状潤滑剤の厚さを測定することができる。
また、照射部1Aは、玉軸受3Aの側部(図1では左側部)の部位を観察するための励起光を照射する。なお、照射部1Aは、照射部1と同様の構成のため、説明を省略する。
When the content of quantum dots contained in the liquid lubricant is constant, the fluorescence intensity of the quantum dots is proportional to the thickness of the liquid lubricant. By using this property, the thickness of the liquid lubricant can be measured.
Further, the irradiation unit 1A irradiates excitation light for observing the side portion (the left side in FIG. 1) of the ball bearing 3A. The irradiation unit 1A has the same configuration as that of the irradiation unit 1, so the description thereof is omitted.

<画像測定部>
本開示の潤滑剤分布状態測定システムは、画像測定部2を備える。画像測定部2は、玉軸受3Aの内部に封入した量子ドット含有の液状潤滑剤から発光する蛍光を観察するために蛍光を撮影する測定装置である。すなわち、画像測定部2は、貯留部35を撮影する撮影部により撮影した撮影画像から量子ドットの蛍光強度を2次元測定する。画像測定部2は、例えば、CCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサを利用したCCDカメラ及び3CCDカメラ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを利用したCMOSカメラ及び3CMOSカメラが挙げられる。
<Image measurement part>
The lubricant distribution state measuring system of the present disclosure includes an image measuring section 2 . The image measuring unit 2 is a measuring device that captures fluorescence in order to observe the fluorescence emitted from the quantum dot-containing liquid lubricant sealed inside the ball bearing 3A. That is, the image measurement unit 2 two-dimensionally measures the fluorescence intensity of the quantum dots from the captured image captured by the capturing unit that captures the storage unit 35 . The image measurement unit 2 includes, for example, a CCD camera and 3CCD camera using a CCD (Charge-Coupled Device) image sensor, and a CMOS camera and 3CMOS camera using a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.

<バンドパスフィルター>
本開示の潤滑剤分布状態測定システムは、照射部が波長λnm(100≦λ≦400)の光を照射する場合、貯留部と画像測定部との間に、波長λnm超のバンドパスフィルターを備えていてもよい。例えば、照射部が量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光として波長λnmの光を照射する場合、波長λnm超のバンドパスフィルターを備えることにより、波長λnmの光(量子ドットの蛍光波長未満の波長帯域の光)が画像測定部に照射されることが抑制され、波長λnm超の光(例えば、量子ドットの蛍光)が画像測定部に選択的に照射される。これにより、量子ドットの蛍光強度を精度良く2次元測定できる。
<Band pass filter>
The lubricant distribution measuring system of the present disclosure includes a band-pass filter with a wavelength greater than λ nm between the storage unit and the image measurement unit when the irradiation unit irradiates light with a wavelength of λ nm (100≦λ≦400). may be For example, when the irradiation unit irradiates light with a wavelength λ nm as light in a wavelength band less than the fluorescence wavelength of the quantum dots, by providing a band-pass filter with a wavelength greater than λ nm, light with a wavelength λ nm (less than the fluorescence wavelength of the quantum dots wavelength band) is suppressed from being irradiated to the image measurement unit, and light having a wavelength greater than λnm (for example, fluorescence of quantum dots) is selectively irradiated to the image measurement unit. Thereby, the fluorescence intensity of the quantum dots can be two-dimensionally measured with high accuracy.

バンドパスフィルターは、波長450nm~470nm、波長520nm~570nm及び波長600nm~680nmの光を90%以上透過するものであることが好ましい。これにより、青色、緑色及び赤色の光が画像測定部に選択的に照射され、これにより、特に3種の量子ドットを用いた場合に、それぞれの量子ドットの蛍光強度を精度良く2次元測定でき、より精度良く液状潤滑剤の厚さを2次元的に演算できる。 The bandpass filter preferably transmits 90% or more of light with wavelengths of 450 nm to 470 nm, 520 nm to 570 nm and 600 nm to 680 nm. As a result, blue, green, and red light is selectively irradiated to the image measurement unit, and thereby, particularly when three types of quantum dots are used, the fluorescence intensity of each quantum dot can be accurately two-dimensionally measured. , the thickness of the liquid lubricant can be calculated two-dimensionally with higher accuracy.

図2に、画像測定部2の構成の一例を示す。図2に示す画像測定部2は、照射部1から照射される励起光を撮影光軸に合波する構成になっている。
画像測定部2は、対物レンズ22、及びカメラ23を備えており、回転状態での玉軸受内部の液状潤滑剤の分布挙動を測定するために、励起された蛍光を撮影、すなわち2次元測定する。画像測定部2は、ビームスプリッタ15を内蔵しており、ライトガイド14により案内される光源11からの励起光がカメラ23の光軸と同軸に案内される。また、画像測定部2は、カメラ23と対物レンズ22の間に、UVカットフィルタを備えている。従って、光源11から照射された励起光がビームスプリッタ15を介して測定対象である玉軸受上部の貯留部に照射される。玉軸受上部の貯留部では、励起光によって量子ドットが励起され蛍光を発する。その蛍光をカメラ23が撮影する。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the image measuring section 2. As shown in FIG. The image measurement unit 2 shown in FIG. 2 is configured to multiplex the excitation light emitted from the irradiation unit 1 onto the imaging optical axis.
The image measurement unit 2 includes an objective lens 22 and a camera 23, and photographs excited fluorescence, that is, performs two-dimensional measurement in order to measure the distribution behavior of the liquid lubricant inside the ball bearing in a rotating state. . The image measurement unit 2 incorporates a beam splitter 15 , and the excitation light from the light source 11 guided by the light guide 14 is guided coaxially with the optical axis of the camera 23 . The image measuring section 2 also has a UV cut filter between the camera 23 and the objective lens 22 . Therefore, the excitation light emitted from the light source 11 is applied through the beam splitter 15 to the reservoir above the ball bearing, which is the object of measurement. In the reservoir above the ball bearing, the quantum dots are excited by the excitation light and emit fluorescence. A camera 23 photographs the fluorescence.

光源11には、波長405nmのLED光源(エルイージェイ(Leistungselektronik JENA GmbH)社製)を用いることができる。光源11は、回転状態での玉軸受内部の液状潤滑剤の分布挙動を測定可能に、発光時間と発光周期をそれぞれ1発光/μs~1発光/s(連続発光)まで、発光周期を最大1kHzまで制御される。この発光周期は後述する演算制御装置7からのトリガー信号によって任意に制御される。フィルタ13には、紫外線透過可視吸収フィルター(シグマ光機社製)を用いることができ、ライトガイド14には、UV透過型のライトガイド(ルマテック社製)を用いることができる。ビームスプリッタ15には、プレート型のビームスプリッタ(エドモンド社製)を用いることができる。アダプタ21には、透過帯域波長508-1650nmのロングパスフィルタ(エドモンド社製)24を内蔵したアダプタ(エドモンド社製)を用いることができる。対物レンズ22には、物体テレセントリックレンズ(オプトアート社製)を用いることができる。カメラ23には、3CMOSカメラ(ジェイエイアイコーポレーション社製)を用いることができる。なお、3CMOSカメラは、単板式カメラを用いてもよい。
これらの構成による画像測定部2は、例えば、蛍光波長540nm量子ドットを含有した潤滑剤の計測に適するように設定した一例であり、本開示はこの構成に限定されるものではない。
As the light source 11, an LED light source with a wavelength of 405 nm (manufactured by Leistungselektronik JENA GmbH) can be used. The light source 11 can measure the distribution behavior of the liquid lubricant inside the ball bearing in the rotating state, and the light emission time and light emission period are each from 1 light emission/μs to 1 light emission/s (continuous light emission), and the maximum light emission period is 1 kHz. controlled up to This light emission cycle is arbitrarily controlled by a trigger signal from the arithmetic control unit 7, which will be described later. As the filter 13, an ultraviolet transmission visible absorption filter (manufactured by Sigma Koki Co., Ltd.) can be used, and as the light guide 14, a UV transmission type light guide (manufactured by Lumatec Co., Ltd.) can be used. A plate-type beam splitter (manufactured by Edmund Corporation) can be used as the beam splitter 15 . As the adapter 21, an adapter (manufactured by Edmond) having a built-in long-pass filter (manufactured by Edmond) having a transmission band wavelength of 508 to 1650 nm can be used. An object telecentric lens (manufactured by Optoart Co., Ltd.) can be used for the objective lens 22 . A 3CMOS camera (manufactured by JAI Corporation) can be used as the camera 23 . A single-chip camera may be used as the 3CMOS camera.
The image measuring unit 2 having such a configuration is an example set to be suitable for measuring a lubricant containing quantum dots with a fluorescence wavelength of 540 nm, and the present disclosure is not limited to this configuration.

なお、図2では、回転機構部3における径方向の上部(図1では上側)の部位を観察するための画像測定部2を一例として示している。玉軸受3Aの側部(図1では左側の)の部位を観察するための画像測定部2Aは、画像測定部2と同様の構成のため、説明を省略する。 Note that FIG. 2 shows, as an example, the image measurement unit 2 for observing the radially upper portion (upper side in FIG. 1) of the rotation mechanism unit 3 . The image measuring section 2A for observing the side portion (the left side in FIG. 1) of the ball bearing 3A has the same configuration as the image measuring section 2, so the description thereof is omitted.

<演算制御装置>
演算制御装置7は、画像測定部2で2次元測定された蛍光強度に基づいて、回転する玉軸受3A内部の液状潤滑剤の分布状態(厚さ)を2次元的に導出する。例えば、画像測定部2に照射された蛍光はその強度に対応した電気信号に変換され、変換された電気信号が演算制御装置7に送信され、液状潤滑剤の厚さの分布が導出される。
<Arithmetic control unit>
Based on the fluorescence intensity two-dimensionally measured by the image measurement unit 2, the arithmetic control unit 7 two-dimensionally derives the distribution state (thickness) of the liquid lubricant inside the rotating ball bearing 3A. For example, the fluorescence irradiated to the image measurement unit 2 is converted into an electric signal corresponding to its intensity, the converted electric signal is transmitted to the arithmetic control unit 7, and the thickness distribution of the liquid lubricant is derived.

図3に、演算制御装置7の機能別の構成の一例を示す。
演算制御装置7は、厚さ分布演算部72を有する画像処理部71、同期駆動制御部73、状態制御部74、表示部75、及び操作入力部76を備えている。状態制御部74は、操作入力部76により入力された荷重を玉軸受3Aに付加するように、軸荷重付与部4を制御する。同期駆動制御部73は、回転状態での玉軸受3A内部の液状潤滑剤の分布挙動を測定可能とするために、操作入力部76により入力された発光時間と発光周期とにより照射部1の光源が発光するように制御すると共に、玉軸受3Aが回転状態となるように回転駆動部6を制御する。画像処理部71は、画像測定部2で測定された蛍光画像に基づいて、厚さ分布演算部72を用いて玉軸受3A内部に与えられた液状潤滑剤の分布状態を導出する。
FIG. 3 shows an example of the functional configuration of the arithmetic and control unit 7 .
The arithmetic control device 7 includes an image processing section 71 having a thickness distribution calculation section 72 , a synchronous drive control section 73 , a state control section 74 , a display section 75 and an operation input section 76 . The state control unit 74 controls the axial load applying unit 4 so that the load input by the operation input unit 76 is applied to the ball bearing 3A. The synchronous drive control unit 73 controls the light source of the irradiation unit 1 according to the light emission time and the light emission period input by the operation input unit 76 in order to measure the distribution behavior of the liquid lubricant inside the ball bearing 3A in the rotating state. emits light, and the rotary drive unit 6 is controlled so that the ball bearing 3A is in a rotating state. Based on the fluorescence image measured by the image measurement unit 2, the image processing unit 71 uses the thickness distribution calculation unit 72 to derive the distribution state of the liquid lubricant applied inside the ball bearing 3A.

なお、図3に示す例では、演算制御装置7の状態制御部74によって、玉軸受3Aに荷重を付加するように軸荷重付与部4を制御する場合を示すが、本開示の技術は、これに限定されるものではなく、軸荷重付与部4が自律的又は機械的に玉軸受3Aに荷重を付加してもよい。この場合、状態制御部74は不要であり、演算制御装置7への軸荷重付与部4の接続も不要である。玉軸受3Aに付加される荷重の値を用いる場合には、付加される荷重を、ロードセル等のセンサによって検出して、検出されたセンサ値を、手動又は自動で演算制御装置7に入力すればよい。 In the example shown in FIG. 3, the state control unit 74 of the arithmetic control unit 7 controls the axial load applying unit 4 so as to apply a load to the ball bearing 3A. , and the axial load applying unit 4 may autonomously or mechanically apply the load to the ball bearing 3A. In this case, the state control section 74 is unnecessary, and the connection of the axial load applying section 4 to the arithmetic control device 7 is also unnecessary. When using the value of the load applied to the ball bearing 3A, the applied load is detected by a sensor such as a load cell, and the detected sensor value is manually or automatically input to the arithmetic control device 7. good.

また、図3に示す例では、同期駆動制御部73によって、照射部1の光源の発光時間と発光周期とを制御し、かつ玉軸受3Aを回転状態とするように回転駆動部6を制御する場合を示すが、本開示の技術は、これに限定されるものではない。すなわち、照射部1において設定された発光時間と発光周期とによって自律的又は機械的に発光するようにしてもよい。また、回転駆動部6は、玉軸受3Aが回転状態となるように自律的又は機械的に玉軸受3Aを回転させる独立した回転駆動装置を用いてもよい。この場合、同期駆動制御部73は不要であり、演算制御装置7への照射部1及び回転駆動部6の接続も不要である。光源の発光時間及び発光周期、そして回転速度の値を用いる場合には、各々の設定値又はセンサにより検出されたセンサ値を、手動又は自動で演算制御装置7に入力すればよい。 In the example shown in FIG. 3, the synchronous drive control unit 73 controls the light emission time and light emission cycle of the light source of the irradiation unit 1, and controls the rotation drive unit 6 so as to rotate the ball bearing 3A. Although a case is shown, the technology of the present disclosure is not limited to this. That is, the light may be emitted autonomously or mechanically according to the light emission time and light emission period set in the irradiation unit 1 . Moreover, the rotation drive part 6 may use the independent rotation drive device which rotates 3 A of ball bearings autonomously or mechanically so that 3 A of ball bearings may be in a rotating state. In this case, the synchronous drive control section 73 is unnecessary, and the connection of the irradiation section 1 and the rotation drive section 6 to the arithmetic control device 7 is also unnecessary. When using the light emission time and light emission period of the light source and the rotation speed, each set value or the sensor value detected by the sensor may be manually or automatically input to the arithmetic and control unit 7 .

ここで、液状潤滑剤に含まれる量子ドットの含有率が一定の場合、量子ドットの蛍光強度は液状潤滑剤の厚さに比例する。そのため、液状潤滑剤に含まれる量子ドットの含有率が特定の値の場合での、量子ドットの蛍光強度と液状潤滑剤の厚さとの対応関係(例えば、検量線)を予め作成しておき、その検量線のデータを用いることによって、画像測定部2にて2次元測定された蛍光強度に基づいて液状潤滑剤の厚さを2次元的に導出することができる。 Here, when the content of quantum dots contained in the liquid lubricant is constant, the fluorescence intensity of the quantum dots is proportional to the thickness of the liquid lubricant. Therefore, when the content of quantum dots contained in the liquid lubricant is a specific value, a correspondence relationship (for example, a calibration curve) between the fluorescence intensity of the quantum dots and the thickness of the liquid lubricant is prepared in advance, By using the calibration curve data, the thickness of the liquid lubricant can be derived two-dimensionally based on the fluorescence intensity two-dimensionally measured by the image measurement unit 2 .

(検量線)
次に、量子ドットの蛍光強度と液状潤滑剤の厚さとの対応関係を示す検量線について説明する。
図4に、連続的に変化する液状潤滑剤の厚さ(膜厚)の位置に対する液状潤滑剤の蛍光強度と厚さ(膜厚)との関係の一例を示す。
図4は、液状潤滑剤の厚さ(膜厚)が連続的に変化する状態を治具によって作成した場合における、励起光を照射した場合における液状潤滑剤の蛍光強度の測定結果を示す。図4に示す例では、液状潤滑剤の厚さ(膜厚)が最小の部位(例えば、試験片の頂点部位)における蛍光強度を0としている。
(calibration curve)
Next, a calibration curve showing the correspondence relationship between the fluorescence intensity of the quantum dots and the thickness of the liquid lubricant will be described.
FIG. 4 shows an example of the relationship between the fluorescence intensity and the thickness (film thickness) of the liquid lubricant with respect to the position of the thickness (film thickness) of the liquid lubricant that changes continuously.
FIG. 4 shows the measurement results of the fluorescence intensity of the liquid lubricant when it is irradiated with excitation light when the thickness (film thickness) of the liquid lubricant is continuously changed using a jig. In the example shown in FIG. 4, the fluorescence intensity is set to 0 at the portion where the thickness (film thickness) of the liquid lubricant is the smallest (for example, the vertex portion of the test piece).

この測定では、曲率半径50mmの球面を有する試験片の表面に平面形状の無蛍光石英を設置し、試験片の表面と無蛍光石英との間に液状潤滑剤を封入した治具で、液状潤滑剤の厚さが球面状に変化する状態を作製した。液状潤滑剤は、蛍光波長540nmを発光する量子ドットをベースオイル(SKコーポレーション社製、YUBASE4)中に0.1mass%含有したオイルを作製して用いた。本測定では、上述の画像測定部2を用いている。なお、2次元測定は、画像8bit、画素数2064×1544、フレームレート20fpsで行い、UV光を発光時間3ms/1ショット、周期20Hzで照射した場合を測定した。 In this measurement, a planar non-fluorescent quartz was placed on the surface of a test piece having a spherical surface with a radius of curvature of 50 mm, and a jig was used in which a liquid lubricant was filled between the surface of the test piece and the non-fluorescent quartz. A state in which the thickness of the agent changes spherically was prepared. As the liquid lubricant, an oil containing 0.1 mass % of quantum dots emitting fluorescence wavelength of 540 nm in a base oil (YUBASE4, manufactured by SK Corporation) was prepared and used. In this measurement, the image measurement unit 2 described above is used. The two-dimensional measurement was performed with an image of 8 bits, the number of pixels of 2064×1544, and a frame rate of 20 fps.

図4に示すように、球面形状に対応するように、液状潤滑剤の厚さが厚くなるのにしたがって蛍光強度が高くなる。図5に、図4に示す測定結果を元にして、量子ドットの蛍光強度と液状潤滑剤の厚さとの対応関係を導出した結果を示す。図5に示すように、量子ドットの蛍光強度と液状潤滑剤の厚さとの対応関係は、良好な直線関係となり、測定される蛍光強度から液状潤滑剤の厚さを導出できる。 As shown in FIG. 4, the fluorescence intensity increases as the thickness of the liquid lubricant increases, corresponding to the spherical shape. FIG. 5 shows the result of deriving the correspondence relationship between the fluorescence intensity of the quantum dots and the thickness of the liquid lubricant based on the measurement results shown in FIG. As shown in FIG. 5, the correspondence relationship between the fluorescence intensity of the quantum dots and the thickness of the liquid lubricant is a good linear relationship, and the thickness of the liquid lubricant can be derived from the measured fluorescence intensity.

厚さ分布演算部72は、量子ドットの蛍光強度と液状潤滑剤の厚さとの対応関係(例えば、図5に示す検量線)を予め記憶しておき、画像測定部2で2次元測定された画素ごとに、蛍光強度に対応する液状潤滑剤の厚さを導出することで、液状潤滑剤の厚さを2次元的に導出することができる。 The thickness distribution calculation unit 72 stores in advance the correspondence relationship between the fluorescence intensity of the quantum dots and the thickness of the liquid lubricant (for example, the calibration curve shown in FIG. 5), and two-dimensionally measured by the image measurement unit 2. By deriving the thickness of the liquid lubricant corresponding to the fluorescence intensity for each pixel, the thickness of the liquid lubricant can be two-dimensionally derived.

(コンピュータ構成)
上述の演算制御装置7は、上述の機能を実現する処理を実行する実行装置としてコンピュータを含む構成により実現可能である。
図6に、演算制御装置7をコンピュータを含む構成により実現した一例を示す。
演算制御装置7は、コンピュータ本体77を備えている。コンピュータ本体77は、CPU77A、RAM77B、ROM77C、及び入出力インターフェース(I/O)77Dを備えている。これらのCPU77A、RAM77B、ROM77C、及び入出力I/O77Dは、相互にデータ及びコマンドを授受可能にバス77Eを介して接続された構成である。また、I/O77Dには、照射部1、画像測定部2、軸荷重付与部4、回転駆動部6、表示部75、及び操作入力部76が接続されている。
(computer configuration)
The arithmetic and control unit 7 described above can be realized by a configuration including a computer as an execution device that executes processing for realizing the functions described above.
FIG. 6 shows an example in which the arithmetic and control unit 7 is implemented by a configuration including a computer.
The arithmetic control unit 7 has a computer main body 77 . The computer main body 77 has a CPU 77A, a RAM 77B, a ROM 77C, and an input/output interface (I/O) 77D. These CPU 77A, RAM 77B, ROM 77C, and input/output I/O 77D are connected via a bus 77E so as to exchange data and commands with each other. Further, the irradiation unit 1, the image measurement unit 2, the axial load applying unit 4, the rotation driving unit 6, the display unit 75, and the operation input unit 76 are connected to the I/O 77D.

なお、上述のように、軸荷重付与部4が自律的又は機械的に玉軸受3Aに荷重を付加する構成の場合は軸荷重付与部4の接続は不要である。また、照射部1において自律的又は機械的に発光する構成、及び、自律的又は機械的に玉軸受3Aを回転状態となるように構成した場合は、照射部1及び回転駆動部6の接続も不要である。 As described above, the connection of the axial load applying section 4 is not necessary when the axial load applying section 4 autonomously or mechanically applies a load to the ball bearing 3A. In addition, when the irradiation unit 1 is configured to autonomously or mechanically emit light, and when the ball bearing 3A is configured to rotate autonomously or mechanically, the connection between the irradiation unit 1 and the rotation driving unit 6 is also possible. No need.

ROM77Cには、コンピュータを演算制御装置7として機能させるための潤滑剤分布演算プログラム77Pが記憶される。CPU77Aは、潤滑剤分布演算プログラム77PをROM77Cから読み出してRAM77Bに展開して処理を実行する。これにより、潤滑剤分布演算プログラム77Pを実行したコンピュータは画像測定装置として動作する。なお、ROM77Cには、量子ドットの蛍光強度と液状潤滑剤の厚さとの対応関係(検量線)を示す情報がテーブルとして記憶される。潤滑剤分布演算プログラム77P及びテーブルは、CD-ROM等の記録媒体により提供するようにしても良い。 The ROM 77C stores a lubricant distribution calculation program 77P for causing the computer to function as the arithmetic control device 7. FIG. The CPU 77A reads the lubricant distribution calculation program 77P from the ROM 77C, develops it in the RAM 77B, and executes processing. As a result, the computer executing the lubricant distribution calculation program 77P operates as an image measuring device. The ROM 77C stores information indicating the correspondence relationship (calibration curve) between the fluorescence intensity of the quantum dots and the thickness of the liquid lubricant as a table. The lubricant distribution calculation program 77P and the table may be provided by a recording medium such as a CD-ROM.

図7に、潤滑剤分布演算プログラム77Pの処理の流れの一例を示す。潤滑剤分布演算プログラム77Pは、本開示の潤滑剤の分布状態測定方法の一例である。 FIG. 7 shows an example of the processing flow of the lubricant distribution calculation program 77P. The lubricant distribution calculation program 77P is an example of the lubricant distribution state measuring method of the present disclosure.

まず、ステップS100では、回転状態での玉軸受内部の液状潤滑剤の分布挙動を測定するための初期設定を行う。初期設定の一例には、画素数、フレームレート、照射部1における発光時間、周期、及び液状潤滑剤に対応する検量線が挙げられる。
次のステップS102では、回転駆動部6を制御することにより、玉軸受3Aを回転状態に移行させ、次のステップS104で、照射部1を制御することにより、玉軸受3Aの回転に同期して同期照射させる。次のステップS106では照射部1の励起光の照射による蛍光を撮影することにより蛍光強度を2次元測定し、次のステップS108で、液状潤滑剤の分布状態を導出し、次のステップS110で、表示する。次のステップS112では、潤滑剤分布演算処理を終了するか否かを判断し、否定された場合は、ステップS12へ処理を戻し、肯定された場合は本処理ルーチンを終了する。
First, in step S100, initial setting is performed for measuring the distribution behavior of the liquid lubricant inside the ball bearing in the rotating state. An example of initial settings includes a calibration curve corresponding to the number of pixels, the frame rate, the light emission time in the irradiation unit 1, the period, and the liquid lubricant.
In the next step S102, by controlling the rotation drive unit 6, the ball bearing 3A is shifted to a rotating state. Synchronized irradiation. In the next step S106, the fluorescence intensity is two-dimensionally measured by photographing the fluorescence due to the irradiation of the excitation light of the irradiation unit 1. In the next step S108, the distribution state of the liquid lubricant is derived. indicate. In the next step S112, it is determined whether or not to end the lubricant distribution calculation process. If the answer is NO, the process returns to step S12.

図8から図11に、本開示の潤滑剤分布状態測定システムを用いて、玉軸受3Aにおける径方向の上部(図1では上側)を観察部位として観察した観察像の一例を示す。
図8は、白色光の照射による観察部位を撮影した撮影画像を示す。図9は、静止状態で、UV光を照射した際の液状潤滑剤からの蛍光像を撮影した撮影画像を示す。図10は、回転状態の玉軸受3Aの観察部位にUV光をフラッシュ照射した際の液状潤滑剤からの蛍光像を撮影した撮影画像を示す。図11は、回転状態の玉軸受3Aの観察部位にUV光を連続照射した際の液状潤滑剤からの蛍光像を撮影した撮影画像を示す。なお、周期的な短時間のUV光の照射は、波長405nmの光を、周波数20Hzで、照射時間500μs/1ショットで行った。液状潤滑剤は軸心高さの半分まで浸漬させた状態で回転試験を行った。
FIGS. 8 to 11 show examples of observation images obtained by observing the radial upper portion (upper side in FIG. 1) of the ball bearing 3A as an observation portion using the lubricant distribution state measuring system of the present disclosure.
FIG. 8 shows a photographed image obtained by photographing an observation site irradiated with white light. FIG. 9 shows a photographed image of a fluorescence image from the liquid lubricant when irradiated with UV light in a stationary state. FIG. 10 shows a photographed image of a fluorescent image from the liquid lubricant when a portion to be observed of the ball bearing 3A in the rotating state is flash-irradiated with UV light. FIG. 11 shows a photographed image obtained by photographing a fluorescent image from the liquid lubricant when the observed portion of the ball bearing 3A in the rotating state is continuously irradiated with UV light. The periodic short-time UV light irradiation was performed with light having a wavelength of 405 nm at a frequency of 20 Hz and an irradiation time of 500 μs/shot. A rotation test was performed in a state in which the liquid lubricant was immersed up to half the height of the shaft center.

図9に示すように、静止時における液状潤滑剤の蛍光像は、図8に示す白色光像における液状潤滑剤の境界と類似した画面縦方向(軸受の幅方向)に長丸状に分布した液状潤滑剤の存在状態が明瞭になっている。すなわち、蛍光強度の差に対応する液状潤滑剤の厚さの差になっており、蛍光強度に対応する液状潤滑剤の厚さを導出することで、液状潤滑剤の厚さを2次元的に導出することができる。また、図10に示すように、回転状態における周期的な短時間のUV光の照射では、回転に伴って液状潤滑剤の分布が変化している状態が明瞭になっている。一方、図11に示すように、UV光を連続照射して撮影した場合には、蛍光像が流れており、液状潤滑剤の分布を正確に捉えることが困難であった。このように、周期的な短時間のUV光の照射が、回転状態で液状潤滑剤の分布を測定する場合に有効であることが理解される。 As shown in FIG. 9, the fluorescent image of the liquid lubricant at rest was distributed in an oval shape in the vertical direction of the screen (the width direction of the bearing) similar to the boundary of the liquid lubricant in the white light image shown in FIG. The state of existence of the liquid lubricant is clear. That is, the difference in the thickness of the liquid lubricant corresponds to the difference in fluorescence intensity. By deriving the thickness of the liquid lubricant corresponding to the fluorescence intensity, the thickness of the liquid lubricant can be two-dimensionally calculated. can be derived. In addition, as shown in FIG. 10, it is clear that the distribution of the liquid lubricant changes with the rotation in the periodic short-time irradiation of the UV light in the rotating state. On the other hand, as shown in FIG. 11, when the image was taken by continuously irradiating UV light, the fluorescent image was flowing, and it was difficult to accurately capture the distribution of the liquid lubricant. Thus, it is understood that periodic short-time irradiation of UV light is effective when measuring the distribution of liquid lubricant in a rotating state.

図12及び図13に、本開示の潤滑剤分布状態測定システムを用いて、回転機構部3における玉軸受3Aの側部(図1では左側の)を観察部位として観察した観察像の一例を示す。
図12は、白色光の照射による観察部位を撮影した撮影画像を示す。図13は、回転状態で、周期的な短時間のUV光を照射した際の液状潤滑剤からの蛍光像を撮影した撮影画像を示す。なお、ここでは、玉軸受3Aの側面から液状潤滑剤の分布挙動を詳細測定可能とするために、画像測定部2におけるカメラの撮影倍率が0.75となるように、固定焦点マシンビジョンレンズ(オプトアート社製)と紫外アクロマティック集光レンズ(シグマ光機社製)を組合わせて撮影した。
図13に示すように、玉軸受3Aの球部分が明るくなっており、液状潤滑剤の供給量が少ない場合にも、玉軸受3Aの球表面に液状潤滑剤が付着して回転している様子を測定できた。
12 and 13 show an example of an observation image obtained by observing the side portion (the left side in FIG. 1) of the ball bearing 3A in the rotation mechanism 3 using the lubricant distribution state measuring system of the present disclosure. .
FIG. 12 shows a photographed image obtained by photographing an observation site irradiated with white light. FIG. 13 shows a photographed image of fluorescence from the liquid lubricant under periodic short-duration irradiation of UV light in a rotating state. Here, in order to enable detailed measurement of the distribution behavior of the liquid lubricant from the side surface of the ball bearing 3A, a fixed focus machine vision lens ( Optart Co.) and an ultraviolet achromatic condensing lens (Sigma Koki Co.) were used in combination.
As shown in FIG. 13, the spherical portion of the ball bearing 3A is bright, and even when the supply amount of the liquid lubricant is small, the liquid lubricant adheres to the spherical surface of the ball bearing 3A and rotates. could be measured.

なお、上記潤滑剤分布状態測定システム100は、画像測定部2、及び画像測定部2Aを備え、回転機構部3における径方向の上部(図1では上側)、及び側部(図1では左側の)の各々の部位を観察する場合を説明したが、本開示の技術は、これに限定されるものではない。例えば、画像測定部2、及び画像測定部2Aの何れか一方を備え、回転機構部3における径方向の上部、及び側部の何れか一方の部位を観察するようにしてもよい。 The lubricant distribution state measuring system 100 includes an image measuring unit 2 and an image measuring unit 2A, and the upper part (the upper side in FIG. 1) and the side part (the left side in FIG. 1) in the radial direction of the rotation mechanism part 3. ), the technique of the present disclosure is not limited to this. For example, either one of the image measuring section 2 and the image measuring section 2A may be provided, and either the upper portion or the side portion in the radial direction of the rotating mechanism portion 3 may be observed.

<変形例>
上記の潤滑剤分布状態測定システム100は、径方向の上部(図1では上側)の部位を観察部位として、外輪側の転動面における液状潤滑剤の分布を測定する画像測定部2を備えた場合を説明した。本開示の技術は、これに限定されるものではなく、内輪側の転動面における液状潤滑剤の分布を測定してもよく、内輪側の転動面における液状潤滑剤の分布をさらに測定してもよい。
<Modification>
The lubricant distribution state measuring system 100 described above includes an image measuring section 2 that measures the distribution of the liquid lubricant on the rolling surface of the outer ring side using the radially upper portion (upper side in FIG. 1) as an observation portion. explained the case. The technology of the present disclosure is not limited to this, and may measure the distribution of the liquid lubricant on the inner ring side rolling surface, and further measure the distribution of the liquid lubricant on the inner ring side rolling surface. may

図14に、玉軸受3Aにおける内輪側の転動面31Aにおける液状潤滑剤の分布を測定可能な回転機構部3の一例を示す。
図14に示すように、軸中心部に所定角度(例えば45度)で傾斜したミラー39を設置する。そして、画像測定部2Aを、内輪側の転動面31Aにおける液状潤滑剤の分布を測定するようにすることで、玉軸受3Aの内輪側の転動面31Aを観察(測定)可能になる。
FIG. 14 shows an example of the rotation mechanism 3 capable of measuring the distribution of the liquid lubricant on the inner ring side rolling surface 31A of the ball bearing 3A.
As shown in FIG. 14, a mirror 39 inclined at a predetermined angle (for example, 45 degrees) is installed at the central portion of the axis. By using the image measuring unit 2A to measure the distribution of the liquid lubricant on the inner ring side rolling surface 31A, the inner ring side rolling surface 31A of the ball bearing 3A can be observed (measured).

図15に、内輪側の転動面における液状潤滑剤の分布をさらに測定可能な回転機構部3の一例を示す。
図15に示すように、図1に示す潤滑剤分布状態測定システム100に、軸中心部に所定角度(例えば45度)で傾斜したミラー39を設置する。そして、画像測定部2Aを、内輪側の転動面31Aにおける液状潤滑剤の分布を測定するようにすることで、玉軸受3Aの外輪側の転動面32A及び内輪側の転動面31Aの両者を観察(測定)可能になる。
FIG. 15 shows an example of the rotating mechanism 3 capable of further measuring the distribution of the liquid lubricant on the rolling contact surface of the inner ring.
As shown in FIG. 15, the lubricant distribution measuring system 100 shown in FIG. 1 is provided with a mirror 39 inclined at a predetermined angle (for example, 45 degrees) at the center of the axis. By measuring the distribution of the liquid lubricant on the inner ring side rolling surface 31A with the image measuring unit 2A, the outer ring side rolling surface 32A and the inner ring side rolling surface 31A of the ball bearing 3A are measured. Both can be observed (measured).

このように、本実施形態によれば、量子ドットが励起された蛍光の蛍光強度を測定し、液状潤滑剤の厚さに関する分布を測定することで、回転状態の玉軸受の転動面付近における液状潤滑剤の分布を測定でき、時系列に測定された液状潤滑剤の分布から液状潤滑剤の挙動を測定できる。 Thus, according to the present embodiment, by measuring the fluorescence intensity of the fluorescence excited by the quantum dots and measuring the thickness distribution of the liquid lubricant, the The distribution of the liquid lubricant can be measured, and the behavior of the liquid lubricant can be measured from the distribution of the liquid lubricant measured in chronological order.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態を説明する。
第2実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システムは、ニードル軸受、すなわち針状ころ軸受を、本開示の転がり軸受の一例として用いて、転がり軸受の回転状態において、ニードル軸受内部に与えられた潤滑剤の分布状態を測定する。なお、第2実施形態は、第1実施形態と同様の構成であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
The lubricant distribution measuring system according to the second embodiment uses a needle bearing, that is, a needle roller bearing as an example of the rolling bearing of the present disclosure, and measures the lubrication applied inside the needle bearing in the rotating state of the rolling bearing. Measure the distribution of the agent. In addition, since the second embodiment has the same configuration as the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図16に、第2実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システム200の概略構成の一例を示す。
図16に示すように、潤滑剤分布状態測定システム200は、本開示の転がり軸受部の一例であるニードル軸受3Bが回転可能に取り付けられた回転機構部3を備えている。また、潤滑剤分布状態測定システム200は、ニードル軸受として、オイルが軸心給油される変速機等の潤滑剤供給状態を再現可能にするため、軸心にオイルを供給する供給部8を備えている。第2実施形態では、供給部8を備えることで、回転機構部3は、側面のガラス窓37と画像測定部2Aを除外する構成としているが、その他の構成は第1実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システム100と同様であり、ニードル軸受の軸受部に荷重を付与しながら軸を回転できる機構である。
FIG. 16 shows an example of a schematic configuration of a lubricant distribution state measuring system 200 according to the second embodiment.
As shown in FIG. 16, the lubricant distribution state measuring system 200 includes a rotating mechanism section 3 to which a needle bearing 3B, which is an example of the rolling bearing section of the present disclosure, is rotatably attached. In addition, the lubricant distribution state measuring system 200 is provided with a supply unit 8 that supplies oil to the shaft center in order to reproduce the lubricant supply state of a transmission or the like in which oil is supplied to the shaft center as a needle bearing. there is In the second embodiment, by providing the supply unit 8, the rotation mechanism unit 3 is configured to exclude the side glass window 37 and the image measurement unit 2A. It is the same as the distribution state measuring system 100, and is a mechanism capable of rotating the shaft while applying a load to the bearing portion of the needle bearing.

図17から図23に、第2実施形態に係る潤滑剤分布状態測定システムを用いて、ニードル軸受3Bにおける観察像に関連するイメージの一例を示す。本実施形態では、軸受外輪とニードルの転動面を観察する場合を一例として説明する。
なお、第2実施形態では、UV光の照射条件は第1実施形態と同様に、20Hz、500μs/1ショットである。また、オイルは軸心から5mL/minで供給した場合を説明する。
17 to 23 show examples of images related to observation images in the needle bearing 3B using the lubricant distribution state measuring system according to the second embodiment. In this embodiment, a case of observing the rolling surfaces of the bearing outer ring and the needle will be described as an example.
In addition, in the second embodiment, the irradiation conditions of the UV light are 20 Hz and 500 μs/shot as in the first embodiment. Also, the case where oil is supplied from the axial center at 5 mL/min will be described.

図17はニードル軸受3Bの外観を示し、一部の領域(図17では中央付近の四角で囲った部位)が、量子ドットによる蛍光を観察するための観察領域として示されている。図18は、静止状態で、UV光を照射した際の観察領域における液状潤滑剤からの蛍光像を撮影した撮影画像を示す。
図18に示すように、回転方向中央付近(図18では上下方向の中央付近)のニードル部では外輪との空間が少なく、油膜が薄くなっている一方で、その前後(図18では上下)では、液状潤滑剤が厚くなっている。この状態は、ニードルを保持する保持器凹部ではその形状に対応するように、液状潤滑剤が厚く存在すると考えられる。
FIG. 17 shows the appearance of the needle bearing 3B, and a part of the area (in FIG. 17, the area surrounded by a square near the center) is shown as an observation area for observing the fluorescence caused by the quantum dots. FIG. 18 shows a photographed image of a fluorescent image from the liquid lubricant in the observed area when irradiated with UV light in a stationary state.
As shown in FIG. 18, at the needle portion near the center in the rotational direction (near the center in the vertical direction in FIG. 18), the space between the needle portion and the outer ring is small, and the oil film is thin. , the liquid lubricant is thickened. In this state, it is considered that the liquid lubricant is thickly present in the recessed portion of the retainer that holds the needle so as to correspond to the shape of the recessed portion.

図19は、低回転状態(例えば、295rpm)のニードル軸受3BにUV光をフラッシュ照射した際の観察領域における蛍光像を撮影した撮影画像を示す。図20は、図19に示す回転状態より高い高回転状態(例えば、1480rpm)におけるニードル軸受3Bの観察領域の蛍光像を撮影した撮影画像を示す。
図19に示すように、低回転状態における液状潤滑剤の分布状態は、図18に示す静止時と概ね同様の分布状態であり、低回転状態のニードル軸受3Bに、十分に液状潤滑剤が提供され、その液状潤滑剤が流動している。一方、図20に示すように、高回転状態における液状潤滑剤の分布状態では、回転方向でニードル出口側に画面縦方向に縦すじ状の明暗部が認められ、すじ状に液状潤滑剤が少ない部位が生じている。これは高速回転するニードル出口で負圧が生ずることに起因したキャビテーション現象と考えられる。
FIG. 19 shows a photographed image of a fluorescence image in an observation area when the needle bearing 3B in a low rotation state (for example, 295 rpm) is flash-irradiated with UV light. FIG. 20 shows a photographed image obtained by photographing a fluorescence image of the observation area of the needle bearing 3B in a high rotation state (for example, 1480 rpm) higher than the rotation state shown in FIG.
As shown in FIG. 19, the distribution state of the liquid lubricant in the low rotation state is substantially the same distribution state as in the stationary state shown in FIG. 18, and sufficient liquid lubricant is provided to the needle bearing 3B in the low rotation state. and the liquid lubricant is flowing. On the other hand, as shown in FIG. 20, in the distribution state of the liquid lubricant in the high rotation state, vertical streak-like bright and dark areas are observed in the longitudinal direction of the screen on the needle exit side in the rotation direction, and the streak-like liquid lubricant is small. parts are occurring. This is considered to be a cavitation phenomenon caused by negative pressure generated at the outlet of the needle rotating at high speed.

本実施形態では、画像測定部2で2次元測定された蛍光強度の分布から、演算制御装置7において、液状潤滑剤の分布状態、すなわち厚さの分布を導出可能である。演算制御装置7は、導出された蛍光強度に応じて液状潤滑剤の分布状態を3次元表示することができる。 In this embodiment, from the fluorescence intensity distribution two-dimensionally measured by the image measurement unit 2, the distribution state of the liquid lubricant, that is, the thickness distribution, can be derived in the arithmetic and control unit 7. FIG. The arithmetic and control unit 7 can three-dimensionally display the distribution state of the liquid lubricant according to the derived fluorescence intensity.

図21から図23は、観察領域における蛍光強度を3次元表示した画像の一例を示している。
図21は、図18に示す静止状態における観察領域の蛍光像(蛍光強度)に基づいて、液状潤滑剤の分布を3次元表示した画像を示す。図22は、図19に対応し、低回転状態における液状潤滑剤の分布を3次元表示した画像を示す。図23は、図19に対応し、高回転状態における液状潤滑剤の分布を3次元表示した画像を示す。図21から図23では、下方(図のz軸方向、0-z方向)になるにしたがって、液状潤滑剤が厚く存在することを示している。また、Y軸中央付近ではニードル形状に対応するように円筒状に液状潤滑剤の分布が変化していること、ニードル前後では保持器凹部に対応して液状潤滑剤が厚く存在していることが理解される。このように、本潤滑剤分布状態測定システムでは、形状像として液状潤滑剤の分布を確認することができる。
FIGS. 21 to 23 show examples of images in which the fluorescence intensity in the observation region is three-dimensionally displayed.
FIG. 21 shows a three-dimensional representation of the distribution of the liquid lubricant based on the fluorescence image (fluorescence intensity) of the observation area in the stationary state shown in FIG. FIG. 22 corresponds to FIG. 19 and shows a three-dimensional image of the distribution of the liquid lubricant in the low rotation state. FIG. 23 corresponds to FIG. 19 and shows a three-dimensional image of the distribution of the liquid lubricant in the high rotation state. 21 to 23 show that the thickness of the liquid lubricant increases downward (z-axis direction, 0-z direction in the figure). In addition, the distribution of the liquid lubricant changes cylindrically in the vicinity of the center of the Y axis so as to correspond to the shape of the needle, and the liquid lubricant exists thickly corresponding to the recessed portion of the cage before and after the needle. understood. Thus, in this lubricant distribution state measuring system, it is possible to confirm the distribution of the liquid lubricant as a shape image.

以上説明したように、本実施形態によれば、量子ドットが励起された蛍光の蛍光強度を測定し、液状潤滑剤の厚さに関する分布を測定することで、回転状態の玉軸受の転動面付近における液状潤滑剤の分布を測定でき、時系列に測定された液状潤滑剤の分布から液状潤滑剤の挙動を測定できる。また、形状像として液状潤滑剤の分布を確認することができる。 As described above, according to the present embodiment, by measuring the fluorescence intensity of the fluorescence excited by the quantum dots and measuring the thickness distribution of the liquid lubricant, the rolling surface of the ball bearing in the rotating state can be obtained. The distribution of the liquid lubricant in the vicinity can be measured, and the behavior of the liquid lubricant can be measured from the distribution of the liquid lubricant measured in time series. Also, the distribution of the liquid lubricant can be confirmed as a shape image.

以上、各実施の形態を用いて説明したが、開示の技術の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も開示の技術の技術的範囲に含まれる。 Although each embodiment has been described above, the technical scope of the disclosed technology is not limited to the scope described in the above embodiments. Various changes or improvements can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention, and forms with such changes or improvements are also included in the technical scope of the technology disclosed herein.

また、上記実施形態では、フローチャートを用いた処理によるソフトウエア構成によって実現した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ハードウェア構成により実現する形態としてもよい。 Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which the processing is implemented by a software configuration using a flowchart, but the present invention is not limited to this, and may be implemented by a hardware configuration.

1 照射部
2、2A 画像測定部
3 回転機構部
3A 玉軸受
3B ニードル軸受
4 軸荷重付与部
5 弾性カップリング
6 回転駆動部
7 演算制御装置
8 供給部
11 光源
13 フィルタ
14 ライトガイド
15 ビームスプリッタ
21 アダプタ
22 対物レンズ
23 カメラ
31 内輪
31A 転動面
32 外輪
32A 転動面
33 玉
35 貯留部
36 回転部
37 ガラス窓
38 密封容器部
39 ミラー
71 画像処理部
72 厚さ分布演算部
73 同期駆動制御部
74 状態制御部
75 表示部
76 操作入力部
77P 潤滑剤分布演算プログラム
100 潤滑剤分布状態測定システム
200 潤滑剤分布状態測定システム
1 Irradiation section 2, 2A Image measurement section 3 Rotation mechanism section 3A Ball bearing 3B Needle bearing 4 Axial load applying section 5 Elastic coupling 6 Rotary drive section 7 Arithmetic control device 8 Supply section 11 Light source 13 Filter 14 Light guide 15 Beam splitter 21 Adapter 22 Objective lens 23 Camera 31 Inner ring 31A Rolling surface 32 Outer ring 32A Rolling surface 33 Ball 35 Storage section 36 Rotating section 37 Glass window 38 Sealed container section 39 Mirror 71 Image processing section 72 Thickness distribution calculation section 73 Synchronous drive control section 74 State control unit 75 Display unit 76 Operation input unit 77P Lubricant distribution calculation program 100 Lubricant distribution state measuring system 200 Lubricant distribution state measuring system

Claims (6)

内輪及び外輪を備え、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が光を透過する転がり軸受部であって、前記内輪及び前記外輪の間に、励起光により蛍光を発光する量子ドットを分散させた潤滑剤を貯留する貯留部を備えた転がり軸受部と、
前記転がり軸受部を回転させながら前記貯留部に、前記励起光を照射する照射部と、
前記貯留部を撮影する撮影部により撮影した撮影画像から前記量子ドットの蛍光強度を2次元測定する測定部と、
前記測定部により測定された蛍光強度に基づいて、回転する前記転がり軸受内部の潤滑剤の分布状態を導出する導出部と、
を備え
前記量子ドットの表面に親油性基が配位されている
滑剤の分布状態測定システム。
A lubricant comprising an inner ring and an outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring transmits light, wherein quantum dots that emit fluorescence by excitation light are dispersed between the inner ring and the outer ring. a rolling bearing portion having a storage portion for storing the
an irradiation unit that irradiates the storage unit with the excitation light while rotating the rolling bearing;
a measurement unit that two-dimensionally measures the fluorescence intensity of the quantum dots from an image captured by an imaging unit that captures the storage unit;
a derivation unit that derives the distribution state of the lubricant inside the rotating rolling bearing based on the fluorescence intensity measured by the measurement unit;
with
A lipophilic group is coordinated to the surface of the quantum dot
Lubricant distribution measurement system.
前記転がり軸受部の軸受及び回転軸の少なくとも一方に対して回転軸と交差する方向に荷重を付与する付与部をさらに備えた
請求項1に記載の潤滑剤の分布状態測定システム。
2. The lubricant distribution measuring system according to claim 1, further comprising an applying unit that applies a load to at least one of the bearing of the rolling bearing unit and the rotating shaft in a direction that intersects the rotating shaft.
前記量子ドットが発光する蛍光の波長は、450nmから680nmである
請求項1又は請求項2に記載の潤滑剤の分布状態測定システム。
The lubricant distribution measuring system according to claim 1 or 2 , wherein the wavelength of fluorescence emitted by the quantum dots is from 450 nm to 680 nm.
前記照射部は、前記量子ドットが発光する蛍光の波長未満の光を照射し、
前記内輪及び前記外輪と前記撮影部との間に、前記量子ドットが発光する蛍光の波長以上のバンドパスフィルターを更に備える
請求項1から請求項のいずれか1項に記載の潤滑剤の分布状態測定システム。
The irradiation unit irradiates light having a wavelength less than the wavelength of fluorescence emitted by the quantum dots,
The lubricant distribution according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a band-pass filter having a wavelength of fluorescence emitted by the quantum dots or more between the inner ring and the outer ring and the imaging unit. Condition measurement system.
前記照射部は、照射時間が1ミリ秒以下の光を、前記転がり軸受の回転周期に同期して照射する
請求項1から請求項のいずれか1項に記載の潤滑剤の分布状態測定システム。
The lubricant distribution measuring system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the irradiation unit irradiates light with an irradiation time of 1 millisecond or less in synchronization with a rotation cycle of the rolling bearing. .
内輪及び外輪を備え、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方が光を透過する転がり軸受部であって、前記内輪及び前記外輪の間に、励起光により蛍光を発光する量子ドットを分散させた潤滑剤を貯留する貯留部を備えた転がり軸受部を、回転させながら前記貯留部に、前記励起光を照射し、
前記貯留部を撮影する撮影部により撮影した撮影画像から前記量子ドットの蛍光強度を2次元測定し、
測定された蛍光強度に基づいて、回転する前記転がり軸受内部の潤滑剤の分布状態を導出する方法であって、
前記量子ドットの表面に親油性基が配位されている、
潤滑剤の分布状態測定方法。
A lubricant comprising an inner ring and an outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring transmits light, wherein quantum dots that emit fluorescence by excitation light are dispersed between the inner ring and the outer ring. irradiating the excitation light to the storage portion while rotating the rolling bearing portion having the storage portion for storing the
two-dimensionally measuring the fluorescence intensity of the quantum dots from a captured image captured by an imaging unit that captures the storage part;
A method for deriving the distribution state of lubricant inside the rotating rolling bearing based on the measured fluorescence intensity,
A lipophilic group is coordinated to the surface of the quantum dot,
Method for measuring lubricant distribution.
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