JP7347721B1 - 軸受装置の状態の検出方法、検出装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

すべり軸受を含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出方法は、前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加し、前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を測定し、前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出し、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合は、前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出される。

Description

本願発明は、軸受装置の状態の検出方法、検出装置、およびプログラムに関する。

従来、軸受装置では、潤滑剤（例えば、潤滑油やグリース）を用いて、その回転を潤滑する構成が広く普及している。一方、軸受装置などの回転部品に対しては、定期的に状態診断を行うことで、損傷や摩耗を早期に検知して回転部品の故障などの発生を抑制することが行われている。

潤滑剤を用いた軸受装置では、その動作状態を診断するために、潤滑剤に関する状態を適切に検知することが求められる。例えば、特許文献１では、直流の低電圧を軸受に印加し、測定した電圧から軸受における油膜状態を診断する手法が開示されている。また、特許文献２では、油膜をコンデンサとしてモデル化し、交流電圧を軸受の回転輪に対して非接触な状態で印加し、測定した静電容量に基づいて軸受装置の油膜状態を推定する方法が開示されている。

日本国実公平０５－００３６８５号公報 日本国特許第４９４２４９６号公報

近年、軸受装置における更なる低トルク化が求められている。この低トルク化に対応して、軸受装置にて用いられる潤滑剤の低粘度化や低油量化が進んでいる。一方、例えば、風車などの大型装置に用いられる軸受装置では、より大きな荷重が負荷される。このような状況では、軸受装置内部における油膜が破断する可能性や、部品間の接触割合が高まることとなる。そのため、油膜厚さに加え、軸受装置内部での部品間の接触状態を適切に検知することが求められる。また、軸受装置には様々な種類が存在し、例えば、すべり軸受がある。このような軸受装置の内部では、その動作に伴って、回転軸とその周辺の部品間で線接触が発生し得る。例えば、引用文献２の手法では、油膜厚さのみの測定を行い、金属接触割合について把握することが困難である。また、接触領域外の静電容量については考慮していなかったため、測定精度が高いものではなかった。更には、線接触を想定して測定することは行われていなかった。

上記課題を鑑み、本願発明は、軸受装置内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の金属接触割合の検出を高精度に行うことを目的とする。

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、すべり軸受を含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出方法であって、
前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加し、
前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を測定し、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出し、
前記油膜厚さおよび前記金属接触割合は、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出されることを特徴とする検出方法。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、すべり軸受を含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出装置であって、
前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段と、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段と、
を有し、
前記導出手段は、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出することを特徴とする検出装置。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、コンピュータを、
すべり軸受を含む軸受装置に対し、前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段、
として機能させ、
前記導出手段は、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出することを特徴とするプログラム。

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出方法であって、
前記軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加し、
前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を測定し、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出することを特徴とする検出方法。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出装置であって、
前記軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段と、 前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段とを有することを特徴とする検出装置。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、コンピュータを、
外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段、
として機能させるためのプログラム。

本願発明により、軸受装置内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を高精度に行うことが可能となる。

本願発明の第１の実施形態に係る診断時の装置構成の例を示す概略図。 本願発明の第１の実施形態に係る軸受装置の物理モデルを示すグラフ図。 本願発明の第１の実施形態に係る軸受装置の等価回路を説明するための回路図。 軸受装置の転動体（玉）を説明するための図。 回転軸を説明するための図。 すべり軸受と回転軸を説明するための図。 本願発明の第１の実施形態に係る検証結果を説明するための図。 本願発明の第１の実施形態に係る測定時の処理のフローチャート。 本願発明の第２の実施形態に係る診断時の装置構成の例を示す概略図。 本願発明の第２の実施形態に係る軸受装置の等価回路を説明するための回路図。 本願発明の第２の実施形態に係る負荷圏および非負荷圏を説明するための図。 本願発明の第２の実施形態に係る負荷圏の静電容量を説明するための図。 本願発明の第２の実施形態に係る負荷圏の静電容量を説明するための図。 本願発明の第２の実施形態に係る等価回路を説明するための回路図。 本願発明の第２の実施形態に係る測定結果を示すグラフ図。 本願発明の第２の実施形態に係る測定結果を示すグラフ図。 本願発明の第２の実施形態に係る測定結果を示すグラフ図。 本願発明の第２の実施形態に係る測定結果を示すグラフ図。 本願発明の第２の実施形態に係る測定結果を示すグラフ図。 本願発明の第２の実施形態に係る測定結果を示すグラフ図。

以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。

＜第１の実施形態＞
以下、本願発明の第１の実施形態について説明を行う。なお、以下の装置構成の説明においては、すべり軸受を例に挙げて説明するが、これに限定するものではなく本願発明は他の構成の装置にも適用可能である。例えば、後述するすべり挙動が生じる部品を有する転動装置に適用可能である。

［装置構成］
図１は、本実施形態に係る診断装置１にて診断を行う際の全体構成の一例を示す概略構成図である。図１には、本実施形態に係る診断方法が適用される軸受装置２と、診断を行う診断装置１が設けられる。なお、図１に示す構成は一例であり、軸受装置２の構成などに応じて、異なる構成が用いられてよい。また、図１においては、軸受装置２は、１のすべり軸受３を含む構成を示したが、これに限定するものではなく、複数のすべり軸受が備えられてもよい。

軸受装置２は、すべり軸受３を含んで構成される。軸受装置２において、すべり軸受３は、回転軸７の周囲に設けられ、回転軸７と線接触を生じさせつつ回転可能に構成される。すべり軸受３内部において、所定の潤滑方式により、回転軸７とすべり軸受３の間の摩擦が軽減される。潤滑方式は特に限定するものではないが、例えば、グリース潤滑や油潤滑などが用いられ、すべり軸受３内部に供給されている。潤滑剤の種類についても特に限定するものではない。

モータ１０は、駆動用のモータであり、回転軸７に対して回転による動力を供給する。回転軸７は、回転コネクタ９を介してＬＣＲメータ８に接続される。回転コネクタ９は、例えば、カーボンブラシを用いて構成されてよく、これに限定するものではない。また、軸受装置２のすべり軸受３もＬＣＲメータ８に電気的に接続され、このとき、ＬＣＲメータ８は、軸受装置２に対する交流電源としても機能する。

診断装置１は、本実施形態に係る検出方法を実行可能な検出装置として動作する。診断装置１は、診断の際に、ＬＣＲメータ８に対して交流電源の角周波数ω、および交流電圧Ｖを入力として指示し、それに対する出力としてＬＣＲメータ８から軸受装置２のインピーダンス｜Ｚ｜（｜Ｚ｜は、Ｚの絶対値を示す）、および位相角θを取得する。そして、診断装置１はこれらの値を用いて軸受装置２における油膜厚さや金属接触割合の検出を行う。検出方法の詳細については、後述する。

診断装置１は、例えば、不図示の制御装置、記憶装置、および出力装置を含んで構成される情報処理装置にて実現されてよい。制御装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、または専用回路などから構成されてよい。記憶装置は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性および不揮発性の記憶媒体により構成され、制御装置からの指示により各種情報の入出力が可能である。出力装置は、スピーカやライト、或いは液晶ディスプレイ等の表示デバイス等から構成され、制御装置からの指示により、作業者への報知を行う。出力装置による報知方法は特に限定するものではないが、例えば、音声による聴覚的な報知であってもよいし、画面出力による視覚的な報知であってもよい。また、出力装置は、通信機能を備えたネットワークインターフェースであってもよく、ネットワーク（不図示）を介した外部装置（不図示）へのデータ送信により報知動作を行ってもよい。ここでの報知内容は、例えば、検出結果に基づいて、異常診断を行った場合、異常が検出された際の報知に限定するものではなく、軸受装置２が正常である旨の報知を含んでもよい。

［物理モデル］
図２を用いて軸受装置２のすべり軸受３と回転軸７の接触状態について説明する。図２は、ローラ片とレース片とが接触（ここでは、線接触）した際の物理モデルを示すグラフである。ローラ片が回転軸７に対応し、レース片がすべり軸受３に対応する。ｈ軸は、油膜厚さ方向を示し、ｙ軸は油膜厚さ方向と直交する方向を示す。また、図２に示す各変数はそれぞれ以下の通りである。なお、以降の説明において用いる各式の変数は同じものは同じ記号を付して対応付けている。

Ｓ：Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域
ａ：ローラ片（回転軸）の短手方向（ここでは、ｘ軸方向）における接触幅
α：油膜の破断率（金属接触割合）（０≦α＜１）
ｒ：ローラ片の半径
αＳ：実接触領域（油膜の破断領域）
ｈ：油膜厚さ
ｈ_１：Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域における油膜厚さ
Ｏ：ローラ片の回転中心

Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域において、金属が接触している面積と接触していない面積の割合はα：（１－α）となる。また、ローラ片とレース片とが接触していない理想状態ではα＝０であり、ｘ＝０の場合にｈ＞０となる。

図２に示す油膜厚さｈは以下の式（１）にて表される。なお、ここで示すＳの値は、図１のｘ軸方向の範囲に対応する。
ｈ＝ｆ（ｘ）＝ｈ_１＋√（ｒ^２－ａ^２）－√（ｒ^２－ｘ^２） （－ｒ≦ｘ＜－ａ、または、ａ＜ｘ≦ｒ） …（１）

また、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域内には、馬蹄形と呼ばれる油膜の薄い領域が存在し得るが、本実施形態では、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域内の平均的な油膜厚さである平均油膜厚さｈ_ａを用いる。したがって、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域内において油膜の破断が生じている場合、ｈ_ａは以下の式（２）により求められる。
ｈ_ａ＝（１－α）ｈ_１ …（２）

図２において、Ｏは、ｘ＝０であり、図２におけるＯの座標は、Ｏ（０，ｈ_１＋√（ｒ^２－ａ^２））にて示される。

なお、実際のすべり軸受３が動作する際に回転軸７は弾性変形が生じ得るため、厳密にはその断面が正円形状とはならない場合があるが、本実施形態では、正円形状であるものとして上記の式（１）を用いている。したがって、油膜厚さを求める際に用いられる式は式（１）に限定するものではなく、他の算出式を用いてもよい（例えば、歯車の場合，インボリュート曲線）。

［等価電気回路］
図３は、図２に示した物理モデルを電気的に等価な電気回路（等価回路）にて示した図である。等価回路Ｅ１は、抵抗Ｒ_１、コンデンサＣ_１、およびコンデンサＣ_２から構成される。抵抗Ｒ_１は、破断領域（＝αＳ）における抵抗に相当する。コンデンサＣ_１は、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域における油膜により形成されるコンデンサに相当し、静電容量Ｃ_１とする。コンデンサＣ_２は、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域の周辺（図２の－ｒ≦ｘ＜－ａ、および、ａ＜ｘ≦ｒ）における油膜により形成されるコンデンサに相当し、静電容量Ｃ_２とする。Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域（＝Ｓ）が、図３の等価回路Ｅ１における抵抗Ｒ_１とコンデンサＣ_１の並列回路を形成する。更に、この抵抗Ｒ_１とコンデンサＣ_１から構成される電気回路に対して、コンデンサＣ_２が並列に接続される。このとき、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域の周辺（図２の－ｒ≦ｘ＜－ａ、および、ａ＜ｙ≦ｒ）では、潤滑剤が充填されているものとする。

等価回路Ｅ１のインピーダンスをＺにて示す。ここで、等価回路Ｅ１に印加される交流電圧Ｖ、等価回路Ｅ１を流れる電流Ｉ、および、等価回路Ｅ１全体の複素インピーダンスＺは以下の式（３）～（５）にて示される。
Ｖ＝｜Ｖ｜ｅｘｐ（ｊωｔ） …（３）
Ｉ＝｜Ｉ｜ｅｘｐ（ｊ（ωｔ－θ）） …（４）
Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝｜Ｖ／Ｉ｜ｅｘｐ（ｊθ）＝｜Ｚ｜ｅｘｐ（ｊθ） …（５）
ｊ：虚数
ω：交流電圧の角周波数
ｔ：時間
θ：位相角（電圧と電流の位相のずれ）

式（５）に示すように、複素インピーダンスＺは、Ｚの絶対値｜Ｚ｜と位相角θの２つの独立した変数にて示される。これは、複素インピーダンスＺを測定することで、互いに独立した２つのパラメータ（本実施形態では、以下に示すｈ_ａおよびα）を測定可能であることを意味する。図３に示す等価回路全体の複素インピーダンスＺは、以下の式（６）のように表される。
Ｚ^－１＝Ｒ_１ ^－１＋ｊω（Ｃ_１＋Ｃ_２） …（６）
Ｒ_１：抵抗Ｒ_１の抵抗値
Ｃ_１：コンデンサＣ_１の静電容量
Ｃ_２：コンデンサＣ_２の静電容量
｜Ｚ｜：動的接触状態におけるインピーダンス

さらに、式（６）により、以下の式（７）、式（８）を導出できる。
Ｒ_１＝｜Ｚ｜／ｃｏｓθ …（７）
ω（Ｃ_１＋Ｃ_２）＝－ｓｉｎθ／｜Ｚ｜ …（８）

ここで、式（７）におけるＲ_１は、接触面積と反比例の関係にあるため、以下の式（９）のように表すことができる。
Ｒ_１＝Ｒ_１０／α …（９）
Ｒ_１０：静止時（すなわち、α＝１）における抵抗値

Ｒ_１０は、以下の式（１０）のように表すことができる。
Ｒ_１０＝｜Ｚ_０｜／ｃｏｓθ_０ …（１０）
｜Ｚ_０｜：静的接触状態におけるインピーダンス
θ_０：静的接触状態における位相角

よって、破断率αは、式（７）、式（９）、式（１０）から以下の式（１１）のように表すことができる。なお、上記のようにθ_０を静的接触状態における位相角とした場合、θは動的接触状態における位相角とみなすことができる。

一方、式（６）、式（８）におけるＣ_１は、以下の式（１２）のように表すことができる。なお、線接触を想定した場合、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域Ｓの接触面積は、回転軸７の長さ（ここでは、長手方向の接触幅）をＬとした場合、Ｓ＝２ａＬとなる。

ε：潤滑剤の誘電率

また、式（６）、式（８）におけるＣ_２は、以下の式（１３）のように表すことができる。

［接触状態に応じた静電容量］
ここで、点接触におけるＣ_２について説明する。図４は、転動体が玉である場合（例えば、玉軸受）を説明するための図である。ここでは、説明を容易にするためにｈ_１の値を大きく示しているが、実際には、図２に示したように、接触（この場合は点接触）が生じる程度に小さいものとなる。この場合、転動体と軌道盤との間にて、点接触が生じ得る。
図２と同様に、転動体の半径をｒとし、油膜厚さをｈ_１とした場合、図３に示した等価回路におけるコンデンサＣ_２の静電容量は以下の式（１４）にて算出できる。

π：円周率
ｒ：玉の半径
ε：潤滑剤の誘電率
ｌｎ：対数関数

次に本実施形態にて扱う線接触が生じる場合について説明する。図５は、回転軸７とすべり軸受３の場合を説明するための図である。ここでは、図４と同様、説明を容易にするためにｈ_１の値を大きく示しているが、実際には、図２に示したように、接触（この場合は線接触）が生じる程度に小さいものとなる。この場合、回転軸７とすべり軸受３との間にて、線接触が生じ得る。図６に示すように、回転軸７の半径をｒ１とし、すべり軸受３の内径の半径をｒ２とした場合、ｒは、ｒ１とｒ２とを用いて等価曲率半径として算出できる。このとき、すべり軸受３は、回転軸７との線接触が生じる面が負の曲面を有する。
また、回転軸７とすべり軸受３の線接触が生じる位置の油膜厚さをｈ_１とする。この場合、図３に示した等価回路におけるコンデンサＣ_２の静電容量は、上記の式（１３）にて示した式にて算出できる。

なお、図５に示すように、回転軸７は、端部を面取りして形成される場合がある。この場合、線接触が生じ得る直線部分をＬとして扱ってよい。また、面取りによる長手方向の長さΔＬが、Ｌに対して極めて小さい場合には、面取り部分を含めた長さＬ’（＝Ｌ＋２ΔＬ）を用いてコンデンサＣ２を算出してもよい。

このとき、図２および図５に示す記号を用いると、線接触による接触面積（すなわち、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域Ｓの接触面積）は、２ａＬにて表すことができる。

また、面取りがされている部分については線接触ではなく、点接触が生じ得る。そのため、この部分については更に点接触によるおけるＣ_２の算出式（例えば、上記の式（１４））を用いてコンデンサＣ_２を算出式（１３）に加算してもよい。

上記の式（１３）にて定義した理論式を用いて、コンデンサＣ_２の算出結果の検証を行った例を示す。ここでは、公知の電磁場解析の一手法である有限要素法を用いたシミュレーション解析の結果との比較を示す。また、公知の算出式であるＪａｃｋｓｏｎによる以下の式（１５）を比較対象として示す。なお、Ｊａｃｋｓｏｎによる式は、ｒに比べてｈ_１が極めて大きい場合を想定したものである。

図７は、検証結果を示すグラフ図であり、横軸は油膜厚さｈ_１［ｍ］を示し、縦軸は静電容量Ｃ_２［Ｆ］を示す。線７０１は、本実施形態に係る算出式である式（１３）を用いて、静電容量Ｃ_２を算出した結果を示す。線７０２は、Ｊａｃｋｓｏｎによる算出式である式（１５）を用いて静電容量Ｃ_２を算出した結果を示す。また、シンボル７０３（〇）は、有限要素法によるシミュレーションにより得られた結果を示す。

図７の線７０１とシンボル７０３に示すように、式（１３）を用いて算出した静電容量Ｃ２の値は、１．０^－２≧ｈの範囲にてシミュレーション結果とほぼ同じ値を導くことができる。この範囲は、本願発明にて想定しているすべり軸受３のサイズ等（ｒに比べてｈ_１が極めて小さい）に対応したものであり、Ｊａｃｋｓｏｎの式（１５）による線７０２と比較しても高い精度を得ることができる。

［油膜厚さおよび油膜の破断率の導出］
本実施形態では、上述したような潤滑剤の油膜厚さｈ_１および油膜の破断率αを用いて潤滑状態を検出する。上述した式（８）、式（１１）～式（１３）により、以下の式（１６）が導出される。

このとき、ψは以下の式（１７）のように定義される。

Ｌ：回転軸の長さ

そして、式（２）、式（１６）から、平均油膜厚さｈ_ａは、以下の式（１８）のように導出される。

つまり、式（１１）、式（１８）により、静止時と油膜形成時における複素インピーダンス、および位相角を測定することで、ｈ_ａおよびαを同時にモニタリングすることが可能となる。

なお、上記の式（１８）は、接触域が１つの場合における理論式となる。

［処理フロー］
図８は、本実施形態に係る診断処理のフローチャートである。本処理は、診断装置１により実行され、例えば、診断装置１が備える制御装置（不図示）が本実施形態に係る処理を実現するためのプログラムを記憶装置（不図示）から読み出して実行することにより実現されてよい。

Ｓ８０１にて、診断装置１は、軸受装置２に対して、所定の方向に荷重が与えられるように制御する。図１の構成の場合、回転軸７に対して、荷重が与えられる。なお、荷重を与える制御は、診断装置１とは別の装置により行われてもよい。この時、静的接触状態における位相角とインピーダンスを測定する。

Ｓ８０２にて、診断装置１は、モータ１０により回転軸７の回転を開始させる。これにより回転軸７とすべり軸受３との線接触が生じつつ、回転軸７の回転が行われる。なお、モータ１０の制御は、診断装置１とは別の装置により行われてもよい。

Ｓ８０３にて、診断装置１は、ＬＣＲメータ８に対し、ＬＣＲメータ８が備える交流電源（不図示）を用いて角周波数ωの交流電圧を軸受装置２に与えるように制御する。これにより、軸受装置２には、角周波数ωの交流電圧が印加されることとなる。

Ｓ８０４にて、診断装置１は、Ｓ８０３の入力に対する出力として、ＬＣＲメータ８からインピーダンス｜Ｚ｜および位相角θを取得する。つまり、ＬＣＲメータ８は、入力である交流電圧Ｖおよび交流電圧の角周波数ωに対する軸受装置２の検出結果として、インピーダンス｜Ｚ｜および位相角θを診断装置１に出力する。

Ｓ８０５にて、診断装置１は、Ｓ８０４にて取得したインピーダンス｜Ｚ｜および位相角θ、Ｓ８０３にて用いた交流電圧の角周波数ωを、式（１１）、式（１８）に適用することで油膜厚さｈ（本実施形態ではｈ_ａ）および破断率αを導出する。

Ｓ８０６にて、診断装置１は、Ｓ８０５にて導出した油膜厚さｈおよび破断率αを用いて軸受装置２の潤滑状態を診断する。なお、ここでの診断方法は、例えば、油膜厚さｈや破断率αに対して閾値を設け、その閾値との比較により潤滑状態を判断してよい。そして、本処理フローを終了する。

以上、本実施形態により、転がり軸受内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を高精度に行うことが可能となる。

＜第２の実施形態＞
以下、本願発明の第２の実施形態について説明を行う。なお、以下の説明においては、転がり軸受として、その内部にて線接触が発生し得る円筒ころ軸受を例に挙げて説明するが、これに限定するものではなく、本願発明は他の構成の転がり軸受にも適用可能である。例えば、その内部にて線接触が発生する転がり軸受、およびこのような転がり軸受が利用される装置であれば、本願発明の手法は適用可能である。更には、軸受に限られず、本願発明は、潤滑剤にて潤滑する部品間において、後述するような線接触が生じるような構成を備える装置にも適用可能である。なお、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略し、差分に着目して説明を行う。

［装置構成］
図９は、本実施形態に係る診断装置１にて診断を行う際の全体構成の一例を示す概略構成図である。図９には、本実施形態に係る診断方法が適用される軸受装置１２と、診断を行う診断装置１が設けられる。なお、図９に示す構成は一例であり、軸受装置２の構成などに応じて、異なる構成が用いられてよい。また、図９においては、軸受装置２は、１の転がり軸受を備える構成を示したが、これに限定するものではなく、１の軸受装置２に複数の転がり軸受が備えられてもよい。ここでは、軸受装置１２以外の構成は、第１の実施形態にて示した構成と同様であるものとする。

軸受装置１２において、ラジアル型の円筒ころ軸受である転がり軸受は、回転軸７を回転自在に支持する。回転軸７は、回転部品である転がり軸受を介して、回転軸７の外側を覆うハウジング（不図示）に支持される。転がり軸受は、ハウジングに内嵌される固定輪である外輪（外方部材）１３、回転軸７に外嵌される回転輪である内輪（内方部材）１４、内輪１４及び外輪１３との間に配置された複数の転動体１５である複数のころ、および転動体１５を転動自在に保持する保持器（不図示）を備える。ここでは、外輪１３を固定する構成としたが、内輪１４が固定され、外輪１３が回転するような構成であってもよい。また、転動体１５周辺へのごみの侵入や潤滑油の漏れを防止するための周辺部材であるシール１６が設けられる。転がり軸受内部において、所定の潤滑方式により、内輪１４と転動体１５の間、および、外輪１３と転動体１５の間の摩擦が軽減される。潤滑方式は特に限定するものではないが、例えば、グリース潤滑や油潤滑などが用いられ、転がり軸受内部に供給されている。潤滑剤の種類についても特に限定するものではない。

［物理モデル］
第１の実施形態にて示した図２を用いて、軸受装置１２における転動体１５と外輪１３（または、内輪１４）の接触状態について説明する。本実施形態では、図２は、ローラ片とリング片とが接触した際の物理モデルとして読み替えることができる。ローラ片が転動体１５であるころに対応し、リング片が外輪１３（または、内輪１４）に対応する。ｈ軸は、油膜厚さ方向を示し、ｙ軸は油膜厚さ方向と直交する方向を示す。また、図２に示す各変数はそれぞれ以下の通りである。なお、以降の説明において用いる各式の変数は同じものは同じ記号を付して対応付けている。
Ｓ：Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域
ａ：ローラ片（ころ）の短手方向（ここでは、ｘ軸方向）における接触幅
α：油膜の破断率（金属接触割合）（０≦α＜１）
ｒ：ローラ片の半径
αＳ：実接触領域（油膜の破断領域）
ｈ：油膜厚さ
ｈ_１：Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域における油膜厚さ
Ｏ：ローラ片の回転中心

Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域において、金属が接触している面積と接触していない面積の割合はα：（１－α）となる。また、ローラ片とリング片とが接触していない理想状態ではα＝０であり、ｘ＝０の場合にｈ＞０となる。

次に本実施形態にて扱う線接触が生じる場合について、第１の実施形態にて示した図５を用いて説明する。本実施形態では、転動体がころである場合（例えば、円筒ころ軸受）を説明する。ここでは、第１の実施形態にて示した図４と同様、説明を容易にするためにｈ_１の値を大きく示しているが、実際には、第１の実施形態の図２に示したように、接触（この場合は線接触）が生じる程度に小さいものとなる。この場合、転動体と軌道盤との間にて、線接触が生じ得る。図２と同様に、転動体の半径をｒとし、油膜厚さをｈ_１とした場合、図３に示した等価回路におけるコンデンサＣ_２の静電容量は、上記の式（１３）にて示した式にて算出できる。

図１０は、第１の実施形態の図３にて示した等価回路Ｅ１に基づいて、図９の転動体１５周りにおける電気的に等価な電気回路を示した図である。複数の転動体１５のうちの１つの転動体１５に着目すると、外輪１３と転動体１５の間、および、内輪１４と転動体１５の間において等価回路Ｅ２が形成される。ここでは、上側を外輪１３と転動体１５にて形成される電気回路とし、下側を内輪１４と転動体１５にて形成される電気回路として説明するが、逆であってもよい。１つの転動体１５の周りにおいて、これらの電気回路、すなわち、図３の等価回路Ｅ１が直列に接続されて等価回路Ｅ２が形成されることとなる。

［ラジアル荷重による静電容量］
図１１は、転がり軸受に対してラジアル荷重が加えられた場合の負荷圏および非負荷圏を説明するための図である。ここでは、転がり軸受において、ラジアル荷重Ｆ_ｒが回転軸７を介して加えられているものとする。この場合、複数の転動体１５において、図２に示すようなＨｅｒｔｚｉａｎ接触域が生じる範囲を負荷圏と称し、それ以外の範囲を非負荷圏と称する。なお、負荷圏の範囲は、ラジアル荷重の大きさや転がり軸受の構成等に応じて変動し得る。

まず、負荷圏におけるコンデンサＣ_１の静電容量ついて説明する。図１２Ａおよび図１２Ｂは、負荷圏に位置する転動体１５により形成されるコンデンサＣ_１の概念を説明するための図である。ここでは、負荷圏に５つの転動体が含まれ、各転動体により、コンデンサＣ_１（１）～Ｃ_１（５）が形成された例を用いて説明する。負荷圏では、転動体の位置に応じて、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域の大きさが異なる。この場合、図１２Ａに示すように、負荷圏では中央から離れるほど静電容量は小さくなるとも想定される。

しかしながら、図２にて示すように、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域における油膜厚さｈ_１はラジアル荷重の影響を受けにくいものとし、本実施形態では、負荷圏内の油膜厚さは一定であるものと仮定する。これを踏まえ、図１２Ｂに示すように、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域Ｓを平均化し、負荷圏内の複数の転動体１５それぞれにより形成されるコンデンサＣ_１の静電容量を均一として扱う。したがって、負荷圏に位置する複数の転動体１５により形成されるコンデンサＣ_１の静電容量は以下の式（１９）にて導出することができる。

ｍ：負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦ｎ_１）
ｎ_１：負荷圏に位置する転動体数
Ｃ_１（ｍ）：転動体ｍのＨｅｒｔｚｉａｎ接触域における静電容量
Ｃ_１￣：Ｃ_１（ｍ）の平均値

次に非負荷圏におけるコンデンサＣ_３の静電容量ついて説明する。非負荷圏において、転動体１５と外輪１３と隙間、および、転動体１５と内輪１４の隙間が生じる。図１１に示すように、非負荷圏に位置する転動体１５のうち、中央に位置する転動体１５ａと外輪１３および転動体１５ａと内輪１４との隙間をラジアル隙間ｈ_ｇａｐとした場合、非負荷圏に位置する複数の転動体１５それぞれと外輪１３との隙間は以下の式（２０）から導出することができる。なお、転動体１５ａと外輪１３との隙間、および、転動体１５ａと内輪１４との隙間は同じ（ｈ_ｇａｐ／２）であるとして説明する。なお、ラジアル隙間ｈ_ｇａｐは、ラジアル荷重Ｆ_ｒと、転がり軸受の仕様などから導出することができる。

ｍ：非負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦（ｎ－ｎ_１））
ｎ：全転動体数
ｎ_１：負荷圏に位置する転動体数

そして、式（２０）に基づき、非負荷圏全体の静電容量Ｃ_３は、以下の式（２１）から導出することができる。

ｍ：非負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦（ｎ－ｎ_１））
ｎ：全転動体数
ｎ_１：負荷圏に位置する転動体数
ε：潤滑剤の誘電率
Ｃ_３（ｍ）：転動体ｍのＨｅｒｔｚｉａｎ接触域における静電容量
π：円周率
Ｌ：転動体（ころ）の長さ
Ｒ_ｔｘ：転動体（ころ）の有効半径
ｈ_ｇａｐ：ラジアル隙間

図１３は、上述した負荷圏および非負荷圏にて形成されるコンデンサを考慮した、軸受装置１２全体における電気的に等価な等価回路を示す図である。負荷圏に位置するｎ個の転動体１５に対応して、ｎ個の等価回路Ｅ２が並列に接続される。このとき、図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて説明したように、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域における静電容量は、Ｃ_１￣が用いられる。

また、非負荷圏に位置する（ｎ－ｎ_１）個の転動体１５に対応して、（ｎ－ｎ_１）個の等価回路Ｅ３が並列に接続される。なお、負荷圏と同様に外輪１３と転動体１５の間、および、内輪１４と転動体１５の間それぞれにおいてコンデンサが形成されるため、等価回路Ｅ_３は、２つのコンデンサＣ_３が直列に接続された構成となる。ここでは、上側を外輪１３と転動体１５にて形成される電気回路とし、下側を内輪１４と転動体１５にて形成される電気回路とするが、逆であってもよい。そして、図１３に示す軸受装置１２全体により構成される等価回路Ｅ４に対して、診断時にはＬＣＲメータ８による交流電源が供給される。

［油膜厚さおよび油膜の破断率の導出］
本実施形態では、ラジアル荷重下における潤滑剤の油膜厚さｈおよび油膜の破断率αを用いて潤滑状態を検出する。本実施形態では、ラジアル荷重下における潤滑剤の油膜厚さｈおよび油膜の破断率αを導出するために、上記の式（２１）および以下の式（２２）～（２５）を用いる。

ｎ：軸受内の全転動体（ころ）の数
ｎ_１：負荷圏に位置する転動体（ころ）の数
ｂ￣：転動体（ころ）の平均接触幅
Ｌ：転動体（ころ）の長さ
Ｒ_ｔｘ：転動体（ころ）の有効半径
Ｓ_ｔ１￣：平均接触域
Ｓ_ｉ１（ｍ）：転動体（ころ）ｍと内輪の間の接触域
Ｓ_ｏ１（ｍ）：転動体（ころ）ｍと外輪の間の接触域
ω：交流電圧の角周波数
ε：潤滑剤の誘電率
ｋ：軸受の数
Ψ：無次元定数
ｈ_ｇａｐ：ラジアル隙間
ｍ：非負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦（ｎ－ｎ_１））
｜Ｚ_０｜：静的接触状態におけるインピーダンス
θ_０：静的接触状態における位相
｜Ｚ｜：動的接触状態におけるインピーダンス
θ：動的接触状態における位相

図２を用いた説明ではローラ片の接触幅を２ａにて示したが、転動体１５が複数あるため、上記の式（２５）では、これらの平均である２ｂ￣を用いる。

処理の流れは、第１の実施形態と同様である。しかし、本実施形態では、図８のＳ８０１にて、診断装置１は、軸受装置１２に対して、所定の荷重方向にラジアル荷重Ｆ_ｒが与えられるように制御する。ここでは、内輪１４に対して、ラジアル荷重Ｆ_ｒが与えられる。なお、ラジアル荷重Ｆ_ｒを与える制御は、診断装置１とは別の装置により行われてもよい。この時、静的接触状態における位相とインピーダンスを測定する。

［試験１］
上述した診断方法に基づいて行った試験の結果について説明する。試験時の構成は、図９に示した構成をベースとし、試験条件は以下の通りとする。なお、本試験１では、風車発電機における軸受を用いている。

（試験条件）
試験軸受：円筒ころ軸受（ＮＵ３３０ＥＭ）
転動体数（ｎ）：１４（φ４５×４５）
サポート軸受：玉軸受（ＮＵ２３１５ＥＭ（銘番：６３１５）；試験軸受の試験結果に影響が出ないよう樹脂スリーブで絶縁）
回転速度：２００～１８００［ｍｉｎ^－１］
アキシアル荷重：０［Ｎ］
ラジアル荷重（Ｆ_ｒ）：Ｐ／Ｃ＝０．１
潤滑剤：風車ＧＢ用ギア油ＶＢ３２０
比誘電率：２．３
交流電圧：１．１［Ｖ］
交流電源の周波数：１０［ｋＨｚ］
外部抵抗：５１［Ω］

図１４Ａ～図１４Ｃは、上記の試験条件下において試験を行った結果から得られる回転速度Ｎと、油膜厚さｈ、破断率α、および温度Ｔとの関係を示す図である。図１４Ａにおいて、横軸は回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］を示し、縦軸は油膜厚さｈ［ｍ］を示す。図１４Ｂにおいて、横軸は回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］を示し、縦軸は破断率αを示す。縦軸は油膜厚さｈ［ｍ］を示す。図１４Ｃにおいて、横軸は回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］を示し、縦軸は温度Ｔを示す。各図において横軸に示す回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］は対応している。上記の試験条件に示すように、回転速度は２００～１８００［ｍｉｎ^－１］の範囲内で得られた結果をプロットしている。

図１４Ａにおいて破線１１０１は、理論値として導出される油膜厚さを示す。実線の×で示すプロット１１０２は、コンデンサＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３を考慮した上記の式（２２）を用いて油膜厚さｈを導出した結果を示している。破線の×で示すプロット１１０３は、コンデンサＣ_１、Ｃ_２のみを考慮した式を用いて油膜厚さｈを導出した結果を示している。つまり、プロット１１０２は、ラジアル荷重下における非負荷圏にて構成されるコンデンサＣ_３を考慮した導出結果である。図１４Ａに示すように、プロット１１０２にて示した結果は、プロット１１０３にて示す結果よりも理論値に近いものとなり、より精度よく油膜厚さｈを導出することが可能となっている。また、図１４Ｂのプロット１１１１に示すように、いずれの回転速度においても、油膜厚さｈと併せて、破断率αを導出できる。また、潤滑剤の粘度に影響を与えると想定される軸受の温度変化が生じた場合でも、本手法では従来の方法よりも影響を抑制して、精度良く油膜厚さｈや破断率αを算出することができている。

［試験２］
上述した診断方法に基づいて行った別の試験の結果について説明する。試験時の構成は、図１に示した構成をベースとし、試験条件は以下の通りとする。なお、本試験２では、外輪１３（または内輪１４、もしくはその両方）において、転動体１５が転動するための軌道面周辺に設けられるつばの影響を考慮している。したがって、以下では、つばの有無による試験結果を示す。

（試験条件）
試験軸受：円筒ころ軸受（ＮＵ３３０ＥＭ；つば有り）、円筒ころ軸受（Ｎ３３０ＥＭ；つば無し（樹脂による座間有り））
転動体数（ｎ）：１４（φ４５×４５）
サポート軸受：玉軸受（ＮＵ２３１５ＥＭ（銘番：６３１５）；試験軸受の試験結果に影響が出ないよう樹脂スリーブで絶縁）
回転速度：２００～１８００［ｍｉｎ^－１］
アキシアル荷重：０［Ｎ］
ラジアル荷重（Ｆ_ｒ）：Ｐ／Ｃ＝０．１
潤滑剤：風車ＧＢ用ギア油ＶＢ３２０
比誘電率：２．３
交流電圧：１．１［Ｖ］
交流電源の周波数：１０［ｋＨｚ］
外部抵抗：５１［Ω］

図１５Ａ～図１５Ｃは、上記の試験条件下において試験を行った結果から得られる回転速度Ｎと、油膜厚さｈ、破断率α、および温度Ｔとの関係を示す図である。図１５Ａにおいて、横軸は回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］を示し、縦軸は油膜厚さｈ［ｍ］を示す。図１５Ｂにおいて、横軸は回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］を示し、縦軸は破断率αを示す。縦軸は油膜厚さｈ［ｍ］を示す。図１５Ｃにおいて、横軸は回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］を示し、縦軸は温度Ｔを示す。各図において横軸に示す回転速度Ｎ［ｍｉｎ^－１］は対応している。上記の試験条件に示すように、回転速度は２００～１８００［ｍｉｎ^－１］の範囲内で得られた結果をプロットしている。

図１５Ａにおいて破線１２０１は、理論値として導出される油膜厚さを示す。×で示すプロット１２０２は、コンデンサＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３を考慮した上記の式（２２）を用いてつば無しの軸受に対する油膜厚さｈを導出した結果を示している。〇で示すプロット１２０３は、コンデンサＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３を考慮した上記の式（２２）を用いてつば有りの軸受に対する油膜厚さｈを導出した結果を示している。いずれも、ラジアル荷重下における非負荷圏にて構成されるコンデンサＣ_３を考慮した導出結果である。図１５Ａに示すように、軸受におけるつばの有無にかかわらず、理論値に近いものとなり、より精度よく油膜厚さｈを導出することが可能となっている。また、図１５Ｂのプロット１２１１、１２１２に示すように、いずれの回転速度においても、油膜厚さｈと併せて、破断率αを導出できる。また、潤滑剤の粘度に影響を与えると想定される軸受の温度変化が生じた場合でも、本手法ではつばの有無にかかわらず、精度良く油膜厚さｈや破断率αを算出することができている。

以上、本実施形態により、ラジアル荷重におけるころ軸受装置内部の油膜厚さおよびしゅう動部の接触割合の検出を同時に精度良く行うことが可能となる。

＜その他の実施形態＞
上記の第２の実施形態では、特にラジアル荷重に着目し、これが発生するラジアル形の軸受を用いて説明を行った。しかし、上記の各式は、各変数のパラメータを調整することで、アキシアル荷重が生じるスラスト形の軸受にも適用可能である。例えば、式（２２）や式（２４）におけるΨは、対象となる軸受の諸元に基づいてパラメータを調整することで、上記式を他の構成の線接触が生じる軸受などにも適用可能である。

また、本願発明において、上述した１以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。

また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ））によって実現してもよい。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） すべり軸受を含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出方法であって、
前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加し、
前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を測定し、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出し、
前記油膜厚さおよび前記金属接触割合は、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出されることを特徴とする検出方法。
上記構成によれば、軸受装置内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を高精度に行うことが可能となる。

（２） 前記線接触により構成される電気回路は、前記線接触により生じる抵抗、前記線接触から所定の範囲に位置する潤滑剤により構成される第１のコンデンサ、および、前記所定の範囲外に位置する潤滑剤により構成される第２のコンデンサを含んで構成されることを特徴とする（１）に記載の検出方法。
上記構成によれば、軸受装置の構成に対応した等価回路に基づいて、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を高精度に行うことが可能となる。

（３） 前記第１のコンデンサの静電容量Ｃ_１は、

にて示され、
前記第２のコンデンサの静電容量Ｃ_２は、

にて示されることを特徴とする（２）に記載の検出方法。
上記構成によれば、軸受装置の構成に対応した等価回路におけるコンデンサの静電容量を精度良く導出することが可能となる。

（４） 前記油膜厚さｈ_１および前記金属接触割合αを導出するための前記算出式は、

であることを特徴とする（２）または（３）に記載の検出方法。
上記構成によれば、軸受装置内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を高精度に行うことが可能となる。

（５） 更に、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を用いて前記軸受装置を診断することを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の検出方法。
上記構成によれば、軸受装置内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を行い、その結果に基づき、軸受装置の状態診断を高精度に行うことが可能となる。

（６） すべり軸受を含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出装置であって、
前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段と、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段と、
を有し、
前記導出手段は、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出することを特徴とする検出装置。
上記構成によれば、軸受装置内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を高精度に行うことが可能となる。

（７） コンピュータを、
すべり軸受を含む軸受装置に対し、前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段、
として機能させ、
前記導出手段は、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出することを特徴とするプログラム。
上記構成によれば、軸受装置内部にて発生する線接触を想定して、軸受装置内部の油膜厚さおよび部品間の接触割合の検出を高精度に行うことが可能となる。

以上の通り、本明細書には更に次の事項が開示されている。
（８） 外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出方法であって、
前記軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加し、
前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を測定し、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出する、ことを特徴とする検出方法。
この構成によれば、ラジアル荷重におけるころ軸受装置内部の油膜厚さおよびしゅう動部の金属接触割合の検出を同時に精度良く行うことが可能となる。特に、ころ軸受装置内部で発生する線接触を考慮して、精度良く検出を行うことが可能となる。

（９） 前記所定のラジアル荷重により特定される前記軸受装置内の負荷圏と非負荷圏それぞれにおいて構成される電気回路に対応する算出式を用いて前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を導出することを特徴とする（８）に記載の検出方法。
この構成によれば、ラジアル荷重による負荷圏と非負荷圏を考慮して、ころ軸受装置内部の油膜厚さおよびしゅう動部接触割合の検出を同時に精度良く行うことが可能となる。

（１０） 前記油膜厚さｈおよび前記金属接触割合αを導出するための前記算出式は、

であることを特徴とする（９）に記載の検出方法。
この構成によれば、ラジアル荷重におけるころ軸受装置内部の油膜厚さおよびしゅう動部の金属接触割合の検出を同時に精度良く行うことが可能となる。特に、線接触が生じる転がり軸受の負荷圏および非負荷圏に応じた静電容量を考慮した軸受装置内部の油膜厚さおよびしゅう動部の金属接触割合の検出が可能となる。

（１１） 更に、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を用いて前記軸受装置を診断することを特徴とする（８）から（１０）のいずれかに記載の検出方法。
この構成によれば、ラジアル荷重に応じて特定される油膜厚さおよび金属接触割合に基づいて、転がり軸受の潤滑剤に関する状態を診断することができる。

（１２） 外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出装置であって、
前記軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段と、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段とを有することを特徴とする検出装置。
この構成によれば、ラジアル荷重におけるころ軸受装置内部の油膜厚さおよびしゅう動部の接触割合の検出を同時に精度良く行うことが可能となる。特に、ころ軸受装置内部で発生する線接触を考慮して、精度良く検出を行うことが可能となる。

（１３） コンピュータを、
外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段、
前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段、
として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、ラジアル荷重におけるころ軸受装置内部の油膜厚さおよびしゅう動部の接触割合の検出を同時に精度良く行うことが可能となる。特に、ころ軸受装置内部で発生する線接触を考慮して、精度良く検出を行うことが可能となる。

以上、各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

なお、本出願は、２０２２年３月１４日出願の日本特許出願（特願２０２２－０３９４１６、特願２０２２－０３９４１７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

１…診断装置
２…軸受装置
３…すべり軸受
７…回転軸
８…ＬＣＲメータ
９…回転コネクタ
１０…モータ

Claims (12)

1. すべり軸受を含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出方法であって、
   前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加し、
   前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を測定し、
   前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出し、
   前記油膜厚さおよび前記金属接触割合は、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出されることを特徴とする検出方法。
2. 前記線接触により構成される電気回路は、前記線接触により生じる抵抗、前記線接触から所定の範囲に位置する潤滑剤により構成される第１のコンデンサ、および、前記所定の範囲外に位置する潤滑剤により構成される第２のコンデンサを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
3. 前記第１のコンデンサの静電容量Ｃ_１は、
   

   

   
   ε：潤滑剤の誘電率
   α：油膜の破断率（金属接触割合）（０≦α＜１）
   ａ：回転軸の短手方向における接触幅
   Ｌ：回転軸の長さ
   ｈ_１：Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域における油膜厚さ
   にて示され、
   前記第２のコンデンサの静電容量Ｃ２は、
   

   

   
   ｒ：ローラ片の半径
   にて示されることを特徴とする請求項２に記載の検出方法。
4. 前記油膜厚さｈ_１および前記金属接触割合αを導出するための前記算出式は、
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   ｜Ｚ｜：動的接触状態におけるインピーダンス
   ｜Ｚ_０｜：静的接触状態におけるインピーダンス
   θ：動的接触状態における位相角
   θ_０：静的接触状態における位相角
   ε：潤滑剤の誘電率
   α：油膜の破断率（金属接触割合）（０≦α＜１）
   ａ：回転軸の短手方向における接触幅
   Ｌ：回転軸の長さ
   ｈ_１：Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域における油膜厚さ
   ｒ：ローラ片の半径
   ω：交流電圧の角周波数
   であることを特徴とする請求項２に記載の検出方法。
5. 更に、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を用いて前記軸受装置を診断することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検出方法。
6. すべり軸受を含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出装置であって、
   前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段と、
   前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段と、
   を有し、
   前記導出手段は、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出することを特徴とする検出装置。
7. コンピュータを、
   すべり軸受を含む軸受装置に対し、前記すべり軸受および回転軸から構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段、
   前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記すべり軸受と前記回転軸との間における油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段、
   として機能させ、
   前記導出手段は、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を、前記軸受装置内にて発生する前記すべり軸受と前記回転軸との間に生じる線接触により構成される電気回路に対応する算出式を用いて導出することを特徴とするプログラム。
8. 外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出方法であって、
   前記軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加し、
   前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を測定し、
   前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出し、
   前記所定のラジアル荷重により特定される前記軸受装置内の負荷圏と非負荷圏それぞれにおいて構成される電気回路に対応する算出式を用いて前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を導出することを特徴とする検出方法。
9. 前記油膜厚さｈおよび前記金属接触割合αを導出するための前記算出式は、
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   ｎ：軸受内の全転動体の数
   ｎ_１：負荷圏に位置する転動体の数
   ｂ￣：転動体の平均接触幅
   Ｌ：転動体の長さ
   Ｒ_ｔｘ：転動体の有効半径
   Ｓ_ｔ１￣：平均接触域
   Ｓ_ｉ１（ｍ）：転動体ｍと内輪の間の接触域
   Ｓ_ｏ１（ｍ）：転動体ｍと外輪の間の接触域
   ω：交流電圧の角周波数
   ε：潤滑剤の誘電率
   ｋ：軸受の数
   Ψ：無次元定数
   ｈ_ｇａｐ：ラジアル隙間
   ｍ：非負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦（ｎ－ｎ１））
   ｜Ｚ_０｜：静的接触状態におけるインピーダンス
   θ_０：静的接触状態における位相
   ｜Ｚ｜：動的接触状態におけるインピーダンス
   θ：動的接触状態における位相
   であることを特徴とする請求項８に記載の検出方法。
10. 更に、前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を用いて前記軸受装置を診断することを特徴とする請求項８または９に記載の検出方法。
11. 外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置の状態を検出する検出装置であって、
    前記軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段と、
    前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段と、
    を有し、
    前記導出手段は、前記所定のラジアル荷重により特定される前記軸受装置内の負荷圏と非負荷圏それぞれにおいて構成される電気回路に対応する算出式を用いて前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を導出することを特徴とする検出装置。
12. コンピュータを、
    外方部材、内方部材、および複数のころを含んで構成される軸受装置に所定のラジアル荷重を付与した状態で、前記外方部材、前記内方部材、および前記複数のころから構成される電気回路に交流電圧を印加させた際に得られる前記交流電圧の印加時の前記電気回路のインピーダンスおよび位相角を取得する取得手段、
    前記インピーダンスおよび前記位相角に基づき、前記内方部材と前記複数のころの間、または、前記内方部材と前記複数のころの間の少なくとも一つにおける油膜厚さおよび金属接触割合を導出する導出手段、
    として機能させ、
    前記導出手段は、前記所定のラジアル荷重により特定される前記軸受装置内の負荷圏と非負荷圏それぞれにおいて構成される電気回路に対応する算出式を用いて前記油膜厚さおよび前記金属接触割合を導出する、プログラム。

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