JPS6057002B2 - 油膜厚さの測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は導電性金属面間における油膜厚さ例えば、導
電性材料を用いたすベリ軸受やころがり軸受の油膜厚さ
の測定方法に関するものである。

従来の油膜厚さの測定方法としては、光干渉法や電気容
量法等があるが、光干渉法の場合は、測定面の一方に透
明物質を使用しなければならないため、適用範囲が限定
され、軸受における油膜厚さの測定には、使用できなか
つた。また電気容量法は測定系としての容量ブリッジの
平衡を求める方法なので、油膜厚さが十分厚く、金属接
触が小ない場合は、測定出来るが、金属接触が多い場合
は、電気的平衡がくずれ、測定が不可能となる。ところ
が実際の使用条件においては、金属接触を生ずることが
普通であり、この電気容量法は、特定の条件下でのみ測
定が可能であつた。この発明は上記の欠点を除去するた
めになされたもので、対応する導電性金属面間における
油膜厚さの測定において、予め上記の金属間に電位差中
、金属面間で局部的な金属接触が起り、次にその金属接
触が解消される際における両金属面間の瞬間的な電圧変
化の時定数を測定し、この時定数をもとに金属面間にお
ける油膜に対応する電気容、量を求め、この電気容量を
もとにして油膜厚さを算出する導電性金属面間における
油膜厚さの測定方法である。

発明者は、導電性金属面間における油膜厚さの測定方法
について種々探索中、導電性金属面間の油膜に微小な定
電圧を印加した状態で、２面間の相対的な転がりあるい
はすベリ運動により、両２面間に金属面の表面粗さに起
因する瞬間的な金属接触が起り、介在する油膜が局部的
に切断されて電気的導通が生じ、次に接触していた部分
が離れて、再び油膜による絶縁が形成されたときの、２
面間の電圧変化の時定数が、油膜の厚さに関係がありそ
うなことに気付き、さらに詳細に実験検討を繰返すうち
に、油膜厚さが、電圧変化の時定数にはつきり関係があ
ることが確められた。

上記の電圧変化の時定数測定について、接触−分離時の
オシロスコープの電圧波形を示した第１図を参照しなが
ら説明する。

図において縦軸は電圧Ｖを、そして横軸は時間をを示し
ている。例えは導電性金属の２円筒間の油膜の変化にお
いて、油膜によつて両金属面が完全に分離されていると
き、換言すれば絶縁状態における２面間の電圧ＶはＶ＝
Ｅである。上記の油膜が局部的に切断されて金属接触が
起ると、電圧ＶはＶ＝０となり、次にその金属接触”が
解消されて、再び２面間が絶縁状態となると、２面間は
再び油膜を介してコンデンサーとなり、２面間の電圧は
その容量に応じた立ち上がりを示す。

電圧の変化がＶ＝０．６３１２Ｅとなるまでの時間（＝
時定数）を測定することにより、その立ち上がり速さを
測定しようとするものである。第２図は、対応する導電
性の金属円筒体Ａ，Ｂの円弧面間における油膜の厚さｈ
を測定する場合の原理図で、円筒体の円弧面間に介在す
る油膜に抵拍アＯと定電圧発生電源Ｅを接続し、この回
路において定電圧を油膜に印加したときの鳩間の電圧変
化の時定数Ｔを測定することにより油膜の厚さを算出す
ることができる。

第２図において、油膜は一種のコンデンサと考えること
ができるので、電圧変化の時定数Ｔが求まると、コンデ
ンサ容量をＣ１抵抗をＲＯとしたとき、この回路におい
ては、の関係となるので、抵抗ＲＯが既知であるから、
時定数Ｔが測定できれば、（１）式を用いて電気容量Ｃ
を求めることができる。

この電気容量Ｃと油膜厚さｈとの間には、例えば２円筒
間では次の式が成立することが知られている。ｘ＝乱（
ｘは２円筒の接触中心からの距離）（２）式においてｈ
は平均油膜厚さ、ｂはヘルツの接触幅、１ａは円筒の幅
、Ｒは２円筒の等価半径（１／Ｒ＝１／ｒェ＋１／Ｒ２
）、εｏ＜５Ｅ１は油の誘電率である。

２円筒の形状がきまり、油の誘電率を予め測定しておき
、電圧変化の時定数Ｔの測定値をもとに（１）式により
２面間の容量Ｃを求め、これらの測定値、計算値をもと
に、（２）式により油膜厚さｈを求めることができる。

第３図は、導電性金属の２円筒間における油膜の厚さを
求めた場合で、微小な定電圧を円筒体間に印加した状態
て、円筒体を回転させ、前記のような金属接触後、次に
接触部が分離するときの、電圧変化の時定数Ｔを計測し
て、上記（１）式により電気容量Ｃを算出し、さらに（
２）式により油膜厚さｈを計算して求めた結果をグラフ
にプロットしたものである。上記の計測実験において、
使用油は＃９０ギヤオイル、抵抗ＲＯは１００ＫΩ、円
筒体間に与えた荷重は３００ｋ９てあり、円筒体の回転
速度を１５０〜５００ｒ．ｐ．ｍに変化することにより
、円筒体間における油膜厚さを変化させて、油膜厚さを
電圧の時定数の変化として計測したものである。この図
より電気容量Ｃから油膜厚さｈを、換言すれば、電圧変
化の時定数Ｔから油膜厚さｈを求め得ることがわかる。
この発明の測定方法によれば、今までの電気容量法では
測定出来なかつた金属間の金属接触が多発する領域での
油膜の厚さの測定が可能となつた。また油膜厚さの測定
が極めて短時間に行えるため、油膜厚さの動的な変動、
例えばころがり軸受の負荷圏と非負荷圏での油膜厚さの
違い等の測定が可能となり、軸受においては、軸受内の
潤滑状態をより正確に知ることが出来、軸受の損傷原因
の究明、ひいては軸受性能、耐久性の改善に役立つもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電圧変化の時定数測定の説明用図、第２図はこ
の発明の測定原理図、第３図はこの発明の測定方法によ
る実験データを示すグラフである。 符号の説明、Ｅは定電圧発生用電源、ｈは油膜厚さ、Ｒ
Ｏは抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対応する導電性金属面間に介在する油膜厚さの測定
   において、上記金属面間に電位差を与え、上記金属面の
   相対的な運動によつて生じる金属接触の繰返しを利用し
   、この金属接触が解消される際の両金属面間の電圧変化
   の時定数を測定し、この時定数をもとに上記の対応する
   金属面間における油膜に対する電気容量を求め、さらに
   この電気容量をもとに油膜厚さを算出する導電性金属面
   間における油膜厚さの測定方法。