TW202426896A - 狀態測定方法、狀態測定裝置及程式 - Google Patents

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相川文明
岩瀬駿介
丸山泰右
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日商日本精工股份有限公司
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Abstract

本發明之對藉由潤滑劑潤滑之第1構件與第2構件之間進行狀態測定之狀態測定方法係藉由使交流電壓一面掃掠一面施加至第1構件及上述第2構件而測定阻抗，基於對應於第1構件及第2構件之構成而規定之等效電路，對測定結果進行擬合，使用擬合結果、及包含表示第1構件與第2構件之間之狀態之參數的規定數式而導出狀態。

Description

狀態測定方法、狀態測定裝置及程式
本發明係關於一種狀態測定方法、狀態測定裝置及程式。
先前，於軸承裝置或滑動裝置等機械裝置中，使用潤滑劑(例如，潤滑油或潤滑脂)對構件間之接觸面進行潤滑之構成廣泛普及。針對此種機械裝置，藉由定期進行構件之表面粗糙度或油膜厚度等之狀態之監視，而提前偵測損傷或磨耗，從而抑制旋轉零件之故障等之發生。
於使用潤滑劑之機械裝置中，在診斷構件間之油膜狀態時會測定油膜之絕緣破壞。例如，於專利文獻1中揭示有藉由施加電壓來檢測2個物體間之油膜之絕緣破壞之方法。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2008-241383號公報
[發明所欲解決之問題]
絕緣破壞有可能影響到用潤滑劑潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度。換言之，認為藉由適當地掌握絕緣破壞之發生，能夠推定構件之表面粗糙度或油膜厚度等潤滑劑周圍之參數。於專利文獻1之方法中，並未對著眼於此點來監測用潤滑劑潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度等的方法加以考慮。
鑒於上述問題，本發明之目的在於提供一種能夠於機械裝置中監測利用潤滑劑進行潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度等潤滑劑周圍之狀態的方法。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述問題，本發明具有以下構成。即，一種狀態測定方法，其特徵在於，其係對藉由潤滑劑潤滑之第1構件與第2構件之間進行狀態測定者，且 包含： 測定步驟，其係藉由將交流電壓一面進行掃掠一面施加至上述第1構件及上述第2構件而測定阻抗； 擬合步驟，其係基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定步驟之測定結果進行擬合；及 導出步驟，其係使用上述擬合步驟中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率來規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。
又，本發明之另一形態具有以下構成。即，一種狀態測定裝置，其特徵在於，其係對藉由潤滑劑潤滑之第1構件與第2構件之間進行狀態測定者，且 具有： 測定機構，其藉由將交流電壓一面進行掃掠一面施加至上述第1構件及上述第2構件而測定阻抗； 擬合機構，其基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定機構之測定結果進行擬合；及 導出機構，其使用上述擬合機構中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率來規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。
又，本發明之另一形態具有以下構成。即，一種程式， 其使電腦執行： 測定步驟，其係藉由將交流電壓一面進行掃掠一面施加至藉由潤滑劑潤滑之第1構件及第2構件而測定阻抗； 擬合步驟，其係基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定步驟之測定結果進行擬合；及 導出步驟，其係使用上述擬合步驟中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率來規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。 [發明之效果]
根據本發明，能夠監測利用潤滑劑進行潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度。
以下，參照圖式等，對本發明之實施方式進行說明。再者，以下所說明之實施方式係用以對本發明進行說明之一實施方式，並不意圖限定地解釋本發明，又，各實施方式中所說明之所有構成並不一定為解決本發明之問題所必需之構成。又，於各圖式中，關於相同之構成要素，藉由標註相同之參照編號來表示對應關係。
＜第1實施方式＞ 以下，對本發明之第1實施方式進行說明。再者，於本實施方式中，舉出在由潤滑劑潤滑之下產生滾動行為之滾動軸承為例進行說明。例如，作為能夠應用本發明之狀態測定方法之滾動軸承之種類，可例舉：深槽滾珠軸承、斜角滾珠軸承、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承、自動對位滾子軸承等。然而，並不限定於該等，只要為藉由潤滑劑對構件間之接觸位置進行潤滑而動作之機械裝置，便能夠應用本發明。
[絕緣破壞] 首先，對本實施方式之藉由潤滑劑潤滑之構件間之絕緣破壞進行說明。本實施方式中之潤滑劑包括潤滑油或潤滑脂等，但並無特別限定。
圖1表示於構成滾動軸承100之滾動體101與外輪102之間填充有潤滑劑103之概略構成及其等效電路。此處，示出外輪102之例，但具有滾動面之內輪亦同樣如此。於滾動體101之表面及外輪102之表面形成有凹凸所致之表面粗糙度。此處，為了簡化說明，採用合成表面粗糙度而集中地示於滾動體101側。
於如圖1(a)所示之由潤滑劑潤滑之區域中，可將電容器111與電阻112並聯連接之並聯電路規定為等效電路。於本實施方式中，為了測定滾動軸承之狀態，例如利用公知之方法即EIM(Electrical Impedance Method，電阻抗法)或EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy，電化學阻抗譜法)進行阻抗測定。於為了測定而施加規定電壓時未發生絕緣破壞之情形時，如圖1(b)所示，電流流向電容器111側，幾乎不流向電阻側。於未發生此種絕緣破壞時，例如，可得阻抗|Z|＝10 kΩ，相位角θ＝-90°。
圖2表示於滾動軸承100內部，在為了測定而施加規定電壓時發生了絕緣破壞之情形。如圖2(a)所示，於發生了絕緣破壞之情形時，在構件間(此處為滾動體101與外輪102之間)產生了通電104。該狀態係如圖2(b)所示，電流流向由潤滑劑103形成之電阻112側。其結果為，阻抗|Z|下降，相位角θ接近於0°。例如為阻抗|Z|＝100 Ω，相位角＝0°。
假定如上所述之絕緣破壞發生之程度除了歸因於所施加之電壓值以外，還歸因於構件之表面粗糙度。即，認為即便為相同之施加電壓，於存在表面粗糙度較大且構件間之距離較近之位置之情形時，亦容易發生絕緣破壞。
[裝置構成] 此處，對本實施方式之裝置構成之例進行說明。圖3係表示能夠應用本實施方式之狀態測定方法的系統1之整體構成之一例之概略構成圖。於圖3中，關於使用本實施方式之狀態測定方法之系統1，示出了測定裝置10、LCR(Inductance Capacitance Resistance，電感電容電阻)測定計20及作為測定對象之軸承裝置30。再者，圖3所示之構成為一例，可根據測定對象等使用不同之構成。
軸承裝置30包含2個滾動軸承而構成。於圖3之例中，示出了2個滾珠軸承31a、31b之例。滾珠軸承31a、31b設置於旋轉軸40之周圍，構成為能夠使旋轉軸40旋轉。於滾珠軸承31a、31b之內部，藉由規定之潤滑方式來減輕各滾動軸承內之摩擦。潤滑方式並無特別限定，例如可使用潤滑脂潤滑或油潤滑等，供給至各滾動軸承內部。關於潤滑劑之種類亦無特別限定。
滾珠軸承31a、31b分別包含外輪、作為滾動體之複數個滾珠及內輪而構成。將滾珠軸承31a、31b設為相同之構成進行說明。於圖3之例中，將各滾動軸承之內輪設為滾動輪，將外輪設為固定輪進行說明，但亦可為相反之構成。再者，於本實施方式中，示出了軸承裝置30包含2個滾珠軸承而構成之例，但即便是包含1個滾動軸承之軸承裝置亦能夠同樣地應用。又，構成為針對軸承裝置30擔負規定方向之荷重(徑向荷重、軸向荷重)。
馬達50為驅動用馬達，經由旋轉帶等對旋轉軸40供給由旋轉帶來之動力。加熱器60用於將作為測定對象之軸承裝置30周圍之溫度保持為規定溫度。LCR測定計20與軸承裝置30或旋轉軸40電性連接，此時，LCR測定計20亦作為針對軸承裝置30之交流電源發揮作用。
測定裝置10作為能夠執行本實施方式之狀態測定方法之測定裝置進行動作。測定裝置10於測定時指示LCR測定計20將交流電源之角頻率ω及交流電壓V作為輸入，並從LCR測定計20獲取軸承裝置30之阻抗|Z|(|Z|表示Z之絕對值)及相位角θ作為針對上述輸入之輸出。繼而，測定裝置10使用該等值來進行軸承裝置30之狀態之監測。關於狀態測定方法之詳細情況將於後文進行敍述。
測定裝置10例如可藉由包含未圖示之控制裝置、記憶裝置及輸出裝置而構成之資訊處理裝置來實現。控制裝置可包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、MPU(Micro Processing Unit，微處理單元)、DSP(Digital Single Processor，數位信號處理器)或專用電路等。記憶裝置包含HDD(Hard Disk Drive，硬式磁碟機)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)或RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等揮發性及非揮發性之記憶媒體，能夠根據來自控制裝置之指示而進行各種資訊之輸入輸出。輸出裝置包含揚聲器或燈、或者液晶顯示器等顯示裝置等，根據來自控制裝置之指示而對作業者進行輸出。輸出裝置之輸出方法並無特別限定，例如，可為利用畫面輸出之視覺輸出，亦可為利用聲音之聽覺輸出。又，輸出裝置可為具備通訊功能之網路介面，亦可藉由經由網路(未圖示)向外部裝置(未圖示)發送資料來進行輸出動作。此處之輸出內容係例如基於測定結果來進行狀態測定，並不限定於檢測出異常時之輸出，亦可包含內容為軸承裝置30正常之輸出。
[事先驗證] 圖4A～圖4C表示使用圖3所示之裝置構成，將電壓一面掃掠一面施加至滾動軸承時所得之測定結果之例。此處之測定中之條件如下所述。
(測定條件) 使用軸承：深槽滾珠軸承(型號：608) 溫度(外輪)：27[℃] 轉速：1000[min -1] 軸向荷重：32[N] 徑向荷重：0[N] 最大接觸壓力：1.0[GPa] 交流頻率：1000000[Hz] 交替電壓：0.5→3.5→0.5[V] 掃描速度：5/60[mV/s] (使用潤滑劑) 基礎油：聚α烯烴油(PAO) 封入量：40[mg] 動黏性率：17[mm 2/s](40℃下) 相對介電常數：2.1
(測定結果) 於圖4A中，橫軸表示施加電壓V[V]，縱軸表示阻抗之大小|Z|[Ω]。於圖4B中，橫軸表示施加電壓V[V]，縱軸表示相位角θ[°]。於圖4C中，橫軸表示阻抗之實數Z re[Ω]，縱軸表示阻抗之虛數Z im[Ω]。此處，示出使施加電壓逐漸增加(升壓)之情形時之結果。
於圖4A～圖4C之例中，使施加電壓升壓之結果為，阻抗於1.6 V附近發生變化(降低)。又，相位角θ於1.6 V附近發生變化(上升)。又，若參照圖4C進行說明，則可獲得如下結果：伴隨電壓之增加，潤滑劑從作為電容器動作之狀態(圖1之狀態)向作為電阻動作之狀態(圖2之狀態)轉變。此時，圖1之狀態相當於圖4C中-Z im之值為較高者之圖示(plot)，圖2之狀態相當於圖4C中-Z im之值為接近於0者之圖示。
基於上述測定結果，如圖1及圖2所示，可認為伴隨施加電壓之升壓，產生絕緣破壞，潤滑劑從作為電容器動作之狀態轉變成作為電阻動作之狀態。又，本案發明人藉由觀察如圖4A～圖4C所示之測定，認識到如圖4C所示之圖示之曲線形狀依存於構件間之表面粗糙度，又，因過渡電壓或絕緣破壞而產生之源於潤滑劑之電阻乃歸因於油膜厚度。
[建模] 於本實施方式中，考慮上述測定結果，為了導出構件之表面粗糙度及油膜厚度，而進行與產生絕緣破壞之條件對應之建模。
圖5係用以對構件之表面粗糙度進行說明之概念圖。與圖1同樣，作為利用潤滑劑進行潤滑之構件，舉出滾動體及外輪為例進行說明。又，滾動體之表面及外輪之表面雖各自存在凹凸(粗糙度)，但示作滾動體之表面有凹凸(合成表面粗糙度)，外輪之表面為平面。於圖5中，單點鏈線表示合成表面粗糙度之中心線。
於本實施方式中，滾動體之表面之凹凸如圖5(a)所示遵循常態分佈。以下，使用假定為常態分佈之數式進行說明，但並不限定於常態分佈。下述h只要能以機率密度函數表達，則可使用任意之機率密度。於此情形時，滾動體之表面之粗糙度(高度)能夠藉由以下之式(1)來定義。
[數1]
f(h)：兩面間間隔h之分佈之機率密度函數(PDF) h：兩面間間隔 μ：粗糙度之中心線與平滑面之間之距離 σ：合成表面粗糙度
當如圖5(b)所示將式(1)變形時，可表示為以下之式(2)。於圖5(b)中，橫軸表示累積分佈機率F，縱軸表示構件間之間隔h。
[數2]
F(h)：累積分佈函數(CDF)，兩面間間隔為h以下之機率 F：累積分佈機率
進而，於本實施方式中，使用絕緣破壞電壓E limit、絕緣破壞臨界油膜厚度h limit、絕緣破壞區域比率α limit。絕緣破壞電壓E limit表示潤滑劑中發生絕緣破壞之電壓。絕緣破壞臨界油膜厚度h limit表示作為不發生絕緣破壞之極限值之油膜厚度。絕緣破壞區域比率α limit表示接觸區域中發生了絕緣破壞之區域之比率。絕緣破壞電壓E limit、絕緣破壞臨界油膜厚度h limit、絕緣破壞區域比率α limit分別定義如下。
[數3]
[數4]
[數5]
E limit：絕緣破壞電壓 h limit：絕緣破壞臨界油膜厚度 α limit：絕緣破壞區域比率(0≦α limit≦1) V：電壓
圖6係用以對圖5(b)所示之累積分佈函數與絕緣破壞電壓E limit、絕緣破壞臨界油膜厚度h limit、絕緣破壞區域比率α limit之關係進行說明之圖。首先，針對施加電壓V，藉由上述式(3)～式(5)特定出絕緣破壞區域比率α limit。以絕緣破壞區域比率α limit為分界，累積分佈機率F低於絕緣破壞區域比率α limit之範圍表示發生絕緣破壞，油膜作為電阻發揮作用。另一方面，累積分佈機率F高於絕緣破壞區域比率α limit之範圍表示不發生絕緣破壞，油膜作為電容器發揮作用。
此處，如式(3)～式(5)所示，絕緣破壞區域比率α limit依存於施加電壓之變化而發生變化。於本實施方式中，將藉由潤滑劑進行潤滑之構件間之接觸區域內視為微小電阻之集合與微小電容器之集合的並聯電路。即，將較圖6所示之絕緣破壞區域比率α limit低之範圍設為電阻R，將較絕緣破壞區域比率α limit高之範圍設為電容器C來規定等效電路。
圖7係本實施方式之等效電路之概念圖。等效電路700具有複數個電阻701與複數個電容器702並聯連接之構成。此時，與累積分佈機率F低於絕緣破壞區域比率α limit之範圍對應之電阻701之數量、及與累積分佈機率F高於絕緣破壞區域比率α limit之範圍對應之電容器703之數量被視為根據絕緣破壞區域比率α limit而變化。
等效電路700可藉由以下之式(6)～式(13)來定義。又，圖8表示等效電路700與圖6等所示之累積分佈函數之關係。圖8所示之柱形圖(graph)801相當於與累積分佈機率F低於絕緣破壞區域比率α limit之範圍所包含之1個電阻701對應之微小區域之電阻ΔR。又，圖8所示之柱形圖802相當於與累積分佈機率F高於絕緣破壞區域比率α limit之範圍所包含之1個電容器702對應之微小區域之電容器ΔC。
[數6]
[數7]
[數8]
[數9]
[數10]
[數11]
[數12]
[數13]
R 1：接觸區域內之因潤滑劑而產生之電阻 ΔR：微小區域之電阻 C 1：接觸區域內之因潤滑劑而產生之靜電電容 ΔC：微小區域之靜電電容 ε：潤滑劑之介電常數 ρ：潤滑劑之體積電阻率 S：接觸區域面積
即，如式(6)～式(13)所示，於累積分佈函數中，對基於絕緣破壞區域比率α limit而界定之範圍之微小之電阻ΔR及電容器ΔC之值進行積分，藉此能特定出接觸區域中因潤滑劑而形成之電阻R 1及電容器C 1。
進而，基於上述所求出之電阻R 1及電容器C 1，藉由以下之式(14)，可定義接觸區域之阻抗Z 1。
[數14]
ω：交流電壓之角頻率 Z 1：接觸區域內之阻抗
[對滾動軸承之應用] 基於上述建模，進而說明對滾動軸承之應用。上述建模對應於1個接觸區域、即藉由潤滑劑進行潤滑之1個區域。另一方面，例如，於1個滾動軸承內部，包含複數個滾動體，複數個滾動體分別具有與外輪及內輪之接觸面。因此，於滾動軸承之情形時，需要對應於接觸區域之數量而對上述建模進行擴充。
圖9係表示本實施方式之包含滾動軸承之軸承裝置之等效電路之圖。各記號如下所述。 Z 1：1個接觸區域之阻抗 R E：外部電阻 C 2：接觸點附近之滾動體與軌道面間之靜電電容 C 3：滾動體與槽肩間之靜電電容 C 4：非負荷圏之滾動體與軌道面間之靜電電容 C 5：內外輪間之靜電電容 E 1：外輪(或內輪)與滾動體之接觸區域中之等效電路 E 2：1個滾動體周圍之接觸區域中之等效電路
此處，僅擔負軸向荷重，設為C 4＝0。又，Z 1及C 2於1個滾動體中在內輪側及外輪側產生，因此成為2個E 1串聯連接之構成。又，相應於位於軸向荷重之負荷圏之滾動體之數量，將E 2並聯連接。按滾動體之數量設定C 3，將其等並聯連接。對包含該等滾動軸承及外部電阻R E之軸承裝置整體之等效電路施加電壓V，測定阻抗Z。
若基於圖9之等效電路，則滾動體之數量為n之滾動軸承之阻抗Z bearing可藉由以下之式(15)來定義。此處，作為徑向荷重下之EIM之測定方法，有本案申請人之國際公開第2022/054352號所記載之方法，可基於此種方法來定義式(16)、式(17)。
[數15]
[數16]
[數17]
Z bearing：滾動軸承之阻抗 n：滾動體之數量 R tx：對內外輪進行平均所得之滾動方向之等效曲率半徑 R ty：對內外輪進行平均所得之與滾動方向正交之方向之等效曲率半徑 R b：滾動體半徑 h t1：於內外輪產生之油膜厚度之和 γ：槽角度 ϕ：平均內輪接觸角 C 5：內外輪間之靜電電容(實測值)
並且，軸承裝置整體之阻抗Z可藉由以下之式(18)來定義。
[數18]
Z：軸承裝置之阻抗
基於上述式以及測定時之各種參數、潤滑劑之規格及滾動軸承之規格，可特定出軸承裝置之阻抗Z與電壓V之關係。並且，藉由以與實測值一致之方式進行擬合，可推定被視為變數之未知之參數、例如油膜厚度及表面粗糙度。作為此處之擬合時之方法，可例舉本案申請人之國際公開第2022/054352號中記載之方法。於本實施方式中，示出使用此種方法之例。
[應用例] 圖10A～圖10C表示使用利用圖3所示之測定裝置進行測定所得之結果，基於上述等效電路進行擬合而得之結果。於本例中，示出使用以下之固定值進行擬合，將絕緣破壞電壓E limit、合成表面粗糙度σ、潤滑劑之體積電阻率ρ設為變數進行推定之例。
(設定參數) 接觸橢圓面積S＝2.4e-8[m 2](固定) 潤滑劑之介電常數ε＝2.1[-](固定) 平均油膜厚度μ＝37[nm](固定，h H-D＝44 nm，h EIM＝37 nm)
於圖10A中，橫軸表示電壓V[V]，縱軸表示相位角θ[°]。圖示1001表示測定結果，圖示1002表示擬合結果。
於圖10B中，橫軸表示電壓V[V]，縱軸表示阻抗之絕對值|Z|[Ω]。圖示1011表示測定結果，圖示1012表示擬合結果。
於圖10C中，橫軸表示阻抗之實數-Z re[Ω]，縱軸表示阻抗之虛數-Z im[Ω]。圖示1021表示測定結果，圖示1022表示擬合結果。
並且，擬合之結果及藉由上述各種式推定出之值如下所述。 絕緣破壞電壓E limit＝45[kV/mm](通常之油之物性值為30～40[kV/mm]，為同等程度) 合成表面粗糙度σ＝1[nm](試驗前Ra為12 nm) 發生絕緣破壞時之潤滑劑之體積電阻率ρ＝200[Ωm](通常之低頻下之油之物性值為1×10 10[Ωm])；h H-D：利用Hamrock-Dowson公式得出之計算油膜厚度；h EIM：藉由EIM測定出之油膜厚度
再者，施加至電路E之交流電壓V、於電路E中流動之電流I及電路E整體之複數阻抗Z由以下之式(19)～(21)表示。 V＝|V|exp(jωt)…(19) I＝|I|exp(j(ωt－θ))…(20) Z＝V/I＝|V/I|exp(jθ)＝|Z|exp(jθ)…(21) j：虛數 ω：電壓之角頻率 t：時間 θ：相位角(電壓與電流之相位之偏移)
[處理流程] 圖11係使用上述方法之本實施方式之狀態測定處理之流程圖。本處理可藉由測定裝置10執行而實現，例如由測定裝置10所具備之控制裝置(未圖示)將用以實現本實施方式之處理之程式從記憶裝置(未圖示)讀出並執行。再者，以下之處理中之擬合或參數之導出，亦可構成為使用泛用之軟體之功能來實現其一部分。
於S1101中，測定裝置10對LCR測定計20進行控制，以使用LCR測定計20所具備之交流電源(未圖示)將角頻率ω之交流電壓V之電力賦予至軸承裝置30。藉此，將角頻率ω之交流電壓V施加至各滾動軸承內之潤滑劑。
於S1102中，測定裝置10從LCR測定計20獲取阻抗|Z|及相位角θ，作為針對S1101中指示之輸入之輸出。即，LCR測定計20將阻抗Z及相位角θ作為針對輸入、即角頻率ω之交流電壓V之軸承裝置30之測定結果而輸出至測定裝置10。
於S1103中，測定裝置10基於潤滑劑之規格、軸承裝置之規格、測定條件等，設定上述式中之各種參數之值。再者，預先定義基於與測定對象對應之等效電路之數式，並以可供利用之方式登錄至測定裝置10中。
於S1104中，測定裝置10基於在S1102中獲取之阻抗Z及相位角θ、在S1101中指示之角頻率ω之交流電壓V之資訊，進行針對基於圖9所示之等效電路之式之擬合(套用)。例如，可使用本案申請人提出之國際公開第2022/054352號中記載之方法。
於S1105中，測定裝置10使用S1104中之擬合結果、及於S1103中設定了參數之數式進行變數參數之推定。此處之變數參數例如如使用圖10A～圖10C所進行之說明般，可為絕緣破壞電壓E limit 、合成表面粗糙度σ、潤滑劑之體積電阻率ρ。或者，亦可將平均油膜厚度μ推定為變數參數。
於S1106中，測定裝置10基於在S1105中推定出之結果進行狀態診斷。此處之診斷內容並無特別限定，例如可為如下構成：針對推定出之結果，預先設定規定閾值，藉由與該閾值之比較來診斷正常或異常。又，亦可為如下構成：預先設定與異常之緊急度對應之複數個閾值，藉由與該等閾值之比較來診斷緊急度。
於S1107中，測定裝置10對用戶輸出於S1106中推定出之值或於S1106中獲得之診斷結果。此處之輸出方法並無特別限定，例如可為如下構成：於畫面上顯示或者藉由聲音通知判斷為異常之參數或項目。繼而，結束本處理流程。
以上，藉由本實施方式，能夠監測利用潤滑劑進行潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度。例如，作為測定對象，可應用於具備滾動軸承之軸承裝置。
＜其他實施方式＞ 再者，如上所述，關於h，亦可使用除常態分佈以外之參數。於此種情形時，可使用與該參數對應之其他式來代替上述式(5)。又，式(4)可設為h limit＝h(α limit)使用。
又，本發明亦能夠藉由如下處理來實現：使用網路或記憶媒體等將用以實現上述1個以上之實施方式之功能之程式或應用軟體供給至系統或裝置，該系統或裝置之電腦中之1個以上之處理器讀出並執行程式。
又，亦可藉由實現1個以上之功能之電路(例如，ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊應用積體電路)或FPGA(Field Programmable Gate Array，場可程式化閘陣列))來實現。
如此，本發明並不限定於上述實施方式，本發明之預定內容亦在於將實施方式之各構成互相組合、或業者基於說明書之記載及周知之技術進行變更、應用，且該內容包含於要求保護之範圍內。
如上所述，於本說明書中揭示有如下事項。 (1)一種狀態測定方法，其特徵在於，其係對藉由潤滑劑(例如，103)潤滑之第1構件(例如，101)與第2構件(例如，102)之間進行狀態測定者，且 包含： 測定步驟(例如，S1101、S1102)，其係藉由將交流電壓一面進行掃掠一面施加至上述第1構件及上述第2構件而測定阻抗； 擬合步驟(例如，S1103、S1104)，其係基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定步驟之測定結果進行擬合；及 導出步驟(例如，S1105)，其係使用上述擬合步驟中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率來規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。 根據該構成，能夠監測利用潤滑劑進行潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度。特別是能夠基於潤滑劑之絕緣破壞之發生機率，監測潤滑劑周圍之狀態。
(2)如(1)中記載之狀態測定方法，其中上述規定數式係藉由以下內容來規定：
[數19]
[數20]
[數21]
[數22]
[數23]
E limit：絕緣破壞電壓 h limit：絕緣破壞臨界油膜厚度 α limit：絕緣破壞區域比率(0≦α limit≦1) V：施加電壓 R 1：接觸區域內之因潤滑劑而產生之電阻 C 1：接觸區域內之因潤滑劑而產生之靜電電容 Z 1：接觸區域內之阻抗 ε：潤滑劑之介電常數 ρ：潤滑劑之體積電阻率 S：接觸區域面積 j：虛數 ω：電壓之角頻率。 根據該構成，藉由規定基於潤滑劑之絕緣破壞之發生機率而定義之發生了絕緣破壞之區域，能夠推定潤滑劑周圍之各種參數。例如，能夠推定構件之表面粗糙度或油膜厚度。
(3)如(1)中記載之狀態測定方法，其特徵在於，上述第1構件及上述第2構件包含於滾動裝置(例如，30)中， 上述等效電路係根據上述滾動裝置之構成而規定。 根據該構成，能夠以滾動裝置為對象，推定潤滑劑周圍之狀態、特別是構件之表面粗糙度或油膜厚度。
(4)一種狀態測定裝置，其特徵在於，其係對藉由潤滑劑潤滑之第1構件與第2構件之間進行狀態測定者(例如，1)，且 具有： 測定機構(例如，20)，其藉由將交流電壓一面進行掃掠一面施加至上述第1構件及上述第2構件而測定阻抗； 擬合機構(例如，10)，其基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定機構之測定結果進行擬合；及 導出機構(例如，10)，其使用上述擬合機構中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率來規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。 根據該構成，能夠監測利用潤滑劑進行潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度。特別是能夠基於潤滑劑之絕緣破壞之發生機率，監測潤滑劑周圍之狀態。
(5)一種程式，其使電腦(例如，10)執行如下步驟： 測定步驟(例如，S1101、S1102)，其係藉由將交流電壓一面進行掃掠一面施加至藉由潤滑劑(例如，103)進行潤滑之第1構件(例如，101)及第2構件(例如，102)而測定阻抗； 擬合步驟(例如，S1103、S1104)，其係基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定步驟之測定結果進行擬合；及 導出步驟，其係使用上述擬合步驟中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態(例如，S1105)；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率來規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。 根據該構成，能夠監測利用潤滑劑進行潤滑之構件之表面粗糙度或油膜厚度。特別是能夠基於潤滑劑之絕緣破壞之發生機率，監測潤滑劑周圍之狀態。
以上，參照圖式，對各種實施方式進行了說明，當然，本發明並不限定於相關例。應瞭解，只要是本領域技術人員，顯然能夠於發明申請專利範圍中記載之範疇內想到各種變化例或修正例，其等當然亦屬於本發明之技術範圍。又，亦可於不脫離發明之主旨之範圍內任意組合上述實施方式中之各構成要素。
以上，對各種實施方式進行了說明，當然，本發明並不限定於相關例。應瞭解，只要是本領域技術人員，顯然能夠於發明申請專利範圍中記載之範疇內想到各種變化例或修正例，其等當然亦屬於本發明之技術範圍。又，亦可於不脫離發明之主旨之範圍內任意組合上述實施方式中之各構成要素。
再者，本申請係基於2022年11月7日提出申請之日本專利申請(特願2022-178453)者，其內容作為參照被引用至本申請中。
1:系統 10:測定裝置 20:LCR測定計 30:軸承裝置 31(31a,31b):滾動軸承(滾珠軸承) 40:旋轉軸 50:馬達 60:加熱器 100:滾動軸承 101:滾動體 102:外輪 103:潤滑劑 104:通電 111:電容器 112:電阻 700:等效電路 701:電阻 702:電容器 801:柱形圖 802:柱形圖 1001:圖示 1002:圖示 1011:圖示 1012:圖示 1021:圖示 1022:圖示 C:電容器 C 2:接觸點附近之滾動體與軌道面間之靜電電容 C 3:滾動體與槽肩間之靜電電容 C 5:內外輪間之靜電電容 E 1:外輪(或內輪)與滾動體之接觸區域中之等效電路 E 2:1個滾動體周圍之接觸區域中之等效電路 F:累積分佈機率 h:兩面間間隔(構件間之間隔) h limit:絕緣破壞臨界油膜厚度 R:電阻 R E:外部電阻 S1101:步驟 S1102:步驟 S1103:步驟 S1104:步驟 S1105:步驟 S1106:步驟 S1107:步驟 V:電壓(施加電壓、交流電壓) Z:阻抗 Z 1:接觸區域內之阻抗 Z im:阻抗之虛數 Z re:阻抗之實數 α limit:絕緣破壞區域比率 θ:相位角 μ:粗糙度之中心線與平滑面之間之距離(平均油膜厚度)
圖1(a)、(b)係用以對本發明之潤滑劑周圍之絕緣破壞進行說明之圖。 圖2(a)、(b)係用以對本發明之潤滑劑周圍之絕緣破壞進行說明之圖。 圖3係表示本發明之一實施方式之測定裝置之構成例的概略圖。 圖4A係表示本發明之一實施方式之測定結果之例的圖。 圖4B係表示本發明之一實施方式之測定結果之例的圖。 圖4C係表示本發明之一實施方式之測定結果之例的圖。 圖5(a)、(b)係用以對本發明之一實施方式之表面粗糙度之分佈進行說明的概念圖。 圖6(a)、(b)係用以對本發明之一實施方式之絕緣破壞之電壓依存性進行說明的概念圖。 圖7係表示本發明之一實施方式之潤滑劑周圍之等效電路的圖。 圖8係用以對本發明之一實施方式之絕緣破壞之電壓依存性進行說明的概念圖。 圖9係表示本發明之一實施方式之軸承裝置整體之等效電路的圖。 圖10A係表示本發明之一實施方式之測定結果之例的圖。 圖10B係表示本發明之一實施方式之測定結果之例的圖。 圖10C係表示本發明之一實施方式之測定結果之例的圖。 圖11係本發明之一實施方式之測定處理之流程圖。
801:柱形圖
802:柱形圖
C:電容器
F:累積分佈機率
h:兩面間間隔(構件間之間隔)
hlimit:絕緣破壞臨界油膜厚度
R:電阻
αlimit:絕緣破壞區域比率
μ:粗糙度之中心線與平滑面之間之距離(平均油膜厚度)

Claims (5)

  1. 一種狀態測定方法，其特徵在於，其係對藉由潤滑劑潤滑之第1構件與第2構件之間進行狀態測定者，且包含： 測定步驟，其藉由使交流電壓一面掃掠一面施加至上述第1構件及上述第2構件而測定阻抗； 擬合步驟，其基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定步驟之測定結果進行擬合；及 導出步驟，其使用上述擬合步驟中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率而規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。
  2. 如請求項1之狀態測定方法，其中上述規定數式係由以下規定： [數1] [數2] [數3] [數4] [數5] E limit：絕緣破壞電壓 h limit：絕緣破壞臨界油膜厚度 α limit：絕緣破壞區域比率(0≦α limit≦1) V：施加電壓 R 1：接觸區域內因潤滑劑而產生之電阻 C 1：接觸區域內因潤滑劑而產生之靜電電容 Z 1：接觸區域內之阻抗 ε：潤滑劑之介電常數 ρ：潤滑劑之體積電阻率 S：接觸區域面積 j：虛數 ω：電壓之角頻率。
  3. 如請求項1之狀態測定方法，其中上述第1構件及上述第2構件包含於滾動裝置中， 上述等效電路係根據上述滾動裝置之構成而規定。
  4. 一種狀態測定裝置，其特徵在於，其係對藉由潤滑劑潤滑之第1構件與第2構件之間進行狀態測定者，且具有： 測定機構，其藉由使交流電壓一面掃掠一面施加至上述第1構件及上述第2構件而測定阻抗； 擬合機構，其基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定機構之測定結果進行擬合；及 導出機構，其使用上述擬合機構中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率而規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。
  5. 一種程式，其使電腦執行： 測定步驟，其藉由將交流電壓一面進行掃掠一面施加至藉由潤滑劑潤滑之第1構件及第2構件而測定阻抗； 擬合步驟，其基於對應於上述第1構件及上述第2構件之構成而規定之等效電路，對上述測定步驟之測定結果進行擬合；及 導出步驟，其使用上述擬合步驟中獲得之結果、及包含表示上述第1構件與上述第2構件之間之狀態之參數的規定數式，導出上述狀態；且 上述規定數式使用基於上述第1構件及上述第2構件之表面粗糙度、上述潤滑劑之油膜厚度與施加電壓之關係而特定出之上述第1構件與上述第2構件之間發生絕緣破壞之區域的比率， 上述等效電路基於上述比率而規定因上述潤滑劑而形成之電容器及電阻。
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