WO2023199655A1 - 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

軸受装置の状態の検出方法、検出装置、およびプログラム Download PDF

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WO2023199655A1
WO2023199655A1 PCT/JP2023/008686 JP2023008686W WO2023199655A1 WO 2023199655 A1 WO2023199655 A1 WO 2023199655A1 JP 2023008686 W JP2023008686 W JP 2023008686W WO 2023199655 A1 WO2023199655 A1 WO 2023199655A1
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WO
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rollers
inner member
oil film
impedance
bearing
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/008686
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English (en)
French (fr)
Inventor
泰右 丸山
庸児 堀井
美沙紀 丹羽
駿介 岩瀬
Original Assignee
日本精工株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings

Definitions

  • the present invention relates to a method, a detection device, and a program for detecting the state of a bearing device.
  • Patent Document 1 discloses a method of applying a low DC voltage to a bearing and diagnosing the oil film state in the bearing from the measured voltage.
  • Patent Document 2 discloses a method in which the oil film is modeled as a capacitor, AC voltage is applied to the rotating wheel of the bearing in a non-contact state, and the oil film state of the bearing device is estimated based on the measured capacitance. Disclosed.
  • a tapered roller bearing is an example of a bearing used in a bearing device.
  • Tapered roller bearings are sometimes provided with a flange on the inner ring side in order to stabilize (guide) the position of the rolling elements. Since the collar and the rolling elements come into contact with each other when the tapered roller bearing operates, it is necessary to take these contacts into account when performing measurements.
  • the present invention has the following configuration. That is, a detection method for detecting the state of a bearing device including a tapered roller bearing including an outer member, an inner member, and a plurality of rollers, applying an alternating current voltage to an electric circuit made up of the outer member, the inner member, and the plurality of rollers while applying a predetermined load to the bearing device; measuring the impedance and phase angle of the electric circuit when the alternating current voltage is applied; Based on the impedance and the phase angle, the oil film thickness and metal contact ratio at least between the inner member and the plurality of rollers or between the inner member and the plurality of rollers are determined by the electric
  • a detection method characterized in that the detection method is derived using a calculation formula corresponding to a circuit.
  • a detection device that detects the state of a bearing device including a tapered roller bearing that includes an outer member, an inner member, and a plurality of rollers, Application of the alternating current voltage obtained when an alternating current voltage is applied to an electric circuit made up of the outer member, the inner member, and the plurality of rollers while a predetermined load is applied to the bearing device.
  • acquisition means for acquiring the impedance and phase angle of the electric circuit at the time; Based on the impedance and the phase angle, the oil film thickness and metal contact ratio at least between the inner member and the plurality of rollers or between the inner member and the plurality of rollers are determined by the electric 1.
  • a detection device comprising: derivation means for deriving the calculation using a calculation formula corresponding to a circuit.
  • the program is computer
  • the outer member, the inner member, and the plurality of rollers are Acquisition means for acquiring the impedance and phase angle of the electric circuit when the AC voltage is applied, which are obtained when the AC voltage is applied to the electric circuit constituted by;
  • the oil film thickness and metal contact ratio at least between the inner member and the plurality of rollers or between the inner member and the plurality of rollers are determined by the electric a deriving means for deriving using a calculation formula corresponding to the circuit;
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a device configuration during diagnosis according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a graph diagram showing a physical model of a bearing device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an equivalent circuit of the bearing device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining rolling elements (balls) of a bearing device.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining rolling elements (rollers) of a bearing device.
  • FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an equivalent circuit of the bearing device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a loaded area and a non-loaded area according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the capacitance of the load area according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the capacitance of the load area according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the capacitance of the load area according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an equivalent circuit according to the first embodiment of the present invention.
  • 3 is a flowchart of processing during measurement according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph diagram showing measurement results according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph diagram showing measurement results according to the first embodiment of the present invention.
  • a tapered roller bearing in which line contact may occur inside the rolling bearing will be used as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention also applies to rolling bearings with other configurations. It can also be applied to bearings.
  • the method of the present invention is applicable to any rolling bearing that has a flange similar to a tapered roller bearing in its interior, and any device that utilizes such a rolling bearing.
  • gears and the like can be cited as an example of a structure in which line contact occurs, and the present invention is also applicable to these.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration when performing diagnosis with a diagnostic device 1 according to the present embodiment.
  • a bearing device 2 to which the diagnostic method according to the present embodiment is applied and a diagnostic device 1 that performs diagnosis are provided.
  • the configuration shown in FIG. 1 is an example, and a different configuration may be used depending on the configuration of the bearing device 2 and the like.
  • the bearing device 2 is shown as having one rolling bearing, but the present invention is not limited to this, and one bearing device 2 may be equipped with a plurality of rolling bearings.
  • a rolling bearing which is a radial tapered roller bearing, rotatably supports the rotating shaft 7.
  • the rotating shaft 7 is supported by a housing (not shown) that covers the outside of the rotating shaft 7 via a rolling bearing that is a rotating component.
  • the rolling bearing includes an outer ring (outer member) 3 that is a fixed ring fitted inside the housing, an inner ring (inner member) 4 that is a rotating ring fitted around the rotating shaft 7, and a space between the inner ring 4 and the outer ring 3. It is provided with a plurality of rollers, which are the plurality of rolling elements 5, arranged in the same direction, and a retainer (not shown) that holds the rolling elements 5 in a freely rolling manner.
  • a structure in which the inner ring 4 is fixed and the outer ring 3 rotates may also be used.
  • a collar 6 is provided on the inner ring 4 side to stabilize the position of the rolling elements 5 on the rolling surface. In other words, the collar 6 guides the rolling elements 5 on their rolling surfaces.
  • a seal which is a peripheral member, may be provided to prevent dirt from entering the vicinity of the rolling element 5 and lubricating oil from leaking.
  • the lubrication method is not particularly limited, for example, grease lubrication, oil lubrication, etc. are used and are supplied to the inside of the rolling bearing.
  • the type of lubricant is also not particularly limited.
  • the motor 10 is a driving motor, and supplies rotational power to the rotating shaft 7.
  • the rotating shaft 7 is connected to an LCR meter 8 via a rotating connector 9.
  • the rotary connector 9 may be configured using, for example, a carbon brush, but is not limited to this.
  • the bearing device 2 is also electrically connected to the LCR meter 8, and at this time, the LCR meter 8 also functions as an AC power source for the bearing device 2.
  • the diagnostic device 1 operates as a detection device that can execute the detection method according to this embodiment.
  • the diagnostic device 1 instructs the LCR meter 8 to input the angular frequency ⁇ of the AC power supply and the AC voltage V, and as an output, the LCR meter 8 instructs the impedance of the bearing device 2
  • the diagnostic device 1 uses these values to detect the oil film thickness and metal contact ratio in the bearing device 2. Details of the detection method will be described later.
  • the diagnostic device 1 may be realized, for example, by an information processing device including a control device, a storage device, and an output device (not shown).
  • the control device may include a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a DSP (Digital Single Processor), a dedicated circuit, or the like.
  • the storage device is composed of volatile and nonvolatile storage media such as HDD (Hard Disk Drive), ROM (Read Only Memory), and RAM (Random Access Memory), and input/output of various information is controlled by instructions from the control device. It is possible.
  • the output device is comprised of a speaker, a light, a display device such as a liquid crystal display, etc., and provides notification to the operator based on instructions from the control device.
  • the notification method by the output device is not particularly limited, and may be, for example, an auditory notification using audio or a visual notification using screen output. Further, the output device may be a network interface with a communication function, and may perform the notification operation by transmitting data to an external device (not shown) via a network (not shown).
  • the content of notification here is not limited to notification when an abnormality is detected, for example, when an abnormality diagnosis is performed based on the detection result, but may also include notification that the bearing device 2 is normal. good.
  • FIG. 2 is a graph showing a physical model when a roller piece and a ring piece come into contact.
  • the roller piece corresponds to the roller that is the rolling element 5
  • the ring piece corresponds to the outer ring 3 (or inner ring 4).
  • the f(x) axis indicates the oil film thickness direction.
  • each variable shown in FIG. 2 is as follows. Note that the same variables in each equation used in the following explanation are given the same symbol and are associated with each other.
  • the oil film thickness h shown in FIG. 2 is expressed by the following equation (1).
  • h a (1- ⁇ ) h 1 ... (2)
  • FIG. 3 is a diagram showing the physical model shown in FIG. 2 using an electrically equivalent electric circuit (equivalent circuit).
  • the equivalent circuit E1 is composed of a resistor R 1 , a capacitor C 1 , and a capacitor C 2 .
  • the capacitor C 1 corresponds to the capacitor formed by the oil film in the Hertzian contact area and has a capacitance C 1 .
  • the capacitor C 2 corresponds to the capacitor formed by the oil film around the Hertzian contact area ( ⁇ r ⁇ x ⁇ a and a ⁇ x ⁇ r in FIG. 2), and has a capacitance C 2 .
  • the area around the Hertzian contact area (-r ⁇ x ⁇ -a and a ⁇ x ⁇ r in FIG. 2) is filled with lubricant.
  • the impedance of the equivalent circuit E1 is indicated by Z.
  • the AC voltage V applied to the equivalent circuit E1, the current I flowing through the equivalent circuit E1, and the complex impedance Z of the entire equivalent circuit E1 are expressed by the following equations (3) to (5).
  • V
  • I
  • exp(j ⁇ )
  • ⁇ Angular frequency of AC voltage t: Time
  • ⁇ Phase angle (phase shift between voltage and current)
  • the complex impedance Z is represented by two independent variables: the absolute value
  • the complex impedance Z of the entire equivalent circuit shown in FIG. 3 is expressed as in the following equation (6).
  • Z ⁇ 1 R 1 ⁇ 1 +j ⁇ (C 1 +C 2 ) ...(6)
  • R 1 Resistance value of resistor
  • R 1 C 1 Capacitance of capacitor C 1 C 2 : Capacitance of capacitor C 2
  • R 1 in equation (7) is inversely proportional to the contact area, it can be expressed as in equation (9) below.
  • R1 R10 / ⁇ ...(9)
  • R 10 can be expressed as in the following formula (10).
  • R10
  • the rupture rate ⁇ can be expressed as the following equation (11) from equation (7), equation (9), and equation (10). Note that when ⁇ 0 is the phase angle in the static contact state as described above, ⁇ can be regarded as the phase angle in the dynamic contact state.
  • C 1 in formulas (6) and (8) can be expressed as in formula (12) below.
  • the contact area S of the Hertzian contact area shown in FIG. becomes.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a case where the rolling elements are balls (for example, a ball bearing). Although the value of h 1 is shown here to be large for ease of explanation, in reality it is small enough to cause contact (in this case, point contact) as shown in FIG. In this case, point contact may occur between the rolling elements and the washer.
  • the capacitance of capacitor C2 in the equivalent circuit shown in Fig. 3 can be calculated using the following equation (14). .
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a case where the rolling elements are rollers (for example, a tapered roller bearing).
  • the value of h1 is shown large for ease of explanation, but in reality, as shown in FIG. It becomes small. In this case, line contact may occur between the rolling elements and the washer.
  • the capacitance of capacitor C2 in the equivalent circuit shown in Fig. 3 is given by the above equation (13). It can be calculated using the following formula.
  • rollers used in rolling bearings may be formed with chamfered ends.
  • a straight line portion where line contact may occur may be treated as L.
  • the contact area due to line contact (that is, the contact area S of the Hertzian contact area) can be expressed as 2aL as described above.
  • the capacitor C 2 may be added to the calculation formula (13) using the formula for calculating C 2 based on point contact (for example, the above formula (14)).
  • FIG. 6 is a diagram conceptually showing an equivalent circuit corresponding to the capacitance caused by the contact area generated around the rolling element 5 (roller).
  • the upper circuit in FIG. 6 shows the capacitor generated between the rolling element 5 and the outer ring 3
  • the lower left circuit shows the capacitor generated between the rolling element 5 and the rolling surface of the inner ring 4
  • the lower right circuit shows the capacitor generated between the rolling element 5 and the inner ring 4.
  • the circuit shows a capacitor occurring between the rolling elements 5 and the collar 6 of the inner ring 4.
  • the bottom two capacitors are shown as a parallel circuit.
  • the capacitor on the lower left side and the capacitor on the lower right side have the same contact area S and oil film thickness h of the Hertzian contact area.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the influence of the collar 6 based on the equivalent circuit shown in FIG.
  • the vertical axis is the oil film thickness h calculated by ignoring the capacitance generated in the collar 6, ignoring the collar, and the oil film thickness h between the rolling elements 5 and the rolling surface of the inner ring 4 (i.e. , the actual oil film thickness to be measured).
  • the horizontal axis indicates the ratio between the oil film thickness h produced on the collar 6 and the oil film thickness h between the rolling elements 5 and the rolling surface of the inner ring 4.
  • the values on the graph indicate the ratio of the Hertzian contact area S between the collar 6 and the rolling element 5 to the Hertzian contact area S between the rolling element 5 and the rolling surface of the inner ring 4.
  • FIG. 8(a) shows an example of a rolling element provided with a chamfer as in FIG. 5
  • FIG. 8(b) shows an example of a rolling element without a chamfer.
  • Rc indicates the radius of curvature of the chamfer (crowning).
  • the capacitance due to the rolling element with chamfer in FIG. 8(a) is assumed to be C2
  • the capacitance due to the rolling element without chamfering in FIG. 8(b) is assumed to be C2S .
  • the length in the longitudinal direction of the rolling element is L'
  • the length L is calculated by excluding the chamfered portion from L'. At this time, L ⁇ L'.
  • FIG. 9A is a graph diagram for explaining the influence of chamfering.
  • the vertical axis shows the ratio of C 2S to C 2 (C 2S /C 2 ), and the horizontal axis shows the oil film thickness h.
  • the value of C 2S /C 2 approaches 1, so the capacitance caused by chamfering can be reduced. It can be seen that even if ignored, the accuracy of oil film measurement is not affected much.
  • FIG. 9B is a graph diagram for explaining the relationship between C 2S /C 2 and the oil film thickness h when the value of the radius of curvature R c is changed.
  • the vertical axis indicates the ratio of C 2S to C 2 (C 2S /C 2 ), and the horizontal axis indicates the oil film thickness h.
  • R c 0.1, 1, 5, 10, and 20 [m].
  • FIG. 9C is a graph diagram for explaining the relationship between L/L' and the oil film thickness h when the ratio between the length L' in the longitudinal direction of the rolling element and the length L is changed. be.
  • the vertical axis indicates the ratio of C 2S to C 2 (C 2S /C 2 ), and the horizontal axis indicates the oil film thickness h.
  • L/L' 0, 0.25, 0.5, and 0.75.
  • it can be seen that in the range of L/L'>0.5 the influence of the capacitance generated in the chamfer on the oil film measurement accuracy cannot be ignored.
  • generally available roller bearings satisfy L/L' ⁇ 0.5.
  • FIG. 10 is a diagram showing an electrically equivalent electric circuit around the rolling element 5 of FIG. 1 based on the equivalent circuit E1 shown in FIG. 3. Focusing on one rolling element 5 among the plurality of rolling elements 5, an equivalent circuit E2 is formed between the outer ring 3 and the rolling element 5 and between the inner ring 4 and the rolling element 5.
  • the explanation will be made assuming that the upper side is an electric circuit formed by the outer ring 3 and the rolling elements 5, and the lower side is an electric circuit formed by the inner ring 4 and the rolling elements 5, but the reverse may be used.
  • these electric circuits, that is, the equivalent circuit E1 in FIG. 3 are connected in series to form an equivalent circuit E2.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a load zone and a non-load zone when a radial load is applied to a rolling bearing.
  • a radial load F r is applied via the rotating shaft 7 to the rolling bearing.
  • the range in which the Hertzian contact area as shown in FIG. 2 occurs is referred to as a loaded area, and the other area is referred to as a non-loaded area.
  • the range of the load zone may vary depending on the magnitude of the radial load, the configuration of the rolling bearing, and the like.
  • 12A and 12B are diagrams for explaining the concept of the capacitor C1 formed by the rolling elements 5 located in the load area.
  • the load zone includes five rolling elements, and each rolling element forms capacitors C 1 (1) to C 1 (5).
  • the size of the Hertzian contact area differs depending on the position of the rolling elements.
  • FIG. 12A it is also assumed that the capacitance decreases as the distance from the center increases in the load zone.
  • the oil film thickness h1 in the Hertzian contact area is not easily affected by the radial load, and in this embodiment, it is assumed that the oil film thickness within the load area is constant. Based on this, as shown in FIG. 12B, the Hertzian contact area S is averaged, and the capacitance of the capacitor C1 formed by each of the plurality of rolling elements 5 within the load area is treated as uniform. Therefore, the capacitance of the capacitor C1 formed by the plurality of rolling elements 5 located in the load area can be derived from the following equation (15).
  • n 1 Natural number indicating the rolling element located in the load zone (1 ⁇ m ⁇ n 1 )
  • n 1 Number of rolling elements located in the load zone
  • C 1 (m) Capacitance in the Hertzian contact area of rolling element m
  • C 1 ⁇ Average value of C 1 (m)
  • the gap between the rolling elements 5a and the outer ring 3 and the gap between the rolling elements 5a and the inner ring 4 are the same (h gap /2).
  • the radial gap h gap can be derived from the radial load F r and the specifications of the rolling bearing.
  • n Natural number indicating the rolling element located in the non-load area (1 ⁇ m ⁇ (nn 1 ))
  • n Total number of rolling elements
  • n 1 Number of rolling elements located in the load area
  • the capacitance C3 of the entire non-load area can be derived from equation (17) below.
  • n Natural number indicating the rolling element located in the non-load area (1 ⁇ m ⁇ (nn 1 )) n: Total number of rolling elements n 1 : Number of rolling elements located in the load zone ⁇ : Dielectric constant of lubricant C 3 (m): Capacitance in the Hertzian contact area of rolling element m ⁇ : Circumference ratio L: Rolling element (roller) length R tx : Effective radius of rolling element (roller) h gap : Radial clearance
  • FIG. 13 is a diagram showing an electrically equivalent circuit in the entire bearing device 2, taking into account the capacitors formed in the load zone and non-load zone.
  • n equivalent circuits E2 are connected in parallel corresponding to n rolling elements 5 located in the load zone.
  • C 1 ⁇ is used as the capacitance in the Hertzian contact area.
  • (nn 1 ) equivalent circuits E3 are connected in parallel corresponding to (nn 1 ) rolling elements 5 located in the non-load area.
  • capacitors are formed between the outer ring 3 and the rolling elements 5 and between the inner ring 4 and the rolling elements 5, so the equivalent circuit E3 is formed by connecting two capacitors C3 in series.
  • the configuration will be as follows.
  • the upper side is an electric circuit formed by the outer ring 3 and the rolling elements 5
  • the lower side is an electric circuit formed by the inner ring 4 and the rolling elements 5, but the reverse may be used.
  • AC power is supplied from the LCR meter 8 to an equivalent circuit E4 formed by the entire bearing device 2 shown in FIG. 13.
  • the lubrication state is detected using the oil film thickness h of the lubricant under radial load and the oil film rupture rate ⁇ .
  • the above equation (17) and the following equations (18) to (21) are used to derive the oil film thickness h of the lubricant and the oil film rupture rate ⁇ under radial load.
  • n Total number of rolling elements (rollers) in the bearing
  • n 1 Number of rolling elements (rollers) located in the load area b
  • ⁇ Average contact width of rolling elements (rollers)
  • L Length of rolling elements (rollers)
  • R tx Effective radius of rolling element (roller)
  • S t1 Average contact area
  • ⁇ Angular frequency of AC voltage
  • k Number of bearings
  • ⁇ Dimensionless constant h gap : Radial gap m: Natural number indicating rolling elements located in non-load area (1 ⁇ m ⁇ (nn 1 ))
  • : Impedance in static contact state ⁇ 0 Phase in static contact state
  • Impedance in dynamic contact state
  • ⁇ Phase in dynamic contact state
  • FIG. 14 is a flowchart of diagnostic processing according to this embodiment. This process is executed by the diagnostic device 1, and for example, a control device (not shown) included in the diagnostic device 1 reads a program for realizing the process according to the present embodiment from a storage device (not shown) and executes the program. This may be realized by
  • the diagnostic device 1 controls the bearing device 2 so that a radial load Fr is applied in a predetermined load direction.
  • a radial load F r is applied to the inner ring 4 .
  • the control to apply the radial load F r may be performed by a device different from the diagnostic device 1. At this time, the phase and impedance in a static contact state are measured.
  • the diagnostic device 1 causes the motor 10 to start rotating the rotating shaft 7.
  • the inner ring 4 connected to the rotating shaft 7 starts rotating.
  • the motor 10 may be controlled by a device other than the diagnostic device 1.
  • the diagnostic device 1 controls the LCR meter 8 to apply an AC voltage of angular frequency ⁇ to the bearing device 2 using an AC power source (not shown) included in the LCR meter 8. As a result, an AC voltage having an angular frequency ⁇ is applied to the bearing device 2.
  • the diagnostic device 1 obtains impedance
  • the diagnostic device 1 determines the oil film by applying the impedance
  • the diagnostic device 1 diagnoses the lubrication state of the bearing device 2 using the oil film thickness h and the rupture rate ⁇ derived in S1405.
  • a threshold value may be set for the oil film thickness h and the rupture rate ⁇ , and the lubrication state may be determined by comparing with the threshold value. Then, this processing flow ends.
  • test The results of tests conducted based on the above-mentioned diagnostic method will be explained.
  • the configuration during the test was based on the configuration shown in FIG. 1, and the test conditions were as follows.
  • Test bearing Tapered roller bearing Lubricant: Turbine oil Radial load: 53.5 [kN] Axial load: 0 [N] Temperature: room temperature (starting) Rotation speed: 50 to 1200 [min -1 ] AC voltage: 1.1 [V] AC power frequency: 100 [kHz]
  • FIG. 15A is a graph showing the relationship between oil film thickness h, time, and rupture rate ⁇ (metal contact ratio) obtained from the results of testing under the above test conditions.
  • the horizontal axis shows the time [hr] from the start of the test
  • the left vertical axis shows the oil film thickness [ ⁇ m]
  • the right vertical axis shows the rupture rate.
  • Plot 1501 shows the change in rupture rate and corresponds to the scale on the right.
  • Plot 1503 shows the change in oil film thickness and corresponds to the scale on the left.
  • Curve 1502 is the theoretical value of the oil film thickness.
  • FIG. 15B is a graph showing the relationship among rotation speed, time, and bearing temperature obtained from the results of the test under the above test conditions.
  • the horizontal axis shows time [hr] from the start of the test
  • the left vertical axis shows the rotation speed [rpm]
  • the right vertical axis shows the bearing outer ring temperature [° C.].
  • Curve 1511 shows the change in temperature and corresponds to the scale on the right.
  • Curve 1512 shows the change in rotational speed and corresponds to the scale on the left. Note that the horizontal axes in FIG. 15A and FIG. 15B correspond to each other.
  • the rupture rate increases, and correspondingly, the oil film thickness also decreases. Since the rotational speed of the bearing is high at this time, it is expected that starved lubrication occurs and the oil film breaks.
  • the calculated value of the oil film thickness using the method according to this embodiment ignores the capacitance generated in the brim, it is safer than the theoretical value, that is, the case where the oil film thickness is insufficient can be detected earlier. The value is such that it is possible. Therefore, with the diagnostic device 1 according to the present embodiment, it is possible to early detect a change in the state of the bearing device 2, especially a case where the oil film thickness is insufficient.
  • a program or application for realizing the functions of one or more embodiments described above is supplied to a system or device using a network or a storage medium, and one or more computers of the system or device are provided with a program or an application.
  • This can also be realized by a process in which a processor reads and executes a program.
  • circuit that realizes one or more functions (for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array)).
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, and those skilled in the art can combine the configurations of the embodiments with each other, modify and apply them based on the description of the specification and well-known techniques. It is also contemplated by the present invention to do so, and is within the scope for which protection is sought.
  • a detection method for detecting the state of a bearing device including a tapered roller bearing including an outer member, an inner member, and a plurality of rollers comprising: applying an alternating current voltage to an electric circuit made up of the outer member, the inner member, and the plurality of rollers while applying a predetermined load to the bearing device; measuring the impedance and phase angle of the electric circuit when the alternating current voltage is applied; Based on the impedance and the phase angle, the oil film thickness and metal contact ratio at least between the inner member and the plurality of rollers or between the inner member and the plurality of rollers are determined by the electric
  • a detection method characterized in that the detection method is derived using a calculation formula corresponding to a circuit.
  • the detection method according to (1) characterized in that: According to this configuration, it is possible to simultaneously and accurately detect the oil film thickness inside the bearing device including the tapered roller bearing and the metal contact ratio of the sliding portion.
  • the calculation formula is applicable regardless of whether at least one of the outer member and the inner member has a collar that guides the plurality of rollers (1 ) to (3).
  • the oil film thickness and metal contact ratio of sliding parts can be detected simultaneously and accurately, regardless of whether a collar is provided on either the outer ring or the inner ring in a conical or cylindrical roller bearing. It becomes possible to do so.
  • a detection device that detects the state of a bearing device including a tapered roller bearing that includes an outer member, an inner member, and a plurality of rollers, Application of the alternating current voltage obtained when an alternating current voltage is applied to an electric circuit made up of the outer member, the inner member, and the plurality of rollers while a predetermined load is applied to the bearing device.
  • acquisition means for acquiring the impedance and phase angle of the electric circuit at the time; Based on the impedance and the phase angle, the oil film thickness and metal contact ratio at least between the inner member and the plurality of rollers or between the inner member and the plurality of rollers are determined by the electric 1.
  • a detection device comprising: derivation means for deriving the calculation using a calculation formula corresponding to a circuit.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

円錐ころ軸受を含む軸受装置の状態を検出する検出方法は、前記軸受装置に所定の荷重を付与した状態で、外方部材、内方部材、および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、前記電気回路に対応する算出式を用いて導出する。

Description

軸受装置の状態の検出方法、検出装置、およびプログラム
　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、しゅう動部の金属接触割合が高まる。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。軸受装置にて用いられる軸受の構成には様々なものがある。構成に応じて、潤滑剤周りの部品間の接触状態を考慮する必要がある。例えば、軸受装置にて用いられる軸受の一例として、円錐ころ軸受が挙げられる。円錐ころ軸受は、転動体の位置を安定（案内）させるために、内輪側につばを設ける場合がある。このようなつばと転動体は、円錐ころ軸受が動作する際には接触が発生するため、これらの接触を考慮して測定を行う必要がある。
　上記課題を鑑み、本願発明は、円錐ころ軸受を含む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、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円錐ころ軸受を含む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、前記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円錐ころ軸受を含む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、前記電気回路に対応する算出式を用いて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、プログラムであって、
　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円錐ころ軸受を含む軸受装置に所定の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、前記電気回路に対応する算出式を用いて導出する導出手段、
として機能させるためのプログラム。
　本願発明により、円錐ころ軸受を含む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。
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。 軸受装置の転動体（ころ）を説明するための図。 円錐ころ軸受のつばの影響を説明するための回路図。 円錐ころ軸受のつばの影響を説明するためのグラフ図。 円錐ころ軸受の面取りの影響を説明するための概略図。 円錐ころ軸受の面取りの影響を説明するためのグラフ図。 円錐ころ軸受の面取りの影響を説明するためのグラフ図。 円錐ころ軸受の面取りの影響を説明するためのグラフ図。 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。 本願発明の第１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１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１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１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１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１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錐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、その内部にて円錐ころ軸受と同様のつばを有する転がり軸受、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。また、軸受装置において、線接触が生じる構成としては歯車なども挙げられるが、これらについても適用可能である。
　［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。
　軸受装置２において、ラジアル型の円錐ころ軸受である転がり軸受は、回転軸７を回転可能に支持する。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）３、回転軸７に外嵌される回転輪である内輪（内方部材）４、内輪４及び外輪３との間に配置された複数の転動体５である複数のころ、および転動体５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３を固定する構成としたが、内輪４が固定され、外輪３が回転するような構成であってもよい。また、内輪４側には、転動面における転動体５の位置を安定させるためのつば６が設けられる。言い換えると、つば６は、転動体５の転動面にて案内する。また、図１では不図示であるが、転動体５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が設けられてもよい。転がり軸受内部において、所定の潤滑方式により、内輪４（さらには、つば６）と転動体５の間、および、外輪３と転動体５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。
　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における転動体５と外輪３（または、内輪４）の接触状態について説明する。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を示すグラフである。ローラ片が転動体５であるころに対応し、リング片が外輪３（または、内輪４）に対応する。ｆ（ｘ）軸は、油膜厚さ方向を示す。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接触面積
　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
　ｈ１：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。
　図２に示す油膜厚さｈは以下の式（１）にて表される。
　ｈ＝ｆ（ｘ）＝ｈ１＋√（ｒ２－ａ２）－√（ｒ２－ｘ２）　（－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ｈａ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、ｈａは以下の式（２）により求められる。
　ｈａ＝（１－α）ｈ１　…（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，ｈ１＋√（ｒ２－ａ２））にて示される。
　［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Ｒ１、コンデンサＣ１、およびコンデンサＣ２から構成される。抵抗Ｒ１は、破断領域（＝αＳ）における抵抗に相当する。コンデンサＣ１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Ｃ１とする。コンデンサＣ２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Ｃ２とする。Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域の接触面積（＝Ｓ）が、図３の等価回路Ｅ１における抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の並列回路を形成する。更に、この抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１から構成される電気回路に対して、コンデンサＣ２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＜ｘ≦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ｈａ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＝Ｒ１ －１＋ｊω（Ｃ１＋Ｃ２）　…（６）
　Ｒ１：抵抗Ｒ１の抵抗値
　Ｃ１：コンデンサＣ１の静電容量
　Ｃ２：コンデンサＣ２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。
　Ｒ１＝｜Ｚ｜／ｃｏｓθ　…（７）
　ω（Ｃ１＋Ｃ２）＝－ｓｉｎθ／｜Ｚ｜　…（８）
　ここで、式（７）におけるＲ１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。
　Ｒ１＝Ｒ１０／α　…（９）
　Ｒ１０：静止時（すなわち、α＝１）における抵抗値
　Ｒ１０は、以下の式（１０）のように表すことができる。
　Ｒ１０＝｜Ｚ０｜／ｃｏｓθ０　…（１０）
　｜Ｚ０｜：静的接触状態におけるインピーダンス
　θ０：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θ０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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  
　一方、式（６）、式（８）におけるＣ１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、図2に示すＨｅｒｔｚｉａｎ接触域の接触面積Ｓは、転動体５であるころの長さ（ここでは、長手方向の接触幅）をＬとした場合、Ｓ＝２ａＬとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
  
　ε：潤滑剤の誘電率
　また、式（６）、式（８）におけるＣ２は、以下の式（１３）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
  
　［接触状態に応じた静電容量］
　ここで、点接触におけるＣ２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ｈ１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ｈ１とした場合、図３に示した等価回路におけるコンデンサＣ２の静電容量は以下の式（１４）にて算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
  
　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、転動体がころである場合（例えば、円錐ころ軸受）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ｈ１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、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ｈ１とした場合、図３に示した等価回路におけるコンデンサＣ２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、転がり軸受にて用いられるころは、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。この面取り部分の影響の詳細については、後述する。
　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接触域の接触面積Ｓ）は、上述したように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Ｃ２の算出式（例えば、上記の式（１４））を用いてコンデンサＣ２を算出式（１３）に加算してもよい。
　ここで、図１や図５に示すような円錐ころ軸受の構成に起因して考慮すべき影響について説明する。本実施形態では、円錐ころ軸受が有するつば６、および、図５に示す面取りの影響について検討する。本例では、内輪４側につば６が設けられ、外輪３側にはつばは無いものとして説明する。
　まず、つば６と転動体５との間に生じる接触による静電容量の影響について説明する。図６は、転動体５（ころ）周りに生じる接触領域に起因した静電容量に対応する等価回路を概念的に示した図である。図６の上側の回路は転動体５と外輪３との間に生じるコンデンサを示し、左下側の回路は転動体５と内輪４の転動面との間に生じるコンデンサを示し、右下側の回路は転動体５と内輪４のつば６との間に生じるコンデンサを示す。下側の２つのコンデンサは並列回路として示される。ここでは、説明を簡単にするため、左下側のコンデンサと、右下側のコンデンサは、Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触域の接触面積Ｓおよび油膜厚さｈは、同じであるものとして説明する。
　図７は、図６に示した等価回路に基づいて、つば６の影響を説明するための図である。図７において、縦軸は、つば６に生じる静電容量を無視して計算される油膜厚さｈつば無視と、転動体５と内輪４の転動面との間の油膜厚さｈ（すなわち、実際に測定したい油膜厚さ）との比を示す。また、図７において、横軸は、つば６に生じる油膜厚さｈつばと、転動体５と内輪４の転動面との間の油膜厚さｈとの比を示す。また、グラフ上の値は、つば６と転動体５とのＨｅｒｔｚｉａｎ接触面積Ｓつばと、転動体５と内輪４の転動面とのＨｅｒｔｚｉａｎ接触面積Ｓとの比を示す。
　例えば、円錐ころ軸受の構造を考慮した場合、転動体５と内輪４の転動面との接触面積に比べ、転動体５と内輪４のつば６との接触面積は小さくなると想定される。つまり、Ｓつば＜Ｓとなることが想定される。そのうえで、図７を参照すると、Ｓつば／Ｓ＝０．１の曲線では、特にｈつば／ｈの値が４を超えると、ｈつば無視／ｈの値はほぼ１となる。言い換えると、つばの有無に関わらず、略同じ値を得ることができる。つまり、つばを無視して後述の測定を行ったとしても、略同等の測定精度を得ることができる。あるいは如何なる条件であっても、ｈつば無視／ｈ＞０．５であることがわかる。一般的にｈつば／ｈ≒４であるが、ｈつばが非常に薄く、かつＳつば／Ｓが非常に大きい場合であっても、つばに生じる静電量量を無視して得られるｈつば無視は実際に測定したい転動体５と内輪４の転動面との間の油膜厚さｈと比較して５０％以上薄く評価することはない。また如何なる条件であってもｈつば無視／ｈ＜１であることからつばに生じる静電量量を無視しても実際よりも厚く評価することはないため、潤滑状態をモニタリングする装置としては安全率を考慮した状態で判断することになる。
　次に図５に示したような転動体５における面取りの影響について説明する。図８（ａ）は、図５と同様に面取りが設けられた転動体の例を示し、図８（ｂ）は面取りが設けられていない転動体の例を示す。図８（ａ）において、Ｒｃは、面取り（クラウニング）の曲率半径を示す。また、図８（ａ）の面取り有りの転動体によるキャパシタンスをＣ２とし、図８（ｂ）の面取り無しの転動体によるキャパシタンスをＣ２Ｓとして説明する。また、転動体の長手方向の長さＬ’とし、Ｌ’から面取り部分を除いた長さＬとする。このとき、Ｌ＜Ｌ’となる。
　図９Ａは、面取りの影響を説明するためのグラフ図である。図９Ａにおいて、縦軸はＣ２ＳとＣ２の比（Ｃ２Ｓ／Ｃ２）を示し、横軸は油膜厚さｈを示す。Ｃ２Ｓ／Ｃ２の値が１に近いほど、面取りの影響は小さくなる。図９Ａを参照すると、ｈ＜１．０×１０４［ｎｍ］（＝１０［μｍ］）であれば、Ｃ２Ｓ／Ｃ２の値が１に漸近しているので面取りに生じる静電容量を無視しても油膜測定精度にあまり影響を及ぼさないことがわかる。
　図９Ｂは、曲率半径Ｒｃの値を変化させた場合のＣ２Ｓ／Ｃ２と、油膜厚さｈの関係を説明するためのグラフ図である。縦軸はＣ２ＳとＣ２の比（Ｃ２Ｓ／Ｃ２）を示し、横軸は油膜厚さｈを示す。ここでは、Ｒｃ＝０．１、１、５、１０、２０［ｍ］の５つの結果を示している。図９Ｂを参照すると、いずれの曲率半径Ｒｃであっても、図９Ａと同様、ｈ＜１．０×１０4［ｎｍ］（＝１０［μｍ］）であれば、面取りを無視できる。言い換えると、面取りの有無に関わらず、後述の測定を行うことが可能である。
　図９Ｃは、転動体の長手方向の長さＬ’と、長さＬとの比の値を変化させた場合のＬ／Ｌ’と、油膜厚さｈの関係を説明するためのグラフ図である。縦軸はＣ２ＳとＣ２の比（Ｃ２Ｓ／Ｃ２）を示し、横軸は油膜厚さｈを示す。ここでは、Ｌ／Ｌ’＝０、０．２５、０．５、０．７５の４つの結果を示している。図９Ｃを参照すると、いずれのＬ／Ｌ’≦０．５であれば、図９Ａと同様、ｈ＜１．０×１０４［ｎｍ］（＝１０［μｍ］）において、面取りを無視しても問題ない。しかし、Ｌ／Ｌ’＞０．５の範囲では面取りに生じる静電容量が油膜測定精度に与える影響を無視できないことがわかる。ただし、一般的に流通しているころ軸受はＬ／Ｌ’≦０．５を満たしている。
　上記の結果を踏まえ、本実施形態では、円錐ころ軸受の構成におけるつばや面取りは無視して測定を行う。このように取り扱った場合でも、円錐ころ軸受の構成に応じて、一定程度の精度にて測定を行うことが可能である。なお、外輪３と内輪４の両方につばが設けられていた場合でも、本実施形態に係る方法は適用可能である。
　図１０は、図３にて示した等価回路Ｅ１に基づいて、図１の転動体５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５のうちの１つの転動体５に着目すると、外輪３と転動体５の間、および、内輪４と転動体５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３と転動体５にて形成される電気回路とし、下側を内輪４と転動体５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５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Ｆｒ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５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Ｃ１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５により形成されるコンデンサＣ１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Ｃ１（１）～Ｃ１（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ｈ１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接触面積Ｓを平均化し、負荷圏内の複数の転動体５それぞれにより形成されるコンデンサＣ１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５により形成されるコンデンサＣ１の静電容量は以下の式（１５）にて導出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
  
　ｍ：負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦ｎ１）
　ｎ１：負荷圏に位置する転動体数
　Ｃ１（ｍ）：転動体ｍのＨｅｒｔｚｉａｎ接触域における静電容量
　Ｃ１￣：Ｃ１（ｍ）の平均値
　次に非負荷圏におけるコンデンサＣ３の静電容量ついて説明する。非負荷圏において、転動体５と外輪３と隙間、および、転動体５と内輪４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５のうち、中央に位置する転動体５ａと外輪３および転動体５ａと内輪４との隙間をラジアル隙間ｈｇａｐとした場合、非負荷圏に位置する複数の転動体５それぞれと外輪３との隙間は以下の式（１６）から導出することができる。なお、転動体５ａと外輪３との隙間、および、転動体５ａと内輪４との隙間は同じ（ｈｇａｐ／２）であるとして説明する。なお、ラジアル隙間ｈｇａｐは、ラジアル荷重Ｆｒと、転がり軸受の仕様などから導出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
  
　ｍ：非負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦（ｎ－ｎ１））
　ｎ：全転動体数
　ｎ１：負荷圏に位置する転動体数
　そして、式（１６）に基づき、非負荷圏全体の静電容量Ｃ３は、以下の式（１７）から導出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
  
　ｍ：非負荷圏に位置する転動体を示す自然数（１≦ｍ≦（ｎ－ｎ１））
　ｎ：全転動体数
　ｎ１：負荷圏に位置する転動体数
　ε：潤滑剤の誘電率
　Ｃ３（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
　Ｒｔｘ：転動体（ころ）の有効半径
　ｈｇａｐ：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２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５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、Ｃ１￣が用いられる。
　また、非負荷圏に位置する（ｎ－ｎ１）個の転動体５に対応して、（ｎ－ｎ１）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３と転動体５の間、および、内輪４と転動体５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Ｅ３は、２つのコンデンサＣ３が直列に接続された構成となる。ここでは、上側を外輪３と転動体５にて形成される電気回路とし、下側を内輪４と転動体５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２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（１７）および以下の式（１８）～（２１）を用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
  
　ｎ：軸受内の全転動体（ころ）の数
　ｎ１：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
　Ｒｔｘ：転動体（ころ）の有効半径
　Ｓｔ１￣：平均接触域
　Ｓｉ１（ｍ）：転動体（ころ）ｍと内輪の間の接触域
　Ｓｏ１（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
　ｈｇａｐ：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））
　｜Ｚ０｜：静的接触状態におけるインピーダンス
　θ０：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の説明ではローラ片の接触幅を２ａにて示したが、転動体５が複数あるため、上記の式（２１）では、これらの平均である２ｂ￣を用いる。
　［処理フロー］
　図１４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。
　Ｓ１４０１にて、診断装置１は、軸受装置２に対して、所定の荷重方向にラジアル荷重Ｆｒが与えられるように制御する。ここでは、内輪４に対して、ラジアル荷重Ｆｒが与えられる。なお、ラジアル荷重Ｆｒ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。
　Ｓ１４０２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に接続された内輪４の回転が開始される。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。
　Ｓ１４０３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。
　Ｓ１４０４にて、診断装置１は、Ｓ１４０３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。
　Ｓ１４０５にて、診断装置１は、Ｓ１４０４にて取得したインピーダンス｜Ｚ｜および位相角θ、Ｓ１４０３にて用いた交流電圧の角周波数ωを、式（１７）～（２１）に適用することで油膜厚さｈおよび破断率αを導出する。
　Ｓ１４０６にて、診断装置１は、Ｓ１４０５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。
　［試験］
　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。
　（試験条件）
　試験軸受：円錐ころ軸受
　潤滑剤：タービン油
　ラジアル荷重：５３．５［ｋＮ］
　アキシアル荷重：０［Ｎ］
　温度：室温（開始時）
　回転数：５０～１２００［ｍｉｎ－１］
　交流電圧：１．１［Ｖ］
　交流電源の周波数：１００［ｋＨｚ］
　図１５Ａ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油膜厚さｈ、時間、および破断率α（金属接触割合）の関係を示すグラフ図である。図１５Ａにおいて、横軸は試験開始からの時間［ｈｒ］を示し、左縦軸は油膜厚さ［μｍ］を示し、右縦軸は破断率を示す。プロット１５０１は破断率の変化を示し、右側の目盛りに対応する。プロット１５０３は、油膜厚さの変化を示し、左側の目盛りに対応する。曲線１５０２は、油膜厚さの理論値である。
　図１５Ｂ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数、時間、軸受の温度の関係を示すグラフ図である。図１５Ｂにおいて、横軸は試験開始からの時間［ｈｒ］を示し、左縦軸は回転数［ｒｐｍ］を示し、右縦軸は軸受外輪温度［℃］を示す。曲線１５１１は温度の変化を示し、右側の目盛りに対応する。曲線１５１２は回転数の変化を示し、左側の目盛りに対応する。なお、図１５Ａと図１５Ｂの横軸は対応しているものとする。
　図１５Ａや図１５Ｂを参照すると、例えば、時間が０．５［ｈｒ］を経過した辺りにて、破断率が上昇し、これに対応するように、油膜厚さも減少している。この時軸受の回転数が高いことから、枯渇潤滑が生じて油膜が破断していることが予想される。また、本実施形態に係る手法による油膜厚さの算出値はつばに生じる静電容量を無視しているため、理論値よりも安全寄り、すなわち、油膜厚さが不足する場合をより早期に検出できるような値となっている。そのため、本実施形態に係る診断装置１では、軸受装置２の状態変化、特に油膜厚さが不足している場合を早期に検出することが可能である。
　以上、本実施形態により、円錐ころ軸受を含む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。
　＜その他の実施形態＞
　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）　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円錐ころ軸受を含む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、前記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方法。
　この構成によれば、円錐ころ軸受を含む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。
　（２）　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、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
  
であることを特徴とする（１）に記載の検出方法。
　この構成によれば、円錐ころ軸受を含む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。
　（３）　前記算出式は、前記複数のころそれぞれに対して面取りがなされているか否かに関わらず適用可能であることを特徴とする（１）または（２）に記載の検出方法。
　この構成によれば、円錐、あるいは円筒ころ軸受内の転動体に面取りが設けられているか否かに関わらず、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。
　（４）　前記算出式は、前記外方部材、および前記内方部材の少なくとも一方が、前記複数のころを案内するつばを有するか否かに関わらず適用可能であることを特徴とする（１）～（３）のいずれかに記載の検出方法。
　この構成によれば、円錐、あるいは円筒ころ軸受内の外輪または内輪のいずれかにつばが設けられているか否かに関わらず、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。
　（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。
　この構成によれば、油膜厚さおよび金属接触割合に基づいて、円錐、あるいは円筒ころ軸受の潤滑剤に関する状態を診断することができる。
　（６）　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円錐ころ軸受を含む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、前記電気回路に対応する算出式を用いて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、円錐ころ軸受を含む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。
　（７）　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円錐ころ軸受を含む軸受装置に所定の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、前記電気回路に対応する算出式を用いて導出する導出手段、
として機能させるためのプログラム。
　この構成によれば、円錐ころ軸受を含む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。
　以上、図面を参照しながら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。
　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４月１３日出願の日本特許出願（特願２０２２－０６６４４９）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…外輪（外方部材）
４…内輪（内方部材）
５…転動体（ころ）
６…つば
７…回転軸
８…ＬＣＲメータ
９…回転コネクタ
１０…モータ

Claims (7)

  1. 　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円錐ころ軸受を含む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、前記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方法。
  2. 　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、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
     　ｎ：軸受内の全転動体（ころ）の数
    　ｎ１：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
    　Ｒｔｘ：転動体（ころ）の有効半径
    　Ｓｔ１￣：平均接触域
    　Ｓｉ１（ｍ）：転動体（ころ）ｍと内輪の間の接触域
    　Ｓｏ１（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
    　ｈｇａｐ：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））
    　｜Ｚ０｜：静的接触状態におけるインピーダンス
    　θ０：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１に記載の検出方法。
  3. 　前記算出式は、前記複数のころそれぞれに対して面取りがなされているか否かに関わらず適用可能であることを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
  4. 　前記算出式は、前記外方部材、および前記内方部材の少なくとも一方が、前記複数のころを案内するつばを有するか否かに関わらず適用可能であることを特徴とする請求項１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. 　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円錐ころ軸受を含む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、前記電気回路に対応する算出式を用いて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。
  7. 　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円錐ころ軸受を含む軸受装置に所定の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、前記電気回路に対応する算出式を用いて導出する導出手段、
    として機能させるためのプログラム。
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