(57)【要約】【課題】潤滑剤に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤の厚さを求める技術において、励起光の影響を抑えて測定精度を高める。【解決手段】測定装置２２は、潤滑剤４２に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤の厚さを求めるための装置である。測定装置２２は、前記蛍光物質の励起光を出力するレーザー光源３２と、潤滑剤４２の厚さを求める対象の領域Ｑを撮影するカメラ３４と、前記対象の領域Ｑとカメラ３４との間に設けられ、前記蛍光物質の蛍光の波長の光を透過させかつ前記励起光の波長の光を減衰する光学フィルタ３８とを備える。光学フィルタ３８は、励起光減衰係数を低下させる構造を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤の厚さを求めるための測定装置であって、
前記蛍光物質の励起光を出力する光源と、
潤滑剤の厚さを求める対象の領域を撮影する撮影装置と、
前記対象の領域と前記撮影装置との間に設けられ、前記蛍光物質の蛍光の波長の光を透過させかつ前記励起光の波長の光を減衰する光学フィルタと、
を備え、
前記光学フィルタは、励起光減衰係数を低下させる構造を有する、測定装置。
【請求項２】
複数枚の前記光学フィルタが重ねて設けられている、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記光学フィルタの厚さが、４ミリメートル以上であり６ミリメートル以下である、請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
潤滑剤に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤の厚さを求める方法であって、
前記蛍光物質を励起させる励起光によって、潤滑剤の厚さを求める対象の領域を照らす照射工程と、
前記対象の領域に対向して設けられた撮影装置が、当該対象の領域を撮影する撮影工程と、
を含み、
前記撮影工程では、前記対象の領域と前記撮影装置との間に、励起光減衰係数を低下させる構造を有する光学フィルタが設けられている、測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑剤の厚さを測定する方法及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば二つの部材が滑り接触する場合、オイルやグリースのような潤滑剤が用いられる。これにより二つの部材の接触面間に潤滑剤による油膜が形成され、焼き付き等の損傷を防ぐことが可能となる。二つの部材間の油膜厚さを適切な値とすることにより、好ましい潤滑状態が得られることから、潤滑剤の研究では、二つの部材が接触する部分（接触部）における油膜厚さを測定する取り組みが行われている。特許文献１には、潤滑剤による油膜厚さを測定する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０２５６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
潤滑剤の厚さ（油膜厚さ）の測定方法としてレーザー誘起蛍光法が知られている。レーザー誘起蛍光法は、蛍光物質を含む潤滑剤を例えば二つの部材間に塗布し、レーザー光を照射することで蛍光物質から発せられる蛍光の輝度を計測する方法である。これは、油膜が厚くなるにしたがって、蛍光物質の量が増大することから、油膜厚さに比例して蛍光（光励起）による輝度が高くなることを利用した測定方法である。なお、一つの部材が他の部材と接触して前記のように油膜を形成する機械要素として、例えば密封装置（シール）がある。
【０００５】
前記測定方法では、測定の対象となる領域に存在し蛍光物質を含む潤滑剤がカメラによって撮影され、撮影画像が画像解析され、これにより輝度が計測される。カメラが撮影することで得られる輝度には、蛍光の成分の他に、励起光の反射による成分が含まれる。図２は、励起光の波長と、その励起光による蛍光物質の蛍光の波長とを示す図である。励起光の波長に対し、蛍光の波長は長波長側にシフトする。励起光の反射による成分は、蛍光の輝度にとってノイズとなることから、励起光の波長の光を減衰する光学フィルタを用いることが考えられる。
【０００６】
しかし、光学フィルタは所定の波長領域の光を減衰させるが（カットするが）、その波長領域の光であってもわずかに透過させる。また、前記のとおり、励起光の波長に対して蛍光の波長はシフトするが、光学フィルタの特性により、励起光を十分に減衰できない場合がある。つまり、蛍光の波長と励起光の波長とが比較的近い場合、蛍光の透過率が例えば９０％となる光学フィルタを選定しても、光学フィルタの波長傾斜幅によって、励起光の透過率が例えば５０％程度となることがあり、この場合、励起光を十分に減衰することができない。
【０００７】
誘起蛍光法を利用した測定では、撮影装置を用いて計測された輝度が、潤滑剤の厚さに換算されることから、励起光の成分はノイズとなる。このため、励起光の影響が大きい場合、測定誤差が大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、潤滑剤に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤の厚さを求める技術において、励起光の影響を抑えて測定精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、潤滑剤に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤の厚さを求めるための測定装置であって、前記蛍光物質の励起光を出力する光源と、潤滑剤の厚さを求める対象の領域を撮影する撮影装置と、前記対象の領域と前記撮影装置との間に設けられ、前記蛍光物質の蛍光の波長の光を透過させかつ前記励起光の波長の光を減衰する光学フィルタと、を備え、前記光学フィルタは、励起光減衰係数を低下させる構造を有する。
【００１０】
撮影装置が撮影した画像に基づいて、潤滑剤に含まれる蛍光物質からの発光による輝度が計測される。しかし、その計測の結果は、計測したい信号（蛍光）にノイズ信号（励起光）が足された値となる。光学フィルタの励起光減衰係数をｋとし、励起光による発光量をＩｒとし、蛍光による発光量をＩｆとした場合、撮影した画像に基づく輝度（受光強度）の計測値Ｉは、次の式により表される。
Ｉ＝Ｉｒ×ｋ＋Iｆ
【００１１】
そこで、前記測定装置によれば、光学フィルタは、励起光減衰係数を低下させる構造を有する。このため、撮影した画像に基づく輝度の計測値においてノイズ信号が低減される。よって、励起光の影響を抑えて、測定精度を高めることが可能となる。
【００１２】
励起光減衰係数を低下させる構造として、例えば、複数枚の前記光学フィルタが重ねて設けられた構成が採用される。この場合、励起光減衰係数を容易に低下させることが可能である。
【００１３】
また、励起光減衰係数を低下させる構造として、例えば、前記光学フィルタの厚さが、４ミリメートル以上であり６ミリメートル以下である構成が採用される。光学フィルタを厚くする（４ミリメートル以上とする）ことで、励起光減衰係数を低下させることが可能である。また、光学フィルタを厚くしすぎると、蛍光の成分も減衰してしまうことから、６ミリメートル以下とするのが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、潤滑剤に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤の厚さを求める方法であって、前記蛍光物質を励起させる励起光によって、潤滑剤の厚さを求める対象の領域を照らす照射工程と、前記対象の領域に対向して設けられた撮影装置が、当該対象の領域を撮影する撮影工程と、を含み、前記撮影工程では、前記対象の領域と前記撮影装置との間に、励起光減衰係数を低下させる構造を有する光学フィルタが設けられている。
【００１５】
この測定方法によれば、光学フィルタは、励起光減衰係数を低下させる構造を有する。このため、撮影した画像に基づく輝度の計測値においてノイズ信号が低減される。よって、励起光の影響を抑えて、測定精度を高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、励起光の影響を抑えて、測定精度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】油膜厚さの測定方法で用いられる測定装置の概略図である。
【図２】励起光の波長と、その励起光による蛍光物質の蛍光の波長とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔はじめに〕
以下に説明する測定方法は、第一部材と、この第一部材に接触する第二部材との間の接触部における潤滑剤の厚さを測定する方法である。この測定の方法（以下、「測定方法」と称する。）の実施形態について説明する。なお、本実施形態のように、第一部材と第二部材とは接触した状態で相対移動する場合がある。
【００１９】
この測定方法では、励起光により発光する蛍光物質を含む潤滑剤が用いられる。潤滑剤は、オイル（潤滑油）であってもよく、オイルに増ちょう剤を分散させたグリースであってもよい。オイルの種類に関して特に制限はない。蛍光物質は、励起光により発光する物質であれば、その種類に制限はない。蛍光物質の例としては、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ等の蛍光染料が挙げられる。
【００２０】
〔測定装置について〕
図１は、測定方法で用いられる測定装置２２の概略図である。測定装置２２は、第一部材としてのカバー部材２８と、カバー部材２８に対向して配置される第二部材としての環状のシール部材２６と、シール部材２６が取付けられている板状の取付けプレート２４とを備える。図１において、紙面の上下方向が鉛直線の延在方向である。
【００２１】
測定装置２２は、例えば、電動モーターを含む回転機構２９を備える。回転機構２９は、シャフト３０をその中心線Ｃ回りに回転させる。シャフト３０にカバー部材２８が固定されている。シャフト３０の回転により、カバー部材２８が中心線Ｃを中心に回転する。取付けプレート２４は、図示されない測定装置２２のフレームに固定されている。取付けプレート２４は回転しない。前述したように、シール部材２６は取付けプレート２４に固定されている。このため、シャフト３０の回転により、カバー部材２８がシール部材２６に対して移動する。なお、これとは反対に、シール部材２６（及び取付けプレート２４）が中心線Ｃ回りに回転してもよい。つまり、測定方法（測定装置２２）では、シール部材２６とカバー部材２８とが相対的に移動（回転）してもよい。シール部材２６の先端がカバー部材２８に所要の締め代で接触する。測定装置２２では、シール部材２６がカバー部材２８を摺動する状態（滑り接触する状態）が再現される。
【００２２】
シール部材２６は、合成ゴム（例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）等）を基材ゴムとする弾性材料からなる。なお、転がり軸受の転動体（例えば、鉄等の金属製の玉）を第二部材として用いることもできる。
【００２３】
測定装置２２は、光源としてのレーザー光源３２、及び撮影装置としてのカメラ３４を備える。測定装置２２は、更に、コンピュータにより構成されている処理装置４８を備える。レーザー光源３２は、前記蛍光物質の励起光として、レーザー光を出力する。レーザー光源３２は、潤滑剤４２の厚さを求める対象の領域Ｑ、つまり、カバー部材２８とシール部材２６（先端）とが接触する部分（接触部３６）及びその周囲に向けてレーザー光を出力する。レーザー光により潤滑剤４２に含まれる蛍光物質は励起され、蛍光を放つ。つまり、レーザー光は、蛍光物質を発光させる。レーザー光源３２の例として、ＹＡＧレーザーが挙げられる。
【００２４】
カメラ３４は、カバー部材２８を挟んで前記対象の領域Ｑに対向するように配置される。カメラ３４は、前記対象の領域Ｑの画像を取得する。取得した画像データは処理装置４８に送信され、処理装置４８によって画像解析が行われる。
【００２５】
本実施形態では、前記対象の領域Ｑに対するレーザー光Ｌの照射範囲は、カメラ３４による撮影範囲よりも広い。カバー部材２８は、レーザー光、及び蛍光物質の蛍光を透過させる。本実施形態のカバー部材２８は、無色透明なアクリル樹脂製のプレートである。無色透明なガラスプレートが、カバー部材２８として用いられてもよい。
【００２６】
本実施形態では、カメラ３４と前記対象の領域Ｑとの間に、蛍光物質の蛍光の波長の光を透過させる光学フィルタ３８が配置される。後にも説明するが、カメラ３４が撮影した画像により、蛍光物質の蛍光に基づく潤滑剤４２の輝度分布が得られる。処理装置４８は、各種の情報処理及び演算処理を行う。これらの処理の詳細については後に説明する。
【００２７】
前記のとおり、シール部材２６はカバー部材２８に接触する。この接触した状態で、接触部３６よりも一方側（中心線Ｃ側）の領域が潤滑剤充填領域４０となる。潤滑剤充填領域４０に潤滑剤４２が充填される。カバー部材２８が回転すると遠心力により、潤滑剤充填領域４０の潤滑剤４２は、接触部３６に浸入する。これにより、シール部材２６の先端（シール面４４）とカバー部材２８との間に潤滑剤４２による油膜が形成される。
【００２８】
光学フィルタ３８について更に説明する。光学フィルタ３８は、潤滑剤４２に含まれる蛍光物質の蛍光の波長の光を透過させ、かつ、励起光（本実施形態ではレーザー光）の波長の光を減衰する（カットする）。光学フィルタ３８の一例として、シグマ光機株式会社製の光学フィルタ（型番：ＳＣＦ−５０Ｓ−４２Ｌ）が用いられる。ただし、本実施形態では、この光学フィルタ３８により励起光減衰係数を低下させる構造が採用される。具体的に説明すると、全体としての励起光減衰係数を低下させるために、複数枚の光学フィルタ３８が重ねて設けられている。複数枚の光学フィルタ３８により、積層体３９が構成される。ここで用いられる一枚の光学フィルタ３８による、蛍光の波長の光の透過率は９０％以上（であり９５％以下）である。
【００２９】
本実施形態では、一枚の光学フィルタ３８の厚さｔが２．５ミリメートルである。なお、この厚さｔは、対象の領域Ｑに存在する潤滑剤４２に含まれる蛍光物質の蛍光がカメラ３４に向かう方向に沿った値である。つまり、厚さｔは、対象の領域Ｑとカメラ３４とを結ぶ直線に沿った方向の値である。本実施形態では、二枚の光学フィルタ３８が重ねて設けられている。よって、光学フィルタ３８の合計の厚さ、つまり、積層体３９の厚さは５ミリメートルとなる。一枚の光学フィルタ３８の厚さ、及び積層体３９の厚さは、この値以外であってもよく、積層体３９とした場合の厚さは、４ミリメートル以上であり６ミリメートル以下であるのが好ましい。
【００３０】
なお、前記のように、厚さが４ミリメートル以上であり６ミリメートル以下である場合、複数枚の光学フィルタ３８による構成以外として、対象の領域Ｑとカメラ３４との間に、一枚の光学フィルタ３８のみが設けられていてもよい。つまり、一枚の光学フィルタ３８の厚さが４ミリメートル以上であり６ミリメートル以下であってもよい。光学フィルタ３８を厚くする（４ミリメートル以上とする）ことで、励起光減衰係数を低下させることが可能である。光学フィルタ３８を厚くしすぎると、透過させる蛍光の成分も減衰してしまうことから、６ミリメートル以下とするのが好ましい。
【００３１】
複数枚の光学フィルタ３８を重ねて設ける場合、重ねる光学フィルタ３８，３８の間に液体の媒質を介在させてもよい。この構成によれば、光学フィルタ３８，３８間の境界をなくすことができる。ただし、前記媒質は、屈折率が光学フィルタ３８と同じであり、かつ、光学フィルタ３８による透過波長域の光（本実施形態では、蛍光の波長の光）を透過可能とするものである。
【００３２】
以上のように、本実施形態の測定装置２２は、潤滑剤４２に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法により、潤滑剤４２の厚さを求めるための装置である。測定装置２２は、前記蛍光物質の励起光（レーザー光）を出力する光源としてのレーザー光源３２と、潤滑剤４２の厚さを求める対象の領域Ｑを撮影する撮影装置としてのカメラ３４と、光学フィルタ３８とを備える。光学フィルタ３８は、前記対象の領域Ｑとカメラ３４との間に設けられていて、前記蛍光物質の蛍光の波長の光を透過させ、かつ、励起光（レーザー光）の波長の光を減衰する（カットする）機能を有する。そして、光学フィルタ３８は、励起光減衰係数を低下させる構造を有する。
【００３３】
励起光減衰係数は、光学フィルタ３８において透過を許容する励起光の割合を示す値である。このため、励起光減衰係数が小さい場合、励起光の減衰量が多くなり、励起光はカメラ３４に到達し難い。本実施形態の光学フィルタ３８は、励起光減衰係数を低下させる構造を有することで、カメラ３４の撮影により得られる撮影画像に基づく輝度は、主に蛍光の成分により占められ、励起光の成分が小さくなる。
【００３４】
カメラ３４が撮影した画像に基づいて、潤滑剤４２に含まれる蛍光物質からの発光による輝度が計測される。前記のような光学フィルタ３８が省略される場合、輝度の計測結果は、計測したい信号（蛍光）にノイズ信号（励起光）が足された値となる。光学フィルタ３８の励起光減衰係数をｋとし、励起光による発光量をＩｒとし、蛍光による発光量をＩｆとした場合、撮影した画像に基づく輝度（発光強度）の計測値Ｉは、次の式により表される。
Ｉ＝Ｉｒ×ｋ＋Iｆ
【００３５】
そこで、本実施形態の測定装置２２によれば、光学フィルタ３８は、励起光減衰係数を低下させる構造を有する。このため、撮影した画像に基づく輝度の計測値においてノイズ信号が低減される。蛍光物質の発光は、潤滑剤４２の厚さに比例することから、この厚さが薄いほど蛍光（輝度）は弱くなる。このため、薄い油膜の厚さを測定する場合は特に、ノイズ信号が高いとＳＮ比が低下する。しかし、前記光学フィルタ３８が設けられることにより、ＳＮ比の低下を防ぐことができる。以上より、本実施形態の測定装置２２によれば、励起光の影響を抑えて、測定精度を高めることが可能となる。
【００３６】
特に本実施形態では、励起光減衰係数を低下させる構造として、複数枚（二枚）の光学フィルタ３８が重ねて設けられている。また、励起光減衰係数を低下させる構造として、光の入射方向の光学フィルタ３８（積層体３９）の厚さが、４ミリメートル以上であり６ミリメートル以下である。
【００３７】
本実施形態では、光学フィルタ３８が二枚重ねられて設けられており、これら光学フィルタ３８の合計厚さは、５ミリメートルとなる。この光学フィルタ３８が一枚である場合、厚さは２．５ミリメートルであり、この一枚の光学フィルタ３８は、励起光減衰係数を低下させる構造を有さない。このように励起光減衰係数を低下させる構造を有しない従来例と、光学フィルタ３８が二枚重ねられて設けられることで励起光減衰係数を低下させる構造を有する実施例とを比較した場合、実施例は比較例よりも励起光（レーザー光）の減衰量を１３％低下させることができる。
【００３８】
〔測定方法について〕
以上の構成を備える測定装置２２によって、潤滑剤４２の厚さを求める測定方法が実行される。この測定方法は、潤滑剤４２に含まれる蛍光物質を光励起させて行う誘起蛍光法に基づく。測定方法には、準備工程と、照射工程と、撮影工程と、処理工程とが含まれ、この順で各工程が進められる。以下、各工程について説明する。
【００３９】
準備工程では、各機器が所定位置に配置される（図１参照）。つまり、撮影装置としてのカメラ３４が、測定の対象の領域Ｑに含まれるシール部材２６の一部に対向して設けられる。シール部材２６の一部とカメラ３４（画像センサ３５）との間に、光学フィルタ３８（積層体３９）が設置される。
【００４０】
照射工程では、レーザー光源３２からレーザー光Ｌが出力される。レーザー光Ｌは前記対象の領域Ｑに入射する。
【００４１】
撮影工程では、カメラ３４によって、対象の領域Ｑ（シール部材２６の一部及びその周囲）の画像を取得する。撮影工程では、光学フィルタ３８が、対象の領域Ｑとカメラ３４との間に設けられた状態にある。カメラ３４は、画像センサ３５を有し、画像センサ３５により、撮影範囲の各位置における輝度（輝度値）のデータが取得される。本実施形態では、対象の領域Ｑに対するレーザー光Ｌの照射範囲は、カメラ３４による撮影範囲よりも広く設定されている。これにより、シール部材２６とカバー部材２８とは中心線Ｃを中心とした周方向に連続して接触するが、この連続して接触する範囲（接触部３６）が、前記撮影範囲及び前記照射範囲に含まれ、この結果、対象の領域Ｑに含まれる。
【００４２】
処理工程では、カメラ３４により画像が取得されると、その画像に基づいて、処理装置４８は画像解析を行う。この画像解析により、撮影範囲（画像の範囲）の輝度分布が得られる。この輝度分布から、シール部材２６とカバー部材２８とが接触する接触部３６における輝度（輝度値）が処理装置４８により求められる。
【００４３】
ここで、潤滑剤４２の厚さ（油膜）が厚くなるほど、その潤滑剤４２（油膜）に含まれる蛍光物質の量は増える。よって、潤滑剤４２の厚さ（油膜厚さ）に比例して輝度は変化する。そこで、蛍光物質を含む潤滑剤４２の厚さと、蛍光物質による蛍光の輝度との関係が、予め求められている。このため、接触部３６における輝度が求められると、その輝度の値から、接触部３６における油膜厚さ、つまり、シール部材２６とカバー部材２８との間の油膜厚さを換算して求めることができる。このように、処理工程では、カメラ３４が取得した画像に基づいて、潤滑剤４２の厚さを求める対象の領域Ｑに含まれる接触部３６における輝度を求め、この輝度を、接触部３６における潤滑剤の厚さ（油膜厚さ）に換算する。
【００４４】
以上より、接触部３６における潤滑剤４２の厚さ（油膜厚さ）が求められる。なお、接触部３６のみならず、その周囲における潤滑剤の輝度も、前記輝度分布から求められる。このため、接触部３６の周囲における潤滑剤４２の厚さについても、求めることができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態の測定方法は、蛍光物質を励起させる励起光（レーザー光）によって、潤滑剤４２の厚さを求める対象の領域Ｑを照らす照射工程と、前記対象の領域Ｑに対向して設けられたカメラ３４が、当該対象の領域Ｑを撮影する撮影工程とを含む。前記撮影工程では、前記対象の領域Ｑとカメラ３４との間に、励起光減衰係数を低下させる構造を有する光学フィルタ３８が設けられている。この測定方法によれば、撮影した画像に基づく輝度の計測値においてノイズ信号が低減される。よって、励起光の影響を抑えて、測定精度を高めることが可能となる。
【００４６】
〔その他〕
前記実施形態では、光学フィルタ３８（積層体３９）が、カメラ３４と別に設けられている。この構成以外として、光学フィルタ３８（積層体３９）が、カメラ３４と一体となって設けられていてもよい。つまり、カメラ３４が有するレンズに前記光学フィルタ３８（積層体３９）が設けられていてもよい。
【００４７】
また、本実施形態の測定方法では、輝度分布を取得するための画像が、撮影装置として一眼レフカメラを用いて撮影されているのが好ましい。この構成によれば、画像から輝度に関する高密度な情報を得ることができる。よって、測定精度を更に向上させることができる。
【００４８】
前記実施形態では、シール部材２６に付着する潤滑剤４２の厚さ（カバー部材２８との間に形成される油膜の厚さ）を測定する場合について説明したが、シール部材２６以外における機械要素などの潤滑剤の厚さを測定するために、前記実施形態の測定装置２２が用いられてもよい。例えば、歯車に付着する潤滑剤の厚さを測定するために前記測定装置２２が用いられてもよい。
【００４９】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
２２：測定装置        ３２：光源（レーザー光源）        ３４：撮影装置（カメラ）
３８：光学フィルタ    ４２：潤滑剤                      Ｑ：対象の領域
【図１】
2020051822.tif 000003
【図２】
2020051822.tif 000004