(57)【要約】【課題】転がり軸受の寿命計算式で得られる結果を、より実際の転がり疲れ寿命に近いものとし得る転がり軸受の軸受寿命推定方法を提供する。【解決手段】転がり軸受の軸受寿命を推定する方法であって、前記転がり軸受を備えた特定装置の潤滑油中に含まれる異物をフィルタで収集し、収集された異物の中の最大異物の大きさを測定し、測定された最大異物の大きさに基づいて統計処理を行なって前記潤滑油中の異物の最大径を推測して前記転がり軸受の軸受寿命を推定する。【選択図】図１
2006258473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の軸受寿命を推定する方法であって、
前記転がり軸受を備えた特定装置の潤滑油中に含まれる異物をフィルタで収集し、収集された異物の中の最大異物の大きさを測定し、測定された最大異物の大きさに基づいて統計処理を行なって前記潤滑油中の異物の最大径を推測して前記転がり軸受の軸受寿命を推定することを特徴とする転がり軸受の軸受寿命推定方法。
【請求項２】
前記潤滑油は、前記特定装置を所定時間稼働させてから採取したものであることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の軸受寿命推定方法。
【請求項３】
前記フィルタは、メンブレンフィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受の軸受寿命推定方法。
【請求項４】
前記統計処理には、極値統計理論を適用していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受の軸受寿命推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受の軸受寿命推定方法に係り、特に、自動車用トランスミッションや風力発電用ギアボックス等、潤滑油中に摩耗粉などの異物が混入することにより、転がり軸受のはくり寿命に影響を与える装置に適用して、これに用いられる転がり軸受の軸受寿命を好適に推定し得る転がり軸受の軸受寿命推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は、一定期間の使用後に、軌道面がうろこ状に剥がれ落ちる、はくり現象が生じることがある。これは転がり軸受にとって避けることができない軸受の寿命であるが、はくりに至るまでの時間は、転がり軸受の品質や使用環境等によって大きく異なってくる。
ここで、転がり軸受は、使用する機械の設計時に軸受寿命計算式により、はくりに至るまでの時間を計算することができるが、実際の使用において、設計時の想定と異なる環境で使用される場合があり、計算で求められた時間よりも短時間ではくりが発生することがある。例えば、取り付けの不具合による寿命推定方法としては、特許文献１に記載の技術が開示されている。
【０００３】
また、このような短時間でのはくりの別の主な原因は、潤滑油中に含まれる鉄粉等の異物による影響がある。すなわち、この潤滑油中の異物が転がり軸受の軌道輪に噛み込まれることにより、軸受軌道面が損傷し（圧痕が付き）、この損傷（圧痕）が原因となってはくり寿命が短時間となってしまうのである。そこで、近年、軸受の寿命計算式は、潤滑油中に含まれる鉄粉等の影響、すなわち、潤滑油の汚染度を考慮して、より実際の使用環境を考慮した寿命計算を行えるように改良が行なわれてきた。
【０００４】
ここで、潤滑油の汚染度を評価する方法として、ＩＳＯ４４０６による汚染度コードを用いる方法がある。これは、サンプリングした潤滑油をパーティクルカウンタによって測定し、汚染度コードを求めるものである。この汚染度コードは３つの数値からなっており、単位体積中の潤滑油に含まれる４μｍ以上、６μｍ以上、１４μｍ以上の不純物数を計測し、コード表により定められたコードで表示するものである。コードはそれぞれ１から２８まで規定されており、コードが一つ大きくなるごとに不純物の数は２倍になるものである。実際の潤滑油の汚染コードを求め、さらにその汚染度コードから得られる寿命低下度を求め、軸受の寿命計算に反映させるのである。
【特許文献１】特開２００１−１２４６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際に、転がり軸受の短時間でのはくりに影響を与える異物は、５０〜１００μｍ以上の大きな異物である。
すなわち、本願発明者は、短時間でのはくりが発生した軸受軌道面を子細に観察したところ、軌道面には、はくりの手前側（起点側）に圧痕が観察される場合があった。この場合、潤滑油中の異物が軌道輪と転動体との間に噛み込まれた結果として、圧痕が軌道面に生成していた。その後、この圧痕周りの応力が高くなり、この応力集中により疲労亀裂が発生、伝播し、短時間でのはくりが発生したのである。このような圧痕の大きさは、通常小さいものでも１００μｍはあり、大きなものでは、０．５ｍｍから１ｍｍ以上のものまであった。このことから、これらの圧痕が生じるためには、１０μｍ程度の大きさの異物ではなく、５０〜１００μｍ以上の異物が必要であることを知見するに至った。
【０００６】
しかし、上記汚染度コード測定においては、大きな異物についても測定は行なっているものの、得られる数値は１４μｍ以上の異物のすべてを含めたコード（単位体積当たりの数量）であり、転がり疲れ寿命にとって重要な５０〜１００μｍ以上の異物について定量的に評価を行なう方法ではなかった。また、通常用いられているパーティクルカウンタでは、測定対象は大きさが１００μｍ程度までであり、従来の汚染度コードを求めても、そこで測定している異物は寿命低下に影響を及ぼす大きさのものではなく、寿命低下度の指標として十分に軸受寿命を示すことができなかった。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、転がり軸受の寿命計算式で得られる結果を、より実際の転がり疲れ寿命に近いものとし得る転がり軸受の軸受寿命推定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、転がり軸受の軸受寿命を推定する方法であって、前記転がり軸受を備えた特定装置の潤滑油中に含まれる異物をフィルタで収集し、収集された異物の中の最大異物の大きさを測定し、測定された最大異物の大きさに基づいて統計処理を行なって前記潤滑油中の異物の最大径を推測して前記転がり軸受の軸受寿命を推定することを特徴としている。
【０００８】
ここで、前記潤滑油は、前記特定装置を所定時間稼働させてから採取したものであることが好ましい。特定装置を所定時間稼働させてから採取した潤滑油にて異物の収集を実施すれば、潤滑油中の異物が沈殿してしまうことを抑制してより正確に潤滑油中に含まれる異物を収集できる。
また、前記フィルタとしては、メンブレンフィルタを好適に用いることができる。メンブレンフィルタを用いれば、異物の測定が行い易くなる。
また、前記統計処理には、極値統計理論を好適に適用することができる。極値統計理論を用いれば、異物の最大径を推測する上で、正確な結果が得られやすい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、現に収集された異物の中の最大異物の大きさに基づいて統計処理を行なっている。そのため、転がり軸受の寿命計算式で得られる結果を、より実際の転がり疲れ寿命に近いものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る転がり軸受の軸受寿命推定方法の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
この転がり軸受の軸受寿命推定方法は、対象とする転がり軸受を備えた装置ないし機械（以下、「特定装置」という）での、対象とする転がり軸受の軸受寿命を好適に推定し得るものである。なお、特定装置としては、その潤滑油中に摩耗粉などの異物が混入することにより、対象とする転がり軸受のはくり寿命に影響を与えるような装置ないし機械であれば本発明の適用対象とすることができる。例えば、自動車用トランスミッションや風力発電用ギアボックス等を例示できる。
【００１１】
この転がり軸受の軸受寿命推定方法では、まず、不図示の特定装置から、潤滑油（以下、単に「油」ともいう）を採取する。このとき、当該特定装置は、予め所定時間稼働させておく。これは特定装置が停止状態であると、潤滑油中の異物が沈殿してしまうため、そのまま採取すると実際の含有量よりも少なく採取してしまうからである。
【００１２】
ここで、この所定の稼働時間は、特定装置を停止状態から稼働させ、油温が上昇してほぼ一定温度で安定するまでは、少なくとも稼働させておく必要がある。また、潤滑油の採取は、可能であるならば、特定装置を稼働させたままの状態で採取することが好ましい。稼働状態での採取が困難な場合には、稼働状態から停止させた後、速やかに採取しなければならない。また、採取に用いる容器は十分に洗浄が行なわれている必要がある。採取後すみやかに測定することができない場合は、採取した油は、常温および光の当たらない状態で保管しておく。
【００１３】
図１は、この転がり軸受の軸受寿命推定方法が実施可能な異物収集装置を示す概略構成図である。
この異物収集装置２０は、同図に示すように、フラスコ２２と、フィルタ部２４と、ロート２６とを備えて構成されている。
フラスコ２２は、その側面と上部とにそれぞれ開口部を有しており、側面の開口部２２ｂは配管２２ｃを介して不図示の真空ポンプに接続されている。一方、フラスコ上部の開口部２２ａにはゴムからなる蓋部材２３が嵌め込まれている。この蓋部材２３には上下に貫通する貫通孔２３ａがその中央部に形成されており、この貫通孔２３ａに、フラスコ２２の内部に垂下するパイプ部材２１の上側の端部２１ａが接続されている。
【００１４】
上記フィルタ部２４は、フラスコ上部の蓋部材２３上に設置されており、さらに、フィルタ部２４上には上記ロート２６が設置される。ここで、フィルタ部２４内には、メンブレンフィルタ２５が備えられており、このメンブレンフィルタ２５を介してロート２６内が蓋部材の貫通孔２３ａに連通して構成されている。これにより、この異物収集装置２０は、ロート上部の開口２６ａから上記採取した油を投入し、フラスコ２２内を不図示の真空ポンプによって減圧して、上記採取した油から、その油中に含まれる異物をメンブレンフィルタ２５上に収集可能になっている。なお、メンブレンフィルタ２５は、１μｍ以下のメッシュをもつものを使用することが好ましい。
【００１５】
本実施形態では、この異物収集装置２０を用いて、上記採取した油からその油中に含まれる異物をメンブレンフィルタ２５で収集している。
詳しくは、まず、採取した油を１回の測定量に分配する。１回の測定量は、採取した油の量によって決まるが、１０〜１００ｍｌを１回の分量とするのがよい。１回の分量は多い方がより正確に測定することができるが、油の劣化により、スラッジなどの油の副生成物が生じている場合には、メンブレンフィルタ２５上にそれらが堆積し、異物を正確に判定できなくなる場合がある。その場合は、１回分の分量を少なくすることが必要である。
【００１６】
次いで、上記１回の分量に分配された油をロート２６に投入する。そして、フラスコ２２内を真空ポンプによって減圧し、フラスコ２２内に油を吸引する。これにより、採取した油をメンブレンフィルタ２５に通し、異物は、このメンブレンフィルタ２５上に収集される。
ここで、測定する油がＶＧ１００以上の粘度である場合は、吸引できない場合があるので、その場合には白灯油で油を薄める。白灯油にも他の異物が混入している場合があるので、薄めるのに用いる白灯油は予め１μｍ以下のメッシュをもつフィルタを所定時間循環させた上で用いる。その後、パーティクルカウンタで白灯油中の異物を測定し、基準値以下であることを確認する。なお、基準値としては、汚染度コードが１０／１０／１０以下であることが望ましい。
このメンブレンフィルタ２５上への異物収集を、メンブレンフィルタ２５を交換し、規定回数繰り返す。この規定回数は５回以上であることが望ましい。そして、異物を収集した後、各メンブレンフィルタ２５を乾燥させる。
【００１７】
次に、メンブレンフィルタ２５上に収集された異物中の最大異物の大きさを測定する。
メンブレンフィルタ２５上に収集された異物の測定は、油中の異物を収集し、十分に乾燥させたメンブレンフィルタ２５を光学顕微鏡で観察することにより行なう。５０倍あるいは１００倍の倍率でメンブレンフィルタ２５を観察しながら、メンブレンフィルタ２５を移動させる。そして、メンブレンフィルタ２５上に収集された最も大きな異物を撮影し、その大きさを測定する。異物を収集した各メンブレンフィルタ２５すべてについてこれを繰り返す。
【００１８】
次に、測定された最大異物の大きさから、油中に含まれる最大径の異物を極値統計理論による統計処理で推測する。
このとき、一回の測定油量を基準体積Ｖ０とし、使用している油の総量をＶとする。極値統計理論により体積Ｖ中に含まれる異物の最大径が推測される。そのため、この異物の最大径から寿命低下度を求め、転がり軸受の寿命を推定することができる。
【００１９】
以上説明したように、本発明に係る転がり軸受の軸受寿命推定方法によれば、現に収集された異物の中の最大異物の大きさに基づいて極値統計理論による統計処理を行なっているから、転がり軸受の寿命計算式で得られる結果が、より実際の転がり疲れ寿命に近いものになる。そのため、機械設計を行なう際に、より適切な転がり軸受の選定を行なうことができる。さらに、機械メンテナンスの周期が適正なものになるため、メンテナンスコストを低減させることができる。
【００２０】
ここで、潤滑油中の異物の収集は、上記の特定装置を所定時間稼働させてから採取した潤滑油にて実施している。そのため、潤滑油中の異物が沈殿してしまうことを抑制して、より正確に潤滑油中に含まれる異物を収集することができる。
また、油中の異物を収集するフィルタとしては、メンブレンフィルタ２５を用いている。メンブレンフィルタを用いれば、異物の測定が行い易い。
また、統計処理には、極値統計理論を適用している。極値統計理論を用いれば、異物の最大径を推測する上で、正確な結果が得られやすい。
なお、本発明に係る転がり軸受の軸受寿命推定方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
【００２１】
例えば、上記実施形態では、フィルタとしては、メンブレンフィルタ２５を用いているが、これに限定されず、他のフィルタであってもよい。しかし、異物の測定が行い易い点では、メンブレンフィルタを用いることが好ましい。
また、上記実施形態では、統計処理には、極値統計理論を適用しているが、これに限定されず、他の統計処理であってもよい。しかし、異物の最大径を推測する上で、正確な結果が得られやすい点では、統計処理には、極値統計理論を適用することが好ましい。
【実施例】
【００２２】
次に、本発明に係る転がり軸受の軸受寿命推定方法について検証した実施例について説明する。
本実施例では、上記特定装置として、図２に示す「異物混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャーナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４，１９９３年）に示されている片もち型寿命試験装置（以下、単に「寿命試験装置」という）を用いて本発明の効果を確認した。
【００２３】
この寿命試験装置３０は、同図に示すように、被試験体である、対象とする転がり軸受１（外輪２，内輪３，ボール４）を取り付ける回転軸５を備えている。この回転軸５に内輪３をはめ込み、外輪２は転がり軸受１を収納するハウジング６に固定されている。そして、回転軸５を不図示のモータで回転させると、内輪３が回転するとともに転動体であるボール４が転動するようになっている。さらに、ハウジング６には負荷シャフト７を介して負荷レバー８が連結されている。この寿命試験装置３０は、この負荷レバー８を水平支軸８ａまわりに揺動させると、負荷シャフト７を介してハウジング６に固定された外輪２に所定の荷重が負荷される構成である。ここで、この寿命試験装置３０では、転がり軸受１に取り付けられた不図示の加速度ピックアップにより、振動値が所定値より上がると寿命試験装置３０が停止するようになっている。
【００２４】
そして、ハウジング６内には、潤滑油供給回路９に連通する油吐出部１０が導入されており、潤滑油１１が転がり軸受１に向けて供給されるようになっている。さらに、油吐出部１０の潤滑油供給回路９は油槽１２に連通し、油槽１２は潤滑油１１を収容している。なお、油槽１２には、補給回路１３から潤滑油１１が毎時５ｃｃの割合で補給されるようになっている。また、潤滑油供給回路９には上流側から順に、流量計１４，ポンプ１５，フィルタ１６ａ，１６ｂが設けられている。さらに、ハウジング６及び油吐出部１０をチャンバ１７により取り囲んであり、チャンバ１７内に落下した余剰の潤滑油１１は、潤滑油回収回路１８を介して油槽１２に回収可能に構成されている。
【００２５】
この寿命試験装置３０において、本実施例では、上記補給回路１３から、予め、３００μｍまでの大きさを持つ鉄粉を異物として、油槽１２内の潤滑油１１中に故意に添加混入した。なお、通常、この寿命試験装置３０では、上述のように、循環油１１の経路上に上記フィルタ１６ａ，１６ｂを用いているが、本実験においてはこのフィルタ１６ａ，１６ｂを取り外してから以下の評価を行なった。
まず、潤滑油１１中に異物を混入した後、寿命試験装置３０を２４時間稼働させた。稼働２時間後に油温は７０℃になり、その後、７０±５℃で推移した。２４時間後にポンプ１５は可動させたまま寿命試験装置３０を停止した。
【００２６】
次に、上記油吐出部１０から、油を１００ｍｌ容器に採取し、別の容器に２０ｍｌずつ分配した。分配した油を図１に示した異物収集装置２０を用いて上述の手順によりそのメンブレンフィルタ２５上に油中の異物を収集した。なお、油はＶＧ６８を用いたので、白灯油で薄めることなく吸引することができた。また、メンブレンフィルタ２５は、１μｍメッシュのものを使用し、図３に示すように、大きさは直径が４７ｍｍのものを用いた。ただし、同図に示すように、ロート２６の口径２６ｂが３８ｍｍ（直径）であるため、メンブレンフィルタ２５上の油が通過した径は３８ｍｍである。
【００２７】
次に、メンブレンフィルタ２５を十分に乾燥させた後、光学顕微鏡を用いて異物の観察を行なった。５０倍で観察を行ない、異物が確認された際には、１００倍で異物の撮影を行なった。各メンブレンフィルタ２５について、最も大きな異物を最大異物として選び、その大きさを測定した。表１に各メンブレンフィルタ２５で測定されたそれぞれの最大異物の大きさを示す。
【００２８】
【表１】
2006258473.tif 000003
【００２９】
次に、得られた最大異物の大きさに基づいて、極値統計理論を用いた統計処理にて油中に含まれる異物の最大径を推定した。図４に極値統計理論で統計処理した結果を示す。なお、同図において横軸は異物の大きさであり、縦軸は累積分布関数を基準化変数で示している。ここで、基準化変数ｙは下記式（１）で示される。
ｙ＝−ｌｎ[−ｌｎ{ｊ／（ｎ＋１）}]  ・・・・・・・・・・・・（１）
【００３０】
また、予想を行なう油の体積は、寿命試験装置３０の油容量であり、今回は５Ｌである。上記一回の測定量が２０ｍｌであることから、再帰期間Ｔは式（２）で表される。
Ｔ＝（５０００＋２０）／２０＝２５１  ・・・・・・・・・・・（２）
よって、基準化変数ｙは下記の式（３）のように計算される。
ｙ＝−ｌｎ[−ｌｎ{（Ｔ＋１）／Ｔ}]
＝−ｌｎ[−ｌｎ{（２５１＋１）／２５１}]＝５．５２  ・・・（３）
これにより、ｙ＝５．５における異物の径が、寿命試験装置３０の油に含まれる推測される異物の最大径であり、図４に示すように、異物の最大径は２４６μｍと推測される。
【００３１】
次に、以上の評価を行なった後、転がり軸受１の寿命試験を続けて行なった。
ここで、寿命試験条件は、転がり軸受１として深溝玉軸受（６２０６タイプ）を使用した。負荷レバー８に負荷する試験荷重Ｆｒ＝３９００Ｎ、試験回転数は４０００ｍｉｎ−１、潤滑油にはタービン油ＶＧ６８を使用した。なお、油温は７０℃である。
この条件にて寿命試験を実施したところ、寿命試験装置３０は、上記加速度ピックアップにより、振動値が所定値を越えたことを検出して１５２時間で停止した。寿命試験装置３０が停止した後、転がり軸受１を取り出して観察を行なった。観察の結果、その内輪軌道面に、はくりが観察され、はくりの起点部には圧痕が観察された。はくり起点部に観察された圧痕の大きさを測定すると、２６０μｍであった。
【００３２】
図５は、はくり寿命と圧痕との関係について実験的に求めたグラフである。このグラフを用いると、圧痕の大きさが２６０μｍの場合、はくり寿命は計算寿命の０．３倍になることがわかる。本寿命試験条件における計算寿命は５２１時間であり、５２１時間×０．３＝１５６時間となり、今回の試験結果とよい一致を見られた。
以上の結果から、本発明の転がり軸受の軸受寿命推定方法によれば、転がり軸受の寿命計算式で得られる結果を、より実際の転がり疲れ寿命に近いものとして得ることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る転がり軸受の軸受寿命推定方法が実施可能な異物収集装置を示す概略構成図である。
【図２】特定装置の一実施形態としての寿命試験装置の概略構成を説明する図である。
【図３】メンブレンフィルタ上での油が通過した領域を説明する図であり、同図ではロートの平面視方向でのイメージで示している。
【図４】極値統計理論で統計処理した結果を示すグラフである。
【図５】はくり寿命と圧痕との関係について実験的に求めたグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１    転がり軸受
１１    潤滑油
２０    異物収集装置
２２    フラスコ
２４    フィルタ部
２５    メンブレンフィルタ
２６    ロート
３０    寿命試験装置（特定装置）
【図１】
2006258473.tif 000004
【図２】
2006258473.tif 000005
【図３】
2006258473.tif 000006
【図４】
2006258473.tif 000007
【図５】
2006258473.tif 000008