(57)【要約】【課題】セラミックなどの絶縁体で製造された転動体を使用した転がり軸受について、転動体と軌道面との間の潤滑状態を診断できるようにする。【解決手段】本発明の潤滑状態診断装置５０は、前記外側軌道面１６及び前記内側軌道面１８との摩擦によって静電気が蓄積した前記転動体の表面電位を測定する電位測定手段と、前記電位測定手段で測定した表面電位に基づいて、前記転動体に蓄積した静電気が前記油膜を透過して放電したときの表面電位特性を検出する放電検出手段と、前記放電検出手段で検出した表面電位特性の経時的な変化に基づいて、前記油膜の異常を検出する異常検出手段と、を有している。【選択図】図３
2016217726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に外側軌道面を有する外方部材と、
外周に内側軌道面を有する内方部材と、
絶縁体で製造され、前記外側軌道面と前記内側軌道面の間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、を有し、
前記転動体と前記外側軌道面及び前記内側軌道面との接触部が油膜で潤滑されている転がり軸受の潤滑状態診断装置であって、
前記外側軌道面及び前記内側軌道面との摩擦によって静電気が蓄積した前記転動体の表面電位を測定する電位測定手段と、
前記電位測定手段で測定した表面電位に基づいて、前記転動体に蓄積した静電気が放電したときを検出する放電検出手段と、
前記放電したときの放電特性値があらかじめ定めた閾値を超えたときに前記油膜の異常を検出する異常検出手段と、
を有する転がり軸受の潤滑状態診断装置。
【請求項２】
前記放電特性値は、前記放電を生じる時間間隔であって、前記異常検出手段は、前記放電を生じる時間間隔があらかじめ定めた閾値より小さくなったときに前記油膜の異常を検出することを特徴とする、請求項１に記載する転がり軸受の潤滑状態診断装置。
【請求項３】
前記放電特性値は、前記放電を生じたときの前記転動体の表面電位であって、前記異常検出手段は、前記放電を生じたときの前記転動体の表面電位があらかじめ定めた閾値より小さくなったときに前記油膜の異常を検出することを特徴とする、請求項１に記載する転がり軸受の潤滑状態診断装置。
【請求項４】
内周に外側軌道面を有する外方部材と、
外周に内側軌道面を有する内方部材と、
絶縁体で製造され、前記外側軌道面と前記内側軌道面の間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、を有し、
前記転動体と前記外側軌道面及び前記内側軌道面との接触部が油膜で潤滑されている転がり軸受の潤滑状態診断方法であって、
前記外側軌道面及び前記内側軌道面との摩擦によって静電気が蓄積した前記転動体の表面電位を測定する電位測定ステップと、
前記電位測定ステップで測定した表面電位に基づいて、前記転動体に蓄積した静電気が放電したときを検出する放電検出ステップと、
前記放電したときの放電特性値があらかじめ定めた閾値を超えたときに前記油膜の異常を検出する異常検出ステップと、
を有する転がり軸受の潤滑状態診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受の転動体と軌道面との間の潤滑状態を診断する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
玉軸受、ころ軸受等の転がり軸受は、潤滑状態が劣化すると焼き付きや剥離などの不具合が生じる。従来では、転がり軸受の不具合を検出するために、回転中の振動や音、あるいは温度（以下、振動等）を測定する方法がしばしば使用されている。しかし、振動等を用いた異常検出方法では、ある程度転がり軸受の損傷が進行した後でなければその異常を検出することが出来ない。
一方、潤滑状態の劣化を予防するために潤滑油を過剰に供給した場合には、潤滑油の消費量が増大するだけでなく、転がり軸受の回転抵抗が増加して消費電力が増大したり、撹拌抵抗が増大して転がり軸受の温度が上昇するという問題がある。
そこで、潤滑油の給油量を抑制しつつ最適な給油を行うために、転がり軸受に異常が生じる前の段階で潤滑状態を診断して、その診断結果に基づいて潤滑油を供給する必要があった。
【０００３】
転がり軸受に異常が生じる前に潤滑状態を診断する方法として、図７に示すように、外輪１０１と内輪１０２との間の電気的特性値、例えば、電気抵抗や電位差を測定する方法が提案されている（特許文献１）。
転がり軸受１００の外輪１０１と内輪１０２との間の電気的特性値は、転動体１０３と軌道面１０５との間の油膜の状態によって変化する。このため、外輪１０１と内輪１０２との間に電圧１０６を負荷して油膜の電気的特性値を測定することによって、油膜の状態を知ることが出来る。したがって、特許文献１では、外輪１０１と内輪１０２との間の電気的特性値を監視することによって、転がり軸受１００に異常が生じる前に潤滑状態の異常を検出することが出来るとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５５６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、工作機械などの主軸を高速で回転させるために、セラミック製の転動体１０３を使用した転がり軸受１００が使用されている。この場合には、転動体１０３が電気を通さないので、外輪１０１と内輪１０２の間の電気的特性値を直接測定することが出来ない。
特許文献１では、代替特性として、転動体１０３と保持器１０４とが摩擦したときの摩擦帯電によって転動体の電位が生じて内輪１０２と外輪１０１の間の電位差を監視している。しかし、静電気によって転動体に蓄積する電荷は正極（＋）の電荷であり、転動体と外輪及び内輪との間の電位差は互いに打ち消し合うため、内輪と外輪との間の電位差として検出することが困難である。
このように、セラミック製の転動体を有する転がり軸受については、転動体１０３と軌道面１０５との接触部における潤滑状態を診断することが困難であった。この結果、転動体１０３と軌道面１０５との間の潤滑状態に応じた最適な給油が出来ないので、消費電力の増大や温度上昇などの問題を解決できなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、セラミックなどの絶縁体で製造された転動体を使用した転がり軸受について、転動体と軌道面との間に形成された油膜の潤滑状態を直接診断できるように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】
本発明にかかる転がり軸受の潤滑状態診断装置の一形態は、内周に外側軌道面を有する外方部材と、外周に内側軌道面を有する内方部材と、絶縁体で製造され、前記外側軌道面と前記内側軌道面の間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、を有し、前記転動体と前記外側軌道面及び前記内側軌道面との接触部が油膜で潤滑されている転がり軸受の潤滑状態診断装置であって、前記外側軌道面及び前記内側軌道面との摩擦によって静電気が蓄積した前記転動体の表面電位を測定する電位測定手段と、前記電位測定手段で測定した表面電位に基づいて、前記転動体に蓄積した静電気が放電したときを検出する放電検出手段と、前記放電したときの放電特性値があらかじめ定めた閾値を超えたときに前記油膜の異常を検出する異常検出手段と、を有している。
【０００８】
本発明にかかる転がり軸受の潤滑状態診断方法の一実施形態は、内周に外側軌道面を有する外方部材と、外周に内側軌道面を有する内方部材と、絶縁体で製造され、前記外側軌道面と前記内側軌道面の間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、を有し、前記転動体と前記外側軌道面及び前記内側軌道面との接触部が油膜で潤滑されている転がり軸受の潤滑状態診断方法であって、前記外側軌道面及び前記内側軌道面との摩擦によって静電気が蓄積した前記転動体の表面電位を測定する電位測定ステップと、前記電位測定ステップで測定した表面電位に基づいて、前記転動体に蓄積した静電気が放電したときを検出する放電検出ステップと、前記放電したときの放電特性値があらかじめ定めた閾値を超えたときに前記油膜の異常を検出する異常検出ステップと、を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって、セラミックなどの絶縁体で製造された転動体を使用した転がり軸受について、転動体と軌道面との間に形成された油膜の潤滑状態を直接診断できる。これによって、転がり軸受に異常を生じる前に油膜の劣化を検出して適正に給油することが出来る。更に、転がり軸受の回転抵抗を低減して消費電力を削減したり、転がり軸受の昇温を抑制して加工精度を向上させたりすることが出来るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を説明する説明図である。
【図２】転がり軸受の組込状態を説明するための構造図である。
【図３】玉に蓄積した静電気の状態を示す状態図である。
【図４】図４（ａ）は、玉の表面電位と時間との関係を表すグラフであって、図４（ｂ）は、コンパレータが出力する制御信号を表す波形図である。
【図５】潤滑状態が良好な場合の表面電位と時間との関係を示すグラフである。
【図６】潤滑状態が不良の場合の表面電位と時間との関係を示すグラフである。
【図７】従来の潤滑状態を診断する方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明にかかる転がり軸受の潤滑状態診断装置５０の実施形態を図を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である転がり軸受の潤滑状態診断装置５０を使用して、転がり軸受１０の異常を監視する方法を説明する説明図である。図２は、工作機械に組み込まれた転がり軸受１０の組込状態を説明するための構造図である。
図１において、１０は、転がり軸受である。２０は、転がり軸受１０に潤滑油を供給するオイルエア給油装置である。３０は、電位測定手段であって、玉１４の表面電位Ｅを計測する表面電位計である。４０は、測定した表面電位Ｅに基づいて転がり軸受１０の異常の有無を判断する異常判定装置である。
【００１２】
図２によって、転がり軸受１０について詳細に説明する。
転がり軸受１０は、アンギュラ型の玉軸受で、外方部材である外輪１２と、内方部材である内輪１３と、転動体である玉１４と、保持器１５とで構成されている。
外輪１２は、軸受鋼で製造されていて、外周が円筒形状で、内周に外側軌道面１６が形成されている。外側軌道面１６につながる軸方向両外側にそれぞれ肩１７ａ，１７ｂが形成されている。肩１７ａ，１７ｂは、略円筒形状であって、その内径寸法は、一方が他方より小さくなっている。図２では、図の左側の肩１７ａの方が図の右側の肩１７ｂより内径寸法が小さくなっていて、図の左方に向かうアキシャル荷重を支持するようになっている。
内輪１３は、軸受鋼で製造されていて、内周が円筒形状で、外周に内側軌道面１８が形成されている。内側軌道面１８の軸方向両外側に形成されている肩１９ａ，１９ｂは、互いに同じ内径寸法である。外側軌道面１６と内側軌道面１８はともに軸方向断面の形状が円弧状である。その曲率半径は、いずれも玉１４の外周面の曲率半径よりわずかに大きくなっている。
玉１４は、窒化ケイ素などのセラミック材料で製造されている。玉１４は、外側軌道面１６と内側軌道面１８との間に複数個組み込まれていて、それぞれ転動自在である。
保持器１５は、樹脂製である。保持器１５は略円筒形状で、径方向に貫通する複数の穴２１が、円周方向に等間隔に形成されている。各穴２１には、玉１４が一つずつ回転自在にはめ込まれている。こうして、玉１４は、各軌道面１６，１８に沿って周方向に等間隔に配置されている。保持器１５の外周と外輪１２の肩１７ａとの間には、径方向のすきまδ１を有している。また、保持器１５の内周と内輪１３の肩１９ａとの間には、すきまδ１より大きい、径方向のすきまδ２を有している。
【００１３】
こうして、転がり軸受１０は、内輪１３と外輪１２が玉１４を介して同軸に組み立てられている。転がり軸受１０は、外輪１２の外周がハウジング２２に組み込まれており、内輪１３の内周には工作機械の主軸１１が組み込まれている。こうして、主軸１１は、転がり軸受１０によって回転自在に支持されている。内輪１３は、外輪１２に対してアキシャル方向に付勢されていて、玉１４と、外輪１２及び内輪１３との間には、予圧が付加された状態で組み付けられている。玉１４と外側軌道面１６及び内側軌道面１８とは、径方向に対して外輪１２の肩１７ａの側に傾斜した向き（直線ｎの方向である）で互いに接触しており、主軸１１に作用するアキシャル荷重とラジアル荷重を同時に支持することが出来る。
主軸１１の軸端には図示しない電動モータが接続されていて、主軸１１を所定の回転数で回転させることが出来る。
【００１４】
再び図１によって、オイルエア給油装置２０と表面電位計３０について説明する。
オイルエア給油装置２０は、転がり軸受１０に微少油量の潤滑油を空気とともに供給する給油装置で、微量の潤滑油を細管の中に吐出して、高圧空気と混流させて軸受に導入している。
潤滑油は、ポンプ２５によってミキシングバルブ２６に圧送されている。同時に、空気が流入ポート２７を介してミキシングバルブ２６に送られていて、潤滑油が、空気の中に分散した状態で転がり軸受１０に供給されている。
転がり軸受１０への潤滑油の供給は、異常判定装置４０の演算回路４７から送信される制御信号Ｓ２に従って、間欠的に行われている。具体的には、制御信号Ｓ２が「１（ハイレベル）」のときに空気の流入ポート２７を開いて、潤滑油が転がり軸受１０に供給されており、「０（ローレベル）」のときに流入ポート２７を閉じて、潤滑油の供給が停止されている。異常判定装置４０及び制御信号Ｓ２については後述する。
【００１５】
表面電位計３０は、玉１４の表面電位Ｅを測定する装置であって、プローブ３１と、信号増幅器３２とからなる。プローブ３１は、細い円筒形状である。内輪１３の肩１９ａと保持器１５の内周とのすきまδ２に、回転軸線と平行な向きで挿入されている。プローブ３１の先端は、玉１４と接触しない位置で、かつ、近接して組み込まれている。
転がり軸受１０が回転するときには、外側軌道面１６及び内側軌道面１８との摩擦によって静電気が発生し、玉１４の表面が帯電している。この結果、玉１４の表面電位Ｅが上昇するので、表面電位計３０は、玉１４の表面電位Ｅを測定することによって蓄積した静電気の量を測定することが出来る。このように、玉１４の表面電位Ｅを測定することを電位測定ステップという。
表面電位計３０では、玉１４の表面電位Ｅに応じた電気信号Ｖが、プローブ３１から信号増幅器３２に送信されている。電気信号Ｖは、信号増幅器３２で増幅された後、異常判定装置４０のコンパレータ４１に送信されている。
【００１６】
転がり軸受１０が回転しているときには、玉１４は回転軸線の周りを公転している。このため、特定の玉１４（玉Ｂとする）に注目すると、玉Ｂは一定の周期でプローブ３１の測定領域を通過している。玉Ｂの表面電位Ｅを測定するときには、玉Ｂの公転周期に合わせて測定する必要がある。玉１４が公転するときの公転速度Ｎｂは、内輪１３の回転速度をＮｉとすると、Ｎｂ＝Ｎｉ×Ｄｉ／（Ｄｉ＋Ｄｏ）で求めることが出来る。ここで、Ｄｉは内側軌道面１８が玉１４と接触する接触円の直径寸法であり、Ｄｏは外側軌道面１６が玉１４と接触する接触円の直径寸法である。こうして得られた玉Ｂの公転速度Ｎｂから、玉Ｂの公転周期を求めることが出来るので、玉Ｂの公転周期に合わせて、玉Ｂの表面電位Ｅを測定することが出来る。なお、内輪１３の回転速度Ｎｉは、駆動モータの制御装置から出力される回転パルス信号によって測定することが出来る。同様にして、任意の特定の玉１４について表面電位Ｅの変化を測定することが出来る。
【００１７】
次に、玉１４の表面に蓄積する静電気について説明する。
図３は、転がり軸受１０の軸方向断面の要部拡大図であって、玉１４に電荷が蓄積している状態を示す状態図である。玉１４と外輪１２及び内輪１３がそれぞれ弾性体であるため接触点が弾性変形する。このため、玉１４と各軌道面１６，１８とは、所定の広がりを持った楕円形の領域で互いに接触している。この楕円形の領域を以下、「接触領域Ｓ」という。一例として、外側軌道面１６と玉１４との接触領域Ｓを直線ｎの方向から見たときの形状を、図３に模式的に表示している。
玉１４と各軌道面１６，１８との間には油膜ｈが形成されていて、油膜ｈの潤滑状態が良好な場合には、玉１４の表面と軌道面１６，１８とが直接接触することはない。潤滑状態が良好なときの油膜ｈは、概ね０．５〜１０μｍ程度の厚さであるが、図３では油膜ｈの厚さを誇張して示している。
玉１４が外側軌道面１６及び内側軌道面１８を転動するときには、接触領域Ｓ内の位置によって玉１４の表面の速度と軌道面１６，１８の速度が異なるので、この接触領域Ｓの一部では、玉１４の表面と軌道面１６，１８との間で滑り摩擦を生じている。この摩擦によって静電気が生じて、玉１４の表面に正（＋）の電荷が蓄積するので、玉１４の表面電位Ｅが上昇する（いわゆる「摩擦帯電」である）。
【００１８】
図４（ａ）は、玉１４の表面電位Ｅに応じて表面電位計３０が出力する電気信号Ｖが時間とともに変化する様子を概念的に説明するグラフである。図４（ｂ）は、電気信号Ｖに応じてコンパレータ４１が出力する制御信号Ｓ１が変化する様子を示す波形図である。横軸は時間を表しており、制御信号Ｓ１の変化と電気信号Ｖの変化とは、時間のタイミングを合わせて表示している。なお、図４（ａ）では、電気信号Ｖに対応する玉１４の表面電位Ｅを、「（）」を付して示している。
玉１４が転動するときには接触領域Ｓでの摩擦が継続的に発生するので、玉１４の表面電位Ｅは、図４（ａ）の時刻ｔ１からｔ２の範囲で、時間経過とともに増加している。そして、軌道面１６，１８との間の電位差が大きくなったときに、油膜ｈを通して放電が起きる。放電するときは、軌道面１６，１８から玉１４に向けて自由電子が移動している。このため、玉１４に蓄積されている正の電荷が中和されて、表面電位Ｅが瞬時に低下している。図４（ａ）では、放電が生じたときを「Ｍ」と表示している。この放電が生じるときの表面電位ＥをＥｍとする。このように、玉１４に蓄積した静電気が放電したときを検出することを放電検出ステップという。
【００１９】
表面電位Ｅｍは、油膜ｈの厚さが小さくなるにしたがって低くなる。油膜ｈの厚さが小さいときには、油膜ｈを通して自由電子が移動しやすくなるからである。
たとえば、オイルエア給油装置２０から潤滑油が供給された直後においては、玉１４と軌道面１６，１８との間に十分な量の潤滑油が存在しているので潤滑状態が良好である。このため、玉１４と軌道面１６，１８との間の油膜ｈの厚さは大きくなるので、放電は生じにくく、表面電位Ｅｍは高くなる。しかし、潤滑油は、オイルエア給油装置２０から間欠的に供給されているので、供給が停止している間に玉１４と軌道面１６，１８との間の潤滑油が消費されて、油膜ｈの厚さが時間の経過とともに減少する。このため、運滑油を供給する時間間隔が長くなったときには油膜ｈの厚さが減少し、表面電位Ｅｍが低下するので放電が生じ易くなる。同様に、潤滑油が劣化して潤滑状態が悪くなったときにおいても油膜ｈの厚さが減少するので、放電を生じる表面電位Ｅｍは低下する。
放電が生じた後では、玉１４が軌道面１６，１８上を転動することによって、時刻ｔ２からｔ３の範囲で、再び玉１４が帯電して表面電位Ｅが増加している。
【００２０】
こうして、玉１４は、帯電と放電を繰り返しており、時間の経過に伴う表面電位Ｅの測定波形のグラフは、図４のグラフに示したようにのこぎりの歯のような形になっている。
【００２１】
再び図１を参照して、異常判定装置４０について説明する。
異常判定装置４０は、放電検出手段であるコンパレータ４１と、異常検出手段を構成するカウンタ４２及び演算回路４７と、を有している。
コンパレータ４１は、表面電位計３０から送信された電気信号Ｖと、閾値としてあらかじめ設定した基準電圧Ｖ０とを比較して、電気信号Ｖが基準電圧Ｖ０より高くなったときに、制御信号Ｓ１を発信している。具体的には、図４（ｂ）に示したように、電気信号Ｖが基準電圧Ｖ０よりも大きくなった時（このときの時刻をｔ４とする）に制御信号Ｓ１として「１（ハイレベル）」を出力し、電気信号Ｖが基準電圧Ｖ０以下となった時（このときの時刻をｔ５とする）に制御信号Ｓ１として「０（ローレベル）」を出力している。
カウンタ４２は、発振子４３から発信されるクロックＣに基づいて、コンパレータ４１から「１（ハイレベル）」の制御信号Ｓ１が発信されている時間Ｔ（Ｔ＝ｔ５−ｔ４）を計測している。具体的には、制御信号Ｓ１がハイレベルのときに発振子４３が発信したクロックＣの数をカウントし、既知のクロック周波数から得られるクロック周期をかけることによって時間Ｔを求めている。時間Ｔを、以下、「放電間隔Ｔ」という。計測された放電間隔Ｔは、演算回路４７に送信されている。
【００２２】
演算回路４７では、カウンタ４２から送信された放電間隔Ｔに基づいて、潤滑状態の良否を判断するとともに、その判断結果に応じた制御信号Ｓ２を出力している。演算回路４７における、油膜ｈの良否判断についての処理の内容を説明する。
図５（ａ）は、転がり軸受１０の潤滑状態が良好な場合の電気信号Ｖと時間との関係を概念的に表したグラフである。図６（ａ）は、転がり軸受１０の潤滑状態が不良の場合の電気信号Ｖと時間との関係を概念的に表したグラフである。図５（ｂ）と図６（ｂ）は、それぞれの場合における制御信号Ｓ１の波形図である。
潤滑状態が良好な場合とは、例えば、オイルエア給油装置２０から潤滑油が供給された直後で、１０μｍ程度の厚さの油膜ｈが形成されている状態をいう。潤滑状態が不良の場合とは、潤滑油が消費されるにしたがって油膜ｈの厚さが減少したときや、潤滑油が劣化して油膜ｈの厚さが低下したときの潤滑状態をいう。
【００２３】
潤滑状態が良好な場合における放電間隔Ｔ（以下、放電間隔Ｔａとする）について、図５のグラフによって説明する。
【００２４】
コンパレータ４１には、所定の基準電圧Ｖ０と、表面電位計３０から送信される電気信号Ｖが入力されている。図５において、玉１４が帯電していないときをＡ１とする。その後、転がり軸受１０が回転して、玉１４の表面電位Ｅが上昇する。電気信号Ｖが、基準電圧Ｖ０より低いときにはコンパレータ４１は「０（ローレベル）」の制御信号Ｓ１を出力している。このときは、玉１４の表面電位Ｅが低いので、絶縁体の油膜ｈによって隔てられた玉１４と軌道面１６，１８との間では放電は生じない。
【００２５】
更に玉１４の表面電位Ｅが上昇して、電気信号Ｖが基準電圧Ｖ０を超えたとき（Ｖ＞Ｖ０、図５にＡ２で示す）に、コンパレータ４１は「１（ハイレベル）」の制御信号Ｓ１を出力する。制御信号Ｓ１はカウンタ４２に送信されており、カウンタ４２は、「１（ハイレベル）」の制御信号Ｓ１を受信したときから、クロックＣのカウントを開始する。
【００２６】
転がり軸受１０の回転に伴って玉１４の表面電位Ｅが更に上昇する。表面電位Ｅがある程度上昇すると、図５にＡ３で示すように放電が起きる。放電が生じたときには、軌道面１６，１８の自由電子が油膜ｈによる絶縁膜を透過して玉１４に向かって放出されている。潤滑状態が良好な場合において放電を生じるときの表面電位Ｅを、表面電位Ｅａとする。なお、放電を生じる表面電位Ｅは、潤滑油の絶縁特性や、玉１４や軌道面１６，１８の表面粗さ等の影響を受けて変化するので、常に同一の表面電位Ｅａで放電が生じるものではない。
放電が起きたときには、表面電位Ｅは玉１４が帯電していないときと同等のレベルに瞬時に低下する。（図５にＡ５で示す）。このとき、電気信号Ｖが、基準電圧Ｖ０と比べて同等もしくは小さくなったとき（Ｖ１≦Ｖ０、図５にＡ４で示す）に、コンパレータ４１は「０（ローレベル）」の制御信号Ｓ１を出力する。カウンタ４２は、「０（ローレベル）」の制御信号Ｓ１を受信したときにクロックＣのカウントを終了する。
こうして、カウンタ４２はＡ２からＡ４までのクロックＣの数をカウントし、放電間隔Ｔａを求めている。計測された放電間隔Ｔａは演算回路４７に送信されている。
【００２７】
次に、潤滑状態が不良となって油膜ｈの厚さが小さくなった場合における放電間隔Ｔ（以下、放電間隔Ｔｂとする）について、図６によって説明する。
【００２８】
潤滑状態が良好な場合と同様に、コンパレータ４１には、所定の基準電圧Ｖ０と、表面電位計３０から送信される電気信号Ｖが入力されている。図６において、玉１４が帯電していないときをＢ１とする。電気信号Ｖが、基準電圧Ｖ０より低いときには、コンパレータ４１は「０（ローレベル）」の制御信号Ｓ１を出力している。このときには、潤滑状態が良好な場合と同様に、玉１４と軌道面１６，１８とは絶縁体の油膜ｈによって隔てられているので放電は生じない。
【００２９】
その後、転がり軸受１０の回転に伴って、玉１４の表面電位Ｅが上昇する。電気信号Ｖが基準電圧Ｖ０を超えたとき（Ｖ＞Ｖ０、図６にＢ２で示す）に、コンパレータ４１は「１（ハイレベル）」の制御信号Ｓ１を出力している。
制御信号Ｓ１はカウンタ４２に送信されており、カウンタ４２は、「１（ハイレベル）」の制御信号Ｓ１を受信したときから、クロックＣのカウントを開始する。
【００３０】
転がり軸受１０の回転に伴って玉１４の表面電位Ｅが更に上昇する。表面電位Ｅがある程度上昇すると、図６にＢ３で示すように、絶縁体の油膜ｈを透過して放電が起きる。このときの玉１４の表面電位をＥｂとする。潤滑状態が不良のときには、油膜ｈの厚さが小さいので、潤滑状態が良好なときより低い表面電位Ｅｂで放電が生じる。したがって、表面電位Ｅｂは、表面電位Ｅａより小さくなる（Ｅｂ＜Ｖａ）。
放電が起きたときには、表面電位Ｅが瞬時に低下するので、電気信号Ｖが基準電圧Ｖ０より小さい値になる（図６にＢ５で示す）。このとき、電気信号Ｖが、基準電圧Ｖ０と比べて同等もしくは小さくなったとき（Ｖ１≦Ｖ０、図６にＢ４で示す）に、コンパレータ４１は「０（ローレベル）」の制御信号Ｓ１を出力する。カウンタ４２は、「０（ローレベル）」の制御信号Ｓ１を受信したときにクロックＣのカウントを終了する。
こうして、カウンタ４２はＢ２からＢ４までのクロックＣの数をカウントし、放電間隔Ｔｂを求めている。計測された放電間隔Ｔｂは演算回路４７に送信されている。
【００３１】
以上、潤滑状態が良好なときと不良のときとを分けて説明したが、実際には、潤滑状態は時間の経過とともに少しずつ変化する。例えば、潤滑油が消費されるにしたがって油膜ｈの厚さが減少するときには、油膜ｈの厚さは少しずつ減少する。また、潤滑油の劣化は時間とともに少しずつ進行するので、潤滑油の劣化に伴なう油膜ｈの厚さについても少しずつ減少する。こうして、潤滑状態は少しずつ連続的に変化するので、放電を生じるときの玉１４の表面電位Ｅは少しずつ低下する。したがって、放電を生じるときの表面電位Ｅを常時監視して、表面電位Ｅが所定の閾値を超えたときを検出することによって、潤滑油が劣化したことを的確に判断することが出来る。
【００３２】
また、図５と図６を対比して分かるように、放電を生じるときの表面電位Ｅが小さくなるにしたがって、放電を起こす表面電位Ｅに到達するまでの時間が短くなる。図５では放電を生じるときの表面電位Ｅａが、図６における表面電位Ｅｂより高い。これによって、図５における放電間隔Ｔａは、図６の放電間隔Ｔｂより長い。こうして、油膜ｈの厚さが時間経過とともに減少するにしたがって、放電を生じる表面電位Ｅは少しずつ低くなり、放電間隔Ｔは少しずつ短くなる。したがって、放電間隔Ｔを常時監視することによっても、潤滑油の劣化状態を的確に診断することが出来る。
なお、放電間隔Ｔを監視する場合には、放電を生じるときの表面電位Ｅを監視する場合に比べて、玉１４と軌道面１６，１８との間で放電が生じた瞬間をより正確に検出することが出来る。これは、放電を生じるときの表面電位Ｅを監視する場合には、表面電位計３０が計測器としての測定誤差を有していることや測定時のノイズなどによって、玉１４の表面電位Ｅが、真の表面電位Ｅの値に対してわずかに上下の値として計測される場合があるからである。これに対して、放電間隔Ｔを監視する場合には、放電による表面電位Ｅの大きな変化（この変化は、計測器の測定誤差やノイズに比べてはるかに大きい）を検出しているので、表面電位Ｅの測定誤差などの影響を受けないからである。
【００３３】
本実施形態では、放電間隔Ｔの閾値として、基準放電間隔Ｔ０が演算回路４７に入力されている。演算回路４７では、カウンタ４２から送信された放電間隔Ｔと、基準放電間隔Ｔ０とを比較している。放電間隔Ｔが基準放電間隔Ｔ０より大きいときは「０（ローレベル）」の制御信号Ｓ２を出力しており、放電間隔Ｔが基準放電間隔Ｔ０より小さいか若しくは同等のときは「１（ハイレベル）」の制御信号Ｓ２を出力している。すなわち、制御信号Ｓ２が「０（ローレベル）」のときには、潤滑状態が良好であることを示している。
具体的には、図５のように潤滑状態が良好な場合には、放電間隔Ｔａが基準放電間隔Ｔ０より大きいので制御信号Ｓ２として「０（ローレベル）」を出力し、図６のように潤滑状態が悪い場合には、放電間隔Ｔｂが基準放電間隔Ｔ０より小さいので制御信号Ｓ２として「１（ハイレベル）」を出力している。
【００３４】
本実施形態では、閾値としての基準放電間隔Ｔ０を、図６に示したような潤滑状態が悪いときの放電間隔Ｔｂより長い時間に設定している。このように設定することによって、潤滑状態が不良になる前に放電間隔Ｔが基準放電間隔Ｔ０に到達するので、転がり軸受１０に異常が発生する前に潤滑状態の異常を検出することが出来る。
【００３５】
制御信号Ｓ２は、オイルエア給油装置２０に送信されている。オイルエア給油装置２０では、「１（ハイレベル）」の制御信号Ｓ２を受信したときに、空気の流入ポート２７を解放している。これによって、潤滑状態が悪くなる前に、新しい潤滑材を転がり軸受１０に供給することが出来る。
【００３６】
以上の説明によって理解できるように、本実施形態の潤滑状態診断装置５０は、互いに異種材料であるセラミック製の玉１４と金属製の軌道面１６，１８とが転がり接触することによって玉１４が帯電し、玉１４に蓄積した静電気が油膜ｈを通して放電する現象を利用して、油膜ｈの厚さを診断している。
油膜ｈの厚さは、転がり軸受１０の潤滑状態と直接的に関連しており、潤滑油が消費されたり潤滑油が劣化したりすることによって油膜ｈの厚さが小さくなったときには、潤滑状態が悪くなる。一方、玉１４と軌道面１６，１８との間で放電するときの放電のしやすさは、この油膜ｈの厚さに依存しており、油膜ｈの厚さが小さいときに放電しやすくなる。すなわち、潤滑状態が悪くなるにしたがって放電が起きやすくなる。放電のしやすさは、放電するときの玉１４の表面電位Ｅや放電間隔Ｔなどの放電特性値を測定することによって診断することが出来る。具体的には、玉１４の表面電位Ｅが低くなるにしたがって放電しやすくなり、放電間隔Ｔが短くなるにしたがって放電しやすくなっている。したがって、放電特性値を監視することによって、転がり軸受１０の潤滑状態が悪くなった時点を的確に検出することが出来る。なお、玉１４の表面電位Ｅや放電間隔Ｔなどの放電測定値が所定の閾値を超えたときに油膜ｈの異常を検出することを異常検出ステップという。
【００３７】
また、放電特性値は潤滑状態の良否に対応して継時的に変化することから、あらかじめ所定の閾値を設けておき、その閾値を超えたときに異常が発生したことを認識することができる。閾値を超えたときに制御信号Ｓ２を発信することによって、潤滑油の供給を自動制御することが可能になる。
更に、本実施形態の潤滑状態診断装置５０を、工作機械に組み込むことによって、転がり軸受の潤滑状態のインプロセス計測が可能になる。
【００３８】
なお、本実施形態では、転動体として玉１４を使用したアンギュラ型の転がり軸受１０について説明したが、これに限定されない。例えば、ラジアル型の玉軸受であってもよいし、円筒ころ軸受やテーパころ軸受などの、他の形式の転がり軸受にも適用することが出来る。
【００３９】
また、従来の実施形態では、内輪１０２と外輪１０１との間に高い電圧を印加して、転動体１０３と軌道面１０５との間の電気抵抗を計測していた。この場合には、転動体１０３が転動するときに軌道面１０５との接触部で放電し、電食と呼ばれる損傷を生じる虞がある。
これに対して、本実施形態では、玉１４に蓄積される電荷は静電気によって生じたものであり、玉１４の表面と軌道面１６，１８の間で放電するときの電流値としては極めて小さい。したがって、放電した場合でも電食を生じることがない。したがって、本実施形態の潤滑状態診断方法であれば、転がり軸受１０に損傷を与えることなく、確実に油膜ｈの良否を診断することが出来る。
【００４０】
こうして、本実施形態の潤滑状態診断装置５０は、セラミックなどの絶縁体で製造された転動体を使用した転がり軸受１０について、転動体と軌道面１６，１８との間の潤滑状態を直接診断することができる。
これにより、潤滑状態が低下してきたときであって、不良になる前の潤滑状態を的確に検出して、転がり軸受１０に潤滑油を供給することが出来る。したがって、従来であれば、異常を回避することを優先するために、潤滑油を過剰に供給していたことと比べて、本実施形態では、潤滑油の消費量を削減できる。
更に、軌道面１６，１８に過剰な潤滑油が存在しないので、転がり軸受１０の回転抵抗を低減することが出来る。このため、工作機械の消費電力を削減することが出来る。また、軌道面１６，１８に過剰な潤滑油が存在しないので、潤滑油の撹拌抵抗が減少して、転がり軸受１０の温度上昇を抑制することができる。この結果、主軸１１や工作物の熱膨張による寸法変化を低減できるので、加工精度が向上するという効果も得ることが出来る。
【符号の説明】
【００４１】
１０：転がり軸受、１１：主軸、１２：外輪、１３：内輪、１４：玉、１５：保持器、１６：外側軌道面、１７ａ，１７ｂ：肩、１８：内側軌道面、１９あ、１９ｂ：肩、２０：オイルエア給油装置、２５：ポンプ、２６：ミキシングバルブ、２７：流入ポート、３０：表面電位計、３１：プローブ、３２：信号増幅器、４０：異常判定装置、４１：コンパレータ、４２：カウンタ、４３：発信子、４７：演算回路、５０：潤滑状態診断装置、
（従来技術）１００：転がり軸受、１０１：外輪、１０２：内輪、１０３：転動体、１０４：保持器、１０５：軌道面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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