(57)【要約】【課題】ローラーピッチング試験中に、ローラー間に形成された油膜の厚さを精度良く検出することができる油膜厚さ検出装置を提供する。【解決手段】油膜厚さ検出装置１００は、第１回転ローラー１と、第２回転ローラー２と、励磁コイル３と、検出コイル４と、油膜厚さ検出部５と、を備える。第２回転ローラー２は、第１回転ローラー１と油膜を介して接触する。励磁コイル３は、第１回転ローラー１における第２回転ローラー２との接触部分に対し軸方向の側方に設けられ、交流電圧が印加される。検出コイル４は、第１回転ローラー１における接触部分に対し軸方向の励磁コイル３と反対側の側方に設けられている。油膜厚さ検出部５は、検出コイル４に生じる電圧波形の振幅を検出し、予め作成された、油膜厚さと検出コイル４に生じる電圧波形の振幅との関係を表す検量線を用いて油膜厚さを算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラーピッチング試験中にローラー間に形成された油膜厚さを検出する油膜厚さ検出装置であって、
第１回転ローラーと、
前記第１回転ローラーと油膜を介して接触する第２回転ローラーと、
前記第１回転ローラーにおける前記第２回転ローラーとの接触部分に対し軸方向の側方に設けられ、交流電圧が印加される励磁コイルと、
前記第１回転ローラーにおける前記接触部分に対し軸方向の前記励磁コイルと反対側の側方に設けられた検出コイルと、
前記検出コイルに生じる電圧波形の振幅を検出し、予め作成された、油膜厚さと前記検出コイルに生じる電圧波形の振幅との関係を表す検量線を用いて油膜厚さを算出する油膜厚さ検出部と、を備える油膜厚さ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラーピッチング試験においてローラー間に形成された油膜の厚さを検出する油膜厚さ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑油などで潤滑された歯車などの金属摺動部材において、摺動部の磨耗や疲労損傷を評価することは重要である。特許文献１には、電気回路を形成し、互いに接触した状態で摺動する金属部材間の接触電気抵抗を測定することにより、金属部材間の接触状態を評価する技術が記載されている。
【０００３】
歯車の歯面の疲労損傷（ピッチング）を評価する手法として、ローラーピッチング試験によるものが知られている。ローラーピッチング試験では、金属で形成された大小２つのローラーを、油膜を介して互いに接触させた状態で回転させる。これにより、歯車の面疲労損傷を模擬的に再現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−０８７７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歯車の歯面の疲労損傷現象において、歯車間に形成された油膜の厚さが密接に関係していると考えられる。この油膜の厚さは、歯車間の距離と見なすことができる。したがって、上述したローラーピッチング試験において、試験中にローラー間の距離（油膜の厚さ）をリアルタイムに検出することは、歯車の歯面の疲労損傷現象のメカニズムをより詳細に解明するために必要である。
【０００６】
ローラー間の距離を、特許文献１に記載した技術のように電気回路を形成し、ローラー間の接触抵抗を測定することにより検出することも考えられる。接触抵抗は、ローラー間の距離と油膜導電率の関数で表すことができる。また、油膜導電率は油膜温度の関数として表すことができる。つまり、接触抵抗と油膜温度を測定すればローラー間の距離（油膜の厚さ）を検出することができる。
【０００７】
しかしながら、油膜温度はローラー間の状態（圧力、速度、ローラ表面の面粗さ等）によって変動するので、試験中に油膜温度を精度良く測定することは困難である。このため、ローラー間の接触抵抗を測定する方法では、試験中における油膜の厚さを精度良く検出できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、ローラーピッチング試験中に、ローラー間に形成された油膜の厚さを精度良く検出することができる油膜厚さ検出装置を提供す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、ローラーピッチング試験中にローラー間に形成された油膜厚さを検出する油膜厚さ検出装置であって、第１回転ローラーと、前記第１回転ローラーと油膜を介して接触する第２回転ローラーと、前記第１回転ローラーにおける前記第２回転ローラーとの接触部分に対し軸方向の側方に設けられ、交流電圧が印加される励磁コイルと、前記第１回転ローラーにおける前記接触部分に対し軸方向の前記励磁コイルと反対側の側方に設けられた検出コイルと、前記検出コイルに生じる電圧波形の振幅を検出し、予め作成された、油膜厚さと前記検出コイルに生じる電圧波形の振幅との関係を表す検量線を用いて油膜厚さを算出する油膜厚さ検出部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ローラーピッチング試験中に、ローラー間に形成された油膜の厚さを精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態にかかる油膜厚さ検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態にかかる油膜厚さ検出装置の励磁コイルに印加する交流電圧の波形の一例を示す図である。
【図３】励磁コイルにより生成される磁束について説明する図である（ローラー間の距離が狭い場合）。
【図４】励磁コイルにより生成される磁束について説明する図である（ローラー間の距離が広い場合）。
【図５】励磁コイルに図２に示す波形の交流電圧を印加した場合に、検出コイルから検出される電圧波形の一例を示す図である（ローラー間の距離が狭い場合）。
【図６】励磁コイルに図２に示す波形の交流電圧を印加した場合に、検出コイルから検出される電圧波形の一例を示す図である（ローラー間の距離が広い場合）。
【図７】油膜厚さと検出コイルに生じる電圧波形の振幅との関係を表す検量線の一例を示す図である。
【図８】油膜厚さを検出する処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、油膜厚さ検出装置１００の概略構成を示す図である。油膜厚さ検出装置１００は、第１回転ローラー１と、第２回転ローラー２と、励磁コイル３と、検出コイル４と、油膜厚さ検出部５と、を備えている。第１回転ローラー１および第２回転ローラー２は、ローラーピッチング試験における試験片である。第２回転ローラー２は、潤滑油などの油膜を介して第１回転ローラー１と接触するように配置されている。ローラーピッチング試験において、第２回転ローラー２に荷重を付加して第１回転ローラー１と接触させた状態で、第１回転ローラー１および第２回転ローラー２を回転させる。
【００１４】
励磁コイル３は、第１回転ローラー１における第２回転ローラー２との接触部分（図中の破線Ａで囲った部分）に対し軸方向の側方に設けられている。検出コイル４は、第１回転ローラー１における第２回転ローラー２との接触部分に対し軸方向の励磁コイル３と反対側の側方に設けられている。
【００１５】
油膜厚さ検出部５は、ローラーピッチング試験中に、励磁コイル３に対し所定の交流電圧を印加する。また、油膜厚さ検出部５は、検出コイル４に生じる電圧波形およびその振幅を検出し、予め作成された、油膜厚さと検出コイル４に生じる電圧波形の振幅との関係を表す検量線を用いて油膜厚さを算出する。
【００１６】
図２は、励磁コイル３に印加する交流電圧の波形（励磁波形）の一例を示す図である。図２に示すように、交流波形は振幅および周波数が一定のサイン波である。励磁コイル３に印加する交流電圧波形の振幅をｗ１とする。励磁コイル３に交流電圧を印加すると、磁束が生成される。
【００１７】
図３および図４は、励磁コイル３により生成される磁束について説明する図である。図３および図４に示すように、励磁コイル３に交流電圧が印加されると、第１回転ローラーの軸方向に磁束（図中の矢印Ａ）が生成される。また、生成された磁束の一部は第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する（図中の矢印Ｂ）。第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する磁束の量と、第１回転ローラー１と第２回転ローラー２との間に形成された油膜の厚さと、の間には相関関係がある。なお、油膜の厚さは、ローラー間の距離ｄと見なすことができる。つまり、図３に示すように、ローラー間の距離ｄが相対的に狭い場合には第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する磁束の量は相対的に多くなり、図４に示すように、ローラー間の距離が相対的に広い場合には第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する磁束の量は相対的に少なくなる。
【００１８】
励磁コイル３に交流電圧が印加されると、検出コイル４には誘導起電力が発生する。図５および図６は、励磁コイル３に図２に示す波形の交流電圧を印加した場合に、検出コイル４から検出される電圧波形（検出波形）の例を示す図である。図５は、図３で説明したローラー間の距離が相対的に狭い場合に検出コイル４から検出される電圧波形である。図６は、図３で説明したローラー間の距離が相対的に広い場合に検出コイル４から検出される電圧波形である。図５および図６に示すように、第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する磁束があるため、検出コイルから検出される電圧波形の振幅ｗ２は励磁コイル３に印加される交流電圧の振幅ｗ１よりも小さくなる。
【００１９】
第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する磁束の量と検出コイル４から検出される電圧波形の振幅ｗ２との間には相関関係がある。つまり、第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する磁束が多いほど検出コイル４から検出される電圧波形の振幅ｗ２は小さくなる。
【００２０】
第１回転ローラー１から第２回転ローラー２に漏洩する磁束の量と、第１回転ローラー１と第２回転ローラー２との間に形成された油膜の厚さ（ローラー間の距離）と、の間には上述した相関関係がある。よって、検出コイル４から検出される電圧波形の振幅ｗ２とローラー間の距離との間にも相関関係がある。つまり、図５に示すように、ローラー間の距離が相対的に広い場合には検出コイル４から検出される電圧波形の振幅ｗ２は相対的に大きくなり、図６に示すように、ローラー間の距離が相対的に狭い場合には検出コイル４から検出される電圧波形の振幅ｗ２は相対的に小さくなる。
【００２１】
図７は、油膜厚さと検出コイル４に生じる電圧波形の振幅との関係を表す検量線の一例を示す図である。横軸ｘは検出コイル４に生じる電圧波形の振幅を、縦軸ｙは油膜厚さを表す。上述したように、検出コイル４に生じる電圧波形の振幅とローラー間の距離（油膜厚さ）との間には相関関係があるので、油膜厚さは検出コイル４に生じる電圧波形の振幅の関数（ｙ＝ｆ（ｘ））として表すことができる。
【００２２】
油膜厚さを検出する処理の流れについて以下で説明する。
図８は、油膜厚さを検出する処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すように、まず、ローラー（第１回転ローラー１、第２回転ローラー２）の鋼種、形状、仕様を決定する（ステップＳ１）。次に、励磁コイル３および検出コイル４の仕様を決定する（ステップＳ２）。そして、油膜厚さと検出コイル４に生じる電圧波形の振幅との関係を表す検量線を作成する（ステップＳ３）。検量線は、第１回転ローラー１および第２回転ローラー２を回転させないで励磁コイル３に所定の交流電圧を印加し、油膜厚さ（ローラー間の距離）を振ったときの検出コイル４に生じる電圧波形の振幅をそれぞれ測定することで作成する。なお、第１回転ローラー１および第２回転ローラー２を回転させなければローラー間の状態（圧力、金属の面粗さなど）は変動しないので、ローラー間の距離は、ローラー間の接触抵抗を測定するなどの既知の方法で測定することができる。
【００２３】
ステップＳ３に続き、ローラーピッチング試験を開始する（ステップＳ４）。そして、油膜厚さ検出部５が、励磁コイル３に所定の交流電圧を印加するとともに、検出コイル４の電圧波形とその振幅を検出する（ステップＳ５）。続いて、ステップＳ５で検出された検出コイル４の電圧波形の振幅とステップＳ３で作成した検量線から油膜厚さ（ローラー間の距離）を算出する（ステップＳ６）。
【００２４】
以上より、励磁コイル３に交流電圧を印加したときに検出コイル４から検出された電圧波形の振幅を用いてローラーピッチング試験中の油膜の厚さを算出することで、ローラーピッチング試験中に、ローラー間に形成された油膜の厚さを精度良く検出することができる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００２６】
例えば、図７の検量線において、横軸ｘは検出コイル４に生じる電圧波形の振幅ｗ２としたが、励磁コイル３に実際に生じている電圧波形の振幅ｗ１ｒｅａｌと検出コイル４に生じる電圧波形の振幅ｗ２との差分（ｗ１ｒｅａｌ−ｗ２）を横軸ｘとしてもよい。つまり、油膜厚さは、励磁コイル３に実際に生じている電圧波形の振幅ｗ１ｒｅａｌと検出コイル４に生じる電圧波形の振幅ｗ２との差分の関数として表される。このようにする場合、図８のステップＳ５では、励磁コイル３に実際に生じている電圧波形の振幅と検出コイル４に生じる電圧波形の振幅とをそれぞれ検出する。そして、図８のステップＳ６では、励磁コイル３に実際に生じている電圧波形の振幅と検出コイル４に生じる電圧波形の振幅との差分、および検量線から油膜厚さを算出する。これにより、振動やコイル温度変化などの外乱の影響を排除できるので、油膜厚さをより精度良く算出することが可能になる。
【符号の説明】
【００２７】
１  第１回転ローラー
２  第２回転ローラー
３  励磁コイル
４  検出コイル
５  油膜厚さ検出部
１００  油膜厚さ検出装置
【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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【図８】
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