(57)【要約】      （修正有）【課題】基板と回転体との相対速度の変動の有無に関わらず、幅広いレンジで、ＥＨＬ状態の物質同士の接触部分を潤滑する潤滑剤の膜厚分布測定ができる装置を提供する。【解決手段】ＥＨＬ状態の物体同士の接触部分を潤滑する潤滑剤の膜厚分布測定装置であって、光透過性を備えた基板と、基板に潤滑剤を介して接触する接触個片と、基板と接触個片を相対移動させる移動機構と、荷重付与機構と、光源と、干渉色撮像部と、コンピュータ部を備え、コンピュータ部には、干渉色撮像部で撮像された干渉色画像を記録する画像記録部と、画像記録部に記録された干渉色画像のうち、選択された干渉色画像に含まれる各点の色情報から少なくとも３種類の波長の光毎に色分離して輝度値、波長毎の位相、複数の膜厚候補を算出し、当該算出された複数の膜厚候補から基板と接触個片の接触部分の潤滑剤の膜厚分布を推定する膜厚分布推定部とを備えた、膜厚分布測定装置である。【選択図】図１
2017044587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＨＬ状態の物体同士の接触部分を潤滑する潤滑剤の膜厚分布を測定する膜厚分布測定装置であって、
光透過性を備えた基板と、
前記基板に前記潤滑剤を介して接触する接触個片と、
前記基板と前記接触個片を相対移動させる移動機構と、
前記基板側に前記接触個片を押し付けて荷重を付与する荷重付与機構と、
前記基板と前記接触個片の接触部分に向けて少なくとも３種類の波長の光を照射する光源部と、
前記基板と前記接触個片の接触部分から反射された光を、前記基板越しに画像を撮像し、カラーの干渉縞を干渉色画像として取得する干渉色撮像部と、
コンピュータ部を備え、
前記コンピュータ部には、
前記干渉色撮像部で撮像された干渉色画像を記録する画像記録部と、
前記画像記録部に記録された前記干渉色画像のうち、選択された干渉色画像に含まれる各点の色情報から前記少なくとも３種類の波長の光毎に色分離して輝度値を算出し、当該輝度値から前記波長毎の位相を算出し、当該波長毎の位相から複数の膜厚候補を算出し、当該算出された複数の膜厚候補から前記基板と前記接触個片の接触部分の潤滑剤の膜厚分布を推定する膜厚分布推定部を備えた、膜厚分布測定装置。
【請求項２】
コンピュータ部には、前記基板と前記接触個片の接触部分の潤滑剤の膜厚分布の中の膜厚最薄部の位置および膜厚を記録する膜厚最薄部情報記録部を備えた
ことを特徴とする、請求項１に記載の膜厚分布測定装置。
【請求項３】
前記選択された干渉色画像、前記膜厚分布推定部で推定された前記潤滑剤の膜厚分布を二次元分布で表した画像及び三次元的に表した画像のうち、少なくともいずれか１つの画像、並びに、前記膜厚最薄部情報記録部に記録された膜厚最薄部の位置情報および膜厚情報を、一度に表示する表示部を備えた
ことを特徴とする、請求項２に記載の膜厚分布測定装置。
【請求項４】
前記接触個片は、前記基板に前記潤滑剤を介して接触しながら回転する回転体であり、
前記回転体を回転させる回転体回転機構を備えた
えたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の膜厚分布測定装置。
【請求項５】
前記基板に前記接触個片を押し付ける押付荷重を測定する押付荷重測定部と、
前記回転体と前記回転体回転機構との間に配置されて、前記回転体の回転中の伝達トルクを測定するトルク測定部と、
前記トルク測定部で測定された前記伝達トルクと、前記回転体の回転半径と、前記押付荷重とに基づいて、トラクション係数を算出するトラクション係数算出部を備え、
前記膜厚測定と前記トラクション係数の算出が同時に行われる
ことを特徴とする、請求項４に記載の膜厚分布測定装置。
【請求項６】
前記移動機構の移動速度および前記回転体回転機構の回転速度のうち少なくとも一方の速度を制御して、前記基板と前記回転体とのすべり率を制御するすべり率制御部を備えたことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の膜厚分布測定装置。
【請求項７】
前記荷重付与機構における前記基板側に前記接触個片を押し付ける押付荷重を制御する押付荷重制御部を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の膜厚分布測定装置。
【請求項８】
前記基板と前記接触個片の接触部分を潤滑する潤滑剤の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部で測定した前記潤滑剤の温度を記録する温度記録部を備えた
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の膜厚分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転や往復移動する基板に対して潤滑剤を介して回転している回転体又は摺動する物体の接触部分の潤滑剤の膜厚分布を計測する膜厚分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばベアリングにおいては、互いに潤滑油で潤滑されているボール（一方の物体）と、外輪リング、或いは内輪リング（他方の物体）が、線接触または点接触している。このとき、互いの物体の接触部分には荷重が集中するため、物体が弾性変形するとともに、潤滑油が高圧・高粘度となる弾性流体潤滑状態（ＥＨＬ状態：Elasto-hydrodynamic Lubrication）になる。
【０００３】
このようなベアリングのＥＨＬ状態を観察する従来の方法として、円盤状のディスク及び鋼球を相対的に回転又は摺動するように配置し、そのディスク及び鋼球の接触部分を潤滑油で潤滑しておくとともに、接触部分の潤滑油にライン状の光を走査しながら照射して白黒の干渉縞を発生させ、白縞の波長および黒縞の波長に基づいて潤滑剤の膜厚を測定する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、反射膜とスペーサ膜を順次形成し、スペーサ膜を試料に接する光透過性基板と、スペーサ膜とは反対側から光透過性基板に白色光を照射する照射手段と、白色光の反射光を受光する受光手段と、反射光から色彩情報を取得する色彩情報取得手段を有する膜厚測定装置を用いて干渉画像を取得し、その色情報をＨＳＶ色空間に変換して色相値を求め、二面間のすきまの厚さとの校正結果に基づき、すきまの厚さあるいは膜厚ゼロに相当する真実接触部を可視化する技術が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
また、油膜を挟んだ２つの物体間に電圧を印加して油膜の絶縁破壊を調べる油膜絶縁破壊評価装置において、一方の物体を透明体とし、かつ、他方の物体との接触面側に可視光を透過する電極（例えば、透明導電膜）を用い、荷重をかけた状態で接触面の油膜厚さを光干渉法で実測する技術が知られている（例えば、特許文献３）。
【０００６】
また、透明膜に向けて複数波長からなる光を照射し、当該透明膜の表面反射光及び裏面反射光により生成されるカラーの干渉縞画像を撮像し、当該画像に干渉縞モデルを適合することで複数点の膜厚を一括して測定（つまり、各色情報と膜厚値との関係付けの校正を必要とせずに、膜厚分布を測定）する技術が知られている（例えば、特許文献４、非特許文献１）。さらに、非特許文献１には、青色：４７０ｎｍ、緑色：５６０ｎｍ、赤色：６００ｎｍの組合せで８μｍの膜厚レンジ測定が期待でき、実試料による実験で４μｍの膜厚測定ができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２７９４９号公報
【特許文献２】特開２００８−２０３１８号公報
【特許文献３】特開２００８−２４１３８３号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４５２２９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】北川、大槻，「干渉色画像解析による透明膜の広視野膜厚分布測定装置の開発」，精密工学会誌，2013年11月，第79巻，第11号，1078-1082頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の技術では、ライン走査により面の膜厚分布を測定しているため、経時的な膜厚分布の変化が生じない状況にあるもの（例えば、一定速度で回転や摺動するもの）しか、測定ができなかった。
【００１０】
一方、特許文献２の技術では、膜厚の二次元分布の測定が可能であるが、各色情報と膜厚値との関係付けの校正が必要であり、その関係が照明系、光学系、対象表面など多くの要因で変化する。さらに、色情報（ＢＧＲ値）を色相に変換しているが、色相が膜厚約２６０ｎｍの周期のため、膜厚測定レンジが限定されるという課題があった。
【００１１】
一方、特許文献３の技術では、５５５ｎｍ（緑色）と６３０ｎｍ（赤色）の波長の異なる単色光を２色重ねた２色光源を用い、実際の油膜厚さと色との関係をあらかじめ分かっている隙間を用いて検定した関係データに基づいて、光干渉画像の色から膜厚を測定している。そのため、特許文献２と同様、各色情報と膜厚値との関係付けの校正が必要となる。
【００１２】
一方、特許文献４では、フィルム製造プロセスにおいて連続走行するフィルムシートの膜厚をオンライン計測することに適用可能な旨が記載されており、非特許文献１では、シリコンウエハ上のシリコン酸化膜の膜厚、ニュートンリング板の空気間隙、シャボン膜の膜厚を測定できる旨が記載されているが、ベアリングなどのＥＨＬ状態にある潤滑剤の膜厚分布を測定する具体的手段までは言及されていない。
【００１３】
そこで本発明は、ＥＨＬ状態の物質同士の接触部分を潤滑する潤滑剤の過渡的な膜厚変動や膜厚分布を、幅広い膜厚レンジで校正なしに測定ができる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】
【００１４】
以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
ＥＨＬ状態の物体同士の接触部分を潤滑する潤滑剤の膜厚分布を測定する膜厚分布測定装置であって、
光透過性を備えた基板と、
基板に潤滑剤を介して接触する接触個片と、
基板と接触個片を相対移動させる移動機構と、
基板側に接触個片を押し付けて荷重を付与する荷重付与機構と、
基板と接触個片の接触部分に向けて少なくとも３種類の波長の光を照射する光源と、
基板と接触個片の接触部分から反射された光を、基板越しにカラーカメラにて干渉色画像として撮像する干渉色撮像部と、
コンピュータ部を備え、
コンピュータ部には、
干渉色撮像部で撮像された干渉色画像を記録する画像記録部と、
画像記録部に記録された干渉色画像のうち、選択された干渉色画像に含まれる各点の色情報から少なくとも３種類の波長の光毎に色分離して輝度値を算出し、当該輝度値から波長毎の位相を算出し、当該波長毎の位相から複数の膜厚候補を算出し、当該算出された複数の膜厚候補から基板と接触個片の接触部分の潤滑剤の膜厚分布を推定する膜厚分布推定部を備える。
【００１５】
この態様によれば、高速で潤滑剤の膜厚の二次元分布の測定ができるため、過渡的な膜厚分布の変化（例えば、加減速評価や破断プロセス評価など）が可能となる。そのうえ、広域モデル適合法により、対象基板を撮像した干渉画像から校正を行う（いわゆる、セルフキャリブレーションを行う）ため、各色情報と膜厚値との関係づけの校正が不要であり、青・緑・赤色の３波長を用いれば、４μｍないし８μｍ程度の幅広い膜厚レンジで、膜厚分布の測定が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
ＥＨＬ状態の物質同士の接触部分を潤滑する潤滑剤の過渡的な膜厚変動や膜厚分布を、幅広い膜厚レンジで校正なしに測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明を具現化する形態の一例の一部を拡大して示した部分拡大図である。
【図３】本発明を具現化する形態の一例における各機器のつながりを示す機能ブロック図である。
【図４】膜厚分布推定部に入力される干渉色画像の一例を示す画像図である。
【図５】干渉色画像を三色分離した後の一例を示す画像図である。
【図６】干渉色画像の一例を示す画像図である。
【図７】膜厚分布の測定結果を二次元分布で表した画像の一例を示す画像図である。
【図８】膜厚分布の測定結果を三次元的に表した画像の一例を示す画像図である。
【図９】Ｘ方向およびＹ方向の膜厚分布の測定結果プロファイル並びに膜厚最薄部の位置情報および膜厚情報の一例を示す画像図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお各図では、水平方向をｘ方向、ｙ方向と表現し、ｘｙ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をｚ方向と表現する。また、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく方向を下と表現する。
【００１９】
図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。
図２は、本発明を具現化する形態の一例の一部を拡大して示した部分拡大図である。
図３は、本発明を具現化する形態の一例における各機器のつながりを示す機能ブロック図である。
【００２０】
本発明に係る膜厚分布測定装置１は、ＥＨＬ状態の基板２と接触個片３の接触部分ＳＰを潤滑する潤滑剤ＬＢの膜厚分布を測定するものである。具体的には、膜厚分布測定装置１は、干渉色画像を撮像し、この干渉色画像に基づいて、潤滑剤ＬＢの膜厚分布を測定する。より具体的には、膜厚分布測定装置１は、基板２、接触個片３、移動機構４、回転体回転機構５、荷重付与機構６、光源部７、干渉色撮像部８、コンピュータ部９、表示部１０等を備えて構成されている。
【００２１】
基板２は、光透過性を備えた材料で構成されている。具体的には、基板２は、ｘｙ方向に平坦で、ｚ方向に所定の厚みをもった、透明なガラス製の円板２０を例示できる。より具体的には、円板２０の下面には、クロム（Ｃｒ）などの金属薄膜２１が成膜されており、さらにその下面には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの潤滑剤ＬＢと同程度の屈折率の透明膜２２が成膜されている。
【００２２】
接触個片３は、基板２に潤滑剤ＬＢを介して接触しながら回転するものである。具体的には、接触個片３として、回転体の一類型である鋼球３０を例示する。鋼球３０には、シャフト３１が連結されている。シャフト３１は、ｘｙ平面に平行な方向（図１ではｘ方向）に所定の長さを有し、後述する回転体回転機構５と連結されている。
【００２３】
鋼球３０は、潤滑剤ＬＢを介して円板２０の下面の透明膜２２と接触している。また、鋼球３０の下方には、潤滑剤ＬＢを貯めておくオイルパンＰが備えられいる。そして、鋼球３０が回転すると、オイルパンＰに溜まっている潤滑剤ＬＢがそれ自身の粘性により上方へ移動し、余剰となった潤滑剤は下方へ落ちる。そのため、円板２０と鋼球３０との接触部分ＳＰに適量の潤滑剤ＬＢが供給される。
【００２４】
移動機構４は、基板２と接触個片３を相対移動させるものである。具体的には、移動機構４は、回転モータ４０により構成することができる。回転モータ４０は、円板２０をｘｙ方向と垂直な軸を回転中心として矢印２ｄに示す方向に所定の速さで回転させたり、静止させたり、矢印２ｄとは逆方向に所定の速さで回転させるものである。より具体的には、回転モータ４０は、本体部と本体部の内側に組み込まれたロータ（不図示）を備えており、円板２０とロータとが連結部材４１にて連結されている。回転モータ４０は、モータアンプユニット（不図示）を介して、詳細を後述するコンピュータ部９と接続され、円板２０の回転方向および回転速度が適宜制御される。
【００２５】
回転体回転機構５は、回転体である鋼球３０を回転させるものである。具体的には、回転体回転機構５は、鋼球３０とシャフト３１を矢印３ｄの方向に所定の速さで回転させたり、静止させたり、矢印３ｄとは逆方向に所定の速さで回転させるものである。
より具体的には、回転体回転機構５は、回転モータ５０と、回転モータ５０のロータに連結されたシャフト５１を備えている。
【００２６】
回転モータ５０は、モータアンプユニット（不図示）を介して、詳細を後述するコンピュータ部９と接続され、シャフト５１の回転方向および回転速度が適宜制御される。
【００２７】
荷重付与機構６は、鋼球３０を円板２０に接触させる際に、荷重を付与するものである。具体的には、荷重付与機構６は、円板２０の下方に配置された鋼球３０を、上向きに押し上げるものである。より具体的には、荷重付与機構６は、アクチュエータ６０と、ホルダ６３を備えて構成されている。アクチュエータ６０は、エアや油圧、電動で可動子６１が上下動するものであり、アクチュエータ６０の本体部は装置フレーム１ｆに取り付けられており、可動子６１にホルダ６３が取り付けられている。アクチュエータ６０は、後述する押付荷重制御部１７と接続されている。
【００２８】
なお、円板２０の回転速度や、鋼球３０の回転速度、荷重付与機構６のアクチュエータ６０による押付荷重等は、ベアリングが実際に使用される状態を再現するように設定したり、想定される使用状態に合わせて設定したりする。そうすることで、ＥＨＬ状態で回転するベアリング内の接触部分の環境条件を設定することができる。
【００２９】
光源部７は、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰに向けて少なくとも３種類の波長の光Ｌ１を照射するものである。具体的には、光源部７は、照明ユニット７０と、照明用電源７５を備えている。
【００３０】
照明ユニット７０は、干渉色画像の撮像に必要な、少なくとも３種類の波長の光を発するものである。具体的には、照明ユニット７０は、白色ランプ７０と、反射板７１と、３波長帯域フィルタ７３を備えている。白色ランプ７０は、青色：４７０ｎｍ、緑色：５６０ｎｍ、赤色：６００ｎｍを含む広い帯域（いわゆる、ブロードな波長帯域）の光を放出するものであり、具体的にはハロゲンランプが例示できる。反射板７１は、白色ランプ７０から放出された可視光を反射し、外部に照射する光Ｌ１の量を増やすものである。３波長帯域フィルタ７３は、白色ランプ７０から放出された光のうち、少なくとも３種類の波長成分（ここでは、赤色・緑色・青色を例示する）を通過させ、それ以外の波長成分を減衰させるものである。より具体的には、３波長帯域フィルタ７３は、ガラスや石英基板の表面に複数の薄膜が形成された、いわゆる３波長バンドパスフィルターで構成されている。
【００３１】
照明用電源７５は、照明ユニット７０の白色ランプ７０に対して、発光に必要な電力を供給するものである。
【００３２】
干渉色撮像部８は、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰから反射された光Ｌ３を、基板２越しにカラーカメラ８０にて干渉色画像として撮像するものである。具体的には、干渉色撮像部８は、カラーカメラ８０と、レンズユニット８１を備えている。なお、ここで言う、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰから反射された光Ｌ３とは、基板２０と金属薄膜２１の界面で反射した光（いわゆる、表面反射光）と、潤滑剤ＬＢと鋼球３０との界面で反射した光（いわゆる、裏面反射光）とが合成されたものである。
【００３３】
カラーカメラ８０は、撮像されたカラー画像に対応した映像信号（アナログ信号）や映像データ（デジタル信号）を外部に出力するものであり、カラーフィルタ８５と、撮像素子８６を備えている。
【００３４】
レンズユニット８１は、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰの像を、カラーカメラ８０の撮像素子８６に結像させるものである。また、本実施例におけるレンズユニット８１は、光源７から照射された光を、撮像対象に向けて照射する役割も併せ持ち、照明光を撮像光軸と同じ（つまり、同軸落斜方式）にすることができる。具体的には、レンズユニット８１は、ハーフミラー８２、対物レンズ８３、結像レンズ８４を備えている。そのため、レンズユニット８１は、光源部７から照射された光Ｌ１を、ハーフミラー８２で反射させて照明光Ｌ２として膜厚の測定対象領域Ｒに照射し、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰから反射された光Ｌ３のうち、対物レンズ８３とハーフミラー８２を通過した光Ｌ４を結像レンズ８４にてカラーカメラ８０の撮像素子８６に結像させることができる。
【００３５】
コンピュータ部９は、信号やデータの入力や出力、データの記憶、入力または記憶されたデータに対する演算処理のほか、画像の入力や記憶、これら画像に対する画像処理、画像処理に基づく判定処理や画像変換処理、判定結果や画像処理後の画像の出力などを行うものである。具体的には、コンピュータ部９は、入力部、情報記録部、数値演算処理部、画像処理部、出力部を備えている。より具体的には、コンピュータ部９は、画像処理機能を備えたコンピュータ（ハードウェア）とその実行プログラム（ソフトウェア）により構成されている。また、コンピュータ部９は、キーボードやマウス、トラックパッドなどの情報入力デバイスを備え、後述する表示部１０と接続されている。
【００３６】
コンピュータ部９は、画像記録部１１、膜厚分布推定部１２を備えている。さらに、コンピュータ部９は、膜厚最薄部情報記録部１３、トラクション係数算出部１５、すべり率制御部１６を備えている。
【００３７】
画像記録部１１、干渉色撮像部８で撮像された干渉色画像を記録するものである。具体的には、画像記録部１１は、コンピュータ部９の情報記録部（例えば、ハードディスクなどの磁気記録媒体や、半導体メモリーなど）で構成されている。
【００３８】
膜厚分布推定部１２は、画像記録部１１に記録された干渉色画像のうち、選択された干渉色画像に含まれる各点の色情報から少なくとも３種類の波長の光毎に色分離して輝度値を算出し、当該輝度値から波長毎の位相を算出し、当該波長毎の位相から複数の膜厚候補を算出し、当該算出された複数の膜厚候補から基板２と接触個片３の接触部分ＳＰの潤滑剤ＬＢの膜厚分布を推定するものである。具体的には、膜厚分布推定部１２は、コンピュータ部９の画像処理部や数値演算処理部（ハードウェア）と、その実行プログラム（ソフトウェア）で構成されている。
【００３９】
そのため、コンピュータ部９は、干渉色撮像部８から出力された映像信号（アナログ信号）や映像データ（デジタル信号）が入力されると、実行プログラムに基づいて、所定の画像処理を行ったり、画像記録部１１に画像を保存したり、画像記録部１１から画像を読み出したり、膜厚分布推定部１２にて所定の画像処理や数値演算処理をしたりして、膜厚分布を推定することができる。
【００４０】
具体的には、膜厚分布推定部１２は、特許文献４に記載されているような干渉縞モデル適合による波長推定処理を、画像内の各点に対して行うことで、膜厚分布を推定するものである。より具体的には、膜厚分布推定部１２は、
複数の波長の単色光を含む照明光を測定対象である透明膜に照射し、透明膜の表面の反射光と裏面の反射光により生成される干渉画像から１点以上の選択点をｎ点選択し、ｎ点の選択点の内のｉ点に対応する波長番号ｊの干渉輝度信号に、波長番号ｊの波長λ（ｊ）を既知とし、波長番号ｊの平均輝度ａ（ｊ）、干渉変調度ｂ（ｊ）、および点ｉの膜厚ｔ（ｉ）のすべて、あるいは、一部を未知パラメータとし、残りを既知パラメータとして、点ｉに対応する波長番号ｊの輝度ｇ（ｉ，ｊ）が、次式
ｇ（ｉ，ｊ）＝ａ（ｊ）［１＋ｂ（ｊ）×ｃｏｓ｛４πｔ（ｉ）/λ（ｊ）｝］
で表される干渉縞モデルを適合することにより、未知パラメータを求める処理（つまり、膜厚推定演算処理）を行う。
【００４１】
さらに、干渉画像内の任意の点ｋに関し、請求項１で得られた、既知の波長番号ｊの平均輝度ａ（ｊ）および干渉変調度ｂ（ｊ）と、点ｋの各波長の輝度ｇ（ｋ，ｊ）とから、点ｋにおける波長番号ｊの位相φ（ｋ，ｊ）を、次式
φ（ｋ，ｊ）＝ｃｏｓ−１［｛ｇ（ｋ，ｊ）／ａ（ｊ）−１｝／ｂ（ｊ）］
により求め、得られた複数の位相から点ｋの膜厚ｔ（ｋ）を求める処理（いわゆる、ＡＣＯＳ法）を行う。
【００４２】
図４は、膜厚分布推定部１２に入力される干渉色画像の一例を示す画像図である。図４には、円板２０と鋼球３０が静止しているときの干渉色画像が示されている。なお画像図には、本来カラー情報も含まれるが、添付図面としての制約上、白黒の濃淡にて表現したもので代用する（以下同様）。
【００４３】
図５は、干渉色画像を三色分離した後の一例を示す画像図である。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、カラー干渉色画像を三色分離して、青・緑・赤色の単色画像に変換した後の画像の一例を示す画像図である。具体的には、膜厚分布推定部１２では、カラーカメラの青・緑・赤色の各点の輝度値から位相計算処理を行うことで、カラー干渉色画像を三色分離して、青・緑・赤色毎に単色の濃淡画像に変換し、上述のＡＣＯＳ法により位相計算を行い、膜厚候補を算出する。そして各点について、各色の膜厚候補から合致法により推定膜厚を算出（つまり、膜厚推定演算処理）している。
【００４４】
膜厚最薄部情報記録部１３は、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰの潤滑剤ＬＢの膜厚分布の中の、膜厚最薄部の位置および膜厚を記録するものである。具体的には、膜厚最薄部情報記録部１３は、コンピュータ部９の情報記録部で構成されている。
【００４５】
さらに、本実施形態では、押付荷重測定部６５と、トルク測定部１４と、トラクション係数算出部１５を備えた構成を例示する。
【００４６】
押付荷重測定部６５は、円板２０に鋼球３０を押し付けたときの荷重を測定するものである。具体的には、押付荷重測定部６５は、ロードセルとアンプ部（不図示）を備えている。ロードセルは、荷重付与機構６の可動子６１とホルダ６３との間に配置され、鋼球３０を円板２０に押し付けたときの荷重により生じるロードセル内のひずみ量を計測し、このひずみ量に対応した信号をアンプ部に出力するものである。アンプ部は、ロードセルから出力された信号が入力されると、ひずみ量を荷重値（または応力値）に変換し、荷重値を表示したり、荷重値に応じた信号やデータをコンピュータ９や後述する押付荷重制御部１７などの外部機器に出力するものである。
【００４７】
トルク測定部１４は、回転体である鋼球３０の回転中の伝達トルクＴを測定するものである。具体的には、トルク測定部１４は、鋼球３０に連結されたシャフト３１と、回転体回転機構５のシャフト５１との間に配置された、トルクメータ５５を備えた構成を例示する。トルクメータ５５は、本体部５６とシャフト５７を備えて構成されており、シャフト５７に作用する伝達トルクＴを測定するものである。具体的には、シャフト５７が回転する際にねじれるため、トルクメータ５５は、このねじれにより生じるシャフト５７のひずみ量を測定し、シャフト５７を伝達する伝達トルクＴに変換して出力するものである。シャフト５７は、一端がカップリング５２を介してシャフト５１と、他端がカップリング５３を介してシャフト３１と連結されており、すべりは生じない。そのため、トルクメータ５５は、シャフト５７の伝達トルクＴを測定することで、回転体である鋼球３０の回転中の伝達トルクをＴ測定することができる。また、トルクメータ５５は、測定した伝達トルクＴに対応した信号やデータを直接又は他の機器を介してコンピュータ９に出力することができる。
【００４８】
トラクション係数算出部１５は、トラクション係数μの算出を行うものである。ここで言うトラクション係数μとは、駆動係数とも呼ばれ、円板２０と、回転体である鋼球３０との間に生じる摩擦の度合いを無次元化して表したものである。具体的には、トラクション係数算出部１５は、鋼球３０の回転中の伝達トルクＴ（つまり、トルク測定部１４で測定されたシャフト５７を伝達する伝達トルク）と、回転体である鋼球３０の回転半径ＲＢと、回転体である鋼球３０を押し付ける荷重Ｗｂとに基づいて、トラクション係数μを算出する。なお、トラクション係数μを算出する式は、数式（１）で求めることができる。より具体的には、トラクション係数算出部１５は、コンピュータ部９の数値演算処理部（ハードウェア）と、その実行プログラム（ソフトウェア）で構成されている。
【００４９】
【数１】
2017044587.tif 000003
【００５０】
すべり率制御部１６は、移動機構４の移動速度および回転体回転機構５の回転速度のうち少なくとも一方の速度を制御して、基板２と回転体とのすべり率を制御するものである。具体的には、移動機構４の移動速度に相当する円板２０の回転速度は、円板２０の単位時間あたりの回転数と、円板２０の回転中心から鋼球３０が接触する場所までの距離から算出する。一方、回転体回転機構５の回転速度は、鋼球３０に連結されているシャフト５１の単位時間あたりの回転数と、鋼球３０の回転中心から鋼球３０が接触する場所までの距離（つまり、鋼球の回転半径ＲＢ）から算出する。そして、所望のすべり率となるように、円板２０の回転速度とシャフト５１の回転速度をそれぞれ制御する。このとき、円板２０と鋼球３０とが同じ速度で回転していればすべり率は０％となり、どちらか一方が静止していればすべり率は１００％となる。
【００５１】
押付荷重制御部１７は、荷重付与機構５における基板２側に接触個片３を押し付ける押付荷重を制御するものである。具体的には、押付荷重制御部１７は、押付荷重測定部６５から荷重値や応力値に対応した信号を入力し、予め設定しておいた基準値と比較し、荷重付与機構６のアクチュエータ６０を制御して、円板２０に鋼球３０を押し付ける荷重を制御するものである。より具体的には、押付荷重制御部１７は、専用のコントロールユニットで構成され、コンピュータ部９から押付荷重の基準値を入力したり、コンピュータ部９に押付荷重の現在値を出力したりすることができる。そのため、押付荷重を自動制御して、膜厚分布測定の時間中、一定の荷重を付与し続けることができる。
【００５２】
表示部１０は、インフォメーションディスプレイ、表示モニタとも呼ばれ、コンピュータ部９から出力された映像信号が入力されると、映像信号に対応して文字や図形情報などが表示されるものである。具体的には、表示部１０は、
１）画像記録部１１に記録された干渉色画像のうち、選択された干渉色画像
２）膜厚分布推定部１２で推定された潤滑剤ＬＢの膜厚分布を二次元分布で表した画像
３）膜厚分布推定部１２で推定された潤滑剤ＬＢの膜厚分布を三次元的に表した画像
のうち、少なくともいずれか１つの画像を表示すると共に、
４）膜厚最薄部情報記録部１３に記録された膜厚最薄部の位置情報および膜厚情報も併せて表示（つまり、一度に表示）するものである。
【００５３】
図６は、干渉色画像の一例を示した画像の一例を示す画像図である。
【００５４】
図７は、膜厚分布の測定結果を二次元分布で表した画像の一例を示す画像図である。
【００５５】
図８は、膜厚分布の測定結果を三次元的に表した画像の一例を示す画像図である。
【００５６】
図９は、Ｘ方向およびＹ方向の膜厚分布の測定結果プロファイル並びに膜厚最薄部の位置情報および膜厚情報の一例を示す画像図である。
【００５７】
本発明に係る膜厚分布測定装置１は、この様な構成をしているため、基板２と接触個片３（上述では、円板２０と回転体である鋼球３０を例示）との相対速度の変動の有無に関わらず、幅広いレンジで、ＥＨＬ状態の物質同士の接触部分ＳＰを潤滑する潤滑剤ＬＢの膜厚分布測定ができる。このとき、光源部７から赤色・緑色・青色の３種類の波長を含んだ光を照射することで、潤滑剤ＬＢの膜厚が４μｍないし８μｍ程度の幅広い膜厚レンジで、膜厚分布を測定することができる。
【００５８】
［別の形態］
また、本発明を具現化する上で膜厚分布測定装置は、上述の構成に限らず、以下に例示するような形態であっても良い。
【００５９】
例えば、上述の表示部１０は、必要に応じて円板２０の回転数、回転体である鋼球３０の回転数、押付荷重、回転トルク、トラクション係数、すべり率などを表示させても良い。また、作業者がコンピュータ部９の情報入力デバイスを操作して、画像記録部１１から任意の時刻における干渉色画像を読み出し、その干渉色画像を表示部１０に表示させても良い。さらに、膜厚分布測定装置１は、この干渉色画像に対する膜厚分布の測定結果やその他の情報を併せて、表示部１０に表示させても良い。
【００６０】
［潤滑剤の温度計測］
本発明に係る膜厚分布測定装置は、上述の構成に加え、温度測定部１８と温度記録部１９を備えた構成としても良い。
【００６１】
温度測定部１８は、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰの温度を測定するものである。具体的には、温度測定部１８は、円板２０と鋼球３０との接触部分ＳＰを潤滑する潤滑剤ＬＢの温度を、円板２０の斜め上方から円板２０越しに非接触で測定するものである。より具体的には、温度測定部１８は、赤外線式の温度センサを備え、測定した温度を表示したり、測定した温度に対応する信号やデータを外部へ出力したりする機能を備えている。
【００６２】
温度記録部１９は、温度測定部１８から出力された信号やデータを入力し、その都度、温度を記録するものである。具体的には、温度記録部１９は、コンピュータ部９の一部として又はデータロガーなどの独立した機器で構成され、予め設定された間隔で温度を記録したり、外部からのトリガ信号に基づいて適宜温度を記録することができる。また、温度記録部１９は、温度を記録する際に、必要に応じて日付や時刻も記録することができる。
【００６３】
このような温度測定部１８と温度記録部を備えることで、膜厚分布測定の時間中、接触部分ＳＰの温度を測定・記録することができ、膜厚に関する情報と共に後から参照して、ＥＨＬ状態の挙動解析に役立てることができる。
【００６４】
なお、温度測定部１８は、上述のような赤外線式の温度センサを用いて円板２０越しに非接触で温度を測定する構成に限らず、円板２０の下方に配置した熱電対プローブなどにより鋼球３０の温度や潤滑剤ＬＢの温度を直接測定する構成であっても良い。
【００６５】
［基板の変形例］
また上述では、基板２は、平坦なガラスの円板２０であって、その下面にクロムなどの金属薄膜２１と酸化シリコンなどの透明膜２２が成膜されており、接触個片３との接触部分ＳＰが平坦な面である例を示した。しかし、基板２の接触部分の形状は、このような形状に限らず、湾曲面で構成したり、平面または湾曲面に溝部が形成されたものでも良い。この接触部分の形状は、潤滑剤ＬＢの膜厚分布を測定したいベアリングや摺動する物体などの形状を再現したりモデル化した形状とすれば良い。また、基板２の材料は、ガラスに限らず、サファイヤやシリコン、樹脂など、他の材料でも良い。
【００６６】
また、基板２の下面の金属薄膜２１は、上述したクロムに限らず、アルミや銅、銀、金などの薄膜を成膜（コーティングとも言う）したものでも良い。なお、本発明を実施する上で、金属薄膜２１は、干渉色画像を取得するためのいわゆる表面反射光を発生させるためのものである。そのため、基板２と潤滑剤ＬＢとの界面から反射光が得られれば、金属薄膜２１は成膜されていなくても良い。
【００６７】
また、基板２の下面の透明膜２２は、上述した酸化シリコンに限らず、潤滑剤ＬＢの屈折率に近い透明な材料を成膜したものでも良い。なお、透明膜２２は、潤滑剤ＬＢの膜厚が薄い場合であっても、測定分解能を高めるために見かけ上の膜厚が厚く測定されるようにし、後に透明膜２２の膜厚分を差し引くといった処理を行うためのものである。そのため、潤滑剤ＬＢの厚みが所望の測定分解能を得られる場合であれば、基板２の下面の透明膜２２は成膜されていなくても良い。
【００６８】
［接触個片の変形例］
また上述では、接触個片３は、ボールベアリング内の接触部分を再現するために回転体の一類型である鋼球３０である例を示した。しかし、接触個片３は、回転体として鋼鉄製の球体に限定されず、他の材料（例えば、アルミやセラミック、樹脂など）でも良く、他の形状（例えば、円柱や円錐など）であっても良い。さらに、接触個片３は、回転体のみならず、平板個片３５などの摺動物体（つまり、非回転の物体）で構成しても良い。そして、平板個片３５は、鋼鉄、アルミ、セラミック、樹脂など、任意の材料から適宜選定し得る。
【００６９】
［移動機構の変形例］
また上述では、移動機構４は、回転モータ４０の回転軸を中心として、円板２０を回転させる構成を例示した。しかし、本発明に係る移動機構としては、直線軌道に沿って往復動作をするアクチュエータを備えて、円板２０または非円形の基板（例えば、矩形や六角形、八角形など）を往復動作させる構成であっても良い。
【００７０】
［別の形態］
また上述では、接触個片３として回転体の一類型である鋼球３０を備え、さらに回転体回転機構５を用いた例を示した。しかし、回転体回転機構５は、本発明を具現化する上で必須の構成要素ではなく、これを省いた構成であっても良い。そのため、回転体回転機構５を省いた構成においては、上述のトルク測定部５５、トラクション係数算出部１５、すべり率制御部１６は不要なため、これらを省いた構成とする。
【００７１】
［別の形態］
また上述では、移動機構４の移動速度および回転体回転機構５の回転速度のうち少なくとも一方の速度を制御して、基板２と回転体である鋼球３０とのすべり率を制御するすべり率制御部１６を備えた構成を例示した。この構成によれば、任意のすべり率の状態に設定して、潤滑剤ＬＢの膜厚分布を測定することが可能となる。
【００７２】
しかし、すべり率制御部１６は、本発明を具現化する上で必須の構成要素ではなく、これを省いた構成としても良い。この場合、基板２を一定の速度で回転させつつ、
１）鋼球３０を一定速度で回転させる
２）鋼球３０を、基板２の回転に合わせて受動的に回転させる
３）鋼球３０を静止させる
のいずれかに設定したり、手動にて切り換えて設定したりすることができる。
【００７３】
［別の形態］
また上述では、接触個片３を基板２に押し付ける荷重を調節するためのアクチュエータ６０と、押付荷重を制御するための押付荷重制御部１７を備えた構成（いわゆる、自動制御方式）を例示した。しかし、押付荷重制御部１７は、上述のような専用のコントロールユニットではなく、コンピュータ部９の一部に組み込んだ構成としても良い。
【００７４】
また、押付荷重制御部１７は、本発明を具現化する上で必須の構成要素ではなく、これを省き、自動制御方式ではなく、バネやゴムなどの弾性体を用いつつ、外部信号により位置変更ができるアクチュエータ６０を備えた構成（いわゆる、半自動操作方式）であっても良い。或いは、アクチュエータ６０も省き、接触個片３を、シム調節や固定ネジの位置調節や回転調節などによりｚ方向に位置調節し、押付荷重を変更する構成（いわゆる、手動調節方式）としても良い。
【００７５】
［別の形態］
上述では、コンピュータ部９に、基板２と接触個片３の接触部分ＳＰの潤滑剤ＬＢの膜厚分布の中の膜厚最薄部の位置および膜厚を記録する膜厚最薄部情報記録部１３を備えた構成を例示した。しかし、膜厚最薄部情報記録部１３は、本発明を具現化する上で必須の構成要素ではなく、これを省いた構成であっても良い。
【００７６】
［別の形態］
また上述では、膜厚分布測定装置１に表示部１０を備えた構成を例示した。しかし、表示部１０は、本発明を具現化する上で必須の構成要素ではなく、これを省いた構成としても良い。また、本発明に係る膜厚分布測定装置は、表示部１０を備える／備えないに関わらず、外部の装置や機器に、膜厚分布を測定した結果が含まれたデータを出力する構成としても良い。
【００７７】
［光源部の変形例］
また、光源部７を構成する白色ランプ７０は、上述のハロゲンランプに限らず、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、白色ＬＥＤなどで構成しても良い。
【００７８】
また、光源部７を構成する３波長帯域フィルタ７３は、上述のような白色ランプ７０とハーフミラー８２の間に配置された構成に限らず、対物レンズ８３と基板２の間、ハーフミラー８２と結像レンズ８４の間、結像レンズ８４と撮像カメラ８０の間などに配置した構成としても良い。
【００７９】
また光源部７は、上述のような白色ランプ７０と、反射板７１と、３波長帯域フィルタ７３を備えた構成に限らず、赤色に発光するＬＥＤと、緑色に発光するＬＥＤと、青色に発光するＬＥＤとを備えた発光ユニットを備えた構成としても良い。この場合、各色のＬＥＤは、１個ずつないし複数備えた構成とし、照明用電源は、各ＬＥＤに所定の直流電圧と電流を供給する構成としておく。或いは、各色で発光するＬＥＤに代えて、各色で発光するレーザダイオードまたは３波長が同時発光するレーザダイオードと、そのレーザダイオードを駆動させる電源を備えた構成としても良い。
【００８０】
また上述では、光源部７として、青色：４７０ｎｍ、緑色：５６０ｎｍ、赤色：６００ｎｍの３種類の波長の光を照射する構成を例示した。しかし、本発明に係る光源部は、このような構成に限定されず、一部又は全部を他の波長の光に代えた構成としても良い。この場合、光源部から照射される他の波長の光としては、近赤外線の光、橙色の光、青緑色の光などが例示できる。また、光源部７から照射される光の波長は、全部で４種類としても良いし、それ以上の種類としても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１    膜厚分布測定装置
２    基板
２ｄ  矢印（基板の移動方向，円板の回転方向）
３    接触個片
３ｄ  矢印（接触個片の移動方向，回転体の回転方向）
４    移動機構
５    回転体回転機構
６    荷重付与機構
７    光源部
８    干渉色撮像部
９    コンピュータ部
１０    表示部
１１    画像記録部
１２    膜厚分布推定部
１３    膜厚最薄部情報記録部
１４    トルク測定部
１５    トラクション係数算出部
１６    すべり率制御部
１７    押付荷重制御部
１８    温度測定部
１９    温度記録部
２０    円板（基板の一類型）
２１    金属薄膜
２２    透明膜
３０    鋼球（接触個片／回転体の一類型）
３１    シャフト
４０    回転モータ
４１    連結部材
５０    回転モータ
５１    シャフト
５５    トルク測定部
５６    本体部
５７    シャフト
６０    アクチュエータ
６１    可動子
６３    軸受部
６５    押付荷重測定部（ロードセル）
７０    白色ランプ
７５    照明用電源
８０    撮像カメラ
８１    レンズユニット
８２    ハーフミラー
８３    対物レンズ
８４    結像レンズ
８５    カラーフィルタ
８６    撮像素子
ＬＢ    潤滑剤
ＳＰ    基板と鋼球の接触部分
ＲＢ    鋼球の回転半径
Ｒ    膜厚の測定対象領域
Ｌ１    光源部から照射された光
Ｌ２    膜厚の測定対象領域に照射された光
Ｌ３    膜厚の測定対象領域から反射された光（干渉光）
Ｌ４    ハーフミラーを通過した光（撮像される干渉光）
μ    トラクション係数（摩擦係数）
Ｔ    伝達トルク
Ｗｂ    押付荷重
【図１】
2017044587.tif 000004
【図２】
2017044587.tif 000005
【図３】
2017044587.tif 000006
【図４】
2017044587.tif 000007
【図５】
2017044587.tif 000008
【図６】
2017044587.tif 000009
【図７】
2017044587.tif 000010
【図８】
2017044587.tif 000011
【図９】
2017044587.tif 000012