(57)【要約】【課題】精度と信頼性の高い潤滑剤の塗膜状態の測定を行う潤滑剤塗膜計測装置を提供する。【解決手段】光を一対の物体の接触部分に照射して干渉縞を発生させる光源４０と、干渉縞の分光像を発生させる分光器３６と、この分光器で発生した分光像を拡大する顕微鏡３８と、顕微鏡で拡大された分光像を高速撮影する高速度カメラ３４と、高速度カメラを接触部分に沿って移動させる高速度カメラ移動手段４６と、高速度カメラから得た高速撮影データに基づいて油膜の状態を計測する演算手段５０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に転動又は摺動している一対の物体の接触部分を潤滑する潤滑剤の塗膜の厚さを計測する方法であって、
光源から出力された光を前記塗膜の前記接触部分に照射して干渉縞を発生させる工程と、
前記接触部分に沿って移動しながら、前記干渉縞を分光して発生した分光像を拡大して高速撮影する工程と、
高速撮影したデータに基づいて前記分光像の輝度分布を解析する工程と、
輝度分布を解析したデータに基づいて前記分光像の黒縞の波長及び明縞の波長を演算する工程と、
前記黒縞の波長及び明縞の波長に基づいて前記塗膜の厚さを測定する工程と、を備えたことを特徴とする潤滑剤塗膜計測方法。
【請求項２】
前記光源をハロゲン光源及びキセノン光源とし、これらハロゲン光源及びキセノン光源をミキシングした光を前記油膜の接触部分に照射することを特徴とする請求項１記載の潤滑剤塗膜計測方法。
【請求項３】
前記一対の物体を、特定温度の雰囲気状態に配置するとともに、前記潤滑剤を、特定温度に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の潤滑剤塗膜計測方法。
【請求項４】
前記一対の物体を互いに押し付けた状態とすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測方法。
【請求項５】
前記一対の物体における一方の物体の他方の物体との接触部分を球面により形成し、
モータの回転運動をカム機構により前記一方の物体の往復揺動運動に変換しつつ、一方の物体を他方の物体に対して相対的に摺動させると共に、前記一対の物体の接触部分を潤滑する潤滑剤の塗膜の厚さを計測すること特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測方法。
【請求項６】
相対的に転動又は摺動している一対の物体の接触部分を潤滑する潤滑剤の塗膜の状態を計測する装置であって、
光を前記塗膜の接触部分に照射して干渉縞を発生させる光源と、
前記干渉縞の分光像を発生させる分光器と、
この分光器で発生した前記分光像を拡大する顕微鏡と、
この顕微鏡で拡大された前記分光像を高速撮影する高速度カメラと、
この高速度カメラを前記接触部分に沿って移動させる高速度カメラ移動手段と、
前記高速度カメラから得た高速撮影データに基づいて前記塗膜の状態を計測する演算手段とを備え、
前記演算手段は、高速撮影データに基づいて前記分光像の輝度分布を解析する輝度分布解析手段と、この輝度分布解析手段で解析した輝度分布に基づいて前記分光像の黒縞の波長及び明縞の波長を演算する波長演算手段と、この波長演算手段で演算した前記黒縞の波長及び明縞の波長に基づいて前記塗膜の厚さを演算する塗膜厚さ演算手段とを備えていることを特徴とする潤滑剤塗膜計測装置。
【請求項７】
前記光源は、ハロゲン光源及びキセノン光源であり、これらハロゲン光源及びキセノン光源をミキシングした光が、前記塗膜の接触部分に照射されることを特徴とする請求項６記載の潤滑剤塗膜計測装置。
【請求項８】
前記一対の物体のうち少なくとも一方のトルク変化を計測するトルク計測手段を備えているとともに、前記演算手段は、前記トルク計測手段が計測したデータに基づいて、一対の物体の接触部分の摩擦係数を演算する摩擦係数演算手段を備えていることを特徴とする請求６又は７記載の潤滑剤塗膜計測装置。
【請求項９】
前記一対の物体を特定温度の雰囲気状態とする雰囲気温度設定手段と、前記潤滑剤を特定温度に設定する潤滑剤温度設定手段とを備えたことを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測装置。
【請求項１０】
前記一対の物体を互いに押し付けた状態とする押し付け手段を設けたことを特徴とする請求項６から９の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測装置。
【請求項１１】
前記一対の物体における一方の物体の他方の物体との接触部分を球面により形成し、
モータと、このモータの回転運動を前記一方の物体の往復揺動運動に変換するカム機構とを備えたことを特徴とする特徴とする請求項６から１０の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に転動又は摺動している一対の物体の接触部分を潤滑する潤滑剤の塗膜の状態を計測する潤滑剤塗膜計測方法及び潤滑剤塗膜計測装置に関する。
【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）とが線接触または点接触していると荷重が集中するため、物体の弾性変形と潤滑油の高圧粘度を考慮しなければならない。このような潤滑状態を、弾性流体潤滑状態（ＥＨＬ状態：Ｅlastohydrodynamic Lubricastion）いう。
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剛球を相対的に転動又は摺動するように配置し、そのディスク及び剛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光を照射して干渉縞を発生させる光干渉法によりＥＨＬ状態の油膜厚さを測定する方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、光干渉法による油膜厚さの測定は、精度及び信頼性の面で問題があり、ＥＨＬ状態を高精度に観察することができない。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、精度と信頼性の高い潤滑剤の塗膜状態の測定を行なうことで、ＥＨＬ状態を高精度に観察することができる潤滑剤塗膜計測方法及び潤滑剤塗膜計測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】
【０００４】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、相対的に転動又は摺動している一対の物体の接触部分を潤滑する潤滑剤の塗膜の厚さを計測する方法であって、光源から出力された光を前記塗膜の前記接触部分に照射して干渉縞を発生させる工程と、前記接触部分に沿って移動しながら、前記干渉縞を分光して発生した分光像を拡大して高速撮影する工程と、高速撮影したデータに基づいて前記分光像の輝度分布を解析する工程と、輝度分布を解析したデータに基づいて前記分光像の黒縞の波長及び明縞の波長を演算する工程と、前記黒縞の波長及び明縞の波長に基づいて前記塗膜の厚さを測定する工程と、を備えたことを特徴とする潤滑剤塗膜計測方法である。
【０００５】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の潤滑剤塗膜計測方法において、前記光源をハロゲン光源及びキセノン光源とし、これらハロゲン光源及びキセノン光源をミキシングした光を前記塗膜の接触部分に照射するようにした。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の潤滑剤塗膜計測方法において、前記一対の物体を、特定温度の雰囲気状態に配置するとともに、前記潤滑剤を、特定温度に設定するようにした。
【０００６】
また、請求項４の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測方法において、前記一対の物体を互いに押し付けた状態とする。
また、請求項５の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測方法において、前記一対の物体における一方の物体の他方の物体との接触部分を球面により形成し、モータの回転運動をカム機構により前記一方の物体の往復揺動運動に変換しつつ、一方の物体を他方の物体に対して相対的に摺動させると共に、一対の物体の接触部分を潤滑する潤滑剤の塗膜の厚さを計測するようにした。
【０００７】
一方、請求項６の発明は、相対的に転動又は摺動している一対の物体の接触部分を潤滑する潤滑剤の塗膜の状態を計測する装置であって、光を前記塗膜の接触部分に照射して干渉縞を発生させる光源と、前記干渉縞の分光像を発生させる分光器と、この分光器で発生した前記分光像を拡大する顕微鏡と、この顕微鏡で拡大された前記分光像を高速撮影する高速度カメラと、この高速度カメラを前記接触部分に沿って移動させる高速度カメラ移動手段と、前記高速度カメラから得た高速撮影データに基づいて前記塗膜の状態を計測する演算手段とを備え、前記演算手段は、高速撮影データに基づいて前記分光像の輝度分布を解析する輝度分布解析手段と、この輝度分布解析手段で解析した輝度分布に基づいて前記分光像の黒縞の波長及び明縞の波長を演算する波長演算手段と、この波長演算手段で演算した前記黒縞の波長及び明縞の波長に基づいて前記塗膜の厚さを演算する塗膜厚さ演算手段とを備えていることを特徴とする潤滑剤塗膜計測装置である。
【０００８】
また、請求項７の発明は、請求項６記載の潤滑剤塗膜計測装置において、前記光源は、ハロゲン光源及びキセノン光源であり、これらハロゲン光源及びキセノン光源をミキシングした光が、前記塗膜の接触部分に照射されるようにした。
また、請求項８の発明は、請求項６又は７記載の潤滑剤塗膜計測装置において、前記一対の物体のうち少なくとも一方のトルク変化を計測するトルク計測手段を備えているとともに、前記演算手段は、前記トルク計測手段が計測したデータに基づいて、一対の物体の接触部分の摩擦係数を演算する摩擦係数演算手段を備えているようにした。
【０００９】
また、請求項９の発明は、請求項６から８の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測装置において、前記一対の物体を特定温度の雰囲気状態とする雰囲気温度設定手段と、前記潤滑剤を特定温度に設定する潤滑剤温度設定手段とを備えるようにした。
また、請求項１０の発明は、請求項６から９の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測装置において、前記一対の物体を互いに押し付けた状態とする押し付け手段を設けた。
また請求項１１の発明は、請求項６から１０の何れか１項に記載の潤滑剤塗膜計測装置において、前記一対の物体における一方の物体の他方の物体との接触部分を球面により形成し、モータと、このモータの回転運動を前記一方の物体の往復揺動運動に変換するカム機構とを備えるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の潤滑剤塗膜計測方法及び潤滑剤塗膜計測装置によると、光源から出力された光を塗膜の接触部分に照射して干渉縞を発生させ、接触部分に沿って移動しながら、干渉縞を分光して発生した分光像を拡大して高速撮影し、高速撮影したデータに基づいて分光像の輝度分布を解析し、輝度分布を解析したデータに基づいて分光像の黒縞の波長及び明縞の波長を演算し、黒縞の波長及び明縞の波長に基づいて塗膜の厚さを計測するようにしたので、従来では精度及び信頼性の面で問題があった弾性流体潤滑状態（ＥＨＬ状態：Ｅlastohydrodynamic Lubricastion）の潤滑剤の塗膜の厚さの計測を高精度に、且つ信頼性を高くして行うことができる。
なお、計測可能な潤滑剤としては、半固体状のものから液体状の潤滑剤が挙げられる。より具体的には、油（潤滑油）の場合は油膜厚さを、グリース（潤滑グリース）の場合はグリース膜厚を高精度、且つ、信頼性を良くして計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の潤滑剤塗膜計測装置を示す図である。符号２は、ガラス製の円盤形状のディスク試験片であり、このディスク試験片２の上下方向を向く軸心に、装置架台４に支持されて上下方向に延在しているディスク回転軸６の上部が固定されている。
【００１２】
ディスク回転軸６の下端側にはタイミングベルト８を介してサーボモータ１０が連結されており、サーボモータ１０の駆動力が、タイミングベルト８、ディスク回転軸６を介してディスク試験源２に軸回り回転として伝達される。また、ディスク回転軸６には、第１トルクメータ１２が接続されている。
ディスク試験片２の下面には、球形のボール試験片１４が接触している。このボール試験片１４に、ディスク試験片２の径方向に延在しているボール連結軸１６が固定されている。なお、ボール連結軸１６は、鋼球からなるボール試験片１４がディスク試験片２の下面に接触するように、支持手段（図示せず）によって支持されている。
【００１３】
このボール連結軸１６にはサーボモータ１８が連結しており、サーボモータ１８の駆動力が、ボール連結軸１６を介してボール試験片１４に回転として伝達されるようになっている。また、ボール連結軸１６には、第２トルクメータ２０が接続されている。
符号２２は、所定量の潤滑油を溜めた潤滑剤溜まりである。潤滑剤溜まり２２内の潤滑油は、図示しないヒータにより所定温度により加熱されており、この潤滑剤溜まり２２内の潤滑油にボール試験片１４の下側が浸されている。
【００１４】
潤滑剤溜まり２２は、てこの原理を用いた荷重負荷装置２４に支持されており、この荷重負荷装置２４に所定重量の錘２６を載せると、錘２６を載置した側が下がり、錘２６を載置した側と支点Ｓに対して反対側に設けた潤滑油２２側が上昇することで、潤滑剤溜まり２２がボール試験片１４をディスク試験片２の下面側に押し付けるようになっている。
装置架台４には、潤滑剤溜まり２２がＸ方向（ディスク回転軸６に近接、或いは離間する水平方向）、或いはＹ方向（Ｘ方向に直交した水平方向）に移動可するように荷重負荷装置２４を支持する第１ＸＹステージ３２が設けられている。
【００１５】
符号２８は、ディスク試験片２及びボール試験片１４を内部に収納しているチャンバであり、チャンバ２８内には、熱風発生装置３０から所定温度の熱風が供給されるようになっている。
また、装置架台４には、高速度カメラ３４、分光器３６、光学顕微鏡３８、光源４０を組み込んだユニット４２をＸＹ方向に移動させる第２ＸＹステージ４４が設けられているとともに、ユニット４２をＸ方向に微小移動させる直動装置４６が設けられている。直動装置４６は、ボールねじ機構４６ａと、ボールねじ機構４６ａのねじ軸を回転させるサーボモータ４６ｂとで構成されている。
【００１６】
前述した光源４０は、ハロゲン光源４０ａとキセノン光源４０ｂとで構成されており、これらハロゲン光源４０ａ及びキセノン光源４０ｂの光をミキシングした光が、二股ファイバーライトガイド４８を通過して光学顕微鏡３８の対物レンズ３８ａから下方に照射される。
高速度カメラ３４には演算装置５０が接続されているとともに、演算装置５０には、演算結果を表示する表示装置５２が接続されている。
演算装置５０は、図２に示すように、輝度分布解析回路５０ａ、波長演算回路５０ｂ、塗膜厚さ演算回路５０ｃ、摩擦係数演算回路５０ｄ及び演算結果出力回路５０ｅを備えている。
【００１７】
輝度分布解析回路５０ａは、高速度カメラ３４から得たデータに基づいて後述す分光像の輝度分布を解析する回路である。波長演算回路５０ｂは、輝度分布解析回路５０ａで解析した輝度分布に基づいて分光像の黒縞の波長及び明縞の波長を演算する回路である。塗膜厚さ演算回路５０ｃは、波長演算回路５０ｂで演算した黒縞の波長及び明縞の波長に基づいてディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分における潤滑油膜の厚さを演算する回路である。
摩擦係数演算回路５０ｄは、第１トルクメータ１２及び第２トルクメータ２０から得たトルク変化データに基づいて、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の摩擦係数を演算する回路である。そして、演算結果出力回路５０ｅは、塗膜厚さ演算回路５０ｃ、摩擦係数演算回路５０ｄが演算した結果を出力する回路である。
【００１８】
次に、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分を潤滑している潤滑油膜の厚さを測定する原理について、図３から図８を参照して説明する。なお、図５（ａ）、図６、（ａ）、図７（ａ）及び図８（ａ）は、それぞれディスク試験片２及びボール試験片１４が静止している状態の図であり、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）図８（ｂ）は、それぞれディスク試験片２及びボール試験片１４が回転している状態の図である。
【００１９】
図３は、ガラス製のディスク試験片２及び鋼球からなるボール試験片１４が静止しているときの接触部分を拡大した図であり、ディスク試験片２の下面にはＣｒ半透過膜が形成されており、このＣｒ半透過膜の下面に、さらにＳｉＯ2のスペーサ膜が形成される。ディスク試験片２の上方から入射した光は、Ｃｒ半透過膜の表面で反射した光Ｒ１と、ボール試験片１４表面で反射した光Ｒ２となる。また、ｈsio2はＳｉＯ2のスペーサ膜の厚さ、ｈgapは表面粗さによって生じる隙間の厚さである。
【００２０】
また、図４は、ディスク試験片２及びボール試験片１４が回転したときの状態を拡大して示した図であり、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の間には潤滑油膜が形成されている。ｈoilは潤滑油膜の厚さである。光Ｒ１、Ｒ２は干渉を起こすので、図５に示すようなニュートンリング（干渉縞）を観察する。なお、図５は、干渉縞を簡略化して示している。
そして、図５の干渉縞のラインＡに沿った領域の分光像を得るとともに、この分光像を拡大して高速撮影することで、図６に示す画像を得る。なお、図６も、高速撮影した画像を簡略化して示している。
【００２１】
次いで、図６で得た分光像の画像のラインＢに沿った領域の輝度分布を解析し、図７に示す解析図を得る。すなわち、図７の（ａ）では、静止時における干渉縞の暗縞の波長λ１、明縞の波長λ２が演算され、図７の（ｂ）では、回転時における干渉縞の暗縞の波長λ３、明縞の波長λ４が演算される。
ここで、光Ｒ１、Ｒ２の光路差と干渉縞の明暗の関係より、静止時における干渉縞の暗縞の波長λ１、明縞の波長λ２から以下の式が成立する。なお、ｎoilは、潤滑油の屈折率である。
暗縞 ： （２ｎoil（ｈsio2 ＋ ｈgap））／λ１ ＝ ｍ …………………式１
明縞 ： （２ｎoil（ｈsio2 ＋ ｈgap））／λ２ ＝ ｍ ＋ １／２………式２
また、式１、式２に基づいて以下の式が成立する。
ｈsio2 ＋ ｈgap ＝ （λ１λ２）／（４ｎoil（λ１ − λ２））………式３
【００２２】
このように、静止時における干渉縞の暗縞の波長λ１、明縞の波長λ２から、スペーサ膜の厚さと表面粗さによって生じる隙間の厚さを加えた厚さ（ｈsio2 ＋ ｈgap）を算出することができ、図８の（ａ）は、ｈsio2 ＋ ｈgapの値をプロットした結果である。
また、回転時における干渉縞の暗縞の波長λ３、明縞の波長λ４から以下の式が成立する。
ｈoil  ＋  ｈsio2 ＋  ｈgap
＝（λ３λ４）／（４ｎoil（λ３ − λ４） ………式４
【００２３】
図８の（ｂ）は、ｈoil ＋ ｈsio2 ＋ ｈgapの値をプロットした結果である。
そして、式３、式４に基づいて以下の式のように、ディスク試験片２及びボール試験片１４が回転しているときの潤滑油膜の厚さｈoilを求める。
ｈoil ＝ （１／４ｎoil）（（λ３λ４）／（λ３−λ４） − （λ１λ２）／（λ１−λ２） …………式５
【００２４】
次に、本実施形態の潤滑剤塗膜計測装置１を使用した潤滑油膜の計測方法について作用とともに説明する。
最初に、潤滑剤塗膜計測装置１を使用してディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分における潤滑油膜の厚さを計測する方法について説明する。
第２ＸＹステージ４４の駆動によりユニット４２を水平方向に移動させ、光学顕微鏡３８の対物レンズ３８ａを、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の上方に位置させる。
【００２５】
次に、荷重負荷装置２４に所定重量の錘２６を載せ、ボール試験片１４の下側が浸されている潤滑剤溜まり２２によりボール試験片１４をディスク試験片２の下面側に押し付ける。また、潤滑剤溜まり２２内の潤滑油を所定温度に加熱しておくとともに、ディスク試験片２及びボール試験片１４を収納しているチャンバ内に、熱風発生装置３０から所定温度の熱風を供給する。
【００２６】
このように、荷重負荷装置２４でボール試験片１４とディスク試験片２との間に押し付け力が発生し、熱風発生装置３０でボール試験片１４及びディスク試験片２が所定の雰囲気温度で接触し、さらに潤滑油も所定温度に設定されているので、再現性の高い測定が行われる。
そして、ディスク試験片２及びボール試験片１４を静止した状態で計測を開始する。
【００２７】
ハロゲン光源４０ａの光とキセノン光源４０ｂの光をミキシングした光を、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分に照射し、接触部分に干渉縞を発生させる（図５の（ａ）参照）。
ここで、ハロゲン光源４０ａの光とキセノン光源４０ｂの光をミキシングした光は、広範囲に及ぶ波長領域を有し、かつ輝度が大きい特殊な光となる。
【００２８】
そして、分光器３６によって干渉縞の分光像を発生し、高速度カメラ３４が、光学顕微鏡３８によって拡大された分光像を高速撮影していく。このように高速度カメラ３４が分光像を高速撮影する際には、直動装置４６がユニット４２をＸ方向に微小移動させていく（図６の（ａ）参照）。
このように、直動装置４６でユニット４２Ｘ方向に微小移動させていきながら高速度カメラ３４で分光像を高速撮影することで、静止時におけるディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分が広範囲に精度良く撮影される。
【００２９】
高速度カメラ３４が高速撮影したデータは、演算装置５０の輝度分布解析回路５０ａに入力される。輝度分布解析回路５０ａは、分光像の輝度分布を解析して解析データを得る。そして、波長演算回路５０ｂは、輝度分布解析回路５０ａで解析したデータに基づいて、静止時における干渉縞の暗縞の波長λ１、明縞の波長λ２を演算する（図７の（ａ）参照）。
そして、サーボモータ１０の駆動によりディスク試験片２を回転させ、サーボモータ１８の駆動によりボール試験片１４を回転させる。この際、ボール試験片１４の下側が潤滑剤溜まり２２内に浸されているので、潤滑油が、順次ディスク試験片２及びボール試験片１４の間に供給されていき潤滑油膜が形成される（図４参照）。そして、潤滑油膜の計測を開始する。
【００３０】
すなわち、ハロゲン光源４０ａの光とキセノン光源４０ｂの光をミキシングした光を、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分に照射し、接触部分に干渉縞を発生させる（図５の（ｂ）参照）。
そして、高速度カメラ３４が、光学顕微鏡３８によって拡大された分光像を高速撮影していく。この場合にも、直動装置４６がユニット４２をＸ方向に微小移動させていく（図６の（ｂ）参照）。
【００３１】
このように、直動装置４６でユニット４２Ｘ方向に微小移動させていきながら高速度カメラ３４で分光像を高速撮影することで、回転時におけるディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分が広範囲に精度良く撮影される。
演算装置５０の輝度分布解析回路５０ａは、高速度カメラ３４から入力した高速撮影データに基づいて解析データを得る。そして、波長演算回路５０ｂは、輝度分布解析回路５０ａで解析したデータに基づいて、回転時における干渉縞の暗縞の波長λ３、明縞の波長λ４を演算する（図７の（ｂ）参照）。
【００３２】
塗膜厚さ演算回路５０ｃは、静止時における干渉縞の暗縞の波長λ１、明縞の波長λ２、回転時における干渉縞の暗縞の波長λ３、明縞の波長λ４に基づいて、潤滑油膜の厚さｈoilを演算する（図８の（ｂ）参照）。
そして、演算結果出力回路５０ｅは、塗膜厚さ演算回路５０ｃで演算した潤滑油膜の厚さｈoilを表示装置５２に出力する。
これにより、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分における潤滑油膜の厚さの測定が完了する。
【００３３】
次に、潤滑剤塗膜計測装置１を使用してディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分における潤滑油膜の厚さを計測する方法について説明する。
第１トルクメータ１２が、ディスク試験片２が回転しているときのディスク回転軸６のトルク変化を計測し、第２トルクメータ２０が、ボール試験片１４が回転しているときのボール連結軸１６のトルク変化を計測しているが、これら第１及び第２トルクメータ１２，２０のトルク変化のデータが演算装置５０の摩擦係数演算回路５０ｄに入力される。
【００３４】
摩擦係数演算回路５０ｄは、入力したディスク試験片２側とボール試験片１４側のトルク変化に基づいて、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の摩擦係数を演算する。
そして、演算結果出力回路５０ｅは、摩擦係数演算回路５０ｄで演算したディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の摩擦係数を表示装置５２に出力する。
これにより、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の摩擦係数の測定が完了する。
【００３５】
なお、ディスク試験片２及びボール試験片１４が本発明の一対の物体に相当し、光学顕微鏡３８が本発明の顕微鏡に相当し、直動装置４６が本発明の高速度カメラ移動手段に相当し、演算装置５０が本発明の演算手段に相当し、輝度分布解析回路５０ａが本発明の輝度分布解析手段に相当し、波長演算回路５０ｂが本発明の波長演算手段に相当し、塗膜厚さ演算回路５０ｃが本発明の塗膜厚さ演算手段に相当し、第１トルクメータ１２,第２トルクメータ２０が本発明のトルク計測手段に相当し、摩擦係数演算回路５０dが本発明の摩擦係数演算手段に相当し、チャンバ２８が本発明の雰囲気温度設定手段に相当し、潤滑剤溜まり２２及び荷重負荷装置２４が本発明の押し付け手段に相当する。
【００３６】
したがって、本実施形態は、光源４０から出力された光を、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分における潤滑油膜に照射して干渉縞を発生し、直動装置４６でユニット４２をＸ方向に移動しながら、分光器３６で発生させた干渉縞の分光像を光学顕微鏡３８で拡大しつつ高速度カメラ３４で高速撮影し、その高速撮影したデータに基づいて潤滑油膜の厚さを測定しているので、従来では精度及び信頼性の面で問題があった弾性流体潤滑状態（ＥＨＬ状態：Ｅlastohydrodynamic Lubricastion）の潤滑油膜の厚さを高精度に、且つ信頼性を高くして行うことができる。
【００３７】
また、光源４０の光は、ハロゲン光源４０ａの光とキセノン光源４０ｂの光をミキシングした光であり、広範囲に及ぶ波長領域を有し、かつ輝度が大きい特殊な光となるので、発生する干渉縞の明暗が正確となり、さらに高精度に潤滑油膜の厚さ測定を行うことができる。
また、荷重負荷装置２４でボール試験片１４とディスク試験片２との間に押し付け力を発生させ、熱風発生装置３０でボール試験片１４及びディスク試験片２が所定の雰囲気温度で接触し、さらに潤滑油も所定温度に設定しているので、再現性の高い測定を行うことができる。
【００３８】
さらに、第１トルクメータ１２でディスク試験片２が回転しているときのディスク回転軸６のトルク変化を計測し、第２トルクメータ２０でボール試験片１４が回転しているときのボール連結軸１６のトルク変化を計測し、演算装置５０の摩擦係数演算回路５０ｄが、第１及び第２トルクメータ１２，２０のトルク変化のデータに基づいて、ディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の摩擦係数を演算するようにしているので、簡単な構成でディスク試験片２及びボール試験片１４の接触部分の摩擦係数を測定することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、図９は、図１と異なる構成の本発明に係る第２実施形態の潤滑剤塗膜計測装置を示す図である。
本実施形態の潤滑剤塗膜計測装置５８は、潤滑剤溜まり２２に所定量のグリースが溜まっているとともに、装置架台４上に、ディスク試験片２の下面に塗布されたグリースを掻き取るゴムへら等からなる掻き取り部６０が設けられている。この掻き取り部６０は、ディスク試験片２の下面に近接し、潤滑剤溜まり２２からボール試験片１４を介してディスク試験片２の下面に塗布されたグリースの余分量を掻き取り、試験中にはディスク試験片２の下面に存在するグリースの塗膜の厚さが一定となるようにしている。このようにすることで、ディスク試験片２の下面へのグリースの塗膜の形成能力を高精度に行うことができる。
【００４０】
そして、本実施形態も、潤滑油を用いた潤滑油膜の厚さを計測する方法と同様の手順を行うことによって、従来では精度及び信頼性の面で問題があった弾性流体潤滑状態（ＥＨＬ状態：Ｅlastohydrodynamic Lubricastion）のグリースの塗膜の厚さの測定を高精度に、且つ信頼性を高くして行うことができる。
（第３実施形態）
図１０は、本発明に係る第３実施形態の潤滑剤塗膜計測装置の構成を示す図である。なお、本実施形態の潤滑剤塗膜計測装置７０では、第１施形態の潤滑剤塗膜計測装置１と同一部分について同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の潤滑剤塗膜計測装置７０が図１に示される潤滑剤塗膜計測装置１と異なる点は、潤滑剤塗膜計測装置１における第２トルクメータ２０及びサーボモータ１８の代わりに、それぞれカム機構７２及びサーボモータ７４が設けられている点である。
図１１に示されるように、カム機構７２は、サーボモータ７４の回転軸７５に連結された円柱状の偏心カム７６と、この偏心カム７６に連結されたクランク７８とを備えている。偏心カム７６は、その軸心ＳＣが回転軸７５の軸心ＳＭと平行になっている。但し、偏心カム７６の軸心ＳＭは、回転軸７５の軸心ＳＣから所定の距離Ｅだけ離れており、この距離Ｅは偏心カム７６の偏心量になる。
【００４２】
偏心カム７６には、その軸線方向中央部に断面が円形とされた軸部７７が同軸的に形成されている。一方、クランク７８は上下方向に細長いプレート状に形成されており、その下端側には円形の軸受孔７９が穿設されている。カム機構７２では、クランク７８の軸受孔７９内に偏心カム７６の軸部７７が相対的に回動可能に挿入されている。またクランク７８の上端部には、ボールジョイント等のジョイント部材８０を介してボール連結軸１６の基端部が連結されている。これにより、ボール回転軸７５はクランク７８に上下方向に沿って揺動可能に連結される。
【００４３】
カム機構７２では偏心カム７６の偏心量Ｅが調整可能とされている。調整方法としては、例えば、偏心量Ｅがそれぞれ異なる複数個の偏心カム７６を予め用意しておき、装置による試験開始前に、所望の偏心量Ｅを有する偏心カム７６を回転軸７５に取り付けることにより、偏心量Ｅの調整を行う。また偏心カム７６に偏心量Ｅを調整するための調整機構（図示省略）を設け、この調整機構により偏心量Ｅを調整するようにしても良い。
【００４４】
図１２に示されるように、潤滑剤塗膜計測装置７０の演算回路５０には、サーボ制御回路８２が設けられている。サーボ制御回路８２は、装置作動時にサーボモータ７４にサーボ駆動信号を出力すると共に、サーボモータ７４の回転速度に対応するフィードバック信号を演算結果出力回路５０ｅに出力する。これにより、サーボモータ７４は、サーボ駆動信号に対応する回転速度で回転すると共に、フィードバック信号をサーボ制御回路８２に出力する。また演算結果出力回路５０ｅは、フィードバック信号に基づいてサーボモータ７４の回転速度を算出し、その表示信号を表示装置５２に出力する。
【００４５】
次に、カム機構７２の振幅比ＡＲとボール試験片１４の揺動量との関係について説明する。図１３（ａ）〜（ｄ）には、ボール連結軸１６がジョイント部材８０を介すことなく、直接的にクランク７８に連結されていると仮定した場合のボール試験片１４の振幅量（以下「仮想振幅量」という。）と振幅比ＡＲとの関係が示されている。ここで、図１３（ａ）に示されるように、カム機構７２の振幅比ＡＲとは、ボール試験片１４の半径をＢ、偏心カム７６の偏心量Ｅとしたときに、Ｂ／Ｅで表される数値である。
【００４６】
振幅比ＡＲが１未満の場合には、図１３（ｂ）に示されるように、ボール試験片１４の仮想振幅量は、ボール試験片１４の直径（Ｂ×２）よりも小さくなり、振幅比ＡＲが１の場合には、図１３（ｃ）に示されるように、ボール試験片１４の仮想振幅量は、ボール試験片１４の直径（Ｂ×２）と等しくなり、振幅比ＡＲが１を超える場合には、図１３（ｄ）に示されるように、ボール試験片１４の仮想振幅量は、ボール試験片１４の直径（Ｂ×２）よりも大きくなる。
【００４７】
一方、実際のカム機構７２では、ボール連結軸１６の基端部がジョイント部材８０を介してクランク７８に連結されていることから、ボール試験片１４には、仮想振幅量の大きさに比例する揺動量の揺動運動が発生することになる。このとき、ボール試験片１４の揺動運動の１周期はサーボモータ７４の１回転と同期するので、ボール試験片１４の揺動運動の周波数はサーボモータ７４の回転速度と一致する。
【００４８】
以上説明した潤滑剤塗膜計測装置７０では、潤滑油膜の厚さを測定する際に、サーボモータ７４を回転させることにより、ボール試験片１４を揺動させてディスク試験片２上の潤滑油膜に対して非定常状態とすることができる。
したがって、潤滑剤塗膜計測装置７０では、第１実施形態の潤滑剤塗膜計測装置１と同様に、弾性流体潤滑状態（ＥＨＬ状態：Ｅlastohydrodynamic Lubricastion）の潤滑油膜の厚さを高精度に、且つ信頼性を高くして測定できることに加え、ボール試験片１４を所定の揺動量及び周波数で揺動する非定常状態としつつ、潤滑油膜の厚さを高精度に測定できる。
【００４９】
なお、ボール試験片１４を所定の揺動量及び周波数で揺動させる揺動機構としては、例えば、サーボモータの回転軸をボール連結軸１６と直交するように配置し、このサーボモータの回転軸をボール連結軸の基端部に直接連結し、サーボモータを正転及び逆転を繰り返すように制御するものも考えられる。しかし、このような揺動機構では、振幅比ＡＲを５以下に設定することが困難であると共に、ボール試験片１４の慣性等の影響を受けやすいため、ボール試験片１４を精度良く所定の揺動量で揺動させることが困難である。
また本実施形態では、最小の振幅比ＡＲを０．５５に設定していたが、偏心量Ｅが更に小さい偏心カム７６をサーボモータ７４に取り付けることにより、振幅比ＡＲを０．５５よりも更に小さくすることも可能である。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明の第３実施形態に係る潤滑剤塗膜計測装置７０を用いて潤滑油膜の厚さを測定した結果を実施例として説明する。
図１４（ａ）〜（ｄ）には、ボール試験片１４の揺動量を段階的に変化させつつ、潤滑油膜の厚さをＸ軸方向に沿って測定した結果が示されている。
図１４（ａ）には振幅比ＡＲを０．５５に設定して、ボール試験片１４を揺動させつつ、潤滑油膜の厚さに対する測定結果が示されている。図１４（ｂ）には振幅比ＡＲを１．２９に設定して、ボール試験片１４を揺動させつつ、潤滑油膜の厚さに対する測定結果が示されている。図１４（ｃ）には振幅比ＡＲを１．２９に設定して、ボール試験片１４を揺動させつつ、潤滑油膜の厚さに対する測定結果が示されている。図１４（ｄ）には振幅比ＡＲを１．９８に設定して、ボール試験片１４を揺動させつつ、潤滑油膜の厚さに対する測定結果が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る第１実施形態の潤滑剤塗膜計測装置を示す図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の潤滑剤塗膜計測装置を構成する演算手段の構成を示す図である。
【図３】静止時の一対の物体の接触部分を拡大して示した図である。
【図４】回転時の一対の物体の接触部分を拡大して示した図である。
【図５】光を照射して発生した干渉縞の概略を示す図である。
【図６】分光像を高速撮影した画像の概略を示す図である。
【図７】分光像を輝度分析した解析図である。
【図８】油膜の厚さを測定した結果を示す図である。
【図９】本発明に係る第２実施形態の潤滑剤塗膜計測装置を示す図である。
【図１０】本発明に係る第３実施形態の潤滑剤塗膜計測装置を示す図である。
【図１１】図１０に示される潤滑剤塗膜計測装置におけるカム機構及びサーボモータを示す図である。
【図１２】本発明に係る第３実施形態の潤滑剤塗膜計測装置を構成する演算手段の構成を示す図である。
【図１３】図１０に示されるカム機構における偏心カムの振幅比とボール試験片の振幅量との関係が示す図である。
【図１４】図１０に示される潤滑剤塗膜計測装置を用いてボール試験片の揺動量を段階的に変化させつつ、潤滑油膜の厚さをＸ軸方向に沿って測定した結果が示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  潤滑剤塗膜計測装置
２  ディスク試験片
１０  サーボモータ
１２  第１トルクメータ
１４  ボール試験片
１８  サーボモータ
２０  第２トルクメータ
２２  潤滑剤溜まり
２４  荷重負荷装置
２８  チャンバ
３４  高速度カメラ
３６  分光器
３８  光学顕微鏡
４０  光源
４０ａ  ハロゲン光源
４０ｂ  キセノン光源
４２  ユニット
４４  第２ＸＹステージ
４６  直動装置
５０  演算装置
５０ａ  輝度分布解析回路５０ｂ 波長演算回路
５０ｃ  塗膜厚さ演算回路
５０d  摩擦係数演算回路
５２  表示装置
５８  潤滑剤塗膜計測装置
６０  掻き取り部
７０  潤滑剤塗膜計測装置
７２  カム機構
７４  サーボモータ
７５  回転軸
７６  偏心カム
７７  軸部
７８  クランク
８０  ジョイント部材
８２  サーボ制御回路
【図１】
2009180716.tif 000003
【図２】
2009180716.tif 000004
【図３】
2009180716.tif 000005
【図４】
2009180716.tif 000006
【図５】
2009180716.tif 000007
【図６】
2009180716.tif 000008
【図７】
2009180716.tif 000009
【図８】
2009180716.tif 000010
【図９】
2009180716.tif 000011
【図１０】
2009180716.tif 000012
【図１１】
2009180716.tif 000013
【図１２】
2009180716.tif 000014
【図１３】
2009180716.tif 000015
【図１４】
2009180716.tif 000016