KR20230048419A

KR20230048419A - 베어링 장치의 상태의 검출 방법, 검출 장치, 및 프로그램

Info

Publication number: KR20230048419A
Application number: KR1020237008479A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 마루야마; 스구루 스가와라; 마사유키 마에다
Original assignee: 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2023-04-11
Also published as: JPWO2022054352A1; EP4212749A1; CN116113772A; WO2022054352A1; EP4212749A4; JP7248198B2; JP2023081983A; BR112023004613A2; US20230366781A1

Abstract

외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치의 상태를 검출하는 검출 방법으로서, 상기 베어링 장치에 소정의 하중을 부여한 상태에서, 상기 외방 부재, 상기 내방 부재, 및 상기 복수의 전동체로 구성되는 전기 회로에 교류 전압을 인가하고, 상기 교류 전압의 인가시의 상기 전기 회로의 임피던스 및 위상각을 측정하고, 상기 임피던스 및 상기 위상각에 기초하여, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이, 또는, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이 중 적어도 하나에 있어서의 유막 두께 및 금속 접촉 비율을 도출한다.

Description

베어링 장치의 상태의 검출 방법, 검출 장치, 및 프로그램

본원 발명은, 베어링 장치의 상태의 검출 방법, 검출 장치, 및 프로그램에 관한 것이다.

종래, 베어링 장치에서는, 윤활제 (예를 들어, 윤활유나 그리스) 를 사용하여, 그 회전을 윤활하는 구성이 널리 보급되어 있다. 한편, 베어링 장치 등의 회전 부품에 대해서는, 정기적으로 상태 진단을 실시함으로써, 손상이나 마모를 조기에 검지하여 회전 부품의 고장 등의 발생을 억제하는 것이 실시되고 있다.

윤활제를 사용한 베어링 장치에서는, 그 동작 상태를 진단하기 위해, 윤활제에 관한 상태를 적절히 검지하는 것이 요구된다. 예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 직류의 저전압을 베어링에 인가하고, 측정한 전압으로부터 베어링에 있어서의 유막 상태를 진단하는 수법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2 에서는, 유막을 콘덴서로서 모델화하여, 교류 전압을 베어링의 회전륜에 대해 비접촉인 상태에서 인가하고, 측정한 정전 용량에 기초하여 베어링 장치의 유막 상태를 추정하는 방법이 개시되어 있다.

일본 실용신안공보 평05-003685호 일본 특허공보 제4942496호

최근, 구름 베어링에 있어서의 가일층의 저토크화가 요구되고 있다. 이 저토크화에 대응하여, 구름 베어링에서 사용되는 윤활제의 저점도화나 저유량화가 진행되고 있다. 이와 같은 상황에서는, 구름 베어링 내부에 있어서의 유막이 파단될 가능성이나, 부품 사이의 접촉 비율이 높아지게 된다. 그 때문에, 유막 두께에 더하여, 구름 베어링 내부에서의 부품간의 접촉 상태를 적절히 검지할 것이 요구된다. 특허문헌 2 의 수법에서는, 유막 두께만의 측정을 실시하고, 금속 접촉 비율에 대해 파악하는 것이 곤란하다. 또, 접촉 영역외의 정전 용량에 대해서는 고려하고 있지 않기 때문에, 측정 정밀도가 높은 것은 아니었다. 나아가서는, 하중 방향에 주목하여 측정하는 것은 실시되어 있지 않았다.

상기 과제를 감안하여, 본원 발명은, 하중 방향을 고려하여, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 금속 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본원 발명은 이하의 구성을 갖는다. 즉, 외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치의 상태를 검출하는 검출 방법으로서,

상기 베어링 장치에 소정의 하중을 부여한 상태에서, 상기 외방 부재, 상기 내방 부재, 및 상기 복수의 전동체로 구성되는 전기 회로에 교류 전압을 인가하고,

상기 교류 전압의 인가시의 상기 전기 회로의 임피던스 및 위상각을 측정하고,

상기 임피던스 및 상기 위상각에 기초하여, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이, 또는, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이 중 적어도 하나에 있어서의 유막 두께 및 금속 접촉 비율을 도출하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.

또, 본원 발명의 다른 형태는 이하의 구성을 갖는다. 즉, 외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치의 상태를 검출하는 검출 장치로서,

상기 베어링 장치에 소정의 하중을 부여한 상태에서, 상기 외방 부재, 상기 내방 부재, 및 상기 복수의 전동체로 구성되는 전기 회로에 교류 전압을 인가시켰을 때에 얻어지는 상기 교류 전압의 인가시의 상기 전기 회로의 임피던스 및 위상각을 취득하는 취득 수단과,

상기 임피던스 및 상기 위상각에 기초하여, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이, 또는, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이 중 적어도 하나에 있어서의 유막 두께 및 금속 접촉 비율을 도출하는 도출 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 검출 장치.

또, 본원 발명의 다른 형태는 이하의 구성을 갖는다. 즉, 컴퓨터를,

외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치에 소정의 하중을 부여한 상태에서, 상기 외방 부재, 상기 내방 부재, 및 상기 복수의 전동체로 구성되는 전기 회로에 교류 전압을 인가시켰을 때에 얻어지는 상기 교류 전압의 인가시의 상기 전기 회로의 임피던스 및 위상각을 취득하는 취득 수단,

상기 임피던스 및 상기 위상각에 기초하여, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이, 또는, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이 중 적어도 하나에 있어서의 유막 두께 및 금속 접촉 비율을 도출하는 도출 수단으로서 기능시키기 위한 프로그램.

본원 발명에 의해, 하중 방향을 고려하여, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 진단시의 장치 구성의 예를 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 베어링 장치의 물리 모델을 나타내는 그래프도이다.
도 3 은, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 기하학 모델을 나타내는 그래프도이다.
도 4 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 베어링 장치의 등가 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 베어링 장치의 등가 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6 은, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 부하권 및 비부하권을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 부하권의 정전 용량을 설명하기 위한 도면이다.
도 7b 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 부하권의 정전 용량을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 등가 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 9 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 정전 용량을 설명하기 위한 그래프도이다.
도 10 은, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 측정시의 처리의 플로 차트이다.
도 11a 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 측정 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 11b 는, 본원 발명의 제 1 실시형태에 관련된 측정 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 12a 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 시일의 영향을 설명하기 위한 그래프도이다.
도 12b 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 시일의 영향을 설명하기 위한 그래프도이다.
도 13 은, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 등가 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 정전 용량을 설명하기 위한 그래프도이다.
도 15a 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 측정 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 15b 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 측정 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 16a 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 측정 정밀도를 설명하기 위한 그래프도이다.
도 16b 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 측정 정밀도를 설명하기 위한 그래프도이다.
도 17a 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 측정 정밀도를 설명하기 위한 그래프도이다.
도 17b 는, 본원 발명의 제 2 실시형태에 관련된 측정 정밀도를 설명하기 위한 그래프도이다.

이하, 본원 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면 등을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시형태는, 본원 발명을 설명하기 위한 일 실시형태이고, 본원 발명을 한정하여 해석되는 것을 의도하는 것이 아니고, 또, 각 실시형태에서 설명되어 있는 모든 구성이 본원 발명의 과제를 해결하기 위해 필수인 구성이라고는 할 수 없다. 또, 각 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 번호를 부여함에 따라 대응 관계를 나타낸다.

＜제 1 실시형태＞

이하, 본원 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명을 실시한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 구름 베어링으로서 볼 베어링을 예로 들어 설명하지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 본원 발명은 다른 구성의 구름 베어링에도 적용 가능하다. 예를 들어, 본원 발명이 적용 가능한 구름 베어링의 종류로는, 깊은 홈 볼 베어링, 앵귤러 볼 베어링, 원추 롤러 베어링, 원통 롤러 베어링, 자동 조심 (調心) 롤러 베어링 등을 들 수 있다.

[장치 구성]

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 진단 장치 (1) 에서 진단을 실시할 때의 전체 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 도 1 에는, 본 실시형태에 관련된 진단 방법이 적용되는 베어링 장치 (2) 와, 진단을 실시하는 진단 장치 (1) 가 형성된다. 또한, 도 1 에 나타내는 구성은 일례이고, 베어링 장치 (2) 의 구성 등에 따라, 상이한 구성이 이용되어도 된다. 또, 도 1 에 있어서는, 베어링 장치 (2) 는, 하나의 구름 베어링을 구비하는 구성을 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 하나의 베어링 장치 (2) 에 복수의 구름 베어링이 구비되어 있어도 된다.

베어링 장치 (2) 에 있어서, 구름 베어링은, 회전축 (7) 을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지한다. 회전축 (7) 은, 회전 부품인 구름 베어링을 개재하여, 회전축 (7) 의 외측을 덮는 하우징 (도시 생략) 에 지지된다. 구름 베어링은, 하우징에 안으로부터 끼워지는 고정륜인 외륜 (외방 부재) (3), 회전축 (7) 에 밖으로부터 끼워지는 회전륜인 내륜 (내방 부재) (4), 내륜 (4) 및 외륜 (3) 사이에 배치된 복수의 전동체 (5) 인 복수의 구슬 (롤러), 및 전동체 (5) 를 자유롭게 전동할 수 있게 유지하는 유지기 (도시 생략) 를 구비한다. 여기서는, 외륜 (3) 을 고정시키는 구성으로 했지만, 내륜 (4) 이 고정되고, 외륜 (3) 이 회전하는 구성이어도 된다. 또, 전동체 (5) 주변으로의 이물질의 침입이나 윤활유의 누출을 방지하기 위한 주변 부재인 시일 (6) 이 형성된다. 구름 베어링 내부에 있어서, 소정의 윤활 방식에 의해, 내륜 (4) 과 전동체 (5) 사이, 및, 외륜 (3) 과 전동체 (5) 사이의 마찰이 경감된다. 윤활 방식은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 그리스 윤활이나 오일 윤활 등이 사용되고, 구름 베어링 내부에 공급되어 있다. 윤활제의 종류에 대해서도 특별히 한정하는 것은 아니다.

모터 (10) 는, 구동용의 모터이고, 회전축 (7) 에 대해 회전에 의한 동력을 공급한다. 회전축 (7) 은, 회전 커넥터 (9) 를 개재하여 LCR 미터 (8) 에 접속된다. 회전 커넥터 (9) 는, 예를 들어, 카본 브러시를 사용하여 구성되어 되고, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 베어링 장치 (2) 도 LCR 미터 (8) 에 전기적으로 접속되고, 이 때, LCR 미터 (8) 는, 베어링 장치 (2) 에 대한 교류 전원으로서도 기능한다.

진단 장치 (1) 는, 본 실시형태에 관련된 검출 방법을 실행 가능한 검출 장치로서 동작한다. 진단 장치 (1) 는, 진단시에, LCR 미터 (8) 에 대해 교류 전원의 각 주파수 ω, 및 교류 전압 V 를 입력으로서 지시하고, 그에 대한 출력으로서 LCR 미터 (8) 로부터 베어링 장치 (2) 의 임피던스 ｜Z｜(｜Z｜는, Z 의 절대치를 나타낸다), 및 위상각 θ 를 취득한다. 그리고, 진단 장치 (1) 는 이들의 값을 사용하여 베어링 장치 (2) 에 있어서의 유막 두께나 금속 접촉 비율의 검출을 실시한다. 검출 방법의 상세한 것에 대해서는, 후술한다.

진단 장치 (1) 는, 예를 들어, 도시 생략된 제어 장치, 기억 장치, 및 출력 장치를 포함하여 구성되는 정보 처리 장치에서 실현되어도 된다. 제어 장치는, CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro Processing Unit), DSP (Digital Single Processor), 또는 전용 회로 등으로 구성되어도 된다. 기억 장치는, HDD (Hard Disk Drive), ROM (Read Only Memory) 이나 RAM (Random Access Memory) 등의 휘발성 및 불휘발성의 기억 매체에 의해 구성되고, 제어 장치로부터의 지시에 따라 각종 정보의 입출력이 가능하다. 출력 장치는, 스피커나 라이트, 혹은 액정 디스플레이 등의 표시 디바이스 등으로 구성되고, 제어 장치로부터의 지시에 따라, 작업자에 대한 알림을 실시한다. 출력 장치에 의한 알림 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 음성에 의한 청각적인 알림이어도 되고, 화면 출력에 의한 시각적 알림이어도 된다. 또, 출력 장치는, 통신 기능을 구비한 네트워크 인터페이스여도 되고, 네트워크 (도시 생략) 를 개재한 외부 장치 (도시 생략) 에 대한 데이터 송신에 의해 알림 동작을 실시해도 된다. 여기서의 알림 내용은, 예를 들어, 검출 결과에 기초하여, 이상 진단을 실시한 경우, 이상이 검출되었을 때의 알림에 한정되는 것이 아니고, 베어링 장치 (2) 가 정상적인 취지의 알림을 포함해도 된다.

[물리 모델]

도 2 를 사용하여 베어링 장치 (2) 에 있어서의 전동체 (5) 와 외륜 (3) (또는, 내륜 (4)) 의 접촉 상태에 대해 설명한다. 도 2 는, 볼편과 디스크편이 접촉했을 때의 물리 모델을 나타내는 그래프이다. 볼편이 전동체에 대응하고, 디스크편이 외륜 (3) (또는, 내륜 (4)) 에 대응한다. h 축은, 유막 두께 방향을 나타내고, y 축은 유막 두께 방향과 직교하는 방향을 나타낸다. 또, 도 2 에 나타내는 각 변수는 각각 이하와 같다.

S₁ : Hertzian 접촉 면적 (Hertzian 접촉역)

c : Hertzian 접촉 원 반경 (=√(S₁/π)

α : 유막의 파단율 (금속 접촉 비율) (0 ≤ α ＜ 1)

r_b : 볼편의 반경

αS₁ : 실접촉 영역 (유막의 파단 영역)

h : 유막 두께

h₁ : Hertzian 접촉역에 있어서의 유막 두께

Hertzian 접촉역에 있어서, 금속이 접촉하고 있는 면적과 접촉하고 있지 않는 면적의 비율은 α : (1―α) 가 된다. 또, 볼편과 디스크편이 접촉하고 있지 않는 이상 (理想) 상태에서는 α = 0 이고, y = 0 인 경우에 h ＞ 0 이 된다.

도 2 에 나타내는 유막 두께 h 는 이하의 식으로 나타낸다.

h = 0 (―αS₁/2 ≤ y ≤ αS₁/2)

h = h₁ (―c ≤ y ＜ ―αS₁/2, 또는, αS₁/2 ＜ y ≤ c)

h = h₁ ＋ √(r_b ² ― c²) ― √(r_b ² ― y²) (―r_b ≤ y ＜ ―c, 또는, c ＜ y ≤ r_b) … (1)

또한, 실제의 구름 베어링에 있어서 전동체 (5) 는 하중을 받을 때에 탄성 변형이 발생하기 때문에, 엄밀하게는 구체가 되지는 않지만, 본 실시형태에서는, 구체인 것으로서 상기의 식 (1) 을 사용하고 있다. 따라서, 유막 두께를 구할 때에 사용되는 식은 식 (1) 에 한정되는 것이 아니고, 다른 산출식을 사용해도 된다.

도 3 은, 구름 베어링에 있어서의 기하학 모델을 나타내는 도면이다. x 축은, y 축 및 h 축 각각에 직교하는 축 방향을 나타낸다. 도 3 에 나타내는 각 변수는 각각 이하와 같다. 또, 도 2 와 동일한 기호는 대응하고 있는 것으로 한다.

R_x : 유효 반경 (x 축)

R_y : 유효 반경 (y 축)

h₁ : Hertzian 접촉역에 있어서의 유막 두께

r_b : 볼편의 반경

도 3 에 나타내는 바와 같이, y 축 둘레에 전동체 (5) 가 회전하는 것으로 하고, h 축 방향에 하중 (래디얼 하중) 이 가해지는 것으로 하여 설명한다.

[등가 전기 회로]

도 4 는, 도 2 에 나타낸 물리 모델을 전기적으로 등가인 전기 회로 (등가 회로) 로 나타낸 도면이다. 등가 회로 E1 은, 저항 R₁, 콘덴서 C₁, 및 콘덴서 C₂ 로 구성된다. 저항 R₁ 은, 파단 영역 (=αS₁) 에 있어서의 저항에 상당한다. 콘덴서 C₁ 은, Hertzian 접촉역에 있어서의 유막에 의해 형성되는 콘덴서에 상당하고, 정전 용량 C₁ 로 한다. 콘덴서 C₂ 는, Hertzian 접촉역의 주변 (도 2 의 －r_b ≤ y ＜－c, 및, c ＜ y ≤ r_b) 에 있어서의 유막에 의해 형성되는 콘덴서에 상당하고, 정전 용량 C₂ 로 한다. Hertzian 접촉역 (=S₁) 이, 도 4 의 등가 회로 E₁ 에 있어서의 저항 R₁ 과 콘덴서 C₁ 의 병렬 회로를 형성한다. 또한, 이 저항 R₁ 과 콘덴서 C₁ 로 구성되는 전기 회로에 대해, 콘덴서 C₂ 가 병렬로 접속된다. 이 때, Hertzian 접촉역의 주변 (도 2 의 －r_b ≤ y ＜－c, 및, c ＜ y ≤ r_b) 에서는, 윤활제가 충전되어 있는 것으로 한다.

등가 회로 E1 의 임피던스를 Z 로 나타낸다. 여기서, 등가 회로 E1 에 인가되는 교류 전압 V, 등가 회로 E1 을 흐르는 전류 I, 및, 등가 회로 E1 전체의 복소수 임피던스 Z 는 이하의 식 (2) ∼ (4) 로 나타낸다.

V = ｜V｜exp (jωt) … (2)

I = ｜I｜exp (jωt) … (3)

Z = V/I = ｜V/I｜exp (jθ) = ｜Z｜exp (jθ) … (4)

j : 허수

ω : 교류 전압의 각 주파수

t : 시간

θ : 위상각 (전압과 전류의 위상의 어긋남)

도 5 는, 도 4 로 나타낸 등가 회로 E1 에 기초하여, 하나의 전동체 (5) 둘레에 있어서의 전기적으로 등가인 전기 회로를 나타낸 도면이다. 하나의 전동체 (5) 에 주목하면, 외륜 (3) 과 전동체 (5) 사이, 및, 내륜 (4) 과 전동체 (5) 사이에 있어서 등가 회로 E2 가 형성된다. 여기서는, 상측을 외륜 (3) 과 전동체 (5) 로 형성되는 전기 회로로 하고, 하측을 내륜 (4) 과 전동체 (5) 로 형성되는 전기 회로로서 설명하지만, 반대여도 된다. 하나의 전동체 (5) 의 둘레에 있어서, 이들 전기 회로가 직렬로 접속되어 등가 회로 E2 가 형성되게 된다.

[래디얼 하중에 의한 정전 용량]

도 6 은, 구름 베어링에 대해 래디얼 하중이 가해진 경우의 부하권 및 비부하권을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는, 구름 베어링에 있어서, 래디얼 하중 F_r 이 회전축 (7) 을 개재하여 가해지고 있는 것으로 한다. 이 경우, 복수의 전동체 (5) 에 있어서, 도 2 에 나타내는 바와 같은 Hertzian 접촉역이 발생하는 범위를 부하권이라고 칭하고, 그 이외의 범위를 비부하권이라고 칭한다. 또한, 부하권의 범위는, 래디얼 하중의 크기나 구름 베어링의 구성 등에 따라 변동될 수 있다.

먼저, 부하권에 있어서의 콘덴서 C₁ 의 정전 용량에 대해 설명한다. 도 7a 및 도 7b 는, 부하권에 위치하는 전동체 (5) 에 의해 형성되는 콘덴서 C₁ 의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는, 부하권에 5 개의 전동체가 포함되고, 각 전동체에 의해, 콘덴서 C₁ (1) ∼ C₁ (5) 가 형성된 예를 사용하여 설명한다. 부하권에서는, 전동체의 위치에 따라, Hertzian 접촉역의 크기가 상이하다. 이 경우, 도 7a 에 나타내는 바와 같이, 부하권에서는 중앙으로부터 멀어질수록 정전 용량은 작아진다고도 상정된다.

그러나, 도 2 나 도 3 에 나타내는 바와 같이, Hertzian 접촉역에 있어서의 유막 두께 h₁ 은 래디얼 하중의 영향을 받기 어려운 것으로 하고, 본 실시형태에서는, 부하권 내의 유막 두께는 일정한 것으로 가정한다. 이것을 근거로 하여, 도 7b 에 나타내는 바와 같이, 헤르츠 접촉 면적 S₁ 을 평균화하고, 부하권 내의 복수의 전동체 (5) 각각에 의해 형성되는 콘덴서 C₁ 의 정전 용량을 균일한 것으로 취급한다. 따라서, 부하권에 위치하는 복수의 전동체 (5) 에 의해 형성되는 콘덴서 C₁ 의 정전 용량은 이하의 식 (5) 에서 도출할 수 있다.

m : 부하권에 위치하는 전동체를 나타내는 자연수 (1 ≤ m ＜ n₁)

n₁ : 부하권에 위치하는 전동체 수

C₁(m) : 전동체 m 의 Hertzian 접촉역에 있어서의 정전 용량

C₁￣ : C₁ (m) 의 평균치

다음으로 비부하권에 있어서의 콘덴서 C₃ 의 정전 용량에 대해 설명한다. 비부하권에 있어서, 전동체 (5) 와 외륜 (3) 의 간극, 및, 전동체 (5) 와 내륜 (4) 의 간극이 발생한다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 비부하권에 위치하는 전동체 (5) 중, 중앙에 위치하는 전동체 (5a) 와 외륜 (3) 및 전동체 (5a) 와 내륜 (4) 의 간극을 래디얼 간극 h_gap 로 한 경우, 비부하권에 위치하는 복수의 전동체 (5) 각각과 외륜 (3) 의 간극은 이하의 식 (6) 으로부터 도출할 수 있다. 또한, 전동체 (5a) 와 외륜 (3) 의 간극, 및, 전동체 (5a) 와 내륜 (4) 의 간극은 동일한 (h_gap/2) 것으로 하여 설명한다. 또한, 래디얼 간극 h_gap 는, 래디얼 하중 F_r 과, 구름 베어링의 사양 등에서 도출할 수 있다.

m : 비부하권에 위치하는 전동체를 나타내는 자연수 (1 ≤ m ≤ (n―n₁))

n : 전체 전동체 수

n₁ : 부하권에 위치하는 전동체 수

그리고, 식 (6) 에 기초하여, 비부하권 전체의 정전 용량 C₃ 은, 이하의 식 (7) 로부터 도출할 수 있다.

n : 전체 전동체 수

n₁ : 부하권에 위치하는 전동체 수

ε : 윤활제의 유전율

C₃ (m) : 전동체 m 의 Hertzian 접촉역에 있어서의 정전 용량

S₁ : Hertzian 접촉 면적

π : 원주율

r_x￣ : 유효 반경 (x 축) 의 평균치

r_y￣ : 유효 반경 (y 축) 의 평균치

r_h￣ : 정수 ((r_x￣＋r_y￣)/2)

h_gap : 래디얼 간극

ln : 로그 함수

도 8 은, 상기 서술한 부하권 및 비부하권에서 형성되는 콘덴서를 고려한, 베어링 장치 (2) 전체에 있어서의 전기적으로 등가인 등가 회로를 나타내는 도면이다. 부하권에 위치하는 n 개의 전동체 (5) 에 대응하여, n 개의 등가 회로 E2 가 병렬로 접속된다. 이 때, 도 7 을 사용하여 설명한 바와 같이, Hertzian 접촉역에 있어서의 정전 용량은, C₁￣ 가 사용된다.

또, 비부하권에 위치하는 (n―n₁) 개의 전동체 (5) 에 대응하여, (n―n₁) 개의 등가 회로 E3 이 병렬로 접속된다. 또한, 부하권과 동일하게 외륜 (3) 과 전동체 (5) 사이, 및, 내륜 (4) 과 전동체 (5) 사이 각각에 있어서 콘덴서가 형성되기 때문에, 등가 회로 E3 은, 2 개의 콘덴서 C₃ 이 직렬로 접속된 구성이 된다. 여기서는, 상측을 외륜 (3) 과 전동체 (5) 로 형성되는 전기 회로로 하고, 하측을 내륜 (4) 과 전동체 (5) 로 형성되는 전기 회로로 하지만, 반대여도 된다. 그리고, 도 8 에 나타내는 베어링 장치 (2) 전체에 의해 구성되는 등가 회로 E4 에 대해, 진단시에는 LCR 미터 (8) 에 의한 교류 전원이 공급된다.

도 9 는, 도 8 에 나타낸 전기 회로에 포함되는 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃ 의, 유막 두께 h 와 정전 용량 C 의 관계의 예를 나타내는 도면이다. 가로축은 유막 두께 h [m] 를 나타내고, 세로축은 정전 용량 C [F] 를 나타낸다. 또, 도 9 는, 이하의 조건 하에 있어서의 관계를 나타낸다.

베어링 : 깊은 홈 볼 베어링 (명번 : 6306)

전동체 수 (n) : 8

부하권에 위치하는 전동체 수 (n₁) : 3

래디얼 하중 (F_r) : 147[N]

도 9 에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 C₁￣, C₂ 는, 유막 두께 h 가 증가하는 것에 수반하여, 정전 용량은 저하 (단조 감소) 된다. 콘덴서 C₁￣ 의 기울기가 C₂ 보다 크다. C₃ 은, 유막 두께 h 에 상관 없이, 일정하다. 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃ 의 조합 (=C₁￣＋ C₂ ＋ C₃) 에서는, 유막 두께 h 가 증가하는 것에 수반하여, 정전 용량은 저하되지만, 유막 두께 h 가 증가하는 것에 수반하여 그 변화의 정도가 완만해진다.

[유막 두께 및 유막의 파단율의 도출]

본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같은 래디얼 하중 하에 있어서의 윤활제의 유막 두께 h 및 유막의 파단율 α 를 사용하여 윤활 상태를 검출한다. 먼저, 엑시얼 하중 하에 있어서의 윤활제의 유막 두께 h 및 유막의 파단율 α 는, 이하의 식 (8) 을 사용하여 도출할 수 있다.

h : 유막 두께

α : 유막의 파단율 (금속 접촉 비율)

δ : 정수 (=(1―α)r_h￣S₁/2πr_x￣r_y￣)

ω : 교류 전압의 각 주파수

W : 람베르트 W 함수

ζ : 정수 (=lr_h￣/2πεkn₁r_x￣r_y￣)

θ₀ : 정적 접촉 상태에 있어서의 위상

θ : 동적 접촉 상태에 있어서의 위상

｜Z₀｜ : 정적 접촉 상태에 있어서의 임피던스

｜Z｜ : 동적 접촉 상태에 있어서의 임피던스

r_x￣ : 유효 반경 (x 축) 의 평균치

r_y￣ : 유효 반경 (y 축) 의 평균치

r_h￣ : 정수 (=(r_x￣＋ r_y￣)/2)

k : 구름 베어링의 수

l : 접촉 영역의 수

n : 전체 전동체 수

n₁ : 부하권에 위치하는 전동체 수

C₃ (m) : 전동체 m 의 Hertzian 접촉역에 있어서의 정전 용량

식 (8) 은, 도 5 를 사용하여 설명한 등가 회로 E2 에 기초하여 구성된 식이다. 요컨대, 식 (8) 은, 콘덴서 C₁￣, C₂ 의 영향을 고려한 것이다. 본 실시형태에서는, 래디얼 하중 하에 있어서의 윤활제의 유막 두께 h 및 유막의 파단율 α 를 도출하기 위해, 식 (8) 에 식 (5) ∼ (7) 의 구성을 조합한 이하의 식 (9) 를 사용한다.

C₃ (m) : 전동체 (m) 의 Hertzian 접촉역에 있어서의 정전 용량

[처리 플로]

도 10 은, 본 실시형태에 관련된 진단 처리의 플로 차트이다. 본 처리는, 진단 장치 (1) 에 의해 실행되고, 예를 들어, 진단 장치 (1) 가 구비하는 제어 장치 (도시 생략) 가 본 실시형태에 관련된 처리를 실현하기 위한 프로그램을 기억 장치 (도시 생략) 로부터 판독 출력하여 실행함으로써 실현되어도 된다.

S1001 에서, 진단 장치 (1) 는, 베어링 장치 (2) 에 대해, 소정의 하중 방향으로 래디얼 하중 F_r 이 주어지도록 제어한다. 여기서는, 내륜 (4) 에 대해, 래디얼 하중 F_r 이 주어진다. 또한, 래디얼 하중 F_r 을 주는 제어는, 진단 장치 (1) 와는 다른 장치에 의해 실시되어도 된다. 이 때, 정적 접촉 상태에 있어서의 위상과 임피던스를 측정한다.

S1002 에서, 진단 장치 (1) 는, 모터 (10) 에 의해 회전축 (7) 의 회전을 개시시킨다. 이로써 회전축 (7) 에 접속된 내륜 (4) 의 회전이 개시된다. 또한, 모터 (10) 의 제어는, 진단 장치 (1) 와는 다른 장치에 의해 실시되어도 된다.

S1003 에서, 진단 장치 (1) 는, LCR 미터 (8) 에 대해, LCR 미터 (8) 가 구비하는 교류 전원 (도시 생략) 을 사용하여 각 주파수 ω 의 교류 전압을 베어링 장치 (2) 에 주도록 제어한다. 이로써, 베어링 장치 (2) 에는, 각 주파수 ω 의 교류 전압이 인가되게 된다.

S1004 에서, 진단 장치 (1) 는, S1003 의 입력에 대한 출력으로서, LCR 미터 (8) 로부터 임피던스 ｜Z｜ 및 위상각 θ 를 취득한다. 요컨대, LCR 미터 (8) 는, 입력인 교류 전압 V 및 교류 전압의 각 주파수 ω 에 대한 베어링 장치 (2) 의 검출 결과로서, 임피던스 ｜Z｜ 및 위상각 θ 를 진단 장치 (1) 에 출력한다.

S1005 에서, 진단 장치 (1) 는, S1004 에서 취득한 임피던스 ｜Z｜ 및 위상각 θ, S1003 에서 사용한 교류 전압의 각 주파수 ω 를, 식 (9) 에 적용함으로써 유막 두께 h 및 파단율 α 를 도출한다.

S1006 에서, 진단 장치 (1) 는, S1005 에서 도출한 유막 두께 h 및 파단율 α 를 사용하여 베어링 장치 (2) 의 윤활 상태를 진단한다. 또한, 여기서의 진단 방법은, 예를 들어, 유막 두께 h 나 파단율 α 에 대해 임계값을 형성하고, 그 임계값과의 비교에 의해 윤활 상태를 판단해도 된다. 그리고, 본 처리 플로를 종료한다.

[시험]

상기 서술한 진단 방법에 기초하여 실시한 시험의 결과에 대해 설명한다. 시험시의 구성은, 도 1 에 나타낸 구성과 동등하게 하고, 시험 조건은 이하와 같이 한다.

(시험 조건)

베어링 : 깊은 홈 볼 베어링 (명번 : 6306)

전동체 수 (n) : 8

회전 속도 : 50 ∼ 1581 [min^-1]

엑시얼 하중 : 0 [N]

래디얼 하중 (F_r) : 147 [N]

온도 : 25 [℃]

최대 접촉압 : 0.89 [GPa]

윤활제의 기유 : 폴리알파올레핀

윤활제의 증조제 : 우레아

혼화 조도 : 300

동점도 : 74 [㎟/s, 40 ℃]

압력 점성 계수 : 13.8 [GPa^-1, 25 ℃]

비유전율 : 2.3

교류 전압 : 0.2 [V]

교류 전원의 주파수 : 1.0 [㎒]

도 11a 및 도 11b 는, 상기 시험 조건 하에 있어서 시험을 실시한 결과로부터 얻어지는 회전 속도 N 과 유막 두께 h 및 파단율 α 의 관계를 나타내는 도면이다. 도 11a 에 있어서, 가로축은 회전 속도 N [min^-1] 을 나타내고, 세로축은 유막 두께 h [m] 를 나타낸다. 도 11b 에 있어서, 가로축은 회전 속도 N [min^-1] 을 나타내고, 세로축은 파단율 α 를 나타낸다. 상기의 시험 조건에 나타내는 바와 같이, 회전 속도는 50 ∼ 1581 [min^-1] 의 범위 내에서 얻어진 결과를 플롯하고 있다.

도 11a 에 있어서 파선은, 이론값으로서 도출되는 유막 두께를 나타낸다. ● 는, 식 (8) 을 사용하여 유막 두께 h 를 도출한 결과를 나타내고 있다. ○ 는, 식 (9) 를 사용하여 유막 두께 h 를 도출한 결과를 나타내고 있다. 요컨대, ○ 는, 래디얼 하중 하에 있어서의 비부하권에서 구성되는 콘덴서 C₃ 을 고려한 도출 결과이다. 도 11a 에 나타내는 바와 같이, ○ 로 나타낸 결과는, 어느 회전 속도에 있어서도 ● 로 나타내는 결과보다 이론값에 가까운 것이 되어, 보다 양호한 정밀도로 유막 두께 h 를 도출하는 것이 가능하게 되어 있다. 또, 도 11b 에 나타내는 바와 같이, 어느 회전 속도에 있어서도, 유막 두께 h 와 함께, 파단율 α 를 도출할 수 있다.

이상, 본 실시형태에 의해, 래디얼 하중 하에 있어서, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에서 사용한 식 (9) 는, 엑시얼 하중을 고려한 식 (8) 에 기초하여 구성되어 있기 때문에, 엑시얼 하중 하에 있어서도 적용 가능하다. 그 때문에, 엑시얼 하중 및 래디얼 하중의 어느 조건 하에 있어서도 범용적으로 사용하는 것이 가능하다.

＜제 2 실시형태＞

제 1 실시형태에서는, 래디얼 하중 하에 있어서, 베어링 장치 (2) 의 비부하권의 구성을 고려하여 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하는 구성에 대해 설명하였다. 본원 발명의 제 2 실시형태에서는, 추가로 측정 정밀도를 향상시키기 위한 구성에 대해 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 차분에 주목하여 설명을 실시한다.

[사전 검증]

도 11a 및 도 11b 를 사용하여 설명한 것과 같은 측정 정밀도를 향상시키기 위해, 발명자는, 베어링 장치 (2) 를 구성하는 전동체 (5) 둘레 이외의 구성 (주변 부재) 에 주목하였다. 먼저, 전동체 (5) 둘레 이외의 구성의 영향을 검증하기 위해, 전동체에 의해 구성되는 C₁￣, C₂, C₃ 의 영향을 무시하는 것이 가능한 시험용의 베어링 장치를 준비하여 시험을 실시하였다. 구체적으로는, 베어링 장치가 구비하는 복수의 전동체를, 교류 전압을 통하지 않는 절연성을 갖는 세라믹제의 전동체로 구성한다. 또, 시일 (6) 이 있는 베어링 장치와 시일 (6) 이 없는 베어링 장치를 준비하였다. 이들 베어링 장치에 대해 래디얼 하중 F_r 을 부여한 다음, LCR 미터 (8) 에 의한 측정을 실시하였다.

도 12a 및 도 12b 는, 시험용의 베어링 장치에 대해 실시한 시험에 있어서, LCR 미터 (8) 로부터 얻어지는 래디얼 하중 F_r 과 임피던스 ｜Z｜ 및 위상각 θ 의 관계를 나타낸다. 도 12a 에 있어서, 가로축은 래디얼 하중 F_r [N] 을 나타내고, 세로축은 임피던스 ｜Z｜ [Ω] 를 나타낸다. 도 12b 에 있어서, 가로축은 래디얼 하중 F_r [N] 을 나타내고, 세로축은 위상각 θ 를 나타낸다.

도 12a 를 참조하면, 시일 (6) 의 유무에 따라, 임피던스 ｜Z｜ 에 차분이 발생하고 있다. 이 때, 래디얼 하중 F_r 이 변화해도 그 차분은 거의 일정하기 때문에, 임피던스 ｜Z｜ 는, 래디얼 하중 F_r 에 대한 의존성은 없다. 또, 도 12b 를 참조하면, 시일 (6) 의 유무에 따라 위상각 θ 에 미소한 차분이 발생하고 있는데, 어느쪽도 거의 ―90 deg 이다. 세라믹제의 전동체에는 교류 전압은 흐르고 있지 않기 때문에, 외륜 (3) 과 내륜 (4) 사이 및 시일 (6) 에서 정전 용량이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 본 실시형태에서는, 외륜 (3) 과 내륜 (4) 사이 및 시일 (6) 에서 기인하여 구성되는 콘덴서를 콘덴서 C₄ (정전 용량 C₄) 로서 취급한다.

[등가 회로]

도 13 은, 제 1 실시형태에서 도 8 을 사용하여 설명한 등가 회로 E4 에 대해, 추가로 상기 서술한 콘덴서 C₄ 를 포함한 베어링 장치 (2) 전체에 있어서의 전기적으로 등가인 등가 회로 E5 를 나타내는 도면이다. 등가 회로 E5 는, 등가 회로 E4 와 콘덴서 C₄ 가 병렬로 접속된 구성이다. 그리고, 도 13 에 나타내는 베어링 장치 (2) 전체에 의해 구성되는 등가 회로 E5 에 대해, 진단시에는 LCR 미터 (8) 에 의한 교류 전원이 공급된다.

도 14 는, 도 13 에 나타낸 등가 회로에 포함되는 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃, C₄ 의, 유막 두께 h 와 정전 용량 C 의 관계를 나타내는 도면이다. 가로축은 유막 두께 h [m] 를 나타내고, 세로축은 정전 용량 C [F] 를 나타낸다. 또, 도 13 은, 이하의 조건 하에 있어서의 관계를 나타낸다.

베어링 : 깊은 홈 볼 베어링 (명번 : 6306)

전동체 수 (n) : 8

부하권에 위치하는 전동체 수 (n₁) : 3

래디얼 하중 (F_r) : 147 [N]

도 14 에 나타내는 바와 같이, 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃ 은 도 9 에 나타낸 바와 같다. 또, 콘덴서 C₄ 에 대해서는, 유막 두께 h 에 상관 없이 거의 일정해지지만, 시일 (6) 을 갖는 경우인 쪽이, 시일 (6) 이 없는 경우에 비해 정전 용량은 높아진다. 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃, C₄ 의 조합 (=C₁￣＋ C₂ ＋ C₃ ＋ C₄) 에서는, 유막 두께 h 가 증가하는 것에 수반하여, 정전 용량은 저하되지만, 유막 두께 h 가 증가하는 것에 수반하여 그 변화의 정도가 완만해진다. 또한, 도 14 에는 나타내지 않지만, 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃, C₄ 의 조합 (=C₁￣＋ C₂ ＋ C₃ ＋ C₄) 과, 도 9 로 나타낸 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃ 의 조합 (=C₁￣＋ C₂ ＋ C₃) 을 비교하면, 콘덴서 C₁￣, C₂, C₃, C₄ 의 조합 (=C₁￣＋ C₂ ＋ C₃ ＋ C₄) 인 쪽이, 변화 (감소) 가 완만한 곡선이 된다.

[유막 두께 및 유막의 파단율의 도출]

본 실시형태에서는, 도 13 을 사용하여 설명한 등가 회로 E5 에 기초하여, 이하의 식 (10) 을 사용하여 래디얼 하중 하에 있어서의 윤활제의 유막 두께 h 및 유막의 파단율 α 를 도출한다. 요컨대, 식 (10) 은, 상기 서술한 식 (9) 에 대해 추가로 콘덴서 C₄ 의 영향을 고려한 것이다. 식 (10) 에 나타나는 C₄ 의 값은, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 베어링 장치 (2) 의 구성에 따라 미리 특정할 수 있다.

C₄ : 외륜과 내륜 사이 및 시일과 내륜 사이에 발생하는 정전 용량

[시험]

상기 서술한 진단 방법에 기초하여 실시한 시험의 결과에 대해 설명한다. 시험시의 구성이나 시험 조건은, 제 1 실시형태에 나타낸 구성과 동등하게 한다.

도 15a 및 도 15b 는, 상기 시험 조건 하에 있어서 시험을 실시한 결과로부터 얻어지는 회전 속도 N 과 유막 두께 h 및 파단율 α 의 관계를 나타내는 도면이다. 도 15a 에 있어서, 가로축은 회전 속도 N [min^-1] 을 나타내고, 세로축은 유막 두께 h [m] 를 나타낸다. 도 15b 에 있어서, 가로축은 회전 속도 N [min^-1] 을 나타내고, 세로축은 파단율 α 를 나타낸다. 상기의 시험 조건에 나타내는 바와 같이, 회전 속도는 50 ∼ 1581 [min^-1] 의 범위 내에서 얻어진 결과를 플롯하고 있다.

도 15a 에 있어서 파선, ●, ○ 는, 도 11 과 동일하다. △ 는, 식 (10) 을 사용하여 유막 두께 h 를 도출한 결과를 나타내고 있다. 요컨대, △ 는, 콘덴서 C₄ 를 고려한 도출 결과이다. 도 15a 에 나타내는 바와 같이, △ 로 나타낸 결과는, 어느 회전 속도에 있어서도 ● 나 ○ 로 나타내는 결과보다 이론값에 가까운 것이 되어, 보다 양호한 정밀도로 유막 두께 h 를 도출하는 것이 가능하게 되어 있다. 또, 도 15b 에 나타내는 바와 같이, 어느 회전 속도에 있어서도, 유막 두께 h 와 함께, 파단율 α 를 도출할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 유막 두께의 검출 정밀도에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관련된 부하권 및 비부하권에 있어서의 유막 두께 h 와 파단율 α 를 특정하기 위해, 발명자는, 시험용의 베어링 장치로서, 복수의 전동체에 있어서, 1 개의 강제의 전동체와 그 이외의 세라믹제의 전동체로 구성되는 베어링 장치를 준비하였다. 강제의 전동체는, 도전체로서 기능하고, 교류 전원에 의한 전류가 흐른다. 한편, 세라믹제의 전동체는, 절연체로서 기능하고, 교류 전원에 의한 전류가 흐르지 않는다. 이 구성의 베어링 장치에 대해, 강제의 전동체에 래디얼 하중을 부여하여 교류 전압을 인가한 경우, 제 1 실시형태에서 서술한 콘덴서 C₃ (즉, 비부하권의 정전 용량 C₃) 의 영향은 무시할 수 있게 된다.

상기 시험용의 베어링 장치를 사용하여, 이하의 조건 하에서 시험을 실시하였다.

(시험 조건)

베어링 : 깊은 홈 볼 베어링 (명번 : 6306, 또한, 전동체의 구성은 상기와 같다)

래디얼 하중 (F_r) : 147 [N]

회전 속도 : 50 [min^-1]

윤활제 : 우레아그리스

동점도 : 74 [㎟/s, 40 ℃]

도 16a, 도 16b, 도 17a, 및 도 17b 는, 상기 시험 조건 하에 있어서 시험을 실시한 결과로부터 얻어지는 위치 φ 와, 유막 두께 h 및 파단율 α 의 관계를 나타내는 도면이다. 도 16a 및 도 16b 에서는, 유막 두께 h 및 파단율 α 는, 종래의 수법인 식 (8) 에서 산출된 결과에 기초하여 플롯되고 있다. 도 17a 및 도 17b 에서는, 유막 두께 h 및 파단율 α 는, 본 실시형태에 관련된 식 (10) 에서 산출된 결과에 기초하여 플롯되어 있다. 도 16a 및 도 17a 에 있어서, 가로축은 위치 φ [deg] 를 나타내고, 세로축은 유막 두께 h [m] 를 나타낸다. 도 16b 및 도 17b 에 있어서, 가로축은 위치 φ [deg] 를 나타내고, 세로축은 파단율 α 를 나타낸다. 여기서의 위치 φ 는, 래디얼 하중 F_r 이 부여되는 방향의 위치 (부하권의 중심 위치) 를 기준 (φ = 0) 으로 하여, 내륜 (4) (혹은, 외륜 (3)) 의 회전 방향을 따라 반시계 방향에 ＋ 의 값을 취하는 것으로 한다. 도 16a 및 도 16b 의 예에서는, 위치 φ 는 0 ∼ 1080 의 범위를 나타내고, 이것은 베어링 장치의 3 주분의 범위에 위치한다. 또, φ = 0, 360, 720, 1080 의 위치 주변이 부하권에 대응하고, 그 이외의 범위가 비부하권이 된다.

도 16a 및 도 17a 에 있어서, 파선은 h 의 이론값을 나타내고, 피크 부분은 비부하권의 중앙에 위치하는 전동체 (5) 와 외륜 (3) (또는, 내륜 (4)) 과의 간극 (h = h_gap/2) 에 상당한다 (도 6 참조). 도 16a 를 참조하면, 부하권에서는 유막 두께 h 는 이론값에 가까운 값을 측정할 수 있는 반면, 비부하권에서는 유막 두께 h 의 정확한 측정이 되어 있지 않다. 요컨대, 도 16a 에 나타내는 바와 같이, 종래의 방법에서는, 비부하권에 있어서도 유막 두께 h 가 얇은 것으로서 검출되어 있어, 이론값과는 크게 상이한 결과가 되어 있다. 도 16b 를 참조하면, 어느 위치 φ 에 있어서도 파단율 α 는 측정되어 있다. 한편, 도 17a 를 참조하면, 부하권 및 비부하권 중 어느 것에 있어서도, 유막 두께 h 는 이론값에 가까운 값을 측정할 수 있다. 또, 도 17b 를 참조하면, 어느 위치 φ 에 있어서도 파단율 α 는 측정되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 베어링 장치 (2) 를 구성하는 주변 부재로서, 시일 (6) 을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 베어링 장치 (2) 를 구성하는 다른 주변 부재를 고려하여, 콘덴서 C₄ (식 (10) 의 C₄ 의 정전 용량) 를 설정해도 된다. 또, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 시일 (6) 의 유무에 따라, 식 (10) 의 C₄ 의 값을 조정하는 구성이어도 된다.

이상, 본 실시형태에 의해, 제 1 실시형태보다 더욱, 래디얼 하중 하에 있어서, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하면서, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 래디얼 하중 하에 있어서의 부하권 및 비부하권 중 어느 것에 있어서도, 유막 두께 및 접촉 비율을 양호한 정밀도로 측정하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태에서 사용한 식 (10) 은, 엑시얼 하중을 고려한 식 (8) 에 기초하여 구성되어 있기 때문에, 엑시얼 하중 하에 있어서도 적용 가능하다. 그 때문에, 엑시얼 하중 및 래디얼 하중의 어느 조건 하에 있어서도 범용적으로 사용하는 것이 가능하다.

＜그 밖의 실시형태＞

또, 본원 발명에 있어서, 상기 서술한 1 이상의 실시형태의 기능을 실현하기 위한 프로그램이나 애플리케이션을, 네트워크 또는 기억 매체 등을 사용하여 시스템 또는 장치에 공급하고, 그 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 있어서의 1 개 이상의 프로세서가 프로그램을 판독 출력하여 실행하는 처리에서도 실현 가능하다.

또, 1 이상의 기능을 실현하는 회로 (예를 들어, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 나 FPGA (Field Programmable Gate Array)) 에 의해 실현되어도 된다.

이와 같이, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 실시형태의 각 구성을 서로 조합하는 것이나, 명세서의 기재, 그리고 주지된 기술에 기초하여, 당업자가 변경, 응용하는 것도 본 발명이 예정하는 것으로, 보호를 요구하는 범위에 포함된다.

이상과 같이, 본 명세서에는 다음의 사항이 개시되어 있다.

(1) 외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치의 상태를 검출하는 검출 방법으로서,

이 구성에 의하면, 하중 방향을 고려하여, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 금속 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하는 것이 가능해진다.

(2) 상기 소정의 하중은 적어도 래디얼 하중을 포함하고,

상기 소정의 하중에 의해 특정되는 상기 베어링 장치 내의 부하권과 비부하권 각각에 있어서 구성되는 전기 회로에 대응하는 제 1 산출식을 사용하여 상기 유막 두께 및 상기 금속 접촉 비율을 도출하는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 검출 방법.

이 구성에 의하면, 래디얼 하중을 고려하여, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 금속 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하면서, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(3) 상기 유막 두께 h 및 상기 금속 접촉 비율 α 를 도출하기 위한 상기 제 1 산출식은,

인 것을 특징으로 하는 (2) 에 기재된 검출 방법.

이 구성에 의하면, 래디얼 하중을 고려하여, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 금속 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하면서, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 특히, 구름 베어링의 부하권 및 비부하권에 따른 정전 용량을 고려한 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 금속 접촉 비율의 검출이 가능해진다.

(4) 상기 베어링 장치는 추가로, 주변 부재를 포함하고,

상기 소정의 하중은 적어도 래디얼 하중을 포함하고,

상기 소정의 하중에 의해 특정되는 상기 베어링 장치 내의 부하권과 비부하권 각각에 있어서 구성되는 전기 회로, 및, 상기 주변 부재로 구성되는 전기 회로에 대응하는 제 2 산출식을 사용하여 상기 유막 두께 및 상기 금속 접촉 비율을 도출하는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 검출 방법.

이 구성에 의하면, 래디얼 하중 및 엑시얼 하중을 고려하여, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 금속 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하면서, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(5) 상기 유막 두께 h 및 상기 금속 접촉 비율 α 를 도출하기 위한 상기 제 2 산출식은,

인 것을 특징으로 하는 (4) 에 기재된 검출 방법.

이 구성에 의하면, 래디얼 하중 및 엑시얼 하중을 고려하여, 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 접촉 비율의 검출을 동시에 실시하면서, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 특히, 구름 베어링의 부재에 따른 정전 용량을 고려한 베어링 장치 내부의 유막 두께 및 부품 사이의 금속 접촉 비율의 검출이 가능해진다.

(6) 상기 주변 부재는, 시일인 것을 특징으로 하는 (4) 또는 (5) 에 기재된 검출 방법.

이 구성에 의하면, 시일의 영향을 고려하여, 유막 두께 및 금속 접촉 비율의 검출이 가능해진다.

(7) 추가로, 상기 유막 두께 및 상기 금속 접촉 비율을 사용하여 상기 베어링 장치를 진단하는 것을 특징으로 하는 (1) ∼ (6) 중 어느 한 항에 기재된 검출 방법.

이 구성에 의하면, 하중에 따라 특정되는 유막 두께 및 금속 접촉 비율에 기초하여, 구름 베어링의 윤활제에 관한 상태를 진단할 수 있다.

(8) 외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치의 상태를 검출하는 검출 장치로서,

(9) 컴퓨터를,

이상, 도면을 참조하면서 각종의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 상기 실시형태에 있어서의 각 구성 요소를 임의로 조합해도 된다.

또한, 본 출원은, 2020년 9월 14일 출원의 일본 특허출원 (특원 2020-153845) 에 기초하는 것이고, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.

1 : 진단 장치
2 : 베어링 장치
3 : 외륜 (외방 부재)
4 : 내륜 (내방 부재)
5 : 전동체
6 : 시일
7 : 회전축
8 : LCR 미터
9 : 회전 커넥터
10 : 모터

Claims

외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치의 상태를 검출하는 검출 방법으로서,
상기 베어링 장치에 소정의 하중을 부여한 상태에서, 상기 외방 부재, 상기 내방 부재, 및 상기 복수의 전동체로 구성되는 전기 회로에 교류 전압을 인가하고,
상기 교류 전압의 인가시의 상기 전기 회로의 임피던스 및 위상각을 측정하고,
상기 임피던스 및 상기 위상각에 기초하여, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이, 또는, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이 중 적어도 하나에 있어서의 유막 두께 및 금속 접촉 비율을 도출하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 소정의 하중은 적어도 래디얼 하중을 포함하고,
상기 소정의 하중에 의해 특정되는 상기 베어링 장치 내의 부하권과 비부하권 각각에 있어서 구성되는 전기 회로에 대응하는 제 1 산출식을 사용하여 상기 유막 두께 및 상기 금속 접촉 비율을 도출하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 유막 두께 h 및 상기 금속 접촉 비율 α 를 도출하기 위한 상기 제 1 산출식은,

인 것을 특징으로 하는 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 베어링 장치는 추가로, 주변 부재를 포함하고,
상기 소정의 하중은 적어도 래디얼 하중을 포함하고,
상기 소정의 하중에 의해 특정되는 상기 베어링 장치 내의 부하권과 비부하권 각각에 있어서 구성되는 전기 회로, 및, 상기 주변 부재로 구성되는 전기 회로에 대응하는 제 2 산출식을 사용하여 상기 유막 두께 및 상기 금속 접촉 비율을 도출하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 유막 두께 h 및 상기 금속 접촉 비율 α 를 도출하기 위한 상기 제 2 산출식은,

인 것을 특징으로 하는 검출 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 주변 부재는, 시일인 것을 특징으로 하는 검출 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 상기 유막 두께 및 상기 금속 접촉 비율을 사용하여 상기 베어링 장치를 진단하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치의 상태를 검출하는 검출 장치로서,
상기 베어링 장치에 소정의 하중을 부여한 상태에서, 상기 외방 부재, 상기 내방 부재, 및 상기 복수의 전동체로 구성되는 전기 회로에 교류 전압을 인가시켰을 때에 얻어지는 상기 교류 전압의 인가시의 상기 전기 회로의 임피던스 및 위상각을 취득하는 취득 수단과,
상기 임피던스 및 상기 위상각에 기초하여, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이, 또는, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이 중 적어도 하나에 있어서의 유막 두께 및 금속 접촉 비율을 도출하는 도출 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
컴퓨터를,
외방 부재, 내방 부재, 및 복수의 전동체를 포함하여 구성되는 베어링 장치에 소정의 하중을 부여한 상태에서, 상기 외방 부재, 상기 내방 부재, 및 상기 복수의 전동체로 구성되는 전기 회로에 교류 전압을 인가시켰을 때에 얻어지는 상기 교류 전압의 인가시의 상기 전기 회로의 임피던스 및 위상각을 취득하는 취득 수단,
상기 임피던스 및 상기 위상각에 기초하여, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이, 또는, 상기 내방 부재와 상기 복수의 전동체 사이 중 적어도 하나에 있어서의 유막 두께 및 금속 접촉 비율을 도출하는 도출 수단으로서 기능시키기 위한 프로그램.