転動部品の状態監視装置および状態監視方法
【課題】 軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率と余寿命を求めることができて、水素脆性によるはく離の発生時期の予測などに貢献できるようにする。
【解決手段】 転動部品３を含む転動装置１の潤滑油中の混入水分濃度を監視する水分濃度監視手段９を設ける。この手段９は、転動装置１の潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量監視手段７および油温測定手段８の検出値から、混入水分濃度を検出する。この検出した混入水分濃度から、定められた関係を用いて転動部品３の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段１８と、求められた寿命低下率を用いて余寿命を求める余寿命推定手段１９とを設ける。この他に、振動センサ７０、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、不純物のセンサ２７０等を用い、総合的な異常判断を可能とする。
【解決手段】 転動部品３を含む転動装置１の潤滑油中の混入水分濃度を監視する水分濃度監視手段９を設ける。この手段９は、転動装置１の潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量監視手段７および油温測定手段８の検出値から、混入水分濃度を検出する。この検出した混入水分濃度から、定められた関係を用いて転動部品３の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段１８と、求められた寿命低下率を用いて余寿命を求める余寿命推定手段１９とを設ける。この他に、振動センサ７０、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、不純物のセンサ２７０等を用い、総合的な異常判断を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受等の転動部品、特に風力発電装置やその他種々の機器に備えられた油潤滑下の各種軸受等の水素脆性に起因する寿命低下率、余寿命等の推定を行う転動部品の状態監視装置および状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の異常予測がいくつかある（例えば、特許文献１）。その中で潤滑剤の劣化を測定し、寿命を予測することが行われている。潤滑剤が劣化すると軸受内の接触部の油膜厚さが減少し、摩耗や表面損傷が生じやすくなる。よって、潤滑油の劣化状態の測定により寿命低下を監視・予測している。
【０００３】
ところで、転がり軸受や歯車などの転動部品は、水が混入する条件下（非特許文献１〜５）、すべりを伴う条件下（非特許文献６）で使用されると、水や潤滑剤が分解して水素が発生し、それが鋼中に侵入することで早期損傷が起きることがある。接触要素間の接触面で金属接触が起き、金属新生面が露出すると、水や潤滑剤の分解による水素の発生、鋼中への侵入が促進される。このことは，水や潤滑油を滴下しながらエメリー紙で転動部品用鋼をアブレシブ摩耗させた後に昇温脱離水素分析を行った結果、鋼中から拡散性水素が明瞭に検出された実験事実によって証明されている（非特許文献７）。それによると、潤滑油よりも水を滴下した方が多くの拡散性水素が検出されている。したがって、すべりが生じる条件で用いられる転動部品の潤滑剤に水が混入すると、さらに水素が発生し，鋼中に侵入しやすくなるといえる。水素は鋼の疲労強度を著しく低下させるため（非特許文献８）、さほど大きくない最大接触面圧でも、水素が侵入すれば早期損傷が起きる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１０６１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８３７６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】エル．グランベルグ（ L. Grunberg）著, Proc. Phys. Soc. (London), B66 (1953) 153-161.
【非特許文献２】エル．グランベルグ、ディ．スコット（ L. Grunberg and D. Scott)著, J. Inst. Petrol., 44 (1958) 406-410.
【非特許文献３】エル．グランベルグ（ L. Grunberg）, ディ. ティ. ジャミソン、ディ．スコット（D. T. Jamieson and D. Scott)著, Philosophical magazine, 8 (1963) 1553-1568.
【非特許文献４】ピー．シャッツベルグ、アイ．エム．フェルセン（ P. Schatzberg and I. M. Felsen)著, Wear, 12 (1968) 331-342.
【非特許文献５】ピー．シャッツベルグ（ P. Schatzberg）著, J. Lub. Tech., 231 (1971) 231-235.
【非特許文献６】ケイ．タマダ、エッチ．タナカ（ K. Tamada and H. Tanaka）著, Wear, 199 (1996) 245-252.
【非特許文献７】谷本啓, 田中宏昌, 杉村丈一, トライボロジー会議予稿集, (2010-5 東京), 203-204.
【非特許文献８】ワイ．マツバラ、エッチ．ハマダ（ Y. Matsubara and H. Hamada)著, Bearing Steel Technology, ASTM STP1465, J. M. Beswick Ed., (2007), 153-166.
【非特許文献９】エッチ．ミカミ、ティ．カワムラ（ H. Mikami and T. Kawamura) 著, SAE Paper, (2007), No. 2007-01-0113.
【非特許文献１０】牧野智昭，学位論文（京都大学），（２０００），１３４ｐ
【非特許文献１１】清水茂夫著「機械系のための信頼性工学入門」数理工学社 ｐ111
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水素脆性で各種の転動装置の軌道面や転動面にはく離が生じれば、振動加速度センサなどで検出できるものの、この種のはく離による寿命は通常の転がり疲れによる寿命よりも大幅に短く、かつ、予備的な表面損傷を伴わず急にはく離が発生するため、振動加速度センサによる異常時期の予測は困難である。
【０００７】
また、上記のように、すべりが生じる条件で用いられる転動部品の潤滑剤に水が混入すると、さらに水素が発生し，鋼中に侵入しやすくなるといえる。転動部品は今後ますます水素が発生し易い条件で使用される傾向にある。したがって、潤滑油中の混入水分濃度を監視し、混入水分濃度過多を診断することで、水素脆性起因の早期損傷に対する注意を促し、必要な対策を取る必要がある。
【０００８】
特許文献２において、監視・診断システムの１機能として、後述の静電容量と比例関係にある誘電率を監視し、潤滑剤の酸化度合いを監視・診断するとある。しかしながら、概念のみが記されているだけであり、具体的なデータなどの記載はない。また転がり軸受の異常診断に限定されている。潤滑油中の混入水分濃度は静電容量だけでは求まらず、温度依存性も測定しなければならない。
【０００９】
このような課題を解消するものとして、本出願人は、油中の混入水分濃度を測定し、軸受が短寿命化する混入水分濃度のしきい値から、軸受の運転状態の適切さの検討ができるものを先に提案した。しかし、具体的な寿命の低下率や余寿命を算出する方法までは、明らかになっていない。
【００１０】
上記の提案例の装置を、洋上や寒暖の差が大きい地域で利用し、しきい値を設けた場合、図６に示すように、混入水分濃度が短時間でしきい値を超えることが予想される。油中の水分変化は、空気の湿度や結露による影響が大きいと考えられるためである。また、陸上や寒暖の差が小さい地域で本装置を利用した場合、図７に示すように、水分濃度は日々変化しても、しきい値を超えることがほとんど無いと考えられる。しきい値による判定では、理想的な潤滑油の状態であるか否かの判定しか行えず、寿命の低下率や余寿命の推定ができない。
【００１１】
風力発電装置では、軸受などの故障を修理するための時間（稼動停止時間）の短縮化が、強く求められている。これは、停止中には発電ができず、利益に全く貢献できないためである。
【００１２】
この発明の目的は、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる転動部品の状態監視装置および監視方法を提供することである。
この発明の他の目的は、転動部品の余寿命を推定可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、転動部品である軸受の稼動停止時間の短縮化に必要な総合的な異常診断を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の転動部品の状態監視装置は、転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量検出手段および油温測定手段と、これら静電容量検出手段および油温測定手段で検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視手段と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段とを備える。
なお、この明細書において、「転動部品」とは、転がり軸受やギヤなど、転がりすべりする接触要素を含む部品を言い、「転動装置」とは、転動部品を含む装置を言う。「転動装置」として、例えば風力発電装置では、主軸の支持装置や増速機などがある。これら主軸支持装置や増速機には、各種の転がり軸受が用いられ、油により潤滑されている。
【００１４】
軸受等の転動部品の水素脆化は、潤滑剤中の水分が多くなると、発生確率が上がる。そこで、混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を予め求めておいて、寿命低下率監視手段に定めておき、前記関係と検出された滑油中の混入水分濃度とを用いることで、軸受等の転動部品の寿命低下率を求めることができる。混入水分濃度の検出は、潤滑油中の静電容量および油温を検出し、検出された静電容量および油温から、水分濃度監視手段により、定められた関係に従って求める。混入水分濃度と静電容量および油温は関係があるため、その関係を予め求めておき、水分濃度監視手段に設定すれば良い。なお、上記の各「予め」とは、この転動部品の状態監視装置により監視を行うよりも前にという意味である。このように、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
【００１５】
前記転動部品は転がり軸受であっても良い。転がり軸受の場合に、この発明の状態監視装置による、水素脆性による寿命低下率を求める機能が、効果的に発揮される。
【００１６】
この発明において、前記寿命低下率監視手段が出力した寿命低下率と、定められた余寿命推定式とを用いて前記転動部品の余寿命を推定する余寿命推定手段を設けても良い。
寿命低下率と余寿命とは密接な関係があるため、寿命低下率が求まると、余寿命を推定でき、例えば、水素脆性による軸受のはく離の発生時期を予測することができる。これにより、異常発生に備え、メンテナンスの準備を予めしておくことで、異常発生後の稼働停止時間の短縮が可能となる。特に風力発電装置においてその効果が大きい。
【００１７】
この発明において、前記転動装置は、前記転動部品を潤滑する油浴潤滑機構を持つものであっても良く、また前記転動部品を潤滑する循環給油機構を持つものであっても良い。
【００１８】
この発明において、前記転動装置のハウジングの内部または外部に、前記静電容量検出手段および油温測定手段が設置された静電容量および油温の測定室を設けても良い。例えば、各種転がり軸受はさまざまな場所に利用され、油により潤滑されている。この潤滑油を供給するための管路やタンク、あるいは転動装置内部または外部のいずれかに測定室を設け、混入水分濃度を測定する。
また、前記転動装置の循環給油機構に静電容量と油温の測定室を設けても良い。前記静電容量と油温の測定室中の潤滑油を攪拌する攪拌手段を設けても良い。
潤滑油を攪拌することで、潤滑油と水の混合状態が良くなり、精度良く、混入水分濃度の検出が行える。この場合に、測定室を設けてその中に攪拌手段を設けることで、より一層、潤滑油と水の混合状態が良くなり、検出精度が向上する。
【００１９】
前記測定室および攪拌手段を設けた場合に、前記静電容量と油温の測定室中に溜める潤滑油量を１００ｍＬ以下とし、かつ変動量を±５ｍＬとするのが良い。
【００２０】
また、前記転動装置および静電容量と油温の測定室へ潤滑油よりも比重が大きい水や添加物を排出されやすくする手段を設けるのが良い。この手段は、例えば潤滑油貯留槽の底面の傾斜溝等によって構成される。傾斜溝の底面の最も低い部分から測定室内に潤滑油が流れるようにする。
【００２１】
前記静電容量検出手段および油温測定手段として、静電容量と油温を測定できるセンサが一体型となったものを用いても良い。混入水分濃度の測定に静電容量計と熱電対等の油温測定手段を使用するが、これらが一体となったセンサを使用することで、センサを設置する場合の工数短縮が可能となる。また２つのセンサを一体とするためのハウジングは、各センサを保持するカバーの役割であり、それらの破損低減効果が期待できることから、センサ自体の信頼性も向上すると考えられる。
【００２２】
この発明において、次の各センサとを組み合わせても良い。混入水分濃度の測定により、水素脆性が原因のはく離の軸受寿命は見積もることができるが、実際にはく離が生じたことを確認することはできない。そこで、以下に示す各種センサと組み合わせることで軸受のより総合的な状態監視が可能になる。
【００２３】
例えば、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、この転がり軸受の振動を監視する振動センサと、この振動センサの出力を用いて前記軸受の異常を判定する振動異常の異常診断手段とを設けても良い。
油中水分の濃度の測定により、水素脆性によるはく離の発生時期のみを推定することができる。しかし、そのばらつきは寿命のように大きいと考えられる。そこで、振動加速度センサ等の振動センサを併用する。はく離の発生が予測される時期に、振動の増化が確認できれば、原因がはく離であることを示し、より正確な異常診断することができる。また、振動加速度センサ等の振動センサを用いることによって、はく離以外の異常による振動も検知が可能になる。このように、混入水分濃度の検出、および混入水分濃度による寿命低下率の検出と、振動検出による異常診断とを併用することで、軸受の総合的な異常診断が行える。
【００２４】
前記振動異常の異常診断手段は、第１および第２の演算部と、エンベロープ処理部と、診断部とを含むものであっても良い。第１の演算部は、振動センサを用いて測定された振動波形の実効値を算出する。エンベロープ処理部は、振動センサを用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって振動波形のエンベロープ波形を生成する。第２の演算部は、エンベロープ処理部によって生成されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する。診断部は、第１の演算部によって算出された振動波形の実効値および第２の演算部によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて転がり軸受の異常を診断する。
【００２５】
好ましくは、転がり軸受によって支持される軸または転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備える。前記振動異常の異常診断手段は、修正振動度算出部と、修正変調度算出部とをさらに含む。修正振動度算出部は、第１の演算部によって算出された振動波形の実効値を回転速度で正規化した修正振動度を算出する。修正変調度算出部は、第２の演算部によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を回転速度で正規化した修正変調度を算出する。そして、診断部は、修正振動度および修正変調度に基づいて転がり軸受の異常を診断する。
さらに好ましくは、診断部は、修正振動度および修正変調度の時間的変化の推移に基づいて転がり軸受の異常を診断する。
【００２６】
好ましくは、前記転動部品となる軸受における、内外輪間の相対変位を検出する変位計と、この変位計の出力を用いて前記軸受の異常を判定する変位異常の異常診断手段とを設ける。そして、異常診断手段は、変位センサの検出値を用いて転がり軸受の異常を診断する。
種々の原因による金属接触によって軸受内部に摩耗が生じた場合、水分濃度の測定だけでは検知できない。そこで、変位センサを用いて、外輪に対する内輪の相対変位を収集することで摩耗を検知することができ、より総合的な状態監視が可能になる。
【００２７】
また、好ましくは、転がり軸受から発生するアコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサをさらに備える。そして、異常診断手段は、ＡＥセンサの検出値を用いて転がり軸受の異常を診断する。
また、ＡＥセンサを振動センサの代わりに併用する場合、または同時に用いることで、表面の剥離だけでなく、金属内部に発生する水素脆性が原因のクラックを測定できる。このとき、ＡＥセンサ単体によるクラックの判定は難しい（原因不明のAE波が散見される）が、混入水分濃度が高い状態でＡＥ波が出ている場合、内部クラックの発生が高い確立で生じていると予想され、異常を早期に正確に見積もることが可能になる。
【００２８】
また、好ましくは、転がり軸受の潤滑剤に含まれる不純物の量を測定するためのセンサをさらに備える。そして、異常診断手段は、センサの測定値を用いて転がり軸受の異常を診断する。
長時間の運用により、油の酸化やほこりの混入など潤滑油の劣化が予測される。このため、油の劣化センサ等の不純物の量を測定するセンサを併用することで、軸受の破損につながる潤滑不良を予測することができる。同時に混入水分濃度を考慮し、不純物のセンサに補正を加えることで、潤滑油が原因で発生する軸受の早期損傷の予測が可能になる。
【００２９】
好ましくは、前記いずれかの異常診断手段は、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度が、定められたしきい値を超えた場合に、異常と判定するしきい値または判定方法を変化させるようにする。混入水分濃度が変わると、上記振動、変位、ＡＥセンサの検出値、および不純物の量を測定するためのセンサの検出値が正常とみなせる範囲が変化する。そのため、異常判定のしきい値を混入水分濃度の判定結果によって変えることで、より精度の良い異常判定が行える。
【００３０】
この発明において、前記水分濃度監視手段が定められたしきい値に達した場合に異常と判定する混入水分濃度の異常診断手段を設けても良い。
【００３１】
この発明において、前記転動装置が風力発電装置に設けられたものであっても良い。風力発電装置では、転動装置として、例えば主軸の支持装置や増速機などがある。これら主軸支持装置や増速機には、各種の転がり軸受が用いられ、油により潤滑されている。風力発電装置は、辺鄙でかつ厳しい環境化に置かれることが多く、また長年に渡って使用されるため、この発明の転動部品の状態監視装置の上記各効果が、より効果的に発揮される。
【００３２】
この発明の第１の転動部品の状態監視方法は、転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温を検出し、これらの検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視過程と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視過程で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を算出する寿命低下率計算過程とを備えた方法である。
この方法によると、この発明の転動部品の状態監視装置につき前述したと同様に、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
【００３３】
この発明の第２の転動部品の状態監視方法は、混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を、つぎのいずれかの方法で求めて用いる方法である。
例えば、鋼製材料からなる試験片を潤滑する潤滑油に対して、注水手段により潤滑油中に水を注入し、静電容量と油温を測定して混入水分濃度を監視し、この測定結果により得られた混入水分濃度を前記注水手段にフィードバックして混入水分濃度を一定の範囲に保つように水注入量を制御する鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する。なお、上記の求められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係は、そのまま寿命低下率監視手段に設定しても良いが、適宜の修正を加えて寿命低下率監視手段に設定しても良い。以下、各試験の場合も同様である。
【００３４】
上記の他の試験としては、例えば、接触する要素間の運動機構によって接触面にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する。
または、接触する要素間の接触面に強制的にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する。
この他に、損傷が起きるまで加減速運転させる転がりすべり鋼製材料の疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定しても良い。
【００３５】
また、損傷が起きるまで揺動運転させる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定しても良い。
【００３６】
揺動運動で損傷を振動で精度よく検出できるよう、重畳する振動成分をなるべく排除するため、サーボモータの主軸と、鋼製材料の試験片を用いた試験部のスピンドルを直結させる機構の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定しても良い。
【００３７】
また、損傷対象を正極側として接触要素間に電流を流した場合、損傷対象の摩耗が促進するという現象が知られている。そこで、スピンドルの支持軸受にセラミック製の転動体を用い、モータと試験部のスピンドルの間が絶縁構造となっている転がりすべり疲労寿命試験を用い、前記と同様の試験によって混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定して設定しても良い。
【発明の効果】
【００３８】
この発明の転動部品の状態監視装置は、転動部品を含む装置である転動装置の転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量検出手段および油温測定手段を持ち、検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視手段と、検出された混入水分濃度から転動部品の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段を備えている。そのため、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
前記寿命低下率監視手段が出力した寿命低下率と、定められた余寿命推定式とを用いて前記転動部品の余寿命を推定する余寿命推定手段を設けた場合は、転動部品の余寿命を推定することができる。
前記振動センサ、内外輪間の相対変位を検出するセンサ、ＡＥセンサ、不純物の量を検知するセンサ等のうちのいずれかによる異常診断を組み合わせた場合は、転動部品である軸受の稼動停止時間の短縮化に必要な総合的な異常診断を行える。
【００３９】
この発明の第１の転動部品の状態監視方法は、転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温を検出し、これらの検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視過程と、水分濃度監視過程で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を算出する寿命低下率計算過程とを含む方法であるため、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
この発明の第２の転動部品の状態監視方法は、この発明の上記いずれかの構成の転動部品の状態監視装置を用いて監視する方法であって、混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を、上記のいずれかの試験で求めて用いる方法であるため、適切な混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を設定して精度良く、転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示すブロック図である。
【図２】同状態監視装置の監視対象の一例となる転動部品を含む風力発電装置の破断側面図である。
【図３】同風力発電装置における増速機の一例の断面図である。
【図４】予備実験での油中の混入水分濃度と寿命低下率の関係（予測データ）を示すグラフである。
【図５】実機軸受で予想される混入水分濃度と軸受寿命の関係（予測データ）を示すグラフである。
【図６】洋上や寒暖の変化が激しい地域での水分濃度（予測データ）を示すグラフである。
【図７】陸上や寒暖の変化が少ない地域での水分濃度（予測データ）を示すグラフである。
【図８】他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図９】さらに他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１０】さらに他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１１】さらに他の実施形態に係る風転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１２】さらに他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１３】この発明の転動部品の状態監視装置で定める適切なしきい値を求めるための、転がりすべり疲労寿命試験方法に用いる試験装置の一例の概念図である。
【図１４】同試験方法における加減速運転の最小パターン設定の例を示すパターン図である。
【図１５】試験装置の他の例の概念図である。
【図１６】試験装置のさらに他の例の概念図である。
【図１７】（Ａ）は同試験方法に用いる転動部品模擬体を構成する試験片の一例の正面図、（Ｂ）は同試験片を組み込んだ転動部品模擬体の断面図である。
【図１８】図１７の転動部品模擬体の試験片の試験に用いる試験装置の断面図である。
【図１９】同試験で測定した油中水分量の変化を示すグラフである。
【図２０】潤滑油の飽和水分濃度測定に用いる試験装置の模式図である。
【図２１】図２０の試験装置で測定した混入水分濃度と静電容量の関係を示すグラフである。
【図２２】水混入油の静電容量測定に用いる試験装置の模式図である。
【図２３】図２２の試験装置で測定した混入水分濃度と静電容量の関係を示すグラフである。
【図２４】同試験で測定した油温と静電容量の関係を示すグラフである。
【図２５】第１の実施形態における状態監視装置を構成する振動異常の異常診断手段の概念構成を示すブロック図である。
【図２６】軸受に異常が発生していないときの軸受の振動波形を示した図である。
【図２７】軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる軸受の振動波形を示しか図である。
【図２８】軸受の軌道輸に剥離が発生したときの初期段階における軸受の振動波形を示した図である。
【図２９】剥離異常の末期段階に見られる軸受の振動波形を示した図である。
【図３０】軸受の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。
【図３１】軸受の軌道輸の面荒れや潤滑不良が発生したときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。
【図３２】同振動異常の異常診断手段の第２の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【図３３】同振動異常の異常診断手段の第３の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【図３４】同振動異常の異常診断手段の第４の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【図３５】同転動部品の状態監視装置のさらに他の実施形態を示すシステムの全体構成を概略的に示した図である。
【図３６】同振動異常の異常診断手段の第５の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
この発明の第１の実施形態に係る転動部品の状態監視装置および監視方法を図１ないし図５と共に説明する。この転動部品の状態監視装置６は、データ処理装置２に設けられた状態監視手段１１と、各種のセンサ類（７，８，７０，２１０，２４０，２５０，２７０）で構成される。データ処理装置２は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等のコンピュータとそのプログラムとで構成され、または専用の電子回路により構成される。
【００４２】
転動部品３は、前述のように、転がり軸受やギヤなど、転がりすべりする接触要素を含む部品を言い、転動装置１とは転動部品３を含む装置を言う。転動装置１は、この実施形態では風力発電装置に備えられた後述の増速機および主軸用軸受装置である。
【００４３】
図２，図３と共に、監視対象となる転動部品３含む転動装置１を備えた風力発電装置の例を示す。図２は、風力発電装置の構成を概略的に示した図である。風力発電装置４００は、主軸４２０と、ブレード４３０と、増速機５４０と、発電機５５０と、主軸用軸受４６０を有する主軸用軸受装置４６１と、データ処理装置２とを備える。データ処理装置２は、この風力発電装置の状態監視装置における演算処理を行うコンピュータおよびプログラムからなる。増速機４４０、発電機４５０、主軸用軸受４６０、およびデータ処理装置２は、ナセル４９０に格納され、ナセル４９０は、タワー５００によって支持される。
【００４４】
主軸４２０は、ナセル４９０内に進入して増速機４４０の入力軸に接続され、主軸用軸受４６０によって回転自在に支持される。主軸４２０は、風力を受けたブレード４３０により発生する回転トルクを増速機４４０の入力軸へ伝達する。ブレード４３０は、主軸４２０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸４２０に伝達する。
【００４５】
主軸用軸受４６０は、ナセル４９０内において軸受ハウジング４６２を介して固定設置され、主軸４２０を回転自在に支持する。これら軸受ハウジング４６２と、主軸用軸受４６０と、この主軸用軸受４６０を油潤滑する潤滑機構（図示せず）とで、図１の転動装置１の一つが構成される。主軸用軸受４６０は、転がり軸受によって構成され、例えば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
【００４６】
増速機４４０は、主軸４２０と発電機４５０との間に設けられ、主軸４２０の回転速度を増速して発電機４５０へ出力する。発電機４５０は、増速機４４０の出力軸に接続され、増速機４４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機４５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機４５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。
【００４７】
図３は、増速機４４０の一例を示す。この増速機４４０は、入力軸２１と出力軸２２との間に、一次増速機となる遊星歯車機構２３と、２次増速機２４とを設けたものである。遊星歯車機構２３は、入力軸２１と一体のキャリア２５に遊星歯車２６を設置し、遊星歯車２６を内歯のリングギヤ２７と、太陽歯車２８に噛み合わせ、太陽歯車２８と一体の軸を中間出力軸２９とするものである。２次増速機２４は、中間出力軸２９の回転を出力軸２２に複数の歯車３１〜３４を介して伝達する歯車列からなる。上記遊星歯車２６や、この遊星歯車２６を支持する軸受３５、リングギヤ２７、２次増速機２４の歯車３１となる各転動部品３が、ハウジング４内の潤滑油貯留槽４ａの潤滑油５内に浸漬される。潤滑油貯留槽４ａは、ポンプおよび配管からなる循環給油手段（図示せず）によって循環させられる。なお、循環給油手段は必ずしも設けなくても良く、油浴潤滑形式としても良い。
【００４８】
図１は、状態監視装置６の概念構成を示す。転動装置１は、風力発電装置４００（図２）を構成する機構中で、回転動作を生じる装置の総称であり、例えば、増速機４４０である。転動装置１は、この他に、主軸用軸受装置４６１およびその潤滑機構（図示せず）からなる装置であっても良い。また、この例では風力発電装置に適用した例を示したが、転動装置１は、例えば、産業機械における減速機構や工作機械等、他の種々の装置であっても良い。
【００４９】
状態監視手段１１は、転動装置１の転動部品３を潤滑する潤滑油中の混入水分濃度を監視する水分濃度監視手段９と、寿命低下率監視手段１８と、余寿推定手段１９と、濃度異常の診断手段２０とを含む水分濃度・寿命低下率等監視手段１０を有し、この他に各種の異常診断手段５１〜５５が設けられている。
【００５０】
水分濃度監視手段９は、静電容量検出手段７および油温測定手段８で検出された静電容量および油温から、定められた規則に従って混入水分濃度ｃを検出する手段である。水分濃度監視手段９は、詳しくは、静電容量と油温と混入水分濃度との関係を、計算式やテーブルで設定した関係設定手段９ａを有していて、入力された静電容量と油温とから、関係設定手段９ａに記憶された関係、すなわち上記の定められた規則を用いて混入水分濃度ｃを計算する。
静電容量検出手段７は、液体中に浸漬されてその液体の静電容量の検出が可能なものであれば良く、各種の形式の静電容量計を用いることができる。油温測定手段８には、熱電対等が用いられる。静電容量検出手段７と油温測定手段８とは、互いに一体化された一体型の静電容量・油温検出手段７Ａで構成されていても良い。
【００５１】
寿命低下率監視手段１８は、水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度ｃから、定められた混入水分濃度ｃと転動部品の寿命低下率αの関係を用いて、転動部品３の寿命低下率αを求める手段である。
例えば、図４にグラフで示すように、混入水分濃度ｃに対する寿命低下率α〔＝（１−実測寿命Ｌ/ 想定荷重下の寿命Ｌ10）〕を表す関数α（ｃ）の関係を、実験から予め求めておく。この場合、監視対象の転動部品３が軸受であるとすると、実機に適用されている監視対象軸受における、混入水分濃度を測定し、図４より寿命の低下率αを推定する。寿命低下率αを求める実験は、後述のしきい値Ｓ１を求める方法を利用する。このようにして求められた上記関数α（ｃ）を、寿命低下率監視手段１８に、上記の定められた混入水分濃度ｃと転動部品の寿命低下率αの関係として設定しておく。
【００５２】
余寿推定手段１９は、寿命低下率監視手段１８が出力した寿命低下率αと、定められた余寿命推定式とを用いて監視対象の転動部品３の余寿命を推定する手段である。
転動部品３が軸受である場合、余寿命は次のように予測できる。例えば、混入水分濃度ｃと軸受の回転量（寿命）からマイナー則の考え方（非特許文献１１で示すような、様々な両振り応力振幅が作用する材料において、“ある破損確率”におけるＳ−Ｎ線図から破損までの繰り返し数が応力のしきい値ごとに得られている場合において、それぞれの応力での繰り返し回数を足し合わせて“ある破損確率”になったときにはく離や亀裂が生じて寿命に至るという考え方）を応用して余寿命を推定する。以下にその方法を説明する。
【００５３】
図４の予備実験での寿命低下率のデータに基づき、実機軸受での混入水分濃度ｃと寿命（回転量）との関係を図５のように導く。手順としては、混入水分濃度が０の場合の軸受寿命はＬ10で表され、任意の混入水分濃度での実機軸受の寿命は、（１−α（ｃ））に実機軸受でのＬ10を乗じれば求めることができる。
ここで、実機における混入水分濃度ｃ1 がであったとする。もしも、この状態で軸受の運転量Ｎc1が（１−α（ｃ1 ））Ｌ10を超えれば、軸受は破損すると予想される。すなわち、Ｎc1／（１−α（ｃ1 ））Ｌ10が１を超えると、寿命に至るとみなすことができる。
ただし、実機では、様々な混入水分濃度で軸受が運転される。その場合の余寿命推定方法には、各種荷重条件下の転がり軸受の寿命を予測する場合に多用されるマイナー則の考え方を導入する。具体的には、ある混入水分濃度ｃ1 下で、回転量Ｎc1運転された場合のＮc1／（１−α（ｃ1 ））Ｌ10を求める（以降、この比を回転量寿命比と称す）。すなわち、様々な混入水分濃度下で運転する場合、回転寿命比を足していき、この和が１を超えた時点で、軸受が寿命に至るとみなす。余寿命をＬとおけば、以下の式で表現できる。
【００５４】
【数１】
ここで、ｃave ：今後の運転で期待される混入水分濃度
Ｎci：混入水分濃度ランクｃｉにおける累積回転量（ｉ：ランク番号）
ｃ０〜ｃＲ：混入水分濃度のランク（Ｒ：ランク分けの数）
【００５５】
ｃave は、余寿命を計算する時点の直近の時間帯での平均の混入水分濃度とすればよい。例えば、ここ最近１０日間の平均値などである。ｃaveの計算には、水分濃度監視手段９が検出した混入水分濃度ｃを用いる。
なお、安全側の監視をするためには、混入水分濃度の測定時に、タンクや油槽より低い位置に測定室を設け、水や添加物を取り込みやすくすることで、高めの混入水分濃度を測定するとよい。
【００５６】
余寿命推定手段１９には、定められた余寿命推定式として上記の式を設定しておき、寿命低下率監視手段１８で求めた寿命低下率αを用いる。
Ｌ１０は、水素が混入しない状態のＬ１０であり、耐久試験によって求めることができる。その求めた値を用いる。なお、一定の混入水分濃度で耐久試験を行うことで、水素脆性により寿命が下がると予想される。この一定の混入水分濃度で耐久試験をさまざまな濃度で行うことで図１９の様な混入水分濃度に対する寿命がわかってくる。そこで、その寿命低下率の関数をαとする。図５のように回転量と混入水分濃度との関係を表せば、混入水分濃度ｃ１で軸受を回転させたときの累積の回転量が（１−α（ｃ１））Ｌ１０に達すると剥離が生じることになる。ところで、実機では一定の混入水分濃度では無く、時間によって混入水分濃度が変わるため、ｃ２、ｃ３、ｃ４、…ｃｎのようにランク分けを予めしておき、それぞれのランクでの累積の回転量Ｎｎを（１−α（ｃｎ））Ｌ１０で割った値を足し合わせて１になった時点で剥離が生じ、寿命とするという考え方を用いる。
【００５７】
図１において、濃度異常の診断手段２０は、水分濃度監視手段９で検出された水分濃度を、定められたしきい値Ｓ１と比較し、しきい値Ｓ１を超える場合に異常と判断する。
【００５８】
上記構成の水分濃度・寿命低下率等監視手段１０によると、潤滑油５中の静電容量および油温を静電容量検出手段７および油温測定手段８により検出し、その検出された静電容量および油温から、水分濃度監視手段９により混入水分濃度を検出する。このように、静電容量と油温とから混入水分濃度を求めるようにしたため、精度良く混入水分濃度を求めることができる。したがって、油潤滑方式の転動装置１において、潤滑油５中の混入水分濃度を監視して精度良く求めることができ、転動部品３の水素脆性起因の早期損傷に対する注意を喚起することができる。静電容量と油温とから混入水分濃度を精度良く検出できる理由については、後に、しきい値Ｓ１の設定方法の説明欄において、説明する。
【００５９】
また、上記のように求められた混入水分濃度ｃから、転動部品３における水素脆性による寿命低下率αが、寿命低下率監視手段１８によって、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係から求められる。さらに、余寿命推定手段１９により、余寿命Ｌが求められる。余寿命Ｌは、例えば水素脆性による軸受のはく離の発生時期を予測することができる。これにより、異常発生に備え、メンテナンスの準備を予めしておくことで、異常発生後の稼働停止時間の短縮が可能となる。特に風力発電装置においてその効果が大きい。
さらに、濃度異常の異常診断手段２０は、混入水分濃度がしきい値Ｓ１を超えた場合に異常の判定を行う。また、転動部品３の水素脆性起因の早期損傷が、異常と判断される程度に大きくなった場合に、それを確実に検知し、注意を喚起することができる。以下に早期損傷を検知するための水分濃度・寿命低下率等監視手段以外の手段を示す。
【００６０】
この実施形態において、上記の状態監視手段１１には、水分濃度・寿命低下率等監視手段１０の他に、前記各診断手段５１〜５５として、振動異常の異常診断手段５１と、変位異常の異常診断手段５２と、内部クラックの異常診断手段５３と、不純物の異常診断手段５４と、総合異常診断手段５５とを備えている。また、通信手段５６が設けられている。
【００６１】
振動異常の異常診断手段５１は、前記転動装置１を構成するいずれかの転動部品３である軸受の振動を監視する振動センサ７０の出力を用い、その軸受の異常を判定する手段である。振動センサ７０で振動を監視する軸受は、例えば、前記主軸用軸受４６０であり、軸受ハウジング等に設置される。振動センサ７０は、圧電素子を用いた加速度センサによって構成される。異常診断手段５１は、振動センサ７０の検出信号を処理して処理結果を、定められたしきい値Ｓ２と比較し、しきい値Ｓ２を超える場合に異常と判定する。異常診断手段５１は、後に説明するように、前記軸受またはこの軸受で支持される軸の回転速度を、回転センサ２１０によって得て、検出した回転速度を異常判断のための信号処理に用いるようにしても良い。
【００６２】
変位異常の異常診断手段５２は、前記転動装置１を構成する前記軸受における、内外輪間の相対変位を検出する変位計である変位センサ２４０の出力を用い、前記軸受の異常を判定する手段である。この変位異常の異常診断手段５２は、検出された相対変位、またはこの相対変位を信号処理した値を、定められたしきい値Ｓ３と比較し、しきい値Ｓ３を超える場合に、異常と判定する。
【００６３】
内部クラックの異常診断手段５３は、前記転動装置１を構成する前記軸受における、アコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサ２５０の出力を用い、この出力またはこの出力を信号処理した値を、定められたしきい値Ｓ４と比較し、しきい値Ｓ４を超える場合に、異常と判定する。
【００６４】
不純物の異常診断手段５４は、前記転動装置１の潤滑油の中の摩耗粉またはその他の不純物の量を検知するセンサ２７０の出力を用い、この出力またはこの出力を信号処理した値を、定められたしきい値Ｓ５と比較し、しきい値Ｓ５を超える場合に、異常と判定する。
【００６５】
これら振動異常の異常診断手段５１、変位異常の異常診断手段５２、内部クラックの異常診断手段５３、および不純物の異常診断手段５４は、いずれも、前記水分濃度監視手段９で検出された混入水分濃度が、定められたしきい値Ｓ１を超えた場合に、それぞれの異常診断手段５１〜５４が異常と判定するしきい値Ｓ２〜Ｓ５を変化させ、または判定方法を変化させるようにしても良い。
【００６６】
総合異常診断手段５５は、前記各異常診断手段１０，５１〜５４の診断結果を、定められた規則によって総合的に判定する手段である。前記の水分濃度監視手段９で検出された混入水分濃度によって、各異常診断手段５１〜５４が異常と判定するしきい値Ｓ２〜Ｓ５を変化させ、または判定方法を変化させる処理は、総合異常診断手段５５によって行うようにしても良い。
【００６７】
なお、図１の例では、混入水分濃度の監視のための静電容量検出手段７や油温測定手段８を配置する測定室についての説明を省略したが、後に図８〜１２に示すように測定室１２（図８，図９，図１１，図１２）を設けることが好ましい。
【００６８】
風力発電装置では、主軸用軸受装置４６１や増速機４４０内部には各種転がり軸受が利用され、油により潤滑されている。この潤滑油を供給するための管路やタンク、あるいは転動装置１の内部または外部のいずれかに、図８，図９，図１１，図１２に示すように測定室１２を設け、混入水分濃度を測定する。
監視時の混入水分濃度の異常診断のしきい値Ｓ１は、後に図１１〜２２と共に説明するしきい値を適用する。監視中にしきい値Ｓ１を超えた場合、濃度異常の異常診断手段２０により、注意を促す信号を出力する。
油中混入水分濃度の測定に静電容量計７と熱電対からなる油温測定手段８とを用いているが、これらが一体となった静電容量・油温手段７Ａを使用することで、個別にセンサを設置する場合の工数短縮が可能となる。また２つのセンサ（すなわち、静電容量計７および熱電対からなる油温測定手段８）を一体とするためのハウジング（図示せず）は、各センサを保持するカバーの役割であり、それらの破損低減効果が期待できることから、センサ自体の信頼性も向上すると考えられる。
【００６９】
洋上や寒暖の変化が激しい地域では、混入水分濃度が高く、水素脆性による軸受損傷が多発すると考えられる。このような地域で本装置を利用した場合、図６に示すように、水分濃度が短時間でしきい値Ｓ１を超えることが予想される。なお、しきい値Ｓ１を超えた場合は、密閉性に優れるシールに変えることやヒーター等結露を防止するための加熱手段を設置するなどの対策を早期に行うことで、水素脆性による損傷を防ぐこともできる。
また、陸上や寒暖の変化が少ない地域で本装置を利用した場合、図７に示すように、水分濃度は日々変化しても、しきい値Ｓ１を超えることがほとんど無いと考えられる。水素脆性によるはく離の発生時期については、しきい値Ｓ１を超えた運転時間または回転量の累積によって予測する。
なお、混入水分濃度の測定に関して、安全目の監視をするためには、タンクや油槽より低い位置に測定室を設け、水や添加物をセンサ付近に取り込みやすくすることで、高めの混入水分濃度を測定するとよい。
【００７０】
他のセンサとの組み合わせについて説明する。
水素脆性の影響によって対象軸受の実際の寿命が、設計上期待される寿命に到達するか否かを推定できる。しかし、実際に生じたはく離の確認や、その他の原因による軸受の損傷については検知することが困難である。そこで、以下に示す各種センサと組み合わせることで水素脆性はく離以外の軸受の損傷も同時に監視することが可能になる。
例えば、振動加速度センサ等の振動センサ７０を併用することで、水素脆性はく離を含めた各種の異常による振動を検知することが可能になる。
【００７１】
また、ＡＥセンサ２５０を振動加速度センサの代わりに併用する場合、または同時に用いることで、表面の剥離だけでなく、金属内部に発生する水素脆性が原因のクラックを測定できる。このとき、ＡＥセンサ２５０の単体によるクラックの判定は、原因不明のＡＥ波が散見されるために難しいが、混入水分濃度が高い状態でＡＥ波が出ている場合、内部クラックが高い確立で生じていると予想され、異常を早期に正確に見積もることが可能になる。
【００７２】
また、種々の原因による金属接触によって軸受内部に摩耗が生じた場合、水分濃度の測定だけでは検知することが難しい。そこで、変位センサ２４０を用いて、軸受の外輪に対する内輪の相対変位を収集することで摩耗を検知することができ、より総合的な状態監視が可能になる。
さらに、長時間の運用により、油の酸化やほこりの混入など潤滑油の劣化が予測されるため、油の劣化センサ等の不純物のセンサ２７０を併用することで、軸受の破損につながる潤滑不良を予測することができる。同時に混入水分濃度を油劣化センサ等の不純物のセンサ２７０にフィードバックして補正を加えることで、より潤滑油が原因の軸受の早期損傷の予測が正確になる。
【００７３】
上記のことから、水素脆性による軸受のはく離の発生確率あるいは、発生時期を予測することができ、転動装置の突発的異常への対処に備えることができる。例えば本技術を風力発電装置適用すれば、異常発生に備えメンテナンスの準備を予めしておくことで、異常発生後の稼動停止時間の削減が可能になる。
【００７４】
図８〜図１２は、転動部品の状態監視装置６の他の各実施形態を示す。これらの各実施形態において、特に説明した事項の他は、図１〜図５の実施形態と同様である。また、これら図８〜図１２では、状態監視手段１１を構成する各手段のうち、水分濃度・寿命低下率等監視手段１０以外の手段は、図示を省略している。
図１の実施形態では、ハウジング４における潤滑油貯留槽４ａ内の潤滑油５の静電容量および油温を測定するようにしたが、図８に示すように、ハウジング４内の一部に、潤滑油貯留槽４ａ内と連通した測定室１２を設け、静電容量検出手段７および油温測定手段８は、測定室１２内の静電容量および油温をそれぞれ測定するように設置しても良い。この場合に、測定室１２の中の潤滑油５を攪拌する攪拌手段１３を設けても良い。測定室１２は、例えば潤滑油貯留槽４ａ内の一部を仕切った仕切室とされる。測定室１２がハウジング４内であると、測定室１２を設けることによる転動装置の大型化が回避できる。攪拌手段１３は、例えば攪拌用の回転翼と、この回転翼を回転させるモータとでなる。測定室１２を設け、攪拌手段１３を設けた場合、測定室中１２に溜める潤滑油量を１００ｍＬ以下とし、かつ変動量を±５ｍＬ以下とするのが良い。図８の実施形態におけるその他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００７５】
測定室１２を設けることで、安定した静電容量および油温の測定が行える。また、攪拌手段１３を設けることで、潤滑油と水の混合状態が良くなり、より安定した静電容量および油温の測定が行える。
【００７６】
後に、転がりすべり疲労寿命試験と共に説明するが、潤滑油と水の混合状態が良好でない場合、混入水分濃度が高くなるにつれて、静電容量の値が不安定になる。このことは、油浴潤滑方式や循環給油方式の転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視する場合についても言えることである。故意に潤滑油と水の混合状態をよくする転がりすべり疲労寿命試験に対し、転動装置は停止中の場合もあるため、潤滑油と水の混合状態がよくないことは容易に想像できる。潤滑油と水が分離している場合もある。そのため、転動装置においても、なるべく潤滑油と水をよく混合させる機構を設け、なるべく正確に静電容量を測定することが望ましい。そのためには、攪拌手段１３を設けて攪拌することが好ましい。
【００７７】
なお、測定室１２を設けずに、攪拌手段１３を潤滑油貯留槽４ａ内の隅部等に設けても良い。しかし、潤滑油と水との混合状態をなるべく良好にするために、間仕切りをして測定室１２を設けるのが良い。間仕切りしなければ、潤滑油と水との混合状態を良好にするのは困難と考えられる。また、潤滑油と水の混合状態がよくない場合、高めの静電容量値が測定されるため、混入水分濃度を高くなる。すなわち安全目に監視することができる。ただし、潤滑油と水が分離している場合、さらに高めの静電容量値が測定されると考えられる。その場合、安全目過ぎる監視となり、メンテナンスの回数や費用が過剰になる可能性があるため，留意が必要である。
【００７８】
測定室１２は、図９に示すようにハウジング４の外部に設置しても良い。この場合に、測定室１２は、ハウジング４に接して設けても、ハウジング４から離して設けても良い。離した設けた場合は、測定室１２とハウジング４の潤滑油貯留槽４ａとは、連通管（図示せず）等で連通させる。測定室１２をハウジング４外に設けると、ハウジング４に測定室１２や静電容量検出手段７および油温測定手段８を設ける適切な場所がなくても、静電容量検出手段７および油温測定手段８による測定が行える。なお、図９の実施形態におけるその他の構成，効果は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００７９】
図１０は、循環給油方式とした例、つまりハウジング４の潤滑油貯留槽４ａに対して循環給油を行う循環給油手段１４を設けた例である。循環給油手段１４は、潤滑油貯留槽４ａに両端が連通したパイプ等による油循環路１５と、この油循環路１５を介して潤滑油５を循環させるポンプ１６とでなる。油循環路１５は、潤滑油貯留槽４ａの底部の排出口１５ａと、潤滑油貯留槽４ａの中間高さ位置または上部の給油口１５ｂとに連通する。その他の構成，効果は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００８０】
図１１は、循環給油方式において、ハウジング４内の一部に、潤滑油貯留槽４ａ内と連通した測定室１２を設け、静電容量検出手段７および油温測定手段８は、測定室１２内の静電容量および油温をそれぞれ測定するように設置した例である。この場合にも、測定室１２の中の潤滑油５を攪拌する攪拌手段１３を設けても良い。その他の構成は、図１０に示す実施形態と同様である。
【００８１】
図１２は、循環給油方式において、ハウジング４外に測定室１２を設けた例である。測定室１２は、油循環路１５の途中に設けている。この測定室１２に、内部の潤滑油の静電容量および油温を測定する静電容量検出手段７および油温測定手段８を設け、かつ測定室１２内の潤滑油５を攪拌する攪拌手段１３を設けている。このように攪拌手段１３を設けることで、安定して正確に静電容量を測定し、混入水分濃度を正確に求めることができる。また、この実施形態では、潤滑油貯留槽４ａの底部に傾斜溝１７を設けている。傾斜溝１７の底面の低い側の端部を潤滑油の排出口１５ａとし、定期的に、攪拌手段１３を備えたリザーブタンクとなる測定室１２中に潤滑油５をポンプ１６で引き込んで溜め、そこで静電容量と油温を測定して混入水分濃度を監視すればよい。それにより、潤滑油よりも比重が大きい水が分離していても、水を測定室１２中に取り込むことができ、高めの混入水分濃度が測定される。すなわち安全目の監視ができる。この実施形態において、特に説明した事項の他は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００８２】
また、油浴潤滑方式の場合も、図１２の循環給油方式の場合と同様に、転動装置に傾斜溝と排出口を設け、循環給油部にリザーブタンクを設ければよい。
【００８３】
次に、上記各実施形態の風力発電の状態監視装置において、混入水分濃度の異常診断手段１０における異常診断部１０ａに設定する適切なしきい値Ｓ１を求めるための試験方法について説明する。
図１３にこの試験方法に用いる試験装置の一例を概念図で示す。この転がりすべり疲労寿命試験装置は、試験装置本体１４０と、この試験装置本体１４０を制御する試験装置本体制御装置１４１と、水分濃度計算手段１４２とで構成される。試験装置本体１４０は、被試験体である転動部品模擬体３Ａを浸漬させた状態に潤滑油５Ａを入れる試験油槽１０１と、この試験油槽１０１内で転動部品模擬体３Ａを動作させる転動部品模擬体駆動装置１２０と、試験油槽１０１の潤滑油中に水を注入する水注入手段であるシリンジポンプ１０４と、試験油槽１０１の潤滑油５Ａの静電容量を測定する静電容量測定手段である静電容量計１０５と、試験油槽１０１の潤滑油５Ａの油温を測定する油温測定手段である熱電対１０６とを有する。
転動部品模擬体３Ａは、鋼製材料からなる転動部品用材料の被試験体を構成要素に含めて転動部品を試験用に模した部品である。図示の例では、転動部品模擬体３Ａは、転動部品の一種であるスラスト玉軸受を模したものであり、内輪３ａと外輪３ｂとの間にボールからなる転動体３ｃを設けて構成され、外輪３ｂが被試験体となる。この転動部品模擬体における被試験体である外輪３ｂは、円筒形状で端面が転走面となる。また、この転動部品模擬体３Ａは、実際の転動部品であるスラスト軸受に比べて、転動体３ｃのサイズを大きくしてある。模擬の対象となる実際のスラスト軸受では、転動体が小さすぎ、わずかな荷重を与えるだけで接触面の最大面圧がかなり大きくなるため、転動部品模擬体３Ａでは転動体３ｃを大きくした。内輪３ａは、そのように大きな転動体３ｃが転動できる溝を有するものを特別に製作して用いる。
【００８４】
水分濃度計算手段１４２は、静電容量計１０５で測定した静電容量と熱電対１０６で測定した油温から、定められた関係に従って前記潤滑油中の混入水分濃度を計算する手段である。水分濃度計算手段１４２は、静電容量と油温と混入水分濃度との関係を、計算式や試験結果等から定めた関係設定手段１４３を有し、入力された静電容量と油温とから、関係設定手段１４３に定められた関係を用いて混入水分濃度を計算する。
【００８５】
試験装置本体制御装置１４１は、転動部品模擬体駆動装置１２０を制御する転動部品模擬体制御部１４４と、シリンジポンプ１０４を制御するポンプ制御部１４５と、試験装置本体１４０およびその他の駆動部分を制御する制御部（図示せず）とを備える。試験装置本体制御装置１４１は、コンピュータ式のシーケンサまたは数値制御装置であり、パーソナルコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラムとで構成される。
水分濃度計算手段１４２は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラムとで構成される。水分濃度計算手段１４２は、試験装置本体制御装置１４１を構成するコンピュータを用いたものであっても、試験装置本体制御装置１４１とは独立したコンピュータを用いたものであっても良い。
【００８６】
この転がりすべり疲労寿命試験方法は、上記構成の試験装置を用いて、次のように行う。試験油槽１０１に入れた潤滑油５Ａに、被試験体である転動部品模擬体３Ａを浸漬して動作させ、転動部品模擬体３Ａを構成する被試験体である外輪３ｂの転がりすべり疲労寿命の試験を行う。ここでは、シリンジポンプ１０４を用いて、前記潤滑油５Ａ中に水素源としての水を注入し、静電容量計１０５で計測した潤滑油５Ａの静電容量と、熱電対１０６で計測した油温によって、水分濃度計算手段１４１を用いて、潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を測定する。
【００８７】
同図の試験装置では、試験油槽１０１に潤滑油５Ａを入れる機構として、油浴潤滑機構を用いており、試験油槽１０１内の潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を測定する。上記「油浴潤滑機構」は、試験油槽１に潤滑油を溜めておき、その溜められた潤滑油で転動部品を潤滑する機構を言う。測定した混入水分濃度はシリンジポンプ１０４にフィードバックし、水注入量を変化させて混入水分濃度を制御する。すなわち、ポンプ制御部１４５は、水分濃度計算手段により出力された混入水分濃度に応じて、定められた規則に従い、混入水分濃度が定められた範囲に納まるように、シリンジポンプ１０４による注入量を変化させる。また、転動部品模擬体３Ａの接触要素間（具体的には一対の軌道輪３ａ，３ｂ間）に、通電手段１４７によって電流を流して金属接触率を測定する。転動部品模擬体駆動装置１２０における、サーボモータ１０７Ａの主軸１０７と、転動部品模擬体３Ａの構成要素となる内輪３ａに結合されて転動部品模擬体３Ａを動作させるスピンドル１０８とを直結して揺動運動させる。すなわち正逆に回転させる。スピンドル１０８は転動部品模擬体３Ａを構成要素の一つとして持つものであっても良い。サーボモータの主軸１０７とスピンドル１０８とは絶縁カップリング１３２で連結する。スピンドル１０８の支持軸受には、セラミック転動体軸受１３３を用いている。
転動部品模擬体３Ａは、前述のように、この実施形態ではスラスト玉軸受を模した部品とされ、被試験体となる外輪３ｂは、設置台（図示せず）等に固定設置され、内輪３ａがスピンドル１０８に固定されている。
【００８８】
上記スピンドル１０８およびセラミック転動体軸受１３３により、転動部品模擬体駆動装置１２０のヘッド部１４６が構成される。ヘッド部１４６は、転動部品模擬体駆動装置１２０における、それぞれが１個または１組の転動部品模擬体３Ａを動作させる機構部を言う。この実施形態ではヘッド部１４６を１台のみ設けたが、複数のヘッド部１４６を設け、複数の転動部品模擬体３Ａを同時に試験するようにしても良い。
【００８９】
ところで、転がりすべり疲労寿命試験による耐水素脆性評価では、鋼中への拡散性水素の侵入濃度は制御できない。また、厳しい条件での加速試験であり、実機条件を模擬するものではない。鋼材質の耐水素脆性評価については、拡散性水素の侵入濃度を制御しての評価がある。それに対し、潤滑油の種類，潤滑油への添加物，接触要素の接触面への表面処理などの耐水素脆性評価は、この実施形態のように拡散性水素の侵入濃度が制御できない転がりすべり疲労寿命試験で評価する必要がある。したがって、なるべく外乱が少なく、なるべく実機を忠実に模擬した転がりすべり疲労寿命試験によって、水素脆性起因の早期損傷を積極的に生じさせることで、使用条件に応じた対策要素を見極めるのに有効である。なお、ユーザーからの理解を得るという点からは、鋼材質についても、転がりすべり疲労寿命試験による耐水素脆性評価を実施することが望ましい。
【００９０】
水素脆性起因の早期損傷が起きる様々な転動部品の使用条件を鑑みると、以下の（１）〜（５）の機能を有する転がりすべり疲労寿命試験が望ましい。なお、試験装置における各ヘッド部１４６間で互いに影響が及ばないように、図１３では各ヘッド部に油浴潤滑機構を用いているが、循環給油機構を用いても良い。油浴潤滑機構であっても、また循環給油機構であっても、各ヘッド部に設けるのであれば、各ヘッドで異なる条件の試験ができる。
（１）潤滑油５Ａ中に水素源としての水を注入する。
（２）潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を静電容量と油温で監視する。
（３）（２）で監視した混入水分濃度をフィードバックし、水注入量を変化させて混入水分濃度を制御する。
（４）一定回転速度，一方向回転だけでなく、加減速運転，揺動運動ができる。
（５）通電ができる。
【００９１】
（１）の機能については、水を混入した潤滑油を定期的に交換する方法もあるが、多工数、休日交換はできないなど、効率が悪い。そのため、この実施形態のように、水をシリンジポンプ１０４やチューブポンプで注入するのが望ましい。シリンジポンプ１０４は微量注入に向いている。ヘッド部１４６に油浴潤滑機構を用いている図１１の試験装置では、水の注入箇所は試験油槽１０１である。また、ヘッド部１４６に循環給油機構を用いる場合、水の注入箇所は試験油槽１０１または循環給油部とする。
【００９２】
（２）の機能を持たせる場合に、鉱油系で無添加の潤滑油の飽和水分濃度は高々２００重量ppm であることに留意する必要がある。混入水分濃度は静電容量と油温によって測定できるが、静電容量を計測する静電容量計５は次の２タイプに大別される。１つは飽和水分濃度以下までしか測れないものであり、もう１つは飽和水分濃度を超えて白濁状態になっても測れるものである。前者のタイプの方が多いが、後者のものの中には混入水分濃度が１０％以上でも測定できるものもある。２００重量ppm の濃度の水混入油を定期交換した転がりすべり疲労寿命試験では、水の悪影響は見られないという結果が得られている。鉱油系で無添加の潤滑油の飽和水分濃度は微量だが、合成油系の潤滑油や鉱油系でも添加剤の種類によっては、飽和水分濃度はかなり高い。また、前者のタイプの静電容量計は、潤滑油５Ａの飽和水分濃度を測るのに用いることができ、混入水分濃度と転がりすべり疲労寿命の関係を求めれば、潤滑油固有の飽和水分濃度が耐水素脆性の１つの指標になり得る可能性がある。
【００９３】
（３）の機能については、潤滑油５Ａ中に一定濃度の水を混入し、マクロ的に閉鎖系として転がりすべり寿命試験をしても、混入水分濃度は約３ｈ経過したあたりから大幅に減少する。潤滑油５Ａ中に水を一定流量で連続注入した場合も、混入水分濃度が変化することは容易に想像できる。（１）の機能のために水は水素源として注入するが、そのためには、（２）の機能において静電容量と油温によって混入水分濃度から求められる適切な水分量をフィードバックし、水注入量を変化させて混入水分濃度を所定の範囲内に保つことが望ましい。なお、上記の「適切な水分量」は、混入水分濃度と補給すべき水分量との関係を適宣定めた関係式やテーブル等の手段を用いて定められる量である。
【００９４】
（４）の機能について言えば、実際の転動部品３は一定回転速度，一方向回転で用いられることはない。そのため、一定回転速度，一方向回転の他に、加減速運転，揺動運動もできることが望ましい。加減速運転については、少なくとも図１４のようなパターン設定ができる必要がある。すなわち、加速度（ｒmax −ｒmin )/ｔa ，高速回転数ｒmax ，高速回転数での保持時間ｔmax ，減速度（ｒmax −ｒmin )/ｔd ，低速回転数ｒmax ，低速回転数での保持時間ｔmin の６パラメータをそれぞれ任意に設定でき、それを１パターンとして加減速を繰り返すことである。揺動運動では、回転の場合とは異なり、損傷が起きても振動が大きく変化しない。クランク機構による揺動運動では、その振動が重畳するため、損傷が起きても振動で検出することが難しい。振動で損傷を精度よく検出できるようにするには、図１３のようにサーボモータの主軸１０７と、転動部品模擬体３Ａを構成部品の１つとして持つ試験機構のスピンドル１０８とを直結して揺動運動させることで、重畳する振動成分をなるべく排除する必要がある。さらに、できる限り試験機構のスピンドル１０８などの剛性を高くする必要がある。揺動運動条件としては、揺動の角度と周波数を任意に設定できることが望ましい。なお、サーボモータの主軸１０７と試験機構のスピンドル１０８を直結すると、クランク機構のような三角関数波形の速度変化を与えることは難しい。それを可能にするためには、シーケンサのプログラムによってサーボモータのアンプを制御すれば良い。
【００９５】
（５）の機能を持たせる目的は次の２点である。
１つは微弱電流を転動部品模擬体３Ａの接触要素間に流して接触面の金属接触率を測定することである。もう１つは１Ａ程度の大電流を接触要素間に流して正極側を摩耗させることである。この現象を利用し、試験片を正極側にすることで、試験片の接触部に金属新生面を積極的に露出させ、水素の発生，侵入を促進することができる。このことは、非特許文献９にも開示されている。
【００９６】
図１３の試験装置を用いた転がりすべり疲労寿命試験方法では、（１）〜（５）の全ての機能を満たしており、転動部品模擬体３Ａが揺動運転することを前提とし、サーボモータ１０７Ａの主軸１０７と試験機構のスピンドル１０８を直結した機構になっている。なお、揺動運転が不要な場合、高価で定格回転数が高々３０００rpm のサーボモータよりも、安価なインダクションモータなどで試験機構のスピンドル１０８をベルト駆動するのが良い。この場合、サーボモータ１０７Ａの駆動をスピンドル１０８に伝達する駆動伝達径にプーリ機構を設け、プーリ比を変えれば、試験機構のスピンドル１０８の回転速度を高めることができ、加減速運転の速度差を大きくするのにも有効である。なお、ヘッド部１４６に循環給油機構を用いる場合は、比較的給油速度が速いチューブポンプなどを用いるのが良い。この場合、試験油槽１０１の潤滑油量を一定に保つようにして、潤滑油の流入出量を等しくすることが望ましい。
【００９７】
図１３に示した試験装置の概念図では、転動部品模擬体３Ａがスラスト軸受型である場合を示したが、スラスト軸受型の場合も鋼球の自転方向と公転方向が異なるため、転動部品模擬体３Ａにおける試験片と鋼球の接触面ですべりが生じる。さらに積極的に接触面にすべりを与えるには、接触要素の運動機構を工夫すればよい。転動部品模擬体３Ａとして歯車材を評価する場合、歯車ではさらに大きなすべりが作用するため、試験片とそれに接触する物体の周速差を強制的に変えるなどし、接触面に大きなすべりを作用させる工夫が必要である。
【００９８】
図１５および図１６は、この転がりすべり疲労寿命試験方法に用いる試験装置の他の例を概念図として示している。図１５の試験装置では、試験油槽１に潤滑油５Ａを入れる機構として、循環給油機構１０９を用いている。ここでの循環給油機構１０９は、循環路１１０の途中に循環ポンプ１１１、静電容量計１０５、および熱電対１０６を設けて構成される。この場合でも、静電容量計１０５および熱電対１０６は図１３のように試験油槽１０１に設けても良い。
【００９９】
ここで、潤滑油５Ａへの水の混合状態が良好でない場合、混入水分濃度が高くなるにつれて、静電容量の値が不安定になる。そのため、潤滑油５Ａと水がよく混合した状態で静電容量を測定することが望ましい。そこで、図１６の試験装置では、図１５の試験装置において、試験油槽１０１の潤滑油５Ａの排出口と循環ポンプ１１１との間にリザーブタンク１１２を設け、そこに潤滑油５Ａを溜めて磁気式攪拌機１１３などで攪拌し、静電容量と温度を測定するようにしている。熱電対１０６はリザーブタンク１１２に設ける。潤滑油５Ａと水を十分に混合させるためには、リザーブタンク１１２の容積を小さくして攪拌効果を大きくする方が良い。目安として、潤滑油量は１００ｍＬ以下とすることが望ましい。さらに望ましいことは、潤滑油５Ａよりも比重が大きい水が、試験油槽１０１やリザーブタンク１１２から排出されやすくすることである。そのために、図１６の試験装置では、試験油槽１０１およびリザーブタンク１１２のそれぞれの潤滑油５Ａの排出口を底角部１０１ａ，１１２ａ（同図中に○を付して示す）としている。さらに、試験油槽１およびリザーブタンク１１２のそれぞれ内部を円柱状とし、底角部１０１ａ，１１２ａの全周に連続して、いわゆるヌスミとなる外角側に凹む溝状の凹部１０１ａａ，１１２ａａを設けることが望ましい。これらの工夫をすることにより、水よりも比重の大きな添加物質も循環しやすくなる。
【０１００】
図１３，図１５，図１６の試験装置を用いた試験方法では、シリンジポンプ１０４を用いて試験油槽１０１に水を注入するが、以下には、試験油槽１中の水混入油を定期交換して行った転がりすべり疲労寿命試験方法の具体例を示す。
軸受鋼ＳＵＪ２を用い、図１７（Ａ）に示すテーパ形状外輪試験片（熱処理後は研削仕上げ、内径軌道面は面粗さＲq ≒０．０３μｍ）１１４を製作した。熱処理は８５０℃のＲＸガス雰囲気中で５０ｍｉｎ加熱してずぶ焼入を施した後、１８０℃で１２０ｍｉｎの焼戻しを施した。試験は、図１７（Ｂ）に示すように、テーパ形状外輪試験片１１４にアンギュラ玉軸受７３０６Ｂの内輪（ＳＵＪ２標準焼入焼戻品）１１５、鋼球（ＳＵＪ２標準焼入焼戻品，１３個）１１６、保持器１１７を組み合わせて転動部品模擬体３Ａとして行った。外輪試験片１１４をテーパ形状にしたのは、鋼球１１６と接触角をもって回転することにより、鋼球１１６がスピンして外輪試験片１１４との接触面にすべりが生じるためである。すべりが生じる場合、水素脆性起因の早期損傷が起きる頻度が高くなる。
【０１０１】
図１８には、この具体的試験方法で用いる試験装置の模式図を示す。同図における左側の機構部が評価側部１２０ａ、右側の機構部がダミー側部１２０ｂである。同図中において、損傷対象のテーパ形状外輪試験片１１４はハッチングして示している。アキシャル荷重Ｆa ＝２．９４ｋＮのみを作用させ、２７３３ｍｉｎ-1で内輪１１２を回転させた。潤滑油にはＶＧ１００の無添加タービン油（密度０．８８７ｇ／ｃｍ3 ，動粘度１００．９ｍｍ2 ／ｓ＠４０℃，１１．６８ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）を用い、それに２００重量ppm ，５重量％の純水を混入した。評価側に６０ｍＬの水混入油を入れ、潤滑油の入口（下側）と出口（上側）をチューブ１１８でつないで閉鎖系とした。図１７（Ｂ）に矢印で示す方向にポンプ作用によって潤滑油の流れが生じるため、水混入油は循環して攪拌される。試験は２０ｈ行い、その間に損傷が起きなければ、新たに作成した水混入油に交換した。損傷が生じるまで２０ｈの試験と水混入油の交換を繰り返した。損傷検出は振動計で行った。なお、図１８に示す試験装置における中央の円筒ころ軸受１１９はラジアル荷重を作用させるためのもので、今回の試験には無関係である。
【０１０２】
アキシャル荷重Ｆa ＝２．９４ｋＮのみを作用させた場合の弾性ヘルツ接触計算での外輪試験片１１４と鋼球１１６の間の最大接触面圧は３ＧＰａである。なお、弾性ヘルツ接触計算では、ヤング率Ｅとポアソン比νはＳＵＪ２標準焼入焼戻品の実測値であるＥ＝２０４ＧＰａ，ν＝０．３とした。水混入を無視した弾性流体潤滑計算でのテーパ形状外輪試験片１１４と鋼球１１６の間の油膜パラメータは約３である。ただし、鋼球１１６の面粗さは実測値Ｒq ＝０．０１７８μｍで一定とした。テーパ外輪形状試験片１１４の単体の計算寿命Ｌ10h は、２円筒モデルに変換して計算すると２６１１ｈである。Ｌ10h の求め方は非特許文献１０に開示されている。ただし、すべりの影響は無視した。
【０１０３】
初期混入水分濃度が５重量％の試験中に、定期的に潤滑油を少量サンプリングし、混入水分濃度を電量滴定法で測定して経時変化を調べた。その結果、図１９にグラフで示すように、混入水分濃度は約３ｈ経過したあたりから大幅に減少した。上記のように閉鎖系とはいえ、それはマクロ的であって、完全にすきまをなくすことは不可能である。水分は目視ではわからない小さなすきまから蒸発したと考えられる。この転がりすべり疲労寿命試験の結果は、表１に示す通りである。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
２００重量ppm の水混入油では、試験片５個すべて１０００ｈまで損傷は起きず、試験を打ち切った。一方、５重量％の水混入油では、試験片５個すべてに計算寿命の１／１００のオーダーの早期損傷が生じた。損傷形態は、すべて表層を起点とする内部起点型はく離であった。なお、ＳＵＪ２製鋼球１１６にも３ＧＰａの最大接触面圧が作用するが、はく離は生じなかった。鋼球１１６はテーパ形状外輪試験片１１４に比べて有効負荷体積が大きいためと考えられる。今回用いた潤滑油の飽和水分濃度の上限値程度の水混入では、寿命に及ぼす水の影響はないといえる。一方、水が多量に混入する場合、水素が発生し、鋼中に侵入したために極めて早期に内部起点型はく離が起きたと考えられる。表１中には、５重量％の水混入油を定期交換した場合の寿命を、２母数ワイブル分布に当てはめて求めたＬ10，Ｌ50，およびｅ（ワイブルスロープ）を示した。
【０１０６】
次に、図１３，図１５，図１６の試験装置のように、試験油槽１０１中の潤滑油５Ａに水を一定流量で微量注入して行った転がりすべり疲労寿命試験方法の具体例を示す。
前記試験方法の場合と同じ図１７に示す試験片１１４、および図１８に示す試験装置を用い、荷重条件、回転速度も同じとし、同じ潤滑油（水混入なし）６０ｍＬを入れ、潤滑油の入口（下側）と出口（上側）をチューブ１１８でつないで閉鎖系とした。試験開始と同時に、シリンジポンプ１０４（図１３）によってチューブ１１８の途中から純水の連続注入を開始した。純水の注入速度は０．５ｍＬ／ｈとした。この場合、混入水分濃度の経時変化は測定しなかったが、図１９の結果から、この場合も混入水分濃度が変化することは容易に想像できる。この転がりすべり疲労寿命試験の結果は、表２に示す通りである。
【０１０７】
【表２】
【０１０８】
表２に示した試験結果の場合も試験片６個のすべてに、先の試験方法である５重量％の水混入油を定期交換した場合と同程度の寿命の早期損傷が生じた。損傷形態は、すべて表層を起点とする内部起点型はく離であった。また、ＳＵＪ２製鋼球１６にも３ＧＰａの最大接触面圧が作用するが、はく離は生じなかった。表２には、寿命を２母数ワイブル分布に当てはめて求めたＬ10，Ｌ50，およびｅ（ワイブルスロープ）を示した。
【０１０９】
次に、静電容量計１０５による潤滑油の飽和水分濃度と混入水分濃度の測定の具体例を説明する。
先述したように、潤滑油中の混入水分濃度は静電容量と温度によって測定でき、用いる静電容量計１０５は次の２つのタイプに大別される。１つは飽和水分濃度以下までしか測定できないものであり、もう１つは飽和水分濃度を超えて白濁状態になっても測定できるものである。
先ず、飽和水分濃度以下までしか測定できない静電容量計１０５を用い、潤滑油の飽和水分濃度を測定した。潤滑油は、先の転がりすべり疲労寿命試験の具体例で用いたＶＧ１００の無添加タービン油である。図２０（Ａ）に模式図で示すように、静電容量計５を取付けた容器１２１（例えば図１３の試験装置における試験油槽１に見立てたもの）に潤滑油を入れ、シリカゲル入れを設けた上蓋１２２をして、温度調整ができる磁気式攪拌機１１３で攪拌しながら１１０℃に熱して１ｈ放置し、その間に油中に混入していた微量水分を蒸発させて、シリカゲルに吸着させた。その後、図２０（Ｂ）に模式図で示すように、４０℃に保持してシリンジポンプ４を用いて純水を一定速度０．０５ｍＬ／ｈで注入した。図２１に静電容量の経時変化を示す。用いた静電容量計１０５は、水分活性として０〜１の値を出力する。「０」は混入水分濃度がゼロの場合、「１」は混入水分濃度が飽和水分濃度以上の場合である。図２１のように、１６７重量ppm で測定値が１になったことから、その値が飽和水分濃度になる。混入水分濃度と転がりすべり疲労寿命の関係を調べれば、潤滑油固有の飽和水分濃度が耐水素脆性の１つの指標になり得る可能性がある。
【０１１０】
次に、飽和水分濃度を超えて白濁状態になっても測定できる静電容量計１０５を用い、潤滑油中の水分濃度を変えて静電容量を測定した。潤滑油は、先の転がりすべり疲労寿命試験の具体例で用いたＶＧ１００の無添加タービン油を使用した。図２２（Ａ）に模式図で示すように、１００ｍＬのビーカー１３１（例えば図１３の試験装置における試験油槽１に見立てたもの）に７０〜８０ｍＬの潤滑油と純水を混入し、十分に混合するまで温度調整ができる磁気式攪拌機１１３で３３℃に保持した状態で攪拌した。その後、図２２（Ｂ）に模式図で示すように、静電容量計１０５を取付けて静電容量を測定した。その結果を、図２３に示す。結果より、混入水分濃度と静電容量の線形関係が得られた。さらに、水混入なしの潤滑油について、約２５℃（室温）から約１１５℃まで昇温しながら静電容量を測定した。その結果を、図２４に示す。結果より、混入水分濃度と静電容量の線形関係が得られた。図２０，図２１から分かるように、静電容量は混入水分濃度と油温に依存する。変化し得る混入水分濃度と温度の範囲において、図２３，図２４のような関係を複数求め、目的変数を混入水分濃度、従属変数を静電容量，油温として関数にすれば、静電容量と油温から混入水分濃度を求めることができる。
なお、図２３，図２４のような検量線を求めるに当たっては、新油のみだけでなく、使用状況が異なる使用後油についても測定することが望ましい。
【０１１１】
前記実施形態の転がりすべり疲労寿命試験方法によると、試験油槽１に溜めた潤滑油５Ａに被試験体を構成部品として含む転動部品模擬体３Ａを浸漬して動作させ、潤滑油５Ａ中に水を注入し、潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を静電容量と油温を測定することで、外乱が少なく、実機を忠実に模擬している。そして、水素脆性起因の早期損傷を積極的に生じさせることで、使用条件に応じた対策要素が見極められるようになる。
【０１１２】
つぎに、図１の振動異常の異常診断装置５１の各具体例を、図２５〜図３６と共に説明する。
［具体例１］
図２５において、振動センサ７０は、図１の転動装置１を構成する軸受、例えば図２の主軸用軸受４６０に設置される。振動センサ７０は、軸受の振動を検出し、その検出値をデータ処理装置２における振動異常の異常診断装置５１へ出力する。振動センサ７０は、前述のように、圧電素子を用いた加速度センサ等によって構成される。
振動異常の異常診断装置５１は、ハイパスフィルタ（以下、「ＨＰＦ（High Pass F11ter）」と称する。）５１０，５５０と、実効値演算部５２０，５６０と、エンベロープ処理部５４０と、記憶部５８０と、診断部５９０とを含む。実効値演算部５２０は、請求項で言う「第１の演算部」であり、実効値演算部５６０は、請求項で言う「第２の演算部」である。
【０１１３】
ＨＰＦ５１０は、軸受の振動の検出値を振動センサ７０から受ける。そして、ＨＰＦ５１０は、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ５１０は、軸受の振動波形に含まれる直流成分を除去するために設けられたものである。なお、振動センサ７０からの出力が直流成分を含まないものであれば、ＨＰＦ５１０を省略してもよい。
【０１１４】
実効値演算部５２０は、直流成分が除去された軸受の振動波形をＨＰＦ５１０から受ける。そして、実効値演算部５２０は、軸受の振動波形の実効値（「ＲＭＳ（Root Mean
Square）値」とも称される。）を算出し、その算出された振動波形の実効値を記億部５８０へ出力する。
【０１１５】
エンベロープ処理部５４０は、軸受の振動の検出値を振動センサ７０から受ける。そして、エンベロープ処理部５４０は、その受けた検出信号にエンベロープ処理を行なうことによって、軸受の振動波形のエンベロープ波形を生成する。なお、エンベロープ処理部５４０において演算されるエンベロープ処理には、種々の公知の手法を適用可能であり、一例として、振動センサ７０を用いて測定される軸受の振動波形を絶対値に整流し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））に通すことによって、軸受６の振動波形のエンベロープ波形が生成される。
【０１１６】
ＨＰＦ５５０は、軸受の振動波形のエンベロープ波形をエンベロープ処理部５４０から受ける。そして、ＨＰＦ５５０は、その受けたエンベロープ波形につき、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ５５０は、エンベロープ波形に含まれる直流成分を除去し、エンベロープ波形の交流成分を抽出するために設けられたものである。
【０１１７】
実効値演算部５６０は、直流成分が除去されたエンベロープ波形、すなわちエンベロープ波形の交流成分をＨＰＦ５５０から受ける。そして、実効値演算部５６０は、その受けたエンベロープ波形の交流成分の実効値（ＲＭＳ値）を算出し、その算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を記憶部５８０へ出力する。
【０１１８】
記億部５８０は、実効値演算部５２０により算出された軸受の振動波形の実効値と、実効値演算部５６０により算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値とを同期させて時々刻々記憶する。この記億部５８０は、たとえば、読み書き可能な不揮発性のメモリ等によって構成される。
【０１１９】
診断部５９０は、記憶部５８０に時々刻々記憶された、軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値を記億部５８０から読出し、その続出された２つの実価値に基づいて軸受の異常を診断する。この異常診断に、しきい値Ｓ２を用いる。詳しくは、診断部５９０は、軸受の振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値との時間的変化の推移に基づいて、軸受の異常を診断する。
【０１２０】
すなわち、実効値演算部５２０により算出される軸受の振動波形の実効値は、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値であるので、たとえば、軌道輪の一部に剥離が発生し、その剥離箇所を転動体が通過するときのみ信号が増加するインパルス的な振動に対しては値の増加が小さく、軌道輪と転動体との接触の面荒れや潤滑不良等に発生する持続的な振動に対しては値の増加が大きくなる。
【０１２１】
一方、実効値演算部５６０により算出されるエンベロープ波形の交流成分の実効値は、軌道輪の面荒れや潤滑不良時に発生する持続的な振動に対しては値の増加が小さく、場合によっては増加しないが、インパルス的な振動に対しては値の増加が大きくなる。そこで、この具体例１では、軸受の振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値とを用いることで、一方の実効値だけでは検出できない異常を検出可能とし、より正確な異常診断を実現可能としたものである。
【０１２２】
図２６〜図２９は、振動センサ７０を用いて測定される軸受の振動波形を示した図である。なお、この図２６〜図２９では、主軸４２０（図２）の回転速度が一定のときの振動波形が示されている。
【０１２３】
図２６は、軸受に異常が発生していないときの軸受の振動波形を示した図である。図２６を参照して、横軸は時間を示し、縦軸は、振動の大きさを表わす振動度を示す。
【０１２４】
図２７は、軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる軸受の振動波形を示した図である。図２７を参照して、軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、振動度が増加し、かつ、振動度の増加した状態が持続的に生じる。振動波形に目立ったピークは発生していない。したがって、このような振動波形について、軸受に異常が発生していないときの振動波形の実効値（実効値演算部５２０（図２５）の出力）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（実効値演算部５６０（図２５）の出力）と比較すると、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値はそれ程増加しない。
【０１２５】
図２８は、軸受の軌道輸に剥離が発生したときの初期段階における軸受の振動波形を示した図である。図２８を参照して、剥離異常の初期段階は、軌道輪の一部に剥離が発生している状態であり、その剥離箇所を転動体が通過するときに大きな振動が発生するので、パルス的な振動が軸の回転に応じて周期的に発生する。剥離箇所以外を転動体が通過しているときは、振動度の増加は小さい。したがって、このような振動波形について、軸受に異常が発生していないときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、エンベロープ波形の交流成分の実効値が増加し、生の振動波形の実効値はそれ程増加しない。
【０１２６】
図２９は、剥離異常の末期段階に見られる軸受の振動波形を示した図である。図２９を参照して、剥離異常の末期段階は、軌道輪の全域に剥離が転移している状態であり、異常の初期段階に比べて、振動度が全体的に増加し、パルス的な振動の傾向は弱まる。したがって、このような振動波形について、剥離異常の初期段階における振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値は低下する。
【０１２７】
図３０は、軸受の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。なお、この図３０および以下に説明する図３１では、主軸４２０の回転速度が一定のときの各実効値の時間的変化が示されている。
【０１２８】
図３０を参照して、曲線ｋ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線ｋ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。剥離が発生する前の時刻ｔ１では、振動波形の実効値（ｋｌ）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１における振動波形は、上述の図２６に示した波形のようになる。
【０１２９】
軸受の軌道輪の一部に剥離が発生すると、図２８で説明したように、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）が大きく増加し、一方、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）はそれ程増加しない（時刻ｔ２近傍）。
【０１３０】
さらにその後、軌道輪の全域に剥離が転移すると、図２９で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）が大きく増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）は低下する（時刻ｔ３近傍）。
【０１３１】
また、図３１は、軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。図３１を参照して、図３０と同様に、曲線ｋ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線ｋ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。
【０１３２】
軌道輸の面荒れや潤滑不良が発生する前の時刻ｔ１１では、振動波形の実効値（ｋ１）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１１における振動波形は、上述の図２６に示した波形のようになる。
【０１３３】
軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、図２７で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）が増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）の増加は見られない（時刻ｔ１２近傍）。
【０１３４】
このように、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値（ｋ１）とエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）との時間的変化の推移に基づいて、軸受の異常診断をより正確に行なうことが可能である。
【０１３５】
このように、この具体例１によれば、振動センサ７０を用いて測定された軸受の振動波形の実効値、および振動センサ７０を用いて測定された振動波形にエンベロープ処理によって生成されるエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて、軸受の異常を診断するので、従来の周波数分析による手法に比べてより正確な異常診断を実現することができる。また、不必要なメンテナンスを削減でき、メンテナンスに要するコストを低減することができる。
【０１３６】
［具体例２］
主軸４２０（図２）の回転速度が変化すると、主軸用軸受４６０等の軸受の振動の大きさが変化する。一般的には、主軸の回転速度の増加に伴ない軸受の振動度は増加する。そこで、この具体例２では、軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸４２０の回転速度で正規化し、その正規化された各実効値を用いて軸受の異常診断が行われる。
【０１３７】
図３２は、具体例２における振動異常の異常診断手段５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３２を参照して、異常診断手段５１は、図２５に示した具体例１における異常診断手段５１の構成において、修正振動度算出部５３０と、修正変調度算出部５７０と、速度関数生成部６００とをさらに含む。
【０１３８】
速度関数生成部６００は、回転センサ２１０による主軸４２０の回転速度の検出値を受ける。なお、回転センサ２１０は主軸４２０の回転位置の検出値を出力し、速度関数生成部６００において主軸４２０の回転速度を算出するものとしてもよい。そして、速度関数生成部６００は、実効値演算部１２０により算出される軸受の振動波形の実効値を主軸４２０の回転速度Ｎで正規化するための速度関数Ａ（Ｎ）、および実効値演算部５６０により算出されるエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸４２０の回転速度Ｎで正規化するための速度関数Ｂ（Ｎ）を生成する。一例として、速度関数Ａ（Ｎ），Ｂ（Ｎ）は、次式によって表わされる。
【０１３９】
Ａ（Ｎ）＝ａ×Ｎ-0.5 …（１）
Ｂ（Ｎ）＝ｂ×Ｎ-0.5 …（２）
ここで、ａ，ｂは、実験等によって予め定められる定数であり、異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。
【０１４０】
修正振動度算出部５３０は、軸受の振動波形の実効値を実効値演算部５２０から受け、速度関数Ａ（Ｎ）を速度関数生成部６００から受ける。そして、修正振動産算出部５３０は、速度関数Ａ（Ｎ）を用いて、実効値演算部５２０によって算出された振動波形の実効値を主軸４２０の回転速度で正規化した値（以下「修正振動度」と称する。）を算出する。具体的には、実効値演算部５２０によって算出された振動波形の実効値ｖｒと速度関数Ａ（Ｎ）とを用いて、修正振動度ｖｒ＊は、次式によって算出される。
【０１４１】
【数２】
ここで、Ｖｒａは、時間０〜ＴにおけるＶｒの平均値を示す。
そして、修正振動座算出部５３０は、式（３）により算出された修正振動座Ｖｒ＊を記億部５８０へ出力する。
【０１４２】
修正変調度算出部５７０は、エンベロープ波形の交流成分の実効値を実効値演算部５６０から受け、速度関数Ｂ（Ｎ）を速度関数生成部６００から受ける。そして、修正変調度算出部５７０は、速度関数Ｂ（Ｎ）を用いて、実効値演算部５６０によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸４２０の回転速度で正規化した値（以下「修正変調度」と称する。）を算出する。具体的には、実効値演算部５６０によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値Ｖｅおよび速度関数Ｂ（Ｎ）を用いて、修正変調度Ｖｅ＊は、次式によって算出される。
【０１４３】
【数３】
【０１４４】
ここで、Ｖｅａは、時間０〜ＴにおけるＶｅの平均値を示す。修正変調度算出部５７０は、式（４）により算出された修正変調度Ｖｅ＊を記憶部５８０へ出力する。
そして、修正振動度算出部５３０は、式（３）により算出された修正振動度Ｖｒ＊を記憶部５８０へ出力する。
【０１４５】
そして、時々刻々と記憶部５８０に記憶された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊が診断部５９０によって読出され、その読出された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の時間的変化の推移に基づいて、診断部５９０により軸受の異常診断が行なわれる。
【０１４６】
なお、上記において、回転センサ２１０は、主軸４２０に取り付けられてもよいし、軸受に回転センサ２１０が組み込まれた回転センサ付軸受を診断対象の前記軸受に用いてもよい。
【０１４７】
以上のように、この具体例２によれば、軸受の振動波形の実効値を回転速度で正規化した修正振動度Ｖｒ＊と、エンベロープ波形の交流成分の実効値を回転速度で正規化した修正変調度Ｖｅ＊とに基づいて異常を診断するので、回転速度の変動による外乱を除去してより正確な異常診断を実現することができる。
【０１４８】
［具体例３］
この具体例３では、さらに正確な異常診断を行なうために、上記の具体例１または具体例２に加えて、周波数分析による異常診断が併用される。
図３３は、具体例３における振動異常の異常診断手段５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３３を参照して、異常診断手段５１は、図３２に示した異常診断手段５１の構成において、周波数分析部６２０，６３０をさらに含む。
【０１４９】
周波数分析部６２０は、直流成分が除去された軸受の振動波形をＨＰＦ５１０から受ける。そして、周波数分析部６２０は、その受けた軸受の振動波形に対して周波数分析を行ない、その周波数分析結果を記憶部５８０へ出力する。一例として、周波数分析部６２０は、ＨＰＦ５１０から受ける軸受の振動波形に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行ない、予め設定されたしきい値を超えるピーク周波数を記憶部５８０へ出力する。
【０１５０】
また、周波数分析部６３０は、直流成分が除去されたエンベロープ波形の交流成分をＨＰＦ５５０から受ける。そして、周波数分析部６３０は、その受けたエンベロープ波形の交流成分に対して周波数分析を行ない、その周波数分析結果を記億部５８０へ出力する。一例として、周波数分析部６３０は、ＨＰＦ３５０から受けるエンベロープ波形の交流成分に対してＦＦＴ処理を行ない、予め設定されたしきい値を超えるピーク周波数を記憶部５８０へ出力する。
【０１５１】
そして、診断部５９０は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊とともに周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を記憶部５８０から読出し、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の時間的変化の推移とともに周波数分析結果を併用することによって、より信頼性の高い異常診断を行なう。
【０１５２】
たとえば、周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊に基づく異常診断によって異常が検知されたときに異常の発生部位を推定するのに用いることができる。すなわち、軸受内部において損傷が発生すると、損傷部位（内輪、外輪、転動体）に応じて、軸受内部の幾何学的構造および回転速度から理論的に決定される特定の周波数に振動のピークが発生する。そこで、上述した修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊による異常診断に、周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を併用することによって、異常発生部位をより正確に診断することが可能にる。
【０１５３】
なお、上記においては、具体例２において周波数分析部６２０，６３０を追加するものとしたが、図２５に示した具体例１における異常診断手段５１に周波数分析部６２０，６３０を追加したものであってもよい。
【０１５４】
以上のように、この具体例３によれば、周波数分析による異常診断が併用されるので、異常診断の信頼性をさらに高めることができるとともに異常発生部位をより正確に診断することができる。
【０１５５】
［具体例４］
具体例４では、軸受の異常診断の信頼性をさらに高めるために、種々のセンサの検出値が併用される。具体例４は、図１の変位異常の異常診断手段５２、内部クラックの異常診断手段５３、および不純物の異常診断手段５４を設ける代わりに、またはこれらの異常診断手段５２〜５４に加えて、振動異常の異常診断手段５１に、上記変位異常、内部クラック、不純物の異常の機能を付加したものである。
【０１５６】
図３４は、具体例４における振動異常の異常診断部５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３４を参照して、異常診断部５１は、図３４に示した異常診断部５１の構成において、診断部５９０に代えて診断部５９０Ａを含む。
【０１５７】
この具体例４では、振動センサ７０および回転センサ２１０に加えて、変位センサ２４０、ＡＥ（Acoustlc Emlssion）センサ２５０、温度センサ２６０、および不純物のセンサ２７０である磁気式鉄粉センサ（以下「磁気式鉄粉センサ２７０」と称す）の少なくとも一つがさらに備えられる。そして、診断部５９０Ａは、その備えられた変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０の少なくとも一つから検出値を受ける。また、診断部５９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊、修正変調度Ｖｅ＊および周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を記憶部５８０から読出す。
【０１５８】
そして、診断部５９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊、修正変調度Ｖｅ＊および周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果とともに、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０の少なくとも一つから受ける検出値を併用することによって、軸受の異常診断を行なう。
【０１５９】
変位センサ２４０は、軸受に取り付けられ、軸受６０の外輪に対する内輪の相対変位を検出して診断部５９０Ａへ出力する。振動センサ７０の検出値を用いた上記の修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析手法では、転動面の全体的な摩耗に対する異常の検出が難しいところ、外輪に対する内輪の相対変位を変位センサ２４０により検出することによって、軸受内部の摩耗を検出することができる。そして、診断部５９０Ａは、変位センサ２４０からの検出値が予め設定された値（しきい値Ｓ３）を超えると、軸受に異常が発生したものと判定する。なお、変位センサ２４０は外輪および内輪間の相対変位を検出することから、非測定面の精度を高品質に保つ必要がある。
【０１６０】
ＡＥセンサ２５０は、軸受に取り付けられ、軸受から発生するアコースティックエミッション波（ＡＥ信号）を検出して診断部５９０Ａへ出力する。このＡＥセンサ２５０は、軸受を構成する部材の内部クラックの検出に優れており、ＡＥセンサ２５０を併用することによって、振動センサ７０では検出しにくい内部クラックが要因となって発生する剥離異常を早期に検出することが可能となる。そして、診断部５９０Ａは、ＡＥセンサ２５０により検出されるＡＥ信号の振幅が設定値を超えた回数がしきい値Ｓ４を超えたり、検出されたＡＥ信号またはＡＥ信号をエンベロープ処理した信号がしきい値を超えたりすると、軸受に異常が発生したものと判定する。
【０１６１】
温度センサ２６０は、軸受に取り付けられ、軸受の温度を検出して診断部５９０Ａへ出力する。一般的に、軸受は、潤滑不良や軸受内部のすきまの過少などによって発熱し、転動面の変色や軟化溶着を経て焼き付き状態になると回転不能になる。そこで、軸受の温度を温度センサ２６０により検出することによって、潤滑不良等の異常を早期に検出し得る。なお、軸受に取付けられた温度センサ２６０の代わりに、前記の油温を検出する油温測定手段８を用いても良い。
【０１６２】
そして、診断部５９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊が図３１に示したような挙動を示した場合、温度センサ２６０の検出値をさらに参照することによって潤滑不良等の異常診断を行なう。なお、診断部５９０Ａは、温度センサ２６０からの検出値が予め設定された値を超えた場合に、それのみをもって軸受に異常が発生したものと判定してもよい。
【０１６３】
なお、温度センサ２６０は、たとえば、サーミスタや白金抵抗体、熱電対等によって構成される。
【０１６４】
磁気式鉄粉センサ２７０は、軸受の潤滑剤に含まれる鉄粉量を検出し、その検出値を診断部５９０Ａへ出力する。磁気式鉄粉センサ２７０は、たとえば、磁石を内蔵した電極と棒状電極とによって構成され、軸受の潤滑剤の循環経路に設けられる。そして、磁気式鉄粉センサ２７０は、潤滑剤中に含まれる鉄粉を磁石によって捕獲し、鉄粉の付着により電極間の電気抵抗が設定値以下になると信号を出力する。すなわち、軸受が摩耗すると、摩耗により生じた鉄粉が潤滑剤に混ざるので、軸受の潤滑剤に含まれる鉄粉量を磁気式鉄粉センサ２７０により検出することによって軸受６０の摩耗を検出することができる。そして、診断部５９０Ａは、磁気式鉄粉センサ２７０から信号を受けると、軸受６０に異常が発生したものと判定する。
【０１６５】
なお、特に図示しないが、磁気式鉄粉センサ２７０に代えて、光の透過率により潤滑剤の汚れを検出する光学式センサを用いてもよい。たとえば、光学式センサは、発光素子の光を潤滑油に照射し、受光素子に到達する光の強度の変化によって潤滑油中の軸受磨耗粉の量を検出する。なお、潤滑油中に異物混入がない状態の受光素子の出力値と酸化鉄を混入させたときの受光素子の出力値との比によって光の透過率が定義され、診断部５９０Ａは、その透過率が設定値を超えると、軸受に異常が発生したものと判定する。
【０１６６】
なお、図３４では、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０が示されているが、必ずしも全てを備える必要はなく、少なくとも一つのセンサを備えることによって異常診断の信頼性を高めることができる。
【０１６７】
この具体例４によれば、以上のように、種々のセンサの検出値を異常診断に併用するので、異常診断の信頼性をさらに高めることができる。特に、変位センサ２４０を併用することによって軸受内部の摩耗についても診断可能となり、ＡＥセンサ２５０を併用することによって、内部クラックが要因となって発生する剥離異常を早期に診断可能となる。また、温度センサ２６０を併用することによって潤滑不良等の異常について早期に診断可能となり、磁気式鉄粉センサ２７０や光の透過率により潤滑剤の汚れを検出する光学式センサ等を併用することによって軸受の摩耗を診断可能となる。
【０１６８】
なお、図１の変位異常の異常診断手段５２、内部クラックの異常診断手段５３、および不純物の異常診断手段５４は、いわば、図３４の診断部５９０Ａにおける、変位異常の異常診断、内部クラックの異常診断、および不純物の異常診断の各機能を行う手段を、振動異常の異常診断手段５１とは独立して設けたものである。
【０１６９】
図３５は、この転動部品の状態監視装置６を風力発電装置に適用した場合の拡張例を示す。ナセル４９０（図２）は高所に設置されるので、この風力発電装置の状況監視装置は、メンテナンス性を考慮すると、本来的にはナセル４９０から離れた場所に設置するのが望ましい。しかしながら、振動センサ７０を用いて測定される軸受の振動波形そのものを遠隔地へ転送することは、転送速度の速い送信手段が必要であり、コスト増を招く。また、上述のようにナセル４９０が高所に設置されていることを考慮すると、ナセル４９０から外部への通信手段には、無線通信を用いることが望ましい。
【０１７０】
そこで、図３５の例では、水分濃度の算出、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の算出、並びに周波数分析処理（周波数分析を併用する場合）については、ナセル４９０内に設けられるデータ処理装置において実行され、算出された水分濃度、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊並びに周波数分析結果（ピーク周波数）の各データが無線によってナセル４９０から外部へ送信される。そして、ナセル４９０から無線送信されたデータは、インターネットに接続された通信サーバによって受信され、インターネットを介して診断サーバに送信されて軸受の異常診断が実施される。
【０１７１】
図３５は、この遠隔地への通信手段を用いた風力発電装置の状況監視装置の全体構成を概略的に示した図である。図３５を参照して、風力発電装置の状況監視装置は、風力発電装置４００と、通信サーバ３１０と、インターネット３２０と、軸受状態診断サーバ３３０とを備える。
【０１７２】
風力発電装置４００の構成は、図２，３で説明したとおりである。なお、後述のように、この例における風力発電装置４００のデータ処理装置においては、診断部に代えて無線通信部が設けられる。そして、風力発電装置４００は、振動センサ７０（図１）の検出値を用いて上述した修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析結果（周波数分析を併用する場合）を算出し、その算出結果を無線により通信サーバ３１０へ出力する。
【０１７３】
通信サーバ３１０は、インターネット３２０に接続される。そして、通信サーバ３１０は、風力発電装置４００から無線により送信されたデータを受信し、その受信したデータをインターネット３２０を介して軸受状態診断サーバ３３０へ出力する。軸受状態診断サーバ３３０は、インターネット３２０に接続される。そして、軸受状態診断サーバ３３０は、通信サーバ３１０からインターネット３２０を介してデータを受信し、風力発電装置４００において算出された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析結果（周波数分析を併用する場合）に基づいて、風力発電装置４００に設けられる軸受の異常診断を行なう。
【０１７４】
〔具体例５〕
図３６は、図３５に示した風力発電装置４００に含まれるデータ処理装置における振動異常の異常診断手段５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３６を参照して、異常診断手段５１は、図３３に示した異常診断手段５１の構成において、診断部５９０に代えて無線通信部２８０を含む。無線通信部２８０は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を記憶部５８０から続出し、その続出されたデータを無線により通信サーバ３１０（図３５）へ送信する。
【０１７５】
なお、同図の異常診断手段５１のその他の構成は、図３３に示した異常診断手段５１と同じである。
【０１７６】
なお、上記においては、ナセル４９０と通信サーバ３１０との間は無線通信が行なわれるものとしたが、ナセル４９０と通信サーバ３１０との間を有線で接続することも可能である。この場合は、配線が必要となるものの、無線通信装置を別途設ける必要がなくなり、かつ、一般的には有線の方が多くの情報を伝達可能であるので、ナセル４９０内においてメイン基板上に処理を集約することができる。
【０１７７】
また、上述した風力発電装置の状況監視装置は、既存の発電監視システムとは独立して構成することが望ましい。このように構成することによって、既存のシステムに変更を加えることなく、風力発電装置の状況監視装置の導入コストを抑制することができる。
【０１７８】
以上のように、この具体例５によれば、風力発電装置４００に設けられる軸受の異常診断を、遠隔地に設けられる軸受状態診断サーバ３３０において実施するので、メンテナ
ンス負荷およびコストを低減することができる。
【０１７９】
また、ナセル４９０は高所に設置されるので作業環境が劣悪であるところ、無線通信部２８０および通信サーバ３１０を設けることによりナセル４９０からの信号出力を無線化したので、ナセル４９０における配線工事を最小限に抑えることができ、ナセル４９０を支持するタワー５００内の配線工事も不要となる。
【０１８０】
図１の水分濃度算出手段９は、ナセル４９０に設置されたデータ処理装置２に設けても良く、また図３５の軸受状態診断サーバ３３０に設けても良い。
【０１８１】
今回開示された実施の形態は、すべての点て例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範回内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１８２】
１…転動装置
２…データ処理装置
３…転動部品
３Ａ…転動部品模擬体
４…ハウジング
４ａ…潤滑油貯留槽
５…潤滑油
６…状態監視装置
７…静電容量検出手段
７Ａ…静電容量・油温検出手段
８…油温測定手段
９…水分濃度監視手段
１０…水分濃度・寿命低下率等監視手段
１１…状態監視手段
１７…傾斜溝（排出されやすくする手段）
１８…寿命低下率の監視手段
１９…余寿命推定手段
２０…濃度異常の診断手段
２６…遊星歯車
５１…振動異常の異常診断手段
５２…変位異常の異常診断手段
５３…内部クラックの異常診断手段
５４…不純物の異常診断手段
５５…総合異常診断手段
７０…振動センサ
２１０…回転センサ
２４０…変位センサ
２５０…ＡＥセンサ
２７０…不純物のセンサ
４４０…増速機（転動装置）
４６１…主軸用軸受装置（転動装置）
５１０，５５０…ＨＰＦ
５２０，５６０…実効値演算部
５３０…修正振動産算出部
５４０…エンベロープ処理部
５７０…修正変調度算出部
５８０…記憶部
５９０，５９０Ａ…診断部
６００…速度関数生成部
６２０，６３０…周波数分析部
６８０…無線通信部
Ｓ１〜Ｓ５…しきい値
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受等の転動部品、特に風力発電装置やその他種々の機器に備えられた油潤滑下の各種軸受等の水素脆性に起因する寿命低下率、余寿命等の推定を行う転動部品の状態監視装置および状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の異常予測がいくつかある（例えば、特許文献１）。その中で潤滑剤の劣化を測定し、寿命を予測することが行われている。潤滑剤が劣化すると軸受内の接触部の油膜厚さが減少し、摩耗や表面損傷が生じやすくなる。よって、潤滑油の劣化状態の測定により寿命低下を監視・予測している。
【０００３】
ところで、転がり軸受や歯車などの転動部品は、水が混入する条件下（非特許文献１〜５）、すべりを伴う条件下（非特許文献６）で使用されると、水や潤滑剤が分解して水素が発生し、それが鋼中に侵入することで早期損傷が起きることがある。接触要素間の接触面で金属接触が起き、金属新生面が露出すると、水や潤滑剤の分解による水素の発生、鋼中への侵入が促進される。このことは，水や潤滑油を滴下しながらエメリー紙で転動部品用鋼をアブレシブ摩耗させた後に昇温脱離水素分析を行った結果、鋼中から拡散性水素が明瞭に検出された実験事実によって証明されている（非特許文献７）。それによると、潤滑油よりも水を滴下した方が多くの拡散性水素が検出されている。したがって、すべりが生じる条件で用いられる転動部品の潤滑剤に水が混入すると、さらに水素が発生し，鋼中に侵入しやすくなるといえる。水素は鋼の疲労強度を著しく低下させるため（非特許文献８）、さほど大きくない最大接触面圧でも、水素が侵入すれば早期損傷が起きる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１０６１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８３７６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】エル．グランベルグ（ L. Grunberg）著, Proc. Phys. Soc. (London), B66 (1953) 153-161.
【非特許文献２】エル．グランベルグ、ディ．スコット（ L. Grunberg and D. Scott)著, J. Inst. Petrol., 44 (1958) 406-410.
【非特許文献３】エル．グランベルグ（ L. Grunberg）, ディ. ティ. ジャミソン、ディ．スコット（D. T. Jamieson and D. Scott)著, Philosophical magazine, 8 (1963) 1553-1568.
【非特許文献４】ピー．シャッツベルグ、アイ．エム．フェルセン（ P. Schatzberg and I. M. Felsen)著, Wear, 12 (1968) 331-342.
【非特許文献５】ピー．シャッツベルグ（ P. Schatzberg）著, J. Lub. Tech., 231 (1971) 231-235.
【非特許文献６】ケイ．タマダ、エッチ．タナカ（ K. Tamada and H. Tanaka）著, Wear, 199 (1996) 245-252.
【非特許文献７】谷本啓, 田中宏昌, 杉村丈一, トライボロジー会議予稿集, (2010-5 東京), 203-204.
【非特許文献８】ワイ．マツバラ、エッチ．ハマダ（ Y. Matsubara and H. Hamada)著, Bearing Steel Technology, ASTM STP1465, J. M. Beswick Ed., (2007), 153-166.
【非特許文献９】エッチ．ミカミ、ティ．カワムラ（ H. Mikami and T. Kawamura) 著, SAE Paper, (2007), No. 2007-01-0113.
【非特許文献１０】牧野智昭，学位論文（京都大学），（２０００），１３４ｐ
【非特許文献１１】清水茂夫著「機械系のための信頼性工学入門」数理工学社 ｐ111
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水素脆性で各種の転動装置の軌道面や転動面にはく離が生じれば、振動加速度センサなどで検出できるものの、この種のはく離による寿命は通常の転がり疲れによる寿命よりも大幅に短く、かつ、予備的な表面損傷を伴わず急にはく離が発生するため、振動加速度センサによる異常時期の予測は困難である。
【０００７】
また、上記のように、すべりが生じる条件で用いられる転動部品の潤滑剤に水が混入すると、さらに水素が発生し，鋼中に侵入しやすくなるといえる。転動部品は今後ますます水素が発生し易い条件で使用される傾向にある。したがって、潤滑油中の混入水分濃度を監視し、混入水分濃度過多を診断することで、水素脆性起因の早期損傷に対する注意を促し、必要な対策を取る必要がある。
【０００８】
特許文献２において、監視・診断システムの１機能として、後述の静電容量と比例関係にある誘電率を監視し、潤滑剤の酸化度合いを監視・診断するとある。しかしながら、概念のみが記されているだけであり、具体的なデータなどの記載はない。また転がり軸受の異常診断に限定されている。潤滑油中の混入水分濃度は静電容量だけでは求まらず、温度依存性も測定しなければならない。
【０００９】
このような課題を解消するものとして、本出願人は、油中の混入水分濃度を測定し、軸受が短寿命化する混入水分濃度のしきい値から、軸受の運転状態の適切さの検討ができるものを先に提案した。しかし、具体的な寿命の低下率や余寿命を算出する方法までは、明らかになっていない。
【００１０】
上記の提案例の装置を、洋上や寒暖の差が大きい地域で利用し、しきい値を設けた場合、図６に示すように、混入水分濃度が短時間でしきい値を超えることが予想される。油中の水分変化は、空気の湿度や結露による影響が大きいと考えられるためである。また、陸上や寒暖の差が小さい地域で本装置を利用した場合、図７に示すように、水分濃度は日々変化しても、しきい値を超えることがほとんど無いと考えられる。しきい値による判定では、理想的な潤滑油の状態であるか否かの判定しか行えず、寿命の低下率や余寿命の推定ができない。
【００１１】
風力発電装置では、軸受などの故障を修理するための時間（稼動停止時間）の短縮化が、強く求められている。これは、停止中には発電ができず、利益に全く貢献できないためである。
【００１２】
この発明の目的は、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる転動部品の状態監視装置および監視方法を提供することである。
この発明の他の目的は、転動部品の余寿命を推定可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、転動部品である軸受の稼動停止時間の短縮化に必要な総合的な異常診断を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の転動部品の状態監視装置は、転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量検出手段および油温測定手段と、これら静電容量検出手段および油温測定手段で検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視手段と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段とを備える。
なお、この明細書において、「転動部品」とは、転がり軸受やギヤなど、転がりすべりする接触要素を含む部品を言い、「転動装置」とは、転動部品を含む装置を言う。「転動装置」として、例えば風力発電装置では、主軸の支持装置や増速機などがある。これら主軸支持装置や増速機には、各種の転がり軸受が用いられ、油により潤滑されている。
【００１４】
軸受等の転動部品の水素脆化は、潤滑剤中の水分が多くなると、発生確率が上がる。そこで、混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を予め求めておいて、寿命低下率監視手段に定めておき、前記関係と検出された滑油中の混入水分濃度とを用いることで、軸受等の転動部品の寿命低下率を求めることができる。混入水分濃度の検出は、潤滑油中の静電容量および油温を検出し、検出された静電容量および油温から、水分濃度監視手段により、定められた関係に従って求める。混入水分濃度と静電容量および油温は関係があるため、その関係を予め求めておき、水分濃度監視手段に設定すれば良い。なお、上記の各「予め」とは、この転動部品の状態監視装置により監視を行うよりも前にという意味である。このように、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
【００１５】
前記転動部品は転がり軸受であっても良い。転がり軸受の場合に、この発明の状態監視装置による、水素脆性による寿命低下率を求める機能が、効果的に発揮される。
【００１６】
この発明において、前記寿命低下率監視手段が出力した寿命低下率と、定められた余寿命推定式とを用いて前記転動部品の余寿命を推定する余寿命推定手段を設けても良い。
寿命低下率と余寿命とは密接な関係があるため、寿命低下率が求まると、余寿命を推定でき、例えば、水素脆性による軸受のはく離の発生時期を予測することができる。これにより、異常発生に備え、メンテナンスの準備を予めしておくことで、異常発生後の稼働停止時間の短縮が可能となる。特に風力発電装置においてその効果が大きい。
【００１７】
この発明において、前記転動装置は、前記転動部品を潤滑する油浴潤滑機構を持つものであっても良く、また前記転動部品を潤滑する循環給油機構を持つものであっても良い。
【００１８】
この発明において、前記転動装置のハウジングの内部または外部に、前記静電容量検出手段および油温測定手段が設置された静電容量および油温の測定室を設けても良い。例えば、各種転がり軸受はさまざまな場所に利用され、油により潤滑されている。この潤滑油を供給するための管路やタンク、あるいは転動装置内部または外部のいずれかに測定室を設け、混入水分濃度を測定する。
また、前記転動装置の循環給油機構に静電容量と油温の測定室を設けても良い。前記静電容量と油温の測定室中の潤滑油を攪拌する攪拌手段を設けても良い。
潤滑油を攪拌することで、潤滑油と水の混合状態が良くなり、精度良く、混入水分濃度の検出が行える。この場合に、測定室を設けてその中に攪拌手段を設けることで、より一層、潤滑油と水の混合状態が良くなり、検出精度が向上する。
【００１９】
前記測定室および攪拌手段を設けた場合に、前記静電容量と油温の測定室中に溜める潤滑油量を１００ｍＬ以下とし、かつ変動量を±５ｍＬとするのが良い。
【００２０】
また、前記転動装置および静電容量と油温の測定室へ潤滑油よりも比重が大きい水や添加物を排出されやすくする手段を設けるのが良い。この手段は、例えば潤滑油貯留槽の底面の傾斜溝等によって構成される。傾斜溝の底面の最も低い部分から測定室内に潤滑油が流れるようにする。
【００２１】
前記静電容量検出手段および油温測定手段として、静電容量と油温を測定できるセンサが一体型となったものを用いても良い。混入水分濃度の測定に静電容量計と熱電対等の油温測定手段を使用するが、これらが一体となったセンサを使用することで、センサを設置する場合の工数短縮が可能となる。また２つのセンサを一体とするためのハウジングは、各センサを保持するカバーの役割であり、それらの破損低減効果が期待できることから、センサ自体の信頼性も向上すると考えられる。
【００２２】
この発明において、次の各センサとを組み合わせても良い。混入水分濃度の測定により、水素脆性が原因のはく離の軸受寿命は見積もることができるが、実際にはく離が生じたことを確認することはできない。そこで、以下に示す各種センサと組み合わせることで軸受のより総合的な状態監視が可能になる。
【００２３】
例えば、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、この転がり軸受の振動を監視する振動センサと、この振動センサの出力を用いて前記軸受の異常を判定する振動異常の異常診断手段とを設けても良い。
油中水分の濃度の測定により、水素脆性によるはく離の発生時期のみを推定することができる。しかし、そのばらつきは寿命のように大きいと考えられる。そこで、振動加速度センサ等の振動センサを併用する。はく離の発生が予測される時期に、振動の増化が確認できれば、原因がはく離であることを示し、より正確な異常診断することができる。また、振動加速度センサ等の振動センサを用いることによって、はく離以外の異常による振動も検知が可能になる。このように、混入水分濃度の検出、および混入水分濃度による寿命低下率の検出と、振動検出による異常診断とを併用することで、軸受の総合的な異常診断が行える。
【００２４】
前記振動異常の異常診断手段は、第１および第２の演算部と、エンベロープ処理部と、診断部とを含むものであっても良い。第１の演算部は、振動センサを用いて測定された振動波形の実効値を算出する。エンベロープ処理部は、振動センサを用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって振動波形のエンベロープ波形を生成する。第２の演算部は、エンベロープ処理部によって生成されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する。診断部は、第１の演算部によって算出された振動波形の実効値および第２の演算部によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて転がり軸受の異常を診断する。
【００２５】
好ましくは、転がり軸受によって支持される軸または転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備える。前記振動異常の異常診断手段は、修正振動度算出部と、修正変調度算出部とをさらに含む。修正振動度算出部は、第１の演算部によって算出された振動波形の実効値を回転速度で正規化した修正振動度を算出する。修正変調度算出部は、第２の演算部によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を回転速度で正規化した修正変調度を算出する。そして、診断部は、修正振動度および修正変調度に基づいて転がり軸受の異常を診断する。
さらに好ましくは、診断部は、修正振動度および修正変調度の時間的変化の推移に基づいて転がり軸受の異常を診断する。
【００２６】
好ましくは、前記転動部品となる軸受における、内外輪間の相対変位を検出する変位計と、この変位計の出力を用いて前記軸受の異常を判定する変位異常の異常診断手段とを設ける。そして、異常診断手段は、変位センサの検出値を用いて転がり軸受の異常を診断する。
種々の原因による金属接触によって軸受内部に摩耗が生じた場合、水分濃度の測定だけでは検知できない。そこで、変位センサを用いて、外輪に対する内輪の相対変位を収集することで摩耗を検知することができ、より総合的な状態監視が可能になる。
【００２７】
また、好ましくは、転がり軸受から発生するアコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサをさらに備える。そして、異常診断手段は、ＡＥセンサの検出値を用いて転がり軸受の異常を診断する。
また、ＡＥセンサを振動センサの代わりに併用する場合、または同時に用いることで、表面の剥離だけでなく、金属内部に発生する水素脆性が原因のクラックを測定できる。このとき、ＡＥセンサ単体によるクラックの判定は難しい（原因不明のAE波が散見される）が、混入水分濃度が高い状態でＡＥ波が出ている場合、内部クラックの発生が高い確立で生じていると予想され、異常を早期に正確に見積もることが可能になる。
【００２８】
また、好ましくは、転がり軸受の潤滑剤に含まれる不純物の量を測定するためのセンサをさらに備える。そして、異常診断手段は、センサの測定値を用いて転がり軸受の異常を診断する。
長時間の運用により、油の酸化やほこりの混入など潤滑油の劣化が予測される。このため、油の劣化センサ等の不純物の量を測定するセンサを併用することで、軸受の破損につながる潤滑不良を予測することができる。同時に混入水分濃度を考慮し、不純物のセンサに補正を加えることで、潤滑油が原因で発生する軸受の早期損傷の予測が可能になる。
【００２９】
好ましくは、前記いずれかの異常診断手段は、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度が、定められたしきい値を超えた場合に、異常と判定するしきい値または判定方法を変化させるようにする。混入水分濃度が変わると、上記振動、変位、ＡＥセンサの検出値、および不純物の量を測定するためのセンサの検出値が正常とみなせる範囲が変化する。そのため、異常判定のしきい値を混入水分濃度の判定結果によって変えることで、より精度の良い異常判定が行える。
【００３０】
この発明において、前記水分濃度監視手段が定められたしきい値に達した場合に異常と判定する混入水分濃度の異常診断手段を設けても良い。
【００３１】
この発明において、前記転動装置が風力発電装置に設けられたものであっても良い。風力発電装置では、転動装置として、例えば主軸の支持装置や増速機などがある。これら主軸支持装置や増速機には、各種の転がり軸受が用いられ、油により潤滑されている。風力発電装置は、辺鄙でかつ厳しい環境化に置かれることが多く、また長年に渡って使用されるため、この発明の転動部品の状態監視装置の上記各効果が、より効果的に発揮される。
【００３２】
この発明の第１の転動部品の状態監視方法は、転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温を検出し、これらの検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視過程と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視過程で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を算出する寿命低下率計算過程とを備えた方法である。
この方法によると、この発明の転動部品の状態監視装置につき前述したと同様に、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
【００３３】
この発明の第２の転動部品の状態監視方法は、混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を、つぎのいずれかの方法で求めて用いる方法である。
例えば、鋼製材料からなる試験片を潤滑する潤滑油に対して、注水手段により潤滑油中に水を注入し、静電容量と油温を測定して混入水分濃度を監視し、この測定結果により得られた混入水分濃度を前記注水手段にフィードバックして混入水分濃度を一定の範囲に保つように水注入量を制御する鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する。なお、上記の求められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係は、そのまま寿命低下率監視手段に設定しても良いが、適宜の修正を加えて寿命低下率監視手段に設定しても良い。以下、各試験の場合も同様である。
【００３４】
上記の他の試験としては、例えば、接触する要素間の運動機構によって接触面にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する。
または、接触する要素間の接触面に強制的にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する。
この他に、損傷が起きるまで加減速運転させる転がりすべり鋼製材料の疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定しても良い。
【００３５】
また、損傷が起きるまで揺動運転させる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定しても良い。
【００３６】
揺動運動で損傷を振動で精度よく検出できるよう、重畳する振動成分をなるべく排除するため、サーボモータの主軸と、鋼製材料の試験片を用いた試験部のスピンドルを直結させる機構の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定しても良い。
【００３７】
また、損傷対象を正極側として接触要素間に電流を流した場合、損傷対象の摩耗が促進するという現象が知られている。そこで、スピンドルの支持軸受にセラミック製の転動体を用い、モータと試験部のスピンドルの間が絶縁構造となっている転がりすべり疲労寿命試験を用い、前記と同様の試験によって混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定して設定しても良い。
【発明の効果】
【００３８】
この発明の転動部品の状態監視装置は、転動部品を含む装置である転動装置の転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量検出手段および油温測定手段を持ち、検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視手段と、検出された混入水分濃度から転動部品の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段を備えている。そのため、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
前記寿命低下率監視手段が出力した寿命低下率と、定められた余寿命推定式とを用いて前記転動部品の余寿命を推定する余寿命推定手段を設けた場合は、転動部品の余寿命を推定することができる。
前記振動センサ、内外輪間の相対変位を検出するセンサ、ＡＥセンサ、不純物の量を検知するセンサ等のうちのいずれかによる異常診断を組み合わせた場合は、転動部品である軸受の稼動停止時間の短縮化に必要な総合的な異常診断を行える。
【００３９】
この発明の第１の転動部品の状態監視方法は、転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温を検出し、これらの検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視過程と、水分濃度監視過程で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を算出する寿命低下率計算過程とを含む方法であるため、軸受等の転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
この発明の第２の転動部品の状態監視方法は、この発明の上記いずれかの構成の転動部品の状態監視装置を用いて監視する方法であって、混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を、上記のいずれかの試験で求めて用いる方法であるため、適切な混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を設定して精度良く、転動部品における水素脆性による寿命低下率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示すブロック図である。
【図２】同状態監視装置の監視対象の一例となる転動部品を含む風力発電装置の破断側面図である。
【図３】同風力発電装置における増速機の一例の断面図である。
【図４】予備実験での油中の混入水分濃度と寿命低下率の関係（予測データ）を示すグラフである。
【図５】実機軸受で予想される混入水分濃度と軸受寿命の関係（予測データ）を示すグラフである。
【図６】洋上や寒暖の変化が激しい地域での水分濃度（予測データ）を示すグラフである。
【図７】陸上や寒暖の変化が少ない地域での水分濃度（予測データ）を示すグラフである。
【図８】他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図９】さらに他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１０】さらに他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１１】さらに他の実施形態に係る風転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１２】さらに他の実施形態に係る転動部品の状態監視装置の概念構成を示す一部省略ブロック図である。
【図１３】この発明の転動部品の状態監視装置で定める適切なしきい値を求めるための、転がりすべり疲労寿命試験方法に用いる試験装置の一例の概念図である。
【図１４】同試験方法における加減速運転の最小パターン設定の例を示すパターン図である。
【図１５】試験装置の他の例の概念図である。
【図１６】試験装置のさらに他の例の概念図である。
【図１７】（Ａ）は同試験方法に用いる転動部品模擬体を構成する試験片の一例の正面図、（Ｂ）は同試験片を組み込んだ転動部品模擬体の断面図である。
【図１８】図１７の転動部品模擬体の試験片の試験に用いる試験装置の断面図である。
【図１９】同試験で測定した油中水分量の変化を示すグラフである。
【図２０】潤滑油の飽和水分濃度測定に用いる試験装置の模式図である。
【図２１】図２０の試験装置で測定した混入水分濃度と静電容量の関係を示すグラフである。
【図２２】水混入油の静電容量測定に用いる試験装置の模式図である。
【図２３】図２２の試験装置で測定した混入水分濃度と静電容量の関係を示すグラフである。
【図２４】同試験で測定した油温と静電容量の関係を示すグラフである。
【図２５】第１の実施形態における状態監視装置を構成する振動異常の異常診断手段の概念構成を示すブロック図である。
【図２６】軸受に異常が発生していないときの軸受の振動波形を示した図である。
【図２７】軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる軸受の振動波形を示しか図である。
【図２８】軸受の軌道輸に剥離が発生したときの初期段階における軸受の振動波形を示した図である。
【図２９】剥離異常の末期段階に見られる軸受の振動波形を示した図である。
【図３０】軸受の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。
【図３１】軸受の軌道輸の面荒れや潤滑不良が発生したときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。
【図３２】同振動異常の異常診断手段の第２の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【図３３】同振動異常の異常診断手段の第３の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【図３４】同振動異常の異常診断手段の第４の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【図３５】同転動部品の状態監視装置のさらに他の実施形態を示すシステムの全体構成を概略的に示した図である。
【図３６】同振動異常の異常診断手段の第５の具体例を示す概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
この発明の第１の実施形態に係る転動部品の状態監視装置および監視方法を図１ないし図５と共に説明する。この転動部品の状態監視装置６は、データ処理装置２に設けられた状態監視手段１１と、各種のセンサ類（７，８，７０，２１０，２４０，２５０，２７０）で構成される。データ処理装置２は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等のコンピュータとそのプログラムとで構成され、または専用の電子回路により構成される。
【００４２】
転動部品３は、前述のように、転がり軸受やギヤなど、転がりすべりする接触要素を含む部品を言い、転動装置１とは転動部品３を含む装置を言う。転動装置１は、この実施形態では風力発電装置に備えられた後述の増速機および主軸用軸受装置である。
【００４３】
図２，図３と共に、監視対象となる転動部品３含む転動装置１を備えた風力発電装置の例を示す。図２は、風力発電装置の構成を概略的に示した図である。風力発電装置４００は、主軸４２０と、ブレード４３０と、増速機５４０と、発電機５５０と、主軸用軸受４６０を有する主軸用軸受装置４６１と、データ処理装置２とを備える。データ処理装置２は、この風力発電装置の状態監視装置における演算処理を行うコンピュータおよびプログラムからなる。増速機４４０、発電機４５０、主軸用軸受４６０、およびデータ処理装置２は、ナセル４９０に格納され、ナセル４９０は、タワー５００によって支持される。
【００４４】
主軸４２０は、ナセル４９０内に進入して増速機４４０の入力軸に接続され、主軸用軸受４６０によって回転自在に支持される。主軸４２０は、風力を受けたブレード４３０により発生する回転トルクを増速機４４０の入力軸へ伝達する。ブレード４３０は、主軸４２０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸４２０に伝達する。
【００４５】
主軸用軸受４６０は、ナセル４９０内において軸受ハウジング４６２を介して固定設置され、主軸４２０を回転自在に支持する。これら軸受ハウジング４６２と、主軸用軸受４６０と、この主軸用軸受４６０を油潤滑する潤滑機構（図示せず）とで、図１の転動装置１の一つが構成される。主軸用軸受４６０は、転がり軸受によって構成され、例えば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
【００４６】
増速機４４０は、主軸４２０と発電機４５０との間に設けられ、主軸４２０の回転速度を増速して発電機４５０へ出力する。発電機４５０は、増速機４４０の出力軸に接続され、増速機４４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機４５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機４５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。
【００４７】
図３は、増速機４４０の一例を示す。この増速機４４０は、入力軸２１と出力軸２２との間に、一次増速機となる遊星歯車機構２３と、２次増速機２４とを設けたものである。遊星歯車機構２３は、入力軸２１と一体のキャリア２５に遊星歯車２６を設置し、遊星歯車２６を内歯のリングギヤ２７と、太陽歯車２８に噛み合わせ、太陽歯車２８と一体の軸を中間出力軸２９とするものである。２次増速機２４は、中間出力軸２９の回転を出力軸２２に複数の歯車３１〜３４を介して伝達する歯車列からなる。上記遊星歯車２６や、この遊星歯車２６を支持する軸受３５、リングギヤ２７、２次増速機２４の歯車３１となる各転動部品３が、ハウジング４内の潤滑油貯留槽４ａの潤滑油５内に浸漬される。潤滑油貯留槽４ａは、ポンプおよび配管からなる循環給油手段（図示せず）によって循環させられる。なお、循環給油手段は必ずしも設けなくても良く、油浴潤滑形式としても良い。
【００４８】
図１は、状態監視装置６の概念構成を示す。転動装置１は、風力発電装置４００（図２）を構成する機構中で、回転動作を生じる装置の総称であり、例えば、増速機４４０である。転動装置１は、この他に、主軸用軸受装置４６１およびその潤滑機構（図示せず）からなる装置であっても良い。また、この例では風力発電装置に適用した例を示したが、転動装置１は、例えば、産業機械における減速機構や工作機械等、他の種々の装置であっても良い。
【００４９】
状態監視手段１１は、転動装置１の転動部品３を潤滑する潤滑油中の混入水分濃度を監視する水分濃度監視手段９と、寿命低下率監視手段１８と、余寿推定手段１９と、濃度異常の診断手段２０とを含む水分濃度・寿命低下率等監視手段１０を有し、この他に各種の異常診断手段５１〜５５が設けられている。
【００５０】
水分濃度監視手段９は、静電容量検出手段７および油温測定手段８で検出された静電容量および油温から、定められた規則に従って混入水分濃度ｃを検出する手段である。水分濃度監視手段９は、詳しくは、静電容量と油温と混入水分濃度との関係を、計算式やテーブルで設定した関係設定手段９ａを有していて、入力された静電容量と油温とから、関係設定手段９ａに記憶された関係、すなわち上記の定められた規則を用いて混入水分濃度ｃを計算する。
静電容量検出手段７は、液体中に浸漬されてその液体の静電容量の検出が可能なものであれば良く、各種の形式の静電容量計を用いることができる。油温測定手段８には、熱電対等が用いられる。静電容量検出手段７と油温測定手段８とは、互いに一体化された一体型の静電容量・油温検出手段７Ａで構成されていても良い。
【００５１】
寿命低下率監視手段１８は、水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度ｃから、定められた混入水分濃度ｃと転動部品の寿命低下率αの関係を用いて、転動部品３の寿命低下率αを求める手段である。
例えば、図４にグラフで示すように、混入水分濃度ｃに対する寿命低下率α〔＝（１−実測寿命Ｌ/ 想定荷重下の寿命Ｌ10）〕を表す関数α（ｃ）の関係を、実験から予め求めておく。この場合、監視対象の転動部品３が軸受であるとすると、実機に適用されている監視対象軸受における、混入水分濃度を測定し、図４より寿命の低下率αを推定する。寿命低下率αを求める実験は、後述のしきい値Ｓ１を求める方法を利用する。このようにして求められた上記関数α（ｃ）を、寿命低下率監視手段１８に、上記の定められた混入水分濃度ｃと転動部品の寿命低下率αの関係として設定しておく。
【００５２】
余寿推定手段１９は、寿命低下率監視手段１８が出力した寿命低下率αと、定められた余寿命推定式とを用いて監視対象の転動部品３の余寿命を推定する手段である。
転動部品３が軸受である場合、余寿命は次のように予測できる。例えば、混入水分濃度ｃと軸受の回転量（寿命）からマイナー則の考え方（非特許文献１１で示すような、様々な両振り応力振幅が作用する材料において、“ある破損確率”におけるＳ−Ｎ線図から破損までの繰り返し数が応力のしきい値ごとに得られている場合において、それぞれの応力での繰り返し回数を足し合わせて“ある破損確率”になったときにはく離や亀裂が生じて寿命に至るという考え方）を応用して余寿命を推定する。以下にその方法を説明する。
【００５３】
図４の予備実験での寿命低下率のデータに基づき、実機軸受での混入水分濃度ｃと寿命（回転量）との関係を図５のように導く。手順としては、混入水分濃度が０の場合の軸受寿命はＬ10で表され、任意の混入水分濃度での実機軸受の寿命は、（１−α（ｃ））に実機軸受でのＬ10を乗じれば求めることができる。
ここで、実機における混入水分濃度ｃ1 がであったとする。もしも、この状態で軸受の運転量Ｎc1が（１−α（ｃ1 ））Ｌ10を超えれば、軸受は破損すると予想される。すなわち、Ｎc1／（１−α（ｃ1 ））Ｌ10が１を超えると、寿命に至るとみなすことができる。
ただし、実機では、様々な混入水分濃度で軸受が運転される。その場合の余寿命推定方法には、各種荷重条件下の転がり軸受の寿命を予測する場合に多用されるマイナー則の考え方を導入する。具体的には、ある混入水分濃度ｃ1 下で、回転量Ｎc1運転された場合のＮc1／（１−α（ｃ1 ））Ｌ10を求める（以降、この比を回転量寿命比と称す）。すなわち、様々な混入水分濃度下で運転する場合、回転寿命比を足していき、この和が１を超えた時点で、軸受が寿命に至るとみなす。余寿命をＬとおけば、以下の式で表現できる。
【００５４】
【数１】
ここで、ｃave ：今後の運転で期待される混入水分濃度
Ｎci：混入水分濃度ランクｃｉにおける累積回転量（ｉ：ランク番号）
ｃ０〜ｃＲ：混入水分濃度のランク（Ｒ：ランク分けの数）
【００５５】
ｃave は、余寿命を計算する時点の直近の時間帯での平均の混入水分濃度とすればよい。例えば、ここ最近１０日間の平均値などである。ｃaveの計算には、水分濃度監視手段９が検出した混入水分濃度ｃを用いる。
なお、安全側の監視をするためには、混入水分濃度の測定時に、タンクや油槽より低い位置に測定室を設け、水や添加物を取り込みやすくすることで、高めの混入水分濃度を測定するとよい。
【００５６】
余寿命推定手段１９には、定められた余寿命推定式として上記の式を設定しておき、寿命低下率監視手段１８で求めた寿命低下率αを用いる。
Ｌ１０は、水素が混入しない状態のＬ１０であり、耐久試験によって求めることができる。その求めた値を用いる。なお、一定の混入水分濃度で耐久試験を行うことで、水素脆性により寿命が下がると予想される。この一定の混入水分濃度で耐久試験をさまざまな濃度で行うことで図１９の様な混入水分濃度に対する寿命がわかってくる。そこで、その寿命低下率の関数をαとする。図５のように回転量と混入水分濃度との関係を表せば、混入水分濃度ｃ１で軸受を回転させたときの累積の回転量が（１−α（ｃ１））Ｌ１０に達すると剥離が生じることになる。ところで、実機では一定の混入水分濃度では無く、時間によって混入水分濃度が変わるため、ｃ２、ｃ３、ｃ４、…ｃｎのようにランク分けを予めしておき、それぞれのランクでの累積の回転量Ｎｎを（１−α（ｃｎ））Ｌ１０で割った値を足し合わせて１になった時点で剥離が生じ、寿命とするという考え方を用いる。
【００５７】
図１において、濃度異常の診断手段２０は、水分濃度監視手段９で検出された水分濃度を、定められたしきい値Ｓ１と比較し、しきい値Ｓ１を超える場合に異常と判断する。
【００５８】
上記構成の水分濃度・寿命低下率等監視手段１０によると、潤滑油５中の静電容量および油温を静電容量検出手段７および油温測定手段８により検出し、その検出された静電容量および油温から、水分濃度監視手段９により混入水分濃度を検出する。このように、静電容量と油温とから混入水分濃度を求めるようにしたため、精度良く混入水分濃度を求めることができる。したがって、油潤滑方式の転動装置１において、潤滑油５中の混入水分濃度を監視して精度良く求めることができ、転動部品３の水素脆性起因の早期損傷に対する注意を喚起することができる。静電容量と油温とから混入水分濃度を精度良く検出できる理由については、後に、しきい値Ｓ１の設定方法の説明欄において、説明する。
【００５９】
また、上記のように求められた混入水分濃度ｃから、転動部品３における水素脆性による寿命低下率αが、寿命低下率監視手段１８によって、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係から求められる。さらに、余寿命推定手段１９により、余寿命Ｌが求められる。余寿命Ｌは、例えば水素脆性による軸受のはく離の発生時期を予測することができる。これにより、異常発生に備え、メンテナンスの準備を予めしておくことで、異常発生後の稼働停止時間の短縮が可能となる。特に風力発電装置においてその効果が大きい。
さらに、濃度異常の異常診断手段２０は、混入水分濃度がしきい値Ｓ１を超えた場合に異常の判定を行う。また、転動部品３の水素脆性起因の早期損傷が、異常と判断される程度に大きくなった場合に、それを確実に検知し、注意を喚起することができる。以下に早期損傷を検知するための水分濃度・寿命低下率等監視手段以外の手段を示す。
【００６０】
この実施形態において、上記の状態監視手段１１には、水分濃度・寿命低下率等監視手段１０の他に、前記各診断手段５１〜５５として、振動異常の異常診断手段５１と、変位異常の異常診断手段５２と、内部クラックの異常診断手段５３と、不純物の異常診断手段５４と、総合異常診断手段５５とを備えている。また、通信手段５６が設けられている。
【００６１】
振動異常の異常診断手段５１は、前記転動装置１を構成するいずれかの転動部品３である軸受の振動を監視する振動センサ７０の出力を用い、その軸受の異常を判定する手段である。振動センサ７０で振動を監視する軸受は、例えば、前記主軸用軸受４６０であり、軸受ハウジング等に設置される。振動センサ７０は、圧電素子を用いた加速度センサによって構成される。異常診断手段５１は、振動センサ７０の検出信号を処理して処理結果を、定められたしきい値Ｓ２と比較し、しきい値Ｓ２を超える場合に異常と判定する。異常診断手段５１は、後に説明するように、前記軸受またはこの軸受で支持される軸の回転速度を、回転センサ２１０によって得て、検出した回転速度を異常判断のための信号処理に用いるようにしても良い。
【００６２】
変位異常の異常診断手段５２は、前記転動装置１を構成する前記軸受における、内外輪間の相対変位を検出する変位計である変位センサ２４０の出力を用い、前記軸受の異常を判定する手段である。この変位異常の異常診断手段５２は、検出された相対変位、またはこの相対変位を信号処理した値を、定められたしきい値Ｓ３と比較し、しきい値Ｓ３を超える場合に、異常と判定する。
【００６３】
内部クラックの異常診断手段５３は、前記転動装置１を構成する前記軸受における、アコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサ２５０の出力を用い、この出力またはこの出力を信号処理した値を、定められたしきい値Ｓ４と比較し、しきい値Ｓ４を超える場合に、異常と判定する。
【００６４】
不純物の異常診断手段５４は、前記転動装置１の潤滑油の中の摩耗粉またはその他の不純物の量を検知するセンサ２７０の出力を用い、この出力またはこの出力を信号処理した値を、定められたしきい値Ｓ５と比較し、しきい値Ｓ５を超える場合に、異常と判定する。
【００６５】
これら振動異常の異常診断手段５１、変位異常の異常診断手段５２、内部クラックの異常診断手段５３、および不純物の異常診断手段５４は、いずれも、前記水分濃度監視手段９で検出された混入水分濃度が、定められたしきい値Ｓ１を超えた場合に、それぞれの異常診断手段５１〜５４が異常と判定するしきい値Ｓ２〜Ｓ５を変化させ、または判定方法を変化させるようにしても良い。
【００６６】
総合異常診断手段５５は、前記各異常診断手段１０，５１〜５４の診断結果を、定められた規則によって総合的に判定する手段である。前記の水分濃度監視手段９で検出された混入水分濃度によって、各異常診断手段５１〜５４が異常と判定するしきい値Ｓ２〜Ｓ５を変化させ、または判定方法を変化させる処理は、総合異常診断手段５５によって行うようにしても良い。
【００６７】
なお、図１の例では、混入水分濃度の監視のための静電容量検出手段７や油温測定手段８を配置する測定室についての説明を省略したが、後に図８〜１２に示すように測定室１２（図８，図９，図１１，図１２）を設けることが好ましい。
【００６８】
風力発電装置では、主軸用軸受装置４６１や増速機４４０内部には各種転がり軸受が利用され、油により潤滑されている。この潤滑油を供給するための管路やタンク、あるいは転動装置１の内部または外部のいずれかに、図８，図９，図１１，図１２に示すように測定室１２を設け、混入水分濃度を測定する。
監視時の混入水分濃度の異常診断のしきい値Ｓ１は、後に図１１〜２２と共に説明するしきい値を適用する。監視中にしきい値Ｓ１を超えた場合、濃度異常の異常診断手段２０により、注意を促す信号を出力する。
油中混入水分濃度の測定に静電容量計７と熱電対からなる油温測定手段８とを用いているが、これらが一体となった静電容量・油温手段７Ａを使用することで、個別にセンサを設置する場合の工数短縮が可能となる。また２つのセンサ（すなわち、静電容量計７および熱電対からなる油温測定手段８）を一体とするためのハウジング（図示せず）は、各センサを保持するカバーの役割であり、それらの破損低減効果が期待できることから、センサ自体の信頼性も向上すると考えられる。
【００６９】
洋上や寒暖の変化が激しい地域では、混入水分濃度が高く、水素脆性による軸受損傷が多発すると考えられる。このような地域で本装置を利用した場合、図６に示すように、水分濃度が短時間でしきい値Ｓ１を超えることが予想される。なお、しきい値Ｓ１を超えた場合は、密閉性に優れるシールに変えることやヒーター等結露を防止するための加熱手段を設置するなどの対策を早期に行うことで、水素脆性による損傷を防ぐこともできる。
また、陸上や寒暖の変化が少ない地域で本装置を利用した場合、図７に示すように、水分濃度は日々変化しても、しきい値Ｓ１を超えることがほとんど無いと考えられる。水素脆性によるはく離の発生時期については、しきい値Ｓ１を超えた運転時間または回転量の累積によって予測する。
なお、混入水分濃度の測定に関して、安全目の監視をするためには、タンクや油槽より低い位置に測定室を設け、水や添加物をセンサ付近に取り込みやすくすることで、高めの混入水分濃度を測定するとよい。
【００７０】
他のセンサとの組み合わせについて説明する。
水素脆性の影響によって対象軸受の実際の寿命が、設計上期待される寿命に到達するか否かを推定できる。しかし、実際に生じたはく離の確認や、その他の原因による軸受の損傷については検知することが困難である。そこで、以下に示す各種センサと組み合わせることで水素脆性はく離以外の軸受の損傷も同時に監視することが可能になる。
例えば、振動加速度センサ等の振動センサ７０を併用することで、水素脆性はく離を含めた各種の異常による振動を検知することが可能になる。
【００７１】
また、ＡＥセンサ２５０を振動加速度センサの代わりに併用する場合、または同時に用いることで、表面の剥離だけでなく、金属内部に発生する水素脆性が原因のクラックを測定できる。このとき、ＡＥセンサ２５０の単体によるクラックの判定は、原因不明のＡＥ波が散見されるために難しいが、混入水分濃度が高い状態でＡＥ波が出ている場合、内部クラックが高い確立で生じていると予想され、異常を早期に正確に見積もることが可能になる。
【００７２】
また、種々の原因による金属接触によって軸受内部に摩耗が生じた場合、水分濃度の測定だけでは検知することが難しい。そこで、変位センサ２４０を用いて、軸受の外輪に対する内輪の相対変位を収集することで摩耗を検知することができ、より総合的な状態監視が可能になる。
さらに、長時間の運用により、油の酸化やほこりの混入など潤滑油の劣化が予測されるため、油の劣化センサ等の不純物のセンサ２７０を併用することで、軸受の破損につながる潤滑不良を予測することができる。同時に混入水分濃度を油劣化センサ等の不純物のセンサ２７０にフィードバックして補正を加えることで、より潤滑油が原因の軸受の早期損傷の予測が正確になる。
【００７３】
上記のことから、水素脆性による軸受のはく離の発生確率あるいは、発生時期を予測することができ、転動装置の突発的異常への対処に備えることができる。例えば本技術を風力発電装置適用すれば、異常発生に備えメンテナンスの準備を予めしておくことで、異常発生後の稼動停止時間の削減が可能になる。
【００７４】
図８〜図１２は、転動部品の状態監視装置６の他の各実施形態を示す。これらの各実施形態において、特に説明した事項の他は、図１〜図５の実施形態と同様である。また、これら図８〜図１２では、状態監視手段１１を構成する各手段のうち、水分濃度・寿命低下率等監視手段１０以外の手段は、図示を省略している。
図１の実施形態では、ハウジング４における潤滑油貯留槽４ａ内の潤滑油５の静電容量および油温を測定するようにしたが、図８に示すように、ハウジング４内の一部に、潤滑油貯留槽４ａ内と連通した測定室１２を設け、静電容量検出手段７および油温測定手段８は、測定室１２内の静電容量および油温をそれぞれ測定するように設置しても良い。この場合に、測定室１２の中の潤滑油５を攪拌する攪拌手段１３を設けても良い。測定室１２は、例えば潤滑油貯留槽４ａ内の一部を仕切った仕切室とされる。測定室１２がハウジング４内であると、測定室１２を設けることによる転動装置の大型化が回避できる。攪拌手段１３は、例えば攪拌用の回転翼と、この回転翼を回転させるモータとでなる。測定室１２を設け、攪拌手段１３を設けた場合、測定室中１２に溜める潤滑油量を１００ｍＬ以下とし、かつ変動量を±５ｍＬ以下とするのが良い。図８の実施形態におけるその他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００７５】
測定室１２を設けることで、安定した静電容量および油温の測定が行える。また、攪拌手段１３を設けることで、潤滑油と水の混合状態が良くなり、より安定した静電容量および油温の測定が行える。
【００７６】
後に、転がりすべり疲労寿命試験と共に説明するが、潤滑油と水の混合状態が良好でない場合、混入水分濃度が高くなるにつれて、静電容量の値が不安定になる。このことは、油浴潤滑方式や循環給油方式の転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視する場合についても言えることである。故意に潤滑油と水の混合状態をよくする転がりすべり疲労寿命試験に対し、転動装置は停止中の場合もあるため、潤滑油と水の混合状態がよくないことは容易に想像できる。潤滑油と水が分離している場合もある。そのため、転動装置においても、なるべく潤滑油と水をよく混合させる機構を設け、なるべく正確に静電容量を測定することが望ましい。そのためには、攪拌手段１３を設けて攪拌することが好ましい。
【００７７】
なお、測定室１２を設けずに、攪拌手段１３を潤滑油貯留槽４ａ内の隅部等に設けても良い。しかし、潤滑油と水との混合状態をなるべく良好にするために、間仕切りをして測定室１２を設けるのが良い。間仕切りしなければ、潤滑油と水との混合状態を良好にするのは困難と考えられる。また、潤滑油と水の混合状態がよくない場合、高めの静電容量値が測定されるため、混入水分濃度を高くなる。すなわち安全目に監視することができる。ただし、潤滑油と水が分離している場合、さらに高めの静電容量値が測定されると考えられる。その場合、安全目過ぎる監視となり、メンテナンスの回数や費用が過剰になる可能性があるため，留意が必要である。
【００７８】
測定室１２は、図９に示すようにハウジング４の外部に設置しても良い。この場合に、測定室１２は、ハウジング４に接して設けても、ハウジング４から離して設けても良い。離した設けた場合は、測定室１２とハウジング４の潤滑油貯留槽４ａとは、連通管（図示せず）等で連通させる。測定室１２をハウジング４外に設けると、ハウジング４に測定室１２や静電容量検出手段７および油温測定手段８を設ける適切な場所がなくても、静電容量検出手段７および油温測定手段８による測定が行える。なお、図９の実施形態におけるその他の構成，効果は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００７９】
図１０は、循環給油方式とした例、つまりハウジング４の潤滑油貯留槽４ａに対して循環給油を行う循環給油手段１４を設けた例である。循環給油手段１４は、潤滑油貯留槽４ａに両端が連通したパイプ等による油循環路１５と、この油循環路１５を介して潤滑油５を循環させるポンプ１６とでなる。油循環路１５は、潤滑油貯留槽４ａの底部の排出口１５ａと、潤滑油貯留槽４ａの中間高さ位置または上部の給油口１５ｂとに連通する。その他の構成，効果は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００８０】
図１１は、循環給油方式において、ハウジング４内の一部に、潤滑油貯留槽４ａ内と連通した測定室１２を設け、静電容量検出手段７および油温測定手段８は、測定室１２内の静電容量および油温をそれぞれ測定するように設置した例である。この場合にも、測定室１２の中の潤滑油５を攪拌する攪拌手段１３を設けても良い。その他の構成は、図１０に示す実施形態と同様である。
【００８１】
図１２は、循環給油方式において、ハウジング４外に測定室１２を設けた例である。測定室１２は、油循環路１５の途中に設けている。この測定室１２に、内部の潤滑油の静電容量および油温を測定する静電容量検出手段７および油温測定手段８を設け、かつ測定室１２内の潤滑油５を攪拌する攪拌手段１３を設けている。このように攪拌手段１３を設けることで、安定して正確に静電容量を測定し、混入水分濃度を正確に求めることができる。また、この実施形態では、潤滑油貯留槽４ａの底部に傾斜溝１７を設けている。傾斜溝１７の底面の低い側の端部を潤滑油の排出口１５ａとし、定期的に、攪拌手段１３を備えたリザーブタンクとなる測定室１２中に潤滑油５をポンプ１６で引き込んで溜め、そこで静電容量と油温を測定して混入水分濃度を監視すればよい。それにより、潤滑油よりも比重が大きい水が分離していても、水を測定室１２中に取り込むことができ、高めの混入水分濃度が測定される。すなわち安全目の監視ができる。この実施形態において、特に説明した事項の他は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００８２】
また、油浴潤滑方式の場合も、図１２の循環給油方式の場合と同様に、転動装置に傾斜溝と排出口を設け、循環給油部にリザーブタンクを設ければよい。
【００８３】
次に、上記各実施形態の風力発電の状態監視装置において、混入水分濃度の異常診断手段１０における異常診断部１０ａに設定する適切なしきい値Ｓ１を求めるための試験方法について説明する。
図１３にこの試験方法に用いる試験装置の一例を概念図で示す。この転がりすべり疲労寿命試験装置は、試験装置本体１４０と、この試験装置本体１４０を制御する試験装置本体制御装置１４１と、水分濃度計算手段１４２とで構成される。試験装置本体１４０は、被試験体である転動部品模擬体３Ａを浸漬させた状態に潤滑油５Ａを入れる試験油槽１０１と、この試験油槽１０１内で転動部品模擬体３Ａを動作させる転動部品模擬体駆動装置１２０と、試験油槽１０１の潤滑油中に水を注入する水注入手段であるシリンジポンプ１０４と、試験油槽１０１の潤滑油５Ａの静電容量を測定する静電容量測定手段である静電容量計１０５と、試験油槽１０１の潤滑油５Ａの油温を測定する油温測定手段である熱電対１０６とを有する。
転動部品模擬体３Ａは、鋼製材料からなる転動部品用材料の被試験体を構成要素に含めて転動部品を試験用に模した部品である。図示の例では、転動部品模擬体３Ａは、転動部品の一種であるスラスト玉軸受を模したものであり、内輪３ａと外輪３ｂとの間にボールからなる転動体３ｃを設けて構成され、外輪３ｂが被試験体となる。この転動部品模擬体における被試験体である外輪３ｂは、円筒形状で端面が転走面となる。また、この転動部品模擬体３Ａは、実際の転動部品であるスラスト軸受に比べて、転動体３ｃのサイズを大きくしてある。模擬の対象となる実際のスラスト軸受では、転動体が小さすぎ、わずかな荷重を与えるだけで接触面の最大面圧がかなり大きくなるため、転動部品模擬体３Ａでは転動体３ｃを大きくした。内輪３ａは、そのように大きな転動体３ｃが転動できる溝を有するものを特別に製作して用いる。
【００８４】
水分濃度計算手段１４２は、静電容量計１０５で測定した静電容量と熱電対１０６で測定した油温から、定められた関係に従って前記潤滑油中の混入水分濃度を計算する手段である。水分濃度計算手段１４２は、静電容量と油温と混入水分濃度との関係を、計算式や試験結果等から定めた関係設定手段１４３を有し、入力された静電容量と油温とから、関係設定手段１４３に定められた関係を用いて混入水分濃度を計算する。
【００８５】
試験装置本体制御装置１４１は、転動部品模擬体駆動装置１２０を制御する転動部品模擬体制御部１４４と、シリンジポンプ１０４を制御するポンプ制御部１４５と、試験装置本体１４０およびその他の駆動部分を制御する制御部（図示せず）とを備える。試験装置本体制御装置１４１は、コンピュータ式のシーケンサまたは数値制御装置であり、パーソナルコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラムとで構成される。
水分濃度計算手段１４２は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラムとで構成される。水分濃度計算手段１４２は、試験装置本体制御装置１４１を構成するコンピュータを用いたものであっても、試験装置本体制御装置１４１とは独立したコンピュータを用いたものであっても良い。
【００８６】
この転がりすべり疲労寿命試験方法は、上記構成の試験装置を用いて、次のように行う。試験油槽１０１に入れた潤滑油５Ａに、被試験体である転動部品模擬体３Ａを浸漬して動作させ、転動部品模擬体３Ａを構成する被試験体である外輪３ｂの転がりすべり疲労寿命の試験を行う。ここでは、シリンジポンプ１０４を用いて、前記潤滑油５Ａ中に水素源としての水を注入し、静電容量計１０５で計測した潤滑油５Ａの静電容量と、熱電対１０６で計測した油温によって、水分濃度計算手段１４１を用いて、潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を測定する。
【００８７】
同図の試験装置では、試験油槽１０１に潤滑油５Ａを入れる機構として、油浴潤滑機構を用いており、試験油槽１０１内の潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を測定する。上記「油浴潤滑機構」は、試験油槽１に潤滑油を溜めておき、その溜められた潤滑油で転動部品を潤滑する機構を言う。測定した混入水分濃度はシリンジポンプ１０４にフィードバックし、水注入量を変化させて混入水分濃度を制御する。すなわち、ポンプ制御部１４５は、水分濃度計算手段により出力された混入水分濃度に応じて、定められた規則に従い、混入水分濃度が定められた範囲に納まるように、シリンジポンプ１０４による注入量を変化させる。また、転動部品模擬体３Ａの接触要素間（具体的には一対の軌道輪３ａ，３ｂ間）に、通電手段１４７によって電流を流して金属接触率を測定する。転動部品模擬体駆動装置１２０における、サーボモータ１０７Ａの主軸１０７と、転動部品模擬体３Ａの構成要素となる内輪３ａに結合されて転動部品模擬体３Ａを動作させるスピンドル１０８とを直結して揺動運動させる。すなわち正逆に回転させる。スピンドル１０８は転動部品模擬体３Ａを構成要素の一つとして持つものであっても良い。サーボモータの主軸１０７とスピンドル１０８とは絶縁カップリング１３２で連結する。スピンドル１０８の支持軸受には、セラミック転動体軸受１３３を用いている。
転動部品模擬体３Ａは、前述のように、この実施形態ではスラスト玉軸受を模した部品とされ、被試験体となる外輪３ｂは、設置台（図示せず）等に固定設置され、内輪３ａがスピンドル１０８に固定されている。
【００８８】
上記スピンドル１０８およびセラミック転動体軸受１３３により、転動部品模擬体駆動装置１２０のヘッド部１４６が構成される。ヘッド部１４６は、転動部品模擬体駆動装置１２０における、それぞれが１個または１組の転動部品模擬体３Ａを動作させる機構部を言う。この実施形態ではヘッド部１４６を１台のみ設けたが、複数のヘッド部１４６を設け、複数の転動部品模擬体３Ａを同時に試験するようにしても良い。
【００８９】
ところで、転がりすべり疲労寿命試験による耐水素脆性評価では、鋼中への拡散性水素の侵入濃度は制御できない。また、厳しい条件での加速試験であり、実機条件を模擬するものではない。鋼材質の耐水素脆性評価については、拡散性水素の侵入濃度を制御しての評価がある。それに対し、潤滑油の種類，潤滑油への添加物，接触要素の接触面への表面処理などの耐水素脆性評価は、この実施形態のように拡散性水素の侵入濃度が制御できない転がりすべり疲労寿命試験で評価する必要がある。したがって、なるべく外乱が少なく、なるべく実機を忠実に模擬した転がりすべり疲労寿命試験によって、水素脆性起因の早期損傷を積極的に生じさせることで、使用条件に応じた対策要素を見極めるのに有効である。なお、ユーザーからの理解を得るという点からは、鋼材質についても、転がりすべり疲労寿命試験による耐水素脆性評価を実施することが望ましい。
【００９０】
水素脆性起因の早期損傷が起きる様々な転動部品の使用条件を鑑みると、以下の（１）〜（５）の機能を有する転がりすべり疲労寿命試験が望ましい。なお、試験装置における各ヘッド部１４６間で互いに影響が及ばないように、図１３では各ヘッド部に油浴潤滑機構を用いているが、循環給油機構を用いても良い。油浴潤滑機構であっても、また循環給油機構であっても、各ヘッド部に設けるのであれば、各ヘッドで異なる条件の試験ができる。
（１）潤滑油５Ａ中に水素源としての水を注入する。
（２）潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を静電容量と油温で監視する。
（３）（２）で監視した混入水分濃度をフィードバックし、水注入量を変化させて混入水分濃度を制御する。
（４）一定回転速度，一方向回転だけでなく、加減速運転，揺動運動ができる。
（５）通電ができる。
【００９１】
（１）の機能については、水を混入した潤滑油を定期的に交換する方法もあるが、多工数、休日交換はできないなど、効率が悪い。そのため、この実施形態のように、水をシリンジポンプ１０４やチューブポンプで注入するのが望ましい。シリンジポンプ１０４は微量注入に向いている。ヘッド部１４６に油浴潤滑機構を用いている図１１の試験装置では、水の注入箇所は試験油槽１０１である。また、ヘッド部１４６に循環給油機構を用いる場合、水の注入箇所は試験油槽１０１または循環給油部とする。
【００９２】
（２）の機能を持たせる場合に、鉱油系で無添加の潤滑油の飽和水分濃度は高々２００重量ppm であることに留意する必要がある。混入水分濃度は静電容量と油温によって測定できるが、静電容量を計測する静電容量計５は次の２タイプに大別される。１つは飽和水分濃度以下までしか測れないものであり、もう１つは飽和水分濃度を超えて白濁状態になっても測れるものである。前者のタイプの方が多いが、後者のものの中には混入水分濃度が１０％以上でも測定できるものもある。２００重量ppm の濃度の水混入油を定期交換した転がりすべり疲労寿命試験では、水の悪影響は見られないという結果が得られている。鉱油系で無添加の潤滑油の飽和水分濃度は微量だが、合成油系の潤滑油や鉱油系でも添加剤の種類によっては、飽和水分濃度はかなり高い。また、前者のタイプの静電容量計は、潤滑油５Ａの飽和水分濃度を測るのに用いることができ、混入水分濃度と転がりすべり疲労寿命の関係を求めれば、潤滑油固有の飽和水分濃度が耐水素脆性の１つの指標になり得る可能性がある。
【００９３】
（３）の機能については、潤滑油５Ａ中に一定濃度の水を混入し、マクロ的に閉鎖系として転がりすべり寿命試験をしても、混入水分濃度は約３ｈ経過したあたりから大幅に減少する。潤滑油５Ａ中に水を一定流量で連続注入した場合も、混入水分濃度が変化することは容易に想像できる。（１）の機能のために水は水素源として注入するが、そのためには、（２）の機能において静電容量と油温によって混入水分濃度から求められる適切な水分量をフィードバックし、水注入量を変化させて混入水分濃度を所定の範囲内に保つことが望ましい。なお、上記の「適切な水分量」は、混入水分濃度と補給すべき水分量との関係を適宣定めた関係式やテーブル等の手段を用いて定められる量である。
【００９４】
（４）の機能について言えば、実際の転動部品３は一定回転速度，一方向回転で用いられることはない。そのため、一定回転速度，一方向回転の他に、加減速運転，揺動運動もできることが望ましい。加減速運転については、少なくとも図１４のようなパターン設定ができる必要がある。すなわち、加速度（ｒmax −ｒmin )/ｔa ，高速回転数ｒmax ，高速回転数での保持時間ｔmax ，減速度（ｒmax −ｒmin )/ｔd ，低速回転数ｒmax ，低速回転数での保持時間ｔmin の６パラメータをそれぞれ任意に設定でき、それを１パターンとして加減速を繰り返すことである。揺動運動では、回転の場合とは異なり、損傷が起きても振動が大きく変化しない。クランク機構による揺動運動では、その振動が重畳するため、損傷が起きても振動で検出することが難しい。振動で損傷を精度よく検出できるようにするには、図１３のようにサーボモータの主軸１０７と、転動部品模擬体３Ａを構成部品の１つとして持つ試験機構のスピンドル１０８とを直結して揺動運動させることで、重畳する振動成分をなるべく排除する必要がある。さらに、できる限り試験機構のスピンドル１０８などの剛性を高くする必要がある。揺動運動条件としては、揺動の角度と周波数を任意に設定できることが望ましい。なお、サーボモータの主軸１０７と試験機構のスピンドル１０８を直結すると、クランク機構のような三角関数波形の速度変化を与えることは難しい。それを可能にするためには、シーケンサのプログラムによってサーボモータのアンプを制御すれば良い。
【００９５】
（５）の機能を持たせる目的は次の２点である。
１つは微弱電流を転動部品模擬体３Ａの接触要素間に流して接触面の金属接触率を測定することである。もう１つは１Ａ程度の大電流を接触要素間に流して正極側を摩耗させることである。この現象を利用し、試験片を正極側にすることで、試験片の接触部に金属新生面を積極的に露出させ、水素の発生，侵入を促進することができる。このことは、非特許文献９にも開示されている。
【００９６】
図１３の試験装置を用いた転がりすべり疲労寿命試験方法では、（１）〜（５）の全ての機能を満たしており、転動部品模擬体３Ａが揺動運転することを前提とし、サーボモータ１０７Ａの主軸１０７と試験機構のスピンドル１０８を直結した機構になっている。なお、揺動運転が不要な場合、高価で定格回転数が高々３０００rpm のサーボモータよりも、安価なインダクションモータなどで試験機構のスピンドル１０８をベルト駆動するのが良い。この場合、サーボモータ１０７Ａの駆動をスピンドル１０８に伝達する駆動伝達径にプーリ機構を設け、プーリ比を変えれば、試験機構のスピンドル１０８の回転速度を高めることができ、加減速運転の速度差を大きくするのにも有効である。なお、ヘッド部１４６に循環給油機構を用いる場合は、比較的給油速度が速いチューブポンプなどを用いるのが良い。この場合、試験油槽１０１の潤滑油量を一定に保つようにして、潤滑油の流入出量を等しくすることが望ましい。
【００９７】
図１３に示した試験装置の概念図では、転動部品模擬体３Ａがスラスト軸受型である場合を示したが、スラスト軸受型の場合も鋼球の自転方向と公転方向が異なるため、転動部品模擬体３Ａにおける試験片と鋼球の接触面ですべりが生じる。さらに積極的に接触面にすべりを与えるには、接触要素の運動機構を工夫すればよい。転動部品模擬体３Ａとして歯車材を評価する場合、歯車ではさらに大きなすべりが作用するため、試験片とそれに接触する物体の周速差を強制的に変えるなどし、接触面に大きなすべりを作用させる工夫が必要である。
【００９８】
図１５および図１６は、この転がりすべり疲労寿命試験方法に用いる試験装置の他の例を概念図として示している。図１５の試験装置では、試験油槽１に潤滑油５Ａを入れる機構として、循環給油機構１０９を用いている。ここでの循環給油機構１０９は、循環路１１０の途中に循環ポンプ１１１、静電容量計１０５、および熱電対１０６を設けて構成される。この場合でも、静電容量計１０５および熱電対１０６は図１３のように試験油槽１０１に設けても良い。
【００９９】
ここで、潤滑油５Ａへの水の混合状態が良好でない場合、混入水分濃度が高くなるにつれて、静電容量の値が不安定になる。そのため、潤滑油５Ａと水がよく混合した状態で静電容量を測定することが望ましい。そこで、図１６の試験装置では、図１５の試験装置において、試験油槽１０１の潤滑油５Ａの排出口と循環ポンプ１１１との間にリザーブタンク１１２を設け、そこに潤滑油５Ａを溜めて磁気式攪拌機１１３などで攪拌し、静電容量と温度を測定するようにしている。熱電対１０６はリザーブタンク１１２に設ける。潤滑油５Ａと水を十分に混合させるためには、リザーブタンク１１２の容積を小さくして攪拌効果を大きくする方が良い。目安として、潤滑油量は１００ｍＬ以下とすることが望ましい。さらに望ましいことは、潤滑油５Ａよりも比重が大きい水が、試験油槽１０１やリザーブタンク１１２から排出されやすくすることである。そのために、図１６の試験装置では、試験油槽１０１およびリザーブタンク１１２のそれぞれの潤滑油５Ａの排出口を底角部１０１ａ，１１２ａ（同図中に○を付して示す）としている。さらに、試験油槽１およびリザーブタンク１１２のそれぞれ内部を円柱状とし、底角部１０１ａ，１１２ａの全周に連続して、いわゆるヌスミとなる外角側に凹む溝状の凹部１０１ａａ，１１２ａａを設けることが望ましい。これらの工夫をすることにより、水よりも比重の大きな添加物質も循環しやすくなる。
【０１００】
図１３，図１５，図１６の試験装置を用いた試験方法では、シリンジポンプ１０４を用いて試験油槽１０１に水を注入するが、以下には、試験油槽１中の水混入油を定期交換して行った転がりすべり疲労寿命試験方法の具体例を示す。
軸受鋼ＳＵＪ２を用い、図１７（Ａ）に示すテーパ形状外輪試験片（熱処理後は研削仕上げ、内径軌道面は面粗さＲq ≒０．０３μｍ）１１４を製作した。熱処理は８５０℃のＲＸガス雰囲気中で５０ｍｉｎ加熱してずぶ焼入を施した後、１８０℃で１２０ｍｉｎの焼戻しを施した。試験は、図１７（Ｂ）に示すように、テーパ形状外輪試験片１１４にアンギュラ玉軸受７３０６Ｂの内輪（ＳＵＪ２標準焼入焼戻品）１１５、鋼球（ＳＵＪ２標準焼入焼戻品，１３個）１１６、保持器１１７を組み合わせて転動部品模擬体３Ａとして行った。外輪試験片１１４をテーパ形状にしたのは、鋼球１１６と接触角をもって回転することにより、鋼球１１６がスピンして外輪試験片１１４との接触面にすべりが生じるためである。すべりが生じる場合、水素脆性起因の早期損傷が起きる頻度が高くなる。
【０１０１】
図１８には、この具体的試験方法で用いる試験装置の模式図を示す。同図における左側の機構部が評価側部１２０ａ、右側の機構部がダミー側部１２０ｂである。同図中において、損傷対象のテーパ形状外輪試験片１１４はハッチングして示している。アキシャル荷重Ｆa ＝２．９４ｋＮのみを作用させ、２７３３ｍｉｎ-1で内輪１１２を回転させた。潤滑油にはＶＧ１００の無添加タービン油（密度０．８８７ｇ／ｃｍ3 ，動粘度１００．９ｍｍ2 ／ｓ＠４０℃，１１．６８ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）を用い、それに２００重量ppm ，５重量％の純水を混入した。評価側に６０ｍＬの水混入油を入れ、潤滑油の入口（下側）と出口（上側）をチューブ１１８でつないで閉鎖系とした。図１７（Ｂ）に矢印で示す方向にポンプ作用によって潤滑油の流れが生じるため、水混入油は循環して攪拌される。試験は２０ｈ行い、その間に損傷が起きなければ、新たに作成した水混入油に交換した。損傷が生じるまで２０ｈの試験と水混入油の交換を繰り返した。損傷検出は振動計で行った。なお、図１８に示す試験装置における中央の円筒ころ軸受１１９はラジアル荷重を作用させるためのもので、今回の試験には無関係である。
【０１０２】
アキシャル荷重Ｆa ＝２．９４ｋＮのみを作用させた場合の弾性ヘルツ接触計算での外輪試験片１１４と鋼球１１６の間の最大接触面圧は３ＧＰａである。なお、弾性ヘルツ接触計算では、ヤング率Ｅとポアソン比νはＳＵＪ２標準焼入焼戻品の実測値であるＥ＝２０４ＧＰａ，ν＝０．３とした。水混入を無視した弾性流体潤滑計算でのテーパ形状外輪試験片１１４と鋼球１１６の間の油膜パラメータは約３である。ただし、鋼球１１６の面粗さは実測値Ｒq ＝０．０１７８μｍで一定とした。テーパ外輪形状試験片１１４の単体の計算寿命Ｌ10h は、２円筒モデルに変換して計算すると２６１１ｈである。Ｌ10h の求め方は非特許文献１０に開示されている。ただし、すべりの影響は無視した。
【０１０３】
初期混入水分濃度が５重量％の試験中に、定期的に潤滑油を少量サンプリングし、混入水分濃度を電量滴定法で測定して経時変化を調べた。その結果、図１９にグラフで示すように、混入水分濃度は約３ｈ経過したあたりから大幅に減少した。上記のように閉鎖系とはいえ、それはマクロ的であって、完全にすきまをなくすことは不可能である。水分は目視ではわからない小さなすきまから蒸発したと考えられる。この転がりすべり疲労寿命試験の結果は、表１に示す通りである。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
２００重量ppm の水混入油では、試験片５個すべて１０００ｈまで損傷は起きず、試験を打ち切った。一方、５重量％の水混入油では、試験片５個すべてに計算寿命の１／１００のオーダーの早期損傷が生じた。損傷形態は、すべて表層を起点とする内部起点型はく離であった。なお、ＳＵＪ２製鋼球１１６にも３ＧＰａの最大接触面圧が作用するが、はく離は生じなかった。鋼球１１６はテーパ形状外輪試験片１１４に比べて有効負荷体積が大きいためと考えられる。今回用いた潤滑油の飽和水分濃度の上限値程度の水混入では、寿命に及ぼす水の影響はないといえる。一方、水が多量に混入する場合、水素が発生し、鋼中に侵入したために極めて早期に内部起点型はく離が起きたと考えられる。表１中には、５重量％の水混入油を定期交換した場合の寿命を、２母数ワイブル分布に当てはめて求めたＬ10，Ｌ50，およびｅ（ワイブルスロープ）を示した。
【０１０６】
次に、図１３，図１５，図１６の試験装置のように、試験油槽１０１中の潤滑油５Ａに水を一定流量で微量注入して行った転がりすべり疲労寿命試験方法の具体例を示す。
前記試験方法の場合と同じ図１７に示す試験片１１４、および図１８に示す試験装置を用い、荷重条件、回転速度も同じとし、同じ潤滑油（水混入なし）６０ｍＬを入れ、潤滑油の入口（下側）と出口（上側）をチューブ１１８でつないで閉鎖系とした。試験開始と同時に、シリンジポンプ１０４（図１３）によってチューブ１１８の途中から純水の連続注入を開始した。純水の注入速度は０．５ｍＬ／ｈとした。この場合、混入水分濃度の経時変化は測定しなかったが、図１９の結果から、この場合も混入水分濃度が変化することは容易に想像できる。この転がりすべり疲労寿命試験の結果は、表２に示す通りである。
【０１０７】
【表２】
【０１０８】
表２に示した試験結果の場合も試験片６個のすべてに、先の試験方法である５重量％の水混入油を定期交換した場合と同程度の寿命の早期損傷が生じた。損傷形態は、すべて表層を起点とする内部起点型はく離であった。また、ＳＵＪ２製鋼球１６にも３ＧＰａの最大接触面圧が作用するが、はく離は生じなかった。表２には、寿命を２母数ワイブル分布に当てはめて求めたＬ10，Ｌ50，およびｅ（ワイブルスロープ）を示した。
【０１０９】
次に、静電容量計１０５による潤滑油の飽和水分濃度と混入水分濃度の測定の具体例を説明する。
先述したように、潤滑油中の混入水分濃度は静電容量と温度によって測定でき、用いる静電容量計１０５は次の２つのタイプに大別される。１つは飽和水分濃度以下までしか測定できないものであり、もう１つは飽和水分濃度を超えて白濁状態になっても測定できるものである。
先ず、飽和水分濃度以下までしか測定できない静電容量計１０５を用い、潤滑油の飽和水分濃度を測定した。潤滑油は、先の転がりすべり疲労寿命試験の具体例で用いたＶＧ１００の無添加タービン油である。図２０（Ａ）に模式図で示すように、静電容量計５を取付けた容器１２１（例えば図１３の試験装置における試験油槽１に見立てたもの）に潤滑油を入れ、シリカゲル入れを設けた上蓋１２２をして、温度調整ができる磁気式攪拌機１１３で攪拌しながら１１０℃に熱して１ｈ放置し、その間に油中に混入していた微量水分を蒸発させて、シリカゲルに吸着させた。その後、図２０（Ｂ）に模式図で示すように、４０℃に保持してシリンジポンプ４を用いて純水を一定速度０．０５ｍＬ／ｈで注入した。図２１に静電容量の経時変化を示す。用いた静電容量計１０５は、水分活性として０〜１の値を出力する。「０」は混入水分濃度がゼロの場合、「１」は混入水分濃度が飽和水分濃度以上の場合である。図２１のように、１６７重量ppm で測定値が１になったことから、その値が飽和水分濃度になる。混入水分濃度と転がりすべり疲労寿命の関係を調べれば、潤滑油固有の飽和水分濃度が耐水素脆性の１つの指標になり得る可能性がある。
【０１１０】
次に、飽和水分濃度を超えて白濁状態になっても測定できる静電容量計１０５を用い、潤滑油中の水分濃度を変えて静電容量を測定した。潤滑油は、先の転がりすべり疲労寿命試験の具体例で用いたＶＧ１００の無添加タービン油を使用した。図２２（Ａ）に模式図で示すように、１００ｍＬのビーカー１３１（例えば図１３の試験装置における試験油槽１に見立てたもの）に７０〜８０ｍＬの潤滑油と純水を混入し、十分に混合するまで温度調整ができる磁気式攪拌機１１３で３３℃に保持した状態で攪拌した。その後、図２２（Ｂ）に模式図で示すように、静電容量計１０５を取付けて静電容量を測定した。その結果を、図２３に示す。結果より、混入水分濃度と静電容量の線形関係が得られた。さらに、水混入なしの潤滑油について、約２５℃（室温）から約１１５℃まで昇温しながら静電容量を測定した。その結果を、図２４に示す。結果より、混入水分濃度と静電容量の線形関係が得られた。図２０，図２１から分かるように、静電容量は混入水分濃度と油温に依存する。変化し得る混入水分濃度と温度の範囲において、図２３，図２４のような関係を複数求め、目的変数を混入水分濃度、従属変数を静電容量，油温として関数にすれば、静電容量と油温から混入水分濃度を求めることができる。
なお、図２３，図２４のような検量線を求めるに当たっては、新油のみだけでなく、使用状況が異なる使用後油についても測定することが望ましい。
【０１１１】
前記実施形態の転がりすべり疲労寿命試験方法によると、試験油槽１に溜めた潤滑油５Ａに被試験体を構成部品として含む転動部品模擬体３Ａを浸漬して動作させ、潤滑油５Ａ中に水を注入し、潤滑油５Ａ中の混入水分濃度を静電容量と油温を測定することで、外乱が少なく、実機を忠実に模擬している。そして、水素脆性起因の早期損傷を積極的に生じさせることで、使用条件に応じた対策要素が見極められるようになる。
【０１１２】
つぎに、図１の振動異常の異常診断装置５１の各具体例を、図２５〜図３６と共に説明する。
［具体例１］
図２５において、振動センサ７０は、図１の転動装置１を構成する軸受、例えば図２の主軸用軸受４６０に設置される。振動センサ７０は、軸受の振動を検出し、その検出値をデータ処理装置２における振動異常の異常診断装置５１へ出力する。振動センサ７０は、前述のように、圧電素子を用いた加速度センサ等によって構成される。
振動異常の異常診断装置５１は、ハイパスフィルタ（以下、「ＨＰＦ（High Pass F11ter）」と称する。）５１０，５５０と、実効値演算部５２０，５６０と、エンベロープ処理部５４０と、記憶部５８０と、診断部５９０とを含む。実効値演算部５２０は、請求項で言う「第１の演算部」であり、実効値演算部５６０は、請求項で言う「第２の演算部」である。
【０１１３】
ＨＰＦ５１０は、軸受の振動の検出値を振動センサ７０から受ける。そして、ＨＰＦ５１０は、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ５１０は、軸受の振動波形に含まれる直流成分を除去するために設けられたものである。なお、振動センサ７０からの出力が直流成分を含まないものであれば、ＨＰＦ５１０を省略してもよい。
【０１１４】
実効値演算部５２０は、直流成分が除去された軸受の振動波形をＨＰＦ５１０から受ける。そして、実効値演算部５２０は、軸受の振動波形の実効値（「ＲＭＳ（Root Mean
Square）値」とも称される。）を算出し、その算出された振動波形の実効値を記億部５８０へ出力する。
【０１１５】
エンベロープ処理部５４０は、軸受の振動の検出値を振動センサ７０から受ける。そして、エンベロープ処理部５４０は、その受けた検出信号にエンベロープ処理を行なうことによって、軸受の振動波形のエンベロープ波形を生成する。なお、エンベロープ処理部５４０において演算されるエンベロープ処理には、種々の公知の手法を適用可能であり、一例として、振動センサ７０を用いて測定される軸受の振動波形を絶対値に整流し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））に通すことによって、軸受６の振動波形のエンベロープ波形が生成される。
【０１１６】
ＨＰＦ５５０は、軸受の振動波形のエンベロープ波形をエンベロープ処理部５４０から受ける。そして、ＨＰＦ５５０は、その受けたエンベロープ波形につき、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ５５０は、エンベロープ波形に含まれる直流成分を除去し、エンベロープ波形の交流成分を抽出するために設けられたものである。
【０１１７】
実効値演算部５６０は、直流成分が除去されたエンベロープ波形、すなわちエンベロープ波形の交流成分をＨＰＦ５５０から受ける。そして、実効値演算部５６０は、その受けたエンベロープ波形の交流成分の実効値（ＲＭＳ値）を算出し、その算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を記憶部５８０へ出力する。
【０１１８】
記億部５８０は、実効値演算部５２０により算出された軸受の振動波形の実効値と、実効値演算部５６０により算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値とを同期させて時々刻々記憶する。この記億部５８０は、たとえば、読み書き可能な不揮発性のメモリ等によって構成される。
【０１１９】
診断部５９０は、記憶部５８０に時々刻々記憶された、軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値を記億部５８０から読出し、その続出された２つの実価値に基づいて軸受の異常を診断する。この異常診断に、しきい値Ｓ２を用いる。詳しくは、診断部５９０は、軸受の振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値との時間的変化の推移に基づいて、軸受の異常を診断する。
【０１２０】
すなわち、実効値演算部５２０により算出される軸受の振動波形の実効値は、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値であるので、たとえば、軌道輪の一部に剥離が発生し、その剥離箇所を転動体が通過するときのみ信号が増加するインパルス的な振動に対しては値の増加が小さく、軌道輪と転動体との接触の面荒れや潤滑不良等に発生する持続的な振動に対しては値の増加が大きくなる。
【０１２１】
一方、実効値演算部５６０により算出されるエンベロープ波形の交流成分の実効値は、軌道輪の面荒れや潤滑不良時に発生する持続的な振動に対しては値の増加が小さく、場合によっては増加しないが、インパルス的な振動に対しては値の増加が大きくなる。そこで、この具体例１では、軸受の振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値とを用いることで、一方の実効値だけでは検出できない異常を検出可能とし、より正確な異常診断を実現可能としたものである。
【０１２２】
図２６〜図２９は、振動センサ７０を用いて測定される軸受の振動波形を示した図である。なお、この図２６〜図２９では、主軸４２０（図２）の回転速度が一定のときの振動波形が示されている。
【０１２３】
図２６は、軸受に異常が発生していないときの軸受の振動波形を示した図である。図２６を参照して、横軸は時間を示し、縦軸は、振動の大きさを表わす振動度を示す。
【０１２４】
図２７は、軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる軸受の振動波形を示した図である。図２７を参照して、軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、振動度が増加し、かつ、振動度の増加した状態が持続的に生じる。振動波形に目立ったピークは発生していない。したがって、このような振動波形について、軸受に異常が発生していないときの振動波形の実効値（実効値演算部５２０（図２５）の出力）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（実効値演算部５６０（図２５）の出力）と比較すると、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値はそれ程増加しない。
【０１２５】
図２８は、軸受の軌道輸に剥離が発生したときの初期段階における軸受の振動波形を示した図である。図２８を参照して、剥離異常の初期段階は、軌道輪の一部に剥離が発生している状態であり、その剥離箇所を転動体が通過するときに大きな振動が発生するので、パルス的な振動が軸の回転に応じて周期的に発生する。剥離箇所以外を転動体が通過しているときは、振動度の増加は小さい。したがって、このような振動波形について、軸受に異常が発生していないときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、エンベロープ波形の交流成分の実効値が増加し、生の振動波形の実効値はそれ程増加しない。
【０１２６】
図２９は、剥離異常の末期段階に見られる軸受の振動波形を示した図である。図２９を参照して、剥離異常の末期段階は、軌道輪の全域に剥離が転移している状態であり、異常の初期段階に比べて、振動度が全体的に増加し、パルス的な振動の傾向は弱まる。したがって、このような振動波形について、剥離異常の初期段階における振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値は低下する。
【０１２７】
図３０は、軸受の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。なお、この図３０および以下に説明する図３１では、主軸４２０の回転速度が一定のときの各実効値の時間的変化が示されている。
【０１２８】
図３０を参照して、曲線ｋ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線ｋ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。剥離が発生する前の時刻ｔ１では、振動波形の実効値（ｋｌ）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１における振動波形は、上述の図２６に示した波形のようになる。
【０１２９】
軸受の軌道輪の一部に剥離が発生すると、図２８で説明したように、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）が大きく増加し、一方、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）はそれ程増加しない（時刻ｔ２近傍）。
【０１３０】
さらにその後、軌道輪の全域に剥離が転移すると、図２９で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）が大きく増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）は低下する（時刻ｔ３近傍）。
【０１３１】
また、図３１は、軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。図３１を参照して、図３０と同様に、曲線ｋ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線ｋ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。
【０１３２】
軌道輸の面荒れや潤滑不良が発生する前の時刻ｔ１１では、振動波形の実効値（ｋ１）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１１における振動波形は、上述の図２６に示した波形のようになる。
【０１３３】
軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、図２７で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）が増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）の増加は見られない（時刻ｔ１２近傍）。
【０１３４】
このように、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値（ｋ１）とエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）との時間的変化の推移に基づいて、軸受の異常診断をより正確に行なうことが可能である。
【０１３５】
このように、この具体例１によれば、振動センサ７０を用いて測定された軸受の振動波形の実効値、および振動センサ７０を用いて測定された振動波形にエンベロープ処理によって生成されるエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて、軸受の異常を診断するので、従来の周波数分析による手法に比べてより正確な異常診断を実現することができる。また、不必要なメンテナンスを削減でき、メンテナンスに要するコストを低減することができる。
【０１３６】
［具体例２］
主軸４２０（図２）の回転速度が変化すると、主軸用軸受４６０等の軸受の振動の大きさが変化する。一般的には、主軸の回転速度の増加に伴ない軸受の振動度は増加する。そこで、この具体例２では、軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸４２０の回転速度で正規化し、その正規化された各実効値を用いて軸受の異常診断が行われる。
【０１３７】
図３２は、具体例２における振動異常の異常診断手段５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３２を参照して、異常診断手段５１は、図２５に示した具体例１における異常診断手段５１の構成において、修正振動度算出部５３０と、修正変調度算出部５７０と、速度関数生成部６００とをさらに含む。
【０１３８】
速度関数生成部６００は、回転センサ２１０による主軸４２０の回転速度の検出値を受ける。なお、回転センサ２１０は主軸４２０の回転位置の検出値を出力し、速度関数生成部６００において主軸４２０の回転速度を算出するものとしてもよい。そして、速度関数生成部６００は、実効値演算部１２０により算出される軸受の振動波形の実効値を主軸４２０の回転速度Ｎで正規化するための速度関数Ａ（Ｎ）、および実効値演算部５６０により算出されるエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸４２０の回転速度Ｎで正規化するための速度関数Ｂ（Ｎ）を生成する。一例として、速度関数Ａ（Ｎ），Ｂ（Ｎ）は、次式によって表わされる。
【０１３９】
Ａ（Ｎ）＝ａ×Ｎ-0.5 …（１）
Ｂ（Ｎ）＝ｂ×Ｎ-0.5 …（２）
ここで、ａ，ｂは、実験等によって予め定められる定数であり、異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。
【０１４０】
修正振動度算出部５３０は、軸受の振動波形の実効値を実効値演算部５２０から受け、速度関数Ａ（Ｎ）を速度関数生成部６００から受ける。そして、修正振動産算出部５３０は、速度関数Ａ（Ｎ）を用いて、実効値演算部５２０によって算出された振動波形の実効値を主軸４２０の回転速度で正規化した値（以下「修正振動度」と称する。）を算出する。具体的には、実効値演算部５２０によって算出された振動波形の実効値ｖｒと速度関数Ａ（Ｎ）とを用いて、修正振動度ｖｒ＊は、次式によって算出される。
【０１４１】
【数２】
ここで、Ｖｒａは、時間０〜ＴにおけるＶｒの平均値を示す。
そして、修正振動座算出部５３０は、式（３）により算出された修正振動座Ｖｒ＊を記億部５８０へ出力する。
【０１４２】
修正変調度算出部５７０は、エンベロープ波形の交流成分の実効値を実効値演算部５６０から受け、速度関数Ｂ（Ｎ）を速度関数生成部６００から受ける。そして、修正変調度算出部５７０は、速度関数Ｂ（Ｎ）を用いて、実効値演算部５６０によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸４２０の回転速度で正規化した値（以下「修正変調度」と称する。）を算出する。具体的には、実効値演算部５６０によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値Ｖｅおよび速度関数Ｂ（Ｎ）を用いて、修正変調度Ｖｅ＊は、次式によって算出される。
【０１４３】
【数３】
【０１４４】
ここで、Ｖｅａは、時間０〜ＴにおけるＶｅの平均値を示す。修正変調度算出部５７０は、式（４）により算出された修正変調度Ｖｅ＊を記憶部５８０へ出力する。
そして、修正振動度算出部５３０は、式（３）により算出された修正振動度Ｖｒ＊を記憶部５８０へ出力する。
【０１４５】
そして、時々刻々と記憶部５８０に記憶された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊が診断部５９０によって読出され、その読出された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の時間的変化の推移に基づいて、診断部５９０により軸受の異常診断が行なわれる。
【０１４６】
なお、上記において、回転センサ２１０は、主軸４２０に取り付けられてもよいし、軸受に回転センサ２１０が組み込まれた回転センサ付軸受を診断対象の前記軸受に用いてもよい。
【０１４７】
以上のように、この具体例２によれば、軸受の振動波形の実効値を回転速度で正規化した修正振動度Ｖｒ＊と、エンベロープ波形の交流成分の実効値を回転速度で正規化した修正変調度Ｖｅ＊とに基づいて異常を診断するので、回転速度の変動による外乱を除去してより正確な異常診断を実現することができる。
【０１４８】
［具体例３］
この具体例３では、さらに正確な異常診断を行なうために、上記の具体例１または具体例２に加えて、周波数分析による異常診断が併用される。
図３３は、具体例３における振動異常の異常診断手段５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３３を参照して、異常診断手段５１は、図３２に示した異常診断手段５１の構成において、周波数分析部６２０，６３０をさらに含む。
【０１４９】
周波数分析部６２０は、直流成分が除去された軸受の振動波形をＨＰＦ５１０から受ける。そして、周波数分析部６２０は、その受けた軸受の振動波形に対して周波数分析を行ない、その周波数分析結果を記憶部５８０へ出力する。一例として、周波数分析部６２０は、ＨＰＦ５１０から受ける軸受の振動波形に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行ない、予め設定されたしきい値を超えるピーク周波数を記憶部５８０へ出力する。
【０１５０】
また、周波数分析部６３０は、直流成分が除去されたエンベロープ波形の交流成分をＨＰＦ５５０から受ける。そして、周波数分析部６３０は、その受けたエンベロープ波形の交流成分に対して周波数分析を行ない、その周波数分析結果を記億部５８０へ出力する。一例として、周波数分析部６３０は、ＨＰＦ３５０から受けるエンベロープ波形の交流成分に対してＦＦＴ処理を行ない、予め設定されたしきい値を超えるピーク周波数を記憶部５８０へ出力する。
【０１５１】
そして、診断部５９０は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊とともに周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を記憶部５８０から読出し、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の時間的変化の推移とともに周波数分析結果を併用することによって、より信頼性の高い異常診断を行なう。
【０１５２】
たとえば、周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊に基づく異常診断によって異常が検知されたときに異常の発生部位を推定するのに用いることができる。すなわち、軸受内部において損傷が発生すると、損傷部位（内輪、外輪、転動体）に応じて、軸受内部の幾何学的構造および回転速度から理論的に決定される特定の周波数に振動のピークが発生する。そこで、上述した修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊による異常診断に、周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を併用することによって、異常発生部位をより正確に診断することが可能にる。
【０１５３】
なお、上記においては、具体例２において周波数分析部６２０，６３０を追加するものとしたが、図２５に示した具体例１における異常診断手段５１に周波数分析部６２０，６３０を追加したものであってもよい。
【０１５４】
以上のように、この具体例３によれば、周波数分析による異常診断が併用されるので、異常診断の信頼性をさらに高めることができるとともに異常発生部位をより正確に診断することができる。
【０１５５】
［具体例４］
具体例４では、軸受の異常診断の信頼性をさらに高めるために、種々のセンサの検出値が併用される。具体例４は、図１の変位異常の異常診断手段５２、内部クラックの異常診断手段５３、および不純物の異常診断手段５４を設ける代わりに、またはこれらの異常診断手段５２〜５４に加えて、振動異常の異常診断手段５１に、上記変位異常、内部クラック、不純物の異常の機能を付加したものである。
【０１５６】
図３４は、具体例４における振動異常の異常診断部５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３４を参照して、異常診断部５１は、図３４に示した異常診断部５１の構成において、診断部５９０に代えて診断部５９０Ａを含む。
【０１５７】
この具体例４では、振動センサ７０および回転センサ２１０に加えて、変位センサ２４０、ＡＥ（Acoustlc Emlssion）センサ２５０、温度センサ２６０、および不純物のセンサ２７０である磁気式鉄粉センサ（以下「磁気式鉄粉センサ２７０」と称す）の少なくとも一つがさらに備えられる。そして、診断部５９０Ａは、その備えられた変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０の少なくとも一つから検出値を受ける。また、診断部５９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊、修正変調度Ｖｅ＊および周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を記憶部５８０から読出す。
【０１５８】
そして、診断部５９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊、修正変調度Ｖｅ＊および周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果とともに、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０の少なくとも一つから受ける検出値を併用することによって、軸受の異常診断を行なう。
【０１５９】
変位センサ２４０は、軸受に取り付けられ、軸受６０の外輪に対する内輪の相対変位を検出して診断部５９０Ａへ出力する。振動センサ７０の検出値を用いた上記の修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析手法では、転動面の全体的な摩耗に対する異常の検出が難しいところ、外輪に対する内輪の相対変位を変位センサ２４０により検出することによって、軸受内部の摩耗を検出することができる。そして、診断部５９０Ａは、変位センサ２４０からの検出値が予め設定された値（しきい値Ｓ３）を超えると、軸受に異常が発生したものと判定する。なお、変位センサ２４０は外輪および内輪間の相対変位を検出することから、非測定面の精度を高品質に保つ必要がある。
【０１６０】
ＡＥセンサ２５０は、軸受に取り付けられ、軸受から発生するアコースティックエミッション波（ＡＥ信号）を検出して診断部５９０Ａへ出力する。このＡＥセンサ２５０は、軸受を構成する部材の内部クラックの検出に優れており、ＡＥセンサ２５０を併用することによって、振動センサ７０では検出しにくい内部クラックが要因となって発生する剥離異常を早期に検出することが可能となる。そして、診断部５９０Ａは、ＡＥセンサ２５０により検出されるＡＥ信号の振幅が設定値を超えた回数がしきい値Ｓ４を超えたり、検出されたＡＥ信号またはＡＥ信号をエンベロープ処理した信号がしきい値を超えたりすると、軸受に異常が発生したものと判定する。
【０１６１】
温度センサ２６０は、軸受に取り付けられ、軸受の温度を検出して診断部５９０Ａへ出力する。一般的に、軸受は、潤滑不良や軸受内部のすきまの過少などによって発熱し、転動面の変色や軟化溶着を経て焼き付き状態になると回転不能になる。そこで、軸受の温度を温度センサ２６０により検出することによって、潤滑不良等の異常を早期に検出し得る。なお、軸受に取付けられた温度センサ２６０の代わりに、前記の油温を検出する油温測定手段８を用いても良い。
【０１６２】
そして、診断部５９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊が図３１に示したような挙動を示した場合、温度センサ２６０の検出値をさらに参照することによって潤滑不良等の異常診断を行なう。なお、診断部５９０Ａは、温度センサ２６０からの検出値が予め設定された値を超えた場合に、それのみをもって軸受に異常が発生したものと判定してもよい。
【０１６３】
なお、温度センサ２６０は、たとえば、サーミスタや白金抵抗体、熱電対等によって構成される。
【０１６４】
磁気式鉄粉センサ２７０は、軸受の潤滑剤に含まれる鉄粉量を検出し、その検出値を診断部５９０Ａへ出力する。磁気式鉄粉センサ２７０は、たとえば、磁石を内蔵した電極と棒状電極とによって構成され、軸受の潤滑剤の循環経路に設けられる。そして、磁気式鉄粉センサ２７０は、潤滑剤中に含まれる鉄粉を磁石によって捕獲し、鉄粉の付着により電極間の電気抵抗が設定値以下になると信号を出力する。すなわち、軸受が摩耗すると、摩耗により生じた鉄粉が潤滑剤に混ざるので、軸受の潤滑剤に含まれる鉄粉量を磁気式鉄粉センサ２７０により検出することによって軸受６０の摩耗を検出することができる。そして、診断部５９０Ａは、磁気式鉄粉センサ２７０から信号を受けると、軸受６０に異常が発生したものと判定する。
【０１６５】
なお、特に図示しないが、磁気式鉄粉センサ２７０に代えて、光の透過率により潤滑剤の汚れを検出する光学式センサを用いてもよい。たとえば、光学式センサは、発光素子の光を潤滑油に照射し、受光素子に到達する光の強度の変化によって潤滑油中の軸受磨耗粉の量を検出する。なお、潤滑油中に異物混入がない状態の受光素子の出力値と酸化鉄を混入させたときの受光素子の出力値との比によって光の透過率が定義され、診断部５９０Ａは、その透過率が設定値を超えると、軸受に異常が発生したものと判定する。
【０１６６】
なお、図３４では、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０が示されているが、必ずしも全てを備える必要はなく、少なくとも一つのセンサを備えることによって異常診断の信頼性を高めることができる。
【０１６７】
この具体例４によれば、以上のように、種々のセンサの検出値を異常診断に併用するので、異常診断の信頼性をさらに高めることができる。特に、変位センサ２４０を併用することによって軸受内部の摩耗についても診断可能となり、ＡＥセンサ２５０を併用することによって、内部クラックが要因となって発生する剥離異常を早期に診断可能となる。また、温度センサ２６０を併用することによって潤滑不良等の異常について早期に診断可能となり、磁気式鉄粉センサ２７０や光の透過率により潤滑剤の汚れを検出する光学式センサ等を併用することによって軸受の摩耗を診断可能となる。
【０１６８】
なお、図１の変位異常の異常診断手段５２、内部クラックの異常診断手段５３、および不純物の異常診断手段５４は、いわば、図３４の診断部５９０Ａにおける、変位異常の異常診断、内部クラックの異常診断、および不純物の異常診断の各機能を行う手段を、振動異常の異常診断手段５１とは独立して設けたものである。
【０１６９】
図３５は、この転動部品の状態監視装置６を風力発電装置に適用した場合の拡張例を示す。ナセル４９０（図２）は高所に設置されるので、この風力発電装置の状況監視装置は、メンテナンス性を考慮すると、本来的にはナセル４９０から離れた場所に設置するのが望ましい。しかしながら、振動センサ７０を用いて測定される軸受の振動波形そのものを遠隔地へ転送することは、転送速度の速い送信手段が必要であり、コスト増を招く。また、上述のようにナセル４９０が高所に設置されていることを考慮すると、ナセル４９０から外部への通信手段には、無線通信を用いることが望ましい。
【０１７０】
そこで、図３５の例では、水分濃度の算出、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の算出、並びに周波数分析処理（周波数分析を併用する場合）については、ナセル４９０内に設けられるデータ処理装置において実行され、算出された水分濃度、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊並びに周波数分析結果（ピーク周波数）の各データが無線によってナセル４９０から外部へ送信される。そして、ナセル４９０から無線送信されたデータは、インターネットに接続された通信サーバによって受信され、インターネットを介して診断サーバに送信されて軸受の異常診断が実施される。
【０１７１】
図３５は、この遠隔地への通信手段を用いた風力発電装置の状況監視装置の全体構成を概略的に示した図である。図３５を参照して、風力発電装置の状況監視装置は、風力発電装置４００と、通信サーバ３１０と、インターネット３２０と、軸受状態診断サーバ３３０とを備える。
【０１７２】
風力発電装置４００の構成は、図２，３で説明したとおりである。なお、後述のように、この例における風力発電装置４００のデータ処理装置においては、診断部に代えて無線通信部が設けられる。そして、風力発電装置４００は、振動センサ７０（図１）の検出値を用いて上述した修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析結果（周波数分析を併用する場合）を算出し、その算出結果を無線により通信サーバ３１０へ出力する。
【０１７３】
通信サーバ３１０は、インターネット３２０に接続される。そして、通信サーバ３１０は、風力発電装置４００から無線により送信されたデータを受信し、その受信したデータをインターネット３２０を介して軸受状態診断サーバ３３０へ出力する。軸受状態診断サーバ３３０は、インターネット３２０に接続される。そして、軸受状態診断サーバ３３０は、通信サーバ３１０からインターネット３２０を介してデータを受信し、風力発電装置４００において算出された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析結果（周波数分析を併用する場合）に基づいて、風力発電装置４００に設けられる軸受の異常診断を行なう。
【０１７４】
〔具体例５〕
図３６は、図３５に示した風力発電装置４００に含まれるデータ処理装置における振動異常の異常診断手段５１の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３６を参照して、異常診断手段５１は、図３３に示した異常診断手段５１の構成において、診断部５９０に代えて無線通信部２８０を含む。無線通信部２８０は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析部６２０，６３０による周波数分析結果を記憶部５８０から続出し、その続出されたデータを無線により通信サーバ３１０（図３５）へ送信する。
【０１７５】
なお、同図の異常診断手段５１のその他の構成は、図３３に示した異常診断手段５１と同じである。
【０１７６】
なお、上記においては、ナセル４９０と通信サーバ３１０との間は無線通信が行なわれるものとしたが、ナセル４９０と通信サーバ３１０との間を有線で接続することも可能である。この場合は、配線が必要となるものの、無線通信装置を別途設ける必要がなくなり、かつ、一般的には有線の方が多くの情報を伝達可能であるので、ナセル４９０内においてメイン基板上に処理を集約することができる。
【０１７７】
また、上述した風力発電装置の状況監視装置は、既存の発電監視システムとは独立して構成することが望ましい。このように構成することによって、既存のシステムに変更を加えることなく、風力発電装置の状況監視装置の導入コストを抑制することができる。
【０１７８】
以上のように、この具体例５によれば、風力発電装置４００に設けられる軸受の異常診断を、遠隔地に設けられる軸受状態診断サーバ３３０において実施するので、メンテナ
ンス負荷およびコストを低減することができる。
【０１７９】
また、ナセル４９０は高所に設置されるので作業環境が劣悪であるところ、無線通信部２８０および通信サーバ３１０を設けることによりナセル４９０からの信号出力を無線化したので、ナセル４９０における配線工事を最小限に抑えることができ、ナセル４９０を支持するタワー５００内の配線工事も不要となる。
【０１８０】
図１の水分濃度算出手段９は、ナセル４９０に設置されたデータ処理装置２に設けても良く、また図３５の軸受状態診断サーバ３３０に設けても良い。
【０１８１】
今回開示された実施の形態は、すべての点て例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範回内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１８２】
１…転動装置
２…データ処理装置
３…転動部品
３Ａ…転動部品模擬体
４…ハウジング
４ａ…潤滑油貯留槽
５…潤滑油
６…状態監視装置
７…静電容量検出手段
７Ａ…静電容量・油温検出手段
８…油温測定手段
９…水分濃度監視手段
１０…水分濃度・寿命低下率等監視手段
１１…状態監視手段
１７…傾斜溝（排出されやすくする手段）
１８…寿命低下率の監視手段
１９…余寿命推定手段
２０…濃度異常の診断手段
２６…遊星歯車
５１…振動異常の異常診断手段
５２…変位異常の異常診断手段
５３…内部クラックの異常診断手段
５４…不純物の異常診断手段
５５…総合異常診断手段
７０…振動センサ
２１０…回転センサ
２４０…変位センサ
２５０…ＡＥセンサ
２７０…不純物のセンサ
４４０…増速機（転動装置）
４６１…主軸用軸受装置（転動装置）
５１０，５５０…ＨＰＦ
５２０，５６０…実効値演算部
５３０…修正振動産算出部
５４０…エンベロープ処理部
５７０…修正変調度算出部
５８０…記憶部
５９０，５９０Ａ…診断部
６００…速度関数生成部
６２０，６３０…周波数分析部
６８０…無線通信部
Ｓ１〜Ｓ５…しきい値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量検出手段および油温測定手段と、これら静電容量検出手段および油温測定手段で検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視手段と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段とを備えた転動部品の状態監視装置。
【請求項２】
請求項１において、前記転動部品が転がり軸受である転動部品の状態監視装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記寿命低下率監視手段が出力した寿命低下率と、定められた余寿命推定式とを用いて前記転動部品の余寿命を推定する余寿命推定手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記転動装置は前記転動部品を潤滑する油浴潤滑機構を持つ転動部品の状態監視装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記転動装置は前記転動部品を潤滑する循環給油機構を持つ転動部品の状態監視装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記転動装置のハウジングの内部または外部に、前記静電容量検出手段および油温測定手段が設置された静電容量および油温の測定室を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項７】
請求項５において、前記循環給油機構の潤滑油の循環経路中に、前記静電容量検出手段および油温測定手段が設置された静電容量および油温の測定室を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記測定室中の潤滑油を攪拌する攪拌手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか１項において、前記静電容量と油温の測定室中に溜める潤滑油量を１００ｍＬ以下とし、かつ変動量を±５ｍＬとする転動部品の状態監視装置。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれか１項において、前記転動装置および静電容量と油温の測定室から潤滑油よりも比重が大きい水や添加物を排出されやすくする手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記静電容量検出手段および油温測定手段として、静電容量と油温を測定できるセンサが一体型となったものを用いた転動部品の状態監視装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、この転がり軸受の振動を監視する振動センサと、この振動センサの出力を用いて前記軸受の異常を判定する振動異常の異常診断手段とを設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記振動異常の異常診断手段は、
前記振動センサを用いて測定された前記振動波形の実効値を算出する第１の演算部と、 前記振動センサを用いて測定された前記振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって前記振動波形のエンベロープ波形を生成するエンベロープ処理部と、
前記エンベロープ処理部によって生成された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する第２の演算部と、
前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値および前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する診断部を含む、
転動部品の状態監視装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記転がり軸受によって支持される軸または前記転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備え、
前記振動異常の異常診断手段は、
前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値を前記回転速度で正規化した修正振動度を算出する修正振動度算出部と、
前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を前記回転速度で正規化した修正変調度を算出する修正変調度算出部とをさらに含み、
前記診断部は、前記修正振動度および前記修正変調度に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する、転動部品の状態監視装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記診断部は、前記修正振動度および前記修正変調度の時間的変化の推移に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する、転動部品の状態監視装置。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、この転がり軸受における内外輪間の相対変位を検出する変位計と、この変位計の出力を用いて前記軸受の異常を判定する変位異常の異常診断手段とを設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、前記転動装置を構成する軸受における、アコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサと、このＡＥセンサの出力を用いて前記軸受の異常を判定する内部クラック異常の異常診断手段とを設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、潤滑油の中の摩耗粉またはその他の不純物の量を検知するセンサを設け、このセンサの出力を用いて潤滑油の異常を判定する不純物異常の異常診断手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１９】
請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項において、前記いずれかの異常診断手段は、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度が、定められたしきい値を超えた場合に、異常と判定するしきい値または判定方法を変化させるようにした転動部品の状態監視装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９のいずれか１項おいて、前記水分濃度監視手段が定められたしきい値に達した場合に異常と判定する混入水分濃度の異常診断手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０のいずれか１項において、前記転動装置が風力発電装置に設けられたものである転動部品の状態監視装置。
【請求項２２】
転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温を検出し、これらの検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視過程と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視過程で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を算出する寿命低下率計算過程とを含む転動部品の状態監視方法。
【請求項２３】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
鋼製材料からなる試験片を潤滑する潤滑油に対して、注水手段により潤滑油中に水を注入し、静電容量と油温を測定して混入水分濃度を監視し、この測定結果により得られた混入水分濃度から得られる適切な水分量を前記注水手段にフィードバックして混入水分濃度を一定の範囲に保つように水注入量を制御する鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
接触する要素間の運動機構によって接触面にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２５】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
接触する要素間の接触面に強制的にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２６】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
損傷が起きるまで加減速運転させる転がりすべり鋼製材料の疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２７】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
損傷が起きるまで揺動運転させる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２８】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
揺動運動で損傷を振動で精度よく検出できるよう、重畳する振動成分をなるべく排除するため、サーボモータの主軸と、鋼製材料の試験片を用いた試験部のスピンドルを直結させる機構の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２９】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
損傷対象を正極側として接触要素間に電流を流して損傷対象の摩耗が促進することを利用し、スピンドルの支持軸受にセラミック製の転動体を用い、モータと試験部のスピンドルの間が絶縁構造となっている転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項３０】
請求項１ないし請求項２０のいずれか１項において、前記転動装置が鉄道車両装置に設けられたものである転動部品の状態監視装置。
【請求項１】
転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温をそれぞれ検出する静電容量検出手段および油温測定手段と、これら静電容量検出手段および油温測定手段で検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視手段と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を求める寿命低下率監視手段とを備えた転動部品の状態監視装置。
【請求項２】
請求項１において、前記転動部品が転がり軸受である転動部品の状態監視装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記寿命低下率監視手段が出力した寿命低下率と、定められた余寿命推定式とを用いて前記転動部品の余寿命を推定する余寿命推定手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記転動装置は前記転動部品を潤滑する油浴潤滑機構を持つ転動部品の状態監視装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記転動装置は前記転動部品を潤滑する循環給油機構を持つ転動部品の状態監視装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記転動装置のハウジングの内部または外部に、前記静電容量検出手段および油温測定手段が設置された静電容量および油温の測定室を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項７】
請求項５において、前記循環給油機構の潤滑油の循環経路中に、前記静電容量検出手段および油温測定手段が設置された静電容量および油温の測定室を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記測定室中の潤滑油を攪拌する攪拌手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか１項において、前記静電容量と油温の測定室中に溜める潤滑油量を１００ｍＬ以下とし、かつ変動量を±５ｍＬとする転動部品の状態監視装置。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれか１項において、前記転動装置および静電容量と油温の測定室から潤滑油よりも比重が大きい水や添加物を排出されやすくする手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記静電容量検出手段および油温測定手段として、静電容量と油温を測定できるセンサが一体型となったものを用いた転動部品の状態監視装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、この転がり軸受の振動を監視する振動センサと、この振動センサの出力を用いて前記軸受の異常を判定する振動異常の異常診断手段とを設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記振動異常の異常診断手段は、
前記振動センサを用いて測定された前記振動波形の実効値を算出する第１の演算部と、 前記振動センサを用いて測定された前記振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって前記振動波形のエンベロープ波形を生成するエンベロープ処理部と、
前記エンベロープ処理部によって生成された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する第２の演算部と、
前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値および前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する診断部を含む、
転動部品の状態監視装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記転がり軸受によって支持される軸または前記転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備え、
前記振動異常の異常診断手段は、
前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値を前記回転速度で正規化した修正振動度を算出する修正振動度算出部と、
前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を前記回転速度で正規化した修正変調度を算出する修正変調度算出部とをさらに含み、
前記診断部は、前記修正振動度および前記修正変調度に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する、転動部品の状態監視装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記診断部は、前記修正振動度および前記修正変調度の時間的変化の推移に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する、転動部品の状態監視装置。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、この転がり軸受における内外輪間の相対変位を検出する変位計と、この変位計の出力を用いて前記軸受の異常を判定する変位異常の異常診断手段とを設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記転動装置を構成する監視対象の転動部品が転がり軸受であって、前記転動装置を構成する軸受における、アコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサと、このＡＥセンサの出力を用いて前記軸受の異常を判定する内部クラック異常の異常診断手段とを設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、潤滑油の中の摩耗粉またはその他の不純物の量を検知するセンサを設け、このセンサの出力を用いて潤滑油の異常を判定する不純物異常の異常診断手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項１９】
請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項において、前記いずれかの異常診断手段は、前記水分濃度監視手段で検出された混入水分濃度が、定められたしきい値を超えた場合に、異常と判定するしきい値または判定方法を変化させるようにした転動部品の状態監視装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９のいずれか１項おいて、前記水分濃度監視手段が定められたしきい値に達した場合に異常と判定する混入水分濃度の異常診断手段を設けた転動部品の状態監視装置。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０のいずれか１項において、前記転動装置が風力発電装置に設けられたものである転動部品の状態監視装置。
【請求項２２】
転動部品を含む装置である転動装置の前記転動部品を潤滑する潤滑油中の静電容量および油温を検出し、これらの検出された静電容量および油温から、定められた関係に従って油中の混入水分濃度を検出する水分濃度監視過程と、定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係を用いて、前記水分濃度監視過程で検出された混入水分濃度から前記転動装置の前記転動部品の寿命低下率を算出する寿命低下率計算過程とを含む転動部品の状態監視方法。
【請求項２３】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
鋼製材料からなる試験片を潤滑する潤滑油に対して、注水手段により潤滑油中に水を注入し、静電容量と油温を測定して混入水分濃度を監視し、この測定結果により得られた混入水分濃度から得られる適切な水分量を前記注水手段にフィードバックして混入水分濃度を一定の範囲に保つように水注入量を制御する鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
接触する要素間の運動機構によって接触面にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２５】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
接触する要素間の接触面に強制的にすべりを生じさせる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２６】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
損傷が起きるまで加減速運転させる転がりすべり鋼製材料の疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２７】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
損傷が起きるまで揺動運転させる鋼製材料の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２８】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
揺動運動で損傷を振動で精度よく検出できるよう、重畳する振動成分をなるべく排除するため、サーボモータの主軸と、鋼製材料の試験片を用いた試験部のスピンドルを直結させる機構の転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項２９】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載の転動部品の状態監視装置を用いて前記転動装置の潤滑油中の混入水分濃度を監視し、転動部品の寿命低下率を監視する方法であって、
損傷対象を正極側として接触要素間に電流を流して損傷対象の摩耗が促進することを利用し、スピンドルの支持軸受にセラミック製の転動体を用い、モータと試験部のスピンドルの間が絶縁構造となっている転がりすべり疲労寿命試験によって、混入水分濃度に対する寿命低下率の関係を求め、この求められた関係を、前記寿命低下率監視手段に、前記定められた混入水分濃度と転動部品の寿命低下率の関係として設定する転動部品の状態監視方法。
【請求項３０】
請求項１ないし請求項２０のいずれか１項において、前記転動装置が鉄道車両装置に設けられたものである転動部品の状態監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１２−１８１１６９（Ｐ２０１２−１８１１６９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５９５２（Ｐ２０１１−４５９５２）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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