JP2000130447A - 転がり軸受 - Google Patents
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高荷重，高面圧などの過酷な環境下で使用され
軸受であっても、その表層部に内部欠陥がないことを保
証することにより、短寿命品発生の懸念がない長寿命な
転がり軸受を提供する。 【解決手段】例えばバックアップロール用軸受の軌道面
表層部を、超音波探傷法にて数多く検査を行っうと、顕
微鏡観察でのサンプル評価においては清浄度が良好なも
のの軸受の中にも、ごくまれにある深さで数百μｍもの
大きさの介在物が見つかることがあり、この介在物が短
寿命品発生の原因になるという事実に鑑み、２％Ｄａ深
さ×軌道面を被検体積として、その中に存在する非金属
介在物の大きさを長さ５００μｍ未満好ましくは１００
μｍ未満に規制する。ここに、２％Ｄａ深さとは、軌道
輪の表面から転動体平均直径の２％までの深さをいう。
軸受であっても、その表層部に内部欠陥がないことを保
証することにより、短寿命品発生の懸念がない長寿命な
転がり軸受を提供する。 【解決手段】例えばバックアップロール用軸受の軌道面
表層部を、超音波探傷法にて数多く検査を行っうと、顕
微鏡観察でのサンプル評価においては清浄度が良好なも
のの軸受の中にも、ごくまれにある深さで数百μｍもの
大きさの介在物が見つかることがあり、この介在物が短
寿命品発生の原因になるという事実に鑑み、２％Ｄａ深
さ×軌道面を被検体積として、その中に存在する非金属
介在物の大きさを長さ５００μｍ未満好ましくは１００
μｍ未満に規制する。ここに、２％Ｄａ深さとは、軌道
輪の表面から転動体平均直径の２％までの深さをいう。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は転がり軸受に係
り、特に、例えばロールネック軸受に代表される鉄鋼用
軸受のように高荷重，高面圧という過酷な使用条件にお
いても、突発的な短寿命品の発生がなく安定的な寿命が
保証できる転がり軸受に関する。
り、特に、例えばロールネック軸受に代表される鉄鋼用
軸受のように高荷重，高面圧という過酷な使用条件にお
いても、突発的な短寿命品の発生がなく安定的な寿命が
保証できる転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、軸受の使用環境はますます厳しく
なっており、鉄鋼設備に使用されている軸受などでは高
荷重，高面圧化が進んでいる。こうした状況のもとで鉄
鋼設備用の軸受に求められる要求として、長寿命化軸受
はもとよりのこと、更には突発的に発生する短寿命軸受
の撲滅が強く求められるに至っている。これは、予め定
められた一定時間毎にラインの点検，整備が行われてい
る連続生産体制においては、その所定運転時間に達しな
い短寿命の軸受が発生すると運転時間内でのラインスト
ップとなり、多大な損害が生じることとなるためであ
る。
なっており、鉄鋼設備に使用されている軸受などでは高
荷重，高面圧化が進んでいる。こうした状況のもとで鉄
鋼設備用の軸受に求められる要求として、長寿命化軸受
はもとよりのこと、更には突発的に発生する短寿命軸受
の撲滅が強く求められるに至っている。これは、予め定
められた一定時間毎にラインの点検，整備が行われてい
る連続生産体制においては、その所定運転時間に達しな
い短寿命の軸受が発生すると運転時間内でのラインスト
ップとなり、多大な損害が生じることとなるためであ
る。
【０００３】軸受の耐久度をはばむ要因の一つに、材料
中の欠陥，損傷が挙げられるが、軸受に使用される鋼素
材については、最近、例えば製鋼工程で棒鋼などに圧延
後に、超音波探傷などを利用して全数を対象に内部欠陥
の検査を行うようになってきた（特殊鋼４６巻６号，Ｐ
３１参照，（社）特殊鋼倶楽部編）。この工程内検査
は、地きずやブローホール，圧延・鍛造時の未圧着部な
ど、鋼材内部に存在する穴（欠陥）の検出が主目的の検
査であり、２〜５ＭＨｚ程度の低い周波数を用いて探傷
するもので、これにより数ミリ程度の大きな欠陥はなく
なってきている。しかしながら、圧延されたままの鋼材
は内部の結晶粒および表面層が粗く、この影響でノイズ
が大きくなり高精度な探傷は不可能である。
中の欠陥，損傷が挙げられるが、軸受に使用される鋼素
材については、最近、例えば製鋼工程で棒鋼などに圧延
後に、超音波探傷などを利用して全数を対象に内部欠陥
の検査を行うようになってきた（特殊鋼４６巻６号，Ｐ
３１参照，（社）特殊鋼倶楽部編）。この工程内検査
は、地きずやブローホール，圧延・鍛造時の未圧着部な
ど、鋼材内部に存在する穴（欠陥）の検出が主目的の検
査であり、２〜５ＭＨｚ程度の低い周波数を用いて探傷
するもので、これにより数ミリ程度の大きな欠陥はなく
なってきている。しかしながら、圧延されたままの鋼材
は内部の結晶粒および表面層が粗く、この影響でノイズ
が大きくなり高精度な探傷は不可能である。
【０００４】一方、軸受材料中の非金属介在物が軸受自
体の寿命に大きな影響を及ぼすことが知られている。例
えば鉄鋼設備のバックアップロール軸受は、主に油潤滑
による良好な潤滑状態で高荷重にて使用されているが、
この様な潤滑形態の軸受の場合、軌道面表層部近傍に非
金属介在物があると、これが起点になってき裂等の欠陥
が発生し、軸受寿命が短縮されることがわかってきた。
体の寿命に大きな影響を及ぼすことが知られている。例
えば鉄鋼設備のバックアップロール軸受は、主に油潤滑
による良好な潤滑状態で高荷重にて使用されているが、
この様な潤滑形態の軸受の場合、軌道面表層部近傍に非
金属介在物があると、これが起点になってき裂等の欠陥
が発生し、軸受寿命が短縮されることがわかってきた。
【０００５】このため、近年、軸受素材中に存在する硬
い介在物（主に、Ａｌ2 Ｏ3 を主体とした酸化物系の介
在物や、ＴｉＮを主体としたＴｉ系の介在物など）の個
数を規定することにより、軸受の清浄度を大幅に向上さ
せて軸受寿命の延長を狙った提案が多くなされている。
い介在物（主に、Ａｌ2 Ｏ3 を主体とした酸化物系の介
在物や、ＴｉＮを主体としたＴｉ系の介在物など）の個
数を規定することにより、軸受の清浄度を大幅に向上さ
せて軸受寿命の延長を狙った提案が多くなされている。
【０００６】例えば、特開平６−１４５８８３号では、
被検面積３２０ｍｍ2 中に存在する１０μｍ以上のＡｌ
2 Ｏ3 の個数を９個以内および５μｍ以上のＴｉＮの個
数を９個以内とする高清浄化鋼を使用することで軸受の
長寿命化が保証できるとされている。同様な介在物数を
限定することで長寿命軸受を狙った例としては、本出願
人が先に出願した特開平３−５６６４０号，特開平７−
１０９５４１号、その他特開平５−１１７８０４号，特
開平６−１９２７９０号などが開示されている。
被検面積３２０ｍｍ2 中に存在する１０μｍ以上のＡｌ
2 Ｏ3 の個数を９個以内および５μｍ以上のＴｉＮの個
数を９個以内とする高清浄化鋼を使用することで軸受の
長寿命化が保証できるとされている。同様な介在物数を
限定することで長寿命軸受を狙った例としては、本出願
人が先に出願した特開平３−５６６４０号，特開平７−
１０９５４１号、その他特開平５−１１７８０４号，特
開平６−１９２７９０号などが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の各公報に開示さ
れた技術はいずれも、介在物の量を規定するにあたり、
例えば３２０ｍｍ2 中や１６５ｍｍ2 中などの如く極々
少ない一定の面積内を顕微鏡等で観察し、この面積中に
検出された介在物の個数によって清浄度を規定してい
る。
れた技術はいずれも、介在物の量を規定するにあたり、
例えば３２０ｍｍ2 中や１６５ｍｍ2 中などの如く極々
少ない一定の面積内を顕微鏡等で観察し、この面積中に
検出された介在物の個数によって清浄度を規定してい
る。
【０００８】しかしながら、こうして精浄度を向上させ
た鋼材といえども、その鋼材の全数の介在物を検査，検
証しているわけではない。いいかえると、極々小さい一
定面積を代表的に観察することで、軸受全体および軸受
素材の精浄度を評価していることになる。
た鋼材といえども、その鋼材の全数の介在物を検査，検
証しているわけではない。いいかえると、極々小さい一
定面積を代表的に観察することで、軸受全体および軸受
素材の精浄度を評価していることになる。
【０００９】本願発明者らは、この点に関して問題意識
をもち鋭意調査研究を進めた。例えば圧延機のバックア
ップロール用軸受の軌道面表層部を、超音波探傷法にて
数多く検査を行ったところ、顕微鏡観察でのサンプル評
価においては清浄度が良好な軸受の中にも、ごくまれ
に、例えば表面から数ｍｍ程度の深さまでで、数百μｍ
もの大きさの介在物が見つかることが判明した。
をもち鋭意調査研究を進めた。例えば圧延機のバックア
ップロール用軸受の軌道面表層部を、超音波探傷法にて
数多く検査を行ったところ、顕微鏡観察でのサンプル評
価においては清浄度が良好な軸受の中にも、ごくまれ
に、例えば表面から数ｍｍ程度の深さまでで、数百μｍ
もの大きさの介在物が見つかることが判明した。
【００１０】すなわち、軌道面の表面における被検面積
の小さい範囲を顕微鏡で精査して良好な結果が得られた
としても、必ずしも大きな介在物は存在しないことが保
証されるものではない。ましてや、バックアップロール
のような大きな軸受の場合は、軌道面の面積が大きいた
めより大きな荷重を受けることとなり、そのため応力を
受ける部分の深さも深くなるから、従来のように軸受の
軌道面表面のみを精密検査するのみでは、特に突発的に
発生する短寿命軸受の撲滅までは難しいという問題点が
ある。
の小さい範囲を顕微鏡で精査して良好な結果が得られた
としても、必ずしも大きな介在物は存在しないことが保
証されるものではない。ましてや、バックアップロール
のような大きな軸受の場合は、軌道面の面積が大きいた
めより大きな荷重を受けることとなり、そのため応力を
受ける部分の深さも深くなるから、従来のように軸受の
軌道面表面のみを精密検査するのみでは、特に突発的に
発生する短寿命軸受の撲滅までは難しいという問題点が
ある。
【００１１】本発明は、鋼材を転がり軸受にしたときの
非金属介在物の存在する位置が軸受の長寿命化への重要
な要因となる事実に着目してなされたものであり、転が
り接触面から一定の深さ迄の範囲内に内部欠陥がないこ
とを保証することにより、鉄鋼用軸受のように高荷重，
高面圧などの過酷な環境下で使用しても、短寿命品発生
の懸念がない長寿命な転がり軸受を提供することを目的
とする。
非金属介在物の存在する位置が軸受の長寿命化への重要
な要因となる事実に着目してなされたものであり、転が
り接触面から一定の深さ迄の範囲内に内部欠陥がないこ
とを保証することにより、鉄鋼用軸受のように高荷重，
高面圧などの過酷な環境下で使用しても、短寿命品発生
の懸念がない長寿命な転がり軸受を提供することを目的
とする。
【００１２】
【問題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る本発明の転がり軸受は、少なくと
も軌道輪の、２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積内に存在
する非金属介在物の大きさが長さ５００μｍ未満である
ことを特徴とする。
めに、請求項１に係る本発明の転がり軸受は、少なくと
も軌道輪の、２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積内に存在
する非金属介在物の大きさが長さ５００μｍ未満である
ことを特徴とする。
【００１３】ここに、２％Ｄａ深さとは、軌道輪，転動
体の表面から転動体平均直径の２％までの深さを表す。
本発明の転がり軸受にあっては、少なくとも軌道輪の素
材として、不純物成分である酸素（Ｏ）の含有量が９ｐ
ｐｍ以下、イオウ（Ｓ）の含有量が０．００５重量％以
下である鋼を使用することができる。
体の表面から転動体平均直径の２％までの深さを表す。
本発明の転がり軸受にあっては、少なくとも軌道輪の素
材として、不純物成分である酸素（Ｏ）の含有量が９ｐ
ｐｍ以下、イオウ（Ｓ）の含有量が０．００５重量％以
下である鋼を使用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 （第１の実施の形態）本願発明者らは、先に述べたバッ
クアップロール等の軸受の軌道面の超音波探傷におい
て、ごくまれに検出することがあった大きな欠陥エコー
部を詳細に調査した所、長さ数百μｍにわたる大きな非
金属介在物が見いだされた。
を参照して説明する。 （第１の実施の形態）本願発明者らは、先に述べたバッ
クアップロール等の軸受の軌道面の超音波探傷におい
て、ごくまれに検出することがあった大きな欠陥エコー
部を詳細に調査した所、長さ数百μｍにわたる大きな非
金属介在物が見いだされた。
【００１５】そこで、更にこの欠陥エコ一の強度と発見
された介在物の長さ，大きさ及び軸受寿命との相関を見
極めるべく、当該軸受の寿命試験を多数行った結果、長
さ５００μｍ以上の非金属介在物が、２％Ｄａ深さ内に
存在した場合に、軸受寿命が極端に低下することが判っ
た。特に、長さ１００μｍ以上の非金属介在物が前記深
さ内に存在しなければ、より安定した長寿命が得られる
ことが判明した。
された介在物の長さ，大きさ及び軸受寿命との相関を見
極めるべく、当該軸受の寿命試験を多数行った結果、長
さ５００μｍ以上の非金属介在物が、２％Ｄａ深さ内に
存在した場合に、軸受寿命が極端に低下することが判っ
た。特に、長さ１００μｍ以上の非金属介在物が前記深
さ内に存在しなければ、より安定した長寿命が得られる
ことが判明した。
【００１６】本発明において、介在物の存在位置を２％
Ｄａ深さ内に規定した理由は、すなわち転がり軸受の軌
道輪と転動体とが転がり接触する際に発生するせん断応
力の値が最大となる深さは、その表面から転動体平均直
径の２％未満であること、当該せん断応力が大きな非金
属介在物に作用して剥離を発生させることによる。
Ｄａ深さ内に規定した理由は、すなわち転がり軸受の軌
道輪と転動体とが転がり接触する際に発生するせん断応
力の値が最大となる深さは、その表面から転動体平均直
径の２％未満であること、当該せん断応力が大きな非金
属介在物に作用して剥離を発生させることによる。
【００１７】本願発明と従来の発明の被検体積を例示す
る。 １）８５０ＲＶ１１３３（４列円筒ころ軸受）の場合： 内輪内径；８５０ｍｍ：外輪外径１１８０ｍｍ、幅６５
０ｍｍ、ころ径８０ｍｍの当該軸受の軌道輪における２
％Ｄａ深さ迄の被検体積を求めると、内輪は約３．１×
１０6 ｍｍ3 、外輪は約３．０×１０6 ｍｍ3 となる。
る。 １）８５０ＲＶ１１３３（４列円筒ころ軸受）の場合： 内輪内径；８５０ｍｍ：外輪外径１１８０ｍｍ、幅６５
０ｍｍ、ころ径８０ｍｍの当該軸受の軌道輪における２
％Ｄａ深さ迄の被検体積を求めると、内輪は約３．１×
１０6 ｍｍ3 、外輪は約３．０×１０6 ｍｍ3 となる。
【００１８】１個の軸受で、内輪，外輪を調べることに
なるから、合計で６．１×１０6 ｍｍ3 である。 ２）ＮＵ３３３６（円筒ころ軸受）の場合： 内輪内径；１８０ｍｍ：外輪外径３８０ｍｍ、幅１５０
ｍｍ、ころ径４８ｍｍの当該軸受の軌道輪における２％
Ｄａ深さ迄の被検体積を求めると、内輪は約１．１×１
０5 ｍｍ3 、外輪は約１．５×１０5 ｍｍ3 となり、同
じく内輪，外輪の合計２．６×１０5 ｍｍ3 となる。
なるから、合計で６．１×１０6 ｍｍ3 である。 ２）ＮＵ３３３６（円筒ころ軸受）の場合： 内輪内径；１８０ｍｍ：外輪外径３８０ｍｍ、幅１５０
ｍｍ、ころ径４８ｍｍの当該軸受の軌道輪における２％
Ｄａ深さ迄の被検体積を求めると、内輪は約１．１×１
０5 ｍｍ3 、外輪は約１．５×１０5 ｍｍ3 となり、同
じく内輪，外輪の合計２．６×１０5 ｍｍ3 となる。
【００１９】これに対して、従来技術に説明した被検体
積３２０ｍｍ2 を深さ１０μｍの立方体としてスライス
した場合を計算すると、３．２ｍｍ3 程度の被検体積に
相当する。上記のように２倍して１個の軸受の被検体積
を求めると６．２ｍｍ3 となる。
積３２０ｍｍ2 を深さ１０μｍの立方体としてスライス
した場合を計算すると、３．２ｍｍ3 程度の被検体積に
相当する。上記のように２倍して１個の軸受の被検体積
を求めると６．２ｍｍ3 となる。
【００２０】以上の例から明らかなように、本願発明が
対象とする非金属介在物を検査する被検体積は、従来技
術に比べて桁違いに大きいため、その軸受寿命との相関
の信頼性も同様に高く、しかも非破壊的に行うことがで
きる。本発明において、２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体
積内の非金属介在物の有無を検出するには、２〜３０Ｍ
Ｈｚの探傷子を用いて、表面波法又は斜角入射法により
超音波探傷するのが良い。周波数２ＭＨｚ未満では、長
さ１００μｍの非金属介在物が検出できない可能性があ
る。
対象とする非金属介在物を検査する被検体積は、従来技
術に比べて桁違いに大きいため、その軸受寿命との相関
の信頼性も同様に高く、しかも非破壊的に行うことがで
きる。本発明において、２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体
積内の非金属介在物の有無を検出するには、２〜３０Ｍ
Ｈｚの探傷子を用いて、表面波法又は斜角入射法により
超音波探傷するのが良い。周波数２ＭＨｚ未満では、長
さ１００μｍの非金属介在物が検出できない可能性があ
る。
【００２１】一方、３０ＭＨｚを超えると超音波は軸受
内で著しく減衰してしまうために、２％Ｄａ深さまでの
検出ができない。因みに、超音波探傷における欠陥の検
出限界は波長の１／２といわれており、横波（横波の鋼
中音速は３２３０ｍ／ｓ）を用いる斜角探傷により１０
０μｍを越える非金属介在物を検出する場合の使用周波
数は１６ＭＨｚ以上となる。
内で著しく減衰してしまうために、２％Ｄａ深さまでの
検出ができない。因みに、超音波探傷における欠陥の検
出限界は波長の１／２といわれており、横波（横波の鋼
中音速は３２３０ｍ／ｓ）を用いる斜角探傷により１０
０μｍを越える非金属介在物を検出する場合の使用周波
数は１６ＭＨｚ以上となる。
【００２２】以下に、本発明の実施例と比較例とについ
て行った比較試験について述べる。被検体として形式Ｎ
Ｕ３３３６の円筒ころ軸受を表１の材料にて作成し、そ
の軸受の内輪および外輪の軌道面を超音波探傷装置にて
検査した。
て行った比較試験について述べる。被検体として形式Ｎ
Ｕ３３３６の円筒ころ軸受を表１の材料にて作成し、そ
の軸受の内輪および外輪の軌道面を超音波探傷装置にて
検査した。
【００２３】
【表１】 図１は、その超音波探傷検査装置の概略図である。図中
の符号１は超音波伝達媒体としての水が貯留された水槽
である。この水槽１内に、被検体転がり軸受の外輪（ま
たは内輪）完成品である軸受リング２及び超音波深傷用
探触子３が、それぞれ水に浸漬された状態で配置されて
いる。超音波深傷用探触子３としては、指向性が強く軸
受リング２の曲率の影響を受けにくい焦点型探触子を用
いている。
の符号１は超音波伝達媒体としての水が貯留された水槽
である。この水槽１内に、被検体転がり軸受の外輪（ま
たは内輪）完成品である軸受リング２及び超音波深傷用
探触子３が、それぞれ水に浸漬された状態で配置されて
いる。超音波深傷用探触子３としては、指向性が強く軸
受リング２の曲率の影響を受けにくい焦点型探触子を用
いている。
【００２４】軸受リング２は、水槽１内に水平方向に互
いに離間配置された二個のプーリ４に載置されており、
各プーリ４及び回転駆動用モータ５のモータ軸に固定さ
れたプーリ６には、ベルト７が正三角形状に巻き掛けら
れている。回転駆動用モータ５は、モータ駆動用制御ア
ンプ８を介して制御装置９によって制御されるようにな
っており、回転駆動用モータ５の駆動により各プーリ４
に載置された軸受リング２が所定の速度で回転するよう
になっている。なお、制御装置９は、ＣＲＴ等の表示手
段を備えたパーソナルコンピュータ等で構成されてい
る。
いに離間配置された二個のプーリ４に載置されており、
各プーリ４及び回転駆動用モータ５のモータ軸に固定さ
れたプーリ６には、ベルト７が正三角形状に巻き掛けら
れている。回転駆動用モータ５は、モータ駆動用制御ア
ンプ８を介して制御装置９によって制御されるようにな
っており、回転駆動用モータ５の駆動により各プーリ４
に載置された軸受リング２が所定の速度で回転するよう
になっている。なお、制御装置９は、ＣＲＴ等の表示手
段を備えたパーソナルコンピュータ等で構成されてい
る。
【００２５】超音波深傷用探触子３は、軸受リング２の
軸方向に沿って移動可能に配置されたリニアガイド装置
１０により支持されたＸＹステージ１２に、探触子取付
具１３を介して取り付けられており、軸受リング２の軌
道面に対向配置されている。その超音波深傷用探触子３
は、超音波深傷装置１４からの電圧信号に応じた超音波
パルスを、軸受リング２の内周面に向けて送信すると共
にその反射エコーを受信し、これを電圧信号に変換して
超音波深傷装置１４に送信する。
軸方向に沿って移動可能に配置されたリニアガイド装置
１０により支持されたＸＹステージ１２に、探触子取付
具１３を介して取り付けられており、軸受リング２の軌
道面に対向配置されている。その超音波深傷用探触子３
は、超音波深傷装置１４からの電圧信号に応じた超音波
パルスを、軸受リング２の内周面に向けて送信すると共
にその反射エコーを受信し、これを電圧信号に変換して
超音波深傷装置１４に送信する。
【００２６】超音波深傷装置１４は、制御装置９からの
指令に基づいて超音波深傷用探触子３に電圧信号からな
る指令信号を送信するとともに、送信した信号と受信し
た信号とを基にして得られた探傷情報を制御装置９に送
信し、制御装置９がこれをＣＲＴ上に表示する。
指令に基づいて超音波深傷用探触子３に電圧信号からな
る指令信号を送信するとともに、送信した信号と受信し
た信号とを基にして得られた探傷情報を制御装置９に送
信し、制御装置９がこれをＣＲＴ上に表示する。
【００２７】リニアガイド装置１０は、リニアガイド用
コントローラ１６によって制御される図示しないサーボ
モータを介して、超音波深傷用探触子３を軸受リング２
の軸方向に移動させるようになっている。リニアガイド
用コントローラ１６は、軸受リング２の外周面に設置さ
れたロータリエンコーダ１５により軸受リング２が一回
転（３６０°）したことが探知されると、制御装置９か
らの指令に基づいてサーボモータを制御し、超音波探傷
用探触子３を軸受リング２の軸方向に所定寸法移動させ
る。これにより、軸受リング２の全軌道表面の探傷がな
されるようになっている。
コントローラ１６によって制御される図示しないサーボ
モータを介して、超音波深傷用探触子３を軸受リング２
の軸方向に移動させるようになっている。リニアガイド
用コントローラ１６は、軸受リング２の外周面に設置さ
れたロータリエンコーダ１５により軸受リング２が一回
転（３６０°）したことが探知されると、制御装置９か
らの指令に基づいてサーボモータを制御し、超音波探傷
用探触子３を軸受リング２の軸方向に所定寸法移動させ
る。これにより、軸受リング２の全軌道表面の探傷がな
されるようになっている。
【００２８】深傷は次の条件により水深式で行った。 深傷子：焦点型探傷子（振動子径６ｍｍ） 周波数：１５ＭＨｚ 軸受リング２に入射する超音波の屈折角が３０°、そし
て入射された超音波の屈折角が５°になるように設置
し、おのおのの入射条件にて２％Ｄａ深さまで十分探傷
できる状態で探傷を行った。
て入射された超音波の屈折角が５°になるように設置
し、おのおのの入射条件にて２％Ｄａ深さまで十分探傷
できる状態で探傷を行った。
【００２９】この検査の結果１００ミクロン以上の欠陥
が全く存在しないことが確認された外輪を使用し、これ
に超音波探傷の結果表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．５に示す５
００ミクロン以上および１００ミクロン以上の大きな非
金属介在物が検出された内輪を組み合わせた円筒ころ軸
受を被検体として寿命試験に供した。
が全く存在しないことが確認された外輪を使用し、これ
に超音波探傷の結果表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．５に示す５
００ミクロン以上および１００ミクロン以上の大きな非
金属介在物が検出された内輪を組み合わせた円筒ころ軸
受を被検体として寿命試験に供した。
【００３０】軸受寿命試験は寿命試験機を用いて以下の
条件でおこなった。図２はその寿命試験機の要部断面図
である。被検体軸受２０の転動体２１が転動する外輪２
２をハウジング２４に組み込むと共に、内輪２３を回転
軸（ロール）２５に嵌合し、油圧によるラジアル荷重Ｆ
ｒを軸受に負荷し、回転軸２５を回転させながら耐久寿
命試験を行った。
条件でおこなった。図２はその寿命試験機の要部断面図
である。被検体軸受２０の転動体２１が転動する外輪２
２をハウジング２４に組み込むと共に、内輪２３を回転
軸（ロール）２５に嵌合し、油圧によるラジアル荷重Ｆ
ｒを軸受に負荷し、回転軸２５を回転させながら耐久寿
命試験を行った。
【００３１】軸受：円筒ころ軸受ＮＵ３３３６ ラジアル荷重：８００ＫＮ（Ｐ／Ｃ＝０．５） 内輪回転数：１０００ｒＰｍ 潤滑：グリス 表１における実施例１および実施例２は、鋼種がそれぞ
れＳＵＪ２、ＳＣＲ４２０と異なってはいるものの、２
％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積において非金属介在物が
５００ミクロン以上はもとより、１００ミクロン以上の
介在物も発見されず、軸受寿命試験時間１００Ｈｒを越
えても剥離は発生しなかった。
れＳＵＪ２、ＳＣＲ４２０と異なってはいるものの、２
％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積において非金属介在物が
５００ミクロン以上はもとより、１００ミクロン以上の
介在物も発見されず、軸受寿命試験時間１００Ｈｒを越
えても剥離は発生しなかった。
【００３２】これに対して、比較例１は、鋼種ＳＣＲ４
２０の軸受について超音波探傷を行い、内輪の軌道面側
において５００ミクロン以上の介在物が２個、１００ミ
クロン以上の介在物が５個発見されたものである。この
軸受を被検体として寿命試験行ったところ、寿命試験時
間１２Ｈｒで剥離が生じた。
２０の軸受について超音波探傷を行い、内輪の軌道面側
において５００ミクロン以上の介在物が２個、１００ミ
クロン以上の介在物が５個発見されたものである。この
軸受を被検体として寿命試験行ったところ、寿命試験時
間１２Ｈｒで剥離が生じた。
【００３３】比較例２は、鋼種ＳＵＪ２の軸受ついて超
音波探傷を行い、内輪の軌道面側において５００ミクロ
ン以上の介在物が１個、１００ミクロン以上の介在物が
４個発見されたものである。この軸受を被検体として寿
命試験行った結果、寿命試験時間１５Ｈｒで剥離が生じ
た。
音波探傷を行い、内輪の軌道面側において５００ミクロ
ン以上の介在物が１個、１００ミクロン以上の介在物が
４個発見されたものである。この軸受を被検体として寿
命試験行った結果、寿命試験時間１５Ｈｒで剥離が生じ
た。
【００３４】比較例３は、鋼種ＳＣＲ４４０の軸受につ
いて超音波探傷を行い、内輪の軌道面側において５００
ミクロン以上の介在物は発見されなかったが、１００ミ
クロン以上の介在物が２個発見されたものである。この
軸受を被検体として寿命試験行った結果、上記比較例
１、２と比較して軸受寿命は向上したものの寿命試験時
間６０Ｈｒで剥離が生じてしまった。
いて超音波探傷を行い、内輪の軌道面側において５００
ミクロン以上の介在物は発見されなかったが、１００ミ
クロン以上の介在物が２個発見されたものである。この
軸受を被検体として寿命試験行った結果、上記比較例
１、２と比較して軸受寿命は向上したものの寿命試験時
間６０Ｈｒで剥離が生じてしまった。
【００３５】以上のことから、軸受の短寿命品をなくす
ためには、軌道面の２％Ｄａ深さの範囲内の５００ミク
ロン以上の介在物を規制することが有効であり、特に長
寿命化を図るには１００ミクロン以上の介在物を規制す
ることが好ましい。 （第２の実施の形態）本願発明者らは、また、超音波探
傷により平均粒径１００μｍ以上さらには５００ミクロ
ン以上の大きな非金属介在物が発見された軸受につい
て、その鋼素材の不純物組成の調査を行った結果、軸受
におけるそれらの大きな非金属介在物の発生は、鋼素材
中の不純物組成である酸素Ｏ及びイオウＳの含有量を規
制することで減少させることが可能なことを見いだし
た。
ためには、軌道面の２％Ｄａ深さの範囲内の５００ミク
ロン以上の介在物を規制することが有効であり、特に長
寿命化を図るには１００ミクロン以上の介在物を規制す
ることが好ましい。 （第２の実施の形態）本願発明者らは、また、超音波探
傷により平均粒径１００μｍ以上さらには５００ミクロ
ン以上の大きな非金属介在物が発見された軸受につい
て、その鋼素材の不純物組成の調査を行った結果、軸受
におけるそれらの大きな非金属介在物の発生は、鋼素材
中の不純物組成である酸素Ｏ及びイオウＳの含有量を規
制することで減少させることが可能なことを見いだし
た。
【００３６】具体的には、軸受の短寿命品をなくすべく
長さ５００ミクロン以上さらには１００ミクロン以上の
非金属介在物の存在を規制するためには、不純物組成と
して酸素：９ｐｐｍ以下およびイオウ：０．００５重量
％以下に低減することが必要な条件であることが判明し
た。
長さ５００ミクロン以上さらには１００ミクロン以上の
非金属介在物の存在を規制するためには、不純物組成と
して酸素：９ｐｐｍ以下およびイオウ：０．００５重量
％以下に低減することが必要な条件であることが判明し
た。
【００３７】その理由は以下の通りである。酸素Ｏは、
鋼中において酸化物系であるＡｌ2 Ｏ3 およびＣａＯ，
ＭｇＯなどの介在物組成として存在する。またイオウＳ
は、硫化物系であるＭｎＳ，ＣａＳなどの介在物組成と
して存在する。鋼中には、さらにこれらの介在物が複合
的に重なり集まることで、ある一定の長さ，幅を持つ非
金属介在物、例えばＡｌ2 Ｏ 3 −ＭｇＯ−ＣａＯとか、
Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＣａＯ−ＭｎＳ等として存在する
ことが判った。
鋼中において酸化物系であるＡｌ2 Ｏ3 およびＣａＯ，
ＭｇＯなどの介在物組成として存在する。またイオウＳ
は、硫化物系であるＭｎＳ，ＣａＳなどの介在物組成と
して存在する。鋼中には、さらにこれらの介在物が複合
的に重なり集まることで、ある一定の長さ，幅を持つ非
金属介在物、例えばＡｌ2 Ｏ 3 −ＭｇＯ−ＣａＯとか、
Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＣａＯ−ＭｎＳ等として存在する
ことが判った。
【００３８】すなわち、これらの不純物を形成する成分
である酸素を９ｐｐｍ以下、およびイオウを０．００５
重量％以下に抑えることで、平均粒径５００ミクロン以
上さらには１００ミクロン以上の非金属介在物の発生を
規制でき、ひいては軸受の短寿命品をなくすことができ
る。
である酸素を９ｐｐｍ以下、およびイオウを０．００５
重量％以下に抑えることで、平均粒径５００ミクロン以
上さらには１００ミクロン以上の非金属介在物の発生を
規制でき、ひいては軸受の短寿命品をなくすことができ
る。
【００３９】このように、不純物組成が酸素９ｐｐｍ以
下およびイオウ０．００５重量％以下である鋼を得るに
は、電気炉および高炉にて溶解の後，ＶＡＲ法（真空ア
ーク再溶解）を実施する方法などが有効である。以下
に、本発明の実施例と比較例とについて行った比較試験
について述べる。
下およびイオウ０．００５重量％以下である鋼を得るに
は、電気炉および高炉にて溶解の後，ＶＡＲ法（真空ア
ーク再溶解）を実施する方法などが有効である。以下
に、本発明の実施例と比較例とについて行った比較試験
について述べる。
【００４０】前記第１の実施の形態と同様に、被検体と
して形式ＮＵ３３３６の円筒ころ軸受の構成部品を表２
の鋼素材を用いて作成した。
して形式ＮＵ３３３６の円筒ころ軸受の構成部品を表２
の鋼素材を用いて作成した。
【００４１】
【表２】 さらに不純物組成を限定したものとして、表２に示す不
純物組成（Ｓ、Ｏ）の鋼材を素材として被検体の軸受を
Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０まで各２００個製作した。そし
て、得られた当該軸受の内輪および外輪の軌道面を、前
記同様にそれぞれ超音波探傷装置で検査し、所定の欠陥
（非金属介在物）の有無を確認した。なお、前記Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．５の場合と同様に、外輪にはあらかじめ５０
０ミクロン以上および１００ミクロン以上の欠陥が無い
ことを超音波探傷で確認したものを使用し、内輪のみに
ついて非金属介在物の大きさと個数評価を行った。
純物組成（Ｓ、Ｏ）の鋼材を素材として被検体の軸受を
Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０まで各２００個製作した。そし
て、得られた当該軸受の内輪および外輪の軌道面を、前
記同様にそれぞれ超音波探傷装置で検査し、所定の欠陥
（非金属介在物）の有無を確認した。なお、前記Ｎｏ．
１〜Ｎｏ．５の場合と同様に、外輪にはあらかじめ５０
０ミクロン以上および１００ミクロン以上の欠陥が無い
ことを超音波探傷で確認したものを使用し、内輪のみに
ついて非金属介在物の大きさと個数評価を行った。
【００４２】評価方法は、上記実施例と同条件で各内輪
の全数（２００個）の超音波深傷を行い、２％Ｄａ深さ
×軌道面の被検体積において、５００ミクロン以上の非
金属介在物が存在していた軸受の個数を調査した。さら
に、１００ミクロン以上の非金属介在物が存在していた
軸受の個数を調査した。
の全数（２００個）の超音波深傷を行い、２％Ｄａ深さ
×軌道面の被検体積において、５００ミクロン以上の非
金属介在物が存在していた軸受の個数を調査した。さら
に、１００ミクロン以上の非金属介在物が存在していた
軸受の個数を調査した。
【００４３】次に、非金属介在物が存在していた場合
は、その中で一番大きい介在物を含んでいたものを代表
とし、また介在物が存在していなかった場合は、ランダ
ムに一個を選び出して、寿命試験評価に供した。表２に
おける実施例３，４，５は、鋼種がそれぞれＳＵＪ２，
ＳＣＲ４２０，ＳＣＲ４４０であり、不純物組成Ｓ、Ｏ
が本発明の限定範囲内（Ｓ：０．０５％以下、０：９ｐ
ｐｍ以下）にある鋼素材を用いたため、製品軸受の内輪
の２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積内において、５００
ミクロン以上の非金属介在物は存在しなかった。また、
第１の実施形態と同様に、各実施例の代表軸受について
の寿命試験行った結果、寿命試験時間１００Ｈｒ以上を
行っても剥離は生じなかった。
は、その中で一番大きい介在物を含んでいたものを代表
とし、また介在物が存在していなかった場合は、ランダ
ムに一個を選び出して、寿命試験評価に供した。表２に
おける実施例３，４，５は、鋼種がそれぞれＳＵＪ２，
ＳＣＲ４２０，ＳＣＲ４４０であり、不純物組成Ｓ、Ｏ
が本発明の限定範囲内（Ｓ：０．０５％以下、０：９ｐ
ｐｍ以下）にある鋼素材を用いたため、製品軸受の内輪
の２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積内において、５００
ミクロン以上の非金属介在物は存在しなかった。また、
第１の実施形態と同様に、各実施例の代表軸受について
の寿命試験行った結果、寿命試験時間１００Ｈｒ以上を
行っても剥離は生じなかった。
【００４４】これに対して、比較例４は、鋼素材の不純
物成分のＳ、Ｏが限定範囲を超えており、製品軸受の内
輪の２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積内において５００
ミクロン以上の非金属介在物が存在するものが３個、１
００ミクロン以上の介在物が存在する軸ものが８個検出
された。このうちの５００ミクロン以上の介在物が見つ
かった中で一番大きな介在物が存在した軸受を寿命試験
に供した結果、寿命試験時間１０Ｈｒと非常に短寿命で
あった。
物成分のＳ、Ｏが限定範囲を超えており、製品軸受の内
輪の２％Ｄａ深さ×軌道面の被検体積内において５００
ミクロン以上の非金属介在物が存在するものが３個、１
００ミクロン以上の介在物が存在する軸ものが８個検出
された。このうちの５００ミクロン以上の介在物が見つ
かった中で一番大きな介在物が存在した軸受を寿命試験
に供した結果、寿命試験時間１０Ｈｒと非常に短寿命で
あった。
【００４５】次に比較例５は、鋼素材の不純物成分のう
ちＳが限定範囲を超えており、製品軸受の内輪の２％Ｄ
ａ深さ×軌道面の被検体積内において５００ミクロン以
上の非金属介在物は存在しないものの、１００ミクロン
以上の介在物が存在する軸受が２個検出された。この１
００ミクロン以上の介在物が見つかった軸受のうち、一
番大きな介在物が存在した軸受を寿命試験に供した結
果、上記比較例４よりは長いものの寿命試験時間８３Ｈ
ｒで剥離が生じた。
ちＳが限定範囲を超えており、製品軸受の内輪の２％Ｄ
ａ深さ×軌道面の被検体積内において５００ミクロン以
上の非金属介在物は存在しないものの、１００ミクロン
以上の介在物が存在する軸受が２個検出された。この１
００ミクロン以上の介在物が見つかった軸受のうち、一
番大きな介在物が存在した軸受を寿命試験に供した結
果、上記比較例４よりは長いものの寿命試験時間８３Ｈ
ｒで剥離が生じた。
【００４６】以上のことから、不純物組成としてＳ：
０．０５％以下、およびＯ：９ｐｐｍ以下とした鋼材を
使用することで、製品軸受における５００ミクロン以上
および１００ミクロン以上の大きな非金属介在物を規制
することができ、ひいては短寿命の軸受を無くすことが
できることが明らかである。
０．０５％以下、およびＯ：９ｐｐｍ以下とした鋼材を
使用することで、製品軸受における５００ミクロン以上
および１００ミクロン以上の大きな非金属介在物を規制
することができ、ひいては短寿命の軸受を無くすことが
できることが明らかである。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、軸受軌道輪と転動体とが転がり接触する際
に発生するせん断応力の値が最大となる深さである２％
Ｄａと軌道面との積で示される範囲を被検体積とし、製
品軸受の全数を対象にして非金属介在物の大きさおよび
有無を規制するものとしたため、従来のサンプル評価に
よる清浄度規制によるものとは異なり、高荷重，高面圧
という過酷な使用条件においても突発的な短寿命品の発
生がなく安定的な寿命が保証できるという効果を奏す
る。
明によれば、軸受軌道輪と転動体とが転がり接触する際
に発生するせん断応力の値が最大となる深さである２％
Ｄａと軌道面との積で示される範囲を被検体積とし、製
品軸受の全数を対象にして非金属介在物の大きさおよび
有無を規制するものとしたため、従来のサンプル評価に
よる清浄度規制によるものとは異なり、高荷重，高面圧
という過酷な使用条件においても突発的な短寿命品の発
生がなく安定的な寿命が保証できるという効果を奏す
る。
【図１】本発明に用い得る超音波探傷装置の一例を示す
概略図である。
概略図である。
【図２】軸受の寿命試験機の要部断面図である。
２０ 転がり軸受 ２１ 転動体 ２２ 外輪 ２３ 内輪
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AC08 BB01 BB02 BB06 BC07 BC12 EA11 EA21 GA19 GB24 GH04 3J101 AA13 AA24 AA32 AA42 AA52 AA62 BA70 EA03 EA04 FA31 GA36 3J103 DA05 FA12 FA26 GA17 HA08 HA32
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも軌道輪の、２％Ｄａ深さ×軌
道面の被検体積内に存在する非金属介在物の大きさが、
長さ５００μｍ未満であることを特徴とする転がり軸
受。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10307427A JP2000130447A (ja) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | 転がり軸受 |
| US09/428,792 US6287010B1 (en) | 1998-10-28 | 1999-10-28 | Rolling bearing |
| DE19952010A DE19952010B4 (de) | 1998-10-28 | 1999-10-28 | Verfahren zum Testen eines Rollenlagers und Vorrichtung zur Durchführung desselben |
| US09/756,217 US6276210B2 (en) | 1998-10-28 | 2001-01-09 | Rolling bearing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10307427A JP2000130447A (ja) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | 転がり軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000130447A true JP2000130447A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=17968940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10307427A Pending JP2000130447A (ja) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | 転がり軸受 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6287010B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000130447A (ja) |
| DE (1) | DE19952010B4 (ja) |
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| WO2002057656A1 (fr) * | 2001-01-17 | 2002-07-25 | Nsk Ltd. | Corps de rotation et glissement d'un variateur de vitesses de type toroidal |
| WO2003038295A1 (en) * | 2001-10-31 | 2003-05-08 | Nsk Ltd. | Rolling bearings |
| WO2003060507A1 (fr) | 2002-01-17 | 2003-07-24 | Nsk Ltd. | Acier pour roulements, procede d'evaluation d'inclusions de grandes dimensions dans ledit acier, et roulement |
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| JP2006234807A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-09-07 | Nsk Ltd | 欠陥検出方法 |
| JP2016080416A (ja) * | 2014-10-13 | 2016-05-16 | 日本精工株式会社 | エコー検出位置表示ユニット |
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| US6859604B2 (en) * | 2003-01-30 | 2005-02-22 | Panduit Corp. | Tuning tool for tunable fiber optic connector |
| CA2456608C (en) * | 2003-01-31 | 2009-01-06 | Universidad Tecnica Federico Santa Maria | A system to determine and analyze the dynamic internal load in revolving mills, for mineral grinding |
| DE102006043570A1 (de) * | 2006-09-16 | 2008-03-27 | Schaeffler Kg | Verfahren zum Prüfen einer Lagerkomponente |
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