JP2006242580A - 転動部材の検査方法及び検査装置、並びに転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で、且つ簡単に異材混入又は熱処理不良の有無を低コストで正確に検査することができる転動部材の検査方法を提供する。
【解決手段】 転動部材１０に衝撃力を付与する衝撃力付与手段１１と、前記衝撃力により発生した衝撃音を集音する集音手段１２と、該集音手段１２により集音された音を周波数解析する周波数解析手段１３と、該周波数解析手段１３により得られた解析結果と予め求めておいた基準周波数データとを比較解析することにより、転動部材１０の異材混入又は熱処理不良の有無を判断する比較手段１４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、音響法による部材の周波数解析法を用いて転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を検査する方法及び装置並び転動装置に関する。

例えば軸受鋼を用いた軸受リングでは、熱処理が正常になされると焼入れ硬さＨＲＣ６０〜６４程度の硬度を有するが、未熱処理品はＨＲＣ２０〜２５であるため、この軸受リングを用いて転がり軸受を製造した場合、軸受寿命が非常に短寿命となる。また、複数の軸受鋼の軸受リングの中に浸炭鋼の軸受リングが混入した場合、軸受鋼の熱処理を行ったとしても未浸炭品はＨＲＣ３８程度までしか硬度がなく、未浸炭品の軸受リングを用いて転がり軸受を製造した場合、上記同様に短寿命となってしまう。

そこで、従来においては、軸受の組立前の工程で、非破壊検査法により転動部材の異材混入や熱処理不良の有無の検査を各種部品毎に行っている。
非破壊検査方法としては、例えば電磁誘導の原理を用いた貫通型過流探傷法が比較的簡易的なため一般的に用いられている。この貫通型過流探傷法は、環状コイルの中にワークを通過させ、良品との導電率、透磁率の比較により、一定の閾値を超えたか否かで異材混入の有無等を判断する方法である（例えば非特許文献１参照）。
特殊鋼４６巻６号（（社）特殊鋼倶楽部発行、１９９７、Ｐ２６）

しかしながら、上記従来の貫通型過流探傷法による転動部材の検査方法においては、部材個々の寸法変化や送り時の振動等による部材とセンサ間の距離のばらつきや部材硬度のばらつき等により良品までも不良と判定する誤判定が発生し、特に熱処理品質の良否判定にあっては、熱処理のばらつきに起因した誤判定が発生する場合がある。この場合、再検査による品質確認や破壊検査が別途必要となり、検査が煩雑になり、コスト高となってしまう。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、短時間で、且つ簡単に異材混入又は熱処理不良の有無を低コストで正確に検査することができる転動部材の検査方法及び検査装置並びに転動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、転動部材の検査方法において、前記転動部材に衝撃力を付与してそのときの衝撃音を周波数解析し、該解析結果と予め求めておいた基準周波数データとを比較解析することにより、前記転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を検査することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記解析結果と前記基準周波数データとの比較解析をコンピュータで行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記衝撃音をマイクロフォンで集音することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記周波数解析により共振周波数を検出することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記転動部材が、ボールねじ装置のねじ軸、ナット、及び直動案内軸受装置の案内レール、スライダ、並びに転がり軸受の内輪、外輪の内のいずれかであることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、転動部材の検査装置において、前記転動部材に衝撃力を付与する衝撃力付与手段と、前記衝撃力により発生した衝撃音を集音する集音手段と、該集音手段により集音された音を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数解析手段により得られた解析結果と予め求めておいた基準周波数データとを比較解析することにより、前記転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を判断する比較手段とを備えたことを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項６において、前記集音手段がマイクロフォンであることを特徴とする。
請求項８において、請求項６又は７において、前記周波数解析手段により共振周波数を検出することを特徴とする。

請求項９に係る発明は、外側転動部材と内側転動部材との間に複数の転動体が転動可能に配設された転動装置において、
前記外側転動部材及び前記内側転動部材の内の少なくとも一方の転動部材が請求項１〜４のいずれか一項に記載した転動部材の検査方法によって品質が保証されていることを特徴とする。
ここで、転動装置の外側転動部材としては、例えば、転がり軸受では外輪、リニアガイド装置ではスライダ（又は案内レール）、ボールねじ装置ではナットを挙げることができ、内側転動部材としては、転がり軸受では内輪、リニアガイド装置では案内レール（又はスライダ）、ボールねじ装置ではねじ軸を挙げることができる。

本発明によれば、転動部材に衝撃力を付与してそのときの衝撃音を周波数解析し、該解析結果と予め求めておいた基準周波数データとを比較解析することにより、前記転動部材の異材混入不良又は熱処理不良の有無を検査するようにしているので、短時間で、且つ簡単に転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を低コストで正確に検査することができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である転動部材の検査装置を説明するための概略斜視図、図２は本発明例の音響解析による検査法で測定した熱処理完了品と未熱処理品との共振周波数の解析結果を示すグラフ図である。なお、この実施の形態では、転動部材として、転がり軸受の軸受リングを例に採る。

本発明の実施の形態の一例である転動部材の検査装置は、図１に示すように、軸受リング１０にハンマ１１ａを介して衝撃力を付与するインパクト装置（衝撃力付与手段）１１と、前記衝撃力により発生した衝撃音を集音するマイクロフォン（集音手段）１２と、該マイクロフォン１２により集音された音を周波数解析して共振周波数を検出する周波数解析装置（周波数解析手段）１３と、該周波数解析装置１３により得られた共振周波数の帯域及び強度と予め実験等により求めておいた良品の基準周波数データとを比較解析することにより、軸受リング１０の異物混入又は熱処理不良（例えば未熱処理品や熱処理不良品）の有無を判断する比較手段１４とを備えている。

比較手段１４は、例えばパーソナルコンピュータ等を用いることができ、基準周波数データとして、予め実験等により求めておいた良品の軸受リングの共振周波数の帯域及び強度（例えば波形）が図示しない記憶領域に格納されており、この基準周波数データと周波数解析装置１３から得られた検査対象の軸受リング１０の共振周波数の解析データ（例えば波形）とを比較して、前記周波数解析装置１３から得られた共振周波数の解析データのピーク値（共振点）が前記基準周波数データの共振周波数のピーク値（共振点）よりも予め設定（異物混入検査と熱処理不良検査とで個々に設定）された所定の周波数幅以上（＋側又は−側）の場合、又は基準周波数のピーク値の位置（帯域）に検査対象リングのピーク値がない場合は、軸受リング１０に異物混入又は熱処理不良があると判断し、そうでない場合は良品と判断して、その判断結果をディスプレイ１４ａに表示し、これにより、転がり軸受を組み立てる前に軸受リング１０の異物混入又は熱処理不良の有無を検査する。

このようにこの実施の形態では、軸受リング１０に衝撃力を付与してそのときの衝撃音を周波数解析し、該解析結果と予め求めておいた基準周波数データとを比較解析することにより、軸受リング１０の異材混入又は熱処理不良の有無を検査するようにしているので、短時間で、且つ簡単に軸受リング１０の異材混入又は熱処理不良の有無を低コストで正確に検査することができる。

外径φ１００ｍｍの球面ころ軸受２２２１１Ｈの外輪の熱処理、研削完了品を５０００個製作し、内１個に未熱処理品を混入させて、図１の検査装置を用いた本発明例の音響解析による検査法（実施例１）および従来の貫通型の過流探傷法（比較例１）により熱処理不良の検査を行った。
検査結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明例である実施例１は、５０００個中ＮＧとなったのは未熱処理品の１個のみであったのに対し、比較例１では１回目の検査では３個のＮＧが発見された。その後、ＮＧ品の再現性を見るため、実施例１及び比較例１共に再度ＮＧ品の検査を行った結果、実施例１は再度１個ＮＧであり、比較例１は未熱処理品の１個のみが再ＮＧとなった。

図２に、本発明例の音響解析による検査法で測定した熱処理完了品（ＯＫ品＝良品）と未熱処理品（ＮＧ品＝不良品）との共振周波数の解析結果を示す。図２から判るように、良品と不良品とでは、周波数のピークが６５〜９０Ｈｚずれており、例えば前記所定の周波数をこの値に設定することにより、不良品を除去して良品のみを選択して使用することができる。

なお、本実施例では、不良品は良品より低い周波数側にずれているが、混入する異材や熱処理不良品の種類によっては、高い周波数側にずれることもあり、良品か不良品かを判定する前記所定の周波数も６５〜９０Ｈｚに限らず、適宜設定することができる。この場合、予め求めておいた良品の基準周波数データのばらつきを基に設定することが一般的である。

次に、上記同様の軸受名番にて軸受鋼（ＳＵＪ２）を素材に使用した外輪の熱処理、研削完了品を５０００個製作し、内２個に浸炭鋼（ＳＣＲ４２０）にて製作した外輪を混入させて、図１の検査装置を用いた本発明例の音響解析による検査法（実施例２）および従来の貫通型の過流探傷法（比較例２）により異材混入検査を行った。尚、異材としての浸炭鋼は、浸炭後焼入れ、焼き戻し処理を行ったもの、および未浸炭のまま焼入れ、焼き戻しを行ったものを各１個を混入させた。
検査結果を表２に示す。

表２から明らかなように、本発明例である実施例２は、５０００個中ＮＧとなったのは混入させた異材２個のみであったのに対し、比較例２では１回目の検査では５個のＮＧ品が発見された。その後、ＮＧ品の再現性を見るため、実施例２及び比較例２共に再度ＮＧ品の検査を行った結果、実施例２は再度２個ＮＧであり、比較例２では混入させた２個のみが再ＮＧとなった。

以上の結果より、本発明では、従来のように、部材個々の寸法変化や送り時の振動等による部材とセンサ間の距離のばらつき、部材硬度のばらつき、熱処理のばらつき等の影響を受けにくいので、１度の検査で転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を判断することができ、これにより、短時間で、且つ簡単に転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を低コストで正確に検査することができ、従来に比べて検査の信頼性を高めることができることが確認できた。

なお、本発明は上記実施の形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、転動部材として、転がり軸受の軌道輪を例に採ったが、これに代えて、転動部材として、ボールねじ装置のねじ軸、ナット、或いは直動案内軸受装置の案内レール、スライダを採用して本発明を適用してもよい。

本発明の実施の形態の一例である転動部材の検査装置を説明するための概略斜視図である。 本発明例の音響解析による検査法で測定した熱処理完了品と未熱処理品との共振周波数の解析結果を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ 軸受リング（転動部材）
１１ インパクト装置（衝撃力付与手段）
１２ マイクロフォン（集音手段）
１３ 周波数解析装置（周波数解析手段）
１４ パーソナルコンピュータ（比較手段）

Claims (9)

1. 転動部材に衝撃力を付与してそのときの衝撃音を周波数解析し、該解析結果と予め求めておいた基準周波数データとを比較解析することにより、前記転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を検査することを特徴とする転動部材の検査方法。
2. 前記解析結果と前記基準周波数データとの比較解析をコンピュータで行うことを特徴とする請求項１に記載した転動部材の検査方法。
3. 前記衝撃音をマイクロフォンで集音することを特徴とする請求項１又は２に記載した転動部材の検査方法。
4. 前記周波数解析により共振周波数を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載した転動部材の検査方法。
5. 前記転動部材が、ボールねじ装置のねじ軸、ナット、及び直動案内軸受装置の案内レール、スライダ、並びに転がり軸受の内輪、外輪の内のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の転動部材の検査方法。
6. 転動部材に衝撃力を付与する衝撃力付与手段と、前記衝撃力により発生した衝撃音を集音する集音手段と、該集音手段により集音された音を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数解析手段により得られた解析結果と予め求めておいた基準周波数データとを比較解析することにより、前記転動部材の異材混入又は熱処理不良の有無を判断する比較手段とを備えたことを特徴とする転動部材の検査装置。
7. 前記集音手段がマイクロフォンであることを特徴とする請求項６に記載した転動部材の検査装置。
8. 前記周波数解析手段により共振周波数を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載した転動部材の検査装置。
9. 外側転動部材と内側転動部材との間に複数の転動体が転動可能に配設された転動装置において、
   前記外側転動部材及び前記内側転動部材の内の少なくとも一方の転動部材が請求項１〜４のいずれか一項に記載した転動部材の検査方法によって品質が保証されていることを特徴とする転動装置。

Images