JP2008128829A - 転がり軸受の超音波探傷方法及び超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受軌道面をより精度良く探傷ができるようにする。
【解決手段】内輪４の軌道面４ａを検査対象面として内輪４を軸回転させながら探傷を行う超音波探傷方法である。そして、２つの探触子８ａ、８ｂを用いて上記検査対象面４ａを探傷する。その２つの探触子８ａ、８ｂは、上記検査対象面４ａの同一の探傷箇所を異なる方向から探傷する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受の軌道面または転動面の表面に存在する欠陥の有無を検査する超音波探傷に係り、特に短寿命品を検出して、安定的な寿命を保証した高信頼性のある転がり軸受を提供するのに有効な転がり軸受の超音波探傷方法及びその超音波探傷装置に関するものである。

軌道輪などの軸受部品は、合金鋼などの金属材料から形成され、熱処理により発生した歪みによりクラックや表面疵が生じやすい。また、熱処理後の加工時に負荷が加わったり摩擦熱が発生したりすることによっても軸受部品内部にクラックが生じやすくなる。そのため、転がり軸受の組み立てに際して、クラックなどの内部欠陥や表面疵などの表面欠陥が軸受部品にあるか否かの品質検査を行っている。

転がり軸受の軌道輪に割れなどの内部欠陥や表面疵などの表面欠陥があるか否かを検査する方法としては、例えば特許文献１に記載の検査方法がある。この検査方法は、超音波探傷プローブ（探触子）を軌道輪の軌道面に対向して配置し、軌道輪を回転させながら超音波探傷プローブを軌道輪の軸方向に動かして軌道輪の全断面を超音波探傷する方法である。
特開平１１−３３７５３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、検査対象面における所定の探傷箇所に対し一方向の向きからでのみ探傷しているため、欠陥の形状によっては探傷精度が劣る場合があるという問題がある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、より精度良く探傷ができるようにすることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面として探傷を行う超音波探傷方法において、複数の探触子を用いて上記検査対象面を探傷することを特徴とするものである。
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１の構成に対し、上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、１つの検査対象面の同一の探傷箇所を異なる方向から探傷することを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、上記検査対象面の曲面に沿って軸受の軸方向に移動しながら探傷を行うことを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面とし、その検査対象面を探触子によって探傷を行う超音波探傷装置であって、１つの検査対象面を探傷する探触子を複数備えることを特徴とするものである。

次に、請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した構成に対し、上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、上記検査対象面の同一の探傷箇所に対し異なる方向から探傷可能に配置されていることを特徴とするものである。
次に、請求項６に記載した発明は、請求項４又は請求項５に記載した構成に対し、上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、上記検査対象面の曲面に沿って軸受の軸方向に移動しながら探傷を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、複数の探触子で同一の検査対象面を探傷することで、探傷精度を向上させたり、探傷時間を短くしたりすることが出来る。
このとき、請求項２又は請求項５に係る発明によれば、同一探傷箇所に対して異なる方向から探傷することで欠陥の形状によっては探傷精度が向上する。
また、請求項３又は請求項６に係る発明によれば、検査対象面である軌道面や転動面に対して、軸受軸方向に沿った断面の全箇所の探傷が可能となる。

このように、本発明では、軸受及び軸受部品の内部欠陥や溶接不良を簡便かつ迅速に検査することができるので、より高い品質管理が可能となり、コスト等の低減に貢献することができる。つまり、表面近傍〜内部まで転がり疲労応力を受ける範囲内の欠陥を保証することで、軸受短寿命品の発生の懸念をなくすことが出来、長寿命を保証した軸受の提供が可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態における超音波探傷の装置構成を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波探傷装置の概要構成図であり、図２及び図３は、探触子の配置位置を模式的に示す部分拡大図である。

（構成）
この実施形態では、ワーク４として軸受の軌道輪である内輪を例示して説明する。
図１において、符号１は、超音波伝達媒体２が貯留された液槽である。超音波伝達媒体２としては、水が使用されることが多いが、灯油その他の液体炭化水素を使用してもよい。また、その超音波伝達媒体２中には防錆剤が添加されていても良い。

その液槽１内の下部には、ワークである軸受の内輪４と、その内輪４を支持する回転テーブル３が設置される。回転テーブル３は、その上部に、軸受内輪４を、軸を鉛直方向に向けた状態で嵌め込む嵌め込み部３ａを有すると共に、モータ５によって、上記軸受の軸と同軸の回転軸まわりに回転駆動されるようになっている。そのモータ５は、モータ駆動用制御アンプ６を介して制御装置７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の駆動により回転テーブル３に設置された内輪４を所定の速度で回転する。

ここで、上記内輪４は、不図示の搬送装置で搬送されて上側から上記回転テーブル３の嵌め込み部３ａに嵌め込まれる。図１は、回転テーブル３に内輪４を嵌め込んだ状態を示している。また、上記液槽１内の超音波伝達媒体２の深さは、回転テーブル３に内輪４を嵌め込んだ状態で、その内輪４が超音波伝達媒体２に全没するだけの深さとなっている。
また、符号８ａ及び８ｂは、超音波探傷用の第１及び第２の探触子であって、本実施形態では、指向性が強く軌道面４ａの曲率の影響を受けにくい焦点型探触子を用いている。上記焦点型探触子８としては、例えば周波数５〜１０ＭＨｚ、振動子径６ｍｍの性能のものを使用する。

上記第１の探触子８ａは、アーム９ａの先端部に固定されている。その第１の探触子８ａを固定したアーム９ａは、上下に延びる第１の支持部１２ａに対し、上下方向まわりへ回転自在に回転機構を介して支持されている。回転機構は、サーボモータ、プーリ、ベルトなどから構成されて、位置合わせ用制御アンプ１１を介して制御装置７によって制御されており、上記回転機構の水平に延びる回転軸周りに上下方向の傾きが調整可能となっている。

同様に、第２の探触子８ｂも、アーム９ｂの先端部に固定されている。その第２の探触子８ｂを固定したアーム９ｂは、上下に延びる第２の支持部１２ｂに対し、上下方向まわりへ回転自在に第２の回転機構を介して支持されている。第２の回転機構は、サーボモータ、プーリ、ベルトなどから構成されて、位置合わせ用制御アンプ１１を介して制御装置７によって制御されており、上記第２の回転機構の水平に延びる回転軸周りに上下方向の傾きが調整可能となっている。なお、その第２の探触子８ｂを固定したアーム９ｂについても、上記第１の支持部１２ａに支持させ、第２の支持部１２ｂを省略しても良い。

上記探触子８ａ、８ｂを支持する第１及び第２の支持部１２ａ、１２ｂは、直動アクチュエータなどからなる昇降機構を備えて上下方向（Ｚ方向）に移動可能となっていると共に、直動アクチュエータなどの横移動機構１３、１３′で横方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能となっている。上記昇降機構１２及び横移動機構１３、１３′は、位置合わせ制御アンプ１１を介して制御装置７によって制御されることで、第１及び第２の探触子８ａ、８ｂの三次元における位置を調整する。

このように、昇降機構１２及び横移動機構１３、１３′によって第１及び第２の探触子８ａ，８ｂの位置が調整されると共に、それぞれ個別の回転機構によって、軌道面４ａに対する探触子８ａ，８ｂが、軌道の溝の曲面に沿って回転しながら、つまり軸受の軸方向に移動しなら探傷を行うことが可能となる。
そして、上記探触子８ａ，８ｂは、内輪４の検査対象面である軌道面４ａにおける同一探傷箇所に対し、互いに異なる方向から所定の入射角度の範囲内で対向配置される。

また、上記第１及び第２の探触子８ａ，８ｂは、それぞれ個別の超音波探傷器１４ａ、１４ｂからの電圧信号に応じて、超音波パルスを軸受内輪４の軌道面４ａ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対応する超音波探傷器１４ａ、１４ｂにそれぞれ送信する。
各超音波探傷器１４ａ、１４ｂは、制御装置７からの指令に基づいて、対応する探触子８ａ，８ｂ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それぞれ制御装置７に送信し、制御装置７がこれを不図示のＣＲＴ（ディスプレイ等）上などに表示する。

（動作）
上記構成の超音波探傷装置では、媒体２である超音波伝達媒体２に対し、搬送されてきた軸受内輪４が全没するように媒体２の上側から浸漬され、その内輪４を、回転テーブル３の嵌め込み部３ａに、軸を鉛直方向に向けた状態で嵌め込む。これによって、軸受内輪４の軸が液面に対し垂直状態に配置される。なお、軸受内輪４は仕上げ研磨を施してあることが好ましい。

続いて、探触子８ａ，８ｂを支持するアーム９ａ、９ｂを下降させて、探触子８ａ、８ｂの軸が共に内輪４の軌道面４ａに対向するように調整する。そして、軸受軌道面４ａの曲率に沿って一定の距離を保持したまま、アーム９ａ、９ｂが軸方向に回転（移動）し、ワークである内輪４の回転と相まって、軌道面全面の探傷を行う構成となっている。
このとき、第１の探触子８ａは、軌道面の軸方向溝半径面に対して屈折角９０度に近い入射角となるように調整される。すなわち、第１の探触子８ａの軸は、図２のように、軸受の軸方向からみて、軌道面４ａに立てた法線と一致するように配置されると共に、軸受の軸直方向からみて、図３のように、軌道面４ａに立てた法線に対し軸受軸方向に向けて所定角度傾く入射角となるように設定される。入射角は、例えば１５〜３０°の間に収まるように調整する。

また、第２の探触子８ｂは、軌道面の円周方向溝半径面に対して屈折角９０度に近い入射角となるように調整される。すなわち、第２の探触子８ｂの軸は、図２のように、軸受の軸方向からみて、軌道面４ａに立てた法線に対し円周方向に傾くと共に、軸受の軸直方向からみても、図３のように、軌道面４ａに立てた法線に対し軸受軸方向に向けて所定角度傾く入射角となるように設定される。

上記状態で、モータ５を駆動して内輪４を回転させ、内輪４の回転が安定したら、２つの探触子８ａ，８ｂを、軌道面４ａの曲面に沿って軸受軸方向に回転機構を介して回転させながら（上下方向に首振り運動をさせながら）探傷を行う。なお、この時、軌道面の断面の中心は、探触子の回転中心の軸の上にある。これによって、探傷対象の軌道面４ａ全面について探傷が行われる。

上記構成では、内輪４は中心軸を中心に軸回転している状態であるので、軌道面４ａと各探触子８ａ，８ｂの距離は一定に保持されながら、探触子８ａ，８ｂと対向する軌道面４ａの探傷箇所が円周方向に移動する。また、探触子８ａ，８ｂを上下に首振り運動させることで、軌道面４ａの曲面に沿って上下方向（軸受軸方向）に軌道面４ａに対する対向する位置が変更される。これによって、軌道面４ａ全面についての探傷、特に軌道面４ａの曲面に沿った軸受軸方向（上下方向）の探傷が行われる。

このとき、本実施形態では、同一の探傷箇所に対して同時に異なる方向から探傷を行っているので、欠陥の形状によっては探傷精度が向上する。すなわち、欠陥の形状によっては、超音波探傷の方向により探傷感度が異なっている。このため、一の探触子による一方向からの探傷感度が低い場合であっても、他の探触子による他方の方向からの探傷感度が高ければ、検出すべき欠陥として検知可能となって探傷精度が向上することになる。

例えば、図４のような形状の表面欠陥に対して、アンプ強度６０ｄＢにおいて、第１の探触子８ａによる溝半径方向からの欠陥エコー強度は９０％であったが、第２の探触子８ｂによる円周方向の欠陥エコー強度が４０％となっていた。このとき、超音波探傷の欠陥エコー強度に対する閾値を５０％としていた場合、円周方向からだけの探傷では、この欠陥を見落とす恐れがあるが、本実施形態を採用することで、複数の探触子を用いて同時に複数方向から検査面を探傷するため、このような誤診断の恐れを無くす若しくは減らすことが可能となる。このため、例えば、割損の発生等の懸念が少ない、つまり安定して長寿命な転がり軸受を供給することが可能となる。
また本実施形態では、内輪４を液体に全没させているので、内輪４が回転することによる大気からの空気の巻き込みを抑えることができる。

さらに、内輪４の軸を液面と垂直状態としていることで内輪４の回転による液体の外乱による影響を小さく抑えている。
ここで、内輪４を液体内に浸漬する際に、空気が巻き込まれて軌道面４ａに気泡が付着している可能性がある。これに鑑み、内輪４を浸漬した後に、上記超音波探傷の前若しくは、超音波探傷をしながら、上記軌道面４ａに対して超音波伝達媒体２を噴射して内輪４に付着している気泡を除去するようにしても良い。なお、軸受回転時にも軌道面４ａに気泡が付着するおそれがあるので、探傷時に探触子８ａ，８ｂの前側位置で超音波伝達媒体２の噴射を行う方が好ましい。噴射圧は、軌道輪に付着した気泡を除去若しくは除去を抑止出来る程度の大きさとする。

また、上記軸受を受ける回転テーブル３の嵌め込み部３ａの法線を鉛直上方に設定してあるため、内輪４を上側から上記嵌め込み部３ａに嵌め込むだけで、重力と回転軸が同方向になると共に、内輪４の自重による嵌め込み部３ａの面との間の摩擦抵抗の効果により、回転テーブル３を回転する際に、特にチャック等によって内輪４を回転テーブル３に固定しなくとも前記回転テーブル３と同じ回転数にて内輪４を回転可能となる。また、特開平１１−３３７５３０号公報に記載のように離間する２つのローラ上に内輪４の軸を水平にして乗せ回転させる場合に比べて、安定的に回転させることができる。そして、チャック等の拘束具を用いないことにより、構造を簡単にすることが出来るばかりか、チャックの把握時間も不要なため、サイクルタイムも短縮することが出来る。もっとも、回転テーブル３にチャック等の把握装置を付加することで、更に高速回転することが出来、探傷時間を短縮することも出来る。

ここで、上記実施形態では、１つの検査対象面に対し、２つの探触子８ａ、８ｂを使用して探傷する場合を例示しているが、３つ以上の探触子を使用して複数の方向から同一探傷箇所を探傷するようにしても良い。
また、２つの探触子８ａ、８ｂの設置位置は、接近して配置しなくても良く、ずれて配置されていても良い。例えば、軌道面に対し１８０度ずれるようにして２つの探触子８ａ、８ｂを離して配置しても良い。

また、上記実施形態では、ワークとして内輪を例示しているが、外輪をワークとする場合には、探触子８ａ、８ｂが例えば図５及び図６のような配置となる構成を採用すれば良い。この場合には、探触子８ａ、８ｂを固定したアーム９ａ、９ｂは、例えば外輪４を跨ぐコ字部材を介して上下に延びる支持部１２ａに上下方向まわり回転自在に回転機構を介して支持される。

ここで、外輪４の軌道輪が複列である場合には、上側の軌道面４ａの探傷が完了したら、回転テーブル３の回転を停止し、探触子８を上昇させて待避させた後に、図示しない搬送装置にて外輪４を持ち上げて反転し、再度回転テーブル３に嵌め置き、測定していない方の軌道面４ｂについて、上述の同様に探傷を行う。
また、通常、ハブ軸受外輪４は、２つの軌道面の軸方向の輪郭曲線が、上下方向にほぼ線対称であることから、片側の軌道面を測定後に反転して逆側の軌道面を測定することにより、探触子８の軌道面の曲面に対する追従機構は単純な構造にすることが出来る。

もっとも、軌道輪の列数に応じて探触子８ａ，８ｂを２本ずつ設置したり、両方の軌道面に対応可能な曲面追従機構を持ったりすることで、外輪４を反転せずに探傷させて、探傷の時間をより短縮することも可能である。また、反転後別のステージを設けて別の液槽で探傷すれば、１ステージ当たりの探傷時間を短縮することも出来る。
また、媒体２として、炭化水素系洗浄剤を用いると、超音波探傷工程の上工程である仕上げ研削の工程と液体を共通化することが出来る。

ここで、上記実施形態では、探触子を軌道面の曲面に沿って、軸受の軸方向に回転しながら探傷を行う入射方式を例示しているが、ワークが所定径以上、例えば１００φ以上の場合には、探触子を軌道面に沿って、軸受の軸方向に移動しながら探傷を行うオフセット方式であっても良い。
また、ハブ軸受以外の単列軸受や複列軸受やその他多列軸受の軌道輪にも上記の方法を適用できる。また、転動体の転動面についても同様に探傷することは可能である。例えば、自動調心ころ軸受やテーパーローラーハブ軸受の探傷にも適用することはできる。
また、超音波探傷装置は、上記装置構成に限定されるものではなく、他の超音波探傷装置、例えば特開平１１−３３７５３０号公報に記載されているなどを採用しても良い。

本発明に基づく実施形態に係る超音波探傷装置の概要構成図である。 本発明に基づく実施形態に係る探触子の配置を説明するための模式的平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る探触子の配置を説明するための模式的な部分拡大図である。 超音波探傷の対象となる傷の場合を説明するための図である。 本発明に基づく実施形態に係る別の探触子の配置を説明するための模式的平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る別の探触子の配置を説明するための模式的な部分拡大図である。

符号の説明

１ 液槽
２ 超音波伝達媒体
３ 回転テーブル
４ 内輪
４ａ 軌道面
５ 回転駆動用モータ
６ モータ駆動用制御アンプ
７ 制御装置
８ａ，８ｂ 探触子
１２ａ、１２ｂ 支持部
１３ 横移動機構
１４ａ，１４ｂ 超音波探傷器

Claims (6)

1. 軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面として探傷を行う超音波探傷方法において、
   複数の探触子を用いて１つの上記検査対象面を探傷することを特徴とする転がり軸受の超音波探傷方法。
2. 上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、上記検査対象面の同一の探傷箇所を異なる方向から探傷することを特徴とした請求項１に記載した転がり軸受の超音波探傷方法。
3. 上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、上記検査対象面の曲面に沿って軸受の軸方向に移動しながら探傷を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した転がり軸受の超音波探傷方法。
4. 軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面とし、その検査対象面を探触子によって探傷を行う超音波探傷装置であって、
   １つの上記検査対象面を探傷する探触子を複数備えることを特徴とする転がり軸受の超音波探傷装置。
5. 上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、上記検査対象面の同一の探傷箇所に対し異なる方向から探傷可能に配置されていることを特徴とした請求項４に記載した転がり軸受の超音波探傷装置。
6. 上記複数の探触子のうち少なくとも２つの探触子は、上記検査対象面の曲面に沿って軸受の軸方向に移動しながら探傷を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載した転がり軸受の超音波探傷装置。

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