JP2010054500A - 転動装置及びこの転動装置を用いた転動装置内部観察方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内側軌道部材3と、外側軌道部材2と、前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材との間で転動する転動体4と、前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材の間に充填した潤滑剤6とを転動装置構成部材とし、これら転動装置構成部材にX線を照射することで当該転動装置構成部材の断面についてのX線吸収率データを得るとともに、このX線吸収率データに基いて、前記断面内でのX線吸収率を所定の階調でもって表すデータを取得し、当該データに基づいて画像表示装置で表示することにより前記内側軌道部材と前記外側軌道部材の間の内部状態を観察することが可能な転動装置1において、前記内側軌道部材、前記外側軌道部材、前記転動体及び前記潤滑剤のX線吸収係数を異なるものとした。
【選択図】図2
Description
この特許文献1の方法では、内輪及び外輪の少なくとも一方の透明体越しに透視可能なグリースの表面のみを観察可能にしている。そのため、グリースの分布、形状の情報を正確に取得することができない。
さらに、特許文献7には、所定の冶具を用いてX線透過長さを均一化して測定する方法が開示されており、特許文献8には、ゴムに金属粉等のX線吸収係数の高い物質を混合させ、また、層状をなすゴムタイヤの層毎に金属粉濃度を変化させることにより、X線吸収係数の差の少ないゴムが成す層の界面を明瞭にする方法が開示されている。
また、特許文献6は、上記メタルアーチファクトやハレーションの低減には効果があるものの、金属製部材の内部に存在するX線吸収係数が低くかつ相互に差の少ない部材の分離観察は困難である。
さらに、特許文献8は、いわゆる母材、基材となるものに異物を混入させることになるため、母材・基材の変質を誘発しやすい。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、X線照射に代表される電子線、或いは放射線照射によって得られた転動装置の断層データによって転動装置の内部の状態を把握することに適した転動装置及びこの転動装置を用いた転動装置内部観察方法を提供することを目的としている。
また、請求項3記載の転動装置は、請求項2記載の転動装置において、前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材の間の軸受空間をシールする密封装置が前記転動装置構成部材として装着されており、前記内側軌道部材、前記外側軌道部材、前記転動体、前記潤滑剤、前記保持部材及び前記密封装置のX線吸収係数を異なるものとした。
また、請求項5記載の転動装置は、請求項1乃至4の何れか1項に記載の転動装置において、前記外側軌道部材及び内側軌道部材は樹脂製であり、前記転動体はセラミック製若しくはガラス製である。
さらに、請求項7記載の転動装置は、請求項1乃至6の何れか1項に記載の転動装置において、前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材の間の軸受空間に、空気より比重の大きい流体を充填した。
また、本発明に係る転動装置を用いた転動装置内部観察方法によると、転動装置の内部状態を画像表示装置で正確に観察することができる。
(第1の実施形態の転動装置の構成)
図1は、本発明に係る転動装置の一例である転がり軸受1を示す軸方向断面図、図2は、図1のA−A矢視断面図である。
外輪2の内周面の軸方向中央部には、円弧溝状の外輪軌道面2aが形成されており、内輪3の外周面の軸中央部には、外輪軌道面2aと対向する円弧溝状の内輪軌道面3aが形成されている。
外輪2及び内輪3は、金属、セラミック等の無機材料、樹脂、ゴム、エラストマー等の有機材料あるいはこれらの混合材料で形成されている。
金属材料のなかでも、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、チタンもしくはチタン合金、鉄もしくは鉄合金もしくは鉄鋼材が好ましい。軽金属になると転動装置としての機械的強度を保つのが困難であり、重金属になるとX線に代表される電子線、或いは放射線が透過しにくくなるためである。
また、外輪2及び内輪3の具体的なゴム材料は、ポリイソプレンを主成分とする天然ゴム、ニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム、アクリルゴム(ACM)、エチレンプロピレンゴム(EPM)、エチレンプロピレンジエンゴム (EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム(II R)、ウレタンゴム等の合成ゴム材料が使用できる。また、これら合成ゴム材料には、必要に応じ、カーボンブラック、クレー等の充填材や酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等の各種添加剤が添加してあってもよい。
潤滑剤6は、潤滑油、固体潤滑剤粉末、潤滑皮膜、潤滑グリース等の潤滑組成物である。転動装置の内部観察において特に観察の要求が多いのは、転動装置に封入されている潤滑グリースの状態である。すなわち、転動装置内部に封入した潤滑グリースの状態を観察することが、転動装置内部の観察の目的とされることが多い。
次に、上記構成とした転がり軸受1の内部観察を行う装置の1実施形態について、図4から図10を参照して説明する。
本実施形態の転がり軸受観察装置10は、図4に示すように、転がり軸受1に対して軸方向に直交する所定位置からX線を照射することでCT値(例えば、水を0、空気を−1000とした値)データを計測するX線CT11と、X線CT11で計測したCT値データを保存するCTデータ保存部12と、CT値データに基づいてCT画像を作成するCT画像作成演算部13と、作成したCT画像にグレースケール処理を行うグレースケール処理演算部14と、グレースケール処理演算部14でグレースケール処理を行ったデータ(グレースケール処理データ)に基づいてCT画像解析データを作成するCT画像解析処理部15と、CT画像解析処理部15で作成したCT画像解析データを表示する表示装置(画像表示装置:カラーディスプレイ)16と、X線CT11、CTデータ保存部12、画像作成演算部13、グレースケール処理演算部14、CT画像解析処理部15及び表示装置16を制御するMPU(マイクロプロセッシングユニット)17と、MPU17の操作を行う操作部18とを備えている。
グレースケール処理演算部14では、画像作成演算部13で作成したCT画像に基づき、CT値を例えば14ビットの数値で保存して214=16384階調の−8192〜8192の範囲のグレースケールで表すものである。
図5は、グレースケール処理演算部14で演算したグレースケール処理データである。このグレースケール処理データは、転がり軸受1の各構成部材を透過してX線の差で出力されたCT値を、グレースケール、すなわち濃淡(グレースケールが高い場合には白色に近い灰色であり、グレースケールが低くなっていくと濃い灰色になっていき、最も低いグレースケールが黒色)として出力されたものである。図5は、データ処理時の一例であり、横軸にグレースケール、縦軸に、グレースケール毎のセル数を示している。横軸のグレースケールは、所定のX線照射条件下、14ビット階調表示時のグリース6のグレースケール範囲近傍の範囲を示している。
ステップS2では、スイッチSW1=「1」であるか否かを判定する。ステップS2でスイッチSW1が「1」でない場合にはステップS3に移行し、スイッチSW1が「1」である場合にはリターンに移行する。
前記ステップS6では、フラグFL=「1」であるか否かを判定する。ステップS6で確認フラグが「1」であるときにはステップS7に移行し、確認フラグが「1」でない場合にはステップS11に移行する。
ステップS9では、保持器、玉の画像表示処理を実行し、次いでステップS10に移行し、スイッチSW2を「1」に設定してからリターンに移行する。
ステップS12ではスイッチSW2を「0」に設定し、次いでステップS13に移行し、スイッチSW3=「1」であるか否かを判定する。スイッチSW3が「1」でない場合にはステップS14に移行し、スイッチSW3が「1」である場合にはリターンに移行する。
前記ステップS16では、フラグFL=「3」であるか否かを判定する。ステップS16で確認フラグが「3」であるときにはステップS17に移行し、確認フラグが「3」でない場合にはリターンに移行する。
ステップS19では、グリースの画像表示処理を実行し、次いでステップS20に移行し、スイッチSW4を「1」に設定してからリターンに移行する。
先ず、X線CT11の試料載置台20に転がり軸受1を載置し、X線照射部21からX線を照射し、断面のX線吸収率を測定する。この測定を試料載置台20を回転させながら繰り返えす。これら吸収率はX線計測部23で計測され、これをCT値(CTデータ)に変換し、転がり軸受1の横断面(軸方向に直交する断面)のCT値に基づいて、CT値を14ビットの数値で保存して214= 16384階調の−8192〜8192の範囲のグレースケールで表したグレースケール処理データが作成される。
なお、本実施形態では観察用の転がり軸受として転がり軸受1を用いたが、グリースを封入した他の構成の転がり軸受、例えば図3の外輪2と内輪3の間の軸方向の開口を覆う密封装置8,8を設けた転がり軸受1のように他の転動装置であっても同様の作用効果を奏することができる。
次に、図1で示した転がり軸受1とは異なる構成の転動装置としての深溝玉軸受の内部観察方法について、図15を参照して述べる。なお、図1及び図2で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
先ず、転がり軸受の内部の設計(いわゆる内部諸元:溝R寸法、玉PCD、玉直径、保持器形状等)によるグリースの動き・挙動の違いを観察したい場合について述べる。
そして、本実施形態の深溝玉軸受の内部観察する方法では、X線CTにより外部もしくは内部状態を示す画像を取得たものと、予め測定した測定値もしくは設計値に基づきCADにより作成される転動装置の画像との差分もしくは重複部分を取得することで、軸受内部を観察する。そして、この場合、転動装置内部において、他の部材との間で相対的に位置がずれるものについては、いわゆる位置マーカとなる金属球等を埋め込んでおくことで
ある。
次に、内外輪が金属製、代表的には転がり軸受で一般に使用される高炭素クロム鋼、ステンレス鋼である場合に、それら鋼材に囲まれた内部の測定について述べる。
内外輪、すなわち、代表的な転動装置である転がり軸受1の外郭を構成する部品が、比較的厚みのある鋼材である場合、鋼材のX線吸収率が樹脂、空気、潤滑剤という軸受内部に存在する部材のX線吸収率よりも、はるかに高いものとなる。このため、軸受内部における鋼材と、樹脂、空気、潤滑剤との境界部では、いわゆるハレーションが発生し、内部状況の確認が困難になることが多い。また、比較的X線吸収率の高い、かつ、比較的厚みのある鋼材を透過してきたX線で軸受内部に存在する樹脂、空気、潤滑剤との区別を明確にすることは、困難である場合が多い。
例えば、グリースを封入した転がり軸受の場合、いわゆる転がり軸受の内部空間の100%を満たすグリース量を封入することはほとんど無い。また、初期に100%のグリースを封入しても、転がり軸受の回転により何%かは転がり軸受外に漏出し、内部には空間 (空気・空隙)が存在することになる。
Claims (8)
- 内側軌道部材と、外側軌道部材と、前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材との間で転動する転動体と、前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材の間に充填した潤滑剤とを転動装置構成部材とし、これら転動装置構成部材にX線を照射することで当該転動装置構成部材の断面についてのX線吸収率データを得るとともに、このX線吸収率データに基いて、前記断面内でのX線吸収率を所定の階調でもって表すデータを取得し、当該データに基づいて画像表示装置で表示することにより前記内側軌道部材と前記外側軌道部材の間の内部状態を観察することが可能な転動装置において、
前記内側軌道部材、前記外側軌道部材、前記転動体及び前記潤滑剤のX線吸収係数を異なるものとしたことを特徴とする転動装置。 - 前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材との間に、前記転動体の転動状態を保持する保持部材が前記転動装置構成部材として装着されており、
前記内側軌道部材、前記外側軌道部材、前記転動体、前記潤滑剤及び前記保持部材のX線吸収係数を異なるものとしたことを特徴とする請求項1記載の転動装置。 - 前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材の間の軸受空間をシールする密封装置が前記転動装置構成部材として装着されており、
前記内側軌道部材、前記外側軌道部材、前記転動体、前記潤滑剤、前記保持部材及び前記密封装置のX線吸収係数を異なるものとしたことを特徴とする請求項2記載の転動装置。 - 前記画像データを、前記X線吸収率を14ビットの階調範囲で示したときに、前記転動装置の階調範囲が、185階調の範囲となるように前記転動装置構成部材の材料を選定したことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の転動装置。
- 前記外側軌道部材及び内側軌道部材は樹脂製であり、前記転動体はセラミック製若しくはガラス製であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の転動装置。
- 前記保持部材は樹脂製であることを特徴とする請求項2乃至5の何れか1項に記載の転動装置。
- 前記内側軌道部材及び前記外側軌道部材の間の軸受空間に、空気より比重の大きい流体を充填したことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の転動装置。
- 請求項1乃至7の何れか1項に記載の転動装置を使用し、X線CTにより内部を観察することを特徴とする転動装置内部観察方法。
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