JP2011038881A - 転動装置の観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転動装置内に存在する空気領域を示すＸ線断層像のハレーション発生を防止することで、転動装置内に封入されている潤滑剤の分布、形状を正確に観察する。
【解決手段】内側軌道部材、外側軌道部材、転動体及び潤滑剤を備えた転動装置１にＸ線を照射することで転動装置の断面のＸ線吸収率を得るとともに、この断面のＸ線吸収率をグレースケール処理して画像データとして取得し、この画像データを画像表示装置で表示することにより前記転動装置の内部状態を観察する方法である。Ｘ線照射部からフィルタ２４を介して転動装置１にＸ線が照射される。フィルタは、転動装置内部に存在する空気に仮想的な肉厚を存在させてＸ線吸収率を持たせることが可能な所定のＸ線の照射線量を通過させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、Ｘ線照射により画像データを取得して転動装置の内部の状態を観察する方法に関する。

グリース（潤滑剤）を封入した転がり軸受（転動装置）は、グリース潤滑による軸受寿命の延長を図るために、転がり軸受を構成する内輪（内側軌道部材）及び外輪（外側軌道部材）の軌道面のどの部分にグリースが存在しているか（グリース分布）、グリースがどのように付着しているか（グリース形状）といったグリース状態を検査する必要がある。
従来、内輪（内側軌道部材）及び外輪（外側軌道部材）の少なくとも一方をアクリル酸樹脂等の透明体で構成し、この透明体越しにグリースを透視することで、転がり軸受内のグリース状態の情報を取得する方法が知られている（例えば特許文献１）。

この特許文献１の方法は、内輪及び外輪の少なくとも一方の透明体越しに透視したグリースの表面のみを観察しているだけなので、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。
そこで、例えば特許文献２，３に示すように、試料内部にＸ線を照射し、試料内部のＸ線吸収係数（Ｘ線吸収率）の違いに基づくＸ線透過像の画像処理を行って試料内部を検査する方法、或いは、特許文献４に示すように、グリースを封入した転がり軸受にＸ線を照射してＸ線断層像を撮影し、Ｘ線断層像の濃色域の面積変化及び位置変化を比較してグリース状態の情報を取得する方法が知られている。

これら特許文献２〜４の技術を利用したグリースを封入した転がり軸受のＸ線断層像では、転がり軸受を構成する構成部材（内輪、外輪及び転動体）と、転がり軸受内に封入されたグリースと、グリースとともに転がり軸受内に存在している空気の領域とが観察されるようになっている。

特開２００５−６９２８８号公報 特開２００１−２０１４６５号公報 特開２００７−１１１５２５号公報 特開２００７−１５５５３４号公報

しかし、構成部材（内輪、外輪及び転動体）のＸ線吸収率は、転がり軸受内に封入された空気と比較して高く、しかも肉厚が存在する構成部材と比較して空気の肉厚が無限小となっているので、Ｘ線断層像の空気領域がハレーションを引き起し、空気の領域の周辺部がぼやけたＸ線断層像となってグリースの存在が消えてしまい、グリースの分布、形状を撮影することができない。

そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決するものであって、転動装置内に存在する空気領域を示すＸ線断層像のハレーション発生を防止することで、転動装置内に封入されている潤滑剤の分布、形状を正確に観察することができる転動装置の観察方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内側軌道部材、外側軌道部材、転動体及び潤滑剤を備えた転動装置にＸ線を照射することで前記転動装置の断面のＸ線吸収率を得るとともに、この断面のＸ線吸収率をグレースケール処理して画像データとして取得し、この画像データを画像表示装置で表示することにより前記転動装置の内部状態を観察する方法であって、Ｘ線照射部からフィルタを介して前記転動装置にＸ線を照射することで、前記フィルタを通過したＸ線の照射線量を、前記転動装置内部に存在する空気に仮想的な肉厚を存在させてＸ線吸収率を持たせることが可能な所定の値に設定することを特徴とする転動装置の観察方法である。

本発明に係る転がり軸受の観察方法によると、Ｘ線照射部からフィルタ介して転動装置に照射するＸ線の照射線量を、転動装置内部に存在する空気に仮想的な肉厚を存在させてＸ線吸収率を持たせることが可能な所定の値に設定しているので、転動装置内部に封入された潤滑剤及び空気の境界部分にハレーションが発生しない。このため、転動装置内の潤滑剤の分布、形状を正確に取得することができる。

内部観察用の転がり軸受の軸方向断面を示す図である。 図１のＡ−Ａ線矢視図である。 転がり軸受の観察を行う軸受観察装置の構成を示す図である。 転がり軸受内部に存在する空気を画像表示した図である。 転がり軸受内部の保持器、転動体を画像表示した図である。 転がり軸受の内輪・外輪を画像表示した図である。 転がり軸受に封入されているグリースを画像表示した図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（転がり軸受の構成）
図１は、本発明に係る転動装置の１実施形態の転がり軸受１を示す軸方向断面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面である。

図１に示すように、転がり軸受１は、外輪２と、内輪３と、これら外輪２及び内輪３の間に複数個組み込まれる玉４と、複数個の玉４を等配して案内する冠形の保持器５とを備えている。
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。

図２に示すように、外輪軌道面２ａ、内輪軌道面３ａ及び保持器５で囲まれた転がり軸受１の内部には、所定の分布、形状でグリース６が封入されているとともに、グリース６とは異なる内部領域に空気（気泡）７が存在している。
外輪２及び内輪３は、ＳＵＪ２等の鋼材で形成されている。
玉４は、セラミック、ガラス、若しくはＳＵＪ２等の鋼材を材料としており、セラミックの具体的な材料としては、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂）、硬質カーボン、およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等が挙げられる。

保持器５は、ＳＰＣＣ鋼板、黄銅等の金属、若しくはフッ素系樹脂、或いは耐熱性樹脂を材料としており、具体的な材料としては、例えばテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンとポリベンゾイミダゾールとのコポリマー（ＰＥＥＫ−ＰＢＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、カーボンウイスカー、アラミド繊維、芳香族ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維、グラファイトウイスカー、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイスカー、アルミナウイスカー、窒化アルミニウムウイスカー、ウォラストナイト等の繊維状充填材を配合した材料が挙げられる。

グリース６は、基油、増ちょう剤、添加剤の種類、配合割合は特に制限がなく、基油として鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油等を用い、増ちょう剤としてリチウム石けん等の金属石けん、ウレア系化合物等が用いられている。

（転がり軸受観察装置）
次に、上記構成とした転がり軸受１の観察を行う転がり軸受観察装置の１実施形態について、図３から図７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３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、医療用の場合、水を０、空気を−１０００とした値）データを計測するＸ線ＣＴ１１と、この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（画像データ）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、例えば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、所定の階調範囲ごとに濃淡を強調表示する。
ＣＴ画像解析処理部１５は、転がり軸受１の各構成部材の形状が把握できるデータ、最終的にグリース６の分布、形状が把握できるデータを作成する。

Ｘ線ＣＴ１１は、軸方向が鉛直方向（重力方向）を向くように、且つ軸回りに回転自在となるように転がり軸受１を載置している試料載置台２０と、転がり軸受１に対して軸方向に直交する方向からＸ線を照射するＸ線照射部２１と、Ｘ線照射部２１を上下方向に移動させる移動部２２と、転がり軸受１のＣＴ値を計測するＸ線計測部２３とを備えている。試料載置台２０は、転がり軸受１を軸回りに回転させる機能を有している。

ここで、Ｘ線照射部２１から出射するＸ線の照射線量を調節するフィルタ２４が設けられている。このフィルタ２４は、厚さを２〜６mmとし、表面にクロムメッキを施した銅製のフィルタである。
そして、Ｘ線照射部２１から出射したＸ線がフィルタ２４を通過することで、Ｘ線が転がり軸受１に照射されるＸ線の照射線量が、空気（気泡）７に仮想的な肉厚を存在させてある程度のＸ線吸収率を持たせるように設定されるようになっている。

次に、上記構成の転がり軸受観察装置１０を使用して転がり軸受１の観察を行う手順及び作用効果について説明する。
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線を照射すると、フィルタ２４を通過した照射線量が１５〜２５R／minのＸ線が転がり軸受１に照射される。そして、Ｘ線計測部２３で計測した転がり軸受１の横断面（軸方向に直交する断面）のＣＴデータに基づいて、例えば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、所定範囲のグレースケール処理データが作成される。

そして、先ず表示装置１６には、転がり軸受１内の空気（図２の符号７）の位置を示す情報が表示される。すなわち、表示装置１６には、図４に示すように、例えば「０」以下のグレースケール（グレースケール≦０）の領域を、空気を示すものとして青色に変換したＣＴ画像解析データが表示される。

次いで、表示装置１６には、保持器５、玉４の位置を示す情報が表示される。すなわち、表示装置１６には、図５に示すように、「０」以下のグレースケール（グレースケール≦０）の領域を黒色に変換し、「３５」以上のグレースケール（グレースケール≧３５）の領域を、保持器５、玉４を示すものとして黄色に変換したＣＴ画像解析データが表示される。

次いで、表示装置１６には、内輪３、外輪２の位置を示す情報が表示される。すなわち、表示装置１６には、図６に示すように、「０」以下のグレースケール（グレースケール≦０）の領域と、「３５」以上のグレースケール（グレースケール≧３５）を黒色に変換し、「１２」以上であり「２３」以下のグレースケール（１２≦グレースケール≦２３）の領域を、外輪２、内輪３を示すものとして赤色に変換したＣＴ画像解析データが表示される。

次いで、表示装置１６には、グリース（図２の符号６）の位置を示す情報が表示される。すなわち、表示装置１６には、図７に示すように、「０」以下のグレースケール（グレースケール≦０）の領域を黒色に変換し、「１２」以上であり「３５」以下のグレースケール（１２≦グレースケール≦３５）の領域も黒色に変換し、残りの領域をグレーで表示してグリース６の分布、形状を示したＣＴ画像解析データが表示される。

ここで、上記の観察においては、Ｘ線ＣＴ１１の試料載置台２０を回転駆動して転がり軸受１を軸回りに所定角度まで回転し、移動部２２を駆動して転がり軸受１の上下方向位置を変更することで、Ｘ線照射部２１からＸ線が照射される転がり軸受１の照射方向が適宜変更されながら、表示装置１６にはＣＴ画像解析データが表示されるものとする。
したがって、本実施形態の観察用の転がり軸受１は、Ｘ線照射部２１からフィルタ２４介して転がり軸受１に照射するＸ線の照射線量を最適化することで転がり軸受１内に存在する空気（気泡）７に仮想的な肉厚を存在させてＸ線吸収率を持たせており、表示装置１６には、空気（気泡）７の領域を示すグレースケール（グレースケール≦０）の領域と、グリース６の領域を示すグレースケールが明確に表示され、従来装置のような空気及びグリースの境界部分にハレーションが発生しない。

また、グリース６とは異なるＣＴ値（Ｘ線吸収率）であり、且つグリース６に近いＣＴ値の材料からなる内輪３、外輪２、玉４、保持器５を備えた軸受としており、各構成部材（内輪３、外輪２、玉４、保持器５）を確実に把握し、各構成部材、空気７及びグリース６を明確に分離処理することもできるので、内輪３、外輪２、玉４の材質にかかわらずグリース６の分布、形状を正確に取得することができる。

なお、本発明の転動装置として上記実施形態では転がり軸受１を採用したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、ボールねじ、リニアガイド等の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。

１…転がり軸受（転動装置）、２…外輪（外側軌道部材）、２ａ…外輪軌道面、３…内輪（内側軌道部材）、３ａ…内輪軌道面、４…玉（転動体）、５…保持器、６…グリース、７…空気、１０…軸受観察装置、１１…Ｘ線ＣＴ、１２…データ保存部、１３…画像作成演算部、１４…グレースケール処理演算部、１５…ＣＴ画像解析処理部、１６…表示装置（画像表示装置）、１７…ＭＰＵ、１８…操作部、２０…試料載置台、２１…Ｘ線照射部、２２…移動部、２３…Ｘ線計測部、２４…フィルタ

Claims (1)

1. 内側軌道部材、外側軌道部材、転動体及び潤滑剤を備えた転動装置にＸ線を照射することで前記転動装置の断面のＸ線吸収率を得るとともに、この断面のＸ線吸収率をグレースケール処理して画像データとして取得し、この画像データを画像表示装置で表示することにより前記転動装置の内部状態を観察する方法であって、
   Ｘ線照射部からフィルタを介して前記転動装置にＸ線を照射することで、前記フィルタを通過したＸ線の照射線量を、前記転動装置内部に存在する空気に仮想的な肉厚を存在させてＸ線吸収率を持たせることが可能な所定の値に設定することを特徴とする転動装置の観察方法。

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