JP3828016B2 - ベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法およびその装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
ベアリングの外輪レースの内径部分の表面の超音波探傷方法に関し、特に組み立てられた完成品ベアリングの外輪レースの内径部分の表面の超音波探傷方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ベアリングの外輪レース用リングの内径部分の表面欠陥を探傷して検出する超音波探傷方法として、軸受リング用鋼材の製鋼工程における圧延後のリング材を水中又は台上でリング材の外周面から内部へ超音波を伝達させることにより該軸受リング材の探傷を行う方法の垂直探傷法が知られている。
【0003】
さらに、特開平11−337530号公報には、ベアリングの外輪レース用リングの内面欠陥を検査する超音波探傷検査方法として、ベアリングに組み立てる前の工程にある外輪レースを斜角探傷および垂直探傷により実施する探傷方法が開示されている。
【0004】
ところで、完成品ベアリングの外輪レースの内部欠陥を超音波探傷するために超音波伝達媒質である水層あるいは油層に浸すと、ベアリング内部に水あるいは油が入るため、ベアリングの完成品状態ではこのような超音波探傷方法は適用できない。
【0005】
ベアリングの鋼玉19の側面をシールし、鋼玉19の周囲にグリス24を封じ込めたシール付ベアリングの場合には、ベアリング16内部にグリス24が封入されており、従来方法により完成品ベアリングの状態で探傷を行うと、外輪レース17の内表面27上に封入されたグリス24のムラにより、図7の(a)測定模式図、(b)拡大模式図、および(c)ディスプレイ上のエコーの波形図に示すように、プローブ14から発出された超音波ビーム22は外輪レース17の外表面27から外輪レース17内に入射され、内表面部内の疵による欠陥で反射されて欠陥エコー30を生じ、さらに内表面26で反射されて表面エコー29を生じ、これらに加えて外輪内表面上にあるグリス24に入射してグリス24の表面で反射されて生じるグリス24の存在のムラによる妨害エコー31が多数発生することとなる。そのため、シール付ベアリング16の場合には超音波探傷による正確な疵21の検知が困難となる。
【0006】
そこで、従来は外輪レース17の探傷を行う場合に、完成品ベアリング16を一旦分解し、外輪レース17単体の状態にしてグリス24の無い状態としてから超音波探傷を実施する必要があって、探傷に完成品ベアリング16の分解および組み立ての手間がかかっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、完成品ベアリングを組立状態のままで外輪レースの内径部分の表面欠陥の検出ができ、さらに完成品ベアリング内に水や油などの超音波伝達媒質を侵入させることなく表面欠陥の検出ができ、シールベアリングに封入されたグリスなどの影響による妨害エコーを発生することなく表面欠陥の検出ができる超音波探傷方法およびその超音波探傷方法に使用する超音波探傷装置用のプローブユニットを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するための本発明の手段は、請求項1の発明では、ベアリング保持枠体に完成品ベアリングの外輪レースの径方向の外周側の一部を水または油などの超音波伝達媒質を有する媒質充填溝を内部に有する外輪レースの厚さより浅い溝のベアリング保持溝に受容して保持し、該外周側の一部の外輪レースの外表面の超音波入射ポイントと該超音波入射ポイントに離間して配置の超音波探傷用のプローブを水または油などの超音波伝達媒質中に配置し、該プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの外周部に超音波を発出する一方で外輪レースから反射してくる超音波エコーを該プローブで受信することにより外輪レースの内表面の表面欠陥を探傷することを特徴とするベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法である。
【0009】
請求項2の発明では、外輪レースの内表面の表面欠陥探傷する方法は外輪レースの内表面の全周面にわたって行うことを特徴とする請求項1の手段のベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法である。
【0010】
請求項3の発明では、プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの下部に超音波を発出する位置はベアリングの垂直下方の径方向から一定値以上に偏位して超音波の発出方向をベアリングの垂直下方の径方向に平行とし、プローブから外輪レースの外表面への超音波入射ポイントにおける入射角を一定の角度以上として該超音波入射ポイントから外輪レースの内表面への入射角をより大きな角度とすることにより、外輪レース内表面からベアリング中心側への超音波の入射を無くして全反射させたことを特徴とする請求項1または2の手段の超音波探傷方法である。
【0011】
請求項4の発明では、超音波入射ポイントから外輪レース内表面への入射角は80〜90°とすることを特徴とする請求項3の手段の超音波探傷方法である。
【0012】
請求項5の発明では、完成品ベアリングの外輪レースの径方向の下部の一部を受容して保持する浅い溝のベアリング保持溝と該ベアリング保持溝の下部中央に形成した超音波伝達媒質の媒質充填溝とを有するベアリング保持枠体と、該ベアリング保持枠体の媒質充填溝内に下面から超音波探傷用のプローブを立設し媒質充填溝を密閉した入射角調整板とからなることを特徴とする超音波探傷用のプローブユニットである。
【0013】
請求項6の発明では、入射角調整板はベアリング保持枠体の下面でベアリング保持枠体の前後方向に偏位自在にボルトで取り付けられ、該入射角調整板内にプローブはプローブ固定具により固着されていることを特徴とする請求項6の手段の超音波探傷用のプローブユニットである。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の完成品ベアリングの探傷方法を一部断面で示して説明する模式図である。図2は本発明の探傷方法に使用する探傷装置のプローブユニットのベアリング保持枠体を示す斜視図である。図3は図2のベアリング保持枠体の下部に取り付けるプローブの入射角調整板を示す斜視図である。図4はプローブの超音波発出部の位置を完成品ベアリングの中心からの偏位による外輪レース内表面への入射角の差異を説明する模式図である。図5は本発明の方法によるディスプレイ上のエコーの波形図である。図6はプローブおよび超音波ビームの図で、(a)は焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図並びに非焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図で、(b)は焦点型プローブの底面図および焦点型プローブの底面図である。
【0015】
本発明の超音波探傷方法に使用する超音波探傷装置を概略説明すると、本発明の手段は、プローブユニット1と、超音波発振器を具備するプローブ14と、プローブユニット1内に保持した水あるいは油などの超音波伝達媒質4とからなる。プローブユニット1は、ベアリング保持枠体2に入射角調整板3をボルト15により取り付けて一体に形成している。ベアリング保持枠体2は、図2に示すように、底部開口7が底にある媒質充填溝5を内部に有する浅い溝のベアリング保持溝6からなっている。ベアリング保持溝6は、外輪レース17の外径の大きさに合わせて設計されている。ベアリング保持枠体2の底部には入射角調整板3を取り付けるボルト孔8を媒質充填溝5の前後に有する。図3に示すように、入射角調整板3は中央下部に突出する突出部9を有し、一側部に上面に突出したガイド10を有する板状体からなり、突出部9には左右にプローブを取り付けるプローブ取付孔11が2個設けられており、その側部にはプローブ固定具挿入孔12があり、プローブ14を挿着して固定する。入射角調整板3の突出部9の前後にはベアリング保持枠体2の底部にボルト15を挿着して取り付けるための前後方向に長い長孔13がそれぞれ設けられており、入射角調整板3をガイド10により前後方向に案内して最適位置に設定した後にボルト15によりベアリング保持枠体2に固定する。
【0016】
先ず、図1に示すように、プローブユニット1に組み立てられたベアリング保持枠体2内の媒質充填溝5に水あるいは油などの超音波伝達媒質4を充満する。次に完成品ベアリング(以下、「ベアリング」という。)16をベアリング保持溝6に嵌め込みベアリング16を保持する。この場合、超音波伝達媒質4の液面がベアリング16の側面シール部20に接触しないように液量を調節する。
【0017】
次にプローブ14の超音波ビーム発出位置をベアリング16の中心Oから偏位して配置する。この偏位量dあるいは偏位量Dは、ベアリング16の外輪レース17の内面状態、すなわち内表面27上のグリス24の存在の有無、により入射角調整板3を前後に移動して調整する。ベアリング16の外輪レース17と内輪レース18の間に挿入されている鋼玉19の側面に側面シール部20を有し、側面シール部20の内部にグリス24を有するシールベアリングなどにおいて、外輪レース17の内表面27上にグリス24がある場合は、図4に示すように、外輪レース17の内表面27への超音波ビーム23の入射角θ6を80〜90°とするように入射角調整板3を移動してプローブ14の超音波ビーム発出位置をベアリング16の中心Oからずらして偏位量Dとなるように調整する。このようにするとき、外輪レース17の内表面27とグリス24間の境界25におけるグリス24へ侵入する超音波ビーム23の屈折角は90°以上となり、そのため超音波ビーム23は外輪レース17とグリス24の境界25で全反射され、グリス24中へは侵入することはない。したがって、グリス24内での超音波ビームの反射による影響の妨害エコー31が生じることはない。
【0018】
これは以下の理由による。図4に示すように、プローブ14の超音波ビーム発出位置のベアリング16の中心Oからのずれを偏位量dとするとき、超音波ビーム22は下記の数式1に示すスネルの法則に従うこととなる。
【数1】
Sinθ1/Sinθ2=C1/C2=一定
ただし、C1:媒質の油内の音速、C2:媒質の外輪レースの鋼内の音速
【0019】
従って、プローブ14の超音波ビーム発出位置のベアリング16の中心Oからのずれを大きくずらして偏位量dをより大きな偏位量Dとするとき、入射角θ1はより大きな角度の入射角θ4となる。そしてこのとき、スネルの法則により、下記数式2であるので、屈折角θ5も屈折角θ2よりも大きくなる。
【数2】
Sinθ4/Sinθ5=C1/C2=一定
【0020】
従って、外輪レース17からその内表面内への入射角θ6も入射角θ3よりも大きくなる。そこで、偏位量Dを大きくしてθ6が90°に近づくと境界25で超音波ビーム23は全反射されグリス24内へは入射しなくなる。
【0021】
一方、外輪レース17の内表面27上にグリス24が無い場合は、グリス24の影響による妨害エコー31が生じないので、外輪レース17の内表面27内への超音波ビーム23の入射角θ3を45〜70°の範囲となるように入射角調整板3を中心方向に寄せて調整し、外輪レース17の内表面部内の疵21での反射による欠陥エコー30を正確に検知することができる。
【0022】
また、その他ベアリング16の内面の状態、例えば鋼玉19の存在、などの影響を軽減するために、図6に示すように、プローブ14は焦点型プローブ14bを選定し、かつ、外輪レース17の肉厚、水距離に応じた焦点距離のプローブ14bを選定して、ベアリング16の外輪レース17の内表面27内に超音波ビーム22を照射するものとする。
【0023】
本発明による偏位量dをよりおおきな偏位量Dとして妨害エコー31を排除して得た検査結果の波形を図5に示す。図5では表面エコー29と、疵21の存在を示す欠陥エコー30がディスプレイに示されている。
【0024】
【発明の効果】
以上に説明したように、ベアリングの外輪レースの内表面の欠陥を超音波により探傷する方法において、本発明の方法および装置を使用することすることにより、完成品ベアリングを分解することなく組み立て状態のままで効率よく短時間でかつ精度よく超音波探傷できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の完成品ベアリングの探傷方法を一部断面で示して説明する模式図である。
【図2】本発明の探傷方法に使用する探傷装置のプローブユニットのベアリング保持枠体を示す斜視図である。
【図3】ベアリング保持枠体の下部に取り付けるプローブの入射角調整板を示す斜視図である。
【図4】プローブの超音波発出部の位置を完成品ベアリングの中心からの偏位による外輪レース内表面への入射角の差異を説明する模式図である。
【図5】本発明の方法によるエコーの波形図である。
【図6】プローブおよび超音波ビームの図で、(a)は焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図並びに非焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図で、(b)は焦点型プローブの底面図および焦点型プローブの底面図である。
【図7】ベアリング外輪レースの従来の探傷方法の模式的説明図で、(a)は概略図、(b)はグリス溜まりを示す部分拡大図、(c)はエコーの波形図である。
【符号の説明】
1 プローブユニット
2 ベアリング保持枠体
3 入射角調整板
4 超音波伝達媒質
5 媒質充填溝
6 ベアリング保持溝
7 底部開口
8 ボルト孔
9 突出部
10 ガイド
11 プローブ照射孔
12 プローブ固定具挿入孔
13 長孔
14 プローブ
14a 非焦点型プローブ
14b 焦点型プローブ
15 ボルト
16 完成品ベアリング
17 外輪レース
18 内輪レース
19 鋼玉
20 側面シール
21 疵
22 超音波ビーム
22a 非焦点型超音波ビーム
22b 焦点型超音波ビーム
23 超音波ビーム
24 グリス
25 境界
26 プローブ底面
27 内表面
28 外表面
29 表面エコー
30 欠陥エコー
31 妨害エコー
O ベアリング中心
d 偏位差
D 偏位量
θ1 入射角
θ2 屈折角
θ3 入射角
θ4 入射角
θ5 屈折角
θ6 入射角

Claims (6)

  1. ベアリング保持枠体に完成品ベアリングの外輪レースの径方向の外周側の一部を水または油などの超音波伝達媒質を有する媒質充填溝を内部に有する外輪レースの厚さより浅い溝のベアリング保持溝に受容して保持し、該外周側の一部の外輪レースの外表面の超音波入射ポイントと該超音波入射ポイントに離間して配置の超音波探傷用のプローブを水または油などの超音波伝達媒質中に配置し、該プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの外周部に超音波を発出する一方で外輪レースから反射してくる超音波エコーを該プローブで受信することにより外輪レースの内表面の表面欠陥を探傷することを特徴とするベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法。
  2. 外輪レースの内表面の表面欠陥探傷する方法は外輪レースの内表面の全周面にわたって行うことを特徴とする請求項1記載のベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法。
  3. プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの下部に超音波を発出する位置はベアリングの垂直下方の径方向から一定値以上に偏位して超音波の発出方向をベアリングの垂直下方の径方向に平行とし、プローブから外輪レースの外表面への超音波入射ポイントにおける入射角を一定の角度以上として該超音波入射ポイントから外輪レースの内表面への入射角をより大きな角度とすることにより、外輪レース内表面からベアリング中心側への超音波の入射を無くして全反射させたことを特徴とする請求項1または2に記載の超音波探傷方法。
  4. 超音波入射ポイントから外輪レース内表面への入射角は80〜90°とすることを特徴とする請求項3に記載の超音波探傷方法。
  5. 完成品ベアリングの外輪レースの径方向の下部の一部を受容して保持する浅い溝のベアリング保持溝と該ベアリング保持溝の下部中央に形成した超音波伝達媒質の媒質充填溝とを有するベアリング保持枠体と、該ベアリング保持枠体の媒質充填溝内に下面から超音波探傷用のプローブを立設し媒質充填溝を密閉した入射角調整板とからなることを特徴とする超音波探傷用のプローブユニット。
  6. 入射角調整板はベアリング保持枠体の下面でベアリング保持枠体の前後方向に偏位自在にボルトで取り付けられ、該入射角調整板内にプローブはプローブ固定具により固着されていることを特徴とする請求項6記載の超音波探傷用のプローブユニット。
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