JP6587880B2 - 機械要素材料の品質保証方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受の軌道輪等の転動により疲労する機械要素の材料の転動疲労寿命が一定の水準に達していることを保証する機械要素材料の品質保証方法および装置に関する。

軸受の軌道面表面および軌道面直下の非金属介在物が、転がり軸受の転動疲労寿命に影響を及ぼすことがよく知られている。例えば、非特許文献１に記載の論文「軸受鋼の転動疲労寿命における非金属介在物の大きさの影響」では、同じ材質、硬さにおけるＬ１０寿命は、介在物の種類によらず転動面直下の危険体積中に存在する最大の介在物の大きさに支配されるとしている。近年、鋼中の酸素濃度の低減などにより、転動疲労寿命に影響を及ぼす巨大な非金属介在物の存在確率は減少してきてはいるものの、全く零にすることはできない。そのような軌道面近傍の不可避に含まれる巨大な非金属介在物を検出し、寿命を保証する方法が提案されている。例えば、特許文献１では、超音波探査法を用いて軌道面における非金属介在物を長さ５００μm 未満、好ましくは１００μm 未満に規制することにより、安定的な転動疲労寿命を保証できるとしている。

また、製鋼、鍛造工程において導入されるファイバーフローの方向についても転動疲労寿命に影響を及ぼすことが報告されている。特許文献２では、鋼中の合金成分量、具体的にはＣｕとＡＬ量を閾値以下に規定することにより、寿命に対するファイバーフローの影響を取り除くことができるとしている。特許文献３のように、鍛造の方法を工夫することによりファイバーフローの影響を是正する技術も開示されている。

特許文献４では、超音波探査法を用いて軌道面における非金属介在物を長さ３００μm 未満、かつ軌道面に対するファイバーフローを１５°未満に規制することで、長寿命化を図ることができるとしている。

特開２０００−１３０４４７号公報 特許第２９６９２３２号公報 特開平５−２７７６１５号公報 特開２００３−３０１８５０号公報

「軸受鋼の転動疲労寿命における非金属介在物の大きさの影響」Sanyo Technical Report Vol.12 (2005) No.1 p38 「鋼硬度鋼のモード・疲労き裂進展特性を求めるための新試験法」NTN Technical Review No.69 (2001) p53

上述した超音波探傷法は、軸受軌道面全体を検査できるという利点はあるものの、不感帯ができるため、表面近傍の検出に難がある。周波数の高い超音波探傷を実施することにより数十μm サイズの非金属介在物の検出も可能ではあるが、工業的な利用を考えた場合、１００μm 未満のサイズの検出は困難である。非特許文献２では、実験から求めたＪＩＳ−ＳＵＪ２のモード・下限界応力拡大係数ΔＫth 条件におけるき裂が進展する円盤状き裂の臨界直径の計算結果を提示している。これによると、最大面圧が２．５ＧＰａ の場合、き裂の臨界直径は５０μm であり、特許文献１の規制値である１００μm 未満は、転動疲労寿命を充分に確保できるとは言えない。

また、製品の複雑形状化や製造工程上、鍛造による軌道面に対するファイバーフロー方向の制御が困難である場合がある。併せて、鋼材の多様化、グローバル調達化が進む中、閾値以上の合金成分量の鋼材を使用する場合もあることから、新たな転動疲労寿命を確保する手法が必要である。

この発明の目的は、鋼材の状態で介在物検査を行うことで、機械要素として製品化された場合における、軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を所定値以下に保証し、転動疲労寿命が一定の水準に達しているかの判定が行える機械要素材料の品質保証方法および装置を提供することである。

この発明の機械要素材料の品質保証方法は、転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を行う機械要素材料の品質保証方法であって、
前記鋼材の介在物に係る情報を取得する介在物検査過程（ステップＳ１）と、
前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する鍛造シミュレーション過程（ステップＳ２）と、
前記介在物検査過程で得た介在物に係る情報と前記鍛造シミュレーション過程で得たファイバーフロ−の方向の情報とから、前記鋼材が前記機械要素に製品化された状態における前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を調べる分布状態シミュレーション過程（ステップＳ３）と、
前記転動面で転動が行われた場合に前記機械要素にき裂が進展し得る介在物に係るデータベースの蓄積情報、および前記分布状態シミュレーション（ステップＳ３）で得られた介在物の分布状態から、前記製品の軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を求めるき裂進展介在物存在確率推定過程（ステップＳ６）と、
この求められた存在確率が一定値以下であるか否かを判定する転動疲労寿命確保過程（ステップ８）とを含み、
前記鋼材の介在物に係る情報として、任意検査面積における種類、大きさ、アスペクト比、分布密度を含む。

この方法によると、まず鋼材の介在物検査を実施し（ステップ１）、鍛造シミュレーション（ステップ２）を介して製品形状における非金属介在物の分布状態を模擬する（ステップ３）。さらに、例えば有限要素法により求めデータベース化したき裂の進展し得る介在物サイズとの比較により、軌道面からの一定深さに位置するき裂が進展し得る介在物の存在確率を求める（ステップ６）。なお、鋼材がどのように鍛造されて製品形状の機械要素とされるかにつき、鍛造時の素材である鋼材の寸法形状およびファイバーフロ−の方向は常に定まっているとする。
このように、鋼材の介在物検査を実施することにより、製品の軌道面からの一定深さに位置するき裂が進展し得る非金属介在物の存在確率を一定値以下に保証することにより、安定的な転動疲労寿命を確保することができる。

なお、前記介在物は、例えば非金属介在物である。また、この明細書において、「一定の」とは、任意に定められる値であり、設計やシミュレーション、試験等の結果に基づき、任意に定めれば良い。

この発明方法において、前記分布状態シミュレーション過程（ステップ３）では、乱数を用いた複数回の試行により、前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を定めるようにしても良い。
これにより、き裂が進展し得る介在物の存在確率を、より一層精度良く求め、転動疲労寿命の推定の精度を高めることができる。

この発明方法において、前記データベースの構築については、任意の使用条件における、任意の緒元の介在物周りの応力拡大係数振幅を有限要素法により算出し、算出された応力拡大係数振幅と、既知の下限界応力拡大係数との比較により、前記応力拡大係数振幅が大きい場合に、転動によりき裂が進展し得る介在物であると判断し、この検討を、使用条件、介在物緒元毎に実施し、き裂が進展し得る介在物の前記データベースを構築しても良い。
この方法の場合、き裂が進展し得る介在物の前記データベースを、使用条件、介在物緒元毎に検索可能に構築でき、き裂が進展し得る介在物の存在確率、しいては転動疲労寿命を、さらに一層精度良く求めることができる。

この発明方法において、転動疲労寿命試験の実施によって、き裂が進展し得る介在物の存在確率と転動疲労寿命との関係のデータベースを構築し、このデータベースと、前記き裂進展介在物存在確率推定過程で求めた前記き裂が進展し得る介在物の存在確率とを照合することにより、転動疲労寿命が一定水準に達しているかを判定する過程を含むようにしても良い。
この場合、任意の鋼材を用いて任意の製品を加工した場合の転動疲労寿命が一定水準に達しているかを判定することができるため、安定的な転動疲労寿命を確保することができる。

この発明方法において、前記機械要素が転がり軸受の軌道輪または転動体であっても良い。
この発明方法は、転動面を有する機械要素の材料であれば適用することができ、軸受部品の他に、等速ジョイントの継手部材等にも適用できるが、前記機械要素が転がり軸受の軌道輪または転動体である場合に、転動疲労寿命を推定することが強く求められ、その要求に良好に対応することができる。

この発明の機械要素材料の品質保証装置２０は、転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を行う機械要素材料の品質保証装置であって、
前記鋼材の介在物に係る情報を記憶する介在物検査情報記憶手段２１と、
前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する鍛造シミュレーション手段２２と、
前記介在物検査情報記憶手段２１に記憶された介在物に係る情報と前記鍛造シミュレーション手段２２で得たファイバーフロ−の方向の情報とから、前記鋼材が前記機械要素に製品化された状態における前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を調べる分布状態シミュレーション手段２３と、
前記転動面で転動が行われた場合に前記機械要素にき裂が進展し得る介在物に係るデータベース２５の蓄積情報、および前記分布状態シミュレーションで得られた介在物の分布状態から、前記製品の軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を求めるき裂進展介在物存在確率推定手段２６と、
この求められた存在確率が一定値以下であるか否かを判定する転動疲労寿命確保手段２８、とを含み、
前記鋼材の介在物に係る情報として、任意検査面積における種類、大きさ、アスペクト比、分布密度を含む。

この構成の機械要素材料の品質保証装置によると、この発明の機械要素材料の品質保証方法につき前述したと同様に、鋼材状態で介在物検査を行うことで、機械要素として製品化された場合における、軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を所定値以下に保証し、転動疲労寿命が一定の水準に達しているかの判定が行える。

この発明の機械要素材料の品質保証方法は、転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を行う機械要素材料の品質保証方法であって、前記鋼材の介在物に係る情報を取得する介在物検査過程と、前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する鍛造シミュレーション過程と、前記介在物検査過程で得た介在物に係る情報と前記鍛造シミュレーション過程で得たファイバーフロ−の方向の情報とから、前記鋼材が前記機械要素に製品化された状態における前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を調べる分布状態シミュレーション過程と、前記転動面で転動が行われた場合に前記機械要素にき裂が進展し得る介在物に係るデータベースの蓄積情報、および前記分布状態シミュレーションで得られた介在物の分布状態から、前記製品の軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を求めるき裂進展介在物存在確率推定過程と、この求められた存在確率が一定値以下であるか否かを判定する転動疲労寿命確保過程とを含み、前記鋼材の介在物に係る情報として、任意検査面積における種類、大きさ、アスペクト比、分布密度を含むため、鋼材状態で介在物検査を行うことで、機械要素として製品化された場合における、軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を所定値以下に保証し、転動疲労寿命が一定の水準に達しているかの判定が行える。

この発明の機械要素材料の品質保証装置は、転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を行う機械要素材料の品質保証装置であって、前記鋼材の介在物に係る情報を記憶する介在物検査情報記憶手段と、前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する鍛造シミュレーション手段と、前記介在物検査情報記憶手段に記憶された介在物に係る情報と前記鍛造シミュレーション手段で得たファイバーフロ−の方向の情報とから、前記鋼材が前記機械要素に製品化された状態における前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を調べる分布状態シミュレーション手段と、前記転動面で転動が行われた場合に前記機械要素にき裂が進展し得る介在物に係るデータベースの蓄積情報、および前記分布状態シミュレーションで得られた介在物の分布状態から、前記製品の軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を求めるき裂進展介在物存在確率推定手段と、この求められた存在確率が一定値以下であるか否かを判定する転動疲労寿命確保手段とを備え、前記鋼材の介在物に係る情報として、任意検査面積における種類、大きさ、アスペクト比、分布密度を含むため、鋼材状態で介在物検査を行うことで、機械要素として製品化された場合における、軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を所定値以下に保証し、転動疲労寿命が一定の水準に達しているかの判定が行える。

この発明の一実施形態に係る機械要素材料の品質保証方法を示す流れ図である。 同品質保証方法で行ったシミュレーション結果の一例である。 この発明の一実施形態に係る機械要素材料の品質保証装置を示す概念構成のブロック図である。 この発明の対象とする機械要素の一例を有する機械要素である車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受における外輪のファイバーフロ−の説明図である。 転がり軸受の外輪の製造過程の説明図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この品質保証方法は、転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を、鋼材の状態で行う機械要素材料の品質保証方法であって、図１にその各過程の流れ図を示す。前記転動面を有する機械要素は、例えば、転がり軸受の軌道輪もしくは転動体、または等速ジョイントの一対の継手部材もしくはトルク伝達ボール等の転がり接触を行う機械要素であり、この実施形態では転がり軸受の軌道輪を対象としている。

図１と共に、同図の各ステップ毎の処理を説明する。
「鋼材の介在物検査過程」（ステップＳ１）分布介在物情報の取得
前記鋼材の介在物に係る情報を取得する過程である。この過程では、検査対象の鋼材を、検査面が鋼材軸方向に対して平行、すなわちファイバーフロー方向と平行になるように切断して、試料を作製する。試料の硬度を確保するために、焼入を実施する。検査面を研磨および琢磨工程により、観察可能な鏡面に仕上げる。光学顕微鏡もしくはＳＥＭ−ＥＤＸ（走査電子顕微鏡）を用いて、試料検査面を観察し、任意検査面積における種類、大きさ、アスペクト比、分布密度などの介在物情報を取得する。光学顕微鏡を用いた際の介在物の種類の決定は、介在物の色味による識別で実施する。一方、ＳＥＭ−ＥＤＸを用いた際は、ＥＤＸによる元素分析を実施し識別する。

「鍛造シミュレーション過程」（ステップＳ２）製品形状におけるファイバーフロー方向情報の取得
前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する過程である。
鋼材状態から鍛造を経て、製品形状におけるファイバーフローがどのように変化するかを、ＤＥＦＯＲＭ（総合加工シミュレーションシステム）をはじめとするＣＡＥ（computer aided engineering）ソフトを用いてシミュレーションを実施する。シミュレーション結果から軌道面直下のファイバーフロー方向情報を取得する。図２に鍛造シミュレーション結果の一例を示す。同図は、車輪用軸受における外輪を鍛造する場合の例であり、製品状態で突出している箇所は、外輪の外周のフランジとなる部分である。鍛造シミュレーションが困難な場合は、鋼材ではなく、鍛造後の製品形状の介在物検査を実施することにより得られる介在物の角度情報を代替情報として採用する。

「軌道面直下の介在物の分布状態のシミュレーション過程」（ステップＳ３）
鋼材の介在物検査から得られた種類、大きさ、アスペクト比、分布密度と、鍛造シミュレーションから得られたファイバーフロー方向の情報とを用いて、前記鋼材が機械要素に製品化された状態における、軌道面直下の一定の深さに位置する介在物の分布状態のシミュレーションを実施する。
介在物の分布状態シミュレーションとして、モンテカルロ法を用いた乱数シミュレーションなどがあげられる。この場合、乱数を用いた複数回の試行により、前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を定める。続けて、機械要素の製品形状において介在物検査を実施することにより、鋼材状態の介在物情報から得られた介在物の分布状態のシミュレーション結果の精度を確認することも可能である。

「介在物からのき裂進展有無の検討過程」（ステップＳ４，Ｓ５）
任意の使用条件（荷重や摩擦係数など) における、任意の緒元の介在物周りの応力拡大係数振幅を有限要素法により算出する。算出された応力拡大係数振幅と、論文などで報告されている既知の下限界応力拡大係数の比較により、き裂の進展の有無を判断する。例えばモードIIの場合、非特許文献２で報告されている実験から求めたＪＩＳ−ＳＵＪ２のモードII下限界応力拡大係数（ΔＫth＝３ＭＰａ√ｍ）と比較して、算出された応力拡大係数振幅が大きい場合に、転動によりき裂が進展し得る介在物であると判断する。
この検討を、使用条件、介在物緒元毎に実施し、この使用条件、介在物緒元毎に、き裂が進展し得る介在物のデータベースを構築する。（ステップＳ５）

「き裂が進展し得る介在物の存在確率」（ステップ６）
軌道面直下の介在物の分布状態のシミュレーション結果と、き裂が進展し得る介在物のデータベースを練成、つまり照合して検討することにより、き裂が進展し得る介在物の存在確率を導出することができる。そのため、軌道面からの一定深さに位置するき裂が進展し得る介在物の存在確率を保証することができる。

「寿命試験結果」（ステップＳ７，Ｓ８）
荷重などの試験条件や鍛流線方向をパラメータとして、転動疲労寿命試験を実施し、き裂が進展し得る介在物の存在確率と転動疲労寿命との関係のデータベースを構築する。（ステップＳ７）
そのデータベースと照合することにより、任意の鋼材を用いて任意の製品を加工した場合の転動疲労寿命が一定水準に達しているかを判定することができるため、安定的な転動疲労寿命を確保することができる。（ステップＳ８）

このように、この実施形態の機械要素材料の品質保証方法を用いれば、鋼材状態で介在物検査を実施することにより、製品形状における軌道面から一定深さに位置する、転動によりき裂が進展し得る介在物の存在確率を求めることができ、介在物の存在確率を一定値以下に保証することにより、転動疲労寿命が一定の水準に達しているかの判定ができる。

図３は、上記実施形態に係る機械要素材料の品質保証方法を実施する機械要素材料の品質保証装置の概念構成を示すブロック図である。
この機械要素材料の品質保証装置２０は、転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を行う装置であって、介在物検査情報記憶手段２１、鍛造シミュレーション手段２２、分布状態シミュレーション手段２３、データベース２５、き裂進展介在物存在確率推定手段２６、寿命試験結果記憶手段２７、および転動疲労寿命確保手段２８を備える。

前記品質保証装置２０は、鋼材の介在物に係る情報を記憶する手段であり、図１のステップＳ１で行った介在物検査の結果を記憶する。
前記鍛造シミュレーション手段２２は、前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する手段であり、図１のステップＳ２の処理を行う。

前記分布状態シミュレーション手段２３は、前記介在物検査情報記憶手段２１に記憶された介在物に係る情報と前記鍛造シミュレーション手段２２で得たファイバーフロ−の方向の情報とから、前記鋼材が前記機械要素に製品化された状態における前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を調べる手段である。この分布状態シミュレーション手段２３は、図１のステップＳ３の処理を行う。

前記データベース２５は、機械要素の使用条件、介在物緒元毎に、前記転動面で転動が行われた場合にき裂が進展し得る介在物の情報を記憶した手段であり、例えば図１のステップＳ４で行った検討結果の情報が記憶される。

前記き裂進展介在物存在確率推定手段２６は、前記データベース２５の蓄積情報である前記転動面で転動が行われた場合に前記機械要素にき裂が進展し得る介在物に係る情報、および前記分布状態シミュレーション手段２３で得られた介在物の分布状態から、前記製品の軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を求める手段である。このき裂進展介在物存在確率推定手段２６は、図１のステップＳ６の処理を行う。

寿命試験結果記憶手段２７は、き裂が進展し得る介在物の存在確率と転動疲労寿命との関係の情報を記憶したデータベースであり、荷重などの試験条件や鍛流線方向をパラメータとして実施された転動疲労寿命試験の情報を記憶している。すなわち、図１のステップＳ７で行った寿命試験の結果を記憶させてある。

前記転動疲労寿命確保手段２８は、前記き裂進展介在物存在確率推定手段２６で求められた存在確率が一定値以下であるか否かを判定する手段である。

前記機械要素材料の品質保証装置２０は、上記各手段の他に、入力処理手段２９および出力処理手段３０を備える。入力処理手段２９は、キーボードやマウス等の入力機器３１からオペレータの操作入力を受け付けたり、機外の記憶装置や他のコンピュータから入力を受け付けたりして記憶する。前記各手段で必要な入力は、この入力処理手段２９を介して行われる。出力処理手段３０は、液晶表示装置等の画像表示装置やプリンタ等の出力機器３２に対して出力を行う手段であり、前記各手段で得た事項は出力処理手段３０を介して出力機器３２に表示される。
なお、この機械要素材料の品質保証装置２０は、１台のパーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されていても、互いにネットワークで接続された複数台のコンピュータで構成されていても良い。

この構成の機械要素材料の品質保証装置２０によると、鋼材状態で介在物検査を行うことで、機械要素として製品化された場合における、軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を所定値以下に保証し、転動疲労寿命が一定の水準に達しているかの判定が行える。

次に、この機械要素材料の品質保証方法および装置を適用する機械要素の具体例を図４ないし図６と共に説明する。図４は、内輪回転型の車輪用軸受装置の断面図である。この車輪用軸受装置は、ハブ輪１およびそのインボード側端の外周に嵌合した内輪２からなる内方部材３と、外方部材４とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。上記外方部材４が、上記実施形態における品質保証対象の機械要素となる。

ハブ輪１は、アウトボード側端に車輪取付用のフランジ５を有しており、フランジ５の周方向複数箇所に形成されたボルト挿通孔７に、車輪取付用のボルト８が圧入されている。ハブ輪１は、中央孔１ａが貫通した筒状の部材とされている。中央孔１ａには、図示しない等速自在継手の外側継手部材の軸部が嵌合している。上記ハブ輪１および内輪２に、複列の転動面１０，１１の片方ずつが設けられている。転動面１０，１１は、軌道面または転走面と呼ばれることもある。外方部材４は、単独の外輪からなり、外周に車体への取付用のフランジ６を有している。このフランジ６の周方向複数箇所にボルト挿通孔９が形成されている。外方部材４は、ハブ輪１および内輪２の転動面１０，１１に対向する複列の転動面１２，１３を有し、両列の対向する転動面１０，１２間、および転動面１１，１３間に転動体１４が介在している。転動体１４は鋼球等のボールである。これら転動体１４は、各列毎に保持器２９により保持されている。内方部材３と外方部材４との間の軸受空間における両端は、密封装置１５，１６により密封されている。

ハブ輪１および外方部材４は、いずれも鍛造後に旋削加工して製造される。ハブ輪１および外方部材４の材質は、例えば軸受鋼、または浸炭鋼、または炭素含有量が０．４〜０．８％の炭素鋼とされる。鍛造工程では、外方部材４は、図６に示すように、上記材質の鋼材であるバー材Ｗを所定寸法に切断し、１１００℃前後に加熱して、据え込み、荒成形、仕上成形、および内径抜きを行う。このような鍛造工程により、外方部材４は図５に示す形状に加工される。同図において、外方部材４の旋削後の仕上げ形状を破線で示した。また、ファイバーフローＦを示す曲線を同図の断面中に示した。同図中の符号Ａ，Ｂで示す箇所は、転動面を構成する箇所である。

ファイバーフローＦを調べるには、例えば、外方部材４を軸方向に沿って切断し、その切断した試料を、加熱した塩酸溶液に浸漬させることで切断面に析出させればよい。

なお、上記実施形態では機械要素が車輪用軸受装置の外方部材である場合につき説明したが、この発明は、品質保証の対象となる機械要素が転がり軸受の軌道輪である場合に限らず、転動体であっても良く、またその他、転がり接触を行う機械要素一般にこの発明を適用することができる。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

４…外方部材（機械要素）
２０…機械要素材料の品質保証装置
２１…介在物検査情報記憶手段
２２…鍛造シミュレーション手段
２３…分布状態シミュレーション手段
２５…データベース
２６…き裂進展介在物存在確率推定手段
２７…寿命試験結果記憶手段
２８…転動疲労寿命確保手段
Ｆ…ファイバーフロ−

Claims (6)

1. 転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を行う機械要素材料の品質保証方法であって、
   前記鋼材の介在物に係る情報を取得する介在物検査過程と、
   前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する鍛造シミュレーション過程と、
   前記介在物検査過程で得た介在物に係る情報と前記鍛造シミュレーション過程で得たファイバーフロ−の方向の情報とから、前記鋼材が前記機械要素に製品化された状態における前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を調べる分布状態シミュレーション過程と、
   前記転動面で転動が行われた場合に前記機械要素にき裂が進展し得る介在物に係るデータベースの蓄積情報、および前記分布状態シミュレーションで得られた介在物の分布状態から、前記製品の軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を求めるき裂進展介在物存在確率推定過程と、
   この求められた存在確率が一定値以下であるか否かを判定する転動疲労寿命確保過程、 とを含み、
   前記鋼材の介在物に係る情報として、任意検査面積における種類、大きさ、アスペクト比、分布密度を含む、
   機械要素材料の品質保証方法。
2. 請求項１に記載の機械要素材料の品質保証方法において、前記分布状態シミュレーション過程では、乱数を用いた複数回の試行により、前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を定める機械要素材料の品質保証方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の機械要素材料の品質保証方法において、前記データベースの構築については、任意の使用条件における、任意の緒元の介在物周りの応力拡大係数振幅を有限要素法により算出し、算出された応力拡大係数振幅と、既知の下限界応力拡大係数との比較により、前記応力拡大係数振幅が大きい場合に、転動によりき裂が進展し得る介在物であると判断し、この検討を、使用条件、介在物緒元毎に実施し、き裂が進展し得る介在物の前記データベースを構築する機械要素材料の品質保証方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の機械要素材料の品質保証方法において、転動疲労寿命試験の実施によって、き裂が進展し得る介在物の存在確率と転動疲労寿命との関係のデータベースを構築し、このデータベースと、前記き裂進展介在物存在確率推定過程で求めた前記き裂が進展し得る介在物の存在確率とを照合することにより、転動疲労寿命が一定水準に達しているかを判定する過程を含む機械要素材料の品質保証方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の機械要素材料の品質保証方法において、前記機械要素が転がり軸受の軌道輪または転動体である機械要素材料の品質保証方法。
6. 転動面を有する機械要素の材料である鋼材が、鍛造を経て前記機械要素に製品化された場合に、転動疲労寿命が一定の水準に達しているか否かの判定を行う機械要素材料の品質保証装置であって、
   前記鋼材の介在物に係る情報を記憶する介在物検査情報記憶手段と、
   前記鋼材を前記機械要素の形状に加工する鍛造のシミュレーションを行って前記鍛造の後のファイバーフロ−の方向の情報を取得する鍛造シミュレーション手段と、
   前記介在物検査情報記憶手段に記憶された介在物に係る情報と前記鍛造シミュレーション手段で得たファイバーフロ−の方向の情報とから、前記鋼材が前記機械要素に製品化された状態における前記転動面の表面から一定の深さに位置する前記介在物の分布状態を調べる分布状態シミュレーション手段と、
   前記転動面で転動が行われた場合に前記機械要素にき裂が進展し得る介在物に係るデータベースの蓄積情報、および前記分布状態シミュレーションで得られた介在物の分布状態から、前記製品の軌道面から一定深さに位置する、き裂が進展し得る介在物の存在確率を求めるき裂進展介在物存在確率推定手段と、
   この求められた存在確率が一定値以下であるか否かを判定する転動疲労寿命確保手段、 とを備え、
   前記鋼材の介在物に係る情報として、任意検査面積における種類、大きさ、アスペクト比、分布密度を含む、
   機械要素材料の品質保証装置。

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