WO2014007246A1 - 軸受部品の検査方法および軸受部品の検査装置 - Google Patents

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工 藤田
和寛 八木田
敏彦 佐々木
洋一 丸山
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国立大学法人金沢大学
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Definitions

  • the present invention relates to a bearing part inspection method and a bearing part inspection apparatus, and more particularly to a bearing part inspection method and a bearing part inspection apparatus that enable highly accurate inspection of a bearing part.
  • the life of a rolling bearing depends on the load applied to the bearing, lubrication conditions, the material constituting the bearing component, and the like.
  • the life of the rolling bearing can be calculated using a life calculation formula created in consideration of the load, lubrication conditions, materials, etc. (for example, dynamic load capacity of rolling bearings / roller bearings -Lundberg- Detailed explanation of Palmgren theory (see Non-Patent Document 1)).
  • This calculation formula is used to estimate how long a rolling bearing can be used under certain conditions, or under what conditions the rolling bearing is used so that the rolling bearing does not break during the required time. It is used to estimate what should be done.
  • rolling bearings are used under the usage conditions set based on the life calculation formula. Therefore, as long as the rolling bearing is used under normal conditions, the life of the rolling bearing does not become a problem. However, there are often situations where the life of rolling bearings becomes a problem in the market. This is considered to be due to the fact that the actual usage conditions of the rolling bearing are different from the planned conditions. In order to cope with such a situation, a method of analyzing a rolling bearing actually used and estimating its remaining life has been proposed (for example, Masayuki Tsushima, Kikuo Maeda, Bearing Engineer, 48, 1984, 1-17 (see Non-Patent Document 2)). This method is based on the fact that the stress measurement results (stress, half width, residual austenite amount) using X-ray diffraction have a relationship with the rolling time (operating time) of the rolling bearing. .
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bearing component inspection method and inspection apparatus capable of estimating the use condition of a rolling bearing with high accuracy.
  • a bearing component inspection method includes a step of irradiating a fatigue portion of a bearing component to be inspected with X-rays, a step of detecting annular diffracted X-rays diffracted at the fatigue portion, and a detected annular shape And estimating a use condition of the bearing component to be inspected based on the diffracted X-ray.
  • the X-rays When X-rays are incident on the bearing part at a predetermined incident angle, the X-rays are formed so as to form a conical surface as long as the steel forming the bearing part is a polycrystalline body made of a large number of crystals having random orientations. Diffraction. Even if X-rays are diffracted in this way, in the analysis of the stress of bearing parts using conventional X-ray diffraction, only the diffracted X-rays corresponding to one direction among the diffracted X-rays constituting the conical surface are analyzed. Detect with a detector. Then, the incident X-ray is changed and the diffracted X-ray is similarly detected again, and the stress on the surface of the bearing component is calculated based on these.
  • a detector having a planar detection unit is disposed at a position intersecting all of the diffracted X-rays constituting the conical surface, and this detector detects the detection unit.
  • An annular diffracted X-ray (X-ray diffracting ring) corresponding to an annular region formed by intersecting a plane including the conical surface is detected.
  • This X-ray diffraction ring includes information on all diffraction X-rays constituting the conical surface. For this reason, the amount of information obtained by one measurement is remarkably increased as compared with the conventional method. As a result, it is possible to accurately estimate the use condition of the bearing component.
  • the bearing component inspection method of the present invention it is possible to estimate the use condition of the rolling bearing with high accuracy.
  • the step of estimating the use condition of the bearing part to be inspected includes the step of detecting the annular diffracted X-ray, and based on the annular diffracted X-ray, the normal stress of the fatigue part Deriving a use condition element including a shear stress of a fatigue portion, a relationship between a central angle and intensity of an annular diffraction X-ray, and a half width of a peak obtained corresponding to the center angle of the annular diffraction X-ray And calculating a use condition of the bearing component to be inspected based on at least one of the derived use condition elements.
  • the above-described bearing component inspection method further includes a step of evaluating the remaining life of the bearing component to be inspected based on the usage condition of the bearing component to be inspected calculated in the step of estimating the condition of use of the bearing component to be inspected. May be.
  • the use condition element may further include a retained austenite amount in a fatigue portion. Since there is a strong correlation between the amount of retained austenite in the fatigue area and the usage conditions of rolling bearings, calculating the usage conditions of rolling bearings based on the amount of retained austenite can estimate the usage conditions of rolling bearings with higher accuracy. it can.
  • the normal stress of the fatigue part of the bearing part in the step of estimating the use conditions, the normal stress of the fatigue part of the bearing part, the shear stress of the fatigue part, the amount of retained austenite, the central angle of the annular diffraction X-ray, At least one of the relationship between the strength and the half width of the peak obtained corresponding to the center angle of the annular diffraction X-ray, the number of times of stress applied to the fatigue part of the bearing part, and the fatigue of the bearing part Based on the relationship between the load applied to the bearing and the oil film parameter in the fatigue part of the bearing part, the number of stresses applied to the fatigue part of the bearing part to be inspected, the load applied to the fatigue part, and the oil film in the fatigue part A parameter may be calculated.
  • the relationship between the use condition element and the actual use condition (the number of loads, the load and the oil film parameter) is investigated in advance, and the use condition is obtained from the use condition element obtained by analyzing the bearing component to be inspected.
  • the use condition of the rolling bearing can be estimated with high accuracy.
  • each of the oil film parameters in the fatigue part of the part includes the vertical stress of the fatigue part of the bearing part, the shear stress of the fatigue part, the amount of retained austenite, the relationship between the central angle and the strength of the annular diffraction X-ray, and the annular
  • the half width of the peak obtained corresponding to the center angle of the diffracted X-ray, the number of stresses applied to the fatigue part of the bearing part, the load applied to the fatigue part of the bearing part, and the bearing part It may be statistically calculated so that the relationship with all the oil film parameters in the fatigue portion is taken into consideration.
  • each use condition is not determined in relation to one use condition element, but is calculated as the most likely value in relation to a plurality of use condition elements, thereby further increasing the use condition of the rolling bearing. It can be estimated with high accuracy.
  • An inspection apparatus for bearing parts includes an irradiation unit that irradiates X-rays to a bearing part to be inspected, a detector that detects annular X-rays diffracted in the bearing part to be inspected, and a detector. And an arithmetic unit that calculates use conditions of the bearing component to be inspected based on the annular X-ray detected by the detector.
  • the above-described bearing component inspection method of the present invention can be easily implemented.
  • the bearing part inspection apparatus is portable. Thereby, an inspection can be easily performed at or near the place where the bearing component is used.
  • the use condition of the rolling bearing can be estimated with high accuracy.
  • a bearing part inspection apparatus 1 includes an irradiation unit 11 that irradiates X-rays to a bearing component 90 to be inspected, and an annular shape diffracted in the bearing component 90
  • a detector 12 that detects X-rays
  • an arithmetic unit 13 that is connected to the detector 12, calculates a use condition of the bearing component 90 to be inspected based on the annular X-ray detected by the detector 12, and an arithmetic unit 13
  • a display unit 14 for displaying a calculation result in the calculation unit 13.
  • the irradiation unit 11 includes an X-ray tube installed so as to be opposed to the bearing component 90 to be inspected.
  • the detector 12 includes a planar detection unit 12 ⁇ / b> A that can be opposed to a hole to be inspected and a hole formed in a central part through which X-rays irradiated from the irradiation unit pass.
  • the calculation unit 13 calculates a use condition of the bearing component 90 to be inspected based on a database stored in advance in a storage unit (not shown) and annular X-ray data detected by the detector 12. The calculated use condition of the bearing component 90 to be inspected is displayed on the display unit 14.
  • the inspection apparatus 1 may be portable.
  • the “portable” inspection device is not a device that requires the inspection device 1 to be installed at a certain location and the bearing component 90 to be inspected to be inspected, and the inspection device 1 is moved. This means that the inspection apparatus 1 can be transported to the place where the bearing component 90 to be inspected is used or in the vicinity thereof and inspected.
  • the entire inspection apparatus 1 can be made compact.
  • the X-ray tube and the detector 12 of the irradiation unit 11 can be brought closer to the bearing component 90 to be inspected.
  • the cooling of the tube can be changed from water cooling to air cooling, and further downsizing and weight reduction of the inspection apparatus 1 can be achieved.
  • inspection apparatus 2 that employs an imaging plate 12B installed on a table 12C as shown in FIG. 2 may be used.
  • inspection apparatus 2 performs first apparatus 21 that performs X-ray irradiation and diffraction X-ray reception, reads out an image of diffraction X-rays, calculates use conditions, and displays a calculation result.
  • the first device 21 has basically the same structure as the irradiation unit 11 and the detector 12 of the inspection device 1 of FIG.
  • a table 12C The imaging plate 12B is detachably installed on the table 12C so as to face the bearing component 90 to be inspected.
  • the second device 22 is connected to the table 123 that detachably holds the imaging plate 12B, the table 123, the first motor 121 that rotates the table 123, the first motor 121, and the first motor 121. Is moved two-dimensionally (for example, moved in the XY direction).
  • the imaging plate 12B held by the table 123 can be rotated and moved two-dimensionally by the first motor 121 and the second motor 122.
  • the second device 22 irradiates the imaging plate 12B held on the table 123 with a laser and receives reflected light from the imaging plate 12B, a laser irradiation device 124, and a first motor 121.
  • a calculation circuit 125 which is connected to the second motor 122 and calculates annular diffraction X-ray data based on signals from these.
  • the first motor 121, the second motor 122, the table 123, the laser irradiation device 124, and the calculation circuit 125 constitute a reading unit 120 that reads annular diffraction X-ray data from the imaging plate 12B.
  • the reading unit 120, the imaging plate 12B, and the table 12C function as an X-ray detector.
  • the second device 22 further includes a calculation unit 13 connected to the calculation circuit 125 of the reading unit 120 and a display unit 14 connected to the calculation unit.
  • the calculation unit 13 and the display unit 14 have the same configuration as that of the inspection apparatus 1.
  • the inspection device 2 includes the first device 21 and the second device 22 as described above, and can carry the first device 21 and the second device 22 together, or the first device 21 and the second device 22, respectively. It may be.
  • a bearing part 90 to be inspected is prepared, and a step (S10) of irradiating the fatigue portion of the bearing part 90 to be inspected with X-rays is performed.
  • this step (S ⁇ b> 10) referring to FIGS. 1 and 2, the bearing component 90 to be inspected is set at a predetermined position, and X-rays are irradiated from the irradiation unit 11 to the bearing component 90 to be inspected. At this time, as shown in FIGS. 1 and 2, the X-rays are irradiated along the arrow ⁇ so as to enter the bearing component 90 to be inspected at a predetermined incident angle.
  • a step (S20) in which an X-ray diffraction ring is detected is performed.
  • the X-rays incident on the bearing component 90 to be inspected along the arrow ⁇ are diffracted so as to form the conical surface ⁇ , and the detector 12A or the imaging plate 12B is reached.
  • the detection unit 12A which is an X-ray CCD, for example, an annular diffraction X-ray (X-ray diffraction ring) is detected by a signal having an intensity corresponding to the intensity of the X-ray output from each pixel.
  • the imaging plate 12B is set on the reading unit 120, and a laser irradiation position (rotation angle and moving position) on the imaging plate 12B. And a signal corresponding to the intensity of the reflected light, an X-ray diffraction ring is detected.
  • an annular diffraction X-ray image is formed on the imaging plate 12B, but the annular diffraction X-ray cannot be detected as it is. Therefore, the imaging plate 12B is removed from the table 12C and set on the table 123 of the reading unit 120.
  • the imaging plate 12 ⁇ / b> B held on the table 123 receives laser irradiation from the laser irradiation device 124 while being rotated and moved by the first motor 121 and the second motor 122. As a result, a signal corresponding to the intensity of the reflected light from the imaging plate 12B is output from the laser irradiation device 124.
  • the intensity of the signal corresponding to the intensity of the reflected light represents the intensity of the diffracted X-ray.
  • the rotation position and the movement position of the imaging plate 12B can be detected from signals output from the encoders in the first motor 121 and the second motor 122. Therefore, the signal output from the laser irradiation device 124 and the signals output from the encoders in the first motor 121 and the second motor 122 are input to the calculation circuit 125 to process the data. Similarly, annular diffraction X-rays can be detected.
  • the readout unit 120 is provided in one housing together with the imaging plate 12B and the table 12C, and an annular diffraction X-ray image is created on the imaging plate 12B by X-ray irradiation, and an annular diffraction X-ray detection (readout) by the readout unit 120 is performed. ) May be performed continuously.
  • a step (S30) in which a use condition element is derived is performed.
  • 90 normal stress in fatigue part, shear stress in fatigue part, relationship between center angle and intensity of annular diffraction X-ray, half width of peak obtained corresponding to center angle of annular diffraction X-ray, residual austenite Data such as amount (use condition element) is acquired.
  • a step (S40) in which a use condition is calculated is performed.
  • the use condition of the bearing component 90 to be inspected is calculated based on the use condition element acquired in the above step (S30).
  • the use conditions can be estimated as follows.
  • the use condition is estimated (calculated) by the calculation unit 13 connected to the detector 12 (see FIGS. 1 and 2).
  • the compressive stress which is a normal stress
  • the strength distribution with respect to the central angle of the X-ray diffraction ring, and the half-value width distribution are rolling. It has been found that it varies depending on the use conditions of the bearing. Therefore, if the relationship between each of the above use condition elements and the actual use conditions (the number of loads, the load, and the oil film parameter) is examined in advance from an X-ray diffraction ring including a large amount of data, the bearing component 90 to be inspected The actual use condition when a predetermined use condition element is derived for can be estimated based on the relationship.
  • the bearing part (bearing part 90 to be inspected) constituting the used rolling bearing is irradiated with X-rays in the step (S20) and analyzed using the entire X-ray diffraction ring detected in the step (S40), Since the analysis value corresponding to the horizontal axis of FIGS. 4 to 6 is obtained, the most probable number of loads can be derived from this analysis value using the relationships shown in FIGS. 4 to 6. More specifically, referring to FIG. 7, for example, when the compressive stress of the bearing component 90 to be inspected obtained from the X-ray diffraction ring is x, it can be estimated that the number of loads is y. Similarly, if the relationship between the compressive stress or other usage condition elements and other usage conditions (load, oil film parameter) is investigated in advance, other usage conditions of the bearing component 90 to be inspected can be obtained using this relationship. Can be derived (estimated).
  • the compressive stress of the bearing component 90 to be inspected is x
  • the probability that the number of loads is y is the highest.
  • the number of loads calculated in this way includes variations in analysis results and variations due to other usage conditions (loads, oil film parameters).
  • the number of loads has a distribution such as F (y) with respect to the compressive stress.
  • the load frequency has a distribution with respect to all use condition elements (half-value width corresponding to a certain central angle, peak intensity corresponding to a certain central angle, etc.). Therefore, by multiplying all of these distribution functions and determining the load number at which the multiplied function is maximized, the most likely load number can be derived. Therefore, when deriving the number of loads, the most probable number of loads is derived by multiplying as many as possible the distribution function of the number of loads derived based on the relationship between the number of loads investigated in advance and the use condition element. It is preferable to do.
  • the normal stress of the fatigue part of the bearing part the shear stress of the fatigue part, the amount of retained austenite, the relationship between the central angle and the intensity of the annular diffracted X-ray, and the annular diffracted X-ray previously investigated.
  • Multiplying the distribution functions of all the load counts which are derived based on the relationship between the peak half-value width obtained corresponding to the center angle of each and the load count, and statistically deriving the most likely load count It is preferable to do.
  • the load and the oil film parameter can be estimated with high accuracy by statistically deriving the most likely values.
  • the calculated use condition is displayed on the display unit 14 connected to the calculation unit 13.
  • a step (S50) for calculating the remaining life of the rolling bearing is performed.
  • the remaining life of the bearing component 90 to be inspected is calculated based on the use conditions derived in the above step (S40). Specifically, for example, the remaining life can be estimated as follows.
  • the remaining life of the bearing component 90 to be inspected is calculated by applying the usage conditions (the number of loads, the load and the oil film parameter) derived in step (S40) to the above equation (1).
  • the calculated remaining life is displayed on the display unit 14. With the above process, the bearing component inspection method using the inspection apparatus 1 according to the present embodiment is completed.
  • a rolling bearing is configured based on an X-ray diffraction ring in which the amount of information obtained by one measurement is significantly larger than that of the conventional method. Usage conditions of bearing parts such as bearing rings and rolling elements are calculated. Therefore, the use condition of the rolling bearing (bearing part) is estimated with high accuracy.
  • the maximum likelihood estimation method has been described as an example of the statistical method for estimating the use condition.
  • another statistical method such as a Bayesian method may be employed. .
  • the bearing part inspection method and the bearing part inspection apparatus of the present invention can be applied particularly advantageously to a bearing part inspection method and a bearing part inspection apparatus that require high accuracy.

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Abstract

　軸受部品の検査方法は、被検査軸受部品の疲労部にＸ線を照射するステップ（Ｓ１０）と、疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線（Ｘ線回折環）を検出するステップ（Ｓ２０）と、検出された環状の回折Ｘ線（Ｘ線回折環）に基づいて被検査軸受部品の使用条件を推定するステップ（Ｓ３０，Ｓ４０）とを備えている。

Description

軸受部品の検査方法および軸受部品の検査装置
　本発明は軸受部品の検査方法および軸受部品の検査装置に関し、より特定的には、軸受部品の高精度な検査を可能とする軸受部品の検査方法および軸受部品の検査装置に関するものである。
　転がり軸受の寿命は、軸受に負荷される荷重、潤滑条件、軸受部品を構成する材料などに依存することが知られている。そして、転がり軸受の寿命は、上記荷重、潤滑条件、材料などを考慮して作成された寿命計算式を用いて算出することができる（たとえば、ころがり軸受・ころ軸受の動的負荷容量－Ｌｕｎｄｂｅｒｇ－Ｐａｌｍｇｒｅｎ理論の詳解－（非特許文献１）参照）。この計算式は、転がり軸受をある条件で使用する際にどのくらいの期間使用できるかを見積もるため、あるいは、要求される時間中に転がり軸受が破損しないためにはどのような条件で転がり軸受を使用すればよいかを見積もるために使用されている。
　一般に、転がり軸受は寿命計算式に基づいて設定した使用条件で使用される。したがって、通常の条件で転がり軸受が使用されるかぎり、転がり軸受の寿命が問題になることはない。しかしながら、転がり軸受の寿命が市場で問題となる状況がしばしば生じる。これは、実際の転がり軸受の使用条件が、予定された条件と異なっていることが一因であると考えられる。このような状況に対応するため、実際に使用された転がり軸受を分析し、その余寿命を推定する方法が提案されている（たとえば、対馬全之、前田喜久男、ベアリングエンジニア、４８、１９８４年、１－１７（非特許文献２）参照）。この方法は、Ｘ線回折を利用した応力測定結果（応力、半価幅、残留オーステナイト量）が、転がり軸受の転動時間（運転時間）と関係を有していることを利用した方法である。
岡本純三著、「ころがり軸受・ころ軸受の動的負荷容量－Ｌｕｎｄｂｅｒｇ－Ｐａｌｍｇｒｅｎ理論の詳解－」、千葉大学工学部機械工学科機械要素講座、１９８８年 対馬全之、前田喜久男、ベアリングエンジニア、４８、１９８４年、１－１７
　しかし、この方法は、特定の転動条件における応力測定結果と転動時間との関係を利用しているため、その条件に近い条件で使用された転がり軸受にしか適用できないという問題があった。
　任意の転動条件での転がり軸受の余寿命を推定するためには、転がり軸受の使用条件を何らかの手段で推定し、その条件でどのくらいの期間使用されたか（負荷回数）を推定する方法が必要になる。潤滑油の汚染（異物混入）等の外乱因子がない場合、転がり軸受の寿命を支配する主要因は、荷重および油膜パラメータである。したがって、余寿命を推定するためには、これら２つの条件に負荷回数を加えたの３条件を推定する必要がある。従来のＸ線回折でも、応力、半価幅、残留オーステナイト量の３つの分析結果が得られる。しかしながら、これらの分析結果に基づいて、転がり軸受の使用条件（負荷回数、荷重および油膜パラメータ）を高精度に推定することは困難であるという問題があった。
　本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、転がり軸受の使用条件を高精度に推定することが可能な軸受部品の検査方法および検査装置を提供することである。
　本発明に従った軸受部品の検査方法は、被検査軸受部品の疲労部にＸ線を照射するステップと、疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線を検出するステップと、検出された環状の回折Ｘ線に基づいて被検査軸受部品の使用条件を推定するステップとを備えている。
　Ｘ線を所定の入射角で軸受部品に入射させた場合、軸受部品を形成する鋼がランダムな方位を有する多数の結晶からなる多結晶体である限り、円錐面を構成するようにＸ線が回折する。そのようにＸ線が回折しても、従来のＸ線回折を利用した軸受部品の応力の分析では、上記円錐面を構成する回折Ｘ線のうち、一の方向に対応する回折Ｘ線のみを検出器にて検出する。そして、入射角を変更して再度同様に回折Ｘ線を検出し、これらに基づいて軸受部品の表面における応力を算出する。このように従来のＸ線回折を利用した分析方法では、円錐面を構成する回折Ｘ線のうち、一の方向に対応する回折Ｘ線のみを検出し、分析を行なう。そのため、一回の測定で得られる情報量が限られ、軸受部品の使用条件を精度よく推定するためには極めて多数回の測定が必要となる。そのため、従来のＸ線回折法を利用して軸受部品の使用条件を精度よく推定することは、実質的に不可能であるといえる。
　これに対し、本発明の軸受部品の検査方法では、上記円錐面を構成する回折Ｘ線のすべてに交差する位置に平面状の検出部を有する検出器を配置し、この検出器が検出部を含む平面と上記円錐面とが交差して形成される環状の領域に対応する環状の回折Ｘ線（Ｘ線回折環）を検出する。このＸ線回折環には、上記円錐面を構成する全ての回折Ｘ線の情報が含まれている。そのため、一回の測定で得られる情報量が上記従来の方法に比べて著しく多くなる。その結果、軸受部品の使用条件を精度よく推定することが可能となる。このように、本発明の軸受部品の検査方法によれば、転がり軸受の使用条件を高精度に推定することができる。
　上記軸受部品の検査方法においては、上記被検査軸受部品の使用条件を推定するステップは、環状の回折Ｘ線を検出する工程において検出された環状の回折Ｘ線に基づいて、疲労部の垂直応力、疲労部のせん断応力、環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅を含む使用条件要素を導出するステップと、導出された使用条件要素の少なくともいずれか１つに基づいて、被検査軸受部品の使用条件を算出するステップとを含んでいてもよい。
　疲労部の垂直応力、疲労部のせん断応力、回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅と転がり軸受の使用条件には強い相関があるので、導出したこれら使用条件要素に基づいて使用条件を算出することにより、転がり軸受の使用条件をより高精度に推定することができる。
　上記軸受部品の検査方法においては、被検査軸受部品の使用条件を推定するステップにおいて算出された被検査軸受部品の使用条件に基づいて、被検査軸受部品の余寿命を評価するステップをさらに含んでいてもよい。
　これにより、転がり軸受の使用者にとって重要な、軸受を交換すべき時期に関する情報を得ることができる。
　上記軸受部品の検査方法においては、上記使用条件要素は、疲労部の残留オーステナイト量をさらに含んでいてもよい。疲労部の残留オーステナイト量と転がり軸受の使用条件にも強い相関があるので、残留オーステナイト量に基づいて転がり軸受の使用条件を算出すれば、転がり軸受の使用条件を一層高精度に推定することができる。
　上記軸受部品の検査方法においては、上記使用条件を推定するステップでは、予め調査された軸受部品の疲労部の垂直応力、疲労部のせん断応力、残留オーステナイト量、環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅の少なくともいずれか１つと、軸受部品の疲労部に与えられた応力の負荷回数、軸受部品の疲労部に与えられた荷重および軸受部品の疲労部における油膜パラメータとの関係に基づいて、被検査軸受部品の疲労部に与えられた応力の負荷回数、疲労部に与えられた荷重および疲労部における油膜パラメータが算出されてもよい。
　このように、使用条件要素と実際の使用条件（負荷回数、荷重および油膜パラメータ）との関係を予め調査しておき、被検査軸受部品を分析することにより得られた使用条件要素から使用条件を導出することにより、転がり軸受の使用条件を高精度に推定することができる。
　上記軸受部品の検査方法においては、上記使用条件を推定するステップでは、被検査軸受部品の疲労部に与えられた応力の負荷回数、被検査軸受部品の疲労部に与えられた荷重および被検査軸受部品の疲労部における油膜パラメータのそれぞれは、予め調査された軸受部品の疲労部の垂直応力、疲労部のせん断応力、残留オーステナイト量、環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅のそれぞれと、軸受部品の疲労部に与えられた応力の負荷回数、軸受部品の疲労部に与えられた荷重および軸受部品の疲労部における油膜パラメータのすべてとの関係が考慮されるように、統計的に算出されてもよい。
　このように、各使用条件を、１つの使用条件要素との関係で決定するのではなく、複数の使用条件要素との関係で最も尤もらしい値として算出することにより、転がり軸受の使用条件を一層高精度に推定することができる。
　本発明に従った軸受部品の検査装置は、被検査軸受部品に対してＸ線を照射する照射部と、被検査軸受部品において回折した環状のＸ線を検出する検出器と、検出器に接続され、検出器において検出された環状のＸ線に基づいて被検査軸受部品の使用条件を算出する演算部とを備えている。
　このような構造を有することにより、本発明の軸受部品の検査装置によれば、上記本発明の軸受部品の検査方法を容易に実施することができる。
　上記軸受部品の検査装置は、持ち運び可能となっていることが好ましい。これにより、軸受部品が使用されている場所、あるいはその近くにおいて、容易に検査を実施することができる。
　以上の説明から明らかなように、本発明の軸受部品の検査方法および軸受部品の検査装置によれば、転がり軸受の使用条件を高精度に推定することができる。
軸受部品の検査装置の構成を示す概略図である。 軸受部品の検査装置の他の構成を示す概略図である。 軸受部品の検査方法の手順を概略的に示すフローチャートである。 予め調査された軸受部品の疲労部における応力と負荷回数との関係の一例を示す図である。 予め調査されたある中心角に対応する回折Ｘ線の半価幅と負荷回数との関係の一例を示す図である。 予め調査されたある中心角に対応する回折Ｘ線の強度と負荷回数との関係の一例を示す図である。 負荷回数の導出手順を説明するための図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
　本発明の一実施の形態における軸受部品の検査装置１は、図１に示すように被検査軸受部品９０に対してＸ線を照射する照射部１１と、被検査軸受部品９０において回折した環状のＸ線を検出する検出器１２と、検出器１２に接続され、検出器１２において検出された環状のＸ線に基づいて被検査軸受部品９０の使用条件を算出する演算部１３と、演算部１３に接続され、演算部１３における演算結果を表示する表示部１４とを備えている。
　照射部１１は、被検査軸受部品９０に対向させることが可能なように設置されたＸ線管球を含んでいる。検出器１２は、照射部から照射したＸ線を通過させる中心部に形成された孔と被検査軸受部品９０に対向させることが可能な平面状の検出部１２Ａを含んでいる。演算部１３は、予め記憶部（図示しない）に記憶されたデータベースと、検出器１２において検出された環状のＸ線のデータとに基づき、被検査軸受部品９０の使用条件を算出する。算出された被検査軸受部品９０の使用条件は、表示部１４に表示される。
　また、検査装置１は、持ち運び可能となっていてもよい。ここで、「持ち運び可能」な検査装置とは、検査装置１を一定の場所に据え付け、被検査軸受部品９０をその場所に運んで検査を実施する必要があるものではなく、検査装置１を移動させることが可能であって、検査装置１を被検査軸受部品９０が使用されている場所あるいはその近傍まで運搬し、検査を実施することが可能であるものを意味する。検査装置１を移動可能なものとするためには、検査装置１を軽量かつコンパクトに構成する必要がある。検出器１２の検出部１２ＡにＸ線ＣＣＤを採用することにより、照射部１１のＸ線管球および検出器１２を筐体内に設け、演算部１３および表示部１４を小型のコンピュータ装置（パーソナルコンピュータ等）として設ければ、検査装置１全体をコンパクト化することができる。また、検査装置１全体をコンパクト化することで、照射部１１のＸ線管球および検出器１２を被検査軸受部品９０に近づけることができる。その結果、Ｘ線管球の出力を小さくすることができるため、管球の冷却を水冷から空冷に変更することも可能となり、検査装置１のさらなるコンパクト化および軽量化を達成することができる。
　また、上記図１に示す検査装置１における検出部１２Ａに代えて、図２に示すようにテーブル１２Ｃ上に設置されるイメージングプレート１２Ｂを採用した検査装置２を使用することもできる。図２を参照して、検査装置２は、Ｘ線の照射および回折Ｘ線の受光を行なう第１装置２１と、回折Ｘ線の像の読み出し、使用条件の算出、および算出結果の表示を行なう第２装置２２とを含んでいる。第１装置２１は、上記図１の検査装置１の照射部１１および検出器１２と基本的には同様の構造を有しているが、検査装置１の検出器１２に代えて、テーブル１２Ｃと、テーブル１２Ｃ上に被検査軸受部品９０に対向するように着脱自在に設置されるイメージングプレート１２Ｂとを含んでいる。一方、第２装置２２は、イメージングプレート１２Ｂを着脱可能に保持するテーブル１２３と、テーブル１２３に接続され、テーブル１２３を回転させる第１モータ１２１と、第１モータ１２１に接続され、第１モータ１２１を二次元的に移動させる（たとえばＸＹ方向に移動させる）第２モータ１２２とを備えている。この第１モータ１２１および第２モータ１２２により、テーブル１２３に保持されたイメージングプレート１２Ｂは、回転および二次元的に移動することが可能となっている。さらに、第２装置２２は、テーブル１２３に保持されたイメージングプレート１２Ｂに対してレーザを照射し、イメージングプレート１２Ｂからの反射光を受光するレーザ照射装置１２４と、レーザ照射装置１２４、第１モータ１２１および第２モータ１２２に接続され、これらからの信号に基づいて環状の回折Ｘ線のデータを算出する計算回路１２５とを含んでいる。上記第１モータ１２１、第２モータ１２２、テーブル１２３、レーザ照射装置１２４および計算回路１２５は、イメージングプレート１２Ｂから環状の回折Ｘ線のデータを読み出す読み出し部１２０を構成する。また、読み出し部１２０、イメージングプレート１２Ｂおよびテーブル１２Ｃは、Ｘ線の検出器として機能する。
　また、第２装置２２は、読み出し部１２０の計算回路１２５に接続された演算部１３と、演算部に接続された表示部１４とをさらに含んでいる。演算部１３および表示部１４は、上記検査装置１と同様の構成を有している。検査装置２は、上述のように第１装置２１および第２装置２２を含んでおり、第１装置２１および第２装置２２をまとめて、あるいは第１装置２１および第２装置２２をそれぞれ持ち運び可能となっていてもよい。
　次に、上記検査装置１、２を用いた軸受部品の検査方法について説明する。図２を参照して、まず、被検査軸受部品９０を準備し、この被検査軸受部品９０の疲労部にＸ線を照射するステップ（Ｓ１０）が実施される。このステップ（Ｓ１０）では、図１、２を参照して、被検査軸受部品９０を所定の位置にセットし、照射部１１からＸ線を被検査軸受部品９０に対して照射する。このとき、図１、２に示すように、Ｘ線は、被検査軸受部品９０に対して所定の入射角で入射するように、矢印αに沿って照射される。
　次に、図３を参照して、Ｘ線回折環が検出されるステップ（Ｓ２０）が実施される。このステップ（Ｓ２０）では、図１、２に示すように、矢印αに沿って被検査軸受部品９０に入射したＸ線が、円錐面βを構成するように回折し、検出部１２Ａまたはイメージングプレート１２Ｂに到達する。そして、たとえばＸ線ＣＣＤである検出部１２Ａにおいては、それぞれの画素が出力するＸ線の強度に相当する強度の信号により、環状の回折Ｘ線（Ｘ線回折環）が検出される。
　また、検査装置２においては、イメージングプレート１２ＢにおいてＸ線回折環の像が形成されるので、イメージングプレート１２Ｂを読み出し部１２０にセットして、イメージングプレート１２Ｂにおけるレーザ照射位置（回転角度と移動位置）と反射光の強度に相当する信号とからＸ線回折環が検出される。
　より具体的には、イメージングプレート１２Ｂには環状の回折Ｘ線の像が形成されるが、そのままでは環状の回折Ｘ線を検出することはできない。そのため、イメージングプレート１２Ｂをテーブル１２Ｃから取り外し、読み出し部１２０のテーブル１２３にセットする。テーブル１２３に保持されたイメージングプレート１２Ｂは、第１モータ１２１および第２モータ１２２により回転および移動させられつつ、レーザ照射装置１２４からレーザの照射を受ける。その結果、イメージングプレート１２Ｂからの反射光の強度に相当する信号がレーザ照射装置１２４から出力される。すなわち、回折Ｘ線の像が形成された箇所からはＸ線の強度に相当する光量の輝尽発光が発生するので、反射光の強度に相当する信号の強度は、回折Ｘ線の強度を表している。また、第１モータ１２１および第２モータ１２２内のエンコーダから出力される信号から、イメージングプレート１２Ｂの回転位置と移動位置とを検出することができる。よって、レーザ照射装置１２４が出力する信号と、第１モータ１２１および第２モータ１２２内のエンコーダから出力される信号とを計算回路１２５に入力させてデータ処理することにより、Ｘ線ＣＣＤの場合と同様に環状の回折Ｘ線を検出することができる。
　なお、読み出し部１２０をイメージングプレート１２Ｂおよびテーブル１２Ｃと共に１つの筐体内に備え、Ｘ線照射によるイメージングプレート１２Ｂへの環状の回折Ｘ線像作成と、読み出し部１２０による環状の回折Ｘ線検出（読み出し）とを連続して行うようにしてもよい。
　次に、図３を参照して、使用条件要素が導出されるステップ（Ｓ３０）が実施される。このステップ（Ｓ３０）では、上記ステップ（Ｓ２０）において検出されたＸ線回折環から、被検査軸受部品９０が使用されてきた条件（使用条件）との関連性を有するデータ、たとえば被検査軸受部品９０の疲労部における垂直応力、疲労部のせん断応力、環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅、残留オーステナイト量などのデータ（使用条件要素）が取得される。
　次に、図３を参照して、使用条件が算出されるステップ（Ｓ４０）が実施される。このステップ（Ｓ４０）では、上記ステップ（Ｓ３０）において取得された使用条件要素に基づいて、被検査軸受部品９０の使用条件が算出される。具体的には、たとえば以下のように使用条件を推定することができる。使用条件の推定（算出）は、検出器１２に接続された演算部１３にて行なわれる（図１、２参照）。
　本発明者は、使用条件を異ならせた転がり軸受についてＸ線回折環を調査した結果、垂直応力である圧縮応力、Ｘ線回折環の中心角に対する強度分布、および半価幅の分布が、転がり軸受の使用条件によって変化することを見出した。そのため、豊富なデータ量を含むＸ線回折環から上記使用条件要素のそれぞれと、実際の使用条件（負荷回数、荷重および油膜パラメータ）との関係を予め調査しておけば、被検査軸受部品９０について所定の使用条件要素が導出された場合における実際の使用条件を当該関係に基づいて推定することができる。
　今、種々の使用条件で使用された各種の転がり軸受を構成する軸受部品について疲労部の回折Ｘ線環を調査した結果、図４～図６のような関係（データベース）が得られたとする。図４～図６において、縦軸は実際の負荷回数、横軸は、それぞれ当該負荷回数の軸受部品を上記Ｘ線回折環を用いて分析した結果得られた応力（圧縮応力）、ある中心角に対応する半価幅、ある中心角に対応するピーク強度である。図中の曲線は、図中のデータ点に基づいて算出された負荷回数と各使用条件要素との関係を示している。
　すなわち、使用後の転がり軸受を構成する軸受部品（被検査軸受部品９０）に上記ステップ（Ｓ２０）でＸ線を照射し、ステップ（Ｓ４０）で検出したＸ線回折環全体を使って分析すると、図４～図６の横軸に対応する分析値が得られるので、この分析値から図４～図６に示される関係を用いて最も可能性が高い負荷回数を導出することができる。より具体的には、図７を参照して、たとえばＸ線回折環から得られた被検査軸受部品９０の圧縮応力がｘである場合、負荷回数はｙであると推定することができる。同様に、圧縮応力あるいは他の使用条件要素と、他の使用条件（荷重、油膜パラメータ）との関係を予め調査しておけば、この関係を用いて、被検査軸受部品９０の他の使用条件を導出（推定）することができる。
　ここで、被検査軸受部品９０の圧縮応力がｘであった場合、このデータのみから判断すると負荷回数はｙである確率が最も高い。しかし、このようにして算出される負荷回数には、分析結果のばらつき、およびその他の使用条件（荷重、油膜パラメータ）に起因したばらつきが含まれる。
　図７に示すように、負荷回数は、圧縮応力に対してＦ（ｙ）のような分布を持つ。同様に、負荷回数は、すべての使用条件要素（ある中心角に対応する半価幅、ある中心角に対応するピーク強度など）に対して分布を持つ。そのため、それらの分布関数をすべて掛け合わせ、その掛け合わせた関数がどの負荷回数で最大になるのかを求めれば、最も尤もらしい負荷回数を導出することができる。したがって、負荷回数を導出する際には、予め調査された負荷回数と使用条件要素とのそれぞれの関係に基づいて導出される負荷回数の分布関数をなるべく多く掛け合わせ、最も尤もらしい負荷回数を導出することが好ましい。より具体的には、たとえば予め調査された軸受部品の疲労部の垂直応力、疲労部のせん断応力、残留オーステナイト量、環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅のそれぞれと負荷回数との関係に基づいて導出される、全ての負荷回数の分布関数を掛け合わせ、最も尤もらしい負荷回数を統計的に導出することが好ましい。そして、負荷回数だけでなく、荷重および油膜パラメータについても、同様に、最も尤もらしい値を統計的に導出することにより、使用条件を精度よく推定することができる。算出された使用条件は、演算部１３に接続された表示部１４に表示される。
　次に、図３を参照して、転がり軸受の余寿命が算出されるステップ（Ｓ５０）が実施される。このステップ（Ｓ５０）では、上記ステップ（Ｓ４０）において導出された使用条件に基づいて、被検査軸受部品９０の余寿命が算出される。具体的には、たとえば以下のように余寿命を推定することができる。
　一般に、転がり軸受の寿命は以下の式（１）にて表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　したがって、上記ステップ（Ｓ４０）において導出された使用条件（負荷回数、荷重および油膜パラメータ）を上記式（１）にあてはめることにより、被検査軸受部品９０の余寿命が算出される。算出された余寿命は、表示部１４に表示される。以上のプロセスにより、本実施の形態における検査装置１を用いた軸受部品の検査方法が完了する。
　上記本実施の形態における検査装置１、２を用いた軸受部品の検査方法では、一回の測定で得られる情報量が従来の方法に比べて著しく多いＸ線回折環に基づいて転がり軸受を構成する軌道輪、転動体などの軸受部品の使用条件が算出される。そのため、転がり軸受（軸受部品）の使用条件が精度よく推定される。
　なお、上記実施の形態においては、使用条件を推定するための統計的手法の一例として最尤推定法について述べたが、これに代えて他の統計的手法、たとえばベイズ法を採用してもよい。
　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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。
　本発明の軸受部品の検査方法および軸受部品の検査装置は、高い精度が求められる軸受部品の検査方法および軸受部品の検査装置に、特に有利に適用され得る。
　１，２　検査装置、１１　照射部、１２　検出器、１２Ａ　検出部、１２Ｂ　イメージングプレート、１２Ｃ　テーブル、１３　演算部、１４　表示部、２１　第１装置、２２　第２装置、９０　被検査軸受部品、１２０　読み出し部、１２１　第１モータ、１２２　第２モータ、１２３　テーブル、１２４　レーザ照射装置、１２５　計算回路。

Claims (8)

  1. 　被検査軸受部品の疲労部にＸ線を照射するステップと、
    　前記疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線を検出するステップと、
    　検出された前記環状の回折Ｘ線に基づいて前記被検査軸受部品の使用条件を推定するステップとを備えた、軸受部品の検査方法。
  2. 　前記被検査軸受部品の使用条件を推定するステップは、
    　前記環状の回折Ｘ線を検出する工程において検出された前記環状の回折Ｘ線に基づいて、前記疲労部の垂直応力および、前記疲労部のせん断応力、前記環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および前記環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅を含む使用条件要素を導出するステップと、
    　導出された前記使用条件要素の少なくとも１つに基づいて、前記被検査軸受部品の使用条件を算出するステップとを含む、請求項１に記載の軸受部品の検査方法。
  3. 　前記被検査軸受部品の使用条件を推定するステップにおいて算出された前記被検査軸受部品の使用条件に基づいて、前記被検査軸受部品の余寿命を評価するステップをさらに含む、請求項１に記載の軸受部品の検査方法。
  4. 　前記使用条件要素は、前記疲労部の残留オーステナイト量をさらに含む、請求項２に記載の軸受部品の検査方法。
  5. 　前記使用条件を推定するステップでは、予め調査された軸受部品の疲労部の垂直応力および、疲労部のせん断応力、残留オーステナイト量、環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅の少なくともいずれか１つと、軸受部品の疲労部に与えられた応力の負荷回数、軸受部品の疲労部に与えられた荷重および軸受部品の疲労部における油膜パラメータとの関係に基づいて、前記被検査軸受部品の前記疲労部に与えられた応力の負荷回数、前記疲労部に与えられた荷重および前記疲労部における油膜パラメータが算出される、請求項４に記載の軸受部品の検査方法。
  6. 　前記使用条件を推定するステップでは、前記被検査軸受部品の前記疲労部に与えられた応力の負荷回数、前記被検査軸受部品の前記疲労部に与えられた荷重および前記被検査軸受部品の前記疲労部における油膜パラメータのそれぞれは、予め調査された軸受部品の疲労部の垂直応力および、疲労部のせん断応力、残留オーステナイト量、環状の回折Ｘ線の中心角と強度との関係、および環状の回折Ｘ線の中心角に対応して得られるピークの半価幅のそれぞれと、軸受部品の疲労部に与えられた応力の負荷回数、軸受部品の疲労部に与えられた荷重および軸受部品の疲労部における油膜パラメータのすべてとの関係が考慮されるように、統計的に算出される、請求項５に記載の軸受部品の検査方法。
  7. 　被検査軸受部品に対してＸ線を照射する照射部と、
    　前記被検査軸受部品において回折した環状のＸ線を検出する検出器と、
    　前記検出器に接続され、前記検出器において検出された前記環状のＸ線に基づいて前記被検査軸受部品の使用条件を算出する演算部とを備えた、軸受部品の検査装置。
  8. 　持ち運び可能となっている、請求項７に記載の軸受部品の検査装置。
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