(57)【要約】【課題】転動部品の疲労度を高い精度で推定することが可能な転動部品の疲労度推定方法、転動部品の疲労度推定装置および転動部品の疲労度推定プログラムを提供する。【解決手段】転動部品の疲労度推定方法は、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から転動部品の疲労度を推定するためのデータを取得するステップ（Ｓ１１０）と、ステップ（Ｓ１１０）において得られたデータに基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップ（Ｓ１２０）と、当該ステップ（Ｓ１２０）での判断結果と上記ステップ（Ｓ１１０）で得られたデータとに基づき、転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１３１）〜ステップ（Ｓ１３４）およびステップ（Ｓ１４１））と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から前記転動部品の疲労度を推定するためのデータを取得するステップを備え、
前記取得するステップは、
前記転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、
前記転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、前記転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含み、さらに、
前記取得するステップにおいて得られた前記データに基づき、前記転動部品の前記疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、
前記判断するステップでの判断結果と前記取得するステップで得られた前記データとに基づき、前記転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を備え、
前記第１疲労度を推定するステップでは、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていないと判断された場合に、前記第２データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第１疲労度を算出するステップと、が実施され、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定された前記第２データと前記第１疲労度との関係に基づき、前記第２データから前記第１疲労度を推定するステップが実施される、転動部品の疲労度推定方法。
【請求項２】
前記第２データは、前記転動部品の前記疲労部における６成分の残留応力のデータ、前記転動部品の前記疲労部における残留オーステナイト量のデータ、前記転動部品の前記疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきを示すデータ、前記回折強度のピークの半価幅のデータ、前記回折強度の平均値のデータ、および前記回折強度の最小値と最大値との差のデータからなる群から選択される少なくとも１つのデータを含む、請求項１に記載の転動部品の疲労度推定方法。
【請求項３】
回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から前記転動部品の疲労度を推定するためのデータを取得するステップを備え、
前記取得するステップは、
前記転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、
前記転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、前記転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含み、さらに、
前記取得するステップにおいて得られた前記データに基づき、前記転動部品の前記疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、
前記判断するステップでの判断結果と前記取得するステップで得られた前記データとに基づき、前記転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を備え、
前記第２データは、前記転動部品に関する前記Ｘ線分析値の深さ方向での分布データを含み、
前記第１疲労度を推定するステップでは、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていないと判断された場合に、前記第２データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第１疲労度を算出するステップと、が実施され、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていると判断された場合に、前記深さ方向での分布データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第１疲労度を算出するステップとが実施される、転動部品の疲労度推定方法。
【請求項４】
前記深さ方向での分布データは、前記転動部品の前記疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきを示すデータの深さ方向での分布データである、請求項３に記載の転動部品の疲労度推定方法。
【請求項５】
前記転動部品の前記使用条件は、前記転動部品の回転速度、前記転動部品の使用時の温度、前記転動部品の使用時に供給される潤滑油の油種情報、および前記転動部品の使用時に供給される前記潤滑油の汚染度の情報を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の転動部品の疲労度推定方法。
【請求項６】
前記第１疲労度に基づき、前記転動部品が交換を要するか否か、または交換時期を通知するステップをさらに備える、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の転動部品の疲労度推定方法。
【請求項７】
前記取得するステップは、前記転動部品の前記疲労部を測定して表面形状に関する第３データを得るステップを含み、
前記取得するステップで得られた前記データに基づき、前記転動部品の表面起点型の損傷に関する第２疲労度を推定するステップを備え、
前記第２疲労度を推定するステップは、
前記第２データと前記第３データとに基づき、前記転動部品の前記疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定するステップと、
予め決定された前記接触応力と寿命との関係に基づき、前記接触応力から、前記寿命を推定するステップと、
前記転動部品の前記回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第２疲労度を推定するステップとを含み、さらに、
前記第１疲労度と前記第２疲労度とのうち値の大きい方を前記転動部品の疲労度として決定するステップを備える、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の転動部品の疲労度推定方法。
【請求項８】
前記疲労度に基づき、前記転動部品が交換を要するか否か、または前記転動部品の交換時期を通知するステップをさらに備える、請求項７に記載の転動部品の疲労度推定方法。
【請求項９】
転動部品の疲労度推定プログラムであって、
コンピュータに、
回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から疲労度を推定するためのデータを取得するステップを実行させ、
前記取得するステップは、
前記転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、
前記転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、前記転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含み、さらに、
前記コンピュータに、
前記取得するステップにおいて得られた前記データに基づき、前記転動部品の前記疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、
前記判断するステップでの判断結果と前記取得するステップで得られた前記データとに基づき、前記転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を実行させ、
前記第１疲労度を推定するステップでは、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていないと判断された場合に、前記第２データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第１疲労度を算出するステップと、が実施され、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定された前記第２データと前記第１疲労度との関係に基づき、前記第２データから前記第１疲労度を推定するステップが実施される、転動部品の疲労度推定プログラム。
【請求項１０】
転動部品の疲労度推定プログラムであって、
コンピュータに、
回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から疲労度を推定するためのデータを取得するステップを実行させ、
前記取得するステップは、
前記転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、
前記転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、前記転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含み、さらに、
前記コンピュータに、
前記取得するステップにおいて得られた前記データに基づき、前記転動部品の前記疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、
前記判断するステップでの判断結果と前記取得するステップで得られた前記データとに基づき、前記転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を実行させ、
前記第２データは、前記転動部品に関する前記Ｘ線分析値の深さ方向での分布データを含み、
前記第１疲労度を推定するステップでは、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていないと判断された場合に、前記第２データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第１疲労度を算出するステップと、が実施され、
前記判断するステップにおいて、前記組織変化が起こっていると判断された場合に、前記深さ方向での分布データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第１疲労度を算出するステップとが実施される、転動部品の疲労度推定プログラム。
【請求項１１】
前記コンピュータに、
前記第１疲労度に基づき、前記転動部品が交換を要するか否か、または前記転動部品の交換時期を通知するステップをさらに実行させる、請求項９または請求項１０に記載の転動部品の疲労度推定プログラム。
【請求項１２】
前記取得するステップは、前記転動部品の前記疲労部を測定して表面形状に関する第３データを得るステップを含み、
前記コンピュータに、
前記取得するステップで得られた前記データに基づき、前記転動部品の表面起点型の損傷に関する第２疲労度を推定するステップを実行させ、
前記第２疲労度を推定するステップは、
前記第２データと前記第３データとに基づき、前記転動部品の前記疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定するステップと、
予め決定された前記接触応力と寿命との関係に基づき、前記接触応力から、前記寿命を推定するステップと、
前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の前記第２疲労度を推定するステップとを含み、さらに、
前記コンピュータに、
前記第１疲労度と前記第２疲労度とのうち値の大きい方を前記転動部品の疲労度として決定するステップを実行させる、請求項９または請求項１０に記載の転動部品の疲労度推定プログラム。
【請求項１３】
前記コンピュータに、
前記疲労度に基づき、前記転動部品が交換を要するか否か、または前記転動部品の交換時期を通知するステップをさらに実行させる、請求項１２に記載の転動部品の疲労度推定プログラム。
【請求項１４】
転動部品のミクロ組織に関する第１データと、前記転動部品の疲労部にＸ線を照射することで得られる、前記転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データとの少なくともいずれか一方に基づき、前記転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断する判断部と、
前記判断部において、前記組織変化が起こっていないと判断された場合に、前記第２データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定する荷重推定部と、
前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出する寿命算出部と、
前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の第１疲労度を算出する第１疲労度算出部と、
前記判断部において、前記組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定された前記Ｘ線分析値と前記第１疲労度との関係に基づき、前記第２データから前記第１疲労度を推定する第１疲労度推定部とを備える、転動部品の疲労度推定装置。
【請求項１５】
転動部品のミクロ組織に関する第１データと、前記転動部品の疲労部にＸ線を照射することで得られる、前記転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データとの少なくともいずれか一方に基づき、前記転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断する判断部と、
前記第２データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定する荷重推定部と、
前記荷重と前記転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出する寿命算出部と、
前記転動部品の回転回数と前記寿命とから前記転動部品の第１疲労度を算出する第１疲労度算出部と、を備え、
前記第２データは、前記転動部品に関する前記Ｘ線分析値の深さ方向での分布データを含み、
前記荷重推定部は、
前記判断部において、前記組織変化が起こっていないと判断された場合に、前記第２データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定し、
前記判断部において、前記組織変化が起こっていると判断された場合に、前記深さ方向での分布データに基づき前記転動部品に作用していた荷重を推定する、転動部品の疲労度推定装置。
【請求項１６】
前記第２データと、前記転動部品の前記疲労部を測定して得られる表面形状に関する第３データとに基づき、前記転動部品の前記疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定する接触応力推定部と、
予め決定された前記接触応力と寿命との関係に基づき、前記接触応力から、前記寿命を推定する寿命推定部と、
前記転動部品の前記回転回数と前記寿命とから前記転動部品の第２疲労度を推定する第２疲労度推定部と、
前記第１疲労度と前記第２疲労度とのうち値の大きい方を前記転動部品の疲労度として決定する疲労度決定部とを備える、請求項１４または請求項１５に記載の転動部品の疲労度推定装置。
【請求項１７】
転動部品の疲労部の表面から内部にかけてＸ線を照射することで、前記疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきの深さ方向での分布データを得るステップと、
前記深さ方向での分布データに基づき、前記転動部品の前記疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定するステップとを備える、転動部品の接触応力推定方法。
【請求項１８】
前記接触応力を推定するステップは、
前記深さ方向での分布データに基づき、前記回折強度のばらつきの値が最大となる第１深さを求め、前記第１深さを用いて前記疲労部における他の部材との接触部の短軸半径を推定するステップと、
前記短軸半径に基づき接触応力を推定するステップとを含む、請求項１７に記載の転動部品の接触応力推定方法。
【請求項１９】
前記深さ方向での分布データを得るステップでは、２次元検出器を用いて前記環状の回折Ｘ線の全体を測定する、請求項１７または請求項１８に記載の転動部品の接触応力推定方法。
【請求項２０】
前記深さ方向での分布データを得るステップでは、前記環状の回折Ｘ線の一部を検出する検出器を走査することで、前記環状の回折Ｘ線の全体を測定する、請求項１７または請求項１８に記載の転動部品の接触応力推定方法。
【請求項２１】
前記深さ方向での分布データを得るステップでは、前記転動部品の前記疲労部の前記表面に対して垂直方向から前記Ｘ線を照射する、請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の転動部品の接触応力推定方法。
【請求項２２】
前記深さ方向での分布データを得るステップでは、前記転動部品の前記疲労部の前記表面に対して傾斜した方向から前記Ｘ線を照射する、請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の転動部品の接触応力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転動部品の疲労度推定方法、転動部品の疲労度推定装置、転動部品の疲労度推定プログラムおよび転動部品の接触応力推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受（以下、軸受とも呼ぶ）の寿命は、荷重や潤滑条件等の運転条件、硬度・組織・残留応力等の材料特性に依存することが知られている。従来より、軸受の寿命は、運転条件や材料特性から計算できる寿命計算式を使って推定されている。この計算式は、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のか、あるいは、要求される使用期間で軸受が破損しないためにどのような条件で軸受を使用すればよいのか、を見積もるために使用されている。一般に、軸受は、その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、想定した条件で軸受が使用されている場合は、当該軸受の寿命が問題になることはないはずである。
【０００３】
しかしながら、市場では軸受寿命がしばしば問題となる。これは、実際の軸受が想定外の環境や条件で使用されることが原因の１つと考えられる。そのため，転がり軸受では，実際に使用した軸受の調査結果から、その疲労度を推定する方法が提案されている。
【０００４】
たとえば、潤滑が良好な条件で使用される軸受で発生する内部起点型の損傷に対しては、非特許文献１に開示されているＸ線分析で得られる接触応力の推定方法を用いて軸受の動等価荷重を求め、その動等価荷重から計算した計算寿命とこれまでの使用時間とから疲労度を推定する方法がある（特許文献１参照）。上述した疲労度の推定方法では、転動部品において荷重が作用する転動面に繰り返し印加される応力と、当該応力によって生成した残留応力との間に対応関係があることを利用して、残留応力分布から転動部品の負荷荷重を推定する。その後、推定された負荷荷重に基づき寿命を算出し、当該寿命と転動部品の回転数または使用時間との比から、疲労度を推定している。
【０００５】
また、Ｘ線応力測定の分析値と転動疲労度との関係に基づいて、転動部品の内部起点型の損傷に対する疲労度を推定する方法も提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−０６９６８１号公報
【特許文献２】特公昭６３−３４４２３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「Ｘ線応力測定の軸受破損解析への応用」、対馬全之他、ベアリングエンジニアＮｏ．４９、ｐｐ．２５−３４（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、転がり軸受の転動体などに代表される転動部品の転動疲労の進行状況は、残留応力が生成される回転回数１０３回までの第１段階、残留応力が生成した後転動疲労は発生するが半値幅、残留オーステナイト量および残留応力が変化しなくなる第２段階、転動疲労時に比較的高い応力が作用した領域で起こる組織変化とそれに伴う残留応力の再分布が起こる第３段階に分けられる。そのため、転動部品において上記第３段階より前に生成された残留応力は、転動部品の使用初期に作用した荷重条件を正確に反映している。一方、上記第３段階以降では、転動部品における応力が作用した領域での材料の組織変化の影響により、回転回数が増えるごとに残留応力の再分布が起こる。このことから、第３段階以降まで転動疲労が進行した転動部品では、残留応力による転動部品の荷重推定が不正確になり、上述した特許文献１に開示された方法により推定された疲労度の精度が低下する可能性がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示された疲労度の推定方法では、転動部品の内部で疲労が起こりやすい深さにおいて材料の組織変化を検出するためのＸ線分析（たとえば半価幅および残留オーステナイト量の測定）を行う。その後、当該Ｘ線分析により得られたデータの変化と転動部品の回転回数との関係のデータベースを用いて、転動部品の疲労度を推定している。この方法は、転動部品の回転回数によって材料の組織変化が徐々に起こる第３段階以降での疲労度の推定に適用できる。一方、転動部品の回転回数が変わっても転動疲労による組織変化が進まない第２段階では、転動部品の回転回数が変化しても当該組織変化に対応するＸ線分析による検出データは変化しない。このことから、特許文献２に開示された転動部品の疲労度の推定方法では、第２段階まで進行している転動疲労に関して疲労度を高い精度で推定することは難しかった。
【００１０】
それゆえ、本発明の目的は、転動部品の疲労度を高い精度で推定することが可能な転動部品の疲労度推定方法、転動部品の疲労度推定装置および転動部品の疲労度推定プログラムを提供することである。
【００１１】
また、本発明の目的は、転動部品の疲労度を高い精度で推定するために用いることが可能な、転動部品の接触応力推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示に従った転動部品の疲労度推定方法は、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から転動部品の疲労度を推定するためのデータを取得するステップを備える。当該取得するステップは、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。転動部品の疲労度推定方法は、さらに、取得するステップにおいて得られたデータに基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、当該判断するステップでの判断結果と取得するステップで得られたデータとに基づき、転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を備える。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップにおいて、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップと、が実施される。また、第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップにおいて、組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定された第２データと第１疲労度との関係に基づき、第２データから第１疲労度を推定するステップが実施される。
【００１３】
本開示に従った疲労度推定プログラムは、転動部品の疲労度推定プログラムであって、コンピュータに、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から疲労度を推定するためのデータを取得するステップを実行させる。取得するステップは、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、取得するステップにおいて得られたデータに基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、判断するステップでの判断結果と取得するステップで得られたデータとに基づき、転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を実行させる。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップにおいて、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップと、が実施される。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップにおいて、組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定された第２データと第１疲労度との関係に基づき、第２データから第１疲労度を推定するステップが実施される。
【００１４】
本開示に従った転動部品の疲労度推定装置は、判断部と、荷重推定部と、寿命算出部と、第１疲労度算出部と、第１疲労度推定部とを備える。判断部は、転動部品のミクロ組織に関する第１データと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで得られる、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データとの少なくともいずれか一方に基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断する。荷重推定部は、判断部において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定する。寿命算出部は、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出する。第１疲労度算出部は、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出する。第１疲労度推定部は、判断部において、組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定されたＸ線分析値と第１疲労度との関係に基づき、第２データから第１疲労度を推定する。
【００１５】
本開示に従った転動部品の疲労度推定方法は、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から転動部品の疲労度を推定するためのデータを取得するステップを備える。当該取得するステップは、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。転動部品の疲労度推定方法は、さらに、取得するステップにおいて得られたデータに基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、当該判断するステップでの判断結果と取得するステップで得られたデータとに基づき、転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を備える。第２データは、転動部品に関するＸ線分析値の深さ方向での分布データを含む。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップにおいて、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップと、が実施される。判断するステップにおいて、組織変化が起こっていると判断された場合に、深さ方向での分布データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップとが実施される。
【００１６】
本開示に従った疲労度推定プログラムは、転動部品の疲労度推定プログラムであって、コンピュータに、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から疲労度を推定するためのデータを取得するステップを実行させる。取得するステップは、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、取得するステップにおいて得られたデータに基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップと、判断するステップでの判断結果と取得するステップで得られたデータとに基づき、転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を実行させる。第２データは、転動部品に関するＸ線分析値の深さ方向での分布データを含む。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップにおいて、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップと、が実施される。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップにおいて、組織変化が起こっていると判断された場合に、深さ方向での分布データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップと、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップと、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップとが実施される。
【００１７】
本開示に従った疲労度推定装置は、判断部と、荷重推定部と、寿命算出部と、第１疲労度算出部とを備える。判断部は、転動部品のミクロ組織に関する第１データと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで得られる、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データとの少なくともいずれか一方に基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断する。荷重推定部は、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定する。寿命算出部は、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出する。第１疲労度算出部は、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出する。第２データは、転動部品に関するＸ線分析値の深さ方向での分布データを含む。荷重推定部は、判断部において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定する。荷重推定部は、判断部において、組織変化が起こっていると判断された場合に、深さ方向での分布データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定する。
【００１８】
本開示に従った転動部品の接触応力推定方法は、転動部品の疲労部の表面から内部にかけてＸ線を照射することで、疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきの深さ方向での分布データを得るステップと、深さ方向での分布データに基づき、転動部品の疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
上記によれば、転動部品の疲労度を高い精度で推定することが可能な転動部品の疲労度推定方法、転動部品の疲労度推定装置および転動部品の疲労度推定プログラムが得られる。
【００２０】
また、上記によれば、転動部品の疲労度を高い精度で推定するために用いることが可能な、転動部品の接触応力推定方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１に係る疲労度推定システムの構成を表す模式図である。
【図２】図１に示した疲労度推定装置のハードウエア構成を表す図である。
【図３】図１に示した疲労度推定装置の機能構成を表す図である。
【図４】疲労度の推定処理の手順を表すフローチャートである。
【図５】実施の形態２に係る疲労度推定システムの構成を表す模式図である。
【図６】図５に示した疲労度推定装置の機能構成を表す図である。
【図７】疲労度の推定処理の手順を表すフローチャートである。
【図８】実施の形態３に係る疲労度の推定処理の手順を表すフローチャートである。
【図９】残留応力の相当応力の深さ分布を示すグラフである。
【図１０】周方向入射で得られた回折強度のばらつきと試験時間との関係を示すグラフである。
【図１１】残留オーステナイトの減少率と試験時間との関係を示すグラフである。
【図１２】Ｘ線測定の際の座標系を説明するための模式図である。
【図１３】回折Ｘ線の模式図である。
【図１４】測定された環状の回折Ｘ線の模式図である。
【図１５】回折強度のばらつきを説明するための模式図である。
【図１６】第１試験片のＸ線測定結果である周方向残留応力の深さ方向分布を示すグラフである。
【図１７】第１試験片のＸ線測定結果である回折強度のばらつきの深さ方向分布を示すグラフである。
【図１８】第２試験片のＸ線測定結果である周方向残留応力の深さ方向分布を示すグラフである。
【図１９】第２試験片のＸ線測定結果である回折強度のばらつきの深さ方向分布を示すグラフである。
【図２０】第１試験片の接触応力の推定結果を示すグラフである。
【図２１】第２試験片の接触応力の推定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。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返さない。
【００２３】
（実施の形態１）
＜疲労度推定システムの構成＞
図１は、実施の形態１に係る疲労度推定システムの構成を表す模式図である。図１を参照して、疲労度推定システムは、疲労度推定装置１４と、照射部１１と、Ｘ線検出器１２と、ミクロ組織観察部２３とを備える。
【００２４】
照射部１１は、被検査軸受部品である転動部品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。照射部１１は、転動部品９０に対してＸ線を照射する。照射されたＸ線は、転動部品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。転動部品９０は、転がり軸受の転動体と、診断用または試験用の軸受部品である転がり軸受の軌道輪の一部または全部とを含む。Ｘ線は、たとえば、転がり軸受の軌道輪の一部に照射されることとしてもよい。
【００２５】
Ｘ線検出器１２は、転動部品９０において回折した環状のＸ線（Ｘ線回折環）を検出する。具体的には、Ｘ線検出器１２は、照射部１１から照射したＸ線を通過させる中心部に形成された孔１２Ｂと、転動部品９０に対向させることが可能な平面状の検出部１２Ａを含む。検出部１２Ａとして、たとえばＸ線ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いることができる。矢印αに沿って転動部品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に到達する。そして、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Ｘ線回折環が検出される。
【００２６】
ミクロ組織観察部２３は、転動部品９０を構成する材料のミクロ組織の状態を測定する。ミクロ組織観察部２３として、たとえば光学顕微鏡を用いることができる。測定する転動部品９０の表面は、たとえば、転がり軸受の軌道輪の一部の断面、および転動体の断面としてもよい。
【００２７】
疲労度推定装置１４は、Ｘ線検出器１２において検出されたＸ線回折環、およびミクロ組織観察部２３で検出された転動部品９０のミクロ組織の観察結果に基づいて転動部品９０の疲労度を推定する。疲労度推定装置１４は、たとえば、小型のコンピュータ装置（パーソナルコンピュータ等）としてもよい。
【００２８】
＜疲労度推定装置のハードウエア構成＞
図２は、図１に示した疲労度推定装置のハードウエア構成を表す図である。疲労度推定装置１４は、入力部１７と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５と、メモリ１６と、表示部１８とを備える。
【００２９】
入力部１７には、ミクロ組織観察部２３の測定結果、およびＸ線検出器１２の検出結果が入力される。メモリ１６は、疲労度推定プログラムなどを記憶することができる。ＣＰＵ１５は、入力部１７に入力されたデータを用いて、メモリ１６に記憶された疲労度推定プログラムを実行する。表示部１８は、ＣＰＵ１５による疲労度推定結果を表示する。
【００３０】
＜疲労度推定装置の機能構成＞
図３は、図１に示した疲労度推定装置の機能構成を表す図である。図３に示す疲労度推定装置１４は、入力部１７と、表示部１８と、記憶部６１と、制御部６０と、データ準備部２１と、判断部３１と、荷重推定部３２と、寿命算出部３３と、第１疲労度算出部３４と、第１疲労度推定部４１と、診断部７０とを備える。記憶部６１はメモリ１６によって実現される。制御部６０と、データ準備部２１と、判断部３１と、荷重推定部３２と、寿命算出部３３と、第１疲労度算出部３４と、第１疲労度推定部４１と、診断部７０とは、ＣＰＵ１５がメモリ１６に記憶された疲労度推定プログラムを実行することによって実現される。
【００３１】
＜疲労度推定方法の手順＞
図４は、疲労度の推定処理の手順を表すフローチャートである。以下、図３および図４を参照しながら、図１に示した疲労度推定システムにおける疲労度の推定処理を説明する。
【００３２】
まず、データ取得ステップ（Ｓ１１０）が実施される。当該ステップ（Ｓ１１０）において、データ準備部２１は、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品９０から当該転動部品９０の疲労度を推定するためのデータを取得する。このステップ（Ｓ１１０）では、後述する疲労度の段階の判断ステップ（Ｓ１２０）およびその後の疲労度の推定のための各ステップにおいて用いるデータを準備する。たとえば、図１に示したミクロ組織観察部２３から入力部１７を介して入力されたデータに基づき、データ準備部２１は転動部品９０の疲労部におけるミクロ組織に関する第１データを準備する。
【００３３】
また、データ準備部２１には、図１に示したＸ線検出器１２からの入力部１７を介して転動部品９０に関するＸ線分析値の測定データが入力される。当該Ｘ線分析値の測定データが第２データとなる。Ｘ線分析値の測定データとしては、たとえば転動部品９０の疲労部における残留応力に関するデータ、より具体的には、残留応力の深さ分布の測定データ等が挙げられる。
【００３４】
次に、疲労度の段階の判断ステップ（Ｓ１２０）が実施される。当該ステップ（Ｓ１２０）において、判断部３１は、取得するステップ（Ｓ１１０）において得られたデータに基づき、転動部品９０の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断する。
【００３５】
上記ステップ（Ｓ１２０）において、組織変化が起こっていないと判断された場合、つまり判断部３１が転動部品９０の疲労部において疲労が第３段階まで進んでいないと判断した場合、接触応力の推定ステップ（Ｓ１３１）が実施される。このステップ（Ｓ１３１）において、荷重推定部３２は、第２データに含まれる転動部品９０の疲労部における残留応力の深さ分布の測定データに基づき、転動部品９０の疲労部における接触応力を推定する。
【００３６】
次に、荷重の推定ステップ（Ｓ１３２）が実施される。当該ステップ（Ｓ１３２）において、荷重推定部３２は、転動部品９０の疲労部における残留応力の深さ分布の測定データに基づき、転動部品９０の疲労部における荷重を推定する。上記ステップ（Ｓ１３１）およびステップ（Ｓ１３２）において、荷重推定部３２は、たとえば特許文献１において開示されている方法を用いて接触応力および荷重を推定してもよい。
【００３７】
ここで、ステップ（Ｓ１２０）において、判断部３１により、転動部品９０の疲労部に組織変化が起こっていないと判断されている（つまり転動部品９０の疲労が第３段階にまで進んでいない）ため、転動部品９０の残留応力は当該転動部品９０に作用した荷重条件を正確に反映している。従って、当該残留応力のデータに基づき上記のように接触応力および荷重を正確に推定できる。
【００３８】
次に、１０％寿命（Ｌ１０）の推定ステップ（Ｓ１３３）が実施される。当該ステップ（Ｓ１３３）において、寿命算出部３３は、上記荷重と転動部品９０の使用条件とに基づき１０％寿命（Ｌ１０）を算出する。転動部品９０の使用条件としては、たとえば転動部品９０の回転速度、転動部品９０の使用時の温度、転動部品９０の使用時に供給される潤滑油の油種情報、および転動部品９０の使用時に供給される潤滑油の汚染度の情報を含む。１０％寿命の算出方法としては任意の方法を用いることができる。また、任意の破損確率に対する寿命Ｌｎは、たとえば１０％寿命（Ｌ１０）に信頼度係数ａ１をかけることにより算出することができる。具体的には、下記のように１０％寿命から寿命Ｌｎを算出することができる。
【００３９】
【数１】
2020139944.tif 000003
【００４０】
次に、第１疲労度の算出ステップ（Ｓ１３４）が実施される。当該ステップ（Ｓ１３４）において、第１疲労度算出部３４は、転動部品９０の回転回数Ｎと上記１０％寿命（Ｌ１０）とから転動部品９０の第１疲労度（Ｎ／Ｌ１０）を算出する。なお、回転回数Ｎの代わりに転動部品９０の使用時間を用いてもよい。
【００４１】
一方、ステップ（Ｓ１２０）において、組織変化が起こっていると判断された場合、つまり判断部３１が転動部品９０の疲労部において疲労が第３段階まで進んでいると判断した場合、Ｘ線分析値と第１疲労度の関係を用いた第１疲労度の推定ステップ（Ｓ１４１）が実施される。当該ステップ（Ｓ１４１）において、第１疲労度推定部４１は、予め決定された第２データとしてのＸ線分析値（Ｘ線応力測定結果）と第１疲労度との関係に基づき、Ｘ線分析値から第１疲労度（Ｎ／Ｌ１０）を推定する。上記関係は、たとえば転動部品９０に対して転動疲労寿命試験を行い、当該試験から得られる疲労度と当該疲労度まで転動させた試験片のＸ線応力測定結果との関係であってもよい。当該関係を示すデータは、記憶部６１に記憶される。
【００４２】
ここで、ステップ（Ｓ１２０）において転動部品９０の疲労部に組織変化が起きている（つまり転動部品９０の疲労が第３段階にまで進んでいる）と判断されているため、転動部品９０では回転回数が増えるにつれて残留応力の再分布が起きていると考えられる。このため、転動部品９０の材料組織の変化と疲労度との間に相関があることから、ステップ（Ｓ１４１）に示すように組織変化を反映したＸ線分析値と疲労度との関係に基づき第１疲労度を推定することにより、より正確な第１疲労度の推定が可能となっている。
【００４３】
次に、診断ステップ（Ｓ１６１）が実施される。当該ステップ（Ｓ１６１）において、診断部７０は、上述のようにして得られた第１疲労度の値が、予め決定されていた基準値を超えているか否かを判断する。得られた第１疲労度の値が基準値を超えている場合、診断部７０から制御部６０へ、第１疲労度の値が基準値を超えたことを示す信号が送信される。当該信号を受信した制御部６０は、たとえば表示部１８に転動部品９０の交換が必要であることを示すメッセージを表示する。得られた第１疲労度の値が基準値を超えていない場合、診断部７０から制御部６０へ、第１疲労度の値が基準値を超えていないことを示す信号が送信される。当該信号を受信した制御部６０は、たとえば表示部１８に転動部品９０の交換が不要であることを示すメッセージを表示する。なお、上述した第１疲労度に関する基準値によっては、第１疲労度の値が基準値を超えた場合に表示部１８に表示されるメッセージとして、転動部品９０の交換時期を示すメッセージを用いてもよい。
【００４４】
＜作用効果＞
本開示に従った転動部品の疲労度推定方法は、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から転動部品の疲労度を推定するためのデータを取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））を備える。当該取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））は、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。転動部品の疲労度推定方法は、さらに、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））において得られたデータに基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））と、当該判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））での判断結果と上記取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））で得られたデータとに基づき、転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１３１）〜ステップ（Ｓ１３４）およびステップ（Ｓ１４１））と、を備える。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップ（ステップ（Ｓ１３２））と、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップ（ステップ（Ｓ１３３））と、転動部品の回転回数と上記寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップ（ステップ（Ｓ１３４））と、が実施される。また、第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定された第２データと第１疲労度との関係に基づき、第２データから第１疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１４１））が実施される。
【００４５】
このように、上述した転動部品の疲労度推定方法は、疲労部において組織変化が起こっているか否かを判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））を備えているので、転動部材の疲労部において組織変化が起こっているか否か、つまり転動疲労の進行が第３段階にまで達しているか否かに応じて、それぞれの状態に対応した疲労度の推定方法を使い分けることができる。したがって、転動部品の疲労度を高い精度で推定できる。
【００４６】
上記転動部品の疲労度推定方法において、転動部品の使用条件は、転動部品９０の回転速度、転動部品９０の使用時の温度、転動部品９０の使用時に供給される潤滑油の油種情報、および転動部品９０の使用時に供給される潤滑油の汚染度の情報を含んでいてもよい。
【００４７】
この場合、転動部品９０の疲労部において組織変化が起こっていない場合（つまり転動疲労が第３段階まで進んでいない場合）に、１０％寿命の推定ステップ（ステップ（Ｓ１３３））において１０％寿命を精度良く推定でき、結果的に転動部品９０の寿命を高い精度で算出することができる。
【００４８】
上記転動部品の疲労度推定方法において、第２データは、転動部品９０の疲労部における６成分の残留応力のデータ、転動部品９０の疲労部における残留オーステナイト量のデータ、転動部品９０の疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきを示すデータ、回折強度のピークの半価幅のデータ、回折強度の平均値のデータ、および回折強度の最小値と最大値との差のデータからなる群から選択される少なくとも１つのデータを含んでいてもよい。
【００４９】
この場合、上述したデータは転動部品９０の疲労状態と強い相関があるため、上述したデータを第２データとして用いることで転動部品９０の疲労度を高い精度で推定できる。
【００５０】
上記転動部品の疲労度推定方法は、第１疲労度に基づき、転動部品９０が交換を要するか否か、または交換時期を通知するステップ（ステップ（Ｓ１６１））をさらに備えていてもよい。この場合、正確に推定された第１疲労度に基づき、転動部品９０のメンテナンスを適切に行うことができる。
【００５１】
本開示に従った疲労度推定プログラムは、転動部品の疲労度推定プログラムであって、コンピュータに、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から疲労度を推定するためのデータを取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））を実行させる。取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））は、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））において得られたデータに基づき、転動部品９０の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））と、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））での判断結果と取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））で得られたデータとに基づき、転動部品９０の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を実行させる。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品９０に作用していた荷重を推定するステップ（ステップ（Ｓ１３２））と、荷重と転動部品９０の使用条件とに基づき寿命を算出するステップ（ステップ（Ｓ１３３））と、転動部品９０の回転回数と寿命とから転動部品９０の第１疲労度を算出するステップ（ステップ（Ｓ１３４））と、が実施される。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定された第２データと第１疲労度との関係に基づき、第２データから第１疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１４１））が実施される。
【００５２】
このように、上述した転動部品９０の疲労度推定プログラムは、疲労部において組織変化が起こっているか否かを判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））をコンピュータに実施させるので、転動部品９０の疲労部において組織変化が起こっているか否か、つまり転動疲労の進行が第３段階にまで達しているか否かに応じて、それぞれの状態に対応した推定方法を使い分けて第１疲労度を推定できる。したがって、転動部品９０の疲労度を高い精度で推定できる。
【００５３】
上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、第１疲労度に基づき、転動部品が交換を要するか否か、または転動部品の交換時期を通知するステップ（ステップ（Ｓ１６１））をさらに実行させてもよい。この場合、正確に推定された第１疲労度に基づき、転動部品９０のメンテナンスに用いる情報を通知することができる。
【００５４】
本開示に従った転動部品の疲労度推定装置１４は、判断部３１と、荷重推定部３２と、寿命算出部３３と、第１疲労度算出部３４と、第１疲労度推定部４１とを備える。判断部３１は、転動部品９０のミクロ組織に関する第１データと、転動部品９０の疲労部にＸ線を照射することで得られる、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データとの少なくともいずれか一方に基づき、転動部品９０の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断する。荷重推定部３２は、判断部３１において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品９０に作用していた荷重を推定する。寿命算出部３３は、荷重と転動部品９０の使用条件とに基づき寿命を算出する。第１疲労度算出部３４は、転動部品９０の回転回数と上記寿命とから転動部品９０の第１疲労度を算出する。第１疲労度推定部４１は、判断部３１において、組織変化が起こっていると判断された場合に、予め決定されたＸ線分析値と第１疲労度との関係に基づき、第２データから第１疲労度を推定する。
【００５５】
このように、上述した転動部品の疲労度推定装置１４は、疲労部において組織変化が起こっているか否かを判断する判断部３１を備えているので、転動部品９０の疲労部において組織変化が起こっているか否か、つまり転動疲労の進行が第３段階にまで達しているか否かに応じて、それぞれの状態に対応した疲労度の推定方法を使い第１疲労度を推定できる。したがって、転動部品９０の第１疲労度を高い精度で推定できる。
【００５６】
（実施の形態２）
＜疲労度推定システムの構成＞
図５は、実施の形態２に係る疲労度推定システムの構成を表す模式図である。図５を参照して、疲労度推定システムは、基本的には図１に示した疲労度推定システムと同様の構成を備えるが、表面形状測定器１３を備える点が図１に示した疲労度推定システムと異なっている。
【００５７】
表面形状測定器１３は、転動部品９０の表面形状を測定する。表面形状測定器１３として、たとえばレーザ顕微鏡を用いることができる。測定する表面は、たとえば、転動部品９０としての転がり軸受の軌道輪の一部の表面、および転動部品９０としての転動体の全表面としてもよい。
【００５８】
図５に示した疲労度推定装置１４は、Ｘ線検出器１２において検出されたＸ線回折環、およびミクロ組織観察部２３で検出された転動部品９０のミクロ組織の観察結果に加えて、上述した表面形状測定器１３により測定された転動部品９０の表面形状のデータに基づいて転動部品９０の疲労度を推定する。なお、図５に示した疲労度推定装置１４のハードウエア構成は、基本的に図２に示した実施の形態１に係る疲労度推定装置１４のハードウエア構成と同様である。
【００５９】
＜疲労度推定装置の機能構成＞
図６は、図５に示した疲労度推定装置の機能構成を表す図である。図６に示す疲労度推定装置１４は、基本的に図３に示した疲労度推定装置１４と同様の機能構成を備えるが、図３に示した疲労度推定装置１４の構成に加えて、接触応力推定部５１、寿命推定部５３、第２疲労度推定部５４、疲労度決定部５５を備える点が図３に示した疲労度推定装置１４と異なっている。制御部６０と、データ準備部２１と、判断部３１と、荷重推定部３２と、寿命算出部３３と、第１疲労度算出部３４と、第１疲労度推定部４１と、診断部７０と、接触応力推定部５１と、寿命推定部５３と、第２疲労度推定部５４と、疲労度決定部５５とは、ＣＰＵ１５がメモリ１６に記憶された疲労度推定プログラムを実行することによって実現される。
【００６０】
＜疲労度推定方法の手順＞
図７は、疲労度の推定処理の手順を表すフローチャートである。以下、図６および図７を参照しながら、図５に示した疲労度推定システムにおける疲労度の推定処理を説明する。図７に示した疲労度の推定処理は、基本的には図４に示した疲労度の推定処理と同様の構成を備えるが、データ取得ステップ（Ｓ１１０）において取得されるデータの種類が増えている点、および表面起点型の損傷についての第２疲労度を推定するためのステップ（Ｓ１５１）〜ステップ（Ｓ１５４）を備える点、および第１疲労度および第２疲労度のうち大きい方を転動部品の疲労度として決定するステップ（Ｓ１５５）を備える点が図４に示した疲労度の推定処理と異なっている。以下、具体的に説明する。
【００６１】
データ取得ステップ（Ｓ１１０）において、データ準備部２１は、図３において説明した転動部品９０の疲労部におけるミクロ組織に関する第１データと、転動部品９０に関するＸ線分析値の測定データである第２データとに加え、転動部品９０の疲労部の表面形状に関する第３データを準備する。当該第３データは、たとえば表面形状測定器１３により転動部品９０の表面が測定された測定形状のデータである。当該表面形状のデータは入力部１７を介してデータ準備部２１に入力される。また、第２データは、転動部品９０の疲労部の表面における３軸の残留応力のデータおよびＸ線による残留応力の深さ分布データを含む。
【００６２】
次に、図４に示した疲労度の推定処理と同様に、ステップ（Ｓ１２０）が実施される。当該ステップ（Ｓ１２０）の判断結果に応じて、図４に示した疲労度の推定処理と同様に、ステップ（Ｓ１３１）〜ステップ（Ｓ１３４）またはステップ（Ｓ１４１）が実施される。この結果、内部起点型の損傷に関する第１疲労度が得られる。
【００６３】
一方、表面起点型の損傷に関する第２疲労度を得るため、真実接触部の接触応力の計算ステップ（Ｓ１５１）が実施される。ステップ（Ｓ１５１）において、接触応力推定部５１は、上記第２データと第３データとに基づき、真実接触部の接触応力を算出する。当該接触応力の計算には、転動部品９０の回転速度、使用温度、潤滑油の油種、加重などのデータを用いてもよい。ここで、表面形状のデータ（たとえば表面荒さのデータ）から真実接触部の応力を求める場合、接触荷重の値が必要である。当該接触荷重は、Ｘ線応力測定の深さ分析から求めた推定荷重を用いてもよいし、予め転動部品９０の使用荷重が想定できる場合は当該使用荷重の値を用いてもよい。
【００６４】
次に、転動面の繰り返し応力の推定ステップ（Ｓ１５２）が実施される。ステップ（Ｓ１５２）において、接触応力推定部５１は、上記ステップ（Ｓ１５１）により算出された真実接触部の接触応力に基づき、転動部品９０の疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定する。
【００６５】
次に、ＳＮ線図から１０％寿命を推定するステップ（Ｓ１５３）を実施する。このステップ（Ｓ１５３）において、寿命推定部５３は、予め求めておいた接触応力と寿命との関係、いわゆるＳＮ線図を用いて１０％寿命（Ｌ１０）を推定する。ＳＮ線図は記憶部６１に記憶されている。
【００６６】
次に、表面疲労度（第２疲労度）の推定ステップ（Ｓ１５４）を実施する。このステップ（Ｓ１５４）において、第２疲労度推定部５４は、転動部品９０の回転回数Ｎと上記１０％寿命（Ｌ１０）とから転動部品９０の第２疲労度（Ｎ／Ｌ１０）を算出する。なお、回転回数Ｎの代わりに転動部品９０の使用時間を用いてもよい。
【００６７】
次に、第１疲労度と第２疲労度とのうち値の大きい方を転動部品の疲労度として決定するステップ（Ｓ１５５）を実施する。ステップ（Ｓ１５５）において、疲労度決定部５５は、ステップ（Ｓ１３４）またはステップ（Ｓ１４１）において得られた内部起点型の損傷に関する第１疲労度と、ステップ（Ｓ１５４）において得られた表面起点型の損傷に関する第２疲労度とのうち、値の大きい方を転動部品９０の疲労度として決定する。
【００６８】
次に、図４に示した疲労度の推定処理と同様に、診断ステップ（Ｓ１６１）が実施される。当該ステップ（Ｓ１６１）において、診断部７０は、上述のようにして決定された疲労度の値が、予め決定されていた基準値を超えているか否かを判断する。決定された疲労度の値が基準値を超えている場合、診断部７０から制御部６０へ、疲労度の値が基準値を超えたことを示す信号が送信される。当該信号を受信した制御部６０は、たとえば表示部１８に転動部品９０の交換が必要であることを示すメッセージを表示する。決定された疲労度の値が基準値を超えていない場合、診断部７０から制御部６０へ、疲労度の値が基準値を超えていないことを示す信号が送信される。当該信号を受信した制御部６０は、たとえば表示部１８に転動部品９０の交換が不要であることを示すメッセージを表示する。
【００６９】
＜作用効果＞
上記転動部品の疲労度推定方法において、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））は、転動部品９０の疲労部を測定して表面形状に関する第３データを得るステップを含んでいてもよい。上記転動部品の疲労度推定方法は、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））で得られたデータに基づき、転動部品９０の表面起点型の損傷に関する第２疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５１）〜ステップ（Ｓ１５４）を備えていてもよい。第２疲労度を推定するステップは、第２データと第３データとに基づき、転動部品９０の疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５２））と、予め決定された接触応力と寿命との関係（ＳＮ線図）に基づき、接触応力から、寿命を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５３））と、転動部品９０の回転回数と寿命とから転動部品９０の第２疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５４））とを含んでいてもよい。上記転動部品の疲労度推定方法は、第１疲労度と第２疲労度とのうち値の大きい方を転動部品９０の疲労度として決定するステップ（ステップ（Ｓ１５５））を備えていてもよい。
【００７０】
この場合、内部起点型の損傷に関する第１疲労度と、表面起点型の損傷に関する第２疲労度との両方を考慮することで、より正確に転動部品９０の疲労度を推定できる。
【００７１】
上記転動部品の疲労度推定方法は、疲労度に基づき、転動部品９０が交換を要するか否か、または転動部品９０の交換時期を通知するステップをさらに備えていてもよい。この場合、正確に推定された疲労度に基づき、転動部品９０のメンテナンスを適切に行うことができる。
【００７２】
上記疲労度推定プログラムにおいて、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））は、転動部品９０の疲労部を測定して表面形状に関する第３データを得るステップを含んでいてもよい。上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））で得られたデータに基づき、転動部品９０の表面起点型の損傷に関する第２疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５１）〜ステップ（Ｓ１５４））を実行させてもよい。第２疲労度を推定するステップは、第２データと第３データとに基づき、転動部品９０の疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５２））と、予め決定された接触応力と寿命との関係に基づき、接触応力から、寿命を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５３））と、転動部品９０の回転回数と寿命とから転動部品９０の第２疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１５４））とを含んでいてもよい。さらに、上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、第１疲労度と第２疲労度とのうち値の大きい方を転動部品の疲労度として決定するステップ（ステップ（Ｓ１５５））を実行させてもよい。
【００７３】
この場合、内部起点型の損傷に関する第１疲労度と、表面起点型の損傷に関する第２疲労度との両方を考慮することで、より正確に転動部品９０の疲労度を推定できる。
【００７４】
上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、上記疲労度に基づき、転動部品９０が交換を要するか否か、または転動部品９０の交換時期を通知するステップ（ステップＳ１６１）をさらに実行させてもよい。この場合、正確に推定された疲労度に基づき、転動部品９０のメンテナンスに用いる情報を通知することができる。
【００７５】
上記転動部品の疲労度推定装置１４は、接触応力推定部５１と、寿命推定部５３と、第２疲労度推定部５４と、疲労度決定部５５とを備えてもよい。接触応力推定部５１は、第２データと、転動部品９０の疲労部を測定して得られる表面形状に関する第３データとに基づき、転動部品９０の疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定する。寿命推定部５３は、予め決定された接触応力と任意の破損確率に対する寿命との関係（ＳＮ線図）に基づき、接触応力から、寿命を推定する。第２疲労度推定部５４は、転動部品９０の回転回数と寿命とから転動部品９０の第２疲労度を推定する。疲労度決定部５５は、第１疲労度と第２疲労度とのうち値の大きい方を転動部品９０の疲労度として決定する。
【００７６】
この場合、内部起点型の損傷に関する第１疲労度と、表面起点型の損傷に関する第２疲労度との両方を考慮することで、より正確に転動部品９０の疲労度を推定できる。
【００７７】
（実施の形態３）
＜疲労度推定の手順＞
図８は、疲労度の推定処理の手順を表すフローチャートである。なお、図８に示した疲労度の推定処理を実施する、実施の形態３に係る疲労度推定装置を含む疲労度推定システムは、基本的には実施の形態２に係る疲労度推定システムと同様の構成を備える。以下、図８を参照しながら、本実施の形態に係る疲労度推定システムにおける疲労度の推定処理を説明する。
【００７８】
図８に示した疲労度の推定処理は、基本的には図７に示した疲労度の推定処理と同様の構成を備えるが、ステップ（Ｓ１２０）において組織変化が起こっていると判断された場合の処理が図７に示した疲労度の推定処理と異なっている。すなわち、図８に示した疲労度の推定処理では、上記ステップ（Ｓ１２０）において組織変化が起こっていると判断された場合、接触応力の推定ステップ（Ｓ１７１）が実施される。このステップ（Ｓ１７１）において、荷重推定部３２（図６参照）は、第２データに含まれる転動部品９０の疲労部における環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきの、深さ分布の測定データに基づき、転動部品９０の疲労部における接触応力を推定する。たとえば、荷重推定部３２は、後述するように上記環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきの深さ方向での分布データである深さ分布の測定データに基づき、回折強度のばらつきの値が最大となる第１深さを求めてもよい。荷重推定部３２は、当該第１深さを用いて疲労部における他の部材との接触部である接触楕円における短軸半径を推定してもよい。
【００７９】
なお、上述した深さ分布の測定データは、ステップ（Ｓ１１０）において、２次元検出器を用いて環状の回折Ｘ線の全体を測定することで得ても良いし、環状の回折Ｘ線の一部を検出する検出器を走査することで、環状の回折Ｘ線の全体を測定することで得ても良い。また、上記ステップ（Ｓ１１０）では、転動部品９０の疲労部の表面に対して垂直方向または当該表面に対して傾斜した方向からＸ線を照射してもよい。
【００８０】
次に、荷重の推定ステップ（Ｓ１７２）が実施される。当該ステップ（Ｓ１７２）において、荷重推定部３２は、転動部品９０の疲労部における環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきの、深さ分布の測定データに基づき、転動部品９０の疲労部における荷重を推定する。上記ステップ（Ｓ１７１）およびステップ（Ｓ１７２）において、荷重推定部３２は、図８のステップ（Ｓ１３１）およびステップ（Ｓ１３２）における推定方法と異なる方法であって、上述のように組織変化が起こっている状態に適した方法により接触応力および荷重を推定する。なお、詳細は後述する実施例において説明する。
【００８１】
次に、１０％寿命（Ｌ１０）の推定ステップ（Ｓ１７３）が実施される。当該ステップ（Ｓ１７３）において、寿命算出部３３は、上記荷重と転動部品９０の使用条件とに基づき１０％寿命（Ｌ１０）を算出する。ステップ（Ｓ１７３）における処理は、基本的にステップ（Ｓ１３３）における処理と同様である。
【００８２】
次に、内部疲労度（第１疲労度）の算出ステップ（Ｓ１７４）が実施される。当該ステップ（Ｓ１７４）において、第１疲労度算出部３４は、転動部品９０の回転回数Ｎと上記１０％寿命（Ｌ１０）とから転動部品９０の第１疲労度（Ｎ／Ｌ１０）を算出する。なお、回転回数Ｎの代わりに転動部品９０の使用時間を用いてもよい。
【００８３】
図８に示した疲労度の推定処理では、ステップ（Ｓ１２０）での判断結果に応じて、ステップ（Ｓ１３１）〜ステップ（Ｓ１３４）または上述したステップ（Ｓ１７１）〜ステップ（Ｓ１７４）のいずれかが実施されることにより、内部起点型の損傷に関する第１疲労度が得られる。
【００８４】
また、図７に示した疲労度の推定処理と同様に、図８に示したステップ（Ｓ１５１）〜ステップ（Ｓ１５５）およびステップ（Ｓ１６１）を実施することにより、転動部品９０の疲労度の推定および当該疲労度に基づいた診断を行うことができる。
【００８５】
＜作用効果＞
本開示に従った転動部品の疲労度推定方法は、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から転動部品の疲労度を推定するためのデータを取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））を備える。当該取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））は、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。転動部品の疲労度推定方法は、さらに、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））において得られたデータに基づき、転動部品の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））と、当該判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））での判断結果と取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））で得られたデータとに基づき、転動部品の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップ（ステップ（Ｓ１３１）〜ステップ（Ｓ１３４）およびステップ（Ｓ１７１）〜ステップ（Ｓ１７４））と、を備える。第２データは、転動部品に関するＸ線分析値の深さ方向での分布データを含む。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップ（ステップ（Ｓ１３１、Ｓ１３２））と、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップ（ステップ（Ｓ１３３））と、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップと、が実施される。判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていると判断された場合に、深さ方向での分布データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップ（ステップ（Ｓ１７１、Ｓ１７２））と、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップ（ステップ（Ｓ１７３））と、転動部品の回転回数と寿命とから転動部品の第１疲労度を算出するステップ（ステップ（Ｓ１７４））とが実施される。
【００８６】
このように、上述した転動部品の疲労度推定方法は、本発明の実施の形態１における疲労度推定方法と同様に、転動疲労の進行が第３段階にまで達しているか否かに応じて、それぞれの状態に対応した疲労度の推定方法を使い分けることができる。したがって、転動部品の疲労度を高い精度で推定できる。
【００８７】
上記転動部品の疲労度推定方法において、深さ方向での分布データは、転動部品の疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきを示すデータの深さ方向での分布データである。この場合、上記深さ方向での分布データが、疲労部での疲労が第３段階に入った状態において転動部品に作用していた荷重と一定の関係を有しているため、当該分布データに基づき上記荷重を推定できる。この結果、疲労の進行が第３段階に達した状態においても当該荷重に基づき第１疲労度を算出できる。
【００８８】
以下、上述した転動部品の疲労度推定方法の作用効果についてより詳しく説明する。すでに述べたように、疲労が第３段階に達した場合には転動部品の疲労部において組織変化が生じる。この組織変化が生じた部分では結晶が特定の方向に配向する。このため、環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつき（以下、回折強度のばらつき）が増加する。回折強度のばらつきは転動接触部の深さ方向に分布を有する。発明者は、回折強度のばらつきにおける上記分布のピーク値を示す深さが、接触楕円の短軸半径と対応関係を有するという知見を得た。この知見に基づき、非特許文献１における残留応力分布から接触応力を推定する方法と同様に、回折強度のばらつきの分布から接触応力と荷重とが推定できる。その後、推定した荷重と軸受の使用条件（たとえば回転速度、使用温度、潤滑油種、潤滑油汚染度）に基づいて１０％寿命を求めることができる。さらに、軸受の回転回数あるいは使用時間と上記１０％寿命との比から疲労度を求めることができる。
【００８９】
本開示に従った疲労度推定プログラムは、本発明の実施の形態２における疲労度推定装置１４のＣＰＵ１５において実行される転動部品の疲労度推定プログラムであって、コンピュータに、回転による繰り返し負荷が加えられる転動部品から疲労度を推定するためのデータを取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））を実行させる。取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））は、転動部品のミクロ組織に関する第１データを得るステップと、転動部品の疲労部にＸ線を照射することで、転動部品に関するＸ線分析値の測定データである第２データを得るステップと、を含む。上記疲労度推定プログラムは、コンピュータに、取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））において得られたデータに基づき、転動部品９０の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））と、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））での判断結果と取得するステップ（ステップ（Ｓ１１０））で得られたデータとに基づき、転動部品９０の内部起点型の損傷に関する第１疲労度を推定するステップと、を実行させる。第２データは、転動部品９０に関するＸ線分析値の深さ方向での分布データを含む。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品に作用していた荷重を推定するステップ（ステップ（Ｓ１３１、Ｓ１３２））と、荷重と転動部品の使用条件とに基づき寿命を算出するステップ（ステップ（Ｓ１３３））と、転動部品９０の回転回数と寿命とから転動部品９０の第１疲労度を算出するステップ（ステップ（Ｓ１３４））と、が実施される。第１疲労度を推定するステップでは、判断するステップ（ステップ（Ｓ１２０））において、組織変化が起こっていると判断された場合に、深さ方向での分布データに基づき転動部品９０に作用していた荷重を推定するステップ（ステップ（Ｓ１７１、Ｓ１７２））と、荷重と転動部品９０の使用条件とに基づき寿命を算出するステップ（ステップ（Ｓ１７３））と、転動部品９０の回転回数と寿命とから転動部品９０の第１疲労度を算出するステップ（ステップ（Ｓ１７４））とが実施される。この場合、本発明の実施の形態２における疲労度推定プログラムと同様の効果を得ることができる。
【００９０】
本開示に従った疲労度推定装置１４は、判断部３１と、荷重推定部３２と、寿命算出部３３と、第１疲労度算出部３４とを備える。判断部３１は、転動部品９０のミクロ組織に関する第１データと、転動部品９０の疲労部にＸ線を照射することで得られる、転動部品９０に関するＸ線分析値の測定データである第２データとの少なくともいずれか一方に基づき、転動部品９０の疲労部において、組織変化が起こっているか否かを判断する。荷重推定部３２は、第２データに基づき転動部品９０に作用していた荷重を推定する。寿命算出部３３は、荷重と転動部品９０の使用条件とに基づき寿命を算出する。第１疲労度算出部３４は、転動部品９０の回転回数と寿命とから転動部品９０の第１疲労度を算出する。第２データは、転動部品９０に関するＸ線分析値の深さ方向での分布データを含む。荷重推定部３２は、判断部３１において、組織変化が起こっていないと判断された場合に、第２データに基づき転動部品９０に作用していた荷重を推定する。荷重推定部３２は、判断部３１において、組織変化が起こっていると判断された場合に、深さ方向での分布データに基づき転動部品９０に作用していた荷重を推定する。この場合、本発明の実施の形態２における疲労度推定装置１４と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
本開示に従った転動部品の接触応力推定方法は、転動部品９０の疲労部の表面から内部にかけてＸ線を照射することで、疲労部にて回折した環状の回折Ｘ線の中心角に対する回折強度のばらつきの深さ方向での分布データを得るステップ（ステップ（Ｓ１１０））と、深さ方向での分布データに基づき、転動部品９０の疲労部に繰り返し作用している接触応力を推定するステップ（ステップ（Ｓ１７１））とを備える。このようにすれば、上記深さ方向での分布データが、疲労部での疲労が第３段階に入った状態において転動部品に作用していた接触応力と一定の関係を有しているため、当該分布データに基づき上記接触応力を推定できる。
【００９２】
上記接触応力推定方法において、接触応力を推定するステップ（ステップ（Ｓ１７１））は、深さ方向での分布データに基づき、回折強度のばらつきの値が最大となる第１深さを求め、当該第１深さを用いて疲労部における他の部材との接触部の短軸半径を推定するステップと、短軸半径に基づき接触応力を推定するステップとを含んでもよい。
【００９３】
上記接触応力推定方法において、深さ方向での分布データを得るステップ（ステップ（Ｓ１１０））では、２次元検出器を用いて環状の回折Ｘ線の全体を測定してもよい。上記接触応力推定方法において、深さ方向での分布データを得るステップ（ステップ（Ｓ１１０））では、環状の回折Ｘ線の一部を検出する検出器を走査することで、環状の回折Ｘ線の全体を測定してもよい。
【００９４】
上記接触応力推定方法において、深さ方向での分布データを得るステップ（ステップ（Ｓ１１０））では、転動部品９０の疲労部の表面に対して垂直方向からＸ線を照射してもよい。上記接触応力推定方法において、深さ方向での分布データを得るステップ（ステップ（Ｓ１１０））では、転動部品９０の疲労部の表面に対して傾斜した方向からＸ線を照射してもよい。
【００９５】
（実施例１）
線接触試験機による寿命試験後の試験片に対して、本開示に従った疲労度推定を行った。試験条件を表１に示す。
【００９６】
【表１】
2020139944.tif 000004
【００９７】
以下に結果を説明する。
＜疲労の進行が第３段階に至っていない場合の疲労度推定＞
（１）残留応力のピーク位置の決定
疲労の進行が第３段階に至っていない場合、残留応力の深さ分布の測定結果から接触応力と荷重の推定を行う。以下の例では残留応力の相当応力を用いるが、周方向の残留応力および軸方向の残留応力を用いても荷重推定は可能である。
【００９８】
図９は、残留応力の相当応力の深さ分布を示すグラフである。図９の横軸は試料の表面からの深さを示し、単位はμｍである。図９のグラフの縦軸は残留応力の相当応力を示し、単位はＭＰａである。なお、図９に示したデータを得た試料の線接触試験機での試験時間は１４８分であった。図９に示すように、ここでは残留応力分布を２次関数で近似している。当該近似曲線がピークを示す位置を相当応力のピーク位置（最大値を示す深さ）Ｚσeqとする。図９では、ピーク位置Ｚσeqは２１０μｍである。
【００９９】
（２）接触応力と荷重の推定
残留応力が最大を示す位置と転動体内部に生じる最大せん断応力τmaxの最大値が生じる位置Ｚ４５がほぼ一致する（Ｚσeq≒Ｚ４５）ことが知られている。また、線接触の場合、接触楕円の短軸半径ｂとＺ４５との間には下記の式（２）の関係がある。なお、ほとんどの軸受は接触楕円の長軸と短軸の比が１０以上になるので、転動体の形状に関わらず式（２）を用いても問題ない。
【０１００】
【数２】
2020139944.tif 000005
【０１０１】
接触する２つの転動体が平行二円筒である場合、短軸半径ｂと荷重Ｐとの間には下記の式（３）の関係がある。
【０１０２】
【数３】
2020139944.tif 000006
【０１０３】
ここで、ｌは円筒である２つの転動体１および転動体２の接触長さを示す。Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ転動体１、２の曲率半径を示す。υ１,υ２はそれぞれ転動体１、２のポアソン比を示す。Ｅ１、Ｅ２はそれぞれ転動体１、２のヤング率を示す。
【０１０４】
ここで、転動体１、２が同一の材質なら、上記式（３）は下記の式（４）に変形できる。
【０１０５】
【数４】
2020139944.tif 000007
【０１０６】
上記式（２）および式（４）より、下記の式（５）が導かれる。
【０１０７】
【数５】
2020139944.tif 000008
【０１０８】
したがって、接触応力Ｐｍａｘは下記の式（６）で与えられる。
【０１０９】
【数６】
2020139944.tif 000009
【０１１０】
上記式（５）に下記の表２に示す試験片の諸元と、前節で求めたＺ４５の値とを代入すると、Ｐ＝１８．８４ｋＮという値が得られる。また、上記式（６）を用いれば、接触応力Ｐｍａｘ＝４．０２ＧＰａという値が得られる。
【０１１１】
【表２】
2020139944.tif 000010
【０１１２】
（３）疲労度の計算
ここで、接触応力と寿命とは下記の式（７）の関係を有するものとする。
【０１１３】
【数７】
2020139944.tif 000011
【０１１４】
発明者が行った過去の試験では、Ｐｍａｘ＝４．２ＧＰａの線接触試験の場合はＬ１０＝２４００分というデータが得られている。このデータと上記式（７）の関係とを用いて推定寿命Ｌ１０est.と推定疲労度ｔ／Ｌ１０est.とを求める。なお、ここでｔは試験時間を示す。その結果は、Ｌ１０est.＝３４５２．５分、ｔ／Ｌ１０est.＝１４８／３４５２．５＝０．０４２９となった。
【０１１５】
＜疲労の進行が第３段階に至っている場合の疲労度推定＞
あらかじめ実施しておいた転動疲労寿命試験で得られる疲労度とその疲労度まで転動させた試験片のＸ線応力測定結果のデータベースを用いて、Ｘ線応力測定結果から疲労度を推定する。ここでは、Ｐｍａｘ＝４．２ＧＰａの線接触試験で得られたデータを用いる。なお、当該試験における試験片の個数は２２個である。
【０１１６】
図１０は、周方向入射で得られた回折強度のばらつきと試験時間との関係を示すグラフである。図１０の横軸は試験時間であり、単位は分である。図１０の縦軸は回折強度のばらつきを示している。回折強度の測定深さは試験片の表面から６００μｍの位置である。図１０におけるプロットは測定値を示し、実線は回帰曲線である。図１０の回帰曲線を用いると、例えば回折強度のばらつきの値が１５０００のとき、その試験片の試験時間は約１５００分〜２４００分であるということが推定できる。図１０の破線は測定値から推定される試験時間の下限である。この破線を用いればデータのばらつきを考慮した安全側の疲労度推定が可能となる。
【０１１７】
図１０に基づいて、たとえば回折強度のばらつきの値が１５０００の時の疲労度ｔ／Ｌ１０を推定すると、ｔ／Ｌ１０＝１５００／２４００〜２４００／２４００＝０．６２５〜１となる。
【０１１８】
次に、残留オーステナイトを疲労度の指標として用いる場合を検討する。図１１は、残留オーステナイトの減少率と試験時間との関係を示すグラフである。図１１の横軸は試験時間を示し、単位は分である。図１１の縦軸は残留オーステナイトの減少率を示し、単位は％である。図１１では、深さ２１０μｍでのデータを菱形の凡例で示し、深さ６００μｍでのデータを四角形の凡例で示している。それぞれのデータについて、回帰直線が示されている。ここで、残留オーステナイトの減少率は以下のように定義した。
【０１１９】
【数８】
2020139944.tif 000012
【０１２０】
残留オーステナイトの減少率を疲労度の指標として用いる場合、図１１からも分かるように、疲労が最も進行しやすい深さ（たとえばＺ４５＝２１０μｍ）より内部（たとえば深さ６００μｍ）での測定値を用いたほうが線図の傾きが大きく、試験時間に対する残留オーステナイトの減少率の感度が高いことがわかる。これは、以下のような理由が考えら得る。すなわち、疲労が第３段階に入った時点でＺ４５付近の残留オーステナイト量はほぼ０％になっており、当該深さでの残留オーステナイト量はその後変化しない。一方、深さが６００μｍの領域では、上述したＺ４５と比較して接触応力が小さいため組織変化が緩やかに進行する。そのため、図１１に示すように深さが６００μｍの領域でのデータの方が試験時間に対する感度が高い。
【０１２１】
図１１に示された回帰直線を用いると、例えば残留オーステナイトの減少率が３０％のとき、その試験片の試験時間は約１４００分〜２４００分であるということが推定できる。ここで、図１１に示す破線は測定値から推定される試験時間の下限である。この破線を用いればデータのばらつきを考慮した安全側の疲労度推定が可能である。
【０１２２】
図１１に基づいて、たとえば残留オーステナイトの減少率が３０％の時の疲労度ｔ／Ｌ１０を推定すると、ｔ／Ｌ１０＝１４００／２４００〜２４００／２４００＝０．５８３〜１となる。
【０１２３】
以上のように、疲労の進行が早いＺ４５での測定値ではなく、疲労が緩やかに進行する深さでの測定値を用いた方が正確な疲労度評価をできる場合があることがわかった。半価幅や残留応力など、他のＸ線分析値についても同様である。
【０１２４】
（実施例２）
上述した実施の形態３に係る疲労度推定方法に関連して、以下のような実験を行った。
【０１２５】
（１）接触応力（Ｐｍａｘ）の推定
＜試験片の準備＞
線接触型疲労試験機または軸受寿命試験機で寿命試験を行った試験片に対して、Ｘ線分析を実施した。線接触型疲労試験機を用いた寿命試験の試験条件を表３に、軸受寿命試験機を用いた寿命試験の試験条件を表４にそれぞれ示す。以下では、前者の試験片を「第１試験片」、後者の試験片を「第２試験片」と呼称する。
【０１２６】
【表３】
2020139944.tif 000013
【０１２７】
【表４】
2020139944.tif 000014
【０１２８】
Ｘ線測定には２次元検出器方式のＸ線応力測定装置であるμ−Ｘ３６０（パルステック工業（株）製）を使用した。Ｘ線測定条件を表５に示す。
【０１２９】
【表５】
2020139944.tif 000015
【０１３０】
Ｘ線測定の際は座標系を図１２に示すように定義した。ここで、図１２はＸ線測定の際の座標系を説明するための模式図である。図１２では、試料としての転動部品９０を矢印８１に示す方向に回転させながら、当該転動部品９０の外周にＸ線を照射する場合を示している。転動部品９０を回転させることにより、当該転動部品９０の外周において疲労が発生している疲労部８２にＸ線を照射している。以下では、図１２の矢印αで示されるＸ線の照射方向（ψ，φ０)が（０，０）である場合を垂直入射、Ｘ線の照射方向（ψ，φ０)が（３０，０）である場合を周方向入射、Ｘ線の照射方向（ψ，φ０)が（３０，９０）である場合を軸方向入射と呼称する。また、回折Ｘ線は図１３に示すようにＸ線照射部を頂点とした円錐面βを構成するように発生する。ここで、図１３は回折Ｘ線の模式図である。図１３に示すように、回折Ｘ線は、平面状の検出部を含むＸ線検出器１２により検出できる。また、当該回折Ｘ線の一部を検出する検出器８３を走査することで、回折Ｘ線を検出してもよい。
【０１３１】
図１３に示した平面状の検出部を含むＸ線検出器１２（２次元検出器）を用いる場合、図１４に示すような円環状の回折Ｘ線が得られる。これを「環状の回折Ｘ線」と称する。ここで、図１４は測定された環状の回折Ｘ線の模式図である。また、図１５は、回折強度のばらつきを説明するための模式図である。図１５の左側のグラフの横軸は図１４に示した回折Ｘ線の中心角αを示し、縦軸は回折Ｘ線の回折強度を示している。図１５の右側のグラフの縦軸は回折Ｘ線の回折強度を示しており、横軸は回折強度のデータ数を示している。図１５の右側のグラフは回折強度の度数分布を示している。
【０１３２】
図１４および図１５を参照して、後述するパラメータ「回折強度のばらつき」とは「環状の回折Ｘ線の中心角αに対する回折強度の標準偏差（図１５の右側のグラフに示される標準偏差Ｓ）」として定義する。なお、上述した回折強度のばらつきは、環状の回折Ｘ線の一部を検出する、図１３に示した０次元または１次元検出器である検出器８３を用いても求めることができる。
【０１３３】
＜線接触型疲労試験機を用いた寿命試験の第１試験片に関する測定結果＞
第１試験片に関する測定結果を、図１６および図１７を参照しながら説明する。図１６は、第１試験片のＸ線測定結果である周方向残留応力の深さ方向分布を示すグラフである。図１７は、第１試験片のＸ線測定結果である回折強度のばらつきの深さ方向分布を示すグラフである。なお、図１６および図１７に示した測定結果を得た第１試験片については、線接触型疲労試験機を用いた寿命試験の試験時間が１７００分であった。また、第１試験片についてＸ線測定後に組織観察を行った結果、第１試験片は第３段階の疲労に達していることを確認した。
【０１３４】
図１６および図１７の横軸は試験片の表面からの深さを示し、単位はｍｍである。図１６の縦軸は周方向残留応力の値を示し、単位はＭＰａである。図１７の縦軸は回折強度のばらつきを示している。図１６より、周方向残留応力が最大値を示す深さは約０．４ｍｍであり、Ｚ４５より深い位置であることがわかる。また、図１７より、垂直入射で得られる回折強度のばらつきはＺ０付近で最大値を示し、軸方向入射で得られる回折強度のばらつきはＺ０とＺ４５との間で最大値を示している。一方、周方向入射で得られる回折強度のばらつきは他の２方向からの入射で得られる回折強度のばらつきのデータと比較して変化が小さく、明確な極大値を示していない。なお、例示した試験片以外の２１個の他の第１試験片に対して同様の測定を行ったところ、図１７に示した第１試験片と同様にＺ０付近で垂直入射および軸方向入射で得られる回折強度のばらつきが最大となる分布が得られた。
【０１３５】
＜軸受寿命試験機を用いた寿命試験の第２試験片に関する測定結果＞
第２試験片に関する測定結果を、図１８および図１９を参照しながら説明する。図１８は、第２試験片のＸ線測定結果である周方向残留応力の深さ方向分布を示すグラフである。図１９は、第２試験片のＸ線測定結果である回折強度のばらつきの深さ方向分布を示すグラフである。なお、図１８および図１９に示した測定結果を得た第２試験片については、軸受寿命試験機を用いた寿命試験の試験時間が１１９６．３時間であった。また、第２試験片についてＸ線測定後に組織観察を行った結果、第２試験片は第３段階の疲労に達していることを確認した。
【０１３６】
図１８および図１９の縦軸および横軸は、図１６および図１７の縦軸及び横軸と同様である。図１８より、周方向残留応力が最大値を示す深さは約０．２ｍｍであり、Ｚ４５より深い位置であることがわかる。図１９より、回折強度のばらつきはいずれの入射方向でもＺ０付近で最大値を示していることがわかる。なお、例示した試験片以外の２０個の第２試験片に対して同様の測定を行ったところ、図１９に示した第２試験片と同様にＺ０付近で回折強度のばらつきが最大となる分布が得られた。
【０１３７】
以上の結果より、回折強度のばらつきはＺ０付近で最大となる分布となることがわかった。図１７および図１９から分かるように、第１試験片と第２試験片とで同様の傾向となっている。この性質を利用することで、疲労が第３段階に進んでいる場合でも軸受の負荷である接触応力（Ｐｍａｘ）を推定することが可能となる。なお、回折強度のばらつきに変化が見られる場合に、試料における疲労が第３段階に進んでいると判断する。
【０１３８】
＜接触応力（Ｐｍａｘ）の計算＞
以下に接触応力（Ｐｍａｘ）を求める計算式を示す。線接触の場合、接触楕円の短軸半径ｂとＺ０との間には下記の式（９）に示す関係がある。なお、ほとんどの軸受は接触楕円の長軸と短軸との比が１０以上になるので、転動体の形状に関わらず下記式（９）を用いることができる。
【０１３９】
【数９】
2020139944.tif 000016
【０１４０】
接触する２つの転動体１、２が平行二円筒である場合、短軸半径ｂと荷重Ｐとの間には下記の式（１０）の関係がある。なお、下記の式（１０）は実施例１で説明した式（３）と同様である。
【０１４１】
【数１０】
2020139944.tif 000017
【０１４２】
転動体１、２が同一の材質なら、上記式（１０）は下記の式（１１）に変形できる。
【０１４３】
【数１１】
2020139944.tif 000018
【０１４４】
上記式（９）および式（１１）より、下記式（１２）が導かれる。
【０１４５】
【数１２】
2020139944.tif 000019
【０１４６】
したがって、接触応力Ｐｍａｘは下記の式（１３）で与えられる。
【０１４７】
【数１３】
2020139944.tif 000020
【０１４８】
一方、実施例１でも述べたように、短軸半径ｂと荷重Ｐとの間には下記の式（１４）の関係がある。
【０１４９】
【数１４】
2020139944.tif 000021
【０１５０】
上記式（１１）および式（１４）より、下記の式（１５）が導かれる。
【０１５１】
【数１５】
2020139944.tif 000022
【０１５２】
したがって、接触応力Ｐｍａｘは下記の式（１６）で与えられる。
【０１５３】
【数１６】
2020139944.tif 000023
【０１５４】
Ｚ０としては、回折強度のばらつきが最大値を示す深さを用い、Ｚ４５としては残留応力が最大値を示す深さを用いる。疲労が第１段階または第２段階にある場合、たとえば図７および図８のステップ（Ｓ１３１）においては、接触応力Ｐｍａｘの推定に上記式（１６）を用いる。一方、疲労が第３段階にある場合、たとえば図８のステップ（Ｓ１７１）においては、接触応力Ｐｍａｘの推定に上記式（１３）を用いる。以下にＰｍａｘの推定結果を示す。
【０１５５】
＜第１試験片のＰｍａｘ推定結果＞
下記の表６に示した条件で試験後の第１試験片の測定結果から、式（１３）を用いて接触応力Ｐｍａｘを推定した結果を図２０に示す。
【０１５６】
【表６】
2020139944.tif 000024
【０１５７】
図２０は、第１試験片の接触応力の推定結果を示すグラフである。図２０の横軸は各試験片での試験時間を示し、単位は分である。図２０の縦軸は推定した接触応力Ｐｍａｘ（推定面圧）を示し、単位はＧＰａである。第１試験片に関する試験面圧（接触応力）の公称値は４．２ＧＰａであったのに対し、図２０に示すように推定されたＰｍａｘの平均値は４．３１ＧＰａであり、標準偏差は０．１２ＧＰａであった。
【０１５８】
＜第２試験片のＰｍａｘ推定結果＞
下記の表７に示した条件で試験後の第２試験片の測定結果から、式（１３）を用いて接触応力Ｐｍａｘを推定した結果を図２１に示す。
【０１５９】
【表７】
2020139944.tif 000025
【０１６０】
図２１は、第２試験片の接触応力の推定結果を示すグラフである。図２１の横軸は各試験片での試験時間を示し、単位は時間である。図２１の縦軸は推定した接触応力Ｐｍａｘ（推定面圧）を示し、単位はＧＰａである。第２試験片に関する試験面圧（接触応力）の公称値は３．２ＧＰａであったのに対し、図２１に示すように推定されたＰｍａｘの平均値は３．４４ＧＰａであり、標準偏差は０．２７ＧＰａであった。
【０１６１】
＜疲労度の計算＞
前節で推定した第１試験片および第２試験片に関する接触応力を基に疲労度を計算する。接触応力と寿命とは下記の式（１７）の関係を有するものとする。
【０１６２】
【数１７】
2020139944.tif 000026
【０１６３】
発明者が行った過去の試験では、Ｐｍａｘ＝４．２ＧＰａの線接触型疲労試験機を用いた寿命試験の場合はＬ１０＝２４００分というデータが得られている。また、Ｐｍａｘ＝３．２ＧＰａの軸受寿命試験機を用いた寿命試験の場合はＬ１０＝１６２２時間というデータが得られている。これらのデータと上記式（１７）の関係とを用いて、各試料について推定寿命Ｌ１０est.と推定疲労度ｔ／Ｌ１０est.とを求める。なお、ここでｔは試験時間を示す。その結果を表６および表７に示す。以上のように、回折強度のばらつきから推定した接触応力Ｐｍａｘを用いて疲労度を計算することができる。
【０１６４】
今回開示された実施の形態および実施例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を意図される。
【符号の説明】
【０１６５】
１１  照射部、１２  Ｘ線検出器、１２Ａ  検出部、１２Ｂ  孔、１３  表面形状測定器、１４  疲労度推定装置、１６  メモリ、１７  入力部、１８  表示部、２１  データ準備部、２３  ミクロ組織観察部、３１  判断部、３２  荷重推定部、３３  寿命算出部、３４  第１疲労度算出部、４１  第１疲労度推定部、５１  接触応力推定部、５３  寿命推定部、５４  第２疲労度推定部、５５  疲労度決定部、６０  制御部、６１  記憶部、７０  診断部、８１  矢印、  ８２  疲労部、  ８３  検出器、９０  転動部品。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020139944.tif 000031
【図６】
2020139944.tif 000032
【図７】
2020139944.tif 000033
【図８】
2020139944.tif 000034
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020139944.tif 000037
【図１２】
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【図１３】
2020139944.tif 000039
【図１４】
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【図１５】
2020139944.tif 000041
【図１６】
2020139944.tif 000042
【図１７】
2020139944.tif 000043
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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