(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受リングの検査すべき軌道表面と該軌道表面に所定距離離間して対向する超音波探傷用探触子とを超音波伝達媒体中に配置し、前記軌道表面と前記超音波探傷用探触子とを相対的に移動しつつ、前記超音波探傷用探触子から前記軸受リングの軌道表面に超音波を送信し、前記軸受リングから反射してくる超音波エコーにより前記軸受リングの欠陥を検出する軸受リングの超音波探傷検査方法において、
前記超音波探傷用探触子から前記軸受リングの軌道表面には２〜３０MHｚの超音波を送信し、
前記軸受リングは、焼入れ、焼戻し工程からなる熱硬化処理、又は浸炭若しくは浸炭窒化、焼入れ、焼戻し工程からなる熱硬化処理を行った後に、研削加工を施し、
前記軸受リングの結晶粒度は旧オーステナイト結晶粒度で８番以上であるものを用い、超音波の減衰も少なく、林状エコーの影響も少ないことを特徴とする軸受リングの超音波探傷検査方法。
【請求項２】
前記超音波探傷検査方法として斜角探傷法を用いて欠陥を探傷することを特徴とする請求項１に記載の軸受リングの超音波探傷検査方法。
【請求項３】
前記超音波探傷用探触子として焦点型探触子を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸受リングの超音波探傷検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に鉄鋼用ロールネック軸受のように大きな荷重が加わる円すいころ形又は円筒ころ形転がり軸受の軸受リングに好適な超音波探傷検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軸受リングの内部欠陥を検査する超音波探傷検査方法としては、軸受リング用鋼材の製鋼工程にて、圧延後の鋼材を水中又は台上で外周面から内部へ超音波を伝達させて該軸受リングの探傷を行う垂直探傷法が知られている（特殊鋼４６巻６号、Ｐ３１参照、（社）特殊鋼倶楽部編）。
【０００３】
また、ボールやころ等の転動体の表面や内部の欠陥を検査する超音波探傷検査方法としては、１５〜５０ＭＨｚの周波数の超音波を該転動体に送信して極微小欠陥を検出する方法が多く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の軸受リング用鋼材の超音波探傷検査方法においては、主に鋼材内部のブローホールや圧延での鋼材の未圧着部分等の欠陥を検出することが主目的であり、鋼材表面近傍の微小欠陥や鋼材内部の数１００μｍ程度の大型の非金属介在物の検出を目的としたものではなかった。
【０００５】
これは鋼材表面が圧延されたままの粗い状態であるため超音波探傷では鋼材表面直下の不感帯が大きくなる、更に、鋼材には曲がり、ねじれ等があるため鋼材と探触子との距離を一定に保つことは困難であり、特に表面近傍の微小欠陥の検出は不可能であった。また、直径１００ｍｍを越えるような太い径の鋼材内部を探傷する場合においては、超音波の減衰による感度の低下を防ぐために探傷周波数を低くする必要があるため、数ｍｍ程度の大きさの欠陥しか検出することができないからである。
【０００６】
一方、転動体の検査に用いられてきた超音波探傷法は、表面きずや極最表面の欠陥の探傷を効率的に行うことを主目的としたものであり、極微小欠陥の検出が可能な１５〜５０ＭＨｚの非常に高い周波数が用いられてきたことからも目的が理解できる。
【０００７】
また、最近の技術進歩により、高い周波数（例えば５０〜１５０ＭＨｚ）を用いることで例えば０．０１ｍｍ（１０μｍ）程度までの微小な非金属介在物を検出することが可能となってきたものの、周波数を高くすると鋼材内部での超音波の減衰が大きくなり（鋼材表面の粗さが悪くなるとさらに超音波の減衰が大きくなる。）、鋼材表面から例えば３ｍｍ程度の範囲までしか探傷することができない。このため、特に軸受リングのように内部まで欠陥の探傷が必要な製品を効率よく探触することは不可能であった。
【０００８】
ところで、軸受リングに使用される鋼材は近年の製鋼技術の向上により非金属介在物の総量が少なくなって、特に大型の非金属介在物に代表される地きず等の欠陥はその発生頻度は低くなったものの、鋼材内部に残留する場合があり、これら地きずを起因とする軸受の早期剥離が生じる場合があった。このため、軸受の信頼性向上のために、鋼材の内部に残留する地きず等の欠陥を予め効果的に検出する方法が望まれていた。
【０００９】
例えば、鉄鋼圧延用軸受などは非常に大きな荷重を受けるため、鋼材内部に生じる最大のせん断応力位置も表面近傍から表面下数ｍｍと深い位置にまで及ぶことになる。したがって、鋼材の表面直下はもとより、更に深い内部の欠陥を検出することが必要となる。
【００１０】
なお、超音波の周波数を高くして鋼材中の比較的小さい非金属介在物の存在分布を検査する方法として、特開平９―２５７７６１号公報に開示されている方法があるが、これは、鋼材のサンプルを、表面を研削仕上げにて粗さを調整した後に検査する方法であり、鋼材全数を検査することは困難である。
【００１１】
本発明はかかる不都合を解消するためになされたものであり、軸受リングの表面から内部までの全断面の欠陥、特に軸受リングの内部の大きな非金属介在物の存在を精度良く検出することができるようにして、内部欠陥を保証された軸受を提供することができる軸受リングの超音波探傷検査方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、軸受リングの検査すべき軌道表面と該軌道表面に所定距離離間して対向する超音波探傷用探触子とを超音波伝達媒体中に配置し、前記軌道表面と前記超音波探傷用探触子とを相対的に移動しつつ、前記超音波探傷用探触子から前記軸受リングの軌道表面に超音波を送信し、前記軸受リングから反射してくる超音波エコーにより前記軸受リングの欠陥を検出する軸受リングの超音波探傷検査方法において、少なくとも前記軸受リングの軌道表面から最大せん断応力位置までの深さよりも深い位置を超音波探傷することが適用可能である。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、少なくとも前記軸受リングの軌道表面から最大せん断応力位置までより深い２ｍｍまでを、斜角探傷法で探傷することが適用可能である。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、少なくとも前記軸受リングの軌道表面から最大せん断応力位置までより深い２ｍｍまでを、斜角探傷法で探傷し、更に、該斜角探傷法による探傷範囲より深い範囲を垂直探傷法を用い探傷し、これにより、前記軸受リングの全断面を探傷することが適用可能である。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、前記斜角探傷法は、前記軸受リングの軌道表面に送信される超音波の入射角を、前記軸受リングの軌道表面に対し１０〜３０°とすることが適用可能である。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、前記斜角探傷法より深い位置を探傷する前記垂直探傷法は、前記軸受リングの軌道表面に送信される超音波の入射角を、前記軸受リングの軌道表面に対し０〜１０°とすることが適用可能である。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、前記斜角探傷法における、前記軸受リングの軌道表面に送信される超音波の入射角を、前記軸受リングの軌道表面に対し１０〜３０°とし、前記垂直探傷法における、前記軸受リングの軌道表面に送信される超音波の入射角を、前記軸受リングの軌道表面に対し０〜１０°とすることが適用可能である。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、軸受リングの検査すべき軌道表面と該軌道表面に所定距離離間して対向する超音波探傷用探触子とを超音波伝達媒体中に配置し、前記軌道表面と前記超音波探傷用探触子とを相対的に移動しつつ、前記超音波探傷用探触子から前記軸受リングの軌道表面に超音波を送信し、前記軸受リングから反射してくる超音波エコーにより前記軸受リングの欠陥を検出する軸受リングの超音波探傷検査方法において、前記軸受リングは、焼入れ、焼戻しからなる熱硬化処理、又は浸炭若しくは浸炭窒化、焼入れ、焼戻しからなる熱硬化処理を行った後に、研削加工を施したものを用いることが適用可能である。
さらに本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、前記超音波探傷用探触子から前記軸受リングの軌道表面に送信される超音波の周波数を３０ＭＨｚ以下とすることが適用可能である。
本発明の請求項１に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、軸受リングの検査すべき軌道表面と該軌道表面に所定距離離間して対向する超音波探傷用探触子とを超音波伝達媒体中に配置し、前記軌道表面と前記超音波探傷用探触子とを相対的に移動しつつ、前記超音波探傷用探触子から前記軸受リングの軌道表面に超音波を送信し、前記軸受リングから反射してくる超音波エコーにより前記軸受リングの欠陥を検出する軸受リングの超音波探傷検査方法において、前記超音波探傷用探触子から前記軸受リングの軌道表面に送信される超音波の周波数を２〜３０ＭＨｚ以下とし、且つ前記軸受リングは、焼入れ、焼戻し工程からなる熱硬化処理、又は浸炭若しくは浸炭窒化、焼入れ、焼戻し工程からなる熱硬化処理を行った後に、研削加工を施したものを用いることを特徴とする。
さらに本発明の請求項１に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、前記軸受リングの結晶粒度を旧オーステナイト結晶粒度で８番以上であることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、斜角探傷法を用いて欠陥を探傷することを特徴とする。
本発明の請求項３に係る軸受リングの超音波探傷検査方法の発明は、前記超音波探傷用探触子として焦点型探触子を用いることを特徴とする。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査装置の発明は、軸受リングを円周方向に回転させる軸受リング回転駆動装置と、前記軸受リングの検査すべき軌道面に所定距離離間して対向するように超音波探傷用探触子を支持する探触子支持装置と、前記軸受リングの検査すべき軌道面と該軌道面に対向する超音波探傷用探触子とを浸漬する超音波伝達媒体が貯蔵された水槽を有する軸受リングの超音波探傷検査装置において、前記探触子支持装置を、前記軸受リングの軸方向に所定量移動させる軸方向移動装置を有することが適用可能である。
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査装置の発明は、前記超音波探傷用探触子は焦点型探触子を用いることが適用可能である。
【００１３】
この場合、超音波探傷用探触子としては、指向性の強い焦点型探触子を用いることが好ましい。
転がり軸受、特に円すいころ形軸受の軌道面の超音波探傷については、軸方向面が三次元的に複雑な形状なため、接触式手探傷法のように探触子をリングの軌道面に密着させることが難しく、超音波の入射条件を一定に保つことは困難であった。
【００１４】
また、円すいころ形の転がり軸受は、図１４に示すように、探傷軌道面を展開した形が矩形にならないため、表面波を利用した場合は、伝播する超音波が短距離で軸受端面で反射するために探傷範囲が狭くなり、何度も探触子を移動させなければならないので検査時間が長くなるという独特の問題があった。
【００１５】
これらの問題点の解決については、上記水浸式の垂直探傷法又は斜角探傷法を用い、目的とする探傷範囲に応じて探傷条件を設定することで、効果的な内部欠陥の検出を可能とした。
【００１６】
この結果、本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法によって探傷された軸受けリングは、軸受リングの大きさに係わらず該軸受リングの最大せん断応力位置より深いところまで内部欠陥がないことを検査でき、ひいては軸受の内部欠陥について保証を行うことも適用可能である。
【００１７】
本発明に係る軸受リングの超音波探傷検査方法は、軸受リング及び超音波探傷用探触子を例えば水等の超音波伝達媒体中に配置し、該超音波探傷用探触子から前記軸受リングに超音波を送信して該軸受リングから反射してくる超音波エコーにより前記軸受リングの欠陥を検出する軸受けリングの超音波探傷検査方法において、
前記超音波探傷用探触子から前記軸受けリングに送信する超音波を周波数３０MHｚ以下、好ましくは２〜３０MHｚとし、且つ、該超音波が送信される前記軸受リングは、焼入れ、焼戻しの熱硬化処理又は浸炭若しくは浸炭窒化、焼入れ、焼戻しの熱硬化処理を行った後に、研削加工を施したものを用いることも適用可能である。
【００１８】
この場合、組織の安定化のために熱硬化処理後の軸受リングの結晶粒度を８番（旧オーステナイト結晶粒度）以上とすることが好ましい。また、超音波探傷法としては、斜角探傷法及び垂直探傷法の両方が適用可能である。
【００１９】
軸受は製造過程で数種の熱履歴が加わり、したがって、軸受リングには種々の金属組織が生じることとなる。
超音波はその金属組織の種類によって、音波の減衰の大小が変わることが知られており（超音波探傷試験Ａ：（社）日本非破壊検査協会編、Ｐ１５８参照）、軸受リングの探傷においても最適な金属組織での探傷を見極めることが必要である。
【００２０】
軸受リングは製造過程で幾つかの熱履歴を受けることとなるが、例えば軸受鋼を１２００°Ｃの高温に加熱して鍛造により軸受リングを製作する熱間鍛造法においては、鍛造後の軸受リングは自然冷却又はファン冷却によって冷却されることとなる。このときの軸受リングの金属組織は一部にパーライト組織、その他はマルテンサイト組織が存在するなど組織状態はばらばらとなる場合がある。
【００２１】
また、浸炭や浸炭窒化を行った場合の軸受リングは、浸炭の後の冷却過程で上記と同様に自然冷却又はファン冷却等の熱履歴を受ける。この際の軸受リングの金属組織は軸受鋼の場合に比べて特異であり、浸炭鋼は表面から内部に向かって炭素濃度勾配を持つことから、軸受鋼の場合以上に部分的な特に層をなすような異なった組織形態となる。
【００２２】
本発明者等はこれらの様な異なった組織形態を持つ軸受リングに対して探傷を行った結果、組織の影響により部分的に超音波の減衰が大きくなってしまい、また、厚みが１０ｍｍを越えるような軸受リングについては全断面の探傷は困難であった。
【００２３】
更に、大きな結晶粒や大小の結晶粒の混粒が存在するため、この結晶粒に音波が反射してエコーとなって検出してしまう林状エコー（欠陥信号付近に林のようにノイズが乱立してＳ／Ｎ比の悪い状態をいう。）が出てしまうなど欠陥エコーとの識別が困難となってしまった。
【００２４】
ここで、本発明者等は調査研究の結果、軸受リングの探傷に最適な金属組織の形態は、軸受リングに焼入れ、焼戻しの熱硬化処理又は浸炭若しくは浸炭窒化、焼入れ、焼戻しの熱硬化処理を施したマルテンサイト組織とした場合が超音波の減衰も少なく、また、林状エコーの影響も少なくなることを知見した。
【００２５】
また、超音波の周波数が３０ＭＨｚを超え、５０ＭＨｚになると、例え組織を調整した軸受リングといえども、超音波の減衰が大きくなってしまって軸受リングの全断面の探傷が困難となってしまった。
【００２６】
軸受には大きな荷重を受けるものもあるため軸受リングは内部深くまで転がりによるせん断応力を受けることとなる。したがって、軸受リングの表面近傍のみならず内部深くまで大きな介在物がないことを検査する必要があった。
【００２７】
これらのことから、軸受リングの超音波探傷は３０ＭＨｚ以下の周波数を用いて検査を行うことにした。
また、超音波の周波数が２ＭＨｚ以下では超音波の減衰は低いものの小さな欠陥を検出することが極めて困難なため、周波数は２ＭＨｚ以上が好ましいこととした。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の態様の実施の形態である軸受リングの超音波探傷検査方法に使用する装置の概略図、図２は探傷方向（円周方向）に対して垂直に人工欠陥を設けた試験片の斜視図、図３は図２の試験片について超音波探傷を行った場合の探傷結果を示すグラフ図、図４は探傷方向（円周方向）に対して平行に人工欠陥を設けた試験片の斜視図、図５は図４の試験片について超音波探傷を行った場合の探傷結果を示すグラフ図、図６は表面から所定の深さに探傷方向（円周方向）に対して垂直にφ０．５ｍｍの穴を設けた試験片の断面図、図７は図６の試験片について超音波探傷を行った場合の探傷結果を示すグラフ図、図８は入射角１０°で探傷を行った際の表面エコーと欠陥エコーの分離距離と反射エコーの強さとの関係を示すグラフ図、図９は入射角３０°で探傷を行った際の表面エコーと欠陥エコーの分離距離と反射エコーの強さとの関係を示すグラフ図、図１０は入射角が３０°を越える場合の入射角と屈折角の関係を説明するための説明図である。
【００２９】
まず、超音波探傷検査装置から先に説明する。
図１において符号１は超音波伝達媒体としての水が貯留された水槽であり、該水槽１内には軸受リング２としての円すいころ形転がり軸受の外輪及び超音波探傷用探触子３がそれぞれ水に浸漬された状態で配置されている。超音波探傷用探触子３としては、指向性が強く軸受リング２の曲率の影響を受けにくい焦点型探触子を用いている。
【００３０】
軸受リング２は水槽１内に水平方向に互いに離間配置された二個のプーリ４に載置されており、各プーリ４及び回転駆動用モータ５のモータ軸に固定されたプーリ６にはベルト７が正三角形状に巻き掛けられている。
【００３１】
回転駆動用モータ５はモータ駆動用制御アンプ８を介して制御装置９によって制御されるようになっており、回転駆動用モータ５の駆動により各プーリ４に載置された軸受リング２が所定の速度で回転するようになっている。なお、制御装置９は、ＣＲＴ等の表示手段を備えたパーソナルコンピュータ等で構成されている。
【００３２】
超音波探傷用探触子３は軸受リング２の軸方向に沿って移動可能に配置されたリニアガイド装置１０のＸＹステージ１２に探触子取付具１３を介して取り付けられており、取付状態においては軸受リング２の内周面に対向配置されている。超音波探傷用探触子３は超音波探傷装置１４からの電圧信号に応じて超音波パルスを軸受リング２の内周面に向けて送信すると共にその反射エコーを受信し、これを電圧信号に変換して超音波探傷装置１４に送信する。
【００３３】
超音波探傷装置１４は制御装置９からの指令に基づいて超音波探傷用探触子３に電圧信号からなる指令信号を送信するとともに、送信した信号と受信した信号とを基にして得られた探傷情報を制御装置９に送信し、制御装置９がこれをＣＲＴ上に表示する。
【００３４】
リニアガイド装置１０は  リニアガイド用コントローラ１６によって制御される図示しないサーボモータを介して超音波探傷用探触子３を軸受リング２の軸方向に移動させるようになっており、リニアガイド用コントローラ１６は軸受リング２の外周面に設置されたロータリエンコーダ１５によって軸受リング２が一回転（３６０°）したことが検知されると、制御装置９からの指令に基づいてサーボモータを制御して超音波探傷用探触子３を軸受リング２の軸方向に所定寸法移動させる。これにより、軸受リング２の全断面の探傷がなされるようになっている。
【００３５】
次に、本発明の第１の態様の実施の形態である超音波探傷検査方法を図１〜図１０を参照して説明する。
図１を参照して、軸受リング２として内径３５０ｍｍの円すいころ軸受の外輪を用い、該軸受リング２を超音波探傷用探触子３としての焦点型探触子（周波数１０ＭＨｚ、振動子径６ｍｍ）とともに水槽１内の水に浸漬し、この状態で軸受リング２の軌道面（内周面）の表面から該軸受リング２の最大せん断応力位置よりも深い２ｍｍまでの探傷及びそれよりさらに深い範囲の探傷を上述した軸受リング２の回転と超音波探傷用探触子３の軸受リング２の軸方向の移動により行って該軸受リング２の全断面を探傷する。
【００３６】
なお、軸受リング２の軌道面表面直下から２ｍｍまでの斜角探傷については水距離（軸受リング２の内周面と超音波探傷用探触子３との距離）を２０ｍｍにセットし、それよりさらに深い範囲の垂直探傷については水距離を１５ｍｍにセットした。
【００３７】
まず、軸受リング２の軌道面から２ｍｍまでの深さの探傷について説明すると、図２に示すように、軸受リング２の軌道面表面に探傷方向（円周方向）に対して垂直になるように、長さ１０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの人工欠陥３０を形成した試験片ＴＰ1 を作成し、図１の超音波探傷検査装置を用いて超音波探傷用探触子３から送信される超音波の入射角（軌道面に立てた法線に対して円周方向に傾く角度）を５〜３５°の間で変更して探傷を行った。
【００３８】
探傷結果を図３に示す。
図３から明らかなように、入射角が１０〜３０°の斜角探傷で人工欠陥３０の検出が可能であり、最も感度のよい探傷条件は入射角を３０°とした場合であった。
【００３９】
また、入射角が１０°の場合においても高い探傷感度が得られたが、表面エコーと欠陥エコー（欠陥がある時のみ出る信号）の位置（最大高さの距離）が接近しており、目視での分離は可能であるものの、自動探傷とした場合に分離の判断が困難であるため、両者エコーの距離が十分に分離されている入射角が２５〜３０°の条件が好適である。
【００４０】
図８に入射角１０°、図９に入射角３０°にて探傷を行った際に、パソコンＣＲＴ上に表示された探傷結果を示す。
ＣＲＴ上では入射角３０°より入射角１０°の方が表面エコーと欠陥エコーの距離が接近しているのが判る。
【００４１】
次に、図４に示すように、軸受リング２の軌道面表面に探傷方向（円周方向）に対して平行になるように、長さ１０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの人工欠陥４０を形成した試験片ＴＰ2 を作成し、図１の超音波探傷検査装置を用いて超音波探傷用探触子３から送信される超音波の入射角（軌道面に立てた法線に対して円周方向に傾く角度）を５〜３５°の間で変更して探傷を行った。
【００４２】
探傷結果を図５に示す。
図５から明らかなように、入射角が１０〜３０°の斜角探傷で人工欠陥４０の検出は可能であり、最も感度のよい探傷条件は上記同様に入射角を３０°とした場合であった。
【００４３】
また、入射角が１０°の場合においても高い探傷感度が得られたが、表面エコーと欠陥エコーの位置（最大高さの距離）が接近しており、上記同様の理由により、両者エコーの距離が十分に分離されている入射角が２５〜３０°の条件が好適である。
【００４４】
次に、斜角探傷法で入射角が３０°を越える場合について述べる。
図１０を参照して、超音波が入射角ｉL で鉄，鋼である被検査物の中に入ると横波と縦波に分かれ、縦波の屈折角θL ＞横波の屈折角θs となる。水と鉄を超音波が伝わる場合、入射角と屈折角の関係は横波だけでみると、
ｓｉｎθs ＝Ｃ2 ／Ｃ1 ・ｓｉｎｉL     …（１）
ｓｉｎθs ＝３２３０／１５００・ｓｉｎ（ｉL ）  …（２）
θs ＜９０°
Ｃ1 ：水中での音速１５００ｍ／ｓ
Ｃ2 ：鉄中での音速３２３０ｍ／ｓ
となる。
【００４５】
超音波探傷用探触子３は発信子と同時に受信子でもあるが、受信の場合（傷信号）は逆経路（発信と同じ経路を逆にだどって）で返ってくる。図３，５，８，９の縦軸に示すエコーの強さは鉄、鋼から水に返ってくるが、返ってくる信号は横波、縦波のどちらでもよく、また、横波と縦波の両方が返ってもよい。
【００４６】
入射角ｉL がある値以上になると鉄，鋼中の屈折角が９０°以上となり、傷信号が表面を走るか或いは表面を反射するだけで超音波探傷用探触子３に戻ってこない。
【００４７】
上述したように入射角ｉL に対し縦波の屈折角θL ＞横波の屈折角θs であり、しかもθL とθs のいずれかが戻ってくればよいとすると、θs が返ってくる入射角の限界を考えればよいことになる。
【００４８】
その時の入射角の限界は理論的にはθs ＝９０°として上記（１），（２）式より約２８°となるが、実際には音波はある程度の幅を持って出されており、３０°までは十分に探傷可能になる。したがって、図３及び図５に示すように、入射角が３０°を越えると信号が急激に減衰する。よって斜角探傷の時の入射角の上限は３０°となる。
【００４９】
次に、軸受リング２の軌道面表面直下２ｍｍより深い位置の探傷について説明する。
図６に示すように、軸受リング２の軌道面に探傷方向（円周方向）に対して垂直にφ０．５ｍｍの穴（人工欠陥）５０を深さ３，５，７，９ｍｍの位置に個別に形成したＴＰ3 を作成し、図１に示す超音波探傷検査装置を用いて超音波探傷用探触子３から送信される超音波の入射角（軌道面に立てた法線に対して円周方向に傾く角度）を０〜３０°の間で変更して探傷を行った。
【００５０】
探傷結果を図７に示す。
図７から明らかなように、各深さの欠陥ともに入射角が０〜１０°の垂直探傷での検出が好適であり、最も感度のよい探傷条件は、各深さの欠陥とも入射角を０〜５°とした場合であった。
【００５１】
このことから入射角は０〜５°がより好ましいことが判る。また、入射角が０°の場合は垂直波の伝播が欠陥に対して最短距離となって表面エコーと欠陥エコーの距離が短くなるため、表面エコーと欠陥エコーの分離の点から少し傾きを持たせた入射角５°が最も好ましい。
【００５２】
上記の記載から明らかなように、この実施の形態では、従来、軸受リングの軌道面形状が複雑であることから困難であった軸受リング軌道面の超音波探傷が可能となり、軸受リングの表面から内部までの全断面の欠陥を精度良くしかも短時間で検出することができるので、内部欠陥に起因した短寿命はくりを良好に防止することができ、ひいては軸受の内部欠陥を保証することができる。
【００５３】
【実施例】
軸受リング２として内径３５０ｍｍの円すいころ軸受の外輪を図１の超音波探傷検査装置にセットし、軸受リング２を回転速度８００ｍｍ／ｓで回転させ、軸方向の探傷ピッチを０．６ｍｍとし、３００個の軸受リング２について探傷を行った。
【００５４】
ここで、軸受リング２の軌道面から２ｍｍまでの深さの探傷は入射角が３０°の斜角探傷法で行い、それよりさらに深い範囲の探傷は入射角が５°の垂直探傷法で行った。
【００５５】
３００個の軸受リング２を探傷した結果、３個について欠陥らしきエコーが観察され、一個は表面近傍、二個は内部に観察された。この欠陥部を切断、研削にて詳細に調査したところ、それぞれに幅０．１〜０．２ｍｍ程度、長さ０．２ｍｍ〜最大で０．４ｍｍの欠陥が発見され、分析調査の結果、大型の非金属介在物であることが判った。
【００５６】
次に、本発明の第２の態様の実施の形態である軸受リングの超音波探傷検査方法を図１１〜図１３を参照して説明する。
図１１は本発明の第２の態様の実施の形態である軸受リングの超音波探傷検査方法を実施した場合の欠陥指数と超音波の周波数との関係を示すグラフ図、図１２は寿命試験機の概略を示す断面図、図１３は寿命減少率と超音波の周波数との関係を示すグラフ図である。
【００５７】
この実施の形態では、超音波の減衰及び林状エコーの影響を少なくすべく、焼入れ、焼戻しの熱硬化処理（又は浸炭若しくは浸炭窒化、焼入れ、焼戻しの熱硬化処理）を行って熱処理後の結晶粒度が８番以上となるマルテンサイト組織とした後に、研削加工を施して軸受リング２としての円すいころ軸受ＨＲ３２０１７ＸＪの外輪を作成し、図１の超音波探傷検査装置で各種の周波数の超音波探傷用探触子３を用いて３００個の軸受リング２について２，５，１０，３０，５０ＭＨｚと低い周波数から順に全断面の探傷を行った。
【００５８】
この際、それぞれの周波数で欠陥が検出された軸受リング２は取り除き、欠陥が検出されなかった軸受リング２のみを次の大きな周波数での探傷検査へと使用した。
【００５９】
なお、超音波探傷法としては、斜角探傷法及び垂直探傷法の両方を用いることができるが、この実施の形態では斜角探傷法を用いた。
図１１に探傷結果を示す。
【００６０】
図１１の縦軸の欠陥指数は周波数２ＭＨｚで探傷を行った際に欠陥が発見された軸受リング２の内での欠陥の平均数を１として、それぞれの周波数５，１０，３０，５０ＭＨｚで発見された軸受リング２の欠陥数の平均値を欠陥指数として示したものである。
【００６１】
図１１から明らかなように、探傷にて欠陥が検出された軸受リング２のなかでのリング一個あたりに存在する欠陥数は、周波数３０ＭＨｚを越えると急激に増えることが分かる。
【００６２】
周波数特性より、低い周波数にて検出される欠陥は比較的大きな欠陥しか検出できない。周波数を高くした場合は大きい欠陥はもとより小さな欠陥までも検出することができることから、軸受リング２には３０ＭＨｚを越えた周波数で検出できるレベルの小さな介在物等の欠陥が数多く存在することがよく分かる。
【００６３】
次に、各周波数にて欠陥が検出された軸受リング２を使用して軸受を製作し、図１２に示す寿命試験機を用いて以下の条件で寿命試験を行った。
軸受：円すいころ軸受ＨＲ３２０１７ＸＪ
ラジアル荷重：３５７５０Ｎ
アキシャル荷重：１５６８０Ｎ
内輪回転数：１５００ｒｐｍ
潤滑：グリス
寿命評価は各々の周波数にて欠陥が検出された軸受リング２を寿命試験して各々のＬ10寿命を求め、周波数５０ＭＨｚの条件にて欠陥が検出された軸受リング２のＬ10寿命を１００とした場合の該Ｌ10寿命に対する３０ＭＨｚ以下の周波数で欠陥が検出された軸受リング２のＬ10寿命の寿命減少率を求めた。試験結果を図１３に示す。
【００６４】
図１３から明らかなように、３０ＭＨｚ以下の周波数で欠陥が検出された軸受リング２は５０ＭＨｚの周波数で欠陥が検出された軸受リング２に比べて大幅に寿命が低下しているのが分かる。
【００６５】
なお、周波数が２ＭＨｚ以下でも探傷は可能であるが、軸受リング２中の小さな欠陥を検出することが極めて困難なため、周波数は２〜３０ＭＨｚが好ましい。
【００６６】
上記の記載から明らかなように、この実施の形態ではマルテンサイト組織の軸受リングに対して３０ＭＨｚ以下の周波数で超音波探傷を行うことにより、軸受リングの表面から内部までの全断面の欠陥を精度良くしかも短時間で検出することができるので、軸受の寿命低下に大きく影響を及ぼす介在物等の欠陥を効果的に検出することが可能になり、この結果、内部欠陥に起因した短寿命はくりを良好に防止することができ、ひいては軸受リングの内部欠陥を保証することができる。
【００６７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、軸受リングの表面から内部までの全断面の欠陥、特に軸受リングの内部の大きな非金属介在物の存在を精度良く検出することができるので、内部欠陥に起因した短寿命はくりを良好に防止することができ、ひいては軸受の内部欠陥を保証することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様の実施の形態である軸受リングの超音波探傷検査方法に使用する装置の概略図である。
【図２】探傷方向（円周方向）に対して垂直に人工欠陥を設けた試験片の斜視図である。
【図３】図２の試験片について超音波探傷を行った場合の探傷結果を示すグラフ図である。
【図４】探傷方向（円周方向）に対して平行に人工欠陥を設けた試験片の斜視図である。
【図５】図４の試験片について超音波探傷を行った場合の探傷結果を示すグラフ図である。
【図６】表面から所定の深さに探傷方向（円周方向）に対して垂直にφ０．５ｍｍの穴を設けた試験片の断面図である。
【図７】図６の試験片について超音波探傷を行った場合の探傷結果を示すグラフ図である。
【図８】入射角１０°で探傷を行った際の表面エコーと欠陥エコーの分離距離と反射エコーの強さとの関係を示すグラフ図である。
【図９】入射角３０°で探傷を行った際の表面エコーと欠陥エコーの分離距離と反射エコーの強さとの関係を示すグラフ図である。
【図１０】入射角が３０°を越える場合の入射角と屈折角の関係を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の第２の態様の実施の形態である軸受リングの超音波探傷検査方法を実施した場合の欠陥指数と超音波の周波数との関係を示すグラフ図である。
【図１２】寿命試験機の概略を示す断面図である。
【図１３】寿命減少率と超音波の周波数との関係を示すグラフ図である。
【図１４】円すいころ形転がり軸受の外輪を平面に展開した図であり、円筒面のように矩形にならないため表面波のみでは探傷しにくいことを説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…水槽
２…軸受リング
３…超音波探傷用探触子
５…回転駆動用モータ
７…ベルト
８…モータ駆動用制御アンプ
９…制御装置
１０…リニアガイド装置
１４…超音波探傷装置
１５…ロータリエンコーダ
１６…リニアガイド用コントローラ
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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