(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料にＸ線を照射することによって得られる回折Ｘ線の半価幅を内部起点剥離による疲労度パラメータとして計測し、その計測結果とあらかじめ試験により作成されている疲労度データベースとの照合により、当該金属材料の疲労度を測定する方法において、
上記疲労度パラメータを、金属材料の転がり接触面の表面にＸ線を照射することによって得られる回折Ｘ線の半価幅の減少度とするとともに、
上記疲労度データベースを作成するに当たっては、供試金属材料を所定の荷重および速度で転がり接触させ、その金属材料が転がり疲れにより実際に損傷するまでの時間ＴL を計測する一方、その損傷に到るまでの間の複数の経過時間Ｔi （ｉ＝１，２，・・・・）において当該金属材料の転がり接触面の表面にＸ線を照射して上記疲労度パラメータに係る情報（Ｐi ，Ｐ2 ，・・・・）を逐次採取し、その個々の情報Ｐi と、当該個々の情報Ｐi の採取時における経過時間Ｔi の上記時間ＴL に対する比Ｔi ／ＴL とをデータ対として蓄積することを特徴とする転がり疲れによる疲労度の測定方法。
【請求項２】
上記回折Ｘ線の半価幅の減少度が、下記の式から求められたものであることを特徴とする請求項１に記載の転がり疲れによる疲労度の測定方法。
半価幅減少度＝（内部半価幅−表面半価幅）／内部半価幅
ただし、内部半価幅；金属材料内部の回折Ｘ線の半価幅
表面半価幅；金属材料表面の回折Ｘ線の半価幅
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受をはじめとする金属材料の疲労度の測定方法に関し、更に詳しくは、転がり疲れに起因する内部起点剥離の疲労度の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受等の転がり接触する金属材料においては、一般に、その転がり接触面に異物が存在したり潤滑不良等が存在していない場合には、材料の転がり疲れに起因する内部起点剥離が生じることによってその寿命に達する。この転がり疲れの程度を定量的に表す量として、従来、疲労度が知られている。この疲労度は、材料の転がり疲れによる損傷に至るまでの時間を例えば１００（％）として、どの程度まで疲労が進行しているかを表す量で、言わばその金属材料の残存寿命を予知することのできる量であり、正確な疲労度を知ることができれば、転がり軸受等の交換時期を特定することができるなど、その利点は大きい。
【０００３】
このような疲労度を測定するためのパラメータとしては、材料にＸ線を照射することによって得られる回折Ｘ線の半価幅の変化や残留オーステナイト量の変化、あるいは内部応力の変化、あるいはこれらを適宜に組み合わせたものなどが知られている。そして、例えば実用に供されている軸受の疲労度を測定するには、その軸受について上記のパラメータを実測し、その実測結果と、あらかじめ作成されている疲労度データベースとを照合する必要がある。疲労度データベースは、特定の疲労度パラメータと疲労度との関係を試験等によって蓄積することによって求められ、例えばグラフで表せば、横軸に疲労度、縦軸に疲労度パラメータを採って表すことができ、実用に供されている軸受で実測したパラメータをそのグラフに当てはめることによって当該軸受の疲労度を求める。従って、パラメータをどのような物理量に設定しようとも、疲労度データベースを正確に作成しておかなければ、正確な疲労度を測定することはできない。
【０００４】
転がり軸受の内部起点剥離による疲労度のデータベースを作成するに当たっては、従来、以下の方法が採用されている。図８は、従来の疲労度データベースの作成に際しての供試体の取扱いの仕方を概念的に示すタイムチャートである。このタイムチャートにおいて、実線で示す時間領域が実際に供試体を転がり接触させて試験を行う期間であり、二点鎖線で示す領域は想像の領域である。また、Ｘを付した時点は供試体が転がり疲れに起因して内部起点剥離を生じる時点を、○を付した時点は疲労度パラメータの計測時点をそれぞれ示している。
【０００５】
この図８に示すように、従来の方法における疲労度データベースの作成に際しては、複数個の供試体を同一の条件下で転がり接触試験に供し、個々の供試体についての試験を、転がり疲労による損傷が生じるまでの任意の経過時間Ｔi （ｉ＝１，２，・・・・）後に打ち切って、調査対象である転動面（転がり接触面）を電解研磨等の手法により最大剪断応力深さまで除去した上でＸ線を照射し、その深さにおける疲労度パラメータに係る情報Ｐi （ｉ＝１，２，・・・・）を計測する。これとは別に、同じ種類の供試体を上記と同じ試験条件下で転がり接触試験し、その供試体については転がり疲れにより損傷するまで試験を継続してその寿命ＴL0を実測する。そして、個々の疲労度パラメータに係る情報Ｐi とデータ対として蓄積すべき疲労度は、個々の情報の計測時点におるけ試験の各経過時間Ｔi を、上記のように別の軸受で実測した寿命ＴL0で除して算出している（ＮＳＫ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｊａｒｎａｌ  ＮＯ．６４６，特公昭６３−３４４２３号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような従来の内部起点剥離による疲労度の測定方法における疲労度データベースの作成方法によると、疲労度パラメータに係る情報を計測した軸受は、その計測のために、実際に損傷に至るまでに破壊する必要があり、従って、疲労度パラメータを計測した各軸受の真の寿命は不明である。そのため、疲労度パラメータの計測値と疲労度との関係に大きな誤差が生じるという問題があった。
【０００７】
また、疲労度パラメータの計測に際して、その計測対象を破壊する必要のある従来の内部起点剥離による疲労度の測定方法によると、例えば実用に供されている軸受等の疲労解析を行うべく、その軸受等の疲労度のパラメータを計測するためにはその軸受等を破壊する必要があるため、疲労度パラメータを計測してその軸受等の疲労度が既知となっても、もはやその軸受等を継続して実用に供することができないという問題もある。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、内部起点剥離による疲労度を従来に比して高精度に測定することのできる方法の提供を目的としている。
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の転がり疲れによる疲労度の測定方法は、金属材料にＸ線を照射することによって得られ回折Ｘ線の半価幅を内部起点剥離による疲労度パラメータとして計測し、その計測結果とあらかじめ試験により作成されている疲労度データベースとの照合により、当該金属材料の疲労度を測定する方法において、上記疲労度パラメータを、金属材料の転がり接触面の表面にＸ線を照射することによって得られる回折Ｘ線の半価幅の減少度とするとともに、上記疲労度データベースを作成するに当たっては、供試金属材料を所定の荷重および速度で転がり接触させ、その金属材料が転がり疲れにより実際に損傷するまでの時間ＴL を計測する一方、その損傷に到るまでの間の複数の経過時間Ｔi （ｉ＝１，２，・・・・）において当該金属材料の転がり接触面の表面にＸ線を照射して上記疲労度パラメータに係る情報（Ｐi ，Ｐ2 ，・・・・）を逐次採取し、その個々の情報Ｐi と、当該個々の情報Ｐi の採取時における経過時間Ｔi の上記時間ＴL に対する比Ｔi ／ＴL とをデータ対として蓄積することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１０】
ここで、本発明においては、上記の回折Ｘ線の半価幅の減少度を、半価幅の減少度＝（内部半価幅−表面半価幅）／内部半価幅によって求めることが望ましい（請求項２）。
【００１１】
本発明は、転がり疲れに起因する内部起点剥離による疲労度に相関する情報、つまり疲労度パラメータとして用いることのできる情報が、最大剪断応力深さのみならず、転がり接触面の表面にも現れることを利用し、その疲労度パラメータに係る情報の計測を、計測対象を破壊することなく行うことによって、初期の目的を達成しようとするものである。
【００１２】
図１は、本発明方法に基づく疲労度データベースの作成に際しての供試体の取扱いの仕方を概念的に示すタイムチャートである。このタイムチャートにおいては、前記した図８と同様に、実線で示す領域が実際に供試体を転がり接触させて試験を行う期間で、Ｘを付した時点が供試体の実際に転がり疲れに起因して内部起点剥離を生じた時点、○を付した時点が疲労度パラメータの計測時点をそれぞれ示している。
【００１３】
本発明方法における疲労度データベースの作成法においては、データベースを作成するための供試体は、図１に示すように、転がり疲れに起因する内部起点剥離により損傷するまで、つまり寿命に達するまで同じ条件下で継続的に転がり接触試験に供されて、それぞれに寿命ＴLj（ｊは供試体ナンバー）が実測される。また、その各供試体について、損傷するまでの複数の経過時間Ｔi において、転がり接触面の表面へのＸ線照射により非破壊のもとに疲労度パラメータに係る情報Ｐijが計測される。そして、各供試体について計測された個々の疲労度パラメータＰijと対を形成すべき疲労度は、個々の疲労度パラメータＰijの計測時点における経過時間（転がり接触時間）Ｔi と、その疲労度パラメータＰijを計測した供試体自体の実測寿命ＴLjとの比Ｔi ／ＴLjで求められる。従って、このようにして求められた疲労度Ｔi ／ＴLjは、図８に示した従来の方法に比して、供試体の真の疲労度により近い値を示すものであることは明らかであり、このようなデータ対を蓄積していくことにより得られる疲労度データベースは、従来方法による疲労度データベースに比して大幅に正確なものとなり、ひいては、実用中の軸受等の転がり接触面の表面にＸ線を照射して計測した疲労度パラメータから、その軸受等に関して高精度の疲労度解析を行うことができ、その結果に応じてその軸受を再び実用に供するとともに、最適交換時期等を正確に指定することができる。
【００１４】
また、本発明においては、疲労度データベースの作成のための供試体は、寿命に達するまで同一の供試体を連続して使用するとともに、寿命に達するまでに複数回にわたって疲労度パラメータが計測されるため、従来の方法のように破壊して測定するが故に１つの供試体により１つの疲労度パラメータしか計測できない場合に比して、疲労度データベースを作成するために必要な供試体の数を大幅に削減することができる。
【００１５】
また、本発明においては、金属材料の転がり接触面にＸ線を照射することによって得られる回折Ｘ線の半価幅の減少度を疲労度パラメータとして用いるのであるが、この転がり接触面の表面での回折Ｘ線の半価幅は、最大剪断応力深さにおけるそれに対して変化量は小さいものの、内部起点剥離による疲労度と相関して変化することが実験によって確かめられ、その転がり接触開始前の回折Ｘ線の半価幅に対する減少率（減少度）を算出することにより、内部起点剥離による疲労度と極めて強い相関を有し、非破壊のもとに計測可能な疲労度パラメータとして充分に適していることが判明した。
【００１６】
更に、上記回折Ｘ線の半価幅の減少度を、請求子項２に係る発明のように、半価幅減少度＝（内部半価幅−表面半価幅）／内部半価幅とすることにより、回折Ｘ線の半価幅の減少度の精度をより高めることができる。内部半価幅とは、金属材料内部の表面研磨加工や転がり接触により影響を受けない深部における半価幅の値であり、金属材料本来の半価幅を表している。表面半価幅とは、転がり接触によって影響を受けた転がり接触面にＸ線を照射して得られる半価幅の値である。内部半価幅の値は、金属材料のばらつきや、熱処理条件等によって個々の供試体ごとに異なるが、表面半価幅の減少量のみ測定したのでは、疲労の程度を精度よく表すことができないが、上記式のように内部半価幅に対する表面半価幅の減少度を求め無次元化することで、供試体の個体差をなくして疲労の程度を精度よく知ることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
疲労度の評価対象とてし転がり軸受を選定し、一定の荷重を付与した状態で一定速度で回転試験を行った。その試験装置の構成を図２に断面図で示す。図において１ａ，１ｂが試験に供される転がり軸受を示し、これらは試験回転軸２の両端部に取り付けられる。試験回転軸２はカップリング３を介して駆動軸４に連続され、この駆動軸４はプーリ５を介してモータ（図示せず）によって一定の回転が与えられる。また、供試転がり軸受１ａ，１ｂには、負荷用圧縮コイルばね６によって一定の荷重が付与される。
【００１８】
以上の試験装置を用い、供試転がり軸受１ａ，１ｂが内部起点剥離により実際に損傷するまで試験を継続するとともに、その間、複数の時点において各軸受１ａ，１ｂを取り出し、その転がり接触面の表面にＸ線を照射し、残留応力、回折Ｘ線の半価幅、および残留オーステナイト量を計測した。このような試験を同一種類の多数の軸受に対して行い、グラフとしてまとめた例を図３〜図５に示す。これらのグラフにおいて横軸に示される疲労度は、既述したように、計測した軸受自体の真の寿命を基準としたものである。これらのグラフに示されるように、転がり接触面の表面にＸ線を照射することによって、内部起点剥離による疲労度に相関する情報を得ることができ、中でも、回折Ｘ線の半価幅は疲労度に対して強い相関を示している。
【００１９】
図６および図７は、横軸に疲労度、縦軸に回折Ｘ線の半価幅の減少度をとったものであり、図６においては同じ転がり軸受に対して接触面圧を異ならせたものを同じグラフ上に示している。また、図７には、同じ転がり軸受に対して回転数を変化させたのを同じグラフ上に示している。なお、これらの図６，図７の縦軸のＸ線の半価幅の減少度は、既述したように、
半価幅の減少度＝（内部半価幅−表面半価幅）／内部半価幅
の式により求めた値である。また、上記式の表面半価幅は、供試転がり軸受の転がり接触面の表面にＸ線を照射することにより測定した値である。一方、内部半価幅は、供試転がり軸受の軸受としての機能に影響を及ぼさない部分、例えば軌道輪の軸方向端面や、軌道面の肩部等、を電解研磨等の金属材料組織に影響を与えない方法で研磨し、露出した金属材料内部組織にＸ線を照射することにより測定した値である。
【００２０】
これらのグラフから明らかなように、転がり接触面の表面にＸ線を照射して得られる回折Ｘ線の半価幅の減少度は、試験荷重をはじめとする条件が互いに相違している場合においても、疲労度に対して極めて強い相関を示し、優れた疲労度パラメータとなり得るとともに、本発明方法により得られる疲労度データベースは、従来方法により得られた疲労度データベースに比してばらつきが大幅に少なくなった。
【００２１】
【発明の効果】
以上のよう、本発明によれば、転がり軸受等の転がり疲れに起因する内部起点剥離の疲労度を、転がり接触面の表面にＸ線を照射することによって得られる回折Ｘ線の半価幅の減少度をパラメータとして、疲労度データベースの作成に際しては、供試体を実際に疲労により損傷に至るまで転がり接触させてその真の寿命を実測し、その間の複数時点において上記疲労度パラメータを計測して、その各計測結果を、実測した真の寿命との関連において求めた疲労度とデータ対として蓄積するから、疲労度データベースの信頼性が向上し、従来に比してより精度のよい疲労度の推定が可能となり、軸受等の耐久評価試験の試験時間を短縮でき、その費用を削減することができる。また、疲労度推定結果を製品設計にフィードバックすることにより、使用条件に合った設計の最適化が可能となる。また、メンテナンス頻度の高い軸受の最適交換時期の指定が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における疲労度データベースの作成のための供試体の取扱いの仕方を概念的に示すタイムチャートである。
【図２】  本発明実施例に用いた軸受試験装置の構成を示す断面図である。
【図３】  本発明実施例において供試体の転がり接触面にＸ線を照射して得た残留応力の計測結果と疲労度との関係を示すグラフである。
【図４】  同じく本発明実施例において供試体の転がり接触面の表面にＸ線を照射して得た回折Ｘ線の半価幅の計測結果と疲労度との関係を示すグラフである。
【図５】  同じく本発明実施例において供試体の転がり接触面の表面にＸ線を照射して得た残留オーステナイト量の計測結果と疲労度との関係を示すグラフである。
【図６】  本発明実施例において供試体の転がり接触面の表面にＸ線を照射して得た回折Ｘ線の半価幅の減少度と疲労度との関係を示すグラフである。
【図７】  図６とは別の条件下で行った本発明の他の実施例において供試体の転がり接触面の表面にＸ線を照射して得た回折Ｘ線の半価幅の減少度と疲労度との関係を示すグラフである。
【図８】  従来の内部起点剥離による疲労度データベースの作成のための供試体の取扱いの仕方を概念的に示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  供試転がり軸受
２  試験回転軸
６  負荷用圧縮コイルばね
【図１】
0003675665.tif 000002
【図２】
0003675665.tif 000003
【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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