(57)【要約】【課題】  全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を、非破壊で容易に定量的に検出することができる内部欠陥検査装置を提供する。【解決手段】  軸受部品４を挟む両側にそれぞれ接触し、一方が電圧印加側電極１１となり他方が接地側電極１２となる二つの電極１１，１２と、電圧印加側電極１１に電圧を印加する交流電源１５と、いずれか一方の電極１１に設置された電流センサ１８とを備える。交流電源１５で電圧印加側電極１１に電圧を印加することによって軸受部品４の内部欠陥１０に部分放電を生じさせ、この部分放電による電荷喪失に対して発生する供給電流を電流センサ１８で測定することで、内部欠陥１０の大きさと数により定まる評価値、もしくは大きさと数を定量的に検出する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を検査する装置であって、
前記軸受部品の前記絶縁体を挟む両側にそれぞれ接触し、一方が電圧印加側電極となり他方が接地側電極となる二つの電極と、前記電圧印加側電極に電圧を印加する交流電源と、前記二つの電極のうちのいずれか一方の電極またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に設置された電流センサとを備えることを特徴とする軸受部品の内部欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受部品の内部欠陥検査装置において、検査対象となる前記軸受部品の前記絶縁体の周囲を、比誘電率が前記絶縁体以上である液体または気体で満たす流体容器を設けた軸受部品の内部欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の軸受部品の内部欠陥検査装置において、検査対象となる前記軸受部品が樹脂製の保持器であって、前記二つの電極を前記保持器の内径面と外径面にそれぞれ接触させる軸受部品の内部欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の軸受部品の内部欠陥検査装置において、検査対象となる前記軸受部品がセラミックスからなる転動体であって、前記二つの電極を両者で前記転動体の転動面を囲む二つ割れの形状とし、各電極の内面をそれぞれ前記転動体の転動面に接触させる軸受部品の内部欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の軸受部品の内部欠陥検査装置において、検査対象となる前記軸受部品が金属製の本体の軌道面に前記絶縁体であるセラミックスまたは樹脂からなる絶縁被膜層が形成された軌道輪であって、前記二つの電極を前記軌道輪の内径面と外径面にそれぞれ接触させる軸受部品の内部欠陥検査装置。
【請求項６】
全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を検査する方法であって、
前記軸受部品の前記絶縁体を挟む両側にそれぞれ接触し、一方が電圧印加側電極となり他方が接地側電極となる二つの電極と、前記電圧印加側電極に電圧を印加する交流電源と、前記二つの電極のうちのいずれか一方の電極またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に設置された電流センサとを用い、
前記交流電源で前記電圧印加側電極に電圧を印加することによって前記軸受部品の内部欠陥に部分放電を生じさせ、この部分放電による電荷喪失に対して発生する供給電流を前記電流センサで測定することで、前記内部欠陥の大きさと数により定まる評価値、もしくは大きさと数を定量的に検出することを特徴とする軸受部品の内部欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を検査する内部欠陥検査装置および内部欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受部品の中には、樹脂やセラミックス等の絶縁特性を有する材料が適用されることがある。例えば、軽量化や金属摩耗粉の発生抑制のために用いられる樹脂保持器や、高剛性化を目的に使用されるセラミック転動体、軸受の絶縁性を確保するために軌道面に溶射によるセラミックスの絶縁被膜層が形成された軌道輪、軌道面に射出による樹脂等の絶縁被膜層が形成された軌道輪等が挙げられる。
【０００３】
一例として、鉄道車両用車軸軸受に用いられる複列円すいころ軸受の保持器について説明する。図７に示す複列円すいころ軸受は、外径面に転走面１ａを有する複列の内輪１と、これら内輪１を中央に内包しかつ内径面に転走面２ａを有する外輪２と、これら内外輪１，２の各転走面１ａ，２ａ間に介在する複数個の円すいころ３と、各円すいころ３を円周方向に等間隔に保持する保持器４とを備える。内外輪１，２間の軸受空間の両端はシール５によってそれぞれ密封され、軸受空間内にグリース等の潤滑剤が封入されている。内輪１は、車軸６に嵌合して内輪１の両はきりに配置される油切り７と後蓋８とにより車軸６に対して位置決めされる。複列円すいころ軸受および油切り７は軸端ナット９により固定される。
【０００４】
図７に示す複列円すいころ軸受の保持器４は鉄製のものであるが、鉄製の保持器４は、使用によって保持器４から発生する摩耗粉が潤滑剤の劣化を進行させる要因となる。そこで、近年では、潤滑剤の劣化を招く鉄の摩耗粉が発生しないように、図８のように、繊維強化プラスチック、例えばポリアミド樹脂等からなる樹脂製の保持器４を用いることがある。しかし、樹脂製の保持器４は射出成形により製造されるため、図９に示すように、成形条件不良によりボイド等の内部欠陥１０が生じることがある。
【０００５】
軌道面に射出による樹脂等の絶縁被膜層が形成された軌道輪の絶縁被膜層についても、上記樹脂製の保持器４と同様に、ボイド等の内部欠陥が生じることがある。また、セラミック転動体や、セラミックスの絶縁被膜層が形成された軌道輪については、セラミックス焼結の製造条件不良により異物の混入やボイド等の内部欠陥が生じることがある。
【０００６】
軸受部品は、荷重が負荷される環境で使用されることから、特に強度面の高い信頼性が要求されるが、上記内部欠陥を有すると強度が低下する。そこで、軸受部品の強度面の信頼性を向上させるとともに、最適な製造条件を確立するために、絶縁材料を用いた軸受部品の内部欠陥を非破壊検査により検出することが求められる。
【０００７】
従来、絶縁材料の非破壊検査としては、Ｘ線放射法による透過画像の確認が一般的である。例えば特許文献１に、Ｘ線放射法による繊維強化プラスチックの検査方法に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２９７１４３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のＸ線照射法による絶縁材料の非破壊検査では、Ｘ線の照射範囲が限定されるため、軸受部品のような特殊な形状をした被検査物の全体を検査するためには膨大な時間を要する。さらに、内部欠陥の評価は透過画像の目視観察で行うことから、多くの被検査物を検査することが難しい。
【００１０】
この発明の目的は、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を、非破壊で容易に定量的に検出することができる内部欠陥検査装置および内部欠陥検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の軸受部品の内部欠陥検査装置は、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を検査する装置であって、前記軸受部品の前記絶縁体を挟む両側にそれぞれ接触し、一方が電圧印加側電極となり他方が接地側電極となる二つの電極と、前記電圧印加側電極に電圧を印加する交流電源と、前記二つの電極のうちのいずれか一方の電極またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に設置された電流センサとを備えることを特徴とする。
【００１２】
二つの電極に挟まれた絶縁体はコンデンサと見なすことができ、絶縁体中に内部欠陥を含む場合は様々な容量を持つコンデンサの集まりと考えることができる。交流電源により電圧印加側電極に電圧を印加すると、静電容量の小さい内部欠陥で電圧が高くなり、局所的な放電すなわち部分放電が生じる。この部分放電による内部欠陥での電荷喪失に対して供給電流が発生するため、絶縁体表面で電位変化が生じる。上記供給電流を電流センサで測定し、その測定結果を予め定められた評価規則に従って評価することで、非破壊で、絶縁体の内部欠陥の大きさと数により定まる評価値を定量的に検出することができる。また、大きさと数を区別して定量的に検出することにもつながる。例えば、供給電流の出力として得られる波形の高さ（振幅）とその数から、絶縁体の内部欠陥の大きさと数を定量的に確認することが可能である。
【００１３】
この発明において、検査対象となる前記軸受部品の前記絶縁体の周囲を、比誘電率が前記絶縁体以上である液体または気体で満たす流体容器を設けると良い。
検査対象となる軸受部品の絶縁体と電極との間にすきまがある場合、このすきまと内部欠陥との区別が難しい。絶縁体の周囲を、比誘電率が絶縁体以上である液体または気体で満たすことで、前記すきまが実質的に存在しないとものと見なすことができ、内部欠陥を正確に検出することができる。
【００１４】
検査対象となる前記軸受部品が樹脂製の保持器である場合、前記二つの電極を前記保持器の内径面と外径面にそれぞれ接触させると良い。また、検査対象となる前記軸受部品がセラミックスからなる転動体である場合、前記二つの電極を両者で前記転動体の転動面を囲む二つ割れの形状とし、各電極の内面をそれぞれ前記転動体の転動面に接触させると良い。さらに、検査対象となる前記軸受部品が金属製の本体の軌道面に前記絶縁体であるセラミックスまたは樹脂からなる絶縁被膜層が形成された軌道輪である場合、前記二つの電極を前記軌道輪の内径面と外径面にそれぞれ接触させると良い。
これにより、いずれの軸受部品についても、絶縁体の内部欠陥を、非破壊で容易に定量的に検出することができる。
【００１５】
この発明の軸受部品の内部欠陥検査方法は、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を検査する方法であって、前記軸受部品の前記絶縁体を挟む両側にそれぞれ接触し、一方が電圧印加側電極となり他方が接地側電極となる二つの電極と、前記電圧印加側電極に電圧を印加する交流電源と、前記二つの電極のうちのいずれか一方の電極またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に設置された電流センサとを用い、前記交流電源で前記電圧印加側電極に電圧を印加することによって前記軸受部品の内部欠陥に部分放電を生じさせ、この部分放電による電荷喪失に対して発生する供給電流を前記電流センサで測定することで、前記内部欠陥の大きさと数により定まる評価値、もしくは大きさと数を定量的に検出することを特徴とする。
この内部欠陥検査方法によると、非破壊で、軸受部品の絶縁体における内部欠陥の大きさと数により定まる評価値を定量的に検出することができる。また、大きさと数を区別して定量的に検出することにもつながる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の軸受部品の内部欠陥検査装置は、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を検査する装置であって、前記軸受部品の前記絶縁体を挟む両側にそれぞれ接触し、一方が電圧印加側電極となり他方が接地側電極となる二つの電極と、前記電圧印加側電極に電圧を印加する交流電源と、前記二つの電極のうちのいずれか一方の電極またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に設置された電流センサとを備えるため、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を、非破壊で容易に定量的に検出することができる。
【００１７】
この発明の軸受部品の内部欠陥検査方法は、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を検査する方法であって、前記軸受部品の前記絶縁体を挟む両側にそれぞれ接触し、一方が電圧印加側電極となり他方が接地側電極となる二つの電極と、前記電圧印加側電極に電圧を印加する交流電源と、前記二つの電極のうちのいずれか一方の電極またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に設置された電流センサとを用い、前記交流電源で前記電圧印加側電極に電圧を印加することによって前記軸受部品の内部欠陥に部分放電を生じさせ、この部分放電による電荷喪失に対して発生する供給電流を前記電流センサで測定することで、前記内部欠陥の大きさと数により定まる評価値、もしくは大きさと数を定量的に検出するため、全体または一部が絶縁体である軸受部品の前記絶縁体の内部欠陥を、非破壊で容易に定量的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】絶縁材料の内部を示すモデルに二つの電極を取り付けた図である。
【図２】この発明の軸受部品の内部欠陥検査装置の概略構成を示す電気回路図である。
【図３】検査対象となる軸受部品が保持器である場合における内部欠陥検査方法の一例を示す図である。
【図４】検査対象となる軸受部品が保持器である場合における内部欠陥検査方法の異なる例を示す図である。
【図５】検査対象となる軸受部品が転動体である場合における内部欠陥検査方法の一例を示す図である。
【図６】検査対象となる軸受部品が軌道輪である場合における内部欠陥検査方法の一例を示す図である。
【図７】金属製の保持器を備えた鉄道車両用車軸軸受の断面図である。
【図８】樹脂製の保持器を備えた鉄道車両用車軸軸受の断面図である。
【図９】樹脂製の保持器の内部欠陥を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の軸受部品の内部欠陥検査装置の原理について説明する。
図１のように、二つの電極１１，１２に挟まれた絶縁体１３はコンデンサと見なすことができ、混入した異物やボイド等の内部欠陥１０を含む絶縁体１３の場合は、様々な容量を持つコンデンサの集まりと考えることができる。これを電気回路図の形式で示すと図２のようになる。図中のＣ１〜Ｃ４は絶縁体１３の各部の静電容量、ＣＶは内部欠陥（ボイド）１０の静電容量を示す。
【００２０】
交流電源１５により電圧印加側電極１１に電圧Ｖ０を印加すると、内部欠陥１０で部分放電１６が発生する。部分放電１６は、電極１１，１２間の絶縁体１３に電圧Ｖ０をかけることで、静電容量の小さい内部欠陥１０で電圧が高くなり、局所的に放電が発生する現象である。この部分放電１６による内部欠陥１０での電荷喪失に対して供給電流１７が発生するため、絶縁体１３の表面で電位変化が生じる。上記供給電流１７を電流センサ１８で測定することで、非破壊で、絶縁体１３の内部欠陥１０の大きさと数を定量的に検出することができる。例えば、供給電流１７の出力として得られる波形の高さ（振幅）とその数から、絶縁体１３の内部欠陥１０の大きさと数を定量的に確認することが可能である。
【００２１】
内部欠陥検査装置は、絶縁体１３を挟む両側にそれぞれ接触する電圧印加側電極１１および接地側電極１２と、電圧印加側電極１１に電圧を印加する交流電源１５と、前記供給電流１７を測定する電流センサ１８と、電流センサ１８の測定結果を評価する内部欠陥評価手段１９とで構成される。電流センサ１８は、二つの電極１１，１２のうちのいずれか一方の電極の表面、またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に設置される。電流センサ１８の数は一つでも良いが、複数の電流センサ１８を分散して設置しても良い。電流センサ１８を複数設置すると、内部欠陥１０の位置を特定することが可能である。
【００２２】
内部欠陥評価手段１９はパソコン等からなり、内蔵されているプログラムにより、電流センサ１８の測定値から内部欠陥１０の大きさと数により定まる評価値、もしくは大きさと数を計算するか、または電流センサ１８の測定値と内部欠陥１０の前記評価値もしくは大きさおよび数との関係を示すデータテーブルから、前記評価値もしくは内部欠陥４の大きさおよび数を導き出す。
【００２３】
次に、実際の軸受部品における内部欠陥を検査する方法について説明する。ここでは、図８に示す複列円すいころ軸受の樹脂製の保持器４を例にとって説明する。
図３に示すように、保持器４の内径面と外径面にそれぞれ接触して保持器４を拘束する２つの電極１１，１２を用意する。一方の電極１１は電圧印加側電極とし、交流電源１５に接続する。他方の電極１２は接地側電極とし、接地しておく。各電極１１，１２のうちいずれか一方の電極の表面、またはこの電極と通電状態にあって電位が等しい物体に電流センサ１８を設置する。図の例では、接地側電極１２に電流センサ１８を設置してある。
【００２４】
そして、交流電源１５により電圧印加側電極１１に電圧を印加する。これにより、先に説明したように供給電流１７が発生し、この供給電流１７を電流センサ１８で測定する。その測定結果を内部欠陥評価手段１９（図２）により予め定められた規則に従って評価することで、非破壊で、絶縁体である保持器４の内部欠陥１０の大きさと数により定まる評価値、もしくは大きさと数を定量的に検出する。
【００２５】
ただし、電極１１，１２と保持器４との間にすきまがあると、このすきまと内部欠陥１０との区別が難しい。図３の例の場合、電極１１と保持器４との間にすきま２１がある。このような場合、図４のように、検査対象である保持器４の周囲を空気以外の流体２２で満たす流体容器２３を設けると良い。流体容器２３に入れる流体２２は、比誘電率が保持器４を構成する絶縁体以上である液体または気体とする。保持器４がポリアミド樹脂からなる場合、ポリアミド樹脂の比誘電率は３．４〜５．０程度であるため、流体容器２３に入れる流体２２は、比誘電率が５．０以上であるものとする。
【００２６】
このように、保持器４の周囲を比誘電率が絶縁体以上である流体２２で満たすことにより、電極１１と保持器４との間のすきま２１に流体２２が侵入し、すきま２１が実質的に存在しないものと見なすことができるようになる。そのため、保持器４の内部欠陥１０のみを正確に検出することができる。
【００２７】
上記手法を応用することで、保持器４以外の軸受部品における絶縁体の内部欠陥を検査することができる。
図５は、セラミックス製の転動体３１の内部欠陥（図示せず）を検査する手法を示す。二つの電極１１，１２を両者で転動体３１の転動面を囲む二つ割れの形状とし、各電極１１，１２の内面をそれぞれ転動体３１の転動面に接触させて転動体３１を拘束する。この状態で、交流電源１５により電圧印加側電極１１に電圧を印加し、発生した供給電流を電流センサ１８で測定する。これにより、前記同様に、非破壊で、絶縁体である転動体３１の内部欠陥の前記評価値、もしくは大きさと数を定量的に検出する。前記電極１１，１２の転動体３１を囲む面１１ａ，１２ａは、例えばこの転動体３１を用いる軸受の内外の軌道輪における転走面の断面形状、例えばゴシックアーチ状や半円状とする。
【００２８】
前記同様、検査対象となる転動体３１の周囲を、比誘電率が転動体３１以上である流体（図示せず）で満たして検査を行っても良い。転動体３１を構成するセラミックスが窒化ケイ素である場合、窒化ケイ素の比誘電率は７．３〜８．０程度であるため、流体として比誘電率が８．０以上のものを用いる。
【００２９】
図６は、セラミックスまたは樹脂の絶縁被膜層３２が形成された軌道輪３３における絶縁被膜層３２の内部欠陥（図示せず）を検査する手法を示す。軌道輪３３の絶縁被膜層３２以外の部分は鋼等の金属製である。二つの電極１１，１２を軌道輪３３の外径面と内径面にそれぞれ接触させて軌道輪３３を拘束する。この状態で、交流電源１５により電圧印加側電極１１に電圧を印加し、発生した供給電流を電流センサ１８で測定する。これにより、前記同様に、非破壊で、軌道輪３３の絶縁被膜層３２の内部欠陥の前記評価値、もしくは大きさと数を定量的に検出する。
【００３０】
前記同様、検査対象となる絶縁被膜層３２の周囲を、比誘電率が絶縁被膜層３２以上である流体（図示せず）で満たして検査を行っても良い。絶縁被膜層３２がセラミックス溶射によるものであり、セラミックスが酸化アルミニウムである場合、酸化アルミニウムの比誘電率は６．０〜１０．０程度であるため、流体として比誘電率が１０．０以上のものを用いる。また、絶縁被膜層３２が樹脂の射出成形によるものであり、樹脂がＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）である場合、ＰＰＳの比誘電率は３．８〜４．０程度であるため、流体として比誘電率が４．０以上のものを用いる。
【符号の説明】
【００３１】
４…保持器（軸受部品）
１０…内部欠陥
１１…電圧印加側電極
１２…接地側電極
１３…絶縁体
１５…交流電源
１６…部分放電
１７…供給電流
１８…電流センサ
２２…流体
２３…流体容器
３１…転動体（軸受部品）
３２…絶縁被膜層
３３…軌道輪（軸受部品）
【図１】
2015184153.tif 000003
【図２】
2015184153.tif 000004
【図３】
2015184153.tif 000005
【図４】
2015184153.tif 000006
【図５】
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【図６】
2015184153.tif 000008
【図７】
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【図８】
2015184153.tif 000010
【図９】
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