(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線と、上記受信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線とがなす角度を２αとし、上記軌道面の半径をｒ(ｍｍ)とし、上記内輪の肉厚をＴ(ｍｍ)とすると、次式
ｒ(１−cosα)＜Ｔ/２
を満たすように、上記送信センサと受信センサを配置し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴とする疲労度測定方法。
【請求項２】
円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線と上記受信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行である上記軌道面の接線との間の距離を、上記内輪の径方向の肉厚の２分の１未満に設定し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴とする疲労度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒ころ軸受の内輪に超音波を伝播させ、その伝播速度を測定し、上記測定した伝播速度に基いて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する疲労度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒ころ軸受の内輪の特性(たとえば、硬度)を測定するに際し、超音波の送信センサおよび受信センサのセンサ面(装着面)を、内輪の軌道面に沿って密着するような面曲率とし、送信センサから内輪に伝播させた超音波の速度に基いて、内輪の特性を測定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、上記送信センサおよび受信センサは、直径が異なる複数種類の内輪に適用することができず、直径が異なる内輪の種類だけ、送信センサと受信センサを用意することが必要となって、測定工数,測定コストを増大させていた。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、内輪の直径が変わっても、送信センサおよび受信センサを取り替える必要がなく、測定工数および測定コストを低減できる円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法は、
円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線と、上記受信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線とがなす角度を２αとし、上記軌道面の半径をｒ(ｍｍ)とし、上記内輪の肉厚をＴ(ｍｍ)とすると、次式
ｒ(１−cosα)＜Ｔ/２
を満たすように、上記送信センサと受信センサを配置し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴としている。
上記請求項１の発明では、上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、軸方向の線で線接触させて、上記送信センサが内輪の軌道面に送信した超音波を上記受信センサで受信する。この超音波が上記送信センサから受信センサまで伝播する伝播時間と上記軌道面における上記送信センサの線接触位置と受信センサの線接触位置との間の距離(センサ間伝播距離)とから上記超音波の伝播速度が求まる。この伝播速度に基き、上記内輪の疲労度を測定できる。
【０００６】
この請求項１の発明では、送信センサと受信センサを内輪の軌道面に対して線接触させて超音波の伝播速度を測定するから、この送信センサと受信センサは異なる直径の内輪に使用可能である。したがって、内輪の直径に応じた複数種類の送信センサ,受信センサを用意する必要がなくなり、測定工数と測定コストを低減できる。
【０００７】
また、請求項１の発明では、上記式、ｒ(１−cosα)＜Ｔ/２を満たすように、送信センサと受信センサを配置することにより、上記内輪の軌道面を伝播する超音波が内輪の内径面で反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。
【０００８】
また、請求項２の発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法は、円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線と上記受信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行である上記軌道面の接線との間の距離を、上記内輪の径方向の肉厚の２分の１未満に設定し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴としている。
【０００９】
上記請求項２の発明では、上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、軸方向の線で線接触させて、上記送信センサが内輪の軌道面に送信した超音波を上記受信センサで受信する。この超音波が上記送信センサから受信センサまで伝播する伝播時間と上記軌道面における上記送信センサの線接触位置と受信センサの線接触位置との間の距離(センサ間伝播距離)とから上記超音波の伝播速度が求まる。この伝播速度に基き、上記内輪の疲労度を測定できる。
【００１０】
また、請求項２の発明では、上記送信センサが線接触している線と上記受信センサが線接触している線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行な上記内輪の軌道面の接線との間の距離を内輪の径方向の肉厚の２分の１未満に設定した。この設定により、上記内輪の軌道面を伝播する超音波が内輪の内径面で反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。したがって、軌道面を伝播する超音波の測定感度を向上でき、伝播速度の測定精度を向上できる。したがって、この方法を使用すれば、内輪の疲労度を正確に測定できる。
【００１１】
また、請求項１,２の発明では、上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させている。したがって、送信センサはその有効部分から超音波を軌道面に確実に伝播させることができ、受信センサはその有効部分で上記超音波を確実に検出できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１,２,３を参照して、この発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法の実施形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、この実施形態の疲労度測定方法では、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａに送信センサ１と受信センサ２を線接触させる。つまり、送信センサ１は軸方向の接触線３で軌道面１０Ａに線接触しており、受信センサ２は軸方向の接触線５で軌道面１０Ａに線接触している。
【００１５】
また、図１,図２に示すように、上記送信センサ１の接触線３と受信センサ２の接触線５とに直交する直交直線６と、この直交直線６に平行な上記軌道面１０Ａの接線７との間の距離Ｈ(ｍｍ)を、内輪１０の径方向の肉厚Ｔ(ｍｍ)の０.４倍に設定した。また、上記軌道面１０Ａに対向させる送信センサ１の対向面１Ａおよび受信センサ２の対向面２Ａは平面形状とした。
【００１６】
さらに、送信センサ１は、その対向面１Ａのうちの超音波の送信に有効な有効部分１１を軌道面１０Ａに接触させている。また、受信センサ２は、その対向面２Ａのうちの超音波の受信に有効な有効部分１２を軌道面１０Ａに接触させている。
【００１７】
次に、図３を参照して、上記送信センサ１の構造を説明する。この送信センサ１は、外側樹脂部１４の内部に圧電素子１５が埋め込まれており、この圧電素子１５の振動面１５Ａは、上記対向面１Ａに対して角度β(度)だけ傾斜している。この振動面１５Ａの両端から振動面１５Ａに直交する方向に延ばした延長線Ｌ１,Ｌ２が上記対向面１Ａに交わる２点Ｐ１,Ｐ２よりも所定寸法だけ内側の領域Ｒ１が上記有効部分１１となる。図３に示すように、圧電素子１５の振動面１５Ａを対向面１Ａに対して傾斜させたことで、振動面１５Ａからの超音波を有効部分１１の接触線３から軌道面１０Ａに沿って伝播する剪断水平波(ＳＨ波(Ｓhear Ｈorizontal Ｗave))を効率よく生成させることができる。
【００１８】
より具体的な一例としては、図３に示すように、送信センサ１の端壁１Ｂと圧電素子１５との間の寸法をＤａ(ｍｍ)とし、対向面１Ａと平行な方向における圧電素子１５の寸法をＤｂ(ｍｍ)とし、対向面１Ａと圧電素子１５との間の寸法をＤｃとする。さらに、端壁１Ｂと点Ｐ２との間の寸法をＤｍ(ｍｍ)とし、端壁１Ｂと点Ｐ１との間の寸法をＤｎ(ｍｍ)とする。このとき、上記端壁１Ｂから有効部分１１の一端１１Ａまでの寸法Ｘ１(ｍｍ)、および、上記端壁１Ｂから有効部分１１の他端１１Ｂまでの寸法Ｘ２(ｍｍ)を、次の式(１)および式(２)で算出される値とする。なお、以下では、寸法単位系を(ｍｍ)とし、角度単位系を(度)とする。
【００１９】
Ｘ１＝Ｄｍ＋１＝Ｄａ−(Ｄｃ＋Ｄｂ・tanβ)tanβ＋１      …(１)
Ｘ２＝Ｄｎ−１＝(Ｄａ＋Ｄｂ)−Ｄｃ・tanβ−１           …(２)
つまり、この一例では、圧電素子１５の振動面１５Ａを対向面１Ａに射影した領域Ｒ０よりも１ｍｍだけ内側の領域Ｒ１を有効部分１１とし、この有効部分１１を内輪１０の軌道面１０Ａに線接触させた。
【００２０】
図２を参照すれば、この送信センサ１の対向面１Ａが軌道面１０Ａと線接触している接触線３と端壁１Ｂとの間の寸法Ｘ０を、Ｘ１≦Ｘ０≦Ｘ２、に設定することで、送信センサ１の対向面１Ａの有効部分１１を軌道面１０Ａに線接触させることができる。この寸法Ｘ０を接触位置Ｘ０と言う。
【００２１】
また、図２に示すように、この送信センサ１の接触線３と軌道面１０Ａの中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｒが、この中心Ｐ０から延びて上記直交直線６に直交する中心線Ｌｃとなす角度をαとする。上記直線Ｌｒと、上記接触位置Ｘ０における上記軌道面１０Ａの接線Ｌｓと上記中心線Ｌｃとがなす直角三角形において、角度αの補角は、(θ/２)であり、図１に示すように、この角度(θ/２)の２倍である角度θをセンサ角度と言う。また、上記送信センサ１の対向面１Ａと端壁１Ｂとの交線Ｌａと上記受信センサ２の対向面２Ａと端壁２Ｂとの交線Ｌｂとの間の距離Ｗをセンサ間隔と言う。
【００２２】
また、接触線３と接触線５との間の軌道面１０Ａ上の距離Ｄｄを伝播距離と言う。この伝播距離Ｄｄは次式(３)で算出される。
【００２３】
Ｄｄ＝α・π・ｒ/９０                          ……(３)
式(３)において、ｒは軌道面１０Ａの半径、πは円周率。
【００２４】
この実施形態の内輪１０の疲労度測定方法では、上記送信センサ１の圧電素子１５を駆動して振動面１５Ａを振動させることで、有効部分１１を振動させ、接触線３から軌道面１０Ａに超音波を伝播させる。この超音波は、上記軌道面１０Ａに沿って進行するとともに、軌道面１０Ａに平行な振幅を有する横波であるＳＨ波である。
【００２５】
このＳＨ波が上記軌道面１０Ａを伝播して、上記受信センサ２の有効部分１２の接触線５に達すると、受信センサ２はＳＨ波を検知したことを表す検知信号を出力する。上記送信センサ１の圧電素子１５を駆動したときから、上記受信センサ２が検知信号を出力したときまでの時間Ｔｔと上記接触線３から接触線５までの軌道面１０Ａにおける距離Ｄｄとから上記ＳＨ波の伝播速度Ｖを算出できる。つまり、Ｖ＝Ｄｄ/Ｔｔ(ｍｍ/秒)。この伝播速度Ｖに基いて、内輪１０の疲労度を測定できる。たとえば、内輪１０の疲労が進行するのに伴ない、上記ＳＨ波の伝播速度Ｖが低下する。
【００２６】
この実施形態によれば、送信センサ１と受信センサ２を内輪１０に線接触させて超音波としてのＳＨ波の伝播速度を測定するから、この送信センサ１と受信センサ２は異なる直径の内輪に使用可能である。したがって、内輪１０の直径に応じた複数種類の送信センサ,受信センサを用意する必要がなくなり、測定工数と測定コストを低減できる。
【００２７】
また、この実施形態では、送信センサ１が線接触している接触線３と受信センサ２が線接触している接触線５とに直交する直交直線６と、この直交直線６と平行な接線７との間の距離Ｈを内輪１０の径方向の肉厚Ｔの２分の１未満である５分の２に設定した。この設定により、上記内輪１０の軌道面１０Ａを伝播するＳＨ波が内輪１０の内径面１０Ｂで反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。したがって、軌道面１０Ａを伝播するＳＨ波の測定感度を向上でき、伝播速度の測定精度を向上でき、疲労度を正確に測定できる。
【００２８】
また、この実施形態では、送信センサ１は、超音波の送信に有効な有効部分１１を内輪１０の軌道面１０Ａに接触させ、受信センサ２は超音波の受信に有効な有効部分１２を内輪１０の軌道面１０Ａに接触させている。したがって、送信センサ１はその有効部分１１から超音波を軌道面１０Ａに確実に伝播させることができ、受信センサ２はその有効部分１２で上記超音波を確実に検出できる。
【００２９】
また、この実施形態では、内輪１０の軌道面１０Ａに対向させる送信センサ１の対向面１Ａは平面形状であり、内輪１０の軌道面１０Ａに対向させる受信センサ２の対向面２Ａは平面形状である。したがって、送信センサ１および受信センサ２の対向面２Ａの形状を特に単純化でき、センサコストを低減できる。
【００３０】
また、図２を参照すれば、軌道面１０Ａの半径ｒにsinαを乗算した値ｒsinαからセンサ間隔Ｗの２分の１を減算した値(ｒsinα−Ｗ/２)は、接触位置Ｘ０×cosαに等しいことが分かる。すなわち、次式(４)が成立する。
【００３１】
Ｘ０＝(ｒsinα−Ｗ/２)/cosα            … (４)
ただし、角度α＝９０°−(θ/２)、θは上記センサ角度。
【００３２】
この式(４)において、半径ｒ＝１９.２５ｍｍとしたときの、センサ角度θとセンサ間隔Ｗと接触位置Ｘ０との関係の一例を図４に示す。なお、図４において、Ｘ１,Ｘ２は有効部分１１の両端の位置を示している。したがって、図４を参照すれば、接触位置Ｘ０がＸ１とＸ２の間(有効部分)に入るように、センサ間隔Ｗとセンサ角度θを容易に設定できる。
【００３３】
また、図２を参照すれば、距離Ｈは、軌道面１０Ａの半径ｒから(ｒcosα)を減算した値であることが分かる。この角度αは、接触線３と中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｒと、接触線５と中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｑとがなす角度２αの２分の１である。すなわち、Ｈ＝ｒ(１−cosα)  …(５)である。この実施形態では、式(５)で算出される距離Ｈを内輪１０の肉厚Ｔの０.４倍に設定した。
【００３４】
図５に、半径ｒ＝１９.２５(ｍｍ)において、この式(１)に基づく、センサ角度θ(＝２(９０°−α))と距離Ｈとの関係を示す。図５では、センサ角度θが１２６°以上の領域において、距離Ｈが肉厚Ｔ(＝４.２５)の２分の１以下になり、反射波の影響を抑制でき、ＳＨ波を正確に検出できる。一方、センサ角度θが１２６°未満では、距離Ｈが肉厚Ｔの２分の１を越えるから、反射波の影響を無視できなくなり、ＳＨ波を正確に検出できなくなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１,２の発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法では、送信センサと受信センサを内輪に線接触させて超音波の伝播速度を測定するから、この送信センサと受信センサは異なる直径の内輪に使用可能である。したがって、内輪の直径に応じた複数種類の送信センサ,受信センサを用意する必要がなくなり、測定工数と測定コストを低減できる。
【００３６】
また、請求項１の発明では、ｒ(１−cosα)＜Ｔ/２を満たすように、送信センサと受信センサを配置した。また、請求項２の発明では、上記送信センサが線接触している線と上記受信センサが線接触している線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行な接線との間の距離を内輪の径方向の肉厚の２分の１未満に設定した。この設定により、上記内輪の軌道面を伝播する超音波が内輪の内径面で反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。したがって、軌道面を伝播する超音波の測定感度を向上でき、伝播速度の測定精度を向上できる。
【００３７】
また、請求項１、２の発明では、上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させている。したがって、送信センサはその有効部分から超音波を軌道面に確実に伝播させることができ、受信センサはその有効部分で上記超音波を確実に検出できる。
【００３８】
したがって、請求項１、２の発明の疲労度測定方法では、内輪の軌道面を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定でき、この正確に測定した伝播速度に基いて、内輪の疲労度を正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法の実施形態における内輪と送信センサ,受信センサの配置を示す配置図である。
【図２】  上記配置図の要部拡大図である。
【図３】  上記送信センサの要部の構造を示す模式図である。
【図４】  上記実施形態における送信センサの接触位置Ｘ０とセンサ間隔Ｗとセンサ角度θとの関係の一例を示すグラフである。
【図５】  上記実施形態におけるセンサ角度θと距離Ｈとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…送信センサ、１Ａ…対向面、１Ｂ…端壁、２…受信センサ、
２Ａ…対向面、３,５…接触線、６…直交直線、７…接線、１０…内輪、
１０Ａ…軌道面、１１,１２…有効部分、１４…外側樹脂部、
１５…圧電素子、１５Ａ…振動面、β…角度、Ｐ１,Ｐ２…点、
Ｔ…肉厚、Ｘ０…接触位置、Ｗ…センサ間隔。
【図１】
0003831292.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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