(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアリング保持枠体に完成品ベアリングの外輪レースの径方向の外周側の一部を水または油などの超音波伝達媒質を有する媒質充填溝を内部に有する外輪レースの厚さより浅い溝のベアリング保持溝に受容して保持し、該外周側の一部の外輪レースの外表面の超音波入射ポイントと該超音波入射ポイントに離間して配置の超音波探傷用のプローブを水または油などの超音波伝達媒質中に配置し、該プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの外周部に超音波を発出する一方で外輪レースから反射してくる超音波エコーを該プローブで受信することにより外輪レースの内表面の表面欠陥を探傷することを特徴とするベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法。
【請求項２】
外輪レースの内表面の表面欠陥を探傷する方法は外輪レースの内表面の全周面にわたって行うことを特徴とする請求項１記載のベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法。
【請求項３】
プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの下部に超音波を発出する位置はベアリングの垂直下方の径方向から一定値以上に偏位して超音波の発出方向をベアリングの垂直下方の径方向に平行とし、プローブから外輪レースの外表面への超音波入射ポイントにおける入射角を一定の角度以上として該超音波入射ポイントから外輪レースの内表面への入射角をより大きな角度とすることにより、外輪レース内表面からベアリング中心側への超音波の入射を無くして全反射させたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
超音波入射ポイントから外輪レースの内表面への入射角は８０〜９０°とすることを特徴とする請求項３に記載の超音波探傷方法。
【請求項５】
完成品ベアリングの外輪レースの径方向の下部の一部を受容して保持する浅い溝のベアリング保持溝と該ベアリング保持溝の下部中央に形成した超音波伝達媒質の媒質充填溝とを有するベアリング保持枠体と、該ベアリング保持枠体の媒質充填溝内に下面から超音波探傷用のプローブを立設し媒質充填溝を密閉した入射角調整板とからなることを特徴とする超音波探傷用のプローブユニット。
【請求項６】
入射角調整板はベアリング保持枠体の下面でベアリング保持枠体の前後方向に偏位自在にボルトで取り付けられ、該入射角調整板内にプローブはプローブ固定具により固着されていることを特徴とする請求項６記載の超音波探傷用のプローブユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ベアリングの外輪レースの内径部分の表面の超音波探傷方法に関し、特に組み立てられた完成品ベアリングの外輪レースの内径部分の表面の超音波探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベアリングの外輪レース用リングの内径部分の表面欠陥を探傷して検出する超音波探傷方法として、軸受リング用鋼材の製鋼工程における圧延後のリング材を水中又は台上でリング材の外周面から内部へ超音波を伝達させることにより該軸受リング材の探傷を行う方法の垂直探傷法が知られている。
【０００３】
さらに、特開平１１−３３７５３０号公報には、ベアリングの外輪レース用リングの内面欠陥を検査する超音波探傷検査方法として、ベアリングに組み立てる前の工程にある外輪レースを斜角探傷および垂直探傷により実施する探傷方法が開示されている。
【０００４】
ところで、完成品ベアリングの外輪レースの内部欠陥を超音波探傷するために超音波伝達媒質である水層あるいは油層に浸すと、ベアリング内部に水あるいは油が入るため、ベアリングの完成品状態ではこのような超音波探傷方法は適用できない。
【０００５】
ベアリングの鋼玉１９の側面をシールし、鋼玉１９の周囲にグリス２４を封じ込めたシール付ベアリングの場合には、ベアリング１６内部にグリス２４が封入されており、従来方法により完成品ベアリングの状態で探傷を行うと、外輪レース１７の内表面２７上に封入されたグリス２４のムラにより、図７の（ａ）測定模式図、（ｂ）拡大模式図、および（ｃ）ディスプレイ上のエコーの波形図に示すように、プローブ１４から発出された超音波ビーム２２は外輪レース１７の外表面２７から外輪レース１７内に入射され、内表面部内の疵による欠陥で反射されて欠陥エコー３０を生じ、さらに内表面２６で反射されて表面エコー２９を生じ、これらに加えて外輪内表面上にあるグリス２４に入射してグリス２４の表面で反射されて生じるグリス２４の存在のムラによる妨害エコー３１が多数発生することとなる。そのため、シール付ベアリング１６の場合には超音波探傷による正確な疵２１の検知が困難となる。
【０００６】
そこで、従来は外輪レース１７の探傷を行う場合に、完成品ベアリング１６を一旦分解し、外輪レース１７単体の状態にしてグリス２４の無い状態としてから超音波探傷を実施する必要があって、探傷に完成品ベアリング１６の分解および組み立ての手間がかかっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、完成品ベアリングを組立状態のままで外輪レースの内径部分の表面欠陥の検出ができ、さらに完成品ベアリング内に水や油などの超音波伝達媒質を侵入させることなく表面欠陥の検出ができ、シールベアリングに封入されたグリスなどの影響による妨害エコーを発生することなく表面欠陥の検出ができる超音波探傷方法およびその超音波探傷方法に使用する超音波探傷装置用のプローブユニットを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するための本発明の手段は、請求項１の発明では、ベアリング保持枠体に完成品ベアリングの外輪レースの径方向の外周側の一部を水または油などの超音波伝達媒質を有する媒質充填溝を内部に有する外輪レースの厚さより浅い溝のベアリング保持溝に受容して保持し、該外周側の一部の外輪レースの外表面の超音波入射ポイントと該超音波入射ポイントに離間して配置の超音波探傷用のプローブを水または油などの超音波伝達媒質中に配置し、該プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの外周部に超音波を発出する一方で外輪レースから反射してくる超音波エコーを該プローブで受信することにより外輪レースの内表面の表面欠陥を探傷することを特徴とするベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法である。
【０００９】
請求項２の発明では、外輪レースの内表面の表面欠陥を探傷する方法は外輪レースの内表面の全周面にわたって行うことを特徴とする請求項１の手段のベアリング外輪レースの内表面の超音波探傷方法である。
【００１０】
請求項３の発明では、プローブからベアリング保持溝に受容した外輪レースの下部に超音波を発出する位置はベアリングの垂直下方の径方向から一定値以上に偏位して超音波の発出方向をベアリングの垂直下方の径方向に平行とし、プローブから外輪レースの外表面への超音波入射ポイントにおける入射角を一定の角度以上として該超音波入射ポイントから外輪レースの内表面への入射角をより大きな角度とすることにより、外輪レース内表面からベアリング中心側への超音波の入射を無くして全反射させたことを特徴とする請求項１または２の手段の超音波探傷方法である。
【００１１】
請求項４の発明では、超音波入射ポイントから外輪レースの内表面への入射角は８０〜９０°とすることを特徴とする請求項３の手段の超音波探傷方法である。
【００１２】
請求項５の発明では、完成品ベアリングの外輪レースの径方向の下部の一部を受容して保持する浅い溝のベアリング保持溝と該ベアリング保持溝の下部中央に形成した超音波伝達媒質の媒質充填溝とを有するベアリング保持枠体と、該ベアリング保持枠体の媒質充填溝内に下面から超音波探傷用のプローブを立設し媒質充填溝を密閉した入射角調整板とからなることを特徴とする超音波探傷用のプローブユニットである。
【００１３】
請求項６の発明では、入射角調整板はベアリング保持枠体の下面でベアリング保持枠体の前後方向に偏位自在にボルトで取り付けられ、該入射角調整板内にプローブはプローブ固定具により固着されていることを特徴とする請求項６の手段の超音波探傷用のプローブユニットである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の完成品ベアリングの探傷方法を一部断面で示して説明する模式図である。図２は本発明の探傷方法に使用する探傷装置のプローブユニットのベアリング保持枠体を示す斜視図である。図３は図２のベアリング保持枠体の下部に取り付けるプローブの入射角調整板を示す斜視図である。図４はプローブの超音波発出部の位置を完成品ベアリングの中心からの偏位による外輪レース内表面への入射角の差異を説明する模式図である。図５は本発明の方法によるディスプレイ上のエコーの波形図である。図６はプローブおよび超音波ビームの図で、（ａ）は焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図並びに非焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図で、（ｂ）は焦点型プローブの底面図および焦点型プローブの底面図である。
【００１５】
本発明の超音波探傷方法に使用する超音波探傷装置を概略説明すると、本発明の手段は、プローブユニット１と、超音波発振器を具備するプローブ１４と、プローブユニット１内に保持した水あるいは油などの超音波伝達媒質４とからなる。プローブユニット１は、ベアリング保持枠体２に入射角調整板３をボルト１５により取り付けて一体に形成している。ベアリング保持枠体２は、図２に示すように、底部開口７が底にある媒質充填溝５を内部に有する浅い溝のベアリング保持溝６からなっている。ベアリング保持溝６は、外輪レース１７の外径の大きさに合わせて設計されている。ベアリング保持枠体２の底部には入射角調整板３を取り付けるボルト孔８を媒質充填溝５の前後に有する。図３に示すように、入射角調整板３は中央下部に突出する突出部９を有し、一側部に上面に突出したガイド１０を有する板状体からなり、突出部９には左右にプローブを取り付けるプローブ取付孔１１が２個設けられており、その側部にはプローブ固定具挿入孔１２があり、プローブ１４を挿着して固定する。入射角調整板３の突出部９の前後にはベアリング保持枠体２の底部にボルト１５を挿着して取り付けるための前後方向に長い長孔１３がそれぞれ設けられており、入射角調整板３をガイド１０により前後方向に案内して最適位置に設定した後にボルト１５によりベアリング保持枠体２に固定する。
【００１６】
先ず、図１に示すように、プローブユニット１に組み立てられたベアリング保持枠体２内の媒質充填溝５に水あるいは油などの超音波伝達媒質４を充満する。次に完成品ベアリング（以下、「ベアリング」という。）１６をベアリング保持溝６に嵌め込みベアリング１６を保持する。この場合、超音波伝達媒質４の液面がベアリング１６の側面シール部２０に接触しないように液量を調節する。
【００１７】
次にプローブ１４の超音波ビーム発出位置をベアリング１６の中心Ｏから偏位して配置する。この偏位量ｄあるいは偏位量Ｄは、ベアリング１６の外輪レース１７の内面状態、すなわち内表面２７上のグリス２４の存在の有無、により入射角調整板３を前後に移動して調整する。ベアリング１６の外輪レース１７と内輪レース１８の間に挿入されている鋼玉１９の側面に側面シール部２０を有し、側面シール部２０の内部にグリス２４を有するシールベアリングなどにおいて、外輪レース１７の内表面２７上にグリス２４がある場合は、図４に示すように、外輪レース１７の内表面２７への超音波ビーム２３の入射角θ６を８０〜９０°とするように入射角調整板３を移動してプローブ１４の超音波ビーム発出位置をベアリング１６の中心Ｏからずらして偏位量Ｄとなるように調整する。このようにするとき、外輪レース１７の内表面２７とグリス２４間の境界２５におけるグリス２４へ侵入する超音波ビーム２３の屈折角は９０°以上となり、そのため超音波ビーム２３は外輪レース１７とグリス２４の境界２５で全反射され、グリス２４中へは侵入することはない。したがって、グリス２４内での超音波ビームの反射による影響の妨害エコー３１が生じることはない。
【００１８】
これは以下の理由による。図４に示すように、プローブ１４の超音波ビーム発出位置のベアリング１６の中心Ｏからのずれを偏位量ｄとするとき、超音波ビーム２２は下記の数式１に示すスネルの法則に従うこととなる。
【数１】
Ｓｉｎθ１／Ｓｉｎθ２＝Ｃ１／Ｃ２＝一定
ただし、Ｃ１：媒質の油内の音速、Ｃ２：媒質の外輪レースの鋼内の音速
【００１９】
従って、プローブ１４の超音波ビーム発出位置のベアリング１６の中心Ｏからのずれを大きくずらして偏位量ｄをより大きな偏位量Ｄとするとき、入射角θ１はより大きな角度の入射角θ４となる。そしてこのとき、スネルの法則により、下記数式２であるので、屈折角θ５も屈折角θ２よりも大きくなる。
【数２】
Ｓｉｎθ４／Ｓｉｎθ５＝Ｃ１／Ｃ２＝一定
【００２０】
従って、外輪レース１７からその内表面内への入射角θ６も入射角θ３よりも大きくなる。そこで、偏位量Ｄを大きくしてθ６が９０°に近づくと境界２５で超音波ビーム２３は全反射されグリス２４内へは入射しなくなる。
【００２１】
一方、外輪レース１７の内表面２７上にグリス２４が無い場合は、グリス２４の影響による妨害エコー３１が生じないので、外輪レース１７の内表面２７内への超音波ビーム２３の入射角θ３を４５〜７０°の範囲となるように入射角調整板３を中心方向に寄せて調整し、外輪レース１７の内表面部内の疵２１での反射による欠陥エコー３０を正確に検知することができる。
【００２２】
また、その他ベアリング１６の内面の状態、例えば鋼玉１９の存在、などの影響を軽減するために、図６に示すように、プローブ１４は焦点型プローブ１４ｂを選定し、かつ、外輪レース１７の肉厚、水距離に応じた焦点距離のプローブ１４ｂを選定して、ベアリング１６の外輪レース１７の内表面２７内に超音波ビーム２２を照射するものとする。
【００２３】
本発明による偏位量ｄをよりおおきな偏位量Ｄとして妨害エコー３１を排除して得た検査結果の波形を図５に示す。図５では表面エコー２９と、疵２１の存在を示す欠陥エコー３０がディスプレイに示されている。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、ベアリングの外輪レースの内表面の欠陥を超音波により探傷する方法において、本発明の方法および装置を使用することすることにより、完成品ベアリングを分解することなく組み立て状態のままで効率よく短時間でかつ精度よく超音波探傷できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の完成品ベアリングの探傷方法を一部断面で示して説明する模式図である。
【図２】本発明の探傷方法に使用する探傷装置のプローブユニットのベアリング保持枠体を示す斜視図である。
【図３】ベアリング保持枠体の下部に取り付けるプローブの入射角調整板を示す斜視図である。
【図４】プローブの超音波発出部の位置を完成品ベアリングの中心からの偏位による外輪レース内表面への入射角の差異を説明する模式図である。
【図５】本発明の方法によるエコーの波形図である。
【図６】プローブおよび超音波ビームの図で、（ａ）は焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図並びに非焦点型プローブおよび超音波ビームの立面図で、（ｂ）は焦点型プローブの底面図および焦点型プローブの底面図である。
【図７】ベアリング外輪レースの従来の探傷方法の模式的説明図で、（ａ）は概略図、（ｂ）はグリス溜まりを示す部分拡大図、（ｃ）はエコーの波形図である。
【符号の説明】
１  プローブユニット
２  ベアリング保持枠体
３  入射角調整板
４  超音波伝達媒質
５  媒質充填溝
６  ベアリング保持溝
７  底部開口
８  ボルト孔
９  突出部
１０  ガイド
１１  プローブ照射孔
１２  プローブ固定具挿入孔
１３  長孔
１４  プローブ
１４ａ  非焦点型プローブ
１４ｂ  焦点型プローブ
１５  ボルト
１６  完成品ベアリング
１７  外輪レース
１８  内輪レース
１９  鋼玉
２０  側面シール
２１  疵
２２  超音波ビーム
２２ａ  非焦点型超音波ビーム
２２ｂ  焦点型超音波ビーム
２３  超音波ビーム
２４  グリス
２５  境界
２６  プローブ底面
２７  内表面
２８  外表面
２９  表面エコー
３０  欠陥エコー
３１  妨害エコー
Ｏ  ベアリング中心
ｄ  偏位差
Ｄ  偏位量
θ１  入射角
θ２  屈折角
θ３  入射角
θ４  入射角
θ５  屈折角
θ６  入射角
【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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