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WO2006030787A1 - 転がり軸受の超音波探傷方法および欠陥検出方法 - Google Patents

転がり軸受の超音波探傷方法および欠陥検出方法

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Publication number
WO2006030787A1
WO2006030787A1 PCT/JP2005/016846 JP2005016846W WO2006030787A1 WO 2006030787 A1 WO2006030787 A1 WO 2006030787A1 JP 2005016846 W JP2005016846 W JP 2005016846W WO 2006030787 A1 WO2006030787 A1 WO 2006030787A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flaw detection
ultrasonic
raceway
rolling
inspected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2005/016846
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Akihiro Kiuchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2005131649A external-priority patent/JP4645289B2/ja
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to US11/662,930 priority Critical patent/US20070289385A1/en
Priority to CN200580031321.7A priority patent/CN101023344B/zh
Priority to EP05783188.5A priority patent/EP1801577A4/en
Publication of WO2006030787A1 publication Critical patent/WO2006030787A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C33/64—Special methods of manufacture
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    • G01N2291/269—Various geometry objects
    • G01N2291/2696—Wheels, Gears, Bearings

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic flaw detection method for inspecting the presence or absence of defects present on the raceway surface or rolling surface of a rolling bearing, and in particular, a short-life product is detected to ensure a stable life.
  • the present invention relates to an ultrasonic flaw detection method for rolling bearings that is effective in providing a highly reliable rolling bearing.
  • Rolling bearings rotate while receiving a load applied to the shaft through the rolling elements, and therefore are subject to high contact surface pressure and repeated rolling fatigue between the rolling elements and the inner and outer rings. . Therefore, if there are defects on the raceway surface and directly below the surface, the rolling fatigue life will be greatly affected. For this reason, it is desirable that the material used for the rolling bearing should be free from defects on the surface and inside of the raceway surface in the finished product state.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2003-222617 discloses that both oblique angle inspection and vertical inspection are performed at the same part of a steel material such as a steel pipe, and the obtained reflected echo intensity is! / It has been proposed to determine that there is a defect if it exceeds.
  • the equipment used in the next process of ultrasonic flaw detection is also determined if the continuity in the circumferential direction and Z or axial direction of the steel pipe is determined and the part that is determined to be defective continues beyond a predetermined threshold. It is also described that it is determined to be harmful.
  • Special Steel No. 46-6, 1997, pl4 and Special Steel No. 51-2, 2002, p27 are available as methods for recording defect data detected by ultrasonic flaw detection.
  • a method is described in which the reflected echo intensity obtained is converted into an analog signal and plotted on the vertical axis, and the time is plotted on the horizontal axis and recorded in an analog chart format.
  • the reflected echo intensity for each flaw detection pitch in the axial direction and the circumferential direction of the object to be inspected is measured and converted into a digital signal. It describes a method of recording digitally, with the flaw detection pitch on the vertical axis and the flaw detection pitch in the circumferential direction on the horizontal axis.
  • surface flaws are inspected by fluorescent magnetic particle inspection or the like for the purpose of inspecting defects due to heat treatment.
  • magnetic particle inspection and leakage magnetic flux inspection as inspections of surface flaws that occur in the grinding process and surface cracks such as grinding cracks (Special Steel Co., Ltd. Special Steel Club No. 46-6 (1997) ) See? 5 to 1 3 7,? 25 etc.)
  • an ultrasonic transmission medium interposed between a workpiece and a vibrator is used.
  • an aqueous system is used. Compared to oil and other media, the water system has better sound wave transmission, and the ability to obtain and maintain is selected.
  • water is mostly used as the medium for ultrasonic flaw detection in the above steel manufacturers.
  • the probe in the water immersion method using a water system as a medium, when performing flaw detection with an incident angle on a workpiece such as oblique flaw detection and surface wave flaw detection, the probe is inclined with respect to the center line of the workpiece. And a method in which the probe is moved parallel to the workpiece center line (for example, in the bearing axis direction) and the incident angle is set by offsetting the workpiece relatively.
  • the offset method is generally adopted because it is easy to set up, for example, it can be performed only by horizontal movement of the workpiece, and there is no significant difference in detection capability between the two. ing.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-337530
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-222617
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-130447
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-317821
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application No. 2002-293750
  • Non-patent document 1 Special steel 46-6, 1997, pl4
  • Non-patent document 2 Special steel 51 ⁇ 2, 2002, p27
  • the life of the rolling bearing is greatly influenced by the surface of the raceway surface, in particular, defects included up to the range where the rolling contact stress reaches, for example, large non-metallic inclusions and surface flaws.
  • the structure of the object to be inspected is an annealed structure, and in terms of ultrasonic wave propagation, it may be inferior to the structure after heat treatment.
  • the surface of the raceway surface is left with turning marks, there is a factor in the rough reflection of the ultrasonic waves that are rough compared to the surface of the finished product, which also has a problem with the flaw detection capability.
  • the raceway surface is later removed by grinding, even if a defect is detected, it will be removed by grinding, resulting in a meaningless inspection. There were still problems such as concern that the inclusions to be exposed might be exposed from the inside to the problematic depth.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-337530 discloses a large inclusion inspection method as a rolling bearing inspection method in which defects on the raceway surface are detected after grinding.
  • water is used as the ultrasonic transmission medium, bubbles are generated when the cake is taken in and out of the water as the medium, and it is necessary to secure a predetermined time for removing the bubbles. is there.
  • the cost is increased, for example, since the false detection becomes more frequent and the re-inspection becomes necessary because the bubble is mistakenly recognized.
  • reducing the bubbles increases equipment costs, such as the need for deaeration equipment that reduces the oxygen content in the water.
  • the object workpiece has a concave curvature in the axial direction like the raceway surface of the ball bearing, and both end portions (groove piece portions).
  • the edge In the case of workpieces where there are defects, it has been found that when the offset method is applied, the edge (groove piece) becomes a noise source and the problem is limited.
  • the ball In the case of a ball bearing, it is possible to receive a thrust load in addition to a radial load. Therefore, the ball (rolling element) travels over a wide area of the raceway, and the inspection location is limited. And early in defects at locations outside the inspection There was a problem that there was a fear of peeling.
  • the axial direction and the circumferential direction of the object to be inspected are used. It is necessary to subdivide the flaw detection pitch for evaluating continuity, increase flaw detection sensitivity, and lower the threshold value of the reflected echo intensity to be determined as a defect. However, if the flaw detection pitch is subdivided and the flaw detection sensitivity is increased, the electrical noise signal will also increase, making it difficult to distinguish between defects and noise.
  • the present invention has been made paying attention to the above points, and there is a concern about the occurrence of short-life products.
  • the objective is to provide an ultrasonic flaw detection method that is effective in providing rolling bearing products that do not occur.
  • an object of the present invention is to provide a defect determination method capable of accurately detecting even a defect having a weak reflected echo intensity, such as an inclusion having a length of less than several tens of millimeters.
  • the present inventors When the inventors consider the large inclusions and surface flaws in the vicinity of the raceway surface and near the surface of the rolling bearing as inspection targets, the present inventors have found an optimal inspection process among various processes and the optimal medium. As a result, the present invention has been achieved. Furthermore, the present invention has been achieved by finding and solving an inspection method that is not affected by end echoes.
  • the present inventors have conducted extensive studies, and as a result, "the reflection echo from the inclusions present in the inspected object is the rolling direction of the inspected object. (For example, the axial direction), and various noise signals must be continuously present in a direction perpendicular to the rolling direction of the object to be inspected (for example, in the circumferential direction).
  • the inclusions exist adjacent to each other in the rolling direction within a predetermined interval or less, they are found to exist as one continuous inclusion, and the present invention has been made.
  • An ultrasonic flaw detection method for performing flaw detection using at least one of a raceway surface of a raceway or a rolling surface of a rolling element as an inspection target surface
  • an ultrasonic flaw detection method for a rolling bearing characterized by performing ultrasonic flaw detection using a liquid hydrocarbon containing kerosene as an ultrasonic transmission medium.
  • Beam diameter rZ vibrator diameter R is 0.8 or less
  • an ultrasonic flaw detection method for a rolling bearing is provided, wherein flaw detection is performed while moving the probe in the axial direction of the bearing along the surface to be inspected.
  • An ultrasonic flaw detection method in which flaw detection is performed using at least one of a raceway surface of a bearing ring or a rolling surface of a rolling element as a surface to be inspected, and the probe is moved along a curved surface of the surface to be inspected along a shaft of a bearing.
  • a method in which flaw detection is performed while rotating in the direction, the rotation center axis of the probe is set so as to satisfy the following conditions (a) to (c), and the probe is placed on the surface to be inspected.
  • An ultrasonic flaw detection method for a rolling bearing is provided, which is tilted with respect to a line so as to follow the rotation center axis of the probe.
  • Beam diameter rZ vibrator diameter R is preferably 0.8 or less.
  • Flaw detection by arranging the shaft of the raceway to be perpendicular to the liquid surface of the medium.
  • a featured ultrasonic flaw detection method for rolling bearing races is provided.
  • An ultrasonic flaw detection method for a rolling bearing race is provided, wherein flaw detection is carried out by arranging the race ring so that its axis is perpendicular to the liquid level of the medium.
  • the track ring is smashed in the medium in a place other than the flaw detection position in advance
  • the reflected echo of a predetermined intensity or more detects a portion measured continuously for a predetermined distance in the rolling direction of the inspection object as the defect
  • the two or more defects are detected as one defect.
  • a method is provided.
  • kerosene and other liquid hydrocarbon-based media have a concern that the sensitivity may be lower than that of aqueous media.
  • the inventors have conducted an oblique flaw detection between a workpiece and a probe. It has been found that inspection can be performed with the same detection sensitivity with almost the same water system depending on the incident conditions.
  • the "incidence conditions during oblique flaw detection" are incident angles of 15 to 30 °, preferably 19 to 27 °, and within this range, even if liquid hydrocarbon is used as a medium, it is required. It is confirmed that the sensitivity can be secured.
  • the distance between the probe tip and the workpiece probe is preferably 10 to 40 mm, and more preferably 20 to 30 mm.
  • the ultrasonic wave incident on the work is refracted and propagates through a predetermined search target range (the present invention). In this case, for example, several millimeters below the surface).
  • a predetermined search target range the present invention. In this case, depending on the ratio of the probe diameter to the ultrasonic beam diameter, when the flaw detection range detects the end (the end in the axial direction of the track surface), the reflected echo from the end becomes an obstacle, and the flaw detection The inventors have found that an impossible area is born.
  • (rZR) is 0.8 or less due to the relationship between the vibrator diameter R and the beam diameter r, and the trajectory is not affected by the end. Since it was found that the inspection can be performed with the same sensitivity as the others up to the edge of the surface, it was specified as (r / R) ⁇ 0.8 as described above. If (rZR) is 0.8 or less, there is no particular problem, but the lower limit of (rZR) is restricted due to product specifications.
  • the invention according to claim 5 is a method for inspecting a bearing raceway surface of a rolling bearing by ultrasonic flaw detection, using a water immersion type ultrasonic flaw detection method, and inspecting a probe with a workpiece. It is seen that the effect is remarkable by making the trajectory diameter of the target workpiece to be ⁇ 100 mm or less by tilting it in the circumferential direction with respect to the normal line standing on the trajectory surface of the target surface (flaw detection surface). It was invented from the release.
  • a small ball bearing type bearing is used as a hub bearing of an automobile, for example, and the number of manufacturing is large, and reliability is an important factor.
  • the entire rolling surface can be inspected with high accuracy (sensitivity), and if flaw detection is automated, it is possible to inspect at high speed and with high accuracy.
  • various noises extending in the direction perpendicular to the rolling direction are detected by using the continuity of the reflected echoes in the rolling direction of the inspection object as a criterion for determining the defect. 1, defects extending in the rolling direction can be accurately detected.
  • the "rolling direction” refers to the direction in which the object to be inspected is rolled.
  • the object to be inspected is a round bar or a ring, it is the axial direction thereof. There are many cases.
  • continuous in the rolling direction is not limited to the case where the linear direction L1 parallel to the rolling direction continues as shown in FIG. It also refers to the case of continuous straight lines L2 and L3 inclined at an angle (eg 45 °).
  • the "predetermined intensity" of the reflected echo used as a criterion for detection as a defect the "predetermined distance” in which the reflected echo of the predetermined intensity or higher continues, and two or more defects
  • the “predetermined interval” between two or more defects used as a criterion for detection as a defect is appropriately changed depending on the defect to be detected.
  • the defect detection method in the inspected object in which the defect is detected, all data of the measured reflected echo is recorded and the defect is detected. It is preferable that the measured data of the maximum value of the reflected echo is recorded in the inspected object that is strong.
  • a reflected echo having a predetermined intensity or more detects a portion measured continuously over a predetermined distance in the rolling direction of the inspection object as a defect. If two or more defects are adjacent to each other within a predetermined interval, By detecting the above inclusions as one inclusion, even a defect having a weak reflected echo intensity, such as an inclusion having a length of less than several tens of millimeters, can be accurately detected.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • ⁇ 4 It is a diagram showing an example of a bearing manufacturing process.
  • FIG. 5 is a diagram showing an artificial defect.
  • FIG. 8 is a view showing an inspection specimen.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between (r / R) and SZN ratio.
  • FIG. 12 is a diagram showing echo intensity at the end.
  • FIG. 13 is a diagram showing echo intensity at the center.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an incident angle method.
  • FIG. 17 is a diagram showing a relationship between sound wave shapes in an incident angle method and an offset method.
  • FIG. 18 is a view showing an example of a self-aligning roller bearing.
  • FIG. 19 is a view showing an example of a tapered roller hub bearing.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram illustrating the device configuration of the second embodiment.
  • FIG. 22 is a conceptual diagram showing an artificial defect.
  • FIG. 23 is a diagram showing the relationship between base noise and scratch echo (defect echo).
  • FIG. 26 is a schematic configuration diagram showing an example of an ultrasonic flaw detector used in the defect detection method according to the present invention.
  • FIG. 27 is a diagram showing an example of an ultrasonic flaw detection result in the seventh embodiment.
  • FIG. 31 is a diagram showing an example of an ultrasonic flaw detection result in the eighth embodiment.
  • FIG. 32 is a diagram showing another example of the ultrasonic flaw detection result in the eighth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic flaw detector according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are partially enlarged views.
  • reference numeral 1 denotes a liquid tank in which kerosene and other liquid hydrocarbons 2 as an ultrasonic transmission medium are stored.
  • kerosene is used as the liquid hydrocarbon 2
  • a fungicide is added to the kerosene.
  • a bearing outer ring 4 and a jig 3 are installed in the lower part of the liquid tank 1.
  • the jig 3 has, on its upper part, a bearing outer ring 4 and a clamping portion 3a that can be clamped with the shaft oriented in the vertical direction, and a motor around a rotating shaft that is coaxial with the shaft of the bearing. 5 is driven to rotate.
  • the motor 5 is controlled by a control device 7 via a motor drive control amplifier 6 and is used for rotational drive.
  • Jig by driving motor 5
  • the outer ring 4 installed in 3 is rotated at a predetermined speed.
  • FIG. 1 shows a state in which the outer ring 4 is fitted in the jig 3.
  • the depth of the liquid hydrocarbon 2 in the liquid tank 1 is such that the outer ring 4 is completely immersed in the liquid hydrocarbon 2 with the outer ring 4 fitted in the jig 3.
  • Reference numeral 8 denotes a probe for ultrasonic flaw detection, and this embodiment uses a focus type probe that has high directivity and is not easily affected by the curvature of the rail surface 4a. Further, as described above, it is preferable to set the (beam diameter rZ vibrator diameter) to 0.8 or less.
  • the probe 8 is attached to an L-shaped probe attachment 9, and the probe attachment 9 is interposed via a U-shaped member 10 straddling the outer ring 4. It is supported by a support portion 12 extending vertically so as to be rotatable about the vertical direction via a rotation mechanism.
  • the rotation mechanism is also composed of forces such as a servo motor, pulley, belt, etc., and is controlled by the control device 7 via the alignment control amplifier 11, and is directed upward and downward about the rotation axis P extending horizontally of the rotation mechanism. The inclination (0 direction) can be adjusted.
  • the support portion 12 that supports the probe 8 includes an elevating mechanism including a linear motion actuator and the like, and is movable in the vertical direction (Z direction). It can be moved in the horizontal direction (X direction and Y direction) by the moving mechanism 13, 13 '.
  • the elevating mechanism 12 and the lateral movement mechanisms 13, 13 ′ are controlled by the control device 7 via the alignment control amplifier 11, and adjust the position of the probe 8 in three dimensions.
  • the probe attachment 9 can be adjusted to the above-described incident angle range by having a rotation adjusting mechanism in a plane perpendicular to the axis of the outer ring.
  • the probe 8 is disposed to face the raceway surface 4a of the outer ring 4 within a predetermined incident angle range.
  • the probe 8 transmits an ultrasonic pulse toward the raceway surface 4a of the bearing outer ring 4 in accordance with the voltage signal from the ultrasonic flaw detector 14, and reflects the echo. 1 is received, converted into a voltage signal, and transmitted to the ultrasonic flaw detector 14.
  • the ultrasonic flaw detector 14 transmits a command signal consisting of a voltage signal to the probe 8 based on a command from the control device 7, and is obtained based on the transmitted signal and the received signal.
  • the flaw detection information is transmitted to the control device 7, and the control device 7 displays it on a CRT (display) not shown.
  • the bearing outer ring 4 is entirely immersed in the liquid hydrocarbon 2 that is a medium, and the shaft of the bearing outer ring 4 is arranged in a state perpendicular to the liquid surface.
  • the bearing outer ring 4 is preferably finish-polished.
  • the incident angle of the ultrasonic wave transmitted from the probe 8 (in the direction perpendicular to the axis with respect to the normal to the orbital surface 4a (circumferential direction of the orbital surface 4a)) Adjust the angle of the probe fixture 9 so that the angle of inclination along the rotation axis is within 15 to 30 °.
  • the probe 8 is lowered and adjusted so that the axis of the probe 8 faces the raceway surface 4 a of the outer ring 4.
  • the motor 5 is driven to rotate the outer ring 4, and when the rotation of the outer ring 4 is stabilized, the probe 8 is rotated along the curved surface of the raceway surface 4a in the bearing axis direction via the rotation mechanism. Flaw detection (while swinging up and down). At this time, the center of the track groove R is on the axis P of the rotation center of the probe. As a result, flaw detection is performed on the entire track surface 4a.
  • the above-mentioned focus type probe 8 for example, a probe having a frequency of 5 MHz and a vibrator diameter of 6 mm is used.
  • the outer ring 4 has its axis perpendicular to the liquid surface, so that the outer ring 4 can be The influence of disturbance is kept small.
  • the liquid hydrocarbon 2 is jetted onto the raceway surface 4a to remove bubbles adhering to the outer ring 4. You may make it remove. Since bubbles may adhere to the raceway surface 4a even when the bearing rotates, it is preferable to inject the liquid hydrocarbon 2 at the front side position of the probe 8 during flaw detection. The injection pressure should be large enough to remove or prevent adhesion of bubbles attached to the race.
  • the outer ring 4 can only be fitted into the fitting portion 3a from the upper side by gravity.
  • the rotating shaft is in the same direction, and due to the effect of frictional resistance between the outer ring 4 and the surface of the clamped portion 3a due to its own weight, when the jig 3 is rotated, the outer ring 4 is fixed to the jig by a chuck or the like. Even if it is not fixed to 3, the outer ring 4 can be rotated at the same rotational speed as the jig 3. Further, as described in Japanese Patent Laid-Open No.
  • the outer ring 4 can be rotated more stably than in the case where the shaft of the outer ring 4 is placed horizontally on two rollers that are separated from each other.
  • the cycle time can be shortened because the chuck grasp time is not required.
  • the jig can be rotated at a higher speed and the flaw detection time can be shortened.
  • the outer ring 4 is placed in a non-defective product storage place by a transport device (not shown). In that case, it will be placed in the storage area for storage and will be remeasured or disposed of later.
  • the raceway surface 4a on one side is reversed after measurement.
  • the tracking mechanism for the curved surfaces of the track surfaces 4a and 4b of the probe 8 can be made simple.
  • the outer ring 4 can be inverted by installing two probes 8 according to the number of rows of the races or having a curved surface tracking mechanism that can handle both raceways 4a and 4b. It is also possible to reduce the time required for flaw detection by carrying out flaw detection without using it. In addition, if another stage is provided after reversal and flaw detection is performed in a separate tank, the flaw detection time per stage can be shortened.
  • liquid hydrocarbons other than kerosene can be used.
  • the use of a hydrocarbon-based cleaning agent is preferable because the liquid for the finish grinding process and the ultrasonic flaw detection process can be shared as will be described later.
  • the inspection method near the surface by the offset method has been known as a technique capable of detecting a small defect even for a workpiece having a small curvature. Therefore, it is not easy to guess that it is unsuitable for an ultrasonic flaw detection method of a ball bearing type bearing obtained by processing a workpiece having a small curvature, which is an example of the subject of the present invention.
  • the present inventor has adopted an incident angle method in which the probe is rotated along the groove R with respect to the normal set up on the track surface of the workpiece.
  • the offset method is a problem It has been found that flaw detection can be performed with high sensitivity up to the vicinity of the groove piece that generates almost no noise. Furthermore, we found out that the effect of adopting this incident angle method appears significantly in bearings whose bearing ring diameter is less than 100mm.
  • FIG. 14 shows a schematic diagram of the offset method and the incident angle method in which the center line is incident with an angle.
  • an inner ring is illustrated as work 4.
  • the probe 8 is moved parallel to the center line so that the angle formed by the tangent to the incident point of the sound wave is within the range where the rolling stress near the surface is applied.
  • This is a method of setting (for example, including the surface, up to about lmm below the surface).
  • the method of providing an incident angle with respect to the center line is a method in which the probe 8 itself is incident at an angle equal to the above method from the normal line. In both cases, if the distance between the probe 8 and the workpiece 4 is the same, the flaw detection accuracy and sensitivity are generally the same.
  • the inventor of the present application compared and verified the offset method and the incident angle method. One was reflected, and it was found that the inspection was difficult except near the center. On the other hand, as a result of verifying the incident angle method under the same incident angle conditions, even if the probe is moved to the vicinity of the end, it is possible to perform highly accurate and highly accurate flaw detection with little echo reflection at the groove end. It turns out that there is.
  • the trajectory is accurately predicted and measured by CAD or the like so that the center portion and both end portions are at a constant distance. It is necessary to set the movement of the probe, and this error is particularly small when the orbit diameter is small. This is considered to be because it is difficult to conduct a highly accurate inspection.
  • the incident angle method is such that the probe moves on a concentric circle with the center of the orbital groove R even when incident at the center and both ends. Every position is the same distance, and the shape of the sound wave at the incident point is always the same.
  • the offset method it can be seen that the sound wave shape is irregular at both ends of the force that is elliptical in the center, and the sound spread is not uniform (see Fig. 17 (b)). For these reasons, the offset method is influenced by the edge of the orbital surface, which is not uniform, and the base echo is raised, so it is considered that accurate flaw detection is no longer possible.
  • the probe 8 is flaw-detected while rotating in the axial direction of the bearing along the curved surface of the raceway surface of the workpiece (orbital ring),
  • the rotation center axis of the probe 8 is set so as to satisfy the following conditions (a) to (c), and the probe 8 is set to the normal line set on the track surface of the work 4. It is tilted along the rotation axis of the tentacle.
  • hydrocarbon-based cleaning agent examples include synthetic hydrocarbons, naphthene-based hydrocarbons, petroleum-based hydrocarbons, and the like.
  • an offset method may be used in which flaw detection is performed while moving the probe in the axial direction of the bearing along the raceway surface.
  • the above example is a flaw detection example of the hub bearing outer ring 4, but a hub bearing inner ring having one raceway surface on the outer peripheral side also performs flaw detection on the probe 8 along the outer peripheral side raceway surface. By this, flaw detection can be performed in almost the same way.
  • the above method can be applied to single-row bearings other than hub bearings, double-row bearings, and other multi-row bearing races. It is also possible to detect flaws on the rolling surfaces of the rolling elements. For example, spherical roller bearings as shown in Fig. 18 and usage examples are shown in Fig. 19. Such a taper roller hub bearing 20 can also be applied to flaw detection.
  • the ultrasonic flaw detection apparatus is not limited to the above-described apparatus configuration, and other ultrasonic flaw detection apparatuses such as those described in JP-A-11-337530 may be adopted. ! ⁇ Second embodiment
  • the flaw detection work is submerged in the medium at a place other than the measurement part in advance and the flaw is removed.
  • the inspection can be started with the bubbles removed, and the bubbles can be removed in advance without hindering the conventional inspection cycle. It has been found that it can be removed and that a detailed inspection can be performed with high reliability. In the present embodiment, such points are taken into consideration.
  • the inner ring of a hub I type bearing in the form of a double row ball bearing is shown as work 4 as a bearing.
  • FIG. 20 shows an outline of the apparatus used in this example.
  • the work 4 is loaded into the medium 2 from the upper surface at the flaw detection position by a transfer apparatus (not shown), and is set on the rotary table (the jig 3).
  • the installed work 4 is rotated by the rotary table 3, followed by the probe 8 (super
  • the flaw detection arm 9 supporting the acoustic probe approaches the workpiece 4 and is placed at a predetermined position
  • the arm 9 moves in the axial direction while maintaining a certain distance along the curvature of the bearing track surface 4a ( In combination with the rotation of the workpiece 4, the entire track surface 4 a is inspected.
  • the basic device outline is the same as that of the first embodiment.
  • This example uses the ultrasonic flaw detection apparatus as described above, incorporates an inspection process by ultrasonic flaw detection after the finishing process in the bearing manufacturing process, and uses liquid hydrocarbon as a medium. This is an example of performing ultrasonic flaw detection.
  • FIG. 4 shows an example of the procedure of the process in the case of performing the ultrasonic flaw detection of the present embodiment.
  • the inspection layer is removed with the ffl, and a new inspection is required.A necessary area is generated.Following example 3 After grinding-no deaeration) A lot of bubble noise occurs.
  • inner and outer rings 4 having the reference number 6206 were manufactured, subjected to predetermined heat treatment, ground, and then subjected to ultrasonic flaw detection on the inner and outer rings 4. .
  • the inner ring of cylindrical roller bearing part number NU311 was manufactured as an example where the running part did not apply force to the end of the running part of the rolling element, ultrasonic treatment was performed after grinding with the prescribed heat treatment Went.
  • the defect to be detected is a surface scratch having a length of 2mm, a depth of 0.5mm, and a width of 0.5mm.
  • the introduced one was used as a test piece for inspection.
  • a schematic diagram of the test specimen is shown in Figs.
  • the ultrasonic flaw detector also has the constituent force described in the above embodiment.
  • the flaw detection conditions were set as follows.
  • Probe 8 Focus type probe, flat probe (vibrator diameter 6.5 mm)
  • Incident angle 17-25 ° (refraction angle: 45-90 °)
  • the diameter of the probe 8 is measured using a block test piece with a surface hole depth of 2 mm and a horizontal hole of ⁇ 2 mm x 20 mm. While changing the distance to the workpiece, the ultrasonic wave was incident in the direction parallel to the artificial flaw from the surface of the block specimen, moved to the left and right of the flaw, and the echo intensity at that time was recorded.
  • the ratio (rZR) of the beam diameter r to the transducer diameter R (rZR) obtained by the above method was changed variously to produce artificial bearings for the 6206 bearing, inner / outer ring 4 and NU311 inner ring shown in Figs. Defect scratches (center flaw, end flaw [NU311 only flaw at the end]) were evaluated.
  • the echo at the end increases, the echo as a noise source increases at a position near the surface as shown in FIG. Even if there is a defect in this part (near the surface), it is disturbed by this noise and cannot be recognized. On the other hand, the flaw at the center As shown in Fig. 13, the noise source disappears and the defect can be clearly confirmed.
  • the ratio of the intensity of the flaw echo (S: signal) and the intensity of the end echo (N: noise) is taken, and the ratio that can be generally confirmed as an inspection machine.
  • SZN ratio which is known as, shows a value of 3 or more, was judged to be “OK” as functioning as flaw detection.
  • the entire surface of the raceway is inspected with good sensitivity against a bearing such as a ball bearing type in which the rolling element may travel to the edge of the raceway surface in the axial direction.
  • a bearing such as a ball bearing type in which the rolling element may travel to the edge of the raceway surface in the axial direction.
  • (rZR) it becomes possible by setting (rZR) to 0.8 or less in the relationship between the vibrator diameter R and the beam diameter r, and according to the present invention, a cylindrical or tapered roller having a flange or the like at the end.
  • the bearing the entire surface of the rail surface 4a can be inspected, and a reliable bearing can be provided.
  • a 6206 outer ring was manufactured, subjected to predetermined heat treatment, and after grinding, the outer ring was subjected to ultrasonic flaw detection.
  • the defects to be detected were subjected to inspection by introducing surface scratches with a length of 2 mm, a depth of 0.5 mm, and a width of 0.5 mm into the center and end of the raceway surface by electric discharge machining (Fig. See page 22 ) o
  • Ultrasonic flaw detection consists of the configuration shown in Fig. 1.
  • Probe Focused probe, flat probe (vibrator diameter 6.5 mm)
  • Incident angle 17 ° to 25 ° (refraction angle: 45 ° to 90 °)
  • the inspection work is placed on a rotary table, and while rotating, the probe is placed in the offset method and the incident angle method, and the probe is moved along the track surface of the work in the axial direction for each work round.
  • the entire surface of the raceway was inspected by moving 1 mm pitch, and the reflection intensity from base noise and artificial defects was evaluated.
  • Table 3 shows the evaluation results.
  • Table 3 shows that when flaw detection is performed with each method, the maximum value of the scratch echo in the middle stage is 80% for detection of human defects formed at the upper, middle, and lower positions as shown in FIG. The sensitivity was adjusted, and the maximum scratch echo intensity of the upper and lower scratches at that sensitivity and the base noise echo at that time were shown.
  • the base echo is an echo that is always displayed outside the scratched area when the work is rotated at the position where the flaw is detected, and indicates the normal state echo.
  • the incident angle method shows that the flaw echo is 80% or more for each of the incident angles of S17 ° to 25 ° for the artificial defects at the upper, middle and lower positions.
  • the base noise was 5% or less, and a good SZN ratio was obtained.
  • the force that could be detected with the middle stage scratch being 80%, the upper and lower stage scratches exceeded the base echo itself power 3 ⁇ 40%, and the scratch echo could not be confirmed.
  • a vinyl tape was put near the end of the raceway surface. However, in the middle stage, there was no change in the base echo.
  • the range in which the incident angle method functions effectively is ⁇ 100 or less as the material diameter.
  • NG signal is 2mm in length, 0.5mm in depth, 0mm in width on the inner ring raceway surface in this example.
  • a master was made by forming a surface scratch of 5 mm with a discharge cage.
  • Probe Focused probe, flat probe (vibrator diameter: 5 mm)
  • Incident angle 17-25 ° (refraction angle: 45-90 °)
  • Medium Self kerosene (+ fouling oil)
  • the bubble removal is performed on the flaw detection table before the flaw detection starts.
  • the bubble removal time is required in addition to the flaw detection time. For this reason, in order to reduce the inspection tact, the time for removing the bubbles becomes a problem.
  • an immersion bubble removal space for the purpose of removing bubbles in advance is provided near the flaw detection table as shown in Fig. 21. After the work is submerged in advance at this position, it takes 2 seconds or more to rotate or jet a jet of water onto the test surface to remove the introduced bubbles, and then immerse it in kerosene. It is transported by an arm not shown in the table, placed on the flaw detection table, starts rotating, and flaw detection starts immediately. As a result, the flaw detection table can concentrate exclusively on flaw detection, so that no extra inspection time is required, which contributes to a significant reduction in inspection time.
  • the identification number NU322 (outer diameter: 240mm, inner diameter: 110mm) , Width: 50 mm) was produced.
  • the obtained inner ring was installed in the ultrasonic flaw detector shown in FIG. 26, and ultrasonic flaw detection was performed on the inner ring raceway surface under the following conditions.
  • this ultrasonic flaw detection apparatus performs ultrasonic flaw detection while rotating the inspection object 111 immersed in the liquid layer 110 storing the ultrasonic transmission medium in the circumferential direction.
  • the probe 112 By moving the probe 112 in the axial direction of the inspection object 111 (rolling direction, Z direction shown in Fig. 26), the entire surface of the track surface of the inspection object 111 is inspected! / Speak.
  • the trajectory is further detected by rotating the probe 112 in the axial direction along the raceway surface (rolling direction, ⁇ direction shown in Fig. 26).
  • the distance and angle between the surface and the probe 112 can be kept constant.
  • the reflected echo of the ultrasonic pulse transmitted from the probe 112 to the inspection object 111 is analyzed by the ultrasonic flaw detector 120. Then, the reflected echo signal for each flaw detection pitch in the axial direction and the circumferential direction of the inspection object 111 is synchronized with the pulse signal from the servo motor 114 that synchronously drives the turntable 113 and the inspection object 111 to rotate. The reflected echoes at each flaw detection pitch in the axial direction and the circumferential direction are measured and digitally displayed by the control device 130.
  • reference numeral 115 in FIG. 26 indicates a control amplifier for driving a servo motor
  • 116 is the position of the probe 112 adjusted in the XYZ directions in the figure to X YZ stage, which is supported so as to be movable in the circumferential direction and is moved along the track surface of the object to be inspected 111
  • 117 is a support part for supporting the probe 112
  • 118 is a support part for supporting the probe 112 11 7
  • a mounting tool 119 is attached to the rotary device for detecting the rotation state of the object 111 to be inspected.
  • Encoder 140 refers to an alignment control amplifier for the XYZ stage.
  • Probe Focus type probe
  • Incident angle 19 ° (diagonal flaw detection method, refraction angle 45 °), 28 ° (surface wave flaw detection method, refraction angle 90 °)
  • Ultrasonic transmission medium water (including anti-fouling agent)
  • Flaw detection gate 2mm deep from the surface
  • Flaw detection pitch 0.5mm pitch in the circumferential direction of the test object, 0.5mm pitch in the axial direction of the test object
  • FIGS. 27 and 28 are diagrams showing the reflected echo intensity for each flaw detection pitch in the range of 1Z4 width in the axial direction and 1Z8 width in the circumferential direction of the object to be inspected.
  • the defects A to C in which the reflected echo intensity of 30% or more was continuously measured in two or more pitches in the axial direction of the inspected object 111 are the defects that are also defects in the actual destructive inspection.
  • Defects D and E in which the presence of an object was detected and the reflected echo intensity of 30% or more was measured continuously for 2 or more pitches in the circumferential direction of the object 111 were not detected in the actual destructive inspection.
  • the defect F and the defect G which are adjacent to each other with a distance of 1 pitch in the axial direction of the inspection object 111 were defects due to one continuous inclusion.
  • defect J and defect K were defects due to one continuous inclusion.
  • the defect H and the defect I that are adjacent to each other through a distance of 2 pitches in the axial direction of the inspection object 111 were two defects caused by different inclusions.
  • defect L and defect M were two defects with different inclusions.
  • the identification number 6202 (outer diameter: 35mm, inner diameter: 15mm, width) : 1 lmm) inner and outer rings for rolling bearings were produced.
  • Probe Focus type probe
  • Incident angle 19 ° (diagonal flaw detection method, refraction angle 45 °), 28 ° (surface wave flaw detection method, refraction angle 90 °)
  • Ultrasonic transmission medium hydrocarbon-based cleaning liquid (including white kerosene and antifungal agent)
  • Flaw detection gate 2mm deep from the surface
  • Flaw detection pitch 0.5mm pitch in the circumferential direction of the test object, 0.5mm pitch in the axial direction of the test object
  • the ultrasonic flaw detection result of the same inspection object 111 was recorded by both the method shown in FIG. 31 as an example of the present invention and the method shown in FIG. 32 as a conventional example.
  • FIG. 31 is a diagram showing the reflected echo intensity for each flaw detection pitch obtained by ultrasonic flaw detection over the entire range in the axial direction and the circumferential direction of the object to be inspected.
  • FIG. 32 is a diagram showing the relationship between the flaw detection time and the reflected echo intensity over the entire range in the axial direction and the circumferential direction of the test object.
  • a defect is detected based on the flaw detection time when a reflected echo of a predetermined intensity or higher was obtained and the time taken to rotate the object 111 in the circumferential direction. In order to determine the position, it took time to make it difficult to accurately determine the position and length of the defect present in the inspection object 111.
  • the average data of the maximum value of the reflected echo is larger on the second day than on the first day. For example, it was possible to easily recognize the tendency of each production lot.

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Abstract

　外輪４の軌道面４ａを検査対象面として探傷を行う超音波探傷方法であり、上記検査対象面を仕上げ研磨した後に、灯油を含む液体炭化水素２を超音波伝達媒体として超音波探傷を行う。

Description

明 細 書
転がり軸受の超音波探傷方法および欠陥検出方法
技術分野
[0001] 本発明は、転がり軸受の軌道面又は転動面の表面に存在する欠陥の有無を検査 する超音波探傷方法に係り、特に短寿命品を検出して、安定的な寿命を保証した高 信頼性のある転がり軸受を提供するのに有効な転がり軸受の超音波探傷方法に関 する。
背景技術
[0002] 転がり軸受は、軸に負荷される荷重を転動体を介して受けながら回転するため、転 動体と内外輪との間で、高い接触面圧および繰返しの転動疲労を受けることとなる。 したがって、軌道面上および表面直下に欠陥が存在すると、転がり疲れ寿命に大き な影響を及ぼすこととなる。このため、転がり軸受に使用される材料には、完成品の 状態で、軌道面の表面および内部に欠陥が存在しないことが望まれる。
[0003] また、転がり軸受は、その製造過程の中で旋削時や、研削時の過度な条件での加 ェにより軌道面上に微小な割れが生じることがある。その微小な割れが完成時に残 留した場合は、転がり疲労による応力集中により、その部分を起点として早期にはくり が生じる原因ともなる。
[0004] このため、転動部品の素材となる軸受用鋼を製造する製鋼メーカーでは、丸棒等の 鋼材に対して超音波探傷による検査を行い、欠陥が検出されな力つた良品のみを出 荷するようにしている。し力しながら、製鋼メーカーの検査では、圧延直後の結晶粒 が粗大で且つ表面粗さが大きな鋼材に対して行われるとともに、生産性の観点から 高速で超音波探傷が行われることから、高精度に行えず、長さが数十ミリ以上の大き な介在物でないと検出することが難しい。したがって、製鋼メーカーの検査では、被 検査体の表面 (被検査体が丸棒の場合には表面、被検査体が管材の場合には内部 表面）に圧延や引き抜き等で生じる割れやしゎキズ等の加工キズゃ長さが数十ミリ以 上の介在物等の欠陥が存在するか否かによって、良品か不良品かを判定しているの が現状である。 [0005] 例えば、特開 2003— 222617号公報には、鋼管等の鋼材の同一部位で斜角探傷 及び垂直探傷の両方を行!ヽ、得られる反射エコー強度が!/、ずれも所定の閾値を超 えた場合に、欠陥が存在すると判定することが提案されている。また、鋼管の周方向 及び Z又は軸方向への連続性を判定し、欠陥が存在すると判定された部位が所定 の閾値を超えて連続する場合には、超音波探傷の次工程で用いられる設備に対し て有害であると判定することも記載されて 、る。
[0006] 一方、鋼製の転がり軸受においては、長さ数十ミリ未満の介在物であっても転がり 疲れ寿命に影響を及ぼすことが知られている。このため、本発明者らは、特開 2000 — 130447号公報、特開 2002— 317821号公報、特願 2002— 293750号公報に おいて、転がり疲れ寿命に影響を及ぼす介在物を特定し、完成後の転動部品に対し て超音波探傷による検査を行うことにより、転動部品中にこれらの介在物が存在しな V、ようにすることを提案して！/、る。
[0007] また、超音波探傷により検出された被検査体中に存在する欠陥のデータは、通常、 検査を行った証拠としたり、不良品の原因究明をするために記録しておく。
[0008] 例えば、特殊鋼 46卷 6号， 1997年， pl4及び特殊鋼 51卷 2号， 2002年， p27に は、超音波探傷により検出された欠陥のデータを記録するための方法として、得られ た反射エコー強度をアナログ信号に変換して縦軸に取り、時間を横軸に取って、ァ ナログチャート方式で記録する方法が記載されている。
[0009] また、上述した特開 2003— 222617号公報には、被検査体の軸方向及び円周方 向における探傷ピッチ毎の反射エコー強度を測定してデジタル信号に変換し、軸方 向の探傷ピッチを縦軸に、円周方向の探傷ピッチを横軸に取って、デジタル式で記 録する方法が記載されて ヽる。
[0010] さらに、軸受の製造過程においては、熱処理による不具合を検査する目的で、蛍光 磁粉探傷等で表面きずの検査を行っている。なお、次いで研削工程で生じる表面き ずや、研削割れなどの表面きずの検査として、磁粉探傷や漏洩磁束検査を行った例 がある（特殊鋼 (社） 特殊鋼倶楽部 第46卷6号（1997) ?5〜137、？25等を参照）
[0011] ここで、超音波探傷では、ワークと振動子との間に介在させる超音波伝達媒体とし て、一般的には水系が使用される。これは、油などの媒体に比較して、水系は、音波 の伝播性が良ぐまた、入手のし易さやメンテナンスのし易さなど力も選択されるもの である。なお、上記製鋼メーカーにおける超音波探傷での媒体は、ほとんど水が使用 されている。
[0012] また、一般に水系を媒体とする水浸法においては、斜角探傷、表面波探傷といった ワークに対し入射角を付けて探傷を行う場合、ワークの中心線に対し探触子を傾け 入射させる方法と、ワーク中心線に対し探触子を平行 (例えば軸受軸方向）に移動し 、ワークを相対的にオフセットさせることで入射角を付ける方法がある。工業製品の検 查には、ワークの水平移動のみで実施が可能になるなど設定が容易で、また、両者 に検出能力の優位な差がないことなどから、一般的にはオフセット方式が採用されて いる。
[0013] また、転がり軸受の軌道面に超音波探傷を行い軌道面直下の大型非金属介在物 や欠陥などを検査する方法としては、特開平 11— 337530号公報に記載の超音波 探傷方法がある。
特許文献 1：特開平 11― 337530号公報
特許文献 2：特開 2003— 222617号公報
特許文献 3：特開 2000 - 130447号公報
特許文献 4：特開 2002— 317821号公報
特許文献 5：特願 2002— 293750号公報
非特許文献 1 :特殊鋼 46卷 6号， 1997年， pl4
非特許文献 2 :特殊鋼 51卷 2号， 2002年， p27
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0014] 転がり軸受の寿命は軌道面表面、特に、転がり接触応力が及ぶ範囲までに含まれ る欠陥、例えば大型非金属介在物や表面きずなどによって大きく影響を受ける。
[0015] 従って、転がり軸受の短寿命品を低減するには、最終的な形状に成形される旋削 工程以降の工程で表面きずを検査することが望ま U、。
[0016] しかし、製鋼メーカーのおける素材段階での検査においては、大きな欠陥の削除と ともに、例えば材料ロット毎の欠陥の存在する頻度などでの評価、選別がなされるに 過ぎず、軸受個々での保証には限界があった。
[0017] また、旋削工程での検査にぉ 、ては、検査対象の組織状態が焼鈍状態の組織で あり、超音波の伝播性と言う意味では、熱処理後の組織状態に比べると劣ることが知 られている。さらに、軌道面表面は旋削目が残った状態のため、研削完了品の表面 と比較すると粗ぐ超音波が乱反射する要因があり、この点からも探傷能力には問題 があった。また、軌道面は後に研削にて取り代分だけ除去されるため、欠陥を検出し ても研削で除去されてしまい意味の無い検査となってしまうこと、また逆に研削後、新 たに問題となる介在物が内部より問題となる深さまで露出してしまう懸念もあるなどの 問題が残っていた。
[0018] また、特開平 11— 337530号公報には、研削後に軌道面表面の欠陥検出を行うと した、転がり軸受の検査方法としての大型介在物検査方法が開示されている。しかし 、これは、超音波伝達媒体に水を使用していることから、媒体としての水に対するヮ ークの出し入れを行う際に気泡が生じてしまい、気泡除去に所定の時間を確保する 必要がある。また気泡をきずと誤認識しまうことでより誤検出が多くなり、再検査が必 要になるなどコストが高くなる問題点がある。また、気泡を低減するのは、水中の酸素 分を減らす脱気設備が必要になるなど設備コストが嵩む。
[0019] さらに、上記方法では軸受端部 (軌道面の軸方向端部）の探傷に際し、端部から反 射したエコーが高い反射強度を発するため（邪魔するため）、軌道面全面の探傷が 困難になる問題があった。この問題は、特に、小型の玉軸受形式など軌道面の端部 ギリギリまで転動体が通過して接触応力が負荷される場合がある転がり軸受に特に 顕著である。
[0020] ここで、本願発明者らが研究、評価を行ったところ、対象となるワークが玉軸受の軌 道面のように軸方向に凹曲率を有し、また両端部 (溝片部）が存在するようなワークの 場合、オフセット方式を適用すると端部 (溝片部）がノイズ源となり探傷可能な範囲が 限定される問題が発生することが判った。玉軸受の場合、ラジアル荷重に加えて、ス ラスト荷重を受けることも可能であり、このため、玉 (転動体)の走行箇所は軌道面の 広範囲に及ぶこととなり、検査の箇所が限定されると検査外の位置での欠陥で早期 はくりを起こす懸念があるなどの問題があった。
[0021] さらに、上述した特開 2003— 222617号公報に記載の方法を用いて長さが数十ミ リ未満の介在物を検出するためには、被検査体の軸方向及び円周方向の連続性を 評価するための探傷ピッチを細分ィ匕し、探傷感度を上げるとともに、欠陥として判定 する反射エコー強度の閾値を下げる必要がある。ところが、探傷ピッチを細分ィ匕し、 探傷感度を上げると、電気的ノイズ信号も大きくなり、欠陥とノイズとを区別し難くなる ことが想定される。
[0022] ここで、電気的ノイズ信号は、周期的に現れる場合が多いため、全反射エコー強度 を測定した後に周期的に発生する信号を解析して除去すればよいが、測定に要する 手間やコストが増大するという問題がある。
[0023] また、長さが数十ミリ未満の介在物を精度よく検出するためには、被検査体の表面 粗さを小さくして、超音波の減衰を抑制する必要がある。ところが、表面粗さを小さく するために被検査体の表面に旋削や研削等の加工を施すと、被検査体の円周方向 に加工キズが発生する場合がある。この加工キズによるノイズ信号は、電気的ノイズ 信号とは異なり周期的に発生するものではないため、欠陥と区別することが難しい。
[0024] さらに、長さが数十ミリ未満の介在物力も得られる反射エコー強度は弱いため、精 度よく検出することが難しい。このため、上述した特開 2003— 222617号公報に記 載のように、被検査体の軸方向や円周方向の連続性のみで介在物の判定を行うと、 一つの長い介在物を二つ以上の介在物であると判断したり、介在物自体が存在しな V、と判断してしまう場合がある。
[0025] また、上述した特開 2000— 130447号公報、特開 2002— 317821号公報、特願 2002— 293750号公報では、いずれも超音波探傷により介在物を検出することにつ Vヽては記載されて 、るが、その介在物の判定方法につ!、てまでは言及されて 、な!/ヽ
[0026] さら〖こ、上述した特殊鋼 46卷 6号， 1997年， p 14及び特殊鋼 51卷 2号， 2002年， p27では、検出された介在物の全データを保存しているため、データの管理に手間 やコストを要するという問題がある。
[0027] 本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、短寿命品の発生が懸念され ることのない転がり軸受製品を提供するのに有効な超音波探傷方法を提供すること を課題としている。さらに、本発明は、例えば、長さが数十ミリ未満の介在物のように、 反射エコー強度が弱い欠陥であっても精度よく検出できる欠陥判定方法を提供する ことを課題としている。
課題を解決するための手段
[0028] 本発明者らは、転がり軸受の軌道面表面および表面近傍の大型介在物および表 面きずを検査対象として考えた場合、種々の工程の間で最適な検査工程について 見出すと共に最適な媒体を見出すことで、本発明に至ったものである。さらに、端部 エコーの影響を受けない検査方法を見出し解決することで本発明に到ったものであ る。
[0029] これにより大型介在物を製品個々により検査可能なことから、短寿命品の発生が懸 念されることのな 、製品を提供することが可能となる。
[0030] さらに上記のような課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、 「被検査体中に存在する介在物からの反射ェコ一は被検査体の圧延方向（例えば、 軸方向）に連続して存在し、各種ノイズ信号は被検査体の圧延方向に対して垂直方 向（例えば、円周方向）に連続して存在すること」と、「二以上の介在物が圧延方向に 所定間隔以下の範囲で隣接して存在する場合には、連続した一の介在物として存在 すること」とを見出し、本発明をなすに至った。
[0031] 上記の目的を達成するために、本発明の第 1の側面によれば、
軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面として探 傷を行う超音波探傷方法であって、
上記検査対象面を仕上げ研磨し、
灯油を含む液体炭化水素を超音波伝達媒体として用いて超音波探傷を行うことを 特徴とする転がり軸受の超音波探傷方法が提供される。
[0032] 本発明の第 1の側面に力かる第 2の側面によれば、
(ビーム径 rZ振動子の径 R)を 0. 8以下とし、かつ、
探触子を、上記検査対象面に沿って軸受の軸方向に移動させながら探傷を行うこ とが好ましい。 [0033] 本発明の第 3の側面によれば、
軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくと一方の面を検査対象面として探傷 を行う超音波探傷方法であって、（ビーム径 rZ振動子の径 R)を 0. 8以下とし、かつ 、探触子を上記検査対象面に沿って軸受の軸方向に移動させながら探傷を行うこと を特徴とする転がり軸受の超音波探傷方法が提供される。
[0034] 本発明の第 1〜3の側面に力かる第 4の側面によれば、
探触子を上記検査対象面の曲面に沿って軸受の軸方向に回転させながら探傷を 行うことが好ましい。
[0035] 本発明の第 5の側面によれば、
軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面として探 傷を行う超音波探傷方法であって、探触子を上記検査対象面の曲面に沿って軸受 の軸方向に回転しながら探傷を行い、その探触子の回転中心軸を下記 (a)〜（c)の 条件を満たすように設定すると共に、該探触子を、上記検査対象面に立てた法線に 対し上記探触子の回転中心軸に沿うように傾けることを特徴とする転がり軸受の超音 波探傷方法が提供される。
(a)探傷する検査対象面の幅方向での中心点を通る。
(b)探傷する検査対象面に立てた法線に対して垂直である。
(c)検査対象となる軌道輪若しくは転動体の軸に対して垂直な面上にある。
[0036] 本発明の第 5の側面に力かる第 6の側面によれば、
上記検査対象面を仕上げ研磨した後に、灯油その他の液体炭化水素を超音波伝 達媒体として超音波探傷を行うことが好ま 、。
[0037] 本発明の第 5または 6の側面に力かる第 7の側面によれば、
(ビーム径 rZ振動子の径 R)を 0. 8以下にすることが好ましい。
[0038] 本発明の第 8の側面によれば、
転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法にお!、て、
前記軌道輪の全体を超音波伝達媒体に浸漬し、
前記媒体を前記軌道輪に噴射し、
前記軌道輪の軸が前記媒体の液面に対して垂直となるよう配置して探傷することを 特徴とする転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法が提供される。
[0039] 本発明の第 9の側面によれば、
転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法にお!、て、
前記軌道輪の全体を超音波伝達媒体に浸漬し、
探傷を開始するまで 1. 5秒以上の待ち時間を設け、
前記軌道輪の軸が前記媒体の液面に対して垂直になるように配置して探傷するこ とを特徴とする転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法が提供される。
[0040] 本発明の第 9の側面に力かる第 10の側面によれば、
予め探傷位置以外の箇所で、前記軌道輪を前記媒体中に浸潰し、
前記軌道輪に付着した泡を除去した後、
探傷位置まで媒体中にぉ ヽて前記軌道輪を移動させ、
探傷を行うことが好ましい。
[0041] 本発明の第 11の側面によれば、
被検査体に超音波を照射し、前記被検査体中に存在する欠陥力 の反射エコーを 測定することで前記欠陥を検出する欠陥検出方法において、
所定強度以上の前記反射エコーが、前記被検査体の圧延方向に所定距離以上連 続して測定された部分を前記欠陥として検出するとともに、
二以上の前記欠陥が、前記被検査体の圧延方向に所定間隔以下の範囲で隣接し て存在する場合には、二以上の前記欠陥を一の前記欠陥として検出することを特徴 とする欠陥検出方法が提供される。
[0042] 製造工程の最終工程作業である仕上げ後に超音波探傷を行うことで、表面粗さが 最も良好な状態で検査が可能となる。さらに、仕上げ工程では、通常、研削時の潤滑 剤として油を使用しているため、研削後の洗浄に、一般的には灯油その他の液体炭 化水素系の洗浄剤が用いられている。このため、仕上げの研削工程に続く超音波探 傷による検査工程でも、上記洗浄液と同種の、灯油その他の液体炭化水素系の媒 体を用いることで、媒体とワークとの親和性は良好となる。このため、超音波伝達媒体 へのワークの出し入れ時に気泡等がほとんど発生しないので、脱気装置などの設備 が不要となる。また、特殊な操作を行うことなぐノイズの発生源である気泡が大幅に 減少することとなるため、誤検出の不具合がなくなる。
[0043] なお、灯油その他の液体炭化水素系の媒体は、水系の媒体と比較すると感度が低 下するのではないかと懸念した力 発明者らが、ワークと探触子との斜角探傷時の入 射条件によっては、ほとんど水系と変わることなく同等の検出感度で検査可能なこと を見出している。
[0044] その「斜角探傷時の入射条件」は、入射角 15〜30° 、好ましくは 19〜27° の範囲 で、この範囲であれば、媒体として液体炭化水素を使用しても、要求する感度を確保 できることを確認している。
[0045] また、探触子の先端とワークの探触部との距離は 10〜40mmであることが好ましく 、 20〜30mmであることがより好ましい。
[0046] また、超音波探触子が軌道面に対し一定の角度に傾斜された状態で、ワークに入 射した超音波は屈折し、所定の探査対象範囲を伝播することになる (本発明の場合 は例えば表面下数ミリ程度)。この場合、探触子径と超音波ビームの径の比によって は、探傷範囲が端部 (軌道面の軸方向端部)ギリギリを探傷する場合に端部からの反 射エコーが障害となり、探傷不可能な領域が生まれることを発明者らは見出した。こ れに対し、本発明者らは鋭意研究を行った結果、振動子径 Rとビーム径 rの関係にて (rZR)が 0. 8以下とすることで端部の影響を受けず、軌道面端部までその他と同じ 感度で検査が可能なことを見出したことから、上述の通り、 (r/R)≤0. 8と規定した 。 （rZR)は 0. 8以下であれば特に問題はないが、製品の諸元などから (rZR)の下 限値は制限を受ける。
[0047] また、上記請求項 5に記載の発明は、転がり軸受の軸受軌道面を超音波探傷にて 検査する方法において、水浸式の超音波探傷方法を用い、探触子をワークの検査 対象面 (探傷面)の軌道面に立てた法線に対し円周方向に傾けて入射させることで、 対象とするワークの軌道径を φ 100mm以下とすることで効果が顕著であることを見 出したことから発明したものである。
[0048] ここで、転がり軸受のうち、小型の玉軸受形式の軸受については、例えば自動車の ハブ軸受として使用されているなど、製造数も多ぐさらに信頼性が重要な要素であ ることから、転動体が走行する軌道面全面にっ ヽて短時間で全数検査を行う方法が 望まれる。そして、本発明により、転動面全面を高い精度 (感度)で検査を行うことが 可能となり、探傷を自動化すれば、高速で精度よく検査することが可能となる。
[0049] 本発明の第 11の側面によれば、被検査体の圧延方向における反射エコーの連続 性を欠陥の判定基準としたことにより、圧延方向に対して垂直方向に延びる各種ノィ ズが検出され 1 、圧延方向に延びる欠陥を精度よく検出できる。
[0050] また、二以上の欠陥が圧延方向に所定間隔以下の範囲で隣接する場合において
、二以上の欠陥を一の連続する欠陥として検出するようにしたことによって、反射ェコ 一強度の弱い欠陥であっても精度よく検出できる。
[0051] なお、本発明において、「圧延方向」とは、被検査体を圧延する際の方向を指し、例 えば被検査体が丸棒や軌道輪である場合にはそれらの軸方向である場合が多い。
[0052] また、本発明において、「圧延方向に連続する」とは、図 25に示すように、圧延方向 に平行な直線方向 L1の連続する場合に限らず、この直線方向 L1に対して所定角度 (例えば、 45° )で傾斜した直線方向 L2, L3に連続する場合も指す。
[0053] さらに、本発明において、欠陥として検出する際に判定基準とする反射エコーの「 所定強度」及びこの所定強度以上の反射エコーが連続する「所定距離」や、二以上 の欠陥を一の欠陥として検出する際に判定基準とする二以上の欠陥の「所定間隔」 は、いずれも検出する欠陥に応じて適宜変更する。
[0054] また、本発明に係る欠陥検出方法は、前記欠陥が検出された前記被検査体におい ては、測定された前記反射エコーの全てのデータを記録しておくとともに、前記欠陥 が検出されな力つた前記被検査体においては、測定された前記反射エコーの最大 値のデータを記録しておくことが好まし 、。
[0055] これによれば、被検査体中に存在する欠陥のデータを効率よく記録できる。
発明の効果
[0056] 本発明によれば、短寿命品の発生を懸念することない転がり軸受製品を提供する のに有効な超音波探傷方法を提供できるようになる。
[0057] 本発明の第 11の側面の欠陥検出方法によれば、所定強度以上の反射エコーが、 被検査体の圧延方向に所定距離以上連続して測定された部分を欠陥として検出す るとともに、二以上の欠陥が所定間隔以下の範囲で隣接して存在する場合には、二 以上の介在物を一の介在物として検出するようにしたことによって、例えば長さが数 十ミリ未満の介在物のように、反射エコー強度の弱い欠陥であっても精度よく検出で きる。
図面の簡単な説明
圆 1]本発明に基づく実施形態に係る超音波探傷装置の概要構成図である。
[図 2]図 1における部分拡大図である。
[図 3]図 1における部分拡大図である。
圆 4]軸受製造工程の一例を示す図である。
[図 5]人工欠陥を示す図である。
圆 6]検査試験片を示す図である。
圆 7]検査試験片を示す図である。
圆 8]検査試験片を示す図である。
圆 9]ビーム径の特定方法を説明する図である。
圆 10]ビーム径の特定方法の考え方を説明する図である。
[図 11] (r/R)と SZN比との関係を示す図である。
[図 12]端部でのエコー強度を示す図である。
[図 13]中央でのエコー強度を示す図である。
圆 14]オフセット方式と入射角方式とを説明する図である。
圆 15]入射角方式を説明する図である。
圆 16]入射角方式とオフセット方式との違いを説明する図である。
[図 17]入射角方式とオフセット方式での音波形状の関係を示す図である。
[図 18]自動調心ころ軸受の例を示す図である。
[図 19]テーパーローラーハブ軸受の例を示す図である。
[図 20]第 2実施形態の装置構成を説明する概念図である。
圆 21]第 2実施形態の工程を説明する概念図である。
[図 22]人工欠陥を示す概念図である。
[図 23]ベースノイズとキズエコー（欠陥エコー）の関係を示す図である。
圆 24]探傷開始時間と NG信号を出した数との関係を示す図である。 圆 25]本発明に係る欠陥検出方法で用いる圧延方向の連続性の一例を示す説明図 である。
[図 26]本発明に係る欠陥検出方法で用いる超音波探傷装置の一例を示す概略構成 図である。
[図 27]第七実施形態における超音波探傷結果の一例を示す図である。
圆 28]第七実施形態における超音波探傷結果の他の例を示す図である。
圆 29]図 28で検出された欠陥 Fと Gを示す光学顕微鏡写真である。
圆 30]図 28で検出された欠陥 Hと Iを示す光学顕微鏡写真である。
圆 31]第八実施形態における超音波探傷結果の一例を示す図である。
圆 32]第八実施形態における超音波探傷結果の他の例を示す図である。
圆 33]第八実施形態における超音波探傷結果の他の例を示す図である。
符号の説明
1 液槽
2 液体炭化水素
3 治具（回転テーブル）
3a 篏め込み部
4 外輪 (ワーク）
4a, 4b 軌道面
5 モータ
6 モータ駆動用制御アンプ
7 制御装置
8 探触子
9 取付け具
10 コ字部材
11 位置合わせ制御アンプ
12 支持部 (昇降機構）
13 横移動機構
14 超音波探傷器 P 回転軸
108 媒体
110 液槽
111 被検査体
112 探傷子
113 ターンテーブル
114 サーボモータ
115 サーボモータ駆動用制御アンプ
116 XYZステージ
117 支持部
118 取り付け具
119 ロータリーエンコーダ
120 超音波探傷器
130 制御装置
140 位置合わせ制御アンプ
発明を実施するための最良の形態
[0060] 次に、本発明にかかる実施形態について図面を参照しつつ説明する。
第 1実施形態
[0061] まず、本実施形態における超音波探傷の装置構成を参照して説明する。
[0062] 図 1は、本実施形態に係る超音波探傷装置の概要構成図であり、図 2及び図 3は部 分拡大図である。
[0063] 図 1にお 、て、符号 1は、超音波伝達媒体としての灯油その他の液体炭化水素 2が 貯留された液槽である。本実施形態では、液体炭化水素 2として灯油を使用し、その 灯油に防鲭剤が添加されている。その液槽 1内の下部には、軸受の外輪 4と治具 3が 設置される。その治具 3は、その上部に、軸受外輪 4を、軸を鉛直方向に向けた状態 で篏め込み可能な篏め込み部 3aを有すると共に、上記軸受の軸と同軸の回転軸ま わりにモータ 5によって回転駆動されるようになっている。そのモータ 5は、モータ駆動 用制御アンプ 6を介して制御装置 7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の駆動により治具
3に設置された外輪 4を所定の速度で回転する。
[0064] ここで、上記外輪 4は、不図示の搬送装置で搬送されて上側力 上記治具 3の篏め 込み部 3aに嵌め込まれる。図 1は、治具 3に外輪 4を嵌め込んだ状態を示している。 また、上記液槽 1内の液体炭化水素 2の深さは、治具 3に外輪 4を嵌め込んだ状態で 、外輪 4が液体炭化水素 2に全没するだけの深さとなっている。
[0065] また、符号 8は超音波探傷用の探触子であって、本実施形態は、指向性が強く軌 道面 4aの曲率の影響を受けにくい焦点型探触子を用いている。また、前述のように、 (ビーム径 rZ振動子の径)を 0. 8以下にすることが好ましい。
[0066] 上記探触子 8は、図 2のように、 L字状の探触子取付け具 9に取り付けられ、その探 触子取付け具 9は、外輪 4を跨ぐコ字部材 10を介して上下に延びる支持部 12に上下 方向まわり回転自在に回転機構を介して支持されている。回転機構は、サーボモー タ、プーリ、ベルトなど力も構成されて、位置合わせ用制御アンプ 11を介して制御装 置 7によって制御されており、上記回転機構の水平に延びる回転軸 P周りに上下方 向の傾き（ 0方向）が調整可能となっている。
[0067] また、上記探触子 8を支持する支持部 12は、直動ァクチユエータなどからなる昇降 機構を備えて上下方向（Z方向）に移動可能となっている共に、直動ァクチユエータ などの横移動機構 13、 13' で横方向（X方向及び Y方向）に移動可能となっている 。上記昇降機構 12及び横移動機構 13、 13' は、位置合わせ制御アンプ 11を介し て制御装置 7によって制御されて、探触子 8の三次元における位置を調整する。
[0068] また、探触子取付け具 9は、外輪の軸に垂直な面の中で回転調整機構を有するこ とにより、前述の入射角範囲に調整することができる。
[0069] このように、昇降機構 12及び横移動機構 13、 13' によって探触子 8の位置が調整 されると共〖こ、回転機構によって軌道面 4aに対する探触子 8が軌道の溝 Rの曲面に 沿って回転しながら探傷を行うことが可能となる。
[0070] これによつて、探触子 8は、外輪 4の軌道面 4aに対し所定の入射角度の範囲内で 対向配置される。その状態で、上記探触子 8は、超音波探傷器 14からの電圧信号に 応じて超音波パルスを軸受外輪 4の軌道面 4aに向けて送信すると共にその反射ェコ 一を受信し、これを電圧信号に変換して超音波探傷器 14に送信する。
[0071] 超音波探傷器 14は、制御装置 7からの指令に基づいて探触子 8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 7に送信し、制御装置 7がこれを不図示の CRT (ディスプレイ） 上等に表示する。
[0072] 上記構成の超音波探傷装置では、媒体である液体炭化水素 2に軸受外輪 4が全没 されると共に、軸受外輪 4の軸が液面に対し垂直状態に配置される。軸受外輪 4は仕 上げ研磨を施してあることが好ましい。ここで、探触子 8から送信される超音波の入射 角（軌道面 4aに立てた法線に対して軸に垂直な面の方向（軌道面 4aの円周方向）に 探触子 8の回転中心軸に沿うように傾く角度）を 15〜30° の間に収まるように、探触 子取付け具 9の角度を調整する。そして、探触子 8を下降させて、探触子 8の軸が外 輪 4の軌道面 4aに対向するように調整する。
[0073] 上記状態で、モータ 5を駆動して外輪 4を回転させ、外輪 4の回転が安定したら、探 触子 8を軌道面 4aの曲面に沿って軸受軸方向に回転機構を介して回転させながら（ 上下方向に首振り運動をさせながら)探傷を行う。なお、この時、軌道溝 Rの中心は、 探触子の回転中心の軸 Pの上にある。これによつて、探傷対象の軌道面 4a全面につ いて探傷が行われる。
[0074] また、例えば、上記焦点型探触子 8としては、例えば周波数 5MHz、振動子径 6m mの性能のものを使用する。
[0075] 上記構成では、外輪 4は中心軸を中心に軸回転している状態であるので、軌道面 4 aと探触子 8の距離は一定に保持されながら、探触子 8と対向する軌道面 4aが円周方 向に移動する。また、探触子 8を上下に首振り運動させることで、軌道面 4aの曲面に 沿って上下方向（軸受軸方向）に軌道面 4aに対する対向する位置が変更される。こ れによって、軌道面 4a全面についての探傷、特に軌道面 4aの曲面に沿った軸受軸 方向（上下方向）の探傷が行われる。
[0076] このとき、外輪 4を液体に全没させているので、外輪 4が回転することによる大気から の空気の巻き込みを抑えることができる。
[0077] さらに、外輪 4の軸を液面と垂直状態としていることで外輪 4の回転による液体の外 乱による影響を小さく抑えている。
[0078] ここで、外輪 4を液体内に浸漬する際に、空気が巻き込まれて軌道面 4aに気泡が 付着している可能性がある。これに鑑み、外輪 4を浸漬した後に、上記超音波探傷の 前若しくは、超音波探傷をしながら、上記軌道面 4aに対して液体炭化水素 2を噴射 して外輪 4に付着している気泡を除去するようにしても良い。なお、軸受回転時にも 軌道面 4aに気泡が付着するおそれがあるので、探傷時に探触子 8の前側位置で液 体炭化水素 2の噴射を行う方が好ましい。噴射圧は、軌道輪に付着した気泡を除去 若しくは付着を抑止出来る程度の大きさとする。
[0079] なお、液槽内の媒体中にゴミが浮遊する可能性があるので、フィルタ等を設置し、 媒体が充満した液槽内を循環させることでゴミを除去し、ノイズの低減を図ることが好 ましい。また、ワークである外輪 4に付着したゴミについては、上記のように液流を吹き 付けて泡などと同様に吹き飛ばすことが好ましい。
[0080] また、上記軸受を受ける治具 3の篏め込み部 3aの法線を鉛直上方に設定してある ため、外輪 4を上側から上記篏め込み部 3aに嵌め込むだけで、重力と回転軸が同方 向になると共に、外輪 4の自重による篏め込み部 3aの面との間の摩擦抵抗の効果に より、治具 3を回転する際に、特にチャック等によって外輪 4を治具 3に固定しなくとも 前記治具 3と同じ回転数にて外輪 4を回転可能となる。また、特開平 11— 337530号 公報に記載のように離間する 2つのローラ上に外輪 4の軸を水平にして乗せ回転させ る場合に比べて、安定的に回転させることができる。そして、チャック等の拘束具を用 いないことにより、構造を簡単にすることが出来るばかりか、チャックの把握時間も不 要なため、サイクルタイムも短縮することが出来る。もっとも、治具 3にチャック等の把 握装置を付加することで、更に高速回転することが出来、探傷時間を短縮することも 出来る。
[0081] ここで、図 1に記載される外輪 4の場合には、軌道輪が複列であることから、上側の 軌道面 4aの探傷が完了したら、治具 3の回転を停止し、探触子 8を上昇させて待避さ せた後に、図示しない搬送装置にて外輪 4を持ち上げて反転し、再度治具 3に嵌め 置き、測定していない方の軌道面 4bについて、上述の同様に探傷を行う。なお、単 列の場合には、このような反転作業などは実施しな 、。 [0082] 両方の軌道面 4a、 4bの探傷の結果、検査結果が規格内であった場合には、上記 外輪 4は、図示しない搬送装置にて良品置き場に置かれるが、規格外であった場合 は、保留品置き場に置かれ、後に再測定または廃却等の処置がされる。
[0083] 上記説明したノヽブ軸受外輪 4は、 2つの軌道面 4a、 4bの軸方向の輪郭曲線力 上 下方向にほぼ線対称であることから、片側の軌道面 4aを測定後に反転して逆側の軌 道面 4bを測定することにより、探触子 8の軌道面 4a、 4bの曲面に対する追従機構は 単純な構造にすることが出来る。
[0084] もっとも、軌道輪の列数に応じて探触子 8を 2本設置したり、両方の軌道面 4a、 4b に対応可能な曲面追従機構を持ったりすることで、外輪 4を反転せずに探傷させて、 探傷の時間をより短縮することも可能である。また、反転後別のステージを設けて別 の液槽で探傷すれば、 1ステージ当たりの探傷時間を短縮することも出来る。
[0085] また、媒体として、灯油以外の液体炭化水素を用いることが出来る。特に炭化水素 系洗浄剤を用いることにより、後述のように仕上げ研削の工程と超音波探傷工程との 液体を共通化することが出来るので好ましい。
[0086] ここで、転がり軸受の長寿命化を図るためには、軌道面表面および転がり応力を受 ける範囲である表面近傍に存在する欠陥や、非金属介在物を検査し、排除すること が有効である。このため、本発明者らは、軌道面に超音波を傾けて入射させ、表面近 傍に音波を屈折させることで、目的の範囲の検査を行う軸受超音波探傷方法を提唱 してきた。しかし、その後の研究の結果、特に軌道径の小さな玉軸受形状のものにつ いては、表面近傍に音波を屈折させる方法として、法線に対しオフセットさせる方式（ 軸受軸方向に移動しながら探傷する方式)では、軌道面両端部力 の反射が起因と なり、事実上感度の高い検査が不可能な領域がある問題点を見出した。
[0087] 従来、オフセット方式による表面近傍の検査方法は、曲率の小さなワークに対して も小さな欠陥検出が可能な技術として知られていた。したがって、本発明対象の一例 である、同じく曲率の小さなワークを加工して得られる玉軸受形式の軸受の超音波探 傷方法には不適なことは容易に推測出来るものではない。し力しながら、本発明者は 入射方式について種々実験を行った結果、探触子を、ワークの軌道面に立てた法線 に対し溝 Rに沿って回転する入射角方式を取ることで、オフセット方式では問題とな つていたノイズを殆ど発生させることなぐ溝片近傍まで高い感度で探傷が可能となる ことを見出した。さら〖こ、対象となるワークの軌道輪径が φ 100mm以下の軸受では、 この入射角方式を採用する効果が顕著に現れることも合わせて見出した。
[0088] 図 14にオフセット方式と、中心線に角度を持たせて入射させる入射角方式の概要 図を示す。なお、図 14ではワーク 4として内輪が例示されている。
[0089] オフセット方式（図 14 (b)参照）は中心線に対し探触子 8を平行移動させ音波の入 射点の接線とのなす角を表面近傍の転がり応力がおよぶ範囲になるように設定する（ 例えば表面を含み、表面下 lmm程度まで)方式である。一方、中心線に対し入射角 を設ける方式（図 14 (c)参照）は、探触子 8自体を法線より上記方法と同じ角度に傾 け入射する方法である。いずれも探触子 8とワーク 4の距離は同一とすれば、探傷精 度、感度は同一となるのが従来、一般的であった。
[0090] しかし、本発明が適用される 1例である玉軸受形式の場合、本願発明者がオフセッ ト方式と入射角方式とを比較検証を行ったところ、オフセット方式では、溝端部よりェ コ一が反射し、中央部近傍以外では検査が困難なことが判った。一方、同一入射角 の条件にて入射角方式を検証した結果、端部近傍まで探触子を移動させても、溝端 部のエコー反射が少なぐ十分高感度で、高精度な探傷が可能であることが判った。
[0091] この原因を推定すると、まず、図 15に示すように、玉軸受形状の軸受を探傷するに 当っては、軌道面全面を探傷するためには、入射角方式の場合、探触子軌道面を構 成している溝 Rの中心と同心円上に移動することで、図 16 (a)のように、軌道面との 距離を常に一定に、円状の軌道面の探傷が同一条件で可能となる。一方、オフセッ ト方式の場合、単純にオフセットしたまま上下軸方向に探触子を移動したままでは、 図 16 (b)のように、溝の中央部と両端部では探触子力も入射点までの距離が異なつ てくる（このことは、竹を斜めにカットした門松の切り口のイメージでわ力るように、オフ セットした線は楕円状になっており、溝中央部では距離が長くなつてしまうためである 。）。
[0092] このため、オフセット方式で正確に測定するには、まずこの楕円に合わせて、中央 部、両端部共に一定の距離になるように軌跡を正確に CAD等で予想して、計測し、 探触子の移動を設定することが必要となり、この誤差は特に軌道径の小さなものでは 顕著であるため、精度の高い検査が困難となったためと考えられる。
[0093] また、正確な位置計測が行えた場合においても、入射角方式は中央部、両端部ど こでの入射に対しても軌道溝 R中心と同心円上を探触子が移動するため、どの位置 でも同一距離であり、また入射点の音波の形状も常に同じである。一方、オフセット方 式では、中央部は楕円状である力 両端部では音波形状がいびつとなり、音の広が りが一様でないことがわかる（図 17 (b)参照)。これらのことなどから、オフセット方式 は一様ではない音波力 軌道面端部に影響を受けベースエコーを上げるため、精度 の高い探傷が出来なくなったと考えられる。
[0094] そして、最適な入射方式とするために、本実施形態では、探触子 8を、ワーク (軌道 輪)の軌道面の曲面に沿って軸受の軸方向に回転しながら探傷を行い、その探触子 8の回転中心軸を下記 (a)〜 (c)の条件を満たすように設定すると共に、該探触子 8 を、上記ワーク 4の軌道面に立てた法線に対し上記探触子の回転中心軸に沿うよう に傾けている。
(a)探傷する軌道溝の中心点を通る。
(b)探傷する軌道面 4aに立てた法線に対して垂直である。
(c)検査対象となる軌道輪などのワーク 4の軸に対して垂直な面上にある。
[0095] なお、炭化水素系洗浄剤としては、合成炭化水素、ナフテン系炭化水素、石油系 炭化水素等が例示できる。
[0096] ここで、上記実施形態では、探触子を軌道面の曲面に沿って、軸受の軸方向に回 転しながら探傷を行う入射方式を例示しているが、ワークが所定径以上、例えば 100
Φ以上の場合には、探触子を軌道面に沿って、軸受の軸方向に移動しながら探傷を 行うオフセット方式であっても良い。
[0097] また、上記例は、ハブ軸受外輪 4の探傷例であるが、軌道面を外周側に一つ持つ ハブ軸受内輪も、探触子 8を外周側の軌道面に沿って探傷することにより、ほぼ同様 の方法にて探傷することが出来る。
[0098] また、ハブ軸受以外の単列軸受ゃ複列軸受やその他多列軸受の軌道輪にも上記 の方法を適用できる。また、転動体の転動面についても同様に探傷することは可能 である。例えば、図 18に示すような自動調心ころ軸受や、図 19に使用例が示される ようなテーパーローラーハブ軸受 20の探傷にも適用することはできる。
[0099] また、超音波探傷装置は、上記装置構成に限定されるものではなぐ他の超音波探 傷装置、例えば特開平 11 - 337530号公報に記載されて 、るなどを採用しても良!ヽ 第 2実施形態
[0100] 次に、第 2実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第 1実施形 態と同様な装置等については同一の符号を付して説明する。
[0101] 生産性の観点力 は出来るだけ早く探傷を開始したい一方、没して力 の時間が 早すぎると、泡やゴミの除去の効果が不足して、泡等に起因する疑似ノイズが多発す るなど、生産性からの要求と、ノイズ防止の要求がある。これら要求を満たすための超 音波検査方法としては、ワークを媒体中に没し検査を行い、合否判定の後、速やか に搬出すると言う一連の動作の中で、ノイズを最小限に抑える検査法が望まれる。
[0102] 本発明者らはこれら一連の動作に対し、検査時間の短縮及び検査精度の向上に ついて鋭
意研究を行った結果、
(1)転がり軸受の転動軌道面を超音波探傷にて検査する方法において、探傷ワーク を媒体中に没し測定を開始するまでの時間を 1. 5sec以上とすることで問題となる泡 ノイズを問題の無い範囲まで除去出来ることを見出した。
[0103] また、（2)転がり軸受の転動軌道面を超音波探傷にて検査する方法において、予 め測定部以外の箇所で探傷ワークを媒体中に没し、泡を除去した後、探傷位置まで 媒体中で移動し、測定を開始する方法とすることで、測定開始時には泡が除去され た状態で検査開始が出来るととも、これにより従来の検査サイクルを阻害することなく 、事前に泡の除去が可能となり、かつ精細な検査が、高い信頼性を持って行えること を見出した。本実施形態は、このような点を加味したものである。なお、軸受として複 列玉軸受形式のハブ Iタイプ軸受の内輪をワーク 4として例示する。
[0104] 図 20に本実施例に用いた装置概要を示す。この装置では、図示されない搬送装 置により、ワーク 4は、探傷位置に上面より媒体 2中に装入され、回転テーブル (治具 3)に設置される。設置されたワーク 4は回転テーブル 3が回転し、続いて探触子 8 (超 音波探触子)を支持する探傷アーム 9がワーク 4に近づき、所定の位置に配置後、軸 受軌道面 4aの曲率に沿って一定の距離を保持したまま、アーム 9が軸方向に移動（ 回転)しワーク 4の回転と相まって、軌道面 4a全面の探傷を行なう構成となっている。 基本的な装置概要については、上記第 1実施形態の装置と同様である。
[0105] 媒体 2中にワーク 4が没した際に、多くの泡を持ち込むこととなる力 本発明者らは、 ワークが没した後、探傷を開始するまでの時間と、泡ノイズ検出との関係を調査した 結果、浸漬後 1. 5秒以上待機した後、探傷を開始することで、泡ノイズが探傷結果に 影響を及ぼさない程度まで低下することを見出し、このことを実現するために、ワーク 4を図 21のように浸漬泡除去スペースで媒体中に浸漬させ、先行のワークの探傷中 に、液体を吹き付けて泡などを予め除去する。そして、先行のワークの探傷が終了し て除去するのに合わせて、泡等を除去したワーク 4を探傷スペースに移動して探傷を 行う（図 21中（1)〜 (4)が工程の順番を示す)。これによつて短タクトのサイクルで探 傷を行うことができる。
[0106] その他の構成'効果などについては上記第 1実施形態と同様である。
実施例 1
[0107] 本実施例は、上述のような超音波探傷装置を使用して、軸受製造工程における仕 上げ工程の後に超音波探傷による検査工程を組み入れて、媒体として液体炭化水 素を使用した当該超音波探傷検査を行う例である。
[0108] 本実施例の超音波探傷を行う場合の工程の手順例を図 4に示す。
[0109] 比較のために、丸棒 (鍛造)工程の後（矢印 A参照）に超音波探傷を行った従来例 1、熱処理後 (矢印 B参照）に超音波探傷を行った従来例 2、研削後 (矢印 C参照）に 水系を媒体として超音波探傷を行った従来例 3と、本願発明に基づく実施例 1とを比 較した結果を、表 1に示す。
[0110] [表 1] 超音波検査工程
従来例 1 *林段階 軸受軌逍面の検杏ではなく、 短寿命品の発生 を防止できない。 従ま-例 2 熱処理後 -表面粗さが粗く、 感度不足 u
•後に研 fflで検査層が取られ、 また新たに検 杏:必要領域が発生する 従來例 3 研削後 -脱気不) により泡ノィズが多く発生する
'脱気装 {¾が必要となりコスト U Pとなる ■、 ―，
雄例 1 超仕上げ後 -表 ιίύ粗さが良く感 litを上げられる。
-伝達媒 X体が灯油系のため、 親 ft性が 1¾く泡
◎
ノィズが少ない。
■灯油系に最適な探傷角度を用いることで感 度低ドを抑制できる。
[0111] この表 1から分力るように、仕上げ後に超音波探傷を行い、その超音波伝達媒体と して灯油その他の液体炭化水素 2を使用することが、種々の点で優れていることが分 かる。
実施例 2
[0112] 次に、第 2実施例について図面を参照しつつ説明する。
[0113] ハブ軸受に代表される玉軸受の探傷可否を評価するために呼び番号 6206からな る内外輪 4を製作し、所定の熱処理を施し研削後、内外輪 4について超音波探傷に 実施した。
[0114] また比較例として転動体の走行部分に対して端部まで走行部分が力からない例と して円筒ころ軸受呼び番号 NU311の内輪を製作し、所定の熱処理を施し研削後に 超音波探傷を行った。
[0115] 検出する対象の欠陥は、図 5に示すような、長さ 2mm、深さ 0. 5mm、幅 0. 5mm の表面キズを放電カ卩ェにより軌道面 4aの中央位置および端部に導入したものを試 験片として検査に使用した。検査試験片の概要図を図 6〜図 8に示す。
[0116] ここで、超音波探傷装置は、上記実施形態で説明した構成力もなる。 [0117] また、探傷条件を次のように設定した。
[0118] 探触子 8 :焦点型探触子、フラット探触子 (振動子径 6. 5mm)
周波数： 5MHz
入射角： 17〜25° (屈折角： 45〜90° )
媒体：白灯油（+防鲭油）
また、ビーム径の測定は、図 9に示すようにブロック試験片に表面力 深さ 2mmの 位置に φ 2mm X 20mmの横穴を空けたものを、上記同様の条件において、探触子 8の種類およびワークまでの距離を種々変更しながら、ブロック試験片表面より超音 波を人工キズと平行な方向に入射させ、きずの左右に移動させ、その際のエコー強 度を記録した。
[0119] そして、エコー高さピークの半分位置の幅方向の距離をビーム径 rと定義した。その 考え方を図 10に示す。
[0120] そして、上記の方法で求めたビーム径 rと振動子径 Rとの比 (rZR)を種々変化させ て、図 6〜図 8に示される 6206軸受、内外輪 4および NU311内輪の人工欠陥キズ（ 中央部きず、端部きず [NU311は端部きずのみ] )を評価した。
[0121] なお、ビーム径 rと振動子径 Rとの比 (rZR)の変化は焦点型探触子の焦点距離を 種々変更した探触子を用い、また、ワークとセンサーとの水距離を変更することで調 查した。
[0122] その結果を図 11および表 2に示す。
[0123] [表 2]
Figure imgf000025_0001
なお、評価基準としては、端部のエコーが大きくなると図 12に示すように表面近傍 の位置にノイズ源としてのエコーが高くなる。もしこの部分 (表面近傍）に欠陥があつ たとしてもこのノイズに邪魔されて認識することが出来ない。一方中央位置のきずは、 図 13に示すようにノイズ源がなくなり欠陥が明確に確認することが出来る。これら、確 認出来る力否かの評価法として、きずのエコー（S :シグナル)の強度と、端部エコー（ N:ノイズ)の強度との比をとり、一般的に検査機として確認できる比として知られる S ZN比が 3以上の値を示す例を、探傷として機能するものとして「OK」と判断した。
[0125] 上記表 2、および図 11の結果より、 6206の軸受について内輪及び外輪ともに端部 に導入したきずは端部エコーの影響を受けノイズ源が高くなる。このため、比較例 1、 2、 5、 6は SZN比が 3未満となってしまう。一方、振動子径 Rとビーム径 rの関係にて r ZRのを種々変化させ端部ノイズと端部キズとの SZN比を調査した結果 rZRが 0. 8 以下では SZN比が 3以上となることが判り、従来上記比較例で困難であった端部の きずも、良好に検査可能なことが判る（実施例 1〜6)。
[0126] また、これらの問題は端部エコーが起因になっているため起こる特有の問題であり 、軌道面中央に導入したきずは (rZR)に関わることなく何れも SZN比が 3以上で良 好に検出することが判る。
[0127] また、従来例として NU311の内輪について同様に中央部分と端部部分 (転動体が 走行する軌道面の軸方向端部）にきずを導入したものを確認したが、上記軸受は転 動体走行部分が端部よりやや離れた位置にあるため、端部エコーの影響を受けてい ないことが判る。
[0128] 以上の結果から、転動体が軌道面の軸方向端部ぎりぎりまで走行する可能性のあ るような玉軸受形式のような軸受に対して、軌道面全面を良好な感度で検査を行うた めには振動子径 Rとビーム径 rの関係にて (rZR)が 0. 8以下とすることで可能となり 、本発明により、端部につばなどが存在するような円筒、円錐ころ軸受についても軌 道面 4aの全面の探傷が可能となり、信頼性のある軸受を提供することが可能となる。 実施例 3
[0129] 上記発明を具体的に説明する実施例を以下に示す。
玉軸受の入射方式の違いによる探傷能力を検証するために 6206外輪を製作し、所 定の熱処理を施し研削後外輪を超音波探傷に供した。
[0130] 検出する対象の欠陥は、長さ 2mm,深さ 0. 5mm,幅 0. 5mmの表面キズを放電 加工により軌道面の中央位置および端部に導入したものを検査に供した（図 22参照 ) o
超音波探傷は図 1に示す構成からなり、探傷条件として、
探触子:焦点型探触子、フラット探触子 (振動子径 6. 5mm)
周波数： 5MHz
入射角： 17° 〜25° (屈折角： 45° 〜90° )
媒体：白灯油（+防鲭油）
水距離： 20mm
検査ワークを回転テーブルに配置し、回転を行いながら探触子の配置をオフセット 方式、および入射角方式とし、ワークの軌道面に沿って探触子をワーク 1周毎に軸方 向に 0. 1mmピッチ移動させ軌道面全面を探傷し、ベースノイズおよび人工欠陥から の反射強度について評価を行った。
評価結果を表 3に示す。
[0131] [表 3]
Figure imgf000027_0001
キズェコ― zベ—スエコー
[0132] 表 3は、各方式で探傷を行った際、図 22のように、上、中、下段位置に形成した人 ェ欠陥の検出について、中段のキズエコーの最大値が 80%になるように感度を調整 し、その感度での上段キズ、及び下段キズの最大のキズエコー強度と、その際のベ ースノイズエコーを示した。ベースエコーとは、きずを検出した位置にてワークを回転 した時、キズ部以外で常時表示されるエコーであり、通常状態のエコーを示す。
[0133] 表 3の結果のように、入射角方式は上、中、下段位置の人工欠陥について入射角 力 S17° 〜25° の範囲の何れの場合でもキズエコーがそれぞれ 80%以上を示し、そ の際のベースノイズも 5%以下と、良好な SZN比が得られた。
[0134] 一方、オフセット方式では中段キズを 80%として検出可能であった力 上下段キズ はベースエコー自体力 ¾0%を超えてしまい、キズエコーは確認できなかった。ベース エコーが上がった内容を確認するため、軌道面端部近傍にビニールテープを張った ところ、中段はベースエコーに変化は見られなかった力 上下段ではベースエコーが
100%を越えることが分かった。このことより、オフセット方式で高くなつたベースェコ 一の要因は、軌道面端部の角が超音波エコーとして検出してしまった結果であると推 定される。
[0135] 端部エコーが大きくなると、発生する不具合としては、例えばきずが端部近傍で発 見されたとしても、ベースノイズ以下ではきずと端部エコーと区分することができない ため、実質の探傷可能範囲が狭まってしまうことが判る（図 23参照)。さらに、オフセッ ト方式は、中段キズを同じ感度で校正した場合、十分検出可能なことは判るが、ベー スのノイズは入射角方式よりは高くなり、検出能力を上げようとした場合、容易に限界 が発生してしまうことが判る。
[0136] このこと力ら、中段位置であっても、検出能力としては入射角方式が良い事が判つ た。図 17に推定される要因モデルが示される力 オフセット方式は音波の密度が高 い領域が広範囲に広げられるため、入射角方式と比較すると同じ感度を得るために は感度を上げる必要があり、必然的にベースノイズが高くなつてしまうことが要因であ ると推定される。
実施例 4
[0137] 次に、入射方式の違いと、検査対象となるワークの寸法について説明する実施例を 以下に示す。
[0138] 実施例 3と同じ条件で、軸受の軌道径を変えた、上段人工欠陥導入リングを製作し
、軌道径と検出能力およびベースノイズの関係にっ 、て調査を行った。
[0139] 結果を表 4に示す。
[0140] [表 4]
Figure imgf000028_0001
[0141] ここで、調査は欠陥エコーが 80%となる感度に設定し、その際のベースノイズを示 した。
[0142] この表 4から、入射角方式では、軌道径が φ 40〜 φ 140と変化しても、欠陥エコー に対し十分な SZN比が得られることが判る（ベースノイズ 5%以下)。一方、比較例で あるオフセット方式では、 φ 80以下ではベースノイズ (端部エコー）に隠れて欠陥ェコ 一の確認ができず、 φ 100では欠陥ノイズは 80%まで確認できるものの、ベースノィ ズが 60%と高ぐ欠陥ノイズとの識別が困難なことが判る。もっとも、オフセット方式で あっても φ 100以上の場合は、ベースノイズが 20%以下であり、一般的に SZNを判 定する際必要とされている SZN比 3以上となり、実用可能なことが判る。
[0143] 従って、入射角方式が有効に機能する範囲 (オフセット方式に比べ優位な範囲）は 素材径として φ 100以下であることが判る。
実施例 5
[0144] ワークを媒体に没して後、探傷を開始するまでの時間と、泡ノイズ検出との関係につ いての実施例である。
[0145] 検証に、内輪内径 φ 48mm,外輪外径 φ 86mm,幅 40mmの複列玉軸受形式の ハブ Iタイプ軸受を用いた。
[0146] 装置としては、図 20に示す装置を使用した。
[0147] そして、内輪を搬入装置により媒体中に没し、探傷テーブルに配置した後、探傷を 開始するまでの時間を変化させノイズ起因の信号の発生数を調査した。その結果を 示す。
[0148] その他検査条件を下記に示す。
[0149] NG信号の判断は、本例検査ワーク内輪軌道面に、長さ 2mm,深さ 0. 5mm,幅 0
. 5mmの表面キズを放電カ卩ェにより形成して、マスターを製作した。
[0150] 次いで、この人工欠陥を次の探傷条件より、信号が 50%となる感度に設定後、さら に感度を倍とし、その感度で 50%以上有した欠陥を NGとして判定を行った。
[0151] 探触子他、設備の条件を以下に示す。
探触子:焦点型探触子、フラット探触子 (振動子径. 5mm)
周波数： 5MHz
入射角： 17〜25° (屈折角： 45〜90° ) 媒体：自灯油（+防鲭油）
上記条件にて、円周方向および軸方向共に 0. 5mmピッチにて探傷検査を行い、 5 0%を超える個数をカウントした。図 24にその結果を示す。
[0152] 図 24から、泡除去機構を付加していない条件では、 1. 5秒未満では NGの数が多 く発生しているのに対し、 2秒を超えると大幅に NG信号数は減少する。また、ワーク を没した後、直ぐにワーク検査面にジェット水流を付加し、持ち込んだ泡の除去を試 みたが、付加以前に比べれば良好な値を示したものの、やはり 1. 5秒未満では多く の NGが存在し、泡ノイズの除去には、何らかの除去機構の付加よりも時間の経過が NG数減少に対し多くの効果があることが判る。これは、泡の発生原因が、従来から 媒体内に存在している酸素や、泡が泡起因となっているのではなぐ没した時にヮー クが持ち込む泡によって生じているものであり、泡を低減させるには、没した後一定の 時間が泡除去のため、必要であることを示している。またその時間は本実施例から 1 . 5秒以上必要であることが判る。より好ましくは 2. 0秒以上である。
実施例 6
[0153] 次に、生産ラインタクトを考慮した検査方法について、本発明例を次に示す。上記 実施例 5では探傷テーブルで、探傷開始前に泡除去を行う方法であり、この場合、探 傷時間にプラスされる形で、泡除去時間が必要となってくる。このため、検査タクト低 減のためには、この泡除去の時間が問題となってくる。
[0154] そこで、本発明者らは、最低限の検査時間とするべく鋭意研究を行った結果、図 21 のように、探傷テーブル近傍で、事前に泡除去を目的とした浸漬泡除去スペースを 設け、事前にこの位置でワークを没した後、 2秒以上をかけて、回転もしくは、ジェット 水流を検査面に噴射することで、持ち込み泡を除去し、次いで灯油中に浸漬したま ま、探傷テーブルに図示されていないアームで運搬し、探傷テーブルに配置し、回 転を開始すると共に、速やかに探傷を開始することとなる。これにより、探傷テーブル では、探傷のみに専念することができるため、余分な検査時間を必要としなくなり、大 幅な検査時間の短縮に寄与するものである。
[0155] なお、泡除去については、回転だけでも時間をかけることでジェット水流付加と同等 の効果を示し，また、例えば外輪などは軌道面が内径であることから，回転をしなくて も、ジェット水流だけで回転の水流を生み出すことができ、除去の効果を示す。
[0156] 次に、上述のようにしてなされた超音波探傷方法によって得られた信号に基づいて 欠陥の有無を判定する欠陥検出方法について図 26〜33を用いて詳述する。
第 3実施形態
[0157] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。
[0158] まず、清浄度の劣る SUJ2からなる素材を所定形状に加工した後、旋肖 ij、焼入れ及 び焼戻し、及び研削を行うことにより、呼び番号 NU322 (外径： 240mm,内径： 110 mm,幅： 50mm)の転がり軸受用内輪を作製した。
[0159] 次に、得られた内輪を図 26に示す超音波探傷装置に設置して、以下に示す条件 で、内輪軌道面における超音波探傷を行った。
[0160] この超音波探傷装置は、図 26に示すように、超音波伝達媒体が貯留された液層 1 10内に浸漬された被検査体 111を円周方向に回転させつつ、超音波探傷用探触子 112を被検査体 111の軸方向（圧延方向，図 26に示す Z方向）に移動させることで、 被検査体 111の軌道面の全表面の探傷がなされるようになって!/ヽる。
[0161] また、軌道面が曲面である場合には、さらに、軌道面に沿った軸方向（圧延方向， 図 26に示す Θ方向）に探触子 112を回転させながら探傷することにより、軌道面と探 触子 112との間隔及び角度を一定に保持することができるようになつている。
[0162] ここで、探触子 112から被検査体 111に送信された超音波パルスの反射エコーは、 超音波探傷器 120で解析される。そして、被検査体 111の軸方向及び円周方向に おける探傷ピッチ毎の反射エコー信号と、ターンテーブル 113及び被検査体 111を 同期回転駆動させるサーボモータ 114からのパルス信号とを同期させることにより、 軸方向及び円周方向における探傷ピッチ毎の反射エコーが測定され、制御装置 13 0でデジタル表示されるようになって!/、る。
[0163] なお、図 26中の符号 115はサーボモータ駆動用制御アンプを指し、同様に 116は 探触子 112の位置を図中の XYZ方向に調整して、被検査体 111の軸方向及び円周 方向に移動可能に支持するとともに、被検査体 111の軌道面に沿つて移動させる X YZステージ、 117は探触子 112を支持する支持部、 118は探触子 112を支持部 11 7に取り付ける取り付け具、 119は被検査体 111の回転状態を検知するロータリーェ ンコーダ、 140は XYZステージ用の位置合わせ制御アンプを指す。
〔超音波探傷条件〕
探触子:焦点型探触子
探傷周波数： 5〜20ΜΗζ
振動子径： 6mm
超音波探傷装置: HIS3 (日本クラウトクレーマー社製）
入射角： 19° (斜角探傷法、屈折角 45° ) , 28° (表面波探傷法、屈折角 90° ) 超音波伝達媒体：水 (防鲭剤を含む）
探傷ゲート：表面から 2mmの深さ位置
探傷ピッチ：被検査体の円周方向に 0. 5mmピッチ、被検査体の軸方向に 0. 5mm ピッチ
そして、異なる被検査体 111の超音波探傷結果を、図 27及び図 28にそれぞれ示 す。ここで、図 27及び図 28は、被検査体の軸方向の 1Z4幅と、円周方向の 1Z8幅 の範囲において、探傷ピッチ毎の反射エコー強度を示す図である。
[0164] 次に、図 27及び図 28で示すように欠陥 A〜Mが検出された被検査体 111におい て、実際に破壊検査を行い、この破壊検査結果と、上述した超音波探傷による検査 結果との比較を行った。
[0165] その結果、図 27において、 30%以上の反射エコー強度が被検査体 111の軸方向 に 2ピッチ以上連続して測定された欠陥 A〜Cは、実際の破壊検査でも欠陥となる介 在物が検出され、 30%以上の反射エコー強度が被検査体 111の円周方向に 2ピッ チ以上連続して測定された欠陥 D, Eは、実際の破壊検査では欠陥が検出されなか つた o
[0166] 以上の結果から、所定強度以上の反射エコーが被検査体 111の軸方向に所定距 離以上連続して存在する部分を欠陥として検出することにより、欠陥を精度よく検出 できることが分力つた。
[0167] また、図 29に示すように、被検査体 111の軸方向において 1ピッチの距離を介して 隣接する欠陥 Fと欠陥 Gは、一の連続した介在物による欠陥であった。同様に、欠陥 Jと欠陥 Kも、一の連続した介在物による欠陥であった。 [0168] 一方、図 30に示すように、被検査体 111の軸方向において 2ピッチの距離を介して 隣接する欠陥 Hと欠陥 Iは、それぞれ異なる介在物による二つの欠陥であった。同様 に、欠陥 Lと欠陥 Mは、それぞれ異なる介在物による二つの欠陥であった。
[0169] 以上の結果から、二以上の欠陥が所定間隔以下の範囲で隣接して存在する場合 には、一の連続した欠陥として検出することにより、欠陥を精度よく検出できることが 分かった。
第 4実施形態
[0170] まず、清浄度の劣る SUJ2からなる素材を所定形状に加工した後、旋肖 ij、焼入れ及 び焼戻し、研削を行うことにより、呼び番号 6202 (外径： 35mm,内径： 15mm,幅： 1 lmm)の転がり軸受用内輪及び外輪を作製した。
[0171] 次に、得られた内輪及び外輪を図 26に示す超音波探傷装置にそれぞれ設置して
、以下に示す条件で、各軌道面における超音波探傷を行った。
〔超音波探傷条件〕
探触子:焦点型探触子
探傷周波数： 5〜20MHz
振動子径： 6mm
超音波探傷装置: HIS3 (日本クラウトクレーマー社製）
入射角： 19° (斜角探傷法、屈折角 45° ) , 28° (表面波探傷法、屈折角 90° ) 超音波伝達媒体：炭化水素系洗浄液 (白灯油及び防鲭剤を含む）
探傷ゲート：表面から 2mmの深さ位置
探傷ピッチ：被検査体の円周方向に 0. 5mmピッチ、被検査体の軸方向に 0. 5mm ピッチ
そして、同一の被検査体 111の超音波探傷結果を、本発明例である図 31に示す 方法と、従来例である図 32に示す方法との両方で記録した。
[0172] 図 31は、被検査体の軸方向及び円周方向の全範囲において、超音波探傷によつ て得られた探傷ピッチ毎の反射エコー強度を示す図である。図 31に示すように記録 した場合には、被検査体 111中に存在する欠陥の位置及び長さを一目で判定するこ とができた。 [0173] 一方、図 32は、被検査体の軸方向及び円周方向の全範囲において、探傷時間と、 反射エコー強度との関係を示す図である。図 32に示すように記録した場合には、所 定強度以上の反射エコーが得られた探傷時間と、被検査体 111の円周方向に一回 転する時間とに基づいて、欠陥が検出された位置を判定するため、被検査体 111中 に存在する欠陥の位置及び長さを正確に判定することが難しぐ判定に時間を要し た。
[0174] また、被検査体 111の超音波探傷により得られた反射エコーの最大値のデータを、 図 33に示すように記録した。なお、図 33においては、超音波探傷結果の 2日分の記 録を示し、反射エコーの最大値のデータが所定強度（50%)未満のサンプルを良品 として判定し、最大値が所定強度（50%)以上のサンプルを不良品として判定した。
[0175] そして、不良品として判定されたサンプル No. 2, No. 18においては、得られた反 射エコーの全てのデータを図 31に示すように記録した。
[0176] 以上の結果から、欠陥が検出されたサンプルにおいては、得られた反射エコーの 全てのデータを記録し、欠陥が検出されな力つたサンプルにおいては、得られた反 射エコーの最大値のデータを記録することにより、不良品として判定されたサンプル に存在する欠陥の情報を詳細に把握できるとともに、各サンプルの合否判定の結果 を容易に認識でき、全数検査の証明が行えることが分力つた。
[0177] また、良品として判定されたサンプルにおいては、得られた反射エコーの最大値の データを記録することにより、反射エコーの最大値の平均データが一日目よりも二日 目のほうが大きい等、製造ロット毎の傾向を容易に認識できることが分力つた。
[0178] 以上述べてきた各々の実施例を組み合わせて軌道輪の探傷を行うことができること は明らかである。
[0179] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。
[0180] 本出願は、 2004年 9月 16日出願の日本特許出願 (特願 2004— 269552)、
2005年 1月 31日出願の日本特許出願（特願 2005— 023487)、
2005年 4月 28日出願の日本特許出願（特願 2005— 131649)、 に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims

請求の範囲
[1] 軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面として探 傷を行う超音波探傷方法であって、
上記検査対象面を仕上げ研磨し、
灯油を含む液体炭化水素を超音波伝達媒体として用いて超音波探傷を行うことを 特徴とする転がり軸受の超音波探傷方法。
[2] (ビーム径 rZ振動子の径 R)を 0. 8以下とし、かつ、
探触子を、上記検査対象面に沿って軸受の軸方向に移動させながら探傷を行うこ とを特徴とする請求項 1に記載した転がり軸受の超音波探傷方法。
[3] 軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくと一方の面を検査対象面として探傷 を行う超音波探傷方法であって、（ビーム径 rZ振動子の径 R)を 0. 8以下とし、かつ
、探触子を上記検査対象面に沿って軸受の軸方向に移動させながら探傷を行うこと を特徴とする転がり軸受の超音波探傷方法。
[4] 探触子を上記検査対象面の曲面に沿って軸受の軸方向に回転させながら探傷を 行うことを特徴とする請求項 1〜請求項 3のいずれか 1項に記載した転がり軸受の超 音波探傷方法。
[5] 軌道輪の軌道面又は転動体の転動面の少なくとも一方の面を検査対象面として探 傷を行う超音波探傷方法であって、探触子を上記検査対象面の曲面に沿って軸受 の軸方向に回転しながら探傷を行い、その探触子の回転中心軸を下記 (a)〜（c)の 条件を満たすように設定すると共に、該探触子を、上記検査対象面に立てた法線に 対し上記探触子の回転中心軸に沿うように傾けることを特徴とする転がり軸受の超音 波探傷方法。
(a)探傷する検査対象面の幅方向での中心点を通る。
(b)探傷する検査対象面に立てた法線に対して垂直である。
(c)検査対象となる軌道輪若しくは転動体の軸に対して垂直な面上にある。
[6] 上記検査対象面を仕上げ研磨した後に、灯油その他の液体炭化水素を超音波伝 達媒体として超音波探傷を行うことを特徴とする請求項 5に記載した転がり軸受の超 音波探傷方法。
[7] (ビーム径 rZ振動子の径 R)を 0. 8以下にすることを特徴とする請求項 5又は請求 項 6に記載した転がり軸受の超音波探傷方法。
[8] 転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法にお!、て、
前記軌道輪の全体を超音波伝達媒体に浸漬し、
前記媒体を前記軌道輪に噴射し、
前記軌道輪の軸が前記媒体の液面に対して垂直となるよう配置して探傷することを 特徴とする転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法。
[9] 転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法にお!、て、
前記軌道輪の全体を超音波伝達媒体に浸漬し、
探傷を開始するまで 1. 5秒以上の待ち時間を設け、
前記軌道輪の軸が前記媒体の液面に対して垂直になるように配置して探傷するこ とを特徴とする転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法。
[10] 予め探傷位置以外の箇所で、前記軌道輪を前記媒体中に浸潰し、
前記軌道輪に付着した泡を除去した後、
探傷位置まで媒体中にぉ ヽて前記軌道輪を移動させ、
探傷を行うことを特徴とした請求項 9の転がり軸受軌道輪の超音波探傷方法。
[11] 被検査体に超音波を照射し、前記被検査体中に存在する欠陥力 の反射エコーを 測定することで前記欠陥を検出する欠陥検出方法において、
所定強度以上の前記反射エコーが、前記被検査体の圧延方向に所定距離以上連 続して測定された部分を前記欠陥として検出するとともに、
二以上の前記欠陥が、前記被検査体の圧延方向に所定間隔以下の範囲で隣接し て存在する場合には、二以上の前記欠陥を一の前記欠陥として検出することを特徴 とする欠陥検出方法。
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