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JP7699692B2 - Calculation method - Google Patents
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JP7699692B2 JP2024074616A JP2024074616A JP7699692B2 JP 7699692 B2 JP7699692 B2 JP 7699692B2 JP 2024074616 A JP2024074616 A JP 2024074616A JP 2024074616 A JP2024074616 A JP 2024074616A JP 7699692 B2 JP7699692 B2 JP 7699692B2
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本発明は、き裂進展試験方法、許容欠陥寸法の算出方法、検査方法および軸受の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a crack growth test method, a method for calculating allowable defect dimensions, an inspection method, and a method for manufacturing bearings.

転がり軸受を構成する外輪および内輪は、転動体から繰り返し応力を受ける。これにより、外輪および内輪を構成する材料が疲労し、やがてき裂が生じて進展する。このような疲労破壊現象は、転がり軸受に限らず他の金属材料においても生じる。したがって、金属材料の疲労およびそれに伴うき裂の発生、進展について知っておくことは、その材料の疲労寿命を推定し安全に利用する上で重要である。 The outer and inner rings that make up a rolling bearing are subjected to repeated stress from the rolling elements. This causes fatigue in the material that makes up the outer and inner rings, and eventually cracks occur and grow. This type of fatigue failure phenomenon occurs not only in rolling bearings, but also in other metallic materials. Therefore, understanding the fatigue of metallic materials and the associated crack initiation and growth is important for estimating the fatigue life of the material and using it safely.

たとえば特開2015-28441号公報(特許文献1)には、微小穴が形成された試験片に対して転動疲労を与え、微小穴の底部に形成されたエッジ部からのき裂の長さを確認する試験方法が提案されている。さらに特開2015-28441号公報では、応力拡大係数範囲とき裂進展速度との関係を示す疲労き裂進展速度線図が開示されており、これにより、軸受の使用条件に応じた疲労寿命の推定がなされている。 For example, JP 2015-28441 A (Patent Document 1) proposes a test method in which rolling fatigue is applied to a test piece with a small hole formed therein, and the length of the crack from the edge formed at the bottom of the small hole is confirmed. Furthermore, JP 2015-28441 A discloses a fatigue crack growth rate diagram showing the relationship between the stress intensity factor range and the crack growth rate, which allows the fatigue life of the bearing to be estimated according to the operating conditions.

特開2015-28441号公報JP 2015-28441 A

特開2015-28441号公報に開示されるき裂進展試験においては、き裂の長さを確認するために、試験片を切断し、断面観察を行なっている。すなわち特開2015-28441号公報においては、き裂の長さを測定する際に試験片を切断してしまう。このため、いったんき裂の長さを測定してしまうとその試験片を用いてき裂をさらに進展させる試験を行なうことは不可能である。そこで特開2015-28441号公報では、転動疲労のための負荷を与える回数が異なる複数の試験片を準備し、複数の試験片ごとに異なる長さのき裂を生じさせることによりそのき裂の評価を行なっている。 In the crack propagation test disclosed in JP 2015-28441 A, the test specimen is cut and the cross section is observed to confirm the crack length. That is, in JP 2015-28441 A, the test specimen is cut when measuring the crack length. Therefore, once the crack length is measured, it is impossible to use the test specimen for a test to further propagate the crack. Therefore, in JP 2015-28441 A, multiple test specimens are prepared that have different numbers of times that a load is applied for rolling fatigue, and cracks of different lengths are generated for each of the multiple test specimens to evaluate the cracks.

しかしながら、き裂の進展速度は、試験片に設けられた微小穴の深さ、き裂先端の応力場、およびき裂周辺の組織の違いの影響を受ける。したがって異なる長さのき裂の評価がすべて別個の試験片によりなされた場合、試験片ごとに上記の各パラメータにばらつきが存在するために測定結果がそれらの影響を受け、単純に転動疲労の負荷を与える回数以外の各パラメータのばらつきの影響が加味された測定結果が得られる。 However, the crack growth rate is affected by the depth of the micro-hole in the test specimen, the stress field at the crack tip, and differences in the structure around the crack. Therefore, if evaluations of cracks of different lengths are all performed using separate test specimens, the measurement results will be affected by the variations in the above parameters that exist for each test specimen, and the measurement results obtained will simply take into account the effects of variations in each parameter other than the number of times the rolling fatigue load is applied.

つまり異なるき裂長さ間の評価がすべて同一の、すなわち単一の試験片によりなされることが、上記試験片ごとのばらつきの影響を無くすことができるため理想的である。そのためには試験片にある回数の負荷を加えるごとに形成されるき裂の長さを、試験片を切断することなく測定し、その後その試験片と同一の試験片を用いてさらに負荷を加えき裂を進展させながら再度き裂の長さを測定するという手法を用いることが要求される。 In other words, it would be ideal if all evaluations of different crack lengths were done using the same, i.e., single, test specimen, in order to eliminate the effects of variability between the test specimens. To achieve this, a technique is required in which the length of the crack that forms each time a load is applied to the test specimen a certain number of times is measured without cutting the specimen, and then the same test specimen is used to apply further load to cause the crack to grow while measuring the crack length again.

試験片を破壊せずにそのき裂長さを測定する方法として超音波を用いた測定が挙げられる。しかし従来は数十MHz程度の低い周波数の超音波により測定されていたため、き裂長さを正確に測定することが困難であった。つまりこのような低い周波数の超音波を用い
ても、上記のようにき裂の進展の処置とき裂の長さの測定とを繰り返すことはできなかった。
Measurement using ultrasonic waves is one method for measuring the crack length without destroying the test piece. However, in the past, measurements were performed using ultrasonic waves with low frequencies of about several tens of MHz, making it difficult to measure the crack length accurately. In other words, even if ultrasonic waves with such low frequencies were used, it was not possible to repeatedly treat the crack growth and measure the crack length as described above.

本発明は以上の課題に鑑みなされたものである。その目的は、試験片ごとのばらつきの影響を含まない、高精度なき裂進展試験方法、許容欠陥寸法の算出方法、検査方法および軸受の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above problems. Its purpose is to provide a highly accurate crack growth test method, a calculation method for allowable defect dimensions, an inspection method, and a manufacturing method for bearings that are not affected by variations between test pieces.

本開示の第1例に従ったき裂進展試験方法では、微小穴が形成された試験片が準備される。試験片の上で転動体を複数回転動させ試験片に転動疲労が与えられる。転動疲労が与えられた試験片に生じたき裂の微小穴からの長さが測定される。上記測定する工程は、100MHz以上の高周波超音波により行なわれる。 In the crack propagation test method according to the first example of the present disclosure, a test piece with a small hole formed therein is prepared. A rolling element is rotated multiple times on the test piece to impart rolling fatigue to the test piece. The length from the small hole to the crack that has developed in the test piece to which rolling fatigue has been imparted is measured. The above measurement process is performed using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more.

本開示の第2例に従ったき裂進展試験方法では、微小穴が形成された試験片が準備される。試験片の上で転動体を複数回転動させ試験片に転動疲労が与えられる。転動疲労が与えられた試験片に生じたき裂の微小穴からの長さが測定される。上記測定される工程の後に、き裂の長さが測定された試験片に再度、転動疲労を与える再疲労工程がなされる。上記再疲労工程の後に再度、試験片のき裂の長さを測定する再測定工程がなされる。 In the crack propagation test method according to the second example of the present disclosure, a test piece with a small hole formed therein is prepared. A rolling element is rotated multiple times on the test piece to impart rolling fatigue to the test piece. The length from the small hole of a crack that has developed in the test piece to which rolling fatigue has been imparted is measured. After the above measurement process, a re-fatigue process is performed in which the test piece whose crack length has been measured is again imparted with rolling fatigue. After the above re-fatigue process, a re-measurement process is performed in which the crack length of the test piece is measured again.

上記によれば、試験片ごとのばらつきの影響を含まない、高精度なき裂進展試験方法、許容欠陥寸法の算出方法、検査方法および軸受の製造方法を提供できる。 Based on the above, it is possible to provide a highly accurate crack growth test method, a method for calculating allowable defect dimensions, an inspection method, and a manufacturing method for bearings that are not affected by variations between test pieces.

本実施の形態のき裂進展試験方法を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a crack growth test method according to the present embodiment. 本実施の形態に係るき裂進展試験に用いられる試験片と転動体との態様を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an aspect of a test piece and rolling elements used in a crack growth test according to the present embodiment. 図2中のIII-III線に沿う部分の概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of a portion taken along line III-III in FIG. 2. 本実施の形態のき裂進展試験方法を用いて微小穴から形成されたき裂長さを測定した結果を、SEM(Scanning Electron Microscope)による測定結果と比較したグラフである。1 is a graph comparing the results of measuring the length of a crack formed from a small hole using the crack growth test method of the present embodiment with the results of measurement using a SEM (Scanning Electron Microscope). 実施の形態2におけるき裂の応力拡大係数の範囲、および試験片の許容欠陥寸法の算出方法を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a method for calculating a range of a stress intensity factor of a crack and an allowable defect size of a test piece in embodiment 2. 実施の形態2の算出方法が行われる態様を示す、図3と同一部分の概略図である。5 is a schematic diagram of the same part as FIG. 3, showing a manner in which a calculation method according to a second embodiment is performed. FIG. 実施の形態2の算出方法に用いられる試験片を含む軸受の第1例を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a first example of a bearing including a test piece used in the calculation method of embodiment 2. 実施の形態2の算出方法に用いられる試験片を含む軸受の第2例を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a second example of a bearing including a test piece used in the calculation method of embodiment 2. 実施の形態2の算出方法に用いられる試験片を含む軸受の第3例を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a third example of a bearing including a test piece used in the calculation method of embodiment 2. 実施の形態3における軌道輪の欠陥の有無を調べる検査方法を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing an inspection method for checking whether or not there is a defect in a race in the third embodiment.

(実施の形態1)
以下、本実施の形態に係るき裂進展試験方法について図に基づいて説明する。図1は、本実施の形態のき裂進展試験方法を示すフローチャートである。図1を参照して、まずき裂進展試験に用いられる、微小穴を有する試験片が準備される(S10)。
(Embodiment 1)
The crack propagation test method according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. Fig. 1 is a flow chart showing the crack propagation test method according to the present embodiment. Referring to Fig. 1, a test piece having a small hole to be used in the crack propagation test is first prepared (S10).

図2は、本実施の形態に係るき裂進展試験に用いられる試験片と転動体との態様を示す概略図である。図2を参照して、たとえば一般の転がり軸受の外輪および内輪を構成する高炭素クロム軸受鋼SUJ2製の試験片1が準備される。試験片1はたとえば図2においては円盤形状である。しかし図2の試験片1の形状はあくまで1例であり、これに限らず他の任意の形状とすることができる。 Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of the test piece and rolling elements used in the crack growth test according to this embodiment. With reference to Figure 2, a test piece 1 is prepared, for example, made of high carbon chromium bearing steel SUJ2, which constitutes the outer and inner rings of a general rolling bearing. In Figure 2, the test piece 1 is, for example, disk-shaped. However, the shape of the test piece 1 in Figure 2 is merely one example, and is not limited to this, and any other shape may be used.

試験片1のたとえば円形の主表面1a上には、微小穴2が形成される。微小穴2はたとえばドリル加工により形成される。試験片1に形成される微小穴2は径が0.02mm以上の円形またはこれに近い形状を有する楕円形の平面形状である。ここで径とは、形成された微小穴2の平面視における寸法の最大値(たとえば楕円形であれば長軸の長さ)を意味し、言い換えれば当該微小穴2の平面形状が外接する仮想円の直径を意味する。 A microhole 2 is formed on the principal surface 1a of the test piece 1, which may be circular, for example. The microhole 2 is formed, for example, by drilling. The microhole 2 formed in the test piece 1 has a circular or elliptical planar shape with a diameter of 0.02 mm or more, or a shape close to this. Here, the diameter means the maximum dimension of the formed microhole 2 in a planar view (for example, the length of the major axis if the shape is elliptical), in other words, the diameter of an imaginary circle circumscribed by the planar shape of the microhole 2.

主表面1a上には転動体軌道3が設けられる。転動体軌道3は、転動疲労試験を行なうための転がり軸受を構成する転動体4が主表面1a上を複数回転動し試験片1に負荷を与えるための軌道である。転動体軌道3はたとえば微小穴2を通り、円形の主表面1aよりも半径の小さい円環形状である。しかしこれに限らず転動体軌道3は他の任意の形状とすることができる。いずれにせよ転動体軌道3は微小穴2が形成された領域を通っている。 A rolling element raceway 3 is provided on the main surface 1a. The rolling element raceway 3 is a raceway along which the rolling elements 4 constituting the rolling bearing for performing the rolling fatigue test rotate multiple times on the main surface 1a to apply a load to the test piece 1. The rolling element raceway 3 passes through the micro-holes 2, for example, and has a circular ring shape with a smaller radius than the circular main surface 1a. However, the rolling element raceway 3 is not limited to this and can have any other shape. In any case, the rolling element raceway 3 passes through the area in which the micro-holes 2 are formed.

図3は図2中のIII-III線に沿う部分の概略断面図である。図3を参照して、試験片1を準備する工程においては、微小穴2を起点として、5μm以上の初期き裂5が形成されている。初期き裂5はたとえば104回程度の転動疲労により発生される。図3で
は模式的に微小穴2を内壁面が図の上下方向に延び、最下部のみ尖った形状としているが、これはあくまで1例であり、微小穴2の断面形状はこれに限られない。たとえば微小穴2は半球状であってもよい。図3においては微小穴2の内壁面が図の上下方向に延びる部分の最下部であり、内壁面が尖るように傾斜した部分との境界の屈曲部を起点として、ほぼ水平方向に延びるように初期き裂5が発生している。図3では初期き裂5の延びる長さをa’としている。
3 is a schematic cross-sectional view of a portion along line III-III in FIG. 2. Referring to FIG. 3, in the process of preparing the test piece 1, an initial crack 5 of 5 μm or more is formed starting from the micro hole 2. The initial crack 5 is generated, for example, by rolling fatigue of about 10 4 times. In FIG. 3, the inner wall surface of the micro hole 2 is shown in a schematic manner with the inner wall surface extending in the vertical direction of the figure and only the bottom part having a pointed shape, but this is merely one example, and the cross-sectional shape of the micro hole 2 is not limited to this. For example, the micro hole 2 may be hemispherical. In FIG. 3, the inner wall surface of the micro hole 2 is the bottom part of the part extending in the vertical direction of the figure, and the initial crack 5 is generated so as to extend in a substantially horizontal direction starting from the bent part at the boundary with the part where the inner wall surface is inclined so as to be pointed. In FIG. 3, the extension length of the initial crack 5 is a'.

図1を再度参照して、次に、図2および図3のように準備された試験片1への転動疲労寿命試験がなされる(S20)。つまり図2に示すように、試験片1の主表面1a上のたとえば転動体4が、転動体軌道3に沿うように複数回転動されることで、試験片1に転動疲労が与えられる。 Referring again to FIG. 1, next, a rolling fatigue life test is performed on the test piece 1 prepared as shown in FIG. 2 and FIG. 3 (S20). That is, as shown in FIG. 2, for example, the rolling element 4 on the main surface 1a of the test piece 1 is rotated multiple times along the rolling element track 3, thereby giving the test piece 1 rolling fatigue.

次に、ある回数だけ転動体4の転動が繰り返されたところで、転動体4の転動がいったん終了し、試験片1のき裂の長さが測定される(S30)。つまり、転動疲労が与えらえた試験片1に初期き裂5から延びるように形成されたき裂の長さが測定される。ここでは微小穴2(の外縁)からの、当該き裂の長さが測定される。このき裂の長さの測定は、試験片1を切断することなく、100MHz以上の高周波超音波によりなされる。なお当該測定は150MHz以上の高周波超音波によりなされることがより好ましく、その中でも200MHz以上の高周波超音波によりなされることがいっそう好ましい。 Next, after the rolling of the rolling element 4 has been repeated a certain number of times, the rolling of the rolling element 4 is stopped once, and the length of the crack in the test piece 1 is measured (S30). In other words, the length of the crack that has formed in the test piece 1 to which rolling fatigue has been imparted, extending from the initial crack 5, is measured. Here, the length of the crack from the (outer edge of) the microhole 2 is measured. This crack length is measured using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more, without cutting the test piece 1. It is more preferable that the measurement be performed using high-frequency ultrasonic waves of 150 MHz or more, and even more preferable that the measurement be performed using high-frequency ultrasonic waves of 200 MHz or more.

次に、上記(S30)にてき裂の長さが測定された後に、当該き裂の長さが測定された試験片1に再度、転動疲労試験により転動疲労が与えられる(S20)。ここでは先の(S20)と全く同じ処理、すなわち転動体4を複数回転動させ試験片1に転動疲労を与える処理が、先の(S20)の処理がなされた試験片1と同一の試験片1に対して再度なされる。この再疲労工程により、当該試験片1に形成されていたき裂はさらに進展し、その長さが長くなる。 Next, after the crack length is measured in the above (S30), the test piece 1 whose crack length has been measured is again subjected to rolling fatigue by a rolling fatigue test (S20). Here, the exact same process as the previous (S20), that is, the process of rotating the rolling element 4 multiple times to cause rolling fatigue on the test piece 1, is performed again on the same test piece 1 as the one that was previously treated in (S20). This re-fatigue process causes the crack that had formed in the test piece 1 to grow further and become longer.

次に、転動疲労寿命試験が再度なされた当該試験片1に対して再度、試験片1のき裂の長さを測定する再測定工程がなされる(S30)。ここでも上記と同様に、き裂の長さの
測定は、試験片1を切断することなく、100MHz以上の高周波超音波によりなされる。なお当該測定は150MHz以上の高周波超音波によりなされることがより好ましく、その中でも200MHz以上の高周波超音波によりなされることがいっそう好ましい。
Next, a re-measurement step is performed on the test piece 1 after the rolling fatigue life test is performed again to measure the crack length of the test piece 1 (S30). Here, as in the above, the crack length is measured by using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more without cutting the test piece 1. It is more preferable that the measurement be performed by using high-frequency ultrasonic waves of 150 MHz or more, and even more preferable that the measurement be performed by using high-frequency ultrasonic waves of 200 MHz or more.

以上のように本実施の形態では、同一の(単一の)試験片1に対して(S20)と(S30)とが繰り返される。これにより、様々な回数の負荷を加えたときのそれぞれにおいて形成されるき裂の長さが、単一の試験片1により求められる。 As described above, in this embodiment, (S20) and (S30) are repeated for the same (single) test piece 1. This allows the length of the crack formed when various loads are applied to be determined for the single test piece 1.

図4は、本実施の形態のき裂進展試験方法を用いて微小穴から形成されたき裂長さを測定した結果を、SEM(Scanning Electron Microscope)による測定結果と比較したグラフである。横軸は、本実施の形態のき裂進展試験方法による試験片と同条件で準備された試験片のき裂の長さをSEMで測定した結果を示している。縦軸は、当該本実施の形態の超音波を用いた測定方法、および比較例としての光学顕微鏡を用いた測定方法によるき裂の長さの測定結果を示している。なお本実施の形態の超音波を用いた測定方法においては、き裂の測定には200MHzの高周波超音波が用いられた。また比較例としての光学顕微鏡を用いた測定方法においては、微小穴から延びるき裂の長さが、試験片の切断による断面観察により測定された。なおSEMによる測定結果も各試験片を切断し断面を観察した結果であるが、ここではこの測定結果を高精度とみなしている。つまりSEMによる測定結果と各方法での測定結果との差異を考察することにより、各方法での測定結果の精度を検証している。またグラフ中の数式のxは横軸、yは縦軸を示している。 Figure 4 is a graph comparing the results of measuring the crack length formed from a microhole using the crack propagation test method of this embodiment with the results of measurement using a SEM (Scanning Electron Microscope). The horizontal axis shows the results of measuring the crack length of a test piece prepared under the same conditions as the test piece using the crack propagation test method of this embodiment using an SEM. The vertical axis shows the results of measuring the crack length using the measurement method using ultrasound of this embodiment and the measurement method using an optical microscope as a comparative example. In the measurement method using ultrasound of this embodiment, high-frequency ultrasound of 200 MHz was used to measure the crack. In the measurement method using an optical microscope as a comparative example, the length of the crack extending from the microhole was measured by cutting the test piece and observing its cross section. Note that the measurement results using the SEM are also the result of cutting each test piece and observing its cross section, but here, these measurement results are considered to be highly accurate. In other words, the accuracy of the measurement results using each method is verified by considering the difference between the measurement results using the SEM and the measurement results using each method. In addition, x in the formulas in the graph indicates the horizontal axis and y indicates the vertical axis.

図4を参照して、データをプロットして得られる直線の傾きの値は、「超音波」すなわち本実施の形態の方法を用いた方が、「光学顕微鏡」すなわち比較例の方法を用いるよりも1に近い。すなわち本実施の形態の方法により、比較例の方法よりも高精度にき裂の長さが測定出来ていることがわかる。また得られた直線に対する個々のデータのばらつきの値を示すR2は、本実施の形態の方法により比較例の方法よりも大きな値が得られている
。すなわち本実施の形態の方法により、比較例の方法よりもばらつきが小さくなっていることがわかる。
Referring to Figure 4, the slope of the line obtained by plotting the data is closer to 1 when using "ultrasound", i.e., the method of this embodiment, than when using "optical microscope", i.e., the method of the comparative example. In other words, it can be seen that the method of this embodiment can measure the crack length with higher accuracy than the method of the comparative example. Also, R2 , which indicates the value of the dispersion of the individual data for the obtained straight line, is larger when using the method of this embodiment than when using the method of the comparative example. In other words, it can be seen that the method of this embodiment reduces the dispersion compared to the method of the comparative example.

図4の結果をもとに、以下、本実施の形態の作用効果について説明する。 Based on the results in Figure 4, the effects of this embodiment are explained below.

本開示の第1例に従ったき裂進展試験方法においては、微小穴2が形成された試験片1が準備される。試験片1の上で転動体4を複数回転動させ試験片1に転動疲労が与えられる。転動疲労が与えられた試験片1に生じたき裂の微小穴2からの長さが測定される。上記測定する工程は、100MHz以上の高周波超音波により行なわれる。 In the crack propagation test method according to the first example of the present disclosure, a test piece 1 having a small hole 2 formed therein is prepared. A rolling element 4 is rotated multiple times on the test piece 1 to impart rolling fatigue to the test piece 1. The length from the small hole 2 of a crack that has developed in the test piece 1 to which rolling fatigue has been imparted is measured. The above measurement process is performed using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more.

本開示の第2例に従ったき裂進展試験方法においては、微小穴2が形成された試験片1が準備される。試験片1の上で転動体4を複数回転動させ試験片1に転動疲労が与えられる。転動疲労が与えられた試験片1に生じたき裂の微小穴2からの長さが測定される。測定する工程の後に、き裂の長さが測定された試験片1に再度、転動疲労を与える再疲労工程がなされる。再疲労工程の後に再度、試験片1のき裂の長さを測定する再測定工程がなされる。 In the crack propagation test method according to the second example of the present disclosure, a test piece 1 having a small hole 2 formed therein is prepared. A rolling element 4 is rotated multiple times on the test piece 1 to impart rolling fatigue to the test piece 1. The length from the small hole 2 of a crack that has developed in the test piece 1 to which rolling fatigue has been imparted is measured. After the measuring process, a re-fatigue process is performed in which the test piece 1 whose crack length has been measured is again imparted with rolling fatigue. After the re-fatigue process, a re-measurement process is performed in which the crack length of the test piece 1 is measured again.

転動疲労寿命試験により試験片1に生じたある長さのき裂が、たとえば上記第1例のように100MHz以上の超音波を用いて試験片1を破壊することなく測定される。このようにすれば、上記第1例および第2例のいずれにおいても、数十MHz程度の低い周波数の超音波を用いて測定した場合に比べて高い精度の測定結果が得られる。このためその後にさらに長いき裂を測定しき裂の長さを測定する際にも、その破壊されていない試験片1を再度使い回すことができる。このため本実施の形態によれば、たとえば複数の試験片1を用いて測定する際に各試験片1間に発生するばらつき(測定結果に影響する)を含まな
い高精度な測定結果を得ることができる。
A crack of a certain length generated in the test piece 1 by the rolling fatigue life test is measured without destroying the test piece 1 by using ultrasonic waves of 100 MHz or more, for example, as in the first example. In this way, in both the first and second examples, a measurement result with higher accuracy can be obtained compared to the case where ultrasonic waves of a low frequency of about several tens of MHz are used for measurement. Therefore, when measuring a longer crack and measuring the length of the crack thereafter, the unbroken test piece 1 can be reused. Therefore, according to this embodiment, a highly accurate measurement result can be obtained that does not include the variation (which affects the measurement result) that occurs between each test piece 1 when measuring using a plurality of test pieces 1, for example.

上記により、き裂進展下限界およびき裂進展速度についてもより正確に試験確認できる。具体的には、まずき裂進展下限界について、試験片にある回数の負荷すなわち転動疲労を与え、当該外輪および内輪などに形成されるき裂進展が小さかった場合に、これまでき裂は進展せずに停留していると判断されていた。しかしこれまではき裂が本当に進展せず停留していたかどうかについて確認できなかった。これは初期き裂の長さが不明であったためである。しかし本実施の形態によれば、1つの試験片1に対して、任意の回数の負荷を与えた前後におけるき裂長さを測定することができる。このためき裂が進展せず停留していたかどうかを、転動疲労寿命試験の前後におけるき裂の長さを自由に測定比較することにより確認できる。 As a result of the above, the crack growth limit and crack growth rate can be more accurately confirmed by testing. Specifically, first, regarding the crack growth limit, if a load, i.e., rolling fatigue, is applied to a test piece a certain number of times and the crack growth formed in the outer ring and inner ring is small, it has been determined that the crack does not grow and remains stationary. However, until now, it was not possible to confirm whether the crack truly did not grow and remain stationary. This is because the length of the initial crack was unknown. However, according to this embodiment, it is possible to measure the crack length before and after applying a load to one test piece 1 any number of times. Therefore, it is possible to confirm whether the crack did not grow and remain stationary by freely measuring and comparing the crack length before and after the rolling fatigue life test.

またき裂進展速度については、これまでは複数の試験片のそれぞれに与える負荷すなわち転動疲労の回数を変更し形成されるき裂長さについての試験を実施することで、その結果から推定されていた。しかし本実施の形態によれば、1つの試験片1に対して非破壊で複数回、き裂の形成とその長さの測定とを繰り返すことができる。このため1つのき裂に対して、その進展を確認しながらき裂進展試験を実施できる。これにより、従来よりいっそう正確にき裂進展速度が確認できる。 Furthermore, up until now, the crack growth rate has been estimated from the results of tests carried out on the length of cracks formed by varying the load applied to each of multiple test pieces, i.e., the number of times the test pieces are subjected to rolling fatigue. However, according to this embodiment, it is possible to non-destructively repeat the formation of cracks and the measurement of their lengths multiple times on a single test piece 1. This makes it possible to carry out a crack growth test on a single crack while checking its growth. This makes it possible to confirm the crack growth rate more accurately than ever before.

上記の本開示の第1例に従ったき裂進展試験方法において、上記測定する工程は、150MHz以上の高周波超音波により行なわれることが好ましい。上記の本開示の第1例に従ったき裂進展試験方法において、上記測定する工程は、200MHz以上の高周波超音波により行なわれることが好ましい。これにより、いっそう高精度にき裂の長さを測定することができる。 In the crack propagation test method according to the first example of the present disclosure, the measuring step is preferably performed using high-frequency ultrasonic waves of 150 MHz or more. In the crack propagation test method according to the first example of the present disclosure, the measuring step is preferably performed using high-frequency ultrasonic waves of 200 MHz or more. This allows the crack length to be measured with even greater accuracy.

上記の本開示の第1例に従ったき裂進展試験方法において、測定する工程の後に、き裂の長さが測定された試験片1に再度、転動疲労を与える再疲労工程がなされ、再疲労工程の後に再度、試験片1のき裂の長さを測定する再測定工程がなされてもよい。このことによる作用効果は上記のとおりである。なおこの再測定工程においても100MHz以上、より好ましくは150MHz以上、さらに好ましくは200MHz以上の高周波超音波により行なわれることが好ましい。 In the crack propagation test method according to the first example of the present disclosure described above, after the measuring step, a re-fatigue step may be performed in which the test piece 1, whose crack length has been measured, is subjected to rolling fatigue again, and after the re-fatigue step, a re-measurement step may be performed in which the crack length of the test piece 1 is measured again. The effect of this is as described above. Note that this re-measurement step is also preferably performed using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more, more preferably 150 MHz or more, and even more preferably 200 MHz or more.

上記の本開示の第2例に従ったき裂進展試験方法において、上記測定する工程および上記再測定工程は、100MHz以上、より好ましくは150MHz以上、さらに好ましくは200MHz以上の高周波超音波により行なわれることが好ましい。このことによる作用効果は上記のとおりである。 In the crack propagation test method according to the second example of the present disclosure, the measuring step and the re-measuring step are preferably performed using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more, more preferably 150 MHz or more, and even more preferably 200 MHz or more. The effects of this are as described above.

上記の本開示の第1例および第2例に従ったき裂進展試験方法において、試験片1を準備する工程において試験片1に形成される微小穴2は径が0.1mm以下であることが好ましい。これは試験片1の材料中に実際に含まれる非金属介在物の大きさが0.1mm以下であることと、転動体4と転動体軌道3との接触部にて微小穴2の影響が大きくなるのを防ぐこととに起因する。このようにすれば、付与された負荷以外の影響を極力受けずにき裂を進行させることができ、測定結果の信頼性をより高めることができる。 In the crack propagation test method according to the first and second examples of the present disclosure, it is preferable that the micro-holes 2 formed in the test piece 1 in the process of preparing the test piece 1 have a diameter of 0.1 mm or less. This is because the size of non-metallic inclusions actually contained in the material of the test piece 1 is 0.1 mm or less, and because the influence of the micro-holes 2 at the contact area between the rolling element 4 and the rolling element raceway 3 is prevented from becoming too great. In this way, the crack can be allowed to propagate with minimal influence other than that of the applied load, and the reliability of the measurement results can be further improved.

上記の本開示の第1例および第2例に従ったき裂進展試験方法において、試験片1を準備する工程において、微小穴2を起点として5μm以上の初期き裂5が形成されることが好ましい。このようにすれば、付与された負荷以外の影響を極力受けずにき裂を進行させることができ、測定結果の信頼性をより高めることができる。 In the crack propagation test method according to the first and second examples of the present disclosure, in the step of preparing the test piece 1, it is preferable that an initial crack 5 of 5 μm or more is formed starting from the microhole 2. In this way, the crack can be allowed to propagate with minimal influence other than that of the applied load, and the reliability of the measurement results can be further improved.

(実施の形態2)
本実施の形態においては、試験片に形成されたき裂から、モードIIと呼ばれるせん断型の疲労き裂進展におけるき裂の応力拡大係数の範囲、および試験片の許容欠陥寸法の算出方法が説明される。図5は、実施の形態2におけるき裂の応力拡大係数の範囲、および試験片の許容欠陥寸法の算出方法を示すフローチャートである。図6は、実施の形態2の算出方法が行われる態様を示す、図3と同一部分の概略図である。図5および図6を参照して、実施の形態1(図1)に示した工程と同様のき裂進展試験方法の工程がなされる。すなわちまずき裂進展試験に用いられる、微小穴2を有する試験片が準備される(S10)。微小穴2の径Dは実施の形態1と同様に0.1mm以下であることが好ましい。微小穴2の径Dは、微小穴2が円形の平面形状を有する場合はその直径であり、円形でない場合にはその平面視における寸法の最大値(たとえば楕円形であれば長軸の長さ)である。また微小穴2の平面視での中心とは微小穴2の平面視での重心の位置であり、微小穴2が円形または楕円形の平面形状であればその中心と重心との位置は一致する。準備された試験片1への転動疲労寿命試験がなされ、転動体4が複数回転動される(S20)。転動疲労が与えらえた試験片1に微小穴2から形成されたき裂5Aの長さa1が測定される(S30)。このき裂5Aの長さa1の測定は、100MHz以上の高周波超音波によりなされる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for calculating the range of the stress intensity factor of the crack in shear type fatigue crack growth called mode II and the allowable defect size of the test piece from the crack formed in the test piece is described. FIG. 5 is a flowchart showing a method for calculating the range of the stress intensity factor of the crack and the allowable defect size of the test piece in embodiment 2. FIG. 6 is a schematic diagram of the same part as FIG. 3, showing a mode in which the calculation method of embodiment 2 is performed. With reference to FIG. 5 and FIG. 6, the process of the crack growth test method similar to the process shown in embodiment 1 (FIG. 1) is performed. That is, first, a test piece having a micro hole 2 to be used in the crack growth test is prepared (S10). The diameter D of the micro hole 2 is preferably 0.1 mm or less as in embodiment 1. The diameter D of the micro hole 2 is the diameter when the micro hole 2 has a circular planar shape, and is the maximum value of the dimension in plan view when the micro hole 2 is not circular (for example, the length of the major axis if the micro hole 2 is elliptical). The center of the microhole 2 in plan view is the position of the center of gravity of the microhole 2 in plan view, and if the microhole 2 has a circular or elliptical planar shape, the center of the microhole 2 and the center of gravity will be the same. A rolling fatigue life test is performed on the prepared test piece 1, and the rolling element 4 is rotated multiple times (S20). The length a1 of the crack 5A formed from the microhole 2 in the test piece 1 to which rolling fatigue has been applied is measured (S30). The length a1 of the crack 5A is measured using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more.

本実施の形態においては、き裂5Aの長さの測定において、き裂5Aの微小穴2からの長さa1が微小穴2の径Dより長いかどうかが評価される。そして当該き裂5Aの長さa1が微小穴2の径Dより長ければ、上記の各工程からなる第1の試験は終了する。き裂5Aの長さa1が微小穴2の径D以下であれば、再度同一の試験片1を用いて、転動疲労寿命試験(S20)およびき裂5Aの長さの測定(S30)が上記と同様になされる。き裂5Aの長さa1が微小穴2の径Dより長くなるまで、同一の試験片1に対する工程(S20)および工程(S30)が繰り返される。なお微小穴2から形成されるき裂5Bの、微小穴2からき裂先端5Qまでの長さは、上記a1と等しくても等しくなくてもよい。複数のき裂が形成される場合、その少なくともいずれかのき裂の長さがDより長くなればよい。ここまでの各工程を第1の試験とする。 In this embodiment, in measuring the length of the crack 5A, it is evaluated whether the length a1 of the crack 5A from the micro-hole 2 is longer than the diameter D of the micro-hole 2. If the length a1 of the crack 5A is longer than the diameter D of the micro-hole 2, the first test consisting of the above steps is completed. If the length a1 of the crack 5A is equal to or less than the diameter D of the micro-hole 2, the rolling fatigue life test (S20) and the measurement of the length of the crack 5A (S30) are performed in the same manner as described above using the same test piece 1 again. The steps (S20) and (S30) are repeated for the same test piece 1 until the length a1 of the crack 5A becomes longer than the diameter D of the micro-hole 2. Note that the length of the crack 5B formed from the micro-hole 2 from the micro-hole 2 to the crack tip 5Q may or may not be equal to the above a1. If multiple cracks are formed, it is sufficient that the length of at least one of the cracks is longer than D. The steps up to this point are the first test.

次に、上記第1の試験の結果、すなわち微小穴2の径よりも長くなったき裂5Aの長さを基に、微小穴2の径Dよりも長い寸法a1を有するき裂5Aの先端であるき裂先端5Pにおける応力拡大係数の範囲ΔKIIが算出される(S40)。この算出には以下の式(1)が用いられる。 Next, based on the result of the first test, i.e., the length of the crack 5A that is longer than the diameter of the microhole 2, a range ΔK II of stress intensity factors at the crack tip 5P, which is the tip of the crack 5A having a dimension a1 longer than the diameter D of the microhole 2, is calculated (S40). The following formula (1) is used for this calculation.

Figure 0007699692000001
Figure 0007699692000001

応力拡大係数の範囲ΔKIIの単位は(MPa√m)である。式(1)の応力拡大係数の範囲ΔKIIは、試験片1の転動体軌道3上に転動体4を転動させた際の応力拡大係数の変化量を示す値である。つまりたとえば図3に示す転動体軌道3上を図6に矢印Mで示す方向(右向き)に転動体4が転動する際には、転動体4は転動体軌道3(主表面1a)に対し、図6に示すおよそ放物線状の分布を有する応力を加える。当該応力のうち最大のもの(放物線の頂点に存在する)はPmaxで示される最大面圧である。この応力分布が図6の
左側から右側に移動するために、たとえば左側のき裂5Bのき裂先端5Qにおける応力拡大係数は、き裂先端5Qへの転動体4の接近時と通過時と通過後とのそれぞれで異なる値となる。右側のき裂5Aのき裂先端5Pにおける応力拡大係数についても同様である。このそれぞれ異なる応力拡大係数の値のうち最大値と最小値との差が、応力拡大係数の範囲ΔKIIで表される。式(1)での係数0.136は、応力拡大係数の最大値および最小値を求めるための係数の値の差に対応する。また少なくとも式(1)でのaは、微小穴2の平面視での中心からき裂5Aの先端(き裂先端5P)までの距離である。つまりaは微小
穴2の径Dの半分D/2を含んだき裂5Aの半径を示している。一方、上記の長さa1は、き裂5Aのみの長さ、すなわち(微小穴2の直径Dの分を含まず)微小穴2の外縁からき裂先端5Pまでの距離としてのき裂5Aの長さである。長さa1は微小穴2の直径Dよりも長い。したがって図6に示すようにaとa1とは異なる値であり、a1<aである。Pmaxおよびaの値を式(1)に代入することにより、ΔKIIが求められる。ここでは一
例として説明のため、算出された応力拡大係数の範囲ΔKIIの値を3MPa√mとする。
The unit of the stress intensity factor range ΔK II is (MPa√m). The stress intensity factor range ΔK II in formula (1) is a value indicating the change in the stress intensity factor when the rolling element 4 rolls on the rolling element track 3 of the test piece 1. That is, for example, when the rolling element 4 rolls on the rolling element track 3 shown in FIG. 3 in the direction indicated by the arrow M in FIG. 6 (to the right), the rolling element 4 applies a stress having an approximately parabolic distribution shown in FIG. 6 to the rolling element track 3 (main surface 1a). The maximum of the stresses (present at the apex of the parabola) is the maximum surface pressure indicated by Pmax. Since this stress distribution moves from the left side to the right side in FIG. 6, for example, the stress intensity factor at the crack tip 5Q of the crack 5B on the left side has a different value when the rolling element 4 approaches the crack tip 5Q, when it passes through, and after it passes through. The same is true for the stress intensity factor at the crack tip 5P of the crack 5A on the right side. The difference between the maximum and minimum values of the different stress intensity factors is represented by the range of stress intensity factors ΔK II . The coefficient 0.136 in formula (1) corresponds to the difference between the coefficient values for determining the maximum and minimum values of the stress intensity factor. At least a in formula (1) is the distance from the center of the microhole 2 in a plan view to the tip of the crack 5A (crack tip 5P). That is, a indicates the radius of the crack 5A including half D/2 of the diameter D of the microhole 2. On the other hand, the above length a1 is the length of only the crack 5A, that is, the length of the crack 5A as the distance from the outer edge of the microhole 2 to the crack tip 5P (not including the diameter D of the microhole 2). The length a1 is longer than the diameter D of the microhole 2. Therefore, as shown in FIG. 6, a and a1 are different values, and a1<a. ΔK II can be obtained by substituting the values of Pmax and a into formula (1). Here, for the purpose of explanation as an example, the value of the calculated range of stress intensity factors ΔK II is set to 3 MPa√m.

応力拡大係数の範囲ΔKIIを算出する工程の後、ここまでの各工程に用いられた試験片1と同一の試験片1に対し、再度転動疲労寿命試験が行われる(S50)。つまりここまでの各工程に用いられた試験片1と同一の試験片1に対し、先に求めたΔKII、もしくはそれ以上の条件下で転動体4を転動させる。ΔKIIの値の変更は、たとえば最大面圧Pmaxの値を変更することによりなされる。そして再度、試験片1のき裂5Aの長さa1が測
定され(S60)、先に測定された長さa1との比較により当該試験片1のき裂5Aの進展の有無が確認される。ここまでの各工程(S50),(S60)を第2の試験とする。
After the step of calculating the range of stress intensity factors ΔK II , the rolling fatigue life test is performed again on the same test piece 1 as that used in each step up to this point (S50). That is, the rolling element 4 is rolled on the same test piece 1 as that used in each step up to this point under the previously calculated ΔK II or higher conditions. The value of ΔK II can be changed, for example, by changing the value of the maximum surface pressure Pmax. Then, the length a1 of the crack 5A of the test piece 1 is measured again (S60), and the presence or absence of the propagation of the crack 5A of the test piece 1 is confirmed by comparing it with the previously measured length a1. The steps up to this point (S50) and (S60) are regarded as the second test.

一例として説明のため、工程(S50)においてΔKIIの値が5MPa√mの条件下で試験がなされ、工程(S60)によりき裂5Aの進展が確認されたとする。この結果を基に、応力拡大係数の範囲ΔKIIの値を変更しながら、き裂5Aが進展しなくなるまで上記第2の試験が繰り返される。具体的には、ΔKIIの値が5MPa√mの場合にき裂5Aの進展が確認されれば、次はたとえばΔKIIの値が4MPa√mの条件下で再度転動疲労を与え、再度き裂を測定する。そしてΔKIIの値が4MPa√mの条件下でき裂5Aの進展が進んでいれば、さらに応力拡大係数の範囲ΔKIIの値を下げて工程(S50)および工程(S60)からなる第2の試験をさらに行なう。ΔKIIを4MPa√mにすることによりき裂5Aの進展が止まれば、その時のΔKIIである4MPa√mがき裂5Aのき裂進展下限界値ΔKIIthとして求められる(S70)。あるいはΔKIIを4MPa√mにすることによりき裂5Aの進展が止まれば、逆にΔKIIをたとえば4.5MPa√mに上昇させて同様にき裂5Aの進展の有無を調べてもよい。このように応力拡大係数の範囲ΔKIIの値を変えながら(たとえば下げながら)試験を繰り返すことにより、き裂5Aが進展しなくなるときのΔKIIの最大値がΔKIIthとして求められる。言い換えればき裂5Aが進展するΔKIIとき裂5Aが進展しないΔKIIとの境界の値がΔKIIthとして求められる。さらに言い換えれば、き裂進展下限界値ΔKIIthは、試験片1にき裂5Aを進展させないことが可能な応力拡大係数の範囲ΔKIIの最大値である。応力拡大係数の範囲ΔKIIの値がき裂進展下限界値ΔKIIthの値を超える場合には、き裂5Aが進展する。 For the sake of explanation, as an example, assume that a test is performed under the condition that the value of ΔK II is 5 MPa√m in step (S50), and the growth of the crack 5A is confirmed in step (S60). Based on this result, the value of the range of the stress intensity factor ΔK II is changed, and the second test is repeated until the growth of the crack 5A stops. Specifically, if the growth of the crack 5A is confirmed when the value of ΔK II is 5 MPa√m, the rolling fatigue is applied again under the condition that the value of ΔK II is 4 MPa√m, for example, and the crack is measured again. If the growth of the crack 5A progresses under the condition that the value of ΔK II is 4 MPa√m, the value of the range of the stress intensity factor ΔK II is further reduced, and the second test consisting of steps (S50) and (S60) is further performed. If the growth of the crack 5A stops by setting ΔK II to 4 MPa√m, the ΔK II at that time, 4 MPa√m, is determined as the crack growth lower limit ΔK IIth of the crack 5A (S70). Alternatively, if the growth of the crack 5A is stopped by setting ΔK II to 4 MPa√m, conversely, ΔK II may be increased to, for example, 4.5 MPa√m to similarly check for the growth of the crack 5A. In this way, by repeating the test while changing (for example, lowering) the value of the range of stress intensity factors ΔK II , the maximum value of ΔK II at which the crack 5A stops growing can be obtained as ΔK IIth . In other words, the boundary value between ΔK II at which the crack 5A grows and ΔK II at which the crack 5A does not grow can be obtained as ΔK IIth . In other words, the crack growth lower limit value ΔK IIth is the maximum value of the range of stress intensity factors ΔK II that can prevent the crack 5A from growing in the test piece 1. When the value of the range of stress intensity factors ΔK II exceeds the value of the crack growth lower limit value ΔK IIth , the crack 5A grows.

求められたき裂進展下限界値ΔKIIthから、試験片1の許容欠陥寸法athが算出される(S80)。具体的には、上記の式(1)のΔKIIに工程(S70)で求められたΔKIIthであるたとえば4MPa√m、およびその試験の際に付加された最大面圧Pmaxを代入
することにより一義的に求められるaの値が、許容欠陥寸法athとして求められる。
From the obtained crack growth lower limit ΔK IIth , the allowable defect size a th of the test piece 1 is calculated (S80). Specifically, the value of a that is uniquely obtained by substituting ΔK IIth obtained in step (S70), for example, 4 MPa√m, and the maximum surface pressure Pmax applied during the test into ΔK II in the above formula (1), is obtained as the allowable defect size a th .

図7は、実施の形態2の算出方法に用いられる試験片を含む軸受の第1例を示す概略断面図である。図7を参照して、試験片1はたとえばラジアル軸受101の軌道輪であってもよい。ラジアル軸受101は、外輪1Aと内輪1Bとを有している。これらの軌道輪が試験片1として用いられてもよい。複数の転動体4は外輪1Aと内輪1Bとの間で転動する。複数の転動体4は保持器15により周方向に間隔を有するように配置される。 Figure 7 is a schematic cross-sectional view showing a first example of a bearing including a test piece used in the calculation method of embodiment 2. Referring to Figure 7, the test piece 1 may be, for example, a raceway of a radial bearing 101. The radial bearing 101 has an outer ring 1A and an inner ring 1B. These raceways may be used as the test piece 1. A plurality of rolling elements 4 roll between the outer ring 1A and the inner ring 1B. The plurality of rolling elements 4 are arranged at intervals in the circumferential direction by a cage 15.

図8は、実施の形態2の算出方法に用いられる試験片を含む軸受の第2例を示す概略断面図である。図8を参照して、試験片1はたとえばスラスト軸受102の軌道輪であってもよい。スラスト軸受102は、軸軌道盤1Cとハウジング軌道盤1Dとを有している。これらの軌道輪が試験片1として用いられてもよい。複数のころとしての転動体4は軸軌道盤1Cとハウジング軌道盤1Dとの間で転動する。複数の転動体4は保持器15により
周方向に間隔を有するように配置される。図8のスラスト軸受102は、軌道輪としての軸軌道盤1Cおよびハウジング軌道盤1Dが転動体4と接触する軌道面に溝が設けられていない、いわゆる平板軌道輪である。このように軌道輪は平板であってもよい。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a second example of a bearing including a test piece used in the calculation method of the second embodiment. Referring to FIG. 8, the test piece 1 may be, for example, a raceway of a thrust bearing 102. The thrust bearing 102 has a shaft raceway 1C and a housing raceway 1D. These raceways may be used as the test piece 1. A plurality of rolling elements 4 as rollers roll between the shaft raceway 1C and the housing raceway 1D. The plurality of rolling elements 4 are arranged by a cage 15 so as to have intervals in the circumferential direction. The thrust bearing 102 in FIG. 8 is a so-called flat raceway in which grooves are not provided on the raceway surface where the shaft raceway 1C and the housing raceway 1D as raceways come into contact with the rolling elements 4. In this way, the raceway may be flat.

図9は、実施の形態2の算出方法に用いられる試験片を含む軸受の第3例を示す概略断面図である。図9を参照して、試験片1はたとえばスラスト軸受103の軌道輪であってもよい。スラスト軸受103は、複数の玉としての転動体4が軸軌道盤1Cとハウジング軌道盤1Dとの間で転動する。図9のスラスト軸受102は、軌道輪としての軸軌道盤1Cおよびハウジング軌道盤1Dが転動体4と接触する軌道面に溝が設けられている。以上の点においてスラスト軸受103はスラスト軸受102と異なるが他の点については同様であるためここでは説明を繰り返さない。 Figure 9 is a schematic cross-sectional view showing a third example of a bearing including a test piece used in the calculation method of embodiment 2. Referring to Figure 9, test piece 1 may be, for example, a raceway of thrust bearing 103. In thrust bearing 103, rolling elements 4 as a plurality of balls roll between shaft race 1C and housing race 1D. In thrust bearing 102 in Figure 9, grooves are provided on the raceway surface where shaft race 1C and housing race 1D as raceways come into contact with rolling elements 4. Thrust bearing 103 differs from thrust bearing 102 in the above points, but is similar in other points, so description will not be repeated here.

以上のように、本実施の形態においては、試験片1はスラスト軸受102,103およびラジアル軸受101のいずれかの軌道輪であってもよい。本実施の形態の算出方法に用いられるこれらの試験片1(軌道輪)は、後に品質の検査を行なうことを予定する製品の軌道輪と同一の材質であることが好ましい。これにより、算出結果を用いた後述の実製品の品質保証の信頼性をより高められる。 As described above, in this embodiment, the test piece 1 may be the raceway of either the thrust bearings 102, 103 or the radial bearing 101. It is preferable that these test pieces 1 (raceways) used in the calculation method of this embodiment are made of the same material as the raceways of the product that is planned to be inspected for quality later. This can further increase the reliability of the quality assurance of the actual product, which will be described later, using the calculation results.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。 Next, we will explain the effects of this embodiment.

本実施の形態の算出方法は、実施の形態1に記載のき裂進展試験方法を用いた算出方法である。転動疲労を与える工程により試験片1に生じるき裂5Aの微小穴2(の外縁)からの長さa1は、微小穴2の径Dより長い。上記実施の形態1に記載のき裂進展試験方法による第1の試験の結果を基に、微小穴2の径より長いき裂5Aの先端であるき裂先端5Pにおける応力拡大係数の範囲ΔKIIが算出される(S40)。 The calculation method of this embodiment is a calculation method using the crack growth test method described in embodiment 1. The length a1 of the crack 5A generated in the test piece 1 by the rolling contact fatigue application process from (the outer edge of) the microhole 2 is longer than the diameter D of the microhole 2. Based on the results of the first test by the crack growth test method described in embodiment 1, the range ΔK II of the stress intensity factor at the crack tip 5P, which is the tip of the crack 5A longer than the diameter of the microhole 2, is calculated (S40).

応力拡大係数の範囲ΔKIIは、上記第1の試験により得られたき裂5Aの微小穴2の平面視での中心からの長さをa、転動体4が試験片1に与える最大面圧をPmaxとすると、
以下の式(1)で求められる。
The range of the stress intensity factor ΔK II is given by the following equation, where a is the length from the center of the small hole 2 of the crack 5A obtained in the first test in a plan view, and P is the maximum surface pressure applied by the rolling element 4 to the test piece 1:
It can be calculated using the following formula (1).

Figure 0007699692000002
Figure 0007699692000002

ところで微小穴2がドリル加工により形成されると、当該微小穴2の周辺には応力集中が発生する。このため微小穴2から形成されたき裂5Aの先端であるき裂先端5Pは、応力集中の影響を受ける。具体的には微小穴2が形成された試験片1には、微小穴2が形成されない試験片1に比べて大きな応力がき裂先端5Pに働く。一方、上記の式(1)は一般に知られる式であるが、これは微小穴2を有さないいわゆる円盤き裂モデルに適用することを前提とした式である。このためドリル加工により微小穴2が形成された系におけるき裂先端5Pでの応力拡大係数の範囲ΔKIIを求めると、実際の数値との間に誤差が生じる。上記のように微小穴2を有する試験片1のき裂5Aには、微小穴2を有さない試験片1のき裂5Aよりも大きな応力が生じることにより、その大きな応力の分だけ誤差が生じるためである。このため上記式(1)を、試験片1に微小穴2から生じさせたき裂5Aを有するモデルに対してそのまま適用することは困難であった。また微小穴2を有するモデルに対する応力拡大係数の範囲ΔKIIを高精度に求める計算式についてはいまだ確立されていない。 However, when the micro-hole 2 is formed by drilling, stress concentration occurs around the micro-hole 2. Therefore, the crack tip 5P, which is the tip of the crack 5A formed from the micro-hole 2, is affected by the stress concentration. Specifically, a larger stress acts on the crack tip 5P in the test piece 1 with the micro-hole 2 formed therein than in the test piece 1 without the micro-hole 2 formed therein. On the other hand, the above formula (1) is a generally known formula, but this formula is based on the premise that it is applied to a so-called disk crack model without the micro-hole 2. Therefore, when the range ΔK II of the stress intensity factor at the crack tip 5P in the system with the micro-hole 2 formed by drilling is calculated, an error occurs between the range ΔK II and the actual numerical value. As described above, the crack 5A of the test piece 1 with the micro-hole 2 generates a larger stress than the crack 5A of the test piece 1 without the micro-hole 2, and an error occurs by the amount of the larger stress. Therefore, it was difficult to apply the above formula (1) as it is to a model with the crack 5A generated from the micro-hole 2 in the test piece 1. Furthermore, a formula for calculating with high precision the range ΔK II of the stress intensity factor for a model having a minute hole 2 has not yet been established.

そこで本実施の形態においては上記のように、微小穴2(の外縁)からのき裂5Aの長さa1を、微小穴2の径Dよりも長くする。サン・ブナンの原理により、き裂5Aの微小
穴2(の外縁)からの長さa1を微小穴2の径Dよりも大きくすれば、き裂先端5Pは微小穴2による応力集中の影響を受けない。このためa1がDよりも大きい系においては、円板き裂モデルを前提とした公知の式(1)を用いて、き裂先端5Pにおける応力拡大係数の範囲ΔKIIの値を高精度に算出できる。なお本実施の形態においては、微小穴2の外縁からのき裂5Aの長さa1を、微小穴2の径Dの2倍よりも長くすることがより好ましい。すなわち本実施の形態は、微小穴2を有するモデルに対して、微小穴2を有さないことを前提とした公知の式(1)を用いて応力拡大係数の範囲ΔKIIの値を算出することを可能とする方法として、鋭意研究により導き出されたものである。
Therefore, in this embodiment, as described above, the length a1 of the crack 5A from (the outer edge of) the microhole 2 is made longer than the diameter D of the microhole 2. According to Saint-Venant's principle, if the length a1 of the crack 5A from (the outer edge of) the microhole 2 is made longer than the diameter D of the microhole 2, the crack tip 5P is not affected by the stress concentration due to the microhole 2. Therefore, in a system in which a1 is larger than D, the value of the range ΔK II of the stress intensity factor at the crack tip 5P can be calculated with high accuracy using the known formula (1) assuming a disk crack model. Note that, in this embodiment, it is more preferable to make the length a1 of the crack 5A from the outer edge of the microhole 2 longer than twice the diameter D of the microhole 2. That is, this embodiment has been derived through extensive research as a method that enables the value of the range ΔK II of the stress intensity factor to be calculated using the known formula (1) assuming no microhole 2 for a model having the microhole 2.

上記算出方法においては、応力拡大係数の範囲ΔKIIを算出する工程(S40)の後、第2の試験としての、上記試験片1に対し再度転動疲労を与える工程(S50)と、再度き裂5Aの長さa1を測定する工程(S60)を行ない試験片1のき裂5Aの進展の有無を確認する工程とをさらに備える。上記進展の有無を確認する工程の結果を基に、応力拡大係数の範囲ΔKIIの値を変更しながら、き裂5Aが進展しなくなるまで第2の試験を繰り返すことにより、き裂5Aのき裂進展下限界値ΔKIIthが求められる(S70)。上記き裂進展下限界値ΔKIIthから試験片1の許容欠陥寸法athが求められる。 In the above calculation method, after the step (S40) of calculating the stress intensity factor range ΔK II , the method further includes a step (S50) of subjecting the test piece 1 to rolling contact fatigue again as a second test, and a step (S60) of measuring the length a1 of the crack 5A again to confirm the presence or absence of the growth of the crack 5A in the test piece 1. Based on the result of the step of confirming the presence or absence of the growth, the second test is repeated while changing the value of the stress intensity factor range ΔK II until the crack 5A no longer grows, thereby determining the crack growth threshold ΔK IIth of the crack 5A (S70). The allowable defect size a th of the test piece 1 is determined from the crack growth threshold ΔK IIth .

上記のようにΔKIIが誤差なく高精度に求められるため、これを基に求められたき裂進展下限界値ΔKIIthも誤差なく高精度に求められる。その結果、高精度に求められたΔKIIthから求められる許容欠陥寸法athの値も誤差なく高精度に求められる。き裂進展下限界値ΔKIIthは、試験片1にき裂5Aを進展させないことが可能な応力拡大係数の範囲ΔKIIの最大値である。許容欠陥寸法athは、以下の式(1)のΔKIIに前記き裂進展下限界値ΔKIIthを代入したときのaの値として求められるためである。 Since ΔK II can be calculated with high accuracy and without error as described above, the crack growth threshold ΔK IIth calculated based on this can also be calculated with high accuracy and without error. As a result, the value of the allowable defect size a th calculated from ΔK IIth calculated with high accuracy can also be calculated with high accuracy and without error. The crack growth threshold ΔK IIth is the maximum value of the range of stress intensity factors ΔK II that can prevent the crack 5A from growing in the test piece 1. This is because the allowable defect size a th can be calculated as the value of a when the crack growth threshold ΔK IIth is substituted for ΔK II in the following formula (1).

Figure 0007699692000003
Figure 0007699692000003

また許容欠陥寸法athにより、後述するように、実製品の品質保証の検査において、当該製品が良品か不良品かの判断を、製品に含まれる欠陥の寸法を調べることで判定可能となり、検査工程を簡素化できる。また当該検査工程の信頼度を高めることができる。 In addition, as described later, the allowable defect size a th makes it possible to judge whether a product is good or bad in the quality assurance inspection of an actual product by checking the size of the defect contained in the product, thereby simplifying the inspection process and increasing the reliability of the inspection process.

(実施の形態3)
図10は、実施の形態3における軌道輪の欠陥の有無を調べる検査方法を示すフローチャートである。図10を参照して、本実施の形態では、実施の形態2にて求められた許容欠陥寸法athの値を基準値として、実際の軸受の製品を構成する軌道輪(たとえば外輪または内輪)の内部に含まれる欠陥の検査方法が提供される。具体的には、まず対象物が準備される(S15)。ここで上記の通り、検査の対象物である、実際の軸受の製品の外輪または内輪などの軌道輪が準備される。
(Embodiment 3)
Fig. 10 is a flow chart showing an inspection method for checking the presence or absence of defects in a raceway ring in the third embodiment. With reference to Fig. 10, in this embodiment, a method for inspecting defects contained inside a raceway ring (e.g., an outer ring or an inner ring) constituting an actual bearing product is provided, using the value of the allowable defect dimension ath determined in the second embodiment as a reference value. Specifically, first, an object is prepared (S15). Here, as described above, a raceway ring such as an outer ring or an inner ring of an actual bearing product, which is the object to be inspected, is prepared.

次に、当該対象物における許容欠陥寸法を超える欠陥の有無が検査される(S25)。当該検査は、10MHz以上の高周波超音波を用いた超音波探傷法によりなされることが好ましい。あるいは当該検査は、放射線透過試験によりなされてもよい。このようにすれば非破壊検査により製品の全数に対する検査が可能となる。 Next, the object is inspected for defects exceeding the allowable defect size (S25). This inspection is preferably performed by ultrasonic flaw detection using high-frequency ultrasonic waves of 10 MHz or more. Alternatively, this inspection may be performed by radiographic testing. In this way, it becomes possible to inspect all products by non-destructive testing.

工程(S25)においては、対象物に含まれる欠陥のうち最大のものが、実施の形態2で得られた許容欠陥寸法ath以下の寸法であるか否かが検査される。対象物に含まれる欠陥のうち最大のものの寸法が許容欠陥寸法ath以下であれば当該製品は合格であり、許容欠陥寸法athを超えれば当該製品は不合格となる。 In step (S25), it is inspected whether the largest defect contained in the object is equal to or smaller than the allowable defect size a th obtained in embodiment 2. If the largest defect contained in the object is equal to or smaller than the allowable defect size a th , the product passes, and if it exceeds the allowable defect size a th , the product fails.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。 Next, we will explain the effects of this embodiment.

本実施の形態の検査方法においては、対象物が準備され、当該対象物における許容欠陥寸法を超える欠陥の有無が検査される。当該検査する工程においては、当該対象物に含まれる欠陥が、実施の形態2に記載の算出方法により得られる許容欠陥寸法ath以下の寸法であるか否かが検査される。 In the inspection method of the present embodiment, an object is prepared, and the object is inspected for defects exceeding the allowable defect size. In the inspection process, it is inspected whether the defect contained in the object has a size equal to or smaller than the allowable defect size a th obtained by the calculation method described in the second embodiment.

実施の形態2により高精度に求められた許容欠陥寸法athの値を基準に、実際の製品を検査することで、当該製品の良否が判定できる。このため、たとえば実際の製品のき裂進展下限界値ΔKIIthのように算出が複雑なパラメータを用いることなく、欠陥の寸法という検出が容易なパラメータを用いて、簡素にかつ信頼性高く、実製品を検査することができる。このように、応力拡大係数の範囲ΔKIIを高精度に求めれば、そこからき裂進展下限界値ΔKIIthおよび許容欠陥寸法athを高精度に求めることを、信頼性の高い製品の品質保証に応用することができる。したがって以上の検査方法を用いた軸受の製造方法は、き裂が進展する欠陥を有さない高品質な軌道輪、および当該軌道輪を含む高品質な軸受を提供することができる。 By inspecting an actual product based on the value of the allowable defect size a th determined with high accuracy by the second embodiment, the quality of the product can be judged. Therefore, the actual product can be inspected simply and reliably using a parameter that is easy to detect, such as the defect size, without using a parameter that is complicated to calculate, such as the crack growth threshold value ΔK IIth of the actual product. In this way, if the range of stress intensity factors ΔK II is determined with high accuracy, the crack growth threshold value ΔK IIth and the allowable defect size a th can be determined with high accuracy therefrom, which can be applied to quality assurance of highly reliable products. Therefore, the manufacturing method of a bearing using the above inspection method can provide a high-quality raceway ring that does not have a defect that causes a crack to grow, and a high-quality bearing that includes the raceway ring.

今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 試験片、1a 主表面、1A 外輪、1B 内輪、1C 軸軌道盤、1D ハウジング軌道盤、2 微小穴、3 転動体軌道、4 転動体、5 初期き裂、5A,5B き裂、5P,5Q き裂先端、15 保持器、101 ラジアル軸受、102,103 スラスト軸受。 1 Test piece, 1a Main surface, 1A Outer ring, 1B Inner ring, 1C Shaft raceway, 1D Housing raceway, 2 Micro hole, 3 Rolling element raceway, 4 Rolling element, 5 Initial crack, 5A, 5B Crack, 5P, 5Q Crack tip, 15 Cage, 101 Radial bearing, 102, 103 Thrust bearing.

Claims (6)

裂進展試験方法を用いた算出方法であって、前記き裂進展試験方法は、
微小穴が形成された試験片を準備する工程と、
前記試験片の上で転動体を複数回転動させ前記試験片に転動疲労を与える工程と、
前記転動疲労が与えられた前記試験片に生じたき裂の前記微小穴からの長さを測定する工程とを備え、
前記測定する工程は、100MHz以上の高周波超音波により行なわれ、
前記転動疲労を与える工程および前記測定する工程は、前記転動疲労を与える工程により前記試験片に生じる前記き裂の前記微小穴からの長さが前記微小穴の径より長くなるまで前記試験片に対して繰り返され、前記き裂の長さが前記微小穴の径より長くなれば前記き裂進展試験方法により繰り返される第1の試験は終了し、
前記第1の試験の結果を基に、前記微小穴の径より長い前記き裂の先端における応力拡大係数の範囲を算出する工程をさらに備える算出方法。
A calculation method using a crack growth test method, the crack growth test method comprising:
Preparing a test piece having a microhole formed therein;
a step of rotating a rolling element on the test piece a number of times to cause rolling fatigue to the test piece;
and measuring the length of a crack generated in the test piece to which the rolling contact fatigue has been applied from the small hole,
The measuring step is carried out using high-frequency ultrasonic waves of 100 MHz or more,
the step of applying rolling fatigue and the step of measuring are repeated on the test piece until the length of the crack generated in the test piece from the microhole by the step of applying rolling fatigue becomes longer than the diameter of the microhole, and when the length of the crack becomes longer than the diameter of the microhole, the first test repeated by the crack growth test method is terminated;
The calculation method further comprises a step of calculating a range of stress intensity factors at the tip of the crack longer than a diameter of the small hole based on the results of the first test.
前記測定する工程の後に、前記き裂の長さが測定された前記試験片に再度、転動疲労を与える再疲労工程と、
前記再疲労工程の後に再度、前記試験片の前記き裂の長さを測定する再測定工程とを備える、請求項に記載の算出方法。
a re-fatigue process in which, after the measuring process, the test piece whose crack length has been measured is subjected to rolling contact fatigue again;
The calculation method according to claim 1 , further comprising a re-measuring step of measuring the length of the crack in the test piece again after the re-fatigue step.
き裂進展試験方法を用いた算出方法であって、前記き裂進展試験方法は、
微小穴が形成された試験片を準備する工程と、
前記試験片の上で転動体を複数回転動させ前記試験片に転動疲労を与える工程と、
前記転動疲労が与えられた前記試験片に生じたき裂の前記微小穴からの長さを測定する工程と、
前記測定する工程の後に、前記き裂の長さが測定された前記試験片に再度、転動疲労を与える再疲労工程と、
前記再疲労工程の後に再度、前記試験片の前記き裂の長さを測定する再測定工程とを備え、
前記転動疲労を与える工程および前記測定する工程は、前記転動疲労を与える工程により前記試験片に生じる前記き裂の前記微小穴からの長さが前記微小穴の径より長くなるまで前記試験片に対して繰り返され、前記き裂の長さが前記微小穴の径より長くなれば前記き裂進展試験方法により繰り返される第1の試験は終了し、
前記第1の試験の結果を基に、前記微小穴の径より長い前記き裂の先端における応力拡大係数の範囲を算出する工程をさらに備える算出方法。
A calculation method using a crack growth test method, the crack growth test method comprising:
Preparing a test piece having a microhole formed therein;
a step of rotating a rolling element on the test piece a number of times to cause rolling fatigue to the test piece;
measuring the length of a crack generated in the test piece to which the rolling contact fatigue has been applied from the small hole;
a re-fatigue process in which, after the measuring process, the test piece whose crack length has been measured is subjected to rolling contact fatigue again;
and a re-measuring step of measuring the length of the crack in the test piece again after the re-fatigue step,
the step of applying rolling fatigue and the step of measuring are repeated on the test piece until the length of the crack generated in the test piece from the microhole by the step of applying rolling fatigue becomes longer than the diameter of the microhole, and when the length of the crack becomes longer than the diameter of the microhole, the first test repeated by the crack growth test method is terminated;
The calculation method further comprises a step of calculating a range of stress intensity factors at the tip of the crack longer than a diameter of the small hole based on the results of the first test.
前記試験片を準備する工程において、前記微小穴を起点として5μm以上の初期き裂が形成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の算出方法。 The calculation method according to any one of claims 1 to 3 , wherein in the step of preparing the test piece, an initial crack having a size of 5 µm or more is formed starting from the small hole. 前記試験片を準備する工程において前記試験片に形成される前記微小穴は前記径が0.1mm以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の算出方法。 The calculation method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the microhole formed in the test piece in the step of preparing the test piece has a diameter of 0.1 mm or less. 前記応力拡大係数の範囲ΔKIIは、前記第1の試験により得られた前記き裂の前記微小穴の平面視での中心からの長さをa、前記転動体が前記試験片に与える最大面圧をPmaxとすると、
Figure 0007699692000004

で求められる、請求項1~5のいずれか1項に記載の算出方法。
The range ΔK of the stress intensity factor is given by: a is the length from the center of the small hole in a plan view of the crack obtained in the first test; and P is the maximum surface pressure applied by the rolling element to the test piece.
Figure 0007699692000004

The calculation method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the calculation is performed by :
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