2010年

世界最高性能！転がり軸受用鋼の信頼性評価に新展開

NTN株式会社（以下、NTN）は、静岡大学の石井名誉教授、工学部機械工学科の島村准教授の技術支援を得て、高強度な転がり軸受用鋼のせん断疲労特性を短時間で評価できる『超音波ねじり疲労試験機』を開発しました。

転がり軸受の内部から発生する損傷（内部起点型損傷）は、転動体と軌道面の接触（接触負荷）により表層下に繰り返し作用する力（せん断応力）によって起きると考えられています。 内部起点型損傷が起きない接触負荷の下限界値を調べるには、超長寿命域^※までのせん断疲労特性を求めることが必要で、数多くの軸受を低負荷で超長時間^※運転することは時間的制約から困難でした。

これまで、せん断疲労特性は油圧式のねじり疲労試験によって評価してきましたが、油圧式では1秒間に10回（10Hz）程度の負荷速度であり、100億回（10¹⁰回）の負荷を与えるには32年間を要し、超長寿命域までの評価は事実上不可能でした。 高負荷速度を得るためには超音波を用いますが、引張圧縮モードの試験機は10年以上前から市販されているものの、ねじりモードの試験機については研究自体が世界的にも少なく、超音波を発生させる基幹部品のねじり振動子も低出力のタイプしかありませんでした。

このためNTNは、せん断疲労特性の迅速な評価を目的として試験機の開発に取り組み、100億回の負荷をわずか7日間で与えることが可能な『超音波ねじり疲労試験機』を開発しました。

負荷速度の高速化に加え、出力を増幅させて試験片に大きなせん断応力振幅を安定して与えられるように、振幅拡大ホーンと試験片の相互形状をシミュレートして最適化した結果、 最大せん断応力振幅は世界最高の約950MPaまで高めることができ、高強度な転がり軸受鋼のせん断疲労特性について高負荷域から低負荷域にわたって短時間で評価することが可能となりました。

本試験機は、転がり軸受用鋼の超長寿命域までのせん断疲労特性を短時間で求めることができるため、内部起点型損傷が起きない接触負荷の下限界値を推定することが可能です。 このことで、軸受鋼をはじめとする、より多くの高強度鋼を迅速に評価するだけでなく、得られたデータを転がり軸受への品質確認に反映することで、信頼性が向上するだけでなく、顧客ニーズへの更なるスピーディな対応を可能とします。

本開発成果は、9月14～17日に福井大学で開催される「トライボロジー会議2010秋 福井」で発表します。

※ 10億回 （10⁹回） を超える繰返し負荷回数 （超長時間運転，超長寿命）

特長

(1) 測定最大せん断応力振幅	約950MPa （世界最高）
(2) 高速・超音波ねじり振動	加振速度 20,000Hz
(3) 試験時間の大幅短縮	試験時間 従来比 1/1600 （100億回の負荷を従来32年に対し、わずか約7日で到達！）

用途

高強度材評価用

試験機写真・構造