特許ウォッチ

公開番号2025044583
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152250
出願日2023-09-20
発明の名称転がり疲労強度試験装置
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 3/56 20060101AFI20250326BHJP(測定;試験)
要約【課題】評価材の過熱を抑えて実環境に近い試験環境での転がり疲労強度試験を行える転がり疲労強度試験装置の提供を目的とする。
【解決手段】この転がり疲労強度試験装置は、第1回転駆動機構300と、相手材400と、第2回転駆動機構500と、荷重負荷機構600と、ピッチング検知部700と、制御部900と、を備える。そして、第1回転軸線301及び第2回転軸線401が鉛直方向に並ぶように、第1回転駆動機構300及び第2回転駆動機構500が配置され、潤滑油供給機構800が、潤滑油を貯留し、評価材1および相手材400のうちで相対的に下方に配置される一方である評価材1を収容する浴槽を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
中心線の周りに形成された第１回転面を有する評価材の転がり疲労強度を評価する試験装置であって、
前記評価材を保持し、前記中心線と同軸である第１回転軸線回りに前記評価材を回転させる第１回転駆動機構と、
第２回転軸線を中心とする第２回転面を有する相手材と、
前記第１回転軸線に対して前記第２回転軸線が平行をなすように前記相手材を保持し、前記第２回転軸線回りに前記相手材を回転させる第２回転駆動機構と、
前記第１回転面と前記第２回転面とを互いに対向させた状態で互いに逆回転させながら、前記第１回転駆動機構及び前記第２回転駆動機構間を相対的に接近離間させる荷重負荷機構と、
前記評価材の前記第１回転面に生じたピッチングを検知するピッチング検知部と、
前記評価材及び前記相手材の少なくとも一方に潤滑油を供給する潤滑油供給機構と、
前記第１回転駆動機構、前記第２回転駆動機構、前記荷重負荷機構、及び前記潤滑油供給機構を制御する制御部と、
を備え、
前記第１回転軸線及び前記第２回転軸線が鉛直方向に並ぶように、前記第１回転駆動機構及び前記第２回転駆動機構が配置され、
前記潤滑油供給機構が、
前記潤滑油を貯留し、前記評価材および前記相手材のうちで相対的に下方に配置される一方を収容する浴槽を有する
ことを特徴とする転がり疲労強度試験装置。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記評価材が、前記相手材の下方に配置されて前記潤滑油に浸漬される
ことを特徴とする請求項１に記載の転がり疲労強度試験装置。
【請求項３】
前記潤滑油供給機構が、
前記第１回転面及び前記第２回転面間の接触位置を間に挟んで水平方向に互いに対向配置され、前記接触位置の近傍に向けて前記潤滑油を吹き付ける一対の第１ノズルをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の転がり疲労強度試験装置。
【請求項４】
前記潤滑油供給機構が、
前記第１回転面及び前記第２回転面間の接触位置の近傍に配置され、前記第１回転面及び前記第２回転面に付着する前記潤滑油の一部を排除する余剰潤滑油除去機構を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の転がり疲労強度試験装置。
【請求項５】
中心線の周りに形成された第１回転面を有する評価材の転がり疲労強度を評価する試験装置であって、
前記評価材を保持し、前記中心線と同軸である第１回転軸線回りに前記評価材を回転させる第１回転駆動機構と、
第２回転軸線を中心とする第２回転面を有する相手材と、
前記第１回転軸線に対して前記第２回転軸線が平行をなすように前記相手材を保持し、前記第２回転軸線回りに前記相手材を回転させる第２回転駆動機構と、
前記第１回転面と前記第２回転面とを互いに対向させた状態で互いに逆回転させながら、前記第１回転駆動機構及び前記第２回転駆動機構間を相対的に接近離間させる荷重負荷機構と、
前記評価材の前記第１回転面に生じたピッチングを検知するピッチング検知部と、
前記評価材及び前記相手材の少なくとも一方に潤滑油を供給する潤滑油供給機構と、
前記第１回転駆動機構、前記第２回転駆動機構、及び前記荷重負荷機構を制御する制御部と、
を備え、
前記第１回転軸線及び前記第２回転軸線が水平方向に並ぶように、前記第１回転駆動機構及び前記第２回転駆動機構が配置され、
前記潤滑油供給機構が、
前記第１回転面及び前記第２回転面間の接触位置を間に挟んで上下方向に互いに対向配置され、前記接触位置の近傍に向けて前記潤滑油を吹き付ける一対の第２ノズルを有する
ことを特徴とする転がり疲労強度試験装置。
【請求項６】
前記接触位置の近傍にある前記第２ノズルとは別に、前記第１回転面および前記第２回転面の冷却補助用の第３ノズルおよび第４ノズルをさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の転がり疲労強度試験装置。
【請求項７】
前記相手材の前記第２回転面の直径Ｄが４ｍｍ～２００ｍｍであり、
前記逆回転を行いながら、前記荷重負荷機構による荷重を前記相手材から前記評価材に負荷する転がり疲労強度試験時において、
前記第２回転面及び前記第１回転軸線間の距離ｘが２ｍｍ～１００ｍｍであり、
前記荷重が０．２ｋＮ～１５ｋＮの範囲内となるように前記制御部が前記荷重負荷機構を制御し、
前記制御部が、前記第１回転駆動機構、前記第２回転駆動機構、及び前記荷重負荷機構を制御することで、
下記（式１）で算出される前記評価材のすべり率σ
１２
を、－３００％～－６０％または６０％～１００％とし、
下記（式２）により算出される焼付き評価パラメータＳ
Ｒ
を１２．５０以下とする
ことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の転がり疲労強度試験装置。
σ
１２
＝[％]＝（２×π×Ｒ
１１
×ｕ
１
／６０－２×π×Ｒ
２１
×ｕ
２
／６０）／（２×π×Ｒ
１１
×ｕ
１
／６０）・・・（式１）
Ｓ
Ｒ
=Ａ（σ
１２
／１００）
２
・・・（式２）
Ｒ
１１
：前記第１回転面の前記第１回転軸線からの半径［ｍｍ］
Ｒ
２１
：前記第２回転面の前記第２回転軸線からの半径［ｍｍ］
ｕ
１
：前記評価材の回転速度[ｒｐｍ]
ｕ
２
：前記相手材の回転速度[ｒｐｍ]
Ａ：前記評価材の前記相手材との接触面の接触面積［ｍｍ
２
］
【請求項８】
前記評価材における前記相手材と接触する接触面、および、前記相手材における前記評価材と接触する接触面の二乗平均平方根粗さＲｑが１．００μｍ以下であり、
前記転がり疲労強度試験時に、前記制御部が、前記第１回転駆動機構、前記第２回転駆動機構、及び前記荷重負荷機構を制御することで、
下記（式３）から算出される降伏パラメータＲ
Ｄ
を０．８５以下とする、
ことを特徴とする請求項７に記載の転がり疲労強度試験装置。
Ｒ
Ｄ
＝Ｄτ
ｘｙ
’／Ｄ
ｃ
・・・（式３）
Ｄτ
ｘｙ
’＝２×Ｄτ
ｘｙ
・・・（式４）
ここで、
Ｒ
Ｄ
：前記評価材の共役最大せん断応力τ
ｘｙ
が発生する、前記評価材の前記接触面からの深さ位置Ｄτ
ｘｙ
を用いて上記（式４）から算出されるＤτ
ｘｙ
’と、前記評価材の有効硬化層深さＤ
ｃ
と、により算出される降伏パラメータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり疲労強度試験装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、歯車に使用される表面硬化鋼の転がり疲労強度（ピッチング強度）は、二円筒転がり疲労試験で評価されることが多い。二円筒転がり疲労試験は、ローラ状の試験片と、相手方のローラとを接触させ、接触面の面圧や各ローラの回転数を制御して、試験片の転がり疲労を評価する試験である。
【０００３】
例えば、特許文献１では、試験片である直径が２６ｍｍの小ローラと、直径が１３０ｍｍでありクラウニングが１５０ｍｍの大ローラと、を用い、すべり率を８０％、小ローラの回転数を１０００ｒｐｍ、面圧を２８００ＭＰａまたは３０００ＭＰａとしてピッチング強度の測定が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１０－１３２９３６号公報
【非特許文献】
【０００５】
中原一郎、材料力学下巻、養賢堂、東京（１９７１）、１１６－１３２頁
徳田昌敏、機械設計、Ｖｏｌ.２４、Ｎｏ.１２（１９８０）、２６－３０頁
Tedric A. Harris, "Rolling Bearing Analysis", John Wiley & Sons Inc., p.110-143.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、電動車が登場して市場でシェアを増やしつつある。電動車では、従来型のガソリンエンジン車に比べ、歯車にかかる負荷（面圧、回転数、すべり率など）が高くなる傾向があり、歯車の素材となる鋼にも高強度が求められる。その結果、電動車の歯車として用いられる鋼材を評価する場合には、より高い負荷をかけて試験を行う必要が生じている。
【０００７】
従来の二円筒転がり試験装置では、試験中の試験片表面温度が実際の歯車の歯面表面温度よりも高くなる可能性があり、鋼材の一部特性（焼戻し軟化抵抗）が試験結果に過大に影響を及ぼしてしまうことが課題だと考えられている。また、試験片（評価材）の表面温度は試験荷重の影響も受けるため、従来の二円筒転がり試験装置では、同一のＳ－Ｎ線図上であっても厳密には同一条件であるとは言えず、表面温度（≒表面硬さ）の影響が大きい面圧疲労強度においては無視できない。また、動力電動化に伴う歯車の高回転環境を模擬すべく高回転数で試験をした場合、焼き付きにより試験そのものが成立しないことが、従来の二円筒転がり試験装置では懸念されていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、評価材の過熱を抑えて実環境に近い試験環境での転がり疲労強度試験を可能とする転がり疲労強度試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］本発明の一態様に係る転がり疲労強度試験装置は、
中心線の周りに形成された第１回転面を有する評価材の転がり疲労強度を評価する試験装置であって、
前記評価材を保持し、前記中心線と同軸である第１回転軸線回りに前記評価材を回転させる第１回転駆動機構と、
第２回転軸線を中心とする第２回転面を有する相手材と、
前記第１回転軸線に対して前記第２回転軸線が平行をなすように前記相手材を保持し、前記第２回転軸線回りに前記相手材を回転させる第２回転駆動機構と、
前記第１回転面と前記第２回転面とを互いに対向させた状態で互いに逆回転させながら、前記第１回転駆動機構及び前記第２回転駆動機構間を相対的に接近離間させる荷重負荷機構と、
前記評価材の前記第１回転面に生じたピッチングを検知するピッチング検知部と、
前記評価材及び前記相手材の少なくとも一方に潤滑油を供給する潤滑油供給機構と、
前記第１回転駆動機構、前記第２回転駆動機構、前記荷重負荷機構、及び前記潤滑油供給機構を制御する制御部と、
を備え、
前記第１回転軸線及び前記第２回転軸線が鉛直方向に並ぶように、前記第１回転駆動機構及び前記第２回転駆動機構が配置され、
前記潤滑油供機構が、
前記潤滑油を貯留し、前記評価材および前記相手材のうちで相対的に下方に配置される一方を収容する浴槽を有する。
【００１０】
［２］上記［１］に記載の転がり疲労強度試験装置において、
前記評価材が、前記相手材の下方に配置されて前記潤滑油に浸漬されていてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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