白色组织剥离的可能性评价方法和该评价方法中使用的测定装置

技术领域

本发明涉及滚动装置的白色组织剥离的可能性评价方法和该评价方法中使用的测定装置。

背景技术

白色组织剥离是由进入轴承钢的氢引起的轴承的剥离方式之一，与计算寿命相比提前产生剥离，因此成为问题。据认为氢的来源是为了润滑轴承而使用的润滑剂。在轴承使用中润滑剂分解而产生氢。据认为若能够对使用条件和来自润滑剂的氢产生量进行定量评价，则能够预测在该使用条件下的白色组织剥离的可能性。但是，不清楚在怎样的使用条件下从润滑剂产生多少氢。氢容易扩散，因此难以在实机中高精度地测定氢产生量。因此，使用元素试验机进行氢产生量的评价。

作为预测发生白色组织剥离的可能性的技术，有专利文献1。专利文献1是能够评价进入构成轴承等滚动装置的材料的扩散性氢的评价装置。评价装置使用将旋转的圆板状的滑动部件按压于圆板状的试验片并使其滑动的试验机，使用四极质量分析器等氢检测单元检测释放到设置在试验片的下部且进行了抽真空的扩散性氢检测室内的来自试验片的扩散性氢，以纯滑动条件下的评价为对象。

另外，专利文献2是如下的技术：将具有滚动接触的钢制的滚动部件的滚动装置在某试验条件下进行滚动寿命运转，测定运转后的钢制的滚动部件中的非扩散性氢量，根据滚动寿命试验的试验时间求出其增加速度，将该值与形成白色组织的临界非扩散性氢量增加速度进行比较，预测发生白色组织剥离的可能性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-234883

专利文献1：日本专利第6683301号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1所记载的技术中，使通过滑动产生的氢中的进入试验片而成为扩散性氢的氢释放到进行了抽真空的扩散性氢检测室，检测该扩散性氢。因此，为了使进入试验片的扩散性氢释放到扩散性氢检测室，需要用于对扩散性氢检测室进行抽真空的装置，因此存在装置大型化的问题。另外，氢检测的评价是在纯滑动条件下进行的。真空环境下、纯滑动条件下的评价有可能无法完全模拟在工业设备中使用的滚动装置的使用条件。进而，虽然能够相对评价所产生的扩散性氢量，但无法预测到由于氢所导致的白色组织剥离的可能性。

在专利文献2所记载的技术中，由于测定试验后的非扩散性氢量，因此存在进入钢制的滚动部件中的氢作为非扩散性氢被捕获需要时间的问题。

本发明鉴于上述课题，提供一种评价方法和该评价方法中使用的测定装置，其中，不需要用于抽真空的装置，简便地在短时间内检测对白色组织剥离造成影响的氢的量，根据所检测的氢量评价白色组织剥离的可能性。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式是一种白色组织剥离的可能性评价方法，其通过测定在模拟工业设备中使用的滚动装置的使用条件的条件下产生并存在于气氛中的氢气的量来评价滚动装置的白色组织剥离的可能性。

另外，本发明的其他方式是一种测定装置，其测定密闭容器内的氢气的量，具备：滑动部件，其至少任一个能够绕中心轴进行变速旋转，相互以能够滑动的方式接触；密闭容器，其在内部收纳滑动部件；润滑剂，其收纳于密闭容器内，被供给到滑动部件进行接触的接触面；以及氢测定单元，其测定密闭容器内的氢气的量。

发明效果

根据本发明，能够提供一种白色组织剥离的可能性评价方法和该评价方法中使用的测定装置，其中，不需要用于抽真空的装置，在模拟工业设备中使用的滚动装置的使用条件的条件下简便地在短时间内测定对白色组织剥离造成影响的氢气的量，根据所测定的氢气的量评价滚动装置的白色组织剥离的可能性。

附图说明

图1A是从正面方向示出实施方式的测定装置的概要的结构图。

图1B是从上面方向示出实施方式的测定装置的概要的结构图。

图2是示出产生氢气浓度与试验次数的关系的图表。

图3是示出产生氢气浓度与滑动速度的关系的图表。

图4是示出产生氢气浓度与滑动速度的关系以及有无形成白色组织的图表。

具体实施方式

参照附图详细说明本发明的实施方式。需要说明的是，以下所示的本发明的实施方式例示了用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，本发明的技术思想并未将构成部件的结构、配置等确定为下述内容。本发明的技术思想能够在权利要求书所记载的技术方案所规定的技术范围内施加各种变更。

实施例

(测定装置)

图1A是从正面方向观察表示本发明的实施方式的测定装置的概要的结构图，本发明的测定装置是在进行滚动轴承、滑动轴承等滚动装置的白色组织剥离的可能性评价的评价方法中使用的测定装置。另外，图1B是从上面方向观察表示本发明的实施方式的测定装置的概要的结构图。

表示本发明的实施方式的测定装置1具有双圆筒试验装置9和密闭容器2。双圆筒试验装置9具有圆筒状的钢制的滑动部件20和圆筒状的钢制的滑动部件21。圆筒状的钢制的滑动部件20、21与滚动轴承、滑动轴承等滚动装置所使用的材料相同。一个滑动部件20固定于能够绕中心轴旋转的轴10a的一端，另一个滑动部件21固定于能够绕中心轴旋转的轴10b的一端。在密闭容器2的内部收纳有滑动部件20和滑动部件21。

轴10a经由油封15a而支承于密闭容器2，轴10a的另一端经由联轴器11a与马达13a的马达轴12a连接。另外，轴10a的被油封15a支承的部位和与马达轴12a连接的部位的中间由中间支承用轴承14a的内圈支承。需要说明的是，中间支承用轴承14a的外圈被未图示的块支承。同样地，轴10b经由油封15b而支承于密闭容器2，轴10b的另一端经由联轴器11b与马达13b的马达轴12b连接。另外，轴10b的被油封15b支承的部位和与马达轴12b连接的部位的中间由中间支承用轴承14b的内圈支承。需要说明的是，中间支承用轴承14b的外圈被未图示的块支承。

轴10a固定于未图示的线性引导件上，能够通过平移运动而沿水平方向移动。通过对沿水平方向移动的轴10a施加载荷，能够变更轴10a与轴10b这两轴间的距离，能够使固定于轴10a的滑动部件20的周面22与固定于轴10b的滑动部件21的周面23接触。在本实施方式中，轴10a固定于未图示的线性引导件上而能够沿水平方向平移运动，但也可以不是轴10a，而是轴10b固定于未图示的线性引导件上而能够通过平移运动而沿水平方向移动的方式，只要轴10a或者轴10b中的至少任一个能够通过平移运动沿水平方向移动即可。

本实施方式的测定装置1通过对沿水平方向移动的轴10a施加载荷并固定另一个轴10b，能够对滑动部件20的周面22与滑动部件21的周面23接触的接触面24施加面压。油封15a、15b是即使在轴10a、10b沿水平方向移动的情况下也能够以能够吸收该移动的方式变形的油封。因此，即使在轴10a或轴10b中的至少任一个通过平移运动而沿水平方向移动的情况下，也能够保持密闭容器2内的密闭性。

轴10a能够通过所连接的马达13a绕轴中心旋转，轴10b也能够通过所连接的马达13b绕轴中心旋转。马达13a、13b是旋转速度能够改变的马达，因此通过变更马达13a的旋转速度，能够变更滑动部件20的周面22的圆周速度，通过变更马达13b的旋转速度，能够变更滑动部件21的周面23的圆周速度。因此，若使滑动部件20的周面22的圆周速度与滑动部件21的周面23的圆周速度相同，则滑动部件20与滑动部件21能够以不产生滑动的纯滚动状态接触，若滑动部件20的周面22的圆周速度与滑动部件21的周面23的圆周速度为不同的速度，则滑动部件20与滑动部件21能够以滚动滑动接触状态接触，若停止滑动部件20或者滑动部件21中的任一个的旋转而使另一个旋转，则滑动部件20与滑动部件21能够以纯滑动接触状态接触。

作为用于对滑动部件20与滑动部件21的接触面24进行润滑的润滑剂，润滑油8收纳于密闭容器2的内部，润滑油8以滑动部件20的周面22与滑动部件21的周面23接触的接触面24充分浸于润滑油8的高度且在上部确保有空间(顶部空间)25的量进行收纳。因此，密闭容器2的内部在包含接触面24的下部侧充满润滑油8，在上部侧确保没有润滑油的顶部空间25，在顶部空间25中收纳有空气。在本实施方式中，在密闭容器2中收纳有空气，但密闭容器2内的气体能够任意地控制。

在密闭容器2的内部，用于使润滑油8过热的加热器3配置在下部侧，在顶部空间25配置有用于吸引包含积存在顶部空间25的氢气的气体的气体端口6和检测顶部空间25的压力的压力计4。另外，配置有检测接触面24附近的润滑油8的温度的温度检测单元5。气体端口6经由管而与作为本发明的氢测定单元的气相色谱仪7连接。在想要使密闭容器2的内部为真空而进行评价的情况下，使用四极质量分析器作为氢测定单元即可，在想要使用四极质量分析器作为氢测定单元而进行评价的情况下，使密闭容器2的内部为真空即可。另外，温度检测单元5使用热电偶。

在本实施方式的测定装置1中，通过使轴10a、10b的中间支承用轴承14a、14b和联轴器11a、11b为绝缘规格，使外部电源与轴10a、10b连接，能够进行使电流流过滑动部件20与滑动部件21的接触面24的试验。在该情况下，能够评价因电气的影响而从润滑剂产生的氢气。但是，中间支承用轴承14a、14b和联轴器11a、11b不一定必须是绝缘规格。

(评价方法)

以下，对本实施方式的用于评价白色组织剥离的可能性的评价方法进行说明。

首先，使用测定装置1，在相同条件下反复测定从润滑油8产生的氢气的量。控制滑动部件20的周面22与滑动部件21的周面23接触的接触面24的面压、滑动速度、润滑油8的温度、润滑油8的引入速度来进行试验。经过既定的试验时间后，用气相色谱仪7测定密闭容器2内部的氢气产生量。在此，滑动速度是指滑动部件20的周面的圆周速度与滑动部件21的周面的圆周速度之差。引入速度是指滑动部件20的周面22的圆周速度与滑动部件21的周面23的圆周速度的平均。例如，在滑动部件20的周面22的圆周速度为1.5m/s、滑动部件21的周面23的圆周速度为0.5m/s的情况下，滑动速度为(1.5-0.5)＝1m/s，引入速度为(1.5+0.5)/2＝1m/s。在各种试验条件下进行评价，定量评价试验条件与氢气产生量的关系。接着，进行双圆筒耐久试验，将该试验条件下的白色组织形成的有无和相同条件下的氢气产生量进行比较，确定成为形成白色组织时的阈值的氢气产生量。接着，在模拟要评价白色组织剥离的可能性的滚动装置的使用条件的条件下，使用测定装置1测定经过既定的试验时间后的氢气产生量。作为使用条件，可举出润滑剂的种类、润滑剂的温度、润滑剂的引入速度、滑动速度、膜厚比、接触表面的表面粗糙度、接触面压、气氛气体的种类等。通过将模拟要评价白色组织剥离的可能性的滚动装置的使用条件的条件下的氢气产生量与形成白色组织的氢气产生量阈值进行比较，能够定量地评价白色组织剥离的可能性。

以下示出使用本测定装置1的实施例。

(实施例1：反复试验)

在相同条件下实施反复试验。试验条件如下所示。润滑油8使用VG32的油。润滑油8的温度为90℃。接触面24的面压设为2.3GPa。润滑油8的引入速度为1.6m/s，滑动速度为0.31m/s。试验时间为20h。在该试验条件下进行10次反复评价。用气相色谱仪7测定密闭容器2内部的氢气产生量后，以除去密闭容器2内的氢气为目的，用空气吹扫密闭容器2内。确认在密闭容器2内产生的氢气未残留后，进行接下来的试验。

将实施例1的结果示于图2。可知通过使用本测定装置1进行试验来检测氢气，能够评价来自润滑油8的氢气产生。

在第一次试验中氢气产生量最多，当增加试验次数时氢气产生量降低，最终取稳定的值。作为本试验条件下的试验结果，更优选使用进行了反复试验后的氢气量稳定的值。

作为在第一次试验中氢气产生多的理由，可举出润滑油8中所含的溶解水分、滑动部件20、21的融合等的影响。水分子由氢和氧构成，水也成为氢的来源。润滑油8中的溶解水分的量受到湿度、气温等环境因素的影响。因此，为了提高评价从润滑油8产生的氢气时的精度，优选排除可能成为干扰的溶解水分的影响。

因此，通过预先进行除去润滑剂中所含的水分的工序后进行试验并进行评价，能够提高评价从润滑油8产生的氢气的量时的精度。

(实施例2：滑动速度与氢气产生量的关系评价)

使用测定装置1，调查滑动部件20的周面22的圆周速度与滑动部件21的周面23的圆周速度之差即滑动速度与从润滑油8产生的氢气的量的相关性。试验条件如下所示。润滑油8使用VG32的油。润滑油8的温度为70℃和90℃。接触面24的面压设为2.3GPa。润滑油8的引入速度设为1.6m/s，使滑动速度在0m/s-1.3m/s之间变化。从试验开始经过20h后，用气相色谱仪7测定密闭容器2内部的氢气的量。进而，在不使滑动部件20的周面22与滑动部件21的周面23接触的状态下，使滑动部件20的周面22的圆周速度与滑动部件21的周面23的圆周速度相同，将润滑油8加热至70℃和90℃，测定产生的氢气量。各试验条件下的测定结果使用进行反复试验而使氢气量稳定时的值。

将实施例2的试验结果示于表1和图3。实施例2的试验结果是预先从润滑油8除去水分的影响的、氢气量稳定时的氢气产生量测定结果。在各条件下氢气量稳定后进行二次试验。□标记是将润滑油8的温度设为90℃的情况下的结果，〇标记是将润滑油8的温度设为70℃的情况下的结果。若滑动速度变大，则氢气的产生量变多。另外，润滑油8的温度高时氢气的产生量多。而且，图3中的虚线示出在不使滑动部件20的周面22与滑动部件21的周面23接触的状态下加热润滑油8时产生的氢气量。认为比虚线多的量是因滚动滑动接触而产生的氢气量，在本试验结果中，得到如下结果：润滑油8的温度为90℃，滑动速度为1.3m/s的条件下，氢气产生最多，白色组织剥离的可能性最高。

关于来自润滑剂的氢气的产生，认为由于金属表面的新生面的催化作用，润滑剂分解而产生氢气。通过增大滑动速度或提高润滑油的温度而使油膜厚度变薄，接触面上的直接接触的频率变大。认为由此直接接触引起的新生面的露出变多，促进由金属新生面的催化作用引起的润滑剂的分解，氢气产生量变多。认为通过提高润滑油8的温度，润滑油的反应性提高也是氢气产生量增加的原因。

[表1]

各试验条件下的来自润滑油的氢产生量

(*1)内插值(实施例3：氢气产生量与白色组织的关系评价)

实施例3评价了实施例2中进行的滑动速度与从润滑油8产生的氢气的量的关系、以及与基于耐久试验的滑动部件20和滑动部件21中的白色组织形成的有无的关系。在与实施例2相同的试验条件下进行耐久试验，观察耐久试验后的滑动部件20和滑动部件21的截面，确认有无形成白色组织。耐久试验的时间在滑动速度为0.03m/s时为755小时，在滑动速度为0.66m/s和1.3m/s时为750小时。

将实施例3的试验结果示于表2和图4。在图4中，〇标记表示没有形成白色组织的情况，×标记表示有形成白色组织的情况。若氢气产生量多，则形成白色组织。根据该关系，通过测定氢气量，能够预测白色组织剥离的可能性。若在各种条件下进行同样的试验，则能够确定形成白色组织的氢气产生量的阈值。通过在模拟要评价白色组织剥离的可能性的滚动装置的使用条件的试验条件下使用测定装置1测定氢气量，并与形成白色组织的氢气产生量阈值进行比较，能够定量地判断滚动装置的白色组织剥离的可能性。

[表2]

氢产生量与有无白色组织的关系

在本实施方式中，在测定装置1中，使用双圆筒试验装置9，该双圆筒试验装置9中，滑动部件20和滑动部件21为圆筒状，具备分别固定滑动部件20和滑动部件21而能够绕中心轴变速旋转的轴10a、10b，轴10a、10b的轴间距离能够变更，通过轴间距离的变更，滑动部件20和滑动部件21能够滑动地接触。因此，不仅能够再现纯滑动条件，而且能够再现与在工业设备中使用的滚动装置相同的滚动滑动接触条件、纯滚动条件来进行评价，因此能够提供通用性高的测定装置。

另外，在本实施方式的测定装置1中，使用密闭容器2收纳滑动部件20和滑动部件21，在密闭容器2的顶部空间25内部收纳有空气。因此，试验气氛不限定于真空，能够在大气环境下进行试验，因此能够以与白色组织剥离成为问题的风车用轴承、交流发电机用轴承那样的、实际使用轴承的环境下相同的条件进行评价，因此能够提供通用性高的测定装置。

另外，在本实施方式的测定装置1中，滑动部件20和滑动部件21能够相互绕中心轴进行变速旋转，能够任意地控制基于滑动部件20的旋转的圆周速度和基于滑动部件21的旋转的圆周速度，不仅能够再现纯滑动条件，还能够再现滚动滑动接触条件、纯滚动条件来进行评价。另外，润滑油8的种类、温度、接触面24的面压、密闭容器2的气氛也能够任意地控制。因此，能够在模拟使用白色组织剥离成为问题的风车用轴承、交流发电机用轴承的条件的试验条件下进行评价，能够提供通用性高的测定装置。

另外，在本实施方式的测定装置1中，使用润滑油8作为润滑剂，但也可以不使用润滑油，而使用润滑脂、固体润滑剂。在使用润滑脂、固体润滑剂的情况下，为了将滑动部件20的周面22与滑动部件21的周面23接触的接触面24用润滑脂、固体润滑剂浸渍，例如使用润滑脂枪等向接触面24供给润滑脂、固体润滑剂即可。

另外，在本实施方式中，在测定装置1中使用了双圆筒试验装置9，但也可以不使用双圆筒试验装置9。例如，也可以是具有钢制且旋转的圆板状的滑动部件和被按压于圆板状的该滑动部件的端面的第二滑动部件的滑动机构，将圆板状的该滑动部件和第二该滑动部件收纳于密闭容器2内，在纯滑动条件下进行评价试验。在该情况下，若使用第二该滑动部件能够旋转的机构，则也能够进行滚动滑动条件、纯滚动条件下的评价试验。

在本实施方式中，使用测定装置1评价白色组织剥离的可能性，但通过使用本实施方式的测定装置1，除了评价白色组织剥离的可能性以外，例如还能够通过测定因润滑油的不同所致的氢气的产生量而容易地进行润滑油的评价。

在本实施方式中，使用测定装置1评价了白色组织剥离的可能性，但通过使用本实施方式的测定装置1，除了评价白色组织剥离的可能性以外，例如还能够通过改变滑动部件20和滑动部件21的材料组成，或者通过对滑动部件20和滑动部件21进行覆膜处理而容易地进行相对于来自润滑油的氢气产生的材料组成的评价、覆膜的评价。

在本实施方式中，在测定装置1中使用了双圆筒试验装置9，但也可以不使用双圆筒试验装置9。例如，也可以是能够使作为产品的轴承运转的试验装置。

以上，参照有限数量的实施方式进行了说明，但权利范围并不限定于此，基于上述公开的实施方式的改变对于本领域技术人员而言是显而易见的。

符号说明

1…测定装置、2…密闭容器、3…加热器、4…压力计、5…温度检测单元、6…气体端口、7…气相色谱仪(氢测定单元)、8…润滑油、9…双圆筒试验装置、10a…轴、10b…轴、11a…联轴器、11b…联轴器、12a…马达轴、12b…马达轴、13a…马达、13b…马达、14a…中间支承用轴承、14b…中间支承用轴承、15a…油封、15b…油封、20…滑动部件、21…滑动部件、22…周面、23…周面、24…接触面、25…顶部空间