世界初！超音波探傷を用いた高精度の転がり軸受寿命予測

軸受寿命計算に関わるISO規格の基盤理論は、1962年に作られたものですが、その後、軸受や材料技術は大きく進歩しました。約20年前、ISO規格で計算される軸受寿命と、耐久試験で確認される実際の軸受寿命との間にギャップが大きくなっていることに気づき、このテーマについてより詳細な研究が始められました。調べ始めたころ、NSK軸受の寿命がISOで予想される寿命の約20倍も長いことを確認しました。そして2023年の今日、NSK軸受の寿命は、ISOに基づくカタログ定格寿命の50倍以上となる場合もあります。慎重を期すことは悪いことではありませんが、実際よりも寿命が長いことを交換頻度や廃棄量の削減により環境保全や生産効率の向上に活かすことが可能です。

良好な潤滑環境下であればNSK軸受がカタログ寿命よりもはるかに長持ちであることは経験的にわかっていましたし、それが材料品質や製造技術の向上によるものであることもわかっていました。特に、鋼材中に含まれる不純物（非金属介在物）の影響がとても大きいことは周知の事実でした。このことは、長寿命な軸受を開発する観点で非常に有益ではありましたが、寿命を精度よく予測するための技術はそれに追いついていませんでした。しかし、研究を続けていくなかで、破壊力学に基づく評価法が有効であろうことに私たちは気づくことが出来ました。その時点で破壊力学に関する知見は多くなかったのですが、九州大学とのオープンイノベーションによって技術開発を加速させることが出来ました。そうして得られた技術が、材料内部で発生したき裂が進展していく過程に「どの因子が」「どの程度影響を及ぼすのか」を見極めた定量的評価手法であり、軸受寿命を高精度に予測する技術を確立するうえでのポイントのひとつでした。この開発の結果、非金属介在物が軸受寿命に及ぼす影響を定量的に寿命予測式に反映させられたのです。

鋼材には不可避的に不純物（非金属介在物）が存在しており、一定のバラツキを有しています。そこで、NSKが調達する鋼材にどれだけの量と大きさの非金属介在物が含まれているかをより正確に測定することができなければ、高精度な寿命予測技術を実用化できないのです。

従来の検査方法は、鋼材を切断・研磨して顕微鏡で観察し、非金属介在物の数を目視で数えるというものでした。この手法は一般的なものではありますが、検査に時間が掛かるうえ、鋼材のほんの一部しか検査できないため、開発した寿命予測技術を実用化するには不十分な手法でした。そこで、多くの代用策を探り、Micro-UT法 （超音波探傷）を使って短時間で鋼材の大体積を検査できないかと考えました。

NSKは世界中に工場があり、世界各地のさまざまな供給元から鋼材を調達しています。NSK製品の品質確保は人命にかかわるものもあります。高速道路を走る自動車や高速鉄道が突然故障すれば、その結果は悲惨なものになりかねません。例えば、風力タービンから水力発電、火力発電に至るまで、私たちのエネルギー発電の多くは、高荷重・高温という極めて厳しい条件下で軸受を使用しています。エネルギー・インフラにおける軸受の不具合は、何千もの家庭が停電に見舞われることを意味します。

製品品質を左右する重要な要素は材料の品質です。鋼材中の不純物は軸受の寿命に大きな影響を与える要因で、Micro-UT法を用いると、短時間で広範囲の鋼材中の非金属介在物の大きさや量を把握することが可能となり、統計的に処理することでNSKの鋼材を管理することが可能となります。

この高精度寿命予測技術によってNSK軸受の長寿命性能を定量的に示すことができるようになりました。ただ、これらの技術をお客様に直接使っていただくには非常に複雑です。そこで、NSK軸受の長寿命性能をお客様の機械設計にシンプルに活かしていけるよう、カタログに記載されている軸受寿命計算のパラメータである基本動定格荷重の見直しを行っていきます。現在のNSKの軸受カタログには非常に多くの軸受型式が記載されており、お客様の使用用途・条件も多種多様です。多くのお客様にNSK軸受を安心してご使用いただけるよう、適切な安全マージンを考慮した基本動定格荷重を検討しています。同時に、カタログデータはお客様にNSK製品を選んでいただく際の一つの判断材料になりますので、新規のお客様にもNSK製品の強みや品質の高さを十分にアピールしていくことも重要です。