JP2009236758A

JP2009236758A - 鋼製ワークの検査装置

Info

Publication number: JP2009236758A
Application number: JP2008084622A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Yamamoto; 雄三山本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP4991613B2

Abstract

【課題】信頼性の高い鋼製ワークの検査装置を提供することを課題とする。
【解決手段】鉄芯２３で支持され鋼製ワーク１５の近傍に置かれて鋼製ワーク１５に渦電流を発生させる励磁コイル２９と、鉄芯２３で支持され鋼製ワーク１５の近傍に置かれて渦電流で発生する磁界の変化を測定する検出コイル３３とからなる鋼製ワークの検査装置４０において、鉄芯２３から延ばされ先端が鋼製ワーク１５に接触して、この鋼製ワーク１５から検出コイル３３までの距離を一定にする当て部材２８を備えていることを特徴とする。
【効果】鋼製ワークから検出コイルまでの距離を一定にする当て部材を備えている。当て部材が鋼製ワークに接触することにより、鋼製ワークから検出コイルまでの距離を一定にすることができる。距離が一定になることにより測定結果に誤差が出ない。即ち信頼性の高い鋼製ワークの検査装置ということができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼製ワークに渦電流を発生させ、この渦電流で発生する磁界の変化を測定する鋼製ワークの検査装置に関する。

歯車等の鋼製ワークを製造した際に、これらの鋼製ワークが所定の強度を有するか否かを検査する。このような最終製品について行う検査は、鋼製ワークを破壊せずに行う非破壊検査法を用いることが望ましい。

非破壊検査法として鋼製ワークに渦電流を発生させ、この渦電流で発生する磁界の変化を測定する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１０８８７３公報（図２）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１２は従来の技術の基本原理を説明する図であり、円柱ワーク１０１に励磁コイル１０２と検出コイル１０３を巻回する。そして、励磁コイル１０２に交流電源１０４から交流電圧（励磁電圧）を印加する。すると、円柱ワーク１０１の表層に渦電流が発生する。この渦電流により検出コイル１０３に交流電流が発生する。この発生した交流電流の電圧（検出電圧）を測定装置１０５で測定する。

この測定によれば、検出コイル１０３に発生した交流電流の電圧を測定すれば円柱ワーク１０１の強度を測定することができ、迅速にワークの強度を測定することができる。

ところで、このような測定を手動で行った場合に次図で説明するような問題が生じる。

図１３は従来の技術の問題を説明する図であり、歯車１０７の左側の歯先１０８Ｌ（Ｌは左側を表す添え字）から励磁及び検出コイル１０２、１０３までの距離をＬ１とし、歯車１０７の右側の歯先１０８Ｒ（Ｒは右側を表す添え字）から励磁及び検出コイル１０２、１０３までの距離をＬ２とし、歯車１０７の強度の測定を手動で行った場合に、Ｌ１とＬ２が同じ距離にならないことがある。Ｌ１とＬ２の距離が異なると、測定の結果に誤差が生じ得る。

加えて、歯車１０７を傾けた場合には更に誤差が生じ得るものと考えられる。
そこで、本発明者らは、歯車１０７の傾きにより生じる誤差について実験を行った。同じ歯車１０７を用いて励磁及び検出コイル１０２、１０３に臨ませる角度（挿入角度）を変えながら、そのときの検出コイル１０３から検出される電圧を測定した。

図１４は歯車の挿入角度と電圧測定値の関係を示すグラフを説明する図であり、横軸に歯車の挿入角度を示し、縦軸には電圧測定値を示す。
電圧測定値が最高であったＰ１では、電圧は１６００ｍＶであり、電圧測定値が最低であったＰ２では、電圧は４００ｍＶであった。歯車の挿入角度を変えることにより電圧測定値の差が最大で４倍になることが分かった。

電圧測定値が異なると、同じワークでも異なる測定結果が出ることとなる。
手動で測定した場合であっても測定結果に誤差のでない、即ち、信頼性の高い鋼製ワークの検査装置の提供が望まれる。

本発明は、信頼性の高い鋼製ワークの検査装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、鉄芯で支持され鋼製ワークの近傍に置かれて前記鋼製ワークに渦電流を発生させる励磁コイルと、前記鉄芯で支持され鋼製ワークの近傍に置かれて前記渦電流で発生する磁界の変化を測定する検出コイルとからなる鋼製ワークの検査装置において、
この検査装置は、前記鉄芯から延ばされ先端が前記鋼製ワークに接触して、この鋼製ワークから前記検出コイルまでの距離を一定にする当て部材を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、当て部材は、ワークに接触させる球体と、この球体を鉄芯に接続する支持部とからなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、鋼製ワークは歯車であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、歯車は真空浸炭処理されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、当て部材は、歯車の歯幅方向に少なくとも２個設けられていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、当て部材は、鉄芯に、歯車の歯幅方向に移動可能に設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、鋼製ワークから検出コイルまでの距離を一定にする当て部材を備えている。当て部材が鋼製ワークに接触することにより、鋼製ワークから検出コイルまでの距離を一定にすることができる。距離が一定になることにより測定結果に誤差が出ない。即ち信頼性の高い鋼製ワークの検査装置ということができる。

請求項２に係る発明では、当て部材は、ワークに接触させる球体と、この球体を鉄芯に接続する支持部とからなる。球体と支持部により当て部材は構成される。少ない部品数により当て部材を製造することができ有益である。

請求項３に係る発明では、鋼製ワークは歯車である。歯車の隣り合う歯面と歯面との間に当て部材を接触させることができる。歯面と歯面との間に当て部材を接触させることにより、１の当て部材で２点に接触させることができる。２点に接触させることにより、更に歯車から検出コイルまでの距離を安定させることができる。

請求項４に係る発明では、歯車は真空浸炭処理されている。真空浸炭処理された歯車の浸炭深さは、歯底の部分が最も薄くなる。浸炭深さが最も薄い歯底について測定すれば、その歯車が所定の強度を有するか否かを知ることができる。即ち、歯底のみ検査を行えばよく測定時間の短縮化を図ることができる。

請求項５に係る発明では、当て部材は、歯車の歯幅方向に少なくとも２個設けられている。２個以上の当て部材を歯車に接触させることにより、更に歯車から検出コイルまでの距離を安定させることができる。検査装置の信頼性がより増す。

請求項６に係る発明では、当て部材は、鉄芯に、歯車の歯幅方向に移動可能に設けられている。当て部材を歯車の歯幅方向に移動させることができる。歯車の大きさに合わせて当て部材を移動させることができる。１の検査装置で様々な歯車の測定を行うことができ有益である。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明の鋼製ワークの検査装置を用いるのに適した歯底浸炭深さ計測装置の原理図であり、歯底浸炭深さ計測装置１０は、基台１１と、この基台１１の上面中央に設けられ図左右に延びているレール１２と、このレール１２に左右移動自在に載せられているスライダ１３と、このスライダ１３に軸受１４を介して縦向きに且つ回転自在に支持され歯車等の鋼製ワーク１５を支えるワーク支軸１６と、スライダ１３に内蔵されワーク支軸１６を一定ピッチで回転させるインデックスモータ１７と、基台１１に載置されスライダ１３をレール１２に沿って往復移動させるシリンダユニット１８と、このシリンダユニット１８及びインデックスモータ１７を制御する制御部１９と、基台１１の一端（図左側）から上へ延ばされているブラケット２１と、このブラケット２１の上部にボルト２２、２２で取り付けられているコ字状の鉄芯２３と、この鉄芯２３に支持され鋼製ワーク１５に向かって延びている検出コイル支持体２４と、鉄芯２３の先端から鋼製ワーク１５に向かって配置される支持部２５、２５及び鋼球等の球体２６、２６からなる当て部材２８、２８（詳細は後述）と、鉄芯２３の先端に巻かれた励磁コイル２９、２９と、これらの励磁コイル２９、２９に交流電圧を印加する交流電源３１と、検出コイル支持体２４の先端に設けられた樹脂体３２に埋設された検出コイル３３と、この検出コイル３３から検出情報を取得して浸炭深さに換算する浸炭深さ換算装置３５と、得られた浸炭深さを合格基準深さと比較して合否を判定する合否判定部３６と、得られた合否判定に基づいて、合格、不合格を表示する合否表示部３７と、からなる。

ここで鋼製ワークの検査装置４０は、樹脂体３２と、検出コイル３３と、励磁コイル２９、２９と、交流電源３１と、当て部材２８、２８と、浸炭深さ換算装置３５とから構成される。

図２は鋼製ワークの検査装置の正面図であり、検出コイル支持体２４は鉄芯２３に、水平方向にスライド可能にビス４１で固定されている。また、支持部２５は円錐部４２及び基部４３から構成される。
当て部材２８を移動可能に設ける場合には、スパナ等を用いて容易に当て部材２８を取り外すことができるよう基部４３を六角形に構成することが望ましい。

図３は図２の３線断面図であり、検出コイル３３は、絶縁性に富む三角形断面のナイロンなどの樹脂体３２を介して検出コイル支持体２４に支持されている。樹脂体３２が三角形断面であるため、鋼製ワーク１５に歯車を用いた場合には検出コイル３３をの歯底４４に接近させることができる。

また、鋼製ワーク１５に真空浸炭処理のなされた歯車を用いた場合、歯車の浸炭深さは、歯底４４の部分が最も薄くなる。浸炭深さの最も薄い歯底について測定すれば、その歯車が所定の強度を有するかを知ることができる。即ち、歯底のみ検査を行えばよく測定時間の短縮化を図ることができる。

図４は図２の４線断面図であり、球体２６の球径は、隣合う歯先４８と歯先４８との間を通過するが、歯底４４に到達する前に歯面４９、４９の面に接触する外径に設定されている。すなわち、接触点５１、５１に接触しているため、球体２６の図左右方向及び上下方向の位置が規定される。併せて、球体２６の中心は歯底４４の中心に合致する。

この結果、歯底４４からの検出コイル３３（図３）の距離や励磁コイル２９、２９（図２）の距離を一定化することができる。距離が一定になることにより測定結果に誤差が出ない。即ち信頼性の高い鋼製ワークの検査装置ということができる。

更に、鋼製ワーク１５に歯車を用いた場合、歯車の隣り合う歯面４９と歯面４９との間に当て部材２８を接触させることができる。歯面４９と歯面４９との間に当て部材２８を接触させることにより、１の当て部材で２点に接触させることができる。２点に接触させることにより、更に歯車から検出コイルまでの距離を安定させることができる。

図５は図２の５部拡大断面図であり、（ａ）に示されるように、当て部材２８の基部４３は六角形に構成され、先端に雄ねじ状に構成された雄ねじ部４６が配置される。雄ねじ部４６は鉄芯２３の先端に設けられた雌ねじ穴４７に螺合される。

当て部材２８は、鋼製ワーク１５に接触させる球体２６と、この球体２６を鉄芯２３に接続する支持部２５とからなる。球体２６と支持部２５により当て部材２８は構成される。少ない部品数により当て部材２８を製造することができ有益である。

（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、鉄芯２３の先端には例えば３つの雌ねじ穴４７が設けられている。測定されるワークの大きさに合わせて、これらの雌ねじ穴４７のうちから１の雌ねじ穴４７を選択し、当て部材２８（図４）を螺合させることができる。

ところで、図１で説明した浸炭深さ換算装置３５には、測定で得られたＸ電圧を浸炭深さに換算する換算表を記憶させる必要がある。そこで、図１の歯底浸炭深さ計測装置１０を用いて、周波数を１ｋＨｚに設定し、真空浸炭済みの歯車の「Ｘ電圧」を測定した。この測定は非破壊検査に相当する。

次に、この歯車を切断し、切断面を磨いてから「浸炭深さ」を測定した。この測定は破壊検査に相当する。

図６は測定で得られた硬さを表したグラフである。
先ず、歯底浸炭深さ計測装置１０を用いて、周波数を１ｋＨｚに設定し、真空浸炭済みの歯車の「Ｘ電圧」を測定したところ、Ｘ電圧は−６７ｍＶであった。次に、切断し、切断面を磨き、この切断面を測定対象として、表面から０．１ｍｍ毎に、１．０ｍｍまで、マイクロビッカース硬さ計で、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を測った。

図６は測定で得られた硬さを表したグラフであり、（ａ）は、横軸が表面からの深さで、縦軸がビッカース硬さであるグラフに、生のデータをプロットしたものである。

ところで、この種の歯車では、「表面から○○ｍｍの深さで、ロックウエルＣスケール硬さが５０以上であること」と言った要求仕様が出されることが多い。ロックウエルＣスケール硬さ５０は、換算表によれば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）５１３に相当する。
そこで、（ａ）にプロットした複数の点を滑らかな曲線で繋ぐ。

結果、（ｂ）示すグラフが得られる。そこで、縦軸の５１３から横線を引き、曲線に交わったところから、縦線を降ろし、この縦線が横軸と交わったところの距離を読む。表面からの距離は０．６４ｍｍであった。

図７はＸ電圧と浸炭深さの相関図であり、横軸が浸炭深さ（表面からの距離に相当。）で、縦軸がＸ電圧であるグラフに、１個のデータ（０．６４ｍｍ、−６７ｍＶ）を●でプロットした。
浸炭条件を変えて得られたサンプルを２１個作製し、これらのサンプルについても図６（ａ）、（ｂ）での手順を踏んで、浸炭深さとＸ電圧を定めた。２１個のサンプルについては○で、グラフにプロットした。

１個の●と２１個の○は右下りの直線に沿って分散している。縦軸のＸ電圧が測定で得られれば、この相関図により、得られたＸ電圧に対応する浸炭深さを求めることができる。
また、詳細な計算法は省略するが、この分散における相関係数（ｒ^２）は０．９２であった。

以上の説明から明らかなように、本発明は次の点にも特徴がある。すなわち、図６（ａ）、（ｂ）で説明したように、得られた硬さと深さは、測定で得られた硬さを、歯車の表面から中心に向かってプロットした点を結んでなる曲線から得る。点を結んで曲線を得るようにしたので、測定点の数を少なく設定することができ、測定時間が短縮でき、測定コストの低減を図ることができる。

又、図６で求めた硬さという定量的データに基づいて、浸炭深さが決められる。すなわち、図６で説明したように、破壊検査による硬さデータと、非破壊検査によるＸ電圧との突き合わせが行われる。この後は、非破壊検査によりＸ電圧を求め、図７に基づいて、浸炭深さに換算する。非破壊検査であるにも拘わらず、破壊検査での裏付けがなされているので、非破壊検査で求めた浸炭深さの信頼性が飛躍的に高まる。

次に、好適な周波数を特定することを目的に、７００Ｈｚから４ｋＨｚまで周波数を変えて、各周波数当たり２２個のサンプルを準備し、図７と同様の相関図を作成し、相関係数を求めた。その結果を次図に示す。
図８は周波数と相関係数の関係を示すグラフであり、１ｋＨｚが最大で、２ｋＨｚ以上では相関係数が小さくなった。一方、７００〜１ｋＨｚでは、変化は小さい。
真空浸炭された歯車の歯底の浸炭深さを調べるには、周波数は７００〜１ｋＨｚの範囲に設定することが望ましいことが分かった。

以上の構成からなる鋼製ワークの検査装置の作用を鋼製ワークに歯車を用いた場合を例に次に説明する。
図９は本発明に係る当て部材の作用説明図であり、（ａ）に示すように当て部材２８は、歯車５３の両端に接触するように配置されている。測定の対象となる歯車５３の大きさが変わる場合には、当て部材２８を回して雌ねじ穴４７から当て部材２８を外す。

次に（ｂ）に示すように、異なる大きさの歯車５４の大きさに合わせ、歯車５４の両端に当て部材２８が配置されるよう雌ねじ穴４７を選択し、選択された雌ねじ穴４７に当て部材２８を螺合させる。

当て部材２８を歯車５４の歯幅方向に移動させることができる。歯車５４の大きさに合わせて当て部材２８を移動させることができる。１の検査装置で様々な歯車の測定を行うことができ有益である。

加えて、当て部材２８を歯車５４の歯幅方向に２個設けた場合、２個の当て部材２８、２８を歯車５４に接触させることにより、更に歯車５４から検出コイル３３までの距離を安定させることができる。検査装置の信頼性がより増す。

当て部材２８の位置が決まったら、歯車５４の強度を測定する。歯車の強度の測定法については次図で説明する。

図１０は本発明に係る鋼製ワークの検査装置の作用説明図であり、（ａ）に示すように、静止状態にある検出コイル３３へ、歯車５４を矢印（１）のように前進させる。（ｂ）に示すように、検出コイル３３に任意の歯底４４を臨ませ、歯底４４の浸炭深さを検出し、この浸炭深さの合否を判定させる。終わったら、矢印（２）のように歯車５４を後退させる。

次に、（ｃ）に示すように、歯車５４を１ピッチ（歯一枚分）だけ回す（矢印（３））。すると（ｄ）に示すように、隣の歯底４４が検出コイル３３に臨む。以降、（ａ）に戻って作業を継続する。この継続する作業をフローで再度説明する。

図１１は本発明の鋼製ワークの検査装置を用いた好適な作業フロー図であり、ステップ番号（以下ＳＴと略記する。）０１で、合格基準深さＤｓを定める。例えば、合格基準深さＤｓが０．５ｍｍとする。この０．５ｍｍを図１の合否判定部３６へインプットする。

ＳＴ０２で、測定対象とする歯車の歯数Ｎを、図１の制御部１９へインプットする。測定回数を監視するために、先ず、回数ｎを１とする（ＳＴ０３）。次に図９の要領で当て部材２８の位置決めを行う（ＳＴ０４）。

当て部材２８の位置が決まったら、図１０（ａ）の要領で、歯車を前進させる（ＳＴ０５）。図１０（ｂ）の要領で、歯底のＸ電圧を測定させる（ＳＴ０６）。図１の浸炭深さ換算装置３５により、Ｘ電圧を浸炭深さＤａに換算させる（ＳＴ０７）。図１の合否判定部３６により、測定で得られた浸炭深さＤａが合格基準深さＤｓより大きいか否かを調べる（ＳＴ０８）。ＹＥＳであれば、「合格」の表示をする（ＳＴ０９）。次に、図８（ｂ）に矢印（２）で示すように歯車を後退させる（ＳＴ１０）。

ここで、測定回数を調べる（ＳＴ１１）。初回はｎは１である。例えば歯車の歯数Ｎが４０であれば、ｎ＜Ｎであるから、ＮＯを進み、ｎに１を加える（ＳＴ１２）。そして、図１０（ｃ）の要領で、歯車を歯１個分だけ回転させる（ＳＴ１３）。そして、ＳＴ０５から再度、歯底の浸炭深さを測定する。

ＳＴ０８で、浸炭深さＤａが合格基準深さＤｓより下回っていれば、ＮＯを進み、不合格表示を行う（ＳＴ１４）。不合格の場合は、この歯車に対する測定をこの時点で終了させることができる。

ＳＴ１１で、測定回数ｎが歯数Ｎに到達すれば、歯底の全数を検査したことになるので、測定終了の表示を行い、測定を終了する（ＳＴ１５）。

尚、本発明の鋼製ワークの検査装置は、図１に示した歯底浸炭深さ計測装置１０以外の装置やツールで浸炭深さを測ることは差し支えない。要は、歯底の浸炭深さが非破壊的に計測することができるものであれば、計測装置の形態、種類は問わない。

本発明は、真空浸炭処理された歯車の浸炭深さを計測する技術に好適である。

本発明の鋼製ワークの検査装置を用いるのに適した歯底浸炭深さ計測装置の原理図である。鋼製ワークの検査装置の正面図である。図２の３線断面図である。図２の４線断面図である。図２の５部拡大断面図である。測定で得られた硬さを表したグラフである。Ｘ電圧と浸炭深さの相関図である。周波数と相関係数の関係を示すグラフである。本発明に係る当て部材の作用説明図である。本発明に係る鋼製ワークの検査装置の作用説明図である。本発明の鋼製ワークの検査装置を用いた好適な作業フロー図である。従来の技術の基本原理を説明する図である。従来の技術の問題を説明する図である。歯車の挿入角度と電圧測定値の関係を示すグラフを説明する図である。

符号の説明

１０…歯底浸炭深さ計測装置、１５…鋼製ワーク、２３…鉄芯、２５…支持部、２６…球体、２８…当て部材、２９…励磁コイル、３３…検出コイル、４０…鋼製ワークの検査装置、４６…雄ねじ部、４７…雌ねじ穴、５３、５４…歯車。

Claims

鉄芯で支持され鋼製ワークの近傍に置かれて前記鋼製ワークに渦電流を発生させる励磁コイルと、前記鉄芯で支持され鋼製ワークの近傍に置かれて前記渦電流で発生する磁界の変化を測定する検出コイルとからなる鋼製ワークの検査装置において、
この検査装置は、前記鉄芯から延ばされ先端が前記鋼製ワークに接触して、この鋼製ワークから前記検出コイルまでの距離を一定にする当て部材を備えていることを特徴とする鋼製ワークの検査装置。
前記当て部材は、ワークに接触させる球体と、この球体を前記鉄芯に接続する支持部とからなることを特徴とする請求項１記載の鋼製ワークの検査装置。
前記鋼製ワークは歯車であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鋼製ワークの検査装置。
前記歯車は真空浸炭処理されていることを特徴とする請求項３記載の鋼製ワークの検査装置。
前記当て部材は、前記歯車の歯幅方向に少なくとも２個設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の鋼製ワークの検査装置。
前記当て部材は、前記鉄芯に、前記歯車の歯幅方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項３、請求項４又は請求項５記載の鋼製ワークの検査装置。