JP2010230484A - 研削焼け検出装置および研削焼け検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象となる部品を破壊等する必要がなくインラインで研削焼けの全数検査を実施することができ、さらに超音波を利用した方法と比較してヘッド部の小型化を図ることができる研削焼け検出装置および研削焼け検出方法を提供する。
【解決手段】 導電体７から成る測定対象に対向させて交流磁界を発生する励磁コイル２と、この励磁コイル２がつくる交流磁界により測定対象に流れる渦電流によって、前記測定対象の透磁率変化によるインピーダンス変化を検出する検出手段と、この検出手段で検出した検出出力から、前記測定対象の研削焼けの有無を判定する判定手段５とを有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、軸受や軸受部品等に使用される研削焼け検出装置および研削焼け検出方法に関する。

軸受等の転動部品の製造工程では、熱処理部品に対して高い寸法精度、表面粗さが要求されるため、熱処理部品に仕上げ研削が施される。その際、研削条件が悪いと、研削面に研削焼けが発生して表面が軟化または硬化する。この研削焼け箇所はクラック発生の原因になるため、研削条件を調整するときに研削焼けの有無を検査する。この研削焼けの検査には、ナイタルエッチング等のマクロ試験が行われている。

特開２００４−１５１０７７号公報 特開２００４−１８４３７８号公報

前記ナイタルエッチング等のマクロ試験では、部品表面を腐食させるため、試験に使用された部品は破棄されている。このため、材料費が大きくなる問題点がある。
また、生産ライン中での全数検査を行うことができないため、インラインでの品質保証ができない問題点もある。

鋼材中の超音波の伝播速度を利用した転動部品の研削焼け検出方法も提案されている（特許文献１、２）。この方法は超音波の検出精度を高めるため、２回以上測定を行う必要があり時間が掛かる。鋼材中の超音波の伝播速度が大きいため、超音波の送信プローブと受信プローブとを離す必要があり、装置のヘッド部を小型化できない等の問題点がある。

この発明の目的は、測定対象となる部品を破壊等する必要がなくインラインで研削焼けの全数検査を実施することができ、さらに超音波を利用した方法と比較してヘッド部の小型化を図ることができる研削焼け検出装置および研削焼け検出方法を提供することである。

この発明の研削焼け検出装置は、転動面を有する導電体の機械部品からなる測定対象の研削焼けを検出する研削焼け検出装置であって、前記測定対象に対向させて交流磁界を発生する励磁コイルと、前記測定対象に対向させたコイルを有しこのコイルの出力する交流出力を検出して所定の物理量を出力する検出手段と、この検出手段の検出出力から、前記測定対象の研削焼けの有無を判定する判定手段とを有することを特徴とする。
前記交流磁界の周波数はｋＨｚからＭＨｚの範囲を想定している。ただし、この範囲以外の周波数であっても良い。
焼入れにより表面が硬化した測定対象つまりワークの最終工程での研削時、研削条件が適当でないと、ワークの温度が上昇して再焼入れ若しくは焼戻しがおきる。再焼入れでは硬くて脆い白層が発生し、焼戻しでは表面が軟化する。この現象を「研削焼け」と呼ぶ。部品に研削焼けがおこると、その箇所にクラック等が発生し、部品の品質上大きな問題になる。

この構成によると、測定対象である導電体から成るワークに励磁コイルを対向させて、交流電源等からこの励磁コイルに電流を通電して交流磁界を発生させる。この交流磁界によりワークに流れる渦電流によって、検出手段は、コイルの出力する交流出力を検出して所定の物理量を出力する。
ここで、研削焼けによる焼戻しが発生した箇所では、ワークの硬度が軟化する。鋼材等のワークでは、その硬度が軟化すると材料の透磁率が大きくなる。したがって、研削焼けによる焼戻し箇所では、透磁率が正常箇所よりも大きくなっている。
研削焼けにより再焼入れが起こって、ワークに硬くて脆いいわゆる白層が発生した場合でも、この白層の下部には焼戻しによる軟化した層が存在する。このため、その場所では透磁率が大きくなる。

したがって、透磁率変化によるコイルインピーダンス変化等の物理量を検出することで、測定対象であるワークの研削焼け箇所を検出することが可能である。前記判定手段は、検出手段の検出出力から測定対象の研削焼けの有無を判定する。したがって、測定対象となる部品を破壊等する必要がなくインラインで研削焼けの全数検査または抜取り検査を実施することができる。それ故、測定対象となった部品を破棄する必要がなく、ナイタルエッチング等のマクロ試験に比べて材料費の低減を図ることができる。また、本研削焼け検出によると、複数回測定を行う必要がなく、超音波の伝播速度を利用した検出よりも検出時間を短縮し得る。励磁コイルと検出手段とは離隔する必要もないため、励磁コイルと検出手段とを含むヘッド部を小型化することが可能となる。前記「ヘッド部」は、測定対象に相対的に近づけて導電体の材質変化を検出するための信号を得る入力部である。

前記検出手段の有するコイルが前記励磁コイルであり、前記検出手段は、前記励磁コイルのインピーダンスの変化を出力するものであっても良い。導電体であるワークに流れる渦電流は、導電体の導電率、透磁率により変化する。したがって、前記導電体の導電率、透磁率により励磁コイルのインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化を検出手段で検出することで、導電体の材質変化を検出することができる。よって、測定対象の研削焼けの有無を判定できる。

前記検出手段の有するコイルが、前記励磁コイルとは別に設けられた検出コイルであっても良い。この場合、電源等から交流電流を励磁コイルに通電して交流磁界を発生する。この交流磁界により測定対象には渦電流が誘導される。検出コイルには、励磁コイルがつくる磁束と、渦電流がつくる磁束とを合成した磁束による電磁誘導で、電圧が発生する。検出手段はこの電圧を入力して所定の物理量を出力する。この出力から検出コイルに対向する箇所に研削焼けが発生しているか否かを判定し得る。
この発明において、前記検出手段が、検出コイルで検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧の振幅または位相を検出するインピーダンス検出回路を有するものである場合、前記電圧をインピーダンス検出回路に入力して、検出コイルに誘導されている電圧の振幅または位相を検出する。この検出された電圧の振幅または位相から、検出コイルに対向する箇所に研削焼けが発生しているか否かを判定することができる。

前記検出手段は、検出コイルで検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧を積分し、検出コイルに鎖交する磁束を求める積分回路とを有するものであっても良い。この場合、検出コイルに鎖交する磁束から、同検出コイルに対向する箇所に研削焼けが発生しているか否かを判定し得る。
前記検出コイルを２個設け、これら検出コイルで検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧の差から測定対象の研削焼けの有無を判定するものであっても良い。
この発明において、前記２個の検出コイルは直列接続されてブリッジ回路を形成しているものであっても良い。このブリッジ回路により、２個の検出コイルに誘導される電圧の差分のみを増幅することができる。したがって、材料の透磁率変化を感度良く検出することが可能となる。

前記励磁コイルに交流磁界を発生させる電流を供給する電源を備えても良い。この電源から励磁コイルに電流を通電して交流磁界を発生させることができる。
前記判定手段は、研削焼けが発生している箇所の面積を計算する機能を有するものであっても良い。この研削焼けが発生している箇所の面積を計算することで、研削焼けの程度を判定することができる。
研削焼けの有無、研削焼けが発生している箇所の面積、および研削焼けが発生している箇所の割合の少なくともいずれか１つを表示する表示部を備えたものであっても良い。この表示部に表示された値を確認しつつ、励磁コイルが発生する磁界の強さ等を可変させ得る。また、表示部に表示された値を確認しつつ、研削条件を変更して研削焼けが発生しないようにでき、製品の歩留まりを向上させることができる。

この発明の研削焼け検出方法は、転動面を有する導電体の機械部品からなる測定対象の研削焼けを検出する研削焼け検出方法であって、前記測定対象に対向させて交流磁界を発生する励磁過程と、前記測定対象に対向させたコイルを有しこのコイルの出力する交流出力を検出して所定の物理量を出力する検出過程と、この検出過程の検出出力から、前記測定対象の研削焼けの有無を判定する判定過程とを有することを特徴とする。

この場合、検出過程において検出されたインピーダンス変化等の出力から、測定対象の研削焼けの有無を判定する。したがって、測定対象となる部品を破壊等する必要がなくインラインで研削焼けの全数検査または抜取り検査を実施することができ、材料費の低減を図ることができる。また、複数回測定を行う必要がなく、超音波の伝播速度を利用した検出よりも検出時間を短縮し得る。

この発明の研削焼け検出装置は、転動面を有する導電体の機械部品からなる測定対象の研削焼けを検出する研削焼け検出装置であって、前記測定対象に対向させて交流磁界を発生する励磁コイルと、前記測定対象に対向させたコイルを有しこのコイルの出力する交流出力を検出して所定の物理量を出力する検出手段と、この検出手段の検出出力から、前記測定対象の研削焼けの有無を判定する判定手段とを有するため、測定対象となる部品を破壊等する必要がなくインラインで研削焼けの全数検査を実施することができ、さらに超音波を利用した方法と比較してヘッド部の小型化を図ることができる。

この発明の一実施形態に係る研削焼け検出装置のブロック図である。 同研削焼け検出装置の斜視図である。 この発明の他の実施形態に係る研削焼け検出装置のブロック図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る研削焼け検出装置のブロック図である。 内輪の転走面の研削焼けを検出する例を示す図である。 内輪の転走面と研削焼け箇所との関係を示す正面図である。

この発明の一実施形態を図１、図２と共に説明する。
この実施形態に係る研削焼け検出装置は、例えば、転動面を有する機械部品から成る測定対象の研削焼けの有無を検出する装置であり、軸受の研削焼けを検出する際等に使用される。ただし、スピンドル装置に限定されるものではない。軌道面を有する機械部品とは、玉やころ等の転動体が転がる面である軌道面を有する部品であり、転がり軸受の軌道輪やボールねじのねじ軸、ナット等がある。以下の説明は、研削焼け検出方法についての説明をも含む。

図１、図２に示すように、研削焼け検出装置は、交流電源１と、ヘッド部である励磁コイル２およびボビン３と、検出手段の一部としてのインピーダンス検出回路４と、判定手段５と、表示部６とを有する。ボビン３は環状凹面３ａを有し、この環状凹面３ａに励磁コイル２が巻回されている。交流電源１は励磁コイル２に電気的に接続され、励磁コイル２はインピーダンス検出回路４に電気的に接続されている。励磁コイル２を例えば金属から成る導電体７に接近させる、すなわち導電体７の例えば一表面７ａに対し、励磁コイル２の軸心Ｌ１方向が略直交するように励磁コイル２を支持したうえで、ボビン３の一端側フランジ面３ｂを導電体７の一表面７ａに相対的に接近させると、この励磁コイル２がつくる磁界による電磁誘導で導電体７に渦電流８が発生する。

この渦電流８は励磁コイル２と反対方向の磁界を発生する。また導電体７中でも渦電流８により損失が発生するので、励磁コイル２のインピーダンスが変化する。
導電体７に流れる渦電流８は、導電体７の導電率、透磁率により変化する。したがって、導電体７の導電率、透磁率により励磁コイル２のインピーダンスが変化する。よって、検出手段の有するコイルとしての励磁コイル２のインピーダンス変化を、前記インピーダンス検出回路４で検出することにより、導電体７の材質変化を検出する。

前記判定手段５は、例えば、中央演算処理装置（略称CPU:CentralProcessing Unit）、リードオンリーメモリ（略称ROM: Read Only Memory）、およびランダムアクセスメモリ（略称RAM: Random Access Memory）を含むマイクロコンピュータや、電子回路によって実現される。上記CPU，ROM，RAMは、それぞれバスを介して入出力インターフェースに電気的に接続されている。前記バスには、インピーダンス検出回路４が電気的に接続されている。また、入出力インターフェースに駆動回路を介して表示部６等が電気的に接続されている。なお、インピーダンス検出回路４をマイクロコンピュータによって実現することも可能である。

例えば、インピーダンス検出回路４により検出されたインピーダンス変化から、導電体７から成るワークの研削焼けの有無を判定するためのプログラムが前記ROMに格納されている。CPUを制御主体として当該プログラムが演算実行される。前記RAMには、インピーダンス変化と、研削焼けの有無との関係を演算式またはテーブル等、または単に閾値で設定した関係設定手段が設けられる。この関係設定手段におけるテーブル等は必要に応じて書換え可能に記憶されている。前記CPUは、検出されたインピーダンス変化を、この関係設定手段に照らし研削焼けの有無を判定する。具体的には、CPUは、インピーダンス変化が前記テーブル等に記憶される予め定める閾値を超えたときに研削焼け有りと判定する。

表示部６は、前記ワークの研削焼けの有無、研削焼けが発生している箇所の面積、研削焼けが発生している箇所の発生度合い、および物理量（この例ではインピーダンス変化）の少なくともいずれか一つを表示する。表示部６は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プリンタ等によって実現される。また、表示部６は、この研削焼け検出装置の装置本体に一体に設けられるものであっても良いし、装置本体に別体に設けて電気的に接続されたものであっても良い。

以上の構成によると、測定対象である導電体７から成るワークに励磁コイル２を対向させて、交流電源１からこの励磁コイル２に電流を通電して交流磁界を発生させる。
ここで、研削焼けによる焼戻しが発生した箇所では、ワークの硬度が軟化する。鋼材等のワークでは、その硬度が軟化すると材料の透磁率が大きくなる。したがって、研削焼けによる焼戻し箇所では、透磁率が正常箇所よりも大きくなっている。研削焼けにより再焼入れが起こって、ワークに硬くて脆いいわゆる白層が発生した場合でも、この白層の下部には焼戻しによる軟化した層が存在する。このため、その場所では透磁率が大きくなる。

したがって、ワークの透磁率変化によるコイルインピーダンス変化（物理量）を検出することで、測定対象であるワークの研削焼け箇所を検出することが可能である。この例では、透磁率変化によるインピーダンス変化が、前記テーブル等に記憶される予め定める閾値を超えたときに研削焼け有りと判定することができる。したがって、測定対象となる部品を破壊等する必要がなくインラインで研削焼けの全数検査または抜取り検査を実施することができる。それ故、測定対象となった部品を破棄する必要がなく、ナイタルエッチング等のマクロ試験に比べて材料費の低減を図ることができる。この研削焼け検出によると、複数回測定を行う必要がなく、超音波の伝播速度を利用した検出よりも検出時間を短縮し得る。励磁コイル２の巻線をボビン３に巻回させただけのヘッド部を実現することができ、これによりヘッド部を小型化することが可能となり、種々な形状の測定対象を測定可能となる。それ故、この研削焼け検出装置の汎用性を高めることができる。
前記表示部６に表示された値を確認しつつ励磁コイル２が発生する磁界の強さ等を可変させ得る。また、表示部６に表示された値を確認しつつ、研削条件を変更して研削焼けが発生しないようにでき、製品の歩留まりを向上させることができる。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図３に示すように、他の実施形態に係る研削焼け検出装置は、ヘッド部９と、制御部１０と、表示部６とを有する。ヘッド部９は、測定対象の研削焼け箇所を直接検出するものであり、励磁コイル２、検出コイル１１およびボビン３Ａを含む。ボビン３Ａの軸部外周には、励磁コイル２と検出コイル１１とを区分けして巻回するためのフランジ３ｋが付設されている。導電体７の一表面７ａに接近させる一端側フランジと、フランジ３ｋとの間の軸部に、交流磁界内で発生する磁束を検出する検出手段の一部である検出コイル１１を巻回させている。さらに他端側のフランジと、フランジ３ｋとの間の軸部に、励磁コイル２を巻回させている。

制御部１０は、主に、励磁コイル２に通電する交流電流等を制御してインピーダンスの検出感度を高め得る。同制御部１０は、励磁コイル２に励磁用の交流電流を供給する電源１と、検出手段の一部であるインピーダンス検出回路１２と、信号処理回路１３とを有する。これらのうちインピーダンス検出回路１２は、検出コイル１１で検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧の振幅または位相を検出する。判定手段としての信号処理回路１３は、検出された電圧の振幅または位相から、ワークの研削焼けを判定する。この信号処理回路１３では、予め正常品と、研削焼け品とを測定した結果から閾値が定められており、この閾値をもとにワークの研削焼けの有無を判定する。前記インピーダンス検出回路１２および信号処理回路１３を、電子回路やマイクロコンピュータによって実現することが可能である。

図３の構成によると、交流電源１から交流電流を励磁コイル２に通電して交流磁界を発生する。この交流磁界により測定対象である導電体７には渦電流８（図２参照）が誘導される。検出コイル１１には、励磁コイル２がつくる磁束と、渦電流８がつくる磁束とを合成した磁束による電磁誘導で、電圧が発生する。この電圧をインピーダンス検出回路１２に入力して、検出コイル１１に誘導されている電圧の振幅または位相を検出する。この検出された電圧の振幅または位相から、検出コイル１１に対向する箇所に研削焼けが発生しているか否かを判定する。研削焼け有りと判定されると、研削焼け無しと判定されるまでワークの回転速度、砥石の送り量等の研削条件を調整する。
前記検出コイル１１と励磁コイル２とは離隔する必要がないため、超音波を利用した方法と比較して、ヘッド部９の小型化を図ることができる。
図３の構成において、インピーダンス検出回路１２の代わりに積分回路１４を設けても良い。この積分回路１４は、検出コイル１１で検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧を積分し、検出コイル１１に鎖交する磁束を求める回路である。信号処理回路１３は、この積分回路１４で求めた磁束の強さから、測定対象の研削焼けの有無を判定する。

図４に示すさらに他の実施形態に係る研削焼け検出装置は、２個の検出コイル１１ａ，１１ｂを直列接続してブリッジを形成した例を示す。すなわち、ボビン３の一端、他端に検出コイル１１ａ，１１ｂを設け、これら検出コイル１１ａ，１１ｂは互いに逆方向に巻線が巻回されて、逆位相の電圧を発生する。このボビン３の長手方向中間付近つまり２個の検出コイル１１ａ，１１ｂの間に、励磁コイル２が配置される。２個の検出コイル１１ａ，１１ｂに電気的に接続されたブリッジ回路１５により、検出コイル１１ａ，１１ｂに誘導される電圧の差分のみを増幅することができる。これにより、材料の透磁率変化を感度良く検出することができ、よって、測定対象の研削焼けの有無をより正確に判定できる。

次に、軸受の研削焼けを検出している例を図５、図６と共に説明する。
回転軸１７の小径部１７ａに軸受の内輪Ｗ１が嵌合され、この回転軸１７は図示外の駆動源により軸線Ｌ２回りに回転可能に構成されている。前記ヘッド部の外周面は固定部材１８により固定されている。ヘッド部進退駆動源１９の駆動部先端に、前記固定部材１８が固着され、ヘッド部がこの固定部材１８に着脱自在に設けられる。ヘッド部進退駆動源１９の駆動により、固定部材１８が前記軸線Ｌ２に平行に移動駆動可能になっている。ヘッド部進退駆動源１９として、例えば、モータとボールねじ機構から成るものや、流体圧シリンダおよび電磁ソレノイド等を適用し得る。前記回転軸１７を回転させつつ固定部材１８を移動駆動させることにより、ヘッド部が内輪Ｗ１の転走面表面を幅方向に沿って移動しながら図６に示すように周上全ての箇所の研削焼け箇所２０を検出し得る。

判定手段５は、信号処理回路１３による測定値から研削焼けが発生している箇所の面積を計算する機能を有するものであっても良い。この研削焼けが発生している箇所の面積を計算することで、研削焼けの程度を判定することができる。
軸受のうち外輪軌道面、保持器案内面等の研削焼けの有無を検出しても良い。勿論、軸受以外のものを測定対象としても良い。

１…交流電源
２…励磁コイル
４…インピーダンス検出回路
５…判定手段
７…導電体
８…渦電流
１１…検出コイル
１２…インピーダンス検出回路
１３…信号処理回路
１４…積分回路
１５…ブリッジ回路

Claims (11)

1. 転動面を有する導電体の機械部品からなる測定対象の研削焼けを検出する研削焼け検出装置であって、
   前記測定対象に対向させて交流磁界を発生する励磁コイルと、
   前記測定対象に対向させたコイルを有しこのコイルの出力する交流出力を検出して所定の物理量を出力する検出手段と、
   この検出手段の検出出力から、前記測定対象の研削焼けの有無を判定する判定手段とを有することを特徴とする研削焼け検出装置。
2. 請求項１において、前記検出手段の有するコイルが前記励磁コイルであり、前記検出手段は、前記励磁コイルのインピーダンスの変化を出力する研削焼け検出装置。
3. 請求項１において、前記検出手段の有するコイルが、前記励磁コイルとは別に設けられた検出コイルである研削焼け検出装置。
4. 請求項３において、前記検出手段は、検出コイルで検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧の振幅または位相を検出するインピーダンス検出回路を有する研削焼け検出装置。
5. 請求項３において、前記検出手段は、検出コイルで検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧を積分し、検出コイルに鎖交する磁束を求める積分回路とを有する研削焼け検出装置。
6. 請求項３において、前記検出コイルを２個設け、これら検出コイルで検出した磁束による電磁誘導によって発生する電圧の差から測定対象の研削焼けの有無を判定する研削焼け検出装置。
7. 請求項６において、前記２個の検出コイルは直列接続されてブリッジ回路を形成している研削焼け検出装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記励磁コイルに交流磁界を発生させる電流を供給する電源を備えた研削焼け検出装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記判定手段は、研削焼けが発生している箇所の面積を計算する機能を有する研削焼け検出装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、研削焼けの有無、研削焼けが発生している箇所の面積、および研削焼けが発生している箇所の割合の少なくともいずれか１つを表示する表示部を備えた研削焼け検出装置。
11. 転動面を有する導電体の機械部品からなる測定対象の研削焼けを検出する研削焼け検出方法であって、
    前記測定対象に対向させて交流磁界を発生する励磁過程と、
    前記測定対象に対向させたコイルを有しこのコイルの出力する交流出力を検出して所定の物理量を出力する検出過程と、
    この検出過程の検出出力から、前記測定対象の研削焼けの有無を判定する判定過程とを有することを特徴とする研削焼け検出方法。

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