JP2010243173A - 焼入れ品質検査装置および焼入れ品質検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる焼入れ品質検査方法および焼入れ品質検査装置を提供する。
【解決手段】 この焼入れ品質検査方法は、検査対象物１に電流を通電用電極３，４により通電し、その検査対象物１の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する。前記電流として交流電流２を、周波数を変化させながら通電し、通電用電極３，４とは異なる位置の電位差を測定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鋼材製品における焼入れ硬度分布、焼入れ深さなどの焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置、および焼入れ品質検査方法に関する。

軸受などの転動製品には焼入れ処理や焼戻し処理が施される。これらの処理の中でも、高周波焼入れ処理や、浸炭処理、浸炭窒化処理などの表面硬化処理では、品質保証のために表面硬化層の検査が行なわれる。この検査では、実際の製品を切断して、その切断面上で、製品表面から深さ方向に硬度を測定して硬化層の深さを測定している。また、製品を切断することができないものでは、テストピースに製品と同じ炉で熱処理を施し、そのテストピースを切断して硬化層深さを測定することで、製品の硬化層深さの保証を行なっている。

このように、熱処理した転動製品の焼入れ硬化層深さの検査では、一般的に製品を切断する破壊検査が行なわれているが、この場合には製品が破壊されるため、マテリアルロスコストが大きくなる問題点がある。また、製品の切断、および硬度計による深さ方向の硬度測定に時間がかかり、工数が大きくなる問題点もある。
製品を切断することができない場合には、上記したようにテストピースにより保証が行なわれているが、実際の製品の検査ではないため、保証精度が悪いなどの問題点がある。

そこで、破壊検査での上記した課題を解決するために、焼入れ硬化層を非破壊で検査する方法が提案されている。その非破壊検査の提案例の一つは、焼入れによる導電率の変化を利用して検査する電位差法である。この方法は、検査対象物に接触させたプローブで、検査対象物に直流通電し、この検査対象物におけるプローブの接触位置とは異なる位置で接触させた２つの探針間の電位差を測定して焼入れ深さを求めるものである（例えば特許文献１，２）。

特開２００４−３０９３５５号公報 特開２００７−０６４８１７号公報

上記した非破壊検査方法では、検査対象物に直流電流を通電していることから、焼入れ深さの測定には有効であるものの、硬度の深さ方向の分布を測定することはできない。焼入れの品質保証精度を向上させるためには、焼入れ深さだけでなく、焼入れ硬度の深さ方向の分布検出が必要である。

この発明の目的は、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる焼入れ品質検査装置、および焼入れ品質検査方法を提供することである。

この発明の焼入れ品質検査装置は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置であって、 検査対象物の表面に接触させる一対の通電用電極、および前記検査対象物の表面の前記電極位置と異なる２点に接触させる一対の検出用探針を有する検出ヘッドと、前記一対の通電用電極を介して前記検査対象物に交流電流を印加する交流電源と、前記一対の検出用探針間の電位差から焼入れ品質を測定する品質測定手段とを備えることを特徴とする。

この構成によると、検出ヘッドを検査対象物に押し当てることで、前記一対の通電用電極および一対の検出用探針を検査対象物の表面に接触させ、この状態で交流電源から一対の通電用電極を介して検査対象物に交通電流を通電し、これと並行して一対の検出用探針間の電位差を品質測定手段で測定することにより、次の原理で焼入れ品質検査を行うことができる。これにより、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
すなわち、検査対象物を流れる交流電流の浸入深さは交流電流の周波数により変化するので、その周波数を変化させることで交流電流の浸入深さを変えることができる。そこで、交流電流の浸入深さを変えながら電位差測定を行うことにより、焼入れ硬度について焼入れ深さ方向の分布および焼入れ深さを検査することができる。交流電流として高周波電流を通電した場合には、検査対象物の表面硬度を検査することができる。これにより、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。

前記交流電源は、出力する交流電流の周波数を可変設定できる発振回路を有するものとするのが良い。周波数を可変設定できる発振回路を交流電源が有する場合、周波数の異なる交流電流の印加が容易となる。交流電流の周波数を可変設定できると、検査対象物を流れる交流電流の浸入深さを順次変えられるので、検査対象物の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さを連続的に検査することができる。

この発明において、前記品質測定手段は、前記交流電源の出力する周波数を種々変化させる周波数変更指令部を有し、かつこの周波数変更指令部で変化させた各周波数における前記検出用探針間の電位差を測定し、焼入れ品質を測定する機能を有するものとしても良い。前記周波数の種々の変化は、漸次行うようにしても良く、また周波数の増減を繰り返すように行うようにしても良い。品質測定手段が周波数変更指令部を有する場合、検査目的となる焼入れ品質を求めるのに適した周波数の変更が行い易い。

この発明において、前記品質測定手段は、前記焼入れ品質として、前記検査対象物の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを測定するものとしても良い。

この発明において、前記品質測定手段の測定した焼入れ品質を表示する表示装置を有するものとしても良い。

この発明において、前記品質測定手段は、測定した焼入れ品質が設定品質値を下回るときに品質異常と判定する判定部を有するものとしても良い。設定品質値は、任意に設定した値とされる。このように判定部を設けることで、品質異常の判定が容易に行える。

この発明において、転動装置または転動装置部品の焼入れ品質の検査に用いるものとしても良い。転動装置は、ボールやころ等の転動体を有する装置であり、転がり軸受やボールねじ、ボールジョイント等が該当する。転動装置部品は、上記転動装置を構成する部品であり、軸受の軌道輪やボールねじのねじ軸、ナット等、ボールジョイントの転動体が転がり接触する面を有する継手部品等である。これら転動装置や転動装置部品は、焼入れ品質が性能の重要な要素となるため、この発明の非破壊で焼入れ品質が測定できる効果が、効果的に発揮される。

この発明の焼入れ品質検査方法は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、前記電流として交流電流を通電することを特徴とする。この場合に、前記交流電流の周波数を変化させながら、前記２点間の電位差を測定するのが良い。
上記のように、検査対象物を流れる交流電流の浸入深さは交流電流の周波数により変化するので、その周波数を変化させることで交流電流の浸入深さを変えることができる。そこで、交流電流の浸入深さを変えながら電位差測定を行うことにより、焼入れ硬度について焼入れ深さ方向の分布および焼入れ深さを検査することができる。交流電流として高周波電流を通電した場合には、検査対象物の表面硬度を検査することができる。これにより、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。

この発明において、前記焼入れ品質として、前記検査対象物の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを検査するものとしても良い。

この発明の焼入れ品質検査装置は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置であって、検査対象物の表面に接触させる一対の通電用電極、および前記検査対象物の表面の前記電極位置と異なる２点に接触させる一対の検出用探針を有する検出ヘッドと、前記一対の通電用電極を介して前記検査対象物に交流電流を印加する交流電源と、前記一対の検出用探針間の電位差から焼入れ品質を測定する品質測定手段とを備えるので、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
この発明の焼入れ品質検査方法は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、前記電流として交流電流を通電するようにしたため、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。

この発明の一実施形態にかかる焼入れ品質検査方法の説明図である。 同焼入れ品質検査方法に用いられる焼入れ品質検査装置の概略構成を示すブロック図である。 同焼入れ品質検査装置の一使用例を示す説明図である。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。図１は、この発明の焼入れ品質検査装置および焼入れ品質検査方法の概要を示す。この焼入れ品質検査方法は、検査対象物１に交流電流２を通電し、その検査対象物１の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する。検査対象物１は、焼入れ処理が施された例えば軸受や軸受部品などの鋼材製品である。交流電流２は、検査対象物１に接触させた一対の通電用電極３，４を介して交流電源７から供給する。検査対象物１における電位差を測定する任意の２点は、通電用電極３，４の接触位置と異なる２位置であり、この２点に検出用探針５，６を接触させて、この両探針５，６間の電位差を電位差計８で測定する。

検査対象物１に流れる交流電流２の浸入深さは、表皮効果のために、交流電流２の周波数、検査対象物１の導電率、透磁率により変化する。すなわち、交流電流２の浸入深さをδ、交流電流２の周波数をｆ、検査対象物１の導電率および透磁率をσ，μとすると、検査対象物１に流れる交流電流２の浸入深さδは、次式で表される。
δ＝√（１／πｆσμ） ……（１）

また、鋼材製品は、焼入れ処理されることにより導電率および透磁率が変化する。一般的に、焼入れにより硬度が高くなるほど、導電率、透磁率ともに小さくなる。したがって、上記したように焼入れ処理された検査対象物１に交流電流２を通電した状態で、その検査対象物１の２点間の電位差を測定することで、焼入れ硬度に関する情報を得ることができる。

一方、（１）式から、検査対象物１を流れる交流電流２の浸入深さδは交流電流２の周波数ｆにより変化するので、その周波数ｆを変化させることで交流電流２の浸入深さを変えることができる。そこで、交流電流２の浸入深さを変えながら上記した電位差測定を行うことにより、焼入れ硬度について焼入れ深さ方向の分布を検査することができる。
すなわち、例えば交流電流２として、高周波電流を検査対象物１に通電したときには、交流電流２は検査対象物１の表面しか流れることができないので、検査対象物１の表面の焼入れ硬度を知ることができる。また、交流電流２の周波数ｆを高周波側から次第に低周波側に変化させて行いながら、これと並行して上記した電位差測定を行うと、交流電流２の浸入深さを大きくしながら電位差測定を行うことになるので、焼入れ硬度について焼入れ深さ方向の分布および焼入れ深さを推定することができる。

実際の焼入れ品質検査では、焼入れパターンを変えた複数の試料について、上記した電位差測定を行なって検量線を予め作成しておき、検査対象物１に対して行なった測定結果と前記検量線を比較することにより、焼入れ硬度の分布を推定する。
このように、この焼入れ品質検査方法によると、非破壊検査により焼入れ硬度の深さ方向の分布を推定できるので、検査対象物１の焼入れ品質を精度良く検査することができる。

図２は、図１に示した焼入れ品質検査方法に用いられる焼入れ品質検査装置の概略構成を示す。この焼入れ品質検査装置は、一対の通電用電極３，４および一対の検出用探針５，６を一体化して設けた検出ヘッド１０と、前記一対の通電用電極３，４を介して検査対象物１に交流電流を供給する交流電源７と、前記一対の検出用探針５，６間の電位差から焼入れ品質を測定する品質測定手段１２と、この品質測定手段１２による測定結果を表示する表示装置２０とを備える。前記交流電源７および品質測定手段１２は、検出ヘッド１０とは別体の検査装置本体１１における回路基板上に実装されている。検査時には、前記検出ヘッド１０が検査対象物１の表面に押し当てられる。この押し当て状態で、前記一対の通電用電極３，４は検査対象物１の表面に接触し、前記一対の検出用探針５，６は検査対象物１の表面の前記電極位置と異なる２点に接触する。これら通電用電極３，４および検出用探針５，６は、ばねなどで付勢力を付与して、検査対象物１の表面に確実に接触するようにしても良い。

検査装置本体１１の交流電源７は、交流信号を出力する発振回路１３と、この発振回路１３の出力する交流信号を電流増幅して検査対象物１に通電する交流電流を供給する電流増幅回路１４とでなる。品質測定手段１２は、前記一対の検出用探針５，６間の電位差を測定する電位差測定部１８と、この電位差測定部１８の測定した電位差から焼入れ品質を推定する信号処理部１９とでなる。信号処理部１９では、上記した焼入れ品質検査方法で説明したように、測定結果を予め作成した検量線と比較することにより、焼入れ品質を推定する。具体的には、信号処理部１９は、焼入れ品質として、検査対象物１の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さを推定するが、これら品質項目のうちのいずれか１つを測定するものとしても良い。また、信号処理部１９は、測定した焼入れ品質が所定の品質値を下回るとき品質異常（焼入れ異常）と判定する判定部１９ａを有する。所定の品質値は、種々の試験等で求めて適宜設定される値である。さらに、信号処理部１９は、前記交流電源７の発振回路１２に交流信号の周波数および振幅を可変設定する指令を与える周波数変更指令部１９ｂを有する。この周波数変更指令部の指令を受け、発振回路１２の出力する交流信号の周波数および振幅が可変設定される。周波数変更指令部１９ｂは、例えば、周波数を変える変更幅、頻度、変更の繰り返し周期等の規則等が、目的とする焼き入れ品質の種類や、検査対象物１の種類等に応じて複数種類設定されていて、適宜の入力によって任意の規則が選択可能なものとしても良い。前記表示装置２０には、信号処理部１９で推定された焼入れ硬度分布、焼入れ深さ、焼入れ異常の有無などが表示される。

上記構成の焼入れ品質検査装置を上記した焼入れ品質検査方法に用いることにより、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。

図３は、前記焼入れ品質検査装置を使用して行う非破壊検査の一例を示す。ここでは、軸受の品質を検査する装置として使用しており、具体的には軸受の内輪２１の転走面２１ａの焼入れ品質を検査する。焼入れ品質検査装置の検出ヘッド１０は、移動可能な支持部材２２に支持され、支持部材２２の移動により軸受内輪２１の転走面２１ａの表面を移動しながら焼入れ品質を検査する。軸受内輪２１は回転軸２３の外径面に嵌着されており、回転軸２３を回転させることで、軸受内輪２１の転走面２１ａの全周面に前記検出ヘッド１０を摺動させて焼入れ品質を検査することができる。
軸受等の転動製品やその転動装置部品の製造ライン上で、このように焼入れ品質検査装置を使用すると、軸受内輪２１の転走面２１ａの焼入れ品質を全数検査することができ、品質保証能力を高めることができる。

図３では、焼入れ品質検査装置を軸受内輪２１の転走面２１ａにおける焼入れ品質の検査に用いた例を示したが、検査対象物は軸受部品である内輪２１に限らず、例えば軸受そのものの表面の焼入れ品質を検査するものとしても良い。また、検査対象物は軸受に限らず他の転動装置や転動装置部品であっても良く、この場合にもその転動装置や転動装置部品の焼入れ品質を精度良く検出することができる。

１…検査対象物
２…交流電流
３，４…通電用電極
５，６…検出用探針
７…交流電源
８…電位差計
１０…検出ヘッド
１２…品質測定手段
１３…発振回路
１９ａ…判定部
１９ｂ…周波数変更指令部
２０…表示装置
２１…軸受内輪（転動装置部品）

Claims (10)

1. 検査対象物に電流を通電し、その検査対象物の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置において、
   検査対象物の表面に接触させる一対の通電用電極、および前記検査対象物の表面の前記電極位置と異なる２点に接触させる一対の検出用探針を有する検出ヘッドと、前記一対の通電用電極を介して前記検査対象物に交流電流を印加する交流電源と、前記一対の検出用探針間の電位差から焼入れ品質を測定する品質測定手段とを備えることを特徴とする焼入れ品質検査装置。
2. 請求項１において、前記交流電源は、出力する交流電流の周波数を可変設定できる発振回路を有する焼入れ品質検査装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記品質測定手段は、前記交流電源の出力する周波数を種々変化させる周波数変更指令部を有し、かつこの周波数変更指令部で変化させた各周波数における前記検出用探針間の電位差を測定し、焼入れ品質を測定する機能を有するものとした焼入れ品質検査装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれ１項において、前記品質測定手段は、前記焼入れ品質として、前記検査対象物の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを測定するものとした焼入れ品質検査装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記品質測定手段の測定した焼入れ品質を表示する表示装置を有する焼入れ品質検査装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記品質測定手段は、測定した焼入れ品質が設定品質値を下回るときに品質異常と判定する判定部を有する焼入れ品質検査装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、転動装置または転動装置部品の焼入れ品質の検査に用いられる焼入れ品質検査装置。
8. 検査対象物に電流を通電し、その検査対象物の任意の２点間の電位差を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法において、
   前記電流として交流電流を通電することを特徴とする焼入れ品質検査方法。
9. 請求項８において、前記交流電流の周波数を変化させながら、前記２点間の電位差を測定する焼入れ品質検査方法。
10. 請求項８または請求項９において、前記焼入れ品質として、前記検査対象物の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを検査する焼入れ品質検査方法。
    

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