JP2012194172A

JP2012194172A - アルミダイカスト部品強度評価方法及びアルミダイカスト部品

Info

Publication number: JP2012194172A
Application number: JP2011214392A
Authority: JP
Inventors: Munetaka Mitsumura; 宗隆三ツ邑; Shigeru Okita; 滋沖田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】実際のアルミダイカスト部品の強度を適正に評価することができるアルミダイカスト部品強度評価方法を提供する。
【解決手段】予め応力解析で求めたアルミダイカスト部品１の高応力部５の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品１が所定の強度を有すると評価することにより、実際のアルミダイカスト部品１の強度を適正に評価することができる。また、前記アルミダイカスト部品強度評価方法で強度評価し、高応力部５の所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積を０．８ｍｍ²以下とすることにより、所定の強度のアルミダイカスト部品１を得ることができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、アルミダイカスト部品の強度評価方法及びアルミダイカスト部品に関するものであり、例えば車両の電動パワーステアリング装置に用いられる部品などに好適なものである。

例えば車両の電動パワーステアリング装置に用いられるコラムハウジングなどはアルミダイカスト部品からなる。このようなアルミダイカスト部品としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この特許文献１では、アルミダイカスト部品の肉厚を５ｍｍ以下とした状態で、ロックウエル硬さＨＲＢ５０以上とすることにより、製造コストの低減化を図ることができ、鋳造欠陥が生じていても高強度、高品質なアルミダイカスト部品を得ることができるとしている。また、このようなアルミダイカスト部品の強度評価方法としては、例えば下記特許文献２や特許文献３に記載されるものがある。このうち、特許文献２では、例えばアルミダイカスト部品に超音波を照射してアルミダイカスト部品からの音波情報に基づいてアルミダイカスト部品の鋳巣と破断チル層を検出して第１の内部欠陥３次元分布データを取得し、同じアルミダイカスト部品をＸ線ＣＴ測定してアルミダイカスト部品の複数の断面画像からアルミダイカスト部品の鋳巣を検出して第２の内部欠陥３次元分布データを取得し、第１の内部欠陥３次元分布データと第２の内部欠陥３次元分布データを比較してアルミダイカスト部品の破断チル層の３次元分布データを取得する。また、特許文献３では、アルミダイカスト部品のゲート近傍のランナー部内で凝固した溶湯から検査片を切り出し、その検査片の切出し面である検査面の面積に対する検査面に露出している破断チル層の面積の面積率を算出し、その面積率と所定の基準値とを比較してアルミダイカスト部品の不良を判断する。

特開２００９−１０８０９５号公報特開２００５−９１２８８号公報特開２００７−１１１７２８号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されるアルミダイカスト部品は、５ｍｍ以下とした試験片の強度を評価するものであって、実際のアルミダイカスト部品の強度を評価するものではない。また、前記特許文献２に記載されるアルミダイカスト部品の強度評価方法は、あくまでもアルミダイカスト部品のランナー部内の凝固した溶湯を検査したものであり、アルミダイカスト部品自体の評価ではない。これに対し、前記特許文献１に記載されるアルミダイカスト部品の強度評価方法は、アルミダイカスト部品自体の評価を可能とするが、例えば大きなアルミダイカスト部品や複雑なアルミダイカスト部品の全ての部分について検査を行うのは実質的に困難である。実際のアルミダイカスト部品は、鋳巣などの内部欠陥を回避することができず、この内部欠陥を起点として破損することがある。また、アルミダイカスト部品は、多くの場合、複雑な形状をしており、例えば超音波探傷によって内部欠陥を探傷しても、どの部分で強度を評価すべきなのか、明らかとなっていない。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、実際のアルミダイカスト部品の強度を適正に評価することができ、所定の強度のアルミダイカスト部品を得ることが可能なアルミダイカスト部品強度評価方法及びアルミダイカスト部品を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のアルミダイカスト部品強度評価方法は、アルミダイカスト部品の強度を評価する方法であって、予め応力解析で求めたアルミダイカスト部品の高応力部の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品が所定の強度を有すると評価することを特徴とするものである。

また、アルミダイカスト部品の強度を評価する方法であって、予め行った前記アルミダイカスト部品の曲げ試験で破壊し且つ当該アルミダイカスト部品を予め応力解析して求めた高応力部に対し、当該高応力部の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品が所定の強度を有すると評価することを特徴とするものである。

また、本発明のアルミダイカスト部品は、前記アルミダイカスト部品強度評価方法で強度が評価されたアルミダイカスト部品であって、前記高応力部の所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が０．８ｍｍ²以下であることを特徴とするものである。
また、前記アルミダイカスト部品が、車両の電動パワーステアリング装置に用いられる部品であることを特徴とするものである。

また、前記アルミダイカスト部品が、車両の電動パワーステアリング装置に用いられるコラムハウジングであり、前記高応力部が前記コラムハウジングのクランプ部であることを特徴とするものである。

而して、本発明のアルミダイカスト部品強度評価方法によれば、予め応力解析で求めたアルミダイカスト部品の高応力部の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品が所定の強度を有すると評価することとしたため、実際のアルミダイカスト部品の強度を適正に評価することができる。

また、予め行った曲げ試験で破壊し且つ予め応力解析で求めたアルミダイカスト部品の高応力部に対し、当該高応力部の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品が所定の強度を有すると評価することとしたため、実際のアルミダイカスト部品の強度を適正に評価することができる。
また、本発明のアルミダイカスト部品によれば、本発明のアルミダイカスト部品強度評価方法で強度評価し、高応力部の所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積を０．８ｍｍ²以下としたことにより、所定の強度のアルミダイカスト部品を得ることができる。

本発明のアルミダイカスト部品強度評価方法の一実施形態を示す説明図である。図１のアルミダイカスト部品強度評価方法における内部欠陥探傷の説明図である。アルミダイカスト部品の破損部の説明図である。アルミダイカスト部品の高応力部の説明図である。アルミダイカスト部品の高応力部の説明図である。図２の内部欠陥探傷で得られる画像の説明図である。図２の内部欠陥探傷で得た探傷画像である。図７の探傷画像を二値化した画像である。図８の二値化探傷画像から画像解析により内部欠陥面積を算出した説明図である。内部欠陥面積と曲げ試験荷重の関係を示す説明図である。

次に、本発明のアルミダイカスト部品強度評価方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のアルミダイカスト部品強度評価方法で用いられる６軸可動超音波探傷装置の説明図であり、図１ａは装置の全体図、図１ｂは被探傷物とターンテーブルの詳細図、図１ｃは内部欠陥探傷の説明図である。図中の符号１は、本実施形態で強度を評価する対象となるアルミダイカスト部品であり、例えば電動パワーステアリング装置のコラムハウジングである。

本実施形態では、ターンテーブル２の上にアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１を搭載し、ターンテーブル２を回転させながら探触子（プローブ）３を上方から下方に移動し、アルミダイカスト部品１の内側を螺旋状に探傷する。本実施形態のアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１は、円筒部を有するので、この円筒部の後述する高応力部を超音波探傷装置で探傷し、内部欠陥を検出する。

探傷にあたっては、図２ａに示すように、アルミダイカスト部品１の表面エコーと底面エコーの間に評価ゲートを設定した。評価ゲートは探傷範囲を意味する。超音波探傷では、探触子３から発振された超音波はアルミダイカスト部品１の表面と底面で反射して戻ってくる。その反射波が夫々表面エコー、底面エコーとなる。図２ｂに示すように、アルミダイカスト部品１の探傷範囲内部に内部欠陥４が存在する場合、表面エコーと底面エコーの間、即ち評価ゲートの範囲に欠陥エコーが表れる。表面エコーの時刻と底面エコーの時刻は予め分かっているので、二つの時刻の間に存在するエコーが欠陥エコーとなる。そして、その欠陥エコーの最も大きなものをアルミダイカスト部品１の内部に図示化する手法を用いた。なお、本実施形態のアルミダイカスト部品１であるコラムハウジングの円筒部の内径はφ３８ｍｍであり、探傷範囲を当該円筒部の軸線方向９０ｍｍの範囲とした。また、アルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の円筒部の内周面を旋削加工した方が欠陥エコーを検出しやすい。

探傷に先立ち、アルミダイカスト部品１であるコラムハウジングの曲げ試験を行った。曲げ試験の結果、図３に示すＡの部分、具体的にはクランプ部に破損（割れ）が生じた。一方、アルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の応力解析を行った結果、図４に示すＢの部分、同じくクランプ部が高応力部であることが分かった。両者を比較すると、応力解析によるアルミダイカスト部品１の高応力部、即ちコラムハウジングのクランプ部で破損が発生することが分かる。即ち、この高応力部（クランプ部）では、例えば内部欠陥を起点とする破損が生じやすいことから、高応力部（クランプ部）の内部欠陥を探傷することとした。

図５には、本実施形態のアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の高応力部（クランプ部）５を示す。図中の黒い枠内が高応力部（所定範囲）５に相当する。この高応力部（クランプ部）５を含めてアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の内部を超音波探傷し、図６に示すように、当該アルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の円筒部の内部を展開した図の上に内部欠陥を図示化する。

図７は、超音波探傷による探傷画像であり、図７ａは、アルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の円筒部の板厚の中央付近の探傷画像、図７ｂは、アルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の円筒部の外表面付近（図４の上面付近）の探傷画像である。探傷範囲は、前述したように、高さ方向に９０ｍｍ、円筒部の内周全周であるから、画像の横軸は１１９ｍｍ（内径φ３８ｍｍの内周）、縦軸は９０ｍｍである。この探傷画像に対し、５０％エコー強度を閾値とし、それ以上とそれ以下で二値化して色分けしたのが図８である。図中の黒色部分が、エコー強度５０％以上の内部欠陥である。更に、図８に示すエコー強度５０％以上の内部欠陥の夫々の面積を画像解析したのが図９である。なお、画素数にして５０pixel以下（面積０．５ｍｍ²以下）は強度的に問題ないと判断し、内部欠陥の面積評価対象から排除した。

下記表１は、このようにして解析された全ての内部欠陥の面積である。このうち、前述した高応力部（クランプ部）５内に存在する内部欠陥は、表中のＮｏ．５である。なお、高応力部（クランプ部）５内に複数の内部欠陥が存在する場合、最大の内部欠陥の面積を抽出し、その面積を評価することとした。

このようにして１０個のアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１について、同様に超音波探傷によって内部欠陥を検出し、そのうちの高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の面積を解析した。更に、それらのアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１に対して曲げ試験を行い、破損荷重を検出した。下記表２に、高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の面積と曲げ試験の破損荷重の関係を示す。また、表２の結果をグラフに表したのが図１０である。

図１０から明らかなように、高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の面積が大きいほど、曲げ試験の破損荷重が小さい。つまり、高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の面積が大きいほど、早く破損すると考えられる。しかしながら、高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の面積が、実質的に０．８ｍｍ²以下であれば、内部欠陥の面積の大きさに関係なく、ほぼ一定の破損強度が保持される。即ち、本実施形態のアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の場合、高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の面積が０．８ｍｍ²以下であれば、所定の強度を有すると評価することができる。

また、実際のアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１の破損断面を観察すると、内部欠陥を起点として亀裂が広がっていることから、内部欠陥起点型の破損であると考えられ、従って高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の大きさ、つまり面積を検出し、その内部欠陥の面積が所定値以下であれば内部欠陥起点型の破損を抑制防止できることから、高応力部（クランプ部）５内の内部欠陥の面積が所定値以下であるときにアルミダイカスト部品（コラムハウジング）１が所定の強度を有すると評価することは適正であると考えられる。

このように、本実施形態のアルミダイカスト部品強度評価方法では、予め応力解析で求めたアルミダイカスト部品１の高応力部５の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品１が所定の強度を有すると評価することにより、実際のアルミダイカスト部品１の強度を適正に評価することができる。

また、予め行った曲げ試験で破壊し且つ予め応力解析で求めたアルミダイカスト部品１の高応力部５に対し、当該高応力部５の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品１が所定の強度を有すると評価することにより、実際のアルミダイカスト部品１の強度を適正に評価することができる。

また、本実施形態のアルミダイカスト部品によれば、本実施形態のアルミダイカスト部品強度評価方法で強度評価し、高応力部５の所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積を０．８ｍｍ²以下としたことにより、所定の強度のアルミダイカスト部品１を得ることができる。

１はアルミダイカスト部品
２はターンテーブル
３は探触子
４は内部欠陥
５は高応力部

Claims

アルミダイカスト部品の強度を評価する方法であって、予め応力解析で求めたアルミダイカスト部品の高応力部の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品が所定の強度を有すると評価することを特徴とするアルミダイカスト部品強度評価方法。
アルミダイカスト部品の強度を評価する方法であって、予め行った前記アルミダイカスト部品の曲げ試験で破壊し且つ当該アルミダイカスト部品を予め応力解析して求めた高応力部に対し、当該高応力部の所定範囲の内部欠陥を超音波探傷し、当該所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が所定値以下であるときに当該アルミダイカスト部品が所定の強度を有すると評価することを特徴とするアルミダイカスト部品強度評価方法。
前記請求項１又は２のアルミダイカスト部品強度評価方法で強度が評価されたアルミダイカスト部品であって、前記高応力部の所定範囲の内部欠陥の最大欠陥面積が０．８ｍｍ²以下であることを特徴とするアルミダイカスト部品。
前記アルミダイカスト部品が、車両の電動パワーステアリング装置に用いられる部品であることを特徴とする請求項３に記載のアルミダイカスト部品。
前記アルミダイカスト部品が、車両の電動パワーステアリング装置に用いられるコラムハウジングであり、前記高応力部が前記コラムハウジングのクランプ部であることを特徴とする請求項３に記載のアルミダイカスト部品。