JP2015087156A

JP2015087156A - 軸受素材の超音波探傷検査方法

Info

Publication number: JP2015087156A
Application number: JP2013224259A
Authority: JP
Inventors: 世強趙; Shiqiang Zhao; 利満前川; Toshimitsu Maekawa
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】探傷を行う被測定物素材の周方向、長手方向、径方向の各方向において、連続した領域について探傷を行える超音波探傷検査方法を提供する。
【解決手段】被測定物素材に探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、前記被測定物素材を円錐状素材に加工し、当該円錐状素材を回転させ、且つ、前記探触子を当該円錐状素材の長手方向及び径方向に移動させて当該円錐状素材の外形面に沿った位置へと案内し、超音波探傷検査を行なう。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受の軸受軌道輪、転動体の素材内に存在する内部欠陥を超音波により探傷検査する方法に関する。

一般に、転がり軸受の軸受軌道輪素材や転動体素材はＳＵＪ２等の軸受鋼を円柱状に加工して製鋼されており、このような素材内に内部欠陥が存在すると、転がり軸受の寿命を低下させる原因となる。したがって、製鋼された素材を受け入れる際にはこの素材（以下「被測定物素材」）を超音波により探傷検査し、内部欠陥が無いことを確認してから、旋削などの工程に回されている。

上述した内部欠陥の検査は、最も簡易的には、図４に示すように、円柱状の被測定物素材２１の外周面から軸心方向に所定範囲Ｓに亘って探傷検査する方法が考えられる。図４（ａ）は円柱状被測定物素材２１の斜視図、（ｂ）は当該円柱状被測定物素材２１の長手方向断面図であり、探傷範囲Ｓを図４（ｂ）にハッチング表示している。しかしながらこの方法では、もし素材の中心部に内部欠陥が偏在している場合には、これを検出することができない。従ってこの素材の中心部も例えば内輪や転動体として使用する場合には、かかる方法は必ずしも適切とは思われない。円柱状被測定物素材の外周面から軸心までを探傷できることがより望ましい。

このために、従来においては、次のような方法で被測定物素材の超音波探傷検査を行なっている。
たとえば、被測定物素材の外径が６０ｍｍであるとすると、最初に外径６０ｍｍで超音波探傷検査を行ない、次に被測定物素材の外径を４０ｍｍに削り込んで超音波探傷検査を行ない、最後に被測定物素材の外径を２０ｍｍに削り込んで超音波探傷検査を行なっている。このような方法によると、数ミリ程度の微小な内部欠陥までも検出することができるが、被測定物素材に旋削や研削等の機械加工を行い、超音波探傷検査を数回に分けて行なう必要があるため、手間がかかるという問題点を有していた。

このような問題を解決する技術として、図５に示す方法が提案されている（特許文献１）。被測定物素材３１に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、被測定物素材３１の外形面３５を段付き形状に加工して超音波探傷検査を行なうものである。このような方法によると、複数の所定径の部分については探傷を行えるが、径方向全域についての探傷を行なおうとすると、段差の数を多くする必要がある。また、被測定物素材の長手方向両端部、及び段差部近傍（図５中ハッチング表示部）は超音波信号の送信・受信が乱れる為、必ずしもノイズの無い状態での探傷が困難であり、所定の長さ全域についての連続的な探傷が難しいという問題がある。

探傷の対象となる部分は必ずしも連続した領域である必要は無いが、探傷の信頼性の面からは、所定範囲の素材の周方向、長手方向、径方向の各方向において、連続した領域について探傷を行えるのがより望ましい。

特開２００５−３３７９９１号公報

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、探傷を行う被測定物素材の周方向、長手方向、径方向の各方向において、連続した領域について探傷を行える超音波探傷検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る被測定物素材の超音波探傷検査方法は、
被測定物素材に探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、前記被測定物素材を円錐状素材に加工し、当該円錐状素材を回転させ、且つ、前記探触子を当該円錐状素材の長手方向及び径方向に移動させて当該円錐状素材の外形面に沿った位置へと案内し、超音波探傷検査を行なうことを特徴とする。

本発明に係る被測定物素材の超音波探傷検査方法によれば、円錐状素材に加工した被測定物素材を回転させ、且つ、この円錐状素材の外形面に沿った位置に探触子を案内することで、被測定物素材の内部における内部欠陥を、被測定物素材の周方向、長手方向、径方向において連続的に探傷することが可能となる。このために、被測定物素材のよりきめ細かな探傷を行なうことが可能となり、被測定物素材品質をより確実に保証することが可能となる。

（ａ）は本発明に係る超音波探傷検査方法に使用される被測定物素材の斜視図、（ｂ）は長手方向断面図、本発明に係る超音波探傷検査方法を説明するための説明図、本発明に係る超音波探傷検査方法を示すフローチャート、（ａ）は従来の超音波探傷検査方法に使用される被測定物素材の斜視図、（ｂ）は長手方向断面図、さらに別の従来の超音波探傷検査方法の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る被測定物素材の超音波探傷検査方法に使用される被測定物素材１の斜視図、（ｂ）は長手方向断面図、図２は本発明に係る超音波探傷検査方法を説明するための説明図である。図において、符号１は検査対象物である被測定物素材である。この被測定物素材１は全体として円錐状素材に形成されており、上部の測定対象部１ａは円錐台状に、測定時に三つ爪チャック１３にて保持される下部の保持部１ｂは円柱状に形成されている。

図２に示すように、円錐状素材１の超音波探傷検査装置は、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽（水槽）３内に配置された回転テーブル４上に、検査対象物である円錐状素材１が、その軸心を回転テーブル４の中心軸に一致させて縦置きされている。

円錐状素材１の外形面５に対して一定の距離をもって超音波探触子８が配置されている。超音波伝質媒体２中に円錐状素材１を浸漬した状態で円錐状素材１を軸心回りに回転させながら超音波探傷することによって円錐状素材１の表面及び内部の内部欠陥の検査が行われる。超音波探触子８の検出信号は、媒体槽３の外部に配置された探傷器１０に送られるようになっている。

超音波探傷が行われる円錐状素材１は、例えば軸受の転動体のコロに使用されるものであり、その大きさは、例えば直径１００〜２００ｍｍで、全長３００〜５００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。

媒体槽３は、その底面に回転テーブル４を配置できる大きさで、回転テーブル４の上に円錐状素材１を縦置きしたとき、円錐状素材１の全長を超音波伝質媒体２中に沈めることができる深さを備えていればよい。

回転テーブル４は、円錐状素材１が縦置きされる上面が水平になるように媒体槽３の底面に配置され、図示を省略したモータによって図中矢印Ｃ方向に回転するようになっている。円錐状素材１は、その軸心を回転テーブル４の中心軸（回転軸）に一致させるようにしてセンタリングされて固定される。

回転テーブル４上には、円錐状素材１を縦置きに固定するための保持部材１２が配置されている。保持部材１２は、例えば、円錐状素材１の下部１ｂを支持するために、円錐状素材１の外周に沿って周方向に等間隔に３つの爪が配置された三つ爪チャック１３を備えている。

このように、円錐状素材１を保持部材１２の三つ爪チャック１３によって保持し、回転テーブル４上に縦置きするようにすると、回転テーブル４に対するセンタリングが容易となり、作業効率が向上する。さらに、保持部材１２で円錐状素材１を固定することにより、回転中も円錐状素材１の転倒が抑制される。

超音波探触子８は、円錐状素材１とともに、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽３中に浸漬され、円錐状素材１に対して超音波を送信し、送信された超音波によって円錐状素材１内で生起された反射波を受信し、受信された信号を波形信号に変換し、この波形信号を検出信号として、媒体槽３の外部に設置された探傷器１０に送信する。

超音波探触子８は、特に限定されるものではないが、例えば、周波数２０ＭＨｚの焦点型のものが用いられ、これを円錐状素材１の外形面より一定の距離を保った位置に配置する。そして、円錐状素材１が１回転する毎に、図中の矢印Ｙ方向（円錐状素材１の長手方向）及び、矢印Ｘ方向（円錐状素材１の径方向）に、円錐状素材１の外形面５に沿った位置に案内され、引き続き探傷することで円錐状素材１内部の内部欠陥の検査が行われる。

このとき超音波探触子８は、円錐状素材１の円錐の頂角２θ（図１（ｂ）参照）の１／２の角度θだけ水平方向に対して傾けられている。これにより、円錐状素材１の外形面５に対して垂直探傷し、円錐状素材１の表面及び材料内部（例えば、外形面５の表面直下１ｍｍから１５ｍｍの深さ位置程度）の内部欠陥の検査が行われる。図１（ｂ）には探傷範囲Ａをハッチングで示している。

探傷器１０は、記録計を備え、受信した検出信号を記録する。また、探傷器１０は、探傷時に、超音波探触子８と信号授受を行いながら、図示を省略した超音波探触子移動機構を制御して、上述したように超音波探触子８を円錐状素材１の外形面５に沿った位置に案内する。

図３は、円錐状素材の超音波検査方法を示すフローチャートである。以下、図３のフローチャートを用いて、上実施形態に係る円錐状素材の超音波検査の方法を説明する。

まず、図３のステップＳ１００において、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽３内に配置された回転テーブル４上に円錐状素材１を縦置きにセットする。回転テーブル４の上面は水平に配置されており、その中心軸に円錐状素材１の軸心を一致させて円錐状素材１の一端面を回転テーブル４の上面に載せる。回転テーブル４は保持部材１２を備えており、円錐状素材１の一端を三つ爪チャック１３で挟むようにして固定する。これにより、円錐状素材１のセンタリングが容易となるとともに、その後の探傷において円錐状素材１の転倒防止にもなる。

次に、ステップＳ１１０において、縦置きされた円錐状素材１の軸方向一端部近傍に、外形面から一定の距離を置いて、超音波探触子８をセットする。上述したように、この距離は超音波探触子８の焦点距離に依るが、円錐状素材１の外形面から大体５〜２０ｍｍ程度離して超音波探触子８を配置する。

次に、ステップＳ１２０において、図示を省略したモータによって回転テーブル４を回転させることによって、図２矢印Ｃ方向に、円錐状素材１をその軸心の回りに一定の速度で回転させ探傷を行なう。

次に、ステップＳ１３０において、超音波探触子８を、図２矢印Ｙ方向（円錐状素材１の長手方向）及び、矢印Ｘ方向（円錐状素材１の径方向）に移動させて、円錐状素材１の外形面５に沿った位置に案内し、引続いて探傷を行う。このとき、円錐状素材１が１回転する毎に、超音波探触子８を円錐状素材１の外形面５に沿った位置に移動させ、探傷するようにする。なお、探傷は、このように円錐状素材１が１回転する毎に、超音波探触子８を移動させるのではなく、円錐状素材１の回転とともに、超音波探触子８を円錐状素材１の外形面５に沿って一定の速度で移動させ、結果的に円錐状素材１の外形面を渦巻き螺旋状に走査するようにしてもよい。

ステップＳ１４０において、このように超音波探触子８によって検出された検出信号は、探傷器１０に送信され、探傷器１０の記録計に記録される。このようにして、円錐状素材１の表面及び内部の内部欠陥の検査が行われる。

そして、ステップＳ１５０において、超音波探触子８が円錐状素材１の軸方向の他端部に到達したら探傷を終了し、回転テーブル４の回転を停止する。なお、一つの円錐状素材１の探傷は、このように一回の走査で終了するのではなく、再度超音波探触子８を円錐状素材１の一端に移動して同様に探傷を行い、複数回超音波探傷を行った結果を同期加算することにより、内部欠陥の検査の精度向上を図るようにしてもよい。

最後に、ステップＳ１６０において、回転テーブル４から円錐状素材１を取り外す。

このように、円錐状素材に加工した被測定物素材を回転させ、且つ、この円錐状素材の外形面に沿った位置に探触子を案内することで、被測定物素材の内部における内部欠陥の検査を、被測定物素材の周方向、長手方向及び径方向において連続的に探傷することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、探触子は、円錐状素材の大径側から小径側に移動させるようにしてもよい。

１円錐状素材（被測定物素材）
２水
３水槽
５外形面
８超音波探傷用探触子

Claims

被測定物素材に探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、前記被測定物素材を円錐状素材に加工し、当該円錐状素材を回転させ、且つ、前記探触子を当該円錐状素材の長手方向及び径方向に移動させて当該円錐状素材の外形面に沿った位置へと案内し、超音波探傷検査を行なうことを特徴とする被測定物素材の超音波探傷検査方法。