JP2015135268A - 嵌め合い部の緩み検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】嵌め合い部の緩みの有無を精度よく判定可能な嵌め合い部の緩み検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】本発明は、回転部材（２）と軸部材（３）とを備える嵌め合い部（１）における緩みを嵌め合い面圧を測定することによって検査する嵌め合い部の緩み検査方法に関する。特に、嵌め合い部に超音波を送信して反射波を受信することにより、反射エコー強度を測定し、予め用意した嵌め合い面圧と反射エコー強度との相関を予めマップに基づいて、該測定された反射エコー強度から嵌め合い面圧を算出する。そして、算出された嵌め合い面圧が所定値未満である場合に、嵌め合い部に緩みがあると判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、回転部材と該回転部材に嵌め合わされる軸部材とを備える嵌め合い部における緩みを検査する嵌め合い部の緩み検査方法及び検査装置の技術分野に関する。

回転部材と該回転部材に嵌め合わされる軸部材とを備える嵌め合い部は、例えば歯車とその回転軸とによって構成される構造体のように、様々な用途において広く利用されている。このような嵌め合い部では、長期間の使用に伴って嵌め合い代が減少し緩みが発生し、軸部材に対して回転部材に傾きが生じる。このような傾きは、上述の歯車を用いた構造体では噛み合いトラブルに発展要因となるため、未然防止の観点から定期検査等によって緩みの有無を検査する必要がある。

従来、この種の嵌め合い部の緩みを検査する手法としては、回転部材の傾きや振動状態を評価するものが知られている。例えば特許文献１では、回転軸の外周面近傍の材料傷を超音波探傷法によって検知することにより、嵌め合い部の健全性を検査する方法が開示されている。また特許文献２には、嵌め合い部における緩み検査ではないが、類似技術として、回転部材の半径方向外側における傷を超音波探傷法によって検知する方法が開示されている。

特開２０００−１４６９２２号公報 特表平１１−５１２８２２号公報

しかしながら、特許文献１では回転軸の外周面近傍の材料傷に基づいて、回転軸の嵌め合い状態の健全性を判定している。すなわち、外表面上における傷の有無を評価することによって、内部の嵌め合い部の健全性を間接的に検査しているに過ぎず、良好な検査精度を得ることが難しい。特許文献２も同様に、外表面上の傷の有無を評価しているため、これを利用したとしても、同様の問題点を有する。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、嵌め合い部の緩みの有無を精度よく判定可能な嵌め合い部の緩み検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る嵌め合い部の緩み検査方法は上記課題を解決するために、回転部材と該回転部材に嵌め合わされる軸部材とを備える嵌め合い部における緩みを、嵌め合い面圧を測定することによって検査する嵌め合い部の緩み検査方法であって、前記嵌め合い部に超音波を送信する送信工程と、前記嵌め合い部で反射された前記超音波を受信する受信工程と、前記超音波の送信レベル及び受信レベルに基づいて、反射エコー強度を測定する反射エコー強度測定工程と、予め用意した前記嵌め合い面圧と前記反射エコー強度との相関を予めマップに基づいて、前記測定された反射エコー強度から前記嵌め合い面圧を算出する面圧算出工程と、前記算出された嵌め合い面圧が所定値未満である場合に、前記嵌め合い部に緩みがあると判定する判定工程とを備えることを特徴とする。

本実施形態によれば、嵌め合い部に超音波を送信して該嵌め合い部からの反射波を受信することによって反射エコー強度の測定を行う。嵌め合い面圧と反射エコー強度との相関は予めマップとして規定されており、当該マップに基づいて、前記測定された反射エコー強度から嵌め合い面圧を求める。そして、求められた嵌め合い面圧が予め基準値として設定された所定値未満である場合に、嵌め合い部に緩みがあると判定する。このように、本実施例では嵌め合い面圧を超音波の反射エコー強度に基づいて測定することにより、嵌め合い部の緩みを直接的に判定できるので、精度の高い検査を実施することができる。

尚、本願明細書において反射エコー強度とは、超音波の反射エコーゲイン又は反射率を意味する。具体的に説明すると、超音波探傷の校正方法として、ある基準部材における反射エコーを検査装置上のある強度（例えば表示スケールの８０%等）に合わせ、その校正実施後に検査対象で検査した結果反射エコーの強度が変化したとすると、その表現方法として「反射エコーゲイン」と「反射率」がある。この場合、「反射エコーゲイン」はエコー強度が変化した時にエコー高さを校正条件であるエコー高さ８０%に再調整したときの感度（ゲイン）の調整量を意味し、一方、「反射率」は８０%に調整したエコー強度が変化した率を意味する。

また一の実施形態では、前記送信工程で前記超音波の送信レベルを一定に設定すると共に、前記受信工程で前記超音波の受信レベルが予め設定された基準値になるように受信感度を調整することにより、前記反射エコー強度として反射エコーゲインを測定してもよい。

また、前記マップは、嵌め合い面圧が既知である複数のサンプルについて反射エコー強度を測定することにより作成してもよい。
この実施形態によれば、設計値などによって嵌め合い面圧が既知となっているサンプルを用いて反射エコー強度を測定することにより、嵌め合い面圧と反射エコー強度との相関をマップとして作成する。このようにサンプルを用いてマップを作成することにより、過去の実測結果に基づいて嵌め合い面圧を求めることができるので、精度のよい緩み検査を実施することができる。

この場合、前記複数のサンプルには、少なくとも前記嵌め合い面圧がゼロである前記回転部材のみからなるサンプルを含むとよい。
この実施形態によれば、実質的に嵌め合い面圧がゼロである嵌め合い部に相当する回転部材をサンプルとして用いることで、精度のよい面圧測定を行うことができる。上述のように設計値などによって嵌め合い面圧が既知となっているサンプルであっても、少なからず誤差を含む。そのため、本実施例のように回転部材のみからなるサンプルを用いることで、より良好な測定精度が得られる。

尚、前記複数の前記回転部材のみからなるサンプルには、前記嵌め合い部の穴径が異なるサンプルを含むとよい。
嵌め合い部の穴径が異なるサンプルでは、嵌め合い部に照射される超音波の反射エコー強度が面圧ゼロの状態であっても変化する。この変化を面圧ゼロ時の反射エコーの校正値としてマップに考慮するためには、嵌め合い部の穴径の変化と反射エコー強度の関係をサンプルにて把握する必要がある。従って、検査対象の嵌め合い部の軸径が異なる場合は、穴径による反射エコー強度の変化をマップに考慮するとよい。

また、前記送信工程は、前記回転部材の一方の側面に取り付けられた送信器から前記嵌め合い部に対して前記超音波を斜めに照射し、前記受信工程は、前記回転部材の他方の側面に取り付けられた受信器によって前記嵌め合い部からの反射波を受信してもよい。
この実施形態によれば、歯車の側面から超音波を送受信することで反射エコー強度を測定できるので、任意の形状を有する回転部材に適用が可能である。言い換えれば、歯車円周上の歯車吊穴やキー部分のような複雑な形状を除いた任意の位置において、広く計測することができる。

また、前記送信器及び前記受信器は、前記回転部材の側面上において周方向に沿って複数設けられていてもよい。
この実施形態によれば、送信器及び受信器を回転部材の側面上において周方向に沿って複数設けることで、嵌め合い部の広い領域に亘って反射エコー強度を測定し、嵌め込み面圧を測定できる。そのため、嵌め込み部の位置によって嵌め込み面圧が異なる場合（例えば嵌め込み部の形状が非対称である場合）であっても、精度のよい緩み検査を行うことができる。
尚、嵌め込み部の位置によって嵌め込み面圧が異ならない場合であっても、複数個所で測定した反射エコー強度に基づいて嵌め込み面圧を精度よく算出できるので、検査精度を向上できる。

また、前記送信工程は、前記嵌め合い部に対して前記超音波を垂直に照射し、前記受信工程は、前記嵌め合い部からの反射波を受信し、前記反射エコー強度測定工程は、一次反射波を除いた前記反射波に基づいて、前記反射エコー強度を測定してもよい。
この実施形態によれば、嵌め合い部に対して超音波を垂直に照射することで、嵌め合い部にて超音波が繰り返し反射され、複数次の反射波が受信される。本願発明者の研究によれば、一次反射波には、二次以降の反射波に比べてノイズが含まれやすいため、これを除外した反射波に基づいて反射エコー強度を測定することで、嵌め合い面圧を精度よく求めることができる。

本発明の実施形態に係る嵌め合い部の緩み検査装置は上記課題を解決するために、回転部材と該回転部材に嵌め合わされる軸部材とから構成される嵌め合い部における緩みを、嵌め合い面圧の測定により検査する嵌め合い部の緩み検査装置であって、前記嵌め合い部に超音波を送信する送信器と、前記嵌め合い部で反射された前記超音波を受信する送信器と、前記送信器の送信レベル及び前記受信器の受信レベルに基づいて、反射エコー強度を測定する反射エコー強度測定部と、前記嵌め合い面圧と前記反射エコー強度との相関を予めマップとして記憶する記憶部と、前記記憶されたマップに基づいて、前記測定された反射エコー強度から前記嵌め合い面圧を算出する面圧算出部と、前記算出された嵌め合い面圧が所定値未満である場合に、前記嵌め合い部に緩みがあると判定する判定部とを備えることを特徴とする。

本装置によれば、上述の嵌め合い部の緩み検査方法（上記各種態様を含む）を好適に実施することができる。

また一の実施形態では、前記送信器及び前記受信器は、前記回転部材の側面上において周方向に沿って複数設けられていてもよい。
この実施形態によれば、送信器及び受信器を回転部材の側面上において周方向に沿って複数設けることで、嵌め合い部の広い領域に亘って反射エコー強度を測定し、嵌め込み面圧を測定できる。そのため、嵌め込み部の位置によって嵌め込み面圧が異なる場合（例えば嵌め込み部の形状が非対称である場合）であっても、精度のよい緩み検査を行うことができる。
尚、嵌め込み部の位置によって嵌め込み面圧が異ならない場合であっても、複数個所で測定した反射エコー強度に基づいて嵌め込み面圧を精度よく算出できるので、検査精度を向上できる。

また他の実施形態では、前記送信器及び受信器は、送受信器として一体的に構成されており、該送受信器は、前記回転部材の側面に設けられた凹部に収納されることにより、前記嵌め合い部に対して垂直に超音波を送信すると共に、前記嵌め合い部によって反射された超音波を受信してもよい。
この実施形態によれば、送受信器を回転部材の側面に設けられた凹部に収納して設置することにより、嵌め合い部に対して垂直に超音波を送信することができる。これにより、上述したように嵌め合い部で繰り返し反射された複数次の反射波を受信可能な構成を実現することができる。

本発明によれば、嵌め合い部に超音波を送信して該嵌め合い部からの反射波を受信することによって反射エコー強度の測定を行う。嵌め合い面圧と反射エコー強度との相関は予めマップとして規定されており、当該マップに基づいて、前記測定された反射エコー強度から嵌め合い面圧を求める。そして、求められた嵌め合い面圧が予め基準値として設定された所定値未満である場合に、嵌め合い部に緩みがあると判定する。このように、本実施例では嵌め合い面圧を超音波の反射エコー強度に基づいて測定することにより、嵌め合い部の緩みを直接的に判定できるので、精度の高い検査を実施することができる。

測定対象である嵌め合い部の構成を示す断面図である。 測定対象である嵌め合い部の分解斜視図である。 第１実施例の緩み検査装置の全体構成を示す図である。 第１実施例の緩み検査装置の動作フローを示すフローチャートである。 第１実施例のマップの作成手順を示すフローチャートである。 マップ作成部によって作成されるマップの一例である。 第２実施例の測定対象である歯車の側面上における送信器及び受信器の設置例を示す図である。 第２実施例で用いられるマップの一例である。 第３実施例に係る緩み検査装置において、送受信器による超音波の送受信の様子を模式的に示す図である。 送受信器における超音波の受信レベルの経時変化を示すグラフである。 歯車の側面における送受信器の設置例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
［第１実施例］

まず第１実施例に係る緩み検査装置１００の測定対象となる嵌め合い部１について説明する。図１は、嵌め合い部１の構成を示す断面図であり、図２はその分解斜視図である。
嵌め合い部１は、外周上に波面２ａを有する回転部材である歯車２の中心軸に沿うように形成された嵌合穴２ｂに、回転軸３を焼き嵌めにより固定した構成を有しており、歯車２と回転軸３とは、互いに嵌め合い面４において所定圧力（嵌め合い圧力）で押し付け固定されている。本来、嵌め合い部１では歯車２と回転軸３とが強固に固定されているが、嵌め合い面圧が低下すると、歯車２と回転軸３との間に緩みが生じてしまい、重大な故障に発展する要因となる。本実施例に係る緩み検査装置１００は、嵌め合い面圧を直接的に測定することにより、このような嵌め合い部１における緩みを検査するものである。

尚、測定対象である嵌め合い部１は、その用途を問わず広い製品に使用されているものを含むこととする。本実施例では具体例として原子力発電プラントや火力発電プラント等のプラントにおいて、蒸気によって回転する蒸気タービン等の減速機に使用されるものを例示するが、これに限られない。

図３は第１実施例に係る緩み検査装置１００の全体構成を示す図である。緩み検査装置１００は、送信器１０２、受信器１０４、処理部１０８、記憶部１１０、及び、出力部１１２を備えて構成されており、特に処理部１０８、記憶部１１０、及び、出力部１１２はコンピュータシステムとして構成されている。

送信器１０２は、所定周波数を有する超音波を発生可能な超音波発生装置であって、処理部１０８からの制御信号に基づいて任意のタイミングで超音波を送信する。受信器１０４は、送信機１０２から送信された超音波を受信可能な超音波受信装置であって、処理部１０８からの制御信号に基づいて送信器１０２によって送信された超音波を、所定の受信ゲイン設定値で増幅して受信する。

送信器１０２及び受信器１０４は、図３に示すように、歯車２の側面２ｃ及び２ｄにそれぞれ取り付けられる。超音波は、側面２ｃに取り付けられた送信器１０２から、歯車２と回転軸３とによって形成される嵌め合い面４に対して斜めに照射される。嵌め合い面４では、入射波の一部が回転軸３側に透過すると共に、残りが反射波として、側面２ｄに取り付けられた受信器１０４で受信される。

処理部１０８はＣＰＵ等で構成されており、記憶部１１０に記憶された各種プログラムを実行することにより、嵌め合い面圧測定に必要な各種処理が実行される。本実施形態では、処理部１０８は、図３に示すように、少なくともマップ作成部１１３、送信器制御部１１４、受信器制御部１１５、反射エコー強度測定部１１６、面圧算出部１１７及び判定部１１８を備える。

マップ作成部１１３は、記憶部１１０に記憶された各種データに基づいて、嵌め合い面圧の算出用のマップ１２２を作成する機能を有する。送信器制御部１１４は、送信器１０２の送信状態を制御する機能を有する。送信器制御部１１４は送信する超音波の周波数及び送信レベルを可変に制御してもよいが、本実施例では特に、周波数及び送信レベルは一定に設定されていることとする。受信器制御部１１５は、受信器１０４の受信状態を制御する機能、特に受信時の増幅度である受信ゲイン設定値を可変に制御する機能を有する。

尚、本実施例では送信器１０２及び受信器１０４の制御をコンピュータシステムである処理部１０８等によって行う場合について説明するが、これらの制御を手動で行ってもよいことは言うまでもない。

反射エコー強度測定部１１６は、送信器１０２における超音波の送信レベルと、受信器１０３における超音波の受信レベルに基づいて、反射エコー強度を測定する機能を有する。尚、本実施形態では反射エコー強度として反射エコーゲインを用いており、前述したように、これに代えて反射率を用いてもよい。

面圧算出部１１７は、反射エコー強度測定部１１６で測定した反射エコー強度に基づいて、嵌め合い面圧を算出する機能を有する。判定部１１８は、面圧算出部１１７で算出された嵌め合い面圧に基づいて、測定対象に緩みがあるか否かを判定する機能を有する。
尚、処理部１０８に備わる各構成要素１１３、１１４、１１５、１１６、１１７及び１１８の動作の詳細については、後述する。

記憶部１１０には、処理部１０８での処理に利用される各種プログラム、及び、該プログラムの実施に必要となる各種データ類が記憶されている。図３には、記憶部１１０の構成要素として代表的に、各種測定データが記憶される測定データ記憶部１２０と、該測定データ記憶部１２０に記憶された測定データに基づいて作成されるマップ１２２が示されている。
尚、記憶部１１０に記憶される各種データの詳細については、後述する。

出力部１１２は、いわゆるモニタであり、処理部１０８の判定部１１８における判定結果を出力データとして表示する機能を有する。

続いて、このような構成を有する緩み検査装置１００の基本的動作について、簡潔に説明する。
緩み検査測定装置１００を使用する場合には、上述のように、歯車２の一方の側面２ｃに送信器１０２を取り付けて超音波を送信し、嵌め合い面４による反射波を、他の側面２ｄに取り付けた受信器１０４で受信する。送信器１０２から送信される超音波の周波数及び送信レベルは、送信器制御部１１４からの制御信号に基づいて一定に制御されており、任意のタイミングで送信される。一方、受信器１０４は受信器制御部１１５からの制御信号に基づいて、嵌め合い面４からの反射波を、所定の受信ゲイン設定値のもとで増幅して受信する。

受信ゲイン設定値は、受信器１０４の受信レベルが予め設定された基準値（後述する校正試験によって設定される）になるように調整される。反射エコー強度測定部１１６は、このように受信レベルが基準値になるように調整した際の送受信レベルに基づいて反射エコー強度を測定し、面圧算出部１１７は該測定した反射エコー強度に対応する嵌め合い面圧を、マップ１２２に基づいて算出する。判定部１１８は、該算出した嵌め合い面圧に基づいて嵌め合い部１における緩みの有無を判定し、出力部１１２によってモニタ上に表示を行う。

続いて、以上の基本的な動作を踏まえた上で、緩み検査装置１００の具体的な動作フローについて説明する。図４は、第１実施例に係る緩み検査装置１００の動作フローを示すフローチャートである。

まず測定対象について測定を行う前に、校正試験を実施する（ステップＳ１０１）。校正試験では、既知の嵌め合い面圧（設計面圧）を有するサンプルを用意し、該サンプルに対して図２に示すように、送信器１０２及び受信器１０４を取り付ける。そして、送信器１０２から一定の送信レベルで超音波を送信すると共に、受信器１０４における反射波の受信レベルが基準値になるように、受信器１０４の受信ゲイン設定値を調整する。

尚、校正試験で用いるサンプルは、測定対象物と同様の材質及び構成を有するものであって、既知の嵌め合い面圧（例えば設計面圧）を有する限りにおいて限定されない。より好ましくは、嵌め合い面圧がゼロであるサンプル（すなわち、回転軸３を有さず、歯車２のみからなるサンプル）を用いると、設計誤差が真にゼロになるため、精度のよい校正試験が実施できる。

校正試験が完了すると、嵌め合い面圧を算出する際に使用されるマップ１２２の作成が行われる（ステップＳ１０２）。ここでマップ１２２の作成手順について、図５を参照して説明する。図５はマップ１２２の作成手順を示すフローチャートである。

まず既知の嵌め合い面圧（設計面圧）を有するサンプルを複数用意し（ステップＳ２０１）、各サンプルの歯車２の両側面２ｃ及び２ｄにそれぞれ送信器１０２及び受信器１０４を取り付ける（ステップＳ２０２）。そして、図２に示すように、送信器１０２から超音波（送信波）を嵌め合い面４に対して斜めに送信すると共に、受信器１０４によって嵌め合い面４からの反射波を受信する（ステップＳ２０３）。

そして、受信器１０４における反射波の受信レベルが校正試験で設定した基準値になるように、受信器１０４の受信ゲイン設定値Ｇを調整する。そして、反射エコー強度測定部は、このように調整された際の送受信レベルに基づいて反射エコー強度（反射エコーゲイン）を測定し（ステップＳ２０４）、該測定した反射エコー強度と当該サンプルが有する設計面圧と紐付けて、記憶部１１０の測定データ記憶部１２０に記憶する（ステップＳ２０５）。

上記ステップＳ２０２−Ｓ２０５は、ステップＳ２０１で用意した異なる嵌め合い面圧を有する複数のサンプルに対して実施されることにより、測定データ記憶部１２０には、互いに紐付けられた嵌め合い面圧（設計面圧）と反射エコー強度とによって構成される測定データが蓄積される。マップ作成部１１３は、測定データ蓄積部１２０に記憶されたこれらの測定データに基づいてマップ１２２を作成する（ステップＳ２０６）。

図６はマップ作成部１１３によって作成されるマップ１２２の一例であり、縦軸に反射エコー強度である反射エコーゲイン（ｄＢ）、横軸に設計面圧（ＭＰａ）が示されている。図６には、異なる嵌め合い設計面圧を有する複数のサンプルに対応する測定データが示されており、これらのデータは少なからず相関を有している。マップ作成部１１３では、このように相関を有する測定データを統計的に解析することにより、これらの特性に対応する近似関数を求める。

このようにサンプルを用いてマップ１２２を作成することにより、過去の実測結果に基づいて嵌め合い面圧を求めることができるので、精度のよい緩み検査を実施することができる。
尚、図６の例では、近似関数を最小二乗法によって測定データから一次直線として求めており（破線を参照）、これらの測定データのバラツキを示す±σが示されている（実線を参照）。

再び図４に戻って、マップ１２０の作成が完了すると、嵌め合い面圧が既知でない測定対象である嵌め合い部１に対して、送信器１０２及び受信器１０４を図２に示すように取り付け、超音波の送信＆受信を実施する（ステップＳ１０３）。ここでもまた、受信器１０４の受信レベルが上記校正試験で設定した基準値になるように、受信器１０４の受信ゲイン設定値が調整され、反射エコー強度が測定される（ステップＳ１０４）。そして、面圧算出部１１７は記憶部１１０に記憶されたマップ１２２に基づいて、当該反射エコー強度から対応する嵌め合い面圧を求める（ステップＳ１０５）。

続いて判定部１１８は、ステップＳ１０５で算出した嵌め合い面圧が交差範囲内であるか否かによって、嵌め合い面４における緩みの有無を判定する（ステップＳ１０６）。嵌め合い面圧が交差範囲内である場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、判定部１１８は嵌め合い面４に緩みがないと判定する（ステップＳ１０７）。嵌め合い面圧が交差範囲内でない場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、判定部１１７は嵌め合い面４に緩みがあると判定する（ステップＳ１０８）。
そして、ステップＳ１０７及びＳ１０８における判定結果は、出力部１０８から出力されることにより、モニタ上に表示される（ステップＳ１０９）。

以上説明したように、本実施例に係る緩み検査装置１００によれば、嵌め合い面４における反射エコー強度に基づいて嵌め合い面圧を測定することにより、嵌め合い部１の緩みを直接的に判定できるので、精度の高い検査を実施することができる。
［第２実施例］

上記第１実施例では、歯車２の両側面２ｃ及び２ｄに一対の送信器１０２及び受信器１０４を設置する場合について説明した。実施例２では、歯車２の両側面２ｃ及び２ｄに複数対の送信器１０２及び受信器１０４を設置することによって、嵌め込み面４の広い領域に亘って面圧測定が可能である点において、実施例１と異なっている。
尚、以下の説明では上記実施例１と変更がない箇所に関しては共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。

図７は第２実施例の測定対象である歯車２の側面上における送信器１０２及び受信器１０４の設置例を示す図である。
測定対象である歯車２の嵌合穴２ｂには、該嵌合穴２ｂに嵌め合わされる回転軸３の回転を防止するためのキー部２ｅが設けられている。本実施例では、当該キー部２ｅを基準として、周方向の４５度、１３５度、２２５度、及び、３１５度の位置に、一対の送信器１０２及び受信器１０４がそれぞれ設けられている。

それぞれの送信器１０２及び受信器１０４は、第１実施例と同様の手順に従って演算処理を行うことで、個別に嵌め込み面圧を測定することができる。すなわち、本実施例では、周方向に沿って複数対の送信器１０２及び受信器１０４を設けることによって、嵌め込み面４の広い領域に亘って面圧測定が可能となっている。

ここで図８は第２実施例で用いられるマップ１２０の一例である。第１実施例では、１組の送信器１０２及び受信器１０４に対してマップ１２０（図６を参照）を作成した。第２実施例では、第１実施例におけるマップ作成手順（図５を参照）を、複数組の送信器１０２及び受信器１０４に同様に適用する。これにより、各組の送信器１０２及び受信器１０４について、個別にマップ１２０を得ることができる。

特に、本実施例では嵌込穴２ｄにキー部２ｅが設けられているため、嵌め込み面４における圧力分布に少なからずバラツキを有するが、このように複数組の送信器１０２及び受信器１０４を用いた面圧測定を行うことで、当該バラツキを精度よく評価し、正確な緩み検査を行うことができる。
［第３実施例］

上記第１及び第２実施例では、超音波の送受信をする送信器１０２及び受信器１０４は別々の構成要素であり、嵌め合い面４に対して超音波を斜めに照射する構成を有している。一方、実施例３では、送信器１０２及び受信器１０４に代えて、これらを一体構成した送受信器３０を用いており、嵌め合い面４に対して垂直に超音波を照射することを特徴としている。
尚、以下の説明では上記実施例１及び２と変更がない箇所に関しては共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。

図９は第３実施例に係る緩み検査装置において、送受信器３０による超音波の送受信の様子を模式的に示す図である。送受信器３０から送信された超音波は、歯車２及び回転軸３間にある嵌め合い面４に対して垂直に入射する。嵌め合い面４では、入射波の一部が回転軸３側に透過する一方で、残りは反射波として送受信器３０側に反射される。そして、この反射波は、送受信器３０が設けられた側において、一部が送受信器３０側に透過して受信される一方で、残りは反射波として嵌め合い面４側に再度反射される。すなわち、送受信器３０から送信された超音波は、このように嵌め合い面４によって繰り返し反射される。

図１０は送受信器３０における超音波の受信レベルの経時変化を示すグラフである。嵌め合い面４において繰り返し反射された超音波は、図１０に示すように、一次反射波、二次反射波・・・・として、送受信器３０によって順に受信される。尚、一次反射波、二次反射波・・・・は時間の経過と共に、ピーク値が減衰する。

第３実施例では、このように嵌め合い面４において繰り返し反射される複数次に亘る反射波のうち、一次反射波を除く他の反射波について、それぞれ実施例１と同様の手順に従って処理を行うことで、嵌め込み面圧を測定する。本願発明者の研究によれば、一次反射波には、二次以降の反射波に比べてノイズが含まれやすいため除外することによって、嵌め合い面圧の測定精度を向上することができる。

一次反射波を除く反射波に基づいた嵌め合い面圧の算出においては、いずれか一つの次数の反射波に基づいて嵌め合い面圧を測定してもよいし、複数の次数の反射波に基づいて嵌め合い面圧を測定してもよいし、更にこれらの測定結果を組み合わせてもよい。

図１１は歯車２の側面における送受信器３０の設置例を示す図である。
歯車２の側面２ｃ（２ｄでもよい）には、送受信器３０を収納可能な凹部３２が設けられており、該凹部３２に設置された送受信器３０から送信される超音波が嵌め合い面４に対して垂直に照射されるように構成されている。特に図１１では、中心軸から一定距離において周方向に沿って凹部３２を複数設けることによって、実施例２のように複数位置における嵌め込み面圧が測定可能に構成されている。
このように送受信器３０を歯車２の側面に設けられた凹部３２に収納して設置することにより、嵌め合い面４に対して垂直に超音波を送信することができる。これにより、上述したように嵌め合い部１で繰り返し反射された複数次の反射波を受信可能な構成を実現することができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、嵌め合い部の緩み検査方法及び検査装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

本発明は、回転部材と該回転部材に嵌め合わされる軸部材とを備える嵌め合い部における緩みを検査する嵌め合い部の緩み検査方法及び検査装置に利用可能である。

１ 嵌め合い部
２ 歯車（回転部材）
３ 回転軸
４ 嵌め合い面
３０ 送受信器
１００ 緩み検査装置
１０２ 送信器
１０４ 受信器
１０８ 処理部
１１０ 記憶部
１１２ 出力部
１１３ マップ作成部
１１４ 送信器制御部
１１５ 受信器制御部
１１６ 反射エコー強度測定部
１１７ 面圧算出部
１１８ 判定部
１２０ 測定データ記憶部
１２２ マップ

Claims (10)

1. 回転部材と該回転部材に嵌め合わされる軸部材とを備える嵌め合い部における緩みを、嵌め合い面圧を測定することによって検査する嵌め合い部の緩み検査方法であって、
   前記嵌め合い部に超音波を送信する送信工程と、
   前記嵌め合い部で反射された前記超音波を受信する受信工程と、
   前記超音波の送信レベル及び受信レベルに基づいて、反射エコー強度を測定する反射エコー強度測定工程と、
   予め用意した前記嵌め合い面圧と前記反射エコー強度との相関を予めマップに基づいて、前記測定された反射エコー強度から前記嵌め合い面圧を算出する面圧算出工程と、
   前記算出された嵌め合い面圧が所定値未満である場合に、前記嵌め合い部に緩みがあると判定する判定工程と
   を備えることを特徴とする嵌め合い部の緩み検査方法。
2. 前記送信工程で前記超音波の送信レベルを一定に設定すると共に、前記受信工程で前記超音波の受信レベルが予め設定された基準値になるように受信感度を調整することにより、前記反射エコー強度として反射エコーゲインを測定することを特徴とする請求項１に記載の嵌め合い部の緩み検査方法。
3. 前記マップは、嵌め合い面圧が既知である複数のサンプルについて反射エコー強度を測定することにより作成されることを特徴とする請求項１に記載の嵌め合い部の緩み検査方法。
4. 前記複数のサンプルには、少なくとも前記嵌め合いがゼロである前記回転部材のみからなるサンプルを含むことを特徴とする請求項３に記載の嵌め合い部の緩み検査方法。
5. 前記送信工程は、前記回転部材の一方の側面に取り付けられた送信器から前記嵌め合い部に対して前記超音波を斜めに照射し、
   前記受信工程は、前記回転部材の他方の側面に取り付けられた受信器によって前記嵌め合い部からの反射波を受信することを特徴とする請求項１に記載の嵌め合い部の緩み検査方法。
6. 前記送信器及び前記受信器は、前記回転部材の側面上において周方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載の嵌め合い部の緩み検査方法。
7. 前記送信工程は、前記嵌め合い部に対して前記超音波を垂直に照射し、
   前記受信工程は、前記嵌め合い部からの反射波を受信し、
   前記反射エコー強度測定工程は、一次反射波を除いた前記反射波に基づいて、前記反射エコー強度を測定することを特徴とする請求項１に記載の嵌め合い部の緩み検査方法。
8. 回転部材と該回転部材に嵌め合わされる軸部材とから構成される嵌め合い部における緩みを、嵌め合い面圧の測定により検査する嵌め合い部の緩み検査装置であって、
   前記嵌め合い部に超音波を送信する送信器と、
   前記嵌め合い部で反射された前記超音波を受信する送信器と、
   前記送信器の送信レベル及び前記受信器の受信レベルに基づいて、反射エコー強度を測定する反射エコー強度測定部と、
   前記嵌め合い面圧と前記反射エコー強度との相関を予めマップとして記憶する記憶部と、
   前記記憶されたマップに基づいて、前記測定された反射エコー強度から前記嵌め合い面圧を算出する面圧算出部と、
   前記算出された嵌め合い面圧が所定値未満である場合に、前記嵌め合い部に緩みがあると判定する判定部と
   を備えることを特徴とする嵌め合い部の緩み検査装置。
9. 前記送信器及び前記受信器は、前記回転部材の側面上において周方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項８に記載の嵌め合い部の緩み検査装置。
10. 前記送信器及び受信器は、送受信器として一体的に構成されており、
    該送受信器は、前記回転部材の側面に設けられた凹部に収納されることにより、前記嵌め合い部に対して垂直に超音波を送信すると共に、前記嵌め合い部によって反射された超音波を受信することを特徴とする請求項８に記載の嵌め合い部の緩み検査装置。

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