JP4066795B2 - 金属部材の表層部の検査方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＨ波を用いた金属部材の表層部の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属部材の表層部の検査方法としては、電子線マイクロアナライザー（Electron Prove Micro Analyzer : ＥＰＭＡ）を用いた方法がある。この電子線マイクロアナライザーを用いた方法では、金属部材を破壊することによって金属部材から金属部材の一部を取出して、この金属部材の一部を研磨して試料を作成した後、この試料に電子線を照射してこの試料から炭素の特性Ｘ線を発生させて、この炭素の特性Ｘ線の測定を行っている。そして、この炭素の特性Ｘ線の測定に基づいて金属部材中の炭素の含有率を検出して、金属部材の表層部の状態を検査している。
【０００３】
また、他の金属部材の表層部の検査方法としては、Ｘ線照射装置を用いた方法もある。このＸ線照射装置を用いた方法では、金属部材にＸ線を照射することによって、この金属部材の残留応力、Ｘ線回折強度に対する回折角の半価幅および残留オーステナイト量を測定している。そして、この測定結果に基づいて金属部材の表層部の状態を検査している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０４７１０
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電子線マイクロアナライザーを用いた検査方法では、金属部材の破壊が必要になるので、検査した金属部材を使用できないという問題がある。
【０００６】
また、金属部材の破壊や、金属部材から取出した金属部材の一部の研磨等を必要とするので、金属部材の表層部を検査するときの工数が多くなって、金属部材の表層部の検査に要する時間が長くコストと労力が大きくなるという問題がある。
【０００７】
一方、上記Ｘ線照射装置を用いた検査方法では、金属部材の表層部の検査に大掛りなＸ線照射装置を用いるので、このＸ線照射装置を自由に検査現場に持ち運びできず、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されるという問題がある。
【０００８】
また、人体に危険な放射線のＸ線を用いるので、Ｘ線照射装置の操作に熟練を必要とし、金属部材の表層部の検査を安全かつ簡単にできないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、金属部材の破壊検査をせずに金属部材の表層部を簡単安価かつ安全に検査できる金属部材の表層部の検査方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法は、ＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを金属部材の表面上に互いに離間して配置して、上記ＳＨ波送信機から送信されて上記金属部材の表層部を伝播して上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波（horizontal polalized shear wave）の波形を基にＳＨ波の伝播速度を測定し、このＳＨ波の伝播速度に基づいて金属部材の表層部を検査する金属部材の表層部の検査方法であって、
上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備え、
上記ステップにおける上記最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるとき、上記ＳＨ波送信機および上記ＳＨ波受信機と、上記金属部材との密着性が良好であることを判断することを特徴としている。
【００１１】
尚、上記ＳＨ波とは、主振動方向が伝播方向に垂直でかつ部材の表面に略平行な方向で、かつ、部材の表面に沿って伝播する超音波である。
【００１２】
また、この明細書で記載される金属部材の表層部の検査方法は、金属部材の表層部の疲労や研磨焼、脱炭等の状態によって変化するＳＨ波の金属部材の表層部の伝播速度と、金属部材の材質や被検査状態等で決まるＳＨ波の疲労や研磨焼、脱炭等を生じていない状態の金属部材の表層部の所定の基準速度とを比較して、金属部材の表層部の疲労や研磨焼、脱炭等の状態を検査する検査方法である。
【００１３】
本発明者は、金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が、金属部材を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比に大きく依存していることを発見した。詳細には、本発明者は、金属部材内を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上のとき、上記ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、上記金属部材との密着性が良好になり、金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が小さくて金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることを発見した。
【００１４】
上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法を、以下のようにして行う。先ず、上記ＳＨ波送信機と、上記ＳＨ波受信機とを被検査物である上記金属部材の表面上に所定の間隔を隔てて配置して、上記ＳＨ波送信機から送信されて上記金属部材を伝播したＳＨ波を、上記ＳＨ波受信機で受信してＳＨ波の波形を表示する。次に、上記ＳＨ波受信機で受信されて表示されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断して、ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合には、そのＳＨ波の伝播速度の測定が妥当な条件の下で行われたと判断する。一方、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％未満である場合には、ＳＨ波の伝播速度の測定が妥当でないものとして、上記ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機を金属部材に付け直す。このＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機の金属部材への付け直しを、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になるまで繰り返して行う。そして、ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった場合に、ＳＨ波の伝播速度の測定は、正しい測定条件の下で行われたものとする。
【００１５】
上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、ＳＨ波送信機と、ＳＨ波受信機とを金属部材の表面上に所定の間隔を隔てて配置するだけで、金属部材の表層部の検査を行うことができるので、上記電子線マイクロアナライザーを用いる検査方法とは異なり、金属部材の表層部の検査を行うのに金属部材を破壊する必要がない。また、金属部材の表層部の検査を行うときの工数を大幅に低減できて、金属部材の表層部の検査に要するコストと労力を大幅に低減できる。
【００１６】
また、上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、軽くて小型で持ち運び可能なＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを用い、かつ、人体に安全なＳＨ波の伝播速度に基づいて金属部材の表層部の検査を行うので、大掛りで人体に危険なＸ線を使用するＸ線照射装置を用いる検査方法とは異なり、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、金属部材の表層部の検査を安全に行うことができる。
【００１７】
また、上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備えるので、上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった正しい測定状態で、金属部材を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができる。したがって、上記ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、上記金属部材との密着性が良い状態で金属部材を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができるので、上記金属部材を伝播する上記ＳＨ波の伝播速度の測定誤差を小さくすることができる。
【００１８】
また、請求項２の発明の金属部材の表層部の検査方法は、請求項１に記載の金属部材の表層部の検査方法であって、
上記金属部材は、円筒ころ軸受の軌道輪であり、
この軌道輪の軌道面の表層部における上記ＳＨ波の伝播速度を、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にして測定することを特徴としている。
【００１９】
本発明者は、ＳＨ波送信機で送信されて円筒ころ軸受の軌道輪内を伝播してＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の伝播速度を、幾つかのＳＨ波の変位のゼロクロス点の夫々に基づいて測定し、上記幾つかのゼロクロス点の夫々に対して円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部（軌道輪の軌道面および軌道輪の軌道面に連なる表層部）を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差を評価した。そして、上記金属部材が円筒ころ軸受の軌道輪である場合、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準としてＳＨ波を測定すれば、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できることを見い出した。
【００２０】
上記請求項２の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円筒ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００２１】
また、請求項３の発明の金属部材の表層部の検査方法は、請求項１に記載の金属部材の表層部の検査方法であって、
上記金属部材は、円錐ころ軸受の軌道輪であり、
この軌道輪の軌道面の表層部における上記ＳＨ波の伝播速度を、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点を計時基準にして測定することを特徴としている。
【００２２】
本発明者は、ＳＨ波送信機で送信されて円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播してＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の伝播速度を、幾つかのＳＨ波の変位のゼロクロス点の夫々に基づいて測定し、上記幾つかのゼロクロス点の夫々に対して円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差を評価した。そして、上記金属部材が円錐ころ軸受の軌道輪である場合、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点を計時基準としてＳＨ波を測定すれば、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できることを見い出した。
【００２３】
上記請求項３の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円錐ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
この発明の第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法としての円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部（内輪１０の軌道面１０Ａおよび内輪１０の軌道面１０Ａに連なる表層部）の検査方法を図１（Ａ）,（Ｂ）に基づいて説明する。
【００２６】
図１（Ａ）は、上記内輪１０の軌道面１０Ａの平面図であり、図１（Ｂ）は、内輪１０の正面図である。この実施形態では、図１（Ａ）,（Ｂ）に示すように、ＳＨ波送信機１と内輪１０の軌道面１０Ａとが接触線３で線接触するように、ＳＨ波送信機１をエポキシ樹脂等の粘性材料の層を介して内輪１０の軌道面１０Ａの略中央に設置する一方、ＳＨ波受信機２と内輪１０の軌道面１０Ａとが接触線５で線接触し、かつ、ＳＨ波受信機２をＳＨ波送信機１から周方向に離間した状態で、ＳＨ波受信機２をエポキシ樹脂等の粘性材料の層を介して内輪１０の軌道面１０Ａの略中央に設置している。上記ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２の軸方向の寸法Ｄ１は、内輪１０の軸方向の寸法Ｄ２の３分の１になっている。
【００２７】
また、図１（Ｂ）に示すように、ＳＨ波送信機１の接触線３と内輪１０の中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｒと、ＳＨ波受信機２の接触線５と上記中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｑとがなす角度２αを４０°とした。また、上記ＳＨ波送信機１の接触線３を、ＳＨ波送信機１の軌道面１０Ａに対する対向面１ＡのうちのＳＨ波を発生する有効部分７に位置させると共に、ＳＨ波受信機２の接触線５を、ＳＨ波受信機２の軌道面１０Ａに対する対向面２ＡのうちのＳＨ波を検知可能な有効部分８に位置させる。
【００２８】
上記構成において、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査方法を以下のようにして行う。先ず、ＳＨ送信機１が内蔵する圧電素子からなるＳＨ波発振部(図示せず)を駆動することで、図１（Ｂ）に示す対向面１Ａの有効部分７を振動させて、ＳＨ波送信機１からＳＨ波を発信する。そして、上記ＳＨ送信機１から発信されて円筒ころ軸受の内輪１０の表層付近を伝播したＳＨ波をＳＨ波受信機２で受信して、図２に示すようなＳＨ波を表示する。次に、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断して、図２に示す波形のように、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅Ｐ２がＳＨ波の最大ピークの振幅Ｐ１の２０％以上である場合には、ＳＨ波の最大波形の変位の立ち上がりのゼロクロス点Ｚ３を計時基準にしてＳＨ波送信機１の接触線３からＳＨ波受信機２の線接触５までのＳＨ波の伝播時間ｔを求め、以下の式（１）からＳＨ波の伝播速度Ｖを測定する。
【００２９】
（ここで、ｒは軌道面１０Ａの半径[ｍ]、πは円周率である。）
【００３０】
一方、上記ＳＨ送信機１から発信されて円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層付近を伝播してＳＨ波受信機２で受信されたＳＨ波が、図２に示すような波形でなかった場合、すなわち、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％未満である場合には、円筒ころ軸受の内輪１０からＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２を取り外して、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの一部にエポキシ樹脂等の粘性材料を塗り直した上、このエポキシ樹脂等の粘性材料が塗り直された円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの部分に、ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２を配置する。この付け直し作業を、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になるまで繰り返す。そして、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にして式（１）からＳＨ波の伝播速度Ｖを測定する。
【００３１】
このＳＨ波の伝播速度Ｖは、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部（内輪１０の軌道面１０Ａおよび内輪１０の軌道面１０Ａに連なる表層部）の疲労や研磨焼、脱炭等の状態により変化するため、内輪１０の材質や被検査状態等で決まるＳＨ波の所定の基準速度と、式（１）に基づいて算出された測定値を比較することで、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の疲労や研磨焼、脱炭等の状態を検査できる。
【００３２】
本発明者は、円筒ころ軸受の内輪１０等の金属部材を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が、内輪１０等の金属部材を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比に大きく依存していることを発見した。詳細には、本発明者は、詳細な実験を何度も繰り返すことにより、内輪１０等の金属部材を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上のとき、ＳＨ波送信センサ１およびＳＨ波受信センサ２が、内輪１０等の金属部材に傾いて配置されずに密着して配置された状態になっており、かつ、ＳＨ波送信センサ１およびＳＨ波受信センサ２と、内輪１０等の金属部材との間に介在しているエポキシ樹脂等の粘着材料の層の厚みも適切な厚さになっていることを発見した。そして、この状態では、ＳＨ波の波形くずれが起こりにくいことを発見し、この状態で内輪１０等の金属部材のＳＨ波の伝播速度を測定すれば、内輪１０等の金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が小さくて、内輪１０等の金属部材の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることを発見した。
【００３３】
また、第１実施形態のように金属部材として円筒ころ軸受の内輪１０を用いて円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行う場合には、内輪１０を伝播するＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度の測定を行うことによって、ＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できることを発見した。
【００３４】
図３に、円筒ころ軸受の内輪の軌道面を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上の状態で、このＳＨ波の伝播速度の測定を１０回連続で行ったときの、４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波送信機１の接触線３からＳＨ波受信機２の接触線５までのＳＨ波の伝播時間の平均値からの伝播時間のばらつきを示す標準偏差の３倍の値３σとを示す。
【００３５】
図３の横軸のゼロクロス点１は、図２においてはＺ１で示されるＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点２は、図２においてはＺ２で示されるＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。また、図３の横軸のゼロクロス点３は、図２においてはＺ３で示される最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点４は、図２においてはＺ４で示される最大ピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。
【００３６】
図３に示すように、金属部材として円筒ころ軸受の内輪を用いた場合には、ゼロクロス点３すなわちＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合に、ゼロクロス点１,２,４を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合よりも、標準偏差の３倍の値３σが大幅に小さくなっている。このことから、金属部材が円筒ころ軸受の内輪である場合には、最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間の測定を行えば、ＳＨ波の伝播時間のばらつきが最も小さくなって、この伝播時間に基づいて計算されるＳＨ波の伝播速度の誤差も最も小さくなり、ＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることがわかる。
【００３７】
上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、ＳＨ波送信機１と、ＳＨ波受信機２とを円筒ころ軸受の内輪１０の表面上に所定の間隔を隔てて配置するだけで、円筒ころ軸受の内輪１０の検査を行うことができるので、上記電子線マイクロアナライザーを用いる検査方法とは異なり、円筒ころ軸受の内輪１０の検査を行うのに円筒ころ軸受の内輪１０を破壊する必要がない。また、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行うときの工数を大幅に低減できて、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査に要するコストと労力を大幅に低減できる。
【００３８】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、軽くて小型で持ち運び可能なＳＨ波送信機１とＳＨ波受信機２とを用い、かつ、人体に安全なＳＨ波の伝播速度に基づいて円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行うので、大掛りで人体に危険なＸ線を使用するＸ線照射装置を用いる検査方法とは異なり、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を安全に行うことができる。
【００３９】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、内輪１０を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備えるので、内輪１０を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった状態で、金属部材を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができる。したがって、ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２と、内輪１０との密着性が良い状態で内輪１０を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができるので、内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差を小さくすることができる。
【００４０】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円筒ころ軸受の内輪１０にし、かつ、ＳＨ波受信機２で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の状態を正確に検査できる。
【００４１】
尚、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、金属部材を円筒ころ軸受の内輪１０にして、内輪１０を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の伝播速度を測定したが、この発明の金属部材の表層部の検査方法では、例えば、金属部材を円筒ころ軸受の外輪、円筒ころ軸受の円筒ころ、玉軸受の軌道輪、玉軸受の玉、円錐ころ軸受の軌道輪または円錐ころ軸受の円錐ころ等の鋼製部品にして、鋼製部品を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上の場合に、ＳＨ波の伝播速度の測定を行っても良く、このようにすると鋼製部品を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できる。
【００４２】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定したが、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点以外のゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定しても良く、ＳＨ波の波形の変位におけるある閾値の値を超えた部分を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定しても良い。
【００４３】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、金属部材を円筒ころ軸受の内輪１０にして、内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定したが、この検査方法を円筒ころ軸受の外輪に適用しても良く、この場合、金属部材を円筒ころ軸受の内輪にした場合と同様に、円筒ころ軸受の外輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できる。
【００４４】
（第２実施形態）
以下、この発明の第２実施形態の金属部材の表層部の検査方法としての円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部（内輪の軌道面および内輪の軌道面に連なる表層部）の検査方法を説明する。
【００４５】
第２実施形態の円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法では、第１実施形態の円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法と同様の構成作用効果については記載を省略し、第１実施形態の円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法と異なる構成作用効果のみを記載することにする。
【００４６】
この円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法を、図１（Ａ）,（Ｂ）における円筒ころ軸受の内輪１０を、円錐ころ軸受の内輪に置き換えて第１図（Ａ）,（Ｂ）を第２実施形態に援用して、第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法とまったく同様に行う。
【００４７】
図４に、円錐ころ軸受の内輪の軌道面を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上の状態で、このＳＨ波の伝播速度の測定を１０回連続で行ったときの、４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波送信機１の接触線３からＳＨ波受信機２の接触線５までのＳＨ波の伝播時間の平均値からの伝播時間のばらつきを示す標準偏差の３倍の値３σとを示す。
【００４８】
図４の横軸のゼロクロス点１は、円錐ころ軸受の内輪を伝播したＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点２は、上記ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。また、図４の横軸のゼロクロス点３は、上記ＳＨ波の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点４は、上記ＳＨ波の最大ピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。
【００４９】
図４に示すように、金属部材が円錐ころ軸受の内輪であるこの実施形態の場合には、ゼロクロス点２すなわち円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の最大波形の変位の一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合に、ゼロクロス点１,３,４を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合よりも、標準偏差の３倍の値３σが大幅に小さくなっている。このことから、金属部材が円錐ころ軸受の内輪である場合には、最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を計時基準にして軌道面の表層部のＳＨ波の伝播時間の測定を行えば、ＳＨ波の伝播時間のばらつきが最も小さくなって、この伝播時間に基づいて計算されるＳＨ波の伝播速度の誤差も最も小さくなり、ＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることがわかる。
【００５０】
上記第２実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度の測定を行ったので、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００５１】
尚、上記第２実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、金属部材を円錐ころ軸受の内輪にして、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立下りのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定したが、この検査方法を円錐ころ軸受の外輪に適用しても良く、この場合、金属部材を円錐ころ軸受の内輪にした場合と同様に、円錐ころ軸受の外輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、ＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを金属部材の表面上に所定の間隔を隔てて配置するだけで、金属部材の表層部の検査を行うことができるので、金属部材の表層部の検査を行うのに金属部材を破壊する必要がない。また、金属部材の表層部の検査を行うときの工数を大幅に低減できて、金属部材の表層部の検査に要する時間を短縮しコストと労力を大幅に低減できる。
【００５３】
また、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、軽くて小型で持ち運び自由なＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを用い、かつ、人体に安全なＳＨ波の伝播速度に基づいて金属部材の表層部の検査を行うので、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、金属部材の表層部の検査を安全に行うことができる。
【００５４】
また、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備えるので、上記受信されたＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の波形の最大ピークの振幅の２０％以上になった正しい測定状態で金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度を測定できて、上記金属部材を伝播する上記ＳＨ波の伝播速度の測定誤差を小さくすることができる。
【００５５】
また、請求項２の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円筒ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００５６】
また、請求項３の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円錐ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（Ａ）は、この発明の第１実施形態の円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法を行うときの内輪の軌道面上のＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機の配置を示す図であり、図１（Ｂ）は、上記内輪の軸方向の正面図である。
【図２】 円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の波形の一例を示す図である。
【図３】 円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波の伝播時間の標準偏差の３倍の値３σとを示すグラフである。
【図４】 円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波の伝播時間の標準偏差の３倍の値３σとを示すグラフである。
【符号の説明】
１ ＳＨ波送信機
２ ＳＨ波受信機
１０ 内輪
１０Ａ 軌道面
Ｐ１ ＳＨ波の最大ピークの振幅
Ｐ２ ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅
Ｚ１,Ｚ２,Ｚ３,Ｚ４ ＳＨ波の変位のゼロクロス点
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＨ波を用いた金属部材の表層部の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属部材の表層部の検査方法としては、電子線マイクロアナライザー（Electron Prove Micro Analyzer : ＥＰＭＡ）を用いた方法がある。この電子線マイクロアナライザーを用いた方法では、金属部材を破壊することによって金属部材から金属部材の一部を取出して、この金属部材の一部を研磨して試料を作成した後、この試料に電子線を照射してこの試料から炭素の特性Ｘ線を発生させて、この炭素の特性Ｘ線の測定を行っている。そして、この炭素の特性Ｘ線の測定に基づいて金属部材中の炭素の含有率を検出して、金属部材の表層部の状態を検査している。
【０００３】
また、他の金属部材の表層部の検査方法としては、Ｘ線照射装置を用いた方法もある。このＸ線照射装置を用いた方法では、金属部材にＸ線を照射することによって、この金属部材の残留応力、Ｘ線回折強度に対する回折角の半価幅および残留オーステナイト量を測定している。そして、この測定結果に基づいて金属部材の表層部の状態を検査している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０４７１０
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電子線マイクロアナライザーを用いた検査方法では、金属部材の破壊が必要になるので、検査した金属部材を使用できないという問題がある。
【０００６】
また、金属部材の破壊や、金属部材から取出した金属部材の一部の研磨等を必要とするので、金属部材の表層部を検査するときの工数が多くなって、金属部材の表層部の検査に要する時間が長くコストと労力が大きくなるという問題がある。
【０００７】
一方、上記Ｘ線照射装置を用いた検査方法では、金属部材の表層部の検査に大掛りなＸ線照射装置を用いるので、このＸ線照射装置を自由に検査現場に持ち運びできず、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されるという問題がある。
【０００８】
また、人体に危険な放射線のＸ線を用いるので、Ｘ線照射装置の操作に熟練を必要とし、金属部材の表層部の検査を安全かつ簡単にできないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、金属部材の破壊検査をせずに金属部材の表層部を簡単安価かつ安全に検査できる金属部材の表層部の検査方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法は、ＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを金属部材の表面上に互いに離間して配置して、上記ＳＨ波送信機から送信されて上記金属部材の表層部を伝播して上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波（horizontal polalized shear wave）の波形を基にＳＨ波の伝播速度を測定し、このＳＨ波の伝播速度に基づいて金属部材の表層部を検査する金属部材の表層部の検査方法であって、
上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備え、
上記ステップにおける上記最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるとき、上記ＳＨ波送信機および上記ＳＨ波受信機と、上記金属部材との密着性が良好であることを判断することを特徴としている。
【００１１】
尚、上記ＳＨ波とは、主振動方向が伝播方向に垂直でかつ部材の表面に略平行な方向で、かつ、部材の表面に沿って伝播する超音波である。
【００１２】
また、この明細書で記載される金属部材の表層部の検査方法は、金属部材の表層部の疲労や研磨焼、脱炭等の状態によって変化するＳＨ波の金属部材の表層部の伝播速度と、金属部材の材質や被検査状態等で決まるＳＨ波の疲労や研磨焼、脱炭等を生じていない状態の金属部材の表層部の所定の基準速度とを比較して、金属部材の表層部の疲労や研磨焼、脱炭等の状態を検査する検査方法である。
【００１３】
本発明者は、金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が、金属部材を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比に大きく依存していることを発見した。詳細には、本発明者は、金属部材内を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上のとき、上記ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、上記金属部材との密着性が良好になり、金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が小さくて金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることを発見した。
【００１４】
上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法を、以下のようにして行う。先ず、上記ＳＨ波送信機と、上記ＳＨ波受信機とを被検査物である上記金属部材の表面上に所定の間隔を隔てて配置して、上記ＳＨ波送信機から送信されて上記金属部材を伝播したＳＨ波を、上記ＳＨ波受信機で受信してＳＨ波の波形を表示する。次に、上記ＳＨ波受信機で受信されて表示されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断して、ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合には、そのＳＨ波の伝播速度の測定が妥当な条件の下で行われたと判断する。一方、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％未満である場合には、ＳＨ波の伝播速度の測定が妥当でないものとして、上記ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機を金属部材に付け直す。このＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機の金属部材への付け直しを、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になるまで繰り返して行う。そして、ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった場合に、ＳＨ波の伝播速度の測定は、正しい測定条件の下で行われたものとする。
【００１５】
上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、ＳＨ波送信機と、ＳＨ波受信機とを金属部材の表面上に所定の間隔を隔てて配置するだけで、金属部材の表層部の検査を行うことができるので、上記電子線マイクロアナライザーを用いる検査方法とは異なり、金属部材の表層部の検査を行うのに金属部材を破壊する必要がない。また、金属部材の表層部の検査を行うときの工数を大幅に低減できて、金属部材の表層部の検査に要するコストと労力を大幅に低減できる。
【００１６】
また、上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、軽くて小型で持ち運び可能なＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを用い、かつ、人体に安全なＳＨ波の伝播速度に基づいて金属部材の表層部の検査を行うので、大掛りで人体に危険なＸ線を使用するＸ線照射装置を用いる検査方法とは異なり、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、金属部材の表層部の検査を安全に行うことができる。
【００１７】
また、上記請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備えるので、上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった正しい測定状態で、金属部材を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができる。したがって、上記ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、上記金属部材との密着性が良い状態で金属部材を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができるので、上記金属部材を伝播する上記ＳＨ波の伝播速度の測定誤差を小さくすることができる。
【００１８】
また、請求項２の発明の金属部材の表層部の検査方法は、請求項１に記載の金属部材の表層部の検査方法であって、
上記金属部材は、円筒ころ軸受の軌道輪であり、
この軌道輪の軌道面の表層部における上記ＳＨ波の伝播速度を、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にして測定することを特徴としている。
【００１９】
本発明者は、ＳＨ波送信機で送信されて円筒ころ軸受の軌道輪内を伝播してＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の伝播速度を、幾つかのＳＨ波の変位のゼロクロス点の夫々に基づいて測定し、上記幾つかのゼロクロス点の夫々に対して円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部（軌道輪の軌道面および軌道輪の軌道面に連なる表層部）を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差を評価した。そして、上記金属部材が円筒ころ軸受の軌道輪である場合、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準としてＳＨ波を測定すれば、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できることを見い出した。
【００２０】
上記請求項２の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円筒ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００２１】
また、請求項３の発明の金属部材の表層部の検査方法は、請求項１に記載の金属部材の表層部の検査方法であって、
上記金属部材は、円錐ころ軸受の軌道輪であり、
この軌道輪の軌道面の表層部における上記ＳＨ波の伝播速度を、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点を計時基準にして測定することを特徴としている。
【００２２】
本発明者は、ＳＨ波送信機で送信されて円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播してＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の伝播速度を、幾つかのＳＨ波の変位のゼロクロス点の夫々に基づいて測定し、上記幾つかのゼロクロス点の夫々に対して円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差を評価した。そして、上記金属部材が円錐ころ軸受の軌道輪である場合、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点を計時基準としてＳＨ波を測定すれば、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できることを見い出した。
【００２３】
上記請求項３の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円錐ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
この発明の第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法としての円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部（内輪１０の軌道面１０Ａおよび内輪１０の軌道面１０Ａに連なる表層部）の検査方法を図１（Ａ）,（Ｂ）に基づいて説明する。
【００２６】
図１（Ａ）は、上記内輪１０の軌道面１０Ａの平面図であり、図１（Ｂ）は、内輪１０の正面図である。この実施形態では、図１（Ａ）,（Ｂ）に示すように、ＳＨ波送信機１と内輪１０の軌道面１０Ａとが接触線３で線接触するように、ＳＨ波送信機１をエポキシ樹脂等の粘性材料の層を介して内輪１０の軌道面１０Ａの略中央に設置する一方、ＳＨ波受信機２と内輪１０の軌道面１０Ａとが接触線５で線接触し、かつ、ＳＨ波受信機２をＳＨ波送信機１から周方向に離間した状態で、ＳＨ波受信機２をエポキシ樹脂等の粘性材料の層を介して内輪１０の軌道面１０Ａの略中央に設置している。上記ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２の軸方向の寸法Ｄ１は、内輪１０の軸方向の寸法Ｄ２の３分の１になっている。
【００２７】
また、図１（Ｂ）に示すように、ＳＨ波送信機１の接触線３と内輪１０の中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｒと、ＳＨ波受信機２の接触線５と上記中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｑとがなす角度２αを４０°とした。また、上記ＳＨ波送信機１の接触線３を、ＳＨ波送信機１の軌道面１０Ａに対する対向面１ＡのうちのＳＨ波を発生する有効部分７に位置させると共に、ＳＨ波受信機２の接触線５を、ＳＨ波受信機２の軌道面１０Ａに対する対向面２ＡのうちのＳＨ波を検知可能な有効部分８に位置させる。
【００２８】
上記構成において、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査方法を以下のようにして行う。先ず、ＳＨ送信機１が内蔵する圧電素子からなるＳＨ波発振部(図示せず)を駆動することで、図１（Ｂ）に示す対向面１Ａの有効部分７を振動させて、ＳＨ波送信機１からＳＨ波を発信する。そして、上記ＳＨ送信機１から発信されて円筒ころ軸受の内輪１０の表層付近を伝播したＳＨ波をＳＨ波受信機２で受信して、図２に示すようなＳＨ波を表示する。次に、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断して、図２に示す波形のように、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅Ｐ２がＳＨ波の最大ピークの振幅Ｐ１の２０％以上である場合には、ＳＨ波の最大波形の変位の立ち上がりのゼロクロス点Ｚ３を計時基準にしてＳＨ波送信機１の接触線３からＳＨ波受信機２の線接触５までのＳＨ波の伝播時間ｔを求め、以下の式（１）からＳＨ波の伝播速度Ｖを測定する。
【００２９】
【００３０】
一方、上記ＳＨ送信機１から発信されて円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層付近を伝播してＳＨ波受信機２で受信されたＳＨ波が、図２に示すような波形でなかった場合、すなわち、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％未満である場合には、円筒ころ軸受の内輪１０からＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２を取り外して、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの一部にエポキシ樹脂等の粘性材料を塗り直した上、このエポキシ樹脂等の粘性材料が塗り直された円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの部分に、ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２を配置する。この付け直し作業を、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になるまで繰り返す。そして、ＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にして式（１）からＳＨ波の伝播速度Ｖを測定する。
【００３１】
このＳＨ波の伝播速度Ｖは、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部（内輪１０の軌道面１０Ａおよび内輪１０の軌道面１０Ａに連なる表層部）の疲労や研磨焼、脱炭等の状態により変化するため、内輪１０の材質や被検査状態等で決まるＳＨ波の所定の基準速度と、式（１）に基づいて算出された測定値を比較することで、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の疲労や研磨焼、脱炭等の状態を検査できる。
【００３２】
本発明者は、円筒ころ軸受の内輪１０等の金属部材を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が、内輪１０等の金属部材を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比に大きく依存していることを発見した。詳細には、本発明者は、詳細な実験を何度も繰り返すことにより、内輪１０等の金属部材を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上のとき、ＳＨ波送信センサ１およびＳＨ波受信センサ２が、内輪１０等の金属部材に傾いて配置されずに密着して配置された状態になっており、かつ、ＳＨ波送信センサ１およびＳＨ波受信センサ２と、内輪１０等の金属部材との間に介在しているエポキシ樹脂等の粘着材料の層の厚みも適切な厚さになっていることを発見した。そして、この状態では、ＳＨ波の波形くずれが起こりにくいことを発見し、この状態で内輪１０等の金属部材のＳＨ波の伝播速度を測定すれば、内輪１０等の金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差が小さくて、内輪１０等の金属部材の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることを発見した。
【００３３】
また、第１実施形態のように金属部材として円筒ころ軸受の内輪１０を用いて円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行う場合には、内輪１０を伝播するＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度の測定を行うことによって、ＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できることを発見した。
【００３４】
図３に、円筒ころ軸受の内輪の軌道面を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上の状態で、このＳＨ波の伝播速度の測定を１０回連続で行ったときの、４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波送信機１の接触線３からＳＨ波受信機２の接触線５までのＳＨ波の伝播時間の平均値からの伝播時間のばらつきを示す標準偏差の３倍の値３σとを示す。
【００３５】
図３の横軸のゼロクロス点１は、図２においてはＺ１で示されるＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点２は、図２においてはＺ２で示されるＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。また、図３の横軸のゼロクロス点３は、図２においてはＺ３で示される最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点４は、図２においてはＺ４で示される最大ピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。
【００３６】
図３に示すように、金属部材として円筒ころ軸受の内輪を用いた場合には、ゼロクロス点３すなわちＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合に、ゼロクロス点１,２,４を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合よりも、標準偏差の３倍の値３σが大幅に小さくなっている。このことから、金属部材が円筒ころ軸受の内輪である場合には、最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間の測定を行えば、ＳＨ波の伝播時間のばらつきが最も小さくなって、この伝播時間に基づいて計算されるＳＨ波の伝播速度の誤差も最も小さくなり、ＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることがわかる。
【００３７】
上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、ＳＨ波送信機１と、ＳＨ波受信機２とを円筒ころ軸受の内輪１０の表面上に所定の間隔を隔てて配置するだけで、円筒ころ軸受の内輪１０の検査を行うことができるので、上記電子線マイクロアナライザーを用いる検査方法とは異なり、円筒ころ軸受の内輪１０の検査を行うのに円筒ころ軸受の内輪１０を破壊する必要がない。また、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行うときの工数を大幅に低減できて、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査に要するコストと労力を大幅に低減できる。
【００３８】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、軽くて小型で持ち運び可能なＳＨ波送信機１とＳＨ波受信機２とを用い、かつ、人体に安全なＳＨ波の伝播速度に基づいて円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行うので、大掛りで人体に危険なＸ線を使用するＸ線照射装置を用いる検査方法とは異なり、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の検査を安全に行うことができる。
【００３９】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、内輪１０を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備えるので、内輪１０を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上になった状態で、金属部材を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができる。したがって、ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２と、内輪１０との密着性が良い状態で内輪１０を伝播したＳＨ波の伝播速度の測定を行うことができるので、内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定誤差を小さくすることができる。
【００４０】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円筒ころ軸受の内輪１０にし、かつ、ＳＨ波受信機２で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部の状態を正確に検査できる。
【００４１】
尚、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、金属部材を円筒ころ軸受の内輪１０にして、内輪１０を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の伝播速度を測定したが、この発明の金属部材の表層部の検査方法では、例えば、金属部材を円筒ころ軸受の外輪、円筒ころ軸受の円筒ころ、玉軸受の軌道輪、玉軸受の玉、円錐ころ軸受の軌道輪または円錐ころ軸受の円錐ころ等の鋼製部品にして、鋼製部品を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上の場合に、ＳＨ波の伝播速度の測定を行っても良く、このようにすると鋼製部品を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できる。
【００４２】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定したが、円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点以外のゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定しても良く、ＳＨ波の波形の変位におけるある閾値の値を超えた部分を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定しても良い。
【００４３】
また、上記第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、金属部材を円筒ころ軸受の内輪１０にして、内輪１０の軌道面１０Ａの表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定したが、この検査方法を円筒ころ軸受の外輪に適用しても良く、この場合、金属部材を円筒ころ軸受の内輪にした場合と同様に、円筒ころ軸受の外輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できる。
【００４４】
（第２実施形態）
以下、この発明の第２実施形態の金属部材の表層部の検査方法としての円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部（内輪の軌道面および内輪の軌道面に連なる表層部）の検査方法を説明する。
【００４５】
第２実施形態の円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法では、第１実施形態の円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法と同様の構成作用効果については記載を省略し、第１実施形態の円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法と異なる構成作用効果のみを記載することにする。
【００４６】
この円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法を、図１（Ａ）,（Ｂ）における円筒ころ軸受の内輪１０を、円錐ころ軸受の内輪に置き換えて第１図（Ａ）,（Ｂ）を第２実施形態に援用して、第１実施形態の金属部材の表層部の検査方法とまったく同様に行う。
【００４７】
図４に、円錐ころ軸受の内輪の軌道面を伝播するＳＨ波の波形の最大ピークの振幅に対する最大ピークの一つ前のピークの振幅の比が２０％以上の状態で、このＳＨ波の伝播速度の測定を１０回連続で行ったときの、４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波送信機１の接触線３からＳＨ波受信機２の接触線５までのＳＨ波の伝播時間の平均値からの伝播時間のばらつきを示す標準偏差の３倍の値３σとを示す。
【００４８】
図４の横軸のゼロクロス点１は、円錐ころ軸受の内輪を伝播したＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点２は、上記ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。また、図４の横軸のゼロクロス点３は、上記ＳＨ波の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を示し、ゼロクロス点４は、上記ＳＨ波の最大ピークの立ち下がりのゼロクロス点を示す。
【００４９】
図４に示すように、金属部材が円錐ころ軸受の内輪であるこの実施形態の場合には、ゼロクロス点２すなわち円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の最大波形の変位の一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合に、ゼロクロス点１,３,４を計時基準にしてＳＨ波の伝播時間を測定した場合よりも、標準偏差の３倍の値３σが大幅に小さくなっている。このことから、金属部材が円錐ころ軸受の内輪である場合には、最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を計時基準にして軌道面の表層部のＳＨ波の伝播時間の測定を行えば、ＳＨ波の伝播時間のばらつきが最も小さくなって、この伝播時間に基づいて計算されるＳＨ波の伝播速度の誤差も最も小さくなり、ＳＨ波の伝播速度を正確に測定できることがわかる。
【００５０】
上記第２実施形態の金属部材の表層部の検査方法によれば、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの立ち下がりのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度の測定を行ったので、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００５１】
尚、上記第２実施形態の金属部材の表層部の検査方法では、金属部材を円錐ころ軸受の内輪にして、円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅がＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上である場合に、ＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立下りのゼロクロス点を計時基準にしてＳＨ波の伝播速度を測定したが、この検査方法を円錐ころ軸受の外輪に適用しても良く、この場合、金属部材を円錐ころ軸受の内輪にした場合と同様に、円錐ころ軸受の外輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、ＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを金属部材の表面上に所定の間隔を隔てて配置するだけで、金属部材の表層部の検査を行うことができるので、金属部材の表層部の検査を行うのに金属部材を破壊する必要がない。また、金属部材の表層部の検査を行うときの工数を大幅に低減できて、金属部材の表層部の検査に要する時間を短縮しコストと労力を大幅に低減できる。
【００５３】
また、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、軽くて小型で持ち運び自由なＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを用い、かつ、人体に安全なＳＨ波の伝播速度に基づいて金属部材の表層部の検査を行うので、金属部材の表層部の検査を行う場所が限定されず、かつ、金属部材の表層部の検査を安全に行うことができる。
【００５４】
また、請求項１の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備えるので、上記受信されたＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、ＳＨ波の波形の最大ピークの振幅の２０％以上になった正しい測定状態で金属部材内を伝播するＳＨ波の伝播速度を測定できて、上記金属部材を伝播する上記ＳＨ波の伝播速度の測定誤差を小さくすることができる。
【００５５】
また、請求項２の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円筒ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【００５６】
また、請求項３の発明の金属部材の表層部の検査方法によれば、上記金属部材を、円錐ころ軸受の軌道輪にし、かつ、上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点をＳＨ波の伝播速度の計時基準にしたので、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を最も正確に測定できて、円錐ころ軸受の軌道輪の軌道面の表層部の状態を正確に検査できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（Ａ）は、この発明の第１実施形態の円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部の検査方法を行うときの内輪の軌道面上のＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機の配置を示す図であり、図１（Ｂ）は、上記内輪の軸方向の正面図である。
【図２】 円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播したＳＨ波の波形の一例を示す図である。
【図３】 円筒ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波の伝播時間の標準偏差の３倍の値３σとを示すグラフである。
【図４】 円錐ころ軸受の内輪の軌道面の表層部を伝播するＳＨ波の４つのゼロクロス点と、この４つのゼロクロス点の夫々に対するＳＨ波の伝播時間の標準偏差の３倍の値３σとを示すグラフである。
【符号の説明】
１ ＳＨ波送信機
２ ＳＨ波受信機
１０ 内輪
１０Ａ 軌道面
Ｐ１ ＳＨ波の最大ピークの振幅
Ｐ２ ＳＨ波の最大ピークの一つ前のピークの振幅
Ｚ１,Ｚ２,Ｚ３,Ｚ４ ＳＨ波の変位のゼロクロス点
Claims (3)
- ＳＨ波送信機とＳＨ波受信機とを金属部材の表面上に互いに離間して配置して、上記ＳＨ波送信機から送信されて上記金属部材の表層部を伝播して上記ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形を基にＳＨ波の伝播速度を測定し、このＳＨ波の伝播速度に基づいて金属部材の表層部を検査する金属部材の表層部の検査方法であって、
上記受信されたＳＨ波の波形の最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるか否かを判断するステップを備え、
上記ステップにおける上記最大ピークの一つ前のピークの振幅が、最大ピークの振幅の２０％以上であるとき、上記ＳＨ波送信機および上記ＳＨ波受信機と、上記金属部材との密着性が良好であることを判断することを特徴とする金属部品の表層部の検査方法。 - 請求項１に記載の金属部材の表層部の検査方法であって、
上記金属部材は、円筒ころ軸受の軌道輪であり、
この軌道輪の軌道面の表層部における上記ＳＨ波の伝播速度を、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの立ち上がりのゼロクロス点を計時基準にして測定することを特徴とする金属部材の表層部の検査方法。 - 請求項１に記載の金属部材の表層部の検査方法であって、
上記金属部材は、円錐ころ軸受の軌道輪であり、
この軌道輪の軌道面の表層部における上記ＳＨ波の伝播速度を、上記受信されたＳＨ波の波形の変位の最大ピークの一つ前のピークの立ち下りのゼロクロス点を計時基準にして測定することを特徴とするＳＨ波を用いた金属部材の表層部の検査方法。
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