JP5163877B2 - 焼入れ部品の検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、焼入れ部品の検査方法および検査装置に関するもので、特に、等速ジョイントのアウタレースにおけるカップ部の焼割れの有無を検査（判定）する方法および装置に関する。

例えば、等速ジョイントのアウタレース（焼入れ部品）は、鍛造工程、機械加工工程、高周波焼入れ／焼戻し工程を経て、検査工程において焼入れ深さならびに焼割れが検査される。従来、アウタレースの焼割れは、磁気探傷検査によるものが一般であったが、人為的な誤差が生じ易いことから信頼性（精度）に問題がある。そこで、本願出願人は、特許文献１に記載の品質評価方法および品質評価装置を開発した。しかしながら、特許文献１の発明は、検査の信頼性を向上させることができる反面、検査対象物（アウタレース）に打撃を付与する手段、打撃を付与した検査対象物が発する超音波を検出する手段、検出した超音波を解析する手段（ＦＦＴ）、ならびに、ＦＦＴの解析結果に基づき検査対象物における焼割れの有無を判定する手段（判定プログラム）を含むことから、検査が煩雑であるのに加え、装置が複雑で高価になる。
特開２００６−２８４５４８号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、信頼性を確保しつつ、より簡単に焼割れの有無を検査することが可能な焼入れ部品の検査方法を提供することを課題としてなされたものである。
また、本発明は、信頼性を確保しつつ、より簡単に焼割れの有無を検査することが可能な焼入れ部品の検査装置を提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明の焼入れ部品の検査方法は、焼入れ部品がカップ部とシャフト部とからなり、カップ部を焼入れ処理する第１焼入れ工程と、シャフト部を焼入れ処理する第２焼入れ工程と、を含む焼入れ部品の検査方法であって、第２焼入れ工程におけるカップ部の外径の変化を測定し、その測定結果に基づきカップ部の焼割れの有無を判定することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の焼入れ部品の検査装置は、焼入れ部品がカップ部とシャフト部とからなり、カップ部を焼入れ処理した後、シャフト部の焼入れ処理が実施される焼入れ部品の検査装置であって、シャフト部を焼入れ処理する工程におけるカップ部の外径の変化を測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づきカップ部の焼割れの有無を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌し
て解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（６）項の各々が、請求項１〜６の各々に相当する。

（１）焼入れ部品がカップ部とシャフト部とからなり、カップ部を焼入れ処理する第１焼入れ工程と、シャフト部を焼入れ処理する第２焼入れ工程と、を含む焼入れ部品の検査方法であって、第２焼入れ工程におけるカップ部の外径の変化を測定し、その測定結果に基づきカップ部の焼割れの有無を判定する焼入れ部品の検査方法。
ここで、等速ジョイントのアウタレース（焼入れ部品）のカップ部に焼割れが発生するメカニズムを説明する。シャフト部の焼入れ処理が実施される第２焼入れ工程において、シャフト部を加熱（高周波誘導加熱）すると、まず、シャフト部が膨張する。これにより、元来、薄肉であるのに加え、第１焼入れ工程にて焼入れ処理が完了して硬化（マルテンサイト化）しているカップ部においては、引張り応力が増大し、カップ部における引張り応力が材料の降伏応力を超えた時点で、カップ部の内面に焼割れが発生する。
そして、本願出願人は、シャフト部の加熱中に、カップ部における引張り応力が材料の降伏応力を超えてカップ部に焼割れが発生した場合、カップ部における引張り応力が解放されてカップ部の外径が拡径される、すなわち、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化量と焼割れとの相関関係に着目した。言い換えると、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化に基づき、カップ部の焼割れを知ることが可能である。
本項に記載の焼入れ部品の検査方法によれば、前述したように、シャフト部の加熱中のカップ部の外径の変化に基づき、アウタレースのカップ部の焼割れの有無を判定することができる。これにより、従来技術と比較して、信頼性を確保しつつ、より簡単に、アウタレースの焼割れの有無を検査することができる。

（２）シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化を監視し、シャフト部の加熱直前におけるカップ部の外径と、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の最大値と、から算出したカップ部の外径の変化量に基づき、カップ部の焼割れの有無を判定する（１）の焼入れ部品の検査方法。
本項に記載の焼入れ部品の検査方法によれば、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径を常時監視（測定）し、シャフト部の加熱直前におけるカップ部の外径と、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の最大値と、からカップ部の外径の変化量を算出する。そして、その算出結果、すなわち、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化量が、閾値を越えた場合に、焼割れ有りと判定し、閾値以下の場合に焼割れ無しと判定する。なお、閾値は、焼入れ部品に応じて設定される。

（３）シャフト部を焼入れ処理する前後におけるカップ部の外径を測定し、シャフト部を焼入れ処理する前後におけるカップ部の外径の変化量に基づきカップ部の焼割れの有無を判定する（１）の焼入れ部品の検査方法。
本項に記載の焼入れ部品の検査方法によれば、シャフト部の焼入れ前後におけるカップ部の外径の変化量を測定し、シャフト部の焼入れ前後におけるカップ部の外径の測定結果の差を算出する。そして、算出結果、すなわち、シャフト部の焼入れ前後におけるカップ部の外径の差が、閾値を越えた場合に、焼割れ有りと判定し、閾値以下の場合に焼割れ無しと判定する。なお、閾値は、焼入れ部品に応じて設定される。

（４）焼入れ部品がカップ部とシャフト部とからなり、カップ部を焼入れ処理した後、シャフト部の焼入れ処理が実施される焼入れ部品の検査装置であって、シャフト部を焼入れ処理する工程におけるカップ部の外径の変化を測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づきカップ部の焼割れの有無を判定する判定手段と、を有する焼入れ部品の検査
装置。
等速ジョイントのアウタレースにおいては、シャフト部を加熱している時に、カップ部における引張り応力が材料の降伏応力を超えてカップ部に焼割れが発生した場合、カップ部における引張り応力が解放されてカップ部の外径が拡径される。本項の態様は、この現象、すなわち、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化量と焼割れとの相関関係に着目し、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化に基づき、カップ部の焼割れを検査（判定）するものである。
本項に記載の焼入れ部品の検査装置によれば、測定手段は、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化を測定する。また、判定手段は、測定手段の測定結果に基づきカップ部の焼割れの有無を判定する。

（５）測定手段は、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化を監視し、判定手段は、測定手段によって測定されたシャフト部の加熱直前におけるカップ部の外径と、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の最大値と、から算出したカップ部の外径の変化量に基づき、カップ部の焼割れの有無を判定する（４）の焼入れ部品の検査装置。
本項に記載の焼入れ部品の検査装置によれば、測定手段は、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径を常時監視（測定）する。そして、判定手段は、測定手段の測定結果に基づき、カップ部の外径の変化量、すなわち、シャフト部の加熱直前におけるカップ部の外径と、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の最大値と、からカップ部の外径の変化量を算出する。そして、判定手段は、その算出結果、すなわち、シャフト部の加熱中におけるカップ部の外径の変化量が、閾値を越えた場合に、焼割れ有りと判定し、閾値以下の場合に焼割れ無しと判定する。なお、閾値は、焼入れ部品に応じて設定される。
本項の態様において、測定手段は、例えば、変位センサを使用する。この場合、測定手段は、シャフト部の加熱中における、シャフト部が軸支された状態のアウタレースのカップ部の半径方向への変位、すなわち、カップ部の半径の変化量を、変位センサによって測定する。
なお、測定手段の変位センサは、例えば、レーザあるいは赤外線を対象物に照射することにより変位を測定する形式のものが使用される。この場合、カップ部の開口側端部の変位を測定することができる構造であれば、レーザあるいは赤外線を、アウタレースの軸心に対して垂直に照射してもよいし、あるいは、アウタレースの軸心に対して平行に照射してもよい。

（６）測定手段は、シャフト部の焼入れ処理の前後におけるカップ部の外径を測定し、判定手段は、測定手段によって測定されたシャフト部の焼入れ処理の前後におけるカップ部の外径の変化量に基づきカップ部の焼割れの有無を判定する（４）の焼入れ部品の検査装置。
本項に記載の焼入れ部品の検査装置によれば、測定手段は、シャフト部の焼入れ前後におけるカップ部の外径の変化量を測定する。そして、判定手段は、測定手段の測定結果に基づき、シャフト部の焼入れ前後におけるカップ部の外径の測定結果の差を算出し、その算出結果、すなわち、シャフト部の焼入れ前後におけるカップ部の外径の差が、閾値を越えた場合に、焼割れ有りと判定し、閾値以下の場合に焼割れ無しと判定する。なお、閾値は、焼入れ部品に応じて設定される。

信頼性を確保しつつ、より簡単に焼割れの有無を検査することが可能な焼入れ部品の検査方法および焼入れ部品の検査装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を図１〜図５に基いて説明する。なお、本実施形態では、検査対象物（焼入れ部品）の一例として、図１に示される等速ジョイントのアウタレース１を挙げ
る。
図１に示されるように、アウタレース１（焼入れ部品）は、カップ部２とシャフト部４とからなる。図２に示されるように、アウタレース１は、鍛造工程、機械加工工程を経て、焼入れ工程にて高周波焼入れされる。焼入れ工程は、第１焼入れ工程と第２焼入れ工程とに分割される。第１焼入れ工程では、カップ部２の内面３が加熱（高周波誘導加熱）され、所定時間の加熱後、冷却（急冷）される。また、第２焼入れ工程では、第１焼入れ工程によってカップ部２が焼入れ処理されたアウタレース１のシャフト部４が加熱（高周波誘導加熱）され、所定時間の加熱後、冷却（急冷）される。そして、焼入れ工程、すなわち、カップ部２およびシャフト部４の焼入れ処理が完了したアウタレース１は、焼戻し工程にて焼戻し処理される。

ここで、第２焼入れ工程では、軸心Lで支持されたアウタレース１のシャフト部４を加熱（高周波誘導加熱）すると、まず、図３（ａ）に示されるように、シャフト部４が膨張する。この時、アウタレース１は、その軸心で支持した場合、破線で示す状態から実線で示す状態へ移行（膨張）するが、カップ部２の開口端部５の位置は不動である。そして、シャフト部４の膨張によって、元来、薄肉であるのに加え、第１焼入れ工程において焼入れ処理されて硬化（マルテンサイト化）した状態のカップ部２では、図３（ｂ）に示されるように、引張り応力が増大する。ここでも、アウタレース１は、引張り応力の増大によって、破線で示す状態から実線で示す状態へ移行（膨張）するが、カップ部２の開口端部５の位置は不動である。

そして、アウタレース１は、シャフト部４の加熱中に、カップ部２における引張り応力が材料の降伏応力を超えた時点で、カップ部２の内面３に焼割れが発生する。これにより、カップ部２の引張り応力が解放され、図３（ｃ）に示されるように、カップ部２が拡径する。ここで、本実施形態では、第２焼入れ工程におけるカップ部２の開口端部５の変位、すなわち、シャフト部４の加熱中のカップ部２の開口端部５の変位を、図４に示される変位センサ６（測定手段）によって監視（測定）し、その変位センサ６の測定結果に基づき、マイクロコンピュータからなる制御ユニット（判定手段）の演算処理（判定処理）によって、カップ部２の内面３の焼割れの有無を判定する。

なお、本実施形態では、カップ２の内面３に焼割れが発生したことが、カップ部２の開口端部５の変位として顕著に現れるように、図４に示されるように、カップ部２の開口端部５をワーク受け７によって半径方向（図４における左右方向）へ案内する。

次に、図５に示されるフローチャートに基づき、アウタレース１（焼入れ部品）のカップ部２の内面３における焼割れの有無を判定する処理の流れを説明する。
まず、第２焼入れ工程において、シャフト部４を加熱する直前のカップ部２の開口端部５の位置、すなわち、カップ部２の外径を変位センサ６（測定手段）によって測定する（図５のステップ１）。変位センサ６の出力信号は、制御ユニット（判定手段）に伝送され、制御ユニットにおいて、カップ部２の開口端部５の変位データ（以下、カップ部２の外径データという）に変換される。そして、制御ユニットは、シャフト部４の加熱中におけるカップ部２の外径データの最大値を抽出する（図５のステップ２）。

次に、制御ユニットは、シャフト部４の加熱直前におけるカップ部２の外径データと、シャフト部４の加熱中におけるカップ部２の外径データの最大値との差、すなわち、カップ部２の外径の変化量D1を算出する（図５のステップ３）。そして、制御ユニットは、カップ部２の外径の変化量D1と、制御ユニットのデータ領域（ＲＡＭ）に格納された閾値D0とを比較し（図５のステップ４）、カップ部２の外径の変化量D1が閾値D0以下である場合（D0≧D1、図５のステップ４のＹ）、カップ部２の内面３に焼割れ無しと判定し（図５のステップ５）、また、カップ部２の外径の変化量D1が閾値D0よりも大きい場合（D0＜D1、
図５のステップ４のＮ）、カップ部２の内面３に焼割れ有りと判定する（図５のステップ６）。

この実施形態では以下の効果を奏する。
アウタレース１（焼入れ部品）は、カップ部２の内面３を焼入れ処理した後に実施される第２焼入れ工程、すなわち、シャフト部４を焼入れ処理する工程において、シャフト部４を加熱（高周波誘導加熱）すると、まず、シャフト部４が膨張し、これにより、元来、薄肉であるのに加え、第１焼入れ工程によって硬化（マルテンサイト化）したカップ部２における引張り応力が増大する。そして、カップ部２における引張り応力が材料の降伏応力を超えると、カップ部２の内面３に焼割れが発生する。
カップ部２に焼割れが発生することで、カップ部２における引張り応力が解放され、カップ部２の外径が拡径する。そして、本実施形態は、この現象、すなわち、シャフト部４の加熱中におけるカップ部２の外径の変化量と焼割れとの相関関係に着目し、シャフト部４の加熱中におけるカップ部２の外径の変化に基づき、カップ部２の焼割れの有無を検査（判定）するものである。
したがって、本実施形態では、例えば、検査対象物（アウタレース１）に打撃を付与する手段、打撃を付与した検査対象物が発する超音波を検出する手段、検出した超音波を解析する手段（ＦＦＴ）、ならびに、ＦＦＴの解析結果に基づき検査対象物における焼割れの有無を判定する手段（判定プログラム）を含む従来技術と比較して、信頼性を確保しつつ、より簡単に、アウタレース１の焼割れの有無を検査することが可能になり、検査を簡素化することができる。さらに、本実施形態では、装置ならびに判定に必要なプログラムが極めてシンプルであることから、安価に構成することができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施形態の変位センサ６（測定手段）は、図４にも示されるように、測定光（例えば、レーザあるいは赤外線）を、カップ部２の開口側端部５へ向けてアウタレース１の軸心Lに対して垂直に照射する非接触型の変位センサ６を使用したが、カップ部２の開口側端部５の変位を高い精度で測定することができれば、接触型の変位センサを使用してもよいし、また、測定光をアウタレース１の軸心に対して平行に照射することもできる。

本実施形態の検査対象物（焼入れ部品）としての等速ジョイントのアウタレースの斜視図である。 本実施形態のアウタレースの製造工程の概略を説明する図である。 本実施形態のアウタレースの断面の一側を示す図であって、（ａ）は、シャフト部が膨張した状態を示し、（ｂ）は、カップ部の引張り応力が増大された状態を示し、（ｃ）は、カップ部の内面に焼割れが発生したことで、カップ部が拡径された状態を示す。 本実施形態の検査装置の概略構造を示す説明図である。 本実施形態の検査方法の処理の流れを説明するフローチャート図である。

符号の説明

１ アウタレース（焼入れ部品）、２ カップ部、３ 内面、４ シャフト部、５ 開口端部、６ 変位センサ（測定手段）

Claims (6)

1. 焼入れ部品がカップ部とシャフト部とからなり、前記カップ部を焼入れ処理する第１焼入れ工程と、前記シャフト部を焼入れ処理する第２焼入れ工程と、を含む焼入れ部品の検査方法であって、
   前記第２焼入れ工程における前記カップ部の外径の変化を測定し、その測定結果に基づき前記カップ部の焼割れの有無を判定することを特徴とする焼入れ部品の検査方法。
2. 前記シャフト部の加熱中における前記カップ部の外径の変化を監視し、前記シャフト部の加熱直前における前記カップ部の外径と、前記シャフト部の加熱中における前記カップ部の外径の最大値と、から算出した前記カップ部の外径の変化量に基づき、前記カップ部の焼割れの有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の焼入れ部品の検査方法。
3. 前記シャフト部を焼入れ処理する前後における前記カップ部の外径を測定し、前記シャフト部を焼入れ処理する前後における前記カップ部の外径の変化量に基づき前記カップ部の焼割れの有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の焼入れ部品の検査方法。
4. 焼入れ部品がカップ部とシャフト部とからなり、前記カップ部を焼入れ処理した後、前記シャフト部の焼入れ処理が実施される焼入れ部品の検査装置であって、
   前記シャフト部を焼入れ処理する工程における前記カップ部の外径の変化を測定する測定手段と、
   該測定手段の測定結果に基づき前記カップ部の焼割れの有無を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする焼入れ部品の検査装置。
5. 前記測定手段は、前記シャフト部の加熱中における前記カップ部の外径の変化を監視し、前記判定手段は、前記測定手段によって測定された前記シャフト部の加熱直前における前記カップ部の外径と、前記シャフト部の加熱中における前記カップ部の外径の最大値と、から算出した前記カップ部の外径の変化量に基づき、前記カップ部の焼割れの有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の焼入れ部品の検査装置。
6. 前記測定手段は、前記シャフト部の焼入れ処理の前後における前記カップ部の外径を測定し、
   前記判定手段は、前記測定手段によって測定された前記シャフト部の焼入れ処理の前後における前記カップ部の外径の変化量に基づき前記カップ部の焼割れの有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の焼入れ部品の検査装置。