JP6326660B2 - 焼結体の非破壊検査方法 - Google Patents

Description

本発明は焼結体の非破壊検査方法に関する。

比較的複雑な形状を有する機械部品などを製造する技術として粉末冶金法がある。この方法では、鉄系材料を含む種々の組成の粉末材料を所望の形状に加圧成形し、得られた成形体（圧粉体）を加熱して焼結させる。このような成形及び焼結工程を経て焼結体が製造される。

かかる焼結体に対し、例えば表面硬さなどの機械的強度を所望の大きさにするために、従来、浸炭焼入れや高周波加熱とともに、シンターハードニングと呼ばれる手法が用いられている。シンターハードニング方法は、焼結体に対し窒素ガスなどの冷却ガスを吹き付けて当該焼結体を急冷するものであり、圧粉体の焼結と焼入れとを一工程で連続して行えるという利点がある。

前記シンターハードニングなどにより焼入れされた焼結体に対して所望の機械的強度が付与されているか否かを検査するに際し、従来、硬度計や微小硬度計などの機器を用いた破壊検査が行われている。

しかし、前記硬度計などの機器を用いて検査した焼結体には圧痕や傷が残ることがあり、このような焼結体は製品として出荷することができない。このため、従来においては、全数検査を行うことができず、全数保証をすることができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、焼結体に対し全数保証を行うことができる非破壊検査方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る非破壊検査方法は、鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結して得られる焼結体の非破壊検査方法であって、
一次コイル及び二次コイルを有する上段コイルと、一次コイル及び二次コイルを有しており、前記上段コイルの下方に所定のスペースをあけて配置された下段コイルとの間の前記スペースに前記焼結体を配置し、
前記上段コイル及び下段コイルの各一次コイルに交流電圧を印加し、
前記一次コイルへの交流電圧の印加により、前記上段コイル及び下段コイルの各二次コイルに発生する交流電圧の振幅及び位相を取得し、
取得した振幅及び位相と、予め取得しておいた標準サンプルとしての標準焼結体の振幅及び位相との差である振幅差及び位相差に基づいて前記焼結体の材質の判定を行う。

上記発明によれば、焼結体に対し全数保証を行うことができる。

検査対象である焼結体の一例の斜視説明図である。 本発明の非破壊検査方法の概念説明図である。 二次コイルの電圧の変化を説明する図である。 二次電圧の振幅差と位相差を説明する図である。 二次電圧の振幅差と位相差を極座標上で表示した図である。

〔本発明の実施形態の説明〕
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係る非破壊検査方法は、
（１）鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結して得られる焼結体の非破壊検査方法であって、
一次コイル及び二次コイルを有する上段コイルと、一次コイル及び二次コイルを有しており、前記上段コイルの下方に所定のスペースをあけて配置された下段コイルとの間の前記スペースに前記焼結体を配置し、
前記上段コイル及び下段コイルの各一次コイルに交流電圧を印加し、
前記一次コイルへの交流電圧の印加により、前記上段コイル及び下段コイルの各二次コイルに発生する交流電圧の振幅及び位相を取得し、
取得した振幅及び位相と、予め取得しておいた標準サンプルとしての標準焼結体の振幅及び位相との差である振幅差及び位相差に基づいて前記焼結体の材質の判定を行う。

本態様に係る非破壊検査方法では、一次コイル及び二次コイルを有する渦流検査器を用いて焼結体の材質を非破壊で検査する。一次コイルに交流電圧を印加すると磁力線が生じ、二次コイルに交流電圧が発生するが、この磁力線の範囲内に焼結体が存在すると、当該焼結体が存在しない場合に対して二次コイルに発生する二次電圧が変化する。この変化の程度又は態様は、主に焼結体の透磁率の違いに対応して異なる。

前記二次電圧の変化は、当該二次電圧の波形の振幅及び位相の変化として現れる。そこで、焼結体を磁力線の範囲内に配置したときに二次コイルに発生する交流電圧の振幅及び位相を取得し、取得した振幅及び位相と、予め取得しておいた標準サンプルとしての標準焼結体の振幅及び位相との差である振幅差及び位相差を求めることで、焼結体の材質の判定を行うことができる。前記標準サンプルないしはマスターサンプルは、所望の機械的強度を有するものとして予め準備しておいた標準焼結体であり、例えば前記振幅差及び位相差が所定の範囲内にあるときに、検査した焼結体を、所定の機械的強度を有する合格品と判定することができる。

本態様に係る非破壊検査方法では、上段コイルと下段コイルの間のスペースに焼結体を配置して検査しているので、当該焼結体の片面の上方に一次コイル及び二次コイルを配置する場合、すなわち上段コイルだけを用いて検査する場合に比べ、当該焼結体全体の材質を検査することができる。

（２）上記（１）の非破壊検査方法において、前記一次コイル及び二次コイルが円形状に巻回されており、
前記焼結体が円板形状を呈しており、
前記一次コイル及び二次コイルの内径が、前記焼結体の外径よりも大きいことが望ましい。この場合、焼結体全体に磁力線を通過させることができるので、当該焼結体全体の材質を高精度に検査することができる。

（３）上記（１）又は（２）の非破壊検査方法において、前記振幅差及び位相差に対応する点を直交座標上にプロットし、プロットした点が所定の範囲内に位置するか否かに応じて焼結体の良否を判断することができる。この場合、前記所定の範囲をディスプレイなどの表示部に円や楕円などで表示しておくことで、視覚を通して簡単に焼結体の良否を判定することができる。

〔本発明の実施形態の詳細〕
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の非破壊検査方法の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施形態に係る非破壊検査方法では、鉄系材料を含む種々の組成の粉末材料を所望の形状に加圧成形し、得られた成形体（圧粉体）を加熱して焼結させることで得られる焼結体に対し、一次コイル及び二次コイルを有する渦流検査器を用いて当該焼結体の材質を非破壊で検査する。

圧粉体は、ダイ、上下のパンチ及びコアなどの金型を備えた通常のプレス成型機を用いて製造することができる。また、圧粉体の焼結および急冷（焼入れ）は、脱ガスゾーン、予熱ゾーン、加熱ゾーン及び冷却ゾーンを有する、一般的な連続焼結炉を用いて行うことができる。

図１は、本実施形態に係る非破壊検査方法により検査することができる焼結体の一例の斜視説明図である。この焼結体Ｗは、自動車用変速機などで用いられるシンクロハブであり、中央に開口部１を有するリング形状を呈している。焼結体Ｗの内周と外周には歯部２，３が形成されている。

焼結体Ｗは、前述したように、成形工程及び焼結工程を経て製造される。その際、金型内への粉末材料の供給が均一に行われないと成形後の圧粉体に密度差が生じる。密度差が生じると、当該圧粉体を焼結した後の焼結体の硬さにバラツキが生じる。また、粉末材料にカーボンが含まれている場合、当該カーボンは偏析しやすいため、その分布にバラツキが生じることがある。カーボンの量が多くなると硬度は大きくなるが、疲労強度が低下する。

また、シンターハードニングによる焼入れ工程において、例えば冷却ガスの供給が均一でないと、焼きが甘くなったり、さらには焼きが入らなかったりすることがある。この場合、焼きが十分に入っているものと、焼きが甘いものとでは金属組織が異なり、したがって透磁率にも差がある。本実施形態では、かかる透磁率の差が、図２に示されるように、上下段のコイル４，５間に焼結体Ｗを配置したときの二次電圧の振幅差として現れることを用いて焼結体の材質の判定を行う。

上段コイル４は、一次コイル４ａ及び二次コイル４ｂを有している。また、下段コイル５は、一次コイル５ａ及び二次コイル５ｂを有している。下段コイル５は、前記上段コイル４の下方に所定のスペース（例えば、上下方向に焼結体Ｗの全長＋３〜２０ｍｍ程度のスペース）をあけて配置されている。一次コイル４ａ、４ｂには、図示しない電源により交流電圧が印加される。そうすると、一次コイル４ａ、４ｂに交流が流れて磁力線が生じ、この磁力線によって二次コイル５ａ、５ｂに交流電圧が発生する。

本実施形態では、一次コイル４ａ，５ａ及び二次コイル４ｂ，５ｂが円形状に巻回されており、また、焼結体Ｗが円板形状を呈している。そして、前記一次コイル４ａ，５ａ及び二次コイル４ｂ，５ｂの内径は、前記焼結体Ｗの外径よりも大きくなるように設定されている。このため、焼結体全体に磁力線を通過させることができるので、当該焼結体全体の材質を高精度に検査することができる。

この場合、上段コイル４と下段コイル５との間のスペースに焼結体Ｗが配置されていないと、図３において太い実線で示されるように、二次コイル４ｂ、５ｂに発生する二次電圧はきれいな波形を描くが、前記スペースに焼結体Ｗが配置されると、当該焼結体Ｗの例えば透磁率の違いに応じて、図３において細線で示されるように、二次電圧の波形は変化する。具体的には、二次電圧の波形の振幅及び位相が変化する。この変化は、図示されているように、例えば「波形の歪」、「位相の遅れ」、「振幅の増加」、「振幅の減少」として現れる。

図４は、二次電圧の振幅差と位相差を説明する図であり、実線は標準サンプルまたはマスターサンプルを上下段コイル４，５間のスペースに配置した場合の二次電圧の波形を示しており、破線はサンプルＡを前記スペースに配置した場合の二次電圧の波形を示しており、一点鎖線はサンプルＢを前記スペースに配置した場合の二次電圧の波形を示している。標準サンプルまたはマスターサンプルとは、所望の機械的強度、すなわち多少のプラスマイナスは含むもののスペック通りの機械的強度を有する標準焼結体（標準焼結体とは、予め決められた良好品範囲の上下限にて製作したもの）のことであり、各々の限界条件で製作された標準サンプルにより検査スペックを設定することができる。標準サンプルを用いた場合に測定された二次電圧の振幅及び位相は、本実施形態に係る非破壊検査方法を制御する、例えばパーソナルコンピュータの制御部の記憶部に予め記憶される。

サンプルＡの二次電圧の波形は、標準サンプルの波形に比べて、位相がやや遅れるとともに、振幅がやや小さくなっている。また、サンプルＢの二次電圧の波形は、サンプルＡよりもさらに位相が遅れ、また、振幅もさらに小さくなっている。すなわち、標準サンプルの位相との差である位相差は、サンプルＡよりもサンプルＢの方が大きい。また、標準サンプルの振幅との差である振幅差も、サンプルＡよりもサンプルＢの方が大きい。このことから、サンプルＡの方がサンプルＢよりも材質的に標準サンプルに近いことがわかる。

したがって、検査対象の焼結体Ｗについて、前記位相差及び振幅差を算出し、それぞれが所定の閾値内にあるときに当該焼結体Ｗを、所望の機械的強度を有するものと判定し、合格品とすることができる。逆に、位相差及び振幅差のうちいずれか一方でも所定の閾値の範囲外になったときに当該焼結体Ｗを、所望の機械的強度を有さないものと判定し、不合格品とすることができる。
前記合否の判定は、例えばＸＹの直交座標上に前記位相差及び振幅差に対応する値をプロットし、このプロットした点の位置が原点を中心とする所定の範囲内にあるか否かによって行うこともできる。標準サンプルは、位相差及び振幅差が「ゼロ」であるので、これを原点とすることができる。なお、前記所定の範囲は、原点を中心とする円、楕円、矩形、正方形などとすることができる。
上記に示した不良製品のプロット点の位置は、前述した「密度差」、「カーボン偏析」および「焼き入れの充分、不十分（金属組織の異なり）」に応じて異なる場所にプロットされるので、不良の原因を直ちに把握して対策をとることができる。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、ＸＹの直交座標上に前記位相差及び振幅差に対応する値をプロットしているが、これ以外にも、例えば図５に示されるように極座標上に位相差及び振幅差に対応する値をプロットすることもできる。この場合も、位相差及び振幅差が所定の閾値内となる領域を設定し、この領域内に検査焼結体についてプロットした点が位置するときは当該検査焼結体を合格品とすることができる。この場合も、前述したように不良毎にプロットの点は異なる位置に現れるが、製品種毎にプロット場所が変化するので設定し直す必要があるのはＸ−Ｙ表示時と同じである。

１ ：開口
２ ：歯部
３ ：歯部
４ ：上段コイル
４ａ：一次コイル
４ｂ：二次コイル
５ ：下段コイル
５ａ：一次コイル
５ｂ：二次コイル
Ｗ ：焼結体

Claims (3)

1. 鉄系材料を含む粉末を加圧成形した圧粉体を焼結して得られる焼結体の非破壊検査方法であって、
   一次コイル及び二次コイルを有する上段コイルと、一次コイル及び二次コイルを有しており、前記上段コイルの下方に所定のスペースをあけて配置された下段コイルとの間の前記スペースに前記焼結体を配設し、
   前記上段コイル及び下段コイルの各一次コイルに交流電圧を印加し、
   前記一次コイルへの交流電圧の印加により、前記上段コイル及び下段コイルの各二次コイルに発生する交流電圧の振幅及び位相を取得し、
   取得した振幅及び位相と、予め取得しておいた標準サンプルとしての標準焼結体の振幅及び位相との差である振幅差及び位相差に基づいて前記焼結体の材質の判定を行う、非破壊検査方法。
2. 前記一次コイル及び二次コイルが円形状に巻回されており、
   前記焼結体が円板形状を呈しており、
   前記一次コイル及び二次コイルの内径が、前記焼結体の外径よりも大きい、請求項１に記載の非破壊検査方法。
3. 前記振幅差及び位相差に対応する点を直交座標上にプロットし、プロットした点が所定の範囲内に位置するか否かに応じて焼結体の良否を判断する、請求項１又は請求項２に記載の非破壊検査方法。

Images