車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法
【課題】超音波により、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さを測定する測定方法を提供する。
【解決手段】軸回転する外輪２の転走面２ｃに垂直に対向させた超音波プローブ１１により発信された超音波の反射波を超音波プローブ１１で受信する。所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波測定手段１２により検出する。検出したピーク信号の発信から受信までの伝搬時間より算出することで測定する。所定角度分のピーク位置データを用いて、これらピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示する。この重ね書き表示は走査した各軸方向位置について軸方向に並べる。前記重ね書き表示により、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面２ｃの焼入れ深さを推定する。超音波深さ測定に先立ち、治具を用いて超音波プローブ１１の位置決めを行う。
【解決手段】軸回転する外輪２の転走面２ｃに垂直に対向させた超音波プローブ１１により発信された超音波の反射波を超音波プローブ１１で受信する。所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波測定手段１２により検出する。検出したピーク信号の発信から受信までの伝搬時間より算出することで測定する。所定角度分のピーク位置データを用いて、これらピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示する。この重ね書き表示は走査した各軸方向位置について軸方向に並べる。前記重ね書き表示により、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面２ｃの焼入れ深さを推定する。超音波深さ測定に先立ち、治具を用いて超音波プローブ１１の位置決めを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複列円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪の転走面の焼入れ深さ、特に高周波焼入れされた外輪の転走面の焼入れ深さを、超音波を用いて測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪用軸受等の焼入れ部分の深さの検査は、ワークを切断後、硬度計で測定することによって行っていた。このような焼入れ深さの測定方法の場合、切断および硬度測定に時間がかかる、測定後のワークは廃却されるから無駄になる、などの問題点があった。一方、焼入れ深さを非破壊で計測する方法も開発され、特許文献１〜３および非特許文献１，２には非破壊の計測方法として以下のような技術的事項が開示されている。
【０００３】
（ａ）焼入れ深さの測定に超音波を用いている点。
（ｂ）焼入れ層と母材層の超音波散乱確率の差を元に焼入れ深さの測定を行っている点。（ｃ）超音波散乱確率の差を可視化し、焼入れ深さのパターンを描いている点。
（ｄ）焼入れ深さの測定システムとして、超音波探傷機の信号をパソコンで処理し、計算で深さを求めている点。
（ｅ）超音波で求めた焼入れ深さのデータと硬度による焼入れ深さのデータとの相関を評価している点。
（ｆ）超音波の周波数として５０ＭＨｚ以上の高周波を利用している点。
【特許文献１】特開平７−２２９７０５号公報
【特許文献２】特開平９−２５７７６８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７７１５９号公報
【非特許文献１】田中、阪野、森永共著、「超音波による焼入れ深さ可視化技術の開発」、平成９年春季大会講演概要集、超音波計測５、平成９年５月発行、ｐ．９３−９６
【非特許文献２】三原、鈴木、伊達、坂野、田中共著、「組織散乱エコーによる硬化深さの評価」、１９９４年秋季大会資料、ｐ．３１５−３２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記各文献の技術では、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面端部などのように、超音波が乱れる部位の焼入れ深さの測定を行う例は示されておらず、したがって円すいころ軸受形の車輪用軸受外輪の転走面への適用はなされていない。
また、超音波プローブの位置決めは測定精度に影響するが、位置決めの方法について具体的に述べられていない。
【０００５】
この発明の目的は、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さを測定することができる焼入れ深さ測定方法を提供することである。
この発明の他の目的は、超音波プローブの位置決めが精度良く行えて、焼入れ深さの測定精度の向上が図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法は、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪の転走面の焼入れ深さを測定する方法であって、測定対象となる外輪を回転台により外輪中心回りに回転させながら、外輪の転走面に垂直に対向させた超音波プローブにより、所定サンプリング回転角度毎に転走面に向けて超音波を発信させ、この超音波の反射波を超音波プローブで受信し、受信された反射波における所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波測定手段により検出し、このピーク信号が現れる転走面表面からの深さ位置であるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝搬時間より算出することで測定する。このピーク位置の測定は、外輪の１回転毎に所定ピッチで外輪軸方向に走査することで転走面全域につき行い、各走査位置における外輪の１回転で得られるピーク位置データのうち、所定角度分のピーク位置データを用いて、これらピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示する。この重ね書き表示は、走査した各軸方向位置について軸方向に並べたものとする。前記２次元表示面における前記重ね書き表示により、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面の焼入れ深さを推定する。転走面端部の焼入れ深さは、走面端部の近傍における焼入れ深さの測定値を元に推定する。
【０００７】
車輪用軸受外輪は、一般的に炭素鋼製とされ、その転走面は高周波焼入れ等によって焼入れ処理される。炭素鋼を高周波焼入れすることによって形成される焼入れ層は、マルテンサイトと呼ばれる微細で均質な組織である。一方、母材は、フェライトとパーライトが層状に重なりあった不均質な粗い組織である。測定試料となる車輪用軸受外輪の転走面に表面より例えば５０ＭＨｚ程度の超音波を入射させると、焼入れ層では超音波がほとんど散乱せず、母材層で散乱される。
この発明方法は、この散乱波の散乱確率の差から、焼入れ深さの推定を行う。このための処理として、上記のように、受信された散乱波のピーク信号を検出し、このピーク信号が現れる転走面表面からの深さ位置であるピーク位置を、伝搬時間より算出する。外輪の１回転で得られるピーク位置データのうち、所定角度分、例えば２０°分のピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示する。この重ね書き表示は走査した各軸方向位置について軸方向に並べたものとする。
この重ね書き表示では、散乱確率が高い部分は塗り潰され、散乱確率が低い部分は塗り潰されないため、両部分の境界位置を目視等で読み取ることで、転走面の焼入れ深さを推定することができる。
転走面端部は、超音波の乱れが発生するため、直接に超音波による測定を行うことができないが、近傍における焼入れ深さの測定値を元に推定をする。
このように、この発明方法によると、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さを測定することができる。
【０００８】
このように推定された焼入れ深さは、硬度測定によって得られる焼入れ深さとは一致しないが、予め両者の相関を調べて変換式を作成しておくことで、超音波による焼入れ深さから、硬度による焼入れ深さの推定を行うことができる。
【０００９】
超音波プローブの位置決めは、次のように治具を用いて行うことで、位置決め精度を高めることができ、測定精度を向上させることができる。超音波プローブは、前記回転台の回転軸心に沿う方向および回転軸心に対して直交する方向に移動可能な走査台に、プローブ取付ブロックを介して取付けるものとする。
治具を用いた位置決めは、例えば次のように行う。前記回転台に前記外輪の代わりにプローブ位置調整用治具を設置し、このプローブ位置調整用治具に対してプローブ取付ブロックの各軸方向の位置を合わせる。これにより、超音波プローブの位置決めを行う。
この方法によれば、測定対象となる外輪を回転させる回転台に対してプローブ位置調整用治具を配置し、この治具に合わせて超音波プローブの位置を調整するため、超音波プローブを外輪に対して精度良く位置決めされた状態として走査台に設置することができる。そのため測定精度の向上が図られる。
【００１０】
この発明の転走面焼入れ深さ測定方法において、前記車輪用軸受は、円すいころ軸受け形のハブ一体型のものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法は、測定対象となる外輪を１回転させたときの超音波散乱波のピーク位置を所定角度分重ね書きし、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面の焼入れ深さを推定し、また超音波で直接に測定することが不可能な転走面端部は、近傍の超音波測定値から推定するようにしたため、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さを測定することができる。
外輪を回転させる回転台に外輪に代えてプローブ位置調整用治具を設置し、この治具を介して超音波プローブの位置決めを行うようにした場合は、外輪の転走面に対して超音波プローブの位置決めを精度良く行うことができ、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法を図１ないし図１０と共に説明する。測定対象は、円すいころ軸受形の車輪用軸受における図３に示す外輪２の転走面２ｃである。外輪２は、軸方向の中央側が小径となるテーパ面からなる複列の転走面２ｃを有しており、炭素鋼製とされている。これら転走面２ｃは高周波焼入れが施されている。この外輪２は、ハブベアリングタイプの車輪用軸受を構成するものであり、車輪取付用のフランジ２ａを一端に有するハブ一体型のものである。
【００１３】
この外輪２は、図１０に示す車輪用軸受１に用いられるものである。同図の車輪用軸受１は、従動輪支持用の外輪回転型の円すいころ軸受であり、上記外輪２と、複列の内輪３と、これら内輪３および外輪２の転走面３ａ，２ｃ間に介在した円すいころ４と、保持器５とを有する。内輪３は、各列毎に分割して設けられている。内輪３と外輪２間の軸受空間の両端は、シール６により密封されている。
【００１４】
図３において、外輪２の転走面２ｃの測定箇所は、イ，ロ，ハ，ニ，ホ，ヘの６点である。この内、イ，ハ，ニ，ヘ部は、転走面２ｃの端部であり、詳しくは転走面２ｃの端から微小距離（０．５ｍｍ）だけ転走面中央側の位置である。ロ，ホ部は転走面３ｃの中央位置をそれぞれ示す。
これら６点の測定箇所の測定を行うにつき、後述のように転走面２ｃの全体の測定を行い、その測定結果より上記６点の測定値を定める。
【００１５】
測定系を図１，図２に示す原理図と共に説明する。図１において、測定対象となる外輪２は、水を入れた測定槽１０内の回転台１０ａ上に、三爪のチャック１０ｂにより固定する。回転台１０ａは、サーボモータ１０ｃにより回転させられる。
超音波プローブ１１は、外輪２の転走面２ｃに対して垂直となる姿勢で、走査機構２１の走査台２２に設置される。走査台２２は、回転台１０ａに固定された外輪２の軸方向Ｙおよび径方向Ｘに移動可能なものであり、両方向の合成動作によってテーパ面からなる転走面２ｃに対して、一定の距離を保った状態で軸方向に移動可能とされる。
【００１６】
図２は、走査機構２１の概念構成例を示す。固定フレーム２３の水平レール２４に沿って走行可能に設置された走行台２５に、ロッド状の昇降体２６が昇降自在に搭載され、昇降体２６の下端に走査台２２が設けられている。走行台２５は、サーボモータ２７の駆動により走行可能とされ、昇降体２６はサーボモータ２８の駆動により昇降可能とされる。各軸のサーボモータ２７，２８の駆動による走査台２２の移動は、制御手段（図示せず）による制御により、および手動操作手段（図示せず）による手動操作によって可能とされている。
【００１７】
走行体２５の各軸方向の位置は、上記各サーボモータ２７，２８等に設けられたエンコーダ等の位置検出器２９，３０により検出可能とされる。これら位置検出器２９，３０の検出データ、および前記回転台１０の回転角度を検出する位置検出器３１の検出データは、超音波深傷機１２に接続されたパーソナルコンピュータ１３等の超音波探傷映像化装置に入力され、超音波深傷機１２の検出データと関連付けて保存可能とされる。超音波深傷機１２は、超音波検出手段であって、超音波プローブ１１に超音波の発信および受信を行わせ、散乱波のピーク信号の検出、およびそのピーク信号の超音波発信からの伝搬時間の測定機能を有するものである。
【００１８】
このような測定系を用い、図１のように、外輪２を回転台１０ａに三爪チャック１０ｂを用いて固定し、超音波プローブ１１を、外輪２の転走面２ｃに対して垂直となるようにセットする。外輪２を回転台１０ａにより所定の回転速度で回転させ、所定サンプリング回転角度毎の超音波プローブ１１による超音波の散乱波のピーク信号を、超音波探傷機１２で検出し、その伝搬時間情報をパーソナルコンピュータ１３へ送る。
【００１９】
パーソナルコンピュータ１３では、超音波探傷機１２の伝搬時間情報から散乱波が最大となる位置（表面からの深さ）を算出する。外輪２を１回転させる毎に１周分のデータを得ることができるが、データの解析には後記するようにそのうちの所定の範囲のみのデータを用いる。また、焼入れパターンを得るために、前記６箇所（イ〜ヘ）の測定部だけでなく、外輪２が１回転する毎に水距離を一定に保ちつつ、所定ピッチで外輪２の軸方向に超音波プローブ１１を走査することにより、転走面２ｃ全域の測定を行う。
【００２０】
測定データの解析は以下によって行われる。散乱波のピーク信号が現れる表面からの深さ位置を、外輪２の円周方向の所定の範囲分を重ね書きし、さらに軸方向につなぎ合わせて２次元表示に可視化する。図６はこの可視化した画像を示す。
この可視化画像において、焼入れ層の形状が、散乱波の発生確率が低く白い部分のパターンとして映像化される。焼入れ層との境界付近の母材層では、散乱波の発生確率が高く黒く塗り潰される。この可視化パターンの白い部分と黒い部分の境界位置を目視によって読取り、表面からの深さを超音波深さとする。
【００２１】
超音波深さは、硬度計によって測定される焼入れ深さ（以下、有効硬化層深さと記す）とは一致しない。これは、超音波深さは組織の大きさが変化する境界とほぼ一致するのに対し、必要な硬度で定義される有効硬化層深さ位置は、組織の境界よりも浅い位置にあるためである。さらに、必要な硬度自体、製品によって異なるため、それによって有効硬化層深さも変わることとなる。
【００２２】
図７は、焼入れ層、超音波深さ、有効硬化層深さの関係を示す。通常、焼入れ深さと言えば、有効硬化層深さを表す。そのため、超音波深さを有効硬化層深さに変換する必要がある。そこで熱処理条件を変えて焼入れ深さを変えて製作した外輪２の超音波深さと有効硬化層深さをそれぞれ測定し、最小二乗法によって得られた一次近似式を超音波深さから有効硬化層深さを求める際の変換式とした。
【００２３】
また、図６の散乱波の可視化パターンで転走面２ｃの端の部分に超音波の乱れによる信号が見られる。これは、転走面２ｃの端のエッジ部分から超音波の乱反射が発生するためである。端から０．５ｍｍ位置では、この超音波の乱れの影響により超音波深さを求めることができない。そこで、端から０．５ｍｍ位置の有効硬化層深さは、端から近傍の３ｍｍ位置の超音波深さの値から推定することとした。これをまとめると以下のようになる。
（１）転走面２ｃの中央位置（ロ，ホ部）の有効硬化層深さ←転走面２ｃの中央位置（ロ，ホ部）の超音波深さから推定。
（２）転走面２ｃの端０．５ｍｍ位置（イ，ハ，ニ，ヘ部）の有効硬化層深さ←転走面２ｃの端３ｍｍ位置の超音波深さから推定。
【００２４】
超音波プローブ１１の位置決め方法を説明する。上記外輪２の転走面２ｃにおいて、特に端付近の部分では位置による焼入れ深さの変化が大きいため、超音波プローブ１１の位置決め精度が重要とする。そこで、図４に示す治具２０を用いて超音波プローブ１１の位置決めを行うこととした。
【００２５】
超音波プローブ１１は、前記走査台１４に、プローブ取付ブロック１６を介して取付角度の調整が可能なように取付けられている。具体的には、プローブ取付ブロック１６は、その中央から上方へ延びてプローブ取付アーム１７が設けられていて、このプローブ取付アーム１７の上端が取付部３５で走査台１４に取付けられる。この取付部３５で、プローブ取付ブロック１６の走査台１４に介する傾斜角度が調整可能であり、その調整された任意の角度で固定可能とされる。調整可能な傾斜角度は、回転台１０ａの軸心が含まれる平面内での傾き角度である。
【００２６】
先ず、図４に示すように、回転台１０ａに対して、外輪２の代わりに、プローブ位置調整用治具２０を三爪チャック１０ｂにセットし、高さ基準面Ｌに水準器（図示せず）を置いてレベリングを行う。次に、プローブ取付ブロック１６に取付けられた水準器１６ａによって、超音波プローブ取付ブロック１６のレベリングを行う。このレベリング作業によって、超音波プローブ１１の取付角度の調整を行う。
【００２７】
水平方向の位置決めは、プローブ取付ブロック１６の下面中央に突出して設けられた位置決めピン１６ｂを、超音波プローブ位置調整用治具２０の上面中央に形成された位置決め孔２０ａに挿入することで行う。位置決めピン１６ｂおよび位置決め孔２０ａは、断面円形である。この場合、まず、おおよその目見当で位置決めピン１６ｂを位置決め孔２０ａの真上に移動させ、次に、位置決めピン１６ｂを鉛直下方向に降下させる。この位置決めピン１６ｂの移動は、走査機構２１による走査台２２の移動によって行う。
【００２８】
位置決めピン１６ｂの先端はテーパ形状になっており、位置決めピン１６ｂの軸心と位置決め孔２０ａの軸心がずれている場合、その楔効果により水平方向に大きな力が生じる。そのため、プローブ取付ブロック１６を走査台１４に対して支持するプローブ取付アーム１７に微少な弾性変形が発生し、結果として超音波プローブ取付ブロック１６に取付けられた水準器１６ａのレベリングがずれる。プローブ取付アーム１７は、上記弾性変形が生じ易いように、長さ方向の一部または大部分が、２枚の平行な板状部１７ｂにより形成されている。走査機構２１により、水準器１６ａのレベリングずれがなくなる方向に水平方向の微調整を行うことにより、位置決めピン１６ｂの軸心と位置決め孔２０ａの軸心が一致し、位置決めピン１６ｂが位置決め孔２０ａの中にスムーズに挿入される。
【００２９】
また、プローブ取付アーム１７は、リニヤスライド１８に取付けられており、鉛直方向に自由に動くことができる。上記位置決めにおいて、位置決めピン１６ｂの軸心と位置決め孔２０ａの軸心とが著しくずれていて、位置決めピン１６ｂを超音波プローブ位置調整用治具２０にぶつけてしまうような状況では、リニヤスライド１８の作用により、超音波プローブ取付ブロック１６が上方に逃げることとなり、治具２０や走査機構２１の駆動装置類の破損を防ぐことができる。
【００３０】
このように、位置決めピン１６ｂが位置決め孔２０ａに完全に挿入され、超音波プローブ取付ブロック１６が超音波プローブ位置調整用治具２０に当て止めされた状態でリニヤスライド１８をロックすることによって、超音波プローブ１１の鉛直方向の取付位置が固定される。
【００３１】
上記のように超音波プローブ１１の位置決めを行った後、プローブ位置調整用治具２０を取外し、三爪チャック１０ｂに外輪２を図５のようにセットし、焼入れ深さの測定がなされる。この場合、超音波プローブ１１は、外輪２の転走面２ｃの傾き角度で取付けられているため、上記の位置決め作業により、超音波プローブ１１の軸方向と外輪２の転走面２ｃとが垂直にセットされることになる。
【００３２】
最後に超音波探傷機１２の画面上で発信エコーから外輪２の転走面２ｃからの表面反射エコーまでの伝搬時間が所定の水距離となる位置となるように超音波プローブ１１を前後させ、超音波プローブ１１の位置決めを完了する。
【００３３】
変換式の作成につき説明する。
印加電圧と加熱時間の熱処理条件を変えて焼入れ深さを変えて作成した模範の超音波深さと有効硬化層深さのデータを元に、超音波深さを有効硬化層深さに変換するための変換式を作成した。超音波深さを横軸、有効硬化層深さを縦軸とした時の散布図における最小二乗法での一次近似式が変換式となる。図８（Ａ）〜（Ｆ）に超音波深さの散布図および各部の変換式を示す。
各部で熱処理の条件が微妙に異なるため、超音波深さと有効硬化層深さの関係が同じとはならない。そのため、図８では変換式は各部毎に設けている。転走面２ｃの中央部２箇所（ロ，ホ部）と、転走面２ｃの端部４箇所（イ，ハ，ニ，ヘ部）をそれぞれ同じ変換式を用いることも可能であるが、その場合若干の推定精度の低下を生じる。
【００３４】
標準的な熱処理条件で加工したサンプルの測定結果を説明する。
上記のように、模範を元に作成した変換式の妥当性を検討するために、標準的な熱処理条件で作成した３個の外輪２について、破壊検査による有効硬化層深さと、超音波深さから変換式を用いて推定した焼入れ深さの関係を調査した。図９に有効硬化層深さと超音波から推定した焼入れ深さの関係を示す。
【００３５】
図９において、有効硬化層深さと超音波から推定した焼入れ深さの値は良く一致している。標準的な熱処理条件で作成した外輪２に関しては、超音波による非破壊検査は破壊検査の実用的な代替手段として用いることが可能であると言うことができる。
【００３６】
この実施例における結果を以下のようにまとめることができる。
・複列円すいころ軸受の外輪転走面の焼入れ深さを、焼入れ層と母材層の超音波の散乱確率の差を検出する方法を用い、精度良く測定することができた。
・超音波の散乱波を可視化することにより、焼入れパターンの形状を映像化することができた。
・超音波で直接測定することができない転走面から０．５ｍｍ位置の測定は、近傍の端から３ｍｍ位置の測定値から推定することが可能である。
・位置決め治具を用いた超音波プローブ位置決め方法を確立することができた。
【００３７】
なお、この発明の転走面焼入れ深さ測定方法の対象軸受として、従動輪支持用の外輪回転型複列円すいころ軸受を例示したが、駆動輪支持用の外輪固定型複列円すいころ軸受においても、この発明の測定方法を適用することができる。また、外輪が車輪取付用のフランジを有するハブ一体型のものである例について述べたが、これに限定されるものではなく、さらに、その他の複列円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さの測定にも広く適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の転走面焼入れ深さ測定方法の測定系主要部を示す原理図である。
【図２】同測定系の全体の具体例を示す正面図である。
【図３】測定対象と測定箇所を示す図である。
【図４】位置決め治具を用いた超音波プローブの位置決め方法を説明する図である。
【図５】位置決め後に外輪をセットした状態を示す説明図である。
【図６】散乱波の可視化パターンを示す図である。
【図７】焼入れ層の超音波深さおよび有効硬化層深さの関係を示す図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は、各測定箇所における超音波深さと有効硬化層深さの散布図および各部の変換式を示す図である。
【図９】有効硬化層深さと超音波から推定した焼入れ深さの関係を示す図である。
【図１０】この発明方法が対象とする車輪用軸受の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…車輪用軸受
２…外輪
２ａ…フランジ
２ｃ…転走面
１０ａ…回転台
１１…超音波プローブ
１２…超音波探傷機（超音波測定手段）
１４…走査台
１６…プローブ取付ブロック
２０…プローブ位置調整用治具
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複列円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪の転走面の焼入れ深さ、特に高周波焼入れされた外輪の転走面の焼入れ深さを、超音波を用いて測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪用軸受等の焼入れ部分の深さの検査は、ワークを切断後、硬度計で測定することによって行っていた。このような焼入れ深さの測定方法の場合、切断および硬度測定に時間がかかる、測定後のワークは廃却されるから無駄になる、などの問題点があった。一方、焼入れ深さを非破壊で計測する方法も開発され、特許文献１〜３および非特許文献１，２には非破壊の計測方法として以下のような技術的事項が開示されている。
【０００３】
（ａ）焼入れ深さの測定に超音波を用いている点。
（ｂ）焼入れ層と母材層の超音波散乱確率の差を元に焼入れ深さの測定を行っている点。（ｃ）超音波散乱確率の差を可視化し、焼入れ深さのパターンを描いている点。
（ｄ）焼入れ深さの測定システムとして、超音波探傷機の信号をパソコンで処理し、計算で深さを求めている点。
（ｅ）超音波で求めた焼入れ深さのデータと硬度による焼入れ深さのデータとの相関を評価している点。
（ｆ）超音波の周波数として５０ＭＨｚ以上の高周波を利用している点。
【特許文献１】特開平７−２２９７０５号公報
【特許文献２】特開平９−２５７７６８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７７１５９号公報
【非特許文献１】田中、阪野、森永共著、「超音波による焼入れ深さ可視化技術の開発」、平成９年春季大会講演概要集、超音波計測５、平成９年５月発行、ｐ．９３−９６
【非特許文献２】三原、鈴木、伊達、坂野、田中共著、「組織散乱エコーによる硬化深さの評価」、１９９４年秋季大会資料、ｐ．３１５−３２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記各文献の技術では、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面端部などのように、超音波が乱れる部位の焼入れ深さの測定を行う例は示されておらず、したがって円すいころ軸受形の車輪用軸受外輪の転走面への適用はなされていない。
また、超音波プローブの位置決めは測定精度に影響するが、位置決めの方法について具体的に述べられていない。
【０００５】
この発明の目的は、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さを測定することができる焼入れ深さ測定方法を提供することである。
この発明の他の目的は、超音波プローブの位置決めが精度良く行えて、焼入れ深さの測定精度の向上が図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法は、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪の転走面の焼入れ深さを測定する方法であって、測定対象となる外輪を回転台により外輪中心回りに回転させながら、外輪の転走面に垂直に対向させた超音波プローブにより、所定サンプリング回転角度毎に転走面に向けて超音波を発信させ、この超音波の反射波を超音波プローブで受信し、受信された反射波における所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波測定手段により検出し、このピーク信号が現れる転走面表面からの深さ位置であるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝搬時間より算出することで測定する。このピーク位置の測定は、外輪の１回転毎に所定ピッチで外輪軸方向に走査することで転走面全域につき行い、各走査位置における外輪の１回転で得られるピーク位置データのうち、所定角度分のピーク位置データを用いて、これらピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示する。この重ね書き表示は、走査した各軸方向位置について軸方向に並べたものとする。前記２次元表示面における前記重ね書き表示により、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面の焼入れ深さを推定する。転走面端部の焼入れ深さは、走面端部の近傍における焼入れ深さの測定値を元に推定する。
【０００７】
車輪用軸受外輪は、一般的に炭素鋼製とされ、その転走面は高周波焼入れ等によって焼入れ処理される。炭素鋼を高周波焼入れすることによって形成される焼入れ層は、マルテンサイトと呼ばれる微細で均質な組織である。一方、母材は、フェライトとパーライトが層状に重なりあった不均質な粗い組織である。測定試料となる車輪用軸受外輪の転走面に表面より例えば５０ＭＨｚ程度の超音波を入射させると、焼入れ層では超音波がほとんど散乱せず、母材層で散乱される。
この発明方法は、この散乱波の散乱確率の差から、焼入れ深さの推定を行う。このための処理として、上記のように、受信された散乱波のピーク信号を検出し、このピーク信号が現れる転走面表面からの深さ位置であるピーク位置を、伝搬時間より算出する。外輪の１回転で得られるピーク位置データのうち、所定角度分、例えば２０°分のピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示する。この重ね書き表示は走査した各軸方向位置について軸方向に並べたものとする。
この重ね書き表示では、散乱確率が高い部分は塗り潰され、散乱確率が低い部分は塗り潰されないため、両部分の境界位置を目視等で読み取ることで、転走面の焼入れ深さを推定することができる。
転走面端部は、超音波の乱れが発生するため、直接に超音波による測定を行うことができないが、近傍における焼入れ深さの測定値を元に推定をする。
このように、この発明方法によると、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さを測定することができる。
【０００８】
このように推定された焼入れ深さは、硬度測定によって得られる焼入れ深さとは一致しないが、予め両者の相関を調べて変換式を作成しておくことで、超音波による焼入れ深さから、硬度による焼入れ深さの推定を行うことができる。
【０００９】
超音波プローブの位置決めは、次のように治具を用いて行うことで、位置決め精度を高めることができ、測定精度を向上させることができる。超音波プローブは、前記回転台の回転軸心に沿う方向および回転軸心に対して直交する方向に移動可能な走査台に、プローブ取付ブロックを介して取付けるものとする。
治具を用いた位置決めは、例えば次のように行う。前記回転台に前記外輪の代わりにプローブ位置調整用治具を設置し、このプローブ位置調整用治具に対してプローブ取付ブロックの各軸方向の位置を合わせる。これにより、超音波プローブの位置決めを行う。
この方法によれば、測定対象となる外輪を回転させる回転台に対してプローブ位置調整用治具を配置し、この治具に合わせて超音波プローブの位置を調整するため、超音波プローブを外輪に対して精度良く位置決めされた状態として走査台に設置することができる。そのため測定精度の向上が図られる。
【００１０】
この発明の転走面焼入れ深さ測定方法において、前記車輪用軸受は、円すいころ軸受け形のハブ一体型のものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法は、測定対象となる外輪を１回転させたときの超音波散乱波のピーク位置を所定角度分重ね書きし、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面の焼入れ深さを推定し、また超音波で直接に測定することが不可能な転走面端部は、近傍の超音波測定値から推定するようにしたため、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さを測定することができる。
外輪を回転させる回転台に外輪に代えてプローブ位置調整用治具を設置し、この治具を介して超音波プローブの位置決めを行うようにした場合は、外輪の転走面に対して超音波プローブの位置決めを精度良く行うことができ、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法を図１ないし図１０と共に説明する。測定対象は、円すいころ軸受形の車輪用軸受における図３に示す外輪２の転走面２ｃである。外輪２は、軸方向の中央側が小径となるテーパ面からなる複列の転走面２ｃを有しており、炭素鋼製とされている。これら転走面２ｃは高周波焼入れが施されている。この外輪２は、ハブベアリングタイプの車輪用軸受を構成するものであり、車輪取付用のフランジ２ａを一端に有するハブ一体型のものである。
【００１３】
この外輪２は、図１０に示す車輪用軸受１に用いられるものである。同図の車輪用軸受１は、従動輪支持用の外輪回転型の円すいころ軸受であり、上記外輪２と、複列の内輪３と、これら内輪３および外輪２の転走面３ａ，２ｃ間に介在した円すいころ４と、保持器５とを有する。内輪３は、各列毎に分割して設けられている。内輪３と外輪２間の軸受空間の両端は、シール６により密封されている。
【００１４】
図３において、外輪２の転走面２ｃの測定箇所は、イ，ロ，ハ，ニ，ホ，ヘの６点である。この内、イ，ハ，ニ，ヘ部は、転走面２ｃの端部であり、詳しくは転走面２ｃの端から微小距離（０．５ｍｍ）だけ転走面中央側の位置である。ロ，ホ部は転走面３ｃの中央位置をそれぞれ示す。
これら６点の測定箇所の測定を行うにつき、後述のように転走面２ｃの全体の測定を行い、その測定結果より上記６点の測定値を定める。
【００１５】
測定系を図１，図２に示す原理図と共に説明する。図１において、測定対象となる外輪２は、水を入れた測定槽１０内の回転台１０ａ上に、三爪のチャック１０ｂにより固定する。回転台１０ａは、サーボモータ１０ｃにより回転させられる。
超音波プローブ１１は、外輪２の転走面２ｃに対して垂直となる姿勢で、走査機構２１の走査台２２に設置される。走査台２２は、回転台１０ａに固定された外輪２の軸方向Ｙおよび径方向Ｘに移動可能なものであり、両方向の合成動作によってテーパ面からなる転走面２ｃに対して、一定の距離を保った状態で軸方向に移動可能とされる。
【００１６】
図２は、走査機構２１の概念構成例を示す。固定フレーム２３の水平レール２４に沿って走行可能に設置された走行台２５に、ロッド状の昇降体２６が昇降自在に搭載され、昇降体２６の下端に走査台２２が設けられている。走行台２５は、サーボモータ２７の駆動により走行可能とされ、昇降体２６はサーボモータ２８の駆動により昇降可能とされる。各軸のサーボモータ２７，２８の駆動による走査台２２の移動は、制御手段（図示せず）による制御により、および手動操作手段（図示せず）による手動操作によって可能とされている。
【００１７】
走行体２５の各軸方向の位置は、上記各サーボモータ２７，２８等に設けられたエンコーダ等の位置検出器２９，３０により検出可能とされる。これら位置検出器２９，３０の検出データ、および前記回転台１０の回転角度を検出する位置検出器３１の検出データは、超音波深傷機１２に接続されたパーソナルコンピュータ１３等の超音波探傷映像化装置に入力され、超音波深傷機１２の検出データと関連付けて保存可能とされる。超音波深傷機１２は、超音波検出手段であって、超音波プローブ１１に超音波の発信および受信を行わせ、散乱波のピーク信号の検出、およびそのピーク信号の超音波発信からの伝搬時間の測定機能を有するものである。
【００１８】
このような測定系を用い、図１のように、外輪２を回転台１０ａに三爪チャック１０ｂを用いて固定し、超音波プローブ１１を、外輪２の転走面２ｃに対して垂直となるようにセットする。外輪２を回転台１０ａにより所定の回転速度で回転させ、所定サンプリング回転角度毎の超音波プローブ１１による超音波の散乱波のピーク信号を、超音波探傷機１２で検出し、その伝搬時間情報をパーソナルコンピュータ１３へ送る。
【００１９】
パーソナルコンピュータ１３では、超音波探傷機１２の伝搬時間情報から散乱波が最大となる位置（表面からの深さ）を算出する。外輪２を１回転させる毎に１周分のデータを得ることができるが、データの解析には後記するようにそのうちの所定の範囲のみのデータを用いる。また、焼入れパターンを得るために、前記６箇所（イ〜ヘ）の測定部だけでなく、外輪２が１回転する毎に水距離を一定に保ちつつ、所定ピッチで外輪２の軸方向に超音波プローブ１１を走査することにより、転走面２ｃ全域の測定を行う。
【００２０】
測定データの解析は以下によって行われる。散乱波のピーク信号が現れる表面からの深さ位置を、外輪２の円周方向の所定の範囲分を重ね書きし、さらに軸方向につなぎ合わせて２次元表示に可視化する。図６はこの可視化した画像を示す。
この可視化画像において、焼入れ層の形状が、散乱波の発生確率が低く白い部分のパターンとして映像化される。焼入れ層との境界付近の母材層では、散乱波の発生確率が高く黒く塗り潰される。この可視化パターンの白い部分と黒い部分の境界位置を目視によって読取り、表面からの深さを超音波深さとする。
【００２１】
超音波深さは、硬度計によって測定される焼入れ深さ（以下、有効硬化層深さと記す）とは一致しない。これは、超音波深さは組織の大きさが変化する境界とほぼ一致するのに対し、必要な硬度で定義される有効硬化層深さ位置は、組織の境界よりも浅い位置にあるためである。さらに、必要な硬度自体、製品によって異なるため、それによって有効硬化層深さも変わることとなる。
【００２２】
図７は、焼入れ層、超音波深さ、有効硬化層深さの関係を示す。通常、焼入れ深さと言えば、有効硬化層深さを表す。そのため、超音波深さを有効硬化層深さに変換する必要がある。そこで熱処理条件を変えて焼入れ深さを変えて製作した外輪２の超音波深さと有効硬化層深さをそれぞれ測定し、最小二乗法によって得られた一次近似式を超音波深さから有効硬化層深さを求める際の変換式とした。
【００２３】
また、図６の散乱波の可視化パターンで転走面２ｃの端の部分に超音波の乱れによる信号が見られる。これは、転走面２ｃの端のエッジ部分から超音波の乱反射が発生するためである。端から０．５ｍｍ位置では、この超音波の乱れの影響により超音波深さを求めることができない。そこで、端から０．５ｍｍ位置の有効硬化層深さは、端から近傍の３ｍｍ位置の超音波深さの値から推定することとした。これをまとめると以下のようになる。
（１）転走面２ｃの中央位置（ロ，ホ部）の有効硬化層深さ←転走面２ｃの中央位置（ロ，ホ部）の超音波深さから推定。
（２）転走面２ｃの端０．５ｍｍ位置（イ，ハ，ニ，ヘ部）の有効硬化層深さ←転走面２ｃの端３ｍｍ位置の超音波深さから推定。
【００２４】
超音波プローブ１１の位置決め方法を説明する。上記外輪２の転走面２ｃにおいて、特に端付近の部分では位置による焼入れ深さの変化が大きいため、超音波プローブ１１の位置決め精度が重要とする。そこで、図４に示す治具２０を用いて超音波プローブ１１の位置決めを行うこととした。
【００２５】
超音波プローブ１１は、前記走査台１４に、プローブ取付ブロック１６を介して取付角度の調整が可能なように取付けられている。具体的には、プローブ取付ブロック１６は、その中央から上方へ延びてプローブ取付アーム１７が設けられていて、このプローブ取付アーム１７の上端が取付部３５で走査台１４に取付けられる。この取付部３５で、プローブ取付ブロック１６の走査台１４に介する傾斜角度が調整可能であり、その調整された任意の角度で固定可能とされる。調整可能な傾斜角度は、回転台１０ａの軸心が含まれる平面内での傾き角度である。
【００２６】
先ず、図４に示すように、回転台１０ａに対して、外輪２の代わりに、プローブ位置調整用治具２０を三爪チャック１０ｂにセットし、高さ基準面Ｌに水準器（図示せず）を置いてレベリングを行う。次に、プローブ取付ブロック１６に取付けられた水準器１６ａによって、超音波プローブ取付ブロック１６のレベリングを行う。このレベリング作業によって、超音波プローブ１１の取付角度の調整を行う。
【００２７】
水平方向の位置決めは、プローブ取付ブロック１６の下面中央に突出して設けられた位置決めピン１６ｂを、超音波プローブ位置調整用治具２０の上面中央に形成された位置決め孔２０ａに挿入することで行う。位置決めピン１６ｂおよび位置決め孔２０ａは、断面円形である。この場合、まず、おおよその目見当で位置決めピン１６ｂを位置決め孔２０ａの真上に移動させ、次に、位置決めピン１６ｂを鉛直下方向に降下させる。この位置決めピン１６ｂの移動は、走査機構２１による走査台２２の移動によって行う。
【００２８】
位置決めピン１６ｂの先端はテーパ形状になっており、位置決めピン１６ｂの軸心と位置決め孔２０ａの軸心がずれている場合、その楔効果により水平方向に大きな力が生じる。そのため、プローブ取付ブロック１６を走査台１４に対して支持するプローブ取付アーム１７に微少な弾性変形が発生し、結果として超音波プローブ取付ブロック１６に取付けられた水準器１６ａのレベリングがずれる。プローブ取付アーム１７は、上記弾性変形が生じ易いように、長さ方向の一部または大部分が、２枚の平行な板状部１７ｂにより形成されている。走査機構２１により、水準器１６ａのレベリングずれがなくなる方向に水平方向の微調整を行うことにより、位置決めピン１６ｂの軸心と位置決め孔２０ａの軸心が一致し、位置決めピン１６ｂが位置決め孔２０ａの中にスムーズに挿入される。
【００２９】
また、プローブ取付アーム１７は、リニヤスライド１８に取付けられており、鉛直方向に自由に動くことができる。上記位置決めにおいて、位置決めピン１６ｂの軸心と位置決め孔２０ａの軸心とが著しくずれていて、位置決めピン１６ｂを超音波プローブ位置調整用治具２０にぶつけてしまうような状況では、リニヤスライド１８の作用により、超音波プローブ取付ブロック１６が上方に逃げることとなり、治具２０や走査機構２１の駆動装置類の破損を防ぐことができる。
【００３０】
このように、位置決めピン１６ｂが位置決め孔２０ａに完全に挿入され、超音波プローブ取付ブロック１６が超音波プローブ位置調整用治具２０に当て止めされた状態でリニヤスライド１８をロックすることによって、超音波プローブ１１の鉛直方向の取付位置が固定される。
【００３１】
上記のように超音波プローブ１１の位置決めを行った後、プローブ位置調整用治具２０を取外し、三爪チャック１０ｂに外輪２を図５のようにセットし、焼入れ深さの測定がなされる。この場合、超音波プローブ１１は、外輪２の転走面２ｃの傾き角度で取付けられているため、上記の位置決め作業により、超音波プローブ１１の軸方向と外輪２の転走面２ｃとが垂直にセットされることになる。
【００３２】
最後に超音波探傷機１２の画面上で発信エコーから外輪２の転走面２ｃからの表面反射エコーまでの伝搬時間が所定の水距離となる位置となるように超音波プローブ１１を前後させ、超音波プローブ１１の位置決めを完了する。
【００３３】
変換式の作成につき説明する。
印加電圧と加熱時間の熱処理条件を変えて焼入れ深さを変えて作成した模範の超音波深さと有効硬化層深さのデータを元に、超音波深さを有効硬化層深さに変換するための変換式を作成した。超音波深さを横軸、有効硬化層深さを縦軸とした時の散布図における最小二乗法での一次近似式が変換式となる。図８（Ａ）〜（Ｆ）に超音波深さの散布図および各部の変換式を示す。
各部で熱処理の条件が微妙に異なるため、超音波深さと有効硬化層深さの関係が同じとはならない。そのため、図８では変換式は各部毎に設けている。転走面２ｃの中央部２箇所（ロ，ホ部）と、転走面２ｃの端部４箇所（イ，ハ，ニ，ヘ部）をそれぞれ同じ変換式を用いることも可能であるが、その場合若干の推定精度の低下を生じる。
【００３４】
標準的な熱処理条件で加工したサンプルの測定結果を説明する。
上記のように、模範を元に作成した変換式の妥当性を検討するために、標準的な熱処理条件で作成した３個の外輪２について、破壊検査による有効硬化層深さと、超音波深さから変換式を用いて推定した焼入れ深さの関係を調査した。図９に有効硬化層深さと超音波から推定した焼入れ深さの関係を示す。
【００３５】
図９において、有効硬化層深さと超音波から推定した焼入れ深さの値は良く一致している。標準的な熱処理条件で作成した外輪２に関しては、超音波による非破壊検査は破壊検査の実用的な代替手段として用いることが可能であると言うことができる。
【００３６】
この実施例における結果を以下のようにまとめることができる。
・複列円すいころ軸受の外輪転走面の焼入れ深さを、焼入れ層と母材層の超音波の散乱確率の差を検出する方法を用い、精度良く測定することができた。
・超音波の散乱波を可視化することにより、焼入れパターンの形状を映像化することができた。
・超音波で直接測定することができない転走面から０．５ｍｍ位置の測定は、近傍の端から３ｍｍ位置の測定値から推定することが可能である。
・位置決め治具を用いた超音波プローブ位置決め方法を確立することができた。
【００３７】
なお、この発明の転走面焼入れ深さ測定方法の対象軸受として、従動輪支持用の外輪回転型複列円すいころ軸受を例示したが、駆動輪支持用の外輪固定型複列円すいころ軸受においても、この発明の測定方法を適用することができる。また、外輪が車輪取付用のフランジを有するハブ一体型のものである例について述べたが、これに限定されるものではなく、さらに、その他の複列円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪転走面の焼入れ深さの測定にも広く適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の転走面焼入れ深さ測定方法の測定系主要部を示す原理図である。
【図２】同測定系の全体の具体例を示す正面図である。
【図３】測定対象と測定箇所を示す図である。
【図４】位置決め治具を用いた超音波プローブの位置決め方法を説明する図である。
【図５】位置決め後に外輪をセットした状態を示す説明図である。
【図６】散乱波の可視化パターンを示す図である。
【図７】焼入れ層の超音波深さおよび有効硬化層深さの関係を示す図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は、各測定箇所における超音波深さと有効硬化層深さの散布図および各部の変換式を示す図である。
【図９】有効硬化層深さと超音波から推定した焼入れ深さの関係を示す図である。
【図１０】この発明方法が対象とする車輪用軸受の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…車輪用軸受
２…外輪
２ａ…フランジ
２ｃ…転走面
１０ａ…回転台
１１…超音波プローブ
１２…超音波探傷機（超音波測定手段）
１４…走査台
１６…プローブ取付ブロック
２０…プローブ位置調整用治具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪の転走面の焼入れ深さを測定する方法であって、
測定対象となる外輪を回転台により外輪中心回りに回転させながら、
外輪の転走面に垂直に対向させた超音波プローブにより、所定サンプリング回転角度毎に転走面に向けて超音波を発信させ、この超音波の反射波を超音波プローブで受信し、
受信された反射波における所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波検出手段により検出し、このピーク信号が現れる転走面表面からの深さ位置であるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝搬時間より算出することで測定し、 このピーク位置の測定は、外輪の１回転毎に所定ピッチで外輪軸方向に走査することで転走面全域につき行い、
各走査位置における外輪の１回転で得られるピーク位置データのうち、所定角度分のピーク位置データを用いて、これらピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示し、この重ね書き表示は走査した各軸方向位置について軸方向に並べたものとし、
前記２次元表示面における前記重ね書き表示により、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面の焼入れ深さを推定し、
かつ転走面端部の焼入れ深さを、転走面端部の近傍における焼入れ深さの測定値を元に推定する車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【請求項２】
請求項１において、硬度測定によって得られる焼入れ深さと、超音波を用いて前記境界位置の読み取りにより得られる焼入れ深さとの相関関係を示した変換式を作成し、前記超音波を用いて境界位置の読み取りにより得られる焼入れ深さから、硬度測定によって得られる焼入れ深さを推定する車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記超音波プローブは、前記回転台の回転軸心に沿う方向および回転軸心に対して直交する所定方向に移動可能な走査台に、プローブ取付ブロックを介して取付けるものとし、前記回転台に前記外輪の代わりにプローブ位置調整用治具を設置し、このプローブ位置調整用治具に対してプローブ取付ブロックの各軸方向の位置を合わせることで、超音波プローブの位置決めを行う車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記車輪用軸受が、円すいころ軸受け形のハブ一体型のものである車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【請求項１】
円すいころ軸受形の車輪用軸受における外輪の転走面の焼入れ深さを測定する方法であって、
測定対象となる外輪を回転台により外輪中心回りに回転させながら、
外輪の転走面に垂直に対向させた超音波プローブにより、所定サンプリング回転角度毎に転走面に向けて超音波を発信させ、この超音波の反射波を超音波プローブで受信し、
受信された反射波における所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波検出手段により検出し、このピーク信号が現れる転走面表面からの深さ位置であるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝搬時間より算出することで測定し、 このピーク位置の測定は、外輪の１回転毎に所定ピッチで外輪軸方向に走査することで転走面全域につき行い、
各走査位置における外輪の１回転で得られるピーク位置データのうち、所定角度分のピーク位置データを用いて、これらピーク位置を２次元表示面に重ね書き表示し、この重ね書き表示は走査した各軸方向位置について軸方向に並べたものとし、
前記２次元表示面における前記重ね書き表示により、散乱確率が高くて塗り潰された部分と散乱確率が低くて塗り潰されない分部の境界位置を読み取ることで、前記転走面の焼入れ深さを推定し、
かつ転走面端部の焼入れ深さを、転走面端部の近傍における焼入れ深さの測定値を元に推定する車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【請求項２】
請求項１において、硬度測定によって得られる焼入れ深さと、超音波を用いて前記境界位置の読み取りにより得られる焼入れ深さとの相関関係を示した変換式を作成し、前記超音波を用いて境界位置の読み取りにより得られる焼入れ深さから、硬度測定によって得られる焼入れ深さを推定する車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記超音波プローブは、前記回転台の回転軸心に沿う方向および回転軸心に対して直交する所定方向に移動可能な走査台に、プローブ取付ブロックを介して取付けるものとし、前記回転台に前記外輪の代わりにプローブ位置調整用治具を設置し、このプローブ位置調整用治具に対してプローブ取付ブロックの各軸方向の位置を合わせることで、超音波プローブの位置決めを行う車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記車輪用軸受が、円すいころ軸受け形のハブ一体型のものである車輪用軸受外輪の転走面焼入れ深さ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１９８８２２（Ｐ２００７−１９８８２２Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５９７４（Ｐ２００６−１５９７４）
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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