(57)【要約】【課題】有色の流体の流速を測定可能な流速測定方法を提供する。【解決手段】予め微小粒子１４が混入されている焼入油１に向けてスリット状Ｘ線１１ｂを照射して、焼入油１を透過し、さらに微小粒子１４にあたってはねかえったスリット状Ｘ線１１ｂである散乱Ｘ線１１ｃのなかから、スリット状Ｘ線１１ｂが焼入油１を透過する範囲である透過面１ａに対向する検出面１５ｃに入射してくる散乱Ｘ線１１ｃのエネルギー値及び検出面１５ｃ上の入射位置を検出して、検出面１５ｃに入射してくる散乱Ｘ線１１ｃのなかから、前記検出された散乱Ｘ線１１ｃのエネルギー値及びコンプトン散乱の式に基づいて９０°の散乱角を有する直角散乱Ｘ線１１ｃ’を選択して、直角散乱Ｘ線１１ｃ’の検出面１５ｃ上の入射位置の変化量に基づいて透過面１ａ内の焼入油１の流速を算出する。【選択図】図１
2010169594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め微小粒子が混入されている焼入油に向けてスリット状Ｘ線を照射して、
前記焼入油を透過し、さらに前記微小粒子にあたってはねかえった前記スリット状Ｘ線である散乱Ｘ線のなかから、前記スリット状Ｘ線が前記焼入油を透過する範囲である透過面に対向する検出面に入射してくる前記散乱Ｘ線のエネルギー値及び前記検出面上の入射位置を検出して、
前記検出面に入射してくる前記散乱Ｘ線のなかから、前記検出された前記散乱Ｘ線のエネルギー値及び以下に示す数１に基づいて９０°の散乱角を有する直角散乱Ｘ線を選択して、
前記直角散乱Ｘ線の前記検出面上の入射位置の変化量に基づいて前記透過面内の前記焼入油の流速を算出する流速測定方法。
【数１】
2010169594.tif 000005
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流速測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体に非接触の状態で流体の流速を測定する技術は公知であり、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のレーザードップラー流速計は、レーザー光を流体に向けて照射し、流体中の微小粒子によりレーザー光を散乱させる。そして、散乱されたレーザー光を集光してドップラー周波数信号に変換することにより、流体の流速を測定する。
しかし、有色の流体の流速を測定するとき、例えば浸炭焼入工程においてワーク冷却用の黒色焼入油の流速を測定するとき、流体に向けて照射されたレーザー光が著しく吸収され、透過しなくなる。これにより、レーザー光が流体中の微小粒子まで到達できず、流速を測定不能になるという問題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−４４６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、有色の流体の流速を測定可能な流速測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の流速測定方法は、予め微小粒子が混入されている焼入油に向けてスリット状Ｘ線を照射して、前記焼入油を透過し、さらに前記微小粒子にあたってはねかえった前記スリット状Ｘ線である散乱Ｘ線のなかから、前記スリット状Ｘ線が前記焼入油を透過する範囲である透過面に対向する検出面に入射してくる前記散乱Ｘ線のエネルギー値及び前記検出面上の入射位置を検出して、前記検出面に入射してくる前記散乱Ｘ線のなかから、前記検出された前記散乱Ｘ線のエネルギー値及び以下に示す数１に基づいて９０°の散乱角を有する直角散乱Ｘ線を選択して、前記直角散乱Ｘ線の前記検出面上の入射位置の変化量に基づいて前記透過面内の前記焼入油の流速を算出する。
【数１】
2010169594.tif 000003
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、有色の流体の流速を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】焼入油の流速の測定形態を示す模式図である。
【図２】Ｘ線発生器、フィルタ及びコリメータを用い、スリット状Ｘ線を照射しているときを示す図である。
【図３】検出面を示す図である。
【図４】スリット状Ｘ線が微小粒子にあたってはねかえり、散乱Ｘ線になるときを示す図である。
【図５】透過面内で微小粒子が移動したときにおける、当該微小粒子により散乱した直角散乱Ｘ線の検出面上での入射位置の変化量を示す図である。
【図６】本発明に係る流速測定方法の実施の一形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る流速測定方法の実施の一形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
本実施形態における流速測定方法は、流体に非接触の状態で、当該流体の流速を測定する方法である。
【００１１】
ワーク（例えば、クランクシャフト）に熱処理の一例である焼入を施すとき、ワークを一定時間加熱（高周波誘導加熱）した後、例えば油槽（不図示）に貯留された黒色焼入油（以下単に「焼入油」という。）１に浸漬する等して冷却する。本実施形態の流速測定方法は、この油槽に貯留されたワーク冷却用の焼入油１の流速を測定する方法である。
図１に示すように、本実施形態における焼入油１の流速の測定には、Ｘ線発生器１１、フィルタ１２、コリメータ１３、微小粒子１４、Ｘ線検出器１５、演算装置１６、表示装置１７等が用いられる。より具体的には、Ｘ線発生器１１から照射される連続Ｘ線１１ａを、フィルタ１２、コリメータ１３を介してスリット状Ｘ線１１ｂとし、このスリット状Ｘ線１１ｂを焼入油１が貯溜される油槽に向けて照射し、予め焼入油１に混入されている微小粒子１４からのスリット状Ｘ線１１ｂのはねかえりをＸ線検出器１５によって検出し、係る検出結果を演算装置１６によって演算し、演算結果を表示装置１７によって表示する。
なお、説明の便宜上、Ｘ線発生器１１の前方に油槽（焼入油１）が位置するものとし、図１における下側を下方向、上側を上方向、右側を右方向、左側を左方向、として以下の説明を行う。
【００１２】
Ｘ線発生器１１は、コーン状（上下左右方向）に広がる連続Ｘ線１１ａを照射するものであり、連続Ｘ線１１ａを油槽（前方）に向けて照射するように構成されている。
【００１３】
フィルタ１２及びコリメータ１３はＸ線発生器１１と油槽との間に配置されており、Ｘ線発生器１１の前方にフィルタ１２が配置され、フィルタ１２の前方にコリメータ１３が配置されている。
フィルタ１２は連続Ｘ線１１ａから単色Ｘ線を取り出すものであり、Ｘ線発生器１１から照射された連続Ｘ線１１ａがフィルタ１２を通過した後、単色Ｘ線として取り出される。
図１及び図２に示すように、コリメータ１３は、フィルタ１２により取り出された単色Ｘ線の左右方向の幅を絞るものである。コリメータ１３は鉛等から成る遮蔽壁を有する。前記遮蔽壁には、前後方向に貫通し、フィルタ１２により取り出された単色Ｘ線を油槽に向けて案内可能なスリットが形成されている。
前記スリットは左右方向に微小な幅を有している。これにより、フィルタ１２で取り出された単色Ｘ線が前記スリットを通過する際に、一部を前記遮蔽壁で遮蔽され、左右方向の幅を絞られた状態（左右方向に微小な幅を有する状態）になるように構成されている。
そして、前記スリットを通過した単色Ｘ線（スリット状Ｘ線）１１ｂは、左右方向の微小な幅を略保持したままの状態で、前記スリットの貫通方向に沿って前方に移動し、油槽に到達する。そして、油槽内の焼入油１を透過していく。このとき、スリット状Ｘ線１１ｂの左右方向の幅が微小であるので、この幅を考慮しないこととする。つまり、焼入油１におけるスリット状Ｘ線１１ｂの透過範囲が、スリット状Ｘ線１１ｂの透過方向に沿いつつ左右方向に幅を有さない透過面１ａ（左右方向に垂直な焼入油１の断面）になることとする。
また、前記スリットは上下方向に開放されている。これにより、フィルタ１２で取り出された単色Ｘ線が前記スリットを通過する際に、上下方向の幅を絞られず、上下方向に広がりながら前記スリットを通過し、さらに油槽に到達し、油槽内の焼入油１を透過していく。なお、油槽（焼入油１）に到達するスリット状Ｘ線１１ｂの上下幅は、油槽の上下幅より大きいものとする。つまり、スリット状Ｘ線１１ｂは、焼入油１が貯溜される油槽の断面全域を透過するものとする。
【００１４】
図１に示すように、微小粒子１４・１４・・・は、予め焼入油１に混入されており、焼入油１を透過してくるスリット状Ｘ線１１ｂを散乱させるものである。微小粒子１４・１４・・・は、流速測定対象である焼入油１と比重が近いもので構成されており、焼入油１に略等しい流れを有する。
スリット状Ｘ線１１ｂの透過範囲である透過面１ａ内に微小粒子１４・１４・・・があるとき、焼入油１を透過してくるスリット状Ｘ線１１ｂが微小粒子１４・１４・・・にあたると、はねかえって散乱するが、この微小粒子１４・１４・・・により散乱したスリット状Ｘ線１１ｂを散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・とする。
【００１５】
Ｘ線検出器１５は、散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・を検出し、さらにこの検出した散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のなかから特定の散乱角を有するものを選択する。Ｘ線検出器１５は、検出部１５ａ及び選択部１５ｂを有する。
【００１６】
図１及び図３に示すように、検出部１５ａは、散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・を検出するものであり、検出面１５ｃ、素子１５ｄ及び配置位置検出部（不図示）を有する。
検出面１５ｃは、上下方向及び前後方向（つまり、油槽の断面方向）にそれぞれ所定の長さ有する面であり、油槽の右側に配置されており、透過面１ａと対面して配置されている。
素子１５ｄはＸ線検出器１５に入射してくる散乱Ｘ線１１ｃのエネルギー値を検出するものであり、上下方向及び前後方向（つまり、油槽の断面方向）にそれぞれ所定の長さを有する。複数の素子１５ｄ・１５ｄ・・・が検出面１５ｃ上に前後上下に格子状に配列されている。
前記配置位置検出部は、散乱Ｘ線１１ｃの検出面１５ｃ上の入射位置（散乱Ｘ線１１ｃが入射した素子１５ｄの検出面１５ｃ上の配列位置）を検出するものであり、検出面１５ｃ上の各素子１５ｄに接続されている。
散乱Ｘ線１１ｃが検出面１５ｃ上の素子１５ｄ・１５ｄ・・・の一つである素子１５ｄ（Ａ）に入射してくると、素子１５ｄ（Ａ）でこの入射してきた散乱Ｘ線１１ｃのエネルギー値が検出される。さらに、配置位置検出部で素子１５ｄ（Ａ）の検出面１５ｃ上の配列位置が検出される。
このように、検出部１５ａは、素子１５ｄ・１５ｄ・・・に入射してくる散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のエネルギー値、及び散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・が入射した素子１５ｄ・１５ｄ・・・の検出面１５ｃ上の配列位置を検出する。言い換えれば、検出部１５ａは、検出面１５ｃに入射してくる散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のエネルギー値及び検出面１５ｃ上の入射位置を検出する。
【００１７】
図１及び図４に示すように、選択部１５ｂは、検出部１５ａでエネルギー値及び検出面１５ｃ上の入射位置を検出された散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のなかから、特定の散乱角θを有するものを選択する。
選択部１５ｂは、検出部１５ａに接続されており、検出部１５ａで検出された散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のエネルギー値及び以下の数１（コンプトン散乱の式）に基づいて、検出部１５ａで検出された散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のなかから、特定の散乱角θを有するものを選択する。
【００１８】
【数１】
2010169594.tif 000004
【００１９】
つまり、散乱Ｘ線１１ｃの波長λｓ（エネルギー値）は散乱角θにより決まるので、散乱Ｘ線１１ｃのエネルギー値を検出できれば、エネルギー値を検出した散乱Ｘ線１１ｃのなかから特定の散乱角θを有するものを選択することが可能になるという原理に基づく。本実施形態では検出部１５ａの素子１５ｄ・１５ｄ・・・で散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のエネルギー値が検出されるので、選択部１５ｂが、検出部１５ａで検出された散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のなかから特定の散乱角θを有するものを選択することが可能になる。
【００２０】
このように、Ｘ線検出器１５を用いることにより、検出面１５ｃ上の素子１５ｄ・１５ｄ・・・に入射してくる散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のエネルギー値及び散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・が入射した素子の検出面１５ｃ・１５ｃ・・・上の配列位置を検出し、さらにこの検出した散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のなかから特定の散乱角θを有するものを選択することが可能になる。
本実施形態では、Ｘ線検出器１５（選択部１５ｂ）が散乱角θ＝９０°の散乱Ｘ線（直角散乱Ｘ線）１１ｃ’・１１ｃ’・・・（図５参照）を選択することとする。つまり、Ｘ線検出器１５で選択される直角散乱Ｘ線１１ｃ’・１１ｃ’・・・は、透過面１ａ内の微小粒子１４・１４・・・により散乱した散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のうち、９０°の散乱角を有するものである。
【００２１】
図１に示すように、演算装置１６は、焼入油１の流速を算出する。
演算装置１６は、Ｘ線検出器１５に接続されており、Ｘ線検出器１５の選択部１５ｂで選択された直角散乱Ｘ線１１ｃ’・１１ｃ’・・・に係る情報（詳細には、直角散乱Ｘ線１１ｃ’・１１ｃ’・・・の入射した素子１５ｄ・１５ｄ・・・の検出面１５ｃ上の配列位置に係る情報）を受信するように構成されている。
演算装置１６は、Ｘ線検出器１５（選択部１５ｂ）から受信した直角散乱Ｘ線１１ｃ’・１１ｃ’・・・に係る情報に基づいて透過面１ａ内の焼入油１の流速を算出する。以下では、演算装置１６が透過面１ａ内の焼入油１の流速を算出するときの手順について詳細に説明する。
図５に示すように、微小粒子１４が透過面１ａ内で移動すると、微小粒子１４により散乱した直角散乱Ｘ線１１ｃ’の入射する検出面１５ｃ上の素子１５ｄも微小粒子１４の移動方向に沿った位置に配列されているものに変わっていく。例えば、微小粒子１４が透過面１ａ内で上方に移動すると、微小粒子１４により散乱した直角散乱Ｘ線１１ｃ’の入射する素子１５ｄも上方に配列されているものに変わっていく。
そして、図３及び図５に示すように、時間Ｔの間に微小粒子１４が透過面１ａ内でＡ地点からＢ地点に移動し、これに対応して直角散乱Ｘ線１１ｃ’の入射する素子１５ｄが、素子１５ｄ・１５ｄ・・・の一つである素子１５ｄ（Ａ）から素子１５ｄ（Ｂ）に変わったとする。つまり、透過面１ａ内のＡ地点にある微小粒子１４により散乱した直角散乱Ｘ線１１ｃ’の入射する素子１５ｄが素子１５ｄ（Ａ）であり、Ａ地点からＢ地点に移動後の微小粒子１４により散乱した直角散乱Ｘ線１１ｃ’の入射する素子１５ｄが素子１５ｄ（Ｂ）であったとする。このとき、演算装置１６は、素子１５ｄ（Ａ）から素子１５ｄ（Ｂ）までの距離（直角散乱Ｘ線１１ｃ’の検出面１５ｃ上の入射位置の変化量）Ｙを時間Ｔで割り、これにより算出された値Ｙ／Ｔを透過面１ａ内での微小粒子１４の移動速度、つまり透過面１ａ内のＡ地点からＢ地点あたりでの焼入油１の流速として算出する。なお、前述のように、微小粒子１４は焼入油１と比重が近いもので構成されている。これにより、演算装置１６は、微小粒子１４と焼入油１との流れが一致していることとし、微小粒子１４の移動速度を焼入油１の流速として算出している。
また、演算装置１６は、透過面１ａ内で移動する他の微小粒子１４・１４・・・についても上記の手順と同様の手順で移動速度を算出していき、透過面１ａ内のＡ地点、Ｂ地点とは異なる他の地点についても焼入油１の流速を算出していく。これにより、透過面１ａ内の様々な地点の流速を測定でき、透過面１ａ内での焼入油１の流速分布を測定することが可能になる。
【００２２】
図１に示すように、表示装置１７は、焼入油１の流速及び流速分布を表示する。表示装置１７は、演算装置１６に接続され、ＬＣＤ等を有し、演算装置１６で算出された透過面１ａ内での焼入油１の流速及び流速分布を表示する。これにより、作業者等が透過面１ａ内での焼入油１の流速及び流速分布を確認可能になる。
【００２３】
以下では、本実施形態における流速測定方法について説明する。
図６に示すように、本実施形態における流速測定方法は、Ｘ線照射工程Ｓ１０、散乱Ｘ線検出工程Ｓ２０、散乱Ｘ線選択工程Ｓ３０及び流速算出工程Ｓ４０を備える。
【００２４】
Ｘ線照射工程Ｓ１０においては、Ｘ線発生器１１、フィルタ１２、及びコリメータ１３により、流速測定対象である焼入油１に向けてスリット状Ｘ線１１ｂを照射する。なお、焼入油１には予め微小粒子１４・１４・・・が混入されている。
そして、スリット状Ｘ線１１ｂが、焼入油１を透過し、さらに微小粒子１４・１４・・・にあたってはねかえり、散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・になる。
【００２５】
散乱Ｘ線検出工程Ｓ２０においては、Ｘ線検出器１５の検出部１５ａにより、検出面１５ｃに入射してくる散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のエネルギー値及び検出面１５ｃ上の入射位置が検出される。
【００２６】
散乱Ｘ線選択工程Ｓ３０においては、Ｘ線検出器１５の選択部１５ｂにより、検出部１５ａで検出された散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のエネルギー値及び前記数１に基づいて、検出部１５ａで検出された散乱Ｘ線１１ｃ・１１ｃ・・・のなかから、θ＝９０°の散乱角を有する散乱Ｘ線（直角散乱Ｘ線）１１ｃ’・１１ｃ’・・・が選択される。
【００２７】
流速算出工程Ｓ４０においては、演算装置１６により、極短時間間隔にＸ線検出器１５から受信した情報に基づいて、透過面１ａ内での焼入油１の流速（直角散乱Ｘ線１１ｃ’の検出面１５ｃ上の入射位置の単位時間あたりの変化量）が算出される。
そして、演算装置１６で算出された焼入油１の流速が表示装置１７に表示される。
【００２８】
以上のように構成することで、流体の流速を測定するためにスリット状Ｘ線１１ｂが用いられるので、黒色焼入油１等の有色の流体に対してもスリット状Ｘ線１１ｂを透過させることができ、有色の流体の流速を測定することが可能である。
【００２９】
また、焼入時においてワークを焼入油１に浸漬しているとき、焼入油１の流速分布が不均一であると、ワークの部位によって冷却速度に差が生じ、ワークにひずみが発生し得る。そこで、焼入油１の流速分布の不均一を解消するため、前提として焼入油１の流速分布を測定する必要があるが、本実施形態の測定方法を実施することにより、透過面１ａ内の様々な地点での流速を算出することが可能になり、透過面１ａ内での焼入油１の流速分布を測定することが可能になる。
また、Ｘ線発生器１１等の配置位置を変更し、スリット状Ｘ線１１ｂが焼入油１を透過する範囲を透過面１ａとは異なる焼入油１の断面にすることにより、透過面１ａとは異なる断面内での焼入油１の流速及び流速分布を測定することが可能になる。これにより、焼入油１の様々な断面の流速分布を測定することが可能になる。
【符号の説明】
【００３０】
１        焼入油
１ａ      透過面
１１      Ｘ線発生器
１１ｂ    スリット状Ｘ線
１１ｃ    散乱Ｘ線
１１ｃ’  直角散乱Ｘ線
１２      フィルタ
１３      コリメータ
１４      微小粒子
１５      Ｘ線検出器
１５ｃ    検出面
１６      演算装置
１７      表示装置
【図１】
2010169594.tif 000006
【図２】
2010169594.tif 000007
【図３】
2010169594.tif 000008
【図４】
2010169594.tif 000009
【図５】
2010169594.tif 000010
【図６】
2010169594.tif 000011