(57)【要約】【課題】金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された標準試験片、当該標準試験片を用いて校正される分析装置、当該分析装置を用いて検査される機械部品、および当該標準試験片の製造方法を提供する。【解決手段】金属からなる複数の試験片１１，１２を接合して形成される標準試験片１０である。標準試験片１０は、複数の試験片１１，１２の接合界面１１ａ，１２ａには、試験片１１，１２とは異なる材料からなる粒子１３が配置されていることを特徴としている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる複数のベース部材を接合して形成される標準試験片であって、
複数の前記ベース部材の接合界面には、前記ベース部材とは異なる材料からなる欠陥部材が配置されていることを特徴とする、標準試験片。
【請求項２】
前記ベース部材は、鉄を含む材料からなる、請求項１に記載の標準試験片。
【請求項３】
前記欠陥部材は、酸化アルミニウム、硫化マンガンおよび窒化チタンからなる群より選択される少なくとも一の材料からなる、請求項１または２に記載の標準試験片。
【請求項４】
複数の前記ベース部材を接合した後に、熱処理が施されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の標準試験片。
【請求項５】
前記欠陥部材は、直径が５０μｍ以下の粒子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の標準試験片。
【請求項６】
材料中の介在物を非破壊検査するための分析装置の校正に用いられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の標準試験片。
【請求項７】
超音波探傷装置、渦流探傷装置および放射線透過装置からなる群より選択されるいずれか一の分析装置の校正に用いられる、請求項６に記載の標準試験片。
【請求項８】
材料中の介在物を非破壊検査するための分析装置であって、
請求項６に記載の標準試験片を用いて校正される、分析装置。
【請求項９】
材料中の５０μｍ以上の大きさの介在物を検出することが可能である、請求項８に記載の分析装置。
【請求項１０】
超音波探傷装置、渦流探傷装置および放射線透過装置からなる群より選択されるいずれか一の装置である、請求項８または９に記載の分析装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の分析装置を用いて検査された、機械部品。
【請求項１２】
材料中における介在物の大きさが５０μｍ未満であることが特定されている、請求項１１に記載の機械部品。
【請求項１３】
前記材料中における前記介在物の位置が特定されている、請求項１１または１２に記載の機械部品。
【請求項１４】
転がり軸受の構成部品である、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の機械部品。
【請求項１５】
転走面または転動面から最大せん断応力深さまでの領域に存在する前記介在物の大きさが特定されている、請求項１４に記載の機械部品。
【請求項１６】
金属からなる複数のベース部材を準備する工程と、
複数の前記ベース部材を接合する工程とを備え、
前記ベース部材を接合する工程では、複数の前記ベース部材の接合界面に前記ベース部材とは異なる材料からなる欠陥部材が配置される、標準試験片の製造方法。
【請求項１７】
前記ベース部材は、鉄を含む材料からなる、請求項１６に記載の標準試験片の製造方法。
【請求項１８】
接合された前記ベース部材に熱処理を施す工程をさらに備える、請求項１６または１７に記載の標準試験片の製造方法。
【請求項１９】
前記ベース部材を接合する工程は、
一の前記ベース部材の接合面に前記欠陥部材を配置する工程と、
前記欠陥部材を配置する工程の後、前記欠陥部材を挟むように他の前記ベース部材を前記一のベース部材上に配置し、前記一のベース部材および前記他のベース部材の少なくともいずれか一方を加圧して、前記ベース部材内に前記欠陥部材を埋め込む工程と、
前記欠陥部材を埋め込む工程の後、前記一のベース部材と前記他のベース部材との間に通電することにより、前記一のベース部材と前記他のベース部材とを接合する工程とを含む、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の標準試験片の製造方法。
【請求項２０】
前記一のベース部材と前記他のベース部材とは、互いに異なる硬度を有する、請求項１９に記載の標準試験片の製造方法。
【請求項２１】
前記ベース部材を接合する工程は、前記欠陥部材を埋め込む工程の後、前記一のベース部材と前記他のベース部材とを接合する工程の前に、前記欠陥部材が前記一のベース部材内に埋め込まれたことを確認する工程をさらに含む、請求項１９または２０に記載の標準試験片の製造方法。
【請求項２２】
前記ベース部材の接合面を含む領域には凹部が形成されており、
前記ベース部材を接合する工程は、
前記凹部内に前記欠陥部材を配置する工程と、
前記欠陥部材を配置する工程の後、複数の前記ベース部材の間に通電することにより、複数の前記ベース部材を接合する工程とを含む、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の標準試験片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標準試験片、分析装置、機械部品および標準試験片の製造方法に関するものであり、より特定的には、金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された標準試験片、当該標準試験片を用いて校正された分析装置、当該分析装置を用いて検査された機械部品および当該標準試験片の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受では、アルミナなどの非金属介在物（以下、介在物という）を起点とする内部起点型の疲労破壊が発生する場合がある。また、介在物の直径が５０μｍ以上である場合には特に上記疲労破壊が発生し易く、軸受の転動寿命が低下する。そのため、転走面や転動面などの転動疲労が大きい領域では介在物の直径を５０μｍ以下に管理することが必要である。
【０００３】
材料中の介在物を検査する方法としては、たとえば材料の切断面を顕微鏡により観察し、介在物の大きさおよび数を調査するＪＩＳ法やＡＳＴＭ法などがある。また、介在物の大きさおよび数のデータから任意の体積に存在する介在物の最大径を推定する極値統計法という方法もある。しかし、これらの方法は、検査対象である材料における極めて狭い領域で行われる検査方法であるため、実際の製品中に存在する介在物の大きさおよび数を精度良く推定するためには十分な方法とはいえなかった。
【０００４】
実際の製品中に存在する介在物を直接的に検出する方法としては、たとえば超音波探傷装置やＸ線検査装置などの非破壊検査装置を用いた方法がある。これらの分析装置は標準試験片を用いて校正して使用される。標準試験片としては、たとえば人工的に開けた穴を欠陥としたものや、エッチングにより人工欠陥を設けたものがある（たとえば特許文献１〜５参照）。しかし、これらの標準試験片は、材料中のクラックを検出する場合の校正に適している一方で、介在物を検出する場合の校正には適さないという問題がある。
【０００５】
また、介在物が鋼の機械的性質に及ぼす影響を評価することを目的とした各種の強度試験が行われており、当該試験において鋼中に空孔を形成した試験片が用いられている（たとえば、非特許文献１参照）。しかし、介在物が鋼の機械的性質に及ぼす影響を評価するためには、本来は空孔ではなく介在物を形成した試験片を用いることが必要であり、また試験片中での当該介在物の形成位置を制御することも必要である。材料中に介在物を分布させる方法としては、たとえば介在物を含む材料を焼結する方法が知られているが（たとえば特許文献６参照）、この方法では材料中の任意の位置に介在物を正確に配置することが困難である。また、鋼中の任意の位置に空孔を形成する方法も知られているが（たとえば特許文献７参照）、この方法では、当該空孔を介在物により置き換えることが困難である。また、介在物を母材としての材料中における任意の位置に導入しようとする試みもなされているが（たとえば特許文献８参照）、この場合には母材として金属材料を用いることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１０５８６９号公報
【特許文献２】特開平０８−１３６５１１号公報
【特許文献３】特開平０８−２１０９５３号公報
【特許文献４】特開平０８−２１１０３２号公報
【特許文献５】特開２００８−１７０４０８号公報
【特許文献６】特開平１１−０４３７０３号公報
【特許文献７】特開２００４−３４０８０８号公報
【特許文献８】特開平１０−３２５８３１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鉄と鋼，９４，１３−２０，２００８，日本鉄鋼協会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、従来では、金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された標準試験片を得ることは困難であった。そのため、超音波探傷装置などの材料中の介在物を検査する分析装置を高い精度で校正することができず、その結果製品中の介在物を十分な精度で検査することが困難であるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された標準試験片、当該標準試験片を用いて校正された分析装置、当該分析装置を用いて検査された機械部品および当該標準試験片の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従った標準試験片は、金属からなる複数のベース部材を接合して形成される標準試験片であって、複数のベース部材の接合界面にはベース部材とは異なる材料からなる欠陥部材が配置されていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成により、本発明に従った標準試験片では、大きさなどが予め規定された欠陥部材（介在物）を、金属からなるベース部材の接合界面の任意の位置に配置することができる。したがって、本発明に従った標準試験片によれば、金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された標準試験片を提供することができる。
【００１２】
上記標準試験片において、ベース部材は、鉄を含む材料からなっていてもよい。また、上記欠陥部材は、酸化アルミニウム、硫化マンガンおよび窒化チタンからなる群より選択される少なくとも一の材料からなっていてもよい。
【００１３】
酸化アルミニウム、硫化マンガンおよび窒化チタンは、鋼に含まれる代表的な非金属介在物である。したがって、上記欠陥部材がこれらの材料からなる場合には、介在物が鋼の機械的性質に及ぼす影響を調査する目的において分析装置の校正に上記標準試験片を好適に用いることができる。
【００１４】
上記標準試験片は、複数のベース部材を接合した後に、熱処理が施されていてもよい。これにより、ベース部材の内部（母相）とベース部材の接合界面とにおける金属組織を均一化することができる。
【００１５】
上記標準試験片において、上記欠陥部材は、直径が５０μｍ以下の粒子であるってもよく、当該直径が５０μｍであることが好ましい。
【００１６】
転がり軸受では、直径が５０μｍ以上である介在物が転動寿命に特に悪影響を及ぼす。これに対して、上記欠陥部材の直径が５０μｍ以下である場合には、上記標準試験片を用いて校正した分析装置について、直径が５０μｍ以下の欠陥を正確に検出することができるように調整できる。その結果、当該分析装置を用いることにより、直径が５０μｍ以上である介在物が材料中に存在するか否かを容易に判別することができる。
【００１７】
上記標準試験片は、材料中の介在物を非破壊検査するための分析装置の校正に用いられてもよい。より具体的には、上記標準試験片は、超音波探傷装置、渦流探傷装置および放射線透過装置からなる群より選択されるいずれか一の分析装置の校正に用いられてもよい。
【００１８】
上記標準試験片は、材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定されているため、上記分析装置の校正において好適に用いることができる。
【００１９】
本発明に従った分析装置は、材料中の介在物を非破壊検査するための分析装置である。また、上記分析装置は、材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された上記本発明に従った標準試験片を用いて校正される。
【００２０】
したがって、本発明に従った分析装置によれば、従来の標準試験片を用いて校正された分析装置と比べて、より高精度に校正された分析装置を提供することができる。
【００２１】
上記分析装置は、材料中の５０μｍ以上の大きさの介在物を検出することが可能であってもよい。
【００２２】
上述のように、転がり軸受では、直径が５０μｍ以上である介在物が転動寿命において特に悪影響を及ぼす。そのため、５０μｍ以上の大きさの介在物を検出することが可能な上記分析装置は、転がり軸受を検査するための分析装置として好適に用いることができる。
【００２３】
上記分析装置は、超音波探傷装置、渦流探傷装置および放射線透過装置からなる群より選択されるいずれか一の装置であってもよい。従来の分析装置と比べてより高精度に校正された上記本発明に従った分析装置は、これらの非破壊検査装置として好適である。
【００２４】
本発明に従った機械部品は、従来の分析装置と比べて高精度に校正された上記本発明に従った分析装置を用いて検査されている。したがって、本発明に従った機械部品によれば、材料中の介在物が高精度に検査された機械部品を提供することができる。
【００２５】
上記機械部品は、材料中における介在物の大きさが５０μｍ未満であることが特定されていてもよい。
【００２６】
上述のように、転がり軸受では、直径が５０μｍ以上である介在物が転動寿命において特に悪影響を及ぼす。したがって、材料中における介在物の大きさが５０μｍ未満である場合（すなわち、大きさが５０μｍ以上の介在物が存在しない場合）には、より長寿命な機械部品を提供することができる。
【００２７】
上記機械部品は、材料中における介在物の位置が特定されていてもよい。これにより、さらに長寿命な機械部品を提供することができる。
【００２８】
上記機械部品は、転がり軸受の構成部品であってもよい。材料中の介在物が高精度に検査された上記本発明に従った機械部品は、転がり軸受の構成部品として好適である。
【００２９】
また、上記機械部品（転がり軸受の構成部品）の転走面または転動面から最大せん断応力深さまでの領域に存在する介在物の大きさが特定されていてもよい。上記機械部品において、転走面または転動面を含む領域は転動疲労が大きい領域である。そのため、上記領域における介在物の大きさを特定することにより、一層長寿命な機械部品を提供することができる。
【００３０】
本発明に従った標準試験片の製造方法は、金属からなる複数のベース部材を準備する工程と、複数のベース部材を接合する工程とを備えている。ベース部材を接合する工程では、複数のベース部材の接合界面にベース部材とは異なる材料からなる欠陥部材が配置される。
【００３１】
上記工程により、本発明に従った標準試験片の製造方法では、金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された上記本発明に従った標準試験片を製造することができる。
【００３２】
上記標準試験片の製造方法において、ベース部材は、鉄を含む材料からなっていてもよい。このように、ベース部材は導電性を有する材料からなることが好ましい。
【００３３】
上記標準試験片の製造方法は、接合されたベース部材に熱処理を施す工程をさらに備えていてもよい。これにより、ベース部材の内部とベース部材の接合界面とにおける金属組織をより均一化することができる。
【００３４】
上記標準試験片の製造方法において、ベース部材を接合する工程は、一のベース部材の接合面に欠陥部材を配置する工程と、欠陥部材を配置する工程の後、欠陥部材を挟むように他のベース部材を一のベース部材上に配置し、一のベース部材および他のベース部材の少なくともいずれか一方を加圧して、ベース部材内に欠陥部材を埋め込む工程と、欠陥部材を埋め込む工程の後、一のベース部材と他のベース部材との間に通電することにより、一のベース部材と他のベース部材とを接合する工程とを含んでいてもよい。
【００３５】
これにより、欠陥部材をベース部材内に埋め込み、ベース部材間の隙間が低減された状態においてベース部材の間に通電することができる。その結果、当該隙間に起因した通電不良の発生を抑制することができる。
【００３６】
上記標準試験片の製造方法において、複数のベース部材は、互いに異なる硬度を有していてもよい。これにより、一方のベース部材にのみ欠陥部材を埋め込ませることができる。
【００３７】
上記標準試験片の製造方法において、ベース部材を接合する工程は、欠陥部材を埋め込む工程の後、一のベース部材と他のベース部材とを接合する工程の前に、欠陥部材が一のベース部材内に埋め込まれたことを確認する工程をさらに含んでいてもよい。
【００３８】
これにより、材料中における介在物の位置をより確実に規定することができる。
上記標準試験片の製造方法では、ベース部材の接合面を含む領域には凹部が形成されていてもよい。そして、ベース部材を接合する工程は、上記凹部内に欠陥部材を配置する工程と、欠陥部材を配置する工程の後、複数のベース部材の間に通電することにより、複数のベース部材を接合する工程とを含んでいてもよい。
【００３９】
これにより、上述のようにベース部材間の隙間が低減された状態においてベース部材の間に通電することができる。その結果、当該隙間に起因した通電不良の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４０】
以上の説明から明らかなように、本発明に従った標準試験片によれば、金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された標準試験片を提供することができる。また、本発明に従った分析装置によれば、より高精度に校正された分析装置を提供することができる。また、本発明に従った機械部品によれば、材料中の介在物が高精度に検査された機械部品を提供することができる。また、本発明に従った標準試験片の製造方法によれば、金属材料中における介在物の位置および大きさが明確に規定された上記本発明に従った標準試験片を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】超音波探傷装置の構成を示す概略図である。
【図２】超音波探傷装置の校正プロセスを含む測定方法を概略的に示すフローチャートである。
【図３】標準試験片の構成を示す概略図である。
【図４】転がり軸受の構成を示す概略断面図である。
【図５】機械部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図６】他の機械部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図７】標準試験片の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図８】他の標準試験片の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図９】標準試験片の断面を観察した光学顕微鏡写真である。
【図１０】標準試験片の断面を観察した光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４３】
まず、本発明の一実施の形態に係る分析装置である超音波探傷装置について説明する。図１を参照して、超音波探傷装置１は、検査対象である材料５０中の欠陥（介在物）５０ａを非破壊検査するための分析装置であって、装置本体２と、探触子（プロ−ブ）３とを主に備えている。探触子３は、超音波Ｕを発信する。材料５０および探触子３は、容器に保持された媒体（たとえば水）中において使用される。探触子３より発信された超音波Ｕは媒体である水中を伝達し、検査対象である材料５０の表面に到達する。超音波Ｕの一部は当該表面において反射し（反射波Ｒ１）、他の一部は材料５０内に入射される（入射波Ｉ）。材料５０内の入射波Ｉは欠陥５０ａにおいて反射する（反射波Ｒ２）。そして、反射波Ｒ２は材料５０の表面から水中を伝達し、探触子３により受信される。そして、探触子３により反射波Ｒ２が受信されたことにより発生する信号が装置本体２に入力され、当該反射波Ｒ２に対応する信号（エコー）がモニタ２ａに表示される。当該信号は、欠陥５０ａの位置や大きさに応じて変化する。このようにして、超音波探傷装置１により材料５０内における欠陥５０ａの位置や大きさなどを検査することができる。超音波探傷装置１では、たとえば材料５０中の５０μｍ以上の大きさの欠陥（介在物）５０ａを検出することができる。
【００４４】
超音波探傷装置１は、標準試験片を用いて校正されて使用される。図２は、超音波探傷装置１の校正プロセスを含む測定方法のフローチャートである。図２に示すように、まず、超音波探傷装置１による標準試験片の測定が実施され（Ｓ１１）、当該測定結果に基づいて超音波探傷装置１の探傷感度の調整（校正）が行われる（Ｓ１２）。調整方法は、従来から周知である任意の方法を用いることができる。そして、感度調整が完了した後に検査体（材料５０）の測定が実施される（Ｓ１３）。ここで、本実施の形態に係る超音波探傷装置１は、後述する本実施の形態に係る標準試験片１０（すなわち、介在物（欠陥）の位置および大きさが高精度に規定された標準試験片）を用いて校正されているため、従来の標準試験片を用いて校正された分析装置に比べて、より高精度に校正されたものとなっている。
【００４５】
次に、本実施の形態に係る標準試験片について説明する。本実施の形態に係る標準試験片１０は、超音波探傷装置１（図１参照）などの材料中の介在物を非破壊検査するための分析装置の校正に用いられる試験片である。また、標準試験片１０は、介在物が材料の機械的性質に及ぼす影響を評価するための試験片としても用いることができる。
【００４６】
図３を参照して、標準試験片１０は、金属からなる複数（２つ）の円盤状の試験片１１，１２（ベース部材）を接合することにより形成されている。試験片１１，１２は、鉄を含む金属材料からなっており、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの鋼からなっている。このため、試験片１１，１２は、導電性を有している。試験片１１，１２の接合界面（接合面１１ａと接合面１２ａとの接触面）には、試験片１１，１２とは異なる材料からなる粒子１３（欠陥部材）が配置されている。粒子１３は、たとえば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、硫化マンガン（ＭｎＳ）および窒化チタン（ＴｉＮ）からなる群より選択される少なくとも一の材料からなっている。粒子１３の直径は、たとえば５０μｍ以下となっている。
【００４７】
このように、本実施の形態に係る標準試験片１０においては、大きさや形状などが予め規定された粒子１３を、試験片１１，１２の接合界面の任意の位置に配置することができる。そのため、本実施の形態に係る標準試験片１０は、金属材料中における介在物（粒子１３）の位置および大きさが明確に規定された標準試験片となっている。
【００４８】
また、上記標準試験片１０において、試験片１１，１２は、パルス通電接合により接合されていてもよい。これにより、蝋材や溶接補助剤などを用いることなく、試験片１１，１２を強固に接合することができる。また、パルス通電接合では、接合面１１ａ，１２ａを過剰に溶融させることがないため、接合の際に粒子１３の位置が変化することを抑制することができる。
【００４９】
また、上記標準試験片１０では、２つの試験片１１，１２を接合して形成される場合を説明したが、本発明の標準試験片はたとえば３つ以上の試験片を接合して形成されていてもよい。これにより、標準試験片において複数の接合界面が形成され、その結果複数の深さ位置に粒子１３を配置することができる。
【００５０】
また、上述のように、上記標準試験片１０では、試験片１１，１２は鋼などの鉄を含む材料からなっていてもよい。また、粒子１３は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＳおよびＴｉＮからなる群より選択される少なくとも一の材料からなっていてもよく、上記群より選択される一の材料からなっていてもよい。Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＳおよびＴｉＮは、鋼に含まれる代表的な非金属介在物である。したがって、粒子１３がこれらの材料からなる場合には、上記標準試験片１０を介在物が鋼の機械的性質に及ぼす影響を調査する目的において好適に用いることができる。
【００５１】
また、上記標準試験片１０において、試験片１１，１２は、接合した後に熱処理または加工処理などが施されていてもよい。また、熱処理としては、焼鈍、焼入または焼戻処理などが施されていてもよい。これにより、試験片１１，１２の内部（母相）と接合界面の金属組織を均一化することができる。その結果、試験片１１，１２の母相と接合界面の結晶粒度の違いなどにより散乱エコーが発生し、これにより超音波探傷装置１（図１参照）による測定が影響されることを抑止することができる。
【００５２】
また、上記標準試験片１０において、粒子１３の直径は、５０μｍ以下であってもよい。転がり軸受では、直径が５０μｍ以上である介在物が転動寿命に特に悪影響を及ぼす。これに対して、粒子１３の直径が５０μｍ以下である場合には、上記標準試験片１０を用いて超音波探傷装置１（図１参照）を校正することにより、直径が５０μｍ以下の粒子１３を検出できるように超音波探傷装置１を調整（校正）することができる。その結果、材料中に直径が５０μｍ以上である介在物が存在するか否かを超音波探傷装置１を用いて高精度に判別することができる。
【００５３】
また、上記本実施の形態では、超音波探傷装置１および当該超音波探傷装置１の校正に用いられる標準試験片１０について説明したが、本発明の分析装置および標準試験片はこれに限定されるものではない。本発明の分析装置は、たとえば超音波探傷装置、渦流探傷装置および放射線透過装置からなる群より選択されるいずれか一の装置であってもよい。また、本発明の標準試験片は、たとえば超音波探傷装置、渦流探傷装置および放射線透過装置からなる群より選択されるいずれか一の分析装置に用いられるものであってもよい。
【００５４】
次に、本実施の形態に係る機械部品について説明する。図４を参照して、本実施の形態に係る機械部品は、深溝玉軸受２０（転がり軸受）の構成部品としての外輪２１、内輪２２および玉２３である。外輪２１は、内周面に外輪転走面２１ａを有している。内輪２２は、外周面に内輪転走面２２ａを有し、当該内輪転走面２２ａが外輪転走面２１ａと対向するように外輪２１の内側に配置されている。玉２３は、転動面２３ａを有し、外輪２１および内輪２２の円環状の軌道に沿って配置されている。このような構成により、深溝玉軸受２０の外輪２１および内輪２２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００５５】
上記機械部品（外輪２１、内輪２２および玉２３）は、従来の分析装置に比べてより高精度に校正された上記超音波探傷装置１（図１参照）を用いて検査されている。そのため、上記機械部品は、材料中に含まれる介在物が高精度に検査され、当該介在物の位置および大きさが特定された機械部品となっている。より具体的には、上記機械部品においては、材料中における介在物の大きさが５０μｍ未満であること（つまり、大きさが５０μｍ以上である介在物が存在しないこと）が特定されている。上述のように、深溝玉軸受２０などの転がり軸受では、直径が５０μｍ以上である介在物が転動寿命に対して特に悪影響を及ぼす。そのため、当該介在物の大きさが５０μｍ未満であることが特定された上記機械部品は、長寿命化されたものとなっている。
【００５６】
また、上記機械部品では、転走面（外輪転走面２１ａおよび内輪転走面２２ａ）または転動面２３ａから最大せん断応力深さまでの領域に存在する介在物の大きさが特定されていてもよい。ここで、「最大せん断応力深さ」とは、接触面下においてせん断応力が最大となる位置の表面（外輪転走面２１ａ、内輪転走面２２ａまたは転動面２３ａ）からの深さである。上記機械部品同士が接触する転走面（外輪転走面２１ａおよび内輪転走面２２ａ）または転動面２３ａを含む上記領域は、転動疲労が大きく材料の変形量が大きい領域である。そのため、上記領域に存在する介在物の大きさを特定することにより、介在物を起点とする内部起点型の疲労破壊が起こり難い長寿命な機械部品を得ることができる。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る機械部品の製造方法について説明する。図５を参照して、本実施の形態に係る機械部品の製造方法では、まず、工程（Ｓ２１）として、成形体加工工程が実施される。この工程（Ｓ２１）では、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などからなる鋼材が準備され、当該鋼材が機械部品（外輪２１、内輪２２および玉２３）の概略形状に成形される。
【００５８】
次に、工程（Ｓ２２）として、超音波検査工程が実施される。この工程（Ｓ２２）では、上記工程（Ｓ２１）において準備された鋼材に対して、超音波探傷装置１（図１）を用いて鋼材中における介在物の検査が実施される。
【００５９】
次に、工程（Ｓ２３）として、熱処理工程が実施される。この工程（Ｓ２３）では、上記工程（Ｓ２２）において検査された鋼材に対して、焼入および焼戻などの熱処理が順に実施される。
【００６０】
次に、工程（Ｓ２４）として、研削仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ２４）では、上記工程（Ｓ２３）において熱処理が施された鋼材の外輪転走面２１ａ、内輪転走面２２ａおよび転動面２３ａ（図４参照）に対する研削および仕上げ加工が実施される。このようにして上記工程（Ｓ２１）〜（Ｓ２４）が実施されることにより、上記本実施の形態に係る機械部品である外輪２１、内輪２２および玉２３が製造される。
【００６１】
また、図６を参照して、本実施の形態に係る機械部品の製造方法は、成形体加工工程（Ｓ３１）、熱処理工程（Ｓ３２）、研削仕上げ工程（Ｓ３３）および超音波検査工程（Ｓ３４）の順に実施されてもよい。工程（Ｓ３４）における超音波検査は、鋼材の表面形状の影響を受ける場合がある。そのため、工程（Ｓ３３）において研削仕上げ加工が施された後に工程（Ｓ３４）を実施することにより、より高精度な超音波検査を実施することができる。
【００６２】
次に、本実施の形態に係る標準試験片の製造方法について説明する。本実施の形態に係る標準試験片の製造方法では、上記本実施の形態に係る標準試験片１０を製造することができる。図７を参照して、本実施の形態に係る標準試験片の製造方法では、まず、工程（Ｓ４１）として、構成部材を準備する工程が実施される。この工程（Ｓ４１）では、図３を参照して、導電性を有する試験片１１，１２（ベース部材）および粒子１３（欠陥部材）がそれぞれ準備される。試験片１１，１２は、鉄を含む金属材料からなり、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの鋼からなっている。また、粒子１３は、たとえばＡｌ２Ｏ３、ＭｎＳおよびＴｉＮからなる群より選択される少なくとも一の材料からなっている。
【００６３】
次に、工程（Ｓ４２）として、粒子を配置する工程が実施される。この工程（Ｓ４２）では、試験片１１の接合面１１ａ上に粒子１３（欠陥部材）が配置される。
【００６４】
次に、工程（Ｓ４３）として、粒子を埋め込む工程が実施される。この工程（Ｓ４３）では、まず、試験片１２が試験片１１との間に粒子１３を挟み、かつ接合面１２ａが接合面１１ａと対向するように試験片１１上に配置される。次に、試験片１１，１２が、接合面１１ａ，１２ａが接近する向き（図３中上下方向）において加圧される。これにより、試験片１１または試験片１２内に粒子１３が埋め込まれる。このように粒子１３を試験片１１，１２内に埋め込み、試験片１１，１２の間の隙間が低減された状態（接合界面が平坦になった状態）において後述のように試験片１１，１２の間を通電することにより、当該隙間に起因した通電不良の発生を抑制することができる。また、試験片１１，１２は、互いに異なる硬度を有するものであってもよい。この場合、より硬度が低い一方の試験片内にのみ粒子１３を埋め込ませることができる。
【００６５】
次に、工程（Ｓ４４）として、粒子を確認する工程が実施される。この工程（Ｓ４４）では、上記工程（Ｓ４３）において粒子１３が試験片１１，１２のいずれかに埋め込まれたことが確認される。たとえば試験片１１と試験片１２とを互いに離した状態において、接合面１１ａ，１２ａの状態を観察する。この工程（Ｓ４４）は、本発明の標準試験片の製造方法において必須の工程ではないが、これを実施することにより材料中における粒子１３の位置をより確実に規定することができる。
【００６６】
次に、工程（Ｓ４５）として、試験片を接合する工程が実施される。この工程（Ｓ４５）では、まず、試験片１１，１２がパルス通電接合装置（図示しない）に接続される。そして、接合面１１ａ，１２ａを互いに突き合わせて所定の荷重で加圧した状態を維持しつつ、試験片１１，１２の間に通電する。これにより、接合面１１ａ，１２ａの一部が溶融し、試験片１１，１２が接合される。このようにして、試験片１１，１２の接合界面に当該試験片１１，１２とは異なる材料からなる粒子１３が配置された状態で、当該試験片１１，１２が接合される。
【００６７】
次に、工程（Ｓ４６）として、試験片に熱処理を施す工程が実施される。この工程（Ｓ４６）では、接合された試験片１１，１２に対して、焼鈍、焼入または焼戻などの熱処理が施される。これにより、試験片１１，１２の内部（母相）と接合界面とにおける金属組織を均一化することができる。以上のようにして工程（Ｓ４１）〜（Ｓ４６）が実施されることにより、材料中における粒子１３の位置および大きさが明確に規定された上記標準試験片１０が製造され、本実施の形態に係る標準試験片の製造方法が完了する。
【００６８】
また、上記標準試験片の製造方法において、接合面１１ａ，１２ａには、試験片１１，１２の母材よりも硬い物質を混入してもよい。これにより、当該接合面１１ａ，１２ａを加工して用いることで耐摩耗性を向上させることができる。また、熱処理を施す場合には、異物混入によるピン止めにより結晶粒の成長を抑制することもできる。
【００６９】
次に、本実施の形態の変形例に係る標準試験片の製造方法について説明する。図８を参照して、本変形例に係る標準試験片の製造方法では、まず、工程（Ｓ５１）として、構成部材を準備する工程が実施される。この工程（Ｓ５１）では、上記工程（Ｓ４１）と同様に金属からなる試験片１１，１２および粒子１３が準備される。ここで、本変形例では、試験片１１，１２のうち一方の接合面１１ａ，１２ａを含む領域には凹部が形成されている。
【００７０】
次に、工程（Ｓ５２）として、粒子を配置する工程が実施される。この工程（Ｓ５２）では、上記凹部内に粒子１３が配置される。
【００７１】
次に、工程（Ｓ５３）として、試験片を接合する工程が実施される。この工程（Ｓ５３）では、上記工程（Ｓ４５）と同様に、試験片１１，１２の間に通電することにより当該試験片１１，１２が接合される。
【００７２】
次に、工程（Ｓ５４）として、試験片に熱処理を施す工程が実施される。この工程（Ｓ５４）では、上記工程（Ｓ４６）と同様に、接合された試験片１１，１２に対して所定の熱処理が施される。以上のようにして工程（Ｓ５１）〜（Ｓ５４）が実施されることにより上記標準試験片１０が製造され、本変形例に係る標準試験片の製造方法が完了する。このように本変形例では、試験片１１，１２に形成された凹部内に粒子１３を配置した状態において試験片１１，１２の間に通電することにより、上記した場合と同様に試験片１１，１２の隙間に起因した通電不良の発生を抑制することができる。なお、本変形例において、凹部内に粒子１３を配置することなく試験片１１，１２を接合した場合には、内部に空孔が形成された標準試験片を製造することもできる。
【実施例】
【００７３】
まず、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる２つの試験片１１，１２を準備した（図３参照）。試験片１１，１２の大きさは、直径が８０ｍｍまたは１６ｍｍ、長さが１０ｍｍまたは２０ｍｍとした。次に、試験片１１，１２の接合面１１ａ，１２ａに対して鏡面加工を施した。次に、試験片１１の接合面１１ａ上においてＡｌ２Ｏ３からなる粒子１３（直径：５０μｍまたは５μｍ程度）をランダムに配置し、その後試験片１１，１２をパルス通電接合装置にセットした。そして、試験片１１，１２の接合面１１ａ，１２ａを互いに突き合わせ、１０ＭＰａの荷重で加圧した状態を維持しつつ、試験片１１，１２の間を通電した。これにより、試験片１１，１２の接合界面が抵抗加熱され、試験片１１，１２が接合された。上記接合処理は、１０Ｐａ以下の真空雰囲気下において行った。そして、接合された試験片１１，１２を十分に冷却した後、金属組織や結晶粒を均一化させるために、試験片１１，１２に対して１０００℃の温度で焼鈍処理を行った。その後、試験片１１，１２を接合界面に垂直な方向に切断し、当該接合界面を光学顕微鏡により観察した。図９は、直径５０μｍの粒子１３を配置した場合の光学顕微鏡写真を示し、図１０は、直径５μｍの粒子１３を配置した場合の光学顕微鏡写真を示している。
【００７４】
図９および図１０に示すように、試験片１１，１２の接合界面において金属組織や結晶粒径の違いは確認されなかった。また、予め粒子１３を配置した位置において、直径５０μｍおよび５μｍ程度の粒子１３がそれぞれ存在することが確認された。また、作製した試験片を超音波探傷法により検査したところ、当該接合界面における超音波の散乱は確認されず、粒子１３における反射を確認することができた。
【００７５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明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。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の標準試験片、分析装置、機械部品および標準試験片の製造方法は、金属材料中における介在物の位置および大きさを明確に規定することが要求される標準試験片、当該標準試験片を用いて校正された分析装置、当該分析装置を用いて検査された機械部品および当該標準試験片の製造方法において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７７】
１  超音波探傷装置、２  装置本体、２ａ  モニタ、３  探触子、１０  標準試験片、１１，１２  試験片、１１ａ，１２ａ  接合面、１３  粒子、２０  深溝玉軸受、２１  外輪、２１ａ  外輪転走面、２２  内輪、２２ａ  内輪転走面、２３  玉、２３ａ  転動面、５０  材料、５０ａ  欠陥（介在物）、Ｉ  入射波、Ｒ１，Ｒ２  反射波、Ｕ  超音波。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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