(57)【要約】【課題】車軸Ｓなどの長尺材を磁化した場合の長尺材表面近傍の空間における磁束の磁束密度を過不足無く確保することが可能な磁粉探傷用磁化装置を提供する。【解決手段】本発明に係る磁粉探傷用磁化装置１００は、長尺材（車軸Ｓ）の長手方向端部にそれぞれ圧接し、長尺材の長手方向に交流電流を通電する一対の電極１（１ａ，１ｂ）と、長尺材を挿通し、交流電流が通電されるコイル２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）と、一対の各電極に対して長尺材の長手方向端部と反対側にそれぞれ配置された一対の継鉄部材３とを備えている。一対の各電極１には、長尺材の長手方向に沿って貫通する切欠き部が設けられている。【選択図】 図１
2019028026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺材の長手方向端部にそれぞれ圧接し、前記長尺材の長手方向に交流電流を通電する一対の電極と、
前記長尺材を挿通し、交流電流が通電されるコイルと、
前記一対の各電極に対して前記長尺材の長手方向端部と反対側にそれぞれ配置された一対の継鉄部材とを備え、
前記一対の各電極には、前記長尺材の長手方向に沿って貫通する切欠き部が設けられている、
ことを特徴とする長尺材の磁粉探傷用磁化装置。
【請求項２】
前記一対の各電極は、
前記長尺材の長手方向端部に圧接する可撓性電極部と、
前記可撓性電極部に対して前記長尺材の長手方向端部と反対側において、前記可撓性電極部に接続された板状電極部と、
前記板状電極部に対して前記長尺材の長手方向端部と反対側において、前記板状電極部の略中心に接続され、前記長尺材の長手方向に沿って延びる棒状電極部とを具備し、
前記長尺材の長手方向に直交する方向の断面において、前記棒状電極部の寸法は、前記板状電極部の寸法よりも小さく、
前記切欠き部は、前記可撓性電極部及び前記板状電極部の双方を貫通する、
ことを特徴とする請求項１に記載の長尺材の磁粉探傷用磁化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用の車軸など、長尺材の磁粉探傷用磁化装置に関する。特に、本発明は、長尺材を磁化した場合の長尺材表面近傍の空間における磁束の磁束密度を過不足無く確保することが可能な磁粉探傷用磁化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両用の車軸の品質保証技術として、磁粉探傷法が広く適用されている。磁粉探傷法では、車軸等の被探傷材を磁化し、蛍光特性を有する磁粉を分散させた磁粉液を被探傷材に散布するのが一般的である。そして、被探傷材に存在する欠陥から外部に漏れ出る漏洩磁束によって凝集した磁粉に紫外線を照射して蛍光発光させ、得られた磁粉模様を目視又は撮像手段で観察することで欠陥を検出する。
【０００３】
被探傷材が車軸等の長尺材である場合の磁化方法としては、長尺材の長手方向端部に一対の電極を圧接し、これら一対の電極を介して長尺材の長手方向（軸方向）に直接電流を通電する軸通電法（例えば、特許文献１、２参照）が知られている。軸通電法によれば、長尺材の長手方向周り（周方向）に延びる磁束が形成される。このため、軸通電法は、形成される磁束に直交する方向に延びる欠陥、すなわち、長尺材の長手方向に延びる欠陥の検出に有効である。
また、被探傷材が車軸等の長尺材である場合の磁化方法として、長尺材をコイルに挿通し、該コイルに電流を通電するコイル法も知られている。コイル法によれば、長尺材の長手方向に延びる磁束が形成される。このため、コイル法は、形成される磁束に直交する方向に延びる欠陥、すなわち、長尺材の周方向に延びる欠陥の検出に有効である。
さらに、長尺材の長手方向に延びる欠陥及び周方向に延びる欠陥の双方を検出するため、軸通電法及びコイル法の双方を適用する場合もある（例えば、特許文献３参照）。
なお、磁化方法として軸通電法やコイル法を適用する場合において、検出対象が長尺材の表面近傍の欠陥である場合には、表皮効果が得られるように、通電する電流としては交流電流が用いられる。
【０００４】
従来、交流電流を用いた軸通電法及びコイル法の双方を適用して車軸を磁化し、磁粉探傷する場合、ＪＩＳで規定されているＡ型標準試験片（Ａ１円形）を用いた評価では、明瞭な磁粉模様を観察可能であることが分かっている。換言すれば、従来の磁化方法を用いた磁粉探傷であっても、国内の規格を満足することができ、探傷性能の点で特に問題はないと考えられる。
【０００５】
しかしながら、欧州においては、鉄道車両用の車軸の製造規格として、ＢＮ９１８２７７や、ＥＮ１３２６１などが存在する。ＢＮ９１８２７７においては、磁化中の車軸の表面近傍の空間における磁束密度が２．５ｍＴ〜８．２ｍＴの範囲内であることが要求されている。また、ＥＮ１３２６１においては、磁化中の車軸の表面近傍の空間における磁束密度が４．０ｍＴ以上であることが要求されている。これら欧州の規格は、実際に明瞭な磁粉模様を観察可能であるか否かを重要視する国内規格とは考え方を相違するものである。
本発明者らが検討したところ、従来の磁化方法では、磁化中の車軸の表面近傍の空間における磁束密度が、上記の欧州の規格の上限値・下限値をそれぞれ超える部位が存在し、従来の磁化装置のパラメータ（磁化電流等）を調整するだけでは、上記の欧州の規格を満足し難いことが分かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５９−１８０６６８号公報
【特許文献２】実開昭６０−５４９５６号公報
【特許文献３】特開平５−１６４７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、鉄道車両用の車軸など、長尺材を磁化した場合の長尺材表面近傍の空間における磁束の磁束密度を過不足無く確保することが可能な磁粉探傷用磁化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、従来の交流電流を用いた軸通電法及びコイル法の双方を適用する磁化装置において、前述した欧州の規格を満足しない（下限値を下回る）のは、軸通電法に用いる電極の影響によって、コイル法で形成される磁束の磁束密度が長尺材の端部で低下することが主たる原因であることを見出した。
そして、本発明者らは更に鋭意検討した結果、軸通電法に用いる電極の構造を改良することで、コイル法で形成される磁束の磁束密度の長尺材の端部での低下を抑制できることを見出した。
本発明は、上記の本発明者らの新しい知見に基づき完成したものである。
【０００９】
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、長尺材の長手方向端部にそれぞれ圧接し、前記長尺材の長手方向に交流電流を通電する一対の電極と、前記長尺材を挿通し、交流電流が通電されるコイルと、前記一対の各電極に対して前記長尺材の長手方向端部と反対側にそれぞれ配置された一対の継鉄部材とを備え、前記一対の各電極には、前記長尺材の長手方向に沿って貫通する切欠き部が設けられている、ことを特徴とする長尺材の磁粉探傷用磁化装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、長手方向端部にそれぞれ圧接する一対の電極から長尺材の長手方向に交流電流を通電することで軸通電法が実行され、長尺材を挿通するコイルに交流電流を通電することでコイル法が実行されることになる。
そして、本発明によれば、一対の各電極に対して長尺材の長手方向端部と反対側にそれぞれ配置された一対の継鉄部材を備えるため、コイル法で形成される磁束の磁路を継鉄部材に向けることができる。換言すれば、長尺材の長手方向端部であっても、コイル法で形成される磁束の磁路を長尺材の長手方向に延ばすことができる。
また、本発明によれば、一対の各電極には、長尺材の長手方向に沿って貫通する切欠き部が設けられている。軸通電法を実行するための電極は、一般的に、銅等の導電性材料から形成される。この導電性材料からなる電極にコイル法で形成される磁束（交流磁束）が作用すると、電極に渦電流（長尺材の周方向に流れる渦電流）が生成され、この渦電流によってコイル法で形成される磁束をシールドする効果が生じてしまう。本発明によれば、上記のように各電極に切欠き部が設けられているため、渦電流の経路が妨げられることで、渦電流によるシールド効果が低減すると考えられる。この結果、長尺材の長手方向端部であっても、コイル法で形成される磁束の磁束密度の低下を抑制可能である。
以上のように、本発明によれば、長尺材をコイル法で磁化した場合に形成される磁束の磁束密度の低下を抑制可能であり、その結果、長尺材表面近傍の空間における磁束の磁束密度を過不足無く確保することが可能である。
【００１１】
好ましくは、前記一対の各電極は、前記長尺材の長手方向端部に圧接する可撓性電極部と、前記可撓性電極部に対して前記長尺材の長手方向端部と反対側において、前記可撓性電極部に接続された板状電極部と、前記板状電極部に対して前記長尺材の長手方向端部と反対側において、前記板状電極部の略中心に接続され、前記長尺材の長手方向に沿って延びる棒状電極部とを具備し、前記長尺材の長手方向に直交する方向の断面において、前記棒状電極部の寸法は、前記板状電極部の寸法よりも小さく、前記切欠き部は、前記可撓性電極部及び前記板状電極部の双方を貫通する。
【００１２】
上記の好ましい構成によれば、各電極が具備する板状電極部の中心と長尺材の長手方向端部の中心とを略一致させた状態で可撓性電極部を長尺材の長手方向端部に圧接することにより、棒状電極部が長尺材の長手方向端部の略中心に位置することになる。この状態で、棒状電極部から、板状電極部及び可撓性電極部を順に介して長尺材に交流電流を通電することで、長尺材の長手方向端部において周方向に比較的均一な（長手方向端部の中心に対して軸対称に分布する）交流電流が通電されることが期待できる。
また、各電極が具備する棒状電極部の寸法が板状電極部の寸法よりも小さい（棒状電極部の曲げ剛性が板状電極部の曲げ剛性よりも小さい）ため、各電極を長尺材の長手方向端部に圧接する際に、棒状電極部が長尺材の長手方向端部の端面形状や向きに応じて曲げ変形することで、可撓性電極部が長尺材の端部の端面全体に均一に圧接することが期待できる。
以上の結果、上記の好ましい構成によれば、軸通電法によって形成される長尺材の周方向に延びる磁束の磁束密度の大きさを、長尺材の周方向の各部位において比較的均一にすることが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、長尺材を磁化した場合の長尺材表面近傍の空間における磁束の磁束密度を過不足無く確保することが可能である。このため、例えば、鉄道車両用の車軸に適用した場合には、欧州における規格であるＢＮ９１８２７７やＥＮ１３２６１を満足させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁粉探傷用磁化装置を用いて車軸を磁化している状態を概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示す一方の電極の具体的な構成を示す図である。
【図３】図１に示す磁化装置を用いた評価試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について、長尺材が鉄道車両用の車軸である場合を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る磁粉探傷用磁化装置を用いて車軸を磁化している状態を概略的に示す平面図である。図２は、図１に示す一方の電極の具体的な構成を示す図であり、図２（ａ）は平面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢符Ａの方向から見た図を、図２（ｃ）は図２（ａ）の矢符Ｂの方向から見た図を示す。なお、図１では、一対の継鉄部材の図示を省略している。また、図２では、一方の電極１ａについて図示しているが、他方の電極１ｂも同様の構成である。
図１又は図２に示すように、本実施形態に係る磁粉探傷用磁化装置（以下、適宜、単に「磁化装置」ともいう）１００は、一対の電極１（１ａ，１ｂ）と、コイル２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）と、一対の継鉄部材３とを備えている。また、本実施形態に係る磁化装置１００は、電極１に接続された電源装置４と、コイル２に接続された電源装置５（５ａ，５ｂ，５ｃ）とを更に備えている。
【００１６】
図１に示すように、一対の電極１は、車軸Ｓの長手方向（軸方向）端部にそれぞれ圧接し、車軸Ｓの長手方向に交流電流を通電する。具体的には、電極１ａは車軸Ｓの一方の端部の端面に圧接し、電極１ｂは車軸Ｓの他方の端部の端面に圧接する。電極１ａ，１ｂは、電源装置４に接続されており、電源装置４から交流電流が供給されることで、電極１ａ，１ｂを介して車軸Ｓの長手方向に交流電流が通電する。これにより、磁化方法として軸通電法が実行され、車軸Ｓの周方向に延びる磁束が形成される。
【００１７】
図２に示すように、各電極１ａ，１ｂ（図２では、前述のように電極１ａのみを図示）は、車軸Ｓの長手方向端部に圧接する可撓性電極部１１と、可撓性電極部１１に対して車軸Ｓの長手方向端部と反対側（図２（ａ）の左側）において、可撓性電極部１１に接続された板状電極部１２と、板状電極部１２に対して車軸Ｓの長手方向端部と反対側において、板状電極部１２の略中心に接続され、車軸Ｓの長手方向に沿って延びる棒状電極部１３とを具備する。
可撓性電極部１１としては、例えば断面矩形の銅網電極が用いられる。板状電極部１２としては、例えば断面矩形の銅板が用いられる。棒状電極部１３としては、例えば断面円形の銅棒が用いられる。車軸Ｓの長手方向に直交する方向の断面において（図２（ｃ）に示すように、車軸Ｓの長手方向から見て）、棒状電極部１３の寸法（外径）は、板状電極部１２の寸法（縦横の長さ）よりも小さくなっている。
なお、本実施形態の各電極１ａ，１ｂは、棒状電極部１３に接続された銅製等の電極部材１４と、電極部材１４及び電源装置４に接続された銅製等の電極部材１５とを更に具備する。
【００１８】
各電極１ａ，１ｂには、車軸Ｓの長手方向に沿って貫通する切欠き部４が設けられている。具体的には、可撓性電極部１１及び板状電極部１２の双方を貫通する切欠き部４が設けられている。より具体的には、本実施形態では、板状電極部１２に上下方向に延びるスリット状の切欠き部４１が４箇所設けられており、各切欠き部４１によって区画される３箇所の領域に３分割された可撓性電極部１１がそれぞれねじ留め等によって取り付けられている。以上の構成により、可撓性電極部１１及び板状電極部１２の双方を貫通する切欠き部４が４箇所形成されている。
【００１９】
図１に示すように、コイル２は、車軸Ｓを挿通し、交流電流が通電される。具体的には、本実施形態のコイル２としては、車軸Ｓの一方の端部側に配置されたコイル２ａ，２ｂと、車軸Ｓの中央に配置されたコイル２ｃと、車軸Ｓの他方の端部側に配置されたコイル２ｄ，２ｅとが設けられている。コイル２ａ，２ｂは、互いに直列接続され、電源装置５ａに接続されている。コイル２ｃは、電源装置５ｂに接続されている。コイル２ｄ，２ｅは、互いに直列接続され、電源装置５ｃに接続されている。各電源装置５から各コイル２に交流電流が供給されることで、磁化方法としてコイル法が実行され、車軸Ｓの長手方向に延びる磁束が形成される。
【００２０】
図２に示すように、一対の継鉄部材３（図２では、一方の継鉄部材３のみを図示）は、各電極１ａ，１ｂに対して車軸Ｓの長手方向端部と反対側（図２（ａ）の左側）にそれぞれ配置されている。具体的には、各継鉄部材３は、各電極１ａ，１ｂの板状電極部１２から車軸Ｓの長手方向に一定の間隔を隔てて配置されている。図２（ｃ）に示すように、本実施形態の継鉄部材３は、２分割された継鉄部材片３ａ，３ｂから形成されている。継鉄部材片３ａ，３ｂは、棒状電極部１２（及び電極部材１４）を挟んで上下に配置されている。
【００２１】
以上に説明した本実施形態に係る磁化装置１００によれば、一対の各電極１ａ，１ｂに対して車軸Ｓの長手方向端部と反対側にそれぞれ配置された一対の継鉄部材３を備えるため、コイル法で形成される磁束の磁路を継鉄部材３に向けることができる。換言すれば、車軸Ｓの長手方向端部であっても、コイル法で形成される磁束の磁路を車軸Ｓの長手方向に延ばすことができる。
また、本実施形態に係る磁化装置１００によれば、一対の各電極１ａ，１ｂには、車軸Ｓの長手方向に沿って可撓性電極部１１及び板状電極部１２の双方を貫通する切欠き部４が設けられている。このため、各電極１ａ，１ｂの可撓性電極部１１及び板状電極部１２に生成される渦電流の経路が妨げられることで、渦電流によるコイル法で形成される磁束のシールド効果が低減すると考えられる。この結果、車軸Ｓの長手方向端部であっても、コイル法で形成される磁束の磁束密度の低下を抑制可能である。
以上のように、本実施形態に係る磁化装置１００によれば、車軸Ｓをコイル法で磁化した場合に形成される磁束の磁束密度の低下を抑制可能であり、その結果、車軸Ｓの表面近傍の空間における磁束の磁束密度を過不足無く確保することが可能である。
【００２２】
また、本実施形態に係る磁化装置１００によれば、各電極１ａ，１ｂが具備する棒状電極部１３が板状電極部１２の略中心に接続されているため、板状電極部１２の中心と車軸Ｓの長手方向端部の中心とを略一致させた状態で可撓性電極部１１を車軸Ｓの長手方向端部に圧接することにより、棒状電極部１３が車軸Ｓの長手方向端部の略中心に位置することになる。この状態で、電源装置４から、電極部材１５、電極部材１４、棒状電極部１３、板状電極部１２及び可撓性電極部１１を順に介して車軸Ｓに交流電流を通電することで、車軸Ｓの長手方向端部において周方向に比較的均一な（長手方向端部の中心に対して軸対称に分布する）交流電流が通電されることが期待できる。
また、各電極１ａ，１ｂが具備する棒状電極部１３の寸法が板状電極部１２の寸法よりも小さい（棒状電極部１３の曲げ剛性が板状電極部１２の曲げ剛性よりも小さい）ため、各電極１ａ，１ｂを車軸Ｓの長手方向端部に圧接する際に、棒状電極部１３が車軸Ｓの長手方向端部の端面形状や向きに応じて、例えば図２（ａ）の矢符Ｃで示す方向に曲げ変形することで、可撓性電極部１１が車軸Ｓの端部の端面全体に均一に圧接することが期待できる。
以上の結果、本実施形態に係る磁化装置１００によれば、軸通電法によって形成される車軸Ｓの周方向に延びる磁束の磁束密度の大きさを、車軸Ｓの周方向の各部位において比較的均一にすることが可能である。
【００２３】
なお、本実施形態では、長尺材が鉄道車両用の車軸Ｓである場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば鋼管やビレットなど、磁性体から形成されている限りにおいて種々の長尺材に適用可能である。
【００２４】
以下、本実施形態に係る磁化装置１００を用いて、車軸Ｓに対して軸通電法及びコイル法を同時に実行し、磁化中の車軸Ｓの表面近傍の空間における磁束の磁束密度を評価した試験結果の一例について説明する。
図１に示すように、一対の電極１ａ，１ｂを車軸Ｓの各端部の端面にそれぞれ圧接し、電源装置４から２９００Ａの交流電流を供給した。また、車軸Ｓをコイル２ａ〜２ｅに挿通し、電源装置５ａからコイル２ａ，２ｂに８００Ａの交流電流を供給し、電源装置５ｂからコイル２ｃに５００Ａの交流電流を供給し、電源装置５ｃからコイル２ｄ，２ｅに８００Ａの交流電流を供給した。コイル２ａ，２ｂの合計ターン数は１０ターン、コイル２ｃのターン数は５ターン、コイル２ｄ，２ｅの合計ターン数は１０ターンとした。
以上の条件で車軸Ｓを磁化し、磁化中の車軸Ｓの表面近傍の空間における磁束の磁束密度をKARL DEUTSCH社製のドイトロメータを用いて測定した。磁束密度の測定は、車軸Ｓの長手方向については、図１に示す車軸Ｓの各長手方向測定位置（ａ）〜（ｏ）において実施した。車軸Ｓの周方向については、上部、上部から周方向に９０°離れた奥側側面部、−９０°離れた手前側側面部の３箇所において磁束密度を測定した。ドイトロメータの向きを直交させて測定することで、車軸Ｓの周方向に延びる磁束の磁束密度と、車軸Ｓの長手方向に延びる磁束の磁束密度との双方を測定した。
【００２５】
図３は、上記の評価試験の結果を示すグラフである。図３に示すように、磁化中の車軸Ｓの表面近傍の空間における磁束の磁束密度は、最大で８．１８ｍＴであり、最小で４．０７ｍＴであった。すなわち、ＢＮ９１８２７７の２．５ｍＴ〜８．２ｍＴ、ＥＮ１３２６１の４．０ｍＴ以上の何れの規格も満足する結果を得ることが可能であった。
なお、詳細な説明は省略するが、上記の評価試験の条件で、ＪＩＳで規定されているＡ型標準試験片を用いた評価も実施したところ、明瞭な磁粉模様を観察可能であった。すなわち、国内の規格も満足することを確認した。
【符号の説明】
【００２６】
１，１ａ，１ｂ・・・電極
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ・・・コイル
３・・・継鉄部材
４，５，５ａ，５ｂ，５ｃ・・・電源装置
１００・・・磁粉探傷用磁化装置
Ｓ・・・車軸（長尺部材）
【図１】
2019028026.tif 000003
【図２】
2019028026.tif 000004
【図３】
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