(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向内側から順にボス部、板部及びリム部を具備する車輪の磁粉探傷用磁化装置であって、
前記ボス部の孔を貫通する導体と、
前記導体の両端部にそれぞれ接続され、前記車輪の両側面にそれぞれ対向して前記ボス部から前記リム部まで前記車輪の径方向外側に延びる一対の補助導体とを備え、
前記一対の補助導体及び前記導体に交流電流が通電されることで、前記導体によって形成される前記車輪の周方向に延びる磁束と、前記一対の補助導体によって形成され、前記導体によって形成される磁束の向きと同一の向きで前記車輪の周方向に延びる磁束とによって、前記車輪が磁化されることを特徴とする車輪の磁粉探傷用磁化装置。
【請求項２】
軸心方向が前記車輪の両側面にそれぞれ対向するように配置され、交流電流が通電される一対の磁化コイルを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の車輪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、車輪の磁粉探傷用磁化装置に関する。特に、本発明は、車輪の両側面近傍の空間において該車輪の周方向に延びる磁束の磁束密度を、車輪のボス部からリム部に亘って十分に確保し得る磁粉探傷用磁化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、径方向内側から順にボス部、板部及びリム部を具備する鉄道車輪（以下、単に車輪という）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。
車輪を磁粉探傷するための磁粉探傷装置としては、例えば、特許文献１に記載の装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の磁粉探傷装置は、車輪の全表面のいずれの方向の欠陥をも探傷可能とすることを目的として、ボス部の孔に挿入され直流電流が通電される電流貫通極と、車輪の両側面にそれぞれ対向するように配置され交流電流が通電される一対の磁化コイルとを備えている。
特許文献１に記載の磁粉探傷装置によれば、前記電流貫通極によって車輪の周方向に延びる磁束が形成されるため、これによりボス部の孔を中心として放射状に延びる放射状欠陥の検出が可能である。また、前記磁化コイルによって車輪の径方向に延びる磁束が形成されるため、これにより前記孔を中心として同心円状に延びる円周欠陥の検出が可能である。
特許文献１では、ＪＩＳで規定されているＡ型標準試験片を用いて欠陥検出能を評価しており、磁粉模様が明瞭に観察できたことが示されている。
【０００４】
一方、欧州においては、鉄道用車輪の製造規格として、ＢＮ９１８２７７、ＥＮ１３２６２などがある。ＢＮ９１８２７７においては、磁化中の車輪の両側面近傍の空間における磁束密度が２．５ｍＴ〜８．２ｍＴであることが要求されている。また、ＥＮ１３２６２においては、磁化中の車輪の両側面近傍の空間における磁束密度が４ｍＴ以上であることが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の磁粉探傷装置によれば、前述のように、標準試験片に形成される磁粉模様を明瞭に観察可能である。
しかしながら、欧州における車輪の拡販に際して本発明者らが検討したところ、特許文献１に記載の磁粉探傷装置では、車輪の両側面近傍の空間における磁束の磁束密度（特に、車輪の周方向に延びる磁束の磁束密度）が上記した欧州の規格を満足しないことが分かった。
【０００７】
本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、車輪の両側面近傍の空間において該車輪の周方向に延びる磁束の磁束密度を、車輪のボス部からリム部に亘って十分に確保し得る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、本発明は、径方向内側から順にボス部、板部及びリム部を具備する車輪の磁粉探傷用磁化装置であって、前記ボス部の孔を貫通する導体と、前記導体の両端部にそれぞれ接続され、前記車輪の両側面にそれぞれ対向して前記ボス部から前記リム部まで前記車輪の径方向外側に延びる一対の補助導体とを備え、前記一対の補助導体及び前記導体に交流電流が通電されることで、前記導体によって形成される前記車輪の周方向に延びる磁束と、前記一対の補助導体によって形成され、前記導体によって形成される磁束の向きと同一の向きで前記車輪の周方向に延びる磁束とによって、前記車輪が磁化されることを特徴とする車輪の磁粉探傷用磁化装置を提供する。
【０００９】
本発明に係る車輪の磁粉探傷用磁化装置は、ボス部の孔を貫通する導体を備え、この導体に電流が通電されるため、導体の中心軸を中心とする同心円状に磁束が形成される。すなわち、車輪の周方向に延びる磁束が形成されることになる。導体によって形成される磁束の磁束密度は、導体から離れるに従って（すなわち、リム部に近づくに従って）低下する。
また、本発明に係る車輪の磁粉探傷用磁化装置は、前記導体の両端部にそれぞれ接続され、車輪の両側面にそれぞれ対向してボス部からリム部まで車輪の径方向外側に延びる一対の補助導体を備える。そして、この一対の補助導体に電流が通電されるため、各補助導体の中心軸を中心とする同心円状に磁束が形成される。前述のように、各補助導体は、導体の端部に接続されていると共に車輪の径方向外側に延びるため、各補助導体によって形成される磁束は車輪の周方向に延び、なお且つ、その磁束の向き（補助導体と車輪の側面との間に形成される磁束の向き）は前記導体によって形成される磁束の向きと同一である。また、各補助導体は、車輪のボス部からリム部まで延びるため、各補助導体によって形成される磁束の磁束密度は、車輪のボス部からリム部までほぼ均一となる。従って、導体及び一対の補助導体によって形成される車輪の周方向に延びる磁束の磁束密度は、導体単独の場合に比べて増加すると共に、導体単独の場合に比べて車輪のボス部からリム部まで均一となりやすい。そして、車輪を磁化する際に車輪を周方向に回転させれば、車輪の両側面近傍の空間全体について、車輪の周方向に延びる磁束の磁束密度を増加させることができると共に、車輪のボス部からリム部まで磁束密度を均一化させやすくなる。
さらに、本発明に係る車輪の磁粉探傷用磁化装置は、一対の補助導体及び導体に交流電流が通電されるため、表皮効果によって車輪の両側面近傍に磁束が集中し、車輪の両側面近傍の空間における磁束密度を高めることが可能である。
以上のように、本発明に係る車輪の磁粉探傷用磁化装置によれば、車輪の両側面近傍の空間において該車輪の周方向に延びる磁束の磁束密度を、車輪のボス部からリム部に亘って十分に確保することが可能である。
【００１０】
好ましくは、軸心方向が前記車輪の両側面にそれぞれ対向するように配置され、交流電流が通電される一対の磁化コイルを更に備える。
【００１１】
斯かる好ましい構成によれば、交流電流が通電される一対の磁化コイルが、それらの軸心方向が車輪の両側面にそれぞれ対向するように配置される。これら一対の磁化コイルによって車輪の径方向に延びる磁束が形成されることになる。
上記好ましい構成によれば、前述のように導体及び一対の補助導体によって車輪の周方向に延びる磁束が形成される一方、一対の磁化コイルによって車輪の径方向に延びる磁束が形成されるため、車輪の両側面のいずれの方向の欠陥をも探傷可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、車輪の両側面近傍の空間において該車輪の周方向に延びる磁束の磁束密度を、車輪のボス部からリム部に亘って十分に確保することが可能である。このため、交流電流の電流値等を過度に大きくすることなく適宜設定することにより、欧州における規格ＢＮ９１８２７７、ＥＮ１３２６２を満足させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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輪を磁化している状態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す磁粉探傷用磁化装置を用いて、車輪の側面近傍の空間における磁束密度を測定した結果の一例を示す。
【図３】図３は、図１に示す磁粉探傷用磁化装置を用いたときの欠陥検出能を評価するために使用した標準試験片を示す模式図である。
【図４】図４は、図３に示す標準試験片に付着した磁粉模様の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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輪を磁化している状態を示す概略構成図である。図１（ａ）は、車輪の軸方向に直交する方向から見た正面図を示す。図１（ａ）において、車輪は断面で表している。図１（ｂ）は、車輪の軸方向から見た平面図を示す。図１（ｂ）において、磁化コイル及び交流電源の図示は省略している。
図１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、単に「磁化装置」ともいう）１００は、径方向内側から順にボス部７１、板部７２及びリム部７３を具備する車輪７の磁粉探傷用磁化装置である。
【００１５】
磁化装置１００は、導体１と、導体１の両端部にそれぞれ接続された一対の補助導体２（２Ａ、２Ｂ）とを備えている。また、磁化装置１００は、各補助導体２Ａ、２Ｂに接続された交流電源４を備えている。
【００１６】
導体１は、例えば、銅から形成されており、車輪７のボス部７１に設けられた孔（車軸を挿通させるための孔）７１１を貫通している。本実施形態の導体１は、円柱状の一対の導体片１Ａ、１Ｂから構成されており、各導体片１Ａ、１Ｂをそれぞれ車輪７の側面（車輪７の軸方向に直交する方向の側面）から孔７１１内に挿入して、各導体片１Ａ、１Ｂの対向する端部同士を当接させた状態としている。
【００１７】
交流電源４から各補助導体２Ａ、２Ｂに交流電流が供給されることにより、導体１にも交流電流が通電される。
導体１に交流電流が通電されることにより、導体１の中心軸を中心とする同心円状に磁束Ｂ１が形成される。すなわち、車輪７の周方向に延びる磁束Ｂ１が形成されることになる。この導体１によって形成される磁束Ｂ１の磁束密度は、導体１から離れるに従って（すなわち、リム部７３に近づくに従って）低下する。
なお、図１（ｂ）に示す磁束Ｂ１は、導体１に、紙面に垂直な方向の手前側から奥側に電流が流れている状態で形成される磁束を図示している。
【００１８】
一対の補助導体２は、例えば、銅から形成されており、前述のように、導体１の両端部にそれぞれ接続されている。具体的には、本実施形態では、一方の補助導体２Ａが一方の導体片１Ａの端部（導体片１Ｂと当接しない側の端部）に接続され、他方の補助導体２Ｂが他方の導体片１Ｂの端部（導体片１Ａと当接しない側の端部）に接続されている。本実施形態の一対の補助導体２は、細長い平板状とされており、車輪７の両側面にそれぞれ対向してボス部７１からリム部７３まで車輪７の径方向外側に延びている。
なお、本実施形態では、各補助導体２Ａ、２Ｂが車輪７の軸方向から見て略同一の位置に配置されているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、車輪７の軸方向から見て、補助導体２Ａと補助導体２Ｂとが直交するような配置や、補助導体２Ａと補助導体２Ｂの延びる向きが反対方向となるような配置とすることも可能である。
【００１９】
交流電源４から各補助導体２Ａ、２Ｂの端部に交流電流が供給されることにより、各補助導体２Ａ、２Ｂに交流電流が通電される。各補助導体２Ａ、２Ｂに交流電流が通電されることにより、各補助導体２Ａ、２Ｂの中心軸を中心とする同心円状に磁束Ｂ２が形成される。前述のように、各補助導体２Ａ、２Ｂは、導体１の端部に接続されていると共に車輪７の径方向外側に延びるため、各補助導体２Ａ、２Ｂによって形成される磁束Ｂ２は車輪７の周方向に延び、なお且つ、その磁束Ｂ２の向き（補助導体２と車輪７の側面との間に形成される磁束Ｂ２の向き）は導体１によって形成される磁束Ｂ１の向きと同一である。また、各補助導体２Ａ、２Ｂは、車輪７のボス部７１からリム部７３まで延びるため、各補助導体２Ａ、２Ｂによって形成される磁束Ｂ２の磁束密度は、車輪７のボス部７１からリム部７３までほぼ均一となる。
なお、図１（ｂ）に示す磁束Ｂ２は、補助導体２Ａに、リム部７３側からボス部７１側に電流が流れている状態（導体１に、紙面に垂直な方向の手前側から奥側に電流が流れている状態）で形成される磁束を図示している。
【００２０】
従って、導体１及び一対の補助導体２によって形成される車輪７の周方向に延びる磁束（磁束Ｂ１、Ｂ２が重畳された磁束）の磁束密度は、導体１単独の場合に比べて増加すると共に、導体１単独の場合に比べて車輪７のボス部７１からリム部７３まで均一となりやすい。そして、車輪７を磁化する際に車輪７を周方向に回転させれば、車輪７の両側面近傍の空間全体について、車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度を増加させることができると共に、車輪７のボス部７１からリム部７３まで磁束密度を均一化させやすくなる。
【００２１】
さらに、磁化装置１００は、一対の補助導体２及び導体１に交流電流が通電されるため、表皮効果によって車輪７の両側面近傍に磁束が集中し、車輪７の両側面近傍の空間における磁束密度を高めることが可能である。
【００２２】
以上のように、本実施形態に係る磁化装置１００によれば、車輪７の両側面近傍の空間において車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度を、車輪７のボス部７１からリム部７３に亘って十分に確保することが可能である。
【００２３】
また、本実施形態に係る磁化装置１００は、好ましい構成として、軸心３Ｎの方向が車輪７の両側面にそれぞれ対向するように配置された一対の磁化コイル３（３Ａ、３Ｂ）を備えている。具体的には、各磁化コイル３Ａ、３Ｂは、車輪７の側面に対向する軸心３Ｎの周りに巻回された導線によって形成されており、軸心３Ｎが車輪７の軸と略一致するように配置されている。また、磁化装置１００は、磁化コイル３Ａに接続された交流電源５と、磁化コイル３Ｂに接続された交流電源６とを備えている。
【００２４】
交流電源５から磁化コイル３Ａに交流電流が供給されることにより、磁化コイル３Ａに交流電流が通電され、車輪７の径方向に延びる磁束（車輪７の軸を中心として放射状に延びる磁束）が形成される。同様にして、交流電源６から磁化コイル３Ｂに交流電流が供給されることにより、磁化コイル３Ｂに交流電流が通電され、車輪７の径方向に延びる磁束が形成される。
【００２５】
本実施形態に係る磁化装置１００によれば、前述のように導体１及び一対の補助導体２によって車輪７の周方向に延びる磁束が形成される一方、一対の磁化コイル３によって車輪７の径方向に延びる磁束が形成されるため、車輪７の両側面のいずれの方向の欠陥をも探傷可能である。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例について説明する。
前述した構成を有する磁化装置１００を用いて車輪７を磁化し、その際の車輪７の側面近傍の空間における磁束密度（車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度、及び、車輪７の径方向に延びる磁束の磁束密度）を測定する試験を行った。
具体的には、交流電源４から各補助導体２Ａ、２Ｂに交流電流を供給することにより、各補助導体２Ａ、２Ｂ及び導体１に交流電流を通電させ、その際に車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度を測定した。
次に、交流電源４からの交流電流の供給を停止した後、交流電源５から磁化コイル３Ａに交流電流を供給すると共に、交流電源６から磁化コイル３Ｂに交流電流を供給することにより、各磁化コイル３Ａ、３Ｂに交流電流を通電させ、その際に車輪７の径方向に延びる磁束の磁束密度を測定した。
【００２７】
また、本発明の比較例として、前述した特許文献１に記載の装置と同様に、一対の補助導体２を設けることなく、直流電源から導体１に直流電流を供給することにより、導体１に直流電流を通電させ、その際に車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度を測定する試験を行った。
【００２８】
なお、実施例及び比較例における磁束密度の測定には、日本マテック社製のドイトロメータを用いた。
【００２９】
図２は、以上に説明した試験において磁束密度を測定した結果の一例を示す。図２（ａ）は、磁束密度を測定した部位（Ａ、Ｂ、Ｃ）を説明する説明図である。図２（ａ）において符号Ａで示す部位は、車輪７のリム部７３と補助導体２Ａとの間の空間部位である。また、符号Ｂで示す部位は、車輪７の板部７２（板部７２の中央）と補助導体２Ａとの間の空間部位である。さらに、符号Ｃで示す部位は、車輪７のボス部７１と補助導体２Ａとの間の空間部位である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す各部位において車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度を測定した結果を示す。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す各部位において車輪７の径方向に延びる磁束の磁束密度を測定した結果を示す。
【００３０】
図２（ｂ）の実施例に示すように、本実施形態に係る磁化装置１００において、補助導体２及び導体１に４５００Ａの交流電流を通電させることにより、部位Ａ（リム部７３近傍の空間部位）、部位Ｂ（板部７２近傍の空間部位）及び部位Ｃ（ボス部７１近傍の空間部位）のいずれについても、車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度が規格ＢＮ９１８２７７で規定されている２．５ｍＴ〜８．２ｍＴを満足することが分かった。また、部位Ａ〜部位Ｃのいずれについても、車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度が規格ＥＮ１３２６２で規定されている４ｍＴ以上を満足することが分かった。
【００３１】
一方、図２（ｂ）の比較例に示すように、導体１に直流電流を通電させるだけでは、その電流値を６０００Ａと大きく設定したとしても、部位Ｃについて、車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度が規格ＢＮ９１８２７７を満足するだけであった。部位Ａ〜部位Ｃのいずれについても、車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度は規格ＥＮ１３２６２を満足しなかった。
仮に、導体１に通電させる電流値を６倍（３６０００Ａ）程度に高めることが可能であるならば、部位Ａ〜部位Ｃのいずれについても、車輪７の周方向に延びる磁束の磁束密度が規格ＥＮ１３２６２を満足する可能性はある。しかしながら、部位Ｃについては、磁束密度が過度に大きくなりすぎて、規格ＢＮ９１８２７７を満足しない可能性が高い。
【００３２】
このように、本実施形態に係る磁化装置１００によれば、導体１及び一対の補助導体２によって磁束を形成するため、導体１単独の場合に比べて小さな電流で磁束密度が増加すると共に、導体１単独の場合に比べてボス部７１からリム部まで均一な磁束密度になりやすい。従って、規格ＢＮ９１８２７７及び規格ＥＮ１３２６２を比較的容易に満足させることが可能である。
【００３３】
また、図２（ｃ）の実施例２に示すように、本実施形態に係る磁化装置１００の磁化コイル３のターン数を５として、３０００Ａの交流電流を通電させることにより、部位Ａ、部位Ｂ及び部位Ｃのいずれについても、車輪７の径方向に延びる磁束の磁束密度が規格ＢＮ９１８２７７に規定された２．５ｍＴ〜８．２ｍＴを満足することが分かった。ただし、部位Ａについては、車輪７の径方向に延びる磁束の磁束密度が規格ＥＮ１３２６２に規定された４ｍＴ以上にやや足りなかった。
【００３４】
このため、図２（ｃ）の実施例１に示すように、磁化コイル３のターン数を５から７に増加させて磁化強度を高めたところ、部位Ａ〜部位Ｃのいずれについても、車輪７の径方向に延びる磁束の磁束密度が規格ＢＮ９１８２７７及び規格ＥＮ１３２６２の双方を満足することが分かった。
【００３５】
なお、本実施形態に係る磁化装置１００を用いて車輪７を磁化し、図３に示すようなＡＳＴＭで規定されている標準試験片（ＡＳＴＭ  ＣＸ−２３０）を用いて欠陥検出能を評価する試験も行った。図４は、この試験によって観察された標準試験片に付着した磁粉模様の一例を示す。
【００３６】
本実施形態に係る磁化装置１００によれば、前述のように、従来の導体１単独の場合に比べて小さな電流で磁束密度が増加すると共に、従来の導体１単独の場合に比べてボス部７１からリム部７３まで均一な磁束密度が得られる。このため、従来と同等以上に明瞭に磁粉模様を観察可能であることが確認できた。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・導体
１Ａ，１Ｂ・・・導体片
２，２Ａ，２Ｂ・・・補助導体
３，３Ａ，３Ｂ・・・磁化コイル
４，５，６・・・交流電源
７・・・車輪
７１・・・ボス部
７２・・・板部
７３・・・リム部
１００・・・磁粉探傷用磁化装置
７１１・・・ボス部の孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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