(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に他部材が接合された棒材に対し当該棒材の表面の一か所に超音波受発振器を当接させて当該超音波受発振器から棒材の軸方向へ伝達される超音波を出力し、前記他部材の基端を回転主軸のチャック部によって把持して前記棒材をその軸心回りに相対回転させながら、前記棒材の他端側の外周面の一か所に軸直方向から所定の荷重を印加して前記他部材と棒材の接合面に曲げ応力を生じさせつつ前記他部材との接合面で反射されて前記超音波受発振器に戻る反射波の強度変動より前記接合面の良否を判定することを特徴とする棒材接合面の良否判定方法。
【請求項２】
棒材の軸方向へ伝達される前記超音波は、表面波超音波ないし斜角超音波である請求項１に記載の接合面の良否判定方法。
【請求項３】
一端に他部材が接合された棒材に対し当該棒材の表面の一か所に当接させられて前記棒材の軸方向へ伝達される超音波を出力する超音波受発振器と、前記他部材の基端を回転主軸のチャック部によって把持して前記棒材をその軸心回りに相対回転させる回転駆動手段と、前記棒材の他端側の外周面の一か所に軸直方向から所定の荷重を印加して前記他部材と棒材の接合面に曲げ応力を生じさせる荷重印加機構と、前記他部材との接合面で反射されて前記超音波受発振器に戻る反射波の強度変動より前記接合面の良否を判定する判定手段とを備える棒材接合面の良否判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は棒材接合面の良否判定方法および良否判定装置に関し、特に他部材が接合された棒材端面の接合状態の良否を、超音波を使用して簡便に判定する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
棒材接合面の良否を判定する方法として例えば特許文献１に示すものが提案されている。ここでは超音波受発振器より棒材に直交する方向から超音波を送出し、送出された超音波を、棒材を挿通させた位置決め部に形成した反射面で棒材の軸方向へ直角に反射させて、上記接合面に超音波を垂直に入射させ、当該接合面で反射されて同一径路を戻る反射超音波を上記超音波受発振器で受振することによって上記接合面の良否を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３３１４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の判定方法は、接合面の各領域について詳細な良否判定を行う際には有用であるが、位置決め部の設置調整や反射面への超音波の入射角の調整等に手間を要するという問題があり、棒材接合面の良否判定を簡易に行うことが可能な方法が求められていた。
【０００５】
そこで、本発明はこのような要請に鑑みたもので、棒材接合面の良否判定を簡易に行うことが可能な棒材接合面の良否判定方法および良否判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本第１発明の棒材接合面の良否判定方法では、一端（１２）に他部材（２）が接合された棒材（１）に対し当該棒材（１）の表面の一か所に超音波受発振器（４）を当接させて当該超音波受発振器（４）から棒材（１）の軸方向へ伝達される超音波を出力し、前記他部材の基端を回転主軸のチャック部（３）によって把持して前記棒材（１）をその軸心（Ｃ）回りに相対回転させながら、前記棒材（１）の他端（１１）側の外周面の一か所に軸直方向から所定の荷重を印加して前記他部材（２）と棒材（１）の接合面（１ａ）に曲げ応力を生じさせつつ前記他部材（２）との接合面（１ａ）で反射されて前記超音波受発振器（４）に戻る反射波の強度変動より前記接合面（１ａ）の良否を判定することを特徴とする。ここで、棒材の軸方向へ伝達される前記超音波としては、表面波超音波ないし斜角超音波が使用できる。
【０００７】
本第１発明において、棒材の一回転の間に接合面から反射される反射波の強度変動を検出すると、良好な接合面からの反射波の強度変動は相対的に小さいのに対して、不良な接合面からの反射波の強度変動は相対的に大きくなる。したがって、上記反射波の強度変動の大きさより、接合面の良否を簡易かつ確実に判定することができる。そして、棒材の他端側に荷重を印加すると接合面に曲げ応力がかかり、接合面が開口して欠陥幅が拡がる。このようにすると、良好な接合面からの反射波の強度変動は荷重を印加しない場合と殆ど変らない一方、不良な接合面からの反射波の強度変動はさらに大きくなる。これにより、接合面の良否をさらに確実に判定することができる。
【００１０】
本第２発明の棒材接合面の良否判定装置では、一端（１２）に他部材（２）が接合された棒材（１）に対し当該棒材（１）の表面の一か所に当接させられて前記棒材（１）の軸方向へ伝達される超音波を出力する超音波受発振器（４）と、前記他部材の基端を回転主軸のチャック部（３）によって把持して前記棒材（１）をその軸心（Ｃ）回りに相対回転させる回転駆動手段（３）と、前記棒材（１）の他端（１１）側の外周面の一か所に軸直方向から所定の荷重を印加して前記他部材（２）と棒材（１）の接合面（１ａ）に曲げ応力を生じさせる荷重印加機構と、前記他部材（２）との接合面（１ａ）で反射されて前記超音波受発振器（４）に戻る反射波の強度変動より前記接合面（１ａ）の良否を判定する判定手段とを備える。
【００１１】
本第２発明においても本第１発明と同様の作用効果が得られる。
【００１２】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、棒材接合面の良否判定を簡易かつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用するエンジンバルブの側面図である。
【図２】超音波の伝達経路を示すエンジンバルブの側面図である。
【図３】超音波反射波の経時的な強度変化を示すグラフである。
【図４】エンジンバルブを一回転させた場合の、良好な接合面からの超音波反射波の強度変化を示すグラフである。
【図５】エンジンバルブを一回転させた場合の、不良な接合面からの超音波反射波の強度変化を示すグラフである。
【図６】エンジンバルブに荷重を印加した状態でエンジンバルブを一回転させた場合の、良好な接合面からの超音波反射波の強度変化を示すグラフである。
【図７】エンジンバルブに荷重を印加した状態でエンジンバルブを一回転させた場合の、不良な接合面からの超音波反射波の強度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１６】
図１には本発明方法によって接合面の良否が判定される、先端１１がラッパ状に拡径成形されたエンジンバルブＥを示す。エンジンバルブＥは、棒材としての耐熱鋼よりなる円形断面の先端側半部１と、これの基端（一端）１２に例えば摩擦圧接によって接合された、成分の異なる耐熱鋼よりなる他部材としての同径円形断面の基端側半部２とで構成されている。
【００１７】
本発明方法を適用するにあたって、エンジンバルブＥの基端側半部２はその基端部２１の外周が回転主軸のチャック部３によって把持され、エンジンバルブＥは図１中の細矢印で示すようにその軸心Ｃ回りに回転させられる。先端側半部１の先端（他端）１１に近い外周面には図略の荷重印加機構を当接させて、図１中の太矢印で示すように軸直方向から荷重を印加できるようになっている。荷重を印加することによって接合面１ａに曲げ応力が発生して接合面が開口し、欠陥幅が拡がり、後述するように、接合面１ａの良否判定を、荷重を印加しない場合に比してより容易かつ確実に行うことができる。
【００１８】
エンジンバルブＥの先端側半部１の中間部外周上面には超音波受発振器として表面波探触子４が、半部外周面に塗布したマシン油を介して当該外周面に当接させられている。なお、表面波探触子４は図略の支持部材に支持されて、回転移動するエンジンバルブＥの外周面に対して静止している。
【００１９】
基端側半部２と先端側半部１の接合面１ａの良否を判定する場合には、図２に示すように表面波探触子４に内設された圧電振動子４１から先端側半部１の外周面に向けて斜めに超音波（例えば５ＭＨｚ）を入射させる。この際の入射角θを材料中での屈折角が臨界角よりもやや大きくなるようにしておくと、エンジンバルブＥの外周面には図中の実線矢印で示すような、接合面１ａに向けてエンジンバルブＥの軸方向へ伝達する表面波が生じる。表面波は接合面１ａ等で反射されて（図中の破線）圧電振動子４１に戻る。この反射波の強度変動を検出することによって以下に説明するように接合面１ａの良否を判定することができる。
【００２０】
反射波は実際には図３に示すように、接合面１ａからの反射波Ｒａ以外に、エンジンバルブＥの外周面すなわち入射面での反射波Ｒｘや、基端側半部２の基端面２ａからの反射波Ｒｙが含まれるので、適当な検出ウィンドウを設定して接合面１ａからの反射波Ｒａのみを検出するようにする。
【００２１】
図４にはエンジンバルブＥを一回転させた場合の、良好な接合面１ａからの反射波強度の変化を示し、図５には不良な接合面１ａからの反射波強度の変化を示す。なお、反射波強度は、接合面１ａに深さ０．１ｍｍの白皮欠陥を人工的に形成した際の反射波強度が６０％となるように受振感度の調整を行ったものである。図４、図５から明らかなように、良好な接合面１ａからの反射波強度はエンジンバルブＥの一回転中の変動が小さいのに対して、不良な接合面１ａからの反射波強度はエンジンバルブＥの一回転中に大きく変動する。そこで、反射波強度の変動が所定の閾値を越えて大きくなった時に接合面が不良であると判定する。
【００２２】
図６は１００Ｎの荷重を印加した状態でエンジンバルブＥを一回転させた場合の、良好な接合面１ａからの反射波強度の変化を示し、図７には同一条件下での不良な接合面１ａからの反射波強度の変化を示す。図６、図７から明らかなように、良好な接合面１ａでは荷重を印加した場合でもエンジンバルブＥの一回転中の反射波強度の変動は小さいのに対して、不良な接合面からの反射波強度は荷重を印加すると、エンジンバルブＥの一回転中に非常に大きく変動する。そこでこの場合も、反射波強度の変動が所定の閾値を越えて大きくなった時に接合面１ａが不良であると判定する。この判定は、不良な接合面１ａでの反射波強度の変動が、良好な接合面１ａでの反射波強度の変動に比して非常に大きくなるために、より容易かつ確実に行うことができる。
【００２３】
なお、エンジンバルブＥの表面のバリや接合部の段差等による表面波の変動の影響を除去するために、荷重を印加した時の反射波強度と荷重を印加していない時の反射波強度の差分をとって当該差分の変動の大きさより接合面１ａの良否を判定するようにしても良い。また、表面波超音波に代えてエンジンバルブの軸方向へ伝達する斜角超音波を使用しても良い。さらに、基端側半部２の基端面２ａからの反射波Ｒｘの有無を常に検知して、超音波が確実にエンジンバルブＥに伝達されていることを確認するようにすると良い。また、棒材は中実のものに限られず、中空のものであっても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１…先端側半部（棒材）、１ａ…接合面、１１…先端（他端）、１２…基端（一端）、２…基端側半部（他部材）、３…チャック部、４…表面波探触子（超音波受発振器）、Ｅ…エンジンバルブ。
【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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