(57)【要約】【課題】送信センサ，受信センサ内での超音波伝播時間を含む測定条件が変動しても、超音波の伝播速度を正確に測定できる超音波伝播速度測定方法およびそれを用いた固体表面疲労度測定方法を提供する。【解決手段】この発明の超音波伝播速度測定方法では、伝播距離を変えた２回の伝播時間ｔ１，ｔ２を測定し、内輪１０の軌道面１０Ａを超音波の波動が伝播する速度Ｖを算出する。したがって、送信センサ１，受信センサ２と軌道面１０Ａとの間に介在させる接触媒体の特性（膜厚，粘度等）および軌道面１０Ａの粗さに起因した伝播時間の変動が相殺される。さらに、この２回の測定における送信プローブ２２での伝播時間ｔｐｘ１，ｔｐｘ２と、受信プローブ３２での伝播時間ｔｐｙ１，ｔｐｙ２を、上記２回の測定による伝播時間ｔ１，ｔ２から減算している。【選択図】  図１
2004151077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体部材の表面に超音波を送信する送信センサと、上記固体部材の表面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記固体部材の表面を伝播する伝播速度を測定する方法であって、
上記送信センサが有する振動の発振素子を、送信プローブを介して、上記固体部材の表面の第１箇所に接触，固定させる第１工程と、
上記受信センサが有する振動の受信素子を、受信プローブを介して、上記固体部材の表面の第２箇所に接触，固定させる第２工程と、
上記発振素子が発振した波動を上記受信素子で感知し、上記波動が上記発振素子から上記受信素子まで伝播する伝播時間を測定する第３工程を備え、
上記第１工程と第２工程と第３工程を含む１つの手順を、少なくとも上記第１工程の第１箇所または上記第２工程の第２箇所の一方の位置を変更して、２回行い、
１回目の手順における上記第１箇所と上記第２箇所との間の上記固体部材の表面における距離をＬ１（ｍ）とし、上記１回目の手順で測定した伝播時間をｔ１（秒）とし、上記１回目の手順で上記発振素子から上記第１箇所まで上記波動が上記送信プローブを伝播する時間をｔｐｘ１（秒）とし、上記１回目の手順で上記第２箇所から上記受信素子まで上記波動が上記受信プローブを伝播する時間をｔｐｙ１（秒）とし、
２回目の手順で上記第１箇所と上記第２箇所との間の上記固体部材の表面における距離をＬ２（ｍ）とし、上記２回目の手順で測定した伝播時間をｔ２（秒）とし、上記２回目の手順で上記発振素子から上記第１箇所まで上記波動が上記送信プローブを伝播する時間をｔｐｘ２（秒）とし、上記２回目の手順で上記第２箇所から上記受信素子まで上記波動が上記受信プローブを伝播する時間をｔｐｙ２（秒）として、
上記固体部材の表面を上記波動が伝播する速度Ｖ（ｍ／秒）を、次式（１）で算出することを特徴とする超音波伝播速度測定方法。
Ｖ＝（Ｌ１−Ｌ２）／｛（ｔ１−ｔ２）−（ｔｐｘｙ１−ｔｐｘｙ２）｝  …（１）
ただし、上記式（１）において、
ｔｐｘｙ１＝ｔｐｘ１＋ｔｐｙ１、ｔｐｘｙ２＝ｔｐｘ２＋ｔｐｙ２
とする。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波伝播速度測定方法において、
上記固体部材の上記表面が円筒面であり、
上記送信プローブの平面形状の送信平面を上記固体部材の上記円筒面の上記第１箇所に接触，固定させ、
上記送信センサは、上記送信平面と上記円筒面とが線接触している線に垂直で上記送信平面に平行な第１方向における上記送信プローブの送信平面の一端から上記第１箇所までの距離をｘｘ（ｍ）とし、
上記第１方向における上記発振素子の一端から上記送信平面に引いた垂線が上記送信平面と交わる点と上記送信平面の一端との間の距離をａｘ（ｍ）とし、
上記第１方向における上記発振素子の一端と他端との間の距離をｂｘ（ｍ）とし、
上記発振素子の他端と上記送信平面との間の距離をｃｘ（ｍ）とし、
上記送信平面に垂直な垂直方向と上記第１方向とに延在する平面において上記発振素子の発振面が上記送信平面に対して傾斜している傾斜角をβｘとし、
上記送信プローブにおける上記波動の伝播速度がＶｐｘ（ｍ／秒）である場合に、上記発振素子から上記第１箇所まで上記波動が上記送信プローブを伝播する時間ｔｐｘ（秒）を、次式（２），（３）で算出することを特徴とする超音波伝播速度測定方法。
ｔｐｘ＝ｈｘ／Ｖｐｘ                                    …  （２）
ｈｘ＝｛（ａｘ＋ｂｘ−ｘｘ）ｔａｎβｘ＋ｃｘ｝ｃｏｓβｘ    …  （３）
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波伝播速度測定方法において、
上記固体部材の上記表面が円筒面であり、
上記受信プローブの平面形状の受信表面を上記固体部材の上記円筒面の上記第２箇所に接触，固定させ、
上記受信センサは、上記受信平面と上記円筒面とが線接触している線に垂直で上記受信平面に平行な第２方向における上記受信プローブの受信平面の一端から上記第２箇所までの距離をｘｙ（ｍ）とし、
上記第２方向における上記受信素子の一端から上記受信平面に引いた垂線が上記受信平面と交わる点と上記受信平面の一端との間の距離をａｙ（ｍ）とし、
上記第２方向における上記受信素子の一端と他端との間の距離をｂｙ（ｍ）とし、
上記受信素子の他端と上記受信平面との間の距離をｃｙ（ｍ）とし、
上記受信平面に垂直な垂直方向と上記第２方向とに延在する平面において上記受信素子の受信面が上記受信平面に対して傾斜している傾斜角をβｙとし、
上記受信プローブにおける上記波動の伝播速度がＶｐｙ（ｍ／秒）である場合に、上記第２箇所から上記受信素子まで上記波動が上記受信プローブを伝播する時間ｔｐｙ（秒）を、次式（４），（５）で算出することを特徴とする超音波伝播速度測定方法。
ｔｐｙ＝ｈｙ／Ｖｐｙ                                  …  （４）
ｈｙ＝｛（ａｙ＋ｂｙ−ｘｙ）ｔａｎβｙ＋ｃｙ｝ｃｏｓβｙ  …  （５）
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の超音波伝播速度測定方法において、
上記固体部材の上記表面が円筒面であり、
上記送信プローブの平面形状の送信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第１箇所に線接触するように、上記送信センサを上記円筒面に固定すると共に、上記受信プローブの平面形状の受信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第２箇所に線接触するように、上記受信センサを上記円筒面に固定する第１ステップと、
上記送信プローブの平面形状の送信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第３箇所に線接触するように、上記送信センサを上記円筒面に固定すると共に、上記受信プローブの平面形状の受信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第４箇所に線接触するように、上記受信センサを上記円筒面に固定する第２ステップとを行い、
第１ステップにおける、上記送信プローブと上記円筒面の接触線と、上記受信プローブと上記円筒面の接触線の両方に垂直な直交直線の垂直二等分線が、この垂直二等分線が上記円筒面の中心軸と交わる点と、上記直交直線が上記受信プローブと上記円筒面の接触線と交わる点とを結ぶ直線と成す角度をα１とし、
第１ステップにおける、上記送信プローブの円筒面側の底面と上記送信プローブの上記受信センサ側の側面との交線と、上記受信プローブの円筒面側の底面と上記受信プローブの上記送信センサ側の側面との交線との距離をＷ１とし、
第２ステップにおける、上記送信プローブと上記円筒面の接触線と、上記受信プローブと上記円筒面の接触線の両方に垂直な直交直線の垂直二等分線が、この垂直二等分線が上記円筒面の中心軸と交わる点と、上記直交直線が上記受信プローブと上記円筒面の接触線と交わる点とを結ぶ直線と成す角度をα２とし、
第２ステップにおける、上記送信プローブの円筒面側の底面と上記送信プローブの上記受信センサ側の側面との交線と、上記受信プローブの円筒面側の底面と上記受信プローブの上記送信センサ側の側面との交線との距離をＷ２とし、
上記円筒面の直径をｄとしたとき、
以下の式（１０）が成り立つ条件で第２ステップを行い、
上記円筒面の表面を上記波動が伝播する速度Ｖ（ｍ／秒）を、以下の式（１１）で算出することを特徴とする超音波伝播速度測定方法。
Ｗ２＝（Ｗ１−ｄｓｉｎ（α１））（ｃｏｓ（α２）／ｃｏｓ（α１））＋ｄｓｉｎ（α２）  …  （１０）
Ｖ＝（Ｌ１−Ｌ２）／（ｔ１−ｔ２）    …  （１１）
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の超音波伝播速度測定方法によって測定した上記固体部材に対する超音波の伝播速度を、ひずみを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値、脱炭を生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値および研磨焼けを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表面のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断する固体表面状態測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波伝播速度測定方法およびそれを用いた固体表面状態測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物としての固体表面に送信センサと受信センサを配置して、送信センサから固体表面に超音波を伝播させ、この超音波が受信センサに達するまでの伝播時間を測定して上記超音波が上記固体表面を伝播する伝播速度を測定する超音波伝播速度測定方法がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３１３７３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記超音波伝播速度測定方法では、送信センサ，受信センサと固体表面との間に介在させる接触媒体の特性（膜厚，粘度等）および固体表面の粗さでもって、上記伝播時間が変動する。
【０００５】
そこで、固体表面への送信センサと受信センサの配置を変更し、超音波の伝播距離が異なる複数回の測定を行う距離変化法が知られている。この距離変化法によれば、上記伝播時間の変動の補正が可能となる。
【０００６】
しかし、上記距離変化法であっても、固体表面への送，受信センサの配置を変更することから、送，受信センサの構造にも起因して、送信センサ，受信センサ内での超音波伝播時間が変わる。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、送信センサ，受信センサ内での超音波伝播時間を含む測定条件が変動しても、超音波の伝播速度を正確に測定できる超音波伝播速度測定方法およびそれを用いた固体表面状態測定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の超音波伝播速度測定方法は、固体部材の表面に超音波を送信する送信センサと、上記固体部材の表面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記固体部材の表面を伝播する伝播速度を測定する方法であって、
上記送信センサが有する振動の発振素子を、送信プローブを介して、上記固体部材の表面の第１箇所に接触，固定させる第１工程と、
上記受信センサが有する振動の受信素子を、受信プローブを介して、上記固体部材の表面の第２箇所に接触，固定させる第２工程と、
上記発振素子が発振した波動を上記受信素子で感知し、上記波動が上記発振素子から上記受信素子まで伝播する伝播時間を測定する第３工程を備え、
上記第１工程と第２工程と第３工程を含む１つの手順を、少なくとも上記第１工程の第１箇所または上記第２工程の第２箇所の一方の位置を変更して、２回行い、
１回目の手順における上記第１箇所と上記第２箇所との間の上記固体部材の表面における距離をＬ１（ｍ）とし、上記１回目の手順で測定した伝播時間をｔ１（秒）とし、上記１回目の手順で上記発振素子から上記第１箇所まで上記波動が上記送信プローブを伝播する時間をｔｐｘ１（秒）とし、上記１回目の手順で上記第２箇所から上記受信素子まで上記波動が上記受信プローブを伝播する時間をｔｐｙ１（秒）とし、
２回目の手順で上記第１箇所と上記第２箇所との間の上記固体部材の表面における距離をＬ２（ｍ）とし、上記２回目の手順で測定した伝播時間をｔ２（秒）とし、上記２回目の手順で上記発振素子から上記第１箇所まで上記波動が上記送信プローブを伝播する時間をｔｐｘ２（秒）とし、上記２回目の手順で上記第２箇所から上記受信素子まで上記波動が上記受信プローブを伝播する時間をｔｐｙ２（秒）として、
上記固体部材の表面を上記波動が伝播する速度Ｖ（ｍ／秒）を、次式（１）で算出することを特徴としている。
【０００９】
Ｖ＝（Ｌ１−Ｌ２）／｛（ｔ１−ｔ２）−（ｔｐｘｙ１−ｔｐｘｙ２）｝  …（１）
ただし、上記式（１）において、
ｔｐｘｙ１＝ｔｐｘ１＋ｔｐｙ１、ｔｐｘｙ２＝ｔｐｘ２＋ｔｐｙ２
とする。
【００１０】
尚、この明細書では、表面とは、表面を含む表層部をさすものとする。例えば、この明細書では、固体部材の表面とは、固体部材の表面を含む固体部材の表層部をさすものとする。
【００１１】
この請求項１の発明の超音波伝播速度測定方法では、上記のごとく伝播距離を変えた２回の伝播時間ｔ１，ｔ２を測定し、上記式（１）でもって、上記固体部材の表面を超音波の波動が伝播する速度Ｖを算出する。したがって、送信センサ，受信センサと固体表面との間に介在させる接触媒体の特性（膜厚，粘度等）および固体表面の粗さに起因した伝播時間の変動が相殺される。
【００１２】
さらに、この２回の測定における送信プローブでの伝播時間ｔｐｘ１，ｔｐｘ２と、受信プローブでの伝播時間ｔｐｙ１，ｔｐｙ２を、上記（１）による算出で、上記２回の測定による伝播時間ｔ１，ｔ２から減算している。したがって、この発明によれば、送信センサ，受信センサ内での超音波伝播時間を含む測定条件が変動しても、超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００１３】
また、請求項２の発明の超音波伝播速度測定方法は、請求項１に記載の超音波伝播速度測定方法において、
上記固体部材の上記表面が円筒面であり、
上記送信プローブの平面形状の送信平面を上記固体部材の上記円筒面の上記第１箇所に接触，固定させ、
上記送信センサは、上記送信平面と上記円筒面とが線接触している線に垂直で上記送信平面に平行な第１方向における上記送信プローブの送信平面の一端から上記第１箇所までの距離をｘｘ（ｍ）とし、
上記第１方向における上記発振素子の一端から上記送信平面に引いた垂線が上記送信平面と交わる点と上記送信平面の一端との間の距離をａｘ（ｍ）とし、
上記第１方向における上記発振素子の一端と他端との間の距離をｂｘ（ｍ）とし、
上記発振素子の他端と上記送信平面との間の距離をｃｘ（ｍ）とし、
上記送信平面に垂直な垂直方向と上記第１方向とに延在する平面において上記発振素子の発振面が上記送信平面に対して傾斜している傾斜角をβｘとし、
上記送信プローブにおける上記波動の伝播速度がＶｐｘ（ｍ／秒）である場合に、上記発振素子から上記第１箇所まで上記波動が上記送信プローブを伝播する時間ｔｐｘ（秒）を、次式（２），（３）で算出することを特徴としている。
【００１４】
ｔｐｘ＝ｈｘ／Ｖｐｘ                                    …  （２）
ｈｘ＝｛（ａｘ＋ｂｘ−ｘｘ）ｔａｎβｘ＋ｃｘ｝ｃｏｓβｘ    …  （３）
この請求項２の超音波伝播速度測定方法では、上記（３）でもって、固体部材の円筒面に、送信プローブの送信平面を線接触させた場合に、超音波の波動が送信プローブを伝播する距離ｈｘを算出し、式（２）で送信プローブでの伝播時間ｔｐｘを算出している。したがって、固体部材の円筒面に、送信プローブの平面形状の送信平面を線接触させる場合に、送信センサにおける上記寸法ａｘ，ｂｘ，ｃｘおよび角度βｘと上記送信プローブの送信平面の一端から上記第１箇所までの距離ｘｘと送信プローブにおける上記波動の伝播速度Ｖｐｘとから送信プローブでの伝播時間ｔｐｘを算出できる。
【００１５】
また、請求項３の超音波伝播速度測定方法は、請求項１または２に記載の超音波伝播速度測定方法において、
上記固体部材の上記表面が円筒面であり、
上記受信プローブの平面形状の受信表面を上記固体部材の上記円筒面の上記第２箇所に接触，固定させ、
上記受信センサは、上記受信平面と上記円筒面とが線接触している線に垂直で上記受信平面に平行な第２方向における上記受信プローブの受信平面の一端から上記第２箇所までの距離をｘｙ（ｍ）とし、
上記第２方向における上記受信素子の一端から上記受信平面に引いた垂線が上記受信平面と交わる点と上記受信平面の一端との間の距離をａｙ（ｍ）とし、
上記第２方向における上記受信素子の一端と他端との間の距離をｂｙ（ｍ）とし、
上記受信素子の他端と上記受信平面との間の距離をｃｙ（ｍ）とし、
上記受信平面に垂直な垂直方向と上記第２方向とに延在する平面において上記受信素子の受信面が上記受信平面に対して傾斜している傾斜角をβｙとし、
上記受信プローブにおける上記波動の伝播速度がＶｐｙ（ｍ／秒）である場合に、上記第２箇所から上記受信素子まで上記波動が上記受信プローブを伝播する時間ｔｐｙ（秒）を、次式（４），（５）で算出することを特徴としている。
【００１６】
ｔｐｙ＝ｈｙ／Ｖｐｙ                                  …  （４）
ｈｙ＝｛（ａｙ＋ｂｙ−ｘｙ）ｔａｎβｙ＋ｃｙ｝ｃｏｓβｙ  …  （５）
この請求項３の超音波伝播速度測定方法では、上記式（５）でもって、固体部材の円筒面に、受信プローブの受信平面を線接触させた場合に、超音波の波動が受信プローブを伝播する距離ｈｙを算出し、式（４）で受信プローブでの伝播時間ｔｐｙを算出している。したがって、固体部材の円筒面に、受信プローブの平面形状の受信平面を線接触させる場合に、受信センサにおける上記寸法ａｙ，ｂｙ，ｃｙおよび角度βｙと上記受信プローブの受信平面の一端から上記第２箇所までの距離ｘｙと受信プローブにおける上記波動の伝播速度Ｖｐｙとから受信プローブでの伝播時間ｔｐｙを算出できる。
【００１７】
また、請求項４の超音波伝播速度測定方法は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の超音波伝播速度測定方法において、
上記固体部材の上記表面が円筒面であり、
上記送信プローブの平面形状の送信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第１箇所に線接触するように、上記送信センサを上記円筒面に固定すると共に、上記受信プローブの平面形状の受信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第２箇所に線接触するように、上記受信センサを上記円筒面に固定する第１ステップと、
上記送信プローブの平面形状の送信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第３箇所に線接触するように、上記送信センサを上記円筒面に固定すると共に、上記受信プローブの平面形状の受信表面が、上記固体部材の上記円筒面の第４箇所に線接触するように、上記受信センサを上記円筒面に固定する第２ステップとを行い、
第１ステップにおける、上記送信プローブと上記円筒面の接触線と、上記受信プローブと上記円筒面の接触線の両方に垂直な直交直線の垂直二等分線が、この垂直二等分線が上記円筒面の中心軸と交わる点と、上記直交直線が上記受信プローブと上記円筒面の接触線と交わる点とを結ぶ直線と成す角度をα１とし、
第１ステップにおける、上記送信プローブの円筒面側の底面と上記送信プローブの上記受信センサ側の側面との交線と、上記受信プローブの円筒面側の底面と上記受信プローブの上記送信センサ側の側面との交線との距離をＷ１とし、
第２ステップにおける、上記送信プローブと上記円筒面の接触線と、上記受信プローブと上記円筒面の接触線の両方に垂直な直交直線の垂直二等分線が、この垂直二等分線が上記円筒面の中心軸と交わる点と、上記直交直線が上記受信プローブと上記円筒面の接触線と交わる点とを結ぶ直線と成す角度をα２とし、
第２ステップにおける、上記送信プローブの円筒面側の底面と上記送信プローブの上記受信センサ側の側面との交線と、上記受信プローブの円筒面側の底面と上記受信プローブの上記送信センサ側の側面との交線との距離をＷ２とし、
上記円筒面の直径をｄとしたとき、
以下の式（１０）が成り立つ条件で第２ステップを行い、
上記円筒面の表面を上記波動が伝播する速度Ｖ（ｍ／秒）を、以下の式（１１）で算出することを特徴としている。
【００１８】
Ｗ２＝（Ｗ１−ｄｓｉｎ（α１））（ｃｏｓ（α２）／ｃｏｓ（α１））＋ｄｓｉｎ（α２）  …  （１０）
Ｖ＝（Ｌ１−Ｌ２）／（ｔ１−ｔ２）    …  （１１）
上記（１０）式は、第１ステップにおける送信センサの接触線と送信プローブの受信センサ側の側面との距離と、第２ステップにおける送信センサの接触線と送信プローブの受信センサ側の側面との距離が同等で、かつ、第１ステップにおける受信センサの接触線と受信プローブの送信センサ側の側面との距離と、第２ステップにおける受信センサの接触線と受信プローブの送信センサ側の側面との距離が同等になる条件である。
【００１９】
この請求項４の超音波伝播速度測定方法によれば、上記（１０）が成り立つ条件で第２ステップを行うので、第１ステップにおける送信センサの接触線と送信プローブの受信センサ側の側面との距離と、第２ステップにおける送信センサの接触線と送信プローブの受信センサ側の側面との距離を同等にでき、かつ、第１ステップにおける受信センサの接触線と受信プローブの送信センサ側の側面との距離と、第２ステップにおける受信センサの接触線と受信プローブの送信センサ側の側面との距離を同等にできる。したがって、上記送信センサ内の発信素子から上記送信プローブと上記円筒面の接触線までの距離を、第１ステップと第２ステップで同じにでき、かつ、上記受信センサ内の受信素子から上記受信プローブと上記円筒面の接触線までの距離を、第１ステップと第２ステップで同じにできるので、第１ステップと第２ステップとで、超音波の上記送信センサおよび受信センサ内の伝播の寄与を相殺できる。すなわち、上記式（１）におけるｔｐｘｙ１とｔｐｘｙ２を等しくでき、上記式（１）におけるｔｐｘｙ１−ｔｐｘｙ２をゼロにでき、上記式（１）を上記式（１１）に書き換えることができる。したがって、上記送信センサ内の発信素子の位置がわからない場合や、上記受信センサ内の受信素子の位置がわからない場合であっても、超音波の上記送信センサおよび受信センサ内の伝播の寄与を相殺できるので、超音波の上記送信センサおよび受信センサ内の伝播の寄与を考慮せずに、超音波の円筒面の表面の伝播速度を精度良く測定できる。
【００２０】
また、請求項５の固体表面状態測定方法は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の超音波伝播速度測定方法によって測定した上記固体部材に対する超音波の伝播速度を、ひずみを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値、脱炭を生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値および研磨焼けを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表面のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断することを特徴としている。
【００２１】
固体部材の表面を伝播する超音波の伝播速度は、固体部材の表面の材質によって変化し、また、固体部材の表面の状態によっても変化する。詳細には、固体部材の表面を伝播する超音波の伝播速度は、固体部材の表面の材質ごとに変化し、また、固体部材の表面のひずみ、脱炭および研磨焼け等による劣化の度合によっても変化する。そして、ひずみの値が異常でなく、脱炭および研磨焼けがない正常な固体部材に対する超音波の伝播速度の範囲、ひずみの値が異常な固体部材に対する超音波の伝播速度の範囲、脱炭を生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の範囲および研磨焼けを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の範囲は、夫々材質ごとに決まっている。
【００２２】
上記請求項５の固体表面状態測定方法は、上記様々な超音波の伝播速度の範囲の上限や下限を所定値として、この所定値と、超音波の固体部材の表面の伝播速度の測定値とを比較して、上記固体部材の表面のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断するものである。
【００２３】
尚、上記ひずみを測定することで、固体表面の疲労度を測定することができる。疲労が進歩すると、ひずみが変化するからである。また、この明細書において、上記研磨焼とは、鋼製部品の表面を研磨する最終工程で、鋼製部品の表面の表面温度が上がって、鋼製部品がもう一度焼き入れされて鋼製部品の材質が再焼でかたくてもろくなったり、鋼製部品の焼戻しが生じて鋼製部品の材質が軟化したりして、出来上がった鋼製部品が、所定の規格に合わなくなる現象をいう。
【００２４】
また、上記脱炭とは、酸化性の雰囲気下で鋼を加熱する時、鋼中酸素と反応することにより生じる現象であり、軸受鋼のような高炭素鋼の場合は、比較的容易に生じることが知られている。
【００２５】
上記請求項５の固体表面状態測定方法によれば、上記超音波伝播速度測定方法によって測定した上記固体部材に対する超音波の伝播速度を、ひずみを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値、脱炭を生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値および研磨焼けを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表面のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断するので、上記固体部材の表面のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを正確に測定できる。したがって、ひずみ、脱炭および研磨焼け等によって劣化して、規定の性能が発揮できなくなった固体部材の取り換え時期を正確に知ることが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１を参照して、この発明の超音波伝播速度測定方法の第１実施形態を説明する。この第１実施形態では、固体部材を軸受の内輪１０とした。
【００２８】
まず、第１工程で、この内輪１０の円筒形の軌道面１０Ａの第１箇所Ｐ１に送信センサ１の送信平面１Ａを線接触させて固定させる。
【００２９】
図２に示すように、この送信センサ１は、超音波を発振する発振素子２１と、この発振素子２１の外周面を覆う送信プローブ２２を有する。この送信プローブ２２は、送信平面１Ａを有している。
【００３０】
上記送信平面１Ａと上記軌道面１０Ａとが線接触している線３に垂直で送信平面１Ａに平行な第１方向Ｄ１における上記送信プローブ２２の送信平面１Ａの一端Ｌａから送信平面１Ａが上記第１箇所Ｐ１で線接触している線３までの距離をｘｘ（ｍ）とした。
【００３１】
また、上記第１方向Ｄ１における発振素子２１の一端２１Ａから送信平面１Ａに引いた垂線が送信平面１Ａと交わる点Ｐ２２と送信平面１Ａの一端Ｌａとの間の距離をａｘ（ｍ）とした。また、第１方向Ｄ１における発振素子２１の一端２１Ａと他端２１Ｂとの間の距離をｂｘ（ｍ）とした。また、発振素子２１の他端２１Ｂと送信平面１Ａとの間の距離をｃｘ（ｍ）とした。また、送信平面１Ａに垂直な垂直方向と上記第１方向Ｄ１とに延在する平面において上記発振素子２１の発振面２１Ｃが送信平面１Ａに対して傾斜している傾斜角をβｘとした。これにより、発振素子２１の発振面２１Ｃから送信平面１Ａの第１箇所Ｐ１までの伝播距離ｈｘは、次の式（３）で算出される。
【００３２】
また、送信プローブ２２における上記超音波の波動の伝播速度をＶｐｘ（ｍ／秒）とした。そして、上記発振素子２１から上記第１箇所Ｐ１まで上記波動が上記送信プローブ２２を伝播する時間ｔｐｘ（秒）を、次式（２），（３）で算出する。
【００３３】
ｔｐｘ＝ｈｘ／Ｖｐｘ                                    …  （２）
ｈｘ＝｛（ａｘ＋ｂｘ−ｘｘ）ｔａｎβｘ＋ｃｘ｝ｃｏｓβｘ    …  （３）
次に、第２工程で、上記内輪１０の円筒形の軌道面１０Ａの第２箇所Ｐ２に受信センサ２の受信平面２Ａを線接触させて固定する。
【００３４】
図３に示すように、この受信センサ２は、超音波を受信する受信素子３１と、この受信素子３１の外周面を覆う受信プローブ３２を有する。この受信プローブ３２は、受信平面２Ａを有している。
【００３５】
上記受信平面２Ａと上記軌道面１０Ａとが線接触している線５に垂直で受信平面２Ａに平行な第２方向Ｄ２における上記受信プローブ３２の受信平面２Ａの一端Ｌｂから受信平面２Ａが第２箇所Ｐ２で線接触している線５までの距離をｘｙ（ｍ）とした。
【００３６】
また、上記第２方向Ｄ２における受信素子３１の一端３１Ａから受信平面２Ａに引いた垂線が受信平面２Ａと交わる点Ｐ３２と受信平面２Ａの一端Ｌｂとの間の距離をａｙ（ｍ）とした。また、第２方向Ｄ２における受信素子３１の一端３１Ａと他端３１Ｂとの間の距離をｂｙ（ｍ）とした。また、受信素子３１の他端３１Ｂと受信平面２Ａとの間の距離をｃｙ（ｍ）とした。また、受信平面２Ａに垂直な垂直方向と上記第２方向Ｄ２とに延在する平面において上記受信素子３１の受信面３１Ｃが受信平面２Ａに対して傾斜している傾斜角をβｙとした。これにより、受信平面２Ａの第２箇所Ｐ２から受信素子３１の受信面３１Ｃまでの伝播距離ｈｙは、次の式（５）で算出される。
【００３７】
また、受信プローブ３２における上記超音波の波動の伝播速度をＶｐｙ（ｍ／秒）とした。そして、上記第２箇所Ｐ２から上記受信素子３１まで上記波動が上記受信プローブ３２を伝播する時間ｔｐｙ（秒）を、次式（４），（５）で算出する。
【００３８】
ｔｐｙ＝ｈｙ／Ｖｐｙ                                  …  （４）
ｈｙ＝｛（ａｙ＋ｂｙ−ｘｙ）ｔａｎβｙ＋ｃｙ｝ｃｏｓβｙ  …  （５）
次に、第３工程で、上記発振素子２１が発振した波動を上記受信素子３１で感知し、上記波動が上記発振素子２１から受信素子３１まで伝播する伝播時間を測定する。なお、この第１実施形態では、上記送信センサ１から送信され、上記軌道面１０Ａに伝播させる超音波を、剪断水平波（ＳＨ波（Ｓｈｅａｒ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｗａｖｅ））とした。
【００３９】
上記第１工程，第２工程，第３工程を１回目の手順とした。
【００４０】
次に、上記送信センサ１の送信平面１Ａが上記内輪１０の軌道面１０Ａに線接触する第１箇所Ｐ１の周方向の位置を変更して、上記第１〜第３工程を再度行い、これを２回目の手順とする。
【００４１】
そして、上記１回目の手順で上記第１箇所Ｐ１と上記第２箇所Ｐ２との間の上記内輪１０の軌道面１０Ａにおける距離をＬ１（ｍ）とし、上記１回目の手順で測定した伝播時間をｔ１（秒）とした。
【００４２】
また、上記１回目の手順で上記発振素子２１から上記第１箇所Ｐ１まで上記超音波の波動が上記送信プローブ２２を伝播する時間ｔｐｘ（秒）を、上記式（２），（３）で算出して、この算出した伝播時間ｔｐｘ（秒）を、ｔｐｘ１（秒）とした。また、上記１回目の手順で上記第２箇所Ｐ２から上記受信素子３１まで上記波動が上記受信プローブ３２を伝播する時間を、上記式（４），（５）で算出して、この算出した伝播時間ｔｐｙ（秒）を、ｔｐｙ１（秒）とした。
【００４３】
また、上記２回目の手順で上記第１箇所Ｐ１と上記第２箇所Ｐ２との間の上記内輪の軌道面１０Ａにおける距離をＬ２（ｍ）とし、上記２回目の手順で測定した伝播時間をｔ２（秒）とした。
【００４４】
また、上記２回目の手順で上記発振素子２１から上記第１箇所Ｐ１まで上記波動が上記送信プローブ２２を伝播する時間ｔｐｘ（秒）を、上記式（２），（３）で算出して、ｔｐｘ２（秒）とした。また、上記２回目の手順で上記第２箇所Ｐ２から上記受信素子３１まで上記波動が上記受信プローブ３２を伝播する時間をｔｐｙ２（秒）とした。この伝播時間ｔｐｙ２は、上記式（４），（５）で算出した。なお、この第１実施形態では、１回目と２回目とで、上記受信センサ２を動かしていないので、上記ｔｐｙ２＝ｔｐｙ１となる。
【００４５】
以上より、上記内輪１０の軌道面１０Ａを上記超音波の波動が伝播する速度Ｖ（ｍ／秒）を、次式（１）で算出する。
【００４６】
Ｖ＝（Ｌ１−Ｌ２）／｛（ｔ１−ｔ２）−（ｔｐｘｙ１−ｔｐｘｙ２）｝  …（１）
ただし、上記式（１）において、
ｔｐｘｙ１＝ｔｐｘ１＋ｔｐｙ１、ｔｐｘｙ２＝ｔｐｘ２＋ｔｐｙ２
とする。
【００４７】
この第１実施形態の超音波伝播速度測定方法では、上記のごとく伝播距離を変えた２回の伝播時間ｔ１，ｔ２を測定し、上記式（１）でもって、上記内輪１０の軌道面１０Ａを超音波の波動が伝播する速度Ｖを算出する。したがって、送信センサ１，受信センサ２と軌道面１０Ａとの間に介在させる接触媒体（図示せず）の特性（膜厚，粘度等）および軌道面１０Ａの粗さに起因した伝播時間の変動が相殺される。
【００４８】
さらに、この２回の測定における送信プローブ３２での伝播時間ｔｐｘ１，ｔｐｘ２と、受信プローブ２２での伝播時間ｔｐｙ１，ｔｐｙ２を、上記式（１）による算出で、上記２回の測定による伝播時間ｔ１，ｔ２から減算している。したがって、この第１実施形態によれば、送信センサ１，受信センサ２内での超音波伝播時間を含む測定条件が変動しても、超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００４９】
また、この第１実施形態の超音波伝播速度測定方法では、上記式（３）でもって、内輪１０の軌道面１０Ａに、送信プローブ２２の送信平面１Ａを線接触させ、超音波の波動が送信プローブ２２を伝播する距離ｈｘを算出し、上記式（２）で送信プローブ２２での伝播時間ｔｐｘ（ｔｐｘ１，ｔｐｘ２）を算出している。したがって、内輪１０の軌道面１０Ａに、送信プローブ２２の平面形状の送信平面１Ａを線接触させる場合に、送信センサ１における上記寸法ａｘ，ｂｘ，ｃｘおよび角度βｘと上記送信プローブ２２の送信平面１Ａの一端Ｌａから上記第１箇所Ｐ１までの距離ｘｘと送信プローブ２２における上記波動の伝播速度Ｖｐｘとから送信プローブ２２での伝播時間ｔｐｘを算出できる。
【００５０】
また、この第１実施形態の超音波伝播速度測定方法では、上記式（５）でもって、内輪１０の円筒面１０Ａに、受信プローブ３２の受信平面２Ａを線接触させ、超音波の波動が受信プローブ３２を伝播する距離ｈｙを算出し、上記式（４）で受信プローブ３２での伝播時間ｔｐｙ（ｔｐｙ１，ｔｐｙ２）を算出している。したがって、内輪１０の円筒面１０Ａに、受信プローブ３２の平面形状の受信平面２Ａを線接触させる場合に、受信センサ２における上記寸法ａｙ，ｂｙ，ｃｙおよび角度βｙと上記受信プローブ３２の受信平面２Ａの一端Ｌｂから上記第２箇所Ｐ２までの距離ｘｙと受信プローブ３２における上記波動の伝播速度Ｖｐｙとから受信プローブ３２での伝播時間ｔｐｙを算出できる。
【００５１】
また、この第１実施形態の超音波伝播速度測定方法を採用した固体表面状態測定方法によれば、上記によって測定した伝播速度を所定値と比較することで、送信センサ１，受信センサ２内での超音波伝播時間を含む測定条件が変動しても、上記固体部材としての内輪１０の軌道面１０Ａのひずみを正確に測定できる。さらに、この値より、軌道面の疲労度を判定できる。また、軌道面の脱炭や研磨焼けの有無も判定できる。
【００５２】
尚、上記第１実施形態では、２回目の手順で、送信センサ１と内輪１０の軌道面１０Ａとの接触箇所（第１箇所）を変えたが、受信センサ２と軌道面１０Ａとの接触箇所（第２箇所）を変更してもよい。また、上記第１箇所と第２箇所の両方の位置を変更してもよい。
【００５３】
また、上記第１実施形態では、送信センサ１，受信センサ２を内輪１０の軌道面１０Ａに線接触させたが、面接触や点接触であってもよい。また、上記第１実施形態では、固体部材を軸受の内輪１０としたが、この発明が適用できる固体部材は内輪１０に限らないのは勿論である。すなわち、一例として、軸受の外輪，転動体、さらには、歯車やレール、無段変速機の摺動部品等にも適用できる。また、固体部材の表面形状としては、円筒面に限らないのは勿論であり、曲率が変化する湾曲面であってもよく、平面であってもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、超音波として主振動方向が伝播方向に垂直でかつ材料の表面に略平行な方向で、かつ、材料の表面に沿って伝播するＳＨ波を用いたが、超音波として主振動方向が材料の表面の法線方向で、かつ、材料の表面に沿って伝播する超音波である表面波を用いても良い。また、ＳＨ波と表面波以外の超音波を用いても良い。
【００５５】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態の超音波伝播速度測定方法の第１ステップにおける、固体部材の一例としての軸受鋼製の内輪４０の円筒面の一例としての軌道面４０Ａ上の受信センサ４１と送信センサ４２の配置を示す径方向の断面図であり、図５は、本発明の第２実施形態の超音波伝播速度測定方法の第２ステップにおける、上記軌道面４０Ａ上の受信センサ４１と送信センサ４２の配置を示す径方向の断面図である。
【００５６】
この第２実施形態の超音波伝播速度測定方法は、送信センサ４１から送信され、内輪４０の軌道面４０Ａを伝播して受信センサ４２で受信される超音波としてＳＨ波を用いずに、表面波を用いた点が第１実施形態の超音波伝播速度測定方法と異なる。
【００５７】
また、この第２実施形態の超音波伝播速度測定方法は、第１ステップにおける、送信プローブ（送信センサ４１のハウジング）５０と内輪４０の軌道面４０Ａの接触線４３と、受信プローブ（受信センサ４２のハウジング）５１と軌道面４０Ａの接触線４５の両方に垂直な直交直線５３における垂直二等分線５５が、この垂直二等分線５５が軌道面４０Ａの中心軸と交わる点Ｐ０と直交直線５３が接触線４３と交わる点とを結ぶ直線５６と成す角度をα１とし、第１ステップにおける、送信プローブ５０の軌道面４０Ａ側の底面６０と送信プローブ５０の受信センサ４２側の側面６１との交線６２と、受信プローブ５１の軌道面４０Ａ側の底面６５と受信プローブ５１の送信センサ４１側の側面６６との交線６７との距離をＷ１とし、第２ステップにおける、送信プローブ５０と内輪４０の軌道面４０Ａの接触線７３と、受信プローブ５１と軌道面４０Ａの接触線７５の両方に垂直な直交直線８３における垂直二等分線８５が、この垂直二等分線８５が軌道面４０Ａの中心軸と交わる点（図示せず）と直交直線８３が接触線７３と交わる点とを結ぶ直線８６と成す角度をα２とし、第２ステップにおける、送信プローブ５０の軌道面４０Ａ側の底面６０と送信プローブ５０の受信センサ４２側の側面６１との交線９２と、受信プローブ５１の軌道面側４０Ａの底面６５と受信プローブ５１の送信センサ４１側の側面６６との交線９７との距離をＷ２とし、内輪４０の軌道面４０Ａの直径をｄとしたとき、Ｗ１，Ｗ２，α１，α２およびｄとの間に、上記式（１０）（以下に再度記載する）で表わされる関係をかして第２ステップを行い、最終的に上記式（１１）  （以下に再度記載する）を用いて、表面波の伝播速度を測定したところが、上記第１実施形態の超音波伝播速度測定方法と異なる。
【００５８】
Ｗ２＝（Ｗ１−ｄｓｉｎ（α１））（ｃｏｓ（α２）／ｃｏｓ（α１））＋ｄｓｉｎ（α２）    …  （１０）
Ｖ＝（Ｌ１−Ｌ２）／（ｔ１−ｔ２）    …  （１１）
尚、図４および図５において、θ１およびθ２は、送信センサ４１および受信センサ４２が軌道面４０Ａに正確に設置されているか否かを判断するのに用いるセンサ角度である。上記センサ角度θ１およびθ２は、θ１＝１８０°−２α１、θ２＝１８０°−２α２という式で、上記α１およびα２と関係づけられている。
【００５９】
この第２実施形態の超音波伝播速度測定方法においては、第１実施形態の超音波伝播速度測定と共通の構成、作用効果および変形例については、説明を省略し、異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【００６０】
尚、第２実施形態の超音波伝播速度測定方法において、図４における参照番号と、図５における参照番号とが、同じ場合、その参照番号が同じ構成部は、同一の構成部であるものとする。
【００６１】
第１ステップにおいて、直交直線５３の中点Ｐ１１から接触線４３までの距離Ｋ１は、
Ｋ１＝（ｄ／２）ｓｉｎ（α１）
で表わされる。このことから、交線６２から直交直線５３に下ろした垂線の足Ｐ１３から、接触線４３までの距離は、
Ｋ１−Ｗ１／２＝（ｄ／２）ｓｉｎ（α１）−Ｗ１／２
と表わされる。
【００６２】
したがって、第１ステップにおける接触線４３から送信センサ４１の受信センサ４２側の側面６１までの距離Ｘ１は、以下の式（１５）で表わされる。
2004151077.tif 000003
【００６３】
また、同様に、第２ステップにおいて、直交直線８３の中点Ｐ１５から接触線７３までの距離Ｋ２は、
Ｋ２＝（ｄ／２）ｓｉｎ（α２）
で表わされ、交線９２から直交直線８３に下ろした垂線の足Ｐ１６から、接触線７３までの距離Ｋ２−Ｗ２／２は、
Ｋ２−Ｗ２／２＝（ｄ／２）ｓｉｎ（α２）−Ｗ２／２
で表わされ、第２ステップにおける接触線７３から送信センサ４１の受信センサ４２側の側面６１までの距離Ｘ２は、以下の式（１６）で表わされる。
【００６４】
2004151077.tif 000004
ここで、第２実施形態の超音波伝播速度測定方法では、第２ステップにおける接触線７３から側面６１までの距離Ｘ２が、第１ステップにおける接触線４３から側面６１までの距離Ｘ１と等しくなるという条件、すなわち、式（１５）と式（１６）とが等しくなるという条件（式（１７））をかして、第２ステップを行っている。
【００６５】
（（ｄ／２）ｓｉｎ（α１）−Ｗ１／２）・（１／ｃｏｓ（α１））＝（（ｄ／２）ｓｉｎ（α２）−Ｗ２／２）・（１／ｃｏｓ（α２））…（１７）
ここで、式（１７）は、
Ｗ２＝（Ｗ１−ｄｓｉｎ（α１））（ｃｏｓ（α２）／ｃｏｓ（α１））＋ｄｓｉｎ（α２）
と変形でき、上記式（１０）が導かれる。このことから、第２ステップのＷ２に、上記式（１０）の条件をかせば、第２ステップにおける接触線７３から送信センサ４１の受信センサ４２側の側面６１までの距離Ｘ２が、第１ステップにおける接触線４３から送信センサ４１の受信センサ４２側の側面６１までの距離Ｘ１と等しくなることになる。
【００６６】
また、同様に、上記式（１０）の条件をかせは、第２ステップにおける受信センサ４２と軌道面４０Ａとの接触線７５から受信センサ４２の送信センサ４１側の側面６６までの距離と、第１ステップにおける受信センサ４２と軌道面４０Ａとの接触線４５から受信センサ４２の送信センサ４１側の側面６６までの距離とが等しくなる。
【００６７】
このことは、送信センサ４１内の発信素子から接触線４５までの距離（図２のｈｘに対応する距離）が、第１ステップと第２ステップで同じになり、かつ、受信センサ４２内の受信素子から接触線４５までの距離（図３のｈｙに対応する距離）が、第１ステップと第２ステップで同じになることを意味し、第１ステップと第２ステップで、上記送信センサおよび受信センサ内を伝播する表面波の寄与が相殺することを意味する。
【００６８】
すなわち、上記式（１）におけるｔｐｘｙ１がｔｐｘｙ２と等しくなり、上記式（１）におけるｔｐｘｙ１−ｔｐｘｙ２がゼロになり、上記式（１）が上記式（１１）に帰着されることを意味する。
【００６９】
このことから、第２実施形態の超音波伝播速度測定方法では、第２ステップと第２ステップを行った後、上記式（１１）（以下に再度記載する）を用いて、
Ｖ＝（Ｌ１−Ｌ２）／（ｔ１−ｔ２）    …  （１１）
軸受鋼製の内輪４０の軌道面４０Ａを伝播する表面波の伝播速度を測定している。
【００７０】
更に、第２実施形態の超音波伝播速度測定方法では、測定した表面波の伝播速度を、ひずみを生じている軸受鋼の内輪の軌道面に対する表面波の伝播速度の所定値、脱炭を生じている軸受鋼の内輪の軌道面に対する表面波の伝播速度の所定値および研磨焼けを生じている軸受鋼の内輪の軌道面に対する表面波の伝播速度の所定値の夫々と比較して、軸受鋼の内輪４０の軌道面４０Ａの状態（正常か、ひずみを生じているか、脱炭を生じているか、あるいは、研磨焼けを生じているか）を判断している。また、このひずみ値からは、軌道面の疲労度も判定可能である。
【００７１】
上記第２実施形態の超音波伝播速度測定方法によれば、上記（１０）が成り立つ条件で第２ステップを行うので、送信センサの側面から送信センサと軌道面４０Ａの接触線までの距離を、第１ステップと第２ステップで同等にできて、発信素子から上記接触線までの距離を、第１ステップと第２ステップで同等にできる。また、同様に、受信センサの側面から受信センサと軌道面４０Ａの接触線までの距離を、第１ステップと第２ステップで同等にできて、受信素子から上記接触線までの距離を、第１ステップと第２ステップで同等にできる。したがって、送信センサ４１内の発信素子の位置がわからない場合や、受信センサ４２内の受信素子の位置がわからない場合であっても、送信センサ４１および受信センサ４２内を伝播する表面波の寄与を相殺できて、軌道面４０Ａの表面を伝播する表面波の伝播速度を精度良く測定できる。
【００７２】
また、上記第２実施形態の超音波伝播速度測定方法によれば、測定された表面波の伝播速度を、ひずみ、脱炭および研磨焼けのいずれも生じていない内輪の表面波の伝播速度の所定値、ひずみを生じている内輪の表面波の伝播速度、脱炭を生じている内輪の表面波の伝播速度の所定値および研磨焼けを生じている内輪の表面波の伝播速度の所定値の夫々と比較するので、内輪４０の軌道面４０Ａの表面の状態（正常か、ひずみを生じているか、脱炭を生じているか、あるいは、研磨焼けを生じているか）を正確に判断できて、劣化によって耐久性等の性能で規定の性能が発揮できなくなった内輪を適切な時期に取り換えることができる。尚、ＳＨ波を用いた上記第１実施形態の超音波伝播速度測定方法においても、測定したＳＨ波の伝播速度を、ひずみを生じている内輪の軌道面に対するＳＨ波の伝播速度の所定値、脱炭を生じている内輪の軌道面に対するＳＨ波の伝播速度の所定値および研磨焼けを生じている内輪の軌道面に対するＳＨ波の伝播速度の所定値の夫々と比較して、内輪１０の軌道面１０Ａの状態（正常か、ひずみを生じているか、疲労は進行しているか、脱炭を生じているか、あるいは、研磨焼けを生じているか）を判断できる。
【００７３】
尚、上記第２実施形態の超音波伝播速度測定方法では、超音波の一例としての表面波を用いて内輪４０の軌道面４０Ａの状態を判断したが、超音波の一例としてのＳＨ波を用いて内輪の軌道面の状態を判断しても良いことは勿論である。また、表面波およびＳＨ波以外の超音波を用いて内輪の軌道面の状態を判断しても良い。
【００７４】
また、上記第２実施形態の超音波伝播速度測定方法では、固体部材として、軸受の内輪４０を採用したが、固体部材として、軸受の外輪、軸受の転動体、歯車、レール、無段変速機の摺動部品等を採用しても良い。
【００７５】
また、上記第２実施形態の超音波伝播速度測定方法では、固体部材として軸受鋼製の内輪４０を用いたが、軸受鋼以外から成る固体部材を用いてもよい。
【００７６】
尚、上記第２実施形態の超音波伝播速度測定方法では、第２ステップにおいて、式（１０）を満たすように、Ｗ２およびα２を設定するようにしたが、α２を設定してから式（１０）を満たすようにＷ２を設定すると、送信センサおよび受信センサの円筒面への設置が容易になる。しかしながら、Ｗ２を設定してから式（１０）を満たすようにα２を設定するようにして、送信センサおよび受信センサを円筒面に設置しても良い。
【００７７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の超音波伝播速度測定方法では、上記のごとく伝播距離を変えた２回の伝播時間ｔ１，ｔ２を測定し、上記式（１）でもって、上記固体部材の表面を超音波の波動が伝播する速度Ｖを算出する。したがって、送信センサ，受信センサと固体表面との間に介在させる接触媒体の特性（膜厚，粘度等）および固体表面の粗さに起因した伝播時間の変動が相殺される。さらに、この２回の測定における送信プローブでの伝播時間ｔｐｘ１，ｔｐｘ２と、受信プローブでの伝播時間ｔｐｙ１，ｔｐｙ２を、上記（１）による算出で、上記２回の測定による伝播時間ｔ１，ｔ２から減算している。したがって、この発明によれば、送信センサ，受信センサ内での超音波伝播時間を含む測定条件が変動しても、超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００７８】
また、上記式（１０）をかして、この発明の超音波伝播速度測定方法を行えば、超音波の送信センサおよび受信センサ内部の伝播の寄与を考慮する必要がなくて、式（１１）でもって、上記固体部材の表面を超音波が伝播する速度Ｖを簡単、かつ、精密に測定できる。
【００７９】
また、この発明の超音波伝播速度速度測定方法で測定した超音波の伝播速度を、ひずみを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値、脱炭を生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値および研磨焼けを生じている固体部材に対する超音波の伝播速度の所定値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表面のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断するので、上記固体部材の表面のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを正確に測定できて、ひずみ、脱炭および研磨焼け等によって劣化して、規定の性能が発揮できなくなった固体部材の取り換え時期を正確に知ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の超音波伝播速度測定方法の第１実施形態を説明するための模式図である。
【図２】上記第１実施形態における送信センサの構造を示す模式図である。
【図３】上記第１実施形態における受信センサの構造を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態の超音波伝播速度測定方法の第１ステップにおける、内輪の軌道面上の受信センサと送信センサの配置を示す径方向の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の超音波伝播速度測定方法の第２ステップにおける、内輪の軌道面上の受信センサと送信センサの配置を示す径方向の断面図である。
【符号の説明】
１，  ４１  送信センサ
１Ａ  送信平面
２，  ４２  受信センサ
２Ａ  受信平面
３，  ５  線
１０，  ４０  内輪
１０Ａ，  ４０Ａ  軌道面
２１  発振素子
２１Ｃ  発振面
２２，  ５０  送信プローブ
３１  受信素子
３１Ｃ  受信面
３２，  ５１  受信プローブ
Ｐ１  第１箇所
Ｐ２  第２箇所
Ｄ１  第１方向
Ｄ２  第２方向
【図１】
2004151077.tif 000005
【図２】
2004151077.tif 000006
【図３】
2004151077.tif 000007
【図４】
2004151077.tif 000008
【図５】
2004151077.tif 000009