(57)【要約】【課題】固体部材の表層部を伝播する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】ＳＨ波送信機１のＲａが０．６μｍ〜０．８μｍのＳＨ波送信面７およびＳＨ波受信機２のＲａが０．６μｍ〜０．８μｍのＳＨ波受信面８と、軌道面１０Ａとの間に、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の量の粘性媒体を塗布した状態で、ＳＨ波送信機１とＳＨ波受信機２を互いから離間した状態で軌道面１０Ａに取り付ける。そして、ＳＨ送信機１から発信されて、軌道面１０Ａの表層付近を伝播したＳＨ波をＳＨ波受信機２で受信して、ＳＨ波の軌道面１０Ａの伝播速度を測定する。この伝播速度を、ひずみ、脱炭または研磨焼けの基準値と比較して、軌道面１０Ａの表層部のひずみ、脱炭または研磨焼けの有無を判断する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体部材の表面の第１箇所と超音波送信機の超音波送信面の少なくとも一方に、第１粘性媒体を塗布して、上記超音波送信面を、０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２の上記第１粘性媒体を介して上記固体部材の上記第１箇所に固定する工程と、
上記固体部材の表面の第２箇所と超音波受信機の超音波受信面の少なくとも一方に、第２粘性媒体を塗布して、上記超音波受信面を、０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２の上記第２粘性媒体を介して上記固体部材の上記第２箇所に固定する工程と、
上記超音波送信機から送信されて上記固体部材の表層部を伝播した超音波を、上記超音波受信機で受信して、上記超音波の上記固体部材の上記表層部における伝播速度を測定する工程と
を備えることを特徴とする超音波伝播速度測定方法。
【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、
上記超音波送信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第１粘性媒体を介して上記固体部材の上記第１箇所に固定すると共に、上記超音波受信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第２粘性媒体を介して上記固体部材の上記第２箇所に固定することを特徴とする超音波伝播速度測定方法。
【請求項３】
超音波送信機の超音波送信面の算術平均粗さを０．６μｍ〜０．８μｍにして、上記超音波送信面を、第１粘性媒体を介して固体部材の表面の第１箇所に固定する工程と、
超音波受信機の超音波受信面の算術平均粗さを０．６μｍ〜０．８μｍにして、上記超音波受信面を、第２粘性媒体を介して上記表面の第１箇所と異なる第２箇所に固定する工程と、
上記超音波送信機から送信されて上記固体部材の表層部を伝播した超音波を、上記超音波受信機で受信して、上記超音波の上記固体部材の上記表層部における伝播速度を測定する工程と
を備えることを特徴とする超音波伝播速度測定方法。
【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よって測定された固体部材の表層部における超音波の伝播速度を、ひずみが生じているか否かを識別するための固体部材の表層部における超音波の伝播速度のひずみ基準値、脱炭を生じているか否かを識別するための固体部材の表層部における超音波の伝播速度の脱炭基準値、および、研磨焼けを生じているか否かを識別するための固体部材の表層部における超音波の伝播速度の研磨焼け基準値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表層部のひずみ、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する固体表層部状態測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波伝播速度測定方法およびそれを用いた固体表層部状態測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波を用いた固体部材の探傷方法としては、例えば、特開平１１−２３５４０号公報（特許文献１）に記載された車軸の探傷を行うものがある。この車軸の探傷方法は、車軸の端面に粘性媒体を介して圧着された水平探触子セグメント構造体から探傷検査部分に向けて超音波である横波水平波ビームを発信し、探傷検査部分に入射して後探傷検査部分で反射した後、探傷検査部分に入射したルートと逆のルートをたどって水平探触子セグメント構造体までもどってきた探傷検査部分の傷の情報を含んだ横波水平波ビームを、水平探触子セグメント構造体で受信して、上記傷の情報を含んだ横波水平波ビームを電気信号に変換して、この電気信号を解析することによって車軸の探傷検査部分の探傷を行っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３５４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の超音波を用いた固体部材の探傷方法では、車軸の端面と水平探触子セグメント構造体の間に塗布される粘性媒体の量を少なくしずぎると、水平探触子セグメント構造体と車軸の間にできる粘性媒体の膜厚が小さくなりすぎて、水平探触子セグメント構造体の車軸の端面に対する固定が不安定になって、上記電気信号のＳＮ比（シグナルノイズ比）が小さくなって上記電気信号をとらえにくくなり、探傷検査部分の探傷が難しくなるという問題がある。
【０００５】
一方、車軸の端面と水平探触子セグメント構造体の間に塗布される粘性媒体の量を多くしすぎると、粘性媒体のメニスカスが、水平探触子セグメント構造体と車軸の間に高範囲に広がり、水平探触子セグメント構造体から発信される横波水平波ビームが、上記車軸の端面に沿って広がったメニスカスを上記端面と平行な方向に伝播した後に、車軸に伝達するという現象が起こる。このことから、水平探触子セグメント構造体から探傷検査部分に正確に横波水平波ビームを打ち込むことができず、探傷検査部分の傷の有無を正確に判断できないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、探傷測定機としての超音波送信機および超音波受信機と、被探傷物としての固体部材の間の粘性媒体の量が適正に設定されて、固体部材の表層部を伝播する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層部状態測定方法を提供することにある。
【０００７】
【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、
固体部材の表面の第１箇所と超音波送信機の超音波送信面の少なくとも一方に、第１粘性媒体を塗布して、上記超音波送信面を、０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２の上記第１粘性媒体を介して上記固体部材の上記第１箇所に固定する工程と、
上記固体部材の表面の第２箇所と超音波受信機の超音波受信面の少なくとも一方に、第２粘性媒体を塗布して、上記超音波受信面を、０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２の上記第２粘性媒体を介して上記固体部材の上記第２箇所に固定する工程と、
上記超音波送信機から送信されて上記固体部材の表層部を伝播した超音波を、上記超音波受信機で受信して、上記超音波の上記固体部材の上記表層部における伝播速度を測定する工程と
を備えることを特徴としている。
【０００８】
尚、この明細書で、表層部といった場合、この表層部は表面を含むものとする。
【０００９】
また、この明細書では、上記超音波として、例えば、主振動方向が伝播方向に垂直でかつ固体部材の表面に略平行な方向で、かつ、固体部材の表面に沿って伝播する超音波であるＳＨ波（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｐｏｌａｌｉｚｅｄ  ｓｈｅａｒ  ｗａｖｅ）や、主振動方向が固体部材の表面の法線方向で、かつ、固体部材の表面に沿って伝播する超音波である表面波等を想定しているものとする。
【００１０】
また、上記第１粘性媒体と上記第２粘性媒体は、同じ粘性媒体でも良く、異なる粘性媒体でも良いことにする。
【００１１】
本発明者は、被伝播速度測定物である固体部材の表面と超音波送信機の超音波送信面の間に塗布される第１粘性媒体の量と、上記固体部材の表面と超音波受信機の超音波受信面の間に塗布される第２粘性媒体の量の少なくとも一方を０．１ｍｇ／ｍｍ２より小さくすると、超音波の種類、超音波が伝播する被伝播速度測定物である固体部材の距離または上記固体部材の表層部の材質に因らず、上記超音波送信機と上記超音波受信機の少なくとも一方と上記固体部材との密着性が不十分になって、上記超音波送信機と上記超音波受信機の少なくとも一方から上記固体部材に超音波が伝達しにくくなり、上記超音波送信機から送信されて上記固体部材の表層部を伝播して上記超音波受信機で受信された超音波の波形の波形くずれが非常に大きくなって、超音波の固体部材の表面における伝播速度を超音波の波形から測定できないことを発見した。また、本発明者は、被伝播速度測定物である固体部材の表面と超音波送信機の超音波送信面の間に塗布される第１粘性媒体の量と、上記固体表面と超音波受信機の超音波受信面の間に塗布される第２粘性媒体の量の少なくとも一方を０．３ｍｇ／ｍｍ２より大きくすると、超音波送信機と超音波受信機の少なくとも一方と固体表面との間に大きな粘性媒体のメニスカスが形成されて、超音波が超音波の伝達速度が速い上記メニスカスを伝播するようになって、固体部材の表層部の超音波の伝播速度の測定を行うための超音波が伝播する固体部材の表面距離が、超音波が伝播することが意図された所定の固体部材の表面距離より短くなって、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度が計算上速くなってしまうということを発見した。
【００１２】
一方、本発明者は、被伝播速度測定物である固体部材の表面と超音波送信機の超音波送信面の間に塗布される第１粘性媒体の量と、上記固体表面と超音波受信機の超音波受信面の間に塗布される第２粘性媒体の量を、ともに０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２にすると、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できることを発見した。
【００１３】
上記請求項１の発明の超音波伝播速度測定方法によれば、被伝播速度測定物である固体表面と超音波送信機の超音波送信面の間に塗布される第１粘性媒体の量と、上記固体表面と超音波受信機の超音波受信面の間に塗布される第２粘性媒体の量を、ともに０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２にした上で、固体部材の表層部における超音波の伝播速度の測定を行ったので、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００１４】
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、上記超音波送信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第１粘性媒体を介して上記固体部材の上記第１箇所に固定すると共に、上記超音波受信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第２粘性媒体を介して上記固体部材の上記第２箇所に固定することを特徴としている。
【００１５】
上記請求項２の発明の超音波伝播速度測定方法によれば、上記超音波送信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第１粘性媒体を介して上記固体部材の上記第１箇所に固定すると共に、上記超音波受信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第２粘性媒体を介して上記固体部材の上記第２箇所に固定したので、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を更に正確に測定できる。
【００１６】
また、請求項３の発明の超音波伝播速度測定方法は、
超音波送信機の超音波送信面の算術平均粗さを０．６μｍ〜０．８μｍにして、上記超音波送信面を、第１粘性媒体を介して固体部材の表面の第１箇所に固定する工程と、
超音波受信機の超音波受信面の算術平均粗さを０．６μｍ〜０．８μｍにして、上記超音波受信面を、第２粘性媒体を介して上記表面の第１箇所と異なる第２箇所に固定する工程と、
上記超音波送信機から送信されて上記固体部材の表層部を伝播した超音波を、上記超音波受信機で受信して、上記超音波の上記固体部材の上記表層部における伝播速度を測定する工程と
を備えることを特徴としている。
【００１７】
本発明者は、超音波送信機の超音波送信面の算術平均粗さ（以下、Ｒａという）、および超音波受信機の超音波受信面のＲａの内の少なくとも一方が、０．６μｍよりも小さくなると、このＲａが０．６μｍよりも小さい面が滑らかになりすぎて、このＲａが０．６μｍよりも小さい面上に粘性媒体を塗布したとき、この粘性媒体に表面張力がはたらいて、このＲａが０．６μｍよりも小さい面に大きな粘性媒体のメニスカスが形成されるということを発見した。また、本発明者は、超音波送信機の超音波送信面のＲａおよび超音波受信機の超音波受信面のＲａの内の少なくとも一方が、０．８μｍよりも大きくなると、このＲａが０．８μｍよりも大きな面の表面粗さが大きくなりすぎて、このＲａが０．８μｍよりも大きな面の密着性が悪くなり、超音波送信機と超音波受信機の少なくとも一方と、固体部材の表面の接触位置が不安定になるということを発見した。
【００１８】
一方、本発明者は、超音波送信機の超音波送信面のＲａおよび超音波受信機の超音波受信面のＲａが、両方とも０．６μｍ〜０．８μｍの範囲内にあると、超音波送信機および超音波受信機と固体部材の間の粘性媒体のメニスカスを小さくできると共に、超音波送信機および超音波受信機を固体部材に密着して取り付けることができて、固体部材の固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できることを発見した。
【００１９】
上記請求項３の発明の超音波伝播速度測定方法によれば、超音波送信機の超音波送信面のＲａおよび超音波受信機の超音波受信面のＲａを、０．６μｍ〜０．８μｍの範囲内に収めた上で、固体部材の表層部における超音波の伝播速度の測定を行ったので、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００２０】
また、請求項４の発明の固体表層部状態測定方法は、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よって測定された固体部材の表層部における超音波の伝播速度を、ひずみが生じているか否かを識別するための固体部材の表層部における超音波の伝播速度のひずみ基準値、脱炭を生じているか否かを識別するための固体部材の表層部における超音波の伝播速度の脱炭基準値、および、研磨焼けを生じているか否かを識別するための固体部材の表層部における超音波の伝播速度の研磨焼け基準値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表層部のひずみ、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】
固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度は、固体部材の表層部の材質によって変化し、また、固体部材の表層部の状態によっても変化する。詳細には、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度は、固体部材の表層部の材質ごとに変化し、また、固体部材の表層部のひずみ、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、脱炭および研磨焼けがない正常な固体部材における超音波の伝播速度の範囲、ひずみを生じている固体部材における超音波の伝播速度の範囲であるひずみ基準値、脱炭を生じている固体部材における超音波の伝播速度の範囲である脱炭基準値および研磨焼けを生じている固体部材における伝播速度の範囲である研磨焼け基準値は、夫々材質ごとに決まっている。
【００２２】
上記請求項４の固体表層部状態測定方法は、固体部材の表層部の伝播速度の測定値を、上記様々な伝播速度の基準値と比較して、上記固体部材の表層部のひずみ、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。
尚、固体表層部の疲労度は、ひずみと対応しているため、上記ひずみを測定することで疲労度を測定できる。
【００２３】
尚、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、鋼製部品の表層部の温度が上がって、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４の固体表層部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された固体部材の表層部における超音波の伝播速度を、ひずみ基準値、脱炭基準値および研磨焼け基準値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表層部のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断するので、安全で扱い易い超音波を用いて上記固体部材の表層部のひずみ、脱炭、研磨焼け等の表層部の状態の内の少なくとも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、安全簡単安価に、かつ、正確に知ることが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２７】
先ず、図１および図２を用いて、この発明の超音波伝播速度測定方法の一実施形態である普通焼入のＳＵＪ２軸受鋼製の円筒ころ軸受の内輪１０の軌道面１０Ａの表層部におけるＳＨ波の伝播速度の測定方法を説明する。
【００２８】
図１は、上記内輪１０の軌道面１０Ａの平面図であり、図２は、内輪１０の正面図である。この実施形態では、図１、図２に示すように、超音波送信機の一例としてのＳＨ波送信機１と固体部材の一例としての内輪１０の軌道面１０Ａとが接触線３で線接触するように、ＳＨ波送信機１を、油性横波用で媒体粘度が３６Ｐａ・ｓ（２０℃）の第１粘性媒体の層を介して、内輪１０の軌道面１０Ａの略中央における接触線３に対応する第１箇所に取り付ける一方、超音波受信機の一例としてのＳＨ波受信機２をＳＨ波送信機１から周方向に離間した状態で、ＳＨ波受信機２と内輪１０の軌道面１０Ａとが接触線５で線接触するように、ＳＨ波受信機２を、第１粘性媒体と同じ粘性媒体である第２粘性媒体の層を介して内輪１０の軌道面１０Ａの略中央における接触線５に対応する第２箇所に取り付ける。上記ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２の軸方向の寸法Ｄ１は、内輪１０の軸方向の寸法Ｄ２の３分の１になっている。
【００２９】
また、図２に示すように、上記ＳＨ波送信機１の接触線３を、ＳＨ波送信機１の軌道面１０Ａに対する対向面１ＡのうちのＳＨ波を発生する有効部分である超音波送信面の一例としてのＳＨ波送信面７に位置させると共に、ＳＨ波受信機２の接触線５を、ＳＨ波受信機２の軌道面１０Ａに対する対向面２ＡのうちのＳＨ波を検知可能な有効部分である超音波受信面の一例としてのＳＨ波受信面８に位置させている。
【００３０】
上記ＳＨ波送信面７およびＳＨ波受信面８のＲａは、両方とも０．６μｍ〜０．８μｍの範囲に設定されている。また、図示はしないが、上記第１粘性媒体は、ＳＨ波送信面７と軌道面１０Ａの間に、その量が０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２となっている状態で介在し、上記第２粘性媒体は、ＳＨ波受信面８と軌道面１０Ａの間に、その量が０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２となっている状態で介在している。
【００３１】
上記構成において、ＳＨ波送信機１が内蔵する圧電素子からなるＳＨ波発振部（図示せず）を駆動することで、対向面１Ａの有効部分７を振動させて、ＳＨ波送信機１からＳＨ波を発信する。そして、上記ＳＨ送信機１から発信されて内輪１０の表層付近を伝播したＳＨ波をＳＨ波受信機２で受信して、ＳＨ波の伝播速度の測定を行う。具体的には、ＳＨ波の波形における振幅が０になるＳＨ波のゼロクロス点を計時基準にして、ＳＨ波送信機１の接触線３からＳＨ波受信機２の線接触５までのＳＨ波の伝播時間ｔを求め、以下の式（１）からＳＨ波の伝播速度Ｖを測定する。
【００３２】
Ｖ＝２πｒ・（α／３６０°）・（１／ｔ）［ｍ／ｓ］・・・・・・（１）
（ここで、αは、ＳＨ波送信機１の接触線３と内輪１０の中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｒと、ＳＨ波受信機２の接触線５と上記中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｌｑとがなす角度［°］である。上記αは、接触線３，５における接線が成す角度であるセンサ角度θと、α＝１８０°−θの関係がある。また、ｒは、軌道面１０Ａの半径［ｍ］であり、πは、円周率である。）
図３は、上記ＳＨ波送信機１と軌道面１０Ａの間に介在している上記第１粘性媒体のメニスカス３１を誇張して示した図である。また、図４は、ＳＨ波送信機４０（ＳＨ波送信機１と同一構造）のＳＨ波送信面のＲａを０．６μｍ〜０．８μｍにし、かつ、ＳＨ波送信機４０と軌道面４２Ａ（軌道面１０Ａと同一構造）の間の第１粘性媒体の量を０．１ｍｇ／ｍｍ２よりも小さくした場合に形成される第１粘性媒体のメニスカス４１を誇張した図である。また、図５は、ＳＨ波送信機５０（ＳＨ波送信機１と同一構造）のＳＨ波送信面のＲａを０．６μｍ〜０．８μｍにし、かつ、ＳＨ波送信機５０と軌道面５２Ａ（軌道面１０Ａと同一構造）の間の第１粘性媒体の量を０．３ｍｇ／ｍｍ２よりも大きくした場合に形成される第１粘性媒体のメニスカス５１を誇張した図である。
【００３３】
ＳＨ波送信機４０と軌道面４２Ａの間に介在させる第１粘性媒体の量を０．１ｍｇ／ｍｍ２よりも小さくすると、図４に示すように、ＳＨ波送信機４０と軌道面４２Ａの間に介在している第１粘性媒体の量が少なすぎて、例えば、ＳＨ波送信機４０が軌道面４２Ａに対して傾く等、ＳＨ波送信機４０を軌道面４２Ａに確実に固定できなくなる。このことから、ＳＨ波送信機４０から軌道面４２ＡにＳＨ波が伝達しにくくなるので、ＳＨ波送信機４０から送信されて軌道面４２Ａの表層部を伝播してＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形の波形くずれが非常に大きくなって、ＳＨ波の軌道面４２Ａにおける伝播速度をＳＨ波の波形から測定できなくなる。
【００３４】
また、ＳＨ波送信機５０と軌道面５２Ａの間に介在させる第１粘性媒体の量を０．３ｍｇ／ｍｍ２よりも大きくすると、図５に示すように、ＳＨ波送信機５０と軌道面５２Ａの間に、第１粘性媒体の大きなメニスカス５１が形成され、ＳＨ波送信機５０から発信されて接触線５３付近から軌道面５２Ａに伝わるＳＨ波ではなくて、ＳＨ波送信機５０から発信されて、メニスカス５１を軌道面５２Ａに沿ってを伝播した後、メニスカス５１の先端部分と軌道面５２Ａとの接点である接触線５４を通じて、軌道面５２Ａに伝わるＳＨ波をＳＨ波受信機で受信することになる（ＳＨ波受信機はＳＨ波送信機５０の紙面のおける右方にあるものとする）。このため、軌道面５２Ａの表層部のＳＨ波の伝播速度の測定を行うためのＳＨ波が伝播する軌道面５２Ａの表面距離が、ＳＨ波が伝播することが意図された所定の軌道面５２Ａの表面距離より短くなって、軌道面５２Ａの表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度が計算上速くなってしまう（ＳＨ波のメニスカスにおける伝播速度は、ＳＨ波の軌道面５２Ａにおける伝播速度よりも速い。）。
【００３５】
一方、この実施形態にように、上記ＳＨ波送信機１と軌道面１０Ａの間に介在させる上記第１粘性媒体の量を最適な量、すなわち、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の範囲（０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２の範囲であれば良い）に設定すると、図３に示すように、ＳＨ波送信機１と軌道面１０Ａの間に、適切な大きさの第１粘性媒体のメニスカス３１を形成できる。このことから、ＳＨ波送信機１を軌道面１０Ａに確実に取り付けることができると共に、ＳＨ波を、メニスカス３１を伝達させずに接触線３を介して、ＳＨ波送信機１から軌道面１０Ａに伝達させることができて、ＳＨ波の軌道面１０Ａにおける伝播速度を正確に測定できる。
【００３６】
尚、上記図３〜図５に示されたＳＨ波送信機１，４０，５０のＳＨ波送信面のＲａを、全て０．６μｍ〜０．８μｍにしたが、ＳＨ波送信機のＳＨ波送信面のＲａを０．６μｍより小さい値にすると、ＳＨ波送信面が滑らかになりすぎて、ＳＨ波送信面上に粘性媒体を塗布したとき、この粘性媒体に表面張力がはたらいて、ＳＨ波送信面に粘性媒体の大きなメニスカスが形成されて、軌道面の伝播時間が計算上速くなる。また、ＳＨ波送信機のＳＨ波送信面のＲａを０．８μｍより大きい値にすると、ＳＨ波送信面が粗くなりすぎて、ＳＨ波送信機を軌道面に密着させにくくなってＳＨ波送信機の接触位置が不安定になり、ＳＨ波送信機を軌道面に確実に取り付けできなくなる。
【００３７】
また、図３、図４および図５では、例として、ＳＨ波送信機と軌道面の間の第１粘性媒体のメニスカスを取り上げたが、ＳＨ波受信機と軌道面の間の第２粘性媒体のメニスカスを取り上げてもまったく同じことが成り立つのは勿論である。
【００３８】
図６は、上記実施形態の超音波伝播速度測定方法において、ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、軌道面との間の第１および第２粘性媒体の量を０．２ｍｇ／ｍｍ２にした場合と、０．３５ｍｇ／ｍｍ２にした場合の夫々について、センサ角度を変化させたときの、ＳＨ波送信機１からＳＨ波受信機２までのＳＨ波の到達時間を示す図である。尚、図６に示す測定を、素材がＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）で、外径が３８．５ｍｍの脱炭や研磨焼け等を生じていない正常な内輪の軌道面を用いて行った。また、第１および第２粘性媒体として、油性横波用で、粘度が３６Ｐａ・ｓ（２０℃）の粘性媒体を使用した。
【００３９】
図６において、黒丸は、ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、軌道面との間の第１および第２粘性媒体の量を０．２ｍｇ／ｍｍ２にした場合の測定点を示し、白丸は、ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、軌道面との間の第１および第２粘性媒体の量を０．３５ｍｇ／ｍｍ２にした場合の測定点を示している。また、図６において、直線Ａは、マルテンサイト鋼における超音波の伝播速度の理論値（３２４０ｍ／ｓｅｃ）を示す直線である。
【００４０】
図６に示すように、軌道面１０Ａとの間の第１および第２粘性媒体の量を０．３５ｍｇ／ｍｍ２にした場合の測定点である白丸は、直線Ａから大きくかい離する一方、軌道面１０Ａとの間の第１および第２粘性媒体の量を０．２ｍｇ／ｍｍ２にした場合の測定点である黒丸は、直線の値と近似している。このことから、軌道面１０ＡとＳＨ波送信機の間の第１粘性媒体の量と、軌道面１０ＡとＳＨ波受信機の間の第２粘性媒体の量を、ともに０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２にすると、軌道面１０Ａの表層部を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できる。尚、０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２の範囲を規定したのは、この範囲で測定される伝播速度であれば、前記固体部材の表層部状態の測定に有効と判明したからである（この用途での許容誤差範囲内）。
【００４１】
尚、本発明者は、油性横波用で、かつ、粘度が７Ｐａ・ｓ（２０℃）〜３６Ｐａ・ｓ（２０℃）の範囲内の粘性媒体と、水性横波用で、かつ、粘度が３６Ｐａ・ｓ（２０℃）〜１１５Ｐａ・ｓ（２０℃）の範囲内の粘性媒体について同様な測定を行い、図６と略同等な結果を得た。このことから、ＳＨ波の伝播速度の測定に、油性横波用で、かつ、粘度が７Ｐａ・ｓ（２０℃）〜３６Ｐａ・ｓ（２０℃）の範囲内の粘性媒体や、水性横波用で、かつ、粘度が３６Ｐａ・ｓ（２０℃）〜１１５Ｐａ・ｓ（２０℃）の範囲内の粘性媒体を用いても正確にＳＨ波の伝播速度を測定できることを見出した。
【００４２】
図７は、軌道面の径が３８．５ｍｍで素材がＳＵＪ２軸受鋼の内輪を用い、センサ角度を１７０°に設定し、水性横波用で粘度１１５Ｐａ・ｓ（２０℃）の粘性媒体を用い、かつ、ＳＨ波発信機と軌道面、および、ＳＨ波受信機と軌道面の間の上記粘性媒体の塗布量を共に０．２ｍｇ／ｍｍ２と０．３５ｍｇ／ｍｍ２にしたときに、ＳＨ波受信機で測定されるＳＨ波の波形を示す図である。図７において、波形Ｃは、塗布量を０．２ｍｇ／ｍｍ２としたときの波形であり、波形Ｄは、塗布量を０．３５ｍｇ／ｍｍ２としたときの波形である。また、図８は、センサ角度を１７０°に設定し、水性横波用で粘度１１５Ｐａ・ｓ（２０℃）の粘性媒体を用い、かつ、ＳＨ波発信機と軌道面、および、ＳＨ波受信機と軌道面の間の粘性媒体の塗布量を共に０．１ｍｇ／ｍｍ２以下としたときにＳＨ波受信機で測定される代表的なＳＨ波の波形を示す図である。
【００４３】
図８に示すように、ＳＨ波受信機と軌道面の間の粘性媒体の塗布量を共に０．１ｍｇ／ｍｍ２以下とした場合には、ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形に大きな波形くずれが生じており、波形から得た伝播速度の速度誤差が大きくなる。
【００４４】
一方、図７の波形Ｃに示すように、ＳＨ波発信機と軌道面、および、ＳＨ波受信機と軌道面の間の上記粘性媒体の塗布量を共に０．２ｍｇ／ｍｍ２にして、ＳＨ波発信機と軌道面、および、ＳＨ波受信機と軌道面の間に塗布される粘性媒体の量を０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２の範囲に収めた場合には、ＳＨ波受信機で受信されたＳＨ波の波形に波形くずれが生じておらず、波形から伝播時間を正確に読み取ることができる。
【００４５】
尚、図７に示すＳＨ波の波形に基づいて、軌道面を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定を行う際には、粘性媒体の量を０．３５ｍｇ／ｍｍ２にした場合には、図７に矢印Ｅに示す波形Ｄにおける最大ピークの二つ前のピークの立下りのゼロクロス点を計時基準にして、軌道面を伝播するＳＨ波の伝播速度を測定し、粘性媒体の量を０．２ｍｇ／ｍｍ２にした場合には、図７に矢印Ｆに示す波形Ｃにおける最大ピークの一つ前のピークの立下りのゼロクロス点を計時基準にして、軌道面を伝播するＳＨ波の伝播速度を測定を行った。
【００４６】
更に、本発明者は、上記図７の波形Ｃを用いて、この発明の一実施形態の固体表層部状態測定方法を以下のように行った。
【００４７】
先ず、図７に矢印Ｆに示す波形Ｃにおける最大ピークの二つ前のピークの立下りのゼロクロス点を計時基準にして、軌道面を伝播するＳＨ波の伝播速度を測定した。
【００４８】
次に、上記測定されたＳＨ波の軌道面の伝播速度を、ひずみが生じているか否かを識別するための軌道面の表層部におけるＳＨの伝播速度のひずみ基準値（素材がＳＵＪ２軸受鋼）、脱炭を生じているか否かを識別するための軌道面の表層部におけるＳＨの伝播速度の脱炭基準値（素材がＳＵＪ２軸受鋼）および研磨焼けを生じているか否かを識別するための軌道面の表層部におけるＳＨ波の伝播速度の研磨焼け基準値（素材がＳＵＪ２軸受鋼）の内の少なくとも１つと比較して、上記軌道面の表層部のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断した。
【００４９】
上記実施形態の超音波伝播速度測定方法によれば、ＳＨ波送信面７を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の第１粘性媒体を介して軌道面１０Ａの上記第１箇所に固定すると共に、ＳＨ波受信面８を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の第２粘性媒体を介して軌道面１０Ａの第２箇所に固定したので、軌道面１０Ａの表層部を伝播する超音波の伝播速度を精度良く測定できる。
【００５０】
また、上記実施形態の超音波伝播速度測定方法によれば、ＳＨ波送信機１のＳＨ波送信面７のＲａおよびＳＨ波受信機２のＳＨ波受信面８のＲａを、０．６μｍ〜０．８μｍの範囲内に収めた上で、軌道面１０Ａの表層部におけるＳＨ波の伝播速度の測定を行ったので、軌道面１０Ａの表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度を正確に測定できる。
【００５１】
また、上記実施形態の固体表層部状態測定方法によれば、上記実施形態の超音波伝播速度測定方法によって測定された軌道面の表層部におけるＳＨ波の伝播速度を、上記ひずみ基準値、上記脱炭基準値および上記研磨焼け基準値の内の少なくとも１つと比較して、軌道面の表層部のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断するので、安全で扱いやすいＳＨ波を用いて軌道面の表層部のひずみ、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軌道面を有する内輪の取り換え時期を安全簡単安価にかつ正確に知ることが可能になる。
【００５２】
尚、上記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、円筒ころ軸受の内輪１０を採用したが、固体部材として、円筒ころ軸受の外輪、円筒ころ軸受のころ、玉軸受の内輪、玉軸受の外輪、玉軸受の玉、一方向クラッチの部品類、歯車、レール、無段変速機の摺動部品等を採用しても良い。
【００５３】
また、上記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ＳＵＪ２軸受鋼製の内輪４０を用いたが、例えば、固体部材として浸炭焼入を行ったＳＡＥ５１２０鋼の内輪等のＳＵＪ２軸受鋼製以外から成る固体部材を用いてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態の超音波伝播速度測定方法では、ＳＨ波送信機１およびＳＨ波受信機２と、軌道面１０Ａとを線接触させたが、ＳＨ波送信機、ＳＨ波受信機および固体部材の形状によって、ＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機と、固体部材とを点接触させても良く、面接触させても良い。
【００５５】
また、上記実施形態の超音波伝播速度測定方法では、第１粘性媒体と第２粘性媒体を同一の粘性媒体にしたが、この発明の超音波伝播速度測定方法では、固体部材の形状または材質、および、超音波送信機や超音波受信機の形状または材質によって、第１粘性媒体と第２粘性媒体を自由に選択することができて、第１粘性媒体と第２粘性媒体を異なる粘性媒体で構成しても良い。
【００５６】
また、上記実施形態の超音波伝播速度測定方法では、第１粘性媒体と第２粘性媒体の粘度範囲を０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２にしたが、第１粘性媒体と第２粘性媒体の粘度範囲を、０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２にしても良く、この場合も、第１粘性媒体と第２粘性媒体の粘度範囲を０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２にした場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
また、上記実施形態の超音波伝播速度測定方法では、超音波としてＳＨ波を用いたが、この発明の超音波伝播速度測定方法では、超音波として表面波等のＳＨ波以外の超音波を用いて固体部材におけるその超音波の伝播速度を測定しても良く、例えば、ＳＨ波以外の超音波用の超音波送信機および超音波受信機と固体部材の間に塗布される粘性媒体の量を０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２にしたとき正確な速度測定ができる等、ＳＨ波以外の超音波用の超音波送信機および超音波受信機と、固体部材との間に塗布される粘性媒体の量や、ＳＨ波以外の超音波用の超音波送信機および超音波受信機の送信面および受信面のＲａについて、超音波としてＳＨ波を用いた場合とまったく同等なことが成立する。
【００５８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の超音波伝播速度測定方法によれば、被伝播速度測定物である固体表面と超音波送信機の超音波送信面の間に塗布される第１粘性媒体の量と、上記固体表面と超音波受信機の超音波受信面の間に塗布される第２粘性媒体の量を、ともに０．１ｍｇ／ｍｍ２〜０．３ｍｇ／ｍｍ２にした上で、固体部材の表層部における超音波の伝播速度の測定を行ったので、超音波送信機および超音波受信機と、固体部材の間に粘性媒体の大きなメニスカスが形成されることがなく、また、超音波送信機および超音波受信機を、固体部材に確実に取り付けできる。したがって、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００５９】
また、請求項２の発明の超音波伝播速度測定方法によれば、上記超音波送信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第１粘性媒体を介して上記固体部材の上記第１箇所に固定すると共に、上記超音波受信面を、０．１５ｍｇ／ｍｍ２〜０．２５ｍｇ／ｍｍ２の上記第２粘性媒体を介して上記固体部材の上記第２箇所に固定したので、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を更に正確に測定できる。
【００６０】
また、請求項３の発明の超音波伝播速度測定方法によれば、超音波送信機の超音波送信面のＲａおよび超音波受信機の超音波受信面のＲａを、０．６μｍ〜０．８μｍの範囲内に収めた上で、固体部材の表層部における超音波の伝播速度の測定を行ったので、超音波送信機および超音波受信機と、固体部材の間に粘性媒体の大きなメニスカスが形成されることがなく、また、超音波送信機および超音波受信機を、固体部材に確実に取り付けできる。したがって、固体部材の表層部を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００６１】
また、請求項４の発明の固体表層部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された固体部材の表層部における超音波の伝播速度を、ひずみ基準値、脱炭基準値および研磨焼け基準値の内の少なくとも１つと比較して、上記固体部材の表層部のひずみ、脱炭、研磨焼けの内の少なくとも１つを判断するので、安全で扱いやすい超音波を用いて上記固体部材の表層部のひずみ、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安全簡単安価にかつ正確に知ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の超音波伝播速度測定方法である円筒ころの内輪の表層部を伝播するＳＨ波の伝播速度の測定方法を行うときの内輪の軌道面上のＳＨ波送信機およびＳＨ波受信機の配置を示す図である。
【図２】上記内輪の軸方向の正面図である。
【図３】上記実施形態において、ＳＨ波送信機と軌道面との間に形成された第１粘性媒体のメニスカスを誇張して示した図である。
【図４】ＳＨ波送信機と軌道面との間に塗布された第１粘性媒体の量が少ない場合に、ＳＨ波送信機と軌道面との間に形成される第１粘性媒体のメニスカスを誇張して示した図である。
【図５】ＳＨ波送信機と軌道面との間に塗布された第１粘性媒体の量が多い場合に、ＳＨ波送信機と軌道面との間に形成される第１粘性媒体のメニスカスを誇張して示した図である。
【図６】媒体塗布量とＳＨ波の到達時間の関係を示す図である。
【図７】適切な量の媒体を塗布した場合に、ＳＨ波受信機で測定されるＳＨ波の波形を示す図である。
【図８】塗布される媒体の量が少ない場合に、ＳＨ波受信機で測定される代表的なＳＨ波の波形を示す図である。
【符号の説明】
１，４０，５０  ＳＨ波送信機
２  ＳＨ波受信機
３，５，５３  接触線
７  ＳＨ波送信面
８  ＳＨ波受信面
１０  内輪
１０Ａ，４２Ａ，５２Ａ  軌道面
３１，４１，５１  メニスカス
θ  センサ角度
【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】
2004333388.tif 000007
【図６】
2004333388.tif 000008
【図７】
2004333388.tif 000009
【図８】
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