(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術において、ワークに適した処理方法が選択できて、ワークに応じた精度の良い焼入れ深さの測定が可能で、かつ測定者の個人差の影響を排除でき、また測定時間を短縮できるものとする。【解決手段】軸回転するワーク２の転走面２ｃに垂直に対向させた超音波プローブ１１により超音波を発信させ、その反射波を超音波プローブ１１で受信する。受信された反射波における所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波測定手段１２により検出する。このピーク信号が現れるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝搬時間より算出することで測定する。超音波の散乱確率分布のヒストグラムを求め、所定の基準で超音波深さ位置を定める。定められた超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層の硬度により定められるワーク表面からの焼入れ深さである有効硬化層深さを求める。【選択図】図１
2007225548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪用軸受における軌道輪となるワークの断面円弧状の転走面に設けられた焼入れ硬化層のワーク表面からの深さを測定する方法であって、
ワークを上記転走面の中心回りに回転させながら、上記転走面であるワーク表面における軸方向の所定測定箇所に対向させた超音波プローブにより所定サンプリング回転角度毎に超音波を発信させ、この超音波の反射波を受信する過程と、
受信された反射波における上記所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波検出手段により検出し、このピーク信号が現れるワーク表面からの深さ位置であるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝播時間により測定する過程と、  測定された上記各サンプリング回転角度のピーク位置のワーク１回転分の分布である超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める過程と、
この超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層の硬度により定められるワーク表面からの焼入れ深さである有効硬化層深さを求める過程とを含む、
超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法。
【請求項２】
請求項１において、上記散乱確率分布から超音波深さを求める所定の基準を複数準備し、これらの準備された複数の基準のうちの一つを選択して上記超音波深さ位置を定めるものとし、上記所定の基準として、散乱確率が設定レベルを超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが設定傾き角度を超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが最大の位置を超音波深さとする算出基準、および散乱確率分布の累積度数が設定値を超える位置を超音波深さとする算出基準のうちのいずれか２つ以上の算出基準を含む超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記車輪用軸受は、複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受であり、上記軌道輪は外輪である超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、上記車輪用軸受は、複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受であり、複列の転走面を有する外輪と、これら転走面に対向する複列の転走面を有する内方部材とを備え、上記内方部材が、ハブ輪とこのハブ輪の一端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に各列の転走面が形成されたものであって、測定対象となる上記軌道輪が、上記ハブ輪である超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、上記ワークは回転台に載せて回転させ、上記超音波プローブは、上記回転台に対して移動可能な移動台にプローブ取付ブロックを介して取付けるものとし、上記回転台に上記ワークの代わりにプローブ位置調整用治具を設置し、このプローブ位置調整用治具に対してプローブ取付ブロックの各軸方向の位置を合わせることで、超音波プローブの位置決めを行う超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法。
【請求項６】
車輪用軸受における軌道輪となるワークの断面円弧状の転走面に設けられた焼入れ硬化層のワーク表面からの深さを測定する焼入深さ測定装置であって、
入力データとして、上記転走面となるワーク表面の測定箇所全周の所定サンプリング回転角度毎における、超音波を対向発信させて受信された散乱波のピーク信号が現れるワーク表面からの深さ位置であるピーク位置のデータを読み込む測定データ読込手段と、
この読み込まれた測定データから、ワーク１回転における各回転角度のピーク位置の分布である超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める超音波深さ一連算出手段と、  この算出された超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層の硬度により定められるワーク表面からの深さである有効硬化層深さを求める有効硬化層深さ推定手段とを含み、
上記超音波深さ一連算出手段は、散乱確率分布から超音波深さを求める所定の基準として、散乱確率が設定レベルを超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが設定傾き角度を超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが最大の位置を超音波深さとする算出基準、および散乱確率分布の累積度数が設定値を超える位置を超音波深さとする算出基準のうちの少なくとも２つ以上の算出基準と、これらの算出基準を選択する手段を有する、
超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定装置。
【請求項７】
コンピュータにより実行可能なプログラムであって、車輪用軸受における軌道輪となるワークの断面円弧状の転走面に設けられた焼入れ硬化層のワーク表面からの深さを測定するプログラムであり、
入力データとして、上記転走面となるワーク表面の測定箇所全周の所定サンプリング回転角度毎における、超音波を対向発信させて受信された散乱波のピーク信号が現れるワーク表面からの深さ位置であるピーク位置のデータを読み込む手順と、
この読み込まれた測定データから、ワーク１回転における各回転角度のピーク位置の分布である超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める手順と、
この超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層のワーク表面からの深さである有効硬化層深さを求める手順とを含み、
上記超音波深さ位置を定める手順は、散乱確率分布から超音波深さを求める所定の基準として、散乱確率が設定レベルを超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが設定傾き角度を超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが最大の位置を超音波深さとする算出基準、および散乱確率分布の累積度数が設定値を超える位置を超音波深さとする算出基準のうちの少なくとも２つ以上の算出基準と、これらの算出基準を選択する手順とを含む、
超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受における外輪またはハブ輪の転走面の焼入れ深さ、特に高周波焼入れされた転走面の焼入れ深さを、超音波を用いて非破壊で測定する方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪用軸受等の焼入れ部分の深さの検査は、ワークを切断後、硬度計で測定することによって行っていた。このような焼入れ深さの測定方法の場合、切断および硬度測定に時間がかかる、測定後のワークは廃却されるから無駄になる、などの問題点があった。一方、焼入れ深さを非破壊で計測する方法も開発され、特許文献１〜３および非特許文献１，２には非破壊の計測方法として以下のような技術的事項が開示されている。
【０００３】
（ａ）焼入れ深さの測定に超音波を用いている点。
（ｂ）焼入れ層と母材層の超音波散乱確率の差を元に焼入れ深さの測定を行っている点。（ｃ）超音波散乱確率の差を可視化し、焼入れ深さのパターンを描いている点。
（ｄ）焼入れ深さの測定システムとして、超音波探傷機の信号をパソコンで処理し、計算で深さを求めている点。
（ｅ）超音波で求めた焼入れ深さのデータと硬度による焼入れ深さのデータとの相関を評価している点。
（ｆ）超音波の周波数として５０ＭＨｚ以上の高周波を利用している点。
【特許文献１】特開平７−２２９７０５号公報
【特許文献２】特開平９−２５７７６８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７７１５９号公報
【非特許文献１】田中、阪野、森永共著、「超音波による焼入れ深さ可視化技術の開発」、平成９年春季大会講演概要集、超音波計測５、平成９年５月発行、ｐ．９３−９６
【非特許文献２】三原、鈴木、伊達、坂野、田中共著、「組織散乱エコーによる硬化深さの評価」、１９９４年秋季大会資料、ｐ．３１５−３２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受における外輪の転走面やハブ輪の転走面などのように、曲率半径が小さくて超音波の反射や屈折が複雑になるような箇所における焼入れ深さの測定を行う例は示されていない。したがって、アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受における外輪やハブ輪の転走面への適用はなされていない。
また、超音波プローブの位置決めは測定精度に影響するが、位置決めの方法について具体的に述べられていない。
【０００５】
また、上記従来の技術では、超音波の散乱波の分布から焼入れ深さを求める際に、超音波の可視化パターンの境界線を目視によって読み取り、表面からの深さを焼入れ深さと判断している。しかし、目視により判断する方法では、読み取りに時間がかかる他、個人差で測定値が変わるという問題点がある。
上記非特許文献１では、超音波の確率分布のピーク位置を焼入れ深さとしているが、必ずしも最適な方法とは言えない。
【０００６】
この発明の目的は、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受における転走面の焼入れ深さを測定することができる焼入れ深さ測定方法を提供することである。
この発明の他の目的は、上記転走面の焼入れ深さを測定する際に、ワークに適した処理方法が選択できて、ワークに応じた精度の良い焼入れ深さの測定が可能であり、かつ測定者の個人差の影響を排除でき、また測定時間を短縮できる超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法、測定装置、および測定プログラムを提供することである。
この発明のさらに他の目的は、超音波プローブの位置決めが精度良く行えて、焼入れ深さの測定精度の向上が図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明における超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法は、車輪用軸受における軌道輪となるワークの断面円弧状の転走面に設けられた焼入れ硬化層のワーク表面からの深さを測定する方法であって、
ワークを上記転走面の中心回りに回転させながら、上記転走面であるワーク表面における軸方向の所定測定箇所に対向させた超音波プローブにより所定サンプリング回転角度毎に超音波を発信させ、この超音波の反射波を受信する過程と、
受信された反射波における上記所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波検出手段により検出し、このピーク信号が現れるワーク表面からの深さ位置であるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝播時間により測定する過程と、  測定された上記各サンプリング回転角度のピーク位置のワーク１回転分の分布である超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める過程と、
この超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層の硬度により定められるワーク表面からの焼入れ深さである有効硬化層深さを求める過程とを含む方法である。
ワークは、例えば炭素鋼製のものであり、またその測定する転走面は、高周波焼入れ等の処理がなされたものである。
【０００８】
炭素鋼を高周波焼入れすることによって形成される焼入れ層は、マルテンサイトと呼ばれる微細で均質な組織である。一方、母材は、フェライトとパーライトが層状に重なりあった不均質な粗い組織である。上記焼入れ層を有するワークの周面に、例えば５０ＭＨｚ程度の超音波を入射させると、焼入れ層では超音波がほとんど散乱せず、母材層で散乱される。
この発明方法は、この散乱波の散乱確率の差から、焼入れ深さの推定を行う。このための処理として、上記のように、受信された散乱波のピーク信号を検出し、このピーク信号が現れる転走面表面からの深さ位置であるピーク位置を、伝搬時間より算出する。
このようにして得られたピーク位置のデータから、超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める。このように所定の基準を定めておいて、超音波深さ位置を定めるため、測定者の個人差の影響を排除でき、また測定時間が短縮できる。
【０００９】
この場合に、前記基準として、測定対象となるワークの種類や、測定箇所、焼入れ条件等によって、どのような基準で超音波深さを定めると、硬度による焼入れ深さとの相関が高いかが異なる。したがって、これらの算出基準を２つ以上準備しておいて、予備テスト等を行い、最も硬度による測定と相関が高く、かつ安定している算出基準を選択することで、焼入れ深さを精度良く求めることができる。
なお、散乱確率分布から所定の基準で超音波深さ位置を定める過程では、散乱確率分布のヒストグラムを作成すると、処理が容易である。
超音波深さは、硬度測定によって得られる焼入れ深さである有効硬化層深さとは一致しないが、予め両者の相関を調べて変換式を作成しておくことで、超音波深さから、硬度による焼入れ深さである有効硬化層深さの推定を行うことができる。
【００１０】
この発明において、散乱確率分布から超音波深さを求める複数の所定の基準として、散乱確率が設定レベルを超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが設定傾き角度を超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが最大の位置を超音波深さとする算出基準、および散乱確率分布の累積度数が設定値を超える位置を超音波深さとする算出基準うちのいずれか２つ以上の算出基準を含むものとしても良い。また、これらの４つの算出基準を含むものであっても良い。
これらの算出基準を準備して選択的に用いれば、種々のワーク種類、その測定箇所、焼入れ硬化層深さ等に応じて、焼入れ深さを精度良く求めることができる。
【００１１】
この発明方法において、上記車輪用軸受が、複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受であり、上記軌道輪が外輪であっても良い。
また、上記車輪用軸受が、複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受であって、複列の転走面を有する外輪と、これら転走面に対向する複列の転走面を有する内方部材とを備え、上記内方部材が、ハブ輪とこのハブ輪の一端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に各列の転走面が形成されたものであって、測定対象となる上記軌道輪が、上記ハブ輪であって良い。
このような複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受における外輪やハブ輪の転走面の場合にも、この発明方法によると、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、焼入れ深さを精度良く測定することができる。
【００１２】
この発明方法において、超音波プローブの位置決めは、次のように治具を用いて行うことで、位置決め精度を高めることができ、測定精度を向上させることができる。ワークは回転台に載せて回転させる。超音波プローブは、前記回転台に対して移動可能な移動台にプローブ取付ブロックを介して取付けるものとする。
この治具を用いた位置決めは、例えば次のように行う。上記回転台に上記ワークの代わりにプローブ位置調整用治具を設置し、このプローブ位置調整用治具に対して、プローブ取付ブロックの各軸方向の位置を合わせる。これにより、超音波プローブの位置決めを行う。
この方法によれば、測定対象となるワークを回転させる回転台に対してプローブ位置調整用治具を配置し、この治具に合わせて超音波プローブの位置を調整するため、超音波プローブをワークに対して精度良く位置決めされた状態として移動台に設置することができる。そのため測定精度の向上が図られる。
【００１３】
この発明の超音波による焼入深さ測定装置は、車輪用軸受における軌道輪となるワークの断面円弧状の転走面に設けられた焼入れ硬化層のワーク表面からの深さを測定する焼入深さ測定装置であって、
入力データとして、上記転走面となるワーク表面の測定箇所全周の所定サンプリング回転角度毎における、超音波を対向発信させて受信された散乱波のピーク信号が現れるワーク表面からの深さ位置であるピーク位置のデータを読み込む測定データ読込手段（４６）と、
この読み込まれた測定データから、ワーク１回転における各回転角度のピーク位置の分布である超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める超音波深さ一連算出手段（４７）と、
この算出された超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層の硬度により定められるワーク表面からの深さである有効硬化層深さを求める有効硬化層深さ推定手段（４８）とを含む。
上記超音波深さ一連算出手段（４７）は、散乱確率分布から超音波深さを求める所定の基準として、散乱確率が設定レベルを超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが設定傾き角度を超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが最大の位置を超音波深さとする算出基準、および散乱確率分布の累積度数が設定値を超える位置を超音波深さとする算出基準のうちの少なくとも２つ以上の算出基準と、これらの算出基準を選択する手段を有する。
【００１４】
この構成の測定装置によると、この発明の超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法を実施して、軌道輪の転走面の焼入れ深さを測定することができる。その際に、ワークに適した処理方法が選択できて、ワークに応じた精度の良い焼入れ深さの測定が行え、かつ測定者の個人差の影響を排除でき、また測定時間を短縮することができる。
【００１５】
この発明の超音波による焼入深さ測定プログラム（４３）は、コンピュータにより実行可能なプログラムであって、車輪用軸受における軌道輪となるワークの断面円弧状の転走面に設けられた焼入れ硬化層のワーク表面からの深さを測定するプログラムであり、
入力データとして、上記転走面となるワーク表面の測定箇所全周の所定サンプリング回転角度毎における、超音波を対向発信させて受信された散乱波のピーク信号が現れるワーク表面からの深さ位置であるピーク位置のデータを読み込む手順（Ｓ１）と、
この読み込まれた測定データから、ワーク１回転における各回転角度のピーク位置の分布である超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める手順（Ｓ２）と、
この超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層のワーク表面からの深さである有効硬化層深さを求める手順（Ｓ３）とを含む。
上記超音波深さ位置を定める手順（Ｓ２）は、散乱確率分布から超音波深さを求める所定の基準として、散乱確率が設定レベルを超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが設定傾き角度を超える位置を超音波深さとする算出基準、散乱確率分布の傾きが最大の位置を超音波深さとする算出基準、および散乱確率分布の累積度数が設定値を超える位置を超音波深さとする算出基準のうちの少なくとも２つ以上の算出基準と、これらの算出基準を選択する手順（Ｓ２２）とを含む。
【００１６】
この構成の測定プログラム（４３）によると、この発明の超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法を実施できて、転走面の焼入れ深さを測定することができ、その際に、ワークに適した処理方法が選択できて、ワークに応じた精度の良い焼入れ深さの測定が行え、かつ測定者の個人差の影響を排除でき、また測定時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法は、車輪用軸受における軌道輪となるワークの断面円弧状の転走面に設けられた焼入れ硬化層のワーク表面からの深さを測定する方法であって、ワークを上記転走面の中心回りに回転させながら、上記転走面であるワーク表面における軸方向の所定測定箇所に対向させた超音波プローブにより所定サンプリング回転角度毎に超音波を発信させ、この超音波の反射波を受信する過程と、受信された反射波における上記所定サンプリング回転角度毎の散乱波のピーク信号を超音波検出手段により検出し、このピーク信号が現れるワーク表面からの深さ位置であるピーク位置を、検出したピーク信号の発信から受信までの伝播時間により測定する過程と、測定された上記各サンプリング回転角度のピーク位置のワーク１回転分の分布である超音波の散乱確率分布を求め、この散乱確率分布から所定の基準でその測定箇所の超音波測定による深さ位置である超音波深さ位置を定める過程と、この超音波深さ位置から所定の推定処理により、焼入れ硬化層の硬度により定められるワーク表面からの焼入れ深さである有効硬化層深さを求める過程とを含む方法であるため、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受における転走面の焼入れ深さを測定することができ、その際に、測定者の個人差の影響を排除でき、また測定時間を短縮することができる。
上記散乱確率分布から超音波深さを求める所定の基準を複数準備し、これらの準備された複数の基準のうちの一つを選択して上記超音波深さ位置を定めるものとした場合は、ワークに適した処理方法が選択できて、ワークに応じた精度の良い焼入れ深さの測定が行える。
【００１８】
この発明の超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定装置および測定プログラムによると、この発明の超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法を実施できて、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受における転走面の焼入れ深さを測定することができ、その際に、ワークに適した処理方法が選択できて、ワークに応じた精度の良い焼入れ深さの測定が行え、かつ測定者の個人差の影響を排除でき、また測定時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この実施形態の超音波による車輪用軸受転走面の焼入深さ測定方法を、図１ないし図７共に説明する。測定対象となるワーク２を図２に拡大して示す。このワーク２は、車輪用軸受の外輪であり、その測定対象面は、ワーク２の内周の各転走面２ｃである。両転走面２ｃは、それぞれ円弧状断面形状とされ、転動体に対する接触角が背面合わせとなるように、互いの隣接側の部分が内径側へ延びて設けられている。ワーク２は炭素鋼製とされ、転走面２ｃに高周波焼入れが施されている。ワーク２の外周には、車体の懸架装置のナックルへの取付用のフランジ２ａが設けられている。
【００２０】
このワーク２は、図３に示す複列アンギュラ玉軸受形の車輪用軸受１における外輪を構成するものである。この車輪用軸受１は、上記外輪であるワーク２と、内方部材３とを備える。内方部材３は、ハブ輪４とこのハブ輪４の一端の外周に嵌合した内輪５とでなり、これらハブ輪４および内輪５に、各列の転走面３ｃ，３ｄが形成されている。ハブ輪４は、他端に車輪取付用のフランジ４ａを有し、このフランジ４ａにボルト９によって車輪（図示せず）が取付けられる。各列の転動体６はボールからなり、各列毎に保持器７により保持されている。ワーク２である外輪と内方部材３間の軸受空間の両端は、シール８により密封されている。
【００２１】
図２において、ワーク２の転走面２ｃの測定箇所は、イ，ロ，ハ，ニの４点である。この内、ハ，ニ部は、転走面２ｃの溝底位置であり、イ，ロ部は、転走面２ｃの溝底位置から、例えば接触角となる所定角度（図の例では４０°）の位置である。
【００２２】
測定系を図１に示す原理図と共に説明する。測定対象となるワーク２は、水を入れた測定槽１０内の回転台１０ａ上に、固定する。回転台１０ａは、サーボモータからなる回転駆動源１０ｃにより回転させられる。
超音波プローブ１１は、プローブ取付ブロック１６に取付けられ、このプローブ取付ブロック１６は、移動機構（図１には図示せず）に設置される。プローブ取付ブロック１６は、超音波プローブ１１を、ワーク２の上側に位置する転走面２ｃにおける溝底の測定箇所ハに対して垂直となる姿勢に取付け可能な第１の取付部１６ａと、傾斜位置の測定箇所イに対して垂直となる姿勢に取付可能な第２の取付部１６ｂとを有している。図では超音波プローブ１１を２個取付けた状態で示してあるが、第１，第２の取付部１６ａ，１６ｂに対して、超音波プローブ１１は交換して選択的に取付けられる。
【００２３】
なお、ワーク２のもう片方（図の下側）の転走面２ｃの測定箇所ロ，ニを測定するときは、ワーク２を上下反転させて回転台１０ａ上に固定する。
【００２４】
超音波プローブ１１は、超音波深傷機１２に接続されている。超音波深傷機１２は、超音波検出手段であって、超音波プローブ１１に超音波の発信および受信を行わせ、散乱波のピーク信号の検出、およびそのピーク信号の超音波発信からの伝搬時間の測定機能を有するものである。
また、前記回転台１０は、回転角度を検出する位置検出器が設けられており、その検出データは、超音波深傷機１２に接続されたパーソナルコンピュータ等のコンピュータ１３に入力され、超音波深傷機１２の検出データと関連付けて保存可能とされる。
【００２５】
上記のような測定系を用い、図１のように、ワーク２を回転台１０ａに固定し、超音波プローブ１１を、ワーク２の転走面２ｃの測定箇所イまたはハに対して垂直となるようにセットする。この場合に、測定面２ｃにおける溝底の測定箇所イを測定する場合は、プローブ取付ブロック１６における第１の取付部１６ａに超音波プローブ１１を取付け、傾斜位置の測定箇所ハを測定する場合は、第２の取付部１６ｂに超音波プローブ１１を取付ける。プローブ取付ブロック１６の位置決めは、後に示すように治具を用いて行う。
【００２６】
このように準備した後、ワーク２を回転台１０ａにより所定の回転速度で回転させ、所定サンプリング回転角度毎の超音波プローブ１１による超音波の散乱波のピーク信号を、超音波探傷機１２で検出し、その伝搬時間情報をパーソナルコンピュータ１３へ送る。
【００２７】
パーソナルコンピュータ１３では、超音波探傷機１２の伝搬時間情報から散乱波が最大となる位置（表面からの深さ）を算出する。ワーク２を１回転させることで、１周分のデータ（例えば数百〜数千個）を得ることができる。
パーソナルコンピュータ１３は、このようにした得た散乱波が最大となる表面からの深さ位置のデータを、前記位置検出器により得られる回転方向位置と関連続けてデータファイルとして保存する。この保存したデータを解析することで、超音波深さを求め、有効硬化層深さを推定する。
【００２８】
このデータの解析方法を説明する。まず、散乱波のピーク信号が現れる表面からの深さ位置について、ワーク円周方向１周分のヒストグラム（図４参照）を計算する。
つぎに、このヒストグラムを元に、超音波による焼入れ深さ（以下、「超音波深さ」と記す）を算出する。
【００２９】
この場合に、上記ヒストグラムによる散乱確率分布から超音波深さを求める所定の基準を複数準備し、これらの準備された複数の基準のうちの一つを選択して上記超音波深さ位置を算出する。上記所定の基準は、例えば、図  （ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す算出基準を用いる。
（ａ）ヒストグラムが、決められたしいき値を超えた位置を超音波深さとする算出基準。すなわち、散乱確率が設定レベルを超える位置を超音波深さとする算出基準。
（ｂ）ヒストグラムの傾きがある値を超えた位置を超音波深さとする算出基準。すなわち、散乱確率分布の傾きが設定傾き角度を超える位置を超音波深さとする算出基準。
（ｃ）ヒストグラムの累積度数がある値を超えた位置を超音波深さとする算出基準。すなわち、散乱確率分布の累積度数が設定値を超える位置を超音波深さとする算出基準。
なお、上記（ａ）〜（ｃ）基準の他に、例えば、散乱確率分布の傾きが最大の位置を超音波深さとする算出基準を用いても良い。
【００３０】
なお、テーパコロ軸受形の車輪用軸受でのテスト結果では、測定箇所や熱処理条件によって上記いずれの算出基準を用いるべきであるかが変わった。したがって、玉軸受形の車輪用軸受の測定においても、対象型番や熱処理条件によって算出基準を使い分けることが好ましい。
【００３１】
超音波深さは、硬度計によって測定される焼入れ深さ（以下、有効硬化層深さと記す）とは一致しない。これは、超音波深さは組織の大きさが変化する境界とほぼ一致するのに対し、必要な硬度で定義される有効硬化層深さ位置は、組織の境界よりも浅い位置にあるためである。さらに、必要な硬度自体、製品によって異なるため、それによって有効硬化層深さも変わることとなる。
【００３２】
図６は、焼入れ層、超音波深さ、有効硬化層深さの関係を示す。通常、焼入れ深さと言えば、有効硬化層深さを表す。そのため、超音波深さを有効硬化層深さに変換する必要がある。そこで熱処理条件を変え焼入れ深さを変えて製作した各種の水準サンプルとなる複数のワーク２の超音波深さと有効硬化層深さをそれぞれ測定し、最小二乗法によって得られた一次近似式を超音波深さから有効硬化層深さを求める際の変換式とした。
【００３３】
水準サンプルの測定結果を示す。超音波深さの算出方法については、今回測定のワーク２では累積度数を用い、しきい値を５０％とした時のデータが良好であった。
図７に、５水準サンプルのイ部（溝底位置）とハ部（４０°の傾斜位置）における超音波深さと有効硬化層深さの関係を示す。
【００３４】
同図によると、イ部（４０°位置）とハ部（溝底）位置の両者とも、相関係数Ｒ2 の値が０．９以上と高く、高い精度で超音波深さから有効硬化層深さを推定できることが確認できた。
【００３５】
この測定方法によると、このように、超音波による焼き入れ深さ非破壊測定技術によって、有効硬化層深さを測定することができる。
【００３６】
次に、この超音波による焼入深さ測定方法を実施する測定装置および測定プログラムを図８〜図１０と共に説明する。
図８において、超音波プローブ１１を取付けたプローブ取付ブロック１６は、移動機構２１の移動台２２に設置されており、移動台２２と共に移動させられる。移動台２２は、それぞれサーボモータからなる径方向駆動源２７および軸方向駆動源２８により、径方向Ｘおよび軸方向Ｙに移動させられる。この軸方向Ｙの移動により、ワーク２に対するプローブ取付ブロック１６の挿脱が行われ、また径方向Ｘの移動により、超音波プローブ１１とワークＷの転走面２ｃの測定箇所に対する距離の調整が行われる。各方向の駆動源２７，２８の駆動による移動台２２の移動は、制御手段（図示せず）による制御によって、また手動操作によって可能とされている。
【００３７】
超音波深傷機１２に接続されたパーソナルコンピュータ１３には、一次データ測定装置４０、および焼入深さ測定値処理装置４１が構成されている。
一次データ測定装置４０は、超音波探傷機１２で得た測定データに所定の処理を施し、その処理後の測定データをデータファイルとして保存する手段である。
焼入深さ測定値処理装置４１は、一次データ測定装置４０で作成した測定データのファイルから、有効硬化層深さを自動計算する装置である。焼入れ深さ測定値処理装置４１は、パーソナルコンピュータ１３のハードウェアおよびオペレーションシステムと、このパーソナルコンピュータ１３により実行する焼入れ深さ測定プログラム４３とで構成される。
【００３８】
焼入れ深さ測定プログラム４３は、コンピュータで実行可能なプログラムであって、図１０に流れ図で示す各手順Ｓ１〜Ｓ３を含むものである。この焼入れ深さ測定プログラム４３をパーソナルコンピュータ１３にインストールすることで、図９に概念構成をブロック図で示すように、焼入れ深さ測定値処理装置４１が構成される。
【００３９】
この焼入れ深さ測定値処理装置４１および焼入れ深さ測定プログラム４３は、一次データ測定装置４０で作成された上記測定データのファイルを読み込んだ後、所定のデータ解析を行い、焼入れ深さとして有効硬化層深さを計算するものである。
【００４０】
図１０において、焼入れ深さ測定プログラム４３は、測定データ読み込み手順Ｓ１、超音波深さ一連算出手順Ｓ２、および有効硬化層深さ推定手順Ｓ３を含む。
超音波深さ一連算出手順Ｓ２には、散乱確率分布の計算手順Ｓ２１、算出基準の選択手順Ｓ２２、および超音波深さ算出手順Ｓ２３を含む。
【００４１】
図９において、焼入深さ測定値処理装置４１は、測定データ記憶手段４５、測定データ読込手段４６、超音波深さ一連算出手段４７、有効硬化層深さ推定手段４８、ワーク設定手段４９、および画面表示装置４４を備える。画面表示装置４４は、液晶表示装置やブラウン管等からなる。
超音波深さ一連算出手段４７は、散乱確率分布計算手段５０、算出基準選択手段５５、算出基準設定手段５６、および超音波深さ算出手段５７を有する。
【００４２】
ワーク設定手段４９は、焼入れ深さの自動計算の前に、ワーク２に応じた種々の事項を設定する手段である。新規型番や焼入れ条件の変更時には、焼入深さ測定装置４１による計算を行わせるよりも前に、有効硬化層深さの測定と超音波による焼入れ深さの測定を行い、両者の相関が最も良くなるように、超音波深さの算出にどの算出基準を用いるかの情報、および有効硬化層深さの推定に用いる推定式等を、ワーク設定手段４９に設定しておく。
【００４３】
測定データ記憶手段４５は、一次データ測定装置４０で作成された上記測定データのファイルを保存する手段であり、測定した複数のワーク２の各転走面２ｃにおける測定箇所毎の測定データファイルが保存される。測定データファイルは、そのファイル名が画面表示装置４４に表示される。
【００４４】
測定データ読込手段４６は、図１０の測定データ読み込み手順Ｓ１を実行する手段である。この手順Ｓ１では、画面表示装置４４に表示された測定データファイルのファイル名が、オペレータによる入力手段（図示せず）からの入力により指定されると、計算対象となる測定データファイルを読み込む処理を行う。
【００４５】
測定データファイルを読み込むと、超音波深さ一連算出手段４７および有効硬化層深さ推定手段４８により、図１０の超音波深さ位置定め手順Ｓ２、および有効硬化層深さの推定手順Ｓ３が実行される。
【００４６】
超音波深さ一連算出手順Ｓ２では、まず、上記の読み込んだ測定データファイルから、超音波のワーク表面からの深さに対する前述の散乱確率分布のヒストグラム（図４）を計算する（手順Ｓ２１）。この手順Ｓ２１の処理における散乱確率分布の計算を、図９の散乱確率分布計算手段５０が行う。図４のヒストグラムは、画面表示装置４４に表示するようにしても良く、また散乱確率分布計算手段５０による内部計算だけとして画面表示を行わないようにしても良い。
【００４７】
算出基準選択手段５５は、図１０の算出基準の選択手順Ｓ２２を実行する手段であり、この選択手順Ｓ２２では、図５と共に前述した各算出基準（レベルによる算出基準、傾きによる算出基準、累積度数による算出基準等）のうちのいずれの算出基準を採用するかを選択する。各算出基準は、算出基準設定手段５６に選択可能に設定しておく。算出基準選択手段５５において、いずれの算出基準を選択するかは、ワーク設定手段４９にワーク型番毎に設定された情報に基づき行う。例えば、ワーク設定手段４９に、算出基準設定手段５６に設定された各算出基準の中からどの算出基準を選択するかの情報をワーク型番毎に設定しておき、算出基準選択手段５５は、そのワーク設定手段４９に設定された算出基準を自動選択する。
【００４８】
超音波深さ算出手段５７は、図１０の超音波深さの算出手順Ｓ２３を実行する手段であり、この算出手順Ｓ２３では、上記の手順Ｓ２２で選択された算出基準、例えば、レベルによる算出基準を用い、前述した超音波深さを計算する。
【００４９】
有効硬化層深さ推定４８は、図１０の有効硬化層深さ推定手順Ｓ３を実行する手段であり、この推定手順Ｓ３では、設定された推定式を用いて有効硬化層深さを計算する処理を行う。推定式は、上記実施形態の測定方法で用いた式を用いる。推定結果は、画面表示手段４４に表示させる。
【００５０】
この測定装置および測定プログラムによると、このようにして、図１ないし図７と共に前述した超音波による焼入深さ測定方法を実施し、測定データから有効硬化層深さを自動計算することができる。
【００５１】
図１１，図１２は、超音波プローブ１１を、治具を用いて位置決めする方法を示す。上記回転台１０ａは、ワーク２を固定する手段として、三爪チャック等のチャック１０ｂを有している。先ず、図１１に示すように、回転台１０ａに対して、ワーク２の代わりに、プローブ位置調整用治具２０を、回転台１０ａの三爪チャック１０ｂにセットし、高さ基準面Ｌに水準器（図示せず）を置いてレベリングを行う。次に、プローブ取付ブロック１６に取付けられた水準器１６ｃによって、超音波プローブ取付ブロック１６のレベリングを行う。このレベリング作業によって、超音波プローブ１１の取付角度の調整を行う。
【００５２】
水平方向の位置決めは、プローブ取付ブロック１６の下面中央に突出して設けられた位置決めピン１６ｄを、超音波プローブ位置調整用治具２０の上面中央に形成された位置決め孔２０ａに挿入することで行う。位置決めピン１６ｄおよび位置決め孔２０ａは、断面円形である。この場合、まず、おおよその目見当で位置決めピン１６ｄを位置決め孔２０ａの真上に移動させ、次に、位置決めピン１６ｃを鉛直下方向に降下させる。この位置決めピン１６ｄの移動は、移動機構２１による移動台２２の移動によって行う。
【００５３】
位置決めピン１６ｄの先端はテーパ形状になっており、位置決めピン１６ｄの軸心と位置決め孔２０ａの軸心がずれている場合、その楔効果により水平方向に大きな力が生じる。そのため、プローブ取付ブロック１６を移動台１４に対して支持するプローブ取付アーム１７に微少な弾性変形が発生し、結果として超音波プローブ取付ブロック１６に取付けられた水準器１６ｃのレベリングがずれる。プローブ取付アーム１７は、上記弾性変形が生じ易いように、長さ方向の一部または大部分が、２枚の平行な板状部１７ｂにより形成されている。移動機構２１により、水準器１６ｃのレベリングずれがなくなる方向に水平方向の微調整を行うことにより、位置決めピン１６ｄの軸心と位置決め孔２０ａの軸心が一致し、位置決めピン１６ｄが位置決め孔２０ａの中にスムーズに挿入される。
【００５４】
また、プローブ取付アーム１７は、リニヤスライド１８に取付けられており、鉛直方向に自由に動くことができる。上記位置決めにおいて、位置決めピン１６ｂの軸心と位置決め孔２０ａの軸心とが著しくずれていて、位置決めピン１６ｄを超音波プローブ位置調整用治具２０にぶつけてしまうような状況では、リニヤスライド１８の作用により、超音波プローブ取付ブロック１６が上方に逃げることとなり、治具２０や移動機構２１の駆動装置類の破損を防ぐことができる。
【００５５】
このように、位置決めピン１６ｄが位置決め孔２０ａに完全に挿入され、超音波プローブ取付ブロック１６が超音波プローブ位置調整用治具２０に当て止めされた状態でリニヤスライド１８をロックすることによって、超音波プローブ１１の鉛直方向の取付位置が固定される。
【００５６】
上記のように超音波プローブ１１の位置決めを行った後、プローブ位置調整用治具２０を取外し、三爪チャック１０ｂにワーク２を図１２のようにセットし、焼入れ深さの測定がなされる。
【００５７】
このようにプローブ位置調整用治具２０を用いることにより、超音波プローブ１１をワーク２に対して精度良く位置決めされた状態として移動台２２に設置することができる。そのため測定精度の向上が図られる。
【００５８】
図１３，図１４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、測定対象となるワークが、図３の車輪用軸受におけるハブ輪４である場合に適用される。この実施形態では、超音波プローブ１１を、ハブ輪４の転走面３ｃにおける所定の測定位置に対して垂直に対向させる。所定の測定箇所は、例えば転走面３ｃにおける溝底から所定角度の傾斜位置、または溝底位置である。
この実施形態における焼入深さ測定方法、測定装置、および測定プログラムにおけるその他の構成は、図１ないし図１０と共に説明した実施形態と同じである。
【００５９】
この実施形態の測定方法においても、図１４に示すように、同一条件で加工した別サンプルの硬度計での有効硬化層深さと超音波深さの相関は非常に良い結果となった。したがって、この実施形態によれば、ハブ輪４の転走面３ｃの焼入れ深さを超音波による非破壊検査で、必要な精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施形態に係る焼入深さ測定方法の測定系を示す原理図である。
【図２】その測定対象と測定箇所を示す図である。
【図３】同実施形態の測定方法が対象とする車輪用軸受の一例を示す断面図である。
【図４】散乱確率分布のヒストグラムの例を示す説明図である。
【図５】同ヒストグラムから超音波深さを算出する各種基準の説明図である。
【図６】焼入れ層の超音波深さおよび硬度深さの関係を示す図である。
【図７】超音波深さの有効硬化層深さの関係を示すグラフである。
【図８】同焼入深さ測定方法の測定系の具体例を示す原理図である。
【図９】同測定方法を実施する焼入れ深さ測定装置の概念構成を示すブロック図である。
【図１０】同測定方法に用いる焼入深さ測定プログラムの流れ図である。
【図１１】位置決め治具を用いた超音波プローブの位置決め方法の説明図である。
【図１２】図１１の位置決め後にワークをセットした状態の説明図である。
【図１３】この発明の他の実施形態に係る焼入深さ測定方法の測定系を示す原理図である。
【図１４】同実施形態に対応する別サンプルの有効硬化層深さと超音波深さの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…車輪用軸受
２…ワーク（外輪）
２ｃ…転走面
４…ハブ輪
１０ａ…回転台
１１…超音波プローブ
１２…超音波探傷機（超音波測定手段）
１６…プローブ取付ブロック
２０…プローブ位置調整治具
４１…焼入れ深さ測定値処理装置
４３…焼入れ深さ測定プログラム
４６…測定データ読込手段
４７…超音波深さ一連算出手段
４８…有効硬化層深さ推定手段
４９…ワーク設定手段
５０…散乱確率分布計算手段
５２…有効測定範囲算出手段
５５…算出基準選択手段
５７…超音波深さ算出手段
【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】
2007225548.tif 000009
【図８】
2007225548.tif 000010
【図９】
2007225548.tif 000011
【図１０】
2007225548.tif 000012
【図１１】
2007225548.tif 000013
【図１２】
2007225548.tif 000014
【図１３】
2007225548.tif 000015
【図１４】
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