(57)【要約】【課題】表面処理されたワークの強度を測定する測定機構の故障率を低減し、寿命を長くすることができ、さらに毎測定ごとに精密に測定する技術を提供することを課題とする。【解決手段】固定された測定機構２９に対して歯車１５をスライド機構２０で進退させる。測定機構２９の移動による振動がないため、安定した状態を保ち、故障率を低減できる。【効果】固定した測定機構に対して、ワークを進退させる。測定機構が固定されて振動しないので、測定機構の故障率を低減できる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理が施されているワークの強度を測定機構で測定するワーク強度測定法において、
前記測定機構を固定し、この測定機構に対してワークを進退させることを特徴とするワーク強度測定法。
【請求項２】
前記ワークは、歯車であることを特徴とする請求項１記載のワーク強度測定法。
【請求項３】
前記測定機構で、前記歯車の歯底を測定することを特徴とする請求項２記載のワーク強度測定法。
【請求項４】
前記表面処理は、真空浸炭処理であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のワーク強度測定法。
【請求項５】
表面処理が施されているワークの強度を測定するワーク強度測定装置において、
このワーク強度測定装置は、基台と、この基台に固定され前記ワークの強度を測定する測定機構と、前記基台に前記測定機構に向ってスライド自在に設けられ前記ワークを載せるスライダと、このスライダを進退させるスライド機構とを備えていることを特徴とするワーク強度測定装置。
【請求項６】
前記ワークは、歯車であることを特徴とする請求項５記載のワーク強度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理されたワークの強度を測定するワーク強度測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面処理されたワークの強度は、破壊検査法と非破壊検査法とのいずれかの測定法で測定される。
非破壊検査法による強度測定技術は多数提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−３４９０５５公報（請求項１）
【０００３】
特許文献１の請求項１に「平滑な面部における表面炭素濃度が０．６質量％以上となるように真空浸炭されている歯車であって、前記面部の有効硬化層深さをＤ（ｍｍ）としたとき、前記真空浸炭に先立ち、歯元近傍に位置する応力集中部を含む表面に、Ｄ±０．２５（ｍｍ）の面取り加工が施されていることを特徴とする歯車。」の記載があり、歯車に真空浸炭を施すことが開示されている。
【０００４】
上述したように、歯車は重要な機械要素であるため、抜き取り検査や全数検査で強度の測定を行う必要があり、この測定に渦電流を利用した非破壊検査法が実用化されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献２】特開２００４−１０８８７３公報（図２）
【０００５】
特許文献２を次図に基づいて説明する。
図１１は従来の技術の基本原理を説明する図であり、（ａ）に示すように、円柱ワーク１０１に励磁コイル１０２と検出コイル１０３を巻回する。そして、励磁コイル１０２に交流電源１０４から交流電圧（励磁電圧）を印加する。すると、円柱ワーク１０１の表層に渦電流が発生する。この渦電流により検出コイル１０３に交流電流が発生する。この発生した交流電流の電圧（検出電圧）を測定装置１０５で測定する。励磁電圧と検出電圧との相関を（ｃ）で説明する。
【０００６】
（ｃ）は横軸が時間軸で縦軸が電圧であるグラフであり、正弦波Ｖ１が励磁電圧曲線であるときに、検出電圧は正弦波Ｖ２で表される。正弦波Ｖ１と正弦波Ｖ２の位相差をΦと定義する。
（ｂ）で、ｃｏｓΦで表されるＸ値は浸炭深さと良好な相関関係があり、ｓｉｎΦで表されるＹ値は表面硬さに良好な相関関係がある。
【０００７】
浸炭深さや表面硬さが変化すると、Φの大きさやＶ２の高さが変化する。そこで、ｃｏｓΦやｓｉｎΦを計測で求めることにより、そのときの浸炭深さや表面硬さを特定することができる。非破壊検査であるため、歯車の強度測定に好適である。
【０００８】
ところで、特許文献２の請求項２に「・・・検出用コイル及び励磁用コイルを検出コイル体として一体に構成し、この検出コイル体を軸状測定対象の軸方向に移動させつつ移動先の各位置でその検出コイル体の検出用コイルから得られる検出信号の・・・」の記載があり、検出コイル体としての測定機構を移動させることが開示されている。
【０００９】
歯車等の量産品を全数測定する場合、測定機構を多数回反復移動させる必要がある。
しかし、測定機構は検出コイル等の精密部品からなり、移動による振動等を繰り返し与えることで測定機構が故障し、寿命も短くなる。
そこで、測定機構の故障率を低減することが求められる。さらに毎測定ごとに精密に測定する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、表面処理されたワークの強度を測定する測定機構の故障率を低減し、寿命を長くすることができ、さらに毎測定ごとに精密に測定する技術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】
【００１１】
請求項１に係る発明は、表面処理が施されているワークの強度を測定機構で測定するワーク強度測定法において、前記測定機構を固定し、この測定機構に対してワークを進退させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、ワークは、歯車であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、測定機構で、歯車の歯底を測定することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明では、表面処理は、真空浸炭処理であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明では、表面処理が施されているワークの強度を測定するワーク強度測定装置において、このワーク強度測定装置は、基台と、この基台に固定されワークの強度を測定する測定機構と、前記基台に測定機構に向ってスライド自在に設けられワークを載せるスライダと、このスライダを進退させるスライド機構とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明では、ワークは、歯車であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明は、測定機構を固定し、この測定機構に対してワークを進退させる。測定機構が固定されて振動しないので、測定機構の故障率を低減できる。
【００１８】
請求項２に係る発明では、ワークは、歯車である。歯車の強度測定は難しいと言われているが、本発明によれば歯車を非破壊検査で強度測定することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、測定機構で、歯車の歯底を測定する。歯底の強度測定は難しいと言われているが、本発明によれば歯底を非破壊検査で強度測定することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明では、表面処理は、真空浸炭処理である。真空浸炭処理は、ガス浸炭処理に比較してばらつきが発生しやすいと言われている。本発明によれば、真空浸炭処理によるワークの強度を的確に測定することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明では、このワーク強度測定装置は、基台に固定されワークの強度を測定する測定機構と、基台に測定機構に向ってスライド自在に設けられワークを載せるスライダと、このスライダを進退させるスライド機構とを備えている。測定機構が固定されて振動しないので、測定機構の故障率を低減できる。
【００２２】
請求項６に係る発明では、ワークは、歯車である。歯車の強度測定は難しいと言われているが、本発明によれば歯車を非破壊検査で強度測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明のワーク強度測定法に適したワーク強度測定装置の原理図であり、ワーク強度測定装置１０は、基台１１と、この基台１１の上面中央に設けられ図左右に延びているレール１２と、このレール１２に左右移動自在に載せられているスライダ１３と、このスライダ１３に軸受１４を介して縦向きに且つ回転自在に支持され表面処理が施されているワーク（以下、歯車と記す。）１５を支える歯車支軸１６と、スライダ１３に内蔵され歯車支軸１６を一定ピッチで回転させるインデックスモータ１７と、基台１１に載置されスライダ１３をレール１２に沿って往復移動させるシリンダユニット１８と、このシリンダユニット１８及びインデックスモータ１７を制御する制御部１９と、この制御部１９及びシリンダユニット１８で構成されスライダ１３を進退させるスライド機構２０と、基台１１の一端（図左側）から上へ延ばされているブラケット２１と、このブラケット２１の上部にボルト２２、２２で取り付けられているコ字状の鉄芯２３と、この鉄芯２３に支持され歯車１５に向かって延びている検出コイル支持体２４と、鉄芯２３の先端から歯車１５に向かって延びている鋼球２５、２５と、鉄芯２３の先端に巻かれた励磁コイル２６、２６と、これらの励磁コイル２６、２６に交流電圧を印加する交流電源２７と、検出コイル支持体２４の先端に設けられている検出コイル２８と、鉄芯２３、検出コイル支持体２４、鋼球２５、２５、励磁コイル２６、２６、交流電源２７及び検出コイル２８で構成され歯車の強度（浸炭深さ）を測定する測定機構２９と、検出コイル２８から検出情報を取得して浸炭深さに換算する浸炭深さ換算装置３０と、得られた浸炭深さを合格基準深さと比較して合否を判定する合否判定部３１と、得られた合否判定に基づいて、合格、不合格を表示する合否表示部３２と、からなる。
【００２４】
なお、ワークに施す表面処理は、真空浸炭処理に限定されず、ガス浸炭、液体浸炭及び固体浸炭等の浸炭処理、又は、高周波焼入れ、火炎焼入れ、電解焼入れ、プラズマ表面焼入れ、電子ビーム焼入れ及びレーザー焼入れ等の焼入れ、又は、Ｎ２ベース雰囲気熱処理及び真空熱処理等の熱処理雰囲気を利用する表面処理、又は、ガス窒化法、塩浴窒化法、ガス軟窒化法及びイオン窒化法等の窒化、又は、硫化処理、溶融塩浸硫法及びガス浸硫窒化法等の浸硫処理、又は、金属浸透法、又は、ほう化処理、又は、イオン注入法、又は、蒸着処理法、又は、被覆処理法等、金属部材を表面強化する処理であれば種類は問わない。
【００２５】
測定機構２９はブラケット２１を介して基台１１に固定されており、振動しない。歯車１５はスライダ１３を介して測定機構２９に向って進退され、測定が行われる。
【００２６】
図２は図１の要部拡大図であり、検出コイル支持体２４は鉄芯２３に、水平方向にスライド可能にビス３３で固定されている。また、鋼球２５は円錐部３４及び円柱部３５を介して鉄芯２３に固定されている。
【００２７】
図３は図２の３線断面図であり、検出コイル２８は、絶縁性に富む三角形断面のナイロンなどの樹脂体３６を介して検出コイル支持体２４に支持されている。樹脂体３６が三角形断面であるため、検出コイル２８を歯車１５の歯底３７に接近させることができる。加えて、歯底３７を測定できる。
【００２８】
図４は図２の４線断面図であり、鋼球２５の球径は、隣合う歯先３８と歯先３８との間を通過するが、歯底３７に到達する前に歯部３９、３９の面に接触する外径に設定されている。すなわち、接触点４１、４１に接触しているため、鋼球２５の図左右方向及び上下方向の位置が規定される。併せて、鋼球２５の中心は歯底３７の中心に合致する。
この結果、歯底３７からの検出コイル２８の距離や励磁コイル２６、２６（図２）の距離を一定化することができる。この結果、測定の信頼性を高めることができる。
【００２９】
ところで、図１で説明した浸炭深さ換算装置３０には、測定で得られたＸ電圧を浸炭深さに換算する換算表を記憶させる必要がある。そこで、図１のワーク強度測定装置１０を用いて、周波数を１ｋＨｚに設定し、真空浸炭済みの歯車の「Ｘ電圧」を測定した。この測定は非破壊検査に相当する。
次に、この歯車を切断し、切断面を磨いてから、「硬さ」を測定し、「浸炭深さ」を定めることにした。この測定は破壊検査に相当する。
【００３０】
図５は測定で得られた硬さを表したグラフである。
先ず、ワーク強度測定装置１０を用いて、周波数を１ｋＨｚに設定し、真空浸炭済みの歯車の「Ｘ電圧」を測定したところ、Ｘ電圧は−６７ｍＶであった。次に、切断し、切断面を磨き、この切断面を測定対象として、表面から０．１ｍｍ毎に、１．０ｍｍまで、マイクロビッカース硬さ計で、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を測った。
【００３１】
図５は測定で得られた硬さを表したグラフであり、（ａ）は、横軸が表面からの深さで、縦軸がビッカース硬さであるグラフに、生のデータをプロットしたものである。
【００３２】
ところで、この種の歯車では、「表面から○○ｍｍの深さで、ロックウエルＣスケール硬さが５０以上であること」と言った要求仕様が出されることが多い。ロックウエルＣスケール硬さ５０は、換算表によれば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）５１３に相当する。
そこで、（ａ）にプロットした複数の点を滑らかな曲線で繋ぐ。
【００３３】
結果、（ｂ）示すグラフが得られる。そこで、縦軸の５１３から横線を引き、曲線に交わったところから、縦線を降ろし、この縦線が横軸と交わったところの距離を読む。表面からの距離は０．６４ｍｍであった。
【００３４】
図６はＸ電圧と浸炭深さの相関図であり、横軸が浸炭深さ（表面からの距離に相当。）で、縦軸がＸ電圧であるグラフに、１個のデータ（０．６４ｍｍ、−６７ｍＶ）を●でプロットした。
浸炭条件を変えて得られたサンプルを２１個作製し、これらのサンプルについても図５（ａ）、（ｂ）での手順を踏んで、浸炭深さとＸ電圧を定めた。２１個のサンプルについては○で、グラフにプロットした。
【００３５】
１個の●と２１個の○は右下りの直線に沿って分散している。縦軸のＸ電圧が測定で得られれば、この相関図により、得られたＸ電圧に対応する浸炭深さを求めることができる。
また、詳細な計算法は省略するが、この分散における相関係数（ｒ２）は０．９２であった。
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本発明は次の点にも特徴がある。すなわち、図５（ａ）、（ｂ）で説明したように、得られた硬さと深さは、測定で得られた硬さを、歯車の表面から中心に向かってプロットした点を結んでなる曲線から得る。点を結んで曲線を得るようにしたので、測定点の数を少なく設定することができ、測定時間が短縮でき、測定コストの低減を図ることができる。
【００３７】
又、図５で求めた硬さという定量的データに基づいて、浸炭深さが決められる。すなわち、図５で説明したように、破壊検査による硬さデータと、非破壊検査によるＸ電圧との突き合わせが行われる。この後は、非破壊検査によりＸ電圧を求め、図６に基づいて、浸炭深さに換算する。非破壊検査であるにも拘わらず、破壊検査での裏付けがなされているので、非破壊検査で求めた浸炭深さの信頼性が飛躍的に高まる。
【００３８】
次に、好適な周波数を特定することを目的に、７００Ｈｚから４ｋＨｚまで周波数を変えて、各周波数当たり２２個のサンプルを準備し、図６と同様の相関図を作成し、相関係数を求めた。その結果を次図に示す。
図７は周波数と相関係数の関係を示すグラフであり、１ｋＨｚが最大で、２ｋＨｚ以上では相関係数が小さくなった。一方、７００〜１ｋＨｚでは、変化は小さい。
真空浸炭された歯車の歯底の浸炭深さを調べるには、周波数は７００〜１ｋＨｚの範囲に設定することが望ましいことが分かった。
【００３９】
以上の構成からなるワーク強度測定装置１０の作用を次に説明する。
図８はワーク強度測定装置の作用説明図であり、（ａ）に示すように、静止状態にある検出コイル２８へ、歯車１５を矢印（１）のように前進させる。（ｂ）に示すように、検出コイル２８に任意の歯底３７を臨ませ、歯底３７の浸炭深さを検出し、この浸炭深さの合否を判定させる。終わったら、矢印（２）のように歯車１５を後退させる。
【００４０】
次に、（ｃ）に示すように、歯車１５を１ピッチ（歯一枚分）だけ回す（矢印（３））。すると（ｄ）に示すように、隣の歯底３７が検査コイル２８に臨む。以降、（ａ）に戻って作業を継続する。この継続する作業をフローで再度説明する。
【００４１】
図９は本発明のワーク強度測定法に好適な作業フロー図であり、ステップ番号（以下ＳＴと略記する。）０１で、合格基準深さ範囲Ｄｓを定める。例えば、合格基準深さ範囲Ｄｓは０．５ｍｍ〜０．８ｍｍとする。この０．５ｍｍ〜０．８ｍｍを図１の合否判定部３１へインプットする。
ＳＴ０２で、測定対象とする歯車の歯数Ｎを、図１の制御部１９へインプットする。測定回数を監視するために、先ず、回数ｎを１とする（ＳＴ０３）。
【００４２】
図８（ａ）の要領で、歯車を前進させる（ＳＴ０４）。図８（ｂ）の要領で、歯底のＸ電圧を測定させる（ＳＴ０５）。図１の浸炭深さ換算装置３０により、Ｘ電圧を浸炭深さＤａに換算させる（ＳＴ０６）。図１の合否判定部３１により、測定で得られた浸炭深さＤａが合格基準深さ範囲Ｄｓの範囲に入っているか否かを調べる（ＳＴ０７）。ＹＥＳであれば、「合格」の表示をする（ＳＴ０８）。次に、図８（ｂ）に矢印（２）で示すように歯車を後退させる（ＳＴ０９）。
【００４３】
ここで、測定回数を調べる（ＳＴ１０）。初回はｎは１である。例えば歯車の歯数Ｎが４０であれば、ｎ＜Ｎであるから、ＮＯを進み、ｎに１を加える（ＳＴ１１）。そして、図８（ｃ）の要領で、歯車を歯１個分だけ回転させる（ＳＴ１２）。そして、ＳＴ０４から再度、歯底の浸炭深さを測定する。
【００４４】
ＳＴ０７で、浸炭深さＤａが合格基準深さ範囲Ｄｓ内でなければ、ＮＯを進み、不合格表示を行う（ＳＴ１３）。不合格の場合は、この歯車に対する測定をこの時点で終了させることができる。
【００４５】
ＳＴ１０で、測定回数ｎが歯数Ｎに到達すれば、歯底の全数を検査したことになるので、測定終了の表示を行い、測定を終了する（ＳＴ１４）。
【００４６】
図１０はワーク強度測定装置の作用の比較説明図であり、（ａ）に示す比較例は、固定された歯車１１１に対して測定機構１１２を矢印（４）のように進退させる。測定機構１１２は検出コイル１１３等の精密部品を含むため、反復移動による振動等で測定機構が故障し易く、寿命が短くなる。
（ｂ）に示す実施例は、固定された測定機構２９に対して歯車１５を矢印（５）のようにスライド機構２０で進退させる。測定機構２９の移動による振動がないため、安定した状態を保ち、故障率を低減できる。また、歯車１５は、支持された状態で移動しても何ら影響を受けない。この結果、毎測定ごとに精密に測定することができる。
【００４７】
尚、ワークは、歯車に限定されず、軸、エンジンのピストン等、一般の機械部材であって、表面処理が可能な鋼で構成されているものであれば、種類は問わない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、表面処理されたワークの強度を測定する技術に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のワーク強度測定法に適したワーク強度測定装置の原理図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２の３線断面図である。
【図４】図２の４線断面図である。
【図５】測定で得られた硬さを表したグラフである。
【図６】Ｘ電圧と浸炭深さの相関図である。
【図７】周波数と相関係数の関係を示すグラフである。
【図８】ワーク強度測定装置の作用説明図である。
【図９】本発明のワーク強度測定法に好適な作業フロー図である。
【図１０】ワーク強度測定装置の作用の比較説明図である。
【図１１】従来の技術の基本原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ワーク強度測定装置、１１…基台、１３…スライダ、１５…ワーク（歯車）、２０…スライド機構、２９…測定機構、３０…浸炭深さ換算装置、３１…合否判定部、３７…歯底、Ｄｓ…合格基準深さ、Ｄａ…測定で得られた浸炭深さ。
【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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【図８】
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【図９】
2009236770.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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