JP2020071180A

JP2020071180A - Ultrasonic inspection method for differential gear unit

Info

Publication number: JP2020071180A
Application number: JP2018206894A
Authority: JP
Inventors: 涼安富; Ryo Yasutomi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2020-05-07

Abstract

To provide an ultrasonic inspection method for a differential gear unit, capable of detecting foreign matter located in the inside of an object to be inspected with high accuracy.SOLUTION: In an ultrasonic inspection method for a differential gear unit, a ring gear 3 is fitted and welded to a cast-molded differential case 1 and an integrated differential gear unit 10 is targeted for inspection. An ultrasonic wave is made incident on a welded weld part 13 while applying a prescribed torque to an input shaft or an output shaft of the differential gear unit 10 and flaw detection is performed.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明はデファレンシャルギヤユニットの超音波検査方法に関し、特に、鋳造成形品を備えたデファレンシャルギヤユニットの超音波検査方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic inspection method for a differential gear unit, and particularly to an ultrasonic inspection method for a differential gear unit including a cast product.

特許文献１に開示の超音波検査方法は、被検査体に対し入射角を異ならせた複数の超音波探傷子を備える超音波検査装置を用いる。 The ultrasonic inspection method disclosed in Patent Document 1 uses an ultrasonic inspection apparatus including a plurality of ultrasonic flaw detectors having different incident angles with respect to an object to be inspected.

従来の技術として、超音波探傷子を用いてデファレンシャルギヤユニットを検査する場合がある。デファレンシャルギヤユニットは、具体的には、鋳造成形されたデファレンシャルケースにリングギヤを嵌め合せて溶接して、一体化されている。具体的には、その溶接部位、又はそれらの近傍に位置し得る異物を検出することを意図して、超音波をその溶接部位に発して検査する。異物は、デファレンシャルケースに、鋳造成形時に混入したものである。 As a conventional technique, there is a case of inspecting a differential gear unit using an ultrasonic flaw detector. Specifically, the differential gear unit is integrated by fitting a ring gear to a cast differential case and welding them. Specifically, ultrasonic waves are emitted to the welding site and inspected with the intention of detecting foreign matter that may be located at the welding site or in the vicinity thereof. The foreign matter is mixed in the differential case during casting.

具体的には、図４に示すデファレンシャルギヤユニット９０は、デファレンシャルケース９１にリングギヤ９３を嵌め合せて溶接した溶接部９１３を備える。デファレンシャルギヤユニット９０を水槽Ｂ９１の液体Ｌ９１に没して固定したまま、超音波探傷プローブＵ９１を用いて超音波を発振し、溶接部９１３へ入射する。超音波の反射信号に基づいて、介在物の有無を判定する。 Specifically, the differential gear unit 90 shown in FIG. 4 includes a welded portion 913 in which a ring gear 93 is fitted and welded to a differential case 91. While the differential gear unit 90 is submerged and fixed in the liquid L91 in the water tank B91, ultrasonic waves are oscillated by using the ultrasonic flaw detection probe U91 and incident on the welding portion 913. The presence or absence of inclusions is determined based on the reflected signal of the ultrasonic waves.

特開２０１８−１３６２５２号公報JP, 2018-136252, A

本願発明者は、このような技術について以下の課題を発見した。
上記した超音波検査では、異物を検出できないことが有った。この一因として、異物と、鋳造成形品の内部の金属組織とが密着しており、隙間が殆ど無いことが挙げられる。 The inventor of the present application has found the following problems regarding such a technique.
In some cases, the above-mentioned ultrasonic inspection cannot detect foreign matter. One reason for this is that the foreign matter and the metal structure inside the cast molded product are in close contact with each other, and there is almost no gap.

具体的には、図５に示すように、異物の一例である介在物Ｃ１は、デファレンシャルケース９１の内部の金属組織と密着している。介在物Ｃ１は、具体的には、鋳造成形時に混入するものであり、より具体的には、中子砂等である。介在物Ｃ１と、デファレンシャルケース９１の内部の金属組織との間に隙間が無いため、超音波の反射信号に基づいて、介在物Ｃ１を検出することが難しかった。 Specifically, as shown in FIG. 5, the inclusion C1 which is an example of a foreign substance is in close contact with the metal structure inside the differential case 91. The inclusion C1 is specifically mixed in during casting, and more specifically, core sand or the like. Since there is no gap between the inclusion C1 and the metal structure inside the differential case 91, it was difficult to detect the inclusion C1 based on the reflected signal of the ultrasonic wave.

本発明は、被検査体の内部に位置する異物を高精度で検出するものとする。 The present invention is intended to detect a foreign substance located inside an object to be inspected with high accuracy.

本発明に係るデファレンシャルギヤユニットの超音波検査方法は、
鋳造成形されたデファレンシャルケースにリングギヤを嵌め合せて溶接して、一体化されたデファレンシャルギヤユニットの超音波検査方法であって、
前記デファレンシャルギヤユニットの入力軸または出力軸に規定のトルクを付与したまま、前記溶接した溶接部に超音波を入射して、探傷検査を行う。 An ultrasonic inspection method for a differential gear unit according to the present invention,
A method for ultrasonically inspecting an integrated differential gear unit, in which a ring gear is fitted and welded to a cast molded differential case,
An ultrasonic wave is incident on the welded welded portion while a specified torque is being applied to the input shaft or the output shaft of the differential gear unit to perform flaw detection inspection.

このような構成によれば、デファレンシャルギヤユニットの入力軸または出力軸に規定のトルクを付与すると、デファレンシャルケースは、そのトルクによって歪み、変形する。この変形によって、異物とデファレンシャルケースとの間に、隙間が生じる。よって、この隙間が生じたことから、異物を高精度で検出することができる。 With such a configuration, when a specified torque is applied to the input shaft or the output shaft of the differential gear unit, the differential case is distorted and deformed by the torque. Due to this deformation, a gap is created between the foreign matter and the differential case. Therefore, since this gap is generated, the foreign matter can be detected with high accuracy.

本発明は、被検査体の内部に位置する異物を高精度で検出することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can detect a foreign substance located inside an object to be inspected with high accuracy.

実施の形態１に係る超音波検査方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. 実施の形態１に係る超音波検査方法を説明するための拡大図である。5 is an enlarged view for explaining the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. FIG. 実施の形態１に係る超音波検査方法のフローチャートである。3 is a flowchart of the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. 関連する超音波検査方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the related ultrasonic inspection method. 関連する超音波検査方法を説明するための拡大図である。It is an enlarged view for explaining a related ultrasonic inspection method.

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, the following description and drawings are simplified as appropriate for the sake of clarity.

（実施の形態１）
図１〜図３を参照して実施の形態１に係る超音波検査方法について説明する。図１は、実施の形態１に係る超音波検査方法を説明するための図である。図２は、実施の形態１に係る超音波検査方法を説明するための拡大図である。図３は、実施の形態１に係る超音波検査方法のフローチャートである。なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。 (Embodiment 1)
The ultrasonic inspection method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram for explaining the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged view for explaining the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. FIG. 3 is a flowchart of the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. It should be noted that the right-handed xyz coordinates shown in FIG. 1 and other drawings are, of course, convenient for explaining the positional relationship of the components. Usually, the z-axis plus direction is the vertically upward direction, and the xy plane is the horizontal plane, which is common between the drawings.

当該超音波検査方法の検査対象の一例は、図１に示すデファレンシャルギヤユニット１０である。デファレンシャルギヤユニット１０は、デファレンシャルケース１と、リングギヤ３とを備える。デファレンシャルケース１は、鋳造成形されたものであり、鋳物である。リングギヤ３は、鋼材を用いて形成されたものである。デファレンシャルケース１と、リングギヤ３とは、異なる種類の材料からなる。デファレンシャルケース１と、リングギヤ３とは、溶接されて、一体化されている。デファレンシャルケース１とリングギヤ３との溶接部１３がある。デファレンシャルギヤユニット１０は、多種多様な車両、例えば、前輪駆動車（ＦＦ）や四輪駆動車（４ＷＤ）に搭載されて利用される。 An example of the inspection target of the ultrasonic inspection method is the differential gear unit 10 shown in FIG. The differential gear unit 10 includes a differential case 1 and a ring gear 3. The differential case 1 is cast and is a casting. The ring gear 3 is made of steel. The differential case 1 and the ring gear 3 are made of different kinds of materials. The differential case 1 and the ring gear 3 are welded and integrated. There is a welded portion 13 between the differential case 1 and the ring gear 3. The differential gear unit 10 is used by being mounted on various vehicles, for example, a front-wheel drive vehicle (FF) or a four-wheel drive vehicle (4WD).

ここで、デファレンシャルギヤユニット１０の製造方法について簡単に述べる。まず、デファレンシャルケース１やリングギヤ３等のデファレンシャルギヤユニット１０の各部品を洗浄する。続いて、リングギヤ３をデファレンシャルケース１に圧入する。続いて、次工程のレーザ溶接を良好に行うことができるように、デファレンシャルギヤユニット１０の各部品を再度洗浄する。続いて、デファレンシャルケース１とリングギヤ３とに対してレーザ溶接を行ない、溶接部１３を形成する。 Here, a method for manufacturing the differential gear unit 10 will be briefly described. First, each component of the differential gear unit 10, such as the differential case 1 and the ring gear 3, is washed. Then, the ring gear 3 is press-fitted into the differential case 1. Then, each component of the differential gear unit 10 is washed again so that laser welding in the next step can be favorably performed. Subsequently, laser welding is performed on the differential case 1 and the ring gear 3 to form the welded portion 13.

まず、実際の車両に搭載されるデファレンシャルギヤユニット１０の軸に入力される、又は出力されるトルクと同等のトルクを出力（付与）する（トルク出力ステップＳＴ１）。 First, a torque equivalent to the torque input to or output from the shaft of the differential gear unit 10 mounted on an actual vehicle is output (applied) (torque output step ST1).

具体的には、デファレンシャルギヤユニット１０を水槽Ｂ１に没し、所定の位置に配置する。なお、この時点では、デファレンシャルケース１とリングギヤ３とは、回転軸Ｒ１回りに回転可能に配置されている。デファレンシャルギヤユニット１０を所定の位置に配置するため、図示しない支持部材等を用いてもよい。 Specifically, the differential gear unit 10 is submerged in the water tank B1 and arranged at a predetermined position. At this point, the differential case 1 and the ring gear 3 are arranged so as to be rotatable around the rotation axis R1. In order to arrange the differential gear unit 10 at a predetermined position, a support member (not shown) or the like may be used.

次いで、リングギヤ回り止めＡ１０をリングギヤ３に押し当てる。リングギヤ回り止めＡ１０は、リングギヤ嵌合部Ａ１と、リングギヤ嵌合部Ａ１を支持するベースＡ２とを備える。ベースＡ２は、水槽Ｂ１内の所定の位置に固定されており、リングギヤ嵌合部Ａ１は、リングギヤ３と嵌め合う形状、例えば、リングギヤ３に倣った形状を備える。リングギヤ３は、リングギヤ回り止めＡ１０が押し当てられているため、回転軸Ｒ１回りに殆ど回転することができない。 Next, the ring gear detent A10 is pressed against the ring gear 3. The ring gear detent A10 includes a ring gear fitting portion A1 and a base A2 that supports the ring gear fitting portion A1. The base A2 is fixed at a predetermined position in the water tank B1, and the ring gear fitting portion A1 has a shape that fits with the ring gear 3, for example, a shape that follows the ring gear 3. Since the ring gear detent A10 is pressed against the ring gear 3, the ring gear 3 can hardly rotate about the rotation axis R1.

次いで、トルク出力シャフト２をデファレンシャルケース１に機械的に接続する。トルク出力シャフト２は、回転軸Ｒ１回りに回転し、デファレンシャルケース１に予め決められた所定の値のトルクを出力する。 Then, the torque output shaft 2 is mechanically connected to the differential case 1. The torque output shaft 2 rotates around the rotation axis R1 and outputs a torque having a predetermined value determined in advance to the differential case 1.

具体的には、デファレンシャルギヤユニット１０が、前輪駆動車によく利用されるタイプであれば、デファレンシャルケース１は、マンドレル（図示略）を用いてデファレンシャルケース１のデフケースボス部の内径を担持することによって、トルク出力シャフト２に機械的に接続する。デファレンシャルギヤユニット１０が、四輪駆動車によく利用されるタイプであれば、デファレンシャルケース１のデフケースボス部は、内スプライン（図示略）に嵌め合せて、トルク出力シャフト２に機械的に接続する。四輪駆動車によく利用されるタイプは、例えば、センターデフである。トルク出力シャフト２は、モータ等の駆動源（図示略）によって回転軸Ｒ１回りに回転駆動し、トルクをデファレンシャルギヤユニット１０の入力軸または出力軸に付与する。回転軸Ｒ１は、Ｚ軸に略平行である。 Specifically, if the differential gear unit 10 is of a type often used in front-wheel drive vehicles, the differential case 1 should carry the inner diameter of the differential case boss portion of the differential case 1 using a mandrel (not shown). Mechanically connects to the torque output shaft 2. If the differential gear unit 10 is of a type often used in a four-wheel drive vehicle, the differential case boss portion of the differential case 1 is fitted to an inner spline (not shown) and mechanically connected to the torque output shaft 2. .. A type often used in four-wheel drive vehicles is, for example, a center differential. The torque output shaft 2 is rotationally driven around a rotation axis R1 by a drive source (not shown) such as a motor, and applies torque to the input shaft or the output shaft of the differential gear unit 10. The rotation axis R1 is substantially parallel to the Z axis.

トルク出力シャフト２を回転駆動させて、デファレンシャルギヤユニット１０の入力軸または出力軸に規定のトルクを付与する。すると、デファレンシャルケース１は、回転軸Ｒ１回りに殆ど回転することができないリングギヤ３と一体化していることから、そのトルクによって、所定の方向（ここでは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向等）に応力を受ける。これによって、デファレンシャルケース１は、歪み、変形する。この変形によって、介在物Ｃ１とデファレンシャルケース１との間に、隙間ＳＰ１が生じ得る。 The torque output shaft 2 is rotationally driven to apply a specified torque to the input shaft or the output shaft of the differential gear unit 10. Then, since the differential case 1 is integrated with the ring gear 3 that can hardly rotate around the rotation axis R1, its torque causes a predetermined direction (here, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction). Etc.) receives stress. As a result, the differential case 1 is distorted and deformed. Due to this deformation, a gap SP1 may be formed between the inclusion C1 and the differential case 1.

続いて、デファレンシャルギヤユニット１０の入力軸または出力軸に規定のトルクを付与したまま、超音波探傷プローブＵ１を用いて超音波を発振する（超音波発振ステップＳＴ２）。具体的には、デファレンシャルケース１における溶接部１３近傍に超音波探傷プローブＵ１を配置する。超音波を超音波探傷プローブＵ１から溶接部１３へ入射する。なお、超音波探傷プローブＵ１は、超音波を入射し、その入射による反射波を受信する構成を備えてよく、各種制御装置等に電気的に接続されていてもよい。 Then, ultrasonic waves are oscillated using the ultrasonic flaw detection probe U1 while applying a specified torque to the input shaft or the output shaft of the differential gear unit 10 (ultrasonic wave oscillating step ST2). Specifically, the ultrasonic flaw detection probe U1 is arranged in the vicinity of the welded portion 13 of the differential case 1. Ultrasonic waves are incident on the welded portion 13 from the ultrasonic flaw detection probe U1. The ultrasonic flaw detection probe U1 may have a configuration for receiving an ultrasonic wave and receiving a reflected wave resulting from the incident ultrasonic wave, and may be electrically connected to various control devices and the like.

続いて、入射した超音波による反射波を受信し、この受信した信号に基づいて、介在物の周りに空孔長さＸｍｍ以上の空孔が有るか否かを判定する（空孔有無判定ステップＳＴ３）。 Then, the reflected wave by the incident ultrasonic wave is received, and it is determined whether there is a hole having a hole length of X mm or more around the inclusion based on the received signal (a hole presence / absence determining step). ST3).

空孔長さＸｍｍ以上の空孔が介在物の周りに有ると判定した場合（空孔有無判定ステップＳＴ３：ＹＥＳ）、デファレンシャルギヤユニット１０の品質は、ＮＧと判定する（ＮＧ判定ステップＳＴ３２）。ＮＧと判定されたデファレンシャルギヤユニット１０は、不良品として取り扱われる。 When it is determined that there is a hole having a hole length of X mm or more around the inclusion (hole existence determination step ST3: YES), the quality of the differential gear unit 10 is determined to be NG (NG determination step ST32). The differential gear unit 10 determined to be NG is treated as a defective product.

一方、空孔長さＸｍｍ以上の空孔が介在物の周りに無いと判定した場合（空孔有無判定ステップＳＴ３：ＮＯ）、ＯＫと判定する（ＯＫ判定ステップＳＴ３１）。ここで、空孔長さ０（零）ｍｍ超過Ｘｍｍ未満の空孔が介在物の周りに有る。空孔長さがＸｍｍ未満なので、介在物Ｃ１とデファレンシャルケース１との密着性が十分に高いと推認される。よって、介在物Ｃ１が、デファレンシャルギヤユニット１０の溶接部１３又はこれらの近傍に与える悪影響は、あまり問題無いと判定する。ＯＫと判定されたデファレンシャルギヤユニット１０は、異物に関する品質について良品として取り扱うことができる。 On the other hand, when it is determined that there are no voids having a void length of X mm or more around the inclusion (void determination step ST3: NO), it is determined to be OK (OK determination step ST31). Here, there is a hole with a hole length of more than 0 (zero) mm and less than X mm around the inclusion. Since the hole length is less than X mm, it is estimated that the adhesion between the inclusion C1 and the differential case 1 is sufficiently high. Therefore, it is determined that the adverse effect of the inclusion C1 on the welded portion 13 of the differential gear unit 10 or in the vicinity thereof is not very problematic. The differential gear unit 10 determined to be OK can be treated as a non-defective product regarding the quality of foreign matter.

以上、上記した実施の形態１に係る超音波検査方法によれば、デファレンシャルギヤユニット１０の入力軸または出力軸に規定のトルクを付与すると、デファレンシャルケース１は、そのトルクによって歪み、変形する。この変形によって、介在物Ｃ１とデファレンシャルケース１との間に、隙間ＳＰ１が生じ得る。よって、この隙間ＳＰ１が生じ、空孔長さＸｍｍ以上の空孔が介在物の周りに有ると判定した場合、介在物Ｃ１を検出できる。従って、被検査体であるデファレンシャルギヤユニット１０の内部に位置する介在物Ｃ１を高精度で検出することができる。 As described above, according to the ultrasonic inspection method according to the first embodiment, when a specified torque is applied to the input shaft or the output shaft of the differential gear unit 10, the differential case 1 is distorted and deformed by the torque. Due to this deformation, a gap SP1 may be formed between the inclusion C1 and the differential case 1. Therefore, when this gap SP1 is generated and it is determined that there is a hole having a hole length of X mm or more around the inclusion, the inclusion C1 can be detected. Therefore, the inclusion C1 located inside the differential gear unit 10, which is the object to be inspected, can be detected with high accuracy.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

１０デファレンシャルギヤユニット
１デファレンシャルケース３リングギヤ
１３溶接部
２トルク出力シャフトＲ１回転軸
Ａ１０リングギヤ周り止め
Ａ１リングギヤ嵌合部Ａ２ベース
Ｂ１水槽Ｌ１液体
ＳＰ１隙間Ｕ１超音波探傷プローブ
ＳＴ１トルク出力ステップＳＴ２超音波発振ステップ
ＳＴ３空孔有無判定ステップ
ＳＴ３１ＯＫ判定ステップＳＴ３２ＮＧ判定ステップ 10 Differential gear unit 1 Differential case 3 Ring gear 13 Welding part 2 Torque output shaft R1 Rotation axis A10 Ring gear stop A1 Ring gear fitting part A2 Base B1 Water tank L1 Liquid SP1 Gap U1 Ultrasonic flaw detection probe ST1 Torque output step ST2 Ultrasonic oscillation step ST3 Hole presence / absence determination step
ST31 OK judgment step ST32 NG judgment step

Claims

鋳造成形されたデファレンシャルケースにリングギヤを嵌め合せて溶接して、一体化されたデファレンシャルギヤユニットの超音波検査方法であって、
前記デファレンシャルギヤユニットの入力軸または出力軸に規定のトルクを付与したまま、前記溶接した溶接部に超音波を入射して、探傷検査を行う、
デファレンシャルギヤユニットの超音波検査方法。 A method for ultrasonically inspecting an integrated differential gear unit, in which a ring gear is fitted and welded to a cast molded differential case,
While applying a specified torque to the input shaft or output shaft of the differential gear unit, an ultrasonic wave is incident on the welded portion, and a flaw inspection is performed.
Ultrasonic inspection method for differential gear unit.