JP5757102B2 - 鍛造品の内部欠陥検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造品の内部欠陥検出方法に関し、より詳細には、自動車用ハブ軸受のハブなど、段付き部を有する冷間鍛造軸受部材の内部欠陥検出方法に関する。

自動車用ハブ軸受のハブなど、段付き部を有する冷間鍛造軸受部材は、加工条件などによって、その中心軸を起点とした円錐状の割れである材料内部欠陥（シェブロンクラック）が発生することがある。このため、内部欠陥が生じにくい材料の開発及び加工条件の選定など、様々な対策が講じられている。

また、内部欠陥は部材の外部からは観察することができないため、超音波探傷法を用いて内部欠陥の有無を検査するのが一般的である。例えば、特許文献１に記載の超音波探傷法では、円筒形状の被検査物に対して主に径方向から超音波を入射して探傷を行っている。

特公平５−８５０２３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、単純な円筒形状の被検査物を対象にしたものであり、より複雑な鍛造後の製品形状を対象としたものではない。特に、上述の内部欠陥は冷間鍛造時に発生し易いため、超音波探傷は鍛造後の製品形状で行うことが望ましい。

また、特許文献１に記載の技術を、段付き部などを含む複雑な形状の鍛造品に適用し、該鍛造品の外径面の径方向から超音波探傷すると、段付き部などで超音波が乱反射して高い探傷精度が得難い、という問題があった。

本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、段付き部を有する鍛造品について、内部欠陥の探傷精度を高めることができる、鍛造品の内部欠陥検出方法に関する。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 断面積の異なる少なくとも２つの軸部が接続し、且つ軸方向一端側に向かうに従い前記軸部の外径が大きくなる段付き部と、フランジ部と、を有するハブ軸受用の鍛造品を用い、
前記鍛造品と超音波探傷用探触子とを超音波伝達媒体中に配置し、超音波探傷によって前記鍛造品の内部欠陥を検出する鍛造品の内部欠陥検出方法であって、
前記超音波探傷用探触子は、前記鍛造品の段付き部と軸方向で対向するように、前記鍛造品の軸方向他端側に配置され、
前記鍛造品と前記超音波探傷用探触子との離間距離を維持した状態で、前記鍛造品を回転させつつ、前記軸方向に対して垂直な方向であるＸ方向に前記超音波探傷用探触子を変位させながら超音波探傷を行い、又は、前記軸方向及び前記Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向としたとき、前記鍛造品と前記超音波探傷用探触子との離間距離を維持した状態で、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向の両方向に前記超音波探傷用探触子を変位させながら超音波探傷を行うことを特徴とする鍛造品の内部欠陥検出方法。
（２） 前記鍛造品は、全浸しないように、前記段付き部の軸方向他端側から前記超音波伝達媒体中に浸漬されることを特徴とする（１）に記載の鍛造品の内部欠陥検出方法。

本発明の鍛造品の内部欠陥検出方法によれば、超音波探傷用探触子は、鍛造品の段付き部と軸方向で対向するように、鍛造品の軸方向他端側に配置されるので、鍛造品は段付き部の最小径の軸部側から軸方向に超音波探傷される。したがって、段付き部における超音波の乱反射を防ぐことができ、探傷精度を維持することができる。

また、鍛造品を超音波伝達媒体中に全浸せずに、一部のみ浸漬するようにしたため、鍛造品を超音波伝達媒体中に出し入れするセット時間が短縮できる。また、超音波探傷検査後、鍛造品に付着した超音波伝達媒体を除去する時間を短縮することができる。したがって、検査時間及び検査コストの低減が図れる。
さらに、鍛造品を超音波伝達媒体中に全浸する場合に比べ、超音波伝達媒体中に空気や不純物等が混入することを減少させることができる。

第１実施形態に係る鍛造品の内部欠陥検出方法に使用する超音波探傷装置の概略図である。 第２実施形態に係る鍛造品の内部欠陥検出方法に使用する超音波探傷装置の概略図である。 図２の斜視図である。

以下、本発明の各実施形態に係る鍛造品の内部欠陥検出方法を、図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る鍛造品の内部欠陥検出方法に使用する超音波探傷装置１の概略図である。

なお、本実施形態では、内部欠陥検出対象の鍛造品として、冷間鍛造成形品の自動車用ハブ軸受のハブ２０を用いる。このハブ２０は、３つの略円柱状の軸部２２ａ，２２ｂ，２２ｃが接続し、且つ軸方向一端側（図１中におけるＺ軸方向）に向かうに従いこれら軸部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの外径が大きくなる段付き部２２と、段付き部２２の軸方向一端面に接続し、且つ段付き部２２よりも大径のフランジ部２４と、フランジ部２４の軸方向一端面から軸方向に突出し、フランジ部２４よりも小径の突出部２６と、を有している。

この超音波探傷装置１は、略平面の台１５の上面に載置され、且つ内部に超音波伝達媒体である水を貯留した水槽１０と、ハブ２０を保持し、且つ台１５に対して円周方向に回転可能なハブ保持部３０と、超音波探傷用探触子４０（以下、探触子と呼ぶ）を保持し、且つＸ方向に位置調整可能な位置調整機構５０と、から構成される。

ハブ保持部３０は、水槽１０に対して回転自在に支持される基部３２と、ハブ２０の突出部２６を収容する収容部３３を備える回転盤３４と、を有し、回転盤３４は、ハブ２０を水槽１０内で保持しながら図示しない駆動機構によって回転駆動される。

位置調整機構５０は、ハブ保持部３０の軸方向他端側に離間して設けられた探触子保持部５２を有しており、探触子保持部５２は探触子４０を保持しながらＸ方向に変位可能な機構を備えている。

このように構成された超音波探傷装置１を用いて超音波探傷検査を行う方法を以下説明する。

先ず、ハブ２０を水槽１０の水中に全浸し、ハブ２０の突出部２６が軸方向一端側を向くように、ハブ保持部３０の回転盤３４の収容部３３に収容して固定する。そして、回転盤３４を回転駆動することによって、ハブ２０は回転盤３４とともに所定速度で回転する。

次いで、探触子４０は、位置調整機構５０によって移動され、その先端がハブ２０の段付き部２２の最小径の軸部２２ａと軸方向で対向し、ハブ２０の中心軸と探触子４０の中心軸とが一致するようにＸ方向の位置が設定される。また、探触子４０はハブ２０の軸方向他端側に所定の距離だけ離間して配置され、探触子４０の先端部は水槽１０の水中に浸漬される。

そして、探触子４０に所定の大きさの電圧を印加することにより、探触子４０からハブ２０の軸方向他端側面に向けて、電圧の大きさに応じた出力の超音波を送波する。そして、エコーをこの探触子４０により受波し、電圧信号に変換しハブ２０の内部欠陥の有無を検出する。

本実施形態の場合には、このような超音波探傷を、ハブ２０を回転盤３４によって所定速度で回転させつつ、探触子４０をハブ２０との離間距離を維持しながらＸ軸方向に一軸変位させて行う（走査する）。

以上、説明したように、本実施形態のハブ（鍛造品）の内部欠陥検出方法によれば、ハブ２０は冷間鍛造成形後の製品形状で超音波探傷するため、冷間鍛造時に発生し易い内部欠陥を有する短寿命品を確実に排除できる。したがって、安定的な寿命が保証された高信頼性の自動車用ハブ軸受のハブを提供できる。

さらに、超音波探傷用探触子４０は、ハブ２０の段付き部２２と軸方向で対向するようにハブ２０の軸方向他端側に配置されるため、段付き部２２の外径が小さい軸端側から軸方向に向かって超音波探傷することができる。したがって、段付き部２２からの超音波の乱反射を防ぐことが可能となり、探傷精度を高めることができる。

（第２実施形態）
図２及び３は、本発明の第２実施形態に係る鍛造品の内部欠陥検出方法に使用する超音波探傷装置の概略図である。なお、本実施形態の超音波探傷装置は、第１実施形態と比べて、ハブ保持部及び位置調整機構の構成が異なるのみであるため、他の第１実施形態と同一又は相当部分には同一又は相当符号を付すことにより説明を簡略化または省略する。なお、本実施形態においては、軸方向一端側とはＺ軸負方向を指す。

本実施形態の超音波探傷装置１Ａは、略平面の台１５の上面に載置され、内部に超音波伝達媒体である水を貯留した水槽１０と、冷間鍛造成形品の自動車用ハブ軸受のハブ２０を保持及び回転可能なハブ保持部３０Ａと、超音波探傷用探触子４０を保持及び位置調整可能な位置調整機構５０Ａと、から構成される。

ハブ保持部３０Ａは、台１５の上面に固定され、水槽１０の外側面に沿うように水槽１０より上方まで延びる柱部３６と、柱部３６の上部からＸ方向に延びた延出部３８と、を有しており、断面略Ｌ字形状となるように形成されている。また、延出部３８の先端部には、貫通穴３８ａが形成されており、該貫通穴３８ａ内には、ハブ２０を保持し、且つ延出部３８に対して円周方向に回転可能な回転部３９が形成される。

また、位置調整機構５０Ａの探触子保持部５２は、ハブ保持部３０Ａの延出部３８の軸方向他端側に設けられており、探触子保持部５２は探触子４０を保持しながらＸ方向に変位可能な機構を備えている。

このように構成された超音波探傷装置１Ａを用いて超音波探傷検査を行う方法を以下説明する。

先ず、ハブ２０を段付き部２２の軸方向他端側、すなわち段付き部２２の最小径の軸部２２ａ側から、水槽１０の水中に全浸しないように、ハブ保持部３０の延出部３８の回転部３９に固定する。より具体的には、ハブ２０は、段付き部２２の最小径の軸部２２ａの一部のみが水中に浸漬されるように、回転部３９に固定される。そして、回転部３９を図示しない駆動機構により回転駆動することによって、ハブ２０は回転部３９とともに所定速度で回転する。

次いで、探触子４０は、位置調整機構５０Ａによって移動され、その先端がハブ２０の段付き部２２の最小径の軸部２２ａと軸方向で対向し、ハブ２０の中心軸と探触子４０の中心軸とが一致するようにＸ方向の位置が設定される。また、探触子４０は、ハブ２０の軸方向他端側に所定の距離だけ離間して配置され、水槽１０の水中に全浸される、

そして、ハブ２０を回転部３９によって所定速度で回転させつつ、探触子４０をハブ２０との離間距離を維持しながらＸ方向に一軸変位させて超音波探傷を行う。

以上説明したように、本実施形態のハブ（鍛造品）の内部欠陥検出方法によれば、ハブ２０は、全浸しないように段付き部２２の軸方向他端側から水中に浸漬される。すなわち、ハブ２０の一部のみを水中に浸漬するようにしたため、ハブ２０を水に出し入れするセット時間を短縮することが可能となる。また、超音波探傷後、ハブ２０に付着した水を除去する時間を短縮することができるため、検査に要する時間及びコストを低減することができる。さらに、水中に、ハブ２０の表面に付着した空気や不純物等が混入することを抑制することが可能となる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

例えば、水槽１０には超音波伝達媒体として水を貯留するとしたが、水の代わりに、防錆油等の液体を用いてもよい。

また、探触子４０は、ハブ２０と軸方向で対向するように、軸方向他端側に所定の距離だけ離間して配置されるとしたが、これに限定されず、例えば、グリセリンなどの接触媒質を介して探触子４０とハブ２０とを軸方向に密着させて超音波探傷してもよい。

また、ハブ２０をハブ保持部３０に固定する際、及びハブ保持器３０から他の場所に搬送する際には、公知の搬送機構を用いることによって自動化してもよい。

また、上述の実施形態においては、ハブ２０を所定速度で回転させ、探触子４０をＸ方向に一軸変位させながら超音波探傷を行うとしたが、これに限定されず、探触子４０をＸ方向及びＹ方向に二軸変位させながら超音波探傷を行うようにしてもよい。この場合、位置調整機構は、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能であるように構成される。

また、第２実施形態において、ハブ２０は段付き部２２の最小径の軸部２２ａの一部のみが水中に浸漬されるとしたが、本発明の効果が得られる範囲であれば、軸部２２ｂが水中に浸漬されてもよいし、軸部２２ｃが水中に浸漬されてもよい。

また、鍛造品として、従動輪用ハブを用いたが、中空軸からなる駆動輪用ハブを用いてもよい。

また、鍛造品としては、自動車用ハブ軸受のハブに限定されず、断面積の異なる少なくとも２つの軸部が接続し、且つ軸方向一端側に向かうに従い軸部の外径が大きくなる段付き部を有する軸部材であればよい。

１ 超音波探傷装置
１０ 水槽
１５ 台
２０ ハブ（鍛造品）
２２ 段付き部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 軸部
２４ フランジ部
２６ 突出部
３０、３０Ａ ハブ保持部
３２ 基部
３３ 収容部
３４ 回転盤
３６ 柱部
３８ 延出部
３８ａ 貫通穴
３９ 回転部
４０ 超音波探傷用探触子
５０、５０Ａ 位置調整機構
５２ 探触子保持部

Claims (2)

1. 断面積の異なる少なくとも２つの軸部が接続し、且つ軸方向一端側に向かうに従い前記軸部の外径が大きくなる段付き部と、フランジ部と、を有するハブ軸受用の鍛造品を用い、
   前記鍛造品と超音波探傷用探触子とを超音波伝達媒体中に配置し、超音波探傷によって前記鍛造品の内部欠陥を検出する鍛造品の内部欠陥検出方法であって、
   前記超音波探傷用探触子は、前記鍛造品の段付き部と軸方向で対向するように、前記鍛造品の軸方向他端側に配置され、
   前記鍛造品と前記超音波探傷用探触子との離間距離を維持した状態で、前記鍛造品を回転させつつ、前記軸方向に対して垂直な方向であるＸ方向に前記超音波探傷用探触子を変位させながら超音波探傷を行い、又は、前記軸方向及び前記Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向としたとき、前記鍛造品と前記超音波探傷用探触子との離間距離を維持した状態で、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向の両方向に前記超音波探傷用探触子を変位させながら超音波探傷を行うことを特徴とする鍛造品の内部欠陥検出方法。
2. 前記鍛造品は、全浸しないように、前記段付き部の軸方向他端側から前記超音波伝達媒体中に浸漬されることを特徴とする請求項１に記載の鍛造品の内部欠陥検出方法。

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