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非破壊硬さ評価方法、非破壊硬さ評価装置および非破壊硬さ評価に用いられる硬さ測定装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P08A013503
整理番号 ShIP-6071
掲載日 2008年6月13日
出願番号 特願2006-270971
公開番号 特開2007-271600
登録番号 特許第5292568号
出願日 平成18年10月2日(2006.10.2)
公開日 平成19年10月18日(2007.10.18)
登録日 平成25年6月21日(2013.6.21)
優先権データ
  • 特願2006-062775 (2006.3.8) JP
発明者
  • 坂井田 喜久
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 非破壊硬さ評価方法、非破壊硬さ評価装置および非破壊硬さ評価に用いられる硬さ測定装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】X線回折を用いて、物体の表層の硬さの状態を非破壊で評価することができる方法を提供する。
【解決手段】マスター部品に対してX線回折を行い回折X線に基づく回折線幅を測定し、同回折線幅とマスター部品表面の硬度との関係を規定するデータベースと、同硬度と硬化層深さの関係を規定するマスターカーブを取得する。次に、検体である焼入量産品に対して前記と同様のX線回折を行い回折線幅を取得する。そして、前記データベース、マスターカーブおよび前記検体に係る回折線幅を用いて、検体表層の硬度および硬化層深さを推定し、同推定値に基づいて焼入量産品の表層の硬さの状態を評価する。
【選択図】 図14(b)

従来技術、競合技術の概要


バイクや自動車のドライブギアなどの歯車部品は、過酷な環境下で使用されるため、歯部表面などを高周波焼入などの表面硬化処理によって硬化層を形成し、歯車の硬度だけでなく、耐摩耗性や疲労寿命などを向上させている。各種のシャフト部品などでも同様なことが行われている。しかし、表面の硬化状態を部品の外観のみから判断することは困難で、従来は、焼入れなどの表面硬化処理を施した部品を切出して断面硬度を測定し、硬化層深さ(硬度分布)を把握する抜取り破壊検査を行わなければならなかった。しかし、抜取り破壊検査では、一旦生産ラインを中断しなければならないことや全数保証できないなど多くの問題があった。



そこで、特許文献1に見るような焼入硬度測定装置が発明されているが、これによっても必ずしも十分満足する結果は得られておらず、また、硬化層深さについては計測できないものであった。他方、特許文献2には、X線回折法による硬組織における結晶の配向性を分析する方法の発明等が開示されているが、物体表面の硬度や硬化層深さなどの硬さの状態を評価するものではなかった。

【特許文献1】特開2003-139745公報

【特許文献2】特開2003-121390公報

産業上の利用分野


本発明は、物体の表層の硬さの状態を非破壊で評価できる非破壊硬さ評価方法、非破壊硬さ評価装置および非破壊硬さ評価に用いられる硬さ測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
物体の表層の硬さの状態を非破壊で評価する非破壊硬さ評価方法において、
物体の表層を硬化させる表面硬化処理によって前記評価の基準となる硬さの状態を有する基準物体の表面に対してX線回折を行い、前記基準物体の表面における前記X線の回折線幅と同表面における表面硬度との関係基準および破壊試験を行って深さと硬度との関係基準を含む硬さ基準情報を予め取得する硬さ基準情報取得ステップと、
前記評価の対象となる前記表面硬化処理を施した検体の表面に対して前記X線回折を行い、同検体の表面における前記X線の回折状態を表す回折X線情報を取得する回折X線情報取得ステップと、
前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された硬さ基準情報と前記回折X線情報取得ステップにて取得された回折X線情報とを用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価する硬さ状態評価ステップとを含み、
前記硬さ状態評価ステップは、さらに、
前記回折X線情報取得ステップにて取得された回折X線情報を前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された硬さ基準情報である前記回折線幅と表面硬度との関係基準と対照させて前記検体の表面硬度を推測すると共に、該推測表面硬度を深さと硬度との関係基準と対照させて前記検体の硬化層深さを推測して前記検体の表面下の硬度分布を特定する硬度分布特定ステップを含み、
前記硬度分布特定ステップにて特定された硬度分布を用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価することを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項2】
請求項1に記載の非破壊硬さ評価方法において、さらに、
前記硬さ基準情報取得ステップは、前記基準物体の表面における前記X線の回折状態と同表面下の深さ方向における前記硬度分布との関係を表す前記硬さ基準情報を、前記基準物体の表面における複数の回折面ごとに取得し、
前記硬度分布特定ステップは、
前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された前記複数の回折面ごとの各硬さ基準情報のうちの少なくとも1つの硬さ基準情報と、前記回折X線情報取得ステップにて取得された回折X線情報とを用いて、前記検体の表面下の硬度分布を仮特定する仮特定ステップと、
前記仮特定ステップにて仮特定された前記硬度分布に応じて、前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された前記複数の硬さ基準情報のうちの1つの硬さ基準情報を選択する硬さ基準情報選択ステップとを含み、
前記硬さ基準情報選択ステップにて選択された硬さ基準情報を用いて、前記検体の表面下の硬度分布を特定する非破壊硬さ評価方法。

【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の非破壊硬さ評価方法において、
前記回折X線情報取得ステップは、同一の結晶相状態における前記検体の表面に対して互いに異なる複数の位置ごとにそれぞれ前記回折X線情報を取得し、
前記硬さ状態評価ステップは、前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された硬さ基準情報と前記回折X線情報取得ステップにて取得された複数の回折X線情報とを用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価する非破壊硬さ評価方法。

【請求項4】
請求項3に記載の非破壊硬さ評価方法において、
前記回折X線情報取得ステップは、前記検体の表面の深さ方向に対して互いに異なる複数の位置ごとにそれぞれ前記回折X線情報を取得し、
前記硬さ状態評価ステップは、前記硬度分布特定ステップにて、前記硬度分布の関係を表わす前記硬さ基準情報と前記回折X線情報取得ステップにて取得された複数の回折X線情報とを用いて、前記検体の表面下の硬度分布を特定する非破壊硬さ評価方法。

【請求項5】
請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、
基準の組織以外の結晶相が形成された場合をX線回折の対象となる物体に含まれる組織の各結晶相の複数の回折面から回折される回折X線の回折強度の角度依存性を表すX線回折パターンとの非類似性から判断することを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項6】
請求項1ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、
少なくともマルテンサイト相とフェライト相とが存在する前記検体を評価することを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項7】
請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、
前記表面硬化処理を施した前記基準物体に対してX線回折を行って回折線幅と表面硬度との関係基準を予め求めておくに当たって、回折線幅は特定の回折面におけるものを用いることを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項8】
請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、
前記表面硬化処理を施した基準物体に対してX線回折を行って回折線幅と表面硬度との関係基準を予め求めておくに当たって、回折線幅は幾つかの回折面におけるそれぞれの最高値と最低値間にわたり規格化したものを用いることを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項9】
請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、
2/5値幅の回折線幅を指標として前記検体の表面硬度を推測することを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項10】
請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、
X線としてCr-Kα線または白色X線を用いることを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項11】
請求項1ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、
X線の照射領域をコリメータにて絞ることを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項12】
請求項11に記載の非破壊硬さ評価方法において、
X線の照射面積が0.008~5.0mmであることを特徴とする非破壊硬さ評価方法。

【請求項13】
請求項1に記載の非破壊硬さ評価方法において、
前記硬さ基準情報および前記回折X線情報は、前記X線回折の対象となる物体に含まれる組織の各結晶相の複数の回折面から回折される回折X線の回折強度の角度依存性を表す回折パターンをそれぞれ含み、
前記硬さ状態評価ステップは、
前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された硬さ基準情報における前記回折パターンと前記回折X線情報取得ステップにて取得された回折X線情報における前記回折パターンとを比較する比較ステップを含み、
前記比較ステップによる比較結果に基づいて前記検体の表層の硬さの状態を評価する非破壊硬さ評価方法。

【請求項14】
請求項1ないし請求項12のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価方法において、さらに、
前記硬さ基準情報および前記回折X線情報は、前記X線回折の対象となる物体に含まれる組織の各結晶相の複数の回折面から回折される回折X線の回折強度の角度依存性を表す回折パターンをそれぞれ含み、
前記硬さ状態評価ステップは、
前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された硬さ基準情報における前記回折パターンと前記回折X線情報取得ステップにて取得された回折X線情報における前記回折パターンとを比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較結果に応じて、さらに、前記硬さ基準情報取得ステップにて取得された硬さ基準情報と前記回折X線情報取得ステップにて取得された回折X線情報とを用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価する非破壊硬さ評価方法。

【請求項15】
物体の表層の硬さの状態を非破壊で評価する非破壊硬さ評価装置において、
物体の表層を硬化させる表面硬化処理によって前記評価の基準となる硬さの状態を有する基準物体の表面に対してX線回折を行い、前記基準物体の表面における前記X線の回折線幅と同表面における表面硬度との関係基準および破壊試験を行って深さと硬度との関係基準を含む硬さ基準情報を取得する硬さ基準情報取得手段と、
前記評価の対象となる前記表面硬化処理を施した検体の表面に対して前記X線回折を行い、同検体の表面における前記X線の回折状態を表す回折X線情報を取得する回折X線情報取得手段と、
前記硬さ基準情報取得手段にて取得された硬さ基準情報と前記回折X線情報取得手段にて取得された回折X線情報とを用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価する硬さ状態評価手段とを備え、
前記硬さ状態評価手段は、さらに、
前記回折X線情報取得手段にて取得された回折X線情報を前記硬さ基準情報取得手段にて取得された硬さ基準情報である前記回折線幅と表面硬度との関係基準と対照させて前記検体の表面硬度を推測すると共に、該推測表面硬度を深さと硬度との関係基準と対照させて前記検体の硬化層深さを推測して前記検体の表面下の硬度分布を特定する硬度分布特定手段を含み、
前記硬度分布特定手段にて特定された硬度分布を用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価することを特徴とする非破壊硬さ評価装置。

【請求項16】
請求項15に記載の非破壊硬さ評価装置において、さらに、
前記硬さ基準情報取得手段は、前記基準物体の表面における前記X線の回折状態と同表面下の深さ方向における前記硬度分布との関係を表す前記硬さ基準情報を、前記基準物体の表面における複数の回折面ごとに取得し、
前記硬度分布特定手段は、
前記硬さ基準情報取得手段にて取得された前記複数の回折面ごとの各硬さ基準情報のうちの少なくとも1つの硬さ基準情報と、前記回折X線情報取得手段にて取得された回折X線情報とを用いて、前記検体の表面下の硬度分布を仮特定する仮特定手段と、
前記仮特定手段にて仮特定された前記硬度分布に応じて、前記硬さ基準情報取得手段にて取得された前記複数の硬さ基準情報のうちの1つの硬さ基準情報を選択する硬さ基準情報選択手段とを含み、
前記硬さ基準情報選択手段にて選択された硬さ基準情報を用いて、前記検体の表面下の硬度分布を特定する非破壊硬さ評価装置。

【請求項17】
請求項15または請求項16に記載の非破壊硬さ評価装置において、
前記回折X線情報取得手段は、同一の結晶相状態における前記検体の表面に対して互いに異なる複数の位置ごとにそれぞれ前記回折X線情報を取得し、
前記硬さ状態評価手段は、前記硬さ基準情報取得手段にて取得された硬さ基準情報と前記回折X線情報取得手段にて取得された複数の回折X線情報とを用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価する非破壊硬さ評価装置。

【請求項18】
請求項17に記載の非破壊硬さ評価装置において、
前記回折X線情報取得手段は、前記検体の表面の深さ方向に対して互いに異なる複数の位置ごとにそれぞれ前記回折X線情報を取得し、
前記硬さ状態評価手段は、前記硬度分布特定手段にて、前記硬度分布の関係を表わす前記硬さ基準情報と前記回折X線情報取得手段にて取得された複数の回折X線情報とを用いて、前記検体の表面下の硬度分布を特定する非破壊硬さ評価装置。

【請求項19】
請求項15に記載の非破壊硬さ評価装置において、
前記硬さ基準情報および前記回折X線情報は、前記X線回折の対象となる物体に含まれる組織の各結晶相の複数の回折面から回折される回折X線の回折強度の角度依存性を表す回折パターンをそれぞれ含み、
前記硬さ状態評価手段は、
前記硬さ基準情報取得手段にて取得された硬さ基準情報における前記回折パターンと前記回折X線情報取得手段にて取得された回折X線情報における前記回折パターンとを比較する比較手段を備え、
前記比較手段による比較結果に基づいて前記検体の表層の硬さの状態を評価する非破壊硬さ評価装置。

【請求項20】
請求項15ないし請求項19のうちのいずれか1つに記載の非破壊硬さ評価装置において、さらに、
前記硬さ基準情報および前記回折X線情報は、前記X線回折の対象となる物体に含まれる組織の各結晶相の複数の回折面から回折される回折X線の回折強度の角度依存性を表す回折パターンをそれぞれ含み、
前記硬さ状態評価手段は、
前記硬さ基準情報取得手段にて取得された硬さ基準情報における前記回折パターンと前記回折X線情報取得手段にて取得された回折X線情報における前記回折パターンとを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に応じて、さらに、前記硬さ基準情報取得手段にて取得された硬さ基準情報と前記回折X線情報取得手段にて取得された回折X線情報とを用いて、前記検体の表層の硬さの状態を評価する非破壊硬さ評価装置。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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