JP2009036682A - 渦電流センサ、硬化層深さ検査装置及び硬化層深さ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、渦電流効果を利用した非破壊検査技術であって、鋼材の表面焼入れの硬化層深さを、検査雰囲気の温度が変動しても精度を低下させることなく検査できるものを提案し、製造時にインラインでの全数検査の実現に寄与する。
【解決手段】硬化層深さ検査装置１０に、同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの検出コイル３２・３３を、励磁コイル３１に同心状に内挿して成るプローブと、センサ本体１２とを備えた渦電流センサ１３と、評価装置１５とを備える。前記渦電流センサ１３にて、前記励磁コイル３１に交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により被検体Ｗに発生した渦電流を検出した前記二つの検出コイル３２・３３の検出信号を受信して、これらの検出信号の差に基づく値を評価装置１５に出力し、前記評価装置にて、前記渦電流センサの出力値を前記閾値と比較して被検体Ｗの硬化層深さの良否を評価する。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋼材の表面焼入れの硬化層深さを非破壊で検査するための技術に関する。

例えば、工作機械、自動車やオートバイのエンジン部品や足回り部品等の機械部品には、高周波焼入れをした鋼材（以下、単に『鋼材』と記載する。）が使用されている。前記高周波焼入れは、金属（導電体）を高周波誘導加熱して行う焼入れである。
鋼材の表面焼入れの硬化層深さについて、有効硬化層深さ及び全硬化層深さが規格されており、鋼材の品質を保証するために、硬化層深さを測定して評価する必要がある。

前記鋼材の表面焼入れの硬化層深さは、サンプルとして抜き取られた鋼材が部分的に切断され、その断面強度がビッカーズ硬度計など各種硬度計にて測定され、その結果から硬化層深さが評価される。しかし、この手法ではサンプルとなる鋼材が必要となり、インラインでの全数検査が不可能である。

そこで、超音波センサや渦電流センサを用いた非破壊計測法にて、鋼材の表面焼入れの硬化層深さが測定されている。
鋼材の導電率は、母材と硬化層に生じるマルテンサイトとの間で差が生じる。従って、渦電流センサを用いて鋼材の表面焼入れの硬化層深さを測定すれば、硬化層深さの変化に伴って検出コイルが検出する電圧（振幅）が変化し、また、検出コイルが検出する電圧は硬化層深さの増加とともに短調に減少するので、これらの現象を利用して硬化層深さを算定することが可能である。

例えば、特許文献１に記載の焼入れ深度測定方法は、励磁コイルで発生させた低周波交流磁場によって鋼材を表面に沿った方向に磁化し、それによって発生する渦電流で誘起される誘導磁場を検出コイルで検出し、該検出コイルの出力電圧を同種鋼材の既知の硬化層の深さと出力電圧の相関データと比較することによって、対象鋼材の硬化層の深さを算出するものである。なお、特許文献１に開示された渦電流センサでは、一組のヘルムホルツ型励磁コイルと、該励磁コイル間に配置された検出コイルと、該検出コイルの内側に設けた外部磁場検出手段を具備するプローブが備えられている。

上記のように渦電流センサを用いる硬化層深さの測定法が提案されているが、渦電流センサでは、測定雰囲気の温度変動に伴い被測定体の透磁率、コイルの抵抗、装置自体の性能などが変動するため、同一被測定体で硬化層深さを測定したとしても測定雰囲気の温度により検出コイルの出力電圧が変動する。よって、測定雰囲気の温度に応じて温度補正などの煩雑な作業が必要となり、また、測定雰囲気の温度が変動しやすい製造現場で硬化層深さを測定することは困難であるという課題がある。
特開２００２−１４０８１号公報

上記従来技術に鑑み、本発明では、渦電流効果を利用した非破壊検査技術であって、鋼材の表面焼入れの硬化層深さを、検査雰囲気の温度が変動しても精度を低下させることなく検査を行うことができるものを提案し、製造時にインラインでの全数検査の実現を図る。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの検出コイルを、励磁コイルに同心状に内挿して成るプローブと、前記プローブに接続されるセンサ本体とを備え、前記センサ本体にて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記励磁コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流を検出した前記二つの検出コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力する、渦電流センサである。

請求項２においては、同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導型コイルで成るプローブと、前記プローブに接続されるセンサ本体とを備え、前記センサ本体にて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記二つの自己誘導型コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流の影響を受けた前記二つの自己誘導型コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力する、渦電流センサである。

請求項３においては、被検体である表面焼入れした鋼材の硬化層深さを検査するための硬化層深さ検査装置であって、前記請求項１又は請求項２に記載の渦電流センサと、前記渦電流センサの出力値を、予め設定された閾値と比較することにより、前記鋼材の表面焼入れの硬化層深さの良否を評価する評価装置とを、備えるものである。

請求項４においては、同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの検出コイルを励磁コイルに同心状に内挿して成るプローブと、前記プローブに接続されるセンサ本体とを備えた渦電流センサと、前記渦電流センサの出力値に関して鋼材の硬化層深さの良否を判定するための閾値が予め設定された評価装置とを用いて、被検体である表面焼入れした鋼材の硬化層深さを検査するための硬化層深さ検査方法であって、前記渦電流センサにて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記励磁コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流を検出した前記二つの検出コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力するステップと、前記評価装置にて、前記渦電流センサの出力値を前記閾値と比較することにより、前記鋼材の表面焼入れの硬化層深さの良否を評価するステップとを、含むものである。

請求項５においては、同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導型コイルで成るプローブと、前記プローブに接続されるセンサ本体とを備えた渦電流センサと、前記渦電流センサの出力値に関して鋼材の硬化層深さの良否を判定するための閾値が予め設定された評価装置とを用いて、被検体である表面焼入れした鋼材の硬化層深さを検査するための硬化層深さ検査方法であって、前記渦電流センサにて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記自己誘導型コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流の影響を受けた前記二つの自己誘導型コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力するステップと、前記評価装置にて、前記渦電流センサの出力値を前記閾値と比較することにより、前記鋼材の表面焼入れの硬化層深さの良否を評価するステップとを、含むものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明によれば、渦電流センサに具備される一つのプローブに備えられた二つの検出コイルの検出信号（検出値）の差に基づいて、焼入れ後の鋼材の硬化層深さを推定するので、検査雰囲気の温度が変動しても、温度補正を行わずに精度を低下させることなく検査を行うことができる。これにより、温度が変動し易い製造ラインにおいても検査が可能となり、製造時にインラインでの全数検査の実現に寄与することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る硬化層深さ検査装置の構成を示す図、図２は硬化層深さ検査装置の構成を示すブロック図、図３は評価装置の処理の流れ図である。
図４は実施例１に係るプローブの構成を示す図、図５は被検体と測定結果例を示す図である。

本発明の実施例に係る硬化層深さ検査装置１０について説明する。
図１及び図２に示すように、前記硬化層深さ検査装置１０は、高周波焼入れを行った後の鋼材を被検体Ｗとして、該被検体Ｗの表面焼入れの硬化層深さを測定し、前記硬化層深さが適当であるかを検査するためのものである。

前記硬化層深さ検査装置１０には、被検体Ｗに渦電流を発生させるとともに該渦電流を検出して前記被検体Ｗの硬化層深さを評価するための値を出力する渦電流センサ１３と、前記渦電流センサ１３からの出力値に基づいて前記硬化層深さを評価する評価装置１５とが備えられる。

まず、前記渦電流センサ１３の構成について説明する。
図１、図２及び図４に示すように、前記渦電流センサ１３には、励磁コイル３１と該励磁コイル３１に同心状に内挿された物理的構造の異なる二つの検出コイル３２・３３とで成るプローブ１１と、前記プローブ１１に接続されるセンサ本体１２とが備えられる。前記センサ本体１２では、前記励磁コイル３１に交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により被検体Ｗに発生した渦電流を検出した前記二つの検出コイル３２・３３の検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値が出力される。

前記渦電流センサ１３のプローブ１１は、略中心に被検体Ｗを貫通させる貫通型コイルである。前記渦電流センサ１３では、一つの被検体Ｗが全てのプローブ１１・１１・１１を貫通するように、該プローブ１１・１１・１１は略同軸状に整列配置されて、治具１４にて保持される。なお、前記治具１４には、プローブ１１に挿入された被検体Ｗを、前記プローブ１１と被検体Ｗとが略同軸状を保持するように支持する機能も併せて備えられる。
なお、本実施例においてプローブ１１は一つの渦電流センサ１３に３つ備えられているが、本実施形態に限定されるものではなく、被検体Ｗの形状や測定部位に応じて渦電流センサ１３に備えるプローブ１１の数を単数又は複数とすることができる。

被検体Ｗが挿入されたプローブ１１の励磁コイル３１に交流電流が印加されると、透磁率と電導率の影響を受けて前記被検体Ｗに渦電流が発生する。この渦電流の電圧Ｖが、検出コイル３２・３３にて検出される。

前記プローブ１１に具備される二つの検出コイル３２・３３は、物理的構造が異なり、同一でないが構造的に近似して同じような検出傾向を示すがものが採用される。即ち、前記二つの検出コイル３２・３３は、径、巻き数、導線の太さ等の物理的構成条件に差異が設けられて、同一被検出体の同一部位を検査したときに同一値が検出されないように構成される。但し、前記二つの検出コイル３２・３３の物理的構造に大きな差異は設けず、構造的に近似して同じような検出傾向を示すものとされる。

前記センサ本体１２は、プローブ１１の励磁コイル３１に流す交流電流を発振するとともに、該プローブ１１の検出コイル３２・３３の検出値（渦電流の電圧Ｖ）に基づいて演算処理を行うものである。
前記センサ本体１２には、チャンネル切替回路２１と、信号処理回路２２と、発振回路２３とが設けられる。

前記チャンネル切替回路２１は、渦電流センサ１３に具備される全てのプローブ１１の検出信号を一つの信号処理回路２２で処理するために、信号処理回路２２及び発振回路２３と接続されるプローブ１１を切り替えるための回路である。
前記発振回路２３は、電流ｉをプローブ１１の励磁コイル３１に発振し、該励磁コイル３１に交流電流を印加するためのものである。
前記信号処理回路２２は、各検出コイル３２・３３の検出信号（渦電流の電圧Ｖ）の差分電圧ΔＶを取り出して増幅する差動アンプ２２ａと、前記差分電圧ΔＶから励磁電流である電流ｉに同期した９０°位相差の二つの信号成分を抽出して出力する位相検波部２２ｂ及び移相部２２ｅと、前記差分電圧ΔＶを増幅したりインピーダンスを変換したりするゲイン部２２ｃと、前記差分電圧ΔＶのリップルを除去するフィルタ部２２ｄとが備えられる。前記信号処理回路２２では、プローブ１１の検出コイル３２・３３からの検出信号に基づいて演算処理が行われ、被検体Ｗの硬化層深さを評価するための値として検出コイル３２・３３で検出された各検出信号の差分電圧ΔＶが出力値として評価装置１５へ出力される。

次に、前記評価装置１５について説明する。
前記評価装置１５は、渦電流センサ１３の動作を制御するとともに、前記渦電流センサ１３からの出力値を受けて、予め設定された閾値と比較することにより、被検体Ｗの表面焼入れの硬化層深さの良否を評価するものである。

前記評価装置１５は、いわゆる電子計算機であり、前記評価装置１５に具備される各手段の動作制御を司る制御手段４１、アプリケーションプログラムやデータが格納された記憶手段４４、前記記憶手段４４に格納されたプログラムを実行して演算処理を行う演算手段４２、前記評価装置１５へ情報を入力するための入力手段４３、及び演算結果を出力する出力手段４５等で構成される。

前記評価装置１５では、出力手段４５にて渦電流センサ１３の出力値とともに、前記出力値に基づく被検体Ｗの被検体Ｗの表面焼入れの硬化層深さの良否が評価が出力される。前記評価装置１５では、渦電流センサ１３の出力値に対する閾値が予め設定され、渦電流センサ１３の出力値と閾値とを比較することにより、被検体Ｗの表面焼入れの硬化層深さの良否が評価される。
なお、図５では、図４に示す構成のプローブ１１を備えた渦電流センサ１３を用いて、表面焼入れの硬化層深さが既知である図５に示す形状のヨークシャフトを被検体Ｗとして、各部位ア・イ・ウについて測定したときの出力値と硬化層深さ（焼入れ深さ）が示されている。図５より、被検体Ｗの硬化層深さと渦電流センサ１３の出力値とは比例関係にあることがわかる。

前記記憶手段４４には硬化層深さ検査プログラムが格納される。この硬化層深さ検査プログラムが演算手段４２にて実行されることにより、電子計算機は評価装置１５として機能することとなる。
また、前記記憶手段４４には、渦電流センサ１３の発振回路２３にて発振される周波数、位相、及び信号処理回路２２における増幅レベル等の測定条件や、渦電流センサ１３の出力値、後述する渦電流センサ１３の出力値に対する閾値等の、各種データが格納される。

続いて、上記構成の硬化層深さ検査装置１０を用いた被検体Ｗの表面焼入れの硬化層深さの検査方法を、図３を用いて、評価装置１５で行われる処理の流れに沿って説明する。

検査の準備段階として、測定条件が評価装置１５に設定され、また、渦電流センサ１３のプローブ１１に被検体Ｗが挿入される。なお、前記被検体Ｗは、プローブ１１の内周との距離（リフトオフ）が略一定となるように配置される。

検査が開始されると、まず、評価装置１５より渦電流センサ１３のセンサ本体１２に対して動作信号が送られ、次のステップ（Ｓ１）〜（Ｓ３）の処理が渦電流センサ１３にて行われる。
始めに、前記センサ本体１２のチャンネル切替回路２１にて、硬化層深さ検査装置１０に具備されるプローブ１１・１１・１１のうち一つと信号処理回路２２及び発振回路２３が接続される（Ｓ１）。

続いて、前記センサ本体１２の発振回路２３にて、プローブ１１の励磁コイル３１に電流ｉが印加される（Ｓ２）。これにより前記励磁コイル３１に発生した低周波交流磁場にて、被検体Ｗが磁化されて生じる渦電流で誘導磁場が誘起される。前記誘導磁場は、検出コイル３２・３３にて検出されることとなる。

そして、前記センサ本体１２の信号処理回路２２にて、検出コイル３２・３３の検出信号が処理される（Ｓ３）。
前記信号処理回路２２では、検出コイル３２・３３の検出信号の差（差分電圧）に基づく値が評価装置１５に出力される。

上述のように渦電流センサ１３から出力値を得た評価装置１５では（Ｓ４のＹＥＳ）、予め設定された閾値と前記出力値とが比較演算される（Ｓ５）。さらに、評価装置１５では、前記比較演算の結果に基づいて硬化層深さの良否が判定され（Ｓ６）、判定結果や渦電流センサ１３からの出力値等が併せて出力手段４５にて表示出力される（Ｓ７）。

そして、渦電流センサ１３に具備される全てのプローブ１１・１１・１１での渦電流の検出が終了するまで上記（Ｓ１）〜（Ｓ７）に示す各ステップの処理が繰り返されて、検査が終了する。

上記の硬化層深さ検査装置１０及び検査方法によれば、渦電流センサ１３のプローブ１１に二つの検出コイル３２・３３を備え、これらの検出信号の差に基づく出力値にて被検体Ｗの硬化層深さが推定され、評価される。
前記渦電流センサ１３の出力値は、渦電流センサ１３のプローブ１１に具備される各検出コイル３２・３３の検出信号そのものと比較して、検査雰囲気の温度の変動に対する変動が小さい若しくは僅かである。よって、検査雰囲気の温度の変動しても、温度補正等の煩雑な操作又は処理を行うことなく、精度良く被検体Ｗの硬化層深さの評価を行うことができる。これにより、温度が変動し易い製造ラインにおいても検査が可能となり、製造時にインラインでの全数検査の実現に寄与することができる。

また、検査雰囲気の温度補正を不要とするために、二つの渦電流センサを備えて標準試験片と被検体Ｗとを同時に検査するタイプの硬化層深さ検査装置も存在するが、本発明に係る硬化層深さ検査装置１０及び検査方法によれば、二つの検出コイル３２・３３の検出値の差に基づいて硬化層深さが推定されるため、標準試験片と被検体Ｗとを同時に検査する必要はない。

さらに、前記硬化層深さ検査装置１０に具備される渦電流センサ１３に、複数のプローブ１１・１１・１１を備えることによれば、プローブ１１を移動させる手間なく高速に検査を行うことができ、また、プローブ１１を移動させるためのモータ等の駆動手段が不要となり安価に硬化層深さ検査装置１０を構成することができる。

続いて、硬化層深さ検査装置１０の渦電流センサ１３に具備されるプローブ１１の構成について、下記実施例１〜４で説明する。

まず、実施例１に係る渦電流センサ１３のプローブ１１について説明する。
図４に示すように、プローブ１１は相互誘導型であって、同軸状に近接して配置された物理的構造の異なる二つの検出コイル３２・３３を、励磁コイル３１に同心状に内挿して成るものである。前記『同軸状に配置』するとは、検出コイル３２・３３を共通の軸心上に軸方向に並置することを意味する。
本実施例において、前記第一の検出コイル３２よりも第二の検出コイル３３の方が外径がやや大きく、これらの検出コイル３２・３３は、径に差異を設けることにて、同一被検出体の同一部位を検査したときに同一値が検出されないように構成される。

前記励磁コイル３１、第一の検出コイル３２、並びに第二の検出コイル３３は、何れも内周に被検体Ｗを挿通可能な貫通型コイルである。前記励磁コイル３１の内周よりも、第一の検出コイル３２及び第二の検出コイル３３の外径は小さく、励磁コイル３１の内周に第一の検出コイル３２及び第二の検出コイル３３が配置される。
なお、前記第一の検出コイル３２及び第二の検出コイル３３において、コイルの内径断面積に対する被検体Ｗの断面積の割合（充填率）が９０％以上になるように、コイルの大きさを選定することが、精度を良好とするために望ましい。

前記励磁コイル３１の両端部には環状の支持盤５１・５２が設けられ、また、励磁コイル３１の内部に挿入される第一の検出コイル３２と第二の検出コイル３３との間には環状のスペーサ５３が設けられる。なお、コイル間の影響を小さくするためやコイルの位置を保持するために二つの検出コイル３２・３３にスペーサ５３が介挿されるが、前記二つの検出コイル３２・３３間の距離はより短い方が被検体Ｗの同一部位を検査するうえで望ましい。
このようにして、二枚の支持盤５１・５２に、間にスペーサ５３を介挿した検出コイル３２・３３が挟まれて、プローブ１１が一体的に構成される。なお、前記励磁コイル３１に対して、前記第一の検出コイル３２及び第二の検出コイル３３の巻き数（軸方向長さ）は半分程度として、励磁コイル３１の軸方向長さ内に、第一の検出コイル３２及び第二の検出コイル３３が収まるように設計される。

上記構成のプローブ１１を備えた渦電流センサ１３にて、被検体Ｗを測定した場合、例えば図５に示すように、渦電流センサ１３の出力値と被検体Ｗの硬化層深さ（焼入れ深さ）とが反比例関係を有するという結果が得られる。よってこの場合、硬化層深さ検査装置１０の評価装置１５では、有効な硬化層の深さの境界値に対応する渦電流センサ１３の出力値の閾値が設定され、前記渦電流センサ１３の出力値が前記閾値を超えた場合に、被検体Ｗの表面焼入れの硬化層の深さが不良であると判定される。

実施例２に係る渦電流センサ１３のプローブ１１について説明する。
図６は実施例２に係るプローブの構成を示す図、図７は実施例２に係るプローブを備えた渦電流センサでの測定結果例を示す図である。

図６に示すように、プローブ１１は相互誘導型であって、二層に重ねて同心状に配置された物理的構造の異なる二つの検出コイル３２・３３を、励磁コイル３１に同心状に内挿して成るものである。なお、前記『同心状に配置』するとは、検出コイル３２・３３が半径方向に重なるような配置関係を意味する。

前記励磁コイル３１、第一の検出コイル３２、並びに第二の検出コイル３３は、何れも内周に被検体Ｗを挿通可能な貫通型コイルである。前記励磁コイル３１の内周よりも、第一の検出コイル３２の外径は小さく、前記第一の検出コイル３２の内径よりも前記第二の検出コイル３３の外径は小さく、励磁コイル３１の内周に第一の検出コイル３２が配置され、第一の検出コイル３２の内周に第二の検出コイル３３が配置される。なお、第二の検出コイル３３において、コイルの内径断面積に対する被検体Ｗの断面積の割合（充填率）が９０％以上になるようにコイルの大きさを選定することが、精度を良好とするために望ましい。

前記励磁コイル３１、第一の検出コイル３２、及び第二の検出コイル３３は、何れも軸方向同一側に支持盤３１ａ・３２ａ・３３ａが設けられており、これが連結されることによって、プローブ１１が一体的に構成される。
実施例２に係るプローブ１１は、前記実施例１に記載のプローブ１１と比較して、軸方向の厚みを小さく構成することが可能であり、局部的に被検体Ｗを検査する場合に適している。

上記構成のプローブ１１を備えた渦電流センサ１３にて、被検体Ｗを測定した場合、例えば図７に示すように、渦電流センサ１３の出力値と被検体Ｗの硬化層深さ（焼入れ深さ）とが反比例関係を有するという結果が得られる。よってこの場合、硬化層深さ検査装置１０の評価装置１５では、有効な硬化層の深さの境界値に対応する渦電流センサ１３の出力値の閾値が設定され、前記渦電流センサ１３の出力値が前記閾値を超えた場合に、被検体Ｗの表面焼入れの硬化層の深さが不良であると判定される。

実施例３に係る渦電流センサ１３のプローブ１１について説明する。
図８は実施例３に係るプローブの構成を示す図、図９は実施例３に係るプローブを備えた渦電流センサでの測定結果例を示す図である。

図８に示すように、プローブ１１には、二層に重ねて同心状に配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導型コイル（第一の自己誘導コイル３４と第二の自己誘導コイル３５）が備えられる。これらのコイル３４・３５は何れも貫通型コイルである。
つまり、渦電流センサ１３には、同心状に配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導コイル３４・３５及びセンサ本体１２とが備えられる。この渦電流センサ１３のプローブ１１を構成するコイルは自己誘導型であるため、前記渦電流センサ１３では、前記自己誘導コイル３４・３５に交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により被検体Ｗに発生した渦電流の影響を受けた前記二つの自己誘導コイル３４・３５の検出信号（電圧値）を受信して、これらの検出信号の差に基づく値を出力することとなる。

前記第一の自己誘導コイル３４の内径よりも前記第二の自己誘導コイル３５の外径は小さく、第一の自己誘導コイル３４の内周に第二の自己誘導コイル３５が配置される。つまり、本実施例において、二つの自己誘導型コイル３４・３５は、コイルの軸方向長さ（巻き数）は略同一であるが、コイルの径が異なる点で物理的構造が異なる。
なお、第二の自己誘導コイル３５において、コイルの内径断面積に対する被検体Ｗの断面積の割合（充填率）が９０％以上になるように、コイルの大きさを選定することが、精度を良好とするために望ましい。

第一の自己誘導コイル３４及び第二の自己誘導コイル３５は、何れも軸方向同一側に、支持盤３４ａ・３５ａが設けられており、これが連結されることによって、プローブ１１が一体的に構成される。
実施例３に係るプローブ１１は、前記実施例１に記載のプローブ１１と比較して、軸方向の厚みを小さく構成することが可能であり、局部的に被検体Ｗを検査する場合に適している。

上記構成のプローブ１１を備えた渦電流センサ１３にて、被検体Ｗを測定した場合、例えば図９に示すように、渦電流センサ１３の出力値と被検体Ｗの硬化層深さ（焼入れ深さ）とが正比例関係を有するという結果が得られる。よってこの場合、硬化層深さ検査装置１０の評価装置１５では、有効な硬化層の深さの境界値に対応する渦電流センサ１３の出力値の閾値が設定され、前記渦電流センサ１３の出力値が前記閾値よりも小さくなった場合に、被検体Ｗの表面焼入れの硬化層の深さが不良であると判定される。

実施例４に係る渦電流センサ１３のプローブ１１について説明する。
図１０は実施例４に係るプローブの構成を示す図、図１１は実施例４に係るプローブを備えた渦電流センサでの測定結果例を示す図である。

図１０に示すように、プローブ１１には、同軸状に近接して配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導型コイル（第一の自己誘導コイル３４と第二の自己誘導コイル３５）が備えられる。
つまり、渦電流センサ１３には、同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導コイル３４・３５で成るプローブ１１及びセンサ本体１２が備えられる。この渦電流センサ１３のプローブ１１を構成するコイルは自己誘導型であるため、前記渦電流センサ１３では、前記自己誘導コイル３４・３５に交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により被検体Ｗに発生した渦電流の影響を受けた前記二つの自己誘導コイル３４・３５の検出信号（電圧値）を受信して、これらの検出信号の差に基づく値を出力することとなる。

前記第一の自己誘導コイル３４と第二の自己誘導コイル３５との間に環状のスペーサ５３を介挿したものが、二枚の環状の支持盤５１・５２にて挟み込まれた状態とされ、プローブ１１が一体的に構成される。本実施例において、二つの自己誘導型コイル３４・３５は、コイルの軸方向長さ（巻き数）は略同一であるが、コイルの径が異なる点で物理的構造が異なる。
なお前記二つの自己誘導型コイル３４・３５間の距離はより短い方が被検体Ｗの同一部位を検査するうえで望ましい。
また、第一の自己誘導コイル３４及び第二の自己誘導コイル３５において、コイルの内径断面積に対する被検体Ｗの断面積の割合（充填率）が９０％以上になるように、コイルの大きさを選定することが、精度を良好とするために望ましい。

上記構成のプローブ１１を備えた渦電流センサ１３にて、被検体Ｗを測定した場合、例えば図１１に示すように、渦電流センサ１３の出力値と被検体Ｗの硬化層深さ（焼入れ深さ）とが反比例関係を有するという結果が得られる。よってこの場合、硬化層深さ検査装置１０の評価装置１５では、有効な硬化層の深さの境界値に対応する渦電流センサ１３の出力値の閾値が設定され、前記渦電流センサ１３の出力値が前記閾値よりも大きくなった場合に、被検体Ｗの表面焼入れの硬化層の深さが不良であると判定される。

なお、上記実施例１〜４において、図５、図７、図９及び図１１に示す測定結果例に関して、各プローブ１１に具備される第一の検出コイル３２と第二の検出コイル３３（又は第一の自己誘導コイル３４と第二の自己誘導コイル３５）の導電率によって、渦電流センサ１３の出力値と硬化層深さとの正比例・反比例関係が異なり、また、出力値も異なる。よって、硬化層深さ検査装置１０では、各プローブ１１について出力値の特性を得るための試験を行ったうえで、評価装置１５に閾値並びに硬化層の深さの良否判定基準が設定される。

本発明の一実施例に係る硬化層深さ検査装置の構成を示す図。 硬化層深さ検査装置の構成を示すブロック図。 評価装置の処理の流れ図。 実施例１に係るプローブの構成を示す図。 被検体と測定結果例を示す図。 実施例２に係るプローブの構成を示す図。 実施例２に係るプローブを備えた渦電流センサでの測定結果例を示す図。 実施例３に係るプローブの構成を示す図。 実施例３に係るプローブを備えた渦電流センサでの測定結果例を示す図。 実施例４に係るプローブの構成を示す図。 実施例４に係るプローブを備えた渦電流センサでの測定結果例を示す図。

符号の説明

Ｗ 被検体
１０ 硬化層深さ検査装置
１１ プローブ
１２ センサ本体
１３ 渦電流センサ
１４ 治具
３１ 励磁コイル
３２ 検出コイル
３３ 検出コイル

Claims (5)

1. 同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの検出コイルを、励磁コイルに同心状に内挿して成るプローブと、
   前記プローブに接続されるセンサ本体とを備え、
   前記センサ本体にて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記励磁コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流を検出した前記二つの検出コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力することを、
   特徴とする渦電流センサ。
2. 同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導型コイルで成るプローブと、
   前記プローブに接続されるセンサ本体とを備え、
   前記センサ本体にて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記二つの自己誘導型コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流の影響を受けた前記二つの自己誘導型コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力することを、
   特徴とする渦電流センサ。
3. 被検体である表面焼入れした鋼材の硬化層深さを検査するための硬化層深さ検査装置であって、
   前記請求項１又は請求項２に記載の渦電流センサと、
   前記渦電流センサの出力値を、予め設定された閾値と比較することにより、前記鋼材の表面焼入れの硬化層深さの良否を評価する評価装置とを、
   備えることを特徴とする硬化層深さ検査装置。
4. 同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの検出コイルを励磁コイルに同心状に内挿して成るプローブと、前記プローブに接続されるセンサ本体とを備えた渦電流センサと、前記渦電流センサの出力値に関して鋼材の硬化層深さの良否を判定するための閾値が予め設定された評価装置とを用いて、被検体である表面焼入れした鋼材の硬化層深さを検査するための硬化層深さ検査方法であって、
   前記渦電流センサにて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記励磁コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流を検出した前記二つの検出コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力するステップと、
   前記評価装置にて、前記渦電流センサの出力値を前記閾値と比較することにより、前記鋼材の表面焼入れの硬化層深さの良否を評価するステップとを、
   含むことを特徴とする硬化層深さ検査方法。
5. 同心状又は同軸状に配置された物理的構造の異なる二つの自己誘導型コイルで成るプローブと、前記プローブに接続されるセンサ本体とを備えた渦電流センサと、前記渦電流センサの出力値に関して鋼材の硬化層深さの良否を判定するための閾値が予め設定された評価装置とを用いて、被検体である表面焼入れした鋼材の硬化層深さを検査するための硬化層深さ検査方法であって、
   前記渦電流センサにて、被検体が前記プローブに挿入された状態で前記自己誘導型コイルに交流電流を流して磁場を発生させるとともに、前記磁場により前記被検体に発生した渦電流の影響を受けた前記二つの自己誘導型コイルの検出信号を受信し、これらの検出信号の差に基づく値を出力するステップと、
   前記評価装置にて、前記渦電流センサの出力値を前記閾値と比較することにより、前記鋼材の表面焼入れの硬化層深さの良否を評価するステップとを、
   含むことを特徴とする硬化層深さ検査方法。

Images