JP4811276B2

JP4811276B2 - 焼き入れ深さ測定装置および焼き入れ深さ測定方法

Info

Publication number: JP4811276B2
Application number: JP2007002738A
Authority: JP
Inventors: 明阪野; 俊信新井; 貴也山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-01-10
Also published as: JP2008170233A

Description

本発明は、焼き入れ処理を施すことにより鉄鋼材料からなる部品等の表面に形成される焼き入れ層の深さ（焼き入れ深さ）を測定する技術に関する。

従来、焼き入れ処理により鉄鋼材料からなる部品等の表面に形成される焼き入れ層の深さ（焼き入れ深さ）を測定する方法として、同一バッチで焼き入れ処理が施された部品等の一部を切断し、その切断面の組織観察を行う、あるいは当該切断面におけるビッカース硬度の深さ方向の分布を測定する方法が知られている。
しかし、この方法は、（１）製品となり得る部品等の一部を切断する工程を含むことから測定対象物は測定後に廃棄せざるを得ず、製品歩留まりの低下の要因となること、（２）切断、切断面の処理（研磨、エッチング等）、電子顕微鏡等による切断面の観察あるいはビッカース硬度計による硬度測定、といった一連の工程を経て行われることから測定に要する時間が長いこと、（３）上記理由から全数検査に適用することが不可能であること、（４）そもそも抜き取り検査による全数の品質保証には限界があり、測定対象物の測定結果次第では同一バッチで焼き入れ処理が施された部品等を全て不良品扱いしなければならず、これも製品歩留まりの低下の要因となること、といった種々の問題がある。

このような問題を解消する方法として、非接触で行う焼き入れ深さの測定が検討されている。例えば特許文献１乃至特許文献５に記載の如くである。

特許文献１および特許文献２に記載の方法は、測定対象物の表面に超音波を照射し、測定対象物の表面における反射波の伝播時間と焼き入れ層と母層との境界における反射波の伝播時間との差に基づいて焼き入れ層の深さを測定するものである。

特許文献３に記載の方法は、測定対象物に磁歪みによる軸対称剪断波を発生し、測定対象物の共鳴周波数に基づいて焼き入れ層の深さを測定するものである。

特許文献４に記載の方法は、測定対象物に挿通された励磁コイルにより交流磁場を発生させ、当該交流磁場により測定対象物の表面に渦電流を発生させ、当該渦電流により発生する誘導磁場の大きさを測定対象物に挿通された検出コイルにより出力電圧の形で検出し、同種の材料からなる既知の測定対象物の焼き入れ深さと出力電圧との関係と当該検出コイルの出力電圧とを比較することにより焼き入れ層の深さを測定するものである。

特許文献５に記載の方法は、測定対象物に挿通された励磁コイルに複数の異なる周波数の交流電圧（交流励磁信号）を印加し、励磁コイルにより測定対象物の表面に渦電流を発生させ、当該渦電流に起因する誘導磁場の大きさを測定対象物に挿通された検出コイルの出力電圧（検出信号）として検出し、交流励磁信号と検出信号の振幅比に基づいて測定対象物の硬度の深さ方向の分布を測定するとともに、交流励磁信号に対する検出信号の位相差に基づいて測定対象物の焼き入れ深さを測定するものである。
特許文献５に記載の方法は、非接触で測定対象物の硬度の深さ方向の分布および焼き入れ深さの両方を同時に測定することが可能であり、全数検査への適用が可能である。

しかし、特許文献５に記載の方法は、測定対象物のロット変動や測定環境の変動等により測定対象物の測定時の温度が変動すると焼き入れ深さの測定結果が変動してしまい、焼き入れ深さを精度良く測定することが困難であるという問題がある。
これは、測定対象物の温度が変動すると測定対象物の透磁率や導電率が変化し、ひいては検出コイルの出力電圧（検出信号）の振幅（の絶対値）が変動することによる。
特開平７−２２９７０５号公報特開平８−２２００７７号公報特開２００１−２０８５２６号公報特開２００２−１４０８１号公報特開２００４−１０８８７３号公報

本発明は以上の如き状況に鑑み、測定対象物の温度が変動しても精度良く測定対象物の焼き入れ深さを測定することが可能な焼き入れ深さ測定装置および焼き入れ深さ測定方法を提供するものである。

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、
複数の異なる周波数の交流励磁信号が印加されることにより測定対象物に前記複数の異なる周波数に対応する浸透深さを有する誘導電流を発生させる励磁コイルと、
前記測定対象物に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出する検出コイルと、
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記位相差との関係を求め、前記位相差の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さを算出する制御装置と、
を具備するものである。

請求項２においては、
前記制御装置は、
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号に対応する検出信号の振幅値を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記振幅値との関係を求め、前記振幅値の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の表面硬さを算出するものである。

請求項３においては、
励磁コイルに複数の異なる周波数の交流励磁信号を印加して測定対象物に前記複数の異なる周波数に対応する浸透深さを有する誘導電流を発生させるとともに、前記測定対象物に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出コイルにより検出する励磁・検出工程と、
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記位相差との関係を求め、前記位相差の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さを算出する焼き入れ深さ算出工程と、
を具備するものである。

請求項４においては、
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号に対応する検出信号の振幅値を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記振幅値との関係を求め、前記振幅値の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の表面硬さを算出する表面硬さ算出工程を具備するものである。

本発明の効果は、測定対象物の温度が変動しても精度良く測定対象物の焼き入れ深さを測定することが可能であることである。

以下では、図１を用いて本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の実施の一形態である焼き入れ深さ測定装置１の装置構成について説明する。

焼き入れ深さ測定装置１は測定対象物２の焼き入れ深さを測定するものであり、主として励磁部１０、検出部２０、制御装置３０等を具備する。
ここで、本実施例における「焼き入れ深さ」は、日本工業規格の「鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法（ＪＩＳＧ０５５９）」に示される「有効硬化層深さ」（炭素濃度が０．４５ｗｔ％の鋼の場合、ビッカース硬度が４５０Ｈｖとなる深さ）に相当するが、本発明に係る焼き入れ深さはこれに限定されず、同じく日本工業規格の「鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法（ＪＩＳＧ０５５９）」に示される「全硬化層深さ（硬化層の表面から生地（母層）との物理的性質（硬さ）または化学的性質（マクロ組織）の差異が区別できなくなる位置までの深さ）」としても良く、他の方法で定めたものとしても良い。

測定対象物２は鉄鋼材料等の金属材料からなり、予め焼き入れ処理が施された部品等である。
本実施例の測定対象物２は自動車の駆動力伝達機構に用いられるドライブシャフトであり、機械構造用炭素鋼であるＳ４５Ｃ（炭素濃度：約０．４５ｗｔ％）に焼き入れを施したものであるが、本発明に係る測定対象物の形状（部品の種類等）および材質はこれに限定されず、焼き入れ処理を施し得る金属材料（主として鉄鋼材料）からなる部品等を広く含む。
なお、後述する焼き入れ深さ測定装置１を用いた測定対象物２の焼き入れ深さの測定方法の実施例は本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の実施の一形態に相当する。

励磁部１０は、測定対象物２に交流磁場を作用させることにより測定対象物２に（より厳密には、測定対象物２の表面および内部に）誘導電流を発生させるものである。
励磁部１０は励磁コイル１１、交流電源１２等を具備する。

励磁コイル１１は導電体からなるコイルであり、複数の異なる周波数の交流励磁信号が印加されることにより測定対象物２に誘導電流（渦電流）を発生させるものである。
ここで、「交流励磁信号を印加する」とは、励磁コイルに所定の振幅の交流電圧を印加することを指す。
励磁コイル１１の両端はそれぞれ端子１１ａ・１１ｂとなっている。

なお、本実施例では図１に示す如く測定対象物２を励磁コイル１１に挿通した状態で励磁コイル１１に交流励磁信号を印加する構成としたが、本発明に係る焼き入れ深さ測定装置はこれに限定されず、測定対象物から所定の距離だけ離間した位置に励磁コイルを配置した状態で当該励磁コイルに交流励磁信号を印加する構成としても良い。

交流電源１２は所定の振幅の交流電圧を発生することにより、励磁コイル１１に交流励磁信号（交流電圧）を印加するものである。交流電源１２は励磁コイル１１の端子１１ａ・１１ｂに接続される。また、交流電源１２は交流電圧の周波数を２５Ｈｚから２５ｋＨｚの範囲で変更することが可能である。
なお、本実施例の焼き入れ深さ測定装置１の励磁コイルに印加される交流励磁信号の周波数は２５Ｈｚから２５ｋＨｚの範囲であるが、本発明はこれに限定されず、交流励磁信号の周波数を測定対象物の材質、大きさ、形状等に応じて適宜選択することが可能である。

検出部２０は測定対象物２（より厳密には、測定対象物２の表面および内部）に発生する誘導電流に起因する誘導電圧（検出信号）を検出するものである。
検出部２０は主として検出コイル２１、電圧計２２等を具備する。

検出コイル２１は測定対象物２に挿通されるコイルであり、測定対象物２（より厳密には、測定対象物２の表面および内部）に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出するものである。
検出コイル２１の両端はそれぞれ端子２１ａ・２１ｂとなっている。
検出コイル２１および励磁コイル１１は、両者の中心軸が略一直線となるように配置される。

なお、本実施例では図１に示す如く測定対象物２を検出コイル２１に挿通した状態で検出信号を検出する構成としたが、本発明に係る焼き入れ深さ測定装置はこれに限定されず、測定対象物から所定の距離だけ離間した位置に検出コイルを配置した状態で検出信号を検出する構成としても良い。

電圧計２２は端子２１ａ・２１ｂに接続され、検出コイル２１により検出される検出信号（誘導電圧）を所定のデジタル信号に変換するものである。

制御装置３０は、焼き入れ深さ測定装置１の動作を制御するとともに検出部２０からの検出信号に基づいて測定対象物２の焼き入れ深さおよび表面硬さを算出する（焼き入れ深さおよび表面硬さの測定結果を取得する）ものである。
制御装置３０は主として制御部３１、表示部３２、入力部３３等を具備する。

制御部３１は焼き入れ深さ測定装置１の動作を制御するためのプログラム、検出部２０からの検出信号に基づいて測定対象物２の焼き入れ深さおよび表面硬さを算出するためのプログラム等の種々のプログラムを格納し、適宜これらのプログラムを展開して実行し、測定対象物２の焼き入れ深さおよび表面硬さの測定結果を記憶するものである。
制御部３１は交流電源１２に接続され、交流電源１２に所定の制御信号を送信することにより交流電源１２の交流励磁信号の周波数を変更することが可能である。
また、制御部３１は電圧計２２に接続され、電圧計２２により検出信号（誘導電圧）を所定のデジタル信号に変換したものを取得することが可能である。
制御部３１による焼き入れ深さ測定装置１の動作制御および検出部２０からの検出信号に基づく測定対象物２の焼き入れ深さおよび表面硬さの算出については後で詳述する。
制御部３１は専用品でも良いが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等を用いて達成する事が可能である。

表示部３２は、焼き入れ深さ測定装置１の動作状況に係る情報、測定対象物２の焼き入れ深さ等の測定結果に係る情報等を表示するものである。
表示部３２は専用品でも良いが、市販の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴディスプレイ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅＤｉｓｐｌａｙ）等を用いて達成することが可能である。

入力部３３は作業者が焼き入れ深さ測定装置１の測定条件その他の情報を入力するものである。
入力部３３は専用品でも良いが、市販のキーボード、マウス、スイッチ等を用いて達成することが可能である。

本実施例の表示部３２および入力部３３は別体であるが、例えば市販のタッチパネル等を用いることによりこれらを一体とすることも可能である。

以下では、図２乃至図４を用いて焼き入れ深さ測定装置１の測定原理について説明する。

図２は焼き入れ処理が施された測定対象物２の結晶組織（層）、硬さおよび透磁率と測定対象物２の表面からの距離（深さ）との関係を示す模式図である。

図２に示す如く、測定対象物２の結晶組織は、表面から順に硬化層１０１、境界層１０２、母層１０３の三つの層で構成される。

硬化層１０１は測定対象物２の表面近傍に形成される層であり、焼き入れ処理時における冷却速度が最も大きい部分である。
硬化層１０１の主たる結晶組織はマルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）である。

境界層１０２は硬化層１０１よりも表面からの距離が大きく、焼き入れ処理時における冷却速度が硬化層１０１よりも小さい部分に形成される層である。
本実施例では、測定対象物２を構成する材料であるＳ４５Ｃは中炭素鋼に分類される（炭素濃度が０．４５ｗｔ％程度）ものであり、境界層１０２の主たる結晶組織はトルースタイト（ｔｒｏｏｓｔｉｔｅ）およびソルバイト（ｓｏｒｂｉｔｅ）からなる微細パーライト（ｆｉｎｅｐｅａｒｌｉｔｅ）、熱影響層等である。
なお、境界層を構成する結晶組織は測定対象物を構成する材料の組成により異なるものであり、本実施例に限定されるものではない。
境界層を構成し得る結晶組織の他の例としては、上部ベイナイト（ｕｐｐｅｒｂａｉｎｉｔｅ）および下部ベイナイト（ｌｏｗｅｒｂａｉｎｉｔｅ）等が挙げられる。

母層１０３は境界層１０２よりも表面からの距離が大きく、焼き入れ処理時における冷却速度が境界層１０２よりも小さい部分に形成される層である。
本実施例では、測定対象物２を構成する材料であるＳ４５Ｃは中炭素鋼に分類されるものであり、母層１０３の主たる結晶組織はパーライト（ｐｅａｒｌｉｔｅ）およびフェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）の混合組織である。
なお、母層を構成する結晶組織は測定対象物を構成する材料の組成により異なるものであり、本実施例に限定されるものではない。
母層を構成し得る結晶組織の他の例としては、パーライト組織、フェライトとセメンタイトとの混合組織等が挙げられる。

図２に示す如く、測定対象物２の硬度（ビッカース硬度）は結晶組織と密接な関係がある。

硬化層１０１を構成するマルテンサイトは一般に結晶粒径が小さく転位密度が大きいことから硬度が高い。ただし、硬化層１０１の硬度は一般に表面からの距離が変化してもほとんど変化しない。本実施例の硬化層１０１の硬度はビッカース硬度で６００〜７００（Ｈｖ）程度である。
境界層１０２を構成する微細パーライトや熱影響層は、硬化層１０１を構成するマルテンサイトに比べて一般的に結晶粒径が大きく転位密度も小さいので、硬度も相対的に低い。
また、境界層１０２の硬度は表面からの距離が大きくなる（深くなる）ほど小さくなる。
母層１０３を構成するパーライトおよびフェライトの混合組織は、境界層１０２を構成する微細パーライトや熱影響層に比べて一般的に結晶粒径が大きいので、硬度も相対的に低い。ただし、母層１０３の硬度は一般に表面からの距離が変化してもほとんど変化しない。本実施例の母層１０３の硬度はビッカース硬度で３００（Ｈｖ）程度である。

図２に示す如く、測定対象物２の透磁率は結晶組織と密接な関係がある。これは、一般に測定対象物２の結晶粒径が小さくなると測定対象物２の透磁率は低くなる傾向があることによるものであり、測定対象物２の透磁率と硬さとは略反比例の関係にある。

硬化層１０１の透磁率は低く、一般に表面からの距離が変化してもほとんど変化しない。
境界層１０２の透磁率は硬化層１０１よりも相対的に大きく、表面からの距離が大きくなる（深くなる）ほど大きくなる。
母層１０３の透磁率は硬化層１０１および境界層１０２よりも相対的に大きく、一般に表面からの距離が変化してもほとんど変化しない。

図３に示す如く、測定対象物２が励磁コイル１１および検出コイル２１に挿通された状態で、所定の周波数ｆｎかつ所定の振幅を有する交流励磁信号を励磁コイル１１に印加すると、励磁コイル１１の周囲に磁界が発生し、測定対象物２の表面および内部に誘導電流（渦電流）が発生する。
そして、当該誘導電流により発生する磁束が検出コイル２１を貫通することにより、検出コイル２１に検出信号（誘導電圧）が発生する。
また、表皮効果により、励磁コイル１１に印加される交流励磁信号の周波数ｆｎが大きくなるほど誘導電流（渦電流）は測定対象物２の表面に集中し、誘導電流（渦電流）の浸透深さδは小さくなる傾向がある（δ＝（π×ｆｎ×μ×σ）^−０．５；μは透磁率、σは導電率）。すなわち、交流励磁信号の周波数ｆｎを変更することにより誘導電流（渦電流）の浸透深さδを変更することが可能であり、誘導電流（渦電流）の浸透深さδは測定対象物の表面からの深さと対応する。

図４に示す如く、検出信号は所定の振幅値Ｙを有するとともに、交流励磁信号に対して所定の位相差φを有する。
測定対象物２の透磁率は、（１）検出信号の振幅値Ｙ、および（２）交流励磁信号に対する検出信号の位相差φと相関関係にある。
従って、交流励磁信号の周波数ｆｎを適宜変更しつつ当該周波数に対応する検出信号を検出し、当該検出信号の振幅値Ｙや位相差φ（検出信号値Ｘ＝Ｙｃｏｓφ）を求めることは、測定対象物２において表面からの深さが周波数ｆｎの交流励磁信号の浸透深さに対応する部分の透磁率を求めることに相当する。
特に、検出信号の振幅値Ｙは測定対象物の表面硬さと強い相関を示し、検出信号の位相差φは測定対象物の焼き入れ深さと強い相関がある。

このように、測定対象物２の表面からの距離（深さ）と位相差φとの関係を求めることにより、測定対象物２の表面からの距離（深さ）と焼き入れ深さとの関係を求めることが可能である。
また、測定対象物２の表面からの距離（深さ）と振幅値Ｙとの関係を求めることにより、測定対象物２の表面からの距離（深さ）と表面硬さとの関係を求めることが可能である。

以下では、図１、図２および図５を用いて焼き入れ深さ測定装置１を用いた測定対象物２の焼き入れ深さの測定方法の実施例について説明する。
図５に示す如く、焼き入れ深さ測定装置１を用いた測定対象物２の焼き入れ深さの測定方法の実施例は励磁・検出工程Ｓ１１００、焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００、表面硬さ算出工程Ｓ１３００等を具備する。

励磁・検出工程Ｓ１１００は励磁コイル１１に複数の異なる周波数の交流励磁信号を印加して測定対象物２に誘導電流（渦電流）を発生させるとともに、測定対象物２に発生する誘導電流（渦電流）に起因する検出信号を検出コイル２１により検出する工程である。
励磁・検出工程Ｓ１１００において、制御部３１は交流電源１２により励磁コイル１１に印加される交流励磁信号の周波数を高い周波数から順に低い周波数に変更し、各周波数（すなわち、浸透深さ）に対応する検出信号を取得する。
励磁・検出工程Ｓ１１００が終了したら焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００に移行する。

焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００は複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差φを算出し、測定対象物２の表面からの深さと位相差φとの関係を求め、位相差φの上端値φ_Ｕと下端値φ_Ｌとの差分値Δφ（＝φ_Ｕ−φ_Ｌ）に基づいて測定対象物２の焼き入れ深さを算出する工程である。
本実施例の焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００は位相差算出工程Ｓ１２１０、上端値・下端値算出工程Ｓ１２２０、差分値比較工程Ｓ１２３０を具備する。

位相差算出工程Ｓ１２１０は複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差φを算出し、測定対象物２の表面からの深さと位相差φとの関係を求める工程である。
位相差算出工程Ｓ１２１０において、制御部３１は複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差φを算出する。
また、制御部３１には予め実験等により求められた交流励磁信号の周波数ｆｎと浸透深さ（測定対象物２の表面からの距離）との関係を示すデータが格納されており、制御部３１は算出された位相差φと当該データとに基づいて測定対象物２の表面からの距離と位相差φとの関係を求める（δ−φグラフの作成に相当する）。
位相差算出工程Ｓ１２１０が終了したら上端値・下端値算出工程Ｓ１２２０に移行する。

上端値・下端値算出工程Ｓ１２２０は測定対象物２の表面からの距離と位相差φとの関係に基づいて位相差φの上端値φ_Ｕおよび下端値φ_Ｌを算出する工程である。
本実施例の場合、上端値・下端値算出工程Ｓ１２２０において、制御部３１は測定対象物２の表面からの距離と位相差φとの関係に基づいて位相差φの上端値φ_Ｕおよび下端値φ_Ｌを算出する。
ここで、「位相差の上端値」は測定対象物の母層に対応する部分の位相差の値を指し、「位相差の下端値」は測定対象物の硬化層に対応する部分の位相差の値を指す。
なお、位相差の上端値・下端値を算出する具体的な方法としては、例えば（１）予め硬化層から境界層に移行する距離に対応する交流励磁信号の周波数ｆｍ１および境界層から母層に移行する距離に対応する交流励磁信号の周波数ｆｍ２を定めておき（図２参照）、周波数ｆｍ１に対応する位相差を「位相差の上端値」とするとともに周波数ｆｍ２に対応する位相差を「位相差の下端値」とする方法、（２）検出信号の検出に用いられる交流励磁信号の周波数のうち、最も高い周波数から周波数ｆｍ１までに対応する位相差の平均値を「位相差の上端値」とするとともに周波数ｆｍ１から最も低い周波数までに対応する位相差の平均値を「位相差の下端値」とする方法等が挙げられるが、本発明に係る位相差の上端値・下端値の算出方法はこれに限定されるものではなく、他の方法で定めても良い。
上端値・下端値算出工程Ｓ１２２０が終了したら差分値比較工程Ｓ１２３０に移行する。

差分値比較工程Ｓ１２３０は位相差φの上端値φＵと下端値φＬとの差分値Δφ（＝φ_Ｕ−φ_Ｌ）を算出し、差分値Δφに基づいて測定対象物２の焼き入れ深さを算出する工程である。
差分値比較工程Ｓ１２３０において、制御部３１は上端値φ_Ｕと下端値φ_Ｌとの差分値Δφを算出する。
制御部３１は予め実験等により得られた差分値Δφと焼き入れ深さとの関係を示すデータを格納しており、制御部３１は当該データと算出された差分値Δφとを比較することにより、測定対象物２の焼き入れ深さを算出する。
差分値比較工程Ｓ１２３０が終了したら、表面硬さ算出工程Ｓ１３００に移行する。

なお、本実施例では交流励磁信号の周波数を変更しつつ検出信号を検出する励磁・検出工程Ｓ１１００が完全に終了してから焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００に移行する構成としたが、本発明はこれに限定されず、或る周波数の交流励磁信号に対応する検出信号を検出し、次に別の周波数の交流励磁信号に対応する検出信号を検出している間に、当該検出された検出信号を用いて位相差φの算出等、演算の一部を行う（すなわち、励磁・検出工程における作業と焼き入れ深さ算出工程における作業とが時間的にオーバーラップする部分がある）構成としても良い。

表面硬さ算出工程Ｓ１３００は複数の異なる周波数の交流励磁信号に対応する検出信号の振幅値Ｙを算出し、測定対象物２の表面からの深さと振幅値Ｙとの関係を求め、振幅値Ｙの上端値Ｙ_Ｕと下端値Ｙ_Ｌとの差分値ΔＹ（＝Ｙ_Ｕ−Ｙ_Ｌ）に基づいて測定対象物２の表面硬さを算出する工程である。
本実施例における表面硬さ算出工程Ｓ１３００の具体的な動作手順は焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００における位相差φを振幅値Ｙに置き換えればあとは略同じ構成であるため、説明を省略する。

以下では、図６乃至図９を用いて焼き入れ深さ測定装置１による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果について説明する。

焼き入れ深さ測定装置１による測定対象物２の焼き入れ深さの測定は、形状や直径がそれぞれ異なる複数の測定対象物２・２・・・を用意し、これらを順に励磁コイル１１および検出コイル２１に挿通した状態で励磁コイル１１に交流励磁信号を印加することにより行われた。

焼き入れ深さ測定装置１による測定対象物２の焼き入れ深さの測定において、用意された複数の測定対象物２・２・・・を、充填率（励磁コイル１１および検出コイル２１の直径に対する測定対象物２の直径）が比較的大きい計１４個のものからなるグループ（図６および図７参照）と、充填率が比較的小さい計４２個のものからなるグループ（図８および図９参照）の二つのグループに分け、それぞれ１〜１４、１〜４２のロット番号（ＬｏｔＮｏ．）を付した。
これらの測定対象物２・２・・・はそれぞれ形状や直径が異なっており、それぞれ異なる生産ライン（熱処理条件等）を経て製造されることから、これらの測定対象物２・２・・・の焼き入れ深さ測定装置１による測定時の温度もそれぞれ異なっている。

焼き入れ深さ測定装置１による測定対象物２の焼き入れ深さの測定は、（１）本発明に係る焼き入れ深さの測定方法に従って焼き入れ深さを算出する方法（図７および図９中の黒四角参照）、および（２）従来方法（複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差φ（の絶対値）と、予め実験等により得られた位相差φ（の絶対値）と焼き入れ深さとの関係を示すデータとの比較により焼き入れ深さを算出する方法）（図６および図８中の黒丸参照）の二種類の方法により行われた。
また、焼き入れ深さ測定装置１による測定対象物２の焼き入れ深さの測定後、（３）当該測定に用いられた測定対象物２の測定箇所を切断し、当該切断面においてビッカース硬度測定を行う方法（切断法）により焼き入れ深さを求めた（図６乃至図９中の白丸参照）。
なお、測定対象物２の測定箇所は、本実施例の場合検出信号を検出する際に検出コイル２１と重なっている部分を指す。

図６は、測定対象物２の充填率が比較的高い場合において、従来方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、切断面のビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、を比較したものである。

図６に示す如く、従来の測定方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図６中の黒丸）と、ビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図６中の白丸）と、の測定値の差を測定誤差（図６中の黒い棒グラフ）とし、当該測定誤差の最大値と最小値の差を２で割った値を従来の測定方法の測定精度とすると、当該測定精度は０．３３ｍｍであった。

図７は、測定対象物２の充填率が比較的高い場合において、本発明に係る焼き入れ深さの測定方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、切断面のビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、を比較したものである。

図７に示す如く、本発明に係る焼き入れ深さの測定方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図７中の黒四角）と、ビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図７中の白丸）と、の測定値の差を測定誤差（図７中の黒い棒グラフ）とし、当該測定誤差の最大値と最小値の差を２で割った値を本発明に係る焼き入れ深さの測定方法の測定精度とすると、当該測定精度は０．２４ｍｍであった。

このように、測定対象物の充填率が比較的高い場合において、本発明に係る焼き入れ深さの測定方法は従来方法に比べてビッカース硬度測定による測定対象物の焼き入れ深さの測定結果に対する測定誤差が小さく、ひいては測定精度が良い。

図８は、測定対象物２の充填率が比較的低い場合において、従来方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、切断面のビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、を比較したものである。

図８に示す如く、従来の測定方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図８中の黒丸）と、ビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図８中の白丸）と、の測定値の差を測定誤差（図８中の黒い棒グラフ）とし、当該測定誤差の最大値と最小値の差を２で割った値を従来の測定方法の測定精度とすると、当該測定精度は０．５７ｍｍであった。

図９は、測定対象物２の充填率が比較的低い場合において、本発明に係る焼き入れ深さの測定方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、切断面のビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果と、を比較したものである。

図９に示す如く、本発明に係る焼き入れ深さの測定方法による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図９中の黒四角）と、ビッカース硬度測定による測定対象物２の焼き入れ深さの測定結果（図９中の白丸）と、の測定値の差を測定誤差（図９中の黒い棒グラフ）とし、当該測定誤差の最大値と最小値の差を２で割った値を本発明に係る焼き入れ深さの測定方法の測定精度とすると、当該測定精度は０．３２ｍｍであった。

このように、測定対象物の充填率が比較的低い場合においても、本発明に係る焼き入れ深さの測定方法は従来方法に比べてビッカース硬度測定による測定対象物の焼き入れ深さの測定結果に対する測定誤差が小さく、ひいては測定精度が良い。

以上の如く、焼き入れ深さ測定装置１は、
複数の異なる周波数の交流励磁信号が印加されることにより測定対象物２に複数の異なる周波数に対応する浸透深さを有する誘導電流（渦電流）を発生させる励磁コイル１１と、
測定対象物２に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出する検出コイル２１と、
複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差φを算出し、浸透深さに対応する測定対象物２の表面からの深さと位相差φとの関係を求め、位相差φの上端値φ_Ｕと下端値φ_Ｌとの差分値Δφ（＝φ_Ｕ−φ_Ｌ）に基づいて測定対象物２の焼き入れ深さを算出する制御装置３０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象物２の温度が変動しても精度良く測定対象物２の焼き入れ深さを測定することが可能である。

また、焼き入れ深さ測定装置１の制御装置３０（制御部３１）は、
複数の異なる周波数の交流励磁信号に対応する検出信号の振幅値Ｙを算出し、浸透深さに対応する測定対象物２の表面からの深さと振幅値Ｙとの関係を求め、振幅値Ｙの上端値Ｙ_Ｕと下端値Ｙ_Ｌとの差分値ΔＹ（＝Ｙ_Ｕ−Ｙ_Ｌ）に基づいて（予め実験等により得られた差分値ΔＹと表面硬さとの関係を示すデータと、算出された差分値ΔＹと、を比較することにより）測定対象物２の表面硬さを算出するものである。
このように構成することにより、測定対象物２の焼き入れ深さの測定に加えて、測定対象物２の表面硬さを精度良く測定することが可能である。

以上の如く、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の実施の一形態は、
励磁コイル１１に複数の異なる周波数の交流励磁信号を印加して測定対象物２に複数の異なる周波数に対応する浸透深さを有する誘導電流（渦電流）を発生させるとともに、測定対象物２に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出コイル２１により検出する励磁・検出工程Ｓ１１００と、
複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差φを算出し、浸透深さに対応する測定対象物２の表面からの深さと位相差φとの関係を求め、位相差φの上端値φ_Ｕと下端値φ_Ｌとの差分値Δφ（＝φ_Ｕ−φ_Ｌ）に基づいて測定対象物２の焼き入れ深さを算出する焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象物２の温度が変動しても精度良く測定対象物２の焼き入れ深さを測定することが可能である。

また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の実施の一形態は、
複数の異なる周波数の交流励磁信号に対応する検出信号の振幅値Ｙを算出し、浸透深さに対応する測定対象物２の表面からの深さと振幅値Ｙとの関係を求め、振幅値Ｙの上端値Ｙ_Ｕと下端値Ｙ_Ｌとの差分値ΔＹ（＝Ｙ_Ｕ−Ｙ_Ｌ）に基づいて測定対象物２の表面硬さを算出する表面硬さ算出工程Ｓ１３００を具備するものである。
このように構成することにより、測定対象物２の焼き入れ深さの測定に加えて、測定対象物２の表面硬さを精度良く測定することが可能である。
なお、本実施例では表面硬さ算出工程Ｓ１３００を焼き入れ深さ算出工程Ｓ１２００の後に行う構成としたが、本発明はこれに限定されず、焼き入れ深さ算出工程の前に表面硬さ算出工程を行う構成としても良く、焼き入れ深さ算出工程と表面硬さ算出工程とを並行して行う構成としても良い。

本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の実施の一形態を示す図。測定対象物の結晶組織、硬さ及び透磁率と表面からの距離との関係を示す図。本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の測定原理を示す図。交流励磁信号と検出信号の関係を示す図。本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の実施の一形態を示すフロー図。従来の測定方法及び切断法による焼き入れ深さの測定結果（充填率：高）を示す図。本発明に係る測定方法及び切断法による焼き入れ深さの測定結果（充填率：高）を示す図。従来の測定方法及び切断法による焼き入れ深さの測定結果（充填率：低）を示す図。本発明に係る測定方法及び切断法による焼き入れ深さの測定結果（充填率：低）を示す図。

符号の説明

１焼き入れ深さ測定装置
２測定対象物
１１励磁コイル
２１検出コイル
３０制御装置

Claims

複数の異なる周波数の交流励磁信号が印加されることにより測定対象物に前記複数の異なる周波数に対応する浸透深さを有する誘導電流を発生させる励磁コイルと、
前記測定対象物に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出する検出コイルと、
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記位相差との関係を求め、前記位相差の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さを算出する制御装置と、
を具備する焼き入れ深さ測定装置。
前記制御装置は、
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号に対応する検出信号の振幅値を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記振幅値との関係を求め、前記振幅値の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の表面硬さを算出する請求項１に記載の焼き入れ深さ測定装置。
励磁コイルに複数の異なる周波数の交流励磁信号を印加して測定対象物に前記複数の異なる周波数に対応する浸透深さを有する誘導電流を発生させるとともに、前記測定対象物に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出コイルにより検出する励磁・検出工程と、
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号とこれに対応する検出信号との位相差を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記位相差との関係を求め、前記位相差の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さを算出する焼き入れ深さ算出工程と、
を具備する焼き入れ深さ測定方法。
前記複数の異なる周波数の交流励磁信号に対応する検出信号の振幅値を算出し、前記浸透深さに対応する前記測定対象物の表面からの深さと前記振幅値との関係を求め、前記振幅値の上端値と下端値との差分値に基づいて前記測定対象物の表面硬さを算出する表面硬さ算出工程を具備する請求項３に記載の焼き入れ深さ測定方法。