JP4879518B2 - 渦電流を用いた加工深さの測定試験方法及びこれを用いた測定試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、焼入硬化層を形成した部材の焼入硬化層深さを渦電流測定方式により測定する方法及びこれを用いた測定試験装置に関する。

従来、上述の如き渦電流測定方式においては、測定対象物を測定コイルの上に置いた状態で非破壊測定を行っていた。
特開２００２−１４０８１

しかし、これらは測定対象物における焼入硬化層の深さ方向に励磁・検出を行っており、肝心の硬化境界部情報の信号が弱くなり、焼入れ深さの明確な変化が捉えられない。また、渦電流を深い位置に発生させるためには試験周波数を低くしなければならず、このことにより検出性能も低下する原因となっていた。

かかる従来の実情に鑑みて、本発明の目的は、焼入れ深さを正確に測定することが可能な渦電流を用いた加工深さの測定試験方法及びこれを用いた測定試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る渦電流を用いた加工深さの測定試験方法の特徴は、渦電流の変化を伴う加工を施した試験体における渦電流を用いた加工深さの測定試験方法であって、前記試験体は、前記加工が施された加工部分である第一領域とこの第一領域とは異なる第二領域とを有し、前記第一領域の高さは、前記試験体の軸方向に沿って規格により予め定められてあり、前記加工深さは、前記試験体の一端から前記第一領域と前記第二領域との境界部までの前記軸方向に沿う距離であり、励磁及び又は測定のためのコイルの巻幅を前記規格の高さとなるように調整し、前記加工深さ方向に平行な試験体の側面において前記コイルを前記境界部近傍に配置し、前記コイルにより前記加工深さ方向に前記境界部近傍を励磁し、検出された渦電流の大きさを前記第一領域における渦電流の大きさと比較することにある。

また、上述のコイルが励磁及び測定を共通のコイルで行ってもよい。

上記各測定試験方法において、前記コイル内に前記試験体を挿入し、前記コイルを前記加工深さ方向に移動させてもよい。

更に、上記いずれかの測定試験方法に加えて、前記コイルに通電する電流の周波数を検出感度が大となるように調整してもよい。従来とは異なり、深さ方向の制約を受けない分だけ検出感度は向上する。

一方、上記いずれかの測定試験方法に用いる測定試験装置の特徴構成は、前記試験体は、前記加工が施された加工部分である第一領域とこの第一領域とは異なる第二領域とを有し、前記第一領域の高さは、前記試験体の軸方向に沿って規格により予め定められてあり、前記加工深さは、前記試験体の一端から前記第一領域と前記第二領域との境界部までの前記軸方向に沿う距離であり、励磁及び又は測定のためのコイルの巻幅を前記規格の高さとなるように調整し、前記加工深さ方向に平行な試験体の側面において前記コイルを前記境界部近傍に配置可能であり、前記コイルにより前記加工深さ方向に前記境界部近傍を励磁し、検出された渦電流の大きさを前記第一領域における渦電流の大きさと比較することにある。

上記本発明に係る測定試験方法及びこれを用いた測定試験装置の特徴によれば、焼入れ深さを正確に測定することが可能となる。また、測定コイルの幅や使用する試験周波数を調整することにより、より正確に焼入れ深さを測定することが可能となる。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

次に、図１〜図６を参照しながら、本発明の第一の実施形態について説明する。図１に示すように、本発明に係る焼入れ状態測定装置１は、大略、試験体１００を載せる試験台部２と、測定器部３により構成される。試験台部２は、基礎部２１と、試験体１００を励磁し発生した渦電流を検出する円筒状に形成された測定コイル２２と、試験体１００を固定する試験体固定冶具２３と、比較対象である参照コイル２４により構成される。基礎部２１の上に載せた測定コイル２２の円筒内空間に、試験体１００が挿入された状態で測定を行う。図示しないが、測定コイル２２は図面上、Ｚ軸方向に移動させることが可能となっている。

測定器部３は、試験体１００を励磁させるための発信機３１、参照コイル２４からの信号と測定コイル２２からの信号との比較を行うブリッジ回路部３２、測定した信号を増幅する増幅回路部３３、信号を追尾して検知する同期検波回路部３４、検知された信号を調節するフィルタ回路部３５、検出された信号が入力された条件（後述の第一領域か第二領域であるか）に適合するかを判断する判定回路部３６、判定回路部３６で判定された結果を表示する表示部３７により構成される。ここで、焼き入れ領域である第一領域Ｑと主として非焼き入れ領域である第二領域Ｎとは、後述のマイクロビッカース硬度で定義される焼き入れ位置Ｙにより区分けして定義される便宜上の領域であり、第二領域にも焼き入れ部分は含まれている。

図２で示すように、本発明は、図９で示される従来の測定方法と異なり、測定したい部位の水平方向に測定コイル２２を配置している。この際、第一領域Ｑと第二領域Ｎとの渦電流の大きさを比較すると、焼き入れ領域である第一領域Ｑのインピーダンスは増加するので、発生する渦電流の大きさは、第二領域Ｎと比較すると減少する。

例えば図２（ａ）に示すように、試験体１００（ａ）の焼入れ深さＴａと、測定コイル２２の厚みＷが同じ高さであるならば、測定コイルで検出された渦電流は、比較的小さくなる。しかし、図２（ｂ）に示すように、試験体１００（ｂ）の焼入れ深さＴｂが、測定コイル２２の厚みＷより低い場合には、測定コイル２２で励磁された渦電流が試験体１００の第二領域Ｎにも流れることになる。つまり、試験体１００（ｂ）の方が試験体１００（ａ）よりも第二領域Ｎの増加分だけインピーダンスが小さくなるので、試験体１００（ｂ）の渦電流は試験体１００（ａ）と比較すると大きくなる。

図９に示される従来の渦電流測定装置の構成では、試験体１０１（ａ）・１０１（ｂ）の第一領域Ｑの底端部に測定コイル２００が設けられている。この従来の場合では、測定コイル２００で励磁された渦電流は、第一領域Ｑの内部ほど小さくなる。つまり、本来測定すべき焼入れ位置Ｙ近傍では、矢印Ｍａ’，Ｍｂ’等に示すように流れる渦電流が小さいため、第一領域Ｑが大きい試験体１０１（ａ）と第一領域Ｑが小さい試験体１０１（ｂ）との渦電流の大きさを比較しても、明確にその違いを判定することは困難である。

このように第一実施形態の測定装置は、第一領域Ｑと第二領域Ｎとの渦電流の大きさを境界部の焼き入れ位置近傍Ｙにおいて矢印Ｍａ，Ｍｂに示すように明瞭に比較し、判定をすることができる。よって、工場等で第一領域Ｑの高さ（長さ）の規格が決定しており、その規格外の製品を排除する測定試験を行う場合に有効である。

図３で示すように、測定コイル２２を試験体１００の側面に沿ってＺ軸方向に移動させることにより、より正確に第一領域Ｑの大きさを測定することが可能となる。詳しくは、図３において測定コイル２２がＡの位置にあるときは、測定コイル２２により励磁される部位の殆どが第一領域Ｑであるので、検知される渦電流が小さい。しかし、図３において測定コイル２２がＢの位置にあるときは、測定コイル２２により励磁される部位に第二領域Ｎも含まれるため、検知される渦電流は、Ａの位置にある場合より大きくなる。このように、測定コイル２２を試験体１００に沿って移動させながら渦電流を測定することにより、焼入れ位置Ｙを特定することが可能となり、焼入れ深さを正確に測定することが可能となる。

また、測定コイル２２と試験体１００との位置を確定後に検出感度が最高となるように測定コイル２２に通電する電流の周波数を調整する。図９の場合とは異なり、周波数調整が深さの制約を受けず、より感度の高い測定が可能となる。

図４〜図６において示すのは、予めマイクロビッカース硬度計を用いて第一領域Ｑの長さを測定した試験体１００について、本実施形態の測定装置を用いて渦電流を測定した実施例である。詳しくは、焼入れ位置Ｙの異なる５個の試験体（焼入れ不足：ａ、通常焼入れ：ｂ、通常焼入れ：ｃ、通常焼入れ：ｄ、焼入れ過剰：ｅ）を準備し、それぞれの試験体の渦電流を測定した。試験体ｂ、試験体ｃは平均的な焼入れ位置Ｙであり、試験体ｄは、試験体ｂ・ｃより試験体ｅに近い焼入れ位置である。「焼入れ位置Ｙ」とは、マイクロビッカース硬度計で測定した硬度が一定値となる有効硬化層の下端からの位置（ｍｍ）のことを示す。

図４で示されるのは、マイクロビッカース硬度計で測定する試験体１００の測定位置である。試験体１００の左右側面（Ａ側面、Ｂ側面）で硬度を測定し、左右における焼入れ位置を平均して求めた。図５は試験体１００の一つである通常焼入れｂにおける硬度を測定したグラフである。Ａ側面とＢ側面の焼入れ位置を測定した。

図６で示されるのは、本実施形態の測定装置を用いて、５個の試験体における渦電流を測定したグラフである。本グラフで示されるように焼入れ不足の試験体ａは渦電流が大きく、焼入れ過剰の試験体ｅは渦電流が小さいことが分かる。試験体ｅに近い焼入れ位置である試験体ｄは、このグラフ上でも、渦電流が試験体ｅに近いことが示されている。

上記、図４〜図６の実施例において、本実施形態の測定装置で得られた渦電流の大きさは、マイクロビッカース硬度計で予め測定した焼入れ位置に比例することが明らかになった。

図７で示されるのは、試験コイル２２の形態のバリエーションである。図７（ａ）は検出コイルと励磁コイルとに同じコイルを使用しているモデルを示している。これは、励磁コイル部分と検出コイル部分とが一体となって形成されることを示す。

図７（ｂ）は検出コイル２２ａと励磁コイル２２ｂとが分離され、双方とも試験体１００の側面に設けたモデルである。この場合、検出コイル２２ａは第一領域Ｑに近い位置に配置され、励磁コイル２２ｂは第二領域Ｎに近い位置に配置される。このようなモデルでも、渦電流を測定することが可能である。

次に、本発明の第一の実施形態の改変例について説明する。なお、以下の実施形態や改変例においては、上記と同様の部材には同様の符号を附してある。図８に示すように、第二実施形態では測定コイル２２の大きさを変更している。測定コイル２２の巻幅Ｄ１（高さ方向の長さ）を第一領域Ｑの大きさＤ２（高さ方向の長さ）に対して小さくすることにより、焼入れ位置Ｙに対する信号変化が敏感になる。これにより測定精度を向上させることが可能となる。

上記各実施形態・改変例において、それぞれのモデルを組み合わせて実施することも可能である。

本発明に係る測定方法及び測定装置は、スパークプラグの焼入れ深さの測定その他の焼き入れ深さ測定等、様々な素材の加工深さ測定に用いることが可能である。

本発明に係る第一実施形態の測定装置の構成図である。 図１における測定コイルと第一領域の関係を示す側面図である。 図２の他の例を示す側面図である。 本発明の実施例の試験方法を示す側面図である。 試験体ｂのマイクロビッカース硬度計での測定結果を示すグラフであり、ＸＹ軸は９０度位相の異なる周期の測定軸における出力電圧を示す。 実施例の渦電流と焼入れ位置との関係を示すグラフである。 図２の測定コイルの他のモデルを説明する側面図である。 第二実施形態の測定コイルを説明する側面図である。 従来の測定方法における測定コイルと第一領域の関係を示す側面図である。

符号の説明

１：焼入れ状態測定装置、２：試験台部、２１：基礎部、２２：測定コイル、２２ａ：検出コイル、２２ｂ：励磁コイル、２３：試験体固定治具、２４：参照コイル、３：測定器部、３１：発信機、３２：ブリッジ回路部、３３：増幅回路部、３４：同期検波回路部、３５：フィルタ回路部、３６：判定回路部、３７：判定回路部、１００：試験体、Ｑ：第一領域（焼き入れ領域）、Ｎ：第二領域、Ｙ：焼入れ位置

Claims (5)

1. 渦電流の変化を伴う加工を施した試験体における渦電流を用いた加工深さの測定試験方法であって、
   前記試験体は、前記加工が施された加工部分である第一領域とこの第一領域とは異なる第二領域とを有し、
   前記第一領域の高さは、前記試験体の軸方向に沿って規格により予め定められてあり、
   前記加工深さは、前記試験体の一端から前記第一領域と前記第二領域との境界部までの前記軸方向に沿う距離であり、
   励磁及び又は測定のためのコイルの巻幅を前記規格の高さとなるように調整し、
   前記加工深さ方向に平行な試験体の側面において前記コイルを前記境界部近傍に配置し、
   前記コイルにより前記加工深さ方向に前記境界部近傍を励磁し、
   検出された渦電流の大きさを前記第一領域における渦電流の大きさと比較する
   渦電流を用いた加工深さの測定試験方法。
2. 前記コイルが励磁及び測定を共通に行うコイルである請求項１記載の渦電流を用いた加工深さの測定試験方法。
3. 前記コイル内に前記試験体を挿入し、前記コイルを前記加工深さ方向に移動させる請求項１又は２記載の渦電流を用いた加工深さの測定試験方法。
4. 前記コイルに通電する電流の周波数を検出感度が大となるように調整する請求項１〜３のいずれかに記載の渦電流を用いた加工深さの測定試験方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の渦電流を用いた加工深さの測定試験方法に用いる測定試験装置であって、
   前記試験体は、前記加工が施された加工部分である第一領域とこの第一領域とは異なる第二領域とを有し、
   前記第一領域の高さは、前記試験体の軸方向に沿って規格により予め定められてあり、
   前記加工深さは、前記試験体の一端から前記第一領域と前記第二領域との境界部までの前記軸方向に沿う距離であり、
   励磁及び又は測定のためのコイルの巻幅を前記規格の高さとなるように調整し、
   前記加工深さ方向に平行な試験体の側面において前記コイルを前記境界部近傍に配置可能であり、
   前記コイルにより前記加工深さ方向に前記境界部近傍を励磁し、
   検出された渦電流の大きさを前記第一領域における渦電流の大きさと比較する
   渦電流を用いた加工深さの測定試験装置。

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