(57)【要約】【課題】  非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる焼入れ品質検査装置および焼入れ品質検査方法を提供する。【解決手段】  検査対象物１の表面に接触させる通電用電極２，２と、通電用電極２，２を介して検査対象物１に交流電流を印加する電源４と、検査対象物１を流れる電流がつくる磁界を測定する磁界センサ５と、磁界センサ５で測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定する品質測定手段１８とを備える。【選択図】      図２
2010281657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置であって、
検査対象物の表面に接触させる通電用電極と、
前記通電用電極を介して前記検査対象物に電流を印加する電源と、
この電源により検査対象物を流れる電流が生成する磁界を測定する磁界センサと、
前記磁界センサで測定した磁界により、検査対象物の焼入れ品質を測定する品質測定手段と、
を備えることを特徴とする焼入れ品質検査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記電源は周波数可変の発振回路を有することを特徴とする焼入れ品質検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記磁界センサを、検査対象物に接触させた一対の通電用電極間に配置した焼入れ品質検査装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記品質測定手段は、交流電源の出力する周波数を種々変化させる周波数変更指令部を有し、かつこの周波数変更指令部で変化させた各周波数における磁界を測定し、焼入れ品質を測定する機能を有するものとした焼入れ品質検査装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記品質測定手段は、前記焼入れ品質として、前記検査対象物の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを測定するものとした焼入れ品質検査装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記品質測定手段の測定した焼入れ品質を表示する表示装置を有する焼入れ品質検査装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記品質測定手段は、測定した焼入れ品質が設定品質値を下回るときに品質異常と判定する判定部を有する焼入れ品質検査装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記磁界センサは、センサ基板に実装され、且つ、非磁性体からなるセンサハウジングに前記一対の通電用電極と一体に固定される焼入れ品質検査装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、転動装置または転動装置部品の焼入れ品質の検査に用いられる焼入れ品質検査装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記検査対象物を流れる電流の向きを変化させる電流向き変化手段をさらに備え、前記磁界センサは、各変化させた電流の向き毎に生成される磁界を測定し、前記品質測定手段は、前記磁界センサで電流の向き毎に複数測定した磁界により、検査対象物の焼入れ品質を測定する焼入れ品質検査装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記品質測定手段は、複数測定した磁界の測定値を平均する機能を有する焼入れ品質検査装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１において、前記電流向き変化手段は、磁界センサと通電用電極とを一体で回転自在としたものであり、一体の磁界センサおよび通電用電極を、検査対象物に対し角変位可能に構成した焼入れ品質検査装置。
【請求項１３】
請求項１０または請求項１１において、複数の通電用電極を固定する固定部材を設け、前記電流向き変化手段は、複数の通電用電極のうち所定の通電用電極間に別々に順次電流を供給するものである焼入れ品質検査装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記磁界センサは、固定部材に対し角変位可能とし、別々に順次供給された通電用電極間の電流により生成される磁界をそれぞれ測定可能とした焼入れ品質検査装置。
【請求項１５】
請求項１０または請求項１１において、一対または複数対の通電用電極を固定する固定部材を設け、この固定部材を、磁界センサに対し角変位可能とした焼入れ品質検査装置。
【請求項１６】
検査対象物に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、
前記検査対象物に周波数の種々異なる交流電流を印加し、この印加した各周波数における検査対象物を流れる電流が生成する磁界を測定し、この測定した磁界により、検査対象物の焼入れ品質を測定する焼入れ品質検査方法。
【請求項１７】
検査対象物に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、
前記検査対象物に直流電流または単一周波数の電流値が種々異なる電流を印加し、この印加した各電流値における検査対象物を流れる電流が生成する磁界を測定し、この測定した磁界により、検査対象物の焼入れ品質を測定する焼入れ品質検査方法。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７において、前記焼入れ品質として、前記検査対象物の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを検査する焼入れ品質検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼材製品における焼入れ硬度分布、焼入れ深さ等の焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置および焼入れ品質検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受等の転動製品には焼入れ処理や焼戻し処理が施される。これらの処理の中でも、高周波焼入れ処理や、浸炭処理、浸炭窒化処理等の表面硬化処理では、品質保証のために表面硬化層の検査が行われる。この検査では、実際の製品を切断して、その切断面上で、製品表面から深さ方向に硬度を測定して硬化層の深さを測定している。製品を切断できないものでは、テストピースに製品と同じ炉で熱処理を施し、そのテストピースを切断して前記と同様に硬化層深さを測定して、製品の硬化層深さの保証を行っている。
【０００３】
このように、熱処理した転動製品の焼入れ硬化層深さの検査では、製品を切断する破壊検査が行われているが、この場合には製品が破壊されるため、マテリアルコストが大きくなる問題がある。また、製品の切断、および硬度計による深さ方向の硬度測定に時間がかかり、工数が大きくなる問題点もある。
製品を切断できない場合には、上記したようなテストピースにより保証が行われているが、実際の製品の検査ではないため、保証精度が悪い等の問題点がある。
【０００４】
そこで、破壊検査での上記した課題を解決するために、焼入れ硬化層を非破壊で検査する方法が提案されている。その非破壊検査の提案例の一つは、焼入れによる導電率の変化を利用して検査する電位差法である。この方法は、検査対象物に接触させたプローブで、検査対象物に直流電流を通電し、この検査対象物におけるプローブの接触位置とは異なる位置で接触させた２つの探針間の電位差を測定して焼入れ深さを求めるものである（例えば特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０９３５５号公報
【特許文献２】特開２００７−０６４８１７号公報
【特許文献３】特願２００９−０８８８１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した非破壊検査方法では、検査対象物に直流電流を通電していることから、焼入れ深さの測定には有効であるものの、硬度の深さ方向の分布を測定できない。焼入れの品質保証精度を向上させるためには、焼入れ深さだけでなく、焼入れ硬度の深さ方向の分布検出が必要である。
【０００７】
上記問題を解決するため、本件出願人は、検査対象物に交流電流を通電してプローブとは異なる位置で接触する２つの探針間の電位差を測定して焼入れ深さを求める方法を提案した（特許文献３）。この方法では、電流の周波数を変化させることで電流が流れる深さを制御できるため、深さ方向の硬度分布を検出できる。しかし抵抗を測定する方法では、探針と検査対象物の接触抵抗の影響を受ける場合がある。この場合、探針と検査対象物の接触状態によって抵抗値が変化して検出精度が悪くなる問題点がある。
【０００８】
この発明の目的は、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる焼入れ品質検査装置、および焼入れ品質検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の焼入れ品質検査装置は、検査対象物１に電流を通電し、その検査対象物１中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置であって、検査対象物１の表面に接触させる通電用電極２，２と、前記通電用電極２，２を介して前記検査対象物１に電流を印加する電源４と、この電源４により検査対象物１を流れる電流が生成する磁界を測定する磁界センサ５と、前記磁界センサ５で測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定する品質測定手段１８とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、検査対象物１の表面に一対の通電用電極２，２を接触させ、電源４からこれら通電用電極２，２を通して電流を通電する。この状態において、検査対象物１を流れる電流が生成する磁界を、磁界センサ５で測定する。品質測定手段１８は、磁界センサ５で測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定する。例えば、磁界の磁路断面積の変化が磁気抵抗の変化として現れ、この磁気抵抗の変化に基づいて検査対象物１の焼入れ硬度、焼入れ深さ等の焼入れ品質を求める。
焼入れにより鋼材の透磁率、導電率が変化する。一般に焼入れにより鋼材の硬度が高くなる程、透磁率、導電率共に小さくなる。この理由により、焼入れ硬度、深さによって検査対象物に流れる電流が変化する。よって、電流がつくる磁界の磁路断面積の変化を磁界センサで測定することにより、電流の変化を検出する。
【００１１】
検査対象物１を電流が流れる深さは、表皮効果により周波数ｆ、導電率σ、透磁率μにより変化する。ここで電流が流れる深さδは、次式（１）で表される。
δ＝√（１／πｆσμ）    …（１）
上式（１）より、検査対象物１を電流が流れる浸入深さは周波数により変化する。このため、周波数を変化させることで、電流が流れる深さを変えながら測定を行うことができる。例えば、高周波電流を通電したときは、電流は検査対象物表面しか流れることができないので、検査対象物表面の焼入れ硬度を知ることができる。周波数を高周波側から次第に小さくしていくと、電流の浸入深さは大きくなっていく。したがって、例えば、周波数を高周波側から小さくしつつ磁界を測定することで、焼入れ硬度の深さ方向の分布を推定することができる。このように、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
【００１２】
前記電源４は周波数可変の発振回路１９を有するものであっても良い。この発振回路１９により周波数を変化させながら磁界センサ５で測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定し得る。前記「周波数を変化させながら磁界センサ５で測定した」とは、周波数を変化させる過程と、その変化させた周波数における磁界の強さまたは大きさおよび方向、つまり磁界の磁路断面積の変化を測定する過程とを含む。
前記磁界センサ５を、検査対象物１に接触させた一対の通電用電極２，２間に配置した場合、電流が生成する磁界を安定してより正確に測定することができる。また、装置のコンパクト化を図ることも可能となる。
前記品質測定手段１８は、交流電源の出力する周波数を種々変化させる周波数変更指令部２０ｂを有し、かつこの周波数変更指令部２０ｂで変化させた各周波数における磁界を測定し、焼入れ品質を測定する機能を有するものとしても良い。前記周波数の種々の変化は、漸時行うようにしても良く、また周波数の増減を繰り返すように行っても良い。例えば、周波数変更指令部２０ｂが周波数を高周波側から低周波側または低周波側から高周波側に段階的に変化させ、この変化させた各周波数における磁界の強さまたは大きさおよび方向を測定しても良い。また、周波数変更指令部２０ｂが周波数を高周波側、低周波側にわたって連続的に変化させ、この変化させた周波数のうちいくつか選択した各周波数における磁界の強さまたは大きさおよび方向を測定しても良い。品質測定手段１８が周波数変更指令部２０ｂを有する場合、検査目的となる焼入れ品質を求めるのに適した周波数の変更が行い易い。
【００１３】
前記品質測定手段１８は、前記焼入れ品質として、前記検査対象物１の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを測定するものとしても良い。
【００１４】
前記品質測定手段１８の測定した焼入れ品質を表示する表示装置１０を有するものとしても良い。この表示装置１０に表示される焼入れ品質を目視確認でき、検査効率を高めることができる。
前記品質測定手段１８は、測定した焼入れ品質が設定品質値を下回るときに品質異常と判定する判定部２０ａを有するものとしても良い。設定品質値は、任意に設定した値とされる。このように判定部２０ａを設けることで、品質異常の判定が容易に行える。
【００１５】
前記磁界センサ５は、センサ基板１１に実装され、且つ、非磁性体からなるセンサハウジング１３に前記一対の通電用電極２，２と一体に固定されるものであっても良い。この場合、磁界センサ５と一対の通電用電極２，２とが一体化されたものを、検査対象物１に対向させて用いることができる。磁界センサ５と通電用電極２との相対的な距離が固定されるため、検査対象物１が変わる毎に通電用電極２に対する磁界センサ５の位置を調整する必要がなく、よって焼入れ品質の検査を容易化できるうえ焼入れ品質の検査をより正確に行える。
【００１６】
焼入れ品質検査装置は、転動装置または転動装置部品の焼入れ品質の検査に用いられるものであっても良い。転動装置は、ボールやころ等の転動体を有する装置であり、転がり軸受やボールねじ、ボールジョイント等が該当する。転動装置部品は、上記転動装置を構成する部品であり、軸受の軌道輪やボールねじのねじ軸、ナット等、ボールジョイントの転動体が転がり接触する面を有する継手部品等である。これら転動装置や転動装置部品は、焼入れ品質が性能の重要な要素となるため、この発明の非破壊で焼入れ品質が測定できる効果が、効果的に発揮される。
【００１７】
前記検査対象物１を流れる電流の向きを変化させる電流向き変化手段２６をさらに備え、前記磁界センサ５は、各変化させた電流の向き毎に生成される磁界を測定し、前記品質測定手段１８は、前記磁界センサ５で電流の向き毎に複数測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定するものであっても良い。この場合、電流の向き毎に複数測定した磁界の大きさの例えば平均値を計算することで、電流の向きにより磁界の大きさが変化して測定精度が悪くなる問題を解決し得る。
【００１８】
前記品質測定手段１８は、複数測定した磁界の測定値を平均する機能を有するものであっても良い。この場合、検査対象物１を流れる電流の向きに拘わらず、焼入れの硬度分布をより精度良く推定することができる。
【００１９】
前記電流向き変化手段２６は、磁界センサ５と通電用電極２とを一体で回転自在としたものであり、一体の磁界センサ５および通電用電極２を、検査対象物１に対し角変位可能に構成したものであっても良い。この場合、少なくとも一対の通電用電極２があれば足り、部品点数の低減を図れる。また、磁界センサ５と通電用電極２とを一体で回転させるため、これら磁界センサ５、通電用電極２の取り扱いが容易となり、作業性を高めることができる。
【００２０】
複数の通電用電極２を固定する固定部材２７、２７Ａを設け、前記電流向き変化手段２６は、複数の通電用電極のうち所定の通電用電極２，２間に別々に順次電流を供給するものであっても良い。
【００２１】
前記磁界センサ５は、固定部材２７Ａに対し角変位可能とし、別々に順次供給された通電用電極２，２間の電流により生成される磁界をそれぞれ測定可能としても良い。この場合、例えば、電流の向きに対して直交する磁界の検出方向に、磁界センサ５を正確に角変位させることができる。ところで、電流による発生磁界が磁界センサ５の検出方向と一致していない場合、検出値を補正する必要がある。前記のように磁界センサ５を角変位させた場合、検出値の補正を不要または必要最小限の検出値の補正とすることができ、これにより測定精度を高めることができる。
【００２２】
一対または複数対の通電用電極２，２を固定する固定部材２７Ａを設け、この固定部材２７Ａを、磁界センサ５に対し角変位可能としても良い。この場合にも、検出値の補正を不要または必要最小限の検出値の補正とすることができる。
【００２３】
この発明における第１の焼入れ品質検査方法は、検査対象物１に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、前記検査対象物１に周波数の種々異なる交流電流を印加し、この印加した各周波数における検査対象物１を流れる電流が生成する磁界を測定し、この測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定するものである。
この構成によると、前述のように、検査対象物１を電流が流れる浸入深さは周波数により変化する。このため、交流電流の周波数を変化させることで、検査対象物１を電流が流れる浸入深さを変化させながら磁界を測定をし得る。それ故、焼入れ硬度の深さ方向の分布を推定できる。
【００２４】
この発明における第２の焼入れ品質検査方法は、検査対象物１に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、前記検査対象物１に直流電流または単一周波数の電流値が種々異なる電流を印加し、この印加した各電流値における検査対象物１を流れる電流が生成する磁界を測定し、この測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定するものである。
この構成によると、異なる電流値毎の磁界の強さまたは大きさおよび方向を測定することで、検査対象物１の焼入れ品質を測定し得る。
前記焼入れ品質として、前記検査対象物１の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さの少なくとも一つを検査しても良い。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の焼入れ品質検査装置は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査装置であって、検査対象物の表面に接触させる通電用電極と、前記通電用電極を介して前記検査対象物に電流を印加する電源と、この電源により検査対象物を流れる電流が生成する磁界を測定する磁界センサと、前記磁界センサで測定した磁界により、検査対象物の焼入れ品質を測定する品質測定手段とを備えるため、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
【００２６】
この発明における第１の焼入れ品質検査方法は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、前記検査対象物に周波数の種々異なる交流電流を印加し、この印加した各周波数における検査対象物を流れる電流が生成する磁界を測定し、この測定した磁界により、検査対象物の焼入れ品質を測定するため、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
【００２７】
この発明における第２の焼入れ品質検査方法は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する焼入れ品質検査方法であって、前記検査対象物に直流電流または単一周波数の電流値が種々異なる電流を印加し、この印加した各電流値における検査対象物を流れる電流が生成する磁界を測定し、この測定した磁界により、検査対象物の焼入れ品質を測定するため、非破壊検査により検査対象物の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施形態に係る焼入れ品質検査方法の説明図である。
【図２】同焼入れ品質検査方法に用いられる焼入れ品質検査装置の概念構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の概念構成を示すブロック図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の要部の概略平面図である。
【図５】同焼入れ品質検査装置の概念構成を示すブロック図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の要部の概略平面図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の要部の概略平面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の要部の概略平面図である。
【図９】同焼入れ品質検査装置の概念構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の要部の概略平面図である。
【図１１】同焼入れ品質検査装置の概念構成を示すブロック図である。
【図１２】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の要部の概略平面図、（Ｂ）は同焼入れ品質検査装置における磁界センサと通電用電極との関係を表す一構成例を示す図である。
【図１３】同焼入れ品質検査装置の一使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。この実施形態に係る焼入れ品質検査装置の基本構造について説明する。以下の説明は、焼入れ品質検査方法についての説明をも含む。この焼入れ品質検査方法は、検査対象物に電流を通電し、その検査対象物中を流れる電流がつくる磁界を測定することで焼入れ品質を検査する。検査対象物は、焼入れ処理が施された例えば軸受や軸受部品等の鋼材製品である。ただし、これらの鋼材製品に限定されるものではない。
【００３０】
この例では、通電電流として交流電流が使用される。図１に示すように、交流電流は、検査対象物１に接触させた一対の通電用電極２，２を介して交流電源である電源４から供給、すなわち印加する。検査対象物１に交流電流を印加して、検査対象物１上に設けた磁界センサ５で、検査対象物１を流れる電流３が生成する磁界６を測定する。磁界センサ５は、磁界の強さまたは大きさおよび方向を検出するセンサであり、例えば電圧値で出力する。この明細書で言う「磁界センサ」は、磁気センサを含む。
ところで焼入れにより鋼材の透磁率、導電率が変化する。一般に焼入れにより鋼材の硬度が高くなる程、透磁率、導電率共に小さくなる。この理由により、焼入れ硬度、深さによって検査対象物１に流れる電流が変化する。よって、電流がつくる磁界の強さまたは大きさを磁界センサ５で測定することにより、電流の変化を検出する。
【００３１】
検査対象物１を電流が流れる深さは、表皮効果により周波数ｆ、導電率σ、透磁率μにより変化する。ここで電流が流れる深さδは、次式（１）で表される。
δ＝√（１／πｆσμ）    …（１）
上式（１）より、検査対象物１を電流が流れる浸入深さδは周波数ｆにより変化する。このため、周波数ｆを変化させることで、電流が流れる深さδを変えながら測定を行うことができる。例えば、高周波電流を通電したときは、電流は検査対象物表面しか流れることができないので、検査対象物表面の焼入れ硬度を知ることができる。周波数を高周波側から次第に小さくしていくと、電流の浸入深さδは大きくなっていく。したがって、例えば、周波数ｆを高周波側から小さくしつつ磁界を測定することで、焼入れ硬度の深さ方向の分布を推定することができる。このように、非破壊検査により検査対象物１の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
【００３２】
図２は、図１に示した焼入れ品質検査方法に用いられる焼入れ品質検査装置の概念構成を示す。この焼入れ品質検査装置は、検出ヘッドとなるプローブ８と、測定装置９と、表示装置１０とを有する。プローブ８は、検査対象物１の表面１ａに接触させる一対の通電用電極２，２と、電源４により検査対象物１を流れる電流が生成する磁界を測定する磁界センサ５とを一体にしたものである。すなわち磁界センサ５は、センサ基板１１に実装されてモールド剤１２等でセンサハウジング１３に固定されている。センサハウジング１３は樹脂等の非磁性体であることが望ましい。
【００３３】
センサハウジング１３には、センサ基板１１への配線である電極１４，１５および前記一対の通電用電極２，２が固定される。各通電用電極２は棒状に形成されこの通電用電極２の少なくとも一端部が、センサハウジング１３の端面から突出する。また一対の通電用電極２，２を所定距離離隔して平行に配置し、且つ、これら通電用電極２，２間に磁界センサ５を配置している。各通電用電極２の他端部が、測定装置９における後述の増幅回路１６に電気的に接続され、センサ基板１１に固着される電極１４，１５が測定装置９における後述のセンサ信号処理回路１７に電気的に接続されている。
【００３４】
前記測定装置９は、電源４と、品質測定手段１８とを有する。
電源４は、周波数可変の発振回路１９と、この発振回路１９から出力された交流信号を増幅して検査対象物１に通電する電流を供給つまり印加する増幅回路１６とを含む。発振回路１９は、信号処理部２０に電気的に接続され、この信号処理部２０からの指示により周波数および振幅を変化させる。
品質測定手段１８は、発振回路１９により交流電流の周波数を変化させながら磁界センサ５で測定した磁界により、検査対象物１の焼入れ品質を測定するものである。この品質測定手段１８は、磁界センサ５の信号を処理するセンサ信号処理回路１７と、測定した磁界センサ信号から焼入れ深さや硬度分布を推定する信号処理部２０とを有する。
【００３５】
この信号処理部２０は、焼入れ品質として、検査対象物１の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さ（焼入れ硬度等と称す）を、各品質項目毎に磁気抵抗の変化量に見合う電圧値と、各品質項目毎の設定品質値との関係に照らして後述のように推定する。ただし、これら検査対象物１の表面硬度、深さ方向の焼入れ硬度分布、および焼入れ深さのうちの少なくともいずれか１つを測定するものとしても良い。信号処理部２０は、判定部２０ａと、周波数変更指令部２０ｂとを有する。
【００３６】
判定部２０ａは、測定した焼入れ品質が設定品質値を下回るとき、品質異常つまり焼入れ異常と判定する。すなわち、判定部２０ａは、センサ信号処理回路１７で処理された信号に比例する深さ方向の焼入れ硬度等を算出する電子回路等からなる。この判定部２０ａは、前記信号と、深さ方向の焼入れ硬度等との関係を演算式またはテーブル等で設定した図示外の関係設定手段を有し、測定した磁界の強さまたは大きさおよび方向に基づく信号を、前記関係設定手段に照らし深さ方向の焼入れ硬度を算出する。
前記設定品質値は、種々の試験等に求めて適宜設定される閾値であり、例えば書換え可能な図示外の記憶媒体等に記憶される。判定部２０ａは、前記関係設定手段に照らして算出した任意の深さの焼入れ硬度が、同深さにおける設定品質値を下回るか否かを判定する。前記算出した焼入れ硬度が設定品質値を下回るとき、品質異常と判定される。
【００３７】
周波数変更指令部２０ｂは、交流電源４の発振回路１９に交流信号の周波数および振幅を可変設定する指令を与える。この周波数変更指令部２０ｂの指令を受け、発振回路１９の出力する交流信号の周波数および振幅が可変設定される。周波数変更指令部２０ｂは、例えば、周波数を変える変更幅、頻度、変更の繰り返し周期等の規則等が、目的とする焼入れ品質の種類や、検査対象物１の種類等に応じて複数種類設定されていて、適宜の入力により任意の規則が選択可能なものとしても良い。
【００３８】
前記のように判定部２０ａが任意の深さの焼入れ硬度を算出した後、検査対象物１の同一箇所において周波数変更指令部２０ｂが発振回路１９に周波数を変更する指令を与える。これにより、検査対象物１を電流が流れる浸入深さが変化する。この場合に測定した磁界の強さまたは大きさおよび方向に基づく信号を、前記関係設定手段に照らし前記任意の深さとは異なる深さの焼入れ硬度を算出する。このような周波数変更を繰り返すことで、判定部２０ａは焼入れ硬度の深さ方向の分布を推定し得る。なお、複数の周波数における、磁界の強さまたは大きさおよび方向に基づく信号を一旦記憶しておき、焼入れ硬度の深さ方向の分布を推定するようにしても良い。
【００３９】
測定装置９には、図示外の駆動回路を介して表示装置１０が接続される。この表示装置１０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プリンタ等によって実現される。この表示装置１０は、品質測定手段の測定した焼入れ品質を表示する。具体的には、信号処理部２０で推定された焼入れ硬度分布の計算結果、焼入れ深さ計算結果、焼入れ異常の有無等が表示される。
以上説明した焼入れ品質検査装置を上記した焼入れ品質検査方法に用いることにより、非破壊検査により検査対象物１の焼入れ品質を精度良く検査することができる。
【００４０】
磁界センサ５を、検査対象物１に接触させた一対の通電用電極２，２間に配置した場合、電流が生成する磁界を安定してより正確に測定することができる。また、プローブ８のコンパクト化、小型化を図ることも可能となる。それ故、このプローブ８により種々な形状の検査対象物を測定可能となる。よって、焼入れ品質検査装置の汎用性を高めることができる。
品質測定手段１８が周波数変更指令部２０ｂを有する場合、検査目的となる焼入れ品質を求めるのに適した周波数の変更が行い易い。焼入れ品質検査装置が、品質測定手段１８の測定した焼入れ品質を表示する表示装置１０を有する場合、この表示装置１０に表示される焼入れ品質を目視確認でき、検査効率を高めることができる。
【００４１】
磁界センサ５は、センサハウジング１３に一対の通電用電極２，２と一体に固定されるため、この一体化されたものつまりプローブ８を、検査対象物１に対向させて用いることができる。磁界センサ５と通電用電極２，２との相対的な距離が固定されるため、検査対象物が変わる毎に通電用電極２，２に対する磁界センサ５の位置を調整する必要がなく、よって焼入れ品質の検査を容易化できるうえ焼入れ品質の検査をより正確に行える。
【００４２】
図３は、この発明の他の実施形態に係る焼入れ品質検査装置の概念構成を示すブロック図である。以下の各実施形態の説明において、前述の実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。図３の例では、測定装置９Ａは、直流電源４Ａを備えている。また信号処理部２０Ａは、判定部２０ａと電源制御部２０ｃとを備えている。すなわち、電源制御部２０ｃは、通電用電極２，２間に印加する電流の少なくとも方向、大きさを切換える。所定時間毎に電流の方向、大きさを切換えてもよい。品質測定手段１８は、この電流切換え毎に磁界センサ５の信号を処理してもよい。この構成においては検査対象物の焼入れ深さを測定し得る。
なお、交流電源を用いて、一対の通電用電極を介して検査対象物に周波数ｆを変化させない単一周波数の電流を通電することも可能である。
交流電源を用いて検査対象物に直流電流を通電する場合において、検査対象物に、方向、大きさが種々異なる電流を印加して、方向、大きさが異なる電流毎の磁界の強さまたは大きさおよび方向を測定しても良い。この場合にも、前記実施形態のものと同様に検査対象物の焼入れ深さを測定し得る。
【００４３】
図４〜図５の例は、検査対象物１を流れる電流の向きを変化させる電流向き変化手段２６をさらに備えたものである。図１と共に説明する。この例の磁界センサ５として、図４矢符Ｘにて表記する一方向の磁界６を検出できるものを用いる。図４に示すように、この磁界センサ５の中心に、後述の各通電用電極間の中心が一致するように配置される。通電用電極２，２を複数対（この例では三対）設け、電流向き変化手段２６は、対角となる電極２，２間に別々に電流を流すようになっている。具体的には、電流向き変化手段２６は、図４の通電用電極２a1 ，２d1間、通電用電極２b1 ，２e1間、通電用電極２c1 ，２f1間に順次切換えて別々に電流を流す。これら複数対の通電用電極２a1 ，２d1、２b1 ，２e1、２c1 ，２f1と、磁界センサ５とは、例えば、センサハウジング等の固定部材２７に一体に固定される。電流向き変化手段２６は、図５に示すように、測定装置９に設けられ、且つ、電源４の増幅回路１６等に電気的に接続される。この電流向き変化手段２６は例えばスイッチング回路からなる。信号処理部２０は、前述の判定部２０ａと、周波数変更指令部２０ｂと、電流向き変化指令部２０ｄとを有する。この電流向き変化指令部２０ｄは、通電用電極２a1 ，２d1間、通電用電極２b1 ，２e1間、通電用電極２c1 ，２f1間に別々に電流を流すように前記スイッチング回路に切替指令を与える。
【００４４】
通電用電極２a1 ，２d1は、図４に示すように、前記磁界センサ５による磁界の検出方向に直交する方向に離隔して配置される。検査対象物１（図１）の表面にこれら電極２a1 ，２d1を接触させた状態で、同電極２a1 ，２d1に電流を供給することで、検査対象物１には矢符Ｌ２方向に電流が流れる。通電用電極２b1 ，２e1は、前記磁界センサ５による磁界の検出方向に対し、傾斜角度α１（α１は例えば４５度）を持つ方向に離隔して配置される。通電用電極２c1 ，２f1は、磁界の検出方向に対し、傾斜角度α２（α２は例えば４５度）を持つ方向に離隔して配置される。これら通電用電極２a1 ，２d1、２b1 ，２e1、２c1 ，２f1は、固定部材２７における同一円上に配置される。
【００４５】
通電用電極２a1 ，２d1は、磁界の検出方向に直交する方向に離隔して配置されるため、磁界センサ５の検出方向と一致する。このため、磁界センサ５の検出値は補正されることなく、センサ信号処理回路１７で処理される。
通電用電極２b1 ，２e1は、磁界の検出方向に対し傾斜角度α１を持つ方向に離隔して配置され、通電用電極２c1 ，２f1は、磁界の検出方向に対し傾斜角度α２を持つ方向に離隔して配置される。これらの場合、磁界センサ５の検出方向と一致していないため、磁界センサ５の検出値を補正する必要がある。
【００４６】
例えば、通電用電極２b1 ，２e1間に電流を流す指令が与えられたとき、磁界センサ５の検出値は正味の検出値にｃｏｓα２を乗じた値が出力される。よって、図５に示すセンサ信号処理回路１７のうち検出値補正部１７ａは、三角関数を用いて、出力された検出値をｃｏｓα２で除す補正を施す。
通電用電極２c1 ，２f1間に電流を流す指令が与えられたとき、磁界センサ５の検出値は正味の検出値にｃｏｓα１を乗じた値が出力される。この場合、検出値補正部１７ａは三角関数を用いて、出力された検出値をｃｏｓα１で除す補正を施す。
【００４７】
したがって、図４および図５に示すように。判定部２０ａのうち平均値演算部２０ａａは、通電用電極２a1 ，２d1間に流れる電流による発生磁界の検出値と、通電用電極２b1 ，２e1間に流れる電流による発生磁界の補正値と、通電用電極２c1 ，２f1間に流れる電流による発生磁界の補正値との平均値を演算する。判定部２０ａはこの演算した平均値により検査対象物１の深さ方向の焼入れ硬度を算出し得る。このように平均値を演算することで、電流の向きにより磁界の大きさが変化して測定精度が悪くなる問題を解決し得る。
【００４８】
図６の例は、磁界センサ５として、図６矢符Ｘ，Ｙにて表記する直角二方向の磁界を検出できるものを用いる。図１および図５と共に説明する。また、通電用電極２，２を複数対（この例では二対）設け、各対の通電用電極２，２が直交する磁界検出方向と一致するように配置している。電流向き変化手段２６は、対角となる通電用電極２a2 ，２c2間、通電用電極２b2 ，２d2間に別々に電流を流す。平均値演算部２０ａａは、通電用電極２a2 ，２c2間に流れる電流による発生磁界の検出値と、通電用電極２b2 ，２d2間に流れる電流による発生磁界の検出値との平均値を演算する。判定部２０ａは、この演算した平均値により検査対象物１の深さ方向の焼入れ硬度を算出し得る。
【００４９】
図７の例は、磁界センサ５として、直角二方向の磁界を検出できるものを用いる。また、通電用電極２，２を複数対（この例では四対）設け、図５の電流向き変化手段２６は、対角となる通電用電極２a3 ，２e3間、通電用電極２b3 ，２f3間、通電用電極２c3 ，２g3間、通電用電極２d3 ，２h3間に別々に電流を流す。通電用電極２a3 ，２e3間、通電用電極２c3 ，２g3間に流れる電流による発生磁界は、前記磁界センサ５の磁界検出方向と一致しているため前述の補正は必要ない。通電用電極２b3 ，２f3間、通電用電極２d3 ，２h3間に流れる電流による発生磁界は、磁界センサ５の磁界検出方向と一致していないため、磁界センサ５の検出値を補正する必要がある。
【００５０】
例えば、通電用電極２b3 ，２f3間に電流を流す指令が与えられたとき、検出値補正部１７ａは、出力された検出値をｃｏｓα２で除す補正を施す。通電用電極２d3 ，２h3間に電流を流す指令が与えられたとき、検出値補正部１７ａは、出力された検出値をｃｏｓα１で除す補正を施す。したがって、判定部２０ａのうち平均値演算部２０ａａは、通電用電極２a3 ，２e3間に流れる電流による発生磁界の検出値と、通電用電極２c3 ，２g3間に流れる電流による発生磁界の検出値と、通電用電極２b3 ，２f3間に流れる電流による発生磁界の補正値と、通電用電極２d3 ，２h3間に流れる電流による発生磁界の補正値との平均値を演算する。判定部２０ａはこの演算した平均値により検査対象物１の深さ方向の焼入れ硬度を算出し得る。
【００５１】
図８、図９の例では、電流向き変化手段２６は、回転駆動源２６ａと、ケーシング２６ｂと、軸受２６ｃとを有し、回転駆動源２６ａによりケーシング２６ｂに対し磁界センサ５と通電用電極２，２とを一体で回転自在としたものである。図１と共に説明する。これら磁界センサ５と通電用電極２，２とを一体化したユニット２８を、軸受２６ｃにより検査対象物１に対し角変位可能に構成している。ユニット２８を例えばモータ等の前記回転駆動源２６ａにより所定角度回転させる。信号処理部２０は、判定部２０ａと、周波数変更指令部２０ｂと、回転指令部２０ｅとを有する。この回転指令部２０ｅは、ユニット２８を回転駆動させる回転指令を与える。この例の磁界センサ５として、一方向の磁界６を検出できるものを用いる。通電用電極２，２を、磁界センサ５を隔てて一対のみ対角に設けている。したがって、判定部２０ａのうち平均値演算部２０ａａは、各回転角度毎に通電用電極２，２に流れる電流による発生磁界の検出値を検出し、これらの平均値を演算する。この例によると、ユニット２８を回転させるため、発生磁界の検出値の補正を不要にでき、且つ、測定精度を高めることが可能となる。
【００５２】
図１０および図１１の例では、複数対の通電用電極２，２を固定する固定部材２７Ａを設け、この固定部材２７Ａに対し、磁界センサ５を角変位可能に構成したものである。図１と共に説明する。この例では、電流向き変化手段２６は、回転駆動源２６ａと、固定部材２７Ａと、軸受２６ｃとを有する。磁界センサ５として一方向の磁界６を検出できるものを用いる。また、通電用電極２，２を複数対（この例では四対）設け、各対毎に別々に電流を流す。回転指令部２０ｅは、発生した磁界方向と、磁界センサ５の磁界検出方向とが一致するように、磁界センサ５の回転駆動源２６ａへ回転指令を与える。よって、平均値演算部２０ａａは、回転毎に対応する通電用電極２，２に流れる電流による発生磁界の検出値を検出し、これらの平均値を演算する。この例によると、磁界センサ５を回転させるため、発生磁界の検出値の補正を不要にでき、且つ、測定精度を高めることが可能となる。
【００５３】
図１２の例では、磁界センサ５をセンサハウジング１３等に固定し、この固定した磁界センサ５に対し、通電用電極２，２を角変位可能にしたものである。図１、図９と共に説明する。一対の通電用電極２，２を固定部材２７Ａに固定し、この固定部材２７Ａを回転駆動源２６ａにより回転させ得る。図１２（Ｂ）に示すように、例えば、固定部材２７Ａの外周面にギヤ２７Ａａが設けられ、このギヤ２７Ａａに、回転駆動源２６ａのモータ軸に付設されたピニオンギヤが噛合する。固定部材２７Ａの内周面に、軸受２６ｃ，２６ｃを介してセンサハウジング１３が設けられる。磁界センサ５として、複数方向（この例では直角二方向）の磁界を検出できるものを用いる。回転指令部２０ｅは、通電用電極２，２間に通電したとき発生磁界の方向が、磁界センサ５の磁界検出方向と一致するように、固定部材２７Ａの回転駆動源へ回転指令を与える。よって、回転移動前の通電用電極２，２（図１２実線にて表記）から流れる電流がつくる磁界を磁界検出Ｘ方向で検出し、回転移動後の通電用電極２，２（図１２点線にて表記）から流れる電流がつくる磁界を磁界検出Ｙ方向で検出する。平均値演算部２０ａａは、これらの平均値を演算する。この例の場合にも、発生磁界の検出値の補正を不要にでき、且つ、測定精度を高めることが可能となる。
図４〜図１２の例では、交流電源を用いているが、交流電源と共に、または交流電源に代えて直流電源を用いて、通電用電極を介して検査対象物に直流電流、または単一周波数の電流を通電することも可能である。
【００５４】
図１３は、前記焼入れ品質検査装置を使用して行う非破壊検査の一例を示す。ここでは、軸受の内輪２１の転走面２１ａの焼入れ品質を検査する。回転軸２２の小径部に内輪２１が嵌合され、この回転軸２２は図示外の駆動源により軸線Ｌ１回りに回転可能に構成されている。プローブ進退駆動源２３の先端部に、検出ヘッドであるプローブ８を固定する固定部材２４が設けられ、固定部材２４に固定されたプローブ８がプローブ進退駆動源２３の駆動により軸線Ｌ１方向に平行に移動可能に構成される。プローブ進退駆動源２３として、流体圧シリンダや、モータとボールねじ機構から成るもの等を適用し得る。
【００５５】
固定部材２４がプローブ８を適当な押し付け力で転走面２１ａに押し付ける。回転軸Ｌ１を回転させプローブ８を移動させることで、内輪２１の転走面２１ａの全周面にプローブ８を摺動させて周上全ての箇所または数箇所の焼入れ硬度分布を検出し得る。この場合、オンライン上で焼入れ硬度分布を全数検査できるので、品質保証能力を高めることができる。なお、プローブ進退駆動源２３、固定部材２４等を設けることなくプローブ８を例えば手動により移動させて、転走面２１ａ等の焼入れ品質を検査しても良い。
【００５６】
磁界センサ５には、磁気インピーダンス素子（ＭＩセンサ、MI:Magneto-Impedance element）、磁気抵抗素子（ＭＲセンサ、MR:Magneto Resistance Effect）、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲセンサ、GMR:Giant Magneto Resistive）、ホールセンサ、フラックスゲートセンサ等を使用することができる。交流磁界のみを測定する場合、巻き線型の磁界センサを使用しても良い。
【００５７】
一対の通電用電極２，２と、磁界センサ５とを別体に設けることも可能である。軸受のうち外輪軌道面、外輪外径面、外輪端面、外輪内径面の焼入れ品質を検査しても良い。内輪内径面、内輪端面、内輪外径面、その他転動体の転走面や端面等の焼入れ品質を検査しても良い。勿論、軸受以外の転動装置およびその転動装置部品を測定対象としても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１…検査対象物
２…通電用電極
４…電源
５…磁界センサ
１０…表示装置
１８…品質測定手段
１９…発振回路
２０…信号処理部
２０ａ…判定部
２０ｂ…周波数変更指令部
２６…電流向き変化手段
２７，２７Ａ…固定部材
【図１】
2010281657.tif 000003
【図２】
2010281657.tif 000004
【図３】
2010281657.tif 000005
【図４】
2010281657.tif 000006
【図５】
2010281657.tif 000007
【図６】
2010281657.tif 000008
【図７】
2010281657.tif 000009
【図８】
2010281657.tif 000010
【図９】
2010281657.tif 000011
【図１０】
2010281657.tif 000012
【図１１】
2010281657.tif 000013
【図１２】
2010281657.tif 000014
【図１３】
2010281657.tif 000015