(57)【要約】【課題】測定コイルを移動させる必要がなく、かつ被検査材の焼入れ領域の局部的な深さを検出することができる。  【解決手段】略Ｕ字形に成形され、左右の脚部１１，１２の先端面が被検査材Ｗの表面に接触ないし近接対向させられた磁性体コア１と、励磁信号を出力するとともにその周波数を一定範囲で変更可能な交流電源と、磁性体コア１の一方の脚部１１に巻回され、交流電源に接続されて励磁信号が印加される一次コイル２１と、磁性体コア１の他方の脚部１２に巻回されて一次コイル２１の磁力線Ｍが通過する二次コイル２２と、交流電源の励磁信号の周波数を逐次変更し、二次コイル２２の出力信号８５ａが最大ないし最小を示す周波数より被検査材Ｗの焼入れ深さを検出する検出回路とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略Ｕ字形に成形され、左右の脚部の先端面が被検査材の表面に接触ないし近接対向させられた磁性体コアと、励磁信号を出力するとともにその周波数を一定範囲で変更可能な交流電源と、前記磁性体コアの一方の脚部に巻回され、前記交流電源に接続されて前記励磁信号が印加される一次コイルと、前記磁性体コアの他方の脚部に巻回されて前記一次コイルの磁力線が通過する二次コイルと、前記交流電源の励磁信号の周波数を逐次変更し、前記二次コイルの出力信号が最大ないし最小を示す周波数より前記被検査材の焼入れ深さを検出する検出手段とを備える焼入れ深さ検査装置。
【請求項２】
前記磁性体コア、一次コイルおよび二次コイルで構成される測定コイルに加えて、当該測定コイルと実質的に同一構造の基準コイルを設けて、当該基準コイルの磁性体コアの、左右の脚部の先端面を基準検査材の表面に接触ないし近接対向させるとともに、前記基準コイルの一次コイルを前記交流電源に接続して前記励磁信号を印加し、かつ前記検出手段は、前記基準コイルの二次コイルから出力される基準出力信号と前記測定コイルの二次コイルから出力される測定出力信号の差出力信号を得る演算手段と、前記基準出力信号が零レベルを横切った時点でタイミング信号を発するタイミング信号生成手段とを備え、前記タイミング信号が発せられた時点から前記基準出力信号の四半周期後の時点での前記差出力信号を前記出力信号とするものである請求項１に記載の焼入れ深さ検査装置。
【請求項３】
端部表面が被検査材の表面に接触ないし近接対向させられた磁性体コアと、励磁信号を出力するとともにその周波数を一定範囲で変更可能な交流電源と、前記磁性体コアに巻回され、前記交流電源に接続されて前記励磁信号が印加される一次コイルと、前記磁性体コアに巻回されて前記一次コイルの磁力線が通過する二次コイルと、前記交流電源の励磁信号の周波数を逐次変更し、前記二次コイルの出力信号が最大ないし最小を示す周波数より前記被検査材の焼入れ深さを検出する検出手段とを備える焼入れ深さ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検査材表面の局部的な焼入れ深さを判定できる焼入れ深さ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼入れ深さを検出する装置として例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、リング状の測定コイル内に被検査材を位置させて、測定コイルを当該被検査材の側面に沿って移動させる。焼入れ領域と生地領域ではインピーダンスが異なるため、両領域の境界が測定コイル内を相対的に移動するとこれに応じて渦電流が変化する。これにより、焼入れ領域と生地領域の境界の位置、すなわち焼入れ深さを検出することができる。
【特許文献１】特開２００６−３３７２５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の焼入れ深さ検査装置では、測定コイルを移動させる機構が必要であるとともに、測定コイルの移動方向へ形成された焼入れ領域全体の深さは検出できるものの、焼入れ領域の局部的な焼入れ深さを検出することができないという問題があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような課題を解決するもので、測定コイルを移動させる必要がなく、かつ被検査材の焼入れ領域の局部的な深さを検出することができる焼入れ深さ検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本第１発明では、略Ｕ字形に成形され、左右の脚部（１１，１２）の先端面が被検査材（Ｗ）の表面に接触ないし近接対向させられた磁性体コア（１）と、励磁信号（７ａ）を出力するとともにその周波数を一定範囲で変更可能な交流電源（７）と、磁性体コア（１）の一方の脚部（１１）に巻回され、交流電源（７）に接続されて励磁信号（７ａ）が印加される一次コイル（２１）と、磁性体コア（１）の他方の脚部（１２）に巻回されて一次コイル（２１）の磁力線が通過する二次コイル（２２）と、交流電源（７）の励磁信号（７ａ）の周波数を逐次変更し、二次コイル（２２）の出力信号（８５ａ）が最大ないし最小を示す周波数より被検査材（Ｗ）の焼入れ深さを検出する検出手段（３）とを備える。
【０００６】
本第１発明においては、被検査材の表面に磁性体コアの脚部先端面を接触ないし近接対向させた状態で焼入れ深さを検出できるから、被検査材の焼入れ領域の局部的な深さを検出することができる。また、励磁信号の周波数を逐次変更し、二次コイルの出力信号が最大ないし最小を示す周波数より被検査材の焼入れ深さを検出するから、従来のように測定コイルを移動させる必要がなく、移動機構が不要であるから装置構造が簡易化される。加えて、磁性体コアを略Ｕ字形に成形したから、1次コイルによって発生した磁力線は被検査材との間で閉磁気回路を形成する。この結果、磁力線の外部漏れが少なくなり、磁力線が効率的に2次コイルを通過させられるから、焼入れ深さの検出における外部ノイズの影響を最小限に抑えることができる。   
【０００７】
本第２発明では、磁性体コア（１）、一次コイル（２１）および二次コイル（２２）で構成される測定コイル（２）に加えて、当該測定コイル（２）と実質的に同一構造の基準コイル（６）を設けて、当該基準コイル（６）の磁性体コア（５）の、左右の脚部の先端面を基準検査材の表面に接触ないし近接対向させるとともに、基準コイル（６）の一次コイル（６１）を交流電源（７）に接続して励磁信号（７ａ）を印加し、かつ検出手段（３）は、基準コイル（６）の二次コイル（６２）から出力される基準出力信号（６ａ）と測定コイル（２）の二次コイル（２２）から出力される測定出力信号（２ａ）の差出力信号（８１ａ）を得る演算手段（８１）と、基準出力信号（６ａ）が零レベルを横切った時点でタイミング信号（８４ａ）を発するタイミング信号生成手段（８２，８３）とを備え、タイミング信号（８４ａ）が発せられた時点から前記基準出力信号の四半周期後の時点での差出力信号（８１ａ）を出力信号（８５ａ）とするものである。
【０００８】
本第２発明においては、基準信号出力が零レベルを横切った時点から当該基準信号出力の四半周期後の時点での差出力信号の大きさは、その最大ないし最小ピーク付近の大きさになっているから、これに基づいて被検査材の焼入れ深さの検出を確実に行うことができる。
【０００９】
本第３発明では、端部表面が被検査材の表面に接触ないし近接対向させられた磁性体コアと、励磁信号を出力するとともにその周波数を一定範囲で変更可能な交流電源と、前記磁性体コアに巻回され、前記交流電源に接続されて前記励磁信号が印加される一次コイルと、前記磁性体コアに巻回されて前記一次コイルの磁力線が通過する二次コイルと、前記交流電源の励磁信号の周波数を逐次変更し、前記二次コイルの出力信号が最大ないし最小を示す周波数より前記被検査材の焼入れ深さを検出する検出手段とを備える。本第３発明においては、被検査材の表面に磁性体コアの端部表面を接触ないし近接対向さた状態で焼入れ深さを検出できるから、被検査材の焼入れ領域の局部的な深さを検出することができる。また、励磁信号の周波数を逐次変更し、二次コイルの出力信号が最大ないし最小を示す周波数より被検査材の焼入れ深さを検出するから、従来のように測定コイルを移動させる必要がなく、移動機構が不要であるから装置構造が簡易化される。
【００１０】
なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の焼入れ深さ検査装置によれば、測定コイルを移動させる必要がないから移動機構が不要であるとともに、被検査材の焼入れ領域の局部的な深さを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１には焼入れ深さ検査装置のセンサ部の断面図を示す。図１は被検査材Ｗの円形断面局部Ｗ１の焼入れ深さを検出する例を示している。センサ部にはフェライト製の磁性体コア１が設けられており、当該磁性体コア１は、下方に位置する被検査材Ｗの方向を向く所定厚のＵ字形に成形されている。磁性体コア１は左右の脚部１１，１２の先端面が被検査材局部Ｗ１の表面形状に沿うように傾斜させられて、局部Ｗ１表面とそれぞれ一定間隙Ｓ１，Ｓ２で対向している。なお、この間隙Ｓ１，Ｓ２は、焼入れ後の局部Ｗ１表面に生成される黒皮による凹凸を避けるためのもので、局部Ｗ１表面が滑らかであれば各脚部１１，１２の先端面を局部Ｗ１表面に接触させても良い。
【００１３】
磁性体コア１の一方の脚部１１には一次コイル２１が巻回されており、他方の脚部１２には二次コイル２２が巻回されている。これら磁性体コア１、一次コイル２１および二次コイル２２は測定コイル２（図２参照）を構成して、詳細を後述する検出回路３に接続されている。磁性体コア１は樹脂製ホルダ４１に基部が埋設されるとともに脚部１１，１２の先端外面がホルダ４１に接合されてこれに保持されている。ホルダ４１の左右の側面にはそれぞれ支持片４２の上端部が接しており、これら支持片４２の下端面は被検査材局部Ｗ１の表面に倣った形状で当該表面に接している。支持片４２の上端部には上下方向へ延びる長穴４２１，４２２が形成されて、これを水平に貫通したボルト４３１，４３３の先端がホルダ４１の側面内に捩じ込まれている。ボルト４３１，４３２を緩めることによって、長穴４２１，４２２の形成範囲内で上下方向へホルダ４１を移動させることができ、これによって磁性体コア１の脚部１１，１２先端面と被検査材局部Ｗ１表面の間隙Ｓ１，Ｓ２を調整することができる。
【００１４】
ホルダ４１には下方へ開放する容器状の樹脂製カバー体４４が覆着してあり、カバー体４４の頂面中心には上下方向へ貫通させて雌コネクタが設けてある。雌コネクタ４５には検出回路３（図２）から至るケーブル４７先端の雄コネクタ４６が結合されている。そして、一次コイル２１および二次コイル２２から延出した各一対のリード線２２１，２２２が、ホルダ４１の上面に設けた端子台４８の各端子４８１を経由して雌コネクタ４５のピン４５１に導通接続されている。
【００１５】
図２に検出回路３の構成を示す。図２において、検出回路３には基準コイル６が設けられており、基準コイル６は、巻き数、径、長さを上記測定コイル２の一次コイル２１および二次コイル２２とそれぞれ同一にした一次コイル６１と二次コイル６２、および磁性体コア５を備えている。そして、これら一次コイル６１と二次コイル６２は上記磁性体コア１と同形同質の磁性体コア５の各脚部に上記と同様に巻回され、かつ磁性体コア５の各脚部の先端面は、予め焼入れ度を測定し適正な焼入れをなされたことが確認されている、上記被検査材Ｗと同径同質の基準検査材の円形断面局部の表面に対し上記間隙Ｓ１，Ｓ２と同一間隙を保つように治具により固定支持されている。
【００１６】
基準コイル６と測定コイル２の各一次コイル２１，６１は共通の交流電源７に接続されて励磁信号７ａ（図３（１））が印加されている。交流電源７は一定範囲（本実施形態では１０〜１００Ｈｚ）で励磁信号７ａの周波数を変更することができるようになっている。測定コイル２の一次コイル２１に励磁信号７ａが印加されると、磁性体コア１、間隙Ｓ１，Ｓ２、および被検査材Ｗの間を循環して二次コイル２２内を通過する磁力線Ｍ（図１参照）が生じる。これは基準コイル６の場合も同様である。これにより、測定コイル２と基準コイル６の各二次コイル２２，６２からはそれぞれ、被検査材あるいは基準検査材の焼入れ度に応じた電圧値を有する測定出力信号２ａ（図２（３））と基準出力信号６ａ（図２（２））が出力される。この場合、磁力線Ｍは被検査材Ｗとの間で閉磁気回路を形成しており、この結果、磁力線Ｍの外部漏れが少ないから、磁力線Ｍは効率的に二次コイル２２，６２を通過させられる。これにより、測定出力信号２ａおよび基準出力信号６ａに対する外部ノイズの影響は最小限に抑えられる。上記出力信号２ａ，６ａは被検査材および基準検査材の焼入れ度に応じて振幅が変化すると同時に、その位相も変化している。すなわち例えば図３に示すように、出力信号２ａ，６ａはいずれも励磁信号７ａに対し、振幅が変化するとともに、略同一のθ程度の位相遅れを生じている。
【００１７】
上記基準出力信号６ａと測定出力信号２ａは差動増幅回路８１（図２）に入力しており、両出力信号６ａ，２ａの差出力信号８１ａ（図３（７））が差動増幅回路８１から出力される。この差出力信号８１ａは、適正な焼入れ度で焼入れされた基準検査材に対する、被検査材Ｗの焼入れ度のズレを示している。したがって、差出力信号８１ａの振幅の大きさから被検査材Ｗの焼入れ度の良否を判定することができる。ここで、差出力信号８１ａは図３に示すように上記位相遅れθを有しつつその大きさ（電圧）が周期的に変化する正弦波となっているから、焼入れ度の良否を確実に判定するには、差出力信号８１ａのピークＳｐ付近の電圧値を検出する必要がある。
【００１８】
そこで、図２に示すように、差動増幅回路８１の後段にサンプルホールド回路８５が設けてあり、これに差出力信号８１ａが入力している。一方、上記基準出力信号６ａはスライサー回路８２にも入力し、スライサー回路８２は基準出力信号６ａの電圧が零を超えてから再び零へ戻るまでの間「Ｈ」レベルとなる矩形波信号８２ａ（図３（４））を出力する。矩形波信号８２ａはエッジ検出回路８３に入力し、エッジ検出回路８３は上記矩形波信号８２ａの立ち上がりに同期したタイミング信号たるパルス信号８３ａ（図３（５））を出力する。パルス信号８３ａは遅延回路８４に入力し、遅延回路８４ではパルス信号８３ａを、基準出力信号６ａの位相のπ／２に相当する時間だけ遅延させてトリガパルス信号８４ａ（図３（６））として出力する。トリガパルス信号８４ａは上記サンプルホールド回路８５に入力し、この入力タイミングで差出力信号８１ａのピークＳｐ付近の電圧値がサンプルされて、比較出力信号８５ａ（図３（８））としてホールドされ、後段のパソコン等で実現される判定回路８６へ出力される。
【００１９】
ところで、比較出力信号８５ａが最大（ないし最小）を示す励磁信号７ａの周波数は焼入れ深さによって異なる。これを、焼入れ深さに対する磁束密度変化を示す図４〜図６で説明する。なお、以下の各図中、線ｘ、線ｙ、線ｚはそれぞれ、励磁信号７ａの周波数を１００Ｈｚ、６０Ｈｚ、２０Ｈｚとした時の磁束密度変化曲線である。
【００２０】
図４は焼入れ深さが０．５ｍｍの場合の磁束密度変化を示し、この場合には、励磁信号７ａの周波数を１００Ｈｚとした時に、被検査材Ｗの焼入れ領域と生地領域の境界での磁束密度変化（図中線ｘ）が最も大きく現れる。これに伴い、励磁信号７ａの周波数を１００Ｈｚとした時に比較出力信号８５ａが最大（ないし最小）となる。
【００２１】
これに対して、焼入れ深さが１．６ｍｍの場合には、励磁信号７ａの周波数を６０Ｈｚとした時に、被検査材Ｗの焼入れ領域と生地領域の境界での磁束密度変化（図中線ｙ）が最も大きく現れる。これに伴い、励磁信号７ａの周波数を６０Ｈｚとした時に比較出力信号８５ａが最大（ないし最小）となる。
【００２２】
さらに、焼入れ深さが２．５ｍｍの場合には、励磁信号７ａの周波数を２０Ｈｚとした時に、被検査材Ｗの焼入れ領域と生地領域の境界での磁束密度変化（図中線ｚ）が最も大きく現れる。これに伴い、励磁信号７ａの周波数を２０Ｈｚとした時に比較出力信号８５ａが最大（ないし最小）となる。
【００２３】
以上のように、比較出力信号８５ａが最大（ないし最小）を示す励磁信号７ａの周波数と焼入れ深さは一対一に対応するから、判定回路８６では、予めこの対応関係のテーブルを記憶しておき、交流電源７に周波数変更信号８６ａを出力して、一次コイル２１，６１に印加する励磁信号７ａの周波数を逐次変化させ、このとき入力する比較出力信号８５ａが最大（ないし最小）を示す周波数を知ることにより、焼入れ深さを判定する。
【００２４】
上記実施形態ではＵ字形の磁性体コアを使用したが、両脚部を備えるものであれば正確なＵ字形である必要はない。また、磁性体コアとして例えば棒状のものを使用し、これに一次コイルと二次コイルを巻回するような構造としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】焼入れ深さ検査装置のセンサ部の断面図である。
【図２】焼入れ深さ検査装置の検出回路のブロック構成図である。
【図３】焼入れ深さ検査装置の検出回路の信号波形図である。
【図４】周波数の異なる各励磁信号の、焼入れをした被検査材表面からの深さに対する磁束密度変化を示す図である。
【図５】周波数の異なる各励磁信号の、焼入れをした被検査材表面からの深さに対する磁束密度変化を示す図である。
【図６】周波数の異なる各励磁信号の、焼入れをした被検査材表面からの深さに対する磁束密度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…磁性体コア、１１，１２…脚部、２…測定コイル、２ａ…測定出力信号、２１…一次コイル、２２…二次コイル、３…検出回路、５…磁性体コア、６…基準コイル、６ａ…基準出力信号、６１…一次コイル、６２…二次コイル、７…交流電源、７ａ…励磁信号、８１…差動増幅回路（演算手段）、８２…スライサー回路（タイミング信号生成手段）、８３…エッジ検出回路（タイミング信号生成手段）、Ｗ…被検査材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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