(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の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誘導電流を発生させる第一励磁コイルと、
前記第一励磁コイルにより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第一検出コイルと、
前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数の交流励磁信号が印加されることにより前記測定対象物に誘導電流を発生させる第二励磁コイルと、
前記第二励磁コイルにより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第二検出コイルと、
前記第一検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一励磁コイルの交流励磁信号および前記第一検出コイルの検出信号の位相差Ｘ１、前記第二検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二励磁コイルの交流励磁信号および前記第二検出コイルの検出信号の位相差Ｘ２をそれぞれ算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数１に示す差分値Ｄと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄを算出する差分値算出部と、
前記差分値算出部により算出された差分値Ｄに基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さＬを算出する焼き入れ深さ算出部と、
を具備する焼き入れ深さ測定装置。
【数１】
0004978360.tif 000018
【請求項２】
前記第一励磁コイルおよび前記第二励磁コイルを同一の励磁コイルとし、
前記第一検出コイルおよび前記第二検出コイルを同一の検出コイルとし、
前記同一の励磁コイルに前記第一の周波数の交流励磁信号および第二の周波数の交流励磁信号のいずれかを選択的に印加可能な交流励磁信号印加部を具備する請求項１に記載の焼き入れ深さ測定装置。
【請求項３】
前記焼き入れ深さ算出部は、
前記差分値算出部により算出された差分値Ｄを以下の数２に示す焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬを算出する請求項１または請求項２に記載の焼き入れ深さ測定装置。
【数２】
0004978360.tif 000019
【請求項４】
前記焼き入れ深さ算出部により算出された焼き入れ深さＬと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定部を具備する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の焼き入れ深さ測定装置。
【請求項５】
前記第一の周波数および第二の周波数は、
以下の（１）から（６）までの手順により設定される請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の焼き入れ深さ測定装置。
（１）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（２）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（３）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（４）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（５）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（６）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるもののいずれか一つを検量線として採用し、当該採用された検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
【請求項６】
第一の周波数の交流励磁信号を第一励磁コイルに印加して測定対象物に誘導電流を発生させるとともに、前記第一励磁コイルにより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第一検出コイルにより検出する第一励磁・検出工程と、
前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数の交流励磁信号を第二励磁コイルに印加して前記測定対象物に誘導電流を発生させるとともに、前記第二励磁コイルにより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第二検出コイルにより検出する第二励磁・検出工程と、
前記第一検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一励磁コイルの交流励磁信号および前記第一検出コイルの検出信号の位相差Ｘ１、前記第二検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二励磁コイルの交流励磁信号および前記第二検出コイルの検出信号の位相差Ｘ２をそれぞれ算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数１に示す差分値Ｄと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄを算出する差分値算出工程と、
前記差分値算出工程において算出された差分値Ｄに基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さＬ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。
【数１】
0004978360.tif 000020
【請求項７】
前記第一励磁コイルおよび前記第二励磁コイルを同一の励磁コイルとし、
前記第一検出コイルおよび前記第二検出コイルを同一の検出コイルとし、
前記第一励磁・検出工程において、
前記同一の励磁コイルに第一の周波数の交流励磁信号を印加し、
前記第二励磁・検出工程において、
前記同一の励磁コイルに第二の周波数の交流励磁信号を印加する請求項６に記載の焼き入れ深さ測定方法。
【請求項８】
前記焼き入れ深さ算出工程において、
前記差分値算出工程において算出された差分値Ｄを以下の数２に示す焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬを算出する請求項６または請求項７に記載の焼き入れ深さ測定方法。
【数２】
0004978360.tif 000021
【請求項９】
前記焼き入れ深さ算出工程において算出された焼き入れ深さＬと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定工程を具備する請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載の焼き入れ深さ測定方法。
【請求項１０】
前記第一の周波数および第二の周波数は、
以下の（１）から（６）までの手順により設定される請求項６から請求項９までのいずれか一項に記載の焼き入れ深さ測定方法。
（１）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（２）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（３）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（４）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（５）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（６）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数が最も大きいものを検量線として採用し、当該採用された検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
【請求項１１】
第一の周波数および前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数、第三の周波数および前記第三の周波数よりも高い周波数である第四の周波数、並びに第五の周波数および前記第五の周波数よりも高い周波数である第六の周波数を含む複数の異なる周波数の交流励磁信号を選択的に発生する交流励磁信号発生部と、
前記交流励磁信号発生部により発生した交流励磁信号が印加されることにより測定対象物に誘導電流を発生させる励磁コイルと、
前記励磁コイルにより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、
前記第一の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一の周波数に対応する交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ１、前記第二の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二の周波数に対応する交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ２を算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数３に示す差分値Ｄａと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄａを算出する差分値算出部と、
前記差分値算出部により算出された差分値Ｄａを以下の数４に示す焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬａを算出する第一焼き入れ深さ算出部と、
前記第一焼き入れ深さ算出部により算出された焼き入れ深さＬａが予め設定された基準焼き入れ深さＬｓ未満である場合には、前記第三の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ３、前記第三の周波数に対応する交流励磁信号および第三の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ３、前記第四の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ４並びに前記第四の周波数に対応する交流励磁信号および第四の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ４を算出し、前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４を以下の数５に示す差分値Ｄｂと前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｂを算出し、算出された差分値Ｄｂを以下の数６に示す焼き入れ深さＬｂと差分値Ｄｂとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｂを算出し、当該焼き入れ深さＬｂを前記測定対象物の焼き入れ深さとするとともに、前記第一焼き入れ深さ算出部により算出された焼き入れ深さＬａが前記基準焼き入れ深さＬｓ以上である場合には、前記第五の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ５、前記第五の周波数に対応する交流励磁信号および第五の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ５、前記第六の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ６並びに前記第六の周波数に対応する交流励磁信号および第六の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ６を算出し、前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６を以下の数７に示す差分値Ｄｃと前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｃを算出し、算出された差分値Ｄｃを以下の数８に示す焼き入れ深さＬｃと差分値Ｄｃとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｃを算出し、当該焼き入れ深さＬｃを前記測定対象物の焼き入れ深さとする第二焼き入れ深さ算出部と、
を具備する焼き入れ深さ測定装置。
【数３】
0004978360.tif 000022
【数４】
0004978360.tif 000023
【数５】
0004978360.tif 000024
【数６】
0004978360.tif 000025
【数７】
0004978360.tif 000026
【数８】
0004978360.tif 000027
【請求項１２】
前記第二焼き入れ深さ算出部により算出された前記測定対象物の焼き入れ深さと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定部を具備する請求項１１に記載の焼き入れ深さ測定装置。
【請求項１３】
前記第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数および第六の周波数は、
以下の（ａ）から（ｈ）までの手順により設定される請求項１１または請求項１２に記載の焼き入れ深さ測定装置。
（ａ）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（ｂ）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（ｃ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（ｄ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（ｅ）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（ｆ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、焼き入れ深さの規格範囲に適合するものを第一の検量線として採用し、当該採用された第一の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
（ｇ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面に近い方の範囲である表面側範囲に適合するものを第二の検量線として採用し、当該採用された第二の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第三の周波数、周波数が高い方を第四の周波数とする。
（ｈ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面から遠い方の範囲であるバルク側範囲に適合するものを第三の検量線として採用し、当該採用された第三の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第五の周波数、周波数が高い方を第六の周波数とする。
【請求項１４】
前記差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、前記第一の検量線に係るものについての最小二乗法による三次近似式を求め、当該最小二乗法による三次近似式の変曲点に対応する切断法による焼き入れ深さの測定値を前記基準焼き入れ深さＬｓとする請求項１３に記載の焼き入れ深さ測定装置。
【請求項１５】
第一の周波数および前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数、第三の周波数および前記第三の周波数よりも高い周波数である第四の周波数、並びに第五の周波数および前記第五の周波数よりも高い周波数である第六の周波数を含む複数の異なる周波数の交流励磁信号を励磁コイルに印加して測定対象物に誘導電流を発生させるとともに、前記励磁コイルにより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、
前記第一の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一の周波数に対応する交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ１、前記第二の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二の周波数に対応する交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ２を算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数３に示す差分値Ｄａと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄａを算出する差分値算出工程と、
前記差分値算出工程において算出された差分値Ｄａを以下の数４に示す焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬａを算出する第一焼き入れ深さ算出工程と、
前記第一焼き入れ深さ算出工程において算出された焼き入れ深さＬａが予め設定された基準焼き入れ深さＬｓ未満である場合には、前記第三の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ３、前記第三の周波数に対応する交流励磁信号および第三の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ３、前記第四の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ４並びに前記第四の周波数に対応する交流励磁信号および第四の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ４を算出し、前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４を以下の数５に示す差分値Ｄｂと前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｂを算出し、算出された差分値Ｄｂを以下の数６に示す焼き入れ深さＬｂと差分値Ｄｂとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｂを算出し、当該焼き入れ深さＬｂを前記測定対象物の焼き入れ深さとするとともに、前記第一焼き入れ深さ算出工程において算出された焼き入れ深さＬａが前記基準焼き入れ深さＬｓ以上である場合には、前記第五の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ５、前記第五の周波数に対応する交流励磁信号および第五の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ５、前記第六の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ６並びに前記第六の周波数に対応する交流励磁信号および第六の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ６を算出し、前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６を以下の数７に示す差分値Ｄｃと前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｃを算出し、算出された差分値Ｄｃを以下の数８に示す焼き入れ深さＬｃと差分値Ｄｃとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｃを算出し、当該焼き入れ深さＬｃを前記測定対象物の焼き入れ深さとする第二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。
【数３】
0004978360.tif 000028
【数４】
0004978360.tif 000029
【数５】
0004978360.tif 000030
【数６】
0004978360.tif 000031
【数７】
0004978360.tif 000032
【数８】
0004978360.tif 000033
【請求項１６】
前記第二焼き入れ深さ算出工程において算出された前記測定対象物の焼き入れ深さと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定工程を具備する請求項１５に記載の焼き入れ深さ測定方法。
【請求項１７】
前記第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数および第六の周波数は、
以下の（ａ）から（ｈ）までの手順により設定される請求項１５または請求項１６に記載の焼き入れ深さ測定方法。
（ａ）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（ｂ）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（ｃ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（ｄ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（ｅ）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（ｆ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、焼き入れ深さの規格範囲に適合するものを第一の検量線として採用し、当該採用された第一の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
（ｇ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面に近い方の範囲である表面側範囲に適合するものを第二の検量線として採用し、当該採用された第二の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第三の周波数、周波数が高い方を第四の周波数とする。
（ｈ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面から遠い方の範囲であるバルク側範囲に適合するものを第三の検量線として採用し、当該採用された第三の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第五の周波数、周波数が高い方を第六の周波数とする。
【請求項１８】
前記差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、前記第一の検量線に係るものについての最小二乗法による三次近似式を求め、当該最小二乗法による三次近似式の変曲点に対応する切断法による焼き入れ深さの測定値を前記基準焼き入れ深さＬｓとする請求項１７に記載の焼き入れ深さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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切断後の測定対象物を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。
【０００３】
このような問題を解消する方法として、いわゆる渦流センサを用い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および特許文献２に記載の如くである。
【０００４】
特許文献１に記載の方法は、測定対象物に挿通された渦流センサの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渦流センサの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。
【０００５】
特許文献２に記載の方法は、測定対象物に挿通された渦流センサの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渦流センサの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２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。
【０００６】
しかし、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。
【０００７】
測定対象物が高周波焼き入れを施した鉄鋼材料からなるドライブシャフトである場合、当該ドライブシャフトの製造工場の環境温度は真夏の昼間（３５℃程度）と真冬の早朝（５℃程度）では約３０℃の温度変動があり、同日でも昼夜で大きな温度変動がある。
また、高周波焼き入れを施した直後のドライブシャフトは環境温度よりも高温であるため、例えば一時休止していた製造工場が稼働を再開するとき等、通常の稼働時とは焼き入れを施してから焼き入れ深さの測定を開始するまでに要する時間が異なる場合には、焼き入れ深さの測定時におけるドライブシャフトの温度が変動する。
【０００８】
このような温度変動による焼き入れ深さの測定精度の低下を防止する方法としては、（１）空調設備を利用することにより測定対象物、測定装置およびその周囲の環境の温度を一定に保持して焼き入れ深さの測定を行う、（２）焼き入れ深さの測定を行う直前に測定対象物の温度を測定し、当該測定温度に基づいて焼き入れ深さの測定結果を補正する、等の方法が考えられる。
【０００９】
しかし、上記（１）の方法は設備コストが大きく、また測定対象物、測定装置およびその周囲の環境の温度が一定に保持されるまで測定を行うことができない（作業効率が良くない）という問題を有する。
また、上記（２）の方法は、焼き入れ深さの測定に加えて測定対象物の温度測定を行うため、工数が増大するという問題を有する。特に、温度測定は短時間で行うことが一般に困難である（測定温度が平衡状態に達するまで保持する必要がある）ことから、測定対象物一個当たりの焼き入れ深さの測定に要する時間が長くなり、測定対象物の製造工程における全数検査等に適用することが困難となる。
【特許文献１】特開２００２−１４０８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は以上の如き状況に鑑み、測定対象物や周囲の環境の温度が変動しても測定対象物の焼き入れ深さを精度良く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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
即ち、請求項１においては、
第一の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誘導電流を発生させる第一励磁コイルと、
前記第一励磁コイルにより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第一検出コイルと、
前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数の交流励磁信号が印加されることにより前記測定対象物に誘導電流を発生させる第二励磁コイルと、
前記第二励磁コイルにより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第二検出コイルと、
前記第一検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一励磁コイルの交流励磁信号および前記第一検出コイルの検出信号の位相差Ｘ１、前記第二検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二励磁コイルの交流励磁信号および前記第二検出コイルの検出信号の位相差Ｘ２をそれぞれ算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数１に示す差分値Ｄと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄを算出する差分値算出部と、
前記差分値算出部により算出された差分値Ｄに基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さＬを算出する焼き入れ深さ算出部と、を具備するものである。
【００１３】
【数１】
0004978360.tif 000002
【００１４】
請求項２においては、
前記第一励磁コイルおよび前記第二励磁コイルを同一の励磁コイルとし、
前記第一検出コイルおよび前記第二検出コイルを同一の検出コイルとし、
前記同一の励磁コイルに前記第一の周波数の交流励磁信号および第二の周波数の交流励磁信号のいずれかを選択的に印加可能な交流励磁信号印加部を具備するものである。
【００１５】
請求項３においては、
前記焼き入れ深さ算出部は、
前記差分値算出部により算出された差分値Ｄを以下の数２に示す焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬを算出する請求項１または請求項２に記載の焼き入れ深さ測定装置ものである。
【００１６】
【数２】
0004978360.tif 000003
【００１７】
請求項４においては、
前記焼き入れ深さ算出部により算出された焼き入れ深さＬと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定部を具備するものである。
【００１８】
請求項５においては、
前記第一の周波数および第二の周波数は、
以下の（１）から（６）までの手順により設定されるものである。
（１）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（２）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（３）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（４）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（５）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（６）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるもののいずれか一つを検量線として採用し、当該採用された検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
【００１９】
請求項６においては、
第一の周波数の交流励磁信号を第一励磁コイルに印加して測定対象物に誘導電流を発生させるとともに、前記第一励磁コイルにより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第一検出コイルにより検出する第一励磁・検出工程と、
前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数の交流励磁信号を第二励磁コイルに印加して前記測定対象物に誘導電流を発生させるとともに、前記第二励磁コイルにより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第二検出コイルにより検出する第二励磁・検出工程と、
前記第一検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一励磁コイルの交流励磁信号および前記第一検出コイルの検出信号の位相差Ｘ１、前記第二検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二励磁コイルの交流励磁信号および前記第二検出コイルの検出信号の位相差Ｘ２をそれぞれ算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を数１に示す差分値Ｄと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄを算出する差分値算出工程と、
前記差分値算出工程において算出された差分値Ｄに基づいて前記測定対象物の焼き入れ深さＬ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。
【００２０】
請求項７においては、
前記第一励磁コイルおよび前記第二励磁コイルを同一の励磁コイルとし、
前記第一検出コイルおよび前記第二検出コイルを同一の検出コイルとし、
前記第一励磁・検出工程において、
前記同一の励磁コイルに第一の周波数の交流励磁信号を印加し、
前記第二励磁・検出工程において、
前記同一の励磁コイルに第二の周波数の交流励磁信号を印加するものである。
【００２１】
請求項８においては、
前記焼き入れ深さ算出工程において、
前記差分値算出工程において算出された差分値Ｄを数２に示す焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬを算出するものである。
【００２２】
請求項９においては、
前記焼き入れ深さ算出工程において算出された焼き入れ深さＬと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記焼き入れ深さＬが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定工程を具備するものである。
【００２３】
請求項１０においては、
前記第一の周波数および第二の周波数は、以下の（１）から（６）までの手順により設定されるものである。
（１）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（２）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（３）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（４）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（５）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（６）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数が最も大きいものを検量線として採用し、当該採用された検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
【００２４】
請求項１１においては、
第一の周波数および前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数、第三の周波数および前記第三の周波数よりも高い周波数である第四の周波数、並びに第五の周波数および前記第五の周波数よりも高い周波数である第六の周波数を含む複数の異なる周波数の交流励磁信号を選択的に発生する交流励磁信号発生部と、
前記交流励磁信号発生部により発生した交流励磁信号が印加されることにより測定対象物に誘導電流を発生させる励磁コイルと、
前記励磁コイルにより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、
前記第一の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一の周波数に対応する交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ１、前記第二の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二の周波数に対応する交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ２を算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数３に示す差分値Ｄａと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄａを算出する差分値算出部と、
前記差分値算出部により算出された差分値Ｄａを以下の数４に示す焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬａを算出する第一焼き入れ深さ算出部と、
前記第一焼き入れ深さ算出部により算出された焼き入れ深さＬａが予め設定された基準焼き入れ深さＬｓ未満である場合には、前記第三の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ３、前記第三の周波数に対応する交流励磁信号および第三の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ３、前記第四の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ４並びに前記第四の周波数に対応する交流励磁信号および第四の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ４を算出し、前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４を以下の数５に示す差分値Ｄｂと前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｂを算出し、算出された差分値Ｄｂを以下の数６に示す焼き入れ深さＬｂと差分値Ｄｂとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｂを算出し、当該焼き入れ深さＬｂを前記測定対象物の焼き入れ深さとするとともに、前記第一焼き入れ深さ算出部により算出された焼き入れ深さＬａが前記基準焼き入れ深さＬｓ以上である場合には、前記第五の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ５、前記第五の周波数に対応する交流励磁信号および第五の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ５、前記第六の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ６並びに前記第六の周波数に対応する交流励磁信号および第六の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ６を算出し、前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６を以下の数７に示す差分値Ｄｃと前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｃを算出し、算出された差分値Ｄｃを以下の数８に示す焼き入れ深さＬｃと差分値Ｄｃとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｃを算出し、当該焼き入れ深さＬｃを前記測定対象物の焼き入れ深さとする第二焼き入れ深さ算出部と、
を具備するものである。
【００２５】
【数３】
0004978360.tif 000004
【００２６】
【数４】
0004978360.tif 000005
【００２７】
【数５】
0004978360.tif 000006
【００２８】
【数６】
0004978360.tif 000007
【００２９】
【数７】
0004978360.tif 000008
【００３０】
【数８】
0004978360.tif 000009
【００３１】
請求項１２においては、
前記第二焼き入れ深さ算出部により算出された前記測定対象物の焼き入れ深さと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定部を具備するものである。
【００３２】
請求項１３においては、
前記第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数および第六の周波数は、
以下の（ａ）から（ｈ）までの手順により設定されるものである。
（ａ）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（ｂ）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（ｃ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（ｄ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（ｅ）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（ｆ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、焼き入れ深さの規格範囲に適合するものを第一の検量線として採用し、当該採用された第一の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
（ｇ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面に近い方の範囲である表面側範囲に適合するものを第二の検量線として採用し、当該採用された第二の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第三の周波数、周波数が高い方を第四の周波数とする。
（ｈ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面から遠い方の範囲であるバルク側範囲に適合するものを第三の検量線として採用し、当該採用された第三の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第五の周波数、周波数が高い方を第六の周波数とする。
【００３３】
請求項１４においては、
前記差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、前記第一の検量線に係るものについての最小二乗法による三次近似式を求め、当該最小二乗法による三次近似式の変曲点に対応する切断法による焼き入れ深さの測定値を前記基準焼き入れ深さＬｓとするものである。
【００３４】
請求項１５においては、
第一の周波数および前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数、第三の周波数および前記第三の周波数よりも高い周波数である第四の周波数、並びに第五の周波数および前記第五の周波数よりも高い周波数である第六の周波数を含む複数の異なる周波数の交流励磁信号を励磁コイルに印加して測定対象物に誘導電流を発生させるとともに、前記励磁コイルにより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、
前記第一の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ１、前記第一の周波数に対応する交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ１、前記第二の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ２、並びに前記第二の周波数に対応する交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ２を算出し、前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を数３に示す差分値Ｄａと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより前記差分値Ｄａを算出する差分値算出工程と、
前記差分値算出工程において算出された差分値Ｄａを数４に示す焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式に代入することにより前記測定対象物の焼き入れ深さＬａを算出する第一焼き入れ深さ算出工程と、
前記第一焼き入れ深さ算出工程において算出された焼き入れ深さＬａが予め設定された基準焼き入れ深さＬｓ未満である場合には、前記第三の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ３、前記第三の周波数に対応する交流励磁信号および第三の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ３、前記第四の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ４並びに前記第四の周波数に対応する交流励磁信号および第四の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ４を算出し、前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４を数５に示す差分値Ｄｂと前記Ｙ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｂを算出し、算出された差分値Ｄｂを数６に示す焼き入れ深さＬｂと差分値Ｄｂとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｂを算出し、当該焼き入れ深さＬｂを前記測定対象物の焼き入れ深さとするとともに、前記第一焼き入れ深さ算出工程において算出された焼き入れ深さＬａが前記基準焼き入れ深さＬｓ以上である場合には、前記第五の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ５、前記第五の周波数に対応する交流励磁信号および第五の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ５、前記第六の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ６並びに前記第六の周波数に対応する交流励磁信号および第六の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ６を算出し、前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６を数７に示す差分値Ｄｃと前記Ｙ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６との関係式に代入することにより前記差分値Ｄｃを算出し、算出された差分値Ｄｃを数８に示す焼き入れ深さＬｃと差分値Ｄｃとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｃを算出し、当該焼き入れ深さＬｃを前記測定対象物の焼き入れ深さとする第二焼き入れ深さ算出工程と、を具備するものである。
【００３５】
請求項１６においては、
前記第二焼き入れ深さ算出工程において算出された前記測定対象物の焼き入れ深さと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、前記測定対象物の焼き入れ深さが前記許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は前記測定対象物が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定工程を具備するものである。
【００３６】
請求項１７においては、
前記第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数および第六の周波数は、以下の（ａ）から（ｈ）までの手順により設定されるものである。
（ａ）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
（ｂ）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
（ｃ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
（ｄ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
（ｅ）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
（ｆ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、焼き入れ深さの規格範囲に適合するものを第一の検量線として採用し、当該採用された第一の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
（ｇ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面に近い方の範囲である表面側範囲に適合するものを第二の検量線として採用し、当該採用された第二の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第三の周波数、周波数が高い方を第四の周波数とする。
（ｈ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも前記焼き入れ深さの規格範囲を前記基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち前記設定用測定対象物の表面から遠い方の範囲であるバルク側範囲に適合するものを第三の検量線として採用し、当該採用された第三の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第五の周波数、周波数が高い方を第六の周波数とする。
【００３７】
請求項１８においては、
前記差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、前記第一の検量線に係るものについての最小二乗法による三次近似式を求め、当該最小二乗法による三次近似式の変曲点に対応する切断法による焼き入れ深さの測定値を前記基準焼き入れ深さＬｓとするものである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は、測定対象物や周囲の環境の温度が変動しても測定対象物の焼き入れ深さを精度良く測定することが可能である、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
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第一実施例である焼き入れ深さ測定装置１００の装置構成について説明する。
【００４０】
焼き入れ深さ測定装置１００は測定対象物１０２の焼き入れ深さを測定するものであり、主として励磁部１１０、検出部１２０、制御装置１３０等を具備する。
ここで、「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（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５９）」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（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５９）」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。
【００４１】
測定対象物１０２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１０２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％）に高周波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。
【００４２】
励磁部１１０は、測定対象物１０２に交流磁場を作用させることにより測定対象物１０２に（より厳密には、測定対象物１０２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１１０は励磁コイル１１１、交流電源１１２等を具備する。
【００４３】
励磁コイル１１１は本発明に係る第一励磁コイルの実施の一形態であるとともに、本発明に係る第二励磁コイルの実施の一形態である。すなわち、励磁コイル１１１は本発明に係る第一励磁コイルとしての機能と本発明に係る第二励磁コイルとしての機能とを兼ねるものである。
励磁コイル１１１は導電体からなるコイルであり、複数の異なる周波数（本実施例の場合、図２に示す周波数ｆｎ（ｎ；１から８までの整数）の交流励磁信号が印加されることにより測定対象物１０２に各周波数に対応する誘導電流（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周波数を有する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１１１の両端にはそれぞれ端子１１１ａ・１１１ｂが形成される。
【００４４】
なお、本実施例では図１に示す如く測定対象物１０２を励磁コイル１１１に挿通した状態で励磁コイル１１１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、例えば平板状の測定対象物の板面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。
【００４５】
交流電源１１２は所定の周波数を有する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１１１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１１２は励磁コイル１１１の端子１１１ａ・１１１ｂに接続される。
また、交流電源１１２は交流電圧の周波数を３０Ｈｚ以上３０ｋＨ以下の範囲で変更することが可能であり、３０Ｈｚ以上３０ｋＨ以下の範囲に収まる計８種類の周波数ｆ１〜ｆ８（図２参照）の交流励磁信号（交流電圧）を選択的に励磁コイル１１１に印加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１００の励磁コイルに印加される交流励磁信号の周波数の範囲は３０Ｈｚ以上３０ｋＨｚ以下であるが、本発明はこれに限定されず、交流励磁信号の周波数の範囲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。
【００４６】
検出部１２０は測定対象物１０２（より厳密には、測定対象物１０２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１２０は主として検出コイル１２１、電圧計１２２等を具備する。
【００４７】
検出コイル１２１は本発明に係る第一検出コイルの実施の一形態であるとともに、本発明に係る第二検出コイルの実施の一形態である。すなわち、検出コイル１２１は本発明に係る第一検出コイルのとしての機能と本発明に係る第二検出コイルとしての機能とを兼ねるものである。
検出コイル１２１は測定対象物１０２に挿通されるコイルであり、測定対象物１０２（より厳密には、測定対象物１０２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１２１の両端にはそれぞれ端子１２１ａ・１２１ｂが形成される。
検出コイル１２１および励磁コイル１１１は、両者の中心軸が略一直線となるように配置される。
【００４８】
なお、本実施例では図１に示す如く測定対象物１０２を検出コイル１２１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、例えば平板状の測定対象物の板面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。
【００４９】
電圧計１２２は端子１２１ａ・１２１ｂに接続され、検出コイル１２１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。
【００５０】
なお、本実施例は第一励磁コイルおよび第二励磁コイルを兼ねる同一の励磁コイルたる励磁コイル１１１と第一検出コイルおよび第二検出コイルを兼ねる同一の検出コイルたる検出コイル１２１とを同一の筐体１０５に収容し、筐体１０５、励磁コイル１１１および検出コイル１２１を合わせたものを「渦流センサ」とする構成であるが、本発明はこれに限定されず、第一励磁コイル、第一検出コイル、第二励磁コイルおよび第二検出コイルをそれぞれ別の筐体に収容する構成でも良い。
【００５１】
制御装置１３０は、焼き入れ深さ測定装置１００の動作を制御するとともに検出部１２０からの検出信号に基づいて測定対象物１０２の焼き入れ深さを算出する（焼き入れ深さの測定結果を取得する）ものである。
制御装置１３０は主として制御部１３１、入力部１３２、表示部１３３等を具備する。
【００５２】
制御部１３１は後述する周波数変更プログラム、差分値算出プログラム、焼き入れ深さ算出プログラム、判定プログラム等の種々のプログラム等を格納することができ、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。
【００５３】
制御部１３１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで相互に接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の制御部１３１は専用品であるが、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に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【００５４】
制御部１３１は交流電源１１２に接続され、交流電源１１２に所定の制御信号を送信することにより交流電源１１２の交流励磁信号の周波数および振幅を変更することが可能である。
また、制御部１３１は電圧計１２２に接続され、「検出コイル１２１により検出された検出信号（誘導電圧）を更に電圧計１２２により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１３１による焼き入れ深さ測定装置１００の動作制御および検出部１２０からの検出信号に基づく測定対象物１０２の焼き入れ深さの算出については後で詳述する。
【００５５】
入力部１３２は制御部１３１に接続され、制御部１３１に焼き入れ深さ測定装置１００による焼き入れ深さの測定に係る種々の情報・指示等を入力するものである。
本実施例の入力部１３２は専用品であるが、例えば市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００５６】
表示部１３３は例えば入力部１３２から制御部１３１への入力内容、焼き入れ深さ測定装置１００の動作状況、測定対象物１０２の焼き入れ深さの測定結果等を表示するものである。
本実施例の表示部１３３は専用品であるが、例えば市販の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴディスプレイ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００５７】
本実施例は入力部１３２と表示部１３３とを別体とする構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えばタッチパネルの如く情報を入力する機能と情報を表示する機能を兼ねる構成（入力部と表示部とを一体とした構成）でも良い。
【００５８】
以下では、図２乃至図４を用いて焼き入れ深さ測定装置１００の測定原理について説明する。
【００５９】
図２は焼き入れ処理が施された測定対象物１０２の結晶組織（層）、硬さおよび透磁率と測定対象物１０２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１０２の結晶組織は、表面から順に硬化層１、境界層２、母層３の三つの層で構成される。
【００６０】
硬化層１は測定対象物１０２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１の主たる結晶組織はマルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）である。
【００６１】
境界層２は硬化層１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１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１０２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２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（ｆｉｎｅ  ｐｅａｒｌｉｔｅ）、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（ｕｐｐｅｒ  ｂａｉｎｉｔｅ）および下部ベイナイト（ｌｏｗｅｒ  ｂａｉｎｉｔｅ）等が挙げられる。
【００６２】
母層３は境界層２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２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１０２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３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。
【００６３】
図２に示す如く、測定対象物１０２の硬度（ビッカース硬度）は結晶組織と密接な関係がある。
【００６４】
硬化層１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１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１の硬度はビッカース硬度で６００〜７００（Ｈｖ）程度である。
境界層２を構成する微細パーライトや熱影響層は、硬化層１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２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３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２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３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３の硬度はビッカース硬度で３００（Ｈｖ）程度である。
【００６５】
図２に示す如く、測定対象物１０２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１０２の結晶粒径が小さくなると測定対象物１０２の透磁率は低くなる傾向があるとともに、鉄鋼材料は結晶粒径が小さくなるとその硬度が大きくなる傾向があることによるものである。従って、測定対象物１０２の透磁率と硬さとは略反比例の関係にある。
【００６６】
硬化層１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２の透磁率は硬化層１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３の透磁率は硬化層１および境界層２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。
【００６７】
図３に示す如く、測定対象物１０２が励磁コイル１１１および検出コイル１２１に挿通された状態で、周波数ｆｎ（ｎ：１から８までの整数）（図２参照）の交流励磁信号を励磁コイル１１１に印加すると、励磁コイル１１１の周囲に磁界が発生し、測定対象物１０２の表面および内部（特に、励磁コイル１１１に周囲が取り囲まれている部分）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１２１を貫通することにより、検出コイル１２１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１１１に印加される交流励磁信号の周波数ｆｎ（ｎ：１から８までの整数）が大きくなるほど誘導電流（渦電流）は測定対象物１０２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る。なお、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。
また、交流励磁信号と検出信号との位相差Ｘは表面からの深さｄに比例し、浸透深さδに反比例する傾向を有する（Ｘ＝ｄ／δ）
【００６８】
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Ｘを有する。
測定対象物１０２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Ｘ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Ｘを求めることは、測定対象物１０２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。
【００６９】
このように、測定対象物１０２の交流励磁信号の周波数（ひいては浸透深さ）と当該周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙおよび位相差Ｘとの関係を求めることにより、測定対象物１０２の焼き入れ深さを非接触で（非破壊で）求めることが可能である。
【００７０】
以下では、制御部１３１の構成の詳細について説明する。
制御部１３１は、機能的には記憶部１３１ａ、周波数変更部１３１ｂ、差分値算出部１３１ｃ、焼き入れ深さ算出部１３１ｄ、判定部１３１ｅ等を具備する。
【００７１】
記憶部１３１ａは制御部１３１による制御や演算等を行う上で用いられる各種パラメータ（数値）、動作状況の履歴、演算結果（算出結果）等を記憶するものである。
記憶部１３１ａは、実体的にはＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体からなる。
【００７２】
周波数変更部１３１ｂは、交流電源１１２が発生する所定の振幅の交流電圧、ひいては励磁コイル１１１に印加される交流励磁信号（交流電圧）の周波数を変更するものである。
実体的には、制御部１３１が、制御部１３１に格納された周波数変更プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、周波数変更部１３１ｂとしての機能を果たす。
【００７３】
周波数変更部１３１ｂは、交流電源１１２に制御信号を送信する。
周波数変更部１３１ｂが交流電源１１２に送信する制御信号は交流電源１１２が発生すべき交流電圧の周波数（本実施例の場合、ｆ１〜ｆ８のいずれか）を指示する信号であり、交流電源１１２は制御信号に基づいて発生する交流電圧の周波数を変更（調整）する。
本実施例の場合、周波数変更部１３１ｂは交流電源１１２に約１秒の間に異なる８種類の周波数ｆ１〜ｆ８の交流電圧を順次発生することを指示する制御信号を送信することから、励磁コイル１１１には約１秒の間に「第一の周波数」および「第二の周波数」を含む８種類の周波数ｆ１〜ｆ８の交流励磁信号が印加されることとなる。
【００７４】
本実施例の場合、約１秒の間に８種類の異なる周波数の交流励磁信号を励磁コイル１１１に印加する（周波数を変更する周期を約０．１２５秒とする）構成としたが、本発明はこれに限定されず、測定対象物の性状等に応じて周波数の数や周波数を変更する周期を適宜選択することが可能である。
なお、交流励磁信号の周波数を変更する周期は検出信号を検出可能な範囲で極力短くすることが望ましい。これは、周波数を変更する周期が長いとその間に測定対象物の温度が変動し、測定精度が低下するおそれがあることによる。
「第一の周波数」および「第二の周波数」の設定方法については後述する。
【００７５】
周波数変更部１３１ｂおよび交流電源１１２を合わせたものは、励磁コイル１１１に第一の周波数の交流励磁信号および第二の周波数の交流励磁信号のいずれかを選択的に印加するものであり、本発明に係る交流励磁信号印加部の実施の一形態に相当する。
【００７６】
差分値算出部１３１ｃは本発明に係る差分値算出部の実施の一形態であり、第一の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の振幅値Ｙ１、第一の周波数に対応する励磁コイル１１１の交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の位相差Ｘ１、第二の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二の周波数に対応する励磁コイル１１１の交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の位相差Ｘ２に基づいて差分値Ｄを算出するものである。
実体的には、制御部１３１が、制御部１３１に格納された差分値算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、差分値算出部１３１ｃとしての機能を果たす。
【００７７】
差分値算出部１３１ｃは、検出コイル１２１から取得した検出信号に基づいて、第一の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の振幅値Ｙ１、第一の周波数に対応する励磁コイル１１１の交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の位相差Ｘ１、第二の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二の周波数に対応する励磁コイル１１１の交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出コイル１２１の検出信号の位相差Ｘ２、をそれぞれ算出する。算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２は記憶部１３１ａに適宜記憶される。
次に、差分値算出部１３１ｃは、算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数１に示す差分値Ｄと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより、差分値Ｄを算出する。算出された差分値Ｄは記憶部１３１ａに適宜記憶される。
【００７８】
【数１】
0004978360.tif 000010
【００７９】
数１に示す差分値Ｄは、検出信号の振幅値をＹ軸、交流励磁信号および検出信号の位相差をＸ軸とする第一の周波数に係るベクトル（Ｘ１，Ｙ１）の長さ（（Ｘ１２＋Ｙ１２）０．５）から第二の周波数に係るベクトル（Ｘ２，Ｙ２）の長さ（（Ｘ２２＋Ｙ２２）０．５）を引いたものを、さらに第二の周波数に係るベクトルの長さで割った値である。
【００８０】
第一の周波数に係るベクトルには測定対象物１０２の表面から第一の周波数に対応する浸透深さまでの結晶組織および当該結晶組織の温度の影響が反映されている。
第二の周波数に係るベクトルには測定対象物１０２の表面から第二の周波数に対応する浸透深さまでの結晶組織および当該結晶組織の温度の影響が反映されている。
また、第一の周波数は第二の周波数よりも低いので、第一の周波数の交流励磁信号により測定対象物１０２に発生する誘導電流の浸透深さは第二の周波数の交流励磁信号により測定対象物１０２に発生する誘導電流の浸透深さよりも大きい（深い）。
従って、第一の周波数に係るベクトルの長さから第二の周波数に係るベクトルの長さを引くことにより、第一の周波数に係るベクトルおよび第二の周波数に係るベクトルに共通して含まれる情報である測定対象物１０２の表面から浅い部分の情報を相殺し、焼き入れ深さの測定に密接な関係を有する情報である焼き入れ深さ近傍の部分の情報を強調することが可能である。
特に、測定対象物１０２の温度は測定対象物１０２の表面と周囲の雰囲気との間の熱伝導により変動することから測定対象物１０２の表面から深い部分（バルク）よりも表面から浅い部分（表面近傍）の方が温度変動が大きくなる傾向があり、測定対象物１０２の表面から浅い部分（表面近傍）の方が温度変動による測定精度の低下への寄与が大きい。
従って、第一の周波数に係るベクトルおよび第二の周波数に係るベクトルに共通する情報である測定対象物１０２の表面から浅い部分の情報を相殺することは、測定対象物１０２の温度変動による焼き入れ深さの測定精度の低下を抑制する上で効果が大きい。
また、第一の周波数に係るベクトルから第二の周波数に係るベクトルの長さを引いたものを、さらに第二の周波数に係るベクトルの長さで割ることにより、強調された「焼き入れ深さ近傍の部分の情報」への温度変動の影響をさらに抑制することが可能である。
【００８１】
焼き入れ深さ算出部１３１ｄは本発明に係る焼き入れ深さ算出部の実施の一形態であり、差分値算出部１３１ｃにより算出された差分値Ｄに基づいて測定対象物１０２の焼き入れ深さＬを算出するものである。
実体的には、制御部１３１が、制御部１３１に格納された焼き入れ深さ算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、焼き入れ深さ算出部１３１ｄとしての機能を果たす。
【００８２】
記憶部１３１ａには以下の数２に示す「焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式」（より厳密には、定数Ａおよび定数Ｂ）が記憶されており、焼き入れ深さ算出部１３１ｄは「焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式」に差分値算出部１３１ｃにより算出された差分値Ｄを代入することにより焼き入れ深さＬを算出する。算出された焼き入れ深さＬは記憶部１３１ａに適宜記憶される。
【００８３】
【数２】
0004978360.tif 000011
【００８４】
数２における定数Ａおよび定数Ｂは、予め基準測定対象物を用いた実験を行うことにより求められる。
すなわち、図５に示す如く、基準測定対象物における差分値Ｄの算出値を横軸とし、切断法による焼き入れ深さの測定値（切断面のビッカース硬さ測定または組織観察）を縦軸として実験データをプロットする。
そして、当該実験データに基づいて最小二乗法により求めた直線の傾きを定数Ａ、当該直線と縦軸との切片を定数Ｂとする。
ここで、「基準測定対象物」は測定対象物と同じ材質、同じ形状、かつ同じ熱処理が施された部品等である。
【００８５】
判定部１３１ｅは本発明に係る判定部の実施の一形態であり、焼き入れ深さ算出部１３１ｄにより算出された焼き入れ深さＬと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定するものである。
実体的には、制御部１３１が、制御部１３１に格納された判定プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、判定部１３１ｅとしての機能を果たす。
【００８６】
「許容焼き入れ深さ範囲」は、測定対象物の焼き入れ深さとして許容し得る範囲を指す。
「焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている」とは、焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲の下限値以上かつ許容焼き入れ深さ範囲の上限値以下であることを指す。
「焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない」とは、焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲の下限値より小さい、または許容焼き入れ深さ範囲の上限値より大きいことを指す。
【００８７】
本実施例の場合、測定対象物１０２の許容焼き入れ深さ範囲の下限値および上限値が予め記憶部１３１ａに記憶されており、判定部１３１ｅは焼き入れ深さ算出部１３１ｄにより算出された焼き入れ深さＬと記憶部１３１ａに記憶されている許容焼き入れ深さ範囲の下限値および上限値とを比較する。
上記比較の結果、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合には、判定部１３１ｅは測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定する。
また、上記比較の結果、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合には、判定部１３１ｅは測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する。判定部１３１ｅによる測定対象物１０２の判定結果は記憶部１３１ａに適宜記憶される。
【００８８】
以下では、「第一の周波数」および「第二の周波数」の設定方法について説明する。
「第一の周波数」および「第二の周波数」は、以下の（１）から（６）までの手順により設定される。
【００８９】
（１）まず、複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。なお、（１）の作業を複数の設定用測定対象物のそれぞれについて行う。
ここで、「設定用励磁コイル」は第一の周波数および第二の周波数を設定するために用いられる励磁コイルである。設定用励磁コイルは本発明に係る第一励磁コイル、第二励磁コイル、あるいはこれらが同一の励磁コイルである場合における当該同一の励磁コイルと同一でも良く、異なるコイルでも良い。
「設定用対象物」は第一の周波数および第二の周波数を設定するために用いられる測定対象物であり、本発明に係る焼き入れ深さ測定装置による焼き入れ深さの測定に供される測定対象物と同じ材質、同じ形状、かつ同じ熱処理が施された部品等である。
「設定用検出コイル」は第一の周波数および第二の周波数を設定するために用いられる検出コイルである。設定用検出コイルは本発明に係る第一検出コイル、第二検出コイル、あるいはこれらが同一の検出コイルである場合における当該同一の検出コイルと同一でも良く、異なるコイルでも良い。
本実施例の場合、「第一の周波数」および「第二の周波数」の設定に係る複数の周波数は、焼き入れ深さ測定装置１００が励磁コイル１１１に印加する交流励磁信号の周波数ｆ１〜ｆ８と同じとしている。
【００９０】
（２）次に、（１）において設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙ、および各周波数についての設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘをそれぞれ算出する。
【００９１】
（３）続いて、設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
本実施例の場合、一つの設定用測定対象物に対して周波数ｆ１〜ｆ８にそれぞれ対応する計８つのベクトルの長さが算出される。
【００９２】
（４）続いて、設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、更に当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
本実施例の場合、二つの周波数を選択する全ての組み合わせは計２８通り（＝８×７／２）であり、各組み合わせについて設定用測定対象物の数と同数のＤ０が算出される。
【００９３】
（５）続いて、選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
ここで、設定用測定対象物の切断法による焼き入れ深さの測定値は、（１）の作業の終了後に複数の設定用測定対象物のそれぞれを切断し、その切断面のビッカース硬度の測定値の深さ方向の分布に基づいて算出することにより得られる、またはその切断面の組織観察により得られる。
【００９４】
（６）続いて、求められた最小二乗法による直線近似式（本実施例の場合、計２８本）のうち、相関係数Ｒの絶対値が所定の閾値以上であるもののいずれか一つを検量線として採用し、当該採用された検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
ここで、「相関係数」はピアソンの積率相関係数（Ｐｅａｒｓｏｎ  ｐｒｏｄｕｃｔ−ｍｏｍｅｎｔ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）でもよく、スピアマンの順位相関係数（Ｓｐｅａｒｍａｎ’ｓ  ｒａｎｋ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）でも良く、ケンドールの順位相関係数（Ｋｅｎｄａｌｌ  ｔａｕ  ｒａｎｋ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）でも良い。
「所定の閾値」は測定対象物の性状等に応じて適宜選択することが可能である。
本実施例の場合、相関係数Ｒとしてピアソンの積率相関係数を用い、相関係数の所定の閾値を「０．９７（Ｒ２≒０．９４）」とし、図２に示す周波数ｆ８を第一の周波数とし、周波数ｆ１を第二の周波数としている。
【００９５】
以下では、図６乃至図８を用いて焼き入れ深さ測定装置１００による測定対象物１０２の焼き入れ深さの測定結果について説明する。
【００９６】
まず、測定に供される計２８個の測定対象物１０２・１０２・・・のそれぞれに固有の試料番号１〜２８を付与し、焼き入れ深さ測定装置１００を用いてこれらの計２８個の測定対象物１０２のそれぞれについて焼き入れ深さの測定を行った（図８における黒丸）。
焼き入れ深さ測定装置１００による焼き入れ深さの測定時における上記計２８個の測定対象物１０２の温度（表面温度）は、試料番号１〜２０については２５℃、試料番号２１については２１℃、試料番号２２については３１℃、試料番号２３については４１℃、試料番号２４については５２℃、試料番号２５については２１℃、試料番号２６については２９℃、試料番号２７については３８℃、試料番号２８については４７℃であった。
【００９７】
次に、計２８個の測定対象物１０２・１０２・・・のそれぞれを切断し、その切断面のビッカース硬度の深さ方向の分布を測定することにより、「切断法による焼き入れ深さ」を測定する（図６乃至図８における白丸）。
【００９８】
続いて、交流励磁信号の周波数ｆ１〜ｆ８のうち一つの周波数（ｆａ）を選択し、当該選択された周波数における振幅値および位相差の値（ＹａおよびＸａ）を焼き入れ深さ測定装置１００の記憶部１３１ａから取得し、当該振幅値および位相差に基づくベクトルの長さ（（Ｘａ２＋Ｙａ２）０．５）を算出する。
そして、予め求められた「ベクトルの長さと切断法による焼き入れ深さとの間の関係式（ベクトルの長さを横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットした結果に対する最小二乗法による直線近似式を検量線としたもの）」に代入することにより、比較例１の焼き入れ深さ（図６における白四角）を算出した。
【００９９】
続いて、交流励磁信号の周波数ｆ１〜ｆ８のうち二つの周波数（ｆａおよびｆｂ）を選択し、当該選択された二つの周波数における振幅値および位相差の値（Ｙａ、Ｘａ、ＹｂおよびＸｂ）を焼き入れ深さ測定装置１００の記憶部１３１ａから取得し、当該振幅値および位相差に基づいて各周波数のベクトルの長さ（（Ｘａ２＋Ｙａ２）０．５および（Ｘｂ２＋Ｙｂ２）０．５）を算出し、続いてこれら二つのベクトルの長さの差（（Ｘａ２＋Ｙａ２）０．５−（Ｘｂ２＋Ｙｂ２）０．５）を算出する。
そして、予め求められた「ベクトルの長さの差と切断法による焼き入れ深さとの間の関係式（ベクトルの長さの差を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットした結果に対する最小二乗法による直線近似式を検量線としたもの）」に代入することにより、比較例２の焼き入れ深さ（図７における黒四角）を算出した。
【０１００】
図６乃至図８に示す如く、測定温度が一定の場合（試料番号１〜２０）および測定温度が変化する場合（試料番号２１〜２８）のいずれの場合でも、複数の交流励磁信号の周波数のうち選択された二つの周波数におけるベクトルの長さの差を更に高周波側のベクトルの長さで割ったものに基づいて算出された焼き入れ深さ（本発明）は、複数の交流励磁信号の周波数のうち選択された一つの周波数におけるベクトルの長さに基づいて算出された焼き入れ深さ（比較例１）や複数の交流励磁信号の周波数のうち選択された二つの周波数におけるベクトルの長さの差に基づいて算出された焼き入れ深さ（比較例２）よりも、切断法による焼き入れ深さの測定値との差が小さい、すなわち焼き入れ深さの測定精度が高いことが分かる（±０．５７ｍｍ→±０．３２ｍｍ）。
【０１０１】
以上の如く、焼き入れ深さ測定装置１００は、
第一の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１０２に誘導電流を発生させる第一励磁コイル（本実施例の場合、励磁コイル１１１）と、
第一励磁コイルにより測定対象物１０２に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出する第一検出コイル（本実施例の場合、検出コイル１２１）と、
第一の周波数よりも高い周波数である第二の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１０２に誘導電流を発生させる第二励磁コイル（本実施例の場合、励磁コイル１１１）と、
第二励磁コイルにより測定対象物１０２に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出する第二検出コイル（本実施例の場合、検出コイル１２１）と、
第一検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ１、第一励磁コイルの交流励磁信号および第一検出コイルの検出信号の位相差Ｘ１、第二検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二励磁コイルの交流励磁信号および第二検出コイルの検出信号の位相差Ｘ２をそれぞれ算出し、算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を数１に示す差分値ＤとＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより差分値Ｄを算出する差分値算出部１３１ｃと、
差分値算出部１３１ｃにより算出された差分値Ｄに基づいて測定対象物１０２の焼き入れ深さＬを算出する焼き入れ深さ算出部１３１ｄ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１０２や周囲の環境の温度が変動しても測定対象物１０２の焼き入れ深さを精度良く測定することが可能である。
【０１０２】
また、焼き入れ深さ測定装置１００は、
第一励磁コイルおよび第二励磁コイルを同一の励磁コイル（励磁コイル１１１）とし、
第一検出コイルおよび第二検出コイルを同一の検出コイル（検出コイル１２１）とし、
同一の励磁コイル（励磁コイル１１１）に第一の周波数の交流励磁信号および第二の周波数の交流励磁信号のいずれかを選択的に印加する交流励磁信号印加部（本実施例の場合、周波数変更部１３１ｂおよび交流電源１１２を合わせたものがこれに相当する）を具備するものである。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、第一励磁コイルおよび第二励磁コイルが別体である場合、測定対象物にそれぞれ異なる周波数の交流励磁信号による誘導電流を発生させるためには、（ｉ）第一励磁コイルを所定の印加位置（本実施例の場合、測定対象物１０２に挿通された位置）に配置するとともに第一検出コイルを所定の検出位置（本実施例の場合、測定対象物１０２に挿通された位置かつ印加位置から少しずれた位置）に配置し、（ｉｉ）第一励磁コイルに第一の周波数に対応する交流励磁信号を印加して第一検出コイルにより検出信号を検出し、（ｉｉｉ）第一励磁コイルを所定の印加位置から退避させるとともに第一検出コイルを所定の検出位置から退避させ、（ｉｖ）第二励磁コイルを所定の印加位置に配置するとともに第二検出コイルを所定の検出位置に配置し、（ｖ）第二励磁コイルに第二の周波数に対応する交流励磁信号を印加するとともに第二検出コイルにより検出信号を検出する、という上記（ｉ）〜（ｖ）の一連の作業を行う必要があり、第一の周波数に対応する交流励磁信号を印加してから第二の周波数に対応する交流励磁信号を印加するまでにタイムラグが発生するという問題がある。
そして、このようなタイムラグの間に測定対象物の温度が変動すると、焼き入れ深さの測定精度の低下の要因となる。
これに対して、本実施例の焼き入れ深さ測定装置１００は、第一励磁コイルおよび第二励磁コイルは同一の励磁コイル（励磁コイル１１１）であり、第一検出コイルおよび第二検出コイルは同一の検出コイル（検出コイル１２１）であるため、異なる周波数に対応する交流励磁信号を印加する度に同一の励磁コイルを移動させる必要が無く、第一の周波数に対応する交流励磁信号を印加してから第二の周波数に対応する交流励磁信号を印加するまでのタイムラグを極力小さくすることが可能である。
従って、当該タイムラグの間における測定対象物の温度の変動をより小さくすることが可能であり、ひいては測定対象物の温度変動による焼き入れ深さの測定精度の低下を抑制することが可能である。
【０１０３】
また、焼き入れ深さ測定装置１００の焼き入れ深さ算出部１３１ｄは、
差分値算出部１３１ｃにより算出された差分値Ｄを数２に示す焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式に代入することにより測定対象物１０２の焼き入れ深さＬ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１０２の焼き入れ深さＬを容易に算出することが可能である。
【０１０４】
また、焼き入れ深さ測定装置１００は、
焼き入れ深さ算出部１３１ｄにより算出された焼き入れ深さＬと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定部１３１ｅ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１０２の焼き入れ深さの良否を一定の基準（焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっているか否か）に従って判定することが可能である。
【０１０５】
また、焼き入れ深さ測定装置１００の第一の周波数および第二の周波数は、
（１）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出し、（２）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出し、（３）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出し、（４）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出し、（５）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求め、（６）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるもののいずれか一つを検量線として採用し、当該採用された検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする、という上記（１）から（６）までの手順により設定されるものである。
このように構成することにより、測定対象物の材質や形状等に応じて最も焼き入れ深さの測定精度が高くなる周波数の組み合わせを第一の周波数および第二の周波数として設定することが可能であり、ひいては測定対象物の焼き入れ深さの測定精度の向上に寄与する。
【０１０６】
以下では、図９および図１０を用いて本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例について説明する。
本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例は図１に示す焼き入れ深さ測定装置１００を用いて測定対象物１０２の焼き入れ深さを測定する方法であり、図９に示す如く、第一励磁・検出工程Ｓ１１００、第二励磁・検出工程Ｓ１２００、差分値算出工程Ｓ１３００、焼き入れ深さ算出工程Ｓ１４００、判定工程Ｓ１５００を具備する。
【０１０７】
第一励磁・検出工程Ｓ１１００は第一の周波数の交流励磁信号を第一励磁コイル（本実施例の場合、励磁コイル１１１）に印加して測定対象物１０２に誘導電流を発生させるとともに、第一励磁コイルにより測定対象物１０２に発生する誘導電流に起因する検出信号を第一検出コイル（本実施例の場合、検出コイル１２１）により検出する工程である。
第一励磁・検出工程Ｓ１１００が終了したら、第二励磁・検出工程Ｓ１２００に移行する。
【０１０８】
第二励磁・検出工程Ｓ１２００は第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数の交流励磁信号を第二励磁コイル（本実施例の場合、励磁コイル１１１）に印加して測定対象物１０２に誘導電流を発生させるとともに、第二励磁コイルにより測定対象物１０２に発生する誘導電流に起因する検出信号を第二検出コイル（本実施例の場合、検出コイル１２１）により検出する工程である。
第二励磁・検出工程Ｓ１２００が終了したら、差分値算出工程Ｓ１３００に移行する。
【０１０９】
差分値算出工程Ｓ１３００は第一検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ１、第一励磁コイルの交流励磁信号および第一検出コイルの検出信号の位相差Ｘ１、第二検出コイルの検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二励磁コイルの交流励磁信号および第二検出コイルの検出信号の位相差Ｘ２をそれぞれ算出し、算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を数１に示す差分値ＤとＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより差分値Ｄを算出する工程である。
差分値算出工程Ｓ１３００が終了したら、焼き入れ深さ算出工程Ｓ１４００に移行する。
【０１１０】
焼き入れ深さ算出工程Ｓ１４００は差分値算出工程Ｓ１３００において算出された差分値Ｄに基づいて測定対象物１０２の焼き入れ深さＬを算出する工程である。
焼き入れ深さ算出工程Ｓ１４００が終了したら、判定工程Ｓ１５００に移行する。
【０１１１】
判定工程Ｓ１５００は焼き入れ深さ算出工程Ｓ１４００において算出された焼き入れ深さＬと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は測定対象物１０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する工程である。
【０１１２】
以上の如く、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例は、
第一励磁・検出工程Ｓ１１００と、
第二励磁・検出工程Ｓ１２００と、
差分値算出工程Ｓ１３００と、
焼き入れ深さ算出工程Ｓ１４００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１０２や周囲の環境の温度が変動しても測定対象物１０２の焼き入れ深さを精度良く測定することが可能である。
【０１１３】
なお、本実施例では第一励磁・検出工程Ｓ１１００が終了したら第二励磁・検出工程Ｓ１２００に移行する構成としたが、本発明はこれに限定されず、図１０に示す如く第二励磁・検出工程Ｓ１２００が終了したら第一励磁・検出工程Ｓ１１００に移行する構成（第一励磁・検出工程Ｓ１１００および第二励磁・検出工程Ｓ１２００を行う順序を逆にした構成）としても同様の効果を奏する。
【０１１４】
また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例は、
第一励磁コイルおよび第二励磁コイルを同一の励磁コイル（本実施例の場合、励磁コイル１１１）とし、
第一検出コイルおよび第二検出コイルを同一の検出コイル（本実施例の場合、検出コイル１２１）とし、
第一励磁・検出工程Ｓ１１００において、
同一の励磁コイルに第一の周波数の交流励磁信号を印加し、
第二励磁・検出工程Ｓ１２００において、
同一の励磁コイルに第二の周波数の交流励磁信号を印加するものである。
このように構成することにより、第一の周波数に対応する交流励磁信号を印加してから第二の周波数に対応する交流励磁信号を印加するまでのタイムラグを極力小さくすることが可能である。
従って、当該タイムラグの間における測定対象物の温度の変動をより小さくすることが可能であり、ひいては測定対象物の温度変動による焼き入れ深さの測定精度の低下を抑制することが可能である。
【０１１５】
また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例は、
焼き入れ深さ算出工程Ｓ１４００において、
差分値算出工程Ｓ１３００において算出された差分値Ｄを数２に示す焼き入れ深さＬと差分値Ｄとの関係式に代入することにより測定対象物１０２の焼き入れ深さＬ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１０２の焼き入れ深さＬを容易に算出することが可能である。
【０１１６】
また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例は、
判定工程Ｓ１５００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１０２の焼き入れ深さの良否を一定の基準（焼き入れ深さＬが許容焼き入れ深さ範囲に収まっているか否か）に従って判定することが可能である。
【０１１７】
また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例の第一の周波数および第二の周波数は、
（１）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出し、（２）前記設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出し、（３）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出し、（４）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出し、（５）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求め、（６）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるもののいずれか一つを検量線として採用し、当該採用された検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする、という上記（１）から（６）までの手順により設定されるものである。
このように構成することにより、測定対象物の材質や形状等に応じて最も焼き入れ深さの測定精度が高くなる周波数の組み合わせを第一の周波数および第二の周波数として設定することが可能であり、ひいては測定対象物の焼き入れ深さの測定精度の向上に寄与する。
【０１１８】
以下では、図１１を用いて本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の第二実施例である焼き入れ深さ測定装置２００の装置構成について説明する。
【０１１９】
焼き入れ深さ測定装置２００は測定対象物２０２の焼き入れ深さを測定するものであり、主として励磁部２１０、検出部２２０、制御装置２３０等を具備する。
【０１２０】
測定対象物２０２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。
【０１２１】
励磁部２１０は、測定対象物２０２に交流磁場を作用させることにより測定対象物２０２に（より厳密には、測定対象物２０２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２１０は励磁コイル２１１、交流電源２１２等を具備する。
【０１２２】
励磁コイル２１１は本発明に係る励磁コイルの実施の一形態である。
励磁コイル２１１は導電体からなるコイルであり、複数の異なる周波数（本実施例の場合、ｆ１〜ｆ８）の交流励磁信号が印加されることにより測定対象物２０２に各周波数に対応する誘導電流（渦電流）を発生させるものである。
励磁コイル２１１の両端にはそれぞれ端子２１１ａ・２１１ｂが形成される。
【０１２３】
交流電源２１２は所定の周波数を有する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２１１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２１２は励磁コイル２１１の端子２１１ａ・２１１ｂに接続される。
また、交流電源２１２は交流電圧の周波数を３０Ｈｚ以上３０ｋＨ以下の範囲で変更することが可能であり、３０Ｈｚ以上３０ｋＨ以下の範囲に収まる計８種類の周波数ｆ１〜ｆ８（図２参照）の交流励磁信号（交流電圧）を選択的に励磁コイル２１１に印加することが可能である。
【０１２４】
検出部２２０は測定対象物２０２（より厳密には、測定対象物２０２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２２０は主として検出コイル２２１、電圧計２２２等を具備する。
【０１２５】
検出コイル２２１は本発明に係る検出コイルの実施の一形態である。
検出コイル２２１は測定対象物２０２に挿通されるコイルであり、測定対象物２０２（より厳密には、測定対象物２０２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２２１の両端にはそれぞれ端子２２１ａ・２２１ｂが形成される。
検出コイル２２１および励磁コイル２１１は、両者の中心軸が略一直線となるように配置される。
本実施例では、励磁コイル２１１および検出コイル２２１は筐体２０５に収容され、励磁コイル２１１、検出コイル２２１および筐体２０５を合わせたものが渦流センサを構成する。
【０１２６】
電圧計２２２は端子２２１ａ・２２１ｂに接続され、検出コイル２２１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。
【０１２７】
制御装置２３０は、焼き入れ深さ測定装置２００の動作を制御するとともに検出部２２０からの検出信号に基づいて測定対象物２０２の焼き入れ深さを算出する（焼き入れ深さの測定結果を取得する）ものである。
制御装置２３０は主として制御部２３１、入力部２３２、表示部２３３等を具備する。
【０１２８】
制御部２３１は後述する周波数変更プログラム、差分値算出プログラム、第一焼き入れ深さ算出プログラム、第二焼き入れ深さ算出プログラム、判定プログラム等の種々のプログラム等を格納することができ、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。
【０１２９】
制御部２３１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで相互に接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の制御部２３１は専用品であるが、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に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【０１３０】
制御部２３１は交流電源２１２に接続され、交流電源２１２に所定の制御信号を送信することにより交流電源２１２の交流励磁信号の周波数および振幅を変更することが可能である。
また、制御部２３１は電圧計２２２に接続され、「検出コイル２２１により検出された検出信号（誘導電圧）を更に電圧計２２２により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２３１による焼き入れ深さ測定装置２００の動作制御および検出部２２０からの検出信号に基づく測定対象物２０２の焼き入れ深さの算出については後で詳述する。
【０１３１】
入力部２３２は制御部２３１に接続され、制御部２３１に焼き入れ深さ測定装置２００による焼き入れ深さの測定に係る種々の情報・指示等を入力するものである。
【０１３２】
表示部２３３は例えば入力部２３２から制御部２３１への入力内容、焼き入れ深さ測定装置２００の動作状況、測定対象物２０２の焼き入れ深さの測定結果等を表示するものである。
【０１３３】
以下では、制御部２３１の構成の詳細について説明する。
制御部２３１は、機能的には記憶部２３１ａ、周波数変更部２３１ｂ、差分値算出部２３１ｃ、第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄ、第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅ、判定部２３１ｆ等を具備する。
【０１３４】
記憶部２３１ａは制御部２３１による制御や演算等を行う上で用いられる各種パラメータ（数値）、動作状況の履歴、演算結果（算出結果）等を記憶するものである。
記憶部２３１ａは、実体的にはＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体からなる。
【０１３５】
周波数変更部２３１ｂは、交流電源２１２が発生する所定の振幅の交流電圧、ひいては励磁コイル２１１に印加される交流励磁信号（交流電圧）の周波数を変更するものである。
実体的には、制御部２３１が、制御部２３１に格納された周波数変更プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、周波数変更部２３１ｂとしての機能を果たす。
【０１３６】
周波数変更部２３１ｂは、交流電源２１２に制御信号を送信する。
周波数変更部２３１ｂが交流電源２１２に送信する制御信号は交流電源２１２が発生すべき交流電圧の周波数（ｆ１〜ｆ８のいずれか）を指示する信号であり、交流電源２１２は制御信号に基づいて発生する交流電圧の周波数を変更（調整）する。
本実施例の場合、周波数変更部２３１ｂは交流電源２１２に所定の短い周期毎に異なる８種類の周波数ｆ１〜ｆ８の交流電圧を発生することを指示する制御信号を送信することから、励磁コイル２１１には所定の短い周期毎に「第一の周波数」、「第二の周波数」、「第三の周波数」、「第四の周波数」、「第五の周波数」および「第六の周波数」を含む８種類の周波数ｆ１〜ｆ８の交流励磁信号が印加されることとなる。
【０１３７】
本実施例の場合、約１秒の間に８種類の異なる周波数の交流励磁信号を励磁コイル２１１に印加する（周波数を変更する周期を約０．１２５秒とする）構成としたが、本発明はこれに限定されず、測定対象物の性状等に応じて周波数の数や周波数を変更する周期を適宜選択することが可能である。
なお、交流励磁信号の周波数を変更する周期は検出信号を検出可能な範囲で極力短くすることが望ましい。これは、周波数を変更する周期が長いとその間に測定対象物の温度が変動し、測定精度が低下するおそれがあることによる。
「第一の周波数」、「第二の周波数」、「第三の周波数」、「第四の周波数」、「第五の周波数」および「第六の周波数」の設定方法については後述する。
【０１３８】
周波数変更部２３１ｂおよび交流電源２１２を合わせたものは、第一の周波数の交流励磁信号、第二の周波数の交流励磁信号、第三の周波数の交流励磁信号、第四の周波数の交流励磁信号、第五の周波数の交流励磁信号および第六の周波数の交流励磁信号を含む複数の周波数を選択的に発生するものであり、本発明に係る交流励磁信号発生部の実施の一形態に相当する。
【０１３９】
差分値算出部２３１ｃは本発明に係る差分値算出部の実施の一形態であり、第一の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の振幅値Ｙ１、第一の周波数に対応する励磁コイル２１１の交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の位相差Ｘ１、第二の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二の周波数に対応する励磁コイル２１１の交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の位相差Ｘ２に基づいて差分値Ｄａを算出するものである。
実体的には、制御部２３１が、制御部２３１に格納された差分値算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、差分値算出部２３１ｃとしての機能を果たす。
【０１４０】
差分値算出部２３１ｃは、検出コイル２２１から取得した検出信号に基づいて、第一の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の振幅値Ｙ１、第一の周波数に対応する励磁コイル２１１の交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の位相差Ｘ１、第二の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二の周波数に対応する励磁コイル２１１の交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出コイル２２１の検出信号の位相差Ｘ２、をそれぞれ算出する。算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２は記憶部２３１ａに適宜記憶される。
次に、差分値算出部２３１ｃは、算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を以下の数３に示す差分値Ｄａと前記Ｙ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより、差分値Ｄａを算出する。算出された差分値Ｄａは記憶部２３１ａに適宜記憶される。
【０１４１】
【数３】
0004978360.tif 000012
【０１４２】
数３に示す差分値Ｄａは、検出信号の振幅値をＹ軸、交流励磁信号および検出信号の位相差をＸ軸とする第一の周波数に係るベクトル（Ｘ１，Ｙ１）の長さ（（Ｘ１２＋Ｙ１２）０．５）から第二の周波数に係るベクトル（Ｘ２，Ｙ２）の長さ（（Ｘ２２＋Ｙ２２）０．５）を引いたものを、さらに第二の周波数に係るベクトルの長さで割った値である。
【０１４３】
第一の周波数に係るベクトルには測定対象物２０２の表面から第一の周波数に対応する浸透深さまでの結晶組織および当該結晶組織の温度の影響が反映されている。
第二の周波数に係るベクトルには測定対象物２０２の表面から第二の周波数に対応する浸透深さまでの結晶組織および当該結晶組織の温度の影響が反映されている。
また、第一の周波数は第二の周波数よりも低いので、第一の周波数の交流励磁信号により測定対象物２０２に発生する誘導電流の浸透深さは第二の周波数の交流励磁信号により測定対象物２０２に発生する誘導電流の浸透深さよりも大きい（深い）。
従って、第一の周波数に係るベクトルの長さから第二の周波数に係るベクトルの長さを引くことにより、第一の周波数に係るベクトルおよび第二の周波数に係るベクトルに共通して含まれる情報である測定対象物２０２の表面から浅い部分の情報を相殺し、焼き入れ深さの測定に密接な関係を有する情報である焼き入れ深さ近傍の部分の情報を強調することが可能である。
特に、測定対象物２０２の温度は測定対象物２０２の表面と周囲の雰囲気との間の熱伝導により変動することから測定対象物２０２の表面から深い部分（バルク）よりも表面から浅い部分（表面近傍）の方が温度変動が大きくなる傾向があり、測定対象物２０２の表面から浅い部分（表面近傍）の方が温度変動による測定精度の低下への寄与が大きい。
従って、第一の周波数に係るベクトルおよび第二の周波数に係るベクトルに共通する情報である測定対象物２０２の表面から浅い部分の情報を相殺することは、測定対象物２０２の温度変動による焼き入れ深さの測定精度の低下を抑制する上で効果が大きい。
また、第一の周波数に係るベクトルから第二の周波数に係るベクトルの長さを引いたものを、さらに第二の周波数に係るベクトルの長さで割ることにより、強調された「焼き入れ深さ近傍の部分の情報」への温度変動の影響をさらに抑制することが可能である。
【０１４４】
第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄは本発明に係る第一焼き入れ深さ算出部の実施の一形態であり、差分値算出部２３１ｃにより算出された差分値Ｄａに基づいて測定対象物２０２の焼き入れ深さＬａを算出するものである。
実体的には、制御部２３１が、制御部２３１に格納された第一焼き入れ深さ算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄとしての機能を果たす。
【０１４５】
記憶部２３１ａには以下の数４に示す「焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式」（より厳密には、定数Ａａおよび定数Ｂａ）が記憶されており、第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄは「焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式」に差分値算出部２３１ｃにより算出された差分値Ｄａを代入することにより焼き入れ深さＬａを算出する。算出された焼き入れ深さＬａは記憶部２３１ａに適宜記憶される。
【０１４６】
【数４】
0004978360.tif 000013
【０１４７】
数４における定数Ａａおよび定数Ｂａは、予め基準測定対象物を用いた実験を行うことにより求められる。
すなわち、図１２に示す如く、基準測定対象物における差分値Ｄａの算出値を横軸とし、切断法による焼き入れ深さの測定値（切断面のビッカース硬さ測定または組織観察）を縦軸として実験データをプロットする。
そして、当該実験データに基づいて最小二乗法により求めた直線の傾きを定数Ａａ、当該直線と縦軸との切片を定数Ｂａとする。
【０１４８】
第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは本発明に係る第二焼き入れ深さ算出部の実施の一形態である。
実体的には、制御部２３１が、制御部２３１に格納された第二焼き入れ深さ算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅとしての機能を果たす。
【０１４９】
第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは、第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄにより算出された焼き入れ深さＬａと基準焼き入れ深さＬｓとを比較する。
基準焼き入れ深さＬｓは予め設定され、記憶部２３１ａに記憶されている。基準焼き入れ深さＬｓの設定方法については後述する。
【０１５０】
焼き入れ深さＬａと基準焼き入れ深さＬｓとを比較した結果、焼き入れ深さＬａが基準焼き入れ深さＬｓ未満である場合（Ｌａ＜Ｌｓの場合）、第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは以下の（１１）から（１３）までの一連の作業を行う。
（１１）第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは、第三の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ３、第三の周波数に対応する交流励磁信号および第三の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ３、第四の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ４並びに第四の周波数に対応する交流励磁信号および第四の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ４を算出する。
（１２）第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは、算出されたＹ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４を以下の数５に示す差分値ＤｂとＹ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４との関係式に代入することにより差分値Ｄｂを算出する。
（１３）第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは、算出された差分値Ｄｂを以下の数６に示す焼き入れ深さＬｂと差分値Ｄｂとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｂを算出し、当該焼き入れ深さＬｂを測定対象物２０２の焼き入れ深さとする。
【０１５１】
【数５】
0004978360.tif 000014
【０１５２】
【数６】
0004978360.tif 000015
【０１５３】
数６における定数Ａｂおよび定数Ｂｂは、予め基準測定対象物を用いた実験を行うことにより求められる。
すなわち、図１３に示す如く、基準測定対象物における差分値Ｄｂの算出値を横軸とし、切断法による焼き入れ深さの測定値（切断面のビッカース硬さ測定または組織観察）を縦軸として実験データをプロットする。
そして、当該実験データに基づいて最小二乗法により求めた直線の傾きを定数Ａｂ、当該直線と縦軸との切片を定数Ｂｂとする。
【０１５４】
焼き入れ深さＬａと基準焼き入れ深さＬｓとを比較した結果、焼き入れ深さＬａが基準焼き入れ深さＬｓ以上である場合（Ｌａ≧Ｌｓの場合）、第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは以下の（２１）から（２３）までの一連の作業を行う。
（２１）第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは、第五の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ５、第五の周波数に対応する交流励磁信号および第五の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ５、第六の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ６並びに第六の周波数に対応する交流励磁信号および第六の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ６を算出する。
（２２）第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは、算出されたＹ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６を以下の数７に示す差分値ＤｃとＹ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６との関係式に代入することにより差分値Ｄｃを算出する。
（２３）第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅは、算出された差分値Ｄｃを以下の数８に示す焼き入れ深さＬｃと差分値Ｄｃとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｃを算出し、当該焼き入れ深さＬｃを測定対象物２０２の焼き入れ深さとする。
【０１５５】
【数７】
0004978360.tif 000016
【０１５６】
【数８】
0004978360.tif 000017
【０１５７】
数８における定数Ａｃおよび定数Ｂｃは、予め基準測定対象物を用いた実験を行うことにより求められる。
すなわち、図１４に示す如く、基準測定対象物における差分値Ｄｃの算出値を横軸とし、切断法による焼き入れ深さの測定値（切断面のビッカース硬さ測定または組織観察）を縦軸として実験データをプロットする。
そして、当該実験データに基づいて最小二乗法により求めた直線の傾きを定数Ａｃ、当該直線と縦軸との切片を定数Ｂｃとする。
【０１５８】
判定部２３１ｆは本発明に係る判定部の実施の一形態であり、第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅにより算出された焼き入れ深さと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、当該焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、当該焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定するものである。
実体的には、制御部２３１が、制御部２３１に格納された判定プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、判定部２３１ｆとしての機能を果たす。
【０１５９】
本実施例の場合、測定対象物２０２の許容焼き入れ深さ範囲の下限値および上限値が予め記憶部２３１ａに記憶されており、判定部２３１ｆは第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅにより算出された焼き入れ深さと記憶部２３１ａに記憶されている許容焼き入れ深さ範囲の下限値および上限値とを比較する。
上記比較の結果、当該焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合には、判定部２３１ｆは測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定する。
また、上記比較の結果、当該焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合には、判定部２３１ｆは測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する。判定部２３１ｆによる測定対象物２０２の判定結果は記憶部２３１ａに適宜記憶される。
【０１６０】
以下では、「第一の周波数」、「第二の周波数」、「第三の周波数」、「第四の周波数」、「第五の周波数」および「第六の周波数」の設定方法について説明する。
「第一の周波数」、「第二の周波数」、「第三の周波数」、「第四の周波数」、「第五の周波数」および「第六の周波数」は、以下の（ａ）から（ｈ）までの手順により設定される。
【０１６１】
（ａ）まず、複数の周波数（本実施例の場合、図２に示すｆ１〜ｆ８）の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出する。
ここで、「設定用励磁コイル」は第一の周波数および第二の周波数を設定するために用いられる励磁コイルである。設定用励磁コイルは本発明に係る励磁コイルと同一でも良く、異なるコイルでも良い。
「設定用対象物」は第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数および第六の周波数を設定するために用いられる測定対象物であり、本発明に係る焼き入れ深さ測定装置による焼き入れ深さの測定に供される測定対象物と同じ材質、同じ形状、かつ同じ熱処理が施された部品等である。
「設定用検出コイル」は第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数および第六の周波数を設定するために用いられる検出コイルである。設定用検出コイルは本発明に係る検出コイルと同一でも良く、異なるコイルでも良い。
【０１６２】
（ｂ）次に、設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出する。
【０１６３】
（ｃ）続いて、設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出する。
本実施例の場合、一つの設定用測定対象物に対して周波数ｆ１〜ｆ８にそれぞれ対応する計８つのベクトルの長さが算出される。
【０１６４】
（ｄ）続いて、設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出する。
本実施例の場合、二つの周波数を選択する全ての組み合わせは計２８通り（＝８×７／２）であり、各組み合わせについて設定用測定対象物の数と同数のＤ０が算出される。
【０１６５】
（ｅ）続いて、選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求める。
ここで、設定用測定対象物の切断法による焼き入れ深さの測定値は、（ａ）の作業の終了後に複数の設定用測定対象物のそれぞれを切断し、その切断面のビッカース硬度の測定値の深さ方向の分布に基づいて算出することにより得られる、またはその切断面の組織観察により得られる。
【０１６６】
（ｆ）続いて、求められた最小二乗法による直線近似式（本実施例の場合、計２８本）のうち、相関係数Ｒの絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、焼き入れ深さの規格範囲をカバーしているものを第一の検量線として採用し、当該採用された第一の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とする。
ここで、「相関係数」はピアソンの積率相関係数でもよく、スピアマンの順位相関係数でも良く、ケンドールの順位相関係数でも良い。
「所定の閾値」は測定対象物の性状等に応じて適宜選択することが可能である。
「焼き入れ深さの規格範囲」は、測定対象物の焼き入れ深さのとり得る範囲を指す。なお、焼き入れ深さの規格範囲は測定対象物の性状や用途等に応じて適宜設定することが可能であり、「許容焼き入れ深さ範囲」と同じでも良く、「許容焼き入れ深さ範囲」と異なっていても良い。
「焼き入れ深さの規格範囲に適合する」とは、求められた最小二乗法による直線近似式に対応する二つの周波数の交流励磁信号により設定用励磁コイルに発生する誘導電流の浸透深さが、それぞれ焼き入れ深さの規格範囲の上限値および下限値から妥当性を欠く程度にずれた値でないことを指す。従って、上記二つの周波数に係る浸透深さは、それぞれ焼き入れ深さの規格範囲の上限値および下限値である必要はなく、それぞれ焼き入れ深さの規格範囲の上限値および下限値から多少ずれた値であっても良い。
本実施例の場合、相関係数Ｒとしてピアソンの積率相関係数を用い、相関係数の所定の閾値を「０．９７（Ｒ２≒０．９４）」とし、図２に示す周波数ｆ８を第一の周波数とし、周波数ｆ１を第二の周波数としている。
【０１６７】
（ｇ）続いて、求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数Ｒの絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも焼き入れ深さの規格範囲を基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち設定用測定対象物の表面に近い方の範囲である表面側範囲に適合するものを第二の検量線として採用し（図１３参照）、当該採用された第二の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第三の周波数、周波数が高い方を第四の周波数とする。
「表面側範囲に適合する」とは、求められた最小二乗法による直線近似式に対応する二つの周波数の交流励磁信号により設定用励磁コイルに発生する誘導電流の浸透深さが、それぞれ表面側範囲の上限値および下限値から妥当性を欠く程度にずれた値でないことを指す。従って、上記二つの周波数に係る浸透深さは、それぞれ表面側範囲の上限値および下限値である必要はなく、それぞれ表面側範囲の上限値および下限値から多少ずれた値であっても良い。
本実施例の場合、図２に示す周波数ｆ５を第三の周波数とし、周波数ｆ２を第四の周波数としている。
【０１６８】
（ｈ）続いて、求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数Ｒの絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも焼き入れ深さの規格範囲を基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち設定用測定対象物の表面から遠い方の範囲であるバルク側範囲に適合するものを第三の検量線として採用し（図１４参照）、当該採用された第三の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第五の周波数、周波数が高い方を第六の周波数とする。
「バルク側範囲に適合する」とは、求められた最小二乗法による直線近似式に対応する二つの周波数の交流励磁信号により設定用励磁コイルに発生する誘導電流の浸透深さが、それぞれバルク側範囲の上限値および下限値から妥当性を欠く程度にずれた値でないことを指す。従って、上記二つの周波数に係る浸透深さは、それぞれバルク側範囲の上限値および下限値である必要はなく、それぞれバルク側範囲の上限値および下限値から多少ずれた値であっても良い。
本実施例の場合、図２に示す周波数ｆ７を第五の周波数とし、周波数ｆ４を第六の周波数としている。
【０１６９】
以下では、本実施例における「基準焼き入れ深さＬｓ」の設定方法について説明する。
本実施例では、先に説明した「第一の周波数」、「第二の周波数」、「第三の周波数」、「第四の周波数」、「第五の周波数」および「第六の周波数」の設定方法における（ｅ）および（ｆ）で求められた「差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、第一の検量線に係るもの（図１２参照）」を用いて基準焼き入れ深さＬｓを設定する。
より詳細には、「差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、第一の検量線に係るもの」の最小二乗法による三次近似式（図１２中の二点鎖線参照）を求め、当該最小二乗法による三次近似式の変曲点（図１２中の白丸参照）に対応する切断法による焼き入れ深さの測定値を基準焼き入れ深さＬｓとする。
なお、本発明に係る基準焼き入れ深さＬｓは上記手法により設定されるものに限定されず、別の方法により設定しても良い。
【０１７０】
以上の如く、焼き入れ深さ測定装置２００は、
第一の周波数および前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数、第三の周波数および前記第三の周波数よりも高い周波数である第四の周波数、並びに第五の周波数および前記第五の周波数よりも高い周波数である第六の周波数を含む複数の異なる周波数の交流励磁信号を選択的に発生する交流励磁信号発生部（本実施例の場合、周波数変更部２３１ｂおよび交流電源２１２を合わせたものがこれに相当する）と、
交流励磁信号発生部により発生した交流励磁信号が印加されることにより測定対象物２０２に誘導電流を発生させる励磁コイル２１１と、
励磁コイル２１１により測定対象物２０２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２２１と、
第一の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ１、第一の周波数に対応する交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ１、第二の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二の周波数に対応する交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ２を算出し、算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を数３に示す差分値ＤａとＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより差分値Ｄａを算出する差分値算出部２３１ｃと、
差分値算出部２３１ｃにより算出された差分値Ｄａを数４に示す焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式に代入することにより測定対象物２０２の焼き入れ深さＬａを算出する第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄと、
第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄにより算出された焼き入れ深さＬａが予め設定された基準焼き入れ深さＬｓ未満である場合には、第三の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ３、第三の周波数に対応する交流励磁信号および第三の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ３、第四の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ４並びに第四の周波数に対応する交流励磁信号および第四の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ４を算出し、算出されたＹ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４を数５に示す差分値ＤｂとＹ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４との関係式に代入することにより差分値Ｄｂを算出し、算出された差分値Ｄｂを数６に示す焼き入れ深さＬｂと差分値Ｄｂとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｂを算出し、当該焼き入れ深さＬｂを測定対象物２０２の焼き入れ深さとするとともに、第一焼き入れ深さ算出部２３１ｄにより算出された焼き入れ深さＬａが基準焼き入れ深さＬｓ以上である場合には、第五の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ５、第五の周波数に対応する交流励磁信号および第五の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ５、第六の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ６並びに第六の周波数に対応する交流励磁信号および第六の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ６を算出し、算出されたＹ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６を数７に示す差分値ＤｃとＹ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６との関係式に代入することにより差分値Ｄｃを算出し、算出された差分値Ｄｃを数８に示す焼き入れ深さＬｃと差分値Ｄｃとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｃを算出し、焼き入れ深さＬｃを測定対象物２０２の焼き入れ深さとする第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅと、
を具備するものである。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、差分値Ｄａ、差分値Ｄｂおよび差分値Ｄｃは、いずれも検出信号の振幅値をＹ軸、交流励磁信号および検出信号の位相差をＸ軸とする低周波側のベクトルの長さから高周波側のベクトルの長さを引いたものを、さらに高周波側のベクトルの長さで割った値であることから、これらの値は測定対象物２０２や周囲の環境の温度変動の影響が単にベクトルの長さのみを用いる場合よりも小さい。
また、基準焼き入れ深さＬｓを境界として浅い範囲（表面側範囲）と深い範囲（バルク側範囲）でそれぞれ異なる検量線（第二の検量線および第三の検量線）を用いることにより、焼き入れ深さの全範囲をカバーする一本の検量線に基づいて焼き入れ深さを算出する場合よりも測定精度が向上する。
従って、測定対象物２０２や周囲の環境の温度が変動しても測定対象物２０２の焼き入れ深さを精度良く測定することが可能である。
【０１７１】
また、焼き入れ深さ測定装置２００は、
第二焼き入れ深さ算出部２３１ｅにより算出された測定対象物２０２の焼き入れ深さと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、測定対象物２０２の焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、測定対象物２０２の焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する判定部２３１ｆ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２０２の焼き入れ深さの良否を一定の基準（焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっているか否か）に従って判定することが可能である。
【０１７２】
また、焼き入れ深さ測定装置２００の第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数、第六の周波数は、（ａ）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出し、（ｂ）設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出し、（ｃ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出し、（ｄ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出し、（ｅ）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求め、（ｆ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、焼き入れ深さの規格範囲に適合するものを第一の検量線として採用し、当該採用された第一の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とし、（ｇ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも焼き入れ深さの規格範囲を基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち設定用測定対象物の表面に近い方の範囲である表面側範囲に適合するものを第二の検量線として採用し、当該採用された第二の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第三の周波数、周波数が高い方を第四の周波数とし、（ｈ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも焼き入れ深さの規格範囲を基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち設定用測定対象物の表面から遠い方の範囲であるバルク側範囲に適合するものを第三の検量線として採用し、当該採用された第三の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第五の周波数、周波数が高い方を第六の周波数とする、という上記（ａ）から（ｈ）までの手順により設定されるものである。
このように構成することにより、測定対象物２０２の材質や形状等に応じて焼き入れ深さの測定精度が最も高くなる周波数の組み合わせを第一の周波数乃至第六の周波数として設定することが可能であり、ひいては測定対象物２０２の焼き入れ深さの測定精度の向上に寄与する。
なお、本実施例は第一の周波数乃至第六の周波数が全て異なる周波数となる構成であるが、本発明はこれに限定されず、測定対象物の性状や交流励磁信号の周波数によっては第一の周波数と第五の周波数とが同じ周波数となる構成や第二の周波数と第四の周波数とが同じ周波数となる構成であっても同様の効果を奏する。
【０１７３】
また、焼き入れ深さ測定装置２００は、
差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、第一の検量線に係るものについての最小二乗法による三次近似式を求め、当該最小二乗法による三次近似式の変曲点に対応する切断法による焼き入れ深さの測定値を基準焼き入れ深さＬｓとするものである。
このように構成することにより、測定対象物２０２の性状に応じ、一定の基準に従って基準焼き入れ深さＬｓを設定することが可能である。
【０１７４】
以下では、図１５を用いて本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第二実施例について説明する。
本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第二実施例は図１１に示す焼き入れ深さ測定装置２００を用いて測定対象物２０２の焼き入れ深さを測定する方法であり、図１５に示す如く、励磁・検出工程Ｓ２１００、差分値算出工程Ｓ２２００、第一焼き入れ深さ算出工程Ｓ２３００、第二焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４００、判定工程Ｓ２５００を具備する。
【０１７５】
励磁・検出工程Ｓ２１００は第一の周波数および前記第一の周波数よりも高い周波数である第二の周波数、第三の周波数および前記第三の周波数よりも高い周波数である第四の周波数、並びに第五の周波数および前記第五の周波数よりも高い周波数である第六の周波数を含む複数の異なる周波数の交流励磁信号を励磁コイル２１１に印加して測定対象物２０２に誘導電流を発生させるとともに、励磁コイル２１１により測定対象物２０２に発生する誘導電流に起因する検出信号を検出コイル２２１により検出する工程である。
励磁・検出工程Ｓ２１００が終了したら、差分値算出工程Ｓ２２００に移行する。
【０１７６】
差分値算出工程Ｓ２２００は第一の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ１、第一の周波数に対応する交流励磁信号および第一の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ１、第二の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ２、並びに第二の周波数に対応する交流励磁信号および第二の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ２を算出し、算出されたＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２を数３に示す差分値ＤａとＹ１、Ｘ１、Ｙ２およびＸ２との関係式に代入することにより差分値Ｄａを算出する工程である。
差分値算出工程Ｓ２２００が終了したら、第一焼き入れ深さ算出工程Ｓ２３００に移行する。
【０１７７】
第一焼き入れ深さ算出工程Ｓ２３００は差分値算出工程Ｓ２２００において算出された差分値Ｄａを数４に示す焼き入れ深さＬａと差分値Ｄａとの関係式に代入することにより測定対象物２０２の焼き入れ深さＬａを算出する工程である。
第一焼き入れ深さ算出工程Ｓ２３００が終了したら、第二焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４００（より厳密には、後述する比較工程２４１０）に移行する。
【０１７８】
第二焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４００は、比較工程Ｓ２４１０、表面側差分値算出工程Ｓ２４２１、表面側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３１、バルク側差分値算出工程Ｓ２４２２、バルク側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３２を具備する。
【０１７９】
比較工程Ｓ２４１０は第一焼き入れ深さ算出工程Ｓ２３００において算出された焼き入れ深さＬａと予め設定された基準焼き入れ深さＬｓとを比較する工程である。
上記比較の結果、焼き入れ深さＬａが基準焼き入れ深さＬｓ未満である場合（Ｌａ＜Ｌｓの場合）には、表面側差分値算出工程Ｓ２４２１に移行する。
また、上記比較の結果、焼き入れ深さＬａが基準焼き入れ深さＬｓ以上である場合（Ｌａ≧Ｌｓの場合）には、バルク側差分値算出工程Ｓ２４２２に移行する。
【０１８０】
表面側差分値算出工程Ｓ２４２１は第三の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ３、第三の周波数に対応する交流励磁信号および第三の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ３、第四の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ４並びに第四の周波数に対応する交流励磁信号および第四の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ４を算出し、算出されたＹ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４を数５に示す差分値ＤｂとＹ３、Ｘ３、Ｙ４およびＸ４との関係式に代入することにより差分値Ｄｂを算出する工程である。
表面側差分値算出工程Ｓ２４２１が終了したら、表面側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３１に移行する。
【０１８１】
表面側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３１は表面側差分値算出工程Ｓ２４２１において算出された差分値Ｄｂを数６に示す焼き入れ深さＬｂと差分値Ｄｂとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｂを算出し、当該焼き入れ深さＬｂを測定対象物２０２の焼き入れ深さとする工程である。
表面側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３１が終了したら、判定工程Ｓ２５００に移行する。
【０１８２】
バルク側差分値算出工程Ｓ２４２２は第五の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ５、第五の周波数に対応する交流励磁信号および第五の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ５、第六の周波数に対応する検出信号の振幅値Ｙ６並びに第六の周波数に対応する交流励磁信号および第六の周波数に対応する検出信号の位相差Ｘ６を算出し、算出されたＹ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６を数７に示す差分値ＤｃとＹ５、Ｘ５、Ｙ６およびＸ６との関係式に代入することにより差分値Ｄｃを算出する工程である。
バルク側差分値算出工程Ｓ２４２２が終了したら、バルク側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３２に移行する。
【０１８３】
バルク側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３２はバルク側差分値算出工程Ｓ２４２２において算出された差分値Ｄｃを数８に示す焼き入れ深さＬｃと差分値Ｄｃとの関係式に代入することにより焼き入れ深さＬｃを算出し、当該焼き入れ深さＬｃを測定対象物２０２の焼き入れ深さとする工程である。
バルク側焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４３２が終了したら、判定工程Ｓ２５００に移行する。
【０１８４】
判定工程Ｓ２５００は第二焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４００において算出された測定対象物２０２の焼き入れ深さと予め設定された許容焼き入れ深さ範囲とを比較し、測定対象物２０２の焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっている場合は測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して良品であると判定し、測定対象物２０２の焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっていない場合は測定対象物２０２が焼き入れ深さに関して不良品であると判定する工程である。
【０１８５】
以上の如く、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第二実施例は、
励磁・検出工程Ｓ２１００と、
差分値算出工程Ｓ２２００と、
第一焼き入れ深さ算出工程Ｓ２３００と、
第二焼き入れ深さ算出工程Ｓ２４００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２０２や周囲の環境の温度が変動しても測定対象物２０２の焼き入れ深さを精度良く測定することが可能である。
【０１８６】
また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第二実施例は、
判定工程Ｓ２５００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２０２の焼き入れ深さの良否を一定の基準（焼き入れ深さが許容焼き入れ深さ範囲に収まっているか否か）に従って判定することが可能である。
【０１８７】
また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第二実施例の第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数、第四の周波数、第五の周波数、第六の周波数は、（ａ）複数の周波数の交流励磁信号を設定用励磁コイルに印加して設定用測定対象物に誘導電流を発生させ、設定用検出コイルにより当該誘導電流に起因する各周波数についての検出信号を検出し、（ｂ）設定用検出コイルにより検出された各周波数についての検出信号に基づいて、各周波数についての検出信号の振幅値Ｙおよび設定用励磁コイルに印加された交流励磁信号と設定用検出コイルにより検出された検出信号との位相差Ｘを算出し、（ｃ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数のそれぞれについて、対応する検出信号の振幅値ＹをＹ軸、対応する交流励磁信号と検出信号との位相差ＸをＸ軸とするベクトルの長さ（＝（Ｘ２＋Ｙ２）０．５）を算出し、（ｄ）設定用励磁コイルに印加された異なる複数の周波数の中から二つの周波数を選択する全ての組み合わせについて、選択された二つの周波数に対応するベクトルの長さの差を算出し、さらに当該ベクトルの長さの差を選択された二つの周波数に対応するベクトルのうち周波数が高い方に対応するベクトルの長さで割った値である差分値Ｄ０を算出し、（ｅ）選択された二つの周波数の組み合わせのそれぞれについて差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としてプロットし、これらのプロットに対してそれぞれ最小二乗法による直線近似式を求め、（ｆ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、焼き入れ深さの規格範囲に適合するものを第一の検量線として採用し、当該採用された第一の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第一の周波数、周波数が高い方を第二の周波数とし、（ｇ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも焼き入れ深さの規格範囲を基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち設定用測定対象物の表面に近い方の範囲である表面側範囲に適合するものを第二の検量線として採用し、当該採用された第二の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第三の周波数、周波数が高い方を第四の周波数とし、（ｈ）求められた最小二乗法による直線近似式のうち、相関係数の絶対値が所定の閾値以上であるものであって、かつ、対応する二つの周波数の組み合わせの浸透深さがいずれも焼き入れ深さの規格範囲を基準焼き入れ深さＬｓを境界として二つに分割した範囲のうち設定用測定対象物の表面から遠い方の範囲であるバルク側範囲に適合するものを第三の検量線として採用し、当該採用された第三の検量線に係る二つの周波数のうち周波数が低い方を第五の周波数、周波数が高い方を第六の周波数とする、という上記（ａ）から（ｈ）までの手順により設定されるものである。
このように構成することにより、測定対象物２０２の材質や形状等に応じて焼き入れ深さの測定精度が最も高くなる周波数の組み合わせを第一の周波数乃至第六の周波数として設定することが可能であり、ひいては測定対象物２０２の焼き入れ深さの測定精度の向上に寄与する。
【０１８８】
また、本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第二実施例は、
差分値Ｄ０を横軸、切断法による焼き入れ深さの測定値を縦軸としたプロットのうち、第一の検量線に係るものについての最小二乗法による三次近似式を求め、当該最小二乗法による三次近似式の変曲点に対応する切断法による焼き入れ深さの測定値を前記基準焼き入れ深さＬｓとするものである。
このように構成することにより、測定対象物２０２の性状に応じ、一定の基準に従って基準焼き入れ深さＬｓを設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の第一実施例を示す図。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】交流励磁信号と検出信号の関係を示す図。
【図５】差分値Ｄと焼き入れ深さとの関係を示す図。
【図６】比較例１の焼き入れ深さ測定結果を示す図。
【図７】比較例２の焼き入れ深さ測定結果を示す図。
【図８】本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の第一実施例の焼き入れ深さ測定結果を示す図。
【図９】本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例を示すフロー図。
【図１０】本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第一実施例の変形例を示すフロー図。
【図１１】本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の第二実施例を示す図。
【図１２】差分値Ｄａと焼き入れ深さとの関係を示す図。
【図１３】差分値Ｄｂと焼き入れ深さとの関係を示す図。
【図１４】差分値Ｄｃと焼き入れ深さとの関係を示す図。
【図１５】本発明に係る焼き入れ深さ測定方法の第二実施例を示すフロー図。
【符号の説明】
【０１９０】
１００    焼き入れ深さ測定装置（第一実施例）
１０２    測定対象物
１１１    励磁コイル（第一・第二励磁コイル）
１２１    検出コイル（第一・第二検出コイル）
１３１ｃ  差分値算出部
１３１ｄ  焼き入れ深さ算出部
【図１】
0004978360.tif 000034
【図２】
0004978360.tif 000035
【図３】
0004978360.tif 000036
【図４】
0004978360.tif 000037
【図５】
0004978360.tif 000038
【図６】
0004978360.tif 000039
【図７】
0004978360.tif 000040
【図８】
0004978360.tif 000041
【図９】
0004978360.tif 000042
【図１０】
0004978360.tif 000043
【図１１】
0004978360.tif 000044
【図１２】
0004978360.tif 000045
【図１３】
0004978360.tif 000046
【図１４】
0004978360.tif 000047
【図１５】
0004978360.tif 000048