特許 6580350 硬化層深さ測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6580350

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】硬化層深さ測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/72 20060101AFI20190912BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/72

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-45309(P2015-45309)

(22)【出願日】2015年3月6日

(65)【公開番号】特開2016-164538(P2016-164538A)

(43)【公開日】2016年9月8日

【審査請求日】2017年11月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】390029089

【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 健太

(72)【発明者】

【氏名】三阪 佳孝

(72)【発明者】

【氏名】川嵜 一博

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２５７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１６１６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０００８９０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／７２ − Ｇ０１Ｎ ２７／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを焼入れして表面に形成された硬化層の深さを測定する装置であって、
磁束を発生させて前記ワークを磁化する励磁コイルと、前記励磁コイルで発生させた磁束を検出する検出コイルと、前記励磁コイルと前記検出コイルとを一体に保持する保持部材とを備え、
前記励磁コイルは、先端が前記ワークに対向する一対の脚部と前記脚部の基端部同士を連結する基部とを有する門形の励磁用コア部と、前記励磁用コア部に巻回された励磁用コイル部とを有し、
前記検出コイルは、前記励磁用コア部の脚部の間に配置され前記ワークに配置される直方体形状の検出用コア部と、前記検出用コア部に巻回された検出用コイル部とを有し、
前記検出用コア部は、前記ワークの表面に対して垂直方向の寸法をａ、前記垂直方向とは直交する方向のうち１つの方向の寸法をｂとし、前記寸法ａと前記寸法ｂとにそれぞれ直交する寸法をｃとすると、寸法ｃの方向が前記励磁用コア部の基部の長さ方向に沿うように配置され、かつ、寸法ｃの方向に沿って前記検出用コイル部が巻回され、
寸法ａは寸法ｂより小さく、
前記保持部材は、前記ワークの断面形状に沿って形成された部分と、前記ワークに対して位置決めする位置決め部とを有する
ことを特徴とする硬化層深さ測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載された硬化層深さ測定装置において、
前記寸法ａは、１．２ｍｍ以下である
ことを特徴とする硬化層深さ測定装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載された硬化層深さ測定装置において、
前記検出用コア部は、無方向性の電磁鋼板から構成される
ことを特徴とする硬化層深さ測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークを焼入れして表面に形成された硬化層の深さを測定する硬化層深さ測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属の強度を高めるために鋼材等のワークに対して高周波焼入れを施して硬化させることが知られている。ワークを焼入れすることにより、ワーク表面に硬化層が形成されることになる。
硬化層の深さに応じて機械的特性が変化するため、予め設定した処理条件で焼入れを行い、さらに、製造後の品質検査を行っている。従来、ワークに対し適正な焼入加工が施されたかを検査する方法として、任意に抽出したワークを切断して検査する方法があったが、この方法の場合、検査に時間を要する上に検査対象のワークは製品として使用できなくなる。

【0003】

ワークの表面に形成された硬化層の深さを測定する装置として、ワークを磁化する磁化器と、磁化器により発生させた誘導磁場を検出する検出コイルと、検出コイルの出力電圧値とワークと同等材料に関する既知の磁気特性情報とからワークの焼入深さを導出する焼入深さ特定手段と、を備えた従来例がある（特許文献１）。
特許文献１の従来例では、磁化器は、側面視がコ字状のヨークにおいてワークとは対向する部分に励磁用のコイルが巻回された構造であり、ヨークの脚元に検出コイルが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１２／０５７２２４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の従来例では、ヨークは、開口側がワークに対向する一対の脚部及び脚部を連結する基部を有する門形である。基部に設けられた励磁用のコイルに電流が流されると、磁束は、一方の脚部の内部、ワーク内部、他方の脚部の内部、基部の内部の順で流れることになり、この磁束に伴って、ワークの表面近傍では、空間磁束が生じる。
空間磁束を検出コイルで検出するに際して、検出コイルがヨークの一方の脚部の脚元に設けられているため、空間磁束だけでなくヨークの内部に生じる磁束までも検出することになり、測定精度が十分ではない。
そこで、測定精度の向上がより図れる硬化層深さ測定装置が望まれている。

【0006】

本発明の目的は、測定精度を向上させることができる硬化層深さ測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、測定精度を向上させるために、検出コイルと励磁コイルとを分離し、検出コイルをワークに配置することを検討し、さらに進んで、検出コイルや励磁コイルの構成を検討するに至った。
ここで、硬化層深さが深くなるに従って、検出コイルで検出される検出電圧の値が大きくなる。検出精度をより向上させるには、有効硬化層深さと検出電圧とで示される検量線の傾きを大きくすることが重要である。検量線の傾きを大きくすることにより、硬化層深さが分離しやすいことになる。
検量線の傾きを大きくするため、本発明者は、種々のシミュレーションや実験を行った。まず、検出コイルの大きさのみを変えることを検討したが、硬化層深さを正確に測定できるものではなかった。そこで、検出コイルの検出用コア部の形状を検討した結果、検出用コア部の垂直方向の寸法ａを寸法ｂより小さくすることで、好ましい結果を得ることができた。

【0008】

本発明の硬化層深さ測定装置は、ワークを焼入れして表面に形成された硬化層の深さを測定する装置であって、磁束を発生させて前記ワークを磁化する励磁コイルと、前記励磁コイルで発生させた磁束を検出する検出コイルと、前記励磁コイルと前記検出コイルとを一体に保持する保持部材とを備え、前記励磁コイルは、先端が前記ワークに対向する一対の脚部と前記脚部の基端部同士を連結する基部とを有する門形の励磁用コア部と、前記励磁用コア部に巻回された励磁用コイル部とを有し、前記検出コイルは、前記励磁用コア部の脚部の間に配置され前記ワークに配置される直方体形状の検出用コア部と、前記検出用コア部に巻回された検出用コイル部とを有し、前記検出用コア部は、前記ワークの表面に対して垂直方向の寸法をａ、前記垂直方向とは直交する方向のうち１つの方向の寸法をｂとし、前記寸法ａと前記寸法ｂとにそれぞれ直交する寸法をｃとすると、寸法ｃの方向が前記励磁用コア部の基部の長さ方向に沿うように配置され、かつ、寸法ｃの方向に沿って前記検出用コイル部が巻回され、寸法ａは寸法ｂより小さく、前記保持部材は、前記ワークの断面形状に沿って形成された部分と、前記ワークに対して位置決めする位置決め部とを有することを特徴とする。

【0009】

本発明では、励磁用コイル部に電流を流すと、門形の励磁用コア及びワークの内部に磁束が生じるとともに、この磁束に伴って空間磁束がワークの表面に生じる。この空間磁束を検出コイルで検出する。検出コイルで検出される電圧はワーク表面に形成された硬化層の深さに応じて異なるものであり、この検出電圧に基づいて硬化層の深さを測定する。
つまり、本発明では、寸法ｃに沿って検出用コイル部が巻回されている場合において、寸法ａは寸法ｂより小さいので、空間磁束を検出コイルで検出しやすくなり、測定精度がより向上することになる。

【0010】

しかも、検出用コア部は、直方体形状に形成されているので、検出用コア部を容易に製造することができる。

【0011】

硬化層深さ測定装置では、前記寸法ａは、１．２ｍｍ以下であることが好ましい。
本願の発明者は、寸法ａ、寸法ｂ、寸法ｃのそれぞれの長さを変更して測定精度を検証した。その結果、寸法ｂや寸法ｃを変更しても、測定精度にはさほど影響がないが、寸法ａを変更することにより、測定精度が大きく変更することを突き止めた。この場合、寸法ａが小さくなるに従って、測定精度が向上することが実験で判明した。
寸法ａが１．２ｍｍを超えると、検出コイルが大きくなり、これに伴って、励磁コイルも大きくなる。

【0012】

硬化層深さ測定装置では、前記検出用コア部は、無方向性の電磁鋼板から構成されることが好ましい。
この構成では、無方向性の電磁鋼板は、全ての方向に均一な磁気特性を有しているので、この点からも測定精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態にかかる硬化層深さ測定装置の全体を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図。

【図2】検出コイルの拡大斜視図。

【図3】硬化層深さ測定装置の磁束の流れを説明するための図であり、（Ａ）はワークの表面に硬化層が形成されている場合の図、（Ｂ）はワークの表面に硬化層が形成されていない場合の図。

【図4】硬化層深さ測定装置のシミュレーションモデルを示す斜視図。

【図5】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれシミュレーション結果として硬化層深さと変化率との関係を示すグラフ。

【図6】実験で用いる硬化層深さ測定装置の概略図。

【図7】実験装置を示す概略図。

【図8】（Ａ）は第一実験により求められた有効硬化層深さと検出電圧との関係を示す検量線のグラフであり、（Ｂ）は第二実験により求められた有効硬化層深さと検出電圧との関係を示す検量線のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態にかかる硬化層深さ測定装置の概略が示されている。
図１（Ａ）は硬化層深さ測定装置の正面を示し、（Ｂ）は硬化層深さ測定装置の側面を示す。
図１（Ａ）（Ｂ）において、硬化層深さ測定装置は、ワークＷを焼入れして表面に形成された硬化層Ｈの深さを測定する装置であって、磁束を発生させる励磁コイル１と、励磁コイル１で発生させた磁束を検出する検出コイル２と、励磁コイル１と検出コイル２とを一体に保持する保持部材３とを備えて構成されている。

【0015】

励磁コイル１は、ワークＷを磁化するものであり、正面視で門形の励磁用コア部１１と、励磁用コア部１１に設けられた励磁用コイル部１２とを有する。
励磁用コア部１１は、先端面がワークＷに対向する一対の脚部１１１と、これらの脚部１１１の基端部同士を連結する基部１１０とを有するものであり、材料は平面コ字状のケイ素鋼板を複数積層したもの、又は同形状軟磁性体である。
励磁用コア部１１の正面におけるワークＷの表面に沿った長さはlであり、ワークＷの表面に対する垂直方向の寸法はｍであり、脚部１１１の幅寸法はｎである。
励磁用コイル部１２は、基部１１０に巻回されており、その端部は、図示しない電源装置に接続されている。

【0016】

検出コイル２は、励磁用コア部１１の脚部１１１の間に配置される直方体形状の検出用コア部２１と、検出用コア部２１に巻回された検出用コイル部２２とを有する。
検出用コア部２１は、平面長方形のケイ素鋼板を複数積層したもの、又は同形状軟磁性体である
図２には検出コイル２の拡大した図が示されている。
図２において、検出用コア部２１は、ワークＷ（図１参照）の表面に対して垂直方向の寸法をａ、垂直方向とは直交する方向の寸法をｂとし、寸法ａと寸法ｂとにそれぞれ直交する寸法をｃとすると、寸法ｃの長さ方向に沿って検出用コイル部２２が巻回されている。ここで、寸法ａ、寸法ｂ、寸法ｃは、ａ＜ｃ、ｂ＜ｃの関係にある。
図１において、検出用コア部２１は、一対の脚部１１１の中間位置において、その長さ方向が基部１１０の長さ方向に沿うようにワークＷに配置されている。
検出用コア部２１とワークＷの表面との位置は、適宜設定されるものであるが、検出用コア部２１はワークＷの表面に当接していることが好ましい。
検出用コイル部２２は、検出用コア部２１の長さ方向に沿って巻回されており、その端部は、図示しない演算装置に接続されている。演算装置は、検出用コイル部２２から出力される電圧（信号）に基づいて、ワークＷの硬化層Ｈの深さを演算する。

【0017】

保持部材３は、その外周面の一部がワークＷの断面形状に沿って形成されており、本実施形態では、断面半円状の筒状に形成されている。
保持部材３のうち半円の弦を構成する面から励磁用コイル部１２の一部が露出している。保持部材３のうち円弧面上の所定の点の接線と同一面となるように検出コイル２が配置されている。
保持部材３は、エポキシ樹脂、その他の合成樹脂から形成されている。
なお、本実施形態では、保持部材３はワークＷに対して位置決めする位置決め部３Ａを有する。位置決め部３Ａの形状は、ワークＷとの形状との関係で適宜設定されるものであるが、例えば、励磁用コイル部１２の軸方向に沿った突起としてもよい。

【0018】

次に、本実施形態の測定原理を図３に基づいて説明する。図３は、硬化層深さ測定装置の磁束の流れを説明するための図である。なお、図３では、保持部材３の図示は省略されている。
図３（Ａ）には、ワークＷの表面に硬化層Ｈが形成されている場合が示されている。ワークＷの硬化層Ｈは非硬化層に比べて透磁率が低い。硬化層Ｈが表面に形成されたワークＷにおいて、励磁用コイル部１２に通電すると、励磁用コア部１１のコ字状の正面形状に沿って大きな磁束Ｍ１が発生し、この磁束Ｍ１とともに閉ループを構成する磁束Ｍ２１が発生する。磁束Ｍ２１は、透磁率の低い硬化層Ｈにのみ生じることになり、磁束Ｍ１より小さい。

【0019】

図３（Ｂ）には、ワークＷの表面に硬化層が形成されていない場合が示されている。ワークＷの表面を含めて全体の透磁率が均一である。ワークＷにおいて、励磁用コイル部１２に通電すると、励磁用コア部１１のコ字状の正面形状に沿って大きな磁束Ｍ１が発生し、この磁束Ｍ１とともに閉ループを構成する磁束Ｍ２２が発生する。ワークＷは、透磁率が深さに関わらず均一であるため、磁束Ｍ２２は、ワークＷの表面に限らず生じることになる。そのため、磁束Ｍ２２は磁束Ｍ１と同じ大きさとなる。
硬化層Ｈの有無にかかわらず、磁束Ｍ１に伴って空間磁束Ｎ１がワークＷの表面に発生する。空間磁束Ｎ１を検出コイル２で検出することになるが、空間磁束Ｎ１は、硬化層Ｈが表面に形成されたワークＷでは、大きく、硬化層Ｈが表面に形成されていないワークＷでは小さい。つまり、硬化層Ｈの深さに比例して空間磁束Ｎ１の大きさが変化し、これを検出コイル２で検出することで、硬化層Ｈの深さが測定できることになる。

【0020】

図４に基づいて、検出用コア部２１の形状を特定することで、ワークＷの硬化層Ｈの深さの測定精度を向上できることをシミュレーションにより説明する。
図４にはワークＷに硬化層深さ測定装置が装着された状態が示されている。なお、図４の硬化層深さ測定装置は、励磁コイル１が半分のみ図示されている。
シミュレーションの条件
ワークＷ：硬化層Ｈの深さの違う溝を有するワークＷを想定する。
硬化層深さは、２ｍｍの浅め品モデルと、４ｍｍの深め品モデルとを用意。
励磁コイル１：
励磁用コア部１１：ケイ素鋼板
長さ３０ｍｍ×高さ１５ｍｍ
脚部の幅寸法：５ｍｍ

【0021】

検出コイル２：
検出用コア部２１：ケイ素鋼板（無方向性の電磁鋼板）
寸法変化条件：寸法ａの影響を検討するためのパターン：表１参照
寸法ｂの影響を検討するためのパターン：表２参照
寸法ｃの影響を検討するためのパターン：表３参照
励磁条件：２０Ｈｚ、０．５Ａ
解析方法：３Ｄ周波数応答解析
電磁気特性：表４参照

【0022】

【表1】

【0023】

【表2】

【0024】

【表3】

【0025】

【表4】

【0026】

以上の条件で行ったシミュレーションの結果が図５に示されている。
図５は、シミュレーション結果として硬化層深さと変化率との関係を示すグラフである。ここで、変化率とは、｛（深め品の検出電圧−浅め品の検出電圧）／浅め品の検出電圧｝×１００［％］である。
図５（Ａ）は寸法ａの影響を示すものであり、図５（Ｂ）は寸法ｂの影響を示すものであり、図５（Ｃ）は寸法ｃの影響を示すものである。
図５（Ａ）では、表１で示される条件下で行われたシミュレーション結果が示されている。寸法ａが０．４ｍｍの場合の変化率をＰ１で示し、０．８ｍｍの場合の変化率をＰ２で示し、１．２ｍｍの場合の変化率をＰ３で示す。

【0027】

図５（Ａ）で示される通り、変化率Ｐ１のグラフの傾きが最も大きく、変化率Ｐ３のグラフの傾きが最も小さく、変化率Ｐ２のグラフの傾きは、これらの中間である。
一般的に、測定精度を向上させるには、検出電圧と硬化層深さとには、硬化層深さが大きくなるに従って直線状に検出電圧が大きくなる比例関係があることが好ましい。このように、検出電圧と硬化層深さとの関係に比例関係があると、検出電圧から硬化層深さの分離が可能となる。これに対して、硬化層深さが深くなっても、検出電圧が変わらない場合や、深くなると検出電圧が低下する場合では、検出電圧から硬化層深さを分離することができない。

【0028】

以上のことから、寸法ａが小さくなるに従って、測定精度が向上することがわかる。
これは、寸法ａが小さくなると、空間に浮遊する磁束の検出用コア部２１に入る量が減り、相対的にワークＷから漏れる磁束の割合が増えるためと考えられるからである。
逆に、寸法ａが１．２ｍｍより大きいと、グラフの傾きが小さくなり、測定精度を十分に向上させることができないだけでなく、検出コイル２が大きくなって装置の小型化が十分に図れない。寸法ａが０．４ｍｍより小さい場合には、０．４ｍｍの場合より測定精度が向上することが容易に想定できるが、寸法ａが０．２ｍｍより小さいと、検出用コア部２１を製造することが困難となる。

【0029】

図５（Ｂ）では、表２で示される条件下で行われたシミュレーション結果が示されている。寸法ｂが０．７５ｍｍの場合の変化率をＱ１で示し、１．５ｍｍの場合の変化率をＱ２で示し、３．０ｍｍの場合の変化率をＱ３で示す。
図５（Ｂ）で示される通り、変化率Ｑ１のグラフの傾きが小さく、変化率Ｑ３のグラフの傾きが大きく、変化率Ｑ２のグラフの傾きはこれらの間にあるが、これらの差は僅かである。
そのため、寸法ｂの影響度はやや低いものの、寸法ｂが大きくなるに従って、変化率は僅かに大きくなる。
これは、寸法ｂが短くなると、検出用コア部２１の両端部でワークＷとのギャップが縮まり、ワークＷから漏れる磁束が検出用コア部２１に入りやすくなり、硬化層深さの変化を検出しやすくなったと考えられるからである。

【0030】

図５（Ｃ）では、表３で示される条件下で行われたシミュレーション結果が示されている。寸法ｃが５．５ｍｍの場合の変化率をＲ１で示し、７．５ｍｍの場合の変化率をＲ２で示し、９．５ｍｍの場合の変化率をＲ３で示す。
図５（Ｃ）で示される通り、変化率Ｒ１、変化率Ｒ２、変化率Ｒ３は、ほぼ同一線上にある。
そのため、寸法ｃの影響度は殆ど無い。
これは、寸法ｃが変わっても、空間を浮遊する磁束とワークＷから漏れる磁束の比率や、検出用コア部２１とワークＷとのギャップがほぼ変わらないと考えられるからである。

【0031】

本実施形態の硬化層深さ測定装置により、ワークＷの硬化層Ｈの深さが測定できることを実験により説明する。
本実験では、硬化層Ｈの深さが相違する複数のワークＷを用意し、これらについて硬化層深さ測定装置で検出電圧を測定した。
図６には実験で使用される硬化層深さ測定装置がワークＷに装着された状態が示されている。
図６において、実験に使用するワークＷは、溝加工ワークであり、その断面形状は略半円状内周面を有する。半円状内周面のうち円中心Ｏを通り弦と直交する直線ＷＬの上に凹状のガイド溝ＷＧを有する。本実験では、円中心Ｏとガイド溝ＷＧとを結ぶ直線ＷＬに対してそれぞれ所定角度α（４５°）離れた２つの位置Ｂ，Ｃが測定位置となる。

【0032】

［ワークＷ］
対象ワーク：溝加工ワーク
材質：炭素鋼
限界硬さ：４４６ＨＶ
ワーク水準：硬化層Ｈが浅め、通常、深めの合計３パターン。
有効硬化層深さ仕様：
硬化層Ｈが浅めのワークＷ：
Ｂ点での有効硬化層深さ３．１５ｍｍ
Ｃ点での有効硬化層深さ２．７１ｍｍ
硬化層Ｈが通常のワークＷ：
Ｂ点での有効硬化層深さ３．２５ｍｍ
Ｃ点での有効硬化層深さ３．０４ｍｍ
硬化層Ｈが深めのワークＷ：
Ｂ点での有効硬化層深さ３．７７ｍｍ
Ｃ点での有効硬化層深さ３．７４ｍｍ
ここで、有効硬化層深さとは、表面から限界硬さに対応した深さをいう。

【0033】

［硬化層深さ測定装置］
励磁用コア部１１：
１枚のケイ素鋼板の形状：寸法l＝３０ｍｍ、寸法ｍ＝１５ｍｍ、脚部幅寸法ｎ＝５ｍｍ、厚みｔ＝０．２ｍｍ
ケイ素鋼板を２５枚重ねて励磁用コア部１１を構成（コア全体の厚みが５ｍｍ）。
励磁用コイル部１２：φ０．４５ｍｍの線を１６５ターン
検出用コイル部２２：φ０．０７ｍｍの線を１００ターン
保持部材３：
材料：エポキシ樹脂
成型方法：実際のワークＷを型とし、この型の中にエポキシ樹脂を注入する。エポキシ樹脂が硬化する前に、巻線後の励磁コイル１及び検出コイル２を埋め込む。その後、エポキシ樹脂を硬化させる。

【0034】

本実験では、検出用コア部２１の寸法を変えた第一実験と第二実験を行った。
検出用コア部２１：
第一実験
１枚のケイ素鋼板の形状：寸法ｃ＝７．５ｍｍ、寸法ｂ＝１．５ｍｍ、厚みｔ＝０．２ｍｍ
ケイ素鋼板を４枚重ねて検出用コア部２１を構成（コア全体の厚み＝寸法ａが０．８ｍｍ）。
第二実験
１枚のケイ素鋼板の形状：寸法ｃ＝９．０ｍｍ、寸法ｂ＝３．０ｍｍ、厚みｔ＝０．２ｍｍ
ケイ素鋼板を２枚重ねて検出用コア部２１を構成（コア全体の厚み＝寸法ａが０．４ｍｍ）。

【0035】

［実験装置］
図７には、実験装置の概略が示されている。なお、図７の硬化層深さ測定装置では保持部材３の図示が省略されている。
図７において、硬化層深さ測定装置の励磁コイル１には抵抗器４及びバイポーラ電源５が接続され、バイポーラ電源５には周波数発生装置６が接続されている。硬化層深さ測定装置の検出コイル２には信号増幅器７が接続されている。抵抗器４と信号増幅器７とにはオシロスコープ８が接続されている。
抵抗器４：金属被膜抵抗１／４Ｗ２２Ωを２２本並列接続して作製した１Ω抵抗器
バイポーラ電源５：株式会社高砂製作所製 ４象限バイポーラ電源(BWS40-7.5)
周波数発生装置６：株式会社エヌエフ回路設計ブロック製 ファンクションジェネレータDF1906
信号増幅器７：株式会社エヌエフ回路設計ブロック製 アイソレーションアンプ5325
オシロスコープ８：Tektronix社製 オスロスコープTDS3054B
励磁条件：周波数２０Ｈｚ 励磁電流０．５Ａ
測定方法：位置Ｂと位置Ｃとの２箇所で、有効硬化層深さが３パターンのワーク水準で測定を行った。この測定は励磁条件に従って励磁し、検出コイル２から出力された検出電圧波形の実効値をオシロスコープ８で読む。

【0036】

［実験結果］
図８（Ａ）は、第一実験により求められた有効硬化層深さと検出電圧との関係を示す検量線のグラフである。
図８（Ａ）には、位置Ｂと位置Ｃとで有効硬化層深さが３パターンで行った検出電圧の実験値Ｓ１と、これらの実験値Ｓ１を基に求めた検量線の近似直線ＳＬ１とが示されている。
近似直線ＳＬ１は、ｙ＝１．８５７２ｘ＋５２．２８８の式１となる。
近似直線ＳＬ１に対する実験値Ｓ１の測定誤差のうち最大値ＳＭ１が０．２２ｍｍであり、最小値ＳＮ１が−０．１９ｍｍである。つまり、近似直線ＳＬ１に対する測定誤差は、−０．１９ｍｍ〜０．２２ｍｍである。繰り返し測定ばらつきのうち最大値ＳＯ１（ｎ＝５）は、０．４９ｍＶである。

【0037】

図８（Ｂ）は、第二実験により求められた有効硬化層深さと検出電圧との関係を示す検量線のグラフである。
図８（Ｂ）には、位置Ｂと位置Ｃとで有効硬化層深さが３パターンで行った検出電圧の実験値Ｓ２と、これらの実験値Ｓ２を基に求めた検量線の近似直線ＳＬ２とが示されている。
近似直線ＳＬ２は、ｙ＝３．３９２８ｘ＋１１６．３の式２となる。
近似直線ＳＬ２に対する実験値Ｓ２の測定誤差のうち最大値ＳＭ２が０．０９ｍｍであり、最小値ＳＮ２が−０．０８ｍｍである。つまり、近似直線ＳＬ２に対する測定誤差は、−０．０８ｍｍ〜０．０９ｍｍである。繰り返し測定ばらつきの最大値ＳＯ２（ｎ＝５）は、０．５０ｍＶである。

【0038】

以上の第一実験と、第一実験に対して寸法ａを小さくし、寸法ｂと寸法ｃとを大きくした第二実験を比較すると、近似直線ＳＬ１と近似直線ＳＬ２との傾きは、式１と式２との対比から、第二実験が大きいことがわかる。そして、硬化層深さの最大測定誤差（ｎ＝５）は、第一実験では、−０．１９ｍｍ〜０．２２ｍｍであるのに対して、第二実験では、−０．０８ｍｍ〜０．０９ｍｍであり、第一実験に比べて寸法ａの値を小さくした第二実験が小さいことがかかった。また、繰り返し測定によるばらつきの最大値は、第一実験で０．４９ｍＶであり、第二実験で０．５０ｍＶであるため、ほぼ変わらない。

【0039】

従って、本実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）検出コイル２は、励磁用コア部１１を構成する脚部１１１の間であってワークＷに配置される検出用コア部２１と、検出用コア部２１に巻回された検出用コイル部２２とを有するから、検出コイル２が励磁コイル１とは離れた位置に配置されることになり、励磁用コア部１１に流れる磁束の影響が及ぶことが少ない。そのため、本実施形態では、従来に比べて、測定精度を高くできる。

【0040】

（２）検出用コア部２１は、ワークＷの表面に対して垂直方向の寸法をａ、垂直方向とは直交する方向の寸法をｂとし、寸法ａと寸法ｂとにそれぞれ直交する寸法をｃとすると、寸法ｃの方向に沿って検出用コイル部が巻回され、寸法ａは寸法ｂより小さい構成としたから、空間磁束を検出コイル２で検出しやすくなり、測定精度がより向上することになる。

【0041】

（３）検出用コア部２１は、板を複数枚積層させて直方体状に形成したから、検出用コア部２１を容易に製造することができる。
（４）検出用コア部２１は、全ての方向に均一な磁気特性を有する無方向性の電磁鋼板から構成されるので、この点からも測定精度の向上を図ることができる。

【0042】

（５）励磁コイル１と検出コイル２とが保持部材３により一体にされているから、保持部材３により、励磁コイル１と検出コイル２とが位置決めされることになり、ワークＷへの励磁コイル１及び検出コイル２の設置作業が容易となる。しかも、励磁コイル１と検出コイル２とが位置決めされた状態で、測定できることから、測定精度が低下することを防止できる。

【0043】

（６）保持部材３は、エポキシ樹脂、その他の合成樹脂から形成されているから、溶融された合成樹脂を容器に流し込むだけで、保持部材３の形成が容易に行える。形成された後の保持部材３は、励磁用コイル部１２や検出用コイル部２２が固定されているので、使用中に短絡することや、破断することがない。

【0044】

（７）保持部材３は、ワークＷに対して位置決めする位置決め部３Ａを有するから、励磁コイル１と検出コイル２とがワークＷに対して適正な位置を保ちながら移動することになり、より精度の高い測定を行うことができる。

【0045】

なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、検出用コア部２１を直方体状に形成したが、本発明では、寸法ａは寸法ｂより小さい構成であれば、検出用コア部２１の具体的な形状は限定されるものではない。例えば、検出用コア部２１を断面楕円形状としてもよい。

【0046】

本発明では、保持部材３自体を必ずしも設けることを要しない。仮に、保持部材３を設ける場合であっても、前記実施形態の構成に限定されない。例えば、さらに、保持部材３の形状は前記実施形態の形状に限定されるものではなく、直方体状、円筒状、三角柱状等であってもよい。

【符号の説明】

【0047】

１…励磁コイル、１１…励磁用コア部、１１０…基部、１１１…脚部、１２…励磁用コイル部、２…検出コイル、２１…検出用コア部、２２…検出用コイル部、３…保持部材、３Ａ…位置決め部、ａ…寸法、ｂ…寸法、ｃ…寸法、Ｈ…硬化層、Ｗ…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】