JP2009109358A - 焼入パターンの測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非破壊で焼入パターンの測定を精度良くかつ短時間に行うことができる焼入パターン検査装置および検査方法を提供し、焼入パターンのインライン測定を実現する。
【解決手段】軸対称形状を有するワーク４の軸線方向に複数の各測定位置Ａ〜Ｅを設定し、複数の各測定位置Ａ〜Ｅで、ワーク４の焼入深さを測定する焼入深さ測定工程と、ワーク４の表面上で、ワーク４の焼入範囲を測定する焼入範囲測定工程と、から成る実焼入パターン６・６の測定方法であって、焼入深さ測定工程における測定結果（即ち、各測定点ａ１・ａ２・ｂ１・ｂ２・ｃ１・ｃ２・ｄ１・ｄ２・ｅ１・ｅ２）と、焼入範囲測定工程における測定結果（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）を合成して、測定焼入パターン９・９を求める。
【選択図】図６

Description

本発明は、炭素鋼の焼入状態を計測するための技術に関する。

従来、高周波焼入が施される炭素鋼製部品について、焼入パターン（焼入範囲、焼入深さおよび焼入固さ等）を検査するためには切断検査が行われている。切断検査では生産ライン上から抜き取った製品を実際に切断し、表面硬度計等を用いて切断面の焼入固さを計測することにより焼入パターンを確認するようにしていた。
しかしながら、切断検査は検査結果を得るのに時間が掛かるため、焼入の不良が判明した時点では既に対象部品が後工程で使用されている場合が多く、大掛かりな手戻りが発生する場合があった。また切断検査では、検査に用いられた部品は廃却処分されるため、必然的に部品のロスが発生していた。

また従来、以下に示す特許文献１において、ワークの焼入状態を検査する検査方法として、発振器に接続された貫通コイルを用いて、該貫通コイル内にワークを通過させて、発振器から出力される発振周波数の変化を測定することによりワークの焼入状態を検査する技術が知られており、その技術が開示されている。
しかしながら、係る従来技術では、貫通コイルによる測定範囲内で測定結果が平均化されてしまうため、焼入範囲の始端と終端を精度良く特定することができず、そのため焼入パターンの全体像を正確に把握することが困難であった。
特開２００３−４７０７号公報

本発明は、係る現状を鑑みて成されたものであり、非破壊で焼入パターンの測定を精度良くかつ短時間に行うことができる焼入パターンの測定方法を提供し、焼入パターンのインライン測定を実現することを課題としている。

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。

即ち、請求項１においては、軸対称形状を有するワークの軸線方向に複数の測定位置を設定し、該複数の測定位置で、前記ワークの焼入深さを測定する焼入深さ測定工程と、前記ワークの表面上で、前記ワークの焼入範囲を測定する焼入範囲測定工程と、を備え、前記焼入深さ測定工程における測定結果と、前記焼入範囲測定工程における測定結果を合成して、前記焼入パターンを求めるものである。

請求項２においては、前記焼入深さ測定工程では、前記複数の測定位置において前記ワークの透磁率を測定し、該透磁率の測定結果から前記複数の測定位置における焼入深さを求め、さらに求めた焼入深さから、前記複数の測定位置における焼入組織と未焼入組織の境界点を求めるものである。

請求項３においては、前記複数の測定位置は、前記焼入パターンの変局点ごとに設定するものである。

請求項４においては、前記複数の測定位置には、それぞれの測定位置に対応する検量線が設定されるものである。

請求項５においては、前記焼入範囲測定工程では、前記ワークの表面上の複数個所における表面硬度を測定し、各箇所における表面硬度の測定結果の差異から、前記ワークの表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点を求めるものである。

請求項６においては、前記表面硬度の測定は、前記ワークの表面上に設定する基準位置から軸線方向の一定範囲内に限定して行うものである。

請求項７においては、前記焼入深さ測定工程では、前記複数の測定位置において前記ワークの透磁率を測定し、該透磁率の測定結果から前記複数の測定位置における焼入深さを求め、さらに求めた焼入深さから、前記複数の測定位置における焼入組織と未焼入組織の境界点を求め、かつ、前記焼入範囲測定工程では、前記ワークの表面上の複数個所における表面硬度を測定し、各箇所における表面硬度の測定結果の差異から、前記ワークの表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点を求めるものである。

請求項８においては、前記焼入パターンは、前記複数の測定位置における焼入組織と未焼入組織の境界点と、前記ワークの表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点と、を結ぶ線分により求められるものである。

請求項９においては、前記複数の測定位置は、前記焼入パターンの変局点ごとに設定するものである。

請求項１０においては、前記複数の測定位置には、それぞれの測定位置に対応する検量線が設定されるものである。

請求項１１においては、前記表面硬度の測定は、前記ワークの表面上に設定する基準位置から軸線方向の一定範囲内に限定して行うものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、焼入パターンの全体像を精度良くを得ることができる。

請求項２においては、非破壊の方法によって、短時間に焼入深さを測定することができる。またこれにより、焼入パターンのインライン計測が実現可能となり、不良部品の流出を防止し、製品の品質を向上させることができる。
さらに、切断検査を廃止することが可能となり、部品の廃却量および検査工数の削減により製造コストの削減に寄与することができる。

請求項３においては、精度良く焼入パターンを得ることができる。

請求項４においては、精度良く焼入パターンを得ることができる。

請求項５においては、非破壊の方法により焼入範囲を精度良く短時間で測定することができる。またこれにより、焼入パターンのインライン計測が実現可能となり、不良部品の流出を防止し、製品の品質を向上させることができる。
さらに、切断検査を廃止することが可能となり、部品の廃却量および検査工数の削減により製造コストの削減に寄与することができる。

請求項６においては、焼入範囲を測定するのに要する時間を短縮することができる。

請求項７においては、渦流測定では測定できない焼入範囲の情報を、表面硬度の測定で補って、精度良く短時間に焼入パターンを得ることができる。

請求項８においては、精度良く短時間に焼入パターンを得ることができる。また、容易にリアルタイムに焼入パターンをモニタリングすることが可能となる。またこれにより、焼入工程の異常を早期に検出することが可能となり、焼入工程の自工程完結化および良品を製造するための製造要件および管理要件の知見化を促進することができる。

請求項９においては、精度良く焼入パターンを得ることができる。

請求項１０においては、精度良く焼入パターンを得ることができる。

請求項１１においては、焼入範囲を測定するのに要する時間を短縮することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る焼入深さ測定装置の全体構成を示す模式図、図２は焼入組織の硬度と透磁率の関係を示す模式図、図３は本発明の一実施例に係る焼入深さの測定結果を示す模式図、図４は本発明の一実施例に係る焼入範囲の測定状況を示す模式図、図５は本発明の一実施例に係る焼入範囲の測定結果を示す模式図、図６は合成した焼入パターンを示す模式図である。

まず始めに、本発明に係る測定方法に用いる焼入深さ測定装置１の構成について説明をする。
図１に示す如く、焼入深さ測定装置１は、貫通コイル２、渦流測定装置３等により構成され、貫通コイル２にワーク４を通過させることによって、ワーク４の各断面における焼入深さを測定するものである。
尚、本発明に係る測定方法の前提条件として、ワーク４の形状は軸対称形状を有しているものとしている。

また、焼入深さの測定結果は、渦流測定装置３からＰＣ１０に出力される。そして、ＰＣ１０によって後述する表面硬度計８による焼入範囲の測定結果とともに演算処理がなされ、その演算結果が後述する測定焼入パターン９・９としてＰＣ１０のディスプレイ１０ａ上にリアルタイムで表示される。尚、ディスプレイ１０ａはＰＣ１０と一体である必要はなく、離れた場所に別途ディスプレイ１０ａを設ける構成とすることももちろん可能である。

渦流測定装置３は、ワーク４の組織の透磁率を渦流により検出するものであり、この検出した透磁率から焼入深さを測定することができる。

焼入深さの測定原理について説明をする。
図２に示す如く、硬度と透磁率には相関関係が成立することが知られている。
炭素鋼製部材が高周波焼入されると、表面側からマルテンサイト、トルースタイト、ソルバイト、（フェライト＋パーライト）の順に焼入組織が形成される。
焼入組織と硬度の関係は、マルテンサイトの硬度が最も高く、トルースタイト、ソルバイト、（フェライト＋パーライト）の順に硬度が低下していく。
また、焼入組織と透磁率の関係は、硬度とは逆の関係を示し、マルテンサイトの透磁率が最も低く、トルースタイト、ソルバイト、（フェライト＋パーライト）の順に透磁率が増加していく。
そして、この関係を利用することにより、ワーク４の透磁率変化を渦流測定装置３で検出して、ワーク４の焼入深さを求めることができる。

次に、焼入深さ測定工程について説明をする。
図３に示す如く、本実施例ではワーク４に高周波焼入を施し、実際の焼入パターンとして実焼入パターン６・６となる焼入組織が形成されている場合を取り上げる。尚、本発明では、焼入組織と未焼入組織との境界線を焼入パターンと呼んでいる。

焼入深さの測定に際しては、予め測定位置を設定するようにしている。測定位置は、実焼入パターン６・６の変局点となる位置を選定するようにしており、本実施例では、ワーク４の形状から予測して５箇所の各測定位置Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅを設定するようにしている。ここで言う変局点とは、例えばワーク４の形状が湾曲する箇所等であって、焼入深さが変化する点を指すものである。
尚、測定位置の設定数を増やすほど、精度良く測定焼入パターン９を求めることができるが、ＰＣ１０による計算量も増えてしまうことから、許容できる計算時間を考慮して測定位置数を設定することが望ましい。また、本発明に係る測定方法を測定位置数によって限定するものではない。

即ち、本発明においては、複数の測定位置Ａ〜Ｅは、実焼入パターン６・６の変局点ごとに設定するようにしており、これにより、精度良く測定焼入パターン９を得ることができるのである。

図１に示す如く、渦流測定装置３には、記憶装置５を設けており、記憶装置５には各測定位置Ａ〜Ｅに対応する検量線５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄ・５ｅの情報が記憶されている。尚、検量線５ａ〜５ｅは、各測定位置Ａ〜Ｅにおける測定周波数と透磁率（硬度）との相関を実験等から求めたものであり、測定位置ごとに準備しておく必要がある。

即ち、本発明において、複数の各測定位置Ａ〜Ｅには、それぞれの測定位置に対応する検量線５ａ〜５ｅを設定するようにしており、これにより、後述する測定焼入パターン９を精度良く得ることができるのである。

そして、焼入深さ測定装置１によって、各測定位置Ａ〜Ｅにおける焼入深さを測定し、焼入深さの各測定点ａ１・ａ２・ｂ１・ｂ２・ｃ１・ｃ２・ｄ１・ｄ２・ｅ１・ｅ２を得るようにしている。

即ち、焼入深さ測定工程では、複数の測定位置Ａ〜Ｅにおいて、貫通コイル２を用いて透磁率を測定し、透磁率の測定結果から複数の測定位置Ａ〜Ｅにおける焼入深さを求め、さらに求めた焼入深さから、複数の測定位置Ａ〜Ｅにおける焼入組織と未焼入組織の境界点（即ち、各測定点ａ１・ａ２・ｂ１・ｂ２・ｃ１・ｃ２・ｄ１・ｄ２・ｅ１・ｅ２）を求めるようにしている。
これにより、非破壊の方法によって、短時間に焼入深さを測定することができるのである。またこれにより、測定焼入パターン９・９のインライン計測が実現可能となり、不良部品の流出を防止し、製品の品質を向上させることができるのである。
さらに、切断検査を廃止することが可能となり、部品の廃却量および検査工数の削減により製造コストの削減に寄与することができるのである。

しかしながら渦流測定では、測定結果には測定位置周辺の影響が含まれて平均化されてしまうため、実焼入パターン６・６の端部（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）を特定することができない。
つまり、焼入深さ測定装置１による測定結果のみでは情報不足であるため、精度良く実焼入パターン６・６の全体像を測定することができない。
このため本発明においては、不足した情報を後述する焼入範囲測定工程によって補完して、実焼入パターン６・６の全体像を測定できるようにしている。

次に、焼入範囲測定工程について説明をする。
図４に示す如く、本発明に係る測定方法では、焼入範囲の測定に表面硬度計８を用いるようにしている。尚、本実施例では、説明の便宜上ワーク４の一端（即ち、各端点７ａ・７ｂが存在する側の端部）のみを取り上げて説明をしているが、他端（即ち、各端点７ｃ・７ｄが存在する側の端部）についても、同様に焼入範囲の測定が行われるものである。

本実施例では、焼入処理が施されるべき範囲（端点）の管理値Ｙを基準として、該管理値Ｙを含む一定範囲について、表面硬度計８によって一定の間隔Ｘで表面硬度(Ｈｖ)を測定するようにしている。尚間隔Ｘは、許容範囲Ｚを考慮して、許容範囲Ｚに比して小さくなるように設定することが望ましい。

即ち、表面硬度計８を用いた表面硬度の測定は、ワーク４の表面上における基準位置（管理値Ｙ）から軸線方向の一定範囲内（本実施例では、３Ｘの範囲）に限定して行うようにしている。
これにより、焼入組織の端部を測定により求めて、焼入範囲を特定するのに要する時間を短縮することができるのである。

前述したように焼入組織（例えば、マルテンサイト）と未焼入組織（フェライト＋パーライト）では硬度に大きく差異があるため、表面硬度が極端に増加した位置を検出することにより、焼入範囲の端点（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）を特定することができる。

つまり、図５に示す如く、表面硬度計８による測定結果から、焼入範囲の端部となる各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄを得ることができる。そして、表面硬度計８による測定結果は、ＰＣ１０に取り込まれて、前述した渦流測定装置３による焼入深さの測定結果とともに演算処理が施される。
尚、間隔Ｘを狭めるほど、精度良く焼入範囲の各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄを求めることができるが、ＰＣ１０による計算量も増えてしまうことから、許容できる計算時間を考慮して間隔Ｘを設定することが望ましい。また、本発明に係る測定方法を表面硬度計８による測定位置数によって限定するものではない。

即ち、焼入範囲測定工程では、表面硬度計８を用いた表面硬度の測定によって、ワーク４の表面上における表面硬度を測定し、表面硬度の測定結果の差異から、ワーク４の表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）を求めるようにしている。
これにより、非破壊の方法により焼入範囲を精度良く短時間で測定することができるのである。またこれにより、測定焼入パターン９・９のインライン計測が実現可能となり、不良部品の流出を防止し、製品の品質を向上させることができるのである。
さらに、切断検査を廃止することが可能となり、部品の廃却量および検査工数の削減により製造コストの削減に寄与することができるのである。

次に、焼入深さの測定結果と焼入範囲の測定結果を合成して測定焼入パターン９・９を求める方法について説明をする。
図６に示す如く、本発明に係る測定方法では、焼入深さ測定工程によって得た測定結果（即ち、各測定点ａ１・ａ２・ｂ１・ｂ２・ｃ１・ｃ２・ｄ１・ｄ２・ｅ１・ｅ２）と、焼入範囲測定工程によって得た測定結果（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）をともにＰＣ１０に取り込んで演算処理を施して合成するようにしている。
そして、各点（７ａ・ａ１・ｂ１・ｃ１・ｄ１・ｅ１・７ｃおよび７ｂ・ａ２・ｂ２・ｃ２・ｄ２・ｅ２・７ｄ）を線分で結ぶことによって、折れ線状の測定焼入パターン９・９を求め、ＰＣ１０のディスプレイ１０ａ上にリアルタイムに表示するようにしている。

即ち、本発明においては、軸対称形状を有するワーク４の軸線方向に複数の測定位置Ａ〜Ｅを設定し、複数の測定位置Ａ〜Ｅで、ワーク４の焼入深さを測定する焼入深さ測定工程と、ワーク４の表面上で、ワーク４の焼入範囲を測定する焼入範囲測定工程と、から成る実焼入パターン６・６の測定方法であって、焼入深さ測定工程における測定結果（即ち、各測定点ａ１・ａ２・ｂ１・ｂ２・ｃ１・ｃ２・ｄ１・ｄ２・ｅ１・ｅ２）と、焼入範囲測定工程における測定結果（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）を合成して、測定焼入パターン９・９を求めるようにしている。
これにより、測定焼入パターン９・９の全体像を精度良く得ることができるのである。

また、本発明においては、焼入深さ測定工程では、複数の測定位置Ａ〜Ｅにおいて、焼入深さ測定装置１を用いてワーク４の透磁率を測定し、透磁率の測定結果から複数の測定位置Ａ〜Ｅにおける焼入深さを求め、さらに求めた焼入深さから、複数の測定位置Ａ〜Ｅにおける焼入組織と未焼入組織の境界点（即ち測定点ａ１・ａ２・ｂ１・ｂ２・ｃ１・ｃ２・ｄ１・ｄ２・ｅ１・ｅ２）を求め、かつ、焼入範囲測定工程では、表面硬度計８を用いた表面硬度の測定によって、ワーク４の表面上における表面硬度を測定し、表面硬度の測定結果の差異から、ワーク４の表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）を求めるようにしている。
これにより、渦流測定では測定できない焼入範囲の情報を、表面硬度の測定で補って、精度良く短時間に測定焼入パターン９・９を得ることができるのである。

また、測定焼入パターン９・９は、複数の測定位置Ａ〜Ｅにおける焼入組織と未焼入組織の境界点（即ち、各測定点ａ１・ａ２・ｂ１・ｂ２・ｃ１・ｃ２・ｄ１・ｄ２・ｅ１・ｅ２）と、ワーク４の表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点（即ち、各端点７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ）と、を結ぶ線分により求めるようにしている。
これにより、精度良く短時間に測定焼入パターン９・９を得ることができ、容易にリアルタイムに測定焼入パターン９・９をモニタリングすることが可能となるのである。またこれにより、焼入工程の異常を早期に検出することが可能となり、焼入工程の自工程完結化および良品を製造するための製造要件および管理要件の知見化を促進することができるのである。

尚、図６に示す如く、本実施例では、測定焼入パターン９・９を得る例を示しているが、本発明は軸対称形状のワーク４を対象としているため、実焼入パターン６・６もほぼ軸対称に形成されるため、必ずしも軸を挟む両側の測定焼入パターン９・９を得る必要はなく、例えば、図６中に示す上側の測定焼入パターン９のみを得て、ＰＣ１０のディスプレイ１０ａ上に表示することも可能である。

本発明の一実施例に係る焼入深さ測定装置の全体構成を示す模式図。 焼入組織の硬度と透磁率の関係を示す模式図。 本発明の一実施例に係る焼入深さの測定結果を示す模式図。 本発明の一実施例に係る焼入範囲の測定状況を示す模式図。 本発明の一実施例に係る焼入範囲の測定結果を示す模式図。 合成した焼入パターンを示す模式図。

符号の説明

４ ワーク
６ 実焼入パターン
９ 測定焼入パターン
Ａ 測定位置
Ｂ 測定位置
Ｃ 測定位置
Ｄ 測定位置
Ｅ 測定位置

Claims (11)

1. 軸対称形状を有するワークの軸線方向に複数の測定位置を設定し、
   該複数の測定位置で、
   前記ワークの焼入深さを測定する焼入深さ測定工程と、
   前記ワークの表面上で、
   前記ワークの焼入範囲を測定する焼入範囲測定工程と、
   を備え、
   前記焼入深さ測定工程における測定結果と、
   前記焼入範囲測定工程における測定結果を合成して、
   前記焼入パターンを求める、
   ことを特徴とする焼入パターンの測定方法。
2. 前記焼入深さ測定工程では、
   前記複数の測定位置において前記ワークの透磁率を測定し、
   該透磁率の測定結果から前記複数の測定位置における焼入深さを求め、
   さらに求めた焼入深さから、
   前記複数の測定位置における焼入組織と未焼入組織の境界点を求める、
   ことを特徴とする請求項１記載の焼入パターンの測定方法。
3. 前記複数の測定位置は、
   前記焼入パターンの変局点ごとに設定する、
   ことを特徴とする請求項２記載の焼入パターンの測定方法。
4. 前記複数の測定位置には、
   それぞれの測定位置に対応する検量線が設定される、
   ことを特徴とする請求項３記載の焼入パターンの測定方法。
5. 前記焼入範囲測定工程では、
   前記ワークの表面上の複数個所における表面硬度を測定し、
   各箇所における表面硬度の測定結果の差異から、
   前記ワークの表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点を求める、
   ことを特徴とする請求項１記載の焼入パターンの測定方法。
6. 前記表面硬度の測定は、
   前記ワークの表面上に設定する基準位置から軸線方向の一定範囲内に限定して行う、
   ことを特徴とする請求項５記載の焼入パターンの測定方法。
7. 前記焼入深さ測定工程では、
   前記複数の測定位置において前記ワークの透磁率を測定し、
   該透磁率の測定結果から前記複数の測定位置における焼入深さを求め、
   さらに求めた焼入深さから、
   前記複数の測定位置における焼入組織と未焼入組織の境界点を求め、かつ、
   前記焼入範囲測定工程では、
   前記ワークの表面上の複数個所における表面硬度を測定し、
   各箇所における表面硬度の測定結果の差異から、
   前記ワークの表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点を求める、
   ことを特徴とする請求項１記載の焼入パターンの測定方法。
8. 前記焼入パターンは、
   前記複数の測定位置における焼入組織と未焼入組織の境界点と、
   前記ワークの表面上における焼入組織と未焼入組織の境界点と、
   を結ぶ線分により求められる、
   ことを特徴とする請求項７記載の焼入パターンの測定方法。
9. 前記複数の測定位置は、
   前記焼入パターンの変局点ごとに設定する、
   ことを特徴とする請求項７記載の焼入パターンの測定方法。
10. 前記複数の測定位置には、
    それぞれの測定位置に対応する検量線が設定される、
    ことを特徴とする請求項９記載の焼入パターンの測定方法。
11. 前記表面硬度の測定は、
    前記ワークの表面上に設定する基準位置から軸線方向の一定範囲内に限定して行う、
    ことを特徴とする請求項７記載の焼入パターンの測定方法。