【便利ツール】硬化層深さ計算ツール──浸炭深さ・高周波浸透深さを瞬時に試算

浸炭深さ（ECD: Effective Case Depth）と高周波焼き入れの参照浸透深さを、ブラウザ上で素早く試算できるツールです。設計段階での工程検討、熱処理業者への問い合わせ前の事前確認にお使いください。計算値はあくまで目安です——最終的な硬化層深さは切断・硬さ測定による実測で確認してください。

計算ツール

浸炭温度 (°C)　推奨：880〜960 浸炭時間 (h)

計算式と根拠

浸炭深さの計算原理

ガス浸炭・真空浸炭における有効硬化層深さ（ECD：550HVに相当する深さ）は、炭素の固体拡散によって形成されます。拡散は温度と時間に依存し、実務的には次の放物則で近似されます。

計算式（ガス浸炭経験則）ECD ≈ K × √t
K：温度依存係数（mm/√h）、t：浸炭時間（h）

浸炭温度	K値（目安）	5h浸炭のECD目安	備考
880°C	0.30	0.67 mm	浸炭変形を嫌う精密部品向け
900°C	0.35	0.78 mm	標準的な量産浸炭
920°C	0.40	0.89 mm	最も多く使われる温度域
940°C	0.45	1.01 mm	深い層深さが必要な場合
960°C	0.52	1.16 mm	高速浸炭（真空炉対応）

K値は鋼種・炭素ポテンシャル・雰囲気組成・焼き戻し温度によって変動します。本ツールの計算結果は±20%の誤差範囲で使用してください。

高周波焼き入れの浸透深さ

高周波誘導加熱では、電流は導体表面に集中します（表皮効果）。参照浸透深さ（スキン深さ）δは次式で求められます。

スキン深さの計算式δ = 503 × √(ρ / (μ_r × f))
ρ：比抵抗（Ω·m）、μ_r：比透磁率、f：周波数（Hz）
鋼材の目安値：ρ ≈ 1.5×10⁻⁷ Ω·m、μ_r ≈ 100

重要な注意スキン深さは電磁気的な参照値であり、実際の硬化深さとは異なります。実際の硬化深さは投入電力・加熱時間・冷却速度・材料の熱的性質に依存します。実用硬化深さはスキン深さの1.5〜3倍程度になることが多いですが、パラメータ最適化による実測確認が必須です。

周波数	スキン深さ目安	実用硬化深さ目安	主な用途
250 Hz	1.2 mm	3〜10 mm	大型クランク・シャフト（深層硬化）
1 kHz	0.62 mm	2〜5 mm	大径シャフト・大型歯車
10 kHz	0.20 mm	0.8〜2.5 mm	一般軸・平面・歯面硬化
100 kHz	0.06 mm	0.2〜0.8 mm	小型部品・表面硬化
200 kHz	0.04 mm	0.1〜0.4 mm	精密部品・薄層硬化

計算値を正しく使うための注意事項

鋼種の影響

浸炭深さの計算値はSCM415・SCM420・SNCMなどの合金鋼を想定しています。高Cr工具鋼（SKD）では炭化物の析出挙動が異なり、K値が大きくずれます。

焼き戻し後のECDシフト

浸炭後の焼き戻しによりECDは若干変化します（浸炭まま→焼き戻しで硬さ分布が変わるため）。焼き戻し温度が高いほど硬さ550HVの深さが変わります。

実測との照合

量産前には必ずテストピースで実際の硬化層深さを測定してください。切断・研磨後、硬さ測定（HV 0.1〜0.3）で500µmピッチのプロファイルを取得します。

浸炭深さ設計のチェックリスト

要求ECD（図面指示値）を確認したか。JIS B 0699に基づく「有効硬化層深さ」の定義（550HV相当）が前提か
浸炭後の焼き入れ・焼き戻し条件（温度・時間）を業者と合わせているか
計算ECDと実測ECDを照合し、そのロットのK値補正係数を記録しているか
高周波の場合：コイル設計・電力密度・加熱時間の変更で硬化深さが変わることを認識しているか
防炭・防窒が必要な部位の指示を図面に記載したか

まとめ

浸炭深さの目安はECD ≈ K × √t で計算できる。920°Cでは K ≈ 0.40 mm/√h
高周波のスキン深さはδ ≈ 0.62/√(f_kHz) mm。実際の硬化深さはその1.5〜3倍
計算値は設計・見積もりの参考用。量産前は必ず実測で確認する
鋼種・雰囲気・焼き戻し条件でK値は±20%変動する