JP2000039423A

JP2000039423A - 欠陥診断方法とその装置

Info

Publication number: JP2000039423A
Application number: JP11118575A
Authority: JP
Inventors: Akio Ota; 昭男太田; Kenji Kono; 健二河野; Daigo Sugiyama; 大吾杉山
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気センサを用いて非磁性材料により被覆さ
れまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料または
加工により磁性を帯びる材料からなるワークの欠陥、余
寿命の判定などを磁場等を印加することなく静的に非破
壊で簡便、高精度に診断する方法とその装置の提供。【解決手段】非磁性材料により被覆された磁性材料ま
たは加工により磁性を帯びる材料からなるワーク２０の
表面に沿って磁気センサ１０を非接触で移動させ、コイ
ル等による励磁をすることなくワークの磁束密度を検出
し、得られた検出信号を画像解析して等磁線図を得る方
法、等磁線図からワーク２０の欠陥を診断する方法なら
びにワークの磁束密度を画像解析して等磁線図を得る装
置、得られた等磁線図と予め保存してある基準等磁線図
とを比較判定してワーク２０の欠陥を診断する装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流磁気電界効果
または電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気セン
サを、非磁性材料により被覆されたり非磁性材料中に埋
め込まれた、磁性材料または加工によって磁性を帯びる
材料からなるワークの欠陥を、コイル等による励磁をす
ることなく検出し、塑性変形の度合、疲労の度合、余寿
命の判定等を行う欠陥診断方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在実施あるいは考案されている金属材
料の非破壊検査技術としては、単に亀裂発生状態やその
位置を簡易に知るための技術として、超音波や放射線を
使用する方法、発生渦流や電位差あるいは磁気ヒステリ
ヒス、バルクハウゼンノイズ等応答を利用する方法が一
般に知られている。金属材料の疲労破壊を例に取れば、
それは初期の微視的組織変化、微小亀裂の発生、
亀裂進展、最終破壊の４ステップで進行する。このう
ち、は、亀裂長さが進展度合いを決定する要因とな
り、では材料の破壊靱性値が破壊を決定する要因とな
る。、については現在まで比較的データが蓄積さ
れ、上述の技術もこの段階の亀裂検出に適用されるが、
、の微小亀裂発生までの過程については、それを決
定する要因に関する明確なデータが存在せず、亀裂の発
生を定量的に判断する技術は少ない。

【０００３】数少ない、、の診断技術として、ＳＱ
ＵＩＤ（超伝導量子干渉素子。絶対零度近くで起きるジ
ョセフソン効果を利用して微小磁場を検出）を用いた特
開平７−１２０５５８が提案されている。特開平７−１
２０５５８号の「ＳＱＵＩＤセンサを利用した鉄筋探査
方法」は、ＳＱＵＩＤセンサを利用してコンクリート中
の深い位置にある鉄筋の位置、深さを測定する方法と装
置に関する技術を開示している。塑性変形により誘起さ
れる磁気異方性に起因する微小磁場を検出して塑性化の
有無や位置を判別する方法であるが、センサを絶対零度
の近傍まで冷却して超伝導状態にする必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術には以下
の問題がある。ａ、この技術による測定には、原理上センサを極低温に
保持するため冷媒として液体ヘリウムが不可欠であり、
センサと磁性材料の表面の間に冷媒と断熱材を介在させ
るので、これらの間が少なくとも６ｍｍ程度離れざるを
得ない。磁束密度は磁気モーメントからの距離の３乗に
反比例することは広く知られており、マイクロ磁気セン
サの分解検出能はセンサと磁性材料の距離に著しい影響
を受けるため、該方法ではＳＱＵＩＤセンサの性能が充
分に発揮できない。ｂ、磁気材料の磁場は、微小な磁区構造で構成され、こ
れらの磁区は最長部が数μｍから数十μｍの大きさであ
る。現時点では、ＳＱＵＩＤセンサは直径１ｍｍの大き
さを有し感磁面積が非常に大きい。感磁面積が磁区構造
の大きさに近いほど分解能が優れ信頼性の高くなること
を考慮すれば、現時点では本法の精度には限界がある。

【０００５】ｃ、特殊な冷媒を使用するため、装置が大
型化し、診断作業もそれに伴い制約を受ける。高価な冷
媒の使用によるコストプッシュも問題となる。診断は極
低温と常温の繰り返しで行なわれるため、高価なセンサ
は熱疲労により劣化損傷しセンサを頻繁に交換すること
が必要であり、不経済である。ｄ、冷媒として使用される液体ヘリウムは、有限な資源
であって採取できる地域も限られている。診断のため
に、このような資源を費消しなければならないことは環
境保全の点から考えても好ましいとは言えない。ｅ、そのほかの鋼材の塑性化を判別する従来技術鋼材の塑性化を判別する従来技術として、鋼材の組織観
察により塑性化に伴って生じる転位やすべり線を観察す
る方法や鋼材表面を酸化処理（エッチング）して歪み効
果領域を目視観察する方法がある。このためには鋼材か
らサンプルを採取して表面を研摩する必要があり、また
エッチングによる観察の場合には腐食液による酸化処理
の必要がある。したがって、実験室等での小さな試験片
に対する診断には適用できるが、大型構造物への適用は
困難である。磁性材料を検出コイル内へ置き電圧を印加
して、交流磁化特性を検出することにより磁性材料の塑
性化を判断することも検討されている（特開平６−１０
９４１２ほか）が、実用的にはこれも同様な問題がある
と思われる。

【０００６】本発明の目的は、従来技術の問題を克服、
解決し非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料中に
埋め込まれた、磁性材料または加工によって磁性を帯び
る材料の欠陥（磁性材料または加工によって磁性を帯び
る材料の表面にある亀裂や傷等）を、静的に非破壊で簡
便かつ安全、高精度に診断する方法ならびにその装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用し
て磁界を検出する磁気センサを、非磁性材料により被覆
されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料また
は加工によって磁性を帯びる材料からなるワークの表面
に沿って移動させ、コイル等による励磁を行わないで該
磁気センサにより所定ピッチで前記ワークの損傷、劣化
による磁区の移動に伴う見かけの自発磁化量である磁束
密度を検出する検出工程と、前記磁気センサの出力をコ
ンピュータに入力し、該コンピュータにより前記ワーク
の磁束密度の二次元または三次元の濃淡または多色の等
磁気線を作成する等磁線図作成工程と、を有する欠陥診
断方法。（２）前記等磁線図から前記ワークの欠陥の有無を判
定する判定工程を、さらに有する（１）記載の欠陥診断
方法。（３）少なくとも欠陥の無いワークを用いて基準等磁
線図を予め作成しデータベースに格納する工程を有し、
前記判定工程で前記等磁線図を前記基準等磁線図と比較
して前記ワークの欠陥の有無を判定する、（２）記載の
欠陥診断方法。（４）前記磁気センサが半導体磁気センサである、
（１）記載の欠陥診断方法。（５）前記半導体磁気センサがホール効果素子であ
る、（４）記載の欠陥診断方法。（６）電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用し
て磁界を検出する磁気センサと、非磁性材料により被覆
されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料また
は加工によって磁性を帯びる材料からなるワークの表面
に沿って前記磁気センサを移動させる駆動装置と、前記
磁気センサに接続され、前記磁気センサが検出した所定
ピッチでのワークの磁束密度の出力からワークの磁束密
度の二次元または三次元の濃淡または多色の等磁気線を
作成する等磁線図作成プログラムをインストールされた
コンピュータと、からなる欠陥診断装置。（７）前記コンピュータには、前記等磁線図を、少な
くとも欠陥のないワークを用いて予め作成しておいた基
準等磁線図とを比較して、ワークの欠陥の有無を判定す
る判定プログラムがさらにインストールされている、
（６）記載の欠陥診断装置。（８）前記磁気センサが半導体磁気センサである、
（６）記載の欠陥診断装置。（９）前記半導体磁気センサがホール効果素子であ
る、（８）記載の欠陥診断装置。

【０００８】磁性材料において、欠陥が無い状態では微
小磁区の磁束密度は小さく、その向きは不規則でサメー
ションすると磁束密度は０となるが、亀裂など発生時に
塑性歪を伴なう欠陥では欠陥発生時に欠陥の周囲の微小
磁区の磁束密度の向きに方向性が生じて局部的に磁束密
度が大きくなるので、この磁束密度を検出することによ
り、欠陥の有無を判定することができる。加工によって
磁性を帯びる材料に関しては、磁性を持たない組織（例
えばオーステナイト）が、疲労、加工等の外的応力によ
り、磁性を持った組織（例えばマルテンサイト）に変態
することにより、当該部分が磁性を帯びる現象を利用し
て診断が可能である。非磁性材料により被覆されまたは
非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料または加工によ
って磁性を帯びる材料の診断についても、この現象を利
用できる。

【０００９】上記（１）の方法では、非磁性材料により
被覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料
または加工によって磁性を帯びる材料からなるワークの
磁束密度を、磁束密度が微小であっても感度よく検出で
きる電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用して磁
界を検出する磁気センサを、ワークに非接触に移動させ
て検出し、得られた検出信号をコンピュータに入力す
る。その入力からワークの等磁線図を作成することによ
り、Ｘ線、超音波、磁力、電流等をワークに付加せず
に、非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、精度良くワ
ークの状態を把握する。上記（２）の方法では、非磁性
材料により被覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれ
た、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料から
なるワークの磁束密度を、磁束密度が微小であっても感
度よく検出できる電流磁気電界効果または電磁誘導作用
を利用して磁界を検出する磁気センサを、ワークに非接
触に移動させて検出し、得られた検出信号をコンピュー
タに入力する。その入力からワークの等磁線図を作成
し、ワークの欠陥の有無を判定する工程を経ることによ
って、Ｘ線、超音波、磁力、電流等をワークに付加せず
に非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、精度良くワー
クの状態を判定する。

【００１０】上記（３）の方法では、非磁性材料により
被覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料
または加工によって磁性を帯びる材料からなるワークの
磁束密度を、磁束密度が微小であっても感度よく検出で
きる電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用して磁
界を検出する磁気センサを、ワークに非接触に移動させ
て検出し、得られた検出信号からワークの等磁線図を作
成し、この等磁線図を、予め作成し格納してある基準等
磁線図と比較して、ワークの欠陥の有無を判定すること
によって、Ｘ線、超音波、磁力、電流等をワークに付加
せずに非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、精度良く
ワークの欠陥の有無を判定する。上記（４）、（５）の
方法では、非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料
中に埋め込まれた、磁性材料または加工によって磁性を
帯びる材料からなるワークの磁束密度を、磁束密度が微
小であっても極めて感度よく検出できる半導体磁気セン
サ（ホール効果素子）を、ワークに非接触に移動させて
検出し、得られた検出信号からワークの等磁線図を作成
する。半導体磁気センサとしてホール効果素子を用いる
と、感磁面積が極めて小さく、ワークの磁性材料、また
は加工によって磁性を帯びる材料の磁区とほぼ同じ大き
さであるため、精度が極めて高く、Ｘ線、超音波、磁
力、電流等をワークに付加せずに非接触かつ非破壊で、
簡便かつ安全に、ワークの状態を把握する。

【００１１】上記（６）の装置では、非磁性材料により
被覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料
または加工によって磁性を帯びる材料からなるワークの
表面に沿って、磁束密度が微小であっても感度よく検出
できる電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用して
磁界を検出する磁気センサを移動し、検出したワークの
磁束密度からワークの等磁線図を作成する。その入力か
らワークの等磁線図を作成することにより、Ｘ線、超音
波、磁力、電流等をワークに付加せずに、非接触、かつ
非破壊で、簡便かつ安全に、精度良くワークの状態を把
握する。上記（７）の装置では、非磁性材料により被覆
されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料また
は加工によって磁性を帯びる材料からなるワークの表面
に沿って、磁束密度が微小であっても感度よく検出でき
る電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用して磁界
を検出する磁気センサを非接触に移動し、検出した磁束
密度からワークの等磁線図を作成する。この等磁線図
と、予め作成してある基準等磁線図と比較してワークの
欠陥の有無を判定することにより、Ｘ線、超音波、磁
力、電流等をワークに付加せずに非接触かつ非破壊で、
簡便かつ安全に、精度良くワークの欠陥の有無を判定す
る。

【００１２】上記（８）、（９）の装置では、非磁性材
料により被覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、
磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料からなる
ワークの磁束密度を、磁束密度が微小であっても極めて
感度よく検出できる半導体磁気センサ（ホール効果素
子）を用いて検出し、検出したワークの磁束密度からワ
ークの等磁線図を作成する。半導体磁気センサとしてホ
ール効果素子を用いると、感磁面積が極めて小さく、ワ
ークの磁性材料、または加工によって磁性を帯びる材料
の磁区とほぼ同じ大きさであるため、精度が極めて高
く、Ｘ線、超音波、磁力、電流等をワークに付加せずに
非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、ワークの状態を
把握する。本発明の方法および装置では、ワークにＸ
線、超音波、磁場、電流等を付加することなく、非接触
かつ非破壊で、簡便かつ安全に、高精度でワークの欠陥
を診断できる。また、被覆材が無傷であっても、つまり
外観は問題なくても、内部の磁性材料部分に亀裂などが
あった時に、より有効である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明において、ワークの欠陥の
磁界の大きさは１０^-1〜１０²Ｇ程度であるので、その
大きさの磁界を検出できる磁気センサとして、「電流磁
気電界効果」を利用して磁界を検出する磁気センサと、
「電磁誘導作用」を利用して磁界を検出する磁気センサ
とがある。「電流磁気電界効果」を利用して磁界を検出
する磁気センサには、ホール効果素子と、磁気抵抗効果
素子（ＭＲＥ素子）とがある。ホール効果素子の素子材
料は化合物半導体（たとえば、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｇ
ａＡｓ、ＧａＳｂ等）である。ＭＲＥ素子には、素子の
材料として化合物半導体（たとえば、ＩｎＳｂ、ＧａＡ
ｓ等）を使用したものと、強磁性体金属（たとえば、Ｎ
ｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等）を使用したものとがある。こ
のうち、ホール効果素子と化合物半導体を使用したＭＲ
Ｅ素子は、半導体磁気センサである。「電磁誘導作用」
を利用して磁界を検出する磁気センサには、「磁気−イ
ンピーダンス効果」を利用して磁界を検出する磁気−イ
ンピーダンス効果センサ（ＭＩセンサ）と、「磁気−イ
ンダクタンス効果」を利用して磁界を検出するフラック
スゲートセンサとがある。ＭＩセンサの素子材料は、ア
モルファス磁性体（ＦｅＣｏＳｉＢ、ＦｅＣｏＢ、Ｃｏ
ＳｉＢ等）である。

【００１４】上記の磁気センサのうち、ホール効果素
子、ＭＲＥセンサ、ＭＩセンサは、微小なワーク磁区の
大きさに検出上対応可能なため、本発明において、とく
に使用に適する。ホール効果素子の磁界検出は、詳細は
後述するが、素子に電流が流れている時素子に外部磁界
が作用すると電子がローレンツ力で電流の流れと直交す
る方向に移動して素子端部に溜りその電荷を電圧として
検出することによって行う。通電用に２端子、電圧検出
用に２端子の合計４端子を必要とする。ＭＲＥセンサの
磁界検出は、磁界により磁化ベクトルの傾斜角（電流の
流れる方向）が変化するのを、抵抗値の変化として捉え
電圧測定することにより行う。電圧検出用に２端子を必
要とする。ＭＩセンサの磁界検出は、軟磁性体に高周波
電流を直接通電すると表皮効果が表れ、抵抗Ｒ、インダ
クタンスＬ、インピーダンスＺが外部磁界Ｈによって変
化するので、それを出力である共振回路の電圧変化か周
波数変化として捉えることにより行う。以下では、磁気
センサとして、半導体磁気センサ、とくにホール効果素
子を例にとって説明する。ただし、本発明で使用する磁
気センサはホール効果素子に限るものではなく、ＭＲＥ
センサ、ＭＩセンサであってもよい。

【００１５】つぎに、本発明で使用する半導体磁気セン
サの磁束密度検出の原理について、ホール効果素子を例
に図２、図３を参照して説明する。半導体磁気センサと
してのホール効果素子は、概ね図２の外観を持った例え
ばＩｎ・Ｇａ・Ａｓからなる化合物半導体であり、ホー
ル効果を利用して外部磁場を高精度に検出するセンサで
ある。その感磁面積は、約５０μｍ×５０μｍと極めて
小さく、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料
の磁区の大きさとほぼ一致するため各磁区の磁束密度を
直接観察することができ、誤差が少なく非常に高精度の
診断が可能である。診断対象の磁場は０．０００１Ｔ以
下と微小であるが、ホール効果素子の感度は、３３．９
ｍＶ／Ｔ（３００Ｋ）と優れ、高精度のデジタルボルト
メータを介することによりナノボルト単位まで検出が可
能である。

【００１６】図３のような薄肉平板状の導体（幅ａ、厚
みｔ）を磁束密度Ｂの一様な磁界の中に垂直に置き、ｘ
方向に電流Ｉを流す。電流を担う電荷が例えば電子（Ｎ
型）の場合、ｙ方向からの電子の出入りはないものと仮
定すれば、電子は−ｘ方向に運動する。速度ｖで運動す
る電子に対しては、磁束密度Ｂによるローレンツ力Ｆ＝
（−ｅｖ）×Ｂが−ｙ方向に働き、−ｙ方向の導体端に
は電子が、ｙ方向の導体端には正の電荷がたまり、導体
端部間にｙ方向に電界Ｅ_y＝Ｅ_H（＜０）が発生する。
定常状態では電子は−ｘ方向のみに移動し、電界Ｅ_Hに
よる磁束密度Ｂによる力は釣り合うから、Ｅ_H＝ｖＢ。一方、電流密度ｉと電子の速度ｖとの間にはｉ＝−ｎｅ
ｖの関係があるため、Ｉ＝ｉＳ＝−ｎｅｖＳ。導体板の断面積Ｓ＝ａｔであるから、Ｅ_H＝−（ＩＢ）／（ｎｅＳ）＜０。したがって、ホール効果による発生電位（ホール電圧）
Ｖ_Hは、Ｖ_H＝−Ｅ_Hａ＝（ＩＢ）／（ｎｅｔ）＞０。この電位をセンサで検出する。

【００１７】図１に、本発明実施例の欠陥診断装置の概
略を示す。図中１０は電流磁気電界効果または電磁誘導
作用を利用して磁界を検出する磁気センサ（たとえば、
半導体磁気センサ）を示し、より具体的には、たとえば
図２に示すホール効果素子であり、図中２０は非磁性材
料により磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料
からなるワーク（ワークの溶接部であってもよい）であ
る。また３０ａ、３０ｂは磁気センサ１０をワーク２０
の表面に沿って移動させる駆動装置（たとえば、サーボ
モータ）である。駆動装置は磁気センサ１０を三次元に
移動させるために、ワーク表面と直交する方向に磁気セ
ンサ１０を移動させるモータを有していてもよい。８０
はモータへ直流電流を供給するＤＣ電源である。

【００１８】本発明実施例の欠陥診断方法では、非磁性
材料で被覆したまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁
性材料または加工によって磁性を帯びる材料からなるワ
ーク２０を欠陥診断装置１にセットし、磁場検出のため
に磁気センサ１０（たとえば、半導体ホールセンサを例
にとる）をワーク２０の表面に沿って、非接触で駆動装
置３０ａ、３０ｂにより自動的に移動させて走査し、各
測定点（走査線上にたとえば約５０μｍ間隔をもって位
置する多数の点）で、その位置でのワークｂ（磁性材料
または加工によって磁性を帯びる材料）の磁束密度を、
磁気センサ１０により検出し、電位差（ホール電圧）と
して出力する。それをデジタルボルトメータ６０で計測
し、コンピュータ７０に入力し、予め検量しコンピュー
タ７０に格納してあるホール効果素子のＶ−Ｂ（電圧−
磁束密度）校正曲線から磁束密度に変換する。同時に、
駆動装置３０ａ、３０ｂのモータに設けられているエン
コーダの出力を、診断位置の座標−磁束密度（Ｘ、Ｙ、
Ｂ）としてコンピュータに入力する。ここまでの処理は
コンピュータ７０で行なう。

【００１９】上述の診断位置の座標−磁束密度のデータ
は、予めコンピュータ７０に入力されている画像解析ソ
フトウエアによって、マトリックス（図７参照）に展開
されるとともに、ワークの等磁線図が作成される（図６
参照）。診断は、具体的には図１の磁気センサ１０をモ
ータ３０ａ、３０ｂにより、各ワーク２０について予め
設定された範囲を予め設定されたピッチ（たとえば、約
５０μｍ）で、走査することにより行う。ワーク２０が
地面に対し垂直にセッティングされている状態では、た
とえば図４および図５に示すように、磁気センサ１０
を、垂直、水平方向の始点から、まず水平方向に水平移
動モータ３０ａにより移動させ、ピッチ分離れた各測定
点で磁束密度を検出することを、水平方向の端部（終
点）に到達するまで繰返し、水平方向の端部（終点）に
到達すれば他方の端部（始点）へ戻し、この時１ピッチ
分垂直方向に垂直移動モータ３０ｂにより移動させる。
この動作をワークの診断範囲の垂直方向終点まで繰返し
てワーク表面を走査させる。走査により得たセンサ出力
はコンピュータ７０に入力され、等磁線図が作成され
る。

【００２０】非磁性材料によって被覆されまたは非磁性
材料中に埋め込まれた、磁性材料または加工によって磁
性を帯びる材料からなるワーク２０に、微小亀裂がある
と、あるいは微小亀裂が発生すると、その周囲の磁気異
方性が乱れて、等磁線が他の部位に比べ密になったり、
等磁線間隔が密に（勾配が大に）なるので、亀裂部位を
等磁線図上で容易に把握できる。このようにして得られ
た等磁線図を、予め作成し保存されている基準等磁線図
と目視またはコンピュータ上で比較することによって、
亀裂の有無、大きさ、進行度を判定し、診断対象の非磁
性材料によって被覆されまたは非磁性材料中に埋め込ま
れた、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料か
らなるワークの余寿命を予想することができる。基準等
磁線図は、実際の構造材について、被覆材料、厚み等様
々な状態での基準ワークを用意し、無負荷の状態および
試験機で段階的に負荷を与えた状態、すなわち、破断に
至るまでの亀裂進展プロセスについて、初期の微視的
組織変化（微小すべり）、微小亀裂の発生、亀裂進
展、最終破断、の各段階の等磁線図を収集し、負荷応
力、負荷サイクル数をパラメータとして作成する。

【００２１】実験結果について以下に述べる。実験に用
いたワーク２０の磁性材料２０ｂは、平板材で、その形
状は図８のとおりである。材料成分は、Ｃ：０．０９
％、Ｓｉ：０．１２％、Ｍｎ：１．０２％、Ｐ：０．０
１８％、Ｓ：０．００３％、残部鉄および不純物であっ
た。測定は、磁性材料２０ｂに負荷を掛けない状態と、
磁性材料２０ｂにシェンク式平面曲げ疲労試験機によ
り、応力２８ｋｇ／ｍｍ²、応力比−１（完全両振
り）、速度２９．２Ｈｚの負荷を与えて５７．５万回平
面曲げを加え、微小な亀裂を発生させた状態とについて
行なった。

【００２２】測定は、図１の装置にワーク２０を取り付
け、常温（室温）で応力が集中するワークのくびれ部
（図９の斜線部）の長さ方向約２５ｍｍに対して０．２
ｍｍ間隔で測定を行った。同一形状、材料成分のワーク
２０を対象とした測定結果の等磁線図を図１０〜図１３
に示す。図１０、図１１は、磁性材料２０ｂを弾性の大
きな樹脂（非磁性材料２ｂ）に、深さ２ｍｍ、４ｍｍの
位置にそれぞれ埋め込み、無負荷の状態（亀裂なしの状
態）で測定した場合の磁性材料２０ｂの等磁線図であ
る。また、図１２、図１３は、磁性材料２０ｂを弾性の
大きな樹脂（非磁性材料２ｂ）に、深さ２ｍｍ、４ｍｍ
の位置に，それぞれ、埋め込み、その後負荷を付与し微
小亀裂が発生した状態で測定した場合の磁性材料２０ｂ
の等磁線図である。図１０、図１１の等磁線図は、磁性
材料２０ｂの加工時の応力を除けば一様である。これに
対して、図１２では縦軸目盛１２、横目盛１４の近辺に
不連続に色が変化した部分が見受けられ、この部分は等
磁気線が密に存在し、磁区構造が変化していることを示
している。磁性材料２０ｂの対応する箇所に微小な亀裂
が発生していることが確認された。

【００２３】図１３では、縦軸目盛９、横目盛１１〜２
０の近辺に色の変化した部分が見受けられ、図１２と同
様、この部分に磁区構造が変化していることを示してい
る。磁性材料２０ｂの対応する箇所に微小な亀裂が発生
していることが確認された。しかし、図１２に比べると
明瞭ではない。これから、実験に用いた樹脂について
は、厚み約４ｍｍが測定の限界である様に思われる。本
発明により、非磁性材料を被覆したまたは非磁性材料中
に埋め込んだ、磁性材料または加工によって磁性を帯び
る材料の劣化損傷の前兆を把握し、それにより診断が可
能であることが確認された。

【００２４】以上本発明の実施例について説明した。本
発明においては、被覆された材料が実施例の磁性材料以
外でも、加工によって磁性を帯びる材料であるオーステ
ナイト系ステンレス鋼や高Ｍｎ鋼などの非磁性材料の劣
化診断、加工誘起マルテンサイト変態や組織変化の検出
等にも適用可能である。本発明の診断装置は、橋梁等の
鋼構造物や稼働中の負荷がある構造材（たとえば、稼働
中の製造設備の構成材）について現場（オンサイト）で
の劣化の判定に適用できる。その場合の装置は図１と同
じである必要はなく、基本的な構成例としては、磁気セ
ンサ（たとえばホール効果素子）、磁気センサ駆動装置
（モータ）、コンピュータからなる。この技術の応用対
象として、非磁性の塗料、メッキ、ＣＶＤ(chemical va
pordeposition) などの各種蒸着によって厚膜コーティ
ングされた構造材、ＦＲＰなどの強化繊維（磁性体金
属）、被覆された電線、コンクリート中に埋め込まれた
鉄筋などが考えられる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の方法によれば、非磁性材料に
より被覆されまたは非磁性材料に埋め込まれた、磁性材
料または加工により磁性を帯びる材料からなるワークの
磁束密度を、電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利
用して磁界を検出する磁気センサを用いてワークに非接
触で検出し、検出された磁束密度により等磁線図を作成
できる。これにより、ワークにＸ線、超音波、磁力、電
流等を付加せずに、非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全
に、精度よく、磁性材料の欠陥状態等を診断できる。請
求項２の方法によれば、非磁性材料により被覆されまた
は非磁性材料に埋め込まれた、磁性材料または加工によ
り磁性を帯びる材料からなるワークの磁束密度を、電流
磁気電界効果または電磁誘導作用を利用して磁界を検出
する磁気センサを用いてワークに非接触で検出し、検出
された磁束密度により等磁線図を作成し、ワークの欠陥
有無を診断できる。これにより、ワークにＸ線、超音
波、磁力、電流等を付加せずに、非接触かつ非破壊で、
簡便かつ安全に、精度よく、磁性材料の欠陥有無を診断
できる。

【００２６】請求項３の方法によれば、非磁性材料によ
り被覆されまたは非磁性材料に埋め込まれた、磁性材料
または加工により磁性を帯びる材料からなるワークの磁
束密度を、電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用
して磁界を検出する磁気センサを用いてワークに非接触
で検出し、検出された磁束密度により等磁線図を作成
し、この等磁線図を、予め作成してデータベースに格納
してある基準等磁線図と比較して、ワークの欠陥有無を
診断できる。これにより、ワークにＸ線、超音波、磁
力、電流等を付加せずに、非接触かつ非破壊で、簡便か
つ安全に、精度よく、磁性材料の欠陥有無を診断でき
る。請求項４、５の方法によれば、非磁性材料により被
覆されまたは非磁性材料に埋め込まれた、磁性材料また
は加工により磁性を帯びる材料からなるワークの磁束密
度を、磁束密度が微小であっても極めて感度よく検出で
きる半導体磁気センサ（ホール効果素子）を用いて、ワ
ークに非接触で検出し、得られた検出信号をコンピュー
タへ入力する。ホール効果素子を用いるので、感磁面積
が極めて小さく、ワークの磁性材料、または加工により
磁性を帯びる材料の磁区とほぼ同じ大きさであるため、
極めて精度の高い等磁線図を作成できる。これによっ
て、Ｘ線、超音波、磁力、電流等をワークに付加せず
に、非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、高精度でワ
ークの欠陥状態等を診断できる。

【００２７】請求項６の装置によれば、非磁性材料によ
り被覆されまたは非磁性材料に埋め込まれた、磁性材料
または加工により磁性を帯びる材料からなるワークの表
面に沿って、電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利
用して磁界を検出する磁気センサを移動して検出したワ
ークの磁束密度から等磁線図を作成できる。これにより
Ｘ線、超音波、磁力、電流等をワークに付加せずに、非
接触、かつ非破壊で、簡便かつ安全、高精度に、ワーク
の欠陥状態等を診断できる。請求項７の装置によれば、
非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料に埋め込ま
れた、磁性材料または加工により磁性を帯びる材料から
なるワークの表面に沿って、電流磁気電界効果または電
磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気センサを移動
して検出したワークの磁束密度から等磁線図を作成し、
この等磁線図と、予め作成し、格納してある基準等磁線
図を比較することにより、Ｘ線、超音波、磁力、電流等
をワークに付加せずに、非接触、かつ非破壊で、簡便か
つ安全、極めて高精度に、ワークの欠陥有無等を診断で
きる。請求項８、９の装置によれば、非磁性材料により
被覆されまたは非磁性材料に埋め込まれた、磁性材料ま
たは加工により磁性を帯びる材料からなるワークの磁束
密度を、磁束密度が微小であっても極めて感度よく検出
できる半導体磁気センサ（ホール効果素子）を用いて、
ワークに非接触で検出し、得られた検出信号をコンピュ
ータへ入力する。ホール効果素子を用いるので、感磁面
積が極めて小さく、ワークの磁性材料、または加工によ
り磁性を帯びる材料の磁区とほぼ同じ大きさであるた
め、精度の高い等磁線図を作成できる。これによって、
Ｘ線、超音波、磁力、電流等をワークに付加せずに、非
接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、極めて高精度に、
ワークの欠陥状態等を診断できる。本発明は、被覆材が
無傷であっても、つまり、外観は問題なくても、内部の
磁性材料部分に亀裂があった時に、より効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の欠陥診断装置を示す系統図
である。

【図２】ホール効果素子の概略斜視図である。

【図３】ホール効果を示すホール効果素子の斜視図であ
る。

【図４】計測時におけるホール効果素子とワークとの位
置関係を示す側面図である。

【図５】計測時におけるホール効果素子の動きを示すホ
ール効果素子の斜視図である。

【図６】計測から等磁線図作成までの概略フローチャー
トである。

【図７】コンピュータにおける磁束密度と計測位置の記
録状態の模式図である。

【図８】実施例の測定に用いたワークを示す平面図であ
る。

【図９】実施例に用いたワークの測定部位を示すワーク
の平面図である。

【図１０】実施例の測定結果（負荷付与前、被覆厚み２
ｍｍ）を示す等磁線図である。

【図１１】実施例の測定結果（負荷付与前、被覆厚み４
ｍｍ）を示す等磁線図である。

【図１２】実施例の測定結果（負荷付与後、被覆厚み２
ｍｍ）を示す等磁線図である。

【図１３】実施例の測定結果（負荷付与後、被覆厚み４
ｍｍ）を示す等磁線図である。

【符号の説明】

１欠陥診断装置１０磁気センサ２０非磁性材料により被覆されたまたは非磁性材料中
に埋め込まれた、磁性材料または加工によって磁性を帯
びる材料（ワーク）２０ａ非磁性被覆材料２０ｂ磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料３０ａ水平移動モータ３０ｂ垂直移動モータ６０デジタルボルトメータ７０コンピュータ８０ＤＣ電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電流磁気電界効果または電磁誘導作用を
利用して磁界を検出する磁気センサを、非磁性材料によ
り被覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材
料または加工によって磁性を帯びる材料からなるワーク
の表面に沿って移動させ、コイル等による励磁を行わな
いで該磁気センサにより所定ピッチで前記ワークの損
傷、劣化による磁区の移動に伴う見かけの自発磁化量で
ある磁束密度を検出する検出工程と、前記磁気センサの出力をコンピュータに入力し、該コン
ピュータにより前記ワークの磁束密度の二次元または三
次元の濃淡または多色の等磁気線を作成する等磁線図作
成工程と、を有する欠陥診断方法。
【請求項２】前記等磁線図から前記ワークの欠陥の有
無を判定する判定工程を、さらに有する請求項１記載の
欠陥診断方法。
【請求項３】少なくとも欠陥の無いワークを用いて基
準等磁線図を予め作成しデータベースに格納する工程を
有し、前記判定工程で前記等磁線図を前記基準等磁線図と比較
して前記ワークの欠陥の有無を判定する、請求項２記載
の欠陥診断方法。
【請求項４】前記磁気センサが半導体磁気センサであ
る請求項１記載の欠陥診断方法。
【請求項５】前記半導体磁気センサがホール効果素子
である、請求項４記載の欠陥診断方法。
【請求項６】電流磁気電界効果または電磁誘導作用を
利用して磁界を検出する磁気センサと、非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料中に埋め込
まれた、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料
からなるワークの表面に沿って前記磁気センサを移動さ
せる駆動装置と、前記磁気センサに接続され、前記磁気センサが検出した
所定ピッチでのワークの磁束密度の出力からワークの磁
束密度の二次元または三次元の濃淡または多色の等磁気
線を作成する等磁線図作成プログラムをインストールさ
れたコンピュータと、からなる欠陥診断装置。
【請求項７】前記コンピュータには、前記等磁線図
を、少なくとも欠陥のないワークを用いて予め作成して
おいた基準等磁線図とを比較して、ワークの欠陥の有無
を判定する判定プログラムがさらにインストールされて
いる、請求項６記載の欠陥診断装置。
【請求項８】前記磁気センサが半導体磁気センサであ
る請求項６記載の欠陥診断装置。
【請求項９】前記半導体磁気センサがホール効果素子
である、請求項８記載の欠陥診断装置。