JP2003107056A - 漏洩磁束検出用磁界センサモジュール - Google Patents

漏洩磁束検出用磁界センサモジュール

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JP2003107056A JP2001299000A JP2001299000A JP2003107056A JP 2003107056 A JP2003107056 A JP 2003107056A JP 2001299000 A JP2001299000 A JP 2001299000A JP 2001299000 A JP2001299000 A JP 2001299000A JP 2003107056 A JP2003107056 A JP 2003107056A
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Hideki Matsuda
秀樹 松田
Shuji Naito
修治 内藤
Manabu Kuninaga
学 國永
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄板鋼板など幅広の強磁性材料の表面および
内部の微細な欠陥を、製品検査ラインでオンライン検出
する漏洩磁束探傷するに際して、磁界センサーであるホ
ール素子のリフトオフが小さく、また隣接するホール素
子間隔を小さくして、材料全面の欠陥を高感度に検出す
ること。 【解決手段】 絶縁性基板または半導体基板面上に半導
体薄膜を生成し、前記基板の表面で前記半導体薄膜に導
通し、表裏それぞれ導通するように前記基板の表裏4個
所に、メタライズした2対の電極を設けたホール素子を
用いた漏洩磁束検出用磁界センサモジュールであって、
複数個の前記ホール素子をプリント基板上に一定間隔で
列状に一列あるいは多数列配置するとともに、前記プリ
ント基板上で前記2対の電極を前記ホール素子の電源と
信号用配線にそれぞれ接続したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性金属板に磁
界を印加して、当該強磁性金属板の内部または表面にあ
る欠陥に起因する漏洩磁束を、当該金属板の表面に対向
配置した半導体磁界センサーで検出することで、欠陥を
検知する漏洩磁束探傷法に用いる検出用磁界センサモジ
ュールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から強磁性体材料内部の欠陥の探傷
方法として種々の非破壊検査法が実用化されており、強
磁性材料の形状や存在が予想される欠陥の種類に応じて
適切な探傷方法が採用されている。よく知られている探
傷方法としては、超音波探傷法、放射線透過法、漏洩磁
束探傷法がある。製鉄プラントの薄板製品検査ライン等
で表面あるいは浅いところにある内部欠陥を検出すると
きには、検出感度や測定の簡便さから漏洩磁束探傷法が
用いられることが多い。
【0003】通常の漏洩磁束探傷では、図2ように強磁
性材料1に磁化器2で磁界を印加して、強磁性材料1の
内部に磁束3を発生させる。内部欠陥によって表面に現
れる漏洩磁束5を磁界センサー6で検出し、出力電圧を
信号処理部で内部欠陥の有無・大きさを評価する。その
際、磁界センサー6のリフトオフLは小さいほど出力電
圧が大きくなり、内部欠陥の検出性能が向上する。漏洩
磁束を検出する磁界センサーとしては、軟磁性材料にコ
イルを巻いた電磁誘導タイプセンサー、軟磁性薄膜で構
成された磁気抵抗素子(MR素子)や半導体磁界センサ
ーの一つであるホール素子を用いることが多い。
【0004】図2に示されているように、漏洩磁束の検
出する磁界センサー6には内部欠陥による漏洩磁束5以
外に、磁化器2や強磁性材1の磁気特性の位置によるバ
ラツキによって浮遊磁束8も印加されている場合が多
い。浮遊磁束8が漏洩磁束5よりも遥かに大きくて、微
小な内部欠陥を検出する障害になることがある。浮遊磁
界8の向きは主として水平方向であるので、垂直方向に
のみ感度を有する電磁誘導タイプ磁界センサーを用いた
り、磁界センサー6を軟磁性材料板で作った磁気シール
ドで覆って浮遊磁界を低減することが行われている(特
開平7−72122号公報)。しかしながら、電磁誘導
タイプなどの軟磁性材料を用いた磁界センサーは、高感
度なものほど磁気飽和しやすいので使用しにくいことが
多かった。
【0005】また、製鉄プラントなどの薄板製品検査ラ
インで幅の広い部分の漏洩磁束探傷をするときには、多
数の磁界センサーを並べた磁界センサモジュールを用い
られることが多い。このとき磁化器2は幅広の被検査材
を均一に磁化する必要があるが、こうした磁化器は大規
模で高価格であった。軟磁性材料以外の磁界センサーと
して半導体のホール効果を利用するホール素子が用いら
れることが多い。ホール素子は半導体の一方向に直流電
流を流して、外部磁界によって電流の方向と直交する方
向に電圧が発生する素子である。その磁界感度は0.1
ガウス程度以上であり、数千ガウス程度にわたり線形な
感度を持っている。したがって、大きな浮遊磁界下で微
弱な漏洩磁界を検出するのに適している。しかしなが
ら、図3に示すように通常のホール素子は半導体薄膜で
構成されるホールチップ9と電極11、12、13、1
4を金属製の細線で結線し(ワイヤーボンディング)、
樹脂でモールドしたプラスチックパッケージ10で使用
されることが多い。市販されているホール素子のプラス
チックパッケージの外形寸法は小さいものでも3mm角、
0.6mm厚程度である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、薄板製品検査ラ
インでは微細な内部欠陥を検出する必要性が大きい。磁
界センサモジュール中の磁界センサーのリフトオフは小
さいほど検出性能が向上し、また各磁界センサーの間隔
は1mm程度に小さくすれば未検出内部欠陥を低減するこ
とができる。本発明は、幅広の強磁性材料の表面および
内部の微細な欠陥を、製品検査ラインでオンライン検出
する漏洩磁束探傷するに際して、ホール素子のリフトオ
フが小さく、また隣接するホール素子間隔を小さくし
て、材料全面の欠陥を高感度に検出することを課題とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、ワイヤーボンディングをしな
い裸のホール素子(以下ではチップ形ホール素子)を電
気配線したプリント基板上に単一または複数列配置す
る。すなわちホール素子としては、真空蒸着などの方法
で絶縁性基板または半導体基板面上にInSbなどの半
導体薄膜を成膜したものを用いる。このさい半導体薄膜
の厚さは通常のプラスチックモールドのホール素子と同
様でよい。ワイヤーボンディングで電極を引き出さなく
てもよいように、基板の表裏にそれぞれ4箇所をメタラ
イズして電極を設けておき、表裏の対応する4対の電極
は導通させる。半導体薄膜の化学的腐食や機械的損傷を
防ぐために表面は樹脂等絶縁性材料で被覆しておく。基
板の形状は円筒形でも直方体形でもよいが、直方体の方
がいわゆる表面実装タイプの電子回路用抵抗と同形で取
り扱いが容易である。
【0008】このように製作したチップ形ホール素子の
寸法は1mm角程度である。より小さくすることは可能で
あるが、小さすぎて取り扱いがむずかしくなる。一方、
より大きくするとホール素子間隔が広がる。チップ形ホ
ール素子を電気配線したプリント基板上での配置につい
ては、ホール素子間隔が大きくても良いときには一列で
配置できるが、間隔が小さいときには複数列に並べて各
列を列方向に若干ずらせる。製品検査ラインでは製品が
連続的に移動するので、実質的な素子間隔は各列内の素
子間隔を列数で除した値にすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明を図4、図1に基づき詳細
に説明する。チップ形ホール素子としては、真空蒸着な
どの方法で絶縁性基板または半導体基板面上15にIn
Sbなどの半導体薄膜18を成膜したものを用いる。こ
のさい半導体薄膜18の厚さは通常のプラスチックモー
ルドのホール素子と同様でよい。ワイヤーボンディング
で電極を引き出さなくてもよいように、基板の表裏にそ
れぞれ4箇所をメタライズして電極16、17を設け
て、表裏の対応する4対の電極は導通させる。半導体薄
膜の化学的腐食や機械的損傷を防ぐために表面は樹脂等
絶縁性材料で被覆しておく。基板の形状は円筒形でも直
方体形でもよいが、直方体の方がいわゆる表面実装タイ
プの電子回路用抵抗と同形で取り扱いが容易である。
【0010】このように製作したチップ形ホール素子の
寸法は1mm角程度である。より小さくすることは可能で
あるが、小さすぎて取り扱いがむずかしくなる。一方よ
り大きくするとホール素子間隔が広がる。望ましい寸法
は0.7mm以上2.0mm以下である。
【0011】図1に示すように、チップ形ホール素子2
1を電気配線したプリント基板22に配置する。プリン
ト基板は配線が交錯するので多層基板とする。チップ形
ホール素子21は一定間隔Pに並べ、列の数は一列また
は多数列Nとする。多数列のときは各列を列方向にP/
Nずらせる。すなわち、磁界センサモジュールの幅方向
について、ホール素子の実効的間隔がP/Nとすること
ができる。
【0012】ホール素子をマウントした基板面は欠陥検
出する強磁性材料に対向させるので電源ラインおよび信
号ラインは基板裏側から引き出す。図4に示したように
各ホール素子には一対の電源ラインと一対の信号ライン
を取り付ける。電源19はホール素子の材質に応じて定
電圧または定電流とする。信号ラインは差動増幅器20
に接続して検出電圧を得る。
【0013】磁界感度を十分大きくするには、ホール素
子に流す直流電流値は5mA程度が必要である。たとえ
ば、100mm幅のモジュールで1mm間隔でホール素子を
配置すると全体で電流値は500mAにもなり、1W程度
の熱が発生する。プリント基板には、放熱のために熱伝
導層として銅などの非磁性高熱伝導金属層23を基板内
に設ける。
【0014】多層プリント基板に配列したチップ形ホー
ル素子は、移動する強磁性材料に近接して欠陥検出を行
う。被検査材である強磁性材料の接触時の損傷を防止す
るために図5に示すように、チップ形ホール素子21を
高分子樹脂24で覆う。さらに非磁性金属薄板25をカ
バーとして取り付けても良い。
【0015】
【実施例】チップ形ホール素子64個を2列に配列し
た、64ch漏洩磁束検出用磁界センサモジュールを製作
した。図6にこのモジュールの概略図を示す。チップ形
ホール素子はパイオニア精密株式会社製ホール素子LP
H1002を用いた。当該ホール素子の外形寸法は0.
9mm×1.55mm×0.35mmであった。ホール素子の
列内間隔は1mm、列間隔は2.7mmで、ホール素子短辺
を配列方向と平行にして厚さ1.6mmの多層ホール素子
用プリント基板22上に千鳥状に並べた。
【0016】64個のホール素子の磁界検出電圧は、上
記と異なる増幅用プリント基板26上にマウントした6
4個の差動増幅器でそれぞれ増幅した。ホール素子用お
よび増幅用プリント基板22、26をアルミ製筐体27
に収納した。ホール素子の感磁面はアルミ筐体端部から
0.1mm内側になるようにし、高分子樹脂(UV硬化樹
脂)24を充填した。また、アルミ製筐体27の端部を
ホール素子用プリント基板22上のホール素子より高く
してホール素子ガード部28を構成し、被検査材とホー
ル素子との接触を防止した。このホール素子ガード部2
8は、プリント基板のホール素子を配置した面の端部に
設けることによりモジュール単位でホール素子を保護す
ることもできる。
【0017】64ch漏洩磁束検出用磁界センサモジュー
ル1台で、幅64mm、厚さ0.3mmの鋼板に放電加工で
あけた0.1mmφピンホールの検出試験をした。漏洩磁
束検出電圧において、遮断周波数10kHz のローパスフ
ィルターを通した後で、S/Nが10以上でピンホール
を検出することができた。本実施例ではモジュール1台
を使用したが、より幅広の鋼板を全幅にわたって一度に
検査する場合には、上記のホール素子に適用した考え方
をモジュールに適用し、モジュールを複数列として鋼板
の幅方向に千鳥状に配置すれば良い。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、薄板鋼板など幅広の強
磁性材料の表面および内部の微細な欠陥を、製品検査ラ
インでオンライン検出する漏洩磁束探傷するに際して、
ホール素子のリフトオフを0.2mm以下に小さくでき、
また隣接するホール素子間隔を1mm以下に小さくするこ
とができて、微小な表面キズや内部欠陥を幅方向全面
に、見逃しを少なく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるチップ形ホール素子の配置図。
【図2】一般的な漏洩磁束探傷法の概略図。
【図3】通常のプラスチックパッケージホール素子の説
明図。
【図4】本発明におけるチップ形ホール素子の駆動方法
の説明図。
【図5】漏洩磁束検出用ホール素子磁界センサモジュー
ルの断面図。
【図6】実施例における64chホール素子モジュールの
概略図。
【符号の説明】
1 強磁性材料(被検査材) 2 磁化器 3 磁束 4 内部欠陥 5 漏洩磁束 6 磁界センサー 7 信号処理部 8 浮遊磁束 9 ホールチップ 10 プラスチック
パケージ 11、14 電源用電極 12,13 信号
用電極 15 基板 16a、16b
信号用電極 17a、17b 電源用電極 18 半導体薄膜 19 直流電源 20 差動増幅器 21 チップ形ホール素子 22 ホール素子
用プリント基板 23 非磁性高熱伝導層 24 高分子樹脂
層 25 非磁性金属薄板 26 増幅用プリ
ント基板 27 筐体 28 ホール素子
ガード部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國永 学 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Fターム(参考) 2G017 AA01 AD53 2G053 AA11 AB22 BA02 BA15 BB11 CA05 CA18 CB12 DA01 DB03 DB09 DB10

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板または半導体基板面上に半導
    体薄膜を生成し、前記基板の表面で前記半導体薄膜に導
    通し、表裏それぞれ導通するように前記基板の表裏4個
    所に、メタライズした2対の電極を設けたホール素子を
    用いた漏洩磁束検出用磁界センサモジュールであって、
    複数個の前記ホール素子をプリント基板上に一定間隔で
    列状に一列あるいは多数列配置するとともに、前記プリ
    ント基板上で前記2対の電極を前記ホール素子の電源と
    信号用配線にそれぞれ接続したことを特徴とする漏洩磁
    束検出用磁界センサモジュール。
  2. 【請求項2】 前記一定間隔をP、列数をNとし、多数
    列配置するときに、各列を列方向にP/Nずらせて配置
    したことを特徴とする請求項1記載の漏洩磁束検出用磁
    界センサモジュール。
  3. 【請求項3】 前記漏洩磁束検出用磁界センサモジュー
    ルのプリント基板の厚み方向中間部に非磁性高熱伝導金
    属層を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の
    漏洩磁束検出用磁界センサモジュール。
  4. 【請求項4】 前記プリント基板のホール素子を配置し
    た面を高分子樹脂で覆ったことを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか1項に記載の漏洩磁束検出用磁界センサモ
    ジュール。
  5. 【請求項5】 前記高分子樹脂で覆った層の上面にさら
    に非磁性金属薄板のカバーを設けたことを特徴とする請
    求項4に記載の漏洩磁束検出用磁界センサモジュール。
  6. 【請求項6】 前記プリント基板のホール素子を配置し
    た面の端部にホール素子の厚みより高いガードを設け、
    ホール素子が被検査材と接触しないようにしたことを特
    徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の漏洩磁束
    検出用磁界センサモジュール。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の漏
    洩磁束検出用磁界センサモジュールを鋼板の幅方向に、
    千鳥状に複数個配置したことを特徴とする鋼板の欠陥検
    査用検出端。
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