JP2007322176A - 磁気探傷装置、及びその漏洩磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、磁気探傷装置と薄鋼板との接触があっても、ストリップに疵を付けたり、磁気探傷装置を故障させたりすることが無く、且つ、微小な欠陥が検出可能な磁気探傷装置及びその漏洩磁気センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 薄鋼板の欠陥によって生じる漏洩磁束を、前記薄鋼板と近接対面して検出する磁性素子１と、一方の端面部を前記磁性素子の磁気感受面に密着させ、他方の端面部を前記薄鋼板の表面に近接対面させて設けられ、前記漏洩磁束を前記磁気感受面に集束させる軟質磁性特性を備えた磁性繊維からなる磁性繊維集束体２と、前記磁性素子の前記磁気感受面の後方に設けられる軟質磁性体板３とを備えたことを特徴とする磁気探傷装置の漏洩磁気センサ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気探傷装置に係り、特に、薄鋼板の欠陥部によって生じる漏洩磁束を検出する磁気探傷装置、及びその漏洩磁気センサに関する。

従来、食缶等の材料となるブリキ板等のストリップ（薄鋼板）の表層，及び内部に存在する微小な欠陥の検出装置として、その欠陥部によって生じる漏洩磁束を検出して欠陥の存在を判定する磁気探傷装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

この装置の検出部の構成を図５に示す。図５において、半導体磁気センサ１２、軟質磁性体１４及びストリップ１０を磁化するための磁化コイル２２が巻かれた磁化ヨーク２４は、一体化された検出部２０とされ、ストリップ１０を矢印方向に搬送する非磁性ロール１１の近傍に配置される。

また、磁化コイル２２に直流電流を流すと、磁化ヨーク２４によりストリップ１０が磁化され、該ストリップ１０に介在物や表面疵があると、漏洩磁束が発生する。

この漏洩磁束は、その磁気感受面１２Ａより大きな軟質磁性体１４に引き寄せられ、これらに挟まれた半導体磁気センサ１２の磁気感受面１２Ａを集中的に横切ることで、１個当りのセンサの検出幅が広くるとしている。

半導体磁気センサ１２の詳細な構造は、図６に示されるように、フェライト等の軟質磁性体１２Ｂの表面にホール素子等の感磁性素子１２Ｃを配置するとともに、ホール素子などの感磁性素子１２Ｃの磁気感受面１２Ａに密着してフェライトなどの軟質磁性体１２Ｄを配置して、フェライト等の軟質磁性体１２Ｂ、１２Ｄでホール素子等の感磁性素子１２Ｃを挟み込んでいる。

これにより、磁気感受面１２Ａを保護すると共に、漏洩磁束を磁気感受面１２Ａに対し垂直方向に横切らせて感度を更に改善することができるとしている。

しかしながら、微小な欠陥を検出するためには、半導体磁気センサ１２とストリップ１０との相対距離（リフトオフと言う）を１ｍｍ以下に近接させて設置する必要がある。

しかしながら、フェライト等の軟質磁性体１２Ｄは、走行するストリップ１０と同程度の金属板で成形されているために、ストリップ１０の形状不良によって１ｍｍ以上の凹凸が発生すると、この凹凸部分が軟質磁性体１２Ｄに接触し、ストリップ１０の表面に疵が付くことで不良品が大量に発生したり、半導体磁気センサ１２が故障したりする問題がある。

また、半導体磁気センサには、化合物半導体を使用して高感度化を実現する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−１９５９８４号公報（図１、第１頁） 特開２００４−１５８６６８号公報（図１、第１頁）

以上述べたような、従来の磁気探傷装置は、微小な欠陥を検出しようとするとリフトオフを小さくする必要があるため、磁気探傷装置とストリップとの接触が避けられない問題がある。

本発明はこのような磁気探傷装置とストリップとの接触があっても、ストリップに疵を付けたり、磁気探傷装置を故障させたりすることが無く、且つ、微小な欠陥が検出可能な磁気探傷装置及びその漏洩磁気センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による磁気探傷装置は、薄鋼板を走行方向に磁化し、この薄鋼板の内部及び表層部の欠陥部によって生ずる漏洩磁束を、前記薄鋼板の幅方向に漏洩磁気センサを複数並べて検出し、前記薄鋼板の欠陥部を検出する磁気探傷装置であって、前記漏洩磁気センサは、前記薄鋼板の欠陥部から漏洩される漏洩磁束を、前記薄鋼板に近接対面して検出する磁性素子と、一方の端面部を前記磁性素子の磁気感受面に密着させ、他方の端面部を前記薄鋼板の表面に近接対面させて設けられ、前記漏洩磁束を前記磁気感受面に集束させる軟質磁性特性を有する磁性繊維からなる磁性繊維集束体と、前記磁性素子の前記磁気感受面の後方に設けられる軟質磁性体板とを備えたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による磁気探傷装置の漏洩磁気センサは、漏洩磁束を検出する漏洩磁気センサであって、薄鋼板の欠陥によって生じる漏洩磁束を、前記薄鋼板と近接対面して検出する磁性素子と、一方の端面部を前記磁性素子の磁気感受面に密着させ、他方の端面部を前記薄鋼板の表面に近接対面させて設けられ、前記漏洩磁束を前記磁気感受面に集束させる軟質磁性特性を備えた磁性繊維からなる磁性繊維集束体と、前記磁性素子の前記磁気感受面の後方に設けられる軟質磁性体板とを備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、磁性素子を磁性繊維集束体及び軟質磁性体板で挟み、漏洩磁束を磁気感受面に集束させるようにしたので、磁気探傷装置と薄鋼板との接触があっても、薄鋼板に疵を付けたり、磁気探傷装置を故障させたりすることが無く、且つ、微小な欠陥が検出可能な磁気探傷装置及びその漏洩磁気センサを提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、漏洩磁気センサ７の構成図で、薄鋼板１０の走行方向の側面から見た断面図である。

また、図２は、漏洩磁気センサ７を使用した磁気探傷装置の検出部の全体の配置を示す概略構成図である。

図２において、磁気探傷装置の検出部１５は、非磁性ロール１１に巻きつけられ、矢印方向に走行する薄鋼板１０を磁化するためのヨーク１４に巻きつけられた磁化コイル１３を備える。

磁化ヨーク１４の両端面部は、薄鋼板１０が所定の磁束密度以上で磁化される様に、薄鋼板１０の走行方向に所定の間隔で、また薄鋼板１０の表面と所定の距離に近接して配置される。

磁化ヨーク１４の両端部間の中央部には、幅方向に並べられた複数の漏洩磁気センサ７が配置され、この複数の漏洩磁気センサ７を覆うように成形されたパーマロイ等の高透磁率の磁気シールド板８が備えられ、これらが磁化コイル１３、磁化ヨーク１４と一体化されて磁気探傷装置の検出部１５を構成する。

そして、磁化コイル１３に所定の直流電流を流すと、磁化ヨーク１４により薄鋼板１０が磁化され、該薄鋼板１０に介在物や表面疵があると、この部分に漏洩磁束が発生する。漏洩磁気センサ７でこの漏洩磁束を検出して、欠陥の有無を判定する。

次に、漏洩磁気センサ７の構成に付いて図１を参照して説明する。漏洩磁気センサ７は、漏洩磁束に感応して電気信号に変換する磁性素子１と、薄鋼板１０の表層欠陥１０ａによって漏洩された磁束を磁性素子１の感磁性半導体素子１ｂの磁気感受面Ａに集束させる磁性繊維集束体２と、磁性素子１の磁気感受面Ａと反対側の面に密接して設けられるフェライト等の軟質磁性体板３とからなる。

磁性素子１は、ホール素子等の感磁性体素子１ｂと感磁性体素子１ｂからの信号を処理する集積回路部１ａとからなり、薄板状に成形される。感磁性体素子１ｂは、ＩｎＳｂ等の化合物半導体と、この化合物半導体の出力信号を処理する集積回路部１ａ上に一体で成形すれば、より高感度で薄型に成形することも可能である（例えば、特許文献２参照。）。

また、磁性繊維集束体２は、数ミクロンの磁化性微粉末物質を含んだ１０μΦ以下の径の糸からなる磁化繊維を所定の集束体に成形して作られる。

詳細には、磁性繊維集束体２の両端部面は、異なる矩形の形状に成形され、一方の薄鋼板１０に対面する底部端部面Ｓｂの形状の方が大きく、他方の上部端部面Ｓｔは感磁性半導体素子１ｂの磁気感受面Ａの形状に適合するように、底部端面Ｓｂの密度は粗く、上部端部面Ｓｔの形状は密に配列される。

また、磁性繊維集束体２の底部端面Ｓｂから磁気感受面Ａまでの間の高さＤ２(磁性繊維集束体２の長さに相当)は、薄鋼板１０の形状が不良となった場合でも磁気感受面Ａと接触しないように、少なくとも５ｍｍ程度の距離が確保できる長さとしておく。

そして、上部端部面Ｓｔは、磁気感受面Ａに密接するように固定され、さらに、磁性素子１の磁気感受面Ａの反対側の後部面Ｂには、磁気感受面Ａ相当の形状のフェライト等の軟質磁性体板３が密接して固定される。

このように成形された、薄鋼板１０と所定の距離Ｄ１(リフトオフ)で図の間隔をおいて図３に示すように幅方向に所定の間隔で複数並べて支持板７ａに固定され、検出部１５の中央部に一体で、薄鋼板１０の通板位置との相対距離が変動しないように固定される。

次に、薄鋼板１０の表層部で発生する漏洩磁束と、その漏洩磁束を検出するための各部の磁気特性の設定について説明する。

磁化コイル１３には、薄鋼板１０の磁束密度が２Ｔ（テスラ）相当に磁化されるような電流を流しておく。そして、この時、検出したい表層部欠陥によって発生する漏洩磁束が得られる模擬欠陥として予め検証された、例えば、０．１ｍｍΦの貫通孔を薄鋼板１０に空けたものを用意する。

そして、磁性繊維集束体２の底部端部面Ｓｂの形状は、予め知られている表層欠陥から発生する漏洩磁束の分布領域をカバーするように、例えば、３ｍｍ^２の形状に成形する。

そして磁性繊維集束体２及び軟質磁性体板３の透磁率は、空間の透磁率より大きな１０００相当の材料を選定しておく。

次に、このように設定された磁気探傷装置の表層欠陥の検出性能について、図４を参照して説明する。

図４は、薄鋼板１０の板厚さが０．１５ｍｍ、この薄鋼板１０の磁束密度が２Ｔ相当になるように磁化し、この薄鋼板１０に空けられた０．１ｍｍΦの貫通孔と漏洩磁気センサ７との相対的な位置を、走行方向及び上下方向(リフトオフ)に変えたときの出力の変化を示したものである。

この時、漏洩磁気センサ７は、感磁性半導体素子１ｂとして１ｍｍ^２の磁気感受面を持つホール素子を使用したものである。

また、この磁性繊維集束体２の一方の上部端面Ｓｔを、１０μΦ相当の磁気繊維を束ね、１００００本（１００×１００）を磁気感受面Ａの形状に適合するように密に、他方の下部端面Ｓｂを３ｍｍ^２の形状になるように疎に集束し、長さ（Ｄ２）を５ｍｍに成形しておく。この磁性繊維集束体２の透磁率は、予め、磁化性微粉末物質を調合し、透磁率が１０００以上となる磁性繊維糸とし、これを成形集束する。

また、軟質磁性体板３はフェライト鋼板で、透磁率が１０００以上で、磁気感受面Ａよりも大きな形状に成形する。

図４（ａ）は、このように設定された漏洩磁気センサ７を薄鋼板１０との相対的距離Ｄ１(リフトオフ)を０．５ｍｍ離して、薄鋼板１０上の０．１ｍｍΦの貫通孔を走行方向に移動した時の出力を表示したものである。

この表から、欠陥の安定検出に必要なＳ／Ｎ比が３以上であるとすると、Ｓ／Ｎ比が３以上の走行方向での位置は、概略、漏洩磁気センサ７中心から±３ｍｍであるので、漏洩磁気センサ７は、幅方向に３ｍｍ程度離間して、６ｍｍピッチで配置しても欠陥の検出もれがないことが分る。

従って、磁性繊維集束体２の形状を変えることによって、検出範囲を拡大することが出来るので、幅方向に配置する漏洩磁気センサ７の数を減じることが出来る。

また、図４（ｂ）は、高さ方向の相対距離Ｄ１を０．５ｍｍから２．０ｍｍ変えたときの出力値の変化を示す。相対距離が１．５ｍｍ変動してもＳ／Ｎ比は３以上確保できていることが分る。

即ち、磁性体感受面Ａとは、５ｍｍ以上の距離を確保して、０．１ｍｍΦの貫通孔相当の漏洩磁束の欠陥はＳ／Ｎ比が３以上で検出可能であることが分る。

従って、薄鋼板１０の表面に凹凸部で磁性繊維集束体２と薄鋼板１０は接触しても、その凹凸部が漏洩磁気センサ７の磁性繊維集束体２の長さ以下であれば、磁性繊維集束体２は薄鋼板１０に疵をつけることが無く、また、凹凸部が漏洩磁気センサ７と接触して漏洩磁気センサ７を破損することも無い。

尚、本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、感磁性半導体素子１ｂ、磁性繊維集束体２、及び軟質磁性体板３の磁気特性、及びその形状は、検出すべき欠陥の大きさと、その漏洩磁束分布に応じて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜調整することが可能である。

本発明の漏洩磁気検出センサの断面図。 本発明の磁気探傷装置の検出部の構成図。 従来の漏洩磁気検出センサの配置図を示す外観斜視図。 本発明の漏洩磁気検出センサの模擬欠陥に対する検出特性。 従来の磁気探傷装置の検出部の構成図。 従来の半導体磁気センサの断面図。

符号の説明

１ 磁性素子
１ａ 集積回路部
１ｂ 感磁性半導体素子
２ 磁性繊維集束体
３ 軟質磁性体板
７ 漏洩磁気センサ
７ａ 支持板
８ 磁気シールド板
１０ 薄鋼板（ストリップ）
１０ａ 表層欠陥
１１ 非磁性ロール
１５、２０ 検出部
１３、２２ 磁化コイル
１４、２４ 磁化ヨーク

Claims (5)

1. 薄鋼板を走行方向に磁化し、この薄鋼板の内部及び表層部の欠陥部によって生ずる漏洩磁束を、前記薄鋼板の幅方向に漏洩磁気センサを複数並べて検出し、前記薄鋼板の欠陥部を検出する磁気探傷装置であって、
   前記漏洩磁気センサは、前記薄鋼板の欠陥部から漏洩される漏洩磁束を、前記薄鋼板に近接対面して検出する磁性素子と、
   一方の端面部を前記磁性素子の磁気感受面に密着させ、他方の端面部を前記薄鋼板の表面に近接対面させて設けられ、前記漏洩磁束を前記磁気感受面に集束させる軟質磁性特性を有する磁性繊維からなる磁性繊維集束体と、
   前記磁性素子の前記磁気感受面の後方に設けられる軟質磁性体板と
   を備えたことを特徴とする磁気探傷装置。
2. 前記磁性繊維集束体の両端面部の形状は、前記薄鋼板と対面する端面部の方を前記磁気感受面に密着する端面部の形状に比べて大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の磁気探傷装置。
3. 前記磁性体繊維集束体の長さを、前記薄鋼板と対面する前記磁性体繊維収束体の端面部との距離よりも長くしたことを特徴とする請求項１に記載の磁気探傷装置。
4. 前記漏洩磁気センサの周囲を覆う軟質磁性体板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気探傷装置。
5. 漏洩磁束を検出する漏洩磁気センサであって、
   薄鋼板の欠陥によって生じる漏洩磁束を、前記薄鋼板と近接対面して検出する磁性素子と、
   一方の端面部を前記磁性素子の磁気感受面に密着させ、他方の端面部を前記薄鋼板の表面に近接対面させて設けられ、前記漏洩磁束を前記磁気感受面に集束させる軟質磁性特性を備えた磁性繊維からなる磁性繊維集束体と、
   前記磁性素子の前記磁気感受面の後方に設けられる軟質磁性体板と
   を備えたことを特徴とする磁気探傷装置の漏洩磁気センサ。

Images