JP2017090185A - 渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、探傷精度を高めると共に探傷深さを深くすることができ、小型化を達成できる渦電流探傷プローブ及びこれを具えた渦電流探傷装置を提供する。【解決手段】本発明に係る渦電流探傷プローブ１０は、磁性材料からなり、先端が同方向に突出する第１脚部２２及び第２脚部２４と、前記第１脚部と前記第２脚部を磁気的に接続する連繋部２６と、前記連繋部から前記第１脚部及び前記第２脚部と同方向に突出するとともに、前記第１脚部と前記第２脚部の間に形成されるティース部２８とを含むコア２０と、前記ティース部に対して前記第１脚部側に巻回される第１励磁コイル３０と、前記ティース部に対して前記第２脚部側に巻回される第２励磁コイル３２と、前記ティース部に巻回される検知コイル３４と、を具える。【選択図】図５

Description

本発明は、磁性材料を含む管体などの被検部材を非破壊で検査する渦電流探傷装置用の渦電流探傷プローブに関するものであり、より具体的には、探傷精度を高め、小型化を達成することのできる渦電流探傷プローブ及びこれを具えた渦電流探傷装置に関するものである。

磁性材料を含む被検部材の欠陥を非破壊で検査する方法として、渦電流探傷法が知られている。渦電流探傷法では、１つの励磁コイルを巻回したコ字状のコアとコアの脚部間に被検部材に接近するよう配置された磁気センサとを具えるプローブが用いられている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１では、被検部材上でプローブを走査させしながら、励磁コイルに直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を印加して被検部材を通る磁気回路を形成する。そして、被検部材を通過する磁束に接近して磁気センサを配置し、被検部材に存する欠陥に起因して生ずる漏洩磁束と被検部材に生ずる渦電流の変化を磁気センサによって検出している。

特開２０１３−１６０７３９号公報

たとえば地中に埋設された水道管は、外面は地中に接しているため検査は内面から行なわなければならない一方、その内面には非磁性材料からなるモルタル等のライニングが施されている。従って、磁気センサを水道管の内面に接近した状態で走査しても、この非磁性材料部分がエアギャップとなって漏洩磁束や渦電流が減衰し、検出を難しくする問題があった。

また、水道管などの管体の検査では、水道管に連繋された空気弁からプローブを挿入し、水道管の内周方向及び長さ方向にプローブを走査させる必要がある。従って、プローブの大きさは、空気弁の内径や水道管の直径に制約を受けるから、プローブの小型化且つ高性能化が求められている。

本発明は、探傷精度を高めると共に探傷深さを深くすることができ、小型化を達成できる渦電流探傷プローブ及びこれを具えた渦電流探傷装置を提供することを目的とする。

本発明に係る渦電流探傷プローブは、
磁性材料からなり、先端が同方向に突出する第１脚部及び第２脚部と、前記第１脚部と前記第２脚部を磁気的に接続する連繋部と、前記連繋部から前記第１脚部及び前記第２脚部と同方向に突出するとともに、前記第１脚部と前記第２脚部の間に形成されるティース部とを含むコアと、
前記ティース部に対して前記第１脚部側に巻回される第１励磁コイルと、
前記ティース部に対して前記第２脚部側に巻回される第２励磁コイルと、
前記ティース部に巻回される検知コイルと、
を具える。

前記コアの長さＬと前記ティース部の長さＬ１は、Ｌ＞Ｌ１であることが望ましい。

前記ティース部は、前記コアの長さ方向中央に形成することができる。

前記ティース部は、前記コアの長さ方向に所定間隔を存して複数形成され、
各ティース部に前記検知コイルが巻回される構成とすることができる。

前記ティース部は、前記コアの長さ方向の両端から離れた位置に形成することができる。

前記ティース部は、先端が幅方向に拡大した拡大部を有しており、
前記検知コイルは、前記連繋部と前記拡大部との間に巻回することができる。

前記第１励磁コイルは、前記第１脚部と前記ティース部との間の連繋部に巻回され、
前記第２励磁コイルは、前記第１脚部と前記ティース部との間の連繋部に巻回することができる。

前記コアは、電磁鋼板を長さ方向に複数積層して構成され、前記電磁鋼板は、前記第１脚部、前記連繋部及び前記第２脚部の形成された第１電磁鋼板と、前記第１脚部、前記連繋部、前記第２脚部及び前記ティース部の形成された第２電磁鋼板を含んでおり、
前記ティース部の突設されている部分は、前記第２電磁鋼板を積層して構成され、それ以外は前記第１電磁鋼板を積層して構成することができる。

前記第１脚部、前記第２脚部及び前記ティース部の少なくとも何れか１つの先端は、被検部材となる管体の内面形状に合わせた円弧形状とすることができる。

また、本発明の渦電流探傷装置は、
上記記載の渦電流探傷プローブと、
前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルに直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を同方向、同位相で印加する電源部と、
前記検知コイルに生ずる前記第１励磁コイルと前記第２励磁コイルの誘起電圧差分を検出する検出部と、
を具える。

上記記載の渦電流探傷装置は、管体に挿入される管調査装置であって、
前記管調査装置は、調査装置本体から管体の内面に向けて伸縮するアームを有し、
前記アームの先端に前記渦電流探傷プローブを具える構成とすることができる。

本発明の渦電流探傷プローブによれば、２つの励磁コイルによって被検部材に形成される磁気領域中に、コアに磁気的に接続されたティース部を配置している。そして、ティース部を通過する磁束を、ティース部に巻回された検知コイルによって直接検出するようにしているから、検出精度の向上を図ることができる。

また、本発明では、励磁コイルを２つとしているから、各々の励磁コイルを小型化して励磁コイルに生ずる抵抗の影響を小さくすることができ、渦電流探傷プローブの小型化を達成できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る渦電流探傷プローブを装着した管調査装置の断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る渦電流探傷プローブの斜視図である。 図３は、コアの斜視図であって、一部を破断して示している。 図４は、コアのティース部を通る長さ方向に沿う渦電流探傷プローブの断面図である。 図５は、コアのティース部を通る幅方向に沿う渦電流探傷プローブの断面図である。 図６は、コアを電磁鋼板の積層体により製作する要領を説明する図であって、図６（ａ）は第１電磁鋼板、図６（ｂ）は第２電磁鋼板、図６（ｃ）は渦電流探傷プローブの長さ方向に沿う断面図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る渦電流探傷装置の回路図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る渦電流探傷装置における渦電流探傷プローブの検出原理を示す説明図である。 図９は、図８に続く説明図である。 図１０は、図９の状態における被検部材表面の磁束の流れを説明する図である。 図１１は、図９に続く説明図である。 図１２は、ティース部を複数形成した渦電流探傷プローブの実施形態を示す断面図である。 図１３は、実施例１の測定結果を示すグラフである。 図１４は、実施例２に用いた渦電流探傷プローブ（コアのみ図示）の底面図である。 図１５は、実施例２の第１ティース部の測定結果を示すグラフである。 図１６は、実施例２の第２ティース部の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、図１に示すように、被検部材５０は、内面にセメントモルタルライニング５４の施された水道管５２を例示するが、被検部材５０はこれに限定されるものではない。

まず、本発明の渦電流探傷プローブ１０の使用例について説明する。図１は、渦電流探傷プローブ１０を装着した渦電流探傷装置１２の一実施形態である管調査装置６０の断面図である。図に示すように、管調査装置６０は、調査装置本体６１から水道管５２の内面に向けて回動及び伸縮するアーム６２の先端に装着される。管調査装置６０は、たとえば空気弁（図示せず）から水道管５２に挿入され、前方の空気弁と後方の空気弁間でワイヤ６４によって牽引することで、水道管５２内を回転しながら進行可能となっている。

渦電流探傷プローブ１０は、アーム６２に回動可能に支持されており、アーム６２を展開した状態で渦電流探傷プローブ１０が水道管５２の内面に当接し、ワイヤ６４の牽引により水道管５２の内面を走査する。なお、図示の管調査装置６０は、一例であり、その構成等は本発明を限定するものではない。

本発明の渦電流探傷プローブ１０の概要とその検出原理を簡単に説明する。詳細な説明は後述する。

本発明の一実施形態に係る渦電流探傷プローブ１０を図２乃至図５に示す。渦電流探傷プローブ１０は、磁性材料からなるコア２０に励磁コイル３０，３２、ティース部２８に検知コイル３４（図４及び図５）を直接巻回して構成することができる。なお、図では、渦電流探傷プローブ１０の要部構成のみを示し、管調査装置６０への取付構造や渦電流探傷プローブ１０に必要に応じて設けられるカバー等は省略している。また、図３では励磁コイル３０，３２は図示していない。

コア２０は、図３乃至図５に示すように、先端が同方向に突出する第１脚部２２と第２脚部２４を連繋部２６によって磁気的に接続している。コア２０の第１脚部２２と第２脚部２４との間には、連繋部２６から脚部２２，２４と同方向にティース部２８が磁気的に接続された状態で突設されている。

励磁コイル３０，３２と検知コイル３４は、図７に示すような回路に組み込まれ、各励磁コイル３０，３２に電圧を印加することで、励磁コイル３０，３２を流れる電流により磁界を形成し、図５及び図８に示すように、磁束Ｈ１と磁束Ｈ２を発生させる。これら磁束Ｈ１，Ｈ２は、コア２０と被検部材５０（図示せず）を周回し、連繋部２６に対して同方向に流れる磁束Ｈ（図９）を形成する。

励磁コイル３０，３２に大きな直流電圧と微小振幅の高周波交流電圧を重畳させて印加することで、コア２０には、図９に示すように、大きな直流磁界と交流磁界が重畳した磁束Ｈが生じる。その結果、この大きな直流磁界によって第１脚部２２と第２脚部２４との間の被検部材５０には、後述する図１０に符号αで示すように、磁気飽和領域が形成される。

一方、この磁気飽和領域αと対向する範囲にコア２０と磁気的に接続されたティース部２８が配置されている。当該箇所では、直流磁化によって被検部材５０が磁気飽和している。このため、被検部材５０の透磁率が低くなり、被検部材５０を通過する磁束Ｈを構成する磁束Ｈ１，Ｈ２の一部が、磁気抵抗の低いティース部２８を通過することになる。そして、ティース部２８を流れる磁束Ｈ１，Ｈ２の差分の磁束Ｈ’によって生ずる渦電流が、検知コイル３４に誘起電圧を発生させ、検知コイル３４にてその電圧値を測定することで、被検部材５０の欠陥の有無とその位置を特定する。

以下、渦電流探傷プローブ１０の具体的実施形態について説明する。

まず、コア２０について説明する。

コア２０は、磁性材料から形成する。コア２０に採用される磁性材料は、被検部材５０よりも最大透磁率μの高い材料とすることが望ましい。コア２０の磁性材料として、被検部材５０よりも最大透磁率μが７００００Ｈ／ｍ以上高い材料や、最大透磁率μが被検部材５０の１００００％以上である材料を例示できる。コア２０に好適な磁性材料として、電磁鋼板や軟磁性粉末材料等を挙げることができる。

コア２０は、図２乃至図５に示すように、同方向に突出する第１脚部２２及び第２脚部２４が連繋部２６によって接続された外観視略コ字状形状を例示できる。第１脚部２２と第２脚部２４は、コア２０の長さ方向の全長に亘って設けることができ、望ましくは、コア２０は断面対称形状となるように構成する。

コア２０の全体形状として、図３に示すように励磁コイル３０，３２の巻回方向（図中矢印βで示す）に沿うコア２０の長さをＬ、幅をＷとしたときに、Ｌ＞Ｗとすることが望ましく、Ｌ＞２Ｗとすることがさらに望ましい。Ｌを長く採ることで、後述する磁気飽和領域αは励磁コイル３０，３２の巻回方向βを長くなるから、ティース部２８を確実に磁気飽和領域αに対向させることができる。また、Ｗを短くすることで、第１脚部２２と第２脚部２４との間隔を狭めることができ、被検部材５０中の磁束の通過距離を短くして磁束の減衰を防止できる。

ティース部２８は、上記したとおり、第１脚部２２と第２脚部２４との間の連繋部から突設される。ティース部２８は、コア２０の長さ方向全長に亘って設けるのではなく、図３に示すように、コア２０の長さをＬ、ティース部２８の長さをＬ１としたときにＬ＞Ｌ１となるように構成することが好適である。また、ティース部はコアの長さ方向の両端から離れた位置に形成されることが好適である。これは、ティース部２８を磁気飽和領域α内に位置させて、被検部材５０からティース部２８又はティース部２８から被検部材５０に磁束Ｈ１，Ｈ２を好適に通過させるためである。Ｌ１は、検出したい欠陥Ｆの最小の大きさと同程度の長さとすることがより望ましい。

なお、ティース部２８をコア２０に１つのみ設ける場合には、図３及び図４に示すように、ティース部２８は、コア２０の長さ方向の略中央に形成することが好適である。ティース部２８をコア２０の両端から離して磁気飽和領域α内に確実に位置させるためである。一方、ティース部２８を複数設ける場合については、図１２を参照して後で説明するがこの場合であっても、コア２０の長さ方向の両端にはティース部２８を設けず、コア２０の両端から離し、第１脚部２２と第２脚部２４との間に形成される磁気飽和領域α内にティース部２８がすべて位置するようにし、漏れ磁束の影響を低減することが望ましい。

ティース部２８は、図３及び図５に示すように、先端が幅方向に拡大した拡大部２９を有する形状とすることが望ましい。拡大部２９を形成することで、被検部材５０との対向面積を大きくできるから、ティース部２８から被検部材５０又は被検部材５０からティース部２８に侵入する磁束を増大させることができる。また、ティース部２８は、連繋部２６と拡大部２９との間を細径化できるから、通過する磁束の密度を高めることができ、検知コイル３４による検知精度を向上させることができる。さらに、ティース部２８を細径化することで、ティース部２８と第１脚部２２、第２脚部２４の間隔を広げることができるから、励磁コイル３０，３２の巻回できるスペースを大きく採ることができる利点もある。

なお、第１脚部２２、第２脚部２４及びティース部２８は、被検部材５０にできる限り接近し、被検部材５０との間に不要なギャップが形成されないことが望ましい。従って、被検部材５０が水道管５２のように円環状である場合、第１脚部２２、第２脚部２４及びティース部２８は、被検部材５０の内面形状に合わせて、図５に示すように、先端を円弧状に加工することが好適である。なお、これらの形状や曲率は、被検部材５０に適宜合わせて決定すればよい。

コア２０の作製方法として、図６に示すように、形状の異なる２種類の電磁鋼板７０，７２を積層する方法を例示できる。図６（ａ）は、連繋部２６から第１脚部２２と第２脚部２４が同方向に突出するよう打ち抜かれた第１電磁鋼板７０であり、図６（ｂ）は、第１脚部２２と第２脚部２４との間にティース部２８が突出するよう打ち抜かれた第２電磁鋼板７２である。そして、図６（ｃ）に示すように、ティース部２８を形成する部分Ｌ１には、第２電磁鋼板７２を積層し、それ以外の部分は、第１電磁鋼板７０を積層すればよい。電磁鋼板７０，７２どうしは夫々接着、圧着、かしめ等によって接合できる。このようにコア２０を作製することにより、コア２０の長さＬやティース部２８の長さＬ１、さらにはティース部２８の数、間隔を自在に調整することができる。なお、コア２０は、磁性材料粉末の圧粉成形等、他の方法によっても形成できることは勿論である。

続いて、励磁コイル３０，３２及び検知コイル３４について説明する。励磁コイル３０，３２及び検知コイル３４は、導電線を絶縁被覆した線材を巻回して構成できる。

第１脚部２２とこれに連続する連繋部２６（以下「第１脚部側」と称する）には、図３の矢印β方向に沿って図２、図４及び図５に示すように、第１励磁コイル３０が巻回される。また、第２脚部２４とこれに連続する連繋部２６（以下「第２脚部側」と称する）には、第２励磁コイル３２が巻回される。また、ティース部２８には検知コイル３４が直接巻回される。

第１励磁コイル３０は、第１脚部側の連繋部２６のみに巻回し、第２励磁コイル３２は、第２脚部側の連繋部２６のみに巻回することが好適である。これにより、渦電流探傷プローブ１０の高さは高くなるが、幅を狭くすることができ、水道管５２の渦電流探傷において、空気弁を通過できるサイズとすることができる。

そして、第１励磁コイル３０と第２励磁コイル３２には、同方向に電流が流れるように電圧を印加し、第１励磁コイル３０によって第１脚部２２に発生する磁束Ｈ１と、第２励磁コイル３２によって第２脚部２４に発生する磁束Ｈ２が、ティース部２８では同じ大きさで逆向きに通過するように電圧を設定する。

その結果、第１励磁コイル３０は、印加された電圧により第１脚部側に図５及び図８に示すように磁束Ｈ１が発生する。また、第２励磁コイル３２は、印加された電圧により第２脚部側に図５に示すように磁束Ｈ２が発生する。励磁コイル３０，３２によって発生した磁束Ｈ１，Ｈ２は合成されて磁束Ｈ（図９参照）となり、第１脚部２２から被検部材５０、第２脚部２４及び連繋部２６を通って同方向に周回し、被検部材５０には、磁気飽和した磁気飽和領域α（図１０参照）が形成される。

磁束Ｈ１は、被検部材５０がティース部２８と対向している位置、磁束Ｈ２は、連繋部２６からティース部２８が分岐している位置で、夫々一部がティース部２８に流入する。そのティース部２８に流入する磁束Ｈ１と磁束Ｈ２の差分Ｈ’（図１１参照）を次に説明する検知コイル３４で検知する。

検知コイル３４は、ティース部２８に直接巻回され、ティース部２８に生ずる磁束の変化によって検知コイル３４に生ずる誘起電圧、すなわち、第１励磁コイル３０と第２励磁コイルの誘起電圧の差分を直接検出するコイルである。検知コイル３４は、ティース部２８に拡大部２９を設けている場合には、連繋部２６と拡大部２９の間に巻回する。検知コイル３４は、上記した励磁コイル３０，３２に比べて線径の細い材料を採用することで、その検知精度を高めることができる。

励磁コイル３０，３２と検知コイル３４は、図７に示すような回路に接続されて、渦電流探傷装置１２が構成される。励磁コイル３０，３２は夫々、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加可能な電源部であるバイポーラ電源４０に抵抗４２を介して接続される。バイポーラ電源４０は、発振器４４に接続され、重畳電圧の交流波形の位相が一致するように調整する。また、バイポーラ電源４０又は抵抗４２の調整によって、励磁コイル３０，３２に印加される重畳電圧の大きさが同じになるように設定する。

また、検知コイル３４は、抵抗４６と並列に接続されて検出部となる電圧計４８に連繋され、検知コイル３４に生じた誘起電圧を検知可能となっている。電圧計４８の測定結果は、図示省略するパソコン等に入力され、被検部材５０の欠陥の有無や位置の判断に用いることができる。

上記構成の渦電流探傷プローブ１０について、その検出原理を図８乃至図１１を参照して説明する。

まず、図８に示すように、渦電流探傷プローブ１０を被検部材５０に当接させる。そして、励磁コイル３０，３２にバイポーラ電源４０，４０から直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加すると、励磁コイル３０，３２の誘導電流によって、第１励磁コイル３０では、第１脚部２２、被検部材５０及び第１脚部側の連繋部２６を通る環状の磁束Ｈ１が発生する。また、第２励磁コイル３２では、第２脚部２４、第２脚部側の連繋部２６及び被検部材５０を通る環状の磁束Ｈ２が発生する。これら磁束Ｈ１，Ｈ２は、励磁コイル３０，３２の巻回方向や印加される電圧の向きを揃えることで合成されて、図９に示すように同方向に周回する磁束Ｈからなる磁気回路が構成される。

なお、図８等では、渦電流探傷プローブ１０を被検部材５０に当接させているが、渦電流探傷プローブ１０は、検出能を発揮できる範囲において被検部材５０に当接させずに近接させてもよい。

この磁束Ｈは、図１０に示すように、被検部材５０に対し、第１脚部２２と第２脚部２４との間で直流磁化によって磁気飽和した磁気飽和領域αを形成する。なお、磁気飽和領域αの周囲には漏れ磁束が発生している。

ティース部２８は、被検部材５０よりも透磁率μの高い材料で構成されているから、磁気抵抗の低いティース部２８には、被検部材５０を通過する磁束Ｈの一部が通過することになる。ティース部２８を通過する磁束Ｈ’は、第１励磁コイル３０及び第２励磁コイル３２により生ずる磁束Ｈ１，Ｈ２が同じ大きさで被検部材５０を通過することで、ティース部２８では、これら磁束Ｈ１，Ｈ２が同じ大きさで逆向きに通過することになり打ち消し合う。すなわち、被検部材５０に欠陥Ｆがなければ、図９に示すように、ティース部２８を通過する磁束は実質的にゼロになる。このとき、検知コイル３４では誘起電圧は生じないから電圧計４８の値もゼロである。

一方、被検部材５０に欠陥Ｆがあり、ティース部２８に流入する磁束Ｈ１と磁束Ｈ２に差が生じると、図１１に示すようにティース部２８には磁束Ｈ１と磁束Ｈ２の差分に応じた向きの磁束Ｈ’が発生し、この磁束によって生ずる渦電流により、検知コイル３４に誘起電圧が発生する。本発明によれば、この誘起電圧を測定することで、被検部材５０により生ずる磁束Ｈ１と磁束Ｈ２の変化を検知することができる。

より具体的には、磁束Ｈ１と磁束Ｈ２が互いに打ち消し合うよう構成された渦電流探傷プローブ１０を被検部材５０上で走査させる。たとえば、図１１に示すように被検部材５０に欠陥Ｆがあった場合、欠陥Ｆによって被検部材５０の断面積が減少するから、磁気飽和領域αに欠陥Ｆが入ると、欠陥Ｆ近傍の磁束密度が増加し、透磁率が減少する。これにより、磁束Ｈ２が減少して、磁束Ｈ１とのバランスが崩れる。その結果、磁束Ｈ１は、磁束Ｈ２よりも相対的に大きくなるから、ティース部２８には、図１１に示すように磁束Ｈ１と磁束Ｈ２の差分の磁束Ｈ’が生ずる。検知コイル３４には、この磁束Ｈ’の変化によって誘導電圧が発生し、その生じた誘導電圧（第１励磁コイル３０と第２励磁コイル３２の誘起電圧差分）が電圧計４８によって測定されることになる。そして、誘導電圧の変化とその大きさ及びそのときの渦電流探傷プローブ１０の位置によって、欠陥Ｆの大きさと位置を特定することができる。

本発明では、励磁コイル３０，３２を２つとすることで、励磁コイル３０，３２に生ずる抵抗の影響を小さくすることができ、より大きな電圧を印加することが可能となる。

加えて、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加することにより、発生する磁束を被検部材５０の深い位置まで通過させることができる。すなわち、交流電圧のみの印加であると、表皮効果の影響によって被検部材５０の表層のみまでしか磁束は到達しないが、直流電圧と交流電圧の重畳電圧により、被検部材５０の外面まで磁束を到達させることができる。また、被検部材５０とコア２０との間にライニングなどの磁気的にエアギャップとなるような層があっても、磁束を通過させることができる。従って、探傷深さを深くできると共に、探傷精度を高めることができる。

＜異なる実施形態＞
図１２は、複数のティース部２８をコア２０に形成した実施形態である。図に示すように、ティース部２８は、所定間隔Ｌ２毎に複数突設されている。コア２０の長さＬは、ティース部２８がＮ本存在する場合、ティース部２８どうしの間隔Ｌ２のＮ×Ｌ２＋（Ｎ−１）×Ｌ１倍以上とすることが好適である。コア２０の端部での磁束の回り込みにより、端部に位置するティース部２８での検知性能の低下を防止するためである。また、この場合、図１１で示した磁束密度の高い磁気飽和領域αにすべてのティース部２８が配置されるように、両側のティース部２８は、コア２０の端部から離れた位置に配置することが望ましい。複数のティース部２８には、夫々検知コイル３４を直接巻回し、夫々の誘導電圧を測定することで、欠陥Ｆの検知精度をより高めることができる。

以下の要領で渦電流探傷プローブ１０を作製して渦電流探傷装置１２を構成し、被検部材５０の渦電流探傷を行なった。

＜コア＞
長さＬ：２００．２ｍｍ
幅Ｗ：６２ｍｍ
磁性材料：３５Ａ３００製（ＪＩＳ Ｃ２２５２）の電磁鋼板（厚さ０．３５ｍｍ）を５７２毎積層
ティース部２８の長さＬ１：１０．１５ｍｍ（Ｌの約５％）

＜励磁コイル３０，３２＞
材質：銅（ポリイミドなどの樹脂の絶縁被覆）
線径：１．０ｍｍ
巻き数：１７０ターン
占積率（ＷＲ）：５１％
抵抗：２．０Ω

＜検知コイル３４＞
材質：銅（ポリイミドなどの樹脂の絶縁被覆）
線径：０．２ｍｍ
巻き数：１００ターン
占積率（ＷＲ）：６８％
抵抗：２．３Ω

渦電流探傷装置１２のバイポーラ電源４０は以下の仕様である。
＜バイポーラ電源４０＞
最大出力：±６０Ｖ／±３０Ａ（６０Ａ_ｐ−ｐ）
設定周波数範囲：ＤＣ〜１５０ｋＨｚ
直流印加電流：１８Ａ
交流印加電流：振幅０．１Ａ_ｐ−ｐ、周波数１０００Ｈｚ

また、被検部材５０として以下の水道管５２を使用した。
＜被検部材５０＞
種類：水道管
長さ：４００ｍｍ
呼び径：５００ｍｍ
材質：ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ４５０、最大透磁率：約９００Ｈ／ｍ）
厚さ：９ｍｍ
ライニング材質：セメントモルタルライニング（ＣＬ）
ライニング厚さ：６ｍｍ

なお、水道管５２は、欠陥Ｆがないもの、外面に深さ２．５ｍｍ、直径１０ｍｍの欠陥Ｆがあるもの、深さ５．０ｍｍ、直径１０ｍｍの欠陥Ｆがあるものを３種類準備した。

そして、夫々の水道管５２に対して、渦電流探傷プローブ１０の長手方向が水道管５２の長さ方向と一致するよう配置し、円周方向に±８°の範囲を走査し、検知コイル３４に発生した誘起電圧を計測した。なお、欠陥Ｆありの場合、０°に欠陥Ｆが位置するようにしている。

結果を図１３に示す。図１３（ａ）を参照すると、欠陥Ｆなしの場合、交流バイアスのノイズ成分（約０．００８Ｖ）が現れているが、検知範囲において誘起電圧はほぼ一定していることがわかる。一方、欠陥Ｆがある場合、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示すように、欠陥Ｆから±約２°〜５°離れた位置で最大（最小）となる誘起電圧が検出された。なお、欠陥Ｆによる誘起電圧は、実測値から交流バイアスのノイズ成分を除した値となる。深さ２．５ｍｍの欠陥Ｆの場合、欠陥Ｆによって０．００２Ｖ_ｒｍｓのピークトゥピーク電圧が検出されたことがわかる。また、深さ５．０ｍｍの欠陥Ｆの場合、同様に０．００４Ｖ_ｒｍｓのピークトゥピーク電圧が検出されたことがわかる。

以上から、本発明の渦電流探傷プローブ１０及びこれを具えた過電流探傷装置１２によって、透磁率の高い水道管５２の外面に形成された欠陥Ｆを検出できることがわかる。また、検知コイル３４により検出される誘起電圧を参照することで、その欠陥Ｆの大きさや深さも試算できることがわかる。

次に、図１４に示すように、ティース部２８１，２８２を２箇所に設けた渦電流探傷プローブ（コア２０のみを図示）を準備し、深さ５．０ｍｍ、直径１０ｍｍの欠陥Ｆのある水道管５２（図１１参照）を用いて、上記と同様の試験を行なった。なお、ティース部２８１、２８２（以下、「第１ティース部２８１、第２ティース部２８２」と称する。）は、コア２０の一端から１００ｍｍ（第１ティース部２８１）、５０ｍｍ（第２ティース部２８２）の位置に中心が位置するように形成した。

試験は、図１４に示すように、（ａ）欠陥Ｆ上を第１ティース部２８１が通過したとき、（ｂ）第１ティース部２８１と第２ティース部２８２の間を欠陥Ｆが通過したとき、（ｃ）欠陥Ｆ上を第２ティース部２８２が通過したときの３種類について、夫々第１ティース部２８１と第２ティース部２８２の誘起電圧を測定した。

第１ティース部２８１の測定結果を図１５、第２ティース部２８２の測定結果を図１６に示す。なお、上記した図１４の（ａ）〜（ｃ）と図１５及び図１６の（ａ）〜（ｃ）は夫々対応している。

図１５を参照すると、第１ティース部２８１が欠陥Ｆ上を通過した図１５（ａ）について、誘起電圧の差分が最大となっており、欠陥Ｆから離れるにつれて、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に示すように、誘導電圧の差が小さくなっていることがわかる。

同様に、図１６を参照すると、第２ティース部２８２についても、欠陥Ｆから離れた位置を通過する図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に比べて、欠陥Ｆ上を通過する図１６（ｃ）は誘導電圧の差分が大きくなっていることがわかる。

以上より、複数のティース部２８１，２８２を設けることで、１回の走査で欠陥Ｆの位置が何れのティース部２８１，２８２に近いかを判別でき、欠陥Ｆの位置をより正確に特定できることがわかる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

たとえば、上記実施形態では、励磁コイル３０，３２に直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を印加しているが、本発明の渦電流探傷プローブ１０は、交流電圧のみを印加して測定を行なうこともできる。

１０ 渦電流探傷プローブ
１２ 渦電流探傷装置
２０ コア
２２ 第１脚部
２４ 第２脚部
２６ 連繋部
２８ ティース部
３０ 第１励磁コイル
３２ 第２励磁コイル
３４ 検知コイル

Claims (11)

1. 磁性材料からなり、先端が同方向に突出する第１脚部及び第２脚部と、前記第１脚部と前記第２脚部を磁気的に接続する連繋部と、前記連繋部から前記第１脚部及び前記第２脚部と同方向に突出するとともに、前記第１脚部と前記第２脚部の間に形成されるティース部とを含むコアと、
   前記ティース部に対して前記第１脚部側に巻回される第１励磁コイルと、
   前記ティース部に対して前記第２脚部側に巻回される第２励磁コイルと、
   前記ティース部に巻回される検知コイルと、
   を具えることを特徴とする、渦電流探傷プローブ。
2. 前記コアの長さＬと前記ティース部の長さＬ１は、Ｌ＞Ｌ１である、
   請求項１に記載の渦電流探傷プローブ。
3. 前記ティース部は、前記コアの長さ方向中央に形成される、
   請求項２に記載の渦電流探傷プローブ。
4. 前記ティース部は、前記コアの長さ方向に所定間隔を存して複数形成され、
   各ティース部に前記検知コイルが巻回される、
   請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷プローブ。
5. 前記ティース部は、前記コアの長さ方向の両端から離れた位置に形成される、
   請求項１乃至請求項４の何れかに記載の渦電流探傷プローブ。
6. 前記ティース部は、先端が幅方向に拡大した拡大部を有しており、
   前記検知コイルは、前記連繋部と前記拡大部との間に巻回される、
   請求項１乃至請求項５の何れかに記載の渦電流探傷プローブ。
7. 前記第１励磁コイルは、前記第１脚部と前記ティース部との間の連繋部に巻回され、
   前記第２励磁コイルは、前記第１脚部と前記ティース部との間の連繋部に巻回される、
   請求項１乃至請求項６の何れかに記載の渦電流探傷プローブ。
8. 前記コアは、電磁鋼板を長さ方向に複数積層して構成され、前記電磁鋼板は、前記第１脚部、前記連繋部及び前記第２脚部の形成された第１電磁鋼板と、前記第１脚部、前記連繋部、前記第２脚部及び前記ティース部の形成された第２電磁鋼板を含んでおり、
   前記ティース部の突設されている部分は、前記第２電磁鋼板を積層して構成され、それ以外は前記第１電磁鋼板を積層して構成される、
   請求項１乃至請求項７の何れかに記載の渦電流探傷プローブ。
9. 前記第１脚部、前記第２脚部及び前記ティース部の少なくとも何れか１つの先端は、被検部材となる管体の内面形状に合わせた円弧形状である、
   請求項１乃至請求項８の何れかに記載の渦電流探傷プローブ。
10. 請求項１乃至請求項９の何れかに記載の渦電流探傷プローブと、
    前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルに直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を同方向、同位相で印加する電源部と、
    前記検知コイルに生ずる前記第１励磁コイルと前記第２励磁コイルの誘起電圧差分を検出する検出部と、
    を具えることを特徴とする渦電流探傷装置。
11. 請求項１０に記載の渦電流探傷装置は、管体に挿入される管調査装置であって、
    前記管調査装置は、調査装置本体から管体の内面に向けて伸縮するアームを有し、
    前記アームの先端に前記渦電流探傷プローブを具える管調査装置。

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