JP3651786B2 - 電磁誘導式センサコイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導式センサコイル、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非破壊検査に用いられる検査装置の一つとして、電磁誘導を利用するものがある。この種の電磁誘導型検査装置においては、検査対象物に対して、交流磁界を与えることでその表面に渦電流を発生させる。そして、この渦電流の変化を検出することにより、検査対象物の損傷などを検出する。
【０００３】
図５は、従来の電磁誘導型検査装置（以下、センサ１００という。）の一例を示す図である。同図に示すように、センサ１００は、電磁誘導式センサコイル２０、交流電源３０、及び検出回路４０より構成される。
また、電磁誘導式センサコイル２０は、２つのセンサコイル２０Ａ、２０Ｂから構成される。更に、センサコイル２０Ａは、送信コイルＳ１、及び受信コイルＲ１から、一方、センサコイル２０Ｂは、送信コイルＳ２、及び受信コイルＲ２から、それぞれ構成される。
また、図５に示すように、送信コイルＳ１と受信コイルＲ１とはコイルボビン２１Ａに、一方、送信コイルＳ２と受信コイルＲ２とはコイルボビン２１Ｂに、それぞれ巻回されている。
【０００４】
送信コイルＳ１、Ｓ２は、ともに等しい巻数からなる同一構造のコイルであり、それぞれの巻線方向が同一方向となるよう、交流電源３０に直列接続されている。そして、交流電源３０の供給により、送信コイルＳ１、Ｓ２は、それぞれ等しい大きさで磁界の向きが同じ交流磁界を形成する。
【０００５】
受信コイルＲ１、Ｒ２は、ともに等しい巻数からなる同一構造のコイルであり、それぞれの巻線方向が逆方向になるよう、検出回路４０に直列接続されている。そして、受信コイルＲ１には、送信コイルＳ１、Ｓ２によって形成される交流磁界による起電力が、一方受信コイルＲ２には、送信コイルＳ２、Ｓ１によって形成される交流磁界による起電力が、それぞれ誘導される。
尚、ここで誘導される起電力（誘起電力）は、送信コイルの巻数がＳ１とＳ２、及び受信コイルの巻数がＲ１とＲ２それぞれに等しいため、等しい大きさであるが、受信コイルＲ１とＲ２の起電力は、互いに逆向きとなって打消し合う。
即ち、上記接続により、２つのセンサコイル２０Ａ、２０Ｂは、差動接続される。
【０００６】
検出回路４０は、受信コイルＲ１、Ｒ２の差動電圧を検出するとともに、検出した差動電圧値を、例えば増幅器により増幅し、送信コイルＳ１、Ｓ２から送信した信号（交流電源３０）に対する位相の変化、及び差動電圧値の変化を、検出結果としてセンサ１００外部に出力する。
【０００７】
このように、２つの送信コイルＳ１、Ｓ２は同相に、一方、２つの受信コイルＲ１、Ｒ２は逆相となるよう結線することで、送信コイルＳ１、Ｓ２が形成する磁界中に検査対象物５０が存在しない状態では、電磁誘導による受信コイルＲ１、Ｒ２の誘起電圧は相殺されるため、受信コイルＲ１、Ｒ２の差動電圧値はゼロとなる。この状態を、“電磁的なバランスが取れている状態”という。
【０００８】
そして、図５に示すように、検査対象物５０（一般に、金属、或いは導電性物体である。）を、送信コイルＲ２が形成する交流磁界中に存在するよう、コイルボビン２１Ｂの一端（コイルボビン２１Ａと接触されていない側である。）に対向配置させる。すると、受信コイルＲ１、Ｒ２には、次の現象が生じる。
▲１▼検査対象物５０に対する受信コイルＲ１、Ｒ２それぞれの距離の違いから、受信コイルＲ２のインダクタンスは、検査対象物５０の影響を、受信コイルＲ１よりも大きく受けることで、電磁的なバランスが崩れる。
▲２▼送信コイルＳ１、Ｓ２が形成する交流磁界により、検査対象物５０に渦電流が発生する。すると、この渦電流による二次的な交流磁界が受信コイルＲ１、Ｒ２に起電力を誘起させるが、その磁界の影響を、受信コイルＲ２は受信コイルＲ１よりも大きく受けることで、電磁的なバランスが崩れる。
以上の現象が、受信コイルＲ１、Ｒ２の間の有効な（ゼロでない）差動電圧、及び交流電源３０に対する位相の変化として発生することになる。
【０００９】
尚、ここで発生する差動電圧及び位相の変化は、検査対象物５０の材質（導電率や誘電率、透磁率等）、大きさ、コイルボビン２１Ｂ（或いは受信コイルＲ２）との位置関係などによって決まるものである。
【００１０】
更に、例えば検査対象物５０の表面を、受信コイルＲ２に対して一定間隔を保ちながら移動させた場合、上述した条件が変わらなければ、差動電圧、及び位相の変化量は一定のままであるが、検査対象物５０の一部に傷などの損傷がある場合、この傷によって、発生する渦電流の分布に乱れが生じる。この渦電流の乱れは、受信コイルＲ２の誘起電力の変化、ひいては受信コイルＲ１、Ｒ２の差動電圧値の変化、及び位相の変化（以下、双方を含めて受信信号の変化という。）として現れるため、検出した受信信号の変化を、正常状態（検査対象物５０に損傷がない状態）の受信信号と比較することで、検査対象物５０の損傷検出が可能となる。
【００１１】
このように、検査対象物５０をコイルボビン２１Ｂの他端に対向配置させた際の、受信コイルＲ１、Ｒ２の受信信号の変化を検出することで、検査対象物５０の材質や大きさ、更には検査対象物５０の損傷や、検査対象物５０に含まれる不純物の有無の検出が可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した効果を得るためには、２つのセンサコイル２０Ａ、２０Ｂの状態が理想的である必要がある。だが、送信コイルＳ１、Ｓ２、或いは受信コイルＲ１、Ｒ２の僅かな巻き方の違い、巻線そのものの不均一さ、更にこれらコイルの位置関係や結線状態などによって、上述した電磁的なバランスが得られないことが多い。
そこで、電磁的なバランスを取るために、製造過程において、センサコイル２０毎に、送信コイルＳ１、Ｓ２や受信コイルＲ１、Ｒ２の巻数の調整を行っていた。だが、この調整作業は煩わしく、また熟練した技術が必要であるため、作業性が非常に悪いものであった。
【００１３】
本発明の課題は、差動接続される２つのセンサコイル２０Ａ、２０Ｂの電磁的なバランスを取るための調整作業を容易にするとともに、電磁誘導式センサコイルの製造を効率化することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、送信コイル（例えば、図３の送信コイルＳ１、Ｓ２）と受信コイル（例えば、図３の受信コイルＲ１、Ｒ２）とが同一軸上に巻回されたセンサコイル２組を、前記各同一軸が共通軸となるように配設するとともに、各センサコイルを差動接続した上置き型の電磁誘導式センサコイル（例えば、図２の電磁誘導式センサコイル１０）において、
前記２組のセンサコイルを内部に収容し、外周面に螺旋状の溝が形成された非金属性の有底の収容器（例えば、図３のインナーケース１２）と、
内周面に前記収容器の溝に螺合する溝が形成され、前記収容器の外周に沿って周方向に回転することで、前記収容器の外周面に沿って前記共通軸の軸方向に移動可能な、前記各センサコイルが形成する磁場に作用可能な環状の磁性体（例えば、図３の調整リング１３）と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
この請求項１記載の発明によれば、センサコイルが形成する磁界中に置かれた磁性体は、該センサコイルの誘起電力に影響を与えるため、この磁性体を移動させることにより、例えば従来のような、コイルの巻線の調節作業といった煩雑な作業を行うことなく、容易に、各センサコイルの電磁的なバランスを得ることが可能となる。従って、それぞれ別個に製造された２つのセンサコイルを組み合わせて電磁誘導式センサコイルを製造するといった製造過程における、上記電磁的なバランスを取るための調整作業が非常に容易となり、電磁誘導式センサコイルを効率よく製造することができる。
またこのとき、環状の磁性体を、収容器の外周に沿って周方向に回転させることで収容器の外周面に沿って各センサコイルの共通軸の軸方向に移動させるといった簡易な作業によって、上記調整作業を実現できる。
更に、各センサコイルを有底の収容器に収容する構成とすることで、電磁誘導式センサコイルの製造の効率化を図ることができる。尚、収容器は非金属性であるので、収容器が各センサコイルの誘起電力に影響を与えることはない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
先ず、本発明の原理について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の原理を説明するための図である。尚、図５と同一部分については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１において、電磁誘導式センサコイル１０は、送信コイルＳ１及び受信コイルＲ１を巻回させたコイルボビン２１Ａと、送信コイルＳ２及び受信コイルＲ２を巻回させたコイルボビン２１Ｂと、コイルボビン２１Ａとコイルボビン２１Ｂとの接触部分付近に配設された所定の大きさを有する磁性体２２と、から構成される。
【００２５】
この磁性体２２は、送信コイルＳ１、Ｓ２により形成される交流磁界中に置くことで、該交流磁界に作用し、受信コイルＲ１、Ｒ２の誘起電力に影響を与える。また、その配置位置により、受信コイルＲ１、Ｒ２の誘起電力に与える影響に違いが生じる。
例えば、磁性体２２は、コイルボビン２１Ａ寄りに置くことで、受信コイルＲ１に強く作用する。一方、コイルボビン２１Ｂ寄りに置くことで、磁性体２２は、受信コイルＲ２に強く作用することになる。
【００２６】
このように、磁性体２２の配置位置によって受信コイルＲ１、Ｒ２の誘起電力に与える影響が変化することから、磁性体２２を、例えばコイルボビン２１Ａ、２１Ｂの中心軸に沿った方向（図１においては、上下方向）に移動させるといったことで、容易に、センサコイル２０Ａ、２０Ｂの電磁的なバランスの調整を行うことが可能となる。
【００２７】
次に、本原理を適用した３つの実施例について、順に説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
先ず、第１の実施例について説明する。
図２は、第１の実施例における電磁誘導式センサコイル１０を示す断面図である。尚、図５の従来の電磁誘導式センサコイル２０と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
図２において、電磁誘導式センサコイル１０は、従来の電磁誘導式センサコイル２０と共通部分である２つの送信コイルＳ１、Ｓ２、及び２つの受信コイルＲ１、Ｒ２に、更に調整リング１１を備えた構成である。
また、この電磁誘導式センサコイル１０は、いわゆる上置き型と呼ばれる構造であり、コイルボビン２１Ｂの他端に検査対象物５０を対向配置させて、使用する。
【００３０】
調整リング１１は、所定の幅を有するリング状の形状をしており、コイルボビン２１Ａ、２１Ｂの中心軸に沿った方向（図２においては、上下方向）に移動可能となっている。尚、ここでコイルボビン２１Ａ、２１Ｂは、図５と同様に、それぞれの中心軸が一致するよう、一端同士が接触、若しくは間隔をおいて配置されている。
【００３１】
また、調整リング１１は、磁性体により形成されており、上述のように、送信コイルＳ１、Ｓ２により形成される交流磁界中に置くことで、受信コイルＲ１、Ｒ２の誘起電力に影響を与える。つまり、調整リング１１は、センサコイル２０Ａ、２０Ｂの電磁的なバランスを取る役割を担うものである。
【００３２】
そして、例えば電磁誘導式センサコイル１０に計測機器（図示省略）を接続し、この計測値を監視しつつ、調整リング１１を、センサコイル２０Ａ、２０Ｂの電磁的なバランスが得られる位置まで移動させる。次いで、そのバランスが得られた位置で、調整リング１１を、２つのコイルボビン２１Ａ、２１Ｂの接触部に固定させる。
【００３３】
以上のように構成することで、各コイルの巻線を調節するといった煩雑な作業を行うことなく、電磁誘導式センサコイル１０を構成する各コイルを結線した状態のまま、容易に、該電磁誘導式センサコイル１０の電磁的なバランスを取るための調整作業を行うことができる。即ち、それぞれ別個に製造された２個のセンサコイル２０Ａ、２０Ｂを組み合わせて電磁誘導式センサコイル１０を製造するといった製造過程において、上記調整作業が非常に容易となり、製造の効率化を図ることができる、
また、この調整作業は、調整リング１１を移動させるという簡易な作業であるため、コイル線を扱う熟練作業者でなくとも容易に行うことができる利点がある。
【００３４】
（第２の実施例）
次に、第２の実施例について説明する。
図３は、第２の実施例における電磁誘導式センサコイル１０を示す断面図である。尚、図５の従来の電磁誘導式センサコイル２０と同一部分については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
図３において、電磁誘導式センサコイル１０は、従来の電磁誘導式センサコイル２０と共通部分である２つの送信コイルＳ１、Ｓ２、及び２つの受信コイルＲ１、Ｒ２に、インナーケース１２、及び調整リング１３を更に備えた構成である。
また、このセンサコイル１０は、いわゆる上置き型と呼ばれる構造であり、コイルボビン２１Ｂの他端に検査対象物５０を対向配置させて使用する。
【００３６】
インナーケース１２は、例えばプラスチックや木、紙といった非金属の物質により形成され、その形状は、円筒の一端が塞がれた有底円筒形状である。そして、その内部には、送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＲ１、Ｒ２が巻回されたコイルボビン２１Ａ、２１Ｂが収納される。
【００３７】
また、インナーケース１２の内径と、コイルボビン２１Ａ、２１Ｂの外径との差は微小であることが望ましい。これは、インナーケース１２の内部に収納されたコイルボビン２１Ａ、２１Ｂが、例えば外部からの振動によって不用意に移動してしまうことを防ぐためである。
更に、インナーケース１２の側面には１本の螺旋状の溝（ネジ）が切られており、後述のように、調整リング１３と螺合する構造となっている。
【００３８】
調整リング１３は、所定の幅を有するリング状に形成されたものである。そして、調整リング１３の内面には、インナーケース１２の側面に切られている溝と螺合する溝が切られており、該インナーケース１２の外周に沿って回転させることで、コイルボビン２１Ａ、２１Ｂの中心軸に沿った方向（図４においては、上下方向）に移動可能となっている。
【００３９】
また、調整リング１３は、磁性体により形成されており、送信コイルＳ１、Ｓ２により形成される交流磁界中に配置されることで、受信コイルＲ１、Ｒ２の誘起電力に影響を与える。つまり、調整リング１３は、図３の調整リング１１と同様に、センサコイル２０Ａ、２０Ｂの電磁的なバランスを取る役割を担うものである。
そして、電磁的なバランスを取れる位置まで移動された調整リング１３は、接着剤等により、その位置で、インナーケース１２に固定される。
【００４０】
また、送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＲ１、Ｒ２の巻き始め／巻き終わり部分は、コイルリード線として纏められ、インナーケース１２外部に引き出されている。
【００４１】
以上のように構成することで、上記第１の実施例と同様に、各コイルの巻線を調整するといった煩雑な作業を行うことなく、電磁誘導式センサコイル１０の電磁的なバランスを取るための調整作業を、電気的に接続したまま、容易に行うことができる。即ち、それぞれ別個に製造された２個のセンサコイル２０Ａ、２０Ｂを組み合わせて電磁誘導式センサコイル１０を製造するといった製造過程において、上記調整作業が非常に容易となり、製造の効率化を図ることができる。
また、この調整作業は、調整リング１３を移動させるという簡易な作業であるため、コイル線を扱う熟練作業者でなくとも容易に行うことができる利点がある。
【００４２】
更に、送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＲ１、Ｒ２をインナーケース１２に収納した構成とすることで、電磁誘導式センサコイル１０の製造の、一層の効率化を図ることができる。
【００４３】
（第３の実施例）
次に、第３の実施例について説明する。
図４は、第３の実施例における電磁誘導式センサコイル１０を示す断面図である。尚、図５の従来の電磁誘導式センサコイル２０と同一部分については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図４に示すように、電磁誘導式センサコイル１０は、円筒形状のコイルボビン２１Ｃの図中上方には、送信コイルＳ１と受信コイルＲ１とを、一方、コイルボビン２１Ｃの図中下方には、送信コイルＳ２と受信コイルＲ２とを、それぞれ一体化させて巻回させた構造である。
また、このセンサコイル１０は、いわゆる中空型と呼ばれる構造であり、検査対象物５０を、コイルボビン２１Ｃの中心部に形成されている空洞部（検査路）に挿入（或いは通過）させて、使用する。
【００４５】
調整リング１１は、図２の調整リング１１と同様に、磁性体によりリング状に形成されたものであり、コイルボビン２１Ｃの中心軸に沿った方向（図３においては、上下方向）に移動可能である。つまり、調整リング１１は、電磁誘導式センサコイル１０の電磁的なバランスを取る役割を担うものである。
【００４６】
以上のように構成することで、上記第１の実施例と同様に、各コイルの巻線を調整するといった煩雑な作業を行うことなく、電磁誘導式センサコイル１０を構成する各コイルを結線した状態のまま、該電磁誘導式センサコイル１０の電磁的なバランスを取るための調整作業を、容易に行うことができる。即ち、それぞれ別個に製造された２個のセンサコイル２０Ａ、２０Ｂを組み合わせて電磁誘導式センサコイル２０を製造するといった製造過程において、上記調整作業が非常に容易となり、製造の効率化を図ることができる。
また、この調整作業は、調整リング１１を移動させるという簡易な作業であるため、コイル線を扱う熟練作業者でなくとも容易に行うことができる利点がある。
【００４７】
尚、本発明は、上記３つの実施例に限定されることなく、適宜変更可能である。例えば、図４において、図３と同様に、電磁誘導式センサコイル１０は、インナーケース１２を更に備える構成としても良い。その際には、該インナーケース１２は、その底部に、検査対象物５０を挿入するための孔を設けた構成とする。
【００４８】
また、調整リング１１の形状は、リング状に限らず、例えば角状でもよく、送信コイルＳ１、Ｓ２が形成する交流磁界中に配置され、且つ移動可能な構成であれば、何れの形状でも構わない。
【００４９】
更に、調整リング１１は、必ずしも送信コイルＳ１、Ｓ２、及び受信コイルＲ１、Ｒ２の外部に配置する必要はなく、例えばこれらのコイル内部に配置する構成としても良い。
【００５０】
また、インナーケース１２の形状は、円筒形に限らず、コイルボビン２１Ａ、２１Ｂを収納可能であれば、何れの形状でも構わない。その際には、その側面に配置する調整リング１３の形状を、該インナーケース１２の形状に合わせた構成とする。
【００５１】
更に、図３において、インナーケース１２と調整リング１３とを螺合させる構成としたが、インナーケース１２の側面に複数の溝を設け、調整リング１３を嵌合する構成としてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のように、２組のセンサコイルの電磁的なバランスを取るために、コイルの巻線を調節するといった煩雑な作業を行うことなく、各センサコイルを結線した状態のまま、容易に、調整作業を行うことができる。即ち、それぞれ別個に製造された２個のセンサコイルを組み合わせて電磁誘導式センサコイルを製造する製造過程において、上記調整作業が非常に容易となり、生産性の向上といった効果を得ることができる。
また、この調整作業は、取り付けられた磁性体を移動させるという簡易な作業であるため、コイル線を扱う熟練作業者でなくとも容易に行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】電磁誘導式センサコイル（上置き型）の一例を示す図である。
【図３】電磁誘導式センサコイル（上置き型）の一例を示す図である。
【図４】電磁誘導式センサコイル（中空型）の一例を示す図である。
【図５】電磁誘導型検査装置（センサ）の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１００ 電磁誘導型検査装置（センサ）
１０、２０ 電磁誘導式センサコイル
２０Ａ、２０Ｂ センサコイル
Ｓ１、Ｓ２ 送信コイル
Ｒ１、Ｒ２ 受信コイル
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ コイルボビン
１１、１３ 調整リング
１２ インナーケース
２２ 磁性体（調整用）
３０ 交流電源
４０ 検出回路
５０ 検査対象物

Claims (1)

1. 送信コイルと受信コイルとが同一軸上に巻回されたセンサコイル２組を、前記各同一軸が共通軸となるように配設するとともに、各センサコイルを差動接続した上置き型の電磁誘導式センサコイルにおいて、
   前記２組のセンサコイルを内部に収容し、外周面に螺旋状の溝が形成された非金属性の有底の収容器と、
   内周面に前記収容器の溝に螺合する溝が形成され、前記収容器の外周に沿って周方向に回転することで、前記収容器の外周面に沿って前記共通軸の軸方向に移動可能な、前記各センサコイルが形成する磁場に作用可能な環状の磁性体と、
   を備えることを特徴とする電磁誘導式センサコイル。

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