JP4344072B2 - 線材渦流探傷用コイル装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法の実施に用いられる線材渦流探傷用コイル装置に係り、例えば鉄鋼業における線材圧延工程での線材の渦流探傷に適用され、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を低減させ、高速で走行（通過）している線材を誤検出なく渦流探傷できるようにした、線材渦流探傷用コイル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼業において線材を製造する線材圧延工程では、品質保証のために圧延された線材の表面きず（表面欠陥）を検出する渦流探傷が行われており、この線材の渦流探傷は、仕上げ圧延速度が８０〜１００ｍ／ｓ程度というような高速で、且つ冷却される前の線材温度７００〜１０００℃程度の熱間の状態においてなされる必要がある。
【０００３】
このような線材圧延工程では、従来より、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法が採用されている。直流磁気飽和の併用については後述し、まず先に、貫通コイル方式による渦流探傷法について説明する。周知のように、貫通コイル方式渦流探傷法は、線材パスライン方向に一対（２個）の貫通型探傷コイルをわずかの間隔を隔てて配置し、圧延によって走行している被検査線材を該２個の貫通型探傷コイルのコイル空芯部（コイル内側中空部）を通過させ、この２個の貫通型探傷コイルの出力の差動をとることで探傷を行うものであり、走行している被検査線材の全長にわたって探傷するものである。
【０００４】
次に直流磁気飽和を併用することについて説明する。線材温度がキューリー点（磁気変態点）以下（７６８℃以下）の７００℃近傍での被検査線材については、探傷時に該線材の磁性が顕在化し、表面きずのない健全な被検査線材であっても探傷出力にいわゆる「磁気ノイズ」が現れて安定した渦流探傷が困難になる。また、線材温度が１０００℃程度の高温の被検査線材であっても、いわゆる「ヘゲきず（ささくれ疵）」発生部位のような局部的に低温になっている部位では、前記と同様の理由により「磁気ノイズ」が現れて安定した渦流探傷が困難になる。そこで、このような不具合を解消するために、被検査線材を直流磁場によって磁気飽和させ、見かけの透磁率の値を１に近くし線材に磁束を浸透させる手法が採られている。すなわち、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法を実施する線材渦流探傷装置に用いられるコイル装置として、前記一対の貫通型探傷コイルの両側に被検査線材に磁気飽和用直流磁場を印加する磁気飽和コイルを配置したものが知られている。
【０００５】
図８は従来の線材渦流探傷用コイル装置の構成を示す図である。この従来の線材渦流探傷用コイル装置は、同図に示すように、線材パスラインＰＬに配置され、該線材パスラインＰＬを圧延によって走行（通過）している被検査線材Ｗに探傷用交流磁場を印加する一対の貫通型探傷コイル１1 ，１2 と、該貫通型探傷コイル１1 ，１2 の両側にこれと軸線を同じにして配置され、被検査線材Ｗにこれを磁気飽和させるための磁気飽和用直流磁場を印加する一対の磁気飽和コイル２1 ，２2 とを備えている。円筒ソレノイド状をなし、そのコイル内側空芯部を被検査線材Ｗが通過する前記一対の貫通型探傷コイル１1 ，１2 は、線材パスラインＰＬ方向にわずかの間隔を隔てて配置されており、互いのコイル出力が差動をとるように接続されて探傷を行うものである。
【０００６】
また、円筒ソレノイド状をなす前記一対の磁気飽和コイル２1 ，２2 は、その円柱状空間をなすコイル空芯部（コイル中空部）に、大径部と細長く延びた小径部とよりなる段差付き円柱形外観をなす通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａが嵌挿されてなるものである。そして、各通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａそれぞれは、図８に示すように、孔径（直径）が貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法で被検査線材Ｗ直径の１．５〜２倍程度の大きさであって、通線ガイド軸線方向（磁気飽和コイル軸線方向）に延びる被検査線材Ｗ通過用の小径円柱状空間をなす貫通孔２1 Ａａ，２2 Ａａを有している。
【０００７】
通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａは、圧延によって高速で走行している被検査線材Ｗを貫通型探傷コイル１1 ，１2 のほぼ軸線を通過させるべく、該探傷コイル１1 ，１2 を挟むように配置された磁気飽和コイル（コイル本体）２1 ，２2 に装着されており、被検査線材Ｗの揺れを抑制し、貫通型探傷コイル１1 ，１2 内での通過位置の偏りを抑制している。通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａの材料としては、耐摩耗性・機械的強度の点からＳＫＤ材（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：合金工具鋼鋼材）などの鉄鋼材料が使用されている。
【０００８】
このＳＫＤ材のような強磁性材料よりなる通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａによると、磁気飽和コイル２1 ，２2 の磁気コアとしても作用することから、磁気飽和コイル２1 ，２2 に流す電流をそれほど大きくしなくても、貫通型探傷コイル１1 ，１2 付近に十分な直流磁場を得ることが可能となっている。なお、通線ガイドの材料としてオーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性材料を用い、渦流探傷時に被検査線材から剥離したスケールなどが通線ガイドに付着することを防ぐようにしたものも提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置では、オフライン的にごく低速で被検査線材を走行させる場合や、圧延速度が３０ｍ／ｓ程度の低速での線材圧延の場合には、磁気ノイズを減らすという直流磁気飽和を併用する効果が発揮されて、誤検出なく良好な渦流探傷を行うことができる。
【００１０】
ところが、本発明者らの実験によると、８０〜１００ｍ／ｓ程度の高速での線材圧延工程に前記従来の線材渦流探傷用コイル装置を適用した場合、磁気飽和コイル２1 ，２2 に流す電流値に比例した量でノイズが探傷出力として発生し、誤検出のない良好な渦流探傷ができないという問題があることがわかった。
【００１１】
そこで、本発明者らは、このような前記探傷出力ノイズは、被検査線材の温度がキューリー点以上である９００℃程度の高温においても発生していることから、被検査線材の磁気飽和が不十分で「磁気ノイズ」が残存していることによるものではないことを確認した。そして、線材速度と磁気飽和コイル２1 ，２2 への供給電流値を種々変化させてそのときの前記探傷出力ノイズの発生状況を観察し、探傷出力ノイズの原因を調査した。
【００１２】
その結果、磁気飽和コイル２1 ，２2 による貫通型探傷コイル１1 ，１2 近傍での局所的に強い直流磁場内を被検査線材が通過することで、該被検査線材に貫通型探傷コイル１1 ，１2 の交流磁場による渦電流とは異なる別の渦電流が発生し、この渦電流が探傷コイル１1 ，１2 に誘導電圧を生じさせて探傷出力ノイズを発生させることがわかった。そして、線材速度に比例して被検査線材には磁気飽和コイル２1 ，２2 の直流磁場による渦電流が発生し、さらに該渦電流は線材の速度に比例して探傷コイル１1 ，１2 に誘導電圧を生じさせる。よって、線材速度の二乗に比例した探傷出力ノイズが発生することになり、このことは実験事実によっても裏付けることができた。
【００１３】
このように、従来の線材渦流探傷用コイル装置では、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因して探傷出力ノイズが発生し、８０〜１００ｍ／ｓ程度の高速で走行している被検査線の探傷を誤検出なく良好に行うことが困難であった。なおここで、非磁性材料よりなる通線ガイドを持つ磁気飽和コイルは、前記探傷出力ノイズの発生が極めて少ないのでノイズ回避の１つの手段となりうる。しかしながら、この非磁性材料製の通線ガイドでは強磁性材料のものとは違って磁気コアとしての働きがなく、十分な磁気飽和用磁場を得るには、極めて大型の磁気飽和コイルを実現することが必要になるという不具合がある。
【００１４】
本発明の目的は、貫通型探傷コイルと磁気飽和コイルとを備え、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法に用いられる線材渦流探傷用コイル装置において、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅低減し、高速で走行している線材の渦流探傷を行うことができるようにした、線材渦流探傷用コイル装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、走行している被検査線材に探傷用交流磁場を印加する貫通型探傷コイルと、該貫通型探傷コイルの両側に配置され、前記被検査線材に磁気飽和用直流磁場を印加する磁気飽和コイルとを備えた線材渦流探傷用コイル装置において、前記一対の磁気飽和コイルは、それぞれ、強磁性材料よりなる磁気コアとして、前記貫通型探傷コイル側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイドを備え、前記テーパ状内周面は、磁気飽和コイル軸心方向において当該テーパ状内周面の長さが当該磁気飽和コイルの長さの半分よりも長く、かつ当該磁気飽和コイルの長さよりも短くなるように設けられていることを特徴とする線材渦流探傷用コイル装置である。
【００１６】
請求項２の発明は、前記請求項１記載の線材渦流探傷用コイル装置において、前記テーパ貫通孔型通線ガイドのテーパ状内周面大径側の開口端部に、その内側を通過する前記被検査線材の貫通型探傷コイル径方向への動きを規制する非磁性材料よりなる円環状の通線ガイド補助部材が、設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
被検査線材の高速通過に起因する前記探傷出力ノイズの発生原因は、前述したように、磁気飽和コイルによって形成された貫通型探傷コイル近傍での局所的に強い磁気飽和用磁場の中を被検査線材が通過するときに該線材に発生する渦電流にある。よって、前記探傷出力ノイズを減らすにはこの渦電流の発生を減らすことが必要である。周知のように渦電流は、導電体が磁場変化のある空間を通過するとき、磁場の時間的変化分（時間微分）に比例して発生する。したがって、探傷出力ノイズの発生原因となる前記渦電流を減らすには、被検査線材が通る線材パスライン方向（コイル軸線方向）における磁気飽和用磁場の変化が緩やかになるようにすればよい。
【００１８】
そこで、本発明による線材渦流探傷用コイル装置では、貫通型探傷コイルの両側に配置される各磁気飽和コイルが、強磁性材料よりなる磁気コアとして、貫通型探傷コイル側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイドを備えてなるものであるから、小径円柱形の貫通孔を持つ従来の通線ガイドとは違って、テーパ貫通孔型通線ガイドでは磁気コア作用（磁束を外に漏らさないよう閉じ込めて通す磁束通路の働き）が探傷コイル側に近づくに従って弱くなる。これにより、該テーパ貫通孔型通線ガイドを持つ一対の磁気飽和コイルによる線材パスライン方向（コイル軸線方向）の磁場分布は、従来磁気飽和コイルによる尖頭状をなす磁場分布（図３の（ｂ）参照）とは違って、貫通型探傷コイル位置をピークとする磁場の変化が緩やか放物線状をなす分布形態になる（図３の（ａ）参照）。この緩やかな分布形態の磁気飽和用磁場中を被検査線材が高速通過することになるので、従来の前記尖頭状磁気飽和用磁場の場合に比較して該被検査線に発生する渦電流が大幅に減少し、これによって磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅に減らすことができる。
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による線材渦流探傷用コイル装置を示すその構成説明図である。ここで、磁気飽和コイルの通線ガイドの構成が異なる点以外は、前記図８に示された従来の線材渦流探傷用コイル装置と同一構成なので、同一部分には図８と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００２０】
この線材渦流探傷用コイル装置は、図１に示すように、線材パスラインＰＬに該パスラインＰＬ方向にわずかの間隔を隔てて配置された一対の貫通型探傷コイル１1 ，１2 と、該貫通型探傷コイル１1 ，１2 の両側にこれと軸線を同じにして配置され、被検査線材Ｗにこれを磁気飽和させるための磁気飽和用直流磁場を印加する一対の磁気飽和コイル３1 ，３2 とを備えている。
【００２１】
前記一対の磁気飽和コイル３1 ，３2 は、その円柱状空間をなすコイル空芯部に、大径部と細長く延びた小径部とよりなる段差付き円柱形外観をなし、強磁性材料よりなる磁気コアとして、貫通型探傷コイル１ 1 ，１ 2 側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａが嵌挿されてなるものである。そして、上流側に位置する一方の磁気飽和コイル３1 のテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａは、図１に示すように、通線ガイド軸線方向（磁気飽和コイル軸線の方向であり、線材パスラインの方向でもある）に被検査線材入側端から短い長さにて延びる小径円柱状空間をなす線材導入孔３1 Ａｂと、該線材導入孔３1 Ａｂに連なり、通線ガイド軸線方向に延びるとともに貫通型探傷コイル１1 側に向かって徐々に拡径した截頭円錐状空間をなし、テーパ状内周面を形成するためのテーパ状貫通孔３1 Ａａとを有している。線材導入孔３1 Ａｂの孔径（直径）は、貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法であって被検査線材Ｗ直径の１．５〜２倍程度の大きさであり、この線材導入孔３1 Ａｂに連なるテーパ状貫通孔３1 Ａａの大径端の孔径は、被検査線材Ｗ直径の６〜８倍程度の大きさとなされている。
【００２２】
また、下流側に位置する他方の磁気飽和コイル３2 のテーパ貫通孔型通線ガイド３2 Ａは、図１に示すように、通線ガイド軸線方向に被検査線材出側端から短い長さにて延びる小径円柱状空間をなす線材導出孔３2 Ａｂと、該線材導出孔３2 Ａｂに連なり、通線ガイド軸線方向に延びるとともに貫通型探傷コイル１2 側に向かって徐々に拡径した截頭円錐状空間をなし、テーパ状内周面を形成するためのテーパ状貫通孔３2 Ａａとを有している。そして、前記一方の通線ガイド３1 Ａと同様にして、線材導出孔３2 Ａｂの孔径（直径）は、貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法であって被検査線材Ｗ直径の１．５〜２倍程度の大きさであり、この線材導出孔３2 Ａｂに連なるテーパ状貫通孔３2 Ａａの大径端の孔径は、被検査線材Ｗ直径の６〜８倍程度の大きさとなされている。
【００２３】
なお、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａのテーパ角度θについては、被検査線材Ｗの速度、テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａの材質の磁気特性によってその最適値が異なるので、これらに応じて最適値を定めるようにすればよい。すなわち、通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａの材質を定め、テーパ角度θをパラメータとして通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａ形状をモデル化し、計算機シミュレーションにより、その形状での磁気飽和用磁場分布を求めるとともに、該磁場分布中を検査速度で通過する被検査線材Ｗに発生する渦電流の強さを求め、得られた該渦電流の値から、テーパ角度θの最適値を決めるようにすればよい。要は、コイル軸線方向における磁気飽和用磁場分布が貫通型探傷コイル位置をピークとする磁場の変化が緩やか放物線状なす磁場分布（図３の（ａ）参照）となるように、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａのテーパ角度θの最適値を定めればよい。
【００２４】
さて、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａａを有するこれらのテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａは、被検査線材Ｗの通線ガイドとしての役割とともに、磁気飽和コイル（磁気飽和コイル本体）３1 ，３2 の磁気コアとしての役割を担うものであることから、機械的強度も兼ね備えた鉄鋼材などの強磁性材料よりなっており、本例ではＳＫＤ６１（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：合金工具鋼鋼材）よりなるものである。なお、磁気コアとしての役割に重点をおく場合は、フェライト、パーマロイ、電磁鋼板などの残留磁化が少なく透磁率の高いいわゆる軟磁性材料を前記ガイド３1 Ａ，３2 Ａの材料として用いることがよい。
【００２５】
そして、図１に示すように、これらの各テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａのテーパ状貫通孔大径側の開口端部には、被検査線材Ｗを貫通型探傷コイル１1 ，１2 の軸線を通るように導くべく、被検査線材Ｗの貫通型探傷コイル１1 ，１2 径方向への動きを規制する円環状の通線ガイド補助部材３1 Ｂ，３2 Ｂが固着されている。通線ガイド補助部材３1 Ｂ，３2 Ｂの内径（直径）は、貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法に設定されている。通線ガイド補助部材３1 Ｂ，３2 Ｂは、磁気コアとして作用しないようにするため、耐摩耗性を備えた非磁性材料よりなっており、本例ではＳＵＳ３１６（オーステナイト系ステンレス鋼）よりなるものである。この非磁性材料としては、その他に、窒化珪素などのセラミックスや、ガラス材などが挙げられる。
【００２６】
図２は図１の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置の全体構成説明図である。
【００２７】
図２に示すように、差動的に結合された２つの貫通型探傷コイル１1 ，１2 は、交流電源４を電源とする交流ブリッジ回路の２辺をなしている。そして、被検査線材Ｗに表面きず（表面欠陥）が存在していると、貫通型探傷コイル１1 又は貫通型探傷コイル１2 のインピーダンスが変化することで交流ブリッジ回路が不平衡になる。この不平衡電圧を信号処理回路５で検出処理し、指示記録計６で記録することにより表面きずが検出できるようになっている。貫通型探傷コイル１1 ，１2 の両側に配置された磁気飽和コイル３1 ，３2 は、直列接続されて磁気飽和コイル用直流電源７に接続されている。
【００２８】
図３は、（ａ）：本発明の線材渦流探傷用コイル装置における磁気飽和コイル３1 ，３2 による磁気飽和用磁場分布と、（ｂ）：従来コイル装置における磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布と、（ｃ）：通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布とを示すグラフである。
【００２９】
図３は計算機シミュレーションによって求めた軸線上における磁気飽和用磁場分布を示すものである。この場合、貫通型探傷コイル１1 ，１2 への通電は行っていない。また、図３における横軸での「Ｚ＝０ｍ」の位置は、軸線上における貫通型探傷コイル１1 ，１2 間の中央位置を示している。計算の前提条件は、前記（ａ）〜（ｃ）のいずれも磁気飽和コイルによる起磁力：２０００ＡＴ、前記（ａ）の本発明に係わるテーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａａの大径端の孔径：φ６７ｍｍ、小径端の孔径：φ１６ｍｍ、テーパ角度θ：７．６°、前記（ｂ）の従来技術に係わる貫通孔２1 Ａａ，２2 Ａａの孔径：φ１６ｍｍ、である。
【００３０】
図３から分かるように、従来の通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布は、（ｂ）で示すように、貫通型探傷コイル１1 ，１2 位置（Ｚ＝０ｍ）で急峻に変化する尖頭状をなす分布形態となっている。これに対して、本発明に係わるテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａを持つ磁気飽和コイル３1 ，３2 による磁気飽和用磁場分布は、該テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａでは磁気コアとしての働きが探傷コイル１1 ，１2 側に近づくに従って弱くなるので、（ａ）で示すように、貫通型探傷コイル１1 ，１2 位置（Ｚ＝０ｍ）をピークとする緩やか放物線状をなす分布形態になる。なお、通線ガイドを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布では、（ｃ）で示すように、平坦で緩やかな分布形態になるものの、その磁場強度が（ａ）の場合の約１／３と小さく、被検査線材を十分に磁気飽和させるうる磁場強度が得られていない。
【００３１】
図４は、（ａ）：図３の（ａ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さと、（ｂ）：図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さと、（ｂ）’：図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度２８ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さとを示すグラフである。
【００３２】
この図４は計算機シミュレーションによって求めた渦電流の強さを示すものである。図４の縦軸の渦電流強度は任意単位（Arbitrary Unit）であって、前記（ｂ）’における渦電流強度のピーク値を「１」として表したものである。また、被検査線材の線径はφ９．５ｍｍである。
【００３３】
図４から分かるように、従来の通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ磁気飽和コイル２1 ，２2 での被検査線材には、（ｂ）’で示すように、速度２８ｍ／ｓでは渦電流強度の値が１という渦電流が発生し、速度８７ｍ／ｓでは、（ｂ）で示すように、前記速度２８ｍ／ｓの場合に比べて線速に比例した約３倍の渦電流が発生している。
【００３４】
これに対して、本発明に係わるテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａを持つ磁気飽和コイル３1 ，３2 での速度８７ｍ／ｓの被検査線材に発生する渦電流強度は、（ａ）で示すように、前記（ｂ）’の場合（前記従来通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ磁気飽和コイル２1 ，２2 での速度２８ｍ／ｓの場合）における渦電流強度と同程度以下という小さい値となっている。また、このことに加えて、軸線上における渦電流発生位置が貫通型探傷コイル１1 ，１2 から離れているため探傷出力信号への影響も小さくなる。なお、図４には図示していないが、通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による前記図３の（ｃ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材には、ほとんど渦電流は発生しない。しかしこの場合、前述したように被検査線材を十分に磁気飽和させるうる磁場強度が得られないため、強磁性材料よりなる通線ガイドを有しない磁気飽和コイルは、大型化して実用性の低いものになってしまう。
【００３５】
次に、本発明による前記図１に示す線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置により線材圧延ラインにおいて線材の渦流探傷の実験を行った。また、比較のため、前記図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置により該線材圧延ラインにおいて実験を行った。なお、被検査線材の線径はφ９．５ｍｍであり、線材温度はキューリー点（磁気変態点）以下の７００℃近傍の値である。図１におけるテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａについては、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａａの大径端の孔径：φ６７ｍｍ、小径端の孔径：φ１６ｍｍ、テーパ角度θ：７．６°である。また、図８における通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａの貫通孔２1 Ａａ，２2 Ａａの孔径はφ１６ｍｍである。
【００３６】
図５は図１に示す本発明の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフ、図６は図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフ、図７は図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度２８ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【００３７】
図５〜図７において、横軸は時間を示し、横軸全体で約１分の時間となっている。また、該各図の上部には探傷信号の大きさを示し、その縦軸は任意単位（Arbitrary Unit）であり、各図の下部には磁気飽和コイルに流す電流の大きさを示している。なお、これらの図５〜図７は、いづれも表面きずのない健全な線材について探傷を行った結果を示すものであり、探傷信号としていずれもノイズが出力している。
【００３８】
まず、図７から分かるように、通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ従来の線材渦流探傷用コイル装置によると、被検査線材の速度（仕上げ圧延速度）が２８ｍ／ｓという低速での探傷では、磁気飽和コイル２1 ，２2 に電流を流し直流磁気飽和を併用することにより、線材温度がキューリー点（磁気変態点）以下の線材の持つ磁性が顕在化することによる前述した「磁気ノイズ」を、大幅に減らすことができている。これは従来技術を再確認したことになる。
【００３９】
ところが、図６から分かるように、前記従来の線材渦流探傷用コイル装置によると、被検査線材の速度（仕上げ圧延速度）が８７ｍ／ｓという高速での探傷では、磁気飽和コイル２1 ，２2 に流す電流値に比例した大きさでもって、「磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズ」が発生している。このことは、本発明者らが見出した前述した知見の確認となるものである。
【００４０】
これに対して、図５より明らかなように、テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａを持つ本発明の線材渦流探傷用コイル装置によると、被検査線材の速度が８７ｍ／ｓという高速での探傷であっても、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅に減らし、かつ被検査線材を磁気飽和させることができ、圧延によって高速で走行（通過）している被検査線材の渦流探傷を行うことができた。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による線材渦流探傷用コイル装置によると、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法に用いられる線材渦流探傷用コイル装置において、貫通型探傷コイルの両側に配置され、被検査線材に磁気飽和用直流磁場を印加する一対の磁気飽和コイルそれぞれを、強磁性材料よりなる磁気コアとして、前記貫通型探傷コイル側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイドを備えてなるものとしたので、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅に減らすことができ、従来と違って、速度８０〜１００ｍ／ｓというような高速で走行（通過）している被検査線材の渦流探傷を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による線材渦流探傷用コイル装置を示すその構成説明図である。
【図２】 図１の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置の全体構成説明図である。
【図３】 本発明の線材渦流探傷用コイル装置における磁気飽和コイル３1 ，３2 による磁気飽和用磁場分布（ａ）と、従来コイル装置における磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布（ｂ）と、通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布（ｃ）とを示すグラフである。
【図４】 図３の（ａ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さ（ａ）と、図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さ（ｂ）と、図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度２８ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さ（ｂ’）とを示すグラフである。
【図５】 図１に示す本発明の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【図６】 図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【図７】 図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度２８ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【図８】 従来の線材渦流探傷用コイル装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１1 ，１2 …貫通型探傷コイル ３1 ，３2 …磁気飽和コイル ３1 Ａ，３2 Ａ…テーパ貫通孔型通線ガイド ３1 Ａａ，３2 Ａａ…テーパ状貫通孔 ３1 Ａｂ…線材導入孔 ３2 Ａｂ…線材導出孔 ３1 Ｂ，３2 Ｂ…通線ガイド補助部材 ４…交流電源 ５…信号処理回路 ６…指示記録計 ７…磁気飽和コイル用直流電源 ＰＬ…線材パスライン Ｗ…被検査線材
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法の実施に用いられる線材渦流探傷用コイル装置に係り、例えば鉄鋼業における線材圧延工程での線材の渦流探傷に適用され、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を低減させ、高速で走行（通過）している線材を誤検出なく渦流探傷できるようにした、線材渦流探傷用コイル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼業において線材を製造する線材圧延工程では、品質保証のために圧延された線材の表面きず（表面欠陥）を検出する渦流探傷が行われており、この線材の渦流探傷は、仕上げ圧延速度が８０〜１００ｍ／ｓ程度というような高速で、且つ冷却される前の線材温度７００〜１０００℃程度の熱間の状態においてなされる必要がある。
【０００３】
このような線材圧延工程では、従来より、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法が採用されている。直流磁気飽和の併用については後述し、まず先に、貫通コイル方式による渦流探傷法について説明する。周知のように、貫通コイル方式渦流探傷法は、線材パスライン方向に一対（２個）の貫通型探傷コイルをわずかの間隔を隔てて配置し、圧延によって走行している被検査線材を該２個の貫通型探傷コイルのコイル空芯部（コイル内側中空部）を通過させ、この２個の貫通型探傷コイルの出力の差動をとることで探傷を行うものであり、走行している被検査線材の全長にわたって探傷するものである。
【０００４】
次に直流磁気飽和を併用することについて説明する。線材温度がキューリー点（磁気変態点）以下（７６８℃以下）の７００℃近傍での被検査線材については、探傷時に該線材の磁性が顕在化し、表面きずのない健全な被検査線材であっても探傷出力にいわゆる「磁気ノイズ」が現れて安定した渦流探傷が困難になる。また、線材温度が１０００℃程度の高温の被検査線材であっても、いわゆる「ヘゲきず（ささくれ疵）」発生部位のような局部的に低温になっている部位では、前記と同様の理由により「磁気ノイズ」が現れて安定した渦流探傷が困難になる。そこで、このような不具合を解消するために、被検査線材を直流磁場によって磁気飽和させ、見かけの透磁率の値を１に近くし線材に磁束を浸透させる手法が採られている。すなわち、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法を実施する線材渦流探傷装置に用いられるコイル装置として、前記一対の貫通型探傷コイルの両側に被検査線材に磁気飽和用直流磁場を印加する磁気飽和コイルを配置したものが知られている。
【０００５】
図８は従来の線材渦流探傷用コイル装置の構成を示す図である。この従来の線材渦流探傷用コイル装置は、同図に示すように、線材パスラインＰＬに配置され、該線材パスラインＰＬを圧延によって走行（通過）している被検査線材Ｗに探傷用交流磁場を印加する一対の貫通型探傷コイル１1 ，１2 と、該貫通型探傷コイル１1 ，１2 の両側にこれと軸線を同じにして配置され、被検査線材Ｗにこれを磁気飽和させるための磁気飽和用直流磁場を印加する一対の磁気飽和コイル２1 ，２2 とを備えている。円筒ソレノイド状をなし、そのコイル内側空芯部を被検査線材Ｗが通過する前記一対の貫通型探傷コイル１1 ，１2 は、線材パスラインＰＬ方向にわずかの間隔を隔てて配置されており、互いのコイル出力が差動をとるように接続されて探傷を行うものである。
【０００６】
また、円筒ソレノイド状をなす前記一対の磁気飽和コイル２1 ，２2 は、その円柱状空間をなすコイル空芯部（コイル中空部）に、大径部と細長く延びた小径部とよりなる段差付き円柱形外観をなす通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａが嵌挿されてなるものである。そして、各通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａそれぞれは、図８に示すように、孔径（直径）が貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法で被検査線材Ｗ直径の１．５〜２倍程度の大きさであって、通線ガイド軸線方向（磁気飽和コイル軸線方向）に延びる被検査線材Ｗ通過用の小径円柱状空間をなす貫通孔２1 Ａａ，２2 Ａａを有している。
【０００７】
通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａは、圧延によって高速で走行している被検査線材Ｗを貫通型探傷コイル１1 ，１2 のほぼ軸線を通過させるべく、該探傷コイル１1 ，１2 を挟むように配置された磁気飽和コイル（コイル本体）２1 ，２2 に装着されており、被検査線材Ｗの揺れを抑制し、貫通型探傷コイル１1 ，１2 内での通過位置の偏りを抑制している。通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａの材料としては、耐摩耗性・機械的強度の点からＳＫＤ材（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：合金工具鋼鋼材）などの鉄鋼材料が使用されている。
【０００８】
このＳＫＤ材のような強磁性材料よりなる通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａによると、磁気飽和コイル２1 ，２2 の磁気コアとしても作用することから、磁気飽和コイル２1 ，２2 に流す電流をそれほど大きくしなくても、貫通型探傷コイル１1 ，１2 付近に十分な直流磁場を得ることが可能となっている。なお、通線ガイドの材料としてオーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性材料を用い、渦流探傷時に被検査線材から剥離したスケールなどが通線ガイドに付着することを防ぐようにしたものも提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置では、オフライン的にごく低速で被検査線材を走行させる場合や、圧延速度が３０ｍ／ｓ程度の低速での線材圧延の場合には、磁気ノイズを減らすという直流磁気飽和を併用する効果が発揮されて、誤検出なく良好な渦流探傷を行うことができる。
【００１０】
ところが、本発明者らの実験によると、８０〜１００ｍ／ｓ程度の高速での線材圧延工程に前記従来の線材渦流探傷用コイル装置を適用した場合、磁気飽和コイル２1 ，２2 に流す電流値に比例した量でノイズが探傷出力として発生し、誤検出のない良好な渦流探傷ができないという問題があることがわかった。
【００１１】
そこで、本発明者らは、このような前記探傷出力ノイズは、被検査線材の温度がキューリー点以上である９００℃程度の高温においても発生していることから、被検査線材の磁気飽和が不十分で「磁気ノイズ」が残存していることによるものではないことを確認した。そして、線材速度と磁気飽和コイル２1 ，２2 への供給電流値を種々変化させてそのときの前記探傷出力ノイズの発生状況を観察し、探傷出力ノイズの原因を調査した。
【００１２】
その結果、磁気飽和コイル２1 ，２2 による貫通型探傷コイル１1 ，１2 近傍での局所的に強い直流磁場内を被検査線材が通過することで、該被検査線材に貫通型探傷コイル１1 ，１2 の交流磁場による渦電流とは異なる別の渦電流が発生し、この渦電流が探傷コイル１1 ，１2 に誘導電圧を生じさせて探傷出力ノイズを発生させることがわかった。そして、線材速度に比例して被検査線材には磁気飽和コイル２1 ，２2 の直流磁場による渦電流が発生し、さらに該渦電流は線材の速度に比例して探傷コイル１1 ，１2 に誘導電圧を生じさせる。よって、線材速度の二乗に比例した探傷出力ノイズが発生することになり、このことは実験事実によっても裏付けることができた。
【００１３】
このように、従来の線材渦流探傷用コイル装置では、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因して探傷出力ノイズが発生し、８０〜１００ｍ／ｓ程度の高速で走行している被検査線の探傷を誤検出なく良好に行うことが困難であった。なおここで、非磁性材料よりなる通線ガイドを持つ磁気飽和コイルは、前記探傷出力ノイズの発生が極めて少ないのでノイズ回避の１つの手段となりうる。しかしながら、この非磁性材料製の通線ガイドでは強磁性材料のものとは違って磁気コアとしての働きがなく、十分な磁気飽和用磁場を得るには、極めて大型の磁気飽和コイルを実現することが必要になるという不具合がある。
【００１４】
本発明の目的は、貫通型探傷コイルと磁気飽和コイルとを備え、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法に用いられる線材渦流探傷用コイル装置において、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅低減し、高速で走行している線材の渦流探傷を行うことができるようにした、線材渦流探傷用コイル装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、走行している被検査線材に探傷用交流磁場を印加する貫通型探傷コイルと、該貫通型探傷コイルの両側に配置され、前記被検査線材に磁気飽和用直流磁場を印加する磁気飽和コイルとを備えた線材渦流探傷用コイル装置において、前記一対の磁気飽和コイルは、それぞれ、強磁性材料よりなる磁気コアとして、前記貫通型探傷コイル側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイドを備え、前記テーパ状内周面は、磁気飽和コイル軸心方向において当該テーパ状内周面の長さが当該磁気飽和コイルの長さの半分よりも長く、かつ当該磁気飽和コイルの長さよりも短くなるように設けられていることを特徴とする線材渦流探傷用コイル装置である。
【００１６】
請求項２の発明は、前記請求項１記載の線材渦流探傷用コイル装置において、前記テーパ貫通孔型通線ガイドのテーパ状内周面大径側の開口端部に、その内側を通過する前記被検査線材の貫通型探傷コイル径方向への動きを規制する非磁性材料よりなる円環状の通線ガイド補助部材が、設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
被検査線材の高速通過に起因する前記探傷出力ノイズの発生原因は、前述したように、磁気飽和コイルによって形成された貫通型探傷コイル近傍での局所的に強い磁気飽和用磁場の中を被検査線材が通過するときに該線材に発生する渦電流にある。よって、前記探傷出力ノイズを減らすにはこの渦電流の発生を減らすことが必要である。周知のように渦電流は、導電体が磁場変化のある空間を通過するとき、磁場の時間的変化分（時間微分）に比例して発生する。したがって、探傷出力ノイズの発生原因となる前記渦電流を減らすには、被検査線材が通る線材パスライン方向（コイル軸線方向）における磁気飽和用磁場の変化が緩やかになるようにすればよい。
【００１８】
そこで、本発明による線材渦流探傷用コイル装置では、貫通型探傷コイルの両側に配置される各磁気飽和コイルが、強磁性材料よりなる磁気コアとして、貫通型探傷コイル側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイドを備えてなるものであるから、小径円柱形の貫通孔を持つ従来の通線ガイドとは違って、テーパ貫通孔型通線ガイドでは磁気コア作用（磁束を外に漏らさないよう閉じ込めて通す磁束通路の働き）が探傷コイル側に近づくに従って弱くなる。これにより、該テーパ貫通孔型通線ガイドを持つ一対の磁気飽和コイルによる線材パスライン方向（コイル軸線方向）の磁場分布は、従来磁気飽和コイルによる尖頭状をなす磁場分布（図３の（ｂ）参照）とは違って、貫通型探傷コイル位置をピークとする磁場の変化が緩やか放物線状をなす分布形態になる（図３の（ａ）参照）。この緩やかな分布形態の磁気飽和用磁場中を被検査線材が高速通過することになるので、従来の前記尖頭状磁気飽和用磁場の場合に比較して該被検査線に発生する渦電流が大幅に減少し、これによって磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅に減らすことができる。
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による線材渦流探傷用コイル装置を示すその構成説明図である。ここで、磁気飽和コイルの通線ガイドの構成が異なる点以外は、前記図８に示された従来の線材渦流探傷用コイル装置と同一構成なので、同一部分には図８と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００２０】
この線材渦流探傷用コイル装置は、図１に示すように、線材パスラインＰＬに該パスラインＰＬ方向にわずかの間隔を隔てて配置された一対の貫通型探傷コイル１1 ，１2 と、該貫通型探傷コイル１1 ，１2 の両側にこれと軸線を同じにして配置され、被検査線材Ｗにこれを磁気飽和させるための磁気飽和用直流磁場を印加する一対の磁気飽和コイル３1 ，３2 とを備えている。
【００２１】
前記一対の磁気飽和コイル３1 ，３2 は、その円柱状空間をなすコイル空芯部に、大径部と細長く延びた小径部とよりなる段差付き円柱形外観をなし、強磁性材料よりなる磁気コアとして、貫通型探傷コイル１ 1 ，１ 2 側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａが嵌挿されてなるものである。そして、上流側に位置する一方の磁気飽和コイル３1 のテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａは、図１に示すように、通線ガイド軸線方向（磁気飽和コイル軸線の方向であり、線材パスラインの方向でもある）に被検査線材入側端から短い長さにて延びる小径円柱状空間をなす線材導入孔３1 Ａｂと、該線材導入孔３1 Ａｂに連なり、通線ガイド軸線方向に延びるとともに貫通型探傷コイル１1 側に向かって徐々に拡径した截頭円錐状空間をなし、テーパ状内周面を形成するためのテーパ状貫通孔３1 Ａａとを有している。線材導入孔３1 Ａｂの孔径（直径）は、貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法であって被検査線材Ｗ直径の１．５〜２倍程度の大きさであり、この線材導入孔３1 Ａｂに連なるテーパ状貫通孔３1 Ａａの大径端の孔径は、被検査線材Ｗ直径の６〜８倍程度の大きさとなされている。
【００２２】
また、下流側に位置する他方の磁気飽和コイル３2 のテーパ貫通孔型通線ガイド３2 Ａは、図１に示すように、通線ガイド軸線方向に被検査線材出側端から短い長さにて延びる小径円柱状空間をなす線材導出孔３2 Ａｂと、該線材導出孔３2 Ａｂに連なり、通線ガイド軸線方向に延びるとともに貫通型探傷コイル１2 側に向かって徐々に拡径した截頭円錐状空間をなし、テーパ状内周面を形成するためのテーパ状貫通孔３2 Ａａとを有している。そして、前記一方の通線ガイド３1 Ａと同様にして、線材導出孔３2 Ａｂの孔径（直径）は、貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法であって被検査線材Ｗ直径の１．５〜２倍程度の大きさであり、この線材導出孔３2 Ａｂに連なるテーパ状貫通孔３2 Ａａの大径端の孔径は、被検査線材Ｗ直径の６〜８倍程度の大きさとなされている。
【００２３】
なお、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａのテーパ角度θについては、被検査線材Ｗの速度、テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａの材質の磁気特性によってその最適値が異なるので、これらに応じて最適値を定めるようにすればよい。すなわち、通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａの材質を定め、テーパ角度θをパラメータとして通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａ形状をモデル化し、計算機シミュレーションにより、その形状での磁気飽和用磁場分布を求めるとともに、該磁場分布中を検査速度で通過する被検査線材Ｗに発生する渦電流の強さを求め、得られた該渦電流の値から、テーパ角度θの最適値を決めるようにすればよい。要は、コイル軸線方向における磁気飽和用磁場分布が貫通型探傷コイル位置をピークとする磁場の変化が緩やか放物線状なす磁場分布（図３の（ａ）参照）となるように、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａのテーパ角度θの最適値を定めればよい。
【００２４】
さて、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａａを有するこれらのテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａは、被検査線材Ｗの通線ガイドとしての役割とともに、磁気飽和コイル（磁気飽和コイル本体）３1 ，３2 の磁気コアとしての役割を担うものであることから、機械的強度も兼ね備えた鉄鋼材などの強磁性材料よりなっており、本例ではＳＫＤ６１（ＪＩＳ Ｇ ４４０４：合金工具鋼鋼材）よりなるものである。なお、磁気コアとしての役割に重点をおく場合は、フェライト、パーマロイ、電磁鋼板などの残留磁化が少なく透磁率の高いいわゆる軟磁性材料を前記ガイド３1 Ａ，３2 Ａの材料として用いることがよい。
【００２５】
そして、図１に示すように、これらの各テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａのテーパ状貫通孔大径側の開口端部には、被検査線材Ｗを貫通型探傷コイル１1 ，１2 の軸線を通るように導くべく、被検査線材Ｗの貫通型探傷コイル１1 ，１2 径方向への動きを規制する円環状の通線ガイド補助部材３1 Ｂ，３2 Ｂが固着されている。通線ガイド補助部材３1 Ｂ，３2 Ｂの内径（直径）は、貫通型探傷コイル１1 ，１2 の内径とほぼ同寸法に設定されている。通線ガイド補助部材３1 Ｂ，３2 Ｂは、磁気コアとして作用しないようにするため、耐摩耗性を備えた非磁性材料よりなっており、本例ではＳＵＳ３１６（オーステナイト系ステンレス鋼）よりなるものである。この非磁性材料としては、その他に、窒化珪素などのセラミックスや、ガラス材などが挙げられる。
【００２６】
図２は図１の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置の全体構成説明図である。
【００２７】
図２に示すように、差動的に結合された２つの貫通型探傷コイル１1 ，１2 は、交流電源４を電源とする交流ブリッジ回路の２辺をなしている。そして、被検査線材Ｗに表面きず（表面欠陥）が存在していると、貫通型探傷コイル１1 又は貫通型探傷コイル１2 のインピーダンスが変化することで交流ブリッジ回路が不平衡になる。この不平衡電圧を信号処理回路５で検出処理し、指示記録計６で記録することにより表面きずが検出できるようになっている。貫通型探傷コイル１1 ，１2 の両側に配置された磁気飽和コイル３1 ，３2 は、直列接続されて磁気飽和コイル用直流電源７に接続されている。
【００２８】
図３は、（ａ）：本発明の線材渦流探傷用コイル装置における磁気飽和コイル３1 ，３2 による磁気飽和用磁場分布と、（ｂ）：従来コイル装置における磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布と、（ｃ）：通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布とを示すグラフである。
【００２９】
図３は計算機シミュレーションによって求めた軸線上における磁気飽和用磁場分布を示すものである。この場合、貫通型探傷コイル１1 ，１2 への通電は行っていない。また、図３における横軸での「Ｚ＝０ｍ」の位置は、軸線上における貫通型探傷コイル１1 ，１2 間の中央位置を示している。計算の前提条件は、前記（ａ）〜（ｃ）のいずれも磁気飽和コイルによる起磁力：２０００ＡＴ、前記（ａ）の本発明に係わるテーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａａの大径端の孔径：φ６７ｍｍ、小径端の孔径：φ１６ｍｍ、テーパ角度θ：７．６°、前記（ｂ）の従来技術に係わる貫通孔２1 Ａａ，２2 Ａａの孔径：φ１６ｍｍ、である。
【００３０】
図３から分かるように、従来の通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布は、（ｂ）で示すように、貫通型探傷コイル１1 ，１2 位置（Ｚ＝０ｍ）で急峻に変化する尖頭状をなす分布形態となっている。これに対して、本発明に係わるテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａを持つ磁気飽和コイル３1 ，３2 による磁気飽和用磁場分布は、該テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａでは磁気コアとしての働きが探傷コイル１1 ，１2 側に近づくに従って弱くなるので、（ａ）で示すように、貫通型探傷コイル１1 ，１2 位置（Ｚ＝０ｍ）をピークとする緩やか放物線状をなす分布形態になる。なお、通線ガイドを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布では、（ｃ）で示すように、平坦で緩やかな分布形態になるものの、その磁場強度が（ａ）の場合の約１／３と小さく、被検査線材を十分に磁気飽和させるうる磁場強度が得られていない。
【００３１】
図４は、（ａ）：図３の（ａ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さと、（ｂ）：図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さと、（ｂ）’：図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度２８ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さとを示すグラフである。
【００３２】
この図４は計算機シミュレーションによって求めた渦電流の強さを示すものである。図４の縦軸の渦電流強度は任意単位（Arbitrary Unit）であって、前記（ｂ）’における渦電流強度のピーク値を「１」として表したものである。また、被検査線材の線径はφ９．５ｍｍである。
【００３３】
図４から分かるように、従来の通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ磁気飽和コイル２1 ，２2 での被検査線材には、（ｂ）’で示すように、速度２８ｍ／ｓでは渦電流強度の値が１という渦電流が発生し、速度８７ｍ／ｓでは、（ｂ）で示すように、前記速度２８ｍ／ｓの場合に比べて線速に比例した約３倍の渦電流が発生している。
【００３４】
これに対して、本発明に係わるテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａを持つ磁気飽和コイル３1 ，３2 での速度８７ｍ／ｓの被検査線材に発生する渦電流強度は、（ａ）で示すように、前記（ｂ）’の場合（前記従来通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ磁気飽和コイル２1 ，２2 での速度２８ｍ／ｓの場合）における渦電流強度と同程度以下という小さい値となっている。また、このことに加えて、軸線上における渦電流発生位置が貫通型探傷コイル１1 ，１2 から離れているため探傷出力信号への影響も小さくなる。なお、図４には図示していないが、通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による前記図３の（ｃ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材には、ほとんど渦電流は発生しない。しかしこの場合、前述したように被検査線材を十分に磁気飽和させるうる磁場強度が得られないため、強磁性材料よりなる通線ガイドを有しない磁気飽和コイルは、大型化して実用性の低いものになってしまう。
【００３５】
次に、本発明による前記図１に示す線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置により線材圧延ラインにおいて線材の渦流探傷の実験を行った。また、比較のため、前記図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置により該線材圧延ラインにおいて実験を行った。なお、被検査線材の線径はφ９．５ｍｍであり、線材温度はキューリー点（磁気変態点）以下の７００℃近傍の値である。図１におけるテーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａについては、テーパ状貫通孔３1 Ａａ，３2 Ａａの大径端の孔径：φ６７ｍｍ、小径端の孔径：φ１６ｍｍ、テーパ角度θ：７．６°である。また、図８における通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａの貫通孔２1 Ａａ，２2 Ａａの孔径はφ１６ｍｍである。
【００３６】
図５は図１に示す本発明の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフ、図６は図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフ、図７は図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度２８ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【００３７】
図５〜図７において、横軸は時間を示し、横軸全体で約１分の時間となっている。また、該各図の上部には探傷信号の大きさを示し、その縦軸は任意単位（Arbitrary Unit）であり、各図の下部には磁気飽和コイルに流す電流の大きさを示している。なお、これらの図５〜図７は、いづれも表面きずのない健全な線材について探傷を行った結果を示すものであり、探傷信号としていずれもノイズが出力している。
【００３８】
まず、図７から分かるように、通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを持つ従来の線材渦流探傷用コイル装置によると、被検査線材の速度（仕上げ圧延速度）が２８ｍ／ｓという低速での探傷では、磁気飽和コイル２1 ，２2 に電流を流し直流磁気飽和を併用することにより、線材温度がキューリー点（磁気変態点）以下の線材の持つ磁性が顕在化することによる前述した「磁気ノイズ」を、大幅に減らすことができている。これは従来技術を再確認したことになる。
【００３９】
ところが、図６から分かるように、前記従来の線材渦流探傷用コイル装置によると、被検査線材の速度（仕上げ圧延速度）が８７ｍ／ｓという高速での探傷では、磁気飽和コイル２1 ，２2 に流す電流値に比例した大きさでもって、「磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズ」が発生している。このことは、本発明者らが見出した前述した知見の確認となるものである。
【００４０】
これに対して、図５より明らかなように、テーパ貫通孔型通線ガイド３1 Ａ，３2 Ａを持つ本発明の線材渦流探傷用コイル装置によると、被検査線材の速度が８７ｍ／ｓという高速での探傷であっても、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅に減らし、かつ被検査線材を磁気飽和させることができ、圧延によって高速で走行（通過）している被検査線材の渦流探傷を行うことができた。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による線材渦流探傷用コイル装置によると、直流磁気飽和を併用した貫通コイル方式渦流探傷法に用いられる線材渦流探傷用コイル装置において、貫通型探傷コイルの両側に配置され、被検査線材に磁気飽和用直流磁場を印加する一対の磁気飽和コイルそれぞれを、強磁性材料よりなる磁気コアとして、前記貫通型探傷コイル側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイドを備えてなるものとしたので、磁気飽和併用時の線材高速通過に起因した探傷出力ノイズの発生を大幅に減らすことができ、従来と違って、速度８０〜１００ｍ／ｓというような高速で走行（通過）している被検査線材の渦流探傷を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による線材渦流探傷用コイル装置を示すその構成説明図である。
【図２】 図１の線材渦流探傷用コイル装置を備えた線材渦流探傷装置の全体構成説明図である。
【図３】 本発明の線材渦流探傷用コイル装置における磁気飽和コイル３1 ，３2 による磁気飽和用磁場分布（ａ）と、従来コイル装置における磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布（ｂ）と、通線ガイド２1 Ａ，２2 Ａを有しない場合の磁気飽和コイル２1 ，２2 による磁気飽和用磁場分布（ｃ）とを示すグラフである。
【図４】 図３の（ａ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さ（ａ）と、図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度８７ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さ（ｂ）と、図３の（ｂ）の磁気飽和用磁場中を速度２８ｍ／ｓで通過する被検査線材に発生する渦電流の強さ（ｂ’）とを示すグラフである。
【図５】 図１に示す本発明の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【図６】 図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度８７ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【図７】 図８に示す従来の線材渦流探傷用コイル装置での線材の速度２８ｍ／ｓにおける線材探傷結果を示すグラフである。
【図８】 従来の線材渦流探傷用コイル装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１1 ，１2 …貫通型探傷コイル ３1 ，３2 …磁気飽和コイル ３1 Ａ，３2 Ａ…テーパ貫通孔型通線ガイド ３1 Ａａ，３2 Ａａ…テーパ状貫通孔 ３1 Ａｂ…線材導入孔 ３2 Ａｂ…線材導出孔 ３1 Ｂ，３2 Ｂ…通線ガイド補助部材 ４…交流電源 ５…信号処理回路 ６…指示記録計 ７…磁気飽和コイル用直流電源 ＰＬ…線材パスライン Ｗ…被検査線材
Claims (2)
- 走行している被検査線材に探傷用交流磁場を印加する貫通型探傷コイルと、該貫通型探傷コイルの両側に配置され、前記被検査線材に磁気飽和用直流磁場を印加する磁気飽和コイルとを備えた線材渦流探傷用コイル装置において、前記一対の磁気飽和コイルは、それぞれ、強磁性材料よりなる磁気コアとして、前記貫通型探傷コイル側に行くに従って徐々に拡径するテーパ状内周面を有するテーパ貫通孔型通線ガイドを備え、前記テーパ状内周面は、磁気飽和コイル軸心方向において当該テーパ状内周面の長さが当該磁気飽和コイルの長さの半分よりも長く、かつ当該磁気飽和コイルの長さよりも短くなるように設けられていることを特徴とする線材渦流探傷用コイル装置。
- 前記テーパ貫通孔型通線ガイドのテーパ状内周面大径側の開口端部に、その内側を通過する前記被検査線材の貫通型探傷コイル径方向への動きを規制する非磁性材料よりなる円環状の通線ガイド補助部材が、設けられていることを特徴とする請求項１記載の線材渦流探傷用コイル装置。
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