JP6818977B2

JP6818977B2 - 電磁超音波センサ

Info

Publication number: JP6818977B2
Application number: JP2016048378A
Authority: JP
Inventors: 利英福井; 尚和迫田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP2017161454A

Description

本発明は、金属などの被検査物に対する超音波探傷に用いられる電磁超音波センサに関するものである。

金属などの被検査物内部に存在する疵の検査及び被検査物の厚み測定を行う方法の一つとして、超音波探傷が行われている。従来の圧電素子を用いた超音波探傷では、探触子（センサ）内で発生した超音波を接触媒質を介して被検査物に伝達させるのに対して、電磁超音波を用いた超音波探傷では、電磁気的な作用で直接被検査物に超音波を伝達させる探触子（EMAT : Electro Magnetic Acoustic Transducer）が用いられる。

図１７は、電磁超音波を用いた超音波探傷で横波を発生させるセンサの概略図である。上述したEMATの発生原理は、被検査物に対向するように配備された主磁石によって被検査物の内部に発生する静磁場と、主磁石と被検査物との間に配備されたコイルにパルス電流を流すことにより被検査物の内部に発生する渦電流との相互作用により、被検査物の内部にローレンツ力を発生させ超音波を生じさせるというものである。

ところで、EMATを用いた超音波探傷では、被検査物と非接触で超音波を伝達させることができる反面、圧電素子を用いた超音波探傷に比べて受信感度が二桁低いという課題がある。
そこで、特許文献１の電磁超音波センサでは、被検査物に対向する主磁石の表面形状を、複雑な形状（中央部が凹んだアーチ型の曲面）にして、磁束を集束させ受信感度を高くして、圧電素子に比べて低い感度を補うようにしている。

特開２００６−００５５０８号公報

ところで、特許文献１の電磁超音波センサでは、受信感度を高くできるものの、磁石形状を複雑にすることは加工の面からはあまり実用的ではない。このような複雑な形状の磁石を用いると、磁石の加工に手間がかかり、電磁超音波センサの価格も高くなってしまうため、好ましいものではない。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、より簡便な機構で被検査物の内部での磁束密度を高めることができ、検出感度を向上させることができる電磁超音波センサを提供することを目的とする。

言い換えれば、本発明は、磁石の配列を工夫することで、磁束密度を向上させることができ、送受信の信号強度を向上させることができる電磁超音波センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電磁超音波センサは以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の電磁超音波センサは、被検査物の内部に渦電流を発生させるコイルと、当該コイルを挟んで前記被検査物の反対側に配備されると共に前記被検査物を貫通する向きに静磁場を形成する主磁石とを備え、前記被検査物の内部に渦電流と静磁場との相互作用で超音波を発生させる電磁超音波センサであって、前記主磁石の側方には、当該主磁石の磁束密度を高める補助磁石が設けられており、前記補助磁石は、前記主磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ磁気ポールの向きと直交する向きに当該補助磁石の磁気ポールを向けて配備されていることを特徴とする。

なお、好ましくは、前記コイルには、前記被検査物の表面に沿って一方向に電流が流れ
る第１の導線群と、前記第１の導線群とは電流の向きが反対の第２の導線群とを有しており、前記主磁石は、前記第１の導線群に対応した第１の主磁石と、前記第２の導線群に対応した第２の主磁石とを有しているとよい。

なお、好ましくは、前記補助磁石は、前記第１の主磁石と第２の主磁石との間に中央補助磁石を有しており、前記中央補助磁石は、前記第１の主磁石または第２の主磁石よりも狭幅に形成されているとよい。
なお、好ましくは、前記中央補助磁石に、前記第１の主磁石及び第２の主磁石よりも保磁力が高い磁石が用いられているとよい。

なお、好ましくは、前記補助磁石は、前記第１の主磁石または第２の主磁石の外側方に
側部補助磁石を有しているとよい。
なお、好ましくは、前記主磁石と補助磁石と結ぶヨークが設けられているとよい。
また、本発明に係る電磁超音波センサの最も好ましい形態は、被検査物の内部に渦電流を発生させるコイルと、当該コイルを挟んで前記被検査物の反対側に配備されると共に前記被検査物を貫通する向きに静磁場を形成する主磁石とを備え、前記被検査物の内部に渦電流と静磁場との相互作用で超音波を発生させる電磁超音波センサであって、前記主磁石の側方には、当該主磁石の磁束密度を高める補助磁石が設けられており、前記補助磁石は、前記主磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ磁気ポールの向きと直交する向きに当該補助磁石の磁気ポールを向けて配備されており、前記コイルは、前記被検査物の表面に沿って一方向に電流が流れる第１の導線群と、前記第１の導線群とは電流の向きが反対の第２の導線群とを有しており、前記主磁石は、前記第１の導線群に対応した第１の主磁石と、前記第２の導線群に対応した第２の主磁石とを有しており、前記補助磁石は、前記第１の主磁石と第２の主磁石との間に中央補助磁石を有しており、前記中央補助磁石は、前記第１の主磁石または第２の主磁石よりも狭幅に形成されており、前記中央補助磁石に、前記第１の主磁石及び第２の主磁石よりも保磁力が高い磁石が用いられており、前記補助磁石は、前記第１の主磁石及び第２の主磁石の両方の主磁石の外側方に側部補助磁石を有していることを特徴とする。

本発明の電磁超音波センサによれば、磁石の配列を工夫することで、磁束密度を向上させることができ、送受信の信号強度を向上させることができる。

第１実施形態の電磁超音波センサの構造を示した図である。従来例の電磁超音波センサの構造を示した図である。図１の電磁超音波センサをＸ−Ｘ線で切断した場合の断面図である。第１実施形態の電磁超音波センサの磁石に利用可能な磁石のＢＨ曲線を示した図である。補助磁石を備えた磁石配置から発生する磁力線を示した図である。補助磁石を備えていない磁石配置から発生する磁力線を示した図である。電磁超音波センサにより被検査物の内部に形成される磁束密度を、従来例と第１実施形態とで比較した図である。第１実施形態の電磁超音波センサを用いて、アルミの被検査物に対して超音波探傷した場合の受信時の信号強度を示した図である。従来例の電磁超音波センサを用いて、アルミの被検査物に対して超音波探傷した場合の受信時の信号強度を示した図である。第２実施形態の電磁超音波センサの構造を示した図である。電磁超音波センサにより被検査物の内部に形成される磁束密度を、従来例、第１実施形態、及び第２実施形態で比較した図である。第３実施形態の電磁超音波センサについて構造を示した図である。第３実施形態の変形例の電磁超音波センサについて構造を示した図である。円形型コイルを用いた従来例の電磁超音波センサの構造を示した図である。従来例の縦波用の電磁超音波センサについて構造を示した図である。磁石を３個用いた第４実施形態の電磁超音波センサの磁石配列を示した図である。磁石を５個用いた第４実施形態の電磁超音波センサの磁石配列を示した図である。電磁超音波センサにより被検査物の内部に形成される磁束密度を、従来例と第４実施形態とで比較した図である。第５実施形態の電磁超音波センサについて構造を示した図である。電磁超音波センサにより被検査物の内部に形成される磁束密度を、磁石の個数で比較した図である。従来例の電磁超音波センサについて構造を示した図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の電磁超音波センサ１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、第１実施形態の電磁超音波センサ１を模式的に示したものである。
図１に示すように、第１実施形態の電磁超音波センサ１は、金属などの被検査物Ｗの内部に存在する疵の検査及び被検査物Ｗの厚み測定を行う超音波探傷に使用される探触子に取り付けられるセンサである。つまり、この探触子は、電磁気的な作用で直接被検査物Ｗに超音波を伝達させる電磁超音波探傷の探触子（EMAT : Electro Magnetic Acoustic Transducer）となっている。

具体的には、第１実施形態の電磁超音波センサ１は、被検査物Ｗの内部に渦電流を発生させるコイル２と、コイル２を挟んで被検査物Ｗの反対側に配備されると共に被検査物Ｗを貫通する向きに静磁場を形成する主磁石３と、を備えている。例えば、上述したコイル２にパルス電流を流すと、被検査物Ｗの内部に渦電流が発生する。一方、主磁石３により被検査物Ｗの内部には静磁場も発生している。それゆえ、発生した渦電流と静磁場とが相互的に作用し合うと、被検査物Ｗの内部にローレンツ力が生起する。このようにして生起されたローレンツ力により、被検査物Ｗの内部に超音波が発生する。

上述したような主磁石やコイルは、図２に示す従来例の電磁超音波センサ１０１にも設けられており、従来例の電磁超音波センサ１０１でも主磁石１０３による静磁場とコイル１０２による渦電流との相互作用で超音波を同様に発生させている。
ところで、上述した従来例の電磁超音波センサ１０１では、被検査物Ｗに対して接触せずに（非接触で）超音波を伝達させることができる反面、圧電素子を用いた超音波センサなどに比べて受信感度が二桁も低くなるという課題がある。つまり、従来例の電磁超音波センサ１０１において探傷などの感度を高めるためには、探触子から出力される信号強度あるいは探触子で受信される信号強度を高める必要があり、これらの信号強度の向上には被検査物Ｗの内部での磁束密度を高めることが必要となる。例えば、主磁石１０３に磁力の強い磁石を用いれば磁束密度を高めることは理論的には可能であるが、現実的には主磁石１０３の磁力をさらに強くすることは困難なことが多い。

そこで、本実施形態の電磁超音波センサ１では、磁石配列を工夫して、より具体的には、主磁石３の側方に主磁石３の磁束密度を高める補助磁石４を設け、補助磁石４によって主磁石３の磁束密度を高めることで、被検査物Ｗの内部での磁束密度を高めている。
具体的には、本実施形態の電磁超音波センサ１の補助磁石４は、主磁石３のＮ極とＳ極とを結ぶ磁気ポールの向きと直交する向きに、自らの磁気ポール（補助磁石４の磁気ポール）を向けるようにして配備されている。このように補助磁石４を主磁石３の側方に配備すれば主磁石３から被検査物Ｗの内部に放射される磁力線が歪められ、被検査物Ｗの内部における磁束密度を高めることが可能となる。

なお、本発明の電磁超音波センサ１においては、用いる磁石の個数や配列の仕方によって、さまざまな実施形態が考えられる。
以降の第１実施形態では、主磁石３及び補助磁石４に合わせて５個の磁石を用いた横波用の電磁超音波センサ１を例に挙げて、第１実施形態の電磁超音波センサ１を構成する主磁石３、コイル２、補助磁石４について、詳しく説明する。

図３に示すように、第１実施形態の電磁超音波センサ１に設けられるコイル２は、平坦面の上を複数回に亘って周回するように導線５を巻き回して形成された平板状コイル（レーストラック型のコイル）となっている。このコイル２は、上方から見た場合に導線５が長円形や長方形の軌道を描くように内から外に向かって、あるいは外から内に向かって巻き回されて形成されている。つまり、導線５の巻回中心、つまりコイル２の中心を通って上下方向に伸びる切断面でコイル２を切断すると、巻回中心よりも左側のコイル２には第１導線群６を構成する複数の導線５が配備され、コイル２の右側には第２導線群７を構成する複数の導線５が配備される。

これらの第１導線群６及び第２導線群７は、いずれの導線群も、ほぼ等間隔をあけて互いに平行に配備された複数の導線５で構成されている。第１導線群６に属する複数の導線５では電流の向きはすべて同じとなっており、また第２導線群７に属する複数の導線５でも電流の向きはすべて同じとなっているが、第１導線群６での電流の向きと第２導線群７での電流の向きとは互いに反対向きとなる。コイル２の第１導線群６の上には、この第１導線群６に対応して上述した第１の主磁石８が配備されており、また第２導線群７の上には、この第２導線群７に対応して第２の主磁石９が配備されている。

第１実施形態の電磁超音波センサ１では、上述した横波用の電磁超音波センサ１の場合、コイル２の直下に縦方向の磁束が必要となるので第１導線群６及び第２導線群７に対応して、各導線５群の上方に主磁石３がそれぞれ配備されることになる。つまり、第１実施形態の電磁超音波センサ１の場合では、「渦電流を発生させるコイル２に対応した位置に主磁石３を配備する」とは、渦電流を発生させるコイル２の導線群の上方に、主磁石３を配備することに他ならない。

上述したように、第１実施形態の電磁超音波センサ１のコイル２は、被検査物Ｗの表面に沿って一方向に電流が流れる第１導線群６と、第１導線群６とは電流の向きが反対の第２導線群７とを有している。この第１導線群６に対応して第１の主磁石８が配備されており、第２導線群７に対応して第２の主磁石９が配備されていて、第１実施形態の主磁石３はこれら第１の主磁石８と第２の主磁石９との２つの磁石で構成されている。

上述した第１の主磁石８及び第２の主磁石９は、磁石内においてＮ極とＳ極とを結ぶベクトル（以下、本実施形態では、「磁気ポール」と呼ぶ）を、被検査物Ｗを貫通する方向に向けて配備されている。本実施形態の場合であれば、第１の主磁石８は下方にＮ極を向けて配備されており、第２の主磁石９は下方にＳ極を向けて配備されている。すなわち、第１の主磁石８及び第２の主磁石９の磁気ポールは上下方向を向くこととなる。

また、これら第１の主磁石８及び第２の主磁石９における左右方向に沿った幅は、上述した第１導線群６の左右方向に沿った幅、及び第２導線群７の左右方向に沿った幅とほぼ等しくされている。
さらに、第１の主磁石８及び第２の主磁石９には、電磁超音波センサ１（ＥＭＡＴセンサ）として磁束密度を大きくすることが求められるので、図４の実線で示すような保磁力の大きな磁石ではなく、図４の点線で示すような磁束密度の大きい材質の磁石が好適に用いられる。

第１実施形態の補助磁石４は、第１の主磁石８と第２の主磁石９との間に設けられる１個の中央補助磁石１０と、第１の主磁石８または第２の主磁石９の外側方にそれぞれ１個ずつ設けられる合計で２個の側部補助磁石１１とで構成されている。
これらの補助磁石４は、主磁石３の側方に設けられて、主磁石３の磁束密度を高める作用を備えており、いずれも主磁石３の磁気ポールの向きと直交する向きに自らの磁気ポール（補助磁石４自身の磁気ポール）を向けるようにして配備されている。

具体的には、上述した補助磁石４のうち、中央補助磁石１０は、第１の主磁石８と第２の主磁石９との間に配備された磁石である。この中央補助磁石１０の磁気ポールの向きは、水平方向を向いており、主磁石３の磁気ポールの向き（上下方向）とは直交している。具体的には、第１実施形態の中央補助磁石１０は、Ｎ極を第１の左側（主磁石３側）に向けて取り付けられており、またＳ極を右側（第２の主磁石９側）に向けて取り付けられている。

また、上述した中央補助磁石１０における左右方向の幅寸法は、第１の主磁石８または第２の主磁石９よりも狭幅なものとなっている。加えて、中央補助磁石１０には、第１の主磁石８及び第２の主磁石９よりも保磁力が高い磁石が用いられている。
中央補助磁石１０に主磁石３よりも左右方向に狭幅で保磁力が高い磁石を用いるのは、主磁石３の減磁ではなく、中央補助磁石１０自体の減磁の影響を小さくするためである。つまり、着磁方向の厚みが大きい磁石（主磁石３のような磁石）ではあまり外部磁場による減磁を考慮しなくてもよい。しかし、着磁方向の厚みが薄い磁石（本実施形態の中央補助磁石１０のような磁石）では外部磁場による減磁の影響が顕著に出やすくなる。

より詳しくは、電磁超音波センサ１としては、被検査物Ｗの内部で磁束密度が大きいことが求められるので、上述したように主磁石３には残留磁束密度の大きい材質の磁石が採用される。一方、中央補助磁石１０にも残留磁束密度の大きい材質を使いたいが磁束密度と保磁力はトレードオフの関係にあり、残留磁束密度の大きい磁石は、保磁力が小さくなる。特に中央補助磁石１０のように磁気ポールの方向の形状が小さい（着磁方向の厚みが薄い）場合には、外部磁界による不可逆減磁が発生しやすくなる。このような外部磁界による減磁が起こると、電磁超音波センサ１としての感度（受信感度）も低下することになる。

そこで、中央補助磁石１０に残留磁束密度が大きい磁石でなく、保磁力が大きな磁石を採用すると、減磁の影響を小さくすることができ、電磁超音波センサ１としての感度（受信感度）を向上させることが可能となる。つまり、第１実施形態の電磁超音波センサ１は、中央補助磁石１０に、残留磁束密度を多少犠牲にしてでも保磁力が大きな磁石や狭幅の磁石を用いることで、センサ全体として見た場合に減磁の影響を小さくして、被検査物Ｗの内部での磁束密度を向上させ、受信感度を向上させたものとなっている。

具体的には、中央補助磁石１０の磁石の材質を選定する際には、ある磁石の材質に注目すると、B-HカーブとJ-Hカーブが固有に決まり、磁石の形状が決まると寸法比から磁石の動作点が決まる。さらに、外部磁界の大きさから減磁が可逆か不可逆かどうかと減磁量が決まるため、中央補助磁石１０の磁石の材質を選定することは十分に可能である。つまり、磁束密度の大きいものは保持力が小さいというトレードオフの関係にあるため、磁石の形状と外部磁界の大きさから、できるだけ残留磁束密度が高く可逆で減磁量の小さくなる保持力の材質を選定することが重要となる。

また、上述した補助磁石４のうち、側部補助磁石１１は、第１の主磁石８のさらに外側方、つまり第１の主磁石８の左側に配備された左側側部補助磁石１１Ｌと、第２の主磁石９のさらに外側方、つまり第２の主磁石９の右側に配備された右側側部補助磁石１１Ｒとで構成されている。
また、左側側部補助磁石１１Ｌは、この左側側部補助磁石１１ＬのＮ極が中央補助磁石１０のＮ極と対面し合うように（Ｎ極を右側に向けて）、配備されている。さらに、右側側部補助磁石１１Ｒは、この右側側部補助磁石１１ＲのＳ極が中央補助磁石１０のＳ極と対面し合うように（Ｓ極を左側に向けて）、配備されている。

なお、第１実施形態では、側部補助磁石１１として１個の左側側部補助磁石１１Ｌと１個の右側側部補助磁石１１Ｒとが用いられた例を挙げたが、左側側部補助磁石１１Ｌや右側側部補助磁石１１Ｒの設置個数は２個以上であっても良い。例えば、左側側部補助磁石１１Ｌに２個の磁石を用いる場合は、第１実施形態の左側側部補助磁石１１Ｌの左側に、第１の主磁石８とは磁気ポールの向きが反対の（１８０°異なる）磁石を用いればよいし、右側側部補助磁石１１Ｒに２個の磁石を用いる場合は、第１実施形態の右側側部補助磁石１１Ｒの右側に、第２の主磁石９とは磁気ポールの向きが反対の（１８０°異なる）磁石を用いればよい。

また、第１実施形態の電磁超音波センサ１は、上述した主磁石３と補助磁石４とを結ぶヨーク１２を備えている。このヨーク１２は、本実施形態の場合、左側側部補助磁石１１の上部から、第１の主磁石８、中央補助磁石１０、第２の主磁石９の上部を通って、右側側部補助磁石１１の上部に達する範囲に設けられており、５つの磁石の全てに跨るように配備されている。

例えば、図５Ａに示すように補助磁石を備えた電磁超音波センサでも図５Ｂに示すように補助磁石を備えていない電磁超音波センサでも、主磁石から被検査物Ｗ側に伸びる磁力線が、コイルにより発生する渦電流と相互的に作用して超音波を発生させるため、主磁石から被検査物Ｗ側に伸びる磁力線の密度が高いほど、言い換えれば磁束密度が大きいほど、センサとしての感度は高くなる。

この点、図５Ａに示すように補助磁石を備えた磁石配置において被検査物Ｗ側で確認される磁力線の密度は、図５Ｂに示す補助磁石を備えていない磁石配置において被検査物Ｗ側で確認される磁力線よりも明らかに高密度である。
実際に、図６に示すように第１実施形態と従来例の電磁超音波センサ１０１の磁束密度をシミュレーションで計算すると、第１実施形態の電磁超音波センサ（点線）では、従来例の電磁超音波センサ（実線）に比べて、超音波の駆動に必要となる縦方向（上下方向）の磁束密度が大きくなっていることがわかる。

ただ、補助磁石４を採用して磁束密度を高くすることができても、補助磁石４による外部磁場が主磁石３に作用すると、主磁石３が減磁されてしまい、磁束密度を十分に向上できなくなる可能性がある。
そこで、上述した第１実施形態では、補助磁石４の寸法形状や保磁力（残留磁束密度）を好ましくは規定して、センサ全体として見た場合に減磁の影響を小さくして、被検査物Ｗの内部での磁束密度を大きく向上させるようにしている。

このように寸法形状や保磁力を最適化した補助磁石４を採用すれば、図７に示すように第１実施形態の電磁超音波センサ１の感度を実際に高めることができる。
つまり、図７Ａ及び図７Ｂの結果は、厚みが１００ｍｍのアルミ板を対象に、受信側に従来例の磁石配列の電磁超音波センサ１０１を用い、送信側に第１実施形態及び従来例の磁石配列の電磁超音波センサ１、１０１を用いて、受信信号を計測したものとなっている。図７Ａに示す第１実施形態の磁束密度の結果は、図７Ｂに示す従来例の受信信号よりも１．５倍程度まで信号強度が高くなっており、第１実施形態の電磁超音波センサ１が従来例のものより感度が高いことがわかる。また、図７Ａは受信のみの結果であるが、送受信両方を合わせると１．５倍の２乗である２．２５倍程度までは送受信の効率を向上させることが可能である。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の電磁超音波センサ１について説明する。

図８に示すように、第２実施形態の電磁超音波センサ１は、第１実施形態の電磁超音波センサ１に設けられる補助磁石４のうち、側部補助磁石１１を取り除き、１個の中央補助磁石１０のみを用いたものとなっている。つまり、第２実施形態の電磁超音波センサ１は、主磁石３及び補助磁石４を合わせて、３個の磁石を配列させて構成されたものとなっている。

図９に示すように、第２実施形態の電磁超音波センサ１の場合でも、第１実施形態の電磁超音波センサ１（５個の磁石配列の場合）より生成される磁束密度は低くなるものの、被検査物Ｗ側で確認される磁束密度（縦方向の磁束密度）は高くなっており、磁束密度の向上の効果があることが分かる。
なお、上述した第２実施形態は、中央補助磁石１０を残したまま、第１実施形態から側部補助磁石１１の個数を減らした例であったが、中央補助磁石１０を残したまま、第１実施形態から側部補助磁石１１の個数を増やすことも考えられる。ただ、側部補助磁石１１の個数を２個以上に増やしても、磁束密度向上の効果は第１実施形態の場合と比べてあまり変化はなく、磁束密度向上の効果は磁石数が５個の状態で飽和状態となり、それ以上磁石数を増加させても磁束密度は高くならない。そのため、本明細書では側部補助磁石１１を２個以上設けた例についての説明を省略するが、本発明には２個以上の側部補助磁石１１を設けた磁石配列も当然ながら含まれる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態の電磁超音波センサ１について説明する。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第３実施形態の電磁超音波センサ１は、第１実施形態及び第２実施形態と同様な電磁超音波センサ１であるが、これらの実施形態とは主磁石３や補助磁石４の形状が異なっている。
つまり、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第３実施形態の電磁超音波センサ１に設けられるコイル２は円形の板状とされており、導線５を渦巻き状態で巻き回したものとなっている。また、第３実施形態の電磁超音波センサ１に設けられる主磁石３（中心主磁石３）は、上下方向に軸心を向けた円柱形状に形成されており、補助磁石４はこの中心主磁石３の周囲に配備された同軸の円筒形状となっている。さらに、図１０Ａは、１個の円柱状の中心主磁石３の周囲に１個の円筒状の補助磁石４を同軸状に配備した場合（磁石２個の場合）であるが、図１０Ｂに示すように１個の円筒状の補助磁石４の周囲にさらに径の大きな円筒状の側部補助磁石１１を同軸状に配備したような電磁超音波センサ１（磁石３個の電磁超音波センサ１）を用いても、図１１に示す従来例（１個の円形型コイル１０２と１個の円柱形状の磁石１０３を利用した電磁超音波センサ１０１）に比べれば被検査物Ｗに対する磁束密度を向上させることができる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態の電磁超音波センサ１について説明する。

第４実施形態の電磁超音波センサ１は、被検査物Ｗに対して横波の超音波を発生させる第１実施形態〜第３実施形態に比して、被検査物Ｗに対して縦波の超音波を発生させる構成となっている。このような縦波の超音波を発生させる電磁超音波センサ１では、横波を発生させるものとは異なり、コイル２の直下に位置する被検査物Ｗの内部に横方向（水平方向）に沿って磁場を形成することが必要となる。

例えば、図１２は従来例の縦波用の電磁超音波センサ１０１を例示したものである。この図１２に示すように、縦波用の電磁超音波センサ１０１では、被検査物Ｗの表面に沿うように水平方向に沿って配備された平板状のコイル１０２と、このコイル１０２を取り囲むと共にこのコイル１０２よりも上方に離れて設けられた主磁石１０３とを備えている。つまり、縦波用の電磁超音波センサ１０１に設けられる主磁石１０３は、水平方向に距離をあけて配備された第１の主磁石１０８及び第２の主磁石１０９を有しており、これら２つの主磁石１０８、１０９の間に形成された空間（空隙）の下方に上述したコイル１０２が配備されている。

このようなコイル１０２と主磁石１０８、１０９とを備えた従来の縦波用の電磁超音波センサ１０１に比して、第４実施形態の縦波用の電磁超音波センサ１０１は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すような構成となっている。
つまり、図１３Ａに示す第４実施形態の電磁超音波センサ１は、第１の主磁石８と第２の主磁石９との間に、補助磁石４として中央補助磁石１０が配備されたもの、言い換えれば３個の磁石を備えた構成となっている。また、図１３Ｂに示す第４実施形態の変形例の電磁超音波センサ１は、第１の主磁石８と第２の主磁石９との間に、補助磁石４として中央補助磁石１０を備えるのみでなく、第１の主磁石８及び第２の主磁石９の外側方に側部補助磁石１１が配備されたもの、言い換えれば５個の磁石を備えた構成となっている。

このような第４実施形態の電磁超音波センサ１でも、図１４に示すように、被検査物Ｗ側で形成される磁束密度は、従来例（図１２の電磁超音波センサ１０１）を用いた場合より飛躍的に向上しており、電磁超音波センサ１の送受信効率を高めることができると判断される。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態の電磁超音波センサ１について説明する。

図１５に示すように、第５実施形態の電磁超音波センサ１は、第１実施形態の電磁超音波センサ１に比して、補助磁石４のうち、側部補助磁石１１を残して、中央補助磁石１０のみを取り除いたものとなっている。すなわち、第５実施形態の電磁超音波センサ１は、中央補助磁石１０を用いず、側部補助磁石１１のみを補助磁石４として用いたもの（主磁石３及び側部補助磁石１１を合わせて４個の磁石を用いたもの）となっている。

このような第５実施形態の電磁超音波センサ１を用いた場合にも、図１６に示すように、被検査物Ｗ側で形成される磁束密度（図中のグレーの実線の場合）は、従来例を用いた場合（図中の実線の場合）より大きく向上しており、電磁超音波センサ１の送受信効率を高められることがわかる。
また、図１６の結果から、主磁石３、補助磁石４を合わした磁石の個数（電磁超音波センサ１に使用される磁石の個数）が多い方が、言い換えれば磁石３個の場合よりも５個の場合の方が電磁超音波センサ１の送受信効率を高めることができることがわかる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１電磁超音波センサ
２コイル
３主磁石
４補助磁石
５導線
６第１導線群
７第２導線群
８第１の主磁石
９第２の主磁石
１０中央補助磁石
１１側部補助磁石
１１Ｌ左側側部補助磁石
１１Ｒ右側側部補助磁石
１２ヨーク
１０８第１の主磁石
１０９第２の主磁石
１０１従来例の電磁超音波センサ
１０２従来例のコイル
１０３従来例の主磁石
Ｗ被検査物

Claims

被検査物の内部に渦電流を発生させるコイルと、当該コイルを挟んで前記被検査物の反対側に配備されると共に前記被検査物を貫通する向きに静磁場を形成する主磁石とを備え、前記被検査物の内部に渦電流と静磁場との相互作用で超音波を発生させる電磁超音波センサであって、
前記主磁石の側方には、当該主磁石の磁束密度を高める補助磁石が設けられており、
前記補助磁石は、前記主磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ磁気ポールの向きと直交する向きに当該補助磁石の磁気ポールを向けて配備されており、
前記コイルは、前記被検査物の表面に沿って一方向に電流が流れる第１の導線群と、前記第１の導線群とは電流の向きが反対の第２の導線群とを有しており、前記主磁石は、前記第１の導線群に対応した第１の主磁石と、前記第２の導線群に対応した第２の主磁石とを有しており、
前記補助磁石は、前記第１の主磁石と第２の主磁石との間に中央補助磁石を有しており、前記中央補助磁石は、前記第１の主磁石または第２の主磁石よりも狭幅に形成されており、
前記中央補助磁石に、前記第１の主磁石及び第２の主磁石よりも保磁力が高い磁石が用いられており、
前記補助磁石は、前記第１の主磁石及び第２の主磁石の両方の主磁石の外側方に側部補助磁石を有している
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
前記主磁石と補助磁石とを結ぶヨークが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電磁超音波センサ。