JPH07280774A - 高解像度うず電流プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間解像度を向上させる。 【構成】 前記プローブ・コアは前記コイル（３）の端
部（４）から間隔（１４）とって実質的に前方の磁場通
過表面（７）を有しており、ここを通して前記被験物
（１０）のわずかに広い領域だけがうず電流活動へと励
起される。少なくとも前記磁場通過表面（７）の付近で
また望ましくはここから前記コイルの端部領域（５）内
まで、前記コアの長手方向の軸に対して直交する少なく
とも１つの方向で、前記プローブ・コア（２）は一方に
おいて前記プローブ・コアにおけるうず電流損失の幾何
学的要因による減少が発生し他方で良好なうず電流プロ
ーブの空間解像度が得られるような限られた範囲を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は少なくとも部分的に導電
性の被験物について請求項前文に従って表面付近の不均
一性を検査するためのうず電流プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの用途で、表面付近の微細な材料の
不均一性または瑕疵、たとえば長さおよび／または深さ
が数ミクロン程度の亀裂で、中間物または部材がこれに
与えられた機能を高信頼性かつ恒久的に実行できるかま
たは不良品として除外すべきかを決定することができ
る。所望しない材料の不均一性が発生すると、製造工程
での故障も示唆されることになるので、可能な限り早急
に検出し除外しなければならない。材料検査は、特に非
破壊検査法に基づく検査の場合、最終的に必要とされる
品質を検査しまた確保することができ、経済的な製造が
可能となる。

【０００３】数ミクロンまたは数十ミクロン、さらには
これ以下の大きさの不均一性の検出には、空間解像度の
高い検査法または試験法が必要である。この程度の大き
さを有する不均一性は特に表面または表面付近の領域と
界面が特性を決定し得るような材料において最重要であ
る。この点について半導体技術または薄膜技術での使用
を引用する。特に、薄膜高温超伝導体（ＨＴＳＣ）の検
査を引用する。これの特性は製造工程においてもたらさ
れた欠陥たとえば亀裂と常伝導領域に決定的に依存して
いる。この場合、より正確な欠陥の大きさと分布の分析
から製造工程の改善に関する結論を引き出すことができ
るように、空間解像度の高い検査方法が要求される。フ
ィルム全体またはこれの大部分の領域の特性の試験たと
えば重要部分の電流強度または遷移温度を決定するなど
の包括的または全体的な検査方法は、「以前より良い／
悪い」といった意味合いでの定性的表現で済んでしまう
ことが多い。空間解像度は検出しようとする不均一性と
同等の倍率とすべきである。ここで光学系に基づく空間
解像度は、試験方法で独立して検出可能な２つの隣接し
た欠陥の間の最小距離を表わすものと理解される。

【０００４】非破壊検査で多用される方法はうず電流法
である。うず電流プローブの能動部材、一般に電場、測
定部および任意で空間巻線、を少なくとも部分的に導電
性の被験物の表面に対して小さい検査間隔まで近づけ
る。検査プローブのフィールドコイルで発生される高周
波交流電磁場が被験物に侵入し基本的に被験物の表面付
近の表層にうず電流を発生させ、相互誘導によってこれ
がプローブ内の測定コイルに作用し、電場と測定コイル
が均衡し得る。一定の検査間隙に対する誘導交流電流の
強度は励起周波数と被験物の導電性および透磁性に依存
する。検査領域内の欠陥はうず電流の強度を変化させ導
電位置の変化として検査信号で検出できるようになる。
被験物の欠陥のある領域と欠陥のない場所の信号の比較
からエラー信号が得られる。

【０００５】うず電流法は電流に起因する被験物の特性
の変化を発生させて検出するためにすでに使用されてい
る方法である。これは、例えば定量的非破壊評価法の進
歩第１１巻１８５３ページ（１９９２年）では、うず電
流コイルを使用して誘導電流で直径数ミリメートルの領
域内で超伝導体の強度を高め超伝導体がその特別な性質
を失う局部的な臨界電流強度を求めることが提案されて
いる。

【０００６】動的測定の場合、検査プローブを被験物と
相対的にまた被験物の表面に対して実質的に平行に移動
させる。この方法で移動する検査プローブの測定領域が
表面付近の不均一性の上を通過した場合には、エラー信
号が発生し検査速度に見合った波形から、直列接続した
電気的処理例えばハイパスフィルタとローパスフィルタ
を任意に用いることで好適なＳ／Ｎ比を有するエラー信
号を抽出することができる。プローブを移動させる場
合、移動の方向と直交する検査領域の範囲をトラック幅
と呼び、移動方向の有効領域の範囲を有効幅と呼ぶ。有
効幅が移動方向での空間解像度を決定する。

【０００７】既知のうず電流プローブはフェライト製で
周囲にコイルが巻いてあり直径０．５ミリメートルの磁
場増幅プローブ・コアを有する。プローブ・コアとして
フェライトが好適な素材であるが、これはフェライトが
磁性体であって磁場増幅に関与するにもかかわらず基本
的に電気的不導体であるため、再磁化中にフェライトに
電圧が誘導されてもなおかつうず電流を誘導することが
なく、その結果プローブ・コア内でのうず電流損失を招
来しないということによる。これによって高い検査周波
数が得られ被験物中に生成される磁場の侵入深度が浅く
なる。銅の場合の一般的な侵入深度は１ＭＨｚで約７０
μｍ、また１０ＭＨｚで約２０μｍである。フェライト
・コアによる低侵入深度を実質的なうず電流無損失と比
べれば、コアの脆弱性のためコアが直径０．５ミリメー
トルより細く高価なものとしてしか製造できない。この
ような直径０．５ミリメートルのコアのトラック幅と有
効幅は１ないし１．５ミリメートルでほぼこのレベルの
空間解像度が得られる。

【０００８】空間解像度を改善する目的で回路構成と配
置の改善を行った。全長にわたって中心部分で分割され
た直径１ミリメートルのフェライト・コアを有するうず
電流プローブの場合、２つのコアが別々に接続した測定
巻線で巻き上げられており、全体の構造が磁場発生用巻
線で巻き上げられ、有効幅は１．４ミリメートルであ
る。この差動プローブにおける測定巻線の独立接続の結
果、空間解像度は約０．５ミリとなる。

【０００９】さらに、２本の直径０．５ミリメートルの
フェライト・コアを使用し一方のコアの周囲に巻いたコ
イルは磁場形成コイルとして接続しもう一方のコアに巻
いたコイルは測定コイルとして接続してあるうず電流プ
ローブを検査した。コアは往復運動するように配置して
あり磁場形成コイルで励起される領域の０．３ないし
０．５ミリメートルの部分だけが測定コイル内の信号に
対して有意に影響するようにした。直径０．５ミリメー
トルのフェライト・コアでの測定によれば空間解像度
０．３ミリないし０．５ミリが得られるが、測定信号の
強度が犠牲になる。被験物内に生成されるうず電流によ
る実質的な磁気結合を有する磁場形成コイルと測定コイ
ルを独立した構造は反射位置またはトランス（変成器）
構造と呼ばれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は非破壊
検査目的で空間解像度を向上させた表面検査用のうず電
流プローブを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明は請求項１〜１８のいずれか１項に記載の
高解像度うず電流プローブを要旨とする。

【００１２】

【実施例】前述の課題を解決するため、本発明では以下
の特徴を有するうず電流プローブを提案する。すなわ
ち、少なくとも部分的に導電性の被験物の表面付近の不
均一性を試験するためのうず電流プローブであって、交
流磁場を生成するためおよび／または検出するために設
けた少なくとも１つのコイルと前記コイルで少なくとも
部分的に囲まれており前記被験物の表面に対して検査間
隙をとって配置自在な実質的に前方の磁場通過表面を有
する少なくとも１つの細長いプローブ・コアを有し、前
記コアの長手方向の軸に直交する少なくとも１つの方向
において前記磁場通過表面の近傍での断面において前記
プローブ・コアは０．５ミリメートル以下の広がりを有
することを特徴とするプローブである。

【００１３】次にこのプローブの作用について説明す
る。

【００１４】本発明によれば、磁場通過表面の近傍かつ
コアの長手方向の軸に対して少なくとも直交する方向に
あるプローブ・コアの断面は０．５ミリメートル以下の
範囲を有する。その結果プローブ・コアにより増幅され
る交流磁場がコアの長手方向の軸の周囲の領域に空間的
に集中する。磁場通過表面の領域内でプローブ・コアか
ら前方へと磁場が通過し被験物に侵入する。つまり特に
検査間隙が小さい場合にもコイルの磁場で励起される被
験サンプル量はコアの長手方向の軸の延長線上付近に集
中することになる。つまり、被験物内での事実上全ての
うず電流の作用が少なくともコアの長手方向の軸に対し
て直交する１つの方向の限られた範囲の部分に制限され
る。解像力の本質的限界、言い換えれば励起した被験サ
ンプル体積の範囲を有利に減少させることができる。

【００１５】少なくともコアの長手方向の軸に直交する
方向にコアの断面積の範囲が制限される結果、同時にう
ず電流がプローブ・コア内に伝播し得る空間を効率的に
減少させてうず電流強度を幾何学的な要因で減少させ、
これによってうず電流の損失減少することが可能であ
る。これまで無視されてきたこの驚くべき幾何学的効果
により、一方で強磁性から磁場増幅効果を生じるが他方
で十分な機械的安定性を保ち本発明にかかる直径の小さ
いプローブ・コアであっても機械的に十分安定で磁場生
成コイルを担持することができるような導電性材料をプ
ローブ・コア材として使用することが可能である。

【００１６】本発明においては最小限の導電性を有し同
時に非常に高い透磁性を有する材料を選択しなければな
らない。

【００１７】例えば鉄・シリコン特にパーマロイ合金に
よる弱鉄磁性材料をプローブコアとして使用することも
考えられる。パーマロイ合金の場合うず電流損失は高い
検査周波数を検索してプローブ・コアの範囲を制限する
ことにより十分減少可能で、０．２ミリメートルまたは
望ましくはそれ以下の小さいコア直径を選択する。

【００１８】プローブ・コアが軟磁性鉄磁性アモルファ
ス金属から制作されている場合特に有利である。金属ガ
ラスとも呼ばれるこの導電性材料は、フェライト・コア
と比較すると、大幅に高い透磁性と低い抗磁力を有して
いる。これはコイルが生成する磁場の増幅率が高く同時
に再磁化中のヒステリシス損失が小さいことを表わして
いる。低ヒステリシス損失の結果、金属ガラスではフェ
ライト・コアに比べて大きなうず電流損失が部分的に補
償される。金属ガラスの場合のうず電流損失は結晶金属
に比べて大幅に小さいが、これは同じ成分からなる結晶
金属に比べ原子配列上の「乱れ」による金属ガラスの固
有電気抵抗が３倍から１０倍近くも高いことによる。

【００１９】金属ガラスの電気的磁気的特性の有利な組
み合わせにより本発明にかかるプローブ・コアを例えば
６から１０ＭＨｚ程度までおそらくはさらに高い検査周
波数でも使用することができるようになる。コバルト・
シリコン・ボロンを主原料とする透磁性の高いアモルフ
ァス鉄磁性体を使用するのが特に有利であると証明され
ている。アモルファス金属は高い機械的強度と機械的靱
性も特徴である。これによりプローブ・コアの材料とし
て使用することが容易で、特に例えば巻き上げによるプ
ローブ・コアへのコイルの装着が、非常に細いプローブ
・コアでも行えるようになる。

【００２０】コイルにより取り囲まれたコイル端部領域
内で磁場通過表面に面したコイル・コアに、望ましくは
コイルと磁場通過表面の間にも、本発明による小さい寸
法を付与するのが磁場増幅に特に有利である。プローブ
・コアの機械的強度と同時にコア断面積の減少による効
率的な幾何学的要因によるうず電流損失の最小化と空間
解像度の改善の間の有利な妥協が得られ、磁場通過表面
の近傍のプローブ・コア直径は０．２ミリメートル以下
で、コアの長手方向の軸に対して直交する方向では望ま
しくは約０．１ミリである。この寸法はコイル端部領域
にもまた特にコイルで囲まれた領域から磁場通過表面ま
でのプローブ・コア全体に対しても有利に適用すること
ができる。

【００２１】適切なコアの断面積の下限は一方でプロー
ブコアの機械的安定性から得られる。他方断面積を減少
したプローブ・コアは励起コイルに印加される交流電圧
の周波数および／または電圧が低いうちに飽和状態まで
磁化されやすく、プローブ・コアの「担う」磁場強度が
定常的に小さくなることを念頭に置く必要がある。その
ため潜在的なエラー信号強度が定常的に減少する。エラ
ー信号強度が検査機器構成の雑音レベルのほぼ相当する
場合適切なコア断面積最小化の限界に達する。この限界
は被験物に依存し通常の導電性材料の場合には約０．０
５ミリメートル、また超伝導体ではプローブ・コア直径
約０．０１ミリメートルとなる。

【００２２】トラック幅が有効幅より大きくなるような
部分ではこれらの厚みに平坦な帯域を使用することがで
きる。プローブ・コアは断面積形状が円形で特にコイル
の近くでは真円に近いことが望ましく、また磁場通過表
面へと連続するのが望ましい。このような円柱状のプロ
ーブ・コアは商業的に利用可能なワイヤー、特に金属ガ
ラス・ワイヤーから製造することができる。アモルファ
ス金属製のワイヤは、クエンチングにより製造した後、
引抜きにより断面積を減少させ機械的強度を向上させて
いる場合、特に安価に高効率のプローブ・コアの製造に
利用することができる。円柱状および特に円環状のコア
断面もコアの長手方向の軸の周囲へと最適な方法で磁場
強度が集中するという利点も有しており、特にコア断面
対コア断面積の良好な比率が得られる。巻線を通る所定
の電流強度に対して巻線で囲まれた断面表面が誘導磁場
強度を決定するので、磁場通過表面の近傍では高い磁場
強度を得るため出来る限り高くするべきである。

【００２３】コイルの内側辺縁とプローブ・コアの外側
辺縁の間に少なくとも部分的に間隙を作るような方法で
プローブ・コアの周辺にコイルを配置することも考えら
れる。既存の間隙は他の磁場増幅材料例えばフェライト
で全面的にまたは部分的に充填できる。有利にも、望ま
しくは完全に充填した内部辺縁に沿って、コイルはプロ
ーブ・コアの外側辺縁に直接寄り掛る。これによりコイ
ル磁場と磁場増幅プローブ・コアの間の最適な結合が行
えるようになる。同時にコイルが生成する磁場の横方向
への広がりはプローブ・コア状にコイルを直接巻き上げ
ることにより最小限にまで減少し、コイルの長手方向の
軸の周囲の領域に磁場強度が集中するようになる。磁場
の集中の結果、コイルから被験物へ直接通過する迷走磁
場強度はうず電流効果を励起する領域の横方向の伝播に
よりうず電流プローブの空間解像度を大幅に劣化させる
ことはない。コイルの迷走磁場に起因する信号は磁場通
過表面に面する被験物中に発生するエラー信号を隠蔽し
ないはずである。

【００２４】コアの長手方向の軸の近くに強力な磁場の
集中を得て、同時にコイルから被験物へ直接通過する迷
走磁場を最小限に抑えるためには、少なくとも磁場通過
表面に面したコイル端部領域でコイルを単層巻線として
巻くと有利である。これにより測定点に近いコイルの迷
走磁場の横方向への広がりを最小限のレベルまで減少す
る。同時に磁場通過表面に近い領域で非常に強力な磁場
を発生させるためには、端部領域でコイルを単層巻線と
して巻くのが有利であるが、端部領域に隣接する領域で
は多層巻線望ましくは２層とするのが有利である。この
巻線形状はコアの長手方向の軸のすぐ近傍における非常
に高い磁場強度と磁場通過表面の間での良好な妥協点と
なり、同時に被験物へのコイル迷走磁場強度を最小限に
抑える。

【００２５】磁場通過表面はほぼコイル端部の近くに位
置させることが出来る。コイルから被験物への直接的な
磁場の通過を回避するまたは減少させるには、磁場通過
表面の側でコイル・コアをコイルより突出させるのが適
切である。つまり、コイル端部と磁場通過表面の間のピ
ーク分離が増加し、コイルから直接通過する磁場強度は
あったとしても被験物へ非常に弱い強度で通過するだけ
となる。この方法では有用な信号の強度とうず電流プロ
ーブの疑似信号強度の間の比率が向上する。ピーク分離
に対するコイル端部領域での平均巻線直径の比率は約
３：１〜１０：１とするのが有利である。また、コイル
端部を磁場通過表面領域および被験物に対して磁気的に
遮蔽するがプローブ・コアが中央部の通路を通って通過
できるような磁気遮蔽を提供することにより、コイル迷
走磁場を少なくとも部分的に遮蔽することも可能であ
る。コアの長手方向の軸に実質的に平行に走る「有効磁
場」に対向する迷走磁場が湾曲していることを利用す
る、即ちコアの長手方向の軸に直交する成分も有してい
ることを利用することも可能である。

【００２６】コアの長手方向の軸の領域の周囲の有効磁
場強度のさらなる集約は、磁場通過表面の近傍でのコイ
ル・コアのテーパー処理、特にチップまたはポイントの
形状に整形することにより実現可能である。チップは実
質的に円錐形に先細りとするか、または鋭利な辺縁の形
状たとえばプローブ・コアを傾斜研磨することで構成す
ることが出来る。磁場通過表面付近のコイル・コアのテ
ーパーによってうず電流プローブにより励起される被験
物体積中の横方向への広がりを更に減少させることが出
来るので、空間解像度が更に向上することになる。

【００２７】うず電流プローブの構造と形状から、特に
磁場通過表面の近傍では、うず電流が励起される被験物
中の領域の形状と範囲を求めることが出来る。さらに、
有利なことにうず電流プローブには磁場通過表面の付近
で磁場の分布を偏向させるための磁場歪曲手段が設けて
ある。磁場の偏向により所定の好適な方向で空間解像度
を改善することが出来、磁場の範囲が該好適な方法で減
少する。

【００２８】コイル付きヨークと類似して、磁場歪曲手
段は（第１の）磁場通過表面の近傍に配置してありこれ
とはギャップで隔てられた第２の磁場通過表面を有する
磁場帰路と、第１と第２の磁場通過表面は磁場通過表面
の磁場と磁場帰路の間の結合を有することが出来る。２
つの磁場通過表面の間のギャップはギャップ領域内の磁
場強度を増大させるため出来る限り小さくする。円錐形
の先端部の近傍では先端部から放射方向に離れるに従っ
て全ての方向で均一に磁場強度が減少するが、ギャップ
で隔離された２つの磁場通過表面の近傍では前記表面の
接線の方向に磁場がゆがめられ、接線に対して直交する
磁場の広がりは磁場のゆがみがない場合より小さく成
り、この方向の空間解像度を改善することが出来る。

【００２９】磁場増幅と磁場の歪曲は磁場通過表面の磁
場と磁場帰路の間の結合によって適切に補助される。結
合はプローブ・コアを形成するワイヤーを磁場通過表面
から離れた側のコイルの側面で丸めもう一方の任意でテ
ーパー反りした端部を磁場通過表面の領域に向かって曲
げる。独立し少なくとも部分的に湾曲した磁場帰路を提
供することも可能であり、これは磁場通過表面の近傍で
これに対する間隙を有しコイルの他方の側面に案内され
ここからプローブコアへ透磁接触する。

【００３０】有利にも磁場帰路はそれ自身のコイルを有
するプローブ・コアとしても製造され、磁場帰路を有す
るプローブ・コアを第１のプローブ・コアの磁場通過表
面の近傍で磁場通過表面に配置しプローブ・コアを取り
巻く２つのコイルを直列に接続する。この構造では、磁
場通過表面の磁場と磁場帰路の間の結合はコイルの直列
接続のため特に好適で、尖鋭な歪曲が得られこれによっ
てプローブの空間解像度の向上につながる。

【００３１】これまでに説明した例では、磁場生成コイ
ル（フィールド・コイル）と測定信号を取り出すコイル
（測定コイル）の両方としてコイルを使用できた。磁場
生成コイルと測定コイルが同一のプローブは、印加した
電流で作動し測定信号がインダクタンスの変化による電
圧変化として生成されるもので、パラメトリック・プロ
ーブと呼ばれるものである。

【００３２】また、プローブ・コア付きの１つのコイル
を磁場プローブとして作動させ被験物中にうず電流を誘
導する磁場を生成させ、また任意でプローブ・コア付き
のさらに少なくとも１つのコイルを設けてこれを測定プ
ローブとして作動させ測定用磁場通過表面で磁場プロー
ブに対して配置し被験物中で磁場コイルにより誘導され
たうず電流の誘導磁場が測定プローブに作用するように
したうず電流プローブを用いるのも有利である。高い空
間解像度を得るにはうず電流活動を励起する被験物中の
検査領域の大きさが非常に小さければ原理的に十分であ
る。磁場プローブで励起される被験物サンプルの体積範
囲は明確である。

【００３３】欠陥に起因するうず電流活動の変化を記録
することの出来る測定プローブは、励起されたうず電流
が被験物中に有意な測定信号を生成する限り、無作意の
形状と構造を有していて良い。有利にも磁場プローブに
よって励起される領域と同じ方法で測定に関係する領域
が空間的に集中している測定プローブを使用することが
出来る。その結果、磁場プローブから測定プローブの領
域へ直接通過し結果的に被験物中のうず電流によらずま
た結果的に干渉強度に関係するような信号は効果的に減
少される。

【００３４】有利にも測定プローブは、磁場コイルに類
似し特に同一の構造を有するプローブ・コア付きのコイ
ルとして製造される。磁場コイルと測定コイルは例えば
相互に対して鋭角なＶ字状に配置し測定コイルの測定磁
場通過表面が磁場コイルの磁場通過表面からギャップで
隔離されるようにする。つまり測定に関係する領域は、
測定コイル内に誘導される電圧が主として磁場コイルに
より被験物中に励起されるうず電流に起因するように、
励起される被験物サンプル体積と一致させることが出来
る。幾何学的な視点から見れば、この構造は好適な有用
信号／疑似信号比を有する最適化されたうず電流プロー
ブを提供する。

【００３５】有用信号／疑似信号比のさらなる改善は、
被験物の外部で磁場プローブから発生する磁場に対する
測定プローブの遮蔽により得られる。有利にもこの遮蔽
は遷移温度以下に冷却可能で磁場コイルと測定コイルの
間に配置可能な超伝導材料薄膜の形状とすることが出来
る。超伝導材料の遮蔽は被験物外部で磁場プローブと測
定プローブを完全にデカップリングするために使用でき
る。よって測定プローブからは被験物中で磁場コイルに
より誘導されたうず電流により誘導される磁場だけが
「見え」る。間隔に由来する変化を別にすれば測定信号
の変化はどれも被験物中のうず電流活動に対する変化に
直接的な関係があるので、事実上全ての測定信号が有用
信号となり得る。

【００３６】上記のおよびさらなる特徴は請求項と明細
書と図面から収拾可能であり単独また部分的な組み合わ
せの態様で個々の特徴を本発明および他の分野での実施
例として実現することが出来、本明細書において保護を
請求しようとする有利な独立して保護可能な構造を具現
することが出来る。以下において添付の図面を参照し本
発明の実施例を詳細に説明することにする。

【００３７】図示例 図１に示すうず電流プローブ１はアモルファスＦｅ−Ｓ
ｉ−Ｂ合金から作成した断面形状が円柱状のプローブ・
コア２の周囲にコイル３が巻いてあり、コイル３はコイ
ル端部４の近くで単層に巻き上げてありこれより上の方
向ではコイル領域全体にわたって２層に巻いてある。コ
イル端部領域５より下ではプローブ・コア２はコイルか
らこれを超えて突出しポイントまたはチップ６としてテ
ーパー処理してある。チップ６の近くでは、プローブ・
コア２は磁力線８として記号化してある交流磁場が通過
する実質的な前方磁場通過表面７で区切られる。うず電
流プローブ１は被験物１０の表面に対して非常に小さい
検査間隙９まで磁場通過表面６を近づける。磁場通過表
面と被験物１０の間の検査間隙９を通って交流磁場が被
験物１０へ侵入する。磁場８が被験物１０に侵入する点
では、矢印１１で示したように導電性の被験物中にうず
電流が誘導される。

【００３８】検査間隙が小さいほど、うず電流活動で励
起する被験サンプル体積の横方向の範囲が小さくなる。
本発明によるうず電流プローブの標準的な検査間隙は数
ミクロンである。検査間隙は間隔または距離信号を評価
することによって調整できるが、うず電流プローブと被
験物の間に例えばテフロンなどの電気的不導体層を挟む
ことによって大まかに一定に保つことも出来る。磁場通
過表面の付近では検査プローブはコアの長手方向の軸に
対して実質的に直交する方向を向けるのが望ましい摺動
面を有することも出来る。これによって可動式検査プロ
ーブは、例えばガス体または液体の薄膜、例えば検査し
ようとする超伝導体薄膜を冷却するためにこれに添加す
る液化窒素の層上で被験物に対して一定の検査間隙を保
ってこれの上を摺動させることが出来る。検査間隙を一
定に保つことで測定または検査信号の評価が容易にな
る。

【００３９】うず電流プローブは検査表面に対して実質
的に平行に移動できるので、検査プローブのトラック幅
の幅を有する線を検査することが可能である。検査経路
を部分的に重複させた状態で被験物に対する検査プロー
ブの動きを適当にサンプリングすることにより、検査表
面全体の完全な試験を実現することが出来る。これは検
査プローブの動きだけで行うことが出来るが、検査プロ
ーブと被験物の移動、または被験物だけの移動でも行う
ことが出来る。実質的に直線性で平面内の検査経路でサ
ンプリングすることにより重ね合わせが行われるが、直
線と円形の動きまたは２つの平面内の円形の動きを重ね
合わせることによって高い空間解像度で表面結合性検査
表面を検査することが出来る。本発明のうず電流プロー
ブの場合には検査情報は横方向に非常に狭い範囲を有す
る領域から発生するので、適当なそれ自体は既知の評価
手段を用い、２次元不均一性分布画像に変換することも
可能である。

【００４０】磁力線は磁場通過表面７を通過するだけで
はなく、プローブ・コアから出てチップ６の横方向の表
面１２でプローブの表面と実質的に直交して通過する。
しかしこの磁力線は被験物１０には侵入せず、結局被験
物のうず電流作用には影響しない。磁力線１３として記
号化した磁場はコイル端部領域５の下側の部分でコイル
から飛び出し、一部分だけが被験物１０を通過する。磁
場通過表面７とコイル３の端部４の間にはピーク分離１
４が存在しているためである。つまり、被験物１０内の
うず電流活動には磁場通過表面を通過しコアの長手方向
の軸の周囲の領域で集約された磁場強度が大半を占め
る。コイル３には端子１５から交流を供給する。図１に
図示した実施例では測定信号も端子１５から取り出して
いる。

【００４１】図１では直径が約４０μｍの絶縁ワイヤー
を直径１００μｍのプローブ・コアの周囲に巻いてあ
る。巻線によって磁場増幅プローブ・コアの周囲にコイ
ルを作成することが出来るが、例えばマイクロエレクト
ロニクスやマイクロメカニクスの分野で周知のようにコ
ーティングと構造化の手順を用いて行うこともまた可能
である。

【００４２】図２の略側面図に図示したうず電流プロー
ブの実施例の下側に、磁場通過表面７の近傍の磁場の放
射方向に対照的な分布を略平面図で提供してある。時計
回りに回る矢印は磁場により誘導される電流の方向を表
わす。所定の材料の場合には基本的に検査周波数の関数
を成す被験物内への磁場の侵入深さによる以外にも、空
間解像度は被験物中にうず電流を誘導するのに十分強力
な磁場強度の領域の横方向の広がりＡで求めることが出
来、磁場通過表面７とプローブ・コア２を用いる相互誘
導の結果としてコイル３へ逆に作用する。Ａとして大き
な範囲で示した横方向の広がりは図示した実施例では全
ての方向で同じ大きさで、本実施例の空間解像度も方向
には依存しない。実際の材料では磁場通過表面から半径
方向の距離が増すとほぼｓｉｎＸ／Ｘに比例して磁場強
度が非常に急激に減衰し、更に外側では高度に減衰す
る。

【００４３】図３に図示したうず電流プローブでは、う
ず電流プローブの模式図の下に被験物中の磁場の分布を
図示してあるが、これはプローブ・コアの構造と配置だ
けで決まるものではない。左手のプローブ・コア１６は
全く同じ寸法の右手のプローブ・コア１７に対して、プ
ローブ・コア１６、１７の間にＶ字状の鋭角を形成する
ように配置してあり、左側の磁場通過表面１８のＶ字の
点の近傍には、ギャップ２０で分離した右側の磁場通過
表面１９が直面するように設けてある。左側のプローブ
・コア１６の周囲に巻いた左側のコイル２１は右側のプ
ローブ・コアの周囲に巻いた右側のコイル２２と直列に
接続してあり、左側の端子２３と右側の端子２４を直列
接続したコイルの電気的接続に使用する。コイル２１と
２２で生成される磁場の極性は、常に各々の場合の磁極
とは異なり磁場通過表面１８、１９で相互に向き合うよ
うになる。磁場通過表面１８、１９の周囲を通過する誘
導電流の方向を示した矢印がこれを示している。各々の
場合で他方のコイルが向き合ったコイルの磁場帰路とし
て機能し、２つのプローブ・コアの磁場の結合はコイル
２１、２２の配線を介して行われる。

【００４４】磁気結合を用いたこの磁場帰路は、ギャッ
プ２０の近くで磁場のゆがみを発生させる。うず電流プ
ローブの下に示した図には、被験物２５内の磁場の構造
を平面図で模式的に図示してある。磁場は磁場通過表面
１８、１９の接線に対して平行する好適な方向にゆがめ
られ接線に対して直角の方向２６での磁場の範囲は図２
の場合と比較して減少している。前記方向２６に対して
直交する方向へうず電流プローブを移動すると、（方向
２６での）トラック幅と（方向２６に対して直交する方
向の）有効幅が減少することで空間解像度が改善され
る。トラック幅と有効幅の減少は、磁場のゆがみと、こ
れによるギャップ２０直下での電流密度の集中により起
こるものである。どちらも、磁場またはうず電流の重畳
によるものである。

【００４５】図４に示したうず電流プローブの実施例で
は、湾曲したワイヤーで構成した磁場帰路２７を磁気的
に導通接続させプローブ・コア２９の上端部２８と適切
に接触させることで、同様な磁場歪曲効果が得られてい
る。この接触によって磁場帰路２７とコイル３０で生成
されたプローブ・コア２９内の磁場の間の結合が行われ
る。検査作業に対応した測定に必要な磁場のゆがみを得
るために数個の磁場帰路を使用することも可能である。
プローブ・コアと磁場帰路は単一の貫通ヨークを含んで
も良く、これは例えば部分的にワイヤーを曲げて端部を
ギャップ３１の近くで相互に近接するように案内してお
く。

【００４６】図５のうず電流プローブの実施例は磁場の
生成と検査信号の受信のために独立したコイルを設けて
いる。磁場プローブ３２の場合、プローブ・コア３３に
は磁場コイル３４が巻いてあり、これには端子３５から
交流電圧を供給して、磁場通過表面３６を経由して交流
磁場が被験物３７へ侵入するようにしている。測定プロ
ーブ４０の測定磁場通過表面３９は磁場通過表面３６と
ギャップ３８で隔ててあり、これの構造は磁場プローブ
３２のプローブ・コア４１および測定コイル４２と同一
である。検査用コネクタ４３を使い検査信号を取り出し
て、プローブコア４１経由で被験物３７内の磁場プロー
ブの磁場により誘導されたうず電流が測定コイル４２に
信号を誘導し、これが例えば被験物３７中の不均一性に
より被験物３７内のうず電流強度が変化することで変化
が起こることから結果が得られる。図示したトランス接
続では磁場コイル３２と測定プローブ４０の間の結合は
基本的に被験物中のうず電流を介して発生する。

【００４７】被験物外部での磁場プローブ３２と測定プ
ローブ４０の間の磁気結合は望ましくなく有用信号と疑
似信号の比率を悪化させる。磁場プローブと測定プロー
ブを磁気的に完全にデカップリング（遮断）するのが特
に好適で、遮蔽４４をこれらの間に配置する。遮蔽（シ
ールド）は図示した実施例では超伝導材料の層を有して
おり、超伝導体の遷移温度以下即ち超伝導体が超伝導状
態にある場合には磁場が侵入しない。遮蔽は例えば液体
窒素で冷却することが出来る。特に製造を簡略化するた
めには磁場プローブおよび測定プローブに同一の構造を
持たせるのが特に有利であるが、これは必須ではない。

【００４８】図示していない別の実施例では、磁場プロ
ーブに加え２個の差動接続した測定プローブを設け、各
々の測定領域を少なくとも磁場プローブの励起領域と大
幅に重複させる。２個の測定コイルの差動接続の結果、
被験物表面とプローブの磁場通過表面の間の間隙の変化
に対するうず電流プローブの感受性が減少する。

【００４９】図６に従って差動プローブとして組立てた
うず電流プローブは平坦な材料から作成した２個のプロ
ーブ・コア４５、４６を有し、これらの相対する広い側
面の間にギャップ４７を作り、特にプローブ・コア４
５、４６の２つの磁場通過表面４８、４９の間にもギャ
ップが存在するように平行に配置する。測定コイル５０
は８の字状に２つのプローブ・コア４５、４６の周囲に
交互に巻く。検査用コネクタ５１では差動測定信号を取
り出すが、各々のプローブの左または右側のプローブの
周囲に巻いてある部分的巻線が異なる巻線方向を有する
ことから差動信号が得られている。２つのプローブ・コ
ア内で大きな等しい部分的ループを通過する磁場強度が
異なる場合にのみ一対の関連して対向する方向に巻かれ
た部分ループ内に差動信号が発生する。これは例えば磁
場通過表面４８の近傍でプローブ・コア４５直下の被験
サンプルが不均一性を有する場合に発生し、磁場コイル
５２からプローブ・コア４５、４６経由で被験材料内に
誘導される交流電流は、磁場通過表面４９の下より磁場
通過表面４８の下へ多く、または少なく集中するように
なる。

【００５０】差動プローブの下の略図から理解されるよ
うに、８の字状の巻線の測定コイル５０の周囲を磁場コ
イル５２が取り囲んでいる。各々の測定コイル５０に磁
場コイル５２から直接誘導される電圧が部分的コイルの
差動接続を通して打ち消しあうので、磁場通過表面４
８、４９の近くの被験物内の不均一性に起因する信号だ
けが測定信号または検査信号として残る。

【００５１】差動接続により、プローブ・コアの広い側
面に対して直交する方向５３でうず電流プローブの空間
解像度が増加し得る。方向５３での実行有効幅は、平板
でプローブ・コアを組立てた結果減少するが、トラック
幅即ち方向５３に直交する幅は増加する。その結果被験
物表面を比較的広い幅でサンプリングまたは走査するこ
とが出来る。完全連続検査目的で経路が少なくとも部分
的に重複する場合、このような平板プローブを用いる
と、穿孔の実施例に図示したような点状に機能する同等
のプローブによる場合より更に高速に広い表面積を走査
することが出来るようになる。円柱状の材料からも差動
プローブを作成できることは明らかである。１本の円柱
状の材料を長手方向に分割して得られた半分づつからコ
アを作り断面形状が２つのＤ字状を有するようにしてＤ
の背中同士の間にギャップを配置し相互に向い合わせた
差動プローブを使用するのが特に有利である。

【００５２】図７において磁場プローブ５４と測定プロ
ーブ５５は磁場通過表面を相互に向き合わせて平坦で薄
い被験物の両側面に配置している。この送信位置での被
験物５６の厚みは被験物内の磁場の侵入深度と同程度の
大きさとする必要がある。被験物５６内に誘導されるう
ず電流は送信位置で最適な性質となる、即ち実質的に測
定プローブ５５の長手方向の軸と直交する平面に向いて
おり、最大強度で前記プローブに作用させることが出来
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、非破壊検査目的で空間
解像度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】被験物の近傍における本発明によるうず電流プ
ローブの側面断面図である。

【図２】本発明によるうず電流プローブの略側面図で、
前記プローブの発生する磁場分布の略上面図を付す。

【図３】本発明による結合磁場帰路付きうず電流プロー
ブの略側面図と前記プローブの発生する歪曲磁場分布の
略上面図である。

【図４】磁場帰路付きうず電流プローブの略側面図であ
る。

【図５】独立した磁場プローブと測定プローブおよび遮
蔽を有するうず電流プローブの略側面図である。

【図６】平坦な部材から作成したうず電流プローブの略
側面図である。

【図７】独立した磁場プローブと測定プローブを送信位
置に有する本発明のうず電流プローブの略側面図であ
る。

【符号の説明】

１ うず電流プローブ ２ プローブ・コア ３ コイル ４ コイル端部 ５ コイル端部領域 ６ チップ ７ 前方磁場通過表面 ８ 磁力線 ９ 検査間隙 １０ 被験物 １２ 横方向の表面 １３ 磁力線 １４ ピーク分離 １５ 端子 １６，１７ プローブ・コア １８，１９ 磁場通過表面 ２０ ギャップ ２１，２２ コイル ２３，２４ 端子 ２５ 被験物 ２７ 磁場帰路 ２８ 上端部 ２９ プローブ・コア ３０ コイル ３１ ギャップ ３２ 磁場プローブ ３３ プローブ・コア ３４ 磁場コイル ３５ 端子 ３６ 磁場通過表面 ３７ 被験物 ３８ ギャップ ３９ 測定磁場通過表面 ４０ 測定プローブ ４１ プローブ・コア ４２ 測定コイル ４３ 検査用コネクタ ４４ 遮蔽 ４５，４６ プローブ・コア ４７ ギャップ ４８，４９ 磁場通過表面 ５０ 測定コイル ５１ 検査用コネクタ ５２ 磁場コイル ５３ トラック幅 ５４ 磁場プローブ ５５ 測定プローブ ５６ 被験物

フロントページの続き (72)発明者 ルドルフ ヒーブナー ドイツ連邦共和国、72076 テュービンゲ ン、アム アプフェルベルク 17 (72)発明者 ボルフガング パツバルト ドイツ連邦共和国、72766 ロイトリンゲ ン、グムパーベク 36 (72)発明者 キルスチン ベーゲント ドイツ連邦共和国、72076 テュービンゲ ン、イム ビンケルライン 52

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも部分的に導電性の被験物（１
   ０、２５、３７）の表面付近の不均一性を試験するため
   のうず電流プローブ（１）であって、交流磁場を生成す
   るためおよび／または検出するために設けた少なくとも
   １つのコイル（３、２１、２２、３０、３４、４２、５
   ０、５２）と前記コイルで少なくとも部分的に囲まれて
   おり前記被験物の表面に対して検査間隙（９）をとって
   配置自在な実質的に前方の磁場通過表面（７、１８、１
   ９、３６、３９、４８、４９、５７、５８）を有する少
   なくとも１つの細長いプローブ・コアを有し、前記コア
   の長手方向の軸に直交する少なくとも１つの方向におい
   て前記磁場通過表面の近傍での断面において前記プロー
   ブ・コアは０．５ミリメートル以下の広がりを有するこ
   とを特徴とするプローブ。
2. 【請求項２】 前記プローブ・コア（２、１６、１７、
   ２９、３３、４１、４５、４６）は軟磁性鉄磁性材料特
   に鉄磁性アモルファス金属から作成されることを特徴と
   する請求項１に記載のうず電流プローブ。
3. 【請求項３】 前記コアの長手方向の軸に対して直交す
   る少なくとも１つの方向において前記磁場通過表面
   （７、１８、１９、３６、３９、４８、４９、５７、５
   ８）に面し前記コイルで取り囲まれたコイル端部領域
   （５）での断面において前記プローブ・コア（２、１
   ６、１７、２９、３３、４１、４５、４６）は、望まし
   くは個々から前記磁場通過表面までも０．５ミリメート
   ル以下の広がりを有することを特徴とする請求項１また
   は２に記載のうず電流プローブ。
4. 【請求項４】 前記コアの長手方向の軸に対して直交す
   る少なくとも１つの方向において前記磁場通過表面
   （７、１８、１９、３６、３９、４８、４９、５７、５
   ８）の付近の断面において前記プローブ・コア（２、１
   ６、１７、２９、３３、４１、４５、４６）は、望まし
   くは前記コイル端部領域（５）において、さらに望まし
   くは前記コイルにより囲まれ前記磁場通過表面までの領
   域全体にわたって０．２ミリメートル以下望ましくは約
   ０．１ミリメートルの大きさを有することを特徴とする
   先行の請求項のいずれか１つに記載のうず電流プロー
   ブ。
5. 【請求項５】 前記コイル（３、２１、２２、３０、３
   ４、４２）の付近の前記プローブ・コア（２、１６、１
   ７、２９、３３、４１）は断面形状が円形特に円環状で
   望ましくは前記磁場通過表面まで連続することを特徴と
   する先行の請求項のいずれか１つに記載のうず電流プロ
   ーブ。
6. 【請求項６】 前記コイル（３、２１、２２、３０、３
   ４、４２、５０）は、望ましくはこれの内縁部全体に沿
   って前記プローブ・コア（２、１６、１７、２９、３
   ３、４１、４５、４６）の外縁部と直接当接するように
   成してあることを特徴とする先行の請求項のいずれか１
   つに記載のうず電流プローブ。
7. 【請求項７】 前記磁場通過表面（７、１８、１９、３
   ６、３９、５７、５８）に面した前記コイルの端部
   （４）の近くではコイルが単層に巻かれており望ましく
   はこれに続く部分でコイルが２層に巻かれることを特徴
   とする先行の請求項のいずれか１つに記載のうず電流プ
   ローブ。
8. 【請求項８】 前記磁場通過表面（７、１８、１９、３
   ６、３９、４８、４９、５７、５８）の側で、前記プロ
   ーブ・コア（２、１６、１７、２９、３３、４１、４
   ５、４６）は前記コイルから突出していることを特徴と
   する先行の請求項のいずれか１つに記載のうず電流プロ
   ーブ。
9. 【請求項９】 前記磁場通過表面（７、１８、１９、３
   ６、３９、４８、４９、５７、５８）の付近で、前記プ
   ローブ・コア（２、１６、１７、２９、３３、４１、４
   ５、４６）は望ましくはポイントの形状にテーパー処理
   してあることを特徴とする先行の請求項のいずれか１つ
   に記載のうず電流プローブ。
10. 【請求項１０】 前記磁場通過表面（１８、１９）の付
    近の磁場の分布に影響を与えるための磁場歪曲手段を特
    徴とする先行の請求項のいずれか１つに記載のうず電流
    プローブ。
11. 【請求項１１】 前記磁場歪曲手段は前記（第１の）磁
    場通過表面（１８）の付近に位置しギャップ（２０、３
    １）でこれから隔てられた第２の磁場通過表面（１９）
    を有する磁場帰路（１６、１７、２７）と前記磁場通過
    表面の磁場と前記磁場帰路の間の結合を有することを特
    徴とする先行の請求項のいずれか１つに記載のうず電流
    プローブ。
12. 【請求項１２】 プローブ・コアを有し交流磁場を生成
    するための交流電圧を供給することの出来る請求項１か
    ら９のいずれか１つに記載のコイル（磁場プローブ３
    ２、５４）と、前記磁場プローブに対して測定磁場通過
    表面（３９、５８）に配置される交流磁場を検出するた
    めの少なくとも１つの測定プローブ（４０、５５）と、
    前記被験物内に前記磁場プローブにより誘導されたうず
    電流の誘導磁場が前記測定プローブに作用するような前
    記被験物からの測定間隙とを有するうず電流プローブ。
13. 【請求項１３】 前記測定プローブ（４０、５５）と前
    記磁場プローブ（３２、５４）は同一の構造を有し、前
    記測定プローブの前記測定磁場通過表面（３９、５８）
    は前記磁場プローブの磁場通過表面（３６、５７）の付
    近に配置されギャップ（３８）によりこれから隔てられ
    ていることを特徴とする請求項１２に記載のうず電流プ
    ローブ。
14. 【請求項１４】 前記被験物（３７）外部で前記磁場プ
    ローブ（３２）により生成された磁場に対する前記測定
    プローブ（４０）の遮蔽シールド（４４）であって、前
    記遮蔽シールドは望ましくは前記磁場プローブと前記測
    定プローブの間に配置した超伝導材料の薄膜を有し望ま
    しくは遷移温度以下に冷却し得るように構成してあるこ
    とを特徴とする請求項１２または１３に記載のうず電流
    プローブ。
15. 【請求項１５】 表面付近の不均一性について少なくと
    も部分的に導電性の被験物（１０、２５、３７）の空間
    解像検査を行うための方法であって、前記被験物と相対
    的にこれの表面に実質的に平行に検査間隙（９）をとっ
    て少なくとも１つのうず電流プローブを移動させ、少な
    くとも１つのコイル（３、２１、２２、３０、３４、４
    ２、５０、５２）が交流磁場を生成しこれを少なくとも
    １つの細長いプローブ・コア（２、１６、１７、２９、
    ３３、４１、４５、４６）で増幅して前記コアの長手方
    向の軸の周辺から検査間隙を通り越して実質的に前方へ
    集束した状態で通過させ、前記被験物中に局部的に集中
    したうず電流（１１）を誘導し、相互誘導によって少な
    くとも１つの検出コイル（３、２１、２２、３０、３
    ４、４２、５０、５２）に作用を及ぼし、これの信号を
    評価ユニットで処理するように成してあり、前記交流磁
    場が前記コアの長手方向の軸に対して直交する少なくと
    も１つの方向において通過時に０．５ミリメートル以下
    の範囲に集束されることを特徴とする方法。
16. 【請求項１６】 前記交流磁場が前記コアの長手方向の
    軸に対して直交する少なくとも１つの方向において通過
    時に０．２ミリメートル以下望ましくは約０．１ミリメ
    ートルの範囲に集束されることを特徴とする、請求項１
    ５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記検出コイルと前記コイル（３、２
    １、２２、３０、３４、４２、５０、５２）が同一であ
    ることを特徴とする請求項１５または１６に記載の方
    法。
18. 【請求項１８】 前記うず電流は特に超伝導に適した材
    料から成り望ましくは高温超伝導体（ＨＴＳＣ）からな
    る薄膜内に誘導されることを特徴とする請求項１５から
    １７のいずれか１つに記載の方法。