JPH0777517A - 回転磁界型金属管内渦電流探傷プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長い被探傷金属管においても操作性能及び走
行性能がよい回転磁界型金属管内渦電流探傷プローブを
提供する。 【構成】 励振用円周コイル１０８（Ａコイル）の外側
円周に金属管内表面に対面する直列接続された複数個の
平面コイル２０１ａ〜２０１ｈ（Ｂコイル）が設けられ
る。Ａコイルに流れる電流により生じたｚ方向の磁界と
Ｂコイルに流れる電流により生じたθ方向の磁界とが交
叉して被探傷金属管肉部の局部に浸透することにより、
この局部には回転磁界が浸透し、傷等の探傷が可能とな
る。従来の電線が不要で長い金属管にもプローブを容易
に挿入でき操作性等がよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属管の欠陥及び傷割
れを検査するための渦電流探傷プローブに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】被探傷金属管内面に回転磁界を浸透させ
る従来の回転磁界型金属管内渦電流探傷プローブは、図
１０に示すように、被探傷金属管内に設けた円周コイル
１０８（同図の（Ａ）に図示）と管内軸方向に伸びた単
一電線１０２（同図の（Ｂ）の左側の図に示す）又は複
数電線１０３（同図の（Ｂ）の右側の図に示す）に、そ
れぞれ異なる高周波電流を流すものである。なお、図１
０の（Ａ）において、１００は被探傷金属管を、１０４
は高周波電流を、１１０は高周波電流１０４によって作
られる磁界をそれぞれ示す。この円周コイル１０８に流
れる円周方向（円筒座標系で−θ方向）の高周波電流に
よって、金属管肉部には縦方向（円筒座標系でｚ方向）
の磁界が浸透する。次に、図１０の（Ｂ）において、１
０５は単一電線１０２又は複数電線１０３のそれぞれの
電線１０２に流れる高周波電流を、１０６は高周波電流
１０５によって作られる磁界をそれぞれ示す。これらの
電線１０２又は１０３に流れる軸方向（円筒座標系で−
ｚ方向）の高周波電流によって、金属管肉部には円周方
向（円筒座標系で−θ方向）の磁界が浸透する。従っ
て、金属管肉部内に浸透する磁界は、円周コイル１０８
から発生する縦方向（ｚ方向）磁界と電線１０２又は１
０３から発生する円周方向（−θ方向）磁界の合成ベク
トル磁界となり、この合成磁界ベクトルは円周コイル１
０８に流れる高周波電流と電線１０２又は１０３に流れ
る高周波電流のそれぞれの位相差又は振動変動の位相差
に基づいて金属管肉部内を回転する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の回
転型金属管内渦電流探傷プローブでは、金属管肉部に円
周方向の磁界成分を浸透させるために、金属管内に単一
電線又は複数電線を通してこれに高周波電流を流す必要
があった。そのため、被探傷金属管の長さが長い場合に
はそれだけ長い電線を通す必要があり、そのため渦電流
探傷プローブとしての操作性能及び走行性能が悪いとい
う欠点があった。

【０００４】本発明の目的は、以上の欠点を解決するた
めになされたものであり、長い被探傷金属管においても
長尺の電線を通す必要のない操作性能及び走行性能がよ
い回転磁界型金属管内渦電流探傷プローブを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明の回転磁界型金属管内渦電流探傷プローブ
は、円形コイルと、前記円形コイルを含む面に対して実
質的に直交する面において前記円形コイルの円周方向に
沿って前記円形コイルに隣接して設けられ、かつ電気的
に直列接続された複数の平面コイルとを備えることを特
徴とする。

【０００６】

【作用】上記のように構成された本発明の回転磁界型金
属管内渦電流探傷プローブは、複数の平面コイルが前記
円形コイルの円周方向に沿って前記円周コイルに隣接し
て配置されている構造を有するので、長い被探傷金属管
であっても、従来のプローブのようにそれに見合った長
い電線を挿入する必要がなく、平面コイルの面と被探傷
金属管の内面を対面するようにして金属管内の被探傷場
所まで容易に挿入することができる。

【０００７】

【実施例】初めに、本発明の基本構成とその作用を図面
を参照して説明する。

【０００８】図１は、平面コイルとこの平面コイルに流
れる電流の方向を表す方法について説明するための図で
ある。図１において、２０１は平面コイル、２０２は平
面コイル２０１に流れる電流を示す。図１の（Ａ）に示
される平面コイル２０１は角型平面コイルの例で、巻線
はコイル中央より外側へ時計回りに巻かれている。そし
て、コイル中央部の巻線開始部より電流２０２を供給す
ると、この電流２０２は時計回りに回転しながら外側に
流れ、巻線終始部より流れ出る。図１の（Ｂ）は、この
ような角型コイルとそれに流れる電流の方向を表す方法
を示し、以下の説明ではこの表記法を用いる。なお、本
発明の平面コイルは角型に限定されるものではなく、円
形等の渦巻き状の平面コイルであればよい。また、平面
コイルに流す電流の向きも上記の方向に限定されず逆向
きでもよい。

【０００９】図２は、平面コイルを被探傷金属管の内表
面に対面させたとき平面コイルに流れる電流による磁束
の発生状態を説明するための図である。図２において、
３０１は磁界の中の磁束の流れ、３０４は金属板を示
す。図２の（Ａ）は、平面コイル２０１が金属板３０４
に対面して置かれた状態を示し、図２の（Ｂ）はその状
態を側面からみた図である。図２の（Ｂ）に示されるよ
うに、平面コイル２０１の中央部では磁束は金属板３０
４に直角に流れ込むが、平面コイル２０１の端部では磁
束は金属板３０４の面内方向に流れようとする成分が生
じる。

【００１０】図３は、平面コイルを適当に曲げて金属管
内に挿入し、金属管内表面に対面させたときの磁束の流
れを説明するための図であり、図２における平面コイル
と磁束の関係を金属管に適用したものである。図３にお
いて、１００は金属管を、２０１は平面コイルを、２０
２ａ〜２０２ｄは電流を、３０１ａ〜３０１ｄは磁束を
それぞれ示す。ここで、電流２０２ａ〜２０２ｄにおい
て、２０２ａと２０２ｃはθ方向成分の電流であり、２
０２ｂと２０２ｄはｚ方向成分の電流である。従って、
２０２ａと２０２ｃとがそれぞれ作る磁束３０１ａと３
０１ｃの流れにはｚ方向成分とｒ方向成分しかないが、
２０２ｂと２０２ｄとがそれぞれ作る磁束３０１ｂと３
０１ｄの流れにはｒ方向成分とθ方向成分が含まれる。
即ち、電流２０２が流されている平面コイル２０１を金
属管１００の内表面に対面させると、金属管肉部の局部
にθ方向に流れる磁束が生じる。これは、局部における
磁束の流れはその局部の磁界の方向と同じなので、結果
として金属管肉部の局部にθ方向の磁界を浸透させたこ
とになる。

【００１１】そこで、励振用円周コイルの外側円周に金
属管内表面に対面する直列接続された複数個の平面コイ
ルを設けた状態を示す図４に示されるように、被探傷金
属管（図示せず）の内部にこの金属管軸を軸とする励振
用円周コイル１０８（以下「Ａコイル」という）がある
とき、この円周コイル１０８に沿った外側円周（又は内
側円周）に、即ち円周コイル１０８とは電気的に分離し
かつそれに隣接して、金属管内表面に対面する複数個の
平面コイル２０１ａ〜２０１ｈを設け、これらの複数個
の平面コイルを直列接続して全体としてＢコイルとする
場合を考える。Ａコイルに流れる電流は、図１０の
（Ａ）を参照して説明したように、金属管肉部にはｚ方
向の磁界を浸透させ、またＢコイルに流れる電流は図３
を参照して説明した作用により金属管肉部の局部にθ方
向の磁界を浸透させる。即ち、金属管肉部の円周の局部
にはｚ方向の磁界とθ方向の磁界が交叉して浸透するの
で、この局部には従来の回転磁界型金属管内渦電流探傷
プローブと同様の作用で、回転磁界を浸透させることが
できる。

【００１２】図５及び図６は図４の平面展開図で、Ｂコ
イルにおける平面コイルの直列接続の方法とそれによっ
て発生する磁界を説明するための図である。即ち、図５
は、励振用円周コイルの外側円周に設けた複数個の平面
コイルの直列接続方法の一つを示す図で、相隣合うコイ
ルの向きが互いに逆向きになる場合の磁束の流れ方を説
明するための図である。一方、図６は、励振用円周コイ
ルの外側円周に設けた複数個の平面コイルの直列接続方
法の一つを示す図で、相隣合うコイルの向きが互いに同
じ向きになる場合の磁束の流れ方を説明するための図で
ある。

【００１３】図５の（Ａ）は、相隣合う平面コイルの電
流の回転流れ方向が逆になるように平面コイルの直列接
続を実行した場合で、図５の（Ｂ）はこの状態を側面か
ら見た様子を示す図である。図５の（Ｂ）においては、
６０１ａ〜６０１ｈと６ａｂ〜６ｇｈとは、円周コイル
１０８の近傍、即ち図５の（Ａ）の平面コイル群の中心
線ＲＲ′を通り且つ平面コイル群の面に直角な面におけ
る、平面コイル２０１ａ〜２０１ｈに流れる電流により
生じた磁束の流れを示す。このときには、相隣合う平面
コイルによって作られる磁束は互いに逆向きになるの
で、磁束の流れは図５の（Ｂ）に示すように一つの平面
コイルの中心から出た磁束は相隣合う平面コイルの中心
に向かって別れて流れる。図５の（Ｃ）はこの磁束のθ
方向成分のみに注目してその大きさと向き（正負）を示
したもので、θ方向成分の流れは相隣合う平面コイルの
境界部あたりに強く現れることを示している。また、各
平面コイルの中心部ではゼロになることを示している。

【００１４】図６の（Ａ）は、相隣合う平面コイルの電
流の回転流れ方向が同じになるように平面コイルの直列
接続を実行した場合で、図６の（Ｂ）はこの状態を側面
から見た様子を示す図である。図６の（Ｂ）において、
７０１ａ〜７０１ｈと７ａ〜７ｈ及び７ａ′〜７ｈ′と
は磁束の流れを示している。このときには、相隣合う平
面コイルによって作られる磁束は互いに同じ向きになる
ので、平面コイルの中心より出た磁束は相隣合う平面コ
イルの境界部に向かって別れて流れる。図６の（Ｃ）は
磁束のθ方向成分を示したもので、θ方向成分の流れは
それぞれの平面コイルの中央部と外周部の中間あたりに
強く現れる。また、各平面コイルの中心部及び各平面コ
イル間の境界部においてゼロとなる。

【００１５】以上説明したように、いずれの接続におい
ても磁束のθ方向成分の強い個所と弱い個所が生じ、こ
の弱い個所は回転磁界によって探傷する場合の死角とな
る。しかし、直列接続するコイルの数を増やすことによ
り、この死角の巾はそれに反比例して狭くなるので、あ
る程度の大きさの傷であれば探傷が可能である。なお、
測定時に本発明のプローブを被探傷金属管の軸を中心に
してその円周方向に移動させてもよい。

【００１６】図７は、二組の直列接続された平面コイル
を用いて探傷における死角をなくす方法を説明するため
の図である。図７に示されるように、上記死角を完全に
なくすためには、一つ目の平面コイル群２０１ａ〜２０
１ｈに対してもう一つの同じ円周コイルと直列接続され
た平面コイル群２０１ａ′〜２０１ｈ′の対を用意し、
一方の死角を他方の平面コイルにより補うようにそれぞ
れの位置をθ方向にずらして取り付けるようにすればよ
い。なお、図７において、１０４は一つ目の円周コイル
を、１０４′は上記もう一つの平面コイル群２０１ａ′
〜２０１ｈ′に対応する円周コイルを示す。図７は、図
５における死角を補う場合の例である。この場合には、
図５の（Ａ）に示されるように、平面コイルの数が８個
で相隣合う平面コイルが互いに逆向きに接続されている
ので、その周期性を見ると、平面コイル群［２０１ａ〜
２０１ｈ］は、［２０１ａと２０１ｂ］、［２０１ｃと
２０１ｄ］、［２０１ｅと２０１ｆ］、及び［２０１ｇ
と２０１ｈ］の４つのペアから構成されていることがわ
かる。即ち、一回り３６０°において４つの周期でθ方
向の磁束の流れも空間的に振動することになる。この様
子は図５の（Ｃ）に示す通りである。従って、一つの周
期角度は、３６０°／４＝９０°である。そして、一つ
の周期に死角が２回現れるので、死角が現れる周期角度
は４５°である。従って、この死角を最適に補うための
θ方向へのずらし角度は図７に示されるように（４５°
／２）となる。なお、２つの平面コイル群の配置関係
は、双方の死角が円周方向において一致しないようにさ
れていればよい。また、死角解消のため、さらに別の平
面コイル群を設けてもよい。

【００１７】以上の説明の如く、被探傷金属管中心軸を
軸とする励振用円周コイルであるＡコイルに沿った外側
円周又は内側円周に金属管内表面に対面する複数個の平
面コイルを設け、これらの複数個のコイルを直列接続し
て構成されたＢコイルにＡコイルに流れる高周波電流と
は異なる高周波電流を流して目的とする回転磁界を浸透
させることが可能となり、従来の回転磁界型金属管内渦
電流探傷プローブで必要とされた被探傷金属管に通す単
一又は複数電線が不要である。その結果、従来の回転磁
界型金属管内渦電流探傷プローブのように被探傷金属管
の長さが長い場合でもそれだけ長い電線を通す必要がな
くなり、渦電流探傷プローブとしての操作性能及び走行
性能が格段に向上する。

【００１８】図８は、一つの励振用円周コイルの外側に
直列接続された８個の平面コイルを設けた本発明の回転
磁界型金属管内渦電流探傷プローブの一実施例を示す図
である。図８において、４００はプローブを、２０１は
直列接続された８個の平面コイルを、１０８は円周コイ
ルをそれぞれ示す。本実施例では８個の平面コイルを用
いているが、その探傷目的により３個以上の適当な数の
平面コイルを用いることができる。また、円周コイルお
よび直列接続平面コイルに流す高周波電流は、従来の回
転磁界型金属管内渦電流探傷プローブと同様に、それぞ
れ異なる位相の高周波電流又はそれぞれ異なる位相の交
流信号で振幅変調された高周波電流を用いることができ
る。

【００１９】図９は、上記死角を解消するように二つの
励振用円周コイルの外側にそれぞれ一組の直列接続され
た８個の平面コイルを設けた本発明の回転磁界型金属管
内渦電流探傷プローブの一実施例を示す図である。図９
において、４００はプローブを、２０１及び２０１′は
直列接続された８個の平面コイルを、１０８及び１０
８′は円周コイルをそれぞれ示す。８個の平面コイル２
０１及び２０１′の円周上での取り付け位置関係は図７
で示したように（４５°／２）のずれがある。平面コイ
ルの数の選び方及び高周波電流の用い方は図８の実施例
の場合と同じである。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、上述のように、複数の平面コ
イルが円形コイルの円周方向に沿って前記円周コイルに
隣接して配置されている構造を有するので、従来の回転
磁界型金属管内渦電流探傷プローブで必要とされた被探
傷金属管に通す単一又は複数電線が不要となり、そのた
め、長い被探傷金属管であっても、従来のプローブのよ
うにそれに見合った長い電線を挿入する必要がなく、平
面コイルの面と被探傷金属管の内面を対面するようにし
て金属管内の被探傷場所まで容易に挿入することができ
るので操作性および走行性の良い回転磁界型渦電流探傷
プローブが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面コイルとこの平面コイルに流れる電流の方
向を表す方法について説明するための図である。

【図２】平面コイルを被探傷金属管の内表面に対面させ
たとき平面コイルに流れる電流による磁束の発生状態を
説明するための図である。

【図３】図３は、平面コイルを適当に曲げて金属管内に
挿入し、金属管内表面に対面させたときの磁束の流れを
説明するための図である。

【図４】励振用円周コイルの外側円周に金属管内表面に
対面する直列接続された複数個の平面コイルを設けた状
態を示す図である。

【図５】励振用円周コイルの外側円周に設けた複数個の
平面コイルの直列接続方法の一つを示す図で、相隣合う
コイルの向きが互いに逆向きになる場合の磁束の流れ方
を説明するための図である。

【図６】励振用円周コイルの外側円周に設けた複数個の
平面コイルの直列接続方法の一つを示す図で、相隣合う
コイルの向きが互いに同じ向きになる場合の磁束の流れ
方を説明するための図である。

【図７】二組の直列接続された平面コイルを用いて探傷
における死角をなくす方法を説明するための図である。

【図８】一つの励振用円周コイルの外側に直列接続され
た８個の平面コイルを設けた本発明の回転磁界型金属管
内渦電流探傷プローブの一実施例を示す図である。

【図９】二つの励振用円周コイルの外側にそれぞれ一組
の直列接続された８個の平面コイルを設けた本発明の回
転磁界型金属管内渦電流探傷プローブの一実施例を示す
図である。

【図１０】従来の回転磁界型金属管内渦電流探傷プロー
ブの基本原理を説明するための図である。

【符号の説明】

１００：被探傷金属管 １０８、１０８′：励振用円周コイル ２０１、２０１′：平面コイル ４００：探傷プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海老根 典也 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所東海研究所内 (72)発明者 竹内 信次郎 福岡県北九州市八幡東区枝光２−１−15 株式会社ミシマタイムインダストリー内 (72)発明者 原 邦彦 福岡県北九州市八幡東区枝光２−１−15 株式会社ミシマタイムインダストリー内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形コイルと、 前記円形コイルを含む面に対して実質的に直交する面に
   おいて前記円形コイルの円周方向に沿って前記円形コイ
   ルに隣接して設けられ、かつ電気的に直列接続された複
   数の平面コイルとを備えることを特徴とする回転磁界型
   金属管内渦電流探傷プローブ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回転磁界型金属管内渦電
   流探傷プローブにおいて、 前記円形コイルの直径と実質的に同一の直径を有する第
   ２の円形コイルを更に設け、 前記第２の円形コイルは、前記円形コイルから離間し
   て、かつ前記第２の円形コイルを含む面に実質的に直交
   する中心軸と前記円形コイルを含む面に実質的に直交す
   る中心軸とが同軸関係に配設され、 複数の第２の平面コイルが、前記第２の円形コイルを含
   む面に対して実質的に直交する面において前記第２の円
   形コイルの円周方向に沿って前記第２の円形コイルに隣
   接して設けられ、かつ電気的に直列接続されており、 前記複数の平面コイルと前記複数の第２の平面コイルと
   が前記円形コイルの円周方向において互いにずれて配置
   されていることを特徴とする回転磁界型金属管内渦電流
   探傷プローブ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の回転磁界型金属管
   内渦電流探傷プローブにおいて、 前記平面コイルに流れる高周波電流と前記円形コイルに
   流れる高周波電流が異なる高周波電流であることを特徴
   とする回転磁界型金属管内渦電流探傷プローブ。