JPH08327602A - 漏洩磁気検出用センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】漏洩磁気検出用センサを提供すること。 【構成】横断面形状が円形に形成されるとともに、感磁
部の断面積の異なる２個のセンサを同心状に配置する。 【効果】予め予想した方向以外の方向に傾いて実在する
線状欠陥をも高精度に検出することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強磁性体からなる磁化
された被検査材の表面欠陥または内部欠陥およびそれら
欠陥近傍から漏洩する磁気を検出する漏洩磁気探傷法に
おいて用いられる漏洩磁気検出センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】漏洩磁気探傷法は、強磁性体からなる被
検査材を磁化した時に表面欠陥などから漏洩する磁気を
検出して上記表面欠陥などを探傷する方法であることは
周知のとおりである。

【０００３】その際、漏洩磁気を検出するために用いら
れる検出用センサとしては、通常、ホール素子や磁気抵
抗素子などの感磁性素子からなる磁気センサや、フェラ
イトコアに導線を巻回したコイルセンサなどがある。

【０００４】これらの検出用センサを用い、被検査材の
一定の方向、具体的には例えば鋼板の長手方向に延在発
生した線状欠陥を高精度に検出しようとする場合、従来
は、その検出能を向上させるべく、感磁部の横断面形状
を矩形に成形した検出用センサを用いて次に述べるよう
にして探傷を行っていた。

【０００５】図１０は、上記従来の探傷方法を説明する
図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のII−II線矢視図である。図１０において、Ｓ１
は感磁部の横断面形状が矩形に成形されたセンサであ
り、発生が予想される被検査材Ｍの線状欠陥Ｋの延在方
向に対し、その長辺がほぼ平行になるように配置され
る。また、センサＳ１の隣にこれと同一形状に感磁部が
成形されたセンサＳ２を平行に隣設配置するとともに、
両センサＳ１、Ｓ２を差動接続して被検査材Ｍの表面凹
凸変動あるいは搬送振動などに伴う材料ガタ信号などの
ノイズ信号を抑制できるようにし、この状態で両センサ
Ｓ１、Ｓ２を白抜き矢符方向に走査して探傷するように
していた。

【０００６】この場合、図１０（ｂ）に示すように、両
センサＳ１、Ｓ２がそれぞれ図中の破線で示す位置に到
達したとき、センサＳ１には線状欠陥Ｋからの漏洩磁気
Ｒにより上向きの磁気が鎖交し、センサＳ２には下向き
の磁気が鎖交する。この結果、センサＳ１とセンサＳ２
には、図１１に示すように、同時期に逆極性の欠陥信号
ＫＳ１とＫＳ２が発生する。従って、その各欠陥信号の
差動出力（センサＳ１の出力とセンサＳ２の出力との減
算処理結果）は、大きな振幅の欠陥信号ＫＳに増幅され
る。一方、上記材料ガタ信号などのようにセンサＳ１と
センサＳ２とに同時期に同方向の磁気が鎖交する場合
は、両センサＳ１、Ｓ２には同時期に同極性の信号が発
生するため、その差動出力の振幅は大幅に小さくなる
か、もしくは消失する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のセンサは、一定の方向に延在した線状欠陥の検出能
を向上させるべく、感磁部の横断面形状を矩形に成形し
たものであり、その長辺が線状欠陥の延在方向に対して
平行になるように配置されている。また、その差動処理
の方法も、通常、一定の方向に延在した線状欠陥の信号
を選択増幅する構成としている。このため、図１２に示
すように、被検査材Ｍに発生している線状欠陥Ｋが予め
予想した延在方向に対して傾き角θをもって発生してい
る場合には、傾き角θが大きくなるに従ってその検出出
力（信号振幅）が小さくなり、実在する線状欠陥Ｋの傾
き角θによって感度差が生じるという欠点があった。

【０００８】図１３は、その一例を示す図であり、上記
傾き角θが大きくなるに従って各コイルセンサから出力
される欠陥信号の振幅が小さくなっている。これは、図
１４に示すように、同一形状かつ同一深さの線状欠陥を
対象にした場合における線状欠陥Ｋと、横断面形状が矩
形の同一大きさの各センサＳ１（Ｓ２）との平面内にお
ける相対位置関係が、予め予想した方向に線状欠陥Ｋが
延在発生している同図（ａ）の場合と、傾き角θをもっ
て線状欠陥Ｋが発生している同図（ｂ）の場合とでは異
なるためである。

【０００９】なお、予め予想した延在方向に対して傾き
角θをもって線状欠陥Ｋが実在する場合にあっても、こ
れを高感度で検出できるようにする方法としては、次に
述べる方法が考えられる。すなわち、図１５に示すよう
に、横断面形状を円形に成形したセンサＳ３を単独で用
いることとし、このセンサＳ３を予め予想した線状欠陥
Ｋの延在方向と直交する方向へ走査する方法である。こ
の場合、図１６に示すように、線状欠陥Ｋの傾き角θの
如何によらず、センサＳ３と線状欠陥Ｋとの平面内にお
ける相対位置関係がセンサＳ３の軸心回りに一定になる
から、センサＳ３の出力は一定となる。このため、傾き
角θに影響されることなく線状欠陥Ｋを高感度で検出す
ることができる。しかし、ノイズ信号を抑制する手段と
して有効な差動処理を採用するべく、このセンサＳ３を
走査方向に２個併設配置し、両センサを差動接続して差
動型センサとして用いる場合は、前述の横断面形状が矩
形のセンサＳ１、Ｓ２を並設配置した場合と同様の現象
が生じるため、予め予想した延在方向とは異なる方向に
傾いて実在する線状欠陥Ｋを、予め予想した方向に延在
して実在する線状欠陥Ｋと同一感度で検出することはで
きない。

【００１０】本発明の目的は、上記の実状に鑑みなされ
たもので、ノイズ抑制手段として安価簡便で有効な差動
処理を採用する差動型センサとして用いることができ、
予め予想した方向以外の方向に傾いて実在する線状欠陥
をも、その深さが同一である限りにおいては一定の感度
で、高精度に検出することのできる漏洩磁気検出用セン
サを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の漏
洩磁気検出用センサにある。

【００１２】磁化された被検査材の表面欠陥または内部
欠陥から漏洩する磁気を検出する漏洩磁気検出センサで
あって、横断面形状が円形に形成されるとともに、感磁
部の横断面積が異なる２個のセンサを同心状に配置した
ことを特徴とする漏洩磁気検出用センサ。

【００１３】

【作用】本発明の漏洩磁気検出用センサは、感磁部の横
断面積が異なる円形横断面形状の２個のセンサを同心状
に配置してあるので、予め予想した方向以外の方向に傾
いて実在する線状欠陥から漏洩する磁気を検出する場合
にあっても、図２に示すように、両センサ２および３と
線状欠陥Ｋとの水平面内における相対関係がその軸心回
りに一定となる。この結果、その出力は線状欠陥Ｋの傾
き角θに影響されることなく、常に一定になる。従っ
て、予め予想した方向以外の方向を向いて実在する線状
欠陥Ｋを高精度に検出することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の漏洩磁気検出用センサを、そ
の一例を示す図１に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の漏洩磁気検出用センサの
一例を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ線矢視図である。

【００１６】図１に示すように、漏洩磁気検出用センサ
１は、円筒状の第１のコイルセンサ２の中空部にその軸
心を一致させて内挿配置された中実円柱状の第２のコイ
ルセンサ３とからなっている。第１のコイルセンサ２
は、円筒状のフェライトコア２ａ（外径６ｍｍ、内径５
ｍｍ、高さ５ｍｍ）の軸方向中央部の外周に銅などから
なる導線２ｂ（外径０．５ｍｍ）を捲回（２０回）して
成形されている。

【００１７】また、第２のコイルサンサ３は、両端部に
鍔３ｃ（外径４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）が形成された中
実円柱状（軸部外径２ｍｍ、鍔部を含む高さ５ｍｍ）の
フェライトコア３ａの軸部外周に銅などからなる導線３
ｂ（外径０．５ｍｍ）を捲回（２０回）して成形されて
いる。

【００１８】このように、横断面円形の第１のコイルセ
ンサ２と第２のコイルセンサ３とを同心配置して構成さ
れた漏洩磁気検出用センサ１を用いて予め予想した所定
の方向に延在する線状欠陥Ｋを探傷すべく、その走査方
向を上記所定の方向と直交する方向にして探傷する場
合、実際に存在する線状欠陥Ｋが予め予想した上記所定
の方向とは異なる方向に傾いて発生している場合にあっ
ても、その検出感度が低下することはない。これは、図
２に示すように、同一形状かつ同一深さの線状欠陥Ｋに
対しては、第１のコイルセンサ２および第２のセンサコ
イル３と線状欠陥Ｋとの水平面内における相対関係がそ
の軸心回りに同時に一定となるため、線状欠陥Ｋの延在
方向に関係なく、両コイルセンサ２および３はそれぞれ
その感磁部であるフェライトコアの横断面積の大きさに
応じて感知した漏洩磁気量に対応する一定振幅の欠陥信
号を同時に出力するようになるからである。

【００１９】なお、被検査材Ｍの表面凹凸変動あるいは
搬送振動などに伴う材料ガタ信号などのノイズ信号は、
従来同様に、両コイルセンサ２および３を差動接続して
用いることで、その出力振幅を小さく抑制することがで
きる。

【００２０】図３は、上記構成からなる第１のコイルセ
ンサ２および第２のコイルセンサ３それぞれの欠陥信号
波形の一例と、両コイルセンサ２と３とを同心配置する
とともに差動接続した場合の欠陥信号波形の一例を示す
図である。この図３から明らかなように、第１のコイル
センサ２および第２のコイルセンサ３のそれぞれの欠陥
信号波形は、コイルセンサの横断面形状が円形であるの
で、一定形状かつ一定深さの線状欠陥に対しては、線状
欠陥の延在方向に関係なく一定の振幅を有していること
がわかる。また、両コイルセンサ２と３を同心配置する
とともに差動接続した場合の欠陥信号波形は、材料ガタ
信号や緩やかな磁場変化などによるノイズ信号が抑制さ
れていることがわかる。

【００２１】図４は、本発明の漏洩磁気検出用センサの
他の例を示す平面図である。図４に示すように、この例
での漏洩磁気検出用センサ１０は、銅などからなる導線
１０ａを所定の間隔を隔てて螺旋状に複数ターン巻回さ
れた大径の第１のコイル２０と、小径の第２のコイル３
０とをシリコンウェハー４０上に同心配置してプリント
作成されている。なお、図４中の２０ａおよび３０ａは
入力端子を、２０ｂおよび３０ｂは出力端子を示す。

【００２２】この大径の第１のコイル２０と小径の第２
のコイル３０とをシリコンウェハー４０上に同心配置プ
リント作成してなる本発明の漏洩磁気検出用センサ１０
においても、図３とほぼ同様の欠陥信号波形が得られる
ことはいうまでもない。

【００２３】図５は、本発明の漏洩磁気検出用センサの
さらに他の例を示す平面図であり、同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は側断面図である。図５に示すように、
この例での漏洩磁気検出用センサ１００は、ホール素子
や磁気抵抗素子などの感磁性素子からなる磁気センサを
用いた場合の例を示し、横断面形状が円形で、感磁部の
断面積が異なる第１のセンサ１００ａと第２のセンサ１
００ｂを、その軸心を一致させて上下方向に、絶縁層１
００ｃを介在させて積層形成されている。

【００２４】図５に示すセンサ１００は、第１のセンサ
１００ａと第２のセンサ１００ｂを上下逆に積層形成す
ることができる。また、この例からわかるように、上記
図１に示すコイル型センサ１は、第１のコイルセンサ２
を大断面積を有する中実円柱状のコイルセンサととし、
小断面積を有する中実の第２のコイルセンサとを上下に
積層して形成することができる。この積層型のセンサに
おいては、被検査材Ｍの表面に対する各センサのリフト
オフ量Ｒ１とＲ２（図５（ｂ）参照）が異なることにな
り、これに伴って検出感度が相違するので、同一の線状
欠陥からの信号を同一感度で検出できるようにキャリブ
レーション処理する必要があることはいうまでもない。

【００２５】本発明の漏洩磁気検出用センサは上記した
ような構成であるが、以下その効果を確認するために行
った実験結果について説明する。

【００２６】先ず、被検査料材として、図６に示すよう
に、最左端のもの（Ｋ１）の延在方向を基準としてこの
延在方向から反時計方向に傾き角θが０°から９０°ま
で１５°ピッチで異なる、ノッチ状人工欠陥（長さ２０
ｍｍ×幅０．５ｍｍ×深さ０．５ｍｍ）Ｋ１〜Ｋ７を１
００ｍｍピッチで放電加工した肉厚５ｍｍの炭素鋼板を
準備した。次いで、被検査材料の磁化用電磁石として、
図７に示すように、ケイ素鋼板を積層してＵ字状に形成
（開脚外法寸法６０ｍｍ×開脚内法寸法４０ｍｍ×高さ
６０ｍｍ×長さ６５ｍｍ）され、両脚部に銅製の導線
（外径１ｍｍ）を３０ターン巻回してなる交流型の電磁
石を用い、各人工欠陥Ｋからの漏洩磁気の大きさが一定
となるように磁化方向を各人工欠陥の長手方向に対して
垂直にして磁化した。なお、磁化力は３（Ａ）×６０
（Ｔ）＝１８０（Ａ・Ｔ）で、励磁周波数は２ｋＨｚと
した。しかる後、図１に示す形状で前述の寸法を有する
本発明になる漏洩磁気検出用センサ１を用い、その走査
方向を図６中に白抜き矢印で示す方向にして各人工欠陥
Ｋ１からＫ７の探傷を行った。また、比較のため、図１
０に示す構成で、長辺４ｍｍ、短辺１ｍｍの矩形横断面
形状を有する従来の漏洩磁気検出用センサを用い、上記
同様の方法によって各人工欠陥の探傷も行った。

【００２７】図８は、上記実験結果のうち、傾き角θが
０°の人工欠陥Ｋ１と傾き角θが４５°の人工欠陥Ｋ４
についての各コイルセンサの検出信号波形と、その差動
処理後の検出信号波形を示し、同図（ａ）は本発明の漏
洩磁気検出用センサによった場合、同図（ｂ）は従来の
漏洩磁気検出用センサによった場合を示している。な
お、同図（ｂ）中のセンサ出力は、両者同一であるの
で、一方の出力のみを示してある。

【００２８】図８から明らかなように、従来の漏洩磁気
検出用センサでは、傾き角θ＝４５°の人工欠陥Ｋ４の
欠陥信号振幅が、傾き角θ＝０°の欠陥信号振幅の約７
０％に低下している。これに対し、本発明の漏洩磁気検
出用センサでは、欠陥信号振幅の低下が認められない。
また、従来および本発明の漏洩磁気検出用センサとも
に、各コイルセンサ各単独の信号波形には、緩やかな磁
場変動などに起因したノイズ信号が認められるものの、
その差動処理後の信号波形には上記ノイズ信号がほとん
ど認められない。

【００２９】また、図９は、傾き角θが０°の時の出力
をそれぞれ１とし、各傾き角θの人工欠陥Ｋ１〜Ｋ７に
対する本発明の漏洩磁気検出用センサと従来の漏洩磁気
検出用センサの検出感度の変化を示した図である。図９
から明らかなように、従来の漏洩磁気検出用センサの欠
陥検出感度は、線状欠陥の傾き角θが予め予想した方向
から大きく傾くに従って急激に低下している。これに対
し、本発明の漏洩磁気検出用センサの欠陥検出感度は、
線状欠陥の傾き角θが予め予想した方向から大きく傾い
ている場合でもほとんど低下しておらず、線状欠陥の傾
き角θにかかわらず、ほぼ一定の感度で欠陥を検出する
ことが可能であることがわかるなお、上記実験結果は交
流励磁によった場合のものであるが、直流励磁した場合
にも同様の結果が得られることはいうまでもない。

【００３０】

【発明の効果】本発明の漏洩磁気検出用センサは、横断
面形状が円形に成形されるとともに、感磁部の断面積の
異なる２個のセンサを同心状に配置した構成としたの
で、磁化の方向と線状欠陥の延在方向が直交する場合に
は線状欠陥の発生方向によらず常に一定感度で探傷する
ことが可能となる。また、各センサを差動接続使用する
場合には材料ガタ信号や緩やかな磁場変化などのノイズ
信号の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の漏洩磁気検出用センサの一例を示す図
で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の
Ｉ−Ｉ線矢視図である。

【図２】本発明の漏洩磁気検出用センサと線状欠陥との
相対位置関係を説明する図で、同図（ａ）は予め予想し
た方向に発生した線上欠陥との関係を、同図（ｂ）は傾
き角をもって発生した線状欠陥との関係を示す図であ
る。

【図３】本発明の漏洩磁気検出用センサで得られる欠陥
信号波形の一例を示す図である。

【図４】本発明の漏洩磁気検出用センサの他の例を示す
平面図である。

【図５】本発明の漏洩磁気検出用センサのさらに他の例
を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側断面
図である。

【図６】本発明の漏洩磁気検出用センサの効果を確認す
るために用いた被検査材を示す図である。

【図７】実験に用いた磁化用磁石を示す図である。

【図８】実験結果を示す図で、同図（ａ）は本発明の漏
洩磁気検出用センサによって得られた欠陥信号波形を、
同図（ｂ）は従来の漏洩磁気検出用センサによって得ら
れた欠陥信号波形を示す図である。

【図９】実験結果を示す図で、線状欠陥の傾き角と欠陥
信号振幅との関係を示す図である。

【図１０】従来の漏洩磁気検出用センサを用いての探傷
方法を説明する図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）
は同図（ａ）のII−II線矢視図である。

【図１１】従来の漏洩磁気検出用センサによる欠陥信号
波形の一例を示す図である。

【図１２】従来の漏洩磁気検出用センサと予め予想した
方向とは異なる方向に傾いて発生した線状欠陥との関係
を示す平面図である。

【図１３】線状欠陥の傾き角が従来の漏洩磁気検出用セ
ンサの信号振幅に及ぼす影響を示す図である。

【図１４】従来の漏洩磁気検出用センサと線状欠陥との
相対位置関係を説明する図で、同図（ａ）は予め予想し
た方向に発生した線上欠陥との関係を、同図（ｂ）は傾
き角をもって発生した線状欠陥との関係を示す図であ
る。

【図１５】線状欠陥の傾き角によって信号振幅が低下す
るのを防止するための従来方法を説明する図である。

【図１６】横断面形状が円形のセンサを用いる従来方法
によって信号振幅の低下防止が図れることを説明する図
で、同図（ａ）は予め予想した方向に発生した線上欠陥
との関係を、同図（ｂ）は傾き角をもって発生した線状
欠陥との関係を示す図である。

【符号の説明】

１：漏洩磁気検出用センサ、 ２：第１のコイル
センサ、３：第２のコイルセンサ、 ２ａ、３
ａ：フェライトコア、２ｂ、３ｂ：導線、
３ｃ：鍔、Ｋ：線状欠陥。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁化された被検査材の表面欠陥または内部
   欠陥から漏洩する磁気を検出する漏洩磁気検出センサで
   あって、横断面形状が円形に形成されるとともに、感磁
   部の横断面積が異なる２個のセンサを同心状に配置した
   ことを特徴とする漏洩磁気検出用センサ。