JPS6191502A

JPS6191502A - 電磁式測定プロ−ブ

Info

Publication number: JPS6191502A
Application number: JP21154584A
Authority: JP
Inventors: ヘルムート・フイツシヤー
Original assignee: Herumuto Fischer & Co Ins GmbH; Herumuto Fischer & Co Inst Fuaa Electron & Mesarutekuniku GmbH
Current assignee: Herumuto Fischer & Co Ins GmbH; Herumuto Fischer & Co Inst Fuaa Electron & Mesarutekuniku GmbH
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1986-05-09
Also published as: JPH0367562B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、中央ボアを有し、巻線を受容するカップ状ス
ペースを中央ボアと同軸に有し、カップ状縁面を有する
カップ状コアと、中央ボアに一端を受容し、周囲にスリ
ーブが生ずるよう自由端面に同軸に凹みを構成した測定
極と、凹みに設けてあり、カップ状縁面から僅かに突出
する球状設置面を外側端面に形成した超硬金属製ピンと
を備えた電磁式測定プローブに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、上に記載の性質を保持してこの糧のプ
ローブを改良することにある。即ち、磁化曲線および球
状設置面のジオメトリに帰因する非線形性を防止して、
特に、薄層の線形測定を行い得るよう、且つまた、小さ
な対象の測定に適するよう、改善することにある。更に
目的とするところは、下記の性質を得ることにある。

ａ）層厚が小さくても、正確な指示を与えること。

因みに、公知のプローブの場合、被覆されてない素材上
にプローブを載せると、被覆層がないにも拘らず、層厚
が指示される。

ｂ）より良い指示が得られるよう、単位層厚に関してよ
シ大きな出力信号を発生すること。

上記目的は、本発明にもとづき、中央ボアを有し、巻線
を受容するカップ状スペースを中央ボアと同軸に有し、
カップ状縁面を有するカップ状コアと、中央ボアに一端
を受容し、周囲にスリーブが生ずるよう自由端面に同軸
に凹みを構成した測定極と、凹みに設けてあり、カップ
状縁面から僅かに突出する球状設置面を外側端面に形成
した超硬金属製ピンとを備えた電磁式測定プローブにお
いて、透磁率の大きい材料から成る同軸のリングディス
クが設けてあり、上記リングディスクの外縁部分は、カ
ップ状縁面上に載っておシ、上記リングディスクの内縁
面が、測定極の端面の範囲にあり、測定極よりも大きい
が、カップ状スペースよりも本質的に小さい径を有し、
プローブを載せた際、内縁面とスリーブとの間の磁気抵
抗が、自由端面と内縁面との間の磁気抵抗よりも本質的
に大きいことを特徴とするプローブによって達成される
。本発明の利点を以下に述べる。

（１）　　表面の曲率の役割が、更に小さくなる。

（２）小さい対象をよシ良好に測定できる。

（３）各種の担体材料について、はぼ同一のまたは完全
に同一の特性曲線が得られる。

（４）消費エネルギが極めて小さいので、プローブの運
転にバッテリを使用でき、線路電源を使用する必要はな
い。

（５）特性が改善されているにも拘らず、巻線のスペー
スは、大きくなく、はぼ同一である。

（６）　　プローブは、傾斜に対して不感である。

リングディスクに、半径方向スリットを設けることによ
って、リングディスクの短絡巻線としての作用を減少で
きる。

上記半径方向スリットを貫通させることによって、短絡
線としての作用がないようリングディスクを構成できる
。

リングディスクの半径方向スリットが、カップ状コアの
半径方向スリットに続くようにすることによって、カッ
プ状コアの減衰作用も防止され、双方のスリットが同列
になった際、場合によって生じる減衰を誘起する短絡が
防止される。

カップ状コアの半径方向スリットが、上記コアの中央ボ
アに続くようにすることによって、材料強度から云って
、貫通する半径方向スリットを構成できる場合、最適な
増幅性が得られる。

内縁面の径が、測定極の対向範囲の径の約１．５〜２倍
であるようにすることによって、分路の最適化および磁
場の集束が達成される。倍数が小さすぎると、分路が生
じ、倍数が大きすぎると、集束が阻害される。

本発明の目的の意味において、更に、下記の改善が達成
される。

狭搾部が円筒形であることによって、軸線対称の狭搾部
分を簡単に作製できる。

狭搾部が円すい形であることによって、凹み、ミゾなど
についても測定を行うことができる。

リングディスクの内縁面の範囲が、カップ状縁面の範囲
にあるディスク部分よりも低いことによって、飽和範囲
以外において、磁場の集束を改善できる。飽和は測定誤
差を生ずるので、飽和を生ずることなく、できる限り集
束された磁場を形成しなければならない。□ リングディスクが、下方へ突出する円すい台形に構成さ
れることによって、低い個所を特に簡単に作製できる。

リングディスクが、下面を平坦に研摩した突出縁を有す
るようにすれば、突出縁が歯状である場合にその尖端か
ら出る高密度の磁力線を防止できる。

ピンの透磁率が４０〜８０μｏ．好ましくは６０μｏで
あるようにすることによって、西独特許出願Ｐ３３３１
４０７に記載の高透磁率ディスク３７および高透磁率シ
リンダ４１が有するような作用を補償できる。何故なら
ば、本発明に係る装置の場合、これらの構成部材は設け
なくてよいからである。

上記出願の場合、ＷＣ４８％、Ｃｏ１５％、　Ｔｉｃ／
Ｎｂ５ｚ係の組成の低透磁率超硬金属を使用するが、本
発明では、高透磁率材料を使用する。

超硬金属製ピンの外側端面が、リングディスクから、そ
の内縁面の径の約５〜５０％、好ましくは３０％突出す
るようにすることによって、層厚の指示精度および最適
な大きさの信号に関する最適値を示した。

測定極の取付状態の調整のため、微調整装置がコツプ状
コアに設けられることによって、上記の突出値を最適に
良好に調節できる。

測定極の内側端面に、カップ状コアにネジ込んだ第１頭
なしネジの円すい形先端と共働する傾斜面が設けられる
ことによって、微調整装置を特に簡単に作製できる。こ
の場合、もちろん、通常の如く、コイルは固定であシ、
頭なしネジをネジ込んだ際、測定極が、コイルに対して
移動する。

〔実施例〕

図示の好ましい実施例を参照して以下に本発明を説明す
る。寸法を正確に示すため、ミリメータスケールを図面
に添付した。

軟鉄製カップ状コア１１は、幾何学的縦軸線１２に関し
て回転対称である。このコアは、底部１３と円筒形壁１
４とを有する。底部１３の下部には、ネジ穴１６が水平
に設けである。このネジ穴には、頭なしネジ１７がネジ
込んである。底部１３には、幾何学的軸線１２に同軸に
、底部１３の内面１９よりも径が本質的に小さい貫通孔
１８が設けである。貫通孔１８には、高透磁率材料から
成る円筒形コア２１の上部が差込んである（第１図）。

面取部分２２を備えたコア上面２３は、ネジ穴１６の上
方にこのネジ穴に平行に設けた第２ネジ穴２４の高さに
ある。この第２ネジ穴には、貫通孔１８内に突出する円
すい台形に構成したシャフト部分２７を頭なしネジ２６
がネジ込んである。面取部分２２の傾斜角度は、円すい
台形部分２７０円すい角度に対応するので、頭なしネジ
２６をネジ込んだ際、このネジのネジピッチの作用と円
すい台形部分２７の勾配の作用とＫよって、コアをボア
から下方へ精密に駆動することができる。この場合、頭
なしネジ１７の球状加圧面２８は、コア２１の外周面に
当接した状態にあり、従って、頭なしネジ２６をネジ込
む際、摩擦を生ずる。カップ状コア１１には、同軸の同
径の中央孔３１を有する合成樹脂製ディスク２９が載っ
ている。

合成樹脂製ディスク２９には、励磁巻線３３の２つの接
続端子３２が設けである。合成樹脂製ディスク２９に設
けた別の２つの接続端子３４は、誘導巻線３６の接続用
である。励磁巻線３３および誘導巻線３６は、カップ状
コア１１に対して不動のコイルポデーに設けである。コ
ア２１は、巻線の中で移動される。

接続端子３２．３４から来る導線を上方から導入できる
よう、垂直なスリット３１が半径方向に設けである。こ
のスリットは、貫通孔１８とけ連通するが、外面には達
しておらず、従って、スリット３７の左側には、壁３８
が残っている（第１図）。底の内面１９の下方には、幾
何学的軸線１２に同軸な円筒形の巻線スペース３９が設
けである。

狭搾部（以下に説明する）の上方にあるスペース部分に
は、励磁巻線３３および誘導巻線３６が受容しである。

これらの巻線は、正確でなく、略図として示しであるが
、通常の構造を有する。

円筒形壁１４の下面には、巾が同一であり、平坦で、磁
力線のロスがないよう、リングディスク４２の外側のリ
ング部分４３と密着する円環形縁面４１が設けである。

リングディスク４２は、間隙がないよう、縁面４１に接
続しである。コア２１の半径方向狭搾部４４は、巻線ス
ペース内で始まる。狭搾部４４には、幾何学的軸線１２
に同軸な円筒形スリーブ４８が続いている。スリーブ４
Ｂの環状下面は、幾何学的軸線１２上に中心がある球状
端面４９として構成しである。コア２１の下部端面には
、同軸の円筒形袋穴５１が設けである。

この袋穴は、巻線と狭搾部４４との間まで達する。

図面に、この範囲の正確な寸法を示した。ピン４７も、
球状端面４９に続く同じく球状の下部端面５２を有する
。内縁面５３は、図示の如く、スリーブ４８の外面から
離れておシ、縦軸線１２に対して同軸である。リングデ
ィスク４２は、１００μｏよりも大きい（好ましくは、
１０００μｏの）透磁率を有する。球状端面５２は、基
材５６、に被覆した被測層５４の上面に載っている。

コア２１の軸線方向位置を調整した後、巻線スペース３
９に樹脂を注入する。ピン４Ｔは、同じく、焼結超硬金
属から成シ、特許出願Ｐ３３３１４０７に記載のピン２
７よりも大きい、即ち、５０〜２００μｏの透磁率を有
する。

第２図の実施例は、３つの点に関して第１図の実施例と
異なる。

第１に、スリット３７には、カップ状コア１１の全高さ
にわたって縦軸線１２に平行に延びる貫通スリット５７
が外方へ続いている。

第２に、第１図の実施例において狭搾部４４が始まる個
所には、同軸の円すい膨面５８が設けである。この場合
、横断面は、急激に細くなるのではなく、定常的に細く
なる。円すい面５８には、ピン４γの円すい台形面５９
が続いている。球状端面５２は設けであるが、その外径
は小さい。この実施例は、ミゾまたは凹みについて測定
を行うのに特に好適である。

第３に、リングディスク４２は、下方へ向く偏平な円す
い台形凹み６１を有する。縁面４１は、この寸法だけ高
いので、プローブをよシ大きく傾斜させることができ、
しかも、この場合、外側の下部エツジ部分が、眉５４の
上面に接触することはない。内縁面５３は、円すい膨面
５８には対向するが、円すい台形面５９には対向しない
ような高さにある。

第３図の実施例は、第１図の実施例に類似しているが、
部分的に、第２図の実施例にも類似している。この場合
、同軸の円筒形穴６２が形成しである。スタンピング加
工時、下方へ向く突出縁６３が生ずるが、下方へ突出す
るその端面６４は、均一な磁力線がでるよう、研摩しで
ある。

第６図に示したリングディスク６５は、貫通する半径方
向スリット６６を有する点が、他のリングディスクとは
異なる。リングディスク６５を使用し、スリット５７を
設ける場合は、半径方向スリット６６をスリット５Ｔと
同列とする。

被覆のない基材上に本発明に係るプローブを載せた。第
４図において、ディスクの径を闘でプロットした。同図
から明らかな如く、例えば、径５止のディスクを測定で
きる。右側の曲線６７に、先願の装置で測定した層厚（
μｍ）を示した。被覆されてない基材の場合、層厚ゼロ
が指示されなければならない。測定誤差が明らかに認め
られる。

更に、ディスクの径が小さくなった場合、面積減少の問
題（境界問題）は、改良したプローブの方が本質的に小
さい。

本発明に係る装置の測定曲線を６８で示した。

図面から明らかな如く、径Ｌｏｗの測定の場合、本発明
に係る装置は、５μｍを指示し、先願の装置の測定結果
１９μｍに対して３．８倍だけ改善されている。ディス
ク径が小さくなるにつれて、この改善度は大きくなる。

ディスク径が大きくなると、当然、改善度は小さくなシ
、例えば、径が１５闘の場合は、２．７であシ、２０ｍ
ｒｘの場合は、２．４であるが、予想値よりも大きい。

本発明に係る装置の指示精度は良い。第５図に、層厚（
μｍ）を対数目盛でプロットした。右側に、誘導巻線３
６の正規化出力電圧をプロットした。

先願の装置の測定結果を曲線６９で示し、一方、本発明
に係る装置の測定結果を曲線７１で示した。

例えば、層厚が１０μｍの場合、先願の装置の正規化電
圧は０．０６５であり（点７２）、本発明の場合、正規
化電圧は０．１８であり（点７３）、従って、改善度は
３００％であシ、通常、予想される数％の改善度よりも
遥かに大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測定プローブの第１実施例の半径
方向断面図、第２図は第２実施例の同様の断面図、第３
図は第３実施例の同様の断面図、第４図はディスクとし
て構成した被覆してない担体材料の場合の指示とディス
ク径との関係曲線を先行技術の曲線と対比して示すグラ
フ、第５図は先行技術に対する測定信号の改善度を示す
グラフ、第６図は第１図のリングディスクの変形例の下
面図である。１１・・・・カップ状コア、１２・・・・縦軸線、１８
・・・・貫通ボア、２１・俸・・円筒形コア、３３・・
・・励磁巻線、３６・・・・誘導巻線、３９・働・・巻
線スペース、４２・・・−リングディスク、４７・拳・
・ピン、４８・・・・スリーブ、５３・・・・リングデ
ィスクの内縁面。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中央ボアを有し、巻線を受容するカップ状スペー
スを中央ボアに同軸に有し、カップ状縁面を有するカッ
プ状コアと、中央ボアに一端を受容し、周囲にスリーブ
が生ずるよう自由端面に同軸に凹みを構成した測定極と
、凹みに設けてあり、カップ状縁面から僅かに突出する
球状設置面を外側端面に形成した超硬金属製ピンとを備
えた電磁式測定プローブにおいて、透磁率の大きい材料
から成る同軸のリングディスクが設けてあり、上記リン
グディスクの外縁部分は、カップ状縁面上に載っており
、上記リングディスクの内縁面が、測定極の端面の範囲
にあり、測定極よりも大きいが、カップ状スペースより
も本質的に小さい径を有し、プローブを載せた際、内縁
面とスリーブとの間の磁気抵抗が、自由端面と内縁面と
の間の磁気抵抗よりも本質的に大きいことを特徴とする
プローブ。
（２）リングディスクが、半径方向スリットを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプローブ。
（３）半径方向スリットが、貫通していることを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載のプローブ。
（４）リングディスクの半径方向スリットが、カップ状
コアの半径方向スリットに続いていることを特徴とする
特許請求の範囲第２項または第３項記載のプローブ。
（５）カップ状コアの半径方向スリットが、上記コアの
中央ボアに続いていることを特徴とする特許請求の範囲
第４項記載のプローブ。
（６）内縁面の径が、測定極の対向範囲の径の約１．５
〜２倍であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のプローブ。
（７）周面が、ピンの範囲において狭搾してあることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプローブ。
（８）狭搾部分が、円筒形であることを特徴とする特許
請求の範囲第７項記載のプローブ。
（９）狭搾部分が、円すい形であることを特徴とする特
許請求の範囲第７項記載のプローブ。
（１０）リングディスクの内縁面の範囲が、カップ状縁
面の範囲にあるディスク部分よりも低いことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のプローブ。
（１１）リングディスクが、下方へ突出する円すい台形
に構成してあることを特徴とする特許請求の範囲第１０
項記載のプローブ。
（１２）リングディスクが、下面を平坦に研摩した突出
縁を有することを特徴とする特許請求の範囲第１０項記
載のプローブ。
（１３）ピンの透磁率が、４０〜８０μｏ（好ましくは
、６０μｏ）であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のプローブ。
（１４）ピンが、Ｃｏ１０．５％、Ｖａ６．５％、Ｍｏ
７％のタイプの合金から成ることを特徴とする特許請求
の範囲第１３項記載のプローブ。
（１５）超硬金属製ピンの外側端面が、リングディスク
から、その内縁面の径の約５〜５０％（好ましくは、３
０％）突出していることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のプローブ。
（１６）測定極の取付状態の調整のため、微調整装置が
カップ状コアに設けてあることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のプローブ。
（１７）測定極の内側端面には、カップ状コアにネジ込
んだ第１頭なしネジの円すい形先端と共働する傾斜面が
設けてあることを特徴とする特許請求の範囲第１６項記
載のプローブ。