JPS6236149Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、材料の磁気異方性の測定あるいは溶
接継目位置の検出などに利用される磁気的応力検
出器に関する。

この種のものとしては特公昭31−942号（鉄−
磁性物質中の機械的応力を表示及測定する装置）
として開示されたものがあり、それは励振コア、
検出コアその他全体を可塑性材内に埋め込んで固
定したものであるが、ここではその可塑性材内部
のものについて簡単に説明する。

第１図および第２図において、１，２はそれぞ
れ形状が〓状の励振コア、検出コアであり、それ
らは互に直交し、かつ各脚部１１，１２，２１，
２２が同方向を向く状態に配設されると共に、脚
部１１，１２と脚部２１，２２には、それぞれ励
振コイル１３、検出コイル２３が和動的に巻装さ
れている。尚、和動的巻装とは、一方の脚部から
他方の脚部へのコイルの巻き方向が連続的に同方
向となる巻き付けであり、〓状のコアを真直ぐに
延ばしてみれば、単に一つのコイルをコアに設け
たのと同じである。そして、これら全体が図示さ
れていない可塑性材内に埋込まれて固定状態にさ
れる。以上が磁気的応力検出器であるが、さらに
は第１図に示す如く、これらは通常逆コツプ状の
ケース３内に収納されると共に、励振コイル１
３、検出コイル２３の各終端がケース３の上面に
把手を兼ねて設けられている突出部３１の中心孔
を通して外部に取出され、それぞれ交流励振器、
出力電圧測定器に接続されるようになつている。

尚、上記のものは、後述する如く被測定材料の
透磁率を検出するものであるが、その透磁率は被
測定材料中の機械的応力状態と密接に関連をもつ
量であり、以下上記した装置の名称を磁気的応力
検出器と呼ぶことにする。この磁気的応力検出器
１０は、磁性材料の磁気異方性の測定や溶接継目
の検出等に用いられており、先ず、前者を測定す
る場合の磁気的応力検出器の使用について説明す
る。尚、磁気異方性の測定とは、磁性材料のもつ
磁化容易軸の方向（これと直交する方向に磁化困
難軸がある）とそれに対する各角度方向における
磁気トルク値を求めることである。磁気異方性の
測定にあたつては、磁気的応力検出器１０の底面
（第１図では下側の面）を被測定材料の表面と対
向させ、励振コイル１３に交流励振信号を加え、
励振コア１の各脚部１１，１２から交互に磁束を
材料中に供給させ、その際、検出コア２の各脚部
２１，２２に導入される磁束の差に対応して検出
コイル２３に誘起される出力を測定することにな
る。こうすると、磁束の供給点（脚部１１または
１２）から検出コア２の各脚部２１，２２に至
り、そこに導入される磁束は、その経路１１と，
２１，１１，と２２または１２と２１，１２と２
２間の材料の透磁率に対応したものとなり、結
局、検出コイル２３には、各経路の透磁率の差に
対応した出力が誘起されることになる。この場
合、脚部１１と２２（１２と２１）を結ぶ経路が
磁化容易軸と平行（この状態を角度０とおく）に
なると、脚部１１と２２（１２と２１）を結ぶ経
路は磁化困難軸と平行になり、この結果両経路の
透磁率差は最も大となつて大きな出力が検出コイ
ル２３に誘起される。そしてこの脚部１１と２１
（１２と２２）を結ぶ経路が磁化容易軸とずれる
に従つて両経路の透磁率差は小となり、その角度
が45度に達した際、両経路の透磁気率の差は０と
なつて検出コイル出力は０となる。続いて、90度
になつた際には前記角度０の状態とは両経路の透
磁率の大きさが逆の関係となり、検出コイルの出
力は角度０のときの出力に対して絶対値が後し
く、特性は逆となる。したがつて、磁気異方性の
測定においては、材料と磁気的応力検出器１０の
底面を対向させた状態で、磁気的応力検出器１０
を水平面上で適宜角度づつ回動させ、各角度にお
ける検出コイル２３の出力の取出を行なう。

次に、溶接継目位置の検出について説明する
と、この場合は、継目方向に対して磁気的応力検
出器１０の各コア１，２が45度となる状態に材料
と対向（継目方向は既知であるが、それが長手方
向のどの位置にあるかが表面加工などにより不
明）させ、材料または磁気的応力検出器１０を移
動させる。そうすると、継目位置上では磁束供給
点（脚部１１または１２）と検出コア２の脚部２
１，２２を結ぶ経路のうち一方は継目中を通るこ
とになるので透磁率が他の部分とは異なり、検出
コイル２３には他の点と異なる出力が生じ、これ
で継目位置が検出されることになる。

ところが、材料には通常の場合、熱処理むら、
内部応力、残留磁束密度むらなど透磁率に影響を
及ぼす因子が含まれるため、一般に検出出力の
Ｓ／Ｎ比の低下は避けられない。

これを改善するには、材料に直流バイアス磁界
を印加して材料を高磁界範囲に保つようにすれば
よく、本出願人は先に、“クロスセンサによる磁
気異方性パターンの計測と考察”（昭和53年４月
３日電気学会全国大会において発表、講演論文集
1448頁）及び“磁気異方性センサによる溶接継目
の非破壊検出”（昭53年５月22日非破壊検査協会
第３分科会において講演、NDI資料3579）として
開示すると共に、特願昭53−119449号（特開昭55
−46143号）及び特願昭53−138735号（特開昭55
−65154号）としてそれぞれ磁気異方性、溶接継
目の測定法を提案し、前者では直流バイアス磁界
を励振方向と同方向に、また後者では直流バイア
ス磁界を継目と直交方向に印加すれば、上記影響
因子はほとんど検出出力に影響を及ぼさないこと
を示した。

すなわち、これはいずれの場合も直流バイアス
磁界の印加によつて材料中への磁束の浸透深さが
増加して材料の内部まで含めた平均的な透磁率を
測定することになり、局所的なむらの影響が小に
なることによるものである。

ところで、このような直流バイアス磁界の印加
は、いままで磁気的応力検出器とは別に電磁石よ
りなる磁化装置を準備して、それと材料の両端を
結合することによつて行つたり、または、空芯の
コイルよりなる磁化装置中に材料を挿入すること
によつて行なわれており、このため材料の大きさ
に制約を受けること、また、磁気異方性の測定に
おいては、磁気的応力検出器の回動角度を変える
ごとに、その励振コアと磁界の方向が平行となる
ように磁化装置の位置を設定しなおさなければな
らないという問題があつた。ところで、磁気的応
力検出器により検出の行われるケ所は、検出器と
対向する部分の材料である。とすると、その材料
部分のみが高磁界に保たれればよいのであり、そ
れには磁気的応力検出器の両外側の材料上にそれ
ぞれ第１、第２の永久磁石を置き、一方がＮ極
と、他方がＳ極と接するようにすればよく、これ
により先ず材料の大きさによる制限は解除され
る。そして、これら永久磁石を磁気的応力検出器
の励振コアの両外側に固定し、一体化することに
より、検出器の回動角度と無関係に励振方向と磁
界の方向が平行に保たれる。

ところで、この種の磁気的応力検出器は磁気異
方性と溶接継目の検出に共用可能なことが望まし
いが、それには測定対象に応じ各磁石の位置を設
定しなおす必要があり、その設定に時間を要する
ことなどの問題点があつた。本考案は、上記問題
点を解決したものであり、磁気的応力検出器と磁
界の方向とを変更自在にするために、各永久磁石
NS極の代りに形状が〓状で、その脚部がＮ，Ｓ
極の磁化部材とし、その両脚部の間に位置させた
磁気的応力検出器をその磁化部材により回動自在
に支承すると共に、磁気異方性と溶接継目の各検
出に応じた磁界の方向への位置合せを簡便に行な
えるようにするために、それぞれに対応した所定
の２点において両者を固定可能としたものであ
る。

以上のものにおいて、磁気異方性を測定するに
は、磁化部材の両脚を結ぶ方向と磁気的応力検出
器の励振コアの脚部を結ぶ方向とを一致させた状
態で両者を結合し、被測定材料と対向させ、その
状態で制御コイルに直流電流を供給する。こうす
ると、磁化部材の一方の脚部から磁束が被測定材
料中に浸透し、その内部を通つて他方の脚部に達
し、磁気的応力検出器と対向する部分の被測定材
中が高磁界範囲になる。この状態で磁気的応力検
出器の励振コイルに交流励振信号を印加し、被測
定材料の磁気異方性に応じて変わる検出コイルの
出力を測定する。以下、この磁化部材と磁気的応
力検出器を一体化したままで順次所定角度回動さ
せ、０〜180度間の各角度における検出コイル出
力を測定し、そのピーク位置から磁化容易軸の角
度（ピーク位置と45度ずれた位置）および各角度
ごとの磁気トルク（検出器出力に比例）を求め
る。

この場合は、回動角度とは無関係に常時励振コ
アの脚部を結ぶ方向に直流バイアス磁界の印加が
行なわれることになる。

次に、溶接継目の検出にあたつては、磁化部材
の両脚部を結ぶ方向と磁気的応力検出器の励振コ
アの両脚部を結ぶ方向との角度を45度に設定して
両者を結合し、その磁化部材の方向を溶接継目と
直交させた状態で被測定材と対向させ、その磁化
部材の制御コイルに直流電流を供給する。これに
より磁気的応力検出器と対向する部分は高磁界範
囲となり、かつその磁界の方向は溶接継目と直交
する方向となる。以下、この状態で一体化された
磁化部材と磁気的応力検出器を磁界の方向に移動
させ、そのときの検出コイル出力の大きさにより
継目位置を検出する。この場合は、移動位置とは
無関係に常時溶接継目と直交する方向に直流バイ
アス磁界の印加が行なわれることになる。そし
て、磁気異方性の測定と溶接継目の検出に磁化部
材の位置を所定位置に１回設定し直すのみで、共
用し得ることになる。

以下、実施例について詳細に説明する。

第３図および第４図（但し、磁気的応力検出器
は断面図示せず）において、第１図と同符号を付
した励振コア１、その脚部１１，１２、励振コイ
ル１３、検出コア２、その脚部２１，２２、検出
コイル２３、ケース３からなる磁気的応力検出器
１０は、前記第１図と同様のものである。４１〜
４４は磁化するための装置を構成している要素で
あり、磁化部材はヨーク４３の両端部に一体的に
結合された下端Ｓ極の永久磁石４１と下端Ｎ極の
永久磁石４２とにより形状が〓状に形成されてい
る。また、４４は上記磁化部材４１〜４３の磁界
の強さを調節自在にするために設けた制御コイル
であり、コイル４４は、各永久磁石４１，４２に
和動的に巻装されていて、両側のコイル４４，４
４間の内側寸法は、前記磁気的応力検出器１０の
外径よりわずかに大に形成されている。そして、
そのヨーク４３の中心にはガイド孔４５が穿設さ
れ、コイル４４，４４間に磁気的応力検出器１０
が挿入された状態では、その突出部３１がガイド
孔４５を貫通して上方に突出し、両者を回動自在
に係合するようになつている。この係合状態にお
いて、ヨーク４３の一部に穿設された止め孔４６
と磁気的応力検出器１０の上面に穿設されたねじ
孔４７とは、ヨーク４３と励振コア１が平行にな
つた際一致するように設けられると共に、磁気的
応力検出器１０の上面には、ねじ孔４７と４５度
隔てた位置にも別のねじ孔４７′（図示せず）が
穿設され、止め孔４６とねじ孔４７をねじ４８に
より締結した際は、励振コア１とヨーク４３が平
行に（第４図の状態）同様に止め孔４６と図示し
ないねじ孔４７′を締結した際は、両者磁気的応
力検出器１、ヨーク４３が45度に保たれるように
なつている。５は逆コツプ状の外部ケースであ
り、一体的にねじ４８で結合された磁気的応力検
出器１０と磁化部材４１〜４３および制御コイル
４４が、それぞれの脚部１１，１２，２１，２
２、永久磁石４１，４２の端部を下方に位置する
状態に収納され、その際、ケース５の上面のガイ
ド孔５２を貫通した磁気的応力検出器１０の突出
部３１には、止め具５１が装着され、これら磁気
的応力検出器１０、磁化部材４１，４３および制
御コイル４４の抜出しを防ぐようになつている。
そして、ケース５の下端は、永久磁石４１，４
２、磁気的応力検出器１０の各下端よりもわずか
に下方に延長されている。

以上のものにより、磁気異方性を測定する場合
を先ず説明する。最初に、ヨーク４３と励振コア
１とを平行に位置させ、磁気的応力検出器１０と
ヨーク４３をねじ４８により結合し、続いて、そ
れをケース５に収納し、突出部３１に止め具５１
を装着する。そして、被測定材料上にケース５の
下端を接触させると共に、励振コイル１３に交流
励振信号を印加させ、同時に制御コイル４４に直
流電流を供給する。そうすると、永久磁石４２と
４１の間の材料には直流バイアス磁界が印加され
ることになり、磁気的応力検出器１０と対向する
材料部分は高磁界範囲に保たれる。したがつて、
この状態で検出コイル２３に誘起される出力を測
定すると共に、適宜角度づつ突出部３１をケース
５に対して回動させ、各角度での検出コイル２３
の出力を測定すれば、磁気異方性が高いＳ／Ｎ比
で測定されることになる。なお、直流バイアス磁
界の大きさは、材料の特性によつて適宜値以上に
制御コイル４４で調整すればよく、同一ロツドで
生産された材料を検査する場合は、あらかじめそ
の一つに対し、種々の直流バイアス磁界を加えて
試験しておけばよい。通常は、永久磁石に希土類
コバルト磁石を用いるので、永久磁石の大きさ
は、磁気的応力検出器１０のコア寸法と同程度も
しくは若干大きいだけで十分であり、一般に制御
コイル４４は、磁化部材４１〜４３を材料上に着
脱する際、逆極性に磁化し、着脱を容易にするた
めに用いられる。

次に、溶接継目位置の検出は、先ず、ヨーク４
３と励振コア１との挟角が45度となるように磁気
的応力検出器１０を回動する。そうすると、磁気
的応力検出器１０上の別のねじ孔４７′がヨーク
４３の止め孔４６と対向するので、両者をねじ４
８により締結し、続いてそれをケース５に収納す
ると共に、突出部３１をケース５と一体的に止め
具５１により締結する。以下、励振コア１が継目
と45度を保つ状態で、前記と同様に直流バイアス
磁界を印加（継目と直交方向となる）すると共
に、励振させ、ケース５または材料のいずれかを
継目と直交する方向に移動させながら検出コイル
２３の出力変化を監視することにより継目位置が
求められることになる。

なお、上記実施例においては、ケース５内に磁
気的応力検出器１０と磁化部材４１〜４３および
制御コイル４４を収納した場合につき例示した
が、ケース５を省き、磁気的応力検出器１０と磁
化部材、制御コイル４１〜４４を一体化したもの
を適宜の支持装置により支持するようにしてもよ
い。

また、磁気的応力検出器１０と磁化部材４１〜
４３間の角度の設定は、ねじ孔４７，４７′のい
ずれかと止め孔４６を一致させて行う場合を例示
したが、例えば、ヨーク４３のガイド孔４５と突
出部３１とをねじ係合にし、一方に対し他方を回
動させた後、その摩擦力のみで保持させるものな
ど、両者の係合設定手段には適宜のものを用いて
よい。

また、磁化部材は、ヨーク４３と２個の永久磁
石４１，４２により形成する場合につき例示した
が、もちろん一体構造にしてもよく、制御コイル
４４もヨーク４３に巻装するようにしてもよい。

以上のとおりであり、本考案は、磁気的応力検
出器と磁化部材を係合させると共に、両者の角度
も適宜に設定可能に構成されているので、測定の
種類に応じて励振方向と直流バイアス磁界をあら
かじめ設定することができ、その後は、一体的に
取扱えるので、測定を極めて簡単に行うことがで
きる。また、磁気的応力検出器と磁化部材は近接
して係合されるので、磁化部材は小型でよく、全
体も小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ磁気的応力検出器の
正面断面図、底面図、第３図、第４図は本考案の
実施例を示す正面断面図および底面図である。 １０：磁気的応力検出器、４１，４２：永久磁
石、４３：ヨーク、４４：制御コイル、４５：ガ
イド孔、４８：ねじ、４１〜４３：磁化部材、
５：ケース。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 形状が〓状の励振コアと検出コアが互に直交
   し、かつその各脚部が同方向を向く状態に結合さ
   れ、励振コアの両脚部には励振コイルを、検出コ
   アの両脚部には検出コイルを、それぞれ一方の脚
   部から他方の脚部へのコイルの巻き方向が連続的
   に同方向となる和動的に巻装してなる磁気的応力
   検出器と、形状が〓状の永久磁石よりなる磁化部
   材とを有し、前記磁化部材は、その両脚部が前記
   磁気的応力検出器の両外側を挟んでその各コアの
   脚部と同方向を向く状態に配設されると共に、磁
   気的応力検出器をその脚部と直交する平面上で回
   動自在に支承し、かつその異なる回動面上の所定
   の２位置で磁気的応力検出器と固定可能にしたと
   ころの磁気的応力検出装置。