(57)【要約】【課題】高周波数で短い波長のSH波を利用したい場合において、感度が良好であり、かつ、簡単に構成することができる電磁超音波センサを提供する。【解決手段】電磁超音波センサ１１は、被検査体と隙間をあけて配置されたコイル１３と、コイル１３上に配置された磁石アレイ１５を備える。磁石アレイ１５は、コイル１３に流れる電流の方向であるｘ方向に第１永久磁石を一定間隔で配置した第１磁石アレイと、ｘ方向に第２永久磁石を一定間隔で配置した第２磁石アレイとから構成される。第１磁石アレイと第２磁石アレイが接する面を挟んで、第１永久磁石と第２永久磁石が斜向かいとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体と隙間をあけて配置されたコイルと、前記コイル上に配置された磁石アレイを備え、
前記磁石アレイは、
前記コイルに流れる電流の方向であるｘ方向に第１永久磁石を一定間隔で配置した第１磁石アレイと、前記ｘ方向に第２永久磁石を前記一定間隔で配置した第２磁石アレイから構成され、
前記第１磁石アレイと前記第２磁石アレイが接する面を挟んで、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石が斜向かいとなる
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁超音波センサであって、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石のそれぞれについて、第１磁極と第２磁極を結ぶ直線は、
前記コイルが配置される平面に垂直である
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁超音波センサであって、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石は直方体状であり、
前記一定間隔は前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の前記ｘ方向の幅に等しく、
前記コイルが配置される平面と平行な前記第１永久磁石の面の対角線の方向に、前記第２永久磁石が位置するように、前記第１磁石アレイと前記第２磁石アレイが並べられる
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の電磁超音波センサであって、
前記第１永久磁石は、
前記第１磁極が前記被検査体の表面に対向するように配置され、
前記第２永久磁石は、
前記第２磁極が前記被検査体の表面に対向するように配置され、
前記コイルは、
前記コイルの中心軸が、前記第１磁石アレイと第２磁石アレイが接する面に垂直となるように、前記磁石アレイの外周に巻回される
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁超音波センサであって、
２行ｎ列（ｎ＝２、３、・・・）のスロットを有するケースを備え、
前記第１永久磁石は１行目のスロットに１スロットおきに挿入され、
前記第２永久磁石は２行目のスロットに１スロットおきに挿入される
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の電磁超音波センサであって、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石は、
前記ｘ方向の幅が２ｍｍ以下である
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項７】
請求項３に記載の電磁超音波センサであって、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石は、
同じ極性の磁極が前記被検査体の表面に対向するように配置され、
前記コイルは、
前記磁石アレイと前記被検査体の間の平面上に巻回して配置される
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の電磁超音波センサであって、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石は、
前記ｘ方向の幅が２ｍｍ以下である
ことを特徴とする電磁超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁超音波センサの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の接触式の探触子では、探触子と被検査体の間に接触媒質が必要であり、探触子を被検査体に押し付ける必要がある。しかし、例えば、被検査体がパイプのように長く、その端部に作業員が近づくことができない場合、被検査体にセンサを十分に押し付けることができない。この場合、非接触式の探触子が用いられる。
【０００３】
このように、部品や構造物の検査では、非接触な手法が求められる場合がある。非接触な検査の一例として、電磁超音波を用いた検査がある。
【０００４】
電磁超音波を用いた検査に用いられる電磁超音波センサは、接触媒質なく超音波を送受信可能である。電磁超音波センサは、永久磁石とコイルで構成される。
【０００５】
例えば、特許文献１には、「磁極の向きを表裏交互に、かつＮ極とＳ極を千鳥状に配列した複数の永久磁石と、該永久磁石と被検査体の間に配置した扁平なコイルとを具備するＳＨ波電磁超音波トランスデューサにおいて、前記永久磁石を相互の間隔が異なるように配置したことを特徴とするＳＨ波電磁超音波トランスデューサ」が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、「所定の作用面を対象物に近接させた状態で、電磁気的作用により対象物に対する超音波の送信及び受信の少なくとも一方を行う電磁超音波トランスデューサであって、前記作用面に平行な配列方向に沿って複数の短冊状磁石を配列して構成した磁石アレイであって、隣り合う短冊状磁石同士が異極性の磁極面を対向させて配列される磁石アレイと、前記磁石アレイと前記作用面との間に、その作用面と平行に配設された扁平なコイルと、を含む電磁超音波トランスデューサ」が開示されている。特許文献２の従来例は、特許文献１の従来例よりも高い周波数の表面ＳＨ波（Shear Horizontal wave）を送受信可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１２５６２２号公報
【特許文献２】特許第３８８６８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、各永久磁石のＮ極とＳ極を結ぶ直線は被検査体の表面に垂直である。ここで、被検査体の表面を伝搬するSH波は磁石の間隔が波長に対応するため、高周波数で短い波長のSH波を利用したい場合、幅の狭い永久磁石を近接して並べる必要がある。しかし、幅の狭い永久磁石の磁束密度は小さく、N極とS極を近接配置するため、相互干渉で被検査体に発生する磁場の磁束密度が小さくなる。
【０００９】
一方、特許文献２では、各永久磁石のＮ極とＳ極を結ぶ直線は被検査体の表面に平行である。ここで、等間隔で向きが反転する磁界を形成するのに好適なスペーサ幅は、永久磁石の磁束密度や寸法、スペーサの材質等によって変わってくる（特許文献２の段落〔００２３〕参照）。したがって、好適なスペーサ幅を実験などで予め求めることが必要である。
【００１０】
本発明の目的は、高周波数で短い波長のSH波を利用したい場合において、感度が良好であり、かつ、簡単に構成することができる電磁超音波センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、被検査体と隙間をあけて配置されたコイルと、前記コイル上に配置された磁石アレイを備え、前記磁石アレイは、前記コイルに流れる電流の方向であるｘ方向に第１永久磁石を一定間隔で配置した第１磁石アレイと、前記ｘ方向に第２永久磁石を前記一定間隔で配置した第２磁石アレイから構成され、前記第１磁石アレイと前記第２磁石アレイが接する面を挟んで、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石が斜向かいとなるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高周波数で短い波長のSH波を利用したい場合において、感度が良好であり、かつ、簡単に構成することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサに用いられる磁石アレイの奥側部分と手前側部分の構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサに用いられる磁石アレイの製造工程を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサに用いられるコイルの巻回工程を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサの下の、渦電流、磁束密度、ローレンツ力を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサが、被検査体に超音波を発生させる原理を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサに用いられる磁石アレイの磁力線を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサに用いられる磁石アレイの下の磁束密度を説明するための図である。
【図９】従来の磁石アレイの磁力線を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサに用いられる磁石アレイの奥側部分の下の磁束密度及び手前側部分の下の磁束密度並びに従来の磁石アレイの下の磁束密度を同一の座標系に表示した図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサを用いた電磁超音波システムの構成図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサを用いた電磁超音波システムの動作手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサを用いた電磁超音波システムに用いられる送信センサと受信センサの配置を説明するための図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサの永久磁石の間隔の適用範囲を検討するための図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサの永久磁石の幅の適用範囲を検討するための図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサの作用・効果を説明するための図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態である電磁超音波センサの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１の実施形態〕  
以下、図１〜図１６を用いて、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサの構成及び動作を説明する。電磁超音波センサは、被検査体に超音波を発生させて探傷するセンサである。
【００１５】
最初に、図１を用いて、電磁超音波センサ１１の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１の構成図である。
【００１６】
電磁超音波センサ１１は、磁石アレイ１５とコイル１３を備える。磁石アレイ１５は、永久磁石１２とスペーサ１４から構成される。
【００１７】
永久磁石１２は、薄板形状の直方体であり、そのＮ極とＳ極を結ぶ直線はｚｘ平面に垂直となる。つまり、Ｎ極とＳ極を結ぶ直線は、コイル１３が配置される平面に垂直である。
【００１８】
コイル１３は、エナメル線などの導体でできている。コイル１３は、ｘ軸と並行となるように、永久磁石１２の下に配置される。本実施形態では、コイル１３において、ｘ軸方向に電流が流れるようになっている。
【００１９】
スペーサ１４は、永久磁石１２と同じ形状であり、アクリル、ナイロンなどの樹脂（非導電性材料）でできている。なお、スペーサ１４のｘ軸方向の幅は、永久磁石１２のｘ軸方向の幅に等しい。
【００２０】
次に、図２を用いて、電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５の構成を詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５の奥側部分と手前側部分の構成図である。なお、図２において、図１と同一の部分には同一の符号を付す。
【００２１】
まず、図２（Ａ）を用いて、磁石アレイ１５の奥側部分（以下、磁石アレイ１５Ａという。）の構成を説明する。図２（Ａ）は、磁石アレイ１５Ａの構成図である。
【００２２】
磁石アレイ１５Ａは、５個の永久磁石１２（１２１〜１２５）と５個のスペーサ１４（１４１〜１４５）を備える。図２（Ａ）では、１個の永久磁石１２において、Ｓ極１２Ｓが上側にあり、Ｎ極１２Ｎが下側にある。永久磁石１２とスペーサ１４はｘ軸方向に交互に配置される。
【００２３】
このようにして、永久磁石１２１、スペーサ１４１、・・・、永久磁石１２５、スペーサ１４５がｘ軸方向に配置され、磁石アレイ１５Ａが構成される。
【００２４】
次に、図２（Ｂ）を用いて、磁石アレイ１５の手前側部分（以下、磁石アレイ１５Ｂという。）の構成を説明する。図２（Ｂ）は、磁石アレイ１５Ｂの構成図である。
【００２５】
磁石アレイ１５Ｂは、磁石アレイ１５Ａと同じように構成される。ただし、磁石アレイ１５Ｂは、磁石アレイ１５Ａと比較して、永久磁石１２の向きが異なる。磁石アレイ１５Ｂでは、１個の永久磁石において、Ｎ極１２Ｎが上側にあり、Ｓ極１２Ｓが下側にある。
【００２６】
また、磁石アレイ１５Ｂは、磁石アレイ１５Ａと比較して、永久磁石１２とスペーサ１４の順番が異なる。磁石アレイ１５Ａでは、左端が永久磁石１２１であるのに対し、磁石アレイ１５Ｂでは、左端がスペーサ１４６である。
【００２７】
ここで、コイル１３が配置される平面と平行な磁石アレイ１５Ａの永久磁石１２の面の対角線の方向に、磁石アレイ１５Ｂの永久磁石１２が位置するように、磁石アレイ１５Ａと磁石アレイ１５Ｂが並べられる。
【００２８】
これにより、磁石アレイ１５Ａと磁石アレイ１５Ｂが接する面において、磁石アレイ１５Ａに用いられる永久磁石１２と、磁石アレイ１５Ｂに用いられる永久磁石１２は対向しない。
【００２９】
換言すれば、磁石アレイ１５Ａと磁石アレイ１５Ｂが接する面を挟んで、磁石アレイ１５Ａに用いられる永久磁石１２と、磁石アレイ１５Ｂに用いられる永久磁石１２は斜向かいとなる。
【００３０】
次に、図３及び図４を用いて、電磁超音波センサ１１の製造工程を説明する。
【００３１】
図３は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５の製造工程を説明するための図である。磁石アレイ１５は、２行１０列のスロットＳ１,１〜Ｓ2,１0を備えた樹脂性（非導電性材料）のケース１６に永久磁石１２を挿入して製造される。
【００３２】
まず、磁石アレイ１５の奥側部分（磁石アレイ１５Ａ）の製造工程を説明する。Ｓ極が上側にあり、Ｎ極が下側にある永久磁石１２Ａをケース１６の５個のスロットＳ1,1、Ｓ1,3、Ｓ1,5、Ｓ1,7、Ｓ1,9（１行目のスロットに１スロットおきに）に挿入する。空のスロットＳ1,2、Ｓ1,4、Ｓ1,6、Ｓ1,8、Ｓ1,10は、図２のスペーサ１４１〜１４５を構成する。
【００３３】
次に、磁石アレイ１５の手前側部分（磁石アレイ１５Ｂ）の製造工程を説明する。Ｎ極が上側にあり、Ｓ極が下側にある永久磁石１２Ｂをケース１６の５個のスロットＳ2,2、Ｓ2,4、Ｓ2,6、Ｓ2,8、Ｓ2,10（２行目のスロットに１スロットおきに）に挿入する。空のスロットＳ2,1、Ｓ2,3、Ｓ2,5、Ｓ2,7、Ｓ2,9は、図２のスペーサ１４６〜１４１０を構成する。
【００３４】
上記製造工程によれば、磁石アレイ１５を容易に製造することができる。なお、図３以外では、図面を見やすくするために、ケース１６の表示を省略する。
【００３５】
次に、図４を用いて、コイル１３の巻回工程を説明する。図４は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられるコイル１３の巻回工程を説明するための図である。
【００３６】
コイル１３は、磁石アレイ１５の外周に、コイル１３の中心軸がｚ軸方向になるように巻回される。これにより、コイル１３の巻回が容易となる。なお、コイル１３の中心軸は磁石アレイ１５Ａと磁石アレイ１５Ｂが接する面に垂直となる。
【００３７】
次に、図５を用いて、磁石アレイ１５Ａ、１５Ｂの下の、渦電流、磁束密度、ローレンツ力を説明する。図５は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１の下の、渦電流５２、磁場５３、ローレンツ力５４を説明するための図である。
【００３８】
なお、図５において、図１と同一の部分には、同一の符号を付す。また、コイル１３は、実際には図４に示すように巻回されているが、図５では、図面を見やすくするために、磁石アレイ１５の下にあるコイル１３だけを表示している（以下、同様）。
【００３９】
図５（Ａ）は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５Ａの下の、渦電流５２、磁場５３、ローレンツ力５４を説明するための図である。なお、コイル１３と被検査体４１の間には、隙間がある。
【００４０】
この場合、永久磁石１２のＮ極が被検査体４１の表面に対向するため、永久磁石１２の下では、ｙ軸方向（−）に磁場が発生する。
【００４１】
コイル１３のｘ軸方向（＋）に電流５１を流すと、被検査体４１の内部には、電流５１の方向と逆方向に渦電流５２が流れる。永久磁石１２の下に発生した磁場５３と渦電流５２の相互作用により、ｚ軸方向（＋）にローレンツ力５４が発生する。
【００４２】
図５（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５Ｂの下の、渦電流５２、磁場５３、ローレンツ力５４を説明するための図である。
【００４３】
この場合、永久磁石１２のＳ極が被検査体４１の表面に対向するため、永久磁石１２の下では、ｙ軸方向（＋）に磁場が発生する。
【００４４】
コイル１３のｘ軸方向（＋）に電流５１を流すと、被検査体４１の内部には、電流５１の方向と逆方向に渦電流５２が流れる。永久磁石１２の下に発生した磁場５３と渦電流５２の相互作用により、ｚ軸方向（−）にローレンツ力５４が発生する。
【００４５】
次に、図６を用いて、電磁超音波センサ１１が、被検査体４１に超音波を発生させる原理を説明する。図６は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１が、被検査体４１に超音波を発生させる原理を説明するための図である。なお、図６において、図１と同一の部分には、同一の符号を付す。
【００４６】
図６に示すように、被検査体４１の表面には、ｚ軸方向（＋）のローレンツ力５４Ａとｚ軸方向（−）のローレンツ力５４Ｂが発生する。ローレンツ力５４Ａとローレンツ力５４Ｂは、コイル１３の長手方向においてずれている。これにより、被検査体４１のｘ軸方向に超音波が発生する。仮に、ローレンツ力５４Ａとローレンツ力５４Ｂが、コイル１３の長手方向においてずれていないとすると、ローレンツ力５４Ａとローレンツ力５４Ｂは互いに打ち消し合い、超音波は発生しない。したがって、本実施形態では、Ｎ極が下側にある永久磁石１２ＡとＳ極が下側にある永久磁石１２Ｂは、ｘ軸方向（コイルの長手方向）においてずれている。すなわち、磁石アレイ１５の奥側部分（磁石アレイ１５Ａ）と磁石アレイ１５の手前側部分（磁石アレイ１５Ｂ）が接する面を挟んで、永久磁石１２Ａと永久磁石１２Ｂが斜向かいとなるように配置される。
【００４７】
次に、図７を用いて、磁石アレイ１５の磁力線を説明する。図７は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５の磁力線を説明するための図である。
【００４８】
なお、図７において、図１と同一の部分には、同一の符号を付す。図７では、図面を見やすくするため、磁石アレイ１５の上面の磁力線のみを表示している。
【００４９】
磁石アレイ１５の上面では、手前側部分（磁石アレイ１５Ｂ）の永久磁石１２のＮ極１２Ｎから奥側部分（磁石アレイ１５Ａ）の永久磁石１２のＳ極１２Ｓに向かう磁力線Ｌｍにより、大きなループが形成される。
【００５０】
一方、磁石アレイ１５の下面にも磁力線Ｌｍの大きなループが形成される。これにより、高周波数で短い波長のSH波を利用したい場合において、被検査体４１に浸透する磁力線の磁束密度が大きくなり、電磁超音波センサ１１の感度が良好となる。
【００５１】
次に、図８を用いて、磁石アレイ１５の下の磁束密度を説明する。図８は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５の下の磁束密度を説明するための図である。
【００５２】
まず、図８（Ａ）を用いて、磁石アレイ１５Ａの下の磁束密度を説明する。図８（Ａ）は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５Ａの下の磁束密度Ｂ＿１５Ａを説明するための図である。図８（Ａ）において、縦軸は磁束密度Ｂを示し、横軸はｘ座標を示す。
【００５３】
磁石アレイ１５Ａの下の磁束密度Ｂ＿１５Ａは、図８（Ａ）に示すように、正弦波のような形状になる。磁束密度Ｂ＿１５Ａは、永久磁石１２のＮ極の下で最大値となり、スペーサ１４の下で最小値となる。
【００５４】
次に、図８（Ｂ）を用いて、磁石アレイ１５Ｂの下の磁束密度を説明する。図８（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５Ｂの下の磁束密度Ｂ＿１５Ｂを説明するための図である。図８（Ｂ）において、縦軸は磁束密度Ｂを示し、横軸はｘ座標を示す。
【００５５】
図８（Ｂ）では、図８（Ａ）と比較して、永久磁石１２の向きが異なる。このため、図８（Ｂ）では、磁束密度Ｂ＿１５Ｂは、永久磁石１２のＳ極の下で最小値となり、スペーサ１４の下で最大値となる。なお、図８（Ｂ）では、Ｓ極の磁束密度を負の値として表示している。
【００５６】
次に、図９を用いて、従来の磁石アレイの磁力線を説明する。図９は、従来の磁石アレイ１５Ｐの磁力線を説明するための図である。
【００５７】
なお、図９において、図７と同一の部分には、同一の符号を付す。図９では、図面を見やすくするため、磁石アレイ１５Ｐの上面の磁力線のみを表示している。
【００５８】
まず、図９（Ａ）を用いて、従来の磁石アレイ１５Ｐの磁力線を説明する。図９（Ａ）は、従来の磁石アレイ１５Ｐの磁力線を説明するための図である。
【００５９】
磁石アレイ１５Ｐの上面では、永久磁石のＮ極から隣接する永久磁石のＳ極に向かう磁力線Ｌｍにより、小さなループが形成される。これは、隣接する永久磁石の相互作用によるものである。
【００６０】
一方、磁石アレイ１５Ｐの下面にも磁力線Ｌｍの小さなループが形成される。これにより、被検査体４１に浸透する磁力線の磁束密度が小さくなり、電磁超音波センサの感度が悪くなる。
【００６１】
次に、図９（Ｂ）を用いて、従来の磁石アレイ１５Ｐの下の磁束密度を説明する。図９（Ｂ）は、従来の磁石アレイ１５Ｐの下の磁束密度Ｂ＿１５Ｐを説明するための図である。
【００６２】
磁束密度Ｂ＿１５Ａは、永久磁石のＮ極の下で最大値となり、永久磁石のＳ極の下で最小値となる。
【００６３】
次に、図１０を用いて、電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５の下の磁束密度と従来例の磁石アレイ１５Ｐの磁束密度を比較する。図１０は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられる磁石アレイ１５の奥側部分（磁石アレイ１５Ａ）の下の磁束密度Ｂ＿１５Ａ及び手前側部分（磁石アレイ１５Ｂ）の下の磁束密度Ｂ＿１５Ｂ並びに従来の磁石アレイＰの下の磁束密度Ｂ＿１５Ｐを同一の座標系に表示した図である。
【００６４】
図１０では、磁石アレイ１５Ａの下の磁束密度Ｂ＿１５Ａの最大値（ピーク値）Ｂｍａｘ＿１５Ａは、従来の磁石アレイ１５Ｐの下の磁束密度Ｂ＿１５Ｐの最大値（ピーク値）Ｂｍａｘ＿１５Ｐよりも大きい。つまり、被検査体４１の表面に対向する永久磁石１２のＮ極による磁束密度は、従来例よりも本実施例の方が大きい。これにより、従来例よりも本実施例の方が、感度が良好となる。
【００６５】
一方、磁束密度Ｂ＿１５Ｂの最小値（ボトム値）Ｂｍｉｎ＿１５Ｂは、従来の磁石アレイ１５Ｐの磁束密度Ｂ＿１５Ｐの最小値Ｂｍｉｎ＿１５Ｐよりも小さい。つまり、被検査体４１の表面に対向する永久磁石１２のＳ極による磁束密度の絶対値は、従来例よりも本実施例の方が大きい。これにより、従来例よりも本実施例の方が、感度が良好となる。
【００６６】
次に、図１１〜図１３を用いて、電磁超音波センサ１１を用いた電磁超音波システムの構成及び動作を説明する。
【００６７】
最初に、図１１を用いて、電磁超音波システムの構成を説明する。図１１は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１を用いた電磁超音波システムの構成図である。
【００６８】
電磁超音波システムは、送信センサ２１、電力増幅器２２、パルサレシーバ２３、オシロスコープ２４、受信信号増幅器２５、受信センサ２６、パソコン２７を備える。
【００６９】
本実施形態では、送信センサ２１、受信センサ２６として、電磁超音波センサ１１が用いられる。どちらか一方が通常の探触子（接触式）であっても構わない。
【００７０】
一方、電力増幅器２２、パルサレシーバ２３、オシロスコープ２４、信号増幅器２５、及びパソコン２７は汎用品である。
【００７１】
次に、図１２を用いて、電磁超音波センサ１１を用いた電磁超音波システムの動作を説明する。図１２は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１を用いた電磁超音波システムの動作手順を示すフローチャートである。
【００７２】
まず、作業員は、送信センサ２１と受信センサ２６を被検査体４１の上に配置する（ステップＳ３１）。配置の詳細については、図１３を用いて、後述する。
【００７３】
パルサレシーバ２３は、電力増幅器２２を介して、送信センサ２１に電圧を印加する（ステップＳ３２）。これにより、電磁超音波センサ１１のコイル１３に電流５１が流れる。
【００７４】
その結果、被検査体４１に電流５１と反対向きに渦電流５２が生じ、磁場５３との関係からローレンツ力５４が発生する。図６の例では、超音波は紙面の左右方向に伝播する。図６の例では、Ｎ極が下にある永久磁石１２とＳ極１２Ｓが下にある永久磁石１２がｘ軸方向に互い違いに配置される。このため、電流５１がバースト波の場合、超音波は相互に強めあうように重なりながら伝播する。
【００７５】
図１２に示すように、ステップ３３において、受信センサ２６は、被検査体４１を伝播した超音波を検出し、検出信号を信号増幅器２５に供給する。信号増幅器２５は、検出信号を増幅し、増幅された検出信号をパルサレシーバ２３に供給する。パルサレシーバ２３は、増幅された検出信号に所定の処理を施し、オシロスコープ２４に検出信号を供給する。オシロスコープ２４は、パルサレシーバ２３から供給された検出信号に基づいて、検出した超音波の観測波形を表示する。また、パソコン２７は、観測波形を保存（記憶）する。
【００７６】
作業員は、測定終了か否かを判断する（ステップＳ３４）。測定終了でない場合（ステップＳ３４；ＮＯ）、送信センサ２１と受信センサ２６の位置を変えて、上記のステップが繰り返される。
【００７７】
次に、図１３を用いて、送信センサ２１と受信センサ２６の配置を説明する。図１３は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１を用いた電磁超音波システムに用いられる送信センサ２１と受信センサ２６の配置を説明するための図である。送信センサ２１と受信センサ２６は、被検査体４１の表面において、互いに対向するように配置される。送信センサ２１は、ケーブルＣ１によって電力増幅器２２に電気的に接続される。受信センサ２６は、ケーブルＣ２によって受信信号増幅器２５に電気的に接続される。
【００７８】
次に、図１４〜図１５を用いて、本発明の適用範囲を検討する。図１４は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１の永久磁石１２の間隔ｄの適用範囲を検討するための図である。ここでは、汎用の２次元数値計算ソフトを使って、狭い幅ｗ＝０．５ｍｍの２つの永久磁石１２Ａ、１２Ｂの間隔ｄ＝０、１、２、４、８mmを変えて計算した。
【００７９】
図１４（Ａ）は計算体系の概要を説明するための図である。二次元数値計算ソフトによる計算では、図１４（Ａ）に示すように、Ｓ極が上側にあり、Ｎ極が下側にある１個の永久磁石１２Ａと、Ｎ極が上側にあり、Ｓ極が下側にある１個の永久磁石１２Ｂのみを考慮し、コイル１３や他の永久磁石１２は考慮していない。
【００８０】
一方、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の評価位置における表面磁束密度を表す図である。図１４（Ｂ）の横軸は、永久磁石１２Ａと永久磁石１２Ｂの間隔ｄを示し、図１４（Ｂ）の縦軸は、評価位置における表面磁束密度を示す。
【００８１】
図１４（Ｂ）の表面磁束密度は、ステンレス鋼を被検査体とした場合に永久磁石１２Ａの中心位置（評価位置）で表面磁束密度の垂直成分を求めたものである。その結果、間隔ｄを小さくすると、相互干渉により表面磁束密度が低下することを確認した。このことは、永久磁石１２Ａと永久磁石１２Ｂを隣接させると、表面磁束密度が低下することを示している。
【００８２】
次に、図１５を用いて、電磁超音波センサ１１の永久磁石１２の幅ｗの適用範囲を検討する。図１５は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１の永久磁石１２の幅ｗの適用範囲を検討するための図である。
【００８３】
ここでは、汎用の２次元数値計算ソフトを使って、永久磁石１２の間隔ｄ＝０に対して、永久磁石の幅ｗ＝０．５、１、２、４、８を変えて計算した。
【００８４】
図１５（Ａ）は計算体系の概要を説明するための図である。二次元数値計算ソフトによる計算では、図１５（Ａ）に示すように、Ｓ極が上側にあり、Ｎ極が下側にある１個の永久磁石１２Ａと、Ｎ極が上側にあり、Ｓ極が下側にある１個の永久磁石１２Ｂのみを考慮し、コイル１３や他の永久磁石１２は考慮していない。
【００８５】
一方、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の評価位置における表面磁束密度を表す図である。図１５（Ｂ）の横軸は、永久磁石の幅ｗを示し、図１５（Ｂ）の縦軸は、評価位置における規格化した表面磁束密度を示す。
【００８６】
図１５（Ｂ）の表面磁束密度は、永久磁石の中心位置での表面磁束密度の垂直成分を求めたものである。その結果、永久磁石の幅ｗ＝２ｍｍ以下で表面磁束密度が低下傾向を示した。
【００８７】
以上の結果から、図９に示した従来例では、永久磁石の間隔ｄ＝０、かつ、永久磁石の幅ｗ＝２ｍｍ以下の範囲において、隣接する永久磁石の相互干渉により、表面磁束密度が特に小さくなることが計算機シミュレーションから裏付けられる。
【００８８】
一方、図７に示した本実施形態では、隣接する永久磁石１２の相互干渉が少ないため、従来例に比較にして表面磁束密度は大きい。
【００８９】
したがって、永久磁石の間隔ｄ＝０、ｘ軸方向の幅ｗ＝２ｍｍ以下の従来例の磁石アレイ１５Ｐを用いた電磁超音波センサと同じ周波数のＳＨ波を発生させたい場合、ｘ軸方向の幅ｗは従来例と同じにしたままで、Ｎ極が下側にある永久磁石１２とＳ極が下側にある永久磁石１２を互い違いに配置する本実施形態によれば、感度の良好性は従来例に比較して特に顕著となる。
【００９０】
次に、図１６を用いて、電磁超音波センサ１１の作用・効果を確認する。図１６は、本発明の第１の実施形態である電磁超音波センサ１１の作用・効果を説明するための図である。
【００９１】
送信センサ２１を電磁超音波センサ１１とし、受信センサ２６を汎用の探傷子（接触式）として両者を８０ｍｍ離して厚さ５０ｍｍのステンレス鋼（被検査体）に設置した。電磁超音波センサ１１はＮ極が下側にある永久磁石１２ＡとＳ極が下側にある永久磁石１２Ｂのそれぞれ３個を被検査体に対向させてコイル上に配置した。パルサレシーバ２３から送信センサ２１にパルス電圧を印加し、受信センサ２６で超音波を受信してオシロスコープ２４に波形を表示した。図１６はその受信波形を示している。時間軸t=0の近傍にパルス電圧印加時の送信ノイズＷｎがある。次の観測波形が直達の透過波Ｗｔであり、それ以降の波形は被検体の端面からの反射波である。図示しないが、送信センサを汎用の探触子とし、受信センサを電磁超音波センサとした場合も同様な結果が得られる。この結果から、本発明の第１の実施形態の構成で超音波（ＳＨ波）の送受信が可能であることを確認した。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態によれば、隣接する永久磁石１２の相互干渉が少ないため、被検査体４１での磁束密度が高くなる。このため、高周波数で短い波長のSH波を利用したい場合において、電磁超音波センサ１１の感度を良好とすることができる。また、好適なスペーサ幅を実験などで予め求めることが不要であり、電磁超音波センサ１１を簡単に構成することができる。このため、スペーサ調整なく、探傷できる。
【００９３】
〔第２の実施形態〕  
次に、図１７を用いて、本発明の第２の実施形態である電磁超音波センサ１１の構成を説明する。図１７は、本発明の第２の実施形態である電磁超音波センサ１１の構成図である。なお、図１７において、図１と同一の部分には同一の符号を付す。
【００９４】
図１７（Ａ）では、図１と比較して、磁石アレイ１５の奥側部分（磁石アレイ１５Ａ）において、永久磁石１２のＮ極が上側にあり、Ｓ極が下側にある点が異なる。つまり、コイル１３上のある永久磁石１２を被検査体に対してＳ極を対向させ、その斜め前方或いは後方にもＳ極を磁極面とする永久磁石１２を配置したパターンとなっている。なお、コイル１３は、磁石アレイ１５と被検査体４１の間に配置され、コイル１３と被検査体４１の間には隙間がある。
【００９５】
また、図１７（Ａ）では、図４に示す第１の実施形態の電磁超音波センサ１１と比較して、コイル１３の巻回方法が異なる。
【００９６】
図１７（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態である電磁超音波センサ１１に用いられるコイル１３の構成図である。コイル１３は、磁石アレイ１５と被検査体４１の間の、ｚｘ平面と平行な平面上に渦巻き状に巻回される。
【００９７】
以上説明したように、本実施形態によれば、隣接する永久磁石１２の相互干渉が少ないため、被検査体４１での磁束密度が高くなる。このため、高周波数で短い波長のSH波を利用したい場合において、電磁超音波センサ１１の感度を良好とすることができる。また、好適なスペーサ幅を実験などで予め求めることが不要であり、電磁超音波センサ１１を簡単に構成することができる。このため、スペーサ調整なく、探傷できる。
【００９８】
本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１１…電磁超音波センサ
１２…永久磁石
１３…コイル
１４…スペーサ
１５…磁石アレイ
１６…ケース
２１…送信センサ
２２…電力増幅器
２３…パルサレシーバ
２４…オシロスコープ
２５…信号増幅器（受信信号増幅器）
２６…受信センサ
２７…パソコン
４１…被検査体
５１…電流
５２…渦電流
５３…磁場
５４…ローレンツ力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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