(57)【要約】【課題】被検査材の表面に存在する表面きずであって、線きず及び広がりきずの双方を高いＳ／Ｎ比で検出することが可能な表面きず検査装置を提供すること。【解決手段】表面きず検査装置１０は、強磁性体からなる被検査材１２に交流磁場を印加するための磁化器２０と、被検査材１２からの漏洩磁束を検出するための第１磁気センサ及３４ａび第２磁気センサ３６ａを備えたセンサ部３０ａとを備えている。第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、ｘ軸方向に感磁方向を持ち、かつ、同一極性又は反対極性の奇関数特性を持つ。第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ｂは、両者の出力の差分又は和分が出力されるように接続されている。センサ部３０ａは、被検査材１２の検査面側に設置され、磁化器２０は、被検査材１２の検査面側又は非検査面側に設置されている。さらに、第１センサ間距離ｄは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。【選択図】図１
2019020273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた表面きず検査装置。
（１）前記表面きず検査装置は、
強磁性体からなる被検査材に交流磁場を印加するための磁化器と、
前記被検査材からの漏洩磁束を検出するための第１磁気センサ及び第２磁気センサを備えたセンサ部と
を備えている。
（２）前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、それぞれ、ｘ軸方向（＝前記センサ部の走査方向）に感磁方向を持ち、かつ、奇関数特性を持つ磁気センサからなり、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが同一極性を持つ時は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力の差分が出力されるように接続され、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが反対極性を持つ時は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力の和分が出力されるように接続されている。
（３）前記センサ部は、前記表面きず検査装置を前記ｚ軸方向から見た時に、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが前記磁化器に備えられるヨークの磁極の先端に挟まれた領域内に来るように、前記被検査材の検査面側に設置されており、
前記磁化器は、前記被検査材の検査面側又は非検査面側に設置されている。
（４）第１センサ間距離（＝前記第１磁気センサの中心と前記第２磁気センサの中心との間の水平方向（ｘ軸方向）の距離）は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
【請求項２】
前記第１センサ間距離は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である請求項１に記載の表面きず検査装置。
【請求項３】
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、それぞれ、
（ａ）前記漏洩磁束を検出するための１個のセンサ素子を備えているもの、
（ｂ）１個の前記センサ素子と１個の参照抵抗からなるハーフブリッジ回路を備えているもの、
（ｃ）２個の前記センサ素子を備えたハーフブリッジ回路であって、２個の前記センサ素子の感磁方向が互いに直交するように前記センサ素子が配置されているもの、
（ｄ）感磁方向が平行である２個の前記センサ素子と２個の前記参照抵抗からなるフルブリッジ回路を備えているもの、又は、
（ｅ）４個の前記センサ素子を備えたフルブリッジ回路であって、４個の前記センサ素子の感磁方向が互いに直交するように前記センサ素子が配置されているもの
からなる請求項１又は２に記載の表面きず検査装置。
【請求項４】
前記センサ素子は、軟磁性材料からなる薄膜ヨークの間に、ＴＭＲ効果を示すナノグラニュラー材料からなるＴＭＲ膜を挿入した薄膜磁気センサ素子からなる請求項３に記載の表面きず検査装置。
【請求項５】
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、それぞれ、外寸が０．５ｍｍ以下である請求項１から４までのいずれか１項に記載の表面きず検査装置。
【請求項６】
深さが０．１ｍｍ以下である微小な表面きず、又は、きず幅がきず深さより広い広がりきずを検出するために用いられる請求項１から５までのいずれか１項に記載の表面きず検査装置。
【請求項７】
前記センサ部は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサからなるセンサ対がｙ軸方向（＝走査方向（ｘ軸方向）に対して垂直な方向）に沿って複数個配列しているアレイ構造を備えている請求項１から６までのいずれか１項に記載の表面きず検査装置。
【請求項８】
以下の構成をさらに備えた請求項１から７までのいずれか１項に記載の表面きず検査装置。
（５）前記センサ部は、前記被検査材からの漏洩磁束を検出するための第３磁気センサ及び第４磁気センサをさらに備えている。
（６）前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、ｚ軸方向（＝前記被検査材の検査面の法線方向）に感磁方向を持ち、かつ、奇関数特性を持つ磁気センサからなり、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサが同一極性を持つ時は、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力の差分が出力されるように接続され、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサが反対極性を持つ時は、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力の和分が出力されるように接続されている。
（７）第２センサ間距離（＝前記第３磁気センサの中心と前記第４磁気センサの中心との間の水平方向（ｘ軸方向）の距離）は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
【請求項９】
前記第２センサ間距離は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である請求項８に記載の表面きず検査装置。
【請求項１０】
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、
（ａ）前記漏洩磁束を検出するための１個のセンサ素子を備えているもの、
（ｂ）１個の前記センサ素子と１個の参照抵抗からなるハーフブリッジ回路を備えているもの、
（ｃ）２個の前記センサ素子を備えたハーフブリッジ回路であって、２個の前記センサ素子の感磁方向が互いに直交するように前記センサ素子が配置されているもの、
（ｄ）感磁方向が平行である２個の前記センサ素子と２個の前記参照抵抗からなるフルブリッジ回路を備えているもの、又は、
（ｅ）４個の前記センサ素子を備えたフルブリッジ回路であって、４個の前記センサ素子の感磁方向が互いに直交するように前記センサ素子が配置されているもの
からなる請求項８又は９に記載の表面きず検査装置。
【請求項１１】
前記センサ素子は、軟磁性材料からなる薄膜ヨークの間に、ＴＭＲ効果を示すナノグラニュラー材料からなるＴＭＲ膜を挿入した薄膜磁気センサ素子からなる請求項１０に記載の表面きず検査装置。
【請求項１２】
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、外寸が０．５ｍｍ以下である請求項８から１１までのいずれか１項に記載の表面きず検査装置。
【請求項１３】
深さが０．１ｍｍ以下である微小な表面きずを検出するために用いられる請求項８から１２までのいずれか１項に記載の表面きず検査装置。
【請求項１４】
前記センサ部は、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサからなるセンサ対がｙ軸方向（＝走査方向（ｘ軸方向）に対して垂直な方向）に沿って複数個配列しているアレイ構造を備えている請求項７から１３までのいずれか１項に記載の表面きず検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面きず検査装置に関し、さらに詳しくは、きず深さが相対的に小さい微小な表面きず（線きず）、あるいは、きず深さに比べてきず幅が広い広がりきずを探傷するための表面きず検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の表面きずを検出する方法としては、目視（画像）検査法、渦電流探傷法、浸透探傷法、レーザー計測法、超音波探傷法、磁気探傷法などの方法が知られている。
これらの内、磁気探傷法は、強磁性体からなる被検査材を磁化した際に、表面きずなどの磁気的不連続部より漏洩する空間磁場を検出する非破壊検査法である。磁気探傷法としては、漏洩磁束の検出方法の異なる種々の方法が知られている。例えば、磁粉探傷法は、被検査材の表面に散布した強磁性粉末を用いて漏洩磁束を検出する方法である。また、漏洩磁束探傷法は、サーチコイル、ホール素子、磁気抵抗素子などの磁気検出素子を用いて漏洩磁束の強度と分布を計測する方法である。
【０００３】
これらの中でも漏洩磁束探傷法は、非常に小さなきずを発見することができる、高速探査が可能であり、自動化に適している、等の利点がある。そのため、漏洩磁束探傷法及び漏洩磁束探傷装置に関し、従来から種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、漏洩磁束のＸ軸方向（＝走査方向）成分を検出するための複数個の磁気センサをＹ軸方向（Ｘ軸方向とは垂直方向）に並列に配設し、磁気センサ群をＸ軸方向に走査することにより、漏洩磁束のＸ軸方向成分を検出する探傷方法が開示されている。
同文献には、このような方法を用いると、高検出感度を維持しつつ、測定者の個人差の解消及び測定時間の短縮化が図れる点が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、検査対象物の表面に、漏洩磁束の水平方向（ｘ軸方向＝走査方向）成分を検出するための複数個のセンサをｙ軸方向に並べた水平成分検知センサと、漏洩磁束の垂直方向（ｚ軸方向）成分を検出するための複数個のセンサをｙ軸方向に並べた垂直成分センサとを設置し、水平成分検知センサ及び垂直成分センサをｘ軸方向に走査させる欠陥検出装置が開示されている。
同文献には、
（ａ）水平成分検知センサ及び垂直成分センサのいずれも、複数個のセンサをｙ軸方向に並べているため、検知範囲が広範囲に及び、ジグザグ走査することなく、欠陥を確実に検知できる点、及び、
（ｂ）このような装置を用いると、板厚１２ｍｍの鋼板を減肉加工することにより形成された、φ３０ｍｍ、深さ３．６ｍｍの人工欠陥を検出できる点、
が記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、
（Ａ）交流磁場の印加方向に複数個の磁気センサを並べてアレイ化し、
（Ｂ）被検査材の表面の複数位置において、磁場の印加方向と平行な方向の磁場の大きさを検出し、
（Ｃ）センサの出力を交流磁場と同じ周波数で位相が互いに直交する２つの信号に検波し、
（Ｄ）２つの信号に対して所定の演算処理を行い、欠陥を特定する
漏洩磁束探傷装置が開示されている。
同文献には、
（ａ）このような装置により、より正確な欠陥位置や大きさを同定できる点、及び
（ｂ）このような装置を用いると、板厚１０ｍｍの鉄板の裏面に形成された、φ３０ｍｍ、深さ６ｍｍの穴を表面側から検出できる点、
が記載されている。
【０００７】
漏洩磁束探傷法においては、通常、コの字型のヨークを備えた磁化器を被検査材に近接させ、磁化器により被検査材を磁化している。磁化器を用いて被検査材を磁化する場合、被検査材の内部だけでなく、磁化器の周囲の空間にも磁場（浮遊磁場）が発生する。浮遊磁場は、被検査材の表面に対して水平方向成分だけでなく、垂直方向成分も持つ。
【０００８】
漏洩磁束探傷においては、通常、漏洩磁束の垂直方向成分を検出している。これは、磁化器による浮遊磁場の影響が小さいためである。漏洩磁束の垂直方向成分を検出する方法を用いる場合において、開口幅が小さいきず（線きず）を検出する時には、漏洩磁束の垂直方向成分が大きくあらわれるために、きずの検出は比較的容易である。しかし、この方法では、減肉のような広がりきずの検出は難しい。
【０００９】
一方、特許文献１〜３に記載されているように、水平方向の漏洩磁束を検出する方法も知られている。この場合、比較的大きなきずであれば、検出することが可能である。しかし、磁化器の浮遊磁場のベクトルはほぼ水平方向であるため、１つの磁気センサを用いて、きずで生じる漏洩磁束の水平方向成分の変化を捉えることは難しい。特に、微小欠陥から漏洩する磁束は、一般に極めて小さい。そのため、１つの磁気センサを用いて漏洩磁束の水平方向成分を検出する方法では、微小欠陥を検出することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−００６１６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０６１０号公報
【特許文献３】特開２０１１−０１３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、被検査材の表面に存在する表面きずであって、線きず、及び広がりきずの双方を高いＳ／Ｎ比で検出することが可能な表面きず検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係る表面きず検査装置は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記表面きず検査装置は、
強磁性体からなる被検査材に交流磁場を印加するための磁化器と、
前記被検査材からの漏洩磁束を検出するための第１磁気センサ及び第２磁気センサを備えたセンサ部と
を備えている。
（２）前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、それぞれ、ｘ軸方向（＝前記センサ部の走査方向）に感磁方向を持ち、かつ、奇関数特性を持つ磁気センサからなり、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが同一極性を持つ時は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力の差分が出力されるように接続され、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが反対極性を持つ時は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力の和分が出力されるように接続されている。
（３）前記センサ部は、前記表面きず検査装置を前記ｚ軸方向から見た時に、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが前記磁化器に備えられるヨークの磁極の先端に挟まれた領域内に来るように、前記被検査材の検査面側に設置されており、
前記磁化器は、前記被検査材の検査面側又は非検査面側に設置されている。
（４）第１センサ間距離（＝前記第１磁気センサの中心と前記第２磁気センサの中心との間の水平方向（ｘ軸方向）の距離）は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
【００１３】
本発明に係る表面きず検査装置は、さらに以下の構成を備えているものでも良い。
（５）前記センサ部は、前記被検査材からの漏洩磁束を検出するための第３磁気センサ及び第４磁気センサをさらに備えている。
（６）前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、ｚ軸方向（＝前記被検査材の検査面の法線方向）に感磁方向を持ち、かつ、奇関数特性を持つ磁気センサからなり、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサが同一極性を持つ時は、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力の差分が出力されるように接続され、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサが反対極性を持つ時は、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力の和分が出力されるように接続されている。
（７）第２センサ間距離（＝前記第３磁気センサの中心と前記第４磁気センサの中心との間の水平方向（ｘ軸方向）の距離）は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１４】
微少な表面きずがある被検査材を磁化した場合、漏洩磁束は、表面きずを中心として正規分布状の曲線を描く。すなわち、漏洩磁束の水平方向成分は、表面きずのほぼ中心において最大値を取る。しかし、表面きずが微小である場合、漏洩磁束の水平方向成分に比べて浮遊磁場の水平方向成分の方が大きくなるため、１個の磁気センサを用いて、微小な表面きずに由来する漏洩磁束の水平方向成分を検出するのは難しい。
【００１５】
これに対し、ｘ軸方向に感磁方向を持ち、かつ、同一極性（又は、反対極性）の奇関数特性を持つ２つの磁気センサを所定の距離だけ水平方向に離間して配置し、両者の差分（又は、和分）を出力させると、浮遊磁場の水平方向成分をキャンセルすることができる。その結果、微小な表面きずを高い精度で検出することができる。しかも、この方法は、微小な表面きず（線きず）だけでなく、広がりきずに対しても適用することができる。
【００１６】
さらに、微少な表面きずがある被検査材を磁化した場合、漏洩磁束の垂直方向成分は、表面きずの両側に位置する２つの変曲点において極値を取る。この２つの極値の水平方向の間隔（ピーク間距離）は、主にリフトオフ（＝被検査材の表面から磁気センサの先端までの距離）と、表面きずの開口幅（きず幅）に依存する。例えば、リフトオフが１ｍｍであり、きず深さが０．１ｍｍ程度であり、きず幅が０．１〜１．０ｍｍである場合、ピーク間距離は１ｍｍ程度となる。
そのため、ｚ軸方向に感磁方向を持ち、かつ、同一極性（又は、反対極性）の奇関数特性を持つ２つの磁気センサをピーク間距離にほぼ相当する距離だけ水平方向に離間して配置し、両者の差分（又は、和分）を出力させると、微小な表面きずを高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表面きず検査装置の模式図（図１（Ａ）：平面図、図１（Ｂ）：正面図）である。
【図２】種々の構造を備えたセンサ部の模式図である。
【図３】２つのセンサ出力の差分を出力するための回路図の一例である。
【図４】広がりきずの検査方法の模式図である。
【図５】図５（Ａ）は、漏洩磁束の垂直方向成分の模式図である。図５（Ｂ）は、漏洩磁束の水平方向成分の模式図である。
【００１８】
【図６】漏洩磁束の水平方向成分を検出する時の、リフトオフと最短距離（＝水平方向成分が最大となる最大位置と、最小となる最小位置との間の水平方向距離の最小値）との関係を示す図である。
【図７】漏洩磁束の垂直方向成分を検出する時の、きず幅と漏洩磁束のピーク間距離との関係を示す図である。
【図８】漏洩磁束の垂直方向成分を検出する時の、リフトオフと漏洩磁束のピーク間距離との関係（きず幅：０．３ｍｍ）を示す図である。
【００１９】
【図９】磁気センサチップの外観写真（ＳＥＭ像）である。
【図１０】センサ部の外観写真（右図）である。
【図１１】本発明に係る表面きず検査装置で得られた、微小きず（きず深さ：０．０７ｍｍ）の探傷波形である。
【図１２】本発明に係る表面きず検査装置で得られた、広がりきず（最大深さ：０．５ｍｍ）の探傷波形である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  表面きず検査装置（１）］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る表面きず検査装置の模式図（図１（Ａ）：平面図、図１（Ｂ）：正面図）を示す。図１において、表面きず検査装置１０は、
強磁性体からなる被検査材１２に交流磁場を印加するための磁化器２０と、
被検査材１２からの漏洩磁束を検出するための第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａを備えたセンサ部３０ａと
を備えている。
【００２１】
［１．１．  被検査材］
被検査材１２は、強磁性体からなる。本発明において、被検査材１２の材料は、強磁性体である限りにおいて、特に限定されない。被検査材１２としては、各種鋼材などがある。
また、被検査材１２の形状は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な形状を選択することができる。被検査材１２の形状としては、例えば、薄板、厚板、管、棒などがある。
【００２２】
［１．２．  磁化器］
磁化器２０は、被検査材１２に交流磁場を印加するためのものである。磁化器２０の構造は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。図１において、磁化器２０は、コの字型のヨーク２２と、ヨーク２２の一方の磁極２２ａの先端近傍に設けられた第１コイル２４と、ヨーク２２の他方の磁極２２ｂの先端近傍に設けられた第２コイル２６とを備えている。
ヨーク２２には、高透磁率材料が用いられる。ヨーク２２の材料としては、例えば、珪素鋼板、パーマロイ、フェライトなどがある。第１コイル２４及び第２コイル２６は、被検査材１２に交流磁場を印加することができるように、ヨーク２２の先端近傍に巻き付けられている。
【００２３】
第１コイル２４及び第２コイル２６に交流電流を流すと、交流磁場が発生し、磁極２２ａ、２２ｂから磁束が流出・流入する。ヨーク２２の一方の磁極２２ａから流出した磁束の大部分は、被検査材１２の内部に入り、被検査材１２の内部を通って、ヨーク２２の他方の磁極２２ｂに戻る。しかし、被検査材１２に微少な表面きず１２ａがあると、表面きず１２ａの近傍において被検査材１２の表面から磁束の一部が漏洩する。
【００２４】
漏洩磁束は、表面きず１２ａを中心として正規分布状の曲線を描くため、漏洩磁束の水平方向成分（磁力線のｘ軸方向成分）は、表面きず１２ａのほぼ中心で最大となる。また、漏洩磁束の垂直方向成分（磁力線のｚ軸方向成分）は、表面きず１２ａの両側に位置する２つの変曲点Ａ、Ｂにおいて極値を取る。図１に示す例において、左側の変曲点Ａでは、漏洩磁束の垂直方向成分は＋ｚ軸方向となる。一方、右側の変曲点Ｂでは、漏洩磁束の垂直方向成分は−ｚ軸方向となる。
【００２５】
また、磁極２２ａ、２２ｂの周囲の空間には、浮遊磁場が発生する。浮遊磁場が作る磁力線は、磁極２２ａ、２２ｂと同一平面上ではほぼ水平方向（ｘ軸方向）であるが、磁極２２ａ、２２ｂから−ｚ軸方向に遠ざかるほど、曲率半径の小さな円弧状となる。そのため、浮遊磁場が作る磁力線は、被検査材１２の表面に対して水平方向成分だけでなく、垂直方向成分も持つ。また、水平方向成分及び垂直方向成分の大きさは、厳密には場所によって異なる。
【００２６】
［１．３．  センサ部］
センサ部３０ａは、被検査材１２からの漏洩磁束を検出するためのものであり、基板３２ａと、第１磁気センサ３４ａと、第２磁気センサ３６ａとを備えている。
【００２７】
［１．３．１．  基板］
基板３２ａは、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａを支持すると同時に、検査に必要な回路を実装するためのものである。後述するように、微小な表面きず１２ａを正確に検出するためには、第１磁気センサ３４ａと第２磁気センサ３６ａとの間の水平方向の距離（第１センサ間距離ｄ）を所定の間隔にする必要がある。基板３２ａの形状は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａを所定の間隔で支持することができる限りにおいて、特に限定されない。
【００２８】
図１において、センサ部３０ａは、薄板状の基板３２ａを備えている。基板３２ａは、長辺がｚ軸方向となり、短辺がｙ軸方向となるように配置されている。第１磁気センサ３４ａは基板３２ａの一方の面側に固定され、第２磁気センサ３６ｂは基板３２ａの他方の面側に固定されている。
【００２９】
なお、図１では、見やすくするために、基板３２ａの厚さ（ｘ軸方向の寸法）を拡大して描いてある。また、図１において、「ｘ軸方向」とは、被検査材１２の検査面に平行な方向であって、センサ部３０ａの走査方向（すなわち、磁極２２ａ、２２ｂを結ぶ方向）をいう。「ｙ軸方向」とは、被検査材１２の検査面に平行な方向であって、ｘ軸方向に対して垂直な方向をいう。「ｚ軸方向」とは、被検査材１２の検査面の法線方向をいう。
さらに、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの近傍に付記された矢印は、それぞれ、各磁気センサの極性を表す。この点は、後述する。
【００３０】
図２に、種々の構造を備えたセンサ部の模式図を示す。図２（Ａ）に示すセンサ部３０ａは、図１に示すセンサ部３０ａと同様であるので説明を省略する。
図２（Ｂ）に示すセンサ部３０ｂは、薄板状の基板３２ｂを備えている。基板３２ｂは、長辺がｘ軸方向となり、短辺がｚ軸方向となるように配置されている。第１磁気センサ３４ｂ及び第２磁気センサ３６ｂは、いずれも、感磁方向がｘ軸方向であり、所定の間隔を隔てて基板３２ｂの一方の面（ｘ−ｚ平面）に固定されている。
図２（Ｃ）に示すセンサ部３０ｃは、薄板状の基板３２ｃを備えている。基板３２ｃは、長辺がｘ軸方向となり、短辺がｙ軸方向となるように配置されている。第１磁気センサ３４ｃ及び第２磁気センサ３６ｃは、いずれも、感磁方向がｘ軸方向であり、所定の間隔を隔てて、基板３２ｃの下面（ｘ−ｙ平面）に固定されている。
【００３１】
［１．３．２．  磁気センサ］
図１において、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、それぞれ、ｘ軸方向（＝センサ部３０ａの走査方向）に感磁方向を持ち、かつ、奇関数特性を持つ磁気センサからなる。「感磁方向」とは、センサの出力が最大となるときの外部磁場の印加方向をいう。
また、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａが同一極性を持つ時は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの出力の差分が出力されるように接続されている。
一方、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａが反対極性を持つ時は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの出力の和分が出力されるように接続されている。
【００３２】
［Ａ．  センサ素子の種類］
第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、それぞれ、奇関数特性を持つセンサ素子を備えている。なお、単独では偶関数特性を持つセンサ素子であっても、バイアス磁場を印加することにより、奇関数特性にすることができる。さらに、微小な表面きず１２ａを高い精度で検出するためには、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、それぞれ、所定の間隔で近接して配置することが可能なものが好ましい。
【００３３】
奇関数特性を持つセンサ素子、又は奇関数特性にすることが可能なセンサ素子としては、例えば、
（ａ）検出用コイル（最小寸法：２ｍｍ程度）、
（ｂ）ホール素子（最小寸法：０．１ｍｍ角程度）、
（ｃ）異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子（最小寸法：０．５ｍｍ角程度）、
（ｄ）強磁性層（フリー層）、非磁性層、及び強磁性層（ピン層）の積層膜からなるＧＭＲ素子（最小寸法：０．０２〜０．２ｍｍ程度）、
（ｅ）強磁性層（フリー層）、絶縁体層、及び強磁性層（ピン層）の積層膜からなるＴＭＲ素子（最小寸法：０．０２〜０．２ｍｍ程度）、
（ｆ）軟磁性材料からなる薄膜ヨークの間に、ＴＭＲ効果を示すナノグラニュラー材料からなるＴＭＲ膜を挿入した薄膜磁気センサ素子（以下、「グラニュラーインギャップセンサ（ＧＩＧＳ：登録商標）素子」ともいう）（最小寸法：０．０２ｍｍ角程度）、
（ｇ）ＭＩセンサ（最小寸法：０．８ｍｍ×６ｍｍ）
などがある。
【００３４】
これらの中でも、ＧＩＧＳ（登録商標）素子は、
（ａ）磁場感度が高い、
（ｂ）耐熱性が高い、
（ｃ）素子寸法を極めて小さくすることができる、
（ｄ）単独では偶感数特性を示すが、バイアス磁場を印加すると線形性の高い奇関数特性を示す、
等の利点がある。そのため、ＧＩＧＳ（登録商標）素子は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａを構成するセンサ素子として特に好適である。
【００３５】
さらに、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、それぞれ、奇関数特性を持つセンサ素子のみからなるものでも良く、あるいは、奇関数特性を持つセンサ素子を含むブリッジ回路を備えているものでも良い。すなわち、第１磁気センサ素子３４ａ及び第２磁気センサ素子３６ａは、それぞれ、
（ａ）漏洩磁束を検出するための１個のセンサ素子を備えているもの、
（ｂ）１個のセンサ素子と１個の参照抵抗からなるハーフブリッジ回路を備えているもの、
（ｃ）２個のセンサ素子を備えたハーフブリッジ回路であって、２個のセンサ素子の感磁方向が互いに直交するように前記センサ素子が配置されているもの、
（ｄ）感磁方向が平行である２個のセンサ素子と２個の参照抵抗からなるフルブリッジ回路を備えているもの、又は、
（ｅ）４個のセンサ素子を備えたフルブリッジ回路であって、４個のセンサ素子の感磁方向が互いに直交するように前記センサ素子が配置されているもの
のいずれであっても良い。
【００３６】
［Ｂ．  極性］
第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、ともにｘ軸方向に感磁方向を持つが、その極性は同一でも良く、あるいは、反対でも良い。両センサの極性が同一である場合、両者の出力の差分が出力される。一方、両センサの極性が反対である場合、両者の出力の和分が出力される。
図１に示す例において、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、いずれも、＋ｘ軸方向の外部磁場が印加されると、出力が増大する極性を持つ。そのため、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａを所定の間隔を隔てて水平方向に離間して配置し、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６の差分を出力させると、浮遊磁場の水平方向成分をキャンセルすることができる。反対極性を持つ２つのセンサ出力の和分を出力させる場合も同様である。
【００３７】
［Ｃ．  回路］
センサ部３０ａの構造は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの極性に応じて、両センサの出力の差分又は和分を出力することが可能な限りにおいて、特に限定されない。図３に、２つのセンサ出力の差分を出力するための回路図の一例を示す。
【００３８】
［Ｃ．１．  ハーフブリッジ回路］
図３（Ａ）は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａが、それぞれ、ハーフブリッジ回路を備えている例である。図３（Ａ）において、第１磁気センサ３４ａは、第１センサ素子４２ａと、第１参照抵抗４４ａとが直列に接続されたものからなる。同様に、第２磁気センサ３６ａは、第２センサ素子４２ｂと、第２参照抵抗４４ｂとが直列に接続されたものからなる。第１センサ素子４２ａと第１参照抵抗４４ａの中点は、差動増幅回路４６ａの負極の入力端子（−）に接続されている。また、第２センサ素子４２ｂと第２参照抵抗４４ｂの中点は、差動増幅回路４６ａの正極の入力端子（＋）に接続されている。その結果、差動増幅回路４６ａの出力端子（Ｖo）から、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの出力の差分を出力することができる。
【００３９】
［Ｃ．２．  フルブリッジ回路］
図３（Ｂ）は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａが、それぞれ、フルブリッジ回路を備えている例である。図３（Ｂ）において、第１磁気センサ３４ａは、第１センサ素子４２ａ、第２センサ素子４２ｂ、第１参照抵抗４４ａ、及び第２参照抵抗４４ｂが四角形に接続されたものからなる。同様に、第２磁気センサ３６ａは、第３センサ素子４２ｃ、第４センサ素子４２ｄ、第３参照抵抗４４ｃ、及び第４参照抵抗４４ｄが四角形に接続されたものからなる。
【００４０】
第１センサ素子４２ａと第１参照抵抗４４ａの中点は、第１差動増幅回路４６ａの正極側の入力端子（＋）に接続され、第２センサ素子４２ｂと第２参照抵抗４４ｂの中点は、第１差動増幅回路４６ａの負極側の入力端子（−）に接続されている。
また、第３センサ素子４２ｃと第３参照抵抗４４ｃの中点は、第２差動増幅回路４６ｂの正極側の入力端子（＋）に接続され、第４センサ素子４２ｄと第４参照抵抗４４ｄの中点は、第２差動増幅回路４６ｂの負極側の入力端子（−）に接続されている。
【００４１】
さらに、第１差動増幅回路４６ａの出力端子は、第３差動増幅回路４６ｃの負極の入力端子（−）に接続され、第２差動増幅回路４６ｂの出力端子は、第３差動増幅回路４６ｃの正極の出力端子（＋）に接続されている。その結果、第３差動増幅回路４６ｃの出力端子（Ｖo）から、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの出力の差分を出力することができる。
【００４２】
［Ｃ．３．  センサ素子のみからなる回路］
図３（Ｃ）は、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａが、それぞれ、センサ素子のみからなる例である。図３（Ｃ）において、第１磁気センサ（＝第１センサ素子）３４ａ及び第２磁気センサ（＝第２センサ素子）３６ａは、電気的に直列に接続されている。その結果、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの中点から、各センサ出力の差分を出力することができる。
【００４３】
［Ｄ．  センサ部の設置位置］
図１（Ａ）に示すように、センサ部３０ａは、表面きず検査装置１０をｚ軸方向から見た時に、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａが磁化器２０に備えられるヨーク２２の磁極２２ａ、２２ｂの先端に挟まれた領域内に来るように、被検査材１２の検査面側に設置されていれば良い。浮遊磁場の水平方向成分及び垂直方向成分は、厳密には場所によって異なる。そのため、センサ部３０ａの設置位置によっては、第１磁気センサ３４ａにより検出される浮遊磁場の水平方向成分の値は、必ずしも第２磁気センサ３６ａのそれと同一にはならない。しかし、本発明においては、センサ間距離が従来に比べて短いので、センサ部３０ａの設置位置の相違に起因する浮遊磁場の検出誤差は小さい。すなわち、センサ部３０ａは、必ずしもヨーク２２の中心に設置する必要はない。
【００４４】
磁化器２０は、被検査材１２の検査面側又は非検査面側に設置されている。すなわち、磁化器２０は、被検査材１２に対して、センサ部３０ａと同一面側に設置されていても良く、あるいは、反対面側に設置されていても良い。被検査材１２の厚さが相対的に厚い場合には、センサ部３０ａ及び磁化器２０をともに検査面側に設置するのが好ましい。
【００４５】
［Ｅ．  第１センサ間距離］
「第１センサ間距離ｄ」とは、第１磁気センサ３４ａの中心と第２磁気センサ３６ａの中心との間の水平方向（ｘ軸方向）の距離をいう。
漏洩磁束の水平方向成分は、表面きず１２ａのほぼ中心で最大値を取るが、表面きず１２の中心から所定の距離だけ離れた位置では、ほぼゼロとなる。本発明では、漏洩磁束の水平方向成分が最大となる位置（以下、これを「最大位置」ともいう）と、漏洩磁束の水平方向成分がほぼゼロとなる位置（以下、これを「最小位置」ともいう）とで、それぞれ、水平方向の磁場を検出し、その差分又は和分を取ることで、浮遊磁場の水平方向成分をキャンセルしている。
【００４６】
最大位置と最小位置との間の最短距離は、通常、表面きず１２ａの幅や深さ、リフトオフＬ（＝被検査材１２の検査面からセンサ部３０ａの先端までの距離）の大きさなどにより異なるが、主要なパラメータは、リフトオフである。例えば、リフトオフが０．５〜１．５ｍｍである場合、最短距離は、０．５ｍｍ程度から２．０ｍｍ程度となる。
【００４７】
そのため、第１センサ間距離ｄが小さくなりすぎると、最大位置における水平方向の漏洩磁束を２つのセンサで検出してしまうことになり、これを差動又は和動しても有為な信号は得られない。従って、第１センサ間距離ｄは、０．５ｍｍ以上である必要がある。
一方、第１センサ間距離ｄが大きくなりすぎると、浮遊磁場の場所による違いや、被検査材１２の表面状態の違い（例えば、被検査材１２の表面が斜めになっている等）も検出してしまい、表面きず１２ａの検出精度が低下する。従って、第１センサ間距離ｄは、２．０ｍｍ以下である必要がある。第１センサ間距離ｄは、好ましくは、１．８ｍｍ以下、さらに好ましくは、１．５ｍｍ以下である。
【００４８】
［Ｆ．  センサの外寸］
「センサの外寸」とは、第１磁気センサ３４ａ又は第２磁気センサ３６ａの外形の寸法であって、ｘ軸方向（センサ部３０ａの走査方向）の寸法の最大値をいう。
本発明においては、被検査材１２の表面に沿ってセンサ部３０ａを走査させながら表面きず１２ａの検出が行われる。上述したように、表面きず１２ａを検出するためには、第１センサ間距離ｄを上述した範囲内とする必要がある。しかし、センサの外寸が大きくなりすぎると、第１センサ間距離ｄを上述した範囲内とすることが物理的に困難となる。従って、センサの外寸は、０．５ｍｍ以下が好ましい。センサの外寸は、好ましくは、０．１ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．０５ｍｍ以下である。上述した各種センサ素子の内、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子、あるいは、ＧＩＧＳ（登録商標）素子を用いた磁気センサは、センサの外寸を０．１ｍｍ以下とするのが比較的容易である。
【００４９】
［Ｇ．  アレイ構造］
センサ部３０ａは、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａからなるセンサ対がｙ軸方向（＝走査方向（ｘ軸方向）に対して垂直な方向）に沿って複数個配列しているアレイ構造を備えていても良い。２個１組の磁気センサからなるセンサ対を１セットとして、ｙ軸方向に複数個のセンサ対を配列させると、１回の走査で複数箇所を検査することができる。
また、ｙ軸方向の寸法が小さい磁気センサを用いると、センサ対間の距離（ピッチ）を小さくすることができる。例えば、ＧＩＧＳ（登録商標）素子を用いた磁気センサの場合、ピッチを１ｍｍ程度にすることができる。このようなピッチが小さいアレイセンサを用いると、表面きず１２ａを画像化することができる。
【００５０】
［１．４．  用途］
［１．４．１．  線きずの検査］
本実施の形態に係る表面きず検査装置１０は、種々の用途に用いることができるが、特に、ある特定の方向（例えば、鋼材の圧延方向、搬送方向など）に沿って長く伸長しており、かつ、幅（欠陥が伸びている方向に対して垂直方向の長さ）及び深さが相対的に小さい表面きず（いわゆる「線きず」）の検出に対して有効である。
【００５１】
本実施の形態に係る表面きず検査装置１０を用いた場合において、センサ部３０ａの構造を最適化すると、深さが０．１ｍｍ以下である微小な表面きず１２ａを検出することができる。センサ部３０ａの構造をさらに最適化すると、深さが０．０７ｍｍ以下である表面きず１２ａを検出することができる。
検出可能な表面きず１２ａの深さの下限値は、使用するセンサ素子の種類により異なる。例えば、ＧＩＧＳ（登録商標）素子を用いた表面きず検査装置１０の場合、検出可能な表面きず１２ａの深さの下限値は、０．００１ｍｍ程度である。
【００５２】
［１．４．２．  広がりきずの検査］
本実施の形態に係る表面きず検査装置１０は、微小きずだけでなく、広がりきずの検査にも適用することができる。
ここで、「広がりきず（面きず）」とは、きず深さに対してきず幅が広い表面きずをいう。
【００５３】
図４に、広がりきずの検査方法の模式図を示す。従来、水平感磁型の磁気センサを用いて、減肉などの検出が行われている。しかし、微小な深さの面きずでは、きずそのものが極めて微小な磁気的不連続となるため、検出が難しい。一方、比較的大きな減肉を対象としてセンサを設計すると、微小きずの検出はできない。すなわち、従来の方法では、広がりきずと微小きずの両方を検出することは難しい。
さらに、広がりきずに由来する漏洩磁束の垂直方向成分は、極めて小さい。そのため、垂直感磁型の磁気センサを用いて広がりきずを検出することは、センサの検出においても、漏洩磁束の発生においても、原理的に難しい。
【００５４】
これに対し、水平感磁型の磁気センサ３４ａ、３６ａを所定の間隔を隔てて水平方向に配置し、２つのセンサから得られる出力を、その極性に応じて差分又は和分すると、浮遊磁場の水平方向成分をキャンセルすることができる。その結果、広がりきずに由来する微弱な漏洩磁束の水平方向成分を検出することができる。
【００５５】
［２．  使用方法（１）］
第１の実施の形態に係る表面きず検査装置１０を用いた表面きず１２ａの検出は、以下のようにして行う。
すなわち、磁化器２０により被検査材１２に交流磁場を印加する。次いで、表面きず１２ａの幅方向にセンサ部３０ａを走査させながら、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａを用いて、表面きず１２ａ近傍に生じる漏洩磁束の水平方向成分を検出する。この時、第１センサ間距離ｄ及びリフトオフＬを最適化すると、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａを用いて、それぞれ、最大位置及び最小位置の近傍に発生する漏洩磁束の水平方向成分を検出することができる。
【００５６】
第１磁気センサ３４ａと第２磁気センサ３６ａの極性が同一である場合、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａで検出された波形は、位相が同一である。そのため、これを差分した後、同期検波することで、浮遊磁場の水平方向成分をキャンセルすることができる。一方、第１磁気センサ３４ａと第２磁気センサ３６ａの極性が反対である場合、位相が反転しているため、両者の波形を和分すれば、浮遊磁場の水平方向成分をキャンセルすることができる。
本発明によれば、良好なＳ／Ｎ比で表面きずを検出することができる。例えば、丸棒表面に設けた深さ：０．０７ｍｍ、幅：０．３ｍｍ、長さ：１０ｍｍ程度の人工欠陥をＳ／Ｎ＝３程度で検出することができる。また、深さ：０．５ｍｍ、幅：８ｍｍ、長さ：１０ｍｍの面きずをＳ／Ｎ＝３程度で検出することができる。
【００５７】
［３．  表面きず検査装置（２）］
本発明の第２の実施の形態に係る表面きず検査装置は、第１の実施の形態と同様の構成に加えて、被検査材の漏洩磁束の垂直方向成分を検出するための第３磁気センサ及び第４磁気センサをさらに備えている。
すなわち、本実施の形態に係る表面きず検査装置は、図示はしないが、
強磁性体からなる被検査材に交流磁場を印加するための磁化器と、
被検査材からの漏洩磁束を検出するための第１磁気センサ及び第２磁気センサ、並びに、第３磁気センサ及び第４磁気センサを備えたセンサ部と
を備えている。
なお、以下の説明において、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付した。
【００５８】
［３．１．  被検査材］
被検査材１２の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
［３．２．  磁化器］
磁化器２０の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００５９】
［３．３．  センサ部］
センサ部３０ａは、被検査材１２からの漏洩磁束を検出するためのものであり、基板３２ａと、漏洩磁束の水平方向成分を検出するための第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａと、漏洩磁束の垂直方向成分を検出するための第３磁気センサ及び第４磁気センサとを備えている。
【００６０】
［３．３．１．  基板］
基板は、第１磁気センサ〜第４磁気センサを支持すると同時に、検査に必要な回路を実装するためのものである。第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａは、漏洩磁束の水平方向成分を検出するためのものであり、感磁方向がｘ軸方向となるように、基板に固定されている。一方、第３磁気センサ及び第４磁気センサは、漏洩磁束の垂直方向成分を検出するためのものであり、感磁方向がｚ軸方向となるように、基板に固定されている。
【００６１】
基板表面における第１磁気センサ〜第４磁気センサの配置は、漏洩磁束の水平方向成分と垂直方向成分を同時に検出可能な限りにおいて、特に限定されない。また、第３磁気センサ及び第４磁気センサは、第１磁気センサ及び第２磁気センサが固定されている基板と同一基板上に固定されていても良く、あるいは、異なる基板上に固定されていても良い。基板に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
［３．３．２．  第１磁気センサ及び第２磁気センサ］
第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６３】
［３．３．３．  第３磁気センサ及び第４磁気センサ］
第３磁気センサ及び第４磁気センサは、それぞれ、ｚ軸方向（＝被検査材１２の検査面の法線方向）に感磁方向を持ち、かつ、奇関数特性を持つ磁気センサからなる。
第３磁気センサ及び第４磁気センサが同一極性を持つ時は、第３磁気センサ及び第４磁気センサは、第３磁気センサ及び第４磁気センサの出力の差分が出力されるように接続されている。
一方、第３磁気センサ及び第４磁気センサが反対極性を持つ時は、第３磁気センサ及び第４磁気センサは、第３磁気センサ及び第４磁気センサの出力の和分が出力されるように接続されている。
【００６４】
［Ａ．  センサ素子の種類］
センサ素子の種類については、第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａと同様であるので説明を省略する。
【００６５】
［Ｂ．  極性］
第３磁気センサ及び第４磁気センサは、ともにｚ軸方向に感磁方向を持つが、その極性は同一でも良く、あるいは、反対でも良い。両センサの極性が同一である場合、両者の出力の差分が出力される。一方、両センサの極性が反対である場合、両者の出力の和分が出力される。
例えば、第３磁気センサ及び第４磁気センサが、いずれも、−ｚ軸方向の外部磁場が印加されると、出力が増大する極性を持つとする。この場合、図１に示す変曲点Ａ及び変曲点Ｂの近傍に、それぞれ、第３磁気センサ及び第４磁気センサを配置し、第３磁気センサ及び第４磁気センサの差分を出力させると、検出信号を増幅させることができ、かつ、浮遊磁場の垂直方向成分をキャンセルすることができる。ｚ軸方向に感磁方向を持ち、かつ、反対極性を持つ２つのセンサ出力の和分を出力させる場合も同様である。
【００６６】
［Ｃ．  回路］
センサ部３０ａの構造は、
（ａ）第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａの極性に応じて、両センサの出力の差分又は和分を出力することができ、かつ、
（ｂ）第３磁気センサ及び第４磁気センサの極性に応じて、両センサの出力の差分又は和分を出力することができる限りにおいて、
特に限定されない。センサ部３０ａの回路の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
［Ｄ．  センサ部の設置位置］
センサ部３０ａの設置位置の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６８】
［Ｅ．  第２センサ間距離］
「第２センサ間距離」とは、第３磁気センサの中心と第４磁気センサの中心との間の水平方向（ｘ軸方向）の距離をいう。
変曲点Ａと変曲点Ｂとの間の水平方向の距離（＝ピーク間距離）は、通常、表面きず１２ａの幅や深さ、リフトオフＬ（＝被検査材１２の検査面からセンサ部３０ａの先端までの距離）の大きさなどにより異なる。しかし、表面きず１２ａのサイズが小さくなるほど、ピーク間距離は、少なくとも表面きず１２ａの幅には依存しなくなる。例えば、表面きず１２ａの深さが０．１ｍｍ程度である場合において、リフトオフが１ｍｍ程度である時には、ピーク間距離は、表面きず１２ａの幅によらず、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度となる。
【００６９】
一方、このような微小な表面きず１２ａを高精度に検出するためには、第３磁気センサ及び第４磁気センサをそれぞれ変曲点Ａ及び変曲点Ｂの近傍に設置し、変曲点Ａの近傍における磁場と変曲点Ｂの近傍における磁場とを同時に、かつ、独立に検出する必要がある。
【００７０】
そのため、第２センサ間距離が小さくなりすぎると、変曲点Ａ、Ｂの近傍における磁場を同時に、かつ、独立に検出するのが困難となる。従って、第２センサ間距離は、０．５ｍｍ以上である必要がある。
同様に、第２センサ間距離が大きくなりすぎると、変曲点Ａ、Ｂの近傍における磁場を同時に、かつ、独立に検出するのが困難となる。従って、センサ間距離は、２．０ｍｍ以下である必要がある。センサ間距離は、好ましくは、１．８ｍｍ以下、さらに好ましくは、１．５ｍｍ以下である。
【００７１】
［Ｆ．  センサの外寸］
センサの外寸については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
［Ｇ．  アレイ構造］
アレイ構造については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００７２】
［３．４．  用途］
本実施の形態に係る表面きず検査装置において、第１磁気センサ及び第２磁気センサは、線きず及び広がりきずの検査に対して有効である。一方、第３磁気センサ及び第４磁気センサは、線きずの検出に対して有効である。その他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
［４．  使用方法（２）］
［４．１．  水平方向成分の検出］
第２の実施の形態に係る表面きず検査装置を用いた漏洩磁束の水平方向成分の検出については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
［４．２．  垂直方向成分の検出］
本実施の形態では、センサ部３０ａは、第３磁気センサ及び第４磁気センサをさらに備えているので、これを用いて漏洩磁束の垂直方向成分の検出も行うことができる。
すなわち、第３磁気センサ及び第４磁気センサを用いて、表面きず１２ａ近傍に生じる漏洩磁束の垂直方向成分を検出する。この時、第２センサ間距離及びリフトオフＬを最適化すると、第３磁気センサ及び第４磁気センサを用いて、それぞれ、変曲点Ａ及び変曲点Ｂ近傍に発生する漏洩磁束の垂直方向成分を検出することができる。
【００７５】
第３磁気センサと第４磁気センサの極性が同一である場合、第３磁気センサ及び第４磁気センサで検出された波形は、位相が反転している。そのため、これを差分した後、同期検波することで、浮遊磁場の垂直方向成分をキャンセルし、かつ、表面きずで生じる信号を最大化することができる。一方、第３磁気センサと第４磁気センサの極性が反対である場合、両者の波形を和分すれば、浮遊磁場の垂直方向成分をキャンセルし、かつ、表面きずで生じる信号を最大化することができる。
第３磁気センサ及び第４磁気センサを用いると、良好なＳ／Ｎ比で表面きず１２ａを検出することができる。例えば、丸棒表面に設けた深さ：０．０７ｍｍ、幅：０．３ｍｍ、長さ：１０ｍｍ程度の人工欠陥であっても、Ｓ／Ｎ＝５程度で検出することができる。
【００７６】
［５．  作用］
図１に示すように、微少な表面きず１２ａがある被検査材１２を磁化した場合、漏洩磁束は、表面きず１２ａを中心として正規分布状の曲線を描く。すなわち、漏洩磁束の水平方向成分は、表面きず１２ａのほぼ中心において最大値を取る。しかし、表面きず１２ａが微小である場合、漏洩磁束の水平方向成分に比べて浮遊磁場の水平方向成分の方が大きくなるため、１個の磁気センサを用いて、微小な表面きず１２ａに由来する漏洩磁束の水平方向成分を検出するのは難しい。
【００７７】
これに対し、ｘ軸方向に感磁方向を持ち、かつ、同一極性（又は、反対極性）の奇関数特性を持つ２つの磁気センサを所定の距離だけ水平方向に離間して配置し、両者の差分（又は、和分）を出力させると、浮遊磁場の水平方向成分をキャンセルすることができる。その結果、微小な表面きず１２ａを高い精度で検出することができる。しかも、この方法は、微小な表面きず（線きず）だけでなく、広がりきずに対しても適用することができる。
【００７８】
さらに、微少な表面きず１２ａがある被検査材１２を磁化した場合、漏洩磁束の垂直方向成分は、表面きず１２ａの両側に位置する２つの変曲点において極値を取る。この２つの極値の水平方向の間隔（ピーク間距離）は、主にリフトオフ（＝被検査材１２の表面から磁気センサの先端までの距離）と、表面きず１２ａの開口幅（きず幅）に依存する。例えば、リフトオフが１ｍｍであり、きず深さが０．１ｍｍ程度であり、きず幅が０．１〜１．０ｍｍである場合、ピーク間距離は１ｍｍ程度となる。そのため、ｚ軸方向に感磁方向を持ち、かつ、同一極性（又は、反対極性）の奇関数特性を持つ２つの磁気センサをピーク間距離にほぼ相当する距離だけ水平方向に離間して配置し、両者の差分（又は、和分）を出力させると、微小な表面きず１２ａを高い精度で検出することができる。
【００７９】
通常のセンサ素子は、センサの外寸が大きいため、ピーク間距離に適合するように磁気センサを配置するのが難しい。これに対し、ある種のセンサ素子（例えば、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＧＩＧＳ（登録商標）素子など）は、センサの外寸が極めて小さいため、微少な領域の磁場の変化を検出することができ、かつ、極めて狭い間隔でセンサ素子を配置することができる。そのため、このような外寸の小さなセンサ素子を用いてセンサ部３０ａを構成すると、微少な表面きず１２ａを高精度に検出することができる。
【実施例】
【００８０】
（実施例１）
［１．  試験方法］
図５（Ａ）に、漏洩磁束の垂直方向成分の模式図を示す。漏洩磁束の垂直方向成分は、図５（Ａ）に示すように、２つの極値を取る。この場合、振幅の極大値と極小値との差（極値の縦軸方向の差）は、主として表面きずの深さと相関がある。
一方、漏洩磁束のピーク間距離（極値の横軸方向の差）は、表面きずの深さ、幅、及びリフトオフにより決定される。リフトオフは、一般に１ｍｍ程度とされる。リフトオフがこれより大きくなると、センサでの検出が難しくなる。一方、リフトオフがこれより小さくなると、センサと被検査材とが接触してしまう。
【００８１】
図５（Ｂ）に、漏洩磁束の水平方向成分の模式図を示す。漏洩磁束の水平方向成分は、図５（Ｂ）に示すように、表面きずの中心で最大値となり、表面きずの中心から離れると急激に小さくなる。水平方向成分が最大となる最大位置と、ゼロとなる最小位置との間の最短距離は、主としてリフトオフに依存する。
そこで、最短距離及びピーク間距離をシミュレーションにより求めた。
【００８２】
［２．  結果］
［２．１．  最短距離］
図６に、漏洩磁束の水平方向成分を検出する時の、リフトオフと最短距離との関係を示す。なお、ここでは、リフトオフを０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、又は１．５ｍｍとした。図６より、以下のことが分かる。
（１）最短距離は、リフトオフにほぼ比例する。
（２）２つのセンサを用いて水平方向成分の最大値を検出し、かつ、有為な信号を得るためには、第１センサ間距離を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとする必要がある。
【００８３】
［２．２．  ピーク間距離］
図７に、漏洩磁束の垂直方向成分を検出する時の、きず幅と漏洩磁束のピーク間距離との関係を示す。図８に、漏洩磁束の垂直方向成分を検出する時の、リフトオフと漏洩磁束のピーク間距離との関係（きず幅：０．３ｍｍ）を示す。なお、ここでは、リフトオフを０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、又は１．５ｍｍとし、欠陥の深さを０．１ｍｍとした。図７及び図８より、以下のことが分かる。
（１）リフトオフが一定である場合、ピーク間距離は、きず幅によらずほぼ一定となる。
（２）きず幅が一定である場合、ピーク間距離は、リフトオフにほぼ比例する。
（３）漏洩磁束の極大値及び極小値をそれぞれ２つのセンサで同時に、かつ、独立に検出するためには、第２センサ間距離を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍにする必要がある。
【００８４】
（実施例２）
［１．  試験方法］
図１に示す表面きず検査装置１０を用いて、被検査材１２の表面きず１２ａの検出を行った。第１磁気センサ３４ａ及び第２磁気センサ３６ａには、それぞれ、ＧＩＧＳ（登録商標）素子を備えた磁気センサチップを用いた。センサ部３０ａには、基板３２ａの表裏面にそれぞれ磁気センサチップを接合したものを用いた。第１センサ間距離ｄは、１ｍｍとした。図９に、センサ部３０ａに使用した磁気センサチップの外観写真（ＳＥＭ像）を示す。図１０に、センサ部３０ａの外観写真を示す。被検査材１２には、微小きず（深さ：０．０７ｍｍ、幅：０．３ｍｍ、長さ：１０ｍｍ）、及び広がりきず（最大深さ：０．５ｍｍ、幅：８ｍｍ、長さ：１０ｍｍ）を形成した鋼材を用いた。
【００８５】
［２．  結果］
図１１に、微小きず（きず深さ：０．０７ｍｍ）の探傷波形を示す。図１２に、広がりきず（最大深さ：０．５ｍｍ）の探傷波形を示す。図１１及び図１２より、水平感磁型の磁気センサを用いた場合であっても、明瞭なきず信号が得られていることがわかる。図１１の場合、Ｓ／Ｎ＝３であった。また、図１２の場合、Ｓ／Ｎ＝３であった。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る表面きず検査装置は、各種鋼材の表面きずの検査に用いることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０    表面きず検査装置
１２    被検査材
１２ａ  表面きず
２０    磁化器
２２    ヨーク
３０ａ  センサ部
３２ａ  基板
３４ａ  第１磁気センサ
３６ａ  第２磁気センサ
【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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