(57)【要約】【課題】渦電流センサのプローブにおいて、コイルを封止するコイルケースの破損を抑止して、プローブの長寿命を実現するための構造を提案する。【解決手段】一端閉塞の筒状のコイルケース２５と、前記コイルケース２５内に挿入された円柱形状の中芯２３とで、封止された空芯コイル２２を備えた渦電流センサ１６のプローブ２０において、前記中芯２３を軸方向に複数に分割して、複数の短円柱形状部材で構成する。さらに、前記コイルケース２５と前記中芯２３とを同一材料で構成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端閉塞の円筒形状のコイルケースと、前記コイルケース内に挿入された円柱形状の中芯とで、封止された空芯コイルを備えた渦電流センサのプローブであって、
前記中芯が、軸方向に複数に分割されて成ることを特徴とする、
渦電流センサのプローブ。
【請求項２】
前記コイルケースと前記中芯とが同一材料で成ることを特徴とする、
請求項１に記載の渦電流センサのプローブ。
【請求項３】
一端閉塞の円筒形状のコイルケースと、前記コイルケース内に挿入された円柱形状の中芯とで、封止された空芯コイルを備えた渦電流センサのプローブであって、
前記コイルケースと前記中芯とが同一材料で成ることを特徴とする、
渦電流センサのプローブ。
【請求項４】
前記コイルケースと前記中芯とが、窒化ケイ素又はサイアロンのうち何れか一方のセラミック材料で構成されることを特徴とする、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の渦電流センサのプローブ。
【請求項５】
前記空芯コイルの巻線部が、前記コイルケースの一端閉塞側端部と前記中芯との間に設けたセラミック製充填材に埋め込まれることを特徴とする、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の渦電流センサのプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流センサのプローブの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、渦電流効果を利用して、金属で構成された測定対象までの変位を測定する渦電流センサが知られている。
渦電流センサのプローブの周囲には、高周波電流が流されたコイルによる高周波の磁界が生じており、この磁界の中に金属が近づくと、該金属内に渦電流が流れる。この渦電流の強さはコイルと測定対象までの距離に依存し、渦電流の強度によってコイルのインダクタンスが変化する。渦電流センサは、このインダクタンスの変化に起因するコイルに流れる電流の周波数の変化を検出して、測定対象までの変位を求めるものである。
【０００３】
このような渦電流センサは、鋳造金型のキャビティにおける溶湯の流れを検出するために利用される。例えば、特許文献１に記載の技術である。
特許文献１に記載の技術では、銅製の空芯コイルを円筒形状のセラミック製ケースに封止して成るプローブを備えた渦電流センサが、該プローブの先端面がキャビティ面と面一となるように金型に形成された設置孔に挿設され、この渦電流センサにてキャビティ内の溶湯の湯面レベルを検出する構成とされる。
【０００４】
図８に示すように、前記渦電流センサのプローブ４０では、ハット形状のケース４２と、前記ケース４２に挿入された円柱形状の中芯４３とで、空芯コイル４１が封止される。前記ケース４２は、鋳造の高温と鋳造圧とに耐え、且つ、溶湯と反応しない、窒化ケイ素等のセラミック製である。また、前記中芯４３は、機械加工容易なマシナブルセラミック製である。
【０００５】
ところが、上記構成の渦電流センサのプローブ４０では、ケース４２と中芯４３との境界に応力集中が生じ、鋳造を数十ショット繰り返すうちに前記ケース４２が破損してしまうという事態が生じていた。ケースが破損すると、ケース内に離型剤や溶湯が流入して測定値にノイズが発生したり、コイルが熱損したりする不具合が生じることとなる。
【特許文献１】特開２００６−１０２７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に鑑み、本発明では、渦電流センサのプローブにおいて、コイルを封止するコイルケースの破損を抑止して、プローブの長寿命を実現するための構造を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、一端閉塞の円筒形状のコイルケースと、前記コイルケース内に挿入された円柱形状の中芯とで、封止された空芯コイルを備えた渦電流センサのプローブであって、前記中芯が、軸方向に複数に分割されて成るものである。
【０００９】
請求項２においては、前記コイルケースと前記中芯とが同一材料で成るものである。
【００１０】
請求項３においては、一端閉塞の円筒形状のコイルケースと、前記コイルケース内に挿入された円柱形状の中芯とで、封止された空芯コイルを備えた渦電流センサのプローブであって、前記コイルケースと前記中芯とが同一材料で成るものである。
【００１１】
請求項４においては、前記コイルケースと前記中芯とが、窒化ケイ素又はサイアロンのうち何れか一方のセラミック材料で構成されるものである。
【００１２】
請求項５においては、前記空芯コイルの巻線部が、前記コイルケースの一端閉塞側端部と前記中芯との間に設けたセラミック製充填材に埋め込まれるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
本発明によれば、渦電流センサのプローブにおいて、コイルを封止するコイルケースと中芯との間で生じる熱応力が低減されるので、プローブに疲労破壊が発生するまでの冷熱サイクル数を増大させることができ、プローブの長寿命を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は渦電流センサの構成を説明する図である。
図２は本発明の実施例１に係る渦電流センサのプローブの構成を示す図、図３は中芯の軸方向断面図、図４は中芯の図３におけるＸ方向矢視図、図５はコイルケースと中芯とでコイルを封止する手順を説明する図である。
図６は本発明の実施例２に係る渦電流センサのプローブの構成を示す図、図７は中芯の図である。
図８は従来の渦電流センサのプローブの構成を示す図である。
【００１６】
まず、本発明の実施例に係る渦電流センサ１６の構成について説明する。
図１に示すように、渦電流センサ１６は、プローブ２０と、高周波発信器１７と、アンプユニット１８と、演算・表示ユニット１９等で構成される。
また、本実施例において前記渦電流センサ１６は、金型１０のキャビティ１１に充填される溶湯の流れ（溶湯の湯面レベル）を検出するために使用され、渦電流センサ１６のプローブ２０は、端面がキャビティ１１に露出するように金型１０に穿設された設置孔１２に挿設される。
【００１７】
前記プローブ２０にはコイルケース２５に収容されたコイル２２が具備され、該コイル２２には、前記高周波発信器１７にて高周波電流が通電される。前記演算・表示ユニット１９では、前記アンプユニット１８を介して増幅された前記コイル２２の電圧変化が測定され、電流の周波数の変化に基づいて測定対象までの変位が演算されるとともに表示出力される。
【００１８】
本発明に係る渦電流センサ１６のプローブ２０は、上記構成を一例とする渦電流センサ１６に備えられるものである。但し、本発明は、上述の渦電流センサ１６の構成及び使用形態に限定されるものではなく、渦電流効果を利用して変位を計測するための装置に広く適用することができる。
以下に、本発明に係る渦電流センサ１６のプローブ２０の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
ここで、渦電流センサ１６のプローブ２０の実施例１について説明する。
図２に示すように、渦電流センサ１６のプローブ２０は、空芯のコイル２２、コイルケース２５、本体２１、並びに、中芯２３等で構成される。
【００２０】
前記コイルケース２５は、ハット形状を有する一端閉塞の円筒形状体であり、該円筒形状体の閉塞された一端面は検出面とされ、他端の開放端には鍔２５ａが形成される。前記コイルケース２５の閉塞端面がキャビティ１１に露出するように、金型１０の設置孔１２にプローブ２０が挿設される。
また、前記本体２１は円筒形状体であって、該円筒形状体の一端には内周側へ突出したフランジ２１ａが形成され、他端には同軸ケーブル２８が接続される。
【００２１】
前記コイルケース２５は、閉塞端から前記本体２１に挿入され、開放端の鍔２５ａと本体２１のフランジ２１ａとが係合する位置にて、同じく本体２１に挿入された位置保持部材２７により保持される。このように結合された本体２１とコイルケース２５とで、プローブ２０の外形が形成される。
【００２２】
図２〜図５に示すように、前記コイル２２は、導線が略同一平面内で渦巻状に巻かれた巻線部２２ａと、該巻線部２２ａの外周と中心とから導線を同軸ケーブル２８へと導く延長部２２ｂ・２２ｂとを有する。前記コイル２２の延長部２２ｂ・２２ｂは、本体２１内にて同軸ケーブル２８に接続されて、該同軸ケーブル２８から高周波発信器１７やアンプユニット１８に接続される。
【００２３】
前記中芯２３は、前記コイルケース２５に内挿可能な円柱形状体である。前記コイルケース２５の内径よりも中芯２３の外径は僅かに小さく、これにより、前記コイルケース２５と該コイルケース２５に内挿された中芯２３との間には、中芯２３が落脱しない程度に僅かな大きさの間隙が設けられる。
【００２４】
図３及び図４に示すように、コイル２２の巻線部２２ａを位置保持するために、前記中芯２３の一端面に突起２３ａが設けられる。また、コイル２２の延長部２２ｂ・２２ｂを中芯２３の一端から他端まで軸方向に導通させるために、中芯２３の内部を貫通する導通孔２３ｂと、中芯２３の周面に開口する導通溝２３ｃとが、それぞれ設けられる。
なお、本実施例において、コイル２２の２本の延長部２２ｂ・２２ｂを１本の同軸ケーブル２８に接続するための便宜を図って、中芯２３に設けられた導通溝２３ｃは、コイル２２の巻線部２２ａが配置される一端から、他端に向かって溝が漸次深くなるように形成される。
【００２５】
上記構成のプローブ２０において、前記空芯のコイル２２は、円筒形状のコイルケース２５と、前記コイルケース２５内に挿入された円柱形状の中芯２３とで、封止される。詳細には、前記コイルケース２５と、該コイルケース２５に内挿された中芯２３と、コイルケース２５の奥部、即ち一端閉塞側端部と中芯２３との間に設けたコイル保持材２４とで、コイル２２が封止される。
つまり、コイルケース２５、中芯２３及びコイル保持材２４にて、コイル２２が被覆されて、機械的ストレスや温度等の影響から保護されるのである。
なお、前記コイルケース２５に内挿された中芯２３は、コイルケース２５の中実となって剛性を向上させるためにも機能する。
【００２６】
前記コイルケース２５、中芯２３、及びコイル保持材２４で、前記コイル２２を封止する手順は以下の通りである。
図５に示すように、初めに、中芯２３にコイル２２が組み付けられる。コイル２２の巻線部２２ａは、空芯部分が突起２３ａに挿入されるように中芯２３の一端に配置される。また、コイル２２の延長部２２ｂ・２２ｂは、中芯２３の導通孔２３ｂと導通溝２３ｃとを各々通じて、該中芯２３の前記一端から他端まで導通される。
【００２７】
次に、コイル２２の巻線部２２ａを埋め込むように、中芯２３の一端面に、熱硬化性のセラミック製充填材であるコイル保持材２４が塗布される。
続いて、前記中芯２３が、コイル保持材２４が塗布された一端からコイルケース２５内に挿入される。
最後に、コイル保持材２４が加熱により硬化され、コイル２２の巻線部２２ａは、前記コイルケース２５の奥部と前記中芯２３との間に設けたコイル保持材２４に埋め込まれて、形状が保持されることとなる。
【００２８】
上記構成の渦電流センサ１６のプローブ２０では、前記コイルケース２５と前記中芯２３とが、同一の材料で構成される。
コイルケース２５と中芯２３とが同一材料で成ることによれば、コイルケース２５と中芯２３とで熱膨張がほぼ均一に生じるため、異なる材料で構成された場合と比較して、生じる熱応力が小さくなる。
このように、コイルケース２５と中芯２３との間で生じる熱応力を低減することで、プローブ２０に疲労破壊が発生するまでの冷熱サイクル数を増大させることができ、プローブ２０の長寿命を実現することができる。
【００２９】
コイルケース２５と中芯２３との構成材料は、溶湯と反応しないこと、鋳造圧に耐えうること、及び鋳造温度に耐えうることの各条件を満たす材料であって、線膨張率が小さいものであることがより望ましい。コイルケース２５と中芯２３との構成材料として、例えば、窒化ケイ素又はサイアロン等のセラミック材料を採用することができる。なお、前記サイアロン（SiAlON）とは、Si3N4（窒化ケイ素）にAl2O3（アルミナ）やSiO2（シリカ）などを固溶させて作るSi3N4系のエンジニアリング・セラミックスである。
【実施例２】
【００３０】
次に、渦電流センサ１６のプローブ２０の実施例２について説明する。
実施例２に係る渦電流センサ１６のプローブ２０は、中芯２３を除いて、上記実施例１に記載の渦電流センサ１６のプローブ２０と同一構成である。そこで、中芯２３以外の渦電流センサ１６のプローブ２０についての詳細な説明は、省略する。
【００３１】
図６及び図７に示すように、中芯２３は、前記コイルケース２５に内挿可能な円柱形状体である。前記コイルケース２５の内径よりも中芯２３の外径は僅かに小さく、これにより、前記コイルケース２５と該コイルケース２５に内挿された中芯２３との間には、中芯２３が落脱しない程度に僅かな大きさの間隙が設けられる。また、本体２１内にてコイルケース２５の開放端に当接する位置保持部材２７と、中芯２３との間に、該中芯２３が振れない程度に僅かな大きさの間隙が設けられる。
【００３２】
コイル２２の巻線部２２ａを位置保持するために、前記中芯２３の一端面に突起２３ａが設けられる。また、コイル２２の延長部２２ｂ・２２ｂを中芯２３の一端から他端まで軸方向に導通させるために、中芯２３の内部を貫通する導通孔２３ｂと、中芯２３の周面に開口する導通溝２３ｃとが、それぞれ設けられる。
【００３３】
さらに、前記中芯２３は、軸方向に複数に分割されて成る。つまり、前記中芯２３は、複数の短円柱形状部材にて構成され、この結果、各短円柱形状部材間には、微量の間隙が備わることとなる。
なお、中芯２３の分割数は多いほど熱歪みの吸収効果が高まるが、部品点数増大による組立性の低下やコスト上昇を考慮して分割数を決定することが望ましく、本実施例では中芯２３を６つの短円柱形状部材に分割している。
【００３４】
上記構成の渦電流センサ１６のプローブ２０では、コイルケース２５と中芯２３との間と、中芯２３を構成する各短円柱形状部材間との、それぞれに間隙が備えられることとなる。この構成により、コイルケース２５や中芯２３等のプローブ２０の構成部品が熱膨張しても、この熱歪みが前記間隙にて吸収されるため、コイルケース２５と中芯２３との間で生じる熱応力が低減される。従って、プローブ２０に疲労破壊が発生するまでの冷熱サイクル数を増大させることができ、プローブ２０の長寿命を実現することができる。
【００３５】
上記において、中芯２３とコイルケース２５とは異なる材料で構成することができるが、同一材料で構成することがより好ましい。
この場合、中芯２３とコイルケース２５との構成材料は、溶湯と反応しないこと、鋳造圧に耐えうること、及び鋳造温度に耐えうることの各条件を満たす材料であって、線膨張率が小さいものであることがより望ましい。中芯２３とコイルケース２５との構成材料として、例えば、窒化ケイ素、サイアロン等を採用することができる。
【００３６】
中芯２３とコイルケース２５とを、同一材料で構成することによれば、コイルケース２５と中芯２３とで熱膨張がほぼ均一に生じるため、異なる材料で構成された場合と比較して、生じる熱応力が小さくなるので、プローブ２０に生じる熱疲労をより効果的に低減させることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】渦電流センサの構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例１に係る渦電流センサのプローブの構成を示す図。
【図３】中芯の軸方向断面図。
【図４】中芯の図３におけるＸ方向矢視図。
【図５】コイルケースと中芯とでコイルを封止する手順を説明する図。
【図６】本発明の実施例２に係る渦電流センサのプローブの構成を示す図。
【図７】中芯の図。
【図８】従来の渦電流センサのプローブの構成を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１０  金型
１１  キャビティ
１２  設置孔
１６  渦電流センサ
１７  高周波発信器
１８  アンプユニット
１９  演算・表示ユニット
２０  プローブ
２１  本体
２２  コイル
２３  中芯
２４  コイル保持材
２５  コイルケース
【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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