(57)【要約】【課題】例えば、渦電流センサのプローブを設置した金型の設置孔が熱により縮径するなど、コイルを格納するケースに該コイルの検出方向以外から加わる負荷に起因する割れが生じ難いプローブの構造を提案する。【解決手段】コイルケース２５で覆われたコイル２２を備え、金型１０に設けられた設置孔１２に挿設されて該金型１０のキャビティ１１に充填される溶湯の流れを検出するために用いられる渦電流センサのプローブ２０であって、前記コイルケース２５のうち、前記金型１０のキャビティ１１に露出する部分がセラミック材料で構成され、前記設置孔１２と対峙する部分を、溶湯に対して低反応であり、溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料よりもヤング率が低い材料で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルケースで覆われたコイルを備える渦電流センサのプローブであって、
前記コイルケースのうち、前記プローブの検出部に該当する部分がセラミック材料で構成され、他の部分が金属材料で構成されていることを特徴とする、渦電流センサのプローブ。
【請求項２】
コイルケースで覆われたコイルを備える渦電流センサのプローブであって、
前記コイルケースは、金属材料で構成された筒状体と、セラミック材料で構成された前記筒状体の一側端部を閉塞する蓋体とで構成されていることを特徴とする、渦電流センサのプローブ。
【請求項３】
コイルケースで覆われたコイルを備え、金型に設けられた設置孔に挿設されて該金型のキャビティに充填される溶湯の流れを検出するために用いられる渦電流センサのプローブであって、
前記コイルケースのうち、前記金型のキャビティに露出する部分がセラミック材料で構成され、前記設置孔と対峙する部分が、溶湯に対して低反応であり、溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料よりもヤング率が低い材料で構成されていることを特徴とする、渦電流センサのプローブ。
【請求項４】
セラミック材料で構成されたコイルケースで覆われたコイルを備える渦電流センサのプローブであって、
前記コイルケースにおける前記プローブの検出部に該当する部分以外を覆う、金属材料で構成されたカバーが備えられることを特徴とする、渦電流センサのプローブ。
【請求項５】
コイルケースで覆われたコイルを備え、金型に設けられた設置孔に挿設されて該金型のキャビティに充填される溶湯の流れを検出するために用いられる渦電流センサのプローブであって、
前記コイルケースのうち前記設置孔と対峙する部分が、溶湯に対して低反応であり、溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料よりもヤング率が低い材料で構成されたカバーにて、溶湯が進入しない程度の間隙を設けて覆われていることを特徴とする、渦電流センサのプローブ。
【請求項６】
前記カバーは、溶湯が進入しない程度の間隙が設けられて積層された複層の筒状体であることを特徴とする、請求項５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には、通常、コイルと、セラミックスや合成樹脂等の非金属で成り該コイルを格納するカバーとが具備される。前記コイルには高周波電流が流れており、渦電流センサのプローブの周囲には高周波の磁界が生じている。この磁界の中に金属が近づくと、コイルで発生する交流磁界により該金属内に渦電流が流れる。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因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ている。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、空芯のコイルを円筒状のセラミック製ケースにて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】
ところが、上記のように鋳造金型に設置された渦電流センサのプローブでは、鋳造を数十ショット繰り返すうちに、セラミック製ケースに割れが生じて該カバー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事態が生じていた。原因は次のような理由であると考えられる。
金型の加熱やキャビティへの溶湯の流入により、金型が高温となって膨張し、プローブの設置孔に縮径や歪みが生じる。設置孔とプローブとの間には、溶湯が進入しない程度の間隙が予め設けられているものの、設置孔の収縮や歪みにより、熱変形の小さいプローブのセラミック製ケースは金型から圧を受けることとなる。さらに、プローブのキャビティに露出している部分は、熱衝撃や鋳造圧等を受け、苛酷な環境に曝されている。このようなことから、鋳造を数十ショット繰り返すと、圧縮に弱いプローブのセラミック製ケースが割れてしまうのである。
【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】
【０００５】
上記に鑑み、本発明では、例えば、渦電流センサのプローブを設置した金型の設置孔が熱により縮径するなど、コイルを格納するケースに該コイルの検出方向以外から加わる負荷に起因する割れが生じ難いプローブの構造を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
即ち、請求項１においては、コイルケースで覆われたコイルを備える渦電流センサのプローブであって、前記コイルケースのうち、前記プローブの検出部に該当する部分がセラミック材料で構成され、他の部分が金属材料で構成されているものである。
【０００８】
請求項２においては、コイルケースで覆われたコイルを備える渦電流センサのプローブであって、前記コイルケースは、金属材料で構成された筒状体と、セラミック材料で構成された前記筒状体の一側端部を閉塞する蓋体とで構成されているものである。
【０００９】
請求項３においては、コイルケースで覆われたコイルを備え、金型に設けられた設置孔に挿設されて該金型のキャビティに充填される溶湯の流れを検出するために用いられる渦電流センサのプローブであって、前記コイルケースのうち、前記金型のキャビティに露出する部分がセラミック材料で構成され、前記設置孔と対峙する部分が、溶湯に対して低反応であり、溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料よりもヤング率が低い材料で構成されているものである。
【００１０】
請求項４においては、セラミック材料で構成されたコイルケースで覆われたコイルを備える渦電流センサのプローブであって、前記コイルケースにおける前記プローブの検出部に該当する部分以外を覆う、金属材料で構成されたカバーが備えられるものである。
【００１１】
請求項５においては、コイルケースで覆われたコイルを備え、金型に設けられた設置孔に挿設されて該金型のキャビティに充填される溶湯の流れを検出するために用いられる渦電流センサのプローブであって、前記コイルケースのうち前記設置孔と対峙する部分が、溶湯に対して低反応であり、溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料よりもヤング率が低い材料で構成されたカバーにて、溶湯が進入しない程度の間隙を設けて覆われているものである。
【００１２】
請求項６においては、前記カバーは、溶湯が進入しない程度の間隙が設けられて積層された複層の筒状体であるものである。
【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、該プローブの検出部側の磁界の透過性を確保しながらも、例えば、渦電流センサのプローブを設置した金型の設置孔が熱により縮径するなど、コイルを格納するケースに該コイルの検出方向以外から加わる負荷に起因する割れが生じ難いプローブの構造を実現できる。
【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２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３は渦電流センサのプローブに設けたカバーの別形態を示す図、図４は渦電流センサの構成を説明する図である。
【００１６】
図４に示すように、本発明の実施例に係る渦電流センサ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は金型１０に穿設された設置孔１２に、その端面がキャビティ１１に露出するように挿設される。
【００１７】
前記プローブ２０にはコイルケース２５で覆われたコイル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。
なお、本発明は上記構成の渦電流センサ１６及び該渦電流センサ１６の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。
【００１８】
上記構成の渦電流センサ１６のプローブ２０は、金型１０の加熱やキャビティ１１への溶湯の射出により設置孔１２が熱変形で縮径し、金型１０の設置孔１２から圧を受けても割れが発生せず、また、溶湯が射出されたときの熱衝撃や鋳造圧に耐えることができる構造が備えられる。つまり、上記構成の渦電流センサ１６のローブ２０には、コイル２２を格納するコイルケース２５に該コイル２２の検出方向以外から加わる負荷に起因する割れが生じ難い構造が備えられる。
以下に、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】
先ず、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１に示すように、前記プローブ２０には、本体２１と、空芯のコイル２２と、コイルケース２５等が具備される。前記本体２１とコイルケース２５とで筒状の容器が形成され、その内部空間にコイル２２が封止された状態で格納される。
【００２０】
前記コイルケース２５は、コイル２２が内挿される一端開放の筒状体であって、筒状の側壁部２４と、該側壁部２４である筒状体の一側端部を閉塞する円盤状の蓋部２３（蓋体）とで構成される。
つまり、コイルケース２５の側面は側壁部２４で形成され、閉塞された端面２５ａは蓋部２３で形成されることとなる。前記コイルケース２５の開放側端部には、外周側に突出するフランジ２５ｂが形成される。
なお、前記側壁部２４と蓋部２３とは、側壁部２４に蓋部２３が内挿され、側壁部２４の端部において内周側に突出するフランジ２４ａと、蓋部２３の周縁に形成された段形状部２３ａとが係合することにより、一体的に接合される。
【００２１】
前記本体２１は、筒状体であって、金型１０の高温に耐えうる金属材料又は樹脂材料で構成される。前記本体２１の一側の端部には内周側へ突出するフランジ２１ａ及び内周溝２１ｂが形成される。
前記本体２１とコイルケース２５とは、コイルケース２５の開放側端部に設けられたフランジ２５ｂが、本体２１に設けられた内周溝２１ｂに嵌合するとともに、同じく本体２１に設けられたフランジ２１ａに掛止されることにより、連結される。
【００２２】
前記プローブ２０は金型１０の設置孔１２に挿設される。このとき、コイルケース２５の側壁部２４は、金型１０の設置孔１２の内周に対峙し、同じくコイルケース２５の蓋部２３は、キャビティ１１に面し、該キャビティ１１の内壁とコイルケース２５の端面２５ａとが略面一となる。このプローブ２０のコイル２２の検出方向（本実施例の場合、キャビティ１１が存在する方向）には、コイルケース２５の端面２５ａを構成する蓋部２３が存在することとなる。
【００２３】
なお、プローブ２０が金型１０の設置孔１２に挿設された状態において、設置孔１２の内周とコイルケース２５の側壁部２４の外周とは、溶湯が進入しない程度に離間されて、設置孔１２の内周とコイルケース２５の側壁部２４の外周とに間隙が設けられる。
【００２４】
前記コイルケース２５の側壁部２４を構成する材料は、溶湯と反応し難い低反応材料であり、さらに溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料（金型の主材料）よりもヤング率が低いことを条件とする、金属材料又は樹脂材料である。
【００２５】
本実施例のように、溶湯構成材料がアルミニウムである場合には、アルミニウムと反応し難く、アルミニウム溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料である鉄よりもヤング率が低いことを条件とする、金属材料が側壁部２４を構成する材料として採用される。例えば、側壁部２４を構成する金属材料として、チタン、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、バナジウム、クロム、及びこれらの合金のうち、何れかを採用することができる。
なお、溶湯が合成樹脂である場合には、側壁部２４を構成する材料を樹脂材料とすることも可能である。
【００２６】
一方、コイルケース２５の蓋部２３を構成する材料は、溶湯構成材料と反応し難く、溶湯温度よりも融点が高く、熱衝撃や鋳造圧に耐えうる強度を備え、且つ、電通されたコイル２２より発生する磁場が通過可能であることを条件とする、セラミック材料又は樹脂材料である。
【００２７】
本実施例のように、溶湯構成材料がアルミニウムである場合には、アルミニウム溶湯温度よりも融点が高いことが条件となるため、蓋部２３を構成する材料として高温用セラミック材料が採用される。つまり、蓋部２３は、例えば、アルミナセラミックス、炭化珪素セラミックス、窒化珪素又はジルコニアセラミックス等の高温用セラミックスということとなる。但し、溶湯が合成樹脂である場合には、蓋部２３を構成する材料を樹脂材料とすることも可能である。
【００２８】
上述のように、前記コイルケース２５は、該コイルケース２５のうち、プローブ２０の検出部に該当する部分（本実施例においては、金型１０のキャビティ１１に露出する部分）である蓋部２３が略円盤状のセラミック材料で構成され、その他の部分である側壁部２４が金属材料で構成されている。
【００２９】
上記構成のプローブ２０において、金型１０の温度が上昇して設置孔１２が縮径したり歪んだりすると、コイルケース２５の側壁部２４は該設置孔１２の内壁から圧を受ける。このとき、前記コイルケース２５の側壁部２４を構成する材料は金型構成材料よりもヤング率が低いため、該側壁部２４は前記設置孔１２の変形に追従して変形して、設置孔１２の内壁から受ける圧が吸収される。これにより、側壁部２４に掛かる負荷、及び、該側壁部２４と別部材で構成された蓋部２３に掛かる負荷（特に、周から中心に向かう方向の圧縮力）が軽減される。従って、設置孔１２が熱変形による縮径・拡径を繰り返しても、コイルケース２５の側壁部２４及び蓋部２３は破損し難いのである。
【００３０】
つまり、上記構成のプローブ２０では、プローブ２０に具備されるコイル２２の検出方向（プローブ２０の検出部側）の磁界の透過性を確保しながらも、例えば、渦電流センサ１６のプローブ２０を設置した金型１０の設置孔１２が熱により縮径するなど、コイル２２を格納するコイルケース２５に該コイル２２の検出方向以外から加わる負荷に起因する割れが生じ難いプローブの構造を実現できるのである。
【００３１】
上記実施例の場合、蓋部２３のみをセラミック材料で構成することとなるため、比較的高価なセラミック材料部分が低減することから、納期短縮、コスト削減を図ることができる。なお、プローブ２０のコイル２２の検出方向に存在するコイルケース２５の蓋部２３は磁場が通過可能であるので、側壁部２４が金属材料で構成されていても、渦電流センサ１６の機能は維持される。
【実施例２】
【００３２】
続いて、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。
図２に示すように、前記プローブ２０には、本体２１と、空芯のコイル２２と、コイルケース２５等が具備される。前記本体２１とコイルケース２５とで筒状の容器が形成され、その内部空間にコイル２２が封止された状態に格納される。
【００３３】
前記コイルケース２５は、内部にコイル２２が内挿される一端開放の筒状体であって、溶湯構成材料と反応し難く、溶湯温度よりも融点が高く、熱衝撃や鋳造圧に耐えうる強度を備え、且つ、電通されたコイル２２より発生する磁場が通過可能であることを条件とする、セラミック材料又は樹脂材料で構成される。
【００３４】
本実施例のように溶湯構成材料がアルミニウムである場合には、アルミニウムよりも融点が高いことが条件となるため、コイルケース２５を構成する材料として高温用セラミック材料が採用される。つまり、コイルケース２５は、例えば、アルミナセラミックス、炭化珪素セラミックス、又はジルコニアセラミックス等の高温用セラミックスということとなる。但し、溶湯が合成樹脂である場合には、コイルケース２５を構成する材料を樹脂材料とすることも可能である。
なお、プローブ２０が金型１０の設置孔１２に挿設された状態において、前記コイルケース２５の端面２５ａはキャビティ１１の内壁と略面一となるように配置され、該端面２５ａが、コイル２２が近接配置されたプローブ２０の検出部に存在することとなる。
【００３５】
前記本体２１は、筒状体であって、金型１０の高温に耐えうる金属材料又は樹脂材料で構成される。前記本体２１の一側の端部には内周側へ突出するフランジ２１ａが形成される。
前記コイルケース２５の開放側端部には外周側へ突であるフランジ２５ｂが形成される。前記コイルケース２５には、該コイルケース２５の端面２５ａ以外の部分を、前記フランジ２５ｂも含めて覆うカバー３０が設けられる。つまり、プローブ２０の検出部以外を覆うカバー３０が設けられ、プローブ２０の検出部にはカバー３０が存在しないので、渦電流センサ１６の機能は維持されるのである。前記カバー３０は、前記コイルケース２５のフランジ２５ｂを覆った部分が、本体２１に設けられたフランジ２１ａに掛止されて、本体２１より落脱不能とされる。
【００３６】
前記カバー３０は筒状体であって、コイルケース２５の筒状の側壁部２５ｃに外嵌される。本実施例においては、前記カバー３０は、コイルケース２５の側壁部２５ｃと、本体２１の一部分とを、併せて覆うことができる形状を有する。これは、プローブ２０が金型１０の設置孔１２に挿設された状態において、カバー３０をコイルケース２５及び設置孔１２から落脱させないための形状であり、カバー３０の形状は本実施例に限定されるものでない。
【００３７】
前記カバー３０の内周と、コイルケース２５の筒状の側壁部２５ｃとの間は、溶湯が進入しない程度に離間される。また、プローブ２０が金型１０の設置孔１２に挿設された状態において、前記カバー３０の外周と、金型１０の設置孔１２の内周との間は、溶湯が進入しない程度に離間される。
【００３８】
前記カバー３０を構成する材料は、溶湯と反応し難く、溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料（金型の主材料）よりもヤング率が低いことを条件とする、金属材料又は樹脂材料である。
【００３９】
本実施例のように溶湯構成材料がアルミニウムである場合には、アルミニウムと反応し難く、アルミニウムよりも融点が高く、且つ、金型構成材料である鉄よりもヤング率が低いことを条件とする、金属材料がカバー３０を構成する材料として採用される。例えば、カバー３０を構成する金属材料として、チタン、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、バナジウム、クロム、及びこれらの合金のうち、何れかを採用することができる。
なお、溶湯が合成樹脂である場合には、カバー３０を構成する材料を樹脂材料とすることも可能である。
【００４０】
上述の通り、前記プローブ２０では、コイルケース２５のうち金型１０の設置孔１２と対峙する部分が、溶湯と反応し難く、溶湯温度よりも融点が高く、且つ、金型構成材料よりもヤング率が低い材料で構成されたカバー３０にて、溶湯が進入しない程度の間隙を設けて覆われている。
【００４１】
上記構成のプローブ２０において、金型１０の温度が上昇して設置孔１２が縮径したり歪んだりすると、コイルケース２５の側壁部２５ｃを覆うカバー３０は該設置孔１２の内壁から圧を受ける。
このとき、前記カバー３０を構成する材料は金型構成材料よりもヤング率が低いため、該カバー３０は前記設置孔１２の変形に追従して変形して、設置孔１２の内壁から受ける圧が吸収される。また、設置孔１２とコイルケース２５との間に前記カバー３０が設けられ、設置孔１２とカバー３０、該カバー３０とコイルケース２５の側壁部２５ｃとの間に、それぞれ間隙が設けられる結果、設置孔１２の縮径の許容幅が拡大されることとなる。
これにより、コイルケース２５の側壁部２５ｃに掛かる負荷（特に、周から軸心に向かう方向の圧縮力）が軽減される。従って、設置孔１２が熱変形による縮径・拡径を繰り返しても、コイルケース２５は破損し難くなる。
【００４２】
つまり、上記構成のプローブ２０では、プローブ２０に具備されるコイル２２の検出方向（プローブ２０の検出部側）の磁界の透過性を確保しながらも、例えば、渦電流センサ１６のプローブ２０を設置した金型１０の設置孔１２が熱により縮径するなど、コイル２２を格納するコイルケース２５に該コイル２２の検出方向以外から加わる負荷に起因する割れが生じ難いプローブの構造を実現できるのである。
【００４３】
なお、前記カバー３０は、溶湯が進入しない程度の間隙が設けられて積層された複層の筒状体で構成することもできる。
この場合、図３に示すように、重ねられた径の異なる複数の筒状体３３・３３でカバー３０が構成され、各筒状体３３の間には、溶湯が進入しない程度の間隙が設けられる。
カバー３０を複層に構成することによれば、筒状体３３・３３同士の間にも間隙が設けられるので、設置孔１２の縮径の許容幅が更に拡大されることとなり、コイルケース２５の側壁部２５ｃに掛かる負荷をより一層軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】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２】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３】渦電流センサのプローブに設けたカバーの別形態を示す図。
【図４】渦電流センサの構成を説明する図。
【符号の説明】
【００４５】
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  蓋部
２４  側壁部
２５  コイルケース
３０  カバー
【図１】
2008107206.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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