(57)【要約】【課題】異径部分が同軸に連続的に連なるワークの凹部をなす段差部における傷を、特にその周方向に生じた傷を検出するに好適な簡易な構造のＸＹプローブを提供する。【解決手段】断面形状が長軸と短軸とを有する、例えば断面略長方形状の棒状の２本のヨークの各先端部に第１および第２の検出コイルを先端集中巻き状態に巻装し、これらの各検出コイルをそれぞれ巻装した前記２本のヨークを上記長軸の方向に横並びに平行に設ける。更に上記２本のヨークの先端部に前記第１および第２の検出コイルに重ねて励磁コイルを先端集中巻き状態に巻装する。【選択図】      図１
2004340816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が長軸と短軸とを有する棒状の２本のヨークの各先端部に第１および第２の検出コイルを先端集中巻き状態で巻装し、
これらの各検出コイルをそれぞれ巻装した前記２本のヨークを上記長軸の方向に横並びに平行に設けたことを特徴とするＸＹプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のＸＹプローブにおいて、
更に前記２本のヨークの先端部に前記第１および第２の検出コイルに重ねて励磁コイルを巻装したことを特徴とするＸＹプローブ。
【請求項３】
前記各ヨークは、交流磁界に対して透磁率が高く、且つ保磁力の小さい材料からなる断面略長方形状の棒状体である請求項１に記載のＸＹプローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異径部分が同軸に連続的に連なるワークの円周面に生じた傷を、特に周方向に生じた傷を検出するに好適なＸＹプローブに関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
鋼材の表面に生じた微小な傷（欠陥）を検出する手法の１つに、渦電流を利用した渦流探傷方式がある。この渦流探傷方式は、検査対象とする鋼材等のワークに交流磁界を印加したとき、電磁誘導作用によりワークの表面に生じる渦電流が傷の有無によって変化することに着目し、渦電流の大きさやその変化から傷の有無を検出するものである（例えば特許文献１を参照）。このような渦流探傷に用いられるプローブは、棒状のヨークに励磁コイルと一対の逆巻きされた検出コイルとを巻装したもので、励磁コイルを高周波駆動することでヨークの先端からワークに向けて交流磁界を印加し、ワークに生じた渦電流による新たな磁界を上記一対の検出コイルにて検出するように構成される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−６６００９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来より種々提唱されている探傷プローブにおいては、傷の向きによっては一対の検出コイルの出力が小さくなり、傷を検出することができなくなることがある。そこで、例えば４個（２対）の検出コイルを対角配置し、対角位置にある一対の検出コイルを選択的に用いることで傷の向きに拘わることなく、その検出を行い得るようにしている。或いは４個の励磁コイルを対角配置し、ワークに複数の渦電流を生起することで傷の向きに拘わることなく、その検出を行い得るようにしている。
【０００５】
しかしながらこのようにして４個の励磁コイルまたは４個の検出コイルを対角配置した場合、プローブの先端形状が大型化することが否めない。これ故、回転軸等の円周面を、特に図６に示すように異径部分が同軸に連続的に連なるワーク１の段差部における欠陥検出を行う場合、プローブ２をワーク１に十分に近付けることができないので、当該段差部の検査を行うことが困難であった。また一般的に十分に高い検出コイルの出力を得るには、傷の向きに対して一対の検出コイルの配列の向きを交差するように位置付けることが必要であるので、周方向に生じた傷を検査することが非常に困難であった。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、異径部分が同軸に連続的に連なるワークの段差部における傷を、特にその周方向に生じた傷を検出するに好適な簡易な構造のＸＹプローブを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係るＸＹプローブは、断面形状が長軸と短軸とを有する、例えば断面略長方形状の棒状の２本のヨークの各先端部に第１および第２の検出コイルを先端集中巻き状態で巻装し、これらの各検出コイルをそれぞれ巻装した前記２本のヨークを上記長軸の方向に横並びに平行に設けたことを特徴としている。
【０００８】
また本発明に係るＸＹプローブは、更に上記２本のヨークの先端部に前記第１および第２の検出コイルに重ねて励磁コイルを巻装したことを特徴としている。
即ち、本発明に係るＸＹプローブは、交流磁界に対して透磁率が高く、且つ保磁力の小さいフェライトやアモルファス等の材料からなる、例えば断面略長方形状の棒状の２本のヨークの各先端部に第１および第２の検出コイルを、特に先端側の巻数を多くした先端集中巻き状態で巻回し、これらの各検出コイルをそれぞれ巻装した前記２本のヨークを上記長軸の方向に横並びに平行に設けることで、その先端形状を扁平なものとし、また検出コイル自体をワークに近接させて位置付け得るようにしたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るＸＹプローブについて、渦流探傷プローブを例に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る渦流探傷プローブ（ＸＹプローブ）の要部概略構成図であり、３，４は交流磁界に対して透磁率が高く、且つ保磁力の小さいフェライトやアモルファス等の材料からなる、例えば断面略長方形状の棒状のヨークである。ちなみにこれらのヨーク３，４は、１ｍｍ×２ｍｍの長方形状の断面を有する長さ９ｍｍのものからなる。
【００１０】
このようなヨーク３，４の先端部に巻装される第１および第２の検出コイル５，６は、例えば線径０．１ｍｍのエナメルメッキ線を１００ターンに亘って巻回したもので、第１の検出コイル５はヨーク３に右巻きに巻回され、また第２の検出コイル６はヨーク４に左巻きに巻回されている。特にこれらの第１および第２の検出コイル５，６は、ヨーク３，４の先端側における巻数が多くなるように先端集中巻きされており、各検出コイル５，６の巻き領域の中心に比較してその実質的（実効的）中心部がヨーク３，４の先端側に位置付けられている。
【００１１】
さて第１および第２の検出コイル５，６をその先端部に巻装してなる２本のヨーク３，４は、図１に示すようにヨーク断面の長軸方向に横並びに平行に配置される。このように２本のヨーク３，４をヨーク断面の長軸方向に横並びに設けることで、ヨーク先端（プローブ先端）の横幅を広くし、且つその厚みｔが薄く設定されてワーク１との対向面積を十分に広く確保されている。
【００１２】
そしてこれらの２本のヨーク３，４の先端部には、これらのヨーク３，４を一括して前記第１および第２の検出コイル５，６に重ねて励磁コイル７が巻回されている。この励磁コイル７は、例えば線径０．２ｍｍのエナメルメッキ線を１５０ターンに亘って巻回したものからなる。この励磁コイル７もヨーク３，４の先端側における巻数が多くなるように先端集中巻きにされており、励磁コイル７の巻き領域の中心に比較してその実質的（実効的）中心部がヨーク３，４の先端側に位置付けられている。
【００１３】
即ち、このように構成された渦流探傷プローブ２は、等価的には図２に示すように、２本のヨーク３，４に第１および第２の検出コイル３，４を互いに逆巻きに巻回すると共に、２本のヨーク３，４を一纏めにして励磁コイル７を巻回した構造の相互誘導形プローブを形成する。そして励磁コイル７を交流電源８により駆動して交流磁界を発生させ、この交流磁界によってワーク１に生起される渦電流が新たに生起する磁界を第１および第２の検出コイル３，４にて検出して、その出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差電圧を探傷結果として検出するように用いられる。
【００１４】
ちなみに交流電源８による励磁コイル７の駆動は、例えば６４〜５１２ｋＨｚの探傷周波数で行われる。そして探傷周波数を低くするとワーク１に誘導される磁束が強くなり、また探傷周波数を高くすると表皮効果による磁束の浸透深さが浅くなる。従ってワーク１の表面に付いた傷を検出する場合には、検出コイル５，６の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を大きくしてその検出感度やＳ／Ｎ等を高める上で探傷周波数を５１２ｋＨｚとすることが望ましい。
【００１５】
かくして上述した構成の渦流探傷プローブ２によれば、その先端が幅広で扁平な薄い形状を有しているので、ヨーク３，４の並びの方向をワークの周方向に設定すれば、図６に示すように異径部分が同軸に連続的に連なるワーク１の段差部に対しても、例えばプローブ２を略４５°の斜め方向からワーク１に十分近付けることができる。この検査に際しては、例えばワーク１を旋盤に取り付け、毎分２８０回転程度で回転させながらワーク１の表面に沿って渦流探傷プローブ２を該ワーク１の軸方向に移動させながら、ワーク１の全表面を検査するようにすれば良い。
【００１６】
特にプローブ２の先端とワーク１の表面との間隙（クリアランス）を１ｍｍ程度に設定しておけば、ヨーク３，４の先端部に検出コイル５，６および励磁コイル７が先端集中巻きされていることと相俟って、ワーク１に十分な強度の磁束を誘導することができ、また検出コイル５，６による検出感度も十分に高くすることができる。特に磁束の殆どは励磁コイル７からワーク１に対して直接加えられ、ヨーク３，４は磁束を収束させる補助的な役割を担うだけなので、ヨーク３，４の先端部に検出コイル５，６および励磁コイル７を先端集中巻きし、その実質的なコイル位置をヨーク３，４の先端部側に位置付けているので、交流磁界の印加効率を十分に高め手その検出感度を高めることができる。また上述した間隙を確保しておけば、ワーク１の外周面が若干偏心している場合であってもワーク１の表面とプローブ２の先端との接触を防ぐことができるので、渦流探傷プローブ２の不本意な破損を防ぐ上でも好ましい。
【００１７】
ちなみに上述した構造の渦流探傷プローブ２によれば、図３に示すように傷Ｓを略直角に横切るように移動させたとき［方向Ａ］、図４（ａ）に示すように大きな欠陥検出信号を得ることができ、傷Ｓを斜めに横切る場合であっても［方向Ｂ］、図４（ｂ）に示すように或る程度大きな欠陥検出信号を得ることができる。また渦流探傷プローブ２を傷Ｓに沿って移動させた場合には［方向Ｃ］、図４（ｃ）に示すように欠陥検出信号自体は小さくなるが、背景ノイズレベルとは明らかに異なる欠陥検出信号を確実に検出することが可能となる。
【００１８】
このように傷Ｓに沿って渦流探傷プローブ２を移動させた場合にも欠陥検出信号を確実に検出することが可能となるのは、長軸方向に並べられた２本のヨーク３，４によりワーク１の表面に傷Ｓの方向に沿った細長い領域に交流磁界が誘起されており、この結果、傷Ｓの有無によって過電流の形成自体が大きく左右されるものと考えられる。即ち、傷Ｓがない場合には、励磁コイル７によって誘導された交流磁界によりワーク１の表面には励磁コイル７の断面形状に相当する細長の渦電流が生起される。これに対してワーク１の表面に傷Ｓがある場合には、その傷Ｓの向きに細長に形成される渦電流自体が傷Ｓの存在によって大きく乱される。この結果、傷Ｓの有無により渦電流が発生する新たな磁界が大きく変化し、検出コイル５，６の出力電圧Ｖ１，Ｖ２が大きな変化を呈することになる。
【００１９】
即ち、本発明に係る渦流探傷プローブ２は、断面形状が長軸と短軸とを有する断面直方体形状の棒状の２本のヨーク３，４を上記断面の長軸方向に横並びに設け、その先端形状が傷Ｓの方向に沿った細長い形状として設定されている。この結果、傷Ｓの向きに沿った細長い領域に大きな交流磁界を印加し、この細長い領域に渦電流を生起するので、傷Ｓの向きに沿ってプローブ２を移動する場合であっても、その傷Ｓを確実に検出することが可能となる。特に異径部分が同軸に連続的に連なるワーク１の表面にその周方向に生じた傷Ｓであっても、これを確実に検出することが可能となる。
【００２０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは２つの検出コイル５，６とは別に励磁コイル７を設け、この励磁コイル７により交流磁界を発生させる相互誘導形コイルを例に説明したが、検出コイル５，６自体を交流駆動して磁界を発生させながら、これらの検出コイル５，６にて渦電流を検出する自己誘導形コイルとして渦流探傷プローブを構成することも可能である。但し、この場合には相互誘導形コイルの場合に比較して検出感度が低下するので、検出コイル５，６の巻数を調整して欠陥検出に必要な感度を確保するようにすれば良い。
【００２１】
またここでヨーク３，４として断面長方形状の棒状体を用いたが、複数枚のヨーク片を積層したものであっても良い。また断面形状が長円状のヨークを用いることも勿論可能である。更に検出コイル５，６等の線径や巻数については、その検出仕様に応じて定めれば良いものであり、ワーク１との間隙（クリアランス）も、ワーク１の仕様に応じて設定すれば良い。また図５に例示するようにヨーク５，６の先端部を、その厚み方向に絞り込み加工して更に薄型化することも有用である。このようなヨーク形状を採用すれば、異径部分が同軸に連続的に連なるワーク１の凹状をなす段差部の幅が狭い場合であっても、プローブ２の先端をワーク１の表面に十分に近接させることが可能となる。またここでは探傷プローブを例に説明したが、ワークの表面における異物の混入状態等を検出するプローブにも同様に適用することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えば異径部分が同軸に連続的に連なるワーク１の表面にその周方向に生じた傷Ｓであっても、これを確実に検出することが可能な簡易な構造のＸＹプローブを提供することができ、その実用的利点が多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る渦流探傷プローブ（ＸＹプローブ）の要部概略構成図。
【図２】図１に示す渦流探傷プローブの等価的な構成を示す図。
【図３】傷Ｓの向きとプローブ２の移動方向との関係を示す図。
【図４】傷Ｓに対するプローブ２の移動の向きによる欠陥検出信号の変化を示す図。
【図５】渦流探傷プローブの変形例を示す図。
【図６】異径部分が同軸に連続的に連なるワークに対する欠陥検出の形態を示す図。
【符号の説明】
１  ワーク
２  渦流探傷プローブ（ＸＹプローブ）
３，４  ヨーク
５，６  検出コイル
７  励磁コイル
８  交流電源
【図１】
2004340816.tif 000003
【図２】
2004340816.tif 000004
【図３】
2004340816.tif 000005
【図４】
2004340816.tif 000006
【図５】
2004340816.tif 000007
【図６】
2004340816.tif 000008