(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２対の励磁コイルのコイル軸が一致しコイル面が被検査体の検査面に垂直な励磁コイル群をＮ（２以上の整数）群とコイル面が被検査体の検査面に平行な検出コイルを備え、
各励磁コイル群の２対の励磁コイルは夫々検出コイルの両側に配置し、各励磁コイル群のコイル軸は検出コイルの中心において交差し「２π／２Ｎ」度（Ｎ＝２の場合、「π／２」度）間隔で配置してあり、
各励磁コイル群の各対（Ｎ＝２の場合、３１〜３４）の２個の励磁コイル（３１ａと３１ｂ〜３４ａと３４ｂ）は逆方向の磁界を発生し、かつ各励磁コイル群の２対の励磁コイルの内、検出コイルに近い側の励磁コイル（Ｎ＝２の場合、３１ｂと３２ｂ，３３ｂと３４ｂ）は同方向の磁界を発生し、検出コイルに遠い側の励磁コイル（Ｎ＝２の場合、３１ａと３２ａ，３３ａと３４ａ）も同方向の磁界を発生し、
励磁電流は位相が励磁コイル群毎に「２π／２Ｎ」度（Ｎ＝２の場合、「π／２」度）相違していることを特徴とする回転渦電流探傷プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転渦電流探傷プローブにおいて、前記Ｎは２であることを特徴とする回転渦電流探傷プローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の回転渦電流探傷プローブにおいて、前記Ｎは３であることを特徴とする回転渦電流探傷プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、回転磁界を用いた回転渦電流探傷プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の渦電流探傷プローブは、比較的肉厚の薄い鋼板等の金属の探傷に適しているが、厚い金属の深層部の探傷は困難であった。そこで肉厚の厚い金属の内部も探傷できる渦電流探傷プローブが提案されている（特許文献１参照）。
図７は、従来の肉厚の厚い金属の探傷に適した渦電流探傷プローブの構成を示す。図７（ａ）は、平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＸ２方向のコイルの側面図である。
金属の被検査体Ｍ１の検査面に円形（パンケーキ状）の検出コイル１３をそのコイル面が検査面と平行になるように配置し、検出コイル１３の両側にコイル面が四角形の励磁コイル１１ａ，１１ｂと１２ａ，１２ｂを、夫々コイル面が検査面に垂直になるように配置してある。
励磁コイル１１ａ，１１ｂには、逆方向の励磁電流を流し、励磁コイル１２ａ，１２ｂにも逆方向の励磁電流を流す。そして励磁コイル１１ｂ，１２ｂには、同方向の励磁電流を流し、励磁コイル１１ａ，１２ａにも同方向の励磁電流を流す。
【０００３】
４個の励磁コイル１１ａ〜１２ｂを前記のように励磁すると、４個の励磁コイルにより被検査体Ｍ１の表面に誘導する渦電流は、相殺されて低減するため、検出コイル１３は、表面の強い渦電流の影響を受けずに被検査体Ｍ１の深層部の渦電流を検出することができる。
しかし図７の渦電流探傷プローブは、キズの方向がプローブの走査方向と垂直になる場合、検出が困難であった。
【０００４】
一方キズの方向に関係なく１回の渦電流探傷プローブの走査で全方向のキズを検出できるプローブも提案されている（特許文献２参照）。
図８により全方向のキズを検出できる渦電流探傷プローブを説明する。図８（ａ）は、平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図であり、図８（ｄ）は、回転磁界を説明する図である。
励磁コイル２１ｂは、励磁コイル２１ａ内に挿入してあり、両励磁コイルのコイル面は、直交し、被検査体（図示せず）の検査面に垂直になるように配置してある。励磁コイル２１ａ、励磁コイル２１ｂと検査面の間には、円形（パンケーキ状）の検出コイル２２を、コイル面が検査面と平行になるように配置してある。そして励磁コイル２１ａと励磁コイル２１ｂには、位相が９０度異なる励磁電流を流す。検査面に発生する渦電流の方向は、図８（ｄ）のように一周期Ｔの間に順次方向が変化して３６０度変わるから、渦電流探傷プローブの一回の走査により全方向のキズを検出することができる。
図８の渦電流探傷プローブは、被検査体の表面の全方向のキズを探傷できるが、深層部のキズの探傷は、困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０６６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１３１２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、前記従来の渦電流探傷プローブの問題点に鑑み、被検査体に回転渦電流を発生（誘導）して全方向のキズを探傷する渦電流探傷プローブにおいて、肉厚の被検査体の深層部のキズを探傷できる回転渦電流探傷プローを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の回転渦電流探傷プローブは、２対の励磁コイルのコイル軸が一致しコイル面が被検査体の検査面に垂直な励磁コイル群をＮ（２以上の整数）群とコイル面が被検査体の検査面に平行な検出コイルを備え、
各励磁コイル群の２対の励磁コイルは夫々検出コイルの両側に配置し、各励磁コイル群のコイル軸は検出コイルの中心において交差し「２π／２Ｎ」度（Ｎ＝２の場合、「π／２」度）間隔で配置してあり、
各励磁コイル群の各対（Ｎ＝２の場合、３１〜３４）の２個の励磁コイル（３１ａと３１ｂ〜３４ａと３４ｂ）は逆方向の磁界を発生し、かつ各励磁コイル群の２対の励磁コイルの内、検出コイルに近い側の励磁コイル（Ｎ＝２の場合、３１ｂと３２ｂ，３３ｂと３４ｂ）は同方向の磁界を発生し、検出コイルに遠い側の励磁コイル（Ｎ＝２の場合、３１ａと３２ａ，３３ａと３４ａ）も同方向の磁界を発生し、
励磁電流は位相が励磁コイル群毎に「２π／２Ｎ」度（Ｎ＝２の場合、「π／２」度）相違していることを特徴とする。
請求項２に記載の回転渦電流探傷プローブは、  請求項１に記載の回転渦電流探傷プローブにおいて、前記Ｎは２であることを特徴とする。
請求項３に記載の回転渦電流探傷プローブは、請求項１に記載の回転渦電流探傷プローブにおいて、前記Ｎは３であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明の回転渦電流探傷プローブは、プローブの１回の走査で被検査体の深層部の全方向のキズを検出することができ、かつキズの深さや方向も判別ができるから、肉厚の被検査体のキズを短時間で検出でき、かつ検出精度を高くすることができる。
本願発明の回転渦電流探傷プローブは、励磁コイル群が３群の場合には、励磁コイル群と励磁コイル群の中間部分においてもキズの検出感度が低下することはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図６により本願発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は、回転渦電流探傷プローブの構成を示す。図１（ａ）は、回転渦電流探傷プローブを金属の被検査体の検査面に配置したときの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＹ１部分の矢印方向の断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）においてコイル支持部材４１を省略した図である。
励磁コイル部は、一対の四角形の励磁コイル３１ａ，３１ｂと他の一対の四角形の励磁コイル３２ａ，３２ｂからなる第１励磁コイル群と、一対の四角形の励磁コイル３３ａ，３３ｂと他の一対の四角形の励磁コイル３４ａ，３４ｂからなる第２励磁コイル群とからなる。励磁コイル３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂの４個のコイルは、コイル軸（中心軸）Ｚ１が一致し、コイル面（巻き線に囲まれコイル軸と直交する面）が金属の被検査体Ｍ２の検査面と垂直になるように配置してある（コイル軸は検査面と平行になる）。同様に励磁コイル３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂの４個のコイルも、コイル軸Ｚ２が一致し、コイル面が金属の被検査体Ｍ２の検査面と垂直になるように配置してある。そして第１励磁コイル群と第２励磁コイル群は、コイル軸Ｚ１とコイル軸Ｚ２が直交するように配置してある。
円形（パンケーキ状）の検出コイル３７は、コイル軸が被検査体Ｍ２の検査面と垂直になり（コイル面は平行になる）、コイル軸Ｚ１とコイル軸Ｚ２の交点と一致するように配置してある。即ち検出コイル３７は、コイル面の中心がコイル軸Ｚ１とコイル軸Ｚ２の交点になるように配置してある。
第１励磁コイル群と第２励磁コイル群の各励磁コイル及び検出コイル３７は、支持部材４１に取り付けてある。
【００１１】
次に第１励磁コイル群と第２励磁コイル群の各励磁コイルに流す励磁電流について説明する。
まず第１励磁コイル群の場合、一対の励磁コイル３１ａ，３１ｂには、両励磁コイルの発生する磁界が逆方向（逆極性）となるように励磁電流を流す。他の一対の励磁コイル３２ａ，３２ｂも同様に、両励磁コイルの発生する磁界が逆方向（逆極性）となるように励磁電流を流す。そしてその場合、両対の検出コイル３７に近い側（内側）の励磁コイル３１ｂ，３２ｂは、同方向の磁界を発生し、両対の検出３７に遠い側（外側）の励磁コイル３１ａ，３２ａも同方向の磁界を発生する。
第２励磁コイル群の場合も同様に、一対の励磁コイル３３ａ，３３ｂには、両励磁コイルの発生する磁界が逆方向となり、他の一対の励磁コイル３４ａ，３４ｂにも、両励磁コイルの発生する磁界が逆方向となるように励磁電流を流す。そしてその場合、両対の検出コイル３７に近い側（内側）の励磁コイル３３ｂ，３４ｂは、同方向の磁界を発生し、両対の検出３７に遠い側（外側）の励磁コイル３３ａ，３４ａも同方向の磁界を発生する。
【００１２】
また第１励磁コイル群の励磁電流と第２励磁コイル群の励磁電流は、位相が９０度相違している。例えば第１励磁コイル群の励磁コイル３１ａと第２励磁コイル群の励磁コイル３３ａは、励磁電流の位相が９０度相違し、励磁コイル３１ｂと励磁コイル３３ｂも、励磁電流の位相が９０度相違する。他の励磁コイルも同様である。
以上のように第１、第２励磁コイル群の各対の２個の励磁コイルは、逆方向の磁界を発生する。また第１励磁コイル群の励磁電流と第２励磁コイル群の励磁電流は、位相が９０度相違している
【００１３】
図１の回転渦電流探傷プローブは、第１励磁コイル群の各対の励磁コイルにより被検査体Ｍ２に発生する渦電流は、方向が逆になるから表面近くでは相殺されて低減する。同様に第２励磁コイル群の各対の励磁コイルにより被検査体Ｍ２に発生する渦電流も、表面近くでは相殺されて低減する。一方第１励磁コイル群の励磁電流と第２励磁コイル群の励磁電流は、位相が９０度相違するから、被検査体Ｍ２に発生する渦電流は、回転渦電流になる。
したがって図１の回転渦電流探傷プローブは、被検査体Ｍ２に回転渦電流を発生するから、プローブの１回の走査で全方向のキズを検出することができる。また被検査体の表面近くの渦電流は相殺されるから、表面近くの大きい渦電流の影響を受けずに被検査体の深層部のキズを探傷することができる。
【００１４】
なお各励磁コイル群の各対の２個の励磁コイル、例えば第１励磁コイル群の励磁コイル３１ａ，３１ｂに逆方向の磁界を発生させるには、両励磁コイルに巻線方向が同じものを用い、両励磁コイルに位相が逆の（１８０度異なる）電源を別々に接続してもよいし、巻線方向が逆のコイルを用い、両励磁コイルに同じ電源を接続してもよい。その他通常用いられている２個のコイルに逆方向の磁界を発生する方法を使用することができる。
【００１５】
図２は、回転渦電流探傷プローブの複数の励磁コイル群の配置例を示す。
図２（ａ）は、２組の励磁コイル群を配置した回転渦電流探傷プローブの例である（図１の回転渦電流探傷プローブと同じ）。
図２（ａ）の回転渦電流探傷プローブは、一対の励磁コイル３１と他の一対の励磁コイル３２からなる第１励磁コイル群と、一対の励磁コイル３３と他の一対の励磁コイル３４からなる第２励磁コイル群を配置してある。両励磁コイル群は、コイル軸Ｚ１，Ｚ２が直交するように配置してある。したがって図２（ａ）の場合には、第１励磁コイル群の一対の励磁コイル３１と第２励磁コイル群の一対の励磁コイル３３は、コイル面も直交している。同様に第１励磁コイル群の他の一対の励磁コイル３２と第２励磁コイル群の他の一対の励磁コイル３４も、コイル面が直交している。
各励磁コイル群の各対の２個の励磁コイルは、逆方向（逆極性）の磁界を発生するように励磁する。また第１励磁コイル群と第２励磁コイル群の励磁電流は、位相が９０度相違している。
【００１６】
図２（ｂ）は、３組の励磁コイル群を配置した回転渦電流探傷プローブの例である。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の回転渦電流探傷プローブにコイル軸Ｚ３の第３励磁コイル群を付加してある。第３励磁コイル群は、一対の励磁コイル３５と他の一対の励磁コイル３６からなり、第１,２励磁コイル群と同じ構成のものである。コイル軸Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は、角度６０度で交差している。そして、第１,２,３励磁コイル群の励磁電流は、夫々位相が６０度相違している。
図２（ａ）の回転渦電流探傷プローブは、コイル軸Ｚ１，Ｚ２の中間部分（４５度付近）に発生する渦電流が小さいため、その部分のキズの検出感度が低くなる。しかし図２（ｂ）の回転渦電流探傷プローブは、第３励磁コイル群を付加したことにより図２（ａ）の回転渦電流探傷プローブの検出感度の低下をなくすことができる。
以上励磁コイル群が、２群（組）、３群（組）の例について説明したが、コイル群がＮ（２以上）群の場合には、コイル軸を、「３６０度（２π）／２Ｎ」の間隔で配置し、各励磁コイル群の励磁電流の位相を、「３６０度（２π）／２Ｎ」ずつ相違させる。
【００１７】
次に図３〜６により、図１の回転渦電流探傷プローブを用いて行った探傷試験について説明する。
探傷試験には、被検査体として肉厚２５ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌを用い、その被検査体に幅０．５ｍｍ、長さ４０ｍｍで、深さ１０，１２，１５，２０ｍｍのキズを放電加工したものを用いた。
回転渦電流探傷プローブの１個の励磁コイルの寸法は、長さ１０ｍｍ、幅３０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、検出コイルの寸法は、直径６ｍｍ、巻線断面積１ｍｍ2である。試験周波数は、１０ｋＨｚに設定した。
試験は、回転渦電流探傷プローブをキズの方向にキズの中央に沿って走査し、またキズと直交する方向にキズの両端部を走査して行った。
【００１８】
図３は、回転渦電流探傷プローブをキズの方向に（走査方向に対してキズの角度は０度）走査したときのキズ信号の０相成分と９０度進相成分の振幅特性を示す。なお図は、正規化振幅を示す。
図３（ａ）は、図１の回転渦電流探傷プローブにおいて、４対の夫々２個の励磁コイル（例えば励磁コイル３１ａ,３1ｂ）の発生する磁界が同方向となるように励磁した場合を示し、図３（ｂ）は、その磁界が逆方向となるように励磁した場合を示す。
【００１９】
図３（ａ）、図３（ｂ）において、イは、キズの深さ１０ｍｍ、ロは、キズの深さ１５ｍｍ、ハは、キズの深さ２０ｍｍの場合である。
図３（ａ）の場合、キズ信号（検出コイル３７の出力）の振幅及び位相は、キズの深さが変わっても大きな違いはない。一方図３（ｂ）の場合、キズ信号の振幅は、キズの深さに対応して変わり、キズ信号の位相は、キズが深くなるほど遅くなる。したがって図３（ｂ）の場合、図１の回転渦電流探傷プローブを、４対の夫々２個の励磁コイルの発生する磁界が逆方向となるように励磁した場合には、キズ信号の振幅及び位相は、キズの深さに対応していることが分かる。
【００２０】
図４は、回転渦電流探傷プローブをキズと直交する方向に（走査方向に対してキズの角度は９０度）走査したときのキズ信号の０相成分と９０度進相成分の振幅特性を示す。なお図は、正規化振幅を示す。
図４（ａ）は、図１の回転渦電流探傷プローブにおいて、４対の夫々２個の励磁コイル（例えば励磁コイル３１ａ,３1ｂ）の発生する磁界が同方向となるように励磁した場合を示し、図４（ｂ）は、その磁界が逆方向となるように励磁した場合を示す。
図４（ａ）、図４（ｂ）において、イは、キズの深さ１０ｍｍ、ロは、キズの深さ１５ｍｍ、ハは、キズの深さ２０ｍｍの場合である。
【００２１】
図４（ａ）の場合、キズ信号の振幅及び位相は、キズの深さが変わっても大きな違いはない。一方
図４（ｂ）の場合、キズ信号の振幅は、キズの深さに対応して変わり、キズ信号の位相は、キズが深くなるほど遅くなる。したがって図４（ｂ）の場合、図１の回転渦電流探傷プローブを、４対の夫々２個の励磁コイルの発生する磁界が逆方向となるように励磁した場合には、キズ信号の振幅及び位相は、キズの深さに対応していることが分かる。
【００２２】
図５は、回転渦電流探傷プローブをキズの方向に（走査方向に対してキズの角度は０度）走査したときのキズの深さとキズ信号の振幅特性（図５（ａ））、キズの深さと位相特性（図５（ｂ））を示す。なお図は、正規化振幅と位相を示す。
図において、黒丸は、図１の回転渦電流探傷プローブにおいて、４対の夫々２個の励磁コイル（例えば励磁コイル３１ａ,３1ｂ）の発生する磁界が同方向となるように励磁した場合を示し、白丸は、その磁界が逆方向となるように励磁した場合を示す。
【００２３】
図５（ａ）の振幅特性についてみると、キズの深さの変化に対する振幅の変化は、２個の励磁コイルの磁界が同方向の場合よりも磁界が逆方向の場合の方が大きくなる。例えば、キズの深さが２０ｍｍと１０ｍｍの振幅の差は、磁界が同方向の場合約１．２５倍であるのに対して磁界が逆方向の場合には、約２倍になる。したがって２個の励磁コイルの磁界が逆方向の場合には、キズ信号の振幅は、キズの深さに対応している。
また図５（ｂ）の位相特性についてみると、２個の励磁コイルの磁界が同方向の場合には、キズの深さが変わってもキズ信号の位相はほとんど変わらないが、その磁界が逆方向の場合には、キズの深さが変わるとキズ信号の位相も大きく変わる。したがって２個の励磁コイルの磁界が逆方向の場合、キズ信号の位相は、キズの深さに対応している。
【００２４】
図６は、回転渦電流探傷プローブをキズと直交する方向に（走査方向に対してキズの角度は９０度）走査したときのキズの深さとキズ信号の振幅特性（図６（ａ））、キズの深さと位相特性（図６（ｂ））を示す。なお図は、正規化振幅と位相を示す。
図において、黒丸は、図１の回転渦電流探傷プローブにおいて、４対の夫々２個の励磁コイル（例えば励磁コイル３１ａ,３1ｂ）の発生する磁界が同方向となるように励磁した場合を示し、白丸は、その磁界が逆方向となるように励磁した場合を示す。
【００２５】
図６（ａ）の振幅特性についてみると、キズの深さの変化に対する振幅の変化は、２個の励磁コイルの磁界が同方向の場合よりも磁界が逆方向の場合の方が大きくなる。例えば、キズの深さが２０ｍｍと１０ｍｍの振幅の差は、磁界が同方向の場合約１．２５倍であるのに対して磁界が逆方向の場合には、約２倍になる。したがって２個の励磁コイルの磁界が逆方向の場合には、キズ信号の振幅は、キズの深さに対応している。
また図６（ｂ）の位相特性についてみると、２個の励磁コイルの磁界が同方向の場合には、キズの深さが変わってもキズ信号の位相はほとんど変わらないが、その磁界が逆方向の場合には、キズの深さが変わるとキズ信号の位相も大きく変わる。したがって２個の励磁コイルの磁界が逆方向の場合、キズ信号の位相は、キズの深さに対応している。
【００２６】
図５と図６のキズ信号の振幅特性と位相特性から、図１の回転渦電流探傷プローブは、プローブの１回の走査で被検査体の深層部の全方向のキズを検出することができ、かつキズの深さや方向も判別できる、ことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の実施例に係る回転渦電流探傷プローブの平面図、断面図である。
【図２】本願発明の実施例に係る回転渦電流探傷プローブの励磁コイルの位置関係を説明する図である。
【図３】図１の回転渦電流探傷プローブをキズの方向に（キズの角度が走査方向に対して０度）走査したときのキズ信号の振幅特性を示す。
【図４】図１の回転渦電流探傷プローブをキズと９０度の方向に（キズの角度が走査方向に対して９０度）走査したときのキズ信号の振幅特性を示す。
【図５】図１の回転渦電流探傷プローブをキズの方向に（キズの角度が走査方向に対して０度）走査したときのキズの深さとキズ信号の振幅特性、位相特性を示す。
【図６】図１の回転渦電流探傷プローブをキズと９０度の方向に（キズの角度が走査方向に対して９０度）走査したときのキズの深さとキズ信号の振幅特性、位相特性を示す。
【図７】従来の深層部のキズを検出する渦電流探傷プローブの平面図、断面図である。
【図８】従来の回転渦電流探傷プローブの平面図、断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
３１ａ〜３６ａ    励磁コイル
３１ｂ〜３６ｂ    励磁コイル
３７    検出コイル
Ｍ２    被検査体
Ｚ１〜Ｚ３    コイル軸
【図１】
0005140214.tif 000002
【図２】
0005140214.tif 000003
【図３】
0005140214.tif 000004
【図４】
0005140214.tif 000005
【図５】
0005140214.tif 000006
【図６】
0005140214.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005140214.tif 000009