渦流計測用センサ、及び、渦流計測用センサによる検査方法
【課題】外径が大きく変化するような高周波焼入れ部品を検査する場合であっても、プローブ型コイルにおける強い磁界により高い検出精度で焼入れ深さ／硬度測定試験を行うことができ、さらにエッジ効果を低減させることが可能となる、渦流計測用センサ、及び、渦流計測用センサによる検査方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ１００は、励磁部２０と検出部３０とを有し、励磁部２０は、柱状の磁性体からなるメインコア２１と、メインコア２１の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイル２２と、を備える主励磁部、及び、主励磁部の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された柱状の磁性体からなるサブコア２５を備え、それぞれが独立して主励磁部に対する軸心方向位置を可変に構成された複数の副励磁部、を具備する。
【解決手段】本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ１００は、励磁部２０と検出部３０とを有し、励磁部２０は、柱状の磁性体からなるメインコア２１と、メインコア２１の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイル２２と、を備える主励磁部、及び、主励磁部の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された柱状の磁性体からなるサブコア２５を備え、それぞれが独立して主励磁部に対する軸心方向位置を可変に構成された複数の副励磁部、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦流計測用センサ、及び、渦流計測用センサによる検査方法に関し、より詳細には、渦流式検査における検査精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車やオートバイのエンジン部品や足回り部品等の機械部品には、金属（導電体）を高周波誘導加熱して焼入れを行う、高周波焼入れを施した鋼材（以下、鋼材とする）が使用されている。前記鋼材の高周波焼入れにおいては、表面焼入れの硬化層深さ（以下、焼入れ深さとする）及びその硬度について、有効硬化層深さ及び全硬化層深さが規格されている。このため、鋼材の品質を保証するために、焼入れ深さ及び硬度を測定して評価する必要がある。
【０００３】
従来、前記鋼材の焼入れ深さ及び硬度は、サンプルとして抜き取られた鋼材を部分的に切断し、その断面強度をビッカース硬度計等の各種硬度計にて測定し、その結果から焼入れ深さ及び硬度を評価していた。
しかし、この破壊検査による手法ではサンプルとして使用した鋼材が廃棄されるため、材料コストの上昇に繋がっていた。また、検査に要する時間が長くなる上に、インラインでの全数検査が不可能であるため、単発的に発生する不良を発見できずに次工程に搬出してしまう可能性があった。
【０００４】
そこで、非破壊検査である渦流式検査を用いて、鋼材の焼入れ深さ及び硬度を測定する技術が知られている（例えば、特許文献１、及び、特許文献２参照）。
渦流式検査は、前記鋼材の近くに交流電流を流した励磁コイルを接近させて交流磁場を発生させ、該交流磁場によって鋼材に渦電流を生じさせ、該渦電流により誘起された誘導磁場を検出コイルにより検出するものである。つまり、該渦流式検査により、鋼材を廃棄することなく、短時間で、かつ全数検査によって鋼材の焼入れ深さ及び硬度を定量的に測定することが可能となるのである。
前記渦流式検査は、上記の鋼材の焼入れ深さ及び硬度を測定するための焼入れ深さ／硬度測定試験のほか、検査対象物の表面に生じた割れ等の傷を検出するための探傷試験や、検査対象物に含まれる異物を検出するための異材判別試験等にも用いられている。
【０００５】
前記焼入れ深さ／硬度測定試験においては、鋼材の導電率は、母材と硬化層に生じるマルテンサイトとの間で差が生じる。従って、渦電流センサを用いて鋼材を測定すれば、焼入れ深さの変化に伴って検出コイルが検出する電圧（振幅）が変化し、また、検出コイルが検出する電圧は硬化層深さの増加とともに単調に減少するので、これらの現象を利用して鋼材の焼入れ深さを算定することができるのである。
【０００６】
例えば、前記特許文献１に記載の技術によれば、貫通コイルを用いて軸物部品の軸部の焼入れ深さを検査する構成としている。貫通コイルはプローブ型コイルに比較して磁界が強く、鋼材との距離を精密に制御する必要もないため、焼入れ深さ／硬度測定試験に適しているのである。
しかし、貫通コイルの測定部分である内周の径は一定であるため、測定部位の貫通コイルに対する充填率（貫通コイルの内周横断面積に対する鋼材の測定部位における横断面積の割合）は、鋼材の測定部位における外径によって変化する。充填率が低くなると渦流式検査の検査精度は指数関数的に低下するため、前記従来技術によれば、鋼材の外径が測定部位ごとに変化することにより、検査精度に差が発生するという問題があった。
また、検査対象物である鋼材は貫通コイルに挿通する必要があるため、外径がほぼ一定である軸物部品に限られていた。つまり、例えばクランクシャフトのように外径が大きく変化するような部品を検査対象物とすることは難しかったのである。
【０００７】
また、前記特許文献２に記載の技術によれば、プローブ型コイルを用いて鋼材の焼入れ深さを測定する構成としている。
前記焼入れ深さ／硬度測定試験については、他の探傷試験や異材判別試験と比較して、ノイズ成分に対する検出する信号成分の比率が小さいため、より高い検出精度が求められる。しかし、プローブ型コイルは磁界が弱く、また鋼材との距離を精密に制御する必要があるため、探傷試験や異材判別試験には適用することができるものの、焼入れ深さ／硬度測定試験に採用することは困難であった。
【０００８】
また、従来技術に係るプローブ型コイルにおいては、ワークＷにおける磁界を広げたり、片側に偏らせたりすることができず、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることが困難であった。
さらに、プローブ型コイルによる探傷試験においても、鋼材端部においてエッジ信号に欠陥信号が埋もれてしまう、所謂エッジ効果は適用可能部品や検査可能範囲などにおける大きな制約となっており、プローブ型コイルによる渦流計測においてはエッジ効果の低減が課題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−３１２２４号公報
【特許文献２】特開２００９−４７６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は上記現状に鑑み、外径が大きく変化するような高周波焼入れ部品を検査する場合であっても、プローブ型コイルにおける強い磁界により高い検出精度で焼入れ深さ／硬度測定試験を行うことができ、また、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることでエッジ効果を低減させることが可能となる、渦流計測用センサ、及び、渦流計測用センサによる検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
即ち、請求項１においては、計測対象部品に対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁部と、前記交流励磁信号が印加された計測対象部品から渦電流による検出信号を検出するための検出部と、を有する、プローブ型の渦流計測用センサであって、前記励磁部は、柱状の磁性体からなるメインコアと、該メインコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイルと、を備える主励磁部、及び、該主励磁部の周囲に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された柱状の磁性体からなるサブコアを備え、それぞれが独立して前記主励磁部に対する軸心方向位置を可変に構成された複数の副励磁部、を具備するものである。
【００１３】
請求項２においては、前記副励磁部は、前記サブコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイルを備え、前記主励磁部のメインコイルで発生する磁束の方向と、前記副励磁部のサブコイルで発生する磁束の方向と、が逆になるように構成されるものである。
【００１４】
請求項３においては、前記主励磁部は、前記メインコイル及び前記メインコアのそれぞれが独立して軸心方向位置を可変に構成されるものである。
【００１５】
請求項４においては、前記検出部は、前記主励磁部の軸心部を中心として放射状に配設された複数の検出コイルを備え、該検出コイルはそれぞれが独立して前記検出信号の検出に関する有効・無効を切替可能に構成されるものである。
【００１６】
請求項５においては、前記検出部は、前記励磁部の先端面に全体的に配設される、複数のパンケーキコイル又は複数のプレーナコイルを備えるものである。
【００１７】
請求項６においては、前記検出部は、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部及び前記副励磁部に対向する位置に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設される、複数の垂直ソレノイドコイルと、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部と前記副励磁部との間の位置に、前記メインコアの軸心に対して垂直に軸心方向を向けて放射状に配設される、複数の水平ソレノイドコイルと、を備えるものである。
【００１８】
請求項７においては、前記検出部は、前記メインコアの半径方向における前記副励磁部よりも外側に、前記副励磁部に隣接して配設された複数の検出コイルを備えるものである。
【００１９】
請求項８においては、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の渦流計測用センサを用いて渦流計測を行うことにより、計測対象部品を検査するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２１】
本発明により、外径が大きく変化するような高周波焼入れ部品を検査する場合であっても、プローブ型コイルにおける強い磁界により高い検出精度で焼入れ深さ／硬度測定試験を行うことができ、また、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることでエッジ効果を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】焼入部材の深さ方向の層状態、硬さ及び透磁率の関係を示す図。
【図２】本実施形態に係る渦流計測を行うための装置構成を示す模式図。
【図３】渦流計測における交流励磁信号と検出信号との関係を示す図。
【図４】第一実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図。
【図５】（ａ）は図４におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図。
【図６】第一実施形態に係る渦流計測用センサにおける第一実施例を示す概略図。
【図７】同じく第二実施例を示す概略図。
【図８】同じく第三実施例を示す概略図。
【図９】同じく第四実施例を示す概略図。
【図１０】同じく第五実施例を示す概略図。
【図１１】第二実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図。
【図１２】（ａ）は図１１におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は同じくＤ−Ｄ線断面図。
【図１３】第二実施形態に係る渦流計測用センサにおける第一実施例を示す概略図。
【図１４】同じく第二実施例を示す概略図。
【図１５】（ａ）は同じく第三実施例を示す概略図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図。
【図１６】第三実施形態に係る渦流計測用センサにおける第一実施例を示す概略図。
【図１７】同じく第二実施例を示す概略図。
【図１８】同じく第三実施例を示す概略図。
【図１９】（ａ）は同じく第四実施例を示す概略図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図。
【図２０】（ａ）は第四実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ線断面図。
【図２１】第五実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００２４】
本発明は渦流計測用センサが有する、励磁部である励磁コイル、及び、検出部である検出コイルを、それぞれ複数のコイルによって構成するとともに、それらのコイルの配置や連結方法等を工夫することにより、渦流計測の適用範囲の拡大を図ろうとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態では、渦流計測用センサによる渦流計測が高周波焼入等による焼入部品の焼入品質（焼入深さ・焼入硬さ）の検査に用いられる場合を主な例として説明する。つまり、焼入品質については、渦流計測用センサが用いられて渦流計測が行われることにより計測対象部品である焼入部品が検査される。
【００２５】
図１に、焼入が施された鋼材（Ｓ４５Ｃ等）である焼入部材の深さ（表面からの距離）方向の層状態、硬さ及び透磁率の関係を示す。図１に示すように、焼入部材においては、その概略的な組織構成として、表面側から、焼入が施された部分である硬化層１と、母材の部分である母層２とが、境界層３を介して形成される。硬さ変化曲線４を参照すると、硬化層１と母層２とは異なる硬さとなり、硬化層１の硬さが母層２のそれよりも大きくなる。境界層３においては、硬さは硬化層１から母層２にかけて漸減する。硬さの具体例としては、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で、硬化層１ではＨｖ＝６００〜７００、母層２ではＨｖ＝３００程度の硬さを示す。
【００２６】
一方、透磁率変化曲線５を参照すると、焼入部材の表面からの距離に対する透磁率の変化は、焼入部材の表面からの距離に対する硬さの変化に対して略逆比例の関係となる。つまり、透磁率については、硬化層１の透磁率が母層２のそれよりも小さくなるとともに、境界層３においては硬化層１から母層２にかけて漸増する。本実施形態に係る渦流計測においては、このような焼入部材における、表面からの距離に対する硬さと透磁率との関係が利用される。
【００２７】
本実施形態に係る渦流計測を行うための装置構成の概略（計測原理）について、図２を用いて説明する。図２に示すように、渦流計測においては、計測対象部品であるワーク（磁性体）６の計測部位６ａに対して、励磁部である励磁コイル７及び検出部である検出コイル８を有する渦流計測用センサ９が所定の位置にセットされる。このような構成において、励磁コイル７に電流が供給されると、励磁コイル７の周囲に磁界が発生する。すると、電磁誘導によって磁性体であるワーク６の計測部位６ａの表面近傍に渦電流が発生する（図２中の矢印Ｃ１参照）。計測部位６ａの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル８を磁束が貫通し、検出コイル８に誘起電圧が発生する。そして、検出コイル８によって誘起電圧が計測されるのである。
【００２８】
励磁コイル７は、その両端（両端子）が、交流電源１０に接続される。交流電源１０は、励磁コイル７に対して所定の交流励磁信号（励磁用交流電圧信号）Ｖ１を印加する。検出コイル８は、その両端（両端子）が、計測装置１１に接続される。計測装置１１は、励磁コイル７に交流電源１０からの交流励磁信号Ｖ１が印加されたときの検出コイル８から得られる検出信号（前記誘起電圧についての電圧信号）Ｖ２の大きさと、検出信号Ｖ２の交流励磁信号Ｖ１に対する位相差（位相遅れ）Φ（図３参照）とを検出する。ここで、計測装置１１には、位相差Φを検出するため、増幅された位相検波として、交流励磁信号Ｖ１（波形）が与えられる。
【００２９】
検出コイル８によって検出される検出信号Ｖ２は、計測部位６ａ（ワーク６）の透磁率を反映する。つまり、計測部位６ａの透磁率が高くなると、前述のような渦電流の発生にともなう磁束が増して検出信号Ｖ２が大きくなる。逆に、計測部位６ａの透磁率が低くなると、渦電流の発生にともなう磁束が減って検出信号Ｖ２が小さくなる。この渦電流に基づく検出信号Ｖ２を定量化（数値化）するため、図３に示すように、検出信号Ｖ２の大きさの値である振幅値Ｙと、検出信号Ｖ２の交流励磁信号Ｖ１に対する位相差Φに起因する値である値Ｘ（＝ＹｃｏｓΦ）とが着目され、次のような知見が得られている。
【００３０】
まず、検出信号Ｖ２の振幅値Ｙは、焼入表面硬さ（焼入された部分の硬さ）との間に相関を有するということがある。すなわち、図１における硬さ変化曲線４と透磁率変化曲線５との比較からわかるように、焼入表面硬さが低いときには透磁率は高いという関係がある。透磁率が高いと、交流励磁信号Ｖ１が励磁コイル７に印加されたときに生じる磁束は増し、計測部位６ａの表面に誘導される渦電流も増大する。これにともない、検出コイル８によって検出される検出信号Ｖ２の振幅値Ｙも増大する。したがって、逆に、検出コイル８によって検出される検出信号Ｖ２の振幅値Ｙから、渦電流が発生している計測部位６ａを貫く磁束、つまり透磁率が導かれる。これにより、図１に示す硬さ変化曲線４と透磁率変化曲線５との関係から焼入表面硬さがわかる。
【００３１】
次に、検出信号Ｖ２の交流励磁信号Ｖ１に対する位相差Φに起因する値Ｘは、焼入深さ（焼入硬化層の深さ）との間に相関を有するということがある。すなわち、焼入深さが深くなること、つまり焼入部材において焼入された硬化層１が増大することは、透磁率の低い範囲が深さ方向に増すこととなり、交流励磁信号Ｖ１に対して検出信号Ｖ２の位相遅れが増すこととなる。これにより、位相差Φに起因する値の大小から、焼入深さの深浅がわかる。
【００３２】
以上のような計測原理によって焼入部品の焼入品質の検査を行うための渦流計測においては、前述したように励磁コイル及び検出コイルを有する渦流計測用センサが用いられる。以下、渦流計測用センサの構成を、本発明の実施形態として説明する。
【００３３】
［第一実施形態］
まず、本発明の第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００について、図４から図１０を用いて説明する。なお、本明細書では、図４における上側を上方、下側を下方とし、同じく右側を右側方、左側を左側方とし、紙面手前側を前方、紙面奥行側を後方として説明する。また、説明の便宜上、図４及び図６から図１０については、左右両端のサブコア２５・２５のみを図示し、他のサブコア２５は省略する。
【００３４】
図４及び図５に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ１００は、励磁部２０と、検出部３０と、を有する。励磁部２０は前記の如く、計測対象部品であるワークＷに対して所定の交流励磁信号（前記交流励磁信号Ｖ１参照）を印加する。検出部３０は、前記交流励磁信号が印加されたワークＷから渦電流による検出信号（前記検出信号Ｖ２参照）を検出するのである。
【００３５】
そして、励磁部２０は、主励磁部及び副励磁部を具備する。主励磁部は、フェライトやパーマロイなどの透磁率の高い磁性体からなる円柱状のメインコア２１と、メインコア２１の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイル２２と、を備える。また、メインコイル２２の両端（両端子）は、図示しない交流電源に接続されている。つまり、メインコイル２２はワークＷに対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁コイルであり、メインコア２１はメインコイル２２で発生する磁界を強めるのである。
【００３６】
一方、副励磁部は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・を備える。サブコア２５・２５・・・は、フェライトやパーマロイなどの透磁率の高い磁性体である。本実施形態においては、図５（ａ）に示す如く、サブコア２５・２５・・・が主励磁部の周囲に１０個配設される構成としているが、その個数は限定されるものではない。
【００３７】
前記メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、それぞれが励磁部２０の内部で渦流計測用センサ１００の先端方向（ワークＷの方向）に延出する図示しないロッドの先端に配設されている。そして、それぞれの前記ロッドは渦流計測用センサ１００の内部において軸心方向に摺動可能に構成されている。即ち、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、励磁部２０においてそれぞれが独立して相互の軸心方向位置を可変に構成されているのである（図６から図１０参照）。
【００３８】
検出部３０は、図５（ｂ）に示す如く、励磁部２０の先端面に全体的に配設されたパンケーキコイルである複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。また、それぞれの検出コイル３１・３１・・・は、その両端（両端子）が、図示しない計測装置に接続されている。つまり、検出コイル３１・３１・・・は交流励磁信号が印加されたワークＷから渦電流による検出信号を検出するのである。なお、本実施形態においては検出コイル３１・３１・・・としてパンケーキコイルを用いるが、プレーナコイルを用いた構成にすることも可能である。
【００３９】
上記の如く構成された渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合は、交流電源によりメインコイル２２に電圧を印加する。メインコイル２２に対して図４及び図５（ａ）に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向き（ワークＷ側へ向かう方向）の磁界が発生する（図６中の矢印ａ１１参照）。ここで、図５（ａ）において、メインコア２１のうち符号Ｄ１で示す部分は、メインコイル２２による垂直方向の磁界の向きを示す記号部分である。符号Ｄ１は、垂直方向の磁界が図５（ａ）における紙面に対して奥行側に向かうことを示す記号である。
【００４０】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるワークＷに渦電流を発生させるのである。さらに、ワークＷの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル３１・３１・・・に磁束を貫通させ、検出コイル３１・３１・・・に誘起電圧を発生させる。そして、検出コイル３１・３１・・・によって誘起電圧を計測するのである。
【００４１】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、通常時の渦流計測で用いる第一実施例について説明する。
本実施例においては図６に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の先端の反対側（基端側）に移動させて、サブコア２５・２５・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００４２】
本実施例において、メインコイル２２に対して図６に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図６中の矢印ａ１１）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図６中の矢印ｂ１１）が発生するのである。
【００４３】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界がワークＷに作用することによって発生する渦電流を、検出コイル３１・３１・・・によって検出するのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・の影響を受けない状態で、即ち通常の渦流計測を行うことができるのである。
【００４４】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を全体的に広げた状態で行う渦流計測で用いる第二実施例について説明する。
本実施例においては図７に示す如く、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００４５】
本実施例において、メインコイル２２に対して図７に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図７中の矢印ａ１２）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図７中の矢印ｂ１２）が発生する。
【００４６】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、透磁率の高いサブコア２５・２５・・・によって引き付けられ、外側に広げられる。このため、メインコイル２２によってワークＷに作用する回転磁界の範囲を、図７に示す如く第一実施例よりも広げることができるのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の範囲を広くして、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を広くすることができる。そして、広い範囲の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて全体的に広げた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００４７】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を外側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第三実施例について説明する。
本実施例においては図８に示す如く、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、メインコア２１をメインコイル２２に対して渦流計測用センサ１００の基端側に少し移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００４８】
本実施例において、メインコイル２２に対して図８に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図８中の矢印ａ１３）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図８中の矢印ｂ１３）が発生する。
【００４９】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコア２５・２５・・・によって引き付けられると同時に、上側に移動したメインコア２１にも引き付けられる。このため、回転磁界は、図８に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に拡径した形状で発生し、ワークＷには拡径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をワークＷの部分で拡径させることで、ワークＷにおける磁界を外側に強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を外側において強くすることができるのである。そして、外側の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて外側に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００５０】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を内側中心部に強めた状態で行う渦流計測で用いる第四実施例について説明する。
本実施例においては図９に示す如く、メインコア２１を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の基端側に移動させ、メインコイル２２をメインコア２１とサブコア２５・２５・・・との中間位置に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００５１】
本実施例において、メインコイル２２に対して図９に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図９中の矢印ａ１４）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図９中の矢印ｂ１４）が発生する。
【００５２】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界がサブコア２５・２５・・・によって引き付けられると同時に、メインコイル２２の内部における下向きの磁界がメインコア２１に引き付けられる。このため、回転磁界は、図９に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に縮径した形状で発生し、ワークＷには縮径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をワークＷの部分で縮径させることで、ワークＷにおける磁界を内側中心部に強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を内側中心部において強くすることができるのである。そして、内側中心部の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて内側中心部に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００５３】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を一方の片側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第五実施例について説明する。
本実施例においては図１０に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・のうち一方（図１０においては左側のサブコア２５）を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させ、他方（図１０においては右側のサブコア２５）を渦流計測用センサ１００の基端側に移動させて、他方のサブコア２５・２５・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００５４】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１０に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１０中の矢印ａ１５）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１０中の矢印ｂ１５及び矢印ｃ１５）が発生する。
【００５５】
この際、メインコイル２２の右側外部における上向きの磁界は、右側上方に位置するサブコア２５の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左側外部における上向きの磁界は、サブコア２５によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左側外部における回転磁界は、図１０に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に左側に偏った形状で発生し、ワークＷには左側に偏った部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をワークＷの部分で左側に偏らせることで、ワークＷにおける磁界を一方の片側に強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を一方の片側において強くすることができるのである。そして、一方の片側の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて一方の片側に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００５６】
上記の如く本実施形態に係る渦流計測用センサ１００における励磁部２０は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２と、主励磁部の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・と、を備え、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、励磁部２０においてそれぞれが独立して相互の軸心方向位置を可変に構成されている。
【００５７】
本実施形態においては上記の如く構成することにより、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・の位置関係を相互に変更することで、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界の形状を必要に応じて変更することができる。即ち、ワークＷにおける磁界を広げたり、片側に偏らせたりすることができるようになるため、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることが可能となるのである。
【００５８】
また、本実施形態に係る渦流計測用センサ１００における検出部３０は、励磁部２０の先端面に全体的に配設されたパンケーキコイルである複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。
本実施形態においては上記の如く構成することにより、渦流計測用センサ１００の先端面における垂直方向磁界と水平方向磁界とを同じ感度で均等に検出し、評価することが可能となる。また、検出部３０の幅を小さくすることにより、励磁部２０とワークＷとの距離を小さくすることができ、渦流計測の精度を向上させることができる。
【００５９】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００について、図１１から図１５を用いて説明する。なお、以下の実施形態に係る渦流計測用センサの説明において、既出の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。また、説明の便宜上、図１１及び図１３から図１４については、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６のみを図示し、他のサブコア２５及びサブコイル２６は省略する。
【００６０】
図１１及び図１２に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ２００は、前記第一実施形態と同様に、励磁部２２０と、検出部２３０と、を有する。励磁部２２０は計測対象部品であるワークＷに対して所定の交流励磁信号を印加し、検出部２３０は前記交流励磁信号が印加されたワークＷから渦電流による検出信号を検出するのである。
【００６１】
そして、励磁部２２０は、主励磁部及び副励磁部を具備する。主励磁部は、フェライトやパーマロイなどの磁性体からなる円柱状のメインコア２１と、メインコア２１の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイル２２と、を備える。
【００６２】
一方、副励磁部は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・と、前記サブコア２５・２５・・・の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイル２６・２６・・・と、を備える。サブコア２５・２５・・・は、フェライトやパーマロイなどの磁性体である。
【００６３】
また、メインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・の両端（両端子）は、図示しない交流電源に接続されている。つまり、メインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・はワークＷに対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁コイルであり、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・はメインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・で発生する磁界を強めるのである。また、交流電源はサブコイル２６・２６・・・に対してそれぞれ独立して電圧を印加することができる。即ち、ワークＷに作用させる磁界の形状に応じて、それぞれのサブコイル２６・２６・・・の電流のＯＮ・ＯＦＦを切替える構成としているのである。
【００６４】
前記メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、前記実施形態と同様に、励磁部２２０においてそれぞれが独立して相互の軸心方向位置を可変に構成されているのである。なお、サブコイル２６・２６・・・はサブコア２５・２５・・・に対する相対的な位置が変わらないように構成されている。
【００６５】
検出部２３０は、図１２（ｂ）に示す如く、励磁部２２０の先端面に全体的に配設されたパンケーキコイルである複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。また、それぞれの検出コイル３１・３１・・・は、その両端（両端子）が、図示しない計測装置に接続されている。
【００６６】
上記の如く構成された渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合は、交流電源によりメインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・に電圧を印加する。この際、主励磁部のメインコイル２２で発生する磁束の方向と、副励磁部のサブコイル２６・２６・・・で発生する磁束の方向と、が逆になるように電圧が印加される。具体的には、図１１及び図１２（ａ）に示す如く、メインコイル２２に対して平面視で時計周りに矢印αの如く電流が流れる瞬間には、サブコイル２６・２６・・・に対して平面視で反時計周りに矢印βの如く電流が流れるように構成するのである。
【００６７】
メインコイル２２に対して図１１及び図１２（ａ）に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向き（ワークＷ側へ向かう方向）の磁界が発生する（図１３中の矢印ａ２１参照）。また、サブコイル２６・２６・・・に対して図１１及び図１２（ａ）に示す矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってサブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界が発生する（図１３中の矢印ｘ参照）。ここで、図１２（ａ）において、メインコア２１のうち符号Ｄ１で示す部分は、メインコイル２２による垂直方向の磁界の向きを示す記号部分である。符号Ｄ１は、垂直方向の磁界が図１２（ａ）における紙面に対して奥行側に向かうことを示す記号である。また、サブコア２５・２５・・・のうち符号Ｄ２で示す部分は、サブコイル２６・２６・・・による垂直方向の磁界の向きを示す記号部分である。符号Ｄ２は、垂直方向の磁界が図１２（ａ）における紙面に対して手前側に向かうことを示す記号である。
【００６８】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるワークＷに渦電流を発生させるのである。さらに、ワークＷの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル３１・３１・・・に磁束を貫通させ、検出コイル３１・３１・・・に誘起電圧を発生させる。そして、検出コイル３１・３１・・・によって誘起電圧を計測するのである。
【００６９】
第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を全体的に広げた状態で行う渦流計測で用いる第一実施例について説明する。
本実施例においては図１３に示す如く、メインコア２１、メインコイル２２、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００７０】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・に対して図１３に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１３中の矢印ａ２１）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１３中の矢印ｂ２１）が発生するのである。加えて、サブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界（図１３中の矢印ｘ）が発生する。
【００７１】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６・・・によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため、ワークＷに作用する回転磁界を強くすることができるのである。つまり、前記第一実施形態における磁界に比べて強い磁界をワークＷに作用させることができ、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を大きくすることができる。そして、より大きな渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出することが可能となるのである。
【００７２】
また、前記第一実施形態の第二実施例と同様に、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６・・・によって引き付けられ、外側に広げられる。このため、メインコイル２２によってワークＷに作用する回転磁界の範囲を広げることができるのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の範囲を広くして、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を広くすることができる。そして、広い範囲の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて全体的に広げた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００７３】
第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を一方の片側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第二実施例について説明する。
本実施例においては図１４に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・のうち一方の片側（図１４においては左側のサブコア２５及びサブコイル２６）を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させ、他方（図１４においては右側のサブコア２５及びサブコイル２６）を渦流計測用センサ２００の基端側に移動させて、他方のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で渦流計測を行うのである。この際、基端側に移動させたサブコイル２６には、電圧を印加しないようにする。
【００７４】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６に対して図１４に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１４中の矢印ａ２２）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１４中の矢印ｂ２２及び矢印ｃ２２）が発生するのである。加えて、左側に位置するサブコイル２６の内部において上向きの磁界（図１４中の矢印ｘ）が発生する。
【００７５】
この際、メインコイル２２の右側外部における上向きの磁界は、右側上方に位置するサブコア２５及びサブコイル２６の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左側外部における上向きの磁界は、サブコイル２６によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため強められると同時に、サブコイル２６によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左側外部における回転磁界は、図１４に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に左側に偏った形状で発生し、ワークＷには左側に偏った部分の回転磁界が強く作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する強い回転磁界の形状をワークＷの部分で左側に偏らせることで、ワークＷにおける磁界を一方の片側により強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を一方の片側において強くすることができるのである。そして、一方の片側の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・によって磁界をワークＷにおいて一方の片側にさらに強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００７６】
第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合のうち、ワークＷにおける磁界を前後方向に狭く、左右方向に広くした状態で行う渦流計測で用いる第三実施例について説明する。
本実施例においては図１５に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・のうち、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させ、前後それぞれの側のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ２００の基端側に移動させて、前後のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で渦流計測を行うのである。この際、基端側に移動させたサブコイル２６・２６・・・には、電圧を印加しないようにする。
【００７７】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６に対して図１５に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１５中の矢印ａ２３）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１５中の矢印ｂ２３）が発生するのである。加えて、左右両側に位置するサブコイル２６・２６の内部において上向きの磁界（図１５中の矢印ｘ）が発生する。
【００７８】
この際、メインコイル２２の前後それぞれの側における上向きの磁界は、上方に位置するサブコア２５及びサブコイル２６の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左右両側外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため強められると同時に、サブコイル２６によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左右両側外部における回転磁界は、図１５（ｂ）に示す如く前後方向に狭く、左右方向に広い形状で発生し、ワークＷには左右方向に長い回転磁界が強く作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する強い回転磁界の形状をワークＷの部分で左右方向に広くすることで、ワークＷにおける磁界を左右方向でより強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を左右方向で強くすることができるのである。そして、左右方向の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・によって磁界をワークＷにおいて前後方向に狭く、左右方向に広くした状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００７９】
上記の如く本実施形態に係る渦流計測用センサ２００における励磁部２２０は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２と、主励磁部の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・と、サブコア２５・２５・・・の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイル２６・２６・・・と、を備えている。
【００８０】
本実施形態においては上記の構成において、メインコイル２２の外部における上向きの磁界と、サブコイル２６・２６・・・によって生じる上向きの磁界との向きを重複させ、ワークＷに作用する回転磁界を強くしているのである。つまり、前記第一実施形態における磁界に比べて強い磁界をワークＷに作用させ、より大きな渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出しているのである。
加えて、メインコア２１、メインコイル２２、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・の位置関係を相互に変更する構成としている。これにより、ワークＷにおける磁界を広げたり、片側に偏らせたりすることができるようになるため、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることが可能となるのである。なお、本実施形態においても、前記第一実施形態の如く、磁界をワークＷの外側で強めたり、内側中心部で強めたりすることは可能である。
【００８１】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００について、図１６から図１９を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図１６及び図１８から図１９（ａ）については、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６のみを図示し、他のサブコア２５及びサブコイル２６は省略する。
【００８２】
図１６に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ３００は、前記第二実施形態の如く、検出部が主励磁部の軸心部を中心として放射状に配設された複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。本実施形態における検出コイル３１・３１・・・は前記実施形態と同様にパンケーキコイルを用いるが、メインコイル２２やサブコイル２６の内側に捲回されたソレノイドコイル等を用いることも可能である。
【００８３】
さらに、検出コイル３１・３１・・・はそれぞれが独立して検出信号の検出に関する有効・無効を切替可能に構成されている。具体的には、検出コイル３１・３１・・・のうち、検出信号を有効に検出するように設定した有効検出コイル３１ａからの検出信号のみを計測装置１１で受信し、検出信号の検出を無効とするように設定した無効検出コイル３１ｂからの検出信号は計測装置１１で受信しないように制御するのである。
【００８４】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて、鋼材に形成された焼入硬化層の焼入れ深さ及び硬度を測定する場合のうち、通常時の渦流計測で用いる第一実施例について説明する。
本実施例においては図１６に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の基端側に移動させて、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００８５】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１６に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１６中の矢印ａ３１）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１６中の矢印ｂ３１）が発生するのである。
【００８６】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１６に示す如くワークＷに形成された焼入硬化層ＷＱのうち、メインコイル２２に対向する部分に作用し、渦電流を発生させる。本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・とし、その他の外周縁部に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・によって、焼入硬化層ＷＱに発生する渦電流を検出して、焼入硬化層ＷＱの焼入れ深さ及び硬度を測定するのである。
【００８７】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となるのである。
【００８８】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて、鋼材に形成された焼入硬化層の焼入れ深さ及び硬度を測定する場合のうち、磁界を外側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第二実施例について説明する。
本実施例においては図１７に示す如く、メインコイル２２、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、メインコア２１をメインコイル２２に対して渦流計測用センサ３００の基端側に少し移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。本実施例では、渦流計測対象としてクランクシャフトＣにおけるジャーナル部が用いられ、ジャーナル部の中央部Ｃｃ及び両端のＲ部Ｃｒ・Ｃｒにわたって焼入硬化層ＣＱが形成されているものとする。なお、本実施例ではクランクシャフトＣのピン部や、カムシャフト等にも適用することが可能である。
【００８９】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１７に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１７中の矢印ａ３２）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１７中の矢印ｂ３２）が発生する。加えて、サブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界（図１７中の矢印ｘ）が発生する。
【００９０】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６・・・によって引き付けられると同時に、上側に移動したメインコア２１にも引き付けられる。このため、回転磁界は、図１７に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に拡径した形状で発生し、クランクシャフトＣには拡径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をクランクシャフトＣの部分で拡径させることで、クランクシャフトＣにおける磁界を外側に強め、回転磁界がクランクシャフトＣに作用して発生する渦電流を外側において強くすることができるのである。このように、本実施例においては上記のように渦流計測を行うことにより、図１７の磁気の浸透イメージに示す如く、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をクランクシャフトＣにおいて外側に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００９１】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１７に示す如くクランクシャフトＣに形成された焼入硬化層ＣＱのうち、サブコイル２６・２６・・・に対向する部分に強く作用し、渦電流を発生させる。
この際、電磁誘導現象によってクランクシャフトＣに発生する渦電流は計測対象の表面付近で大きく広がるという性質を持つ。また、透磁率は図１に示す如く焼入硬化層ＣＱよりも未焼入部の方が大きいため、磁界は未焼入部に引き寄せられやすい。このため、焼入硬化層ＣＱと未焼入部との境界部分が存在するＲ部Ｃｒ・Ｃｒ部に渦電流が広がりやすくなるのである。即ち、図１７に示す如く、渦電流をジャーナル部の両端のＲ部Ｃｒ・Ｃｒの部分に広げることが可能となるのである。
本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・とし、その他の内周部に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・によって、焼入硬化層ＣＱのうちＲ部Ｃｒ・Ｃｒに発生する渦電流を検出して、Ｒ部Ｃｒ・Ｃｒの焼入れ深さ及び硬度を測定するのである。
【００９２】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となる。具体的には、クランクシャフトＣのジャーナル部やピン部における焼入深さ／硬さを、焼入硬化層ＣＱのうち両端のＲ部Ｃｒ・Ｃｒのみ検出することができる。また、焼入れパターンに合わせて、磁界の広がりや方向を制御して渦流計測を行うことにより、計測精度を向上させることが可能となるのである。また、クランクシャフトＣやカムシャフトのように外径が大きく変化するような部品であっても、プローブ型の渦流計測用センサ３００を用いることにより、渦流計測を精度良く行うことが可能となるのである。
【００９３】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて、鋼材に形成された焼入硬化層の焼入れ深さ及び硬度を測定する場合のうち、磁界を内側中心部に強めた状態で行う渦流計測で用いる第三実施例について説明する。
本実施例においては図１８に示す如く、メインコア２１を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の基端側に移動させ、メインコイル２２をメインコア２１とサブコア２５・２５・・・との中間位置に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。本実施例においても前記実施例と同様に、渦流計測対象としてクランクシャフトＣにおけるジャーナル部が用いられ、ジャーナル部の中央部Ｃｃ及び両端のＲ部にわたって焼入硬化層ＣＱが形成されているものとする。
【００９４】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１８に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１８中の矢印ａ３３）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１８中の矢印ｂ３３）が発生する。加えて、サブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界（図１８中の矢印ｘ）が発生する。
【００９５】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界がサブコア２５・２５・・・によって引き付けられると同時に、メインコイル２２の内部における下向きの磁界がメインコア２１に引き付けられる。このため、回転磁界は、図１８に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に縮径した形状で発生し、クランクシャフトＣには縮径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をクランクシャフトＣの部分で縮径させることで、クランクシャフトＣにおける磁界を内側中心部に強め、回転磁界がクランクシャフトＣに作用して発生する渦電流を内側中心部において強くすることができるのである。このように、本実施例においては上記のように渦流計測を行うことにより、図１８の磁気の浸透イメージに示す如く、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をクランクシャフトＣにおいて内側中心部に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００９６】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１８に示す如くクランクシャフトＣに形成された焼入硬化層ＣＱのうち、渦流計測用センサ３００の内側中心部に対向する部分に強く作用し、渦電流を発生させる。即ち、図１８に示す如く、渦電流をジャーナル部の中央部Ｃｃの部分に作用させるのである。
本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａし、その他の部分に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａによって、焼入硬化層ＣＱのうち中央部Ｃｃに発生する渦電流を検出して、中央部Ｃｃの焼入れ深さ及び硬度を測定するのである。
【００９７】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となる。具体的には、クランクシャフトＣのジャーナル部やピン部における焼入深さ／硬さを、焼入硬化層ＣＱのうち中央部Ｃｃのみ検出することができる。また、焼入れパターンに合わせて、磁界の広がりや方向を制御して渦流計測を行うことにより、計測精度を向上させることが可能となるのである。
【００９８】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を一方の片側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第四実施例について説明する。
本実施例においては図１９（ａ）に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・のうち一方の片側（図１９（ａ）及び（ｂ）においては左側のサブコア２５及びサブコイル２６）を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させ、他のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の基端側に移動させて、他のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で渦流計測を行うのである。この際、基端側に移動させたサブコイル２６には、電圧を印加しないようにする。
【００９９】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６に対して図１９（ａ）に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１９中（ａ）の矢印ａ３４）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１９（ａ）中の矢印ｂ３４及び矢印ｃ３４）が発生するのである。加えて、左側に位置するサブコイル２６の内部において上向きの磁界（図１９（ａ）中の矢印ｘ）が発生する。
【０１００】
この際、メインコイル２２の右側外部における上向きの磁界は、右側上方に位置するサブコア２５及びサブコイル２６の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左側外部における上向きの磁界は、サブコイル２６によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため強められると同時に、サブコイル２６によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左側外部における回転磁界は、図１９（ａ）に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に左側に偏った形状で発生し、ワークＷには図１９（ｂ）に示す如く左側に偏った部分の回転磁界が強く作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する強い回転磁界の形状をワークＷの部分で左側に偏らせることで、ワークＷにおける磁界を一方の片側により強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を一方の片側において強くすることができるのである。
【０１０１】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す如くワークＷにおける渦流計測用センサ３００の左側に対向する部分に作用し、渦電流を発生させる。本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａとし、その他の部分に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａによってワークＷに発生する渦電流を検出するのである。
【０１０２】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となる。具体的には図１９（ａ）に示す如く、ワークＷの端部を計測対象とする場合であっても、割れ（欠陥）のある部分だけに渦電流を発生させ、その部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａとして計測して、エッジ部分の渦流計測を無効とすることにより、エッジ信号に欠陥信号が埋もれてしまうことを防ぐことができるのである。換言すれば、プローブ型コイルによる渦流計測において、エッジ効果を低減させることが可能となるのである。
【０１０３】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る渦流計測用センサ４００について、図２０（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図２０（ａ）については、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６のみを図示し、他のサブコア２５及びサブコイル２６は省略する。
【０１０４】
図２０（ａ）及び（ｂ）に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ４００は、検出部に、複数の垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・と、複数の水平ソレノイドコイル３６・３６・・・と、を備える。具体的には、励磁部の先端面のうち、主励磁部であるメインコイル２２及び副励磁部であるサブコイル２６に対向する位置に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設される、複数の垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・を備えるのである。そして、同じく励磁部の先端面のうち、メインコイル２２とサブコイル２６との間の位置に、メインコア２１の軸心に対して垂直に軸心方向を向けて放射状に配設される、複数の水平ソレノイドコイル３６・３６・・・と、を備えるのである。
【０１０５】
本実施形態に係る垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・は、図２０（ａ）に示す如く励磁部によって形成される垂直方向（上下方向）の磁界に検出感度を有する。つまり、垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・は、本実施形態の渦流計測用センサ４００において、中心軸方向の磁界（垂直方向磁界）に検出感度を有するのである。一方、水平ソレノイドコイル３６・３６・・・は、励磁部によって形成される水平方向（前後左右方向）の磁界に検出感度を有する。つまり、水平ソレノイドコイル３６・３６・・・は、本実施形態の渦流計測用センサ４００において、中心軸に垂直な方向の磁界（水平方向磁界）に検出感度を有するのである。
【０１０６】
上記の如く構成された渦流計測用センサ４００を用いて渦流計測を行う場合は、交流電源によりメインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・に電圧を印加する。そして、メインコイル２２に対して図２０（ａ）に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界が発生する（図２０中の矢印ａ４１参照）。また、サブコイル２６・２６・・・に対して図２０（ａ）に示す矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってサブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界が発生する（図２０（ａ）中の矢印ｘ参照）。
【０１０７】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるワークＷに渦電流を発生させるのである。さらに、ワークＷの表面における渦電流の発生にともない、検出部に磁束を貫通させ、検出部によってワークＷの表面における渦電流の発生にともなう誘起電圧を計測するのである。この際、垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・によって垂直方向磁界を、水平ソレノイドコイル３６・３６・・・によって水平方向磁界を感度良く検出することができるのである。
【０１０８】
本実施形態の渦流計測用センサ４００においては上記の如く、検出部に、複数の垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・と、複数の水平ソレノイドコイル３６・３６・・・と、を備える構成とすることにより、検出部による検出感度の増強、および検出効率の向上を図ることができるのである。
【０１０９】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る渦流計測用センサ５００について、図２１を用いて説明する。図２１に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ５００は、検出部として、メインコア２１の半径方向における、副励磁部であるサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・よりも外側に、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・に隣接して配設された複数の検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・を備える。具体的には、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・の外側に、渦流計測用センサ５００の軸心方向に一定の幅を有して複数の検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・が配設されるのである。
【０１１０】
本実施形態の渦流計測用センサ５００は上記の如く構成することにより、管状のワークや穴の内面部などを広範囲かつ一度に渦流計測する内挿型渦流計測用センサとして使用することが可能となる。
本実施形態の渦流計測用センサ５００で渦流計測を行う場合は図２１に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ５００の基端側に移動させ、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・から離れた位置に配置する。そして、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ５００の先端側に螺旋状に配置する。さらに、渦流計測用センサ５００をパイプＰに挿入し、図２１中の矢印Ｒの如く軸心周りに回転させながら、矢印Ｘの如く移動させて渦流計測を行うのである。なお、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を螺旋状に配置せずに、渦流計測用センサ５００の軸心に垂直な同一平面上に配置する構成にすることもできるが、相互に発生させる磁界の影響を少なくするためには螺旋状に配置することが望ましい。
【０１１１】
上記の如く構成された渦流計測用センサ５００を用いてパイプＰの内面部の渦流計測を行う場合は、交流電源によりサブコイル２６・２６・・・のみに電圧を印加する。サブコイル２６・２６・・・に対して図２１に示す矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってサブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界が発生する（図２１中の矢印ｘ参照）。
【０１１２】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるパイプＰに渦電流を発生させるのである。さらに、パイプＰの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・に磁束を貫通させ、検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・によってパイプＰの表面における渦電流の発生にともなう誘起電圧を計測するのである。なお、この際には、先端の検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・は全て無効としている。
【０１１３】
上記の如く、本実施形態の渦流計測用センサ５００においては、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・の外側に、渦流計測用センサ５００の軸心方向に一定の幅を有して複数の検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・を配設することにより、管状のワークや穴の内面部などを広範囲かつ一度に渦流計測する内挿型渦流計測用センサとして使用することができるのである。換言すれば、渦流計測用センサ５００は、前記実施形態の如く上置型の渦流計測用センサとしてだけでなく、内挿型渦流計測用センサとしても用いることが可能となるのである。
【符号の説明】
【０１１４】
２０ 励磁部
２１ メインコア
２２ メインコイル
２５ サブコア
３０ 検出部
３１ 検出コイル
１００ 渦流計測用センサ
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦流計測用センサ、及び、渦流計測用センサによる検査方法に関し、より詳細には、渦流式検査における検査精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車やオートバイのエンジン部品や足回り部品等の機械部品には、金属（導電体）を高周波誘導加熱して焼入れを行う、高周波焼入れを施した鋼材（以下、鋼材とする）が使用されている。前記鋼材の高周波焼入れにおいては、表面焼入れの硬化層深さ（以下、焼入れ深さとする）及びその硬度について、有効硬化層深さ及び全硬化層深さが規格されている。このため、鋼材の品質を保証するために、焼入れ深さ及び硬度を測定して評価する必要がある。
【０００３】
従来、前記鋼材の焼入れ深さ及び硬度は、サンプルとして抜き取られた鋼材を部分的に切断し、その断面強度をビッカース硬度計等の各種硬度計にて測定し、その結果から焼入れ深さ及び硬度を評価していた。
しかし、この破壊検査による手法ではサンプルとして使用した鋼材が廃棄されるため、材料コストの上昇に繋がっていた。また、検査に要する時間が長くなる上に、インラインでの全数検査が不可能であるため、単発的に発生する不良を発見できずに次工程に搬出してしまう可能性があった。
【０００４】
そこで、非破壊検査である渦流式検査を用いて、鋼材の焼入れ深さ及び硬度を測定する技術が知られている（例えば、特許文献１、及び、特許文献２参照）。
渦流式検査は、前記鋼材の近くに交流電流を流した励磁コイルを接近させて交流磁場を発生させ、該交流磁場によって鋼材に渦電流を生じさせ、該渦電流により誘起された誘導磁場を検出コイルにより検出するものである。つまり、該渦流式検査により、鋼材を廃棄することなく、短時間で、かつ全数検査によって鋼材の焼入れ深さ及び硬度を定量的に測定することが可能となるのである。
前記渦流式検査は、上記の鋼材の焼入れ深さ及び硬度を測定するための焼入れ深さ／硬度測定試験のほか、検査対象物の表面に生じた割れ等の傷を検出するための探傷試験や、検査対象物に含まれる異物を検出するための異材判別試験等にも用いられている。
【０００５】
前記焼入れ深さ／硬度測定試験においては、鋼材の導電率は、母材と硬化層に生じるマルテンサイトとの間で差が生じる。従って、渦電流センサを用いて鋼材を測定すれば、焼入れ深さの変化に伴って検出コイルが検出する電圧（振幅）が変化し、また、検出コイルが検出する電圧は硬化層深さの増加とともに単調に減少するので、これらの現象を利用して鋼材の焼入れ深さを算定することができるのである。
【０００６】
例えば、前記特許文献１に記載の技術によれば、貫通コイルを用いて軸物部品の軸部の焼入れ深さを検査する構成としている。貫通コイルはプローブ型コイルに比較して磁界が強く、鋼材との距離を精密に制御する必要もないため、焼入れ深さ／硬度測定試験に適しているのである。
しかし、貫通コイルの測定部分である内周の径は一定であるため、測定部位の貫通コイルに対する充填率（貫通コイルの内周横断面積に対する鋼材の測定部位における横断面積の割合）は、鋼材の測定部位における外径によって変化する。充填率が低くなると渦流式検査の検査精度は指数関数的に低下するため、前記従来技術によれば、鋼材の外径が測定部位ごとに変化することにより、検査精度に差が発生するという問題があった。
また、検査対象物である鋼材は貫通コイルに挿通する必要があるため、外径がほぼ一定である軸物部品に限られていた。つまり、例えばクランクシャフトのように外径が大きく変化するような部品を検査対象物とすることは難しかったのである。
【０００７】
また、前記特許文献２に記載の技術によれば、プローブ型コイルを用いて鋼材の焼入れ深さを測定する構成としている。
前記焼入れ深さ／硬度測定試験については、他の探傷試験や異材判別試験と比較して、ノイズ成分に対する検出する信号成分の比率が小さいため、より高い検出精度が求められる。しかし、プローブ型コイルは磁界が弱く、また鋼材との距離を精密に制御する必要があるため、探傷試験や異材判別試験には適用することができるものの、焼入れ深さ／硬度測定試験に採用することは困難であった。
【０００８】
また、従来技術に係るプローブ型コイルにおいては、ワークＷにおける磁界を広げたり、片側に偏らせたりすることができず、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることが困難であった。
さらに、プローブ型コイルによる探傷試験においても、鋼材端部においてエッジ信号に欠陥信号が埋もれてしまう、所謂エッジ効果は適用可能部品や検査可能範囲などにおける大きな制約となっており、プローブ型コイルによる渦流計測においてはエッジ効果の低減が課題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−３１２２４号公報
【特許文献２】特開２００９−４７６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は上記現状に鑑み、外径が大きく変化するような高周波焼入れ部品を検査する場合であっても、プローブ型コイルにおける強い磁界により高い検出精度で焼入れ深さ／硬度測定試験を行うことができ、また、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることでエッジ効果を低減させることが可能となる、渦流計測用センサ、及び、渦流計測用センサによる検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
即ち、請求項１においては、計測対象部品に対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁部と、前記交流励磁信号が印加された計測対象部品から渦電流による検出信号を検出するための検出部と、を有する、プローブ型の渦流計測用センサであって、前記励磁部は、柱状の磁性体からなるメインコアと、該メインコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイルと、を備える主励磁部、及び、該主励磁部の周囲に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された柱状の磁性体からなるサブコアを備え、それぞれが独立して前記主励磁部に対する軸心方向位置を可変に構成された複数の副励磁部、を具備するものである。
【００１３】
請求項２においては、前記副励磁部は、前記サブコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイルを備え、前記主励磁部のメインコイルで発生する磁束の方向と、前記副励磁部のサブコイルで発生する磁束の方向と、が逆になるように構成されるものである。
【００１４】
請求項３においては、前記主励磁部は、前記メインコイル及び前記メインコアのそれぞれが独立して軸心方向位置を可変に構成されるものである。
【００１５】
請求項４においては、前記検出部は、前記主励磁部の軸心部を中心として放射状に配設された複数の検出コイルを備え、該検出コイルはそれぞれが独立して前記検出信号の検出に関する有効・無効を切替可能に構成されるものである。
【００１６】
請求項５においては、前記検出部は、前記励磁部の先端面に全体的に配設される、複数のパンケーキコイル又は複数のプレーナコイルを備えるものである。
【００１７】
請求項６においては、前記検出部は、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部及び前記副励磁部に対向する位置に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設される、複数の垂直ソレノイドコイルと、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部と前記副励磁部との間の位置に、前記メインコアの軸心に対して垂直に軸心方向を向けて放射状に配設される、複数の水平ソレノイドコイルと、を備えるものである。
【００１８】
請求項７においては、前記検出部は、前記メインコアの半径方向における前記副励磁部よりも外側に、前記副励磁部に隣接して配設された複数の検出コイルを備えるものである。
【００１９】
請求項８においては、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の渦流計測用センサを用いて渦流計測を行うことにより、計測対象部品を検査するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２１】
本発明により、外径が大きく変化するような高周波焼入れ部品を検査する場合であっても、プローブ型コイルにおける強い磁界により高い検出精度で焼入れ深さ／硬度測定試験を行うことができ、また、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることでエッジ効果を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】焼入部材の深さ方向の層状態、硬さ及び透磁率の関係を示す図。
【図２】本実施形態に係る渦流計測を行うための装置構成を示す模式図。
【図３】渦流計測における交流励磁信号と検出信号との関係を示す図。
【図４】第一実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図。
【図５】（ａ）は図４におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図。
【図６】第一実施形態に係る渦流計測用センサにおける第一実施例を示す概略図。
【図７】同じく第二実施例を示す概略図。
【図８】同じく第三実施例を示す概略図。
【図９】同じく第四実施例を示す概略図。
【図１０】同じく第五実施例を示す概略図。
【図１１】第二実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図。
【図１２】（ａ）は図１１におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は同じくＤ−Ｄ線断面図。
【図１３】第二実施形態に係る渦流計測用センサにおける第一実施例を示す概略図。
【図１４】同じく第二実施例を示す概略図。
【図１５】（ａ）は同じく第三実施例を示す概略図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図。
【図１６】第三実施形態に係る渦流計測用センサにおける第一実施例を示す概略図。
【図１７】同じく第二実施例を示す概略図。
【図１８】同じく第三実施例を示す概略図。
【図１９】（ａ）は同じく第四実施例を示す概略図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図。
【図２０】（ａ）は第四実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図、（ｂ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ線断面図。
【図２１】第五実施形態に係る渦流計測用センサの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００２４】
本発明は渦流計測用センサが有する、励磁部である励磁コイル、及び、検出部である検出コイルを、それぞれ複数のコイルによって構成するとともに、それらのコイルの配置や連結方法等を工夫することにより、渦流計測の適用範囲の拡大を図ろうとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態では、渦流計測用センサによる渦流計測が高周波焼入等による焼入部品の焼入品質（焼入深さ・焼入硬さ）の検査に用いられる場合を主な例として説明する。つまり、焼入品質については、渦流計測用センサが用いられて渦流計測が行われることにより計測対象部品である焼入部品が検査される。
【００２５】
図１に、焼入が施された鋼材（Ｓ４５Ｃ等）である焼入部材の深さ（表面からの距離）方向の層状態、硬さ及び透磁率の関係を示す。図１に示すように、焼入部材においては、その概略的な組織構成として、表面側から、焼入が施された部分である硬化層１と、母材の部分である母層２とが、境界層３を介して形成される。硬さ変化曲線４を参照すると、硬化層１と母層２とは異なる硬さとなり、硬化層１の硬さが母層２のそれよりも大きくなる。境界層３においては、硬さは硬化層１から母層２にかけて漸減する。硬さの具体例としては、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で、硬化層１ではＨｖ＝６００〜７００、母層２ではＨｖ＝３００程度の硬さを示す。
【００２６】
一方、透磁率変化曲線５を参照すると、焼入部材の表面からの距離に対する透磁率の変化は、焼入部材の表面からの距離に対する硬さの変化に対して略逆比例の関係となる。つまり、透磁率については、硬化層１の透磁率が母層２のそれよりも小さくなるとともに、境界層３においては硬化層１から母層２にかけて漸増する。本実施形態に係る渦流計測においては、このような焼入部材における、表面からの距離に対する硬さと透磁率との関係が利用される。
【００２７】
本実施形態に係る渦流計測を行うための装置構成の概略（計測原理）について、図２を用いて説明する。図２に示すように、渦流計測においては、計測対象部品であるワーク（磁性体）６の計測部位６ａに対して、励磁部である励磁コイル７及び検出部である検出コイル８を有する渦流計測用センサ９が所定の位置にセットされる。このような構成において、励磁コイル７に電流が供給されると、励磁コイル７の周囲に磁界が発生する。すると、電磁誘導によって磁性体であるワーク６の計測部位６ａの表面近傍に渦電流が発生する（図２中の矢印Ｃ１参照）。計測部位６ａの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル８を磁束が貫通し、検出コイル８に誘起電圧が発生する。そして、検出コイル８によって誘起電圧が計測されるのである。
【００２８】
励磁コイル７は、その両端（両端子）が、交流電源１０に接続される。交流電源１０は、励磁コイル７に対して所定の交流励磁信号（励磁用交流電圧信号）Ｖ１を印加する。検出コイル８は、その両端（両端子）が、計測装置１１に接続される。計測装置１１は、励磁コイル７に交流電源１０からの交流励磁信号Ｖ１が印加されたときの検出コイル８から得られる検出信号（前記誘起電圧についての電圧信号）Ｖ２の大きさと、検出信号Ｖ２の交流励磁信号Ｖ１に対する位相差（位相遅れ）Φ（図３参照）とを検出する。ここで、計測装置１１には、位相差Φを検出するため、増幅された位相検波として、交流励磁信号Ｖ１（波形）が与えられる。
【００２９】
検出コイル８によって検出される検出信号Ｖ２は、計測部位６ａ（ワーク６）の透磁率を反映する。つまり、計測部位６ａの透磁率が高くなると、前述のような渦電流の発生にともなう磁束が増して検出信号Ｖ２が大きくなる。逆に、計測部位６ａの透磁率が低くなると、渦電流の発生にともなう磁束が減って検出信号Ｖ２が小さくなる。この渦電流に基づく検出信号Ｖ２を定量化（数値化）するため、図３に示すように、検出信号Ｖ２の大きさの値である振幅値Ｙと、検出信号Ｖ２の交流励磁信号Ｖ１に対する位相差Φに起因する値である値Ｘ（＝ＹｃｏｓΦ）とが着目され、次のような知見が得られている。
【００３０】
まず、検出信号Ｖ２の振幅値Ｙは、焼入表面硬さ（焼入された部分の硬さ）との間に相関を有するということがある。すなわち、図１における硬さ変化曲線４と透磁率変化曲線５との比較からわかるように、焼入表面硬さが低いときには透磁率は高いという関係がある。透磁率が高いと、交流励磁信号Ｖ１が励磁コイル７に印加されたときに生じる磁束は増し、計測部位６ａの表面に誘導される渦電流も増大する。これにともない、検出コイル８によって検出される検出信号Ｖ２の振幅値Ｙも増大する。したがって、逆に、検出コイル８によって検出される検出信号Ｖ２の振幅値Ｙから、渦電流が発生している計測部位６ａを貫く磁束、つまり透磁率が導かれる。これにより、図１に示す硬さ変化曲線４と透磁率変化曲線５との関係から焼入表面硬さがわかる。
【００３１】
次に、検出信号Ｖ２の交流励磁信号Ｖ１に対する位相差Φに起因する値Ｘは、焼入深さ（焼入硬化層の深さ）との間に相関を有するということがある。すなわち、焼入深さが深くなること、つまり焼入部材において焼入された硬化層１が増大することは、透磁率の低い範囲が深さ方向に増すこととなり、交流励磁信号Ｖ１に対して検出信号Ｖ２の位相遅れが増すこととなる。これにより、位相差Φに起因する値の大小から、焼入深さの深浅がわかる。
【００３２】
以上のような計測原理によって焼入部品の焼入品質の検査を行うための渦流計測においては、前述したように励磁コイル及び検出コイルを有する渦流計測用センサが用いられる。以下、渦流計測用センサの構成を、本発明の実施形態として説明する。
【００３３】
［第一実施形態］
まず、本発明の第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００について、図４から図１０を用いて説明する。なお、本明細書では、図４における上側を上方、下側を下方とし、同じく右側を右側方、左側を左側方とし、紙面手前側を前方、紙面奥行側を後方として説明する。また、説明の便宜上、図４及び図６から図１０については、左右両端のサブコア２５・２５のみを図示し、他のサブコア２５は省略する。
【００３４】
図４及び図５に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ１００は、励磁部２０と、検出部３０と、を有する。励磁部２０は前記の如く、計測対象部品であるワークＷに対して所定の交流励磁信号（前記交流励磁信号Ｖ１参照）を印加する。検出部３０は、前記交流励磁信号が印加されたワークＷから渦電流による検出信号（前記検出信号Ｖ２参照）を検出するのである。
【００３５】
そして、励磁部２０は、主励磁部及び副励磁部を具備する。主励磁部は、フェライトやパーマロイなどの透磁率の高い磁性体からなる円柱状のメインコア２１と、メインコア２１の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイル２２と、を備える。また、メインコイル２２の両端（両端子）は、図示しない交流電源に接続されている。つまり、メインコイル２２はワークＷに対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁コイルであり、メインコア２１はメインコイル２２で発生する磁界を強めるのである。
【００３６】
一方、副励磁部は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・を備える。サブコア２５・２５・・・は、フェライトやパーマロイなどの透磁率の高い磁性体である。本実施形態においては、図５（ａ）に示す如く、サブコア２５・２５・・・が主励磁部の周囲に１０個配設される構成としているが、その個数は限定されるものではない。
【００３７】
前記メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、それぞれが励磁部２０の内部で渦流計測用センサ１００の先端方向（ワークＷの方向）に延出する図示しないロッドの先端に配設されている。そして、それぞれの前記ロッドは渦流計測用センサ１００の内部において軸心方向に摺動可能に構成されている。即ち、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、励磁部２０においてそれぞれが独立して相互の軸心方向位置を可変に構成されているのである（図６から図１０参照）。
【００３８】
検出部３０は、図５（ｂ）に示す如く、励磁部２０の先端面に全体的に配設されたパンケーキコイルである複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。また、それぞれの検出コイル３１・３１・・・は、その両端（両端子）が、図示しない計測装置に接続されている。つまり、検出コイル３１・３１・・・は交流励磁信号が印加されたワークＷから渦電流による検出信号を検出するのである。なお、本実施形態においては検出コイル３１・３１・・・としてパンケーキコイルを用いるが、プレーナコイルを用いた構成にすることも可能である。
【００３９】
上記の如く構成された渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合は、交流電源によりメインコイル２２に電圧を印加する。メインコイル２２に対して図４及び図５（ａ）に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向き（ワークＷ側へ向かう方向）の磁界が発生する（図６中の矢印ａ１１参照）。ここで、図５（ａ）において、メインコア２１のうち符号Ｄ１で示す部分は、メインコイル２２による垂直方向の磁界の向きを示す記号部分である。符号Ｄ１は、垂直方向の磁界が図５（ａ）における紙面に対して奥行側に向かうことを示す記号である。
【００４０】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるワークＷに渦電流を発生させるのである。さらに、ワークＷの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル３１・３１・・・に磁束を貫通させ、検出コイル３１・３１・・・に誘起電圧を発生させる。そして、検出コイル３１・３１・・・によって誘起電圧を計測するのである。
【００４１】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、通常時の渦流計測で用いる第一実施例について説明する。
本実施例においては図６に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の先端の反対側（基端側）に移動させて、サブコア２５・２５・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００４２】
本実施例において、メインコイル２２に対して図６に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図６中の矢印ａ１１）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図６中の矢印ｂ１１）が発生するのである。
【００４３】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界がワークＷに作用することによって発生する渦電流を、検出コイル３１・３１・・・によって検出するのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・の影響を受けない状態で、即ち通常の渦流計測を行うことができるのである。
【００４４】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を全体的に広げた状態で行う渦流計測で用いる第二実施例について説明する。
本実施例においては図７に示す如く、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００４５】
本実施例において、メインコイル２２に対して図７に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図７中の矢印ａ１２）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図７中の矢印ｂ１２）が発生する。
【００４６】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、透磁率の高いサブコア２５・２５・・・によって引き付けられ、外側に広げられる。このため、メインコイル２２によってワークＷに作用する回転磁界の範囲を、図７に示す如く第一実施例よりも広げることができるのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の範囲を広くして、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を広くすることができる。そして、広い範囲の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて全体的に広げた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００４７】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を外側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第三実施例について説明する。
本実施例においては図８に示す如く、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、メインコア２１をメインコイル２２に対して渦流計測用センサ１００の基端側に少し移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００４８】
本実施例において、メインコイル２２に対して図８に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図８中の矢印ａ１３）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図８中の矢印ｂ１３）が発生する。
【００４９】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコア２５・２５・・・によって引き付けられると同時に、上側に移動したメインコア２１にも引き付けられる。このため、回転磁界は、図８に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に拡径した形状で発生し、ワークＷには拡径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をワークＷの部分で拡径させることで、ワークＷにおける磁界を外側に強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を外側において強くすることができるのである。そして、外側の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて外側に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００５０】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を内側中心部に強めた状態で行う渦流計測で用いる第四実施例について説明する。
本実施例においては図９に示す如く、メインコア２１を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・を渦流計測用センサ１００の基端側に移動させ、メインコイル２２をメインコア２１とサブコア２５・２５・・・との中間位置に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００５１】
本実施例において、メインコイル２２に対して図９に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図９中の矢印ａ１４）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図９中の矢印ｂ１４）が発生する。
【００５２】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界がサブコア２５・２５・・・によって引き付けられると同時に、メインコイル２２の内部における下向きの磁界がメインコア２１に引き付けられる。このため、回転磁界は、図９に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に縮径した形状で発生し、ワークＷには縮径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をワークＷの部分で縮径させることで、ワークＷにおける磁界を内側中心部に強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を内側中心部において強くすることができるのである。そして、内側中心部の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて内側中心部に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００５３】
第一実施形態に係る渦流計測用センサ１００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を一方の片側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第五実施例について説明する。
本実施例においては図１０に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・のうち一方（図１０においては左側のサブコア２５）を渦流計測用センサ１００の先端側に移動させ、他方（図１０においては右側のサブコア２５）を渦流計測用センサ１００の基端側に移動させて、他方のサブコア２５・２５・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００５４】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１０に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１０中の矢印ａ１５）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１０中の矢印ｂ１５及び矢印ｃ１５）が発生する。
【００５５】
この際、メインコイル２２の右側外部における上向きの磁界は、右側上方に位置するサブコア２５の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左側外部における上向きの磁界は、サブコア２５によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左側外部における回転磁界は、図１０に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に左側に偏った形状で発生し、ワークＷには左側に偏った部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をワークＷの部分で左側に偏らせることで、ワークＷにおける磁界を一方の片側に強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を一方の片側において強くすることができるのである。そして、一方の片側の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて一方の片側に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００５６】
上記の如く本実施形態に係る渦流計測用センサ１００における励磁部２０は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２と、主励磁部の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・と、を備え、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、励磁部２０においてそれぞれが独立して相互の軸心方向位置を可変に構成されている。
【００５７】
本実施形態においては上記の如く構成することにより、メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・の位置関係を相互に変更することで、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界の形状を必要に応じて変更することができる。即ち、ワークＷにおける磁界を広げたり、片側に偏らせたりすることができるようになるため、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることが可能となるのである。
【００５８】
また、本実施形態に係る渦流計測用センサ１００における検出部３０は、励磁部２０の先端面に全体的に配設されたパンケーキコイルである複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。
本実施形態においては上記の如く構成することにより、渦流計測用センサ１００の先端面における垂直方向磁界と水平方向磁界とを同じ感度で均等に検出し、評価することが可能となる。また、検出部３０の幅を小さくすることにより、励磁部２０とワークＷとの距離を小さくすることができ、渦流計測の精度を向上させることができる。
【００５９】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００について、図１１から図１５を用いて説明する。なお、以下の実施形態に係る渦流計測用センサの説明において、既出の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。また、説明の便宜上、図１１及び図１３から図１４については、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６のみを図示し、他のサブコア２５及びサブコイル２６は省略する。
【００６０】
図１１及び図１２に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ２００は、前記第一実施形態と同様に、励磁部２２０と、検出部２３０と、を有する。励磁部２２０は計測対象部品であるワークＷに対して所定の交流励磁信号を印加し、検出部２３０は前記交流励磁信号が印加されたワークＷから渦電流による検出信号を検出するのである。
【００６１】
そして、励磁部２２０は、主励磁部及び副励磁部を具備する。主励磁部は、フェライトやパーマロイなどの磁性体からなる円柱状のメインコア２１と、メインコア２１の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイル２２と、を備える。
【００６２】
一方、副励磁部は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・と、前記サブコア２５・２５・・・の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイル２６・２６・・・と、を備える。サブコア２５・２５・・・は、フェライトやパーマロイなどの磁性体である。
【００６３】
また、メインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・の両端（両端子）は、図示しない交流電源に接続されている。つまり、メインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・はワークＷに対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁コイルであり、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・はメインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・で発生する磁界を強めるのである。また、交流電源はサブコイル２６・２６・・・に対してそれぞれ独立して電圧を印加することができる。即ち、ワークＷに作用させる磁界の形状に応じて、それぞれのサブコイル２６・２６・・・の電流のＯＮ・ＯＦＦを切替える構成としているのである。
【００６４】
前記メインコア２１、メインコイル２２、及び、サブコア２５・２５・・・は、前記実施形態と同様に、励磁部２２０においてそれぞれが独立して相互の軸心方向位置を可変に構成されているのである。なお、サブコイル２６・２６・・・はサブコア２５・２５・・・に対する相対的な位置が変わらないように構成されている。
【００６５】
検出部２３０は、図１２（ｂ）に示す如く、励磁部２２０の先端面に全体的に配設されたパンケーキコイルである複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。また、それぞれの検出コイル３１・３１・・・は、その両端（両端子）が、図示しない計測装置に接続されている。
【００６６】
上記の如く構成された渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合は、交流電源によりメインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・に電圧を印加する。この際、主励磁部のメインコイル２２で発生する磁束の方向と、副励磁部のサブコイル２６・２６・・・で発生する磁束の方向と、が逆になるように電圧が印加される。具体的には、図１１及び図１２（ａ）に示す如く、メインコイル２２に対して平面視で時計周りに矢印αの如く電流が流れる瞬間には、サブコイル２６・２６・・・に対して平面視で反時計周りに矢印βの如く電流が流れるように構成するのである。
【００６７】
メインコイル２２に対して図１１及び図１２（ａ）に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向き（ワークＷ側へ向かう方向）の磁界が発生する（図１３中の矢印ａ２１参照）。また、サブコイル２６・２６・・・に対して図１１及び図１２（ａ）に示す矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってサブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界が発生する（図１３中の矢印ｘ参照）。ここで、図１２（ａ）において、メインコア２１のうち符号Ｄ１で示す部分は、メインコイル２２による垂直方向の磁界の向きを示す記号部分である。符号Ｄ１は、垂直方向の磁界が図１２（ａ）における紙面に対して奥行側に向かうことを示す記号である。また、サブコア２５・２５・・・のうち符号Ｄ２で示す部分は、サブコイル２６・２６・・・による垂直方向の磁界の向きを示す記号部分である。符号Ｄ２は、垂直方向の磁界が図１２（ａ）における紙面に対して手前側に向かうことを示す記号である。
【００６８】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるワークＷに渦電流を発生させるのである。さらに、ワークＷの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル３１・３１・・・に磁束を貫通させ、検出コイル３１・３１・・・に誘起電圧を発生させる。そして、検出コイル３１・３１・・・によって誘起電圧を計測するのである。
【００６９】
第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を全体的に広げた状態で行う渦流計測で用いる第一実施例について説明する。
本実施例においては図１３に示す如く、メインコア２１、メインコイル２２、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００７０】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・に対して図１３に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１３中の矢印ａ２１）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１３中の矢印ｂ２１）が発生するのである。加えて、サブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界（図１３中の矢印ｘ）が発生する。
【００７１】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６・・・によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため、ワークＷに作用する回転磁界を強くすることができるのである。つまり、前記第一実施形態における磁界に比べて強い磁界をワークＷに作用させることができ、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を大きくすることができる。そして、より大きな渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出することが可能となるのである。
【００７２】
また、前記第一実施形態の第二実施例と同様に、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６・・・によって引き付けられ、外側に広げられる。このため、メインコイル２２によってワークＷに作用する回転磁界の範囲を広げることができるのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の範囲を広くして、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を広くすることができる。そして、広い範囲の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・によって磁界をワークＷにおいて全体的に広げた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００７３】
第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を一方の片側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第二実施例について説明する。
本実施例においては図１４に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・のうち一方の片側（図１４においては左側のサブコア２５及びサブコイル２６）を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させ、他方（図１４においては右側のサブコア２５及びサブコイル２６）を渦流計測用センサ２００の基端側に移動させて、他方のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で渦流計測を行うのである。この際、基端側に移動させたサブコイル２６には、電圧を印加しないようにする。
【００７４】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６に対して図１４に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１４中の矢印ａ２２）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１４中の矢印ｂ２２及び矢印ｃ２２）が発生するのである。加えて、左側に位置するサブコイル２６の内部において上向きの磁界（図１４中の矢印ｘ）が発生する。
【００７５】
この際、メインコイル２２の右側外部における上向きの磁界は、右側上方に位置するサブコア２５及びサブコイル２６の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左側外部における上向きの磁界は、サブコイル２６によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため強められると同時に、サブコイル２６によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左側外部における回転磁界は、図１４に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に左側に偏った形状で発生し、ワークＷには左側に偏った部分の回転磁界が強く作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する強い回転磁界の形状をワークＷの部分で左側に偏らせることで、ワークＷにおける磁界を一方の片側により強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を一方の片側において強くすることができるのである。そして、一方の片側の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・によって磁界をワークＷにおいて一方の片側にさらに強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００７６】
第二実施形態に係る渦流計測用センサ２００を用いて渦流計測を行う場合のうち、ワークＷにおける磁界を前後方向に狭く、左右方向に広くした状態で行う渦流計測で用いる第三実施例について説明する。
本実施例においては図１５に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・のうち、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６を渦流計測用センサ２００の先端側に移動させ、前後それぞれの側のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ２００の基端側に移動させて、前後のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で渦流計測を行うのである。この際、基端側に移動させたサブコイル２６・２６・・・には、電圧を印加しないようにする。
【００７７】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６に対して図１５に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１５中の矢印ａ２３）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１５中の矢印ｂ２３）が発生するのである。加えて、左右両側に位置するサブコイル２６・２６の内部において上向きの磁界（図１５中の矢印ｘ）が発生する。
【００７８】
この際、メインコイル２２の前後それぞれの側における上向きの磁界は、上方に位置するサブコア２５及びサブコイル２６の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左右両側外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため強められると同時に、サブコイル２６によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左右両側外部における回転磁界は、図１５（ｂ）に示す如く前後方向に狭く、左右方向に広い形状で発生し、ワークＷには左右方向に長い回転磁界が強く作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する強い回転磁界の形状をワークＷの部分で左右方向に広くすることで、ワークＷにおける磁界を左右方向でより強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を左右方向で強くすることができるのである。そして、左右方向の渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって重点的に検出することが可能となるのである。このように、本実施例においては上記の如く渦流計測を行うことにより、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・によって磁界をワークＷにおいて前後方向に狭く、左右方向に広くした状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００７９】
上記の如く本実施形態に係る渦流計測用センサ２００における励磁部２２０は、主励磁部であるメインコア２１及びメインコイル２２と、主励磁部の周囲に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された円柱状のサブコア２５・２５・・・と、サブコア２５・２５・・・の周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイル２６・２６・・・と、を備えている。
【００８０】
本実施形態においては上記の構成において、メインコイル２２の外部における上向きの磁界と、サブコイル２６・２６・・・によって生じる上向きの磁界との向きを重複させ、ワークＷに作用する回転磁界を強くしているのである。つまり、前記第一実施形態における磁界に比べて強い磁界をワークＷに作用させ、より大きな渦電流を検出コイル３１・３１・・・によって検出しているのである。
加えて、メインコア２１、メインコイル２２、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・の位置関係を相互に変更する構成としている。これにより、ワークＷにおける磁界を広げたり、片側に偏らせたりすることができるようになるため、磁界の広がりや方向などを任意にコントロールすることが可能となるのである。なお、本実施形態においても、前記第一実施形態の如く、磁界をワークＷの外側で強めたり、内側中心部で強めたりすることは可能である。
【００８１】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００について、図１６から図１９を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図１６及び図１８から図１９（ａ）については、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６のみを図示し、他のサブコア２５及びサブコイル２６は省略する。
【００８２】
図１６に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ３００は、前記第二実施形態の如く、検出部が主励磁部の軸心部を中心として放射状に配設された複数の検出コイル３１・３１・・・を備えている。本実施形態における検出コイル３１・３１・・・は前記実施形態と同様にパンケーキコイルを用いるが、メインコイル２２やサブコイル２６の内側に捲回されたソレノイドコイル等を用いることも可能である。
【００８３】
さらに、検出コイル３１・３１・・・はそれぞれが独立して検出信号の検出に関する有効・無効を切替可能に構成されている。具体的には、検出コイル３１・３１・・・のうち、検出信号を有効に検出するように設定した有効検出コイル３１ａからの検出信号のみを計測装置１１で受信し、検出信号の検出を無効とするように設定した無効検出コイル３１ｂからの検出信号は計測装置１１で受信しないように制御するのである。
【００８４】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて、鋼材に形成された焼入硬化層の焼入れ深さ及び硬度を測定する場合のうち、通常時の渦流計測で用いる第一実施例について説明する。
本実施例においては図１６に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の基端側に移動させて、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。
【００８５】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１６に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１６中の矢印ａ３１）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１６中の矢印ｂ３１）が発生するのである。
【００８６】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１６に示す如くワークＷに形成された焼入硬化層ＷＱのうち、メインコイル２２に対向する部分に作用し、渦電流を発生させる。本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・とし、その他の外周縁部に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・によって、焼入硬化層ＷＱに発生する渦電流を検出して、焼入硬化層ＷＱの焼入れ深さ及び硬度を測定するのである。
【００８７】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となるのである。
【００８８】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて、鋼材に形成された焼入硬化層の焼入れ深さ及び硬度を測定する場合のうち、磁界を外側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第二実施例について説明する。
本実施例においては図１７に示す如く、メインコイル２２、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、メインコア２１をメインコイル２２に対して渦流計測用センサ３００の基端側に少し移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。本実施例では、渦流計測対象としてクランクシャフトＣにおけるジャーナル部が用いられ、ジャーナル部の中央部Ｃｃ及び両端のＲ部Ｃｒ・Ｃｒにわたって焼入硬化層ＣＱが形成されているものとする。なお、本実施例ではクランクシャフトＣのピン部や、カムシャフト等にも適用することが可能である。
【００８９】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１７に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１７中の矢印ａ３２）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１７中の矢印ｂ３２）が発生する。加えて、サブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界（図１７中の矢印ｘ）が発生する。
【００９０】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界は、サブコイル２６・２６・・・によって引き付けられると同時に、上側に移動したメインコア２１にも引き付けられる。このため、回転磁界は、図１７に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に拡径した形状で発生し、クランクシャフトＣには拡径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をクランクシャフトＣの部分で拡径させることで、クランクシャフトＣにおける磁界を外側に強め、回転磁界がクランクシャフトＣに作用して発生する渦電流を外側において強くすることができるのである。このように、本実施例においては上記のように渦流計測を行うことにより、図１７の磁気の浸透イメージに示す如く、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をクランクシャフトＣにおいて外側に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００９１】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１７に示す如くクランクシャフトＣに形成された焼入硬化層ＣＱのうち、サブコイル２６・２６・・・に対向する部分に強く作用し、渦電流を発生させる。
この際、電磁誘導現象によってクランクシャフトＣに発生する渦電流は計測対象の表面付近で大きく広がるという性質を持つ。また、透磁率は図１に示す如く焼入硬化層ＣＱよりも未焼入部の方が大きいため、磁界は未焼入部に引き寄せられやすい。このため、焼入硬化層ＣＱと未焼入部との境界部分が存在するＲ部Ｃｒ・Ｃｒ部に渦電流が広がりやすくなるのである。即ち、図１７に示す如く、渦電流をジャーナル部の両端のＲ部Ｃｒ・Ｃｒの部分に広げることが可能となるのである。
本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・とし、その他の内周部に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａ・３１ａ・・・によって、焼入硬化層ＣＱのうちＲ部Ｃｒ・Ｃｒに発生する渦電流を検出して、Ｒ部Ｃｒ・Ｃｒの焼入れ深さ及び硬度を測定するのである。
【００９２】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となる。具体的には、クランクシャフトＣのジャーナル部やピン部における焼入深さ／硬さを、焼入硬化層ＣＱのうち両端のＲ部Ｃｒ・Ｃｒのみ検出することができる。また、焼入れパターンに合わせて、磁界の広がりや方向を制御して渦流計測を行うことにより、計測精度を向上させることが可能となるのである。また、クランクシャフトＣやカムシャフトのように外径が大きく変化するような部品であっても、プローブ型の渦流計測用センサ３００を用いることにより、渦流計測を精度良く行うことが可能となるのである。
【００９３】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて、鋼材に形成された焼入硬化層の焼入れ深さ及び硬度を測定する場合のうち、磁界を内側中心部に強めた状態で行う渦流計測で用いる第三実施例について説明する。
本実施例においては図１８に示す如く、メインコア２１を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の基端側に移動させ、メインコイル２２をメインコア２１とサブコア２５・２５・・・との中間位置に移動させた状態で前記の如く渦流計測を行うのである。本実施例においても前記実施例と同様に、渦流計測対象としてクランクシャフトＣにおけるジャーナル部が用いられ、ジャーナル部の中央部Ｃｃ及び両端のＲ部にわたって焼入硬化層ＣＱが形成されているものとする。
【００９４】
本実施例において、メインコイル２２に対して図１８に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１８中の矢印ａ３３）が発生し、さらに、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１８中の矢印ｂ３３）が発生する。加えて、サブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界（図１８中の矢印ｘ）が発生する。
【００９５】
この際、メインコイル２２の外部における上向きの磁界がサブコア２５・２５・・・によって引き付けられると同時に、メインコイル２２の内部における下向きの磁界がメインコア２１に引き付けられる。このため、回転磁界は、図１８に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に縮径した形状で発生し、クランクシャフトＣには縮径した部分の回転磁界が作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する回転磁界の形状をクランクシャフトＣの部分で縮径させることで、クランクシャフトＣにおける磁界を内側中心部に強め、回転磁界がクランクシャフトＣに作用して発生する渦電流を内側中心部において強くすることができるのである。このように、本実施例においては上記のように渦流計測を行うことにより、図１８の磁気の浸透イメージに示す如く、メインコア２１及びサブコア２５・２５・・・によって磁界をクランクシャフトＣにおいて内側中心部に強めた状態で渦流計測を行うことができるのである。
【００９６】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１８に示す如くクランクシャフトＣに形成された焼入硬化層ＣＱのうち、渦流計測用センサ３００の内側中心部に対向する部分に強く作用し、渦電流を発生させる。即ち、図１８に示す如く、渦電流をジャーナル部の中央部Ｃｃの部分に作用させるのである。
本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａし、その他の部分に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａによって、焼入硬化層ＣＱのうち中央部Ｃｃに発生する渦電流を検出して、中央部Ｃｃの焼入れ深さ及び硬度を測定するのである。
【００９７】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となる。具体的には、クランクシャフトＣのジャーナル部やピン部における焼入深さ／硬さを、焼入硬化層ＣＱのうち中央部Ｃｃのみ検出することができる。また、焼入れパターンに合わせて、磁界の広がりや方向を制御して渦流計測を行うことにより、計測精度を向上させることが可能となるのである。
【００９８】
第三実施形態に係る渦流計測用センサ３００を用いて渦流計測を行う場合のうち、磁界を一方の片側に強めた状態で行う渦流計測で用いる第四実施例について説明する。
本実施例においては図１９（ａ）に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させる。そして、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・のうち一方の片側（図１９（ａ）及び（ｂ）においては左側のサブコア２５及びサブコイル２６）を渦流計測用センサ３００の先端側に移動させ、他のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ３００の基端側に移動させて、他のサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・がメインコア２１及びメインコイル２２から離れた状態で渦流計測を行うのである。この際、基端側に移動させたサブコイル２６には、電圧を印加しないようにする。
【００９９】
本実施例において、メインコイル２２及びサブコイル２６に対して図１９（ａ）に示す矢印α及び矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界（図１９中（ａ）の矢印ａ３４）が発生し、さらに、メインコイル２２の外部において上向きの磁界が発生する。詳細には、メインコイル２２の内部と外部とを交互に循環する回転磁界（図１９（ａ）中の矢印ｂ３４及び矢印ｃ３４）が発生するのである。加えて、左側に位置するサブコイル２６の内部において上向きの磁界（図１９（ａ）中の矢印ｘ）が発生する。
【０１００】
この際、メインコイル２２の右側外部における上向きの磁界は、右側上方に位置するサブコア２５及びサブコイル２６の影響を受けないため、通常の磁界が発生する。一方、メインコイル２２の左側外部における上向きの磁界は、サブコイル２６によって生じる上向きの磁界と向きが重複するため強められると同時に、サブコイル２６によって引き付けられる。このため、メインコイル２２の左側外部における回転磁界は、図１９（ａ）に示す如く上側から下側に向かうに従って徐々に左側に偏った形状で発生し、ワークＷには図１９（ｂ）に示す如く左側に偏った部分の回転磁界が強く作用するのである。このようにメインコイル２２において発生する強い回転磁界の形状をワークＷの部分で左側に偏らせることで、ワークＷにおける磁界を一方の片側により強め、回転磁界がワークＷに作用して発生する渦電流を一方の片側において強くすることができるのである。
【０１０１】
このようにメインコイル２２において発生する垂直方向の磁界および回転磁界は、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す如くワークＷにおける渦流計測用センサ３００の左側に対向する部分に作用し、渦電流を発生させる。本実施例では、渦電流が発生する部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａとし、その他の部分に位置する検出コイルを無効検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・とするのである。そして、有効検出コイル３１ａによってワークＷに発生する渦電流を検出するのである。
【０１０２】
このように、本実施形態においては上記の如く渦流計測を行うことにより、磁界の広がりや方向に合わせて任意に検出コイルの有効・無効を切替えることで、検出領域を自由に選択することが可能となる。具体的には図１９（ａ）に示す如く、ワークＷの端部を計測対象とする場合であっても、割れ（欠陥）のある部分だけに渦電流を発生させ、その部分の検出コイルを有効検出コイル３１ａ・３１ａとして計測して、エッジ部分の渦流計測を無効とすることにより、エッジ信号に欠陥信号が埋もれてしまうことを防ぐことができるのである。換言すれば、プローブ型コイルによる渦流計測において、エッジ効果を低減させることが可能となるのである。
【０１０３】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係る渦流計測用センサ４００について、図２０（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図２０（ａ）については、左右両端のサブコア２５・２５及びサブコイル２６・２６のみを図示し、他のサブコア２５及びサブコイル２６は省略する。
【０１０４】
図２０（ａ）及び（ｂ）に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ４００は、検出部に、複数の垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・と、複数の水平ソレノイドコイル３６・３６・・・と、を備える。具体的には、励磁部の先端面のうち、主励磁部であるメインコイル２２及び副励磁部であるサブコイル２６に対向する位置に、メインコア２１の軸心方向と同一の軸心方向となるように配設される、複数の垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・を備えるのである。そして、同じく励磁部の先端面のうち、メインコイル２２とサブコイル２６との間の位置に、メインコア２１の軸心に対して垂直に軸心方向を向けて放射状に配設される、複数の水平ソレノイドコイル３６・３６・・・と、を備えるのである。
【０１０５】
本実施形態に係る垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・は、図２０（ａ）に示す如く励磁部によって形成される垂直方向（上下方向）の磁界に検出感度を有する。つまり、垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・は、本実施形態の渦流計測用センサ４００において、中心軸方向の磁界（垂直方向磁界）に検出感度を有するのである。一方、水平ソレノイドコイル３６・３６・・・は、励磁部によって形成される水平方向（前後左右方向）の磁界に検出感度を有する。つまり、水平ソレノイドコイル３６・３６・・・は、本実施形態の渦流計測用センサ４００において、中心軸に垂直な方向の磁界（水平方向磁界）に検出感度を有するのである。
【０１０６】
上記の如く構成された渦流計測用センサ４００を用いて渦流計測を行う場合は、交流電源によりメインコイル２２及びサブコイル２６・２６・・・に電圧を印加する。そして、メインコイル２２に対して図２０（ａ）に示す矢印αの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってメインコイル２２の内部において下向きの磁界が発生する（図２０中の矢印ａ４１参照）。また、サブコイル２６・２６・・・に対して図２０（ａ）に示す矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってサブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界が発生する（図２０（ａ）中の矢印ｘ参照）。
【０１０７】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるワークＷに渦電流を発生させるのである。さらに、ワークＷの表面における渦電流の発生にともない、検出部に磁束を貫通させ、検出部によってワークＷの表面における渦電流の発生にともなう誘起電圧を計測するのである。この際、垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・によって垂直方向磁界を、水平ソレノイドコイル３６・３６・・・によって水平方向磁界を感度良く検出することができるのである。
【０１０８】
本実施形態の渦流計測用センサ４００においては上記の如く、検出部に、複数の垂直ソレノイドコイル３５・３５・・・と、複数の水平ソレノイドコイル３６・３６・・・と、を備える構成とすることにより、検出部による検出感度の増強、および検出効率の向上を図ることができるのである。
【０１０９】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係る渦流計測用センサ５００について、図２１を用いて説明する。図２１に示す如く、本実施形態に係るプローブ型の渦流計測用センサ５００は、検出部として、メインコア２１の半径方向における、副励磁部であるサブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・よりも外側に、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・に隣接して配設された複数の検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・を備える。具体的には、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・の外側に、渦流計測用センサ５００の軸心方向に一定の幅を有して複数の検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・が配設されるのである。
【０１１０】
本実施形態の渦流計測用センサ５００は上記の如く構成することにより、管状のワークや穴の内面部などを広範囲かつ一度に渦流計測する内挿型渦流計測用センサとして使用することが可能となる。
本実施形態の渦流計測用センサ５００で渦流計測を行う場合は図２１に示す如く、メインコア２１及びメインコイル２２を渦流計測用センサ５００の基端側に移動させ、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・から離れた位置に配置する。そして、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を渦流計測用センサ５００の先端側に螺旋状に配置する。さらに、渦流計測用センサ５００をパイプＰに挿入し、図２１中の矢印Ｒの如く軸心周りに回転させながら、矢印Ｘの如く移動させて渦流計測を行うのである。なお、サブコア２５・２５・・・、及び、サブコイル２６・２６・・・を螺旋状に配置せずに、渦流計測用センサ５００の軸心に垂直な同一平面上に配置する構成にすることもできるが、相互に発生させる磁界の影響を少なくするためには螺旋状に配置することが望ましい。
【０１１１】
上記の如く構成された渦流計測用センサ５００を用いてパイプＰの内面部の渦流計測を行う場合は、交流電源によりサブコイル２６・２６・・・のみに電圧を印加する。サブコイル２６・２６・・・に対して図２１に示す矢印βの如く電流が流れた瞬間には、右ネジの法則に従ってサブコイル２６・２６・・・の内部において上向きの磁界が発生する（図２１中の矢印ｘ参照）。
【０１１２】
そして、前記の如く発生した磁界により電磁誘導を起こし、電磁誘導によって磁性体であるパイプＰに渦電流を発生させるのである。さらに、パイプＰの表面における渦電流の発生にともない、検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・に磁束を貫通させ、検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・によってパイプＰの表面における渦電流の発生にともなう誘起電圧を計測するのである。なお、この際には、先端の検出コイル３１ｂ・３１ｂ・・・は全て無効としている。
【０１１３】
上記の如く、本実施形態の渦流計測用センサ５００においては、サブコア２５・２５・・・及びサブコイル２６・２６・・・の外側に、渦流計測用センサ５００の軸心方向に一定の幅を有して複数の検出コイル５３１ａ・５３１ａ・・・を配設することにより、管状のワークや穴の内面部などを広範囲かつ一度に渦流計測する内挿型渦流計測用センサとして使用することができるのである。換言すれば、渦流計測用センサ５００は、前記実施形態の如く上置型の渦流計測用センサとしてだけでなく、内挿型渦流計測用センサとしても用いることが可能となるのである。
【符号の説明】
【０１１４】
２０ 励磁部
２１ メインコア
２２ メインコイル
２５ サブコア
３０ 検出部
３１ 検出コイル
１００ 渦流計測用センサ
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象部品に対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁部と、前記交流励磁信号が印加された計測対象部品から渦電流による検出信号を検出するための検出部と、を有する、プローブ型の渦流計測用センサであって、
前記励磁部は、柱状の磁性体からなるメインコアと、該メインコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイルと、を備える主励磁部、及び、該主励磁部の周囲に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された柱状の磁性体からなるサブコアを備え、それぞれが独立して前記主励磁部に対する軸心方向位置を可変に構成された複数の副励磁部、を具備する、
ことを特徴とする、渦流計測用センサ。
【請求項２】
前記副励磁部は、前記サブコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイルを備え、
前記主励磁部のメインコイルで発生する磁束の方向と、前記副励磁部のサブコイルで発生する磁束の方向と、が逆になるように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の渦流計測用センサ。
【請求項３】
前記主励磁部は、前記メインコイル及び前記メインコアのそれぞれが独立して軸心方向位置を可変に構成される、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の渦流計測用センサ。
【請求項４】
前記検出部は、前記主励磁部の軸心部を中心として放射状に配設された複数の検出コイルを備え、該検出コイルはそれぞれが独立して前記検出信号の検出に関する有効・無効を切替可能に構成される、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項５】
前記検出部は、前記励磁部の先端面に全体的に配設される、複数のパンケーキコイル又は複数のプレーナコイルを備える、
ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項６】
前記検出部は、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部及び前記副励磁部に対向する位置に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設される、複数の垂直ソレノイドコイルと、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部と前記副励磁部との間の位置に、前記メインコアの軸心に対して垂直に軸心方向を向けて放射状に配設される、複数の水平ソレノイドコイルと、を備える、
ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項７】
前記検出部は、前記メインコアの半径方向における前記副励磁部よりも外側に、前記副励磁部に隣接して配設された複数の検出コイルを備える、
ことを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の渦流計測用センサを用いて渦流計測を行うことにより、計測対象部品を検査する、
ことを特徴とする、渦流計測用センサによる検査方法。
【請求項１】
計測対象部品に対して所定の交流励磁信号を印加するための励磁部と、前記交流励磁信号が印加された計測対象部品から渦電流による検出信号を検出するための検出部と、を有する、プローブ型の渦流計測用センサであって、
前記励磁部は、柱状の磁性体からなるメインコアと、該メインコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるメインコイルと、を備える主励磁部、及び、該主励磁部の周囲に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設された柱状の磁性体からなるサブコアを備え、それぞれが独立して前記主励磁部に対する軸心方向位置を可変に構成された複数の副励磁部、を具備する、
ことを特徴とする、渦流計測用センサ。
【請求項２】
前記副励磁部は、前記サブコアの周囲に周方向に巻きつけられたソレノイドコイルであるサブコイルを備え、
前記主励磁部のメインコイルで発生する磁束の方向と、前記副励磁部のサブコイルで発生する磁束の方向と、が逆になるように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の渦流計測用センサ。
【請求項３】
前記主励磁部は、前記メインコイル及び前記メインコアのそれぞれが独立して軸心方向位置を可変に構成される、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の渦流計測用センサ。
【請求項４】
前記検出部は、前記主励磁部の軸心部を中心として放射状に配設された複数の検出コイルを備え、該検出コイルはそれぞれが独立して前記検出信号の検出に関する有効・無効を切替可能に構成される、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項５】
前記検出部は、前記励磁部の先端面に全体的に配設される、複数のパンケーキコイル又は複数のプレーナコイルを備える、
ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項６】
前記検出部は、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部及び前記副励磁部に対向する位置に、前記メインコアの軸心方向と同一の軸心方向となるように配設される、複数の垂直ソレノイドコイルと、前記励磁部の先端面のうち前記主励磁部と前記副励磁部との間の位置に、前記メインコアの軸心に対して垂直に軸心方向を向けて放射状に配設される、複数の水平ソレノイドコイルと、を備える、
ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項７】
前記検出部は、前記メインコアの半径方向における前記副励磁部よりも外側に、前記副励磁部に隣接して配設された複数の検出コイルを備える、
ことを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の渦流計測用センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の渦流計測用センサを用いて渦流計測を行うことにより、計測対象部品を検査する、
ことを特徴とする、渦流計測用センサによる検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−１４５１７６（Ｐ２０１１−１４５１７６Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６２８９（Ｐ２０１０−６２８９）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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