磁気検出センサ
【課題】小形化、感度の向上および低コスト化を実現しつつ幅広い用途で使用可能な磁気検出センサを提供する。
【解決手段】フラックスゲート型の磁気検出素子１１と、交流電流Ｉｈを出力する交流電流出力部１２と、磁気検出素子１１に対して交流電流Ｉｈが供給されている状態において磁気検出素子１１から出力される電圧信号Ｓｖを検出する検出部１３とを備え、磁気検出素子１１は、導電体で形成されて交流電流Ｉｈの供給によって励磁用の磁界Ｈｅを発生する線状の励磁用電極２１と、励磁用電極２１とは別体に形成されると共に励磁用電極２１の近傍に配置されて磁界Ｈｅによって励磁される線状の軟磁性体２３と、励磁用電極２１および軟磁性体２３の近傍に配置されて磁界Ｈｅの強度および磁気検出素子１１に印加される外部からの磁界Ｈｅの強度に応じた電圧信号Ｓｖを出力する検出コイル２４とを備えている。
【解決手段】フラックスゲート型の磁気検出素子１１と、交流電流Ｉｈを出力する交流電流出力部１２と、磁気検出素子１１に対して交流電流Ｉｈが供給されている状態において磁気検出素子１１から出力される電圧信号Ｓｖを検出する検出部１３とを備え、磁気検出素子１１は、導電体で形成されて交流電流Ｉｈの供給によって励磁用の磁界Ｈｅを発生する線状の励磁用電極２１と、励磁用電極２１とは別体に形成されると共に励磁用電極２１の近傍に配置されて磁界Ｈｅによって励磁される線状の軟磁性体２３と、励磁用電極２１および軟磁性体２３の近傍に配置されて磁界Ｈｅの強度および磁気検出素子１１に印加される外部からの磁界Ｈｅの強度に応じた電圧信号Ｓｖを出力する検出コイル２４とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラックスゲート型の磁気検出素子を備えた磁気検出センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の磁気検出センサとして、特許第２６１７４９８号公報に開示された磁気検出センサ（磁気センサ）が知られている。この磁気検出センサは、線状または棒状の磁性体（例えば、アモルファス磁性線）と、磁性体に巻回された検出コイル（検出巻線）と、磁性体に交流電流（またはパルス電流）を供給する電源とを備えて構成されている。この磁気検出センサでは、磁性体に対する交流電流の供給によって内部磁界が発生している状態において外部磁界が印加されたときに、その外部磁界の大きさによって検出コイルから出力される電気信号（検出コイルの両端部間の電圧）が変化する。このため、電気信号の変化を検出することによって外部磁界の強度を特定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６１７４９８号公報（第２−３頁、第１−１４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の磁気検出センサには、以下の課題がある。すなわち、この磁気検出センサでは、アモルファス磁性線にパルス電流を供給して内部磁界を発生させている。この場合、アモルファス磁性線は比較的抵抗値が大きいため、発熱を抑えるためには供給する交流電流の電流値を比較的小さな値に抑える必要がある。一方、上記の磁気検出センサを用いて金属探知や金属（導電体）表面の探傷検査を行う際には、交流電流の供給によってアモルファス磁性線から比較的強い磁界を発生させて、探知対象体や検査対象体を励磁させる必要がある。しかしながら、上記の磁気検出センサでは、交流電流の電流値が比較的小さな値に抑えられているため、強い磁界の発生が困難となる結果、金属探知や金属表面の探傷検査への使用が制約されるという課題が存在する。
【０００５】
一方、筒状の磁性体と、磁性体に挿入された磁性体とは別体の導電体と、磁性体の周囲に巻回された検出巻線（検出コイル）と、導電体に交流電流を供給する電源とを備えて、導電体に対する交流電流の供給によって内部磁界を発生させる磁気検出センサ（例えば、上記公報の図１４に開示されている磁気検出センサ）が知られている。この磁気検出センサでは、導電体に対して交流電流を供給するため、交流電流の電流値を大きく規定することができる結果、金属探知や金属表面の探傷検査への使用が可能となる。しかしながら、この構成では、筒状の磁性体を用いるため、磁性体の小形化が困難な分、磁気検出センサ全体の小形化が困難となるという課題が存在する。また、この種の磁気検出センサでは、磁性体が大きければ大きいほど、磁性体が磁気飽和するのに強い磁界が必要となるため、磁気検出感度が低くなる。したがって、筒状の磁性体を用いるこの構成では、磁性体の小形化が困難な分、感度の向上が困難となるという課題も存在する。この場合、筒状の磁性体に導電体を挿入する構成に代えて、導体に磁性体を蒸着させることによって小形化を図る構成も考えられる。しかしながら、この構成では、蒸着に要するコストに起因して、磁気検出センサの製造コストが高騰するという課題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、小形化、感度の向上および低コスト化を実現しつつ幅広い用途で使用可能な磁気検出センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく請求項１記載の磁気検出センサは、フラックスゲート型の磁気検出素子と、励磁用電流を出力する励磁用電流出力部と、前記磁気検出素子に対して前記励磁用電流が供給されている状態において当該磁気検出素子から出力される電気信号を検出する検出部とを備えた磁気検出センサであって、前記磁気検出素子は、導電体で形成されて前記励磁用電流の供給によって励磁用磁界を発生する帯状または線状の励磁用電極と、当該励磁用電極とは別体に形成されると共に当該励磁用電極の近傍に配置されて前記励磁用磁界によって励磁される帯状または線状の軟磁性体と、前記励磁用電極および前記軟磁性体の近傍に配置されて前記励磁用磁界の強度および当該磁気検出素子に印加される外部磁界の強度に応じた前記電気信号を出力する検出コイルとを備えている。
【０００８】
また、請求項２記載の磁気検出センサは、請求項１記載の磁気検出センサにおいて、前記励磁用電極、前記軟磁性体および前記検出コイルは、各々の中心軸が互いに平行またはほぼ平行となるように配置されている。
【０００９】
また、請求項３記載の磁気検出センサは、請求項２記載の磁気検出センサにおいて、前記検出コイルは、前記励磁用電極および前記軟磁性体を取り囲むようにして巻回されている。
【００１０】
また、請求項４記載の磁気検出センサは、請求項３記載の磁気検出センサにおいて、前記励磁用電極は、その中心軸と前記検出コイルの中心軸とが同軸となるように配置され、前記軟磁性体は、その中心軸が前記検出コイルの前記中心軸に対して偏心するように配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の磁気検出センサによれば、導電体で形成されて励磁用電流の供給によって励磁用磁界を発生する帯状または線状の励磁用電極と、励磁用電極とは別体に形成されると共に励磁用電極の近傍に配置された帯状または線状の軟磁性体と、励磁用電極および軟磁性体の近傍に配置された検出コイルとを備えて磁気検出素子を構成したことにより、軟磁性体としてのアモルファス磁性線に励磁用電流を供給する従来の構成とは異なり、軟磁性体とは別体であって導電体によって形成された励磁用電極に励磁用電流を供給するため、励磁用電流の電流値を十分に大きく規定することができる。このため、この磁気検出センサによれば、十分に大きい励磁用磁界を発生させることができる結果、金属（導電体）の有無や金属（導電体）表面における傷の有無に起因する励磁用磁界の変化量や変化率に明確な差異を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサによれば、金属探知や金属表面の探傷検査などの幅広い用途で使用することができる。また、励磁用電極および軟磁性体が帯状または線状にそれぞれ形成されているため、励磁用電極および軟磁性体を小形化することができる結果、磁気検出素子を十分に小形化することができる。また、この種の磁気検出素子では、軟磁性体が小さければ小さいほど、低強度の磁界で磁性体が磁気飽和するため、外部磁界の強度の変化が小さいときにおいても、検出コイルから大きな値の電圧信号が出力される、つまり外部磁界の強度の変化を敏感に検出できる。このため、この磁気検出センサによれば、軟磁性体を小形化することができる分、外部磁界の強度の変化を検出する能力、つまり検出感度を十部に向上することができる。また、この磁気検出センサによれば、磁気検出素子の励磁用電極および軟磁性体が線状にそれぞれ形成されているため、例えば筒状の軟磁性体を用いる構成と比較して、形状が単純な分、励磁用電極および軟磁性体を安価に構成することができる、また、例えば、励磁用電極に磁性体を蒸着させた部材を用いる構成と比較して、磁気検出素子の製造工程を単純化することができる。したがって、この磁気検出センサによれば、製造コストを十分に低減することができる。
【００１２】
また、請求項２記載の磁気検出センサによれば、各々の中心軸が互いに平行またはほぼ平行となるように、励磁用電極、軟磁性体および検出コイルを配置したことにより、励磁用電極に対する励磁用電流の供給によって発生する磁界を軟磁性体および検出コイルに対して確実かつ効率的に印加することができるため、軟磁性体を確実かつ効率的に励磁させることができると共に、検出コイルに対して磁界の変化を確実かつ効率的に検出させることができる。したがって、この磁気検出センサによれば、検出精度をさらに高めることができる。
【００１３】
また、請求項３記載の磁気検出センサによれば、励磁用電極および軟磁性体を取り囲むように検出コイルを巻回したことにより、励磁用電極、軟磁性体および検出コイルを十分に近接させることができるため、励磁用電極から発生する励磁用磁界を軟磁性体および検出コイルに対して確実かつ効率的に印加することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の磁気検出センサでは、励磁用電極の中心軸と検出コイルの中心軸とが同軸となるように励磁用電極が配置され、軟磁性体の中心軸が検出コイルの中心軸に対して偏心するように軟磁性体が配置されている。このため、この磁気検出センサでは、対象体に磁気検出素子を近接させる際の軟磁性体の位置よって検出感度が異なり、その結果磁気検出素子に指向性を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサによれば、金属探知や探傷検査において、その指向性を利用して金属や傷の位置の特定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】探傷装置１００の構成を示す構成図である。
【図２】磁気検出素子１１の構成を示す斜視図である。
【図３】磁気検出素子１１の構成を示す断面図である。
【図４】磁気検出センサ１についての実験結果を説明する説明図である。
【図５】磁気検出素子２１１の構成を示す断面図である。
【図６】磁気検出素子３１１の構成を示す断面図である。
【図７】磁気検出素子４１１の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る磁気検出センサの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
最初に、探傷装置１００の構成について説明する。図１に示す探傷装置１００は、金属（導電体）表面の傷の有無を検査する（探傷を行う）装置であって、磁気検出センサ（磁気検出装置）１、処理部２および表示部３を備えて構成されている。磁気検出センサ１は、磁気検出素子１１、交流電流出力部（励磁用電流出力部）１２および検出部１３を備えて構成されている。磁気検出素子１１は、フラックスゲート型の磁気検出素子であって、図２に示すように、励磁用電極２１、ボビン２２、軟磁性体２３および検出コイル２４を備えて構成されている。
【００１８】
励磁用電極２１は、導電体（例えば、銅）によって、図２に示すように、直線的な線状（円柱状：帯状または線状の一例）に形成されて、後述する高周波電流Ｉｈの供給によって励磁用の磁界Ｈｅを発生する（図１参照）。また、励磁用電極２１は、一例として、直径が０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度で、長さが５ｍｍ〜１５ｍｍ程度に形成されている。また、励磁用電極２１は、図２，３に示すように、その中心軸２１ａと検出コイル２４の中心軸２４ａとが同軸となるように配置されている。
【００１９】
ボビン２２は、絶縁性を有する非磁性材料（例えば、樹脂）によって、図２に示すように、例えば円柱状に形成されている。また、ボビン２２の中心部には、励磁用電極２１を挿通させる挿通孔２２ａが長手方向に沿って形成されている。また、ボビン２２は、その長さが励磁用電極２１の長さよりもやや短く規定されて、励磁用電極２１を挿通孔２２ａに挿通させた状態（励磁用電極２１がボビン２２の中心部に配置された状態）において、励磁用電極２１の両端部がボビン２２の両端部から突出するように構成されている。
【００２０】
軟磁性体２３は、軟磁性材料（例えば、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライト、アモルファス磁性合金など）によって、図２，３に示すように、励磁用電極２１とは別体に形成されると共に励磁用電極２１の近傍に配置されて、磁界Ｈｅによって励磁される。また、軟磁性体２３は、直径が励磁用電極２１よりも小径（例えば、１０μｍ〜１５０μｍ程度）で、長さがボビン２２の長さと同程度の直線的な線状（円柱状）に形成されている。この場合、軟磁性体２３は、ボビン２２の長手方向に沿ってボビン２２の外周面に接触して、その中心軸２３ａが検出コイル２４の中心軸２４ａに対して偏心するように配置されている。
【００２１】
検出コイル２４は、図２，３に示すように、軟磁性体２３の外側を通るようにしてボビン２２の周囲に被覆導線５１を巻回することによって形成されている。つまり、この磁気検出素子１１では、検出コイル２４が励磁用電極２１および軟磁性体２３を取り囲むようにして巻回されている。また、検出コイル２４は、磁界Ｈｅの強度、および励磁用の磁界Ｈｅとは別個に外部から磁気検出素子１１に印加される磁界Ｈｏ（図１参照）の強度に応じた電圧信号Ｓｖ（電気信号）を出力する。
【００２２】
交流電流出力部１２は、励磁用電流の一例としての交流電流（正弦波電流）Ｉｈ（例えば、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電流）を出力可能に構成されて、図１に示すように、磁気検出素子１１の励磁用電極２１に対して交流電流Ｉｈを供給する。検出部１３は、同図に示すように、検波回路３１と増幅回路３２とを備えて構成され、磁気検出素子１１の励磁用電極２１に対して交流電流Ｉｈが供給されている状態において、磁気検出素子１１の検出コイル２４から出力される電圧信号Ｓｖを検出する。また、検出部１３では、検波回路３１が電圧信号Ｓｖを検波し、増幅回路３２が検波された検波信号Ｓｄを所定の利得で増幅して増幅電圧Ｖａを生成すると共にその増幅電圧Ｖａを出力する。
【００２３】
処理部２は、磁気検出センサ１から出力される増幅電圧Ｖａに基づいて磁界を特定すると共に、特定した磁界の変化に基づいて検査対象の金属表面における傷の有無を検査する検査処理を実行する。表示部３は、例えば液晶ディプレイで構成されて処理部２によって実行される検査処理の結果などを表示する。
【００２４】
次に、磁気検出センサ１における磁気検出素子１１の製造方法について説明する。まず、軟磁性体２３をボビン２２の外周面に接触させつつボビン２２の長手方向に沿って配置して、ボビン２２に仮止めする。次いで、軟磁性体２３の外側を通るようにしてボビン２２の周囲に被覆導線５１を巻回する。これにより、検出コイル２４が形成される。この場合、図３に示すように、軟磁性体２３は、その中心軸２３ａが検出コイル２４の中心軸２４ａに対して偏心するように配置されている。続いて、励磁用電極２１をボビン２２の挿通孔２２ａに挿通することにより、励磁用電極２１の中心軸２１ａと検出コイル２４の中心軸２４ａとが同軸となるように励磁用電極２１を配置する。以上により、磁気検出素子１１が完成する。この場合、この磁気検出素子１１では、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４を上記のように配置することにより、図２，３に示すように、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４における各々中心軸２１ａ，２３ａ，２４ａが互いに平行（またはほぼ平行）な状態で互いに近接している（つまり、互いに近傍に配置されている）。
【００２５】
ここで、この磁気検出素子１１に用いられる励磁用電極２１および軟磁性体２３は、上記したように、直線的な線状（つまり、極めて単純な形状）にそれぞれ形成されている。このため、この磁気検出素子１１では、励磁用電極２１および軟磁性体２３を安価に構成することができ、また、磁気検出素子１１の製造工程も、上記したように極めて簡易な工程となっている。したがって、この磁気検出素子１１では、筒状の軟磁性体２３を用いる構成や、励磁用電極２１に磁性体を蒸着させた部材を用いる構成と比較と比較して、製造コストを十分に低くに抑えることが可能となっている。また、励磁用電極２１および軟磁性体２３が単純な線状に形成されているため、励磁用電極２１および軟磁性体２３を小形化することが可能な結果、磁気検出素子１１を全体として小形化することが可能となっている。
【００２６】
次に、磁気検出センサ１の使用形態の一例として、磁気検出センサ１を備えた探傷装置１００を用いて金属表面における傷の有無を検査する際の磁気検出センサ１の動作（磁気の検出原理）について、図面を参照して説明する。
【００２７】
この探傷装置１００を用いて金属表面における傷の有無を検査する際には、検査対象の金属表面に磁気検出センサ１の磁気検出素子１１を近接させる。この場合、金属表面に軟磁性体２３が対向するように（軟磁性体２３を下向きにした状態で）、金属表面に磁気検出素子１１を近接させる。次いで、交流電流出力部１２から交流電流Ｉｈを出力させて、磁気検出素子１１の励磁用電極２１に供給する。この際に、交流電流Ｉｈの供給によって励磁用電極２１の周囲に高周波の励磁用の磁界Ｈｅが発生する。また、この高周波の磁界Ｈｅによって軟磁性体２３が励磁され、軟磁性体２３の励磁に伴って検出コイル２４に誘導起電力が生じ、これによって検出コイル２４から電圧信号Ｓｖが出力される。次いで、検出部１３が検出コイル２４から出力された電圧信号Ｓｖを検出する。この際に、検出部１３の検波回路３１が電圧信号Ｓｖを検波して検波信号Ｓｄを生成し、増幅回路３２が検波信号Ｓｄを所定の利得で増幅して増幅電圧Ｖａを出力する。
【００２８】
次いで、処理部２が、検査処理を実行する。この検査処理では、処理部２は、磁気検出センサ１（検出部１３）から出力された増幅電圧Ｖａに基づいて磁界Ｈｅの変化を特定する。一方、励磁用電極２１の周囲に発生した高周波の磁界Ｈｅによって検査対象の金属表面に渦電流が発生し、この渦電流によって発生する磁界Ｈｏによって磁界Ｈｅが変化する。この場合、金属表面に傷が存在しているときと、傷が存在していないときとでは、渦電流の向きや大きさが異なるため、金属表面における傷の有無によって磁界Ｈｅの変化量や変化率に差異が生じることとなる。したがって、処理部２は、特定した磁界Ｈｅの変化量や変化率に基づいて検査対象の金属表面における傷の有無を検査する。続いて、処理部２は、表示部３に表示データＤｄを出力することにより、検査処理の結果を表示部３に表示させる。
【００２９】
この場合、この磁気検出センサ１では、軟磁性体としてのアモルファス磁性線に交流電流を供給する従来の構成とは異なり、軟磁性体２３とは別体であって導電体によって形成された励磁用電極２１に交流電流Ｉｈを供給するため、交流電流Ｉｈの電流値を十分に大きく規定することが可能となっている。このため、この磁気検出センサ１では、十分に大きい磁界Ｈｅを発生させることができる結果、検査対象の金属表面における傷の有無に起因する磁界Ｈｅの変化量や変化率に明確な差異を生じさせることが可能となっている。また、この種のフラックスゲート型の磁気検出素子では、軟磁性体が小さければ小さいほど、低強度の磁界で磁性体が磁気飽和するため、その分検出感度が高くなる。このため、軟磁性体２３が単純な線状に形成されて小形化された磁気検出素子１１では、検出感度が十部に向上されている。したがって、この磁気検出素子１１を有する磁気検出センサ１を備えた探傷装置１００では、磁気検出センサ１から出力される増幅電圧Ｖａに基づき、検査対象の金属表面における傷の有無を正確に検出することが可能となっている。
【００３０】
なお、発明者は、磁気検出センサ１と従来の磁気検出センサとを比較するため、次のような実験を行った。この実験に用いた磁気検出センサ１の磁気検出素子１１では、導電体としての銅によって直径が０．５ｍｍで長さが５ｍｍの直線的な線状に励磁用電極２１を形成すると共に、軟磁性材料としてのＦｅＣｏＳｉＢ系アモルファスによって直径が３０μｍで長さが４．５ｍｍの直線的な線状に軟磁性体２３を形成した。この実験では、実施例として、上記の磁気検出センサ１の磁気検出素子１１における励磁用電極２１に対して２０ＭＨｚの交流電流Ｉｈを１００ｍＡの電流値に規定して供給している状態において、軟磁性体２３を下向きにした状態で磁気検出素子１１を金属板（導電体）に対して５ｍｍまで近接させ、そのときに検出部１３から出力された増幅電圧Ｖａ１を測定した。また、交流電流Ｉｈを励磁用電極２１に供給している状態の磁気検出センサ１を樹脂板（非導電体）に対して５ｍｍまで近接させ、そのときに検出部１３によって検出された増幅電圧Ｖａ２を測定した。
【００３１】
また、比較例として、上記した実験用の磁気検出センサ１の磁気検出素子１１における軟磁性体２３に対して２０ＭＨｚの交流電流Ｉｈを供給し、その状態の検出電極を上記と同じ条件で金属板および樹脂板に近接させ、そのときに検出部１３によってそれぞれ検出された増幅電圧Ｖａ１，Ｖａ２を測定した。この場合、比較例における軟磁性体２３の加熱を防止するため、交流電流Ｉｈの電流値を１０ｍＡに規定した。この結果、図４に示すように、比較例では、増幅電圧Ｖａ１と増幅電圧Ｖａ２との間の差が僅かであった。これは、軟磁性体２３の加熱防止のために交流電流Ｉｈが小さな値に制限され、これによって軟磁性体２３から発生する磁界Ｈｅも小さく、この結果、金属板において発生する渦電流に伴う磁界Ｈｅの変化が小さいことに起因しているものと考えられる。これに対して、磁気検出センサ１（実施例）では、増幅電圧Ｖａ１と増幅電圧Ｖａ２とが大きく異なった。これは、導電体によって軟磁性体２３とは別体に形成された励磁用電極２１に十分に大きな値の交流電流Ｉｈを供給することで、十分に大きい磁界Ｈｅが発生し、この結果、金属板において発生する渦電流に伴う磁界Ｈｅの変化が大きいことに起因しているものと考えられる。このことから、磁気検出センサ１を用いることで、金属探知を十分に高い精度で検査できることが明らかである。また、上記した現象から、磁気検出センサ１では、金属表面における傷の有無によって検出部１３によって検出される電圧信号Ｓｖが大きく異なることが理解される。このため、磁気検出センサ１を用いることで、金属表面の探傷を十分に高い精度で検査できることが明らかである。
【００３２】
このように、この磁気検出センサ１によれば、導電体で形成されて交流電流Ｉｈの供給によって磁界Ｈｅを発生する線状の励磁用電極２１と、励磁用電極２１とは別体に形成されると共に励磁用電極２１の近傍に配置された線状の軟磁性体２３と、励磁用電極２１および軟磁性体２３の近傍に配置された検出コイル２４とを備えて磁気検出素子１１を構成したことにより、軟磁性体としてのアモルファス磁性線に交流電流Ｉｈを供給する従来の構成とは異なり、軟磁性体２３とは別体であって導電体によって形成された励磁用電極２１に交流電流Ｉｈを供給するため、交流電流Ｉｈの電流値を十分に大きく規定することができる。このため、この磁気検出センサ１によれば、十分に大きい磁界Ｈｅを発生させることができる結果、金属（導電体）の有無や金属（導電体）表面における傷の有無に起因する磁界Ｈｅの変化量や変化率に明確な差異を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、金属探知や金属表面の探傷検査などの幅広い用途で使用することができる。
【００３３】
また、この磁気検出センサ１によれば、磁気検出素子１１の励磁用電極２１および軟磁性体２３が線状にそれぞれ形成されているため、励磁用電極２１および軟磁性体２３を小形化することができる結果、磁気検出素子１１を十分に小形化することができる。また、この種の磁気検出素子では、軟磁性体が小さければ小さいほど、低強度の磁界で磁性体が磁気飽和するため、外部磁界の強度の変化が小さいときにおいても、検出コイルから大きな値の電圧信号が出力される、つまり外部磁界の強度の変化を敏感に検出できる。このため、この磁気検出センサ１によれば、軟磁性体２３を小形化することができる分、外部磁界の強度の変化を検出する能力、つまり検出感度を十部に向上することができる。また、この磁気検出センサ１によれば、磁気検出素子１１の励磁用電極２１および軟磁性体２３が線状にそれぞれ形成されているため、例えば筒状の軟磁性体を用いる構成と比較して、形状が単純な分、励磁用電極２１および軟磁性体２３を安価に構成することができる、また、例えば、励磁用電極に磁性体を蒸着させた部材を用いる構成と比較して、磁気検出素子１１の製造工程を単純化することができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、製造コストを十分に低減することができる。
【００３４】
また、この磁気検出センサ１によれば、各々の中心軸２１ａ，２３ａ，２４ａが互いに平行またはほぼ平行となるように、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４を配置したことにより、励磁用電極２１に対する交流電流Ｉｈの供給によって発生する磁界Ｈｅを軟磁性体２３および検出コイル２４に対して確実かつ効率的に印加することができるため、軟磁性体２３を確実かつ効率的に励磁させることができると共に、検出コイル２４に対して磁界Ｈｅの変化を確実かつ効率的に検出させることができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、検出精度をさらに高めることができる。
【００３５】
また、この磁気検出センサ１によれば、励磁用電極２１および軟磁性体２３を取り囲むように検出コイル２４を巻回したことにより、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４を十分に近接させることができるため、励磁用電極２１から発生する磁界Ｈｅを軟磁性体２３および検出コイル２４に対して確実かつ効率的に印加することができる。
【００３６】
また、この磁気検出センサ１では、励磁用電極２１の中心軸２１ａと検出コイル２４の中心軸２４ａとが同軸となるように励磁用電極２１が配置され、軟磁性体２３の中心軸２３ａが検出コイル２４の中心軸２４ａに対して偏心するように軟磁性体２３が配置されている。このため、この磁気検出センサ１では、対象体に磁気検出素子１１を近接させる際の軟磁性体２３の位置よって検出感度が異なり、その結果磁気検出素子１１に指向性を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、金属探知や探傷検査において、その指向性を利用して金属や傷の位置の特定を行うことができる。
【００３７】
なお、探傷装置１００における探傷用のセンサとして磁気検出センサ１を使用する例について上記したが、金属を探知する金属探知装置においても、磁気検出センサ１を金属探知用のセンサとして好適に使用することができる。また、励磁用電極２１および軟磁性体２３を直線的な線状にそれぞれ形成した例について上記したが、これらの一方または双方を帯状（板状）に形成する構成を採用することもできる。
【００３８】
また、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４の配置の形態は上記の形態に限定されない。例えば、図５に示すように、ボビン２２の外周面に溝を形成して、軟磁性体２３をその溝に嵌め込んだ磁気検出素子２１１や、図６に示すように、軟磁性体２３を挿通させる挿通孔２２ｂをボビン２２に形成して、その挿通孔２２ｂに軟磁性体２３を挿通させた磁気検出素子３１１を採用することもできる。また、図７に示すように、検出コイル２４の外側に励磁用電極２１および軟磁性体２３を配置した磁気検出素子４１１を採用することもできる。この場合、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４は、必ずしも互いに平行である必要はなく、例えば、平面視状態で互いに交差するように配置することもできる。
【００３９】
また、励磁用電流の一例として、正弦波の交流電流Ｉｈを用いる例について上記したが、正弦波に限定されず、矩形波、三角波、鋸歯状波などの各種の交流電流を用いることができる。また、交流電流に代えて、パルス電流を励磁用電流として用いることもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 磁気検出センサ
１１，２１１，３１１，４１１ 磁気検出素子
１２ 交流電流出力部
１３ 検出部
２１ 励磁用電極
２１ａ，２３ａ，２４ａ 中心軸
２３ 軟磁性体
２４ 検出コイル
Ｈｅ，Ｈｏ 磁界
Ｉｈ 交流電流
Ｓｖ 電圧信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラックスゲート型の磁気検出素子を備えた磁気検出センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の磁気検出センサとして、特許第２６１７４９８号公報に開示された磁気検出センサ（磁気センサ）が知られている。この磁気検出センサは、線状または棒状の磁性体（例えば、アモルファス磁性線）と、磁性体に巻回された検出コイル（検出巻線）と、磁性体に交流電流（またはパルス電流）を供給する電源とを備えて構成されている。この磁気検出センサでは、磁性体に対する交流電流の供給によって内部磁界が発生している状態において外部磁界が印加されたときに、その外部磁界の大きさによって検出コイルから出力される電気信号（検出コイルの両端部間の電圧）が変化する。このため、電気信号の変化を検出することによって外部磁界の強度を特定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６１７４９８号公報（第２−３頁、第１−１４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の磁気検出センサには、以下の課題がある。すなわち、この磁気検出センサでは、アモルファス磁性線にパルス電流を供給して内部磁界を発生させている。この場合、アモルファス磁性線は比較的抵抗値が大きいため、発熱を抑えるためには供給する交流電流の電流値を比較的小さな値に抑える必要がある。一方、上記の磁気検出センサを用いて金属探知や金属（導電体）表面の探傷検査を行う際には、交流電流の供給によってアモルファス磁性線から比較的強い磁界を発生させて、探知対象体や検査対象体を励磁させる必要がある。しかしながら、上記の磁気検出センサでは、交流電流の電流値が比較的小さな値に抑えられているため、強い磁界の発生が困難となる結果、金属探知や金属表面の探傷検査への使用が制約されるという課題が存在する。
【０００５】
一方、筒状の磁性体と、磁性体に挿入された磁性体とは別体の導電体と、磁性体の周囲に巻回された検出巻線（検出コイル）と、導電体に交流電流を供給する電源とを備えて、導電体に対する交流電流の供給によって内部磁界を発生させる磁気検出センサ（例えば、上記公報の図１４に開示されている磁気検出センサ）が知られている。この磁気検出センサでは、導電体に対して交流電流を供給するため、交流電流の電流値を大きく規定することができる結果、金属探知や金属表面の探傷検査への使用が可能となる。しかしながら、この構成では、筒状の磁性体を用いるため、磁性体の小形化が困難な分、磁気検出センサ全体の小形化が困難となるという課題が存在する。また、この種の磁気検出センサでは、磁性体が大きければ大きいほど、磁性体が磁気飽和するのに強い磁界が必要となるため、磁気検出感度が低くなる。したがって、筒状の磁性体を用いるこの構成では、磁性体の小形化が困難な分、感度の向上が困難となるという課題も存在する。この場合、筒状の磁性体に導電体を挿入する構成に代えて、導体に磁性体を蒸着させることによって小形化を図る構成も考えられる。しかしながら、この構成では、蒸着に要するコストに起因して、磁気検出センサの製造コストが高騰するという課題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、小形化、感度の向上および低コスト化を実現しつつ幅広い用途で使用可能な磁気検出センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく請求項１記載の磁気検出センサは、フラックスゲート型の磁気検出素子と、励磁用電流を出力する励磁用電流出力部と、前記磁気検出素子に対して前記励磁用電流が供給されている状態において当該磁気検出素子から出力される電気信号を検出する検出部とを備えた磁気検出センサであって、前記磁気検出素子は、導電体で形成されて前記励磁用電流の供給によって励磁用磁界を発生する帯状または線状の励磁用電極と、当該励磁用電極とは別体に形成されると共に当該励磁用電極の近傍に配置されて前記励磁用磁界によって励磁される帯状または線状の軟磁性体と、前記励磁用電極および前記軟磁性体の近傍に配置されて前記励磁用磁界の強度および当該磁気検出素子に印加される外部磁界の強度に応じた前記電気信号を出力する検出コイルとを備えている。
【０００８】
また、請求項２記載の磁気検出センサは、請求項１記載の磁気検出センサにおいて、前記励磁用電極、前記軟磁性体および前記検出コイルは、各々の中心軸が互いに平行またはほぼ平行となるように配置されている。
【０００９】
また、請求項３記載の磁気検出センサは、請求項２記載の磁気検出センサにおいて、前記検出コイルは、前記励磁用電極および前記軟磁性体を取り囲むようにして巻回されている。
【００１０】
また、請求項４記載の磁気検出センサは、請求項３記載の磁気検出センサにおいて、前記励磁用電極は、その中心軸と前記検出コイルの中心軸とが同軸となるように配置され、前記軟磁性体は、その中心軸が前記検出コイルの前記中心軸に対して偏心するように配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の磁気検出センサによれば、導電体で形成されて励磁用電流の供給によって励磁用磁界を発生する帯状または線状の励磁用電極と、励磁用電極とは別体に形成されると共に励磁用電極の近傍に配置された帯状または線状の軟磁性体と、励磁用電極および軟磁性体の近傍に配置された検出コイルとを備えて磁気検出素子を構成したことにより、軟磁性体としてのアモルファス磁性線に励磁用電流を供給する従来の構成とは異なり、軟磁性体とは別体であって導電体によって形成された励磁用電極に励磁用電流を供給するため、励磁用電流の電流値を十分に大きく規定することができる。このため、この磁気検出センサによれば、十分に大きい励磁用磁界を発生させることができる結果、金属（導電体）の有無や金属（導電体）表面における傷の有無に起因する励磁用磁界の変化量や変化率に明確な差異を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサによれば、金属探知や金属表面の探傷検査などの幅広い用途で使用することができる。また、励磁用電極および軟磁性体が帯状または線状にそれぞれ形成されているため、励磁用電極および軟磁性体を小形化することができる結果、磁気検出素子を十分に小形化することができる。また、この種の磁気検出素子では、軟磁性体が小さければ小さいほど、低強度の磁界で磁性体が磁気飽和するため、外部磁界の強度の変化が小さいときにおいても、検出コイルから大きな値の電圧信号が出力される、つまり外部磁界の強度の変化を敏感に検出できる。このため、この磁気検出センサによれば、軟磁性体を小形化することができる分、外部磁界の強度の変化を検出する能力、つまり検出感度を十部に向上することができる。また、この磁気検出センサによれば、磁気検出素子の励磁用電極および軟磁性体が線状にそれぞれ形成されているため、例えば筒状の軟磁性体を用いる構成と比較して、形状が単純な分、励磁用電極および軟磁性体を安価に構成することができる、また、例えば、励磁用電極に磁性体を蒸着させた部材を用いる構成と比較して、磁気検出素子の製造工程を単純化することができる。したがって、この磁気検出センサによれば、製造コストを十分に低減することができる。
【００１２】
また、請求項２記載の磁気検出センサによれば、各々の中心軸が互いに平行またはほぼ平行となるように、励磁用電極、軟磁性体および検出コイルを配置したことにより、励磁用電極に対する励磁用電流の供給によって発生する磁界を軟磁性体および検出コイルに対して確実かつ効率的に印加することができるため、軟磁性体を確実かつ効率的に励磁させることができると共に、検出コイルに対して磁界の変化を確実かつ効率的に検出させることができる。したがって、この磁気検出センサによれば、検出精度をさらに高めることができる。
【００１３】
また、請求項３記載の磁気検出センサによれば、励磁用電極および軟磁性体を取り囲むように検出コイルを巻回したことにより、励磁用電極、軟磁性体および検出コイルを十分に近接させることができるため、励磁用電極から発生する励磁用磁界を軟磁性体および検出コイルに対して確実かつ効率的に印加することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の磁気検出センサでは、励磁用電極の中心軸と検出コイルの中心軸とが同軸となるように励磁用電極が配置され、軟磁性体の中心軸が検出コイルの中心軸に対して偏心するように軟磁性体が配置されている。このため、この磁気検出センサでは、対象体に磁気検出素子を近接させる際の軟磁性体の位置よって検出感度が異なり、その結果磁気検出素子に指向性を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサによれば、金属探知や探傷検査において、その指向性を利用して金属や傷の位置の特定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】探傷装置１００の構成を示す構成図である。
【図２】磁気検出素子１１の構成を示す斜視図である。
【図３】磁気検出素子１１の構成を示す断面図である。
【図４】磁気検出センサ１についての実験結果を説明する説明図である。
【図５】磁気検出素子２１１の構成を示す断面図である。
【図６】磁気検出素子３１１の構成を示す断面図である。
【図７】磁気検出素子４１１の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る磁気検出センサの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
最初に、探傷装置１００の構成について説明する。図１に示す探傷装置１００は、金属（導電体）表面の傷の有無を検査する（探傷を行う）装置であって、磁気検出センサ（磁気検出装置）１、処理部２および表示部３を備えて構成されている。磁気検出センサ１は、磁気検出素子１１、交流電流出力部（励磁用電流出力部）１２および検出部１３を備えて構成されている。磁気検出素子１１は、フラックスゲート型の磁気検出素子であって、図２に示すように、励磁用電極２１、ボビン２２、軟磁性体２３および検出コイル２４を備えて構成されている。
【００１８】
励磁用電極２１は、導電体（例えば、銅）によって、図２に示すように、直線的な線状（円柱状：帯状または線状の一例）に形成されて、後述する高周波電流Ｉｈの供給によって励磁用の磁界Ｈｅを発生する（図１参照）。また、励磁用電極２１は、一例として、直径が０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度で、長さが５ｍｍ〜１５ｍｍ程度に形成されている。また、励磁用電極２１は、図２，３に示すように、その中心軸２１ａと検出コイル２４の中心軸２４ａとが同軸となるように配置されている。
【００１９】
ボビン２２は、絶縁性を有する非磁性材料（例えば、樹脂）によって、図２に示すように、例えば円柱状に形成されている。また、ボビン２２の中心部には、励磁用電極２１を挿通させる挿通孔２２ａが長手方向に沿って形成されている。また、ボビン２２は、その長さが励磁用電極２１の長さよりもやや短く規定されて、励磁用電極２１を挿通孔２２ａに挿通させた状態（励磁用電極２１がボビン２２の中心部に配置された状態）において、励磁用電極２１の両端部がボビン２２の両端部から突出するように構成されている。
【００２０】
軟磁性体２３は、軟磁性材料（例えば、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライト、アモルファス磁性合金など）によって、図２，３に示すように、励磁用電極２１とは別体に形成されると共に励磁用電極２１の近傍に配置されて、磁界Ｈｅによって励磁される。また、軟磁性体２３は、直径が励磁用電極２１よりも小径（例えば、１０μｍ〜１５０μｍ程度）で、長さがボビン２２の長さと同程度の直線的な線状（円柱状）に形成されている。この場合、軟磁性体２３は、ボビン２２の長手方向に沿ってボビン２２の外周面に接触して、その中心軸２３ａが検出コイル２４の中心軸２４ａに対して偏心するように配置されている。
【００２１】
検出コイル２４は、図２，３に示すように、軟磁性体２３の外側を通るようにしてボビン２２の周囲に被覆導線５１を巻回することによって形成されている。つまり、この磁気検出素子１１では、検出コイル２４が励磁用電極２１および軟磁性体２３を取り囲むようにして巻回されている。また、検出コイル２４は、磁界Ｈｅの強度、および励磁用の磁界Ｈｅとは別個に外部から磁気検出素子１１に印加される磁界Ｈｏ（図１参照）の強度に応じた電圧信号Ｓｖ（電気信号）を出力する。
【００２２】
交流電流出力部１２は、励磁用電流の一例としての交流電流（正弦波電流）Ｉｈ（例えば、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電流）を出力可能に構成されて、図１に示すように、磁気検出素子１１の励磁用電極２１に対して交流電流Ｉｈを供給する。検出部１３は、同図に示すように、検波回路３１と増幅回路３２とを備えて構成され、磁気検出素子１１の励磁用電極２１に対して交流電流Ｉｈが供給されている状態において、磁気検出素子１１の検出コイル２４から出力される電圧信号Ｓｖを検出する。また、検出部１３では、検波回路３１が電圧信号Ｓｖを検波し、増幅回路３２が検波された検波信号Ｓｄを所定の利得で増幅して増幅電圧Ｖａを生成すると共にその増幅電圧Ｖａを出力する。
【００２３】
処理部２は、磁気検出センサ１から出力される増幅電圧Ｖａに基づいて磁界を特定すると共に、特定した磁界の変化に基づいて検査対象の金属表面における傷の有無を検査する検査処理を実行する。表示部３は、例えば液晶ディプレイで構成されて処理部２によって実行される検査処理の結果などを表示する。
【００２４】
次に、磁気検出センサ１における磁気検出素子１１の製造方法について説明する。まず、軟磁性体２３をボビン２２の外周面に接触させつつボビン２２の長手方向に沿って配置して、ボビン２２に仮止めする。次いで、軟磁性体２３の外側を通るようにしてボビン２２の周囲に被覆導線５１を巻回する。これにより、検出コイル２４が形成される。この場合、図３に示すように、軟磁性体２３は、その中心軸２３ａが検出コイル２４の中心軸２４ａに対して偏心するように配置されている。続いて、励磁用電極２１をボビン２２の挿通孔２２ａに挿通することにより、励磁用電極２１の中心軸２１ａと検出コイル２４の中心軸２４ａとが同軸となるように励磁用電極２１を配置する。以上により、磁気検出素子１１が完成する。この場合、この磁気検出素子１１では、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４を上記のように配置することにより、図２，３に示すように、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４における各々中心軸２１ａ，２３ａ，２４ａが互いに平行（またはほぼ平行）な状態で互いに近接している（つまり、互いに近傍に配置されている）。
【００２５】
ここで、この磁気検出素子１１に用いられる励磁用電極２１および軟磁性体２３は、上記したように、直線的な線状（つまり、極めて単純な形状）にそれぞれ形成されている。このため、この磁気検出素子１１では、励磁用電極２１および軟磁性体２３を安価に構成することができ、また、磁気検出素子１１の製造工程も、上記したように極めて簡易な工程となっている。したがって、この磁気検出素子１１では、筒状の軟磁性体２３を用いる構成や、励磁用電極２１に磁性体を蒸着させた部材を用いる構成と比較と比較して、製造コストを十分に低くに抑えることが可能となっている。また、励磁用電極２１および軟磁性体２３が単純な線状に形成されているため、励磁用電極２１および軟磁性体２３を小形化することが可能な結果、磁気検出素子１１を全体として小形化することが可能となっている。
【００２６】
次に、磁気検出センサ１の使用形態の一例として、磁気検出センサ１を備えた探傷装置１００を用いて金属表面における傷の有無を検査する際の磁気検出センサ１の動作（磁気の検出原理）について、図面を参照して説明する。
【００２７】
この探傷装置１００を用いて金属表面における傷の有無を検査する際には、検査対象の金属表面に磁気検出センサ１の磁気検出素子１１を近接させる。この場合、金属表面に軟磁性体２３が対向するように（軟磁性体２３を下向きにした状態で）、金属表面に磁気検出素子１１を近接させる。次いで、交流電流出力部１２から交流電流Ｉｈを出力させて、磁気検出素子１１の励磁用電極２１に供給する。この際に、交流電流Ｉｈの供給によって励磁用電極２１の周囲に高周波の励磁用の磁界Ｈｅが発生する。また、この高周波の磁界Ｈｅによって軟磁性体２３が励磁され、軟磁性体２３の励磁に伴って検出コイル２４に誘導起電力が生じ、これによって検出コイル２４から電圧信号Ｓｖが出力される。次いで、検出部１３が検出コイル２４から出力された電圧信号Ｓｖを検出する。この際に、検出部１３の検波回路３１が電圧信号Ｓｖを検波して検波信号Ｓｄを生成し、増幅回路３２が検波信号Ｓｄを所定の利得で増幅して増幅電圧Ｖａを出力する。
【００２８】
次いで、処理部２が、検査処理を実行する。この検査処理では、処理部２は、磁気検出センサ１（検出部１３）から出力された増幅電圧Ｖａに基づいて磁界Ｈｅの変化を特定する。一方、励磁用電極２１の周囲に発生した高周波の磁界Ｈｅによって検査対象の金属表面に渦電流が発生し、この渦電流によって発生する磁界Ｈｏによって磁界Ｈｅが変化する。この場合、金属表面に傷が存在しているときと、傷が存在していないときとでは、渦電流の向きや大きさが異なるため、金属表面における傷の有無によって磁界Ｈｅの変化量や変化率に差異が生じることとなる。したがって、処理部２は、特定した磁界Ｈｅの変化量や変化率に基づいて検査対象の金属表面における傷の有無を検査する。続いて、処理部２は、表示部３に表示データＤｄを出力することにより、検査処理の結果を表示部３に表示させる。
【００２９】
この場合、この磁気検出センサ１では、軟磁性体としてのアモルファス磁性線に交流電流を供給する従来の構成とは異なり、軟磁性体２３とは別体であって導電体によって形成された励磁用電極２１に交流電流Ｉｈを供給するため、交流電流Ｉｈの電流値を十分に大きく規定することが可能となっている。このため、この磁気検出センサ１では、十分に大きい磁界Ｈｅを発生させることができる結果、検査対象の金属表面における傷の有無に起因する磁界Ｈｅの変化量や変化率に明確な差異を生じさせることが可能となっている。また、この種のフラックスゲート型の磁気検出素子では、軟磁性体が小さければ小さいほど、低強度の磁界で磁性体が磁気飽和するため、その分検出感度が高くなる。このため、軟磁性体２３が単純な線状に形成されて小形化された磁気検出素子１１では、検出感度が十部に向上されている。したがって、この磁気検出素子１１を有する磁気検出センサ１を備えた探傷装置１００では、磁気検出センサ１から出力される増幅電圧Ｖａに基づき、検査対象の金属表面における傷の有無を正確に検出することが可能となっている。
【００３０】
なお、発明者は、磁気検出センサ１と従来の磁気検出センサとを比較するため、次のような実験を行った。この実験に用いた磁気検出センサ１の磁気検出素子１１では、導電体としての銅によって直径が０．５ｍｍで長さが５ｍｍの直線的な線状に励磁用電極２１を形成すると共に、軟磁性材料としてのＦｅＣｏＳｉＢ系アモルファスによって直径が３０μｍで長さが４．５ｍｍの直線的な線状に軟磁性体２３を形成した。この実験では、実施例として、上記の磁気検出センサ１の磁気検出素子１１における励磁用電極２１に対して２０ＭＨｚの交流電流Ｉｈを１００ｍＡの電流値に規定して供給している状態において、軟磁性体２３を下向きにした状態で磁気検出素子１１を金属板（導電体）に対して５ｍｍまで近接させ、そのときに検出部１３から出力された増幅電圧Ｖａ１を測定した。また、交流電流Ｉｈを励磁用電極２１に供給している状態の磁気検出センサ１を樹脂板（非導電体）に対して５ｍｍまで近接させ、そのときに検出部１３によって検出された増幅電圧Ｖａ２を測定した。
【００３１】
また、比較例として、上記した実験用の磁気検出センサ１の磁気検出素子１１における軟磁性体２３に対して２０ＭＨｚの交流電流Ｉｈを供給し、その状態の検出電極を上記と同じ条件で金属板および樹脂板に近接させ、そのときに検出部１３によってそれぞれ検出された増幅電圧Ｖａ１，Ｖａ２を測定した。この場合、比較例における軟磁性体２３の加熱を防止するため、交流電流Ｉｈの電流値を１０ｍＡに規定した。この結果、図４に示すように、比較例では、増幅電圧Ｖａ１と増幅電圧Ｖａ２との間の差が僅かであった。これは、軟磁性体２３の加熱防止のために交流電流Ｉｈが小さな値に制限され、これによって軟磁性体２３から発生する磁界Ｈｅも小さく、この結果、金属板において発生する渦電流に伴う磁界Ｈｅの変化が小さいことに起因しているものと考えられる。これに対して、磁気検出センサ１（実施例）では、増幅電圧Ｖａ１と増幅電圧Ｖａ２とが大きく異なった。これは、導電体によって軟磁性体２３とは別体に形成された励磁用電極２１に十分に大きな値の交流電流Ｉｈを供給することで、十分に大きい磁界Ｈｅが発生し、この結果、金属板において発生する渦電流に伴う磁界Ｈｅの変化が大きいことに起因しているものと考えられる。このことから、磁気検出センサ１を用いることで、金属探知を十分に高い精度で検査できることが明らかである。また、上記した現象から、磁気検出センサ１では、金属表面における傷の有無によって検出部１３によって検出される電圧信号Ｓｖが大きく異なることが理解される。このため、磁気検出センサ１を用いることで、金属表面の探傷を十分に高い精度で検査できることが明らかである。
【００３２】
このように、この磁気検出センサ１によれば、導電体で形成されて交流電流Ｉｈの供給によって磁界Ｈｅを発生する線状の励磁用電極２１と、励磁用電極２１とは別体に形成されると共に励磁用電極２１の近傍に配置された線状の軟磁性体２３と、励磁用電極２１および軟磁性体２３の近傍に配置された検出コイル２４とを備えて磁気検出素子１１を構成したことにより、軟磁性体としてのアモルファス磁性線に交流電流Ｉｈを供給する従来の構成とは異なり、軟磁性体２３とは別体であって導電体によって形成された励磁用電極２１に交流電流Ｉｈを供給するため、交流電流Ｉｈの電流値を十分に大きく規定することができる。このため、この磁気検出センサ１によれば、十分に大きい磁界Ｈｅを発生させることができる結果、金属（導電体）の有無や金属（導電体）表面における傷の有無に起因する磁界Ｈｅの変化量や変化率に明確な差異を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、金属探知や金属表面の探傷検査などの幅広い用途で使用することができる。
【００３３】
また、この磁気検出センサ１によれば、磁気検出素子１１の励磁用電極２１および軟磁性体２３が線状にそれぞれ形成されているため、励磁用電極２１および軟磁性体２３を小形化することができる結果、磁気検出素子１１を十分に小形化することができる。また、この種の磁気検出素子では、軟磁性体が小さければ小さいほど、低強度の磁界で磁性体が磁気飽和するため、外部磁界の強度の変化が小さいときにおいても、検出コイルから大きな値の電圧信号が出力される、つまり外部磁界の強度の変化を敏感に検出できる。このため、この磁気検出センサ１によれば、軟磁性体２３を小形化することができる分、外部磁界の強度の変化を検出する能力、つまり検出感度を十部に向上することができる。また、この磁気検出センサ１によれば、磁気検出素子１１の励磁用電極２１および軟磁性体２３が線状にそれぞれ形成されているため、例えば筒状の軟磁性体を用いる構成と比較して、形状が単純な分、励磁用電極２１および軟磁性体２３を安価に構成することができる、また、例えば、励磁用電極に磁性体を蒸着させた部材を用いる構成と比較して、磁気検出素子１１の製造工程を単純化することができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、製造コストを十分に低減することができる。
【００３４】
また、この磁気検出センサ１によれば、各々の中心軸２１ａ，２３ａ，２４ａが互いに平行またはほぼ平行となるように、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４を配置したことにより、励磁用電極２１に対する交流電流Ｉｈの供給によって発生する磁界Ｈｅを軟磁性体２３および検出コイル２４に対して確実かつ効率的に印加することができるため、軟磁性体２３を確実かつ効率的に励磁させることができると共に、検出コイル２４に対して磁界Ｈｅの変化を確実かつ効率的に検出させることができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、検出精度をさらに高めることができる。
【００３５】
また、この磁気検出センサ１によれば、励磁用電極２１および軟磁性体２３を取り囲むように検出コイル２４を巻回したことにより、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４を十分に近接させることができるため、励磁用電極２１から発生する磁界Ｈｅを軟磁性体２３および検出コイル２４に対して確実かつ効率的に印加することができる。
【００３６】
また、この磁気検出センサ１では、励磁用電極２１の中心軸２１ａと検出コイル２４の中心軸２４ａとが同軸となるように励磁用電極２１が配置され、軟磁性体２３の中心軸２３ａが検出コイル２４の中心軸２４ａに対して偏心するように軟磁性体２３が配置されている。このため、この磁気検出センサ１では、対象体に磁気検出素子１１を近接させる際の軟磁性体２３の位置よって検出感度が異なり、その結果磁気検出素子１１に指向性を生じさせることができる。したがって、この磁気検出センサ１によれば、金属探知や探傷検査において、その指向性を利用して金属や傷の位置の特定を行うことができる。
【００３７】
なお、探傷装置１００における探傷用のセンサとして磁気検出センサ１を使用する例について上記したが、金属を探知する金属探知装置においても、磁気検出センサ１を金属探知用のセンサとして好適に使用することができる。また、励磁用電極２１および軟磁性体２３を直線的な線状にそれぞれ形成した例について上記したが、これらの一方または双方を帯状（板状）に形成する構成を採用することもできる。
【００３８】
また、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４の配置の形態は上記の形態に限定されない。例えば、図５に示すように、ボビン２２の外周面に溝を形成して、軟磁性体２３をその溝に嵌め込んだ磁気検出素子２１１や、図６に示すように、軟磁性体２３を挿通させる挿通孔２２ｂをボビン２２に形成して、その挿通孔２２ｂに軟磁性体２３を挿通させた磁気検出素子３１１を採用することもできる。また、図７に示すように、検出コイル２４の外側に励磁用電極２１および軟磁性体２３を配置した磁気検出素子４１１を採用することもできる。この場合、励磁用電極２１、軟磁性体２３および検出コイル２４は、必ずしも互いに平行である必要はなく、例えば、平面視状態で互いに交差するように配置することもできる。
【００３９】
また、励磁用電流の一例として、正弦波の交流電流Ｉｈを用いる例について上記したが、正弦波に限定されず、矩形波、三角波、鋸歯状波などの各種の交流電流を用いることができる。また、交流電流に代えて、パルス電流を励磁用電流として用いることもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 磁気検出センサ
１１，２１１，３１１，４１１ 磁気検出素子
１２ 交流電流出力部
１３ 検出部
２１ 励磁用電極
２１ａ，２３ａ，２４ａ 中心軸
２３ 軟磁性体
２４ 検出コイル
Ｈｅ，Ｈｏ 磁界
Ｉｈ 交流電流
Ｓｖ 電圧信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックスゲート型の磁気検出素子と、励磁用電流を出力する励磁用電流出力部と、前記磁気検出素子に対して前記励磁用電流が供給されている状態において当該磁気検出素子から出力される電気信号を検出する検出部とを備えた磁気検出センサであって、
前記磁気検出素子は、導電体で形成されて前記励磁用電流の供給によって励磁用磁界を発生する帯状または線状の励磁用電極と、当該励磁用電極とは別体に形成されると共に当該励磁用電極の近傍に配置されて前記励磁用磁界によって励磁される帯状または線状の軟磁性体と、前記励磁用電極および前記軟磁性体の近傍に配置されて前記励磁用磁界の強度および当該磁気検出素子に印加される外部磁界の強度に応じた前記電気信号を出力する検出コイルとを備えている磁気検出センサ。
【請求項２】
前記励磁用電極、前記軟磁性体および前記検出コイルは、各々の中心軸が互いに平行またはほぼ平行となるように配置されている請求項１記載の磁気検出センサ。
【請求項３】
前記検出コイルは、前記励磁用電極および前記軟磁性体を取り囲むようにして巻回されている請求項２記載の磁気検出センサ。
【請求項４】
前記励磁用電極は、その中心軸と前記検出コイルの中心軸とが同軸となるように配置され、
前記軟磁性体は、その中心軸が前記検出コイルの前記中心軸に対して偏心するように配置されている請求項３記載の磁気検出センサ。
【請求項１】
フラックスゲート型の磁気検出素子と、励磁用電流を出力する励磁用電流出力部と、前記磁気検出素子に対して前記励磁用電流が供給されている状態において当該磁気検出素子から出力される電気信号を検出する検出部とを備えた磁気検出センサであって、
前記磁気検出素子は、導電体で形成されて前記励磁用電流の供給によって励磁用磁界を発生する帯状または線状の励磁用電極と、当該励磁用電極とは別体に形成されると共に当該励磁用電極の近傍に配置されて前記励磁用磁界によって励磁される帯状または線状の軟磁性体と、前記励磁用電極および前記軟磁性体の近傍に配置されて前記励磁用磁界の強度および当該磁気検出素子に印加される外部磁界の強度に応じた前記電気信号を出力する検出コイルとを備えている磁気検出センサ。
【請求項２】
前記励磁用電極、前記軟磁性体および前記検出コイルは、各々の中心軸が互いに平行またはほぼ平行となるように配置されている請求項１記載の磁気検出センサ。
【請求項３】
前記検出コイルは、前記励磁用電極および前記軟磁性体を取り囲むようにして巻回されている請求項２記載の磁気検出センサ。
【請求項４】
前記励磁用電極は、その中心軸と前記検出コイルの中心軸とが同軸となるように配置され、
前記軟磁性体は、その中心軸が前記検出コイルの前記中心軸に対して偏心するように配置されている請求項３記載の磁気検出センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５３１６０（Ｐ２０１１−５３１６０Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０４２０２（Ｐ２００９−２０４２０２）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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