電磁超音波センサ
【課題】ノイズを抑え高い測定精度を備えた電磁超音波センサを提供する。
【解決手段】この電磁超音波センサ１は、静磁場発生用の永久磁石２及び永久磁石３と、被検査体１０の表面側の内部に渦電流６を発生するための送信コイル５と、反射した超音波を受信するための受信コイル４と、永久磁石２及び永久磁石３の底部にコイルの存在位置に対応して設けられた強磁性体薄板７とから構成される。さらに、強磁性体薄板７は、隣り合う永久磁石２及び永久磁石３の異極間で分割されていて空隙部４０を有している。
【解決手段】この電磁超音波センサ１は、静磁場発生用の永久磁石２及び永久磁石３と、被検査体１０の表面側の内部に渦電流６を発生するための送信コイル５と、反射した超音波を受信するための受信コイル４と、永久磁石２及び永久磁石３の底部にコイルの存在位置に対応して設けられた強磁性体薄板７とから構成される。さらに、強磁性体薄板７は、隣り合う永久磁石２及び永久磁石３の異極間で分割されていて空隙部４０を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鋼材の欠陥検査や配管減肉検査などを非接触で行なうための小型の電磁超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属内の疵の検査方法及び板厚測定方法の一つとして超音波探傷が挙げられる。従来の圧電素子による探触方法においては、センサ内で発生した超音波を、水や油などの接触媒質を介して被検査体に伝達させていた。これに対して、被検査体に非接触で超音波探傷ができる電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ：Electro Magnetic Acoustic Transducer）が知られている。この電磁超音波探触子は、電磁気的な作用を利用して、接触媒質を介することなく、直接、被検査体内に超音波を発生させ伝播させることができる。
このＥＭＡＴには、ローレンツ型があり、ローレンツ型ＥＭＡＴの原理は、永久磁石により発生する静磁場と、コイルにパルス電流を流すことにより発生する渦電流との相互作用によりローレンツ力を発生させて、それによって被検査体内に超音波を発生させる。このようなＥＭＡＴにおいては、被検査体と非接触で超音波を伝達させることができるが、受信感度が圧電素子に比べて２桁低くまた電磁気的な作用で超音波の送受信を行なっているため電磁気的なノイズが大きくなるという課題がある。
【０００３】
特に、永久磁石には焼結タイプの希土類磁石（例えば、ネオジム磁石）が使用されることが多いが、希土類磁石は金属のように導電性が良い。このため、コイルにパルス電流を流すと、被検査体に対面する永久磁石の底面に渦電流が発生する。この渦電流により永久磁石内でも超音波が発生し永久磁石内を伝播・反射する。この超音波はノイズの原因となる。
特許文献１には、この課題に対応する電磁超音波探傷装置が開示されている。
この電磁超音波探傷装置は、被検査体に静磁界を発生させる永久磁石と、パルス電流を流すことにより被検査体内に渦電流を発生させる送信コイルと、永久磁石と送信コイルにより被検査体内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検査体の表面を加振することで超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備える。この電磁超音波探傷装置においては、永久磁石と送信コイルの間に強磁性箔が設けられている。また、同電磁超音波探傷装置において、永久磁石と送信コイルの間に磁性粉末を含有したシートを設けることも開示されている。
【０００４】
詳しくは、この電磁超音波探傷装置は、永久磁石と送信コイルとの間に例えばパーマロイ、センダスト、アモルファスなどの強磁性箔、Ｆｅ3Ｏ4やバリウムフェライトなどの磁性粉末を混入するか又は表面に塗付した磁気シートを配置している。そのため、永久磁石内に発生する渦電流は、送信コイルから強磁性箔内に発生した渦電流により強磁性箔と永久磁石との間の相互誘導により発生したものである。すなわち、直接的に、送信コイルから永久磁石に発生したものではないので、永久磁石内での渦電流の強度を低下させることができる。
【特許文献１】特開平１１−２４８６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、薄い箔では永久磁石内に発生する渦電流を低減できるとしても十分なノイズ低減の効果は得られない。そのため、ノイズ低減の効果を向上するために、箔に代えて、永久磁石と送信コイルの間に被導電性の強磁性体であるフェライトを設けることも考えられる。渦電流が物体のごく表面のみに発生することは周知の通りであり、このフェライトにより、永久磁石の底面に発生する渦電流を大きく抑制することが可能となる。
ところが、逆にフェライトの内部を多量の磁束が通過するようになりに、被検査体（強磁性体）の内部に垂直磁場が形成されることが阻害されてしまい、ひいては、被検査体内に電磁超音波が発生しづらい状況下となることは否めない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、強磁性体を被検査体とした電磁超音波センサであって、磁場発生部（永久磁石）の底面に渦電流が形成されることを抑えノイズを低減して、精度よく疵探傷を行うことのできる電磁超音波センサ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】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る電磁超音波センサは、強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有していて且つ当該被検査体に磁場を印加する磁場発生部と、前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域で磁場発生部に接するように設けられた非導電強磁性体と、を有し、前記非導電強磁性体は、前記磁場発生部の異極間で分割されて空隙部を有する構成となっていることを特徴とする。
【０００８】
この発明の構成により、送信コイルと磁場発生部との間に設けられた非導電強磁性体の導電率が低いために（抵抗値が高いために）、磁場発生部の内部の渦電流の発生が抑制される。さらに、非導電強磁性体は、コイルの巻線が存在しない位置には空隙部が存在することとなっていて、この非導電強磁性体の内部を通過する磁場が形成されることもない。これにより、磁路を調節し、コイルが存在する被検査体の部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。ここで、非導電強磁性体の抵抗率は１００Ω・ｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る電磁超音波センサは、強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有し且つ当該被検査体に磁場を印加するて磁場発生部と、前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、を備え、前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域に設けられた第１の非導電強磁性体と、前記磁場発生部の異極間を跨ぐように設けられた第２の非導電強磁性体とを有し、前記第１の非導電強磁性体と第２の非導電強磁性とは互いに分割されて空隙部を有する構成となっていることを特徴とする。
【００１０】
この発明の構成により、コイルの巻線が存在する領域及び巻線が存在しない領域に設けられた分割された非導電強磁性体により、磁路をさらに調節し、コイルが存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。
さらに、この電磁超音波センサにおいては、前記第２の非導電強磁性体の厚みは、第１の非導電強磁性体の厚みよりも薄いことを特徴とする。
この発明の構成により、コイルの巻線が存在する領域及び巻線が存在しない領域に設けられた「分割され且つ厚みの異なる」非導電強磁性体により、磁路をさらに調節し、コイルが存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。
【００１１】
好ましくは、前記非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であるとよい。前記第１の非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であるとよい。
例えば、１／５０（０．０２）以上であると磁場発生部内に発生する渦電流を、ノイズが問題とならないと判定できる値の６０％以下に抑えることができる。また、１/１０（０．１）以下であると、被検査体内の磁場を検査に適切な磁場が形成されていると判定できる値の６５％以上にできる。
【００１２】
前記空隙部の幅は、前記磁場発生部の幅の１／４００以上１／１００以下であるとよい。
こうすることで、非導電強磁性体の内部を多量の磁束が通過することを抑制でき、被検査体の表面に垂直磁場を確実に形成することができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、強磁性体を被検査体としたＥＭＡＴにおける磁場発生部の底部に発生する渦電流を抑制してノイズを抑え、被検査体の探傷を精度よく非接触で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
図１は、本実施形態に係る電磁超音波センサ１の側面図である。図１に示す電磁超音波センサ１は、ローレンツ型横波発生用センサである。この電磁超音波センサ１は、配管の減肉検査等に用いられるセンサであって、携帯可能なハンディタイプの小型センサである。永久磁石２，３の幅は、例えば５０ｍｍ程度であって、電磁超音波センサ１は、名刺の大きさの半分程度の大きさである。
【００１５】
このローレンツ型の電磁超音波センサ１の動作原理は、被検査体表面上に磁場発生部（永久磁石２，３）とコイル４，５とを配置し、送信コイル５にパルス電流を流す。これにより、被検査体内に誘起される渦電流と磁界との相互作用により発生するローレンツ力が音源となって被検査体内に超音波を発生させる。発生した超音波は被検査体１０内を進み、疵等の内部欠陥により反射され反射波となり、電磁超音波センサ１側へ戻ってくる。反射波は送信コイル４での現象の逆の原理により受信コイル４で検出され、非接触探傷が行われる。
【００１６】
電磁超音波センサ１のより具体的な構成についてさらに説明する。
図１に示すように、電磁超音波センサ１は、静磁場発生用の磁場発生部（ネオジム磁石で構成された永久磁石２及び永久磁石３）と、被検査体１０の表面内部に渦電流６を発生するための送信コイル５と、反射した超音波を受信するための受信コイル４と、永久磁石２及び永久磁石３のそれぞれの下面に貼り付けられた非導電性の強磁性体薄板７（抵抗率１００Ω・ｍ以上、初透磁率（Ｂ−Ｈカーブの最初の値）１０００Ｈ／ｍ以上）とから構成される。送信コイル５は被検査体１０の上方空間に配置し、さらにその送信コイル５の上側に受信コイル４が配置されている。
【００１７】
なお、図１の丸印の中に点を備えた印は、紙面裏側から紙面表側への電流の流れを示す記号である。丸印の中に×を備えた印は、紙面表側から紙面裏側への電流の流れを示す記号である。また、強磁性体薄板７の厚みは、永久磁石２，３の幅５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度に対して、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
図１に示すように、電磁超音波センサ１においては、磁場発生部は２つの永久磁石２，３が幅方向に隣接配置されており、一方の永久磁石２の下面側（被検査体１０に対面する側）はＮ極で、他方の永久磁石３の下面側はＳ極となっている。つまり、磁場発生部の下面は略中央部で異極となるように構成されていて、被検査体１０の表面に垂直磁場を構成可能な配置となっている。
【００１８】
永久磁石２，３の下方に配置された送信コイル５にパルス波を流すことにより被検査体１０の表面内部に渦電流６を発生する。ここで、渦電流６の発生は、送信コイル５にパルス電流を流したときに周りに磁場を発生し、その磁場を妨げるように渦電流６が発生する。このため、渦電流は被検査体１０だけではなく永久磁石２及び永久磁石３の表面（被検査体１０に対面する側の表面）内部にも発生しうる。
しかしながら、本実施形態に係る電磁超音波センサ１においては、送信コイル５と永久磁石２，３との間であって、永久磁石２，３の下面に接するように設けられた強磁性体薄板７の導電率が低いために、永久磁石２，３おける渦電流の発生が可及的に抑制される。そのため、従来の電磁超音波センサによる被検査体１０中へ超音波を入射した場合には、計測すべき被検査体１０の底面又は疵反射信号の他に、永久磁石２及び永久磁石３内に発生する超音波信号がノイズとして現れる。それに対して、本実施形態に係る電磁超音波センサ１内の超音波信号は抑制され、所望する底面反射信号のみを計測することができる。
【００１９】
さらに、強磁性体薄板７は、その形状が薄板であって、コイル４，５が存在しない部分で２つに分割されている、すなわち、磁場発生部の異極間で分割されて空隙部４０が形成された構成となっており、空隙部４０が永久磁石２と永久磁石３との幅方向接合部に対応して設けられていることとなっている。ゆえに、空隙部４０により、強磁性体薄板７による磁路形成が妨げられ、本来、被検査体１０の垂直磁場を構成するべき磁束が強磁性体薄板７内部を通ることを防ぐことができる。
図２に、本実施形態に係る電磁超音波センサ１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を示す。
【００２０】
また、図３に、図２と比較するために、従来の電磁超音波センサにより形成される被検査体の表面の垂直方向磁場を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）と紙面水平方向の位置が対応しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）と紙面水平方向の位置が対応している。なお、図２，図３，図５〜図７のグラフの横軸は永久磁石２，３の幅Ｄと対応している。
図３（ａ）に示すように、従来の電磁超音波センサのように、永久磁石２，３とコイル４，５との間に何も存在しない場合には、永久磁石２及び永久磁石３内に渦電流９が発生している。加えて、図３（ｂ）に示すように、送信コイル４，受信コイル４を配備するために永久磁石２，３と被検査体１０との距離が大であって、被検査体１０の表面に、測定に適切な垂直方向の磁場（コイル４，５が存在する部分のみに強い磁場）を形成することができず、結果的に高感度で信号を受信できない状況となっている。
【００２１】
一方、本実施形態に係る電磁超音波センサ１においては、図２（ｂ）に示すように、強磁性体薄板７の作用により、永久磁石２及び永久磁石３内に発生する渦電流を抑制できている。加えて、強磁性体薄板７が設けられることで、永久磁石２，３が被検査体１０に近づいた状況となり、コイル４，５が存在する部分に強くて均一な垂直磁場分布を発生させている。これにより、確実に超音波を発生させると共に高感度で信号（反射超音波）を受信することができる。
しかしながら、コイル４，５が存在する部分の垂直磁場のピーク値を鑑みるに、例えば、図２（ｂ）のフラットなピーク値が、図３（ｂ）の山型のピーク値よりも若干低い。ただし、図３（ｂ）に示す磁場分布は、均一ではなく且つ送信コイル５が無い永久磁石２，３の略中央部にも存在するものとなっている。すなわち、被検査体１０の表面に適切な磁場が形成されているとは到底言えない。
【００２２】
なお、図２（ａ）に示す、永久磁石２，３の幅Ｄと強磁性体薄板７の厚みｄとの比率は、以下に示すように、１／５０〜１／１０が好ましく、特に、１／２５〜１／１６が好ましい。さらに、２枚の強磁性体薄板７の間隙（空隙部４０の幅）は、永久磁石２，３の幅Ｄに対して１／４００〜１／１００が好ましく、特に、１／４００〜１／２００が好ましい。
以下、本実施形態に係る電磁超音波センサ１における永久磁石２及び永久磁石３の幅Ｄと強磁性体薄板７の厚みｄとの比率について説明する。
【００２３】
上述したように、電磁超音波センサ１の感度を向上させるためには。永久磁石２及び永久磁石３内に発生する渦電流を抑制して、かつ、コイル４，５が存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが必要である。このことには、強磁性体薄板７の厚みが大きく影響を与える。
つまり、強磁性体薄板７を薄くすると、ノイズの原因となる永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流が発生しやすくなる。一方、強磁性体薄板７を厚くすると、永久磁石２及び永久磁石３と被検査体１０との間の距離が小さくなり、被検査体１０内に形成される磁場が均一になる傾向はあるものの、本来、被検査体１０の垂直磁場を構成するべき磁束が強磁性体薄板７の内部を通るようになり、被検査体１０表面での垂直磁場が弱くなる。詳説すれば、本来、永久磁石３のＮ極から被検査体１０の表面を通り、永久磁石２のＳ極へ到達すべき磁力線が、永久磁石３のＮ極→厚く連続した強磁性体薄板７→永久磁石２のＳ極と言う経路をたどるようになる。このことから、強磁性体薄板７の厚みには、適正な範囲が明らかに存在する。
【００２４】
強磁性体薄板７の厚みと、永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流及び被検査体１０内の磁場との関係を調べた。なお、強磁性体薄板７の厚みは、永久磁石２及び永久磁石３の幅Ｄと強磁性体薄板７の厚みｄとの比率にて規定した。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
この結果は、相対的な関係を明らかにするために正規化されている。強磁性体薄板７の厚さが永久磁石２及び永久磁石３の幅に対して１／５０（０．０２）以上であると永久磁石２及び永久磁石３内に発生する渦電流を（ノイズが問題とならないと判定できる）６０％以下に抑えることができる。
また、強磁性体薄板７の厚さが永久磁石２及び永久磁石３の幅に対して１/１０（０．１）以下であると被検査体１０内の磁場を（検査に適切な磁場が形成されていると判定できる）６５％以上にできる。よって、強磁性体薄板の厚さの有効な範囲は、対極する二つの永久磁石の幅Ｄを基準として、１／５０〜１／１０となる。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る電磁超音波センサ１によると以下の効果がある。
被検査体１０中に超音波を発生させるためにはローレンツ力が必要になり、これは被検査体１０中に発生する渦電流と磁場とにより発生する。よって、渦電流の発生する部分、つまりコイル４，５の存在する部分にのみ強い磁場を分布させることが必要になる。電磁超音波センサ１においては、コイル４，５の存在する部分に強磁性体薄板７を設けるとともにコイル４，５が存在しない部分で強磁性体薄板７に間隙（空隙部４０）を設けて配置している。これにより、磁路を調節し、コイル４，５が存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。この結果、高感度で信号を受信することが可能となる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
【００２８】
なお、以下の説明において、上述した第１実施形態と同一の部品には同一の符号を付してある。
図４は、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１の側面図である。電磁超音波センサ１１が電磁超音波センサ１と異なる点は、２枚の強磁性体薄板１７（第１の非導電強磁性体）の幅方向間であって、永久磁石２と永久磁石３との幅方向接合部に対応して、強磁性体薄板１７と同じ厚みの中央部強磁性体薄板１８（第２の非導電強磁性体）を備える点である。
【００２９】
これ以外については、第１実施形態と同じである。また、強磁性体薄板１７の厚みは、例えば、１ｍｍであって、強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板１８との間隙は、例えば、０．１ｍｍである。
図５に、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を示す。
上述の第１実施形態で説明したように（図２（ｂ）参照）、電磁超音波センサ１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場のピーク値は、従来のもの（強磁性体薄板を備えないもの）より若干減少してしまい、結果的にセンサの感度は落ちる傾向がある。
【００３０】
これに対して、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１においては、２枚の強磁性体薄板１７の間隙に、強磁性体薄板１７と同じ厚みの中央部強磁性体薄板１８を備える。この中央部強磁性体薄板１８の存在により、永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流１９はほぼ抑制され、かつ、強磁性体薄板による磁路が分断されて、被検査体１０の表面に適切な垂直方向磁場を形成することが可能となる。ここで、強磁性体薄板１７及び中央部強磁性体薄板１８の適切な配置は、コイル４，５の存在する部分には、できるだけ薄い強磁性体薄板１７を配置し、そこから間隙を設けて、コイル４，５のない部分には、コイル４，５の存在する部分に配置した強磁性体薄板１７の厚さと同じ厚さの中央部強磁性体薄板１８を配置している。
【００３１】
これにより対極する２つの永久磁石２と永久磁石３との間の磁路が小さくなることにより被検査体１０中に入る磁束を多くしている。すなわち、図５（ｂ）に示す如く、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域のみへの高磁場分布を可能にし、さらに、永久磁石２及び永久磁石３磁石内に発生する渦電流を抑制できるため、ノイズを抑えることが可能になる。この結果、高感度で信号を受信することができる。
なお、図５に示す、永久磁石２，３の幅Ｄと強磁性体薄板１７の厚みｄとの比率は、１／５０〜１／１０が好ましく、特に、１／２５〜１／１６が好ましい。さらに、強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板１８の空隙部の幅は、永久磁石２，３の幅Ｄに対して１／４００〜１／１００が好ましく、特に、１／４００〜１／２００が好ましい。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１によると以下の効果がある。
電磁超音波センサ１１においては、コイル４，５の存在する部分に強磁性体薄板１７を設けると共に、永久磁石２と永久磁石３との幅方向接合部を跨ぐように中央部強磁性体薄板１８を設ける、さらに強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板１８との間に間隙を設けて配置している。これにより、磁路をさらに限定的に調節し、コイル４，５が存在する部分にのみさらに強い磁場分布を発生させることが可能になる。この結果、さらなる高感度で信号を受信することが可能となる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
【００３３】
なお、以下の説明において、上述した第１実施形態又は第２実施形態と同一の部品には同一の符号を付してある。
図６は、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１の側面図である。電磁超音波センサ２１が電磁超音波センサ１１と異なる点は、中央部強磁性体薄板２８が中央部強磁性体薄板１８とは異なる厚さである点である。これ以外は第２実施形態と同じである。
また、強磁性体薄板１７の厚みは、例えば、１ｍｍであって、中央部強磁性体薄板２８の厚みは、例えば、０．５ｍｍであって、強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板２８との間隙は、例えば、０．１ｍｍである。
【００３４】
図７に、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を示す。
図７においては、上述の第２実施形態に係る電磁超音波センサ１１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を一点鎖線で、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を実線で示す。
本実施形態に係る電磁超音波センサ２１においては、２枚の強磁性体薄板１７の間隙に強磁性体薄板１７よりも薄い厚み（半分の厚み）の中央部強磁性体薄板２８を備える。この中央部強磁性体薄板２８の存在により、永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流２９はほぼ抑制され、かつ、被検査体１０の表面にさらに適切な垂直方向磁場を形成することが可能となる。ここで、強磁性体薄板１７及び中央部強磁性体薄板１８の適切な配置は、コイル４，５の存在する部分には、できるだけ薄い強磁性体薄板１７を配置し、そこから間隙を設けて、コイル４，５のない部分には、コイル４，５の存在する部分に配置した強磁性体薄板１７の厚さよりも薄い（ここでは半分の厚み）中央部強磁性体薄板２８を配置している。
【００３５】
これにより対極する２つの永久磁石２と永久磁石３との間の磁路が小さくなることにより被検査体１０中に入る磁束を多くしている。すなわち、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域のみへのさらなる高磁場分布を可能にし、さらに、永久磁石２及び永久磁石３磁石内に発生する渦電流を抑制できるため、ノイズを抑えることが可能になる。この結果、高感度で信号を受信することができる。
なお、図７に示す、永久磁石２，３の幅Ｄと強磁性体薄板１７の厚みｄとの比率は、１／５０〜１／１０が好ましく、特に、１／２５〜１／１６が好ましい。さらに、強磁性体薄板２７と中央部強磁性体薄板２８の間隙は、永久磁石２，３の幅Ｄに対して１／４００〜１／１００が好ましく、特に、１／４００〜１／２００が好ましい。さらに、強磁性体薄板２７と中央部強磁性体薄板２８との厚みの比率は、１／３〜２／３が好ましく、特に、１／３〜１／２が好ましい。
【００３６】
こうすることで、図７（ｂ）に示すように、コイル４，５に対応する部分の垂直磁場の強度は約０．８Ｔで、強磁性体薄板１７を有さない従来のセンサ（図３（ｂ）を参照）とほぼ同じとなるばかりか、磁場分布が非常に均一なものとなる。
以上のように、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１によると以下の効果がある。
電磁超音波センサ２１においては、コイル４，５の存在する部分に強磁性体薄板１７を、コイル４，５の存在しない部分に強磁性体薄板１７よりも薄い中央部強磁性体薄板２８を設けるとともに、これらの強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板２８との間に間隙を設けて配置している。これにより、磁路をさらに限定的に調節し、コイル４，５が存在する部分にのみさらに強い磁場分布を発生させることが可能になる。この結果、さらなる高感度で信号を受信することが可能となる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
【００３７】
なお、以下の説明において、上述した実施形態と同一の部品には同一の符号を付してある。
図８は、本実施形態に係る電磁超音波センサ３１の側面図である。電磁超音波センサ３１が電磁超音波センサ１、電磁超音波センサ１１及び電磁超音波センサ２１と異なる点は、横波発生用センサではなく表面ＳＨ波発生用センサである点である。
図８に示すように、電磁超音波センサ３１は、磁極の向きを表裏交互に反転させ且つ千鳥状に配置してある複数個の永久磁石３２及び永久磁石３３と、強磁性体の被検査体１０の表面側の内部に渦電流６を発生するための送信コイル５と、反射した超音波を受信するための受信コイル４と、これらのコイルと永久磁石３２及び永久磁石３３との間にある強磁性体薄板２７（第１の非導電強磁性体）及び中央部強磁性体薄板２８（第２の非導電強磁性体）から構成される。強磁性体薄板２７は、中央部強磁性体薄板２８よりも厚い。
【００３８】
この電磁超音波センサ３１は、送信コイル５にパルス電流を流すことにより、被検査体１０中に発生する渦電流と、交互に反転した永久磁石３２及び永久磁石３３により発生する静磁場との相互作用によりローレンツ力を発生させて、それにより表面を水平方向に伝播する表面ＳＨ波を発生させる。
この電磁超音波センサ３１の複数の永久磁石３２及び永久磁石３３の下部には、強磁性体薄板２７及び中央部強磁性体薄板２８が設けられている。永久磁石３２及び永久磁石３３が配置された位置に対応して厚い強磁性体薄板２７が、永久磁石３２と永久磁石３３とが接する位置に対応して薄い中央部強磁性体薄板２８が設けられている。
【００３９】
これにより、隣接する永久磁石３２，３３の間の磁路が小さくなることにより被検査体１０中に入り込む磁束を多くしている。すなわち、上述の第１実施形態〜第３実施形態における横波発生用センサと同様に、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域のみに高磁場分布を形成し、さらに永久磁石３２及び永久磁石３３内の渦電流の発生を抑制している。
この結果、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域に対し更なる高磁場分布の形成を可能にし、さらに、永久磁石３２，３３内に発生する渦電流を抑制できるため、ノイズを抑えることが可能になる。表面ＳＨ波を用いた電磁超音波センサにおいて、高感度で信号を受信することができる。
【００４０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサの側面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図３】（ａ）は従来の電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は従来の電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサの側面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサの側面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明の第４実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は当該電磁超音波センサの磁場発生部の下面に設けられる第１の非導電強磁性体及び第２の非導電強磁性体の平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１，２１，３１ 電磁超音波センサ
２，３，３２，３３ 永久磁石
４ 受信コイル
５ 送信コイル
６，９，１９，２９ 渦電流
７，１７，２７ 強磁性体薄板
１８，２８ 中央部強磁性体薄板
４０ 空隙部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鋼材の欠陥検査や配管減肉検査などを非接触で行なうための小型の電磁超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属内の疵の検査方法及び板厚測定方法の一つとして超音波探傷が挙げられる。従来の圧電素子による探触方法においては、センサ内で発生した超音波を、水や油などの接触媒質を介して被検査体に伝達させていた。これに対して、被検査体に非接触で超音波探傷ができる電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ：Electro Magnetic Acoustic Transducer）が知られている。この電磁超音波探触子は、電磁気的な作用を利用して、接触媒質を介することなく、直接、被検査体内に超音波を発生させ伝播させることができる。
このＥＭＡＴには、ローレンツ型があり、ローレンツ型ＥＭＡＴの原理は、永久磁石により発生する静磁場と、コイルにパルス電流を流すことにより発生する渦電流との相互作用によりローレンツ力を発生させて、それによって被検査体内に超音波を発生させる。このようなＥＭＡＴにおいては、被検査体と非接触で超音波を伝達させることができるが、受信感度が圧電素子に比べて２桁低くまた電磁気的な作用で超音波の送受信を行なっているため電磁気的なノイズが大きくなるという課題がある。
【０００３】
特に、永久磁石には焼結タイプの希土類磁石（例えば、ネオジム磁石）が使用されることが多いが、希土類磁石は金属のように導電性が良い。このため、コイルにパルス電流を流すと、被検査体に対面する永久磁石の底面に渦電流が発生する。この渦電流により永久磁石内でも超音波が発生し永久磁石内を伝播・反射する。この超音波はノイズの原因となる。
特許文献１には、この課題に対応する電磁超音波探傷装置が開示されている。
この電磁超音波探傷装置は、被検査体に静磁界を発生させる永久磁石と、パルス電流を流すことにより被検査体内に渦電流を発生させる送信コイルと、永久磁石と送信コイルにより被検査体内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検査体の表面を加振することで超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備える。この電磁超音波探傷装置においては、永久磁石と送信コイルの間に強磁性箔が設けられている。また、同電磁超音波探傷装置において、永久磁石と送信コイルの間に磁性粉末を含有したシートを設けることも開示されている。
【０００４】
詳しくは、この電磁超音波探傷装置は、永久磁石と送信コイルとの間に例えばパーマロイ、センダスト、アモルファスなどの強磁性箔、Ｆｅ3Ｏ4やバリウムフェライトなどの磁性粉末を混入するか又は表面に塗付した磁気シートを配置している。そのため、永久磁石内に発生する渦電流は、送信コイルから強磁性箔内に発生した渦電流により強磁性箔と永久磁石との間の相互誘導により発生したものである。すなわち、直接的に、送信コイルから永久磁石に発生したものではないので、永久磁石内での渦電流の強度を低下させることができる。
【特許文献１】特開平１１−２４８６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、薄い箔では永久磁石内に発生する渦電流を低減できるとしても十分なノイズ低減の効果は得られない。そのため、ノイズ低減の効果を向上するために、箔に代えて、永久磁石と送信コイルの間に被導電性の強磁性体であるフェライトを設けることも考えられる。渦電流が物体のごく表面のみに発生することは周知の通りであり、このフェライトにより、永久磁石の底面に発生する渦電流を大きく抑制することが可能となる。
ところが、逆にフェライトの内部を多量の磁束が通過するようになりに、被検査体（強磁性体）の内部に垂直磁場が形成されることが阻害されてしまい、ひいては、被検査体内に電磁超音波が発生しづらい状況下となることは否めない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、強磁性体を被検査体とした電磁超音波センサであって、磁場発生部（永久磁石）の底面に渦電流が形成されることを抑えノイズを低減して、精度よく疵探傷を行うことのできる電磁超音波センサ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】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る電磁超音波センサは、強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有していて且つ当該被検査体に磁場を印加する磁場発生部と、前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域で磁場発生部に接するように設けられた非導電強磁性体と、を有し、前記非導電強磁性体は、前記磁場発生部の異極間で分割されて空隙部を有する構成となっていることを特徴とする。
【０００８】
この発明の構成により、送信コイルと磁場発生部との間に設けられた非導電強磁性体の導電率が低いために（抵抗値が高いために）、磁場発生部の内部の渦電流の発生が抑制される。さらに、非導電強磁性体は、コイルの巻線が存在しない位置には空隙部が存在することとなっていて、この非導電強磁性体の内部を通過する磁場が形成されることもない。これにより、磁路を調節し、コイルが存在する被検査体の部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。ここで、非導電強磁性体の抵抗率は１００Ω・ｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る電磁超音波センサは、強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有し且つ当該被検査体に磁場を印加するて磁場発生部と、前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、を備え、前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域に設けられた第１の非導電強磁性体と、前記磁場発生部の異極間を跨ぐように設けられた第２の非導電強磁性体とを有し、前記第１の非導電強磁性体と第２の非導電強磁性とは互いに分割されて空隙部を有する構成となっていることを特徴とする。
【００１０】
この発明の構成により、コイルの巻線が存在する領域及び巻線が存在しない領域に設けられた分割された非導電強磁性体により、磁路をさらに調節し、コイルが存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。
さらに、この電磁超音波センサにおいては、前記第２の非導電強磁性体の厚みは、第１の非導電強磁性体の厚みよりも薄いことを特徴とする。
この発明の構成により、コイルの巻線が存在する領域及び巻線が存在しない領域に設けられた「分割され且つ厚みの異なる」非導電強磁性体により、磁路をさらに調節し、コイルが存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。
【００１１】
好ましくは、前記非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であるとよい。前記第１の非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であるとよい。
例えば、１／５０（０．０２）以上であると磁場発生部内に発生する渦電流を、ノイズが問題とならないと判定できる値の６０％以下に抑えることができる。また、１/１０（０．１）以下であると、被検査体内の磁場を検査に適切な磁場が形成されていると判定できる値の６５％以上にできる。
【００１２】
前記空隙部の幅は、前記磁場発生部の幅の１／４００以上１／１００以下であるとよい。
こうすることで、非導電強磁性体の内部を多量の磁束が通過することを抑制でき、被検査体の表面に垂直磁場を確実に形成することができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、強磁性体を被検査体としたＥＭＡＴにおける磁場発生部の底部に発生する渦電流を抑制してノイズを抑え、被検査体の探傷を精度よく非接触で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
図１は、本実施形態に係る電磁超音波センサ１の側面図である。図１に示す電磁超音波センサ１は、ローレンツ型横波発生用センサである。この電磁超音波センサ１は、配管の減肉検査等に用いられるセンサであって、携帯可能なハンディタイプの小型センサである。永久磁石２，３の幅は、例えば５０ｍｍ程度であって、電磁超音波センサ１は、名刺の大きさの半分程度の大きさである。
【００１５】
このローレンツ型の電磁超音波センサ１の動作原理は、被検査体表面上に磁場発生部（永久磁石２，３）とコイル４，５とを配置し、送信コイル５にパルス電流を流す。これにより、被検査体内に誘起される渦電流と磁界との相互作用により発生するローレンツ力が音源となって被検査体内に超音波を発生させる。発生した超音波は被検査体１０内を進み、疵等の内部欠陥により反射され反射波となり、電磁超音波センサ１側へ戻ってくる。反射波は送信コイル４での現象の逆の原理により受信コイル４で検出され、非接触探傷が行われる。
【００１６】
電磁超音波センサ１のより具体的な構成についてさらに説明する。
図１に示すように、電磁超音波センサ１は、静磁場発生用の磁場発生部（ネオジム磁石で構成された永久磁石２及び永久磁石３）と、被検査体１０の表面内部に渦電流６を発生するための送信コイル５と、反射した超音波を受信するための受信コイル４と、永久磁石２及び永久磁石３のそれぞれの下面に貼り付けられた非導電性の強磁性体薄板７（抵抗率１００Ω・ｍ以上、初透磁率（Ｂ−Ｈカーブの最初の値）１０００Ｈ／ｍ以上）とから構成される。送信コイル５は被検査体１０の上方空間に配置し、さらにその送信コイル５の上側に受信コイル４が配置されている。
【００１７】
なお、図１の丸印の中に点を備えた印は、紙面裏側から紙面表側への電流の流れを示す記号である。丸印の中に×を備えた印は、紙面表側から紙面裏側への電流の流れを示す記号である。また、強磁性体薄板７の厚みは、永久磁石２，３の幅５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度に対して、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
図１に示すように、電磁超音波センサ１においては、磁場発生部は２つの永久磁石２，３が幅方向に隣接配置されており、一方の永久磁石２の下面側（被検査体１０に対面する側）はＮ極で、他方の永久磁石３の下面側はＳ極となっている。つまり、磁場発生部の下面は略中央部で異極となるように構成されていて、被検査体１０の表面に垂直磁場を構成可能な配置となっている。
【００１８】
永久磁石２，３の下方に配置された送信コイル５にパルス波を流すことにより被検査体１０の表面内部に渦電流６を発生する。ここで、渦電流６の発生は、送信コイル５にパルス電流を流したときに周りに磁場を発生し、その磁場を妨げるように渦電流６が発生する。このため、渦電流は被検査体１０だけではなく永久磁石２及び永久磁石３の表面（被検査体１０に対面する側の表面）内部にも発生しうる。
しかしながら、本実施形態に係る電磁超音波センサ１においては、送信コイル５と永久磁石２，３との間であって、永久磁石２，３の下面に接するように設けられた強磁性体薄板７の導電率が低いために、永久磁石２，３おける渦電流の発生が可及的に抑制される。そのため、従来の電磁超音波センサによる被検査体１０中へ超音波を入射した場合には、計測すべき被検査体１０の底面又は疵反射信号の他に、永久磁石２及び永久磁石３内に発生する超音波信号がノイズとして現れる。それに対して、本実施形態に係る電磁超音波センサ１内の超音波信号は抑制され、所望する底面反射信号のみを計測することができる。
【００１９】
さらに、強磁性体薄板７は、その形状が薄板であって、コイル４，５が存在しない部分で２つに分割されている、すなわち、磁場発生部の異極間で分割されて空隙部４０が形成された構成となっており、空隙部４０が永久磁石２と永久磁石３との幅方向接合部に対応して設けられていることとなっている。ゆえに、空隙部４０により、強磁性体薄板７による磁路形成が妨げられ、本来、被検査体１０の垂直磁場を構成するべき磁束が強磁性体薄板７内部を通ることを防ぐことができる。
図２に、本実施形態に係る電磁超音波センサ１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を示す。
【００２０】
また、図３に、図２と比較するために、従来の電磁超音波センサにより形成される被検査体の表面の垂直方向磁場を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）と紙面水平方向の位置が対応しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）と紙面水平方向の位置が対応している。なお、図２，図３，図５〜図７のグラフの横軸は永久磁石２，３の幅Ｄと対応している。
図３（ａ）に示すように、従来の電磁超音波センサのように、永久磁石２，３とコイル４，５との間に何も存在しない場合には、永久磁石２及び永久磁石３内に渦電流９が発生している。加えて、図３（ｂ）に示すように、送信コイル４，受信コイル４を配備するために永久磁石２，３と被検査体１０との距離が大であって、被検査体１０の表面に、測定に適切な垂直方向の磁場（コイル４，５が存在する部分のみに強い磁場）を形成することができず、結果的に高感度で信号を受信できない状況となっている。
【００２１】
一方、本実施形態に係る電磁超音波センサ１においては、図２（ｂ）に示すように、強磁性体薄板７の作用により、永久磁石２及び永久磁石３内に発生する渦電流を抑制できている。加えて、強磁性体薄板７が設けられることで、永久磁石２，３が被検査体１０に近づいた状況となり、コイル４，５が存在する部分に強くて均一な垂直磁場分布を発生させている。これにより、確実に超音波を発生させると共に高感度で信号（反射超音波）を受信することができる。
しかしながら、コイル４，５が存在する部分の垂直磁場のピーク値を鑑みるに、例えば、図２（ｂ）のフラットなピーク値が、図３（ｂ）の山型のピーク値よりも若干低い。ただし、図３（ｂ）に示す磁場分布は、均一ではなく且つ送信コイル５が無い永久磁石２，３の略中央部にも存在するものとなっている。すなわち、被検査体１０の表面に適切な磁場が形成されているとは到底言えない。
【００２２】
なお、図２（ａ）に示す、永久磁石２，３の幅Ｄと強磁性体薄板７の厚みｄとの比率は、以下に示すように、１／５０〜１／１０が好ましく、特に、１／２５〜１／１６が好ましい。さらに、２枚の強磁性体薄板７の間隙（空隙部４０の幅）は、永久磁石２，３の幅Ｄに対して１／４００〜１／１００が好ましく、特に、１／４００〜１／２００が好ましい。
以下、本実施形態に係る電磁超音波センサ１における永久磁石２及び永久磁石３の幅Ｄと強磁性体薄板７の厚みｄとの比率について説明する。
【００２３】
上述したように、電磁超音波センサ１の感度を向上させるためには。永久磁石２及び永久磁石３内に発生する渦電流を抑制して、かつ、コイル４，５が存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが必要である。このことには、強磁性体薄板７の厚みが大きく影響を与える。
つまり、強磁性体薄板７を薄くすると、ノイズの原因となる永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流が発生しやすくなる。一方、強磁性体薄板７を厚くすると、永久磁石２及び永久磁石３と被検査体１０との間の距離が小さくなり、被検査体１０内に形成される磁場が均一になる傾向はあるものの、本来、被検査体１０の垂直磁場を構成するべき磁束が強磁性体薄板７の内部を通るようになり、被検査体１０表面での垂直磁場が弱くなる。詳説すれば、本来、永久磁石３のＮ極から被検査体１０の表面を通り、永久磁石２のＳ極へ到達すべき磁力線が、永久磁石３のＮ極→厚く連続した強磁性体薄板７→永久磁石２のＳ極と言う経路をたどるようになる。このことから、強磁性体薄板７の厚みには、適正な範囲が明らかに存在する。
【００２４】
強磁性体薄板７の厚みと、永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流及び被検査体１０内の磁場との関係を調べた。なお、強磁性体薄板７の厚みは、永久磁石２及び永久磁石３の幅Ｄと強磁性体薄板７の厚みｄとの比率にて規定した。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
この結果は、相対的な関係を明らかにするために正規化されている。強磁性体薄板７の厚さが永久磁石２及び永久磁石３の幅に対して１／５０（０．０２）以上であると永久磁石２及び永久磁石３内に発生する渦電流を（ノイズが問題とならないと判定できる）６０％以下に抑えることができる。
また、強磁性体薄板７の厚さが永久磁石２及び永久磁石３の幅に対して１/１０（０．１）以下であると被検査体１０内の磁場を（検査に適切な磁場が形成されていると判定できる）６５％以上にできる。よって、強磁性体薄板の厚さの有効な範囲は、対極する二つの永久磁石の幅Ｄを基準として、１／５０〜１／１０となる。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る電磁超音波センサ１によると以下の効果がある。
被検査体１０中に超音波を発生させるためにはローレンツ力が必要になり、これは被検査体１０中に発生する渦電流と磁場とにより発生する。よって、渦電流の発生する部分、つまりコイル４，５の存在する部分にのみ強い磁場を分布させることが必要になる。電磁超音波センサ１においては、コイル４，５の存在する部分に強磁性体薄板７を設けるとともにコイル４，５が存在しない部分で強磁性体薄板７に間隙（空隙部４０）を設けて配置している。これにより、磁路を調節し、コイル４，５が存在する部分にのみ強い磁場分布を発生させることが可能になる。この結果、高感度で信号を受信することが可能となる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
【００２８】
なお、以下の説明において、上述した第１実施形態と同一の部品には同一の符号を付してある。
図４は、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１の側面図である。電磁超音波センサ１１が電磁超音波センサ１と異なる点は、２枚の強磁性体薄板１７（第１の非導電強磁性体）の幅方向間であって、永久磁石２と永久磁石３との幅方向接合部に対応して、強磁性体薄板１７と同じ厚みの中央部強磁性体薄板１８（第２の非導電強磁性体）を備える点である。
【００２９】
これ以外については、第１実施形態と同じである。また、強磁性体薄板１７の厚みは、例えば、１ｍｍであって、強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板１８との間隙は、例えば、０．１ｍｍである。
図５に、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を示す。
上述の第１実施形態で説明したように（図２（ｂ）参照）、電磁超音波センサ１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場のピーク値は、従来のもの（強磁性体薄板を備えないもの）より若干減少してしまい、結果的にセンサの感度は落ちる傾向がある。
【００３０】
これに対して、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１においては、２枚の強磁性体薄板１７の間隙に、強磁性体薄板１７と同じ厚みの中央部強磁性体薄板１８を備える。この中央部強磁性体薄板１８の存在により、永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流１９はほぼ抑制され、かつ、強磁性体薄板による磁路が分断されて、被検査体１０の表面に適切な垂直方向磁場を形成することが可能となる。ここで、強磁性体薄板１７及び中央部強磁性体薄板１８の適切な配置は、コイル４，５の存在する部分には、できるだけ薄い強磁性体薄板１７を配置し、そこから間隙を設けて、コイル４，５のない部分には、コイル４，５の存在する部分に配置した強磁性体薄板１７の厚さと同じ厚さの中央部強磁性体薄板１８を配置している。
【００３１】
これにより対極する２つの永久磁石２と永久磁石３との間の磁路が小さくなることにより被検査体１０中に入る磁束を多くしている。すなわち、図５（ｂ）に示す如く、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域のみへの高磁場分布を可能にし、さらに、永久磁石２及び永久磁石３磁石内に発生する渦電流を抑制できるため、ノイズを抑えることが可能になる。この結果、高感度で信号を受信することができる。
なお、図５に示す、永久磁石２，３の幅Ｄと強磁性体薄板１７の厚みｄとの比率は、１／５０〜１／１０が好ましく、特に、１／２５〜１／１６が好ましい。さらに、強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板１８の空隙部の幅は、永久磁石２，３の幅Ｄに対して１／４００〜１／１００が好ましく、特に、１／４００〜１／２００が好ましい。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係る電磁超音波センサ１１によると以下の効果がある。
電磁超音波センサ１１においては、コイル４，５の存在する部分に強磁性体薄板１７を設けると共に、永久磁石２と永久磁石３との幅方向接合部を跨ぐように中央部強磁性体薄板１８を設ける、さらに強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板１８との間に間隙を設けて配置している。これにより、磁路をさらに限定的に調節し、コイル４，５が存在する部分にのみさらに強い磁場分布を発生させることが可能になる。この結果、さらなる高感度で信号を受信することが可能となる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
【００３３】
なお、以下の説明において、上述した第１実施形態又は第２実施形態と同一の部品には同一の符号を付してある。
図６は、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１の側面図である。電磁超音波センサ２１が電磁超音波センサ１１と異なる点は、中央部強磁性体薄板２８が中央部強磁性体薄板１８とは異なる厚さである点である。これ以外は第２実施形態と同じである。
また、強磁性体薄板１７の厚みは、例えば、１ｍｍであって、中央部強磁性体薄板２８の厚みは、例えば、０．５ｍｍであって、強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板２８との間隙は、例えば、０．１ｍｍである。
【００３４】
図７に、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を示す。
図７においては、上述の第２実施形態に係る電磁超音波センサ１１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を一点鎖線で、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１により形成される被検査体１０の表面の垂直方向磁場を実線で示す。
本実施形態に係る電磁超音波センサ２１においては、２枚の強磁性体薄板１７の間隙に強磁性体薄板１７よりも薄い厚み（半分の厚み）の中央部強磁性体薄板２８を備える。この中央部強磁性体薄板２８の存在により、永久磁石２及び永久磁石３内の渦電流２９はほぼ抑制され、かつ、被検査体１０の表面にさらに適切な垂直方向磁場を形成することが可能となる。ここで、強磁性体薄板１７及び中央部強磁性体薄板１８の適切な配置は、コイル４，５の存在する部分には、できるだけ薄い強磁性体薄板１７を配置し、そこから間隙を設けて、コイル４，５のない部分には、コイル４，５の存在する部分に配置した強磁性体薄板１７の厚さよりも薄い（ここでは半分の厚み）中央部強磁性体薄板２８を配置している。
【００３５】
これにより対極する２つの永久磁石２と永久磁石３との間の磁路が小さくなることにより被検査体１０中に入る磁束を多くしている。すなわち、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域のみへのさらなる高磁場分布を可能にし、さらに、永久磁石２及び永久磁石３磁石内に発生する渦電流を抑制できるため、ノイズを抑えることが可能になる。この結果、高感度で信号を受信することができる。
なお、図７に示す、永久磁石２，３の幅Ｄと強磁性体薄板１７の厚みｄとの比率は、１／５０〜１／１０が好ましく、特に、１／２５〜１／１６が好ましい。さらに、強磁性体薄板２７と中央部強磁性体薄板２８の間隙は、永久磁石２，３の幅Ｄに対して１／４００〜１／１００が好ましく、特に、１／４００〜１／２００が好ましい。さらに、強磁性体薄板２７と中央部強磁性体薄板２８との厚みの比率は、１／３〜２／３が好ましく、特に、１／３〜１／２が好ましい。
【００３６】
こうすることで、図７（ｂ）に示すように、コイル４，５に対応する部分の垂直磁場の強度は約０．８Ｔで、強磁性体薄板１７を有さない従来のセンサ（図３（ｂ）を参照）とほぼ同じとなるばかりか、磁場分布が非常に均一なものとなる。
以上のように、本実施形態に係る電磁超音波センサ２１によると以下の効果がある。
電磁超音波センサ２１においては、コイル４，５の存在する部分に強磁性体薄板１７を、コイル４，５の存在しない部分に強磁性体薄板１７よりも薄い中央部強磁性体薄板２８を設けるとともに、これらの強磁性体薄板１７と中央部強磁性体薄板２８との間に間隙を設けて配置している。これにより、磁路をさらに限定的に調節し、コイル４，５が存在する部分にのみさらに強い磁場分布を発生させることが可能になる。この結果、さらなる高感度で信号を受信することが可能となる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態に係る電磁超音波センサについて説明する。
【００３７】
なお、以下の説明において、上述した実施形態と同一の部品には同一の符号を付してある。
図８は、本実施形態に係る電磁超音波センサ３１の側面図である。電磁超音波センサ３１が電磁超音波センサ１、電磁超音波センサ１１及び電磁超音波センサ２１と異なる点は、横波発生用センサではなく表面ＳＨ波発生用センサである点である。
図８に示すように、電磁超音波センサ３１は、磁極の向きを表裏交互に反転させ且つ千鳥状に配置してある複数個の永久磁石３２及び永久磁石３３と、強磁性体の被検査体１０の表面側の内部に渦電流６を発生するための送信コイル５と、反射した超音波を受信するための受信コイル４と、これらのコイルと永久磁石３２及び永久磁石３３との間にある強磁性体薄板２７（第１の非導電強磁性体）及び中央部強磁性体薄板２８（第２の非導電強磁性体）から構成される。強磁性体薄板２７は、中央部強磁性体薄板２８よりも厚い。
【００３８】
この電磁超音波センサ３１は、送信コイル５にパルス電流を流すことにより、被検査体１０中に発生する渦電流と、交互に反転した永久磁石３２及び永久磁石３３により発生する静磁場との相互作用によりローレンツ力を発生させて、それにより表面を水平方向に伝播する表面ＳＨ波を発生させる。
この電磁超音波センサ３１の複数の永久磁石３２及び永久磁石３３の下部には、強磁性体薄板２７及び中央部強磁性体薄板２８が設けられている。永久磁石３２及び永久磁石３３が配置された位置に対応して厚い強磁性体薄板２７が、永久磁石３２と永久磁石３３とが接する位置に対応して薄い中央部強磁性体薄板２８が設けられている。
【００３９】
これにより、隣接する永久磁石３２，３３の間の磁路が小さくなることにより被検査体１０中に入り込む磁束を多くしている。すなわち、上述の第１実施形態〜第３実施形態における横波発生用センサと同様に、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域のみに高磁場分布を形成し、さらに永久磁石３２及び永久磁石３３内の渦電流の発生を抑制している。
この結果、コイル４，５の存在する部分つまり静磁場を発生させたい領域に対し更なる高磁場分布の形成を可能にし、さらに、永久磁石３２，３３内に発生する渦電流を抑制できるため、ノイズを抑えることが可能になる。表面ＳＨ波を用いた電磁超音波センサにおいて、高感度で信号を受信することができる。
【００４０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサの側面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図３】（ａ）は従来の電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は従来の電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサの側面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサの側面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は本発明の第３実施形態に係る電磁超音波センサによる被検査体表面の垂直方向磁場を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明の第４実施形態に係る電磁超音波センサの側面図、（ｂ）は当該電磁超音波センサの磁場発生部の下面に設けられる第１の非導電強磁性体及び第２の非導電強磁性体の平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１，２１，３１ 電磁超音波センサ
２，３，３２，３３ 永久磁石
４ 受信コイル
５ 送信コイル
６，９，１９，２９ 渦電流
７，１７，２７ 強磁性体薄板
１８，２８ 中央部強磁性体薄板
４０ 空隙部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有していて且つ当該被検査体に磁場を印加する磁場発生部と、
前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、
前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域で磁場発生部に接するように設けられた非導電強磁性体と、を有し、
前記非導電強磁性体は、前記磁場発生部の異極間で分割されて空隙部を有する構成となっていることを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項２】
強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有していて且つ当該被検査体に磁場を印加するて磁場発生部と、
前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、を備え、
前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域に設けられた第１の非導電強磁性体と、前記磁場発生部の異極間を跨ぐように設けられた第２の非導電強磁性体とを有し、
前記第１の非導電強磁性体と第２の非導電強磁性との間には空隙部が設けられる構成となっていることを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項３】
前記第２の非導電強磁性体の厚みは、第１の非導電強磁性体の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項２に記載の電磁超音波センサ。
【請求項４】
前記非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の電磁超音波センサ。
【請求項５】
前記第１の非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁超音波センサ。
【請求項６】
前記空隙部の幅は、前記磁場発生部の幅の１／４００以上１／１００以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁超音波センサ。
【請求項１】
強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有していて且つ当該被検査体に磁場を印加する磁場発生部と、
前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、
前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域で磁場発生部に接するように設けられた非導電強磁性体と、を有し、
前記非導電強磁性体は、前記磁場発生部の異極間で分割されて空隙部を有する構成となっていることを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項２】
強磁性体材料の被検査体に対向する面に異極を有していて且つ当該被検査体に磁場を印加するて磁場発生部と、
前記磁場発生部により磁場が印加された被検査体に渦電流を発生させて当該被検査体内に電磁超音波を生じさせるコイルと、を備え、
前記コイルと磁場発生部の間の領域であって、前記コイルの巻線が存在する領域に設けられた第１の非導電強磁性体と、前記磁場発生部の異極間を跨ぐように設けられた第２の非導電強磁性体とを有し、
前記第１の非導電強磁性体と第２の非導電強磁性との間には空隙部が設けられる構成となっていることを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項３】
前記第２の非導電強磁性体の厚みは、第１の非導電強磁性体の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項２に記載の電磁超音波センサ。
【請求項４】
前記非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の電磁超音波センサ。
【請求項５】
前記第１の非導電強磁性体の厚みは、前記磁場発生部の厚みの１／５０以上１／１０以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁超音波センサ。
【請求項６】
前記空隙部の幅は、前記磁場発生部の幅の１／４００以上１／１００以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁超音波センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−３００３１６（Ｐ２００９−３００３１６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５６７７４（Ｐ２００８−１５６７７４）
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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