JPH0194257A - 電磁超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電磁誘導瑠象を利用して超音波の発生及び検
出を行表うことによシ導電性を有する各押針？１ｌｌｌ
または検査を可能とする電磁超音波探触子に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、材料の非破壊検査の方法にはその材料の内部に超
音波を伝搬させ、その透過波や反射波を検出して各種計
測や検査を行なう方法が知られている。

第２図（ａｌ及び（ｂｌは横波を斜角入射する電磁超音
波探触子の従来例を示した図である。

同図において、（１）は磁界発生部、　　（２ａ）〜（
２ｘ）は礎石セグメン）、［３１はコイル、及び（４１
は導電性を有する被検材である。

次に従来の電磁超音波探触子による横波の斜角入射の原
理を、第３図ｆａｌ及び（ｂｌを用いて説明する。

図示したように、前記磁石セグメント（２ａ）〜（２Ｘ
）は、各々並んでいる方向の暢が等しく、Ｎｌｆ及びＳ
極の２つの磁極を有しておシ、相隣合う磁極が互いに反
対となるように組み合わされて形成されている。そして
、第３図（ａｌに示したように前記礎石セグメン）　（
２ａ）〜（２ｘ）によシ前記被検材（４１の表面には一
定ピッチで磁界方向が変化し、かつ被検材の表面に直交
する周期磁界Ｂａ−Ｂｘが発生する。

一方、第３図（ｂｌの如く前記コイルを、前記磁石セグ
メン）　（２ａ）〜（２Ｘ）を横切って、しかも前記被
検材（４）表面に平行に振動電流Ｉが流れる形状とする
ことによシ、被検材（４１の表面に渦電流Ｊが誘導され
、渦電流Ｊと前記周期磁界Ｂａ−Ｂｘ各々との相互作用
の結果、ローレンツカＦａ−Ｆｘ即ち、超音波振動が発
生する。このローレンツ力Ｆａ−Ｆｘは磁界Ｂａ−Ｂｘ
の各々が一定ピッチをもって磁界方向が互いに変化して
いるために・、やはシ同じ一定ピッチをもって紙面に直
角方向に、互いに逆向きとなるよう発生する。よって、
各位置で発生するローレンツカ即ち超音波振動の位相は
、磁石セグメントの幅りの周期で１８０°毎に変化して
おシ。

各点での超音波振動Ｆａ−Ｆｘの位相は下式（１１で示
される方向θで一致し９合成波面を構成する。

λ ＤＳｉｎθニー　　　　　　　　　＋１１作し、λは超
音波の波長である。

また９図示のようにコイル（３）に流れる電流は振動電
流であシ、渦電流の方向も時間的に互いに逆向きに変位
するため、前記超音波振動Ｆａ　％　Ｆｘは。

前記磁界発生部（１）の前後２方向に生じる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図ら１は前記従来の電磁超音波探触子をコイル＋３
１の軸方向からみた断面図であって、前記コイル（３１
に流れる電流による磁界の磁路の一例を図示しており、
磁界はコイル（３１のまわシにコイル（３１からの距離
にほぼ反比例して分布している。

一方、前記コイル（３）に流れる電流工によシ被検材（
４）の表面に誘導される渦電流Ｊは、結局、同図に示し
た。被検材（４１の表面を通るコイル（３）の周囲に生
じる磁界即ち磁束の時間的変化によるため。

前記渦電流Ｊを増やすには、被検材（４）の表面を通（
わ る磁束の強度をできるだけ、大きくする必要がある。言
い換えれば、前述のローレンツ力を大きくするには、前
記磁石セグメント（２ａ）〜（２ｘ）の直下に生じる磁
束を大きくして渦電流を大きくする必要があった。

ところで、前記従来の電磁超音波探触子では。

コイルの周囲の磁界の磁路は磁石セグメント（２ａ）〜
（２ｘ）及び被検材（４）の他は周囲の空気で形成され
。

被検材（４）が磁性体であるとしても、空気の透磁率が
他に比べて小さいために空気の部分の磁路抵抗が大きく
なるので、前記コイル（３）の巻数Ｎ及び流れる電流工
の積、即ち起磁力ＮＩによシ発生する磁束Φの発生効率
は低いものとなっていた。

この発明は以上のような問題点を解決するため釦なされ
たもので、前記コイルによる磁界の磁路抵抗をできるだ
け小さくし所定の起磁力即ちＮＩ積に対してきるだけ効
率よく磁束を被検材内部に発生させて、できるだけ大き
い磁束強度を得ることによって、磁束の変化によって生
じる渦電流Ｊの強度を高めるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る電磁超音波探触子は、前記磁界発生部の
磁石セグメントが並ぶ方向でコイルが巻かねていない、
相対する２つの面に、高透磁率の磁性体を備えて、前記
各磁石セグメント及びその磁石セグメントが相対する被
検材の表面とともに。

被検材の表面に相対するコイルの直線部分を囲むことに
よって、前記コイルに流れる電流によって周囲に形成さ
れる磁路の抵抗を小さくシ、所定の起磁力に対して得ら
れる磁束の強度を大きくして。

被検材内部に誘導される渦電流の強度を向上させる。

〔作用〕

この発明における電磁超音波探触子は、磁界発生部にお
いて磁石セグメントが並ぶ方向でコイルが巻かれていな
い相対する２つの面に高透磁率の磁性体を備えて、前記
磁石セグメント、前記磁性体及び被検材の表面によシ、
被検材の表面に相対するコイルの直線部分を囲み磁路抵
抗の少ない閉磁路を形成するので、コイルの電流によっ
て得もれる磁束の強度が被検材の表面で大きく得られ。

被検材内部に誘導される渦電流の発生効率が高くなり、
その結果、所定のコイル巻数及び電流にょシ発生するロ
ーレンツカ即ち超音波の強度を向上することができる。

〔実施例〕

第１図（ａｌ及びら）はこの発明による電磁超音波探触
子の一実施例を示した図である。同図において。

（１）は磁界発生部、　　（２ａ）〜（２ｘ）は磁石セ
グメント。

（３１はコイル、Ｃ４１は被検材、及び＋５１は高透磁
率を有する磁性体であする。第１図（ｂｌは（ａｔにお
いて、矢印Ａの方向からみた。断面図である。

図中、前記磁界発生部（１）の構成は従来の電磁超音波
探触子と同様であって、磁石セグメン）　（２ａ）〜（
２Ｘ）が、互いに隣合う磁極が反対となるように組み合
わされて配列されてなる。また、コイル（３）゛は前記
磁界発生部（１）の周囲に前記磁石セグメント（２ａ）
〜（２Ｘ）を横切る方向に２巻き回されている。

更に、前記磁性体（５１は前記磁界発生部（１１の前記
コイル＋３１が巻かれていない相対する面に、前記磁石
セグメン）　（２ａ）〜（２ｘ）を横切る方向に備えら
れておシ、第１図（ｔ）ｌ　Ｋ示した如く、前記被検材
（４）の表面に相対するコイル＋３１の直線部分を、前
記各磁石セグメント（２ａ）〜（２ｘ）、前記被検材＋
４１の表面。

及び前記磁性体（５）とによシ囲んでいる。

次に、この発明による電磁超音波探触子の特徴を第１図
ら１を用いて以下に説明する。

図においてｌは、前記コイル（３１の周囲に形成される
磁界の磁路であって、磁路！の磁路抵抗を師とし、この
磁路ｌにて得られる磁束強度をΦとすると２次の式が成
り立つ。

ＮＩ＝ΦＲｍ　　　　　　　　　　　１２１なお、Ｎ及
びＩは、前記コイル（３）の巻数及び電流であって、Ｎ
ＨｌｊＦは起磁力を意味する。

また、磁路抵抗を、前記磁石セグメン）　（２ａ）〜（
２ｘ）のうちの任童の１個の部分、前記磁性体（５１の
部分、及び前記被検材の部分各々に分けて、各々。

Ｒｍｌ　、　Ｒｍ２及びＲｒ＋１３とすると、Ｃ２）式
中のＲｍは次の（３１式にて表わされる。

Ｒｍ　＝　Ｒｍｌ　＋Ｒｍ２　＋　Ｒｍ５　　　　　　
（３）また、上記各部の磁路を各々１１．ノ２＊Ｉ５＊
及び各透磁率をμｍ、μ２．μ３とし、断面積を共通と
してＳとすると、上の（３）式は１次のように書きかえ
られる。

上記＋４１式のうち、磁路１２の部分が例えばフェライ
トのような高透磁率の磁性体の場合、磁石セグメントの
永久磁石のμｍ及び被検材が非磁性体の場合のμ３に比
べて１０３〜１０４程度透磁率が高いため、（４１式中
、第２項目は他の項に比べて無視できる。よって、前記
コイル【３１にょる磁路において磁石セグメン）　（Ｚ
ａ）〜（２Ｘ）と被検材ｃ４Ｉとの間の部分を空気から
高透率の磁性体（５）に置き換えることによって、磁路
抵抗を前記磁石セグメント・（２ａ）〜（２ｘ）及び被
検材（４１の部分のみとすることができ。

その結果、所定の起磁力によって得られる磁束強度を従
来に比べて高くすることが可能となシ、被検材内部で発
生するローレンッカ即ち超音波強度を高めることができ
る。

また、前記被検材＋４１が例えば鉄のような高透磁率の
磁性体の場合にも２本発明によれば、全体の磁路抵抗を
、前記磁石セグメン）　（２ａ）〜（２ｘ）即ち永久磁
石部分の相当分のみとすることができるので、やはシ同
様に、所定の起磁力によって得られる磁束強度を従来に
比べて高くすることができ。

結果的に、超音波強度を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、被検材の表面と相対す
るコイルに電流が流れることによシ発生する磁界の磁路
を磁石セグメント、被検材の表面及び、高透磁率の磁性
体とで構成し、磁性体が備えられていない場合に比べて
、全体の磁路抵抗を磁性体が備えられた部分の相当分少
なくすることができるので、所定の起、磁力によって被
検材の表面にて得られる磁束強度の発生効率を向上でき
。

その結果、被検材内部で渦電流と上記の磁束との相互作
用によシ発生するローレンッカ即ち超音波の強度を向上
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

（１ｎ） 第１図（ａｔ及びら）はこの発明の一実施例による電磁
超音波探触子を示す図、第２図ζａ１及び（ｂｌは従来
の電磁超音波探触子を示す図、第３図ζａ）及び（ｂｌ
は本発明及び従来の電磁超音波探触子による電磁超音波
発生の原理を説明するための図であシ、（１）は磁界発
生部、　　（２ａ）〜（２Ｘ）は磁石セグメン）、１３
１はコイル、（５１は磁性体である。 なお２図中、同一あるいは相当部分には同一符号を付し
示しである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎ極及びＳ極の２つの磁極を有する棒状または偏平板状
   の磁石セグメントが、隣合う磁極が互いに反対となるよ
   うに複数個並べられて形成され、かつ、導電性を有する
   被検材の表面に直角方向にしかも隣合う磁界方向が互い
   に逆向きとなるような磁界を一定ピッチで発生させる磁
   界発生部と、前記磁界発生部を形成する複数個の磁石セ
   グメントの磁極部分を横切る方向に前記磁界発生部の周
   囲に複数回巻き回して形成され、かつ前記磁石セグメン
   トの磁極部分を横切る直線部分が前記被検材の表面に渦
   電流を誘導するコイルとより構成される電磁超音波探触
   子において、前記磁石セグメントの磁極部分を横切る前
   記コイルの相対する２つの直線部分のうち、被検材と接
   する一方を、前記磁界発生部及び被検材の表面とともに
   囲むようにして高透磁率の磁性体を備えたことを特徴と
   する電磁超音波探触子。