JPH0236143Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 −産業上の利用分野− 本考案は、１対の検出コイルを用いて電磁気的
に物体を検出する方式の物体検出装置の検出コイ
ル構造に関する。

−従来の技術− 送波コイルと受波コイルとからなる１対の検出
コイルを用いて電磁気的に物体を検出する装置は
公知であり、とくに高温雰囲気において用いるの
に適した検出装置として本出願人は先に特願昭56
−125302号（特開昭58−27001号）、特願昭57−
154960号（特開昭59−43316号）などを特許出願
している。

第６図は従来装置の１例として、前記の特開昭
59−43316号に開示された検出装置の構成を示す
図で、図においてＢは鋳型、Ｍは溶融金属であ
り、Ｓは溶融浮遊物（スラグあるいはパウダー）
でこの場合非検出物である。２は１対の検出コイ
ルで、２Ｔは送波コイル、２Ｒは受波コイルであ
る。この場合、送・受波コイル２Ｔ，２Ｒは同一
構造のもので１対を検出コイル２として構成し、
両コイル２Ｔと２Ｒを一定間隔Laと傾き角θを
もたせて配設してある。１は、あらかじめ定めら
れた高周波信号を発振する高周波電源で、送波コ
イル２Ｔに定電流を通電するためのものである。
３は受波コイル２Ｒからの誘起電圧を増幅するた
めの増幅器、４は増幅器３からの高周波信号を直
流信号に変換するための検波平滑器、５−１は直
流バイヤス電圧設定器、５は加算増幅器で前記検
波平滑器４からの信号と電圧設定器５−１の電圧
を加算増幅する。６は鋳型Ｂの影響度を自から検
出し、その量をもとにリアルタイム演算処理によ
つて鋳型Ｂの影響を自己補正するための演算処理
器である。PBはプツシユボタンスイツチ、７は
演算処理器６からの直流信号の線形化処理をおこ
なうためのリヤライザである。

第７図は第６図の送・受波コイルの構造例を示
す正面図（１部断面図）および平面図である。図
において２−１は耐熱、高絶縁性のセラミツク製
のコイルボビンでその外周面には溝がついてい
る。これは高純度のアルミナなどの絶縁特性のよ
い材料を用い、焼成形したものである。２−２は
コイルボビン２−１の外周面にたとえば白金、あ
るいはクロメル線等の非磁性耐熱素線を20〜30回
巻設したコイル素線で、コイルボビン２−１の外
周面の溝内に素線が納められ容易に相間短絡を生
じないようになつている。さらにボビン２−１は
コイル収納容器本体２−４の台座２−３に耐熱セ
ムメント等で接着固定されている。コイル収納容
器本体２−４の材質はコイルボビンと同等のもの
を用いるが、特に台座２−３のみは非磁性金属の
たとえば、ステンレス鋼、銅等を適用してもよ
い。台座２−３の容器本体との嵌合部にはネジを
切つてあり、互いに着脱可能な構造となつてい
る。２−３ａ，２−３ｂは、コイル両端のリード
線を通すための穴、２−５ａ，２−５ｂはセラミ
ツクチユーブで被覆したリード線でコイル素線と
同質のものである。２−６は耐熱セラミツクある
いはステンレス鋼製の支持棒である。

−考案が解決しようとする問題点− 上記のように従来の装置は、第７図に示すごと
き構成の送．受波コイルを第６図に示すようにコ
イル軸線を傾斜させて配設したものであるが、こ
のような従来装置ではつぎのような欠点があつ
た。

すなわちたとえば第６図に示したような連続鋳
造鋳型内の溶融金属レベルを検出する際には、鋳
型内中央部には、上方から溶湯注入用のノズルが
溶湯内に浸漬されており、また鋳型上方には、潤
滑用パウダー供給装置が設置されているなど鋳型
上方の空間が狭く、一方検出コイルは逆ハの字の
斜め配置であるので専有する空間が大きくなり、
鋳片断面サイズが200cm²あるいはそれより小さい
サイズの連続鋳造においては、検出コイルを鋳型
上方の狭い空間に配設することが極めて困難であ
つた。

本考案は前記従来装置の欠点を解消し、高温下
においても特に強制冷却手段を用いることなく、
しかも検出性能を維持改善をはかつた、検出コイ
ル構造を提供するものである。

−問題点を解決するための手段− このための本考案装置は、１対の検出コイルを
用いて電磁気的に物体を検出する物体検出装置に
おいて、筒状体の耐熱素材からなるボビンの該ボ
ビンに巻回するコイル線の巻回し位置に対応する
ボビン外周面の周方向複数個所にコイル素線の巻
回しピツチに相当する多数の横溝を長手方向に有
するコイル素線支持部材を設け、該コイル素線支
持部材の横溝にコイル素線を、前記ボビンの長手
方向の軸線に対してコイル巻軸線が一定の傾きを
有するように巻回したことを特徴とするものであ
る。

以下、本考案を図示の実施例にもとずき詳細に
説明する。

第１図は本考案の実施例における送・受波コイ
ルの構成と配設状況を示す概略図であり、第２図
は第１図に示した送・受波コイルのボビンの構造
を示す斜視図、第３図ａおよびｂは第２図に示し
たボビンの外周上にコイル素線を巻回した状態を
示す正面図および上面図、第４図は本実施例装置
での傾き角θ₀と検出コイル出力との関係の例を示
す出力特性図、第５図は本実施例装置での検出コ
イルインピーダンス等の温度特性の例を示す図で
ある。第１図および第２図において、２０は送波
コイル２０Ｔと受波コイル２０Ｒとからなる検出
コイルであり、送波コイル２０Ｔと受波コイル２
０Ｒは同一構成のコイルである。各コイル２０
Ｔ，２０Ｒにおいて、２１はコイル素線２３を巻
回してコイルを形成するためのボビンである。該
ボビン２１は矩形断面の筒状体であり、短辺側の
夫々の長手方向に溝２１ａを有し、長辺側の夫々
長手方向に溝２２ａを有するコイル支持部材２２
を設けている。該溝２１ａ，２２ａおよび支持部
材２２は、 (1) 巻回しコイル素線２３の相間短絡を阻止する
ため (2) コイル素線２３をボビン２１の軸線に対して
一定の傾きをもつて巻回しコイル巻軸線y′₁，
y₂とボビン軸線y₁，y₂とのなす角θ₀の確保を容
易にするため (3) コイル素線間およびコイル素線とボビン間の
浮遊静電容量の安定化と高温下におけるコイル
素線とボビン間絶縁抵抗値の高位維持のため に設けたものである。２４は貫通穴で、コイル素
線２３の両端子線を夫々該貫通穴２４を通し、ボ
ビン２１の内側面から外部に取り出すための穴で
ある。コイル支持部材２２はボビン２１と一体形
成したものであるが、夫々独立したものを別に製
作し、耐火セメント等で接着構成してもよい。ま
たボビン短辺側に設けた溝２１ａについても、前
記長辺側のコイル支持部材２２と同じものを短辺
側に設けるようにしてもよい。このように一定の
ピツチでボビン各辺にコイル素線巻回しのための
溝を設けることによつて、任意の傾き角のコイル
巻軸線を有する送・受波コイルを容易に製作する
ことができる。

このように構成したボビン２１の該ボビン長手
方向の軸線に対し、コイル巻軸線が傾き角θ₀を有
するようにコイル素線２３を巻回して、コイル２
０Ｔまたは２０Ｒを形成するものである。

ボビン２１および支持部材２２の素材は高温下
で絶縁特性の良い素材とし、本実施例では高純度
（99.95％）のアルミナ磁器を用いている。コイル
素線２３は非磁性質でしかも耐熱度の高いクロメ
ル線、コンスタンタン線あるいは白金線が適正
で、その線径は0.3〜0.6mmが適当である。

本実施例の検出コイル２０を高温の雰囲気
（900℃〜1000℃程度）でしかも無冷却で使用する
場合、送・受波コイルの夫々の溝２１ａ，２２ａ
の溝深さと巾はコイル素線径より若干大きくして
おき、溝ピツチは1.5mm〜2.0mm以上有する必要が
ある。一般に絶縁物の高温下における固有抵抗値
は負特性を有するため、温度上昇と共にコイル素
線の通電々流漏洩あるいはコイルインピーダンス
の変動等から安定した検出信号が得られず、計測
器としては致命的問題を生じる。

本考案者等はこの点に関して種々検討を加え、
このような温度上昇にともなう問題は、コイル素
線のボビンとの接触面積あるいはコイル素線間の
ボビン表皮距離等が大きな因子であることを明ら
かにし、この検討結果にもとづいて、前記溝２１
ａ，２２ａのピツチの適正な範囲を求め、コイル
素線が容易に移動ないように溝２１ａ，２２ａ内
に納め、かつ支持部材２２を用いてコイル素線が
ボビンに極力接触しない構成とすることにより、
高温下において無冷却使用しても、雰囲気温度の
影響を無視し得る程度の安定した検出信号を得る
検出コイル構造を創案したのである。

本実施例装置の諸元のさらに詳しい例を述べれ
ば、 Γ 動作周波数 100KHz〜数100KHz Γ 送波コイルを流れる電流 100〜1000mA Γ 検出コイルのインピーダンス R₀：７〜15Ω（at：25℃） L₀：10〜20μH Γ 送・受波コイルの巻数 No：10〜30巻 Γ ボビンの寸法 幅（長辺） ：30mm 奥行（短辺）：10mm 高さ ：65mm 肉厚 ：２mm 第３図ａ，ｂはボビンへのコイル素線巻回し状
態を示す図で、図においてコイル巻線２３の両端
子線２５を夫々貫通穴２４を通した後該貫通穴部
をアルミナ系耐火セメントで固定している。コイ
ル支持部材２２を、この例では長辺側の対称な位
置に夫々設けている。ボビン２１の両方の短辺側
の夫々の溝２１ａの位置をずらしてコイル素線２
３を巻回することによつて、ボビン２１の軸線に
対してコイル巻軸線を一定の傾き角θ₀をつけて
送・受波コイルを構成することができる。

送・受波コイルは、第１図に示すように、送波
コイルと受波コイルのボビン軸線y₁とy₂が互いに
平行になるように並置することで、両コイルのコ
イル巻線軸y₁′とy₂′はそれぞれボビン軸線y₁，y₂
に対して傾き角θ₀をもつようにより、第６図に示
した従来装置のコイル配置と実質的に同じ配置と
なる。

このように送・受波コイルを配設した検出コイ
ルを信号処理装置に接続して物体検出器として供
する。

−考案の効果− 次に本考案装置の効果について述べる。

第６図あるいは第１図に示すように、被検体表
面に対してコイル巻軸線を傾けたかたちの検出コ
イルを用いることにより計測範囲を広げることが
できることは、第４図に例示した出力特性図から
明らかである。

図に示すように、傾き角θ₀が0゜あるいは10゜の場
合は、出力特性曲線はイあるいはロのように上で
凸形で、その極値を境に勾配と極性の異なること
から、計測可能範囲は狭い。傾き角θ₀が大きくな
ると出力特性は改善され、θ₀＝30゜（曲線ハ）で最
良になる。傾き角θ₀がさらに大きくなると出力特
性はかえつて悪くなり、かつボビン長が長くなる
など実用上の問題があるので、実用的に好適な傾
き角の範囲は20゜〜40゜である。

このような傾き角を持たせた検出コイルは、第
６図に示した従来装置のように、ボビンとコイル
巻線とが同芯軸線を有する送・受波コイルの軸線
を被検体表面に対し傾きをつけて配設することに
よつても得られるが、この場合、検出コイル部の
投影平面積が大きくなり、狭隘な場所へ設置し難
くなるという欠点がある。これに対して本考案装
置は、ボビン軸線に対しコイル巻軸線を傾けてコ
イル素線を巻回した送・受波コイルを用いるの
で、第１図に示したように、送・受波コイルはボ
ビン軸線と平行に配設したかたちでコイル巻軸線
の傾きをもたせることができ、これによつて、検
出コイル部の投影平面積を小さくすることができ
る。

また、本実施例の場合のような高温雰囲気にお
いては、従来の装置では雰囲気の温度変動で検出
コイルのインピーダンス変化を生じ、安定した計
測が困難であつたが、本考案装置では、ボビンお
よびコイル素線を耐熱性のものとするだけでな
く、第２図に示すようにボビン外周面の周方向複
数個所にコイル素線支持部材を設け、コイル素線
とボビンとの接触を極力少なくし、かつコイル素
線を拘束することによつて雰囲気温度の影響を受
け難いようにしてあるので、第５図に例示する温
度特性図に示すように、検出コイルのインダクタ
ンス成分（図中の線イ）は、1000℃程度以下の広
い範囲にわたつてきわめて安定している。受波コ
イルの誘起電圧は、主として被検体の位置に対応
する磁界強度とインダクタンスの積により決まる
ので、インダクタンスが温度変動の影響を受けな
いような検出コイル構造とすることにより安定し
た計測が可能となる。

但し、本考案による検出コイル構造の場合で
も、実効抵抗成分（図中の線ロ）は、コイル素線
の材質に固有な温度係数に応じて、温度上昇と共
に変化する。この実効抵抗成分の変化は不可避な
ものであるが、実際の計測においては無視してさ
しつかえない程度の小さいものである。しかしな
がら、いつそう安定度を要する場合に、この実効
抵抗成分の変化がほぼ線形特性を有するので、こ
の特性から間接的に温度情報を得て、これにより
計測値を補償するのも一つの方法である。

本考案装置の検出コイルは以上のような構造で
あるから、検出コイル部の投影平面積を大きくす
ることなく計測範囲の拡大をはかることができ、
またコイル素線を拘束し、かつコイルボビンとコ
イル素線の接触面積を極力小さくしたので、実用
域で検出コイルの温度依存性を解消することがで
き、耐熱性を一層高めて検出コイルの強制冷却を
不要となし、検出コイル部の小型化をはかること
ができ、狭隘な場所にも設置できるなど実用上の
効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例における送・受波コイ
ルの構成と配設状況を示す概略図、第２図は第１
図に示した送・受波コイルのボビンの構造を示す
斜視図、第３図ａおよびｂは第２図に示したボビ
ンの外周上にコイル素線を巻回した状態を示す側
面図および上面図、第４図は本実施例装置の検出
コイルの出力特性の例を示す図、第５図は本実施
例装置の検出コイルのインピーダンス等の温度特
性の例を示す図、第６図は従来の検出装置の構成
例を示す図、第７図は第６図の送・受波コイルの
構造例を示す図である。 ２０：検出コイル、２０Ｔ：送波コイル、２０
Ｒ：受波コイル、２１：ボビン、２１ａ，２２
ａ：溝、２２：コイル素線支持部材、２３：コイ
ル素線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １対の検出コイルを用いて電磁気的に物体を検
   出する物体検出装置において、筒状体の耐熱素材
   からなるボビンの該ボビンに巻回するコイル素線
   の巻回し位置に対応するボビン外周面の周方向複
   数個所にコイル素線の巻回しピツチに相当する多
   数の横溝を長手方向に有するコイル素線支持部材
   を設け、該コイル素線支持部材の横溝にコイル素
   線を、前記ボビンの長手方向の軸線に対してコイ
   ル巻軸線が一定の傾きを有するように巻回したこ
   とを特徴とする物体検出装置の検出コイル構造。