特開 2023-118622 電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023118622

(43)【公開日】2023-08-25

(54)【発明の名称】電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20230818BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022021677

(22)【出願日】2022-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】小西 孝明

(72)【発明者】

【氏名】大島 佑己

(72)【発明者】

【氏名】大城戸 忍

(72)【発明者】

【氏名】平野 明彦

(72)【発明者】

【氏名】沖田 俊介

(72)【発明者】

【氏名】福原 良純

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA07

2G047AB01

2G047AC01

2G047BA03

2G047BB01

2G047BC09

2G047BC18

2G047CA02

2G047EA16

2G047EA21

2G047GA09

(57)【要約】

【課題】運転中の原子力プラントの高温配管等のモニタリングに用いる等、高温環境下での利用が検討されており、高温環境で利用可能で、製造コストを抑制できる電磁超音波探触子を提供する。
【解決手段】被検体１に静磁場を形成する磁石１１と、被検体１に渦電流を発生させるコイル１２とを有する電磁超音波探触子１０であって、コイル１２は、巻きされた導線１２ａと、耐熱性を備えた糸状の絶縁体である絶縁糸１２ｂとを備え、絶縁糸１２ｂは、複数巻きされた導線１２ａの隣合う２本の導線１２ａの間に配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体に静磁場を形成する磁石と、前記被検体に渦電流を発生させるコイルとを有する電磁超音波探触子であって、
前記コイルは、複数巻きされた導線と、耐熱性を備えた糸状の絶縁体である絶縁糸とを備え、
前記絶縁糸は、前記複数巻きされた導線の隣合う２本の導線の間に配置されていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項2】

請求項１に記載の電磁超音波探触子であって、
前記コイルは、前記導線が所定の平面上に渦巻き状に巻回された渦巻き部を有することを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項3】

請求項２に記載の電磁超音波探触子であって、
前記被検体と前記コイルの間に配置された第１絶縁膜と、
前記磁石と前記コイルの間に配置された第２絶縁膜とを備えることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項4】

請求項３に記載の電磁超音波探触子であって、
前記絶縁糸の直径が、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の距離から前記導線の半径を減算した値よりも大きいことを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項5】

請求項３に記載の電磁超音波探触子であって、
前記コイルは、前記導線が前記渦巻き部の中央から前記渦巻き部の外径側に延伸する延伸部を有し、
前記渦巻き部と前記延伸部との間には、第３絶縁膜が設けられていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項6】

請求項３に記載の電磁超音波探触子であって、
前記コイルには、前記渦巻き部を複数積み重ねた複数層の渦巻き部が設けられ、
前記複数層の渦巻き部は、同じ向きの電流が流れるように電気的に接続され、
前記複数層の渦巻き部の隣合う２層の渦巻き部の間には、第４絶縁膜が設けられていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項7】

請求項３に記載の電磁超音波探触子であって、
前記渦巻き部には、前記導線を直線状に配列させた直線部が設けられていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項8】

請求項７に記載の電磁超音波探触子であって、
前記渦巻き部が長円形状に形成されていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項9】

請求項７に記載の電磁超音波探触子であって、
前記コイルには２つの前記渦巻き部が設けられ、
前記２つの渦巻き部は、平面上で前記直線部が隣合うように配列され、さらに、互いの導線の巻回方向が逆方向であることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項10】

請求項１に記載の電磁超音波探触子であって、
前記導線が、前記磁石の前記被検体に対向する面に配列されるように、前記磁石に螺旋状に巻回されていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項11】

請求項１に記載の電磁超音波探触子であって、
前記絶縁糸が、ガラス繊維により形成されていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項12】

請求項３に記載の電磁超音波探触子であって、
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜が、セラミックシートにより形成されていることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項13】

請求項１に記載の電磁超音波探触子であって、
前記磁石が、サマリウムコバルト磁石であることを特徴とする電磁超音波探触子。

【請求項14】

請求項１に記載の電磁超音波探触子を有することを特徴とする電磁超音波探傷装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発電プラント等において構成機器の保全は、正常な運転を維持するために重要である。そのため、構成機器を破壊することなく検査できる非破壊検査技術の果たす役割の重要性は高くなっている。

【0003】

特に原子力プラントでは、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）や再循環系配管などの原子炉一次系機器の健全性確保が重要であり、非破壊検査の１つである超音波探傷試験（ＵＴ）が実施されている。

【0004】

超音波探傷試験に用いられる超音波探触子として、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。

【0005】

電磁超音波探触子は、電磁気的な作用を利用することで、接触媒質を介することなく直接被検体内に超音波を発生させ伝播させることができ、近年、運転中の原子力プラントの高温配管等のモニタリングに用いる等、高温環境下での利用が検討されている。

【0006】

高温環境下（具体的には製鉄工程の熱間スラブの探傷）で利用される電磁超音波探触子（電磁超音波探傷トランスジューサ）として、特許文献１には、熱遮蔽ケースに収納した絶縁コイルの間に耐熱性樹脂を充填し、前記熱遮蔽ケースをリングガードで覆うとともに、ハウジングを水密接着させたものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭６１－２８８６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１の電磁超音波探触子は特殊な絶縁コイルを用いているので、製造コストが増加してしまう。すなわち、当該絶縁コイルの形成には、ポリイミド絶縁電線を使用し、これに耐熱性と耐電圧性を付加するためにフッ素樹脂を被覆し、さらに充填された耐熱性樹脂と接合させるため、フッ素衝脂被覆表面部分にプラズマ処理または化学薬品処理を施すことが必要である。

【0009】

本発明の目的は、高温環境で利用可能で、製造コストを抑制できる電磁超音波探触子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明は、被検体に静磁場を形成する磁石と、前記被検体に渦電流を発生させるコイルとを有する電磁超音波探触子であって、前記コイルは、複数巻きされた導線と、耐熱性を備えた糸状の絶縁体である絶縁糸とを備え、前記絶縁糸は、前記複数巻きされた導線の隣合う２本の導線の間に配置されている。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、高温環境で利用可能な電磁超音波探触子の製造コストを抑制できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る電磁超音波探触子を用いた電磁超音波探傷装置の構成を示す模式図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る電磁超音波探触子の構成を示す斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係るコイルの渦巻き部と延伸部との間に設けられた第３絶縁膜の拡大図である。

【図4】図２のＡ－Ａ断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る電磁超音波探触子の導線と絶縁糸の線径と、第１絶縁膜と第２絶縁膜の隙間の幅との関係を説明するための断面模式図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る電磁超音波探触子において、コイルの渦巻き部に電流を流した状態の一例を示す断面模式図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る電磁超音波探触子において、超音波によりコイルの渦巻き部に誘導電流が発生する状態の一例を示す断面模式図である。

【図8】本発明の第２形態に係る電磁超音波探触子の構成を示す斜視図である。

【図9】本発明の第２形態に係る電磁超音波探触子の他の構成を示す斜視図である。

【図10】本発明の第３形態に係るコイルの斜視図である。

【図11】本発明の第４形態に係るコイルの斜視図である。

【図12】本発明の第５実施形態に係る電磁超音波探触子の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を用いて、本発明の第１～第５実施形態に係る電磁超音波探触子の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。また、図面の各々は、互いに直交するＸＹＺ軸により方向を特定し、＋Ｘを「右」、－Ｘを「左」、＋Ｙを「後」、－Ｙを「前」、＋Ｚを「上」、－Ｚを「下」と規定する。

【0014】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁超音波探触子を用いた電磁超音波探傷装置の構成を示す模式図である。電磁超音波探傷装置１００は、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）や再循環系配管等に用いられ高温となる鋼鉄製の部品である被検体１を電磁超音波探触子１０により探傷部を検出する装置である。

【0015】

図１に示すように、電磁超音波探傷装置１００は、電磁超音波探触子１０と、超音波探傷器２０と、計算装置３０と、表示装置４０と、記憶装置５０と、入力装置６０とを有する。

【0016】

電磁超音波探触子１０は、測定対象物である被検体１の表面に配置され、被検体１に対して直接超音波を発生させるとともに被検体１から戻ってきた超音波を検知するセンサーである。

【0017】

超音波探傷器２０は、電磁超音波探触子１０を制御して波形信号を収録する機器である。超音波探傷器２０には、コイル１２に信号を出力するパルサ２１と、被検体１から戻ってきた超音波を受信するレシーバ２２と、レシーバ２２で受信した波形信号を収録するデータ収録部２３とが設けられている。なお、データ収録部２３は、ハードディスクまたはメモリ等の記録装置により構成することが好ましい。

【0018】

計算装置３０は、パルサ２１によりコイル１２へ信号を出力するとともに、超音波探傷器２０に収録された波形信号により探傷画像を演算・生成等する装置で、例えばＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）を用いることができる。計算装置３０には、プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）と、プログラムに従って処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が設けられている。

【0019】

表示装置４０は、計算装置３０で演算された探傷結果を表示する装置、例えばＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）であり、計算装置３０で生成された探傷画像を表示する。

【0020】

記憶装置５０は、計算装置３０で演算された探傷結果を保存する装置、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を備えた記憶媒体である。記憶装置５０には、データ収録部２３に収録された波形データや計算装置３０で生成された探傷画像が記憶される。

【0021】

入力装置６０は、計算装置３０に指示を入力し、操作するためのする装置であり、例えばキーボードやマウスである。

【0022】

図２は、第１実施形態に係る電磁超音波探触子１０の構成を示す斜視図である。図２に示すように、電磁超音波探触子１０は、マグネット１１と、コイル１２と、絶縁膜１３とを有する。

【0023】

マグネット１１は、被検体１に静磁場を形成するための部品、例えば永久磁石であり、熱耐性の高い磁石、例えば、サマリウムコバルト磁石が用いることが好ましい。

【0024】

コイル１２は、被検体１の表層に誘導電流を発生させるための部品で、マグネット１１の磁化方向に直交する平面に沿って配置されることが好ましい。コイル１２は、複数巻きされた導線１２ａと、耐熱性を備えた糸状の絶縁体である絶縁糸１２ｂとを備える。

【0025】

導線１２ａは、糸状の電流伝導線、例えば銅線で、被検体１とマグネット１１との間の複数巻きされ、超音波探傷器２０に、例えば同軸ケーブル１４を介して電流的に接続されている。

【0026】

コイル１２は、導線１２ａが所定の平面（例えば、被検体１の表面に沿った平面）上で渦巻き状に巻回された渦巻き部を有することが好ましい。なお、図２に示す渦巻き部１２ｃの巻き数は、実施形態の一例を示すものであり、これに制限されるものではない。

【0027】

絶縁糸１２ｂは、耐熱性を備えた糸状の絶縁体、例えばガラス繊維により形成された糸で、複数巻きされた導線１２ａの隣合う２本の導線１２ａの間に配置されている。複数巻きされた導線１２ａの隣合う２本の導線１２ａは、絶縁糸１２ｂによって絶縁され、短絡することを抑制される。

【0028】

即ち、絶縁糸１２ｂは、複数巻きされた導線１２ａ同士の離隔を保つように、導線１２ａに沿うように形成され、絶縁糸１２ｂにより複数巻きされた導線１２ａ同士は短絡することを抑制される。

【0029】

絶縁膜１３は、被検体１とコイル１２の間に配置され、被検体１とコイル１２とを絶縁する第１絶縁膜１３ａと、磁石１１とコイル１２の間に配置され、磁石１１とコイル１２とを絶縁する第２絶縁膜１３ｂである。第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂは、セラミックシートにより形成されることが好ましく、ガラスシートにより形成されることがさらに好ましい。

【0030】

これらの部品は、電磁超音波探触子１０において、図２に示すように、上方から下方（ｚ軸負方向）に向かって、マグネット１１、第１絶縁膜１３ａ、コイル１２、第２絶縁膜１３ｂの順に配置されている。なお、図２は電磁超音波探触子１０の構成を明らかにするため、マグネット１１と、第１絶縁膜１３ａと、コイル１２と、第２絶縁膜１３ｂとの間隔を大きくして示すものであり、実際の電磁超音波探触子１０では各々の間隔は小さい。

【0031】

また、コイル１２は、導線１２ａが渦巻き部１２ｃの中央から渦巻き部１２ｃの外径側に延伸する延伸部１２ｄを有していることが好ましい。延伸部１２ｄは、同軸ケーブル１４に電流的に接続する。

【0032】

図３は、本実施形態に係るコイル１２の渦巻き部１２ｃと延伸部１２ｄとの間に設けられた第３絶縁膜１３ｃの拡大図である。

【0033】

図３に示すように、渦巻き部１２ｃと延伸部１２ｄの間には、渦巻き部１２ｃの導線１２ａと延伸部１２ｄとを絶縁するシート状の第３絶縁膜１３ｃが設けられていることが好ましい。なお、第３絶縁膜１３ｃは、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂと同様に、セラミックシートにより形成されることが好ましく、 ガラスシートにより形成されることがさらに好ましい。

【0034】

なお、図３において、第３絶縁膜１３ｃがシート状の絶縁膜の実施形態を示した。しかし、これに限定されず、第３絶縁膜１３ｃは延伸部１２ｄにコーティングされた絶縁膜であっても良い。

【0035】

図４は、図２のＡ－Ａ断面図である。図４に示すように、導線１２ａと絶縁糸１２ｂは、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの間に、交互に配置されている。これにより、導線１２ａは、絶縁糸１２ｂと第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂにより絶縁されている。

【0036】

図５は、本実施形態に係る電磁超音波探触子１０の、導線１２ａの線径ｄ１と、絶縁糸１２ｂの線径ｄ２と、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの隙間の距離Ｄとの関係を説明するための断面模式図である。

【0037】

図５を用いて、隣り合う２つの導線１２ａの短絡を抑制するための、導線１２ａの線径ｄ１と、絶縁糸１２ｂの線径ｄ２と、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの隙間の距離Ｄとの関係を説明する。

【0038】

導線１２ａの線径ｄ１と、絶縁糸１２ｂの線径ｄ２と、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの隙間の距離Ｄとが、図４のように同一であれば、隣り合う２つの導線１２ａの短絡は抑制できる。しかし、導線１２ａの線径ｄ１は、細いものでは数十マイクロメートルであり、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの隙間の距離Ｄが導線１２ａの線径ｄ１より大きくなってしまう場合がある。さらに絶縁糸１２ｂの線径ｄ２が導線１２ａの線径ｄ１より小さい場合、隣り合う２つの導線１２ａが短絡してしまう虞がある。そこで、隣り合う２つの導線１２ａの短絡を抑制するための条件を以下に検討する。

【0039】

隣り合う２つの導線１２ａが短絡しないように絶縁糸１２ｂにより隣り合う２つの導線１２ａを隔てるためには、隣り合う２つの導線１２ａの断面の中心点Ｏの間に絶縁糸１２ｂが配置されるようにすればよい。

【0040】

なお、隣り合う２つの導線１２ａの断面の中心点Ｏの間に絶縁糸１２ｂを配置させなくても、隣り合う２つの導線１２ａの間に絶縁糸１２ｂを配置させれば、隣り合う２つの導線１２ａが接触しない場合もある。しかし、この場合、隣り合う２つの導線１２ａの最も接近する外周面の間に絶縁糸１２ｂが存在せず、短絡してしまう虞がある。

【0041】

これらのことから、図５に示す隣り合う２つの導線１２ａの断面中心点Ｏを結ぶ線分Ｌに絶縁糸１２ｂが交わるということを隣り合う２つの導線１２ａの短絡を抑制するための条件することができる。

【0042】

上記の条件を、図５を用いて数式に示すと下記の式（１）となる。

【0043】

【数1】

【0044】

即ち、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの隙間の距離Ｄから、第２絶縁膜１３ｂから導線１２ａの中心点Ｏまでの距離ｄ１／２を減算した値（Ｄ－ｄ１／２）より、絶縁糸１２ｂの線径ｄ２が大きいことが好ましい。

【0045】

ここで、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの間の距離Ｄが、例えば、導線１２ａの直径ｄ１の１．５倍となっている場合について計算すると、導線１２ａの直径ｄ１、絶縁糸１２ｂの直径ｄ２の関係は下記の式（２）となる。

【0046】

【数2】

【0047】

このことから、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの間の距離Ｄが、導線１２ａの直径ｄ１の１．５倍となっている場合、絶縁糸１２ｂの直径ｄ２を導線１２ａの直径ｄ１より大きくしなければならないことがわかる。

【0048】

次に、本実施形態に係る電磁超音波探触子１０により被検体１に超音波を発生させる方法を説明する。図６は、本実施形態に係る電磁超音波探触子１０において、コイル１２の渦巻き部１２ｃに電流を流した状態の一例を示す断面模式図である。

【0049】

図６に示すように、電磁超音波探触子１０では、マグネット１１は、磁化方向がｚ軸方向（上下方向）になるように配置され、磁場は、マグネット１１から被検体１に向かって形成されている。

【0050】

また、渦巻き部１２ｃの各導線１２ａに流れる電流の方向は、上記のとおり渦巻き部１２ｃでは導線１２ａが被検体１の表面に沿った平面上に渦巻き状に巻回されているため、渦巻き部１２ｃの中央を境に逆向きになっている。なお、図６は、渦巻き部１２ｃの中央に対して、右側の導線１２ａでは電流が手前に流れ、左側の導線１２ａでは電流が後方に流れる実施形態を示す。

【0051】

渦巻き部１２ｃにパルサ２１により電流を流すことにより、被検体１の表層には、渦巻き部１２ｃに流れる電流の方向に対して逆方向に流れる渦電流が発生する。そして、渦電流と磁場の相互作用によって、被検体１の表層にはローレンツ力が発生する。

【0052】

そして、渦巻き部１２ｃに流れる電流の方向を経時的に逆転させ、ローレンツ力の方向を経時的に逆転させることで、超音波が発生する。このとき、超音波の振動は、渦電流と磁場の双方に垂直な方向、すなわち、渦巻き部１２ｃの径方向（図６ではｘ軸方向）に発生する。

【0053】

また、超音波は、被検体１の表面から被検体１の内部に、３次元かつ等方的に広がる。このとき、下方（図６に示すｚ軸負方向）において超音波の位相は一致する。そのため、合成された超音波は平面波となって被検体１内を下方に伝播する。

【0054】

被検体１内を下方に伝播する超音波は、被検体１内部の欠陥（傷や亀裂）や被検体１の裏面等により反射する。電磁超音波探傷装置１００は、この反射した超音波を電磁超音波探触子１０で検出し、欠陥の有無や板厚等を算出する。

【0055】

図７は、本実施形態に係る電磁超音波探触子１０において、超音波によりコイル１２の渦巻き部１２ｃに誘導電流が発生する状態の一例を示す断面模式図である。

【0056】

被検体１の裏面で反射してきた超音波により被検体１の表層には、渦巻き部１２ｃの中央に対して左右対称に変位が発生する。（なお、図７は、一例として、渦巻き部１２ｃの中央に対して、左側に右方向（ｘ軸正方向）の変位、右側に左方向（ｘ軸負方向）の変位が発生した状態を示すものである。）

【0057】

また、超音波の振動は上記のとおり経時的に変化する。そのため、変位の方向は経時的に渦巻き部１２ｃの径方向（図７ではｘ軸方向）に連続的に変化する。このとき、変位と磁場の相互作用によって、被検体１の表層には渦電流が発生する。そして、被検体１の表層に発生した渦電流により、コイル１２の渦巻き部１２ｃには渦電流に対して逆方向に流れる誘導電流が発生し、レシーバ２２に送信される。

【0058】

なお、上記では、超音波を発生させる渦巻き部１２ｃに、反射してきた超音波により誘導電流を発生させ、深傷検出する実施形態を示した。しかし、この実施形態に限定されず、１つの電磁超音波探触子１０に、超音波を発生させる渦巻き部１２ｃとは別に、反射してきた超音波により誘導電流を発生させる渦巻き部１２ｃを備えても良い。また、超音波を発生させる渦巻き部１２ｃを有する電磁超音波探触子１０とは別に、反射してきた超音波により誘導電流を発生させる渦巻き部１２ｃを有する電磁超音波探触子１０を備えても良い。

【0059】

［効果］
本実施形態の電磁超音波探触子では、コイル１２が、複数巻きされた導線１２ａと、耐熱性を備えた糸状の絶縁体である絶縁糸１２ｂとを備え、絶縁糸１２ｂが、複数巻きされた導線１２ａの隣合う２本の導線１２ａの間に配置されている。

【0060】

そのため、本実施形態の電磁超音波探触子１０では、導線の隣合う２つの導線１２ａを絶縁する絶縁糸１２ｂが高温環境に置かれても、導線を樹脂で覆うコイルのように溶融する虞がなく、高温環境でも使用可能である。つまり、本実施形態では特許文献１のように特殊な絶縁コイルを用いないので、電磁超音波探触子の製造コストを抑制できる。

【0061】

さらに、特許文献１の電磁超音波探触子では、冷却用の付帯部材を用いているが、本実施形態の電磁超音波探触子１０では、冷却用の付帯部材を用いずに高温環境で探傷ができる。

【0062】

また、本実施形態の電磁超音波探触子１０では、コイル１２は、導線１２ａが、所定の平面（例えば、被検体１の表面に沿った平面）上に渦巻き状に巻回された渦巻き部１２ｃを有することが好ましい。これにより、被検体１の表層に略均一に渦電流を発生させることができるので、電磁超音波探触子１０の検出精度を高めることができる。

【0063】

また、本実施形態の電磁超音波探触子１０では、被検体１とコイル１２との間に配置された第１絶縁膜１３ａと、磁石１１とコイル１２との間に配置された第２絶縁膜１３ｂとを備えることが好ましい。これにより、コイル１２は被検体１と磁石１１とから絶縁され、コイル１２が被検体１と磁石１１とに短絡することを抑制できる。

【0064】

また、本実施形態の電磁超音波探触子１０では、絶縁糸１２ｂの直径ｄ２が、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの距離Ｄから導線１２ａの半径ｄ１／２を減算した値よりも大きいことが好ましい。これにより、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂの間に配置された隣り合う２つの導線１２ａの断面の中心点Ｏの間に、絶縁糸１２ｂを配置させることができるので、隣り合う２つの導線１２ａの短絡を抑制することができる。

【0065】

また、本実施形態の電磁超音波探触子１０では、コイル１２は、導線１２ａが渦巻き部１２ｃの中央から渦巻き部１２ｃの外径側に延伸する延伸部１２ｄを有し、渦巻き部１２ｃと延伸部１２ｄとの間には、第３絶縁膜１３ｃが設けられていることが好ましい。これにより、渦巻き部１２ｃと延伸部１２ｄとの短絡を抑制できるので、電磁超音波探触子１０の検出精度の低下を抑制できる。

【0066】

また、本実施形態の電磁超音波探触子１０は、絶縁糸１２ｂが、ガラス繊維により形成されていることが好ましい。ガラス繊維は耐熱性に優れるので、電磁超音波探触子１０は高温環境でも使用できる。

【0067】

本実施形態の電磁超音波探触子１０では、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂが、セラミックシートにより形成されていることが好ましい。セラミックシートは耐熱性に優れるので、電磁超音波探触子１０は高温環境でも使用できる。

【0068】

また、本実施形態の電磁超音波探触子１０では、磁石（マグネット１１）が、サマリウムコバルト磁石であることが好ましい。サマリウムコバルト磁石は耐熱性に優れるので、電磁超音波探触子１０は高温環境でも使用できる。

【0069】

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２形態に係る電磁超音波探触子の構成を示す斜視図である。また、図９は、本発明の第２形態に係る電磁超音波探触子の他の構成を示す斜視図である。

【0070】

本実施形態に係る電磁超音波探触子２１０が第１実施形態に係る電磁超音波探触子１０と異なる点は、次のとおりである。即ち、本実施形態に係る電磁超音波探触子２１０のコイル２１１には、渦巻き部２１２を複数積み重ねた複数層の渦巻き部２１２が設けられ、複数層の渦巻き部２１２は同じ向きの電流が流れるように接続され、複数層の渦巻き部２１２の隣合う２層の渦巻き部２１２の間には、第４絶縁膜２１３が設けられている。なお、第４絶縁膜２１３は、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂと同様に、セラミックシートにより形成されることが好ましく、ガラスシートにより形成されることがさらに好ましい。

【0071】

このように構成された複数層の渦巻き部２１２では、第４絶縁膜２１３によって、隣合う２層の渦巻き部２１２が絶縁されるとともに、複数層の渦巻き部１２ｃの各々が同じ向きの磁場を形成させる。

【0072】

図８は、２層の渦巻き部２１２を備える電磁超音波探触子２１０を示す。図８に示すように、２層の渦巻き部２１２を備える電磁超音波探触子２１０は、上方から下方（ｚ軸負方向）に向かって、マグネット１１、第２絶縁膜１３ｂ、第１渦巻き部２１２ａ、第４絶縁膜２１３、第２渦巻き部２１２ｂ、第１絶縁膜１３ａを備える。

【0073】

第１渦巻き部２１２ａでは、同軸ケーブル１４に電気的に接続する導線１２ａが、所定の平面（例えば、第２絶縁膜１３ｂに沿った平面）上に、外周側から中央に向かって所定の巻回方向（図８では時計回り）に渦巻き状に巻回されている。第１渦巻き部２１２ａの中央の導線１２ａは、第４絶縁膜２１３に設けられた貫通孔２１３ａを介して、下方の第１絶縁膜１３ａ上に延伸し、第２渦巻き部２１２ｂに電気的に接続する。

【0074】

第２渦巻き部２１２ｂでは、第１渦巻き部２１２ａと接続する導線１２ａが、所定の平面（例えば、第１絶縁膜１３ａに沿った平面）上に、中央から外周側に向かって第１渦巻き部２１２ａと同じ巻回方向（時計回り）に渦巻き状に巻回されている。これにより、第１渦巻き部２１２ａと第２渦巻き部２１２ｂには同じ向きの電流が流れ、同じ向きの磁場を形成させる。

【0075】

図９は、３層の渦巻き部２１２を備える電磁超音波探触子２１０を示す。図９に示すように、３層の渦巻き部２１２を備える電磁超音波探触子２１０は、上方から下方（ｚ軸負方向）に向かって、マグネット１１、第２絶縁膜１３ｂ、第１渦巻き部２１２ａ、第４絶縁膜２１３、第２渦巻き部２１２ｂ、第４絶縁膜２１３、第３渦巻き部２１２ｃ、第１絶縁膜１３ａを備える。

【0076】

第１渦巻き部２１２ａでは、同軸ケーブル１４に接続する導線１２ａが、所定の平面（例えば、第２絶縁膜１３ｂに沿った平面）上に、外周側から中央に向かって所定の巻回方向（図９では時計回り）に渦巻き状に巻回されている。第１渦巻き部２１２ａの中央の導線１２ａは、第４絶縁膜２１３の中央に設けられた貫通孔２１３ａを介して、下方の第４絶縁膜２１３上に延伸し、第２渦巻き部２１２ｂに電気的に接続する。

【0077】

第２渦巻き部２１２ｂでは、第１渦巻き部２１２ａの中央と電気的に接続する導線１２ａが、所定の平面（例えば、第４絶縁膜２１３に沿った平面）上に、中央から外周側に向かって第１渦巻き部２１２ａと同じ巻回方向（時計回り）に渦巻き状に巻回されている。第２渦巻き部２１２ｂの外周側の導線１２ａは、第４絶縁膜２１３の辺縁に設けられた貫通孔２１３ｂを介して、下方の第１絶縁膜１３ａ上に延伸し、第３渦巻き部２１２ｃに電気的に接続する。

【0078】

第３渦巻き部２１２ｃでは、第２渦巻き部２１２ｂの外周側と電気的に接続する導線１２ａが、所定の平面（例えば、第１絶縁膜１３ａに沿った平面）上に、外周側から中央に向かって第１渦巻き部２１２ａ及び第２渦巻き部２１２ｂと同じ巻回方向（時計回り）に渦巻き状に巻回されている。第３渦巻き部２１２ｃの中央の導線１２ａは、第３渦巻き部２１２ｃの外径側に延伸する延伸部１２ｄを介して同軸ケーブル１４に電流的に接続する。

【0079】

これにより、第１渦巻き部２１２ａと第２渦巻き部２１２ｂと第３渦巻き部２１２ｃとには同じ向きの電流が流れ、同じ向きの磁場を形成させる。

【0080】

なお、複数層の渦巻き部２１２が図８に示す２層の渦巻き部２１２のように偶数層の場合、同軸ケーブル１４に電気的に接続する２本の導線１２ａは、渦巻き部２１２の外径側に配置されるため、延伸部１２ｄと第３絶縁膜１３ｃを設ける必要がない。一方、複数層の渦巻き部２１２が図９に示す３層の渦巻き部２１２のように奇数層の場合、同軸ケーブル１４と電気的に接続する２本の導線１２ａの一方は、渦巻き部２１２の中央に配置されるため、延伸部１２ｄと第３絶縁膜１３ｃを設ける必要がある。

【0081】

［効果］
本実施形態の電磁超音波探触子２１０のコイル２１１では、渦巻き部２１２を複数積み重ねた複数層の渦巻き部２１２が設けられ、複数層の渦巻き部２１２は同じ向きの電流が流れるように電気的に接続され、複数層の渦巻き部２１２の隣合う２層の渦巻き部２１２の間には、第４絶縁膜２１３が設けられていることが好ましい。これにより、被検体１の表層に発生する渦電流を大きくすることができ、被検体１に発生する超音波を大きくすることができるので、電磁超音波探触子２１０の検出精度を高めることができる。

【0082】

（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態に係るコイル３１１の斜視図である。本実施形態に係るコイル３１１が第１実施形態に係るコイル１２と異なる点は、渦巻き部３１２に直線部３１３を備える点である。

【0083】

即ち、第１実施形態に係るコイル１２の渦巻き部１２ｃと異なり、本実施形態に係るコイル３１１の渦巻き部３１２には、導線１２ａを直線状に配列させた直線部３１３が設けられている。

【0084】

具体的には、図１０に示すように、本実施形態に係るコイル３１１は、長円形状に形成され、２つの直線部３１３を備える。なお、コイル３１１は、長方形状に形成されてもよい。

【0085】

［効果］
実施形態１の渦巻き部１２ｃは、直線部３１３を備えず、円形状に形成されているので、被検体１の表層には渦巻き部１２ｃに流れる電流とは逆向きの円形状の渦電流が発生する。ローレンツ力は、渦電流と磁場に直交する方向に発生するため、渦巻き部１２ｃの径方向に発生する。また、超音波はローレンツ力により発生し、被検体１の表層には、超音波の振動が放射状に励振される。

【0086】

一方、本実施形態の渦巻き部３１２は、導線１２ａを直線状に配列された直線部３１３を備える。直線部３１３に対向する被検体１の表層には、直線部３１３に流れる電流とは逆向きに直線状の誘導電流が発生する。ローレンツ力は、誘導電流と磁場に直交する方向に発生するため、被検体１の表層に直線部３１３に直交する方向に発生する。また、超音波はローレンツ力により発生し、被検体１の表層には、超音波の振動が、直線部３１３に直交する方向に直線部３１３の幅Ｌ１の範囲に励振される。つまり、超音波の振動が同一方向の検出範囲が得られる電磁超音波探触子を作製できる。

【0087】

（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態に係るコイル４１１の斜視図である。本実施形態に係るコイル４１１が第３実施形態に係るコイル３１１と異なる点は、渦巻き部４１２の数である。

【0088】

即ち、第３実施形態に係るコイル３１１は、長円形状に形成された渦巻き部３１２を１つ備える。それに対し、本実施形態に係るコイル４１１は、長円形状に形成された渦巻き部４１２を２つ備える。そして、２つの渦巻き部４１２は、平面上に直線部４１３（第１直線部４１３ａと第３直線部４１３ｃ）が隣合うように配列される。さらに、２つの渦巻き部４１２は、隣合う直線部４１３（第１直線部４１３ａと第３直線部４１３ｃ）の導線１２ａが電気的に接続するとともに、互いの導線１２ａの巻回方向が逆方向である。なお、コイル４１１は、長方形状に形成された渦巻き部を２つ備えてもよい。

【0089】

図１１を用いて以下に、本実施形態に係るコイル４１１について詳細に説明する。コイル４１１は、第１渦巻き部４１２ａと第２渦巻き部４１２ｂと第１延伸部４１４ａと第２延伸部４１４ｂとを備える。

【0090】

第１渦巻き部４１２ａは、第１直線部４１３ａと第２直線部４１３ｂを備え、第２渦巻き部４１２ｂは、第３直線部４１３ｃと第４直線部４１３ｄとを備える。

【0091】

第１渦巻き部４１２ａと第２渦巻き部４１２ｂとは、（同一）平面上に第１直線部４１３ａと第３直線部４１３ｃとが隣合うように配列され、第１直線部４１３ａと第３直線部４１３ｃの導線１２ａが電気的に接続するとともに、互いの導線１２ａの巻回方向が逆方向（図１１では、第１渦巻き部４１２ａは反時計回りで第２渦巻き部４１２ｂは時計回り）である。これにより、第１直線部４１３ａと第３直線部４１３ｃとには同じ向きの電流が流れる。

【0092】

第１延伸部４１４ａは、第１渦巻き部４１２ａの中央から第１渦巻き部４１２ａの外径側に延伸し、同軸ケーブル１４に電気的に接続する。また、第２延伸部４１４ｂは、第２渦巻き部４１２ｂの中央から第２渦巻き部４１２ｂの外径側に延伸し、同軸ケーブル１４に電気的に接続する。

【0093】

第１渦巻き部４１２ａと第１延伸部４１４ａとの間には、第３絶縁膜１３ｃが設けられ、第１渦巻き部４１２ａと第１延伸部４１４ａを絶縁する。また、第２渦巻き部４１２ｂと第２延伸部４１４ｂの間にも、第３絶縁膜１３ｃが設けられ、第２渦巻き部４１２ｂと第２延伸部４１４ｂとを絶縁する。

【0094】

［効果］
本実施形態に係るコイル４１１には、長円形状に形成された２つの渦巻き部４１２が設けられ、２つの渦巻き部４１２は、平面上で直線部４１３（第１直線部４１３ａと第３直線部４１３ｃ）が隣合うように配列され、さらに、互いの導線１２ａの巻回方向が逆方向であることが好ましい。

【0095】

これにより、隣合う直線部４１３には同じ向きの電流が流れるので、隣合う直線部４１３に対向する被検体１の表層には、超音波の振動が、隣合う直線部４１３に直交する方向に縦幅Ｌｙの範囲に励振される。つまり、超音波の振動が同一方向の検出範囲が得られる電磁超音波探触子を作製できる。

【0096】

また、隣合う直線部４１３（第１直線部４１３ａと第３直線部４１３ｃ）の横幅Ｌｘは、第３実施形態の直線部３１３の横幅Ｌｘよりも広いので、電磁超音波探触子の検出範囲を第３実施形態より広げることができる。

【0097】

（第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態に係る電磁超音波探触子５１０の斜視図である。本実施形態に係る電磁超音波探触子５１０が第１実施形態に係る電磁超音波探触子１０と異なる点は、導線１２ａが複数巻きされる場所と導線１２ａの巻き方である。

【0098】

即ち、第１実施形態に係るコイル１２では、導線１２ａが被検体１とマグネット１１の間の所定の平面上に渦巻き状に巻回されている。それに対し、本実施形態に係るコイル５１２では、導線１２ａがマグネット５１１に螺旋状に巻回されている。

【0099】

次に、図１２を用いて、本実施形態に係る電磁超音波探触子５１０を詳細に説明する。電磁超音波探触子５１０は、角柱状のマグネット５１１と、マグネット５１１を覆う絶縁膜５１３と、絶縁膜５１３を介してマグネット５１１に螺旋状に巻回されたコイル５１２と、第１絶縁膜１３ａ（図示せず）とを備える。また、コイル５１２は、螺旋状に巻回された導線１２ａと、隣合う２本の導線１２ａの間に配置された絶縁糸１２ｂを備える。なお、絶縁膜５１３は、第１絶縁膜１３ａと第２絶縁膜１３ｂと同様に、セラミックシートにより形成されることが好ましく、ガラスシートにより形成されることがさらに好ましい。

【0100】

導線１２ａは、マグネット５１１の被検体１に対向する面に配列されるように、マグネット５１１に螺旋状に巻回されていることが好ましい。これにより、マグネット５１１の被検体１に対向する面には、複数の導線１２ａが直線状に配列された直線部５１２ａが形成され、直線部５１２ａには同じ向きの電流が流れる。

【0101】

なお、絶縁膜５１３は、マグネット５１１の導線１２ａが巻かれた面のみを覆うことが好ましい。また、絶縁膜５１３を介してマグネット５１１に螺旋状に巻回されたコイル５１２をさらに絶縁膜５１３で覆い、コイル５１２をさらに螺旋状に巻回し、被検体１とマグネット１１との間に複数の層の直線部５１２ａを設けても良い。

【0102】

［効果］
本実施形態では、導線１２ａがマグネット５１１の被検体１に対向する面に配列されるように、マグネット５１１に螺旋状に巻回さているので、マグネット５１１の被検体１に対向する面には、直線部５１２ａが形成される。そして、直線部５１２ａには、電流が同じ向きに流れ、同じ向きのローレンツ力が発生する。

【0103】

ローレンツ力により超音波が発生し、被検体１の表層には、超音波の振動が、直線部５１２ａに直交する方向に直線部５１２ａの幅Ｌｙの範囲に励振される。したがって、本実施形態では、超音波の振動は、一方向にのみ励振され、他の実施形態のように異なる方向に励振されることを抑制できる。つまり、被検体１の形状に適合する電磁超音波探触子を作製できる。

【0104】

また、被検体１に対向するマグネット５１１の対向面を覆うように直線部５１２ａを設けることができるので、検出できない部分を減少できる。これにより、本実施形態は、電磁超音波探触子の被検体１に対向する対向面において、探傷部を有効に検出する有効検出面積を他の実施形態よりも増加させることができるので、超音波探触子を小型化できる。

【0105】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0106】

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。上記実施形態では、ローレンツ力を用いて検出するローレンツ型超音波探触子を示した。しかし、これに限定されず、磁性体の磁歪効果を利用した磁歪型超音波探触子にも適応することができる。

【0107】

また、上記の実施形態は、高温環境で動作可能な電磁超音波探触子の基本的な構成を示しているものであり、例えば、マグネットにより発生する磁場の向きや発生する超音波の振動方向、偏向方向、超音波探傷条件として送受信する超音波の波形や周波数、探傷結果の表示方法などは限定されるものではない。また、各装置構造あるいは手法を限定するものではなく、同一の効果が得られる他の構造あるいは手法に置き換えて良い。

【符号の説明】

【0108】

１…被検体、１０，２１０，５１０…電磁超音波探触子、１１，５１１…マグネット、１２，２１１，３１１，４１１，５１２…コイル、１２ａ…導線、１２ｂ…絶縁糸、１２ｃ、２１２，３１２，４１２…渦巻き部、２１２ａ，４１２ａ…第１渦巻き部、２１２ｂ，４１２ｂ…第２渦巻き部、２１２ｃ…第３渦巻き部、１２ｄ…延伸部、１３，５１３…絶縁膜、１３ａ…第１絶縁膜、１３ｂ…第２絶縁膜、１３ｃ…第３絶縁膜、２１３…第４絶縁膜、３１３，４１３，５１２ａ…直線部、１００…電磁超音波探傷装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】