特開 2023-137865 渦電流探傷装置

(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】P2023137865

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】渦電流探傷装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/90 20210101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

G01N27/90

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044277

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000165697

【氏名又は名称】原子燃料工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 徳康

(72)【発明者】

【氏名】中島 弘達

(72)【発明者】

【氏名】山本 摂

(72)【発明者】

【氏名】元辻 弘行

(72)【発明者】

【氏名】鮫島 修司

【テーマコード（参考）】

2G053

【Ｆターム（参考）】

2G053AA11

2G053AB21

2G053BC02

2G053BC14

2G053CA03

2G053DA01

2G053DB03

(57)【要約】

【課題】薄膜コイルの柔軟性を確保しつつ、被検査体に誘起する渦電流の渦電流密度を高めることができること。
【解決手段】可撓性の基板１４の両面（表面１４Ａ及び裏面１４Ｂ）に電流経路となる導線１５が螺旋状に設けられた薄膜コイル１３を渦電流探傷プローブに備えた渦電流探傷装置であって、導線１５は、薄膜コイル１３の中心近傍と外周近傍とで、薄膜コイル１３の単位幅当たりの巻線数が異なって設定されると共に、薄膜コイル１３の平面視で基板１４の両面（表面１４Ａ及び裏面１４Ｂ）における同一位置に設けられたものである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性の基板の両面に電流経路となる導線が設けられた薄膜コイルを渦電流探傷プローブに備えた渦電流探傷装置であって、
前記導線は、前記薄膜コイルの中心近傍と外周近傍とで前記薄膜コイルの単位幅当たりの導線数が異なって設定されると共に、前記薄膜コイルの平面視で前記基板の両面における同一位置に設けられたことを特徴とする渦電流探傷装置。

【請求項2】

前記基板の片面に設けられた導線の一部の長さの導線が、前記基板の他の片面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷装置。

【請求項3】

可撓性の基板の両面に電流経路となる導線が設けられた薄膜コイルを渦電流探傷プローブに備えた渦電流探傷装置であって、
前記薄膜コイルの平面視で、前記基板の片面に設けられた前記導線の隙間に対応して、前記基板の他の片面に前記導線が設けられたことを特徴とする渦電流探傷装置。

【請求項4】

前記基板内には、磁性体層が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、渦電流探傷装置に関する。

【背景技術】

【0002】

渦電流探傷は被検査体として導電性材料を対象とし、交流電源から交流電流をコイルに供給して被検査体の表面近傍に渦電流を誘起し、この渦電流が作る反作用磁場をコイルで検出している。仮に、被検査体の表面近傍に欠陥が存在すると、この欠陥により渦電流の流れが変化して、渦電流が作る反作用磁場の強度や分布が変化するので、欠陥の有無を検出することができる。

【0003】

この渦電流探傷のコイルとして、フレキシブル基板に導線のコイルパターンをプリントした薄膜コイルを用いる場合がある。この薄膜コイルは、可撓性が高い基板を用いているため、被検査体の表面の曲面に柔軟に沿わせることができ、高感度での探傷を実現できる利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－２２１２７３号公報

【特許文献2】特開平１１－５１９０５号公報

【特許文献3】特開平１１－１４６００号公報

【特許文献4】特開平９－８９８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

薄膜コイルを用いた渦電流探傷では、従来の導線を巻回した立体的なコイルよりも薄膜コイルの巻線数が少ないため、渦電流密度が制約を受け、使用環境次第では信号対雑音比（ＳＮ比）低下の課題がある。この課題を改善するために、特許文献１には、複数枚の薄膜コイルを積層して、渦電流密度や反作用磁場の検出性を高める装置構成が開示されているが、このような装置構成では、薄膜コイルの利点である柔軟性が低下してしまう。

【0006】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、薄膜コイルの柔軟性を確保しつつ、被検査体に誘起する渦電流の渦電流密度を高めることができる渦電流探傷装置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】

本発明の実施形態における渦電流探傷装置は、可撓性の基板の両面に電流経路となる導線が設けられた薄膜コイルを渦電流探傷プローブに備えた渦電流探傷装置であって、前記導線は、前記薄膜コイルの中心近傍と外周近傍とで前記薄膜コイルの単位幅当たりの導線数が異なって設定されると共に、前記薄膜コイルの平面視で前記基板の両面における同一位置に設けられたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明の実施形態によれば、薄膜コイルの柔軟性を確保しつつ、被検査体に誘起する渦電流の渦電流密度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る渦電流探傷装置を示す構成図。

【図2】図１の薄膜コイルを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図２（Ａ）のII－II線に沿う断面図。

【図3】第２実施形態に係る渦電流探傷装置の渦電流探傷プローブに設けられた薄膜コイルを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図３（Ａ）のIII－III線に沿う断面図。

【図4】第３実施形態に係る渦電流探傷装置の渦電流探傷プローブに設けられた薄膜コイルを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図４（Ａ）のIV－IV線に沿う断面図。

【図5】第４実施形態に係る渦電流探傷装置の渦電流探傷プローブに設けられた薄膜コイルを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図５（Ａ）のV－V線に沿う断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１、図２）
図１は、第１実施形態に係る渦電流探傷装置を示す構成図である。この図１に示す渦電流探傷装置１０は、導電性材料からなる被検査体１の表面近傍に渦電流を誘起し、この渦電流が作る反作用磁場の変化に基づいて被検査体１の欠陥を検出するものであり、薄膜コイル１３を備えた渦電流探傷プローブ１１と、この渦電流探傷プローブ１１に接続された渦電流探傷データ収集器１２と、を有して構成される。

【0011】

渦電流探傷プローブ１１は、被検査体１の表面に設置される。通常、この渦電流探傷プローブ１１内の被検査体１に最も近い位置に薄膜コイル１３が取り付けられる。また、渦電流探傷データ収集器１２は、渦電流探傷プローブ１１内の薄膜コイル１３に交流電流を供給して、被検査体１の表面近傍に渦電流を誘起させると共に、この渦電流が作り薄膜コイル１３により検出される反作用磁場の変化を、渦電流探傷データとして収集する機能を有する。

【0012】

薄膜コイル１３は、図２に示すように、可撓性の基板１４の両面（表面１４Ａ及び裏面１４Ｂ）に、電流経路となる導線１５が例えば螺旋状（即ちスパイラル状、渦巻状）にプリント等により設けられて構成される。この基板１４の表面１４Ａと裏面１４Ｂに設けられる導線１５は同一形状である。この導線１５自体の幅と、導線１５と導線１５との隙間である導線間隔１６には最小製作限界が存在するため、薄膜コイル１３における導線１５の巻線数は制約を受ける。

【0013】

上記制約を前提としつつ、導線１５は、薄膜コイル１３の中心近傍と外周近傍とで、薄膜コイル１３の単位幅当たりの導線数である巻線数が異なって設定される。なお、図２中の符号Ｗは薄膜コイル１３の幅方向を示す。これにより、薄膜コイル１３の中心近傍と外周近傍とで導線１５の導線間隔１６に疎密が生じる。この導線間隔１６の疎密は、渦電流探傷の用途に応じて設定される。

【0014】

例えば、薄膜コイル１３の中心近傍から外周近傍まで全体的に高い渦電流密度を被検査体１に与える必要があるときには、図２に示すように、薄膜コイル１３の外周近傍の導線間隔１６を中心近傍の導線間隔１６よりも密にする。すると、薄膜コイル１３の外周近傍では、導線１５の巻線数の増加に伴い高い磁束密度の磁束が発生する。このため、薄膜コイル１３の中心近傍から外周近傍までの全体に対応する被検査体１の位置に、高い渦電流密度の渦電流を誘起することが可能になる。

【0015】

また、薄膜コイル１３の中心近傍に集中した高い渦電流密度を被検査体１に与える必要があるときには、薄膜コイル１３の中心近傍の導線間隔１６を外周近傍の導線間隔１６よりも密にする。すると、薄膜コイル１３の中心近傍では、導線１５の巻線数の増加に伴い高い磁束密度の磁束が発生する。このため、薄膜コイル１３の中心近傍に対応した被検査体１の位置に、集中した高い渦電流密度の渦電流を誘起することが可能になる。

【0016】

更に、薄膜コイル１３の導線１５は、薄膜コイル１３の平面視で、基板１４の両面（表面１４Ａ及び裏面１４Ｂ）における同一位置に設けられる。これにより、特許文献１に記載のように薄膜コイルを積層することなく、導線１５の巻線数を基板１４の片面（表面１４Ａまたは裏面１４Ｂ）の２倍に増加させることが可能になる。従って、薄膜コイル１３が発生する磁束の磁束密度も、基板１４の片面に導線１５が設けられる場合に比べて２倍程度高くなる。

【0017】

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）渦電流探傷プローブ１１の薄膜コイル１３は、可撓性を有する基板１４の両面（表面１４Ａ及び裏面１４Ｂ）に電流経路となる導線１５が螺旋状に設けられて形成される。これにより、薄膜コイル１３は、被検査体１に対する柔軟性を確保しつつ、発生する磁束の磁束密度を高めて被検査体１に誘起する渦電流の渦電流密度を高めることができる。この結果、薄膜コイル１３の柔軟性の特徴を生かしつつ、高い信号対雑音比（ＳＮ比）で渦電流探傷を実現することができる。

【0018】

（２）薄膜コイル１３は、その中心近傍と外周近傍で、薄膜コイル１３の単位幅当たりの導線１５の巻線数が異なって、導線間隔１６に疎密が設けられる。この導線間隔１６が密な領域では、導線１５の巻線数の増加に伴い磁束密度の高い磁束が発生する。これにより、薄膜コイル１３では、導線間隔１６を密に設定した所望位置の磁束密度を高めた磁束密度分布を得ることができると共に、この薄膜コイル１３の所望位置に対応した被検査体１の位置に高い渦電流密度の渦電流を誘起できる。この結果、薄膜コイル１３の柔軟性の特徴を生かしつつ、高い信号対雑音比（ＳＮ比）で渦電流探傷を実現することができる。

【0019】

［Ｂ］第２実施形態（図３）
図３は、第２実施形態に係る渦電流探傷装置の渦電流探傷プローブに設けられた薄膜コイルを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図３（Ａ）のIII－III線に沿う断面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0020】

本第２実施形態の渦電流探傷装置２０(図１)が第１実施形態と異なる点は、渦電流探傷プローブ２１(図１)が備える薄膜コイル２２では、基板１４の片面（例えば表面１４Ａ）に設けられた導線１５の一部の長さの導線２３が、基板１４の他の片面（例えば裏面１４Ｂ）にプリント等により設けられた点である。

【0021】

つまり、導線２３は、基板１４の例えば表面１４Ａに設けられた導線１５の中心側または外周側（図３では中心側）の一部が削除された形状であり、薄膜コイル２２の平面視で導線１５と同一位置に設けられる。更に、導線２３は、導線１５と同様に、薄膜コイル２２の中心近傍と外周近傍とで巻線数が異なって設定されて、導線２３の導線間隔２４に疎密が設けられてもよい。

【0022】

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。

【0023】

（３）薄膜コイル２２では、基板１４の例えば表面１４Ａに設けられた導線１５の一部の長さの導線２３が、基板１４の例えば裏面１４Ｂに設けられている。このため、薄膜コイル２２の表裏の全体として、薄膜コイル２２の単位幅当たりの導線１５及び２３の巻線数が、薄膜コイル２２の中心近傍と外周近傍とで異なることになる。この結果、薄膜コイル２２の表裏の全体として、導線１５及び２３の巻線数の多い領域に高い磁束密度の磁束を発生させることができるので、第１実施形態の効果（２）を更に高めることができる。

【0024】

［Ｃ］第３実施形態（図４）
図４は、第３実施形態に係る渦電流探傷装置の渦電流探傷プローブに設けられた薄膜コイルを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図４（Ａ）のIV－IV線に沿う断面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0025】

本第３実施形態の渦電流探傷装置３０(図１)が第１実施形態と異なる点は、渦電流探傷プローブ３１(図１)が備える薄膜コイル３２では、この薄膜コイル３２の平面視で、基板１４の片面（例えば表面１４Ａ）に設けられた導線３３の隙間（即ち導線間隔３５）に対応して、基板１４の他の片面（例えば裏面１４Ｂ）に導線３４が設けられた点である。

【0026】

つまり、導線３３と導線３４は、薄膜コイル３２の平面視で基板１４の両面(表面１４Ａ及び裏面１４Ｂ)の異なった位置に設けられている。本第３実施形態では、導線３３は、基板１４の例えば表面１４Ａに導線間隔３５が等間隔の状態で螺旋状にプリント等により設けられる。また、導線３４は、薄膜コイル３２の中心近傍または外周近傍（図４では外周近傍）における導線３３の導線間隔３５に対応して、基板１４の例えば裏面１４Ｂにプリント等により設けられる。

【0027】

これにより、薄膜コイル３２では、表裏の全体として、導線３４が設けられた領域では、薄膜コイル３２の平面視で導線３３及び３４の導線間隔が密に設定され、導線３４が設けられていない領域では、薄膜コイル３２の平面視で導線３３及び３４の導線間隔が疎に設定される。この導線３３及び３４の導線間隔の疎密は、薄膜コイル３２の用途に応じて設定される。

【0028】

例えば、薄膜コイル３２の中心近傍から外周近傍まで全体的に高い渦電流密度を被検査体１に与える必要があるときには、図４に示すように、薄膜コイル３２の外周近傍における導線３３の導線間隔３５に対応して、基板１４の例えば裏面１４Ｂに導線３４を設ける。これにより、薄膜コイル３２の表裏の全体として、薄膜コイル３２の外周近傍における導線３３及び３４の導線間隔を、中心近傍における導線３３及び３４の導線間隔よりも密に設定する。このため、薄膜コイル３２の外周近傍では、導線３３及び３４の巻線数の増加に伴い高い磁束密度の磁束が発生する。従って、薄膜コイル３２の中心近傍から外周近傍までの全体に対応する被検査体１の位置に、高い渦電流密度の渦電流を誘起することが可能になる。

【0029】

また、薄膜コイル３２の中心近傍に集中した高い渦電流密度を被検査体１に与える必要があるときには、薄膜コイル３２の中心近傍における導線３３の導線間隔３５に対応して、基板１４の例えば裏面１４Ｂに導線３４を設ける。これにより、薄膜コイル３２の表裏の全体として、薄膜コイル３２の中心近傍における導線３３及び３４の導線間隔を、外周近傍における導線３３及び３４の導線間隔よりも密に設定する。このため、薄膜コイル３２の中心近傍では、導線３３及び３４の巻線数の増加に伴い高い磁束密度の磁束が発生する。従って、薄膜コイル３２の中心近傍に対応する被検査体１の位置に、集中した高い渦電流密度の渦電流を誘起することが可能になる。

【0030】

以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

【0031】

（４）薄膜コイル３２では、この薄膜コイル３２の平面視で、基板１４の片面（例えば表面１４Ａ）に設けられた導線３３の導線間隔３５に対応して、基板１４の他の片面（例えば裏面１４Ｂ）に導線３４が設けられている。このため、薄膜コイル３２では、表裏の全体として、導線３４が設けられた領域では、薄膜コイル３２の平面視で導線３３及び３４の導線間隔が密になり、導線３４が設けられていない領域では、薄膜コイル３２の平面視で導線３３及び３４の導線間隔が疎になる。言い換えると、薄膜コイル３２の表裏の全体として、薄膜コイル３２の単位幅当たりの導線３３及び３４の巻線数が、薄膜コイル３２の中心近傍と外周近傍で異なることになる。

【0032】

このため、薄膜コイル３２の表裏の全体として、導線３３及び３４の巻線数の多い領域（導線３３及び３４の導線間隔が密な領域）に、高い磁束密度の磁束を発生させることができる。この結果、第１実施形態の効果（２）と同様に、導線３３及び３４の導線間隔を密に設定した薄膜コイル３２の所望位置の磁束密度を高めた磁束密度分布を得ることができると共に、上記所望位置に対応する被検査体１の位置に、高い渦電流密度の渦電流を誘起させて高ＳＮ比の渦電流探傷を実現することができる。

【0033】

（Ｄ）第４実施形態（図５）
図５は、第４実施形態に係る渦電流探傷装置の渦電流探傷プローブに設けられた薄膜コイルを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図５（Ａ）のV－V線に沿う断面図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0034】

本第４実施形態の渦電流探傷装置４０(図１)が第１実施形態と異なる点は、渦電流探傷プローブ４１(図１)が備える薄膜コイル４２では、この薄膜コイル４２の基板１４内に磁性体層４３が設けられた点である。

【0035】

磁性体層４３は、鉄等の強磁性体からなる強磁性体層が好ましい。また、磁性体層４３を構成する材料は、基板１４の可撓性を損なわないように、例えば磁性流体や磁性粉末が好ましい。薄膜コイル４２は、基板１４内の磁性体層４３に磁束が集中することで、高い磁束密度の磁束を発生させることが可能になる。

【0036】

以上のように構成されたことから、本第４実施形態においても、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。

【0037】

（５）薄膜コイル４２では、可撓性を有する基板１４内に磁性体層４３が設けられたことから、薄膜コイル４２で発生した磁束を磁性体層４３に集中させることができる。このため、薄膜コイル４２は、被検査体１に対する柔軟性を確保しつつ、磁束密度を高めて薄膜コイル４２の近傍の被検査体１に高い密度の渦電流を誘起させることができ、高いＳＮ比での渦電流探傷を実現することができる。

【0038】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0039】

例えば、第１～第４実施形態の薄膜コイル１３、２２、３２及び４２では、基板１４に導線１５、２３、３３、３４が螺旋状に設けられる場合を述べたが、これらの導線１５、２３、３３、３４はパルス形状に設けられてもよい。この場合には、第１、第２及び第４実施形態において、導線１５、２３は、薄膜コイル１３、２２、４２の中心近傍と外周近傍とで、この薄膜コイル１３、２２、４２の単位幅当たりの導線数が異なって設定されることになる。

【符号の説明】

【0040】

１…被検査体、１０…渦電流探傷装置、１１…渦電流探傷プローブ、１３…薄膜コイル、１４…基板、１４Ａ…表面、１４Ｂ…裏面、１５…導線、１６…導線間隔、２０…渦電流探傷装置、２１…渦電流探傷プローブ、２２…薄膜コイル、２３…導線、２４…導線間隔、３０…渦電流探傷装置、３１…渦電流探傷プローブ、３２…薄膜コイル、３３、３４…導線、３５…導線間隔、４０…渦電流探傷装置、４１…渦電流探傷プローブ、４２…薄膜コイル、４３…磁性体層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】