特開 2023-137866 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】P2023137866

(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】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044278

(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

2G053BA03

2G053BC02

2G053BC14

2G053CA03

2G053DA01

2G053DA08

(57)【要約】

【課題】渦電流探傷において欠陥検出の高感度化及び装置の小型化を共に実現できること。
【解決手段】基板１４に電流経路としての導線１５が設けられた薄膜コイル１３を備える渦電流探傷装置において、薄膜コイル１３は、非平面形状である断面円弧形状、例えば円柱または球の表面に沿う曲面形状に形成され、所定の一部分としての凸状の頂部分１４Ａが被検査体１の被検査面１Ａに接触または接近して設置されるよう構成されたものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に電流経路としての導線が設けられた薄膜コイルを備える渦電流探傷装置において、
前記薄膜コイルは、非平面形状に形成され、所定の一部分が被検査体の被検査面に設置されるよう構成されたことを特徴とする渦電流探傷装置。

【請求項2】

前記薄膜コイルは、断面円弧形状に形成され、凸状の頂部分または凹状の縁部分が被検査体の被検査面に設置されるよう構成さ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】

前記薄膜コイルは、円柱の表面に沿う曲面形状に形成され、凸状の頂部分または凹状の縁部分が被検査体の被検査面に設置されるよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の渦電流探傷装置。

【請求項4】

前記薄膜コイルは、球の表面に沿う曲面形状に形成され、凸状の頂部分または凹状の周縁部分が被検査体の被検査面に設置されるよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の渦電流探傷装置。

【請求項5】

前記薄膜コイルは、形状が任意に変更可能な構造に構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置。

【請求項6】

前記薄膜コイルは、磁束を励磁しこの磁束を被検査体に作用させる励磁用薄膜コイルと、前記被検査体に生じた渦電流による反作用磁場を検出する検出用薄膜コイルとの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１乃至５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する。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、欠陥を検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－６１５６１号公報

【特許文献2】特開平９－３３４８８号公報

【特許文献3】特開平１１－１８３４４１号公報

【特許文献4】特開２０１５－１０５９４７号公報

【特許文献5】特開２００３－３４４３６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

渦電流探傷では、渦電流の広がりを抑制することで高い渦電流密度を保ち、高い感度で欠陥を検出可能とするために、コイルが発生する磁場分布を制御する場合がある。例えば、特許文献１には、磁性材料で構成される磁束集束部材(強磁性体)でコイルを取り囲み、磁場分布を制御する装置構成が示されている。ところが、このような装置構成では、コイルの周囲に部材を設置するため装置が大型化する懸念がある。

【0005】

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、欠陥検出の高感度化及び装置の小型化を共に実現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】

【0006】

本発明の実施形態における渦電流探傷装置は、基板に電流経路としての導線が設けられた薄膜コイルを備える渦電流探傷装置において、前記薄膜コイルは、非平面形状に形成され、所定の一部分が被検査体の被検査面に設置されるよう構成されたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態によれば、欠陥検出の高感度化及び装置の小型化を共に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイル等を示し、図２のI－I線に沿う断面図。

【図2】図１の薄膜コイルを展開して平面視で示すと共に、この薄膜コイルを備えた渦電流探傷装置を示す構成図。

【図3】比較形態の薄膜コイル等を示す正面断面図。

【図4】第２実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイルの基板等を示す斜視図。

【図5】第３実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイルの基板等を示す斜視図。

【図6】第４実施形態に係る渦電流探傷装置の基板等を示す正面断面図。

【図7】第５実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイルの基板等を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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３）
図１は、第１実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイル等を示し、図２のI－I線に沿う断面図である。また、図２は、図１の薄膜コイルを展開して平面視で示すと共に、この薄膜コイルを備えた渦電流探傷装置を示す構成図である。これらの図１及び図２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の被検査面１Ａ近傍に渦電流２を誘起し、この渦電流２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の薄膜コイル１３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。

【0010】

渦電流探傷プローブ１１は、通常、被検査体１の被検査面１Ａに最も近い位置に薄膜コイル１３を備える。この薄膜コイル１３は、可撓性の基板１４と、この基板１４の例えば内側面１４Ｍに電流経路となる導線１５がプリント等により例えば螺旋状（即ちスパイラル状、渦巻状）に設けられたコイル部１６と、を有して構成される。

【0011】

薄膜コイル１３の基板１４は、非平面形状としての断面円弧形状に形成され、所定の一部分としての凸状の頂部分１４Ａを備える。薄膜コイル１３は、基板１４の頂部分１４Ａが被検査体１の被検査面１Ａに接触または接近して設置される。

【0012】

渦電流探傷データ収集器１２は、薄膜コイル１３のコイル部１６に交流電流を供給する機能を有する。このように渦電流探傷データ収集器１２から薄膜コイル１３のコイル部１６に交流電流が供給されると、コイル部１６の断面視（図１）において、電流が同一方向（図１の奥側から手前側の方向）へ流れる単体の各導線１５の周囲に磁力線Ａ１が発生する。そして、これらの磁力線Ａ１を合成した合成の磁力線Ｂ１が、基板１４の頂部分１４Ａを境にコイル部１６の片側全体に形成される。

【0013】

同様に、渦電流探傷データ収集器１２から薄膜コイル１３のコイル部１６に交流電流が供給されると、コイル部１６の断面視（図１）において、電流が同一方向（図１の手前側から奥側の方向）へ流れる単体の各導線１５の周囲に磁力線Ａ２が発生する。そして、これらの磁力線Ａ２を合成した合成の磁力線Ｂ２が、基板１４の頂部分１４Ａを境にコイル部１６の他の片側全体に形成される。これらの合成の磁力線Ｂ１及びＢ２が被検査体１の被検査面１Ａ近傍に渦電流２を誘起する。渦電流探傷データ収集器１２は、この渦電流２により生成されて薄膜コイル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検出する機能も有する。

【0014】

ここで、図３に示すように、平面形状の基板１０１と、この基板１０１に導線１０２がプリント等により螺旋状に設けられたコイル部１０３とを有する薄膜コイル１００が、被検査体１の被検査面１Ａに設置される場合を比較形態として想定する。この場合にも、渦電流探傷データ収集器１２からの交流電流の供給により、コイル部１０３の断面視において、電流が同一方向（図３の奥側から手前側の方向）へ流れる単体の各導線１０２の周囲に磁力線Ａ１が発生する。そして、これらの磁力線Ａ１を合成した合成の磁力線Ｂ１が、コイル部１０３の片側全体に形成される。

【0015】

同様に、渦電流探傷データ収集器１２からの交流電流の供給により、電流が同一方向（図３の手前側から奥側の方向）へ流れる単体の各導線１０２の周囲に磁力線Ａ２が発生する。そして、これらの磁力線Ａ２を合成した合成の磁力線Ｂ２が、コイル部１０３の他の片側全体に形成される。この比較形態の薄膜コイル１００では、薄膜コイル１００が平面形状で被検査体１の被検査面１Ａに設置されるため、この薄膜コイル１００の磁力線Ｂ１及びＢ２が被検査体１の被検査面１Ａ近傍に誘起する渦電流１０４の領域は、薄膜コイル１００のサイズ（寸法）と同等の大きさになる。

【0016】

これに対し、本第１実施形態では、薄膜コイル１３は、断面視円弧形状に形成され、その凸状の頂部分１４Ａが被検査体１の被検査面１Ａに接触または接近して設置される。このため、薄膜コイル１３のコイル部１６の全体が作る磁力線Ｂ１及びＢ２と被検査体１の被検査面１Ａとが接する領域が小さくなるように、薄膜コイル１３が発生する磁力分布が制御されることになる。これにより、薄膜コイル１３の磁力線Ｂ１及びＢ２によって被検査体１の被検査面１Ａに誘起される渦電流２の領域は、比較形態の場合よりも格段に小さくなる。

【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）薄膜コイル１３は、断面円弧形状に形成され、その凸状の頂部分１４Ａが被検査体１の被検査面１Ａに設置される。このため、薄膜コイル１３におけるコイル部１６の全体の磁力線Ｂ１及びＢ２によって被検査体１の被検査面１Ａ近傍に誘起される渦電流２の領域が小さくなり、高い渦電流密度を確保できるので、被検査体１の小さな欠陥に対する欠陥検出の高感度化を実現することができる。

【0018】

（２）薄膜コイル１３が発生する磁場分布を制御するために、薄膜コイル１３の周囲に強磁性体を設置する必要がないので、渦電流探傷装置１０、特に薄膜コイル１３を備える渦電流探傷プローブ１１の小型化を実現することができる。

【0019】

なお、薄膜コイル１３は、基板１４が断面円弧形状に形成され、その所定の一部分としての凹状の縁部分１４Ｂが、図１の２点鎖線に示すように被検査体１の被検査面１Ａに接触または接近して設置されてもよい。この場合にも、薄膜コイル１３におけるコイル部１６の全体の磁力線Ｂ１及びＢ２により被検査体１の被検査面１Ａに誘起される渦電流３の領域を、比較形態の場合よりも小さくすることができる。

【0020】

［Ｂ］第２実施形態（図４）
図４は、第２実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイルの基板等を示す斜視図である。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。

【0021】

本第２実施形態の渦電流探傷装置２０(図２)が第１実施形態と異なる点は、薄膜コイル２１の基板２２が、非平面形状としての円柱の表面に沿う曲面形状である例えば半円筒形状に形成され、この基板２２の頂部分２２Ａまたは縁部分２２Ｂが被検査体１の被検査面１Ａに接触または接近して設置された点である。

【0022】

ここで、基板２２の半円筒形状は、円筒をその軸線に沿って切断した形状であり、上記軸線に直交する断面形状は、図１の基板１４と同様に円弧形状である。また、薄膜コイル２１のコイル部は、図示していないが、基板２２の例えば内側面２２Ｍに、基板２２と同様に円柱の表面に沿う曲面形状に形成される。

【0023】

この薄膜コイル２１のコイル部が作る磁力線Ｂ１及びＢ２(図１)は、被検査体１の被検査面１Ａ近傍に幅の狭い線状の渦電流２３を誘起する。この渦電流２３の幅が狭くなるほど、より小さな欠陥に対し欠陥検出感度が向上するので、本第２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。

【0024】

［Ｃ］第３実施形態（図５）
図５は、第３実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイルの基板等を示す斜視図である。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２)が第１実施形態と異なる点は、薄膜コイル３１の基板３２が、非平面形状としての球の表面に沿う曲面形状である例えば半球面の表層部の形状として形成され、この基板３２の頂部分３２Ａまたは周縁部分３２Ｂが被検査体１の被検査面１Ａに接触または接近して設置された点である。

【0026】

ここで、半球面の表層部の形状である基板３２の縦断面は、図１の基板１４と同様に円弧形状である。また、薄膜コイル３１のコイル部は、図示していないが、基板３２の例えば内側面３２Ｍに、基板３２と同様に球の表面に沿う曲面形状に形成される。

【0027】

この薄膜コイル３１のコイル部が作る磁力線Ｂ１及びＢ２(図１)は、被検査体１の被検査面１Ａ近傍に面積の小さな点状の渦電流３３を誘起する。この点状の渦電流３３の面積が小さいほど、より小さな欠陥に対し欠陥検出感度が向上するので、本第３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。

【0028】

［Ｄ］第４実施形態（図６）
図６は、第４実施形態に係る渦電流探傷装置の基板等を示す正面断面図である。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。

【0029】

本第４実施形態の渦電流探傷装置４０(図２)が第１実施形態と異なる点は、被検査体１の被検査面１Ａ近傍に誘起する渦電流４４の領域を所望の大きさに設定するように、薄膜コイル４１の形状を任意に変更可能とする構造に構成された点である。

【0030】

つまり、薄膜コイル４１は、可撓性且つ柔軟性を備えた基板４２と、この基板４２の例えば内側面４２Ｍに設けられた図示しないコイル部と、を有して構成される。この薄膜コイル４１の例えば内側に、複数種類の型から選択された型４３を嵌め込むことで、薄膜コイル４１を型４３に対応した形状に変更する。薄膜コイル４１を、型４３を用いることなく任意の曲率半径に変更し、図示しない治具等を用いて形状を保持するようにしてもよい。なお、図６中の符号４２Ａは、断面円弧形状の基板４２の頂部分を、符号４２Ｂは基板４２の周縁部分をそれぞれ示す。

【0031】

上述のように薄膜コイル４１の形状を任意に変更することで、被検査体１の被検査面１Ａ近傍に小さな領域の渦電流４４を誘起することができるので、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。

【0032】

［Ｅ］第５実施形態（図７）
図７は、第５実施形態に係る渦電流探傷装置の薄膜コイルの基板等を示す斜視図である。この第５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。

【0033】

本第５実施形態の渦電流探傷装置５０(図２)が第１実施形態と異なる点は、励磁用薄膜コイル５１の基板５２と、検出用薄膜コイル５５の基板５６との少なくとも一方、図７では両方が、非平面形状としての球の表面に沿う球面形状である例えば半球面の表層部の形状として形成され、これらの基板５２、５６の頂部分５２Ａ、５６Ａ、または周縁部分５２Ｂ、５６Ｂが被検査体１の被検査面１Ａに接触または接近して設置された点である。これらの励磁用薄膜コイル５１と検出用薄膜コイル５５は、例えば重ね合されて配置されている。

【0034】

ここで、励磁用薄膜コイル５１は、磁束（磁力線）を励磁しこの磁束を被検査体１の被検査面１Ａに作用させる薄膜コイルである。また、検出用薄膜コイル５５は、被検査体１の被検査面１Ａ近傍に誘起された渦電流５８による反作用磁場を検出する薄膜コイルである。

【0035】

励磁用薄膜コイル５１では、コイル部は図示されていないが、球の表面に沿った曲面形状に形成されて、基板５２の例えば内側面５２Ｍに設けられている。同様に、検出用薄膜コイル５５でも、コイル部は図示されていないが、球の表面に沿った曲面形状に形成されて、基板５６の例えば内側面５６Ｍに設けられている。

【0036】

励磁用薄膜コイル５１と検出用薄膜コイル５５は、球の表面に沿う曲面形状の例えば曲率半径が必ずしも同一でなくてもよい。また、励磁用薄膜コイル５１と検出用薄膜コイル５５のそれぞれのコイル部における導線の巻線形態（導線の直径、巻線数など）は、必ずしも同一でなくてもよい。

【0037】

本第５実施形態では、渦電流探傷において励磁用薄膜コイル５１と検出用薄膜コイル５５とを併用することで、励磁用薄膜コイル５１では励磁に適したコイル部を、検出用薄膜コイル５５では検出に適したコイル部を、それぞれ適用することが可能になる。例えば、励磁用薄膜コイル５１は、コイル部の導線の直径を大きく（太く）することで、大きな交流電流を供給することが可能になる。また、検出用薄膜コイル５５では、コイル部の導線の直径を小さく（細く）して巻線数を増加させることで、渦電流５８が作る反作用磁場との鎖交磁束数を増大させることが可能になる。

【0038】

以上のように、励磁用薄膜コイル５１、検出用薄膜コイル５５が半球面の表層部の形状として形成され、頂部分５２Ａ、５６Ａ、または周縁部分５２Ｂ、５６Ｂが被検査体１の被検査面１Ａに接触等するように設置されるので、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。

【0039】

（３）励磁用薄膜コイル５１のコイル部が励磁に適した巻線形態に、また、検出用薄膜コイル５５のコイル部が検出に適した巻線形態にそれぞれ設けられるので、小さな欠陥に対する欠陥検出のより一層の高感度化を実現することができる。

【0040】

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。

【符号の説明】

【0041】

１…被検査体、１Ａ…被検査面、２、３…渦電流、１０…渦電流探傷装置、１４…基板、１４Ａ…頂部分、１４Ｂ…縁部分、１５…導線、１６…コイル部、２０…渦電流探傷装置、２１…薄膜コイル、２２…基板、２２Ａ…頂部分、２２Ｂ…縁部分、２３…渦電流、３０…渦電流探傷装置、３１…薄膜コイル、３２…基板、３２Ａ…頂部分、３２Ｂ…周縁部分、３３…渦電流、４０…渦電流探傷装置、４１…薄膜コイル、４２…基板、４３…型、４４…渦電流、５０…渦電流探傷装置、５１…励磁用薄膜コイル、５２…基板、５２Ａ…頂部分、５２Ｂ…周縁部分、５５…検出用薄膜コイル、５６…基板、５６Ａ…頂部分、５６Ｂ…周縁部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】