特許 7475029 プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-18

(45)【発行日】2024-04-26

(54)【発明の名称】プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/90 20210101AFI20240419BHJP

【ＦＩ】

G01N27/90

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020072731

(22)【出願日】2020-04-15

(65)【公開番号】P2021169946

(43)【公開日】2021-10-28

【審査請求日】2023-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000133733

【氏名又は名称】株式会社テイエルブイ

(72)【発明者】

【氏名】萩原 一成

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－００２６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２０３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６０５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３７３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０７０４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２３７０５５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／９０－２７／９０９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブであって、
励磁電流による磁束で対象物に渦電流を発生させる励磁コイルと、
対象物の渦電流を検出する検出コイルと、
前記励磁コイルに挿入されたコアと、
前記励磁コイル、前記検出コイル及び前記コアを収容するケーシングと、
前記励磁コイルに対する前記コアの挿入量を調整可能な調整手段と、
を備え、
前記コアは、略Ｕ字状であって両端部が対象物に対向するように配設され、両端側のそれぞれが前記励磁コイル及び前記検出コイルに挿入され、
前記検出コイルは、前記励磁コイルよりも対象物側に位置している、
ことを特徴とするプローブ。

【請求項2】

前記調整手段は、前記励磁コイルに対する前記コアの挿脱方向に、該コアを移動させる手段であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。

【請求項3】

前記コアの移動範囲を規定する規定部材を、さらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のプローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、渦電流を利用した探傷に用いられるプローブ（渦流探傷プローブ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、空間分解能を高めるべくコアをコイル（励磁コイル、検出コイル）よりも突出させた構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１３７３１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のようにコアを突出させたプローブの構成では、空間分解能（精度）は向上するが、対象物の測定範囲が小さく（狭く）なってしまう。

【0005】

この発明は、対象物の測定範囲を可変とすることができるプローブ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】

本発明によって提供される対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブは、励磁コイル、検出コイル、コア、ケーシング及び調整手段を備える。励磁コイルは、励磁電流による磁束で対象物に渦電流を発生させる。検出コイルは、対象物の渦電流を検出する。コアは、励磁コイルに挿入されている。ケーシングは、励磁コイル、検出コイル及びコアを収容する。調整手段は、励磁コイルに対するコアの挿入量を調整可能である。

【0007】

上記調整手段は、励磁コイルに対するコアの挿脱方向に、コアを移動させる手段であってもよい。

【0008】

上記コアの移動範囲を規定する規定部材を、さらに備えるようにしてもよい。

【0009】

上記コアは、略Ｕ字状であって両端部が対象物に対向するように配設され、両端側のそれぞれに励磁コイル及び検出コイルが挿入され、検出コイルは、励磁コイルよりも対象物側に位置するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0010】

この発明によれば、励磁コイルに対するコアの挿入量が調整可能であるので、挿入量によって磁場の範囲（磁束ビームの到達範囲）が変動する（拡縮する）。磁場の範囲は対象物の測定範囲であるので、挿入量の調整によって対象物の測定範囲が可変となる。すなわち、対象物の測定範囲を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】この発明の実施形態に係るプローブの配置例を示す斜視図である。

【図2】この発明の実施形態に係るプローブの分解図である。

【図3】図１のＩ－Ｉ線におけるプローブの部分的な縦断面図である。

【図4】図１のＩ－Ｉ線におけるプローブの部分的な縦断面図である。

【図5】この発明の実施形態に係るプローブの励磁コイルの励磁電流による磁束（磁束ビーム）の一例を示す部分的な縦断面図である。

【図6】この発明の別の実施形態に係るプローブの部分的な縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図面を参照してこの発明の実施形態に係るプローブについて説明する。なお、この発明の構成は、実施形態に限定されるものではない。

【0013】

図１は、この発明の実施形態に係るプローブ１の配置例を示す斜視図である。図２は、プローブ１の分解図である。図３及び図４は、図１のＩ－Ｉ線におけるプローブ１の部分的な縦断面図である。

【0014】

プローブ１は、蒸気プラント等で使用される配管（対象物）５００に固定的に配置され、パルス渦電流探傷（ＰＥＣ:Pulsed Eddy Current）によって、金属製の配管５００に渦電流を発生させ且つ発生した渦電流を検出する。これにより、非接触で配管５００の厚さ等を測定（検出）でき、配管５００の腐食等を発見することができる。プローブ１は、無線通信可能であって、例えば、作業者が携帯するコンピュータ（外部機器）と通信を行って各検出結果を送信する。作業者は、外部機器において検出結果を確認することができる。

【0015】

また、作業者は、プローブ１上部のナット３２を回転させることで、配管５００の厚さ等の測定（検出）範囲を調整することができる（詳細は後述する）。なお、この実施形態では、検査の対象物として配管５００を用いているが、渦電流が発生する鋼材等の種々の物体を対象物として適用可能である。

【0016】

プローブ１は、カバー１１、ケーシング１２、断熱材１３及び取付部１４等から構成される。カバー１１は、ケーシング１２の上部を覆うように配設される。ケーシング１２は、励磁コイル２１、検出コイル２２、コア２３等を収容する。また、ケーシング１２は、図示しないが、プローブ１の全体を制御する制御部（マイクロコンピュータ）、外部機器と無線通信を行う通信部等を収容する。制御部は、外部機器からの要求に応じて、各検出結果を通信部を介して外部機器に送信する。ケーシング１２内部の構成の詳細は後述する。

【0017】

断熱材１３は、凹型形状を呈し、凹部においてケーシング１２の下部を収容する。取付部１４は、蓋部材１４１、収容部材１４２及び固定部材１４４（１４４Ａ，１４４Ｂ）等を備え、ケーシング１２を配管５００に固定する。

【0018】

蓋部材１４１は、ケーシング１２とネジ結合する。なお、ケーシング１２は、蓋部材１４１とネジ結合した状態で断熱材１３に収容される。収容部材１４２は、凹部において断熱材１３を収容する。また、収容部材１４２は、フリンジ部１４３において、蓋部材１４１及び第一固定部材１４４Ａ（フリンジ部１５１）とネジ結合する。

【0019】

固定部材１４４は、断面が半円形状の第一固定部材１４４Ａ及び第二固定部材１４４Ｂ等から構成される。第一固定部材１４４Ａと第二固定部材１４４Ｂとは、フリンジ部１４５Ａ，１４５Ｂにおいて配管５００を内包した状態でネジ結合する。また、固定部材１４４は、固定ネジによって配管５００に固定される。

【0020】

第一固定部材１４４Ａは、外周面に形成された開口部１５０において収容部材１４２を挿通するとともに、フリンジ部１５１において、蓋部材１４１及び収容部材１４２（フリンジ部１４３）とネジ結合する。

【0021】

次に、ケーシング１２の内部の構成について説明する。図３に示すように、ケーシング１２は、励磁コイル２１、検出コイル２２、コア２３及び調整機構３０等を収容する。励磁コイル２１は、励磁電流による磁束で配管５００に渦電流を発生させる。検出コイル２１は、配管５００の渦電流を検出する。励磁コイル２１及び検出コイル２２は、それぞれの軸心が一直線上になるように配列されている。この実施形態のプローブ１は、２組の励磁コイル２１及び検出コイル２２を有している。上述した制御部は、励磁コイル２１に一定期間だけ励磁電流を出力させ、励磁電流の出力停止後に検出コイル２２による検出信号を取得する。

【0022】

コア２３は、第１直線部２３１と、第２直線部２３２と、第１直線部２３１及び第２直線部２３２を連結する連結部２３３とを有し、全体として略Ｕ字状に形成されている。コア２３は、例えば、フェライトの磁性材料で形成されている。第１直線部２３１は、一方の組の励磁コイル２１及び検出コイル２２に挿入され、第２直線部２３２は、他方の組の励磁コイル２１及び検出コイル２２に挿入されている。なお、コア２３の形状は、Ｕ字状に限定されるものではなく、例えば棒状（直線形状）であってもよい。また、励磁コイル２１及び検出コイル２２の組数は、複数組でなくてもよく、例えば１組であってもよい。

【0023】

また、コア２３に関しては、励磁コイル２１及び検出コイル２２に対する挿入量（引き抜き量）を調整可能である。具体的には、励磁コイル２１及び検出コイル２２に対するコア２３の挿脱方向（矢印Ａ方向）に、コア２３を移動させることで挿入量が調整される。コア２３の矢印Ａ方向への移動は、調整機構３０によって行われる。

【0024】

調整機構３０は、矢印Ａ方向にコア２３を移動させて、コア２３の位置を調整する調整手段である。コア２３は、上限位置及び下限位置の範囲（移動範囲）で移動可能である。図３はコア２３が下限位置にある状態を示し、図４はコア２３が上限位置にある状態を示している。

【0025】

図３は、コア２３の端部が、検出コイル２２内に位置し且つケーシング１２の内壁面に当接している状態を示している。図４は、コア２３の端部が、励磁コイル２１内に位置し且つケーシング１２の内壁面から離間している状態を示している。

【0026】

調整機構３０は、ボルト３１及びナット３２等から構成される。ボルト３１は、金属製の円柱であり、カバー１１及びケーシング１２に収容されている。ボルト３１の一端３１Ａは、コア２３の連結部２３３に溶接等で固定されている。また、ボルト３１の他端３１Ｂ側は、カバー１１上部の貫通孔から、カバー１１の外部に突出している。さらに、ボルト３１の外周面には、凸部であるストッパー３１１が形成されている。ストッパー３１１は、コア２３の移動の上限位置を規定する。また、ストッパー３１１よりも上方（他端３１Ｂ側）のボルト３１の外周面には、雄ネジ部が形成されている。なお、ねじ溝の図示は省略している。

【0027】

ナット３２は、例えば、内周面に雌ねじ部が形成された六角ナットであり、ボルト３１の雄ネジ部にネジ結合している。ナット３２は、回転させることでボルト３１の雄ネジ部上を移動可能である。但し、コア２３の移動範囲において、ナット３２は、ボルト３１及びコア２３の重量によって、カバー１１の外壁面に当接した状態となる。そのため、ナット３２を回転させても、図３及び図４に示すようにナット３２の位置は変動せず（当接した状態が維持され）、ボルト３１が矢印Ａ方向に移動する。すなわち、作業者等が、ナット３２を時計回りに回せばボルト３１が上方に向かって移動して図４に示す状態となり、ナット３２を反時計回りに回せばボルト３１は下方に向かって移動して図３に示す状態となる。そして、ボルト３１の移動に伴ってコア２３の位置も変動する。したがって、ナット３２を回転させることで、励磁コイル２１及び検出コイル２２に対するコア２３の挿入量が調整される。

【0028】

なお、コア２３は、図３に示す下限位置に到達した場合、端部がケーシング１２の内壁面に当接するので、これ以上の下方への移動が制限される。また、コア２３は、図４に示す上限位置に到達した場合、ボルト３１のストッパー３１１の上部がカバー１１の内壁面に当接するので、これ以上の上方への移動が制限される。したがって、ケーシング１２及びストッパー３１１は、コアの移動範囲を規定する規定部材に該当する。

【0029】

次に、対象物の測定範囲について図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照しつつ説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、励磁コイル２１によって形成される磁束（磁束ビーム７０）の一例を示す縦断面図である。図５（Ａ）では、コア２３が図３に示す下限位置にある状態での磁束ビーム７０を示している。図５（Ｂ）では、コア２３が図４に示す上限位置にある状態での磁束ビーム７０を示している。

【0030】

プローブ１の対象物の測定範囲は、励磁電流が印加された場合に励磁コイル２１によって形成される磁場（磁束）の範囲である。すなわち、対象物において、磁束ビームが届いて渦電流が発生する領域（磁束ビームの到達範囲）が測定範囲となる。そのため、磁束ビームの到達範囲（幅、深さ）が大きい程、測定範囲も広くなる。また、磁束ビーム７０の到達範囲は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように励磁コイル２１に対するコア２３の挿入量の変動に伴って変動する。したがって、ナット３２を回転させてコア２３の挿入量を調整することで、プローブ１の対象物の測定範囲を調整することができる。

【0031】

例えば、図３に示すようにコア２３が下限位置にある場合、図５（Ａ）に示すように幅Ｅ１、深さＤ１の磁束ビーム７０の到達範囲が、配管５００における渦電流の発生する領域である測定範囲となる。一方、図４に示すようにコア２３が上限位置にある場合、図５（Ｂ）に示すように幅Ｅ２、深さＤ２の磁束ビーム７０の到達範囲が、配管５００における渦電流の発生する領域である測定範囲となる。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を比較すると、幅がＥ１＜Ｅ２であり、深さがＤ１＞Ｄ２となる。すなわち、図５（Ａ）に示す磁束ビーム７０の場合では、狭い範囲を深く検査することができ、空間分解能（検出精度）が高い。一方、図５（Ｂ）に示す磁束ビーム７０の場合では、広い範囲を浅く検査することができるが、空間分解能（検出精度）が低い。このように、コア２３が上限位置に位置する（挿入量が減少していく）ほど、測定範囲の幅が広く且つ深さが浅くなっていき、空間分解能（検出精度）が低くなっていく。

【0032】

したがって、例えば、最初に、幅の広い測定範囲に設定して対象物の各箇所において測定を行う。そして、その結果に基づいて、対象物の特定箇所（懸念部分）については、検出精度の高い幅の狭い測定範囲に変更して再測定するようにしてもよい。

【0033】

次に、上述したプローブ１の使用形態について説明する。作業者は、測定を行う前に、プローブ１の測定範囲を調整する。具体的には、ナット３２を回転させて、コア２３の位置を調整すればよい。

【0034】

プローブ１は、例えば、所定期間の経過毎に検出を実行し、検出結果を記憶部（不図示）に記憶する。そして、外部機器の要求に応じて、記憶部に記憶された検出結果を、通信部から外部機器に送信する。検出を実行する際、制御部は、励磁コイル２１に所定期間だけ励磁電流を出力させる。

【0035】

励磁コイル２１は、電流（励磁電流）が印加されることによって、その軸心の方向に磁場を形成する。一方の励磁コイル２１と他方の励磁コイル２１とは、軸心の方向において互いに反対向きの磁場を形成するように電流が印加される。その結果、コア２３には、コア２３の長手方向に沿った磁場（磁束）が形成される。励磁コイル２３に印加する電流を変動させることによって、配管５００に発生する磁場が変動し、配管５００に渦電流が発生する。

【0036】

一方、配管５００のうち検出コイル２２の近傍の部分に発生した渦電流によって、検出コイル２２を貫通する磁束が形成される。検出コイル２２を貫通する磁束が変化すると、検出コイル２２に誘導起電力が発生する。検出コイ２２は、この誘導起電力を検出することによって、配管５００の渦電流を検出する。なお、定期的な渦電流の過渡変化の取得に際し、励磁コイル２１に印加される励磁電流の大きさは一定である。

【0037】

作業者は、例えば、プローブ１から各検出結果をコンピュータ（外部機器）で受信する。外部機器では、各検出結果に基づいて、配管（対象物）５００の厚さが算出される。なお、プローブにおいて配管５００の厚さ等を算出してもよい。また、作業者は、検出結果に基づいて、測定範囲を調整（変更）して再測定を行うようにしてもよい。

【0038】

以上のように、励磁コイルに対するコアの挿入量が調整可能であるので、挿入量によって磁場の範囲（磁束ビームの到達範囲）が変動する（拡縮する）。磁場の範囲は対象物の測定範囲であるので、挿入量の調整によって対象物の測定範囲が可変となる。すなわち、対象物の測定範囲を調整することができる。

【0039】

（他の実施形態）
上述の実施形態では、プローブが配管（対象物）に固定されているが、固定しない構成としてもよい。例えば、作業者が携帯可能なプローブに本発明を適用してもよい。

【0040】

上述の実施形態では、励磁コイル及び検出コイルが、それぞれの軸心が一直線上になるように配列されているが、特にこれに限定されるものではない。励磁コイル及び検出コイルが別々に配置された構成であってもよい。そして、少なくとも励磁コイルに挿入されたコアに関して、励磁コイルに対するコアの挿入量を調整可能となるように調整手段を設ければよい。

【0041】

上述の実施形態では、調整機構（調整手段）に付勢手段を追加してもよい。例えば、図６に示すようなコイルバネ３１５を付勢手段として追加すればよい。コイルバネ３１５には、ボルト３１′が挿入されている。コイルバネ３１５は、カバー１１の内壁面とストッパー３１１′の上部とに挟まれた状態であり、ストッパー３１１′を介してボルト３１′（コア２３）を上方から下方に向かう方向に付勢する。したがって、プローブ１′がどのような向きで配設されても、ナット３２を回転させてコア２３の位置を調整することができる。

【0042】

上述の実施形態の調整機構（調整手段）は、ボルト及びナットを用いた構成であったが、特にこれに限定されるものではない。例えば、ソレノイド等の駆動手段を用いて、コアを移動させるようにしてもよい。この場合、作業者は、外部機器からプローブ１′に要求を行って、ソレノイド等を駆動すればよい。また、上述の実施形態では、調整機構（調整手段）がコアを移動させる構成を適用しているが、特にこれに限定されるものではない。励磁コイルに対するコアの挿入量を調整可能な構成であれば、コアに対して励磁コイルを移動させる調整手段や、励磁コイル及びコアを移動させる調整手段を用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0043】

この発明は、検査の対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブにおいて、対象物の測定範囲を調整するのに有用である。

【符号の説明】

【0044】

１，１′ プローブ
１１ カバー
１２ ケーシング
２１ 励磁コイル
２２ 検出コイル
２３ コア
３０，３０′ 調整機構（調整手段）
３１１，３１１′ ストッパー
５００ 配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】