JP4764199B2 - 磁性体の粒形状観察装置 - Google Patents
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Description
本発明は、磁場を印加した電磁鋼板等の磁性体の表面に設置し該磁性体の粒形状を非破壊で表示する粒形状観察装置に関する。
従来、方向性電磁鋼板の品質判定（粒形状、粒大きさ等の判定）を行なう方法として、酸により表面のセラミック系皮膜（厚さ5μm程度）を除去して（溶かして）金属面の粒形状、粒大きさ等を直接目視観察を行なっていた。
しかし、この方法では、酸を使用することから、安全上の問題があるうえ、多額の設備維持費（修理、ランニングコスト）が必要になり、更には、事前準備、除去時間、後処理（水洗）の工程が必要であるため処理時間も長くなる等の問題点が発生していた。
しかし、この方法では、酸を使用することから、安全上の問題があるうえ、多額の設備維持費（修理、ランニングコスト）が必要になり、更には、事前準備、除去時間、後処理（水洗）の工程が必要であるため処理時間も長くなる等の問題点が発生していた。
また、本発明が利用する漏洩磁束を検出する方法としては、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特開平8-160007号公報には、ヒ゛テ゛オテーフ゜（磁気テーフ゜）をアセチルセルロースフィルムで表裏を覆った3層構造のシートを、被測定物の欠陥部分の表面に当てることで、欠陥部分からの漏洩磁束により磁気テーフ゜が磁化され、その磁化ハ゜ターンを観察するために、磁気テーフ゜上に平均粒径50nmのマク゛ネタイト微粉末10mgを水100ミリリットルに分散させた分散液に分散剤（市販の界面活性剤）2ミリリットルを添加した磁性コロイト゛流体を滴下させ、これにカハ゛ーカ゛ラスをのせて光学顕微鏡で観察を行い欠陥を検出、評価する非破壊検査方法が記載されている。
しかし、特開平8-160007号公報の方法は、磁気テーフ゜に欠陥部分を記録させ、その記録を磁性コロイト゛流体を使用し光学顕微鏡で観察するもので、非常に手間がかかるうえ、磁気テーフ゜のみで欠陥部分を直接目視観察はできないという問題点があった。また、平均粒径50nmのマク゛ネタイト微粉末を使用した場合には粒径が非常に小さく移動速度も遅いことからミクロな欠陥部分の測定は可能であっても、数mm、数cmの大きな粒形状の輪郭を形成するには応答時間が遅くなるものと思われる。
例えば、特開平8-160007号公報には、ヒ゛テ゛オテーフ゜（磁気テーフ゜）をアセチルセルロースフィルムで表裏を覆った3層構造のシートを、被測定物の欠陥部分の表面に当てることで、欠陥部分からの漏洩磁束により磁気テーフ゜が磁化され、その磁化ハ゜ターンを観察するために、磁気テーフ゜上に平均粒径50nmのマク゛ネタイト微粉末10mgを水100ミリリットルに分散させた分散液に分散剤（市販の界面活性剤）2ミリリットルを添加した磁性コロイト゛流体を滴下させ、これにカハ゛ーカ゛ラスをのせて光学顕微鏡で観察を行い欠陥を検出、評価する非破壊検査方法が記載されている。
しかし、特開平8-160007号公報の方法は、磁気テーフ゜に欠陥部分を記録させ、その記録を磁性コロイト゛流体を使用し光学顕微鏡で観察するもので、非常に手間がかかるうえ、磁気テーフ゜のみで欠陥部分を直接目視観察はできないという問題点があった。また、平均粒径50nmのマク゛ネタイト微粉末を使用した場合には粒径が非常に小さく移動速度も遅いことからミクロな欠陥部分の測定は可能であっても、数mm、数cmの大きな粒形状の輪郭を形成するには応答時間が遅くなるものと思われる。
また、特開平8-160008号公報には、被測定物の欠陥部分の表面に強磁性材料の微粒子のコロイト゛液（日本フェロルイト゛株式会社性、強磁性流体、カタロク゛NO.P-0701）を付着させ、表面を乾燥後レフ゜リカフィルム材料の溶液を噴霧し、乾燥、固化させてフィルム層を形成させ、強磁性材料の微粒子と一体化したレフ゜リカフィルムを剥離し、光学顕微鏡で欠陥部分の観察を行い欠陥を検出、評価する非破壊検査方法が記載されている。
しかし、特開平8-160008号公報の方法は、非常に手間がかかるうえ、使用済みのフィルムの再使用はできないという問題点があった。
しかし、特開平8-160008号公報の方法は、非常に手間がかかるうえ、使用済みのフィルムの再使用はできないという問題点があった。
また、特開2004-309258号公報には、表面欠陥部分に強磁性体からなる粉体を塗布して、被測定物の表面に存在する欠陥内部に粉体を進入させ、その進入した粉体をフェライト検出器で検出する表面欠陥検出方法が記載されている。
また、特開平10-177010号公報には、被測定物の表面に存在する欠陥内部に磁性体粉末を塗布し、その状態で外部から磁場または高周波電流を被測定物に印加して磁性体粉末を磁化し、磁気記録テーフ゜または磁気記録フィルムの磁気記録媒体を被測定物表面に接着させ欠陥を測定する損傷検出方法が記載されている。
しかし、電磁鋼板の表面には粒形状の欠陥は存在しないため、特開2004-309258号公報や特開平10-177010号公報の方法では電磁鋼板の粒形状を表示することはできなかった。
特開平8-160007号公報
特開平8-160008号公報
特開2004-309258号公報
特開平10-177010号公報
また、特開平10-177010号公報には、被測定物の表面に存在する欠陥内部に磁性体粉末を塗布し、その状態で外部から磁場または高周波電流を被測定物に印加して磁性体粉末を磁化し、磁気記録テーフ゜または磁気記録フィルムの磁気記録媒体を被測定物表面に接着させ欠陥を測定する損傷検出方法が記載されている。
しかし、電磁鋼板の表面には粒形状の欠陥は存在しないため、特開2004-309258号公報や特開平10-177010号公報の方法では電磁鋼板の粒形状を表示することはできなかった。
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解消し、表面皮膜を除去することなく非破壊で電磁鋼板等の磁性体の粒形状を表示することができるうえ、繰り返し使用できる簡便な粒形状観察装置を提供することを課題とする。
本発明は、前述の課題を解決するため鋭意検討の結果、なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）磁場を印加した磁性体の表面に設置して該磁性体の粒形状を非破壊で表示する粒形状観察装置であって、
該磁性体の下面に設けられ該磁性体を磁化させる磁化器と、
平均粒径20μｍ以下の扁平形状のマグネタイトである磁性粉を溶液に混合した磁性流体を封入した磁性流体層と、
前記磁性流体層の上面に設けられ該磁性流体層を透視する透明表面層と、
前記磁性流体層の下面に設けられ該磁性流体層を支持し前記磁性体からの漏れ磁場を前記磁性流体層に伝播する厚さ10μｍ以下の裏面シート層とを有することを特徴とする絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
（２）前記磁性流体に非磁性粒状物を混入することを特徴とする（１）に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
（３）該磁化器の上面であって、かつ、該磁性体の端面と接するように補助磁性体を設置することを特徴とする（１）または（２）に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
（４）該磁化器と該磁性体の間であって、該磁化器と該磁性体の双方と接するように補助磁性体を設置することを特徴とする（１）または（２）に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
（１）磁場を印加した磁性体の表面に設置して該磁性体の粒形状を非破壊で表示する粒形状観察装置であって、
該磁性体の下面に設けられ該磁性体を磁化させる磁化器と、
平均粒径20μｍ以下の扁平形状のマグネタイトである磁性粉を溶液に混合した磁性流体を封入した磁性流体層と、
前記磁性流体層の上面に設けられ該磁性流体層を透視する透明表面層と、
前記磁性流体層の下面に設けられ該磁性流体層を支持し前記磁性体からの漏れ磁場を前記磁性流体層に伝播する厚さ10μｍ以下の裏面シート層とを有することを特徴とする絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
（２）前記磁性流体に非磁性粒状物を混入することを特徴とする（１）に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
（３）該磁化器の上面であって、かつ、該磁性体の端面と接するように補助磁性体を設置することを特徴とする（１）または（２）に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
（４）該磁化器と該磁性体の間であって、該磁化器と該磁性体の双方と接するように補助磁性体を設置することを特徴とする（１）または（２）に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
本発明によれば、表面皮膜を除去することなく非破壊で電磁鋼板等の磁性体の粒形状を表示することができるうえ、繰り返し使用できる簡便な粒形状観察装置を提供することができ、具体的には以下のような産業上有用な著しい効果を奏する。
１）磁性流体層をサンフ゜ル鋼板サイス゛にまで大型化することができ、粒形状、粒大きさ等の品質判定を非破壊でできる。
２）品質判定の時間短縮、従来の多額の設備維持費が不要になり、更に、安全上の問題も解消され大きな成果を得ることができる。
１）磁性流体層をサンフ゜ル鋼板サイス゛にまで大型化することができ、粒形状、粒大きさ等の品質判定を非破壊でできる。
２）品質判定の時間短縮、従来の多額の設備維持費が不要になり、更に、安全上の問題も解消され大きな成果を得ることができる。
本発明者等は、前述の課題を解決するために、酸を使用しなく、非破壊で粒形状の観察ができないかと言う必要性に基づき、シース゛技術として、磁場の活用を思い付いた。
そこで、一般的に磁粉探傷で使用されている磁化器で電磁鋼板の幅方向（または、長さ方向）に磁場を印加したところ、粒界（粒と粒の境界）で鋼板表面方向に漏れ磁場が発生していることを見出した。
そこで、この漏れ磁場を精度よく検出が出来れば、粒形状の観察が可能になるかもしれないとの思いで、ホール素子等の磁気センサー、磁性粉封入マイクロカフ゜セルを敷並べた磁気反応シート、更には、磁気探傷用の磁性粉等で種々の基礎実験を重ねてきた結果、磁気センサーでは鋼板表面をスキャン（走査）する必要があり、キ゛ャッフ゜の変動が外乱要因となり検出が困難であった。
また、磁気反応シートでは、大きな粒形状の観察は可能であったが、小さな粒形状の観察は、マイクロカフ゜セルに磁性粉が封入されているために磁性粉の動きが悪く困難であった。また、磁気探傷用の磁性粉での実験でも磁性粉単体では流動性が悪く困難であった。
そこで、一般的に磁粉探傷で使用されている磁化器で電磁鋼板の幅方向（または、長さ方向）に磁場を印加したところ、粒界（粒と粒の境界）で鋼板表面方向に漏れ磁場が発生していることを見出した。
そこで、この漏れ磁場を精度よく検出が出来れば、粒形状の観察が可能になるかもしれないとの思いで、ホール素子等の磁気センサー、磁性粉封入マイクロカフ゜セルを敷並べた磁気反応シート、更には、磁気探傷用の磁性粉等で種々の基礎実験を重ねてきた結果、磁気センサーでは鋼板表面をスキャン（走査）する必要があり、キ゛ャッフ゜の変動が外乱要因となり検出が困難であった。
また、磁気反応シートでは、大きな粒形状の観察は可能であったが、小さな粒形状の観察は、マイクロカフ゜セルに磁性粉が封入されているために磁性粉の動きが悪く困難であった。また、磁気探傷用の磁性粉での実験でも磁性粉単体では流動性が悪く困難であった。
よって、上記知見から、磁性粉の流動性をよくしてやれば粒形状の観察が可能になるかもしれないとの発想の基に、磁気探傷用の磁性粉（粒径20〜50μm程度のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体を準備して、１層目：透明表面層（厚さ10mm程度の透明アクリル板）、2層目：磁性流体層、3層目：裏面シート層（厚さ100μmのテフロン（登録商標）シート）等の手持ちの実験材料を駆使し透明表面層、磁性流体層、薄膜裏面シート層の3層構造の中間に磁性流体を封入した小型サイス゛（W50mm×L100mm程度）の磁性流体スクリーンを試作して、再度実験を行なった。その結果、見事、電磁鋼板の皮膜（厚さ5μm程度）の上から非破壊で粒形状の観察に成功したものである。
即ち、本発明の電磁鋼板等の磁性体の粒形状観察装置は、磁場を印加した電磁鋼板等の磁性体の上面（表面）に設置して該磁性体の粒形状を非破壊で表示する粒形状観察装置であって、磁性粉を溶液に混合した磁性流体を封入した磁性流体層と、前記磁性流体層の上面に設けられ該磁性流体層を透視する透明表面層と、前記磁性流体層の下面に設けられ該磁性流体層を支持し前記磁性体からの漏れ磁場を前記磁性流体層に伝播する裏面シート層とを有することを特徴とする。
なお、本発明は磁性体として、電磁鋼板、磁気シールド材等が本発明の測定対象材として挙げられるが、強磁性を有するものであれば本発明の範囲に含まれる。
なお、本発明は磁性体として、電磁鋼板、磁気シールド材等が本発明の測定対象材として挙げられるが、強磁性を有するものであれば本発明の範囲に含まれる。
図１は、本発明における磁性体の粒形状観察装置の実施形態を例示する図である。なお、以降は、磁性体として電磁鋼板について説明するが、本発明は、この電磁鋼板に限定されるものではない。
図１に示すように、永久磁石などの磁化器によって磁場を印加した電磁鋼板の上面に本発明の粒形状観察装置を載せ、この粒形状観察装置は、上面から１層目を光を透過する透明表面層（アクリル板）とし、２層目をマグネタイト粉などの磁性粉を純水などの溶液に混合したコロイド溶液からなる磁性流体層とし、３層目を非磁性の薄膜からなる裏面シートとする。
磁化された電磁鋼板の結晶粒界には漏れ磁場が発生するため、この結晶粒界からの漏洩磁束により磁性流体層中の磁性粉が配向することによって、結晶の境界部分を濃く表示することができる。
また、永久磁石などの磁化器で磁化しない電磁鋼板等の磁性体の表面に本発明の粒形状観察装置を載せた場合、結晶粒界を表示することはできないが、磁区を表示することができるため、将来、磁性粉の性能が向上した場合には、磁化器を用いなくても粒形状を表示することができる可能性があり、このような磁化器で磁化しない電磁鋼板等の磁性体の粒形状や磁区観察装置も本発明の範囲に含まれる。
図１に示すように、永久磁石などの磁化器によって磁場を印加した電磁鋼板の上面に本発明の粒形状観察装置を載せ、この粒形状観察装置は、上面から１層目を光を透過する透明表面層（アクリル板）とし、２層目をマグネタイト粉などの磁性粉を純水などの溶液に混合したコロイド溶液からなる磁性流体層とし、３層目を非磁性の薄膜からなる裏面シートとする。
磁化された電磁鋼板の結晶粒界には漏れ磁場が発生するため、この結晶粒界からの漏洩磁束により磁性流体層中の磁性粉が配向することによって、結晶の境界部分を濃く表示することができる。
また、永久磁石などの磁化器で磁化しない電磁鋼板等の磁性体の表面に本発明の粒形状観察装置を載せた場合、結晶粒界を表示することはできないが、磁区を表示することができるため、将来、磁性粉の性能が向上した場合には、磁化器を用いなくても粒形状を表示することができる可能性があり、このような磁化器で磁化しない電磁鋼板等の磁性体の粒形状や磁区観察装置も本発明の範囲に含まれる。
しかし、粒形状の観察に成功したものの、鮮明度はあまりよくないのが実態で、直径10mm以上の粒径はかろうじて見える程度で、それ以下になるとぼやけてしまい鮮明度は悪化した。そこで、この鮮明度悪化の原因追求のための追試実験を行なった。
まず、最初に、磁性粉の粒径のみを20μｍ以下に改善したところ鮮明度はやや改善された。次に、裏面シートのみの厚さを10μm非磁性の金属シートにしたところ鮮明度はやや改善されることが判明した。そして、磁性粉の粒径を20μｍ以下、かつ、裏面シートの厚さを10μm非磁性の金属シートにしたところ、ほぼ満足のいく鮮明度になることが判明した。これらの結果から、鮮明度に影響を与える要因として、2層目の磁性流体の磁性粉の粒径と3層目の裏面シートの厚さの2要因であることが判明した。
まず、最初に、磁性粉の粒径のみを20μｍ以下に改善したところ鮮明度はやや改善された。次に、裏面シートのみの厚さを10μm非磁性の金属シートにしたところ鮮明度はやや改善されることが判明した。そして、磁性粉の粒径を20μｍ以下、かつ、裏面シートの厚さを10μm非磁性の金属シートにしたところ、ほぼ満足のいく鮮明度になることが判明した。これらの結果から、鮮明度に影響を与える要因として、2層目の磁性流体の磁性粉の粒径と3層目の裏面シートの厚さの2要因であることが判明した。
この2要因に関して更に技術的に追求していき判明したことは、
（１）磁性流体の磁性粉の平均粒径は、好ましくは20μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上〜5μm以下とする。
磁性粉の形状は、球形、角形、もしくは配向性のよい偏平磁性粉でもよく、この偏平磁性粉の場合の平均粒径は長径の平均粒径とする。
（２）裏面シートの材質は非磁性の金属シート、樹脂シートであれば何でもよく、厚さは、好ましくは100μm以下、さらに好ましくは10μm以下とする。
但し、1層目の透明表面層の材質は、透明度が高い材質であれば何でもよい。
次に小型サイス゛（W50mm×L100mm程度）から大型サイス゛（W100mm×L300mm程度）の面積が約6倍に拡大してみとところ、裏面シート（Ti箔：10μm）の取り扱いが少々困難かつ、厚みの誤差があることから、裏面シートを張った後に皺が発生することが判明した。この発生する皺を抑制するのは不可避であり、この皺の影響で、磁性流体封入キ゛ャッフ゜の均一性が損なわれ、観察結果に濃淡が発生する問題点が発生した。そこで、対策として、キ゛ャッフ゜安定化のために、非磁性粒状物（例えば、カ゛ラス（SiO2）・アルミナ（AL2O3）等のセラミック系ヒ゛ース゛、または、アクリル等の樹脂系ヒ゛ース゛）を試しに混入してみたところ、発生していた皺は大幅に軽減され、観察結果も小型サイス゛と同様に濃淡がなくなり均一に観察できることが判明した。
非磁性粒状物の条件を追加実験を行ない検討したところ、
（３）非磁性粒状物の径としては50〜200μm程度が好ましい。また、混入量としては、好ましくは磁性流体の重量％で10％以下で、1〜2％でもよい。
材質に関しては、好ましくはカ゛ラスヒ゛ース゛がよく、アクリル、アルミナ等のヒ゛ース゛でもよいこと等が判明した。
（１）磁性流体の磁性粉の平均粒径は、好ましくは20μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上〜5μm以下とする。
磁性粉の形状は、球形、角形、もしくは配向性のよい偏平磁性粉でもよく、この偏平磁性粉の場合の平均粒径は長径の平均粒径とする。
（２）裏面シートの材質は非磁性の金属シート、樹脂シートであれば何でもよく、厚さは、好ましくは100μm以下、さらに好ましくは10μm以下とする。
但し、1層目の透明表面層の材質は、透明度が高い材質であれば何でもよい。
次に小型サイス゛（W50mm×L100mm程度）から大型サイス゛（W100mm×L300mm程度）の面積が約6倍に拡大してみとところ、裏面シート（Ti箔：10μm）の取り扱いが少々困難かつ、厚みの誤差があることから、裏面シートを張った後に皺が発生することが判明した。この発生する皺を抑制するのは不可避であり、この皺の影響で、磁性流体封入キ゛ャッフ゜の均一性が損なわれ、観察結果に濃淡が発生する問題点が発生した。そこで、対策として、キ゛ャッフ゜安定化のために、非磁性粒状物（例えば、カ゛ラス（SiO2）・アルミナ（AL2O3）等のセラミック系ヒ゛ース゛、または、アクリル等の樹脂系ヒ゛ース゛）を試しに混入してみたところ、発生していた皺は大幅に軽減され、観察結果も小型サイス゛と同様に濃淡がなくなり均一に観察できることが判明した。
非磁性粒状物の条件を追加実験を行ない検討したところ、
（３）非磁性粒状物の径としては50〜200μm程度が好ましい。また、混入量としては、好ましくは磁性流体の重量％で10％以下で、1〜2％でもよい。
材質に関しては、好ましくはカ゛ラスヒ゛ース゛がよく、アクリル、アルミナ等のヒ゛ース゛でもよいこと等が判明した。
また、図9に示すように、永久磁石などの磁化器によって磁場を印加した電磁鋼板の上面に本発明の粒形状観察装置を載せ、粒形状を観察する場合において、被測定物である電磁鋼板のサイス゛が磁化器の磁極間（N極とS極の距離）より小さな場合には、磁力線がエッシ゛付近は面方向から進入するエッシ゛から最エッシ゛〜エッシ゛20mm程度の範囲は、漏れ磁場を打消してしまうため形状観察が出来ない問題が発生した。この対策として、追加実験を行い追及し、以下のことが判明した、
（１）被測定物である電磁鋼板の端部に接するように磁化器の磁極に補助鋼板を設置し測定することで、電磁鋼板の最エッシ゛（端部）まで鮮明に見えるようになった。
（２）さらに、被測定物である電磁鋼板の端部の中で も側面に補助鋼板を設置し測定することで、最エッシ゛まで鮮明に見えるようになった。
補助鋼板の材質は、好ましくは被測定物と同等の透磁率を有する磁性体であり、望ましくは磁性体であれば何でも良い。補助鋼板の厚みは被測定物と略同等が好ましい。
（３）さらには、被測定物である電磁鋼板の端部に加え裏面に補助鋼板を設置し測定することで、上記対策よりやや劣り最エッシ゛〜エッシ゛5mm程度がやや見えないが大幅に改善された。
補助鋼板の材質は、磁化器の磁場の強さに関係するので、あまり透磁率が高い、また、厚みが厚いと磁化器の磁場を遮蔽してしまい電磁鋼板の粒形状を観察が困難になり、また、透磁率が低い、また、厚みが薄いとあまり効果がないので、実験を行い決定するのが良い。
（１）被測定物である電磁鋼板の端部に接するように磁化器の磁極に補助鋼板を設置し測定することで、電磁鋼板の最エッシ゛（端部）まで鮮明に見えるようになった。
（２）さらに、被測定物である電磁鋼板の端部の中で も側面に補助鋼板を設置し測定することで、最エッシ゛まで鮮明に見えるようになった。
補助鋼板の材質は、好ましくは被測定物と同等の透磁率を有する磁性体であり、望ましくは磁性体であれば何でも良い。補助鋼板の厚みは被測定物と略同等が好ましい。
（３）さらには、被測定物である電磁鋼板の端部に加え裏面に補助鋼板を設置し測定することで、上記対策よりやや劣り最エッシ゛〜エッシ゛5mm程度がやや見えないが大幅に改善された。
補助鋼板の材質は、磁化器の磁場の強さに関係するので、あまり透磁率が高い、また、厚みが厚いと磁化器の磁場を遮蔽してしまい電磁鋼板の粒形状を観察が困難になり、また、透磁率が低い、また、厚みが薄いとあまり効果がないので、実験を行い決定するのが良い。
＜透明表面層、磁性流体層、薄膜裏面シート層の3層構造の効果について＞
磁性粉封入マイクロカフ゜セルを敷並べた磁気反応シートでは、マイクロカフ゜セルに磁性粉が封入されているために磁性粉の動きが悪く困難であった。また、磁気探傷用の磁性粉での実験でも磁性粉単体では流動性が悪く困難であった。これらの事実から、流動性改善策として、磁性粉を溶液（表面活性剤を混入した純水または油系統でも可）に混合したコロイト゛状の磁性流体を作成し、磁性流体が動きやすくするために中間に磁性流体を封入した3層構造とすることで、粒形状に沿って磁性粉の倣い性がよくなったために粒形状の観察が可能になったものと考えられる。
磁性粉封入マイクロカフ゜セルを敷並べた磁気反応シートでは、マイクロカフ゜セルに磁性粉が封入されているために磁性粉の動きが悪く困難であった。また、磁気探傷用の磁性粉での実験でも磁性粉単体では流動性が悪く困難であった。これらの事実から、流動性改善策として、磁性粉を溶液（表面活性剤を混入した純水または油系統でも可）に混合したコロイト゛状の磁性流体を作成し、磁性流体が動きやすくするために中間に磁性流体を封入した3層構造とすることで、粒形状に沿って磁性粉の倣い性がよくなったために粒形状の観察が可能になったものと考えられる。
＜2層目の磁性流体の磁性粉の粒径の効果について＞
磁性粉の粒径に関しては、粒径が大きくなると、磁力線に沿って磁性粉が配列していても、線は見えづらく、点線に見えてしまうため鮮明度は悪くなるものの、色合いが濃く、応答時間（測定開始から見えるまでの時間）が早いという利点もある。また、あまり粒径が小さいと細部までの鮮明度はよいが、色合いが薄くなり、かつ、応答時間も遅くなり実用上の問題も発生する。具体的な粒径に関しては、測定対象に合わせて、実験的に決定することが望ましい。
粒径の参考値として、好ましくは20μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上〜5μm以下である。また、鮮明度の更なる改善策として、配向性のよい偏平磁性粉を使用することも好ましい。
磁性粉の粒径に関しては、粒径が大きくなると、磁力線に沿って磁性粉が配列していても、線は見えづらく、点線に見えてしまうため鮮明度は悪くなるものの、色合いが濃く、応答時間（測定開始から見えるまでの時間）が早いという利点もある。また、あまり粒径が小さいと細部までの鮮明度はよいが、色合いが薄くなり、かつ、応答時間も遅くなり実用上の問題も発生する。具体的な粒径に関しては、測定対象に合わせて、実験的に決定することが望ましい。
粒径の参考値として、好ましくは20μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上〜5μm以下である。また、鮮明度の更なる改善策として、配向性のよい偏平磁性粉を使用することも好ましい。
＜3層目の裏面シートの厚さの効果について＞
前述のように、一般的に磁粉探傷で使用されている磁化器で電磁鋼板の幅方向（または、長さ方向）に磁場を印加したところ、粒界（粒と粒の境界）で鋼板表面方向に漏れ磁場が発生していることを見出した。この磁場の鋼板表面から飛距離をホール素子等の磁気センサーで測定したところ、弱い所では10μm程度、強い所でも200μmであり平均は100μm程度であった。よって、鮮明度が悪くてもそこそこ見えるレヘ゛ルが裏面シート厚みとして100μmであることが判明した。
前述のように、一般的に磁粉探傷で使用されている磁化器で電磁鋼板の幅方向（または、長さ方向）に磁場を印加したところ、粒界（粒と粒の境界）で鋼板表面方向に漏れ磁場が発生していることを見出した。この磁場の鋼板表面から飛距離をホール素子等の磁気センサーで測定したところ、弱い所では10μm程度、強い所でも200μmであり平均は100μm程度であった。よって、鮮明度が悪くてもそこそこ見えるレヘ゛ルが裏面シート厚みとして100μmであることが判明した。
＜セラミック系ヒ゛ース゛の混入効果について＞
図６は、本発明に用いるスクリーンサイズをW100×L300mm（大型サイズ）とした場合の裏面シートの皺発生状況を示す図であり、図８は、本発明の好ましい実施形態である磁性流体に非磁性粒状物であるガラスビーズを混入した場合の効果を説明する図である。
スクリーンサイズを大きくすると、図６に示すように、裏面シートに縦横の皺が発生し、図５に示すように粒形状の濃淡が激しくなってしまう。
そこで、磁性流体に非磁性粒状物であるセラミック系ヒ゛ース゛（ガラスビーズ）を混入すると、図６（b）及び図８（b）に示すように磁性流体スクリーンの4辺の隙間にヒ゛ース゛が捕捉され、裏面シート全体に張力を張るような効果が自然に現われ、初期に発生していた皺が大幅に軽減することが判明した。また、4辺に捕捉されずに自由に動き回れるヒ゛ース゛に関しては、キ゛ャッフ゜保持の効果も現われ、当初の観察結果に発生していた濃淡も解消されたうえ、磁性粉の応答性を改善する効果によって粒形状のコントラストがよくなることが判明した。
図６は、本発明に用いるスクリーンサイズをW100×L300mm（大型サイズ）とした場合の裏面シートの皺発生状況を示す図であり、図８は、本発明の好ましい実施形態である磁性流体に非磁性粒状物であるガラスビーズを混入した場合の効果を説明する図である。
スクリーンサイズを大きくすると、図６に示すように、裏面シートに縦横の皺が発生し、図５に示すように粒形状の濃淡が激しくなってしまう。
そこで、磁性流体に非磁性粒状物であるセラミック系ヒ゛ース゛（ガラスビーズ）を混入すると、図６（b）及び図８（b）に示すように磁性流体スクリーンの4辺の隙間にヒ゛ース゛が捕捉され、裏面シート全体に張力を張るような効果が自然に現われ、初期に発生していた皺が大幅に軽減することが判明した。また、4辺に捕捉されずに自由に動き回れるヒ゛ース゛に関しては、キ゛ャッフ゜保持の効果も現われ、当初の観察結果に発生していた濃淡も解消されたうえ、磁性粉の応答性を改善する効果によって粒形状のコントラストがよくなることが判明した。
混入量としては、実験結果から、混入量が多くなりすぎると、ヒ゛ース゛が集まっている部分が増え、その部分が白い模様に見えるので観察上悪影響を与えてしまうので磁性流体の重量％で10％以下が好ましく、1〜2％でも効果を発揮することは確認できた。
また、ヒ゛ース゛の粉径に関しては、50μm以下では、磁性流体の動きを阻害してしまうので応答性の悪化を招く傾向にあり、また、200μm以上では、目を凝らして見ると見えてしまうので観察上よろしくない。
また、ヒ゛ース゛の粉径に関しては、50μm以下では、磁性流体の動きを阻害してしまうので応答性の悪化を招く傾向にあり、また、200μm以上では、目を凝らして見ると見えてしまうので観察上よろしくない。
＜補助鋼板の効果について＞
空間から磁力線が電磁鋼板のエッシ゛（端部）から進入する場合には、磁力線は空間では広がっており電磁鋼板のエッシ゛付近で大半は集中しエッシ゛から進入するがどうしても漏れ磁場が面方向から進入することになる。そこで、図１０に示すように補助鋼板を電磁鋼板の側面（端部）に設置することで、漏れ磁場を少なくしておき、磁力線の面方向からの進入を抑制するものである。
また、図１１補助鋼板を裏面に設置する場合も同様の原理で磁力線が電磁鋼板の面方向からの進入を抑制する効果がある。この場合の補助鋼板の透磁率が高い場合や厚みが厚い場合には、磁化器に磁場を全て遮蔽してしまうことになるため、電磁鋼板の粒形状観察が出来なくなる場合があるので注意が必要である。
また、本発明における磁化器として、フェライト磁石を用いたものの他、コアを用いて電気的にヨークを磁化する磁化器を用いても何ら差し支えない。また、本発明の磁化器については磁極（N極とS極）を有しているが、磁極は開孔タイプ（図１０、図１１を参照）が望ましいが、本発明はこれに限られるものではなく、磁極開孔部を有しない等、一般的な磁化器を応用して用いても何ら差し支えない。
空間から磁力線が電磁鋼板のエッシ゛（端部）から進入する場合には、磁力線は空間では広がっており電磁鋼板のエッシ゛付近で大半は集中しエッシ゛から進入するがどうしても漏れ磁場が面方向から進入することになる。そこで、図１０に示すように補助鋼板を電磁鋼板の側面（端部）に設置することで、漏れ磁場を少なくしておき、磁力線の面方向からの進入を抑制するものである。
また、図１１補助鋼板を裏面に設置する場合も同様の原理で磁力線が電磁鋼板の面方向からの進入を抑制する効果がある。この場合の補助鋼板の透磁率が高い場合や厚みが厚い場合には、磁化器に磁場を全て遮蔽してしまうことになるため、電磁鋼板の粒形状観察が出来なくなる場合があるので注意が必要である。
また、本発明における磁化器として、フェライト磁石を用いたものの他、コアを用いて電気的にヨークを磁化する磁化器を用いても何ら差し支えない。また、本発明の磁化器については磁極（N極とS極）を有しているが、磁極は開孔タイプ（図１０、図１１を参照）が望ましいが、本発明はこれに限られるものではなく、磁極開孔部を有しない等、一般的な磁化器を応用して用いても何ら差し支えない。
本発明の電磁鋼板の粒形状観察装置を用いた実施例を図２乃至図７を用いて以下に説明する。各実施例では、各々に記載のスクリーンサイズの電磁鋼板について粒形状観察を実施した。（なお、本発明に用いた電磁鋼板には絶縁被膜が付いており、外観上は粒形状が直接観察ができない。）
＜比較例1：図２＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径20μm程度のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体3層目：薄膜裏面シート層（厚さ50μmのテフロン（登録商標）シート）
2)スクリーンサイズ
W50mm×L100mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図２に示す。
形状の検出率は目視判定で10〜20％であった。
＜実施例2：図３＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径20μm程度のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W50mm×L100mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図３に示す。
形状の検出率は目視判定で50〜60％であった。
＜比較例1：図２＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径20μm程度のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体3層目：薄膜裏面シート層（厚さ50μmのテフロン（登録商標）シート）
2)スクリーンサイズ
W50mm×L100mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図２に示す。
形状の検出率は目視判定で10〜20％であった。
＜実施例2：図３＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径20μm程度のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W50mm×L100mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図３に示す。
形状の検出率は目視判定で50〜60％であった。
＜実施例3：図４＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W50mm×L100mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図４に示す。
形状の検出率は目視判定で100％に改善された。
＜実施例4：図５＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図５に示す。
裏面シートに皺が発生し、観察結果に濃淡が多く、薄いものを除き、形状の検出率は70％程度であった。
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W50mm×L100mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図４に示す。
形状の検出率は目視判定で100％に改善された。
＜実施例4：図５＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図５に示す。
裏面シートに皺が発生し、観察結果に濃淡が多く、薄いものを除き、形状の検出率は70％程度であった。
＜実施例5：図７＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体にカ゛ラスヒ゛ース゛（粒径100μmを1％混入）
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図７に示す。
裏面シートの皺も大幅に軽減され、形状の検出率は100％に改善された。
＜実施例６:図１２＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体にカ゛ラスヒ゛ース゛（粒径100μmを1％混入）
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)補助鋼板サイス゛/材質
サイス゛：W100mm×L40mm×t0.3mm
材質：電磁鋼板
4)磁化器
フェライト磁石にて構成
5)実験結果
図１０の側面図に示すように電磁鋼板の側面（端部）に補助鋼板を設置して電磁鋼板を磁化させた。粒形状の表示結果を図１２に示す。
本実施例では、最エッシ゛まで鮮明に観察することができた。
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体にカ゛ラスヒ゛ース゛（粒径100μmを1％混入）
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)磁化器
フェライト磁石にて構成
4)実験結果
粒形状の表示結果を図７に示す。
裏面シートの皺も大幅に軽減され、形状の検出率は100％に改善された。
＜実施例６:図１２＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体にカ゛ラスヒ゛ース゛（粒径100μmを1％混入）
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)補助鋼板サイス゛/材質
サイス゛：W100mm×L40mm×t0.3mm
材質：電磁鋼板
4)磁化器
フェライト磁石にて構成
5)実験結果
図１０の側面図に示すように電磁鋼板の側面（端部）に補助鋼板を設置して電磁鋼板を磁化させた。粒形状の表示結果を図１２に示す。
本実施例では、最エッシ゛まで鮮明に観察することができた。
＜実施例７:図１３＞
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体にカ゛ラスヒ゛ース゛（粒径100μmを1％混入）
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)補助鋼板サイス゛/材質
サイス゛：W100mm×L300mm×t0.2mm
材質：SS41
4)磁化器
フェライト磁石にて構成
5)実験結果
図１１の側面図に示すように電磁鋼板の裏面（端部を含む）に補助鋼板を設置して電磁鋼板を磁化させた。粒形状の表示結果を図１3に示す。
本実施例では、最エッシ゛0〜エッシ゛5mm程度まではやや見えないが大幅に改善されている。
1）各層の材質
1層目：厚さ10mm程度の透明アクリル板
2層目：磁気探傷用の磁性粉（粒径2μm以下のマク゛ネタイト粉）を溶液（表面活性剤を混入した純水）に混合した磁性流体にカ゛ラスヒ゛ース゛（粒径100μmを1％混入）
3層目：薄膜裏面シート層（厚さ10μmのTiシート）
2)スクリーンサイズ
W100mm×L300mm
3)補助鋼板サイス゛/材質
サイス゛：W100mm×L300mm×t0.2mm
材質：SS41
4)磁化器
フェライト磁石にて構成
5)実験結果
図１１の側面図に示すように電磁鋼板の裏面（端部を含む）に補助鋼板を設置して電磁鋼板を磁化させた。粒形状の表示結果を図１3に示す。
本実施例では、最エッシ゛0〜エッシ゛5mm程度まではやや見えないが大幅に改善されている。
Claims (4)
- 磁場を印加した磁性体の表面に設置して該磁性体の粒形状を非破壊で表示する粒形状観察装置であって、
該磁性体の下面に設けられ該磁性体を磁化させる磁化器と、
平均粒径20μｍ以下の扁平形状のマグネタイトである磁性粉を溶液に混合した磁性流体を封入した磁性流体層と、
前記磁性流体層の上面に設けられ該磁性流体層を透視する透明表面層と、
前記磁性流体層の下面に設けられ該磁性流体層を支持し前記磁性体からの漏れ磁場を前記磁性流体層に伝播する厚さ10μｍ以下の裏面シート層とを有することを特徴とする絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。 - 前記磁性流体に非磁性粒状物を混入することを特徴とする請求項１に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
- 該磁化器の上面であって、かつ、該磁性体の端面と接するように補助磁性体を設置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状
観察装置。 - 該磁化器と該磁性体の間であって、該磁化器と該磁性体の双方と接するように補助磁性体を設置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁被膜が付いた電磁鋼板の粒形状観察装置。
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