JP6791401B2 - 長尺材の磁気特性変化部検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、長尺材における磁気特性変化部を検出する、長尺材の磁気特性変化部検出装置及び方法に関する。
本発明は、２０１７年１０月３０日に出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０１７／０３９０７６に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

長尺材の一例である鋼管（以下、「管」と称する）の熱処理において、部分的な焼き入れ不足が生じると、その箇所で磁気特性が変化することが知られている。この特性を利用して、管の磁気特性を測定することにより、管に施した熱処理の状態を把握することができる。
図１Ａは、管の磁気特性の測定を行う最も一般的な手法として知られている、試験片を用いた測定方法の概要を示す説明図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示した測定方法により得られた測定結果（磁気特性曲線、ＢＨ曲線）の一例である。
図１Ａに示すように、この測定方法では、管をその長手方向に短く切断した試験片ＴＰに励磁コイル１と検出コイル２とを巻回する。そして、励磁コイル１により生成される磁界（磁界強度Ｈ）によって試験片ＴＰを磁化し、この磁化によって試験片ＴＰに発生した磁束を検出コイル２の誘導起電力として測定する。そして、誘導起電力を時間積分した後、試験片ＴＰの断面積で除することで、試験片ＴＰ中の磁束密度Ｂを得る。図１Ｂに示す結果は、正常に焼き入れした試験片ＴＰの測定結果と、加熱後に空冷（焼鈍）した試験片ＴＰの測定結果とを示しているが、熱処理の違いにより、磁気特性曲線が大きく変化することが分かる。実際の焼き入れ不良部位の磁気特性は、正常に焼き入れした場合の磁気特性と、焼鈍した場合の磁気特性との中間になると予測される。従って、この磁気特性曲線の変化を把握することにより、焼き入れ不良部位など、熱処理に起因した磁気特性が変化した部分を検出することが可能である。

焼き入れ不良は、硬度不足などの材料特性の変化を招くため、早期に管を全数検査することが望ましい。しかしながら、図１Ａに示すような測定方法の場合、管を長手方向に短く切断する必要があり、しかも切断後の管は製品とすることができないため、管を全数検査することができない。全数検査するには、非破壊で測定する必要があるため、材料の磁気特性を間接的に測定する方法及び装置が種々提案されている。
また、管の周方向の一部など、正常な焼き入れ部位中の一部に微小な焼き入れ不良部位が分布するような場合、磁束を検出する検出コイル等のセンサの寸法が微小な焼き入れ不良部位の面積に対して十分小さくなければ、センサによって取得される磁気特性の情報には、正常な焼き入れ部位の磁気特性及び焼き入れ不良部位の磁気特性の双方の情報が含まれるものとなる。このため、正常な焼き入れ部位との磁気特性の違いに基づき、断面の一部に発生する焼き入れ不良部位を検出することには困難を伴うと考えられる。

例えば特許文献１には、鋼材の焼入硬化層の深さを非破壊で測定する装置が提案されている。具体的には、特許文献１に記載の装置は、鋼材の表面に沿った方向に磁化するための低周波交流磁場を発生させる励磁コイルと、鋼材に発生した渦電流で誘起される誘導磁場を検出する検出コイルと、同種鋼材の既知の焼入硬化層の深さ及び出力電圧間の相関データが予め記憶され、検出コイルの出力電圧と相関データとから対象鋼材の焼入硬化層の深さを算出する演算手段と、を備えた装置であって、励磁コイル及び検出コイルの双方に鋼材が挿通される構成を備えている（特許文献１の請求項３、図７参照）。すなわち、特許文献１には、いわゆる貫通コイル式の励磁コイル及び検出コイルを用いた装置が提案されている。
また、特許文献１には、鋼材表面に接触させる一対の平行な接触芯を有する側面視Ｕ字形の継鉄部材の一方の接触芯に励磁コイルを巻回するとともに、他方の接触芯に検出コイルを巻回した構成も、提案されている（特許文献１の請求項５、図１１参照）。すなわち、特許文献１には、外部の磁気回路（継鉄部材、励磁コイル）と検出コイルとを備える測定ヘッドを用いた装置も提案されている。

特許文献１の図７に記載の装置（貫通コイルを用いた装置）は、励磁コイル及び検出コイルを鋼材の周方向に沿って巻回し、鋼材を直接的に磁化して、鋼材中の磁束の時間変化を検出コイルで直接検出するという点で、図１Ａに示す測定方法と似ている。しかしながら、貫通型の励磁コイル単体では、生成される磁束の磁路が開磁路であるため、鋼材の長手方向端部の位置に応じて、鋼材の磁化状態が著しく異なる。すなわち、一定の磁化状態を得るには、鋼材の長手方向端部が励磁コイルの端部から十分に離れている必要がある。換言すれば、鋼材の長手方向端部に、測定できない領域（不感帯）が存在するという問題がある。検査歩留り向上のために材料特性の磁気特性変化部を全長に渡って精度良く検出するには、この不感帯を可能な限り減らす必要がある。

また、特許文献１の図１１に記載の装置（外部磁気回路と検出コイルとを備える測定ヘッドを用いた装置）を、長手方向に相対移動する管の材料特性の磁気特性変化部検出に適用する場合、外部磁気回路を構成する継鉄部材（接触芯）が管に接触すると、管の外面に傷が生じるおそれがある。そのため、所定以上のクリアランス（継鉄部材と管との間隙）を設定する必要がある。しかしながら、管のパスライン変動に伴いクリアランスが大きくなると、磁束を介して得られる管の磁気的な情報が急激に減り、検出コイルで測定される値は、実質的に継鉄部材の磁気特性が支配的になってしまう。このため、パスライン変動が大きくなると、検出コイルで測定される値も変動して、必要である管の磁気特性を全長に渡って精度良く検出することができないという問題がある。

特許文献２には、バルクハウゼンノイズを測定することにより材料の硬度を非破壊計測する方法が提案されている。具体的には、特許文献２には、被測定強磁性体材料へ増加または減少傾向にある磁界を印加し、これによる磁化の変化によって生じるバルクハウゼンノイズを測定することにより材料の硬度を非破壊計測する方法であって、バルクハウゼンノイズの振幅が最大となるときの磁界の強さを測定し、あらかじめ求めておいたバルクハウゼンノイズの振幅が最大となるときの磁界の強さと強磁性体材料の硬度との関係に基づいて、材料の硬度を計測する非破壊硬度計測方法が記載されている（特許文献２の請求項２等）。

バルクハウゼンノイズの振幅は、磁気特性曲線の接線の傾き、すなわち微分透磁率が最大となる点で最大となることが公知である。したがい、特許文献２に記載の方法を用いて断面の一部に発生する焼き入れ不良部位を検出しようとする場合、磁気特性曲線において微分透磁率が最大となる点での磁界の強さを測定することで、材料の硬度を計測することになる。微分透磁率が最大となる点は、直交座標系で表された磁気特性曲線の第１象限又は第３象限に位置する。
しかしながら、後述のように、本発明者らが励磁コイル及び検出コイルに管を挿通して磁気特性曲線を取得した場合、取得した磁気特性曲線においてバルクハウゼンノイズの振幅が最大となる点（微分透磁率が最大となる点）の位置が、断面の一部に発生する焼き入れ不良部位の有無に関わらずほぼ一定になることが分かった。このため、特許文献２に記載の方法では、断面の一部に発生する焼き入れ不良部位を精度良く検出することができない。

特許文献３には、磁性体材料の材料特性を電磁気的に計測する方法であって、被測定磁性体材料の微分透磁率、又は微分透磁率と相関のある量を測定し、その測定値が一定値となるように直流磁場を制御（回転磁化領域まで磁化）して、この状態にある被測定磁性体材料の電磁気的特性を、交流磁場を用いて測定することにより、材料特性の計測を行う磁性体材料の材料特性の計測方法が提案されている（特許文献３の請求項１等）。

特許文献３に記載の方法を用いて断面の一部に発生する焼き入れ不良部位を検出しようとする場合、磁気特性曲線における回転磁化領域、すなわち近飽和領域で計測することになる。近飽和領域は、直交座標系で表された磁気特性曲線の第１象限又は第３象限に位置する。
しかしながら、後述のように、本発明者らが励磁コイル及び検出コイルに管を挿通して磁気特性曲線を取得した場合、取得した磁気特性曲線の近飽和領域での形状が、断面の一部に発生する焼き入れ不良部位の有無に関わらずほぼ同等になることが分かった。このため、特許文献３に記載の方法では、断面の一部に発生する焼き入れ不良部位を精度良く検出することができない。

なお、上記説明においては、管を例に挙げて説明したが、上記問題は管の場合のみに限られるものではなく、例えば棒鋼など他の長尺材にも共通する問題である。また、上記説明においては、材料特性変化の原因として熱処理を一例に挙げたが、熱処理以外の原因、例えば加工に伴う硬化の大小や、脱炭、浸炭に伴う炭素量の変化でも同様の課題が生じる場合がある。

日本国特開２００２−１４０８１号公報 日本国特開２００１−１３３４４１号公報 日本国特開２００５−２５７７０１号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長尺材の長手方向端部の不感帯を減らすことが可能で、全長に渡って精度良く磁気特性変化部を検出可能な、長尺材の磁気特性変化部検出装置及び方法の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討したところ、長尺材の断面の一部に焼き入れ不良部位等の磁気特性変化部（以下、「異常部」と呼ぶ場合がある。）が存在する場合と、磁気特性変化部が全く存在しない場合とでは、長尺材を磁化して取得した磁気特性曲線の形状にわずかな有意差が生じることを見出した。具体的には、以下の通りである。

特許文献２に記載の方法では、前述のように、材料の硬度との良好な相関を有する磁気的な測定値として、バルクハウゼンノイズの振幅が最大となるときの磁界強度を用いている。バルクハウゼンノイズの振幅が最大となるときの磁界強度は、磁気特性曲線と横軸（磁界強度）との交点である保磁力の値に近いため、特許文献２に記載の方法は、材料の硬度との良好な相関を有する磁気的な測定値として、保磁力を用いていると考えることもできる。この保磁力を用いる方法は、測定対象である材料がほぼ同一とみなされる物質から構成される場合に有効なのであって、正常材の中にわずかに異常部が存在するような測定対象には適さない。保磁力は、材料を一方向に磁化した後、逆向きに磁界を印加して材料中の磁束密度がゼロになるときの磁界強度であり、材料内の磁区がランダムになるような比較的大きな磁界が印加された状況での測定値である。このため、磁気的に硬い材料中の一部に異常部として磁気的に柔らかい材料が存在する場合や、逆に磁気的に柔らかい材料中の一部に異常部として磁気的に硬い材料が存在する場合においても、両方の材料の磁区の移動が既に始まっている状況での測定値となる。このため、保磁力を用いる方法では、わずかに含まれる磁気的な異常部を精度良く検出することができない。
一方、材料を一方向に強く磁化した状態から磁界強度ゼロを経て、逆向きに磁界強度を漸増する過程、すなわち、磁気特性曲線の第２象限又は第４象限においては、磁気的に硬い材料の磁区が動かない状態で磁気的に柔らかい材料の磁区の移動が始まり、その後さらに磁界強度が大きくなれば硬い材料の磁区の移動が始まる。つまり、第２象限又は第４象限においては、磁気的に硬い材料と柔らかい材料の何れが異常部であっても、両材料の磁区の移動開始タイミングが異なり、また磁気特性曲線の接線の傾きが異なる。このため、測定対象である材料中の一部に異常部が存在する場合、磁気的に硬い材料と柔らかい材料の特性の重畳が始まる磁界強度で、磁気特性曲線の接線の傾きが極大値又は極小値をとるように、磁気特性曲線の形状が正常な材料に対して変化することを知見した。

前記課題を解決するため、本発明は、以下を採用する。
（１）本発明の一態様に係る長尺材の磁気特性変化部検出装置は、長尺材の磁気特性変化部を検出する装置であって、前記長尺材が挿通され、前記長尺材を長手方向に沿って磁化する励磁コイルと；前記長尺材が挿通され、前記励磁コイルによる磁化によって前記長尺材に発生した磁束を検出する検出コイルと；前記長尺材の前記長手方向に沿った一方側に位置してかつ前記長尺材が挿通される第１開口部、及び、前記長尺材の前記長手方向に沿った他方側に位置してかつ前記長尺材が挿通される第２開口部を有し、前記第１開口部及び前記第２開口部を通る軸線に対して略軸対称な形状を有する継鉄部材と；を備え、前記励磁コイル及び前記検出コイルは、前記継鉄部材と前記第１開口部と前記第２開口部とにより囲繞され、前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記継鉄部材の中央付近より前記長尺材に近接している。

上記（１）に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置は、長尺材が挿通される励磁コイル及び検出コイルを備えた貫通コイル式を採用しているため、長尺材を直接的に磁化するとともに、長尺材中の磁束の時間変化を検出コイルで直接検出することが可能である。
また、この長尺材の磁気特性変化部検出装置が、励磁コイル及び検出コイルを囲繞する略軸対称な形状の継鉄部材をさらに備えるため、励磁コイルによる磁化によって長尺材に発生する磁束を、長尺材の長手方向の何れの部位においても、強制的に継鉄部材に導入することが可能である。すなわち、長尺材に発生する磁束の磁路が閉磁路となるため、開磁路の場合とは異なり、長尺材の磁化状態が、長尺材の長手方向端部の位置の影響を受け難くなる。すなわち、長尺材の長手方向端部が励磁コイルの端部から十分に離れていなくても、長尺材を一定の磁化状態にすることができる。よって、長尺材の長手方向端部の不感帯を減らすことが可能である。また、長尺材に発生する磁束が、長尺材の長手方向の何れの部位においても略均一になる。すなわち、長尺材と継鉄部材とによって形成される磁気回路が軸対称性を有するため、長尺材の長手方向の何れの部位に磁気特性変化部が存在しても、この磁気特性変化部を全長に渡って精度良く検出可能である。
さらに言うと、例えば、長尺材を移動させながら磁気特性変化部を検出する場合、継鉄部材を略軸対称としているので、長尺材のパスライン変動が、長尺材の長手方向に垂直な、どの方向に生じたとしても、磁束漏れを生じることなく伝えることができる。すなわち、長尺材を移動させる場合のパスライン変動の影響を低減可能である。

なお、上記（１）に記載の態様に係る長尺材の磁気特性変化部検出装置は、励磁コイル、検出コイル及び継鉄部材を固定とし、長尺材の方をその長手方向に沿って相対移動させる場合に特に有用であるものの、この構成のみに限られるものではない。すなわち、長尺材の方を静止させた状態で、励磁コイル、検出コイル及び継鉄部材を長尺材の長手方向に移動させる形態も採用可能である。また、長尺材、励磁コイル、検出コイル及び継鉄部材の全てを、移動させない固定状態において検出するようにしてもよい。

（２）上記（１）に記載の態様において、前記長尺材が内部を通るボビンを備え、前記ボビンの外面には、前記励磁コイル及び前記検出コイルが巻回され、前記ボビンの端部に形成された溝には、前記第１開口部を形成する部位及び前記第２開口部を形成する部位がそれぞれ嵌合していてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、前記磁束が流れる方向に垂直な断面で見た場合に、前記継鉄部材の最小断面積が、前記長尺材の最小断面積以上であってもよい。

上記（３）に記載の態様によれば、継鉄部材の開口部の断面から長尺材の断面に導入される磁束よりも、継鉄部材の開口部の断面の磁束が多ければ、磁束を飽和させずに長尺材の断面に磁束を導入させることができる。

（４）上記（１）〜（３）の何れか一項に記載の態様において、以下の構成を採用してもよい：前記検出コイルが複数設けられ；前記各検出コイルのうちの少なくとも一つが、前記第１開口部の位置及び前記第２開口部の位置の少なくとも一方に設けられている。

上記（４）に記載の態様によれば、長尺材の先端及び後端のうちの少なくとも一方に生じる不感帯を減らすことができる。

（５）上記（１）〜（４）の何れか一項に記載の態様の磁気特性変化部検出装置において、前記長尺材を、前記励磁コイル、前記検出コイル及び前記継鉄部材に対して、前記長手方向に沿って相対移動させる送り出し機構をさらに備えてもよい。

上記（５）に記載の態様によれば、送り出し機構により、長尺材を連続搬送しながら磁気特性変化部を検出することができる。つまり、長尺材のパスライン変動を抑制しつつ、検出範囲の広い長尺材を安定的に連続検査することができる。

（６）上記（１）〜（５）の何れか一項に記載の態様の磁気特性変化部検出装置において、前記磁気特性変化部検出装置は、前記検出コイルの出力電圧に基づき前記磁気特性変化部を検出する検出手段を更に備え、前記検出手段には、所定の硬度を有する長尺材の基準材が前記励磁コイルによって磁化された場合の前記検出コイルの出力電圧に基づき取得された磁気特性曲線が基準曲線として予め記憶されており、前記検出手段は、試験対象の長尺材である被試験材が前記励磁コイルによって磁化された場合の前記検出コイルの出力電圧に基づき被試験曲線である磁気特性曲線を取得する手順と、前記基準曲線と前記被試験曲線とを同一の直交座標系に同時に表示する手順と、前記基準曲線及び前記被試験曲線の形状の差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する手順とを実行してもよい。

上記（６）に記載の態様によれば、検出手段が、基準曲線と被試験曲線とを同一の直交座標系に同時に表示する手順を実行するため、例えば、表示された基準曲線及び被試験曲線の形状を目視することで、各磁気特性曲線のわずかな形状の差を比較的容易に認識することが可能であり、この形状の差の大小に応じて、被試験材における磁気特性変化部を精度良く検出することが可能である。

（７）上記（６）に記載の態様において、前記検出手段は、前記基準曲線の接線の傾きの変化と、前記被試験曲線の接線の傾きの変化との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出してもよい。

上記（７）に記載の態様によれば、例えば、所定範囲の磁界強度における各磁気特性曲線の接線の傾きの変化量の大小に応じて、被試験材における磁気特性変化部を自動的に精度良く検出する手順を実行することが可能である。

（８）上記（７）に記載の態様において、前記検出手段は、前記基準材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値と、前記被試験材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出してもよい。

上記（８）に記載の態様によれば、例えば、所定範囲の時間における各長尺材について得られた検出コイルの出力電圧の時間微分値の大小に応じて、被試験材における磁気特性変化部を自動的に精度良く検出することが可能である。
以上のように、本発明に係る長尺材の磁気特性変化部検出装置によれば、オペレータの目視による判断と、検出手段による自動検出との双方で、被試験材の磁気特性変化部を精度良く検出することが可能である。

（９）上記（６）〜（８）の何れか一項に記載の態様の磁気特性変化部検出装置において、前記磁気特性変化部検出装置が、前記長尺材を焼き入れした後段の位置に配置されてもよい。

（１０）上記（１）〜（９）の何れか一項に記載の態様の磁気特性変化部検出装置を用いて、長尺材の磁気特性変化部を検出する方法であって、所定の硬度を有する長尺材を基準材とし、前記基準材を磁化することによって磁気特性曲線を取得し、該取得した磁気特性曲線を基準曲線とする第１工程と、試験対象の長尺材である被試験材を前記第１工程と同じ条件で磁化することによって磁気特性曲線を取得し、該取得した磁気特性曲線を被試験曲線とする第２工程と、前記基準曲線と前記被試験曲線とを同一の直交座標系に同時に表示する第３工程と、前記基準曲線及び前記被試験曲線の形状の差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する第４工程と、を含む。

上記（１０）に記載の態様によれば、第１工程〜第３工程を実行することにより、同じ磁化条件で取得された、基準材（異常部の無い正常な長尺材）の磁気特性曲線である基準曲線と、被試験材（試験対象の長尺材）の磁気特性曲線である被試験曲線とが、同一の直交座標系（縦軸が磁束密度、横軸が励磁電流）に同時に表示されることになる。このため、例えば、表示された基準曲線及び被試験曲線の形状を目視することで、各磁気特性曲線のわずかな形状の差を比較的容易に認識することが可能である。すなわち、被試験曲線を表示するのみでは、被試験材に磁気特性変化部が存在することによるわずかな形状の変化（基準曲線に対する形状の変化）を認識できない場合であっても、基準曲線と同時に表示することで形状の差を顕在化させることが可能である。この形状の差の大小に応じて、被試験材における磁気特性変化部を精度良く検出することが可能である。

なお、本発明において、基準材に磁気特性変化部（異常部）が無いことは、例えば、予め硬さ試験を施すことで認識可能である。基準材としては、その材質や断面寸法が被試験材と同一のものを用いることが好ましい。複数の被試験材を試験する場合に、各被試験材の材質や断面寸法が同一である限り、共通する単一の基準材を用いればよいが、材質や断面寸法の異なる被試験材を試験する際には、これに応じた新たな基準材を用いることが好ましい。
また、本発明において、「同じ条件で磁化」とは、磁化手段（磁化コイル等）として同じものを用い、励磁電流の周波数や振幅を同一にして磁化することを意味する。

（１１）上記（１０）に記載の態様において、前記第４工程において、前記基準曲線の接線の傾きの変化と、前記被試験曲線の接線の傾きの変化との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出してもよい。

本発明者が鋭意検討した結果によれば、本発明の第４工程において、被試験材における磁気特性変化部を検出するのに用いる基準曲線及び被試験曲線の形状の差は、基準曲線の接線の傾きの変化（微分透磁率の変化に相当）と、被試験曲線の接線の傾きの変化（微分透磁率の変化に相当）との差によって顕在化することが分かった。すなわち、上記（１１）に記載の態様によれば、被試験材における磁気特性変化部を精度良く検出することが可能である。

上記の好ましい方法においては、例えば、基準曲線の接線の傾きの変化と、被試験曲線の接線の傾きの変化とを、縦軸が変化量で横軸が励磁電流である同一の直交座標系に同時に表示し、この表示を目視することで、被試験材における磁気特性変化部を検出すればよい。あるいは、例えば、所定範囲の磁界強度における各磁気特性曲線の接線の傾きの変化量の大小に応じて、被試験材における磁気特性変化部を自動的に検出する方法を採用することも可能である。

（１２）上記（１１）に記載の態様において、前記第１工程において、励磁コイル及び検出コイルに前記基準材を挿通して、前記励磁コイルによって前記基準材を長手方向に磁化すると共に、前記励磁コイルによる磁化によって前記基準材に発生した磁束を前記検出コイルによって検出することで、前記基準曲線を取得し、前記第２工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルに前記被試験材を挿通して、前記励磁コイルによって前記被試験材を長手方向に磁化すると共に、前記励磁コイルによる磁化によって前記被試験材に発生した磁束を前記検出コイルによって検出することで、前記被試験曲線を取得し、前記第４工程において、前記基準材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値と、前記被試験材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出してもよい。

上記（１２）に記載の態様によれば、検出コイルには基準材に発生した磁束の時間変化に応じた誘導起電力が生じ、検出コイルから誘導起電力に応じた出力電圧が出力される。この検出コイルの出力電圧を時間積分することで、基準材に発生した磁束の大きさ、ひいては基準材に発生した磁束密度を測定可能である。被試験曲線の取得についても同様である。
ここで、基準曲線や被試験曲線のような磁気特性曲線を取得するには、励磁コイルに三角波や正弦波の励磁電流を通電することになるが、この場合、磁気特性曲線の接線の傾き（微分透磁率）は、検出コイルの出力電圧と相関を有する（励磁電流が三角波の場合、微分透磁率は検出コイルの出力電圧に比例する）ことになる。このため、検出コイルの出力電圧を時間微分することで、磁気特性曲線の接線の傾きの変化を把握することが可能である。換言すれば、磁気特性曲線の接線の傾きの変化を直接算出する代わりに、検出コイルの出力電圧の時間微分値を算出することで、被試験材における磁気特性変化部を検出することも可能である。

上記の好ましい方法においては、例えば、基準材について得られた検出コイルの出力電圧の時間微分値と、被試験材について得られた検出コイルの出力電圧の時間微分値とを、縦軸が検出コイルの出力電圧の時間微分値で横軸が時間である同一の直交座標系に同時に表示し、この表示を目視することで、被試験材における磁気特性変化部を検出すればよい。あるいは、例えば、所定範囲の時間における各長尺材（基準材及び被試験材）について得られた検出コイルの出力電圧の時間微分値の大小に応じて、被試験材における磁気特性変化部を自動的に検出する方法を採用することも可能である。

本発明の上記各態様によれば、長尺材の長手方向端部の不感帯を減らすことが可能で、全長に渡って精度良く磁気特性変化部を検出可能である。

管の磁気特性を測定する従来方法を説明するための図であって、試験片を用いた測定方法の概要を示す説明図である。 図１Ａに示した測定方法により得られた測定結果の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る磁気特性変化部検出装置の概略構成を示す側面図である。 同実施形態に係る磁気特性変化部検出装置の励磁コイル、検出コイル、ボビン及び継鉄部材の概略構成を示す図であって、管の中心軸線を含む縦断面で見た場合の断面図である。 同実施形態に係る磁気特性変化部検出装置の励磁コイル、ボビン及び継鉄部材の概略構成を示す斜視図である。 継鉄部材を配置した場合の電磁場解析の結果の一例を示す説明図である。 継鉄部材を配置しなかった場合の電磁場解析の結果の一例を示す説明図である。 継鉄部材外に位置する管Ｐの部位の突出長さと、検出コイルの中央位置に相当する位置にある管の部位に発生する磁束の磁束密度との関係を、電磁場解析によって算出した結果の一例を示すグラフである。 同実施形態に係るパスライン変動の説明図である。 図５Ａのパスライン変動した場合の、長尺材の検出コイルの位置の磁束密度変化を表す解析結果の一例である。 従来の形態におけるパスライン変動の説明図である。 図６ＡのＹ軸方向にパスライン変動した場合の、長尺材の検出コイルの位置の磁束密度変化を表す解析結果の一例である。 図６ＡのＺ軸方向にパスライン変動した場合の、長尺材の検出コイルの位置の磁束密度変化を表す解析結果の一例である。 同実施形態に係る送り出し機構の好ましい構成を示す斜視図である。 図７Ａに示した第１拘束ローラ対の正面図である。 図７Ａに示した案内ローラ群の正面図である。 同実施形態の変形例に係る送り出し機構の概略構成を示す斜視図である。 同実施形態に係る磁気特性変化部検出方法の概略工程を示すフロー図である。 同実施形態の検出手段が表示する基準曲線及び被試験曲線の一例を模式的に示すグラフである。 図１０に示す基準曲線及び被試験曲線の接線の傾きの変化と励磁電流の関係を示すグラフである。 基準材と、管端から徐々にビッカース硬度の低下量が減少する異常部が存在する被試験材とについて、評価指標を算出した結果の一例を示す図である。 図２Ａに示す磁気特性変化部検出装置を用いて行った検査による検査試験の一例を示すグラフである。 同実施形態の他の変形例に係る励磁コイル、ボビン及び継鉄部材の概略構成を示す斜視図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る長尺材の磁気特性変化部検出装置（以下、適宜、単に「磁気特性変化部検出装置」という）について説明する。本実施形態では、長尺材が管であり、管がその長手方向に沿って搬送される場合を例に挙げて説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図２Ａは、本発明の一実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００の概略構成を示す側面図であり、図２Ｂは同実施形態の励磁コイル１０、検出コイル２０、ボビン５及び継鉄部材３０の概略構成を示す断面図であり、図２Ｃは同実施形態の励磁コイル１０、ボビン５及び継鉄部材３０の概略構成を示す斜視図である。図２Ｃの左図は、継鉄部材３０を構成する一方の部材片３０ｂを取り除いた状態を、右図は取り除いていない状態を示す。
図２Ａに示すように、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、長手方向（図２Ａに示すＸ方向）に沿って搬送される管Ｐの磁気特性の変化を伴う磁気特性変化部を検出する装置である。具体的には、熱処理に起因した材料特性の磁気特性変化部を検出する装置である。本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、例えば、長尺材を焼き入れした後段の位置に配置される。
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、励磁コイル１０と、検出コイル２０と、継鉄部材３０と、ボビン５と、検出手段８０と、を主に備えている。さらに、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、好ましい構成として、第１拘束ローラ対４０と、第２拘束ローラ対５０と、保持部材６０と、案内ローラ群７０と、を備えている。

図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、励磁コイル１０は、管Ｐが挿通され、管Ｐを長手方向（Ｘ方向）に沿って磁化するコイルである。具体的には、本実施形態の励磁コイル１０は、管Ｐが内部を通る中空のボビン５の外面に巻回されている。励磁コイル１０には、例えば、低周波の交流電流が通電され、管ＰはＸ方向に磁化されて、磁束φが発生する。なお、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、磁束φは破線で図示している。また、図２Ｃの左図に図示する磁束φは、励磁コイル１０に発生している磁束である。

図２Ｂに示すように、検出コイル２０は、管Ｐが挿通され、励磁コイル１０による磁化によって管Ｐに発生した磁束φを検出するコイルである。具体的には、本実施形態の検出コイル２０も、励磁コイル１０と同様に、ボビン５の外面に巻回されている。ただし、検出コイル２０は、ボビン５の外面のＸ方向の中央位置において、励磁コイル１０の内側に巻回されている。検出コイル２０には、管Ｐに発生した磁束φの時間変化に応じた誘導起電力が生じ、検出コイル２０から検出手段８０に対して誘導起電力に応じた出力電圧が出力される。この誘導起電力を測定することで、磁束φの大きさ、ひいては管Ｐに発生した磁束密度を測定可能である。
なお、励磁コイル１０は、管Ｐを均一に磁化するために、第１開口部３１と第２開口部３２との間において、長い方が好ましい。また、図２Ｂでは、励磁コイル１０の中央位置に１つの検出コイル２０が長尺材に挿通されているが、検出コイル２０を複数設け、検出コイル２０のうちの少なくとも一つが、第１開口部３１の位置及び第２開口部３２の位置の少なくとも一方に設けることにより、管Ｐの先端及び後端のうちの少なくとも一方に生じる不感帯を減らすことができる。

検出手段８０は、検出コイル２０の出力電圧に基づき磁気特性変化部を検出する。検出手段８０は、例えば、検出コイル２０の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された検出コイル２０の出力電圧に基づき磁気特性変化部を検出するための所定の手順を実行するプログラムがインストールされた汎用のパーソナルコンピュータとを備える。検出手段８０が実行する所定の手順の具体的内容については後述する。

図２Ｂに示すように、継鉄部材３０は、管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）上流側に位置してかつ管Ｐが挿通される第１開口部３１、及び、管Ｐの搬送方向下流側に位置してかつ管Ｐが挿通される第２開口部３２を有する。本実施形態の第１開口部３１及び第２開口部３２は、Ｘ方向から見た場合に略円形とされている。継鉄部材３０は、第１開口部３１及び第２開口部３２を通る軸線（Ｘ方向の中心軸線）に対して略軸対称な形状を有している。励磁コイル１０及び検出コイル２０は、継鉄部材３０と第１開口部３１と第２開口部３２とにより囲繞されている。
図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、継鉄部材３０の形状は球状であり、それぞれ半球状の形状を有する部材片３０ａ及び部材片３０ｂから構成されている。具体的には、部材片３０ａの第１開口部３１及び第２開口部３２をそれぞれ形成する部位（Ｘ方向から見て略半円形の部位）３１ａ及び３２ａと、部材片３０ｂの第１開口部３１及び第２開口部３２をそれぞれ形成する部位（Ｘ方向から見て略半円形の部位）３１ｂ及び３２ｂとが、それぞれボビン５の端部に形成されたフランジ部５１の溝に嵌合することで、各部材片３０ａ及び３０ｂは一体化し、球状の形状を有する継鉄部材３０が形成されている。各部材片３０ａ及び３０ｂの管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）上流側の端部、すなわち各部材片３０ａ及び３０ｂの第１開口部３１を形成する部位３１ａ及び３１ｂは、励磁コイル１０及び検出コイル２０における管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）上流側の端部よりも上流側に位置する。また、各部材片３０ａ及び３０ｂの管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）下流側の端部、すなわち各部材片３０ａ及び３０ｂの第２開口部３２を形成する部位３２ａ及び３２ｂは、励磁コイル１０及び検出コイル２０における管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）下流側の端部よりも下流側に位置している。さらに、第１開口部３１及び第２開口部３２は、継鉄部材３０の中央付近より管Ｐに近接している。これにより、励磁コイル１０及び検出コイル２０は、継鉄部材３０と第１開口部３１と第２開口部３２とにより囲繞されることになる。

なお、本実施形態の継鉄部材３０の形状は球状であるが、本発明は球状のみに限られるものではなく、例えば、回転楕円体又は円筒など、略軸対称な形状を有する場合において、種々の構成を採用可能である。なお、継鉄部材３０の他の実施形態については以降で説明する。また、本実施形態の継鉄部材３０は、第１開口部３１及び第２開口部３２を除き、開口を有していない。しかしながら、磁気特性の変化が多大であるために、継鉄部材３０に厳格な軸対称性を必要としないのであれば、例えば、継鉄部材３０の一部に、中心軸に沿って延びるスリット部を形成し、継鉄部材３０の軽量化を図ることも可能である。

以上に説明したように、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、管Ｐが挿通される励磁コイル１０及び検出コイル２０を備える。すなわち、貫通コイル式の励磁コイル１０及び検出コイル２０を備えるため、管Ｐを直接的に磁化して、管Ｐ中の磁束の時間変化を検出コイル２０で直接検出することが可能である。
また、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、略軸対称な形状の継鉄部材３０を備え、励磁コイル１０及び前記検出コイル２０が、継鉄部材３０と第１開口部３１と第２開口部３２とにより囲繞されているため、励磁コイル１０による磁化によって管Ｐに発生する磁束φ（図２Ｂ、図２Ｃ参照）を、管Ｐの長手方向の何れの部位においても、強制的に継鉄部材３０に導入することが可能である。すなわち、管Ｐに発生する磁束φの磁路が閉磁路となるため、開磁路の場合と異なり、管Ｐの磁化状態が管Ｐの端部の位置の影響を受け難く、管端部の不感帯を減らすことが可能である。また、管Ｐに発生する磁束φが、管Ｐの長手方向の何れの部位においても略均一になるため、管Ｐの長手方向の何れの部位に磁気特性変化部が存在しても、磁気特性変化部を全長に渡って精度良く検出可能である。また、継鉄部材の開口部の断面から管Ｐの断面に導入される磁束よりも、継鉄部材３０の開口部の断面の磁束が多ければ、磁束を飽和させずに管Ｐの断面に磁束を導入させることができる。従って、磁束が流れる方向に垂直な断面で見た場合に、継鉄部材３０の断面積は、管Ｐの断面積と同じであれば良く、継鉄部材３０の断面積が管Ｐの断面積よりも大きい方が好ましい。

図３Ａ及び図３Ｂは、管Ｐの磁化状態に及ぼす継鉄部材３０の配置有無の影響を調査するための電磁場解析の結果の一例を示す図である。図３Ａは継鉄部材３０を配置した場合の解析結果を、図３Ｂは継鉄部材３０を配置しなかった場合の解析結果を示す。図３Ａの左図及び図３Ｂの左図は、管Ｐ及び励磁コイル１０の、Ｘ方向における１／４断面図であり、図３Ａの左図には継鉄部材３０のＸ方向における１／４断面図が示されている。
図３Ａに示すように、継鉄部材３０を配置した場合には、継鉄部材３０の第１開口部３１よりも管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）上流側に位置する管Ｐの部位には、ほとんど磁束が発生していない。図示していないが、継鉄部材３０の第２開口部３２よりも管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）下流側に位置する管Ｐの部位も同様である。換言すれば、図３Ａに示す結果は、管Ｐの端部が、継鉄部材３０外の何処に位置していても、継鉄部材３０内の管Ｐの部位に発生する磁束に影響がないことを示している。
一方、図３Ｂに示すように、継鉄部材３０を配置しなかった場合には、仮に継鉄部材３０を配置したとすれば、継鉄部材３０の第１開口部３１よりも管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）上流側に位置することになる管Ｐの部位に磁束が発生している。図示していないが、継鉄部材３０の第２開口部３２よりも管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）下流側に位置することになる管Ｐの部位も同様であり、広範囲に磁束が分布している。換言すれば、図３Ｂに示す結果は、管Ｐの端部が、仮に継鉄部材３０を配置したとすれば、継鉄部材３０外の位置に応じて、継鉄部材３０内に位置することになる管Ｐの部位に発生する磁束に影響を受けることを示している。

図４は、継鉄部材３０外に位置する管Ｐの部位の突出長さＬ（ｍｍ）と、検出コイル２０の中央位置に相当する位置にある管Ｐの部位に発生する磁束の磁束密度Ｂとの関係を、電磁場解析によって算出した結果の一例を示す。継鉄部材３０を配置しない場合の結果は、継鉄部材３０を配置したと仮定した場合の継鉄部材３０の位置を基準にして、突出長さＬを評価したものである。具体的には、図４に示す結果は、継鉄部材３０を配置する場合、励磁コイル１０における管Ｐの搬送方向上流側の端部と継鉄部材３０の第１開口部３１内側との離間距離（及び、励磁コイル１０における管Ｐの搬送方向下流側の端部と継鉄部材３０の第２開口部３２内側との離間距離）を５ｍｍとし、継鉄部材３０の肉厚（第１開口部３１の内側と外側との離間距離、及び、第２開口部３２の内側と外側との離間距離）を２０ｍｍとして、電磁場解析した結果である。従って、突出長さがＬ（ｍｍ）の場合、励磁コイル１０の端部を基準にすると、継鉄部材３０を配置する場合も配置しない場合も、励磁コイル１０の端部からＬ＋２５ｍｍだけ管Ｐの端部が突出していることを意味する。
図４に示すように、継鉄部材３０を配置した場合には、継鉄部材３０を配置しない場合と比べて、わずか１０ｍｍの突出長さで管Ｐ内の磁化状態が安定していることがわかる。

上記の図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に示す結果からも、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００によれば、前述のように管Ｐの端部の不感帯を減らすことが可能であることがわかる。

また、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、管Ｐを移動させながら磁気特性変化部を検出する場合、継鉄部材３０を略軸対称としているので、パスライン変動が管Ｐの長手方向に垂直などの方向に生じたとしても、磁束漏れを生じることなく伝えることができる。図５Ｂ、図６Ｂ、及び図６Ｃにパスライン変動の影響を調査するための磁束密度変化の解析結果の一例を示す。
図５Ｂは、本実施形態におけるパスライン変動した場合の、長尺材の検出コイルの位置の磁束密度変化を表す解析結果である。図５Ｂに示すように、管Ｐが継鉄部材３０の開口部の中央に位置する時（Ｄ＝０ｍｍの時）、管Ｐの磁束密度が最も小さい。管Ｐの長手方向から見た時に、管Ｐが継鉄部材３０の開口部の端部に近づくにつれ、管の磁束密度が増大する。なお、継鉄部材３０が略軸対称な形状であるため、磁束密度は、管Ｐのパスライン変動の方向の影響を受けない。
図６Ｂ及び図６Ｃは、従来の形態におけるパスライン変動した場合の、長尺材の検出コイルの位置の磁束密度変化を表す解析結果である。図６Ａの継鉄部材２３０は、Ｕ字形である。図６Ｂに示すように、本実施形態に比べて、従来の形態における管Ｐの磁束密度は、パスライン変動の影響が大きい。図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、管ＰのパスラインがＹ軸方向又はＺ軸方向のどちらに動くかによって、磁束密度の変化の仕方が異なる。すなわち、Ｙ軸方向又はＺ軸方向に対して斜めに動いた場合には、磁束密度の変化は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の複合の影響を受ける。特に、管Ｐが継鉄部材２３０と反対側(図６ＡではＺ軸のマイナス方向)に動いた際の磁化力の低下が顕著である。
図５Ｂ、図６Ｂ、及び図６Ｃに示す結果より、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００によれば、従来の形態に比べて、長尺材をその長手方向に沿って相対移動させる場合における長尺材のパスライン変動の影響を低減可能であることが分かる。
なお、図５Ｂに示す本実施形態における解析と、図６Ｂ及び図６Ｃに示す従来の形態における解析は、同じ磁化力、すなわち同じコイル巻数及び同じ電流値で磁化させ、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の一定距離（例えば２.０ｍｍ）のパスライン変動があると仮定し、磁極（継鉄部材）と管との最低間隔を設定（例えば２．０ｍｍ）としたときの、磁束密度の解析結果である。

さらに、本実施形態において、検出コイルは、球状の継鉄部材３０で囲繞されているので、周囲環境の電磁ノイズから検出コイルを遮蔽する効果がある。また、周囲に強磁性体がある場合、従来であれば強磁性体と管が磁気回路を形成し、その影響を検出コイルが検出するが、本実施形態の場合、球状の継鉄部材３０で検出コイルを遮蔽しているので、周囲の影響を受けにくいという利点がある。

本発明の一実施形態に係る送り出し機構について説明する。
同実施形態の磁気特性変化部検出装置は、長尺材を、励磁コイル、検出コイル及び継鉄部材に対して、長手方向に沿って相対移動させる送り出し機構を備える。
送り出し機構の好ましい構成として、図２Ａに示すように、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、第１拘束ローラ対４０と、第２拘束ローラ対５０と、保持部材６０とを備えている。また、より好ましい構成として、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、案内ローラ群７０を備えている。
図７Ａは、同実施形態に係る送り出し機構の好ましい構成を示す斜視図であり、第１拘束ローラ対４０及び案内ローラ群７０の概略構成を示す。図７Ｂは同実施形態における管の搬送方向（Ｘ方向）下流側から見た第１拘束ローラ対４０を、図７Ｃは同実施形態における管の搬送方向（Ｘ方向）上流側から見た案内ローラ群７０を構成する案内ローラ対７１を示す。
以下、図２Ａ及び図７Ａ〜図７Ｃを適宜参照しつつ、同実施形態に係る送り出し機構の好ましい構成である、第１拘束ローラ対４０、第２拘束ローラ対５０、保持部材６０及び案内ローラ群７０について、順次説明する。

第１拘束ローラ対４０は、継鉄部材３０の第１開口部３１に対して管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）上流側に位置し、間隙を挟んで対向配置されている。図２Ａ及び図７Ａに示す例では、第１拘束ローラ対４０を構成する第１拘束ローラ４０ａ及び４０ｂは、上下方向に対向配置されているが、本発明はこの形態のみに限るものではなく、左右方向など他の方向に対向配置してもよい。また、図７Ｂに示すように、本実施形態の第１拘束ローラ対４０を構成する第１拘束ローラ４０ａ及び４０ｂは、それぞれ孔型ローラとされており、第１拘束ローラ４０ａ及び４０ｂによって形成される略円形の孔型が上記の間隙に相当する。第１拘束ローラ対４０は、間隙（孔型）を通る管Ｐを継鉄部材３０の第１開口部３１に案内する機能を奏する。なお、本実施形態の第１拘束ローラ対４０の間隙の寸法（孔型の直径ｒ）は、好ましい構成として、管Ｐの外径と略同等とされている。また、本実施形態の第１拘束ローラ対４０は、好ましい構成として、管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）に沿って複数組（図２Ａ及び図７Ａに示す例では２組）配置されている。

第２拘束ローラ対５０は、継鉄部材３０の第２開口部３２に対して管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）下流側に位置し、間隙を挟んで対向配置されている。図２Ａに示す例では、第２拘束ローラ対５０を構成する第２拘束ローラ５０ａ及び５０ｂは、第１拘束ローラ対４０と同様に、上下方向に対向配置されているが、本発明はこれに限るものではなく、左右方向など他の方向に対向配置してもよい。また、図示は省略するが、本実施形態の第２拘束ローラ対５０を構成する第２拘束ローラ５０ａ及び５０ｂも、第１拘束ローラ４０ａ及び４０ｂと同様に、それぞれ孔型ローラとされており、第２拘束ローラ５０ａ及び５０ｂによって形成される略円形の孔型が上記の間隙に相当する。第２拘束ローラ対５０は、継鉄部材３０の第２開口部３２に挿通され、間隙（孔型）を通る管Ｐを案内する機能を奏する。なお、本実施形態の第２拘束ローラ対５０の間隙の寸法（孔型の直径）も、好ましい構成として、管Ｐの外径と略同等とされている。また、本実施形態の第２拘束ローラ対５０も、好ましい構成として、管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）に沿って複数組（図２Ａに示す例では２組）配置されている。

保持部材６０（図２Ａにおいてハッチングを施した部材）は、第１拘束ローラ対４０及び第２拘束ローラ対５０及び継鉄部材３０に連結されており、第１拘束ローラ対４０及び第２拘束ローラ対５０及び継鉄部材３０を一体的に保持する。本実施形態の保持部材６０は、各部材片３０ａ及び３０ｂ（図２Ａ参照）を、それらの対向方向（本実施形態では上下方向）から押圧し、各部材片３０ａ及び３０ｂを一体化する機能も奏している。
保持部材６０には、符号６１で示す箇所において、公知のリニアステージ（図示せず）やゴニオステージ（図示せず）が取り付けられており、管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）に直交する第１方向（図２Ａに示すＹ方向。本実施形態では左右方向）に平行移動可能、管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）及び第１方向（Ｙ方向）の双方に直交する第２方向（図２Ａに示すＺ方向。本実施形態では上下方向）に平行移動可能、第１方向（Ｙ方向）回りに回動可能、及び、第２方向（Ｚ方向）回りに回動可能とされている。具体的には、搬送ラインに固定されたベース部材６２に対して、上記の各方向への平行移動を可能にするリニアステージや、上記の各方向回りの回動を可能にするゴニオステージを介して、保持部材６０が連結されている。

案内ローラ群７０は、第１拘束ローラ対４０に対して管Ｐの搬送方向（Ｘ方向）上流側に位置し、各間隙を挟んで対向配置された案内ローラ対７１が管Ｐの搬送方向に沿って複数組（図２Ａ及び図７Ａに示す例では４組）配置されている。図２Ａ及び図７Ａに示す例では、案内ローラ対７１を構成する案内ローラ７１ａ及び７１ｂは、何れも上下方向に対向配置されているが、本発明はこれに限るものではなく、左右方向など他の方向に対向配置してもよい。また、図８に示す変形例のように、上下方向に対向配置された案内ローラ対７１（７１Ａ）と、左右方向に対向配置された案内ローラ対７１（７１Ｂ）とを交互に配置するなど、対向方向が９０°ずれた案内ローラ対７１の組を管Ｐの搬送方向に対して交互に配置してもよい。
また、図７Ｃに示すように、本実施形態の案内ローラ対７１を構成する案内ローラ７１ａ及び７１ｂは、それぞれ孔型ローラとされており、案内ローラ７１ａ及び７１ｂによって形成される略円形の孔型が上記の各間隙に相当する。案内ローラ群７０は、各間隙（孔型）を通る管Ｐを第１拘束ローラ対４０に案内する機能を奏する。そして、案内ローラ群７０を構成する各組の案内ローラ対７１の各間隙の寸法（孔型の直径Ｒ）は、何れの組も第１拘束ローラ対４０の間隙の寸法（孔型の直径ｒ）よりも大きく、なお且つ、第１拘束ローラ対４０に近い組ほど小さくなっている。

以上のように、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、送り出し機構の好ましい構成として、第１拘束ローラ対４０と、第２拘束ローラ対５０と、を備えている。このため、第１拘束ローラ対４０、第２拘束ローラ対５０、及び、継鉄部材３０の位置関係を適切に設定しておけば、管Ｐが継鉄部材３０に衝突することを回避できると共に、第１拘束ローラ対４０及び第２拘束ローラ対５０によって挟まれた継鉄部材３０内での管Ｐの位置変動を抑制可能である。位置関係を適切に設定するとは、例えば、第１拘束ローラ対４０の間隙の中心、第１開口部３１の中心、第２開口部３２の中心、及び、第２拘束ローラ対５０の中心が一直線上に位置するように設定することである。

そして、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、送り出し機構の好ましい構成として、保持部材６０を備えている。このため、曲がりを伴う管Ｐが第１拘束ローラ対４０によって拘束された後に、管Ｐの位置や方向の変動に伴って第１拘束ローラ対４０が管Ｐから押圧されると、第１拘束ローラ対４０を保持する保持部材６０が管Ｐの位置や方向の変動に応じて少なくとも平行移動又は回動することになる。これに伴い、第１拘束ローラ対４０、第２拘束ローラ対５０及び継鉄部材３０も一体的に少なくとも平行移動又は回動することになるため、第１拘束ローラ対４０、第２拘束ローラ対５０及び継鉄部材３０の位置関係は維持される。従って、第１拘束ローラ対４０の平行移動や回動が生じる大きな管Ｐの曲がりが生じていたとしても、管Ｐが継鉄部材３０に衝突することを回避できる。また、第１拘束ローラ対４０及び第２拘束ローラ対５０によって挟まれた継鉄部材３０内での管Ｐの位置変動を抑制し、管Ｐと継鉄部材３０とによって形成される磁気回路の軸対称性を向上させることが可能である。

さらに、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００は、送り出し機構の好ましい構成として、案内ローラ群７０を備えている。従って、たとえ、本実施形態のように、第１拘束ローラ対４０及び第２拘束ローラ対５０によって挟まれた継鉄部材３０内での管Ｐの位置変動をできる限り抑制するべく、第１拘束ローラ対４０の間隙の寸法を管Ｐの外径と略同等の寸法に設定したとしても、第１拘束ローラ対４０から最も遠い組の案内ローラ対７１の間隙の寸法は大きく設定できる。このため、管Ｐの曲がりが大きかったとしても、管Ｐの先端部を当該最も遠い組の案内ローラ対７１の間隙に容易に通すことが可能である。そして、第１拘束ローラ対４０に近い組の案内ローラ対７１ほど間隙の寸法が小さくなっているため、管Ｐの先端部を安定的に第１拘束ローラ対４０の間隙に誘導して通すことが可能である。
特に、図８に示す変形例に係る送り出し機構の案内ローラ群によれば、管Ｐの搬送方向について隣り合う組の案内ローラ対７１の対向方向が同じである場合（図２Ａ、図７Ａに示す例の場合）に比べて、隣り合う組の案内ローラ対７１Ａと７１Ｂとの間の距離（管Ｐの搬送方向についての距離）を小さくすることができる。このため、一方の組の案内ローラ対７１Ａから、他方の組の案内ローラ対７１Ｂへの管Ｐの受け渡しを円滑に行うことが可能である。

以下、上記の構成を有する磁気特性変化部検出装置１００を用いた磁気特性変化部検出方法（検出手段８０が実行する所定の手順を含む）について説明する。
図９は、本実施形態に係る磁気特性変化部検出方法の概略工程を示すフロー図である。

図９に示すように、本実施形態に係る磁気特性変化部検出方法においては、最初に、基準材を用意し、この基準材を磁気特性変化部検出装置１００により磁化することによって磁気特性曲線を取得し、該取得した磁気特性曲線を基準曲線とする第１工程を実行する（図９のＳ１）。具体的には、励磁コイル１０に三角波や正弦波の励磁電流を通電して基準材を磁化し、検出手段８０が、励磁電流に基づき磁界強度を算出する一方、検出コイル２０の出力電圧を時間積分することで、基準材に発生した磁束の大きさ、ひいては基準材に発生した磁束密度を算出する。これにより、検出手段８０は、縦軸が磁束密度で横軸が励磁電流（磁界強度に比例）の磁気特性曲線である基準曲線を取得する。検出手段８０には、取得された基準曲線が記憶される。

次に、本実施形態に係る磁気特性変化部検出方法においては、試験対象の管Ｐである被試験材を第１工程と同じ条件で磁気特性変化部検出装置１００により磁化することによって磁気特性曲線を取得し、該取得した磁気特性曲線を被試験曲線とする第２工程を実行する（図９のＳ２）。具体的には、励磁コイル１０に基準材を磁化した場合と同一の周波数・振幅の励磁電流を通電して被試験材を磁化し、検出手段８０が、励磁電流に基づき磁界強度を算出する一方、検出コイル２０の出力電圧を時間積分することで、被試験材に発生した磁束の大きさ、ひいては被試験材に発生した磁束密度を算出する。これにより、検出手段８０は、縦軸が磁束密度で横軸が励磁電流の磁気特性曲線である被試験曲線を取得する。

次に、本実施形態に係る磁気特性変化部検出方法においては、基準曲線と被試験曲線とを同一の直交座標系（縦軸が磁束密度、横軸が励磁電流）に同時に表示する第３工程を実行する（図９のＳ３）。具体的には、検出手段８０が、具備するモニタに基準曲線及び被試験曲線を同時に表示する。
図１０は、検出手段８０が表示する基準曲線及び被試験曲線の一例を模式的に示す図である。被試験材としては、管Ｐの断面積の約１２％程度の領域のビッカース硬度が１００Ｈｖ以上低下しているもの（正常部：３００Ｈｖ、異常部２００Ｈｖ未満）を用い、基準材及び被試験材の双方を０．１Ｈｚの三角波の励磁電流で励磁して取得した基準曲線及び被試験曲線である。図１０において、一点鎖線および二点鎖線で示す曲線が被試験曲線（異常）であり、実線で示す曲線が基準曲線（正常）である。
図１０に示すように、管Ｐに異常部が存在する場合（被試験曲線）と存在しない場合（基準曲線）とでは、主として各磁気特性曲線の形状にわずかな有意差が生じている。
なお、図１０に符号Ａで示す点は、異常部が存在する場合の磁気特性曲線の接線の傾きの変化率が最大となる点、すなわちバルクハウゼンノイズの振幅が最大となる点である。また、図１０に符号Ｂで示す点は、異常部が存在しない場合の磁気特性曲線の接線の傾きの変化率が最大となる点である。図１０に示すように、バルクハウゼンノイズの振幅が最大となる点や回転磁化領域では、基準曲線及び被試験曲線の形状はほぼ同等であり、有意差が生じていない。

次に、本実施形態に係る磁気特性変化部検出方法においては、基準曲線及び被試験曲線の形状の差に基づき、被試験材における異常部を検出する第４工程を実行する（図９のＳ４）。具体的には、検出手段８０のモニタに表示された図１０に示すような基準曲線及び被試験曲線の形状をオペレータが目視することで、各磁気特性曲線のわずかな形状の差を認識し、この形状の差の大小に応じて、被試験材における異常部を精度良く検出することが可能である。

ここで、本発明者が鋭意検討した結果によれば、上記の第４工程において、被試験材における異常部を検出するのに用いる基準曲線及び被試験曲線の形状の差は、基準曲線の接線の傾きの変化（微分透磁率の変化に相当）と、被試験曲線の接線の傾きの変化（微分透磁率の変化に相当）との差によって顕在化することが分かった。
従って、上記の第４工程において、基準曲線の接線の傾きの変化と、前記被試験曲線の接線の傾きの変化との差に基づき、被試験材における異常部を検出することが好ましい。この好ましい方法においては、例えば、検出手段８０が、基準曲線の接線の傾きの変化と、被試験曲線の接線の傾きの変化とを、縦軸が変化量で横軸が励磁電流である同一の直交座標系に同時にモニタに表示するように構成すればよい。この表示をオペレータが目視することで、被試験材における異常部を検出することが可能である。

また、本実施形態のように、励磁コイル１０に三角波や正弦波の励磁電流を通電する場合、磁気特性曲線の接線の傾き（微分透磁率）は、検出コイル２０の出力電圧と相関を有することになる。特に、励磁電流が三角波の場合には、微分透磁率は検出コイル２０の出力電圧に比例することになる。以下、これについて説明する。
励磁電流Ｉが三角波の場合、励磁電流Ｉの時間微分値ｄＩ／ｄｔは一定であるため、以下の式（１）が成立する。
ｄＩ／ｄｔ＝Ｃ１（Ｃ１は定数） ・・・（１）
また、励磁コイル１０によって生成される磁界の磁界強度Ｈは、励磁コイル１０に通電する励磁電流Ｉに比例するため、以下の式（２）が成立する。
Ｈ＝Ｃ２・Ｉ（Ｃ２は定数） ・・・（２）
上記の式（１）及び式（２）より、以下の式（３）が成立する。
ｄｔ／ｄＨ＝１／（Ｃ１・Ｃ２） ・・・（３）

一方、管Ｐ（基準材及び被試験材）に発生する磁束φと磁束密度Ｂとの間には、管Ｐの断面積をＳとすると、以下の式（４）で表される関係が成立する。
Ｂ＝φ／Ｓ ・・・（４）
ここで、微分透磁率をμとすると、以下の式（５）が成立する。
μ＝ｄＢ／ｄＨ＝ｄｔ／ｄＨ・ｄＢ／ｄｔ ・・・（５）
上記の式（５）の右辺に上記の式（３）を代入すると、以下の式（６）が成立する。
μ＝１／（Ｃ１・Ｃ２）・ｄＢ／ｄｔ ・・・（６）
上記の式（６）の右辺に上記の式（４）を代入すると、以下の式（７）が成立する。
μ＝１／（Ｃ１・Ｃ２）・ｄφ／ｄｔ・１／Ｓ
＝１／（Ｃ１・Ｃ２・Ｓ）・ｄφ／ｄｔ ・・・（７）
上記の式（７）において、ｄφ／ｄｔは検出コイル２０の出力電圧に等しいため、これをＶとし、１／（Ｃ１・Ｃ２・Ｓ）をＣ３（Ｃ３は定数）とすると、上記の式（７）は以下の式（８）で表される。
μ＝Ｃ３・Ｖ ・・・（８）
すなわち、励磁電流Ｉが三角波の場合、磁気特性曲線の接線の傾き（微分透磁率μ）は、検出コイル２０の出力電圧Ｖに比例する。同様に、励磁電流Ｉが正弦波の場合、磁気特性曲線の接線の傾き（微分透磁率μ）は、検出コイル２０の出力電圧Ｖと相関を有する。

以上のように、磁気特性曲線の接線の傾き（微分透磁率μ）は、検出コイル２０の出力電圧Ｖと相関を有するため、検出コイル２０の出力電圧を時間微分することで、磁気特性曲線（基準曲線及び被試験曲線）の接線の傾きの変化を把握することが可能である。換言すれば、磁気特性曲線の接線の傾きの変化を直接算出する代わりに、検出コイル２０の出力電圧の時間微分値を算出することで、被試験材における異常部を検出することも可能である。
すなわち、上記の第４工程において、基準材について得られた検出コイル２０の出力電圧の時間微分値と、被試験材について得られた検出コイル２０の出力電圧の時間微分値との差に基づき、被試験材における異常部を検出することも可能である。
上記の好ましい方法においては、例えば、検出手段８０が、基準材について得られた検出コイル２０の出力電圧の時間微分値と、被試験材について得られた検出コイル２０の出力電圧の時間微分値とを、縦軸が検出コイル２０の出力電圧の時間微分値で横軸が時間である同一の直交座標系に同時にモニタに表示しするように構成すればよい。この表示をオペレータが目視することで、被試験材における異常部を検出することが可能である。
図１１は、図１０に示す基準曲線及び被試験曲線の接線の傾きの変化と励磁電流の関係を示すグラフである。具体的には、検出コイル２０に生じた誘導起電力から演算したｄ^２Ｂ／ｄI^２（磁束密度Ｂを励磁電流Ｉで２階微分した値）と励磁電流の関係を示している。

以上に挙げた例では、第４工程において、検出手段８０のモニタに、以下の（ａ）〜（ｃ）の何れかを同一の直交座標系に同時に表示し、この表示をオペレータが目視することで、被試験材における異常部を検出することについて説明した。
（ａ）基準曲線及び被試験曲線
（ｂ）基準曲線の接線の傾きの変化及び被試験曲線の接線の傾きの変化
（ｃ）基準材について得られた検出コイル２０の出力電圧の時間微分値及び被試験材について得られた検出コイル２０の出力電圧の時間微分値
しかしながら、本実施形態に係る異常検出方法は、これに限るものではなく、第４工程において、オペレータの目視による判断に替えて、或いはオペレータの目視による判断に加えて、検出手段８０が異常部を自動検出することも可能である。すなわち、検出手段８０が、基準曲線及び被試験曲線の形状の差に基づき、被試験材における異常部を自動的に検出する手順を実行するように構成することも可能である。

検出手段８０が被試験材における異常部を自動的に検出する手順としては、例えば、所定範囲の磁界強度における各磁気特性曲線の接線の傾きの変化量の大小に応じて、被試験材における異常部を自動的に検出する手順を例示できる。
また、例えば、所定範囲の時間における各管Ｐ（基準材及び被試験材）について得られた検出コイル２０の出力電圧の時間微分値の大小に応じて、被試験材における異常部を自動的に検出する手順を採用することも可能である。

図１２は、基準材と、管端から徐々にビッカース硬度の低下量が減少する（すなわち、正常部とのビッカース硬度の差が小さくなる）異常部が存在する被試験材とについて、評価指標ＥＩを算出した結果の一例を示す図である。
図１２に示すように、基準材について算出した評価指標ＥＩと、被試験材について算出した評価指標ＥＩとの間には有意差があり、例えば、評価指標ＥＩ＝０．１近辺にしきい値を設定すれば、算出した評価指標ＥＩがこのしきい値を超える場合には被試験材に異常部が存在すると自動的に判定可能である。
また、異なるしきい値を複数設定し、いずれのしきい値を超えるかによって異常部の程度（正常部との硬度差）を評価することも可能であると考えられる。

本実施形態に係る磁気特性変化部検出方法においては、以上に説明した第４工程を実行した後（図９のＳ４）、同じ基準材を用いて試験することができる次の被試験材があるか否かを判断する（図９のＳ５）。次の被試験材がある場合（図９のＳ５において「Ｙｅｓ」の場合）には再び第２工程から繰り返し実行し、無い場合（図９のＳ５において「Ｎｏ」の場合）には動作を終了する。

以下、本実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００を用いて、下記の条件（１）〜（１１）で、正常な管と磁気特性変化部を有する管とを検査した結果の一例について説明する。
検査対象とした管Ｐは、０．１５％炭素鋼からなる管８本である。そのうち、１本の管については、冷却条件を一部変化させて、焼き入れ不良部位を強制的に形成し、磁気特性を変化させた。
（１）管の寸法：外径３５ｍｍ、肉厚３．５ｍｍ
（２）管の搬送速度：３００ｍｍ／ｓｅｃ
（３）継鉄部材３０の材料：炭素濃度０．０５％の極低炭素鋼
（４）継鉄部材３０の寸法：外径１６０ｍｍ、肉厚３０ｍｍの球状
（５）継鉄部材３０と管外面との最小ギャップ：１０ｍｍ
（６）励磁コイル１０の寸法：内径５８ｍｍ、長さ９５ｍｍ
（７）検出コイル２０の寸法：内径５６ｍｍ、長さ１０ｍｍ
（８）励磁コイル１０の巻数：２００回
（９）検出コイル２０の巻数：３０回
（１０）励磁電流：ピーク電流１２Ａの三角波
（１１）励磁周波数：１．５Ｈｚ

図１３は、上記の検査による検査結果の一例を示す。図１３の横軸は磁化の周期を示す時間を示し、縦軸は検出コイル２０に生じた誘導起電力から演算したｄ^２Ｂ／ｄI^２（磁束密度Ｂを励磁電流Iで２階微分した値）である。図１３に示すように、磁気特性変化部を有する１本の管についての波形は、他の７本の正常な管についての波形とは明らかに異なるものとなるため、この波形の差異から磁気特性変化部を検出することができる。

他の実施形態について説明する。上記実施例では、継鉄部材の形状は球状であるが、本実施形態では、図１４に示すように、形状が円筒である継鉄部材１３０も採用可能である。本実施形態の継鉄部材１３０及び管Ｐの寸法は、例えば以下の通りである。
（１）図１４に示すＸ方向の継鉄部材１３０の長さ：３００ｍｍ
（２）管Ｐの寸法：外径１１５ｍｍ、肉厚８．６ｍｍ

なお、上記実施形態では、検出対象の磁気特性変化部として焼き入れ不良部位を例示したが、上記実施形態に係る磁気特性変化部検出装置１００の検出対象はこれに限るものではなく、磁気特性の変化を広く検出可能である。例えば、浸炭、脱炭なども磁気特性の変化を伴うため、同様に検出可能である。

本発明によれば、長尺材の長手方向端部の不感帯を減らすことが可能で、全長に渡って精度良く磁気特性変化部を検出可能な、長尺材の磁気特性変化部検出装置及び方法を提供することができる。そのため、本発明は、産業上の利用可能性が極めて大である。

５・・・ボビン
１０・・・励磁コイル
２０・・・検出コイル
３０、１３０、２３０・・・継鉄部材
３１・・・第１開口部
３２・・・第２開口部
４０・・・第１拘束ローラ対
５０・・・第２拘束ローラ対
６０・・・保持部材
７０・・・案内ローラ群
１００・・・磁気特性変化部検出装置
Ｐ・・・管

Claims (12)

1. 長尺材の磁気特性変化部を検出する装置であって、
   前記長尺材が挿通され、前記長尺材を長手方向に沿って磁化する励磁コイルと；
   前記長尺材が挿通され、前記励磁コイルによる磁化によって前記長尺材に発生した磁束を検出する検出コイルと；
   前記長尺材の前記長手方向に沿った一方側に位置してかつ前記長尺材が挿通される第１開口部、及び、前記長尺材の前記長手方向に沿った他方側に位置してかつ前記長尺材が挿通される第２開口部を有し、前記第１開口部及び前記第２開口部を通る軸線に対して略軸対称な形状を有する継鉄部材と；
   を備え、
   前記励磁コイル及び前記検出コイルは、前記継鉄部材と前記第１開口部と前記第２開口部とにより囲繞され、
   前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記継鉄部材の中央付近より前記長尺材に近接している
   ことを特徴とする、長尺材の磁気特性変化部検出装置。
2. 前記長尺材が内部を通るボビンを備え、
   前記ボビンの外面には、前記励磁コイル及び前記検出コイルが巻回され、
   前記ボビンの端部に形成された溝には、前記第１開口部を形成する部位及び前記第２開口部を形成する部位がそれぞれ嵌合している
   ことを特徴とする、請求項１に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
3. 前記磁束が流れる方向に垂直な断面で見た場合に、前記継鉄部材の最小断面積が、前記長尺材の最小断面積以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
4. 前記検出コイルが複数設けられ；
   前記各検出コイルのうちの少なくとも一つが、前記第１開口部の位置及び前記第２開口部の位置の少なくとも一方に設けられている；
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
5. 前記長尺材を、前記励磁コイル、前記検出コイル及び前記継鉄部材に対して、前記長手方向に沿って相対移動させる送り出し機構をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
6. 前記磁気特性変化部検出装置は、前記検出コイルの出力電圧に基づき前記磁気特性変化部を検出する検出手段を更に備え、
   前記検出手段には、所定の硬度を有する長尺材の基準材が前記励磁コイルによって磁化された場合の前記検出コイルの出力電圧に基づき取得された磁気特性曲線が基準曲線として予め記憶されており、
   前記検出手段は、
   試験対象の長尺材である被試験材が前記励磁コイルによって磁化された場合の前記検出コイルの出力電圧に基づき被試験曲線である磁気特性曲線を取得する手順と、
   前記基準曲線と前記被試験曲線とを同一の直交座標系に同時に表示する手順と、
   前記基準曲線及び前記被試験曲線の形状の差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する手順とを実行する、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
7. 前記検出手段は、前記基準曲線の接線の傾きの変化と、前記被試験曲線の接線の傾きの変化との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
8. 前記検出手段は、前記基準材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値と、前記被試験材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
9. 前記磁気特性変化部検出装置が、前記長尺材を焼き入れした後段の位置に配置されることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の長尺材の磁気特性変化部検出装置を用いて、長尺材の磁気特性変化部を検出する方法であって、
    所定の硬度を有する長尺材を基準材とし、前記基準材を磁化することによって磁気特性曲線を取得し、該取得した磁気特性曲線を基準曲線とする第１工程と、
    試験対象の長尺材である被試験材を前記第１工程と同じ条件で磁化することによって磁気特性曲線を取得し、該取得した磁気特性曲線を被試験曲線とする第２工程と、
    前記基準曲線と前記被試験曲線とを同一の直交座標系に同時に表示する第３工程と、
    前記基準曲線及び前記被試験曲線の形状の差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する第４工程と、
    を含むことを特徴とする長尺材の磁気特性変化部検出方法。
11. 前記第４工程において、前記基準曲線の接線の傾きの変化と、前記被試験曲線の接線の傾きの変化との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の長尺材の磁気特性変化部検出方法。
12. 前記第１工程において、励磁コイル及び検出コイルに前記基準材を挿通して、前記励磁コイルによって前記基準材を長手方向に磁化すると共に、前記励磁コイルによる磁化によって前記基準材に発生した磁束を前記検出コイルによって検出することで、前記基準曲線を取得し、
    前記第２工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルに前記被試験材を挿通して、前記励磁コイルによって前記被試験材を長手方向に磁化すると共に、前記励磁コイルによる磁化によって前記被試験材に発生した磁束を前記検出コイルによって検出することで、前記被試験曲線を取得し、
    前記第４工程において、前記基準材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値と、前記被試験材について得られた前記検出コイルの出力電圧の時間微分値との差に基づき、前記被試験材における前記磁気特性変化部を検出する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の長尺材の磁気特性変化部検出方法。