JPH0517560U - 高速回転プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プローブ長が短く曲管部にも挿入可能で、か
つプローブ回転速度が速く挿出入時間を短縮でき、また
プローブ挿出入の際にセンサー部を損傷しにくい、従っ
て汎用性，検査能率及び保全性に優れた高速回転プロー
ブを図る。 【構成】 前後端にそれぞれセンタリング羽根０２１が
付設され後端に可撓性押出しチューブ０５が連結された
非回転の中心軸１と、中心軸１の後部に嵌着されたステ
ーター１４に対向して環状ローター１５が配置されたア
ウターローター型モーター１６と、ローター１５に後端
が同軸的に固着された回転筒２にそれぞれ基端が等間隔
で枢着され先端にセンサー部０１７が付設され引張りば
ね７により閉まる方向に付勢された複数のセンサー支持
アーム４と、中心軸１の外面に付設された固定コイル８
と回転筒２内面に付設された回転コイル９とで形成され
る非接触式スリップリング１０等とを具えたこと。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は高速回転プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば、伝熱管等の細管の健全性、すなわち上記細管の管壁に割れやピンホー ル等の欠陥がないかどうかを検査するための非破壊検査センサー案内用回転プロ ーブとしては、従来、図４縦断面図に示すようなものが知られている。 すなわち、同図では、０１は被検細管、０２は被検細管の曲管部、０３は被検 細管０１の端部を固定する管板である。０４は検査用のプローブで、この後端に はプローブ０４挿入のための押出しチューブ０５が接続されている。また、０６ はプッシャーで、上下一対の溝付きローラー０７，０８の間に押出しチューブ０ ５を挟込んで回転させることにより、押出しチューブ０５を図の前後方向に送り 、プローブ０４を被検細管０１の内部に挿入，引抜きすることができる。なお０ ９は、プローブ０４を押込み時に押出しチューブ０５が座屈するのを避けるため に、管板０３とプッシャー０６の間につながれた外シース管である。 押出しチューブ０５の後部はリール０１０に巻取られ、後端はリール０１０の 中心部０１１に導かれている。プローブ０４内のリード線０１２は、押出しチュ ーブ０５の中空部を貫通してリール０１０の中心部０１１から引出され、探傷器 ０１３に接続されている。 このようなプローブ０４では、図５拡大図，図６正面図及び図７部分平面図に おいて、まず、センサー保持機構関係では、０１４はセンサー回転軸、０１５は センサー回転軸０１４の基部にピン０１６でセンサー回転軸０１４の半径方向に 揺動自在に支持されたカンチレバーで、センサー回転軸０１４の円周方向には２ 〜３本、あるいはそれ以上のカンチレバー０１５が放射状に配置される。０１７ はカンチレバー０１５の先端に固定されたセンサー部で、例えば渦電流式の検査 の場合は、小型のコイル０１８が埋込まれる。圧縮ばね０１９はカンチレバー０ １５を押し広げ、センサー部０１７を被検細管０１の内面に押しつける働きを有 する。 次に、センタリング機構関係では、センサー回転軸０１４の前端は、軸受０２ ０を介してセンタリング羽根０２１と結合される。センタリング羽根０２１の形 式は種々あるが、図５ではナイロン等の樹脂を傘状に加工し、さらに放射状に割 りを入れた構造を示している。センタリング羽根０２１の外径寸法は、被検細管 ０１の内径よりも若干大きめに設定されており、被検細管０１に挿入されると図 ５の下半分及び図６に示すように、中心方向に変形して、センサー回転軸０１４ を被検細管０１の中心軸に一致させる。 更に、スリップリングの機構関係では、センサー回転軸０１４の後端はスリッ プリング０２２の回転軸０２３と同軸結合されている。スリップリング０２２に おいて、回転軸０２３は固定ケース０２４にベアリング０２５を介して回転自在 に支持されている。回転軸０２３側には金，銀など電気の良導体からなるリング 状導体０２６が、また固定ケース０２４側には電気の良導体から成るブラシ０２ ７が、それぞれ取り付けられていて、リング状導体０２６とブラシ０２７の両者 は摺接して電気的に信号の伝達が行われる。コイル０１８のリード線０２８はセ ンサー回転軸０１４の内部に導かれ、スリップリング０２２においてリング状導 体０２６に接続される。リード線０２８の信号は、ブラシ０２７を経由して、固 定側配線０２９に取出されている。 また、エンコーダーの機構関係では、スリップリング０２２は回転軸０２３が 前後に延長した、いわゆる両軸タイプで、その後端はエンコーダー０３０のエン コーダー軸０３１と同軸的に結合されている。エンコーダー０３０の固定側には 、検出ヘッド０３２が円周上１箇所又は互いに９０°ずらして２箇所配置され、 図ではエンコーダー軸０３１と一体構造の符号板０３３に加工された光学的ある いは電磁気的パターンを読み取ることができる。このようにして、エンコーダー ０３０は、符号板０３３の回転角＝スリップリング０２２の回転軸０２３の回転 角＝センサー部０１７の回転角＝被検細管０１の円周方向検査位置、をリード線 ０３４に出力する。 そして、減速機付きモーターによる回転機構関係では、エンコーダー軸０３１ の後端が減速機０３５の出力軸に同軸的に結合され、モーター０３６を動作させ ると、減速機０３５→エンコーダー軸０３１→スリップリング０２２の回転軸０ ２３→センサー回転軸０１４→カンチレバー０１５→センサー部０１７、と回転 動力が伝達される。 最後に、外部ケーシング０３７等の機構関係では、０３７は前述のスリップリ ング０２２，エンコーダー０３０，モーター０３６を収納する円筒状の外部ケー シングであり、その後端には押出しチューブ０５が接続される。その中空部には 、スリップリング０２２からのリード線０２９，エンコーダー０３０の検出ヘッ ド０３２からのリード線０３４，そしてモーター０３６のリード線０３８がそれ ぞれ貫通されている。図４では、これらのリード線をまとめて、リード線０１２ と表示している。

【０００３】 しかしながら、このような装置では、下記のような欠点がある。 (1) プローブ長が長くて、曲管部０２（図４）に挿入，検査ができない。 すなわち、従来の回転プローブでは図５に示すように、カンチレバー０１５等 センサー保持機構，スリップリング０２２，エンコーダー０３０，減速機０３５ ，モーター０３６と、これらの部品がすべて長手方向に配置されているので、外 部ケーシング０３７に囲まれたプローブの全長が約２００〜３００mmと長くなり 、直管状の被検細管０１はともかく、曲管部０２には到底適用できなかった。 かかる制約をなくするため、図８部分断面側面図に示すように、センサー保持 機構まわりのみを、残りのスリップリング０２２，エンコーダー０３０，減速機 ０３５，モーター０３６の外部ケーシング０３７から独立させた２分割構成もあ る。同図において、センサー回転軸０１４の前後にセンタリング羽根０２１を回 転自在に配置し、センサー回転軸０１４とスリップリング軸０２３とは、フレキ シブル継手０３９で連結したものである。しかしながら、この場合でもセンサー 保持部は短尺ながら、それに続く外部ケーシング０３７は依然長いので、図４に 破線で示すように、直管部から被検細管０１が曲がり始める極く一部しか挿入で きず、曲管部０２の検査が可能とはいい難い。 (2) 検査速度が遅い。 すなわち、回転走査型の検査手段は、プローブの挿入量で調整する単純な長手 方向走査に比べて、円周方向の走査信号が得られるので、探傷情報が多いが、プ ローブの挿入速度は遅くなる。従って、回転プローブは被検細管０１の特定箇所 の精密探傷に適用されるのが通常である。そこで高速化するには、走査の回転数 をあげるしかないが、従来使われているリング状導体０２６とブラシ０２７とか らなる接触式のスリップリング０２２には、高速回転に対する信号伝達特性と耐 久性を満足するものがなく、検査速度に例えば６０〜１２０ｒｐｍ程度の限界が あった。 (3) センサー部が損傷しやすい。 すなわち、回転走査型プローブに搭載されるセンサー部０１７は、超小型で、 かつデリケートなものであるので、被検細管０１の内壁に軽く接触した状態で走 査することが要請され、例えば図５に示すように、圧縮ばね０１９によりセンサ ー部０１７が外側に開くように付勢されている。しかしながら、この状態は検査 時に勿論必要であるが、プローブをまず被検細管０１の所定検査箇所まで挿入す る準備過程においても必要である。一般に、この準備過程では時間短縮の観点か らプローブの挿入速度は、検査時の長手方向送り速度よりはるかに高く選定され る。その結果、センサー部０１７は検査とは無縁で不要の高速の挿入速度にさら されることになり、センサー部０１７の損傷が著しい。また、特にプローブがプ ッシャー０６（図４）から被検細管０１に移行する際などに、僅かでも段差があ るとセンサー部０１７を引っかけてしまい、損傷につながる惧れがある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、このような事情に鑑みて提案されたもので、プローブ長が短く曲管 部にも挿入可能で、かつプローブ回転速度が速く挿出入時間を短縮でき、またプ ローブ挿出入の際にセンサー部を損傷しにくい、従って汎用性，検査能率及び保 全性に優れた高速回転プローブを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

そのために、本考案は前後端にそれぞれセンタリング羽根が付設され後端に可 撓性押出しチューブが連結された非回転の中心軸と、上記中心軸の後部に嵌着さ れたステーターに対向して環状ローターが配置されたアウターローター型モータ ーと、上記ローターに後端が同軸的に固着された回転筒にそれぞれ基端が等間隔 で枢着され先端にセンサー部が付設さればねにより閉まる方向に付勢された複数 のセンサー支持アームと、上記中心軸の外面に付設された固定コイルと上記回転 筒内面に付設された回転コイルとで形成される非接触式スリップリングと、上記 中心軸と上記回転筒とに介装されたエンコーダーとを具えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】

このような構成によれば、下記の作用が行われる (1) センサー保持機構，スリップリング，エンコーダー，モーターとも、中心 部が固定、外側部分が回転するアウターローター型なので、プローブの小型化、 特にプローブ全長が短縮することができる。 (2) スリップリングを非接触式としたので、回転走査速度を従来よりも高く設 計できる。 (3) 検査時には、回転に伴う遠心力をセンサー部の管壁への押付け力として活 用し、プローブの挿入，引出しなど非検査時には回転を停止し、引張りばねの作 用によりセンサーを管壁から引離すので、センサー部が管壁等に引っかかりにく くなる。

【０００７】

【実施例】

本考案の一実施例を図面について説明すると、図４〜図８と同一の符号はそれ ぞれ同図と同一の部材を示し、まず、図１縦断面図及び図２平面図において、１ はプローブ機構全体の中心部を貫通している背骨ともいうべき非回転の中心軸、 ２は回転筒で、中心軸１に対して軸受３を介して回転自在に支持されている。中 心軸１の内部は中空となっており、後述の各種リード線を引出すことができる。 また、前後端には、それぞれセンタリング羽根０２１が位置しているが、中心軸 １が非回転なので、ベアリングを介せず中心軸１に直接固定されている。 まず、センサー保持機構関係では、４は回転筒２の基部５にピン６で揺動自在 に支持されたセンサー支持アームで、その先端にはセンサー部０１７が取付けら れている。このセンサー支持アーム４は、円周に対して２〜３本、あるいはそれ 以上の本数が放射状に配置されるが、同図では２本配置したものが示されている 。センサー部０１７は、例えば渦電流式の検査の場合、小型のコイル０１８が埋 込まれる。引張りばね７がセンサー支持アーム４と回転筒２の基部５の間に装着 され、引張りばね７はセンサー支持アーム４をプローブの中心軸１方向、すなわ ちセンサー部０１７を被検細管０１の内壁から引離す方向に作用する。ただし、 引張りばね７の引戻し力は、回転部分が回転走査した時は遠心力が勝って、セン サー部０１７は被検細管０１の内壁に押付けられ、回転部分が停止したときに自 然に戻る程度の比較的小さな力に調整される。 次に、センタリング機構関係では、中心軸１の前後端には、一対のセンタリン グ羽根０２１が固定されている。この外径寸法は被検細管０１の内径よりも若干 大きめに設定されており、被検細管０１に挿入されると羽根が中心方向に変形し て、プローブの中心軸１を被検細管０１の中心軸に一致させるすなわちセンタリ ング機能を有する。 更に、スリップリング機構関係では、中心軸１の外周側には固定コイル８が、 そして回転筒２の内周側には回転コイル９が、それぞれわずかのギャップを隔て て対向的に配設されて、スリップリング１０を構成する。両コイルは電磁誘導結 合状態にあり、一方のコイルに交流電流を流すと、対向のコイルにそれに応じた 交流電流が流れる。例えば、図１に示すように、小型コイル０１８のリード線０ ２８を回転コイル９に接続し、それに対向する固定コイル８からリード線０２９ を取出せば、非回転側から回転するコイルへの電源印加、あるいは回転するコイ ル内の電流変化の検出が可能となる。

【０００８】 そして、エンコーダー機構関係では、エンコーダー１３は回転筒２の回転角度 を検出し、検査信号の円周方向情報を得るために必要なものである。本実施例で は、前述のスリップリング１０に近接して、回転円板１１および磁芯コイル１２ を対向して構成している。回転円板１１の片面は、図１に示すように斜めにカッ トされ、いわゆる斜板をなしている。これに対向する固定側磁芯コイル１２は、 円周上１箇所、又は互いに９０°ずらして２箇所配置される。 本機構の動作を図３線図により説明する。回転筒２の回転に伴い回転円板１１ の斜板部と磁芯コイル１２との間隔が変化し、その間隔は１回転につき１回の割 合で連続的に、ほぼ正弦波状に変化する。すると、磁芯コイル１２のインダクタ ンスも変化し、予めコイルに交流電源を印加しておくとその電流変化となって現 れる。 すなわち、同図において、磁芯コイル１２ａ，１２ｂに一定の交流電圧源１７ をつないだ状態で、回転円板１１を角度θだけ回転させる。磁芯コイル１２ａ， １２ｂと回転円板１１との間隔が変化し、角度θに対する各磁芯コイル１２ａ， １２ｂに流れる電流Ｉａ，Ｉｂの関係が、同図に併せ図示されている。 磁芯コイル１２ａのみ、すなわち、磁芯コイル１２が円周１箇所のみの場合は 、１回転あたり１サイクルのほぼ正弦波状の電流変化が見られ、その波形から回 転角度θを特定することができる。一方、磁芯コイル１２が、例えば配置を９０ 度ずらせた円周２箇所の場合は、両者から得られる波形に９０度の位相差があり 、回転角度θだけでなく、Ｉａ，Ｉｂ波形のどちらが先行するか両信号を比較す ることにより回転方向も知ることがてきる。 なお、本実施例では電磁方式のエンコーダーを示したが、これは前出のスリッ プリング１０が電磁誘導現象を利用しており、両者を一体化するうえで好都合と 考えたためで、通常のエンコーダーでポピュラーな光学式検出法を利用すること もできる。 また、アウターローターモーターによる回転機構関係では、中心軸１の外周に ステーター１４，回転筒２の基部５の内周にローター１５が取付けられ、モータ ー１６を構成する。プローブの小型化のためスペースファクターを最大限にとり 、特に曲管部への適用性を決めるプローブの全長を短くするには、外筒が回転す るアウターローター構造が基本的に有効である。モーター１６が電気式の場合は 、ステーター１４は電機子コイル、ローター１５は永久磁石であり、モーター１ ６が超音波式の場合は、ステーター１４は超音波振動子となり、ローター１５は 摺動板となる。 モーター１６の駆動原理がなんであれ、中空型のアウターローター構造が本用 途にマッチし、さらに減速機を排除した直接駆動が、プローブの小型化に貢献す る。 最後に、外部ケーシング構造関係では、図１に示したプローブ構造では、全面 的にアウターローター構造を採用したので、従来構造を示した外部ケーシング０ ３７（図５）に相当するものはない。本考案のプローブ構造では、その中心に非 回転の中心軸１が貫通しており、センサー部０１７からのリード線０２９，エン コーダー１３からのリード線０３４，及びモーターからのリード線０３８のすべ ての配線が中心軸１の中空部から纏めて取出される。

【０００９】 このような、実施例の装置によれば、下記効果が奏せられる。 (1) センサー保持機構，スリップリング，エンコーダー，モーターとも、中心 部が固定、外側部分が回転するアウターローター型なので、プローブの小型化、 特にプローブ全長が短縮され、従って、従来の原則として被検細管の直管部にし か適用できなかった回転走査式の検査が曲管部にも適用可能となり、汎用性が向 上する。 (2) スリップリングを非接触式としたので、回転走査速度を従来よりも高く設 計でき、従って実質的な検査能率が向上する。 (3) 検査時には、回転に伴う遠心力をセンサー部の管壁への押付け力として活 用し、プローブの挿入，引出しなど非検査時には回転を停止し、引張りばねの作 用によりセンサーを管壁から引離すので、センサー部が管壁等に引っかかりにく く、従ってセンサー部の保全性が向上する。

【００１０】

【考案の効果】

要するに本考案によれば、前後端にそれぞれセンタリング羽根が付設され後端 に可撓性押出しチューブが連結された非回転の中心軸と、上記中心軸の後部に嵌 着されたステーターに対向して環状ローターが配置されたアウターローター型モ ーターと、上記ローターに後端が同軸的に固着された回転筒にそれぞれ基端が等 間隔で枢着され先端にセンサー部が付設さればねにより閉まる方向に付勢された 複数のセンサー支持アームと、上記中心軸の外面に付設された固定コイルと上記 回転筒内面に付設された回転コイルとで形成される非接触式スリップリングと、 上記中心軸と上記回転筒とに介装されたエンコーダーとを具えたことにより、プ ローブ長が短く曲管部にも挿入可能で、かつプローブ回転速度が速く挿出入時間 を短縮でき、またプローブ挿出入の際にセンサー部を損傷しにくい、従って汎用 性，検査能率及び保全性に優れた高速回転プローブを得るから、本考案は産業上 極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１のII−IIに沿った平面図である。

【図３】図１のエンコーダーの作用を示す線図である。

【図４】公知のセンサー案内用回転プローブの使用状態
を示す縦断面図である。

【図５】図４のプローブを示す拡大図である。

【図６】図５のVIに沿った正面図である。

【図７】図５のVII に沿った平面図である。

【図８】図５と異なる公知の回転プローブを示す同じく
部分断面側面図である。

【符号の説明】

１ 中心軸 ２ 回転筒 ３ 軸受 ４ センサー支持アーム ５ 基部 ６ ピン ７ 引張りばね ８ 固定コイル ９ 回転コイル １０ スリップリング １１ 回転円板 １２ 磁芯コイル １２ａ 磁芯コイル １２ｂ 磁芯コイル １３ エンコーダー １４ ステーター １５ ローター １６ モーター １７ 交流電圧源 ０１ 被検細管 ０５ 押出しチューブ ０１７ センサー部 ０１８ コイル ０２１ センタリング羽根 ０２８ リード線 ０２９ リード線 ０３４ リード線 ０３８ リード線 θ 角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 櫻井 則夫 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番25号 高菱エンジニアリング株式会社内 (72)考案者 木寺 弘次 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番25号 高菱エンジニアリング株式会社内 (72)考案者 大橋 保広 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番25号 高菱エンジニアリング株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 前後端にそれぞれセンタリング羽根が付
   設され後端に可撓性押出しチューブが連結された非回転
   の中心軸と、上記中心軸の後部に嵌着されたステーター
   に対向して環状ローターが配置されたアウターローター
   型モーターと、上記ローターに後端が同軸的に固着され
   た回転筒にそれぞれ基端が等間隔で枢着され先端にセン
   サー部が付設さればねにより閉まる方向に付勢された複
   数のセンサー支持アームと、上記中心軸の外面に付設さ
   れた固定コイルと上記回転筒内面に付設された回転コイ
   ルとで形成される非接触式スリップリングと、上記中心
   軸と上記回転筒とに介装されたエンコーダーとを具えた
   ことを特徴とする高速回転プローブ。