JP2011209049A

JP2011209049A - 磁化装置および管内移動装置

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Publication number: JP2011209049A
Application number: JP2010076005A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fujita; 智藤田; Itaru Tamura; 至田村
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP5432794B2

Abstract

【課題】たとえ管の内径が異なっても、管部分を所望どおりに磁化させて、検査に必要な磁束を発生させることが可能な汎用性に優れた磁化装置を得る。
【解決手段】２つの磁石６の対向面のそれぞれが、管の内壁面と同方向に彎曲する彎曲面６ａに形成されて磁石保持部材８の一端部に設けられ、両磁石保持部材８の彎曲面側の端部が、両磁石保持部材８間に延在する連結部材１０と直交し、かつ、管の内壁面に沿う方向に延出する枢支軸１１周りに回動自在に枢支連結され、両磁石保持部材８の他端部が、枢支軸１１に平行な連結軸１４を介してヒンジ機構１５の両端部に回動自在に連結されて、ヒンジ機構１５を構成する一対のヒンジ部材１６が、枢支軸１１に平行なヒンジ軸１７を介して角度調整自在に連結されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、２つの磁石が一定の間隔を維持し、かつ、その２つの磁石の管の内壁に対向する対向面が、前記管の内壁面に沿って配置されて使用される磁化装置、および、その磁化装置を備えた管内移動装置に関する。

このような磁化装置は、例えば、２つの磁石により管部分を磁気飽和するように磁化させて、その磁化させた部分の磁束密度をコイルセンサで検出することにより、腐食による管の減肉部を検知する、いわゆる「磁気飽和渦流探傷法」による検査装置などに使用される。さらに、後に詳しく説明するように、管内を移動する移動装置本体を２つの磁石による磁気吸着力で管の内壁に押圧するためにも使用される。
そして、上述した検査装置を例にとると、従来、馬蹄形の磁石を使用し、その馬蹄形磁石の両端部を管の内壁面に沿って配置して管部分を磁化させるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２５０８２２号公報（図４、図５）

しかし、上記公報に記載の装置では、馬蹄形磁石の両端部の面、つまり、管の内壁に対向する２つの対向面が、いずれも平坦な面に形成されているので、比較的大きな内径を有する管に対して有効であっても、小さな内径を有する管に対しては、検査対象となる管部分を所望どおりに磁化させることがむずかしいという問題がある。
つまり、２つの磁石の対向面が平坦であるため、内径の小さな管において、その管の内壁面に両対向面を対向させても、両対向面の内側部位が管の内壁面から大きく浮き上がることになり、そのため、磁石によって管部分を所望どおりに磁化させることができず、この点に問題がある。

このような問題を解決するには、例えば、２つの磁石の対向面のそれぞれを管の内壁面と同方向に彎曲する彎曲面に形成することが考えられる。
しかしながら、その場合、磁石の彎曲面と管の内壁面の曲率半径が一致するか、あるいは、近似したものであれば問題はないが、彎曲面の曲率半径と内壁面の曲率半径が大きく異なり、彎曲面の曲率半径が内壁面の曲率半径に比べて大き過ぎると、２つの磁石の彎曲面の内側部位が管の内壁面から大きく浮き上がり、逆に、彎曲面の曲率半径が内壁面の曲率半径に比べて小さ過ぎると、２つの磁石の彎曲面の外側部位が管の内壁面から大きく浮き上がることになり、内径の異なる管に対応することができず、汎用性に欠けるという問題が生じる。

本発明は、このような問題点に着目したもので、その目的は、たとえ管の内径が異なっても、管部分を所望どおりに磁化させて、検査に必要な磁束を発生させることも、また、管内を移動する移動装置本体を管に押圧するのに必要な磁気吸着力を得ることも可能な汎用性に優れた磁化装置と、その磁化装置を備えた管内移動装置を提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、２つの磁石が一定の間隔を維持し、かつ、その２つの磁石の管の内壁に対向する対向面が、前記管の内壁面に沿って配置されて使用される磁化装置であって、前記２つの磁石の対向面のそれぞれが、前記管の内壁面と同方向に彎曲する彎曲面に形成されて、それぞれ磁石保持部材の一端部に設けられ、それら両磁石保持部材の前記彎曲面側の端部が、前記両磁石保持部材間にわたって延在する連結部材と直交し、かつ、前記管の内壁面に沿う方向に延出する枢支軸周りにそれぞれ回動自在に枢支連結され、前記両磁石保持部材の他端部が、前記枢支軸に平行な連結軸を介してヒンジ機構の両端部にそれぞれ回動自在に連結されて、そのヒンジ機構を構成する一対のヒンジ部材が、前記枢支軸に平行なヒンジ軸を介して角度調整自在に連結されているところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、管の内壁に対向する２つの磁石の対向面のそれぞれが、管の内壁面と同方向に彎曲する彎曲面に形成されて、それぞれ磁石保持部材の一端部に設けられているので、上述した従来技術のように、２つの磁石の対向面のそれぞれが、いずれも平坦な面に形成されている場合に比較して、磁石の対向面が管の内壁面に沿いやすくなり、管部分の磁化能力に優れたものとなる。
それに加えて、両磁石保持部材の彎曲面側の端部が、両磁石保持部材間にわたって延在する連結部材と直交し、かつ、管の内壁面に沿う方向に延出する枢支軸周りにそれぞれ回動自在に枢支連結され、両磁石保持部材の他端部が、枢支軸に平行な連結軸を介してヒンジ機構の両端部にそれぞれ回動自在に連結されて、そのヒンジ機構を構成する一対のヒンジ部材が、枢支軸に平行なヒンジ軸を介して角度調整自在に連結されているので、管の内径が特定の範囲内であれば、対象となる管の内径に応じて両ヒンジ部材間の角度を調整することにより、２つの磁石の対向面のそれぞれを管の内壁面に沿わせて対応することができ、例えば、検査に必要な磁束を発生させることも、また、管内を移動する移動装置本体を管に押圧するのに必要な磁気吸着力を得ることも可能な汎用性に優れた磁化装置を提供することができる。

本発明の第２の特徴構成は、上記第１の特徴構成を備えた磁化装置で、前記２つの磁石によって前記管の内部に発生される磁束を検出するセンサが、前記連結部材に設けられているところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、２つの磁石によって管の内部に発生される磁束を検出するセンサが、両磁石保持部材間にわたって延在する連結部材に設けられているので、たとえ対象となる管の内径が異なっても、２つの磁石により管の内部に所望どおりの磁束を発生させ、その磁束の密度や分布状態などをセンサで検出することにより、管の腐食による減肉部などの欠陥を確実に検出することができる。

本発明の第３の特徴構成は、上記第１または第２の特徴構成を備えた磁化装置で、前記２つの磁石が電磁石であり、前記磁石保持部材が前記電磁石の磁心に構成されて、前記磁石保持部材に励磁コイルが巻回されているところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、２つの磁石が電磁石であり、磁石保持部材が電磁石の磁心に構成されて、磁石保持部材に励磁コイルが巻回されているので、磁化装置を構成する磁気保持部材を電磁石の磁心に兼用することができ、装置の簡素化と低廉化を図ることができる。

本発明の第４の特徴構成は、管内移動装置であって、上記第２の特徴構成を備えた磁化装置を移動装置本体に備えているところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、上記第２の特徴構成を備えた磁化装置を移動装置本体に備えているので、上述したように、管の内径が特定の範囲内であれば対応可能であり、しかも、管内における移動装置本体の移動に伴って、２つの磁石により管の内部に所望どおりの磁束を発生させならが、その磁束の密度や分布状態などをセンサで検出することにより、管の腐食による減肉部などの欠陥を管の全長にわたって連続して検出することができる。

本発明の第５の特徴構成は、管内移動装置であって、上記第１〜第３のいずれかの特徴構成を備えた磁化装置を移動装置本体に備え、その移動装置本体を前記管に押圧させるための磁気吸着力の発生手段として前記磁化装置を備えているところにある。

本発明の第５の特徴構成によれば、上記第１〜第３のいずれかの特徴構成を備えた磁化装置を移動装置本体に備え、その移動装置本体を管に押圧させるための磁気吸着力の発生手段として磁化装置を備えているので、上述したように、管の内径が特定の範囲内であれば対応可能であり、しかも、管内における移動装置本体の移動に伴って、２つの磁石により所望どおりの磁気吸着力を確保して、例えば、移動装置本体を管の内壁面に押圧することができる。

本発明の第６の特徴構成は、管内移動装置であって、上記第１〜第３のいずれかの特徴構成を備えた磁化装置を移動装置本体に備え、その移動装置本体が、前記管の内壁面に沿う螺旋状板状体からなるところにある。

本発明の第６の特徴構成によれば、上記第１〜第３のいずれかの特徴構成を備えた磁化装置を移動装置本体に備えているので、磁化装置については、上述したように、管の内径が特定の範囲内であれば対応可能であり、その上、移動装置本体が、管の内壁面に沿う螺旋状板状体からなるので、たとえ管の内径が異なっても、移動装置本体も螺旋状板状体の弾性変形により対応可能となり、その結果、汎用性に優れた磁化装置付きの移動装置を提供することができる。

管内移動装置の側面図管内移動装置の縦断正面図推進装置の斜視図磁化装置を含む検査装置の正面図と斜視図検査装置と管の関係を示す正面図検査装置の作用を示す正面図

本発明による磁化装置および管内移動装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
管内移動装置は、図１および図２に示すように、移動装置本体としての螺旋状板状体１を備え、その螺旋状板状体１に複数の推進装置２と磁化装置３を備えて構成され、磁化装置３による磁気吸着力の発生下で、推進装置２の推進力により各種の管Ｐ（例えば、ガス管や水道管など）の内部を管Ｐの軸心Ｘ方向に沿って移動するように構成されている。
磁化装置３は、後に詳しく説明するように、管Ｐの内壁面Ｓに対する磁気吸着力によって螺旋状板状体１を拡径する役割を果たすものであり、したがって、本発明で対象とする管Ｐは、金属製のもの（例えば、鋼管や鋳鉄管など）であり、強磁性体材料からなるものが好ましい。そして、この管内移動装置は、例えば、管Ｐの状態を確認および検査するための機器類（カメラや各種の検査装置など）を管Ｐ内に送り込むために使用される。

螺旋状板状体１は、樹脂や金属（例えば、ステンレス）などの可撓性を有する平板状部材が、螺旋状に複数ターン巻回されて形成されたものであり、したがって、縮径した状態で自然状態に戻ろうとする復元力を発生するとともに、径方向に弾性的に変形可能であり、螺旋径を管Ｐの内径に合わせて柔軟に変えることができる。
図１に示す実施形態では、螺旋状板状体１の中央部を中心とする三ターンについてはほぼ同一の螺旋径であり、両端部の二ターンについては、中央部よりも螺旋径が小さく、先端側に向かうに従って螺旋径が小さくなっている。したがって、前後進のいずれの方向に移動するときでも、螺旋径の小さな部分が先頭になるため、螺旋状板状体１が管Ｐの内壁面Ｓに引っ掛る可能性は少なく、たとえ局部的に段差を伴った小径部があっても、端部が先に進入するため、小径部に対しても管Ｐの内壁面Ｓに沿って円滑に進入することができる。

推進装置２は、管Ｐの内壁面Ｓとの間の摩擦力により、螺旋状板状体１に対して推進力を付与するもので、図３に示すように、車輪２ａとその車輪２ａを回転駆動させるモータ２ｂとを備え、その車輪２ａとモータ２ｂからなる複数の推進装置２が、螺旋状板状体１の延在方向に沿って螺旋状板状体１の内側に分散配置され、各モータ２ｂにはケーブル４を介して給電される。
各推進装置２の車輪２ａは、螺旋状板状体１に形成された開口孔を貫通して、その一部が螺旋状板状体１の外側に突出して管Ｐの内壁面Ｓに接触するように構成されるとともに、螺旋状板状体１の軸心方向に対して特定の傾斜角αを有して配置され、そのため、螺旋状板状体１に対して軸心方向に傾斜する方向への駆動力が作用し、螺旋状板状体１は、管Ｐの軸心Ｘ方向へ内壁面Ｓに沿って螺旋状に移動するように、かつ、モータ２ｂの回転方向を変えることにより前後進のいずれの方向にも移動するように構成されている。

磁化装置３は、管Ｐの内壁面Ｓに対して作用する磁気吸着力により、螺旋状板状体１に対して径方向外側への拡径力を付与するものである。すなわち、螺旋状板状体１の縮径に起因する復元力によりある程度の拡径力は確保されるが、その拡径力をより一層確実なものとするためのもので、螺旋状板状体１の中央部を中心とする三ターン部分における螺旋状板状体１の内側に設けられる。
その磁化装置３は、本実施形態の場合、図４および図６に示すように、管Ｐを磁化させることで管Ｐの腐食による減肉部Ｔなどを検査する検査装置５が有する２つの電磁石６を利用して拡径力を発生するように構成されている。
すなわち、磁化装置３は、２つの電磁石６が一定の間隔を維持し、かつ、その２つの電磁石６の管Ｐの内壁に対向する対向面６ａが、螺旋状板状体１の移動に伴って管Ｐの内壁面Ｓに沿って配置されて螺旋状に移動するように構成されたものであり、検査装置５は、その磁化装置３に対して、管Ｐの内部に発生される磁束を検出するコイルセンサ７が付加されたものである。

その磁化装置３を含有する検査装置５は、磁気飽和渦流探傷法により、検査対象の管Ｐ部分を磁気飽和するように磁化させ、その磁化させた部分の磁束密度に関する検出結果に基づいて減肉部Ｔの有無を検査するもので、２つの電磁石６と、磁束密度の変化を検出するコイルセンサ７を備え、各電磁石６の管Ｐの内壁に対向する対向面、換言すると、電磁石６の磁心となる磁石保持部材８の一端部のそれぞれが、管Ｐの内壁面Ｓと同方向に彎曲する彎曲面６ａに形成されている。
その彎曲面６ａの曲率半径は、管内移動装置が対象とする管Ｐの許容内径範囲のうち、最小内径の半径に設定するのが好ましいが、許容範囲の中間に位置する内径の半径に設定することもできる。また、電磁石６に代えて永久磁石を使用することもでき、その場合には、磁石保持部材８の管Ｐの内壁に対向する側にそれぞれ永久磁石を取り付け、その永久磁石の対向面を彎曲面６ａに形成することになる。

電磁石６の磁心となる磁石保持部材８には、それぞれ励磁コイル９が巻回されて電流が供給されるように構成され、その検査装置５に対する電力供給用ケーブルや信号線などは、図示はしていないが、例えば、モータ２ｂに電源を供給するケーブル４に併設される。
これら２つの磁石保持部材８の彎曲面６ａ側の端部は、両磁石保持部材８間にわたって両磁石保持部材８の外側に延在する２つの連結部材１０（図４（ｂ）では、手前側の連結部材１０のみが見えている）の両端部において、その連結部材１０と直交し、かつ、管Ｐの内壁面Ｓに沿う方向に延出して両連結部材１０の両端部を連結する２本の枢支軸１１周りにそれぞれ回動自在に枢支連結され、その２本の枢支軸１１を介して、磁化装置３が螺旋状板状体１に保持されている。

詳述すると、２本の枢支軸１１は、それぞれ磁石保持部材８を貫通して磁石保持部材８の外側へ突出するように構成され、その磁石保持部材８から突出した枢支軸１１の部位が、両連結部材１０間にわたって固着連結され、それによって、２つの電磁石６の彎曲面６ａ間の間隔が一定に維持されて、両電磁石６の彎曲面６ａ部分が、枢支軸１１周りにそれぞれ回動自在に構成されている。
さらに、螺旋状板状体１には、内側へ延出する合計４つのブラケット１２（図４（ｂ）では、手前側の２つのブラケット１２のみが見えている）が取り付けられていて、両連結部材１０よりも外側において、枢支軸１１の先端部位が、ブラケット１２に形成された長孔１２ａ内に移動自在に挿入され、それによって、たとえ螺旋状板状体１の螺旋径が変わっても、両枢支軸１１が一定の間隔を維持して各長孔１２ａ内で移動可能にし、その状態で磁化装置３が螺旋状板状体１に保持されている。
そして、両連結部材１０は、その長手方向の中央部において、枢支軸１１と平行なセンサ保持部材１３により互いに連結固定され、コイルセンサ７が、そのセンサ保持部材１３を介して連結部材１０に設けられている。

両磁石保持部材８の他端部、つまり、彎曲面６ａと反対側の端部は、枢支軸１１に平行な連結軸１４を介してヒンジ機構１５の両端部にそれぞれ回動自在に連結されている。
つまり、ヒンジ機構１５は、一対のヒンジ部材１６と、その一対のヒンジ部材１６の一端部を連結するヒンジ軸１７により構成され、各ヒンジ部材１６の遊端部に連結軸１４を介して磁石保持部材８がそれぞれ回動自在に連結されている。そして、そのヒンジ機構１５を構成する一対のヒンジ部材１６は、ヒンジ軸１７を緩めたり締め付けたりすることにより、その角度βが変更調整および固定自在に構成されている。
したがって、図５の（ａ）と（ｂ）に示すように、対象とする管Ｐの内径に応じて、両ヒンジ部材１６間の角度βを調整して固定することにより、管Ｐの内径が特定の範囲内（例えば、直径１５０ｍｍ〜３００ｍｍ）であれば、たとえ内径が異なっても対応可能となり、両電磁石６の彎曲面６ａを管Ｐの内壁面Ｓに沿わせて、管Ｐ部分を所望どおりに磁化させることができる。

つぎに、管内移動装置の作動および検査装置５の作用などについて説明する。
管内移動装置は、螺旋状板状体１の中央部を中心とする三ターンにおける螺旋径が自然状態、つまり、径方向への復元力が発生しない状態を基準とし、その基準径よりも大きい内径を有する管Ｐ内を移動する際には、磁化装置３による管Ｐへの磁気吸着力により、螺旋状板状体１を管Ｐの内壁面Ｓに向けて押圧して拡径し、推進装置２の車輪２ａと内壁面Ｓとの間で適切な摩擦力が確保されて移動する。
また、上記の基準径よりも小さい内径を有する管Ｐ内を移動する際には、螺旋状板状体１の復元力と磁化装置３による拡径力によって、推進装置２の車輪２ａと内壁面Ｓとの間で適切な摩擦力が確保されて移動する。
いずれにせよ、管内移動装置の螺旋状板状体１は、各推進装置２の車輪２ａの回転駆動により管Ｐの軸心Ｘ方向に沿って螺旋状に移動し、それに伴って、検査装置５の２つの電磁石６も、一定の間隔を維持し、かつ、その彎曲面６ａが管Ｐの内壁面Ｓに沿うように螺旋状に移動する。

この検査装置５の移動に際し、電磁石６により磁化された管Ｐの部分に腐食による減肉部Ｔがなければ、電磁石６による等磁力線は、図６（ａ）において破線で示す模式図のようになる。
しかし、管Ｐの外周面に腐食による減肉部Ｔがあれば、図６（ｂ）に示す模式図ように、また、管Ｐの内周面に腐食による減肉部Ｔがあれば、図６（ｃ）に示す模式図のようになり、減肉部Ｔがあると、減肉部Ｔがない場合に比べ磁束密度が増加するとともに、減肉部Ｔの箇所（外周面であるか内周面であるか）によって磁束分布が異なる。
このような磁束密度の変化は、コイルセンサ７により電気信号として検出されるため、管Ｐにおける減肉部Ｔの有無を検知することができ、また、上述したように、対象とする管Ｐの内径に応じて両ヒンジ部材１６間の角度βを調整して固定することにより、管Ｐの内径が特定の範囲内であれば、両電磁石６の彎曲面６ａを管Ｐの内壁面Ｓに沿わせて、管Ｐ部分を所望どおりに磁化させることが可能となる。

〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、磁化装置３が、検査装置５の有する２つの電磁石６を利用して構成された例を示したが、磁化装置３を単独で構成して実施することもできる。
つまり、先の実施形態で示した検査装置５からコイルセンサ７を排除して磁化装置３とし、例えば、その磁化装置３を移動装置本体としての螺旋状板状体１に取り付けて、螺旋状板状体１を管Ｐに押圧させるための磁気吸着力の発生手段として使用し、その磁気吸着力により螺旋状板状体１を拡径して管Ｐの内壁面Ｓに押圧するように構成して実施することもできる。

（２）先の実施形態では、センサ７としてコイルセンサを使用し、磁気飽和渦流探傷法により管Ｐの減肉部Ｔを検出する例を示したが、その他、センサ７として磁気センサを使用し、腐食による減肉部Ｔがあった場合に漏洩する漏洩磁束を検知する漏洩磁束探傷法により減肉部Ｔを検出するように構成することもできる。
また、これまでの実施形態では、管Ｐの腐食による減肉部Ｔの有無を検査する場合を例に説明したが、検査の対象は減肉部Ｔに限るものではなく、亀裂や継手の緩みなど、その他の欠陥を検出するように構成することができる。

１移動装置本体（螺旋状板状体）
３磁化装置（検査装置）
６磁石（電磁石）
６ａ彎曲面
７センサ
８磁石保持部材
９励磁コイル
１０連結部材
１１枢支軸
１４連結軸
１５ヒンジ機構
１６ヒンジ部材
１７ヒンジ軸
Ｐ管
Ｓ管の内壁面

Claims

２つの磁石が一定の間隔を維持し、かつ、その２つの磁石の管の内壁に対向する対向面が、前記管の内壁面に沿って配置されて使用される磁化装置であって、
前記２つの磁石の対向面のそれぞれが、前記管の内壁面と同方向に彎曲する彎曲面に形成されて、それぞれ磁石保持部材の一端部に設けられ、それら両磁石保持部材の前記彎曲面側の端部が、前記両磁石保持部材間にわたって延在する連結部材と直交し、かつ、前記管の内壁面に沿う方向に延出する枢支軸周りにそれぞれ回動自在に枢支連結され、前記両磁石保持部材の他端部が、前記枢支軸に平行な連結軸を介してヒンジ機構の両端部にそれぞれ回動自在に連結されて、そのヒンジ機構を構成する一対のヒンジ部材が、前記枢支軸に平行なヒンジ軸を介して角度調整自在に連結されている磁化装置。
前記２つの磁石によって前記管の内部に発生される磁束を検出するセンサが、前記連結部材に設けられている請求項１に記載の磁化装置。
前記２つの磁石が電磁石であり、前記磁石保持部材が前記電磁石の磁心に構成されて、前記磁石保持部材に励磁コイルが巻回されている請求項１または２に記載の磁化装置。
請求項２に記載の磁化装置を移動装置本体に備えている管内移動装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁化装置を移動装置本体に備え、その移動装置本体を前記管に押圧させるための磁気吸着力の発生手段として前記磁化装置を備えている管内移動装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁化装置を移動装置本体に備え、その移動装置本体が、前記管の内壁面に沿う螺旋状板状体からなる管内移動装置。