JP2019002823A

JP2019002823A - 接触型聴音装置

Info

Publication number: JP2019002823A
Application number: JP2017118481A
Authority: JP
Inventors: 聖古賀; Sei Koga; 佐藤　政博; Masahiro Sato; 政博佐藤
Original assignee: JRCS Manufacturing CO Ltd
Current assignee: JRCS Manufacturing CO Ltd
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2019-01-10

Abstract

【課題】検査対象からの固体伝播音のみをマイクロフォンで録音可能な接触型聴音装置を提供すること。【解決手段】検査対象に対して接触させる接触部を有し検査対象からの固体伝播音を伝達する接触部材と、検査対象からの固体伝播音を電気信号に変換するためのマイクロフォンを内蔵したマイクロフォンユニットと、前記マイクロフォンユニットと前記接触部材との間において双方に接触するように設けられた弾性部材と、前記マイクロフォンユニットを収容するスペースを備え、マイクロフォンユニットを収容した状態で前記接触部材と接続されるマイクロフォンユニット収容部と、前記マイクロフォンからの電気信号を外部に出力するための出力手段とを具備し、検査対象からの固体伝播音を接触部材、弾性部材、マイクロフォンユニットの順に伝播させて前記マイクロフォンに入力させるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機、発電機などの機械音や振動音の発生する機械に対して接触させてその機械からの固体伝播音をマイクロフォンで集音して録音等に利用するための接触型聴音装置に関するものである。

機械の検査方法の一つとして機械の動作音を確認する検査方法が存在する。機械に何らかの異常が発生した場合、正常時の動作音と異なる動作音が発生することがあるため、音によって正常か異常かを判定する方法である。機械の動作を止めることなく簡易的に検査を行える点で優れた検査方法である。この動作音を確認する検査方法は、わずかな変化に気付く必要があるため、経験豊富な技師の知識と熟練した判断技術が不可欠である。

当該検査方法に利用する器具としては、例えば、特許文献１に示す動力機器検査用聴診器が既に提案されている。この特許文献１に示す動力機器検査用聴診器は、動力機器等に接触させる集音部からの音を中継部、導音部を介して２つの聴音部で２人同時に聴音可能としたものであり、熟練検査者と非熟練検査者が同時に聴音できるため、熟練検査者が非熟練検査者に正確に指導できる構成となっている。

特開２０１３−２０５２３０号公報

上記特許文献１によれば、熟練検査者が非熟練検査者に正確に指導できるが、人間が耳で判断するものであるため検査精度に限界があり、仮に高精度の検査が可能であったとしても、その熟練検査者の判断技術を正確に伝承していくことは容易ではないという問題がある。

他方、マイクロフォン等で機械の動作音を録音することも可能であるが、空気中を伝播する機械音にはノイズや対象外の機器からの動作音が混じる可能性があり、正確な検査の妨げとなってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、空気中を伝播する検査対象外の音声を拾わずに検査対象からの固体伝播音のみをマイクロフォンで録音可能な接触型聴音装置を提供することを目的とする。

本発明に係る接触型聴音装置は、検査対象に対して接触させる接触部を有し検査対象からの固体伝播音を伝達する接触部材と、検査対象からの固体伝播音を電気信号に変換するためのマイクロフォンを内蔵したマイクロフォンユニットと、前記マイクロフォンユニットと前記接触部材との間において双方に接触するように設けられた弾性部材と、前記マイクロフォンユニットを収容するスペースを備え、マイクロフォンユニットを収容した状態で前記接触部材と接続されるマイクロフォンユニット収容部と、前記マイクロフォンからの電気信号を外部に出力するための出力手段とを具備し、検査対象からの固体伝播音を接触部材、弾性部材、マイクロフォンユニットの順に伝播させて前記マイクロフォンに入力させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、前記弾性部材は、一端を前記マイクロフォンユニット内部において前記マイクロフォンに接触させ、他端を前記マイクロフォンユニットから所定量だけ突出させた状態となるように構成し、前記マイクロフォンユニットから突出させた箇所を前記接触部材と接触させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、前記マイクロフォンは、固体伝播音による振動を電圧に変換する有機圧電フィルムであり、この有機圧電フィルムに前記弾性部材を接触させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、前記弾性部材は、前記接触部材と前記マイクロフォンユニット収容部とが接続されたときに前記接触部材から所定の圧力が加わって弾性変形して押付けられた状態となるように設計されていることを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、前記マイクロフォンユニットは、弾性素材からなるマイクロフォンユニットケースに収納させてから前記マイクロフォンユニット収容部に収容させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、前記接触部材は、鉄を主成分とした材料を用いて鋳造によって制作されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、前記出力手段は、マイクロフォンからの電気信号を有線接続で出力するための出力端子であることを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、前記出力手段は、マイクロフォンからの電気信号を無線接続で出力するための無線通信部であることを特徴とする。

また、本発明に係る接触型聴音装置は、マイクロフォンからの電気信号を記憶させる記憶手段を具備し、前記出力手段は、前記記憶手段に記憶された電気信号を所定のタイミングで出力するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、接触部材とマイクロフォンユニットとの間に双方に接触する弾性部材を設けて、検査対象からの固体伝播音を接触部材、弾性部材、マイクロフォンユニットの順に伝播させてマイクロフォンに入力させるようにしたので、空気中を伝播する検査対象外の音声を拾わずに検査対象からの固体伝播音を直接マイクロフォンで集音することが可能となる。また、弾性部材は、接触部材とマイクロフォンユニット収容部とが接続されたときに接触部材から所定の圧力が加わって弾性変形して押付けられた状態となるように設計したので、接触部材を伝わる振動を弾性部材で吸収しつつ固体伝播音を直接測定することを可能としている。

本発明に係る接触型聴音装置１０を表した斜視図である。本発明に係る接触型聴音装置１０で用いられるマイクロフォンユニット２０の構成を表したものであり、（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）断面図及び（ｄ）マイクロフォンユニットケースに収納した場合の断面図である。接触部材１１及びマイクロフォンユニット収容部１２部分の内部構造を説明するための断面図である。弾性部材２１の押しつけ量に応じた電気信号のデータの変化を表した説明図であり、（ａ）押しつけ量０．５ｍｍ、（ｂ）押しつけ量０．６ｍｍ、（ｃ）押しつけ量０．９ｍｍ及び（ｄ）押しつけ量１．０ｍｍの場合をそれぞれ表している。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照しながら、第１の実施の形態に係る接触型聴音装置の例について説明する。図１は、本発明に係る接触型聴音装置１０を表した斜視図である。この接触型聴音装置１０は、接触部材１１と、マイクロフォンユニット収容部１２と、連結シャフト１４と、グリップ部１５とを備えるように構成されている。また、図３は、接触部材１１及びマイクロフォンユニット収容部１２部分の内部構造を説明するための断面図である。

接触部材１１は、検査対象に対して接触させる接触部１１ａを有し検査対象からの固体伝播音を伝達する機能を有する。図１及び図３に示すように、本例における接触部材１１は、細長くかつ先端に向かうにつれて徐々に径が小さくなった円錐状に形成され、一方端の円錐の先端部分が検査対象に対して接触させる接触部１１ａとなり、他方端側はマイクロフォンユニット収容部１２と接続するための鍔部分が形成されていて、この鍔部分のマイクロフォンユニット収容部１２と対向させる面がマイクロフォンユニット２０に対して固体伝播音を伝達するための固体伝播音伝達面１１ｂとなっている。接触部材１１とマイクロフォンユニット収容部１２との接続はどのような方法であってもよいが、例えば、固定ねじによってねじ止めする方法が考えられる。なお、本例では接触部材１１を細長い円錐状に形成しているが、これは一例であり、検査対象からの固体伝播音を伝達可能であればどのような形状であってもよい。また、検査対象に対して接触させた際に接触状態を安定させるために、接触部１１ａが検査対象に接触する際に一緒に検査対象に接触して滑りを防止するような弾性材料を接触部１１ａ外周に設ける、例えば、シリコンのブーツを履かせるような構成としてもよい。

この接触部材１１は、固体伝播音を伝達することができればどのような材質であってもよいが、検査対象である電動機、発電機、動力機械等のケーシングの材料から好適に固体伝播音を拾うために、鉄を主成分とする金属材料で形成することが好ましい。さらに好ましくは、鋳鉄を材料として鋳造によって製造することが好ましい。鋳鉄は凝固収縮の際に鋳造欠陥が生じにくいという性質をもっているため、鋳造欠陥によって固体伝播音の伝達が妨げられるといった現象が生じにくく好適である。

マイクロフォンユニット収容部１２は、検査対象からの固体伝播音を電気信号に変換するためのマイクロフォン２３を内蔵したマイクロフォンユニット２０を収容する機能を有する。マイクロフォンユニット収容部１２は、接触部材１１の鍔部分と接続するためのねじ止め箇所１３が複数形成されており、その内側部分に、マイクロフォンユニット２０を収容させるための収容凹部１２ａが形成されており、収容凹部１２ａの底部分にマイクロフォン２３からのケーブル２４を導出させるためのケーブル通過孔１２ｂが形成されている。ケーブル通過孔１２ｂが形成されている側において、連結シャフト１４と接続される。

連結シャフト１４は、マイクロフォンユニット収容部１２とグリップ部１５とを連結するための機能を有する。連結シャフト１４は、例えば、内側が中空の円筒形状からなり、中空の内部にケーブル２４を通すことが可能となっている。また、連結シャフト１４は、どのような材質であってもよいが、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの軽さと強度を備えた材質が好ましい。連結シャフト１４とマイクロフォンユニット収容部１２の接続、及び、連結シャフト１４とグリップ部１５との接続は、どのような接続方法であってもよいが、例えば、ねじ止め箇所（１６、１７）によって固定する。連結シャフト１４の長さはどのようなものであってもよい。

グリップ部１５は、検査担当者が使用する際の持ち手部分としての機能を有する。また、マイクロフォン２３に電力供給する場合のバッテリや必要に応じて制御回路等をこのグリップ部１５の内側のスペースに格納するようにしてもよい。マイクロフォン２３によって変換された電気信号を有線で外部に出力する構成の場合には、図１のように、グリップ部１５のグリップエンド部分から外部接続ケーブル１８を導出させるか、若しくは、グリップ部１５のグリップエンド部分に外部接続ケーブル１８を接続するための接続コネクタを形成する。この外部接続ケーブル１８の先端の接続端子１９をスマートフォン等の携帯端末や録音機器等に接続して使用する。また、接続端子１９が機器に接続されて閉ループが形成されると自動的にスイッチが入る構成としてもよいし、別途スイッチを設けてもよい。バッテリに関しても、接触型聴音装置１０においてバッテリを保持する構成としてもよいし、バッテリは保持せずに接続した機器から電力供給を受ける構成であってもよい。

図２は、本発明に係る接触型聴音装置１０で用いられるマイクロフォンユニット２０の構成を表したものであり、（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）断面図及び（ｄ）マイクロフォンユニットケースに収納した場合の断面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロフォンユニット２０は、例えば、低背の円筒形状からなるユニットハウジング２２の内部にマイクロフォン２３を備えており、また、ユニットハウジング２２から弾性部材２１を突出させて形成したことを特徴とする。弾性部材２１は、例えばシリコンからなり、ユニットハウジング２２は、例えば合成樹脂、アルミ等からなる。さらに詳しくは、図２（ｃ）に示すように、ユニットハウジング２２内において、弾性部材２１にマイクロフォン２３を内包させる、若しくは、弾性部材２１とマイクロフォン２３を当接させるようにする。これによって、弾性部材２１を介して固体伝播音がマイクロフォン２３に伝達される。このマイクロフォン２３は、様々な種類のマイクロフォンを適用可能であるが、例えば、固体伝播音による振動を電圧に変換する有機圧電フィルムが考えられる。マイクロフォン２３のケーブル２４は、ユニットハウジング２２の下部から導出させる。

このようにして構成したマイクロフォンユニット２０は、マイクロフォンユニット収容部１２に対して直接収容するようにしてもよいが、図２（ｄ）に示すように、マイクロフォンユニット２０をシリコン等の弾性材料からなるマイクロフォンユニットケース３０に収納してからマイクロフォンユニット収容部１２に収容させることが好ましい。マイクロフォンユニットケース３０に収納したとしても、弾性部材２１が所定高さだけ突出するように設計されている。このようにしてマイクロフォンユニット収容部１２に収容させて接触型聴音装置１０として組み立てたときに、マイクロフォンユニット２０の弾性部材２１が接触部材１１の固体伝播音伝達面１１ｂと接触する、好ましくは所定量だけ押し込まれた状態となるように、収容凹部１２ａの深さや、弾性部材２１の高さを設計しておく。

本発明に係る接触型聴音装置１０の特徴の一つとして、接触部材１１の固体伝播音伝達面１１ｂとマイクロフォン２３の間に弾性部材２１を配置して、弾性部材２１が両者と接触した状態としていることが挙げられる。というのも、弾性部材２１を介さずに接触部材１１の固体伝播音伝達面１１ｂとマイクロフォンユニット２０を直接接触させる構成とすると、接触部材１１を伝わる振動によって接触面でがたつきが生じて固体伝播音の測定に支障をきたす可能性が高い。他方、接触部材１１の固体伝播音伝達面１１ｂとマイクロフォンユニット２０を直接接触させずに、空気層を介して聴音する構成としてしまうと、測定したい固体伝播音によって振動させられた空気伝播音を測定していることとなってしまうため、本来測定したかった固体伝播音と異なる測定データとなってしまうおそれがある。また、空気層が検査対象以外からの空気伝播音を拾ってしまう可能性も否定できない。よって、接触部材１１の固体伝播音伝達面１１ｂとマイクロフォン２３の間に弾性部材２１を配置することで、接触部材１１を伝わる振動を吸収しつつ固体伝播音を直接測定することを可能としている。

図４は、弾性部材２１の押しつけ量（押し込み量）に応じた電気信号のデータの変化を表した説明図であり、（ａ）押しつけ量０．５ｍｍ、（ｂ）押しつけ量０．６ｍｍ、（ｃ）押しつけ量０．９ｍｍ及び（ｄ）押しつけ量１．０ｍｍの場合をそれぞれ表している。各図において、横軸は周波数であり、縦軸は取得した電気信号データの振幅を表している。また、実線は各周波数における振幅の平均値であり、破線は各周波数における振幅のピーク値である。前提として、例えば、マイクロフォンユニット２０から弾性部材２１が３．５ｍｍ突出しており、マイクロフォンユニットケース３０が２．０ｍｍの厚さの場合、マイクロフォンユニットケース３０の上面から弾性部材２１から１．５ｍｍの高さだけ突出した状態となる。この１．５ｍｍ突出した弾性部材２１の押しつけ量を変化させて測定した結果が図４である。なお、寸法及び押しつけ量の数値はあくまで一例であり、権利範囲を制限するものでないことはいうまでもない。

図４（ａ）に示すように、弾性部材２１の押しつけ量０．５ｍｍの場合の測定データは、低周波数部分で小さな振幅は測定できているものの、０．８ｋＨｚを超えた周波数部分においてはほとんど測定できていないことが分かる。

さらに、図４（ｂ）から図４（ｄ）に示すように、弾性部材２１の押しつけ量を０．６ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍと増やしていくと、低周波数部分における振幅値も大きくなり、また、２．５ｋＨｚ〜３．０ｋＨｚ辺りを中心とした高周波数部分でも測定できるようになっており、押しつけ量を増やすことによって固体伝播音を逃さず取得できるようになっていることが分かる。

また、押しつけ量に関する図４（ａ）乃至（ｄ）の結果からも分かるように、固体伝播音を有効に測定するためには弾性部材２１を押しつけた状態とすることが好ましいと言える。逆に、押しつけがない場合には、固体伝播音や空気伝播音を拾いづらいともいえる。すなわち、マイクロフォンユニット２０をシリコン等の弾性材料からなるマイクロフォンユニットケース３０で覆った上でマイクロフォンユニット収容部１２に収容するようにすると、このマイクロフォンユニットケース３０は押しつけ量がほぼない状態で収容されることになるため、接触部材１１からの固体伝播音以外の計測したくない伝播音がマイクロフォン２３に伝達することを防ぐ効果があるといえる。

以上のように、本発明に係る接触型聴音装置１０によれば、接触部材１１とマイクロフォンユニット２０との間に双方に接触する弾性部材２１を設けて、検査対象からの固体伝播音を接触部材１１、弾性部材２１、マイクロフォンユニット２０の順に伝播させてマイクロフォン２３に入力させるようにしたので、空気中を伝播する検査対象外の音声を拾わずに検査対象からの固体伝播音を直接マイクロフォン２３で集音することが可能となる。

また、弾性部材２１は、接触部材１１とマイクロフォンユニット収容部１２とが接続されたときに接触部材１１から所定の圧力が加わって弾性変形して押付けられた状態となるように設計したので、接触部材１１を伝わる振動を弾性部材２１で吸収しつつ固体伝播音を直接測定することを可能としている。

前記第１の実施の形態においては、接触型聴音装置１０をスマートフォン等の外部機器に接続して利用することを想定し、測定した固体伝播音のデータを外部機器において録音したり、分析アプリケーションを用いてリアルタイムに分析したりすることを想定していたが、これに限定されるものではない。例えば、グリップ部１５の内部にマイクロフォン２３からの電気信号を記憶させるための記憶部及び記憶処理を制御するための制御部を設けるようにして、検査に使用する際は接触型聴音装置１０単独で使用して検査対象の固体伝播音を録音するようにし、検査終了後にスマートフォン等の外部機器に記憶させたデータを転送して、データの分析を行うような構成とすることもできる。

前記第１の実施の形態においては、接触型聴音装置１０で測定した固体伝播音のデータを外部接続ケーブル１８によって有線で外部機器に出力する場合について説明したが、無線通信によって外部機器に出力する構成としてもよいことはいうまでもない。

１０接触型聴音装置
１１接触部材
１２マイクロフォンユニット収容部
１３ねじ止め箇所
１４連結シャフト
１５グリップ部
１６ねじ止め箇所
１７ねじ止め箇所
１８外部接続ケーブル
１９接続端子
２０マイクロフォンユニット
２１弾性部材
２２ユニットハウジング
２３マイクロフォン
２４ケーブル
３０マイクロフォンユニットケース

Claims

検査対象に対して接触させる接触部を有し検査対象からの固体伝播音を伝達する接触部材と、
検査対象からの固体伝播音を電気信号に変換するためのマイクロフォンを内蔵したマイクロフォンユニットと、
前記マイクロフォンユニットと前記接触部材との間において双方に接触するように設けられた弾性部材と、
前記マイクロフォンユニットを収容するスペースを備え、マイクロフォンユニットを収容した状態で前記接触部材と接続されるマイクロフォンユニット収容部と、
前記マイクロフォンからの電気信号を外部に出力するための出力手段と
を具備し、
検査対象からの固体伝播音を接触部材、弾性部材、マイクロフォンユニットの順に伝播させて前記マイクロフォンに入力させるようにした接触型聴音装置。
前記弾性部材は、一端を前記マイクロフォンユニット内部において前記マイクロフォンに接触させ、他端を前記マイクロフォンユニットから所定量だけ突出させた状態となるように構成し、前記マイクロフォンユニットから突出させた箇所を前記接触部材と接触させるようにした
請求項１記載の接触型聴音装置。
前記マイクロフォンは、固体伝播音による振動を電圧に変換する有機圧電フィルムであり、この有機圧電フィルムに前記弾性部材を接触させるようにした
請求項２記載の接触型聴音装置。
前記弾性部材は、前記接触部材と前記マイクロフォンユニット収容部とが接続されたときに前記接触部材から所定の圧力が加わって弾性変形して押付けられた状態となるように設計されている
請求項１から請求項３の何れかに記載の接触型聴音装置。
前記マイクロフォンユニットは、弾性素材からなるマイクロフォンユニットケースに収納させてから前記マイクロフォンユニット収容部に収容させるようにした
請求項１から請求項４の何れかに記載の接触型聴音装置。
前記接触部材は、鉄を主成分とした材料を用いて鋳造によって制作されたものである
請求項１から請求項５の何れかに記載の接触型聴音装置。
前記出力手段は、マイクロフォンからの電気信号を有線接続で出力するための出力端子である
請求項１から請求項６の何れかに記載の接触型聴音装置。
前記出力手段は、マイクロフォンからの電気信号を無線接続で出力するための無線通信部である
請求項１から請求項６の何れかに記載の接触型聴音装置。
マイクロフォンからの電気信号を記憶させる記憶手段を具備し、前記出力手段は、前記記憶手段に記憶された電気信号を所定のタイミングで出力するようにした
請求項１から請求項８の何れかに記載の接触型聴音装置。