JP3919645B2 - 振動検出プローブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、設備の状態を判定するに際して設備から発生する振動を検出するための振動検出プローブに係り、特に被測定部に接触させて振動を電気信号に変換し、該被測定部の振動状態を検出する探触子を有する振動検出プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動検出プローブとして、振動を電気信号に変換するための圧電素子と、その振動検出プローブの検出感度を上げるための重錘を備えて構成した振動センサが採用されており、この種の振動検出プローブは、その振動検出プローブ自体の固有振動数と、該振動検出プローブを被測定部に接触させた状態で発生する接触共振周波数とを有する。
【０００３】
回転機械や往復機械等の設備を振動解析により診断する場合に、振動検出プローブが適用可能な周波数帯域はＤＣ（直流）〜２０kHzとされており、少なくとも５Hz〜１０kHzの周波数帯域で適用可能な振動検出プローブが好ましい。
【０００４】
通常、振動検出プローブの測定可能な周波数帯域はその振動検出プローブ自体の固有振動数よりも低い周波数帯域となるが、振動検出プローブを被測定部に接触させた状態で発生する接触共振周波数がその振動検出プローブ自体の固有振動数よりも低い周波数帯域に発生するため実質的に測定可能な周波数帯域はその接触共振周波数よりも低い周波数帯域となる。従って、接触共振周波数が低い場合には測定可能な周波数帯域が狭くなって正確な測定が出来なくなるという問題がある。
【０００５】
また、測定者の押し付け圧のばらつきによって測定値がばらつくため、圧縮バネ等の付勢手段を介して押し付け、押し付け圧を一定にする構成も提案されている。
【０００６】
接触共振周波数を高くするためには、(1)振動検出プローブの接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を大きくする、(2)振動検出プローブの被測定部に接触する接触子の重量を軽くする、(3)該接触子の材質を硬くする、(4)該接触子の押し付け力を大きくする等の方法が効果的である。
【０００７】
振動検出プローブの被測定部に接触する接触子の重量を軽くするために、接触子と、ケース本体との間に防振ゴム等の振動絶縁体を介在させたものがあり（例えば、特許文献１、２参照。）、更に、接触子の押し付け力を安定化するために、ケース本体内の可動部を軸方向に弾性的に付勢する圧縮バネを設けたものもある（例えば、特許文献３、４参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６２−３８３２３号公報（第５図）
【特許文献２】
特開昭５９−２１４７２１号公報（第３図、第５図）
【特許文献３】
特開平８−２０１１５９号公報（図２）
【特許文献４】
特開平１１−６４０９３号公報（図３、図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
回転機械や往復機械のたいていの欠陥は軸受部の振動として現れるため、通常は設備の軸受部を測定点とする場合が多いが、軸受部はその構造上、被測定部が狭く出来ているため振動検出プローブの接触子の接触部の外径を小さくニードル形状に構成する必要がある。
【００１０】
しかしながら、前述の各従来例では、振動絶縁体や圧縮バネを設けるために接触子の外周に筒状のハウジングを設けた構成であるため振動検出プローブの先端部の外径が大きくなり、被測定部が狭い部位を測定することが出来ないという問題があった。
【００１１】
また、前記特許文献１の第５図に示すように接触子の被測定部への接触面を平坦面で構成した場合には、接触子が被測定部に接触する際に不安定になり、その接触安定度を確保するために前記特許文献３の図２、図３、図５に示すように、複雑な構造とする必要がある。
【００１２】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、構造が簡単で狭い部位でも測定出来、接触共振周波数を高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る振動検出プローブを提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る振動検出プローブは、被測定部に圧接して該被測定部の振動を検出する探触子を有する振動検出プローブであって、振動検出プローブのハンドルケースと、前記ハンドルケース内で軸方向に移動可能に収納された探触子本体と、前記探触子本体の外周で前記ハンドルケースのバネ座と、該探触子本体のバネ座との間に嵌挿された圧縮バネと、圧電素子が設けられると共に先端として被測定部に接触する面の曲率半径が１００ mm 以上、且つ３００ mm 以下で円錐台形状に加工され、且つ被測定部に接触される接触子と、前記接触子と前記探触子本体との間で該接触子と探触子本体とを同軸上に接続して支持すると共に、振動を絶縁する振動絶縁部材とで構成されてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上述の如く構成したので、振動絶縁部材により接触子と探触子本体とをニードル形状で同軸上（同一直線上）に接続して支持することで、構造が簡単で振動検出プローブの先端部の外径を小さくすることが出来、被測定部が狭い部位でも測定することが出来る。
【００１５】
また、接触子と探触子本体との間で振動絶縁部材が振動を絶縁することで、振動検出プローブの被測定部に接触する接触子の重量を軽くすることが出来、これにより接触共振周波数を高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る。
【００１６】
更に、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を１００mm以上、且つ３００mm以下に設定したことで、接触子が被測定部に接触する際の接触安定度を維持すると共に振動検出プローブの接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を大きくすることが出来、これにより接触共振周波数をより高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る振動検出プローブの一実施形態を具体的に説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る振動検出プローブの構成を示す断面説明図及び外観図、図２は本発明に係る振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図であり、接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させ、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を１００mmに設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図である。
【００１８】
図３は比較例として、接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させないで剛的に直結し、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を５０mmに設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図、図４は接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させ、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を５０mmに設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図である。
【００１９】
図５は比較例として、接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させ、接触子の被測定部に接触する面を平坦面に設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図である。尚、図２〜図５の横軸は対数目盛りで表示されたものである。
【００２０】
図１において、１は探触子を有する振動検出プローブであり、その先端部に該探触子の先端として円錐台形状に加工されたステンレス製の接触子８を図示しない被測定部に圧接して該被測定部の振動を検出する。
【００２１】
振動検出プローブ１のハンドルケース２の内部には可動体からなるステンレス製の探触子本体３が振動検出プローブ１の軸方向（図１（ａ）の左右方向）に移動可能に設けられており、該探触子本体３の外周でハンドルケース２のバネ座２ａと探触子本体３のバネ座３ａとの間には圧縮バネ４が嵌挿されている。
【００２２】
ハンドルケース２の端部にはキャップ５がネジ止めにより固定されており、該キャップ５のフランジ部５ａが探触子本体３の係止部３ｂに係合して圧縮バネ４を幾分圧縮した状態でハンドルケース２内に探触子本体３が軸方向に移動可能に収納されている。
【００２３】
探触子本体３のハンドルケース２から露出した側の端部には係合溝３ｃが形成されており、防振ゴム等の振動絶縁部材６の一端部に設けられた係合突起６ａが探触子本体３の係合溝３ｃに嵌合して係合し、固定されている。
【００２４】
振動絶縁部材６の他端部には係合突起６ｂが設けられており、内部にチタン酸バリウムやチタン酸ジルコン鉛等により構成された圧電素子７が設けられ、設備の回転機械や往復機械等の被測定部に接触される接触子８の一端部に設けられた係合溝８ａに振動絶縁部材６の係合突起６ｂが嵌合して係合し、固定されている。
【００２５】
即ち、振動絶縁部材６は、接触子８と、探触子本体３との間で該接触子８と探触子本体３とをニードル形状で同軸上（同一直線上）に接続して支持すると共に、接触子８から探触子本体３へ伝わる振動を絶縁する。
【００２６】
圧電素子７の外周部には負荷質量となる重錘11が配置されており、該重錘11により正確で且つ安定した振動検出性能が得られるようになっている。
【００２７】
圧電素子７に接続された電気ケーブル９は、接触子８、振動絶縁部材６、探触子本体３及びハンドルケース２の各内部に設けられた中空部を通って絶縁ブッシュ10により支持された状態でハンドルケース２の一端部から引き出されている。
【００２８】
接触子８の被測定部に接触する接触面８ｂの曲率半径ｒは、１００mm以上、且つ３００mm以下に設定されており、該接触面８ｂの投影した外径直径ｄは、３mm以上、且つ７mm以下に設定されている。
【００２９】
振動検出プローブ１の接触共振周波数特性のみを考慮した場合、図５に示して後述するように、接触面８ｂは平坦（曲率半径ｒ＝∞）にした方が望ましいが、実際に現場で測定する場合の被測定部は平坦でない場合が多いため、測定の際に不安定となり、実用上は接触面８ｂに所定の曲率半径ｒを持たせることで測定安定性を確保することが出来る。
【００３０】
本発明者等は種々の実験を行った結果、接触面８ｂの曲率半径ｒを１００mm以上、且つ３００mm以下に設定した場合に測定安定性を確保しつつ接触共振周波数が高い位置に維持出来ることが判明したものであり、これにより安定して広い測定範囲を確保出来る振動検出プローブ１を完成させたものである。
【００３１】
また、接触面８ｂの投影した外径直径ｄは、通常測定する設備の軸受部等が、その構造上、被測定部が狭く出来ているため、実用上、３mm以上、且つ７mm以下に設定することが望ましい。
【００３２】
本実施形態では、探触子本体３のハンドルケース２から露出した部位の外径直径は１４mmに設定されており、振動絶縁部材６の中央部の大径部の外径直径も１４mmに設定されている。また、接触子８の外径直径は１２mmに設定されており、該接触子８の接触面８ｂの投影した外径直径ｄは５mmに設定されている。また、接触子８の被測定部に接触する接触面８ｂの曲率半径ｒは１００mmに設定されている。
【００３３】
本実施形態の振動検出プローブ１の固有振動数は５０kHz程度に設定されており、該振動検出プローブ１を被測定部に接触させた状態で発生する接触共振周波数は図２に示すように１５kHz程度に設定されている。従って、本実施形態の振動検出プローブ１が適用可能な周波数帯域は５Hz〜１０kHz程度の範囲とすることが出来、回転機械や往復機械の各種設備の振動検出が広い周波数帯域で可能である。
【００３４】
図３は比較例として図１に示す振動検出プローブ１の探触子本体３と接触子８との間の振動絶縁部材６を除去して剛接合した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図であり、接触子８の接触面８ｂの曲率半径ｒを５０mmに設定したものである。この場合の接触共振周波数は図３に示すように４kHz程度まで下がり、振動検出が出来る周波数帯域が狭くなってしまう。
【００３５】
一方、図４は図１に示す振動検出プローブ１において、接触子８の接触面８ｂの曲率半径ｒを５０mmに設定したものである。この場合の接触共振周波数は図４に示すように７kHz程度まで下がり、振動検出が出来る周波数帯域が狭くなってしまう。
【００３６】
図５は図１に示す振動検出プローブ１において、接触子８の接触面８ｂを平坦面（曲率半径ｒ＝∞）に設定したものである。この場合の接触共振周波数は図５に示すように２０kHz程度まで上昇するが、前述したように、接触子８が被測定部に接触する際に不安定になり、振動検出が困難になる場合がある。
【００３７】
上記構成によれば、前述の各従来例のように、振動絶縁部材６や圧縮バネ４を設けるために接触子８の外周に筒状のハウジング等を設ける必要がないため振動検出プローブ１の構造が簡単であり、ハンドルケース２から露出した探触子本体３、振動絶縁部材６及び接触子８の外径を小さく構成出来るので狭い部位でも測定出来、接触共振周波数を高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る。
【００３８】
即ち、振動絶縁部材６により接触子８と探触子本体３とをニードル形状で同軸上（同一直線上）に接続して支持することで、構造が簡単で振動検出プローブ１の先端部の外径を小さくすることが出来、被測定部が狭い部位でも測定することが出来る。
【００３９】
また、接触子８と探触子本体３との間で振動絶縁部材６が振動を絶縁することで、振動検出プローブ１の被測定部に接触する接触子８の重量を軽くすることが出来、更に、接触子８の被測定部に接触する面の曲率半径ｒを１００mm以上、且つ３００mm以下に設定したことで、接触子８が被測定部に接触する際の接触安定度を維持すると共に振動検出プローブ１の接触子８の被測定部に接触する面の曲率半径ｒを大きくすることが出来、これにより接触共振周波数を高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る。
【００４０】
特に可撓性を有する防振ゴム等により構成された振動絶縁部材６のみにより接触子８と探触子本体３とが支持されるため、接触子８が被測定部に接触する際の角度の自由度が許容され、測定者が振動検出プローブ１を被測定部に押圧した際の角度のばらつきが許容されるため安定した測定結果が得られる。
【００４１】
また、圧縮バネ４により測定者の押し付け圧のばらつきを一定にすることが出来る。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、振動検出プローブの構造が簡単で、ハンドルケースから露出した探触子本体、振動絶縁部材及び接触子の外径を小さく構成出来るので狭い部位でも測定出来、接触共振周波数を高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る。
【００４３】
即ち、振動絶縁部材により接触子と探触子本体とをニードル形状で同軸上（同一直線上）に接続して支持することで、構造が簡単で振動検出プローブの先端部の外径を小さくすることが出来、被測定部が狭い部位でも測定することが出来る。
【００４４】
また、接触子と探触子本体との間で振動絶縁部材が振動を絶縁することで、振動検出プローブの被測定部に接触する接触子の重量を軽くすることが出来、これにより接触共振周波数を高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る。
【００４５】
更に、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を１００mm以上、且つ３００mm以下に設定したことで、接触子が被測定部に接触する際の接触安定度を維持すると共に振動検出プローブの接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を大きくすることが出来、これにより接触共振周波数をより高くして測定可能な周波数帯域を広く取ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ），（ｂ）は本発明に係る振動検出プローブの構成を示す断面説明図及び外観図である。
【図２】 本発明に係る振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図であり、接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させ、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を１００mmに設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図である。
【図３】 接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させないで剛的に直結し、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を５０mmに設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図である。
【図４】 接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させ、接触子の被測定部に接触する面の曲率半径を５０mmに設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図である。
【図５】 接触子と探触子本体との間に振動絶縁部材を介在させ、接触子の被測定部に接触する面を平坦面に設定した場合の振動検出プローブの接触共振周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１…振動検出プローブ
２…ハンドルケース
２ａ…バネ座
３…探触子本体
３ａ…バネ座
３ｂ…係止部
３ｃ…係合溝
４…圧縮バネ
５…キャップ
５ａ…フランジ部
６…振動絶縁部材
６ａ，６ｂ…係合突起
７…圧電素子
８…接触子
８ａ…係合溝
８ｂ…接触面
９…電気ケーブル
10…絶縁ブッシュ
11…重錘

Claims (1)

1. 被測定部に圧接して該被測定部の振動を検出する探触子を有する振動検出プローブであって、
   振動検出プローブのハンドルケースと、
   前記ハンドルケース内で軸方向に移動可能に収納された探触子本体と、
   前記探触子本体の外周で前記ハンドルケースのバネ座と、該探触子本体のバネ座との間に嵌挿された圧縮バネと、
   圧電素子が設けられると共に先端として被測定部に接触する面の曲率半径が１００ mm 以上、且つ３００ mm 以下で円錐台形状に加工され、且つ被測定部に接触される接触子と、
   前記接触子と前記探触子本体との間で該接触子と探触子本体とを同軸上に接続して支持すると共に、振動を絶縁する振動絶縁部材と、
   で構成されてなることを特徴とする振動検出プローブ。

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