JP5492188B2 - 非破壊試験構成要素の着脱式即時切り離しシステム - Google Patents

Description

本発明は、概して非破壊試験に関し、より詳細には、非破壊試験構成要素の着脱式即時切り離しシステムに関する。

非破壊試験装置は、試験対象物を検査して、その検査中と検査後の両方において、対象物のキズ及び欠陥を特定して分析することに利用できる。非破壊試験では、オペレータが、試験対象物の表面において、又は表面近くでプローブを操作して、対象物の表面と下部構造の両方の検査を実行できる。非破壊試験は、いくつかの産業、例えば、航空宇宙産業及び原子力発電において特に有用であり、この場合、周囲の構造物から構成要素を取り外さずに構成要素の試験を行い、これ以外の目視検査では識別できない隠れた欠陥を特定できる。

非破壊試験の一例は、渦電流試験である。非破壊式渦電流試験において、発振器、又は他の信号発生器は、導電性試験対象物に近接して配置された渦電流プローブのコイルを駆動する交流（ＡＣ）駆動信号（例えば、正弦波）を生成する。プローブコイル内の駆動信号は電磁場を生成し、この電磁場が、導電性試験対象物の中に貫入してその試験対象物内に渦電流を誘導すると、誘導された渦電流は、更に、それぞれ固有の電磁場を発生させる。駆動信号の周波数と共に、試験対象物の材料特性（例えば、導電性、透磁率等）は、特定の電磁場が試験対象物に貫入する深さを決定し、周波数がより低い信号は、より高い周波数の信号よりも深く貫入する。ほとんどの試験検査用途で、１ｋＨｚ〜３ＭＨｚの範囲の渦電流プローブ周波数が利用される。

渦電流によって形成される電磁場は、渦電流プローブ内に帰還信号を生成する。駆動信号と帰還信号とを比較することで、特定の深さにおけるキズ又は他の欠陥の存在を含め、試験対象物の材料特性に関する情報を提供することができる。キズ又は欠陥が存在しないことが判明している試験対象物の区画に渦電流プローブを配置すると、基準信号又はゼロ信号の設定に利用できる帰還信号が生成される。駆動信号と、この基準信号又はゼロ信号との差異（例えば、位相のずれ）を特定して、基準データを構築し、この基準データと対比させて、上記試験対象物の未知の区画の後の測定を行うことができる。

この後の試験対象物の未知の区画の測定は、その試験対象物の表面に沿って渦電流プローブを滑らせて、駆動電流と、渦電流の電磁場によって生成される帰還信号との差異を継続的に監視することによって実行できる。駆動信号と帰還信号との差異が、駆動信号と基準信号又はゼロ信号との差異と一致しない程度で、その場所における試験対象物内のキズ、又は他の欠陥（又は、材料特性の他の変動）の存在を示す。

渦電流試験は、非常に応用範囲が広く、その範囲には、表面及び表面近くのキズ検出、多層構造の検査、金属及び被膜の厚さ測定、金属の等級分類、並びに硬度及び導電性の測定が含まれる。また、渦電流試験は、金属におけるキズの検出に重要な利点を提供し、この利点には、微視的キズに対する感度が高いこと、検査速度が速いこと、自動化が容易であること、学習が容易であること、即時に利用できること、試験対象物との接触又は連結が不要であること、材料を消費しないこと、環境に無害であること、及び費用効率が良いことが挙げられる。

一般に、渦電流試験システムは、試験対象物に対する信号の送受信を行うプローブと、該プローブを渦電流試験ユニットに接続する半硬質プローブ軸と、検査結果を表示する画面又はモニタを含む。渦電流試験ユニットは、電源構成要素、信号を生成、増幅、及び処理する電子機器回路、並びに非破壊試験装置を駆動するために用いられる装置制御部を含む。試験対象物、試験対象物の材料組成、及び試験が行われる環境に応じて、渦電流試験システムは、通常、例えば、絶対プローブ、差動プローブ、反射プローブ、非シールドプローブ、及びシールドプローブを含む、各種のプローブを利用する。

絶対プローブは、通常、検査対象領域内のあらゆる変化に応答できる単一のコイル（又は巻線）で構成される。絶対プローブは、段階的変化（例えば、金属精錬変化、熱処理、及び形状）に加え、突発的変化（例えば、クラック）の検出に利用できる。差動プローブは、通常、２つ以上の平衡コイルを必要とし、これらのコイルは一般に、クラック等の急激な材料変化にのみ応答するように、互いに近接して配置される。差動プローブは、金属精錬変化、幾何学的形状、及び緩やかに増加するクラック等の段階的変化には感応せず、リフトオフ信号を劇的に減少させる。反射プローブは、試験対象である物体の中に渦電流を誘導する駆動コイルと、試験対象物が走査されるときに渦電流場の変化を検出する個別の検知コイル又はピックアップとを利用する。反射プローブは、差動式又は絶対式であり、一般に用いられるブリッジ接続されたコイル配列よりも広い周波数範囲を提供する。非シールドプローブは、コストが低く、等価のシールドプローブよりも広い渦電流場を生成及び保持する。走査幅が広いと、所定の領域を走査するために必要とされるパス数が少なくなる。非シールドプローブは、リフトオフ及びプローブ角度に対してより大きい耐性を有するが、端縁部、固定具、及び近隣の不連続性の影響を受ける。シールドプローブは、その周囲に配置される磁気シールドを備え、センサ先端部に場を狭めて、場の拡散を抑制できる。シールドプローブは小さいクラックを感知し、端縁部、幾何形状の変化、及び隣接する鉄鋼材の影響を受けない。

非破壊試験の他の例は、超音波探傷試験である。超音波探傷試験を行うときには、超音波パルスがプローブから放射されて、該当する特定の材料の特徴音速で、試験対象物内を通り抜ける。所定の材料の音速は、主に材料の弾性係数及び密度に左右される物理定数である。試験対象物に超音波パルスを印加することにより、超音波パルスと試験対象物構造の間に相互作用が生じ、音波が反射されてプローブに戻される。プローブによって受け取られた信号の対応する評価、すなわち、該信号の振幅及び飛行時間の評価により、試験対象物を破壊せずに、その試験対象物の内部品質についての結論を導出することができる。

一般に、超音波探傷試験システムは、試験対象物に対する信号の送受信を行うプローブと、超音波探傷ユニットにプローブを接続する半硬質プローブ軸と、試験結果を表示する画面又はモニタを含む。超音波探傷ユニットは、電源構成要素、信号を生成、増幅、及び処理する電子機器回路、並びに非破壊試験装置を動作させるために用いられる装置制御部を含む。電気パルスは、送信機によって生成されて、プローブに送られ、そこで、圧電素子（例えば、振動子、セラミック、又は重合体）によって超音波パルスに変換される。送信機によって印加される電気パルスの振幅、タイミング、及び送出シーケンスは、超音波探傷ユニットに組み込まれる各種の制御手段によって決定される。このパルスは一般に、約０．５ＭＨｚから約２５ＭＨｚの周波数範囲内にある。超音波パルスはプローブから放出されて、試験対象物の中を通る。超音波パルスが対象物内を通るときに、パルスが試験対象物内の内部構造、及び試験対象物の反対側（背面壁）と相互作用するため、エコーと呼ばれる各種のパルス反射が生じる。エコー信号は、垂直トレース及び飛行時間として現れるエコーの振幅、又は水平トレースとして現れる距離と共に、画面に表示される。電気パルスの送出から電気信号の受信までの時間差を追跡して、受け取った波の振幅を測定することによって、材料の各種の特性を特定できる。従って、例えば、超音波探傷試験を利用して、材料の厚さ、又は所定の試験対象物内の欠陥の存在とその大きさを特定できる。

超音波探傷試験システムでは、通常、試験対象物、試験対象物の材料組成、及び試験が行われる環境に応じて、各種のプローブが採用される。例えば、直線ビームプローブは、試験を行う対象物の表面に垂直な音波を送受信する。直線ビームプローブは、シートメタル、鍛造品、鋳造品を試験するときに特に有用である。他の例において、２つの要素を含み、送信機と受信機の機能が電気的且つ音響的に互いに独立しているＴＲプローブを利用できる。ＴＲプローブは、薄い試験対象物を検査して、壁面厚さの測定を行う場合に特に有用である。更に他の例において、材料表面に対して斜めに音波を送受信する斜角ビームプローブを利用できる。斜角ビームプローブは、溶接部、シートメタル、管、及び鍛造品を検査するときに特に有用である。

非破壊試験装置が動作する一般的な非破壊試験環境の物理的状態は、試験装置が、汎用性に優れ堅牢であることを必要とする。高温のエンジンやタービン等のような、摂氏８０度までの環境で非破壊試験装置を稼働できることは、検査を行う前に、まずエンジン又はタービンが冷えるのを待つこととは対照的に、場合によっては必要であると共に費用効果が高い。非破壊試験装置が、水等の液体環境に曝される状況では、液体がプローブに浸入することを防ぐ、優れた装置シールが必要になる。最後に、通常の非破壊試験環境は、プローブが落下したり、他の物体に挟まれたりする可能性のある工業環境であり得るため、非破壊試験装置は、厳しい環境及び不測の取り扱いミスに十分に耐える機械的強度を備えていなければならない。

一部の非破壊試験装置は、その先端方向端部にプローブが恒久的に取り付けられる長い（例えば、８フィート）の半硬質プローブ軸を利用している。このプローブが損傷して使用不能になる事態では、かなりの費用をかけて、プローブ軸とプローブの組立品全体を交換する必要がある。同様に、試験を行うために利用するプローブヘッドの種類を変えたいとオペレータが望む場合、プローブ軸とプローブの組立品全体を交換しなければならない。プローブ軸とプローブの複数の組立品を保管及び輸送することは、多大な時間を必要とすることに加え、費用のかかるものになり得る。

他の非破壊試験装置において、プローブは、プローブ軸から取り外し可能に形成されている。いくつかの実施例では、プローブ軸とプローブの両方の端部がねじ切りされており、プローブは、その基部方向（ｐｒｏｘｉｍａｌ）端部にねじ切り鍔を含み、この鍔を、プローブ軸の先端方向（ｄｉｓｔａｌ）端部のねじ切り収容部に結合できるようになっている。この構成は、プローブを取り外し可能にするという課題を解決するものではあるが、その用途にはいくつかの制限がある。一般に試験工程中に生じるような、プローブ軸の反復的移動により、ねじ込み式組立状態が緩む場合がある。緩んだプローブは、不正確なテスト結果をもたらし得るか、又は、更に悪い事態では、試験環境内でプローブが外れて紛失することもあり得る。同様に有害であるのは、プローブとプローブ軸の収容部の両方に設けられたネジ部がねじ摩耗して汚れ、最終的には、ネジ機構を詰まらせて、プローブ軸の先端方向端部へのプローブの正常な取り付け又は取り外しを阻害する可能性がある。

他の実施例において、プローブの基部方向端部は、ねじ込みスクリューを利用してプローブ軸に取り付けられ、このねじ込みスクリューは、プローブの先端面からプローブ自体を通ってプローブ軸の先端方向端部内に延びて、プローブ軸の先端方向端部に固定されたねじ切り収容部に結合される。この構成は、プローブを取り外し可能にするという課題は解決するが、いくつかの限界がある。特に、ネジの利用により、プローブは、硬質で屈曲しないものでなければならないため、屈曲可能なプローブが求められる一部の用途におけるプローブの利用が制限される。また、スクリューを利用したのでは、ねじ摩耗、汚れの累積、及び詰まりの問題が解消しない。更に、プローブ軸からネジを着脱するためには、通常、特定の工具が必要であり、オペレータは、その特定の工具が試験中に利用可能であることを確認しなければならない。

ドイツ国特許第２２６２１１４Ａ１号明細書

工業用の非破壊試験用途で用いるのに適し、ねじ込み式接続機構を必要とせずに、効果的且つ防水性の、プローブとプローブ軸の間の電気機械接続を提供する方式で、プローブ軸の先端方向端部に、プローブ、又は他の非破壊試験構成要素を取り付けることができる、非破壊試験装置のための着脱式即時切り離しシステムを提供することは有利であろう。

プローブ軸接合アセンブリにプローブを取り付けるコネクタシステムは、プローブ軸接合アセンブリとプローブとを含み、プローブ軸接合アセンブリは、コネクタボディと、コネクタボディ内に設けられたプランジャチャンバと、プランジャチャンバ内に配置されるバネと、コネクタボディを通ってプランジャチャンバからコネクタボディの外面まで伸びる固定ボールチャンネルと、固定ボールチャンネル内に配置される固定ボールと、バネに隣接してプランジャチャンバ内に配置されるプランジャとを含み、固定ボールは、プランジャの外面と接触し、プローブは、プローブボディと、プローブボディのプローブ軸対面端内に設けられるプローブ軸チャンバと、プローブ軸チャンバに隣接してプローブボディ内に設けられる固定ボール収容部とを含む。また、コネクタシステムにおいて、プローブ軸チャンバの直径は、プローブ軸接合アセンブリの直径よりも大きいため、プランジャ及びバネが、第１位置から第２位置に移動すると、固定ボールは、コネクタボディの外面の下で、プランジャチャンバに向かって内側に移動して、プローブ軸接合アセンブリのプローブ対面端が、プローブ軸チャンバ内に入ることができ、プランジャ及びバネが第２位置から第１位置に移動すると、固定ボールが、コネクタボディの表面に向かって移動して、コネクタボディの外面を超えて突出することで、固定ボールは、固定ボール収容部と係合して、プローブ軸接合アセンブリにプローブを固定する。

非破壊試験装置のブロック図である。 プローブ軸接合アセンブリの断面図である。 プローブ軸ワイヤコネクタの斜視図である。 プローブ軸接合アセンブリの斜視図である。 例示的プローブの断面図である。 プローブワイヤコネクタの斜視図である。 例示的プローブの斜視図である。 互いに連結されたプローブ軸接合アセンブリとプローブの例を示す断面図である。 互いに連結されたプローブ軸接合アセンブリとプローブの例を示す斜視図である。

図１に、非破壊試験装置１０のブロック図を示す。プローブ５００は、プローブ軸接合アセンブリ４００によってプローブ軸１００の先端方向端部に取り付けられる。プローブ５００は、各種の非破壊試験プローブ又は構成要素、例えば、渦電流プローブ、超音波プローブ、超音波アレイ、渦電流アレイである。プローブ軸１００は、半硬質ナイロンシースに囲繞された８線の配線束である。プローブ軸の基部方向端部は、非破壊試験ユニット２００に連結される。非破壊試験ユニット２００は、電源構成要素、信号を生成、増幅、及び処理する電子機器回路、並びに非破壊試験装置１０を動作させるために用いられる装置制御部を含む。また、非破壊試験ユニット２００は、装置動作及び試験結果を表示する画面３００を含む。

図２を参照して説明すると、プローブ軸１００の先端方向端部は、プローブ軸接合アセンブリ４００に取り付けられる。プローブ軸接合アセンブリ４００は、円筒の逆目ホース４７０で構成され、この逆目ホース４７０は、その先端方向端部において円筒のホースフランジ４７５に一体的に取り付けられ、ホースフランジ４７５は更に、その先端方向端部において、円筒のコネクタボディ４０１に一体的に取り付けられる。一実施形態において、逆目ホース４７０、ホースフランジ４７５、及びコネクタボディ４０１は、金属（例えば、ステンレス鋼）で形成される。内部ワイヤ４４５は、プローブ軸１００のプローブ軸シース４０５の先端方向端部よりも先に延びる。逆目ホース４７０が、プローブ軸１００のワイヤ４４５とプローブ軸シース４０５の間に配置され、更に、エポキシ樹脂が塗布されて、そのエポキシ樹脂と、逆目ホース４７０に対するプローブ軸シース４０５の圧縮力とで、プローブ軸接合アセンブリ４００にプローブ軸１００を固定して、防水シールを提供する。ワイヤチャンバ４９７は、逆目ホース４７０、ホースフランジ４７５の中心を通って、コネクタボディ４０１の基部方向端部内まで延びる円筒の空洞である。複数の基部ワイヤ管路４３０は、ワイヤチャンバ４９７の先端方向端部から径方向外側に向かって、コネクタボディ４０１の円筒表面まで延びる。複数の中央部ワイヤ管路４４０は、コネクタボディ４０１の外面に沿った窪みで、コネクタボディ４０１の外面と平行にコネクタボディ４０１の先端方向端部に向かって延びる。各中央部ワイヤ管路４４０の先端方向端部には、複数の先端部ワイヤ管路４３５を配置することができ、この先端部ワイヤ管路４３５は、コネクタボディ４０１の外面から径方向内側に向かって、コネクタチャンバ４１７の基部方向端部まで延びる。コネクタチャンバ４１７は、コネクタボディ４０１の先端方向端部に設けられた円筒状の中空穴である。

円筒の階段状プランジャフランジ４６０は、コネクタチャンバ４１７の基部方向端部に配置されて、コネクタボディ４０１にエポキシ樹脂で接着されるため、プランジャフランジベース４６１は、コネクタチャンバ４１７の基部方向端部に隣接して配置されて、コネクタチャンバ４１７内にぴったり嵌合する。プランジャフランジハブ４６２は、プランジャフランジベース４６１の中央部に一体的に取り付けられ、プランジャフランジベース４６１の先端表面から先端方向に、コネクタチャンバ４１７の側面と略平行に延びる。フランジ穴４６３は、プランジャフランジ４６０の中心を通って延びる円筒の間隙である。プランジャフランジハブ４６２の直径は、コネクタチャンバ４１７の直径よりも小さく、プランジャフランジハブ４６２の外面とコネクタチャンバ４１７の内壁の間に空間を形成する。プローブ軸ワイヤコネクタ４８０は、プランジャフランジハブ４６２の先端方向端部に配置されて、コネクタチャンバ４１７の内壁にぴったり嵌り、その内壁にピン止めされてエポキシ樹脂で接着される。一実施形態において、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０は、円筒状の８ピン両性レモ（Ｌｅｍｏ）コネクタであり、その先端方向端部において放射状配列に配置される４つの雄型接続ピン及び４つの雌型接続ソケットで構成される。各接続ピン及びソケットは、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０を通って基部方向に延び、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０の基部方向端部に、コネクタ接点４８７の放射状配列を形成する。他の実施形態において、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０は、より少ない数の接続ピン、又は追加の接続ピンを備えても良く、８つより少ない、又は多いワイヤ接続を提供する。プローブ軸ワイヤコネクタ４８０として用いるのに適したコネクタは、カリフォルニア州ローナートパークのＬｅｍｏ ＵＳＡ， Ｉｎｃ．から入手できる。図３に示すように、雄型コネクタピン４８５は、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０の先端部表面の第１の半分側に、一定の半径でグループ化され、雌型接続ソケット４８４は、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０の先端部表面の第２の半分側に、一定の半径でグループ化される。雌型コネクタソケット４８４は、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０の先端表面の周方向の半分を取り巻いて径方向に広がるプローブ軸コネクタ隆起４８８に埋め込まれる。プローブ軸コネクタ隆起４８８の先端方向端部は、コネクタボディ４０１の先端方向端部まで延びる。コネクタ穴４８２は、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０の中心を通って延びる円筒状の空隙である。コネクタノッチ４８６は、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０よりも直径が小さい円筒状の切り欠きであり、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０の基部方向端部に配置されて、コネクタチャンバ４１７の壁面と平行に延びる。プランジャフランジハブ４６２の先端方向端部は、コネクタノッチ４８６内にぴったり嵌合して、コネクタチャンバ４１７の基部方向端部から特定の距離に、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０を位置決めする。

ワイヤ４４５は、プローブ軸１００から出てワイヤチャンバ４０７の中に延び、基部ワイヤ管路４３０のうちの一つから中央部ワイヤ管路４４０に沿って先端に向かい、中央部ワイヤ管路４４０の先端方向端部に設けられた対応する先端部ワイヤ管路４３５から、コネクタチャンバ４１７の内壁とプランジャフランジハブ４６２の間でコネクタチャンバ４１７内の空間を通って延び、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０の基部方向端部に設けられたコネクタ接点４８７の一つに取り付けられて、ワイヤ４４５とプローブ軸ワイヤコネクタ４８０の間の電気接続を形成する。プローブ軸接合アセンブリ４００を通って、指定のコネクタ接点４８７までワイヤ４４５が配線された後、エポキシ樹脂を用いて、ワイヤ管路を絶縁体に埋め込み（ｐｏｔｔｅｄ）、基部ワイヤ管路４３０、中央部ワイヤ管路４４０、及び先端部ワイヤ管路４３５を封止して防水シールを提供する。この方法でのワイヤ４４５の配線は、ワイヤが、プローブ軸接合アセンブリ４００の可動する機械的構成要素又はプローブ５００のいずれとも相互作用することを防ぎ、必要以上の物理的応力からワイヤ４４５を保護する。

プランジャチャンバ４１５は、基部ワイヤ管路４３０よりも先で、プランジャフランジ４６０の基部方向端部のすぐ隣に近接し、且つ、コネクタチャンバ４１７に近接して、コネクタボディ４０１内に設けられる。プランジャチャンバ４１５は、直径がコネクタチャンバ４１７よりも小さい円筒状の空洞であり、コネクタボディ４０１内で、コネクタボディ４０１の外面と平行に先端方向に延びる。プランジャ４１０は、コネクタボディ４０１内に配置され、プランジャチャンバ４１５から先端方向にコネクタボディ４０１の先端方向端部まで延びる。一実施形態において、プランジャ４１０は、金属（例えば、ステンレス鋼）で形成される。プランジャヘッド４１１は、プランジャチャンバ４１５内でプランジャ４１０の基部方向端部に配置される。バネ４５０は、プランジャヘッド４１１の先端方向端部が、プランジャチャンバ４１５の先端方向端部まで押されて、プランジャフランジ４６０の基部側表面に押し付けられるように、プランジャヘッド４１１の基部側表面とプランジャチャンバ４１５の基部方向端部の間に配置される。プランジャロッド４１２は、プランジャヘッド４１１の先端方向端部に一体的に取り付けられる、円筒状の段付き剛体棒である。プランジャロッド４１２は、プランジャロッド基部区画４１３とプランジャロッド先端部区画４１４とで構成される。プランジャロッド基部区画４１３は、プランジャロッド先端部区画４１４よりも直径が大きく、プランジャヘッド４１１の先端側からフランジ穴４６３を通って延び、プランジャロッド基部区画４１３の外面が、フランジ穴４６３の内壁にぴったり嵌合する。プランジャロッド先端部区画４１４は、プランジャロッド基部区画４１３よりも直径が小さく、プランジャロッド基部区画４１３の先端方向端部から先に、フランジ穴４６３を通り、更に、コネクタ穴４８２を通って延びる。プランジャ４１０の先端方向端部は、コネクタボディ４０１の先端方向端部に位置する。

プランジャチャンバ４１５の先端方向端部近くに、複数のボールチャンネル４２１を設け、ボールチャンネル４２１は、コネクタボディ４０１を通ってコネクタボディ４０１の外面まで径方向に延びる。一実施形態において、３つのボールチャンネル４２１は、コネクタボディ４０１の外周に均等な間隔で配置される。他の実施形態において、より少ない数、又は追加のボールチャンネル４２１が含まれていても良い。固定ボール４２０は、ボールチャンネル４２１内の円形の移動可能なボールである。一実施形態において、固定ボール４２０は、金属（例えば、ステンレス鋼）で形成される。コネクタボディ４０１の表面において、ボールチャンネルの直径は固定ボール４２０の直径よりも狭くできるため、固定ボール全体がコネクタボディの外面からせり出すことを防ぐ隆起部４２５が形成される。バネ４５０が緩み位置にあるとき、プランジャヘッド４１１は、プランジャフランジ４６０に向かって先端方向に付勢され、プランジャヘッド４１１は、コネクタボディ４０１の外面に向かって、隆起部４２５に固定ボール４２０を押し付ける。バネ４５０がプローブ軸接合アセンブリ４００の基部方向端部に向かって圧縮されると、固定ボール４２０は自由になってボールチャンネル４２１内に戻り、プランジャロッド基部区画４１３に突き当たる。これにより、コネクタボディ４０１の表面から固定ボール４２０を後退させる。バネ４５０は、プローブ軸接合アセンブリ４００の先端方向端部において、プランジャ４１０の先端方向端部に基部に向かう力を印加することによって圧縮される。

ノッチ４９５は、ホースフランジ４７５の先端側に隣接して、コネクタボディ４０１の基部方向端部に配置される。ノッチ４９５は、コネクタボディの残りの部分よりも直径が小さく、Ｏリング４９０の座を提供する。Ｏリング４９０は弾性材料で形成され、プローブ５００がプローブ軸接合アセンブリ４００に接続されたときに防水シールを提供する。

図４は、締結位置にある固定ボール４２０と共に図示された逆目ホース４７０、ホースフランジ４７５、Ｏリング４９０、及びコネクタボディ４０１を備える例示的プローブ軸コネクタアセンブリ４００の斜視図を提供する。コネクタボディ４０１内には、ワイヤ４４５と共に、基部ワイヤ管路４３０、中央部ワイヤ管路４４０、及び先端部ワイヤ管路も図示されている。

図５に、例示的プローブ５００の断面図を示す。プローブ５００の基部方向端部には、円筒状のプローブボディ５０１が配置される。一実施形態において、プローブボディ５０１は、金属（例えば、ステンレス鋼）で形成され、テーパ状の基部方向端部を含む。プローブ軸チャンバ５１７は、プローブボディ５０１内で中央に設けられる円筒の空洞で、プローブボディ５０１の中を通って、プローブボディ５０１の側面と平行に延びる。固定ボール収容部５２０は、プローブ軸チャンバ５１７よりも直径が大きい窪んだ円形の溝であり、プローブ軸チャンバ５１７内に設けられて、プローブ軸チャンバ５１７の内面の全周を取り巻く。他の実施形態において、固定ボール収容部５２０は、プローブボディ５０１内に設けられる一つ以上の離散した穴、又は凹部である。

プローブヘッド５０２は、プローブボディ５０１の先端方向端部に配置される。プローブヘッド５０２は、プローブヘッド基部方向端部５０４、プローブヘッドセンサ５０６、及びプローブヘッド先端方向端部５０５を含み、これらはすべて一体に取り付けられる。プローブヘッド基部方向端部５０４は、プローブボディ５０１の先端方向端部の中に配置され、プローブヘッド基部方向端部５０４がプローブ軸チャンバ５１７の中にぴったりと嵌合するように、プローブ軸チャンバ５１７よりも外径が小さい円筒形状に形成される。一実施形態において、プローブヘッド５０２は、プローブボディ５０１にピン止めされてエポキシ樹脂で接着される。他の実施形態において、プローブヘッド５０２は、プローブボディ５０１にプローブヘッド５０２を接続する一体型のスナップロック機構を含む。プローブヘッド基部方向端部５０４の基部方向端部にはコネクタチャンバ５２５を設け、コネクタチャンバ５２５は、プローブボディ５０１の側面と平行に延びる円筒の空洞で、プローブヘッド基部方向端部５０４よりも小さい直径を有し、プローブ５００の中で中央に配置される。プローブワイヤコネクタ５８０は、コネクタチャンバ５２５の基部方向端部の中に配置され、コネクタチャンバ５２５の内壁の中にぴったりと嵌り、その内壁にピン止めされてエポキシ樹脂で接着される。一実施形態において、プローブワイヤコネクタ５８０は、円筒状の８ピン両性レモコネクタであり、その先端方向端部において放射状配列に配置される４つの雄型接続ピン及び４つの雌型接続ソケットで構成される。各接続ピン及びソケットは、プローブワイヤコネクタ５８０から基部方向に延び、プローブ軸ワイヤコネクタ５８０の基部方向端部に、コネクタ接点５８７の放射状配列を形成する。他の実施形態において、プローブワイヤコネクタ５８０は、より少ない数の接続ピン、又は追加の接続ピンを備えても良く、８つより少ない、又は多いワイヤ接続を提供できる。プローブワイヤコネクタ５８０として用いるのに適したコネクタは、カリフォルニア州ローナートパークのＬｅｍｏ ＵＳＡ， Ｉｎｃ．から入手できる。図６に示すように、雄型接続ピン５８５は、プローブワイヤコネクタ５８０の先端部表面の第１の半分側に、一定の半径でグループ化され、雌型接続ソケット５８４は、プローブワイヤコネクタ５８０の先端部表面の第２の半分側に、一定の半径でグループ化される。雌型接続ソケット５８４は、プローブワイヤコネクタ５８０の先端部表面の周方向の半分を取り巻いて径方向に広がるプローブコネクタ隆起５８８に埋め込まれる。コネクタ穴５８２は、プローブワイヤコネクタ５８０の中心を通って延びる円筒穴である。プローブチャンバ５５０は、コネクタチャンバ５２５の先端方向端部に隣接して配置される円筒の空洞であり、円筒空洞は、プローブヘッド基部方向端部５０４の中央に設けられて、先端方向に向かい、プローブヘッドセンサ５０６の中に延びる。プローブチャンバ５５０は、プローブヘッドセンサ５０６の外壁と平行に延び、プローブチャンバ５５０の直径は、コネクタチャンバ５２５の直径よりも小さくて良い。

プローブヘッドセンサ５０６は、プローブヘッド基部方向端部５０４の先端方向端部に配置され、プローブボディ５０１の外面と外径が等しい円筒形状に形成される。プローブヘッドセンサ５０６は、プローブ電子回路５９０を含む。プローブワイヤ５４５は、プローブワイヤコネクタ５８０のコネクタ接点５８７に取り付けられ、コネクタチャンバ５２５からプローブチャンバ５５０を通り、プローブ電子回路５９０まで先端に向かって延びる。プローブ電子回路５９０は、プローブの信号送出機能及び信号受信機能を動作させる。プローブヘッド先端方向端部５０５は、プローブヘッドセンサ５０６の先端方向端部から先に延び、プローブヘッドセンサ５０６よりも外径が小さい円筒形状に形成される。プローブヘッド５０２は、プラスチック又はエラストマ材料で形成される。

キー溝５１５は、コネクタ穴５８２の基部方向端部からコネクタチャンバ５２５を通って先端に向かい、更に、プローブチャンバ５５０を通って延びる円筒スリーブであり、その先端方向端部は、プローブヘッドチャンバ５０３の基部方向端部に位置する。プローブヘッドチャンバ５０３は、直径がキー溝５１５よりも大きい円筒状の空洞である。一実施形態において、キー溝５１５は、金属（例えば、ステンレス鋼）で形成される。キー溝５１５は、プローブヘッドセンサ５０６、コネクタチャンバ５２５、及びプローブワイヤコネクタ５８０を通る円滑な通路を提供して、プランジャ４１０に対して先端方向の力を印加するために用いる物体をプローブから挿入できるようにする。キー溝５１５は、エポキシ樹脂を用いて所定の位置に固定される。

プローブヘッドチャンバ５０３の基部方向端部には、パッキン押え５１０を配置する。パッキン押え５１０は、プローブヘッドチャンバ５０３内で共に圧縮されたときに円筒形状のパッキン押えを形成する、複数の区画を含む。パッキン押え５１０は、プローブヘッドチャンバ５０３内で上記区画が一緒に圧縮されたときに、防水シールが形成されて、液体がキー溝５１５に浸入することを防ぐように、エラストマ材料で形成する。パッキン押え５１０が防水特性を有するにも関わらず、パッキン押え５１０を形成する各種の区画の間で、キー溝５１５内に薄い剛性物体（例えば、キー溝よりも直径が小さい金属ロッド）を挿入することができる。パッキン押え５１０の直径及び弾性特性は、プローブヘッドチャンバ５０３の内壁に対するパッキン押え５１０の外面の摩擦力が、プローブヘッドチャンバ５０３の基部方向端部の所定の位置にパッキン押え５１０を保持するものである。プローブヘッドチャンバ５０３の内壁によって印加される圧縮力も、パッキン押え５１０の区画を共に押し付けて、防水シールを形成する。

プローブヘッド５０２の先端方向端部には、プローブ頭部５３０を配置する。プローブ頭部５３０は円筒に形成され、プローブヘッドセンサ５０６と同じ外径を有する。プローブヘッドチャンバ５０３は、プローブ頭部５０３の基部方向端部に設けられる円筒の空洞であり、プローブ頭部５３０の基部方向端部が、プローブヘッド先端方向端部５０５の上にちょうど収まる直径及び深さに形成される。プローブヘッドチャンバ５０３の先端方向端部から先に、プローブヘッドチャンバ５０３の直径と同等以下の直径を有する円筒状の空洞であるプローブ頭部チャンネル５３１が延びる。一実施形態において、プローブ頭部５３０は、金属（例えば、ステンレス鋼）で形成され、テーパ状の先端方向端部を有する。一実施形態において、プローブ頭部５３０はプローブヘッド５０２にピン止めされて、エポキシ樹脂で接着される。他の実施形態において、プローブ頭部５３０は、プローブヘッド５０２にプローブ頭部５３０を接続する一体型のスナップロック機構を含む。

図７に、プローブボディ５０１、プローブヘッド５０２、プローブ頭部５３０、及びプローブ頭部チャンネル５３１を含む、例示的プローブ５００の斜視図を示す。プローブヘッド５０２を取り巻く２つの溝に、磁気ワイヤを埋め込み、エポキシ樹脂で被覆する。

図８は、互いに連結されたプローブ軸接合アセンブリ４００とプローブ５００の例を示す断面図である。プローブ５００は、プローブ軸接合アセンブリ４００の先端方向端部に向かってプローブ５００を動かし、コネクタボディ４０１の先端方向端部をプローブ５００のプローブ軸チャンバ５１７に入れることによってプローブ軸接合アセンブリ４００に接続する。プローブ軸接合アセンブリ４００とプローブ５００の間の電気接続は、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０とプローブワイヤコネクタ５８０の両方の雄型コネクタピンと雌型コネクタソケットとを合わせて噛み合わせることによって確立する。対向するコネクタ隆起４８８及び５８８は、プローブ軸ワイヤコネクタ４８０とプローブワイヤコネクタ５８０とが、一つの向きでのみ噛み合って結合し、適正な配線接続が確実に行われるように構成される。また、対向するコネクタ隆起は、プローブ軸接合アセンブリ４００と噛み合わされている間、プローブ５００の回転を防止することによって、２つのコネクタ間の機械的接続を向上させる機能を有する。

互いに噛み合うプローブ軸ワイヤコネクタ４８０とプローブワイヤコネクタ５８０によって提供される機械的接続に加え、固定ボール４２０及び固定ボール収容部５２０が、追加の機械的接続を提供する。オペレータが、プランジャロッド４１２の先端方向端部に基部に向かう力を加えると、プランジャ４１０は、バネ４５０に逆らって基部方向に押圧される。このような力を加えるために、オペレータは、キー溝５１５に適合し、且つ、プランジャ４１０の先端方向端部に達する十分な長さを有する各種の剛性物体を利用できる。プランジャ４１０が基部方向に移動すると、プランジャヘッド４１１の先端方向端部が同様に基部方向に移動して、固定ボール４２０は、内側に落ちてプランジャロッド基部区画４１３にぶつかり、プランジャチャンバ４１５に向かって後退する。固定ボール４２０が後退すると、プローブ５００は、コネクタボディ４０１の上に位置決めされて、ワイヤコネクタ４８０とプローブコネクタ５８０が結合できると共に、プローブ５００のテーパ状の基部方向端部がホースフランジ４９５の先端方向端部と接触する。ホースフランジ４９５の先端方向端部と接触すると、プローブ５００の基部方向端部は、ノッチ４９５内の弾性Ｏリング４９０を圧縮して、プローブ５００とプローブ軸接合アセンブリ４００の組み合わせに防水シールを提供する。プローブ軸接合アセンブリ４００の所定の位置にプローブ５００を固定するために、オペレータがプランジャロッド４１２を解放すると、バネ４５０は緩和した非圧縮状態に戻り、プランジャヘッド４１１の先端方向端部がプランジャフランジ４６０と接触するまで、プランジャ４１０を先端方向に押す。

プランジャヘッド４１１が、先端に向かってボールチャンネル４２１の上まで移動すると、固定ボール４２０は、コネクタボディ４０１の外面に向かって移動し、更なる外向きの移動を妨げる隆起部４２５に固定ボール４２０が接触するまで、外側方向に送られる。緩和位置にあるプランジャヘッド４１１がボールチャンネル４２１を塞ぐと、固定ボール４２０の上部が、コネクタボディ４０１の外面を超えて突出し、プローブ５００の固定ボール収容部５２０内にぴったりと嵌合する。固定ボール４２０及び固定ボール収容部５２０は互いに協働して、プローブが、プローブ軸接合アセンブリ４００の基部方向又は先端方向に移動できないように、プローブ軸接合アセンブリ４００とプローブ５００の間の機械的接続を提供する。

図９は、逆目ホース４７０、ホースフランジ４７５、及びプローブ５００を含む、互いに連結されたプローブ軸接合アセンブリ４００とプローブ５００の例を示す斜視図である。

本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、更に当業者が本発明を製作且つ使用できるようにする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到するその他の実施例を含む。このようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する同等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することを意図している。

Claims (12)

1. プローブ軸接合アセンブリにプローブを取り付けるコネクタシステムであって、
   コネクタボディ、前記コネクタボディ内に設けられるプランジャチャンバ、前記プランジャチャンバ内に配置されるバネ、前記プランジャチャンバから前記コネクタボディを通り、前記コネクタボディの外面まで延びる固定ボールチャンネル、前記固定ボールチャンネル内に配置される固定ボール、及び前記プランジャチャンバ内で前記バネに隣接して配置されるプランジャを含み、前記固定ボールが、前記プランジャの外面と接触しているプローブ軸接合アセンブリと、
   プローブボディ、前記プローブボディのプローブ軸対面端に設けられるプローブ軸チャンバ、及び前記プローブボディ内で、前記プローブ軸チャンバに隣接して設けられる固定ボール収容部を含むプローブと、
   少なくとも部分的に前記プローブを通って延びるキー溝であって、前記キー溝は、前記プローブ及び前記プローブ軸接合アセンブリが連結されるときに、細長い物体が前記プランジャに接触するための進入路を提供する、キー溝と、
   プローブヘッドチャンバ内に配置されるパッキン押えであって、前記プローブヘッドチャンバが、前記キー溝の先端方向端部と、前記プローブヘッドチャンバから前記プローブの先端方向端部まで延びるプローブ頭部との間に配置され、前記パッキン押えは、前記キー溝に対する防水シールを提供する一方で、前記細長い物体が前記パッキン押えを通って延びることを許容する、複数の圧縮された弾性部材で構成される、前記パッキン押えと、
   を含み、
   前記プローブ軸チャンバの直径が、前記プローブ軸接合アセンブリの直径よりも大きいことで、前記プランジャ及び前記バネが、第１位置から第２位置に移動すると、前記固定ボールは、前記コネクタボディの外面の下方で、前記プランジャチャンバに向かって内側に移動して、前記プローブ軸接合アセンブリのプローブ対面端は、前記プローブ軸チャンバに進入することができ、前記プランジャ及びバネが、前記第２位置から前記第１位置に移動すると、前記固定ボールは、前記コネクタボディの表面に向かって移動し、前記コネクタボディの外面を超えて突出することで、前記固定ボールが、前記固定ボール収容部と係合して、前記プローブ軸接合アセンブリに前記プローブを固定する、コネクタシステム。
2. 前記プランジャの外面は、前記プランジャが前記第１位置にあるときに、前記固定ボールが、前記プランジャの直径の大きい部分と接触し、前記プランジャが前記第２位置にあるときに、前記固定ボールが、前記プランジャの直径の小さい部分と接触するように、階段状に形成される、請求項１に記載のコネクタシステム。
3. 前記プランジャの前記外面は、前記プランジャが前記第１位置にあるときに、前記固定ボールが、前記プランジャの直径の大きい部分と接触し、前記プランジャが前記第２位置にあるときに、前記固定ボールが、前記プランジャの直径の小さい部分と接触するように、勾配を付けて形成される、請求項１に記載のコネクタシステム。
4. 前記バネは、前記第１位置では圧縮されず、前記第２位置において圧縮される、請求項１に記載のコネクタシステム。
5. 前記コネクタボディのプローブ軸端部に配置されるＯリングを更に含み、前記Ｏリングは、前記プローブ軸接合アセンブリ及び前記プローブが連結位置にあるときに、前記プローブボディによって圧縮されて防水シールを提供する、請求項１に記載のコネクタシステム。
6. 前記コネクタボディに設けられるワイヤ管路と、前記プローブ軸接合アセンブリの前記プローブ対面端内に配置されるプローブワイヤコネクタとを更に含み、前記ワイヤ管路は、電気配線が、前記プローブ軸から前記プローブワイヤコネクタまで、前記プランジャチャンバ内に進入せずに移動する開口経路を含む、請求項１に記載のコネクタシステム。
7. 前記固定ボールチャンネルの直径は、前記コネクタボディの前記表面近くで小さくなる、請求項１に記載のコネクタシステム。
8. 前記固定ボール収容部は、前記プローブボディの内面を少なくとも部分的に取り囲む窪んだ溝を含む、請求項１に記載のコネクタシステム。
9. 前記固定ボール収容部は、前記プローブボディの内面に設けられる凹部を含む、請求項１に記載のコネクタシステム。
10. 前記固定ボール収容部は、前記プローブボディ内にチャンネルを含む、請求項１に記載のコネクタシステム。
11. 前記プローブ軸接合アセンブリの前記プローブ対面端内に配置されるプローブ軸ワイヤコネクタ、及び前記プローブの前記プローブ軸対面端内に配置されるプローブワイヤコネクタを更に含み、前記プローブ軸接合アセンブリが前記プローブと連結されたときに、前記プローブ軸ワイヤコネクタとプローブワイヤコネクタとが、前記プローブ軸接合アセンブリとプローブの間の電気接続を形成する、請求項１に記載のコネクタシステム。
12. プローブ軸接合アセンブリにプローブを取り付けるコネクタシステムであって、
    コネクタボディ、前記コネクタボディ内に設けられるプランジャチャンバ、前記プランジャチャンバ内に配置されるバネ、前記プランジャチャンバから前記コネクタボディを通り、前記コネクタボディの外面まで延びる固定ボールチャンネル、前記固定ボールチャンネル内に配置される固定ボール、及び前記プランジャチャンバ内で前記バネに隣接して配置されるプランジャを含む、プローブ軸接合アセンブリと、
    プローブボディ、前記プローブボディのプローブ軸対面端部内に設けられるプローブ軸チャンバ、及び前記プローブボディ内で、前記プローブ軸チャンバに隣接して設けられる固定ボール収容部を含むプローブと、
    少なくとも部分的に前記プローブを通って延びるキー溝であって、前記プローブ及び前記プローブ軸接合アセンブリが連結されるときに、細長い物体が前記プランジャに接触するための進入経路を提供するキー溝と、
    プローブヘッドチャンバの中に配置されるパッキン押えであって、前記プローブヘッドチャンバは、前記キー溝の先端方向端部と、前記プローブヘッドチャンバから前記プローブの先端方向端部に延びるプローブ頭部チャンネルとの間に設けられ、前記パッキン押えは、複数の圧縮された弾性部材で構成されて、前記キー溝に対する防水シールを提供する一方で、前記細長い物体が当該パッキン押えを通って延びることを許容する、パッキン押えと
    を含み、
    前記プローブ軸チャンバの直径が、前記プローブ軸接合アセンブリの直径よりも大きいことで、前記プランジャ及び前記バネが、第１位置から第２位置に移動すると、前記バネが圧縮されると共に、前記固定ボールが、前記コネクタボディの外面の下で、前記プランジャチャンバに向かって内側方向に移動して、前記プローブ軸接合アセンブリのプローブ対面端は、前記プローブ軸チャンバに進入することができ、前記プランジャ及びバネが、前記第２位置から前記第１位置に移動すると、前記バネは圧縮されず、前記固定ボールは、前記コネクタボディの表面に向かって移動し、前記コネクタボディの外面を超えて突出することで、前記固定ボールが、前記固定ボール収容部と係合して、前記プローブ軸接合アセンブリに前記プローブを固定し、
    前記プランジャの前記外面は、前記プランジャが前記第１位置にあるときに前記固定ボールが前記プランジャの直径の大きい部分の外面と接触し、前記プランジャが前記第２位置にあるときに、前記固定ボールが、前記プランジャの直径の小さい部分の外面と接触するように階段状に形成される、
    コネクタシステム。
    

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