JP6588762B2 - 超音波検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、管の内部を進行する超音波検査装置に関する。より具体的には、本発明は、狭小枝管を出入口として本管への押し込みが容易な超音波検査装置に関する。
管内を走行させる検査装置は、通常、ケーブルで管外の装置と接続されることで、管外の装置から電力を供給されるように構成される。
特開平08−164852号公報(特許文献1)に記載された管路内自動走行装置6は、地上の制御盤20にケーブル23を介して接続されたケーブル23’と、管外の圧縮空気発生源18に接続路31を介して接続された圧縮空気供給管25とが、フレキシブル管15内に収容された状態で接続部16を介して接続されている。
特開2005−181140号公報(特許文献2)に記載された管内検査装置は、管内の牽引台車300がエアシリンダによって走行タイヤ310を管2の内面2aに押し付け、駆動モータによって走行タイヤ310を回転駆動することにより自走するように構成されており、駆動モータ用の電力は地上部からケーブル500を経由して供給される。
特開平08−164852号公報 特開2005−181140号公報
管内検査装置の走行方式には、けん引式、自走式、押し込み式があり、多くの場合自走式が採用されている。特許文献1の管路内自動走行装置6および特許文献2の管内検査装置もいずれも自走式である。しかし、管内探傷のための装置は、管内に破損等が存在することが前提であるため、安全性を考慮して押し込み式を採用することが好ましい。
押し込み式で管内を走行させるには、管内検査装置の退行方向側に接続されたケーブルに、押し込みを可能にする剛直さと直進性とが必要である。一方で、走行方式に関わらず、ケーブルは管の長さに応じた十分な長さが確保される必要上、管外では屈曲されて巻回されることが実質的に必須となる。このように巻回されるケーブル材料の態様が中空チューブである場合、巻回芯の外周に巻回されたフレキシブルチューブであることが通常である。このようなフレキシブルチューブは、巻回を解いた状態でも屈曲状態およびねじれ状態が記憶される(巻き癖が付いている)ため、必然的に直進性が失われる。そのため、押し込み式の管内検査装置はその押し込み操作性に問題がある。
そこで本発明の目的は、管内への押し込み操作性に優れる超音波検査装置を提供することにある。
(1)
本発明の超音波検査装置は、内部移動部と、外部操作部と、ケーブルとを含む。
内部移動部は管の内部を押し込み式で走行させるものであり、車輪、車輪を管の内壁に当接させるエアシリンダ、超音波探触子、超音波探触子の発信先に設けられた音響反射部、および音響反射部を回転させる中空軸モータが設けられている。
外部操作部は、エアシリンダおよび中空軸モータを操作する。
ケーブルは、内部移動部と外部操作部とを連結するものであり、エアシリンダに連通したエアチューブと、エアチューブの内部に収容され中空軸モータに接続された電気ケーブルとを少なくとも含む。さらに、ケーブルは、直進性と300kN・mm以上12,000kN・mm以下の曲げ剛性とを有する。
このようにケーブルが直進性を有するとともに、直進性を担保する300kN・mm以上の曲げ剛性を有することで、超音波検査装置の押し込み操作性に優れる。さらにケーブルが12,000kN・mm以下の曲げ剛性を有することで、管外での巻回も容易である。
(2)
上記(1)に記載の超音波検査装置は、エアチューブの内部に収容された、少なくとも一端が非固定の芯材を含んでよく、芯材が直進性を有してよい。
このように直進性を芯材で担保することにより、エアチューブは直進性を有さない汎用性的なものを用いることができる。さらに少なくとも一端が固定されていないことにより、エアチューブと芯材との相対位置を自由に変化させることができるため、巻回状態および巻回状態と直状態との形態変化におけるケーブル構成要素の負担を少なくすることができる。
(3)
上記(2)に記載の超音波検査装置は、芯材の他端がエアチューブ、電気ケーブル、および内部移動部の少なくともいずれかに固定されていてよい。
このように芯材の他端のみを超音波検査装置の適当な構成部材に固定することで、芯材をエアチューブ内に安定的に収容するとともに、巻回状態および巻回状態と直状態との形態変化におけるケーブル構成要素の負担も少なくすることができる。
(4)
上記(2)または(3)に記載の超音波検査装置は、エアチューブの曲げ剛性が300GPa以上5000GPa以下であり、芯材の曲げ剛性が300GPa以上12000GPa以下であってよい。
このようにそれぞれの曲げ剛性を構成することで、ケーブル全体の所定の曲げ剛性を容易に発現させることができる。
(5)
上記(2)から(4)に記載の超音波検査装置は、エアチューブの内直径をRa、芯材の外直径をRcとした場合にRa/Rc比が1以上5以下であってよい。
このようなRa/Rc比となるように設計することによって、エアチューブ内の空気相を十分確保するとともにケーブル全体としての直進性の確保も容易となる。
(6)
上記(1)に記載の超音波検査装置は、エアチューブが直進性を有してよい。
このようにエアチューブに直進性を担保させることで、上記(2)のように芯材を収容する必要がなく、シンプルな構成とすることができる。
(7)
上記(1)から(6)に記載の超音波検査装置は、エアチューブの肉厚が1.8mm以上4.0mm以下であってよい。
このようにエアチューブの肉厚を構成することで、外部圧力による圧損を防止し易いと共に所定の曲げ剛性も確保し易い。
(8)
上記(1)から(7)に記載の超音波検査装置では、ケーブルの軸方向に垂直な断面において、エアチューブの内部空間全体に対するエアチューブ内の気体相の断面積の割合が、20%以上95%以下であってよい。
このようにエアチューブ内の気体相を所定割合で確保することにより、浮力を有効利用することができ、ケーブルが管の下部にも上部に接触しにくい。
本発明によって、管内への押し込み操作性に優れる超音波検査装置が提供される。
第1実施形態の超音波検査装置のブロック図である。 第1実施形態の超音波検査装置における内部移動部の、超音波測定中における拡径時の外観側面図である。 第1実施形態の超音波検査装置の先頭移動部の模式的一部切欠き側断面図である。 図2のIV−IV線断面視図である。 第1実施形態の超音波検査装置の超音波測定中における拡径時の外観正面図である。 第1実施形態の超音波検査装置における先頭移動部の模式的側断面図である。 第1実施形態の超音波検査装置の連動移動部の模式的一部切欠き側断面図である。 第1実施形態の超音波検査装置の、縮径時の模式的一部切欠き側断面図である。 第1実施形態の超音波検査装置の、縮径時の断面視図である。 第1実施形態の超音波検査装置の内部移動部を簡易的に表現したものである。 第1実施形態の超音波検査装置を枝管から本管へ進入させる過程を説明する図である。 第1実施形態の超音波検査装置を枝管から本管へ進入させる過程を説明する図である。 第1実施形態の超音波検査装置を枝管から本管へ進入させる過程を説明する図である。 第1実施形態の超音波検査装置の、本管内での調芯の過程を説明する図である。 第1実施形態の超音波検査装置の、本管内での調芯の過程を説明する図である。 第1実施形態の超音波検査装置の、本管内での調芯の過程を説明する図である。 第1実施形態の超音波検査装置を本管から枝管を通じて管外へ退出させる過程を説明する図である。 他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)を簡易的に示した図である。 他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)を簡易的に示した図である。 他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)を簡易的に示した図である。 他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)を簡易的に示した図である。 他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)を簡易的に示した図である。 他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)を簡易的に示した図である。 他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)の部分的外観側面視図である。 第1実施形態の超音波検査装置の使用時の態様を示す模式図である。 第1実施形態の超音波検査装置のケーブルの直進性を説明する模式図である。 第1実施形態の超音波検査装置のケーブルの模式的一部切り欠き図である。 第1実施形態の超音波検査装置のケーブルの模式的断面図である。 他の実施形態の超音波検査装置のケーブルの模式的断面図である。 他の実施形態の超音波検査装置のケーブルの模式的断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の要素には同一の符号を付しており、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は基本的には繰り返さない。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の超音波検査装置のブロック図である。
図2は、第1実施形態の超音波検査装置における内部移動部の、超音波測定中における拡径時の外観側面図である。図3は、第1実施形態の超音波検査装置の先頭移動部の模式的一部切欠き側断面図である。図3においては、主に主軸部を切欠いて示している。図4は、図2のIV−IV線断面視図である。図5は、第1実施形態の超音波検査装置の超音波測定中における拡径時の外観正面図である。正面とは、進行方向側から退行方向に向かって超音波検査装置を見た場合の外観をいう。
図6は、第1実施形態の超音波検査装置における先頭移動部の模式的側断面図である。図6では、先頭移動部の主調芯部を記載省略している。
図7は、第1実施形態の超音波検査装置の連動移動部の模式的一部切欠き側断面図である。図7においては、主に副軸部を切欠いて示している。
図8は、第1実施形態の超音波検査装置の、縮径時の模式的一部切欠き側断面図である。図8は、拡縮態様が異なることを除いて、図3と同様に表示している。図9は、第1実施形態の超音波検査装置の、縮径時の断面視図である。図9は、拡縮態様が異なることをのぞいて、図4と同様に表示している。
なお、以下において、軸心Oは内壁面Lの軸心を指すが、超音波検査装置が調芯されている場合の主軸部の軸心を指す場合もある。また、内壁面Lの径方向を径方向と記載する場合がある。
[構成概要]
図1に示すように、本実施形態にかかる超音波検査装置100は、内部移動部110と外部操作部120とを含む。内部移動部110と外部操作部120とは、ケーブル130で物理的および電気的に接続されている。
内部移動部110は、管内に挿入されて管の軸心方向に走行する部分であり、先頭移動部111と、連動移動部115とを含む。先頭移動部111と連動移動部115とは、可撓部113によって連結される。先頭移動部111と連動移動部115との間には、上記のケーブル130も介在している。
先頭移動部111は、筒状の主軸部200、主エアシリンダ300、主調芯部400、車輪500、中空軸モータ610、および検知部700を構成する超音波探触子710および音響反射部720を含む。
連動移動部115は、筒状の副軸部250、副エアシリンダ350、副調芯部450および車輪500を含む。
外部操作部120は、管外で操作される部分であり、伸縮制御部121、その他モータ制御部122、および検知条件制御部124といった入力部と、検知情報解析部125と、出力部126を有する。
伸縮制御部121は、主エアシリンダ300および副エアシリンダ350の伸縮を制御する。具体例として、主エアシリンダ300および副エアシリンダ350それぞれを構成する部品の一例であるソレノイドバルブ(後述)を制御するシーケンサ、空気供給源等が挙げられる。モータ制御部122は、中空軸モータ610を制御する。検知条件制御部124は、検知部700に対し、測定条件等の入力情報の制御および測定結果等の出力情報に基づくフィードバック制御等の制御を行う。検知情報解析部125は、検知部700による出力情報の解析を行う。出力部126は、検知部700による出力情報を出力する。
[主軸部]
図2および図3に示すように、内部移動部110の先頭移動部111は主軸部200を有する。主軸部200は、超音波測定中においては管内で進行方向FWに沿って延在する。主軸部200は、軸筐体部210と、軸筐体部210の外周面上に設けられた連結用部材220とから構成される。
軸筐体部210内には、所望の部材を収容することができる。たとえば、主エアシリンダ300の関連部品(後述)を収容することができる。その他、図1に示したケーブル130等を収容することができる。
図3に示すように、本実施形態の軸筐体部210は、進行方向FW側に径大部211、および退行方向BW側に径大部211より外径が小となる径小部212を含んで構成されている。径大部211および径小部212は、後述の主エアシリンダ300の構成部材を兼ねる。
また、軸筐体部210は径小部212の退行方向BW側の端部表面でねじ山が形成されており、ナットへの螺合を介して後述の可撓部113に連結されている。本実施形態では、当該ナットも軸筐体部210の一部として位置付ける。
連結用部材220は、主軸部200に他の部材を連結する。本実施形態では、連結用部材220は主調芯部400を連結する。連結用部材220は、主調芯部400の拡縮機構に応じた態様で設けられる。
本実施形態の連結用部材220は、図2および図3に示すように、退行方向BW側で軸筐体部210の外周面に固定された固定リング225と、進行方向FW側で軸筐体部210の外周面を軸心方向に摺動可能となるように設けられた摺動リング226とを含む。より具体的には、摺動リング226は図3に示すように退行方向BW端部を除いて肉抜きされており、肉抜き部分が軸筐体部210の径大部211の外周面に外挿された状態で軸心方向に摺動する。この摺動可能な構造が、後述の主エアシリンダ300の構造を兼ねる。
さらに、図3に示すように、固定リング225には、支軸部221および支軸部223が突設される。支軸部221および支軸部223はいずれも軸心方向の同じ位置に配設される。摺動リング226には支軸部222および支軸部224が突設される。支軸部222は進行方向側、支軸部224は退行方向側に配設される。それぞれの支軸部221,222,223,224は、主調芯部400を構成する各アーム(後述の主調芯アーム411、リンクアーム412、補助調芯アーム423、および補助リンクアーム424)の基端を軸着する。
[主エアシリンダ]
主エアシリンダ300は、空気の圧力を利用して駆動するアクチュエータである。従って、主エアシリンダ300は、ピストン部310およびシリンダ部320、その他図示しない関連部品で構成される。関連部品としては、空気流通に必要な部品、具体的には圧縮空気源(図1の伸縮制御部121参照)に連通するエア配管等が挙げられる。そのほか、関連部品として、動作に必要な部品、具体的には、速度を調節するスピードコントローラ、ピストン位置を検知するセンサ、および空気の方向を切り替えるソレノイドバルブ等が挙げられる。
本実施形態の主エアシリンダ300は、図3に示すように軸心方向に延在するように構成される。これによって、主エアシリンダ300が軸心方向に伸縮するため、装置の径方向への嵩を小さくすることができる。
本実施形態の主エアシリンダ300において、ピストン部310は軸筐体部210の径大部211によって構成される。一方シリンダ部320は、軸筐体部210の径小部212と、径大部211に摺動可能に設けられた摺動リング226とによって構成される。
径小部212には、摺動リング226の肉抜き空間と軸筐体部210の内部空間とを連通させる連通孔が形成されている。この連通孔を介した空気の出入りによって、当該肉抜き空間の体積が変化させられ、摺動リング226が軸心方向に摺動する。このようにしてピストン部310とシリンダ部320との相対位置が変位させられることにより、主エアシリンダ300が軸心方向に伸縮する。このような主エアシリンダ300の伸縮が、後に詳述するように、摺動リング226と連結する主調芯部400を動作させる。
[主調芯部および車輪]
図3に示したように主調芯部400は、主軸部200を構成する連結用部材220(支軸部221,222,223,224)に連結される。そして、主調芯部400は図4に示すように、主軸部200の軸心を中心とする放射方向、つまり管の径方向に突設される。主調芯部400の先端には、管の内壁に接触して走行する車輪500が設けられる。本実施形態においては、主調芯部400は、車輪500が当該軸心まわりに等間隔となるように6個設けられるように構成される。
図3に示すように、主調芯部400は、主調芯アーム411と、主調芯アーム411より短い長さで構成されたリンクアーム412とを含む。これらは、連結用部材220および主エアシリンダ300と相まって、主エアシリンダ300の伸縮動作を主調芯部400の拡縮動作に連動させるリンク機構を構成する。
主調芯アーム411は、その先端に設けられた車輪500の主軸部200からの離間量を物理的に規定する。主調芯アーム411は、その基端部が固定リング225の支軸部221に軸着されている。これによって、主調芯アーム411は、支軸部221の支軸を中心として、主軸部200の軸心に対する角度θ1が変化するように回転動作(揺動)する。当該回転動作により、車輪500の主軸部200からの離間量を変化させる。角度θ1は、90度を越えなければよい。さらに、主調芯部400が最も拡径した場合の先頭移動部111の安定性の観点から60度以下、または45度以下であってよい。
リンクアーム412は、主エアシリンダ300の伸縮動作を主調芯アーム411の回転動作に連動させる。リンクアーム412は、その先端が、主調芯アーム411の先端と基端との間に回転自在に固定され、その基端が、先端部の固定位置よりも進行方向FW側で摺動リング226の支軸部222に軸着されている。これによって、リンクアーム412は、摺動リング226の軸心方向の移動に伴って基端位置を軸心方向に移動可能とするとともに、支軸部222の支軸を中心として、主軸部200の軸心に対する角度が変化するように回転動作できる。このように構成されることによって、リンクアーム412は、主エアシリンダ300の伸縮動作による摺動リング226の動きに伴いその基端を主調芯アーム411の基端と近接または離間させて、主調芯アーム411の先端を主軸部200と離間または近接するように動作させる。
本実施形態において、主調芯部400は、さらに補助調芯アーム423と、補助調芯アーム423より短い長さで構成された補助リンクアーム424とを含む。これらは、主調芯アーム411およびリンクアーム412と同様、連結用部材220および主エアシリンダ300と相まって、主エアシリンダ300の伸縮動作を主調芯部400の拡縮動作に連動させるリンク機構を構成する。
補助調芯アーム423は、主調芯アーム411よりも短い長さで構成されており、その先端に設けられた車輪500の主軸部200からの離間量を物理的に規定する。補助調芯アーム423は、その基端部が固定リング225の支軸部223に軸着されている。これによって、補助調芯アーム423は、支軸部223の支軸を中心として、主軸部200の軸心に対する角度θ2が変化するように回転動作(揺動)する。当該回転動作により、車輪500の主軸部200からの離間量を変化させる。補助調芯アーム423による主軸部200からの離間量と、主調芯アーム411による主軸部200からの離間量とが等しくなるように、(主調芯部400が最も縮径している場合を除き)角度θ2は角度θ1よりも大きくなるように設計される。
本実施形態では、補助調芯アーム423の基端は、固定リング225において、主調芯アーム411の基端を軸着する支軸部221と軸心方向の同じ位置に配設された支軸部223に軸着されている。このように補助調芯アーム423の基端の軸方向の位置を主調芯アーム411の基端と同じにすることによって、主調芯部400が軸心方向に占める剛直長、ひいては先頭移動部111の剛直長を最小限とすることができる。
補助リンクアーム424は、主エアシリンダ300の伸縮動作を補助調芯アーム423の回転動作に連動させる。補助リンクアーム424は、その先端が、補助調芯アーム423の先端と基端との間に回転自在に固定され、その基端が、先端部の固定位置よりも進行方向FW側で摺動リング226の支軸部224に軸着されている。これによって、補助リンクアーム424は、摺動リング226の軸心方向の移動に伴って基端位置を軸心方向に移動可能とするとともに、支軸部224の支軸を中心として、主軸部200の軸心に対する角度が変化するように回転動作できる。このように構成されることによって補助リンクアーム424は、主エアシリンダ300の伸縮動作による摺動リング226の動きに伴いその基端を補助調芯アーム423の基端と近接または離間させて、補助調芯アーム423の先端を主軸部200と離間または近接するように動作させる。
本実施形態では、補助リンクアーム424の基端は、リンクアーム412の基端が軸着された摺動リング226に軸着されている。このように補助リンクアーム424の基端とリンクアーム412の基端とを同一部材に軸着させることにより、主調芯アーム411および補助調芯アーム423の同期性が良好となる。
本実施形態では、主調芯アーム411および補助調芯アーム423が主軸部200と車輪500との間を同じ離間距離とする所望のθ2で補助調芯アーム423が動作するように、補助リンクアーム424の基端および先端の位置が設計される。このため、補助リンクアーム424の基端は、摺動リング226において、リンクアーム412の基端が軸着された支軸部222よりも退行方向BW側に設けられた支軸部224に軸着される。
図4に示すように、主調芯アーム411、リンクアーム412および車輪500のセットは、主軸部200の軸心まわりに等間隔に3セット設けられる。これによって、主調芯アーム411の本数を最小限とすることによる装置のシンプル化と調芯安定性とを両立する。さらに、補助調芯アーム423、補助リンクアーム424および車輪500のセットは、主軸部200の軸心まわりに等間隔に3セット、それぞれ主調芯アーム411、リンクアーム412および車輪500のセットとも等間隔となるように設けられる。これによって、補助調芯アーム423の本数を最小限とすることによる装置のシンプル化とさらなる調芯安定性とを両立する。
本実施形態では、軸方向に同じ位置で基端が設けられた主調芯アーム411および補助調芯アーム423が長さを異にして構成されるため、それぞれの先端に設けられた車輪500が管の内壁に接地する位置(支持位置)は、軸方向で異なる。具体的には、図2および図5に示すように、より長い主調芯アーム411はaの支持位置で主軸部200を支持することに対し、より短い補助調芯アーム423はbの支持位置で主軸部200を支持する。図5に示すように、aおよびbいずれの支持位置においても軸心周りに等間隔の3点(支持点)で安定的に支持され、かつ、aの支持位置における3点の支持点それぞれとbの支持位置における3点の支持位置それぞれとが交互に、軸心周りに等間隔となるように構成される。本実施形態でこのように構成されることにより、主調芯アーム411による調芯が補助調芯アーム423によりさらに安定化させられるため、先頭移動部111は主調芯部400より進行方向側で重量があるにも拘らずより安定に調芯される。
[テーパスペーサ]
本実施形態においては、主調芯部400の主調芯アーム411の基端および補助調芯アーム423の基端の退行方向BW側、具体的にはそれら基端をそれぞれ軸着する支軸部221,223を有する固定リング225の退行方向BW側に、テーパスペーサ230が設けられている。テーパスペーサ230は主軸部200の軸筐体部210に嵌着されており、その外周径が退行方向BWに向かって漸次径小となるテーパ面を構成する。このテーパ面によって、主調芯アーム411の基端(固定リング225に突設された支軸部221)および補助調芯アーム423の基端(固定リング225に突設された支軸部223)と、可撓部113表面との段差が均される(図2参照)。
[中空軸モータ、超音波探触子および音響反射部]
図2に示したように、本実施形態では、主軸部200の進行方向FW側の端部に、検知部700および検知部700を収容または保持する筐体部800が配設される。中空軸モータ610は回転する中空回転部材611と回転しない非回転部材612とを含んで構成され、検知部700は超音波探触子710と音響反射部720とを含んで構成される。主軸部200の軸筐体部210には、図6に示すように、進行方向FW側に探触子固定部206およびケーシングカバー部208が延設されている。本実施形態では、探触子固定部206およびケーシングカバー部208は軸筐体部210と一体的に形成されている。
図5および図6に示すように、中空回転部材611は、中空部を確保するための貫通孔615を有する正面視円形のパイプ状であり、調芯時において主軸部200の軸心Oと同軸に調芯される。非回転部材612は中空回転部材611の外表面に対応する貫通孔を有する正面視略正方形のブロック状であり、当該貫通孔内に中空回転部材611を貫通させることにより中空回転部材611を回転可能に囲繞する。また、非回転部材612の当該略正方形の四隅近傍には固定用ねじ穴が凹設される。
図6に示すように、筺体部800は、中空軸モータ610を収容し、退行方向側が開口したケーシング部材として構成される。当該開口部分は、ケーシングカバー部208によって密嵌される。筺体部800とケーシングカバー部208との密嵌部分はガスケットにより封止される。筺体部800とケーシングカバー部208には、それぞれ、軸心Oと同軸の貫通孔813と貫通孔209とが穿設されている。また、ケーシングカバー部208には、中空軸モータ610の非回転部材612に設けられた固定用ねじ穴に対応する位置にねじ孔(図示せず)が穿設されており、非回転部材612をねじ止めにより固定する。
非回転部材612に固定されたケーシングカバー部208の退行方向BW側で一体的に連設される探触子固定部206には、軸心Oと同軸かつ超音波探触子710を嵌通可能な径で貫通孔207が穿設されており、貫通孔207に超音波探触子710を嵌通させることにより超音波探触子710を固定する。これにより、超音波探触子710は、探触子固定部206およびケーシングカバー部208を介して、中空軸モータ610の非回転部材612に固定される。この場合、図6に示すように、超音波探触子710の超音波伝搬部712は、ケーシングカバー部208の貫通孔209内も貫通し、進行方向FW側の端が筺体部800内の中空軸モータ610の貫通孔615内(中空部内)に達するまで挿入される。これにより、超音波検査装置の軸心O方向の長さを短くすることができる。
なお、超音波探触子710の探触子ケーブル137は、軸筐体部210の内部へ配線される。さらに、ケーシングカバー部208および探触子固定部206には、筐体部800内部と軸筐体部210内部とを連通させるケーブル孔213が貫設されており、中空軸モータ610のモータケーブル136は、ケーブル孔213内を案内されることで筐体部800内部から軸筐体部210内部へ配線される。
上記のように固定された超音波探触子710は、軸心Oと同軸配置となっているため、発信部から発信され超音波伝搬部712内を伝搬された超音波は、軸Oに音軸が一致するように進行方向FWへ発信される。
一方、図6に示すように、固定された超音波探触子710の進行方向側には、発信された超音波の伝搬方向を変更するための音響反射部720が回転可能な態様で設けられる。音響反射部720は、反射部材721と、反射部材721が取り付けられる回転ホルダ724とから構成される。
回転ホルダ724は、反射部材721を挿嵌する進行方向側の径大筒部725と、中空回転部材611に固定される退行方向側の径小筒部726とを有する筒状部材である。図6に示すように、回転ホルダ724は、筐体部800の貫通孔813を遊貫して筺体部800内部に挿入され、さらに径小筒部726が、中空回転部材611の貫通孔615内に嵌通される。この場合、回転ホルダ724の挿入量は、径大筒部725と径小筒部726との境界に形成される係止面729が、中空回転部材611の進行方向FW側の端面へ当接係止することにより決定される。これにより、径小筒部726の退行方向BW側の端部が、ケーシングカバー部208の貫通孔内に遊挿され、かつ当該端部の最端面と、探触子固定部206との間にはクリアランス(たとえば、0.1mm以上0.5mm以下の隙間)を生じさせる。それとともに、径小筒部726の内部には超音波探触子710の超音波伝搬部712を遊挿させる。
図6に示すように、回転ホルダ724は、径小筒部726が中空回転部材611の貫通孔615内に嵌通されることで中空回転部材611に固定されるため、中空回転部材611の回転駆動を受けて一体的に回転することができる。
一方、図6に示すように、回転ホルダ724の径大筒部725と筐体部800の貫通孔813との遊貫部分には、貫通孔813の孔壁に刻設されたパッキン溝にパッキンが嵌着され、回転ホルダ724の径小筒部726とケーシングカバー部材820の貫通孔822との遊挿部分においては、貫通孔822に刻設されたパッキン溝824にパッキンが嵌着される。なお、パッキンとしては回転運動用シール材であればよく、一例としてオイルシールが挙げられる。
さらに、回転ホルダ724の径小筒部726と超音波伝搬部712との遊挿部分においては、径小筒部726の内壁728と、超音波伝搬部712の外表面との間にクリアランス(たとえば、0.1mm以上0.5mm以下の隙間)が生じている。
このように回転ホルダ724を中空回転部材611以外の部材に固定されないように設けることによって、中空回転部材611と一体的に回転自在としながら、筺体部800および超音波探触子710には中空回転部材611の回転駆動を伝えることなく、非回転部材612と共に非回転状態を維持することができる。
回転ホルダ724の径大筒部725の開口端に挿嵌されて固定される反射部材721は、退行方向BW側に、超音波を反射可能な傾斜面723を有する。具体的には、傾斜面723は、側面視で軸心Oに対して45度をなすように形成されており、径大筒部725内で、超音波探触子710から軸心O方向に発信された超音波を軸心O上で反射しその伝搬方向を垂直に変化させる。なお、傾斜面723における反射部材721の素材は、音響インピーダンスの値が、超音波探触子710からの超音波の伝搬媒質(本実施形態においては、水)の音響インピーダンスの値に対して大きな差を有する金属材料、樹脂材料、セラミック材料などから構成される。
回転ホルダ724の径大筒部725の側面には、傾斜面723により伝搬方向が変更された超音波の外部への出口となる出口孔727が設けられる。
これにより、図2の点線で示すように、超音波探触子710から発信された超音波は、傾斜面723で伝搬方向を変更され管の内壁面Lへ垂直に入射する。
さらに、回転ホルダ724が中空軸モータ610の回転により軸心Oを中心として回転すると、反射部材721の傾斜面723も一体的に回転する。これによって、管の内壁面Lへの入射角度を保ったまま、入射位置を管の周方向に沿って回転移動させることができる。したがって、管の内壁面Lを周方向にまんべんなく走査することができる。
さらに、筺体部800の内部には、図6に示すように、一回転センサ770が設けられる。一回転センサ770は、中空回転部材611に固定されたポジションマーカ771と、ケーシングカバー部208に固定されたセンサ772とから構成される。ポジションマーカ771は、永久磁石など、センサ772によって検知されるものであり、中空回転部材611とともに回転する。一方、センサ772は、ホール素子など、ポジションマーカ771の特性に応じて選択されるセンサであり、非回転部材612とともに非回転状態が維持される。
したがって、回転するポジションマーカ771の位置が図示される位置に一致した時にセンサ772が検知することで、中空回転部材611の一回転の時間を検出する。さらに詳細なポジションマーカの位置は、センサ772の検出タイミング(周期T)とポジションマーカ771の回転時間(<T)とから導出することができる。
[保護部]
本実施形態では、音響反射部720は、進行方向FW側の末端に保護部722を含む。保護部722は、軸心に垂直な面で切断した場合の外表面の断面径が、進行方向FWに向かって漸次減少する傾斜面を有するように形成されている。このような傾斜面の進行方向FW側末端の断面径(軸心に垂直な面で切断した場合の外表面の断面径)が、回転ホルダ724の外直径の50%以下、好ましくは40%以下、あるいは、筐体部800の外直径の30%以下、好ましくは15%以下であってよい。軸心に対する傾斜面の平均傾斜角度は、30°以上50°以下であってよい。本実施形態の保護部722は、半球形状を有する(傾斜面の進行方向FW側末端の断面径は0、平均傾斜角度は45°)。このような傾斜面を有することによって、先頭移動部111の進行方向FWの末端において表面が均され、管内壁等に引っかかりにくくなる。
[副軸部、副エアシリンダ、副調芯部および車輪]
図7に示す内部移動部110の連動移動部115が有する、筒状の副軸部250、副エアシリンダ350、副調芯部450および車輪500は、それぞれ、先頭移動部111(図3参照)における主軸部200、主エアシリンダ300、主調芯部400および車輪500に対応し、それらと同様に機能または動作する。以下、連動移動部115の構成部材の後に、同様に機能または動作する先頭移動部111の対応する構成部材を角括弧([ ])内に示して説明する。たとえば「副軸部250[主軸部200]」は、「先頭移動部111の主軸部200に対応する副軸部250」という意味である。
筒状の副軸部250[主軸部200]は、副軸筐体部260[軸筐体部210]と、副軸筐体部260の外周面上に設けられた連結用部材[連結用部材220]とから構成される。副軸部250[主軸部200]は、進行方向FW側に連通する連通孔を有することを除き、先頭移動部111の主軸部200と同様に構成されている。副軸筐体部260[軸筐体部210]は、後述の副エアシリンダ350[主エアシリンダ300]の構成部材を兼ねる径大部261[径大部211]および径小部262[径小部212]を含んで構成されている。
連結用部材[連結用部材220]は、支軸部271[支軸部221]および支軸部273[支軸部223]が突設された固定リング275[固定リング225]と、支軸部272[支軸部222]および支軸部274[支軸部224]が突設された摺動リング276[摺動リング226]とを含む。
副エアシリンダ350[主エアシリンダ300]は、ピストン部360[ピストン部310]とシリンダ部370[シリンダ部320]とによって構成され、ピストン部360[ピストン部310]は径大部261[径大部211]によって構成され、シリンダ部370[シリンダ部320]は径小部262[径小部212]および摺動リング276[摺動リング226]によって構成される。
副調芯部450[主調芯部400]は、副調芯アーム451[主調芯アーム411]とリンクアーム452[リンクアーム412]とを含む。副調芯アーム451[主調芯アーム411]の先端には車輪500が設けられている。副調芯部450[主調芯部400]は、さらに、補助調芯アーム473[補助調芯アーム423]と補助リンクアーム474[補助リンクアーム424]とを含む。
副調芯アーム451[主調芯アーム411]の基端の退行方向BW側には、テーパスペーサ240[テーパスペーサ230]が設けられている。
副調芯部450は、主調芯部400の退行方向BW側で主調芯部400と同様に構成されることにより、図5に示すように、より長い副調芯アーム451はcの支持位置で副軸部250を支持することに対し、より短い補助調芯アーム473はdの支持位置で副軸部250を支持する。図5に示すように、いずれの支持位置においても軸心周りに等間隔の3点(支持点)で安定的に支持され、かつ、cの支持位置における3点の支持点それぞれとdの支持位置における3点の支持位置それぞれとが交互に、軸心周りに等間隔となるように構成される。
主調芯部400によるaおよびbの支持位置に加え、副調芯部450によるcおよびdの支持位置で内部移動部110が支持されることにより、内部移動部110はより安定に調芯される。
[可撓部]
可撓部113は、図2に示すように、軸に沿って延在するコイルばねである。可撓部113の進行方向FW側の端は先頭移動部111の主軸部200に連結され、退行方向BWの側は連動移動部115の副軸部250に連結されている。可撓部113を構成するコイルバネの巻回中心には、先頭移動部111の主エアシリンダ300を構成するシリンダ部320と連動移動部115の副エアシリンダ350を構成するシリンダ部370との両方に連通するケーブル130が配置されている。
可撓部113を構成するコイルばねが具備する物性については後述する。
[拡縮動作]
伸縮制御部121(図1参照)における空気供給源から圧縮空気がケーブル130を通じて軸筐体部210へ供給されると、図3に示すように、軸筐体部210の径小部212に設けられた連通孔から主エアシリンダ300のシリンダ部320へ、図中矢印FLに示すように給気が流入する。これによって主エアシリンダ300が図中矢印Eの方向に伸長する。この時摺動リング226が矢印Eの方向へ摺動することでリンクアーム412および補助リンクアーム424がそれぞれ主調芯アーム411および補助調芯アーム423を揺動させ主軸部200(軸筐体部210)から離間させる。これによって、主調芯部400は図4に示すように軸心を中心として放射方向に拡径する。主調芯アーム411および補助調芯アーム423の先端に設けられた車輪500が管の内壁面Lへ当接することにより、先頭移動部111が調芯される。
軸筐体部210からケーブル130を通じて空気が抜かれると、図8に示すように、主エアシリンダ300のシリンダ部320から径小部212の連通孔を通じて軸筐体部210内へ、図中矢印FLに示すように空気が排出される。これによって主エアシリンダ300が図中矢印Cの方向に収縮する。この時摺動リング226が矢印Cの方向へ摺動することでリンクアーム412および補助リンクアーム424がそれぞれ主調芯アーム411および補助調芯アーム423を揺動させ主軸部200(軸筐体部210)へ近接させる。これによって、主調芯部400は縮径する。
主調芯部400が最も小さく縮径した場合は、図9に示すように、主調芯アーム411および補助調芯アーム423が最も主軸部200(軸筐体部210)へ近接させられる。本実施形態では、車輪500を含め主調芯部400の全体の大きさがほぼ筐体部800(図8参照、図9では筐体部800の仮想線を破線で示す。)の径方向の大きさ以内に収まっている。筐体部800は内部移動部110(図2参照)を構成する部分のうち、径方向の大きさが変化しないものの中では最も径大であるため、主調芯部400をこのように小さく縮径することで、筐体部800が通過できる大きさであればどのような狭小部であっても通過することができる。
なお、本管内走行中に管の内周径が変化する場合は、常に車輪500が管の内壁面Lへ当接した状態を維持して主調芯部400の拡縮径を行うことで、走行しながら先頭移動部111の調芯状態を保つことができる。本実施形態では、主調芯部400は、つねに主調芯アーム411および補助調芯アーム423の先端がそれらの基端より進行方向FWの側となる位置関係を保って拡縮する。
副調芯部450も、主調芯部400と同様の機構によって拡縮する。
[管への進入]
図10は、本実施形態の超音波検査装置の内部移動部110を簡易的に表現したものである。図11から図13は、本実施形態の超音波検査装置を枝管から本管へ進入させる過程を説明する図である。
図11に示すように、本発明の超音波検査装置を進入させる管900は、枝管910と本管920とを含む。枝管910は本管920から分岐した狭小管であり、たとえば内直径が75mm程度のものが挙げられる。本管920の大きさは特に限定されず、たとえば内直径が100mm以上300mm以下程度のものが挙げられる。
なお、管900としては、上水道、下水道、工業用水道および農業用水道などの配管が挙げられる。通常、管900は地中に埋設されている。管900は、図2および図5に示したように複層構造であってよく、具体的には、金属管の内壁面にセメント含有層がライニングされたライニング管であってよい。本発明の超音波検査装置を走行させる時、管900の内部には水が満たされている。
図11に示すように、本発明の超音波検査装置を管900内に進入される時に、進入用治具950を用いることができる。進入用治具950は、直状部951と方向案内部952とから構成される。図11に示した進入用治具950では、直状部951は剛直板部材で構成され、方向案内部952は可撓性板部材で構成される。方向案内部952は、直状部951の一端部側で、直状部951の表面から当該一端部側へ斜めに突出している。
予め進入用治具950を、枝管910から、その内壁面に沿って挿入し、本管920の底壁まで到達させる。本実施形態では方向案内部952と直状部951との最大離間距離が枝管910の内直径よりも大きいため、方向案内部952を直状部951側に撓ませてから挿入することができる。この後、超音波検査装置の内部移動部110を管900内に進入させる。
図11に示すように、内部移動部110は主調芯部400および副調芯部450いずれも最も小さく縮径した状態とし、先頭移動部111から枝管910内に進入させる。さらに進入をすすめると、先頭移動部111が方向案内部952に接触する。超音波検査装置の構成部材のうち最初に方向案内部952に接触する部材は、方向案内部952の態様および超音波検査装置の態様によって異なるが、本実施形態のように最も進行方向側に配設された保護部722が最初に接触する場合がある。保護部722はそれ自体傾斜面を有するように構成されているため、音響反射部720が進行方向に向かって突出しているにもかかわらず方向案内部952の傾斜面に引っかかりにくく、保護部722の傾斜面と方向案内部952の傾斜面とが接触することによって方向変換が容易に行われる。
図12に示すように、方向案内部952の傾斜面により、先頭移動部111が枝管910の軸心方向から本管920の軸心方向へ向かって案内される。進行をすすめると、可撓部113が撓み、連動移動部115の向きに対して先頭移動部111の向きが変化していく。可撓部113が屈曲することによって、先頭移動部111は、音響反射部720などによって剛直長SL1(図10参照)が延長されているにも拘らず、枝管910から本管920への進入が容易となる。
図13に示すように、さらに進入を進めることで連動移動部115も枝管910内に進入する。連動移動部115が管内部でその向きを変化させる直前において、可撓部113の撓み量が最も大きくなりうる。可撓部113は、少なくとも、管内で最も屈曲すべき時の曲げ半径が最小曲げ半径R(mm)となるように構成されていてよい。
最小曲げ半径Rは、本管920の内直径r(mm)によって変わりうる。具体的には、以下の関係を満たしてよい。
R≦1.34r+124
なお、可撓部113は、管内で最も屈曲すべき時の曲げ半径よりも小さい最小曲げ半径Rを有していてもよい。具体的には、25mm以上の最小曲げ半径Rを有していればよい。可撓部の最小曲げ半径25mm以上を確保することにより、ある程度の剛性が担保されるため、内部移動部110が可撓部113で不所望に腰折れすることを防止し、安定した姿勢を保たせることができる。
可撓部113を構成するコイルばねのばね定数は0.3N/mm以上25N/mm以下、好ましくは0.5N/mm以上15N/mmであってよい。ばね定数が上記下限値以上であることによって、適度な剛性が担保され、内部移動部110の姿勢をより安定的に保持し、押し込みによる移動中などに可撓部113での腰折れを良好に防止することができる。ばね定数が上記上限値以下であることによって、適度な可撓性が担保され、管への進入時などにおいて内部移動部110が枝管910および本管920の間を容易に通過することができる。
可撓部113の長さFL(図10参照)は40mm以下、好ましくは70mm以上であってよい。これによって、管への進入時などにおいて内部移動部110が枝管910および本管920の間を容易に通過することができる。
さらに、可撓部113の長さFLは、500mm以下、好ましくは250mm以下であってよい。これによって、内部移動部110の姿勢をより安定的に保持し、押し込みによる移動中などに可撓部113での腰折れを良好に防止することができる。
なお、本実施形態では可撓部113はコイルばねで構成されているため、長さFLは負荷がかかっていない場合の自由長に相当する。
[調芯動作]
図14から図16は、本実施形態の超音波検査装置の、本管内での調芯の過程を説明する図である。
本実施形態では、ケーブル130が、先頭移動部111と連動移動部115との間で主エアシリンダ300(のシリンダ部320、図3参照)と副エアシリンダ350(のシリンダ部370、図7参照)とを連通し、さらに、副エアシリンダ350の退行方向BW側で管外の伸縮制御部121(図1参照)における空気供給源に連通している。このため図14に示すように本管内に挿入された内部移動部110には、退行方向BW側から進行方向FW側に向かって圧縮空気が供給される。
これによって、図15に示すように、副調芯部450の拡径のタイミングを、主調芯部400の拡径のタイミングより早くすることが容易となる。先頭移動部111は、音響反射部および中空軸モータなどを搭載しているため、本実施形態では連動移動部115よりも重量が大きい。したがって、副調芯部450の拡径のタイミングを早くすることによって、図16に示す先頭移動部111の調芯をより円滑に行うことができる。
[管からの退出]
図17は、本実施形態の超音波検査装置を本管から枝管を通じて管外へ退出させる過程を説明する図である。
超音波検査装置の内部移動部110を管外へ退出させる場合は、ケーブル130を退行方向BWへ引っ張る。内部移動部110が本管920と枝管910との分岐部分に差し掛かれば、図17に示すように主調芯部400および副調芯部450を縮径させて最小化する。さらにケーブル130を引っ張って内部移動部110を引っ張り出す。
本発明の超音波検査装置は、剛直長SL1(図10参照)がより長い先頭移動部111の主調芯部400において、主調芯アームおよび補助調芯アームの基端が退行方向側、先端が進行方向側となるように構成されている。したがって、図17に示すような、本管920から枝管910への方向変換の体勢がとられた時に、主調芯部400が管内壁に接触しても縮径状態を安定に保つことができる。したがって、調芯機構が開いて管内壁に引っかかるということがなく、管外への退出が容易となる。
また、本実施形態では、図3に示したように、主調芯アーム411および補助調芯アーム423は、主軸部200から遠ざかる方向に凸となるように若干屈折した形状を有しているため、主調芯部400が最も縮径した場合に、主調芯アーム411および補助調芯アーム423は進行方向側より退行方向側の方が径方向の嵩が小さくなる。したがって、図17に示すような、本管920から枝管910への方向変換の体勢がとられた時に、主調芯部400引っかかりにくく、管外への退出がより容易となる。
さらに、本実施形態では、剛直長SL1(図10参照)がより長い先頭移動部111は、退行方向端にテーパスペーサ230が設けられている、このため、図17に示すような、本管920から枝管910への方向変換の体勢がとられた時に、テーパスペーサ230の傾斜面によって先頭移動部111の退行方向側の端部(主調芯アームおよび補助調芯アームの基端)が内壁に引っ掛かりにくい。したがって、先頭移動部111の管外への退出をより円滑に行うことができる。
本実施形態では、連動移動部115の副調芯アーム451およびテーパスペーサ240が先頭移動部111の主調芯アーム411およびテーパスペーサ230と同形同大に構成されているため、同様に、連動移動部115の管外への退出も円滑に行うことができる。
なお、可撓部113の屈曲によって先頭移動部111の管外への退出が容易となる点は、管への進入時(図11から図13参照)と同様である。
[他の実施形態(内部移動部)]
図18から図23は、他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)を簡易的に示した図である。図24は、他の実施形態の超音波検査装置(内部移動部)の部分的外観側面視図である。これら他の実施形態については、主に第1実施形態と異なる点について述べる。
[内部移動部110a]
図18に示す超音波検査装置の内部移動部110aは、主調芯アーム411の基端とリンクアーム412の基端との間であって、補助調芯アーム423の基端と補助リンクアーム424の基端との間でもある場所、具体的には径小部212の露出部分の外周まわりを巻回する補助バネ301aが設けられている。この補助バネ301aは、その伸縮によって、エアシリンダ300aの伸縮動作を助ける。
同様に、副調芯アーム451の基端とリンクアーム452の基端との間であって、補助調芯アーム473の基端と補助リンクアーム474の基端との間でもある場所にも同様の補助バネ305aが設けられている。この補助バネ305aは、その伸縮によって、エアシリンダ350aの伸縮動作を助ける。
[内部移動部110b]
図19に示す超音波検査装置の内部移動部110bは、連動移動部115bが、第1実施形態の内部移動部110の連動移動部115と進退行方向が逆(テーパスペーサ240を除く)となるように構成されている。連動移動部115bは剛直長SL5(図10参照)が短いため、本発明はこのような態様も許容する。
[内部移動部110c]
図20に示す超音波検査装置の内部移動部110cは、連動移動部115cが、テーパスペーサ240を有しないことを除いて、第1実施形態の内部移動部110と同様である。連動移動部115cは剛直長SL5(図10参照)が短いため、本発明はこのような態様も許容する。
さらに、本発明では主調芯部400が管外への退出に適した構成であるため、さらに先頭移動部111のテーパスペーサ230を除いた変形例も許容する。
[内部移動部110d]
図21に示す超音波検査装置の内部移動部110dは、主調芯部400dおよび副調芯部450dがそれぞれ補助調芯アーム423及び補助調芯アーム473を有しないことを除いて、第1実施形態の内部移動部110と同様である。主調芯アーム411および副調芯アーム451は、それぞれ3本であってもよいが、それ以上の本数(たとえば4本、6本など)であってもよい。
[内部移動部110e]
図22に示す超音波検査装置の内部移動部110eは、主調芯部400eにおいて、リンクアーム412eおよび補助リンクアーム424eの基端が先端よりも退行方向側となるように構成され、副調芯部450eにおいて、リンクアーム452eおよび補助リンクアーム474eの基端が先端よりも退行方向側となるように構成されている。
[内部移動部110f]
図23に示す超音波検査装置の内部移動部110fは、主エアシリンダ300fおよび副エアシリンダ350fが径方向に伸縮するように設けられている。この場合、テーパスペーサ230f,240fは、主エアシリンダ300fおよび副エアシリンダ350fの突出量に応じた最大外径となるように構成される。
[内部移動部110g]
図24に示す超音波検査装置の内部移動部110gは、連動移動部115の退行方向側に、可撓部116gを介して中継部117gが設けられている。中継部117gは、中継部117gより進行方向側のパーツが有するケーブル130およびその収容物を、中継部117gより退行方向側のケーブル130およびその収容物に中継するものである。中継部117gでは、進行方向側のケーブル130およびその収容物と退行方向側のケーブル130およびその収容物とを連結および切断が自在となるように構成されていてよい。これによって、進行方向側のパーツを着脱させることができる。したがって、外部操作部を変更することなく、たとえば導入すべき本管の内径に応じた大きさの調芯部を有する内部移動部など、様々な内部移動部を付け替えることができる。
中継部117gの内部には、空気相が設けられていてよい。これによって、水中を移動する内部移動部110g中継部117gが浮きの役割も兼ねるため、たとえば図15に述べたような調芯動作がより円滑となるなど、内部移動部110gの姿勢をより良好にすることができる。
中継部117gは剛直部材で構成されてよい。この場合、中継部117gの剛直長は、連動移動部115の剛直長SL5(図10参照)と同程度かそれより短いように構成されることが好ましい。
可撓部116gは、可撓部113と同様、巻回中心に連動移動部115の副エアシリンダ350を構成するシリンダ部370(図7参照)と中継部117gの内部との両方に連通するケーブル130を収容している。可撓部113が、先頭移動部111および連動移動部115の調芯能を損なわない程度にある程度の剛性を確保するように構成されることに対し、可撓部116gは、可撓部113より変形しやすいように構成されていてもよい。また、可撓部116gを構成するコイルばねのばね定数は、可撓部113を構成するコイルばねのばね定数の80%以下、好ましくは60%以下であってよい。これによって、内部移動部110gの移動中(特に押し込みによる移動中)、先頭移動部111および連動移動部115の調芯性をより安定的に保つ事ができる。
[ケーブル]
図25は、第1実施形態の超音波検査装置の使用時のより具体的な態様を示す模式図である。図26は、第1実施形態の超音波検査装置のケーブルの直進性を説明する模式図である。
図25に示すように、ケーブル130は本管920の中で直状となる性質(直進性)を有する。本発明においてケーブルの直進性とは、図26に示すように、ケーブル130単独が中性浮力状態におかれた場合に、ケーブル130の一端側の軸心と他端側の軸心とを結ぶ仮想直線VLと、仮想直線VLからケーブル130の軸心が最も大きくぶれる箇所(つまり、仮想曲線VLからのぶれが極大かつ最大となる箇所)の外表面までの距離をdとすると、距離dがケーブル130の外半径の実質的に1倍であることをいう。(つまり、図26では説明のためdを極端に誇張して示している。)より具体的には、距離dはケーブル130の外半径の、1倍以上5倍以下、好ましくは1倍以上3倍以下を許容し、最も好ましくは1倍である。これによって、内部移動部110をケーブル130で進行方向に押し込む時に、押し込み力がぶれずに伝わり易いため、内部移動部110の押し込み操作性が良好となる。また、本管920内でケーブル130が屈曲して内壁に接触することを防ぐこともできる。なお、このような直進性のため、管900外でのケーブル130の巻回は、巻回ドラムの内周面に内巻きすることができる。
さらに、ケーブル130は、300kN・mm以上12,000kN・mm以下、好ましくは500kN・mm以上5,000kN・mm以下、さらに好ましくは500kN・mm以上3,800kN・mm以下の曲げ剛性を有する。曲げ剛性が上記下限値以上であることにより、上記の直進性を安定させることができるため、良好な押し込み操作性が担保される。曲げ剛性が上記上限値以下であることにより、管900外におけるリール部RL部で巻回も容易である。また、本実施形態のように枝管910を介した進入および退出を行う場合に枝管910の進行方向から本管920の進行方向へ容易に屈曲させることができる。なお、曲げ剛性は、JIS K 7203に準拠して得られる測定値である。
ケーブル130の全長(ここで全長とは、内部移動部110自体を貫通している部分の長さは含めない)は、たとえば20m以上200m以下、好ましくは40m以上100m以下である。全長が上記下限値以上であることにより、上記の直進性および曲げ剛性によってもたらされる本発明の効果(良好な押し込み操作性)の観点で有用性が高く、上記上限値以下であることにより、良好な押し込み操作性を維持しやすい。本実施形態では、ケーブル130の全長は60mである。
図27は、第1実施形態の超音波検査装置のケーブルの模式的一部切り欠き図である。図28は、第1実施形態の超音波検査装置のケーブルの模式的断面図である。
図27に示されるように、エアチューブ131の中に、電気ケーブル132(電気ケーブル132の断面の詳細は省略している)と芯材139とが収容されている。図28に示すように、エアチューブ131の内壁と、電気ケーブル132および芯材139との間には気体相GPが設けられている。以下、それぞれの要素について詳述する。
[エアチューブ]
エアチューブ131は、ケーブル130のシース部を構成する。エアチューブ131は、内部移動部110の主エアシリンダ300(図3参照)および副エアシリンダ350(図7参照)と外部操作部120の伸縮制御部121(図1参照、図25では図示省略)を構成する空気供給部とを連通させている。エアチューブ131内には気体が圧入されていてよい。これにより気体相GP(図28参照)が、エアチューブ131が外部から受ける圧力(つまり、本管920の内圧)以上の圧力を有する気体で構成される。これによって、エアチューブ131が圧損することなく、所望の体積の気体相GPを良好に維持することができる。
エアチューブ131の肉厚は、たとえば1.8mm以上4.0mm以下、好ましくは2.0mm以上3.0mm以下であってよい。肉厚が上記下限値以上であることは、外部圧力による圧損を防止し易い点で好ましく、肉厚が上記上限値以下であることは、上記の曲げ剛性(ある程度の曲がりやすさ)を確保し易い点、および、上記の曲げ剛性(ある程度の剛直性)と十分な気体相GPとの確保を両立し易い点で好ましい。
本実施形態では、エアチューブ131は単独では上記のような直進性を有していなくてよい。したがって、エアチューブ131は汎用チューブを用いることができる。このような汎用チューブは、出荷時に巻回されてすでに巻き癖がついているようなチューブであってよい。
本実施形態のエアチューブ131の曲げ剛性は、ケーブル130自体の曲げ剛性より小さければよく、たとえば300kN・mm以上5000kN・mm以下、好ましくは1000kN・mm以上2000kN・mm以下であってよい。エアチューブ131の曲げ剛性をこのような範囲とすることによって、後述の芯材139の曲げ剛性と相まって、ケーブル130全体として所望の曲げ剛性を発現し易い。
ケーブル130は、上述のとおり本管920内で中性浮力状態であるが、管900の枝管910を介した進入及び退出の時などに、管900の分岐部分で内壁に接触しうる。このため、ケーブル130の最外周部を構成するエアチューブ131は、外周表面の摩擦抵抗が小さくなるように構成されることが好ましい。これにより、管900内の水質への悪影響を抑制することができる。
また、ケーブル130は、内部に気体相GPを有するため、特にリール部RLへのケーブル130巻き取りおよびリール部RLからのケーブル130巻き出しの時に、収容された電気ケーブル132および芯材139が、エアチューブ131の内周壁に接触する。このため、エアチューブ131は、内周表面の摩擦抵抗も小さくなるように構成されることが好ましい。
上述の観点から、好ましい摩擦係数は0.3以下、さらに好ましくは0.25以下である。摩擦係数は小さいほど好ましく、上記の摩擦係数の範囲に含まれる下限値は特に限定されないが、素材により、たとえば0.04または0.06であってよい。
より具体的には、エアチューブ131は、たとえばフッ素樹脂(ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE))およびポリエチレンから選択される材料で構成されることができる。
[電気ケーブル]
電気ケーブル132は、少なくとも中空軸モータ610に接続されている。本実施形態では、電気ケーブル132として電気ケーブルC1,C2,C3を図示しているが、電気ケーブルの種類は任意であり、適切な体積の気体相GPが確保される限りその本数も任意である。従って、中空軸モータ610に接続された電気ケーブル136(図6参照)の他、電気ケーブル132には、内部移動部110の構成に応じ、その電気系統に関与するいかなる電気ケーブルが含まれてよい。たとえば超音波探触子710に接続された電気ケーブル137(図6参照)、一回転センサ770(図6参照)に接続された電気ケーブル、およびその他の図示しない構成要素(カメラ等)に接続された電気ケーブルが含まれてよい。電気ケーブル132は電力線通信ケーブル(PLC)であることが好ましいが、別途独立した通信ケーブルがエアチューブ131内に収容されていてもよい。
また、電気ケーブル132は、外部操作部120で制御対象である中空軸モータ610等を電気的に制御可能であるように接続されていればよく、内部移動部110から外部操作部120の途中(たとえば、中継部117g(図24参照)など)で電気ケーブルの種類および本数が変わってもよい。
本発明においては、上述のとおり、ケーブル130を、本管920内で中性浮力状態とするため、本管920内からの引張り操作を容易にするための抗張力ケーブルは必ずしも要しない。しかしながら、本発明は、抗張力ケーブルがさらにエアチューブ131内に収容されていることも許容する。
複数の電気ケーブルは互いに拘束されることなく独立することで、それぞれに、エアチューブ131の中で軸方向および回転方向の相対位置を自在に変えることができる。しかしながら、本発明は、複数の電気ケーブルが互いに拘束されていることも許容する。
なお、仮に、電気ケーブル132表面に、保護などのための発泡体が被覆されていたとしても、当該発泡体の中に存在する複数の気泡はいずれも、本発明の気体相GPには該当しないものと位置付ける。
[芯材]
芯材139は、ケーブル130全体に直進性を与える。従って、芯材139自体が直進性を有する。芯材139自体が有する直進性は、ケーブル130自体の直進性と同様である。
したがって、芯材139の曲げ剛性は、ケーブル130の曲げ剛性と同様であり、たとえば300kN・mm以上12000kN・mm以下、好ましくは500kN・mm以上5,000kN・mm以下、さらに好ましくは500kN・mm以上3800kN・mm以下であってよい。芯材139の曲げ剛性をこのような範囲とすることによって、上述のエアチューブ131の曲げ剛性と相まって、ケーブル130全体として所望の曲げ剛性を発現し易い。
芯材139は、たとえば、ロッド状繊維強化樹脂(たとえばガラスファイバー強化樹脂)、形状記憶合金ワイヤー(または樹脂層で被覆された形状記憶合金ワイヤー)などの材料で構成されることができる。
芯材139の外径は、所望の曲げ剛性が担保され、かつ他のケーブル類が占める体積との関係で、エアチューブ131の内部空間において所望の気体相GPが確保される限り特に限定されるものではなく当業者が適宜決定することができる。たとえば、当該外径は4mm以上11mm以下、本実施形態では6.5mmである。芯材139の全長は、上述したケーブル130の全長と同様であってよい。
芯材139は、エアチューブ131の内直径をRa、芯材の外直径をRcとした場合にRa/Rc比が1以上5以下、好ましくは1.1以上4.5以下、より好ましくは1.8以上3.8以下となるように構成されてよい。Ra/Rc比が上記下限値以上であることは、エアチューブ131内の気体相GPを十分確保する点で好ましく、上記上限値以下であることは、ケーブル130全体としての直進性の確保が容易となる点で好ましい。
芯材139は、少なくとも一端が固定されていない。つまりいずれか一端のみが固定されていてもよいし、両端が固定されていなくてもよい。したがって、芯材139は、エアチューブ131の中で軸方向および回転方向の相対位置を自在に変えることができる。これによって、リール部RLへの巻取り作業時、巻回状態で静置される時、リール部RLからの巻出し作業時のいずれにおいても、エアチューブ131内周壁面に、芯材139いずれの表面も引っ張られにくく、エアチューブ131と芯材139との間で不所望の負荷(特にねじれ方向の負荷)がかかりにくい。したがって、リール部RLへのケーブル130巻き取りおよびリール部RLからのケーブル130巻き出しが容易になるとともに、巻回状態で静置される時の静的疲労も少ない。
芯材139の他端を固定することによって、上記の効果を維持しながら安定的にエアチューブ131の中に収容されることができる。この場合、芯材139の他端の固定箇所は任意であり、エアチューブ131、電気ケーブル132、および内部移動部110の少なくともいずれかに固定されてよい。
[気体相]
気体相GPが設けられることにより、ケーブル130全体として実質的に比重が1となるように中性浮力状態となる。具体的には、確保されるべき気体相GPの量は、図2のようにエアチューブ131の軸方向の断面で切断した場合に、エアチューブ131の内部空間の断面に対し、当該気体相の断面積の割合が20%以上95%以下、好ましくは35%以上70%以下である。気体相GPの当該断面積の割合が上記下限値以上であることによって、図25に示したように、本管920内でケーブル130を浮かせ易くなり、本管920内壁の下部へケーブル130表面が接触しにくくなる。気体相GPの当該断面積の割合が上記上限値以下であることによって、本管920内壁の上部へケーブル130表面が接触しにくくなる。なお、気体相GPの割合は、ケーブル130が空気中にある場合(つまりケーブル130の内圧および外圧がいずれも1気圧)の割合である。
[押し込み式走行]
ケーブル130が上記のように構成されることにより本発明の超音波検査装置の内部移動部110は、良好な押し込み操作性が得られる。つまり、内部移動部110を枝管910から本管920内に進入させた後、さらにリール部RLからケーブル130を繰り出して枝管910から内部へ押し込むことによって、内部移動部110を進行方向側へ押して容易に進行させることができる。
このため、管900の枝管910(補修弁)と、当該枝管910(補修弁)に最も近い他の枝管(補修弁)との距離は、比較的長いことが好ましい。たとえば、当該距離は50m以上600m以下、好ましくは100m以上300m以下である。全長が上記下限値以上であることにより、ケーブル130の使用によってもたらされる本発明の効果(良好な押し込み操作性)の観点で有用性が高く、上記上限値以下であることにより、良好な押し込み操作性を維持しやすい。本実施形態では、枝管(補修弁)間の距離は300mである。
また、進入させた枝管910が分岐していた本管920に接続される他の管路(図25では別の本管920として記載)が大口径であり途中から他の枝管を有するものであったとしても、枝管を断水する必要はない。ケーブル130によって内部移動部110の進行方向をまっすぐに維持し、当該他の枝管の分岐部分に内部移動部110が引っ掛かることを防ぐことができる。
本発明の超音波検査装置によって、ケーブル130が管900の内壁に接触しにくいため、内壁に錆などの水質汚濁の原因が発生しやすい材質で構成される管900に積極的に適用することができる。当該材質としては、たとえば、鋼、鋳鉄(青銅鋳物、黄銅鋳物、ネズミ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄など)が挙げられる。
管900は圧力配管であってもよい。この場合、枝管910(補修弁)開口部が閉蓋されており、蓋にはケーブル130を貫通させる挿入口が貫設されている。当該挿入口にはパッキンが水密に装着されている。ケーブル130がこのパッキンを貫通し、パッキンが貫通孔を水密に包囲した状態で、ケーブル130は、貫通孔を摺動することができる。これによって、枝管910の開口部を開放することなく、内部移動部110を本管920内で進行させることができる。
[他の実施形態(ケーブル)]
図29および図30は、他の実施形態の超音波検査装置のケーブルの模式的断面図である。
図29に示すケーブル130hは、エアチューブ131内に電気ケーブル132hと芯材139hとを収容している。芯材139hが、電気ケーブル132hのうち電気ケーブルC4の外周面を被覆する態様で設けられていることを除いて上記の実施形態(図28)と同様である。
図30に示すケーブル130iは、電気ケーブル132を収容するシース部がエアチューブ131iであり、芯材が収容されていないことを除いて上記の実施形態(図28)と同様である。エアチューブ131iは、それ単独で直進性を有する。このため、上記の実施形態のような芯材を必要としない。エアチューブ131i自体が有する直進性は、上記の実施形態で述べたケーブル130自体の直進性と同様である。また、エアチューブ131i自体が有する曲げ剛性も、上記の実施形態で述べたケーブル130自体の曲げ剛性(300kN・mm以上12,000kN・mm以下、好ましくは500kN・mm以上5,000kN・mm以下、さらに好ましくは500kN・mm以上3,800kN・mm以下)と同様である。
[変形例]
以下、図示しない変形例について述べる。
[検知部の変形例]
上記の実施形態では、超音波探触子710が軸筐体部210よりも進行方向FW側に設けられているが、本発明はこの態様に限定されない。たとえば、超音波探触子710は、少なくとも一部が軸筐体部210の中に進入していてもよい。
[主軸部と筐体部との連結態様の変形例]
上記の実施形態では、探触子固定部206とケーシングカバー部208と軸筐体部210とは一体的に形成されているが、本発明はこの態様に限定されない。探触子固定部206とケーシングカバー部208と軸筐体部210とのうち連設される2以上の部分は、それぞれ部材として別個独立し、それら部材が互いに連結されていてもよい。
[保護部の変形例]
上記の実施形態では、保護部722が半球形状のものを挙げたが、本発明はこの態様に限定されない。たとえば、保護部722表面の傾斜面は、軸心方向の切断形状が曲面である場合のみならず、たとえば円錐形状および角錘形状のように直線であってもよい。さらに、保護部722の進行方向の末端部分は、曲率の異なる曲面または平面であってもよい。たとえば、保護部722は、切頭半球形状、切頭円錐体形状、切頭角錐体形状であってもよい。
[可撓部の変形例]
上記の実施形態では、可撓部113,116gとしてコイルばねを挙げたが、本発明はこの態様に限定されない。可撓部113は、軸心方向に貫通していればよく、たとえば、蛇腹チューブ、その他の可撓性チューブであってもよい。
[調芯部および車輪の変形例]
上記の実施形態では、主調芯部400の主調芯アーム411および補助調芯アーム423ならびに副調芯部450の副調芯アーム451および補助調芯アーム473が、主軸部200および副軸部250から遠ざかる方向に凸となるように若干屈折した形状である例を挙げたが、本発明はこの態様に限定されない。それぞれのアームは、当該方向に凸となるように湾曲形状であってもよいし、直形状であってもよい。
また、上記の実施形態では車輪500は片持ちで設けられているが、両持ちで設けられてもよい。
[実施形態および他の例における各部と請求項の各構成要素との対応関係]
本発明においては、超音波検査装置100が請求項の「超音波検査装置」に相当し、内部移動部110,110a,110b,110c,110d,110e,110f,110gが「内部移動部」に相当し、外部操作部120が「外部操作部」に相当し、ケーブル130,130h,130iが「ケーブル」に相当し、エアチューブ131,131iが「エアチュ−ブ」に相当し、電気ケーブル132,132hが「電気ケーブル」に相当し、芯材139,139hが「芯材」に相当し、主エアシリンダ300,300a,300fおよび副エアシリンダ350,350a,350fが「エアシリンダ」に相当し、中空軸モータ610が「中空軸モータ」に相当し、超音波探触子710が「超音波探触子」に相当し、音響反射部720が「音響反射部」に相当し、管900が「管」に相当し、気体相GPが「気体相」に相当する。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱することのない様々な変形がなされる。
100 超音波検査装置
110,110a,110b,110c,110d,110e,110f,110g 内部移動部
113 可撓部
120 外部操作部
130,130h,130i ケーブル
131,131i エアチュ−ブ
132,132h 電気ケーブル
139,139h 芯材
200 主軸部
226 摺動リング(摺動部)
230,230f テーパスペーサ
250 副軸部
300,300a,300f 主エアシリンダ(エアシリンダ)
350,350a,350f 副エアシリンダ(エアシリンダ)
400,400d,400e 主調芯部
411 主調芯アーム
412,412e リンクアーム
423 補助調芯アーム
424 補助リンクアーム
450,450d,450e 副調芯部
451 副調芯アーム
473 補助調芯アーム
500 車輪
610 中空軸モータ
710 超音波探触子
720 音響反射部
722 保護部
900 管
FW 進行方向
BW 退行方向
R 最小曲げ半径
r 管の内直径
FL 可撓部の長さ
GP 気体相

Claims (7)

  1. 管の内部を押し込み式で走行させる内部移動部と、
    前記内部移動部に設けられた、車輪、前記車輪を前記管の内壁に当接させるエアシリンダ、超音波探触子、前記超音波探触子の発信先に設けられた音響反射部、および前記音響反射部を回転させる中空軸モータと、
    前記エアシリンダおよび前記中空軸モータを操作する外部操作部と、
    前記内部移動部と前記外部操作部とを連結したケーブルと、を含み、
    前記ケーブルが、前記エアシリンダに連通したエアチューブと、前記エアチューブの内部に収容され前記中空軸モータに接続された電気ケーブルとを少なくとも含み、且つ、直進性と300kN・mm以上12,000kN・mm以下の曲げ剛性とを有し、
    前記ケーブルが、前記エアチューブの内部に収容された、少なくとも一端が非固定の芯材を含み、
    前記芯材が前記直進性を有する、超音波検査装置。
  2. 前記芯材の他端が前記エアチューブ、前記電気ケーブル、および前記内部移動部の少なくともいずれかに固定されている、請求項に記載の超音波検査装置。
  3. 前記エアチューブの曲げ剛性が300kN・mm以上5000kN・mm以下であり、前記芯材の曲げ剛性が300kN・mm以上12000kN・mm以下である、請求項またはに記載の超音波検査装置。
  4. 前記エアチューブの内直径をRa、前記芯材の外直径をRcとした場合にRa/Rc比が1以上5以下である、請求項からのいずれか1項に記載の超音波検査装置。
  5. 前記エアチューブが前記直進性を有する、請求項1に記載の超音波検査装置。
  6. 前記エアチューブの肉厚が1.8mm以上4.0mm以下である、請求項1からのいずれか1項に記載の超音波検査装置。
  7. 前記ケーブルの軸方向に垂直な断面において、前記エアチューブの内部空間全体に対する前記エアチューブ内の気体相の断面積の割合が、20%以上95%以下である、請求項1からのいずれか1項に記載の超音波検査装置。
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