JPH04282451A - 二層金属線材の腐食劣化判定法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛めっき鋼より線の
ように芯線の周囲を異種金属で覆った二層金属線材の腐
食劣化判定法に関し、特に芯線と被覆層の腐食後の残存
量を個別に検出できるものを提供する。

【０００２】

【従来の技術】電気鉄道の電力供給用に敷設されている
図５に示すような電車線路１において、亜鉛めっき鋼よ
り線は、ちょう架線２、代用トロリ線３および支持物４
の支線等に幅広く利用されている。この亜鉛めっき鋼よ
り線は外気に晒されているので、腐食による断線事故防
止のため、定期的にまたは必要に応じて腐食の程度を検
査し、取替え時期を判断する必要がある。

【０００３】金属線材の腐食劣化検査法として、渦流探
傷試験法（特開平２−５４１６６）が知られている。し
かし、従来方法の検査対象は、線材がアルミのみ、或い
は銅のみといった単一の素材からできているものに限ら
れ、亜鉛めっき鋼より線のように、異種金属を積層した
ものには使用できなかった。

【０００４】このため、亜鉛めっき鋼より線の腐食劣化
の検査は、人がはしご、タワー、保守用車等に乗り、活
線状態あるいは停電状態の線に接近し目視して行ってい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】亜鉛めっき鋼より線の
取替え時期の推定は、腐食防止のために表面に施された
亜鉛めっき層の腐食量と、強度を保つ鋼より線部分の腐
食量から総合的に判断する必要がある。ところが目視に
よる検査方法は外観で判断するため、内部への腐食の進
行程度が把握し難く、取替時期の推定を誤り易い。例え
ば、表面の亜鉛めっき層が大部分残っていても一箇所の
腐食が内部に深く進み、亜鉛めっき鋼より線の強度が大
きく低下している場合もある。この誤認の結果として、
断線事故が発生したり、まだ十分使用可能な線の取替を
実施してしまう等の問題があった。このため、検査回数
を半年あるいは１年に１回と多くしているが、適切な管
理は困難であった。

【０００６】一方、この目視による検査作業は、高い位
置にある亜鉛めっき鋼より線に人が接近する必要のため
保守用車等に乗る高所作業であり、全面を検査するには
反対側からも見る必要があり手間がかかる。さらに、保
守用車の操作要員等も必要であり、この亜鉛めっき鋼よ
り線は鉄道沿線にかなりの距離に設置されていることか
ら、多数の人手を要し、作業コストは非常に高いものと
なっていた。

【０００７】そこで本発明は、亜鉛めっき鋼より線のよ
うな二層金属線材の腐食後の残存量を、簡便な作業によ
って各金属毎に区別して検出できる腐食劣化判定法を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明が提供する二層金
属線材の腐食劣化判定法は、第１の金属の外周を第２の
金属で被覆した線材に沿って、渦流を発生させる励磁手
段とこの渦流による磁界変化の検出コイルを有する検出
器を移動させ、

【０００９】この検出コイルに発生する誘導電圧に対し
最大出力が得られるように位相検波を行なった場合の出
力を、図１に示すように位相と振幅で表す２次元平面に
おいて、線材がない場合の出力を原点ｃ、腐食のない線
材の出力を点ａ、外周の第２の金属を剥離した第１の金
属のみの線材の出力を点ｂとしたとき、

【００１０】腐
食検出対象の線材に対して、点ａと点ｂを結ぶ直線と直
交する方向の成分（第１の金属に対応）が得られる位相
（図１内のベクトルＥの位相角）と、上記点ｂと原点ｃ
を結ぶ直線と直交する方向の成分（第２の金属に対応）
が得られる位相（図１内のベクトルＦの位相角）で、そ
れぞれ位相検波し、

【００１１】各検波出力を、予じめ金属の残存量と出力
との関係を調べて得た、例えば図２に示すような既知の
参照データと比較して、第１および第２の金属の腐食量
を個別に算出・表示し、線材取替え時期の推定に供する
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明法は、金属の傷等を調べる渦流探傷試験
法の原理を応用している。この渦流探傷試験法は、試験
体に交流磁界を作用させて渦流を発生させ、この渦流の
大きさによって試験体のインピーダンスを知り、これか
ら傷の大きさ等を判断する。具体的には渦流によって検
出コイルに生じる誘導電圧を、信号成分のみを取り出す
ため所定の位相で位相検波して検知出力とする。この位
相検波は、作用磁界の周波数と同一の周波数で信号成分
が最大値になる所定の位相で、例えば半周期（１８０°
）毎に反転する正負のパルス信号により、ＦＥＴ（電界
効果トランジスタ）のゲートをオン・オフさせ、このゲ
ートを通過する電圧の平均値を検知出力とする。なお、
この位相は検出体の素材に固有の値を持つ。

【００１３】しかし、このような一般的な渦流探傷試験
法で、亜鉛めっき鋼より線のような二層金属線材を検査
すると、最大出力が得られる位相が腐食の進行とともに
変化し、かつ検知出力の振幅も腐食量と対応なく変化す
るので、使用できない。

【００１４】亜鉛めっき鋼より線の腐食の進行に伴って
、最大出力が得られる位相とその振幅が変化する様子を
、Ｘ軸とＹ軸で表わされる２次元平面内のベクトルとし
て図１に表わす。

【００１５】この図は亜鉛めっき鋼より線が存在しない
（空芯の）場合の出力をゼロ値のベクトルＣとして原点
ｃにとり、亜鉛めっき鋼より線が新品の場合の位相検波
出力をＸ軸上にベクトルＡで表わしている。同図の点線
ａ−ｂ−ｃは、亜鉛めっき鋼より線の腐食が、始めに亜
鉛めっき部分のみに進行し、亜鉛めっき部分が完全にな
くなってから鋼より線部分に進行する場合に、位相検波
出力を示すベクトルＤの先端が描く軌跡である。腐食に
より亜鉛めっき層が減少して行くと、位相検波出力のベ
クトルＤの先端は、図中点ａから点ｂに向かって移動す
る。そして亜鉛めっき層がなくなると点ｂに達する。さ
らに鋼より線部分も腐食により減少して行くと、ベクト
ルＤの先端は原点である点ｃに向かって移動し、鋼より
線部分が全くなくなると原点ｃに到達する。

【００１６】上記関係から次の法則が成立していること
が解る。亜鉛めっき層のみが減少していくとき、ベクト
ルＤの先端は点ａから点ｂに向かって直線的に変化し、
この変化方向と直交する方向の成分は変化しない。この
成分はボリュームが変化しない鋼より線に対応している
。そこで、この成分を表わすため、点ａと点ｂを結ぶ直
線に原点ｃから垂線を引いて鉄軸Ｅとする。鋼より線が
減少していくとき、ベクトルＤの先端は、点ｂから点ｃ
に向かって直線的に変化する。これは、鋼より線の量に
対応しており、上記鉄軸ＥへのベクトルＤの射影から、
この変化量を読み取れる。

【００１７】亜鉛めっき層のボリュームの減少に伴なっ
てベクトルＤは点ａから点ｂに向かって移動する。この
亜鉛めっき層の変化を読み取るため、鋼より線部分のボ
リューム変化に影響されないように点ｂと点ｃを結ぶ直
線と平行に、点ａから直線を引き、この直線に原点から
垂線を引いて亜鉛軸Ｆとする。図１から解るように、ベ
クトルＤの亜鉛軸Ｆへの射影が残留している亜鉛めっき
層の残存量を示している。

【００１８】すなわち、亜鉛めっき鋼より線の位相検波
出力を示すベクトルＤの亜鉛軸Ｆ方向の成分は、残存し
ている亜鉛量に比例し、ベクトルＤの鉄軸Ｅ方向の成分
は残存している鋼より線量に比例している。これらの比
例関係はリニアなものではないが、一定の関係を有する
ものとして、例えば図２に示すようにデータ化できる。

【００１９】ベクトルＤの鉄軸Ｅ方向の成分および亜鉛
軸Ｆ方向の成分を得るには、検出コイルに発生する誘導
電圧を、上記鉄軸Ｅの位相および亜鉛軸Ｆの位相で、そ
れぞれ位相検波すればよい。

【００２０】そして、このように取り出された亜鉛軸方
向の成分と鉄軸方向の成分を、予じめ調べておいた検出
対象金属の存在量と検知出力との対応データ表と照し合
せて、亜鉛めっき層と鋼より線の残存量を個別に読みと
り、亜鉛めっき鋼より線の取り替え時期を過去の蓄積デ
ータ等に基づき、総合的に判断する。

【００２１】亜鉛めっき層と鋼より線の腐食は、実際は
上述のように段階的に進行するとは限らず、同時に平行
して腐食することが多いので、上記ベクトルＤの軌跡は
、実際上は、点ａ−ｂ−ｃを結ぶ点線の付近を通ること
になる。この場合でも、各検知出力と両金属の残存量の
対応関係は、段階的に腐食が進む場合と同様であること
が、多数の試験体での実験によって確認されている。

【００２２】以上の説明は、亜鉛めっき鋼より線につい
て行なっているが、本発明法は、他の種類の金属を組み
合せた線材であっても、被覆金属のみが減少するときの
位相検波出力、および内部金属のみが減少するときの位
相検波出力が、それぞれ位相と振幅を表わす２次元平面
上で直線的に変化するという法則性を持てば、同様に実
施可能である。

【００２３】

【実施例】本発明法は、上述した原理に基づいて測定を
行うものであって、測定時に渦電流を生じさせるための
交流磁界を加える手段、および渦電流の変化を検出する
コイル構造、検出コイル出力の処理方法は、上記方法を
実施できる範囲で任意に選べる。

【００２４】次に、その具体例を説明する。図３は相互
誘導型コイルを使用した検出回路の一構成例を示す。こ
の回路において、Ｌ１　，Ｌ２　は直列接続された一次
コイルで、検査対象の線材に応じて選択される所定周波
数（１ＫＨｚ　〜２５０ＫＨｚ　）の励磁用交流電源ｅ
が接続されている。Ｌ３　，Ｌ４　は直列接続された２
次側検出コイルで、それぞれ１次コイルのＬ１　とＬ２
　に近接・配置され、Ｌ１　とＬ３　およびＬ２　とＬ
４　はそれぞれ別個の磁気回路を構成する。２次検出コ
イルのＬ３　，Ｌ４　は、２個の抵抗Ｒ１　，Ｒ２　お
よびバランス用の抵抗Ｒ３　とブリッジ接続されている
。このブリッジ回路５の出力は、２次側検出コイルＬ３
　，Ｌ４　の中点とバランス用の抵抗Ｒ３　の可動接点
から取り出され、処理回路６に出力される。処理回路６
は励磁用交流電源ｅから、図示しない移相回路によって
所定の位相信号を生成して位相検波を行ない、この検波
出力を表示器７に表示させる。

【００２５】この構成では、コイルＬ１　，Ｌ３　の磁
気回路部分を常に空芯状態とし、他方のコイルＬ２　，
Ｌ４　を亜鉛めっき鋼より線に対して近接状態で移動さ
せて使用する。ブリッジ回路５はゼロ点調整用のもので
、コイルＬ２　，Ｌ４　が亜鉛めっき鋼より線に対向し
ていないとき、バランス用の抵抗Ｒ３　を調整してその
出力をゼロとする。これによって図１に示すような位相
検波出力が得られる。

【００２６】ゼロ点調整後、コイルＬ２　，Ｌ４　の部
分に亜鉛めっき鋼より線を挿通させると、その出力は図
１に示す条件に従って変化する。この出力は先に説明し
たように亜鉛軸Ｆ方向の成分（亜鉛の残存量を表わす）
のみを取り出す位相と、鉄軸Ｅ方向の成分（鋼より線の
残存量を表わす）のみを取り出す位相で、それぞれ位相
検波される。各検波出力は、別個に取り出され表示器に
て表示される。この表示は、例えば亜鉛用と鋼より線用
に専用のメータを設け、０〜１００％の表示（腐食がな
いとき１００％）をさせる。この表示は、位相検波出力
を、予じめ測定して得られた位相検波出力と残存量の対
応データに基づき補正を加えて、実際の残存金属量を表
示させることもできる。亜鉛めっき鋼より線の交換時期
の予測は、試験された亜鉛めっき鋼より線の架線状況を
勘案しながら、過去のデータと照して判断する。

【００２７】図４に、本発明法を実施する検出器の機械
的構成例を示す。７は検出器のセンサ部で、亜鉛めっき
鋼より線の上を走行する２個のガイドローラ８を持つボ
ックス型のケース９内に、一次コイルＬ１　，Ｌ２　お
よび二次側検出コイルＬ３　，Ｌ４　を内装している。 このセンサ部７は、検査員が持つ長い絶縁棒１０で牽引
され、亜鉛めっき鋼より線の上を走行する。１１は検査
員が肩に掛けて持ち運ぶことができる検出器本体で、励
磁用交流電源ｅ、移送回路、位相検波回路、表示器等を
持ち、伸縮自在なスパイラル線１２によりセンサ部７と
接続されている。この構成によって作業性が極めて向上
する。また場所によっては、はしご、タワー、保守用車
等を用いず、検査員が架線の下を歩くだけで腐食劣化検
査を行うことも可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、亜鉛めっき鋼より線等
の二層金属線材の腐食状態の把握を、簡便な操作で、正
確に行えるようになる。したがって、亜鉛めっき鋼より
線の保全方法を、従来採用されていた目視検査による不
正確な時間基準保全から、設備診断機器を使用する正確
な状態保全基準に移行できる。そのため、検査周期が延
伸でき、毎年の亜鉛めっき鋼より線の検査要員を減少で
きるとともに、使用可能な亜鉛めっき鋼より線の取替を
行うこともなくなり、亜鉛めっき鋼より線の保守経費を
減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】渦流試験の際に、腐食により二層金属線材の位
相検波出力が変化する状態を示す、本発明法の原理説明
図

【図２】金属の残存量と検波出力との関係の一例を示す
図

【図３】本発明法を実施する検出回路の一具体例を示す
回路図

【図４】本発明法を実施する一具体例の検出器の外観構
成図

【図５】亜鉛めっき鋼より線が使用されている電気鉄道
の電車線路設備を示す斜視図

【符号の説明】

Ａ　　腐食のない線材の位相検波出力を示すベクトル（
先端を点ａとする） Ｂ　　第１の金属のみの線材の位相検波出力を示すベク
トル（先端を点ｂとする） Ｃ　　線材がない場合の位相検波出力（原点ｃとする）
Ｄ　　腐食進行中の線材の位相検波出力を示すベクトル
Ｅ　　第１の金属の残存量が得られる位相を持つベクト
ル（鉄軸） Ｆ　　第２の金属の残存量が得られる位相を持つベクト
ル（亜鉛軸） ５　　検出器のセンサ部 Ｌ３，Ｌ４　　　検出コイル ６　　位相検波回路（処理回路） ７　　表示器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の金属の外周を第２の金属で被覆
   した線材に沿って、渦流を発生させる励磁手段とこの渦
   流による磁界変化の検出コイルを有する検出器を移動さ
   せ、この検出コイルに発生する誘導電圧に対し最大出力
   が得られるように位相検波を行なった場合の出力を位相
   と振幅で表す２次元平面において、線材がない場合の出
   力を原点ｃ、腐食のない線材の出力を点ａ、外周の第２
   の金属を剥離した第１の金属のみの線材の出力を点ｂと
   したとき、腐食検出対象の線材に対して、点ａと点ｂを
   結ぶ直線と直交する方向の成分（第１の金属に対応）が
   得られる位相と、上記点ｂと原点ｃを結ぶ直線と直交す
   る方向の成分（第２の金属に対応）が得られる位相で、
   それぞれ位相検波し、各検波出力から第１および第２の
   金属の腐食量を個別に算出することを特徴とする二層金
   属線材の腐食劣化判定法。