特許 7458075 配管内面測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-21

(45)【発行日】2024-03-29

(54)【発明の名称】配管内面測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/22 20060101AFI20240322BHJP

   G01N 29/07 20060101ALI20240322BHJP

   G01N 29/265 20060101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

G01N29/22

G01N29/07

G01N29/265

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020186557

(22)【出願日】2020-11-09

(65)【公開番号】P2022076234

(43)【公開日】2022-05-19

【審査請求日】2023-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】500524419

【氏名又は名称】株式会社アイシーティー

(74)【代理人】

【識別番号】100080746

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 武嗣

(72)【発明者】

【氏名】白石 勝

(72)【発明者】

【氏名】和田崎 桂司

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２３５０５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２６７８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７７０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９５２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２０１７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３０４１１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／００－１７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管（Ｐ）の周囲壁（１）に設けられている既設の孔部（11）から配管軸心（Ｌp ）に直交する方向に差込まれる挿入細管（５）と、
該挿入細管（５）の先端に固設されると共に、上記配管軸心（Ｌp ）と平行な方向の空間軸心（Ｌc ）を有する短円柱状密封空間（Ｃ₃ ）を形成する短筒体（３）と、
該短筒体（３）の上記密封空間（Ｃ₃ ）内に収納され、上記空間軸心（Ｌc ）廻りに揺動自在に枢支され、しかも、超音波センサ（Ｓ）を有する揺動ヘッド（10）と、
上記短筒体（３）の上記密封空間（Ｃ₃ ）に充填されて、上記超音波センサ（Ｓ）から発信される超音波の音響エネルギーの伝播を助ける接触媒質（20）と、
上記挿入細管（５）の基端に付設された制御ボックス（21）内に設けられた回転制御機能付き駆動手段（16）と、
上記挿入細管（５）の内部を通して、上記駆動手段（16）の制御された回転を、上記揺動ヘッド（10）に伝達する伝達手段（17）とを、
具備することを特徴とする配管内面測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配管内面測定装置に係り、特に、超音波を利用して上水配管内面のプロファイルを測定したり、あるいは、配管内径寸法及び流路断面積を測定する装置である。

【背景技術】

【0002】

従来、図９と図10に示すように、配管Ｐの周壁面51の内面51Ａの腐食状態や、錆・スケール等の付着状態、あるいは流路断面積の（減少等の）経年変化を、測定する方法及び装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６３－３０４１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図９，図10に示された従来の配管内面測定方法及び装置では、台車52、及び、台車52から放射状に突設された、ローラ53付の支持脚54，54、接触ローラ56，56付の探触子55，55等を、具備している大型の構造物を、利用していた。

【0005】

しかしながら、道路の下方に埋設された上水道用配管Ｐについて使用する場合には、以下のような問題がある。
（ｉ）上水道用配管Ｐでは、このような大型構造物を、配管Ｐ内へ差入れることが至難である点、
（ii）上水道用配管Ｐに使用した場合、可動ローラ53，53や可動接触ローラ56や可動コイルバネ57，58等が（人の口に入る）飲料水に直接に接する点、
(iii) 経年変化した配管Ｐの内面には錆やスケール等が付着しているが、ローラ53，接触ローラ56が接触して、この錆やスケール等を遊離させて飲料水内に混在させる点、
（iv）上記錆やスケール等にローラ53，接触ローラ56が接触して遊離させたりして荒らすため、配管内面の本来のプロファイルを測定できず、かつ、正確な内径寸法も測定困難となる場合がある点。

【0006】

そこで、本発明は、このような問題点（ｉ）～（iv）を解決して、配管に予め付設の各種弁が取付けられた既設の孔から簡単に配管内部へ差込むことが可能であり、さらに、可動物が直接に飲料水に接触することを防止でき、異物混入の虞れがなくなり、しかも、元々付着していた錆やスケール等を遊離させることがなく高精度に、配管内面のプロファイルや配管内径寸法及び流路断面積を、求めることができる配管内面測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る配管内面測定装置は、配管の周囲壁に設けられている既設の孔部から配管軸心に直交する方向に差込まれる挿入細管と；該挿入細管の先端に固設されると共に、上記配管軸心と平行な方向の空間軸心を有する短円柱状密封空間を形成する短筒体と；該短筒体の上記密封空間内に収納され、上記空間軸心廻りに揺動自在に枢支され、しかも、超音波センサを有する揺動ヘッドと；上記短筒体の上記密封空間に充填されて、上記超音波センサから発信される超音波の音響エネルギーの伝播を助ける接触媒質と；上記挿入細管の基端に付設された制御ボックス内に設けられた回転制御機能付き駆動手段と；上記挿入細管の内部を通して、上記駆動手段の制御された回転を、上記揺動ヘッドに伝達する伝達手段とを；具備している。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、コンパクト化が図られて、配管内部に差込み易く、容易かつ能率良く、測定作業を行うことが可能である。特に、上水配管の測定にあっては、飲料水を清浄に維持できる。即ち、測定装置として、飲料水に直接に接触するのは、静止した部品外周面のみである。さらに、配管内面に対して、機械的に接触せず、従って、本来の配管内面のままの形状・状況のままにて、測定でき、高精度に、配管内面のプロファイルや内径寸法等を検出・測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の一形態を示した使用状態の断面正面図である。

【図2】一部断面正面図である。

【図3】一部断面側面図である。

【図4】要部拡大断面正面図である。

【図5】作動説明のための要部拡大断面正面図である。

【図6】作動説明のための要部拡大断面正面図である。

【図7】具体的構成を例示した一部断面側面図である。

【図8】本発明の超音波計測方法についての基本原理を説明したグラフ図である。

【図9】従来例を示す一部断面正面図である。

【図10】従来例を示す一部断面側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１に於て、配管Ｐの周囲壁１には、予め分水栓や各種弁類が取付けられる孔部11が形成されている。配管Ｐのこのような既設の孔部11から、配管軸心Ｌp に直交する方向に差込まれる挿入細管５を備えている。この挿入細管５の先端には、短筒体３が固設されている。

【0011】

短筒体３は、ステンレス鋼等から成り、図１～図７に示すように、薄い肉厚の短円管部３Ａと、その左右を閉じるように連設された（やや肉厚の）第１円板部３Ｂ・第２円板部３Ｃを有する。
また、孔部３Ｄ付の挿入用ボス部３Ｅが、上記短円管部３Ａから突出状として、連設されている。

【0012】

このボス部３Ｅが、挿入細管５の孔部の下端に、挿入され、接着又は溶接、あるいは、（図示省略するが）シール材を介してボルト等にて、連結されている。
なお、６はオイルシール等の密封部材を示す。

【0013】

そして、図１～図７に示す如く、（円形横断面の）短筒体３の軸心Ｌ₃ は、挿入細管５の軸心Ｌ₅ と直角に交わる。（つまり、軸心Ｌ₃ と軸心Ｌ₅ とは、直交状とする。）しかも、短筒体３の軸心Ｌ₃ が、配管軸心Ｌp と平行となるように配管Ｐに差込まれ、かつ、両軸心Ｌ₃ ，Ｌp を図１のように一致させる。
従って、短筒体３がその内部に形成した短円柱状密封空間Ｃ₃ の軸心（空間軸心）Ｌc は、配管軸心Ｌp と平行な方向を向く。
しかも、短円筒状密封空間Ｃ₃ の空間軸心点と、配管軸心点とは、略一致するように、短筒体３と挿入細管５が一体として、配管Ｐ内に、挿入保持される。

【0014】

次に、10は揺動ヘッドであって、上記短筒体３の密封空間Ｃ₃ 内に収納される。この揺動ヘッド10は、上記空間軸心Ｌc 廻りに揺動自在として、図７に例示したように、枢支されている。
枢支構造は、従来公知の種々の構成を使用可能であるが、図７では、揺動ヘッド10から、空間軸心Ｌc に一致する一対の軸部10Ａ，10Ｂを、突設し、一方の軸部10Ａは、第１円板部３Ｂの内面に突設された軸受部13に枢支され、また、他方の軸部10Ｂは、第２円板部３Ｃの内面に突設された軸受部14に枢支される。

【0015】

なお、図７に於て、短筒体３の組立部品（構成）の詳細、さらに、軸受部13，14の具体的組付構造等を、図面では省略しているが、公知の部品、及び、組付構造をもって、短筒体３の内部に、揺動ヘッド10を揺動（回転）可能に枢着すれば良い。

【0016】

そして、Ｓは超音波センサであり、揺動ヘッド10に付設される。図例では、発信用と受信用の一対の超音波センサＳ，Ｓを図示したが、単数個にて、発信と受信を行うことも、可能である。

【0017】

また、図４～図７に於て、多数の点々をもって表示したのは、短筒体３の（内部の）密封空間Ｃ₃ に充填された超音波カプラント（接触媒質）20である。このように密封充填された接触媒質20は、揺動ヘッド10に付設の超音波センサＳから発信された超音波の音響エネルギの伝播を助ける役目をなす。

【0018】

次に、図１～図３に於て、21は挿入細管５の基端に付設された制御ボックスであって、ハンドル22，22が外方へ突設され、また、この制御ボックス21内には、制御基板やコンピュータ等の情報処理器15が内設され、かつ、回転制御機能付き駆動手段16が内設されている。
上記駆動手段16としては、アブソリュートエンコーダ、又は、ステッピングモータが好適である

【0019】

さらに、挿入細管５の内部を通じて、上記駆動手段16の制御された回転を、上記揺動ヘッド10に伝達する伝達手段17を、備える。
この伝達手段17について、説明すると、挿入細管５に貫通状に内挿された回転伝達シャフト17Ａと、９０°回転変換機構17Ｂとを、有する。

【0020】

９０°回転変換機構17Ｂは、図例では、相互に直角方向から噛合するべベルギア18Ａ，18Ｂから成り、一方のべベルギア18Ａは回転伝達シャフト17Ａの下端に固設され、他方のべベルギア18Ｂは揺動ヘッド10に固設されている。
図７に於て、軸部10Ｂと同一軸心上に、ベベルギア18Ｂが固着されている。

【0021】

前記駆動手段16の正逆回転に伴って、回転伝達シャフト17Ａが回転し、べベルギア18Ａ，18Ｂの噛合回転にて、揺動ヘッド10が、図４から図５のように、矢印Ｍ₁ 方向に回転し、あるいは、図４から図６のように、矢印Ｍ₂ 方向に回転し、超音波センサＳの発信・受信の向きが、左右各々、中心角度θだけ向きが変わる。
なお、図４～図７に於て、図示省略しているが、オイルシール６の近傍に、軸受を付設するのが望ましい。また、９０°回転変換機構17Ｂとして、ウォームとウォームホイールから成るウォーム歯車機構を使用するも自由である（図示省略）。

【0022】

図８は、横軸に時間Ｔをとり、縦軸に超音波の発信・受信の強さを示すグラフ図である。
一方の超音波センサＳから発信された超音波Ｗ₁ が、ｔ₁ 時間後に、他方の超音波センサＳにて受信波Ｗ_1Rとして受信されたことを示す。しかも、上述の発信された同じ超音波Ｗ₁ は（近傍に存在する）短円管部３Ａにて反射し、極めて短いΔｔ時間後に、他方の超音波センサＳにて、受信波Ｗf として受信されたΔｔ≪ｔ₁ であって、制御ボックス21の内部の情報処理器（コンピュータ）によって、最初の受信波Ｗf を（エラーとして）処理される。このように、短筒体３の短円管部３Ａの存在は、エネルギーロスの欠点があるといえども、超音波センサＳの僅かなパワーアップにて、簡単に解決でき、実用上問題ではない。

【0023】

なお、本発明は上述の実施例に限定されずに設計変更可能であり、例えば、伝達手段17として、９０°の弯曲変形可能な可撓回転ワイヤ（線条体）を使用することも自由である。

【0024】

本発明は、以上詳述したように、配管Ｐの周囲壁１に設けられている既設の孔部11から配管軸心Ｌp に直交する方向に差込まれる挿入細管５と；該挿入細管５の先端に固設されると共に、上記配管軸心Ｌp と平行な方向の空間軸心Ｌc を有する短円柱状密封空間Ｃ₃ を形成する短筒体３と；該短筒体３の上記密封空間Ｃ₃ 内に収納され、上記空間軸心Ｌc 廻りに揺動自在に枢支され、しかも、超音波センサＳを有する揺動ヘッド10と；上記短筒体３の上記密封空間Ｃ₃ に充填されて、上記超音波センサＳから発信される超音波の音響エネルギーの伝播を助ける接触媒質20と；上記挿入細管５の基端に付設された制御ボックス21内に設けられた回転制御機能付き駆動手段16と；上記挿入細管５の内部を通して、上記駆動手段16の制御された回転を、上記揺動ヘッド10に伝達する伝達手段17とを；具備しているので、図９と図10の従来例の前記問題点（ｉ）～（iv）を解決して、次のような著大な効果を奏する。
（１）細長状かつ小型であるので、被測定用の配管Ｐ内へ容易に差入れて、能率良く作業を行い得る。
（２）飲料水を送る上水配管Ｐ用として好適な測定装置であって、可動部品が水に接触せず、衛生面と、安全面から好ましい。
（３）配管Ｐの内面に対し、接触する部位が無いので、経年変化して発生した錆やスケール等を剥離（遊離）させることもなく、飲料水として、衛生上望ましい。
（４）測定以前の元来の配管Ｐの内面を荒らすことなく測定可能なため、正確に配管内面のプロファイルを得ることができる。かつ、高精度に内径寸法も測定できる。なお、内径寸法の測定において、予め（温度計によって）水温を測定し、該当水温における水中音速を（水中音速データに基づいて）求めておいて、その水温における水中音速を用いる。
（５）従って、配管Ｐの流路面積を正確に算出することが可能となって、その後に、トランジットタイム計測式（伝播時間差式）の流量の演算の結果が、著しく向上できる。

【符号の説明】

【0025】

１ 周囲壁
３ 短筒体
５ 挿入細管
10 揺動ヘッド
11 孔部
16 回転制御機能付き駆動手段
17 伝達手段
20 接触媒質
21 制御ボックス
Ｃ₃ 密封空間
Ｌc 空間軸心
Ｌp 配管軸心
Ｐ 配管
Ｓ 超音波センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】