JPH02236408A - 水柱ノズル - 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】 産業上の利用分野 本発明は、水柱ノズルに関し、詳しくは、探触子（セン
サー）に取り付けられ、超音波パルス・エコ一方式によ
り披測定物の寸法、例えば、板厚の寸法を自動測定する
装置および被測定物の内部欠陥を探傷する装置等に用い
るものである。

従来の技術 従来、この種の超音波パルス・エコ一方式による寸法測
定装置は、第９図に示すように、探触子１の先端にノズ
ル２を取り付け、被測定物３に対して探触子ｌから発振
される超音波を、ノズル２から噴射される水柱４中で伝
播させて被測定物３へ入射している。この被測定物３に
入射された超音波の一部は被測定物の表面から表面エコ
ーＥ！として反射する一方、被測定物の内部に入った超
音波が裏面で裏面エコーＥ２として反射し、これらの反
射エコーＥ！とＥ２の時間間隔により被測定物の板厚を
測定している。

この種の測定装置に用いる水柱ノズル２としては、従来
、第１０図および第１１図に示す構造のものが提供され
ており、いずれも、探触子ｌの先端に、探触子と同心状
態で円筒状のノズル・ハウジング５を取り付け、該ハウ
ジング５内に同心に内筒６を間隙をあけて取り付けてい
る。該内筒６の先端（第１１図に示す従来例では内筒６
と連接１，たハウジング５の先端）を水出口７とすると
共に、ハウジング５の周壁に給水口８を設けている。

該給水口８から供給される水は、ハウジング５の内壁と
内筒６の外壁との間に形成さｈ，る均圧室９を通って矢
印で示す如くオリフイス状のターンバック部！０を通っ
て探触子１の表面をなめるように接触させた後に内筒６
内を藺方に向かって流れ、水出口７から噴射するように
している。尚、第１０図に示す従来例では均圧室９より
探触子１に向かう流路に整流板ｌ１を介設しており、ま
た、第１ｌ図に示す従来例では水出口７の部分に絞り７
ａを形成している。

この種の水柱ノズルにおいては、上記第１０図および第
１１図に示すように、いずれの構造においても、給水口
から流入した水を一旦均圧室で圧力を均等にした後、探
触子側へ向かう流れを形成し、ついで、ターンバックさ
せて探触子の表面に当接させ、探触子の表面に付着して
いる気泡やゴミを除去した後、水出口より噴射する構成
とすることが必要とされている。

発明が解決しようとする課題 上記超音波パスル・エコ一方式による寸法測定を行う場
合、ノズルより被測定材に対して噴射される水柱が、円
周方向に渡って圧力が均一で安定化していることが、測
定精度の点から必要なことであり、この圧力の均一化を
図るためには、水柱内に気泡が混入するのを確実に防止
する必要がある。しかしながら、上記した従来のノズル
においては、気泡の混入を確実に排除することができな
い問題があった。

更に、一般に、被測定材は所定のライン上にあると共に
、測定装置の探触子も所定位置に設置されており、よっ
て、探触子と被測定材との間隔は、通常、一定距離に規
定されている（第９図中において間隔Ｗで示している）
。測定精度は、ノズル出口に近接した位置で水柱を被測
定材に当接させるよりは、距離をあけて安定した水柱を
披測定材に当接する程、測定精度の安定化および向上を
図ることが出来る。しかしながら、上記した従来のノズ
ルでは、安定した水往を得るために、所謂、助走距離を
流すすべくノズルの軸方向の寸法を長くしており、よっ
て、ノズルの水出口と被測定材との間に長い距離をあけ
ることか出来ない問題があった。例えば、探触子と被測
定材との間の距離が３８ｎ＋ｍに規定されている場合に
おいて、ノズル水出口と被測定材との距離は、上記従来
のノズルでは５ｍｍＬ，かとることができなかった。ま
た、被測定材とノズル先端との間に、何等かの介在物の
存在により、距離をあけることが要求される場合、ノズ
ル自体の軸方向の寸法を短かく、水柱は安定した状態で
遠くへ飛ばすことが好ましいが、上記した従来のノズル
では、この要求を満たすことはできない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、気泡の巻
き込みがなく、円周方向の圧力が均一で、安定した水柱
が、ねじれを発生させることなく得られると共に、該安
定した水柱を遠い距離まで飛ぶすことが出来、しかも、
ノズル自体の軸方向の長さを短くすることが出来る水柱
ノズルを提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成ケるため、本発明は、ノズル上部金具と
ノズル下部金具とを組み合わせて、軸方向の長さが短い
と共に横断面積が大きいハウジングを形成し、探触子を
その先端面が上記ハウジングの上面軸心部に露出するよ
うにノズル上部金具に取り付ける一方、該探触子先端面
と対向したノズル下部金具の底面軸心部に水出口を形成
し、かつ、該水出口に連通ずると共に上記探触子先端面
近傍まで延在するノズル部を、ノズル下部金具に突設し
た筒状の仕切壁部により形成し、かつ、該仕切壁部に外
周方向への突出部を設け、該突出部とノズル上部金具の
下壁内面との間に大きな容積の環状の均圧室を形成する
と共に土壁内面との間に小さい隙間の環状の導水部を形
成し、該導水部の内周郎を探触子端面と対向するノズル
部の上端に連通ずると共に、外周部を上記均圧室と連通
し、かつ、該均圧室の外壁部に給水口を設け、該給水口
よりハウジング内に流入した流体が均圧室より導水部を
経て探触子端面に接触した後にノズル部に流入し、水出
口から噴射される構成としていることを特徴とする水柱
ノズルを提供するものである。

さらに、本発明は、上記ノズル上部金具の細心部に探触
子取付用円筒部を形成し、該円筒部の外周面より該外方
への突出部を設け、該突出部とノズル下部金具の土壁内
面との間に均圧室を、下壁内面との間に導水部とを形成
した構成よりなり、水柱を上向きに噴射する形成するに
適したノズルを提供するものである。

作用 本発明は、上記したように、軸方向の長さが短く横断面
積が大きい均圧室を設けていると共に、該均圧室よりノ
ズル部へ至る流路に、環状で小さい隙間の長い流路の導
水部を設け、ノズル部には該導水部より円周方向の全体
から流れ込むようにしているため、ノズル部分には円周
方向において均一な圧力の水流か得られ、ノズルの水出
口から噴射される水流に長く安定した水柱を得ることか
出来る。

また、ノズル全体の形状は、軸方向に短くしているため
、ノズルの水出口と被測定材との間の距離を従来と比較
して長く取ることが出来る。

Ｘ施胴一 以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する
。

第１図（ＡＸＢＸＣ）に示す第１実施例において、１は
探触子、！２はノズル上部金具、【３はノズル下部金具
であり、ノズル上部金具１２と下部金具１３とを組み合
わせて探触子Ｉに組み付ける水柱ノズルのハウジングを
構成している。

上記ノズル上部金具Ｉ２は、探触子１を外嵌する上下端
面開口の探触子取付用の円筒部１２ａと、該円筒部１２
ａの下端より外側下部に向けて傾斜した円錐部！２ｂと
、該円錐部１２ｂの外端より下方に向けて屈折した大径
の均圧室形成用の円筒部１２ｃとを一体に形成した構造
よりなる。上記円錐部１２ｂには給水口ｌ４を穿設して
おり、該給水口！４に給水用コネクタｌ５を連結してい
る。

該円錐部＋２ｂの傾斜角度は、本実施例においては、α
１−３０゜としている。また、円筒郎１２ｃの外周面に
は螺嵌用のネジを形成している。

一方、ノズル下部金具！３は、ノズル上部会具ｌ２の円
筒郎Ｌ２ｃに外嵌する円筒部１３ａと、該円筒部１３ａ
の下端面を閉鎖する底面部１３ｂと、該底面部１３ｂの
中心部に形成した水出口ｌ６の外周部より上方に突出さ
せた大略円錐筒状の仕切壁部１３ｃを一体に形成した構
造よりなる。上記仕切壁部１３ｃは、その中空部で水出
口ｌ６に連通したノズルｇ５１７を形成している。該仕
切壁部１３ｃの形状は、外周方向への突出部１３ｄを有
する形状で、詳しくは、底面部１３ｂより外側上方へ傾
斜させた傾斜面１３ｄ−１、該傾斜面１３ｄｌの上端よ
り内側上方へ傾斜させた傾斜面１３ｄ２を有し、本実施
例においては、傾斜面１３ｄｌの角度はα２＝６０゜、
傾斜面１３ｄ−２の角度はノズル上部会具ｌ２の角度α
ｌと同一で角度α３＝３０°に設定している。また、ノ
ズル部ｌ７は水出口ｌ６に向かってテーパ状としており
、上端部ではφ１０、下端出口部ではφ６に設定してい
る。

上記ノズル上部金具Ｉ２と下部金具Ｉ３とは第１図（Ａ
）に示すように、円筒部１２ｃと１３ａとを螺合して組
み付けると共に、上部金具１２の円筒部１２ａを探触子
Ｉに０リングｌ８および取付金具１９を介して嵌合して
ノズル・ハウジングを形成している組み付けている。該
組付状聾において、ハウジングの上端面軸心部に探触子
ｌの端面が露出した状態で配置され、該探触子端面と対
向した位置にノズル部ｌ７を介して水出口ｌ６が位置し
ている。ノズル下部金具１３の仕切壁部１３ｃの突出部
１３ｄの上部傾斜面１３ｄ−２は上部金具１２の円錐面
１２ｂと僅かな間隙をあけて平行に配置され、環状の導
水部２０を形成している。該導水部２０の内周部に連通
ずるノズル郎ｌ７の上端はハウジングの探触子ｌの下端
面に対向して開口している。また、上部金具１２の円錐
面！２ｂ１円筒部１２ｃと下部金具【３の円筒郎１３ａ
、底部１３ｂ，仕切壁部１３ｃとにより囲まれた環状の
均圧室２ｌを形成している。該均圧室２ｌは図示のよう
に下方が大径で、上方の導水部２０に向かって次第に小
径となって、上端外周部が上記導水部２０が外周部と連
通ずる形状であり、全体としての形状は、従来のノズル
の均圧室と比較して軸方向の長さは短いが、横断面が大
きい大容量の室を横成している。

本実施例においては、全体の寸法は、探触子Ｉの下端面
から水出口ｌ６までの長さしは２７．５ｍｍ，均圧室２
ｌの下端部分の直径Ｗはφ６８ｍｍでとしている。よっ
て、探触子ｌから被測定材３までの距離が３７．５ｍｍ
である場合、該ノズルの水出口１６から被測定材３まで
の距離を１０開に設定することが出来る。また、導水部
２０の長さＢは大きい程、好ましいが、本実施例におい
ては、１．Ｏｍｒｔとしている。

次に、上記ノズルの作用を説明すると、上部金具円錐部
１２ｂに設けられた給水口ｌ５より供給される水は、第
１図（Ａ）において矢印で示すように、均圧室２ｌ内に
下方に向かって流入する。かつ、該均圧室２ｌ内では、
特に、中央の仕切壁部１３ｃが下端側に向かって均圧室
の容積を拡大するように傾斜しているために、均圧室２
Ｉ内に流入した水は均圧室２１の底面側に溜まるように
流れ込む。該均圧室２１内に水が完全に充填された後に
、水は上部のオリフィス状の導水部２０に導かれ、つい
で、ノズル部１７を通って水出口ｌ６より噴射される。

この噴射量に見合った量が給水口１５より供給され、よ
って、均圧室２ｌ内には常時、水が完全に充填された状
態となっている。

上記したノズルにおいては、横断面積が大きい均圧室２
ｌ内で、流入する水の円周方向の圧力はほぼ均一になる
と共に、該均圧室２Ｉよりノズル郎１７に向かう途中で
、環状で、かつ、比較的流路が長い小さい隙間の導水部
２０を通ることにより、さらに、水の円周方向の圧力は
均一となる。

よって、ノズル郎ｌ７には円周方向に均一な圧力で水が
流れ込み、水出口【６より被測定材３に向かって噴射さ
れる水柱を、円周方向か均一な圧力で、長く安定した水
柱とすることが出来る。かつ、上記したように、円周方
向の圧力が均一となっていると共に、均圧室２Ｉ内には
常時水を充填しているために、気泡は発生しにくく、気
泡の巻き込みを防止することが出来る。

このように、安定した水柱を長く形成できるため、ノズ
ルの水出口１６より被測定材３までの距離を、従来のノ
ズルと比較して倍の長さにした場合にも、精度の良い測
定結果を得ることが出来る。

第２図、第３図および第４図は、上記本発明に係わるノ
ズルの実験データを示すものである。尚、本発明のノズ
ルは前記第１図に示す実施例を用い、流体は、比重量が
９９８．２ｋｇ／ｍ３、動粘性係数が１．０　１　０ｘ
ｌ　Ｑｌ　ｍ”／Ｓ，流入速度が０．７ｍ／Ｓを用いて
いる。

第２図（ＡＸＢ）は上記本発明のノズルを用いた場合と
、前記第ｌＯ図に示す従来のノズルを用いた場合の比較
データを示すらのである。

本実験では、水出口から披測定材までの距離を１５ｍｎ
＋とじ、その反射エコーの高さのゆらぎを調べた。第２
図（Ａ）は本発明の上記ノズルを用いた場合で、ゆらぎ
は４．５〜５．２Ｖの範囲で、ひげ状のノイズは殆ど発
生していない。一方、第２図（Ｂ）は従来のノズルを用
いた場合で、ゆらぎは４〜６■の範囲と大きく、また、
ひげ状のノイズも多散発生している。

第３図および第４図は、本発明に係わる上記ノズル内に
おける水流のベクトル図を計算機にソユミレーションさ
せて描いた図である。第３図はノズル郎ｌ７の各郎の横
断而における水流のベクトルを示し、第３図（Ａ）はノ
ズル部の上端部（探触子１に対向する部分で、水出口ｌ
６より２７．５ｍＩＩ１上方）、第３図（Ｂ）はノズル
部中間部（水出口より１３．７５ｍｍ上方）、第３図（
Ｃ）は水出口近傍部分（水出口より５　．　５　ｍｍ上
方）における横断面図である。

尚、各横断図は０〜１８０゜の半側部を示しており、１
０度毎に水流ベクトルを現しているが、図中、左端部で
は６゜毎に細分化して現している。

点あるいは線は流速を示し、線の長さに応じて流速が増
し、また、線に付記している矢印は流れ方向を示してい
る。

第３図（Ａ）−　１及び、その一部拡大図である第３図
（Ａ）−１１に示すように、ノズル部！７の上端部では
水流のベクトルが円周方向の全体で均一で滑らかになり
、かつ、方向もノズル部の中心に向かっている。また、
第３図（Ｃ）すなわち水出口より５．５門上方の均圧室
における流速分布は供給口からの流込みの影響を受けて
円周方向成分か残っている。しかし（Ｃ）より８．２５
ｍｍ上方の均圧室における流速分布すなわち第３図（Ｂ
）ではかなり均圧され、円周方向成分は相当に小さくな
っている。そしてノズル上部における流速分布は第３図
（Ａ）に示す如く全て中心を向いており、回転の原因と
なる円周方向成分は殆んどなくなっている。

第４図はノズルの縦断面のシュミレーションであり、均
圧室２１内の全体に渡って水が均圧状態にあることが実
証されている。

本発明は、第１図に示す構造に限定されず、第５図から
第８図に示す構造とすることも出来る。

該第５図から第８図に示す変形例は、いずれも、ノズル
上部金具ｌ２゜とノズル下部会具ｌ３゜とで、軸方向長
さより直径が大きい横長の円筒形状のノズル・ハウジン
グを形成している。

まず、第５図に示す変形例は、ノズル下部金具１３’の
仕切壁部３０の形状を図示のように変形しており、底面
部１３ｂ’の中央水出口【６゜より突出する部分３１を
円筒形状とすると共に、その上端部に外方に大きく突出
した傾斜突出部３２を設けている。該突出部３２の上面
３２ａは対向する上部金具１２゛の傾斜面３３と平行と
して、距離Ｂが長い導水部２０′を構成すると共に、該
突出部３２の下方に大きい容積の均圧室２１’を形成し
ている。尚、突出部３２の上面３２ａを傾斜させている
のは、気泡を抜き易くするためであり、また、該突出部
３２の下面３２ｂを傾斜させているのは、気泡を抜き易
くすると共に、音響レンズの曲面に近いものとすること
により、滑らかな流線を得るようにし、かつ、音響レン
ズ面に気泡を付着させないためである。また、上記均圧
室２１’の外壁に間隔をあけて２〜３ケ所に給水口！５
′を設けている。複数個の給水口を間隔をあけて設ける
と、給水口での乱れが全体に及ぼす影響を減少すること
が出来る。

第６図に示す変形例は、第５図に示す変形例の突出部３
２を傾斜さけずに、軸線に対して直交する方向に突出さ
仕ている。該構造とすると加工が簡単で安価に製造する
ことが出来る利点を有する。

第７図に示す変形例は、水出口１６′を上向きとして、
上方へ水柱を形成する場合に好適に用いることが出来る
ものである。即ち、ノズル下部金具１３゜の底面部１３
ｂ’より、図示のように中央の水出口ＩＳ’を中心とし
て山形状に傾斜させて上方へ突出して仕切壁部４０を形
成している。該仕切壁部４０の中心軸穴部をノズル部１
７゜とじ、該ノズル部１７′は水出口に向かってテーバ
を持たせて絞っている。一方、ノズル上部金具！２には
、上記仕切壁部４０の傾斜面４０ａと対向する平行な傾
斜突出部４ｌを形成しており、該傾斜部４！と傾斜而４
０ａとの間に導水部２０″を形成すると共に、傾斜突出
部４１により導水部２０゜と仕切られた上部側に均圧室
２１’を形成している。

第８図も上方へ水柱を形成する時に、気泡が抜け易く好
適に使用される変形例であり、第７図に示す傾斜突出部
４」を変形して、図示のように下側部は傾斜すると共に
上部側は水平方向に突出した仕切壁郎５０を設け、該仕
切壁部５０の外端縁より上方へ突出した導水部形成郎５
ｌを取り付けている。上記構成とすることにより、均圧
室２１よりノズル郎１７’に連通ずる導水部２０’の長
さを非常に長くしている。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明に係わる水柱ノ
ズルによれば、横断面積の大きい均圧室内において、給
水口から供給される水の流れが周方向においてほぼ均圧
化されると共に、該均圧室からノズル部に導水部を通し
て流入され、該導水部を環状の形状で、かつ、オリフィ
スを形成するように小さい隙間で、かつ、流路を長くし
ている為、ノズル郎に円周方向の全体より、周方向に均
一な圧力状態で流れ込ませることが出来る。よって、ノ
ズル部において、円周方向の圧力の均一化が図られ、水
出口から噴射する水柱を安定した状態で、かっ、遠くま
で飛ばすことが可能となる。

また、本発明のノズルは、横断面積を大きくしている一
方、軸方向の長さを短くしているため、ノズルの水出口
から被測定材までの長さを従来と比較して長くすること
が出来、上記した安定した水柱を成形出来ることと合わ
せて、反射エコーの精度を向上させることか出来る等の
利点も有するものである。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図（Ａ）は本発明に係わるノズルの実施例を示す垂
直断面図、第１図（Ｂ）はノズル上部金具の断面図、第
１図（Ｃ）はノズル下部金具の断面図、第２図（Ａ）お
よび第２図（Ｂ）は本発明の第Ｌ図に示すノズルと従来
のノズルとの実験データを比較する線図、第３図（Ａ）
−　ｒ、第３図（Ａ）−　ＩＩ、第３図（Ｂ）、第３図
（Ｃ）は本発明の第１図に示すノズル部の各横断面に於
ける水流のベクトル図を計算機にシュミレーシジンさせ
て描いた図面、第４図は本発明の第１図に示すノズルの
縦断面に於ける第３図と同様な図面、第５図、第６図、
第７図および第８図は本発明の変位例を示す一郎断面図
、第９図は本発明に係わるノズルの使用例を示すための
超音波パルス・エコ一方式の測定装置を示す図面、第１
０図および第１１図は従来のノズルを示す断面図である
。 ・・探触子、 ２・・ノズル上部金具、 ２ａ・・探触子取付用円筒部、 ２ｂ・・円錐部、 ２ｃ・・ノズル下部金具取付用円筒部、３・・ノズル下
部金具、 ３ａ・・円筒部、　　　１３ｂ・・底面部、３ｃ・・仕
切壁郎、　　１５・・給水口、６・・水出口、　　　ｌ
７・・ノズル部、２０・・導水部、　　　２１・・均圧
室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノズル上部金具とノズル下部金具とを組み合わせて
   、軸方向の長さが短いと共に横断面積が大きいハウジン
   グを形成し、探触子を、その先端面が上記ハウジングの
   上面軸心部に露出するようにノズル上部金具に取り付け
   る一方、該探触子先端面と対向したノズル下部金具の底
   面軸心部に水出口を形成し、該水出口に連通すると共に
   上記探触子先端面近傍まで延在するノズル部を、ノズル
   下部金具に突設した筒状の仕切壁部により形成し、かつ
   、該仕切壁部に外周方向への突出部を設け、該突出部と
   ノズル上部金具の上下いずれかの一側内面との間に大き
   な容積の環状の均圧室を形成すると共に他側内面との間
   に小さい隙間の環状の導水部を形成し、該導水部の内周
   部を探触子端面と対向するノズル部の上端に連通すると
   共に、外周部を上記均圧室と連通し、さらに、該均圧室
   の外壁部に給水口を設け、該給水口よりハウジング内に
   流入した流体が均圧室より導水部を経て探触子端面に接
   触した後にノズル部に流入し、水出口から噴射される構
   成としていることを特徴とする水柱ノズル。 ２、上記ノズル上部金具の軸心部に探触子取付用円筒部
   を形成し、該円筒部の外周面より該外方への突出部を設
   け、該突出部により、ノズル下部金具の上下両面との間
   に均圧室と導水部とを形成したことを特徴とする請求項
   １記載のノズル。