JPH0254901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パイプや丸棒のように円形断面を有
する被検材の探傷に用いる探触子回転型超音波探
傷装置に係り、特に、軸方向に移送される被検材
の軸心位置が変動しても、これに倣つて追従して
回転する探触子ホルダを備えた探傷装置に関す
る。

〔従来技術〕

一般に、パイプや丸棒のような円形断面を持つ
長尺の圧延製品について超音波探傷を行なうに
は、探触子を被検材外周に沿つて高速回転させな
がら、該被検材を軸方向に直進させて、被検材外
周に螺旋状の探触子走査を行なわせ、全面全長を
探傷する、いわゆる探触子回転型探傷装置が多用
されている。

この方式の超音波探傷装置は、多数の探触子を
装着して多条螺旋走査とし、さらに、探触子ホル
ダを高速回転させるので、探傷速度が速く、極め
て高能率で検査できる。そのため、この探傷装置
は、各種鋼管製造工場、鋼棒製造工場などで重要
な非破壊検査機器として用いられている。

この従来の探触子回転型超音波探傷装置は、高
能率で検査できる反面、種々の欠点を有してい
る。そこで、図面を参照して従来の探傷装置の構
成を説明すると共に、その欠点を指摘する。

第１図に従来の探触子回転型超音波探傷装置の
概略を示す。図において、従来の探傷装置は、昇
降調整架台２上に搭載される回転部本体１と、被
検材入側および出側に各々設けられるピンチロー
ルスタンド３，４とを備え、これらを共通ベース
５上に組立て構成される。被検材６は、上記本体
１を貫通し、かつ、入側および出側のピンチロー
ルスタンド３，４により踊りを制御されながら、
図の矢印方向に移送される。

上記回転部本体１は、第２図に示すように、筐
体１１内で軸受１５ａ，１５ｂにより回転自在に
支持されたロータ１２と、該ロータ１２の端面１
３に取付けられた回転探触子ホルダ１４とを有し
て成り、被検材６は、ロータ１２と回転探触子ホ
ルダ１４とを貫通して矢印の方向に移送される。

ロータ１２は、タイミングベルト１７と、これ
と噛合うタイミングプーリ１６によつて、図示し
ない駆動源に連係し、回転駆動される。また、ロ
ータ１２の内側には、筒状の固定ガイド１８が挿
入される。該固定ガイド１８は、入側と出側の開
口部内側にテーパ１８ａ，１８ｂを設けてあり、
進入してくる被検材６の先端が多少振れていて
も、該テーパ１８ａ，１８ｂによつて、該被検材
６を強制的に案内して、回転探触子ホルダ１４の
内孔に安定して導入するように作用する。なお、
ロータ１２の円筒外周部には、スリツプリング・
ブラシ或いは回転トランスなどの信号伝達装置
（図示せず）を配設してある。

上記回転探触子ホルダ１４は、例えば第３図お
よび第４図に示すように構成される。この回転探
触子ホルダ１４は、中心に被検材６を通すための
孔が設けてあつて、この孔の回りに探触子２０が
複数個装着してあり、各探触子２０に対応して、
噴出口１９および水路２１を形成してある。ま
た、この探触子ホルダ１４には、第２図に示すよ
うに、固定給水環２３が設けてあり、この給水環
２３と回転探触子ホルダ端部の円錐面２２とを摺
動接触させて、この摺動接触面を通して、接触媒
質である水（以下単に水という。）を供給する。
この水供給により、被検材６の外面と回転探触子
ホルダ１４の内面との間の空隙２４に、水を充満
させ、音響結合を得る。

上述したように、従来の探触子回転型超音波探
傷装置では、被検材６の真直度が良好であれば、
被検材６が回転部本体１に進入するとき、固定ガ
イド１８の入側、出側のテーパ案内１８ａ，１８
ｂによつて被検材６を案内して、回転探触子ホル
ダ１４の内孔に同心保持して貫通させる。

しかし、この従来の探触子回転型超音波探傷装
置にあつては、入側、出側ピンチロールスタンド
を含めて、搬送通り心と探傷装置回転部本体１の
軸心とがよく一致していても、被検査材６に曲り
があれば、探傷上或いは機械精度保持上、次のよ
うな不都合を生ずる欠点がある。

即ち、被検材６が固定ガイド１８の入側、出側
テーパ案内１８ａ，１８ｂによつて案内されて
も、回転探触子ホルダ１４の内孔に対し偏心状態
で貫通することになる。この場合、高速回転して
いる回転探触子ホルダ１４の内孔の面に被検材６
の先端が衝突して、ロータ１２および回転探触子
ホルダ１４を含む回転体を破損するおそれがあ
る。

これに対し、破損を防ぐため、回転探触子ホル
ダ１４の内孔の径を大きくして、被検材６との空
隙２４を拡大することが考えられる。しかし、探
傷上の条件として良好な音響結合を確保するため
には、被検材６と回転探触子ホルダ１４の内孔と
の間の空隙２４を、被検材６の外径に対応して決
められる微小値とする必要がある。具体的には、
被検査材６の外径称呼値D₀に対して、回転探触
子ホルダ１４内孔内径を、1.02D₀程度の空隙とす
ることが望ましく、これより大きくすると、探傷
中に、この空隙内に気泡を巻き込んで、探傷不能
となる。

上述したように、従来の探傷装置では、機械的
な損傷を防ぐために空隙を大きくしたいという条
件と、音響結合を確保するために空隙を小さくし
たという条件とがあり、両者を両立させることが
できないという問題がある。

ところで、探触子ホルダの機械的損傷に対し
て、実開昭56−66863号公報に示すように、探触
子ホルダ内部の空洞に、ノズルブロツクを嵌合し
て、探触子ホルダを二重筒構造とし、損傷し易い
部分（ノズルブロツク）を交換可能としたものが
提案されている。しかし、このものは、損傷し易
い、従来の回転探触子ホルダ内孔部分を、破損し
た場合に容易に交換できるようにしたに過ぎず、
上述した欠点を本質的に解決するものとはいえな
い。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもの
で、被検材、特にその先端が回転探触子ホルダに
多少偏心して或いは傾斜して進入しても、これに
倣つて追従できるようにして、被検材の衝突・接
触による回転探触子ホルダの損傷を減少し、か
つ、回転探触子ホルダの内孔を被検材との空隙を
小さくするよう設定して音響結合を良好に保つこ
とができる探触子回転型超音波探傷装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

上記目的を達成すべく本発明は、回転部ロータ
に連結されて回転する回転探触子ホルダに複数の
探触子を装着し、直進する被検材の外周まわりに
該複数の探触子を高速で回転させて、全面全長探
傷する探触子回転型超音波探傷装置において、 (a) 上記回転探触子ホルダは、回転部のロータに
取付けられて回転する外筒と、該外筒に遊嵌さ
れると共に、内側に被検材を挿通する内筒とよ
り成る二重構造とし、 (b) 上記外筒に、探触子を複数個配設すると共
に、上記内筒の対応する位置に、外筒内の媒質
を内筒内に噴出せしめる噴出口を設け、 (c) 上記内筒は、その質量を、上記外筒内にて該
内筒が仕切る空間が排除する媒質の質量より小
とし、 (d) 上記外筒と内筒とは、両者間の空間を両端部
にて、内筒を半径方向に移動自在として水密封
止すると共に、弾性部材に連結して成ることを
特徴とする。

本発明は、上記構成要件ａに示すように、回転
探触子ホルダを外筒および内筒の二重構造とする
ことにより、他の構成要件ｂ，ｃおよびｄを実現
可能としている。そして、外筒側に探触子を配設
し、かつ、内筒に噴出口を設けることにより（構
成要件ｂ）、内筒の外径を小さくすると共に質量
を小さくして、内筒の外筒内における半型方向の
変位を容易にしている。即ち、被検材の偏心を内
筒の半径方向変位によつて吸収するので、内筒の
内径を、被検材外径の２％増程度以内に設定でき
ることになる。しかも、外筒と内筒との間の空間
を介して媒質が噴出口から内筒内に注入されるた
め、噴出圧が均一となる。その結果、水柱が安定
化し、気泡の巻き込みを防止する。

また、本発明では、内筒の媒質に対する見掛け
の比重を小さくして（構成要件ｃ）、回転探触子
ホルダの高速回転に伴なう遠心力に対する浮力に
より、内筒を常に回転の中心部に位置するよう、
求心作用を生ぜしめている。

さらに、本発明では、外筒と内筒との間の空間
を水密封止すること（構成要件ｄ）により、外筒
内に媒質溜を形成して、噴出口からの媒質の噴出
圧を均一にすると共に、上述した浮力を生ぜしめ
る。そして、外筒と内筒とを弾性部材によつて連
結して（構成要件ｄ）、内筒を半径方向に変位可
能に保持しつつ、外筒の回転に伴なつて回転せし
め、かつ、上記浮力の作用と相俟つて内筒を所定
位置に保持すべく付勢している。

本発明では、上述したように、内筒が半径方向
に変位して被検材の曲りに対応することによつ
て、水柱の安定化により音響結合状態を良好に保
持している。探傷は、噴出口にて形成される水柱
を介して探触子と被検材との間に超音波を伝播さ
せることにより行なう。探傷中に内筒が変位した
場合、外径に装着してある探触子と被検材との位
置関係が変位するが、径が比較的大きいものであ
れば、探傷上ほとんど影響がない。

また、本発明では、内筒が、先行材の探傷終了
時に偏心状態にあつても、次材の進入までの間
に、上記浮力と弾性部材の作用により中心位置に
自動的に復帰するため、被検材が内筒に衝突する
ことが防止される。

〔実施例〕

以上、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第５図は本発明探触子回転型超音波探傷装置の
主要部たる回転探触子ホルダの一実施例を示す断
面図、第６図はそのＡ−Ａ断面図である。

図において、本発明を構成する回転探触子ホル
ダは、外筒３０および内筒３２より成る二重構造
をなし、第２図に示す従来例のように、筐体に回
転自在に支持されたロータ部に連結されて回転部
本体を形成し、さらに、第１図に示すように、昇
降調整架台上に載置され、入側および出側のピン
チロールスタンドと共に、共通ベース上に組立て
られて探傷装置を構成する。

外径３０は、複数個の探触子２０を側面から半
径方向に装着して成り、かつ、本実施例では図示
を省略した回転部本体のロータ部の探触子ホルダ
取付端面に、フランジ３１にて取付けられる。外
筒３０の出側端部には、第２図および第３図にお
いて説明したと同様の固定給水環と摺接して接触
媒質たる水の供給を受けるための円錐面２２と、
該円錐面２２と外筒３０内とを連通する導水孔３
９とが設けてある。

なお、本実施例では、８個の探触子を装着する
構成となつているが、探触子数は、８個に限ら
ず、適宜設定し得るものである。

内筒３２は、その外径を、外筒３０の内径より
小さく設定してあり、外筒３０内に遊嵌され、そ
の外周と外筒３０の内周との間に空洞部３６を形
成している。また、内筒３２は、上記外筒３０に
装着された各探触子２０に対応する位置に、空洞
部３６内の水を内筒３２内に噴出せしめて水柱を
形成すると共に、各探触子２０からの超音波を通
過せしめて被検材に入射させる噴出口１９が設け
てある。さらに、内筒３２の内側の被検材進入側
には、テーパ３３を設け、被検材進入時の案内と
している。

内筒３２は、その入側、出側の両端部におい
て、外筒３０と同心となるようダイヤフラム３
４，３５にて懸吊されている。このダイヤフラム
３４，３５は、内筒３２の半径方向に伸縮自在で
あると共に、弾性を有しており、外筒３０と内筒
３２との間の空洞部３６を水密封止すると共に、
外筒３０と内筒３２を連結している。

また、上記外筒３０の内側中央部には、内径方
向に張出して、２枚の鍔３８ａ，３８ｂが設けて
あり、一方、内筒３２の外側中央部の上記鍔３８
ａ，３８ｂに挾まれる位置に、外径方向に張出し
て、鍔３７が設けてあり、鍔３７は、鍔３８ａ，
３８ｂに挾まれて係合する。この結果、内筒３２
は、ダイヤフラム３４，３５の伸縮により径方向
には可動であるが、軸方向には移動しないよう制
限される。もつとも、内筒３２の軸方向移動阻止
は、上記鍔に限らず、他の手段であつてもよい。

なお、鍔３７には、空洞部３６内の水の分配を
均一にするため、導通孔４０を設けておくことが
望ましい。

次に、上記のように構成した実施例の動作につ
いて説明する。

ロータ部に取付けられた状態で本実施例の回転
探触子ホルダが高速で回転しているものとし、こ
の状態で、内筒３２が最初偏心していれば、該内
筒３２には偏心量に比例した求心方向の浮力が働
く。先づ、この浮力発生の理由について、第７図
および第８図を参照して説明する。

第７図において、外径４１内に内筒４２があ
り、内筒４２は、外筒４１と共に高速で回転して
いる。ここで、内筒４２の材質は、仮に水と同比
重であるとし、外筒４１の内部は、内筒４２の内
部空間も含めて水で満たされているものとする。
この場合、内筒４２には、 ｛（内筒42の質量）＋（内筒42内の水の質量）｝ ×偏心量×（角速度）² の遠心力が働いているが、内筒４２と外筒４１と
の間にある水が受けている遠心力による圧力と平
衡するため、該内筒４２は、外筒４１に対する相
対的位置を変えることがない。

一方、第８図においては、第７図の場合と異な
り、内筒４２内の水を排除して、空気と置換して
ある。この場合は、 （内筒42内の水の質量）×偏心量×（角速度）² の分だけ、内筒４２の外にある水が受けている遠
心力による圧力に対して不平衡となり、これが求
心方向の浮力として内筒４２に作用する。

この関係は、上記第５図に示す実施例の回転探
触子ホルダでも同じである。この場合は、噴出口
１９を介して内筒３２内に噴出した水が、遠心力
により内筒３２の内壁に沿つて膜状に流れるた
め、内筒３２内は空洞となり、浮力として、 ｛（内筒32が排除した水の質量） −（内筒32の質量）｝×偏心量×（角速度）² の力が内筒３２に働き、内筒３２を中心に復帰さ
せようとする。

ただし、偏心量が小さい領域では、浮力の効果
は小さいが、内筒３２を懸吊しているダイヤフラ
ム３５の弾性復帰力と併せて中心方向への力とな
り、内筒３２に作用する。

このように回転探触子ホルダの内筒が外筒と同
心状態であれば、回転探触子ホルダに次材の被検
材が進入する場合に、次材先端が内筒３２進入側
のテーパ３３に案内されて、内筒３２内部に進入
する。そして、回転探触子ホルダ内筒３２は、被
検材に倣い追従して回転し、衝突による破損を生
ずることなく、被検材を探傷して貫通通過させる
ことができる。

また、内筒３２と被検材との間は、微小な間隙
であるため、噴出力１９からの水は、この間隙内
で、安定な水柱を形成して、気泡を生成しない。
しかも、被検材の曲りがあつても、内筒３２が半
径方向に変位するため、水柱は、すぐに安定化
し、探傷に支障を来たさない。この場合、噴出口
１９から噴出される水の圧力は、水が空洞部３６
を介して各噴出口１９に分配され、しかも、内筒
３２の変位による空洞部３６の各部の容積変化
が、空洞部３６全体の容積に比し十分小さいの
で、変位により影響を受けない。

また、外筒から内筒を懸吊しているダイヤフラ
ムは、内筒の懸吊のみでなく、内筒と被検材間に
働く摩擦力に相当するトルクを円筒に伝達してい
る。従つて、ダイヤフラムは、偏心に対するバネ
定数と、伝達トルクとにより必要な条件を決め
る。

次に、第９図に回転探触子ホルダの他の例を示
す。同図に示す回転探触子ホルダは、上記第５図
および第６図に示すダイヤフラム３４，３５の代
りに、例えば金属板を、断面Ｃ字形状のリング状
に絞り成形した弾性板４３，４４を組込んだもの
で、他の構成は、第５図および第６図に示すもの
と同じである。

上記各実施例では、ダイヤフラムまたはＣ字形
状リングにて内筒を外筒に連結しているが、これ
らのダイヤフラムとングは、内筒と外筒との空間
を水密封止すると共に、内筒と外筒とを弾性連結
するものである。従つて、同様の機能を有するも
のであれば、他のもの、例えば、コードを組込ん
で成形したゴムタイヤ状の成形品であつてもよ
い。また、水密封止機能と弾性連結機能を別個の
部材にて構成してもよい。例えば、布状のシール
部材により外筒と内筒の両端部にて両者間の空間
を密封し、バネ等により内筒と外筒とを連結する
構成とすることができる。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、回転探触子ホル
ダを、外筒に半径方向に変位自在に内筒を遊嵌し
た二重構造とすると共に、該内筒を、遠心力に対
するそれ自身の浮力と弾性部材による付勢によつ
て自動的に中心復帰する構成としたことにより、
被検材先端が、回転探触子ホルダに多少偏心し
て、或いは傾斜して進入しても、回転探触子ホル
ダ内筒がこれに倣つて追従できるので、回転探触
子ホルダを損傷することがなく、その内径を、被
検材との空隙を小さくするよう設定でき、音響結
合を良好に保つことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の探触子回転型超音波探傷装置の
概略を示す正面図、第２図は上記従来装置に使用
される回転部本体を示す断面図、第３図は上記本
体に取付けられている従来の回転探触子ホルダを
示す断面図、第４図はそのＡ−Ａ断面図、第５図
は本発明探触子回転型超音波探傷装置の主要部た
る回転探触子ホルダの一実施例を示す断面図、第
６図はそのＡ−Ａ断面図、第７図および第８図は
内筒に働く浮力の作用を説明するための説明図、
第９図は本発明探傷装置の主要部たる回転探触子
ホルダの他の例を示す断面図である。 １……回転部本体、２……昇降調整架台、３，
４……ピンチロールスタンド、５……共通ベー
ス、６……被検材、１１……筐体、１２……ロー
タ部、１９……噴出口、２０……探触子、２２…
…円錐面、３０……外筒、３２……内筒、３３…
…テーパ、３４，３５……ダイヤフラム、３６…
…空洞部、３７，３８ａ，３８ｂ……鍔、３９…
…導水孔、４０……導通孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転部ロータに連結されて回転する回転探触
   子ホルダに複数の探触子を装着し、直進する被検
   材の外周まわりに該複数の探触子を高速で回転さ
   せて、全面全長探傷する探触子回転型超音波探傷
   装置において、 (a) 上記回転探触子ホルダは、回転部のロータに
   取付けられて回転する外筒と、該外筒に遊嵌さ
   れると共に、内側に被検材を挿通する内筒とよ
   り成る二重構造とし、 (b) 上記外筒に、探触子を複数個配設すると共
   に、上記内筒の対応する位置に、外筒内の媒質
   を内筒内に噴出せしめる噴出口を設け、 (c) 上記内筒は、その質量を、上記外筒内にて該
   内筒が仕切る空間が排除する媒質の質量より小
   とし、 (d) 上記外筒と内筒とは、両者間の空間を両端部
   にて、内筒を半径方向に移動自在として、水密
   封止すると共に、弾性部材にて連結して成るこ
   と を特徴とする探触子回転型超音波探傷装置。