JPH0384457A - ボールの超音波探傷検査装置 - 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］ 本発明は構造部材用のボールの超音波探傷検査装置に関
する。

〔従来の技術〕

軸受部材、耐摩耗部材、摺動部材等に用いられている構
造部材用ボールのその表面及び内部の欠陥については、
従来、Ｘ線検査やザイクロ検査、或いは顕微鏡及び肉眼
による外観検査等により行われていた。しかし、これら
の検査は手動により構造部材用ボールを回転させねばな
らないため、多大な時間を要し、また全周面をもれなく
検査することも難しかった。

そのため、出願人は先に上記従来技術の欠点を解消する
超音波による構造部材用ボールの検査方法及び装置を提
案した（特願昭６３−４４０００号）。

〔発明が解決しよう−とする課題〕

本発明は、先に提案した構造部材用ボールの超音波探傷
検査装置について、さらに実用性を高めることを目的と
したものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、軸部と該軸部に直角な断面が円形であ
るローラを組み合わせて構成されるボール駆動部からな
り、その上にボールを載置させ該ボール駆動部のローラ
を回転させることにより該ボールを回転させるボール駆
動用ローラと、該ボールに超音波を送信して該ボールの
探傷をする超音波探傷用探触子とを備え、該ボール駆動
用ローラを構成するローラの少なくとも一のローラが他
のローラと摩擦係数を異にすることを特徴とするボール
の超音波探傷検査装置が提供される。

本発明において軸部とは、前記ローラを保持する軸及び
その軸を軸持する軸受けから構成されるものをいう。

また、ボール駆動用ローラは、ボール駆動部を構成する
ローラの組み合わせにより被検査体のボールを載置でき
るようにしたものである。

本発明のボール駆動部の基本構成は、前記の通り、軸部
と該軸部に直角な断面が円形であるローラを組み合わせ
て構成されるものであり、例えば、２つの球面部または
円錐面部からなるローラと軸及び軸受けからなる軸部を
組み合わせたもの、軸と球面部または円錐面部の部分を
一体的に作製して軸受けさせたもの、さらにボールを載
置するボール駆動用ローラ部分のみが曲面またはテーパ
ー面である円板の２枚からなるローラと軸及び軸受けか
らなる軸部を組み合わせたもの等である。

更に具体的に示せば、例えば、ボール駆動部の一例を概
念的に示した第２図において、外径の等しい２つの球面
部を有し、球面部の一部を截断してその載断面を接合さ
せた２つのローラ１１と軸１２とを二組組み合わせて構
成して軸受け１３に軸持させることにより、ボール駆動
用ローラ３゜は４つのローラの球面部の載断面の接合部
分に形成される凹部のボー」し載置部３１にボールを載
置できるようにしたもの、同じく第３図において、外径
の等しい２つの円錐部を有し、その雄部を頭載してその
載断面を接合させた２つのローラ１１と軸１２とを二組
組み合わせて構成して軸受け１３に軸持させることによ
り、ボール駆動用ローラ３０は４つのローラの頭載雄部
に形成される凹部のボール載置部３１にボール壱載置で
きるようにしたもの、また同しく第４図において、それ
ぞれ異なる径を有する２つの球面部を有し、球面部の一
部を截断してその載断面を接合させた２つのローラ１１
と軸１２とを二＆１１組み合わせて構成して軸受け１３
に軸持させることにより、ボール駆動用ローラ３０は４
つのローラの球面部の載断面の接合部分に形成される凹
部のボール載置部３１にボールを載置できるようにした
ものとして挙げられる。

本発明においては、上記ボール駆動用ローラのボール載
置部上に被検査体のボールを載置し、該ボール駆動部を
構成するローラを回転させ、該ボール駆動用ローラと該
ボール間との摩擦力により該ボールを所定の速度で回転
させると共に、該ボールに対面するように超音波探傷用
探触子を配置し、該探触子により超音波を回転する該ボ
ールに送信して、その全周面を探傷するものである。

この場合、ボール駆動用ローラを構成する各ローラの摩
擦係数を異ならせることにより、ボールに回転方向と直
角の方向にも回転力を生じさせることができ、ボール駆
動用ローラに載置されたボールは螺線状の回転をするこ
とになり、自動的に全周面に対し超音波送信検査するこ
とができるようになる。

ボール駆動用ローラは、上記のように４つのローラによ
り構成することができるが、これらローラの少なくとも
１つの摩擦係数を異ならせることにより第２図〜第４図
に示した回転力Ｆが生じることになる。

即ち、本発明のボール駆動用ローラの側面説明図である
第５図において、駆動用ローラ３０のローラｌｌａとＩ
ｌｂとの材質を変えて作製した場合、載置したボール１
０とローラｌｌａとの転がり摩擦係数がρ１、ボール１
０とローラｌｌｂとの転がり摩擦係数がρ、であって、
ボールの重量をＭとすると、各接点ａ及びｂにおける摩
擦力Ｆ、及びＦ、は、それぞれ下記（１）及び（２）式
のようになる。

Ｆ、　ＣＣ１／２　・Ｍ　・９．　−（１）Ｆｂ　Ｏ：
’　１／　２　・Ｍ　・９ｂ　　””（２）ρ１とρ、
は異なり、Ｆ、とＦｂとの差によりトルク差が生じるこ
とになる。これによりボールは回転方向と直角方向に回
転力が作用し、螺綿状の回転が生じることになる。

ボール駆動用ローラを構成する各ローラの材質としては
、転がり摩擦係数の比が約１０〜５０となるように組み
合わせるのが好ましい。摩擦係数の比が約１０〜５０の
範囲であれば、螺締回転のピッチが小さく、超音波探傷
検査に適している。

このような組み合わせどしては、例えば、−を鋼で他を
アルミニウムとする例、−を鋼で他をガラスとする例が
挙げられる。また、同一種の材質のものを、表面粗さや
仕上げ状態を変えることにより摩擦係数を変えて組合わ
せて用いてもよい。

また、ローラの摩擦係数を異ならせる組み合わせとして
は、既に述べたようにいずれか一のローラのみを異なる
材質としてもよいし、−組の接合された２つのローラの
材質を異ならせ、それに地組の各ローラの材質は相対面
する一組のローラの材質と同一とする組み合わせ、例え
ば、第２図においてローラｌｌａとｌｌｃとを、ローラ
ｌｌｂ、とｌｉｄとをそれぞれ同一の材質で構成するよ
うにしてもよい。また各ローラの材質を全て異ならせて
もよいが、各接点を結ぶ円周方向に対し、ある接点を基
準としてその摩擦係数が順次大きくなるか、または小さ
くなるようにするのがよい。

なお、ボール駆動部のうち、ボール駆動部におけるボー
ル駆動用ローラを被検査体のボールと少なくとも２点で
接触し、且つ各々の接触点における軸部に直角な断面が
外径の異なる円形であるように構成したボール駆動部（
第４図参照）として、転がり摩擦係数の差により生じる
トルクに併せ、ボールが一定方向に回転しながらその回
転中心をずらすようしてもよい。

更にまた、１００μｍ以下の欠陥の検出を安定して行え
るように、該ボールの回転軸が偏心せずに一定゛に保持
されるために、該ボール駆動部の少なくとも軸部をセラ
ミックスで形威し、ボール駆動用ローラ上に載置される
ボールの回転軸の偏心を防止するようにしてもよい。

上記ボール駆動部に用いられるセラミックスは、ステン
レス鋼より高硬度のものであればよく、特に耐摩耗性、
耐蝕性の点において、ヌープ硬度１２００　ｋｇ／ｍｍ
”以上のジルコニア、シリコンナイトライド、アルミナ
、炭化珪素等が好ましい。

本発明の超音波探傷検査の対象となるボールは、軸受部
材用、耐摩耗部材用、摺動部材用として用いられ、その
材質はセラミックス製、金属製を問わず使用でき、特に
限定されるものでないが、セラミックス製のボールは、
微小欠陥の正確な検出がその強度に極めて大きな影響を
与えるため、特に本発明装置の対象とするのが効果的で
ある。

セラミックス製ボールとしては、軸受部材、耐摩耗部材
、摺動部材等の高強度、高硬度な特性が要求されるため
、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアまたはアルミナから
なるものが好ましく用いられる。

なお、超音波探傷検査における超音波伝達媒体としては
、一般には水が用いられるが、その他タービン油、シリ
ンダ油等の油性液体も使用することができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳し
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のでない。

実施例１ 第１図は本発明の超音波探傷検査装置の一実施例を示す
断面説明図である。

第１図において、軸１２で保持される２つの直径Ｌｏｗ
（φ）の球面部を有するローラ１１の一部を裁断してそ
の載断面を接合したような形状のボール駆動用ローラ３
０を形成する二組の各ローラを、第２図におけるローラ
ｌｌａとｌｌｃとを硬鋼製とし、ローラＩｌｂとｌｉｄ
とをガラス製とする構成で組み合わせ、軸１２はジルコ
ニアで作製し、軸１２を軸持する軸受け１３部分も同様
にジルコニアで作製した。

ボール駆動用ローラ３０をギア１４及びドライビングベ
ルト１５を介して回転させるボール駆動用モーター１６
と、探触子１７を固定する探触子取付はアーム１８と、
探触子取付はアーム１８を介し探触子１７をセラミック
ボール１０の回りを回転させる探触子駆動用モーター１
９とからなるボール超音波探傷検査装置を水槽２０中に
設置し、水槽２０内には適量の水を入れた。なお、第１
図において、２５はボール駆動用モーター１６及び探触
子駆動用モーター１９の架台、２６はボール駆動用ロー
ラ３０の架台、２７は構造部材を示す。

上記のようにセットした超音波探傷検査装置に、その表
面にマジックにて印を付けた直径２０Ｍの窒化珪素製ボ
ール１０をボール駆動用ローラ３０のボール載置部３１
上に！！置して、セラミックボール１０が回転速度約２
０　Ｏｒｐｍで回転するようにボール駆動用モーター１
６を調整した。ボールは回転する毎に回転の中心が動き
、その回転の中心のずれをボール表面の印の動きにて肉
眼で観察しながら、回転の中心のずれが１８０６回るま
での時間を測定したところ、約２０秒で回転の中心が１
８０°ずれることが観測された。

次に、探傷周波数３０ＭＨｚ、振動子径５ｍｍ、焦点路
ｆｉＪ１５ｍの超音波探傷用探触子１７を探触子取付は
アーム１８に固定し、さらに探触子１７と超音波探傷器
２１をケーブル２２にて接続した。

探触子１７とボールＩＯ表面の距離が７１ｎ［Ｉｌにな
るように、また超音波がボール１０の表面に対して垂直
と入射するように探触子１７の位置を調整した。

次いで、ボール駆動用モータ１６を回転させることによ
りボール１０を回転速度２００ｒｐｍで回転させながら
、探傷器２１のＣＲＴ２３により波形を観測し、同時に
探傷器２１に接続したペンレコーダー２４により波形を
記録した。上記のようにして２０秒間ボールＩＯを回転
させながら、探傷を行った。

このようにして、１０個の窒化珪素製ボールについて超
音波探傷検査を行い、３個のボールに欠陥らしいエコー
が観測された。

〔発明の効果〕

本発明のボールの超音波探傷検査装置によれば、ボール
中の微小欠陥を迅速、正確に、且つ精度よく検出できる
という利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波探傷検査装置の一実施例を示す
断面説明図、第２図は本発明に用いるボール駆動部の一
例を示す平面図、第３図は本発明に用いるボール駆動部
の他の例を示す平面図、第４図は本発明に用いるボール
駆動部のさらに他の例を示す平面図、第５図は本発明の
ボール駆動用ローラの側面説明図である。 １０・・・ボール　１１−・・ローラ　１２・・・軸１
３−・・軸受け　ｌ　４−・・ギア １５・・・ドライビングベルト １６・・・ボール駆動用モータ　１７−・・探触子１８
・・・探触子取付はアーム １９−・・探触子駆動用モータ　２０・・・水槽２１・
・・超音波探傷器　２２−・・ケーブル２３−ＣＲＴ　
　　　２４−・・ペンレコーダー２５．２６・・・架台
　　２７−・・構造部材３０−・・ボール駆動用ローラ ３１−・・ボール載置部 第 ２ 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸部と該軸部に直角な断面が円形であるローラを
   組み合わせて構成されるボール駆動部からなり、その上
   にボールを載置させ該ボール駆動部のローラを回転させ
   ることにより該ボールを回転させるボール駆動用ローラ
   と、該ボールに超音波を送信して該ボールの探傷をする
   超音波探傷用探触子とを備え、該ボール駆動用ローラを
   構成するローラの少なくとも一のローラが他のローラと
   摩擦係数を異にすることを特徴とするボールの超音波探
   傷検査装置。