JPH0476421B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波を利用して管とホーストの端
部が嵌合して接触面を形成するホース継手の接触
面の接触応力を測定する方法に関する。

ここにいうホース継手は、管の端部にホースの
端部が嵌入され、その嵌合部において両者の周面
が圧着されて直接接触している状態をいい、ホー
スバンドやホースクランプ等により締結されてい
る状態を含むが、ねじ込みや管フランジを使用し
て形成する継手は含まれない。

また管は、金属および非金属（ガラス、セラミ
ツククス、コンクリート、合成樹脂、木材など）
であつて、超音波が伝搬され得る物体であればよ
く、一方ホースはゴム、合成樹脂などのように弾
性の大きい物質が使用され、ホースの強度を向上
させる植物製または金属製の網層が設けられてい
てもよい。

〔発明の背景〕

いろいろな産業分野の例えば機械、電気、化
学、建築構造等の装置を構成する部品または部材
相互の接触面の接触応力を知ることは、その装置
の性能ないし強度の研究をすすめる上で欠くこと
ができない重要な事項である。このため従来から
光弾性を利用する方法、感圧紙を利用する方法お
よび接触面に入射された超音波の反射波の強度を
測定する方法などが使用されてきた。しかし光弾
性を利用する方法においては合成樹脂により被検
体のモデルを製作する必要があること、感圧紙を
利用する方法においては感圧紙を接触面にあらか
じめ挟んでから締結する必要があることなどか
ら、接触応力の定量的な評価はもちろんリアルタ
イムに測定することや精度よく測定することはで
きない。前記超音波の接触面における反射波の強
度を測定する方法においても、探触子設置面の形
状、粗さのほか当接のしかたなどが、基準試験片
の場合と被検体のそれとの間で差異が避けられ
ず、測定結果にバラツキが生じ前記方法と同様の
不具合点があつた。これら従来技術の問題点を解
消する方法として本願出願人は、「超音波による
固体接触面の接触応力測定方法」（PCT／JP82／
00087）を提供した。

本方法は、２つの固体の接触面に超音波を入射
させ、その超音波の前記接触面から反射される反
射波の音圧と、接触面を透過した透過波の音圧と
の双方を検出し、両者を比較して該接触面におけ
る接触応力を測定することを特徴とするものであ
る。この特徴は固体接触面の接触状態をミクロ的
に拡大した第７図で示すように、該接触面は固体
同志が直接接触する真実接触部Ｃと、空気が介在
している接触部Ｎとにより構成されているから、
接触応力が大きくなるにつれて真実接触部Ｃの突
起部がつぶされて塑性変形が進行し、真実接触部
Ｃが増加し反射に接触部Ｎは減少していく。つま
り固体接触面に入射された超音波の反射波の音圧
が次第に減少し、反対に透過波の音圧は次第に増
加していき、両者の比は接触応力が大きくなるほ
ど増大していくこととなる性質を利用するもので
ある。

接触面から反射される反射波の音圧と接触面を
透過した透過波の音圧とを比較する具体的な方法
としては、縦波を利用する方法と横波を利用する
方法があり、これを第８図ないし第１１図に示
す。第８図は本方法の代表的な例で、固体と固
体の接触面Ｄに、固体の外表面に当接した垂
直探触子１１から超音波（縦波）を入射させ、そ
の超音波の接触面Ｄからの反射波である第１反射
波１６と、接触面Ｄを透過したのち固体の底面
から反射し再び接触面Ｄを透過した第２反射波１
７とを前記垂直探触子１１に受信させ、接続され
たＡスコープ表示のパルス反射式超音波探傷装置
（以下単に超音波探傷器という）６のCRT上に、
第１反射波１６のB₁エコーおよび第２反射波１
７のP₁エコーを、送信パルスの位置から固体、
の板厚t₁、t₂に対応するビーム路程T₁、T₂の位
置にほぼ同時に出現させ、B₁エコートP₁エコー
の高さの差Δh（単位dB）をもとめ、Δhと接触応
力（σ）との急勾配の直線の相関関係より接触応
力（σ）を求める方法である。第９図は上記第８
図に示す方法のうち、接触面Ｄを透過し固体の
底面に達する透過波１８を、固体の底面に当接
した他の垂直探触子１１′に受信させるほかは第
８図に示す方法と同じ方法である。つぎに第１０
図と第１１図は横波を利用する方法で、第１０図
は固体と固体の接触面Ｄに、固体の外表面
に当接した斜角探触子Ｑから超音波（横波）を接
触面Ｄに対し角度θで斜角入射させ、その超音波
の接触面Ｄからの反射波である第１反射波１６′
と、接触面Ｄを透過したのち固体の底面で反射
し再び接触面Ｄを透過した第２反射波１７′とを
それぞれ別の斜角探触子R₁、R₂に受信させ、接
続された超音波探傷器６のCRT上に第１反射波
１６′のB₁エコーおよび第２反射波１７′のP₁エ
コーを前記第８図に示す方法と同様に出現させて
接触応力（σ）を求める方法である。第１１図は
上記第１０図に示す方法のうち、第２反射波１
７′ではなく接触面Ｄを透過し固体の底面に達
する透過波１８′を、固体の底面に当接した斜
角探触子R₂に受信させる方法で、そのほかは第
１０図に示す方法と同じ方法である。また上記し
た方法を液浸法に適用して接触応力（σ）を測定
する方法を開示されている。

上述した接触応力の測定方法は、それまでの前
記従来技術の問題点を解消し、固体間の接触状態
およびその状態における性質を全く変化させるこ
となく、正確な値を定量的かつ高精度に評価する
ことができる優れた効果を奏する方法であるが、
上述した測定方法においても以下に説明する問題
点を有している。すなわち上述したいずれの方法
においても接触面から反射される反射波の音圧
と、接触面を透過した透過波の音圧とを比較する
方法であるから、反射波および透過波の各音圧を
検出する必要がある。縦波を利用する第８図と第
９図において第１反射波１６および第２反射波１
７を検出するためには、接触面および底面に対し
てほぼ垂直に超音波を入射する必要があり、それ
ができない形状や寸法の探傷面および接触面を有
する固体については測定することができない。一
方横波を利用する第１０図と第１１図において
は、接触面および底面に対して超音波が斜角入射
され、接触面Ｄからの反射波１６′および接触面
透過波１７′は斜角出射されるから、測定個所の
真上に障害物があるような形状、寸法の被検体の
場合に効果的に使用されるが、この横波利用の方
法においても前記縦波利用の方法の場合と同様に
斜角入射された超音波が、検出可能な位置に反射
波および接触面透過波として斜角出射され得る形
状や寸法の探傷面、接触面および底面を有する固
体でなければ測定することができない制限をう受
ける。

上述した測定上の制約条件を本発明の利用分野
であるホース継手について考察すると、 () 継手部は特殊な場合（例えば通過する流体
の圧力が極めて低いような場合）を除きホース
バンド或いはホースクリツプのような締結具に
よりホース管が圧着されて締結される。この締
結状態つまり管とホースとの接触面の接触応力
が適正か否かで通過する圧力流体の圧力に耐え
られるか否かが決定される。そして接触応力は
締結具の締め付けにより継手全周に発生するか
ら、締結具直下の全接触面の接触応力が測定対
象となる。しかし継手部には接触面および底面
（ホース継手の場合は管の内周面）からの反射
波および透過波を検出し得る接触子の当接場所
がなく、上述の方法は適用することができな
い。もし探触子の当接場所を設けようとするな
ら継手部の管とホースとの嵌合部が必要以上に
長くなり、不経済となるだけでなく、長すぎる
嵌合部は製作上および機能上却つて不都合とな
る。

() 継手部を通過する流体の圧力が高い場合や
大径管で大流量などの場合には、ホースの厚さ
がホースの強度を増すための網相が増えるなど
のため厚くなる。このため振動子の大きさや周
波数などにもよるがホースの厚さ10〜20mmを越
えると、ホース外周により接触面に対して入射
された超音波は、散乱減衰のためエネルギーを
消失し反射波を検出することができなくなる。
したがつて上述の方法は適用することができな
い。

() 上記（）の理由により締結具真下の接触
面の接触応力は事実上測定することができない
が、仮に嵌合部を長くして測定するとしても横
波を利用する方法になるから斜角探触子が３個
必要となり、さらに該探触子の当接の仕方、走
査の仕方など測定上の技術を要する。

などの適用上の問題点を有する。

以上説明したように、従来の接触面の接触応力
測定方法ではホース継手の接触面の接触応力を、
接触状態を変化させることなく定量的に精度よく
容易に測定することはできない。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来技術の問題点を解消し、ホー
ス継手の接触面の接触応力を、接触状態およびそ
の状態における性質を全く変化させることなく、
きわめて容易に定量的にかつ精度よく、しかもリ
アルタイムに測定することができる超音波による
ホース継手の接触応力測定方法を提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は管とホースとの端部が嵌合して形成す
るホース継手の接触面に向けて該接触面に近い管
の外周面より横波を入射し、入射した横波を繰り
返し管内を反射させながら前記接触面を経て管端
まで伝搬させ、該管の端面より反射して再び管内
の反射を繰り返しながら前記接触面を通過して得
られた反射波の音圧を評価指標として測定するこ
とにより、ホース継手の接触応力をホースバンド
或いはホースクリツプのような締結具やホースの
厚さなどに影響を受けることなく、継手部の状態
を変化させないできわめて容易に定量的にかつ精
度よく、しかもリアルタイムに測定できるように
した方法である。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第１図および第２図により説
明する。第１図は本実施例の測定方法の説明図で
ある。１は鋼管、２はラバーホースで、鋼管１の
端部がラバーホース２に嵌入され鋼管１の外周面
１ａとラバーホース２の内周面２ｂが接触して接
触面４を形成する。３はホースバンドで接触面４
のほぼ中央をラバーホース２の外周面２ａから締
結する。鋼管１とラバーホース２の嵌合部の長さ
は、一般にホースバンド３の締め付け力が接触面
４にほぼ平均におよぶ長さとしている。５は接触
面４に近接する鋼管１の外周面１ａに当接されて
いる斜角探触子で、該探触子５は超音波探傷器６
と高周波ケーブルで接続されている。７はその
CRTである。斜角探触子５から接触面４に向け
て鋼管１の外周面１ａに対し超音波（横波）を音
圧P₀で斜角入射する。入射した超音波は鋼管１
内を内周面１ｂと外周面１ａとの間で繰り返し反
射しながら鋼管１の端面１ｃまで伝搬する。これ
を継手部における超音波の伝搬状態の説明図であ
る第２図により説明する。音圧P₀の入射波は端
面１ｃに達するまでに接触面４通過する。そして
入射点より接触面４に到達するまでは内周面１ｂ
と外周面１ａとの間でほぼ全反射を繰り返しなが
ら伝搬するが、接触面４に入ると鋼管１とラバー
ホース２の音響インピーダンスの差によりラバー
ホース２内に１部が透過されながら反射を繰り返
し、次第に減衰して端面１ｃに達する。端面１ｃ
に達した減衰した超音波は、そこで反射し再び接
触面４を通過するが、その間接触面４において上
記の１部が透過されながら反射を繰り返す。つま
り接触面４を介して鋼管１内を反射し、その反射
波は次第に減衰して音圧Pnの反射波となり斜角
探触子５に受信される。図中点線はラバーホヘス
２内に透過した透過波、実線は鋼管１内を反射す
る反射波を示す。受信された反射波は超音波探傷
器６のCRT７上に表示されるが、表示されるエ
コーの高さは第７図で説明したように、接触応力
が大きくなるにつれて鋼管１の外周面１ａとラバ
ーホース２の内周面２ｂが直接接触している事実
接触部Ｃが増加し、反対に空気を介在した接触部
Ｎが減少して接触面４における透過量が増大しそ
れだけ減衰されて低くなる。このエコー高さの変
化はホース継手の接触応力の変化と一定の相関関
係を有している。本発明はこの相関関係を利用し
エコー高さを評価指標することにより接触応力を
測定するものである。

上記実施例を実際の製品について適用し、前記
相関関係を実験した例を第３図ないし第６図によ
り説明する。図において第１図および第２図と同
じ符号のものは同じものを示す。２_dはラバーホ
ース２の補強のために外周に巻かれた網層であ
る。鋼管１の外径ａ＝10mm、内径ｂ＝８mm（管厚
は１mm）、ラバーホース２の外径ｃ＝18mm、内径
ｄ＝10mm、網層２_dの内径（ラバー部の外径）ｅ
＝15mm、斜角探触子５の超音波入射点から端面１
_ｃまでの距離ｆ＝35mmで、斜角探触子５は振動子
直径6.35mm（0.25インチ）、入射角45°、周波数5M
Hzである。ホースバンド３による締め付け力を変
化させ、前記第１図および第２図で説明した方法
により接触応力と反射波P_oのエコー高さとの関
係を求めると第４図が得られた。図の横軸は継手
部の接触応力（σ）の対数値単位Kg／mm²、縦軸は
反射波P_oのエコー高さ(h)単位dBで、OdBを基準
感度とする。〇印は実験値である。実験値を最小
２乗法にて回帰式を求めると、 ｈ＝−10（logσ＋１） ……(1) となり、第４図に示す直線となる。また式(1)は、 に変形される。このように接触応力（σ）と反射
波の音圧P_oのエコー高さとには第４図に示すよ
うな対数で直線の相関関係が成立し、この回帰式
を用いて反射波の音圧P_oより接触応力（σ）を
容易に求めることができる。

前記実験で求めた回帰式を用いて第３図に示す
ホース継手の接触応力を求めた結果を第５図に示
す。図中のないしは測定位置で、第３図の
−断面図である第６図に示すないしと対応
する。また図中の数字は接触応力（単位Kg／mm²）
の値を示す。この円周45°ピツチの８ケ所の測定
値の〇印を実線で結ぶと、ほぼ左右対称形の星形
グラフができ、測定位置を中心に左右45°の
およびが最大値に、反対側が最小値になるこ
とが判る。この星形グラフは測定位置を増すこと
によりそれだけ測定精度は向上するが、図に示す
８ケ所或いは、を除く６ケ所を測定すること
でも十分所望の精度は得られる。また測定位置の
移動は斜角探触子５が１個だけで取り扱いが容易
なことからホヘース継手を回転させて行つても、
斜角探触子の方を移動させて行つてもよい。した
がつて前記ないしのような特定箇所を測定す
るだけでなく全周を連続的に測定することもでき
るから、ホースバンドやホースクリツプの形式や
ホースの厚さなどには一切影響を受けないで極め
て短時間に測定することができる特徴を有する。
さらに第４図または第５図を使用して各種形式、
寸法のホース継手に対する締結具の締め付け力の
値の作業基準を設けておくことにより、ホース継
手の品質が統一されるとともに、接触応力の経年
変合をもリアルタイムに測定することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、管とホースで形
成されるホース継手の接触面に対し管外周から横
波を入射し、その横波を前記接触面を介して管内
を反射させ、その反射波の音圧を評価指標として
ホース継手の接触応力を測定するようにしたか
ら、継手部の接触状態およびその状態における性
質を全く変化させることなく、きわめて容易に定
量的にかつ精度よく、しかもリアルタイムに測定
することができる優れた実用上の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の測定方法に係わ
る図で、第１図は本発明の実施例における説明
図、第２図は継手部における超音波の伝搬状態を
説明する図、第３図は実際の製品について行つた
接触応力と反射波のエコー高さとの相関関係の実
験例の説明図、第４図は第３図に示す実験により
得られた相関を示す図、第５図は第４図の実験結
果を用いて求めた接触応力の測定値を示すグラ
フ、第６図は第３図の−断面図で、測定位置
を示す図である。第７図は固体接触面の接触状態
をミクロ的に拡大して模式的に示す図である。第
８図ないし第１１図は従来の超音波を利用して固
体接触面の接触応力を測定する方法（PCT／
JP82／00087）の説明図で、第８図は縦波を利用
して１探触子で測定する方法、第９図は同じく縦
波を利用して２探触子で測定する方法、第１０図
は横波を利用する方法で全探触子を探傷面に当接
する方法、第１１図は同じく横波を利用する方法
で透過波を底面で受信させる方法である。 １……鋼管、１ａ……外周面、１ｂ……内周
面、１ｃ……端面、２……ラバーホース、２ａ…
…外周面、２ｂ……内周面、３……ホースバン
ド、４，Ｄ……接触面、５……斜角探触子、６…
…超音波探傷器、７……CRT。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ホース継手におけるホース端部の内周面と管
   端部の外周面との接触面の接触応力を、超音波を
   利用して測定するホース継手の接触応力の測定方
   法であつて、前記接触面に向けて該接触面に近い
   管の外周面より横波を入射し、入射した横波を繰
   り返し管内を反射させながら前記接触面を経て管
   端まで伝搬させ、該管の端面より反射して再び管
   内の反射を繰り返しながら前記接触面を通過して
   得られた反射波の音圧を評価指標として測定する
   超音波によるホース継手の接触応力測定方法。