JPH06103292B2 - ボールの超音波探傷検査装置 - Google Patents

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
るローラを二組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一方のローラが他方の
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截断面を接合さ
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つのローラの球面部の截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、同じく第３図において、外径に等しい２つ
の円錐部を有し、その錐部を頭截してその截断面を接合
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つのローラの頭截錐部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、ま
た同じく第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截断面
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つのローラの球面部の截断面の接合部
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11aと11bとの
材質を変えて作製した場合、載置したボール10とローラ
11aとの転がり摩擦係数がρａ、ボール10とローラ11bと
の転がり摩擦係数がρｂ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Fa及びFbは、そ
れぞれ下記（１）及び（２）式のようになる。

Fa∝1/2・Ｍ・ρａ…（１） Fb∝1/2・Ｍ・ρｂ…（２） ρａとρｂは異なり、Fa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、螺線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、螺線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としては、例えば、
一を鋼で他をアルミニウムとする例、一を鋼で他をガラ
スとする例が挙げられる。また、同一種の材質のもの
を、表面粗さが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、一組の接合された２つのローラの
材質を異ならせ、それに他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11aと11cとを、ローラ11bと1
1d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
クスで形成し、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1200kg/mm²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10mm
（φ）の球面部を有するローラ11の一部を截断してその
截断面を接合したような形状のボール駆動用ローラ30を
形成する二組の各ローラを、第２図におけるローラ11a
と11cとを硬鋼製とし、ローラ11bと11d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及びドライピングベルト
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けアーム18と、探触子取付け
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19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20mm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上に載置
して、セラミックボール10が回転速度約200rpmで回転す
るようにボール駆動用モーター16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180゜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180゜ずれることが観測され
た。

次に、探傷周波数30MHz、振動子径5mm、焦点距離15mmの
超音波探傷用探触子17を探触子取付けアーム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10表面の距離が7mm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10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 13……軸受け、14……ギア 15……ドライピングベルト 16……ボール駆動用モータ、17……探触子 18……探触子取付けアーム 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸部と該軸部に直角な断面が円形であるロ
   ーラを二組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一方のローラが他方のロー
   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。