JPH0731163B2

JPH0731163B2 - 構造部材用ボールの超音波探傷検査装置

Info

Publication number: JPH0731163B2
Application number: JP1221928A
Authority: JP
Inventors: 幸治伏見; 啓治川崎
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1995-04-10
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPH0384456A

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（特公平６−25756号公
報））。

〔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２つのローラとを二組組み合わせて構成されるボール
駆動部からなり、該ボール駆動部の軸部とローラとがセ
ラミックスで一体成形して形成されると共に、その上に
構造部材用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たことを特徴とす
る構造部材用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構造部材用ボール
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２つのローラとを二
組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に構造部材用ボールを載置で
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、その円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に構造部材用ボールを載置でき
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に構造部材用ボールを載置できるようにしたものとし
て挙げられる。

これらの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構造部材用ボールと少な
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）は、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になるため、ボール
の全周面を自動的にくまなく検査できることになり好ま
しい。

本発明においては、上記ボール駆動用ローラ上に被検査
体の構造部材用ボールを載置し、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、構造部材用ボールに最も悪影響を与えるボー
ルの表面及び表面近傍の微小欠陥、特に100μｍ以下の
微小欠陥を検出するためには、該ボールの回転軸が偏心
せずに一定に保持するようにする必要がある。該ボール
の回転軸が偏心すると、該ボールから反射してくる超音
波エコーがCRT上で激しく変動し、微小欠陥による微小
な欠陥波形を正確に検出することが困難となるためであ
る。

上記したようなボール駆動用ローラ上に載置される構造
部材用ボールの回転軸の偏心を防止する方法として種々
考えられるが、一般的に、これら装置の軸部、その軸受
け及びローラ等は防錆のためステンレス鋼で作製される
のが通常であり、出願人により開発されたこの構造部材
用ボールの超音波探傷検査装置においても、当初ステン
レス鋼で試作した。しかし、長時間の使用においてボー
ル駆動部に載置される該ボールの回転軸の偏心が主とし
てボール駆動部の、特に軸及び軸受けからなる軸部の摩
耗によるものであり、それにより構造部材用ボールの微
小欠陥を精度よく検出することができないということが
知見された。

本発明の装置は、該ボール駆動部の軸部とローラとをセ
ラミックスで一体成形して形成し、ボール駆動用ローラ
上に載置される構造部材用ボールの回転軸の偏心を防止
する。通常の駆動回転軸においては、僅かながら偏心す
るのが一般的であるが、構造部材用ボールの回転軸の偏
心が0.7mm以下、好ましくは0.5mm以下であれば、該ボー
ルの表面及び表面近傍の微小欠陥の検出に大きな支障は
ない。

本発明のボール駆動部は、軸及びその軸を支持する軸受
けから構成される軸部と、該軸部に直角な断面が円形で
ある２つのローラとを二組組み合わせて構成されるもの
で、ローラは軸により支持される。この場合、軸とロー
ラとを一体的に成形する。本発明における上記ボール駆
動部の少なくとも軸部は、即ち、ローラを支持する軸と
軸受けとはセラミックスで形成される。ローラはセラミ
ックスで形成してもよいし、その他の各種材料、例えば
ゴム、金属、プラスチックス等を用いて形成してもよ
い。またセラミックスでローラを形成する場合は、軸と
一体成形して形成してもよいし、別々に成形して接着材
等で一体化してもよいし、また接合装具等により軸に保
持されて駆動されるようにしてもよい。好ましくは、ボ
ール駆動部の軸部とローラとをセラミックスで一体成形
して形成する。構造部材用ボールの微小欠陥の超音波探
傷検査が安定し、欠陥検出の精度が高くなるためであ
る。

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構造部材用ボール
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
構造部材用ボールは、ボールの表面及び表面近傍の微小
欠陥の正確な検出がその信頼性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
形成する二組の各組を、軸と一体にジルコニアで作製
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。

この軸等を作製したものと同一ロットで作製した試験片
のヌープ硬度は、1200kg/mm²であった。また軸先端と軸
受けは、その表面粗さをRmax2μｍ以下に仕上げ加工し
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とからなる構造部材
用ボール超音波探傷検査装置を水槽20中に設置した。ま
た、水槽20内には適量の水を入れた。なお、第１図にお
いて、24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、25はボール駆動用ローラ30の架台、26
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、直径10
mm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の上に載置して、探傷周波数30MHz、振動子
径5mm、焦点距離10mm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10mm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。また探触子17より超音波を発信させ表面波をCR
T23の中心に位置させた。

次に、ボール駆動用モーター16を回転させ、ボール10を
回転速度約10rpmの非常にゆっくり回転させながらCRT上
の表面波の変動を測定した。その結果、偏心量は0.50mm
であった。

次いで、ボール10を取り除き、1000rpmで1000時間回転
させた後に、再びボール10を載置し、上記と同様にボー
ル回転の偏心量を測定した。その結果、偏心量は0.50mm
と全く変化していなかった。

実施例２ジルコニアの代わりにヌープ硬度1350kg/mm²のシリコン
ナイトライドでローラ11と軸12を一体成形で作製し、軸
受けもシリコンナイトライド製とした以外は実施例１と
同様にして、ボール回転軸の偏心について測定した。

その結果は、実施例１と同様に当初の偏心量と1000時間
後の偏心量は、いずれも0.30mmと変化がなかった。

比較例ジルコニア製の代わりにステンレス鋼で、軸とローラを
一体に作製し、軸受けもステンレス鋼とした以外は、実
施例１と同様にして偏心量を測定した。その結果、当初
の偏心量は、0.35mmであったが、1000時間回転後の偏心
量は、0.80mmと変化しCRTによる波形の観測が正確に行
えなかった。

〔発明の効果〕

本発明の構造部材用ボールの超音波探傷検査装置によれ
ば、ボール表面及び表面近傍の微小欠陥を迅速、正確
に、且つ長時間にわたり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である。 10…ボール、11…ローラ、12…軸 13…軸受け、14…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、25…架台 26…構造部材 30…ボール駆動用ローラ 31…ボール載置部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸部と該軸部に直角な断面が円形である２
つのローラとを二組組み合わせて構成されるボール駆動
部からなり、該ボール駆動部の軸部とローラとがセラミ
ックスで一体成形して形成されると共に、その上に構造
部材用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たことを特徴とする構
造部材用ボールの超音波探傷検査装置。
【請求項２】該セラミックスがヌープ硬度1200kg/mm²以
上である請求項（１）記載の構造部材用ボールの超音波
探傷検査装置。